JP3483622B2 - インクジェット・プリントヘッド - Google Patents
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Description
ンタ特にトップシュータ・ペン形熱インクジェット・プ
リンタで使用されるプリントヘッドに関し、特に内部の
粒子による汚染の防除に関する。
インクがそこから用紙のような印刷媒体に向かって放出
される複数個のオリフィスを備えたプリントヘッドとか
らなっている。インク溜めとプリントヘッドとの間に
は、複数個の噴射室と、インクを噴射室へと給送するプ
レナム(plenum)とを含む通路がある。各噴射室
は、抵抗加熱素子を含んでおり、これは該抵抗と連結さ
れたオリフィスを通るインクの滴もしくは気泡を噴射す
るために必要に応じてエネルギーが付与される。
るオリフィスは、直径が50μmの大きさである。通路
は、幅が〜40μmまでで、高さが〜25μmまでと小
さいことがある。噴射室内またはその近傍のペン内部の
種々の位置に、約25μm以上の何らかの粒子が閉じ込
められ、詰まりの原因になる場合がある。勿論、粒子の
アスペクト比によっては、それ以下の大きさの粒子が閉
じ込められる場合もある。このような詰まりは、勿論、
印刷されたイメージの品質を低下させる。
噴射室に到達する前に、内部の粒子汚染をインクのバル
ク補給から防除するために、微細メッシュ・フィルタを
有している。メッシュのサイズは、約25μmである。
しかし、解像度がより高い印刷を行うためにインクジェ
ット技術が用いられているので、直径がより小さい噴射
孔またはオリフィスが必要である。従って、内部粒子の
問題が増大することが予測される。そうであるならば、
更に微細なメッシュ・フィルタが必要になり、その結
果、フィルタでの圧力降下を最小限にするためにフィル
タ面積をより大きくすることが必要になろう。そのよう
な変更によって、ペンの設計、コストおよび製造戦略に
も影響が及ぶであろう。
願第92102748.8号によって試みられている。
複数個のランドが、噴射抵抗への各入口の入口部分の近
傍と、入口の間の双方に設けられる。
インク給送チャネルを使用したペンの構造には別の問題
がある。すなわち、インクがそこを通って放出されるノ
ズルを含んだノズル・プレートは、インク給送チャネル
の上方を含む支持されていない領域でたるむ傾向があ
る。このようなペンは“トップ・シュータ(top s
hooter)”または“ルーフ・シュータ(roof
shooter)”と呼ばれている。たるんだノズル
・プレートは、インクの給送を阻害し、それによってペ
ンの有用性を低下させることがある。
・シュータ(side shooter)”の熱インク
ジェット構造を指向したものであり、この構造は、噴射
抵抗が、上に形成される基板を通る共通のインク補給チ
ャネルを有するものではなく、インクを共通領域に誘導
するためにカバー・プレートの上面を通る複数個のオリ
フィスを有するものである。サイド・シュータ構造に関
連するカバー・プレートのたるみに関しては問題にされ
ていないように思われる。
ル・プレートを支持し、インク・ジェット・ペン内のイ
ンクから粒子汚染を除去することの必要性が残されてい
る。
されたもので、インクジェット・プリンタ、特にトップ
シュータ・ペン形熱インクジェット・プリンタで使用さ
れるプリントヘッドであって、内部粒子による汚染を防
除することのできるプリントヘッドを提供することを目
的とする。
連結されている複数個の柱状物、すなわちピラー(pi
llar)からなる“バリア・リーフ(barrier
reef)”構造が備えられる。ピラーは、システム
の最小寸法未満またはこれと等しい間隔を隔てられ、オ
リフィス・プレートを支持し、粒子を噴射室の外側に留
めるために、共通のインク給送チャネルにできるだけ近
接して配置される。システムの最小寸法とは、ノズルの
