JPH08216405A - インク吐出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電解気泡が核となる不良沸騰を防止し、かつ
次の沸騰で速やかに前回の沸騰で残った電解気泡を排除
できるインク吐出装置を提供することを目的とする。 【構成】 導電性のインク１１を収容するインク室１２
と、前記インク室１２の一部を形成するノズル板１８
と、前記ノズル板１８に形成されたノズル１５と、前記
インク室１２に設けられた一対の電極１３、１４と、前
記一対の電極１３、１４に電圧を印加する電圧印加手段
１７を備え、前記一対の電極１３、１４に電圧を印加し
て前記電極１３、１４間内の導電性のインク１１を加熱
沸騰させ気泡２２を発生することによりインク１１を吐
出させるインク吐出装置であって、前記一対の電極１
３、１４より前記ノズル１５側に発熱手段（１８）（１
９）を設けた構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクを加熱沸騰する
ことで発生する圧力によりインクを吐出するインク吐出
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、インク吐出装置を用いたインクジ
ェットプリンタは、印字の際の静粛性などからオフィス
用コンピュータの出力用プリンタとして広く利用される
ようになってきた。

【０００３】従来の装置として米国特許第３１７９０４
２号明細書に記載の装置が知られているが、これは導電
性のインクに通電することにより、インク自身をジュー
ル熱で気化させて、その膨張圧力でインク滴を記録紙に
吐出するようにしむけたものである。

【０００４】図１２はその従来のインク吐出装置の断面
図である。図１２において構成要素として１は導電性の
インク、２は導電性のインク１で満たされたインク室、
３は導電性のインク１を供給するインク供給路、４、５
は導電性のインク液面以下に配置された一対の電極、６
は電極４、５に通電する電源、７は電源６のスイッチ、
８はインク室２に形成された導電性のインクを吐出する
ノズル、９は記録紙、１０はノズル８から吐出されるイ
ンク滴である。

【０００５】前記構成要素よりなるインク吐出装置にお
いて、一対の電極４、５に電圧を印加すると、導電性の
インク１に電流が流れ、そのジュール熱で電極４、５の
先端間の導電性のインク１の一部が気化する。さらにそ
の気化された導電性のインク１の蒸気はノズル８から記
録紙９にインク滴１０として吐出させるのに十分な圧力
を発生するまで膨張する。スイッチ７により電圧を印加
する電極を選択することで、導電性のインク１を吐出す
るノズル孔を選び、記録紙９に所望の文字を形成するよ
うにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来の技術では
全く記述されていないが、一般的に導電性水溶液に電極
をさらした状態で通電を行うと、水の電気分解により水
素、酸素の気泡が発生し、正常なインク吐出を妨げると
いう問題がある。

【０００７】本発明は前記従来の問題に留意し、電気分
解気泡による沸騰不安定を防止し、長期安定吐出するイ
ンク吐出装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【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、導電性のインクを収容するインク室と、前
記インク室の一部を形成するノズル板と、前記ノズル板
に形成されたノズルと、前記インク室に設けられた一対
の電極と、前記一対の電極に電圧を印加する電圧印加手
段を備え、前記一対の電極に電圧を印加して前記電極間
内の導電性のインクを加熱沸騰させ気泡を発生すること
によりインクを吐出させるインク吐出装置であって、前
記一対の電極より前記ノズル側に発熱手段を設けたイン
ク吐出装置の構成とする。

【０００９】

【作用】本発明は上記構成において、インクを沸騰させ
る電極よりノズル側に別の加熱手段を設けているので、
沸騰気泡の収縮箇所を電極より離し、電解気泡による沸
騰が不安定になることが防止され、かつ、電解気泡が除
去されてインクの長期安定吐出ができることとなる。

