JPH021320A - インクジェットヘッド - 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】 超１女−法 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におけるオリフィス部の
構造に関する。

従」句え権 ノンインバク１−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
の行える所謂インフジエラ１へ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）を嬌翔させ、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ＵＳＰ第３０６０４２９号明細
書に開示されているもの（Ｔｅｌｅｔｙｐｅ方式）であ
って、記録液体の小滴の発生を静電吸引的に行い、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満を記録信号に
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ＵＳＰ第３５９６２７５号明細書
、ＵＳＰ第３２９８０３０号明細書等に開示されている
方式（Ｓｗｅａｔ：方式）であって、連ネ５２振動発生
法によって４’＋Ｆ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′１′［ｌ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４’＋Ｆ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
にノ１６じた電荷量で帯′泄される。帯？ｔｔＪｆ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’ｆｔＦ
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ＵＳＰ第３４］６１５３号明細書に
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゛１′Ｉ？
、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ＵＳＰ第３７４７１２０号明細書
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、Ｓｔ、ｅｍｍｅ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
満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、記録液体小満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Ｈ１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ＵＳＰ第３
７４７１２０号明細書に対応）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」二
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」二、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５５−１０７４８１号公報には、液室内に
導入される記録液体を、前記液室に連絡したオリフィス
から小滴として吐出、飛翔させ、この小滴の被記録紙面
への付着を以て記録を行なう液体噴射記録装置に於て、
少なくとも前記オリフィス周縁部が前記液体に対して親
和性を持つように処理されている記録ヘッドが提案され
ている。

しかし、オリフィス周縁部をａｌ和性にすると、高密度
配列されたヘッドの場合、インク滴が吐出する際に、隣
接オリフィスからのインクもいっしょにひきずって（吐
出）飛翔することになり、ひきする時の影響で、噴射方
向が曲がったり、あるいは、ひきすった時のインクがサ
ナ９４１〜滴となって画質を乱す欠点がある。

」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のように高密度
配列（４ｏｒｉｆｉｃｅｓ／ｍｎ＋以上）可能なインク
ジェットにおいて、吐出時に隣接オリフィス間の相互干
渉が生じないようにすることを目的としてなされたもの
である。

構　　　１又 本発明は、上記目的を達成するために、互いに近接配置
された複数個の吐出オリフィスを有し、各オリフィスに
連絡している室内に導入される記録液体を熱エネルギー
を利用することにより上記各オリフィスから小満として
吐出、飛翔させ、それら小滴の被記録面への付着をもっ
て記録を行なう液体噴射記録ヘッドにおいて、上記複数
個の吐出オリフィスのオリフィス開口寸法をｄ、隣接オ
リフィス縁の間隔をＱとしたとき、４ｄ＞ｌであり、か
つ、前記吐出オリフィスの外側表面を撥水又は撥油処理
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。

本発明は、マルチオリフィス型インクジェット、とりわ
け、高密度配列（４ｏｒｉｆｉｃｅｓ／ｍｔｎ以上）が
可能なバブルジェット型マルチオリフィスヘッドに関す
るものである。従来、前述のようなオリフィス周縁部を
親和性にするようなインクジェットヘッドが知られてい
る。しかしながら、このようなヘッドにおいては、親和
性故に、オリフィス周縁部は、インクによってぬれてい
るため、ある１つのオリフィスからインク滴を吐出させ
た場合、その周囲のインクもいっしょに引きずって、飛
翔させ、サテライト滴を形成する原因となっており、あ
るいは、周縁部のインクぬれによってインク滴の噴射方
向が安定せず、高密度配列のヘットの場合に、同時に隣
接オリフィスから吐出させたインク滴が、飛翔中あるい
は吐出時に、併合するという欠点を有している。

本発明は、上記の点に鑑みなされたものであり、周縁部
のインクのひきずり、噴射方向の不安定、吐／Ｂ時ある
いは飛翔中の滴の併合等を生じさせないヘッドを提案す
るものである。

