JPH06134992A

JPH06134992A - インクジェット記録ヘッド

Info

Publication number: JPH06134992A
Application number: JP28414892A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Miura; 眞芳三浦; Koichi Saito; 幸一斉藤
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1992-10-22
Filing date: 1992-10-22
Publication date: 1994-05-17
Anticipated expiration: 2012-09-03
Also published as: JP2650584B2

Abstract

(57)【要約】【目的】各種印写機器に使用されるインクジェット記
録に関するもので、静電吸引型インクジェットの導電性
インクの使用が困難であること、及び駆動電圧が高電圧
であることを解決し、普通紙対応性がよく安全なインク
が使用できる小型低価格なヘッドの提供を目的とする。【構成】インク吐出口１０に対向して対向電極１１を
設け、複数のインク吐出口に独立してインクを供給する
インク層１９を設ける。インク層１９には被覆膜１５を
介して電極１３とヒータ１４が設置されている。対向電
極１１と共通インク室２０との間にはインクが吐出しな
い程度の電位差が、対向電極１１と電極１３との間には
インク吐出の可能な電位差が設けられる。ヒータにより
気泡が発生するとインクが分断され、インクが電極１３
の電位となり吐出する。この構成により、水性インクが
可能で低電圧駆動のヘッドが得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、微小液滴を吐出させて
文字、図形、画像等を描くインクジェット記録装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、インクジェット記録技術は、静粛
で、印字品位が高く、低価格な小型プリンタとして注目
を浴びている。

【０００３】インクジェット記録技術には、種々の方式
が提案されているが、本発明は静電吸引型インクジェッ
トに属するものである。

【０００４】以下、従来の静電吸引型インクジェットに
ついて説明する。図５は、従来の静電吸引型インクジェ
ットのマルチノズル構造を示すものである。

【０００５】図５において、１−１から１−３は、絶縁
物で構成されたインク吐出口、２−１から２−３は、イ
ンク吐出口の裏面に設置された吐出電極、３−１から３
−３は、前記吐出電極に信号電圧を印加するパルス回
路、４はインク、５は記録紙、６はインクを吸引するた
めの背面電極をそれぞれ示している。

【０００６】以上のように構成されたインクジェットに
ついて、以下その動作について説明する。

【０００７】まず、インクノズル内のインク４と背面電
極６には、インク４が吐出しない範囲のバイアス電圧が
印加されている。

【０００８】次に、２−１から２−３の内の適当な吐出
電極に信号電圧が印加されると、信号電圧の印加された
インクノズル内のインク４と背面電極との電位差が増大
し、インクノズル内のインク４が吸引されて記録紙５上
に到達する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の構成では、インクノズル毎に独立して吐出を制御
するため、吐出電極間には、電圧の印加状態によって、
隣接する吐出電極間において信号電圧に相当する程度の
電位差が生じる場合があるため、導電性インクを使用す
ると大きな電流がインク中に流れ、発熱による破壊が生
じる場合が考えられる。

【００１０】そのため、インクには絶縁性の油性インク
が使用されている。油性インクは、水性インクに比較し
て、沸点が高く、目詰まりしにくいインクが実現可能で
あるという利点があるが、油容性染料は染料の種類が少
なく、インク設計の自由度が狭い点、臭いや引火性、安
全性等に対する対策が大変であるという点、油性溶媒は
一般に表面張力が低く、記録紙上でのドットの浸透速度
について、表面張力の値を変化させ、記録紙の性質に合
わせた適切な値に操作することが困難であり、普通紙対
応インクの実現が難しい点、等の課題がある。

【００１１】また、静電吸引型インクジェットは、数百
Ｖのドライブ回路が必要であり、回路構成が大型化し、
低価格化が困難という一般的な課題も有している。

【００１２】本発明は、上記従来技術の課題を解決する
もので、導電性のインクが使用でき、駆動信号電圧の低
い、静電吸引型インクジェットを提供することを目的と
する。

【００１３】

【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、インク吐出口にインクを供給するインク流
路に、インクを分離隔絶する手段を設けたものである。

【００１４】

【作用】本発明は上記構成によって、インク流路のイン
クが分離されるため、導電性の水性インクを使用して
も、他のノズルとは電気的に遮断されるので、電極間の
ショートが発生することなく、良好に動作するインクジ
ェット記録ヘッドが実現できる。

