JPH10217470A - インクジェット印刷装置 - Google Patents
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- B41J2002/14177—Segmented heater
Landscapes
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
- Ink Jet (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】インクジェット印刷において、特定のエジェク
タによって噴射される飛沫のサイズが選択され得る装置
を提供すること。 【解決手段】サーマル・インクジェット印刷ヘッドが、
液体インクを保持する流路内に加熱表面が配設されるよ
うに成した各エジェクタを包含する。各々の流路内の加
熱要素は、加えられた電気エネルギーを熱エネルギーに
変換するコンバータと、加熱表面の一部に対して熱エネ
ルギーを配分するディストリビュータとを包含する。加
熱要素の構造体は、加熱領域内における泡核生成の有効
領域を許容するものであり、当該有効領域の寸法が、電
圧及び／又はパルス幅に応じて変更されるようにして、
噴射される液体インク飛沫の体積に直接に影響を与え
る。
タによって噴射される飛沫のサイズが選択され得る装置
を提供すること。 【解決手段】サーマル・インクジェット印刷ヘッドが、
液体インクを保持する流路内に加熱表面が配設されるよ
うに成した各エジェクタを包含する。各々の流路内の加
熱要素は、加えられた電気エネルギーを熱エネルギーに
変換するコンバータと、加熱表面の一部に対して熱エネ
ルギーを配分するディストリビュータとを包含する。加
熱要素の構造体は、加熱領域内における泡核生成の有効
領域を許容するものであり、当該有効領域の寸法が、電
圧及び／又はパルス幅に応じて変更されるようにして、
噴射される液体インク飛沫の体積に直接に影響を与え
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、選択可能なサイズ
の飛沫が噴射され得るように成した、サーマル・インク
ジェット・プリンタの印刷ヘッドに関するものである。
の飛沫が噴射され得るように成した、サーマル・インク
ジェット・プリンタの印刷ヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】サーマル・インクジェット印刷におい
て、インクの飛沫は、印刷ヘッド内における複数の飛沫
エジェクタから選択可能に噴射される。それらのエジェ
クタは、デジタル命令に従って操作され、印刷ヘッドを
越えて移動する印刷シートの上に所望の画像を形成す
る。印刷ヘッドは、タイプライター様式でシートに対し
て前後に移動することも可能であるが、或いは、その線
形配列が、シートの幅全体を横断して延在するサイズの
ものであることも可能であり、単一の通過で画像をシー
トの上に配置することになる。
て、インクの飛沫は、印刷ヘッド内における複数の飛沫
エジェクタから選択可能に噴射される。それらのエジェ
クタは、デジタル命令に従って操作され、印刷ヘッドを
越えて移動する印刷シートの上に所望の画像を形成す
る。印刷ヘッドは、タイプライター様式でシートに対し
て前後に移動することも可能であるが、或いは、その線
形配列が、シートの幅全体を横断して延在するサイズの
ものであることも可能であり、単一の通過で画像をシー
トの上に配置することになる。
【０００３】エジェクタは、典型的には、１本又はそれ
以上の本数の共通のインク供給マニホルドに対して接続
されるように成した、毛管流路又はその他のインク通路
を含んで成る。インクは、適切なデジタル信号に応答し
て、流路内におけるインクが流路内の表面上に配設され
る加熱要素（本質的には抵抗体）によって急速に加熱さ
れるまで、各々の流路内に保持される。流路に隣接する
インクのこの急速蒸発は、流路に付随する開口を介して
多量の液体インクを印刷シートに対して噴射させること
になる泡を形成する。泡を形成する急速蒸発のプロセス
は、「泡核生成（nucleation）」として一般に知られて
いる。典型的なインクジェット印刷ヘッドの一般的な構
造を示す１つの特許は、本件出願の譲受人に対して譲渡
された米国特許明細書第４，７７４，５３０号である。
以上の本数の共通のインク供給マニホルドに対して接続
されるように成した、毛管流路又はその他のインク通路
を含んで成る。インクは、適切なデジタル信号に応答し
て、流路内におけるインクが流路内の表面上に配設され
る加熱要素（本質的には抵抗体）によって急速に加熱さ
れるまで、各々の流路内に保持される。流路に隣接する
インクのこの急速蒸発は、流路に付随する開口を介して
多量の液体インクを印刷シートに対して噴射させること
になる泡を形成する。泡を形成する急速蒸発のプロセス
は、「泡核生成（nucleation）」として一般に知られて
いる。典型的なインクジェット印刷ヘッドの一般的な構
造を示す１つの特許は、本件出願の譲受人に対して譲渡
された米国特許明細書第４，７７４，５３０号である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】インクジェット印刷で
は、特定のエジェクタによって噴射される飛沫のサイズ
が選択され得る装置を考案することは困難であった。一
般に、サーマル・インクジェット印刷ヘッドにおけるエ
ジェクタは、概ね１つのサイズのみの飛沫を噴射するこ
とが可能なものである。しかしながら、選択可能な複数
の飛沫サイズの中から１つの飛沫サイズを選択的に放出
可能である単一エジェクタを有し得ることが好都合であ
るような印刷状況は数多く存在する。選択可能な飛沫サ
イズが非常に有益であることになるそのような状況は、
写真に由来するようなハーフトーン画像の形成、更には
オフセット品質の英数字の形成を包含する。
は、特定のエジェクタによって噴射される飛沫のサイズ
が選択され得る装置を考案することは困難であった。一
般に、サーマル・インクジェット印刷ヘッドにおけるエ
ジェクタは、概ね１つのサイズのみの飛沫を噴射するこ
とが可能なものである。しかしながら、選択可能な複数
