JP2725612B2

JP2725612B2 - インクジェット式プリントヘッド

Info

Publication number: JP2725612B2
Application number: JP26529394A
Authority: JP
Inventors: 良広萩原
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1994-10-28
Filing date: 1994-10-28
Publication date: 1998-03-11
Anticipated expiration: 2013-03-11
Also published as: JPH08118637A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクを吐出させて印
字を行うインクジェットプリンタのプリントヘッドに関
する。

【０００２】

【従来の技術】この種のインクジェット式プリントヘッ
ドとしては、例えば図７及び図８（図７のＢ−Ｂ線にお
ける断面図）に示すようなサイドシュート型のものが知
られている。これは、いわゆるマルチノズルタイプであ
り、図面上はその一部を示している。

【０００３】構成を説明すると、図に示すように、イン
クを供給するための貫通孔３０（一般にスロットと称さ
れる）を有すると共にインク流路３２に面する発熱抵抗
体３４を備えた基板３６と、インク流路３２に連なる吐
出部３８を有するノズルプレート４０と、このノズルプ
レート４０と基板３６との間に設けられる１枚のフィル
ム状の流路形成部材４２とから基本構成されている。

【０００４】インク流路３２の高さＴ₃は、流路形成部
材４２の厚みによって形成され、流路形成部材４２に
は、吐出部３８側へ向けて水平面上で先細りとなるテー
パ状の案内部４４と、発熱抵抗体３４の周囲を区画する
小室部４６が形成されている。なお、図７ではノズルプ
レート４０を省略している。また、同図中、符号４８は
共通電極を示し、４９は個別電極を示す。図示しない
が、貫通孔３０はインクタンクとインク流路３２を結ぶ
役割を果たしている。

【０００５】発熱抵抗体３４に通電すると、発熱抵抗体
３４上のインク流路３２内で気泡が発生し、この気泡の
体積増加による圧力伝播により、吐出部３８からインク
滴が吐出する、いわゆるバブルジェットメカニズムを呈
する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この種のマ
ルチノズルタイプにおけるインク流路の持つ役割として
は、貫通孔より供給されるインクを吐出部まで導くこと
の他に、次の吐出までのインクの挙動（以下、リフィル
挙動という）を全ての吐出部について等しくして吐出性
能を均一化することが挙げられる。

【０００７】インクのリフィル挙動は、主にリフィル流
れ時の慣性力、流路の抵抗力、そして吐出部に発生する
メニスカス力によって支配され、このうち慣性力と抵抗
力については、流路の形状が非常に大きな要素となる。

【０００８】従って、インクのリフィル挙動を全ての吐
出部について等しくし、吐出性能を均一化するには、イ
ンク供給源である貫通孔から吐出部までの流路の形状が
全ての吐出部について均一であればよい、という結論が
導かれる。

【０００９】しかしながら、上述の従来のサイドシュー
ト型のインクジェット式プリントヘッドにおいては、同
時に数個づつの吐出口がスペーシング動作を行いながら
順番に吐出を行うため、スペーシング方向における各吐
出部の絶対位置はそれぞれ異なっている。このため、基
板上の貫通孔から吐出部までの距離（以下、流路長さと
いう）は各々の吐出部においてそれぞれ異なった値とな
っている。そして、この流路長さのばらつきは、インク
のリフィル挙動の差となって吐出性能のばらつきをもた
らしている。

【００１０】すなわち、例えば、全体の中でほぼ平均的
な流路長さを持つ吐出部において、インクがちょうど吐
出部表面までリフィルしたタイミングで次の吐出を行お
うとした時、最も流路長さの長い吐出部においては、流
れに対する抵抗力が大きいため、リフィルが間に合わ
ず、その結果吐出インクの滴量減少が生じる。また、最
も流路長さの短い吐出部においては、流れに対する抵抗
力が小さいため、すでにリフィルしたインクがの慣性力
によって吐出部表面に突出した状態で次の吐出を行うこ
とになり、吐出インクの滴量増加、吐出部表面への溢
れ、溢れたインクの影響による飛翔インク滴の方向性不
良等が起こる。

【００１１】また、流路長さがばらつく原因としては、
設計時のばらつきの他に、貫通孔の加工精度も挙げられ
る。インクを貯蔵部から吐出部に供給するため基板に貫
通孔をあける手段としては、ＹＡＧレーザ、エキシマレ
ーザ、サンドブラスト、異方性エッチング等の方法があ
るが、加工精度は十分とはいえず、ばらつきの小さいも
ので±３０ミクロン程度、大きいものでは±１００ミク
ロンとなり、これも流路長さのばらつきの大きな要因と
なっている。

