JPH01257059A

JPH01257059A - 液体噴射記録方法

Info

Publication number: JPH01257059A
Application number: JP8595088A
Authority: JP
Inventors: Takuro Sekiya; 卓朗関谷
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1988-04-07
Filing date: 1988-04-07
Publication date: 1989-10-13
Anticipated expiration: 2012-09-10
Also published as: JP2651188B2

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】抜擢分立本発明は、液体噴射記録方法、より詳細には、熱エネル
ギー利用のバブルジェット型インクジェット記録方法に
関する。

災未挟度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刃な記録法
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　ｔｙｐ６方式）であっ
て、記録液体の小滴の発生を静電吸収的に行）Ｎ、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ｆ１１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。帯電量の制御された記録液体の
小満は、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（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、５ｔｅＩＩＩＩｌｅ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。面乍ら、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。

上述のごとき点に鑑み１本出願人は、先に構造的にシン
プルであって、マルチノズル化を容易にし、高速記録が
可能であって、サテライトドツトの発生がなく、カブリ
のない鮮明な記録画像の得られる液体噴射記録方式につ
いて提案（特公昭５６−９４２９号公報）したが、これ
は、インクの中で気泡を発生せしめ、その気泡の作用力
によりオリフィスよりインク滴を吐出させる、いわゆる
バブルジェット型インクジェット記録装置の基本となる
ものである。

第１７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１８図は、バブルジェットヘッドの一例を
示す斜視図、第１９図は、第１８図に示したヘッドを構
成する蓋基板（第１９図（ａ））と発熱体基板（第１９
図（ｂ））に分解した時の斜視図、第２０図は、第１９
図（ａ）に示した蓋基板を裏側から見た斜視図で、図中
、１は蓋基板、２は発熱体基板、３は記録液体流入口、
４はオリフィス、５は流路、６は液室を形成するための
領域、７は個別（独立）電極、８は共通電極、９は発熱
体（ヒータ）、１０はインク、１１は気泡、１２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するものである。

最初に、第１７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１０の表面張力と外圧とが平
衡状態にある６（ｂ）はヒータ９が加熱されて、ヒータ
９の表面温度が急上昇し隣接インク層に沸１１現像が起
きるまで加熱され、微小気泡１１が点在している状態に
ある。

（ｃ）はヒータ９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１１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１０が押し出さ
れる。この時、ヒータ９には電流が流れていない状態に
あり、ヒータ９の表面温度は降下しつつある。気泡１１
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１１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１１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／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。

且−一度本出願人は、上記先行技術をもとに多くの実験を行って
いる最中に、類似のヘッド構成をとりつつ、わずかにそ
の開口（オリフィス）、熱エネルギー作用部の位置関係
を変えることにより、従来とは原理が全く異なる記録方
法を発見したものであり、該発明に基づいて、熱エネル
ギー作用部を利用する新規な記録方法を提供するもので
ある。

隻−一部本発明による熱エネルギー利用の新規な記録方法は、液
滴もしくは噴霧を吐出させるための開口と、記録液体に
熱による状態変化を生じせしめるための熱エネルギー作
用部と、前記開口に連通し、前記熱エネルギー作用部を
その一部とし、前記記録液体をその中に保持する液室も
しくは流路と、該液室もしくは流路に前記記録液体を供
給する手段とを有す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独立駆動が可能もしくは独立に
エネルギー授受が可能な２つの熱エネルギー作用部を有
し、該２つの熱エネルギー作用部は前記開口に対して遠
近の関係をもって配列され、前記開口に対して遠い方の
熱エネルギー作用部では、画像情報に応じて熱によって
気泡を発生させ、該気泡の体積増加にともなう作用力に
よって前記開口より前記記録液体を液滴として吐出させ
、又、前記開口に対して近い方の熱エネルギー作用部は
、画像情報に応じて、前記記録液体に熱による状態変化
を生じせしめ、前記開口から複数の微ホ液滴群もしくは
噴霧を吐出させることによって記録することを特徴とす
るものである。以下、本発明の実施例に基づいて説明す
る。

第２図は、本発明の動作原理を説明するための要部構成
図で５本発明においては、図示のように。

熱エネルギー作用部９′を第１７図に示した従来バブル
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９に対して、オリフィスに近い所に設け、画像信号
に応じて熱エネルギー作用部を作動させる。それにより
、１個気泡が発生して、１滴インク滴が吐出するのでは
なく、ヒータ９′によって加熱されたインクが瞬時に沸
騰あるいは蒸発して、微小インク滴１３（通常のバブル
ジェットのインク滴よりも小さいという意味）が、複数
個（あるいは無数に、あるいは噴霧状に）オリフィスか
ら飛翔するようにしたものである。なお、熱エネルギー
作用部の流路の奥まった部分（オリフィスと反対側）で
は、従来のバブルジェットと同様に気泡が発生すること
もあるが、それは、この技術の本質的なことではない。

