JPH05270099A - 熱インクジェットノズル配列 - Google Patents

熱インクジェットノズル配列

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JPH05270099A
JPH05270099A JP4349735A JP34973592A JPH05270099A JP H05270099 A JPH05270099 A JP H05270099A JP 4349735 A JP4349735 A JP 4349735A JP 34973592 A JP34973592 A JP 34973592A JP H05270099 A JPH05270099 A JP H05270099A
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ink
nozzle
bar
nozzles
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JP4349735A
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Gary A Kneezel
エイ．ニーゼル ゲイリー
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Xerox Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数の印刷ヘッドモジュールから構成される
熱インクジェットバーにおいて、各モジュールの位置合
わせを容易にし、取外しを可能にする。 【構成】 印刷バー２０の主表面２４、２５上にそれぞ
れ配置された複数の印刷ヘッドモジュール１９は、横方
向に等間隔に離間されて正確に位置合わせされている。
各面のモジュール１９は互い違いに配置されており、各
中間モジュールの各端部ノズル８は、各モジュールのノ
ズル間の間隔に等しい距離だけ、反対側の最も近いモジ
ュールの対応端部ノズルから横方向に隔てられている。
従って、ノズルが起動されると、互いに部分的に重なる
均一間隔のドットの連続ラインが複写媒体上に形成され
る。また、モジュール１９は、クランプ２７によって正
確な位置に取外し可能に固定されているので、破損モジ
ュールのみを取り除くことができ、インクジェット印刷
バーの製造コストを削減することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は熱インクジェットノズル
配列に関し、特に、印刷が行われるページの全幅に渡っ
てインク滴射ラインを形成するように構造バーの両面上
に互い違いに２列で配置されたモジュール式印刷ヘッド
ユニットの配列に関する。
【０００２】
【従来技術】本明細書における”熱インクジェット”と
は、ノズルに連通するインクを過熱してその一部を気化
させ、瞬間的に泡（バブル）を発生させてインクカラム
（柱）をノズルの方向へ押し出すことによって、個々の
インク滴がノズルから射出されるプロセスを意味する。
具体的には、このインクカラムの端部でインクが解離さ
れてインク滴が生じ、このインク滴は自らの運動量によ
り、インク滴が落下させられる用紙または他の複写媒体
へ向かって移動する。このとき、インクの衝突領域は、
文字やその他所望の形の図形を形成するように部分的に
重なるようになっている。通常、インクは共通の貯蔵容
器から、端部にノズルを持つ複数のチャンネルヘ供給さ
れる。各チャンネルは、選択的に通電される抵抗器と熱
的に連通しており、これにより精密に選択された瞬間に
チャネルに泡が発生される。
【０００３】現在製造され、使用されている熱インクジ
ェット印刷ヘッドは、１ミリメートル当りのノズル数が
約１０の線密度で、１０乃至２００個の独立したノズル
を含むユニットにより構成される。現在において、合理
的な生産性で製造可能なこの種の印刷ヘッドの最大のも
のは１０mmから２０mm程度の長さである。この種の印刷
ヘッドは、記入される媒体（通常は用紙）を横切って走
査することにより、ページ全体を印刷する。最大連続射
滴頻度、超過走査時間及び、折り返し時間により、印刷
速度は解像度１２ドット／mmで、毎分約４ページに制限
される。ページ幅の印刷バーを製造し、同時にインク滴
を射出するノズルの数を増加させ、走査ラインの端部に
おける時間の無駄を省くことにより、印刷速度を毎分１
０から１００ページまで向上させることが可能である。
