JPH0557890A - インクジエツトヘツド及びその駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ノズル間の干渉（クロストーク）等による印
字品質の低下を確実に防止する。 【構成】 飛翔インクが貯留される共通インク室１と、
この共通インク室１に対し夫々独立して連通接続される
複数の噴射ノズル２と、各噴射ノズル２内のインクを画
像信号に応じて選択的に飛翔させる飛翔エネルギ印加手
段３とを備えたインクジェットヘッドを前提とし、２以
上の隣接する噴射ノズル２群を単位ブロックＢとし、各
単位ブロックＢの片側若しくは両側の境界部に位置する
噴射ノズル２_kの流体抵抗ＦＲ_kを他の部分の噴射ノズル
２_jのそれＦＲ_jよりも大きく設定したことを特徴とする
ものである。そして、このヘッドの駆動方法としては噴
射ノズル２群を各単位ブロックＢ毎に順次同時噴射駆動
するものが採用される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はインクジェットヘッド
及びその駆動方法に係り、特に、複数のノズルを有する
所謂マルチノズルインクジェットヘッドのノズル構造お
よび該インクジェットヘッドに好適なヘッド駆動方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、所謂マルチノズルインクジェッ
トヘッドはノズルが印字密度に対応する間隔で並べられ
ているために高速の画像記録を行えるという特徴があ
る。

【０００３】しかし、隣接するノズル間隔が近いため
に、インク噴射時の圧力の伝播等により隣接するあるい
は近接するノズル間の干渉（クロストーク）等により印
字状態が影響し合うという技術的課題を有している。こ
の技術的課題は隣接するあるいは近接するノズルからの
噴射タイミングが同時刻あるいは近接している場合に更
に顕著になる。

【０００４】このような干渉を防止するための手段とし
ては、オリフィス（ノズル）の数とオリフィス以外の流
路の最小断面積とインクを液室に導入する流入口の断面
積との関係を規定し、マルチノズルヘッドで高い印字周
波数でも噴射特性を均一に揃えるようにした提案がなさ
れている（特開平１−２０６０５９号公報参照）。

【０００５】また、サーマルインクジェットヘッドの構
造として、隔離壁に隔てられた複数の熱作用面から構成
されるマルチノズルヘッド構造において、干渉作用防止
及び印字周波数向上を両立させるために隔離壁を貫通せ
ずに測定される熱作用面間の距離を特定する提案がなさ
れている（特開昭５９−１３８４５９号公報）。

【０００６】一方、マルチノズルヘッドの駆動方法とし
ては、印字速度を早くし、かつ、駆動回路を簡素化する
ために、ノズルの並び方向順に複数ノズルずつ順次噴射
させる分割駆動方式が通常採用されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、マルチ
ノズルヘッドを使ったインクジェット記録で、特にノズ
ルの並び方向順に複数ノズルずつ順次噴射させる方式に
おいては、上記の如くノズル間の流路抵抗をある特定の
条件で一様に揃える方法ではノズル間の干渉を完全には
防止できないことが判明した。

【０００８】これは、同時に噴射される複数ノズル内の
干渉については有効に防止されるが、複数ノズル間で新
たな干渉作用が生ずることに起因すると考えられる。す
なわち、複数ノズルの同時駆動により運動するインク量
が増大する一方、印字速度を落とさない為に順次の繰り
返しを高速で行う必要があり、インク運動が収まりきる
以前に隣接する複数ノズルを駆動させるためと考えられ
る。

【０００９】この発明は、以上の技術的課題を解決する
ためになされたものであって、ノズル間の干渉（クロス
トーク）等による印字品質の低下を確実に防止すること
ができるインクジェットヘッド及びその駆動方法を提供
するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】すなわち、この発明は、
図１に示すように、飛翔インクが貯留される共通インク
室１と、この共通インク室１に対し夫々独立して連通接
続される複数の噴射ノズル２と、各噴射ノズル２内のイ
ンクを画像信号に応じて選択的に飛翔させる飛翔エネル
ギ印加手段３とを備えたインクジェットヘッドを前提と
し、２以上の隣接する噴射ノズル２群を単位ブロックＢ
とし、各単位ブロックＢの片側若しくは両側の境界部に
位置する噴射ノズル２_kの流体抵抗ＦＲ_kを他の部分の噴
射ノズル２_jのそれＦＲ_jよりも大きく設定したことを特
徴とするものである。

