JPH01285356A - インクジェット記録ヘッド - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明はインク吐出口から吐出、飛翔させたインク液滴
を紙などの記録媒体に付着させて画像等の記録を行なう
インクジェット記録ヘッドに関する。

〔従来の技術］ 従来より、インクを吐出、飛翔させて記録を行なう液体
噴射記録方法（インクジェット記録方法）が知られてい
る。この方法は、高速記録が可能であり、低騒音、且つ
記録品位が高く、しかもカラー画像記録が容易であり、
また普通紙等に記録できるといった優れた特徴を有して
いる。

このようなインクジェット記録方法に用いられるインク
ジェット記録装置は、一般に、インクを飛翔液滴として
吐出噴射させるためのインク吐出口（オリフィス）と、
該オリフィスに連通ずるインク流路（ノズル）および該
ノズルの一部に設けられ、該ノズル内のインクに飛翔液
滴を形成するための吐出エネルギーを与える吐出エネル
ギー発生手段を有するインクジェット記録ヘッドを備え
ている。

記録ヘッドによる記録は、吐出エネルギー発生手段を駆
動してノズル内のインクに吐出エネルギーを供給し、オ
リフィスからインクを飛翔液滴として吐出させ、この液
滴を記録媒体に付着させることによって行う。

このようなインクジェット記録装置によって記録を行な
う際に使用されるインクは、一般に顔料や染料等の溶質
成分と、これを溶解または分散するための主に水、また
は水と水溶性有機溶剤あるいは非水系溶剤とからなる溶
媒成分とによって形成されている。

第２図は、インクジェット記録装置における記録ヘッド
およびインク供給系の一従来例の構成を示す断面図であ
る。

第２図において１０１は記録ヘッドを示し、記録ヘッド
１０１は複数のオリフィス（インク吐出口）１０３、オ
リフィス１０３の各々に連続して設けられる複数のノズ
ル（インク流路）１０５およびノズル１０５の各々に連
通ずる中継液室１０４によって構成される。また、ノズ
ル１０５内には発熱抵抗体等の吐出エネルギー発生体１
０２が配設されている。吐出エネルギー発生体１０２は
記録情報に基づく駆動パルスによってノズル１０５内に
気泡を生成し、この気泡の膨張収縮によってオリフィス
１０３からインク液滴が吐出される。

また、１０６はインク供給管、１０７は予備タンクを示
す。インク供給管１０６が中継液室１０４と予備タンク
１０７とを連通ずることによって予備タンク１０７から
中継液室１０４ヘインクが供給される。

吐出エネルギー発生体１０２で発生した気泡による圧力
はインクを介してオリフィス１０３方向と中継液室１０
４方向とに伝わる。オリフィス１０３方向に伝わる圧力
はノズル１０５内のインクをオリフィス１０３より押し
出して飛翔インク液滴を形成し、被記録面へ飛翔インク
液滴を付着させて記録を行なう。飛翔インク液滴が記録
ノズルから離れる際飛翔インク液滴の吐出量に応じて、
ノズル１０５内のインクが圧縮してメニスカスを引張る
ことによってオリフィスにおけるメニスカスが後退し、
後退が最大になったところからインクの表面張力により
メニスカスはある時間の経過後に吐出前の初期の状態へ
と復帰する（この復帰の過程をリフィルと称する）。こ
のメカニズムを繰り返すことによってインクジェット記
録は常に安定な吐出を持続し、高品位な画像の記録が可
能となる。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、前記リフィルが不完全な状態で吐出を続けると
、メニスカスが完全に初期状態に復帰しておらず、吐出
方向のインク量が減り、記録紙上のドツト径が小さくな
ることや吐出速度が不安定となり、記録紙上におけるイ
ンク液滴の付着位置をばらつかせる結果を生じ、画像品
位を極端に劣下させる等の問題を発生する。

特に多数ノズルが設けられるインクジェット記録装置に
おいて１よ、第３図（Ａ）に示すように、同時にもしく
は若干の時間的差をもって、多数のノズル内に吐出のた
め気泡１０８を膨張させて圧力を発生させると、インク
を後方の中継液室１０４方向へ押しやる圧力の総和が大
きくなり、この結果インクを吐出方向と逆方向に動かす
力が働く。

次に、メニスカス１０９が後退し第３図（Ｂ）に示すよ
うにリフィルが開始されると、リフィルに伴なって後方
のインクを急激かつ大量に吐出方向へ動かす必要がある
。しかしながら記録開始時に大量のインクを瞬時に動か
すためには、これら大量のインクの慣性力に打ち勝つ力
が必要であり、特にノズルが多数の場合、吐出エネルギ
ー発生体１０２によって発生する圧力総和が大であるた
め、後方に押しやる量、従がってリフィルによって戻る
量が多くなり、慣性による影響が大きくなる。