ページ幅印刷バーの組み立てには、複数の印刷ヘッドモ
ジュールの精密な配置が必要とされる。勿論、複式モジ
ュール印刷バーがページ幅を有することは必須事項では
ない。例えば、幅広のプロッターなどにおいては、単独
印刷ヘッドによって可能な速度よりもプロット速度を向
上させることが所望されるが、プロッターの全幅にわた
る印刷バーを使用する必要はない。このような場合、複
式モジュール印刷ヘッドは、用紙を横切って走査され
る。また、２色又は多色画像の印刷が望まれる場合、特
定色のインク専用の複数の印刷ヘッドモジュールを１つ
のバー上に精密に搭載するのも好ましいことである。
【０００４】ページ幅の熱インクジェットバーは、複数
の印刷ヘッドモジュールにより構成される。これらのモ
ジュールにおいて隣り合うモジュールからの印刷インク
滴により生成される画素のラインに継ぎ目が見られない
ように、かつ、均一に離間されたインク滴ノズルの連続
した１つのラインによって画素が生成されるように、モ
ジュールを相互に精密に位置決めする必要がある。ま
た、これらのモジュールが交換可能であれば尚都合が良
く、この場合には、１つのモジュールが故障しても、印
刷バー全部を廃棄する必要はない。この２つの目的、即
ち、精密な位置合わせ及び交換性を可能にする１つの方
法として、米国特許第４、５５９、５４３号に開示され
るように、複雑な調整機能を印刷バー基板に組み込む方
法がある。この特許では、これらの調整機構は、この特
許に添付の図１の１０７及び１０８で指定される。この
方法の欠点は、印刷バーの複雑さ、及びそのためのコス
トである。この米国特許において調整機能が必要な理由
は、各モジュール上に、ノズルに対する精密な位置面を
与えるものが存在しないことである。例えば、それは、
ページ幅の基板に接触して示されているベース板２０２
（この特許に添付の図２）である。ベース板、及び熱イ
ンクジェットダイ（又はサブユニット）への接着接合部
のどちらも十分に精密な厚さ持たず、隣接するモジュー
ルからのインクジェットが重複及び隙間のない正確な画
素ラインを適切に形成することを保証できない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ノズ
ル自体に正確に関係したモジュール上の基準面を用いる
ことによりモジュールが互いに精密に位置合わせされる
熱インクジェットノズルのモジュール配列を支持する印
刷バーを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、相互に平行で既知の厚さだけ離間された
２つの主表面を有する支持バーを備えた熱インクジェッ
トノズル配列であって、前記各面は複式ノズル印刷ヘッ
ドダイを含む印刷ヘッドモジュールが互いに既知の等し
い間隔だけ隔てて配置された直線状の列をそれぞれ１列
有し、２つのモジュール列は互い違いに配列されてお
り、各中間モジュールの各端部ノズルは各モジュールの
ノズル間の間隔に等しい距離分だけ反対側の列の最も近
いモジュールの各端部ノズルの直交射影位置から横方向
に隔てられ、各モジュールのノズル列はアライメント要
素に対して印刷ヘッドダイそのものにより使用バー上に
正確に位置決めされる。
【０００７】
【作用】本発明において、相互に平行でかつ既知の厚さ
だけ離間された２つの対向する主表面を有する支持バー
を備えた熱インクジェットノズル配列が提供される。各
表面は、直線状の１列のモジュール式複式ノズル印刷ヘ
ッドユニットを相互に既知の等しい間隔だけ隔てて支持
する。支持バーの対向面の２列の印刷ヘッドユニット
は、互い違いに配列されている。これによって、各中間
モジュールユニットの各端部ノズルは、各モジュールの
ノズル間の間隔に等しい距離分だけ、反対側の列の最も
近いモジュールユニットの各端部ノズルの直交射影位置
から横方向に隔てられる。このように、各モジュールユ
ニットのノズル列は印刷ヘッドユニットそのものに機械
的接触をすることにより、バー上に正確に位置決めされ
る。
【０００８】
【実施例】図１に示す印刷ヘッドダイ又はユニット２
は、二つの基本構成要素として、ヒータ板６と、ヒータ
板６へ接合されたチャネル板４とを有する。周知のごと
く、ヒータ板６に接合されるチャネル板４の面には、実
質的に平行な一連のＶ字型インクチャネルが設けられて
おり、これら二つの板が互いに接合されると、整列した
チャネルがすべてヒータ板で覆われ、均等に離間された
