JPH0530922Y2

JPH0530922Y2 -

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Publication number: JPH0530922Y2
Application number: JP1986093429U
Authority: JP
Priority date: 1986-06-20
Filing date: 1986-06-20
Publication date: 1993-08-09
Anticipated expiration: 2001-06-20
Also published as: JPS63846U

Description

【考案の詳細な説明】（産業上の利用分野）本考案は、一般にインクと呼ばれる記録液体
を、液体として吐出飛翔させ、被記録面への付着
をもつて記録を行なうようにした液滴噴射記録装
置に関するものである。

従来の技術この種の液滴噴射記録装置に用いるノンインパ
クト記録法は、記録時において騒音の発生が少な
いという点で最近注目を集め、その中でインクジ
エツト記録法は高速記録が可能であり、しかも普
通紙に特別の定着処理を必要とせず、またカラー
化への対応も可能であるなどの理由により、極め
て有用な記録法であると考えられている。

上記インクジエツト記録法は、インクの小滴を
被記録部材上に飛翔させることにより記録を行な
うものであり、このインクの液滴の発生法及び発
生されたインクの飛翔方向を制御するための制御
方法によつていくつかの方法に大別される。

まずその第１の方法は、一般に静電加速型イン
クジエツト（Tele Type）といわれており、ノ
ズル先端に形成されたインクメニスカスと加速電
極との間に1kv／mm程度の電界を発生させること
により、インクメニスカスの先端に電荷を誘導
し、静電引力とインク表面張力との均衡を利用し
てインク液滴を加速電極方向に引き出すようにし
た方法である。発生したインク液滴は記録信号に
応じて電界制御される（例えば米国特許第
3060429号）。

第２の方法は、一般に荷電量制御型インクジエ
ツト（Sweet Type）といわれ、インクを加圧し
て数10μmのノズルから10m／ｓ以上の速度でイ
ンクを噴出させると共に、ノズルに外部より振動
を与えることによつて噴出したインク液柱を分裂
させてインク液滴を発生させるようになつてい
る。インク液滴がインク液柱から分離発生する位
置付近に荷電々極を設け、インク液柱との間に電
界を加えると個々のインク液滴は帯電して飛翔す
る。荷電インク液滴は偏向電界中を飛翔すること
により偏向されるが、荷電々極または偏向電極に
信号電圧を印加することによつてインク液滴の飛
翔方向を制御することができるようになつている
（例えば米国特許第3596275号）。

第３の方法は、一般に加圧噴出型インクジエツ
ト（Hertz Type）といわれているもので、この
方法は10〜30Kg／cm²程度の高い圧力でインクを10
〜20μm程度の微小口径ノズルから噴出させて液
滴化する方法である。インク液滴化の補助として
ノズルに振動を与える場合もあるが、インク液滴
を個々に制御することはない。インク液滴の飛翔
速度は30〜40m／ｓになり、毎秒インク液滴発生
数は５×10⁵個以上に達する。高速インク液滴は
リング状電極によつて帯電され個々のインク液滴
の持つ電荷によりインク液滴の流れを円錐状に拡
散させ、荷電々圧によつてアパーチヤを通過する
インク量を制御することにより、記録画像の階調
性を出して記録する（例えば米国特許第3416153
号）。

第４の方法は一般に圧力パルス型インクジエツ
ト（Stemme Type）といわれるものである。こ
の方法は上記３つの方法とは根本的に原理が異な
るものである。すなわち、上記３つの方法は、い
ずれもノズルより噴出された記録媒体の小滴を飛
翔している途中で電気的に制御し、記録信号を担
つた小滴を選択的に記録材上に付着させて記録を
行なうのに対して、この第４の方法は、記録信号
に応じてオリフイスよりインク液滴を吐出飛翔さ
せて記録するものであり、具体的には電歪素子を
用いて電気信号を機械信号に変換し、ノズルヘツ
ドのインク室に貯えられたインクをパネルに応じ
て一滴づつオンデマンドで記録を行なうようにな
つている（例えば米国特許第3747120号）。

