JPH06270404A - インクジェットプリントヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 周波数応答性を向上させ、高速な記録を可能
とするとともに、安定した記録を行なうことのできるイ
ンクジェットプリントヘッドを提供する。 【構成】 複数の発熱抵抗体６が形成されたＳｉ基板か
らなるヒータウェハ２上にポリイミド層３を積層し、こ
のポリイミド層３にバブル形成領域を規定する複数のピ
ット７と複数の個別バイパスピット８、および、ピット
７とインクの吐出口との間にノズル間を連結するように
連通溝９を形成する。これに、複数のノズル４とインク
リザーバ５をＯＤＥで形成したチャネルウェハ１を貼り
合わせてヘッドを構成する。インクが吐出された後、連
通溝９を介して近傍のノズルからインクが供給され、イ
ンクのリフィルが促進されて、次の駆動までの時間を短
縮することができる。

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
トヘッドにおけるインク流路の構造に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、バブル発生用の抵抗体を有す
るヒーター基板と、複数のノズル流路を有するチャネル
基板とからなるサーマルインクジェットヘッドが用いら
れている。このような従来のサーマルインクジェットヘ
ッドでは、インクの流路を形成する方法として、例え
ば、特開昭６１−２３０９５４号公報にも記載されてい
るように、Ｓｉ基板に異方性エッチングを用いてノズル
流路や、インクリザーバ等を形成する方法が知られてい
る。

【０００３】図３は、従来のサーマルインクジェットヘ
ッドの構成を示す斜視図である。図中、１はチャネルウ
ェハ、２はヒータウェハ、３はポリイミド層、４はノズ
ル、５はインクリザーバ、６は発熱抵抗体、７はピッ
ト、８は個別バイパスピットである。チャネルウェハ１
には、複数のノズル４と、１つのインクリザーバ５が形
成されている。インクリザーバ５は、チャネルウェハ１
を貫通しており、チャネルウェハ１の上面の開口は、図
示しないインク供給管に連通され、インクが供給され
る。ヒータウェハ２には、各ノズルに対応して複数の発
熱抵抗体６が形成されている。また、ヒータウェハ２の
上には、ポリイミド層３が積層される。ポリイミド層３
には、ヒータウェハ２上の発熱抵抗体６の上部にピット
７が形成される。また、チャネルウェハ１に形成されて
いるそれぞれのノズル４とインクリザーバ５を連結する
ための、個別バイパスピット８が形成されている。チャ
ネルウェハ１と、ポリイミド層３が積層されたヒータウ
ェハ２は接着され、一体のサーマルインクジェットヘッ
ドが作成される。インクリザーバ５内のインクは、個別
バイパスピット８を介してノズル４に供給される。発熱
抵抗体６で発生した熱により、ピット７に気泡が発生
し、発生した気泡により、ノズル内のインクがノズル先
端のインク吐出口より吐出され、記録が行なわれる。

【０００４】インクがインク吐出口から吐出され、気泡
が消滅すると、インク量の減少と気泡消滅時の負圧によ
り、インクメニスカスはノズル内に後退する。このイン
クメニスカスが元の状態に戻る前にインクの吐出が行な
われると、吐出されるインク量が変化し、画像の劣化の
原因となる。吐出されたインクの量だけインクが補充さ
れると、インクメニスカスは吐出前の状態に戻るが、こ
のインクリフィルまでに多少の時間が必要である。その
ため、インクリフィルに要する時間だけ間隔をおいてノ
ズルを駆動する必要があり、高速の記録を行なうために
は、このインクリフィルに要する時間を短縮すればよ
い。

【０００５】インクリフィルに要する時間を短縮するた
めの構成として、特開昭４−２１６０５６号公報に記載
されているようなインクジェットヘッドが考えられてい
る。この従来のインクジェットヘッドでは、ノズル間を
隔てる隔壁の一部に通路を設けている。インクを吐出し
たとき、この通路を通して隣接するノズルからインクが
供給されるため、インクのリフィルを高速に行なうこと
ができる。特に、この通路をヒータとインク吐出口の間
に設けることにより、この効果を得ることができる。し
かし、このような構成では、インクが吐出される際の力
を直接受けるノズル周囲の壁の一部がないため、力がそ
の部分で分散され、インクの吐出が不安定になり、画質
が低下するという問題があった。

