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JPS6330867B2 - - Google Patents
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JPS6330867B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6330867B2
JPS6330867B2 JP56212866A JP21286681A JPS6330867B2 JP S6330867 B2 JPS6330867 B2 JP S6330867B2 JP 56212866 A JP56212866 A JP 56212866A JP 21286681 A JP21286681 A JP 21286681A JP S6330867 B2 JPS6330867 B2 JP S6330867B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ink
air
discharge port
air outlet
outlet
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP56212866A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS58116160A (en
Inventor
Masayoshi Miura
Hiroyuki Naito
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP56212866A priority Critical patent/JPS58116160A/en
Publication of JPS58116160A publication Critical patent/JPS58116160A/en
Publication of JPS6330867B2 publication Critical patent/JPS6330867B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/015Ink jet characterised by the jet generation process
    • B41J2/04Ink jet characterised by the jet generation process generating single droplets or particles on demand
    • B41J2/06Ink jet characterised by the jet generation process generating single droplets or particles on demand by electric or magnetic field
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2202/00Embodiments of or processes related to ink-jet or thermal heads
    • B41J2202/01Embodiments of or processes related to ink-jet heads
    • B41J2202/02Air-assisted ejection

Landscapes

  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は、同一出願人の出願に係る特願昭56−
8428号記載のインクジエツト記録ヘツドの改良に
関する。 第1図は特願昭56−8428号記載のインクジエツ
ト記録装置の一例を示す。同図において、導電性
のノズル板2には空気吐出口1が穿孔されてお
り、ノズル板2と平行して壁3が配置されてお
り、かつ壁3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。ノズル板2と壁3に
より生じる空気層7には周辺から空気流が送ら
れ、空気吐出口1より流出している。空気流の流
れ方向は、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内のインクには、一定圧
力が印加されており、インクジエツト記録ヘツド
の非駆動時には、インク吐出口4の近傍の空気圧
力と、インク吐出口4内のインク圧力がほぼ等し
くインク吐出口4内のインクのメニスカスが静止
して保たれるように調整されている。 信号源5はノズル板2とインク吐出口4内のイ
ンクとの間に電位差が生じるように、ノズル板2
およびインク吐出口4に連通した導電性のインク
供給管6に電気的に接続されている。信号源5に
より、ノズル板2とインク吐出口4内のインクに
電位差が生じると、この電位差による電界によ
り、インク吐出口4に生じるメニスカスが空気吐
出口1の方向に引き伸ばされる。インク吐出口4
から空気吐出口1に至る空間には、急激な圧力勾
配の変化が生じており、かつ変化の程度は空気吐
出口1に近い程大であるため、前記インク吐出口
4に生じるインクのメニスカスは一定長さ以上引
き伸ばされると圧力勾配の変化により引きちぎら
れ空気吐出口1よりインク液滴となつて飛翔す
る。 以上説明のごとく、第1図に示したインクジエ
ツト記録ヘツドは静電力によつてインク吐出口4
に生じるインクのメニスカスを変化させ、メニス
カス先端に生じる急激な圧力勾配の変化によつ
て、インク液滴を吐出させるものである。 前記急激な圧力勾配の変化を生じさせる構造に
は、種々の構成があり、特願昭56−8428号に詳細
な説明がなされている。それらの中で性能や組立
