JP2752374B2 - インクジェット・プリントヘッド - Google Patents

インクジェット・プリントヘッド

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JP2752374B2
JP2752374B2 JP63136251A JP13625188A JP2752374B2 JP 2752374 B2 JP2752374 B2 JP 2752374B2 JP 63136251 A JP63136251 A JP 63136251A JP 13625188 A JP13625188 A JP 13625188A JP 2752374 B2 JP2752374 B2 JP 2752374B2
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    • B41J2/01—Ink jet
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  • Geometry (AREA)
  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はインクジェット・プリンタに関するものであ
り、とりわけ、こうしたプリンタに用いられる改良形の
熱式インクジェット・プリントヘッドに関するものであ
る。
〔従来技術及びその問題点〕
熱式インクジェット・プリントヘッドの場合、ヒータ
として薄膜抵抗器が用いられ、該抵抗器表面にインクの
バブルが生じるにようになっている。バブルが大きくな
って、つぶれると、抵抗器と関連したオリフィスからイ
ンクの小滴が噴出する。噴出したインクの小滴は、紙の
ように媒体に向けられる。
例えば、コンピュータからプリンタへ送られてくる信
号によって決まる所定の時間に、抵抗器上に直接薄い層
をなしているインクを蒸発させるのに十分な温度まで抵
抗器を加熱し（Ｉ2Ｒの加熱）、急速に膨張してバルブ
になるようにする。次に、この膨張によって、抵抗器と
オリフィスの間に残留していたインクの一部がオリフィ
スを通じて媒体に向けて排出される。現在の使用状態で
は、50KHzあるいはもっと高いところまでの繰返し周波
数で抵抗器を加熱してその都度数百度の表面温度をもた
らす。しかし、抵抗器自体の加熱持続時間は、約10μse
c以下である。
熱式インクジェット抵抗器にすぐ近接した、一般に
「バリヤー」（障壁）と呼ばれる壁状構造の存在は、装
置の性能に重大な影響を及ぼすことになる。
そのすぐ近くにバリヤー構造を持たない（バリヤーは
数ミル（１ミリは約0.00254mm）離れると、ほとんど効
果がない）抵抗器上で上記バルブが崩壊するに当たっ
て、この現象は抵抗器の中心でバルブが最終的に崩壊す
る地点についての軸対称性を有する。この場合、バルブ
がつぶれると、流体は、あらゆる方向から自由に流れ込
むことが可能になる。
壁面すなわちバリヤーが抵抗器の近くに配置されてい
る場合、この方向からの補給はできず、従って、バルブ
はバリヤーの他のあらゆる方向から流体が注入されるこ
とによって、壁面に押しやられるかのようになる。抵抗
器配列に対するバリヤーを片側に有する構造は、実際に
は、隣接する抵抗器を分離しないので、実際に作成する
のは非現実的である。この隣接の抵抗器からの分離を行
うということがバリヤーの本来の機能なのである。両側
にバリヤーを設けた構造では、２方向からインクの補給
が行われる。この場合、バルブが最終的に崩壊するの
は、抵抗器の中心を横切るほぼ線状の箇所である。従っ
て、単一の崩壊地点（実際には点ではなく小さな領域で
あるかもしれない）が広がって線になり、この線上の任
意の地点における衝撃の速度あるいはその大きさが減少
する。しかし、このようにして達成されるバルブの崩壊
の仕方でも抵抗器上でのバルブの崩壊を許し、また２つ
以上の方向からのインク補給を許す。
三方バリヤもあったが、その構造から、抵抗器の寿命
を延ばしたり、静的バルブの排除を行なったりすること
はできなかった（例えば米国特許第4,502,060号；第4,5
03,444号；第4,542,389号;4,550,326号を参照。） 〔解決しようとする問題点および解決手段〕 本発明によれば、ある臨界距離内に配置すれば、熱式
インクジェット・プリントヘッドに隣接した三面バリヤ
ー構造によって、多くの利点を得ることが可能になる。
こうしたバリヤーを、諸条件によって異なる可能性があ
るが、例えば前記抵抗器から約25μｍ未満の距離内に配
置すると、（１）抵抗器の中心から崩壊していくバブル
を取り除く手助けをすることによって、抵抗器の寿命が
延び、（２）プリントヘッドによる静的バブル（static
bubbles）の自己排除（self-purging）が改善される。
両側バリヤー構造も、抵抗器から約25μｍ未満の距離
内に配置すると、抵抗器の寿命が延びることになる。た
だし、三方バリヤー構造の場合のように、静的バブルの
自己排除は簡単に行なえない。