【０００６】

【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、周波数応答性を向上させ、
高速な記録を可能とするとともに、安定した記録を行な
うことのできるインクジェットプリントヘッドを提供す
ることを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、複数のノズル
流路を有するチャネル基板と前記複数のノズル流路に対
応した抵抗体を有するヒータ基板とからなり、前記抵抗
体の発熱によりバブルを発生させ、ノズル流路の先端の
インク吐出口よりインクを吐出させて記録を行なうサー
マルインクジェットヘッドにおいて、前記抵抗体と前記
インク吐出口の間であって、前記複数のノズル流路の配
列方向の上方または下方にノズル流路を連結する連通溝
を設けたことを特徴とするものである。

【０００８】

【作用】本発明によれば、連通溝によりノズル間をイン
クが移動できるため、インクを噴射した後に、連通溝よ
りインクが供給されるので、インク充填が速やかに行な
われ、周波数応答性を向上させることができる。この連
通溝は、インク流路と平行な面で構成することができ、
インク吐出時に壁面にかかる力をそのまま受けるので、
安定したインクの吐出を行なうことができる。

【０００９】また、連通溝により連通されたノズル間で
は同時噴射を行なわないように、ノズルの駆動を制御す
ることが可能であり、その場合、連通されたノズル間の
クロストークを回避できるので、さらに高品位の印字を
行なうことができる。

【００１０】

【実施例】図１は、本発明のインクジェットプリントヘ
ッドの第１の実施例を示す斜視図、図２は、同じく断面
図である。図中、図３と同様の部分には同じ符号を付し
て説明を省略する。９は連通溝である。従来のインクジ
ェットプリントヘッドと同様に、複数の発熱抵抗体６が
形成されたＳｉ基板からなるヒータウェハ２上にポリイ
ミド層３を積層し、このポリイミド層３にバブル形成領
域を規定する複数のピット７と複数の個別バイパスピッ
ト８を形成する。このとき、ピット７とインクの吐出口
との間に、ノズル間を連結するように連通溝９を形成す
る。これに、複数のノズル４とインクリザーバ５をＯＤ
Ｅで形成したＳｉ基板からなるチャネルウェハ１を貼り
合わせて構成されている。

【００１１】図１では、連通溝９は、４本のノズル毎に
連通溝で連結するように構成されている。しかし、４本
に限らず、適宜の数のノズルを連結するように連通溝を
配置することができる。もちろん、すべてのノズルを１
本の連通溝で連結するように構成することもできる。ま
た、複数本の連通溝を配置する場合、これらを直線状に
配置する必要はなく、たとえば、千鳥状に配置してもよ
い。

【００１２】インクの流れは、インクリザーバ５から個
別バイパスピット８を介してノズル４に至る。ここで、
個別バイパスピット８は屈曲しているうえに断面積が狭
く、ゴミや気泡等がトラップされるとインクの流れが悪
くなり、ノズルのインク供給が不足し、小ドット化やミ
スジェット等の噴射不良の原因となる。このようなと
き、ノズル間を連結する連通溝９を介して、隣、あるい
は近傍のノズルからインクを供給することにより、ゴミ
等でインクの流れの悪くなったノズルへのインク供給を
補うことができ、インク供給不足を実際の画質としては
感知し得ない程度の軽微なものに抑えることができる。
逆に、個別バイパスピット８でゴミ１０をとラップでき
るので、ノズル４でゴミ等が詰まり、噴射不良を起こす
のを回避することができる。

【００１３】図４は、インクの吐出後のメニスカスの状
態を説明するための断面図、図５は、同じく平面図であ
る。ノズルからインクが吐出されると、ノズルのインク
吐出口の液面、すなわち、メニスカスは、図４及び図５
に示したように、後退する。このまま次の吐出を行なう
と、吐出不良等が発生し、画質が低下する。そのため、
インクがリフィルされ、メニスカスが元の状態に戻って
からでないと、次のインクの吐出が行なえない。通常、
インクの供給は、上述のように、インクリザーバ５から
個別バイパスピット８を介して行なわれるが、流路が長
い上に個別バイパスピット８が狭いため、流量が制限さ
れる。しかし、連通溝９を設けることにより、図５の矢
印のように、隣あるいは近傍のノズルからインクを供給
することができる。この連通溝９によるインクの供給
は、インクを必要とする部分に近い位置で行なわれるた
め、高速に行なうことができる。

【００１４】図６は、隣接ノズルの噴射を行なった場合
のインク噴射状態の模式図、図７は、同じく平面図であ
る。図に示すように、隣接するノズルをほぼ同時に駆動
し、インクを噴射する場合、インク滴の飛翔方向が曲が
り、画質劣化が現れる場合がある。これは連通溝を設け
たことによるクロストークに起因する。すなわち、図７
に示すように、隣接するノズルが連結されており、図７
に示す矢印の方向に流体的干渉が作用し、隣接するノズ
ルから噴射されるインク滴の飛翔方向が曲がってしま
う。

