JPH1052913A

JPH1052913A - 液体噴射記録方法

Info

Publication number: JPH1052913A
Application number: JP15401997A
Authority: JP
Inventors: Takuro Sekiya; 卓朗関谷
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1997-06-11
Filing date: 1997-06-11
Publication date: 1998-02-24

Abstract

(57)【要約】【課題】微細なオリフィスを有するバブルジェット型
液体噴射ヘッドにおいて、記録液が吐出口でだれたり、
或いはサテライト滴を発生したりしないような、切れの
よい吐出条件を提供する。【解決手段】吐出オリフィス３４に連絡する流路内の
水性インク３１に熱エネルギー発生手段３２により沸騰
膜を生じせしめ、該沸騰膜を気泡３３に成長せしめ、該
気泡の体積増加にともなう作用力で前記水性インクの一
部をインク滴として飛翔させて記録を行う。前記吐出オ
リフィス３４の開口面積を８００μｍ²以下とし、前記
沸騰膜の発生〜気泡の成長によって、該気泡３３が最大
体積になるまでの成長速度の平均値をＶｂ、前記吐出オ
リフィス部におけるインクのメニスカスが成長してイン
ク柱になり、インク滴になる直前までのインク柱の中心
部の成長速度の平均値をＶｉとするとき、５ｍ／ｓ＜Ｖｂ＜Ｖｉなる関係式を満足させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液体噴射記録法、
より詳細には、バブルジェット型液体噴射記録装置を用
いた記録法に関する。

【０００２】

【従来の技術】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クジェット記録法は極め
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。

【０００３】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)を飛翔させ、
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。

【０００４】先ず第１の方式は例えば米国特許第306042
9号明細書に開示されているもの（Tele type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。

【０００５】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、一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滴
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。

【０００６】第２の方式は、例えば米国特許第3596275
号明細書、米国特許第3298030号明細書等に開示されて
いる方式(Sweet方式)であって、連続振動発生法によっ
て帯電量の制御された記録液体の小滴を発生させ、この
発生された帯電量の制御された小滴を、一様の電界が掛
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。

【０００７】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。この時前記帯電電極によって吐
出する記録液体小滴には電荷が静電誘導され、小滴は記
録信号に応じた電荷量で帯電される。帯電量の制御され
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、付加された帯電量に応じて
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。

【０００８】第３の方式は例えば米国特許第3416153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電極間に
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、例えば米国特許第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。

【０００９】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。

【００１０】つまり、Stemme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、小滴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。

【００１１】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ットが生じ易いこと等の問題点が
ある。

【００１２】第３の方式は、記録液体小滴を霧化するこ
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。

【００１３】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、導電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。而乍ら、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。

【００１４】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上、サテライトドッ
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５５−１
６１６６５号公報には、バブルジェット型液体噴射記録
ヘッドにおいて、気泡の体積変化率（ｄＶv／ｄｔ）／
Ｖvpの値を５×１０³sec^-1以上として吐出性能を向上さ
せることが開示されている。

【００１５】図１０は、上記特開昭５５−１６１６６５
号公報に開示されたバブルジェット液体噴射記録ヘッド
の一例を説明するための図で、図１０(ａ)は記録ヘッド
のオリフィス側から見た正面部分図、図１０(ｂ)は、図
１０(ａ)に一点鎖線ＸＸで示す部分で切断した場合の切
断面部分図である。

【００１６】図に示される記録ヘッド１１は、その表面
に電気熱変換体１２が設けられている基板１３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１４で覆う様に接合することによって、
オリフィス１５と液吐出部１６が形成された構造を有し
ている。液吐出部１６は、その終端に液滴を吐出させる
為のオリフィス１５と、電気熱変換体１２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１７とを有する。

【００１７】熱作用部１７は、電気熱変換体１２の熱発
生部１８の上部に位置し、熱発生部１８の液体と接触す
る熱作用面１９をその底面としている。熱発生部１８
は、基板１３上に設けられた下部層２０，該下部層２０
上に設けられた発熱抵抗層２１，該発熱抵抗層２１に
は、熱を発生させる為に該層２１に通電する為の電極２
３，２４がその表面に設けられてある。電極２３は、各
液吐出部の熱発生部に共通の電極であり、電極２４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
極であって、液吐出部の流路に沿って設けられてある。

【００１８】上部層２２は、発熱抵抗層２１を、使用す
る液体から化学的・物理的に保護する為に発熱抵抗層２
１と液吐出部１６にある液体とを隔絶すると共に、液体
を通じて電極２３，２４間が短絡するのを防止する発熱
抵抗層２１の保護的機能を有している。上部層２２は、
上記の様な機能を有するものであるが、発熱抵抗層２１
が、耐液性であり、且つ液体を通じて電極２３，２４が
間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、発熱抵抗層２１の表面に直に液体が
接触する構造の電気熱変換体として設計しても良い。

