JPH0684071B2 - インクジエツトプリンタ用プリンタヘツド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は一般に連続流型インクジェット印刷システム
に関し、特に連続流型インクジェットプリンタのインク
を熱エネルギーパルスによって励振するプリントヘッド
に関する。

（従来の技術） インクジェット印刷システムは通常、連続流型と要求時
滴下型の２つの基本型に分けられる。連続流型インクジ
ェット印刷システムでは、インクが１つ以上のオリフィ
スかノズルを介し与圧連続流で放出される。この連続液
は、ノズルから所定の固定距離で液滴に分離するように
振動される。分離点で、デジタル化データ信号を表わす
異なる大きさの電圧に従って液滴が帯電される。帯電液
滴は各液滴の軌道を調整つまり偏向する固定静電場によ
って加速され、その液滴を紙等の記録媒体上の所定位
置、あるいは回収及び循環のためガターへと差し向け
る。要求時滴下型インクジェット印刷システムでは、液
滴がノズルから直接記録媒体へほゞ直線の軌道に沿っ
て、つまり記録媒体に対しほゞ直角に射出される。液滴
の射出はデジタル情報信号に応じて成され、記録媒体上
に記録されない液滴は射出されない。ノズル内のインク
メニスカスが乾くの防ぐために全ノズルから容器内へ周
期的且つ同時に液滴を射出する場合を除き、要求時滴下
システムはインクを回収して循環させるインク回収ガタ
ー、及び液滴を記録媒体上の所定ピクセル位置へとガイ
ドする帯電または偏向電極どちらも必要としない。従っ
て、要求時滴下システムは連続流型よりはるかに簡単で
ある。

一般に、連続流型インクジェットプリンタ内ののインク
は、プリントヘッドマニホルド内のインクに一様な圧力
変化が加えられるように、プリントヘッドに取り付けつ
けられた圧電素子で振動つまり励振される。圧電素子は
通常100〜125kHzの周波数で駆動される。また、インク
の振動はプリントヘッドオリフィスに配置された電気水
力学的電極と、後述する何らかの形の熱エネルギーパル
スとによって達成できることも知られている。連続で一
様な振動が小ノズルを通って流れるインクに加えられ
と、振動が流れの長さに沿って成長する。最適な動作条
件は、入力をＤで割った値が７より小で３より大のとき
得られる。こゝでＤはノズル直径、λは振動波長であ
る。この振動が流れの分離をもたらし、ノズルから一定
の距離で離散液滴を生じる。上述したように、振動を与
える最も一般的な方法は、圧電材料を使って圧力波を発
生することであった。かかる圧電材料は平面波を発生
し、平面波は音響学的に設計されたインクリザーバを通
り、与圧インクがそこを通って流れるオリフィスかノズ
ルを持つノズルプレートに達する。

圧電励振式インク流またはジェットに伴う問題は、音響
的インクジェットキャビティつまり液滴発生器のリザー
バによる圧力波の音響的相互作用が複雑なため、ジェッ
トアレイで一様なノズル駆動を達成するのが困難なこと
である。しかし、全てのジェットまたは流れがノズルか
ら一定距離にある液滴帯電電極内で分離するように、流
れの分離点までの長さは一様でなければならない。ま
た、液滴発生器の製造は、音響学的設計リザーバの高精
度加工コストと非常に高価な素材のため高くつく。さら
にかかる液的発生器は重く、嵩ばり易い。その他、液体
つまりインクの大きい慣性と音響的リザーバ内に気泡が
巻込まれる可能性は、そのような連続流プリンタでイン
ク流の始動及び中断時に処理されねばならない厄介な問
題である。これらの問題を解消しようとする幾つかの方
法は以下述べるように従来試みられているが、いずれも
完全に問題を解消するものでない。

Showalterの米国特許第3,731,876号は、霧状流体スプレ
ーを発生する方法及び装置を開示している。スプレーす
べき流体が、流体の蒸気圧がスプレーされるスペース内
の圧力を越える一方、ノズルの開放圧力より小さくなる
温度に加熱される。ノズルオリフィスを離れるとき、流
体は瞬間的に沸騰し、その実効粘度と表面張力をスプレ
ーオリフィス内およびそこを越えた位置で非常に小さく
するため、流体が極めて小さい液滴に分離される。

