JPH02194961A - インクジェット記録ヘッド - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、インクを記録媒体に飛翔させて記録を行なう
インクジェット記録ヘッドに関する。

（従来の技術、） 従来インクを加熱してその圧力でインクを噴射するイン
クジェット記録装置が知られている。この装置は、印字
ピッチと同程度の小さな空間でインク噴射に必要な圧力
を発生することが可能で、インク噴射用ノズル、インク
供給口、およびノズル供給口とに連通ずるインク流路内
に配置したインク加熱手段とを基本ユニットとし、この
ユニットを印字ピッチで並べることにより、小型のマル
チノズルインクジェット記録装置が得られていた。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、前述の従来技術における記録ヘッドは、
多数のノズルを有するヘッドを構成する場合には、各々
のノズル孔を均一な大きさ、均一なピッチで形成し、さ
らに各流路内に精度良く発熱素子を並べることが必要で
高度の製造技術が必要となりコストが高くなっていた。

さらに従来の記録ヘッドでは、インク配管系やヘラ−Ｆ
に与えられた機械的な衝撃によりノズル孔より気泡を引
き込むことがあり問題となっていた。

そこで本発明の第１の目的は、製造が簡単でコストがか
からない印字中の広い平面走査が可能なインクジェット
記録ヘッドを提供することにある。

また第２の目的は、インク配管系や記録ヘッドに作用す
る不安な衝撃にも強いインクジェット記録ヘッドを提供
することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明のインクジェット記録ヘッドには、記録インクに
噴射エネルギーを与える発熱素子が並んだ基板と、この
基板と前記記録インクを介して配置されており前記発熱
素子と対向してインク滴噴射用の微小孔が多数形成され
ているノズル板と、前記発熱素子を各々分離し、かつ前
記微小孔側に開口を有するインク室を形成している壁部
材とからなり、前記微小孔を前記開口の大きさの１／２
以下のピッチで並べたことを特徴としている。

（作用） 本発明のインクジェット記録ヘッドは、基板とその上に
発熱素子および前記各発熱素子を分離するように各々に
所定の開口を有するインク室を形成している壁部材と、
このインク室上方に位置し、インクが流出する開口に対
向してこの開口の大きさ内に常に少なくとも２つ以上入
るようなピッチで微小ノズル孔が形成されているノズル
板とからなり、このノズル板をこのインク室の開口に対
向するように配置してノズル板と基板にはさまれた部分
をインク流路とする構成を持ち、発熱素子によりインク
を急激に加熱し、インクを気化させてバブルを形成した
時のバブル膨張により生じたインクの流れを発熱素子を
囲むインク室によりその開口からノズル方向に向かう流
れに集中させ、開口前方に位置する複数の微小孔よりイ
ンク噴射を行なうものである。さらに本発明においては
、インク適を噴射するノズル孔を開口の大きさの１／２
以下のピッチで２列以上均一に並べたノズル板を用いて
いる。このノズル板を用いると、１つの発熱素子に対向
して複数のノズル孔が配置される。従つて１つの発熱素
子による泡の形成により相対する複数のノズル孔から複
数のインク適が噴射される。

このように１つの発熱素子で多数のインク適を噴射する
ため、ノズル孔と発熱素子との位置がずれても噴射する
インク適の数には大きな変化は生じない。即ち、各発熱
素子ごとにノズル孔を正確に位置合わせをする必要がな
いので、幅の広いライン型ヘッドが実現可能となる。

（実施例） 次に図面を参照して本発明の実施例について説明する。

第１図は一本発明によるインクジェット記録ヘッドの第
１の実施例の斜視図である。同図において、ガラスやセ
ラミック材料からなる基板１０１上に多数のノズル孔と
なる微小孔（以下ノズル孔と呼ぶ）１０４が形成された
ノズル板１０５がスペーサ１２０を介して基板と所定の
間隔を保って固定されている。基板１０１上にはノズル
孔１０４の列に対向して所定の印字ピッチで発熱素子を
アレイ状に並べである。各発熱素子は選択的に電流が流
せるように電極１０２により駆動用ＩＣ１０３と接続さ
れている。但し、ＩＣは必ずしも基板上に乗せる必要は
なく、外部よりケーブル等により接続してもよい。

