JPH07178897A

JPH07178897A - サーマルインクジェットプリンタ

Info

Publication number: JPH07178897A
Application number: JP34607093A
Authority: JP
Inventors: Kenji Ikeda; 賢治池田; Hiroshi Ikeda; 宏池田; Naoki Morita; 直己森田
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1993-12-22
Filing date: 1993-12-22
Publication date: 1995-07-18

Abstract

(57)【要約】【目的】クロストークをなくし、印字速度を落とすこ
となく、高品位な印字を達成できるサーマルインクジェ
ットプリンタを提供する。【構成】プリントヘッド１がＡの位置において、ノズ
ル３，５に印字パルスが印加されて駆動される。つい
で、ノズル４，６は、その印字パルスからクロストーク
が収束する時間以上遅れた印字パルスが印加されてＢの
位置で駆動される。インク滴の噴射方向は、ノズル３，
５が、プリントヘッド１の移動方向の前方に偏り、ノズ
ル４，６は、プリントヘッド１の移動方向の後方に偏る
ように構成されている。ＡからＢへの移動量、すなわ
ち、ノズル３，５とノズル４，６との駆動タイミングの
ズレと、ノズル３，５とノズル４，６との偏りを合致さ
せるようにしておくことによって、図に示すように、印
字ドット７，９と印字ドット８，１０とを同一直線上に
形成させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、サーマルインクジェッ
トプリンタ、特に、高密度マルチノズルヘッドとして構
成されたサーマルインクジェットプリンタに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】インクジェットプリンタは、種々の方法
により記録液であるインクを吐出し、記録媒体に付着さ
せて記録を行なうプリンタである。インクを吐出する方
式として、ポンプによって連続的に微小液滴を噴射し、
電界等により偏向させるコンティニアス方式や、圧力素
子等を用いて、流路内に圧力変化を発生させて、その圧
力により微小液滴を発生させるオンデマンド方式も知ら
れている。

【０００３】このようなインクジェットプリンタの中で
も、流路内に付設した発熱体にエネルギーを与えて発熱
させ、インクを発熱体上で膜沸騰させることによってイ
ンクを吐出するサーマルインクジェットプリントヘッド
を用いたプリンタは、他の方式のプリンタに比べて、構
造が簡単であり、マルチノズル化が容易で、しかも、長
尺化や２次元化が可能であること、また、半導体技術を
駆使することにより小型化が容易で、高密度にノズルを
配置することができるという利点をもっていることか
ら、高解像度のプリントができるという大きな特徴を有
している。

【０００４】しかし、高密度化とマルチノズル化が進む
にしたがって、隣接するノズル間で液滴をほぼ同時に吐
出する際に、互いの圧力が共通リザーバを介して相互に
影響を及ぼし合うクロストークが発生し、不要なメニス
カス振動が起き、印字品位が低下するという欠点があっ
た。

【０００５】この欠点を解決する手段として、特開昭５
６−７７１５８号公報では、共通インク室から圧電素子
内の液室へのインク供給路を多層にして直角に何回も折
り曲げて、隣接ノズルとのクロストークを防ぐ方法を提
案している。しかし、この方法では、流路抵抗が増大
し、周波数特性が著しく悪化するという欠点を持つ。ま
た、特開昭６２−１１６１５４号公報では、他のノズル
の駆動状況に応じて、駆動パルスを変えるという方法を
提案している。しかし、この方法は、複数の他のノズル
の駆動状況を考慮するため、複雑な制御ロジックが必要
であり、また、温度によりインクの物性が変化し、圧力
伝播状態が変化することを補正するのは非常に困難であ
る。

【０００６】特開昭５５−１０９６７２号公報には、隣
接したノズルの駆動に位相差を設ける方法が提案されて
いる。しかし、位相差が小さいと効果はなく、クロスト
ークをなくすほどの位相差を設けると、記録媒体上での
ドット形成位置がずれてしまうという問題がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した事
情に鑑みてなされたもので、サーマルインクジェットプ
リンタにおいて、印字速度を落とすことなく、複雑なロ
ジックを用いることもなく、クロストークをなくし、高
品位な印字を達成することを目的としてなされたもので
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、液滴を吐出す
るための熱エネルギーを発生する発熱体を付設した複数
のインク流路と、該インク流路にインクを供給するイン
クリザーバと、前記インク流路に対して前記液滴を吐出
するノズルを複数並べてなるプリントヘッドを備えたサ
ーマルインクジェットプリンタにおいて、前記各ノズル
が互いに隣接したノズルに対して記録媒体とプリントヘ
ッドの相対移動方向に対して異なる噴射方向性を有し、
前記各発熱体は隣接する発熱体間でタイミングをずらし
たパルスが印加されることを特徴とするものである。

