JPH0341350B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は液室内の記録液を熱エネルギーの作用
によつて吐出オリフイスから吐出させて記録を行
なう記録ヘツドの吐出オリフイスの改良に関す
る。

ノンインパクト記録法、中でも所謂インクジエ
ツト記録法は記録時の騒音がほとんどないこと、
高速記録が可能なこと或いは普通紙上に特別な定
着処理を必要とせずに記録が行なえること等多く
の利点を有している。

この記録方法に用いられる装置としては、所謂
インクと称される記録液を吐出させ、液滴として
飛翔させる為の吐出口（吐出オリフイス）と液体
が流入する為の流入口とを有する記録ヘツドが使
用される。そして該記録ヘツドには、例えば、そ
れのみでは吐出オリフイスから吐出されない程度
の加圧された記録液を、液室と吐出オリフイスの
前方の電極との間に印加された高電圧により、静
電的に吐出させるタイプ、液室にピエゾ振動子を
設け、該振動子の機械的振動により記録液に圧力
変化を生ぜしめて吐出オリフイスから叶出させる
タイプ、或いは、連続振動法により、吐出オリフ
イスから帯電量を制御した液滴流を発生させ、一
様な電界が印加された偏向電極間を飛翔させて記
録を行なうタイプ等種々のものが知られている。

このような従来の記録ヘツドは構造上、加工
上、高速記録化上、記録ヘツドのマルチオリフイ
ス化上、更にはシステム全体としての構成上等の
点において、本質的なしかも解決されなければな
らない問題が存在しており、本出願人は、上記諸
点に鑑み、記録液の液滴の発生法において従来と
は根本的に思想を異にする全く新規な記録方法を
すでに特願昭52−118798号において提案してい
る。即ち、液室内の記録液に熱エネルギーを作用
させ、該熱エネルギーにより記録液に急激な状態
変化（体積膨張、気泡の発生等）を生ぜしめ、こ
の状態変化にもとづく記録液の圧力変化を吐出オ
リフイス方向に伝えて、吐出オリフイスから記録
液を吐出させ、液滴として飛翔させることにより
記録を行なうものである。

この方法は、吐出オリフイス密度を高くするこ
とにより高速記録化をはかる上で、又システム全
体の構成を簡単にする上で特に優れた方法であ
る。

しかしながら、極めて高密度で多数の吐出オリ
フイスが配列されている記録ヘツドでは（本出願
により提案された記録方法に限らず）、吐出オリ
フイス近傍の構造が液滴の吐出安定性に非常に影
響を与えることがある。

この間の事情を、例えば本出願人が既に提案し
た構造の記録ヘツドを用いて説明する。この記録
ヘツドでは、第１図ａに示す様に、金属、セラミ
ツクス等にその各々が液室を形成すべき多数の溝
２（図では簡略化の為に５本の溝のみが示されて
いる）が設けられた溝つきプレート１と、該プレ
ートに係合する別の基板３とを一体化し、前記プ
レート１及び基板３との一体化の結果形成される
１つの端面（図において矢印Ａ方向から見た面）
にマルチオリフイスが形成されている。

第１図ｂは、上記の１つの液室の断面図を示し
ており、溝つきプレート１及び基板３により１つ
の平面Ｂ−Ｃが与えられ、該平面上には、吐出オ
リフイス４が形成されている。尚、面Ｂ−Ｃに
は、所定の径・形状の吐出オリフイスを得る為
に、液室と同一ピツチで形成された多数の吐出オ
リフイス孔を有するオリフイス材を固設すること
もある。

この様な吐出オリフイスを有する記録ヘツドで
記録を行なつた場合、平面Ｂ−Ｃの部分に記録液
が付着し記録液のメニスカスの変動が大きくなつ
て高速記録時の吐出応答性を低下させる。殊に、
吐出オリフイスが数本〜数10本／mmという様な高
い密度で配列していると、吐出オリフイスが同一
平面上に形成されている為、吐出オリフイス周囲
に付着している記録液により、隣接する吐出オリ
フイスからの液滴吐出方向がゆがめられ、吐出安
定性が低下することもある。