さらに詳細に説明するために第２図に本発明によるイン
クジェット記録ヘッドに用いる発熱素子が形成された基
板のＡＡ”断面を含む斜視図を示す。

同図において基板１０１は、ガラス、セラミックス、シ
リコン単結晶、金層等一般に発熱素子を形成するのに適
した材料からなる。このような基板上に発熱素子１０６
がアレイ状に並べて形成されている。各発熱素子には、
電極１０７が接続されており図示していない駆動手段に
よりインク噴射を行なうタイミングで電気パルスが印加
される。図示していないが、発熱素子電極等の表面には
、インクに対する保護層が形成しである。隣接する発熱
素子１０６の間には、分離壁１０８が形成されている。

分離壁の長さｌは、少なくとも発熱素子の一辺の長さｌ
Ｈ以上で望ましくは１．１の３〜１０倍である。さらに
この分離壁の間の発熱素子の近傍にストッパ壁１０９が
形成されている。このストッパ壁は同図のように発熱素
子の両側に形成する。

第３図は、本実施例によるインクジェット記録ヘッドを
ノズル板側より見たものである。同図において多数の小
孔からなるノズル孔１０４は、アレー状に並んだ発熱素
子に対向するように位置合せがされている。

第４図は本実施例の発熱素子部における断面を示した図
である。基板１０１とノズル板１０５とが所定の間隔を
持て固定されており、その間はインクで満たされている
。このインクは支持していないインク供給口より補給さ
れる。本実施例ではノズル板と基板の間隔を分離壁１０
８の高さに等しく・した場合を示している。しかし本発
明はこれに限定されず、分離壁１０８とノズル板１０５
との間に間隙を与えても本発明の効果は得られる。分離
壁にはさまれた部分はインク流路を形成するが、発熱素
子１０６は、ストッパ壁１０９によりこのインク流路か
ら分離され、これらの壁に囲まれたインク室１１３が形
成される。

次にこの図を用いて動作を説明する。まずインク噴射を
行なう信号が入力されると、対応する電極１０７を通し
て発熱素子１０６にパルス状の電圧が印加される。する
と発熱素子１０６に接するインクは、急激に加熱され、
バブル１１２が発生する。バブルは急速に膨張し、周囲
のインクに圧力を及ぼすが、発熱素子の両側にストッパ
壁１０９があるため同図において矢印１１３で示すよう
にインク室の上方の開口からノズル孔１０４方向へ流れ
が集中する。

ノズル孔１０４よりインク柱１１０が形成され、前面に
位置する紙等の記録媒体に滴となって飛翔又はインク柱
のまま付着しドツト印字が行なわれる。この時インク流
路方向へのインク流出は小さく、バブル１１２の運動が
効率良くインク噴射に向けられるようになる。

次に発熱素子による加熱を停止すると、バブルは温度が
低下し、収縮さらには消滅する。この収縮消滅過程にお
いて発熱素子周囲は負の圧力となりストッパ壁とノズル
板の間隙を通してインク流路からインクを引き込み新し
いインクが補給される。この新しいインクの流れにより
、温度上昇したインクは冷却され、インク温度上昇によ
るバブル形成条件の変動や不消滅バブルの発生等の問題
が生じることはない。

ここに示すように本実施例によればバブルによるインク
流れがノズル孔方向に集中し、効率の良いインク吐出が
可能となる。

次に本発明におけるノズル孔と発熱素子の位置関係につ
いて説明する。第３図に示すように本発明ではノズル孔
のピッチをインク室開口の巾Ｗの音板下とすることを特
徴としており、このようなノズル孔パターンにより開口
と、ノズル孔の相対位置が変化しても常に複数のノズル
孔が開口上に対向して位置するようになり均一なインク
吐出が可能となる。次にノズル孔が形成されている領域
の幅と発熱素子の幅との関係について第５図を用いて説
明する。同図において、ＷＮａ、ＷＮｌ、ＷＮｃはノズ
ル孔が形成されている領域の幅、Ｗ　Ｗ　ＷはインＴａ
＞　　　Ｔｂ’　　　Ｔｃ り窓開口１１４の幅を示す。第５図（ａ）は幅ＷＮａと
幅ＷＴａがほぼ等しい場合を示している。この場合は、
ノズル孔１０４とインク室開口１１４の位置が正確に合
わされていれば問題が無いが、上下方向の位置ずれが生
じると開口上にあるノズル孔１０４の数が減少するので
、印字を行なった時の濃度むらが生じることがある。こ
れを解決する方法について第５図（ｂ）、（Ｃ）を用い
て説明する。同図（ｂ）は開口の幅ＷＴ、をノズル孔領
域の幅ＷＮ、より広くした例である。このような関係を
持たせることにより、開口の上にノズル孔が重なる範囲
であれば、位置ずれが生じても幅ＷＮ、の全体からイン
ク滴噴射が行なわれる。また、同図（ｅ）はノズル孔領
域の幅Ｗ　を開口の幅ＷＴｃｃ より広くした例で、この場合も発熱素子全体がノズル孔
領域に重なる範囲での上下の位置ずれであれば、実質的
に幅ＷＴｃの印字が行なわれる。

