JPH08164610A

JPH08164610A - インク噴射型プリンタ用記録ヘッド

Info

Publication number: JPH08164610A
Application number: JP31036994A
Authority: JP
Inventors: Takatoshi Minoda; 孝敏蓑田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1994-12-14
Filing date: 1994-12-14
Publication date: 1996-06-25

Abstract

(57)【要約】【目的】電極のキャビテーション等の物理的破壊を防
ぐことができ、電源間で発生する気泡サイズをほぼ一定
にすることができる耐久性、信頼性の極めて高いインク
噴射型プリンタ用記録ヘッドを提供することを目的とす
る。【構成】電極３の端面のみで通電が起こるように電極
３が基板６と絶縁膜１５とのサンドイッチ構造で構成さ
れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インク噴射型プリンタ
に用いられるインク滴を飛翔させてプリンタ用紙に記録
させるインク噴射型プリンタ用記録ヘッドに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】近年、コンピュータの高性能化、小型
化、低価格化に伴い、プリンタも同様な特性が求めら
れ、従来のドットプリンタからレーザプリンタ、インク
噴射型プリンタへと機種が切り換えられようとしてい
る。

【０００３】インク噴射型プリンタ方式としては、ピエ
ゾ圧電素子の変形によりインクを押し出すタイプ、直流
通電方式による熱抵抗加熱でインクを沸騰させインクを
吐出するタイプ、及び交互通電による高周波加熱方式
（交互通電加熱方式）でインクを沸騰させインクを吐出
するタイプ等がある。

【０００４】以下に従来の交互通電加熱方式によるイン
ク噴射型プリンタ用記録ヘッドについて、図面を参照し
て説明する。

【０００５】図４は従来のインク噴射型プリンタ用記録
ヘッドの要部断面図であり、図５は従来のインク噴射型
プリンタ用記録ヘッドを示す図３の線Ａ−Ａ’断面図で
ある。図４及び図５において、１はインク室、２はイン
ク室１上面に形成されたノズル孔、３はインク室１の底
面に配設された電極、４はインク室１の上面を形成する
樹脂シート、５は電極３の上面に積層された絶縁膜、６
はインク室１の底面を形成し電極３が配設されている基
板、７は配線９を介して電極３と接続されている制御
部、８は制御部７に接続されている電源、１０はノズル
孔２の上方に配されているプリンタ用紙、１１はインク
室１に充満している導電性を有するインク、１２はノズ
ル孔２から吐出したインク滴、１３はインク滴１２がプ
リンタ用紙１０に付着した印字、１４は電極３間に発生
した気泡である。

【０００６】以上のように構成された従来の交互通電加
熱方式によるインク噴射型プリンタ用記録ヘッドについ
て、以下にその製造方法を説明する。

【０００７】まず、ガラス、あるいは、シリコン等のセ
ラミックスからなる非導電性の基板６上にＴｉ、Ａｕ、
Ｐｔ、Ｎｉ等の導電性の金属膜を、蒸着法、スパッタ法
などの物理的成膜法あるいはメッキ法等により積層す
る。この金属膜を積層した基板６をフォトリソグラフィ
法により電極３のパターンを形成し、電極３以外の部分
をイオンミーリングまたはケミカルエッチングにより除
去する。電極３のインク室１に露出している以外の部分
と基板６上に有機高分子あるいはセラミックス等の絶縁
膜５を塗布またはスパッタ法により形成する。この絶縁
膜５と電極３とを積層した基板６上にエキシマレーザ加
工機により形成されたノズル孔２を有する樹脂シート４
をノズル孔２が一対の電極３の中心部に位置するように
接着する。