Eatonの米国特許第3,878,519号、インク流の連続区分の
表面張力を減じるため、インク流がランダムに液滴へ分
離する前に、ノズルから与圧放出されるインク流に熱エ
ネルギーを選択的に加えることを開示している。印加エ
ネルギーの量とエネルギーの印加時間が、ノズルからの
所定距離における流れの分離点を制御する。熱源はイン
ク流によって熱エネルギーに変換される高強度の光か、
あるいはノズル内とノズルオリフィス外面に配置された
環状または部分的に感情の抵抗ヒータとし得る。強い光
エネルギーは、ノズルより下流でインク流に収束され
る。

Bradyの米国特許第4,128,345号は、記録媒体上に流体イ
ンパルスを選択的に加えるマトリクス形プリンタを開示
している。このプリンタはシート駆動機構、プリントヘ
ッド、インク供給装置、弁体及びデータ入力系から成
る。プリントヘッドは、インク供給装置と弁体に接続さ
れた管アレイを含む。弁体は、インクの供給を制御する
各管毎に別々の弁を含む。一実施例において、ヒータは
各管を通るインクの温度を、インクが管から噴射される
都度プンリトを行うのに充分な温度に高める。別の実施
例では、記録媒体に対向する各管の先端に可動ピンが装
着され、弁開時にピンが記録媒体へと駆動される。更に
別の実施例では、可動ピンが記録媒体へと接触駆動され
るときに、プリントを行うのに充分な温度にピンが加熱
される。データ入力系が入力信号に応じて弁を開閉し、
管に印加されるインクのインパルスが記録媒体上にイン
クマークを生じる。

キャノン（株）に譲渡されたエンドウ他の英国特許第2,
060,499号は、瞬間的なバブルを発生し、インクの圧力
下に置くことによってバブルを崩壊させ各ノズルからイ
ンク流へと連続的に噴出させるように、インク液滴の要
求時滴下射出形を変形した代表的な熱インクジェット構
成のインクジェットプリントヘッドを開示している。イ
ンク流は、連続的で活発なインク状態を引き起す所定周
波数の電流パルスを、ノズル近くのインクチャネル内の
抵抗へ連続印加することによって振動される。つまり、
バブルが連続的に発生され、各チャネル内のインクを励
振するのに充分な周波数で崩壊されることで、そこから
放出されるインク流をノズルから所定の距離で液滴に分
離せしめ、同時にそこで形成される液滴に電圧を印加す
る。

しかしながら、連続流動作モードで使われるこのような
プリントヘッド構成は、ヒータの寿命を大巾に縮め、バ
ルブを発生してインク流を振動させるときに多量の電源
を消費し、インクチャネル間でかなりのクロストークを
生じる。こゝでクロストークとは、１つのノズル内の抵
抗の付勢が隣接ノズルから発せられる液滴流に望ましい
くない作用を及ばすことを意味する。

キャノン（株）に譲渡されたスギタニの英国特許第2,07
2,099号は、インク流路つまりチャネルを構成する溝
が、加熱要素を有する基板の表面に置かれた感光性化合
物の層内に形成されているインクジェットプリントヘッ
ドとその製造方法を開示している。チャネルは、加熱要
素がチャネル内に位置するように形成される。

Crowleyの米国特許第4,220,958号は、振動が電気水力学
的（EHD）励振によって成される連続流型インクジェッ
トプリンタを開示している。

EHD励振器は、液滴間隔の約半分に等しい長さの１つ以
上のポンプ電極から成る。複数のポンプ電極がノズルの
下流に、液滴間隔つまり波長の約半分の倍数の間隔で離
間配置される。

（発明が解決しようとする問題点） この発明の目的は、プリントヘッド内に与えられるイン
クを、そのインクの相あるいは状態を変化させない熱パ
ルスを加えることによって振動せしめる連続流型インク
ジェットプリンタで用いるのに適したプリントヘッドを
提供することにある。