ここで、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明する。

先ず、本発明が適用されるインクジｘツ１〜記録方式を
第４図によって概説しておく。なお、説明の便宜」二、
以下、シングルオリフィスの記録装置を例に採って説明
する。第４図に於て、導入管１より液室２内に導入され
た、一般に、インクと呼ばれる記録液体３は、前記液室
２に付設された電気・熱変換体４の通電発熱に応じて瞬
時に状態変化をおこす。なお、前記変換体４は、これに
接続した電極５□、５□を介した通電によって、熱的パ
ルス信号を発生するものである。このようにして、記録
液体３の状態変化によって、前記液体３には、作用力が
加わり、その結果、液体３がオリフィス６より小液滴７
として吐出・飛翔し、紙等の被記録部材１０」―に付着
することによって記録が為される。

変換体４は基板８上に設けられており記録入力に従って
電ｒＸ９の電圧が印加され、人力信号に従った変換体４
の発熱がなされ、人力信号に対応する記録が被記録部材
１０上に飛来付着した小液滴７によって形成される。

なお、オリフィス６より吐出されて飛翔する液滴７の大
きさ（径）は、情報として電気・熱変換体４に入力され
る電気エネルギー量、そこで変換された熱エネルギーの
記録液体３への伝達効率、電気・熱変換体の変換効率、
オリフィス６の径、液室２の内径、オリフィス６の位置
より変換体４までの距離、記録液体３に加えられる作用
力、作用を受ける液体３の量、記録液体３の比熱、熱伝
導率、沸点、蒸発潜熱等に依存して決まる。

従って、これ等の要素の何れか１つ又は２つ以上を変化
させることにより、液滴７の大きさを容易に制御するこ
とができ、任意のドロップレット径、スポラ１〜径を以
て被記録部材１０上に記録を為すことができる。

因に、第４同に示した電気・熱変換体４としては、従来
、広く、感熱記録の分野に於て用いられる感熱印字ヘッ
ド（つまり、サーマル・ヘッド）を適用する。それらは
、作成方法、発熱抵抗体等の差異により、ＪＩＸ膜ヘッ
ド、薄膜ヘッド、半導体ヘットに分類されるが、本発明
においてはそれらの全てが使用可能である。但し、特に
高速、高解像力の記録を行うときは、薄膜ヘッドを利用
するのが今のところ望ましい。

又１本発明に於て用いる記録液体は、水、エタノール、
トルエン等を例とする主溶媒に、エチレングリコール等
を例とする湿潤剤、界面活性剤、及び各種染料等を溶解
或は分散させて作成される。

なお、オリフィスを詰らさないために、作成後フィルタ
ーで濾過したり、液室中にフィルタを設けたりする工夫
は既存のインクジェット記録法の場合と同様に有効なこ
とである。

第１図は１本発明を適用したマルチオリフィスアレイ装
置の構成を説明する要部分解図で、微細粒子から成るＡ
Ｑ２０３基板１１上に７ζ熱ノｎである５ｉｎ２、ヒー
ター層１２であるＨｆＢ、、電極層］３になるＡＱを順
次、薄膜形成技術により積層した後、選択エツチングに
より図示の様なパターンを作った。

本発明は、高密度配列の場合にその効果を発揮するもの
で、今、オリフィス１６の開口寸法をｄ（オリフィスが
円の場合は、直径をさす）、隣接オリフィス縁の間隔を
Ｑとしたとき、４　ｄ＞ｌを満足する、つまり、高密度
に配列されたヘッドに適用される。上記のようなヘッド
において、本発明では、第２図に示すように、オリフィ
スの外側表面（斜線部）を撥水又は撥油処理してなる。

前記の撥水あるいは撥油処理はあらかじめ製作されたヘ
ットを処理液（たとえば撥水処理の場合はシリコーン樹
脂のトルエン溶液、撥油処理の場合はアラビアゴム−リ
ン酸水溶液等）に浸せきするか、テフロン分散液でスプ
レー処理するか等の方法によって容易になされる。

