JPH07186384A

JPH07186384A - サーマルインクジェットヘッド

Info

Publication number: JPH07186384A
Application number: JP35310793A
Authority: JP
Inventors: Jun Isozaki; 準磯崎; Yoshihiko Fujimura; 義彦藤村; Naoki Morita; 直己森田; Masahiko Fujii; 雅彦藤井
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1993-12-27
Filing date: 1993-12-27
Publication date: 1995-07-25
Anticipated expiration: 2013-10-22
Also published as: JP2812175B2

Abstract

(57)【要約】【目的】ゴミ捕捉性を保ちつつ流路抵抗を低下させ、
高速かつ安定噴射を行なうことのできるサーマルインク
ジェットヘッドを提供する。【構成】ヒーターウェハ８のポリイミド層９には、ピ
ット２と、ノズル流路５とサブリザーバ６を連結するイ
ンク流路１２と、インクリザーバ７とサブリザーバ６と
を連結するバイパスピット４が形成されている。一方、
チャネルウェハ１０には、ノズル流路５と、ノズルの配
列方向に延在するサブリザーバ６、インクリザーバ７が
形成されている。バイパスピット４でゴミを捕捉する。
この部分にゴミが捕捉されても、サブリザーバ６からイ
ンク流路１２を介して、ノズル流路５へインクが供給さ
れる。そのため、ゴミを捕捉した後も動作周波数を低下
させず、安定した印字が可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、バブル発生用抵抗体か
ら発生する熱によりインク中に気泡を発生させ、発生し
た気泡によりインクをノズルから吐出させ、記録を行な
うサーマルインクジェットヘッドに関するものであり、
特に、サーマルインクジェットヘッドのインク流路の構
造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より知られているサーマルインクジ
ェットヘッドの流路構造としては、例えば、特開昭６１
−２３０９５４号公報等に記載されているように、第１
のＳｉ基板（ヒータ基板）と第２のＳｉ基板（チャネル
基板）から構成され、第１のＳｉ基板に発熱体を形成す
るとともに、第２のＳｉ基板にＯＤＥ（異方性エッチン
グ）を用いてノズル、インクリザーバを形成したものが
ある。

【０００３】また、特開平１−１４８５６０号公報に記
載されているように、ノズルの長さの制御を確実に行な
うために、ノズル部分とインクリザーバを各々独立した
溝として作成し、両者の間をヒーター基板上のポリイミ
ドに設けた凹部（バイパス部）で連結する手段が用いら
れている。しかし、このように形成されたサーマルイン
クジェットヘッドのインク流路においては、バイパス部
が狭く、屈曲しているために、インク中のゴミがバイパ
ス部に溜まりやすい。バイパス部に滞留するゴミは、ノ
ズルへのインク供給を阻害し、ノズルの繰り返し噴射特
性を劣化させ、噴射ドロップが小さくなったり、あるい
は、全く噴射できなくなるなどの欠陥を生じるという問
題がある。一方、インク中、あるいは、製造工程でヘッ
ド内に混入するゴミを皆無とすることは極めて困難であ
り、確実にいくらかのゴミは混入してしまう。

【０００４】この問題を解決するため、例えば、特願平
４−３５１８４２号では、バイパス部とヒーターとの間
に複数のノズルを連結する連通溝をヒーター基板上のポ
リイミドに設けた。これにより、バイパス部はフィルタ
として機能し、バイパス部にゴミが滞留しても、連通溝
により他のノズルからインクが供給されるので、噴射特
性を安定化させたヘッドの流路構造を得ることができ
る。

