JPS62169657A - 液体噴射記録ヘツド - Google Patents
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は、液体吐出口から記録液を液滴として吐出、飛
翔させ、該液滴な紙などの記録媒体に着弾させて記録を
行なう液体噴射記録ヘッド、特に印字信号が加えられた
ときに吐出が行なわれるオンデマンド型の液体噴射記録
ヘッドに関し、中でも高速応答性と優れた吐出安定性を
有する液体噴射記録ヘッドに関する。
翔させ、該液滴な紙などの記録媒体に着弾させて記録を
行なう液体噴射記録ヘッド、特に印字信号が加えられた
ときに吐出が行なわれるオンデマンド型の液体噴射記録
ヘッドに関し、中でも高速応答性と優れた吐出安定性を
有する液体噴射記録ヘッドに関する。
[従来の技術]
従来より、記録液を吐出、飛翔させて記録を行なう液体
噴射記録法(インクジェット記録法)が知られている。
噴射記録法(インクジェット記録法)が知られている。
該方法は、高速印字が可能であり、低騒音、且つ記録品
位が高く、しかもカラー画像記録が容易であり、また普
通紙等に記録できるといった優れた特長を有している。
位が高く、しかもカラー画像記録が容易であり、また普
通紙等に記録できるといった優れた特長を有している。
このようなインクジェット記録方法に用いられるインク
ジェット記録装置は、一般に、記録液を飛翔液滴として
吐出噴射させるための液体吐出口(オリフィス)と、該
オリフィスに連通ずる液体流路(ノズル)および該ノズ
ルの一部に設けられ、該ノズル内の記録液に飛翔液滴を
形成するための吐出エネルギーを与える吐出エネルギー
発生手段を有するインクジェット記録ヘッドを備えてい
る。
ジェット記録装置は、一般に、記録液を飛翔液滴として
吐出噴射させるための液体吐出口(オリフィス)と、該
オリフィスに連通ずる液体流路(ノズル)および該ノズ
ルの一部に設けられ、該ノズル内の記録液に飛翔液滴を
形成するための吐出エネルギーを与える吐出エネルギー
発生手段を有するインクジェット記録ヘッドを備えてい
る。
記録は、吐出エネルギー発生手段を駆動してノズル内の
記録液に吐出エネルギーを供給し、オリフィスから記録
液を飛翔液滴として吐出させ、この液滴を記録媒体に着
弾させることによって行なうのである。
記録液に吐出エネルギーを供給し、オリフィスから記録
液を飛翔液滴として吐出させ、この液滴を記録媒体に着
弾させることによって行なうのである。
このようなインクジェット記録装置によって記録を行な
う際に使用される記録液は、一般に顔料や染料等の記録
剤部分と、これを溶解または分散するための主に水、ま
たは水と水溶性有機溶剤あるいは非水系溶剤とか”らな
る溶媒成分とによって形成されている。インクジェット
記録装置においては、記録液が吐出されるノズル先端に
設けられたオリフィスは、装置の駆動の有無にかかわら
ず絶えず装置外部の外気に向けて開放されていることが
多い。そのために、記録が行なわれない状態が長時間に
わたる場合には、溶媒の一部がオリフィスから外気中へ
蒸発し、記録剤成分や揮発しにくい溶媒成分が記録液中
に残存することにより、この部分に滞留した記録液の組
成が変化して粘度が増大し、結果としてノズル部分の粘
性抵抗が増大する。そのため、印字体止後の記録再開時
直後においては、吐出用信号が印加されているにもかか
わらず、液滴が吐出されない液滴の吐出不良が起き易く
、記録画像の初期印字部等に欠陥を生じるという問題が
あった。
う際に使用される記録液は、一般に顔料や染料等の記録
剤部分と、これを溶解または分散するための主に水、ま
たは水と水溶性有機溶剤あるいは非水系溶剤とか”らな
る溶媒成分とによって形成されている。インクジェット
記録装置においては、記録液が吐出されるノズル先端に
設けられたオリフィスは、装置の駆動の有無にかかわら
ず絶えず装置外部の外気に向けて開放されていることが
多い。そのために、記録が行なわれない状態が長時間に
わたる場合には、溶媒の一部がオリフィスから外気中へ
蒸発し、記録剤成分や揮発しにくい溶媒成分が記録液中
に残存することにより、この部分に滞留した記録液の組
成が変化して粘度が増大し、結果としてノズル部分の粘
性抵抗が増大する。そのため、印字体止後の記録再開時
直後においては、吐出用信号が印加されているにもかか
わらず、液滴が吐出されない液滴の吐出不良が起き易く
、記録画像の初期印字部等に欠陥を生じるという問題が
あった。
