JPH09164678A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ノズルから導電性インクの噴射後に残る電極
部近傍の微細な気泡を低減し、導電性インクの通電によ
る安定した気泡の発生を行うことができる印字品質及び
信頼性に優れたインクジェットヘッドを提供することを
目的とする。 【解決手段】 導電性インク２２が噴出されるノズル２
３と、導電性インク２２に圧力を印加する圧力室と、圧
力室に配設され導電性インク２２中に気泡を発生させる
一対の電極部２９ａ，２９ｂと、圧力室に導電性インク
２２を供給するインク流路２８と、を備えた本発明の一
実施の形態のインクジェットヘッド１であって、圧力室
が、インク流路２８に接続するインク流路側圧力室３と
ノズル２３に接続するノズル側圧力室４と、インク流路
側圧力室３からノズル側圧力室４に導電性インク２２を
供給する圧力室間流路５と、を備え、圧力室間流路５の
下方に一対の電極部２９ａ，２９ｂ間の中心部付近を位
置するように構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ノズルから噴射さ
れる導電性インクを記録紙に付着させて印字を行うイン
クジェットヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、コンピュータやワードプロセッサ
ー等に接続されるプリンタ，複写機，ファクシミリ等の
画像記録装置は、画像情報に基づいて、紙やプラスチッ
ク薄板等の記録紙に画像等を形成できるように構成され
ている。この画像記録装置において、ノンインパクト型
のプリンタであり、極めて低騒音で高速印字が可能であ
り、安価な普通紙が使用できととともに現像・定着等を
必要としない、漢字，図形等の記録の融通性及び機能の
拡張性を備えたインクジェットプリンタが注目されてい
る。インクジェットプリンタは、インク粒子の作り方及
びその制御方法によって、電荷制御方式と、オンデマン
ド方式とに大別され、オンデマンド方式の１つとして、
熱により気泡（バブル）を発生させ、その体積変化にて
インクを噴出するバブルジェット方式がある。

【０００３】以下に従来のインクジェットプリンタに用
いられるインクジェットヘッドについて説明する。図７
は従来のインクジェットヘッドのインク噴射部の要部平
面断面図であり、図８は図７のＢ−Ｂ′線におけるイン
ク噴射部の要部正面断面図である。図７及び図８におい
て、２１は従来のインクジェットヘッド、２２は電流を
流すことにより沸騰し気泡が発生する導電性インク、２
３は導電性インク２２の噴射口であるノズル、２４はノ
ズル２３が形成されたノズルプレート、２５は絶縁体か
らなるガラス基板等の基板、２６はノズルプレート２４
と基板２５の間に設けられた絶縁部材、２７はノズルプ
レート２４，基板２５及び絶縁部材２６によって囲まれ
て形成された圧力室、２８は圧力室２７に導電性インク
２２を供給するインク流路、２９ａ，２９ｂは導電性イ
ンク２２に電流を流して加熱するために基板２５上にパ
ターン形成された一対の電極部、３０は一対の電極部２
９ａ，２９ｂ間に電圧を印加する信号発生部、３１は信
号発生部３０による電極部２９ａ，２９ｂ間への電圧印
加により電極部２９ａ，２９ｂ間に発生する電気力線、
３２は電極部２９ａ，２９ｂ間のギャップに形成される
電流集中部、３３は導電性インク２２がノズル２３から
噴射した状態を示すインク滴、３４はインク滴３３が付
着することにより印字ドッドが形成される記録紙であ
る。