第１図は、本発明の一実施例を説明するための要部構成
図で、（ａ）図は、ヘッドのオリフィス近傍の断面図、
（ｂ）図は、ヘッドオリフィス近傍の平面図（発熱体電
極パターンの例を示す図）で、本発明では、１つの開口
（オリフィス）、流室（流路）、に対して２つの熱エネ
ルギー作用部９．９′があり、それらは、開口にたいし
て遠近の関係をもって配設されている。これらの２つの
エネルギー作用部９．９′は、制御電極７．７′、共通
電極８を通して、独立に駆動可能、あるいは、独立に外
部からエネルギー授受を行うことが可能であり、必要に
応じて、あるいは、画像情報に応じて、使いわけられる
。また、（ｃ）図は、オリフィスに遠い方の熱エネルギ
ー作用部９に熱エネルギーを与えた場合の動作説明をす
るための図、（ｄ）図は、オリフィスに近い方の熱エネ
ルギー作用部９′に熱エネルギーを与えた場合の動作説
明をするための図で、今１画像情報として、例えば、キ
ャラクタ−あるいはベタ画像等の、濃度の濃い画像を打
ち出すという指令が来たときには、（ｃ）図に示すよう
に開口に遠い熱エネルギー作用部９に熱エネルギーが与
えられ、従来よりよく知られているように気泡１１が発
生し、その作用力によってインク滴が吐出される。これ
は５通常のバブルジェット技術と同じである。次に、画
像情報として、微妙な濃度変化をともなう画像、いわゆ
る階調性のある画像を打ち出すという指令がきたときに
は、（ｄ）図に示すように、開口に近い熱エネルギー作
用部９′に熱エネルギーがあたえられ、第２図に示した
原理により、微小インク滴１３が無数に発生、あるいは
噴霧状になって、開口から噴出する。この時、熱エネル
ギー作用部に与えられる熱エネルギーを、例えば、発熱
抵抗体を用いた熱エネルギー作用部の場合には、加える
パルス電圧、パルス巾等を変えることによって、微小イ
ンク滴あるいは噴霧量あるいは、それらが発生している
時間を変えられるので、それによって、被記録体（たと
えば紙）上で、濃度を変えた記録が可能となる。

而して１本発明は、第１７図乃至第２０図で示したヘッ
ドにおいて１発熱抵抗体及び電極のパターンを、たとえ
ば、第１図（ｂ）のように配設するが、その他の変形例
として、第３図のような構成も考えられる。重要なポイ
ントは、独立駆動が可能な２つの発熱体９．９′が、開
口（オリフィス）に対して、遠近の関係をもって配設さ
れることである。又、オリフィスに近い発熱体９′は、
はとんどオリフィス端面に近いところに設けられる。

第４図は、上述のごとき液体噴射記録ヘッドの要部構成
を説明するための典型例を示す図で、第４図（ａ）は、
バブルジェット記録ヘッドのオリフィス側から見た正面
詳細部分図、第４図（ｂ）は、第４図（ａ）に−点鎖線
Ｘ−Ｘで示す部分で切断した場合の切断面部分図である
。

これらの図に示された記録ヘッド２１は、その裏面に電
気熱変換体２２が設けられている基板２３上に、所定の
線密度で所定の巾と深さの溝が所定数設けられている溝
付板２４を該基板２３を覆うように接合することによっ
て、液体を飛翔させるためのオリフィス２５を含む液吐
出部２６が形成された構造を有している６液吐出部２６
は、オリフィス２５と電気熱変換体２２より発生される
熱エネルギーが液体に作用して気泡を発生させ、その体
積の膨張と収縮による急激な状態変化を引き起こし、あ
るいは、液体に熱による状態変化を生じせしめるところ
である熱作用部２７とを有する。

熱作用部２７は、電気熱変換体２２の熱発生部２８の上
部に位置し、熱発生部２８の液体と接触する面としての
熱作用面２９をその低面としている。熱発生部２８は、
基体２３上に設けられた下部）Ｃ／Ｉ３０、該下部層３
０上に設けられた発熱抵抗ＪＣ４３１、該発熱抵抗／１
３１上に設けられた上部層３２とで構成される。

発熱抵抗層３１には、熱を発生させるために該１〜３１
に通電するための電極３３．３４がその表面に設けられ
ており、これらの電極間の発熱抵抗７Ｍによって熱発生
部２８が形成されている。

′ｌｔｔ極３３は、各液吐出部の熱発生部に共通の電極
であり、電極３４は、各液吐出部の熱発生部を選択して
発熱させるための選択電極であって、液吐出部の液流路
に沿って設けられている。

保護層３２は、熱発生部２８においては発熱抵抗層３１
を、使用する液体から化学的、物理的に保護するために
発熱抵抗Ｆｆ４３１と液吐出部２６の液流路を満たして
いる液体とを隔絶すると共に。

