JPH0671887A

JPH0671887A - インクジェットプリントヘッド及びインクジェットプリンタ

Info

Publication number: JPH0671887A
Application number: JP23644092A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Sato; 正幸佐藤
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1992-08-12
Filing date: 1992-08-12
Publication date: 1994-03-15
Anticipated expiration: 2016-04-23
Also published as: JP3158374B2

Abstract

(57)【要約】【目的】インクのヒータによる焦げの発生を防止し
て、加熱効率の劣化を軽減し、待機時におけるインクと
透明溶媒との自然混合、自然乾燥を防止し、動作時に安
定した濃度階調を実現する。【構成】ヒータ３が設けられた基板１上に透明溶媒２
８が充填された液室１０を形成し、液室１０を被覆する
オリフィスプレート９を軟質部材で構成し、オリフィス
プレート９にインク供給路２６と、インク供給路２６に
連通する開口部２７とを設ける。そしてヒータ３の加熱
により生成されるバブル２９の圧力により開口部２７を
押し開いてインク１１を透明溶媒２８に混合する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はインクジェットプリント
ヘッド及びインクジェットプリンタに係り、特に発熱体
（以下ヒータと称する）により気泡を発生させてインク
を吐出するインクジェットプリントヘッド及びインクジ
ェットプリンタに関する。

【０００２】

【従来の技術】熱インクジェットプリントヘッドには、
ノズルの開口方向によってエッジシュータ型熱インクジ
ェットプリントヘッドとサイドシュータ型熱インクジェ
ットプリントヘッドとの２方式がある。

【０００３】図１２及び図１４に、それぞれエッジシュ
ータ型及びサイドシュータ型の熱インクジェットプリン
トヘッドの構成を示す。いずれの方式もインク吐出につ
いての基本的原理は全く同じである。図１２、１４にお
いて、基板１上にＳｉＯ₂などの絶縁膜２を介してヒー
タ３が設けられている。ヒータ３上には１対のＡｌ電極
４、５が対向して設けられており、ヒータ３及び電極
４、５の上面は３層の保護膜６、７、８で被覆されてい
る。また、最上層のポリイミドで構成された保護膜８に
は、電極４、５が対向している位置に開口部８ａが形成
されており、保護膜８の上部にオリフィスプレート９が
設けられている。そして、オリフィスプレート９に形成
された液室１０に、図示しないインク供給部からインク
１１が供給される。

【０００４】ここで図１２に示すエッジシュータ型ヘッ
ドでは、ヒータ３に平行の方向に液室１０が開口してお
り、図１４に示すサイドシュータ型ヘッドではヒータ３
に直角の方向に液室１０が開口していて、それぞれノズ
ル１２、１３を形成している。なお、サイドシュータ型
ヘッドでは保護膜は６、８の２層となっている。

【０００５】上記のように構成されたエッジシュータ型
熱インクジェットプリントヘッドにおいて、ヒータ３に
所定の電圧パルスを一定時間加えると、図１３（ａ）に
示すようにヒータ３の面上に核気泡２１が発生する。核
気泡２１は（ｂ）に示すように合体して膜気泡２２とな
り、さらに（ｃ）に示すように膜気泡２２が断熱膨張に
より成長してバブル２３となる。次に、ヒータ３に対す
る電圧の印加がなくなると、（ｄ）に示すように周囲の
インク１１に熱を取られてバブル２３は収縮し、（ｅ）
に示すようにバブル２３は消滅する。そして（ｃ）、
（ｄ）、（ｅ）の過程において生じる膜沸騰現象の吐出
力により、インク１１はインク粒１１ａとなってノズル
１２から外部に放出される。

【０００６】図１４に示すサイドシュータ型熱インクジ
ェットヘッドにおいても、図１５に示すように同様の作
用によりインク粒１１ａの吐出が行なわれる。なお、図
１５では複数個の液室１０がオリフィスプレート９に並
列に設けられており、共通のインク供給部２４からイン
ク１１が供給される。また、インク供給部２４には各液
室１０を仕切るバリア２５が設けられている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように構成された従来の各インクジェットプリントヘッ
ドは、いずれも単色２値記録を目的としたもので、濃度
階調を実現することはできない。また、ヒータ３の熱が
保護膜６などを介して、ほぼ直接インク１１に伝わるた
め、接触面にインク１１の焦げが発生し、加熱効率が劣
化するという問題があった。また、濃度階調を実現する
ためにインクと透明溶媒とを混合して吐出する場合に、
待機時にもインクと透明溶媒とが接触し、かつ外気に触
れているため、自然混合、自然乾燥が発生し、印字品質
が低下するという問題もあった。