この結果メニスカス１０９の初期状態への復帰に際して
その復帰時間が遅くなってしまい前記説明のメニスカス
１０９の初期状態への完全復帰前に吐出を繰り返すこと
になり、画像品位が極端に劣下する現象をもたらす。

第４図（＾）は上述したメニスカスの挙動を説明するた
めの線図であり、また第４図（Ｂ）はオリフイスにおけ
るメニスカスの後退およびその後退量を説明するための
ノズルの上面図である。

第４図（Ａ）において横軸は、時間ｔを示し、縦軸はメ
ニスカス後退量ａを示す。また、第４図（Ｂ）において
、１で示す長さがメニスカス１０９の後退量を定義する
。

第４図（Ａ）において、メニスカスの後退曲線を１本吐
出の場合と全ノズル吐出の場合とを分けて示す。１本吐
出の場合は駆動パルスが与えられた時刻ｔ。よりインク
吐出等で所定時間経過した時刻ｔｏ’　からメニスカス
１０９が急激に後退し、時刻ｔ、ｌ　で最大値を迎える
。その後しだいにメニスカスの表面張力による復元力で
メニスカス１０９は初期の状態へもどり始め時刻ｔ、で
完全にメニスカス１０９が復帰しりフィルを終了する。

多数本吐出を行なった場合は、ｔ２１　で迎える後退量
の最大値は１本吐出の場合より小さく、またリフィル速
度も小さい。

これは吐出本数の増加に伴ないノズル後方の圧力の総和
が大となるが、液室１０４内で瞬時に吸収すべぎ圧力吸
収量も大となり、液室１０４内だけのインク量ではその
圧縮によって吸収できる圧力は限られるため、インクの
圧縮量は小となり、従がってメニスカス１０９の後退量
ｌが減少する。また、液室１０４内のインクの圧縮でま
かなえない分はインクを後方へ移動させる力となるが、
この力はメニスカス１０９の表面張力によってインクを
引っばる力と逆向きとなる。従ってリフィルの速度も初
期において極端に遅くなる。

上述したような現象が発生しても時刻ｔ２以降に次の駆
動パルスが発生するような駆動周波数であれば画像品位
の劣下は認められないが、本例に示すような記録ヘッド
１０１を用いた場合、時刻ｔ２以前特に繰返し駆動パル
スの発生する時刻ｔ３時点におけるメニスカス後退量ｌ
が３０μｍ以上であると画像品位が劣下することが認め
られている。

この結果、高周波駆動すなわち高速スピード記録時にお
いては、リフィルの遅れは重要な問題となってくる。

上記のような問題点を解決するものとして米国特許４，
５７８，６８７で開示されるように大気開放部を設け、
圧力吸収を行うものがあるが、この場合、大気開放部か
らのインク蒸発によるインクの増粘およびノズルへのイ
ンクの固着等により、不吐出、不良印字等が発生する。

さらには振動等により気泡が液室内に混入したり、ゴミ
等の混入を防ぐための装置が複雑であるという難点があ
る。

そこで本発明の目的は上述した従来の問題点を解消し、
ノズルの長時間不使用の際にもインクの吐出不良を生じ
難く、また高い駆動周波数による高速記録が可能なイン
クジェット記録ヘッドを提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ そのために、本発明ではインクを吐出するノズルと、ノ
ズルに連通ずるインク液室と、インク液室の一部に気泡
を滞留する滞留手段とを具えたことを特徴とする。

〔作　用Ｊ 以上の構成によれば、インク液室に気泡を滞留すること
が可能となり、気泡はその圧力の体積変換によってイン
ク液室内のインク圧力に応じて収縮または膨張を行なう
、これによってノズルで発生した吐出圧力は気泡の収縮
によってインク液室で吸収される。またメニスカスの初
期状態への復帰のための圧力を気泡の膨張によってイン
クに作用する。

［実施例］ 以下、図面に示す実施例に基づき本発明の詳細な説明す
る。

本発明の詳細な説明する前に本発明の原理を第５図（Ａ
）および（Ｂ）を参照して説明する。

第５図（Ａ）および（Ｂ）は第２図にて前述したのと同
様の記録ヘッドの断面図であり、中継液室１０４内のノ
ズル１０５のインク流入口や供給管１０６のインク流出
口以外のインク吐出に係るインクの流れを防げない部分
に気泡４０１が滞留している状態を示している。