【０００８】次に、従来のインク噴射型プリンタ用記録
ヘッドについてその動作原理を説明する。図６は従来の
インク噴射型プリンタ用記録ヘッドのインク吐出時のイ
ンクへの印可電圧を示すタイミングチャートである。ま
ず、図６に示すように、電源８から制御部７を通して、
一対の電極３間にインク滴１２を吐出する間隔である印
字周期を５ＫＨｚの間隔、また交互電圧通電の頻度であ
る電圧変化周期を３ＭＨｚの間隔で交互電圧を印可す
る。印字周期はインク１１が沸騰するのに必要な最大時
間よりも長く設定され、電圧変化周期は印字品質である
分解能に応じたインク滴１２に飛翔頻度に一致するよう
に決定されている。電圧が一対の電極３を介してインク
１１に印可されると、インク１１中の電解質が振動運動
を行い、ジュール熱が発生し、インク１１が発熱する。
インク１１が発熱すると、インク１１が沸騰し、一対の
電極３の間に気泡１４が形成される。更に、この気泡１
４が膨張するにつれ、インク室１の内側に充満するイン
ク１１が押し上げられ、ノズル孔２からインク滴１２と
なって吐出し、プリンタ用紙１０にこのインク滴１２が
飛翔し、このインク滴１２がプリンタ用紙１０に付着す
ることにより印字１３となる。インク滴１２の吐出の繰
り返し寿命は、記録ヘッドとインク容器とが一体型のカ
ートリッジタイプでは数千万回、記録ヘッドをプリンタ
本体に据え付けたパーマネントタイプでは数億回を一般
的に保証している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の電極３の形状では電極３の間に形成される気泡１４
によるキャビテーションで電極３が破壊されたり、更に
電極３の表面積が気泡１４のサイズと比べて大きすぎる
と、気泡１４の形成に投入エネルギが１００％消費され
ず、残りは熱として系に残ってしまい、次の気泡１４の
発生時間及び気泡１４のサイズに影響をもたらし、気泡
１４の発生時間及び気泡１４のサイズのばらつきの要因
となる。

【００１０】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、キャビテーションによる電極の破壊を防止すること
ができ、投入エネルギがほぼ１００％気泡発生に寄与す
るため、熱の蓄積も防止することができる、信頼性及び
耐久性の極めて高いインク噴射型プリンタ用記録ヘッド
を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明は、インク室の内部に設けられた一対の電極各
々がインク室を構成する基板と絶縁膜とでサンドイッチ
され端面のみが導電性インクと接触するものである。

【００１２】

【作用】本発明は上記構成により、電極が基板と絶縁膜
でサンドイッチされているため機械的強度が強く、ま
た、電流は電極端面のみでしか流れないため余分な導電
性インクへの投与エネルギがなく、効率よく気泡を発生
させることができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
しながら説明する。図１は本発明の一実施例におけるイ
ンク噴射型プリンタ用記録ヘッドの要部断面図であり、
図２は本発明の一実施例におけるインク噴射型プリンタ
用記録ヘッドを示す図１の線Ａ−Ａ’断面図である。図
１及び図２において、１はインク室、２はノズル孔、３
は電極、４は樹脂シート、６は基板、７は制御部、８は
電源、９は配線、１０はプリンタ用紙、１１はインク、
１２はインク滴、１３は印字であり、これらは従来例と
同様なので、同一の符号をつけて説明を省略する。１５
は絶縁膜で、従来の絶縁膜５は約４０μｍ電極３の先端
から後退しているが、本発明の一実施例では絶縁膜１５
は電極３の先端まで成膜されている。

【００１４】以下に、本実施例の絶縁膜１５についてさ
らに詳しく説明する。絶縁膜１５の形状は電極３の表面
を被覆するもので、電極３と絶縁膜１５との密着力はポ
リイミド等の有機物よりも金属酸化物の方が強くキャビ
テーション等の耐久性に優れているので、絶縁膜１５の
材料は、ＳｉＯ₂やＴｉＯ₂等の金属酸化膜が望ましい。
また、成膜方法は蒸着やスパッタリング等で成膜する。
膜厚は０．１μｍ〜数μｍ成膜する。更に、その上にポ
リイミド等の有機膜を塗布しても構わない。本実施例及
び比較例の電極３の形状を（表１）に示す。なお、絶縁
膜１５はＳｉＯ ₂を２μｍ成膜したものである。

【００１５】

【表１】

【００１６】実施例１から７、および比較例１から４の
インク噴射型プリンタ用記録ヘッドに、印可電圧２５
Ｖ、電圧変化周期３ＭＨｚ、印字周期５ＫＨｚとして交
互通電をおこない、インク１１が吐出するまでに要した
時間が５０μｓを越えたときの通電回数を寿命として計
測し、（表２）の結果を得た。

【００１７】

【表２】

【００１８】この（表２）から明らかなように、本実施
例によるインク噴射型プリンタ用記録ヘッドは、寿命が
２．３億回を越えており、比較例と比べ極めて安定し、
耐久性がある点で優れた効果が得られることがわかっ
た。

