JP2785725B2 - インクジェットプリントヘッド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクジェットプリン
トヘッドに係り、特に、インクを吐出させて印字を行な
うインクジェットプリントヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のインクジェットプリント
ヘッドとしては、サイドシュート型のプリントヘッドが
知られている。これは、図４乃至図５（図４のＣ部にお
けるノズルプレート６０を取り除いた拡大図）及び図６
（図５におけるＶＩ−ＶＩ線での断面図）に示すよう
に、インクを吐出させるための発熱部５０を有する基板
５２を有し、基板５２上にインクを供給するための流路
部５４を形成する流路形成部材５６が配設され、流路形
成部材５６の上に、各発熱部５０に対応したノズル５８
を有するノズルプレート６０が接着された構成になって
いる。

【０００３】また、基板５２上には、図示しないインク
タンクと流路部５４とを結ぶ貫通孔６２が基板５２の中
心に設けられている。更に、発熱部５０は基板５２上に
配設された電極６４で通電するようになっている。

【０００４】上記構成にかかるインクの吐出メカニズム
を説明すると、図６に示すように、発熱部５０の通電加
熱によって表面のインクが沸騰し、バブルＢが形成され
る。バブルＢの発生によって吐出圧が生じ、これによっ
て、インク滴がノズル部５８から吐出する。図中、記号
ＤはバブルＢの成長方向、Ｄ_max は最大バブル成長方
向、Ｅはインク吐出方向、Ｆはバブル圧力逃げ流れ、Ｓ
_o はインク供給方向を、各々示す。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この種の所
謂バブルジェット方式のインクジェットプリントヘッド
においては、吐出効率をあげることが重要な課題となっ
ている。この吐出効率を上げるには、発生したバブルの
圧力を如何に無駄なく吐出エネルギーに変換できるかが
鍵となり、その一つとして、バブルの成長方向と，イン
クの吐出方向，インクの供給方向の関係が注目されてい
る。

【０００６】即ち、バブルの成長方向とインクの供給方
向の関係に着目すると、吐出圧力はインクの供給方向に
は作用しないことが望ましい。インクの供給方向に作用
した吐出圧力はすべて吐出効率のロスとなるばかりか、
インク供給路内のインクをインク貯蔵部の方向へ逆流さ
せるため吐出終了後のインクの供給を遅らせる原因とな
るからである。

【０００７】一方、基板上に形成された発熱部から成長
するバブルは、発熱部表面に対して半球状に成長してい
くため、発熱部表面上の全方向に圧力が作用している。
従って、インクの供給方向は、これら以外の方向、すな
わち、相対しない方向からなされることが望ましい。

【０００８】また、バブルの成長方向とインクの吐出方
向の関係については、少なくとも半球状に成長していく
バブルの成長方向のいずれかが吐出方向であればよい
が、発熱部表面に対して鉛直方向のときが最も吐出効率
はよい。従って、インクの吐出方向は、バブル成長方向
の内の発熱部表面に対して鉛直方向成分（以下、最大バ
ブル成長方向と呼ぶ）と等しいことが望ましい。

【０００９】従来より知られているバブルジェット方式
のインクジェットプリントヘッドには、サイドシュート
型とエッジシュート型が存在する。しかしながら、サイ
ドシュート型のインクジェットプリントヘッドでは、図
６に示すように、インクの吐出方向Ｅは最大バブル成長
方向Ｄｍａｘにあるものの、インクの供給方向Ｓ_o は発
熱部５０の表面に対して平行な方向にあり、発生するバ
ブルＢの圧力の一部は流路部５４内に逃げてしまうため
吐出効率は良くない。さらに流路部５４内に逆流が起こ
るため、吐出終了後のインクの供給も遅れる傾向にあ
る。

【００１０】一方、エッジシュート型のインクジェット
プリントヘッドでは、インクの吐出方向および供給方向
とも、発熱部の表面に対して平行な方向にあり、やはり
吐出効率は良くない。