【０００９】

【作用】本発明によれば、サーマルインクジェットプリ
ントヘッドにおいて、クロストークによる印字品位の低
下を防ぐためにパルスタイミングを隣接する発熱体間で
ずらす方式を用い、その結果生ずる記録媒体上でのドッ
ト形成位置のズレを、噴射方向性の異なるノズルで補正
し、同一直線上へのドット形成を行なわせることができ
る。したがって、特に、高密度マルチノズルのサーマル
インクジェットプリンタにおいて、高品位の印字が可能
である。

【００１０】

【実施例】図１は、本発明のサーマルインクジェットプ
リントヘッドの一実施例の説明図である。図中、１はプ
リントヘッド、２は記録媒体、３〜６はノズル、７〜１
０は印字ドットである。図では、説明を分かりやすくす
るために、プリントヘッド１には、３〜６の４つのノズ
ルのみを図示した。印字ドット７はノズル３から吐出さ
れたインクドロップで形成されたものであり、印字ドッ
ト８はノズル４から、印字ドット９はノズル５から、印
字ドット１０はノズル６からそれぞれ形成されたドット
を示している。また、矢印は、プリントヘッド１が、Ａ
の位置からＢの位置へ移動することを表わしている。

【００１１】この実施例では、ノズル３および５は、そ
の噴射方向が、記録媒体２またはプリントヘッド１の移
動方向の前方に偏ったノズルであり、ノズル４および６
は、その噴射方向が、記録媒体２またはプリントヘッド
１の移動方向の後方に偏ったノズルである。

【００１２】印字動作について説明する。まず、ノズル
３，５に印字パルスが印加されて駆動され、ついで、ノ
ズル４，６は、その印字パルスからクロストークが収束
する時間以上遅れた印字パルスが印加されて駆動され
る。ノズル３，５の駆動とノズル４，６の駆動との間
で、プリントヘッド１はＡの位置からＢの位置へ移動す
る。ＡからＢへの移動量、すなわち、ノズル３，５とノ
ズル４，６との駆動タイミングのズレと、ノズル３，５
とノズル４，６との偏りを合致させるようにしておくこ
とによって、図に示すように、印字ドット７，９と印字
ドット８，１０とを同一直線上に形成させることができ
る。

【００１３】図２は、駆動パルスのタイムチャートであ
る。図中、Ｔは印字パルス、Ｔｐは印字パルス幅、Ｔｃ
はクロストークが収束する時間、△Ｔは印字パルス間隔
である。ノズル３，５が印字パルス幅Ｔｐの印字パルス
で駆動され、その後、クロストークが収束する時間Ｔｃ
以上遅らせた印字パルスがノズル４，６に印加される。
この場合、印字パルス間隔△Ｔは、 △Ｔ＞（Ｔｐ＋Ｔｃ）であることが必要であり、それによって、クロストーク
による印字品位の低下を防ぐことができる。

【００１４】次に、記録媒体上で同一直線上への印字ド
ットの形成を行なわせるパルスのタイミングについて、
図２，図３で説明する。

【００１５】図３は、プリントヘッド１が、移動速度Ｖ
でＡの位置からＢの位置に矢印の方向に移動しながら印
字を行なうことを表わしている。Ｌはプリントヘッド１
のノズル面と記録媒体２との距離を示す。また、θ₁は
ノズル３，５の噴射方向の前方への偏角、θ₂はノズル
４，６の噴射方向の後方への偏角を示している。これら
ノズル３〜６によって記録媒体２上に、プリントヘッド
１の移動方向に垂直なラインを形成する場合の条件は、
図３に示すように、プリントヘッド１がＡの位置で印字
した印字ドットの位置と、△Ｔの後にＢの位置で印字し
た印字ドットの位置が、横からみて一致することであ
り、 △Ｔ＝（ｔａｎθ₁＋ｔａｎθ₂）×Ｌ／Ｖの関係を満足すればよいことが分かる。なお、上述した
ように、この△Ｔは、クロストークの収束する時間Ｔｃ
より長くなるように設定することが必要であることはい
うまでもない。

【００１６】なお、θ₁，θ₂は、プリントヘッドが移
動していない状態において、その噴射方向を測定してそ
の値としてもよいが、実際は、プリントヘッドが移動し
ながら印字が行なわれるので、移動状態における噴射位
置と記録媒体上での印字ドットの位置から、噴射方向を
決定するのが、より正確である。また、プリントヘッド
の移動速度をＶとして説明したが、記録媒体が移動して
もよく、したがって、プリントヘッドの移動速度は、プ
リントヘッドと記録媒体との相対的な移動速度を意味す
るものである。

