JP3159272B2 - インクジェットプリントヘッド及びインクジェットプリンタ - 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
ヘッド及びインクジェットプリンタに係り、特に発熱体
（以下ヒータと称する）により気泡を発生させてインク
を吐出するインクジェットプリントヘッド及びインクジ
ェットプリンタに関する。

【０００２】

【従来の技術】熱インクジェットプリントヘッドには、
ノズルの開口方向によってエッジシュータ型熱インクジ
ェットプリントヘッドとサイドシュータ型熱インクジェ
ットプリントヘッドとの２方式がある。

【０００３】図１１及び図１３にそれぞれエッジシュー
タ型及びサイドシュータ型の熱インクジェットプリント
ヘッドの構成を示す。いずれの方式もインク吐出につい
ての基本的原理は全く同じである。図１１、１３におい
て基板１上にＳｉＯ₂ などの絶縁膜２を介してヒータ３
が設けられている。ヒータ３上には１対のＡｌ電極４、
５が対向して設けられており、ヒータ３及び電極４、５
の上面は３層の保護膜６、７、８で被覆されている。ま
た、最上層のポリイミドで構成された保護膜８には、電
極４、５が対向している位置に開口部８ａが形成されて
おり、保護膜８の上部にオリフィスプレート９が設けら
れている。そして、オリフィスプレート９に形成された
液室１０に、図示しないインク供給部からインク１１が
供給される。

【０００４】ここで図１１に示すエッジシュータ型ヘッ
ドではヒータ３に平行の方向に液室１０が開口してお
り、図１３に示すサイドシュータ型ヘッドではヒータ３
に直角の方向に液室１０が開口していて、それぞれノズ
ル１２、１３を形成している。なお、サイドシュータ型
ヘッドでは保護膜は６、８の２層となっている。

【０００５】上記のように構成されたエッジシュータ型
熱インクジェットプリントヘッドにおいて、ヒータ３に
所定の電圧パルスを一定時間加えると、図１２（ａ）に
示すようにヒータ３の面上に核気泡２１が発生する。核
気泡２１は（ｂ）に示すように合体して膜気泡２２とな
り、さらに（ｃ）に示すように膜気泡２２が断熱膨張に
より成長してバブル２３となる。次にヒータ３に対する
電圧の印加がなくなると、（ｄ）に示すように周囲のイ
ンク１１に熱を取られてバブル２３は収縮し、（ｅ）に
示すようにバブル２３は消滅する。そして（ｃ）、
（ｄ）、（ｅ）の過程において生じる膜沸騰現象の吐出
力により、インク１１はインク粒１１ａとなってノズル
１２から外部に放出される。

【０００６】図１３に示すサイドシュータ型熱インクジ
ェットヘッドにおいても、図１４に示すように同様の作
用によりインク粒１１ａの吐出が行なわれる。なお、図
１４では複数個の液室１０がオリフィスプレート９に並
列に設けられており、共通のインク供給部２４からイン
ク１１が供給される。またインク供給部２４には各液室
１０を仕切るバリア２５が設けられている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うに構成された従来のインクジェットプリントヘッドで
は、いずれもインク１１そのものの膜沸騰現象を利用し
ているため、インク１１がヒータ３により加熱されると
きに熱的変質（コゲーション）を発生しやすいという問
題があった。また、この熱的変質物質が凝集し、ノズル
１２、１３の目詰りを誘発しがちであった。さらにヒー
タ３の発熱温度特性に適した特性を持つインクが必要と
なるため、この種のインクの開発に手間がかかり、イン
クの選択幅が狹くなる欠点もあった。

【０００８】本発明は、このような状況に鑑みてなされ
たもので、インクの熱的変質の発生を防止し、ノズルの
目詰りを防ぐことができ、インクの選択幅を広げること
のできるインクジェットプリントヘッド及びインクジェ
ットプリンタを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
プリントヘッドは、基板上に設けられた発熱体と、発熱
体上に形成され、外部に開口するノズルを有するインク
液室とを備えたインクジェットプリントヘッドにおい
て、インク液室に、インクに溶解せず、発熱体が発する
熱により気化するバブル発生液を供給するバブル発生液
供給室と、発熱体を環状とし、環状の発熱体の中心部を
貫通して、インク液室にバブル発生液を供給するバブル
発生液供給孔とを設け、発熱体には、ぬれやすい物質で
形成された保護膜が被覆されており、バルブ発生液が供
給されると、保護膜の表面に膜状に被覆されることを特
徴とする。