【００１１】

【発明の目的】本発明は、かかる従来例の有する不都合
を改善し、インクの吐出効率を高めて印字品質の向上を
図ると共に構成の簡易化も図り得るインクジェットプリ
ントヘッドを提供することを、その目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明では、インクを部
分的に沸騰させてバブルを発生させる発熱部およびこの
発熱部へ通電させるための電極を有する基板を備え、発
熱部に対応したノズル部を有するノズルプレートを基板
上に装備し、更に、ノズル部にインクを供給するインク
供給穴を基板上に備えて成るインクジェットプリントヘ
ッドにおいて、発熱部領域に流入するインクの流入方向
を、当該発熱部とこれに対応するノズル部とを結ぶ中心
軸線に沿った方向に設定する。 更に、前述した基板上の
インク供給穴を、前述した発熱部の少なくとも両側に設
ける、という構成を採っている。これによって前述した
目的を達成しようとするものである。

【００１３】

【作用】電極を介して発熱部への通電がなされると、発
熱部の表面のインクが部分的に沸騰してバブルが発生し
成長していく。最大バブル成長方向がインクの吐出方向
と一致し、且つ、インクの供給方向とも一致するので、
バブルによる圧力の大部分が吐出エネルギーに変換さ
れ、これによって吐出効率が高められる。また、バブル
の圧力がインクを貯蔵部の方向へ逆流させる方向に働か
ないので、次の吐出に対するインクの応答動作が阻害さ
れない。

【００１４】更に、ノズルプレートと基板とが直に重ね
合わされているので、流路形成部材のパターニング等が
不要となり、構成が簡易となり、製造工程の単純化が可
能となる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１乃至図３に基
づいて説明する。ここで、図２は図１のＡ部分における
ノズルプレートを取り除いた場合の拡大説明図、図３は
図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面内における拡大動
作説明図である。

【００１６】この図１乃至図３に示す実施例は、インク
を部分的に沸騰させてバブルを発生させる発熱部１０お
よびこの発熱部１０へ通電させるための電極１２を有す
る基板８とを備えている。また、この基板８上には、発
熱部１０に対応したノズル部４を有するノズルプレート
６が装備されている。また、このノズル部４にインクを
供給する複数のインク供給穴１４が基板８上に設けられ
ている。

【００１７】ノズルプレート６のノズル部４を形成する
穴部分の直径は、その前述した発熱部１０側が当該ノズ
ル部４の外側の穴部分の直径より大きく形成され、更に
この発熱部１０側のノズル部４の穴部分は、インクの流
入空間を狭めるようにして当該発熱部１０上の空間を囲
むように配置され、当該発熱部１０の周囲に延設されて
いる。これにより、発熱部１０の領域に流入するインク
の流入方向は、発熱部１０とこれに対応するノズル部４
とを結ぶ中心軸線に沿った方向に設定されるようになっ
ている。

【００１８】また、前述した基板８上のインク供給穴１
４は、前述した発熱部１０の少なくとも両側に設けられ
ている。

【００１９】これをさらに詳述すると、インクジェット
プリントヘッド２は、前述したように、インクを外部に
吐出させるための複数のノズル部４を有するノズルプレ
ート６と、このノズルプレート６に直に重ね合わせられ
た基板８とから構成されており、基板８には、インクを
沸騰させてバブルを発生させるための複数の発熱部１０
とこれらの発熱部１０に通電するための電極１２とが装
備されていると共に、各発熱部１０に個別に対応するイ
ンク供給穴１４が形成されている。各インク供給穴１４
は、図示しないインクの貯蔵部へ連通されている。

【００２０】インク供給穴１４が各発熱部１０ごとに個
別にあけられているのは、インク供給穴１４と発熱部１
０を極力近づけるための手段であり、インク供給穴１４
を近づけたことによって、ノズルプレート６を取り付け
たときにノズル部４がインク供給穴１４と連通すること
を目的としている。インク供給穴１４が各発熱部１０ご
とに個別にあけられていることにより、発熱部１０の両
脇にインク供給穴１４が開口することになる。

【００２１】ノズル部４はインク供給穴１４と連通する
ことができる程度に大きいことが必要となるが、あまり
大きいと吐出速度の低下、吐出方向精度の狂い等を生じ
るため、ノズル部４には、図３に示すように、テーパ部
１６を設けて、テーパ量を調整してインク供給穴１４と
連通させている。

