JPH0583374B2 - - Google Patents
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Description
本発明は液体噴射記録ヘツドに関し、更に詳し
くは、階調性のある記録を行なうことのできる液
体噴射記録ヘツドに関する。 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、而も普通紙に定着という特
別な処理を必要とせずに記録の行える、所謂、イ
ンクジエツト記録法(液体噴射記録法)は、極め
て有力な記録法であつて、これ迄にも様々な方式
の提案とそれを具現化する装置が考案され、改良
が加えられて商品化されたものもあれば、現在も
尚実用化への努力が続けられているものもある。 その中で、例えば特開昭54−51837号公報、ド
イツ公開(DOLS)第2843064号公報に記載され
てある液体噴射記録法は、液体形成エネルギーで
ある熱エネルギーを液体に作用させて、液滴吐出
の為の原動力を得るという点において、他の液体
噴射記録法とは、異なる特徴を有している。 即ち、上記の公報に開示されてある記録法で
は、熱エネルギーの作用を受けた液体が急唆な体
積の増大を伴う状態変化を起し、該状態変化に基
づく作用力によつて、記録ヘツド部先端に設けて
あるオリフイスより液滴が吐出、飛翔して被記録
部材に付着し記録が行なわれる。 殊に、DOLS2843064に開示されている液体噴
射記録法は、所謂drop−on demand記録法に極
めて有効に適用されるばかりでなく、記録ヘツド
部をfull line幅に高密度マルチオリフイス化して
容易に実現できるので、高解像度、高品質の画像
を高速で得られるという利点を有している。 この様に、上記の液体噴射記録法は、種々の利
点を有するものではあるが、更に高解像度、高品
質の画像を記録しようとする場合には記録画素に
階調性を持たせ、中間調(ハーフトーン)の情報
を含む画像記録を行なう必要がある。 従来、この様な、階調制御性を画像記録方法
は、先ず第1の方法として一画素を像形成素体の
1つのみによつてだけ占領され得る複数のセルに
マトリクス状に細分化し、そのマトリクス状にさ
れたセルを構成するセルの中を像形成素体によつ
て占領されているセルの個数とセルを占領してい
る像形成素体の配列状態に応じて所望のレベルの
階調性がデジタル的に表現される記録方法があ
る。次に、第2の方法として、一画素を像形成素
体の1つのみによつて構成し、像形成素体の光学
的濃度を変えることによつて所望の階調性表現を
アナログ的に表現する記録方法がある。 しかし、熱エネルギーによつて液体を吐出させ
て記録を行うインクジエツト記録ヘツドにおいて
は、第1の階調制御方法によると、一画素自体の
面積が大きくなり、鮮明度等の低下を招きやす
い。又、デジタル制御であるところから階調のス
テツプが粗くなり、画像品位が木目細かさに欠け
るという問題があつた。第2の階調制御方法は、
一般に吐出される液滴の大きさを加える電気エネ
ルギーを変化させることによつて一画素、詰り像
形成素体の大きさを変化させる方法である。しか
し、この方法では階調性の制御範囲が狭く充分な
階調制御範囲が得られず、又、記録ヘツドの吐出
不良、信頼性等の低下を招くという問題があつ
た。 本発明は、上記の諸点に鑑み成されたもので、
本発明は高い光学濃度から低い光学濃度までの広
い濃度範囲にわたつて木目細かな階調表現ができ
る液体噴射記録装置を提供することを目的とす
る。又、本発明は、電気熱変化体及び記録ヘツド
の信頼性、液滴吐出安定性を向上させた液体噴射
記録装置を提供することも目的とする。更には、
製造上のバラツキによる吐出特性のバラツキを簡
単に無くし、歩留りを向上させた液体噴射記録装
置を提供することも目的とする。 上述の目的を達成するための本発明の液体噴射
記録ヘツドは、液体を吐出するオリフイスと、該
オリフイスに連通する液流路と、該液流路に備え
られ、前記オリフイスから液体を吐出する圧力を
生じるためのエネルギーを発生するエネルギー発
生体と、前記液流路外の領域に設けられ、一方は
前記液流路に連通し他方は大気に連通し、前記エ
ネルギー発生体が前記エネルギーを発生し始める
ときに気泡を存在させることによつて、液体を吐
出するための前記圧力を増加するように間接的に
前記液体の吐出に関与する気泡発生手段が備えら
れた気泡発生部と、を具備することを特徴とす
る。 本発明によれば階調制御性に優れ、且つ従来の
欠点が解消された液体噴射記録ヘツドが提供され
る。 以下、本発明を図面に従つて、更に具体的に説
明する。 第1図aは、本発明が適用される液体噴射記録
ヘツドのオリフイス面に平行な面で切断した正面
切断部分図(第1図b及び第1図cに示される一
点鎖線AA′で切断した図)、第1図bは、第1図
aに一点鎖線BB′で示す部分で切断した場合の切
断面部分図である。 第1図cは、第1図aに一点鎖線CC′で示す部
分で切断した場合の切断面部分図である。 図に示される記録ヘツド101は、その表面に
電気熱変換体111が設けられている基板103
の表面に、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104,116で覆
う様に接合することによつて、オリフイス105
と液吐出部106が形成された構造を有してい
る。液吐出部106は、その終端に液滴を吐出さ
せる為のオリフイス105と、電気熱変換体11
1より発生される熱エネルギーが液体に作用して
気泡を発生し、その体積の膨張と収縮に依る急激
な状態変化を引起す処である熱作用部107とを
有する。 熱作用部107は、電気熱変換体111の熱発
生部108の上部に位置し、熱発生部108の液
体と接触する熱作用面109をその底面としてい
る。 熱発生部108は、基板103上に設けられた
下部層110、該下部層110上に設けられた電
気熱変換体111、該電気熱変換体111上に設
けられた上部層112とで構成される。電気熱変
換体111には、熱を発生させる為に該電気熱変
換体111に通電する為の電極113,114が
