JP2785712B2

JP2785712B2 - インクジェット式プリントヘッド

Info

Publication number: JP2785712B2
Application number: JP6236610A
Authority: JP
Inventors: 稔山田
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1994-09-30
Filing date: 1994-09-30
Publication date: 1998-08-13
Anticipated expiration: 2013-08-13
Also published as: JPH0899409A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ノンインパクトプリン
タに用いられるインクジェット式プリントヘッドに関
し、詳しくは、熱エネルギーを利用した所謂バブルジェ
ットタイプの、特にサイドシュート型のインクジェット
式プリントヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のインクジェット式プリン
トヘッドとしては、エッジシュート型とサイドシュート
型がある。このエッジシュート型は、図６に示すよう
に、発熱抵抗体３０が装備されたインク流路３２に、イ
ンク吐出口３４を有するオリフィスプレート３６がほぼ
直角に交差する構成形態となっており、発熱抵抗体３０
に通電すると、発熱抵抗体３０上のインク流路３２内で
気泡３８が発生し、この気泡３８の体積増加による圧力
伝播により、インク吐出口３４からファーストドロップ
（メインドロップのこと，以下「１ｓｔドロップ」とい
う）４０が吐出する、という液滴発生メカニズムを呈し
ている。

【０００３】しかしながら、この方式には、その液滴発
生メカニズムに起因して、所謂サテライトドットの原因
となるセカンドドロップ（以下「２ｎｄドロップ」とい
う）が生じ易く、印字品質の低下を招来するという問題
があった。即ち、図７に示すように、１ｓｔドロップ４
０の吐出後、気泡３８の消滅につれてインクは矢印方向
に移動し、その後、図８に示すように、発熱抵抗体３０
上で衝突する。この衝突による衝撃で２ｎｄドロップ４
２が発生するものである。ここで、２ｎｄドロップ４２
の吐出コースは、インク流路３２の中心線４４上となっ
ている。

【０００４】この２ｎｄドロップ４２の発生を防止して
印字品質の向上を図るべく、例えば特開平３−１０１９
６１号公報には、２ｎｄドロップがオリフィスプレート
内方で発生することに着目し、インク流路の中心線とイ
ンク吐出口の中心線を交差させる構成が提案されてい
る。これは、図９に示すように、オリフィスプレート３
６をインク流路３２に対して、インク流路３２の中心線
４４とインク吐出口３４の中心線４６が傾き角θを有す
るように交差させるものである。

【０００５】この構成によれば、その吐出コースがイン
ク流路３２の中心線４４上にある２ｎｄドロップは、そ
の延長線上にオリフィスプレート３６が立ちはだかるた
め，これに衝突し、インク吐出口３４からは吐出せず、
その結果、印字においては１ｓｔドロップ４０のみの印
字ドットとなり、この結果、良好な印字品質が得られる
ようになっている。ここで、上記公報所載のものにおい
て、傾き角θは、０°〜２０°（０°ではない）として
いる。また、特開平３−１０１９６２号公報において
は、傾き角θ₁の範囲を、製造の容易さから、０°≦θ
≦９０°とするのが好ましく、特に３°≦θ≦４５°に
するのが好ましいと開示されている。

【０００６】一方、サイドシュート型は、図１０及び図
１１に示すように、表面に発熱抵抗体３０を有する基板
４８と、インクを所定の方向に吐出させるためのインク
吐出口５０を有するオリフィスプレート５２と、基板４
８とオリフィスプレート５２を接合するために設けられ
ると共にインク流路５４を区画形成する流路壁５６と、
インク液室５８とから構成されている。このサイドシュ
ート型では、図から明らかなように、インク吐出口５０
の中心線６０と、インク流路５４の中心線６２との傾き
角θは元々９０°であり、発熱抵抗体３０はインク吐出
口５０に対向配置されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、エッジシュ
ート型における２ｎｄドロップの問題は、上記特開平３
−１０１９６１号公報に開示されているような対策で解
消し得るといえるが、サイドシュート型の場合には、上
述のように、元々インク吐出口の中心線とインク流路の
中心線とが傾き角を有する基本構成であるために、この
タイプ特有の２ｎｄドロップの問題に対しては、エッジ
シュート型における上記のような改善策を適用すること
はできなかった。

