JPH06210872A - インクジェットプリントヘッド及び該プリントヘッドを用いたプリント装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 安定なインク吐出を行い得るとともに、高速
記録の可能なインクジェットプリント装置を提供するこ
と。 【構成】 吐出の反動圧力やノズルのリフィル運動の固
有振動やタンク系までを含めた複合した複雑な振動によ
る吐出不良を防止するために、気体バッファーを共通液
室内に設けるとともに気体バッファー内に侵入してきた
インクを押し出して気体バッファーがインクに置換され
てしまうのを防止するような構成、又はインクの流路に
インクの流れに応じて流路の有効断面積が変化するよう
なインピーダンス調整機を設けるような構成としたイン
クジェットプリントヘッド。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、紙や布等の被プリント
材に対してインクを吐出させて記録を行うインクジェッ
トプリントヘッド及びこのプリントヘッドを用いたプリ
ント装置に関し、特に、インク吐出時に生ずるインクの
振動を抑制するための構成を有するインクジェットプリ
ントヘッド及びこのプリントヘッドを用いたプリント装
置に関する。

【０００２】

【背景技術】従来プリンタ、複写機、ファクシミリ等の
プリント装置は、画像情報に基づいて、紙やプラスチッ
ク薄板等の被プリント材上にドットパターンからなる画
像をプリント（記録）していくように構成されている。

【０００３】前記プリント装置は、そのプリント方式に
より、インクジェット式、ワイヤドット式、サーマル
式、レーザービーム式等に分けることができ、そのうち
のインクジェット式（インクジェットプリント装置）
は、記録ヘッドの吐出口からインク（記録液）滴を吐出
飛翔させ、これを被プリント材に付着させてプリントす
るように構成されている。

【０００４】近年、数多くのプリント装置が使用される
ようになり、これらのプリント装置に対して、高速記
録、高解像度、高画像品質、低騒音などが要求されてい
る。このような要求に答えるプリント装置として、前記
インクジェットプリント装置を挙げることができる。こ
のインクジェットプリント装置では、プリントヘッドか
らインクを吐出させてプリントを行う為に非接触で印字
が可能でありこのために非常に安定したプリント画像を
得ることができる。

【０００５】しかし、インクジェットプリント方式では
流体であるインクを取り扱う為に、流体力学的な種々の
不都合な現象がプリントヘッドの限界印字スピード以上
または近傍で使用すると発生するものである。またイン
クは液体であるためにその粘性や表面張力等の物理的状
態は環境温度やインクの放置時間によって常に大きく変
動するものであり、ある状態で印字可能であっても環境
温度やインクタンクのインク残量の低下による負圧の増
加等により印字が困難になってしまう場合もある。

【０００６】また、その記録方法としては縦罫線を出来
るだけ直線状に印字可能なように複数あるノズルを出来
るだけ短時間に全部吐出しようとするものが多かった。
その為に数十あるノズルをある程度、数ノズルから１０
ノズル程度にまとめて同時に吐出して出来るだけ短時間
化しているものがほとんどである。この様にすると限界
吐出周期付近で使用していると流路へのインクのリフィ
ル（再充填）が間に合わなくなりリフィルされる前に次
の吐出動体が始まってしまい吐出不良を起こしたり、吐
出量が極端に低下する、という問題が発生する。特に短
時間に多数のノズルの吐出を行うと一時的に共通液室内
の負圧が非常に高くなりリフィルが間に合わなくなった
り、共振により大きなインクの振動をおこしてノズル面
よりインクが盛り上がった状態で次の吐出動作が始ま
り、スプラッシュ状の吐出になったりするといった種々
のインクの振動による問題を生じることがあった。

【０００７】次にこのようなインクの振動による問題を
発明者らが研究によって得た知見に基づいて図２２〜２
４を用いて説明する。

【０００８】図２２は記録ヘッド内の吐出反動圧力によ
るインク振動の発生を説明するための図である。５はイ
ンク流路、９はこのインク流路のそれぞれが連通する共
通液室である。８５は吐出されたインク液滴を示してお
り、８７は吐出により発生した吐出反動圧力を示すもの
である。８８は吐出した後の流路に流れ込もうとする共
通液室内でのインク流である。９０は共通液室内に外部
から流れ込んでくるインク流を示すものである。

【０００９】図２３はインク吐出開始時におけるメニス
カス８４ａの状態を示すものである。この図において９
は共通液室、８３ａは吐出口面、８１はインク流路、３
は吐出エネルギー発生素子である発熱抵抗体を示してい
る。図２３のＡは正常なメニスカスの形状を示す。図２
３のＢは吐出タイミング直前に於いてメニスカス位置が
後退してしまっている様子を示す。図２３のＣは逆に振
動によりメニスカスが出張っている様子を示す。図２３
のＢ，Ｃ共に過度になると良好な吐出は得られない。