その表面に設けられてある。電極113は、各液
吐出部の熱発生部に共通の電極であり、電極11
4は、各液吐出部の熱発生部を選択して発熱させ
る為の選択電極であつて、液吐出部の流路に沿つ
て設けられてある。 上部層112は、電気熱変換体111を、使用
する液体から化学的・物理的に保護する為に電気
熱変換体111と液吐出部106にある液体とを
隔絶すると共に、液体を通じて電極113,11
4間が短絡するのを防止する電気熱変換体111
の保護的機能を有している。 上部層112は、上記の様な機能を有するもの
であるが、電気熱変換体111が、耐液性があ
り、且つ液体を通じて電極113,114間が電
気的に短絡する心配が全くない場合には、必ずし
も設ける必要はなく、電気熱変換体111の表面
に直ちに液体が接触する構造の電気熱変換体とし
て設計しても良い。 下部層110は、主の熱流量制御機能を有す
る。即ち、液滴吐出の際には、電気熱変換体11
1で発生する熱が基板103側の方に伝導するよ
りも、熱作用部107側の方に伝導する割合が出
来る限り多くなり、液滴吐出後、詰り電気熱変換
体111への通電がOFFされた後には、熱作用
部107及び熱発生部108にある熱が速かに基
板103側に放出されて熱作用部107にある液
体及び発生した気泡が急冷される為に設けられ
る。 以上のような液滴噴射記録ヘツドにおいて、電
気信号をON−OFF動作で発熱抵抗層111に入
力することにより、熱作用面109上では液体が
気化して有効な気泡が発生すると、同時に液吐出
部106内の圧力Pが気泡の体積増加と共に高ま
り、オリフイスより液滴が飛翔する。 ここで、記録紙への記録の階調制御を行なう為
に飛翔液滴のサイズDを変化させるには、熱作用
部109上に発生する気泡の体積Vを調節し、吐
出エネルギーを制御する方法がある。しかし、吐
出エネルギーがある値以下(装置等の条件によつ
て決まる)になると、不要な気泡が液吐出部10
6や液流路内に滞留し、液吐出不安定を引き起こ
す。更に強いては吐出が止まつてしまう。 そこで、流路外の領域に設けられ、前記液流路
126に連通した中継流路129と、この中継流
路129に連通し、気泡発生手段である電気熱変
換体115を有し端部が大気に開放(連通)した
細流路127とを有する気泡発生部117が記録
ヘツド部に設けられている。熱作用面124上に
発生する気泡によつて、前記流路129、細流路
127、該流路127の終端に設けられた小開口
に圧力がかかると電気熱変換体111によつて発
生する気泡によつてオリフイス105から液滴を
吐出させる吐出エネルギーが制御され、階調制御
が行される。 前記気泡発生部は第1図cで示せば基板103
上に設けられた下部層110、該下部層110上
に設けられた上部層112と溝付板114,11
6とで構成される。電気熱変換体115には、熱
を発生させる為に核発熱抵抗層115に通電する
電極113,121がその表面に設けられてい
る。気泡発生部117では、電気熱変換体115
の熱発生部123の上部に位置し、熱発生部12
3の液体と接触する熱作用面124で液体に熱が
伝達され気泡が発生する。 以上の様な構造の液体噴射記録装置において、
電気信号をON−OFF動作で電気熱変換体115
に入力することで熱作用面124上では液体が気
化し、気泡が発生する。該気泡が存在する時刻t0
〜tの間に、液滴吐出の為の電気信号を電気熱変
換体111に入力すれば時刻t0〜tの時間に対応
して液滴の吐出エネルギーが調整され所定の階調
制御がなされる画像が記録される。 第2図aは本発明実施態様例1を説明する為の
記録ヘツド101の模式的斜視図である。図に於
いて118は液供給室、119は液供給管(不図
示)を連結するための貫通孔であり、126は液
流路である。 図に示される様に、本実施態様例は液供給室1
18に連通する液流路126の終端にオリフイス
105が設けられており、液流路126の液供給
室118とオリフイス105の途中に液流路に連
通する中継流路129と、気泡発生手段120
と、終端に小開口128を持つ細流路127とを
有する気泡発生部117が設けられている。 気泡発生体102は液滴吐出用のもので、液流
路126内に設けられており、気泡発生体(気泡
発生手段)120は吐出エネルギー調整用のもの
で気泡発生部に設けられている。 第2図bは実施態様例2の模式的斜視図であ
る。図中の番号の示すものは第2図aのものと同
じである。本実施態様例は、液供給室118に連
通する液流路126の途中に気泡発生体102及
びオリフイス105が設けられており、液流路1
26の液供給室側と逆側の終端部分には液流路1
26と連通する流路129と、気泡発生手段12
0と、終端に小開口128が配された細流路12
7とを有する気泡発生部117が設けられてい
る。 第2図cは実施態様例3の模式的斜視図であ
る。図中の番号の示すものは第2図a及び第2図
cのものと同じでものを指す。本実施例は、第1
図bのものと基本的な構成を同じとするが、気泡
発生部117及び小開口128が夫々複数個設け
られているのが違つている。即ち、第2図cは第
2図bの構成で、流路129が液流路126に連
通し、それぞれ気泡発生部117、細流路12
7、小開口128が夫々複数個設けられている。 基本的な液吐出の制御のされ方は実施態様例1
乃至3のどれも同じで、液供給室118から供給
された液は気泡発生体102によつて気泡を発生
して圧力を生じせしめ、オリフイス105より液
滴を吐出させる。或は、先ず、気泡発生部117
の気泡発生体120に通電し気泡発生部117で
気泡を発生させ、その後、気泡発生体102に通
電し、気泡を液流路126内で発生させ、気泡発
生部117の気泡によつて液滴を吐出する圧力
(吐出圧力)を制御してオリフイス105より液
滴が吐出される。吐出される液滴の大きさは吐出
圧力によつて変化させることが出来る為、広範な
濃度制御を行なうことが出来る。 尚、実施態様例1の様に液滴の吐出方向が液供
給方向と同じ場合であつても吐出エネルギーを制
御する気泡発生部117の設置個数を多数設ける
