JP3196631B2 - 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】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般にドロップ・
オン・デマンド型インク・ジェット・プリント・ヘッド
に関し、特に、浄化能力、噴射の均一性、インク滴噴射
レートの高い性能に対して最適化されたインク・ジェッ
トの多数の配列を有するプリント媒体幅の高性能プリン
ト・ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】マルチ・オリフィス（多くのオリフィス
を有する）ドロップ・オン・デマンド型インク・ジェッ
ト・プリント・ヘッドを実現する既知の装置及び方法が
ある。一般的に、マルチ・オリフィス・ドロップ・オン
・デマンド型インク・ジェット（配列）プリント・ヘッ
ドは、インク圧力室内のインクの偏倚と、それに続く関
連したオリフィスからのインク滴の噴射とにより動作す
る。インクは、共通インク供給多岐管からインク入口を
介してインク圧力室に供給される。ドライバ（駆動器）
機構を用いて、インク圧力室内のインクを移動させる。
ドライバ機構は、薄い隔壁に接合されたトランスジュー
サ（例えば、ピエゾセラミック物質）を典型的には含ん
でいる。電圧をトランスジューサに供給すると、このト
ランスジューサはインク圧力室内のインクを移動させ
て、インク多岐管からインク入口を介してインク圧力室
にインクを流すと共に、出口及び通路を介してオリフィ
スにインクを流す。

【０００３】密集して束ねられた配列内に多くのオリフ
ィスを位置決めできるような寸法が望ましい。特に小形
のインク・ジェット配列プリント・ヘッドが求められる
ときには、多岐管、入口、圧力室を適切に配置し、この
オリフィスを関連したオリフィスへ流体的に結合するこ
とは、簡単な作業ではない。設計が不正確であると、副
次的な構造であってさえ、不均一な噴射特性が生じる。

【０００４】各インク・ジェット配列チャンネルの種々
の特徴を実質的に等しくすることにより、均一な噴射特
性が一般に得られる。また、均一な噴射は、プリント・
ヘッド内に形成され、噴射特性と干渉する空気、汚染物
質、及び内部発生のガス泡から、各チャンネルが独立し
ていることに依存する。したがって、マルチ・オリフィ
ス・プリント・ヘッドの種々の構造は、これらを実質的
に取り除くように設計されなければならない。

【０００５】例えば、１９８８年３月８日に発行された
米国特許第４７３０１９７号「インパルス・インク・ジ
ェット・システム」は、中心が整列して位置決めされた
一般に矩形のインク圧力室が２行（列）に並列となった
インク・ジェット配列プリント・ヘッドを記載してい
る。インク・ジェット・オリフィスの線形配列の各１つ
は、関連したインク圧力室と結合している。各オリフィ
スの中心軸は、インク圧力室を含む平面と垂直に延びる
と共に、インク圧力室の拡張部分と交差する。断面領域
がほぼ均一なインク多岐管は、マルチ・オリフィス配列
の隣接したチャンネル管の音響クロストークを最少にす
るように動作する各開口を介して、圧力室の各々にイン
クを供給する。しかし、かかる制限は、しばしば泡を捕
らえ、その結果、頻繁な浄化（パージ）が必要となる。
また、圧力室の共振の影響で噴射が不均一となる点や、
ダミー・チャンネル及びコンプライアンス（柔軟）壁の
構造を用いて、３６個のオリフィスを有するインク・ジ
ェット・プリント・ヘッド内に反射波により誘導された
クロストークを減少させる点も記載されている。

【０００６】泡及び汚染物質を一掃するインク・ジェッ
ト・プリント・ヘッドの種々の構造により、実質的な浄
化は、比較的高速のインク流レートに依存する。インク
多岐管における種々の位置のインク流レートは、浄化さ
れる下流のオリフィス・チャンネルの数と、多岐管の断
面領域とに依存する。即ち、インク流レートは、多岐管
の上流端部において、単一のオリフィス・チャンネルが
インクを引き込む下流端部におけるよりも大きい。よっ
て、多岐管の下流端部におけるインク流レートは、捕ら
えられた泡及び汚染物質を一掃するのに充分でない。

【０００７】インク流レート及び不均一性に関するいく
つかの問題が、１９８３年１月４日に発行された米国特
許第４３６７４８０号「インク・ジェット・プリンタ用
ヘッド装置」に指摘されている。この米国特許では、各
オリフィス・チャンネルが均一の構造の大きさであるマ
ルチ・オリフィス・インク・ジェット・プリント・ヘッ
ドと、下流端部におけるインク流レートを早くした不均
一な断面領域を有するインク多岐管とを記載している。
しかし、多岐管の形状により、流れの淀む領域が泡及び
汚染物質を依然捕らえる。さらに、プリント・ヘッド
は、曲がりくねったインク入り口構造であり、オリフィ
ス・チャンネルと、両端にインク入口を有するインク供
給多岐管との間が均一な音響性能を示す。かかる構造
は、一方のインク入口の内部と、多岐管を介しての他方
の入口の外部とにおける高速インク流レート（交差の流
れでの浄化）を与える。これは、インク多岐管から汚染
物質又は泡を効果的に除去するが、各オリフィス・チャ
ンネルの種々の構造部分からは除去しない。

【０００８】本願出願人に譲渡され、１９９２年２月１
１日に発行された米国特許第５０８７９３０号「ドロッ
プ・オン・デマンド・インク・ジェット・プリント・ヘ
ッド」は、プリンタ速度及び噴射の不均一性を指摘して
おり、音響的に均一な内部構造を有し、小形で９６個の
オリフィスを具えたインク・ジェット・プリント・ヘッ
ドを記載している。このプリント・ヘッドは、インク多
岐管、隔壁、インク圧力室、インク入口、オフセット・
チャンネル及びオリフィスの関連した配列を一緒に形成
したラミネーション・プレート（板）で構成されてい
る。特定のプレートが、黒、黄色、マゼンタ及びシアン
のプレートも形成するが、これらは、他の内部インク・
ジェットの特徴的構成の上部及び下部に配分されてい
る。特に、下側の多岐管は、インク伝搬チャンネルによ
り上側の多岐管に接続されている。残念なことに、プリ
ントしない期間中に、浮揚性のある泡がインク伝搬チャ
ンネルの上部アーチ部に捕らえられる。また、プリント
とする際、インク流レートは、プリント・ヘッドの任意
のインク送りチャンネルを通過する泡を一掃するほど充
分なものではない。浄化期間中、多岐管及びインク送り
チャンネルを介して増加したレートでインクが流れる
が、上部多岐管の下流端部に向かって泡が引き込まれ
て、残念なことに淀み領域にこれら泡が捕らえられる。

