JPS63312843A - サーマル式ドロツプ・オン・デマンド型インクジエツト印刷ヘツド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、インクジェット印刷装置に関し、特にサーマ
ル式のドロップｅオン・デマンド型のインクジェット印
刷ヘッドに関する。

Ｂ、従来技術 サーマル式のドロップｅオン・デマンド型のインクジェ
ット印刷装置は、ヒータの周囲のインク中に「気泡（バ
ブル）」を形成するようヒータが選択的に付勢される方
式の印刷装置として知られている。即ちそのような気泡
が急速に生長することにより、近くのオリスイス即ちノ
ズルからインク滴が射出される。所望の印刷像を生じる
ためノズル位置のところで滴が必要なとき毎にヒータ・
を付勢することによって印刷が行なわれる。

小さいヒータのところで気化乃至「気泡」を生じるのは
、核生成の位置及びタイミングの点で通常はあまりうま
く制御できない。米国特許第４３６６５４８号に開示さ
れたサーマル式のドロップ・オン・デマンド型のインク
ジェット印刷装置では、ヒータ全体が保護層によって覆
われ、インクが接するその保護層の表面が粗くされてい
る。その保護層の粗さは気泡形成時の核生成プロセスに
於て補助的な役割を為すと説明されている。

米国特許第４３３９７６２号に開示されたサーマル式の
ドロップ・オン・デマンド型のインクジェット印刷装置
では、ヒータ即ち発熱エレメントの厚さや幅が一様でな
（ても、射出される滴の寸法を、発熱エレメントに与え
られる駆動信号の振幅を制御することによって制御でき
る。

米国特許第４５１４７４１号に開示されたサーマル式の
ドロップ・オン中デマンド型のインクジェット印刷装置
では、発熱エレメントが抵抗性領域の中心に導電性領域
を設ける。その導電性領域は、発熱エレメントの下側の
領域を電気的に効果的にショートさせ、発熱エレメント
の中心に冷えた点を生じ、トロイド状（ドーナツ状）の
気泡を発生させる。

Ｃ１発明が解決する問題点 従来は、気泡の生長や崩壊を制御し易いように発熱手段
の所定の部分を覆う熱遅延手段が使用され、気泡の制御
された運動の慣性効果を用いることによって印刷ヘッド
の動作が改良されること全開示した従来技術はない。

従って本発明の目的は、気泡の制御された運動の慣性効
果を用いることによって動作が改良され、気泡の生長及
び崩壊が制御されたサーマル式のドロップｔオン参デマ
ンド型のインクジェット印刷ヘッドを提供することにあ
る。

Ｄ０問題を解決する手段 本発明によれば、上記の目的は抵抗性エレメントを含む
発熱手段（熱伝達手段を含む）と抵抗エレメントの所定
の部分を覆う熱遅延手段を提供することによって上記の
目的が達成される。その抵抗性ニレメン）１付勢するた
め電気信号を与えるとき、その抵抗性エンメント上の所
定の位置で核が生成し、気泡が所定の方向に進行する。

その際、気泡形成の慣性エネルギがノズルに向かう。従
ってノズルに向かってエネルギが集結し、エネルギの利
用効率の改良された態様でインク滴が射出する。

Ｅ、実施例 第１の実施例では、抵抗性エレメントの上方の熱遅延手
段の覆いは、抵抗性エレメントの第１の周縁から始まり
、第２の周縁に向かって進む。この場合、第２の周縁で
核が生成し始め、第１の周縁に向かって気泡の生成が進
む。この実施例では、ノズルが抵抗性エレメントの面に
ｆｌぼ平行な方向に配置されている。

第２の実施例では、抵抗性エレメントの上方の熱遅延手
段の覆いは、抵抗性エレメントの周縁から隔っている。

この場合、抵抗性エレメントの周縁の複数箇所で核の生
成が始まり、気泡の形成は抵抗性エレメントの中心に向
かって内向きに進行する。この実施例では、ノズルが抵
抗性エレメントの面にほぼ直角な方向に配置されている
。

第１図及び第２図に示す本発明のサーマル式ドロップ・
オン・デマンド型インクジェット印刷ヘッドは、適当な
基材１０を含み、その一つの面１１の上に抵抗性ヒータ
・エレメント１２を複数個含む列（アレイ）が形成され
る。そのヒータ・エレメントの１つだけを第１図及び第
２図に示す。