の飛沫サイズの中から１つの飛沫サイズを選択的に放出
可能である単一エジェクタを有し得ることが好都合であ
るような印刷状況は数多く存在する。選択可能な飛沫サ
イズが非常に有益であることになるそのような状況は、
写真に由来するようなハーフトーン画像の形成、更には
オフセット品質の英数字の形成を包含する。
【０００５】先行技術では、米国特許出願第４，２５
１，８２４号は、各々のエジェクタが独立制御される複
数の加熱要素を包含するように成した、サーマル・イン
クジェット印刷ヘッドを開示する。要素の特定の組合せ
を選択することによって、噴射される飛沫のサイズが選
択可能である。米国特許出願第４，７４０，７９６号
は、インクジェット印刷における泡核生成に関する基本
的な原理を開示する。それは、液体インクを所定の温度
まで事前加熱することなどによって、泡核生成の直前に
おける液体インクの温度を制御して、既知の飛沫サイズ
を産み出すように成した、インク飛沫のサイズを操作す
る１つの技術としても一般に知られている。
１，８２４号は、各々のエジェクタが独立制御される複
数の加熱要素を包含するように成した、サーマル・イン
クジェット印刷ヘッドを開示する。要素の特定の組合せ
を選択することによって、噴射される飛沫のサイズが選
択可能である。米国特許出願第４，７４０，７９６号
は、インクジェット印刷における泡核生成に関する基本
的な原理を開示する。それは、液体インクを所定の温度
まで事前加熱することなどによって、泡核生成の直前に
おける液体インクの温度を制御して、既知の飛沫サイズ
を産み出すように成した、インク飛沫のサイズを操作す
る１つの技術としても一般に知られている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明に拠れば、インク
ジェット印刷装置が設けられる。構造体が、多量の液体
インクをその内部に保持する流路を画成する。流路に隣
接する加熱要素は、それに対して加えられる電気エネル
ギーを熱エネルギーに変換するコンバータと、加熱表面
を流路の内部に画成するディストリビュータとを包含す
る。当該ディストリビュータは、コンバータからの熱エ
ネルギーを加熱表面を介して流路の中に放散させ、それ
によって流路内の液体インクの中に泡を核生成する。当
該ディストリビュータは、コンバータとは異なった固有
抵抗を有する。
ジェット印刷装置が設けられる。構造体が、多量の液体
インクをその内部に保持する流路を画成する。流路に隣
接する加熱要素は、それに対して加えられる電気エネル
ギーを熱エネルギーに変換するコンバータと、加熱表面
を流路の内部に画成するディストリビュータとを包含す
る。当該ディストリビュータは、コンバータからの熱エ
ネルギーを加熱表面を介して流路の中に放散させ、それ
によって流路内の液体インクの中に泡を核生成する。当
該ディストリビュータは、コンバータとは異なった固有
抵抗を有する。
【０００７】
【発明の実施の形態】図１は、本発明を組み込んだサー
マル・インクジェット印刷ヘッドのエジェクタの各部分
を示す非常に簡略化された斜視図である。１つのエジェ
クタのみが示されているが、実際のサーマル・インクジ
ェット印刷ヘッドは、典型的には１インチ当りで３００
個から６００個のエジェクタが離間配置されるようにし
て、そのようなエジェクタを１００個又はそれ以上包含
するものであることが理解されるであろう。図１で示さ
れたものは、エジェクタを形成する流路が連結される２
つのチップの間において形成されるように成した、「サ
イド・シューター（side-shooter）」印刷ヘッドとして
知られるものの一般的な構造である。図１で示された印
刷ヘッドは、参照番号１２として破線で示された「流路
プレート（channel plate）」に対してその主要表面に
おいて連結されるヒータ・チップ１０を含んで成る。ヒ
ータ・チップ１０は、当該分野では周知の一般的な半導
体チップ設計であり、その主要表面において参照番号１
４として示されるような数多くの加熱要素をそこに画成
するものである。典型的には、印刷ヘッドにおけるすべ
てのエジェクタに関して１つの加熱要素１４が設けられ
ることになる。ヒータ・チップ１０の主要表面において
各々のエジェクタ１４に隣接するものは、流路プレート
１２内における溝によって形成される流路１６である。
流路プレート１２は、当該分野では周知である数多くの
セラミック、プラスチック又は金属材料によって形成さ
れることが可能である。チップ１０が流路プレート１２
に対して当接されるとき、各々の流路１６は、ヒータ・
チップ１０の隣接表面と共に完全な流路を形成し、１つ
の加熱要素１４は、図１で示されたように形成される流
路の内部に加熱表面を配設することになる。
マル・インクジェット印刷ヘッドのエジェクタの各部分
を示す非常に簡略化された斜視図である。１つのエジェ
クタのみが示されているが、実際のサーマル・インクジ
ェット印刷ヘッドは、典型的には１インチ当りで３００
個から６００個のエジェクタが離間配置されるようにし
て、そのようなエジェクタを１００個又はそれ以上包含
するものであることが理解されるであろう。図１で示さ
れたものは、エジェクタを形成する流路が連結される２
つのチップの間において形成されるように成した、「サ
イド・シューター（side-shooter）」印刷ヘッドとして
知られるものの一般的な構造である。図１で示された印
刷ヘッドは、参照番号１２として破線で示された「流路
プレート（channel plate）」に対してその主要表面に
おいて連結されるヒータ・チップ１０を含んで成る。ヒ
ータ・チップ１０は、当該分野では周知の一般的な半導
体チップ設計であり、その主要表面において参照番号１
４として示されるような数多くの加熱要素をそこに画成
するものである。典型的には、印刷ヘッドにおけるすべ
てのエジェクタに関して１つの加熱要素１４が設けられ
ることになる。ヒータ・チップ１０の主要表面において
各々のエジェクタ１４に隣接するものは、流路プレート
１２内における溝によって形成される流路１６である。
流路プレート１２は、当該分野では周知である数多くの
セラミック、プラスチック又は金属材料によって形成さ