【００１５】

【実施例】

（実施例１）以下、本発明の第１の実施例について、図
面を参照しながら詳細に説明する。

【００１６】図１は、本発明の第１の実施例におけるイ
ンクジェット記録ヘッドの断面図である。

【００１７】図１において、１０はインク吐出口、１１
は対向電極、１２は記録紙、１３は電極、１４はヒー
タ、１６は絶縁性ノズル板、１７は気泡、１９はインク
層、２０は共通インク室、２１は電極保護膜、２２はヒ
ータ保護膜、２３は発熱回路、２４は高圧回路である。

【００１８】本実施例では、単一のインク吐出口を有す
るシングルノズルの構成を基本として説明するが、イン
クジェットヘッドが、複数のインク吐出口を有するマル
チノズルの場合には、インク吐出口およびインク層は、
各々独立して図１の紙面に垂直方向に複数個設けられ
る。

【００１９】ここで、インク吐出口１０は絶縁性ノズル
板１６に穿孔され、このインク吐出口１０に対向し、記
録紙１２を挟んで、対向電極１１が設けられている。

【００２０】また、電極１３は、薄いインク層１９を介
して、絶縁性ノズル板１６の裏面に設けられている。

【００２１】この電極１３には、電極保護膜２１が設け
られているが、この電極保護膜２１は、それを介してイ
ンクに適当な電位を印加できる電気的性質の材質、寸
法、構造のものが選択されている。

【００２２】また、電極１３の下方にはヒータ１４が設
けられており、ヒータ１４は、それを保護するヒータ保
護膜２２で覆われている。

【００２３】共通インク室２０は、インク層１９の下方
に設けられ、シングルノズルの場合には単一のインク吐
出口１０にインクを連通するインク室であり、マルチノ
ズルの場合には全てのインク吐出口にインクを連通する
ための共通のインク室となっている。

【００２４】また、ヒータ１４には発熱させるための発
熱回路２３が接続され、電極１３およびヒータ１４には
高電圧を印加するための高圧回路２４が接続されてい
る。

【００２５】さて、静電吸引型インクジェットでは、イ
ンク吐出口１０内のインクと、対向電極１１との間の静
電力によって、インクを吸引して吐出させるのだが、ど
の程度の大きさの電位差でインクが吐出するかは、イン
ク吐出口先端のインクに作用する電界力と電荷量によっ
て決定される。

【００２６】すなわち、インク吐出に必要な電位差は、
インク吐出口形状、対向電極の位置等の形状、寸法によ
って随時決定されることになるが、図１に示される本実
施例においては、例えば、電位差が１．８ｋＶでインク
の吐出が開始されるとし、まず、対向電極に−１．７ｋ
Ｖを印加する。

【００２７】そして、インク吐出信号が印加されないと
きにおいて、電極１３の電位は０Ｖであり、電極保護膜
１３を介してインクが０Ｖに設定されている。

【００２８】次に、インク吐出信号が印加されると、ま
ず、発熱回路２３から所定の間隔、パルス長を有するパ
ルス信号がヒータ１４に送出され、ヒータ１４が発熱
し、インク層１９のインクに気泡１７が発生する。

【００２９】そして、気泡１７が発生した時点で、高圧
回路２４が作動して、電極１３およびヒータ１４の電位
が、例えば＋３００Ｖにまで上昇され、結果として、イ
ンク吐出口１０内のインクと対向電極１１との電位差
が、２．０ｋＶの高電圧となり、インクがインク吐出口
１０から記録紙１２側に吸引吐出され、記録紙１２上で
記録が行なわれる。

【００３０】このインク吐出時においては、気泡１７が
発生されることにより、インク層１９のインクと共通イ
ンク室２０内のインクとは電気的に隔離状態にあるた
め、電極１３によって印可される電界力は気泡１７で遮
蔽された領域に効果的に制限され、導伝性インクを用い
たとしてもインク吐出口１０からの吸引吐出が可能とな
る。

【００３１】また、マルチノズルのヘッド構成の場合で
も、気泡１７により他のインク吐出口に連絡する共通イ
ンク室２０が、インク層１９のインクから電気的に絶縁
されるため、他のインク吐出口への電気的な影響は発生
せず、誤動作等が発生することはない。

【００３２】そして、インク吐出が完了した後におい
て、気泡１７が消滅する所定の時間前に、高圧回路２４
による電極１３およびヒータ１４への電圧の印加を停止
し、これらの電位を降下させて初期の状態に一旦戻し、
次のインク吐出信号が発生すると、それに対応して以上
の動作を繰り返し、インク吐出を行なう。