【００１２】このような現状に鑑み、例えば特公昭６２
−３２１１１号公報に見られるように、インク流路に配
置した弁を制御して流路断面積を変化させ、流路抵抗を
均一にする等の、改善のための種々のアプローチがなさ
れているが、構成上の複雑化を招いたり、あるいは解析
データを具体化するのに製造上の困難性を伴う等の問題
があった。

【００１３】

【発明の目的】本発明は、かかる従来例の有する不都合
を改善し、アプローチし易い簡易な構成でインクのリフ
ィル挙動の均一化を図れるインクジェット式プリントヘ
ッドの提供を、その目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明では、発熱抵抗体
を備えた基板と吐出部を有するノズルプレートとの間に
流路形成部材を介してインク流路が形成されていると共
に前記発熱抵抗体を囲む小室部が形成され、前記発熱抵
抗体の発熱で発生した気泡の圧力で前記吐出部からイン
ク滴を吐出させるインクジェット式プリントヘッドにお
いて、前記インク流路が、流路高さの高い部分を有し
ていると共に前記吐出部側に流路高さの低い部分を有し
ていることを特徴している。

【００１５】また、本発明によれば、前記流路高さの高
い部分と低い部分とを、流路形成部材の積層構造によっ
て形成する構成とすることができる。

【００１６】

【作用】インク滴が吐出された後のインクのリフィル挙
動において、流路長さのばらつきによって起こる抵抗
力、慣性力のばらつきが、流路高さの高い部分、すなわ
ち容積の大きい部分で吸収され、これらのばらつきは吐
出性能に影響を及ぼさない程度に小さくなる。流路高さ
の高い部分でばらつきを吸収されたインク流れは、流路
高さの低い部分で所望のリフィル挙動速度を与えられ
る。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１乃至図６に基
づいて説明する。なお、上記従来技術と同様、マルチノ
ズルタイプの一部を示している。図１はノズルプレート
を取り除いた状態の斜視図で、図２は図１のＡ−Ａ線で
の断面図である。

【００１８】インクジェット式プリントヘッド２は、発
熱抵抗体４を有すると共に図示しないインクタンクに連
通する貫通孔６が形成された基板８と、吐出部１０が形
成されたノズルプレート１２と、基板８とノズルプレー
ト１２との間に積層状態に設けられた第１の流路形成部
材１４及び第２の流路形成部材１６とを備えており、基
板８とノズルプレート１２との間には、貫通孔６と吐出
部１０に連通するインク流路１８が形成されている。

【００１９】発熱抵抗体４は、吐出部１０の対向位置に
備えられており、発熱抵抗体４の周囲は、発熱による気
泡発生とこれによる吐出部１０からの液滴吐出を確実に
するためにインク流路１８に連通する小室部２０として
区画されている。なお、符号２１は共通電極を示し、２
３は個別電極を示す。

【００２０】インク流路１８は、第１の流路形成部材１
４と第２の流路形成部材１６の積層構造によって、流路
高さの高い部分と低い部分とを有し、途中で流路高さが
変化する形状に形成されている。すなわち、貫通孔６側
は流路高さの高い部分（高さＴ₁）としての誤差吸収部
２２として形成され、吐出部１０側は流路高さの低い部
分（高さＴ₂）としての抵抗調整部２４として形成され
ている。また、抵抗調整部２４の水平面形状は、吐出部
１０側へ向けて先細りとなるテーパ状に形成されて小室
部２０に連通されている。

【００２１】このような流路高さに変化を持たせる方法
としては、２枚以上のフィルム状の流路形成部材にそれ
ぞれ異なったパターニングを行う。具体的に説明する
と、まず、図３に示す基板８の表面上に第１の流路形成
部材１４を貼り付け、この後図４に示すように、小室部
２０を形成するためのパターニングを行う。次に、第１
の流路形成部材１４上に第２の流路形成部材１６を貼り
付け、図５に示すような抵抗調整部２４と小室部２０が
連なった形状のパターニングを行う。この作業を数回繰
り返すことによって、流路高さを多段階に調整できる。
第１の流路形成部材１４と第２の流路形成部材１６の位
置合わせは、フィルムを貼り付けた後にパターニングを
行うので、精度よくできる。