【０００５】また、特願平５−２４６４１９号では、チ
ャネル基板のノズル流路とインクリザーバの間に複数の
インク流路を配置し、個別ノズル流路とインク流路とを
ポリイミド層に設けた凹部（共通スリット）で連結する
とともに、インク流路とインクリザーバの間もポリイミ
ド層に設けた凹部（共通スリット）で連結して形成する
方式が提案されている。図１０は、この従来のサーマル
インクジェットヘッドの流路構成を示す斜視図である。
図中、１ａ，１ｂ，１ｃは発熱体、２ａ，２ｂ，２ｃは
ピット、５ａ，５ｂ，５ｃはノズル流路、７はインクリ
ザーバ、８はヒーターウェハ、９はポリイミド層、１０
はチャネルウェハ、２１は共通スリット、２２は共通バ
イパスピット、２３ａ，２３ｂ，２３ｃはインク流路で
ある。この構成によれば、チャネルウェハ１０に形成し
たインク流路２３ａ，２３ｂ，２３ｃでゴミをトラップ
し、フィルタとして機能する。また、この部分にゴミが
滞留しても、個別ノズル流路５ａ，５ｂ，５ｃとインク
流路２３ａ，２３ｂ，２３ｃとを連結する共通スリット
２１により、ノズル流路５ａ，５ｂ，５ｃへインクが供
給されるので、画質欠陥を少なくすることができる。

【０００６】しかし、このような従来のヘッドでは、フ
ィルタとして機能する部分にゴミや気泡などが滞留する
と、隣あるいは周囲のノズルから連通溝や共通スリット
を介してインクが供給されるものの、連通溝や共通スリ
ットはポリイミド層をエッチングして形成されるため、
流路が狭く、流路抵抗が増大し、インク噴射後のリフィ
ル時に十分なインク量が確保できない、あるいは、イン
ク充填に時間がかかるという問題があった。そのため、
印字の高速化を図ることができなかった。また、連通溝
や共通スリットはノズル流路に直結しているため、バブ
ルの圧力が伝播しやすく、圧力を効果的に利用できなか
ったり、クロストークが発生する等の問題もあった。

【０００７】

【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、ゴミ捕捉性を保ちつつ流路
抵抗を低下させ、高速かつ安定噴射を行なうことのでき
るサーマルインクジェットヘッドを提供することを目的
とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、バブル発生用
抵抗体を有するヒーター基板と、複数のノズル流路、イ
ンクリザーバ、供給口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において、前記チャネル
基板のノズル流路とインクリザーバとの間にサブリザー
バを設け、また、前記ヒーター基板上に合成樹脂層を設
け、該合成樹脂層に少なくとも前記チャネル基板に形成
された各ノズル流路に対応し各ノズル流路と前記サブリ
ザーバを連結する溝、および、インクリザーバとサブリ
ザーバを連結する複数の溝を設けたことを特徴とするも
のである。合成樹脂層として、ポリイミド層等を用いる
ことができる。

【０００９】また、各ノズル流路とサブリザーバを連結
する前記溝は、前記合成樹脂層の前記バブル発生用抵抗
体上に設けられた凹部と連結していることを特徴とする
ものである。

【００１０】

【作用】本発明によれば、インクリザーバ内のインク
は、インクリザーバとサブリザーバを連結する溝を介し
てサブリザーバに供給され、さらに、サブリザーバ内の
インクは、ノズル流路とサブリザーバを連結する溝を介
して、各ノズル流路に供給される。このようなインクの
流路において、インクリザーバとサブリザーバを連結す
る複数の溝は、合成樹脂層に設けられているので、流路
が狭く、この部分にゴミは捕捉される。この部分にゴミ
が捕捉され、流路を閉塞しても、個別のノズル流路に対
してはサブリザーバを介してインクが供給されるので、
個々のノズルの応答性、安定性を損なうことはない。こ
のとき、サブリザーバは比較的大きく形成することがで
きるので、ゴミが捕捉された位置に関係なく、必要なイ
ンク量を高速にノズル流路に供給することができ、高速
かつ安定した印字を実現することができる。

