JPH0839803A - サーマルインクジェットペン - Google Patents

サーマルインクジェットペン

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JPH0839803A
JPH0839803A JP7196177A JP19617795A JPH0839803A JP H0839803 A JPH0839803 A JP H0839803A JP 7196177 A JP7196177 A JP 7196177A JP 19617795 A JP19617795 A JP 19617795A JP H0839803 A JPH0839803 A JP H0839803A
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Iii Jules G Moritz
ジュルス・ジー・モリッツ・サード
Kenneth Trueba
ケネス・トゥリュエバ
William Knight
ウイリアム・ナイト
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Publication date
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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 サーマルインクジェットペンの構造を最適化
することにより、全てのノズルを最適なダンピング係数
で動作させ、これによってインクの噴霧を少なくして、
より均一な印刷を行なう。 【解決手段】 個々のチャンバーを、インク補給スロッ
トの端部から抵抗器までの距離に応じて、インク流路の
限界寸法（インク供給チャネルへの入口の幅、インク供
給チャネルの幅、インク供給チャネルの長さ、抵抗器か
らチャネルの終点開口部までの距離）のうちの少なくと
も１つを変えることによって、最適に調整する。例え
ば、インク補給スロットに近いチャンバー２２ａは、遠
いチャンバー２２ｃに比べて、チャネルの開口を小さく
する。あるいは、入口長ＬＥの最長のチャンバー２２ｃ
の幅ＷＣは最大で、入口長の最短のチャンバー２２ａの
幅は最小とする。これにより、全てのノズルへのインク
の補給速度がほぼ同じになり、ペンのダンピングが改善
される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、広義にはサーマル
インクジェットプリンタに用いられるインクジェットペ
ンに関し、より詳細には、インクを印刷媒体に噴射する
噴射チャンバにインクを導入するプリントヘッド構造の
改良に関する。この改良されたプリントヘッド構造は、
ペンのダンピング（ｄａｍｐｉｎｇ）を改良し、全ての
チャンバがほぼ同一の補給速度を持つようにする。
【０００２】
【技術背景】サーマルインクジェット印刷の分野におい
ては、複数の電気抵抗要素を共通の基板上に設けて、隣
接する複数のインク溜めに入っている対応する複数のイ
ンク量を加熱し、インク噴射と印刷プロセスを行なうこ
とが知られている。かかる構成を用いる場合、隣接する
インク溜めは、通常、機械的エネルギーを所定の各量の
インクに適切に分けるための、基板に取り付けられたバ
リア層内のキャビティとして設けられる。この機械的エ
ネルギーは、抵抗要素に供給される電気的エネルギーの
変換によって抵抗要素上のインク内に急激に膨張する泡
が発生することによって生じる。また、ノズルプレート
のこれらのキャビティ上に複数のインク噴射オリフィス
が設けられ、印刷プロセス中のインクの噴射路をなす。
【０００３】サーマルインクジェットプリントヘッドの
動作においては、熱要素すなわち抵抗要素へのインクの
流れを提供してインク滴の噴射を発生させる必要があ
る。これは、基板、インクバリア、あるいはノズルプレ
ートに、インク補給チャネルあるいはスロットを設ける
ことによって行なわれてきた。
【０００４】現在のサーマルインクジェットペンの設計
には、抵抗器を異なる時間に“噴射”することを可能に
する抵抗器の多重パターンが用いられている。したがっ
て、抵抗器は、このタイミングを補償するために、空間
的にずらされている。これらのペンは、印刷スワス（ｓ
ｗａｔｈ）に対して直角な垂直方向のエッジあるいはシ