工程等の点で好適と判断されるものは、第1図に
記載されているごとき構成のものであり、周囲の
環状溝に連通した薄い円形の空気層7を介して、
空気吐出口1の周囲より空気流が送られる構成の
ものである。 インク吐出口4に生じるインクのメニスカス面
には、空気流の曲りによつて一定圧力PNが生じ
る。一定圧力PNは、インク吐出口4近傍に生じ
る圧力勾配の変化と密接な関係があり、同一寸法
構造においては一定圧力PNが大きいほど、圧力
勾配の変化も大きい。 後述するごとき、種々の寸法構造の検討により
得られる比較的圧力勾配の変化が有効に生じるイ
ンクジエツト記録ヘツドにおいても、一定圧力
PNは約0.03Kg/cm2以上必要であることが、入念な
実験結果より得られた。一定圧力PNが約0.03Kg/
cm2以下の場合には、空気流の曲りにより生じる圧
力勾配の変化が小さいため、十分なインク液を引
きちぎる力が働かず、静電力によつてインクのメ
ニスカスが引き伸ばされたとしても、インク液滴
として紙面まで飛翔し得ない。 一定圧力PNが0.03Kg/cm2の時には、空気吐出口
1より流出する空気流の流速が約40m/sであ
る。空気吐出口1は一般に空気流による圧力損失
がほとんどない構造が設定されるため、一定圧力
PNと空気吐出口1よりの空気流速は、ほぼ1:
1に対応する。したがつて一定圧力PNが0.03Kg/
cm2以上必要であることは、空気吐出口1よりの空
気流速が約40m/s以上必要であることと等価で
ある。 空気吐出口1の直径は、空気流が乱れることな
く、またインク液流の乱れがない形状が選ばれ
る。このような乱れは、空気流速が大きく、空気
吐出口1の直径が大である時に生じる。空気吐出
口1よりの空気流速は約40m/s以上必要である
が、さらに高速であれば、インク吐出口4近傍で
の圧力勾配がさらに急激となる。しかしながら、
約150m/s以上の空気流速となると、インク液
の速度が大きくなり、紙面に到着したインク液が
飛び散る等の欠点が生じたり、前記一定圧力PN
も大となるため、インク吐出口4に生じるインク
のメニスカスを安定に保たせるためになされた圧
力バランスの状態が変動し易く、性能の安定性を
維持することが困難となる。 したがつて、空気吐出口1より流出する空気流
速は、約40〜150m/sの範囲にあることが望ま
しい。この範囲では、空気吐出口1の直径は約
250μm以下であるのが望ましく、約250μm以上
の値になると、空気流に乱れが生じたり、空気流
の収束が悪く拡がりの大きな流れとなる。 空気吐出口1の直径を規制する他の要因は、空
気流の曲りによる圧力勾配の変化を有効に生じさ
せる構造にある。空気流の曲りが生じる個所は、
インク吐出口4の近傍である方が良く、圧力勾配
の変化が、インク液の飛翔方向にのみ大きく、飛
翔方向と直交する方向に小さい方が、インクのメ
ニスカスを引きちぎる力が有効に働く。 空気流の曲りがインク吐出口4の近傍で生じる
ためには、空気吐出口1の直径を、インク吐出口
4の直径、インク吐出口4より流出する液滴の大
きさ、あるいはインク吐出口4に生じるインクの
メニスカスの大きさに近いものとする必要があ
る。但し、当然のことではあるが、インク液が空
気吐出口1に阻止されることなく、空気吐出口1
を通り抜けられるような寸法が考慮される。 インク吐出口4の直径は、被記録物上で、用途
に適合したドツト径が得られるように設定され
る。しかしながら、第1図に示したようなインク
ジエツト記録装置では、インク吐出口4に生じる
インクのメニスカスの保持力が重要な要因とな
る。半径rのインク吐出口4、表面張力Tのイン
クにおいては、保持力は、T/rに比例する。一
般にインクの表面張力は、上限があり、通常20〜
50dyn/cmのものが多く、少なくとも70dyn/cm
以下である。したがつてこの保持力は、インク吐
出口4が小さい程、大となる。このような理由に
より、インク吐出口4に生じるインクのメニスカ
スが安定に保たれるべき該保持力を得るには、イ
ンク吐出口4の直径は約100μm以下が望ましい。 インク吐出口4の直径が約100μmを越えると
インクのメニスカスの保持力が弱く、空気圧力の
変動や衝撃による圧力変動等に対して、インクの
メニスカスが敏感に応答するため、外乱に弱い不
安定なインクジエツト記録ヘツドとなる。 空気層7は空気流が円滑に流れる寸法であり、
かつ、インク吐出口4近傍に生じる圧力勾配の変
化が大きくなる寸法が選択される。空気層7の厚
みは20〜30μm以上ないと空気流の流れが円滑に
ならない。それは、空気層7における流路抵抗が
増大することや異物あるいはインク液等の付着の
影響を受けやすいことに起因している。空気層7
での流路抵抗が増大するとインク吐出口4近傍の
空気圧力が低下し、圧力勾配の変化が小さくなる
という欠点も付随して生じる。また、インク吐出
口4近傍に生じる圧力勾配の変化が大であるため
には、空気流がインク吐出口4の近傍で曲りを生
じるような構造でなければならない。そのために
は、空気層7の厚みは小さい程良好である。通常
空気層7の厚みと空気吐出口1の比が約2.5以下
が好ましく、3以上になると、圧力勾配の変化が
小さくなり、インク液滴の吐出力が低下してしま
う。 ノズル板2の厚みは、空気吐出口1の穿孔が容
易であること、インク液滴が容易に通過できるこ
と、あるいは、ノズル板2の剛性が十分あること
等から決定され、通常空気吐出口1の直径の1/2
〜5倍程度の寸法が選ばれる。 以上詳細な説明のような理由により作製された
第1図のインクジエツト記録ヘツドの1例をあげ
ると、第1表のようになる。
The present invention is based on a patent application filed in 1983 by the same applicant.
