(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを噴出するためのノズルが形成されたノズル板と、
前記ノズル板と所定の間隔をおいて設置されるものであって、インク貯蔵室からインクを流入させるためのインク注入口が形成された基板と、
前記基板とノズル板との間に介在され、前記インク注入口及びノズルに連結されるインクチャンバと、前記インクチャンバを取り囲む加熱手段とを含む中間層とを具備し、
前記ノズル、インクチャンバ及びインク注入口が同一方向のチャネルに形成され、
前記加熱手段は通電により発熱する第１ヒータと、前記第１ヒータから生じた熱を伝達されて前記インクチャンバ内に充填されたインクを加熱してバブルを生じるものであって前記インクチャンバの内壁をなす第２ヒータとを含み、
前記中間層の上面に前記第１ヒータが備えられ、前記第１ヒータと第２ヒータとの間に前記第１ヒータからの熱を前記第２ヒータに伝達する熱伝逹層が備えられることを特徴とするインクジェットプリントヘッド。
【請求項２】
前記インクチャンバ内に充填されたインクと接触する部分を除外した前記熱伝逹層及び第２ヒータは断熱層で取り囲まれたことを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項３】
前記断熱層はシリコン酸化膜より形成されることを特徴とする請求項２に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項４】
前記第２ヒータは円筒状であり、その内面が前記インクチャンバの壁面をなすことを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項５】
前記熱伝達層が前記第２ヒータの外側面に伸びていることを特徴とする請求項４に記載のインクヘッドプリントヘッド。
【請求項６】
前記第２ヒータは円筒状の胴体部と、前記胴体部の上段に備えられるものであって前記第１ヒータに接触されるフランジ部とを具備することを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項７】
前記インクチャンバ内に充填されたインクと接触する部分を除外した前記第２ヒータは断熱層で取り囲まれたことを特徴とする請求項６に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項８】
前記断熱層はシリコン酸化膜より形成されることを特徴とする請求項７に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項９】
前記第２ヒータは、ダイアモンド、金、銅、シリコンまたはＳｉＣより形成されることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１０】
前記熱伝逹層は、ダイアモンドまたはＳｉＣより形成されることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１１】
インクを噴出するためのノズルが形成されたノズル板と、
前記ノズル板と所定の間隔をおいて設置されるものであって、インク貯蔵室からインクを流入させるためのインク注入口が形成された基板と、
前記基板とノズル板との間に介在され、前記インク注入口及びノズルに連結されるインクチャンバと、前記インクチャンバを取り囲む加熱手段とを含む中間層とを具備し、
前記ノズル、インクチャンバ及びインク注入口が同一方向のチャネルに形成され、
前記加熱手段は通電により発熱する第１ヒータと、前記第１ヒータから生じた熱を伝達されて前記インクチャンバ内に充填されたインクを加熱してバブルを生じるものであって前記インクチャンバの内壁をなす第２ヒータとを含み、
前記中間層の下面に前記第１ヒータが備えられ、前記第１ヒータと第２ヒータとの間に前記第１ヒータからの熱を前記第２ヒータに伝達する熱伝逹層が備えられることを特徴とするインクジェットプリントヘッド。
【請求項１２】
前記インクチャンバ内に充填されたインクと接触する部分を除外した前記熱伝逹層及び第２ヒータは断熱層で取り囲まれたことを特徴とする請求項１１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１３】
前記断熱層はシリコン酸化膜より形成されることを特徴とする請求項１２に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１４】
