JPH10202879A - インクを噴射するプリンタヘッド及びインクを噴射する方法 - Google Patents
インクを噴射するプリンタヘッド及びインクを噴射する方法Info
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- JPH10202879A JPH10202879A JP10009349A JP934998A JPH10202879A JP H10202879 A JPH10202879 A JP H10202879A JP 10009349 A JP10009349 A JP 10009349A JP 934998 A JP934998 A JP 934998A JP H10202879 A JPH10202879 A JP H10202879A
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- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
- B41J2/14451—Structure of ink jet print heads discharging by lowering surface tension of meniscus
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
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- B41J2202/00—Embodiments of or processes related to ink-jet or thermal heads
- B41J2202/01—Embodiments of or processes related to ink-jet heads
- B41J2202/03—Specific materials used
Landscapes
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 新しい動作方法を採用するオンデマンド式液
滴プリンタヘッドを提供する。 【解決手段】 インクを噴射するプリンタヘッド16
に、インクを噴射する開口部を有するサブストレート
と、開口部を囲むのヒーターと、開口部と接続されてい
るインク供給手段28と、ヒーターに接続されている電
源14を形成した。さらに、インク供給手段28からイ
ンクを分離する大きさと継続時間を有する電気パルスを
発生させ、電源14を制御する電源制御手段24を形成
した。
滴プリンタヘッドを提供する。 【解決手段】 インクを噴射するプリンタヘッド16
に、インクを噴射する開口部を有するサブストレート
と、開口部を囲むのヒーターと、開口部と接続されてい
るインク供給手段28と、ヒーターに接続されている電
源14を形成した。さらに、インク供給手段28からイ
ンクを分離する大きさと継続時間を有する電気パルスを
発生させ、電源14を制御する電源制御手段24を形成
した。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、インクを噴射する
プリンタヘッド及びインクを噴射する方法に関する。詳
細には一つのサブストレートに複数のノズルを集積さ
せ、ノズルに保持されたメニスカスを膨張させ、熱反応
で分離させることでインクを噴射する方法、及びかかる
方法でプリントを実行するオンデマンド式液滴プリンタ
ヘッドに関する。
プリンタヘッド及びインクを噴射する方法に関する。詳
細には一つのサブストレートに複数のノズルを集積さ
せ、ノズルに保持されたメニスカスを膨張させ、熱反応
で分離させることでインクを噴射する方法、及びかかる
方法でプリントを実行するオンデマンド式液滴プリンタ
ヘッドに関する。
【0002】
【従来の技術】例えば、非接触、低ノイズ特性、平面紙
に対する有効であること及びトナーの交換と修理の必要
がないので、デジタル制御される電子プリンタとして、
インクジェットプリンタは注目されている。インクジェ
ットプリンタ装置は、連続インクジェット式又はオンデ
マンド式液滴インクジェットの二つに分類することがで
きる。
に対する有効であること及びトナーの交換と修理の必要
がないので、デジタル制御される電子プリンタとして、
インクジェットプリンタは注目されている。インクジェ
ットプリンタ装置は、連続インクジェット式又はオンデ
マンド式液滴インクジェットの二つに分類することがで
きる。
【0003】1970年にカイザー(Kyser)らによっ
て出願された米国特許第3,946,398号は、圧電結晶に高
電圧を印加し結晶をたわませることで、インク室を加圧
して、オンデマンドで液滴を噴射する。別の種類のオン
デマンド式プリンタで用いられる圧電液滴は、プッシュ
モード、シェアモード及びスクイズモードで圧電結晶を
利用するものが挙げられる。オンデマンド式プリンタの
圧電液滴は、家庭用及び業務用プリンタで720dpi
以上の画像分解能を実現して、商業的に成功している。
て出願された米国特許第3,946,398号は、圧電結晶に高
電圧を印加し結晶をたわませることで、インク室を加圧
して、オンデマンドで液滴を噴射する。別の種類のオン
デマンド式プリンタで用いられる圧電液滴は、プッシュ
モード、シェアモード及びスクイズモードで圧電結晶を
利用するものが挙げられる。オンデマンド式プリンタの
圧電液滴は、家庭用及び業務用プリンタで720dpi
以上の画像分解能を実現して、商業的に成功している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、通常圧
電プリンタ装置は、複雑な高電圧駆動回路と大きな圧電
結晶アレイを必要とするから、製造上及び動作上で不都
合である。
電プリンタ装置は、複雑な高電圧駆動回路と大きな圧電
結晶アレイを必要とするから、製造上及び動作上で不都
合である。
【0005】1979年エンドらによって出願された英