【０００９】捕らえた泡の各々の共振周波数は、インク
・オリフィス・チャンネルが泡の共振周波数付近のレー
トでインク滴を噴射したときに、常にインク・ジェット
・チャンネル間のクロストークを増加するように動作す
るので、これら捕らえた泡は特に重要な問題となる。さ
らに、あるインク滴噴射レートにおいては、充分なエネ
ルギーが泡に伝達され、泡が成長して、最終的に関連し
たインク・ジェットが動作できなくなる。

【００１０】本願出願人に譲渡され、１９９３年４月３
０日に出願した米国特許出願第０８／０５６３４６号
「改善された浄化及び噴射特性を有するマルチ・オリフ
ィス・ドロップ・オン・デマンド型インク・ジェット・
プリント・ヘッド」は、泡の捕獲に対するいくかの解決
法を指摘している。１２４個のオリフィスを具えたイン
ク・ジェット・プリント・ヘッドが記載されており、多
岐管が先細りとなり、インク流の淀み領域を除去する。
さらに、多岐管及びインク送りチャンネルが総て上方に
傾いており、多岐管の上端に沿って分配された入口チャ
ンネル・ポートを含んでいるので、泡の浮揚性により、
泡が多岐管内で上方に浮かび、インク送りチャンネル内
に容易に一掃できる。さらに、多岐管及び内部インク・
ジェットの先細り構造及びサイジング（大きさを順に並
べること）により、クロストーク及び共振誘導による噴
射の不均一性を最小にする。しかし、１２４個のオリフ
ィスを有するので、プリント・ヘッドを具えたプリンタ
には、依然、カラー・プリンタを行うのに２分かかる。

【００１１】１９８５年８月２７日に発行された米国特
許第４５３８１５６号は、プリンタ速度の問題を解決す
るものであり、高速回転ドラムに直接的に画像形成イン
ク滴を噴出するプリント媒体幅のプリント・ヘッドを用
いたインク・ジェット画像転送プリンタを記載してい
る。プリント媒体幅のプリント・ヘッドは、インク・ジ
ェット・オリフィスの線形配列を具えている。これらオ
リフィスは、０．２５４ミリメートル（０．１インチ）
だけ互いに離れており、ドラムが連続的に２０回転し、
その間にプリント・ヘッドが横に移動する期間中に、１
センチメートル当たり７９ドット（１インチ当たり２０
０ドット）の分解能の画像をドラム上にプリントする。
ドラムが画像を受けた後、プリント媒体を回転状態でド
ラムに接触するように配置して、ドラムから画像をプリ
ント媒体に転写する。かかる転写プリントは、比較的高
速なプリントであり、プリント媒体の厚さに影響されに
くく、紙（プリント媒体）の経路が簡単な「直線通過」
経路であるなどの利点を有する。しかし、上述のプリン
タは、カラー・プリントができないし、プリント・ヘッ
ド・オリフィスの間隔を、１センチメートル当たり１１
８ドット（１インチ当たり３００ドット）以上のプリン
ト分解能が維持できるようにすることができない。

【発明が解決しようとする課題】

【００１２】多くの従来のマルチ・オリフィス・インク
・ジェット・プリント・ヘッドが設計されているにも関
わらず、製作が容易で、浄化可能であり、１分間当たり
多くの高分解能で高品質のカラー・プリントを行えるイ
ンク・ジェット・プリント・ヘッドが依然求められてい
る。

【００１３】したがって、本発明の目的は、高速且つ高
分解能のプリントを行うプリント媒体幅のカラー・イン
ク・ジェット・プリント・ヘッドの提供にある。

【００１４】本発明の他の目的は、優れた浄化特性及び
均一な噴射特性となるように内部構成が配置されると共
に大きさが決められたインク・ジェット・プリント・ヘ
ッドの提供にある。

【００１５】本発明の更に他の目的は、簡単で、比較的
安価で、繰り返しが可能なインク・ジェット・プリント
・ヘッドの作成方法の提供にある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】したがって、本発明によ
れば、インク・ジェット配列プリント・ヘッド（インク
・ジェットが配列されたプリント・ヘッド：以下、単に
「インク・ジェット・プリント・ヘッド」ともいう）
は、フル・カラー画像をプリントするためにプリント媒
体幅の４個のインク・ジェット配列を含んでいる。イン
クは、４個のインク多岐管から、音響的に一致した１組
の入口フィルタ、入口ポート、入口チャンネル、圧力室
ポート及びインク圧力室を介して流れる。インクは、出
口ポートを介して圧力室を離れ、長円形出口チャンネル
を介してオリフィスに流れ、これらオリフィスからイン
ク滴が噴射される。インク圧力室は、可撓性隔壁により
結合され、この可撓性隔壁にピエゾセラミック・トラン
スジューサを結合する。多岐管内の圧力変動により生じ
る相互噴射クロストークを最小にするために、コンプラ
イアンス（柔軟）壁を各多岐管の全長に沿って形成す
る。インク供給システムは、４色のインクをプリント・
ヘッドに供給する。相変化（phase-change）インクが溶
融し、インク捕獲溜に入り、インク貯蔵多岐管に集ま
り、インク・スタック送りを介してプリント・ヘッドに
供給される。先細りとなった多岐管、入口ポートの適切
な位置決め、及びインク・スタック送りの上方への傾斜
により、インク供給システム及びインク・ジェット・プ
リント・ヘッドの浄化能力を強化する。