This invention relates to an improvement in the inkjet recording head described in No. 8428. FIG. 1 shows an example of an inkjet recording apparatus described in Japanese Patent Application No. 8428/1983. In the figure, a conductive nozzle plate 2 has an air outlet 1 perforated therein, a wall 3 is disposed parallel to the nozzle plate 2, and a wall 3 is provided with a wall 3 opposite to the air outlet 1. An ink discharge port 4 is perforated. An air flow is sent from the periphery to the air layer 7 created by the nozzle plate 2 and the wall 3, and flows out from the air outlet 1. Since the flow direction of the air flow changes rapidly near the air outlet 1, a rapid change in pressure gradient occurs in the space from the ink outlet 4 to the air outlet 1. On the other hand, a constant pressure is applied to the ink inside the ink ejection port 4, and when the inkjet recording head is not driven, the air pressure near the ink ejection port 4 and the ink pressure inside the ink ejection port 4 are approximately equal. Adjustment is made so that the meniscus of ink within the ink ejection port 4 is kept stationary. The signal source 5 connects the nozzle plate 2 so that a potential difference is generated between the nozzle plate 2 and the ink inside the ink ejection port 4.
It is electrically connected to a conductive ink supply pipe 6 communicating with the ink discharge port 4 . When a potential difference is generated between the nozzle plate 2 and the ink within the ink discharge port 4 by the signal source 5, a meniscus generated in the ink discharge port 4 is stretched in the direction of the air discharge port 1 due to an electric field caused by this potential difference. Ink discharge port 4
A rapid change in the pressure gradient occurs in the space from the air outlet 1 to the air outlet 1, and the degree of change is greater as the air approaches the air outlet 1. Therefore, the ink meniscus generated at the ink outlet 4 is When it is stretched beyond a certain length, it is torn off by the change in pressure gradient and flies out of the air outlet 1 as ink droplets. As explained above, the inkjet recording head shown in FIG.
Ink droplets are ejected by changing the meniscus of ink that occurs at the tip of the ink, and by causing a sudden change in the pressure gradient that occurs at the tip of the meniscus. There are various structures for producing the above-mentioned rapid change in pressure gradient, and detailed explanations are given in Japanese Patent Application No. 8428/1983. Among them, the one that is judged to be suitable in terms of performance and assembly process is the one with the configuration shown in Figure 1, in which the air layer 7 is connected to the surrounding annular groove through a thin circular air layer 7. hand,
This configuration is such that an air flow is sent from around the air outlet 1. A constant pressure P N is generated on the meniscus surface of the ink generated at the ink discharge port 4 due to the bending of the air flow. The constant pressure P N is closely related to the change in the pressure gradient that occurs near the ink ejection port 4, and in a structure with the same dimensions, the larger the constant pressure P N is, the larger the change in the pressure gradient is. As will be described later, even in an inkjet recording head in which relatively pressure gradient changes can be effectively obtained by examining various dimensional structures, a constant pressure
Careful experimental results have shown that P N is required to be approximately 0.03 Kg/cm 2 or more. Constant pressure P N is approximately 0.03Kg/
cm 2 or less, the change in pressure gradient caused by the bending of the air flow is small, so there is not enough force to tear off the ink liquid, and even if the ink meniscus is stretched by electrostatic force, the ink liquid It cannot fly as droplets to the paper surface. When the constant pressure P N is 0.03 Kg/cm 2 , the flow velocity of the air flowing out from the air outlet 1 is about 40 m/s. Air outlet 1 is generally designed to have a structure with almost no pressure loss due to air flow, so a constant pressure is maintained.