ノズル８の直線状の列が形成される。インク滴は、必要
に応じて（オンデマンド）、ノズル８を通って射出され
る。ヒータ板６の接合面には、一連の抵抗器（図示せ
ず）及び一体化した導線（図示せず）が配置されてい
る。各抵抗器は厳密に選定された時刻に選択的に通電さ
れ、その抵抗器が発生した熱によって、対応するチャネ
ル内のインクの一部が瞬間的に気化され、一時的な泡
（バブル）が形成される。この泡によって、インク滴
（図示せず）がそれぞれのノズル８からインクチャネル
のアライメントにより指定された方向に射出される。印
刷ヘッドユニットはインクチャネルと位置合わせされた
用紙又は他の複写媒体の近くに配置され、印刷は、選択
された抵抗器への電流パルスの印加を精密に制御するこ
とにより行われる。
【０００９】チャネル４の外表面には１つ又は複数（図
１では３つ）の開口部１０が設けられており、この開口
部から共通貯蔵容器（図示せず）へインクが供給され
る。また、ノズル８と共通貯蔵容器とを連通させる各チ
ャネル（図示せず）には、共通貯蔵容器からインクが供
給される。チャネルの内部構造、抵抗器の配置及び構成
方法、並びにチャネルへのインク補充を維持するための
構成は既に知られていることなので、本明細書において
はこれ以上詳細の言及はしない。
【００１０】図２に示す印刷ヘッドモジュール１９の形
態において、印刷ヘッドダイ又はユニット２は放熱基板
１２と導管１６により後部からインク供給を受けるイン
クマニホルド１４とに挟持されている。また、図に示さ
れるように、相互接続ボード１８は、ヒータ板６の外面
が取りつけられている基板１２の面と同一面に接合され
ている。この相互接続ボード１８は、例えば、抵抗器導
線を相互接続ボードへ接続するワイヤボンド（図示せ
ず）により、ヒータ板６上の抵抗器へ加熱電流を供給す
るのを制御するために使用される。この相互接続ボード
は、電源又は他の制御回路（図示せず）へリボンケーブ
ル（図示せず）を介して接続される。
【００１１】図３において、一連の印刷ヘッドモジュー
ル１９が主表面２４、２５の各々に固定された印刷バー
２０を示す。ここで、各面のモジュールは互いに正確に
位置合わせされ、横方向に正確な距離を保って配置され
ている。各印刷ヘッドモジュールのノズルは互いに同一
平面にあり、印刷バーの側面２２とも同一平面上にあ
る。モジュールの横方向の位置合わせは、印刷ヘッドモ
ジュールの恒久的な部品でない外部の組み付け固定具ま
たは治具（図示せず）によって、あるいは、精密に面形
成された印刷ヘッドダイ２の側面１３を位置決めするた
めに例えばフォトリソグラフィにより印刷バー上に恒久
的に形成されたパターン形状１５（破線で示す）によっ
て、正確に制御される。２列のモジュールは互い違いに
配列されており、各モジュールにより付与されるインク
ノズルの増加分の列は印刷バーの他方側のモジュールと
精密に位置合わせされる。その結果、ノズルが起動され
てインク滴が印刷バー２０の側面２２に対し垂直に動く
複写媒体（図５に示す）上に降下する際、インクの衝突
領域によって、互いに部分的に重なる均一間隔のドット
の連続ラインが形成される。
【００１２】図３において重要なことは、印刷ヘッドダ
イが図１及び２に示した方向と逆転していることであ
る。図示した方向において、バー２０のそれぞれの主表
面に接触するのはチャネル板４であり、印刷バーから遠
くにあるのは放熱基板１２である。このようにするため
にはインク供給マニホルド１４をなくする必要がある。
マニホルド１４の代わりに、バー２０の内側に形成され
た流路１７（破線で示す）によって、インクがチャネル
板の各開口部１０に供給される。つまり、この流路１７
は印刷モジュールの両側のセットに対する共通のインク
マニホルドとしての役割を果たす。具体的には、本発明
の配列形態では、印刷バー２０の主表面は精密に平坦で
あり、かつ互いに平行であり、既知の距離ｄだけ離れて
いる。各モジュールのノズルラインは、バー２０のぞれ
ぞれの支持面から、チャネル板の寸法のみによって制御
される距離だけ離間される。また、チャネル板製造は精
密工程であるので、三角形ノズル８の各々の実質中心１
１とインク供給開口１０を有するチャネル板の外面との
間の距離（図３Ｂの距離ｅ）も正確に知ることができ
る。このように図３の実施例において、開口を有するチ
ャネル板面は印刷バーの主面に接しているので、モジュ
ールのノズルは面２４及び２５に垂直に互いに距離ｄ＋
２ｅだけ隔離されている。