れることが可能である。チップ１０が流路プレート１２
に対して当接されるとき、各々の流路１６は、ヒータ・
チップ１０の隣接表面と共に完全な流路を形成し、１つ
の加熱要素１４は、図１で示されたように形成される流
路の内部に加熱表面を配設することになる。
【０００８】図１は、実際のサーマル・インクジェット
印刷ヘッドの非常に簡略化された様式を示すものであ
り、実際の印刷ヘッドには、数多くのインク供給マニホ
ルド、中間層、ピット層などが設けられることになる。
しかしながら、図１で示されたものは、本発明を実行す
るために必要となる本質的な要素であり、十分に実際的
な印刷ヘッドを形成するための更なる要素の追加は、以
下で詳細に説明されるような本件請求の発明から除外さ
れるものではない。
印刷ヘッドの非常に簡略化された様式を示すものであ
り、実際の印刷ヘッドには、数多くのインク供給マニホ
ルド、中間層、ピット層などが設けられることになる。
しかしながら、図１で示されたものは、本発明を実行す
るために必要となる本質的な要素であり、十分に実際的
な印刷ヘッドを形成するための更なる要素の追加は、以
下で詳細に説明されるような本件請求の発明から除外さ
れるものではない。
【０００９】使用に際して、インク供給マニホルド（図
示略）は、インクを流路１６から印刷シートへ噴射する
ときまで、毛管流路１６を満たしていることになる液体
インクを供給する。流路１６からインクの飛沫を噴射さ
せるためには、ヒータ・チップ１０内における加熱要素
１４に対して小さな電圧が印加される。インクジェット
印刷ヘッドの分野では周知であるように、加熱要素１４
は、典型的には主として、所定の固有抵抗にドーピング
されるヒータ・チップ１０の１つの領域である。加熱要
素１４が本質的に抵抗体であるので、加熱要素１４は、
その加熱表面（流路１６内に配設される加熱要素１４の
表面として形成される加熱表面）を介して熱の形態にお
いて電力を放散させ、それによって加熱表面に直に隣接
する液体インクを蒸発させることになる。この蒸発作用
は、流路内にインク蒸気の泡を形成し、この泡の膨張
が、液体インクを流路１６から印刷シートへと放逐し
て、印刷される所望の画像内におけるスポットを形成す
るのである。図１の図面で示されたように、インク供給
マニホルドは、印刷ヘッドの背後に配設されるものとし
て意図されており、結果として、噴射されるインク飛沫
は、図１の斜視図に拠れば当該ページから外へ出てくる
ように噴射されることになる。
示略）は、インクを流路１６から印刷シートへ噴射する
ときまで、毛管流路１６を満たしていることになる液体
インクを供給する。流路１６からインクの飛沫を噴射さ
せるためには、ヒータ・チップ１０内における加熱要素
１４に対して小さな電圧が印加される。インクジェット
印刷ヘッドの分野では周知であるように、加熱要素１４
は、典型的には主として、所定の固有抵抗にドーピング
されるヒータ・チップ１０の１つの領域である。加熱要
素１４が本質的に抵抗体であるので、加熱要素１４は、
その加熱表面（流路１６内に配設される加熱要素１４の
表面として形成される加熱表面）を介して熱の形態にお
いて電力を放散させ、それによって加熱表面に直に隣接
する液体インクを蒸発させることになる。この蒸発作用
は、流路内にインク蒸気の泡を形成し、この泡の膨張
が、液体インクを流路１６から印刷シートへと放逐し
て、印刷される所望の画像内におけるスポットを形成す
るのである。図１の図面で示されたように、インク供給
マニホルドは、印刷ヘッドの背後に配設されるものとし
て意図されており、結果として、噴射されるインク飛沫
は、図１の斜視図に拠れば当該ページから外へ出てくる
ように噴射されることになる。
【００１０】図２Ａは、本発明に従った単一エジェクタ
において見出されるような１つの加熱要素１４によって
設けられる加熱表面を詳細に示している、ヒータ・チッ
プ１０の主要表面の一部に関する平面図である。更に、
図２Ａにおいて破線で示されるものは、ヒータ・チップ
１０の主要表面に対してそれが連結される場合の流路プ
レート１２内における流路１６の境界線である。
において見出されるような１つの加熱要素１４によって
設けられる加熱表面を詳細に示している、ヒータ・チッ
プ１０の主要表面の一部に関する平面図である。更に、
図２Ａにおいて破線で示されるものは、ヒータ・チップ
１０の主要表面に対してそれが連結される場合の流路プ
レート１２内における流路１６の境界線である。
【００１１】本発明に拠れば、加熱要素１４は、所定の
特殊な構造体を包含する。図示されたように、夫々に流
路１６内における比較的小さな表面領域を占める２つの
「コンバータ（converters）」２０ａ及び２０ｂが設け
られ、比較的大きな「ディストリビュータ（distributo
r）」２２が、コンバータ２０ａ、２０ｂの間に加熱表
面の大部分を設けることになる。添付請求項の目的のた
めには、「コンバータ」は、それに対して加えられる電
気エネルギーを、最終的には流路１６内における液体イ
ンクに泡核生成するために使用可能である熱エネルギー
に変換するように成した構造体であり、「ディストリビ
ュータ」２２は、２０ａ、２０ｂのようなコンバータに
よって形成される熱エネルギーを配分し或いは放散させ
るように成した構造体である。実際的な観点から見れ
ば、コンバータ２０ａ、２０ｂは、それに対して電気エ
ネルギーが加えられる電極であり、ディストリビュータ
２２は、一般に熱伝導性の構造体である。
特殊な構造体を包含する。図示されたように、夫々に流
路１６内における比較的小さな表面領域を占める２つの
「コンバータ（converters）」２０ａ及び２０ｂが設け
られ、比較的大きな「ディストリビュータ（distributo
r）」２２が、コンバータ２０ａ、２０ｂの間に加熱表
面の大部分を設けることになる。添付請求項の目的のた
めには、「コンバータ」は、それに対して加えられる電
気エネルギーを、最終的には流路１６内における液体イ
ンクに泡核生成するために使用可能である熱エネルギー
に変換するように成した構造体であり、「ディストリビ
ュータ」２２は、２０ａ、２０ｂのようなコンバータに
よって形成される熱エネルギーを配分し或いは放散させ