【００１１】そして、この発明に係るインクジェットヘ
ッドを用いるに際しては、図１に示すように、ブロック
分割駆動手段４からの駆動タイミング制御信号に応じて
噴射ノズル２群を各単位ブロックＢ毎に順次同時噴射駆
動することを特徴とする駆動方法が採用される。

【００１２】このような技術的手段において、各噴射ノ
ズル２としては、個々的なノズル部材で個別に構成した
ものでもよいし、また、一対の基板の少なくとも一方の
対向面に溝を形成し、この溝部分をノズルとして構成す
るようにしたものでも差し支えない。

【００１３】また、飛翔エネルギ印加手段３としては、
各噴射ノズル２内のインクに熱エネルギを与え、当該熱
エネルギによって膜面沸騰して生成された気泡の押出し
力にてインクを飛翔させるようにしたリ、熱エネルギと
静電エネルギとを協同させてインクを飛翔させるように
したり、静電エネルギだけでインクを飛翔させるように
したり、圧力振動波にてインクを飛翔させる等適宜選定
することができる。

【００１４】更に、単位ブロックＢの境界部（片側若し
くは両側）における噴射ノズル２ｋの流体抵抗ＦＲ_kと
しては、当該単位ブロックＢ駆動時において少なくとも
隣接する単位ブロックＢ側からのインクが容易に流入
し、隣接する単位ブロックＢにおける駆動に支障が生じ
ない程度に設定することが必要である。

【００１５】また、単位ブロックＢの境界部の片側にお
ける噴射ノズル２ｋの流体抵抗ＦＲ_kのみを大きく設定
したタイプにあっては、単位ブロックＢ毎に分割駆動す
る際に、流体抵抗ＦＲ_kの大きな噴射ノズル２ｋがある
側に隣接する単位ブロックＢに向かって順次駆動するよ
うにすることが必要であり、単位ブロックＢの境界部の
両側における噴射ノズル２ｋの流体抵抗ＦＲ_kを大きく
設定したタイプにあっては、単位ブロックＢ毎に分割駆
動する際の駆動方向には何ら制限はなく、端部側から順
に駆動するようにしてもよいし、真ん中から両側に向か
って駆動するようにしても差し支えない。

【００１６】また、上記流体抵抗ＦＲ_kの設定の仕方に
よってインクの飛翔動作にばらつきが生ずるような場合
には、飛翔エネルギ印加手段３によるエネルギ印加量を
適宜調整し、インクの飛翔動作のばらつきを補償するよ
うに設計することが好ましい。

【００１７】更にまた、単位ブロックＢの境界部（片側
若しくは両側）以外の噴射ノズル２ｊの流体抵抗ＦＲ_j
については、上記境界部の流体抵抗ＦＲ_Kと共に、ブロ
ック単位Ｂ内のビットが同時駆動される時に各噴射ノズ
ル２間の干渉が生じないように設定することが必要であ
る（例えば特開平１−２０６０５９号，特開昭５９−１
３８４５９号）が、必ずしも総ての流体抵抗ＦＲ_jを等
しくする必要はない。