この発明の別の目的は、シリコンウェハであるのが好ま
しい２つの基板から多量のプリントヘッドまたはそのモ
ジュール部分を同時に製造可能とすることによって、コ
スト効率良く製造できる連続流型インクジェットプリン
タ用のプリントヘッドを提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明において、連続流型インクジェットプリンタで用
いるのに適したプリントヘッドは、相互に係合され永久
的に一体接合される２つの基板で構成される。これらの
基板はシリコンであるのが好ましく、平行な面と該平行
面に直角な少くとも１つのエッジを有する。一方の基板
の面は、各々毎に設けられたアドレシング電極を含む少
なくとも１つの加熱要素と、少なくとも１つの帰路電極
とを有する。他方の基板はその一面に、エッチング形成
された凹部と平行溝を含む。溝の一端は上記凹部に開口
し、他端はその基板エッジまで貫いて延びる。２つの基
板は、凹部がインクマニホルドになり、溝がインクチャ
ネルとなるように相互に係合される。基板エッジに開口
する溝がオリフィスまたはノズルとして機能する。

あるいは、感光性フィルムが単または複数の加熱要素を
含む基板上に置かれ、パターン形成されてインクチャネ
ルを形成し、各インクチャネルは基板エッジの開口に終
端する。他方の基板が、インクをチャネルに供給するリ
ザーバを含む。この代替実施例では、チャネルを含む感
光性フィルムが２つの基板間に挟持される。

リザーバまたはチャネルさらにチャネルにインクを満た
す手段が設けられる。プリントモード時、インクが加圧
されてインク流をオリフィスから流出させる。回路手段
がアドレシング電極及び加熱要素に一様な電流パルスを
加え、熱エネルギーのパルスがインクに転移されること
によって、加熱要素に接触するインクの密度、粘性及び
表面張力に一様な周期的変化を生じ、インクを振動つま
り励振させる。インクの熱膨張（すなわち密度の変化）
は、連続的なインク流の安定な分離を引き起こす正の圧
力パルスを発生するのに充分なものである。また熱パル
スは、抵抗体つまり加熱要素の近くでインクの粘性を減
じ、流体境界層を振動させることも知られている。さら
に前述した従来技術から、熱パルスはインク流の表面張
力を変化させることも知られている。これら各メカニズ
ムは、液滴を安定して形成するのに充分なものである。
つまりこのインクの熱励振によって、インク流はオリフ
ィスから所定の距離て液滴に分離し、そこで帯電電極が
デジタル化つまり画像信号に応じて形成される各液滴に
それぞれの電荷を付与する。さまざまに異なって帯電さ
れた液滴は、一定の静電場内を走査しながら特定の軌道
に偏向され、移動する記録媒体上の所定ピクセル位置あ
るいは循環用のガターへと至る。電流パルスは、インク
の蒸発を防ぐように充分に低い。一実施例においては、
単一の加熱要素がプリントヘッドのマニホルド内に配置
され、また別の実施例では、複数の加熱要素が各々の対
応するオリフィスに隣接するがその上流側に配置され
る。各加熱要素はそれぞれ各自のアドリシング電極と帰
路電極を有し、両者共にマラホルド及びチャネルの外側
に位置するとともに、チャネルが加熱要素と同じ内部巾
及び長さを有する。

本発明のより完全な理解は、添付の図面を参照した以下
の詳細な説明から得られるであろう。

（実施例） 以下本発明を好ましい実施例について説明するが、本発
明はそれらの実施例に限定されるわけではない。逆に本
発明は、特許請求の範囲で限定される発明の精神及び範
囲に含まれる全ての代替、変更及び同等物を包含するも
のである。

