JP4698918B2 - モジュラー式プリントヘッド装置の熱膨張補償 - Google Patents
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- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
- Ink Jet (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプリンター、特にデジタル式インクジェットプリンターに関する。
【０００２】
【関連出願】
本発明が対象とする各種方法、システムおよび装置は、本出願人および本発明の譲受人が２０００年５月２４日に出願した以下の関連特許出願明細書に開示されている。
【０００３】
PCT/AU00/00578 PCT/AU00/00579 PCT/AU00/00581 PCT/AU00/00580 PCT/AU00/00582 PCT/AU00/00587 PCT/AU00/00588 PCT/AU00/00589 PCT/AU00/00583 PCT/AU00/00593 PCT/AU00/00590 PCT/AU00/00591 PCT/AU00/00592 PCT/AU00/00584 PCT/AU00/00585 PCT/AU00/00586 PCT/AU00/00594 PCT/AU00/00595 PCT/AU00/00596 PCT/AU00/00597 PCT/AU00/00598 PCT/AU00/00516 PCT/AU00/00517 PCT/AU00/00511
【０００４】
また、本発明が対象とする各種方法、システムおよび装置は、本出願人および本発明の譲受人が２０００年１１月２７日に出願した関連出願PCT/AU00/01445にも開示されている。これら関連出願の開示内容については、相互参照により本明細書に援用する。同様に、２件の関連PCT出願、すなわち（オーストラリア仮特許出願第PQ6110号および同第PQ6111号の優先権を援用する）PCT/AU01/00261およびPCT/AU01/00260の開示内容についても、本明細書に相互参照により援用する。さらに、オーストラリア仮特許出願第PQ6059号および同第PQ6058号の優先権を援用し、２００１年３月６日に出願した２件の関連PCT出願PCT/AU01/00238 及びPCT/AU01/00239の開示内容も援用する。
【０００５】
【発明の背景技術】
近年開発されたインクジェットプリンターの場合、超小型電子機械的システム（MEMS）技術を利用して製造したプリントヘッドを使用している。このようなプリントヘッドでは、MEMS製造技術を使用して、シリコンチップに微小なインク噴射ノズル列を配列する。以下、特にシリコンプリントヘッドチップのノズル、チャンバーおよびアクチュエータをMEMS技術により形成したデジタル式インクジェットプリンター用シリコンプリントヘッドチップについて説明するが、本発明はこれに限定されず、他の多くの用途に適用することも可能である。
【０００６】
シリコンプリントヘッドチップは、プリントヘッドを固定したページプリンターに使用するのに特に好適である。これらプリントヘッドチップは、ページ間を前後に移動する代わりに、ページの幅全体にわたって印刷するもので、高印刷速度を達成できる。長さが８インチのチップは、長さ１インチのチップに比較して製造欠陥の確率が格段に高い。この製造欠陥が高くなると、製造コストや印刷コストが比較的高くなる。
【０００７】
各モジュールがプリントヘッドチップを備えた、一連のプリントヘッドモジュールを隣接配設してプリントヘッドを構成すれば、ページプリンターの製造コストおよび印刷コストを削減することができる。隣接プリントヘッドモジュールによる印刷にギャップが発生し、あるいは重なりが発生するのを確実に防止するためには、支持ビームに装着後、各モジュールを精密に配列する必要がある。このように配列すると、各モジュールによる印刷がこれに隣接するモジュールによる印刷に正確に隣接することになる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術の場合、残念ながら、周囲温度でのプリントヘッドモジュールの配列には、プリンターの印刷温度まで支持ビームが高くなるとこの支持ビームが膨張し、配列が崩れる問題がある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１実施態様によれば、本発明は、インクジェット用プリントヘッドであって、