【００１７】上述した実施例では、プリントヘッドのノ
ズルを、２つのグループに分けて、２通りの噴射方向性
を持たせるようにしたが、ｎのグループに分けて、ｎ通
りの噴射方向性を持つノズルを備えるようにしてもよ
い。ノズルをｎのグループに分けたプリントヘッドに対
しても、各グループごとに噴射方向性の異なるノズルに
加えられる印字パルスの印字パルス間隔を△Ｔｎとし、
１つのグループのノズルを駆動した後、次のグループに
及ぼすクロストークが収束する時間をＴｃとした場合、 △Ｔｎ＞（Ｔｐ＋Ｔｃ）となるようにすればよい。また、印字パルスの周期Ｔ
は、Ｔ＞ｎ×△Ｔｎであることが必要である。

【００１８】図４は、噴射方向に偏角を持たせたノズル
の一実施例の原理図である。図中、１１は親水性処理
膜、１２は疎水性処理膜、１３はノズル吐出口、１４は
インクメニスカス面、１５はインクである。この実施例
では、ノズル内面の上部に親水性処理膜１１を設けたこ
とによって、インクに対し親水的である。また、ノズル
内面の下部は、疎水性処理膜１２を設けたことによっ
て、インクに対し疎水的である。インクが吐出された
後、疎水的な内面に対しては、インクがリフィルされ
ず、したがって、インクメニスカス面１４は、図に示す
ように、傾いて形成される。図示しない発熱体に印字信
号が印加され、発熱体上でインクが膜沸騰して発生した
バブルの作用でノズル吐出口１３よりインクが吐出され
るが、インクメニスカス面１４が傾いて形成されている
ため、親水性処理膜１１側は、インク吐出が早く進行
し、疎水性処理膜１２側は、インク吐出が遅く進行する
ことになり、親水性処理膜１１が形成された上方に曲が
ってインクが吐出される。

【００１９】インク吐出方向の角度は、親水性処理膜，
疎水性処理膜の親水性，疎水性の程度や、長さ，面積等
に応じて選定することができる。もちろん、親水性処理
膜，疎水性処理膜の両方を設けることは必ずしも必要で
はなく、一方の処理膜のみを設けるようにしてもよい。

【００２０】図５，図６は、図４で説明した実施例を実
際のノズルに適応したプリントヘッドの第１の具体例を
説明するためのもので、図５は、インク流路方向の断面
図、図６は、ノズル面側からみた正面図である。図中、
１１は親水性処理膜、１２は疎水性処理膜、１６はチャ
ネル基板、１７，１８は厚膜樹脂層、１９はヒーター基
板、２０はヒーター、２１はインクリザーバである。こ
のプリントヘッドは、厚膜樹脂層１７，１８とヒーター
２０とを備えたヒーター基板１９と、異方性エッチング
によりインク流路が形成されたチャネル基板１６とを接
合し、ダイシングすることにより個々のヘッドチップに
分離して形成されたものである。ヒーター２０には、駆
動電流を供給する電極が接続され、ヒーター下部には発
生した熱を効率良くインクに伝えるための蓄熱層を備
え、ヒーター表面には、インクとの絶縁とバブルの収縮
によるキャビテーションダメージから保護するための保
護層が設けられているが、これらの図示は省略した。

【００２１】インクリザーバ２１は、複数のインク流路
に共通してインクを供給しており、バブルの発生圧力
が、インクリザーバ２１を介して隣接する流路に伝搬さ
れてしまう。

【００２２】チャネル基板１６側のノズル内面には、１
ノズルおきに交互に親水性処理膜１１と疎水性処理膜１
２が施されている。ヒーター基板１９側のノズル内面
は、それぞれ対応するチャネル基板１６側の処理膜の親
水性，疎水性とは逆の疎水性，親水性の処理膜が施され
ている。親水処理膜１１は、金属薄膜を蒸着させるこ
と、あるいは、シランカップリング剤をスプレーコート
すること等によって形成される。また、疎水性処理膜１
２は、シリコーン樹脂，フッ素系樹脂，シラザン系化合
物等を、不必要なところに処理が及ばないようマスキン
グをした後、スプレーコートあるいはスパッタリング等
により形成される。この親水性処理および疎水性処理
は、製造工程において、チャネル基板１６とヒーター基
板１９との接合前になされるのが、製造上容易である。