ことが出来る。更に実施態様例3の様に1つのオ
リフイス105に対して3つの気泡発生部を設け
るという限定はされないし、1つ気泡発生体10
2に対して3つの気泡発生部という様な限定もさ
れるものではない。 液流路126と気泡発生部117とを連通する
流路129の断面積及び長さ、又、気泡発生部1
17に連通する細流路127と細流路127の終
端部にある小開口128の断面積及び長さ、気泡
発生部117の容積は吐出させる液体の種類、気
泡発生体120及び102の発熱量、記録濃度の
制御量、気泡発生部の設置数、その他多くの条件
に鑑みて最良の記録画像が得られる様な値に決定
される。しかし、少なくとも気泡発生部117で
発生した気泡の圧力によつて、オリフイス105
から或は小開口128から液体が吐出されない様
な寸法にされる。 小開口128とオリフイス105は同一の面側
に設けても良いし、それぞれ異なつた面に設けら
れても良い。又、小開口128はオリフイス10
5と同様に液供給方向に対して垂直な方向に開け
られていても気泡発生部117内で発生した気泡
の圧力を制御出来るのであればかまわない。 以下、実施態様例1と同様の構造の液体噴射記
録装置を以下の様に作製して実際に画像を形成し
記録画像を評価した。 先ず、シリコン基板上にSiO2(下部層)がスパ
ツタリングにより3μm厚に形成され、続いて電気
熱変換体としてHfB2が1000Å厚、アルミニムが
電極として3000Å厚に積層された後、選択エツチ
ングによつて発熱抵抗体パターンが形成された。
次にSiO2層がスパツタリングにより0.5μm厚に保
護層(上部層)として積層され基板上に電気熱変
換体が形成された後、感光性樹脂が基板にラミネ
ートされ、所定のパターンによつて感光性樹脂が
露光現像され、液流路、液供給室、吐出エネルギ
ー調整が形成され、更にその上部に直径1mmの穴
が開けられたガラス板が接合された。引続いて発
熱抵抗体の先端とオリフイスの距離が300μmにな
るようオリフイス端面を研磨して記録ヘツドを作
成した。この記録ヘツドに黒色染料とエタノール
を主成分とするインクを0.01気圧の背圧で熱作用
部に供給しながら、矩形電圧パルス印字信号を電
気熱変換体に印加して画像を記録し評価した。 以下、実施態様例1を例にとつて階調制御方法
の具体例を説明する。 第3図aは電気熱変換体への信号入力と、それ
によつて生ずる気泡の体積変化を示すタイミング
チヤートである。 第3図aに示すように時刻t0に電気パルスE1を
気泡発生体120へ与えると、時刻t1に熱作用部
上に気泡が発生し始め、時刻t2に於いて気泡体積
V1は最大となる。これにより、流路129及び
細流路127では発生した気泡の為に液体抵抗が
増大する。該気泡V1が流路129内に存在する
時刻t3において電気パルスE2を気泡発生体120
へ与えると熱作用部上に気泡が発生し始め、液吐
出部内の圧力が上昇し始める。該圧力のほとんど
は、オリフイス105および小開口128へ伝達
されるが、流路129、細流路127に気泡V1
が存在するため液体抵抗が大きく、気泡V2によ
るエネルギーはオリフイス105へ伝達される割
合が増加し、よつて液滴の吐出エネルギーは増大
する。つまり、気泡発生部117に気泡が存在し
ない場合に、液吐出部106に配されている気泡
発生体102によつて発泡が成されても、この発
泡による圧力(エネルギー)は、オリフイス10
5に伝わると同時に、小開口128によつて大気
に開放している気泡発生部117、細流路127
にも伝わるため、オリフイス105に伝わる圧力
(インクの吐出に利用されるエネルギー)は、低
いエネルギーとなつている。これに対し流路12
9、細流路127の気泡発生部117に気泡があ
る場合には、気泡による流体抵抗の増大によつ
て、気泡発生部117、細流路127側へのエネ
ルギーの伝搬が少なくなり、これによつて結果的
にオリフイス105に伝搬するエネルギーが前述
の場合に比べて大きくなるのである。更に、時刻
t4において電気パルスE2をOFFすると、気泡体積
V2は減少し始め時刻t5において消滅する。その
後、時刻t6において電気パルスE1をOFFすると、
気泡体積V1が減少し始めて時刻t7において消滅す
る。前記気泡体積V1は電気パルスE1を変化させ
ることにより調節することが可能であり、このこ
とは吐出のエネルギーが調整出来ることになる。
従つて、気泡発生体120に与える電気エネルギ
ーを調整することにより階調制御を行なうことが
出来た。 このような駆動方法が適用出来る本発明の液体
噴射記録装置において、前記電気パルスE2の電
圧を30V、パルス幅10μSとし、さらに、電気パル
スE1のパルス幅を50μSとし、電気パルスE1と電
気パルスE2の印加される時間差を20μsとした場
合の電気パルスE1の電圧と吐出液滴が被記録媒
体に付着した際のドツト径との相関を第4図に示
す。図中の斜線で示された幅はドツトサイズのバ
ラツキを表わす。 電気パルスE1の印加電圧が12Vを越えると、熱
作用部に気泡が発生し始め、図4に示された如く
付着したドツトサイズ(ドツト径)は増加し始め
た(以後この様な現象が現われる電気パルスE1
の印加電圧をVthと称す)。気泡発生体120に与
えたVth以上の電圧Vが増加するとともにドツト
サイズは増加する。ドツトサイズの最大と最小の
差△Dは150μmにも達した。この△Dは染料含有
量3wt.%(weight%)ドツト密度5pelで印画した
場合の光学的平均反射濃度値0.6〜1.4の変調幅に
対応していた。 この様な駆動方法に於いて、電気パルスE1の
OFFされる時刻t6と次の電気パルスE1がONされ
る時刻t0を同時刻とし、常に電気熱変換体115
に電圧が印加されていても上記と同様な効果が認
められた。 また、電気パルスE1の形状は矩形でなくなめ
らかに変化するものであつても良く、時刻t0から
t6の間に於いて電圧を変化させても良い。 本発明は第2図bに示される実施態様例2の様
に液供給方向に対して直角の方向に吐出方向が設
けられた、所謂L型吐出記録装置に於いても同様
な効果が認められた。 更に、本発明は、第2図cに示される実施態様