また、記録に熱エネルギーを利用する場合、ヘ
ツド構成部材に対する熱の蓄積や放熱が記録特性
にとつて重要な要素である。

従来の記録方式に使用される記録ヘツドの吐出
オリフイス形成方法としては、ガラス管等の先端
をノズル状にのばし肉薄の状態としたり、金属管
等の先端部にテーパー部分を形成する等により、
吐出オリフイスが形成される面を事実上なくす方
法が採用されている。

しかしながらこれらの方法は、多数の吐出オリ
フイスを高密度で配列させるには、均一な吐出オ
リフイスが形成できにくいこと、多数の吐出オリ
フイスを整然と配列することが難しいこと、コス
トが高くなること等の為に実用的な方法とは言い
難い。

本発明は上記諸点に鑑みてなされたものであ
り、高密度マルチオリフイス化された記録ヘツド
の吐出口端面部に記録液が付着したり、記録ヘツ
ド構成部材に対する蓄熱や放熱の課題を改善して
吐出応答性・吐出安定性を低下させにくい記録ヘ
ツドを与えることにある。

又本発明の別な目的は、低コストで多数の均一
な吐出オリフイスを整然と配列させ得る記録ヘツ
ドを与えることにある。

上記目的を達成する本発明の記録ヘツドは、イ
ンクを吐出して被記録媒体に画像の形成を行うた
めに利用される記録ヘツドにおいて、前記インク
の通路となる複数の溝を備えたプレート部材と、
前記プレート部材と接合され前記通路を形成する
基板と、前記通路の夫々に対応して設けられ、前
記インクを吐出するために利用される熱エネルギ
ーを発生するための電気熱変換素子と、前記通路
の端部に設けられ、前記インクを吐出するための
吐出口と、を有し、少なくとも前記プレート部材
の前記吐出口の側部に傾斜部を備えていることを
特徴とする。

通路の端部に傾斜部を形成することで、すなわ
ち前記傾斜部の傾斜角度を選択することで、通路
の強度を弱めることなく電気熱変換素子周辺のプ
レート部材の厚みを好適な範囲に加工できる。こ
れによりプレート部材に伝達する前記電気熱変換
素子から発生される熱エネルギーの蓄熱性や放熱
性を最適に制御することができ、インクの吐出特
性を最適にすることができる。また、斜面とする
ことで記録に影響を及ぼすようなインクミストな
どが吐出口周辺に付着しにくくなるためインクの
吐出方向を所定の方向に維持し易くなる。

この様に溝つきプレート及び基板から形成され
るマルチオリフイス記録ヘツドにおいて、前記プ
レート及び基板の少なくとも一方に対し、吐出オ
リスイスが形成されるべき側をテーパー状（吐出
オリスイスが配された面に対して傾斜状）にする
と簡単な構成で均一かつ高密度のマルチオリフイ
スが得られるのみならず、吐出オリフイスが形成
されている面に不要な記録液が付着しにくく、さ
らに記録ヘツド構成部材の蓄熱や放熱を適切なも
のにでき、吐出応答性・吐出安定性が改善され
る。又、高密度で配列したマルチオリフイス間
で、隣接する吐出オリフイスとの相互作用が防止
され吐出安定性も改善される。

本発明の記録ヘツドの構造について具体例を挙
げて詳述する。

第２図ａは、記録液を吐出オリフイスから吐出
させる為の手段として、電気熱変換体を用いる例
を示してある。即ち、第２図ａに本発明の記録ヘ
ツドの断面略示図が示される。３′は発熱体基板
であり、熱伝導性の良い材料（アルミナ、金属
等）の表面に、熱流量を制御する為の層（不図
示）を介して電気熱変換体５、信号印加の為の電
極（不図示）等が設けられている。