【００２３】図７，図８は、図４で説明した実施例を実
際のノズルに適応したプリントヘッドの第２の具体例を
説明するためのもので、図７は、インク流路方向の断面
図、図８は、ノズル面側からみた正面図である。図中、
図５，図６と同様な部分には同じ符号を付して説明を省
略する。親水性処理もしくは疎水性処理は、必ずしもヒ
ーター基板側、チャネル基板側の両側に施す必要はな
い。メニスカス面さえ傾いて形成されればよいのであ
り、この具体例では、ヒーター基板１９側の内面のみ
に、ノズル列の交互に、親水性処理膜１１、もしくは、
疎水性処理膜１２を施した。この具体例でも、隣接する
ノズル間で噴射方向性を変えることができる。

【００２４】図９，図１０は、図４で説明した実施例を
実際のノズルに適応したプリントヘッドの第３の具体例
を説明するためのもので、図９は、インク流路方向の断
面図、図１０は、ノズル面側からみた正面図である。図
中、図５，図６と同様な部分には同じ符号を付して説明
を省略する。この具体例では、チャネル基板１６側のみ
に親水性処理または疎水性処理を施した。第１または第
２の具体例と同様に、隣接するノズル間での噴射方向性
を変えることができる。

【００２５】上述した具体例では、全てのノズルに、親
水性処理または疎水性処理を施した。しかし、未処理の
ノズルと、親水性処理や疎水性処理を施したノズルとで
は、メニスカス面の傾きが異なるようにできるから、全
てのノズルに処理を施す必要もなく、１ノズルおきに処
理をしたノズルと、処理をしないノズルとを、交互に配
列するようにしてもよい。

【００２６】図１１は、噴射方向に偏角を持たせたノズ
ルの他の実施例の原理図である。図中、１３はノズル吐
出口、１５はインク、１５’は吐出されるインク、２２
は突起である。この実施例では、ノズル吐出口１３の付
近にインクの運動方向を変える突起２２を形成した。突
起２２を設けることによって、ノズル吐出口１３におい
て、インクに横向きの運動量を与え、噴射方向を曲げる
ことができる。この実施例では、発熱体上に発生したバ
ブルの作用で、インク１５に運動量が与えられ、ノズル
吐出口１３よりインクが吐出される際に、ノズル内面上
部に突起２２が出ているため、図の短い矢印で示す突起
２２側のインクは流速が小さく、図の長い矢印で示す突
起２２から離れた側のインクは流速が大きい。この流速
の差によって、吐出されるインク１５’には、下向きに
運動量が与えられ、下方に曲がって吐出される。

【００２７】図１２乃至図１４は、図１１で説明した実
施例のノズルの作製方法の一例の説明図である。図中、
図５と同様な部分には同じ符号を付して説明を省略す
る。２２は突起、２３は長いチャネル、２４は短いチャ
ネルである。

【００２８】図１２は、チャネル基板１６の平面図であ
る。シリコン基板を用いて、異方性エッチングによっ
て、チャネルが形成されるが、互いに隣接するチャネル
においては、インク吐出口となる側の端部の位置が異な
るように、長いチャネル２３と短いチャネル２４を形成
する。突起が形成される短いチャネル２４は、突起の形
成されない長いチャネル２３より太く形成するのが望ま
しい。長いチャネル２３と短いチャネル２４を同じ太さ
で形成すると、突起２２が形成されたノズルは、突起が
形成されないノズルに比べて、インク吐出口が小さくな
り、流路抵抗が大きくなる。突起２２が形成される短い
チャネル２４を、突起が形成されないチャネル２３より
も太くすることによって、流路抵抗を同じとすることが
できるからである。

【００２９】図１２で説明したチャネル基板１６を、ダ
イシングする位置を調整することによって、突起２２を
形成することができる。図１３に示すように、チャネル
基板１６を、図示しないヒーター基板に接合した後、破
線Ａ−Ａで示すダイシング位置でダイシングする。異方
性エッチングによる斜めのエッチング形状によって、短
いチャネル２４にはノズル開口部に突起２２が残り、長
いチャネル２３にはノズル開口部に突起は残らない。図
１４は、その断面図であり、実線で示す短いチャネル２
４には、ダイシング位置Ａ−Ａにより突起２２が残り、
点線で示す長いチャネル２３には、突起は残らない。こ
のようにして１つおきのノズルに噴射方向を変える突起
２２のあるものとないものとを形成することができる。

【００３０】なお、上述の説明では、２通りの噴射方向
性のノズルを、１ノズルおきに配置したものについて述
べたが、ｎ通りの噴射方向性を持つノズルをｎノズルご
とに配置してもよい。噴射方向性の偏りをｎ通りのノズ
ルを持つヘッドは、親水処理もしくは疎水処理の面積を
段階的に変化させること、または、ノズル吐出口付近の
突起の大きさを段階的に変化させること、さらには、こ
れらの方法を組み合わせること、など適宜の方法で作成
することができる。