【０００８】すなわち、サイドシュート型では、インク
吐出口５０と発熱抵抗体３０の中心間の距離が０の場合
には、気泡消滅後のインク吐出口方向及びインク液室方
向からのインクの流れの衝突が、インク吐出口５０の真
下の発熱抵抗体３０上で起こるために、図１２及び図１
３に示すように、１ｓｔドロップ６４が吐出した後に２
ｎｄドロップ６６が吐出してしまう。

【０００９】また、このサイドシュート型では、２ｎｄ
ドロップの問題とは別の問題も同時に抱えている。すな
わち、図１４及び図１５に示すように、発熱抵抗体３０
上の気泡６８の消滅に伴い、その気泡６８の存在した空
間へ流れ込むインクが、発熱抵抗体３０の近傍に位置
し、インク流路５４を形成する流路壁５６によって跳ね
返され、その結果、本来のインク滴である１ｓｔドロッ
プ６０とは別のインク滴、所謂スプラッシュ７０が吐出
する場合がある。

【００１０】このスプラッシュ７０が発生した場合、本
来のインク滴である１ｓｔドロップ６６の吐出方向とは
異なる方向にインク滴が吐出するため、記録用紙上にお
いてサテライトドットとなり、著しい印字品質の低下を
招いている。更に、このような直接的な問題に加え、イ
ンク吐出口５０の近傍のオリフィスプレート５２の表面
にインクが付着すると、図１６に示すように、この付着
したインクを核としてインク吐出口５０の周囲にインク
溢れ７２が誘発され、このインク溢れ７２により本来の
インク滴である１ｓｔドロップ６６の吐出方向性不良が
発生し、結果的には印字品質の低下を招くという間接的
な問題がある。

【００１１】スプラッシュ７０の発生メカニズムを図１
４及び図１５に基づいてより詳細に説明すると、次の通
りである。すなわち、インクを吐出するために基板４８
上の発熱抵抗体３０上に発生した気泡６８は、発熱抵抗
体３０の温度の低下に伴い小さくなり消滅していくが、
その際に気泡６８が存在していた部分（空間）には、気
泡６８の周囲にあるインク７４が流れ込む。このインク
の流れ込みは、矢印で示すように、吐出過程にあるイン
ク滴６６（まだ分離していない）の方向とインク液室５
８方向から発生する。

【００１２】流れ込むインクは、基板４８及び流路壁５
６により跳ね返され、インク吐出口５０の方向へ流れの
向きが変わる。そして、この跳ね返されたインクは、イ
ンク吐出口５０内でおさまり切れなくなり、インク吐出
口５０からスプラッシュ７０として吐出してしまうとい
う不都合があった。

【００１３】

【発明の目的】本発明は、特にサイドシュート型におけ
るファーストドロップ吐出後のセカンドドロップの吐出
及びファーストドロップ吐出時のスプラッシュの吐出を
抑制でき、よって印字品質の向上を図り得るインクジェ
ット式プリントヘッドを提供することを、をその目的と
する。

【００１４】削除

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の本発明で
は、インク流路に面して発熱抵抗体が装備された基板
と、この基板上に前記インク流路の先端位置を規制する
流路壁を介して積層され当該基板との間に前記インク流
路を形成すると共に該インク流路に連なるインク吐出口
を備えたオリフィスプレートと、前記インク流路にイン
クを供給するインク液室とが備えられたインクジェット
式プリントヘッドにおいて、前記インク吐出口の基板側
の直径ｄ₀₁と、前記発熱抵抗体の前記インク流路に沿っ
た長さＬ_Hと、前記インク吐出口と前記発熱抵抗体の各
中心間の距離Ｘ_OHとの関係を、「Ｘ_OH＞（ｄ₀₁＋Ｌ_H）
／2 」に設定する、という構成を採っている。

【００１６】さらに又、請求項２では、前述したインク
吐出口は、基板側の直径ｄ₀₁とインク吐出側の直径ｄ₀₂
との関係を、ｄ₀₁≧ｄ₀₂に設定する、という構成を採っ
ている。これによって前述した目的を達成しようとする
ものである。