【００１３】固定した印刷バー及びこの上に設置された
印刷ヘッドモジュールを通過する紙又は他の記録媒体に
対しての、ノズルを含む印刷ヘッド面の位置は、エンコ
ーダパルスで精密に検知される。印刷バー２０の追従面
（trailing side ）上の印刷ヘッドモジュールからイン
ク滴を射出するために行われる選択された抵抗器への電
流パルスの印加は、距離ｄ＋２ｅに対応するエンコーダ
パルスの数だけ遅延されるので、インク滴により印刷さ
れる各スポット又は画素は、印刷バー２０の先導面（le
ading side）上の印刷ヘッドモジュールから射出される
インク滴により印刷される画素からずれないようになっ
ている。このように、印刷バー２０の一方の面上のモジ
ュールから射出されたインク滴と印刷バーの他方の面上
のモジュールから射出されたインク滴とが、複写媒体の
幅方向に渡り正確に一直線に落下するのを確実にするた
めに、紙の移動経路に対して垂直な同一直線上に連続的
なインク滴を落下させようとする場合には、最初のモジ
ュールへの熱インパルスを印加した後、後のモジュール
に対する各加熱パルスを上記の間隔だけ遅延させる。
【００１４】図３の実施例のもう一つの重要な特徴は、
印刷ヘッドモジュール１９が、例えばクランプ２７等の
既知の固定手段のいずれかにより、正確な位置に取り外
し可能に固定されていることである。クランプ２７は、
モジュール設置のための領域に隣接した場所において、
印刷バー主表面２４、２５上に固定して取り付けられた
軸３９を中心にもつスタッド３５を含む。スタッドの先
端はねじが切られており、スタッドの一端に揺動可能に
取りつけられたアーム３６は、固定ナット３７によっ
て、モジュールの放熱基板に対して適所に確実に保持さ
れることができる。この印刷バーの取り外し可能に保持
された構造を用いる場合には、印刷バー２５の流路１７
と印刷ヘッドダイ２のインク供給開口１０とを連通させ
る開口部２３周囲の印刷バーの主表面２４、２５に弾性
ガスケット（図示せず）を取り付けなければならない。
これにより、モジュールは印刷バーに対して確実にシー
ルされ、印刷バーとモジュールとの界面でインクが漏れ
ないようになり、同時に他のモジュールを害することな
く簡単に一つのモジュールを取り外すことができる。こ
れによって、組み付け印刷バー全体を廃棄することな
く、破損または非動作のモジュールのみを取り除くこと
ができるようになる。このモジュールの交換可能性によ
り、印刷バー製造の歩留が飛躍的に向上し、その結果、
ページ幅インクジェット印刷バーの製造コストを削減す
ることができる。
【００１５】図４に、図３と類似した実施例を示すが、
ここでは図２に示されるタイプのモジュールが使用され
る。この目的のために、バー２０の主表面２４及び２５
には、互い違いに並んだ矩形形状の凹部２６が設けられ
ている。各凹部は側面２２に対して開放しており、イン
クマニホルド１４を収納する寸法になっている。インク
マニホルド自体はアンビリカル導管（図示せず）により
インク供給源へ接続されるので、バー２０の内部にイン
ク流路を設ける必要がない。尚、インクマニホルドは、
それらが接合されているチャネル板の面の幅より狭くな
っている。このためノズルは基準面２４、２５から図３
の実施例とまったく同じ距離だけ離間されている。モジ
ュール１９も、図３の実施例のクランプ２７等の取り外
し可能な固定手段によって、印刷バーの凹部２６に取り
外し可能に固定することができる。
【００１６】図５にインクジェットプリンタの主な構成
要素を示す。この図においては本質的でない構成要素は
明確にするため省略した。図３又は図４の印刷バー２０
はプラテンローラ２８の回転軸と一直線に位置合わせし
て取り付けられる。プラテンローラ２８には用紙３０又
は他の複写媒体が接触している。シート３０の印刷バー
２０に対する移動方向を矢印３２で示す。このようにし
て、上述したようにシート３０は下側のモジュール（図
５では見えない）からのインク滴を受け、その後に上側
のモジュール１９からのインク滴を受ける。下側のモジ
ュールからのインク滴下後、適切な時間だけ遅れて上側
のモジュールからインクが滴下する場合、基準面２４の
横方向の間隔を精密に制御し、且つ２列のモジュール１
９からのインク滴の射出時間を同様に制御することによ
り、下側のモジュールセットからのインク滴と上側のモ
ジュールセットからのインク滴とがシートを横切る同一
直線上に正確に滴下することができる。この結果、完全