例3の様に気泡発生部117が多数、液流路12
6に連通した記録ヘツドによつて更に一層木目細
かい階調制御が行なえる液体噴射記録装置を得る
ことが出来た。 第1表は、吐出エネルギーを調整する流路気泡
発生部、細流路、小開口と気泡発生体から成る吐
出エネルギー調整室を3箇所,2箇所,1箇所設
けたものと従来の全く設けないものについて、染
料含有量3wt.%weight%),1.5wt.%,0.5wt.%
とされた液(インク)を用いた場合の記録画像の
光学的平均反射濃度の最大値と最小値を表わした
ものである。尚、調整室のない従来のものは濃度
変化を電気熱変換体にかける電圧を変化させるこ
とによつて行なつた。又、調整室が設けられてい
るものは、前述した電気パルスE1を変化させて
濃度調整を行なつた。
くは、階調性のある記録を行なうことのできる液
体噴射記録ヘツドに関する。 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、而も普通紙に定着という特
別な処理を必要とせずに記録の行える、所謂、イ
ンクジエツト記録法(液体噴射記録法)は、極め
て有力な記録法であつて、これ迄にも様々な方式
の提案とそれを具現化する装置が考案され、改良
が加えられて商品化されたものもあれば、現在も
尚実用化への努力が続けられているものもある。 その中で、例えば特開昭54−51837号公報、ド
イツ公開(DOLS)第2843064号公報に記載され
てある液体噴射記録法は、液体形成エネルギーで
ある熱エネルギーを液体に作用させて、液滴吐出
の為の原動力を得るという点において、他の液体
噴射記録法とは、異なる特徴を有している。 即ち、上記の公報に開示されてある記録法で
は、熱エネルギーの作用を受けた液体が急唆な体
積の増大を伴う状態変化を起し、該状態変化に基
づく作用力によつて、記録ヘツド部先端に設けて
あるオリフイスより液滴が吐出、飛翔して被記録
部材に付着し記録が行なわれる。 殊に、DOLS2843064に開示されている液体噴
射記録法は、所謂drop−on demand記録法に極
めて有効に適用されるばかりでなく、記録ヘツド
部をfull line幅に高密度マルチオリフイス化して
容易に実現できるので、高解像度、高品質の画像
を高速で得られるという利点を有している。 この様に、上記の液体噴射記録法は、種々の利
点を有するものではあるが、更に高解像度、高品
質の画像を記録しようとする場合には記録画素に
階調性を持たせ、中間調(ハーフトーン)の情報
を含む画像記録を行なう必要がある。 従来、この様な、階調制御性を画像記録方法
は、先ず第1の方法として一画素を像形成素体の
1つのみによつてだけ占領され得る複数のセルに
マトリクス状に細分化し、そのマトリクス状にさ
れたセルを構成するセルの中を像形成素体によつ
て占領されているセルの個数とセルを占領してい
る像形成素体の配列状態に応じて所望のレベルの
階調性がデジタル的に表現される記録方法があ
る。次に、第2の方法として、一画素を像形成素
体の1つのみによつて構成し、像形成素体の光学
的濃度を変えることによつて所望の階調性表現を
アナログ的に表現する記録方法がある。 しかし、熱エネルギーによつて液体を吐出させ
て記録を行うインクジエツト記録ヘツドにおいて
は、第1の階調制御方法によると、一画素自体の
面積が大きくなり、鮮明度等の低下を招きやす
い。又、デジタル制御であるところから階調のス
テツプが粗くなり、画像品位が木目細かさに欠け
るという問題があつた。第2の階調制御方法は、
一般に吐出される液滴の大きさを加える電気エネ
ルギーを変化させることによつて一画素、詰り像
形成素体の大きさを変化させる方法である。しか
し、この方法では階調性の制御範囲が狭く充分な
階調制御範囲が得られず、又、記録ヘツドの吐出
不良、信頼性等の低下を招くという問題があつ
た。 本発明は、上記の諸点に鑑み成されたもので、
本発明は高い光学濃度から低い光学濃度までの広
い濃度範囲にわたつて木目細かな階調表現ができ
る液体噴射記録装置を提供することを目的とす
る。又、本発明は、電気熱変化体及び記録ヘツド
の信頼性、液滴吐出安定性を向上させた液体噴射
記録装置を提供することも目的とする。更には、
製造上のバラツキによる吐出特性のバラツキを簡
単に無くし、歩留りを向上させた液体噴射記録装
置を提供することも目的とする。 上述の目的を達成するための本発明の液体噴射
記録ヘツドは、液体を吐出するオリフイスと、該
オリフイスに連通する液流路と、該液流路に備え
られ、前記オリフイスから液体を吐出する圧力を
生じるためのエネルギーを発生するエネルギー発
生体と、前記液流路外の領域に設けられ、一方は
前記液流路に連通し他方は大気に連通し、前記エ
ネルギー発生体が前記エネルギーを発生し始める
ときに気泡を存在させることによつて、液体を吐
出するための前記圧力を増加するように間接的に
前記液体の吐出に関与する気泡発生手段が備えら
れた気泡発生部と、を具備することを特徴とす
る。 本発明によれば階調制御性に優れ、且つ従来の
欠点が解消された液体噴射記録ヘツドが提供され
る。 以下、本発明を図面に従つて、更に具体的に説
明する。 第1図aは、本発明が適用される液体噴射記録
ヘツドのオリフイス面に平行な面で切断した正面
切断部分図(第1図b及び第1図cに示される一
点鎖線AA′で切断した図)、第1図bは、第1図
aに一点鎖線BB′で示す部分で切断した場合の切
断面部分図である。 第1図cは、第1図aに一点鎖線CC′で示す部
分で切断した場合の切断面部分図である。 図に示される記録ヘツド101は、その表面に
電気熱変換体111が設けられている基板103
の表面に、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104,116で覆
う様に接合することによつて、オリフイス105
と液吐出部106が形成された構造を有してい
る。液吐出部106は、その終端に液滴を吐出さ
せる為のオリフイス105と、電気熱変換体11
1より発生される熱エネルギーが液体に作用して