国特許第2,007,162号は、電気加熱型のオンデマンド式
液滴インクジェットプリンタを開示している。かかるプ
リンタは、電気ヒーターに電気パルスを印加し、ヒータ
ーをノズル内の液状インクに熱的に接触させる。急速に
少量のインクが蒸発し、小さなアパーチャーからヒータ
ーサブストレートのエッジに沿って液滴を噴射するバブ
ルを形成する。この技術は、バブルジェット(キャノン
(株)の登録商標)として知られている。
国特許第2,007,162号は、電気加熱型のオンデマンド式
液滴インクジェットプリンタを開示している。かかるプ
リンタは、電気ヒーターに電気パルスを印加し、ヒータ
ーをノズル内の液状インクに熱的に接触させる。急速に
少量のインクが蒸発し、小さなアパーチャーからヒータ
ーサブストレートのエッジに沿って液滴を噴射するバブ
ルを形成する。この技術は、バブルジェット(キャノン
(株)の登録商標)として知られている。
【0006】1982年ヴォーグらによって出願された
米国特許第4,490,728号は、ヒーターサブストレートの
平面と垂直方向に液滴を噴射するバブル形状を利用す
る、電気加熱型液滴噴射システムを開示する。本明細書
では、用語「サーマルインクジェット」は、このシステ
ム及び一般的なバブルジェットとして知られているシス
テムの両方を意味する。
米国特許第4,490,728号は、ヒーターサブストレートの
平面と垂直方向に液滴を噴射するバブル形状を利用す
る、電気加熱型液滴噴射システムを開示する。本明細書
では、用語「サーマルインクジェット」は、このシステ
ム及び一般的なバブルジェットとして知られているシス
テムの両方を意味する。
【0007】通常サーマルインクジェットプリンタに
は、約2μsの間にインクを280〜400℃に加熱し
急速に均等なバブルを発生させる、約20μJのヒータ
ーエネルギーが必要である。急速にバブルを発生させる
ことで、インク粒子を噴射する運動量が得られる。バブ
ルが潰れ、内破することで、ヒーター材料の薄膜上に大
きな圧力パルスが発生する。
は、約2μsの間にインクを280〜400℃に加熱し
急速に均等なバブルを発生させる、約20μJのヒータ
ーエネルギーが必要である。急速にバブルを発生させる
ことで、インク粒子を噴射する運動量が得られる。バブ
ルが潰れ、内破することで、ヒーター材料の薄膜上に大
きな圧力パルスが発生する。
【0008】しかし高温が必要であるから、特殊なイン
クを利用することを要求され、駆動電子回路を複雑に
し、さらにヒーターエレメントの悪化を助長する。各ヒ
ーターの消費電力が10Wであることが、高速ページ幅
のプリンタヘッドを低コストで製造すること妨げる多く
の障害の一つである。
クを利用することを要求され、駆動電子回路を複雑に
し、さらにヒーターエレメントの悪化を助長する。各ヒ
ーターの消費電力が10Wであることが、高速ページ幅
のプリンタヘッドを低コストで製造すること妨げる多く
の障害の一つである。
【0009】所定の圧力でインクをインク室に供給し、
電気エネルギーが与えられた抵抗ヒーターの熱で表面張
力が低減されるまで、インクが表面張力によってオリフ
ィス内に保持される液体インクプリンタシステムは、シ
エロ(Cielo)らよって出願された米国特許第4,275,290
号で開示される。このシステムはオリフィスからインク
を噴射し、記録紙と接触させる。このシステムは、温度
によって表面張力が変化するインクを必要する。なお、
表面張力の変化率は大きい方が好ましい。さらにオリフ
ィスから液滴を分離するために、記録紙をオリフィスに
接近させなくてはならない。
電気エネルギーが与えられた抵抗ヒーターの熱で表面張
力が低減されるまで、インクが表面張力によってオリフ
ィス内に保持される液体インクプリンタシステムは、シ
エロ(Cielo)らよって出願された米国特許第4,275,290
号で開示される。このシステムはオリフィスからインク
を噴射し、記録紙と接触させる。このシステムは、温度
によって表面張力が変化するインクを必要する。なお、
表面張力の変化率は大きい方が好ましい。さらにオリフ
ィスから液滴を分離するために、記録紙をオリフィスに
接近させなくてはならない。
【0010】シエロ(Cielo)らによって出願された米
国特許第4,166,277号は、所定の圧力下でインクがイン
ク室に供給され、表面張力でオリフィスに保持される液
体インクプリンタシステムを開示する。インクオリフィ
ス上のアレイに配置されている一つ又は複数の電極に印
加された電圧で発生させられる静電力によって、表面張
力が打ち破られて、選択されたオリフィスからインクが
噴出され、記録紙に接触する。インクジェットとは反対
に、インク液滴をプリントする主手段が記録紙と接触し
ているので、上記シエロの特許請求の範囲では、噴出の
広さが非常に狭く請求されている。
国特許第4,166,277号は、所定の圧力下でインクがイン
ク室に供給され、表面張力でオリフィスに保持される液
体インクプリンタシステムを開示する。インクオリフィ
ス上のアレイに配置されている一つ又は複数の電極に印
加された電圧で発生させられる静電力によって、表面張
力が打ち破られて、選択されたオリフィスからインクが
噴出され、記録紙に接触する。インクジェットとは反対
に、インク液滴をプリントする主手段が記録紙と接触し
ているので、上記シエロの特許請求の範囲では、噴出の
広さが非常に狭く請求されている。
【0011】複数の高電圧を制御し、電極アレイ間で伝
達させる必要があり、また隣り合う電極間で電界が互い
に干渉しあうので、上記システムは不都合である。さら
に必要とされる電界は、アークを防止するのに要求され
るものより大きく、含水量や厚さといった記録紙の特性
が印加電界を変化させる。
達させる必要があり、また隣り合う電極間で電界が互い
に干渉しあうので、上記システムは不都合である。さら
に必要とされる電界は、アークを防止するのに要求され
るものより大きく、含水量や厚さといった記録紙の特性
が印加電界を変化させる。
