JPH05131627A

JPH05131627A - サーマルインクジエツトヘツド

Info

Publication number: JPH05131627A
Application number: JP32391891A
Authority: JP
Inventors: Koichi Saito; 孝一斉藤; Masahiko Fujii; 雅彦藤井; Yukihisa Koizumi; 幸久小泉; Seiichi Kato; 誠一加藤; Nanao Inoue; 七穂井上; Masa Suzuki; 雅鈴木; Koichi Naito; 浩一内藤
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1991-11-12
Filing date: 1991-11-12
Publication date: 1993-05-28

Abstract

(57)【要約】【目的】熱作用部が凹部の底に配置されたサーマルイ
ンクジェット記録装置において、インクの安定噴射と高
速応答性を両立できる構造を提供する。【構成】チャンネル基板１は、Ｓｉの結晶異方性を利
用した異方性エッチングで作製された三角形の溝とイン
ク供給室を有する基板であり、ピット層１３が形成され
たヒーター基板２と接合されて、インク流路（チャンネ
ル）が形成されている。インク供給室６には、インク供
給口７が形成されている。ピット１４のインク噴出口１
０側の端部からインク噴出口１０までの長さをａ、ピッ
ト１４のインク供給室６側の端部からインク供給室６ま
での長さをｂとすると、ｂ≦２ａの条件を満たすようイ
ンク流路を構成することにより、インクの再供給性が良
好であり、高速印字を実現することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、サーマルインクジェッ
ト記録方式に用いられるヘッド構造に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】いわゆるサーマルインクジェット記録装
置におけるヘッド構造は、熱作用部にインクを供給する
ためのインク供給路と、熱作用部からインク吐出口に連
通するインク通路を有している。図２は、その一例の断
面図である。図中、１はチャンネル基板、２はヒーター
基板、３は加熱素子、４は共通電極、５は個別電極、６
はインク供給室、７はインク供給口、８はインク通路、
９はインク供給路、１０はインク噴出口である。加熱素
子３は、熱作用部を構成し、共通電極４および個別電極
５から印字信号が供給されて発熱し、インクに気泡を発
生させ、インク通路８のインクに圧力を与えて、インク
噴出口１０からインク滴を図示しない記録媒体に向けて
噴射する。インク滴の噴射により費されたインクは、イ
ンク供給室７からインク供給路９を介して補充される。

【０００３】このようなサーマルインクジェットヘッド
においては、特開昭６２−３３６４８号公報に記載され
ているように、加熱素子をインク通路およびインク供給
路に対して凹所の底に配置し、加熱素子により形成され
る気泡が横に広がらないように、気泡の側面を制限した
ものである。したがって、凹部を設けたサーマルインク
ジェットヘッドは、加熱素子を従来よりもインク噴出口
に近づけて配置することができ、インク滴を高速に、か
つ、効率よく噴射することができるという利点がある。

【０００４】しかし、このように単に加熱素子をノズル
に近づけて配置するということだけでは、高速で、か
つ、高品質の画像を得るには限界があることがわかっ
た。例えば、熱作用部の長さを１１０μｍ、インク通路
の長さを１００μｍ、インク供給路の長さを１５０μｍ
とすると、記録装置の最高周波数は、４ｋＨｚ程度に過
ぎない。

【０００５】一方、加熱素子をノズル内の凹部の底に配
置するのではなく、凹部を設けずにノズル内壁に加熱素
子を配置したサーマルインクジェット記録装置において
は、ノズル内において加熱素子を配置する位置を工夫す
ることが知られている。

【０００６】例えば、特公昭５９−３１９４５号公報に
記載された液体噴射記録ヘッドにおいては、熱作用部長
をｈ、インク通路長をａ、インク供給路長をｂとし、Ｌ＝ａ＋ｈ＋ｂｘ＝ｂ＋（ｈ／２）とするとき、Ｌ≧ｘ（（２ｘ／ｈ）＋１）とする提案が行なわれている。この関係式は、サーマル
インクジェット方式において、インク噴射時に発生する
溶存気体による残留気泡をインク供給室側へ逃がすこと
により安定噴射を図るものである。

【０００７】また、特公昭６０−９９０８号公報に記載
された液体噴射記録ヘッドでは、インク通路長ａ、イン
ク供給路長ｂについて、１／１００≦ａ／ｂ≦１／２の関係式を満足することを要件としたものである。この
関係式をａ，ｂだけでみれば、ｂ≧２ａということになる。