第５の方法は一般にバブルジエツト方式といわ
れているものであり、この方法は上記第４の方法
と同じく、オンデマンドで記録を行なうようにな
つている。この方法はオリフイスを有するノズル
内に存在するインクを記録信号に応じた熱エネル
ギを作用させることにより発生するバブル（泡）
の作用力によつてオリフイスから小滴としてイン
クを吐出飛翔させる方法である。この第５の方法
は上記第４の方法が電歪素子を用いた電気−機
械、変換によるエネルギによつてインクの吐出飛
翔を行なつていたものに対し、この方法は電気−
熱変換によるエネルギで行なうものである（例え
ば特開昭54−59936号）。

考案が解決しようとする問題点上記従来の５つの方法は各々特長を有するもの
であるが、他方において以下のような解決すべき
問題点が存在する。

すなわち、第１の方法は、小滴の発生に高電圧
を要し、記録ヘツドのマルチノズル化が困難であ
る。また液滴発生周波数も数ＫHz以下と低いため
高速記録には不向きである。

第２の方法は、インク液滴発生数が高く、高速
記録に向くが構成が複雑であり、ノズル径が小さ
いため目詰まりが発生しやすい。

第３の方法は、階調性がすぐれているという特
長を有しているものの、ノズル径が小さいため目
詰まりを発生しやすく、また高い圧力を必要とす
るため、装置が複雑で維持性が悪い。

第４の方法は、オンデマンドにてインクを一滴
づつ噴出させるため不用インク滴を発生しないた
め、インク回収装置は必要なく、また加圧のため
の特別のポンプなどの圧力発生装置も不要であ
り、全体の装置を小さく作ることが可能である等
の利点があり、最近もつとも注目されている方法
ではあるが、液滴形成のために圧電素子を利用し
ているため、ヘツドの周波数応答に問題があるこ
と、及び圧電素子の占有面積が大きくマルチノズ
ル化するためには、ノズルを曲げてまとめるなど
の工夫が必要で、素子部とオリフイス間隔の制限
などにより多数ノズルの高密度化が困難であり、
高速記録には向かないなどの欠点を有している。

第５の方法は、第４の方法の欠点、つまり圧電
素子を用いることによる占有面積が大きいという
ことを熱エネルギによつて発生するバブルを用い
ることにより液滴形成手段としての作用部分を小
さくすることにより、ヘツドの高密度化を可能な
らしめたものである。

しかし高密度にマルチノズル化すれば、それに
従い、ノズル径が小さくなり、目詰まりの可能性
が増大し、信頼性が低下してしまうという欠点を
有していた。また従来のノズル製造方法では、発
熱パターンが形成された基板とエツチングにて形
成された多数の長尺みぞを有するガラス板の部品
とを精密に位置合せを行なつて互いに層合させな
ければならず、位置ずれによる部品不良の可能性
を無視できず、結局は記録ヘツドの信頼性低下及
びコストアツプという問題を有している。

上記のように従来の方法では構成、記録速度、
信頼性の点において一長一短があつて、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あ
つた。

問題点を解決するための手段及び作用本考案は上記のことにかんがみなされたもの
で、構造上シンプルであり、かつコストが低く、
高速記録が可能であつて、ノズルの目詰まりとい
う欠点の殆どない高信頼性を有する液滴噴射記録
装置を提供しようとするものである。

液滴噴射（インクジエツト）記録法はインクと
称される記録液滴（droplet）を種々の作用原理
で飛翔させ、それを紙等の被記録材に付着させて
記録を行なうものである。

本考案にて採用しているインクジエツト記録法
の基本原理は上記従来の技術の部分で述べた第５
の方法の改良に関するものである。

すなわち、インクジエツト記録法の信頼性に重
大な影響を与えているノズルの目詰まりを解決す
る新しい装置を提供するものである。

さらには、従来のマルチノズルヘツドに対して
大幅なコストの削減と構造のシンプル化を達成で
きる装置を提供するものである。

本考案の液滴噴射記録装置は、熱エネルギの作
用によつて液体に急激な相変化を起こさせ、この
変化に基づく作用力によつて液体を液滴として飛
翔させ、被記録面に付着させて記録を行なう液滴
噴射記録装置において、従来提案されているマル
チノズル構造とは異なり、被記録画に微小液滴を
飛翔させるための記録ヘツドの開口部をスリツト
状にすると共に、このスリツトの開口端部で、か
つスリツトを構成する対向側壁の壁面に、各画素
にそれぞれ対応して配置される第１の発熱体と、
この第１の発熱体よりも開口端側で、かつ上記隣
接する各画素の境界に対応して配置される第２の
発熱体とを設けたスリツトジエツト構成の液滴噴
射記録装置を提供しようとするものである。