サイズ、もしくはインク供給源を噴射室と接続する通路
(バリア入口チャネル)の幅であると言える。
料と同じ高さを有するピラーは、基板とオリフィス・プ
レートとの間の支持ピラーとして機能し、それによっ
て、それがなければ支持されない領域で生ずるピンチ作
用を防止する。ピラーの間隔を前述のようにすることに
よって、組立て中にインク・ジェット・プリントヘッド
内部に閉じ込められた内部の粒子汚染がインク・ジェッ
トの形成と性能に悪影響を及ぼすことが好適に防止され
る。
いる図面を参照すると、図1は基板12上に形成された
印刷素子、すなわちインク滴噴射素子10を示してい
る。各噴射素子10は、バリア入口チャネル、すなわち
個別のインク通路14を備えており、抵抗16がその一
端14aに位置している。三方で抵抗16を囲んでいる
バリア入口チャネル14とインク滴噴射室15とは、層
17の内側に形成されており、この層は、所望のパター
ンで形成された開口部を形成するために、適宜にマスク
され、エッチング/現像された光重合材料からなってい
る。この材料17は、しばしばバリア層と呼ばれる。
たインク給送チャネル、すなわち共通の液体通路から、
矢印“A”で示すようにバリア入口チャネル14の反対
端14bで誘導される。インク給送チャネル18は、基
板12を通過し、基板の下方に位置するインク溜め(図
示せず)からインクを連続的に給送する。
の抵抗の近傍に位置するノズル20が連結されている。
インク滴は、抵抗によって大量のインクが加熱されると
(例えば、抵抗16の平面に対して垂直な)ノズルを通
して噴射される。各々のインク滴噴射室15と、その内
部の抵抗16と、連結されたノズル20とは、これらを
集合して、インクを噴射するための噴射出口と呼ばれ
る。
向する突起部24は、矢印“B”で示すように、チャネ
ルの幅を規定している。
な種々の機構からなっている。各抵抗16は、3つのバ
リア壁と、素子10の少なくとも幾つかに共通のインク
給送チャネル18に開かれた第4の側面とによって境界
が形成されたインク滴噴射室15内に配置されているこ
とが示されており、複数個のノズル20は、抵抗16の
近傍のカバー・プレート22内に設けられたオリフィス
からなっている。このように、各オリフィスは、前記抵
抗によって形成された平面に対して垂直に、またオリフ
ィスを通って印刷媒体(図示せず)の方向に所定のパタ
ーンで大量のインクを噴射して、英数字と図形を印刷媒
体上に作成するために、抵抗16と作動的に連結されて
いることが判る。
て、インク給送チャネル18から各素子10に給送され
る。各々のインク滴噴射室15には、バリア入口チャネ
ル14の入口のバリア層17の壁に形成され、チャネル
幅を規定する幅“B”だけ隔てられた一対の対向突起部
24が設けられている。各噴射素子10には、各突起部
24間に設けられ、一つのバリア入口チャネル14と隣
接するバリア入口チャネル14′から分離する引き込み
用の丸い突起部24aを設けてもよい。
なる“バリア・リーフ”構造が備えられる。各ピラー2
6は、噴射室15へのバリア入口チャネル14とインク
給送チャネル18との間に配置されることによって、噴
射室15への入口と連結される。
送チャネル18のエッジに沿って楕円形のピラー26を
付加するように、バリア・マスクを修正することによっ
て達成される。すなわち、ピラー26は、バリア入口チ
ャネル14、噴射室15等を形成するために、バリア層
17が加工される時点で、同時に形成される。従って、
ピラー28は、バリア層17と同じ高さである。各ピラ
ー26の長軸は、インク給送チャネル18からバリア入
口チャネル14へのインク流に対して垂直である。
フ構造を示している。これらのピラー26間の間隔は、
インク給送チャネル18の近傍でオリフィス・プレート
22を支持し、かつ内部粒子がバリア入口チャネル14
に到達する前にインクから該粒子を濾別するように設計
されている。塵芥またはその他の汚染粒子は、ノズルの
