JPS6255154A - インクジエツト記録ヘツド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、微小開口よりインク液を噴射させ、被記録物
に文字、図形、画像等を記録するインクジェット記録ヘ
ッドに関するものである。

従来の技術 最近、インクジェット記録ヘッドはカラープリンタやコ
ンビーータの端末機器等の分野で盛んに利用されるよう
になってきた。このインクジェット記録ヘッドは例えば
特開昭５９−１９２５７６号公報に記載されている構成
が知られている。以下、第２図を参照して、従来のイン
クジェット記録装置およびヘッドについて説明する。

第２図において、１３はボディ部材である。絶縁性の空
気ノズル板２には空気吐出口１が穿孔されており、空気
ノズル板２と平行して絶縁性のインクノズル板１４が配
置されており、かつ　インクノズル板１４には空気吐出
口１に対向してインク吐出口４が穿孔されている。

インク吐出口４の周囲には、空気吐出口１方向に延びる
凸状部１７が設けられている。空気供給路８には、空気
供給源３より空気流が流入し、環状構造の空気室９にお
いて均一化され、空気ノズル板２とインクノズル板１４
とにより生じる空気層７の周辺より流入し、空気吐出口
１より流出している。この空気流は空気吐出口１の近傍
で急激に変化しているため、インク吐出口４より空気吐
出口１に至る空間には急激な圧力勾配の変化が生じてい
る。一方、インク吐出口４に隣接したインク室１０はイ
ンク溜り１１とインク供給路６を介して連通しており、
インク溜り１１内のインクは、空気供給源３よりの空気
圧力によって、圧力調整機構１６により調整された一定
圧力が印加されている。これは、インクジェット記録装
置の非駆動時にインク吐出口４の近傍の空気圧力とイン
ク吐出口４あるいはインク室１０のインク圧力がほぼ等
しくインク吐出口４近傍のインクのメニスカスが静止し
て保たれるように調整するためである。信号源５は空気
吐出口１の周辺に設けられた電極１２とインク吐出口４
のインク室１０に面した周辺に設けられた電極１５に接
続されており、インクは導電性であるので電極１２とイ
ンク吐出口４近傍に保持されたインクの間に電位差が生
じさせられる。

この電位差による静電力によってインク吐出口４近傍に
生じるインクのメニスカスが空気吐出口１の方向に引き
伸ばされる。さらに、インク吐出口４がら空気吐出口１
に至る空間には急激な圧力勾配の変化が生じているため
、インク吐出口４近傍に生じるインクのメニスカスは一
定長さ以上引き伸ばされると前記圧力勾配の変化により
加速され空気吐出口１より飛翔する。

第３図（ａ）、　（ｂ）は、第２図の中のインクジェッ
ト記録ヘッドの空気吐出口１付近とインク吐出口４付近
の断面図である。第３図（ａ）は、非駆動時におけるイ
ンクのメニスカスが保たれている状態を示す。第３図（
ｂ）は、静電力と空気流の力によってインクのメニスカ
スが引き伸ばされた状態を示す。

凸状部１７を有するインクノズル板１４は、感光性ガラ
スの材質であり、弗酸水溶液による化学エツチングによ
り形成されている。詳しくは本発明者らが先に出願した
特願昭５９−８０４１９号や　５９−９２２４９号のノ
ズル製造方法にあるが、第４図（ａ）〜（ｇ）を参照し
て簡単に説明する。第４図（ａｊにおいて、２１は感光
性ガラスでありその上に露光マスク２２を配置し、紫外
光をあてて露光を行なう。露光マスク２２において、リ
ング状の部分２２ａは光を遮断し、２２ｂの部分は光を
透過する。（ｂ）において、光があたった部分２１ｂは
感光され、その後の熱処理によりＬｉ　２０−　Ｓ　ｉ
０２結晶が発生し、弗酸水溶液によるエツチングが容易
となる。２１ａは光があたらなかったので結晶化してい
ない部分である。（Ｃ）において、感光性ガラス２１の
両面を弗酸水溶液によりハーフエツチングを行なう。結
晶化している部分２１ｂの方が速くエツチングされるた
め、図の中で２３と２４が速くエツチングされ、両面リ
ング状の凸状部２５と２６が形成される。（ｄ）におい
て、感光性ガラス２１の片面全体を、耐弗酸性材料のエ
レクトロンワックス２８でマスキングする。エレクトロ
ンワックス２８はパラフィン系の接着材であり温度を上
げてマスキンクする。そして、エレクトロンワックス２
８でマスキングした反対の面を、エレクトロンワックス
２７でマスキングする。感光性ガラス２１の温度を上げ
て、エレクトロンワックス２７を液状にしマスキングす
るのであるが、リング状の凸状部２６の近傍に塗られた
エレクトロンワックス２７は、娠々にぬれて広がり、リ
ング状の凸状部２６の中にエレクトロンワックス２７が
入ることなくマスキングされる。（ｅ）において、エレ
クトロンワックス２７でマスキングした方から、感光性
ガラス２１の２度目のエツチングをリング状の凸状部２
６の中から、反対側のリング状の凸状部２５の中に貫通
するまで行なう。３０はエツチングされ貫通した部分で
ある。３１はサイドエツチングされた部分である。（ｆ
）において、前記のエツチング後、水洗いをしてからト
リクロルエチレンの超音波洗浄により、エレクトロンワ
ックス２７　　と２８を剥離する。（ｇ）ζこおいて、
片面を研摩して図のようなリング状の凸状部２５を有す
るノズルを形成しておわる。