多数本ノズル１０５が同時もしくは若干の時間的差を持
って多数のノズル１０５内に気泡１０８を膨張させるこ
とによって吐出のための圧力を発生させると第５図（＾
）に示すようにインクを後方の中継液室１０４方向へ押
しやる圧力が発生するが、このとき気泡４０１は圧力の
体積変換を行なって収縮し、インクを押しやる圧力を吸
収する。

次に、第５図（８）に示すようにリフィルが開始される
とノズル１０５の後方のインク全体を急激に動かす必要
があり、またその原動力となるのはメニスカス１０９の
表面張力である。このとき気泡４０１は圧力の体積変換
を行なって第４図（Ａ）の場合とは逆に膨張しメニスカ
ス１０９の表面張力を助ける役目をする。この結果、イ
ンクの慣性に打ち勝つことができ、リフィルが速やかに
行なわれる。

しかしながら、常に同じ状態で気泡４０１を記録ヘッド
１０１の中継液室１０４に滞留させることは困難である
。そこで本発明は特に複雑なｔＳ作または機構を設ける
ことなく、常に中継液室１０４内に気泡が滞留するよう
にしたものであり、第１図（Ａ）および（Ｂ）はその実
施例である。

第１図（＾）および（Ｂ）は本発明の二実施例を示す記
録ヘッドの断面図である。

第１図（Ａ）において、インク充填操作またはインク吐
出回復操作時にインクは予備タンク１０７よりインク供
給管１０６を通り中継液室１０４を通ってノズル１０５
に充填または供給される。このとき中継液室１０４の一
部に配設した気泡滞留室５０１に気泡５０２が滞留する
よう適切な操作を行なう。気泡滞留室５０１は入路がそ
の中心部の面積より狭く開口し、かつ出路のない構造と
なっているので、常時気泡５０２を滞留することが可能
であり、また気泡滞留室５０１はインクの流れを防げな
い位置にあるので気泡滞留室５０１に存在する気泡５０
２は前述の理論のようにリフィルを速やかに行なう助け
をする。

第１図（Ｂ）は本発明の他の実施例を示す記録ヘッドの
断面図であり、中継液室１０４内に気泡滞留室５０１を
設ける代わりに円筒形の側面の形状をなす壁５０３をイ
ンク吐出に係るインクの流れ゛を防げない２ケ所に設け
である。壁５０３は気泡滞留室５０１と同様、入路がそ
の中心部の面積より狭く開口しかつ出路のない構造とな
っている。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなようにインク液室に気泡を滞留
することが可能となり、気泡はその圧力の体積変換によ
ってインク液室内のインク圧力に応じて収縮または膨張
を行なう。これによってノズルで発生した吐出圧力は気
泡の収縮によってインク液室で吸収される。またメニス
カスの初期状態への復帰のための圧力を気泡の膨張によ
ってインクに作用する。

この結果、ノズル内のインクのりフィルが速やかに行な
われるので高速で安定したインク吐出が可能となり、高
品位の記録画像を得ることができる。

また、気泡滞留のための複雑な構造を必要とせず大気と
連通ずる必要もないことから簡潔な構造の記録ヘッドに
よってインク増粘等によるインク吐出不良を生じ難くさ
せるという効果が得られた。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）および（Ｂ）はそれぞれ本発明の実施例を
示す記録ヘッドの１断面図、 第２図は記録ヘッドおよびインク供給系の一従来例の構
成を示す１断面図、 第３図は記録ヘッドの一従来例における動作を説明する
ための１断面図、 第４図（＾）はメニスカスの挙動を示す線図、第４図（
Ｂ）は第４図（Ａ）に示したメニスカスの挙動を説明す
るためのノズルの１断面図、第５図は本発明の詳細な説
明するための記録ヘッドの１断面図である。 １０１　・・・記録ヘッド、 １０２・・・吐出エネルギー発生体、 １０３・・・オリフィス、 １０４・・・中継液室、 １０５・・・ノズル、 １０６・・・インク供給管、 １０７・・・予備タンク、 １０８　、４０１　、５０２・・・気泡、１０９・・・
メニスカス、 ５０１・・・気泡滞留室、 ５０３・・・壁。 （Ａ） 第１図 第２図 １０８気５と （’Ａ） 第３図 ｔａｔｏ　　ｊ；ｔ’ｘ　　　　　　　ｔｙ　　　　　
　　　　ｔｔ　　　　　　　　で２（Ａ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）インクを吐出するノズルと、 該ノズルに連通するインク液室と、 該インク液室の一部に気泡を滞留する滞留手段と を具えたことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。 ２）請求項１に記載のインクジェット記録ヘッドにおい
   て、前記滞留手段は前記インク液室と連通された気泡滞
   留室の形態を有し、当該連通部を前記気泡滞留室の内部
   より狭くしたことを特徴とするインクジェット記録ヘッ
   ド。