JPH05208497A - インクジェット印字ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 インクジェット印字ヘッドのインクの乾燥を
防止することである。 【構成】 印字ヘッドは、印字ヘッド組立部品とインク
マニホルドとヒートシンク基板より成り、インクマニホ
ルドとヒートシンク基板と両者の間に充填された充填剤
とにより形成された、印字ヘッド組立部品を取り囲む連
続封止面を有する。充填剤は、印字ヘッド組立部品の周
囲、詳しくはインクマニホルドとヒートシンク基板間の
隙間を埋めて、蓋締め部材と接触する平坦表面を提供す
るコーキングの役目をする。 【効果】 蓋締め部材と印字ヘッドの連続封止面の間に
水密シールが得られる結果、揮発性インク成分が蒸発し
てノズル内のインクが乾燥するのが防止される。さら
に、プライミング（呼び水）装置を備えている場合に
は、上記の連続封止面はプライミング機能を高める作用
をする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般には、インクジェ
ットプリンタ、より詳細には、インク乾燥防止蓋締め部
材と接触する連続封止面をもつインクジェット印字ヘッ
ドに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット印字装置は、一般に２つ
のタイプに分けられる。第１は、熱エネルギーを使用し
てインク充満チャンネル内に気泡を発生させ、その気泡
でインク滴を噴射させるタイプであり、第２は、圧電ト
ランスジューサを使用して圧力パルスを発生させ、その
圧力パルスでノズルからインク滴を噴射させるタイプで
ある。

【０００３】サーマルインクジェット印字装置は、命令
に応じて、毛管作用でインクが充満するインクチャンネ
ルの末端にあるノズルの近くに配置された抵抗発熱素子
によって選択的に発生させた熱エネルギーを使用し、イ
ンクを瞬時に蒸発させて気泡を形成し、その一時的に形
成された各気泡でインク滴を噴出させ、記録媒体に向け
て飛ばす。インクジェット印字装置は、カートリッジ型
プリンタまたはページ幅型プリンタのどちらにも組み入
れることができる。カートリッジ型プリンタは、一般
に、インクチャンネルとノズルをもつ比較的小形の印字
ヘッドを有する。印字ヘッドは、通例、インクマニホル
ドまたは使い捨てインク供給カートリッジに封止状態で
取り付けられる。印字ヘッドとマニホルドの組立体また
は印字ヘッドとインク供給カートリッジの組立体は、往
復運動して一度に一印字幅の情報を固定された記録媒体
たとえば用紙の上に印字する。印字後、次の印字幅が先
の印字幅と切れ目なく接続するように、その印字幅の高
さに等しい距離だけ用紙がステップ送りされる。上記の
手順が、全ページが印刷されるまで繰り返される。対照
的に、ページ幅プリンタは、用紙の幅に等しいか、それ
より大きな長さを持つ定置式印字ヘッドを有する。用紙
は、印刷過程を通じて印字ヘッドの長手方向に垂直な方
向に一定速度で連続移動し、ページ幅印字ヘッドを通過
する。

【０００４】圧電式インクジェット印字装置は、電気信
号を与えるパルス発生器を使用している。パルス発生器
からの電気信号を２枚の結晶板に印加すると、一方の結
晶板が収縮し、他方の結晶板が膨張するので、結晶板組
立体が圧力室に向かって曲がる。この結果、圧力室の容
積が減少して、印字ヘッドノズル内のインクに十分な運
動エネルギーが与えられ、インク滴が記録媒体の上に噴
射される。

【０００５】上記タイプのインクジェット印字装置にお
いては、印刷の品質および性能に悪い影響を及ぼす問題
が幾つか生じる。それらの問題を列挙すると、（１）水
分を含む揮発性インク成分が蒸発すること、（２）長期
間使用しないことによりインクが乾燥し印字ヘッドノズ
ルが詰まること、（３）ノズルの周囲のインク液の湿気
により印字ヘッドのノズルを含む面にほこりが付着する
こと、（４）ノズルからインクが漏れること、（５）外
的要因たとえば印字ヘッドに加わる振動や印字ヘッドの
周囲に起きる環境の変化の結果、印字ヘッドノズルの中
に気泡やほこりが入り込むこと、および（６）印字ヘッ
ドを使用していないとき、印字ヘッドノズルが汚染され
ること、たとえば崩壊しない気泡で汚染されること、が
ある。