又、第１図ａに示す様な溝２により形成される
液室６は、上記の電気熱変換体と、同一ピツチ
で、対応する位置に設けられ、又共通の室７に連
通している。

上記プレートと基板との端面には吐出オリフイ
ス４が設けられている面Ｄ−Ｅがあり、上記プレ
ートと基板には、吐出オリフイス４の近傍にテー
パー部８，８′が形成される。第２図ｂは、上述
の様な記録ヘツドの吐出オリフイス部分の斜視図
であり、多数の吐出オリフイス４−１，４−２，
……，４−８が平面Ｄ−Ｅ上に高密度で形成され
ている。テーパー部（傾斜された面）８，８′に
より記録液の付着・滞留が生じにくい構造となつ
ている。尚、第２図ｂでは、説明上吐出オリフイ
ス数が８コのみの例が示されているが、実際に
は、吐出オリフイス密度数本〜数10本／mmで、数
1000本の吐出オリフイスアレーが形成される。

テーパー８，８′はエツチング、ビーム加工、
成形加工、機械加工等、材料に応じた方法で、溝
つきプレート１及び基板３′の両方に設けること
が望ましいが、所期の目的が達成されるならば、
プレートと基板のいずれか一方に設けるだけでも
良い。

第３図ａは、本発明記録ヘツドの吐出オリフイ
スを断面拡大図にて示したものである。溝つきプ
レート１側には、例えばθ₁の角度のテーパー部８
が、又発熱体基板３′側には角度θ₂のテーパー部
８′がそれぞれ設けられ、この両者の間に径d_pの
吐出オリフイス４が形成される。テーパー部の角
度θ₁、θ₂の範囲は一般には80°以下とされる。詰
り、吐出オリフイスが配された面に直角な面に対
して傾斜面は80°以下とされるのが好ましい。

尚、ここでθ₂の値をあまり小さくすると基板
３′の厚み或いは電気熱変換体の位置によつては、
基板３′による蓄熱効果が低下することがある。
即ち熱エネルギーの作用によつて記録液を吐出オ
リフイスから吐出される記録ヘツドは熱エネルギ
ーを作用させる位置から吐出オリフイスまでの距
離をあまり大きくできない為にθ₂を小さくすると
基板３′の電気熱変換体配設位置における基板の
厚みが薄くなり過ぎると本来記録液吐出に使用さ
れるべき熱エネルギーの適度な蓄積効果が損なわ
れるのである。

第３図ｂは、隣接する吐出オリフイス相互間の
影響をなくす為の更に有効な改良方法を示してお
り、吐出オリフイス間に図に示す様な“切り込
み”９を入れることによつて、隣接する吐出オリ
フイス間の記録液の付着・滞留による悪影響をよ
り一層効果的に取り除くことができる。

この様な手段をマルチオリフイス間に設けると
非常に高密度で配列したマルチオリフイスにおい
ても、隣接する吐出オリフイス間の相互作用を防
止することができる。

この様な“切り込み”の形成は、前記第３図ｂ
で説明した条件とほぼ同様に行なえば良い。

尚、上記の様に構成される吐出オリフイスの面
に撥液処理を行なうことによつて、更に液滴吐出
の安定性を向上させることができる。水系の記録
液を使用する場合には吐出オリフイス面に撥水性
処理を行ない、有機溶剤系の記録液を使用する場
合には撥油性処理を行なうことが望ましい。記録
液としては、多くの場合水系インクが使用される
がこの様な場合にはシリコーン系撥水剤、フツ素
系撥水剤等により吐出オリフイス面を処理するこ
とが望ましい。

上記の様な吐出オリフイスが形成された本発明
の記録ヘツドの作成方法を述べると、第４図ａに
示す様に、液室を与える多数の溝２が所定ピツチ
で形成されている溝つきプレート１、該プレート
の溝と同一ピツチで電気熱変換体が設けられてい
る発熱体基板３″、及び記録液の供給パイプ１
１・アワ抜きパイプ１２が設けられている共通の
液室を与えるブロツク１０等を一体化して記録ヘ
ツドが構成される。