液体を通じて電極３３．３４間が短絡するのを防止し、
更に隣接する電極間における電気的リークを防止する役
目を有している。

各液吐出部に設けられている液流路は、各液吐出部の上
流において、液流路の一部を構成する共通液室（不図示
）を介して連通されている。各液吐出部に設けられた電
気熱変換体２２に接続されている電極３３．３４はその
設計上の都合により、前記上部層に保護されて熱作用部
の上流側において前記共通液室下を通るように設けられ
ている。

第５図は、発熱抵抗体を用いる熱エネルギー作用部の構
造を説明するための詳細図で、図中、４１は発熱抵抗体
、４２は電極、４３は保護層、４４は電源装置を示し１
発熱抵抗体４１を構成する材料として、有用なものには
、たとえば、タンタル−８ｉｎ、の混合物、窒化タンタ
ル、ニクロム、銀−パラジウム合金、シリコン半導体あ
るいはハフニウム、ランタン、ジルコニウム、チタン、
タンタル、タングステン、モリブデン、ニオブ、クロム
、バナジウム等の金属の硼化物があげられる。これらの
発熱抵抗体４１を構成する材料のうち、殊に金属硼化物
が優れたものとしてあげることができ、その中でも最も
特性の優れているのが硼化ハフニウムであり、次いで硼
化ジルコニウム。

硼化ランタン、硼化タンタル、硼化バナジウム、硼化ニ
オブの順となっている。

発熱抵抗体４１は上記の材料を用いて電子ビーム蒸着や
スパッタリング等の手法を用いて形成することができる
。発熱抵抗体４１の膜厚は、単位時間当たりの発熱量が
所望どうりとなるように、その面積、材質及び熱作用部
分の形状及び大きさ、更には実際面での消費電力等に従
って決定されるものであるが、通常の場合０．００１〜
５μｍ、好適には０．０１〜１μｍ、とされる。

電極４２を構成する材料としては、通常使用されている
電極材料の多くのものが有効に使用され、具体的には、
例えばＡ１．Ａ４．Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕ等があげられ、こ
れらを使用して、蒸着等の手法で所定位置に、所定の大
きさ、形状、厚さで設けられる。

保護ｆＩ４４３に要求される特性は、発熱抵抗体４１で
発生された熱を記録液体（インク）に効果的に伝達する
ことを妨げずに、かつインクより発熱抵抗体４１を保護
するということである。保護層４３を構成する材料とし
て有用なものには、例えば酸化シリコン、窒化シリコン
、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、醸化タンタル
、酸化ジルコニウム等があげられ、これらは、電子ビー
ム蒸着やスパッタリング等の手法を用いて形成すること
ができる。保護層４３の膜厚は、通常は０．０１〜１０
ｐｍ、好適にはＱ　、　１〜５　ｐ　ｍ、最適には０．
１〜３μｍとされるのが望ましい。

なお、以上には、本発明を気泡発生手段及び記録液体に
熱による状態変化を起こさせる手段として発熱抵抗体を
使用した例について説明したが、発熱抵抗体以外に、レ
ーザ光を用いたり、放電現象を利用したりすることも可
能である。

第６図は、記録液体に気泡を発生させたり記録液体に熱
による状態変化を起こさせる別の手段を説明するための
図で、図中、５１はレーザ発振器、５２は光変調Ｉｌ！
？動回路、５３は光変調器、５４は走査器、５５は集光
レンズで、レーザ発振器５１より発生されたレーザ光は
、光変調器５３において、光変調器駆動回ｇ５２に入力
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５４を通り、集光レンズ５５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５６を加熱し、内部の記録液体５７内で気泡を発
生させたり記録液体に熱による状態変化を起こさせる。

あるいは熱エネルギー作用部の壁５６は、レーザ光に対
して透過性の材料で作られ、集光レンズ５５によって内
部の記録液体５７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、或いは
記録液体に熱による状態変化を起こさせてもよい。

第７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６１は、高密度に
（たとえば８ノズル／ｍｍ）、又、紙６２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５１より発振されたレーザ光は、光変調器
５３の入口開口に導かれる。光変調器５３において、レ
ーザ光は、光変調器５３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５
８によってその光路をビームエキスパンダー５９の方向
に曲げられ、ビームエキスパンダー５９に入射する。ビ
ームエキスパンダー５９により平行光のままビーム径が
拡大される。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６０に入射される。回転
多面錆６０によって掃引されたレーザ光は、集光レンズ
５５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５６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、或
いは記録液体に熱による状態変化が発生して、記録液滴
を吐出し、記録紙６２に記録に行なわれる。

第８図は、さらに別の気泡発生手段及び記録液体に熱に
よる状態変化を起こさせる手段を示す図で、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７０が、放電装置７１か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
瞬時に気泡を形成し或いは記録液体に熱による状態変化
を起こさせるようにしたものである。