【０００６】これらの問題を緩和し、かつ印刷の品質や
印字ヘッドの性能を向上させるため、印刷を行っていな
いとき印字ヘッドを覆う保護キャップが開発された。一
般に、印刷ジョブの合間に印字ヘッドが「ホーム位置」
にあるとき、印字ヘッドに保護キャップがかぶせられ
る。しかし、印字ヘッド組立体は水密性あるいは十分な
気密性を有していないことが多いので、蓋締め部材で確
実な封止を行うことは困難である。さらに、もし印字ヘ
ッド組立部品を取り囲んでいる表面、たとえばインクマ
ニホルドやヒートシンク基板が正確に位置合せされてい
なければ、蓋締め部材は不連続な表面と接触することに
なろう。その結果、印字ヘッドと蓋締め部材の間に空気
漏れが生じて、印字ヘッド組立部品が汚染されたり、揮
発性インク成分が蒸発することがある。

【０００７】上に挙げた諸問題を解決するため幾つかの
方法が提案された。たとえば、米国特許第4,390,883 号
は、ノズルおよび印字ヘッドを内部で封止する膨張手段
を備えたインクジェットプリンタを開示している。この
方法は、インクがノズルを通過するのを内部で防止する
が、外部の保護は行わない。

【０００８】関連する米国特許出願第07/542,053号は、
印字ヘッド組立部品と接触する蓋締め部材を使用してい
る。印字ヘッド組立部品は弾力性のあるガスケットの上
に座置されているが、基板の前面とインクマニホルドの
前面は連続面になっていない。

【０００９】米国特許第4,914,562 号は、サーマルイン
クジェット印字ヘッド内の発熱素子を被覆する保護膜を
開示している。しかし、この方法は、ノズルを通ってイ
ンクが蒸発するのを防止していないし、インクが汚染す
るのを防止してしない。

【００１０】米国特許第4,777,494 号は、サーマルイン
クジェットプリンタの発熱素子を保護する別の方法を開
示している。この方法は、陽極酸化処理によって自己治
癒する保護層をもつ電極を使用している。たま、米国特
許第4,678,529 号は、印字ヘッド組立部品の上板と下板
の間に接着剤を使用して、インクジェット印字ヘッドの
構成部品を封止する方法を開示している。しかし、この
方法は、インクマニホルドまたはヒートシンク基板に対
して印字ヘッド組立部品を封止していない。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明の第１の目的
は、インクジェット印字ヘッドの湿気の漏れを防止する
ため連続封止面を提供することである。

【００１２】本発明の第２の目的は、蓋締め部材にぴっ
たり適合する連続封止面を印字ヘッドに設けることであ
る。

【００１３】本発明の第３の目的は、組立が簡単で、組
立を容易に自動化することが可能な印字ヘッド組立体を
提供することである。

【００１４】本発明の第４の目的は、低価格の封止可能
な印字ヘッド組立体を提供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記およびその他の目的
を達成し、かつ上に述べた短所を克服するため、本発明
は連続封止面を有するインクジェット印字ヘッド組立体
を提供する。印字ヘッド組立体は、上面、下面、向かい
合った側面、およびノズルの含む前面をもつ印字ヘッド
組立部品（接合したヒーター板ウェーハとチャンネル板
ウェーハをさいの目に切断した得られた部品）を有す
る。その印字ヘッド組立部品の下面に前面を持つヒート
シンク基板が、そして印字ヘッド組立部品の上面に前面
を持つインクマニホルドが結合されている。インクマニ
ホルドは、印字ヘッド組立部品の側面に隣接して基板に
向かって延びている一対のフランジを有する。インクマ
ニホルドの各フランジと基板との間に、隙間が形成され
る。印字ヘッド組立部品を取り囲むインクマニホルドの
前面および基板の前面により連続封止面が得られるよう
に、前記隙間は充填剤で埋められる。蓋締め部材は、印
字ヘッドの連続封止面に接触して、実質上水密状態にす
る。

【００１６】印字ヘッドの連続封止面は、印字ヘッド組
立部品を基板に結合し、インクマニホルドを印字ヘッド
組立部品に結合し、インクマニホルドと基板の間に隙間
を形成し、この隙間に充填剤のビードが塗り込め、イン
クマニホルドと基板から過剰な充填剤を拭き取る方法に
よって得られる。充填剤はインクマニホルドと基板と共
に印字ヘッドの封止面を形成する。蓋締め部材は封止面
に封止状態で接触し、印字ヘッド組立部品を覆う。

【００１７】

【実施例】ここで使用する上面、下面、側面、前面など
の用語は、発明を明らかにするためのものであり、発明
を限定するものではない。

【００１８】図１に、本発明に係る印字ヘッド１０を示
す。印字ヘッド１０は印字ヘッド組立部品１２、ヒート
シンク基板１４、およびインクマニホルド１６で構成さ
れる。