前記ノズル板はシリコンより、前記基板はフォトレジストまたはポリイミドより形成されることを特徴とする請求項１１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１５】
前記第２ヒータは円筒状の胴体部と、前記胴体部の上段に備えられるものであって前記第１ヒータに接触されるフランジ部とを具備することを特徴とする請求項１１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１６】
前記インクチャンバ内に充填されたインクと接触する部分を除外した前記第２ヒータは断熱層で取り囲まれたことを特徴とする請求項１５に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１７】
前記断熱層はシリコン酸化膜より形成されることを特徴とする請求項１６に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１８】
前記第２ヒータは、ダイアモンド、金、銅、シリコンまたはＳｉＣより形成されることを特徴とする請求項１１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１９】
前記熱伝逹層は、ダイアモンドまたはＳｉＣより形成されることを特徴とする請求項１１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はインクジェットプリントヘッドに係り、特に高密度のインクジェットプリントヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、インクジェットプリントヘッドとは、印刷用インクの液滴を記録用紙上の所望の位置に放出させて所定色相の画像で印刷する装置をいう。
【０００３】
このようなインクジェットプリンタのインク噴出方式としては、熱源を用いてインクに気泡(バブル)を生じてこの力でインクを噴出させる電気-熱変換方式(バブルジェット（登録商標）方式)と、圧電体の変形により生じるインクの体積変化によりインクを噴出させる電気-機械変換方式がある。
【０００４】
図１Ａ及び図１Ｂを参照してバブルジェット（登録商標）方式のインク噴出メカニズムを説明すれば次の通りである。ノズル１１が形成されたインク流路１０に抵抗発熱体よりなる第１ヒータ１２に電流パルスを印加すれば、第１ヒータ１２で生じた熱がインク１４を加熱してインク流路１０内にバブル１５が生じ、その力によりインク液滴１４'が噴出される。
【０００５】
ところが、このようなバブルジェット（登録商標）方式のインク噴出部を有するインクジェットプリントヘッドは次のような要件を満たさなければならない。
【０００６】
第一に、できるだけその製造が簡単で製造コストが低廉であり、かつ大量生産が可能でなければならない。
【０００７】
第二に、鮮明な画質を得るためには、噴出される主液滴に続く主液滴より小さな副液滴の生成が抑制されなければならない。
【０００８】
第三に、一つのノズルからインクを噴出したりインクの噴出後にインクチャンバにインクが再び充填される時、インクを噴出しない隣接した他のノズルとの干渉が抑制されなければならない。このためにはインク噴出時にノズルの反対方向にインクが逆流する現象を抑制しなければならない。
【０００９】
図１Ａ及び図１Ｂにおいて、第２ヒータ１３はこのようなインク逆流を抑制するためのものである。前記第２ヒータ１３は第１ヒータ１２より先に発熱して第１ヒータ１２の後方のインク流路１０をバブル１６により遮断する。これに続き第１ヒータ１２が発熱してバブル１５が膨張され、その膨張力によりインク液滴１４'を噴出させる。
【００１０】
第四に、高速プリントのためには、できるだけインクの噴出及びインクチャンバへのインクの再充填周期が短くなければならない。
【００１１】
第五に、ノズル及びノズルにインクを導入させる流路が異物及びインクの凝固による閉塞があってはならない。
【００１２】
ところが、このような要件は互いに相反する場合が多い。したがって、インクジェットプリントヘッドの性能はインクチャンバ、インク流路及びヒータの構造、それによるバブルの生成及び膨脹形態または各要素の相対的な大きさなど多くの要因と密接な関連がある。
【００１３】
一方、インクジェットプリントヘッドの解像度を高め、値段を低めるためには単位ノズル当たり占める面積が狭くなければならない。
【００１４】
