JPH10264393A - Thermal ink-jet print head suitable for viscous ink - Google Patents

Thermal ink-jet print head suitable for viscous ink

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JPH10264393A
JPH10264393A JP10072053A JP7205398A JPH10264393A JP H10264393 A JPH10264393 A JP H10264393A JP 10072053 A JP10072053 A JP 10072053A JP 7205398 A JP7205398 A JP 7205398A JP H10264393 A JPH10264393 A JP H10264393A
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JP
Japan
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channel
heating
cross
sectional area
ink
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Withdrawn
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JP10072053A
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Japanese (ja)
Inventor
David A Mantell
エイ マンテル ディヴィッド
F Onell James
エフ オニール ジェームズ
V Deschpande Narayan
ヴィー デシュパンデ ナラヤン
Eric Peeters
ピーターズ エリック
E Doruuzu Reinhold
イー ドルーズ ラインホルド
R Eames Dale
アール イームズ デイル
Constance J Thornton
ジェイ ソーントン コンスタンス
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Xerox Corp
Original Assignee
Xerox Corp
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Publication date
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    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
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    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/14Structure thereof only for on-demand ink jet heads
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    • B41J2/14032Structure of the pressure chamber
    • B41J2/1404Geometrical characteristics
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
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    • B41J2/005Typewriters 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
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
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    • B41J2002/14379Edge shooter
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    • B41J2002/14387Front shooter

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To discharge ink in an optimum manner by forming a cavity defined by a channel plate so that a lateral sectional area from a manifold part through a heating part to a nozzle part is smaller stepwise. SOLUTION: A channel is formed at a face of a heating chip 10 where a primary plane where a heating element 60 is arranged and a channel plate 12 butt. A part of the channel plate 12 immediately adjacent to a heating part 20 where the heating element 60 is arranged is formed as a nozzle part 22. An end part of the heating part 20 at the opposite side is formed as a manifold part 24. A lateral sectional area of a cavity formed by the channel plate 12 is made smaller stepwise from the manifold part 24 to the nozzle part 22 through the heating part 20. A liquid ink particularly of a larger viscosity than 2P is discharged in an optimum manner accordingly.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、各噴出器の流体フ
ローチャンネルが最適に働くよう特別に形成されたサー
マルインクジェットプリンタのためのプリントヘッドに
関し、特に、2センチポアズの粘度より大きな液体イン
クを噴出することに関する。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a printhead for a thermal ink jet printer specially formed so that the fluid flow channel of each ejector works optimally, and more particularly to ejecting liquid ink with a viscosity greater than 2 centipoise. About doing.

【0002】[0002]

【従来の技術】サーマルインクジェットプリントでは、
インク滴は、プリントヘッドの複数の滴噴出器から選択
的に噴出される。これらの噴出器はデジタル命令に従っ
て操作され、プリントヘッドに関して移動するプリント
シートの上に所望の画像を生成する。これらの噴出器
は、一般に、1つ若しくは2つ以上の共通インク供給マ
ニホールドに接続された、細管チャンネル、若しくは、
他のインク通路を備える。チャンネルのインクが、適当
なデジタル信号に応答して、チャンネル内の表面上に配
置された加熱素子によって急速に加熱されるまで、イン
クは各チャンネル内に保持される。チャンネルに近接す
るインクのこの急速な気化によってバブルが生成され、
このバブルは、チャンネルに関連付けられた開口を通じ
てプリントシートへ噴出されるある量の液体インクを生
じさせる。バブルを生成する急速な気化は一般に「核形
成」として知られる。
2. Description of the Related Art In thermal ink jet printing,
Ink drops are selectively ejected from a plurality of drop ejectors of the printhead. These jets are operated according to digital commands to produce the desired image on the print sheet moving with respect to the printhead. These jets are typically connected to one or more common ink supply manifolds, capillary channels, or
Another ink passage is provided. Ink is retained in each channel until the ink in the channels is rapidly heated in response to an appropriate digital signal by a heating element disposed on a surface within the channel. This rapid vaporization of the ink close to the channel creates bubbles,
This bubble creates an amount of liquid ink that is ejected onto the print sheet through the opening associated with the channel. The rapid vaporization that produces bubbles is commonly known as "nucleation".