【００３１】実験例について説明する。実験例では、ヒ
ーター基板上に１ノズルおきにシリコーン樹脂（東レ・
ダウ・コーニング（株）製：商品名ＳＲ２４１１）の１
％トルエン溶液をディッピング処理し、疎水性の膜を形
成した。次に、この疎水性の膜を、１２０℃で１時間加
熱を行ない、硬化させ焼結を行なった。この疎水性処理
膜は、ダイシング後、ノズル吐出口よりも、８μｍ，１
５μｍ，３７μｍの位置まで達する３種類の大きさで作
製した。この基板をチャネル基板と接合し、ダイシング
して、図７，図８の具体例で説明したタイプで疎水性処
理のみをしたノズルを作製した。疎水性処理が施されな
い１つおきのノズルは、なんの処理もしていない。ノズ
ルの密度は、３００ｓｐｉである。

【００３２】このヘッドで印字をしたところ、図１５に
示す噴射方向性の偏りを示した。この結果から、プリン
トヘッドから記録媒体までの距離１．５ｍｍ、駆動周波
数４．５ｋＨｚ、ヘッド移動速度０．３８ｍ／ｓ、クロ
ストークの収束する時間２０μｓとして、ｔａｎθ₁＋ｔａｎθ₂＞５．０×１０^-3 ならばよいと計算された。そこで、処理膜を３７μｍま
で形成したヘッドを用いて、 θ₁＝１０ｍｒａｄ、 θ₂＝０より △Ｔ＝３９μｓと求め、印字を４．５ｋＨｚ，印字パルス間隔（△Ｔ）
を３９μｓで印字を行なったところ、クロストークのな
い、なおかつ、ドット形成位置のズレのない印字ができ
た。

【００３３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、サーマルインクジェットプリンタにおいて、
クロストークが収束する時間以上遅らせたパルスを印加
しても、印字ドットのズレのないプリントヘッドを得る
ことができ、印字品位の低下を防ぎ、高品位な印字を達
成することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のサーマルインクジェットプリントヘ
ッドの一実施例の説明図である。

【図２】駆動パルスのタイムチャートである。

【図３】プリントヘッドの印字状態の説明図である。

【図４】噴射方向に偏角を持たせたノズルの一実施例
の原理図である。

【図５】図４で説明した実施例の第１の具体例のイン
ク流路方向の断面図である。

【図６】図４で説明した実施例の第１の具体例のノズ
ル面側からみた正面図である。

【図７】図４で説明した実施例の第２の具体例のイン
ク流路方向の断面図である。

【図８】図４で説明した実施例の第２の具体例のノズ
ル面側からみた正面図である。

【図９】図４で説明した実施例の第３の具体例のイン
ク流路方向の断面図である。

【図１０】図４で説明した実施例の第３の具体例のノ
ズル面側からみた正面図である。

【図１１】噴射方向に偏角を持たせたノズルの他の実
施例の原理図である。

【図１２】図１１で説明した実施例のノズルにおける
チャネル基板の一例の説明図である。

【図１３】図１２のチャネル基板のダイシング位置の
説明図である。

【図１４】図１３のチャネル基板の断面図である。

【図１５】実験結果の説明図である。

【符号の説明】

１…プリントヘッド、２…記録媒体、３〜６…ノズル、
７〜１０…印字ドット、１１…親水性処理膜、１２…疎
水性処理膜、１３…ノズル吐出口、１４…インクメニス
カス面、１５…インク、１６…チャネル基板、１７，１
８…厚膜樹脂層、１９…ヒーター基板、２０…ヒータ
ー、２１…インクリザーバ、２２…突起、２３…長いチ
ャネル、２４…短いチャネル。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｂ４１Ｊ 3/04 １０３Ｂ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液滴を吐出するための熱エネルギーを発
生する発熱体を付設した複数のインク流路と、該インク
流路にインクを供給するインクリザーバと、前記インク
流路に対して前記液滴を吐出するノズルを複数並べてな
るプリントヘッドを備えたサーマルインクジェットプリ
ンタにおいて、前記各ノズルが互いに隣接したノズルに
対して記録媒体とプリントヘッドの相対移動方向に対し
て異なる噴射方向性を有し、前記各発熱体は隣接する発
熱体間でタイミングをずらしたパルスが印加されること
を特徴とするサーマルインクジェットプリンタ。