第９図乃至第１６図は、それぞれ第８図に示した放電電
極の具体例を示す図で。

第９図に示した例は、電極７０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１０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を発生さ
せ或いは記録液体に状態変化を起こさせるようにしたも
のである。針状の電極より、発生気泡或いは記録液体の
状態変化の位置が安定している。

第１１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、発生気泡或いは記録液体の状態
変化の位置はさらに安定する。

第１２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１１図
に示した例と同じであり、その変形実施例である。

第１３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、針状電極により電界の集中により効率を狙ったもの
である。

第１４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１３図に示した例の効果に
加えて、基板上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１５図に示した例は、第１４図に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、発生気泡或いは記録液体の状態変化の安定性を狙っ
たものであり、第１３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１６図に示した例は。

第１５図に示した例とは反対に、リング状電極形成部を
１周囲から下へ落しこんだ構造としたもので、やはり、
発生気泡或いは記録液体の状態変化は安定して形成され
る。

本発明による記録装置に使用される記録液体は、後述す
る熱物性値及びその他の物性値を有する様に材料の選択
と組成成分の比が調合される他に従来の記録法において
使用されている記録液体と同様化学的物理的に安定であ
る他、応答性、忠実性、曳糸化能に優れている事、液路
殊に吐出口において固まらない事、流路中を記録速度に
応じた速度で流通し得る事、記録後、記録部材への定着
が速やかである事、記録濃度が充分である事、貯蔵寿命
が良好である事、等々の特性を与える様に物性が調整さ
れる。

本発明による記録装置に使用される記録液体は、液媒体
と記録像を形成する記録剤及び所望の特性を得る為に添
加される添加剤より構成され、前記の物性値を得る範囲
において液媒体及び添加剤の種類及び組成比の選択によ
って、水性、非水性、溶解性、導電性、絶縁性のいずれ
も得ることが出来る。

液媒体としては、水性媒体と非水性媒体とに大別される
が、使用される液媒体は、前記の物性値を調合される記
録記録液体が有する様に他の選択される構成成分との組
み合せを考慮して下記のものより選択される。

その様な非水性媒体としては、例えばメチルアルコール
、エチルアルコール、ｎ−プロピルアルコール、イソプ
ロピルアルコール、ｎ−ブチルアルコール、５ｅｃ−ブ
チルアルコール、ｔａｒｔ−ブチルアルコール、イソブ
チルアルコール、ペンチルアルコール、ヘキシルアルコ
ール、ヘプチルアルコール、オクチルアルコール、ノニ
ルアルコール、デシルアルコール等の炭素数１〜１０の
アルキルアルコール；例えば、ヘキサン、オクタン、シ
クロペンタン、ベンゼン、トルエン、キジロール等の炭
化水素系溶剤；例えば、四塩化炭素、トリクロロエチレ
ン、テトラクロロエタン、ジクロロベンゼン等のハロゲ
ン化炭化水素系溶剤；例えば、エチルエーテル、ブチル
エーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチ
レングリコールモノエチルエーテル等のエーテル系溶剤
；例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルプロ
ピルケトン、メチルアミルケトン、シクロヘキサノン等
のケトン系溶剤；ギ酸エチル、メチルアセテート、プロ
ピルアセテート、フェニルアセテート、エチレングリコ
ールモノエチルエーテルアセテート等のエステル系溶剤
；例えばジアセトンアルコール等のアルコール系溶剤；
石油系炭化水素溶剤等が挙げられる。

これ等の列挙した液媒体は使用される記録剤や添加剤と
の親和性及び記録液体としての後述の諸特性を満足し得
る様に適宜選択して使用されるものであるが更に、後記
の特性を有する記録液体が調合され得る範囲内において
、必要に応じて適宜二種以上を混合して使用しても良い
、又、上記の条件内においてこれ等非水性媒体と水とを
混合して使用しても良い。

上記の液媒体の中、公害性、入手の容易さ、調合のし易
さ等の点を考慮すれば、水又は水・アルコール系の液媒
体が好適とされる。

記録剤としては、調合される記録液体が前記の諸物性値
を有するようにされる他、長時間放置による液路内や記
録液体供給タンク内での沈降、凝集、更には輸送管や液
路の回詰りを起こさない様に前記液媒体や添加剤との関
係において材料の選択がなされて使用される必要がある
。この様な点からして、液媒体に溶解性の記録剤を使用
するのが好ましいが、液媒体に分散性又は難溶性の記録
剤であっても液媒体に分散させる時の記録剤の粒径を充
分小さくしてやれば使用され得る。