第１図には、本発明のプリントヘッド10の概略図が等角
図で部分的に示してあり、与圧インクの流れ11がオリフ
ィスまたはノズル27から放出される。インク流は点線で
示してある。プリントヘッドは、ヒータプレートつまり
基板28に永久的に接合されたチャネルプレートつまり基
板31を備える。両基板の素材は、1985年４月３日付でHa
wkins他によって提出され本出願人に譲渡された米国特
許出願第719,410号に開示されているように、低コスト
且つ小体積で製造できるため好ましい実施例ではシリコ
ンである。チャネルプレート31は、ヒータプレート28と
係合されたときインクリザーバつまりマニホルドを形成
する片面に、点線で示したエッチング凹部20を有する。
図中別の点線で示され３角形の断面を有する複数の同一
の平行溝22が、チャネルプレートの上記と同じ面にエッ
チング形成され、溝22の一端はチャネルプレートのエッ
ジ29を貫いている。チャネルプレートとヒータプレート
が係合されたとき、エッジ29を貫く溝端がオリフィス27
を形成し、溝22はマニホルドをオリフィスに接続するイ
ンクチャネルとして機能する。チャネルプレートの開口
25が、インク供給源（不図示）からマニホルド内への与
圧インク供給を維持する手段を与える。

本発明はプリントヘッドのみに関するので、連続流型イ
ンクジェットプリンタの残りの詳細はこゝでは論じな
い。その詳細については、共にcrean他に許可された198
3年７月26日付の米国特許第4,395,716号と1981年３月10
日付の米国特許第4,255,754号を参照のこと。

第２図は第１図のＡ−Ａ線に沿った、プリントヘッドの
一部の拡大断面図である。このは事実上ヒータプレート
28の一部の平面図で、加熱要素つまり抵抗体18、個々の
アドレシング電極17及び共通の帰路電極19を含むヒータ
プレート面30を示す。まず、抵抗体18が前記Hawkins他
の米国特許出願に記されている方法で、インクチャネル
毎に１つづつヒータプレート28の面30上にパターン形成
され、次鵜にアドレシング電極17と共通帰路電極19がそ
の上に被着される。これらのアドレシング電極と帰路電
極は、オリフイス27を含むチャネルプレートエッジ29と
同一面のエッジ26を除き、ヒータプレートの各エッジ近
くに位置した端子32に接続している（第１図参照）。ア
ドレシング電極の全端子は、電極及び加熱要素つまりヒ
ータ上方のチャネルを通って流れるインクに加えられる
連続熱パルス発生する所定周波数の電流パルスを同時に
受取る。第２図に戻ると、アースされた共通帰路電極19
が必然的に、加熱要素18をヒータプレートエッジ26従っ
てオリフィス27から離間している。アドレシング電極と
加熱要素は共にインクチャネル内に位置し、インクが接
触する箇所にはピンホールのないパッシベーションを施
す必要がある。この構成は、サーマルまたはバブルイン
クジェットプリンタとその製造法を記述した前出Hawkin
s他の米国特許出願に開示されたものと実質上同じであ
る。本発明とHawkins等の米国特許出願との主な違い
は、供給インクが与圧されるだけで、加熱要素に加わる
電流バルスによって蒸発されないことである。サーマル
インクジェットプリンタは要求時滴下形で、インク液滴
が射出されるごとに蒸気バルブが発生される。勿論、連
続流型インクジェットプリンタでは、プリント動作中イ
ンクが常にオリフィスを通って流れ、インクが振動され
ることによって固定の帯電電極が置かれるノズルからの
特定距離で液滴に分離する。

第３図は第２図と同様のプリントヘッドの平面図だが、
別の実施例を示す。この別の実施例では、加熱要素18が
ヒータプレートエッジ26に前例よりもっと近付いて位置
し、各加熱要素つまり抵抗体18は個々のアースされた帰
路電極21と個々のアドレシング電極17とを有する。点線
で示したインクチャネル22は、加熱要素だけがオリフィ
ス27を通って流れる与圧インクに露出されるように離間
している。チャネルプレート31とこれをヒータプレート
28に接合する接着剤によりインクは両電極17、21との接
触が防止されるので、電極のパッシベーションを省け
る。電極を随意にパーシベーションする場合でも、イン
クが接触せず、わずかなピンホールはプリントヘッドの
動作寿命を縮めないため、パッシベーション層の完全性
ははるかに重要でない。但し、加熱要素をオリフィスに
近付け、電極をインク流路の外に置くことで上記の利点
が得られる反面、幾何的間隔を犠牲にしなければならな
い。すなわち、チャネル22をより大きく離さなければな
らない。この点はサーマルインクジェットプリンタにと
って不利益だが、連続流型インクジェットプリンタにと
っては、サーマルインクジェットプリンタで必要なよう
に各オリフィスから１ピクセルだけ得るのでなく、多く
のピクセルを含むラインの一部を各インク流がプリント
するので不利益にならない。