【００１０】

【００１１】

【００１２】

【００１３】

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【００１７】

【００１８】

【００１９】

【００２０】

【００２１】

【００２２】

【作用】本発明のインクジェットプリントヘッドにおい
ては、発熱体の上部は常にバブル発生液により被覆され
ており、インクが直接高温の発熱体に接しないので、イ
ンクの熱的変質の発生を防止することができる。この結
果、熱的変質物質によるノズルの目詰りを防ぐことがで
きる。またインクの沸騰現象を利用しないので、沸点の
高いインクを使用することもでき、発熱体の発熱温度と
インクの沸点との間の関係に厳密な制限がなくなる。さ
らに、インクに発熱体の熱が直接伝達されないので、高
温に弱いインクを使用することができ、インク選択の自
由度が増大する。

【００２３】

【００２４】

【実施例】以下、本発明のインクジェットプリントヘッ
ド及びインクジェットプリンタの実施例を図面を参照し
て説明する。

【００２５】図７乃至図１０に本実施例によるインクジ
ェットプリントヘッド３１が搭載されたインクジェット
プリンタの構成例を示す。図７はドラム回転型の構成例
である。被印刷物としてのプリント紙３２はドラム３３
の外周に巻回され、所定位置に固定されている。ドラム
３３の外周には送りネジ３４がドラム軸方向に平行に設
けられており、送りネジ３４にはヘッド３１が螺合して
いる。そして送りネジ３４の回転によってヘッド３１が
軸方向に移動するようになっている。またドラム３３は
プーリ３５、ベルト３６、プーリ３７を介してモータ３
８により回転駆動される。さらに、送りネジ３４及びモ
ータ３８の回転とヘッド３１の駆動とは、駆動制御部３
９により印画データ及び制御信号４０に基づいて駆動制
御される。

【００２６】上記の構成において、ドラム３３が回転す
ると、その回転に同期してヘッド３１からインクが吐出
され、プリント紙３２上に画像が形成される。ドラム３
３が１回転してプリント紙３２上に円周方向に１列の印
刷が完了すると、送りネジ３４が回転してヘッド３１を
１ピッチ移動させ、次の列の印刷を行なう。この場合ド
ラム３３と送りネジ３４を同時に回転させ、印刷しなが
らヘッド３１を徐々に移動させる方法もある。マルチノ
ズルヘッドの場合や同じ場所を何度か印字するような構
成の場合はステップ送りが適するが、単ノズルやマルチ
ノズルでも本数が少ない場合は、ドラム３３と送りネジ
３４とを連動して同時に回転させながら、スパイラル状
の印字を行なう。

【００２７】図８はシリアル型の構成例である。この場
合も図７に示すドラム回転型の場合とほぼ同様の構成で
あるが、プリント紙３２はドラム３３に巻回されておら
ず、軸方向に平行に設けられた紙圧着ローラ４１によ
り、ドラム３３に圧着保持されている。この場合はヘッ
ド３１が移動して１行の印字を行なうと、ドラム３３を
１行分だけ回転させて次の行の印字を行なう。ヘッド３
１の移動は同一方向の場合と往復方向の場合とがある。

【００２８】図９はライン型の構成例である。この場合
は図８に示すシリアル型のヘッド３１及び送りネジ３４
の代りに、多数のヘッド３１がライン状に配置されたラ
インヘッド４２が軸方向に固定して設けられている。こ
の構成ではラインヘッド４２で１行分の印字が同時に行
なわれ、印字が完了するとドラム３３を１行分だけ回転
させて次の行の印字を行なう。この場合、全ラインを一
括して印字したり、複数ブロックに分割したり、１行お
きに交互に印字する方法も考えられる。

【００２９】図１０は印字及び制御系のブロック図であ
る。印字データなどの信号５１は信号処理・制御回路５
２に入力され、回路５２において印字順番に揃えられ
て、ドライバ５３を介してヘッド５４に送られる。印字
順番はヘッドや印字部の構成で異なり、また印字データ
の入力順番との関係もあり、必要に応じてラインバッフ
ァメモリや１画面メモリなどのメモリ５５に一旦記録し
てから取り出す。ヘッド５４には階調信号や吐出信号を
出力する。

【００３０】なお、マルチヘッドでノズル数が非常に多
い場合は、ヘッド５４にＩＣを搭載してヘッド５４に接
続する配線数を減らすようにする。また信号処理・制御
回路５２には補正回路５６が接続されており、γ補正、
カラーの場合の色補正、各ヘッドのばらつき補正などを
行なう。補正回路５６には予め決められた補正データを
ＲＯＭマップ型式で格納しておき、外部条件、例えばノ
ズル番号、温度、入力信号などに応じて取り出すように
するのが一般的である。

【００３１】信号処理・制御回路５２はＣＰＵやＤＳＰ
構成としてソフトウエアで処理することが一般的であ
り、処理された信号は各種制御部５７に送られる。各種
制御部５７ではドラム３３及び送りネジ３４を回転駆動
するモータの駆動、同期、ヘッドのクリーニング、プリ
ント紙３２の供給、排出などの制御を行なう。また信号
５１には印字データ以外の操作部信号や外部制御信号が
含まれることは云うまでもない。