【００３３】以上の詳細な説明のように、本発明の構成
によれば、気泡発生によってインク吐出口内のインクを
電気的に分離することができるため、導電性の水容性イ
ンクを使用することができる。さらに、マルチノズルヘ
ッドにおいても、同様な構成でインク吐出が可能である
点で、大きな効果を有する。

【００３４】（実施例２）以下、本発明の第２の実施例
について、図面を参照しながら詳細に説明する。

【００３５】図２は、本発明の第２の実施例におけるイ
ンクジェット記録ヘッドを示す。図２において、１０は
インク吐出口、１１は対向電極、１２は記録紙、１３は
電極、１４はヒータ、１５は被覆膜、１６は絶縁性ノズ
ル板、１７は気泡、１８は駆動回路、１９はインク層、
２０は共通インク室である。

【００３６】本実施例においても、単一のインク吐出口
を有するシングルノズルの構成を基本として説明する
が、インクジェットヘッドが、複数のインク吐出口を有
するマルチノズルの場合には、インク吐出口およびイン
ク層は、各々独立して図２の紙面に垂直方向に複数個設
けられる。

【００３７】ここで、対向電極１１は、記録紙１２を挟
んで、絶縁性ノズル板１６に穿孔されたインク吐出口１
０に対向して設けられている。

【００３８】また、電極１３は、薄いインク層１９を介
して、ノズル板１６の裏面に設けられている。

【００３９】この電極１３は、適当な抵抗と容量を持っ
た被覆膜１５に覆われており、コンデンサ的、あるいは
大きな抵抗を介した形でインクに電位を印加することが
できる。

【００４０】また、電極１３の下方にはヒータ１４が設
けられており、インク層１９を加熱し、気泡１７を発生
させることができる。

【００４１】共通インク室２０は、インク層１９の下方
に設けられ、シングルノズルの場合には単一のインク吐
出口１０にインクを連通するインク室であり、マルチノ
ズルの場合には全てのインク吐出口にインクを連通する
ための共通のインク室となっている。

【００４２】本実施例の構成において、１．８ｋＶで
インクの吐出が開始されるとすると、対向電極１１に
は、例えば−２ｋＶの電位差を印加しておく。

【００４３】また、共通インク室２０には、３００Ｖが
印加され、インク吐出口の電位が共通インク室のインク
と同電位のときには、インクの吐出がなされないように
設定しておく。

【００４４】一方、電極１３には、ヒータ加熱用の駆動
回路１８が接続されているが、通常は０Ｖである。

【００４５】このとき、インク層１９のインクと電極１
３との間には３００Ｖの電位差が生じるが、被覆膜１５
には微小電流が流れるに過ぎないため安定に絶縁がなさ
れている。

【００４６】次に、駆動回路１８から、電極１３にヒー
タ加熱用のパルス電圧が印加されると、インク層１９に
気泡１７が発生し、インク層１９を塞ぎ、インク吐出口
１０近傍のインクが共通インク室２０のインクと分離さ
れる。

【００４７】この分離されたインクは、次に、被覆膜１
５を介して電極１３の電位０Ｖに近づき、インク吐出口
１０内のインクと対向電極１１間の電位差が上昇して、
インクが吸引吐出される。

【００４８】そして、気泡１７が消滅すると、初期の電
位関係が再現され、インクは吐出されない状態に戻る。

【００４９】以上の詳細な説明のように、本実施例の構
成によれば、気泡発生によって複数のインク吐出口内の
インクを各々分離することができるため、導電性の水容
性インクを使用することができる。

【００５０】さらに、インク吐出口１０内のインクを吐
出可能となるような電位関係を与えるのは、気泡１７の
発生時に電極１３により自然になされることになり、第
１の実施例のような高圧回路２４が不要となる。

【００５１】すなわち、本実施例では、インク吐出口１
０内のインクの電位は、気泡１７によってスイッチング
されることになる。

【００５２】第１の実施例では、特にマルチノズル構造
で効果的であったが、第２の実施例においては、シング
ルノズル構造でも、高電圧のスイッチングが不要である
点で、効果的な構成である。