【００１０】吐出用ヒーター３を駆動して例えば全ノズ
ルを連続吐出することを考えると、まずインクはインク
ジェットカートリッジの全ての部分に於いて静止した状
態にまずあり、そこからブロック駆動により順次吐出を
開始する。その際インクは静止した状態から共通液室９
内のインクが８１のノズル内にリフィルを開始する。同
時に吐出しているノズルからは吐出の反動により図２２
の８７に示すように逆流をおこし複雑な流れと振動を起
こす。すると結果的には図２４に示す様なメニスカス後
退量とリフィル時間の関係として現れてくる。全ノズル
の吐出のうち前半のノズルは吐出反動圧力波の影響で共
通液室の圧力レベルが高めになるのでメニスカス後退量
も許容値内で収まるが後半のブロックにおいては始めの
ノズルがリフィルを開始するために負圧レベルが高くな
りメニスカス後退量が大きくなりリフィルが遅くなる。
このような振動が引き金となり共通液室内の振動が始ま
る。そこでこの間の振動発生原因を分析してみると、共
通液室内の振動の発生原理には３通りのものがある。一
つは共通液室内で主に発生しているノズル単体のリフィ
ル運動による振動と、もう一つはブロック駆動した場合
にインク流路間の吐出反動圧力波の位相差によって発生
するインク流路間のクロストークによる高い周波数領域
での振動、さらにその上に供給経路やタンク内までを含
めた大きな慣性系での周波数の低い領域での振動であ
る。実際にはこの３つの振動が重なりあった状態で相互
作用を示しながらインク流路に作用しメニスカス位置の
最終振動現象として現れる。

【００１１】まず共通液室内での振動についてはノズル
のリフィル特性で決定されるものであり、図２２に示す
とうりである。これはノズル内にインクがリフィルされ
るときの慣性力で決定される振動でありノズル部と共通
液室内のインクの間で実際にはインクの移動により振動
するものである。もう一つの共通液室内での振動はブロ
ック駆動により発生するものである。吐出エネルギー発
生素子を駆動するための配線をセグメント（ｓｅｇ）配
線と共通配線（ｃｏｍ）とを用いてマトリックス状の配
線に対して図２４（Ａ）に示すように駆動周期Ｔで駆動
信号をエネルギー発生素子に与えることでブロック駆動
を行うとその際の吐出反動圧力波により共通液室内の圧
力が一時的に正圧状態になる。最終ブロック（ｃｏｍ
８）まで吐出を行うと今度は一挙に負圧レベルが高くな
り実際には各ノズルのリフィル速度が遅くなる影響が出
てくる。図２４（Ｂ）はこのようなブロック駆動を行っ
た場合のブロックごとのノズルのメニスカス後退量を時
間軸を取って表わしたものである。ａ，ｂ，ｃはそれぞ
れｃｏｍ１，２，３の信号によって、全ブロックの吐出
周期Ｔ内で前半に駆動されたノズルのメニスカス後退量
を示しており、ｄはｃｏｍ８の信号によって、吐出周期
Ｔ内で最後に駆動されたブロックのメニスカス後退量を
示している。ブロック駆動の前半で吐出したノズルは最
終ブロックが吐出する前にノズル（流路）内にインクの
リフィルがかなりなされているためにリフィル速度は遅
くなりにくく、ａ〜ｃで示すようにいずれのノズルのメ
ニスカスも許容できるメニスカス後退量Ａの範囲に入っ
ている。これに対しブロックの後半で吐出を完了したノ
ズルは前述の急激な負圧の上昇により大きな影響を受け
ｄで示すように許容できるメニスカス後退量Ａを越えて
しまう。要するに共通液室内へのインクの供給がインク
流路やインクタンク系の慣性力により間に合わないため
にリフィルが阻害されてしまうという現象が起きる。数
ミリ秒後はインクタンクからの供給がインクの慣性力に
打ち勝って完全に間に合うようになるためにこの現象は
緩和されていく。しかし、今度は逆に急に印字信号がス
ペースとなり吐出が停止されるとタンク系のインクの前
方への移動しようとする慣性力によりノズルに正圧がか
かりメニスカスが飛び出した状態になる。このときに次
の吐出信号が入ると小さなインク滴が飛びちる、いわゆ
るスプラッシュ状の印字になってしまう。さらにもう少
しスペースが長くなり、タンク系の減衰振動周期と周期
的な繰り返しパターンを印字した場合、吐出のパターン
による吐出反動圧力波の振動周期がタンク系の減衰振動
周期とあってしまい、いわゆる共振現象を起こし壊滅的
な圧力振動波が発生し吐出不良に至ってしまうことがあ
る。