性能に影響を及ぼさないように、各個のノズル20から
十分に離れた位置で前記ピラー26によって捕捉され
る。
ンク流の抵抗を最小限にし; 2.ペンの寿命を通して良好な接着を保証し;かつ 3.インク給送チャネル18の上方でのオリフィス・プ
レート22の撓みを最小限にすることによって、支持さ
れない場合に生ずるインク流の阻害を回避するように;
リーフ・ピラーのサイズと間隔とを最適にすることにあ
る。
協調関係(トレード・オフ《tradeoff of
f》)がある。液体の振動を避けるための補給中の緩衝
と調和させつつ、急速な補給を必要とする高い動作周波
数を維持するためには、バリア入口チャネル14の寸法
と、バリア・リーフ26の構造(寸法と間隔)と、抵抗
16とインク給送チャネル18との距離とのバランスを
保つことが重要である。
チャネル14の長さCは、従来の設計と比較して、縮小
される。それによって、動作周波数は、ピラー26を設
けたことに起因する流体抵抗の増大を相殺する状態を保
持する。この点に関連して、一つの特定の設計構造で
は、バリア入口チャネル14の長さの値は、従来構造と
比較して、約15%縮小された。必要な速度で印刷する
際に、従来の構造と比較して、用紙上の印刷品質に変化
が見られなかったので、このような修正は、有効である
ことが判明した。
の最小寸法未満とする必要がある。従って、上記の説明
から、オリフィス20のサイズが指定寸法であることが
明白である。しかし、別の可能な限定寸法には、バリア
入口チャネル14の幅Bがある。
り小さい抵抗16間の間隔(抵抗相互間の中心−中心間
距離)に関連する。必然的に、各ピラー26の中心は、
各抵抗16の中心と位置合わせされる。
6のサイズと、ノズル20へのインク流の抵抗との関係
が含まれる。ピラー26がより大きいと、インク流に対
する抵抗が増大し、従って装置の動作周波数が減少す
る。前述のように、動作周波数は、抵抗16とインク給
送チャネル18との間の流体の流動抵抗を減少させるこ
とによって、所望の高い値に維持される。このような減
少は、バリア入口チャネル14の長さを縮小することに
よって、またはシェルフの長さを縮小することによって
(シェルフの長さは、インク給送チャネル18のエッジ
からバリア入口チャネル14の入口部への距離であ
る)、または双方の組み合わせによって可能である。
はできない。そうすると、ピラーが、プリントヘッドの
有効寿命を通じて、基板12に接着し得ないからであ
る。
は、調整できる別の要因である。一般に、汚染粒子がピ
ラーの部位で捕捉されて、インク給送チャネル18から
のインク流が阻止されても、入口の近くの広い領域から
バリア入口チャネル14への流れが可能であり、ピラー
26の存在が抵抗の動作に対して基本的に障害にならな
いように、前記の距離は長い方がよい。
ネル18のエッジに近接して配置される。このようにし
て、ピラーは、粒子を濾別し、粒子を共通領域内にキー
プする役割を果たす。好ましくは、ピラー26は、基板
12の処理工程に際して製造公差が許容する限り、イン
ク給送チャネル18のエッジに近接して配置される。更
に、ピラー26は、バリア層17と同じ高さであり、実
際にバリア層の境界形成中に形成されるので、ピラーは
支持されない領域、すなわちインク給送チャネル18の
エッジ部でのノズル・プレート22の部分的な凹みを防
止するための支柱としての役割を果たす。従来技術で
は、前記のような部分的な凹みは、ペンの寿命を通した
インク流の阻止と、ドットの配置エラーの原因になって
いた。
で動作し、この場合はオリフィス20の寸法である最小
寸法Xminを有するペンの場合、下記の関係式が得ら
れる。
良好に接着され得る最小寸法である。例えば、本発明の
処理工程技術では、Ymin=50μmである必要があ
る。そこで、バリア入口チャネル14の長さは、従来の
設計と比較して、Yminの約10ないし20%に等し
い量だけ縮小される。