P N and the air flow velocity from air outlet 1 are approximately 1:
Corresponds to 1. Therefore, the constant pressure P N is 0.03Kg/
The fact that it is required to be at least cm 2 is equivalent to the fact that the air flow velocity from the air outlet 1 is required to be at least about 40 m/s. The diameter of the air discharge port 1 is selected so that the air flow is not disturbed and the ink liquid flow is not disturbed. Such turbulence occurs when the air flow velocity is high and the diameter of the air outlet 1 is large. The air flow velocity from the air outlet 1 is required to be approximately 40 m/s or more, but if the velocity is higher, the pressure gradient near the ink outlet 4 will become even steeper. however,
If the air flow velocity exceeds about 150 m/s, the velocity of the ink liquid will increase, causing problems such as the ink liquid arriving on the paper surface scattering, and the above-mentioned constant pressure P N
As a result, the state of the pressure balance, which is established to keep the ink meniscus generated at the ink ejection port 4 stable, is likely to fluctuate, making it difficult to maintain stability in performance. Therefore, it is desirable that the air velocity flowing out from the air outlet 1 is in the range of about 40 to 150 m/s. In this range, the diameter of air outlet 1 is approximately
A value of 250 μm or less is desirable, and if the value is about 250 μm or more, turbulence will occur in the air flow, or the air flow will have poor convergence, resulting in a wide-spread flow. Another factor regulating the diameter of the air outlet 1 is the structure that effectively produces a change in pressure gradient due to bending of the air flow. Where airflow bends,
It is better to be near the ink ejection port 4, and if the change in pressure gradient is large only in the ink liquid flying direction and small in the direction orthogonal to the flying direction, the force that tears off the ink meniscus works effectively. In order for the airflow to curve near the ink discharge port 4, the diameter of the air discharge port 1 must be determined by the diameter of the ink discharge port 4, the size of the droplet flowing out from the ink discharge port 4, or the diameter of the air discharge port 4. The size should be close to the size of the ink meniscus that occurs in . However, as a matter of course, the ink liquid is not blocked by the air outlet 1 and
Consider the dimensions that will allow it to pass through. The diameter of the ink ejection opening 4 is set so as to obtain a dot diameter suitable for the intended use on the recording material. However, in the inkjet recording apparatus shown in FIG. 1, the retention force of the ink meniscus formed at the ink ejection opening 4 is an important factor. For ink discharge port 4 with radius r and ink with surface tension T, the holding force is proportional to T/r. In general, the surface tension of ink has an upper limit, usually 20~
Many are 50dyn/cm, at least 70dyn/cm
It is as follows. Therefore, the smaller the ink discharge port 4, the greater this holding force becomes. For this reason, in order to obtain the holding force required to keep the ink meniscus generated at the ink discharge port 4 stable, the diameter of the ink discharge port 4 is desirably about 100 μm or less. If the diameter of the ink ejection port 4 exceeds approximately 100 μm, the retention force of the ink meniscus is weak, and the ink meniscus responds sensitively to changes in air pressure or pressure due to shock, making it unstable and vulnerable to external disturbances. This makes it an excellent inkjet recording head. The air layer 7 has dimensions that allow air to flow smoothly,
In addition, the dimensions are selected such that the change in the pressure gradient generated near the ink discharge port 4 is large. Unless the thickness of the air layer 7 is 20 to 30 μm or more, the air flow will not flow smoothly. This is because the flow path resistance in the air layer 7 increases and the air layer is susceptible to adhesion of foreign matter or ink liquid. air layer 7
When the flow path resistance increases, the air pressure in the vicinity of the ink ejection port 4 decreases, resulting in a disadvantage that the change in pressure gradient becomes smaller. Furthermore, in order for the change in the pressure gradient that occurs near the ink ejection port 4 to be large, the structure must be such that the air flow is curved near the ink ejection port 4. For this purpose, the smaller the thickness of the air layer 7, the better. Usually, the ratio of the thickness of the air layer 7 to the air ejection opening 1 is preferably about 2.5 or less, and if it is more than 3, the change in pressure gradient becomes small and the ejection force of ink droplets decreases. The thickness of the nozzle plate 2 is determined based on factors such as ease of perforation of the air outlet 1, easy passage of ink droplets, or sufficient rigidity of the nozzle plate 2. 1/2 of the diameter
A size approximately 5 times larger is selected. Table 1 shows an example of the inkjet recording head shown in FIG. 1, which was manufactured for the reasons detailed above.