【００１１】また、合成樹脂層のバブル発生用抵抗体上
に設けられた凹部と、ノズル流路と前記サブリザーバを
連結する溝とを連結することにより、バブル発生用抵抗
体と溝を隔てていた壁部の分だけ全体の流路を短縮で
き、流路抵抗を低下させてインクのリフィルを促進でき
るとともに、ヘッド全体の大きさを縮小でき、安価なサ
ーマルインクジェットヘッドを提供することができる。

【００１２】

【実施例】図１は、本発明のサーマルインクジェットヘ
ッドの第１の実施例における流路構成を示す斜視図、図
２は、同じくノズル中心での流路の断面図、図３は、同
じく流路構成の平面図、図４は、同じくバイパスピット
付近の部分拡大図、図５は、同じくサブリザーバ付近の
部分拡大図のである。図中、図１０と同様の部分には同
じ符号を付している。１は発熱体、２はピット、３はバ
ブル、４，４ａ，４ｂ，４ｃはバイパスピット、５はノ
ズル流路、６はサブリザーバ、１１はゴミ、１２，１２
ａ，１２ｂ，１２ｃはインク流路である。

【００１３】サーマルインクジェットヘッドは、チャネ
ルウェハ１０と、ポリイミド層９が形成されたヒーター
ウェハ８を貼り合わせて構成されている。ヒーターウェ
ハ８は、例えばＳｉにより構成され、複数の発熱体１
ａ，１ｂ，１ｃ，・・・、及び、図示しない共通電極、
個別電極等が形成されている。その上に、ポリイミド層
９が形成される。ポリイミド層９には、発熱体１ａ，１
ｂ，１ｃ，・・・の上部にバブル３の形成領域を規定す
るピット２ａ，２ｂ，２ｃ，・・・と、各ノズル流路５
ａ，５ｂ，５ｃとサブリザーバ６を連結するインク流路
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ、インクリザーバ７とサブリザ
ーバ６を連結するバイパスピット４ａ，４ｂ，４ｃ，・
・・が、例えば、エッチングなどにより形成される。一
方、チャネルウェハ１０も、例えば、Ｓｉ等で構成さ
れ、ノズル流路５ａ，５ｂ，５ｃ，・・・と、サブリザ
ーバ６、インクリザーバ７が、例えば、ＯＤＥで形成さ
れる。サブリザーバ６は、ノズルの配列方向に延在して
配置される。全てのノズルに共通して１本設けることも
できるし、いくつかのノズルごとに分割して設けること
もできる。

【００１４】インクの流れは、図２に示すように、イン
クリザーバ７からバイパスピット４を経由してサブリザ
ーバ６に至る。このバイパスピット４の部分は、インク
流路が屈曲しているうえに断面積が狭く、フィルタとし
て機能し、この部分にゴミ１１が確実にトラップされ
る。バイパスピット４の部分の具体例としては、図４に
示すように、例えば、インクリザーバ７側の長さＬ２を
４０μｍ、サブリザーバ６側の長さＬ１を４０μｍ、チ
ャネルウェハ１０の突起部分の長さＬ３を２０μｍ、そ
の最小断面積部分の形状として、幅Ｗを５０μｍ、高さ
Ｈ１を２０μｍの矩形とすることができる。流入してく
るゴミ１１の形状は繊維状のものが多く、これらはほと
んどがバイパスピット４のサブリザーバ６側のポリイミ
ド壁にぶつかり、ここで捕捉される。その他のゴミや気
泡で、大きなものは、インクリザーバ７側の開口部で捕
捉され、この部分を通過したゴミ、気泡は、チャネルウ
ェハ１０の突起部分の下部の最小断面積部分で捕捉され
る。バイパスピット４の一部でゴミを捕捉した場合で
も、他の部分からサブリザーバ６へインクが供給される
ので、サブリザーバ６内のインクが不足することはな
い。