従来のバブルジェット（登録商標）方式のインクジェットプリントヘッドは２つに大別される。第一の方式は、図２に示したプリントヘッド(米国特許第５,６３５,９６６号明細書)と同じ方式であって、バブル２３が生成される方向にインクが噴出される形態である。このような構造では一定量のインク２５を貯蔵するためのインクチャンバ２２がノズル２１より大きい面積を占めて形成されている。またインク２５をインクチャンバ２２に注入するためのインク注入口がノズル２１部位と分離されていて全体的に単位ノズル当たり占有面積が大きくなる短所がある。したがってプリントヘッドのノズル密度を高めるには限界がある。
【００１５】
第二の方式は、図３に示したプリントヘッド(米国特許第４,２９６,４２１号)と同じ方式であって、バブル３３が生成される方向の直角方向、すなわち、水平方向にインク３５が噴出される形である。このような構造は工程上の理由で垂直に配列し難い。したがって、ノズル３１が水平に配列されていてプリントヘッドのノズル密度を高めるには限界がある。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記問題点を解決するために、プリントヘッドのノズル、インクチャンバ及びインク注入口を一つのチャンネルに形成して単位ノズル当たり占める面積を最小化することによってプリントヘッドのノズル密度を高めることをその目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために本発明は、インクを噴出するためのノズルが形成されたノズル板と、前記ノズル板と所定の間隔をおいて設置されるものであって、インク貯蔵室からインクを流入させるためのインク注入口が形成された基板と、前記基板とノズル板との間に介在され、前記インク注入口及びノズルに連結されるインクチャンバと、前記インクチャンバを取り囲む加熱手段とを含む中間層とを具備するインクジェットプリントヘッドとを提供する。
【００１８】
ここで、前記ノズル、インクチャンバ及びインク注入口は同一方向のチャンネルに形成されることが望ましい。
【００１９】
また、前記加熱手段は通電により発熱する第１ヒータと、前記第１ヒータから生じた熱を伝達されて前記インクチャンバ内に充填されたインクを加熱してバブルを生じる第２ヒータと、前記第１ヒータ及び第２ヒータと接触して前記第１ヒータから生じた熱を前記第２ヒータに伝達する熱伝逹層とを具備することが望ましい。ここで、前記第２ヒータはダイアモンド、金、銅またはシリコンなど熱伝導率に優れた物質より形成されることが望ましく、前記熱伝逹層はダイアモンドまたはSiCより形成されることが望ましい。前記インクチャンバ内に充填されたインクと接触する部分を除外した前記熱伝逹層及び第２ヒータは断熱層で取り囲まれ、前記断熱層はシリコン酸化膜より形成されることが望ましい。
【００２０】
さて、前記加熱手段は通電により発熱する第１ヒータと、前記第１ヒータと接触して前記第１ヒータから生じた熱を伝達されて前記インクチャンバ内に充填されたインクを加熱してバブルを生じる第２ヒータとを具備することが望ましい。ここで、前記第２ヒータはダイアモンドまたはSiCより形成されることが望ましく、前記インクチャンバ内に充填されたインクと接触する部分を除外した前記第２ヒータは断熱層で取り囲まれることが望ましい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照して、本発明のインクジェットプリントヘッドに係る望ましい実施形態を詳細に説明する。しかし、後述される実施形態は本発明の範囲を限定するものではなく、この技術分野で通常の知識を有する者に本発明を十分に説明するために提供されるものである。
【００２２】
図４は、本発明の第１実施形態に係るインクジェットプリントヘッドの断面図である。図面を参照すれば、インクジェットプリントヘッドはノズル板１００、基板１２０及び中間層１１０より構成される。ノズル板１００にはインクを噴出するためのノズル１０２が形成されており、基板１２０は前記ノズル板１００と所定の間隔をおいて設けられる。基板１２０にはインク貯蔵室１３０からインクを流入させるためのインク注入口１２２が形成されている。中間層１１０は前記基板１２０とノズル板１００との間に介在されている。前記中間層１１０は、前記インク注入口１２２及びノズル１０２に連結されるように形成されたインクチャンバ１１５と、前記インクチャンバ１１５を取り囲む加熱手段とを含む。
【００２３】