【００１８】

【作用】上述したような技術的手段によれば、単位ブロ
ックＢの境界部の片側若しくは両側に位置する噴射ノズ
ル２_kの流体抵抗ＦＲ_kが他の部分の噴射ノズル２ｊの流
体抵抗ＦＲ_jよりも大きく設定されているので、殆ど休
止時間をもたずに隣接する単位ブロックＢ毎に分割駆動
したとしても、各単位ブロックＢで生ずる比較的大量の
インク運動は単位ブロックＢの境界部に位置する噴射ノ
ズル２_k部分で直ちに減衰するため、各単位ブロックＢ
間の干渉は有効に回避される。また、各単位ブロックＢ
内の噴射ノズル２（２_k，２_j）については相互の干渉を
防止するように適宜流路抵抗ＦＲ_k，ＦＲ_jを設定するよ
うにすれば、単位ブロックＢ内での隣接する噴射ノズル
２間の相互干渉は回避される。従って、この発明によれ
ば、隣接する噴射ノズル２間の同時噴射時の干渉防止
（比較的少量のインク運動間の干渉防止）と、殆ど休止
時間をもたない隣接する単位ブロックＢ間の干渉防止
（比較的大量のインク運動の減衰運動による干渉防止）
とが両立できる。

【実施例】

【００１９】以下、添付図面に示す実施例に基づいてこ
の発明を詳細に説明する。 ◎実施例１ 図２、図３及び図４はこの発明が適用されるサーマルイ
ンクジェットヘッドの一実施例を示す。同図において、
１０は複数の断面三角形状の溝（チャネル）１１を有す
る溝基板であり、Ｓｉウエハの異方性エッチングにより
作製される。また、２０は溝基板１０に対向配置される
発熱体基板であり、Ｓｉウエハ２１上にＳｉＯ₂の蓄熱
層２２、多結晶シリコンからなる発熱抵抗体２３、Ａｌ
−Ｃｕからなる通電電極２４，発熱抵抗体２３及び通電
電極２４を被覆するＳｉＮｘからなる第一保護層２５，
この第一保護層２５上に積層されるＴａからなる第２保
護層２６、発熱抵抗体２３に対応する部分にピット開口
（バブルの生成消滅を閉じ込め、インク噴射を安定化す
る）２７ａを有する感光性ポリイミドからなるピット層
２７が夫々設けられている。そして、この実施例では、
溝基板１０と発熱体基板２０とは接着剤層１５とで接着
され、溝基板１０のチャネル１１と発熱体基板２０とで
区画された部分がインクの溜まり部となる共通インク室
１３に連通する噴射ノズル１２として形成されるように
なっている。

【００２０】また、図４はサーマルインクジェットヘッ
ドの駆動回路構成を示す説明図であり、この実施例で
は、４つの噴射ノズル１２を一つの単位ブロックＢとし
て同時駆動するものが示されている。尚、以下の説明を
分かり易くするために単位ブロックを表す符号（アルフ
ァベット：ａ〜ｃ）と同時駆動されるノズルを表す符号
（数字：−１、−２、−３、−４）とを区別した。同図
において、発熱抵抗体２３（具体的には２３ａ−３〜２
３ｃ−２）は一方が共通帰路電極３１に接続され、他方
が夫々独立に個別制御電極３２（具体的には３２ａ−３
〜３２ｃ−２）に接続されている。そして、個別制御電
極３２は夫々ドライブ素子３３（具体的には３３ａ−３
〜３３ｃ−２）に接続されており、ドライブ素子３３は
夫々に接続されるアンドゲート３４（具体的には３４ａ
−３〜３４ｃ−２）からの信号入力により発熱抵抗体２
３を加熱してインクを噴射する。

【００２２】ここで、アンドゲート３４は４つのデータ
入力信号３５（具体的には３５−１，３５−２，３５−
３，３５−４）につながれており、また、アンドゲート
３４の一方の入力は単位ブロックＢ毎にブロック入力信
号（３６−ａ，３６−ｂ，３６−ｃ）に接続されてい
る。