【００１０】

【実施例】以下本発明の第１の実施例について図１、図
２、図３、図４、図５を用いて説明する。

【００１１】図１は本発明の第１の実施例のインク吐出
装置の断面図である。図１（ａ）において、構成要素と
して１１は導電性のインク、１２は導電性のインク１１
で満たされたインク室、１３、１４はインク室内に設け
られた一対の電極、１５はインク滴を吐出するノズル、
１６は電極１３、１４が配置されている基板、１７は駆
動電圧印加手段、１８は発熱体で形成され、基板１６と
でインク室１２を形成したノズル板、１９はノズル板１
８に電圧を印加する予備電圧印加手段、２０はインク流
路である。

【００１２】図２は本発明の第１の実施例のインク吐出
装置における沸騰気泡挙動説明図であり、図２において
２２はインク室１２内に生じる沸騰気泡、２３は同じく
インク室１２内に生じる非凝縮成分よりなる残留気泡で
ある。

【００１３】図３は本発明の第１の実施例におけるヘッ
ドチップの一部切欠斜視図であり、図３において２４は
共通インク室、２５はヘッドベース、２６はノズルプレ
ートである。

【００１４】図４は前記インクジェットヘッドを装着す
るカートリッジの一部切欠斜視図であり、２７はヘッド
チップ２５をとりつけるインクカートリッジ、２８はイ
ンクカートリッジ２７内に設けられたインクタンク、２
９はインクタンク２８内の導電性のインクに含まれるゴ
ミ、塵などを除去するインクフィルター、３０は導電性
のインクを共通インク室２４に導くインク導入路であ
る。

【００１５】図５は前記カートリッジを装填するプリン
タの一部切欠斜視図であり、３２は挿入されたインクカ
ートリッジ２７を固定するキャリッジ、３３はシリアル
に往復するキャリッジ３２を導くガイドシャフト、３４
は記録紙３５を送るプラテンローラである。

【００１６】つぎにインクジェットヘッドについて、以
下にその動作を説明する。図１に示す一対の電極１３、
１４間に電圧を印加すると、導電性のインク１１に電流
が流れ、Ｉ（電流）の２乗×Ｒ（導電性のインクの抵
抗）で表される電流のジュール損失によって電流が流れ
た部分の導電性のインク１１が自己発熱し、時間の経過
に伴い電流が流れた導電性のインク１１の電流通過部イ
の最も高温の部分より沸騰が始まり、導電性のインク１
１が加熱され、ついに図２（ａ）に示すように沸騰気泡
２２が発生する。この沸騰気泡２２の膨張にともない導
電性のインク１１内の電流は沸騰気泡２２が絶縁体でそ
の中を電流が通過できないため、沸騰気泡２２の両側へ
曲げられ、電流密度は沸騰気泡２２表面で最も高くな
る。よって沸騰気泡２２表面が最も加熱されて沸騰気泡
２２の膨張が一層加速される。

【００１７】信号電極１３、１４の表面より発生する電
解気泡は沸騰気泡２２が膨張し信号電極表面まで達する
ので、沸騰気泡２２に取り込まれる。そして沸騰気泡２
２の膨張により、圧力室１２内の導電性のインクの圧力
が急激に高まる（図２（ｂ））。

【００１８】この高圧になった導電性のインク１１はノ
ズル１５とインク流路２０の方向へ移動しようとする
が、急激な圧力変化による急な導電性のインク１１の流
れには、流体滴な抵抗がインク流路２０の方がノズル１
５より大きいため、圧力変化による急激な導電性のイン
ク１１の流れはノズル１５へ向かい、ノズル１５から導
電性のインク滴２１が飛び出し、記録紙９に飛翔して付
着し、ドットの形成が行われる。沸騰気泡２２の膨張が
最大の大きさに達すると、図１（ｂ）で示す電流通過部
イは、かなりの部分を沸騰気泡２２が占めるようになる
ので導電性のインクに流れる電流が低下し、沸騰気泡２
２の熱が導電性のインク１１、信号電極１３、１４へ奪
われ、沸騰気泡２２が急激に収縮する（図２（ｃ））。