【００１７】

【作用】請求項１記載の本発明によれば、発熱抵抗体が
通電されると、インク吐出口に対応する領域から外れた
位置に気泡が発生する。この気泡の体積増加による圧力
伝播により、インク吐出口から１ｓｔドロップが吐出す
る。気泡の消滅に伴うインクの流れ込みによる衝突の衝
撃で２ｎｄドロップが生じてもインク吐出口の位置ずれ
によってオリフィスプレートで遮られるので、その吐出
はなされない。

【００１８】また、１ｓｔドロップが吐出した後、イン
クの大部分はインク吐出口から離れた気泡へ向かうの
で、跳ね返りによってインク吐出口へ向かうインクはほ
とんど無く、これによってスプラッシュは発生しない。

【００１９】また、請求項２に係るインクジェット式プ
リントヘッドによれば、特にｄ₀₁＞ｄ₀₂の場合、先細ノ
ズル形状による絞り機能が発現し、これによって１ｓｔ
ドロップの吐出方向の安定化、１ｓｔドロップのインク
量の調整等がなされる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１乃至図４に基
づいて説明する。この図１乃至図４において、本実施例
におけるインクジェット式プリントヘッド２には、表面
に発熱抵抗体４が装備されたいわゆるサーマルヘッドと
しての基板６と、インク流路８の区画形成の一部を担う
流路壁１０と、インク流路８に連なるインク吐出口１２
を有し流路壁１０を介して基板６に積層されるオリフィ
スプレート１４と、インク流路８にインクを供給するイ
ンク液室１６とから概略構成されている。

【００２１】インク流路８は、基板６、流路壁１０及び
オリフィスプレート１４によって区画形成される空間
で、その先端位置は流路壁１０で規制されており、後端
側はインク液室１６に連なっている。流路壁１０は、例
えば感光性樹脂等により形成される。

【００２２】発熱抵抗体４は、インク吐出口１２の対応
領域から外れたインク液室１６寄りに設置されており、
厳密には、インク吐出口１２の基板６側の直径ｄ₀₁と、
発熱抵抗体４のインク流路８に沿った長さＬ_Hと、イン
ク吐出口１２と発熱抵抗体４の各中心間の距離Ｘ_OHとの
関係において、「Ｘ_OH＞（ｄ₀₁＋Ｌ_H）／2 」の条件を
満たすように設置されるものである。

【００２３】また、インク吐出口１２は、「ｄ₀₁≧
ｄ₀₂」の条件を満たすように形成されることが望まし
く、本例ではｄ₀₁＞ｄ₀₂で、且つ、湾曲状のテーパ面を
有する形状に形成されている。なお、本例に示すインク
ジェット式プリントヘッド２は、マルチノズルタイプで
あり、図面上はその一部を示している。

【００２４】次に、インクジェット式プリントヘッド２
によるインク滴吐出動作を説明する。図３に示すよう
に、発熱抵抗体４が通電されると、ジュール熱が生じて
発熱抵抗体４上に気泡１８が発生する。気泡１８が発生
すると、この気泡１８の体積増加による圧力伝播によ
り、インク吐出口１２から１ｓｔドロップ（メインドロ
ップ）２０が吐出する。

【００２５】気泡１８の消滅に伴って、インクは、イン
ク吐出口１２側とインク液室１６側から気泡１８へと流
れる。インク吐出口１２側からのインクの流れの内いく
らかは基板６によって跳ね返され、インク吐出口１２へ
向けて流れるが、大部分は気泡１８へと流れる。このた
め、流路壁１０に跳ね返されるインクの流れは生じず、
スプラッシュは発生しない。

【００２６】その後、気泡１８が消滅し、１ｓｔドロッ
プ２０が吐出した後のインクの流れは図４のようにな
る。１ｓｔドロップ２０が吐出した後のインク吐出口１
２方向からのインクの流れと、インク液室１６方向から
のインクの流れは、発熱抵抗体４付近で衝突するが、こ
の衝突によって跳ね返されたインクの流れは、基板６に
平行に流れるため、流路壁１０迄の経路のインク及び流
路壁１０に衝突することにより緩和される。そのため
に、インク吐出口１２へ向かうインクの流れは弱めら
れ、２ｎｄドロップは吐出しなくなる。