従来のマルチノズル構成ではノズルのオリフイ
スよりわずか内側に発熱体を配置していたもので
あるが、本考案に係る装置ではそれに加えて従来
のノズルの隔壁に相当する部分にも発熱体を設け
た構成となつている。

以下に本考案装置の動作原理を図面に基づいて
説明する。なお図示例では説明の便宜上、シング
ルドツトタイプの記録装置を例にとつて概説を行
なうが、実際にはマルチ発熱体を実現するもので
ある。

第１図において、１は図示しないインク供給部
に通じた導管であり、この導管１を矢印２方向に
導入されるインクは記録ヘツド３内に形成された
スリツト状の開口部４よりなる作用室５内に流入
し、スリツト長全域に充填される。そしてこの作
用室５内に流入したインクは作用室５のスリツト
の開口端部で、かつスリツトを構成する対向側壁
の一方の側壁面に付設した３つの発熱体６，７，
７′の通電発熱に応じてその近傍で瞬時に相変化
を起こす。上記発熱体６，７，７′は通電によつ
て熱的パルスを発生し、これがインクに印加され
る。

この熱作用によつてインクは気泡発生等の変化
を起こす。その結果として作用室５内の内圧が高
まる。第１の発熱体６は画素対部の発熱体であ
り、これの熱作用はインク液滴を被記録体１２の
方向に飛翔させるための原動力として使われる。
これに対して第２、第３の発熱体７，７′は画素
境界域対応部の発熱体であり、これらは上記第１
の発熱体６による飛翔のための原動力を有効に被
記録体１２に向けるために両サイドをブロツクす
る作用、つまりノズルにおける隔壁の作用と飛翔
すべき液滴をスリツト開口部において、まわりの
インクから分断する作用を有している。

第２図に上記３つの発熱体６，７，７′の相対
位置関係を示す。第２、第３の発熱体７，７′は
第１の発熱体６の両サイドに１つづつ所定の距離
をおいて存在し、その位置は第１の発熱体６によ
つて吐出飛翔すべき液滴の両サイドをブロツクす
る位置、つまり第２、第３の発熱体７，７′は第
１の発熱体６よりスリツト開口部４に近い位置に
存在している。

第４図は各発熱体６，７，７′に通電し、熱的
パルスを発生させた瞬間のスリツト内のインク９
のモデル図を示したもので、１０は第１の発熱体
６の熱的パルスによつて発生した第１のバブル、
１１，１１′は第２、第３の発熱体７，７′の熱的
パルスによつて発生した第２、第３のバブルを示
す。第１のバブル１０の発生による作用力は図に
示す４つの方向ａ，ｂ，ｃ，ｄに作用する。この
ときスリツトの幅方向のａ〜ｃの作用力は多量の
インクに囲まれているため、バブルの影響は殆ど
なく、実際に影響を与えるのはｄ方向、すなわち
スリツト開口方向の作用力であり、この力がイン
クを被記録体方向へ飛翔させようとする力とな
る。第１のバブル１０と略同時に発生する第２、
第３のバブル１１，１１′は第１のバブル１０と
同様に４つの方向ａ，ｂ，ｃ，ｄに作用力を及ぼ
すが、実際に影響を与える方向は第２のバブル１
１ではｃ方向、第３のバブル１１′ではａ方向の
力である。つまりスリツトヘツドにおけるこれら
の力は細孔ノズルにおける隔壁が存在していると
きの力の作用と同様の効果となる。

また３つのバブル１０，１１，１１′の発生に
より、それに囲まれたインクはまわりのインクか
ら分断されてインク液滴が形成しやすくなるた
め、インクの飛翔が確実になり、飛翔速度も増加
する。