【０００４】以上のように構成された従来のインクジェ
ットヘッド２１について、以下に導電性インク２２の噴
射原理を説明する。図７及び図８において、印字の際、
導電性インク２２が充填された圧力室２７において、基
板２５上に一対に形成された電極部２９ａ，２９ｂを介
して電極部２９ａ，２９ｂ間に、信号発生部３０から電
圧が印加される。電極部２９ａ，２９ｂ間において、導
電性インク２２を介して電気力線３１が発生し、この電
気力線３１に沿って電流が流れる。流れる電流は、特
に、電極部２９ａ，２９ｂ間のギャップの特定の部位で
ある電流集中部３２に集中し、ジュール損失により、電
流集中部３２付近の導電性インク２２が、自己発熱して
温度が上昇し、ついには導電性インク２２の沸騰が始ま
り気泡が発生する。この気泡による体積変化により、圧
力室２７内の導電性インク２２の圧力が急激に高めら
れ、導電性インク２２の圧力は急激に上昇する。この結
果、気泡の圧力を開放しようとする力によって、ノズル
２３から導電性インク２２がインク滴３３として噴射さ
れる。噴射されたインク滴３３は、ノズルプレート２４
の対面に用意された記録紙３４に付着して印字ドットを
形成する。信号発生部３０は、導電性インク２２の沸騰
が開始した時点で、電極部２９ａ，２９ｂ間への電圧印
加を停止する。噴射によって消費された導電性インク２
２は、信号発生部３０が次の電極部２９ａ，２９ｂ間へ
の電圧印加を行う前に、インク流路２８を介してインク
タンク（図示せず）から補給が行われる。

【０００５】以上のように、従来のインクジェットヘッ
ド２１は、一連の導電性インク２２の噴射動作を繰り返
すことによって、信号発生部３０からの信号に応じた導
電性インク２２がインク滴３３として記録紙３４に向け
て噴射され、記録紙３４上に画像形成が行われる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このインクジェットヘ
ッドでは、膨張した気泡が収縮した後、電極部の近傍に
微細な気泡が残留することがあり、信号発生部から次に
電圧が印加させる時に、この微細な気泡が電流集中部に
存在すると、導電性インクが十分に自己発熱して沸騰を
始める前に微細な気泡の膨張が始まるため必要な体積の
気泡を得ることができず、圧力室内の導電性インクの圧
力を十分高めることができないため、十分な量の導電性
インクを噴射することができず、濃度ばらつき等が生じ
印字品質が低下するため、導電性インクの噴射量を安定
させることが要求されている。

【０００７】本発明は、ノズルから導電性インクの噴射
後に残る電極部近傍の微細な気泡を低減し、導電性イン
クの通電による安定した気泡の発生を行うことができる
解像度及び階調が高い印字品質及び信頼性に優れたイン
クジェットヘッド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】この課題を解決するため
に本発明は、導電性インクが噴出されるノズルと、導電
性インクに圧力を印加する圧力室と、圧力室に配設され
導電性インク中に気泡を発生させる一対の電極部と、圧
力室に導電性インクを供給するインク流路と、を備えた
インクジェットヘッドであって、圧力室が、インク流路
に接続するインク流路側圧力室とノズルに接続するノズ
ル側圧力室と、インク流路側圧力室からノズル側圧力室
に導電性インクを供給する圧力室間流路と、を備えるよ
うに構成したものである。

【０００９】これにより、圧力室の圧力室間流路にイン
ク流を勢いよく発生させ、インク滴の発生後、気泡の収
縮の後に残留する微細な気泡が電極部近傍に留まること
を低減することができるという作用を有する。この結
果、電極部の通電による気泡の発生する体積を安定させ
ることができ、インク滴のインク量及びインク滴の噴射
エネルギーを安定化し、解像度及び階調の印字品質に優
れた信頼性の高いインクジェットヘッドを得ることがで
きる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載のインク
ジェットヘッドは、導電性インクが噴出されるノズル
と、導電性インクに圧力を印加する圧力室と、圧力室に
配設され導電性インク中に気泡を発生させる一対の電極
部と、圧力室に導電性インクを供給するインク流路と、
を備えたインクジェットヘッドであって、圧力室が、イ
ンク流路に接続するインク流路側圧力室とノズルに接続
するノズル側圧力室と、インク流路側圧力室からノズル
側圧力室に導電性インクを供給する圧力室間流路と、を
備えたものであり、圧力室の圧力室間流路にインク流を
発生させ、インク滴の発生後、気泡の収縮の後に残留す
る微細な気泡が電極部近傍に留まることを低減すること
ができるといる作用を有する。