ェルフをなすシリコン基板中のインク補給スロットを設
けることによって製作され、抵抗器はこのエッジに対し
て喰い違いに設けられ、これによってそれぞれの抵抗器
に対するインク源あるいは充填スロットからのインク流
路長を変えている。
【０００５】このような設計によって、入口長（シェル
フのエッジから個々のチャンバー基部のチャネル入口ま
での距離）が６１μｍから９４μｍの間で変動し、或る
特定の市販のサーマルインクジェットペンの公称シェル
フ長は４０μｍである。現在、全てのチャンバーがスロ
ットとチャネルの間に９０゜のテーパー角のついたをフ
ァングを有する。線幅周波数試験は、補給速度がチャン
バー間で変動することを示しており、入口長が６１μｍ
の場合、９４μｍの入口長の場合より“高速な”チャン
バーが得られる。すなわち、入口長の最も短いノズル
は、スロットから最も遠く離れたノズルより３５０Ｈｚ
だけ高速である。
【０００６】異なる流路長を用いることによってインク
流に対する抵抗を変化させることができ、その結果それ
ぞれの抵抗器噴射チャンバーの補給に要する時間を変化
させることができる。チャンバーは補給が行なわれるま
では、予測可能な態様で噴射することができない。さら
に、抵抗値を変化させることによってチャンバーのダン
ピングが変化する。チャンバーのダンピングが過剰にな
る場合、その構造は最適なものではなく、ダンピングが
不足する場合、そのチャンバーのノズルが不安定にな
り、インクの噴霧その他の問題が発生する。
【０００７】これを解決する方法の１つは、シリコンシ
ェルフを入口チャネルまでエッチングすることである。
本願出願人に譲渡された１９９３年１月２５日米国出願
の０８／００９，１５１号および０８／００９，１８１
号を参照されたい。この方法は、確かに満足な結果をも
たらすが、プロセスステップはコストがかかる。
【０００８】
【発明の目的】したがって、本発明では、入口長に関係
なく、全てのチャンバーの補給速度を同じにする機構を
提供することを目的とする。
【０００９】
【発明の概要】本発明によれば、個々のチャンバーは、
インク補給スロットの端部からの抵抗器の距離に応じ
て、インク流路の１つあるいはそれ以上の限界寸法を変
えることによって最適に調整される。限界寸法は、イン
ク供給チャネルへの入口の幅、インク供給チャネルの
幅、インク供給チャネルの長さ、抵抗器からチャネルの
終点開口部までの距離、のうちの任意のものとすること
ができる。
【００１０】第１の実施例（インク供給チャネルへの入
口の幅）の場合、例えば、インク補給スロットに近いチ
ャンバーはチャネルの開口が比較的小さく、インク補給
スロットからより遠いチャンバーの開口は比較的大き
い。入口長の最も長いチャンバーの幅は最も大きく、入
口長の最も短いチャンバーの幅は最も小さい。既存のサ
ーマルインクジェットペンの設計に対して加えるべき変
更は、バリアマスクだけである。幅をこのように違える
ことによって、ペンのダンピングが改善される。抵抗器
の多重パターンに対する補償を行うために幅を調整する
ことによって、全てのノズルの補給速度が同じになる。
【００１１】これらの各実施例において、ノズルからシ
ェルフまでの距離に関する限界寸法を調整することによ
って、全てのノズルの補給速度がほぼ同じになるよう
に、全てのチャンバーのインピーダンスのバランスをと
ることができる。これらの方法は全て、ペンのダンピン
グを改善するものである。
【００１２】一例を挙げると、あるノズルの幅（入口あ
るいはチャネル）を小さくすることによって、ノズル間
の周波数変動を小さくすることができる。上述したよう
に、スロットに最も近いノズルの幅は従来の設計に比べ
てかなり小さく、スロットから最も遠いノズルの幅は基
本的には変わらない。その結果、最も近いノズルと最も
遠いノズルの間の差（周波数の変動）は、３５０Ｈｚ
（従来の設計）からわずか５０Ｈｚにまで低減される。
【００１３】本発明のサーマルインクジェットペンは、
インク滴を印刷媒体に噴射するためのプリントヘッド等
の従来のペンのものと同じ構成要素を含み、このプリン
トヘッドは、（ａ）複数の抵抗要素、（ｂ）複数のイン
ク滴噴射ノズル、（ｃ）複数のインク滴噴射チャンバ
ー、（ｄ）複数のインク供給チャネル、および（ｅ）１
つのインク補給スロットからなり、（ａ）の複数の抵抗