【００１２】このような共振現象を一番有効に吸収する
ために従来から行われているのは記録ヘッドの共通液室
に通ずるインクの吐出を行わないダミーノズルを設けて
この振動を吸収してしまおうという方法がある。しかし
現状ではこの方法は低い周波数でかつ振幅の小さいもの
しか応答性が確保されない。なぜなら基本的に他のイン
クを吐出するノズルの応答周波数しか得られないからで
ある。更に別の方法として共通液室に通ずる流路に泡溜
まりを設けて振動を吸収しようとするものがある。この
方法に於いてはタンク系の振動は吸収できても共通液室
内で生じている高い周波数の振動に対しては泡溜まりの
位置までの距離が離れているためにインピーダンスが高
くなってしまい応答性が悪くなってしまう。そのために
結果的には振動が吸収されず共通液室内でインピーダン
スの低いノズル間クロストークとなってしまう。更に永
続性にも問題があり泡溜まりの気泡が一度インクに置換
されてしまうと特別な回復操作を本体側で施さない限り
完全に復帰させることは難しかった。また共通液室に気
泡を発生させてノズルの振動をノズルに一番近い共通液
室で吸収させるＵＳＰ５０２１８０９、特開平１−２８
５３５６、特開平１−３０８６４３、特開平１−３０８
６４４等の提案がなされている。この方式に於いては振
動吸収効果は各周波数帯域に対して完全なものとなるが
永続性に問題があった。即ち気泡が本体の吸引動作で抜
けてしまったり、気泡がインクに置換されてしまったり
して機能が失われてしまうという問題点を有していた。
これらのことを防ぐために本体装置側で気泡を発生させ
るシーケンス等を組み込んでやる必要があった。これは
バッテリーやヒーターに非常な負荷がかかり問題があっ
た。また不特定の場所に気泡ができてしまうと気泡がノ
ズル付近に移動してインクの不吐出等の問題を起こすこ
とがあった。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述の課題を
解決すべく成されたもので、インクの吐出に伴うインク
の振動を吸収するための気泡を安定に存在させること
で、上述のインクの振動によるインク吐出の不安定さを
抑制する記録ヘッド、該記録ヘッドを搭載する記録装置
を提供することを目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るための本発明の主たる構成はインクを吐出するための
吐出口と、吐出口に連通する流路と、流路にインクを供
給するための共通液室と、前記流路に対応して設けられ
たインクを吐出するためのエネルギーを発生する吐出エ
ネルギー発生素子と、前記共通液室にインクを供給する
ための供給路とを有し、前記吐出エネルギー発生素子の
駆動によって、発生した圧力波が伝播する位置に該圧力
波を低減するための気体を存在させるバッファ室を有し
ており、該バッファ室を構成する壁の一部が気体透過構
造を有しているインクジェットプリントヘッドでありま
たは、インクを吐出するための吐出口と、該吐出口に連
通する流路と、該流路にインクを供給するための共通液
室と、前記流路に対応して設けられたインクを吐出する
ためのエネルギーを発生する吐出エネルギー発生素子
と、前記共通液室にインクを供給するための供給路とを
有し、前記吐出エネルギー発生素子の駆動によって、発
生した圧力波が伝播する位置に、前記インクの固有振動
を緩和するためのインピーダンス調整機構を有するイン
クジェットプリントヘッドであり、もしくはこれらの、
インクジェットプリントヘッドを有するインクジェット
プリント装置である。

【００１５】さらに具体的に、前者は圧力バッファー室
の一番奥側の所にガス透過性の高い材料、構造等を用い
ることにより記録ヘッド内部の負圧等を利用して長期間
の保管等で徐々に外部より気体が透過し、圧力バッファ
ー室内に進入したインクを押し出すようにし、圧力バッ
ファー室内に常に気体が存在するようにしたものであ
る。

【００１６】後者はインク液滴を吐出するノズルを有
し、さらにインクの振動によるインクの移動方向に応じ
てインク流路の有効断面積が変化する構成等をインクの
振動エネルギーが伝わる部分に設け、振動によりインク
が戻ろうとする圧力波を阻止する構造のインクジェット
プリントヘッドを提供することにより振動を減衰させよ
うとするものである。原理的にはプリントヘッド方向へ
インクが流れるときと戻ってくるときで流路のインピー
ダンスが異なるようにしたものである。

【００１７】

【実施例】

実施例１ 図１は、本発明が実施もしくは適用される好適なインク
ジェットプリントヘッドの模式的断面図であり、図１に
於いて１はアルミベースプレートである。２はヒーター
ボードであり３はヒーターボードであるシリコン基板上
に半導体プロセスを用いて形成した発熱抵抗素子（吐出
用ヒーター）である。４は溝付き天板であり８１のノズ
ルや９の共通液室等をモールド成形で一体的に形成した
ものである。材料的には耐薬品性が高く、耐熱性が高
く、硬度が比較的高い材料ということでポリサルフォン
等の成形材料を用いるのが一般的である。５は吐出口で
ある。６は３の吐出用ヒーターにより膜沸騰を起こし形
成された気泡である。７は９の共通液室に後方にあるイ
ンクタンクからインクを供給するためのチップタンクで
あり、８はその流路である。１０はインクタンク内の微
細な塵が微細な８１のノズルに詰まらない様にするため
のフィルターである。１３はインクの振動を吸収させる
ための気体を保持するためのバッファー室である。構造
としては２のヒーターボードに近い部分において４の溝
付き天板との間に開口部を形成し９の共通液室内のイン
クに連通する構造を有している。１１は１３のバッファ
ー室の一番奥の壁に設けられた気体透過部を構成する穴
である。１２はその穴１１を封止するためのある程度の
ガス透過性を有する封止材である。

【００１８】図２は本発明のプリントヘッドのバッファ
ー室１３を拡大したものである。このように気体で満た
されたバッファー室１３が、共通液室にその一部が連通
するように設けられており、この気体によって圧力波吸
収動作が行なわれる。

【００１９】尚、圧力波を効率よく吸収するためには、
図１で示されるように各ノズル（流路）に対向する位置
にバッファー室１３の共通液室への開口を設けることが
望ましい。