複合支持部材とプリントヘッドとを有し、
上記複合支持部材が一体的な装着要素と外側シェルとを有し、
上記装着要素と上記外側シェルとを異なる材料で構成し、
上記プリントヘッドを上記装着要素に装着できるようにするとともに、上記外側シェルをプリンターに装着できるように構成し、
上記支持部材の熱膨張係数が上記プリントヘッドの熱膨張係数と実質的に等しくなるように上記支持部材の材料を選択し、かつ構造的に組み合わせたプリントヘッド装置において、
上記装着要素と上記外側シェルとの間における上記支持部材の相対運動を制限したプリントヘッド装置が提供される。
【００１０】
本明細書において、“支持部材の熱膨張係数”とは、装着要素以外の支持部材部分からの任意の外部影響を考慮にいれた、装着要素の有効熱膨張係数を意味する。
【００１１】
装着要素に個別に取り付けられ、各モジュールがシリコンMEMSチップを有する２つかそれ以上のプリントヘッドモジュールでプリントヘッドを構成し、この装着要素もシリコンで形成することが好ましい。
【００１２】
特に好適な実施態様では、支持部材にさらに金属部分を形成し、これをプリンターに装着する。
【００１３】
また、上記金属部分によって装着要素を支持するとともに、この金属部分内に調節自在に装着要素を位置決めするのが好ましい。
【００１４】
また、別な実施態様では、プリンターをページプリンターとして構成し、支持部材としてシリコン中心コアをもつ細長い金属シェルで構成したビームを使用する。このビームの場合、シリコンコアと金属シェルとの間における相対運動を制限するのが有利である。これについては、シリコンコアと金属シェルとの間に弾性層を設けるとよい。さらに、外側シェルを少なくとも２種類の金属からなる積層体層で形成してもよい。
【００１５】
なお、設計、材料選択時に、支持部材の取り付け部分の熱膨張係数がプリントヘッドチップの熱膨張係数に実質的に一致するように注意が必要である。プリントヘッドと支持部材の取り付け部分との間に有意味な熱膨張差がないため、プリントヘッドモジュールに位置ずれ問題は発生しない。また、外側シェルと取り付け部分との間に発生する何らかの相対運動を吸収するように支持部材を設計しているため、反り問題も発生しない。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面について説明する。プリントヘッドモジュール２をもつプリントヘッド装置１を支持ビーム３に固着し、これをデジタル式プリンター（図示せず）に装着する。プリントヘッドモジュール２は、シリコンプリントヘッドチップ４をもつ。このチップには、MEMS技術によって形成したインクノズル、チャンバーおよびアクチュエータが配列されている。
【００１７】
隣接プリントヘッドモジュール２が発生する印刷ずれが、所定の最大ずれを超えないようにするためには、支持ビーム３の熱膨張係数をシリコンの熱膨張係数と正確に一致させる必要がある。支持ビーム３の許容可能な最大熱膨張係数および最小熱膨張係数は、次のパラメータから下記の式により求めることができる。
隣接プリントヘッド間の許容可能な最大位置ずれ、および
周囲温度（より特定すれば、モジュール２を支持ビーム３に装着配列した温度）と平衡印刷温度との温度差、およびプリントヘッドチップの長さ。
なお、
ΔXmaxは、プリントヘッドモジュール間において許容可能な最大位置ずれである。
ΔTは、モジュールを支持ビームに装着かつ配列した温度とプリンターの平衡印刷温度との差である。
Lは、プリントヘッドチップの長さである。
MCTEは、支持ビームの熱膨張係数である。
PCTEは、プリントヘッドチップの熱膨張係数である。
【００１８】
ここで
ΔXmax=1×１０−６ｍ
ΔT=４０℃
L=20mm
とすると、
である。シリコンプリントヘッドを使用した場合、
PCTE=２．６×１０−６ｍ/℃
であるため、支持ビームの熱膨張係数の最大値および最小値は、
MCTE=２．６±１．２５×１０−６ｍ/℃
である。
【００１９】
このパラメータを使用すると、支持ビームの材料および構造上の形状を適切に選択できる。好適な実施態様では、ビーム３のシリコンコア要素５を中間層７によって金属外側シェル６に結合する。このコア要素５にモジュール２を装着すると、支持ビーム３の有効熱膨張係数を許容可能な範囲に収まるように小さくすることができる。
【００２０】
外側シェル６とコア要素５との間に弾性層７を配設すると、シリコンコア要素の熱膨張係数への外側シェルの影響を抑えることができる。
【００２１】