【０００８】本発明は、このような状況に鑑みてなされ
たもので、インクのヒータによる焦げの発生を防止し
て、加熱効率の劣化を軽減することができ、しかも待機
時におけるインクと透明溶媒との自然混合、自然乾燥を
防止して、動作時に安定した濃度階調を実現することの
できるインクジェットプリントヘッド及びインクジェッ
トプリンタを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載のインク
ジェットプリントヘッドは、基板１上に設けられたヒー
タ３と、ヒータ３上に形成され、隔壁としてのバリア２
５で区画された透明溶媒室としての液室１０と、液室１
０を被覆し、インク１１が混合された透明溶媒２８を吐
出する開口部２７が設けられたオリフィスプレート９と
を備えるとともに、オリフィスプレート９を軟質部材で
構成し、開口部２７を開閉可能とし、オリフィスプレー
ト９に開口部２７に連通するインク供給路２６を形成し
たことを特徴とする。

【００１０】請求項２に記載のインクジェットプリント
ヘッドは、オリフィスプレート９は、インク供給路２６
が形成された第１の可撓性板材としての第１のプレート
９ａの両面に、それぞれ開口部２７が設けられた第２の
可撓性部材としての第２のプレート９ｂを接着して構成
したことを特徴とする。

【００１１】請求項３に記載のインクジェットプリント
ヘッドは、開口部２７を直線状に形成したことを特徴と
する。

【００１２】請求項４に記載のインクジェットプリント
ヘッドは、開口部２７をＨ形状に形成したことを特徴と
する。

【００１３】請求項５に記載のインクジェットプリント
ヘッドは、インク１１をインク供給路２６に定量圧送す
る手段として、電気浸透膜を用いたことを特徴とする。

【００１４】請求項６に記載のインクジェットプリンタ
は、被印刷物としてのプリント紙３２を巻回して回転す
るドラム３３の軸方向に移動可能にヘッド３１を配置す
るとともに、ヘッド３１をドラム３３の回転と連動して
移動させる駆動部材としての送りネジ３４を設けたこと
を特徴とする。

【００１５】請求項７に記載のインクジェットプリンタ
は、プリント紙３２を巻回して回転するドラム３３の軸
方向に移動可能にヘッド３１を配置するとともに、ドラ
ム３３をヘッド３１の移動と連動して回転させるモータ
３８を設けたことを特徴とする。

【００１６】請求項８に記載のインクジェットプリンタ
は、プリント紙３２を巻回して回転するドラム３３の軸
方向に、複数個のヘッド３１をライン状に配置したこと
を特徴とする。

【００１７】

【作用】請求項１乃至５に記載のインクジェットプリン
トヘッドにおいては、液室１０内に充満された透明溶媒
２８内に定量されたインク１１を供給して混合すること
により、任意の濃度階調を実現することができる。この
とき、インク供給路２６を軟質部材で構成され液室１０
を被覆するオリフィスプレート９内に形成し、インク供
給路２６に連通して開閉可能に開口部２７を設けること
により、待機時には開口部２７を密閉し、動作時には基
板１上に設けられたヒータ３を加熱して気泡２３を発生
させ、気泡の発生圧力により開口部２７を開いてインク
１１を供給することができる。この結果、待機時におけ
るインク１１と透明溶媒２８との自然混合、自然乾燥を
防止することができる。さらに、ヒータ３により加熱さ
れる液体は透明溶媒２８であるため、インク１１の焦げ
による加熱効率の劣化を軽減することができる。

【００１８】請求項６乃至８に記載のインクジェットプ
リンタにおいては、プリント紙３２を巻回して回転する
ドラム３３に対し、ヘッド３１の送りと配置を３種類に
変えることができる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明のインクジェットプリントヘッ
ド及びインクジェットプリンタの実施例を図面を参照し
て説明する。