【００１１】請求項２に記載のインクジェットヘッド
は、請求項１において、圧力室間流路の下方に、一対の
電極部間の中心部付近が位置する構成を備えたものであ
り、圧力室流路を狭くすることによりインク流の勢いを
増し、その部分に電極間の中心部分を位置することによ
り、電極部に生じる微細な気泡をより多く押し流すこと
ができるという作用を有する。

【００１２】請求項３に記載のインクジェットヘッド
は、請求項１又は２において、導電性インクがインク流
路圧力室からノズル側圧力室に流れる水平方向に対し
て、インク流路側圧力室の平均断面積をＤ１、ノズル側
圧力室の平均断面積をＤ２、圧力室間流路の平均断面積
をＤ３とした時、Ｄ１＞Ｄ２＞Ｄ３である構成を備えた
ものであり、導電性インクをインク流路側圧力室からノ
ズル圧力室に速やかに補給できるとともに、圧力室間流
路に勢いよくインク流を発生させることができるという
作用を有する。

【００１３】以下、本発明の実施の形態について、図１
から図６を用いて説明する。図１は本発明の一実施の形
態におけるインクジェットヘッドのインク噴射部の要部
平面断面図であり、図２は図１のＡ−Ａ′線におけるイ
ンク噴射部の要部正面断面図であり、図３は本発明の一
実施の形態におけるインクジェットヘッドの印字状態を
示す一部破断要部斜視図である。図１乃至図３におい
て、１は本発明の一実施の形態のインクジェットヘッド
である。２２は導電性インク、２３はノズル、２４はノ
ズルプレート、２５は基板、２６は絶縁部材、２８はイ
ンク流路、２９ａ，２９ｂは電極部、３０は信号発生
部、３１は電気力線、３２は電流集中部，３３はインク
滴、３４は記録紙である。これらは、従来例の図７及び
図８と同様なものなので、同一の符号を付して説明を省
略する。本実施の形態が従来例と異なるのは、圧力室
が、インク流路２８に接続するインク流路側圧力室３
と、ノズル２３に接続するノズル側圧力室４と、インク
流路側圧力室３からノズル側圧力室４に導電性インク２
２を供給しインク流６を発生させる圧力室間流路５と、
を備えた点である。ここで、圧力室間流路５の下部に、
一対の電極部２９ａ，２９ｂ間のギャップの中心部付近
が位置するように絶縁部材２６の形状を形成し、圧力室
を形成するとともに、導電性インク２２がインク流路圧
力室３からノズル側圧力室３に流れる水平方向のインク
流６に対して、インク流路側圧力室３の平均断面積をＤ
１、ノズル側圧力室４の平均断面積をＤ２、圧力室間流
路５の平均断面積をＤ３とした時、Ｄ１＞Ｄ２＞Ｄ３に
なるように形成されている。

