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インク噴射型プリンタ用記録ヘッド - 松下電器産業株式会社
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発明の名称 インク噴射型プリンタ用記録ヘッド
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平8−164610
公開日 平成8年(1996)6月25日
出願番号 特願平6−310369
出願日 平成6年(1994)12月14日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】小鍜治 明 (外2名)
発明者 蓑田 孝敏
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。
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。
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14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SiO2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25V、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15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。




 

 


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