【００１５】このクロストークが発生する場合には、連
通溝で連結されたノズルを１つのブロックとし、１ブロ
ック内では１本のノズルしか同時に駆動しないように、
ノズルの駆動方法を変更することにより、クロストーク
を防止することができる。図８は、ブロック毎の駆動方
法による噴射状態を示す平面図である。図８では、４本
のノズル毎に連通溝で連結している。そして、各ブロッ
クでは、連通溝により連結された４本のノズルのうちの
１本のみを駆動することで適正な噴射を行なうことがで
きた。

【００１６】図９は、ブロック毎の駆動方法を説明する
ための平面図である。図８と同様に、図９では、６４本
のノズルを１６本ずつに分けて４ブロックとし、各ブロ
ックの１６本のノズルを連通溝で連結している。１ブロ
ック内では、１本のノズルからしかインクは吐出されな
い。この例の場合にも、各ブロック内では、同時に駆動
されるノズルがないので、クロストークは発生しない。

【００１７】図１０は、図９に示した例におけるノズル
の駆動を行なうためのタイミングチャートである。図１
０に示すように、１６回の駆動パルスが、それぞれ時間
をずらしてヘッドに印加される。駆動パルスが印加され
たときに、同時に駆動されるノズルからインクの吐出が
行なわれる。印加する駆動パルスのパルス幅としては、
例えば３．０μｓとし、各回の駆動パルスの間隔を、例
えば２．０μｓ、すなわち、周期を５．０μｓとするこ
とができる。駆動順序としては、例えば６４本のノズル
の一端を１番目、他端を６４番目のノズルとするとき、
１回目に１，１７，３３，４９番目のノズルを、２回目
に９，２５，４１，５７番目のノズルを、３回目に５，
２１，３７，５３番目のノズルを、４回目に１３，２
９，４５，６１番目のノズルを、５回目に３，１９，３
５，５１番目のノズルを、６回目に１１，２７，４３，
５９番目のノズルを、７回目に７，２３，３９，５５番
目のノズルを、８回目に１５，３１，４７，６３番目の
ノズルを、９回目に２，１８，３４，５０番目のノズル
を、１０回目に１０，２６，４２，５８番目のノズル
を、１１回目に６，２２，３８，５４番目のノズルを、
１２回目に１４，３０，４６，６２番目のノズルを、１
３回目に４，２０，３６，５２番目のノズルを、１４回
目に１２、２８、４４、６０番目のノズルを、１５回目
に８，２４，４０，５６番目のノズルを、１６回目に１
６，３２，４８，６４番目のノズルを駆動するように制
御することができる。この順序は単なる例であり、これ
以外の順序でももちろんよいが、１ブロックないでは２
本以上のノズルが同時に駆動されることはない。また、
上述の駆動順序の例では、１ブロック内で順次駆動され
るノズルをなるべく離すようにしている。これは、連通
溝を通じて近傍のノズルからインクのリフィルが行なわ
れているとき、近傍のノズルへの影響を少なくするため
である。したがって、順序が上述したものに限られるも
のではないことは明らかである。

【００１８】図１１は、ヘッド駆動制御部付近の一例を
示すブロック図である。図中、１０はヘッド駆動制御
部、１１はヘッド、Ｒ１乃至Ｒ６４は発熱素子である。
ヘッド駆動制御部１０には、キャリッジのスキャンによ
り出力される印字トリガ信号ＰＲＩＮＴ ＴＲＩが入力
され、また、図示しない制御部からスタート信号ＳＴＡ
ＲＴ、ストップ信号ＳＴＯＰ、モードセレクト信号ＭＯ
ＤＥ ＳＥＬが入力され、さらに、図示しない記憶手段
から画像データＰＲＩＮＴ ＤＡＴＡが入力される。ま
た、図示しない記憶手段に対して、アドレスクロック信
号ＡＤＤＲＥＳＳＣＬＫ、アドレスクリア信号ＡＤＤＲ
ＥＳＳ ＣＬＲが出力されている。さらに、ヘッド１１
の各発熱素子Ｒ１乃至Ｒ６４に対して、駆動信号が出力
されている。