要素は、インク溜めから供給されたインクを加熱してイ
ンク滴を生成し、（ｂ）の複数のインク滴噴射ノズル
は、１つのノズルが１つの抵抗要素に対応しており、
（ｃ）の複数のインク滴噴射チャンバーは、各チャンバ
ーがバリアによってその３つの側面が閉じられ、各チャ
ンバーが抵抗要素を支持する床部を有しており、前記ノ
ズルは該バリアによって該抵抗要素の上部に支持され、
（ｄ）の複数のインク供給チャネルは、各チャネルがイ
ンク滴噴射チャンバーの１つにインクを供給し、各チャ
ネルがいずれかの側に１対の突起部によって形成された
入口を提供し、（ｅ）の１つのインク補給スロットは、
複数のインク供給チャネルと連動し、該スロットは端部
からインク供給チャネルへの入口へのシェルフを提供す
る該端部によって形成される。複数の抵抗要素は、１セ
ット当たり一定数の抵抗要素からなる複数のセットに分
割され、各抵抗要素は、補給スロットの端部から異なる
距離で喰い違いに配置されている。各々のインク供給チ
ャネルは、少なくとも１つの異なる限界寸法（インク供
給チャネルの入口の幅、インク供給チャネルの幅、イン
ク供給チャネルの長さ、抵抗器からインク供給チャネル
の終点までの距離）を要する。補給スロットの端部に近
い抵抗要素の幅（入口あるいはチャネル）は、補給スロ
ットの端部から遠い抵抗要素の幅より小さい。補給スロ
ットの端部に近い抵抗要素のチャネルの長さは、補給ス
ロットの端部から遠い抵抗要素のチャネルの長さより長
い。補給スロットの端部に近い抵抗要素からそのチャネ
ルの終点までの距離は、補給スロットの端部から遠い抵
抗要素のチャネルの終点までの距離より長い。
【００１４】本発明による限界寸法の調整によって、ペ
ンの構造を最適化でき、全てのノズルを最適なダンピン
グ係数で動作させ、これによってインクの噴霧を少なく
し、より均一な印刷を行なうことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】添付図面において同一参照符号は
同一構成要素を指す。図１には、１つの抵抗要素１０を
示し、この抵抗要素は、インク供給チャネル１４の一端
部１４ａに設けられた抵抗器１２からなる。インク（図
示せず）は、矢印“Ａ”で示すように、１６に示すプリ
ナムすなわちインク補給スロットから、反対側の端部１
４ｂに導入される。この抵抗器には、ノズルプレート２
０の抵抗器１２の上部にあたる部分に位置するノズル１
８が対応する。抵抗器１２は、図示しない手段によって
通電されてノズルから（抵抗器の面から直角に）インク
の泡を発射する。
【００１６】抵抗器１２は、インク供給チャネル１４の
終点１４ａに位置する噴射チャンバー２２内にある。チ
ャンバー２２とインク供給チャネル１４はいずれも、好
適にはフォトレジスト材料からなるバリア材料２４内に
形成される。フォトレジスト材料を従来の写真製版技術
を用いて処理し、チャンバー２２とインク供給チャネル
１４とを形成する。
【００１７】インク供給チャネル１４の入口の両側に設
けられたファングすなわち引き込みローブ（ｌｏｂｅ）
２６は、インク中の泡がインク補給スロットの領域に残
ることを防止し、かかる泡を噴射チャンバーにガイドす
る機能を有する。泡は、抵抗器１２の通電中噴射チャン
バーから除去される。ファングは、ファング先端部２６
ａ内に終点を有する。かかるファングは、本出願人に譲
渡された米国特許４，８８２，５９５号にて提案され、
開示されている。
【００１８】複数のかかる抵抗器１２とそれらに対応す
るノズル１８を用いてプリントヘッドが形成される。図
２は、従来のペンの設計を示す。図２に示すように、イ
ンク補給スロット１６のいずれかの側に１つずつ配置さ
れ、２つの列をなす複数の抵抗器１２が設けられる。こ
の従来の設計では、抵抗器１２は全てインク補給スロッ
ト１６から異なる距離に喰い違いに設けられ、共通のイ
ンク源からインクが供給される。図２には示さないが、
従来の設計では、ファング先端部２６ａもまたインク補
給スロット１６からの距離を違えて喰い違いに設けられ
る。
【００１９】図３は本明細書で用いられる用語を説明す
るための図である。入口長ＬＥは、インク補給スロット
１６の端部１６ａからインク供給チャネル１４の始点ま
での距離である。シェルフ長ＬＳは、抵抗器１２からシ
ェルフ２８ａの端部１６ａまでの距離である。入口幅Ｗ