〔実施例〕
ここで、同様の参照番号が、全体を通じ同様の素子を
表わしている図面を参照すると、抵抗器10が示されてい
る。以下の説明では、どの場合も、インクの小滴は、抵
抗器の平面に対し垂直に噴射されるものとする。これ
は、インクの小滴が抵抗器の平面に対し平行に噴射れる
構造とは対照をなす。
第1A図は隣接するバリヤー構造のない抵抗器10の平面
図を示すものである。第1B図〜第1D図は、蒸気バブル12
が抵抗器10の中心近くでどのように崩壊していくかを表
わした一連の写真の一部を表した線画である。抵抗器10
の寿命は、普通、加熱回数にして約20×106回未満であ
る。
第2A図は、２つの壁面16a、16bから成る両側バリヤー
構造を有する抵抗器10の平面図を示すものである。第2B
図から第2D図は、バブル18が崩壊するに当たって、抵抗
器10の幅を横切って伸び、最終的にいくつかのバブルの
断片に分かれて、それから完全に消失するところを示し
た一連の写真の一部を表した線画である。
図示の両側バリヤー構造の場合、バブルは抵抗器10の
中心お横切る帯内で崩壊することが分かる。こうしたバ
ルブの崩壊の態様は、三方バリヤ構造に関連して後述す
るように、抵抗器10のエッジから壁面16までの距離が約
25μｍ未満である限り、実現することができる。
距離が25μｍを超える構造の場合、バブルの崩壊の態
様は、バリヤー構造のない場合に得られるものと同様で
ある。従って、バブルが帯状で崩壊するのは、本質的に
は、ポイントで崩壊する場合に比べて改良されることに
なり、このため、抵抗器の寿命が延びることになる。例
えば、壁面16の抵抗器からの距離が約25μｍを超える抵
抗器の寿命は、普通、約20×106回未満の加熱である
が、壁面と抵抗器の距離が約25μｍ未満の抵抗器の寿命
は、約100×106回の加熱にまで達する可能性がある。
しかし、両バリヤが偏位（offset）しない限り、すな
わち、他の一方に比べて一方がより接近しない限り、バ
ブルは、抵抗器10から離れない。従って、偏位した両側
バリヤーは許容することができる。
平行構造を示しているが、平行構造における変形だけ
でなく、例えば、「ブラケット」形状のような非平行構
造も、本発明の実施に利用できることは理解できよう。
最後に、後述のように、三方バリヤー構造によって実
現する静的バブルの排除は、たとえ指摘した離隔距離内
であっても、両側バリヤー構造14の場合には無理であ
る。それにもかかわらず、抵抗器の寿命を延ばすことに
なるため、この構造は本発明の範囲内にあるものとみな
される。
第３図Ａには、本発明による三方バリヤー構造22を備
えた抵抗器10の平面図が示されている。このバリヤー構
造は、３つの壁面24A、24B、24Cから構成される。第3B
図〜第3D図には、矢印28で示すバリヤー構造の開放され
た側から入り込む補給液（不図示）によって、崩壊して
いくバブル26がバリヤー構造22の第３の側部24cに向け
てシフトされることを示した一連の写真の一部に関する
線画である。バブル崩壊の最終段階は崩壊していくバブ
ルが抵抗器10の上から離れてから起こり、後方壁面24c
に沿ってバブルの断片30となる。
本発明の三方バリヤー構造22は、例えば、矢印28で示
すように、インクリザーバ（不図示）からのインク注入
に備えて、一方を開放しておく限りは、第3A図に示すよ
うに、Ｕの湾曲部内に抵抗器10を配置したＵ字形状のブ
ロック構造またはその変形から構成することも可能であ
る。
なお、第1B図〜第1D図、第2B図から第2D図、第3B図〜
第3D図の線画のベースとなった写真は、pond testによ
るものではなく、完全にアセンブルした印刷ヘッド（オ
リフィス板を備えた−不図示）においてバブルが崩壊し
ていく細部については、幾分異なるところがあるという
点で注意を要する。ただし、基本的原理は、やはり同じ
である。
本発明の三方バリヤー構造22は、壁面24a〜ｃのどれ
も、抵抗器10との距離が約25μｍを超えることがないよ
うに配置すべきである。こうした配置を行なうと、第3B
図〜第3D図に示すように、崩壊していくバブルが抵抗器
の中心から取り除かれるのを助長するので、抵抗器10の
寿命が延びることになる。例えば、壁面24と抵抗器との
距離が約25μｍを超える抵抗器10の寿命の場合は、普
通、約20×106回未満の加熱であるが、壁面と抵抗器と
の距離が約25μｍ未満の抵抗器の寿命は、約200×106回
の加熱にまで達する可能性がある。壁面24と抵抗器10の
距離を約10μｍ未満にすれば、寿命は200×106回の加熱
を超える可能性がある。
抵抗器10の中心から崩壊していくバブルを取り除く
と、三方構造以下の構造にとっては問題となるキャビテ
ーションが大幅に減少するので、抵抗器の寿命が延びる
ことになる。こうしたキャビテーションは、抵抗器がパ
ルス動作でバブルに加熱する毎に、衝撃波が生じ、これ
が抵抗器10上の同じ領域（普通は中央部）にぶつかるこ
とになる。このキャビテーションの影響で、バブルの崩