【表】 第1表で示されたインクジエツト記録ヘツドで
は、信号源5による電位差が約200V〜1kVの範
囲でインク液を飛翔させることができるものであ
り、静電力を利用した他の方式のインクジエツト
記録装置に比較して非常に低電圧で駆動が可能な
方式のインクジエツト記録ヘツドである。低電圧
駆動が可能な理由としては、空気流の曲りによ
る急激な圧力勾配の変化がインク液滴の飛翔エネ
ルギー源となつていること。ノズル板2とイン
ク吐出口4との距離が非常に狭く、低い電位差
で、大きな静電力が働くこと、等が考えられる。 今、第1図のインクジエツト記録ヘツドにおい
て空気流が空気吐出口1より流出していない場合
を想定すると、ノズル板2とインク吐出口4内に
電位差を印加した場合、インク吐出口4内のイン
クのメニスカスは、空気吐出口1近傍までは引き
伸ばされるが、それ以上引き伸ばされ、空気吐出
口1より飛翔することはない。それは、空気吐出
口1とインク吐出口4の距離が非常に短いため、
インク吐出口4内から引き伸ばされたインク液が
空気吐出口1を通過できる程度の速度を与えられ
ないことに加えて、空気吐出口1をもし通過でき
たとしてもインク液が帯電することによつて生じ
る、逆方向の引き戻す力が働きインク液が飛翔す
るには至らないためである。さらに、空気流によ
り急激な圧力勾配の変化を生じさせるための構造
は、非常に小さな寸法構造によつて達成されるも
のであるため、空気層7や空気吐出口1にはイン
クの表面張力による毛細管現象のため、容易にイ
ンク吐出口4内のインクによつて充満されてしま
う。この充満されたインクは空気流の流れなくし
ては容易に解消できるものではなく、すなわち、
ノズル板2とインク吐出口4内のインクに印加さ
れる電位差のみではインク液の飛翔が当然困難で
ある。 ノズル板2は、空気吐出口1を有するとともに
電位差を生じさせ、インク液を引き伸ばす、電極
の役割を兼ね添えている。特願昭56−35711号あ
るいは、特願昭56−35713号には、ノズル板2の
構成に関する発明が記載されており、電気的な絶
縁体と導電体によりノズル板2を作成する方法が
提示されている。 第2図は、特願昭56−35711号に記載されたイ
ンクジエツト記録ヘツドの空気吐出口1およびイ
ンク吐出口4部分の拡大図である。 第2図の構成は、絶縁基板8として約150μm
の厚みのガラスエポキシ積層板を使用し、約30μ
mの厚みの銅により電極9を形成した。これはい
わゆるフレキシブルプリント基板と呼ばれるもの
を応用したものであり、絶縁基板として、テフロ
ン、ポリエステル、ポリイミド等の樹脂を使用し
たものもすでに市販されている。本例では、ガラ
スエポキシ積層板を用いたが他の樹脂類を用いる
ことも当然可能である。このようなフレキシブル
プリント基板を用いた場合には、空気吐出口1の
穿孔も簡単であり、エツチング等の技術により
種々の形状の電極9が容易に形成できるので、マ
ルチノズル構造も簡単に実現できる。 ところが、このようなフレキシブルプリント基
板を利用したインクジエツト記録ヘツドでは、イ
ンク液の吐出量や適切な駆動電圧値に変動が生じ
る場合がある。これは、空気吐出口1より常時空
気流が流出しており、空気層7では0.03〜0.2
Kg/cm2の空気圧力となつており、絶縁基板8が変
位するためである。空気層7の厚みは、およそ30
〜400μmが可能であるが、この厚みの変動は、
許容範囲が大なる設計において約80μm、許容範
囲が小なる設計において、約5μmあると、イン
ク液の吐出状態に影響を及ぼす。一般には、空気
層7の厚みの変動が約10〜30μm以上であると、
空気層7、とくにインク吐出口4近傍の空気圧力
の変動が生じ、インク吐出口4に生じるインクの
メニスカスの形状変化が生じ、インク液の吐出状
態が大きく変化する。 本発明はこのような欠点を解消するもので、以
下その一実施例について詳細に説明する。 第3図は本発明の一実施例を示すもので、オリ
フイスが簡単に形成できる導電性基板13を使用
し、上記のような困難を解決する実施例を示して
いる。 導電性基板13には、オリフイスの穿孔が容易