るように成した構造体である。実際的な観点から見れ
ば、コンバータ２０ａ、２０ｂは、それに対して電気エ
ネルギーが加えられる電極であり、ディストリビュータ
２２は、一般に熱伝導性の構造体である。
【００１２】図２Ｂは、図２Ａで示された加熱要素１４
の配線略図である。加熱要素１４の全体的な構造は、並
列の３つの抵抗体から構成される。コンバータ２０ａ、
２０ｂは、図示されたように比較的低い固有抵抗のもの
であるが、ディストリビュータ２２の構造は、比較的高
い固有抵抗のものであり、実際には電気的な絶縁体であ
ることも可能である。両方の図面、図２Ａ及び図２Ｂを
検討すると、コンバータ２０ａ、２０ｂは、流路１６内
においてディストリビュータ２２によって概ね形成され
る加熱領域の周辺の各部分の廻りにおける比較的低い固
有抵抗の帯域であることが重要である。図２Ｂで示され
たように、並列の３つの抵抗体に対して電圧が印加され
ると、その電力の大部分は、コンバータ２０ａ、２０ｂ
を介して伝導し、比較的僅かなものだけがディストリビ
ュータ２２を通過することになる。ディストリビュータ
２２の機能は、コンバータ２０ａ、２０ｂの機能である
ように成した、加えられた電気エネルギーを熱エネルギ
ーに変換することではなく、コンバータ２０ａ、２０ｂ
によって形成された熱のディストリビュータとして機能
することなのである。
の配線略図である。加熱要素１４の全体的な構造は、並
列の３つの抵抗体から構成される。コンバータ２０ａ、
２０ｂは、図示されたように比較的低い固有抵抗のもの
であるが、ディストリビュータ２２の構造は、比較的高
い固有抵抗のものであり、実際には電気的な絶縁体であ
ることも可能である。両方の図面、図２Ａ及び図２Ｂを
検討すると、コンバータ２０ａ、２０ｂは、流路１６内
においてディストリビュータ２２によって概ね形成され
る加熱領域の周辺の各部分の廻りにおける比較的低い固
有抵抗の帯域であることが重要である。図２Ｂで示され
たように、並列の３つの抵抗体に対して電圧が印加され
ると、その電力の大部分は、コンバータ２０ａ、２０ｂ
を介して伝導し、比較的僅かなものだけがディストリビ
ュータ２２を通過することになる。ディストリビュータ
２２の機能は、コンバータ２０ａ、２０ｂの機能である
ように成した、加えられた電気エネルギーを熱エネルギ
ーに変換することではなく、コンバータ２０ａ、２０ｂ
によって形成された熱のディストリビュータとして機能
することなのである。
【００１３】サーマル・インクジェット印刷では、１つ
のエジェクタからの１回の噴射において形成されるイン
クの特定スポットのサイズは、当該エジェクタから噴射
される液体インクの体積に依存する。続いて、各々のエ
ジェクタから噴射されるインク飛沫のサイズは、主とし
て、流路内において蒸発（核生成）されるインクの泡の
体積に依存する。核生成される泡のサイズは、主には、
参照番号１６のような流路内において利用可能である加
熱表面のサイズの関数であり、一般的な観点から見る
と、流路１６内における有効加熱表面が大きくなれば、
結果として生じる蒸発インクの泡もまた大きくなり、更
に、液体インクのより大きな体積が噴射されることにな
る。本発明の加熱要素の機能は、加熱領域の有効サイズ
に影響を与えることが可能になることであり、それによ
って、核生成されるインク泡のサイズの制御を可能に
し、結果として、噴射されるインク飛沫の体積を制御す
ることなのである。
のエジェクタからの１回の噴射において形成されるイン
クの特定スポットのサイズは、当該エジェクタから噴射
される液体インクの体積に依存する。続いて、各々のエ
ジェクタから噴射されるインク飛沫のサイズは、主とし
て、流路内において蒸発（核生成）されるインクの泡の
体積に依存する。核生成される泡のサイズは、主には、
参照番号１６のような流路内において利用可能である加
熱表面のサイズの関数であり、一般的な観点から見る
と、流路１６内における有効加熱表面が大きくなれば、
結果として生じる蒸発インクの泡もまた大きくなり、更
に、液体インクのより大きな体積が噴射されることにな
る。本発明の加熱要素の機能は、加熱領域の有効サイズ
に影響を与えることが可能になることであり、それによ
って、核生成されるインク泡のサイズの制御を可能に
し、結果として、噴射されるインク飛沫の体積を制御す
ることなのである。
【００１４】図３は、本発明の作動原理を示すグラフで
ある。当該グラフのｘ軸は、コンバータ２０ａからコン
バータ２０ｂまで（図２Ａの図面において水平方向に）
加熱要素１４を横断する通路に沿った間隔を示すもので
あり、一方、ｙ軸は、所定の条件の下においてこの通路
に沿って生じる温度を示している。ｙ軸に沿ってＴNと
して表示された直線は、インクジェット印刷において蒸
発インクの所望の泡を形成するために使用される典型的
な種類の液体インクに関する沸騰温度即ち核生成温度を
示すものである。泡核生成は、局所的な液体インクの温
度がＴN以上であるように成した、コンバータ２０ａ及
び２０ｂの間におけるそれらの領域内においてのみ発生
することになる。
ある。当該グラフのｘ軸は、コンバータ２０ａからコン
バータ２０ｂまで（図２Ａの図面において水平方向に）
加熱要素１４を横断する通路に沿った間隔を示すもので
あり、一方、ｙ軸は、所定の条件の下においてこの通路
に沿って生じる温度を示している。ｙ軸に沿ってＴNと
して表示された直線は、インクジェット印刷において蒸
発インクの所望の泡を形成するために使用される典型的
な種類の液体インクに関する沸騰温度即ち核生成温度を
示すものである。泡核生成は、局所的な液体インクの温
度がＴN以上であるように成した、コンバータ２０ａ及
び２０ｂの間におけるそれらの領域内においてのみ発生
することになる。
【００１５】図３において示された３本の曲線は、様々
な特定の条件下におけるコンバータ２０ａ及び２０ｂの
間の通路に沿った液体インクの局所的な温度を示してい
る。Ａとして表示された曲線では、所定の電圧がコンバ
ータ２０ａ及び２０ｂに対して印加されると、液体イン
クの温度は、コンバータ２０ａ及び２０ｂに向かって他
の場所よりも高くなるが、いかなる場合も、液体インク
が必要な泡核生成温度ＴＮを越えることにはならない。