空気ノズル板２は、同じく感光性ガラスの材質であり、
従来から知られている化学エツチング方法により形成さ
れている。

第５図（ａバｂ）は、インク吐出口４付近の断面図であ
る。インクのメニスカスが凸状部１７の外縁３２に沿っ
て形成されている状態を第５図（ａ）に、凸状部１７の
内縁３３に沿って形成されている状態を第５図（ｂ）に
示す。ここで使用されている油性インクは、表面張力が
２５〜５０　ｄｙｎｅｓ／ｃｍであり、感光性ガラスの
表面張力は２００　ｄｙｎｅｓ／ｃｍ以上であるので、
感光性ガラスの材質であるインクノズル板１４と空気ノ
ズル板２に油性インクはぬれやすい。第５図（ａ）にお
いて、凸状部１７の外側面３６に油性インクのメニスカ
スが接する角度は負かまたは小さい角度となるために、
油性インクは外側面３６までぬれずに外縁３２に沿って
油性インクのメニスカスが形成されることがある。また
第５図（ｂ）に示すように前端面３４はほとんどエツチ
ングされないところなので中心線平均粗さがｏ、ｏｉＩ
ｆｒｌ　　と平である。それに比べて内側面３５はエツ
チングされた面なので中心線平均粗さが０．０５μｍ　
と粗い。

表面粗さの違いから油性インクは内側面３５より前端面
３４の方がぬれにくいために、内縁３３に沿って油性イ
ンクのメニスカスが形成されることがある。第５図（ａ
ｔの外縁３２に沿っている場合に比べ第５図（ｂ）の内
縁３３に沿っている方が、油性インクのメニスカスの面
積が小さいので単位面積当りの静電力が大きいため、イ
ンクのメニスカスを引き伸ばすためのしきい値電圧が低
いことがわかった。

発明が解決しようとする問題点 外縁３２と内縁３３のどちらにインクのメニスカスが沿
うかは、空気の圧力とインクの圧力とのバランス、油性
インクの粘度や表面張力、バイアス電圧および信号電圧
等の条件に依存性があるため、それらの条件が少しでも
変化すると、メニスカスの沿い方ならびに面積が変化す
るので、しきい値電圧が変化しインクの吐出量が安定し
ないという問題が生じた。

第６図（ａｌは、空気ノズル板２にインク３８が付着し
た場合の信号印加時のインク吐出口４付近の断面図を示
す。このようなインク３８の付着は、例えばインク吐出
口４に衝撃的な圧力波が伝搬された時や、空気の圧力と
インクの圧力のバランスがくずれたりした時に、インク
吐出口４よりインクが多量に流出した場合に生じる。あ
るいは、インク吐出口′″４より飛翔させられたインク
液滴が空気ノズル板２の前面に付着し、前面から空気吐
出口１の壁面、さらにインク吐出口４に対向する面にま
でインクがぬれ広がって、インク３８の付着が生じる。

付着したインク３８と電極１２はつながっているので、
付着したインク３８にも電圧が印加される。インク３８
が付着している場合には、インク３８とインク吐出口４
近傍に保持されたインクとの距離が近づくために、イン
ク吐出口４近傍に保持されたインクと電極１２ならびに
インク３８との間に生じる静電力は大きくなるので、イ
ンクのメニスカスを引き伸ばすのに必要なしきい値電圧
が低くなり、言いかえるとインクの吐出量が多くなり、
インク３８の着き方により吐出量が種々変化するという
問題が生じた。また引き伸ばされるインクのメニスカス
は、インク３８の方向に引っばられて曲げられるために
、インク吐出口４の軸中心線上をまっすぐにインク液滴
が飛翔しなかったり、さらに大きく曲げられてインク液
滴が空気ノズル板２に当たって散るという問題が生じた
。