【００１９】このときノズル板１８は予備電圧印加手段
１９により加熱されているために、沸騰気泡２２は沸騰
気泡２２自身の持つ熱がノズル板以外から奪われ、最終
的にノズル板１８近傍で消滅することになる（図２
（ｄ））。

【００２０】よって電解気泡などの沸騰気泡中の非凝縮
成分はノズル板近傍に残留気泡２３となって残る（図２
ｅ）。沸騰気泡２２の消滅にともない圧力室１２内の導
電性のインク１１は、消滅時の負圧により攪拌され、電
流通過部イから再び沸騰を開始するのには数マイクロ秒
以上の加熱時間を必要とする。この沸騰を開始するまで
の間に、電圧印加手段１７は信号電極１３、１４間への
電圧の印加を中止し、導電性のインクの２重沸騰による
不必要な導電性のインク滴の飛翔を防止する。

【００２１】導電性のインク滴２１の飛翔により、消費
された導電性のインク１１は導電性のインク１１の表面
張力により常時インク流路２０より圧力室１２へ補給さ
れて待機状態に戻る。圧力室１２内の導電性のインク１
１の温度分布は待機状態の間に、ノズル板付近がやや高
い初期状態にもどっている。ノズル板１８近傍の残留気
泡２３は次の沸騰時に導電性のインク滴２１とともにノ
ズルより排出される。

【００２２】以上の動作の繰り返すノズルを複数個並べ
たヘッドチップ２５はインク導入路を介してインクタン
ク２８と接続され、インクジェットカートリッジ２７と
なる。たとえばコンピュータ等から送られて来る印字信
号に応じて、キャリッジ３２へ装着されたインクカート
リッジ２７がガイドシャフト３３に沿って往復運動し、
キャリッジ３２の位置にあわせて電圧印加手段１７が任
意の一対の電極１３、１４間に駆動電圧を印加し、液滴
２１が連続的に生成され、プラテンローラ３４によって
送られる記録紙９に付着し、記録紙９へのドットによる
印字が可能となる。

【００２３】導電性のインク１１は、印字動作にともな
い、インクタンク２８よりインクフィルター２９を介し
てインク導入路３０を通り共通インク室２４に入り、共
通インク室２４よりインク室１２へ供給される。

【００２４】次に第２の実施例について図６、図７、図
８を用いて説明する。第１の実施例と同様の部分は同一
の符号を付し、その説明を省略する。図６は本発明の第
２の実施例におけるインク吐出装置の断面図である。４
１は圧力室、４２はノズル板、４３は信号電極１３、１
４と同一材でできた発熱体、４４は発熱体４３に電圧を
印加する予備電圧印加手段である。

【００２５】図７は本発明の第２の実施例における沸騰
気泡挙動説明図であり、図７において、２２は沸騰気
泡、２３は非凝縮成分よりなる残留気泡である。図８は
本発明の第２の実施例におけるヘッドチップの一部切欠
斜視図である。

【００２６】つぎに第２実施例のインクジェットヘッド
について以下にその動作を説明する。沸騰気泡２２が最
大になり、インク滴が吐出されるまでは本発明の第１の
実施例と等しいので説明を省略する（図７（ａ）、図７
（ｂ））。

【００２７】沸騰気泡２２の膨張が最大の大きさに達す
ると図６で示す電流通過部イは、かなりの部分を沸騰気
泡２２が占めるようになるので導電性のインクに流れる
電流が低下し、沸騰気泡２２の熱が導電性のインク１
１、信号電極１３、１４へ奪われ、沸騰気泡２２が急激
に収縮する（図７（ｃ））。

【００２８】このとき発熱体４３は予備電圧印加手段４
４により加熱されているため、沸騰気泡２２は沸騰気泡
２２自身の持つ熱が圧力室４１の発熱体４３により加熱
されている部分以外から奪われ、最終的に発熱体４３近
傍で消滅することになる（図７（ｄ））。