【００２０】ところで前述のようにノズルや吐出口の状
態をインクを良好に吐出できる状態に保つために、ノズ
ルから吐出口を介してインクを外部（吐出口面を覆うキ
ャップ等）へ放出する吸引回復動作がヘッドに対して行
なわれるが、この吸引回復時やプリントヘッドの移動時
等に前述の圧力バッファー室から気体が抜けてしまった
り、インク中に気体が吸収されてしまい図３で示すごと
くバッファ室１３内に気体がほとんど無い状態になって
しまう場合があり、このような場合、圧力波の吸収が十
分に行なわれず、バッファ室としての機能を十分には果
さない。

【００２１】これに対して本発明においてはバッファ室
が気体透過を容易にする部分（気体透過部と称す。）を
持っているため、この部分を通して図４に示されるごと
く気体がバッファ内に供給され、前述のようにバッファ
内の気体が少なくなっても徐々に再充填されて行くた
め、長期間に渡ってインクの振動を抑制することができ
安定したプリントを行うことができる。

【００２２】ところで本実施例のようにバッファ室を構
成する壁の一部に穴１１を開け気体透過性の封止材１２
で封止するという構成においては、この封止材の気体透
過速度をコントロールすることにより実用的な特性を得
ることが重要である。一般的に物質の気体透過性は対象
となる気体との親和性が高く、分子構造が粗であるもの
ほど高くなる。また分子構造的に変形しやすいものであ
ったり配向性や結晶性がなく更に変形し易いものが一般
的に気体透過性が高い。よって酸素や二酸化炭素や窒素
等の分子や逆に水蒸気のような極性の強さに差のあるも
のでは別々の特性を示すのである。しかし本発明では空
気に対してどのガスが選択的に透過されたかは別にして
空気との接触においてどの程度の気体の体積が透過する
かが重要なパラメータであるので空気に対する特性を検
討した。以下にその気体透過量をコントロールするため
のパラメータについてテストした結果を述べる。

【００２３】図５は気体透過性材料についてその気体透
過量の差をポリサルフォンの５℃環境下での値を１とし
てその比率で表したものである。横軸に温度、縦軸に気
体透過量変化を対数軸で表している。尚、Ｐはポリサル
フォンの場合、Ｓはシリコンシーラントの場合を示して
いる。この図から判るように気体透過量は環境温度によ
り加速度的に変化しており、温度が高い程透過量を増大
することができる。更に絶対量についても温度によって
数百倍から数千倍の差があることが判る。

【００２４】図６は気体透過性材料である封止材の厚み
（横軸（ｍｍ））と気体透過量（縦軸）の関係を示した
ものである。この図からわかるように、厚みと気体透過
量はほぼ反比例している。

【００２５】図７は気体透過層前後の差圧と気体透過量
の関係を示したものである。ここでもやはりテストした
範囲では差圧に比例して気体透過量が増加することがわ
かる。

【００２６】図８は気体透過層部穴の断面積と気体透過
量の関係を示したものである。この図から気体透過層部
穴の断面積に比例して気体透過量が増加することがわか
る。

【００２７】この様な結果を踏まえてバッファー室１３
の大きさと気体透過性のバラスンスにより気体透過部の
構成が決定されることになる。本発明の実施例ではこの
バッファー室１３の体積を０．３８ミリメートル三乗と
して気体の透過度を０．０１ミリメートル三乗／日（５
℃）とした。これにより低温時でも約３８日でバッファ
ー室１３のインクを排除可能とした。常温時で約５日で
インクが排除される。通常はどんな試験を行っても一度
にインクがバッファー室１３から排除されてしまうよう
なことはない。通常の試験で変化を一番急に起こし易い
のは減圧試験である。急激に減圧を行うとバッファー室
１３の空気が膨張しバッファー室１３から溢れるように
なる。その状態から逆に収縮するときに通常は試験的に
は航空機での輸送等を考慮して０．５〜０．７気圧ぐら
いを想定して行われる。よて通常はこの程度の透過速度
があれば十分機能は保証可能である。

【００２８】この気体の透過速度をコントロールするパ
ラメーターは他にも穴１１の穴径や長さ等によっても当
然コントロール可能であり、実施にはこの様な条件を全
て組み合わせることで何通りかの組み合わせが可能であ
る。また製造工程上も例えば気体透過性部材と元々記録
ヘッドの各部を封止するための材料を同じ部材にしてや
ることにより全体の封止と気体透過性をコントロールす
る部材を当時に作り込むことも可能である。また気体透
過部の厚みや面積等をコントロールするために気体透過
性材料が穴１１の上に一定量が溜まる様に穴を開けた壁
の穴の周囲に堤防状の形状等を設けてやることが望まし
い。

【００２９】次に図９を用いて他の実施例を説明する。

【００３０】図９は、インクジェットヘッドのバッファ
部を拡大した部分断面図である。

【００３１】本実施例においては先の実施例において用
いた気体透過性の封止剤のかわりにシート状の気体透過
性の部材を貼り付けている。

【００３２】このような構成にした場合に先に説明した
実施例に比べ製造工程が簡略化される。

【００３３】次に図１０を用いて他の実施例を説明す
る。

【００３４】図１０はインクジェットヘッドの断面図を
模式的に示す図であり、本実施例においては、先の実施
例と異なり、特別なバッファ室を有しておらず、共通液
室９の後方のインク流れが大きくない部分に気泡溜りと
気体透過部を設けている。このため、本実施例において
も低コストなヘッドを供給することができる。