【００２７】また、インク吐出口１２は、「ｄ₀₁≧
ｄ₀₂」の条件を満たすように形成され、特に本例ではｄ
₀₁＞ｄ₀₂の先細ノズル状に形成されているので、その絞
り作用によって１ｓｔドロップ２０の吐出方向の安定化
が得られるとともに、吐出量の調整を図ることができ
る。また、実験の結果、この形状に基づく、スプラッシ
ュ及び２ｎｄドロップの抑制効果があることが判明し
た。

【００２８】なお、上記例ではインク吐出口１２の内面
を断面湾曲状のテーパ面としたが、図５に示すインク吐
出口１５のように、断面直線状のテーパ面としてもよ
い。

【００２９】

【発明の効果】請求項１記載の本発明によれば、インク
吐出口と発熱抵抗体の対応位置のずれ構成により、ファ
ーストドロップ吐出時のスプラッシュの発生及びファー
ストドロップ吐出後のセカンドドロップの吐出を抑制で
きるので、サイドシュート型において印字品質の向上を
図ることができる。

【００３０】更に請求項２に係るインクジェット式プリ
ントヘッドによれば、特に先細ノズル形状の絞り作用に
よって、ファーストドロップの吐出方向の安定化等を図
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るインクジェット式プリントヘッド
の一実施例を示す要部平面図である。

【図２】図１におけるＡーＡ線での縦断面図である。

【図３】図２における気泡消滅過程時のインクの流れを
説明する模式図である。

【図４】図２における気泡消滅後のインクの流れを説明
する模式図である。

【図５】他の実施例を示す図２に対応した縦断面図であ
る。

【図６】従来例のエッジシュート型におけるファースト
ドロップ吐出状態を示す模式図である。

【図７】従来例のエッジシュート型における気泡消滅時
のインク流れを示す模式図である。

【図８】従来例のエッジシュート型におけるセカンドド
ロップの発生状態を示す模式図である。

【図９】改良された従来のエッジシュート型を示す概要
要部断面図である。

【図１０】従来例のサイドシュート型を示す要部平面図
である。

【図１１】図１０におけるＢーＢ線での縦断面図であ
る。

【図１２】従来例のサイドシュート型におけるファース
トドロップの吐出状態を示す模式図である。

【図１３】従来例のサイドシュート型におけるセカンド
ドロップの発生状態を示す模式図である。

【図１４】従来例のサイドシュート型における気泡消滅
過程時のインクの流れを説明する模式図である。

【図１５】従来例のサイドシュート型におけるスプラッ
シュの発生状態を示す模式図である。

【図１６】従来例のサイドシュート型におけるスプラッ
シュによるインク溢れを示す要部模式斜視図である。

【符号の説明】

４発熱抵抗体６基板８インク流路１０流路壁１２，１５インク吐出口１４オリフィスプレート１６インク液室

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】インク流路に面して発熱抵抗体が装備さ
れた基板と、この基板上に前記インク流路の先端位置を
規制する流路壁を介して積層され当該基板との間に前記
インク流路を形成すると共に該インク流路に連なるイン
ク吐出口を備えたオリフィスプレートと、前記インク流
路にインクを供給するインク液室とが備えられたインク
ジェット式プリントヘッドにおいて、前記インク吐出口の基板側の直径ｄ₀₁と、前記発熱抵抗
体の前記インク流路に沿った長さＬ_Hと、前記インク吐
出口と前記発熱抵抗体の各中心間の距離Ｘ_OHとの関係
を、「Ｘ_OH＞（ｄ₀₁＋Ｌ_H）／2 」に設定したことを特
徴とするインクジェット式プリントヘッド。
【請求項２】前記インク吐出口は、基板側の直径ｄ₀₁
とインク吐出側の直径ｄ₀₂との関係が、ｄ₀₁≧ｄ₀₂に設
定されていることを特徴とした請求項１記載のインクジ
ェット式プリントヘッド。