【００１７】本発明の他の目的及び利点は、添付図を参
照した好適実施例の以下の説明から明らかになろう。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明と共に用いるのに適する転
送プリント処理及びインク成分については、本願出願人
に譲渡され、１９９２年１１月２５日に出願した米国特
許出願第０７／９８１６４６号（特開平６−２９３１７
８号に対応）「画像処理」及び米国特許出願第０７／９
８１６７７号「間接プリント処理においてサブストレー
トへ選択的相変化インク成分を与える処理」に記載され
ている。

【００１９】図１は、本発明の高分解能カラー・インク
・ジェット配列プリント・ヘッドに用いるのに適する単
一のインク・ジェット１０の例を断面図として示す。イ
ンク・ジェット１０の本体は、インク多岐管（マニフォ
ルド）１２の輪郭を定め、このインク多岐管を介してイ
ンクがインク・ジェット・プリント・ヘッドに送られ
る。また、この本体は、インク滴形成オリフィス１４と
共に、インク多岐管１２からオリフィス１４へのインク
流経路の輪郭も定める。一般的に、インク・ジェット・
プリント・ヘッドは、好適にはオリフィス１４の配列を
含んでおり、これらオリフィスは、互いに分離してお
り、紙のシートや転送ドラムの如き画像受け媒体（即
ち、プリント媒体：図示せず）上にインク滴を噴射する
のに利用される。

【００２０】典型的なインク・ジェット・プリント・ヘ
ッドは、黒プラス減算混合３色プリントに用いるため、
黒（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）及び黄色
（Ｙ）インクを受ける少なくとも４個の多岐管を有す
る。（以下、特定のインク・カラーを送るインク・ジェ
ット構造に関係する参照番号は、例えば、多岐管１２Ｋ
のような適切な識別子を有し、これら構成素子は、総括
的に又は一般的に識別子を用いずに、例えば、多岐管１
２のように示す。）しかし、かかる多岐管の数は、プリ
ンタが単独で黒インクをプリントするように設計されて
いるか、フル・カラー範囲未満のプリントをするように
設計されているかに応じて変更してもよい。インクは、
多岐管１２から、入口ポート１６、入口チャンネル１
８、圧力室ポート２０を介してインク圧力室２２に流れ
る。インクは、出口ポート２４を介して圧力室２２から
離れ、出口チャンネル２８を介してノズル１４に流れ
る。このノズル（オリフィス）１４からインク滴が噴射
する。代わりに、圧力室２２及びオリフィス１４の間に
オフセット・チャンネルを付加して、特定のインク・ジ
ェット・アプリケーションに合わせることができる。

【００２１】インク圧力室２２を可撓性隔壁３０により
一方の側に結合する。ピエゾセラミック・トランスジュ
ーサの如き電気機械変換器（トランスジューサ）３２を
適切な接着剤により隔壁３０にしっかりと留め、インク
圧力室２２を覆うようにする。従来方法では、トランス
ジューサ３２は金属フィルム層３４を具えており、この
金属フィルム層が電子的トランスジューサ・ドライバ
（駆動器）３６に電気的に接続される。トランスジュー
サには他の形式も使用できるが、電圧が金属フィルム層
３４に供給された際にトランスジューサ３２がその寸法
を変更するような曲がり（ベンディング）モードで、こ
のトランスジューサは動作する。しかし、トランスジュ
ーサ３２は、隔壁３０に確実且つ強固に結合されている
ので、トランスジューサ３２が曲がると、隔壁３０が変
形するので、インク圧力室２２内のインクが移動して、
出口ポート２４、出口チャンネル２８を介してオリフィ
ス１４に向かってインクが流れる。インク滴の噴射に引
き続き、インク圧力室２２の補充が、オリフィス・メニ
スカス、トランスジューサ３２の逆曲がり及び隔壁３０
の付随した移動により行われる。

【００２２】本発明に利用可能なインク・ジェット配列
プリント・ヘッドを容易に作成するには、インク・ジェ
ット１０を、好ましくはステンレス・スチールの如きラ
ミネートされた多くのプレート（板）又はシートで形成
する。これらシート等を重ね合わせの関係で積み重ね
る。図１に示す本発明の実施例においては、これらシー
ト又はプレートは、多岐管１２の一部及び隔壁３０を形
成する隔壁プレート４０と；多岐管１２の一部及びイン
ク圧力室２２の輪郭を定めるインク圧力室プレート４２
と；入口チャンネル１８及び出口ポート２４の輪郭を定
める入口チャンネル・プレート４６と；出口チャンネル
２８の輪郭を定める出口プレート５４と；インク・ジェ
ット１０のオリフィス１４の輪郭を定めるオリフィス・
プレート５６とを含んでいる。

【００２３】図示よりも多い又は少ないプレートを用い
て、インク・ジェット・プリント・ヘッドの種々のイン
ク流経路、多岐管及び圧力室の輪郭を定めてもよい。例
えば、図１に示す単一のプレートの代わりにインク圧力
室の輪郭を定めるのに多くのプレートを用いてもよい。
また、分離した金属のシート又は層において、種々の構
造の総てが必要なわけではない。例えば、（化学エッチ
ングを製造に用いるならば）金属を化学的にエッチング
するのにテンプレートとして用いるフォトレジストのパ
ターンを金属シートの各側で異ならせることもできる。
よって、より限定した例としては、インク入口通路用の
パターンを金属シートの一方の側に配置し、圧力室のパ
ターンを他方の側に前面対背面のレジストレーションに
て配置できる。よって、注意深く制御したエッチングに
よって、分離インク入口経路を含む層と、圧力室を含む
層とを１つの共通層に組み合わせることができる。

【００２４】図２は、インク・ジェット１００Ｙ及び１
００Ｍを構成する好適なプレートの積み重ね配列を示
す。これらインク・ジェットは、本発明の媒体幅高分解
能カラー・インク・ジェット配列プリント・ヘッド１０
１に用いる代表的な１対である。インク・ジェット１０
０を一体に形成し、インク入口ポート１０２Ｙ及び１０
２Ｍ、インク送りチャンネル１０４Ｙ及び１０４Ｍ、イ
ンク多岐管１０６Ｙ及び１０６Ｍの輪郭を定める。これ
らを介して、インクを夫々のインク・ジェット１００Ｙ
及び１００Ｍに送る。また、この本体が、インク滴形成
オリフィス１０８Ｙ及び１０８Ｍの輪郭を定め、これら
オリフィスからインク滴１１０Ｙ及び１１０Ｍが距離１
１２を横切って画像受け媒体（プリント媒体）１１４に
向かって噴射される。