【００３５】図１１は他の実施例を示すものである。バ
ッファー室１３そのものは先に説明した実施例で示した
ものと同様であるが１５の部分に気体透過用の別部材が
無いことが構成的に先の各実施例と異なる。本実施例の
構成としては圧力バッファー室１３の一番奥の場所に相
当する部分の構成部材壁の厚みを他の液室を構成する壁
の厚みに比べ非常に薄くすることにより発明の効果を得
ようとするものである。これは前述の様に気体透過量は
構成部材の厚みが薄くなるほど透過しやすくなるという
性質を用いたものであり、圧力バッファー室１３の一番
奥の部分の構成材料の厚みを非常に薄くすることのみで
選択的にその部分より気体が透過しやすくしてやり、前
述の圧力バッファー室１３内に進入してきたインクを押
し出す様にすることが可能となる。

【００３６】この構成を用いると先に説明した実施例に
対してまず気体透過専用の部材が必要無くなる。これに
より部品や製造行程の大幅な改善をすることが可能とな
る。更に透過性材料の厚み等の製造誤差等も無くすこと
も可能である。更に大きな利点は気体透過性部材等の接
液特性等の問題から解放されることにある。一般的にサ
ーマルインクジェット記録ヘッドのインクに必要な重要
特性の一つとして焦げにくいインクである必要がある。
そのためにインクそのものが発泡用のヒーターの熱で焦
げにくいことは勿論、インクに接している多種の部品か
らの溶出物による焦げにも常に最新の注意を払って設計
する必要がある。更に焦げのみならず表面張力の低下や
粘度変化、更に染料の変質による変色等の検討を行わな
ければならない。気体の透過性の高い材料を用いる先に
示した実施例の場合はこの様な溶出についても十分な考
慮が成されなければならない。その点において本実施例
は記録ヘッドを構成している材料において共通液室を構
成している材料と同一の材料を用い、厚みの差だけを利
用している点で優れている。更に別部材でないためイン
ク漏れ等の問題が発生しにくいという利点もある。

【００３７】図１２は更に他の実施例を示すものであ
り、溝付き天板４とインクの供給であるインク供給部材
７との接合部にバッファー室１３を設けたものである。
元々記録ヘッドの部品構成上接合部が生じる部分に気体
バッファー形状を設け、その外側を気体透過性材料でシ
ールすることにより同様の効果を得ようとするものであ
る。この構成によればシール材の量を少なくすることが
可能となりコストダウンができる。更に前述の実施例と
同様にインクに接する気体透過性材料の量を減らすこと
が可能となり接液性の問題やインク漏れの問題に対して
は良い方向となる。

【００３８】構造的にはやはり気体バッファー部の一番
奥になる部分に気体透過層が位置するようにすることに
より侵入してきたインクを押し出すことが可能となる。
またこの場合にも前述した実施例と同様に気体透過性材
料の厚み等を一定にするために接合部の周りに壁を作り
その中へ液状の材料を流し込み多少溢れさせてやること
により一定量を接合部の周りに注入できるようにする方
が良い。液状の材料が硬化すると完成となる。

【００３９】先に説明した各実施例においては、気泡の
位置を利用し、かつ永続的に気泡が共通液室近傍に存在
するようにすることで、液室内のインクの振動を抑制し
ようとする構成であるが、次に説明する構成は記録ヘッ
ド方向へインクが流れるときと戻ってくるときで流路の
インピーダンスが異なるようにして、振動によりインク
が上流側へ戻ろうとする圧力波を阻止する構造としたも
のである。

【００４０】図１３は、本実施例が適用される好適なイ
ンクジェットプリントヘッドであり、図１３に於いて各
符号は、前述の実施例に順じている。本実施例において
はインクの振動を抑制する構成として次のような構成を
有している。図１３においては、共通流室の吐出口に対
する部分（後方）の最もインクの振動が伝わり易い部分
に、流路のインピーダンスを変化させることで、固有振
動が生じるのを抑制するための構成を有している。この
構成として本実施例では、インクの振動により流体の流
れが変化したときに流路の有効面積を変化させる構成を
取っている。

【００４１】次に図１３に基づいてこの構成を説明す
る。２６は１０のフィルターの中心部の閉塞部である。
２７はドーナッツ状の可動片でありインクの流れにより
移動可能なようにできている。２８はドーナッツ状可動
片の記録ヘッド側のインク流路空間を示し、２９は２６
の閉塞部と２７のドーナッツ状可動片の間にできた隙間
の空間を示す。結局インクの流れによりこの２９の隙間
の空間が変化し流路のインピーダンスが変化する構成と
なっている。