また、インクジェット記録装置によって液滴を繰り返し
吐出させるためには、吐出によって失われた分の液体を
次の吐出までに補充しなければならない。そのための・
代表的な方法は、液体の表面張力を利用し、毛細管現象
によって液体をオリフィスに導くというものである。こ
の場合、液体をオリフィスに導くのに要する時間t2は
、t2”d/u によって定まる。ただし、dは液滴切断後、ノズルに残
った液体がもとの位置から後退した距離であり、Uは毛
細管現象による液体の移動速度である。上記時間t2は
、液滴が形成されるのに要する時間1.に比べて通常逢
かに大きく、 f=17(t、+t、) で定まる繰り返し駆動可能周波数fは、事実上1゜によ
って制限されてしまい、いかに遠く液滴を形成しても、
繰り返し駆動周波数を高くすることができないという問
題があった。
吐出させるためには、吐出によって失われた分の液体を
次の吐出までに補充しなければならない。そのための・
代表的な方法は、液体の表面張力を利用し、毛細管現象
によって液体をオリフィスに導くというものである。こ
の場合、液体をオリフィスに導くのに要する時間t2は
、t2”d/u によって定まる。ただし、dは液滴切断後、ノズルに残
った液体がもとの位置から後退した距離であり、Uは毛
細管現象による液体の移動速度である。上記時間t2は
、液滴が形成されるのに要する時間1.に比べて通常逢
かに大きく、 f=17(t、+t、) で定まる繰り返し駆動可能周波数fは、事実上1゜によ
って制限されてしまい、いかに遠く液滴を形成しても、
繰り返し駆動周波数を高くすることができないという問
題があった。
このような問題を解決する有効な方法の一つとしてノズ
ルの長さを短くすることがある。ノズルの長さを短くす
ることは、ノズル壁の流れに対する抵抗を小さくするこ
とに等しく、前記t2の短縮に結びつく。しかしながら
、ノズルを短くすることは飛翔液滴の速度低下゛、速度
不安定の増加の原因となり、安定な記録を行なえないと
いう問題をひきおこしていた。
ルの長さを短くすることがある。ノズルの長さを短くす
ることは、ノズル壁の流れに対する抵抗を小さくするこ
とに等しく、前記t2の短縮に結びつく。しかしながら
、ノズルを短くすることは飛翔液滴の速度低下゛、速度
不安定の増加の原因となり、安定な記録を行なえないと
いう問題をひきおこしていた。
また、これとは別に、吐出エネルギー発生手段の後方(
オリフィス“設置側とは反対側)に流体抵抗体を設ける
ことにより、液滴吐出時におけるエネルギー損失を小さ
くして液滴速度の向上および吐出の安定化をはかること
が提唱されている。しかじながら、これにおいても、流
体抵抗体によって記録液の供給が必ずしも十分に行なえ
ず、実質的には前記t2の増大を招き、このため駆動周
波数の向上にはおのずと限度があり、最近の高周波数に
対する要求を必ずしも満足できないという問題があった
。
オリフィス“設置側とは反対側)に流体抵抗体を設ける
ことにより、液滴吐出時におけるエネルギー損失を小さ
くして液滴速度の向上および吐出の安定化をはかること
が提唱されている。しかじながら、これにおいても、流
体抵抗体によって記録液の供給が必ずしも十分に行なえ
ず、実質的には前記t2の増大を招き、このため駆動周
波数の向上にはおのずと限度があり、最近の高周波数に
対する要求を必ずしも満足できないという問題があった
。
[発明が解決しようとする問題点]
本発明は、上記従来例の問題点に鑑みてなされたもので
、長時間放置後にも液滴の吐出不良を生じず、また高い
繰返し駆動周波数による高速安定記録が可能な新規なイ
ンクジェット記録ヘッドを提供することを目的とする。
、長時間放置後にも液滴の吐出不良を生じず、また高い
繰返し駆動周波数による高速安定記録が可能な新規なイ
ンクジェット記録ヘッドを提供することを目的とする。
[問題点を解決するための手段]
本発明の上記目的は、以下の本発明によって達成される
。
。
記録液を吐出させるためのオリフィスと、該記録液に吐
出エネルギーを供給する吐出エネルギー発生手段を備え
たインクジェット記録ヘッドにおいて、前記オリフィス
の反対側に前記吐出エネルギー発生手段とは別に加熱手
段を有し、該吐出エネルギー発生手段と加熱手段との間
に、開口を有する流体抵抗体を設置したことを特徴とす
るインクジェット記録ヘッド。
出エネルギーを供給する吐出エネルギー発生手段を備え
たインクジェット記録ヘッドにおいて、前記オリフィス