【００２３】そして、ブロック入力信号は３６−ａに約
３μｓｅｃオン、０．２５μｓｅｃオフ、１６−ｂに約
３μｓｅｃオン信号、０．２５μｓｅｃオフ、１６−ｃ
に約３μｓｅｃオン、０．２５μｓｅｃオフというシー
ケンスで順次信号が投入される。このため、ブロック入
力信号３６−ａのオンタイミングに合わせデータ入力信
号３５−１〜３５−４には３２ａ−１（図示せず）〜３
２ａ−４の発熱抵抗体２３で記録すべき画像情報が入力
され、ブロック入力信号３６−ｂのオンタイミングに合
わせデータ入力信号３５−１〜３５−４には３２ｂ−１
〜３２ｂ−４の発熱抵抗体２３で記録すべき画像情報が
入力され、ブロック入力信号３６−ｃのオンタイミング
に合わせデータ入力信号３５−１〜３５−４には３２ｃ
−１〜３２ｃ−４（図示せず）の発熱抵抗体２３で記録
すべき画像情報が入力される。すなわち、４つの発熱抵
抗体２３（噴射ノズルと等価である）で構成される単位
ブロックＢが並べられた順で順次駆動される。

【００２４】本実施例の如く、Ｓｉウエハ２１上に発熱
抵抗体２３が形成されているタイプにあっては、ドライ
ブ素子３３やアンドゲート３４、外部からのデータ信号
やブロック信号をパラレル出力に変換するシフトレジス
タを同じＳｉ基板２１上にＬＳＩプロセスで作成する場
合に、隣接する単位ブロックＢを順次駆動する方式にす
ると、配線パターンが単純化できてヘッドの小型化や製
造性向上に有利である。

【００２５】かかる構成のサーマルインクジェットヘッ
ド及び駆動方法においては、一つの単位ブロックＢ内で
隣接する４ノズル１２ずつが同時に駆動されるタイミン
グを有し、かつ、隣接する単位ブロックＢが殆ど休止時
間をもたずに順次駆動される。

【００２６】更に、この実施例では、各噴射ノズル１２
の流路抵抗が単位ブロックＢ毎に規則的に変化するよう
に設定されている。すなわち、図５に示すように、発熱
体基板２０に接合される溝基板１０に設けられてインク
の通路を形成する溝（チャネル）１１の長さが単位ブロ
ックＢのビット数である４を単位に変化している。具体
的には、単位ブロックＢの両端（境界部）に位置する噴
射ノズル１２ｂ−１及び１２ｂ−４の各チャネル１１ｂ
−１，１１ｂ−４における片側壁の長さＬ’が噴射ノズ
ル１２ｂ−２及び１２ｂ−３の各チャネル１１ｂ−２，
１１ｂ−３のそれＬよりも長く設定されている。

【００２７】次に、この実施例に係るインクジェットヘ
ッドの性能を評価する。今、チャネル１１ｂ−１，１１
ｂ−４の片側壁長さＬ’と他のチャネル１１ｂ−２，１
１ｂ−３の長さＬをそれぞれ４００ミクロン、３２０ミ
クロンとする実施例ヘッド（３００ｄｐｉ、１９２ノズ
ル）と、全チャネル長が３４０ミクロンのヘッド（比較
例１）とを作製し、上述した駆動タイミングにて印字動
作を行わせ、印字品質を比較したところ、全チャネルが
均一な長さを有する比較例１の場合、１９２ノズルの配
列方向に渡る直線印字のときにドットの周囲にサテライ
トと呼ばれる小滴のインクによる汚れや尾を引いたよう
な画像乱れを生じたが、実施例ヘッドでは画像乱れは全
く見られなかった。

【００２８】◎実施例２ 図６はこの発明が適用されたインクジェットヘッドの他
の実施例を示す。尚、実施例１と同様な構成要素につい
ては実施例１と同様な符号を付してここではその詳細な
説明を省略する。この実施例に係るインクジェットヘッ
ドは、実施例１と異なり、インクの流路抵抗をチャネル
１１長さではなくチャネル１１の断面積で変化させてい
る。より具体的には、発熱体基板２０と接するチャネル
１１の三角形の底辺の長さを１１ｂ−２，１１ｂ−３に
対しては６０ミクロン、１１ｂ−１，１１ｂ−４に対し
ては５０ミクロンとした（長さは３４０ミクロンで均
一）。