使用され得る記録剤は記録部材によって、その記録条件
に充分適合する様に適宜選択される。記録剤としては染
料及び顔料を挙げることが出来る。

有効に使用される染料は、調合された記録液体の後述の
諸特性を満足し得る。

本発明による記録装置に使用される記録液体は、液媒体
と記録像を形成する記録剤及び所望の特性を得る為に添
加される添加剤より構成され、前記の物性値を得る範囲
において液媒体及び添加剤の種類及び組成比の選択νこ
よって、水性、非水性、７１４Ｍ性、導電性、絶縁性の
いずれも得ることが出来る。

その様な非水性媒体としては、例えばメチルアルコール
、エチルアルコール、ｎ−プロピルアルコール、イソプ
ロピルアルコール、ｎ−ブチルアルコール、５ｅｅ−ブ
チルアルコール、ｔａｒｔ−ブチルアルコール、イソブ
チルアルコール、ペンチルアルコール、ヘキシルアルコ
ール、ヘプチルアルコール、オクチルアルコール、ノニ
ルアルコール、デシルアルコール等の炭素数１〜１ｏの
アルキルアルコール；例えば、ヘキサン、オクタン、シ
クロペンタン、ベンゼン、トルエン、キジロール等の炭
化水素系溶剤；例えば、四塩化炭素、トリクロロエチレ
ン、テトラクロロエタン、ジクロロベンゼン等のハロゲ
ン化炭化水素系溶剤；例えば、エチルエーテル、ブチル
エーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチ
レングリコールモノエチルエーテル等のエーテル系溶剤
；例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルプロ
ピルケトン、メチルアミルケトン、シクロヘキサノン等
のケトン系溶剤；ギ酸エチル、メチルアセテート、プロ
ピルアセテート、フェニルアセテート、エチレングリコ
ールモノエチルエーテルアセテート等のエステル系溶剤
；例えばジアセトンアルコール等のアルコール系溶剤；
石油系炭化水素溶剤等が挙げられる。

これ等の列挙した液媒体は使用される記録剤や添加剤と
の親和性及び記録液体としての後述の諸特性を満足し得
る様に適宜選択して使用されるものであるが更に、後記
の特性を有する記録液体が調合され得る範囲内において
、必要に応じて適宜二種以上を混合して使用しても良い
。又、上記の条件内においてこれ等非水性媒体と水とを
混合して使用しても良い。

上記の液媒体の中、公害性９人手の容易さ、調合のし易
さ等の点を考慮すれば、水又は水・アルコール系の液媒
体が好適とされる。

有効に使用される染料は、調合された記録液体の後述の
諸特性を満足し得る様なものであり、好適に使用される
のは、例えば水溶性染料としての直接染料、塩基性染料
、酸性染料、可溶性建染メ染料、酸性媒染染料、媒染染
料、非水溶性染料としての硫化染料、建染メ染料、酒精
溶染料、油溶染料、分散染料等の他、スレン染料、ナフ
トール染料１及応染料、クロム染料、に２型錯塩染料、
１：１型鉗塩染料、アゾイック染料、カチオン染料等の
中より選択されるものである。

具体的には、例えばレゾリングリルブルーＰＲＬ、レゾ
リンイエローＰＣＧ、レゾリンピンクＰＲＲ、レゾリン
グリーンＰＢ（以上バイヤー製）、スミカロンブルー５
−ＢＧ、スミカロンレッドＥ−ＥＢＬ、スミカロンイエ
ローＥ−４ＯＬ、スミカロンブリリアントブルーＳ’−
ＢＬ（以上住人化学製）、ダイヤミラーイエロー−ＨＧ
−８Ｅ、ダイヤニックスレッドＢＮ−８Ｅ　（以上三菱
化成製）、カヤロンポリエステルライトフラビン４ＧＬ
、カヤロンポリエステルブル−３Ｒ−８Ｆ、カヤロンポ
リエステルイエローＹＬ−８Ｅ、カヤセットターキスブ
ルー７７６、カヤセットイエロー９０２、カヤセットレ
ッド０２６、プロジオンレッドＨ−２Ｂ、プロジオンブ
ルーＨ−３Ｒ（以上日本化架装）、レバフィックスゴー
ルデンイエローＰ−Ｒ、レバフィックスプリルレッドＰ
−Ｂ、レバフィックスプリルオレンジＰ−ＯＲ（以上バ
イヤー製）、スミフィックスイエローＧＲ５、スミフィ
ックスＢ、スミフィックスプリルレッドＢＳ、スミフィ
ックスプリルブルーＰＢ、ダイレクトブラック４０（以
上住友化学Ｒ）、ダイヤミラーブラウン３Ｇ、ダイヤミ
ラーイエロー〇、ダイヤミラーブルー３Ｒ、ダイヤミラ
ープリルブルーＢ、ダイヤミラープリルレッドＢＢ（以
上三菱化成製）、レマゾールレッドＢ、レマゾールブル
ー３Ｒ、レマゾールイエローＧＮＬ、レマゾールプリル
グリーン６Ｂ（以上ヘキスト社製）、チバクロンプリル
イエロー、チバクロンプリルレッド４０Ｅ（以上チバガ
イギー社製）、インジコ、ダイレクトテープブラックＥ
−Ｅｘ、ダイアミンブラックＢＨ、コンゴーレッド、シ
リアスブラックＢＨ、オレンジ■、アミドブラックＩＯ
Ｂ、オレンジＲ○、メタニールイエロー、ピクトリアス
カーレット、ニグロシン、ダイアモンドブラックＰＢＢ
（以上イーゲー社製）、ダイアシトブルー３Ｇ、ダイア
シトファスト・グリーンＧＷ、ダイアシト・ミーリング
ネービーブルーＲ、インダンスレン（以上三菱化成製）
、ザポン−染料（ＢＡＳＦＩ）。