しかしながら、曲線Ａの全体的なプロフィールは、ディ
ストリビュータ２２がコンバータ２０ａ、２０ｂからの
熱エネルギーをその加熱表面を横断して配分する様式を
示している。
な特定の条件下におけるコンバータ２０ａ及び２０ｂの
間の通路に沿った液体インクの局所的な温度を示してい
る。Ａとして表示された曲線では、所定の電圧がコンバ
ータ２０ａ及び２０ｂに対して印加されると、液体イン
クの温度は、コンバータ２０ａ及び２０ｂに向かって他
の場所よりも高くなるが、いかなる場合も、液体インク
が必要な泡核生成温度ＴＮを越えることにはならない。
しかしながら、曲線Ａの全体的なプロフィールは、ディ
ストリビュータ２２がコンバータ２０ａ、２０ｂからの
熱エネルギーをその加熱表面を横断して配分する様式を
示している。
【００１６】曲線Ｂは、コンバータ２０ａ、２０ｂに対
して僅かに大きなエネルギーが加えられる場合における
温度プロフィールを示している。曲線Ｂの条件下では、
コンバータ２０ａ及び２０ｂにおいて放散される電力
は、曲線Ｂがコンバータに比較的接近した領域内におい
て泡核生成温度ＴＮを越えるという事実によって示され
るように、各々のコンバータに直に隣接する多量のイン
クが泡核生成することを可能にする十分なものである。
曲線Ｂを曲線Ａに比較すると、曲線Ｂの存在を可能にす
る条件は、曲線Ａと比べてコンバータ２０ａ、２０ｂに
おいて電圧が増大されることであり、及び／又は、曲線
Ｂの条件の場合の「パルス幅（pulse width）」が長く
され、即ち、すべての噴射の事象に関して、必要な電圧
がより長い時間周期に渡ってコンバータ２０ａ、２０ｂ
に印加されることである。
して僅かに大きなエネルギーが加えられる場合における
温度プロフィールを示している。曲線Ｂの条件下では、
コンバータ２０ａ及び２０ｂにおいて放散される電力
は、曲線Ｂがコンバータに比較的接近した領域内におい
て泡核生成温度ＴＮを越えるという事実によって示され
るように、各々のコンバータに直に隣接する多量のイン
クが泡核生成することを可能にする十分なものである。
曲線Ｂを曲線Ａに比較すると、曲線Ｂの存在を可能にす
る条件は、曲線Ａと比べてコンバータ２０ａ、２０ｂに
おいて電圧が増大されることであり、及び／又は、曲線
Ｂの条件の場合の「パルス幅（pulse width）」が長く
され、即ち、すべての噴射の事象に関して、必要な電圧
がより長い時間周期に渡ってコンバータ２０ａ、２０ｂ
に印加されることである。
【００１７】曲線Ｃを検討すると、コンバータ２０ａ、
２０ｂに対して加えられるより大きな電力が、曲線をＴ
Ｎの上に押し上げることになり、これは、コンバータ２
０ａ、２０ｂの近傍において比較的多量の液体インクが
泡核生成されることを意味する。比較的多量の泡核生成
は、結果として、比較的多量の噴射インク飛沫を生じる
ことになる。簡単に言うと、図３において示された曲線
がより高くなれば、流路１６内における蒸気泡が大きく
なり、従って、噴射される飛沫も大きくなるのである。
２０ｂに対して加えられるより大きな電力が、曲線をＴ
Ｎの上に押し上げることになり、これは、コンバータ２
０ａ、２０ｂの近傍において比較的多量の液体インクが
泡核生成されることを意味する。比較的多量の泡核生成
は、結果として、比較的多量の噴射インク飛沫を生じる
ことになる。簡単に言うと、図３において示された曲線
がより高くなれば、流路１６内における蒸気泡が大きく
なり、従って、噴射される飛沫も大きくなるのである。
【００１８】本発明に拠れば、図３においてＡ、Ｂ及び
Ｃで示された様々な曲線（又は当該グラフ内における何
らかの潜在的な曲線）は、印加される電圧及び／又はパ
ルス幅に応じて獲得され得るものであり、印加される電
圧及び／又はパルス幅がより高くなれば、その噴射行動
は、曲線Ｃにより接近して類似することになる。本発明
の好適な実施例に拠れば、インクジェット・プリンタ内
におけるインク噴射において制御されることが可能であ
る最も有益な変数は、パルス幅であり、印加される電圧
は実質的に一定のままに保たれる。従って、図２Ａで示
されたような加熱要素１４の構造は、パルス幅が各々の
噴射に応じて発生する泡核生成の量を制御すべく変更さ
れることが可能であり、それによって、パルス幅の関数
として生じるインク飛沫の体積に関する制御を許容する
ように成した、システムを可能にするのである。電圧ｖ
Ｐ及び／又はパルス幅ｔＰを制御するための手段は、電
源３０として示されるものであり、そのような電源の基
本的な構造は、当該分野における熟練技術者にとっては
明白であろう。
Ｃで示された様々な曲線（又は当該グラフ内における何
らかの潜在的な曲線）は、印加される電圧及び／又はパ
ルス幅に応じて獲得され得るものであり、印加される電
圧及び／又はパルス幅がより高くなれば、その噴射行動
は、曲線Ｃにより接近して類似することになる。本発明
の好適な実施例に拠れば、インクジェット・プリンタ内
におけるインク噴射において制御されることが可能であ
る最も有益な変数は、パルス幅であり、印加される電圧
は実質的に一定のままに保たれる。従って、図２Ａで示
されたような加熱要素１４の構造は、パルス幅が各々の
噴射に応じて発生する泡核生成の量を制御すべく変更さ
れることが可能であり、それによって、パルス幅の関数
として生じるインク飛沫の体積に関する制御を許容する
ように成した、システムを可能にするのである。電圧ｖ
Ｐ及び／又はパルス幅ｔＰを制御するための手段は、電
源３０として示されるものであり、そのような電源の基
本的な構造は、当該分野における熟練技術者にとっては
明白であろう。
【００１９】本発明に従えば、飛沫サイズは、理論的に
は、印刷ヘッドのための電源に関する現在の実際的な設
計の大部分において、電圧及び／又はパルス幅の連続的
な変動によって連続的に変更され得るものであることに
なるが、その電圧及びパルス幅は、連続的ではなく一定
の増分に従って変更されている。
は、印刷ヘッドのための電源に関する現在の実際的な設
計の大部分において、電圧及び／又はパルス幅の連続的
な変動によって連続的に変更され得るものであることに
なるが、その電圧及びパルス幅は、連続的ではなく一定
の増分に従って変更されている。