壊した領域が浸食され、これに伴って、抵抗器に初期故
障が生じることになる。この問題は、抵抗器10の中心が
やはり最も熱い領域であり、バルブの崩壊する領域と抵
抗器の中心が一致すると、浸食がさらに進むという事実
によって、さらに厄介なことになる。
本発明の三方バリヤー構造22、及び、その抵抗器10と
の距離が約25μｍ未満におさえた配置を利用すると、印
刷ヘッドによる静的バブルの自己排除も改善されること
になる。静的バブル（不図示）は、蒸発したインク溶液
ではなくガスを含んでおり、さまざまなメカニズムによ
り印刷ヘッドに入り込んでくる。それらが溶解によって
“崩壊し”、インクに戻るには、サイズによって異なる
が、蒸気のバブルに比べて約10〜109倍だけ長くかか
る。
除去効果の恩恵に十分に浴するためには、バリヤー22
を抵抗器10から約10μｍ以内にするのが望ましいが、最
も望ましいのは、約５μｍ以内にすることである。ま
た、壁面を抵抗器へ近づけるにつれて、とりわけ、約10
μｍ未満の範囲内にすると、バリヤー22の壁面24a〜ｃ
への微小なバブルの体積及びその増大が最小限におさえ
られる。
バリヤー壁面24の隣接した壁面のどれかが既述の最大
距離を超えない限り、抵抗器10まわりにおけるバリヤー
構造22の非対称配置は、重要ではない。抵抗器10と壁面
24の最短距離が、バブルがどこへ動いていくかを制御す
るようである。しかし、静的バブルには、広いスペース
にたまるという性質があるため、抵抗器10とバリヤー構
造22とのミスアライメントはある程度許容できるが、こ
うしたミスアライメントは最小限にすべきであるという
ことは、記憶されるべき点である。
バリヤー構造22は、適合する高分子材料または金属材
料で構成することが可能である。こうした材料の例に
は、E.I.duPont de Nemours（デラウェア,Wilmington）
から入手可能なVACREL（商標）およびRISTON（商標）、
ポリイミド化合物、メッキしたニッケル等のような乾燥
フィルムレジストがある。
壁面24を抵抗器10の臨界距離内に配置した本発明の三
方バリヤー構造によって、片側バリヤー構造及び両側バ
リヤー構造に優るいくつかの利点が得られる。第１に、
一方向から補給されるため、崩壊していくバブル26は抵
抗器から一掃されて、バリヤー「背」壁面24cに押しや
られることになる。さらに、バブル26には、いくつかの
成分30に分割される傾向があり、これによって、いずれ
のポイントにおいても崩壊していくエネルギーが弱まる
ことになる。
さらにバリヤー構造22は、（１）最初にインクを充填
した際にプリントヘッドに入り込んだ空気；（２）イン
ク中に溶けていたが、次第に気化してきたガス；（３）
動作時にメニスカスの折り重なりによって外部から取り
込まれた空気；（４）化学腐食により生成したガス；
（５）微小なバブルの塊上集積作用；といったいくつか
の原因を有する可能性のある静的バブルの排除を助ける
ことになる。
他の先行技術によるアプローチの場合、抵抗器10のす
ぐ近くに静的バブルが残留すると、蒸気バブルの破裂が
生じる毎に強い衝撃を受けることになり；この結果、静
的バブルは別の位置へ移動することになる。本発明の三
方バリヤー構造の場合、３つの物理的な壁面24a〜ｃ
と、第3A図に矢印28で示す第４方向からの補給の流れで
ある１つの仮想壁面によってバブルが閉じ込められ、抵
抗器のすぐ近くに残留することになる。
また、静的バブルが抵抗器のすぐ上の流体領域まで移
動する可能性もあるが、この場合、次の小滴によって印
刷ヘッドから噴出させることができる。実際、これは、
数回の衝撃の後、結局、発生するものと予測される。
片側バリヤーまたは両側バリヤーの場合、静的バブル
が抵抗器を離れて、蒸気の破裂力による影響のない領域
へ移動することが起こり得る（この場合でもやはり静的
バブルは装置の動作に大きな影響を与えるのである
が）。注意すべきは、バブルを抵抗器とバリヤー構造の
間にとらえることができ、蒸気バブルの破裂による影響
を受けずにすむため、この問題が生じる可能性があるの
は、三方バリヤー構造22と抵抗器10の距離が約25μｍを
大幅に超える配置にした場合ということである。
熱式インクジェット・プリンタに利用される抵抗器に
関連した、こうした抵抗器との間隔を約25μｍ未満にお
さえる両側バリヤー壁面構造及び三方バリヤー壁面構造
は、プリンタに用いられて、抵抗器の寿命を延ばし、ま
た、三方バリヤー構造の場合には、印刷メッセージの静
的バブル排除能力を改善することになるものと期待され
る。
〔効果〕
以上、熱式インクジェットプリントヘッドに用いられ
る抵抗器に関連して利用される、抵抗器からの間隔を短
い約25μｍまでにおさえる両側バリヤー壁面構造および
三方バリヤー壁面構造について説明したが、こうしたバ
リヤーを抵抗器からの臨界距離内に配置することによっ
て、抵抗器の寿命が延び、三方バリヤー構造の場合に
は、印刷ヘッドの静的バブル排除能力が向上することに