【0003】サーマルインクジェット噴出器の多くの設
計では、加熱素子周囲のキャビティの容積は比較的大き
く、この加熱素子の前方及び後方に向かってより狭くな
った部分を有する。ノズル領域におけるこの狭い部分
は、噴出器の外部に押し出される滴の量を制限し、キャ
ビティ内へ空気が取り込まれるのを防止し、インク滴が
噴出された後に急速補充を行うための細管力を与える。
マニホールド(インク供給)側の狭い部分は、加熱素子
上に形成されるバブルを含み、核形成中及び核形成後に
インクの後方流れを制限し、一旦キャビティが補充され
たときはインクの補充を弱まらせてインクがノズルの外
部に張り出すのを防止する。本発明は噴出器の設計を記
述するものであり、この設計では、噴出器のキャビティ
のマニホールド側が加熱素子の周辺の部分よりもかなり
大きく、マニホールド側のインクに小さな物理的制限を
与える。マニホールド側の通常の制限機能は、狭くされ
たノズル部分とインク自身の粘性との組合せによって提
供される。この「開いた」形状は核形成後に急速補充を
提供するものであり、これは上記バブルの崩壊によって
促進される。
[0003] In many designs of thermal ink jet ejectors, the volume of the cavity around the heating element is relatively large, having a narrower portion forward and backward of the heating element. This narrow portion of the nozzle area limits the amount of droplets pushed out of the ejector, prevents air from being trapped in the cavity, and provides capillary force for rapid refilling after the ink droplet has been ejected. give.
The narrow portion on the manifold (ink supply) side contains bubbles formed on the heating element, restricting the backflow of ink during and after nucleation and weakening the ink refill once the cavity is refilled. To prevent the ink from protruding outside the nozzle. The present invention describes an ejector design in which the manifold side of the ejector cavity is much larger than the periphery of the heating element, which imposes small physical restrictions on the ink on the manifold side. The usual limiting function on the manifold side is provided by a combination of the narrowed nozzle section and the viscosity of the ink itself. This "open" shape provides rapid replenishment after nucleation, which is facilitated by the collapse of the bubble.

【0004】米国特許第4,994,826号は、「サ
イドシューター」サーマルインクジェットプリントヘッ
ドの1つの設計を開示する。この特許に示された基本的
なプリントヘッド設計の簡易図が図1としてここに示さ
れている。サイドシューターインクジェットプリントヘ
ッドの典型的な設計ではどのような設計によるものであ
っても、プリントヘッドの個々の噴出器は、本質的に、
「加熱チップ」(ここでは図1に10として示されてい
る)と、「チャンネルプレート」(ここでは図1に12
として示されている)との間の突き合わせ面に沿って形
成されている。’826号特許の設計によれば、加熱チ
ップ10とチャンネルプレート12の突き合わせ面の間
に、ここでは50として示された「厚膜絶縁層」(図1
の断面立面図では2つの部分で示されている)が存在す
る。図1の従来プリントヘッドの各噴出器について、チ
ャンネルプレート12には、2つのキャビティと、1つ
のマニホールド52と、1つのチャンネル54が配置さ
れている。チャンネルプレート12自身の内部では、マ
ニホールド52とチャンネル54は互いに直接的に接続
されておらず、そうではなく、図1に示されるように、
マニホールド52は、厚膜フィルム絶縁層50に配置さ
れた、ここでは56として示されている、窪みを介し
て、チャンネル54と連絡している。プリントヘッドの
各噴出器のチャンネル54の内部には、加熱素子60が
配置されており、この加熱素子60は、その一般的な構
造が58として示されている回路素子を通じて、電圧源
に動作可能に取り付けられている。いずれのサーマルイ
ンクジェットプリントヘッドを用いたときにも、加熱素
子60に対する電圧の付与によって、近接する液体イン
クに所望の核形成が生じ、この場合、液体インクはいつ
でもある特定の噴出器のチャンネル54内に保持され
る。
US Pat. No. 4,994,826 discloses one design of a “side shooter” thermal ink jet printhead. A simplified diagram of the basic printhead design shown in this patent is shown here as FIG. Regardless of the typical design of a side shooter inkjet printhead, the individual ejectors of the printhead are essentially
A “heating chip” (here shown as 10 in FIG. 1) and a “channel plate” (here 12 in FIG. 1)
(Shown as). According to the design of the '826 patent, between the abutting surfaces of the heating chip 10 and the channel plate 12, a "thick insulating layer", here designated 50 (FIG. 1).
(Shown in two parts in the cross-sectional elevation view). For each ejector of the conventional printhead of FIG. 1, the channel plate 12 is provided with two cavities, one manifold 52, and one channel. Inside the channel plate 12 itself, the manifold 52 and the channel 54 are not directly connected to each other, but rather, as shown in FIG.
Manifold 52 communicates with channel 54 via a depression, here shown as 56, located in thick film insulation layer 50. Disposed within the channel 54 of each ejector of the printhead is a heating element 60 operable to a voltage source through circuit elements whose general structure is shown as 58. Attached to. With any thermal ink jet printhead, the application of a voltage to the heating element 60 causes the desired nucleation of the adjacent liquid ink, where the liquid ink is always in a particular ejector channel 54. Is held.