【００２９】よって電解気泡などの沸騰気泡中の非凝縮
成分は発熱体４３近傍に残留気泡２３となって残る（図
７（ｅ））。沸騰気泡２２の消滅にともない圧力室１２
内の導電性のインク１１は、消滅時の負圧により攪拌さ
れ、電流通過部イから再び沸騰を開始するのには数マイ
クロ秒以上の加熱時間を必要とする。この沸騰を開始す
るまでの間に、電圧印加手段は信号電極１３、１４間へ
の電圧の印加を中止し、導電性のインク１１の２重沸騰
による不必要な導電性のインク滴２１の飛翔を防止す
る。導電性のインク滴２１の飛翔により、消費された導
電性のインク１１は導電性のインク１１の表面張力によ
り常時インク流路２０より圧力室１２へ補給され待機状
態に戻る。圧力室１２内の導電性のインク１１の温度分
布は待機状態の間に、発熱体付近がやや高い初期状態に
もどっている。発熱体４３近傍の残留気泡２３は次の沸
騰時に導電性のインク滴２１とともにノズルより排出さ
れる。

【００３０】次に第３の実施例について図９、図１０、
図１１を用いて説明する。第１の実施例および第２の実
施例と同様の部分は同一の符号を付し、その説明を省略
する。

【００３１】図９は本発明の第３の実施例におけるイン
ク吐出装置の断面図である。特徴的構成要素として４
５、４６は予備電極、４７は予備電極４５、４６に電圧
を印加する予備電圧印加手段である。

【００３２】図１０は本発明の第３の実施例における沸
騰気泡挙動説明図であり、図１０において２２は沸騰気
泡、２３は非凝縮成分よりなる残留気泡である。図８は
本発明の第３の実施例におけるヘッドチップの一部切欠
斜視図である。

【００３３】つぎに第３の実施例のインクジェットヘッ
ドについて以下にその動作を説明する。沸騰気泡２２が
最大になり、インク滴が吐出されるまでは本発明の第１
および第２の実施例と等しいので説明を省略する（図１
０（ａ）、図１０（ｂ））。

【００３４】沸騰気泡２２の膨張が最大の大きさに達す
ると、図９で示す電流通過部イはかなりの部分を沸騰気
泡２２が占めるようになるので、導電性のインクに流れ
る電流が低下し、沸騰気泡２２の熱が導電性のインク１
１、信号電極１３、１４へ奪われ、沸騰気泡２２が急激
に収縮する（図１０（ｃ））。

【００３５】このとき予備電極４４、４５間には予備電
圧印加手段４７により電圧が印加されているために、電
流通過部ロの部分の導電性のインク１１は加熱されてい
る。沸騰気泡２２は、沸騰気泡２２自身の持つ熱が電流
通過部ロ以外から奪われ、最終的に電流通過部ロ近傍で
消滅することになる（図１０（ｄ））。

【００３６】よって電解気泡などの沸騰気泡中の非凝縮
成分は、電流通過部ロ近傍に残留気泡２３となって残る
（図１０（ｅ））。沸騰気泡２２の消滅にともない圧力
室１２内の導電性のインク１１は、消滅時の負圧により
攪拌され電流通過部イから再び沸騰を開始するのには数
マイクロ秒以上の加熱時間を必要とする。この沸騰を開
始するまでの間に、電圧印加手段は信号電極１３、１４
間への電圧の印加を中止し、導電性のインク１１の２重
沸騰による不必要な導電性のインク滴２１の飛翔を防止
する。導電性のインク滴２１の飛翔により、消費された
導電性のインク１１は導電性のインク１１の表面張力に
より常時インク流路２０より圧力室１２へ補給され待機
状態に戻る。圧力室１２内の導電性のインク１１の温度
分布は待機状態の間に、予備電極４５、４６の電流通過
部ロがやや高い初期状態にもどっている。電流通過部ロ
近傍の残留気泡２３は次の沸騰時に導電性のインク滴２
１とともにノズルより排出される。