【００１９】下部層２０は、主に熱流量制御機能を有す
る。即ち、液滴吐出の際には、発熱抵抗層２１で発生す
る熱が基板１３側の方に伝導するよりも、熱作用部１７
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、詰り発熱抵抗層２１への通電がＯＦＦされた後に
は、熱作用部１７及び熱発生部１８にある熱が速やかに
基板１３側に放出されて、熱作用部１７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。

【００２０】この様に、液滴吐出の際には、熱作用部１
７側への熱流量の割合が出来る限り大きく、発熱抵抗層
２１への通電がＯＦＦされた際には、基板１３側への熱
流量の割合が出来る限り大きくなる様にして、液滴吐出
エネルギーの高効率化と高熱応答性及び連続的繰返し液
滴吐出性の向上、液滴吐出周波数の向上、吐出液滴量の
均一化、液滴吐出方向の安定化、液滴吐出スピードの均
一化、及び記録信号に対する応答の忠実性と確実性の向
上を実現させるには、気泡の体積変化カーブに於いて、
前記した関係が成立する様にして記録を実行すれば良い
ものである。

【００２１】図１１は、記録ヘッドに設けられた電気熱
変換体１２に記号Ｐで示すパルス波形の電気信号を入力
した際に熱作用部１７に於いて発生する気泡の体積変化
を示す。今、電気熱変換体１２に時刻ｔ₀と時刻ｔfに於
いてＯＮ−ＯＦＦされパルス状の電気信号Ｐが入力され
ると、時刻ｔiで熱作用部１７に於いて気泡が発生し、
この気泡の体積Ｖvは、時刻ｔiより増加し始め、時刻ｔ
pに於いて最大体積Ｖvpに到達する。時刻ｔfに於いて電
気信号ＰがＯＦＦされると時刻ｔp後に気泡の体積Ｖvは
減少し始める。

【００２２】電気信号ＰがＯＦＦされて気泡の体積Ｖv
が減少する減少速度は、時間τ₁に於ける気泡の体積Ｖv
の時間的変化率によって左右される。即ち、加熱時のそ
の時間的変化率の平均値（ｄＶv／ｄｔ）／Ｖvpが５×
１０³sec^-1以上である様な気泡の体積変化カーブにする
ことによって、電気信号ＰをＯＦＦした場合の気泡の体
積Ｖvの減衰カーブを特別に冷却手段を用いずとも効果
的に急唆にする事が出来、これにより、吐出性能を向上
させるようにしたものである。

【００２３】又、上記特開昭５５−１６１６６５号公報
の技術は、その明細書中に記載のあるように発熱抵抗体
のパターンサイズが８０μｍ×２００μｍであり、又、
オリフィスとなる溝のサイズが幅８０μｍ×深さ８０μ
ｍという具合に、通常のインクジェット記録装置にくら
べ非常に大きいオリフィスを有するインクジェット記録
装置に適用される技術である。

【００２４】しかしながら、近年、より高精細な印写品
質が求められるようになり、インクジェット記録装置に
使用されるオリフィスもその断面積が８００μｍ²以下
の非常に微細なものが用いられる必要性が生じてきた。
そして、このような微細なオリフィスから吐出されるイ
ンク滴は、従来の、例えば、上記特開昭５５−１６１６
６５号公報に記載されているような大きなオリフィスか
ら吐出されるインク滴よりも、その大きさが１/１０〜
１/１００も小さいため、インク滴吐出の条件もより厳
密に決められなければならない。

【００２５】例えば、上記特開昭５５−１６１６６５号
公報においては、吐出性能を向上させる因子として、気
泡のみに注目しているが、大きなオリフィスから大きな
インク滴を吐出させるためには、最も大きな寄与率をも
つ気泡のみに注目して、その体積変化カーブを規定し
て、おおよその条件を設定することが可能であっても、
微細なオリフィスから微小なインク滴を吐出させるため
には、気泡以外にもその吐出条件に寄与する他の因子に
ついても考慮する必要がある。具体的には、流路の流体
抵抗、吐出口での流体抵抗、インク粘度、表面張力等、
考慮すべき因子は多々ある。そして、これらの多くの因
子の集体成となるものとして、オリフィスより成長する
インク柱の成長速度をあげることができる。

【００２６】

【発明が解決しようとする課題】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、微細なオリフィ
スを有するバブルジェット型液体噴射ヘッドにおいて、
記録液が吐出口でだれたり、或いはサテライト滴を発生
したりしないような、切れのよい吐出条件を提供するこ
とを目的としてなされたものである。

【００２７】

【課題を解決するための手段】本発明は、吐出オリフィ
スに連絡する流路内の水性インクに熱エネルギーを作用
させるための熱エネルギー発生手段を流路内部に有し、
該熱エネルギー作用により熱エネルギー作用部の隣接水
性インク層に沸騰膜を生じせしめ、該沸騰膜を気泡に成
長せしめ、該気泡の体積増加にともなう作用力で前記水
性インクの一部を前記吐出オリフィスよりインク滴とし
て飛翔させ、被記録面に付着させて記録を行う液体噴射
記録方法において、前記吐出オリフィスの開口面積が８
００μｍ²以下であり、前記沸騰膜の発生〜気泡の成長
によって、該気泡が最大体積になるまでの成長速度の平
均値をＶｂ、前記吐出オリフィス部におけるインクのメ
ニスカスが成長してインク柱になり、インク滴になる直
前までのインク柱の中心部の成長速度の平均値をＶｉと
するとき、５ｍ／ｓ＜Ｖｂ＜Ｖｉなる関係式を満足することを特徴としたものである。