【００１９】また、実施例６，７で使用した電極３で絶
縁膜１５にポリイミド（膜厚２μｍ）を用い、上記と同
じ寿命試験を行った結果（実施例６Ａ，実施例７Ａ）を
（表３）に示す。

【００２０】

【表３】

【００２１】この（表３）から明らかなように絶縁膜１
５は有機膜よりも金属酸化膜の方が電極３と密着力が強
く破壊しにくいことがわかった。

【００２２】また、実施例１から７及び比較例１から４
のインク噴射型プリンタ用記録ヘッドの各印字周波数に
対して電極３間で発生する気泡１４のサイズを計測し、
結果を図３，図７に示す。

【００２３】電極３間で発生する気泡１４のサイズの大
きさは、印字１３（ドット）の大きさと対応している。
この気泡１４のサイズが変化すれば、印字１３（ドッ
ト）の大きさも変化し印字品質で問題となる。また、気
泡１４のサイズがインク室１の大きさに対して小さかっ
たり、大きすぎたりすると、印字１３（ドット）がエキ
ストラドットやスプラッシュ状になる場合があり印字品
質としては極めて問題となる。

【００２４】本実施例によるインク噴射型プリンタ用記
録ヘッドは、気泡１４のサイズが図６に示すように各印
字周波数に対して一定であることがわかる。一方、比較
例のインク噴射型プリンタ用記録ヘッドは、印字周波数
が大きくなるに従い気泡１４のサイズが大きくなること
がわかる。この原因は、投入されたエネルギが効率よく
気泡１４の発生に寄与されなかった分が熱としてその系
に残るためにおこる。この現象は印字周波数が大きくな
るほど熱の蓄積量は増えてインク１１の温度が上がり、
この履歴によって気泡１４のサイズが徐々に大きくなっ
て、一定のサイズが得られなくなる。

【００２５】

【発明の効果】以上のように本発明は、インク室の内部
に設けられた一対の電極各々がインク室を構成する基板
と絶縁膜とでサンドイッチされ端面のみが導電性インク
と接触することにより、電極が基板と絶縁膜でサンドイ
ッチされているため機械的強度が強く、また、電流は電
極端面のみでしか流れないため余分な導電性インクへの
投与エネルギがなく、効率よく気泡を発生させることが
でき、投入されたエネルギがほとんど気泡発生に寄与さ
れるためエネルギの損失分が熱として残らず常に一定の
気泡サイズを得ることができるとともに、キャビテーシ
ョンにも強く安定した耐久性を著しく向上させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例におけるインク噴射型プリン
タ用記録ヘッドの要部断面図

【図２】本発明の一実施例におけるインク噴射型プリン
タ用記録ヘッドを示す図１の線Ａ−Ａ’断面図

【図３】本発明の実施例１から７のインク噴射型プリン
タ用記録ヘッドの各印字周波数に対して電極間で発生す
る気泡サイズの計測図

【図４】従来のインク噴射型プリンタ用記録ヘッドの要
部断面図

【図５】従来のインク噴射型プリンタ用記録ヘッドを示
す図３の線Ａ−Ａ’断面図

【図６】従来のインク噴射型プリンタ用記録ヘッドのイ
ンク吐出時のインクへの印可電圧を示すタイミングチャ
ート

【図７】従来の比較例１から４のインク噴射型プリンタ
用記録ヘッドの各印字周波数に対して電極間で発生する
気泡サイズの計測図

【符号の説明】

１インク室２ノズル孔３電極４樹脂シート６基板７制御部８電源９配線１０プリンタ用紙１１インク１２インク滴１３印字１４気泡１５絶縁膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導電性インクを収容するインク室と、前記
インク室に形成されたノズル孔と、前記インク室の内部
に設けられた一対の電極とを備え、前記一対の電極によ
り導電性インクへ通電を行い、導電性インクを自己発熱
させて気泡を発生させ、この気泡による圧力で前記ノズ
ルより導電性インクを吐出させるインク噴射型プリンタ
用記録ヘッドであって、前記一対の電極各々が前記イン
ク室を構成する基板と絶縁膜とでサンドイッチされ端面
のみが導電性インクと接触することを特徴とするインク
噴射型プリンタ用記録ヘッド。
【請求項２】前記絶縁膜としてＳｉＯ₂、又はＴｉＯ₂を
スパッタリングで成膜したことを特徴とする請求項１記
載のインク噴射型プリンタ用記録ヘッド。