【００３２】図１及び図２に本発明のインクジェットプ
リントヘッドの第１の実施例の構成を示す。図１、２に
おいて、図１３、１４に示す従来例の部分に対応する部
分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略す
る。

【００３３】本実施例はサイドシュータ型熱インクジェ
ットプリントヘッドに適用したマルチノズルの構成例で
あり、図１はマルチ方向に対して直角方向の縦断面図、
図２はマルチ方向に沿った縦断面図である。オリフィス
プレート９にはインク粒１１ａを吐出するためのノズル
１３が、希望する印字ピッチで設けられており、各ノズ
ル１３にそれぞれ連通してオリフィスプレート９に形成
されたインク液室１０は隔壁２５で仕切られている。上
記構成のオリフィスプレート９は電蝕、フォトエッチン
グ、エレクトロ・ファイン・フォーミングなどの加工方
法により製作される。

【００３４】基板１上には絶縁膜２を介して円環状のヒ
ータ３が設けられており、ヒータ３の中心はノズル１３
の中心とほぼ一致するように配置されている。また、基
板１は支持板６２に支持されており、支持板６２にはバ
ブル発生液供給室６３が設けられている。さらにインク
液室１０とバブル発生液供給室６３とは、ヒータ３の中
心部分を通って基板１を貫通するバブル発生液供給孔６
１により接続されている。またヒータ３には１対の電極
４、５が接続されている。

【００３５】ヒータ３の発熱部及び電極４、５の上面
と、バブル発生液供給孔６１の内面とは保護膜６で被覆
されており、保護膜６上にはバブル発生液との接触角が
小さなぬれやすい物質がコーティングされている。ある
いは保護膜６そのものがバブル発生液との接触角が小さ
なぬれやすい物質で形成されている。またバブル発生液
供給孔６１の内径は、インク吐出過程では発生した吐出
力に影響を与えず、インク吐出経過後ではバブル発生液
を保護膜６の表面に円滑に供給可能な径となっている。

【００３６】一方、インク液室１０を仕切る隔壁２５は
保護膜６に完全に密着しておらず、多少の間隙があり、
インク液室１０間でインク１１が移動可能となってい
る。また、インク液室１０の一部には共通インク供給部
が形成されており、必要なときに各インク液室１０にイ
ンクを供給する。さらに、各バブル発生液供給孔６１に
接続されたバブル発生液供給室６３の一部に共通バブル
発生液供給部が形成されている。また、バブル発生液供
給室６３内のバブル発生液７１に対し、外部から適時圧
力を印加するようにしてもよい。

【００３７】次に本実施例の作用を説明する。バブル発
生液供給室６３からバブル発生液供給孔６１を介して、
保護膜６の表面全体に行き渡るように、各インク液室１
０内にバブル発生液７１を供給する。インク液室１０内
にはインク１１が充満しており、ヒータ３の発熱部上の
保護膜６の表面をバブル発生液７１が膜状に被覆してお
り、インク１１と平衡状態を保っている。

【００３８】希望印字タイミングになると、希望するヒ
ータ３に対して電極４、５を介してある一定電力のエネ
ルギを印加する。この印加電力パルス幅は、ヒータ３上
でバブル発生液７１の膜沸騰現象を起こさせるのに適切
な時間とする必要がある。このパルス幅はおよそ１０μ
Ｓ以下のごく短いものであり、このパルスを与えるとヒ
ータ３が急激に加熱される。そして図３（ａ）に示すよ
うにあらかじめ存在する発泡核２１が活性化する前に、
ヒータ３の上部にあるバブル発生液７１が過熱限界に達
し、（ｂ）に示すように膜気泡２２が得られる。膜気泡
２２は１５kg／cm² 程度の内圧をもって断熱膨張し、
（ｃ）に示すように生長して気泡２３となってインク液
室１０内のインク１１をノズル１３外に押し出す。

【００３９】気泡２３が最大となる時点でヒータ３によ
る加熱を停止すると、それ以降は周囲のバブル発生液７
１やインク１１により熱を奪われ、（ｄ）に示すように
気泡２３は収縮する。またノズル１３外へ押し出された
インク１１は慣性によってさらに外部へ向って移動し、
さらに進行すると（ｅ）に示すように気泡２３は消滅
し、ノズル１３外のインク１１はインク粒１１ａとなっ
て飛行し、プリント紙に達する。気泡２３が完全に消滅
すると共通インク供給部からインク液室１０内にインク
１１が供給され、バブル発生液供給室６３からバブル発
生液供給孔６１を通って、保護膜６上にバブル発生液７
１が必要量供給される。このとき保護膜６の表面はバブ
ル発生液７１のぬれ性がよくなっているので、バブル発
生液７１によって完全に被覆される。