【００２８】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施例を説明
するための要部状態図、図２(ａ)は、気泡の半径と時間
との関係を示す図、図２(ｂ)は、気泡の半径を定義する
ための図で、図中、３１はインク、３２は発熱抵抗体、
３３は気泡、３４は吐出オリフィス、３５はまさに噴射
されようとしている噴射インク滴である。本発明は、開
口面積が８００μｍ²以下の吐出オリフィスを有するイ
ンクジェットであり、従来にない非常に微小なインク滴
を形成し、高精細な印写を行なうものであるため、イン
ク滴形成に寄与すると考えられるすべての因子を考慮し
てはじめてその目的が達成される。そのため、最適吐出
条件を決めるために、インクの流体抵抗、インク粘度等
のすべてのパラメータによって決定される記録液(イン
ク)柱成長速度、気泡成長速度の面から入念な実験を繰
り返すことにより、最適条件を見い出したものである。

【００２９】バブルジェット記録ヘッドにおいては、イ
ンク流路内において加熱抵抗体３２によりインク３１を
加熱して該インク流路内に気泡３３を発生せしめ、この
気泡３３の体積の増大によってインク３１をオリフィス
部３４より噴射せしめるものである。

【００３０】気泡３３の半径ｒは、図２(ｂ)に示すよう
に、気泡の中心線から気泡の端までの長さである。Ｖb
は気泡成長速度の平均値であり、Ｖb＝ｒmax／ｔで定義
される。なお、Ｖbは、発熱抵抗体３２に加えるパルス
電圧、パルス幅、パルス波形、発熱体の材質、熱容量、
インクの比熱等によって違った値をとりうる。インク吐
出速度Ｖiは、図１より明らかなように、インク柱の中
心軸における速度である。Ｖiを決定づける因子として
は、インク物性(粘度、表面張力)、インク温度、流路流
体抵抗、吐出口流体抵抗等がある。

【００３１】従来にない微細な吐出オリフィスを使用
し、非常に微小なインク滴を吐出させるバブルジェット
技術においては、インク滴は、サテライト滴がなく、
又、ミスト状に飛散しない吐出が要求される。又、吐出
しないで、吐出口(オリフィス)からだれるというような
こともあってはならない。本発明者は、入念な実験を繰
り返すことにより、上記のような不具合のない最適吐出
が以下の条件を満たす時に得られることを見い出した。５ｍ／ｓ＜Ｖb＜Ｖi

【００３２】このような条件を見つけるための実験は、
図３に示すように透明(パイレックス等のガラスがよい)
なヘッドを試作し、気泡の成長をＬＥＤをストロボ発光
することにより同期せしめ、位相を変化させて観察する
ことにより行うことができる。ここで使用する液体は、
気泡を見やすくするために、インクから染料成分を除去
したした組成で、物性をインクと同一にした透明なビー
クル液である。而して、本発明は、最適吐出条件を決定
するための因子として、吐出条件に最も影響を及ぼすＶ
iをもあわせて条件を決めるようにしたものであり、こ
の条件に設定してヘッドを駆動することにより、安定し
た吐出が得られる。

【００３３】表１に検討結果の１例を示す。表１中の吐
出性能は、５ＫＨｚで連続駆動させた時の吐出性能であ
り、使用液は透明ビーグル液である。

【表１】

【００３４】図４は、本発明が適用されるインクジェッ
トヘッドの一例としてのバブルジェットヘッドの動作説
明をするための図、図５は、バブルジェットヘッドの一
例を示す斜視図、図６は、図５に示したヘッドを構成す
る蓋基板(図６(ａ))と発熱体基板(図７(ｂ))に分解した
時の斜視図、図７は、図６(ａ)に示した蓋基板を裏側か
ら見た斜視図で、図中、４１は蓋基板、４２は発熱体基
板、４３は記録液体流入口、４４はオリフィス、４５は
流路、４６は液室を形成するための領域、４７は個別
(独立)電極、４８は共通電極、４９は発熱体(ヒータ)、
５０はインク、５１は気泡、５２は飛翔インク滴で、本
発明は、斯様なバブルジェット式の液体噴射記録ヘッド
にも適用可能なものである。

【００３５】最初に、図４を参照しながらバブルジェッ
トによるインク噴射について説明すると、(ａ)は定常状
態であり、オリフィス面でインク５０の表面張力と外圧
とが平衡状態にある。(ｂ)はヒータ４９が加熱されて、
ヒータ４９の表面温度が急上昇し隣接インク層に沸騰現
像が起きるまで加熱され、微小気泡５１が点在している
状態にある。(ｃ)はヒータ４９の全面で急激に加熱され
た隣接インク層が瞬時に気化し、沸騰膜を作り、この気
泡５１が生長した状態である。この時、ノズル内の圧力
は、気泡の生長した分だけ上昇し、オリフィス面での外
圧とのバランスがくずれ、オリフィスよりインク柱が生
長し始める。