【００５３】（実施例３）以下、本発明の第３の実施例
について、図面を参照しながら詳細に説明する。

【００５４】図３は、本発明の第３の実施例におけるイ
ンクジェット記録ヘッドを示す。図３において、１０は
インク吐出口、１２は記録紙、１３は電極、１４はヒー
タ、１６は絶縁性ノズル板、１７は気泡、１８は駆動回
路、１９はインク層、２０は共通インク室、２５は吸引
電極、２６は開口である。

【００５５】本実施例は、基本的には第２の実施例と同
様であるが、インク吐出口１０の前面に、インク吐出口
１０よりもやや大きめの開口２６を設け、開口２６の表
面の吸引電極２５と、インク吐出口１０内のインクとの
間に電位差を設けて、静電力によってインク液滴を吐出
させるよう構成した点が異なる。

【００５６】従って、動作についても、第２の実施例と
同様ではあるが、本実施例の場合、吸引電極２５がイン
ク吐出口１０の近傍に設置できるため、より小さな電位
差で大きな静電力の発生が可能であり、より効率的にイ
ンクの吸引吐出が実現できるるという利点がある。

【００５７】（実施例４）以下、本発明の第４の実施例
について、図面を参照しながら詳細に説明する。

【００５８】図４は、本発明の第４の実施例におけるイ
ンクジェット記録ヘッドを示す。図４において、１０は
インク吐出口、１２は記録紙、１３は電極、１４はヒー
タ、１５は被覆膜、１６は絶縁性ノズル板、１７は気
泡、１８は駆動回路、１９はインク層、２０は共通イン
ク室、２７は空気流、２８は吸引電極、２９は空気吐出
口である。

【００５９】本実施例は、基本的には第２の実施例と同
様であるが、空気流と静電力を利用したインクジェット
記録ヘッドである点が異なる。

【００６０】すなわち、本実施例においては、吸引電極
２８が空気吐出口２９の周囲に設けられており、この空
気流と静電力を利用したインクジェット記録ヘッドにお
いては、インク吐出口１０に対向して空気吐出口２９を
設け、空気吐出口２９とインク吐出口１０の間隙より空
気流２７を送り、空気吐出口２９より常時空気流２７を
流す構成となっている。

【００６１】このような構成のインクジェット記録ヘッ
ドでは、吸引電極２８が空気吐出口２９の近傍に精度良
く設置できること、空気流２７によりインク液滴が加速
されること等により、低駆動電圧で高速応答性のあるイ
ンク吐出特性が得られる。

【００６２】なお、第１から第４の実施例において、ヒ
ータ１４により気泡を発生させる構造を採用したが、液
体を分断できる手段であれば他の構成も可能である。

【００６３】例えば、機械的に流路を閉じるマイクロ弁
や、水素吸蔵合金による水素気泡の発生等が考えられ
る。

【００６４】また、第１から第４の実施例において、イ
ンク層９の気泡１７の発生する箇所は、気泡１７によっ
て確実に液が分離できる構成を採用することが、非常に
重要である。

【００６５】例えば、気泡発生箇所を他の流路部分より
狭い構造にすることや、気泡発生部分を撥インク性物質
で形成することにより、インク液を速やかに分離させる
構成等が考えられる。

【００６６】また、第１から第４の実施例において、被
覆膜１５、電極保護膜２１は、それによって決定される
電気的な容量と抵抗値が適切なものとなるよう、材料形
状が選択され、ヒータ保護膜２２は、耐熱性の良い材料
が選択される。

【００６７】例えば、これらの材料としては、セラミッ
ク、ガラス、SiO₂や、その他の樹脂等が適用される。

【００６８】また、第１から第４の実施例において、イ
ンク吐出口１０の形状が凸状となっているが、静電吸引
型インクジェット記録ヘッドでは、この形状にすること
によって、電界の集中が良くなり、低電圧でのインクの
吐出を可能ならしめるものである。

【００６９】また、静電吸引型インクジェット記録ヘッ
ドでは、メニスカスを常に一定の形状に保ち、ノズル周
辺のインクの濡れや、たれが生じないようにすることが
重要である。そのため、ノズル周辺にテフロンのような
撥インク性物質を塗布することが効果的である。

【００７０】さらに、他のインクジェット記録の方式
に、気泡の発生収縮のみを利用して、インク液滴を吐出
停止させる構成があるが、本発明においては、気泡はイ
ンク層の分断を目的とするため、より小さな膨脹エネル
ギーの気泡が採用され得、消費電力の低いプリンタ用ヘ
ッドが実現される。