の反対側に前記吐出エネルギー発生手段とは別に加熱手
段を有し、該吐出エネルギー発生手段と加熱手段との間
に、開口を有する流体抵抗体を設置したことを特徴とす
るインクジェット記録ヘッド。
すなわち本発明は、吐出エネルギー発生手段によって記
録液に付与される吐出エネルギーを有効利用するための
流体抵抗体に開口を設けて前記t2の増大を防止すると
ともに、吐出エネルギー発生手段とは別に設けた加熱手
段を利用して該開口が設けられるために生じるエネルギ
ー損失をなくすことにより、記録時における液滴吐出の
高速応答性と安定吐出を可能にするとともに、長時間放
置後の記録再開時における記録液の吐出不良をも解消し
たものである。
録液に付与される吐出エネルギーを有効利用するための
流体抵抗体に開口を設けて前記t2の増大を防止すると
ともに、吐出エネルギー発生手段とは別に設けた加熱手
段を利用して該開口が設けられるために生じるエネルギ
ー損失をなくすことにより、記録時における液滴吐出の
高速応答性と安定吐出を可能にするとともに、長時間放
置後の記録再開時における記録液の吐出不良をも解消し
たものである。
[実施例]
以下、必要に応じて図面を参照しつつ、本発明の詳細な
説明する。
説明する。
第1図乃至第2図は、本発明のインクジェット記録ヘッ
ドの好適な一実施態様の概略的構成を説明するための図
であり、第1図には該ヘッドの斜視図が、また第2図に
は該ヘッドの部分平面図がそれぞれ示されている。
ドの好適な一実施態様の概略的構成を説明するための図
であり、第1図には該ヘッドの斜視図が、また第2図に
は該ヘッドの部分平面図がそれぞれ示されている。
これらの図において、102が記録液を飛翔液滴として
吐出させるためのオリフィスであり、103は該オリフ
ィス102に連通ずるノズルである。
吐出させるためのオリフィスであり、103は該オリフ
ィス102に連通ずるノズルである。
107は該ノズル103に記録液を供給するための液室
であり、108は該液室107に記録ヘッド外部か゛ら
記録液を供給するために必要に応じて設けられる液供給
口である。10】がノズル103内の記録液に吐出エネ
ルギーを供給するための吐出エネルギー発生手段であり
、104は開口106を有する流体抵抗体、105は吐
出エネルギー発生手段101とは別に設けられる加熱手
段である。
であり、108は該液室107に記録ヘッド外部か゛ら
記録液を供給するために必要に応じて設けられる液供給
口である。10】がノズル103内の記録液に吐出エネ
ルギーを供給するための吐出エネルギー発生手段であり
、104は開口106を有する流体抵抗体、105は吐
出エネルギー発生手段101とは別に設けられる加熱手
段である。
本発明では、吐出、エネルギー発生手段101、開口1
06を有する流体抵抗体104および加熱手段105を
、オリフィス102側から吐出エネルギー発生手段10
1、流体抵抗体104および加熱手段105の順に設け
ることが必要であるが、このような流体抵抗体および加
熱手段を設ける以外の記録ヘッドの部材構成や形成方法
は特に限定されるものではなく、従来のインクジェット
記録ヘッドにおけると同様の所望のものとしてよい。も
ちろん、ノズル数やオリフィス形状等は所望のものとし
てよいことは言うまでもない。
06を有する流体抵抗体104および加熱手段105を
、オリフィス102側から吐出エネルギー発生手段10
1、流体抵抗体104および加熱手段105の順に設け
ることが必要であるが、このような流体抵抗体および加
熱手段を設ける以外の記録ヘッドの部材構成や形成方法
は特に限定されるものではなく、従来のインクジェット
記録ヘッドにおけると同様の所望のものとしてよい。も
ちろん、ノズル数やオリフィス形状等は所望のものとし
てよいことは言うまでもない。
本発明における吐出エネルギー発生手段101としては
、従来例のインクジェット記録ヘッドにおけると同様に
液滴の吐出を行ない得るものであれば如何なるものでも
よく、具体的には例えば各種の発熱抵抗体を利用した熱
エネルギー発生手段によるもの、あるいは各種の圧電体
を利用した圧力エネルギー発生手段によるものなどが代
表的なものとして挙げられる。尚、第1図および第2図
には吐出エネルギー発生手段101の例として発熱抵抗
体が例示されている。
、従来例のインクジェット記録ヘッドにおけると同様に
液滴の吐出を行ない得るものであれば如何なるものでも
よく、具体的には例えば各種の発熱抵抗体を利用した熱