オラゾール染料ＣＣＩ　Ｂ　Ａ製）、ラナシンー染料（
三菱化成製）、ダイアクリルオレンジＲＬ−Ｅ、ダイア
クリルブリリアントブルー２Ｂ−Ｅ、ダイアクリルター
キスブルーＢＧ−Ｅ（三菱化成製）などの中より前記の
諸物性値が調合される記録液体に与えられるものが好ま
しく使用できる。

これ等の染料は、所望に応じて適宜選択されて使用され
る液媒体中に溶解又は分散されて使用される。

有効に使用される顔料としては、無機顔料、有機顔料の
中の多くのものが好適に使用される。そのような顔料と
して具体的に例示すれば無機顔料としては、硫化カドミ
ウム、硫黄、セレン、硫化亜鉛、スルホセレン化カドミ
ウム、黄鉛、ジンククロメート、モリブデン赤、ギネー
・グリーン、チタン白、亜鉛華、弁柄、酸化クロムグリ
ーン、鉛丹、酸個コバルト、チタン酸バリウム、チタニ
ウムイエロー、鉄黒、紺青、リサージ、カドミウムレッ
ド、硫化銀、硫酸鉛、硫酸バリウム、群青、炭酸カルシ
ウム、炭酸マグネシウム、鉛白、コバルトバイオレット
、コバルトブルー、エメラルドグリーン、カーボンブラ
ック等が挙げられる。

有機顔料としては、その多くが染料に分類されているも
ので染料と重複する場合が多いが、具体的には次のよう
なものが好適に使用される。

（ａ）不溶性アゾ系（ナフトール系）ブリリアントカーミンＢＳ、レーキカーミンＦＢ、ブリ
リアントファストスカーレッド、レーキレッド４Ｒ、パ
ラレッド、パーマネントレッドＲ、ファストレッドＦＯ
Ｒ、レーキボルドー５Ｂ、バーミリオンＮ０１１、バー
ミリオンＮＯ，２、トルイジンマル−ン。

（ｂ）不溶性アゾ系（アニライド系）ジアゾイエロー、ファストイエローＧ、ファストイエロ
ー１０Ｇ、ジアゾオレンジ、パルカンオレンジ、バラゾ
ロンレッド。

（ｃ）溶性アゾ系レーキオレンジ、ブリリアントカーミン３Ｂ、ブリリア
ントカーミン６Ｂ、ブリリアントスカーレットＧ、レー
キレッドＣ、レーキレッドＤ、レーキレッドＲ、ウオッ
チングレッド、レーキボルドー１０Ｂ、ボンマルーンＬ
、ボンマルーンＭ。

（ｄ）フタロシアニン系フタロシアニンブルー、ファストスカイブルー、フタロ
シアニングリーン。

（ｅ）染色レーキ系イエローレーキ、エオシンレーキ、ローズレーキ、バイ
オレットレーキ、ブルーレーキ、グリーンレーキ、セピ
アレーキ。

（ｆ）媒染系アリザリンレーキ、マダカーミン。

（ｇ）建染系インダスレン系、ファストブルーレーキ（ＧＧＳ）。

（ｈ）塩基性染料レーキ系ローダミンレーキ、マラカイトグリーンレーキ。

（ｉ）酸性染料レーキ系ファストスカイブルー、キノリンイエローレーキ、キナ
クリドン系、ジオキサジン系。

液媒体と記録剤との量的関係は、調合される他に液路の
目詰り、液路内での記録液体の乾燥、記録部材へ付与さ
れた時の滲みや乾燥速度等の条件から、重量部で液媒体
１００部に対して記録剤が通常１〜５０部、好適には３
〜３０部、最適には５〜１０部とされるのが望ましい。

記録液体が分散系（記録剤が液媒体中に分散されている
系）の場合、分散される記録剤の粒径は、記録剤の種類
、記録条件、液路の内径、吐出口径、記録部材の種類等
によって、適宜所望に従って決定されるが１粒径が余り
大きいと、貯蔵中に記録剤粒子の沈降が起って、濃度の
不均一化が生じたり、液路の目詰りが起ったり或いは記
録された画像に濃度斑が生じたり等して好ましくない。