な鉄、銅、アルミニウム、ニツケル、金、銀、白
金等の金属や、ステンレス、ジユラルミン等の合
金あるいはシリコン、ゲルマニウム等の半導体単
結晶が使用可能である。金属、合金は、ドリル加
工、放電加工、その他の手段によりオリフイスが
容易に形成でき、半導体単結晶においては、エツ
チングにより簡単にオリフイスを形成できる。 あらかじめ、空気吐出口1用のオリフイスが穿
孔されている導電性基板13を、絶縁被膜12で
被覆する。絶縁被膜12は、酸化アルミ、シリコ
ン酸化膜等の酸化物の被膜や、高分子樹脂の被膜
により形成可能である。電極9は、絶縁被膜12
上の空気吐出口1周辺近傍に設けられる。 良好な実施例によると、約250μmの厚さのア
ルミニウムに、オリフイスを形成し、陽極酸化に
より約20〜30μmの酸化被膜を形成し、表面研磨
した後銅の蒸着により電極9を形成した構成にお
いて、安定した特性のインクジエツト記録ヘツド
が得られた。 最近では、集積回路の分野で加熱硬化型の高分
子樹脂による絶縁法が進歩しており、このような
材料を絶縁被膜12に適用することによつても当
然良好な結果が得られる。 なお第2図、第3図の構成において、マルチノ
ズル化がなされた場合には、インク吐出口4、あ
るいは空気吐出口1に対応して複数の電極9が微
細な構成に配置される。このような場合には、電
極9の保護や、電極相互間の放電防止のため、少
なくとも電極9を被覆する絶縁物の保護膜を形成
する必要がある。この保護膜は、前述の酸化物の
被膜、あるいは高分子樹脂等によつて形成され
る。 以上の説明のごとく、本発明は、空気吐出口を
穿孔した導電性基板を絶縁被膜で被膜し、この絶
縁被膜上に電極を形成するものであり、オリフイ
スの形成が容易で、かつ安定した性能を有するイ
ンクジエツト記録ヘツドが提供できるものであ
る。
[Table] The inkjet recording head shown in Table 1 is capable of ejecting ink liquid when the potential difference caused by the signal source 5 is in the range of approximately 200V to 1kV. This is an inkjet recording head that can be driven at a much lower voltage than a recording device. The reason why low-voltage driving is possible is that the sudden change in pressure gradient caused by the bending of the airflow is the source of energy for the flight of ink droplets. It is conceivable that the distance between the nozzle plate 2 and the ink ejection openings 4 is very narrow, and a large electrostatic force acts due to the low potential difference. Now, assuming that the air flow does not flow out from the air outlet 1 in the inkjet recording head shown in FIG. Although the meniscus is stretched to the vicinity of the air outlet 1, it is further stretched and does not fly beyond the air outlet 1. This is because the distance between the air outlet 1 and the ink outlet 4 is very short.