あるいは、外側シェル６内の滑りを抑制するようにシリコンコア要素５を装着し、一般的に高い金属の熱膨張係数による影響を相殺あるいは抑制してもよい。
【００２２】
以上、本発明を具体的な実施例について説明してきたが、当業者ならば容易に認識できるように、本発明ではこれら以外でも数多くの実施態様が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】例示のみを目的として本発明を説明する図で、本発明に従って構成したプリントヘッド装置の概略横断面図である。
【符号の説明】
２：プリントヘッドモジュール
３：支持ビーム
４：シリコンプリントヘッドチップ
５：コア要素
６：外側シェル
７：中間層
【発明の属する技術分野】
本発明はプリンター、特にデジタル式インクジェットプリンターに関する。
【０００２】
【関連出願】
本発明が対象とする各種方法、システムおよび装置は、本出願人および本発明の譲受人が２０００年５月２４日に出願した以下の関連特許出願明細書に開示されている。
【０００３】
PCT/AU00/00578 PCT/AU00/00579 PCT/AU00/00581 PCT/AU00/00580 PCT/AU00/00582 PCT/AU00/00587 PCT/AU00/00588 PCT/AU00/00589 PCT/AU00/00583 PCT/AU00/00593 PCT/AU00/00590 PCT/AU00/00591 PCT/AU00/00592 PCT/AU00/00584 PCT/AU00/00585 PCT/AU00/00586 PCT/AU00/00594 PCT/AU00/00595 PCT/AU00/00596 PCT/AU00/00597 PCT/AU00/00598 PCT/AU00/00516 PCT/AU00/00517 PCT/AU00/00511
【０００４】
また、本発明が対象とする各種方法、システムおよび装置は、本出願人および本発明の譲受人が２０００年１１月２７日に出願した関連出願PCT/AU00/01445にも開示されている。これら関連出願の開示内容については、相互参照により本明細書に援用する。同様に、２件の関連PCT出願、すなわち（オーストラリア仮特許出願第PQ6110号および同第PQ6111号の優先権を援用する）PCT/AU01/00261およびPCT/AU01/00260の開示内容についても、本明細書に相互参照により援用する。さらに、オーストラリア仮特許出願第PQ6059号および同第PQ6058号の優先権を援用し、２００１年３月６日に出願した２件の関連PCT出願PCT/AU01/00238 及びPCT/AU01/00239の開示内容も援用する。
【０００５】
【発明の背景技術】
近年開発されたインクジェットプリンターの場合、超小型電子機械的システム（MEMS）技術を利用して製造したプリントヘッドを使用している。このようなプリントヘッドでは、MEMS製造技術を使用して、シリコンチップに微小なインク噴射ノズル列を配列する。以下、特にシリコンプリントヘッドチップのノズル、チャンバーおよびアクチュエータをMEMS技術により形成したデジタル式インクジェットプリンター用シリコンプリントヘッドチップについて説明するが、本発明はこれに限定されず、他の多くの用途に適用することも可能である。
【０００６】
シリコンプリントヘッドチップは、プリントヘッドを固定したページプリンターに使用するのに特に好適である。これらプリントヘッドチップは、ページ間を前後に移動する代わりに、ページの幅全体にわたって印刷するもので、高印刷速度を達成できる。長さが８インチのチップは、長さ１インチのチップに比較して製造欠陥の確率が格段に高い。この製造欠陥が高くなると、製造コストや印刷コストが比較的高くなる。
【０００７】
各モジュールがプリントヘッドチップを備えた、一連のプリントヘッドモジュールを隣接配設してプリントヘッドを構成すれば、ページプリンターの製造コストおよび印刷コストを削減することができる。隣接プリントヘッドモジュールによる印刷にギャップが発生し、あるいは重なりが発生するのを確実に防止するためには、支持ビームに装着後、各モジュールを精密に配列する必要がある。このように配列すると、各モジュールによる印刷がこれに隣接するモジュールによる印刷に正確に隣接することになる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術の場合、残念ながら、周囲温度でのプリントヘッドモジュールの配列には、プリンターの印刷温度まで支持ビームが高くなるとこの支持ビームが膨張し、配列が崩れる問題がある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１実施態様によれば、本発明は、インクジェット用プリントヘッドであって、