【００３６】(ｄ)は気泡が最大に生長した状態であり、
オリフィス面より気泡の体積に相当する分のインク５０
が押し出される。この時、ヒータ４９には電流が流れて
いない状態にあり、ヒータ４９の表面温度は降下しつつ
ある。気泡５１の体積の最大値は電気パルス印加のタイ
ミングからややおくれる。(ｅ)は気泡５１がインクなど
により冷却されて収縮を開始し始めた状態を示す。イン
ク柱の先端部では押し出された速度を保ちつつ前進し、
後端部では気泡の収縮に伴ってノズル内圧の減少により
オリフィス面からノズル内へインクが逆流してインク柱
にくびれが生じている。

【００３７】(ｆ)はさらに気泡５１が収縮し、ヒータ面
にインクが接しヒータ面がさらに急激に冷却される状態
にある。オリフィス面では、外圧がノズル内圧より高い
状態になるためメニスカスが大きくノズル内に入り込ん
で来ている。インク柱の先端部は液滴になり記録紙の方
向へ飛翔している。(ｇ)はオリフィスにインクが毛細管
現象により再び供給（リフィル）されて(ａ)の状態にも
どる過程で、気泡は完全に消滅している。

【００３８】図８は、発熱抵抗体を用いる気泡発生手段
の構造を説明するための詳細図で、図中、６１は発熱抵
抗体、６２は電極、６３は保護層、６４は電源装置を示
し、発熱抵抗体６１を構成する材料として、有用なもの
には、たとえば、タンタル−SiO₂の混合物、窒化タンタ
ル、ニクロム、銀−パラジウム合金、シリコン半導体、
あるいはハフニウム、ランタン、ジルコニウム、チタ
ン、タンタル、タングステン、モリブデン、ニオブ、ク
ロム、バナジウム等の金属の硼化物があげられる。

【００３９】これらの発熱抵抗体６１を構成する材料の
中、殊に金属硼化物が優れたものとしてあげることがで
き、その中でも最も特性の優れているのが、硼化ハフニ
ウムであり、次いで、硼化ジルコニウム、硼化ランタ
ン、硼化タンタル、硼化バナジウム、硼化ニオブの順と
なっている。

【００４０】発熱抵抗体６１は、上記の材料を用いて、
電子ビーム蒸着やスパッタリング等の手法を用いて形成
することができる。発熱抵抗体６１の膜厚は、単位時間
当りの発熱量が所望通りとなるように、その面積、材質
及び熱作用部分の形状及び大きさ、更には実際面での消
費電力等に従って決定されるものであるが、通常の場
合、0.001〜５μｍ、好適には0.01〜１μｍとされる。

【００４１】電極６２を構成する材料としては、通常使
用されている電極材料の多くのものが有効に使用され、
具体的には、たとえばＡｌ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｃｕ等
があげられ、これらを使用して蒸着等の手法で所定位置
に、所定の大きさ、形状、厚さで設けられる。

【００４２】保護層６３に要求される特性は、発熱抵抗
体６１で発生された熱を記録液体に効果的に伝達するこ
とを妨げずに、記録液体より発熱抵抗体６１を保護する
ということである。保護層６３を構成する材料として有
用なものには、たとえば酸化シリコン、窒化シリコン、
酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化タンタル、
酸化ジルコニウム等があげられ、これらは、電子ビーム
蒸着やスパッタリング等の手法を用いて形成することが
できる。保護層６３の膜厚は、通常は0.01〜１０μｍ、
好適には0.1〜５μｍ、最適には0.1〜３μｍとされるの
が望ましい。

【００４３】以上のようにして作成した記録ヘッドを、
発熱抵抗体が発熱しない状態では記録液体が吐出口から
吐出しない程度の圧力で記録液体を供給し乍ら画像信号
に従って電気・熱変換体にパルス的に電圧を印加して記
録を実行したところ、鮮明な画像が得られた。

【００４４】図９は、その時の発熱体駆動回路の一例を
示すブロック図で、７１はフォトダイオード等で構成さ
れる公知の読取り用の光学的入力フォトセンサ部で、該
光学的入力フォトセンサ部７１に入力した画像信号はコ
ンパレータ等の回路からなる処理回路７２で処理され
て、ドライブ回路７３に入力される。ドライブ回路７３
は、記録ヘッド７４を入力信号に従ってパルス幅、パル
ス振幅、繰り返し周波数等を制御してドライブする。

【００４５】例えば、最も簡便な記録では、入力画像信
号を処理回路７２において白黒判別してドライブ回路７
３に入力する。ドライブ回路７３では適当な液滴径を得
る為のパルス幅、パルス振幅及び所望の記録液滴密度を
得る為の繰り返し周波数を制御された信号に変換され
て、記録ヘッド７４を駆動する。又、階調を考慮した別
の記録法としては、１つには液滴径を変化させた記録、
又もう１つには記録液滴数を変化させた記録を次の様に
して行なうことも出来る。