【００４０】本実施例によれば、インク吐出過程におい
て、ヒータ３の発熱部は保護膜６及びバブル発生液７１
により被覆されているので、直接インク１１が接触する
ことはなく、バブル発生液７１のみが直接加熱されて膜
沸騰を起こす。従って、インク１１の熱的変質の発生を
防止することができ、熱的変質物質によるノズル１３の
目詰りを防ぐことができる。また沸点の高いインクや高
温に弱いインクを使用することができ、インクの選択の
自由度を増大することができる。

【００４１】図４に本発明の第２の実施例の構成を示
す。本実施例はインク液室１０の一部の保護膜６上にバ
ブル発生液供給室６３を設け、インク液室１０とバブル
発生液供給室６３とをバブル発生液供給孔６１で連通し
たものである。

【００４２】図５に本発明の第３の実施例の構成を示
す。本実施例はエッジシュータ型インクジェットプリン
タに適用したものであり、図１、２に示す第１の実施例
と同様にバブル発生液供給孔６１をヒータ３の中心部に
設けたものである。

【００４３】図６に本発明の第４の実施例の構成を示
す。本実施例は図４に示す第２の実施例の構成をエッジ
シュータ型インクジェットプリンタに適用したものであ
り、バブル発生液７１をヒータ３の横方向から供給する
ようにしたものである。

【００４４】第２乃至第４の実施例においても、第１の
実施例と同様の効果を得ることができる。

【００４５】なお、上記各実施例で使用されるバブル発
生液７１はインク１１に溶解せず、ヒータ３が発する熱
により気化する液体である。すなわち、インク１１が油
性インクである場合にはバブル発生液７１は水性液であ
り、インク１１が水性インクである場合にはバブル発生
液は油性液である。

【００４６】上記各実施例では、インクジェットプリン
トヘッドが単色マルチヘッドである場合について説明し
たが、１ノズルのみのシングルヘッドの場合、インク液
室を色数に分割して多色化した多色カラーヘッドの場
合、または単色マルチヘッドを色数分だけ複数列設けた
多色マルチヘッドの場合に応用しても、同様の効果が得
られる。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のインクジ
ェットプリントヘッド及びインクジェットプリンタによ
れば、インクが直接高温の発熱体に接しないので、イン
クの熱的変質とノズルの目詰りの発生とを防止すること
ができる。また沸点の高いインクや高温に弱いインクを
使用することができ、インクの選択の自由度を増大する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェットプリントヘッドの第１
の実施例の構成を示すマルチ方向に対して直角方向の縦
断面図である。

【図２】図１のマルチ方向に沿った縦断面図である。

【図３】本実施例のヘッドによる液滴形成過程を示す説
明図である。

【図４】本発明の第２の実施例の構成を示す縦断面図で
ある。

【図５】本発明の第３の実施例の構成を示す縦断面図で
ある。

【図６】本発明の第４の実施例の構成を示す縦断面図で
ある。

【図７】ドラム回転型インクジェットプリンタの一例の
構成を示す説明図である。

【図８】シリアル型インクジェットプリンタの一例の構
成を示す説明図である。

【図９】ライン型インクジェットプリンタの一例の構成
を示す説明図である。

【図１０】インクジェットプリンタの信号処理、制御系
の一例の構成を示すブロック図である。

【図１１】従来のエッジシュータ型熱インクジェットプ
リントヘッドの一例の構成を示す縦断面図である。

【図１２】図１１に示すヘッドによる液滴形成過程を示
す説明図である。

【図１３】従来のサイドシュータ型熱インクジェットプ
リントヘッドの一例の構成を示すマルチ方向に対して直
角方向の縦断面図である。

【図１４】図１３のマルチ方向に沿った縦断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 基板 ３ ヒータ（発熱体） １０ インク液室 １１ インク １３ ノズル ３１ ヘッド ３２ プリント紙（被印刷物） ３３ ドラム ３４ 送りネジ（駆動部材） ６１ バブル発生液供給孔 ６３ バブル発生液供給室 ７１ バブル発生液

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/05

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に設けられた発熱体と、 前記発熱体上に形成され、外部に開口するノズルを有す
   るインク液室とを備えたインクジェットプリントヘッド
   において、 前記インク液室に、インクに溶解せず、前記発熱体が発
   する熱により気化するバブル発生液を供給するバブル発
   生液供給室と、 前記発熱体を環状とし、環状の前記発熱体の中心部を貫
   通して、前記インク液室に前記バブル発生液を供給する
   バブル発生液供給孔と を設け、 前記発熱体には、ぬれやすい物質で形成された保護膜が
   被覆されており、前記バルブ発生液が供給されると、前
   記保護膜の表面に膜状に被覆される ことを特徴とするイ
   ンクジェットプリントヘッド。