り小さいオリフィス20と適応できるようにピラー26
間の間隔をより狭くすることができ、しかもインク流抵
抗を大幅に増大することなくより大きいピラーを設ける
ことができる。
て、既存のフィルタ・メッシュを使用することができ
る。より微細なメッシュのフィルタに変更する必要がな
い。
クジェット・ペンにおけるインクジェット・プリントヘ
ッドは、(a)各々のインク推進素子が、基板の上面に
形成されており、前記基板の前記上面のバリア層内面に
形成された3つのバリア壁と、前記インク推進素子の少
なくとも幾つかに共通なインク溜めに開かれているバリ
ア入口チャネルを形成する第4の側面とによって形成さ
れた個別のインク滴噴射室内に配設されている抵抗素子
からなる複数個のインク推進素子と、(b)前記インク
推進素子の近傍のカバー・プレート内に配設されたオリ
フィスを備えており、各オリフィスは、前記各素子によ
って形成された面に対して垂直に、また前記オリフィス
を通って印刷媒体の方向に、大量のインクを規定のパタ
ーンで噴射して英数字と図形を作成するために、抵抗素
子と作動的に連結された形式の複数個のノズルと、
(c)インク溜めからのインク流を受容するために前記
基板の下部の前記インク溜めと流体連通され、かつ前記
バリア入口チャネルと流体連結されていて、前記基板を
通して形成され、前記基板の上面でエッジを形成する共
通のインク給送チャネルであって、インクが前記共通の
インク給送チャネルから前記バリア入口チャネルを通っ
て前記各インク推進素子に供給され、前記インク給送チ
ャネルから前記各バリア入口チャネルの入口までの距離
が前記プリントヘッドのシェルフの長さを規定する形式
のインク給送チャネルと、(d)前記バリア入口チャネ
ルへの前記入口の反対側の前記インク給送チャネルの前
記エッジに沿って配置され、各ピラーが前記インク推進
素子と連結された複数個のピラーと、を含んだことを特
徴とし、次のような好ましい実施態様を有する。
下記の寸法、すなわち前記オリフィスの直径と前記バリ
ア入口チャネルの幅のうちの小さい方よりも大きくない
距離で、分離されている。
前記インク給送チャネルの近傍の前記カバー・プレート
を支持するために、前記バリア層と同じ高さとなってい
る。
前記各バリア入口チャネルへの入口と連結されている。
中心線がピラーと連結された前記抵抗の中心線と位置合
わせされるように、各抵抗と各ピラーとが中心線を有し
ている。
平坦領域を備えており、前記インク滴が前記オリフィス
を通って前記平坦領域と垂直に噴射される。
が楕円形の断面を有しており、楕円形のピラーの長軸が
前記共通のインク給送チャネルから前記インク推進素子
へのインク流と垂直となっている。
径が方程式(dpi)−1−ピラー間隔によって算出さ
れ、ここにdpiは前記プリントヘッドによって印刷可
能なインチ当たりのドット数であり、ピラー間隔は前記
ピラー間の間隔であり、また楕円形のピラーの短軸が少
なくとも前記ペンの有効寿命を通して前記ピラーが前記
基板に良好に接着するような寸法となっている。
ンにおけるインクジェット・プリントヘッドは、(a)
各々の噴射オリフィスが抵抗素子およびこれと連結され
たノズルを備えたインク推進素子を含んだインクを噴射
するための複数個のオリフィスと、(b)それぞれの噴
射オリフィスと連通した個別インク通路と、(c)前記
個別インク通路と連通し、そこにインクを給送するため
のインク給送チャネルと、(d)前記インクを前記イン
ク給送チャネルに前記インクを給送するためのインク溜
めと、(e)前記インク給送チャネルと前記個別インク
通路との間に配置された複数個のピラーからなるフィル
タと、を含んだことを特徴とし、次のような好ましい実
施態様を有する。
が、下記の寸法、すなわち前記オリフィスの直径と、前
記バリア入口チャネルの幅のうちの小さい方よりも大き
くない距離で、分離されている。
インク推進素子と前記各々の個別インク通路とが所定の