【００１９】印字トリガ信号ＰＲＩＮＴ ＴＲＩがヘッ
ド駆動制御部１０に入力された状態でスタート信号ＳＴ
ＡＲＴまたはストップ信号ＳＴＯＰが入力され、ヘッド
の駆動期間が制御される。モードセレクト信号ＭＯＤＥ
ＳＥＬは、ヘッドの駆動方法を示す。例えば、上述の
図９に示したような、１６本のノズルを１ブロックと
し、各ブロック内の１本のノズルを駆動するモードを選
択することができる。モードセレクト信号ＭＯＤＥ Ｓ
ＥＬで駆動モードが選択されると、それに応じて発熱素
子Ｒ１乃至Ｒ６４が駆動される。さらに、ヘッド駆動制
御部１０は、駆動されたモードに応じて図示しない記憶
手段から画像データＰＲＩＮＴ ＤＡＴＡが読み出され
るように、ＡＤＤＲＥＳＳ ＣＬＫ信号とＡＤＤＲＥＳ
Ｓ ＣＬＲ信号を出力する。これらの信号に基づき、図
示しない記憶手段から画像データＰＲＩＮＴ ＤＡＴＡ
がヘッド駆動制御部１０に転送される。ヘッド駆動制御
部では、モードセレクト信号ＭＯＤＥ ＳＥＬと、画像
データＰＲＩＮＴ ＤＡＴＡに従って、ヘッド１１内の
インクを吐出すべきノズルの発熱素子に対して駆動パル
スを送出し、発熱素子が発熱して、インクが吐出され、
印字が行なわれる。例えば、図９に示した例では、図１
０に示したタイミングにより、上述のような順序でヘッ
ド１１内の発熱素子に対して駆動パルスが送出される。

【００２０】図１２は、駆動周波数とドロップ体積の関
係を示すグラフである。図中、実線は本発明のインクジ
ェットプリントヘッドの場合を示し、破線は従来のイン
クジェットプリントヘッドの場合を示している。ヘッド
を駆動する際に、ある駆動周波数より高い周波数で駆動
すると、インクのリフィルが追いつかず、吐出されるイ
ンクドロップの体積が減少するようになる。図１２から
も分かるように、従来のインクジェットプリントヘッド
に比べ、連通溝を有する本発明のインクジェットプリン
トヘッドのほうが、インクドロップの体積が減少を始め
る駆動周波数が高くなる。これは、連通溝を設けること
により、インクのリフィルが促進されるためである。こ
れにより、駆動可能な周波数を高くでき、高速な記録を
実現することができる。

【００２１】図１３は、本発明のインクジェットプリン
トヘッドの第１の実施例における変形例を示す断面図で
ある。図中、図２と同様の部分には同じ符号を付して説
明を省略する。１２は曲面である。図２に示したインク
ジェットプリントヘッドでは、インクの移動方向に連通
溝のエッジが存在するため、そのエッジによりインクの
移動が妨げられる恐れがある。そのため、図１３に示し
た例では、連通溝９の前後のエッジを丸めて、曲面１２
を形成している。これにより、インクが吐出される際の
流路抵抗を下げ、インクの噴射を妨げないように構成す
ることができる。このエッジの曲面１２は、インク吐出
口に近い側だけに施してもよい。

【００２２】この連通溝の曲面１２は、ポリイミド層３
に連通溝９を形成した後、機械加工により形成すること
ができる。または、ポリイミド層３として光硬化型樹脂
を用いる場合が多いので、連通溝９を形成する際に、曲
面をつける部分に僅かな光を照射し、段差を作り、曲面
１２を形成することもできる。

【００２３】図１４は、本発明のインクジェットプリン
トヘッドの第２の実施例を示す断面図、図１５は同じく
Ａ−Ａ’断面図である。図中、図１と同様の部分には同
じ符号を付して説明を省略する。１３は第２の厚膜層、
１４は第３の厚膜層である。第１の実施例と同様、ヒー
タウェハ１には、複数の発熱抵抗体６が形成され、その
上に第１の厚膜層であるポリイミド層３が積層される。
このポリイミド層３にバブル形成領域を規定する複数の
ピット７が形成される。この第２の実施例に示すインク
ジェットプリントヘッドでは、ポリイミド層３の上に、
第２の厚膜層１３が積層され、パターニングされて、イ
ンク流路を形成する。すなわち、この第２の厚膜層１３
がノズルの隔壁を構成する。一方、チャネルウェハ１に
は、第３の厚膜層１４が積層される。この第３の厚膜層
１４には、インクリザーバ５となる孔が設けられる。こ
の実施例では、さらに、この第３の厚膜層１４に連通溝
９を形成している。そして、チャネルウェハ１とヒータ
ウェハ２を貼り合わせ、ヘッドを構成している。