【０００８】特開平１−１９５０５１号公報に記載され
た液体噴射記録ヘッドでは、インク通路長ａ、熱作用部
長ｈ、インク供給路長ｂについて、５（ａ＋ｈ／２）＜ｂ＋ｈ／２なる関係式を満たすことを要件としている。この関係式
を満たすことによって、高速で安定したインク滴噴射の
ために、流路抵抗のバランスをとることに考慮を払った
ものと解することができる。

【０００９】しかしながら、これらの公報に記載された
条件は、熱作用部長ｈ、インク通路長ａ、インク供給路
長ｂに対して、好ましい配置についての条件が記載され
ているとしても、いずれも加熱素子が凹部内に配置され
たものではなく、凹部を有するサーマルインクジェット
ヘッドへの適用については、なんら示唆はなく明らかで
はない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した事
情に鑑みてなされたもので、熱作用部が凹部の底に配置
されたサーマルインクジェット記録装置において、イン
クの安定噴射と高速応答性を両立させることができるサ
ーマルインクジェットヘッドを提供することを目的とす
るものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、先端にインク
噴出口を有するインク通路と、熱作用部と、インク供給
室と、該インク供給室から前記熱作用部にインクを供給
するためのインク供給路を有し、前記熱作用部がインク
通路およびインク供給路に対して凹所に配置されてなる
サーマルインクジェットヘッドにおいて、インク通路長
をａ、インク供給路長ｂとするとき、ｂ≦２ａなる関係を満足することを特徴とするものである。

【００１２】

【作用】本発明によれば、インク通路長をａ、インク供
給路長ｂとするとき、ｂ≦２ａなる関係を満たすこと、すなわち、インク供給路長ｂが
短いことにより、インクの供給時間を短縮することがで
きる。

【００１３】従来のサーマルインクジェットヘッドにお
いては、インク供給長が短くなると、発生した圧力がイ
ンク供給室側に逃げるという問題が生じるが、本発明の
サーマルインクジェットヘッドにおいては、ピットと呼
ばれる凹部を有することにより、気泡がピットに閉じ込
められるので、インク供給路長ｂが短くても、発生した
圧力のインク供給室への逃げや、気泡のインク供給室内
への成長が防止できるため、安定した噴射が実現できる
ものである。

【００１４】気泡をピットに閉じ込めるためには、噴射
ドロップ量をＶとするとき、ピット開口幅（通常、ノズ
ル幅にほぼ等しい）をｗ、ピット長さ（通常、加熱素子
の有効加熱長さに等しい）をｈとするとき、ピット層の
厚さ（ピットの高さ）ｄは、ｄ≧Ｖ／ｗｈであることが好ましい。なお、気泡の高さをピットの高
さ以下にするためには、ｄ≧２Ｖ／ｗｈであるが、気泡の高さがピットの高さを超えたとして
も、気泡がピット層の表面を伝ってインク流路へ移動す
ることが抑えられれば良いから、気泡の高さをピットの
高さ以下にすることは、必ずしも必要ではない。

【００１５】また、本発明は、インク供給路長ｂが短
く、全インク流路長Ｌ＝ａ＋ｈ＋ｂを短くできるので、
インクの再供給性が良好であり、高速印字を実現するこ
とができる。

【００１６】

【実施例】図１は、本発明の一実施例のサーマルインク
ジェットヘッドを説明するためのものであり、（Ａ）図
は要部の切断斜視図、（Ｂ）図は断面図である。図中、
図２と同様な部分には同じ符号を付した。１１は絶縁
層、１２は保護層、１３はピット層、１４はピットであ
る。ヒーター基板２は、Ｓｉ等の熱伝導性のよいウェハ
を用い、その上に、ポリＳｉの加熱素子３が設けられて
いる。加熱素子３には、Ａｌの電極層により、共通電極
４および個別電極５が設けられている。これら電極およ
び加熱素子の上部には、電気的絶縁のための絶縁層１１
としてＳｉＯ₂層が設けられている。加熱素子３の上部
には、さらに、保護層１２として、Ｔａの金属層が設け
られている。ピット層１３は、発熱領域に開口部を有す
るように設けられ、感光性ポリイミド樹脂等で形成され
る。

【００１７】チャンネル基板１は、Ｓｉの結晶異方性を
利用した異方性エッチングで作製された三角形の溝とイ
ンク供給室を有する基板であり、ピット層１３が形成さ
れたヒーター基板２と接合されて、インク流路（チャン
ネル）が形成されている。インク供給室６には、インク
供給口７が形成されている。