【0012】サイトウらによって出願された米国特許第
4,751,531号は、対向する2つの壁間に保持されている
インクのメニスカスの下にヒーターが設置されたシステ
ムを開示する。ヒーターの周辺に設置された電極によっ
て発生させられる静電気力と結合して、ヒーターがイン
ク液滴を噴射させる。このシステムは、電極とヒーター
からなる対を複数備えているが、オリフィスアレイは備
えていない。電界で発生させられる液滴噴射を引き起こ
す噴射力は液滴の噴射に十分でない。
4,751,531号は、対向する2つの壁間に保持されている
インクのメニスカスの下にヒーターが設置されたシステ
ムを開示する。ヒーターの周辺に設置された電極によっ
て発生させられる静電気力と結合して、ヒーターがイン
ク液滴を噴射させる。このシステムは、電極とヒーター
からなる対を複数備えているが、オリフィスアレイは備
えていない。電界で発生させられる液滴噴射を引き起こ
す噴射力は液滴の噴射に十分でない。
【0013】従って、電気力を液滴を発生させるのに十
分な大きさするよりも、ヒーターからの熱によって、ヒ
ーター付近のインクの表面張力と粘性抵抗の少なくとも
一方を減少させる必要がある。さらに静電気力を単独で
利用することは、高電圧を必要とする。
分な大きさするよりも、ヒーターからの熱によって、ヒ
ーター付近のインクの表面張力と粘性抵抗の少なくとも
一方を減少させる必要がある。さらに静電気力を単独で
利用することは、高電圧を必要とする。
【0014】複数の高電圧を制御し、電極アレイに伝達
させなくてはならないので、上記システムは不都合であ
る。さらにオリフィスアレイが不足しているから、噴射
された液滴の制御性と密度とが低い。
させなくてはならないので、上記システムは不都合であ
る。さらにオリフィスアレイが不足しているから、噴射
された液滴の制御性と密度とが低い。
【0015】先に説明した各インクジェットプリンタシ
ステムは長所と短所とを有する。しかしながら、例えば
コスト、速度、品質、信頼性、消費電力、構造と操作の
簡易性、寿命、消耗性に関する長所を有する、さらに改
良されたインクジェットプリンタの研究の必要性が広く
認識されている。
ステムは長所と短所とを有する。しかしながら、例えば
コスト、速度、品質、信頼性、消費電力、構造と操作の
簡易性、寿命、消耗性に関する長所を有する、さらに改
良されたインクジェットプリンタの研究の必要性が広く
認識されている。
【0016】液滴のサイズ、位置精度、プリンタ最高速
度、消費電力、寿命、熱ストレス、その他のプリンタ動
作特性、製造性及び利用するインクの特性に関して従来
技術が抱える課題を克服するのに、十分な改良がされた
液体プリンタシステムが望まれている。
度、消費電力、寿命、熱ストレス、その他のプリンタ動
作特性、製造性及び利用するインクの特性に関して従来
技術が抱える課題を克服するのに、十分な改良がされた
液体プリンタシステムが望まれている。
【0017】さらに、プリントする液滴を選択する手段
は、選択された液滴と選択されない液滴とを異なる場所
に形成する。しかしこの選択手段によって、インク液滴
が表面張力に打ち勝ち、インク塊からインクを分離させ
るには不十分である。インクを分離させるシステムに
は、オリフィスから液滴を分離する為に記録紙をオリフ
ィスに近接させる形式、又は記録紙とオリフィスとの間
に電界を発生させる形式を必要とする。後者の形式で
は、システムが複雑になり、またアークする可能性が増
大する。
は、選択された液滴と選択されない液滴とを異なる場所
に形成する。しかしこの選択手段によって、インク液滴
が表面張力に打ち勝ち、インク塊からインクを分離させ
るには不十分である。インクを分離させるシステムに
は、オリフィスから液滴を分離する為に記録紙をオリフ
ィスに近接させる形式、又は記録紙とオリフィスとの間
に電界を発生させる形式を必要とする。後者の形式で
は、システムが複雑になり、またアークする可能性が増
大する。
【0018】本発明の目的は、新しい動作方法を採用す
るオンデマンド式液滴プリンタヘッドを提供することで
ある。
るオンデマンド式液滴プリンタヘッドを提供することで
ある。
【0019】
【発明を解決するための手段】上記課題を解決するに
は、前述の改良点と有し、さらに新しい動作方法を採用
するプリンタシステムが好ましい。ここで初めて説明す
る新動作方法とは、記録紙の近接及び電界を発生させる
必要なく、繰り返しインク液滴の分離を促進して、記録
紙にインクを転写するものである。
は、前述の改良点と有し、さらに新しい動作方法を採用
するプリンタシステムが好ましい。ここで初めて説明す
る新動作方法とは、記録紙の近接及び電界を発生させる
必要なく、繰り返しインク液滴の分離を促進して、記録
紙にインクを転写するものである。
【0020】さらに、ノズルのリム周辺に環状に配置さ
れたヒーターに印加された電気パルスによって、液滴か
らなる広がって保持されているメニウス、及び液滴の分
離の両方を制御し、記録紙へのインクの転写を促進す
る。
れたヒーターに印加された電気パルスによって、液滴か
らなる広がって保持されているメニウス、及び液滴の分
離の両方を制御し、記録紙へのインクの転写を促進す
る。
【0021】本発明にかかるインクを噴射する方法は、
選択されたノズルに電気パルスを印加することで、ノズ
ル内のインクを加熱し、インクの材料特性を変化させ、
インクの表面張力を減少させ、インクのメニウスを広げ
て初期状態にする。次にヒータ表面に近接するインクを
インクの沸点より高い温度に加熱することで、メニウス
からインク液滴を分離させる。インク液滴を分離後、速
やかにメニウスは、次の液滴噴射の為に弛緩され、平衡
する位置に保持される。
選択されたノズルに電気パルスを印加することで、ノズ
ル内のインクを加熱し、インクの材料特性を変化させ、
インクの表面張力を減少させ、インクのメニウスを広げ
て初期状態にする。次にヒータ表面に近接するインクを
インクの沸点より高い温度に加熱することで、メニウス