以下の第１表に実験結果を示す。第１表は、第３図の場
合のようなオリフィスプレートを用いた場合のものであ
る。なお、インクは水性インクであり、表面処理は撥水
処理である。又、ノズル形状は丸である。

第１表 これより、４ｄ−Ｑ＜Ｏの場合は、すべての場合におい
て、ジェットがつながることなく良好な結果が得られる
が、４ｄ−ｆｌ＜Ｏの時は、必ずしもいつも良好な結果
が得られるわけではないことがわかる。しかし、４ｄ−
Ｑ＞Ｏの時であっても撥水処理を施してやれば、すへて
良好な結果が得第２表 のが歩留りよくヘッドを製作するうえで実用的である。

次に、第２表に第２図の場合のような流路の先端がその
ままオリフィスとなったいわゆるエツジシュータ−型の
場合のヘッドを用いて行なった実験結果を示す。第１表
の時との大きな違いは、ヘラ１−１とりわけオリフィス
部（ノズル部）がその製作方法によるのであるが、隣り
合うオリフィス同志が端部のふちの線によって互いに連
絡している点である。その他は第１表の場合と同じよう
に水性インクを使用、撥水処理も同じである。

これより、第２図の場合のようなヘッドでは。

４ｄ−ｆｌの正負にかかわらず、必ず撥水処理を行なわ
ないと良好な結果が得られないことがわかる。

これは、となり合うオリフィス同志の端部のふちの線に
よって互いに連絡しているため、ジェットがとなりにつ
ながりやすいためである。従って、本発明は、第３図の
ようなオリフィスにも効果を発揮するのはいうまでもな
く、第２図のようなオリフィスには特に効果を発揮する
。

本発明は、第３図に示すようなオリフィスプレート１７
を第１図に示したようなヘッドの前面に取付けたような
構造のものにも適用できる。第２図の場合は、角形のオ
リフィスが、流路の溝１５を有する蓋基板１４と、発熱
体基板１１をはりあわせて形成される。従って、オリフ
ィス縁を形成する輪郭の一部は、発熱体基板１１の端部
のふちの線によって互いに連絡しており（つながってお
り）、オリフィス外側面において、その線をったってイ
ンクが各オリフィスすべてにぬれる状態になり、第３３
図のようなオリフィスプレー１へより好ましくない。従
って、本発明は、第３図の場合に効果的であることはい
うまでもないが、第２図のように、物理的に（＝発熱体
基板の端部のふちのＭＡ１８によって）、インクが連絡
しやすくなっているような場合に、特に効果的である。

処果 以上の説明から明らかなように、本発明によると、晶密
度配列されたバブルジェッ１〜において、隣接オリフィ
ス間から吐出、飛翔されるインク滴がオリフィス面のイ
ンクぬれによって、吐出するときの噴射方向のまがりに
よって、併合したり、あるいは、ぬれによってインクを
ひきずってサテライ］・滴を発生するというようなこと
がなく、高画質が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は、それぞれ本発明の詳細な説明する
ための要部構成図、第４図は、本発明が適用されるイン
クジェット記録装置の一例を説明するための構成図であ
る。 １１．１４・・・基板、１２・・・発熱体、１３・・・
電極。 １５・・流路、１６　・オリフィス。 特許出願人　　　株式会社　リコー 第１図 第４図 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、互いに近接配置された複数個の吐出オリフィスを有
   し、各オリフィスに連絡している室内に導入される記録
   液体を熱エネルギーを利用することにより上記各オリフ
   ィスから小滴として吐出、飛翔させ、それら小滴の被記
   録面への付着をもって記録を行なう液体噴射記録ヘッド
   において、上記複数個の吐出オリフィスのオリフィス開
   口寸法をｄ、隣接オリフィス縁の間隔をｌとしたとき、
   ４ｄ＞ｌであり、かつ、前記吐出オリフィスの外側表面
   を撥水又は撥油処理したことを特徴とする液体噴射記録
   ヘッド。