なる。
なお、上記した実施例の説明は、本発明の技術思想を
説明するために例示したものであって、種々の変形が可
能であることは当業者にとって明らかであろう。そうし
た変形例も、本発明の範囲に含まれることは言うまでも
ない。
【図面の簡単な説明】
第1A図，第1B図，第1C図，第1D図は、本発明に係るバリ
ヤー構造を使用しないインクジェット・プリントヘッド
の一つの熱抵抗素子においてバブルの発生から潰れるま
での状態を示す平面図、 第2A図，第2B図，第2C図，第2D図は、２つの壁を有する
バリヤー構造を使用した本発明に係るインクジェット・
プリントヘッドの熱抵抗素子においてバブルの発生から
潰れるまでの状態を示す平面図、 第3A図，第3B図，第3C図，第3D図は、３方の壁を有する
バリヤー構造を使用した本発明に係るインクジェット・
プリントヘッドの熱抵抗素子においてバブルの発生から
潰れるまでの状態を示す平面図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−138460（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−207264（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−207265（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−207261（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−8661（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−116164（ＪＰ，Ａ) 米国特許4542389（ＵＳ，Ａ)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】インク発射用抵抗体と、 所定の一方向のみをインク補給用流路として開放して前
    記インク発射用抵抗体を取り囲むバリヤー構造と を設けて成るインクジェット・プリントヘッドであっ
    て、 前記インク発射用抵抗体の前記インク補給用流路に面し
    ている部分以外を、所定長さ未満の一様な間隔をもって
    前記バリヤー構造が取り囲んでおり、前記インク発射用
    抵抗体の加熱により生じたインクのバブルが、前記イン
    ク補給用流路を通って流れ込んでくるインクによって前
    記バリヤー構造の方へ追いやられ、押し潰されることに
    よりいくつかの部分に分割され、前記抵抗体と前記バリ
    ヤー構造との間の領域に沿って分散するようにしたこと
    を特徴とする、インクジェット・プリントヘッド。
  2. 【請求項２】前記バリヤー構造の前記インク補給用流路
    以外の部分は、前記インク発射用抵抗体からの距離が一
    様に25μｍ未満になるように前記インク発射用抵抗体を
    取り囲んでいることを特徴とする、請求項１に記載のイ
    ンクジェット・プリントヘッド。
JP63136251A 1987-06-02 1988-06-02 インクジェット・プリントヘッド Expired - Lifetime JP2752374B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US057573 1987-06-02
US07/057,573 US4794410A (en) 1987-06-02 1987-06-02 Barrier structure for thermal ink-jet printheads

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS63307957A JPS63307957A (ja) 1988-12-15
JP2752374B2 true JP2752374B2 (ja) 1998-05-18

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ID=22011445

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP63136251A Expired - Lifetime JP2752374B2 (ja) 1987-06-02 1988-06-02 インクジェット・プリントヘッド

Country Status (6)

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US (1) US4794410A (ja)
EP (1) EP0294032B1 (ja)
JP (1) JP2752374B2 (ja)
CA (1) CA1300972C (ja)
DE (1) DE3886266T2 (ja)
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