からインク液滴を分離させる。インク液滴を分離後、速
やかにメニウスは、次の液滴噴射の為に弛緩され、平衡
する位置に保持される。
【0022】本発明にかかるインクを噴射するプリンタ
ヘッドは、インク噴射する開口部を有するサブストレー
トと、上記開口部を囲む上記サブストレート上のヒータ
ーと、大気圧以上の圧力で、温度に反比例して表面張力
が減少するインクを提供する、上記開口部と接続されて
いるインク供給手段と、上記ヒーターに接続されている
電源と、上記電源を制御し、上記インク供給手段からイ
ンクを分離する大きさと継続時間を有する電気パルスを
発生させる電源制御手段とを含むことを特徴とする。
ヘッドは、インク噴射する開口部を有するサブストレー
トと、上記開口部を囲む上記サブストレート上のヒータ
ーと、大気圧以上の圧力で、温度に反比例して表面張力
が減少するインクを提供する、上記開口部と接続されて
いるインク供給手段と、上記ヒーターに接続されている
電源と、上記電源を制御し、上記インク供給手段からイ
ンクを分離する大きさと継続時間を有する電気パルスを
発生させる電源制御手段とを含むことを特徴とする。
【0023】好ましくは、上記開口部と上記ヒーターと
が環状に形成されている。
が環状に形成されている。
【0024】さらに好ましくは、上記電源制御手段が、
上記ヒーター周辺の上記インクを該インクの沸点よりも
高い温度に加熱する大きさと継続時間を有する電気パル
スを発生させる。
上記ヒーター周辺の上記インクを該インクの沸点よりも
高い温度に加熱する大きさと継続時間を有する電気パル
スを発生させる。
【0025】また、上記ヒーターの少なくとも一部分
が、約30オーム/スクエア程度にドーピングされたポ
リシリコンからなるものであってもよい。
が、約30オーム/スクエア程度にドーピングされたポ
リシリコンからなるものであってもよい。
【0026】また、断熱性かつ絶縁性である有する層
が、上記サブストレートと上記ヒーターとを分離しても
よい。
が、上記サブストレートと上記ヒーターとを分離しても
よい。
【0027】具体的な本発明にかかるインクを噴射させ
る方法は、温度に反比例して表面張力が減少するインク
を噴射する開口部を備えているインク供給手段にインク
を供給させ、大気圧よりも大きな圧力で上記インク供給
手段を与圧し、上記インク供給手段からインクを分離さ
せる温度と継続時間で、上記開口部の上記インクを加熱
することを特徴とする。
る方法は、温度に反比例して表面張力が減少するインク
を噴射する開口部を備えているインク供給手段にインク
を供給させ、大気圧よりも大きな圧力で上記インク供給
手段を与圧し、上記インク供給手段からインクを分離さ
せる温度と継続時間で、上記開口部の上記インクを加熱
することを特徴とする。
【0028】好ましくは、上記インクの沸点温度よりも
高い温度に該インクを加熱し、上記インク供給手段から
上記インクを分離させる。
高い温度に該インクを加熱し、上記インク供給手段から
上記インクを分離させる。
【0029】
【発明の実施の形態】図1は、液滴分離手段を備えたイ
ンクジェットヘッドを利用するオンデマンド式インクジ
ェットプリンタを示す。画像源10は、スキャナ又はコ
ンピュータからのラスター画像データ、文字が記載され
ているページ形態又はデジタル画像表示された形態の輪
郭画像データである。画像処理ユニット12によって、
かかる画像データはハーフトーンされたビットマップデ
ータに変換される。また画像処理ユニット12は画像デ
ータをメモリに格納することができる。ヒーター制御回
路14は、画像メモリからデータを読み出し、プリンタ
ヘッド16の一部であるノズルヒーターに時間に対して
変化する電気パルスを与える。
ンクジェットヘッドを利用するオンデマンド式インクジ
ェットプリンタを示す。画像源10は、スキャナ又はコ
ンピュータからのラスター画像データ、文字が記載され
ているページ形態又はデジタル画像表示された形態の輪
郭画像データである。画像処理ユニット12によって、
かかる画像データはハーフトーンされたビットマップデ
ータに変換される。また画像処理ユニット12は画像デ
ータをメモリに格納することができる。ヒーター制御回
路14は、画像メモリからデータを読み出し、プリンタ
ヘッド16の一部であるノズルヒーターに時間に対して
変化する電気パルスを与える。
【0030】かかるパルスは、適切な時間において、適
切なノズルに与えられるから、選択された液滴は、画像
メモリーのデータによって示される記録媒体18上の適
切な位置にスポットを形成する。
切なノズルに与えられるから、選択された液滴は、画像
メモリーのデータによって示される記録媒体18上の適
切な位置にスポットを形成する。
【0031】外部に設けられた液滴分離手段を利用せず
に、ノズル周辺のヒーターに電気パルスを与えて、加圧
された少なくとも1つのノズルオリフィスからインクを
分離させ、噴射させる動作状態が好ましい。
に、ノズル周辺のヒーターに電気パルスを与えて、加圧
された少なくとも1つのノズルオリフィスからインクを
分離させ、噴射させる動作状態が好ましい。
【0032】記録紙搬送システム20によって記録媒体
18は、プリンタヘッド16に対して移動される。記録
紙搬送システム20は、記録紙搬送制御システム22で
電気的に制御され、かかる記録紙搬送制御システム22
もマイクロコントローラー24で制御される。記録紙ガ
イド又は圧盤21が、プリンタヘッド16の直下に設置
されている。図1で示された記録紙搬送システムは概略
的なものであり、図1と異なる機械的構造を有する多く
の種類のシステムを利用することができる。
18は、プリンタヘッド16に対して移動される。記録
紙搬送システム20は、記録紙搬送制御システム22で
電気的に制御され、かかる記録紙搬送制御システム22
もマイクロコントローラー24で制御される。記録紙ガ
イド又は圧盤21が、プリンタヘッド16の直下に設置
されている。図1で示された記録紙搬送システムは概略
的なものであり、図1と異なる機械的構造を有する多く