【００１９】各印字ヘッド組立部品１２は、図１および
図２に示すように、チャンネル板１８とヒーター板２０
で構成される。チャンネル板１８は、図１に示すよう
に、ヒーター板２０に接合される。チャンネル板１８が
接合されたヒーター板２０の表面に、複数の抵抗発熱素
子（図示せず）が配置されている。ヒーター板２０の反
対面はヒートシンク基板１４に接着されている。接着の
代わりに、他の既知の取付け手段によってヒーター板２
０を基板１４に結合することもできる。

【００２０】ヒーター板２０の上に置かれたチャンネル
板１８の面に、インクチャンネル２２を形成する溝が設
けられている。インクチャンネル２２は印字ヘッド組立
部品１２の前面でノズルを形成する。チャンネル板１８
の反対面に、インク受入れ開口２６が設けられている
（図２参照）。ヒーター板２０の発熱素子の数および位
置は、チャンネル板１８のインクチャンネル２２と対応
している。接合されたチャンネル板１８とヒーター板２
０は、さいの目に切断されて、前面に沿った共面にノズ
ル２４が形成される。ワイヤボンド２７で相互に電気的
に接続するため、ヒーター板２０は、図２に示すよう
に、その少なくとも１つの残りの縁（側縁と後縁）に沿
ってチャンネル板１８よりも長く延びていることが好ま
しい。

【００２１】インクマニホルド１６は、印字ヘッド組立
部品１２の上に置かれ、弾性シールまたは接着シール２
８により印字ヘッド組立部品１２に対し封止される。シ
ール２８はチャンネル板１８の開口２６と位置が合って
いる。上記の代わりに、インクマニホルド１６を印字ヘ
ッド組立部品１２に封止状態で結合する他の慣用手段を
使用してもよい。インクマニホルド１６はチャンネル板
１８のインク受入れ開口２６の上に開口３０を有する。
インクマニホルドの開口３０とインク受入れ開口２６
は、シール２８の開口２９を介して、マニホルド１６の
内部と印字ヘッド組立部品１２の内部を連絡する。

【００２２】インクマニホルド１６は、印字ヘッド組立
部品１２の両側に基板１４に向かって延びる一対のフラ
ンジ３２を有する。インクマニホルド１６のフランジ３
２とヒートシンク基板１４との間に、隙間ｇがある。従
って、印字ヘッド組立部品１２は、ほぼインクマニホル
ド１６とヒートシンク基板１４によって取り囲まれてい
る。

【００２３】隙間ｇに塗り込められた充填剤３４は、隙
間ｇを塞いでインクマニホルド１６とヒートシンク基板
１４の間に連続面を提供する。充填剤は展張可能な封止
材料（たとえば、エポシキ樹脂）が好ましい。もちろ
ん、コーキング（填隙封止）に適した他の材料、たとえ
ばシリコンを使用することもできる。そのような材料の
１つが、 Dow Corning 3145 非流動性シリコンである。
隙間を完全に塞ぎ、かつインクマニホルド１６の前面と
基板１４の前面を互いに封止するため、図３に示すよう
に、充填剤のビードがこてで隙間に塗り込められる。こ
の結果、図１に想像線で示した連続封止面３６が生じ
る。この連続封止面３６はインクマニホルド１６、充填
剤３４、基板１４より成り、印字ヘッド組立部品１２を
完全に取り囲んでいる。

【００２４】蓋締め部材３８はインクジェットプリンタ
の中に固定されている。印字ヘッドが非使用期間中「ホ
ーム」位置にあるとき、蓋締め部材３８は、インクマニ
ホルド１６と充填剤３４と基板１４が形成する連続封止
面３６と接触して、印字ヘッド組立部品１２を覆って印
字ヘッド１０を封止する。蓋締め部材３８は印字ヘッド
１０を水密状態で封止する。もしインクマニホルド１６
の前面と基板１４の前面が、図３に示すように、正確に
整合していないと、充填剤３４は、２つの面の間をつな
ぐ傾斜面として機能し段差をなくするが、印字ヘッド１
０と蓋締め部材３８の間に漏れが生じるかも知れない。

【００２５】蓋締め部材３８は、印字ヘッドの表面上の
小さなこぼこに順応できる弾性材料たとえばＲＴＶシリ
コンで作ることが好ましい。また、蓋締め部材３８は、
保守装置たとえば清掃装置またはプライミング（呼び
水）装置を備えることもできる。プライミングポンプの
場合、連続封止面３６は空気漏れをなくすので、プライ
ミング機能を高める。図２において、蓋締め部材３８
は、リップ付き板として示したが、印字ヘッド組立部品
を十分に覆うものであれば、どんな形状のものでもよ
い。また、蓋締め部材３８は図示のように中実弾性材料
でできたものでもよいし、縁に沿って弾性シールが配置
されたものでもよい。