【００２０】図２Ａに戻って参照すると、コンバータ２
０ａ、２０ｂは、この特殊な実施例では、比較的低い固
有抵抗のものである材料から構成される。コンバータ２
０ａ、２０ｂのための好適な材料は、高度にドーピング
されたポリシリコン又はアルミニウム金属被覆を包含す
るものであり、必要に応じて腐食を防止する保護層によ
って被覆されることが可能である。更にコンバータのた
めに有益であるものは、タンタル及び／又はプラチナの
ような金属によってドーピングされたシリコンのような
ケイ化物である。ディストリビュータ２２のための材料
は、コンバータ２０ａ、２０ｂと比べて比較的高い固有
抵抗のものであるべきであり、それと同時に、ディスト
リビュータ２２のための材料は、比較的高い熱伝導性の
ものでもなければならない。ディストリビュータ２２の
ための好適な材料は、タンタル又は比較的低くドーピン
グされたポリシリコンを包含する。更にディストリビュ
ータのために有益であるものは、金属又はダイヤモンド
状のカーボンであることも可能である。全体像として、
コンバータ２０ａ、２０ｂは、電気の良導体であるべき
であり、それによって、熱エネルギーに対する電気の転
換を容易にするものであるのに対して、流路１６内にお
ける露出したディストリビュータ２２の比較的大きな露
出表面は、結果として生じる熱エネルギーがそれを介し
て加熱表面から流路１６内の液体インクに対して放散さ
れ得ることになる領域を提供するのである。
０ａ、２０ｂは、この特殊な実施例では、比較的低い固
有抵抗のものである材料から構成される。コンバータ２
０ａ、２０ｂのための好適な材料は、高度にドーピング
されたポリシリコン又はアルミニウム金属被覆を包含す
るものであり、必要に応じて腐食を防止する保護層によ
って被覆されることが可能である。更にコンバータのた
めに有益であるものは、タンタル及び／又はプラチナの
ような金属によってドーピングされたシリコンのような
ケイ化物である。ディストリビュータ２２のための材料
は、コンバータ２０ａ、２０ｂと比べて比較的高い固有
抵抗のものであるべきであり、それと同時に、ディスト
リビュータ２２のための材料は、比較的高い熱伝導性の
ものでもなければならない。ディストリビュータ２２の
ための好適な材料は、タンタル又は比較的低くドーピン
グされたポリシリコンを包含する。更にディストリビュ
ータのために有益であるものは、金属又はダイヤモンド
状のカーボンであることも可能である。全体像として、
コンバータ２０ａ、２０ｂは、電気の良導体であるべき
であり、それによって、熱エネルギーに対する電気の転
換を容易にするものであるのに対して、流路１６内にお
ける露出したディストリビュータ２２の比較的大きな露
出表面は、結果として生じる熱エネルギーがそれを介し
て加熱表面から流路１６内の液体インクに対して放散さ
れ得ることになる領域を提供するのである。
【００２１】図２Ａで示されたような加熱要素１４に関
して提案された１つの実際的な実施例では、長さ（図面
の視野における縦方向）が２００マイクロメータである
加熱要素１４は、夫々に幅（図面の視野における水平方
向）がほぼ２マイクロメータであるコンバータ２０ａ、
２０ｂを包含するものであり、そのディストリビュータ
２２は、幅が１８マイクロメータである。
して提案された１つの実際的な実施例では、長さ（図面
の視野における縦方向）が２００マイクロメータである
加熱要素１４は、夫々に幅（図面の視野における水平方
向）がほぼ２マイクロメータであるコンバータ２０ａ、
２０ｂを包含するものであり、そのディストリビュータ
２２は、幅が１８マイクロメータである。
【００２２】図４Ａは、本発明の加熱要素１４の代替的
な実施例であり且つ何らかの点で好適である実施例に関
する平面図であり、図４Ｂは、それに関する配線略図で
ある。図４Ａ及び図４Ｂでは、図２Ａ及び図２Ｂに比較
して、同様の参照番号が同様の機能的な要素を示すもの
ではあるが、所定の重要な構造的相違が存在する。図４
Ａにおいて示された加熱要素１４では、加熱表面の周辺
に沿って２０ａ及び２０ｂのようなコンバータを設ける
代わりに、それらのコンバータは、加熱表面を横断して
延在するように成した、一連のストリップとして配置さ
れる。図４Ｂで示されたように、２０ａ−２０ｄとして
表示されたこれらの個別的なストリップは、結局は、上
述の実施例における並列とは対照的に、電源３０に対し
て直列に接続されるのである。
な実施例であり且つ何らかの点で好適である実施例に関
する平面図であり、図４Ｂは、それに関する配線略図で
ある。図４Ａ及び図４Ｂでは、図２Ａ及び図２Ｂに比較
して、同様の参照番号が同様の機能的な要素を示すもの
ではあるが、所定の重要な構造的相違が存在する。図４
Ａにおいて示された加熱要素１４では、加熱表面の周辺
に沿って２０ａ及び２０ｂのようなコンバータを設ける
代わりに、それらのコンバータは、加熱表面を横断して
延在するように成した、一連のストリップとして配置さ
れる。図４Ｂで示されたように、２０ａ−２０ｄとして
表示されたこれらの個別的なストリップは、結局は、上
述の実施例における並列とは対照的に、電源３０に対し
て直列に接続されるのである。
【００２３】本発明のこの実施例に拠れば、各々のスト
リップ２０ａ−２０ｄの抵抗は、図示されたようにコン
バータの間に挿入されるように成したディストリビュー
タ２２を形成する表面に比べて比較的高いものである。
そのような構造体は、例えば、ディストリビュータ領域
２２を形成するポリシリコンに比べて、コンバータ２０
ａ、２０ｂに対応する領域内においてポリシリコンの低
いドーピングを設けることによって、形成されることが
可能である。再び、この実施例でもまた、コンバータ２
０ａ−２０ｄの機能は、それに対して印加された電圧を
熱エネルギーに変換することであり、ディストリビュー
タ２２に対応する領域の機能は、コンバータによって形
成された熱を配分することである。再び、ここでもま
た、各々の噴射に応じてコンバータに対して加えられる
電圧及び／又はパルス幅が大きくなれば、必要な泡核生
成温度ＴＮの大きな領域が加熱要素１４によって形成さ
れる加熱表面に存在して、より大きな蒸気泡が生じるこ
とになる。