【００２５】一般に、好適なインク・ジェット配列プリ
ント・ヘッド１０１は、インク・ジェット１００Ｙ、１
００Ｍ、１００Ｃ及び１００Ｋの４つの線形配列を含ん
でおり、これら線形配列は、画像受け媒体１１４に向か
うインク滴１１０のパターンを噴射するのに用いるため
に、密接だが互いに分離している。インク・ジェット１
００Ｙ及び１００Ｍのみを示したが、図２が中心線１１
５（図３も参照のこと）の周囲で「鏡像」の関係なら
ば、４個のインク・ジェットの断面構成となり、４個の
多岐管１０６が、黒プラス減算混合３色プリンタにおい
て用いる黒、シアン、マゼンタ及び黄色のインクを受け
る。

【００２６】例として任意の色のインクを用いるが、イ
ンクは、多岐管１０６から、入口ポート１１７、入口チ
ャンネル１１８及び圧力室ポート１２０を介してインク
圧力室１２２に流れる。インクは、出口ポート１２４を
介して圧力室１２２を離れ、断面が長円形（卵形）の出
口チャンネル１２８を介してオリフィス１０８に流れ
る。これらオリフィスからインク滴１１０が噴射され
る。

【００２７】インク圧力室１２２を可撓性隔壁１３０の
一方の側に結合する。円板又は６辺形の形状で、直径が
２．１３ミリメートル（０．０８４インチ）で、厚さが
０．１５ミリメートル（０．００６インチ）のトランス
ジューサ１３２を、各インク圧力室１２２に重なるよう
に、適切な接着剤で隔壁１３０にしっかりと取り付け
る。トランスジューサ１３２は、金属フィルム層１３４
を具えており、ここに電子的トランスジューサ・ドライ
バ３６を電気的に接続する。トランスジューサ１３２
は、好ましくは曲がりモードで動作し、電気駆動信号に
より駆動される。この駆動信号は、１インチ当たり３０
０ドットの場合、図２３に示す如き波形であり、この波
形は、本願出願人に譲渡され、１９９５年１月１１日に
出願された米国特許出願第０８／３７１１９７号（対応
日本出願は、平成８年１月５日出願の整理番号ＴＥＫ−
２１−Ｔ）「ドットの大きさが変調されたインク・ジェ
ット・プリント方法及び装置」にも記載されている。イ
ンク圧力室１２２からのインク噴射を駆動する波形は、
約１５ミル（０．０１５インチ、即ち、０．３８１ミリ
メートル）から約３０ミル（０．０３０インチ、即ち、
０．７６２ミリメートル）のオリフィスから（インク）
受け表面までの距離１１２にわたって約５０及び約３０
０マイクロ秒の間にプリント・ヘッドから（プリント）
媒体へのインク滴の飛翔時間において、１インチ（２．
５４センチメートル）当たり３００ドットの分解能の印
刷をする際に、約９０から約１２０ナノグラムの量のイ
ンク滴を生じる。これにより、この設計によるプリント
・ヘッドは、種々の動作条件において、確実な連続動作
が可能になる。図２３の時間部分の値は、５メガヘルツ
・クロックに対して、表１のようになる。なお、横軸
は、時間であり、その単位はマイクロ秒である。また、
縦軸は、電圧比であり、その値は−０．３±０．０１で
ある。なお、典型的な電圧は、２５ボルトである。

【表１】

【００２８】好適なインク・ジェット・プリント・ヘッ
ド１０１を容易に作成するには、重ね合わせの関係で積
み重ねたステンレス・スチールの如き多くのラミネート
したプレート又はシートによりインク・ジェット１００
を形成する。総てのプレートは、特に指定がなければ、
その厚さが０．２ミリメートル（０．００８インチ）で
あり、比較的安価な光パターン及びエッチング・プロセ
スを用いて製作する。本発明のプリント・ヘッド１０１
は、層対層の配列が微妙でないように設計されている。
すなわち、化学エッチング・プロセスにおいて維持でき
る典型的な許容誤差で充分である。インク・ジェット・
プリント・ヘッド１０１を形成する種々のプレートを、
適切な機械的留め金具を含む任意の適切な方法で配列
し、結合してもよい。しかし、金属プレートをラミネー
トし、結合する好適なプロセスは、本願出願人に譲渡さ
れ、１９８９年１１月２８日に発行された米国特許第４
８８３２１９号「拡散結合及び鑞付け結合によるインク
・ジェット・プリント・ヘッドの製造」に記載されてい
る。

【００２９】図２に示す本発明の実施例において、プレ
ートは、インク入口ポート１０２の一部及び隔壁１３０
を形成する厚さが０．１ミリメートル（０．００４イン
チ）の隔壁プレート１３６と；インク入口ポート１０２
の一部及び圧力室１２２を形成し、隔壁プレート１３６
用の強固な裏材となる本体プレート１３８と；インク入
口ポート１０２及び出口ポート１２４の一部並びに圧力
室ポート１２０を形成する分離プレート１４０と；イン
ク入口ポート１０２及び出口ポート１２４の一部並びに
入口チャンネル１１８を形成し、０．１ミリメートル
（０．００４インチ）の厚さの入口チャンネル・プレー
ト１４２と；インク入口ポート１０２及び出口ポート１
２４の一部並びに入口ポート１１７を形成する分離プレ
ート１４４と；インク入口ポート１０２及び出口ポート
１２４の一部並びにフィルタ１１６を形成し、厚さが
０．０５ミリメートル（０．００２インチ）のフィルタ
・プレート１４５と；インク多岐管１０６、インク送り
チャンネル１０４、出口チャンネル１２８、及びインク
入口ポート１０２の残りの部分を形成する６個の多岐管
プレート１４６Ａ〜１４６Ｆと；各インク多岐管１０６
用のコンプライアンス（柔軟）壁１５０並びに出口チャ
ンネル１２８及びオリフィス１０８の各々の間の遷移領
域の部分を形成し、厚さが０．０５ミリメートル（０．
００２インチ）の壁プレート１４８と；遷移領域１５４
の他の部分及び各コンプライアンス壁１５０の後ろの空
気室１５６を形成するオリフィス・ブレース・プレート
１５２と；オリフィス１０８を形成し、厚さが０．０６
４ミリメートル（０．００２５インチ）のオリフィス・
プレート１５８とを含んでいる。

