JPH01156075A - 熱インクジェット・プリントヘッド - Google Patents

熱インクジェット・プリントヘッド

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JPH01156075A
JPH01156075A JP28561488A JP28561488A JPH01156075A JP H01156075 A JPH01156075 A JP H01156075A JP 28561488 A JP28561488 A JP 28561488A JP 28561488 A JP28561488 A JP 28561488A JP H01156075 A JPH01156075 A JP H01156075A
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JP
Japan
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ink
drop
injection
heater resistor
ejection
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JP28561488A
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English (en)
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Marzio A Leban
マージオ・エー・レバン
Eldurkar V Bhaskar
エルダーカー・ブイ・バスカー
Ross R Allen
ロス・アール・アレン
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HP Inc
Original Assignee
Hewlett Packard Co
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Publication date
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    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/14Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14016Structure of bubble jet print heads
    • B41J2/14088Structure of heating means
    • B41J2/14112Resistive element
    • B41J2/14129Layer structure
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/14Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14016Structure of bubble jet print heads
    • B41J2/14032Structure of the pressure chamber
    • B41J2/14056Plural heating elements per ink chamber
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
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    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
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    • B41J2/14Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2002/14387Front shooter

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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (発明の技術分野) 本発明は一般的には熱インクジェット(TIJ)プリン
ティングに関し、特により高いインク射出周波数でTI
Jオリフィス板からインク・ドロップを射出するように
制御する複数のヒータ抵抗を用いるプリンティングに関
する。
(従来技術およびその問題点) 熱インクジェット・プリントヘッド用の薄膜抵抗(TF
R)のサブストレートを作成する技術において、1つの
常套手段はプリントヘッド用のオリフィス板において1
個または複数のオリフィスに対して1つのヒータ抵抗を
用いることであった。
この手法はたとえば、Hewlett−’Packar