【００２２】次に、上述したインクジェットプリントヘ
ッド２におけるインクの吐出動作を説明する。

【００２３】図３に示すように、発熱部１０に通電がな
されると、表面のインクが沸騰し、バブルＢが発生す
る。最大バブル成長方向Ｄ_max がインクの吐出方向Ｅ及
びインク供給方向Ｓ_n とほぼ等しく、また、バブル成長
方向Ｄとインク供給方向Ｓ_n との打ち消し合いは殆ど生
じないので、バブルＢの圧力は、高効率で吐出エネルギ
ーに変換される。従って、インクの吐出効率が高められ
る。

【００２４】更に、バブル圧力逃げ流れがなく、すなわ
ち、バブルＢの圧力がインクを貯蔵部へ逆流させるよう
に作用しないので、次の吐出に対するインクの応答（リ
フィル）動作が早く行われる。

【００２５】また、本実施例では、従来技術において不
可欠とされた流路形成部材が不要であるため、これによ
り、種々の利点がもたらされる。

【００２６】すなわち、構成の簡易化に加え、流路形成
部材の基板８への接着、パターニング、流路形状の検査
等の工程が不要となるため、製造工程の大幅な短縮が得
られる。また、流路形成部材を含めた３層の位置合わせ
の手間が軽減され、上記の点も併せて構成精度の向上が
容易に得られる。

【００２７】また、流路形成部材は、主に樹脂材料の薄
膜フィルムを用いているが、これは流路部の形状のパタ
ーニングによる形成、基板８やノズルプレート６との接
着性、密着性の点で優れているものの、インクの種類に
よっては耐インク性が著しく悪い場合があり、そのため
流路形成部材に与える影響を評価、考慮しながらインク
を開発する必要があった。本発明では、主にＳｉやガラ
ス等を用いた基板８の層と、金メッキ等の耐インク処理
を施したノズルプレート６の２層構造としているため、
耐インク性は非常に高く、インクの開発を行う上での自
由度が飛躍的に向上することになる。

【００２８】なお、上記例では、各構成要素を特定の形
状で示したが、これに限定されるものではなく、上述の
吐出効率向上機能を満足する範囲で適宜に組替えないし
変更できるものである。

【００２９】

【発明の効果】以上のように、本発明によると、最大バ
ブル成長方向とインクの吐出方向及びインク供給方向と
がほぼ等しくなるように構成したので、バブル圧を高効
率で吐出エネルギーに変換することができ、よって吐出
効率を向上させることができ、ひいては印字品質を向上
させることができる。

【００３０】また、流路形成部材を不要とすることがで
きるので、構成の簡易化に加え、製造工程の短縮に伴う
製造コストの低減を図ることができると共に製造精度の
向上を図ることができ、さらには、耐インク性の向上並
びにインク開発の自由度を飛躍的に向上させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す平面図である。

【図２】図１内のＡ部分に於けるノズルプレートを取り
除いた場合の部分拡大説明図である。

【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図であ
る。

【図４】従来例を示す平面図である。

【図５】図４内のＣ部分に於けるノズルプレートを取り
除いた場合の部分拡大説明図である。

【図６】図５のＶＩ−ＶＩ線での断面図である。

【符号の説明】

４ ノズル部 ６ ノズルプレート ８ 基板 １０ 発熱部 １２ 電極 １４ インク供給穴 Ｂ バブル Ｄ_max 最大バブル成長方向（鉛直方向成分） Ｅ インクの吐出方向 Ｓ_n インク供給方向

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクを部分的に沸騰させてバブルを発
   生させる発熱部と，この発熱部へ通電させるための電極
   とを有する基板を備え、前記発熱部に対応したノズル部
   を有するノズルプレートを前記基板上に装備し、前記ノ
   ズル部にインクを供給するインク供給穴を前記基板上に
   備えて成るインクジェットプリントヘッドにおいて、 前記発熱部領域に流入するインクの流入方向を、前記発
   熱部とこれに対応するノズル部とを結ぶ中心軸線に沿っ
   た方向に設定し、 前記基板上の前記インク供給穴が、前記発熱部の少なく
   とも両側に設けられている ことを特徴としたインクジェ
   ットプリントヘッド。
2. 【請求項２】 前記ノズルプレートのノズル部を形成す
   る穴部分の前記発熱部側が、インクの流入空間を狭める
   ようにして且つ当該発熱部上の空間を囲むようにして当
   該発熱部周囲に延設されていることを特徴とした請求項
   １記載のインクジェットプリントヘッド。