このようにノズル孔領域の幅と開口の幅に差を持たせる
ことにより、ノズル板と基板の位置合わせ精度を大幅に
緩めることが可能となり、ライン型インクジェットヘッ
ドが容易に実現できる。

上記の実施例ではノズル孔のパターンとして、隣接する
ノズル孔の中心線の交差角が６０°で、発熱素子アレイ
方向に１つの中心線が平行であるものを示したが、これ
に限らず第６図に一例を示すように、他の角度を持った
パターンとしてもよい。

第７図は本発明によりインクジェットヘッドに用いる圧
力室形状での第２の実施例を説明するための斜視図であ
る。同図に示すように各発熱素子２０２の周囲には均一
な高さの壁２０６が配置され、インク室２０７が形成さ
れている。このインク室は同図で上方が開口部となって
おり、この開口に対向して多くの微小ノズル孔２０４を
有するノズル板２０５が所定の間隔で固定されている。

本実施例による壁２０６は、均一な高さで形成されてい
るため、隣接発熱素子間の相互干渉は第１の実施例に比
べやや大きくなるが隣接素子を駆動するタイミングをず
らす等により実用上問題ない程度に少なくすることがで
きる。さらに第８図に示すように隣接する発熱素子間の
壁２１１の巾Ｗをインク流路方向の壁の巾Ｗ２より広く
することにより、発熱素子間の流れの抵抗を高くするこ
とが可能で、相互干渉をさらに小さく押さえることが可
能となる。本実施例は、壁の高さが均一なため、壁の高
さに等しいポリイミド等の感光性樹脂を塗布し、壁のパ
ターンを露光し、現像することにより容易に形成できる
特徴を有する。

以上本発明の実施例について説明したが、本発明では従
来のインクジェット記録ヘッドに比べ、小径のノズル孔
を多数用いたノズルで印字を行なっている。従って個々
のノズルを見ると、インクメニスカスの半径が小さく、
それだけインクメニスカスの外力に対する保持力が大き
くなるので、加えられた衝撃等によりインクジェット記
録ヘッドのインク配管等に生ずるインパルス状の圧力変
動に対してノズルから気泡を取り込む等の問題に対して
強くなる。

（発明の効果） 以上詳述したように本発明のインクジェット記録ヘッド
は、１つの発熱素子に対し多数のノズル孔を形成してい
るため発熱体ごとの目合わせが不要となり、従来より大
きなライン型ヘッドが実現可能となる。また構造が単純
であるためインク滴噴射単位である発熱体を高密度で並
べることが可能となる。また発熱素子間に隔壁を形成し
、さらにストッパ壁を形成することにより、隣接する発
熱素子間の干渉が少なく噴射効率が高くなる。さらにノ
ズル孔径が小さいためメニスカス保持力が大きくなりイ
ンク配管等からのインパルス状圧力に対する耐性が向上
するなど多くの効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のインクジェット記録ヘッドの斜視図、
第２図は、本発明によるインクジェット記録ヘッドに用
いる発熱素子基板の断面斜視図、第３図は本発明のイン
クジェット記録ヘッドをノズル側から見た図、第４図は
、本発明のインクジェット記録ヘッドの断面図、第５図
および第６図は本発明によるノズル孔パターンの説明図
、第７図は本発明のインクジェット記録ヘッドの他の実
施例、第８図は本発明による壁形状の実施例である。 図において、 １０１、２０１・・・基板、１０２．１０７．２０３・
・・電極、１０３・・・駆動用ＩＣ１１０４，２０４・
・・ノズル孔、１０５．２０５・・・ノズル板、１０６
、２０２・・・発熱素子、１０８・・・分離壁、１０９
・・・ストッパ壁、１１０．・・インク柱、１１１・・
・記録媒体、１１２・・・バブル、１１３．２０７・・
・インク室、２０６．２１１・・・壁、２０９・・・イ
ンク流路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 記録インクと接して、この記録インクに噴射エネルギー
   を与える発熱素子が並んだ基板と、この基板と前記記録
   インクを介して配置されており前記発熱素子と対向して
   インク滴噴射用の微小孔が多数形成されているノズル板
   と、前記発熱素子を各々分離し、かつ前記微小孔側に開
   口を有するインク室を形成している壁部材とからなり、
   前記微小孔を前記開口の大きさの１／２以下のピッチで
   並べたことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。