抵抗性ヒータ・エレメント１２は、熱絶縁層１３及び抵
抗性ヒータ膜を含む多層の薄膜構造である。

熱絶縁層１３は電気的に絶縁されている必要がある。共
通電極１５．１列の制御電極１６は各々の抵抗性ヒータ
薄膜１４に電気接続され、抵抗性ヒータ・エレメント群
１２を形成する電極１５及び１６間の領域を除（ヒータ
薄膜１４の全ての領域を電気的にショートする。抵抗性
ヒータ・エレメント１２のアレイ及び対応する電極１５
及び１６のアレイの上方にパシベーション層（例えば半
導体等の表面に成長形成された酸化物等の保護層）１７
が付着され、これによって抵抗性ヒータφエレメント１
２及び電極１５及び１６に対する化学的及び物理的な損
傷を防止する。好適には、パシベーション層１７が、異
なる材料でできた２つの層を含むことによってパシベー
ション層中にキすやピンホールが生じに（（する。

本発明によれば、抵抗性ヒータ・エレメント１２の一部
だけを覆うよう該エレメントの上に熱遅延層１８が付着
きれる。もう１つの基材１９は、壁部材２０が各抵抗性
ヒータ・エレメント１２と協働するチャネル２１を画成
するような位置に基材１０に固着される。ノズル２２が
チャネル２１の一端に設げられる。インク供給手段（図
示せず）がインクなどのマーク用流体を各チャネル２１
に供給するよう設けられる。

熱遅延層１８は、気泡を形成する力及び崩壊させる力が
その構造を腐食させないように丈夫な熱的に絶縁性の物
質で形成される。更に、その材料を選ぶ際、それが化学
的に安定しており且つ他の印刷ヘッド構成部材（インク
が存在するとき腐食し易いものであっても良い）と化学
的に適合し易いものが良い。熱遅延層１８として適する
物質の例としては、Ｓｉｏ２．５ｉ６Ｎ４．５ｉＯＮ、
Ａｔ２０３、Ｔ　ａ　ＯＴ　ｉＯＺ　ｒ　Ｏ２及びＳｉ
Ｃがある。熱２５’　　　　　　２− 遅延層は、熱の遅延が比較的短いよう薄くなげればなら
ない。使用する物質の熱的性質に応じて６００乃至６０
００オングストロームが適当であると分った。成る特定
の実施例で５ｉ０２の層をもつものでは、４００オング
ストロームの厚さが適当であることが分った。

動作時にｉ、データパルスが制御電極１６に与えられ、
対応する抵抗性ヒータ・エレメント１２を付勢し、その
エレメントの近傍に気泡２４を生じる。熱遅延層１８は
抵抗性ヒータ・エレメント１２上の覆っていない特定の
領域２５で最初の加熱を生じ得るよう且つ抵抗性ヒータ
・エレメント１２の覆っている領域２６でインク中の熱
の流れに僅かな遅延を与えるようパターン化される。第
２図では、左方で気泡の核が生成し、それが右方に向か
って生長して行く。即ち矢印２７で示す右向きの制御さ
れた気泡の運動の慣性効果により、対応するノズル２２
からインクの滴２８が生じるように気泡の核が生長して
行く。この動作モードは、予じめ選択した位置で気泡の
形成を開始でき、且つ選択した方向にそれを進行させて
行くことができる利点がある。更にこれらによって、生
長過程、崩壊過程の両方にわたって高速の気泡の運動を
得ることができる。気泡生長中、この気泡の運動が高い
滴射出速度を誘起する。そして崩壊過程中は、気泡の縮
む方向がノズルに向かってインクを再充填乃至補給する
のを助ける。