発熱体基板３″上には、電気熱変換体１３、該
変換体に信号を印加する為の共通電極リード１４
及び選択電極リード１５が形成されている。

更に第４図ｂに全体のシステムを示す。液室用
のブロツク１０の後方には、共通電極及び選択電
極の為のリードL₁及びL₂を有するリード基板１
６が一体化される。これらの電極リードは、外部
の信号処理手段１７（例えばパルス変換器）と接
続されている。

記録ヘツドには、貯蔵槽Ｒから、ポンプ・フイ
ルター・バルブ等の手段を有する供給管Ｉを経て
記録液が導入される（１８は必要に応じて設けら
れるヒートシンクである）。

以上では、特に本発明の効果を有効に利用する
例として熱エネルギー発生手段に電気熱変換体を
用いる例を示したが、このほかに、レーザー光等
の高エネルギー電磁波を直接液室内の記録液に照
射し、熱エネルギーを記録液に付与する方法に
も、同様に好適に利用される。この場合、電磁波
を選択的に液室内に照射する手段は、液室を形成
する溝つきプレート・基板等の外部に設けられ、
溝つきプレートと係合する基板には電気熱変換体
の様な手段を設ける必要はない。

尚、上記以外に、吐出オリフイスを高密度で多
数配列させることができる限り、液滴を吐出させ
る方法として、圧電素子の機械的振動を用いるタ
イプ、高電圧を用いて静電的に行なうタイプ等、
いずれの方式の記録ヘツドに対しても上述のマル
チオリフイスは利用される。

本発明を以下の実施例にて更に詳細に説明す
る。

実施例 １ 第４図ａに示す様な発熱体基板３″を以下の要
領で作成した。第５図ａには該基板の拡大斜視図
が示されている。厚さ約0.5mmのアルミナ基板１
９上に、SiO₂蓄熱層２０（厚さ数μ）、ZrB₂抵抗
層２１（厚さ800Å）及びアルミニウム電極層
（厚さ5000Å）を形成した後、選択エツチングに
より、上記電極層を幅60μｍ、長さ75μｍ、ピツ
チ125μｍで除去するとともに選択電極２２ａ及
び共通電極２２ｂを所定のパターンで形成し電気
熱変換体とした。更に第５図ｂに断面図を示す様
に、この発熱体基板１上にSiO₂保護層２３（厚
さ1μｍ）を積層した。

その後、第３図ａで示す様に吐出オリフイスが
形成されている面Ｅをθ₂：45°に形成した。

一方溝つきプレート１は、厚さ0.5mmのガラス
板上に、溝幅40μｍ、溝の深さ40μｍ、溝間隔85μ
ｍの溝をマイクロカツターで切削して作成した。

その後吐出オリフイスが形成されている面Ｄを
θ₁：45°に形成した。次いで溝つきプレートの溝
と、発熱体基板上の電気熱変換体の各々を対応さ
せて接着した。更に、第４図ａ及びｂに示す様に
ブロツク、パイプ、リード基板等を接合して記録
ヘツドを作成した。

上記記録ヘツドにより、次の条件で記録紙上に
記録を行なつた。

印加パルス巾：10μsec パルス周波数：10KHz 印加エネルギー：電気熱変換体１個当り、 0.1ｍＪ／１パルス 尚、記録に使用した記録液の組成は次の通りで
あつた。

水 70部 ジエチレングリコール 29部 黒色染料Ｐ−200（オリエント化学製） １部 高速記録において液滴の吐出応答性が良好であ
つた。又、10時間以上の長時間連続吐出を行なつ
ても、吐出応答性、吐出安定性が低下せず、高品
質の画像が得られた。

実施例 ２ 実施例１で作成した記録ヘツドの吐出オリフイ
スの面に、第３図ｂに示す切り込み９をつけ記録
ヘツドとして用いた。切り込みの深さは約50μｍ
とした。

記録条件、記録液等は実施例１と同じにして記
録を行なつたが、吐出応答性、安定性において優
れた結果を得た。特に10KHz以上の周波数に対し
ても応答性は良好で、15時間以上の連続記録でも
隣接する吐出オリフイスとの相互作用はほとんど
見られなかつた。