【００４６】先ず、液滴径を変化させる記録法は、光学
的入力フォトセンサ部７１で入力した画像信号は、所望
の液滴径を得る為に定められた各々のレベルのパルス
幅、パルス振幅の駆動信号を出力する回路を複数有した
ドライブ回路７３のいずれのレベルの信号を出力する回
路で行なうべきかを処理回路７２で判別され処理され
る。又、記録液滴数を変化させる方法では、光学的入力
フォトセンサ部７１への入力信号は、処理回路７２にお
いてＡ／Ｄ変換されて出力され、該出力信号に従ってド
ライブ回路７３は１つの入力信号当りの噴出液滴の数を
変えて記録が行なわれる様に記録ヘッド７４を駆動する
信号を出力する。

【００４７】又、別の実施方法として同様な装置を使用
して発熱抵抗体が発熱しない状態で記録液体が吐出口か
らあふれ出る程度以上の圧力で記録液体を記録ヘッド７
４に供給し乍ら、電気熱変換体に連続繰り返しパルスで
電圧を印加して記録を実行したところ、印加周波数に応
じた個数の液滴が安定に且つ均一径で吐出噴射すること
が確認された。この点から、記録ヘッド７４は高周波で
の連続吐出に極めて有効に適用されることが判明した。
又、記録装置の主要部となる記録ヘッドは微小であるか
ら容易に複数個並べることが出来、高密度マルチオリフ
ィス化記録ヘッドが可能である。

【００４８】本発明において使用される記録液体は、後
述する熱物性値及びその他の物性値を有する様に材料の
選択と組成成分の比が調合される他に従来の記録法にお
いて使用されている記録液体と同様化学的物理的に安定
である他、応答性、忠実性、曳糸化能に優れている事、
液路殊に吐出口において固まらない事、流路中を記録速
度に応じた速度で流通し得る事、記録後、記録部材への
定着が速やかである事、記録濃度が充分である事、貯蔵
寿命が良好である事、等々の特性を与える様に物性が調
整される。

【００４９】本発明に使用される記録液体は、液媒体と
記録像を形成する記録剤及び所望の特性を得る為に添加
される添加剤より構成され、前記の物性値を得る範囲に
おいて液媒体及び添加剤の種類及び組成比の選択によっ
て、水性、非水性、溶解性、導電性、絶縁性のいずれも
得ることが出来る。液媒体としては、水性媒体と非水性
媒体とに大別されるが、使用される液媒体は、前記の物
性値を調合される記録液体が有する様に他の選択される
構成成分との組み合せを考慮して下記のものより選択さ
れる。

【００５０】液媒体の中、公害性、入手の容易さ、調合
のし易さ等の点を考慮すれば、水又は水・アルコール系
の液媒体が好適とされる。記録剤としては、調合される
記録液体が前記の諸物性値を有するようにされる他、長
時間放置による液路内や記録液体供給タンク内での沈
降、凝集、更には輸送管や液路の回詰りを起こさない様
に前記液媒体や添加剤との関係において材料の選択がな
されて使用される必要がある。この様な点からして、液
媒体に溶解性の記録剤を使用するのが好ましいが、液媒
体に分散性又は難溶性の記録剤であっても液媒体に分散
させる時の記録剤の粒径を充分小さくしてやれば使用さ
れ得る。

【００５１】使用され得る記録剤は記録部材によって、
その記録条件に充分適合する様に適宜選択される。記録
剤としては染料及び顔料を挙げることが出来る。有効に
使用される染料は、調合された記録液体の後述の諸特性
を満足し得る様なものであり、好適に使用されるのは、
例えば水溶性染料としての直接染料、塩基性染料、酸性
染料、可溶性建染メ染料、酸性媒染染料、媒染染料、非
水溶性染料としての硫化染料、建染メ染料、酒精溶染
料、油溶染料、分散染料等の他、スレン染料、ナフトー
ル染料、反応染料、クロム染料、１：２型錯塩染料、
１：１型錯塩染料、アゾイック染料、カチオン染料等の
中より選択されるものである。

【００５２】具体的には、例えばレゾリングリルブルー
ＰＲＬ、レゾリンイエローＰＣＧ、レゾリンピンクＰＲ
Ｒ、レゾリングリーンＰＢ（以上バイヤー製）、スミカ
ロンブルーＳ−ＢＧ、スミカロンレッドＥ−ＥＢＬ、ス
ミカロンイエローＥ−４ＧＬ、スミカロンブリリアント
ブルーＳ−ＢＬ（以上住友化学製）、ダイヤニックスイ
エロー−ＨＧ−ＳＥ、ダイヤニックスレッドＢＮ−ＳＥ
（以上三菱化成製）、カヤロンポリエステルライトフラ
ビン４ＧＬ、カヤロンポリエステルブルー３Ｒ−ＳＦ、
カヤロンポリエステルイエローＹＬ−ＳＥ、カヤセット
ターキスブルー７７６、カヤセットイエロー９０２、カ
ヤセットレッド０２６、プロシオンレッドＨ−２Ｂ、プ
ロシオンブルーＨ−３Ｒ（以上日本化薬製）、レバフィ
ックスゴールデンイエローＰ−Ｒ、レバフィックスブリ
ルレッドＰ−Ｂ、レバフィックスブリルオレンジＰ−Ｇ
Ｒ（以上バイヤー製）、