【0005】図1の従来プリントヘッドの特別の構造
は、チャンネル54内の「ピット」内に配置された加熱
素子60を示していること、及び、実際のノズル62、
そこから液体インクが噴出されるのであるが、このノズ
ルは、厚膜絶縁層58と同一の平面内に存在すること、
が分かるだろう。この構造の一般的な目的は、参照した
特許に記述されているように、インクがマニホールド5
2のインクに対して核形成するときに、背圧の流体効果
を最小とし、また、核噴出の直後にノズル62を通じて
空気が外部に張り出すことを防止することである。プリ
ントヘッド構造は、厚膜絶縁層50に依存しており、こ
の絶縁層は、一般に、ポリイミドのような物質から形成
され、加熱チップ10とチャンネルプレート12の主面
の間に挟み込まれている。
The particular structure of the conventional printhead of FIG. 1 shows the heating element 60 located in a "pit" in the channel 54, and the actual nozzle 62,
The liquid ink is ejected from the nozzle, and this nozzle exists in the same plane as the thick film insulating layer 58.
You will understand. The general purpose of this construction is to allow the ink to be supplied to the manifold 5 as described in the referenced patent.
When nucleating the second ink, the fluid effect of the back pressure is minimized, and air is prevented from protruding outside through the nozzle 62 immediately after the nucleus ejection. The printhead structure relies on a thick-film insulating layer 50, which is typically formed of a material such as polyimide, and is sandwiched between the heating chip 10 and the major surface of the channel plate 12.

【0006】[0006]

【発明の概要】本発明の特徴によれば、少なくとも1つ
の噴出器を有したインクジェットプリント装置が提供さ
れており、この噴出器は、液体インクの流れを通すチャ
ンネルを形成する構造と、チャンネル内に配置された加
熱素子とを備える。チャンネルは、加熱素子に直に近接
する加熱部分と、チャンネルに沿って加熱部分の第1の
端部に近接するノズル部分と、チャンネルに沿って加熱
部分の第2の端部に近接するマニホールド部分とを有す
る。ノズル部分は、加熱部分の横断面積よりも小さな横
断面積を有し、マニホールド部分は、加熱部分の横断面
積よりも大きな横断面積を有する。本発明の他の特徴に
よれば、インクジェットプリントヘッドの噴出器を動作
する方法が提供されている。噴出器は、チャンネルを形
成する構造と、チャンネル内に配置された加熱素子とを
有する。チャンネルは、加熱素子に直に近接する加熱部
分と、チャンネルに沿って加熱部分の第1の端部に近接
するノズル部分と、チャンネルに沿って加熱部分の第2
の端部に近接するマニホールド部分とを有しており、マ
ニホールド部分は、加熱部分の横断面積よりも大きな横
断面積を有する。動作温度において2センチポアズより
も大きな粘度である液体インクがチャンネル中へ供給さ
れる。加熱素子は、チャンネルの液体インクを核形成し
てノズル部分から噴出されるべきある量の液体インクを
生じさせるために作動されるのであるが、この作動段階
は毎秒20,000回よりも多く発生する。
SUMMARY OF THE INVENTION According to a feature of the present invention, there is provided an ink jet printing apparatus having at least one ejector, the ejector comprising a structure for forming a channel for passing a flow of liquid ink, and a channel in the channel. And a heating element arranged at the same time. The channel includes a heating portion immediately adjacent the heating element, a nozzle portion adjacent the first end of the heating portion along the channel, and a manifold portion adjacent the second end of the heating portion along the channel. And The nozzle portion has a smaller cross-sectional area than the heated portion and the manifold portion has a larger cross-sectional area than the heated portion. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of operating an ejector of an inkjet printhead. The ejector has a structure defining a channel and a heating element disposed within the channel. The channel includes a heating portion immediately adjacent the heating element, a nozzle portion adjacent the first end of the heating portion along the channel, and a second portion of the heating portion along the channel.
And a manifold portion proximate an end of the heating portion, the manifold portion having a cross-sectional area greater than a cross-sectional area of the heating portion. Liquid ink having a viscosity greater than 2 centipoise at operating temperature is supplied into the channel. The heating element is actuated to nucleate the liquid ink in the channel to produce an amount of liquid ink to be ejected from the nozzle portion, this actuation step occurring more than 20,000 times per second. I do.