In addition to the fact that the ink liquid stretched from within the ink ejection port 4 cannot be given enough speed to pass through the air ejection port 1, even if it were to pass through the air ejection port 1, the ink liquid would be charged with electricity. This is because the pulling force in the opposite direction that occurs when the ink is removed does not cause the ink to fly. Furthermore, since the structure for causing a rapid change in pressure gradient due to air flow is achieved by a very small dimensional structure, the air layer 7 and the air outlet 1 are affected by the surface tension of the ink. Due to capillarity, the ink discharge port 4 is easily filled with ink. This filled ink cannot be easily cleared without air flow, i.e.
Naturally, it is difficult to cause the ink liquid to fly if there is only a potential difference applied to the ink within the nozzle plate 2 and the ink discharge ports 4. The nozzle plate 2 has an air discharge port 1 and also serves as an electrode that generates a potential difference and stretches the ink liquid. Japanese Patent Application No. 56-35711 or Japanese Patent Application No. 56-35713 describes an invention related to the structure of the nozzle plate 2, and presents a method for creating the nozzle plate 2 using an electrical insulator and a conductor. has been done. FIG. 2 is an enlarged view of the air discharge port 1 and ink discharge port 4 portion of the inkjet recording head described in Japanese Patent Application No. 56-35711. In the configuration shown in Figure 2, the insulating substrate 8 has a thickness of approximately 150 μm.
Using a glass epoxy laminate with a thickness of approximately 30μ
The electrode 9 was formed of copper with a thickness of m. This is an application of what is called a flexible printed circuit board, and those using resins such as Teflon, polyester, and polyimide as insulating substrates are already commercially available. In this example, a glass epoxy laminate is used, but it is of course possible to use other resins. When such a flexible printed circuit board is used, it is easy to make holes for the air outlet 1, and electrodes 9 of various shapes can be easily formed using techniques such as etching, so a multi-nozzle structure can be easily realized. . However, in an inkjet recording head using such a flexible printed circuit board, variations may occur in the amount of ink ejected or in the appropriate driving voltage value. This is because the air flow is constantly flowing out from the air outlet 1, and the air flow in the air layer 7 is 0.03 to 0.2
This is because the air pressure is Kg/cm 2 and the insulating substrate 8 is displaced. The thickness of the air layer 7 is approximately 30
~400μm is possible, but this thickness variation is
If it is about 80 μm in a design with a large tolerance range, and if it is about 5 μm in a design with a small tolerance range, it will affect the ejection state of the ink liquid. Generally, when the variation in the thickness of the air layer 7 is about 10 to 30 μm or more,
Fluctuations occur in the air pressure in the air layer 7, particularly in the vicinity of the ink ejection ports 4, causing a change in the shape of the ink meniscus formed at the ink ejection ports 4, and the state of ink liquid ejection changes significantly. The present invention aims to eliminate such drawbacks, and one embodiment thereof will be described in detail below. FIG. 3 shows an embodiment of the present invention, which solves the above-mentioned difficulties by using a conductive substrate 13 in which an orifice can be easily formed. For the conductive substrate 13, metals such as iron, copper, aluminum, nickel, gold, silver, platinum, etc., alloys such as stainless steel, duralumin, etc., or semiconductor single crystals such as silicon, germanium, etc., which can be easily drilled with orifices, can be used. be. For metals and alloys, orifices can be easily formed by drilling, electrical discharge machining, or other means, and for semiconductor single crystals, orifices can be easily formed by etching. A conductive substrate 13 in which an orifice for the air outlet 1 is bored is coated with an insulating coating 12 in advance. The insulating film 12 can be formed of an oxide film such as aluminum oxide or silicon oxide film, or a polymer resin film. The electrode 9 has an insulating coating 12