第６図（ｂ）は、インクノズル板１４の凸状部１７の周
辺に、インク３９が付着した場合の信号印加時のインク
吐出口４付近の断面図を示す。このようなインク３９の
付着は、前記と同様に圧力波が伝搬された時や、圧力の
バランスがくずれたりした時に、インク吐出口４よりイ
ンクが多量に流出した場合に生じる。あるいは、インク
ジェット記録装置の非運転時において、空気流が流れて
いない時にインク吐出口４の中からインクがぬれ広がっ
てインク３９の付着が生じる。付着したインク３９とイ
ンク吐出口４近傍に保持されたインクはつながっている
ので、付着したインク３９にも電圧が印加される。その
ため電極１２とインク吐出口４近傍に保持されたインク
ならびに付着したインク３９との間に静電力が生じる。

インク３９の面積が大きいほど静電力は分散するので、
インクのメニスカスを引き伸ばすのに必要なしきい値電
圧が高くなり、言いかえるとインクの吐出量が少なくな
り、インク３９の着き方により吐出量が種々変化すると
いう問題を生じた。またインク吐出口４の中心からずれ
た位置に電気力線が集中するので、メニスカスの引き伸
ばされる位置がずれるので、インク吐出口４の軸中心線
上をまっすぐにインク液滴が飛翔しないという問題が生
じた。

これらの問題は、複数のインク吐出口４により記録する
場合には記録特性が特に揃いにくく大きな問題となる。

本発明は従来技術の以上のような問題を解消するもので
、吐出量を制御する電圧の大きさに関係なく吐出量が変
化するのを押さえ、またインク液滴がインク吐出口４の
軸中心線上をまっすぐに飛翔するようにして、記録特性
を揃えることを目的とするものである。

問題点を解決するための手段 本発明は、空気流が流出する空気吐出口とインク吐出口
が対向して設置され、前記インク吐出口近傍に保持され
たインクに作用する静電力と、前記空気流による加速力
によりインクを吐出するよう構成され、前記空気吐出口
付近と前記インク吐出口が設けられているインクノズル
板の凸状部の前端面と外側面および周辺が、撥水撥油性
材料を被覆することによりインクに対して撥水撥油性で
あるようにして、上記目的を達成するものである。

作　　　　用 本発明は上記構成により、空気吐出口付近とインク吐出
口付近にインクが付着しにくくなり、付着した場合にも
大部分を容易に除去し、残りの少量のインクをぬれ広が
らないようにし、またインクのメニスカスが凸状部の内
縁に沿って安定して保持されるようにしたものである。

実施例 以下、図面を参照しながら本発明の実施例について説明
する。第１図は本発明の実施例におけるインクジェット
記録ヘッドの空気吐出口１付近とインク吐出口４付近の
断面図である。第１図において、絶縁性の空気ノズル板
２には空気吐出口１が穿孔されており、空気ノズル板２
と平行して絶縁性のインクノズル板１４が配置されてお
り、インクノズル板１４にはインク吐出口４が穿孔され
ている。空気層７の周辺から送り込まれた空気流が流出
する空気吐出口ｌとインク吐出口４が対向して設置され
ている。インク吐出口４の周囲には、空気吐出口１方向
に延びる凸状部１７が設けられており、３２が外縁、３
３が内縁、３４が前端面、３５が内側面、３６が外側面
を示す。１０はインク吐出口４に隣接したインク室であ
る。信号源（図示されていない）が電極１２と電極１５
に接続されており、インクは油性でありかつ導電性であ
るので電極１２とインク吐出口４近傍（インクのメニス
カスが内縁３３に沿っている。）に保持されたインクの
間に電位差が生じさせられ、電位差により静電力が働く
。インク吐出口４近傍に保持されたインクに作用する静
電力と、空気流ｌこよる加速力によりインクを吐出させ
る。

空気吐出口１の壁面４１、インク吐出口４に対向する面
４２および空気ノズル板２の前面４０に、撥水撥油性材
料１９を被覆する。撥水撥油性材料１９は、含ふっ素ポ
リマーであり、ここではＷ社の商品名フロラ−ドア２１
をＦＣ−７７により稀釈したものをスプレー塗布してい
る。フロラードは、表面張力が１１〜１２　ｄｙｎｅｓ
／ｃｍとインクの表面張力の２５〜５０　ｄｙｎｅｓ／
ｃｍ　　に比べて小さいので、インクに対して十分な撥
水撥油性を得ることができる。

インク吐出口４が設けられているインクノズル板１４の
凸状部１７の前端面３４と外側面３６および周辺３７に
、撥水撥油性材料１８を被覆する。撥水撥油性材料１８
は、前記と同じフロラードを用いているが、インクノズ
ル板１４の前方からスプレー塗布するときに、インク吐
出口４がら空気を流出させながら行なうと、内側面３５
に撥水撥油性材料１８を付着させないで塗布することが
できる。