第４図は第３図の実施例の断面図で、第１図のＢ−Ｂ線
に沿った図である。第４図において、ヒータプレート28
はその面30上に複数の加熱要素18、アドレシング電極17
及び帰路電極21（不図示）を有する。アドレシング電極
の端子32は、チャネルプレート31のエッジ29と同平一面
であるエッジ26を除き、ヒータプレートの何れかのエッ
ジ近くに位置する。開口25が、マニホルド20を与圧イン
ク（不図示）で満たしておく手段を与える。チャネル22
は加熱要素つまり抵抗体18とほゞ同じ長さと巾で、その
長さ（インク流に平行な方向）は加熱要素の長さより短
くてもよい。チャネル長は一般に0.5〜10mils（12.5〜2
50μ）の範囲である。この構成の利点は、チャネルが非
常に短いためチャネルでの過剰電圧降下という問題を避
けられることである。また短いチャネルは、インクの塊
状化や汚れによって詰まりにくい。抵抗体のオリフィス
に対する距離は、通常のサーマルインクジェットプリン
タで使われる共通電極を必要としないので、オリフィス
の上流側でそれに近い最適な位置とし得る。第２図の実
施例では、加熱要素がアルミ製のアドレシング電極と帰
路電極に対して事実上凹むため、加熱要素との接点にお
けるアルミ電極がインクの流れパターンを乱し易い。こ
れは、電極が抵抗体の端と重複することによる。このわ
ずかに凹んだヒータは、サーマルインクジェットプリン
タでの要求時滴下動作と異なり、連続流型インクジェッ
トプリンタでは著しい非効率を生じる。解消すべき別の
問題は抵抗の長さである。振動インク流の波長λは抵抗
体の長さ以上でなければならないので、流れの直径を小
さくすべきなら、大きいλをチャネルまたはノズルの実
効径で割らねばならない。流体は熱パルス中移動してい
るので、インク流の加熱領域長はヒータ長より長い。流
れ速度が10m/s、ヒータ長が100μ、熱パルスが５μｓ秒
とすると、加熱領域長は50μ長くなり、総加熱領域は約
150μの長さになる。一般的な連続流型用途の場合、抵
抗体は加熱領域を最大化するためチャネルと同じ巾にす
べきである一方、熱パルスをできる限り短くするためチ
ャネルの長さ方向ではできる限り短くすべきである。こ
れによってノズル径が小さくても短い波長、従ってλ対
ノズル径の小さい比が得られる。

第４図に示した構成の利点は、ヒータをチャネルオリフ
ィスから数μの上流側に置け、チャネルが非常に短く、
アルミ接点がチャネル中になく、加熱要素が事実上凹ま
ず、ヒータが最大限巾と最小化長を持つことである。

第５図は等角図で示した本発明の別の実施例で、この例
の特徴を分り易く示すためトッププレートつまりルーフ
47を持ち上げた形で破断してある。ヒータプレートつま
り基板40上に、マニホルド49内のインクに熱パルスを加
えているため単一抵抗体44がパターン形成されている。
アドレシング電極452と帰路電極43は、インクチャネル
と反対側のヒータプレート端近くに端子46を有する。チ
ャネルプレート41は、エッチング処理したシリコンまた
はパターン形成した感光性物質から中間層として示して
ある。製造を容易とするため、少なくともヒータプレー
ト40とチャネルプレート41の対（その一部を点線で示
す）を一体に接合した後平面48に沿ってダイ切断し、そ
の両側のプリントヘッドを分離すると同時に、チャネル
を開けてオリフィスを形成する。次いで、トッププレー
トつまりルーフ47をチャネルプレート上に接合し、抵抗
体44を収容したマニホルド49を形成する。インクチャネ
ルは、ルーフとヒータプレートの間に挟持されるチャネ
ルプレートの開口42によって形成される。第５図の実施
例の上記各実施例と比べた追加の利点は、設計が簡単
で、チャネルアレイ毎に１つの抵抗体でよく、各チャネ
ル毎の個々のトランスデューサでプリントヘッドを作製
する場合の制約を免れられることにある。例えば、第１
〜４図のプリントヘッド実施例を作製する場合には、個
々のヒータ要素が各インクチャネルと厳密に位置合せさ
れねばならない。これに対し第５図の構成では、１つの
大きい系統体のインクチャネルやマニホルドに対する位
置合せが厳密でなくてよい。チャネル42の長さは非常に
短く、0.5〜10mils（12.5〜250μ）の範囲である。