【００７１】また、蓄熱量も少ないため、放熱に関して
有利であり、それが、高速応答性を実現させる要因とな
る。

【００７２】なお、本発明では、気泡１７の発生消滅の
際、インク吐出口１０に形成されるインクのメニスカス
が移動し、振動を起こす。

【００７３】しかし、この振動には、静電力によってイ
ンクのメニスカスを***させるためのエネルギーを肩代
りする効果があるため、むしろ、本発明をより効果的に
するものであり、この振動を有効に利用することによっ
て、約２０〜３０％インク吐出のための電位差を低下さ
せることができる。

【００７４】

【発明の効果】以上のように本発明は、インク吐出口に
インクを供給するインク流路に、インクを分離隔絶する
手段を設けることにより、導電性の水容性インクが使用
でき、また、インク流路のインク吐出口近傍に被覆膜を
介し電極を設け、気泡がインク流路のインクを分離隔絶
した際に、インク吐出口近傍のインクを、被覆膜の電気
的性質にしたがって、電極の電位に近づけ、静電力を増
加させることによりインクを吸引吐出することで、高電
圧のスイッチングが不要となる。そのため、普通紙対応
性が良く、安全性に優れたインクの使用できる、低価格
で小型のプリンタに適した、優れたインクジェット記録
ヘッドを実現できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例におけるインクジェット
記録ヘッドの断面図

【図２】本発明の第２の実施例におけるインクジェット
記録ヘッドの断面図

【図３】本発明の第３の実施例におけるインクジェット
記録ヘッドの断面図

【図４】本発明の第４の実施例におけるインクジェット
記録ヘッドの断面図

【図５】従来の静電吸引型インクジェット記録ヘッドの
断面図

【符号の説明】

１０インク吐出口１１対向電極１２記録紙１３電極１４ヒータ１５被覆膜１６絶縁性ノズル板１７気泡１８駆動回路１９インク層２０共通インク室２１電極保護板２２ヒータ保護膜２３発熱回路２４高圧回路２５吸引電極２６開口２７空気流２８吸引電極２９空気吐出口

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インク吐出口内のインクとインク吐出口
に対向する吸引電極との間に電位差を設けて、インクを
吸引吐出させる静電吸引型インクジェット記録ヘッドで
あって、インク吐出口にインクを供給するインク流路
に、インクを分離隔絶する手段を設けたインクジェット
記録ヘッド。
【請求項２】インクを分離隔絶する手段が気泡の発生
手段である請求項１記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項３】インク吐出口近傍に被覆膜を介し電極
を、インク吐出口にインクを供給するインク流路にイン
クを隔絶する手段を各々設け、インク流路のインクが分
離隔絶された際に、前記電極に電圧を印加し、静電力に
よりインクを吸引吐出する請求項１記載のインクジェッ
ト記録ヘッド。
【請求項４】インク吐出口近傍に被覆膜を介し電極
を、インク吐出口にインクを供給するインク流路に、イ
ンクを隔絶する手段を各々設け、インク流路に連通する
共通インク室には、インク吐出のなされない電圧が、前
記電極にはインク吐出の可能な電圧が各々印加され、イ
ンク吐出口内のインクと共通インク室とのインクが分離
隔絶された際に、インク吐出口内のインクを前記電極の
電圧に近づけることにより、インクを吸引吐出する請求
項１記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項５】複数のインク吐出口に対し、各々、イン
ク流路を分離隔絶する手段を設けた請求項１記載のイン
クジェット記録ヘッド。
【請求項６】インク吐出口前面に開口を設け、開口の
表面に吸引電極を設け、吸引電極とインク吐出口内のイ
ンクとの電位差によりインクを吐出する請求項１記載の
インクジェット記録ヘッド。
【請求項７】空気流を用いてインク吐出口からのイン
クを加速する請求項１記載のインクジェット記録ヘッ
ド。
【請求項８】インク流路を分離隔絶する部分が、他の
部分より狭い流路を形成している請求項１記載のインク
ジェット記録ヘッド。
【請求項９】インク流路を分離隔絶する部分が、撥イ
ンク性物質を有する請求項１記載のインクジェット記録
ヘッド。
【請求項１０】インク吐出口が凸状形状を有する請求
項１記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項１１】インク吐出口周辺が撥インク性物質を
有する請求項１記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項１２】インク流路を分離隔絶するエネルギー
により、インク吐出口に形成されるインクのメニスカス
を振動させる請求項１記載のインクジェット記録ヘッ
ド。