【００４２】前述の図１３とインピーダンス調整機の拡
大部分図である図１４を用いてその動作を説明する。

【００４３】図１３のインピーダンス調整機はインクの
流れが記録ヘッド側に向いているインクが供給されてい
るときはドーナッツ状可動片２７が図１４（Ａ）のごと
く移動し、フィルター１０から離れる為に閉塞部２６と
の間に隙間ができ、インクが流れ易くなる構造になって
いる。この隙間は実際には非常に微細であり、本実施例
では約０．５ｍｍ程度である。ここで例えば連続印字を
急に停止した場合、タンク側のインクは慣性力により記
録ヘッド側へ進もうとするが吐出が既に停止しているた
めに共通液室内が高い圧力となり吐出口部分のメニスカ
スを押す様になり、次の瞬間にその反動でインクが逆流
圧力となり振動が開始する。インクにこのような振動力
が生じインクがタンク側に逆流しようとすると可動片２
７が変位し空隙２９が変化し、インクの移動の固有振動
が変化し振動にロスが生じ振動を減衰させる。更にタン
ク側の振動と、このインピーダンス調整機以降の記録ヘ
ッド側の固有振動と位相が両方変化するために相殺され
更に振動を減衰させることが可能となる。

【００４４】尚、この際ドーナッツ状可動片２７の比重
はインクの振動に合わせて移動しやすいようにインクの
比重とほぼ同等か小さい物を用いる方が良い。

【００４５】図１５は、他のインピーダンス調整構成を
説明する図である。

【００４６】この構成を用いると前述の実施例に対して
まず可動片３０が球状であるためにその方向性が無くな
り、可動片の傾き等によるインピーダンス変化の誤差等
が小さくなる利点がある。更に流れが球面に沿って流れ
るために流れがスムーズになる利点がある。この際球状
の可動片３０は前述の実施例と同様に比重をインクに近
い物にするか、もし比重の大きい材料を用いる場合は内
部を中空にして見かけの比重調整を行うのが良い。

【００４７】図１６はさらに他のインピーダンス調整構
成を説明する図である。

【００４８】円錐状の可動片３１を用いたことが前述の
実施例と異なる。この場合前述の実施例に対して優れて
いる点は、記録ヘッドからインクタンク側への流れが生
じたときにその方向の流れに対して非常に早く反応する
ことにある。構成的に逆流力が働いた時に流れに対して
３１の可動片が直角に正面からぶつかる構成となってい
る。よって、この点に於いても流れ方向に応じてインピ
ーダンス調整機によるインピーダンス値の差が発生し、
一層振動抑制効果が高くなる。

【００４９】図１７はさらに他のインピーダンス調整構
成を示すものである。

【００５０】バネ部材３３を用いて可動片３２を固定し
ていることが他の実施例と異なる。他の実施例に対して
バネ部材３３を用いることにより、他の実施例では流れ
の圧力差により可動片が移動していたが、更にバネ要素
を入れることにより機械系の固有振動を導入することに
なり、固有振動の差により一層振動抑制効果が高くな
る。

【００５１】図１８はインピーダンス調整機を設ける場
所を先の実施例と異ならせた構成を示すものである。

【００５２】本実施例に於いてはインピーダンス調整機
を共通液室に隣接する部分に持ってきたものである。こ
のような位置にインピーダンス調整機を持ってくること
により高い振動周波数領域までカバーが可能となる。

【００５３】図１８は先に説明した各実施例のインクジ
ェット記録ヘッドを使用し、インクタンク２１と一体化
を図ったインクジェットカートリッジの一部破断図であ
る。２０はインクタンク内に内蔵されたスポンジであ
る。１０のフィルター部が２０のスポンジに接してお
り、この部分からインクを記録ヘッドへ供給する。２２
はプリンター等のプリント装置との電気接点を持つプリ
ント基板である。この基板の電気接点を通して記録ヘッ
ド内のヒーター３に指定されたパルス等が与えられ吐出
が行われる。次に図に従って順に動作を説明すると図１
９に於いてインターフェース１００に印字信号が入ると
ゲートアレイ１４０とＭＰＵ１１０との間で信号がプリ
ント用の信号に変換され、さらにモータドライバー１６
０やモータドライバー１７０が駆動されヘッドドライバ
ー１５０に送られた信号どうりに記録ヘッドが駆動され
印字が行われる。その際ヘッド側は図２０に示すように
ダイオードマトリックスになっている為にコモン信号Ｃ
ＯＭ．とセグメント信号ＳＥＧ．が一致したところの吐
出用ヒーター（Ｈ１からＨ６４）にパルス電流が流れイ
ンクが加熱され吐出する。

【００５４】この際、図２０のヒーターＨ１からＨ６４
の様にコモン側とセグメント側が８ビットづつに結線さ
れているものでセグメント信号ＳＥＧ．が同時に立ち上
がるものにあっては前述したような図２４に示す様のタ
イミングチャートとなり、ＣＯＭ．１が立ち上がりＳＥ
Ｇ．信号が立ち上がったノズルが吐出を開始することに
なる。それがＣＯＭ．２、ＣＯＭ．３からＣＯＭ．８ま
で短時間に繰り返され６４ノズルの吐出が完了すること
になる。

【００５５】図２１は本発明のインクジェットプリント
ヘッドを搭載したインクジェットプリント装置を説明す
る図である。

【００５６】図において、インクジェットプリントヘッ
ドとインクタンクとが着脱可能に一体化されてインクジ
ェットカートリッジ（ＩＪＣ）を構成しており、このイ
ンクジェットカートリッジがキャリッジ（ＨＣ）に搭載
されて、ａ，ｂ方向へスキャンされることで被記録媒体
である紙（Ｐ）等にプリントが成される。