中性帯電の液滴だけがプリントされ、帯電液滴は全てガ
ターに導かれる連続流型インクジェット印刷システムで
は、一般にプリントヘッドが固定され、記録媒体が定速
で移動される。一部の構成では、重力が液滴のプリント
を助成するように、プリントヘッドが移動する記録媒体
の垂直上方に配置される。また、中性帯電液滴だけをプ
リントする連続流型インクジェット印刷システムでは、
記録媒体上にプリントラインを形成するピクセルライン
中の各ピクセル毎に１ノズルを必要とする。そのため、
一般的なサーマル要求時滴下インクジェットプリンタと
同じく、プリント解像度つまりプリント１インチ当りの
スポットまたはピクセル数はノズルの間隔に正比例す
る。高解像度のプリント能力を持つこうした連続流型イ
ンクジェット印刷システムを与える最もコスト効率の良
い方法は、第１〜５図に示した実施例を用いて達成され
る。他の構成や製造方法では、同様の高ノズル密度を持
つプリントヘッドを同様の低コストで与えられない。上
記実施例では１インチ当り300〜600ノズルというノズル
密度つまり間隔が容易に達成され、これより高いノズル
密度も可能である。

第６図は本発明の更に別の実施例を示し、見易くするた
めチャネルプレート54をヒータプレート50から離して示
してある。複数のノズル55が、（100）シリコンウェハ
のエッチングピット開口によって与えられる。ウェハ上
に施した感光性物質をパターン形成し、個々のマニホル
ド58を非等方エッチングすることによって、マニホルド
がチャネルプレート54を貫いて形成され、その頂面59の
矩形または方形開口つまりノズル55に終端する。溝56は
ダイ（不図示）で切断形成されるか、あるいはマニホル
ド58を非等方性エッチングするのと同時に、前出Hawkin
s他の米国特許出願に教示されているように、それに続
く非等方性エッチングによって各チャネル56をそれぞれ
のマニホルド58に至るまで開けてもよい。また、約1mil
矩形サイズの開口を面59に残すようにエッチングを行っ
てもよいし、適切なノズル寸法を持つノズルプレート
（不図示）を後で面59に接合してもよい。ヒータプレー
ト50は、アドレシング電極51と共通の帰路電極53を備え
たヒータ52を有する。アドレシング電極は、ヒータプレ
ートの一縁に、その後の電気接続を容易とするためチャ
ネルプレートを充分を越えて位置した端子60を有する。
チャネルプレート54とヒータプレート50は位置合せさ
れ、ヒータ52が各ノズル55の真下にきて当業者間では
“ルーフシュータ”と一般に呼ばれる構成となるように
一体接合される。与圧インク供給源（不図示）が、個々
管（不図示）や共通のマニホルド（不図示）を接合する
等任意の周知の方法で開口62に導かれる。与圧インクは
点線11で示すように、加熱要素に対して直角にノズル55
を通って流れる。

第７図は、ヒータつまり加熱要素75の更に別の構成を示
す。この実施例では、加熱要素75がヒータプレート77の
小溝73に形成され、加熱要素に大きい表面積を与えて、
各マニホルド58内のインクに熱パルスを加えるのに必要
な電力をいっそう減少可能とする。

