JPH01235652A

JPH01235652A - 液体噴射記録ヘッド

Info

Publication number: JPH01235652A
Application number: JP6236288A
Authority: JP
Inventors: Takuro Sekiya; 卓朗関谷
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1988-03-16
Filing date: 1988-03-16
Publication date: 1989-09-20
Anticipated expiration: 2013-09-03
Also published as: JP2793593B2

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】技術分野本発明は、液体噴射記録方法、より詳細には。

バブルジェット型インクジェット記録ヘッドの熱エネル
ギー作用部の駆動方法に関する。

旭象皮臀ノンインパクト記録法は、記録時における騒音の発生が
無視し得る程度に極めて小さいという点において、最近
関心を集めている。その中で、高速記録が可能であり、
而も所謂普通紙に特別の定着処理を必要とせずに記録の
行える所謂インクジェット記録法は極めて有力な記９法
であって、これまでにも様々な方式が堤案され、改良が
加えられて商品化されたものもあれば、現在もなお実用
化への努力が続けられているものもある。

この様なインクジェット記録法は、所謂インクと称され
る記録液体の小滴（ｄｒｏｐｌｅｔ）を飛翔させ、記録
部材に付着させて記録を行うものであって、この記録液
体の小滴の発生法及び発生された記録液小滴の飛翔方向
を制御する為の制御方法によって幾つかの方式に大別さ
れる。

先ず第１の方式は例えばＵ　Ｓ　Ｐ　３０６０４２９に
開示されているもの（Ｔｅｌｅ　ｔｙｐｅ方式）であっ
て、記録液体のｔＪｓ滴の発生を静電吸収的に行い、発
生した記録液体小滴を記録信号に応じて電界制御し、記
録部材上に記録液体小滴を選択的に付着させて記録を行
うものである。

これに就いて、更に詳述すれば、ノズルと加速電極間に
電界を掛けて、−様に帯電した記録液体の小滴をノズル
より吐出させ、該吐出した記録液体の小滴を記録信号に
応じて電気制御可能な様に構成されたｘｙ偏向電極間を
飛翔させ、電界の強度変化によって選択的に小滴を記録
部材上に付着させて記録を行うものである。

第２の方式は、例えばＵ　Ｓ　Ｐ　３５９６２７５、Ｕ
ＳＰ　３２９８０３０等に開示されている方式（Ｓｗｅ
ｅｔ方式）であって、連続振動発生法によって帯電量の
制御された記録液体の小滴を発生させ、この発生された
帯電量の制御された小滴を、−様の電界が掛けられてい
る偏向電極間を飛翔させることで、記録部材上に記録を
行うものである。

具体的には、ピエゾ振動素子の付設されている記録ヘッ
ドを構成する一部であるノズルのオリフィス（吐出口）
の前に記録信号が印加されている様に構成した帯電電極
を所定距離だけ離して配置し、前記ピエゾ振動素子に一
定周波数の電気信号を印加することでピエゾ振動素子を
機械的に振動させ、前記吐出口より記録液体の小滴を吐
出させる。この時前記帯電電極によって吐出する記録液
体小滴には電荷が静電誘導され、小滴は記録信号に応じ
た電荷量で帯電される。イＩＦ電量の制御された記録液
体の小滴は、一定の電界が一様に掛けられている偏向電
極間を飛翔する時、付加された帯電量に応じて偏向を受
け、記録信号を担う小滴のみが記録部材上に付着し得る
様にされている。

第３の方式は例えばＵ　Ｓ　Ｐ３４１６１５３に開示さ
れている方式（ｌｌｅｒｔｚ方式）であって、ノズルと
リング状の帯電電極間に電界を掛け、連続振動発生法に
よって、記録液体の小滴を発生霧化させて記録する方式
である。即ちこの方式ではノズルと帯電電極間に掛ける
電界強度を記録信号に応じて変澗することによって小滴
の霧化状態を制御し、記録画像の階調性を出して記録す
る。

第４の方式は、例えばＵ　Ｓ　Ｐ３７４７１２０に開示
されている方式（Ｓｔｅｍｍｅ方式）で、この方式は前
記３つの方式とは根本的に原理が異なるものである。

即ち、前記３つの方式は、何れもノズルより吐出された
記録液体の小滴を、飛翔している途中で電気的に制御し
、記録信号を担った小滴を選択的に記録部材上に付着さ
せて記録を行うのに対して、このＳｔｅｍｍｅ方式は、
記録信号に応じて吐出口より記録液体の小滴を吐出飛翔
させて記録するものである。