【００１４】以上のように構成された本発明の第１実施
例のインクジェットヘッドについて、以下にノズルから
インク滴を噴射する動作を説明する。図１乃至図３で示
すように、導電性インク２２がインク流路側圧力室３，
ノズル側圧力室４及び圧力室間流路５に充填された初期
状態で、基板２５の上部に設けられた一対の電極部２９
ａ，２９ｂに、信号発生部３０からの電圧が印加される
と、圧力室間流路５内部において、導電性インク２２を
介して、電極部２９ａ，２９ｂ間に電気力線３１が発生
する。この電気力線３１に沿って電流が流れ、Ｉ²×Ｒ
（Ｉ：電流値，Ｒ：導電性インク２２の抵抗値）で表さ
れる電流のジュール損失によって、電気力線３１の電流
集中部３２におけるインクが自己発熱して、ついには沸
騰が始まり、気泡（図示せず）が発生する。発生した気
泡が膨張することによって、圧力室間流路５からインク
流路側圧力室３及びノズル側圧力室４内の導電性インク
２２の圧力が急激に高まり、この圧力を解放しようとす
る力によって導電性インク２２はノズル２３からインク
滴３３となって噴射され、記録紙３４に付着して印字ド
ットを形成する。信号発生部３０は、導電性インク２２
の沸騰が開始した時点で、電極部２９ａ，２９ｂ間への
電圧印加を停止する。ノズル２３からのインク滴３３の
噴射によって消費された導電性インク２２は、信号発生
部３０が次に電圧の印加を開始する前にインク流路２８
からインク流路側圧力室３に補給され、更に、圧力室間
流路５を通過してノズル側圧力室４に補給される。この
際、圧力室間流路５にインク流６が発生する。電極部２
９ａ，２９ｂは圧力室間流路５の下部に位置されている
ため、図３に示すように圧力室間流路５を導電性インク
２２が通過することにより電極部２９ａ，２９ｂ近傍に
残留する微細な気泡がインク流６によりノズル側圧力室
４に押し流され、気泡発生時に導電性インク２２がノズ
ル２３からノスル滴３３として噴射される。ここで、本
実施の形態で用いた導電性インク２２としては、揮発性
の高い水やアルコール等と、揮発性の低いグリセリン等
との混合溶媒液に、染料や顔料等を分散させて作られた
ものを用いた。又、本実施の形態での導電性インク２２
の抵抗率としては、１０〜５０Ω・ｃｍのものを用い
た。

【００１５】以上のように動作する本発明の一実施の形
態のインクジェットヘッド１′が組み込まれるインクカ
ートリッジについて、以下に図４及び図５を用いて説明
する。図４は本発明の一実施の形態におけるインクジェ
ットヘッドの一部破綻要部斜視図であり、図５は本発明
の一実施の形態におけるインクジェットヘッドが組み込
まれたインクカートリッジの一部破断斜視図である。図
４及び図５において、１′は複数のノズル２３を備え一
連の印字ドットを噴射可能なインクジェットヘッド、７
はインク流路２８を通じてインク流路側圧力室３，ノズ
ル側圧力室４及び圧力室間流路５に導電性インク２２を
供給する共通インク室、８はインクジェットヘッド１′
が挿着されるインクカートリッジ、９はインクカートリ
ッジ８内部に設けられたインクタンク、１０は導電性イ
ンク２２に含まれる塵埃を除去するためのインクフィル
タ、１１は導電性インク２２をインクタンク９から共通
インク室７に導くインク導入溝である。

【００１６】以上のように構成された本発明の一実施の
形態のインクジェットヘッド１′を有するインクカート
リッジ８を用いたインクジェットプリンタについて、以
下図６を用いて説明する。図６は本発明の一実施の形態
におけるインクジェットヘッドを用いたインクジェット
プリンタの一部破断斜視図である。図６において、１２
はインクカートリッジ８を挿入するたのインクカートリ
ッジ挿入口、１３はインクカートリッジが装着されるキ
ャリッジ、１４はキャリッジ１３をシリアルに往復運動
するためにキャリッジを支持するガイドシャフト、１５
は記録紙３４の紙送りを行うプラテンローラである。こ
の構成により、インクカートリッジ挿入口１２から挿入
されたインクカートリッジ８は、キャリッジ１３に固定
される。キャリッジ１３に固定されたインクカートリッ
ジ８は、コンピュータ機器等の端末機器から送られてく
る信号に応じてガイドシャフト１４に沿ってシリアルに
往復運動を行う。この時、インクジェットヘッド１′は
インクカートリッジ８の下面に設けられており、プラテ
ンローラ１５によって搬送される記録紙３４に順次印字
ドッドが付着し、印字画像が形成される。