気泡を発生し、その体積の膨張と収縮に依る急激
な状態変化を引起す処である熱作用部107とを
有する。 熱作用部107は、電気熱変換体111の熱発
生部108の上部に位置し、熱発生部108の液
体と接触する熱作用面109をその底面としてい
る。 熱発生部108は、基板103上に設けられた
下部層110、該下部層110上に設けられた電
気熱変換体111、該電気熱変換体111上に設
けられた上部層112とで構成される。電気熱変
換体111には、熱を発生させる為に該電気熱変
換体111に通電する為の電極113,114が
その表面に設けられてある。電極113は、各液
吐出部の熱発生部に共通の電極であり、電極11
4は、各液吐出部の熱発生部を選択して発熱させ
る為の選択電極であつて、液吐出部の流路に沿つ
て設けられてある。 上部層112は、電気熱変換体111を、使用
する液体から化学的・物理的に保護する為に電気
熱変換体111と液吐出部106にある液体とを
隔絶すると共に、液体を通じて電極113,11
4間が短絡するのを防止する電気熱変換体111
の保護的機能を有している。 上部層112は、上記の様な機能を有するもの
であるが、電気熱変換体111が、耐液性があ
り、且つ液体を通じて電極113,114間が電
気的に短絡する心配が全くない場合には、必ずし
も設ける必要はなく、電気熱変換体111の表面
に直ちに液体が接触する構造の電気熱変換体とし
て設計しても良い。 下部層110は、主の熱流量制御機能を有す
る。即ち、液滴吐出の際には、電気熱変換体11
1で発生する熱が基板103側の方に伝導するよ
りも、熱作用部107側の方に伝導する割合が出
来る限り多くなり、液滴吐出後、詰り電気熱変換
体111への通電がOFFされた後には、熱作用
部107及び熱発生部108にある熱が速かに基
板103側に放出されて熱作用部107にある液
体及び発生した気泡が急冷される為に設けられ
る。 以上のような液滴噴射記録ヘツドにおいて、電
気信号をON−OFF動作で発熱抵抗層111に入
力することにより、熱作用面109上では液体が
気化して有効な気泡が発生すると、同時に液吐出
部106内の圧力Pが気泡の体積増加と共に高ま
り、オリフイスより液滴が飛翔する。 ここで、記録紙への記録の階調制御を行なう為
に飛翔液滴のサイズDを変化させるには、熱作用
部109上に発生する気泡の体積Vを調節し、吐
出エネルギーを制御する方法がある。しかし、吐
出エネルギーがある値以下(装置等の条件によつ
て決まる)になると、不要な気泡が液吐出部10
6や液流路内に滞留し、液吐出不安定を引き起こ
す。更に強いては吐出が止まつてしまう。 そこで、流路外の領域に設けられ、前記液流路
126に連通した中継流路129と、この中継流
路129に連通し、気泡発生手段である電気熱変
換体115を有し端部が大気に開放(連通)した
細流路127とを有する気泡発生部117が記録
ヘツド部に設けられている。熱作用面124上に
発生する気泡によつて、前記流路129、細流路
127、該流路127の終端に設けられた小開口
に圧力がかかると電気熱変換体111によつて発
生する気泡によつてオリフイス105から液滴を
吐出させる吐出エネルギーが制御され、階調制御
が行される。 前記気泡発生部は第1図cで示せば基板103
上に設けられた下部層110、該下部層110上
に設けられた上部層112と溝付板114,11
6とで構成される。電気熱変換体115には、熱
を発生させる為に核発熱抵抗層115に通電する
電極113,121がその表面に設けられてい
る。気泡発生部117では、電気熱変換体115
の熱発生部123の上部に位置し、熱発生部12
3の液体と接触する熱作用面124で液体に熱が
伝達され気泡が発生する。 以上の様な構造の液体噴射記録装置において、
電気信号をON−OFF動作で電気熱変換体115
に入力することで熱作用面124上では液体が気
化し、気泡が発生する。該気泡が存在する時刻t0
〜tの間に、液滴吐出の為の電気信号を電気熱変
換体111に入力すれば時刻t0〜tの時間に対応
して液滴の吐出エネルギーが調整され所定の階調
制御がなされる画像が記録される。 第2図aは本発明実施態様例1を説明する為の
記録ヘツド101の模式的斜視図である。図に於
いて118は液供給室、119は液供給管(不図
示)を連結するための貫通孔であり、126は液
流路である。 図に示される様に、本実施態様例は液供給室1
18に連通する液流路126の終端にオリフイス
105が設けられており、液流路126の液供給
室118とオリフイス105の途中に液流路に連
通する中継流路129と、気泡発生手段120
と、終端に小開口128を持つ細流路127とを
有する気泡発生部117が設けられている。 気泡発生体102は液滴吐出用のもので、液流
路126内に設けられており、気泡発生体(気泡
発生手段)120は吐出エネルギー調整用のもの
で気泡発生部に設けられている。 第2図bは実施態様例2の模式的斜視図であ
る。図中の番号の示すものは第2図aのものと同
じである。本実施態様例は、液供給室118に連
通する液流路126の途中に気泡発生体102及
びオリフイス105が設けられており、液流路1
26の液供給室側と逆側の終端部分には液流路1
26と連通する流路129と、気泡発生手段12
0と、終端に小開口128が配された細流路12
7とを有する気泡発生部117が設けられてい
る。 第2図cは実施態様例3の模式的斜視図であ
る。図中の番号の示すものは第2図a及び第2図
cのものと同じでものを指す。本実施例は、第1
図bのものと基本的な構成を同じとするが、気泡
発生部117及び小開口128が夫々複数個設け
られているのが違つている。即ち、第2図cは第
2図bの構成で、流路129が液流路126に連
通し、それぞれ気泡発生部117、細流路12
7、小開口128が夫々複数個設けられている。 基本的な液吐出の制御のされ方は実施態様例1
乃至3のどれも同じで、液供給室118から供給
された液は気泡発生体102によつて気泡を発生
して圧力を生じせしめ、オリフイス105より液
滴を吐出させる。或は、先ず、気泡発生部117