【００２６】上述のように、充填剤のビードが隙間ｇに
塗布される。ビードは隙間に押し込まれ、インクマニホ
ルド１６および基板１４の表面から過剰な充填剤を拭き
取ることによって仕上げられる。充填剤は、普通のこて
で隙間に塗り込め、ドクターブレードで平坦にしてもよ
い。しかし、印字ヘッドの面に沿って一緒に移動する注
入器と隣接ブレードを使用し、印字ヘッド組立部品１２
の近くでスタートさせ、インクマニホルド１６および基
板１４の面に沿って移動させることにより、充填剤の塗
布を容易に自動化することができる。その場合には、１
組の注入器とブレードが最初に印字ヘッド組立部品１２
の一の側で使用され、次に他の側で使用されるか、また
は２組の注入器とブレードが使用されるであろう。

【００２７】印字ヘッド組立部品１２が基板１４を越え
て延びず、かつ蓋締め部材の蓋面の前端が印字ヘッド組
立部品１２の前端から正確な距離に維持するのが容易で
あるように、充填剤３４は非常に薄い層に塗布される。

【００２８】上記の代わりに、印字ヘッドの面に沿って
流入するように充填剤の薄い自己平坦化層を隙間ｇの上
に堆積させ、その後加熱して戻すことができる。また、
裏に接着剤が塗布された薄い可撓テープをインクマニホ
ルド１６および基板１４の前面に貼り付けてもよい。

【００２９】以上、特定の実施例について発明を説明し
たが、明らかに、この分野の専門家は多くの代替態様、
修正態様、変更態様を思い浮かべることでであろう。た
とえば、本発明は、単一印字ヘッド、ジグザグ配列の印
字ヘッド、またはページ幅印字ヘッドに対し実施するこ
とができる。また、本発明の印字ヘッドは、空気漏れの
問題を有するあらゆる形式の通常印字ヘッドに具体化す
ることができる。たとえば、本発明は、サーマルインク
ジェット印字ヘッドのほか、圧電式インクジェット印字
ヘッドにも適用することができる。従って、上に述べた
発明の好ましい実施例は説明のためのものであり、発明
を限定するものではない。以上のほか、特許請求の範囲
に記載した発明の精神および発明の範囲の中で、いろい
ろな変更を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】インクジェットプリンタの印字ヘッドの斜視図
である。

【図２】図１の線２−２に沿った印字ヘッドと蓋締め部
材の横断面図である。

【図３】位置のずれた基板とインクマニホルド間の隙間
に充填剤が充填された拡大横断面図である。

【符号の説明】

１０ 印字ヘッド １２ 印字ヘッド組立部品 １４ ヒートシンク基板 １６ インクマニホルド １８ チャンネル板 ２０ ヒーター板 ２２ インクチャンネル ２４ ノズル ２６ インク受入れ開口 ２７ ワイヤボンド ２８ シール ２９ シールに設けられた開口 ３０ マニホルドに設けられた開口 ３２ フランジ ３４ 充填剤 ３６ 連続封止面 ３８ 蓋締め部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ピーター ジェイ ジョン アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14621 ロチェスター 307 セント ポール ストリート 1835 (72)発明者 ボビー アン ライス アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14609 ロチェスター カルヴァー ロード 2336 アパートメント ４ (72)発明者 ハーマン エイ ハーマンソン アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14526 ペンフィールド ペンフィールド ロー ド 2240 (72)発明者 オルモン プレストン フィッシャー アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14620 ロチェスター ハウランド アベニュー 319

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】上面、下面、向かい合った側面、およびノ
   ズルを含む前面を有する印字ヘッド組立部品、 前面を有し、前記印字ヘッド組立部品の下面に結合され
   た基板、 前面を有し、前記印字ヘッド組立部品の上面に結合さ
   れ、前記印字ヘッド組立部品の向かい合った側面に隣接
   して延びる一対のフランジを有し、前記各フランジと前
   記基板との間に隙間を形成しているインクマニホルド、
   および前記隙間に充填され、前記印字ヘッド組立部品を
   取り囲む前記インクマニホルドの前面と前記基板の前面
   と共に、連続封止面を形成する充填剤、より成ることを
   特徴とするインクジェット印字ヘッド。
2. 【請求項２】印字ヘッド組立部品を基板に結合するこ
   と、 インクマニホルドを印字ヘッド組立部品に結合し、イン
   クマニホルドと基板の間に隙間を形成すること、 インクマニホルドと基板間の隙間に充填剤のビードを塗
   布すること、およびインクマニホルドおよび基板から過
   剰な充填剤を拭き取り、インクマニホルド、充填剤およ
   び基板によって形成される連続封止面を形成すること、
   の諸ステップより成ることを特徴とする印字ヘッドに封
   止面を設ける方法。