【００１７】以上のように本実施の形態によれば、圧力
室の圧力室間流路にインク流を発生させ、インク滴の発
生後、気泡の収縮の後に残留する微細な気泡が電極部近
傍に留まることを防止することができる。特に、圧力室
間流路を狭くすることによりインク流の勢いを増し、そ
の部分に電極間の中心部分を位置することにより、電極
部に生じる微細な気泡をより多く押し流すことができ
る。更に、導電性インクをインク流路側圧力室からノズ
ル圧力室に速やかに補給できるとともに、圧力室間流路
に勢いよくインク流を発生させることができる。この結
果、電極間の導電性インクの気泡の発生体積を安定さ
せ、高解像度で高階調の印字品質を得ることができ、装
置の信頼性を向上させることができた。

【００１８】ここで、本実施の形態では、絶縁部材を用
いて圧力室の形状を形成したが、ノズルプレート等を加
工することにより、同様な圧力室を形成することもで
き、同等な効果を得ることができる。

【００１９】

【発明の効果】以上のように本発明は、ノズルから導電
性インクの噴射後に残る電極部近傍の微細な気泡を低減
し、導電性インクの通電による安定した気泡の発生を行
うことができる解像度及び階調が高い印字品質及び信頼
性に優れたインクジェットヘッドを得ることができると
いう有利な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態におけるインクジェット
ヘッドのインク噴射部の要部平面断面図

【図２】図１のＡ−Ａ′線におけるインク噴射部の要部
正面断面図

【図３】本発明の一実施の形態におけるインクジェット
ヘッドの印字状態を示す一部破断要部斜視図

【図４】本発明の一実施の形態におけるインクジェット
ヘッドの一部破綻要部斜視図

【図５】本発明の一実施の形態におけるインクジェット
ヘッドが組み込まれたインクカートリッジの一部破断斜
視図

【図６】本発明の一実施の形態におけるインクジェット
ヘッドを用いたインクジェットプリンタの一部破断斜視
図

【図７】従来のインクジェットヘッドのインク噴射部の
要部平面断面図

【図８】図７のＢ−Ｂ′線におけるインク噴射部の要部
正面断面図

【符号の説明】

１，１′本発明の一実施の形態のインクジェットヘッド ３ インク流路側圧力室 ４ ノズル側圧力室 ５ 圧力室間流路 ６ インク流 ７ 共通インク室 ８ インクカートリッジ ９ インクタンク １０ インクフィルタ １１ インク導入溝 １２ インクカートリッジ挿入口 １３ キャリッジ １４ ガイドシャフト １５ プラテンローラ ２１ 従来のインクジェットヘッド ２２ 導電性インク ２３ ノズル ２４ ノズルプレート ２５ 基板 ２６ 絶縁部材 ２７ 圧力室 ２８ インク流路 ２９ａ，２９ｂ 電極部 ３０ 信号発生部 ３１ 電気力線 ３２ 電流集中部 ３３ インク滴 ３４ 記録紙

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】導電性インクが噴出されるノズルと、前記
   導電性インクに圧力を印加する圧力室と、前記圧力室に
   配設され前記導電性インク中に気泡を発生させる一対の
   電極部と、前記圧力室に前記導電性インクを供給するイ
   ンク流路と、を備えたインクジェットヘッドであって、
   前記圧力室が、前記インク流路に接続するインク流路側
   圧力室と前記ノズルに接続するノズル側圧力室と、前記
   インク流路側圧力室から前記ノズル側圧力室に前記導電
   性インクを供給する圧力室間流路と、を備えたことを特
   徴とするインクジェットヘッド。
2. 【請求項２】前記圧力室間流路の下部に、一対の前記電
   極部間の中心部付近が位置することを特徴とする請求項
   １に記載のインクジェットヘッド。
3. 【請求項３】前記導電性インクが前記インク流路圧力室
   から前記ノズル側圧力室に流れる水平方向に対して、前
   記インク流路側圧力室の平均断面積をＤ１、前記ノズル
   側圧力室の平均断面積をＤ２、前記圧力室間流路の平均
   断面積をＤ３とした時、Ｄ１＞Ｄ２＞Ｄ３であることを
   特徴とする請求項１又は２に記載のインクジェットヘッ
   ド。