第３図及び第４図にサーマル式のドロップ争オン・デマ
ンド型のインクジェット印刷ヘッドの代書実施例を示す
。この印刷ヘッドは、基板１０、熱絶縁層１３、抵抗性
ヒータ・エレメント１２、共通電極１５、制御電極１６
のアレイ（列）を使用する。パシベーション層１７が、
抵抗性熱エレメント１２、共通電極１５、及び制御電極
１６を保護するよう設けられる。この実施例では、熱遅
延層６０が抵抗性ヒータ・エレメント１２の一部だけを
覆つよう設げられる。第４図に示すように、熱遅延層３
０が抵抗性ヒータ・エレメント１２の中央領域６１だけ
ヲ覆い、抵抗性熱エレメント１２の端部領域５２を覆わ
ないよう残す。ノズル６４が抵抗性ヒータ・エレメント
１２と向かい合うような、基材１０に隣接する位置に、
もう１つの基材３３が固定される。もう１つの基材６３
の形状は、インク等のマーク用流体を後述の印刷空所３
６に分配するためインク流入チャネル６５を提供できる
形状である。印刷空所６６は、抵抗性ヒータ・エレメン
ト１２とノズル３４との間に所定の容積のインクを保持
する空間である。

動作時に、制御電極１６にデータ・パルスが与えられ、
夫々に対応する抵抗性ヒータ・エレメント１２を付勢し
て、抵抗性ヒータ・エレメント１２に隣接するインク中
に気泡を生じる。この実施例では、抵抗性ヒータ番エレ
メント１２の中央領域６１が熱遅延層３０によって覆わ
れているので、気泡の核の生成は抵抗性ヒータ・エレメ
ント１２の端部領域５２で始まり、その気泡は中央部に
向かって生長して行く。この挙動により、中央部でイン
クを押しつぶすような作用が生じ、斯してそのような気
泡の形成により発生される圧力波をノズル３４に向う中
心線に沿って焦結させる。熱遅延層３０の寸法を適宜選
択することによって、輪状の気泡の生成がその中心で癒
合し、これによって抵抗性ヒータ・エレメント１２の上
方に半球状の気泡３７を形成する。気泡はその中心に向
かって対称的につぶれ、これによって側方の流入経路３
・５からインクが再充填するのを助ける。

Ｆ０発明の効果 斯して、一般のサーマル式ドロップΦオン・デマンド型
インクジェット構造に付加された簡単な構成の熱遅延層
６０が、バブル・ジェットの動作即ち気泡でインク滴を
射出する動作を慣性力によって与えることが理解される
であろう。そしてこのような発明によって得られる制御
し易い気泡生長及び気泡崩壊が滴の射出態様を改良し、
これによって従来数多（あった困難な駆動要求を減らし
、滴が射出された後の印刷ヘッド中の印刷空所へのイン
ク再充填を助ける。そしてこれによって流れの拘束によ
る周波数の制限を除去する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によるサーマル式ドロップ・オン・デ
マンド型インクジェット印刷ヘッドの第１の実施例を一
部破断して示す斜視図である。 第２図は、第１図の線２−２に沿う断面図である。 第３図は、本発明の第２の実施例を示す平面図である。 第４図は、第３図の線３−３に沿う断面図である。 １０．１９，３３・・・・基材、１２・・・・ヒータ・
エレメント、１３・・・・熱絶縁層、１４・・・・抵抗
性ヒータ薄膜、１５・・・・共通電極、１６・・・・制
御室％、１７・・・・パシベーション層、１８．３０・
・・・熱遅延層、２１・・・・チーヤネル、２２．６４
・・・・ノズル、２４．６７・・・・気泡、２５・・・
・覆っていない領域、２６・・・・覆っている・領域、
２８・・・・インク滴、３１・・・・（ヒータ・エレメ
ントの）中央領域、３２・・・・端部領域、６５・・・
・流入チャネル、３６・・・・印刷空所。 出願人　　インターナショナル・耽４ス・マシーンズ・
コイ丸＾クヨン１０ノ２１１４士

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 発熱手段に電気信号を与えるとき該発熱手段の付近のイ
   ンク中に気泡を発生し、該発熱手段に隣接するノズルか
   らインク滴を射出して印刷を行なうサーマル式ドロップ
   ・オン・デマンド型インクジェット印刷ヘッドに於て、 上記発熱手段が抵抗性エレメントを含み、 上記抵抗性エレメントに電気信号が与えられるとき該抵
   抗性エレメント上の所定の位置に気泡の核となるものが
   生成するよう且つ上記気泡形成の慣性エネルギが上記ノ
   ズルに向かう所定の方向に向かうよう上記抵抗性エレメ
   ントの所定の部分を覆う熱遅延手段を更に含むことを特
   徴とするサーマル式ドロップ・オン・デマンド型インク
   ジェット印刷ヘッド。