【００２０】図８乃至図１１に、本実施例によるインク
ジェットプリントヘッド３１が搭載されたインクジェッ
トプリンタの構成例を示す。図８はドラム回転型の構成
例である。被印刷物としてのプリント紙３２はドラム３
３の外周に巻回され、所定位置に固定されている。ドラ
ム３３の外周には送りネジ３４がドラム軸方向に平行に
設けられており、送りネジ３４にはヘッド３１が螺合し
ている。そして、送りネジ３４の回転によってヘッド３
１が軸方向に移動するようになっている。また、ドラム
３３はプーリ３５、ベルト３６、プーリ３７を介してモ
ータ３８により回転駆動される。さらに、送りネジ３４
及びモータ３８の回転とヘッド３１の駆動とは、駆動制
御部３９により印画データ及び制御信号４０に基づいて
駆動制御される。

【００２１】上記の構成において、ドラム３３が回転す
ると、その回転に同期してヘッド３１からインクが吐出
され、プリント紙３２上に画像が形成される。ドラム３
３が１回転してプリント紙３２上に円周方向に１列の印
刷が完了すると、送りネジ３４が回転してヘッド３１を
１ピッチ移動させ、次の列の印刷を行なう。この場合、
ドラム３３と送りネジ３４を同時に回転させ、印刷しな
がらヘッド３１を徐々に移動させる方法もある。マルチ
ノズルヘッドの場合や同じ場所を何度か印字するような
構成の場合はステップ送りが適するが、単ノズルやマル
チノズルでも本数が少ない場合は、ドラム３３と送りネ
ジ３４とを連動して同時に回転させながら、スパイラル
状の印字を行なう。

【００２２】図９はシリアル型の構成例である。この場
合も図８に示すドラム回転型の場合とほぼ同様の構成で
あるが、プリント紙３２はドラム３３に巻回されておら
ず、軸方向に平行に設けられた紙圧着ローラ４１によ
り、ドラム３３に圧着保持されている。この場合は、ヘ
ッド３１が移動して１行の印字を行なうと、ドラム３３
を１行分だけ回転させて次の行の印字を行なう。ヘッド
３１の移動は同一方向の場合と往復方向の場合とがあ
る。

【００２３】図１０はライン型の構成例である。この場
合は図９に示すシリアル型のヘッド３１及び送りネジ３
４の代りに、多数のヘッド３１がライン状に配置された
ラインヘッド４２が軸方向に固定して設けられている。
この構成ではラインヘッド４２で１行分の印字が同時に
行なわれ、印字が完了するとドラム３３を１行分だけ回
転させて次の行の印字を行なう。この場合、全ラインを
一括して印字したり、複数ブロックに分割したり、１行
おきに交互に印字する方法も考えられる。

【００２４】図１１は印字及び制御系のブロック図であ
る。印字データなどの信号５１は信号処理・制御回路５
２に入力され、回路５２において印字順番に揃えられ
て、ドライバ５３を介してヘッド５４に送られる。印字
順番はヘッドや印字部の構成で異なり、また、印字デー
タの入力順番との関係もあり、必要に応じてラインバッ
ファメモリや１画面メモリなどのメモリ５５に一旦記録
してから取り出す。ヘッド５４には階調信号や吐出信号
を出力する。

【００２５】なお、マルチヘッドでノズル数が非常に多
い場合は、ヘッド５４にＩＣを搭載してヘッド５４に接
続する配線数を減らすようにする。また、信号処理・制
御回路５２には補正回路５６が接続されており、γ補
正、カラーの場合の色補正、各ヘッドのばらつき補正な
どを行なう。補正回路５６には予め決められた補正デー
タをＲＯＭマップ型式で格納しておき、外部条件、例え
ばノズル番号、温度、入力信号などに応じて取り出すよ
うにするのが一般的である。

【００２６】信号処理・制御回路５２はＣＰＵやＤＳＰ
構成としてソフトウエアで処理することが一般的であ
り、処理された信号は各種制御部５７に送られる。各種
制御部５７ではドラム３３及び送りネジ３４を回転駆動
するモータの駆動、同期、ヘッドのクリーニング、プリ
ント紙３２の供給、排出などの制御を行なう。また、信
号５１には印字データ以外の操作部信号や外部制御信号
が含まれることは云うまでもない。

【００２７】図１乃至図３に本発明のインクジェットプ
リントヘッドの一実施例の構成を示す。これらの図にお
いて、図１５に示す従来例の部分と対応する部分には同
一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する。本実
施例の特徴は液室１０を被覆するオリフィスプレート９
にインク供給路２６と、インク供給路２６に連通して外
部及び液室１０に開口する開口部２７とを設け、液室１
０内に透明溶媒２８を充満させた点にある。

