JPS63281854A - インクジエツトヘツド - 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、インクジェットヘッドに関するものであり、
特に、記録インクを記録媒体上に飛翔させて記録を行う
インクジェット記録技術に用いられるインクジェットヘ
ッドに関するものである。

〔従来の技術〕

従来、ノンインパクトプリンティング技術において、記
録インク中の発熱体を加熱しその際に発生する蒸気バブ
ルの圧力によってインク滴を形成・飛翔させて記録を行
う技術があり、これについては、米国特許第７０３００
４号明細書、特開昭６１−１８９９５０号公報に開示さ
れている。

第３図及び第４図によって、この技術を概説する。第３
図は前記技術に用いるインクジェットヘッドの切断面図
であり、第４図は第３図のｃ−ｃ　’線でのヘッド切断
面図を示す。

第３図及び第４図に示すように、インクジェットヘッド
３１１は、予め定められた厚みを有するインク層を保持
するインクマニフォルド３３１を有している。インクマ
ニフォルド３３１には、インク３３０が開口から漏洩す
るのを阻止し、かつインク３３０がメニスカス３３２を
張るような幅のスリット状の開口３１９が形成されてい
る。また、インクマニフォルド３３１のスリット状の開
口３１９と対向する内壁には、開口３１９と平行でこれ
と整合されている発熱体３２４の直線的配列体が形成さ
れている。

このインクジェットヘッド３３１は、第４図に示すよう
に、次のように動作して記録を行う。発熱体３２４に電
流パルスを与えることによって、瞬間的に、発熱体３２
４に接触するインク３３０を蒸発させて蒸気バブル３３
６を形成し、更に、この蒸気バブル３３６が破裂する時
の運動量を保存することによって生じる反作用力によっ
て、インク滴３１８を発熱体３２４に対して、垂直に噴
射させる。

このようにして、インク滴３１８を飛翔させ、矢印３１
７のように走行する記録媒体３１６への記録を行う。

なお、第３図、第４図において、３１２はインク供給カ
ートリッジ、３２０は平らな絶縁性基層、３２１は凹部
を有する絶縁性構造体、３２５は電極、３２６は戻り導
線、３２７は通路、３２９はスリット状の開口３１９の
縁部である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上述した従来技術におけるインクジェッ
トヘッド３１１は、蒸気バブル３３６が破裂した時に発
生する発熱体３２４に向かう垂直な力の反作用によって
、開口３１９に形成されたメニスカス３３２の表面張力
に打ち勝って運動するインク滴３１８をスリット状の開
口３１９より噴射させているため、蒸気バブル３３６の
破壊時に高い周波数成分よりなるインパルス状の弾性波
を発生させる。

この弾性波は、数ＭＨ２以上の高周波成分、すなわち数
十〜数千μｍオーダーの波長成分を多く含み、インクマ
ニフォルド３３１内において、共振及びうなりの現象を
発生させ、インク滴３１８の形成及び飛翔速度を不安定
にする。更に、前記高周波成分はインク滴噴射時に直径
が数μｍ以下の微小なサテライト滴をも発生させる。

これらインク滴３１８の形成・飛翔の不安定性やサテラ
イト滴の発生は、記録媒体３１６に対する良好な記録を
阻害し、記録品質の低下を招く。

本発明の目的は、前述のような弾性波のもつ高周波成分
を十分速やかに減衰させ、安定なインク滴噴射を実現し
得るインクジェットヘッドを提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明のインクジェットヘッドは、記録インクに噴射エ
ネルギーを与える蒸気バブルを形成する発熱体を基板に
設けた発熱体アレイと、この発熱体アレイ周辺の前記基
板に形成された弾性波吸収層と、 インク滴を噴射するノズル部を有し、前記基板側と対向
配置されるノズル板と、 このノズル板の前記記録インクと接する両側に形成した
弾性波吸収層とを備えることを特徴としている。

〔作用〕

本発明においては、弾性波吸収層が、発熱体アレイ周辺
の基板側及びノズル板の記録インクと接する面倒に形成
されている。

この状態で、記録インクに噴射エネルギーを与える蒸気
バブルを発熱体により形成し、インク滴を飛翔させた場
合、蒸気バブルが破裂する時に発生する高い周波数成分
よりなるインパルス状の弾性波は弾性波吸収層により吸
収減衰させることができる。その結果、インク滴の形成
・飛翔の不安定、サテライト滴の主原因である前記弾性
波によるインク室内での共振、うなりの現象を低減でき
、また、インクメニスカス表面での表面波も同時に小さ
くできる。