【００３０】表２は、約２４キロヘルツのヘルムホルツ
共振周波数のインク・ジェット１００の各々を互いに構
成するインク・ジェット１００の内部構造の好適な寸法
を示す。

【表２】 なお、総ての寸法の単位は、ミリメートルである。

【００３１】噴射の均一性を確実にするために、インク
・ジェット１００の総ては、実質的に同一に動作しなけ
ればならない。これは、総ての関連した構造が実質的に
同一の流体的特性（即ち、入口の長さ及び断面領域、出
口の長さ及び断面領域、及びオリフィスの大きさ）と実
質的に同じトランスジューサ結合効率（例えば、圧力
室、隔壁及びトランジスタの寸法）とを有するように、
インク・ジェットを構成することにより達成できる。

【００３２】出口チャンネル１２８に対する入口チャン
ネル１１８の大きさの比により、高いインク滴噴射効率
及び早いインク・ジェット補充時間の組み合わせを確実
にする対応インピーダンス比を与える。この大きさの比
は、入口チャンネル１１８用の高いアスペクト比断面
（厚さが０．１ミリメートルで、幅が０．５ミリメート
ル）と、出口流体インダクタンスを最小にする出口チャ
ンネル１２８用の大きさ（０．７１ミリメートルの有効
直径）とにより依存する。入口チャンネル１１８の抵抗
は、それらの０．１ミリメートルの厚さにより左右され
る。入口チャンネル１１８を形成する際に生じる製造許
容誤差は、比較的大きな０．５ミリメートル幅で最小化
される。

【００３３】２０キロヘルツに達するインク滴噴射繰り
返しレートは、低い補充時間流体抵抗と組み合わせた高
いヘルムホルツ・モード発振ダンピング係数により可能
になる。

【００３４】インク・ジェット１００の全体的な設計
は、入口チャンネル１１８及び出口チャンネル１２８の
長さを最小にして、それらの定常波周波数を最大にする
ので、高いインク滴噴射繰り返しレートにてプリント品
質へ悪影響を及ぼす（典型的に経験してきた）ものを最
小にする。

【００３５】図３は、８個の隣接した代表的なインク・
ジェット１００内の内部構造の相対的空間配置を示す平
面図である。この空間的配置は、図２及び図３で同様な
参照符号を付した構造と比較することにより理解できよ
う。１分間に４頁をプリントする本発明を用いたインク
・ジェット・プリンタでは、各画像を約１０秒の間に画
像受け媒体１１４（図２）に噴射しなければならない。
これは、各々が約１１キロヘルツの繰り返しレートにて
インク滴を噴射する３５２個のインク・ジェット１００
（１原色につき８８個のインク・ジェット）を必要とす
る。３５２個のインク・ジェットは、幅が２１．６セン
チメートル（８．５インチ）に広がった４個の線形配列
内に配置されるが、この幅は、標準サイズが８．５イン
チ×１１インチの画像受け媒体に広がるのに充分であ
る。もちろん、図３は、プリント・ヘッド１０１内の３
５２個のインク・ジェットの内のわずか８個を示す。

【００３６】オリフィス１０８Ｙ、１０８Ｍ及び１０８
Ｃは、垂直方向に２４ピクセル分だけ互いに離間してお
り、オリフィス１０８Ｃ及び１０８Ｋは、垂直方向に１
２ピクセル分だけ離間している。各配列のオリフィス１
０８の総ては、水平方向に２８ピクセル分だけ互いに離
間している。オリフィス１０８Ｙ、１０８Ｍ及び１０８
Ｃは、垂直方向に整列しており、黒オリフィス１０８Ｋ
は、これらから水平方向に２ピクセル分だけオフセット
している（ずれている）。好適なピクセル間隔は、０．
０８５ミリメートル（０．００３３インチ）であり、こ
れが、１ミリメートル当たり１２ドット（１インチ当た
り３００ドット）のプリント分解能を維持する。

【００３７】インク・ジェット転送プリントは、好適に
はプリント・ヘッド１０１を用いる。ここで、インク滴
がプリント・ヘッド１０１から噴射され、オリフィス１
０８の配列と平行に、このオリフィス配列から短い距離
に配置された画像受け回転ドラム上にインク滴が付着さ
れる。回転ドラム上に画像を付着するには、各オリフィ
ス１０８が、２８回の連続したドラム回転の各々に対し
て、１ミリメートル当たり１２ドット（１インチ当たり
３００ドット）のピクセルの列を付着させる。プリント
・ヘッド１０１は、各ドラム回転期間中に横方向に２ピ
クセル分の位置だけ移動するので、２８回のドラム回転
期間中に、このドラム上にインタレースの画像を付着さ
せる。

【００３８】好適な相変化インクによりフル・カラー画
像をプリントする際、インク滴が画像受け媒体上で凝固
する前に、２つの原色カラー・インク滴を混合して、２
次色を作成する。したがって、原色のカラー・オリフィ
ス１０８Ｙ、１０８Ｍ及び１０８Ｃを垂直方向に整列さ
せて、完全にインクが凝固する前に、第１インク滴の上
に第２インク滴を付着させる。

【００３９】上述の如く、高いインク滴噴射レートは、
充分に大きな断面領域を有する出口チャンネル１２８に
依存し、充分なダンピングと低い流体インダクタンスと
を与える。図３は、出口チャンネル１２８が長円形の断
面を有し、この長円形断面がプリント・ヘッド１０１の
他の内部構造に付加的な寸法の隙間を作る。したがっ
て、断面が長円形の出口チャンネルが好ましいが、円形
又は他の形の断面形状も、等価な断面領域を有する出口
チャンネルの機能を果たす。