粘性変調の効果を誇張するため、強い感音粘性を持つ有
意な量の不純物をインクに含めてもよい。このような化
学物質は一般的である。例えば、エチレングリコールと
その重合体の粘性は、約32度の温度変化で２倍変化す
る。事実、通常の連続流型インクジェットプリンタで
は、インク流の速度安定化するため、インク温度を調整
する必要がある。エチレングリコールのケースは、強い
水素結合を持つ流体の代表例である。もっと極端なケー
スでは、作用流体つまりインクが室温近くで構造変移を
生じるものもある。

勿論、実際のバルブ発生はインクジェット流の主な振動
源となり、前出英国特許第2,060,499号に開示されてい
るように安定な液滴発生を容易に果たすはずである。し
かし現在の技術水準では、バブルの崩壊に伴うキャビテ
ーション損傷によってヒータの寿命が悪影響を受ける。
要求時滴下型の用途では適切な寿命であっても、高振動
数連続流型の用途では適正と言えない。ヒータの設計や
素材が発展すれば、バブル駆動はもっと実用的となろ
う。

（発明の効果） 連続流型インクジェットプリンタにおけるインクの非蒸
発式熱振動で得られる利点を次に示す： 1.主な制約がインク充填に必要な時間である要求時滴下
型バルブジェットより動作振動数を高められる。また、
各パルス後のヒータ冷却が移動するインクで容易に達せ
られる。

2.構造全体の製造が、前出Hawkins他の米国特許に開示
されているようなシリウェハバッチ処理を用いて実施で
きる。これが高精度の製造を低コストで可能とする。事
実、重要な全要素（リザーバ、チャネル及びヒータ）は
すでに、Hawkins他の米国特許出願に開示されたサーマ
ルインクジェットプリンタで実証及び実働済である。

3.ヒータ抵抗の良好な均質性と、インク流が音響的リザ
ーバと相互作用する共通液によってでなく熱的に駆動さ
れることとによって、一様なジェット分離長さが達成可
能である。さらに、クロストークのためアレイ内に非一
様性が認められても、一様な分離長さに適した駆動を与
えるようにアレイ内の各抵抗体を個々に設計調整でき、
あるいは個別の各抵抗体に供給される電力も調整でき
る。

4.各抵抗体への電流パルスが単一源から得らるので、各
ジェットの別所振動がアレイ内のその他ジェットの各々
と局所振動と同時に生じる結果、各インクジェット流の
液適分離位相が同一となる。

5.製造素材がシリコンで、大きな音響適リザーバが必要
ないため、液適発生器のサイズ及び重量が大巾に減少さ
れる。

6.大きな音響的リザーバを必要とせず、駆動抵抗体をノ
ズル出口に近くに配置できるため、時に抵抗体が各々の
ノズル近くだがそこから上流側に離れて配置される構成
の場合、始動がより容易となり、最初の液滴射出を一般
的なバナルジェット要求時滴下モードで達成した後、イ
ンクの蒸発を防ぐように減じられた電流を抵抗に加えて
連続流動作に移ることができる。

以上の発明の説明から多くの変更及び変形が可能なのは
自明であり、このような変更及び変形は全て本発明の範
囲内に含まれるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のプリントヘッドの概略部分斜視図； 第２図は第１図のＡ−Ａ線に沿って見たプリントヘッド
の部分平面図； 第３図は第２図と同様な図だが、本発明の別の実施例を
示す部分平面図； 第４図は第１図のＢ−Ｂ線に沿って見た第３図の実施例
を示す断面図； 第５図は本発明のプリントヘッドの、カバー基板を持ち
上げて部分的に破断した状態を示す概略部分斜視図； 第６図は本発明の更に別の実施例であって、見やすくす
るためチャネルプレートとヒータプレートを離してある
概略斜視図；及び 第７図は第６図の実施例に、加熱要素の表面積を増加さ
せる手段を備えた例を示す断面図である。 10……プリントヘッド、17、45、51……アドレシング電
極、18、44、52、75……加熱要素（抵抗体、ヒータ、44
……単一加熱要素）、19、21、43、53……帰路電極、2
0、49、58……マニホルド（凹部、リザーバ）、22、4
2、56、73……溝（チャネル）、25、62……インク供給
手段（開口）、26……第１基板エッジ、27……オリフィ
ス（ノズル）、28、40、50、77……第１基板（ヒータプ
レート）、29……第２基板のエッジ、30……第１基板の
面、31、41、54……第２基板（チャネルプレート、41…
…感光層）、55……ノズル（矩形開口）、58……エッチ
ング貫通孔、59……第２基板シリコン第２面、73……第
１基板表面の溝。