撥水撥油性材料１８と１９の被覆面上は、表面張力が小
さいためにインクがぬれにくり、またインクがはじかれ
るようになっている。

それで、凸状部１７の前端面３４、外側面３６、周辺３
７、空気吐出口１付近の空気吐出口１の壁面４１、イン
ク吐出口４に対向する面４２および空気ノズル板２の前
面４０には撥水撥油性材料１８と１９が被覆されている
のでインクが付着しにくく、また前記の原因により付着
したインクは、空気流の流れに運ばれて空気吐出口１の
外方に吹き飛ばされるか、内縁３３に沿って保持されて
いるインクの中に戻され、大部分が容易に除去できる。

さらに空気流で除去できない残りの少量の付着したイン
クは、ぬれ広がらずはじかれて塊状になるので、電極１
２とインク吐出口４近傍の内縁３３に沿って保持された
インクとつながらないので問題とならない。また前端面
３４には撥水撥油性材料１８が被覆されているのでイン
クがぬれにくいため、空気の圧力とインクの圧力とのバ
ランス、インクの粘度や表面張力、バイアス電圧および
信号電圧等の条件が少し変化したぐらいでは、インクの
メニスカスが外縁３２に沿って形成されることはほとん
どなく、内縁３３に沿って形成され、インクのメニスカ
スを内縁３３に沿って安定して保持することができる。

以上の説明から明らかなように本実施例によれば、撥水
撥油性材料１８と１９を被覆することによりインクが付
着しにくくなり、また付着した場合にも大部分を容易に
除去し、さらに残りの少量のインクをぬれ広がらずはじ
かれて塊状になるようにしたものであり、付着したイン
クに電圧が印加されることにより生じた問題は起こらな
く、かつインクのメニスカスを内縁３３に沿って安定し
て保持することができるので、吐出量を制御する電圧の
大きさに関係なく吐出量が変化するのを押さえ、またイ
ンク液滴がインク吐出口４の軸中心線上をまっすぐに飛
翔するようにして、記録特性を揃えることができる。

なお以上の説明では撥水撥油性材料１８と１９は、含ふ
っ素ポリマーについて説明したが、他の無機ふっ素化合
物でもよく、被覆方法もスパッタコーティングや真空蒸
着、浸漬塗布あるいは含ふっ素モノマーによる表面処理
等、種々の方法により被覆してもよい。また空気吐出口
１とインク吐出口４が１つずつの場合について説明した
が、各々が複数であってもよい。さらに油性インクの場
合について説明したが、水性インクであってもよい。

発明の効果 以上のように本発明は、撥水撥油材料を被覆することに
より、インクの吐出量を制御する電圧の大きさに関係な
く吐出量が変化するのを押さえ、またインク液滴がイン
ク吐出口４の軸中心線上をまっすぐに飛翔するようにし
て、記録特性を揃えることができ、その効果は大きい。

さらに、インクのメニスカスを内縁に沿って安定して保
持することができるので、インクのメニスカスの面積が
小さいため、しきい値電圧が低く、また微小なインク液
滴（紙面上において１ドツトが直径にして１０１１ｍ以
下の大きさ）を安定して吐出させることができ、その効
果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例におけるインクジェット記録ヘ
ッドの断面図、第２図は本発明の適用される従来のイン
クジェット記録装置およびヘッドの外観図、第３図（ａ
）、（ｂ）は第２図のインクジェット記録ヘッドの一部
拡下断面図、第４図（ａＪ〜（ｇ）は従来のノズル製造
工程図、第５図（ａ）（ｂ）、第６図（ａ）、（ｂ）は
第２図のインクジェット記録ヘッドの動作を説明するた
めの断面図である。 １・・・空気吐出口、２・・・空気ノズル板、４・・・
インク吐出口、１２・・・電極、１４・・・インクノズ
ル板、１７・・・凸状部、１８．１９・・・撥水撥油性
材料。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　はか１名図　
　　　　　　　　　　　　　Ａ４イシクノズフを末之第
３図 第４図 第６図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 空気流が流出する空気吐出口とインク吐出口が対向して
   設置され、前記インク吐出口近傍に保持されたインクに
   作用する静電力と、前記空気流による加速力によりイン
   クを吐出するよう構成され、前記空気吐出口付近と前記
   インク吐出口が設けられているインクノズル板の凸状部
   の前端面と外側面および周辺が、撥水撥油性材料を被覆
   することにより撥水撥油性であることを特徴とするイン
   クジェット記録ヘッド。