【００４０】図４は、出口ポート１２４、出口チャンネ
ル１２８及び遷移領域１５４を形成する好適なプレート
層開口の付随の空間的細部を示し、これらは、本発明の
代表的な長円形出口１６０を形成する。

【００４１】出口ポート１２４の各々は、分離プレート
１４０、入口チャンネル・プレート１４２、分離プレー
ト１４４及びフィルタ・プレート１４５内に形成された
円形断面形状を有する。出口チャンネル１２８の各々
は、多岐管プレート１４６Ａ〜１４６Ｆ内に形成された
長円形断面形状を有する。遷移領域１５４の各々は、壁
プレート１４８及びオリフィス・ブレース・プレート１
５２内に形成された長円形断面形状を有する。長円形出
口１６０の好適な寸法を表３に示す。

【表３】 なお、長さ、幅、深さ（奥行き）及び直径の単位はミリ
メートルであり、領域の単位は平方ミリメートルであ
る。

【００４２】図５〜図９は、互いにラミネートした際
に、本発明の好適なプリント・ヘッド１０１を形成する
プレートを示す。

【００４３】特に、図５は、隔壁１３６を示し、この隔
壁を通る開口が、インク入口ポート１０２の部分を形成
する。隔壁１３０は、点線で外観を示す領域内で、プレ
ート材料内で本来的に形成される。

【００４４】図６は、本体プレート１３８を示し、この
プレートを通過する開口が、インク入口ポート１０２及
びインク圧力室１２２の部分を形成する。

【００４５】図７は、分離プレート１４０を示し、この
プレートを通過する開口が、圧力室ポート１２０、入口
ポート１０２の部分、及び出口ポート１２４の部分を形
成する。

【００４６】図８は、入口チャンネル・プレート１４２
を示し、このプレートを通過する開口が、入口チャンネ
ル１１８、インク入口ポート１０２の部分、出口ポート
１２４の部分を形成する。

【００４７】図９は、分離プレート１４４を示し、この
プレートを通過する開口が、入口ポート１１７、インク
入口ポート１０２の部分、出口ポート１２４の部分を形
成する。

【００４８】図１０は、フィルタ・プレート１４５を示
し、このプレートを通過する開口が、入口フィルタ１１
６、インク入口ポート１０２の部分、出口ポート１２４
の部分を形成する。

【００４９】図１１は、多岐管プレート１４６Ａを示
し、このプレートを通過する開口が、インク送りチャン
ネル１０４の部分、多岐管１０６の部分、インク入口ポ
ート１０２の部分、長円形出口チャンネル１２８の部分
を形成する。多岐管１０６は、インク・ジェット配列１
００の長さ全体にわたって延びるが、多岐管プレート１
４６の各々において支持リブ１７０により補強されてい
る。支持リブ１７０は、多岐管プレート１４６の各々に
おいて故意に重ねないで、多岐管１０６の各々において
インク流が封鎖されるのを防止する。

【００５０】図１２は、多岐管プレート１４６Ｂを示
し、このプレートを通過する開口が、インク送りチャン
ネル１０４の部分、多岐管１０６の部分、インク入口ポ
ート１０２の部分、長円形出口チャンネル１２８の部分
を形成する。

【００５１】図１３は、多岐管プレート１４６Ｃを示
し、このプレートを通過する開口が、多岐管１０６の部
分、インク入口ポート１０２の部分、長円形出口チャン
ネル１２８の部分を形成する。

【００５２】図１４は、多岐管プレート１４６Ｄを示
し、このプレートを通過する開口が、多岐管１０６の部
分、インク入口ポート１０２の部分、長円形出口チャン
ネル１２８の部分を形成する。

【００５３】図１５は、多岐管プレート１４６Ｅを示
し、このプレートを通過する開口が、多岐管１０６の部
分、インク送りチャンネル１０４の部分、長円形出口チ
ャンネル１２８の部分を形成する。

【００５４】図１６は、多岐管プレート１４６Ｆを示
し、このプレートを通過する開口が、多岐管１０６の部
分、インク送りチャンネル１０４の部分、長円形出口チ
ャンネル１２８の部分を形成する。

【００５５】図１７は、壁プレート１４８を示し、この
プレートを通過する開口が、遷移領域１５４の部分を形
成する。コンプライアンス壁１５０は、点線で外観を示
す領域内において、プレート材料内に本来的に形成され
る。

【００５６】図１８は、オリフィス・ブレース・プレー
ト１５２を示し、このプレートを通過する開口が、遷移
領域１５４の部分を形成する。厚さが０．２ミリメート
ル（０．００８インチ）で、深さ（奥行き）が約０．０
５ミリメートル（０．００２インチ）から約０．１ミリ
メートル（０．００４インチ）までの範囲のプレート材
料を「ハーフ・エッチング」して、空気室１５６を形成
する。

【００５７】図１９は、オリフィス・プレート１５８を
示し、このプレートを０．０６ミリメートル（０．００
２５インチ）で穴開けした開口が、オリフィス１０８を
形成する。

【００５８】図２を参照して上述したように、入口チャ
ンネル１１８及び出口チャンネル１２８の長さを最小に
することにより、噴射性能を強調する。しかし、入口及
び出口の長さを最小にすることにより、多岐管１０６の
容積及び性能が制限される。これは、充分な数のインク
・ジェット１００が同時にインク滴を噴射した際に、比
較的大きなインク圧力変動を生じる。残念なことに、こ
の圧力変動により、インク・ジェット１００間にクロス
トークが生じ、噴射が不均一になり、プリント品質が低
下する。

【００５９】多岐管１０６内の圧力変動を最小にするた
めに、コンプライアンス壁１５０は、多岐管１０６の全
長に沿って１つの壁を形成する。壁１５０の機械的なコ
ンプライアンスは、噴射発射の「スタートアップ（開
始）」期間中で、定常インク流が確立されるまで、イン
ク圧力の変動を吸収する。コンプライアンス壁１５０
は、電気的には、電源のフィルタ・コンデンサに類似し
ている。