d Journal。
vol、38. Na 5 、 May 1985に記
載されている。この手法は多(の点で非常にうまく行く
ことがわかったが、このオリフィス毎1個の抵抗という
構造に関連しているところの自然にインク溜の再充填を
行うこととその流体の流体力学には、プリントヘッドか
らのインク射出の動作周波数、および射出されるインク
・ドロップ体積の可変性と制御の両方について上限が課
される。
(発明の目的) 本発明の一般的な目的は、インク射出動作周波数の上限
を拡大し、同時にプリントヘッドから射出されるインク
・ドロップの体積の可変性および制御性を向上させる新
規かつ改良された熱インクジェット・プリントヘッドお
よび動作方法を提供することである。
本発明の別の目的は、プリントヘッド構造の成るヒータ
抵抗での流体力学的背圧およびキャビテーション(ca
bitation)摩耗を減少するように動作する上述
した形式の新規かつ改良された熱インクジェット・プリ
ントヘッドを提供することである。
本発明の別の目的は、ドロップ体積が可変のインクを射
出し、それによって可変のドツト寸法を生じさせるよう
に動作する上述した形式の新規かつ改良された熱インク
ジェット・プリントヘッドを提供することである。
本発明の別の目的は、インクを所定の制御温度に事前に
加熱してインクの粘性に制御を及ぼすことを可能にする
上述した形式の新規かつ改良された熱インクジェット・
プリントヘッドを提供することである。このような制御
はインクの所望かつ制御された粘性レベルを維持する。
本発明の別の目的は、インクに制御された量の熱エネル
ギを与えるように動作し、それによって次のインク・ド
ロップの射出が短時間でかつ低いエネルギ・パルスによ
って可能となる、上述した形式の新規かつ改良された熱
インクジェット′・プリントヘッドを提供することであ
る。
本発明のさらに別の目的は、動的な負荷を用いて、弱減
衰された振動的流体波を限定するようにだ形式の新規か
つ改良された熱インクジェット・プリントヘッドを提供
することである。
(発明の概要) 本発明の上記目的、それに関連した利点および新規な特
徴は、インク供給オリフィスとインク射出オリフィスと
の間にインク流路を与える手段を含み、インク注入室と
ドロップ排出室がインク供給源とインク射出オリフィス
の間に直列に配列されているインクジェット・プリント
ヘッド・アセンブリを備えることによって達成される。
インク注入室は少なくとも1個のインク注入ヒータ抵抗
を有し、インク・ドロップ射出室は少なくとも1個のド
ロップ射出ヒータ抵抗を有する。電気パルス制御手段は
インク注入ヒータ抵抗およびドロップ射出ヒータ抵抗に
順次パルスを与えるためにそれら両方に接続され、それ
によってドロップ射出室からの流体力学的背圧を減少す
る。このスイッチング動作によって、インク排出オリフ
ィスからのそしてドロップ射出ヒータ抵抗の主表面に垂
直なキャビテーション力の衝撃も減少する。
本発明は添付図面についての以下の説明からよりよく理
解されるであろう。
(発明の実施例) 第1A図および第1B図において、半導体あるいはガラ
ス材料の支持基板(supporting 5ubst
r−ate) 10は、プリントヘッドのインク溜形状
を画定し、インク注入室14およびドロップ射出室16
からなる障壁層12をその上に受けるように用意される
インク注入室14はインク注入ヒータ抵抗18を備え、
他方、ドロップ射出室16はドロップ射出ヒータ抵抗2
0を備えている。外側(すなわち上部)オリフィス板が
第1B図に示されるように備えられており、ドロップ射
出ヒータ抵抗20と正確に整列するか、1つまたは複数
の方向に夫々所定の距離だけずれている出力オリフィス
を有する。
ヒータ抵抗18.20は概略的に図示されているのであ
って、実際の構造では、通常、導入導体に加えて、下に
ある保護熱制御層および被覆保護層(たとえばSacま
たは5.3N、またはその両方)を含む。これらの材料
は全て本発明の基本思想を示す第1A図および第1B図
では便宜上省略されている。
インク注入ヒータ抵抗18およびドロップ射出ヒータ抵
抗20は、これらヒータ抵抗に対して導入導体(lea
d−in conductor)を形成するようにパタ
ーン形成された導電性トレース材料(図示せず)によっ
て接続されている。これらの導入導体は第3図、第4図
および第5図に示され、インクジェット・プリンティン
グ動作の間にインク注入ヒータ抵抗18およびドロップ
射出ヒータ抵抗20の両方に制御された電流パルスを伝
える電気的接続を与える。従って、電流がインク注入ヒ
ータ抵抗18に与えられると、インク注入室14のイン
クは沸騰するまで加熱され、それによってドロップ射出
室16に推進され、そこでインク排出抵抗にパルスが印
加されるとインクは最後に出力オリフィス24から外に
射出される。この態様でインク注入ヒータ抵抗18を同
時に用いると、開口26に入るインクがドロップ射出ヒ
ータ抵抗20に達する時間が減少する。
こうして、熱インクジェット・プリントヘッドの動作周