の種類のシステムを利用することができる。
【0033】本実施の形態の変型例は、記録紙搬送シス
テム20の代わりに搬送ローラーを用いて、記録紙にイ
ンク粒子を容易に転写することを可能にする。本発明の
技術分野では、このようなローラー技術が既知である。
テム20の代わりに搬送ローラーを用いて、記録紙にイ
ンク粒子を容易に転写することを可能にする。本発明の
技術分野では、このようなローラー技術が既知である。
【0034】ページ幅プリンタヘッドの場合、固定プリ
ンタヘッド16を通り過ぎるように記録媒体18を移動
させるのが最も便利である。しかしながら、ラスター動
作する走査プリントシステムの場合、通常一方の軸(主
走査方向)に沿って記録媒体18を移動させ、上記軸に
直交する軸(副走査方向)に沿ってプリンタヘッド16
を移動させるのが便利である。
ンタヘッド16を通り過ぎるように記録媒体18を移動
させるのが最も便利である。しかしながら、ラスター動
作する走査プリントシステムの場合、通常一方の軸(主
走査方向)に沿って記録媒体18を移動させ、上記軸に
直交する軸(副走査方向)に沿ってプリンタヘッド16
を移動させるのが便利である。
【0035】マイクロコントローラー24は、インク加
圧レギュレーター26及びヒーター制御回路14を制御
しする。加圧下でインク室28にインクが封じ込められ
る。静止状態(インク液滴が噴射されていない状態)で
は、インク加圧は、インクの表面張力を圧倒し、液滴を
噴射させるのには不十分である。
圧レギュレーター26及びヒーター制御回路14を制御
しする。加圧下でインク室28にインクが封じ込められ
る。静止状態(インク液滴が噴射されていない状態)で
は、インク加圧は、インクの表面張力を圧倒し、液滴を
噴射させるのには不十分である。
【0036】好ましいインク加圧手段は、ノズルオリフ
ィス直径、ノズルのボア46とリム54の表面特性(例
えば疎水基の量)、インクの表面張力、ヒーターパルス
の時間に対するプロファイルと同様のヒーターパルスの
電力に依存するものである。インク加圧レギュレーター
26でインク室28を加圧することで、インクを一定圧
力に加圧することができる。
ィス直径、ノズルのボア46とリム54の表面特性(例
えば疎水基の量)、インクの表面張力、ヒーターパルス
の時間に対するプロファイルと同様のヒーターパルスの
電力に依存するものである。インク加圧レギュレーター
26でインク室28を加圧することで、インクを一定圧
力に加圧することができる。
【0037】本実施の形態の大型のプリンタシステム用
の変型例は、インク室28の上面をプリンタヘッド16
の上方から適切な距離を隔てて設置し、インク加圧力を
正確に発生させ、制御することを可能とするものであ
る。
の変型例は、インク室28の上面をプリンタヘッド16
の上方から適切な距離を隔てて設置し、インク加圧力を
正確に発生させ、制御することを可能とするものであ
る。
【0038】インク水位は、簡素なフロートバルブ(図
示せず)で一定に維持することが可能である。インクチ
ャンネル装置30を介してインクは、プリンタヘッド1
6の背面に分配される。インクは、プリンタヘッド16
のシリコン層をエッチングして形成したスロット又はホ
ールの少なくともどちらかを経由して、プリンタヘッド
16の前面に流れるのが好ましい。プリンタヘッド16
の前面には、ノズルとヒーターが設置されている。
示せず)で一定に維持することが可能である。インクチ
ャンネル装置30を介してインクは、プリンタヘッド1
6の背面に分配される。インクは、プリンタヘッド16
のシリコン層をエッチングして形成したスロット又はホ
ールの少なくともどちらかを経由して、プリンタヘッド
16の前面に流れるのが好ましい。プリンタヘッド16
の前面には、ノズルとヒーターが設置されている。
【0039】本発明の好ましい実施の形態で用いる、オ
ンデマンド用のインクジェットプリンタヘッド16のノ
ズルチップの一つを詳細な拡大断面図を、図2(a)に
示す。複数のノズルボア46に沿うインク輸送チャンネ
ル40は、例えばシリコンからなるサブストレート42
をエッチングしたものである。本実施の形態では、ノズ
ルボア46の形状を形成するP+エッチングストップ層
を利用して、シリコンを異方向性ウェットエッチングす
ることで輸送チャンネル40とノズルボア46を形成す
る。
ンデマンド用のインクジェットプリンタヘッド16のノ
ズルチップの一つを詳細な拡大断面図を、図2(a)に
示す。複数のノズルボア46に沿うインク輸送チャンネ
ル40は、例えばシリコンからなるサブストレート42
をエッチングしたものである。本実施の形態では、ノズ
ルボア46の形状を形成するP+エッチングストップ層
を利用して、シリコンを異方向性ウェットエッチングす
ることで輸送チャンネル40とノズルボア46を形成す
る。
【0040】大気圧下で輸送チャンネル40のインク7
0は、大気圧以上の圧力で加圧され、ノズルリム54の
表面張力が作用する領域から押し出されるメニウス60
を形成する。こうすることで、インク粒子を内部に維持
したり、外部へ押し出したりしてインク加圧力のバラン
スをとる。
0は、大気圧以上の圧力で加圧され、ノズルリム54の
表面張力が作用する領域から押し出されるメニウス60
を形成する。こうすることで、インク粒子を内部に維持
したり、外部へ押し出したりしてインク加圧力のバラン
スをとる。
【0041】本実施の形態では、ノズルは、環状に形成
されたヒーター50を備えた円柱形状である。ヒーター
は約30オーム/スクエア程度にドーピングされたポリ
シリコンからなるものであるが、別のヒーター抵抗用材
料から形成してもよい。ノズルリム54はヒーター50
の上部に形成され、メニウス60と接触する領域を提供
する。本実施の形態で用いるノズルリムの幅は、0.6
〜0.8μmである。断熱性を有する電気絶縁層56に
よってヒーター50はサブストレート42から分離さ
れ、サブストレート42の熱損失を最小限にする。
されたヒーター50を備えた円柱形状である。ヒーター