【００５３】スミフィックスイエローＧＲＳ、スミフィ
ックスＢ、スミフィックスブリルレッドＢＳ、スミフィ
ックスブリルブルーＰＢ、ダイレクトブラック４０（以
上住友化学製）、ダイヤミラーブラウン３Ｇ、ダイヤミ
ラーイエローＧ、ダイヤミラーブルー３Ｒ、ダイヤミラ
ーブリルブルーＢ、ダイヤミラーブリルレッドＢＢ（以
上三菱化成製）、レマゾールレッドＢ、レマゾールブル
ー３Ｒ、レマゾールイエローＧＮＬ、レマゾールブリル
グリーン６Ｂ（以上ヘキスト社製）、チバクロンブリル
イエロー、チバクロンブリルレッド４ＧＥ（以上チバガ
イギー社製）、インジコ、ダイレクトテープブラックＥ
・Ｅｘ、ダイアミンブラックＢＨ、コンゴーレッド、シ
リアスブラックＢＨ、オレンジII、アミドブラック１０
Ｂ、オレンジＲＯ、メタニールイエロー、ビクトリアス
カーレット、ニグロシン、ダイアモンドブラックＰＢＢ
（以上イーゲー社製）、

【００５４】ダイアシドブルー３Ｇ、ダイアシドファス
ト・グリーンＧＷ、ダイアシド・ミーリングネービーブ
ルーＲ、インダンスレン（以上三菱化成製)、ザボン−
染料(ＢＡＳＦ製）、オラゾール染料(ＣＩＢＡ製）、ラ
ナシン−染料（三菱化成製）、ダイアクリルオレンジＲ
Ｌ−Ｅ、ダイアクリルブリリアントブルー２Ｂ−Ｅ、ダ
イアクリルターキスブルーＢＧ−Ｅ（三菱化成製）など
の中より前記の諸物性値が調合される記録液体に与えら
れるものが好ましく使用できる。これ等の染料は、所望
に応じて適宜選択されて使用される液媒体中に溶解又は
分散されて使用される。

【００５５】有効に使用される顔料としては、無機顔
料、有機顔料の中の多くのものが好適に使用される。そ
のような顔料として具体的に例示すれば無機顔料として
は、硫化カドミウム、硫黄、セレン、硫化亜鉛、スルホ
セレン化カドミウム、黄鉛、ジンククロメート、モリブ
デン赤、ギネー・グリーン、チタン白、亜鉛華、弁柄、
酸化クロムグリーン、鉛丹、酸個コバルト、チタン酸バ
リウム、チタニウムイエロー、鉄黒、紺青、リサージ、
カドミウムレッド、硫化銀、硫酸鉛、硫酸バリウム、群
青、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、鉛白、コバル
トバイオレット、コバルトブルー、エメラルドグリー
ン、カーボンブラック等が挙げられる。

【００５６】有機顔料としては、その多くが染料に分類
されているもので染料と重複する場合が多いが、具体的
には次のようなものが好適に使用される。（ａ）溶性アゾ系レーキオレンジ、ブリリアントカーミン３Ｂ、ブリリア
ントカーミン６Ｂ、ブリリアントスカーレットＧ、レー
キレッドＣ、レーキレッドＤ、レーキレッドＲ、ウォッ
チングレッド、レーキボルドー１０Ｂ、ボンマルーン
Ｌ、ボンマルーンＭ。（ｂ）フタロシアニン系フタロシアニンブルー、ファストスカイブルー、フタロ
シアニングリーン。（ｃ）染色レーキ系イエローレーキ、エオシンレーキ、ローズレーキ、バイ
オレッドレーキ、ブルーレーキ、グリーンレーキ、セピ
アレーキ。（ｄ）媒染系アリザリンレーキ、マダカーミン。（ｅ）建染系インダスレン系、ファストブルーレーキ（ＧＧＳ）。（ｆ）塩基性染料レーキ系ローダミンレーキ、マラカイトグリーンレーキ。（ｇ）酸性染料レーキ系ファストスカイブルー、キノリンイエローレーキ、キナ
クリドン系、ジオキサジン系。

【００５７】液媒体と記録剤との量的関係は、調合され
る他に液路の目詰り、液路内での記録液体の乾燥、記録
部材へ付与された時の滲みや乾燥速度等の条件から、重
量部で液媒体１００部に対して記録剤が通常１〜５０
部、好適には３〜３０部、最適には５〜１０部とされる
のが望ましい。記録液体が分散系（記録剤が液媒体中に
分散されている系）の場合、分散される記録剤の粒径
は、記録剤の種類、記録条件、液路の内径、吐出口径、
記録部材の種類等によって、適宜所望に従って決定され
るが、粒径が余り大きいと、貯蔵中に記録剤粒子の沈降
が起って、濃度の不均一化が生じたり、液路の目詰りが
起ったり或いは記録された画像に濃度班が生じたり等し
て好ましくない。