【００５７】又、プリント装置には、ヘッドの吐出口か
らインクを吸引することでヘッドの回復を行うための吸
引キャップ５００２や、前述のプリントヘッドに駆動信
号を供給するための駆動信号供給手段を有している。

【００５８】尚、ここでは、プリント装置として、イン
クジェットカートリッジをキャリッジに搭載したものを
説明したが、本発明は、インクの振動が大きく生ずるフ
ルラインタイプの記録ヘッド及び装置においてもさらに
好ましく用いることができる。

【００５９】又、被記録媒体としては紙だけでなくプラ
スチックシートや布等を用いることができ、特に布に対
してプリントを行う捺染装置及び布に対して前処理、後
処理を行う装置を含めた捺染システムとして用いること
もできる。

【００６０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
インクを吐出して記録を行うインクジェットプリント装
置に於いて、リフィルの振動の振幅を最小限に抑え吐出
を安定化し、高速且つ高画像品位を実現することが可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用されるインクジェットプリントヘ
ッドの模式的断面図である。

【図２】本発明のバッファー部の構成を説明するための
模式的断面図である。

【図３】インクジェットプリントヘッドのバッファー部
を説明するための模式的断面図である。

【図４】本発明のインクジェットプリントヘッドのバッ
ファー部を説明するための模式的断面図である。

【図５】気体透過性の材料別の温度に対する気体透過性
を示す図である。

【図６】気体透過性の材料の厚さに対する気体透過性を
示す図である。

【図７】気体透過性材料を挟んだ領域の差圧に対する気
体透過性を示す図である。

【図８】気体透過部の断面積に対する気体透過性を示す
図である。

【図９】本発明のバッファー室の他の構成を示す模式的
断面図である。

【図１０】本発明のバッファー室の他の構成を示す模式
的断面図である。

【図１１】本発明のバッファー室の他の構成を示す模式
的断面図である。

【図１２】本発明のバッファー室の他の構成を示す模式
的断面図である。

【図１３】本発明のインピーダンス調整機構を有するイ
ンクジェットプリントヘッドの模式的断面図である。

【図１４】インピーダンス調整機構を説明する図であ
る。

【図１５】他のインピーダンス調整機構を説明する図で
ある。

【図１６】他のインピーダンス調整機構を説明する図で
ある。

【図１７】他のインピーダンス調整機構を説明する図で
ある。

【図１８】本発明が適用されるインクジェットカートリ
ッジを説明するための図である。

【図１９】制御回路を示すブロック図である。

【図２０】制御構成の詳細を示すブロック図である。

【図２１】本発明が適用されるプリント装置を示す模式
図である。

【図２２】プリントヘッドのインクの流れを説明するた
めの図である。

【図２３】吐出口部分のメニスカスの状態を説明するた
めの図である。

【図２４】プリントヘッドの駆動方法とメニスカス後退
の関係を説明するための図である。

【符号の説明】

１ アルミベースプレート ２ ヒーターボード ３ 吐出用ヒーター ４ 溝付き天板 ５ ノズル口（又は吐出口） ６ バブル（又は気泡） ７ チップタンク（又はインク供給部材） ８ インク流路 ９ 共通液室 １０ フィルター １１ 穴 １２ 封止材 １３ バッファー室（又は圧力バッファー室） １４ 気泡 １６ インク滴 ２０ スポンジ ２１ インクタンク ２２ プリント基板 ２３ 大気連通口 ２４ 気体透過性部材 ２６ 閉塞部 ２７ ドーナツ状可動片 ２８ インク流路空間 ２９ 隙間空間 ３０ 球状可動片 ３１ 円錐状可動片 ３２ 平板 ３３ ばね ８１ インク流路 ８３ａ ノズル最先端位置 ８４ａ 良好なメニスカス形状 ８４ｂ 後退しすぎたメニスカス形状 ８４ｃ 飛び出してしまったメニスカス形状 ８５ インク液滴 ８７ 吐出反動圧力 ８８，９０ インク流 １００ インターフェイス １１０ ＭＰＵ １２０ ＲＯＭ １３０ ＤＲＡＭ １４０ ゲートアレイ １５０ ヘッドドライバー（又はドライバ） １６０ モータドライバ １７０ モータドライバ １８０ 記録ヘッド １９０ 搬送モータ ２００ キャリアモータ １４１ ＤＡＴＡラッチ １４２ ＳＥＧシフトレジスタ １４３ ＭＰＸ １４４ ＣＯＭタイミング Ｈ₁ 〜Ｈ₆₄ 吐出用ヒーター

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩崎 督 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 新井 篤 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 錦織 均 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内