【００２４】第３の厚膜層１４に形成した連通溝９は、
２枚の基板が貼り合わされたとき、ピット７とインクの
吐出口の間に位置するように配置される。第１の実施例
と違い、連通溝９はインク流路の上面側に配置されてい
る。また、図１５では、連通溝９は隣接するノズル間を
連結するように形成している。このように構成すること
により、第１の実施例と同様、インクのリフィルを促進
し、駆動周波数を向上させることができる。また、従来
の隔壁に連通路を形成する場合に比べ、連通溝９が隔壁
を回り込むように構成されているので、インクの吐出時
に隔壁に直接働く力が連通路から逃げるのを防ぎ、安定
したインクの吐出を行なうことができる。

【００２５】もちろん、この第２の実施例においても、
第１の実施例と同様に、連通溝９を１ブロック毎に１本
の割合で配置したり、全ノズルに対して１本の連通溝を
形成することも可能である。ブロック毎に配置する場合
には、第１の実施例で示した駆動方法および駆動回路を
用いることができる。逆に、第２の実施例のように、隣
接するノズルを連結するような連通溝を、第１の実施例
に適用することもできる。

【００２６】この第２の実施例で示したような、第２の
厚膜層１３により隔壁を形成するタイプのインクジェッ
トプリントヘッドや、個別バイパスピット８のないイン
クジェットプリントヘッドに、第１の実施例のようなイ
ンク流路の下面側に配置する構成を適用することももち
ろん可能である。さらに、第１及び第２の実施例のよう
な構成を、ピット７を有しないインクジェットプリント
ヘッドに適用することもできる。

【００２７】

【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、ゴミ等がバイパス部など流路に存在した場合
でもインクが不吐出となることなく安定して印字を行な
うことができるとともに、インクのリフィルを促進し、
周波数応答性を向上した、高速のインクジェットプリン
トヘッドを得ることができるという効果がある。また、
分割して駆動されるブロック毎に連通溝を配置すること
により、クロストークによるジェット曲がりを回避する
ことができるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のインクジェットプリントヘッドの第
１の実施例を示す斜視図である。

【図２】 本発明のインクジェットプリントヘッドの第
１の実施例を示す断面図である。

【図３】 従来のサーマルインクジェットヘッドの構成
を示す斜視図である。

【図４】 インクの吐出後のメニスカスの状態を説明す
るための断面図である。

【図５】 インクの吐出後のメニスカスの状態を説明す
るための平面図である。

【図６】 隣接ノズルの噴射を行なった場合のインク噴
射状態の模式図である。

【図７】 隣接ノズルの噴射を行なった場合のインク噴
射状態の平面図である。

【図８】 ブロック毎の駆動方法による噴射状態を示す
平面図である。

【図９】 ブロック毎の駆動方法を説明するための平面
図である。

【図１０】 図９に示した例におけるノズルの駆動を行
なうためのタイミングチャートである。

【図１１】 ヘッド駆動制御部付近の一例を示すブロッ
ク図である。

【図１２】 駆動周波数とドロップ体積の関係を示すグ
ラフである。

【図１３】 本発明のインクジェットプリントヘッドの
第１の実施例における変形例を示す断面図である。

【図１４】 本発明のインクジェットプリントヘッドの
第２の実施例を示す断面図である。

【図１５】 本発明のインクジェットプリントヘッドの
第２の実施例を示すＡ−Ａ’断面図である。

【符号の説明】

１ チャネルウェハ、２ ヒータウェハ、３ ポリイミ
ド層、４ ノズル、５インクリザーバ、６ 発熱抵抗
体、７ ピット、８ 個別バイパスピット、９連通溝、
１０ ヘッド駆動制御部、１１ ヘッド、１２ 曲面、
１３ 第２の厚膜層、１４ 第３の厚膜層。

フロントページの続き (72)発明者 藤井 雅彦 神奈川県海老名市本郷2274番地 富士ゼロ ックス株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のノズル流路を有するチャネル基板
   と前記複数のノズル流路に対応した抵抗体を有するヒー
   タ基板とからなり、前記抵抗体の発熱によりバブルを発
   生させ、ノズル流路の先端のインク吐出口よりインクを
   吐出させて記録を行なうサーマルインクジェットヘッド
   において、前記抵抗体と前記インク吐出口の間であっ
   て、前記複数のノズル流路の配列方向の上方または下方
   にノズル流路を連結する連通溝を設けたことを特徴とす
   るサーマルインクジェットヘッド。