一方、本発明に係るインクジェットプリントヘッドでは、単位ノズル１０２当たり占有面積を最小化するためにインクチャンバ１１５及びインク注入口１２２をノズル１０２の下部に位置させる。したがって、図４に示したように、ノズル１０２、インクチャンバ１１５及びインク注入口１２２は一方向の垂直チャンネルに形成される。
【００２４】
前記のような構造を有するインクジェットプリントヘッドにおいて重要なのは、一定量以上のバブルが生じてこそインクチャンバ１１５内に充填されたインクが周辺の摩擦力を勝って噴出されるため、ヒータを厚くしなければならない。しかし厚くて高断面比を有すると共に外部と完全に電気的に絶縁されるヒータを作るには難しさがある。したがって、本発明では、ヒータの熱が直接的にインクに加わることではなく、熱伝導率に優れた物質を通じて間接的にインクに伝達される方式を導入した。すなわち、本発明では、インクチャンバ１１５を取り囲む前記加熱手段が通電によって発熱する第１ヒータ１１２と、前記第１ヒータ１１２と接触して第１ヒータ１１２から生じた熱を後述する第２ヒータ１１６に伝達する熱伝逹層１１４と、前記熱伝逹層１１４から熱を伝達されてインクチャンバ１１５内に充填されたインクを加熱してバブルを生じる第２ヒータ１１６とを具備する構造よりなっている。
【００２５】
本実施形態に係るインクジェットプリントヘッドでは、図４に示したように、第１ヒータ１１２が中間層１１０の上部に備えられ、熱伝逹層１１４が第１ヒータ１１２と第２ヒータ１１６との間に備えられる構造よりなっている。また、インクと接触する部分を除外した熱伝逹層１１４及び第２ヒータ１１６の周囲は断熱層１１８で取り囲まれている。
【００２６】
前記のような構造で、外部電極(図示せず)に電流を流せば、第１ヒータ１１２が発熱する。この熱は熱伝逹層１１４を経て第２ヒータ１１６に伝えられてインクを加熱する。ここで、前記熱伝逹層１１４としては、電気的に絶縁体でありつつ熱伝導率に優れた中間熱伝逹物質(例えば、ダイアモンド、SiC等)が用いられ、前記第２ヒータ１１６としては、熱伝導率に優れ、熱容量が少ない物質(例えば、シリコン、金、ダイアモンド、銅等)が用いられる。また、前記第１ヒータ１１２、熱伝逹層１１４及び第２ヒータ１１６は断熱層１１８(例えば、シリコン酸化膜等)により取り囲まれているので第１ヒータ１１２で生じた熱が集中的に第２ヒータ１１６に供給される。したがって、このように供給された熱によって第２ヒータ１１６が加熱されれば、インクチャンバ１１５内に充填されたインクと第２ヒータ１１６とが接触される部分でバブルが生じてインクが噴出される。基板１２０としてはシリコン基板が使われ、インクの直進性を良くするために、フォトレジスト(Photoresist,PR)またはポリイミドよりノズル１０２を形成する。
【００２７】
図５は、本発明の第２実施形態に係るインクジェットプリントヘッドの断面を示すものであって、ノズル、インクチャンバ及びインク注入口が一方向のチャンネルに形成されることは図４と同一であり、ただし、加熱手段の配置を異にしている。
【００２８】
図面を参照すれば、加熱手段は第１ヒータ２１２が中間層２１０の下部に備えられ、熱伝逹層２１４が第１ヒータ２１２と第２ヒータ２１６との間に備えられる構造よりなっている。また、インクと接触する部分を除外した熱伝逹層２１４及び第２ヒータ２１６は断熱層２１８で取り囲まれている。一方、ノズル２０２が形成されたノズル板２００をシリコンより作り、インク注入口２２２が形成された基板２２０をフォトレジストまたはポリイミドより作ることによってインクチャンバ２１５内で生じたバブルを効率よく下部から上部に進行させる。
【００２９】
このような構造を有するインクジェットプリントヘッドの作動原理は図４で説明した通りであり、また第２ヒータ２１６、熱伝逹層２１４及び断熱層２１８の材料も前述した通りである。
【００３０】
図６は、本発明の第３実施形態に係るインクジェットプリントヘッドの断面を示すものであって、熱伝逹層が第２ヒータの上部だけでなく第２ヒータの側面にも存在する構造をしている。図６で、図４と同じ参照符号は同じ機能をする同じ部材を示す。
【００３１】
図面を参照すれば、インクチャンバ３１５を取り囲む加熱手段を含む中間層３１０において熱伝逹層３１４が第２ヒータ３１６の上面だけでなく側面まで延び、前記熱伝逹層３１４の上面に第１ヒータ３１２が備えられる。第１ヒータ３１２、熱伝逹層３１４及び第２ヒータ３１６は断熱層３１８で取り囲まれている。すなわち、第２ヒータ３１６が円筒状であり、その内面がインクチャンバ３１５の壁面をなす場合、熱伝逹層３１４が第２ヒータ３１６の上面だけでなくその外側面に延びて形成される。このような本実施形態に係るプリントヘッドの作動原理及び熱伝逹層３１４、第２ヒータ３１６及び断熱層３１８の材料は前述した通りである。