は約30オーム/スクエア程度にドーピングされたポリ
シリコンからなるものであるが、別のヒーター抵抗用材
料から形成してもよい。ノズルリム54はヒーター50
の上部に形成され、メニウス60と接触する領域を提供
する。本実施の形態で用いるノズルリムの幅は、0.6
〜0.8μmである。断熱性を有する電気絶縁層56に
よってヒーター50はサブストレート42から分離さ
れ、サブストレート42の熱損失を最小限にする。
【0042】インクと接する層は保護用薄膜64で保護
されていてよく、インクの充填時間を十分に利用するた
めに、ノズルをインクを乾かないように改良された膜を
含んでいてもよい。偶発的にインクがプリンタヘッドの
前面に飛び散ることを防ぐように、プリンタヘッドの表
面は疎水層68が形成されていてもよい。さらにノズル
リム54の上部も、親水性、疎水性のどちらであっても
よい保護層で覆われている。
されていてよく、インクの充填時間を十分に利用するた
めに、ノズルをインクを乾かないように改良された膜を
含んでいてもよい。偶発的にインクがプリンタヘッドの
前面に飛び散ることを防ぐように、プリンタヘッドの表
面は疎水層68が形成されていてもよい。さらにノズル
リム54の上部も、親水性、疎水性のどちらであっても
よい保護層で覆われている。
【0043】本発明にかかる好ましい実施の形態で用い
る、オンデマンド式インクジェット用のプリンタヘッド
16のノズルチップの一つを、拡大上面図で図2(b)
に示す。ノズルリム54と該ノズルリムの直下に配置さ
れている環状ヒーター50は、ノズルボア46の周辺を
囲んでいる。駆動回路から環状ヒーターに至る一対の電
力供給用接点と接地用接点とが、ノズルリムの下部のヒ
ータープレートに設置されている。
る、オンデマンド式インクジェット用のプリンタヘッド
16のノズルチップの一つを、拡大上面図で図2(b)
に示す。ノズルリム54と該ノズルリムの直下に配置さ
れている環状ヒーター50は、ノズルボア46の周辺を
囲んでいる。駆動回路から環状ヒーターに至る一対の電
力供給用接点と接地用接点とが、ノズルリムの下部のヒ
ータープレートに設置されている。
【0044】所定時間、ヒーター制御回路14はヒータ
ーに電力を供給する。好ましい動作は、ヒーターパルス
の発生が開始されると温度は急激に上昇し、ヒーターパ
ルスの継続中にノズルーヒーターの界面に侵入している
環状塊中のインクを沸点よりも高温に維持し、ヒーター
パルスの発生が終了すると温度は急速に降下するもので
ある。
ーに電力を供給する。好ましい動作は、ヒーターパルス
の発生が開始されると温度は急激に上昇し、ヒーターパ
ルスの継続中にノズルーヒーターの界面に侵入している
環状塊中のインクを沸点よりも高温に維持し、ヒーター
パルスの発生が終了すると温度は急速に降下するもので
ある。
【0045】上記の動作を達成するのに必要なヒーター
パルスの継続時間及び電力は、ヒーターの周辺及び内部
部材の温度特性及び外形(例えば熱伝導率、比熱、密
度)に主に依存する。なお、上記部材の温度特性及び外
形には、インクの表面張力及び粘性と同様にインクの温
度特性が含まれる。
パルスの継続時間及び電力は、ヒーターの周辺及び内部
部材の温度特性及び外形(例えば熱伝導率、比熱、密
度)に主に依存する。なお、上記部材の温度特性及び外
形には、インクの表面張力及び粘性と同様にインクの温
度特性が含まれる。
【0046】インクの加圧、ヒーターパルスの電力及び
継続時間の範囲を制御することが可能であるのと同様
に、熱モデルを利用することで外形パラメーターと部材
の選択を制御することが可能になる。所定の外形に対す
る最適条件を得るには、一定の回数の実験が必要である
と認識されている。
継続時間の範囲を制御することが可能であるのと同様
に、熱モデルを利用することで外形パラメーターと部材
の選択を制御することが可能になる。所定の外形に対す
る最適条件を得るには、一定の回数の実験が必要である
と認識されている。
【0047】液滴は微細な寸法でインク粒子に作用する
重力は非常に小さく、表面張力の約10-4であるから、
ほとんどの場合、重力は無視することができる。従っ
て、局所的な重力場に対するどの方向にも、プリンタヘ
ッド16と記録媒体18とを方向づけることが出来る。
ポータブルプリンタには、このことは重要な要素であ
る。
重力は非常に小さく、表面張力の約10-4であるから、
ほとんどの場合、重力は無視することができる。従っ
て、局所的な重力場に対するどの方向にも、プリンタヘ
ッド16と記録媒体18とを方向づけることが出来る。
ポータブルプリンタには、このことは重要な要素であ
る。
【0048】本実施の形態の変型例では、インク塊から
インク粒子を分離させ、記録媒体18向かってインク粒
子を加速させるのに外力36を用いてもよい。インクを
導電性に容易に製造することが可能であることから、適
切な外力36は一定、又はパルス化された電界である。
この場合、電界を発生させる一方の電極として、記録紙
ガイド又は圧盤21を導体材料で形成してもよい。他方
の電極としては、プリンタヘッド16自身を利用しても
よい。
インク粒子を分離させ、記録媒体18向かってインク粒
子を加速させるのに外力36を用いてもよい。インクを
導電性に容易に製造することが可能であることから、適
切な外力36は一定、又はパルス化された電界である。
この場合、電界を発生させる一方の電極として、記録紙
ガイド又は圧盤21を導体材料で形成してもよい。他方
の電極としては、プリンタヘッド16自身を利用しても
よい。
【0049】プリンタヘッド16からインク粒子を噴出
させ画像を形成する、試作的にセットアップされたシス
テムの概略ダイヤグラムを図3に示す。コンピューター
82とプリンタ84に接続されているCCDカメラ80
は、熱パルスの様々な遅延時間におけるインク粒子の画
像を記録するのに利用される。プリンタヘッド16は水
平面から30度傾けられているので、全ヒーターを観察
することができる。表面で反射するので、インク粒子の