つまり、Ｓｔｅｍｍｅ方式は、記録液体を吐出する吐出
口を有する記録ヘッドに付設されているピエゾ振動素子
に、電気的な記録信号を印加し、この電気的記録信号を
ピエゾ振動素子の機械的振動に変え、該機械的振動に従
って前記吐出口より記録液体の小滴を吐出飛翔させて記
録部材に付着させることで記録を行うものである。

これ等、従来の４つの方式は各々に特長を有するもので
あるが、又、他方において解決され得る可き点が存在す
る。

即ち、前記第１から第３の方式は記録液体の小滴の発生
の直接的エネルギーが電気的エネルギーであり、又、小
滴の偏向制御も電界制御である。

その為、第１の方式は、構成上はシンプルであるが、小
滴の発生に高電圧を要し、又、記録ヘッドのマルチノズ
ル化が困難であるので高速記録には不向きである。

第２の方式は、記録ヘッドのマルチノズル化が可能で高
速記録に向くが、構成上複雑であり、又記録液体小滴の
電気的制御が高度で困難であること、記録部材上にサテ
ライトドツトが生じ易いこと等の問題点がある。

第３の方式は、記録液体小滴を霧化することによって階
調性に優れた画像が記録され得る特長を有するが、他方
霧化状態の制御が困難であること、記録画像にカブリが
生ずること及び記録ヘッドのマルチノズル化が困難で、
高速記録には不向きであること等の諸問題点が存する。

第４の方式は、第１乃至第３の方式に比べ利点を比較的
多く有する。即ち、構成上シンプルであること、オンデ
マンド（ｏｎ−ｄｅｍａｎｄ）で記録液体をノズルの吐
出口より吐出して記録を行う為に、第１乃至第３の方式
の様に吐出飛翔する小滴の中、画像の記録に要さなかっ
た小滴を回収することが不要であること及び第１乃至第
２の方式の様に、導電性の記録液体を使用する必要性が
なく記録液体の物質上の自由度が大であること等の大き
な利点を有する。丙午ら、一方において、記録ヘッドの
加工上に問題があること、所望の共振数を有するピエゾ
振動素子の小型化が極めて困難であること等の理由から
記録ヘッドのマルチノズル化が難しく、又、ピエゾ振動
素子の機械的振動という機械的エネルギーによって記録
液体小滴の吐出飛翔を行うので高速記録には向かないこ
と、等の欠点を有する。

更には、特開昭４８−９６２２号公報（前記ＵＳ　Ｐ３
７４７１２０に対応）には、変形例として、前記のピエ
ゾ振動素子等の手段による機械的振動エネルギーを利用
する代わりに熱エネルギーを利用することが記載されて
いる。

即ち、上記公報には、圧力上昇を生じさせる蒸気を発生
する為に液体を直接加熱する加熱コイルをピエゾ振動素
子の代りの圧力上昇手段として使用することが記載され
ている。

しかし、上記公報には、圧力上昇手段としての加熱コイ
ルに通電して液体インクが出入りし得る口が一つしかな
い袋状のインク室（液室）内の液体インクを直接加熱し
て蒸気化することが記載されているに過ぎず、連続繰返
し液吐出を行う場合は、どの様に加熱すれば良いかは、
何等示唆されるところがない。加えて、加熱コイルが設
けられている位置は、液体インクの供給路から遥かに遠
い袋状液室の最深部に設けられているので、ヘッド構造
上複雑であるに加えて、高速での連続繰返し使用には、
不向きとなっている。

しかも、上記公報に記載の技術内容からでは、実用上重
要である発生する熱で液吐出を行った後に次の液吐出の
準備状態を速やかに形成することは出来ない。

このように従来法には、構成上、高速記録化上、記録ヘ
ッドのマルチノズル化上、サテライトドツトの発生およ
び記録画像のカブリ発生等の点において一長一短があっ
て、その長所を利する用途にしか適用し得ないという制
約が存在していた。

また、特開昭５５−１３２２５９号公報には、バブルジ
ェット型インクジェット記録ヘッドにおいて、発熱体を
２つ以上設け、これら発熱体を加熱する入力信号のタイ
ミングをずらして、階調記録を行なうことが堤案されて
いるが、このようにすると、タイミングをずらして２回
（以上）信号を入力することにより、時間的にずれて、
２つ（以上）の気泡が発生する。従って、気泡の発生〜
成長〜収縮にともなってオリフィス部におけるよりイン
ク柱の成長〜吐出〜メニスカスの回復（換言すれば供給
側からのインクの補給）に要する時間が長くなり、印字
スピードが低下する。