波数範囲が拡大される。
上述した動作はまた、プリントヘッド構造のヒータ抵抗
上の流体力学的背圧およびキャビテーション摩耗を減少
し、またドロップ射出室に流れるインクを予熱する。後
者の特徴はインクの温度を制御する働きをし、それによ
ってその粘性を制御する。
本発明はさらに、注入ヒータ抵抗18および射出ヒータ
抵抗20に、加える加熱パルスの位相を調節することに
よって射出されるドロップの体積の調節を可能にする。
インク注入ヒータ18がドロップ射出ヒータ20より前
にパルスを受けると、オリフィス24の流体メニスカス
の擾乱が生じる。オリフィス24の領域内の流体は、イ
ンク注入ヒータ18の付勢とインク射出ヒータ20の付
勢との間のタイミング遅延によって制御可能な体積およ
び運動エネルギを持つ。ドロップ射出ヒータ20がそれ
に続いて付勢されるときの流体の体積と運動エネルギに
より、ドロップ射出ヒータ20だけが付勢された場合に
おけるような静止状態に比較して、ドロップ射出機構に
異なった初期状態を与える。このメカニズムを用いるこ
とにより、ドロップ体積を、ドロップ射出ヒータ20だ
けを付勢する場合に得られる公称値以上、以下両方に調
節することが可能になる。
第2図において、斜視図で示されたプリントヘッド構造
が図示されているが、ここでヒータ抵抗18.20に接
続された導電性トレース・リード、および障壁層12に
付加される上部オリフィス板は除いである。この図は、
インク注入室14に入り、インク流入力ポート26を定
める収束性の障壁28.30を経由するインク流路に対
する2つのヒータ抵抗18.20の大体の位置を示すの
に有益である。障壁28.30の収束性輪郭はインク注
入室へのインク流を圧縮し、それによって熱インクジェ
ット・プリントヘッドのインク射出効率を最適化するた
めに必要な水圧調節(hydraulic tune)
を与える。この水圧調節およびこれに関連した流体制御
技術については、横河・ヒユーレット・パッカード株式
会社によって昭和63年10月28日付で特許出願され
た「インクジェット・プリントヘッド」 (発明者ケネ
ス・イー・ドウルーバ他)を参照されたい。
第3A図〜第3C図において、通常、シリコンまたはガ
ラスの基板32が薄膜抵抗基板出発材料として用いられ
、Ta−Alのような抵抗性ヒータ材料の表面層34を
受けるようにエツチングおよび研摩のような従来の方法
で処理される。次に、抵抗性ヒータ材料の表面層34は
、アルミニウム、金のような導電性トレース材料の層3
6を受けるようにする。導電性トレース材料の層36は
従来のフォツ トリ承グラフィ・マスキングとエツチング法を用いて、
第3B図に示されるような開口38.40を与えるよ、
うに加工される。導電性トレース材料の層36の開口3
8.40は、もちろん第1図および第2図に概略的かつ
省略して図示されたヒータ抵抗20.18に対応する一
対のヒータ抵抗42.44の長さと幅の寸法を画定する
第3B図の構造氷形成された後、これを誘電体層被着ス
テーションに転送し、そこで抵抗性ヒータ障壁層46が
第3C図に示されるように与えられる。この層46によ
り、第3B図に示すところの下にあるヒータ抵抗42.
44および導電性トレース材料36をインク腐食、キャ
ビテーション摩耗から隔の炭化珪素の外側層の組合せで
ある。これらの層は公知の窒化物・炭化物デポジション
技術を用いて形成される。。抵抗性ヒータ障壁層46の
5i=N。
部分は、下のTaA 1および金属の層と良好に適合す
る材料で、障壁層46のSIC外側層は高度に不活性の
外側保護層となって下にある材料をインク腐食から隔離
する。
第3C図の構造が形成されると、これを別の障壁デポジ
ションおよび形状形成ステーションに転送し、そこで第
2の障壁層、すなわちインク溜画定障壁層48が第4A
図および第4B図に示される形状で形成される。外側表
面障壁層すなわちインク溜画定障壁層4日は、現在使用
されている技術であるフォトリングラフィ・マスキング
およびエツチング技術を用いてマスキングしエツチング
して、インク注入室およびドロップ射出室の長さ、幅寸
法を画定する開口50を形成する。これらの室は、それ
ぞれ、はぼ参照番号52.54の位置であってかつイン
ク注入用のヒータ抵抗44、ドロップ射出用のヒータ抵
抗42の上に配置される。
第5図には、出力開口58で終端し、先細でなめらかな
輪郭の表面60を含む先細のオリフィスを有する上部オ
リフィス板を付加した様子が示されている。出力オリフ
ィス開口58はドロップ射出ヒータ抵抗42と整列して
いる。応用によっては、オリフィス板の開口58とヒー
タ抵抗42の間には小さなズレが存在するのが望ましい
こともある。こうして、矢印62で示された流路を通す
インクはインク注入ヒータ抵抗44上のインク注入室5
2に入り、さらに前述した態様でドロップ射出ヒータ抵
抗42の上のドロップ射出室54に流入する。
次の表に示されるように、インク溜画定障壁層って販売
されている周知の重合体材料で作成することができる。
代替的には、インク溜画定障壁層48は、上記したtl