複合支持部材とプリントヘッドとを有し、
上記複合支持部材が一体的な装着要素と外側シェルとを有し、
上記装着要素と上記外側シェルとを異なる材料で構成し、
上記プリントヘッドを上記装着要素に装着できるようにするとともに、上記外側シェルをプリンターに装着できるように構成し、
上記支持部材の熱膨張係数が上記プリントヘッドの熱膨張係数と実質的に等しくなるように上記支持部材の材料を選択し、かつ構造的に組み合わせたプリントヘッド装置において、
上記装着要素と上記外側シェルとの間における上記支持部材の相対運動を制限したプリントヘッド装置が提供される。
【００１０】
本明細書において、“支持部材の熱膨張係数”とは、装着要素以外の支持部材部分からの任意の外部影響を考慮にいれた、装着要素の有効熱膨張係数を意味する。
【００１１】
装着要素に個別に取り付けられ、各モジュールがシリコンMEMSチップを有する２つかそれ以上のプリントヘッドモジュールでプリントヘッドを構成し、この装着要素もシリコンで形成することが好ましい。
【００１２】
特に好適な実施態様では、支持部材にさらに金属部分を形成し、これをプリンターに装着する。
【００１３】
また、上記金属部分によって装着要素を支持するとともに、この金属部分内に調節自在に装着要素を位置決めするのが好ましい。
【００１４】
また、別な実施態様では、プリンターをページプリンターとして構成し、支持部材としてシリコン中心コアをもつ細長い金属シェルで構成したビームを使用する。このビームの場合、シリコンコアと金属シェルとの間における相対運動を制限するのが有利である。これについては、シリコンコアと金属シェルとの間に弾性層を設けるとよい。さらに、外側シェルを少なくとも２種類の金属からなる積層体層で形成してもよい。
【００１５】
なお、設計、材料選択時に、支持部材の取り付け部分の熱膨張係数がプリントヘッドチップの熱膨張係数に実質的に一致するように注意が必要である。プリントヘッドと支持部材の取り付け部分との間に有意味な熱膨張差がないため、プリントヘッドモジュールに位置ずれ問題は発生しない。また、外側シェルと取り付け部分との間に発生する何らかの相対運動を吸収するように支持部材を設計しているため、反り問題も発生しない。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面について説明する。プリントヘッドモジュール２をもつプリントヘッド装置１を支持ビーム３に固着し、これをデジタル式プリンター（図示せず）に装着する。プリントヘッドモジュール２は、シリコンプリントヘッドチップ４をもつ。このチップには、MEMS技術によって形成したインクノズル、チャンバーおよびアクチュエータが配列されている。
【００１７】
隣接プリントヘッドモジュール２が発生する印刷ずれが、所定の最大ずれを超えないようにするためには、支持ビーム３の熱膨張係数をシリコンの熱膨張係数と正確に一致させる必要がある。支持ビーム３の許容可能な最大熱膨張係数および最小熱膨張係数は、次のパラメータから下記の式により求めることができる。
隣接プリントヘッド間の許容可能な最大位置ずれ、および
周囲温度（より特定すれば、モジュール２を支持ビーム３に装着配列した温度）と平衡印刷温度との温度差、およびプリントヘッドチップの長さ。
ΔXmaxは、プリントヘッドモジュール間において許容可能な最大位置ずれである。
ΔTは、モジュールを支持ビームに装着かつ配列した温度とプリンターの平衡印刷温度との差である。
Lは、プリントヘッドチップの長さである。
MCTEは、支持ビームの熱膨張係数である。
PCTEは、プリントヘッドチップの熱膨張係数である。
【００１８】
ここで
ΔXmax=1×１０−６ｍ
ΔT=４０℃
L=20mm
とすると、
PCTE=２．６×１０−６ｍ/℃
であるため、支持ビームの熱膨張係数の最大値および最小値は、
MCTE=２．６±１．２５×１０−６ｍ/℃
である。
【００１９】
このパラメータを使用すると、支持ビームの材料および構造上の形状を適切に選択できる。好適な実施態様では、ビーム３のシリコンコア要素５を中間層７によって金属外側シェル６に結合する。このコア要素５にモジュール２を装着すると、支持ビーム３の有効熱膨張係数を許容可能な範囲に収まるように小さくすることができる。
【００２０】
外側シェル６とコア要素５との間に弾性層７を配設すると、シリコンコア要素の熱膨張係数への外側シェルの影響を抑えることができる。