【００１５】サブリザーバ６に供給されたインクは、さ
らに、インク流路１２を介してノズル流路５にいたる。
ここで、インク流路に大きなゴミ、または気泡がトラッ
プされると流体抵抗が大きくなり、ノズルへのインク供
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。しかしながら、本発明においては、ゴミお
よび気泡は、バイパスピット４の部分にトラップされ、
また、個別のノズルに対しては、共通液室であるサブリ
ザーバ６からインクが供給されるため、バイパスピット
４の一部がゴミなどによって閉塞されても、インクの供
給性にはなんら影響を与えない。サブリザーバ６は、図
５で示されるように断面が台形形状をした共通スリット
であり、例えば、その底辺の長さＬ４を１２０μｍ、高
さＬ５を７０μｍとして形成することができる。上述の
バイパスピット４の具体例のように、ポリイミド層９は
２０μｍ程度であるのに対し、このサブリザーバ６は高
さを７０μｍ程度、あるいはそれ以上とすることも可能
であり、十分なインク量を貯留しておくことができる。
そのため、従来のポリイミド層に設けられた連通路や共
通スリットに比べ、小さい流路抵抗でノズル流路にイン
クを供給することができ、動作周波数を向上させること
ができる。

【００１６】図６は、ゴミをインク中に混入させた場合
の印字欠陥数を示すグラフである。比較例として、サブ
リザーバを有さず、個別バイパスピットのみでノズル流
路にインクを供給する従来のヘッドを用いた。この従来
のヘッドと、上述の実施例のヘッドとを比較すると、図
６からもわかるように、ゴミが混入してもほとんど欠陥
が発生しないことが分かった。実際は、ヘッドに供給さ
れるインクは別に設けられたフィルタを通過してくるた
め、この実験で混入させたほど多量のゴミは発生しな
い。また、上述の実施例の構造の場合、従来用いられて
きたインク供給流路中のフィルタを除去しても、ゴミに
よる画質への影響は認められず、十分なゴミに対する耐
性を示している。すなわち、部品点数の削減ができ、製
造コストも低くすることが可能となる。

【００１７】図７は、本発明のサーマルインクジェット
ヘッドの第２の実施例における流路構成を示す斜視図、
図８は、同じくノズル中心での流路の断面図、図９は、
同じく流路構成の平面図である。図中、図１乃至図５と
同様の部分には同じ符号を付して説明を省略する。この
第２の実施例では、上述の第１の実施例におけるピット
２とインク流路１２を連結し、一体のピット２として構
成している。このような構成とすることにより、第１の
実施例においてピット２とインク流路１２を隔てていた
ポリイミド層の壁部の分だけ全体の流路長を短縮するこ
とが可能となる。

【００１８】流路長が長いと、流路抵抗が増大し、イン
クの充填性が低下し、プリントする際の周波数を低下さ
せる原因となる。また、流路が長いと基板として用いる
Ｓｉデバイスの長さも長くなり、一枚のＳｉウェハから
得られる個数が少なくなり、歩留りを同一とすれば、流
路が長いことにより、一つのノズルデバイスのコストは
上昇してしまう。この第２の実施例では、流路長を短縮
することができるので、流路抵抗を低下させて、動作周
波数を向上させることができる。また、低価格のノズル
デバイスを提供することができる。

【００１９】この第２の実施例においても、バイパスピ
ット４がフィルタの機能を果たし、インクリザーバ７か
らバイパスピット４を介してサブリザーバ６へインクが
流れる際に、インク中のゴミをバイパスピット４の部分
でトラップする。バイパスピット４の部分にゴミがトラ
ップされても、サブリザーバ６からピット２を介して発
熱体１上及びノズル流路５へインクが供給されるので、
ゴミによる画質の劣化などが発生することはない。ま
た、発熱体１上へのインクの供給はインクの平行移動に
より行なわれる。そのため、上述の第１の実施例のよう
にノズル流路５を介してピット２へインクが供給される
場合に比べ流路抵抗が小さく、高速にインクの再充填を
行なうことができ、動作周波数を向上させることができ
る。