の気泡発生体120に通電し気泡発生部117で
気泡を発生させ、その後、気泡発生体102に通
電し、気泡を液流路126内で発生させ、気泡発
生部117の気泡によつて液滴を吐出する圧力
(吐出圧力)を制御してオリフイス105より液
滴が吐出される。吐出される液滴の大きさは吐出
圧力によつて変化させることが出来る為、広範な
濃度制御を行なうことが出来る。 尚、実施態様例1の様に液滴の吐出方向が液供
給方向と同じ場合であつても吐出エネルギーを制
御する気泡発生部117の設置個数を多数設ける
ことが出来る。更に実施態様例3の様に1つのオ
リフイス105に対して3つの気泡発生部を設け
るという限定はされないし、1つ気泡発生体10
2に対して3つの気泡発生部という様な限定もさ
れるものではない。 液流路126と気泡発生部117とを連通する
流路129の断面積及び長さ、又、気泡発生部1
17に連通する細流路127と細流路127の終
端部にある小開口128の断面積及び長さ、気泡
発生部117の容積は吐出させる液体の種類、気
泡発生体120及び102の発熱量、記録濃度の
制御量、気泡発生部の設置数、その他多くの条件
に鑑みて最良の記録画像が得られる様な値に決定
される。しかし、少なくとも気泡発生部117で
発生した気泡の圧力によつて、オリフイス105
から或は小開口128から液体が吐出されない様
な寸法にされる。 小開口128とオリフイス105は同一の面側
に設けても良いし、それぞれ異なつた面に設けら
れても良い。又、小開口128はオリフイス10
5と同様に液供給方向に対して垂直な方向に開け
られていても気泡発生部117内で発生した気泡
の圧力を制御出来るのであればかまわない。 以下、実施態様例1と同様の構造の液体噴射記
録装置を以下の様に作製して実際に画像を形成し
記録画像を評価した。 先ず、シリコン基板上にSiO2(下部層)がスパ
ツタリングにより3μm厚に形成され、続いて電気
熱変換体としてHfB2が1000Å厚、アルミニムが
電極として3000Å厚に積層された後、選択エツチ
ングによつて発熱抵抗体パターンが形成された。
次にSiO2層がスパツタリングにより0.5μm厚に保
護層(上部層)として積層され基板上に電気熱変
換体が形成された後、感光性樹脂が基板にラミネ
ートされ、所定のパターンによつて感光性樹脂が
露光現像され、液流路、液供給室、吐出エネルギ
ー調整が形成され、更にその上部に直径1mmの穴
が開けられたガラス板が接合された。引続いて発
熱抵抗体の先端とオリフイスの距離が300μmにな
るようオリフイス端面を研磨して記録ヘツドを作
成した。この記録ヘツドに黒色染料とエタノール
を主成分とするインクを0.01気圧の背圧で熱作用
部に供給しながら、矩形電圧パルス印字信号を電
気熱変換体に印加して画像を記録し評価した。 以下、実施態様例1を例にとつて階調制御方法
の具体例を説明する。 第3図aは電気熱変換体への信号入力と、それ
によつて生ずる気泡の体積変化を示すタイミング
チヤートである。 第3図aに示すように時刻t0に電気パルスE1を
気泡発生体120へ与えると、時刻t1に熱作用部
上に気泡が発生し始め、時刻t2に於いて気泡体積
V1は最大となる。これにより、流路129及び
細流路127では発生した気泡の為に液体抵抗が
増大する。該気泡V1が流路129内に存在する
時刻t3において電気パルスE2を気泡発生体120
へ与えると熱作用部上に気泡が発生し始め、液吐
出部内の圧力が上昇し始める。該圧力のほとんど
は、オリフイス105および小開口128へ伝達
されるが、流路129、細流路127に気泡V1
が存在するため液体抵抗が大きく、気泡V2によ
るエネルギーはオリフイス105へ伝達される割
合が増加し、よつて液滴の吐出エネルギーは増大
する。つまり、気泡発生部117に気泡が存在し
ない場合に、液吐出部106に配されている気泡
発生体102によつて発泡が成されても、この発
泡による圧力(エネルギー)は、オリフイス10
5に伝わると同時に、小開口128によつて大気
に開放している気泡発生部117、細流路127
にも伝わるため、オリフイス105に伝わる圧力
(インクの吐出に利用されるエネルギー)は、低
いエネルギーとなつている。これに対し流路12
9、細流路127の気泡発生部117に気泡があ
る場合には、気泡による流体抵抗の増大によつ
て、気泡発生部117、細流路127側へのエネ
ルギーの伝搬が少なくなり、これによつて結果的
にオリフイス105に伝搬するエネルギーが前述
の場合に比べて大きくなるのである。更に、時刻
t4において電気パルスE2をOFFすると、気泡体積
V2は減少し始め時刻t5において消滅する。その
後、時刻t6において電気パルスE1をOFFすると、
気泡体積V1が減少し始めて時刻t7において消滅す
る。前記気泡体積V1は電気パルスE1を変化させ
ることにより調節することが可能であり、このこ
とは吐出のエネルギーが調整出来ることになる。
従つて、気泡発生体120に与える電気エネルギ
ーを調整することにより階調制御を行なうことが
出来た。 このような駆動方法が適用出来る本発明の液体
噴射記録装置において、前記電気パルスE2の電
圧を30V、パルス幅10μSとし、さらに、電気パル
スE1のパルス幅を50μSとし、電気パルスE1と電
気パルスE2の印加される時間差を20μsとした場
合の電気パルスE1の電圧と吐出液滴が被記録媒
体に付着した際のドツト径との相関を第4図に示
す。図中の斜線で示された幅はドツトサイズのバ
ラツキを表わす。 電気パルスE1の印加電圧が12Vを越えると、熱
作用部に気泡が発生し始め、図4に示された如く
付着したドツトサイズ(ドツト径)は増加し始め
た(以後この様な現象が現われる電気パルスE1
の印加電圧をVthと称す)。気泡発生体120に与
えたVth以上の電圧Vが増加するとともにドツト
サイズは増加する。ドツトサイズの最大と最小の
差△Dは150μmにも達した。この△Dは染料含有
量3wt.%(weight%)ドツト密度5pelで印画した
場合の光学的平均反射濃度値0.6〜1.4の変調幅に
対応していた。 この様な駆動方法に於いて、電気パルスE1の