実施例 ３ 実施例２と同様の記録ヘツドの吐出オリフイス
面に下記の撥水剤を処理し、実施例１と同様の条
件で記録を行なつたところ、吐出応答性・安定性
において非常に優れた結果を得た。

撥水剤……プレコート３３（プレコート社） 以上の説明より明らかなように、本発明によれ
ば、通路の端部に傾斜部を形成することで電気熱
変換素子周辺のプレート部材の厚みを好適な範囲
に加工できるので、プレート部材に伝達する熱エ
ネルギーの蓄熱性や放熱性を最適に制御すること
ができる。その為、電気熱変換体配設領域の記録
ヘツド構成部材の蓄熱や放熱を適切なものにでき
る。また斜面部を形成することで吐出口周辺に記
録液の吐出に対して影響を及ぼす不要な記録液が
付着しにくくなる。したがつて、吐出応答性や吐
出安定性に優れた記録ヘツドが提供できる。

また、高密度で配列した複数の吐出口間で隣接
する吐出口との相互作用が防止されるため一層吐
出安定性に優れた記録ヘツドが提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは、本発明に係わる記録ヘツドの吐出
オリフイス形成方法を示す模式図、第１図ｂはそ
の断面略示図、第２図ａは本発明記録ヘツドの断
面略示図、第２図ｂは記録ヘツドの吐出オリフイ
ス部分の斜視図、第３図ａはその断面図、第３図
ｂは本発明の別の実施態様図、第４図ａ及びｂは
本発明の記録ヘツド全体の構成例を示す説明図、
第５図ａ及びｂは発熱体基板の構成を示す説明図
である。 図において、１……溝つきプレート、２……
溝、３……基板、３′，３″……発熱体基板、４，
４−１，４−２，４−３，４−４，４−５，４−
６，４−７，４−８……吐出オリフイス、５，１
３……電気熱変換体、６……液室、７……室、
８，８′……テーパー、９……切り込み、１０…
…ブロツク、１１……供給パイプ、１２……アワ
抜きパイプ、１４……共通電極リード、１５……
選択電極リード、１６……リード基板、１７……
信号処理手段、１８……ヒートシンク、１９……
アルミナ基板、２０……蓄熱層、２１……抵抗
層、２２ａ……選択電極、２２ｂ……共通電極、
２３……保護層である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ インクを吐出して被記録媒体に画像の記録を
   行うために利用される記録ヘツドにおいて、 前記インクの通路となる複数の溝を備えたプレ
   ート部材と、 前記プレート部材と接合され前記通路を形成す
   る基板と、 前記通路の夫々に対応して設けられ、前記イン
   クを吐出するために利用される熱エネルギーを発
   生するための電気熱変換素子と、 前記通路の側部に設けられ、前記インクを吐出
   するための吐出口と、を有し、 少なくとも前記プレート部材の前記吐出口の側
   部に傾斜部を備えていることを特徴とする記録ヘ
   ツド。 ２ 前記傾斜部は、前記吐出口の側部から前記熱
   エネルギーを発生する電気熱変換素子が配された
   領域まで広がる斜面として形成されるものである
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の記
   録ヘツド。 ３ 前記傾斜部の角度をθ₁としたとき、前記θ₁は
   80°以下であることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項または第２項のいずれかに記載の記録ヘツ
   ド。 ４ 前記記録ヘツドは、さらに前記基板側の側部
   に前記端部から前記電気熱変換素子を備えた領域
   の手前の領域まで広がる斜面として形成される傾
   斜部を備えていることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項、第２項または第３項のいずれかに記載
   の記録ヘツド。 ５ 前記基板側の傾斜部の角度をθ₂としたとき、
   前記θ₂は80°以下であることを特徴とする特許請
   求の範囲第４項に記載の記録ヘツド。 ６ 前記記録ヘツドの隣接した前記吐出口間に切
   れ込み状の傾斜部が備えられていることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項乃至第５項のいずれか
   に記載の記録ヘツド。