【００３７】

【発明の効果】前記各実施例の説明より明らかなよう
に、本発明は導電性のインクを収容するインク室と、前
記インク室の一部を形成するノズル板と、前記ノズル板
に形成されたノズルと、前記インク室に設けられた一対
の電極と、前記一対の電極に電圧を印加する電圧印加手
段を備え、前記一対の電極に電圧を印加して前記電極間
内の導電性のインクを加熱沸騰させ気泡を発生すること
によりインクを吐出させるインク吐出装置であって、前
記一対の電極より前記ノズル側に発熱手段を設けた構成
としたので、沸騰気泡の収縮位置が一対の電極からはな
れ、かつ、一対の電極よりもノズル側になるので、電解
気泡による沸騰不安定を防止し、かつ、電解気泡を除去
し、インクの長期安定吐出を達成する優れたインクジェ
ットヘッドを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の第１実施例のインクジェット
ヘッドの縦断面図 （ｂ）は同インクジェットヘッドの横断面図

【図２】（ａ）〜（ｅ）は同インクジェットヘッドの沸
騰気泡挙動説明図

【図３】本発明の第１実施例のインクジェットヘッドチ
ップの一部切欠斜視図

【図４】本発明の第１実施例のインクジェットヘッドを
組み込むインクカートリッジの一部切欠斜視図

【図５】同インクジェットヘッドを組み込んだインクカ
ートリッジを取り付けたインクジェットプリンタの一部
切欠斜視図

【図６】（ａ）は本発明の第２の実施例のインクジェッ
トヘッドの縦断面図 （ｂ）は同インクジェットヘッドの横断面図

【図７】（ａ）〜（ｅ）は同インクジェットヘッドの沸
騰気泡挙動説明図

【図８】本発明の第２の実施例のインクジェットヘッド
チップの一部切欠斜視図

【図９】（ａ）は本発明の第３の実施例のインクジェッ
トヘッドの縦断面図 （ｂ）は同インクジェットヘッドの横断面図

【図１０】（ａ）〜（ｅ）は同インクジェットヘッドの
沸騰気泡挙動説明図

【図１１】本発明の第３の実施例のインクジェットヘッ
ドチップの一部切欠斜視図

【図１２】従来のインクジェットヘッドの縦断面図

【符号の説明】

９ 記録紙 １１ 導電性のインク １２ インク室 １３ 電極 １４ 電極 １５ ノズル １６ 基板 １７ 電圧印加手段 １８ ノズル板 １９ 予備電圧印加手段 ２０ インク流路 ２１ インク滴 ２２ 沸騰気泡 ２３ 残留気泡

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 導電性のインクを収容するインク室と、
   前記インク室の一部を形成するノズル板と、前記ノズル
   板に形成されたノズルと、前記インク室に設けられた一
   対の電極と、前記一対の電極に電圧を印加する電圧印加
   手段を備え、前記一対の電極に電圧を印加して前記電極
   間内の導電性のインクを加熱沸騰させ気泡を発生するこ
   とによりインクを吐出させるインク吐出装置であって、
   前記一対の電極より前記ノズル側に発熱手段を設けたこ
   とを特徴とするインク吐出装置。
2. 【請求項２】 発熱手段はインク室内に設けた一対の予
   備電極と電圧印加手段よりなる請求項１記載のインク吐
   出装置。
3. 【請求項３】 発熱手段は電気−熱変換体で形成したノ
   ズル板よりなる請求項１記載のインク吐出装置。
4. 【請求項４】 発熱手段はインク室内に設けられた電気
   −熱変換体よりなる請求項１記載のインク吐出装置。
5. 【請求項５】 電気−熱変換体は一対の電極と同じ材質
   で形成された請求項４記載のインク吐出装置。