フロントページの続き (72)発明者 ロジャー ジー マーカム アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14580 ウェブスター チャンピオン アベニュ ー 179 (72)発明者 リチャード ヴィ ラドンナ アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14450 フェアポート グランド ヴィュー ド ライヴ 67 (56)参考文献 特開 昭57−103851（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−7052（ＪＰ，Ａ)

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】補充可能なインク供給源を含むマニホル
   ド、複数のオリフィス、及び該オリフィスをマニホルド
   に接続して両者間にインク流路を与える個々のチャネル
   を備えたフリントヘッドを有する連続流インクジェット
   プリンタにおいて： １つのエッジを有し、さらにその一面に少なくとも１つ
   の加熱要素と該加熱要素に電流パルスを与えるアドレシ
   ング電極とを有する第１基板と、 １つのエッジを有し、さらにその一面に凹部と複数の平
   行溝とを含み、該溝の一端が上記エッジまで貫いて延
   び、他端が上記凹部に開口している第２基板と、 第１及び第２基板がはまり合って一体的に接合され、各
   々の上記エッジが同じ平面内に位置し、上記凹部及び溝
   が第１基板で閉じられてそれぞれマニホルドとチャネル
   を形成し、上記少なくとも１つの加熱要素がインクと接
   触可能であり、第２基板の上記エッジを貫くチャネル溝
   端がオリフィスとして機能していることと、 与圧インクをマニホルドへ連続的に供給する手段と、 上記少なくとも１つの加熱要素にアドレシング電極を介
   して連続する一連の電流パルスを所定の周波数及び電力
   で与え、熱パルスの印加中に少なくとも１つの加熱要素
   と接触するインクが、該インクの温度が蒸発あるいは状
   態変化を引き起こすレベルにまで上昇されることなく、
   温度の変動に伴いインクの密度、粘性、または表面張力
   を一定に且つ一様に変化させる回路手段とを備えて成る
   ことを特徴とするプリントヘッド。
2. 【請求項２】前記少なくとも１つの加熱要素がプリント
   ヘッドマニホルド内に配置された単一の加熱要素であ
   り：チャネル長さがチャネル内での圧力降下を減少する
   ように最小限化された特許請求の範囲第１項のプリント
   ヘッド。
3. 【請求項３】前記少なくとも１つの加熱要素が共通に付
   勢される一組の加熱要素であり、各チャネル内に１つの
   加熱要素がオリフィス近くだがその上流側に配置されて
   いる特許請求の範囲第１項のプリントヘッド。
4. 【請求項４】前記アドレシング電極が各チャネル内に配
   置された１つのパッシベーション処理済みのアドレシン
   グ電極と、加熱要素とオリフィスの間に配置されたパッ
   シベーション処理済みの共通帰路電極とから成る特許請
   求の範囲第３項のプリントヘッド。
5. 【請求項５】前記アドレシング電極が各加熱要素毎に個
   々別々のアドレス電極と個々別々の帰路電極から成り、
   加熱要素がオリフィスに隣接し、チャネルと同じ長さ及
   び巾を有し、アドレシング電極と帰路電極のいずれもが
   チャネル内に存在しない特許請求の範囲第３項のプリン
   トヘッド。
6. 【請求項６】前記チャネルの長さが0.55〜10ミル（12.5
   〜250ミクロン）の範囲で、比較的短いチャネルがチャ
   ネル内で最小の圧力降下を生じるように成す特許請求の
   範囲第５項のプリントヘッド。
7. 【請求項７】第１及び第２基板がシリコンである特許請
   求の範囲第１項のプリントヘッド。