高さの光重合材料からなるバリア材料内に形成されてお
り、前記各ピラーの高さが前記バリア層の高さと同じと
なっている。
が、前記個別インク通路への入口と連結されている。
ーの中心線がピラーと連結された前記抵抗の中心線と位
置合わせされるように、各抵抗と各ピラーとが中心線を
有している。
が平坦領域を備えており、前記インク滴が前記オリフィ
スを通って前記平坦領域と垂直に噴射される。
ーが楕円形の断面を有しており、楕円形のピラーの長軸
が前記共通のインク給送チャネルから前記インク推進素
子へのインク流と垂直となっている。
の直径が方程式(dpi)−1−ピラー間隔によって算
出され、ここにdpiは前記プリントヘッドによって印
刷可能なインチ当たりのドット数であり、ピラー間隔は
前記ピラー間の間隔であり、また楕円形のピラーの短軸
が少なくとも前記ペンの有効寿命を通して前記ピラーが
前記基板に良好に接着するような寸法となっている。
わせて、最良の汚染防除を達成するように、ピラー間の
間隔を調整できる。 3.基板への接着を最適にするために、異なる幾何学的
形状を用いてピラーの設計を修正できる。 4.内部の粒子汚染防除として機能する他に、流体の緩
衝および補給の制御を行うように、ピラーの設計を修正
できる。 5.ピラーが製造時および動作時に、基板とオリフィス
・プレートとの間の支柱として役立つ。 6.ペンの寿命に亘ってオリフィス・プレートの接着状
態が向上する。
プリントヘッドでの複数個のピラーの使用は、高周波数
で、より小さいノズルサイズで動作できるペンで活用で
きるものと期待される。
プリントヘッドの設計の、インク給送チャネル、もしく
はプレナムに関連する抵抗とバリア入口チャネルの透視
図である。
ある。
入口チャネルに関連するバリア・リーフの一部の平面図
である。
Claims (9)
- 【請求項1】 (a)複数のインク推進素子であって、
各インク推進素子が抵抗素子を備え、その素子が基板の
上面に形成され、また前記基板の前記上平面上のバリヤ
層内に形成された3つのバリア壁で限定された個別のイ
ンク滴噴射室内に配置されるものであり、第4側面が前
記インク推進素子の少なくともいくつかに共通のインク
溜めに開き、バリヤ入口チャネルを限定し、前記バリア
入口チャネルがインクを前記インク溜めから連結するイ
ンク滴噴射チャンバに向ける対向側面壁を有する複数の
インク推進素子と、 (b)前記インク推進素子近傍のカバー・プレート内に
配置されたオリフィスを備える複数のノズルであって、
抵抗素子と連結されている各オリフィスが、前記各素子
で限定された平面に垂直に、規定されたパターンで前記
オリフィスを通過して印刷媒体方向に多量のインク量を
噴射して、英数字とグラフィックスを作成する複数のノ
ズルと、 (c)前記基板の下の前記インク溜めに液連通してそこ
からのインク流を受け入れ、前記バリア入口チャネルに
液連通されている共通インク供給チャネルであって、前
記インク供給チャネルが前記基板の前記上表面上にエッ
ジを限定するもので、インクが前記バリア入口チャネル
を通り前記共通インク供給チャネルから前記インク推進
素子の各々に供給され、前記インク供給チャネルと前記
各バリア入口チャネル間の距離が前記プリントヘッドの
シェルフ長さを規定する共通インク供給チャネルと、 (d)複数のピラーであって、各ピラーがインク推進素
子に連結され、前記バリア入口チャネルに対する前記入
口の反対側の前記インク供給チャネルの前記エッジに沿
って配置されて、前記バリア入口チャネルのどの部分内
にも位置しないようになっている複数のピラーとを備
え、各ピラーが楕円形断面を有し、ピラーの長軸が、前
記共通インク供給チャネルから前記インク推進素子への
インク流に垂直であるインクジェット・ペン内のトップ
シュータ・インクジェット・プリントヘッドであって、 前記複数のピラーが前記インク滴噴射室の粒子による汚
染を防止し、前記カバー・プレートを支持し、前記ピラ
