JPH01244863A - 液体噴射記録ヘッド - 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】 １権氷」 本発明は、液体噴射記録ヘッド、より詳細には。

バブルジェット型液体噴射記録ヘッドの共通液室の構造
に関する。

ｋ来援権 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録法
であって、これまでにも様々な方式が提案され、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（Ｔａｌｅ　ｔｙｐｅ方式）であっ
て、記録液体の小滴の発生を静電吸収的に行い１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、耐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。帯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　Ｐ　３４１６１５３に開示
されている方式（Ｈｅｒｔｚ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調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　Ｐ　３７４７１２０に開
示されている方式（Ｓｔｅｍ＋ｍｓ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、Ｓｔｅ＋ｕｍｅ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、構成ヒ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所謂バブルジェ
ットの液体噴射記録装置が記載されている。

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５６−８４９７５号公報には、記録液の流
路として、複数の細孔と、これ等の細孔の全てが連絡し
ている中継液室とを備え、前記細孔中に在る記録液をそ
れに印加される圧力波によって前記細孔の一端を吐出口
として小液滴状に吐出、飛翔させる記録ヘッドに於て、
前記中継液室内に、連続空孔を有する多孔性物質から成
る膜を配し、この膜によって前記圧力波を吸収するか或
はその伝播を阻止するようにし、もって、マルチアレイ
型式のインクジェット記録ヘッドに就いて高速度で安定
して良品位の記録を長期に亘って保証することのできる
信頼性の高い高密度マルチアレイ型式の記録ヘッドを提
供するようにしている。

しかし、上記特開昭５６−８４９７５号公報に記載され
た発明のように、単なる膜を使用したのでは、充分に圧
力波を吸収したりあるいは伝播を阻止するのに充分では
なく、依然としてクロストークが残り、又、膜を配する
ための工程が１つ増えるためコストアップにつながる等
の欠点があった。

■−一」在 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、バブルジェット型液体噴射記録ヘッドにおいて、
複数のオリフィスより吐出する際のクロストークをなく
すことを目的としてなされたものである。

菫−−」又 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前
記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、前記液室内に、前記記録液体の前記流路
への補給を妨げることなく、圧力波を反射もしくは吸収
する部材を複数個形成したことを特徴としたものである
。以下、本発明の実施例に基づいて説明する。

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はインク、２１は気泡、２２は飛
翔インク滴で、本発明は、斯様なバブルジェット式の液
体噴射記録ヘッドに適用可能なものである。

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。

（Ｑ）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。

（６）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〜ｌ
　Ｏｍ　／　ｓｅｃ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
トのマルチオリフィスタイプのものにおいて、前記特開
昭５６−８４９７５号公報に記載の発明の欠点を除去し
、複数のオリフィスを同時に駆動した際に生ずるクロス
トークを完全に除去するためのヘッドを提供するもので
ある。

第１図は、本発明による液体噴射記録ヘッドの要部（第
４図のＡ−Ａ線断面図）断面図、第２図は１本発明によ
る液体噴射記録ヘッドの蓋基板を裏側から見た時の斜視
図で、第６図に示した基板との相違は、圧力波を反射も
しくは吸収する部材２５が、液室１６の中に複数個設け
られていることである。而して、第２図に示したような
蓋基板は、プラスチックの成形技術あるいは感光性ガラ
スのエツチング等によって容易に製作でき、Ｒ１５や液
室１６を形成するための領域（凹部）と同時に形成でき
る。溝１５．液室１６、圧力波を反射もしくは吸収する
部材２５を形成する他の方法としては、たとえば、発熱
体基板上に、感光性樹脂膜を形成し、露光、現像するこ
とにより流路、液室凹部及び圧力波を反射もしくは吸収
する部材となる領域を形成し、上から平板状の蓋板を接
合することによっても可能である。

次に、本発明のような圧力波を反射もしくは吸収する部
材を設けることの作用を以下の述べる。

１つの発熱体に通電し、気泡を発生させ、オリフィスよ
りインクを吐出させた時に、オリフィスと反対側つまり
液室側にも圧力波が伝播する。それによって、隣あるい
は近傍の流路にも圧力波が伝播することにより、同時に
駆動した場合、相互干渉いわゆるクロストークが発生す
る。今、液室内に、本発明のような部材を設けることに
より圧力波は、その部材に吸収されたり、又は反射して
ランダムな方向に伝播をくりかえし、自然に消滅し、他
の流路のインクに影響を及ぼすことはほとんど皆無とな
る。

なお１以上の説明はすべて気泡発生手段として発熱体を
用いたバブルジェット記録ヘッドを例にして説明したが
、気泡発生手段としてパルスレーザ−を用いたり、ある
いは放電エネルギーを用いたりするバブルジェットにも
適用可能である。

第７図は、記録液体に気泡を発生させるための手段とし
てパルスレーザ−を用いた場合の例を説明するための図
で、図中、４１はレーザ発振器、４２は光変調駆動回路
、４３は光変調器、４４は走査器、４５は集光レンズで
、レーザ発振器４１より発生されたレーザ光は、光変調
器４３において、光変調駆動回路４２に人力されて電気
的に処理されて出力される画情報信号に従ってパルス変
調される。パルス変調されたレーザ光は、走査器４４を
通り、集光レンズ４５によって熱エネルギー作用部の外
壁に焦点が合うように集光され、記録ヘッドの外壁４６
を加熱し、内部の記録液体４７内で気泡を発生させる。