OFFされる時刻t6と次の電気パルスE1がONされ
る時刻t0を同時刻とし、常に電気熱変換体115
に電圧が印加されていても上記と同様な効果が認
められた。 また、電気パルスE1の形状は矩形でなくなめ
らかに変化するものであつても良く、時刻t0から
t6の間に於いて電圧を変化させても良い。 本発明は第2図bに示される実施態様例2の様
に液供給方向に対して直角の方向に吐出方向が設
けられた、所謂L型吐出記録装置に於いても同様
な効果が認められた。 更に、本発明は、第2図cに示される実施態様
例3の様に気泡発生部117が多数、液流路12
6に連通した記録ヘツドによつて更に一層木目細
かい階調制御が行なえる液体噴射記録装置を得る
ことが出来た。 第1表は、吐出エネルギーを調整する流路気泡
発生部、細流路、小開口と気泡発生体から成る吐
出エネルギー調整室を3箇所,2箇所,1箇所設
けたものと従来の全く設けないものについて、染
料含有量3wt.%weight%),1.5wt.%,0.5wt.%
とされた液(インク)を用いた場合の記録画像の
光学的平均反射濃度の最大値と最小値を表わした
ものである。尚、調整室のない従来のものは濃度
変化を電気熱変換体にかける電圧を変化させるこ
とによつて行なつた。又、調整室が設けられてい
るものは、前述した電気パルスE1を変化させて
濃度調整を行なつた。
【表】
第1表からわかる様に、本発明によつて、記録
画像の濃度制御性は著しく向上した。特に、調整
室を多数設けることによつて一層本発明の効果が
あつた。濃度調整範囲は従来のものと比較して約
2倍も拡がつた。 第3図bの電気熱変換体へ通電するタイミング
と発生する気泡の体積変化をとつたタイミングチ
ヤートの様に電気パルスE1により発生した気泡
V1によつて、液流路内が加圧もしくは減圧され
る時に電気パルスE2によつて気泡V2を成長させ
ても吐出エネルギーを調整することが可能であつ
た。又、この駆動方法に於いても広範囲の濃度制
御を行なうことができた。 以上、説明した様に、本発明によれば、吐出エ
ネルギー調整用の気泡を発生させて、吐出される
液滴の大きさ、詰りドツトサイズを変化させて、
画像階調を幅広く制御することが出来る。その結
果、高解像度、高鮮明度は画像を形成することが
出来る。更に、光学的濃度の低い領域での液滴の
吐出の安定性を向上させることも出来る。加え
て、本発明によれば、装置製造上のバラツキによ
るドツトサイズの不揃いを液吐出エネルギー調整
用の気泡により調整し光学的濃度の不均一を無く
すことも出来る。 詰り、本発明によれば従来にない画像階調性の
制御が良好な優れた液体噴射記録装置が提供され
る。 尚、吐出エネルギー調整室の容積、細流路、小
開口、流路の断面積、長さ及び諸寸法、電気熱変
換体の容量等は記録に用いられる液体(インク)
やその他多くの条件に鑑みて最も良好な値に決定
される。 流路の断面積が大きすぎると吐出エネルギー調
整室側から圧力が液流路に伝わり、オリフイスか
ら液滴を飛翔させてしまう恐れがある。又、細流
路及び該細流路に連通する小開口の断面積が大き
すぎると小開口から圧力が逃げ、その時調整室内
の液も外に押し出してしまう恐れがある。 従つて、最大に必要な圧力でもオリフイスから
液滴を吐出せず、又、小開口からも余計な液が出
ない(小開口での液体の表面張力が気泡の圧力に
打ち勝てる)様に適当な断面積に設定される。
又、液流路へ最適な圧力がかかる様に設定される
のが望ましい。 更に、流路、細流路、小開口の断面積が大きす
ぎる場合は、液流路で発生した液滴吐出のための
エネルギーが吐出エネルギー調整室からに逃げて
しまい、場合によつては小開口から液滴が吐出さ
れてしまう。従つて、この様なことも考慮に入れ
て諸寸法の決定はなされなければならない。
画像の濃度制御性は著しく向上した。特に、調整
室を多数設けることによつて一層本発明の効果が
あつた。濃度調整範囲は従来のものと比較して約
2倍も拡がつた。 第3図bの電気熱変換体へ通電するタイミング
と発生する気泡の体積変化をとつたタイミングチ
ヤートの様に電気パルスE1により発生した気泡
V1によつて、液流路内が加圧もしくは減圧され
る時に電気パルスE2によつて気泡V2を成長させ
ても吐出エネルギーを調整することが可能であつ
た。又、この駆動方法に於いても広範囲の濃度制
御を行なうことができた。 以上、説明した様に、本発明によれば、吐出エ
ネルギー調整用の気泡を発生させて、吐出される
液滴の大きさ、詰りドツトサイズを変化させて、
画像階調を幅広く制御することが出来る。その結
果、高解像度、高鮮明度は画像を形成することが
出来る。更に、光学的濃度の低い領域での液滴の
吐出の安定性を向上させることも出来る。加え
て、本発明によれば、装置製造上のバラツキによ
るドツトサイズの不揃いを液吐出エネルギー調整
用の気泡により調整し光学的濃度の不均一を無く
すことも出来る。 詰り、本発明によれば従来にない画像階調性の
制御が良好な優れた液体噴射記録装置が提供され
る。 尚、吐出エネルギー調整室の容積、細流路、小
開口、流路の断面積、長さ及び諸寸法、電気熱変
換体の容量等は記録に用いられる液体(インク)
やその他多くの条件に鑑みて最も良好な値に決定
される。 流路の断面積が大きすぎると吐出エネルギー調
整室側から圧力が液流路に伝わり、オリフイスか
ら液滴を飛翔させてしまう恐れがある。又、細流
路及び該細流路に連通する小開口の断面積が大き
すぎると小開口から圧力が逃げ、その時調整室内
の液も外に押し出してしまう恐れがある。 従つて、最大に必要な圧力でもオリフイスから
液滴を吐出せず、又、小開口からも余計な液が出
ない(小開口での液体の表面張力が気泡の圧力に
打ち勝てる)様に適当な断面積に設定される。
又、液流路へ最適な圧力がかかる様に設定される
のが望ましい。 更に、流路、細流路、小開口の断面積が大きす
ぎる場合は、液流路で発生した液滴吐出のための
エネルギーが吐出エネルギー調整室からに逃げて
しまい、場合によつては小開口から液滴が吐出さ
れてしまう。従つて、この様なことも考慮に入れ
て諸寸法の決定はなされなければならない。