【００６０】図１１〜図１６を参照する。１個の多岐管
当たり３個のインク送りチャンネル１０４を設けて、多
岐管１０６のインク供給性能を更に強化して、多岐管１
０６内の流体インダクタンス（インク流に対する抵抗）
を下げている。１個の多岐管１０６当たりに３個のイン
ク送りチャンネル１０４を設けることにより、電気的に
は、３個の抵抗器を並列に配置したのと類似する。すな
わち、多岐管の実行長は、多岐管の実際の長さの６分の
１であるので、多岐管のインダクタンスが低下する。

【００６１】図２０は、インク送り及びインク多岐管の
設計細部を示すために部分的に断面になった本発明の４
個の隣接したインク・ジェットの等縮尺の拡大図であ
る。低いインダクタンスに設計したインク送りチャンネ
ル１０４を設けて、多岐管１０６のインク流性能を更に
改善する。これは、インク入口ポート１０２の断面をで
きるだけ大きく、且つ多岐管１０６にできるだけ近づけ
ることが必要である。インク入口１０２及び多岐管１０
６の間の先細り部分１８０内に広がるようにインク送り
チャンネル１０４を形作って、広い断面領域を実現す
る。

【００６２】インク入口ポート１０２Ｍ及び１０２Ｃか
ら内側多岐管１０６Ｍ及び１０６Ｃにインクを供給する
には、インク送りチャンネル１０４Ｍ及び１０４Ｙ並び
にインク送りチャンネル１０４Ｃ及び１０４Ｋが必要で
あり、図２０に示すように、これらは互いにクロスオー
バーする。多岐管１０６Ｙ及び１０６Ｋの狭まった部分
１８２Ｙ及び１８２Ｋ（図示せず）は、インク送りチャ
ンネル１０４Ｍ及び１０４Ｃの夫々の断面領域に隙間を
作る。図１５及び図１６は、インク送りチャンネルのク
ロスオーバーの他の図である。

【００６３】インク送りチャンネル１０４の夫々の大き
な断面領域の結果、インク供給量が比較的に多くなっ
て、プリント・ヘッド１０１に対して潜在的な空気浄化
問題が生じる。浄化の一般的な目的は、可能な限り最小
量のインクをプリント・ヘッド１０１の総ての内部構造
に高速に流すことにより、捕らえられた空気をインク・
ジェット１００から除去することである。浄化問題は、
一般に、インク・ジェット１０１内での空気泡の浮揚性
及びインク流の淀み領域により生じる。

【００６４】空気泡の浮揚性を利用して、後述のように
インク・ジェット１００の浄化能力を強化する。インク
は、インク入口ポート１０２からインク送りチャンネル
１０４を介して多岐管１０６に流れる。多くの空気泡
が、浮揚性により、多岐管１０６の上部壁１８４に保持
される。したがって、入口ポート１１７から入口チャン
ネル１１８までを上部壁１８４の近傍に位置決めして、
多岐管１０６の上部からインクを抜き取るので、最小の
インク流で空気泡を入口チャンネル１１８に引き込め
る。空気泡が入口チャンネル１１８に入ると、構造の滑
らかさ、小さな断面領域、円形圧力室１２２を通る正反
対の流れの組み合わせにより、残りの内部構造を介して
オリフィス１０８へ導かれて、効率的な浄化を確実に行
える。

【００６５】インク流の淀みは、多岐管１０６内にてイ
ンク流レートが低い領域における潜在的な問題である。
図２１は、断面が先細りになった多岐管部分を得るため
に用いる積み重ねプレート構造を示す本発明の多岐管の
部分の拡大平面図である。インク流の淀みは、インク送
りチャンネル１０４からの下流点での多岐管１０６内に
最も発生しやすく、比較的少ない入口ポート１１７がイ
ンク流を起こす。本発明の多岐管１０６において、淀み
点は、インク送りチャンネル１０４間の端部１９０及び
対称中点１９２にて最も生じやすい。インク流の淀みを
防ぐには、端部１９０及び対称中点１９２の領域内に
て、多岐管１０６を上部壁１８４に隣接して部分的に先
細りにする。この先細りにより、コンプライアンス壁１
５０から入口ポート１１７（図示せず）に向かう方向
で、上向きの傾斜とする。よって、この上向きの傾斜
が、インク流及び空気泡を入口ポート１１７に向かわ
せ、浄化を強化する。

【００６６】再び、図１４〜図１６を参照する。端部１
９０及び対称中点１９２に隣接した領域で、多岐管プレ
ート１４６Ｆ〜１４６Ｃの各々にて、多岐管の開口の大
きさを順次大きくすることにより、先細り領域を好適に
実現する。

【００６７】図２２は、４つのカラー・インクをインク
・ジェット・プリント・ヘッド１０１（点線でその位置
を示す）のインク入口ポート１０２に供給する本発明の
好適なインク供給システム２００を示す。相変化インク
が溶融して、インク捕獲溜２０２（４個の内の１個を示
す）に溜まる。ここから、溶けたインクは、加熱された
インク貯蔵器２０４に通り抜ける。インク・ジェット・
プリント・ヘッド１０１がインクを用いるので、上方に
傾斜したインク・スタック送り２０６を介してインク入
口ポート１０２にインクを流すことにより、インク貯蔵
器２０４から再供給する。３組のインク・スタック送り
２０６があるが、その内の１組のみを示す。インク・ス
タック送り２０６が上方に傾斜しているので、上述のよ
うに泡の浮揚性を積極的に利用して、インク供給システ
ム２００及びインク・ジェット・プリント・ヘッド１０
１の浄化能力を強化する。流体インダクタンスを充分に
低くするために、スタック送り２０６の好適な直径は約
６．４ミリメートル（０．２５インチ）であり、その平
均長は約７６ミリメートル（３．０インチ）である。

【００６８】当業者には、本発明の一部を別の実施例に
してもよいことが認められるであろう。例えば、相変化
インクでない流体を用いてもよいし、インクは、任意の
色の組み合わせや、黒のような単一色で構成してもよ
い。同様に、プリント・ヘッドの幅は、プリント媒体幅
以外でもよく、種々のオリフィス配列構成を使用でき
る。また、上述のピエゾセラミック・トランスジューサ
以外の機構によりインク・ジェットを駆動してもよい。
そして、もちろん、ラミネートしたプレート構造以外の
製作工程を用いてもよく、上述の種々の寸法を、特定の
アプリケーションの条件に応じて大幅に変更してもよ
い。