さらにまた飛翔後のインクの補給もノズルの隔
壁が存在しないことにより、まわりからスムーズ
に行なわれるといつた利点も有する。

上記スリツト状の開口部４を有するインクジエ
ツト式の記録装置においては、発熱体６，７，
７′の面積、形状及びスリツト内における相対的
な位置関係は特に重要な因子である。

第２図においては、発熱体形状は３つとも長方
形をした面状発熱体として図示したが、この形に
限つたものではなく、特に第２、第３の発熱体
７，７′に関しては台形形状であつても良い。た
だしこの第２または第３の発熱体７，７′の場合、
左右両隣りのインク液滴を吐出飛翔するときの共
通の発熱体として使用するため、飛翔方向を中心
とする軸に対して左右対称の必要がある。

そしてこの３つの発熱体６，７，７′は飛翔す
べき液滴を取り囲むべき位置に存在する必要があ
る。

第２図において、 d₁：スリツト先端から第１の発熱体６の先端ま
での距離 d₂：スリツト先端から第２、第３の発熱体７，
７′の先端までの距離 l₁：第１の発熱体６の長さ l₂：第２、第３の発熱体７，７′の長さとすれば、d₁＞d₂であり、またd₂＋l₂≧d₁になる
ようにすることによつて、飛翔すべき液滴がなる
べく確実に３つの発熱体６，７，７′によつて囲
まれるようにすることが望ましい。また第２図に
おいては、２種類の長方形の発熱体６，７，７′
について記述したが、これに限つたものではな
く、３つの発熱体６，７，７′を連続させて、例
えばＹ字形やＵ字形のようなものであつてもよ
い。

なおd₂はなるべく小さくし、第２、第３の発熱
体７，７′によるインクの霧化現象を防止しなく
てはならない。このとき共通電極１６はスリツト
内に設けられなくなるため、インク飛翔方向と垂
直なスリツト前面に設けてもよい。

このようにして第２、第３の発熱体７，７′に
て発生するバブルが成長したときにスリツト開口
部４におけるインクメニスカスと接する雰囲気と
連結するようになるのである。d₁はインク液滴の
吐出状態の良否に影響を与える。d₁が大きくなる
と吐出しなくなり、小さくなるとインクが霧状に
なる。d₁はスリツト間隔の大きさによつて最適値
は変わるが、概してスリツト間隔の５〜15倍が望
ましい。

上記発熱体６，７，７′は従来広く感熱記録分
野にて用いられているサーマルヘツドと略同様の
構成となつている。

実施例本考案の実施例を図面に基づいて説明する。

この図示の実施例では、本考案におけるスリツ
トジエツト式の記録装置の組立工程に従つて説明
を行なう。

第５図において、１７は上板、２０は下板であ
り、上板１７の下面両側部にはシート１８，１８
が固着されており、上板１７と下板２０とを重ね
合せたときに、このシート１８，１８の厚み分の
スリツトが両板１７，２０間に構成されるように
なつている。上記上板１７は10mm×10mm、厚さ
1.0mmの耐熱性の平板ガラス、例えばバイコール
またはパイレツクス（商品名：コーニング社製）
の表面を研磨処理を行なつたものを用いる。シー
ト１８，１８は厚さ50μmの耐熱製ポリイミドフ
イルムをエポキシ系接着剤にて接合した。

一方下板２０は一般の薄膜サーマルヘツドの基
本構造と類似したものであり、その製造方法も同
様である。

第３図は第２図の−線に沿う断面図であ
り、アルミナ基板にて構成された下板２０の片面
に蓄熱層２１としてSiO₂層を、その上に発熱抵
抗体層２２としてTa₂Ｎ層をスパツタリングにて
積層し、さらにその上に電極層２３としてアルミ
ニウムを蒸着する。電極層２３は所定のパターン
に選択エツチングされ、第５図に示すように信号
電極１５と共通電極１６に分離される。そして同
時に第１の発熱体６の抵抗層の長さl₁は200μm、
幅w₁は30μm、第２、第３の発熱体７，７′の抵
抗層の長さl₂は300μm、幅w₂は20μmとなるよう
に構成されている。また第１の発熱体６と第２及
び第３の発熱体７，７′間の距離は15μmであり、
第１の発熱体６は80μmのピツチにて総数20個、
従つて第２、第３の発熱体７，７′は21個となる
ように構成されている。