〔実施例〕

次に、本発明について図面を参照して説明する。

第１図及び第２図は本発明の一実施例を示すもので、第
１図は本実施例のインクジェットヘッドの上面図を示す
第２図のＡ−Ａ　’での切断面図である。

本実施例のインクジェットヘッドは、第１図（ａ）及び
第２図に示すように、弾性波吸収層２０５が形成された
スリットノズル板２０２と、基板２１２と、発熱体アレ
イ２１０と、発熱体アレイ２１０の各発熱体２１０ｎに
接続された電極２０８と、発熱体アレイ２１０の周辺部
に形成された弾性波吸収層２０４と、発熱体アレイ２１
０と記録インク２２０接触界面に設けられた保護層２２
４より構成されている。又、安定なインク滴噴射のため
に撥水層２００がスリットノズル板２０２の上面に形成
されている。スリットノズル板２０２には、インク滴２
１４（第１図（ｂ））を噴射させるための細長いスリッ
トノズル口２０６が形成されている（第２図）。このス
リットノズル板２０２は基板２１２と一定のギャップを
保持して固定されている。このギャップには記録インク
が保持される。基板２１２には前述のように、保護層２
２４、発熱体アレイ２１Ｏ１電極２０８、弾性波吸収層
２０４等が形成されている。スリットノズル口２０６の
垂直下の基板２１２上には発熱体アレイ２１０がスリッ
トノズル口２０６と平行に位置している。

発熱体アレイ２１０は、記録インク２２０と接していて
、記録インク２２０に噴射エネルギーを与える蒸気バブ
ル２１６（第１図（ｂ））を形成する発熱体２１０ｎが
基板２１２上に並設された構造であり、電極パッド１０
２を介して電流パルスが印加されるようになっている。

発熱体アレイ２１０の周辺の基板２１２側と、スリット
ノズル板２０２側のそれぞれに形成された弾性波吸収層
２０４．２０５は、蒸気バブル消滅の過渡状態において
発生する高周波成分を多量に含む弾性波を吸収するため
のもので、記録インク２２０はこれらの間に保持されて
いる。

上述のように、本実施例のインクジェットヘッドは、記
録インク２２０と接しており、その記録インク２２０に
噴射エネルギーを与える蒸気バブルを形成する発熱体が
基板２１２上に並んだ発熱体アレイ２１０と、この発熱
体アレイ２１０の周辺の基板２１２上に形成された弾性
波吸収層２０４と、基板２１２と対向しインク滴を噴射
するためのスリットノズル板２０２と、このスリットノ
ズル板２０２の記録インク２２０と接する面に形成され
た弾性波吸収層２０５より構成されており、記録インク
２２０はそれぞれ弾性波吸収層を有するスリットノズル
板２０２と基板２１２との間に保持され、スリットノズ
ル板２０２上に形成したスリットノズル口２０６は発熱
体アレイ２１０と平行に対向させである。

更に、発熱体アレイ２１０、保護層２２４、スリットノ
ズル板２０２）基板２１２並びに弾性波吸収層２０４゜
２０５等について述べるに、まず、発熱体アレイ２１０
としては、基板（サブストレー））　２１２上に蒸着法
もしくはスパッタ法等によって形成している。

発熱体材料としては、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ。

Ｚｒ、Ｔａなどの硅化物、炭化物、硼化物、窒化物また
はニクロム等を用いている。

保護層２２４は、電極２０８及び発熱体アレイ２１０の
酸化・腐蝕、記録インク２２０との界面でのインクのイ
オン化によるインク内容物の沈澱・析出を防ぐためのも
のである。

スリットノズル板２０２は、金属を用いる場合には、電
気メッキ、フォトエツチング、板金等によりスリット部
を形成する。又、このスリ７トノズル板２０２は、ガラ
スプレートのフォトエツチング。

レーザ加工、放電加工等によって形成してもよい。

本実施例では、電気メッキで形成した金属ノズル板を用
いている。

弾性波吸収層２０５は、スリットノズル板２０２の下面
にｈ８の厚さで形成され、同様に弾性波吸収層２０４は
、ｈ、の厚さで発熱体アレイ２１０の周辺に形成されて
いる。所望のり、を得るために発熱体アレイ２１０を凸
状に隆起できるような形の基板２１２を用いている。本
実施例では、ガラス、シリコン結晶等のエツチングや感
光性樹脂のフォトリソ技術によって上述の凸部を形成し
ている。弾性波吸収層２０４．２０５は、前述したよう
に蒸気バブルからの高周波成分を多量に含む弾性波を吸
収するためのものであるが、吸収効率を良くするために
は、記録インク２２０と前記弾性波吸収層の音響インピ
ーダンスｐｃ（ｐ＝密度、Ｃ：音速）を十分等しくし、
また、弾性波吸収体によるＭ　Ｈｚオーダーでの吸収係
数を大きくする必要がある。このような目的で本実施例
では、例えば、スチレンーブタジェンゴム、ブチルゴム
、シリコンゴムなどいわゆるローシーゴム材を用いてい
る。また、前記弾性波吸収層内へ入射した前記弾性波を
十分減衰させる目的で、上述の如きローシーゴムに金属
粉末を加えることも有効である。かかる金属粉末として
、アルミ、鉛、銅などを用いた場合、十分な減衰効果が
得られた。