このようなことを考慮すると、分散系記録液体とされる
場合の記録剤の粒径は、通常０．０１〜３０μ、好適に
は０．０１〜２０μ、最適には０．０１〜８μとされる
のが望ましい。更に分散されている記録剤の粒径分布は
、出来る限り狭い方が好適であって、通常はＤ±３μ、
好適にはＤ＋１．５μとされるのが望ましい（但しＤは
平均粒径を表わす）。

使用される添加剤としては、粘度調整剤、表面張力調整
剤、ｐＨＪ整剤、比抵抗調整剤、湿潤剤及び赤外線吸収
発熱剤等が挙げられる。

粘度調整剤や表面張力ｍｖｍ剤は、前記の物性値を得る
為の他に、記録速度に応じて充分なる流速で液路中を流
通し得ること、液路の吐出口において記録液体の回り込
みを防止し得ること、記録部材へ付与された時の滲み（
スポット径の広がり）を防止し得ること等の為に添加さ
れる。

粘度調整剤及び表面張力調整剤としては、使用される液
媒体及び記録剤に悪影響を及ぼさないで効果的なもので
あれば通常知られているものの中より適宜所望特性を満
足するように選択されて使用される。

具体的には、粘度調整剤としては、ポリビニルアルコー
ル、ヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシメチル
セルロース、ヒドロキシエチルセルロース、メチルセル
ロース、水溶性アクリル樹脂、ポリビニルピロリドン、
アラビアゴムスターチ等が好適なものとして例示出来る
。

所望に応じて適宜選択されて好適に使用される、表面張
力調整剤としては、アニオン系、カチオン系及びノニオ
ン系の界面活性剤が挙げられ、具体的には、アニオン系
としてポリエチレングリコールエーテル硫酸、エステル
塩等、カチオン系としてポリ２−ビニルピリジン誘導体
、ポリ４−ビニルピリジン誘導体等、ノニオン系として
ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチ
レンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンア
ルキルエステル、ポリオキシエチレンソルビタンモノア
ルキルエステル、ポリオキシエチレンアルキルアミン等
が挙げられる。

これ等の界面活性剤の他、ジェタノールアミン、プロパ
ツールアミン、モルホリン酸等のアミン酸、水酸化アン
モニウム、水酸化ナトリウム等の塩基性物質、Ｎ−メチ
ル−２〜ピロリドン等の置換ピロリドン等も有効に使用
される。

これ等の表面張力調整剤は、所望の値の表面張力を有す
る記録液体が調合されるように、互いに又は他の構成成
分に悪影響を及ぼさず且つ前記の物性値が調合される記
録液体に与えられる範囲内において必要に応じて二種以
上混合して使用しても良い。

これ等表面張力調整剤の添加量は種類、調合される記録
液体の他の構成成分種及び所望される記録特性に応じて
適宜決定されるものであるが、記録液体１重量部に対し
て、通常は０．０００１〜０．１重量部、好適には０．
００１〜０．０１重量部とされるのが望ましい。

ｐＨ調整剤は、調合された記録液体の化学的安定性、例
えば、長時間の保存による物性の変化や記録剤その他の
成分の沈降や凝集を防止する為に所定のｐＨ値となるよ
うに前記の諸物性値を逸脱しない範囲で適時適当量添加
される。

本発明において好適に使用されるｐＨ調整剤としては、
調合される記録液体に悪影響を及ぼさずに所望のｐＨ値
に制御出来るものであれば大概のものを挙げることが出
来る。

そのようなｐＨ調整剤としては具体的に例示すれば低級
アルカノールアミン、例えばアルカリ金属水酸化物等の
一価の水酸化物、水酸化アンモニウム等が挙げられる。

これ等のｐＨ調整剤は、調合される記録液体が前記の物
性値をはずれない範囲で所望のｐＨ値を有するように必
要量添加される。

使用される潤滑剤としては、調合される記録液体が後記
の諸物性値を逸脱しない範囲で本発明に係わる技術分野
において通常知られているものの中より有効であるもの
、殊に熱的に安定なものが好適に使用される。このよう
な潤滑剤として具体的に示せば、例えばポリエチレング
リコール、ポリプロピレングリコール等のポリアルキレ
ングリコール、ブチレングリコール、ヘキシレングリコ
ール等のアルキレン基が２〜６個の炭素原子を含むアル
キレングリコール；例えばエチレングリコールメチルエ
ーテル、ジエチレングリコールメチルエーテル、ジエチ
レングリコールエチルエーテル等のジエチレングリコー
ルの低級アルキルエーテル；グリセリン；例えばメトオ
キシトリグリコール、エトオキシトリグリコール等の低
級アルコールオキシトリグリコール；Ｎ−ビニル−２−
ピロリドンオリゴマー；等が挙げられる。