【0007】[0007]

【発明の実施形態】図2は、本発明の一実施形態による
インクジェットプリントヘッドの1つの噴出器を形成し
ているキャビティの断面立面図であり、図3は、その断
面平面図である。これらの図に示されているように、こ
の噴出器は、加熱チップ10の主要な平面とチャンネル
プレート12との突き合わせ面に形成されたチャンネル
を有する。本発明の実施形態によれば、加熱チップ10
の主面は実質的に平坦であり、この加熱チップ10の平
らな主面内に加熱素子60が配置されている。加熱素子
60の一般的な設計は従来公知であり、この加熱素子6
0は、次いで、選択的に動作し得る電圧源(図示されて
いない)に接続される。チャンネルプレート12が加熱
チップ10に対して突き合わされたとき、各噴出器の加
熱素子60は、チャンネルプレート12に形成されたチ
ャンネルの、ここでは「加熱部分」と呼ばれるもの(こ
こでは20として示されている)のすぐ隣りに近接して
配置される。
FIG. 2 is a sectional elevation view of a cavity forming one ejector of an ink jet print head according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a sectional plan view thereof. As shown in these figures, the ejector has a channel formed at the abutting surface between the main plane of the heating tip 10 and the channel plate 12. According to an embodiment of the present invention, the heating tip 10
Is substantially flat, and the heating element 60 is arranged in the flat main surface of the heating chip 10. The general design of the heating element 60 is well known in the art,
The 0 is then connected to a voltage source (not shown) that can operate selectively. When the channel plate 12 is abutted against the heating tip 10, the heating element 60 of each ejector will cause the channels formed in the channel plate 12 to be referred to herein as “heating portions” (shown here as 20). ) Is placed in close proximity to.

【0008】チャンネルプレート12のチャンネルの加
熱部分のすぐ隣りに近接して、ここではノズル部分22
と呼ばれる、より小さなチャンネルが存在し、また、加
熱部分60の反対側の端部には、チャンネルプレート1
2に形成された、ここではマニホールド部分24と呼ば
れる、より大きなキャビティが存在する。図面から明ら
かなように、マニホールド部分24、加熱部分20、及
びノズル部分22が合わさってチャンネルを形成してお
り、チャンネルプレート12に形成された大きなキャビ
ティの横断面積は、マニホールド部分24から加熱部分
20を通じて最終的にノズル部分22に到達するまでに
段階的により小さくなっている。図4は、図2や図3に
示されているような1つの噴出器の斜視図である。図4
に破線で輪郭が描かれているのは、本発明の好ましい実
施例による、1つのキャビティの形状であり、この1つ
のキャビティが、各噴出器について、チャンネルプレー
ト12に形成されている。本発明の一実施形態によれ
ば、ノズル部分22、加熱部分20、及びマニホールド
部分24は、チャンネルプレート12にキャビティとし
て形成されており、このチャンネルプレート12は、プ
リントヘッドのより多数の噴出器のための単一のモノリ
シックピースのシリコンである。図4に示されているよ
うに、ノズル部分22と加熱部分20は、流体流れの軸
に対して直角の断面で見たときは、一般に、三角形状で
あり、この三角形状の一方の側は加熱チップ10の主要
な平坦面によって形成されており、三角形状の残りの2
つの側は、チャンネルプレート12を形成するシリコン
の結晶構造の<111>面によって形成されている。図
4に示されているこのような構造は、シリコンの配向依
存エッチング(orientation-dependent etching)を通じ
て得ることができる。例えば、ノズル部分22と加熱部
分20の間の接合部21において、チャンネルプレート
12を形成するシリコンの露出面は、一般に、実質的に
は、シリコンの<210>面である。同様に、マニホー
ルド部分24の主面は、チャンネルプレート12の<1
11>面から同じように形成することができ、それらの
間の接合部23は少なくとも部分的に<210>面によ
って同じように形成される。また、プラスチック物質か
ら成る所望の形態のチャンネルプレート12を設けるこ
とも可能であるが、チャンネルプレートのためにどんな
物質が使用されるとしても、その物質の効果的な部分を
仕立てて、単一ピースの物質から成る噴出器の様々な部
分を形成することが一般には望ましい。
[0008] Immediately adjacent the heated portion of the channel of the channel plate 12, here the nozzle portion 22
There is a smaller channel, called the channel plate 1, at the opposite end of the heating section 60.
2, there is a larger cavity, here called the manifold portion 24. As is apparent from the drawing, the manifold portion 24, the heating portion 20, and the nozzle portion 22 combine to form a channel, and the cross-sectional area of the large cavity formed in the channel plate 12 is reduced from the manifold portion 24 to the heating portion 20. Until it finally reaches the nozzle portion 22. FIG. 4 is a perspective view of one ejector as shown in FIG. 2 or FIG. FIG.
Outlined in dashed lines is the shape of a cavity according to a preferred embodiment of the present invention, the cavity being formed in the channel plate 12 for each ejector. According to one embodiment of the present invention, the nozzle portion 22, the heating portion 20, and the manifold portion 24 are formed as cavities in the channel plate 12, which channel plate 12 includes a plurality of ejectors of a printhead. For a single monolithic piece of silicon. As shown in FIG. 4, the nozzle portion 22 and the heating portion 20 are generally triangular when viewed in a cross section perpendicular to the axis of the fluid flow, and one side of the triangular shape is It is formed by the main flat surface of the heating tip 10 and has the remaining two triangular shapes.
One side is formed by the <111> plane of the crystal structure of silicon forming the channel plate 12. Such a structure, shown in FIG. 4, can be obtained through orientation-dependent etching of silicon. For example, at the junction 21 between the nozzle portion 22 and the heating portion 20, the exposed surface of silicon forming the channel plate 12 is generally substantially a <210> surface of silicon. Similarly, the main surface of the manifold portion 24 is <1
11> faces can be formed in the same way, and the joints 23 between them are formed at least in part by <210> faces. It is also possible to provide the channel plate 12 in a desired form made of a plastic material, however, whatever material is used for the channel plate, the effective part of that material is tailored to a single piece. It is generally desirable to form various parts of an ejector consisting of the following materials.