弾性波吸収層２０４の厚さり、は、 ｈ、≧λ、　／６　　　　　　　　　（１）（ただし、
λ、、Ｗ性波吸収層内での弾性波の波長）とした場合、
弾性波吸収層２０４と記録インク２２０との界面での弾
性波の反射を十分小さくでき、又、十分な吸収が得られ
る。本実施例では、ｈ、を数十μｍとした時、前記弾性
波を減衰させられ前記サテライト滴の発生を防ぐことが
できた。又、同様に弾性波吸収層２０５の厚さｈ３も（
１）式に従って定めることができる０弾性波吸収層２０
４及び２０５は異なる弾性材料を用いてもよい、具体的
には弾性波吸収層２０４．２０５は、これらが形成され
る相手との接着性、音響インピーダンスの整合性及び熱
膨張係数等を考慮して選定される。

本実施例によるインクジェットヘッドの動作を説明する
と、記録は次のようにして行われる。

すなわち、電極パッド１０２より電流パルスを加えるこ
とにより、電極２０８を通じて接続された発熱体を加熱
し、発熱体表面上の記録インクを蒸発させて蒸気バブル
２１６を発生させ、更に、その蒸気バブル２１６が破裂
する時の運動量を保存することによって生じる反作用力
によってインク滴２１４を発熱体に対して垂直に噴射さ
せる。

これによって記録媒体への記録が行われるが、この場合
、第１図（ｂ）に示すように発生する弾性波２１８は、
弾性波吸収層２０４．２０５によって吸収される。

すなわち、第１図（ｂ）は前記インクジェットヘッドに
おける弾性波２１８の前記弾性波吸収層内での吸収状態
を示すものであり、発熱体アレイ２１０に電極２０８を
通じて電流パルスを加え、前記発熱体上に蒸気バブル２
１６を発生させた時、蒸気バブル２１６の消滅に伴う弾
性波２１８は前述の弾性波吸収層２０４．２０５に入射
し、減衰する。

このように弾性波吸収層２０４．２０５を設けることに
より弾性波の吸収減衰効果が得られ、記録品質の低下を
防ぐことができる。

（発明の効果〕 以上説明したように、本発明によるインクシエンドヘッ
ドによれば、発熱体アレイの周辺の基板側とノズル板の
記録インクと接する面倒に弾性波吸収層を形成すること
により、蒸気バブル消滅の過渡状態に発生する弾性波の
もつ高周波成分を速やかに減衰させることができ、従来
のものに比べて安定なインク滴の形成及び飛翔が実現可
能となる。さらに、従来、防止することが困難であった
微小なサテライトの発生も防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）及び（ｂ）は本発明の一実施例のインクジ
ェットヘッドの構成を示す切断面図及びその動作の説明
に供する切断面図、 第２図は同インクジェットヘッドのノズル板の上面図、 第３図は従来のインクジェットヘッドの切断面図、 第４図は第３図のｃ−ｃ　’線に沿って見たヘッドの断
面図である。 １０２　・・・・・電極パッド ２００　　・・・・・撥水層 ２０２　　・・・・・スリットノズル板２０４、２０５
・・・弾性波吸収層 ２０６　　・・・・・スリットノズル口２０８　・・・
・・電極 ２１０　　・・・・・発熱体アレイ ２１２　・・・・・基板 ２１４　　・・・・・インク滴 ２１６　・・・・・蒸気バブル ２１８　・・・・・弾性波 ２２０　　・・・・・記録インク ２２４　　・・・・・保護層 ３１１　　・・・・・インクジェットヘッド３１２　　
・・・・・インク供給カートリッジ３１６　・・・・・
記録媒体 ３１８　　・・・・・インク滴 ３１９　　・・・・・スリット状の開口３２０　　・・
・・・平らな絶縁性基層３２１　　・・・・・凹部を有
する絶縁性構造体３２４　　・・・・・発熱体 ３２５　・・・・・電極 ３２６　・・・・・戻り導線 ３２７　　・・・・・通路 ３２９　・・・・・縁部 ３３０　　・・・・・インク ３３１　　・・・・・インクマニフォルド３３２　・・
・・・メニスカス ３３６　　・・・・・蒸気バブル 代理人　弁理士　　岩　佐　　義　幸 （ｂ） 第１図 第２図 娩３図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）記録インクに噴射エネルギーを与える蒸気バブル
   を形成する発熱体を基板に設けた発熱体アレイと、 この発熱体アレイ周辺の前記基板に形成された弾性波吸
   収層と、 インク滴を噴射するノズル部を有し、前記基板側と対向
   配置されるノズル板と、 このノズル板の前記記録インクと接する両側に形成した
   弾性波吸収層とを備えることを特徴とするインクジェッ
   トヘッド。
2. （２）特許請求の範囲第１項に記載のインクジェットヘ
   ッドにおいて、 前記発熱体アレイは、各発熱体が基板上に並んだ発熱体
   アレイであり、 前記ノズル板は、この発熱体アレイと平行に対向させた
   スリットノズル口が形成されたスリットノズル板である
   ことを特徴とするインクジェットヘッド。