【００５８】このようなことを考慮すると、分散系記録
液体とされる場合の記録剤の粒径は、通常0.01〜３０
μ、好適には0.01〜２０μ、最適には0.01〜８μとされ
るのが望ましい。更に分散されている記録剤の粒径分布
は、出来る限り狭い方が好適であって、通常はＤ±３
μ、好適にはＤ±1.5μとされるのが望ましい（但しＤ
は平均粒径を表わす）。使用される添加剤としては、粘
度調整剤、表面張力調整剤、ｐＨ調整剤、比抵抗調整
剤、湿潤剤及び赤外線吸収発熱剤等が挙げられる。

【００５９】粘度調整剤や表面張力調整剤は、前記の物
性値を得る為の他に、記録速度に応じて充分なる流速で
液路中を流通し得ること、液路の吐出口において記録液
体の回り込みを防止し得ること、記録部材へ付与された
時の滲み（スポット径の広がり）を防止し得ること等の
為に添加される。粘度調整剤及び表面張力調整剤として
は、使用される液媒体及び記録剤に悪影響を及ぼさない
で効果的なものであれば通常知られているものの中より
適宜所望特性を満足するように選択されて使用される。

【００６０】具体的には、粘度調整剤としては、ポリビ
ニルアルコール、ヒドロキシプロピルセルロース、カル
ボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロー
ス、メチルセルロース、水溶性アクリル樹脂、ポリビニ
ルピロリドン、アラビアゴムスターチ等が好適なものと
して例示出来る。所望に応じて適宜選択されて好適に使
用される、表面張力調整剤としては、アニオン系、カチ
オン系及びノニオン系の界面活性剤が挙げられ、具体的
には、アニオン系としてポリエチレングリコールエーテ
ル硫酸、エステル塩等、カチオン系としてポリ２−ビニ
ルピリジン誘導体、ポリ４−ビニルピリジン誘導体等、
ノニオン系としてポリオキシエチレンアルキルエーテ
ル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポ
リオキシエチレンアルキルエステル、ポリオキシエチレ
ンソルビタンモノアルキルエステル、ポリオキシエチレ
ンアルキルアミン等が挙げられる。

【００６１】これ等の界面活性剤の他、ジエタノールア
ミン、プロパノールアミン、モルホリン酸等のアミン
酸、水酸化アンモニウム、水酸化ナトリウム等の塩基性
物質、Ｎ−メチル−２−ピロリドン等の置換ピロリドン
等も有効に使用される。これ等の表面張力調整剤は、所
望の値の表面張力を有する記録液体が調合されるよう
に、互いに又は他の構成成分に悪影響を及ぼさず且つ前
記の物性値が調合される記録液体に与えられる範囲内に
おいて必要に応じて二種以上混合して使用しても良い。

【００６２】これ等表面張力調整剤の添加量は種類、調
合される記録液体の他の構成成分種及び所望される記録
特性に応じて適宜決定されるものであるが、記録液体１
重量部に対して、通常は0.0001〜0.1重量部、好適には
0.001〜0.01重量部とされるのが望ましい。ｐＨ調整剤
は、調合された記録液体の化学的安定性、例えば、長時
間の保存による物性の変化や記録剤その他の成分の沈降
や凝集を防止する為に所定のｐＨ値となるように前記の
諸特性値を逸脱しない範囲で適時適当量添加される。

【００６３】本発明において好適に使用されるｐＨ調整
剤としては、調合される記録液体に悪影響を及ぼさずに
所望のｐＨ値に制御出来るものであれば大概のものを挙
げることが出来る。そのようなｐＨ調整剤としては具体
的に例示すれば低級アルカノールアミン、例えばアルカ
リ金属水酸化物等の一価の水酸化物、水酸化アンモニウ
ム等が挙げられる。これ等のｐＨ調整剤は、調合される
記録液体が前記の物性値をはずれない範囲で所望のｐＨ
値を有するように必要量添加される。

【００６４】使用される潤滑剤としては、調合される記
録液体が後記の諸物性値を逸脱しない範囲で本発明に係
わる技術分野において通常知られているものの中より有
効であるもの、殊に熱的に安定なものが好適に使用され
る。このような潤滑剤として具体的に示せば、例えばポ
リエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等の
ポリアルキレングリコール、ブチレングリコール、ヘキ
シレングリコール等のアルキレン基が２〜６個の炭素原
子を含むアルキレングリコール；例えばエチレングリコ
ールメチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエー
テル、ジエチレングリコールエチルエーテル等のジエチ
レングリコールの低級アルキルエーテル；グリセリン；
例えばメトオキシトリグリコール、エトオキシトリグリ
コール等の低級アルコールオキシトリグリコール；Ｎ−
ビニル−２−ピロリドンオリゴマー；等が挙げられる。