【0009】加熱部分20とノズル部分22とマニホー
ルド部分24の間の接合部21及び23は、好ましく
は、インク供給部からノズル部分22に向かう軸に沿っ
てチャンネルの横断面が減少しているという点で、別々
の「ステップ」、即ち、遷移領域を形成しており、これ
らのステップは、マニホールド部分からノズルへのチャ
ンネルの横断面が連続的に減少するような設計からは区
別されるべきである。それにもかかわらず、加熱部分2
0とノズル部分22とマニホールド部分24の間のステ
ップ21及び23では、横断面積における急な変化によ
って生じ得る不所望な流れインピーダンスの原因を防ぐ
ため、図4に示されているように、チャンネルは先細に
されている。本発明の一つの好ましい実施形態によれ
ば、ノズル部分22は、全ての寸法について加熱部分2
0よりも相当に小さくされている。600dpiプリン
トヘッドのための一実施形態では、ノズル部分22が流
体流れの軸に沿って20マイクロメータの長さの場合、
その軸に沿った加熱部分20の好ましい長さは、ノズル
部分22と加熱部分20の間のステップ21によって取
られる長さを含めて、60〜200マイクロメータであ
る。また、ノズル部分22の前方開口部(つまり、プリ
ントヘッドの前面)から加熱素子60の前縁の好ましい
長さ範囲は、40〜70マイクロメータである。加熱素
子60の軸に沿った対応する好ましい長さは、25〜1
00マイクロメータの範囲に及ぶ。同様に、ノズル部分
22についての好ましい横断面幅は、10〜20マイク
ロメータであり、一方、加熱部分20の横断面幅の対応
する好ましい範囲は、20〜30マイクロメータであ
り、加熱部分20とノズル部分22の特別な横断面形を
仮定し、また、各部分がチャンネルの長さに沿って幾分
先細になると仮定すると、加熱部分20の本体の横断面
積は、一般には、ノズル部分20の本体のそれの少なく
とも2倍になるべきである。
The joints 21 and 23 between the heating section 20, the nozzle section 22 and the manifold section 24 preferably have a reduced channel cross section along an axis from the ink supply to the nozzle section 22. In this regard, separate "steps" are formed, i.e., transition regions, which should be distinguished from designs where the cross-section of the channel from the manifold portion to the nozzle is continuously reduced. is there. Nevertheless, heating part 2
In steps 21 and 23 between 0 and the nozzle portion 22 and the manifold portion 24, the channel is, as shown in FIG. 4, to prevent sources of undesired flow impedance that can be caused by sudden changes in cross-section. It has been tapered. According to one preferred embodiment of the present invention, the nozzle portion 22 comprises a heating portion 2 for all dimensions.
It is considerably smaller than zero. In one embodiment for a 600 dpi printhead, if nozzle portion 22 is 20 micrometers long along the axis of fluid flow,
The preferred length of the heating section 20 along its axis is 60 to 200 micrometers, including the length taken by step 21 between the nozzle section 22 and the heating section 20. Also, a preferred length range from the front opening of the nozzle portion 22 (i.e., the front of the printhead) to the leading edge of the heating element 60 is 40-70 micrometers. A corresponding preferred length along the axis of the heating element 60 is 25 to 1
00 micrometer range. Similarly, the preferred cross-sectional width for the nozzle portion 22 is between 10 and 20 micrometers, while the corresponding preferred range for the cross-sectional width of the heated portion 20 is between 20 and 30 micrometers. Assuming the particular cross-sectional shape of the nozzle section 22 and assuming that each section tapers somewhat along the length of the channel, the cross-sectional area of the body of the heating section 20 will generally be Should be at least twice that of the body.