ーの各々が前記バリア層にと共に形成され、また前記バ
リア層を形成するのに使用するのと同一材料から形成さ
れており、その結果前記ピラーが前記バリア層と同一高
さになっている、また隣接するピラー間のギャップがそ
のギャップより大きい寸法の粒子の濾過作用を備えるト
ップシュータ・インクジェット・プリントヘッド。 - 【請求項2】 各ピラーが、前記オリフィスの直径およ
び前記バリア入口チャネル幅の、どちらか寸法の小さい
方以下の距離だけ離れている請求項1に記載のトップシ
ュータ・インクジェット・プリントヘッド。 - 【請求項3】 各ピラーが、前記各バリア入口チャネル
への入口に連結されている請求項1に記載のトップシュ
ータ・インクジェット・プリントヘッド。 - 【請求項4】 各抵抗と各ピラーが中心線を有し、前記
ピラーの前記中心線が、それに連結している前記抵抗の
中心線と一直線になっている請求項3に記載のトップシ
ュータ・インクジェット・プリントヘッド。 - 【請求項5】 前記各抵抗が平坦領域を備え、前記イン
ク滴が前記オリフィスを通し前記平坦領域に垂直に噴射
される請求項1に記載のトップシュータ・インクジェッ
ト・プリントヘッド。 - 【請求項6】 前記長軸直径が式(dpi)−1のピラ
ー間隔で与えられ、そのdpiが前記プリンタヘッドで
印刷できるインチ当りのドット数であり、ピラー間隔が
前記ピラー間の距離であり、該ピラーの短軸の直径が少
なくとも、前記ペンの有効寿命の間前記基板への前記ピ
ラーの良好な接着を提供する寸法である請求項1〜5の
いずれかに記載のトップシュータ・インクジェット・プ
リントヘッド。 - 【請求項7】 (a)インクを噴射する複数の噴射オリ
フィスであり、前記各噴射オリフィスが抵抗素子とそれ
に連結したノズルを備えるインク推進素子を含む噴射オ
リフィスと、 (b)それぞれの噴射オリフィスに連通する個別インク
通路であって、第1高さのバリア層内に形成され、かつ
対向する側壁を有する個別インク通路と、 (c)前記個別インク通路に連通して、そこにインクを
供給するインク供給チャネルと、 (d)前記インク供給チャネルにインクを供給するため
のインク溜めと、 (e)前記インク供給チャネルと前記個別インク通路間
に配置されて、前記インク通路のどの部分内にも位置し
ないようになっている複数のピラーを備えるフィルタで
あり、各ピラーが楕円形断面を有し、ピラーの長軸が、
前記共通インク供給チャネルから前記インク推進素子へ
のインク流に垂直であり、前記フィルタが前記インク供
給チャネルと前記個別インク通路の破壊を防止する役目
も果たし、前記ピラーの各々が前記バリア層と共に形成
され、また前記バリヤ層を形成するのに使用されたもの
と同一材料で形成されており、その結果前記ピラーが前
記バリア層と同一高さになっている、また隣接するピラ
ー間のギャップが、そのギャップより大きい寸法の粒子
の濾過作用を備えているフィルタと を備え、 前記複数のピラーがカバープレートを支持するトップシ
ュータ・インクジェット・プリントヘッド。 - 【請求項8】 各ピラーが、前記オリフィスの直径およ
び前記個別インク通路の幅の、どちらか寸法の小さい方
以下の距離だけ離れている請求項7に記載のトップシュ
ータ・インクジェット・プリントヘッド。 - 【請求項9】 前記インク推進素子の各々と前記個別イ
ンク通路の各々が、前選択された高さを有する光重合材
料を備えるバリア材料内に形成され、前記各ピラーが前
記バリア層と同一高さである請求項7に記載のトップシ
ュータ・インクジェット・プリントヘッド。
Applications Claiming Priority (2)
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---|---|---|---|
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