上記下板２０の表面に保護層２４としてSiO₂、
防水層２５としてTa₂O₅が順次積層されている。

このように準備された上板１７と下板２０とを
シート１８の部分で位置合せした上でエポキシ系
の接着剤にて接合し、さらに図示しないインク供
給部から第１図に示すインク室８にインクを導入
するためのインク導入管１を接続してスリツト型
記録ヘツド３を完成した。

さらにこの記録ヘツド３には上述の信号電極及
び共通電極に接続されているリード電極を有する
図示しないリード基板が付設されている。

上記実施例で得られたスリツト状記録ヘツド３
を用いて吐出実験を行なつた。使用した電気信号
は、印加パルス 20μs パルス周波数 800Hz パルス電圧 25〜35V 使用したインクは水を主体とし、その中にエタ
ノールと界面活性剤、湿潤剤、染料を溶解させた
水性インクである。そしてこの水性インクの性質
は粘度 5cp（20℃）表面張力 50dyne／cm（20℃）である。またスリツト先端より記録紙１２を0.8
mm離間させ、150mm／ｓの速度で移動させること
により記録紙上に記録信号に応じたインク点列が
記録され、スリツト状記録ヘツド３の基本的性能
が確認された。

考案の効果本考案によれば、熱作用を利用するという従来
のメリツト、つまり、(a)応答性が良好で、かつマ
ルチノズルが可能であり、高速記録が可能。(b)オ
ンデマンド方式で装置が非常に簡略化されて小型
となる。(c)エネルギ効率が良好で省エネルギとい
う他に、被記録面に微小液滴を飛翔させるための
記録ヘツドの開口部をスリツト状にすると共に、
このスリツトの開口端部で、かつスリツトを構成
する対向側壁の壁面に、画素にそれぞれ対応して
配置される第１の発熱体と、この第１の発熱体よ
りも開口端側で、かつ上記隣接する各画素の境界
に対応して配置される第２の発熱体とを設けた構
成としたことにより、第１の発熱体の発熱作用に
て飛翔される液滴は第２の発熱体により良好に小
滴化されると共に飛翔方向が正確に制御すること
ができる。また上記液滴を小滴化するための手段
が隔壁によらないことにより飛翔後のインクの補
給も周囲からスムーズに行なわれて高速印字を行
なうことができる。そしてさらに、ノズルの目詰
まりを大幅に改善できて信頼性を著しく向上でき
ると共に、記録ヘツドの製造が容易となつてその
歩留りの向上及びコストの低減を図ることができ
る。

なお本考案においては、熱エネルギだけでスリ
ツト状の記録ヘツド３からインク液滴を吐出飛翔
させるようにしたが、飛翔速度の向上、飛翔方向
の確実性を達成するために補助的に飛翔空間内に
電界を作用させてもよい。この場合、スリツトノ
ズル先端の共通電極１６を接地し、記録紙搬送ロ
ール１３に１〜2kvの電位を与えることにより達
成される。

【図面の簡単な説明】

図面は本考案の実施例を示すもので、第１図は
一部を破断して示す要部の全体斜視図、第２図は
発熱体の寸法、配置を示す斜視図、第３図は第２
図の−に沿う断面図、第４図はインク液滴飛
翔の原理図、第５図はスリツト型記録ヘツドの分
解斜視図である。３は記録ヘツド、４はスリツト状の開口部、５
は作用室、６，７，７′は発熱体、１２は被記録
体。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

記録信号に対応した熱エネルギによつて記録液
体の相変化を発生せしめ、そのときに生じる作用
力によつて微小液滴を飛翔させることにより被記
録面に記録を行なう液滴噴射記録装置において、
被記録面に微小液滴を飛翔させるための記録ヘツ
ドの開口部をスリツト状にすると共に、このスリ
ツトの開口端部で、かつスリツトを構成する対向
側壁の壁面に、画素にそれぞれ対応して配置され
る第１の発熱体と、この第１の発熱体よりも開口
端側で、かつ上記隣接する各画素の境界に対応し
て配置される第２の発熱体とを設けたことを特徴
とする液滴噴射記録装置。