第1図a乃至第1図cは本発明の記録ヘツド部
分の構成を説明する為のものであつて、第1図a
は正面切断部分図、第1図b及び第1図cは横切
断部分図である。第2図a乃至第2図cは本記録
ヘツド部分の模式的斜視図である。第3図a及び
第3図bは本発明を説明する為の説明図である。
第4図は本発明の効果を説明する為の説明図であ
る。 101……記録ヘツド、102,120……気
泡発生体、103……基板、104……板部材、
105……オリフイス、106……液吐出部、1
07,123……熱作用部、108……熱発生
部、109,124……熱作用面、110……下
部層、111,115……電気熱変換体、112
……上部層、113,114,121……電極
層、117……気泡発生部、118……液供給
室、119……貫通孔、125……吐出エネルギ
ー調整室、126……液流路、127……細流
路、128……小開口、129……流路。
分の構成を説明する為のものであつて、第1図a
は正面切断部分図、第1図b及び第1図cは横切
断部分図である。第2図a乃至第2図cは本記録
ヘツド部分の模式的斜視図である。第3図a及び
第3図bは本発明を説明する為の説明図である。
第4図は本発明の効果を説明する為の説明図であ
る。 101……記録ヘツド、102,120……気
泡発生体、103……基板、104……板部材、
105……オリフイス、106……液吐出部、1
07,123……熱作用部、108……熱発生
部、109,124……熱作用面、110……下
部層、111,115……電気熱変換体、112
……上部層、113,114,121……電極
層、117……気泡発生部、118……液供給
室、119……貫通孔、125……吐出エネルギ
ー調整室、126……液流路、127……細流
路、128……小開口、129……流路。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 液体を吐出するオリフイスと、 該オリフイスに連通する液流路と、 該液流路に備えられ、前記オリフイスから液体
を吐出する圧力を生じるためのエネルギーを発生
するエネルギー発生体と、 前記液流路外の領域に設けられ、一方は前記液
流路に連通し他方は大気に連通し、前記エネルギ
ー発生体が前記エネルギーを発生し始めるときに
気泡を存在させることによつて、液体を吐出する
ための前記圧力を増加するように間接的に前記液
体の吐出に関与する気泡発生手段が備えられた気
泡発生部と、 を具備することを特徴とする液体噴射記録ヘツ
ド。 2 前記エネルギー発生体は前記エネルギーとし
て熱エネルギーを発生する電気熱交換体である特
許請求の範囲第1項に記載の液体噴射記録ヘツ
ド。 3 前記オリフイスから液体が吐出する方向と前
記液流路内の前記エネルギー発生体が備えられた
位置へ液体が供給される方向とがほぼ同じである
特許請求の範囲第1項に記載の液体噴射記録ヘツ
ド。 4 前記オリフイスから液体が吐出する方向と前
記液流路内の前記エネルギー発生体が備えられた
位置へ液体が供給される方向とがほぼ直角である
特許請求の範囲第1項に記載の液体噴射記録ヘツ
ド。 5 前記気泡発生手段は電気熱交換体である特許
請求の範囲第1項に記載の液体噴射記録ヘツド。 6 前記気泡発生部は一つの前記エネルギー発生
体に対し複数設けられている特許請求の範囲第1
項または第5項に記載の液体噴射記録ヘツド。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23152382A JPS59124864A (ja) | 1982-12-29 | 1982-12-29 | 液体噴射記録ヘッド |
| US06/564,412 US4646110A (en) | 1982-12-29 | 1983-12-22 | Liquid injection recording apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23152382A JPS59124864A (ja) | 1982-12-29 | 1982-12-29 | 液体噴射記録ヘッド |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59124864A JPS59124864A (ja) | 1984-07-19 |
| JPH0583374B2 true JPH0583374B2 (ja) | 1993-11-25 |
Family
ID=16924818
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23152382A Granted JPS59124864A (ja) | 1982-12-29 | 1982-12-29 | 液体噴射記録ヘッド |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59124864A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2836749B2 (ja) * | 1989-05-09 | 1998-12-14 | 株式会社リコー | 液体噴射記録ヘッド |
| US5600356A (en) * | 1989-07-25 | 1997-02-04 | Ricoh Company, Ltd. | Liquid jet recording head having improved radiator member |
| JP3179834B2 (ja) * | 1991-07-19 | 2001-06-25 | 株式会社リコー | 液体飛翔記録装置 |
-
1982
- 1982-12-29 JP JP23152382A patent/JPS59124864A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59124864A (ja) | 1984-07-19 |
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