エネルギー発生手段によるもの、あるいは各種の圧電体
を利用した圧力エネルギー発生手段によるものなどが代
表的なものとして挙げられる。尚、第1図および第2図
には吐出エネルギー発生手段101の例として発熱抵抗
体が例示されている。
流体抵抗体104は、吐出エネルギー発生手段101に
より記録液に付与される吐出エネルギーの後方への流出
を防止して吐出エネルギーを有効利用すべく該手段10
1の後方に配すればよいのであるが、例えば本例の如く
複数のノズル103に記録液を有効に供給すべく液室1
07が設けられているような場合には、流体抵抗体10
4はノズル103に設けてもよいし、ノズル103後部
の液室107に設けてもよい。もちろん、液室107が
特には設けられていない場合にはノズル103内に配す
ればよいことは言うまでもない。このような流体抵抗体
104は上記の如きエネルギー損失を防止し得るもので
あれば如何なる形状、材質のものとしてもよい。また、
開口106は、記録液の流入を阻害しないように流体抵
抗体104に配すればよく、その形状あるいは開口数な
ど特に限定されるものではない。
より記録液に付与される吐出エネルギーの後方への流出
を防止して吐出エネルギーを有効利用すべく該手段10
1の後方に配すればよいのであるが、例えば本例の如く
複数のノズル103に記録液を有効に供給すべく液室1
07が設けられているような場合には、流体抵抗体10
4はノズル103に設けてもよいし、ノズル103後部
の液室107に設けてもよい。もちろん、液室107が
特には設けられていない場合にはノズル103内に配す
ればよいことは言うまでもない。このような流体抵抗体
104は上記の如きエネルギー損失を防止し得るもので
あれば如何なる形状、材質のものとしてもよい。また、
開口106は、記録液の流入を阻害しないように流体抵
抗体104に配すればよく、その形状あるいは開口数な
ど特に限定されるものではない。
加熱手段105は、上記のような吐出エネルギー発生手
段101とは別に、上記開口設置により流体抵抗体10
4に生じる吐出時のエネルギー損失を補うべく流体抵抗
体の後部に設けられるが、その材質や形状等、特に限定
されるものではなく、上記吐出エネルギー発生手段と同
様の発熱抵抗体などが利用し得る代表的なものとして挙
げられる。
段101とは別に、上記開口設置により流体抵抗体10
4に生じる吐出時のエネルギー損失を補うべく流体抵抗
体の後部に設けられるが、その材質や形状等、特に限定
されるものではなく、上記吐出エネルギー発生手段と同
様の発熱抵抗体などが利用し得る代表的なものとして挙
げられる。
尚、本発明を有効なものとするためには、加熱手段10
5は流体抵抗体104に近接して設けるのがよい。
5は流体抵抗体104に近接して設けるのがよい。
以下、吐出エネルギー発生手段101および加熱手段1
05を発熱抵抗体とした場合の記録時における動作例を
示し、本発明を更に説明する。
05を発熱抵抗体とした場合の記録時における動作例を
示し、本発明を更に説明する。
第3図(a)〜(d)は、吐出エネルギー発生手段10
1および加熱手段105の動作を説明するために、時間
を追って示した第2図のX−Y断面の概略部分図である
。
1および加熱手段105の動作を説明するために、時間
を追って示した第2図のX−Y断面の概略部分図である
。
第3図(a)は、吐出エネルギー発生手段101および
加熱手段105が非動作状態、且つ液室107よリノズ
ル103に記録液が供給された印字可能な状態における
記録ヘッドの様子である。
加熱手段105が非動作状態、且つ液室107よリノズ
ル103に記録液が供給された印字可能な状態における
記録ヘッドの様子である。
このような非動作状態(a)から、まず加熱手段105
に記録信号を送り動作状態とする。加熱手段105の動
作開始後、吐出エネルギー発生手段101の動作を開始
する。これら加熱手段105および吐出エネルギー発生
手段101の動作により記録液に熱エネルギーが供給さ
れ、この熱エネルギーにより記録液に発泡現象を生じ、
該手段105および101のそれぞれに接する部分の記
録液に第3図(b)に示す如き蒸気泡205および20
1が生成する。
に記録信号を送り動作状態とする。加熱手段105の動
作開始後、吐出エネルギー発生手段101の動作を開始
する。これら加熱手段105および吐出エネルギー発生
手段101の動作により記録液に熱エネルギーが供給さ
れ、この熱エネルギーにより記録液に発泡現象を生じ、