【００２１】
あるいは、外側シェル６内の滑りを抑制するようにシリコンコア要素５を装着し、一般的に高い金属の熱膨張係数による影響を相殺あるいは抑制してもよい。
【００２２】
以上、本発明を具体的な実施例について説明してきたが、当業者ならば容易に認識できるように、本発明ではこれら以外でも数多くの実施態様が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】例示のみを目的として本発明を説明する図で、本発明に従って構成したプリントヘッド装置の概略横断面図である。
【符号の説明】
２：プリントヘッドモジュール
３：支持ビーム
４：シリコンプリントヘッドチップ
５：コア要素
６：外側シェル
７：中間層
Claims (11)
- 外側シェルと、該外側シェル内に受理されたコア要素とを具備してなる複合支持部材と、
プリントヘッドチップを備えると共に該複合支持部材のコア要素に装着されたプリントヘッドモジュールと、
を具備してなるインクジェットプリンター用プリントヘッドアセンブリーであって；
該コア要素と該外側シェルとが互いに異なる材料から形成され、
該コア要素並びに該外側シェルの材料がそれらの組合せにおいて、該複合支持部材の全体としての熱膨張係数がシリコンの熱膨張係数と同等であるように選択、構築されており、かつ、該コア要素が該外側シェル内にて可動となっていることを特徴とするもの。 - 上記コア要素と外側シェルとの間に介在させた弾性層を更に具備してなり、それにより該コア要素の熱膨張係数に対する該外側シェルの影響を緩和させるようにした請求項１記載のインクジェットプリンター用プリントヘッドアセンブリー。
- 上記コア要素が上記外側シェル内にて調整自在に配置されている請求項１記載のインクジェットプリンター用プリントヘッドアセンブリー。
- 上記プリントヘッドモジュールが２又はそれ以上存在し、各プリントヘッドモジュールが上記コア要素に別々に装着されている請求項１記載のインクジェットプリンター用プリントヘッドアセンブリー。
- 各プリントヘッドモジュールが上記コア要素と同じ材料から作られている請求項４記載のインクジェットプリンター用プリントヘッドアセンブリー。
- 各プリントヘッドモジュールがシリコンMEMSチップを有する請求項４記載のインクジェットプリンター用プリントヘッドアセンブリー。
- 上記コア要素が上記外側シェル内に収納されている請求項１記載のインクジェットプリンター用プリントヘッドアセンブリー。
- 上記外側シェルが金属で作られている請求項１記載のインクジェットプリンター用プリントヘッドアセンブリー。
- 上記外側シェルが少なくとも２種類の異なる金属の積層で作られている請求項８記載のインクジェットプリンター用プリントヘッドアセンブリー。
- 上記コア要素がシリコンから形成されている請求項１記載のインクジェットプリンター用プリントヘッドアセンブリー。
- 上記プリンターがページプリンターである請求項１記載のインクジェットプリンター用プリントヘッドアセンブリー。
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Publications (2)
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2001565188A Expired - Fee Related JP4698918B2 (ja) | 2000-03-10 | 2001-03-09 | モジュラー式プリントヘッド装置の熱膨張補償 |
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| WO (1) | WO2001066356A1 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| US5160945A (en) * | 1991-05-10 | 1992-11-03 | Xerox Corporation | Pagewidth thermal ink jet printhead |
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| JPH1110861A (ja) | 1997-06-19 | 1999-01-19 | Brother Ind Ltd | インクジェットプリンタヘッド |
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