Claims (24)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクを吐出するための吐出口と、該吐
   出口に連通する流路と、該流路にインクを供給するため
   の共通液室と、前記流路に対応して設けられたインクを
   吐出するためのエネルギーを発生する吐出エネルギー発
   生素子と、前記共通液室にインクを供給するための供給
   路とを有するインクジェットプリントヘッドであって前
   記吐出エネルギー発生素子の駆動によって、発生した圧
   力波が伝播する位置に該圧力波を低減するための気体を
   存在させるバッファ室を有しており、該バッファ室を構
   成する壁の一部が気体透過構造を有していることを特徴
   とするインクジェットプリントヘッド。
2. 【請求項２】 前記バッファ室は前記共通液室内に配さ
   れている請求項１のインクジェットプリントヘッド。
3. 【請求項３】 前記バッファ室は前記共通液室に隣接し
   て設けられ、その一部が共通液室と連通している請求項
   １のインクジェットプリントヘッド。
4. 【請求項４】 前記共通液室とバッファ室の連通部は、
   前記共通液室及びバッファ室に比べてその断面が絞られ
   ている請求項１のインクジェットプリントヘッド。
5. 【請求項５】 前記気体透過構造は、他の壁のより気体
   透過性の高い材料で構成されている請求項１のインクジ
   ェットプリントヘッド。
6. 【請求項６】 前記気体透過構造は、他の壁より、壁の
   厚みが薄いことで気体の透過性を上げている請求項１の
   インクジェットプリントヘッド。
7. 【請求項７】 前記気体透過構造は、前記供給路に設け
   られている請求項１のインクジェットプリントヘッド。
8. 【請求項８】 インクを吐出するための吐出口と、該吐
   出口に連通する流路と、該流路にインクを供給するため
   の共通液室と、前記流路に対応して設けられたインクを
   吐出するためのエネルギーを発生する吐出エネルギー発
   生素子と、前記共通液室にインクを供給するための供給
   路とを有するインクジェットプリントヘッドであって前
   記吐出エネルギー発生素子の駆動によって、発生した圧
   力波が伝播する位置に、前記インクの固有振動を緩和す
   るためのインピーダンス調整機構を有することを特徴と
   するインクジェットプリントヘッド。
9. 【請求項９】 前記インピーダンス調整機構は、前記圧
   力によって生じるインクの流れによって移動する可動片
   を有しており該可動片の移動に伴って、供給路の有効断
   面積が変化する請求項８のインクジェットプリントヘッ
   ド。
10. 【請求項１０】 前記可動片は球状である請求項９のイ
    ンクジェットプリントヘッド。
11. 【請求項１１】 前記可動片は薄膜状である請求項９の
    インクジェットプリントヘッド。
12. 【請求項１２】 前記インピーダンス調整機構は、前記
    供給路に配されたフィルタより、共通液室側に設けられ
    ている請求項９のインクジェットプリントヘッド。
13. 【請求項１３】 インクを吐出するための吐出口と、該
    吐出口に連通する流路と、該流路にインクを供給するた
    めの共通液室と、前記流路に対応して設けられたインク
    を吐出するためのエネルギーを発生する吐出エネルギー
    発生素子と、前記共通液室にインクを供給するための供
    給路とを有し、 前記吐出エネルギー発生素子の駆動によって発生した圧
    力波が伝播する位置に該圧力波を低減するための気体を
    存在させるバッファ室を有しており、該バッファ室を構
    成する壁の一部が気体透過構造を有しているインクジェ
    ットプリントヘッドと、 前記吐出エネルギー発生素子を駆動するための駆動信号
    を供給する駆動信号供給手段を有していることを特徴と
    するインクジェットプリント装置。
14. 【請求項１４】 前記バッファ室は前記共通液室内に配
    されている請求項１３のインクジェットプリント装置。
15. 【請求項１５】 前記バッファ室は前記共通液室に隣接
    して設けられ、その一部が共通液室と連通している請求
    項１３のインクジェットプリント装置。
16. 【請求項１６】 前記共通液室とバッファ室の連通部
    は、前記共通液室及びバッファ室に比べてその断面が絞
    られている請求項１３のインクジェットプリント装置。
17. 【請求項１７】 前記気体透過構造は、他の壁のより気
    体透過性の高い材料で構成されている請求項１３のイン
    クジェットプリント装置。
18. 【請求項１８】 前記気体透過構造は、他の壁より、壁
    の厚みが薄いことで気体の透過性を上げている請求項１
    ３のインクジェットプリント装置。
19. 【請求項１９】 前記気体透過構造は、前記供給路に設
    けられている請求項１３のインクジェットプリント装
    置。
20. 【請求項２０】 インクを吐出するための吐出口と、該
    吐出口に連通する流路と、該流路にインクを供給するた
    めの共通液室と、前記流路に対応して設けられたインク
    を吐出するためのエネルギーを発生する吐出エネルギー
    発生素子と、前記共通液室にインクを供給するための供
    給路とを有し、 前記吐出エネルギー発生素子の駆動によって、発生した
    圧力波が伝播する位置に、前記インクの固有振動を緩和
    するためのインピーダンス調整機構と、前記吐出エネル
    ギー発生素子を駆動するための駆動信号を供給する駆動
    信号供給手段を有していることを特徴とするインクジェ
    ットプリント装置。
21. 【請求項２１】 前記インピーダンス調整機構は、前記
    圧力によって生じるインクの流れによって移動する可動
    片を有しており、該可動片の移動に伴って、供給路の有
    効断面積が変化する請求項２０のインクジェットプリン
    ト装置。
22. 【請求項２２】 前記可動片は球状である請求項２１の
    インクジェットプリント装置。
23. 【請求項２３】 前記可動片は薄膜状である請求項２１
    のインクジェットプリント装置。
24. 【請求項２４】 前記インピーダンス調整機構は、前記
    供給路に配されたフィルタより、共通液室側に設けられ
    ている請求項２０のインクジェットプリント装置。