It is provided near the upper air discharge port 1. According to a good example, an orifice is formed in aluminum with a thickness of about 250 μm, an oxide film of about 20 to 30 μm is formed by anodizing, and after surface polishing, an electrode 9 is formed by vapor deposition of copper. An inkjet recording head with stable characteristics was obtained. Recently, insulation methods using heat-curable polymer resins have been advanced in the field of integrated circuits, and naturally good results can be obtained by applying such materials to the insulation coating 12. Note that in the configurations shown in FIGS. 2 and 3, when multi-nozzle configuration is performed, a plurality of electrodes 9 are arranged in a fine configuration corresponding to the ink discharge ports 4 or the air discharge ports 1. In such a case, in order to protect the electrodes 9 and prevent discharge between the electrodes, it is necessary to form a protective film of an insulating material to cover at least the electrodes 9. This protective film is formed of the aforementioned oxide film, polymer resin, or the like. As explained above, in the present invention, a conductive substrate having air discharge ports perforated therein is coated with an insulating film, and an electrode is formed on this insulating film, which facilitates the formation of an orifice and provides stable performance. It is possible to provide an inkjet recording head having the following.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の先行出願に係るインクジエツ
ト記録ヘツドの断面図、第2図a,bは第1図の
インクジエツト記録ヘツドの空気ノズル部の他の
実施例を示す断面図および平面図、第3図a,b
は本発明によるインクジエツト記録ヘツドの実施
例の空気ノズル部の断面図および平面図である。 1……空気吐出口、2……ノズル板、3……
壁、4……インク吐出口、5……信号源、6……
インク供給管、7……空気層、8……絶縁基板、
9……電極、10……ボデイ、11……治具、1
2……絶縁被膜、13……導電性被膜。
FIG. 1 is a sectional view of an inkjet recording head according to an earlier application of the present invention, FIGS. Figure 3 a, b
1 is a sectional view and a plan view of an air nozzle portion of an embodiment of an inkjet recording head according to the present invention. 1... Air discharge port, 2... Nozzle plate, 3...
Wall, 4... Ink discharge port, 5... Signal source, 6...
Ink supply pipe, 7... air layer, 8... insulating substrate,
9...Electrode, 10...Body, 11...Jig, 1
2... Insulating coating, 13... Conductive coating.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 インク吐出口と同軸上に空気吐出口を対向し
て設置しインク吐出口と空気吐出口の間隙部分に
おいて急激な曲りを生じさせながら空気吐出口よ
り空気流を送出させ、インク吐出口から空気吐出
口に至る方向に空気の圧力の減少するような圧力
勾配の変化する空間を形成する第1の手段と、前
記空気吐出口を導電性基板に穿孔し、その表面を
絶縁性被膜で被覆しこの絶縁性被膜上の前記空気
吐出口周辺に設けた電極とインク吐出口内のイン
クとの間に信号に応じて選択的に電位差を生じさ
せる第2の手段とを有し、第2の手段の電位差に
よる誘引力によりインク吐出口に生じているイン
クのメニスカスを引き伸ばし、前記第1の手段に
より圧力勾配の変化する空間に生じる空気流の加
速力を作用させ、インク吐出口内のインクを空気
吐出口を経て外方に吐出させることを特徴とする
インクジエツト記録ヘツド。
1. Install an air outlet on the same axis as the ink outlet and face it, and send air from the air outlet while creating a sharp bend in the gap between the ink outlet and the air outlet. a first means for forming a space in which the pressure gradient changes such that the air pressure decreases in the direction leading to the discharge port; and a first means for forming a space in which the pressure gradient changes such that the air pressure decreases in the direction reaching the discharge port; a second means for selectively generating a potential difference between an electrode provided around the air discharge port on the insulating coating and ink within the ink discharge port according to a signal; The meniscus of the ink generated at the ink ejection port is stretched by the attractive force caused by the potential difference, and the accelerating force of the air flow generated in the space where the pressure gradient changes is applied by the first means, so that the ink within the ink ejection port is drawn to the air ejection port. An inkjet recording head characterized by ejecting ink to the outside through a process.
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