ewlett−Packard Journalに記載
された方法を用いて電気鋳造されたニッケルのような金
属でもよい。
オリフィス板56は公知の製造技術を用いて金属または
プラスチックから製造してもよい。インク溜画定障壁層
48およびオリフィス板56両方を形成するためにニッ
ケルのような金属が用いられるときは、本願出願人によ
って出願された特願昭662−500204rインクジ
エツト・プリント・ヘッド組立体用の改良された障壁層
及びオリフィス板、及び製造法」 (発明者チャン、チ
ョア・ニス他)に開示された電気鋳造法を用いるのがよ
いかもしれない。
以下に示す値の表は、本発明に従って製造されるプリン
トヘッドにおいて用いることのできる、適当な層デポジ
ション・プロセス、層厚、材料、およびいくつかの抵抗
率を示す。しかし、この表は例示的なものであって、現
時点では唯一の好ましい方法や材料はまだ選択されては
いないから、本発明のプリントヘッドを製造する最良の
方法を示そうとするものではないことを理解しなければ
ジョン(Liquid Phase Chemical
 Vapor Deposit−ion)を表す。これ
らの技術は一般的に薄膜技術分野では周知のものである
から、詳細な説明は省略する。しかし、これらの、およ
び関連した薄膜技術については、次の三文献を参照して
もよい。
(1)  Berry、Hall and Harri
s、Th1n Film Techn−ology、V
an No5trand Re1nhold Co、、
New York。
1968゜ New York、 1970゜ Academic Press、New York、1
978゜本発明の範囲から離れることなしに、上記実施
例の種々の修正が可能である。たとえば、応用によって
は、2つのヒータ抵抗18.20を直列より並列に電気
的に接続するのが望ましい場合もある。
このような代替接続では、制御パルスの適当なタイミン
グを用いてインク注入抵抗およびドロップ射出ヒータ抵
抗の所望の付勢時点を設定することができる。また他の
応用では、形状を変更し、ヒータ抵抗およびその周囲の
溜壁両方の空間を変化させて、特定の形式のインクジェ
ット・プリントヘッド形状または電気的引込み部(1e
ad−in)構成により一層適合するようにするのが望
まれるかもしれない。
(発明の効果) 以上詳細に説明したように、本発明によれば、インク射
出周波数の向上、射出されるインク・ドロップの体積の
可制御性の向上、ヘッド寿命の向上等の大きな効果が得
られる。
【図面の簡単な説明】
第1A図、第1B図および第2図は本発明の一実施例の
構造を概念的に示す図、第3八図ないし第3C図、第4
A図、第4B図および第5図は本発明の一実施例の製造
工程および完成時の構造を概念的に説明する図である。 10:支持基板 12:障壁層 14:インク注入室 工6:ドロップ射出室 18:インク注入ヒータ抵抗 20ニトロツブ射出ヒータ抵抗 22ニオリフイス板 24ニオリフイス 26:インク流入ポート ・カンへ〇ニー

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 インク供給手段とインク射出オリフィス間にインク流路
    を与える手段と、 前記インク供給手段とインク射出オリフィスとの間に直
    列に設けられたインク注入室およびドロップ射出室と、 前記インク注入室に設けられた少なくともひとつのイン
    ク注入ヒータ抵抗体と、 前記ドロップ射出室に設けられた少なくともひとつのド
    ロップ射出ヒータ抵抗体と を設けてなる熱インクジェット・プリントヘッド。
JP28561488A 1987-11-13 1988-11-11 熱インクジェット・プリントヘッド Pending JPH01156075A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12030087A 1987-11-13 1987-11-13
US120.300 1987-11-13

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH01156075A true JPH01156075A (ja) 1989-06-19

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ID=22389436

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP28561488A Pending JPH01156075A (ja) 1987-11-13 1988-11-11 熱インクジェット・プリントヘッド

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EP (1) EP0317171A3 (ja)
JP (1) JPH01156075A (ja)

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