リップ２０ａ−２０ｄの抵抗は、図示されたようにコン
バータの間に挿入されるように成したディストリビュー
タ２２を形成する表面に比べて比較的高いものである。
そのような構造体は、例えば、ディストリビュータ領域
２２を形成するポリシリコンに比べて、コンバータ２０
ａ、２０ｂに対応する領域内においてポリシリコンの低
いドーピングを設けることによって、形成されることが
可能である。再び、この実施例でもまた、コンバータ２
０ａ−２０ｄの機能は、それに対して印加された電圧を
熱エネルギーに変換することであり、ディストリビュー
タ２２に対応する領域の機能は、コンバータによって形
成された熱を配分することである。再び、ここでもま
た、各々の噴射に応じてコンバータに対して加えられる
電圧及び／又はパルス幅が大きくなれば、必要な泡核生
成温度ＴＮの大きな領域が加熱要素１４によって形成さ
れる加熱表面に存在して、より大きな蒸気泡が生じるこ
とになる。
【００２４】図４Ａで示された概略的な設計の加熱要素
１４を有するエジェクタに関して提案された１つの実施
例では、２００マイクロメータの全長（図面の視野にお
ける縦方向）を有する加熱要素は、夫々に２マイクロメ
ータの幅（図面の視野における縦方向）の５つのコンバ
ータ２０ａ、２０ｂなどを包含する。それらのコンバー
タの幅は、ディストリビュータの幅の２５％より小さい
か又はそれと等しいものであるべきである。
１４を有するエジェクタに関して提案された１つの実施
例では、２００マイクロメータの全長（図面の視野にお
ける縦方向）を有する加熱要素は、夫々に２マイクロメ
ータの幅（図面の視野における縦方向）の５つのコンバ
ータ２０ａ、２０ｂなどを包含する。それらのコンバー
タの幅は、ディストリビュータの幅の２５％より小さい
か又はそれと等しいものであるべきである。
【００２５】図２Ａ−図２Ｂ及び図４Ａ−図４Ｂの両方
の実施例では、個別的な蒸気泡の個数は、各々の噴射に
応じて、概ねすべてのコンバータについて１つの泡を産
み出すものであることが留意されることになる。インク
ジェット印刷のための加熱要素に関する先行技術の大部
分の設計では、１つのみの蒸気泡を各々の噴射に応じて
形成する手段を設けることが典型的である。複数の蒸気
泡が各々の噴射に応じて形成され得るという事実は、エ
ジェクタの全体的な性能に実質的な影響を有するもので
はないが、一般に、各々の噴射に応じて生じる蒸気泡の
すべてがほぼ同じサイズであって、その結果、各々の噴
射に応じて生じる複数の蒸気泡の１つが他のものを超越
するものではないことが好適である。比較的大きな蒸気
泡を形成する場合には、いずれにしても、複数の同時発
生的な蒸気泡は、飛沫を噴射する過程において融合する
傾向を有することになる。
の実施例では、個別的な蒸気泡の個数は、各々の噴射に
応じて、概ねすべてのコンバータについて１つの泡を産
み出すものであることが留意されることになる。インク
ジェット印刷のための加熱要素に関する先行技術の大部
分の設計では、１つのみの蒸気泡を各々の噴射に応じて
形成する手段を設けることが典型的である。複数の蒸気
泡が各々の噴射に応じて形成され得るという事実は、エ
ジェクタの全体的な性能に実質的な影響を有するもので
はないが、一般に、各々の噴射に応じて生じる蒸気泡の
すべてがほぼ同じサイズであって、その結果、各々の噴
射に応じて生じる複数の蒸気泡の１つが他のものを超越
するものではないことが好適である。比較的大きな蒸気
泡を形成する場合には、いずれにしても、複数の同時発
生的な蒸気泡は、飛沫を噴射する過程において融合する
傾向を有することになる。
【００２６】本発明は、開示された構造体に関連して説
明されてきたが、それは、記載された細部に対して限定
されるものではなく、添付請求項の範囲の中に包含され
得るような修正又は変更をもカバーするものとして意図
されるのである。
明されてきたが、それは、記載された細部に対して限定
されるものではなく、添付請求項の範囲の中に包含され
得るような修正又は変更をもカバーするものとして意図
されるのである。
【図１】本発明と共に使用されることになるようなサー
マル・インクジェット・エジェクタの基本的な要素を示
す、簡略化された斜視図である。
マル・インクジェット・エジェクタの基本的な要素を示
す、簡略化された斜視図である。
【図２】２Ａは、本発明の１つの実施例に従った加熱要
素に関する平面図であり、２Ｂは２Ａの加熱要素に関す
る配線略図である。
素に関する平面図であり、２Ｂは２Ａの加熱要素に関す
る配線略図である。
【図３】加熱要素からの距離の関数として、図２Ａで示
されたような加熱要素において様々な条件下で生じる温
度を示すグラフである。
されたような加熱要素において様々な条件下で生じる温
度を示すグラフである。
【図４】４Ａは、本発明のもう１つの代替的な実施例に
従った加熱要素に関する平面図であり、４Ｂは４Ａの加
熱要素に関する配線略図である。
従った加熱要素に関する平面図であり、４Ｂは４Ａの加
熱要素に関する配線略図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ピーター・エイ・トーピー アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14580 ウェブスター マウントビュークレセン ト ９ (72)発明者 キャシー・ジェイ・バーク アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14625 ロチェスター スーペリアロード 135
Claims (3)
- 【請求項１】インクジェット印刷装置であって：多量の
液体インクをその内部に保持するための流路を画成する
構造体と；流路に隣接する加熱要素とを含んで成り；当
該加熱要素は、それに対して加えられる電気エネルギー
を熱エネルギーに変換するコンバータと、 加熱表面を流路の内部に画成して、コンバータからの熱
エネルギーを加熱表面を介して流路の中に放散させ、そ
れによって流路内の液体インクの中に泡を核生成するデ
ィストリビュータであって、コンバータとは異なった固
有抵抗を有するように成した当該ディストリビュータと