該手段105および101のそれぞれに接する部分の記
録液に第3図(b)に示す如き蒸気泡205および20
1が生成する。
第3図(b)は加熱手段105の動作後に吐出エネルギ
ー発生手段101を動作させた直後の記録ヘッドの様子
を示している。第3図(C)は吐出エネルギー発生手段
101(発熱抵抗体)による蒸気泡201の最大体積時
の様子であるが、第3図(C)の状態は加熱手段105
による蒸気泡205の自己収縮開始直前から直後である
ことが本発明を有効なものとするために望ましい。この
ような状態は、具体的には例えば吐出エネルギー発生手
段101に記録信号を印加する数μsec前に加熱手段
105に幅10μsec程度のパルス信号を印加するこ
とによって容易に達成することができる。
ー発生手段101を動作させた直後の記録ヘッドの様子
を示している。第3図(C)は吐出エネルギー発生手段
101(発熱抵抗体)による蒸気泡201の最大体積時
の様子であるが、第3図(C)の状態は加熱手段105
による蒸気泡205の自己収縮開始直前から直後である
ことが本発明を有効なものとするために望ましい。この
ような状態は、具体的には例えば吐出エネルギー発生手
段101に記録信号を印加する数μsec前に加熱手段
105に幅10μsec程度のパルス信号を印加するこ
とによって容易に達成することができる。
この(b)〜(C)の状態において、加熱手段105に
より形成される蒸気泡205では液滴吐出が行なわれな
い。これは、蒸気泡205の成長による作用力のオリフ
ィス方向成分が、ノズル構成壁によって記録液に生じる
流れに対する抵抗損失が大きいためである。また、加熱
手段105によって蒸気泡205を形成する目的は、吐
出を行なうことではなく、流体抵抗体104に開口を設
けたことによって生じる液滴吐出時におけるエネルギー
損失をなくし、吐出エネルギーを有効利用するための流
体ダイオードとして機能させることにあるので、吐出へ
の寄与は零でも一向にかまわない。
より形成される蒸気泡205では液滴吐出が行なわれな
い。これは、蒸気泡205の成長による作用力のオリフ
ィス方向成分が、ノズル構成壁によって記録液に生じる
流れに対する抵抗損失が大きいためである。また、加熱
手段105によって蒸気泡205を形成する目的は、吐
出を行なうことではなく、流体抵抗体104に開口を設
けたことによって生じる液滴吐出時におけるエネルギー
損失をなくし、吐出エネルギーを有効利用するための流
体ダイオードとして機能させることにあるので、吐出へ
の寄与は零でも一向にかまわない。
液滴203の形成は、吐出エネルギー発生手段101に
よる蒸気泡201が発泡成長し、自己収縮する過程で行
なわれる(第2図(d)参照)。蒸気泡201が発泡し
成長する時の作用力には液滴吐出のエネルギー損失とな
る液滴飛翔方向とは反対の液室方向成分が存在する。こ
の時、該方向への流れに対する抵抗を大きくし、液滴吐
出に寄与しない液室方向への作用力を減じてやれば、全
作用力の吐出への寄与率をあげることができる訳である
。この寄与率を向上させる方法として、流体抵抗体を設
けることが挙げられるが、単に流体抵抗体を設けるのみ
では吐出後の記録液の供給時間t2を長くしてしまう。
よる蒸気泡201が発泡成長し、自己収縮する過程で行
なわれる(第2図(d)参照)。蒸気泡201が発泡し
成長する時の作用力には液滴吐出のエネルギー損失とな
る液滴飛翔方向とは反対の液室方向成分が存在する。こ
の時、該方向への流れに対する抵抗を大きくし、液滴吐
出に寄与しない液室方向への作用力を減じてやれば、全
作用力の吐出への寄与率をあげることができる訳である
。この寄与率を向上させる方法として、流体抵抗体を設
けることが挙げられるが、単に流体抵抗体を設けるのみ
では吐出後の記録液の供給時間t2を長くしてしまう。
本発明では、流体抵抗体104に開口が設けられている
ため記録液の供給が阻害されることはなく、上記t2が
短縮されて高い緑返し駆動周波数での記録が可能となる
のである。しかも該流体抵抗体104および加熱手段1
05による蒸気泡205とがあいまって、ノズル103
の液室方向への抵抗を大きくして前記作用力の吐出への
寄与率を高くし、液滴の飛翔速度を大きく且つ安定なも
のとするのである。更に、例えば長時間の放置後におい
て吐出不良を発生するような高粘度の記録液に対しても
、流体抵抗体および加熱手段の作用によって吐出エネル
ギーの有効利用ができるため、粘性抵抗に打ち勝って液