【００３２】
このような構造を有するインクジェットプリントヘッドでは、第１ヒータ３１２で生じた熱が前記熱伝逹層３１４を通じて効率的に第２ヒータ３１６に伝えられて熱伝逹効率を高められる。
【００３３】
前述した構造以外に、中間層の下部に第１ヒータが備えられ、熱伝逹層が第２ヒータの下部及びその側面にも延びて備えられる構造も可能である。
【００３４】
図７は、本発明の第４実施形態に係るインクジェットプリントヘッドの断面を示すものであって、図４と同じ参照符号は同じ機能を行う同じ部材を示す。
【００３５】
ノズル、インクチャンバ及びインク注入口を一方向のチャンネルに形成するために、前記の実施形態(図４ないし図６)では熱伝逹層が第１ヒータから生じた熱を第２ヒータに伝達する役割を行うが、本実施形態では熱伝逹層が直接第２ヒータとしての役割を行う構造を有する。
【００３６】
図面を参照すれば、インクチャンバ４１５を取り囲む加熱手段は通電により発熱する第１ヒータ４１２と、前記第１ヒータ４１２と接触して第１ヒータ４１２から生じた熱を伝達されてインクチャンバ４１５内に充填されたインクを加熱してバブルを生じる第２ヒータ４１７とを具備する。より詳細には、インクチャンバ４１５を形成する中間層４１０の上部に第１ヒータ４１２が備えられ、その下面には第２ヒータ４１７が備えられる。そして、前記第２ヒータ４１７は、前記第１ヒータ４１２と接触して第１ヒータ４１２から生じた熱を伝達されるフランジ部４１４及びインクチャンバ４１５内に充填されたインクを加熱してバブルを生じる円筒状の胴体部４１６より構成される。一方、インクと接触する部分を除外した第２ヒータ４１７は断熱層４１８(シリコン酸化膜)で取り囲まれている。ここで第２ヒータ４１７としては、前記実施形態の熱伝達層と同じ材料としてダイアモンドまたはSiCなどが用いられる。
【００３７】
前記のような構造で、通電により第１ヒータ４１２が発熱すれば、第１ヒータ４１２と接触する部分の第２ヒータ４１７のフランジ部４１４で熱伝達がなされ、この熱がインクチャンバ４１５内に充填されたインクと接触する部分である第２ヒータ４１７の胴体部４１６に伝えられてバブルを生じる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るインクジェットプリントヘッドは、ノズル、インクチャンバ及びインク注入口を一方向のチャンネルに形成することによって高密度のインクジェットプリントヘッドが得られ、その結果、プリントヘッドの解像度を高められる。
【００３９】
本発明は図面に示された実施形態を挙げて説明したが、これは例示的なものに過ぎなく、本発明が属する技術的範囲内で通常の知識を有する者により変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】  図１及び図１Ｂは、バブルジェット（登録商標）方式のインクジェットプリントヘッドのインク噴出メカニズムを説明するための断面図である。
【図１Ｂ】  バブルジェット（登録商標）方式のインクジェットプリントヘッドのインク噴出メカニズムを説明するための断面図である。
【図２】  従来のインクジェットプリントヘッドの概略的な断面図である。
【図３】  従来のインクジェットプリントヘッドの概略的な断面図である。
【図４】  本発明の第１実施形態に係るインクジェットプリントヘッドの断面図である。
【図５】  本発明の第２実施形態に係るインクジェットプリントヘッドの断面図である。
【図６】  本発明の第３実施形態に係るインクジェットプリントヘッドの断面図である。
【図７】  本発明の第４実施形態に係るインクジェットプリントヘッドの断面図である。
【符号の説明】
１００  ノズル板
１０２  ノズル
１１０  中間層
１１２  第１ヒータ
１１４  熱伝逹層
１１５  インクチャンバ
１１６  第２ヒータ
１１８  断熱層
１２０  基板
１２２  インク注入口
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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