【００１８】かかる基本構造を有するサーマルインクジ
ェットヘッドにおいて、ピット１４のインク噴出口１０
側の端部からインク噴出口１０までの長さをａ、ピット
１４の長さをｈ、ピット１４のインク供給室６側の端部
からインク供給室６までの長さをｂ、チャンネル幅を
ｗ、ピット層１３の厚さをｄとし、ｗ，ｈ，ａ，ｂ，ｄ
を変えた種々のヘッドを試作して噴射特性を評価する実
験を行なった。噴射特性の評価は、繰り返し印字周波数
を変えてインクドロップの体積および噴射速度を計測し
た。

【００１９】図３は、評価により得られる噴射特性を模
式的に表したものである。縦軸は、インクドロップの体
積、横軸は、印字周波数である。低い印字周波数では、
インクドロップの体積は、あまり変化しないが、印字周
波数が高くなると、インクドロップの体積は、急激に減
少する。ヘッドの高速印字性を示す重要なファクターで
ある最大印字周波数（Ｆ_MAX）は、噴射されるインクド
ロップの体積が、低い周波数での値から１０％低下する
ときの周波数で定義した。インクドロップの体積が１０
％低下すると、画質と濃度の低下を伴うからである。ま
た、安定した噴射を表すもう１つのファクターとして、
インクドロップの噴射速度に対して、６［ｍ／ｓ］以上
という基準を設けた。インクドロップの噴射速度が低い
と、噴射時に、ヘッド表面の汚れやインク付着によっ
て、インクドロップの飛翔方向の方向性の悪化が画質に
あらわれるためである。

【００２０】これらの噴射特性には、インクの物性や、
ヘッドの加熱条件が影響するが、実験で使用したインク
は、Ｈ₂Ｏ，ＤＥＧ（ジエチレングリコール），界面活
性剤，染料からなる組成であり、粘度が２．２ｍＰａ・
ｓｅｃ，表面張力が３８ｍＮ／ｍのものを用いた。加熱
条件は、通電パルス幅を３μｓｅｃとして、印加電圧を
変え、噴射開始電圧Ｖｔｈを求め、Ｖｔｈ×１．１を投
入電圧とした。

【００２１】ヘッド構造の異なる４０個のサーマルイン
クジェットヘッドについての実験結果を図４に示す。条
件の欄においては、上述した関係式（ｂ≦２ａ）を満た
しているものに「○」、満たしていないものに「×」を
記載した。評価の欄は、周波数が４．５ｋＨｚ未満のも
のに「×」、４．５〜７．０ｋＨｚのものに「○」、
７．０ｋＨｚ以上で、かつ、流速が７ｍ／ｓ以上のもの
に「◎」を記載した。この結果から、加熱素子をピット
の底部に配置したヘッド構造においては、インク供給路
長ｂが、インク通路長ａの２倍以下になるときに、イン
ク速度の大幅な低下を招くことなく、高速印字ができる
ことがわかった。

【００２２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、ピット構造を用いることと、インク供給路長
を短くすることで、インクドロップの速度の低下を防止
でき、気泡の巻き込みを防止できるので、安定噴射を行
なうことができるとともに、印字周波数を向上でき高速
印字を両立させることができるサーマルインクジェット
ヘッドが得られるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のサーマルインクジェット
ヘッドを説明するためのもので、（Ａ）図は要部の切断
斜視図、（Ｂ）図は断面図である。

【図２】従来のサーマルインクジェットヘッドの一例
の断面図である。

【図３】サーマルインクジェットヘッドの噴射特性の
模式図である。

【図４】実験結果の説明図である。

【符号の説明】

１チャンネル基板、２ヒーター基板、３加熱素
子、４共通電極、５個別電極、６インク供給室、７
インク供給口、８インク通路、９インク供給路、
１０インク噴出口、１１絶縁層、１２保護層、１
３ピット層、１４ピット。

フロントページの続き (72)発明者加藤誠一神奈川県海老名市本郷2274番地富士ゼロツクス株式会社海老名事業所内 (72)発明者井上七穂神奈川県海老名市本郷2274番地富士ゼロツクス株式会社海老名事業所内 (72)発明者鈴木雅神奈川県海老名市本郷2274番地富士ゼロツクス株式会社海老名事業所内 (72)発明者内藤浩一神奈川県海老名市本郷2274番地富士ゼロツクス株式会社海老名事業所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】先端にインク噴出口を有するインク通路
と、熱作用部と、インク供給室と、該インク供給室から
前記熱作用部にインクを供給するためのインク供給路を
有し、前記熱作用部がインク通路およびインク供給路に
対して凹所に配置されてなるサーマルインクジェットヘ
ッドにおいて、インク通路長をａ、インク供給路長ｂと
するとき、ｂ≦２ａなる関係を満足することを特徴とするサーマルインクジ
ェットヘッド。