滴を吐出させることが可能となり、記録再開直後の吐出
不良発生頻度が減少するのである。
ため記録液の供給が阻害されることはなく、上記t2が
短縮されて高い緑返し駆動周波数での記録が可能となる
のである。しかも該流体抵抗体104および加熱手段1
05による蒸気泡205とがあいまって、ノズル103
の液室方向への抵抗を大きくして前記作用力の吐出への
寄与率を高くし、液滴の飛翔速度を大きく且つ安定なも
のとするのである。更に、例えば長時間の放置後におい
て吐出不良を発生するような高粘度の記録液に対しても
、流体抵抗体および加熱手段の作用によって吐出エネル
ギーの有効利用ができるため、粘性抵抗に打ち勝って液
滴を吐出させることが可能となり、記録再開直後の吐出
不良発生頻度が減少するのである。
以下、このような動作を行なう吐出エネルギー発生手段
および加熱手段を戴積した基板の細部構成の一例と記録
ヘッドの製造方法の一例を示し、本発明を更に説明する
。
および加熱手段を戴積した基板の細部構成の一例と記録
ヘッドの製造方法の一例を示し、本発明を更に説明する
。
第4図(a)および(b)は、それぞれ本発明のインク
ジェット記録ヘッドに用いる基板の一例の平面部分図と
そのA−A断面図である。
ジェット記録ヘッドに用いる基板の一例の平面部分図と
そのA−A断面図である。
この基板1には、吐出エネルギー発生手段としての発熱
抵抗体2、液滴吐出時に上記の如くノズル後方への流れ
に対する抵抗を大きくし、記録液の後退防止をする加熱
手段としての発熱抵抗体3およびこれら各発熱抵抗体に
吐出パターンに応じた所望の電気信号を印加するための
共通電極14と個別電極15.17が設置されている。
抵抗体2、液滴吐出時に上記の如くノズル後方への流れ
に対する抵抗を大きくし、記録液の後退防止をする加熱
手段としての発熱抵抗体3およびこれら各発熱抵抗体に
吐出パターンに応じた所望の電気信号を印加するための
共通電極14と個別電極15.17が設置されている。
そして、第4図(b)に示すように、これらは例えばガ
ラス、セラミックス、Si等の所望の材質からなる基板
1上に共通電極14、絶縁保護層18、各発熱抵抗層2
.3、各個別電極15.17および絶縁保護層19を順
に積層した積層構成とされている。
ラス、セラミックス、Si等の所望の材質からなる基板
1上に共通電極14、絶縁保護層18、各発熱抵抗層2
.3、各個別電極15.17および絶縁保護層19を順
に積層した積層構成とされている。
このような基板は、例えば以下のように作成される。
まず、基板1にAu、ハL等で共通電極14を形成する
。本例では、その表面に2〜5鱗の厚さの熱酸化層を有
するSi基板1上にAuを0.5μの厚さにイオンビー
今蒸着して作成した。次に、絶縁保護層18を作成する
が、該保護層18を構成する材料としては、例えば酸化
チタン、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化モリブデン
、酸化タンタル、酸化タングステン、酸化クロム、酸化
ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化ランタン、酸化イ
ツトリウム、酸化マンガン等の遷移金属化合物、更に酸
化アルミニウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム
、酸化バリウム、酸化シリコン等の金属酸化物及びそれ
らの複合体、窒化シリコン、窒化アルミニウム、窒化ボ
ロン、窒化タンタル等の高抵抗窒化物およびこれら酸化
物、窒化物の複合体、更にアモルファスシリコン、アモ
ルファスセレン等の半導体などバルクでは低抵抗であっ
てもスパッタリング法、CVD法、蒸着法、気相反応法
、液体コーティング法等の製造過程で高抵抗化し得る薄
膜材料を挙げることが出来、その層厚としては一般に0
.1.〜5鱗、好ましくは0.2p〜3pとされるのが
望ましい。本実施例ではスパッタリング法により、厚さ
2#LfIの5i02層を作成した。
。本例では、その表面に2〜5鱗の厚さの熱酸化層を有
するSi基板1上にAuを0.5μの厚さにイオンビー
今蒸着して作成した。次に、絶縁保護層18を作成する
が、該保護層18を構成する材料としては、例えば酸化
チタン、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化モリブデン
、酸化タンタル、酸化タングステン、酸化クロム、酸化
ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化ランタン、酸化イ
ツトリウム、酸化マンガン等の遷移金属化合物、更に酸
化アルミニウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム
、酸化バリウム、酸化シリコン等の金属酸化物及びそれ
らの複合体、窒化シリコン、窒化アルミニウム、窒化ボ
ロン、窒化タンタル等の高抵抗窒化物およびこれら酸化
物、窒化物の複合体、更にアモルファスシリコン、アモ
ルファスセレン等の半導体などバルクでは低抵抗であっ
てもスパッタリング法、CVD法、蒸着法、気相反応法
、液体コーティング法等の製造過程で高抵抗化し得る薄
膜材料を挙げることが出来、その層厚としては一般に0
.1.〜5鱗、好ましくは0.2p〜3pとされるのが
望ましい。本実施例ではスパッタリング法により、厚さ
2#LfIの5i02層を作成した。
次に、発熱抵抗体層2.3を作成する。発熱抵抗体層を
構成する材料は、通電されることによって、所望通りの
熱が発生するものであれば大概の物が採用され得る。
構成する材料は、通電されることによって、所望通りの
熱が発生するものであれば大概の物が採用され得る。
そのような材料としては、具体的には例えば窒化タンタ
ル、ニクロム、銀−パラジウム合金、シリコン半導体、
或いはハフニウム、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等が好ましいものとして
挙げられる。
ル、ニクロム、銀−パラジウム合金、シリコン半導体、
或いはハフニウム、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等が好ましいものとして
挙げられる。
これ等の発熱抵抗体層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挙げることが出来、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、硼化ニオブの順である。
化物が優れたものとして挙げることが出来、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、硼化ニオブの順である。
発熱抵抗体層は、上記した材料を使用して、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
出来る。
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
出来る。
その後、フォトリソグラフィーやエツチングなどの周知
のバターニング手法を用いそ、これら各層の不要部分を
取り除いた後、電極14.15.17となる層を作成し
、上記同様のバターニング手法を用いて不要部分を取り
除き、所望とするパターンの電極層を作成する。更に、
必要に応じ、絶縁保護層19を作成する。本実施例では
絶縁保護層19として、スパッタリングにより5i02
を2鱗成膜した。
のバターニング手法を用いそ、これら各層の不要部分を
取り除いた後、電極14.15.17となる層を作成し
、上記同様のバターニング手法を用いて不要部分を取り
除き、所望とするパターンの電極層を作成する。更に、
必要に応じ、絶縁保護層19を作成する。本実施例では
絶縁保護層19として、スパッタリングにより5i02
を2鱗成膜した。
更に蒸気泡消滅時に発生する機械的衝撃力に対する耐久
性能をより高性能にする目的で、AムTa、 Ti、
Zr%Hf%V%Nb、 Mg、 St、 Mo、 W
、 Y、Laなとの金属及びそれらの合金、あるいはそ
れら金属及び合金の酸化物、炭化物、窒化物、硼化物等
を使用して保護層を設けてもよい。
性能をより高性能にする目的で、AムTa、 Ti、
Zr%Hf%V%Nb、 Mg、 St、 Mo、 W
、 Y、Laなとの金属及びそれらの合金、あるいはそ
れら金属及び合金の酸化物、炭化物、窒化物、硼化物等
を使用して保護層を設けてもよい。
尚、図には特に示さなかったが、各電極にはボンディン
グ等の方法で外部とコネクトするためのムキ出し部分が
設けである。また、前記発熱抵抗体は、目的を達成し得
る形状、大きさであれば所望のものとしてよく、各々が
異なる形、大きさでよい。しかし、本実施例においては
、駆動回路が複雑にならずにすむように、全て同じ大き
さ、形とし、幅30μ、長さ 150μとした。