目　　　　　的本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、
特に、バブルジェット型インクジェット記録ヘッドを用
いた記録において、階調記録を行い、かつ、印字スピー
ドを通常の階調記録を行わない場合と同等にした記録方
法を提供することを目的としてなされたものである。

構　　　成本発明は、上記目的を達成するために、導入される記録
液体を収容するとともに、該記録液体に熱によって気泡
を発生させ、該気泡の体積増加にともなう作用力を発生
させる熱エネルギー作用部を付設した流路と、該流路に
連絡して前記記録液体を前記作用力によって液滴として
吐出させるためのオリフィスと、前記流路に連絡して該
流路に前記記録液体を導入するための液室と、該液室に
前記記録液体を導入する手段よりなる液体噴射記録ヘッ
ドにおいて、前記熱エネルギー作用部は少なくとも２つ
の独立した領域よりなり、これら領域には独立してエネ
ルギーレベルが可変の信号が入力され、該信号の組合せ
により前記気泡を１個発生させかつその大きさを変化さ
せて前記液滴を吐出せしめることを特徴としたものであ
る。以下、本発明の実施例に基いて説明する。

第１図は、本発明の一実施例を説明するための要部構成
図、第２図は、本発明の動作説明をするための発熱体駆
動信号の例を示す図、第３図は、本発明が適用されるイ
ンクジェットヘッドの一例としてのバブルジェットヘッ
ドの動作説明をするための図、第４図は、バブルジェッ
トヘッドの一例を示す斜視図、第５図は、第４図に示し
たヘッドを構成する蓋基板（第５図（ａ））と発熱体基
板（第５図（ｂ））に分解した時の斜視図、第６図は、
第５図（ａ）に示した蓋基板を裏側から見た斜視図で、
図中、１１は蓋基板、１２は発熱体基板、１３は記録液
体流入口、１４はオリフィス、１５は流路、１６は液室
を形成するための領域、１７は個別（独立）電極、１８
は共通電極、１９は発熱体（ヒータ）、２０は記録液（
インク）、２１は気泡、２２は飛翔インク滴である。

最初に、第３図を参照しながらバブルジェットによるイ
ンク噴射について説明すると。

（ａ）は定常状態であり、オリフィス面でインク２０の
表面張力と外圧とが平衡状態にある。

（ｂ）はヒータ１９が加熱されて、ヒータ１９の表面温
度が急上昇し隣接インク層に沸騰現像が起きるまで加熱
され、微小気泡２１が点在している状態にある。

（Ｃ）はヒータ１９の全面で急激に加熱された隣接イン
ク層が瞬時に気化し、沸騰膜を作り、この気泡２１が生
長した状態である。この時、ノズル内の圧力は、気泡の
生長した分だけ上昇し、オリフィス面での外圧とのバラ
ンスがくずれ、オリフィスよりインク柱が生長し始める
。

（ｄ）は気泡が最大に生長した状態であり、オリフィス
面より気泡の体積に相当する分のインク２０が押し出さ
れる。この時、ヒータ１９には電流が流れていない状態
にあり、ヒータ１９の表面温度は降下しつつある。気泡
２１の体積の最大値は電気パルス印加のタイミングから
ややおくれる。

（ｅ）は気泡２１がインクなどにより冷却されて収縮を
開始し始めた状態を示す。インク柱の先端部では押し出
された速度を保ちつつ前進し、後端部では気泡の収縮に
伴ってノズル内圧の減少によりオリフィス面からノズル
内へインクが逆流してインク柱にくびれが生じている。

（ｆ）はさらに気泡２１が収縮し、ヒータ面にインクが
接しヒータ面がさらに急激に冷却される状態にある。オ
リフィス面では、外圧がノズル内圧より高い状態になる
ためメニスカスが大きくノズル内に入り込んで来ている
。インク柱の先端部は液滴になり記録紙の方向へ５〜１
０ｍ／ｓｅｅの速度で飛翔している。

（ｇ）はオリフィスにインクが毛細管現象により再び供
給（リフィル）されて（ａ）の状態にもどる過程で、気
泡は完全に消滅している。

本発明は、上述のごときバブルジェット型インクジェッ
ト記録ヘッドにおいて、階調記録を行い。

かつ、印字スピードを通常の階調記録を行なわれない時
と同等にするようにしたもので、本発明においては、発
熱体部１９が例えば１９ａ、１９ｂの２つに分離されて
おり、それぞれの制御電極１７ａ、１７ｂによりそれぞ
れ独立して駆動できるようになっている。しかしながら
、本発明においては、発熱体が２つ（以上）に分離され
ていても発生気泡は１つである。