Ｅは、ファング先端部２６ａの間の間隔であり、チャネ
ル幅ＷＣは、バリア２４の壁によって形成されるインク
供給チャネル１４自体の幅である。チャネル長ＬＣは、
インク供給チャネル１４のチャネル入口１４ｂから終点
１４ａまでの長さである。距離ＷＦは、抵抗器１２か
ら、チャネル１４の終点１４ａによって形成され“前
壁”とも呼ばれる抵抗器チャンバー２２の入口までの距
離である。開先角度αは、ファング２６の端部のなす角
度である。シェルフ２８ａは、ファング２６や抵抗要素
１０のその他の機構を形成する際にバリア材料２４を除
去することによって露出された基板２８の上部を指す。
【００２０】シェルフ長ＬＳを一定とすると、４つのパ
ラメータすなわち限界寸法が存在することになり、本発
明によれば、かかる限界寸法を変更してペンの全てのノ
ズルを最適なダンピング率で動作させることができる。
かかるパラメータには、チャネル入口幅ＷＥ、チャネル
幅ＷＣ、チャネル長ＬＥ、および抵抗器から前壁までの
距離ＷＦがある。これらのパラメータの１つあるいはそ
れ以上を変更して、最適なダンピング率を提供すること
ができる。かかるパラメータの各々の調整を次にさらに
詳細に説明する。
【００２１】〔チャネル入口幅ＷＥの変更による調整〕
まず、サーマルインクジェットペンの設計におけるチャ
ンバーの補給とダンピングに関する従来の技術を検討す
ることが有益である。従来の（デフォルト）方法では、
入口角を９０゜に固定し、ファング先端部はそれに応じ
た形状をとるようになっていた。図１および図２にこの
方法を示し、各々がインク補給スロット１６の端部から
異なる距離にあり、異なる入口長ＬＥを提供する複数の
噴射チャンバーを示す。かかる従来のペン設計には１３
の喰い違いの噴射チャンバー２２の繰り返しパターンが
採用される。
【００２２】図２に示すようなペンのテストから、個々
のノズルの最大動作周波数がノズルの喰い違いパターン
にしたがって変化することがわかった。いかなる特定の
理論にもよらず、次のような仮説が立てられた。インク
補給スロット１６ａに最も近い（したがって入口長ＬＥ
の短い）ノズルは、最も遠いノズルに比べて、エントレ
インドマス（ｅｎｔｒａｉｎｅｄ ｍａｓｓ）が小さ
く、粘性抵抗が低く、したがってインク補給スロット１
６に最も近いノズルは、より速く補充することができ
る。入口領域においてノズル間のばらつきを補償する第
１の試みとして、層流スプレッドシートモデル（ｌａｍ
ｉｎａｒ ｆｌｏｗ ｓｐｒｅａｄｓｈｅｅｔ ｍｏｄ
ｅｌ）が考案された。このモデルは完全な分析には程遠
いが、入口を調整する可能性を示唆するものではあっ
た。次に、補給速度が入口長ＬＥと入口幅ＷＥ（これら
の用語については図３に示す）の両方と相関関係にある
ことを予測することが可能になった。
【００２３】この方法の理論的根拠は、インク補給スロ
ット１６から最も遠いノズルの補給速度をほぼ不変とし
ながら、インク補給スロット１６に最も近い（したがっ
て入口長ＬＥの最も短い）ノズルの入口幅ＷＥを小さく
することによって、その補給速度を低くすることができ
ることであった。従来のデフォルト設計に加えて４つの
調整された入口を有する設計を用いてバリアマトリクス
マスクが設計された。ペンを作成した後、線幅周波数応
答技術を用いて測定が行なわれた。
【００２４】デフォルトすなわち従来のペンの設計は、
ここでは比較の目的で説明するものである。図２に示す
ように、このデフォルト設計では、全ての入口の開先角
度は９０゜となっている。この種のペンに関する前述し
た実験から、インク補給スロット１６に最も近いノズル
は、最も遠いノズルより補給速度が高いものと予測され
た。図２は、従来のデフォルト設計の入口が、入口長Ｌ
Ｅにかかわりなく、全て同じ９０゜の開先角度を有する
ことを示す。
【００２５】線幅周波数応答測定技術を用いて、個々の
ノズルの応答に関するデータが収集された。図４に示す
ように、インク補給スロット１６に最も近いノズルは、
最も遠いノズルより補給速度が高かった。図中の黒塗り
四角は平均値を指し、垂直方向の線は９５％の信頼レベ
ルを示す。
【００２６】前述したように、この実験は、スロットか
ら最も遠いノズルの補給速度を不変に保ちながら、スロ
ットに最も近いノズルの速度を、その入口幅ＷＥを小さ
くすることによって制限することができるという考え方