【0010】一般に、噴出器を形成するキャビティ内で
のこれらの相対寸法の範囲は、比較的高い粘度、特に、
加熱素子60のすぐ隣りに近接するインクについては噴
出直前の通常の動作温度において2センチポアズを越え
る粘度の液体インクを噴出するのに有用であることが分
かっている。上に記述した相対寸法は、動作温度におい
てほぼ3.5センチポアズのインクを噴出するのに有用
であり、12センチポアズを越える粘度を用いた場合
に、かなり満足のいく結果を得ることができる。600
dpiプリントヘッドについての上に記述した寸法は、
300dpiのような他の解像度のためのプリントヘッ
ドを得るように比例尺で設計され得ることが理解されよ
う。本発明のプリントヘッド設計の実際上の重要な利点
は、マニホールド部分24、加熱部分20、及びノズル
部分22の相対サイズが、液体インクが高い頻度で噴出
器から噴出されるよう試行されたときには、多くの性能
障害を低減させることである。いずれのサーマルインク
ジェットプリントヘッド設計についても重要な機能制限
は、ノズルを通じたインク滴の噴出のすぐ後に、インク
供給マニホールドからの液体インクで噴出器を補充する
速度である。本発明のプリントヘッド設計を用いた場
合、比較的狭いノズル部分22と比較的「開いた」マニ
ホールド部分24との組合せにより、核形成された蒸気
バブルが加熱部分20の内部で崩壊した直後に、加熱部
分20へ液体インクを高速に補充することになる。従っ
て、本発明による噴出器は、小量の別々のインク滴を、
正確に、更に、高い動作頻度で、生成することができ
る。上に述べた範囲のキャビティ寸法を用い、且つ、2
センチポアズより大きい、即ち、好ましくは3.5セン
チポアズの、粘度の液体インクを使用した場合、噴出器
は、例えば、ノズル部分22へ空気が取り込まれるこ
と、或いは、マニホールド部分24を通じて供給される
液体インクが不十分であること、によって生じる故障な
しに、毎秒20,000回の噴出を越える速度で、イン
ク滴を一様に噴出することができる。
In general, the range of these relative dimensions within the cavity forming the ejector is relatively high in viscosity, in particular,
Ink in close proximity to the heating element 60 has been found to be useful in ejecting liquid ink having a viscosity of greater than 2 centipoise at normal operating temperatures immediately prior to ejection. The relative dimensions described above are useful for ejecting approximately 3.5 centipoise of ink at operating temperatures, and quite satisfactory results can be obtained with viscosities greater than 12 centipoise. 600
The dimensions described above for the dpi printhead are:
It will be appreciated that it may be designed to scale to obtain printheads for other resolutions, such as 300 dpi. A practically significant advantage of the printhead design of the present invention is that the relative sizes of the manifold portion 24, the heating portion 20, and the nozzle portion 22 are such that when liquid ink is attempted to be ejected from the ejector at a high frequency. It is to reduce many performance bottlenecks. An important functional limitation for any thermal inkjet printhead design is the rate at which the ejector is refilled with liquid ink from the ink supply manifold immediately after the ejection of the ink drop through the nozzle. With the printhead design of the present invention, the combination of the relatively narrow nozzle portion 22 and the relatively "open" manifold portion 24 causes the nucleated vapor bubble to collapse immediately within the heated portion 20 immediately after collapse. The heating portion 20 is replenished with the liquid ink at a high speed. Thus, the ejector according to the invention dispenses small discrete ink drops,
It can be generated accurately and with a high frequency of operation. Using cavity dimensions in the range described above, and 2
If a liquid ink having a viscosity greater than centipoise, ie, preferably 3.5 centipoise, is used, the ejector may, for example, have air introduced into the nozzle portion 22 or the liquid ink supplied through the manifold portion 24. Ink droplets can be ejected uniformly at a rate exceeding 20,000 ejections per second without the failures caused by insufficient ink jetting.