【００６９】本発明の要旨を逸脱することなく、本発明
の上述の実施例の細部において多くの変更が可能なこと
が当業者には明らかであろう。したがって、本発明は、
画像転送インク・ジェット・プリンタで用いる以外の画
像アプリケーションに適用できることが明らかであろ
う。よって、本発明の要旨は、特許請求の範囲により決
まる。

【００７０】

【発明の効果】上述の如く、本発明のインク・ジェット
・プリント・ヘッドによれば、インク多岐管の各々がコ
ンプライアンス壁を有し、このコンプライアンス壁が、
画像受け媒体に向かってインク滴が噴射されたのと同時
に多数のオリフィスにより生じたインク圧力変動を誘導
する相互内部噴射クロストークを吸収する。よって、均
一な噴射特性が得られ、高分解能且つ高品質なカラー・
プリントを高速に行える。また、本発明は、複数のプレ
ートを積み重ねてラミネート処理するので、製作が容易
である。さらに、先細りとなった多岐管、入口ポートの
適切な位置決め、及びインク・スタック送りの上方への
傾斜により、インク供給システム及びインク・ジェット
・プリント・ヘッドの浄化能力を改善できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインク・ジェット配列プリント・ヘッ
ドに用いるのに適する内部構造におけるプレートを積み
重ねた構成を示すピエゾセラミック・トランスジューサ
駆動型インク・ジェットの例を示す断面図である。

【図２】異なる色のインク滴を噴射するのに適する２個
のピエゾセラミック・トランスジューサ駆動インク・ジ
ェットにおけるプレートを積み重ねた構成を示す本発明
の好適なインク・ジェット配列プリント・ヘッドの拡大
断面図である。

【図３】８個の隣接したピエゾセラミック・トランスジ
ューサ駆動インク・ジェットの内部構造の相対的な空間
配列を示す図２のプリント・ヘッドの一部の拡大平面図
である。

【図４】出口ポート部分、出口チャンネル部分及び遷移
領域部分を形成するプレート層開口を示す本発明の長円
形出口の拡大斜視図である。

【図５】本発明に用いる好適な隔壁プレートの平面図で
ある。

【図６】本発明に用いる好適な本体プレートの平面図で
ある。

【図７】本発明に用いる好適な分離プレートの平面図で
ある。

【図８】本発明に用いる好適な入口チャンネル・プレー
トの平面図である。

【図９】本発明に用いる好適な分離プレートの平面図で
ある。

【図１０】本発明に用いる好適なフィルタ・プレートの
平面図である。

【図１１】本発明に用いる１組の好適な多岐管プレート
の平面図である。

【図１２】本発明に用いる１組の好適な多岐管プレート
の平面図である。

【図１３】本発明に用いる１組の好適な多岐管プレート
の平面図である。

【図１４】本発明に用いる１組の好適な多岐管プレート
の平面図である。

【図１５】本発明に用いる１組の好適な多岐管プレート
の平面図である。

【図１６】本発明に用いる１組の好適な多岐管プレート
の平面図である。

【図１７】本発明に用いる好適なコンプライアンス壁プ
レートの平面図である。

【図１８】本発明に用いる好適なオリフィス・ブレース
・プレートの平面図である。

【図１９】本発明に用いる好適なオリフィス・プレート
の平面図である。

【図２０】インク送り及びインク多岐管の設計細部を示
すために部分的に断面になった本発明の４個の隣接した
インク・ジェットの等縮尺の拡大図である。

【図２１】断面が先細りになった多岐管部分を得るため
に用いる積み重ねプレート構造を示す本発明の多岐管の
部分の拡大平面図である。

【図２２】インク捕獲溜、供給多岐管及びインク・スタ
ック送りを示す本発明のインク供給システムの等縮尺図
である。

【図２３】１１キロヘルツの噴射周波数にて本発明に利
用可能な駆動波形であり、典型的な電圧が２５ボルトで
あり、電圧比が−０．３±０．０１である時間に対する
電圧比を示す。

【符号の説明】

１０、１００ インク・ジェット １４、１０８ オリフィス １２、１０６ インク多岐管 ３６ トランスジューサ・ドライバ １０１ インク・ジェット・プリント・ヘッド １０２ インク入口ポート １０４ インク送りチャンネル １１０ インク滴 １１４ 画像受け媒体（プリント媒体） １１６ 入口フィルタ １１７ 入口ポート １１８ 入口チャンネル １２０ 圧力室ポート １２２ インク圧力室 １２４ 出口ポート １２８ 出口チャンネル １３０ 隔壁 １３２ トランスジューサ １５０ コンプライアンス壁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウイリアム・エイチ・トミソン アメリカ合衆国 オレゴン州 97005ビ ーバートン ノース・ウエスト セッヂ ウイック・コート 18205 (72)発明者 デーヴィッド・エイ・テンス アメリカ合衆国 オレゴン州 97224タ イガード サウス・ウエスト リバーウ ッド・レーン 9580 (56)参考文献 特開 平３−150165（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−84975（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−98860（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−225050（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−210351（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−234218（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−244863（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−37958（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−239939（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/045 - 2/055

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インク・ジェット・プリント装置用の媒
   体幅のカラー・インク・ジェット配列プリントヘッドで
   あって、 各々が第１方向で少なくとも２００ミリメートルの媒体
   の幅に広がり、所定のカラー・インクを噴射するように
   線形に配置された多数のオリフィスの配列と、 各々が上記オリフィスの配列の関連した１つと流体的に
   連結され、上記所定のカラー・インクの１つを貯蔵する
   多数のインク多岐管とを備え、 上記インク多岐管の各々は、画像受け媒体に向かってイ
   ンク滴が噴射されたのと同時に多数の上記オリフィスに
   より生じたインク圧力変動を誘導する相互内部噴射クロ
   ストークを吸収するコンプライアンス壁を有し、上記コ
   ンプライアンス壁の背後に空気室が形成されていること
   を特徴とするインク・ジェット・プリント・ヘッド。