に基づくものであった。この考え方は、全てのノズルの
補給速度を、最も遅いノズルの速度に合わせるというも
のであった。この場合、ペンの平均周波数が低くなるの
で、動作速度を維持するために、かかる設計は、１ミル
のバリアとそれより厚い１．１ミルのバリア２４の両方
を用いて製作された。計算上のモデリングの結果によれ
ば、図５に示す本発明の調整された入口設計は、最も有
望なものと判断された。図５において、この図の上部に
あるノズルは、入口長ＬＥが最も長い。しかし、スロッ
トに最も近い（図の下部にある）ノズルは、図２に示す
デフォルト設計に比べ、入口幅ＷＥがかなり小さい。
【００２７】線幅周波数応答測定を用いて、再度、個々
のノズルの応答に関するデータが集められた。図６に示
すように、シェルフに最も近いノズルと最も遠いノズル
の間の最大動作周波数の差は、デフォルト設計に比べて
かなり小さかった。この線の傾斜は、（図２に示す）デ
フォルト設計の線に比べてかなり小さい。図６中、黒塗
り四角形と垂直線は、図４のものと同じ意味を持つ。
【００２８】図６に示す結果から、この最も有望な設計
においても未だ多少のノズル間のバラツキがあることが
わかる。それにもかかわらず、マトリクスマスクには大
きな実験的設計スペースがある。個々のノズルを、バリ
アの厚みｔ（ミルで測定）、入口長ＬＥ（μｍで測
定）、および入口幅ＷＥ（μｍで測定）の関数としての
最大動作周波数（Ｈｚ）について分析することによっ
て、０．９７の相関係数が得られた。
【００２９】
【数１】周波数＝２３３００×ｔ−９１．２×ＬＥ＋３
２．１×ＷＥ−１３８００
【００３０】この式を用いて、このペンの調整された入
口を有するバリアマスクが設計された。
【００３１】この実験は、ある特定のペン設計について
のみ行なわれたが、調整された入口は、任意のスロット
供給型のペン設計に適用することができる。この考え方
によれば、抵抗器、オリフィス、あるいはチャネル寸法
を変更することなく、ノズル間のバラツキが最小にな
り、その適用も比較的容易であると考えられる。上記の
式は、次のように簡単にすることができる。
【００３２】
【数２】ＷＥ＝２．８４×ＬＥ＋定数
【００３３】この定数の値を決定するには、スロットか
ら最も遠いノズルのデフォルト寸法が入力される。ここ
に説明したペンの構成の場合、これらの値は、長さが８
２μｍ、幅が１９８μｍであり、その結果定数は−３５
μｍとなる。他のノズルについて望ましい入口幅を求め
るには、上記の簡単にした式に、その入口長を代入する
だけでよい。一例を挙げれば、ここに説明するノズル群
のうちの第１のノズルは、入口長が５７μｍであり、し
たがって２．８４×５７−３５＝１２７となり、バリア
マスクに１２７μｍの入口幅が提供される。
【００３４】ペン設計の中には、ノズルの間に調整され
た入口を設けるだけのスペースがない場合がある。ノズ
ル間のバラツキの補償には３つの代替的方法があり、こ
れについて次に説明する。
【００３５】〔チャネル幅ＷＣを変えることによる調
整〕第２実施例においては、チャネル幅を変えることが
できる。シェルフに最も近いノズルは、最も遠いノズル
に比べて、チャネル幅ＷＣが小さくなければならない。
１３０μｍの最大シェルフ長に対して、チャネル幅は、
好適には次の式で与えられる。
【００３６】
【数３】ＷＣ＝０．７２２２×ＬＳ−４２．８９
【００３７】最大シェルフ長が１６０μｍである場合、
チャネル幅は、好適には次の式で与えられる。
【００３８】
【数４】ＷＣ＝０．７２２２×ＬＳ−６４．５６
【００３９】本実施例では、インク供給チャネル自体の
幅ＷＣが変えられる。図７には、３つの喰い違いの抵抗
要素の調整された構成を示す。
【００４０】補給時間は、ノズルからのインクの噴射を
多重化するためのノズルのオフセットの結果変化するた
め、調整は、インク供給チャネルの幅を変えることによ
って行なうことができる。すなわち、チャネルが長いほ
ど間隔が大きくなる。補給時間ｔＲとチャネル長ＬＣお
よびチャネル幅ＷＣとの関係は、次の式によって与えら
れる。
【００４１】
【数５】ｔＲ∝ＬＣ／ＷＣ
【００４２】〔流路長ＬＣを変えることによる調整〕前
述の補償法に加えて、チャネル長ＬＣを用いてノズル間
のバラツキをなくすことができる。チャネル長が大きい
ほどチャンバーは低速になる。したがって、シェルフに