【0011】図5は、「トップシューター」タイプのイ
ンクジェット形状に基づいた、本発明の他の実施形態に
よるインクジェットプリントヘッドの1つの噴出器を形
成するキャビティの断面立面図であり、図6は、その断
面平面図である。これらの図に見られるように、この噴
出器は、加熱素子60の直に上にあるノズル部分22
と、加熱器の周囲の加熱部分20と、インク供給部(図
示されていない)に接続されたマニホールド部分24と
を有する。本発明のこの実施形態によれば、加熱部分2
0は制限されず、図6に示されるように、マニホールド
部分24に合流するよう拡張している遷移領域まで一定
の横断面である。図2、3、4に示された設計を用いた
場合と同様に、この設計は、マニホールド領域に対して
大きな開口を提供するものであり、この開口は、可能な
最大の補充機能を提供するよう働くものである。補充
は、バックチャンネルにおける制限によってではなく、
むしろ、インクの粘性によって弱まる。
FIG. 5 is a cross-sectional elevational view of a cavity forming one ejector of an ink jet printhead according to another embodiment of the present invention, based on a "top shooter" type ink jet geometry, and FIG. FIG. As can be seen in these figures, the ejector is located on the nozzle portion 22 directly above the heating element 60.
And a heating section 20 around the heater and a manifold section 24 connected to an ink supply (not shown). According to this embodiment of the invention, the heating part 2
The 0 is not limited and is a constant cross-section up to the transition region expanding to join the manifold portion 24, as shown in FIG. As with the design shown in FIGS. 2, 3, and 4, this design provides a large opening to the manifold area, which provides the maximum refill capability possible. It works like that. Replenishment is not due to restrictions in the back channel,
Rather, it is weakened by the viscosity of the ink.

【0012】図7は、本発明による噴出器の汎用形状の
他の実施形態を示しており、ここでは、加熱部分20と
マニホールド部分24の間に30として示された絞り部
が設けられている。この絞り部の横断面は、加熱部分2
0の横断面の全体よりも小さい。この絞り部は、プリン
トヘッドの近接する複数の噴出器間における振動「クロ
ス・トーク」を減少させるといった望ましい効果を有す
る。この振動「クロス・トーク」は通常、1つの噴出器
からの拡張する蒸気バブルの背圧が多数の噴出器によっ
て共有されている1つのインクマニホールド内の圧力を
増大させることによって引き起こされる。絞り部30
は、加熱部分20のすぐ隣りに近接する部分の横断面積
よりも、この横断面積の20%分ほどは小さくない、好
ましくは10%分ほどは小さくない、横断面積をチャン
ネルに生成する。
FIG. 7 shows another embodiment of the universal shape of the ejector according to the invention, in which a throttle, shown as 30, is provided between the heating section 20 and the manifold section 24. . The cross section of this constricted part is the heating part 2
0 is smaller than the entire cross section. This constriction has the desired effect of reducing vibration "cross talk" between multiple ejectors of the printhead. This oscillation "cross talk" is usually caused by the back pressure of the expanding steam bubble from one ejector increasing the pressure in one ink manifold shared by multiple ejectors. Restrictor 30
Creates a cross-sectional area in the channel that is not less than 20%, preferably not less than 10%, of this cross-sectional area than the cross-sectional area of the portion immediately adjacent to the heating portion 20.

【0013】本発明は開示された構造を参照して記述さ
れているが、記載された細部に限定されるものではな
く、添付クレームの範囲内に入り得る変形や変更をもカ
バーするものである。
While the invention has been described with reference to the disclosed structures, it is not limited to the details described, but also covers variations and modifications that may fall within the scope of the appended claims. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】従来公知のインクジェット噴出器の簡易断面立
面図。
FIG. 1 is a simplified sectional elevation view of a conventionally known ink jet ejector.

【図2】本発明の一実施形態によるインクジェットプリ
ントヘッドの1つの噴出器を形成しているキャビティの
断面立面図。
FIG. 2 is a sectional elevation view of a cavity forming one ejector of an inkjet printhead according to one embodiment of the present invention.

【図3】図2のライン2Bに沿った断面平面図。FIG. 3 is a sectional plan view taken along a line 2B in FIG. 2;

【図4】図2及び図3に示されているような1つの噴出
器のキャビティ形態を示す斜視図。
FIG. 4 is a perspective view showing a cavity configuration of one injector as shown in FIGS. 2 and 3;

【図5】本発明の他の実施形態によるインクジェットプ
リントヘッドの1つの噴出器を形成しているキャビティ
の断面立面図。
FIG. 5 is a cross-sectional elevation view of a cavity forming one ejector of an inkjet printhead according to another embodiment of the present invention.

【図6】図5のライン4Bに沿った断面平面図。FIG. 6 is a cross-sectional plan view taken along line 4B of FIG. 5;

【図7】本発明の更に他の実施形態によるインク噴出チ
ャンネルの平面図。
FIG. 7 is a plan view of an ink ejection channel according to still another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 加熱チップ 12 チャンネルプレート 20 加熱部分 22 ノズル部分 24 マニホールド部分 60 加熱素子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Heating chip 12 Channel plate 20 Heating part 22 Nozzle part 24 Manifold part 60 Heating element