を包含するように成し、 当該加熱表面は、流路内部の周辺を画成するように成
し、当該コンバータは、加熱表面の周辺の少なくとも一
部に沿って配設されるように成した、頭記インクジェッ
ト印刷装置。 - 【請求項２】当該コンバータは、加熱表面の周辺の第１
部分及び第２部分に沿って配設され、周辺の第１部分内
におけるコンバータは、周辺の第２部分内におけるコン
バータと電気的に並列に接続されるように成した、請求
項１に記載の装置。 - 【請求項３】当該コンバータは、加熱表面を横断して延
在する第１ストリップの内部及び加熱表面を横断して延
在する第２ストリップの内部に配設され、第１ストリッ
プ及び第２ストリップは、電気的に直列に接続されるよ
うに成した、請求項１に記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US794247 | 1985-10-31 | ||
| US08/794,247 US5933166A (en) | 1997-02-03 | 1997-02-03 | Ink-jet printhead allowing selectable droplet size |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10217470A true JPH10217470A (ja) | 1998-08-18 |
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Family
ID=25162118
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01296598A Expired - Fee Related JP4098869B2 (ja) | 1997-02-03 | 1998-01-26 | インクジェット印刷装置 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5933166A (ja) |
| JP (1) | JP4098869B2 (ja) |
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| US20050179716A1 (en) * | 2004-02-14 | 2005-08-18 | Eastman Kodak Company | Apparatus and method of controlling temperatures in ejection mechanisms |
| US7258410B2 (en) * | 2004-11-10 | 2007-08-21 | Xerox Corporation | Method and apparatus for reducing intercolor bleed to improve print quality |
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|---|---|---|---|---|
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| DE2945658A1 (de) * | 1978-11-14 | 1980-05-29 | Canon Kk | Fluessigkeitsstrahl-aufzeichnungsverfahren |
| US5204689A (en) * | 1979-04-02 | 1993-04-20 | Canon Kabushiki Kaisha | Ink jet recording head formed by cutting process |
| JPS63160853A (ja) * | 1986-12-25 | 1988-07-04 | Canon Inc | 液体噴射記録ヘツド |
| US4870433A (en) * | 1988-07-28 | 1989-09-26 | International Business Machines Corporation | Thermal drop-on-demand ink jet print head |
| US4935752A (en) * | 1989-03-30 | 1990-06-19 | Xerox Corporation | Thermal ink jet device with improved heating elements |
| US4947189A (en) * | 1989-05-12 | 1990-08-07 | Eastman Kodak Company | Bubble jet print head having improved resistive heater and electrode construction |
| JPH0315563A (ja) * | 1989-06-13 | 1991-01-23 | Nec Corp | サーマルヘッド |
| JP2836167B2 (ja) * | 1990-02-20 | 1998-12-14 | 富士ゼロックス株式会社 | インクジェットプリントヘッド |
| JPH03293165A (ja) * | 1990-04-12 | 1991-12-24 | Tokyo Electric Co Ltd | サーマルヘッド |
| JPH0452148A (ja) * | 1990-06-19 | 1992-02-20 | Toshiba Corp | サーマルヘッド |
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1997
- 1997-02-03 US US08/794,247 patent/US5933166A/en not_active Expired - Lifetime
-
1998
- 1998-01-26 JP JP01296598A patent/JP4098869B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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