最も近いノズルはチャネルが長く、最も遠いノズルのチ
ャネルは短くなければならない。例えば、１３０μｍの
最大シェルフ長に対して、チャネル長は、好適には次の
式で与えられる。
【００４３】
【数６】ＬＣ＝−０．７２２２×ＬＳ＋９７．８９
【００４４】最大シェルフ長が１６０μｍである場合、
チャネル長は、好適には次の式で与えられる。
【００４５】
【数７】ＬＣ＝−０．８０５６×ＬＳ＋１３２．９
【００４６】〔前壁距離ＷＦを変えることによる調整〕
種々のチャンバーのインピーダンスのバランスをとるた
めの他の代替的方法としては、前壁の距離ＷＦを変える
方法がある。モデリングおよびサーマルインクジェット
の履歴によれば、前壁が大きければノズルの速度は小さ
くなる。したがって、シェルフに最も近いノズルの前壁
を大きくし、最も遠いノズルの前壁を小さくすることに
よって、チャンバーの補給速度のバラツキは最小にな
る。シェルフ長が１３０μｍ、前壁距離ＷＦが８μｍか
ら３４μｍの範囲にあるとき、前壁距離は、好適には次
の式で与えられる。
【００４７】
【数８】ＷＦ＝−０．７２２２×ＬＳ＋１０１．９
【００４８】シェルフ長が１６０μｍ、前壁距離ＷＦが
８μｍから６４μｍの範囲にあるとき、前壁距離は、好
適には次の式で与えられる。
【００４９】
【数９】ＷＦ＝−１．５５６×ＬＳ＋２５６．９
【００５０】他の代替実施例において、モデリングデー
タを用いて、１つあたり２２の抵抗器からなる抵抗器１
２の群が設計される。この群では、抵抗器から前壁ＷＦ
までの距離には８μｍから７５．７５μｍのバラツキが
あった。シェルフ長ＬＳには、（前壁距離８μｍの場合
の）１６０μｍから（前壁距離７５．７５μｍの場合
の）１２３．７５μｍまでのバラツキがあった。以下の
関係は、補給周波数のバラツキをほぼゼロにするために
考案された。
【００５１】
【数１０】ＷＦ＝−１．８６５×ＬＳ＋定数
【００５２】上述した特定のペンの設計の場合には、定
数の値は３０６．５である。
【００５３】このモデルによれば、補給周波数のバラツ
キは、（公称８ｋＨｚのペンに対して）約３ｋＨｚとな
り、第１の前壁距離ＷＦは８μｍで一定に保持され、シ
ェルフ長ＬＳは１３０μｍである。
【００５４】
【実施例】
例１〜例１２ コンピュータモデリングの結果を用いて、他の限界寸法
を一定に保持しながら１つあるいは２つの限界寸法を可
変とすることの効果が判定された。例１〜例６は１３０
μｍの最大シェルフ長を有するペン設計の例であり、例
７〜例１２は１６０μｍの最大シェルフ長を有するペン
設計の例である。
【００５５】各々の場合について、最大および最小シェ
ルフ長ＬＳを、対応するチャネル幅ＷＣ、前壁距離
ＷＦ、およびチャネル長ＬＣとともに示す。ここに示す
寸法は、μｍの単位で示されている。各々の場合につい
て得られるペン補給周波数ｆをＨｚで示す。
【００５６】
【表１】
【００５７】
【表２】
【００５８】上記の結果から、少なくとも１つの限界寸
法を変えることによって、上に挙げた２つのシェルフ長
の間の補給周波数の差が小さくなり、ペンの性能が向上
することがわかる。２つの限界寸法を変化させれば、性
能はさらに改善される。
【００５９】例１３〜例１４ ノズル周波数に対するチャネル幅の影響を、下の表に、
２つの抵抗器サイズ５２μｍおよび５５μｍについて示
す。局所補給の欄は１つのノズルにインクが補給される
周波数を示し、全体補給の欄は全てのノズルにインクが
補給される周波数を示す。
【００６０】
【表３】
【００６１】抵抗器サイズが５２μｍである場合、ノズ
ル周波数は全てのチャネル幅に対してほぼ一定である。
この表はまた、抵抗器がより大きい場合には、より多量
のインクが噴射され、チャンバーの補給の周波数応答が
より低くなる。さらに、抵抗器がより大きい場合、チャ
ネル幅が補給周波数に与える影響がより大きくなる。
【００６２】本発明の調整された入口ファング構成は、
将来のサーマルインクジェットプリンタに適用し得るも
のと考えられる。
【００６３】以上、サーマルインクジェットプリントヘ
ッドにおける調整された入口ファング構成を開示した。
当業者には、本発明に対する種々の変更や修正が可能で
あることは明らかであろう。また、かかる変更や修正
は、全て特許請求の範囲に示す範囲に該当する。
【００６４】以上詳述した本発明のサーマルインクジェ