【００２２】次に、抵抗調整部２４と誤差吸収部２２の
役割について述べる。まず、抵抗調整部２４は、インク
のリフィル挙動をコントロールするもので、コントロー
ルの指針としては、主に以下のものが挙げられる。リフィルができるだけ早いか、或いは駆動周波数と同
程度であること。リフィル後インクは吐出部１０より出っ張って凸のメ
ニスカスを形成し、その後振動を繰り返しながら減衰し
ていくが、このときの出っ張り量が十分小さいこと。駆動周波数のタイミング時において、メニスカス振動
が十分減衰していること。これらのうちどれか一つ、又は幾つかを達成するよう
に、コンピュータによるシミュレーション等の手段で流
路形状の最適化を行う。

【００２３】誤差吸収部２２は、様々な原因による流路
長さのばらつきによって起こる、抵抗力、慣性力のばら
つきを吸収する機能を呈するものである。具体的には、
その流路高さＴ₁を十分高くすることによって、抵抗調
整部２４と比べて抵抗力、慣性力ともに非常に小さな値
となるように設定される。これにより、流路長さのばら
つきによる抵抗力、慣性力のばらつき幅も抵抗調整部２
４のそれらの値と比べ非常に小さな値となり、そのばら
つきが吐出性能に及ぼす影響は非常に小さくなる。

【００２４】誤差吸収部２２の流路高さＴ₁と、抵抗調
整部２４の流路高さＴ₂との関係は、２×Ｔ₂≦Ｔ₁≦
５×Ｔ₂程度が望ましい。

【００２５】このように、インク流路１８の高さに変化
を持たせると、インクのリフィル挙動において、流路高
さの高い誤差吸収部２２によって流路長さの差異による
抵抗力等のばらつきが補正されると共に、流路高さの低
い抵抗調整部２４によってインク流れのリフィルが最適
な状態に戻されるので、マルチノズルにおける各吐出部
１０の吐出性能を均一にすることができる。

【００２６】

【発明の効果】以上のように、本発明によると、コンピ
ュータシミュレーション等によって容易に最適化を図れ
る簡単なインク流路の高低構成によって、マルチノズル
タイプにおける各吐出部の吐出性能を均一にすることが
でき、よって画像品質の向上を低コストで実現すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すノズルプレートを取り
除いた状態の要部概要斜視図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線での断面図である。

【図３】第１の流路形成部材を貼る前の基板の要部概要
斜視図である。

【図４】第１の流路形成部材を貼り付けた状態を示す要
部概要斜視図である。

【図５】第１の流路形成部材の上に第２の流路形成部材
を貼り付けた状態を示す要部概要斜視図である。

【図６】図５の状態からノズルプレートを取り付けた状
態を示す要部概要斜視図である。

【図７】従来例を示す要部概要斜視図である。

【図８】図７のＢ−Ｂ線における断面図である。

【符号の説明】

４発熱抵抗体８基板１０吐出部１２ノズルプレート１４第１の流路形成部材（流路形成部材）１６第２の流路形成部材（流路形成部材）１８インク流路２０小室部２２誤差吸収部（流路高さの高い部分）２４抵抗調整部（流路高さの低い部分）Ｔ₁ 流路高さの高い部分の高さＴ₂ 流路高さの低い部分の高さ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】発熱抵抗体を備えた基板と吐出部を有す
るノズルプレートとの間に流路形成部材を介してインク
流路が形成されていると共に前記発熱抵抗体を囲む小室
部が形成され、前記発熱抵抗体の発熱で発生した気泡の
圧力で前記吐出部からインク滴を吐出させるインクジェ
ット式プリントヘッドにおいて、前記インク流路が、
流路高さの高い部分を有していると共に前記吐出部側に
流路高さの低い部分を有していることを特徴としたイン
クジェット式プリントヘッド。
【請求項２】前記流路高さの高い部分と低い部分とが
前記流路形成部材の積層構造によって形成されているこ
とを特徴とした請求項１記載のインクジェット式プリン
トヘッド。
【請求項３】前記流路形成部材は、下層から順次個別
に流路形状のパターニングを施されることを特徴とした
請求項２記載のインクジェット式プリントヘッド。
【請求項４】前記流路高さの高い部分の高さＴ₁と、
流路高さの低い部分の高さＴ₂との関係を、「２×Ｔ₂
≦Ｔ₁≦５×Ｔ₂」に設定したことを特徴とした請求項
１，２又は３記載のインクジェット式プリントヘッド。