あるいは熱エネルギー作用部の壁４６は、レーザ光に対
して透過性の材料で作られ、集光レンズ４５によって内
部の記録液体４７に焦点が合うように集光され、記録液
体を直接加熱することによって気泡を発生させてもよい
。

第８図は、上述のごときレーザ光を用いたプリンターの
一例を説明するための図で、ノズル部５１は、高密度に
（たとえば８ノズル／ａｍ）、又、記録紙５２の紙中（
たとえばＡ４横巾）すべてにわたってカバーされるよう
に集積されている例を示している。

レーザ発振器４１より発振されたレーザ光は、光変調器
４３の入口開口に導かれる。光変調器４３において、レ
ーザ光は、光変調器４３への画情報入力信号に従って強
弱の変調を受ける。変調を受けたレーザ光は、反射鏡４
８によってその光路をビームエキスパンダー４９の方向
に曲げられ、ビームエキスパンダー４９に入射する。ビ
ームエキスパンダー４９により平行光のままビーム径が
拡大される０次に、ビーム径の拡大されたレーザ光は、
高速で定速回転する回転多面鏡５０に入射される。回転
多面鏡５０によって掃引されたレーザ光は、集光レンズ
４５により、ドロップジェネレータの熱エネルギー作用
部外壁４６もしくは内部の記録液体に結像する。それに
よって、各熱エネルギー作用部には、気泡が発生し、記
録液滴を吐出し、記録紙５２に記録に行なわれる。

第９図は、さらに別の気泡発生手段を示す図で、この例
は、熱エネルギー作用部の内壁側に配置された１対の放
電電極６０が、放電装置６１がら高電圧のパルスを受け
、水中で放電をおこし、その放電によって発生する熱に
より瞬時に気泡を形成するようにしたものである。

第１０図乃至第１７図は、それぞれ第９図に示した放電
電極の具体例を示す図で、 第１０図に示した例は、 電極６０を針状にして、電界を集中させ、効率よく（低
エネルギーで）放電をおこさせるようにしたものである
。

第１１図に示した例は、 ２枚の平板電極にして、電極間に安定して気泡が発生す
るようにしたものである。針状の電極より１発生気泡の
位置が安定している。

第１２図に示した例は、 電極にほぼ同軸の穴をあけたものである。２枚の電極の
両穴がガイドになって、発生気泡の位置はさらに安定す
る。

第１３図に示した例は、 リング状の電極にしたものであり、基本的には第１２図
に示した例と同じであり、その変形実施例である。

第１４図に示した例は、 一方をリング状電極とし、もう一方を針状電極としたも
のである。リング状電極により、発生気泡の安定性を狙
い、剣状電極により電界の集中により効率を１且つたも
のである。

第１５図に示した例は、 一方のリング状電極を熱エネルギー作用部の壁面に形成
したものである。これは、第１４図に示した例の効果に
加えて、基板−トに平面的に電極を形成するという製造
上の容易さを狙ったものである。このような平面的な電
極は、蒸着（あるいはスパッタリング）や、フォトエツ
チングの技術によって容易に高密度な複数個のものが製
作され得る。マルチアレイに特に威力を発揮する。

第１６図に示した例は、 第１５図１こ示した例のリング状電極形成部を電極の外
周にそった形状で周囲から一段高くしたものである。や
はり、発生気泡の安定性を狽ったものであり、第１４図
に示したものよりも３次元的なガイドを付は加えた分だ
け安定する。

第１７図に示した例は、 第１６図に示した例とは反対に、リング状電極形成部を
、周囲から下へ落しこんだ構造としたもので、やはり、
発生気泡は安定して形成される。

効　　　釆− 以上の説明から明らかなように、本発明によると、マル
チアレイの液体噴射記録ヘッドにおいて、複数のオリフ
ィスよりインク滴を吐出する際のタロストータをなくす
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による液体噴射記録ヘッドの一実施例
を説明するための要部断面図、第２図は、本発明に用い
る液体噴射記録ヘッドの蓋基板の一例を示す斜視図、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、バブルジエン１〜ヘツドの一例を示す
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、レーザ光を用いた気泡発生手
段の一例を説明するための図、第８図は、プリンターの
一例を説明するための図、第９図は、放電を利用した気
泡発生手段の一例を説明するための図、第１０図乃至第
１７図は、それぞれ第９図に示した放電電極の具体例を
示す図である。 １１・・・蓋基板、１２・・・発熱体基板、１３・・・
インク流入口、１４・・・オリフィス、１５・・・流路
、１６・・・液室、２５・・・圧力波吸収又は反射部材
。 第　　１　　図 第　”）３５ （ｄン　　　　　　（＝＝中＝：＝＝Σ＝＝＝第４図 第５図 第６図 第７図 第　　９　図 ｘｌｏ　図 第１２図 第　１４　図 第　１６　図 並トｆ 第　１１　図 第１３図 第１５図 第１７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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
   記流路に連絡して前記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、前記液室内に、前記
   記録液体の前記流路への補給を妨げることなく、圧力波
   を反射もしくは吸収する部材を複数個形成したことを特
   徴とする液体噴射記録ヘッド。