第２図は、前記発熱体１９ａ、１９ｂを駆動する信号の
一例を示す図で、本発明では２つの発熱体１９ａ、１９
ｂに入力する信号Ｅ、、Ｅ２のタイミングは、第２図に
示すように同時であり、特開昭５５−１３２２５９号公
報に記載の技術のように変えない。従って、近接した２
つの発熱体は同時に加熱され、気泡は１つだけ発生する
。ただ。

タイミングを変えないとはいっても、２つの信号の立上
り等を非常に短い時間でみると全く同じ立上りを示すこ
とはないので、当然のことながら、この程度のわずかな
違いはある。要するに、本発明は、特開昭５５−１３２
２５９号公報に記載された発明のように意図的にタイミ
ングを変え気泡を２つ発生させるのではなく、信号のタ
イミングがほとんど同時で、気泡を１つ発生させるもの
である。

第２図は、第１及び第２の発熱体にそれぞれほぼ同時に
エネルギーを加え、画素径を変えろ方法について説明す
るもので、Ｅ、は第１の発熱体１９　ａに加えるエネル
ギー、Ｅ２は第２の発熱体１、９　ｂに加えるエネルギ
ーであり、本発明においては、Ｅ、とＥ２の値を組合せ
ることにより、大小さまざまの気泡を発生させることが
可能である。

従って、それに応じて、吐出されるインク滴の大きさが
変オ〕り画素径を変えることができ１階調記録が可能と
なる。加えろエネルギーは、たとえば。

パルス′、を圧、パルス１１】、あるいは流れろ電流を
変化させることによって可変であり、第２図（ａ）にお
いては、第２の発熱体１９ｂに加える電圧Ｅ２を小さく
して（第２図（ｂ）のＥ２に比して）記ａ紙上に記録さ
れ画素３ｏの大きさを小さくしたものである。

なお、１個の気泡を発生するのに複数個の発熱体がある
ことのメリットは、１個の発熱体で入力エネルギーレベ
ルを変えることにより気泡径を変えることができ、階調
表現が可能なことであるが、表現できる階調レベル（範
囲）には限界がある。而して１発熱体をたとえば２側設
ければ単純計算で、表現できろ階調レベルは２倍となる
ことは明らかであるが、この場合、前述の特開昭５５−
１３２２５９号公報に記載された発明においては、第７
図に示すように、２つの発熱体に加えるエネルギーＥ１
．Ｅ２のタイミングを変えており、発熱体を駆動するの
にｔ２時間かかるが、本発明においては、面発熱体を同
時に駆動するようにしているので、第２図に示したよう
にｔｘ（ｔｘ＜ｔｚ）時間でよく、気泡生成時間〜吐出
応答スピードを速くすることができる。

効　　　果以上の説明から明らかなように、本発明によると、バブ
ルジェット型インクジェッ１〜記録において、階調記録
を非階調記録とほぼ同じスピードで行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を説明するための要部（発
熱部）構成図、第２図は、本発明の動作説明をするため
の発熱体１駆動信号の波形図、第３図は、本発明が適用
されるインクジェットヘッドの一例としてのバブルジェ
ットヘッドの動作説明をするための図、第４図は、バブ
ルジェットヘッドの一例を示す斜視図、第５図は、分解
斜視図、第６図は、蓋基板を裏側から見た図、第７図は
、従来技術の一例を説明するための図である。１１・・蓋基板、１２・・・発熱体基板、１７．１７ａ
。１７ｂ、１８−・電極、１９　、　ｌ　９　ａ　、　１
９　ｂ　−発熱体、２０　・記録液、２１・・・気泡、
２２・・・飛翔液滴、３０　記録画素。

Claims

【特許請求の範囲】

１、導入される記録液体を収容するとともに、該記録液
体に熱によって気泡を発生させ、該気泡の体積増加にと
もなう作用力を発生させる熱エネルギー作用部を付設し
た流路と、該流路に連絡して前記記録液体を前記作用力
によって液滴として吐出させるためのオリフィスと、前
記流路に連絡し該流路に前記記録液体を導入するための
液室と、該液室に前記記録液体を導入する手段よりなる
液体噴射記録ヘッドにおいて、前記熱エネルギー作用部
は少なくとも２つの独立した領域よりなり、これら領域
には独立してエネルギーレベルが可変の信号が入力され
、該信号の組合せにより前記気泡を１個発生させかつそ
の大きさを変化させて前記液滴を吐出せしめることを特
徴とする液体噴射記録方法。