【００６５】これ等の潤滑剤は、記録液体に所望される
特性を満足するように所望に応じて必要量添加されるも
のであるが、その添加量は記録液体全重量に対して、通
常0.1〜１０wt％、好適には0.1〜８wt％、最適には0.2
〜７wt％とされるのが望ましい。又、上記の潤滑剤は、
単独で使用される他、互いに悪影響を及ぼさない条件に
おいて二種以上混用しても良い。

【００６６】本発明に使用される記録液体には、添加剤
が所望に応じて必要量添加されるが、更に記録部材に付
着する場合の記録液体被膜の形成性、被膜強度に優れた
ものを得るために、例えばアルキッド樹脂、アクリル樹
脂、アクリルアミド樹脂、ポリビニルアルコール、ポリ
ビニルピロリドン等の樹脂重合体が添加されても良い。
本発明で使用される記録液体は、所望の記録特性を具備
するように、比熱、熱膨張係数、熱伝導率、粘性、表面
張力、ｐＨ及び帯電された記録液滴を使用して記録する
場合には比抵抗等の特性値が特性の条件範囲にあるよう
に調合されるのが望ましい。即ち、これ等の諸特性は、
曳糸現象の安定性、熱エネルギー作用に対する応答性及
び忠実性、画像濃度、化学的安定性、液路内での流動性
等に重要な関連性を有しているので、本発明においては
記録液体の調合の際、これ等に充分注意を払う必要があ
る。

【００６７】本発明に有効に使用され得る記録液体の諸
特性としては下記の表２に示されるごときの値とされる
のが望ましてが、列挙された物性の総てが表２に示され
るごとき数値条件を満足する必要はなく、要求される記
録特性に応じて、これ等の物性の幾つかが表２の条件を
満足する値を取れば良いものである。而乍ら比熱、熱膨
張係数、熱伝導率、粘性、表面張力に関しては、表２の
値に規定されるのが望ましい。勿論、調合された記録液
体の上記諸特性の中で表２に示される値を満足するもの
が多い程良好な記録が行われることは言うまでも無い。

【００６８】

【表２】

【００６９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によると、吐出オリフィスに連絡する流路内の水性イン
クに熱エネルギーを作用させるための熱エネルギー発生
手段を流路内部に有し、該熱エネルギー作用により熱エ
ネルギー作用部の隣接水性インク層に沸騰膜を生じせし
め、該沸騰膜を気泡に成長せしめ、該気泡の体積増加に
ともなう作用力で前記水性インクの一部を前記吐出オリ
フィスよりインク滴として飛翔させ、被記録面に付着さ
せて記録を行う液体噴射記録方法において、前記吐出オ
リフィスの開口面積が８００μｍ²以下であり、前記沸
騰膜の発生〜気泡の成長によって、該気泡が最大体積に
なるまでの成長速度の平均値をＶｂ、前記吐出オリフィ
ス部におけるインクのメニスカスが成長してインク柱に
なり、インク滴になる直前までのインク柱の中心部の成
長速度の平均値をＶｉとするとき、５ｍ／ｓ＜Ｖｂ＜Ｖｉなる関係式を満足するように条件を設定してヘッドを駆
動するようにしたので、記録液を安定して吐出すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を説明するための要部構成
図である。

【図２】本発明の一実施例を説明するための要部構成
図である。

【図３】本発明の条件を見い出すために使用した実験
装置である。

【図４】本発明が適用されるインクジェットヘッドの
一例としてのバブルジェットヘッドの動作説明をするた
めの図である。

【図５】バブルジェットヘッドの一例を示す斜視図で
ある。

【図６】分解斜視図である。

【図７】蓋基板を裏側から見た図である。

【図８】発熱抵抗体を用いた気泡発生手段の構造を説
明するための図である。

【図９】発熱体駆動回路の一例を説明するためのブロ
ック図である。

【図１０】従来のインクジェットヘッドの一例を説明
するための要部断面図である。

【図１１】熱作用部に発生する気泡の体積変化を示す
図である。

【符号の説明】

３１…記録液、３２…発熱体、３３…気泡、３４オリフ
ィス、３５…吐出寸前の記録液。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】吐出オリフィスに連絡する流路内の水性
インクに熱エネルギーを作用させるための熱エネルギー
発生手段を流路内部に有し、該熱エネルギー作用により
熱エネルギー作用部の隣接水性インク層に沸騰膜を生じ
せしめ、該沸騰膜を気泡に成長せしめ、該気泡の体積増
加にともなう作用力で前記水性インクの一部を前記吐出
オリフィスよりインク滴として飛翔させ、被記録面に付
着させて記録を行う液体噴射記録方法において、前記吐
出オリフィスの開口面積が８００μｍ²以下であり、前
記沸騰膜の発生〜気泡の成長によって、該気泡が最大体
積になるまでの成長速度の平均値をＶｂ、前記吐出オリ
フィス部におけるインクのメニスカスが成長してインク
柱になり、インク滴になる直前までのインク柱の中心部
の成長速度の平均値をＶｉとするとき、５ｍ／ｓ＜Ｖｂ＜Ｖｉなる関係式を満足することを特徴とする液体噴射記録方
法。