フロントページの続き (72)発明者 ジェームズ エフ オニール アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14526 ペンフィールド パイン ブルック サ ークル 60 (72)発明者 ナラヤン ヴィー デシュパンデ アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14526 ペンフィールド ハイレッジ ドライヴ 101 (72)発明者 エリック ピーターズ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94041 マウンテン ヴィュー ハイ ス クール ウェイ 900−2204 (72)発明者 ラインホルド イー ドルーズ アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14534 ピッツフォード ハイヴィュー トレイ ル 17 (72)発明者 デイル アール イームズ アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14580 ウェブスター リトル ポンド ウェイ 926 (72)発明者 コンスタンス ジェイ ソーントン アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14519 オンタリオ カウンティー ライン ロ ード 6482Continuing the front page (72) Inventor James F. O'Neill United States of America New York 14526 Penfield Pine Brook Cycle 60 (72) Inventor Narayan Vee Despande United States of America New York 14526 Penfield Highage Drive 101 (72) Inventor Eric Peters United States of America California 94041 Mountain View High School Way 900-2204 (72) Inventor Reinhold E Drooze United States of America New York 14534 Pittsford Highview Trail 17 (72) Inventor Dale Earl Eames United States of America New York 14580 Webster Little Pond Way 926 (72) Inventor Constance Jay Thornton United States of America New York 14519 Ontario County Line Road 64 82

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくとも1つの噴出器を有するインク
ジェットプリント装置において、前記噴出器は、 液体インクの流れを通すチャンネルを形成する構造と、 チャンネル内に配置された加熱素子と、を備えており、 前記チャンネルは、 加熱素子に直に近接する加熱部分と、 チャンネルに沿って加熱部分の第1の端部に近接するノ
ズル部分であって、加熱部分の横断面積よりも小さな横
断面積を有する前記ノズル部分と、 チャンネルに沿って加熱部分の第2の端部に近接するマ
ニホールド部分であって、加熱部分の横断面積よりも大
きな横断面積を有する前記マニホールド部分と、を備え
ている、ことを特徴とする装置。
1. An inkjet printing apparatus having at least one ejector, the ejector comprising: a structure for forming a channel through which a flow of liquid ink flows; and a heating element disposed in the channel. The channel is a heating portion immediately adjacent a heating element; and a nozzle portion along the channel proximate a first end of the heating portion, the nozzle having a cross-sectional area smaller than a cross-sectional area of the heating portion. A manifold portion along a channel proximate a second end of the heating portion, the manifold portion having a cross-sectional area greater than a cross-sectional area of the heating portion. Equipment to do.
【請求項2】 加熱部分の横断面積はノズル部分の横断
面積の少なくとも2倍である請求項1記載の装置。
2. The apparatus of claim 1, wherein the cross-sectional area of the heating section is at least twice the cross-sectional area of the nozzle section.
【請求項3】 インクジェットプリントヘッドの噴出器
の動作方法において、 チャンネルを形成する構造とチャンネル内に配置された
加熱素子とを噴出器に設ける段階であって、 前記チャンネルは、 加熱素子に直に近接する加熱部分と、 チャンネルに沿って加熱部分の第1の端部に近接するノ
ズル部分であって、加熱部分の横断面積よりも小さな横
断面積を有する前記ノズル部分と、 チャンネルに沿って加熱部分の第2の端部に近接するマ
ニホールド部分であって、加熱部分の横断面積よりも大
きな横断面積を有する前記マニホールド部分と、を備え
ている、前記段階と、 動作温度において2センチポアズより大きな粘度の液体
インクをチャンネルへ供給する段階と、 チャンネルの液体インクを核形成して、ノズル部分から
噴出されるべきある量の液体インクを生じさせるため
に、加熱素子を作動させる段階であって、この作動段階
は毎秒20,000回より多く生じる前記作動段階と、
を備えることを特徴とする方法。
3. The method of operating an ejector of an inkjet printhead, the method comprising: providing a structure for forming a channel and a heating element disposed in the channel to the ejector, wherein the channel is directly connected to the heating element. An adjacent heating portion; a nozzle portion adjacent a first end of the heating portion along a channel, the nozzle portion having a cross-sectional area smaller than a cross-sectional area of the heating portion; and a heating portion along the channel. A manifold portion proximate to a second end of said manifold portion, said manifold portion having a cross-sectional area greater than a cross-sectional area of a heated portion, said step having a viscosity greater than 2 centipoise at operating temperatures. Supplying the liquid ink to the channel; and nucleating the liquid ink in the channel to be ejected from the nozzle portion. To produce liquid ink of a quantity, the method comprising: operating the heating element, the actuating step and the actuating step occurring more than every second 20,000 times,
A method comprising:
JP10072053A 1997-03-27 1998-03-20 Thermal ink-jet print head suitable for viscous ink Withdrawn JPH10264393A (en)

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