これ等の潤滑剤は、記録液体に所望される特性を満足す
るように所望に応じて必要量添加されるものであるが、
その添加量は記録液体全重量に対して、通常０．１〜１
０ｗｔ％、好適には０．１〜８ｖｔ％、最適には０．２
〜７ｖｔ％とされるのが望ましい。

又、上記の潤滑剤は、単独で使用される他、互いに悪影
響を及ぼさない条件において二種以上混用しても良い。

本発明の記録装置に使用される記録液体には、上記のよ
うな添加剤が所望に応じて必要量添加されるが、更に記
録部材に付着する場合の記録液体被膜の形成性、被膜強
度に優れたものを得るために、例えばアルキッド樹脂、
アクリル樹脂、アクリルアミド樹脂、ポリビニルアルコ
ール、ポリビニルピロリドン等の樹脂重合体が添加され
ても良い。

本発明の記録装置に使用される記録液体は、前述した諸
記録特性を具備するように、比熱、熱膨張係数、熱伝導
率、粘性、表面張力、ｐＨ及び帯電された記録液滴を使
用して記録する場合には比抵抗等の特性値が特性の条件
範囲にあるように調合されるのが望ましい。

即ち、これ等の諸特性は、曳糸現象の安定性、熱エネル
ギー作用に対する応答性及び忠実性、画像濃度、化学的
安定性、液路内での流動性等に重要な関連性を有してい
るので、本発明においては記録液体の調合の際、これ等
に充分注意を払う必要がある。

本発明の記録装置に有効に使用され得る記録液体の上記
諸特性としては下記の第１表に示されるごときの値とさ
れるのが望ましいが、列挙された物性の総てが第１表に
示されるごとき数値条件を満足する必要はなく、要求さ
れる記録特性に応じて、これ等の物性の幾つかが第１表
の条件を満足する値を取れば良いものである。丙午ら比
熱、熱膨張係数、熱伝導率、粘性、表面張力に関しては
、第１表の値に規定されるのが望ましい。勿論、調合さ
れた記録液体の上記諸特性の中で第１表に示される値を
満足するものが多い程良好な記録が行われることは言う
までも無い。

第１表効　　　果以上の説明から明らかなように、本発明によると、１つ
のヘッド（インク吐出部）に通常のバフルジェットによ
る方法、つまりほぼ均一なインク滴を形成する機能と、
他の手段による階調表現手段をそなえることにより、そ
れらを使いわけ、高速でキャラクタ−を打ち出したり（
主に通常のバブルジエン１〜技術を利用）、ビクトリア
ルカラー画像を担うための微妙な階調表現を行なったり
（′ａ度の濃い部分は通常のバブルジェット技術を利用
、濃淡表現は、微小インク滴又は噴霧を利用）すること
ができる利点がある。

【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構成
図、第２図は１本発明の動作原理を説明するための図、
第３図は、本発明の実施に使用する′４極パターンの変
形配設例を示す図、第４図及び第５図は、熱エネルギー
供給手段として発熱抵抗体を用いた場合の例を説明する
ための図、第６図及び第７図は、熱エネルギー供給手段
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、第８図乃至第１６図は、放電現象を利用した場合
の例を説明するための図、第１７図乃至第２０図は、発
熱抵抗体を用いたバブルジェット型インクジェット記録
ヘッドの動作説明をするための図である。１．２・・・基板、７，７′・・・制御電極、８・・・
共通電極、９，９′・・・発熱抵抗体、１ｏ・・・イン
ク、１１・・・気泡、１２・・・インク滴、１３・・・
噴霧状インク滴。

Claims

【特許請求の範囲】

１、液滴もしくは噴霧を吐出させるための開口と、記録
液体に熱による状態変化を生じせしめるための熱エネル
ギー作用部と、前記開口に連通し、前記熱エネルギー作
用部をその一部とし、前記記録液体をその中に保持する
液室もしくは流路と、該液室もしくは流路に前記記録液
体を供給する手段とを有す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独立駆動が可能もしくは
独立にエネルギー授受が可能な２つの熱エネルギー作用
部を有し、該２つの熱エネルギー作用部は前記開口に対
して遠近の関係をもって配列され、前記開口に対して遠
い方の熱エネルギー作用部では、画像情報に応じて熱に
よって気泡を発生させ、該気泡の体積増加にともなう作
用力によって前記開口より前記記録液体を液滴として吐
出させ、又、前記開口に対して近い方の熱エネルギー作
用部は、画像情報に応じて、前記記録液体に熱による状
態変化を生じせしめ、前記開口から複数の微小液滴群も
しくは噴霧を吐出させることによって記録することを特
徴とする液体噴射記録方法。