ットペンは、次のような好ましい実施態様を有する。
【００６５】〔１〕チャネル入口幅が、特定インク供給
チャネルを形成する突起部の間で測定される特許請求の
範囲の請求項１（以下、単に「請求項１」と記す）に記
載のサーマルインクジェットペン。
【００６６】〔２〕請求項１に記載の端部に近い抵抗要
素のインク供給チャネルへのチャネル入口幅が、該端部
からより遠い抵抗要素のかかる入口幅より小さい〔１〕
に記載のサーマルインクジェットペン。
【００６７】〔３〕以下の式によって与えられる周波数
で動作する〔１〕に記載のサーマルインクジェットペ
ン。 ｆ＝２３３００×ｔ−９１．２×ＬＥ＋３２．１×ＷＥ
−１３８００ 式中、ｔはバリアの厚み、ＬＥはシェルフからインク供
給チャンバーのチャネル入口までの距離、ＷＥはインク
供給チャネルへの入口の幅である。
【００６８】〔４〕インク供給チャネルへの入口幅ＷＥ
が、次の式によって与えられる〔２〕に記載のサーマル
インクジェットペン。 ＷＥ＝２．８４×ＬＥ＋定数 式中、定数はペンの構成によって決まる。
【００６９】〔５〕定数の値が、−３５である〔４〕に
記載のサーマルインクジェットペン。
【００７０】〔６〕チャネルの幅が、特定のインク供給
チャネルを形成するバリアの壁の間で測定される請求項
１に記載のサーマルインクジェットペン。
【００７１】〔７〕請求項１に記載の端部に近い抵抗要
素のチャネルの幅が、この端部からより遠い抵抗要素の
かかる幅より小さい〔６〕に記載のサーマルインクジェ
ットペン。
【００７２】〔８〕チャネルの幅が、次の式によって与
えられる〔７〕に記載のサーマルインクジェットペン。 ＷＣ＝０．７２２２×ＬＳ＋定数
【００７３】
〔９〕定数の値が、１３０μｍの最大シェ
ルフ長に対して−４２．８９である〔８〕に記載のサー
マルインクジェットペン。
【００７４】〔１０〕定数の値が、１６０μｍの最大シ
ェルフ長に対して−６４．５６である〔８〕に記載のサ
ーマルインクジェットペン。
【００７５】〔１１〕チャネルの長さが、特定のインク
供給チャネルを形成するバリアの壁に沿って測定される
請求項１に記載のサーマルインクジェットペン。
【００７６】〔１２〕請求項１に記載の端部に近い抵抗
要素のチャネルの長さが、この端部からより遠い抵抗要
素のかかる長さより大きい〔１１〕に記載のサーマルイ
ンクジェットペン。
【００７７】〔１３〕チャネルの長さが、１３０μｍの
最大シェルフ長に対して次の式によって与えられる〔１
２〕に記載のサーマルインクジェットペン。 ＬＣ＝−０．７２２２×ＬＳ＋定数
【００７８】〔１４〕定数の値が、９７．８９である
〔１３〕に記載のサーマルインクジェットペン。
【００７９】〔１５〕チャネルの長が、１６０μｍの最
大シェルフ長に対して次の式によって与えられる〔１
２〕に記載のサーマルインクジェットペン。 ＬＣ＝−０．８０５６×ＬＳ＋定数
【００８０】〔１６〕定数の値が、１３２．９である
〔１５〕に記載のサーマルインクジェットペン。
【００８１】〔１７〕チャンバーの第４の面までの抵抗
要素の距離が、チャンバーのこの第４の面に最も近い抵
抗要素の端部から測定される請求項１に記載のサーマル
インクジェットペン。
【００８２】〔１８〕チャンバーの第４の面までの抵抗
要素の距離ＷＦが、次の式で与えられる〔１７〕に記載
のサーマルインクジェットペン。 ＷＦ＝−０．７２２２×ＬＳ＋定数 式中、ＬＳは、インク補給スロットの端部までの抵抗要
素の距離である。
【００８３】〔１９〕定数の値が、１０１．９である
〔１８〕に記載のサーマルインクジェットペン。
【００８４】〔２０〕チャンバーの入口までの抵抗要素
の距離が、次の式で与えられる〔１７〕に記載のサーマ
ルインクジェットペン。 ＷＦ＝−１．５５６×ＬＳ＋定数 式中、ＬＳは、インク補給スロットの端部までの抵抗要
素の距離である。
【００８５】〔２１〕定数の値が、２５６．９である
〔２０〕に記載のサーマルインクジェットペン。
【００８６】〔２２〕チャンバーの入口までの抵抗要素
の距離ＷＦが、次の式で与えられる〔１７〕に記載のサ
ーマルインクジェットペン。 ＷＦ＝−１．８６５×ＬＳ＋定数 式中、ＬＳは、インク補給スロットの端部までの抵抗要
素の距離である。
【００８７】〔２３〕定数の値が、３０６．５である
〔２２〕に記載のサーマルインクジェットペン。
【００８８】