反射画像は、インク粒子の画像とともに現れる。
させ画像を形成する、試作的にセットアップされたシス
テムの概略ダイヤグラムを図3に示す。コンピューター
82とプリンタ84に接続されているCCDカメラ80
は、熱パルスの様々な遅延時間におけるインク粒子の画
像を記録するのに利用される。プリンタヘッド16は水
平面から30度傾けられているので、全ヒーターを観察
することができる。表面で反射するので、インク粒子の
反射画像は、インク粒子の画像とともに現れる。
【0050】インク放出口の下部にインクメニウスを保
持する一つのユニットとして、インク室と圧力制御手段
が設けられている。第1のストロボ88は、動作中のイ
ンク粒子の画像を固定する。ヒーター電源90は、ヒー
ター50にパルス電流を供給するのに用いられる。スト
ロボ88、カメラ80及びヒーター電源90は、タイミ
ングパルスジェネレーター92によって同期トリガーさ
れる。上記システムでは、ストロボ88とヒーター電源
90との遅延時間をセットすることで、様々な時間おけ
るインク粒子を撮ることができる。
持する一つのユニットとして、インク室と圧力制御手段
が設けられている。第1のストロボ88は、動作中のイ
ンク粒子の画像を固定する。ヒーター電源90は、ヒー
ター50にパルス電流を供給するのに用いられる。スト
ロボ88、カメラ80及びヒーター電源90は、タイミ
ングパルスジェネレーター92によって同期トリガーさ
れる。上記システムでは、ストロボ88とヒーター電源
90との遅延時間をセットすることで、様々な時間おけ
るインク粒子を撮ることができる。
【0051】先に説明したシステムを用いて行った評価
実験の結果について以下に説明する。先に示された図2
(a)及び(b)に従って製造した直径16μmのノズ
ルを、図3に概略的に示す試作的にセットアップされた
システムに取り付ける。ノズル室は、脱イオン水が満た
されている。
実験の結果について以下に説明する。先に示された図2
(a)及び(b)に従って製造した直径16μmのノズ
ルを、図3に概略的に示す試作的にセットアップされた
システムに取り付ける。ノズル室は、脱イオン水が満た
されている。
【0052】先に説明したように、ノズルに疎水性又は
浸水されていない層を備えることで、プリント動作を優
れたものにするとされているが、本実験で用いたノズル
は、そういった層を含んでいない。臨界圧力17.0k
Paにおいて、インク室86を13.0kPaに加圧し
た際、ノズルリップ54で保持されるメニウス60の画
像を図4(a)に示す。
浸水されていない層を備えることで、プリント動作を優
れたものにするとされているが、本実験で用いたノズル
は、そういった層を含んでいない。臨界圧力17.0k
Paにおいて、インク室86を13.0kPaに加圧し
た際、ノズルリップ54で保持されるメニウス60の画
像を図4(a)に示す。
【0053】着目すべきことは、保持されているメニウ
スの反射像が現れるとともに、水平面から30度傾いた
画像を捕らえているということである。なお、画像上で
それらを区別するものは、電極59である。
スの反射像が現れるとともに、水平面から30度傾いた
画像を捕らえているということである。なお、画像上で
それらを区別するものは、電極59である。
【0054】ヒーター50に115mWの電気パルスを
60μs間印加し、その42μs後に、メニウス60の
画像を撮ったものを、図4(b)に示す。ヒータからの
熱エネルギーによって局所的な温度上昇が発生し、脱イ
オン水の物理的特性が変化し、脱イオン水の表面張力と
粘性率とが減少する。表面張力が減少することで、メニ
ウス60がノズルの外部に移動する。
60μs間印加し、その42μs後に、メニウス60の
画像を撮ったものを、図4(b)に示す。ヒータからの
熱エネルギーによって局所的な温度上昇が発生し、脱イ
オン水の物理的特性が変化し、脱イオン水の表面張力と
粘性率とが減少する。表面張力が減少することで、メニ
ウス60がノズルの外部に移動する。
【0055】ヒーターパルス印加から62μs経過後の
メニウス60の画像を、図4(c)に示す。この時点
で、広がっているメニウスのノズルオリフィスに近い部
分の径が小さくなっていることを、明確に観察すること
ができる。ヒーターパルスを印加し、82μsが経過し
た後も、広がっているメニウス60のノズルオリフィス
部分の直径の減少が続いていることが、図4(d)に示
される。
メニウス60の画像を、図4(c)に示す。この時点
で、広がっているメニウスのノズルオリフィスに近い部
分の径が小さくなっていることを、明確に観察すること
ができる。ヒーターパルスを印加し、82μsが経過し
た後も、広がっているメニウス60のノズルオリフィス
部分の直径の減少が続いていることが、図4(d)に示
される。
【0056】ヒーターパルスの印加開始から102μs
経過後に、背後に均衡しているメニウス60を残して、
脱イオン水から完全にインク粒子が分最終的に離する様
子を図3(e)に示す。
経過後に、背後に均衡しているメニウス60を残して、
脱イオン水から完全にインク粒子が分最終的に離する様
子を図3(e)に示す。
【0057】
【発明の効果】本発明にかかるプリンタヘッドによる
と、記録紙の近接及び電界を発生させる必要なしに、イ
ンク塊から繰り返しインク液滴の分離を促進させ、記録
紙にインクを転写することができる。
と、記録紙の近接及び電界を発生させる必要なしに、イ
ンク塊から繰り返しインク液滴の分離を促進させ、記録
紙にインクを転写することができる。
【図1】 本発明にかかるプリンタヘッドを利用するプ
リンタシステムのブロック図を示す。
リンタシステムのブロック図を示す。
【図2】 本発明にかかるプリンタヘッドのノズルチッ
プの示すものであり、(a)は図1の円IIaで囲まれる
部分のノズルチップの拡大図を、(b)はノズルチップ
の拡大上面図である。
プの示すものであり、(a)は図1の円IIaで囲まれる
部分のノズルチップの拡大図を、(b)はノズルチップ