【００２８】オリフィスプレート９は図３に示すよう
に、軟質部材で構成された３枚のプレートからなってお
り、第１の可撓性板材としての第１のプレート９ａの両
面に、それぞれ第２の可撓性板材としての第２のプレー
ト９ｂが接着されている。第１のプレート９ａは厚さが
約３μｍ乃至１０μｍの銅プレートに、フォトリソグラ
フィによる精密パターン形成技術と、メッキを主体とし
た薄膜技術により、幅が約２０μｍ、深さが約３μｍ乃
至１０μｍの溝状のインク供給路２６を形成してなって
いる。また、インク供給路２６の一端にはエキシマレー
ザなどによるレーザ加工により、インク供給路２６に対
して直角方向に長さが約２０μｍのスリット状の開口部
２７ａが形成されている。さらに、インク供給路２６の
他端は図示しないインク供給源に接続されている。

【００２９】第２のプレート９ｂは厚さが約１０μｍの
ポリイミドプレートに、第１のプレート９ａの場合と同
様に開口部２７ｂを形成してなっている。そして、第１
のプレート９ａの両面にそれぞれ第２のプレート９ｂを
接着したときに、開口部２７ａ、２７ｂが整合する位置
になるようにし、この位置は図２に示すようにヒータ３
に対向する位置となっている。なお、図２に示すように
ヘッドをマルチ化した場合は、それぞれのヘッドに対応
してインク供給路２６及び開口部２７を設けて一体化し
た形で製造する。

【００３０】インク１１をインク供給路２６内に定量圧
送する手段としては、公知の電気浸透現象が用いられ
る。すなわち、図示しないが両面をメッシュ電極に挾持
された電気浸透膜をインク供給路２６に設け、メッシュ
電極間に所定の電圧パルスを印加することにより、電気
浸透膜を介して所望量のインク１１を開口部２７から液
室１０側に供給することができる。

【００３１】次に、本実施例の動作を説明する。待機時
においては図１に示すように、オリフィスプレート９の
開口部２７は閉じられており、インク１１と透明溶媒２
８とは完全に分離封止されて、自然混合、自然乾燥が防
止される。動作時においては図４に示すように、透明溶
媒２８がヒータ３により加熱されることにより、ヒータ
３面上に核気泡が発生し、この核気泡が合体して膜気泡
となる。そして膜気泡が断熱膨張するときに発生するバ
ブル２９の圧力により、オリフィス９の開口部２７が押
し上げられ、同時に所望の濃度が得られるように定量さ
れたインク１１が開口部２７から滲出する。このとき、
オリフィスプレート９の硬度はバブル２９の圧力で開口
部２７が開放される程度となっている。

【００３２】さらに図５に示すようにバブル２９が成長
し、開口部２７に滲出したインク１１と透明溶媒２８と
が混合される。次にヒータ３による加熱を停止すると、
周囲のインク１１に熱が吸収されることによりバブル２
９が収縮消滅し、透明溶媒２８に混合されたインク１１
が液滴１１ａとなって開口部２７から吐出される。同時
にオリフィスプレート９が元の状態に戻り、透明溶媒２
８が補給充填されて図１に示す待機状態に復帰する。上
記の動作を繰り返すことにより印字が行なわれていく。
なお、透明溶媒としては水、アルコールなどが用いられ
る。

【００３３】本実施例によれば、待機時にはオリフィス
プレート９の開口部２７を閉塞することにより、インク
１１と透明溶媒２８との自然混合、自然乾燥を防止する
ことができる。また、動作時には気泡発生力により開口
部２７を開き、同時に定量されたインク１１を透明溶媒
２８中に混合して、混合液を開口部２７から吐出するこ
とにより、安定した濃度階調を実現できる。また、加熱
される液体を透明溶媒２８とするため、インク１１の焦
げによる加熱効率の劣化を軽減することができる。

【００３４】上記実施例では、オリフィスプレート９に
設けられた開口部２７が、ヘッドの長手方向に対して直
角方向である場合について説明したが、図６に示すよう
に開口部２７を長手方向に対して平行にしてもよい。こ
の場合はインク供給路２６は長手方向に対して直角方向
となり、それぞれ共通インク供給路３０に接続される。