【００２９】この時、各単位ブロックＢが同時噴射され
ない時には、チャネル１１の断面積によるドロップ量の
変化が大きくなるので、図７に示すように、単位ブロッ
クＢの両端に位置する噴射ノズル１２ｂ−１，１２ｂ−
４に対応する発熱抵抗体２３の位置を他の噴射ノズル１
２ｂ−２，１２ｂ−３のものに比べてδ（例えば５０ミ
クロン程度）だけノズル１２ｂ−１，１２ｂ−４端部に
近ずけて補償した。尚、ドロップ量のばらつきを補償す
る方法としては発熱抵抗体２３の位置を一定にし、印加
エネルギを変えるようにしてもよい。

【００３０】そして、実施例のものと発熱体基板２０と
接するチャネル１１の三角形の底辺の長さが５５ミクロ
ンで１９２ノズル均一に作製したヘッド（比較例２）と
比較したところ、比較例２にあっては前例と同様に画像
乱れが見られたが、実施例のものにあっては画像乱れが
全く見られなかった。

【００３１】

【発明の効果】以上説明してきたように、請求項１又は
２記載の発明によれば、複数の噴射ノズルが隣接する単
位ブロック毎に順次駆動されていくマルチノズルインク
ジェットヘッドに対し、噴射ノズルの流体抵抗を工夫す
ることにより、殆ど休止時間を持たずに駆動される隣接
単位ブロック間の干渉を効果的に防止するようにしたの
で、各噴射ノズルの同時噴射時の干渉を抑えるように設
計すれば、隣接ノズル間のインク運動による干渉防止及
び単位ブロック間のインク運動による干渉防止を両立さ
せることができ、インク運動による干渉に基づく記録時
の画質低下を確実に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明が適用されるインクジェットヘッド
及びその駆動方法の概要を示す説明図である。

【図２】 この発明が適用されるマルチノズルサーマル
インクジェットヘッドの実施例１を示す説明図である。

【図３】 図２中ＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。

【図４】 実施例１に係るマルチノズルサーマルインク
ジェットヘッドの駆動回路例を示す説明図である。

【図５】 実施例１で用いられている単位ブロック毎の
噴射ノズルの流体抵抗変化例を示す説明図である。

【図６】 この発明が適用されるマルチノズルサーマル
インクジェットヘッドの実施例２を示す図５と同様な説
明図である。

【図７】 実施例２で用いられる発熱抵抗体の配設位置
関係を示す説明図である。

【符号の説明】

Ｂ…単位ブロック，ＦＲ_k，ＦＲ_j…流体抵抗，１…共通
インク室，２（２_k，２_j）…噴射ノズル，３…飛翔エネ
ルギ印加手段，４…ブロック分割駆動手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 飛翔インクが貯留される共通インク室
   （１）と、この共通インク室（１）に対し夫々独立して
   連通接続される複数の噴射ノズル（２）と、各噴射ノズ
   ル（２）内のインクを画像信号に応じて選択的に飛翔さ
   せる飛翔エネルギ印加手段（３）とを備えたインクジェ
   ットヘッドにおいて、２以上の隣接する噴射ノズル
   （２）群を単位ブロック（Ｂ）とし、各単位ブロック
   （Ｂ）の片側若しくは両側の境界部に位置する噴射ノズ
   ル（２_k）の流体抵抗（ＦＲ_k）を他の部分の噴射ノズル
   （２_j）のそれ（ＦＲ_j）よりも大きく設定したことを特
   徴とするインクジェットヘッド。
2. 【請求項２】 請求項１記載のインクジェットヘッドを
   用いるに際し、噴射ノズル（２）群を各単位ブロック
   （Ｂ）毎に順次同時噴射駆動することを特徴とするイン
   クジェットヘッドの駆動方法。