【００２０】この第２の実施例の構成では、ノズル流路
５の終端はピット２上に配置される。流路全体を短縮し
た場合、ノズル流路５の終端を発熱体１の端部付近に配
置することができる。ノズル流路５はＯＤＥにより形成
されるので、その端部は斜面となっている。この斜面を
発熱体１の端部付近に配置することにより、発熱体１上
に発生するバブルの形状を制御するとともに、バブルの
圧力をこの斜面で反射し、ノズルの開口の方向へ向け、
バブルの圧力を有効に利用することができる。

【００２１】上述の各実施例において、図示した構成で
は、バイパスピット４は、各ノズルに対応して設けられ
ている。しかし、これに限らず、ノズルの数よりも多
く、あるいは少なく設けることもできる。バイパスピッ
ト４は、フィルタの機能を果たすことから、細かく設け
ることにより、小さなゴミまでトラップすることができ
る。しかし、パイパスピット４はインクの流路でもある
ので、細かくすることにより流路抵抗を増加させること
になる。そのため、これらの条件を勘案して、ある程度
の範囲内で設ければよい。

【００２２】

【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、インクの流路の一部をフィルタとして機能さ
せ、ゴミを捕捉するとともに、サブリザーバを有するこ
とにより、ゴミを捕捉した後も動作周波数の低下、噴射
の不安定化を生じることなく安定した印字が可能となる
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のサーマルインクジェットヘッドの第
１の実施例における流路構成を示す斜視図である。

【図２】本発明のサーマルインクジェットヘッドの第
１の実施例におけるノズル中心での流路の断面図であ
る。

【図３】本発明のサーマルインクジェットヘッドの第
１の実施例における流路構成の平面図である。

【図４】本発明のサーマルインクジェットヘッドの第
１の実施例におけるバイパスピット付近の部分拡大図で
ある。

【図５】本発明のサーマルインクジェットヘッドの第
１の実施例におけるサブリザーバ付近の部分拡大図ので
ある。

【図６】ゴミをインク中に混入させた場合の印字欠陥
数を示すグラフである。

【図７】本発明のサーマルインクジェットヘッドの第
２の実施例における流路構成を示す斜視図である。

【図８】本発明のサーマルインクジェットヘッドの第
２の実施例におけるノズル中心での流路の断面図であ
る。

【図９】本発明のサーマルインクジェットヘッドの第
２の実施例における流路構成の平面図である。

【図１０】従来のサーマルインクジェットヘッドの流
路構成を示す斜視図である。

【符号の説明】

１，１ａ，１ｂ，１ｃ発熱体、２，２ａ，２ｂ，２ｃ
ピット、３バブル、４，４ａ，４ｂ，４ｃバイパ
スピット、５，５ａ，５ｂ，５ｃノズル流路、６サ
ブリザーバ、７インクリザーバ、８ヒーターウェ
ハ、９ポリイミド層、１０チャネルウェハ、１１
ゴミ、１２インク流路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｂ４１Ｊ 3/04 １０３Ｈ (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

【特許請求の範囲】

【請求項１】バブル発生用抵抗体を有するヒーター基
板と、複数のノズル流路、インクリザーバ、供給口を有
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
ッドにおいて、前記チャネル基板のノズル流路とインク
リザーバとの間にサブリザーバを設け、また、前記ヒー
ター基板上に合成樹脂層を設け、該合成樹脂層に少なく
とも前記チャネル基板に形成された各ノズル流路に対応
し各ノズル流路と前記サブリザーバを連結する溝、およ
び、インクリザーバとサブリザーバを連結する複数の溝
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。
【請求項２】各ノズル流路とサブリザーバを連結する
前記溝は、前記合成樹脂層の前記バブル発生用抵抗体上
に設けられた凹部と連結していることを特徴とする請求
項１に記載のサーマルインクジェットヘッド。