の拡大上面図である。
【図3】 本発明にかかるプリンタヘッドの評価実験に
用いるシステムの概略図を示す。
用いるシステムの概略図を示す。
【図4】 本発明にかかるプリンタヘッドの評価実験の
結果を示すものであり、(a)は、インク室を13.0
kPaに加圧した際、ノズルリップで保持されるメニウ
スの画像を、(b)は、ヒーターに電気パルスを60μ
s間印加し、その42μs後のメニウス60の画像を、
(c)は、ヒーターパルス印加後、62μsが経過した
際のメニウスの画像を、(d)は、ヒーターパルス印加
後、102μsが経過した際のメニウスの画像を示す。
結果を示すものであり、(a)は、インク室を13.0
kPaに加圧した際、ノズルリップで保持されるメニウ
スの画像を、(b)は、ヒーターに電気パルスを60μ
s間印加し、その42μs後のメニウス60の画像を、
(c)は、ヒーターパルス印加後、62μsが経過した
際のメニウスの画像を、(d)は、ヒーターパルス印加
後、102μsが経過した際のメニウスの画像を示す。
10 画像源、 12 画像処理ユニット、 14 ヒーター制御回路、 16 プリンタヘッド、 18 記録媒体、 20 記録紙搬送システム、 21 圧盤、 22 記録紙搬送制御システム、 24 マイクロコンピューター、 26 インク加圧レギュレーター、 28 インク室、 30 インクチャンネル装置、 40 インク輸送チャンネル、 42 サブストレート 46 ノズルボア 54 ノズルリム 68 疎水層
Claims (7)
- 【請求項1】 インクを噴射する開口部(46)を有す
るサブストレート(42)と、 上記開口部を囲む上記サブストレート上のヒーター(5
0)と、 大気圧以上の圧力で、温度に反比例して表面張力が減少
するインクを提供する、上記開口部と接続されているイ
ンク供給手段(28)と、 上記ヒーターに接続されている電源(14)と、 上記電源を制御し、上記インク供給手段からインクを分
離する大きさと継続時間を有する電気パルスを発生させ
る電源制御手段(24)とを含むことを特徴とするイン
クを噴射するプリンタヘッド(16)。 - 【請求項2】 上記開口部と上記ヒーターとが、環状に
形成されている請求項1記載のインクを噴射するプリン
タヘッド。 - 【請求項3】 上記電源制御手段が、上記インク供給手
段からインクを分離し、上記ヒーター周辺の上記インク
を該インクの沸点よりも高い温度に加熱する大きさと継
続時間を有する電気パルスを発生させる請求項1記載の
インクを噴射するプリンタヘッド。 - 【請求項4】 上記ヒーターの少なくとも一部分が、約
30オーム/スクエア程度にドーピングされたポリシリ
コンからなる請求項1記載のインクを噴射するプリンタ
ヘッド。 - 【請求項5】 断熱性かつ絶縁性である層(56)が、
上記サブストレートと上記ヒーターとを分離する請求項
1記載のインクを噴射するプリンタヘッド。 - 【請求項6】 温度に反比例して表面張力が減少するイ
ンクを噴射する開口部を備えているインク供給手段にイ
ンクを供給させ、 大気圧よりも大きな圧力で上記インク供給手段(28)
を加圧し、 上記インク供給手段からインクを分離させることができ
る温度と継続時間で、上記開口部(46)の上記インク
を加熱することを特徴とするインクを噴射する方法。 - 【請求項7】 上記インクの沸点温度よりも高い温度に
該インクを加熱し、上記インク供給手段から上記インク
を分離させる請求項6記載のインクを噴射する方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US08/787657 | 1997-01-21 | ||
US08/787,657 US6022099A (en) | 1997-01-21 | 1997-01-21 | Ink printing with drop separation |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10202879A true JPH10202879A (ja) | 1998-08-04 |
Family
ID=25142183
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10009349A Pending JPH10202879A (ja) | 1997-01-21 | 1998-01-21 | インクを噴射するプリンタヘッド及びインクを噴射する方法 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6022099A (ja) |
EP (1) | EP0856403B1 (ja) |
JP (1) | JPH10202879A (ja) |
DE (1) | DE69809810T2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004530955A (ja) * | 2000-11-25 | 2004-10-07 | シルバーブルック リサーチ ピーティワイ リミテッド | ネットワークコンピュータシステムとの対話装置 |
US7515292B2 (en) | 2000-11-25 | 2009-04-07 | Silverbrook Research Pty Ltd | Apparatus for cooling and storing produce |
US10639883B2 (en) | 2017-06-22 | 2020-05-05 | Seiko Epson Corporation | Liquid ejecting head, liquid ejecting apparatus, method for controlling the same |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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