【発明の効果】本発明によれば、限界寸法を調整するこ
とにより、ペンの構造を最適化でき、全てのノズルを最
適なダンピング係数で動作させ、これによってインクの
噴霧を少なくし、より均一な印刷を行なうことができ
る。また、本発明によれば、この効果を低コストで実現
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】サーマルインクジェットペンの単一の抵抗要素
とそれに関係する構成要素を示す斜視図である。
【図２】図１に示すペンのプリントヘッドの一部をなす
複数の抵抗要素の平面図である。
【図３】１つの抵抗要素の各部の寸法を説明するための
図である。
【図４】従来の設計におけるシェルフの端部とチャネル
の入口までの距離の関数としての最大動作周波数を周波
数（Ｈｚ）と距離（μｍ）の座標で表わした図である。
【図５】インク供給チャネルの入口の幅がシェルフ長の
関数として変化する本発明の設計を用いた４つの抵抗要
素の平面図である。
【図６】図５に示す設計に基づく、図４と同様の周波数
（Ｈｚ）と距離（μｍ）の座標で表わした図である。
【図７】インク供給チャネルの幅がシェルフ長の関数と
して変化する本発明の代替実施例を示す、プリントヘッ
ドの部分平面図である。
【符号の説明】
１０ 抵抗要素 １２ 抵抗器 １４ インク供給路 １４ａ インク供給路１４の一端 １４ｂ インク供給路１４の一端 １６ インク補給スロット １６ａ インク補給スロット１６の端部 １８ ノズル ２０ ノズルプレート ２２ 噴射チャンバー ２４ バリア材料 ２６ ファング ２６ａ ファング先端部 ２８ 基板 ２８ａ シェルフ ｆ ペン補給周波数 ＬＣ チャネル長 ＬＥ 入口長 ＬＳ シェルフ長 ｔ バリアの厚み ｔＲ 補給時間 ＷＣ チャネル幅 ＷＥ 入口幅 ＷＦ 抵抗器から前壁までの距離 α 開先角度
フロントページの続き (72)発明者 ウイリアム・ナイト アメリカ合衆国オレゴン州コーバリス サ ニービュー・ドライブ 2044

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 インク滴を印刷媒体に噴射するためのプ
    リントヘッドを有するサーマルインクジェットペンであ
    って、 前記プリントヘッドは、（ａ）複数の抵抗要素、（ｂ）
    複数のノズル、（ｃ）複数のインク滴噴射チャンバー、
    （ｄ）複数のインク供給チャネル、および（ｅ）１つの
    インク補給スロットからなり、（ａ）の複数の抵抗要素
    は、インク溜めから供給されたインクを加熱してインク
    滴を生成し、（ｂ）の複数のノズルは、前記のインク滴
    を噴射し、各々が１つの抵抗要素に対応しており、
    （ｃ）の複数のインク滴噴射チャンバーは、各チャンバ
    ーがバリアによってその３つの側面が閉じられ、各チャ
    ンバーが抵抗要素を支持する床部を有しており、前記ノ
    ズルは該バリアによって該抵抗要素の上部に支持され、
    （ｄ）の複数のインク供給チャネルは各チャネルがイン
    ク滴噴射チャンバーの１つにインクを供給し、各チャネ
    ルがいずれかの側に１対の突起部によって形成された入
    口を提供し、（ｅ）の１つのインク補給スロットは、複
    数のインク供給チャネルと連動し、該スロットは端部か
    らインク供給チャネルへの入口へのシェルフを提供する
    該端部によって形成されており、 前記の複数の抵抗要素は、一定数の抵抗要素からなる複
    数の群に分割され、各々の抵抗要素は前記の端部から異
    なる距離で喰い違いに配置されており、ある群の中の各
    々のインク供給チャネルは異なる限界寸法値を有し、 前記の限界寸法は、（１）前記のチャネルの前記の入口
    の幅、（２）前記のチャネルの幅、（３）前記のチャネ
    ルの長さ、および（４）前記の抵抗要素から前記のチャ
    ンバーの前記の第４の面への前記の入口までの距離、の
    うちから選択された少なくとも１つであり、前記の限界
    寸法は前記の端部からの前記の抵抗要素の距離に関係付
    けられていることを特徴とするサーマルインクジェット
    ペン。
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