に均一な画素ラインを形成することが可能である。
【００１７】図５においてはシート３０の全幅に渡る印
刷バー２０を示したが、本発明の範囲内において、全幅
に満たない幅の印刷バーをキャリッジ上に設置し、印刷
バーをシート３０の幅にわたり走査できるようにするこ
とも可能である。また、複数のキャリッジ搭載モジュー
ルにより、より高速な印刷が可能になり、また、単独の
キャリッジ搭載モジュールではできない多色印刷が可能
になる。異なる色のインクに対して別々の専用モジュー
ル１９を用いることによって、このような走査により、
異なる２色、または多色画像を生成することができる。
短い印刷バーを搭載し、シート３０の幅方向にわたり駆
動する方法自体は既知であり、本発明の主題ではないの
で、ここではこれ以上の言及はしない。
【００１８】図６に示す印刷ヘッドモジュール１９は、
図４の実施例に示すモジュール１９の拡大図である。こ
こで、インクマニホルド１４は印刷ヘッドダイのそれぞ
れの寸法より狭く、更にこの印刷ヘッドダイは放熱基板
１２のそれぞれの寸法より狭い。
【００１９】図７に示されたモジュール１９は、チャネ
ル板及びヒータ板の幅が異なる以外は図６のものとほぼ
同一の構成である。図に示されるように、ヒータ板６は
チャネル板４の側面より出っ張っており、モジュール１
９はヒータ板の上面で印刷バー上に位置合わせできるよ
うになっていて、チャネル板の厚さの製造変動に関わら
ず、射出ノズルの相対位置をより精密に管理することが
できる。
【００２０】従って明らかなように、本発明は、印刷を
行う媒体の所望の幅に渡って一様な間隔をもった画素の
直線を形成するために制御可能であるように、その離間
距離が正確に把握され正確に位置決めされた印刷ヘッド
モジュールの配列を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の配列で用いることができる基本的な印
刷ヘッドダイまたはサブユニットの等角線図である。
【図２】本発明の配列で用いることができる印刷ヘッド
ダイを組み込んだ印刷ヘッドモジュールの等角線図であ
る。
【図３】Ａは、本発明の配列を構成するために、図２に
示される複数の印刷ヘッドモジュールと共働する印刷バ
ーの等角線図である。Ｂは、図３Ａの円３Ｂにより囲ま
れた領域の印刷ヘッドモジュール及び印刷バーの一部に
ついて拡大した印刷バー及び印刷ヘッドモジュールの部
分正面図であり、印刷バーからのノズル中心の距離を示
す。
【図４】図３に類似した印刷バーの変形を示す図であ
る。
【図５】図３又は図４に示される印刷バーを対向する用
紙又は複写媒体上に印刷するための配置を示す線図であ
る。
【図６】図２に示された印刷ヘッドモジュールの変形形
態を示す斜視図である。
【図７】図２の印刷ヘッドモジュールの別な変形を示す
斜視図である。
【符号の説明】
２ 印刷ヘッドダイ ４ チャネル板 ６ ヒータ板 ８ ノズル １０ 開口部 １２ 放熱基板 １４ インクマニホルド １６ 導管 １７ インク流路 １８ 相互接続ボード １９ 印刷ヘッドモジュール ２０ 印刷バー ２４、２５ 印刷バー主表面 ２７ クランプ ３５ スタッド ３６ アーム ３７ 固定ナット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０１Ｄ 15/18 6843−2Ｆ 9012−2Ｃ Ｂ４１Ｊ 3/04 １０３ Ｂ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】相互に平行で既知の厚さだけ離間された２
    つの主表面を有する支持バーを備えた熱インクジェット
    ノズル配列であって、 前記各面は、複式ノズル印刷ヘッドダイを含む印刷ヘッ
    ドモジュールが互いに既知の等しい間隔だけ隔てて配置
    された直線状の列をそれぞれ１列有し、 ２つのモジュール列は互い違いに配列されており、各中
    間モジュールの各端部ノズルは、各モジュールのノズル
    間の間隔に等しい距離分だけ、反対側の列の最も近いモ
    ジュールの各端部ノズルの直交射影位置から横方向に隔
    てられ、 各モジュールのノズル列は、アライメント要素に対し
    て、印刷ヘッドダイそのものにより、使用バー上に正確
    に位置決めされることを特徴とする熱インクジェットノ
    ズル配列。
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