【００３５】また、上記各実施例では、開口部２７の形
状が直線状である場合について説明したが、図７に示す
ようにＨ形状であってもよい。

【００３６】なお、上記各実施例で示したオリフィスプ
レート９の材質、各部の寸法及び製法は一例を示したも
のであり、これらに限定されない。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のインクジ
ェットプリントヘッド及びインクジェットプリンタによ
れば、透明溶媒液室を被覆するオリフィスプレートを軟
質部材で構成し、オリフィスプレートにインク供給路と
気泡発生圧力により開口する開口部とを設けたので、待
機時には開口部を閉塞してインクと透明溶媒との自然混
合、自然乾燥を防止することができ、動作時には開口部
を開いて定量されたインクを透明溶媒に混合し、開口部
から吐出することにより、安定した濃度階調を実現でき
る。また、加熱される液体を透明溶媒としたので、イン
クの焦げによる加熱効率の劣化を軽減することができ
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一実
施例の構成を示す縦断面図である。

【図２】図１の平面図である。

【図３】図１のオリフィスプレートの構成を示す分解斜
視図である。

【図４】本実施例の動作の第１の過程を説明する縦断面
図である。

【図５】本実施例の動作の第２の過程を説明する縦断面
図である。

【図６】本発明の他の実施例の構成を示す平面図であ
る。

【図７】本発明の別の実施例の構成を示す平面図であ
る。

【図８】本発明が適用されるドラム回転型インクジェッ
トプリンタの一例の構成を示す説明図である。

【図９】本発明が適用されるシリアル型インクジェット
プリンタの一例の構成を示す説明図である。

【図１０】本発明が適用されるライン型インクジェット
プリンタの一例の構成を示す説明図である。

【図１１】インクジェットプリンタの信号処理、制御系
の一例の構成を示すブロック図である。

【図１２】従来のエッジシュータ型インクジェットプリ
ントヘッドの一例の構成を示す縦断面図である。

【図１３】図１２に示すインクジェットプリントヘッド
の動作説明図である。

【図１４】従来のサイドシュータ型インクジェットプリ
ントヘッドの一例の構成を示す縦断面図である。

【図１５】図１４に示すインクジェットプリントヘッド
の動作説明図である。

【符号の説明】

１基板３ヒータ（発熱体）９オリフィスプレート９ａ第１のプレート（第１の可撓性板材）９ｂ第２のプレート（第２の可撓性板材）１０液室（透明溶媒室）１１インク２５バリア（隔壁）２６インク供給路２７開口部２８透明溶媒３１ヘッド３２プリント紙（被印刷物）３３ドラム３４送りネジ（駆動部材）３８モータ（駆動部材）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所 9012−2ＣＢ４１Ｊ 3/04 １０３Ｘ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に設けられた発熱体と、前記発熱体上に形成され、隔壁で区画された透明溶媒室
と、前記透明溶媒室を被覆し、インクが混合された透明溶媒
を吐出する開口部が設けられたオリフィスプレートとを
備えるとともに、前記オリフィスプレートを軟質部材で構成し、前記開口
部を開閉可能とし、前記オリフィスプレートに前記開口
部に連通するインク供給路を形成したことを特徴とする
インクジェットプリントヘッド。
【請求項２】前記オリフィスプレートは、前記インク
供給路が形成された第１の可撓性板材の両面に、それぞ
れ前記開口部が設けられた第２の可撓性板材を接着して
構成したことを特徴とする請求項１記載のインクジェッ
トプリントヘッド。
【請求項３】前記開口部を直線状に形成したことを特
徴とする請求項１または２記載のインクジェットプリン
トヘッド。
【請求項４】前記開口部をＨ形状に形成したことを特
徴とする請求項１または２記載のインクジェットプリン
トヘッド。
【請求項５】前記インクを前記インク供給路に定量圧
送する手段として、電気浸透膜を用いたことを特徴とす
る請求項１または２記載のインクジェットプリントヘッ
ド。
【請求項６】被印刷物を巻回して回転するドラムの軸
方向に移動可能にヘッドを配置するとともに、前記ヘッ
ドを前記ドラムの回転と連動して移動させる駆動部材を
設けたことを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか
１項記載のインクジェットプリンタ。
【請求項７】前記被印刷物を巻回して回転する前記ド
ラムの軸方向に移動可能に前記ヘッドを配置するととも
に、前記ドラムを前記ヘッドの移動と連動して回転させ
る駆動部材を設けたことを特徴とする請求項１乃至５の
うちいずれか１項記載のインクジェットプリンタ。
【請求項８】前記被印刷物を巻回して回転する前記ド
ラムの軸方向に、複数個の前記ヘッドをライン状に配置
したことを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか１
項記載のインクジェットプリンタ。