グ等の方法で外部とコネクトするためのムキ出し部分が
設けである。また、前記発熱抵抗体は、目的を達成し得
る形状、大きさであれば所望のものとしてよく、各々が
異なる形、大きさでよい。しかし、本実施例においては
、駆動回路が複雑にならずにすむように、全て同じ大き
さ、形とし、幅30μ、長さ 150μとした。
以上のようにして作成したインクジェット記録ヘッド用
基板に、開口を有する流体抵抗体、ノズル、液室、液供
給口等を設け、例えば前述の第1図に例示の如き本発明
のインクジェット記録ヘッドを完成する。第5図は、こ
のような本発明のインクジェット記録ヘッドの別の例で
あり、第5図には該ヘッドの部分斜視図が示されている
。
基板に、開口を有する流体抵抗体、ノズル、液室、液供
給口等を設け、例えば前述の第1図に例示の如き本発明
のインクジェット記録ヘッドを完成する。第5図は、こ
のような本発明のインクジェット記録ヘッドの別の例で
あり、第5図には該ヘッドの部分斜視図が示されている
。
ノズル7としては、例えば感光性樹脂膜、感光性ガラス
等の感光性材料を利用して形成してもよいし、ガラスな
どの適当な平板に機械的方法、エツチング等で溝を形成
し、これを前記インクジェット記録ヘッド用基板に貼り
付ける等の方法で製造することもできる。また、この時
、液室、液供給口等を一体化して製造してもよい。本実
施例においては、感光性樹脂膜5を用い、フォトリソグ
ラフィ工程、エツチング工程によりノズル壁および液室
壁を作成し、その上に図示していない液供給日付きのガ
ラスプレート21を接合してインクジェット記録ヘッド
を構成した。
等の感光性材料を利用して形成してもよいし、ガラスな
どの適当な平板に機械的方法、エツチング等で溝を形成
し、これを前記インクジェット記録ヘッド用基板に貼り
付ける等の方法で製造することもできる。また、この時
、液室、液供給口等を一体化して製造してもよい。本実
施例においては、感光性樹脂膜5を用い、フォトリソグ
ラフィ工程、エツチング工程によりノズル壁および液室
壁を作成し、その上に図示していない液供給日付きのガ
ラスプレート21を接合してインクジェット記録ヘッド
を構成した。
ノズル7の長さは、短いほど前記t2が短くなるが、吐
出速度低下、安定性低下をひきおこすことは前述した。
出速度低下、安定性低下をひきおこすことは前述した。
本発明では開口9を有する流体抵抗体8および加熱手段
3により、該問題を解消しているのでノズルは必要なだ
け短くすることができ、記録ヘッドのコンパクト化が可
能となる。しかし、流体抵抗体8には開口9を設けるこ
とが必要である。本実施例ではノズル長さを500ul
とし、ノズル7と垂直方向に50)u+X50μの開口
9が設けられるようにノズル後方に流体抵抗体8として
の障壁を左右に2個配した。もちろん流体抵抗体は開口
を有する一体部材で形成しそもよいし、本例の如く特に
は開口を有しない2つ以上の障壁部材を用い、該部材を
用いて開口を形成するようにしてもよいものである。尚
、本例の流体抵抗体はノズル形成時にノズルと同様の感
光性樹脂膜で作成した。
3により、該問題を解消しているのでノズルは必要なだ
け短くすることができ、記録ヘッドのコンパクト化が可
能となる。しかし、流体抵抗体8には開口9を設けるこ
とが必要である。本実施例ではノズル長さを500ul
とし、ノズル7と垂直方向に50)u+X50μの開口
9が設けられるようにノズル後方に流体抵抗体8として
の障壁を左右に2個配した。もちろん流体抵抗体は開口
を有する一体部材で形成しそもよいし、本例の如く特に
は開口を有しない2つ以上の障壁部材を用い、該部材を
用いて開口を形成するようにしてもよいものである。尚
、本例の流体抵抗体はノズル形成時にノズルと同様の感
光性樹脂膜で作成した。
以上の方法で作成した第5図に例示のインクジェット記
録ヘッドに、第6図(a)および(b)に示すパルス信
号を印加し、それぞれ本発明に言う加熱手段および吐出
エネルギー発生手段としての発熱抵抗体3および2を順
次動作させた。本実施例においては、2つの発熱抵抗体
は全く同じ形、同じ抵抗値なので、同じ電圧波形で駆動
できる。
録ヘッドに、第6図(a)および(b)に示すパルス信
号を印加し、それぞれ本発明に言う加熱手段および吐出
エネルギー発生手段としての発熱抵抗体3および2を順
次動作させた。本実施例においては、2つの発熱抵抗体
は全く同じ形、同じ抵抗値なので、同じ電圧波形で駆動
できる。
電圧波形はパルス状の矩形波であり、パルス幅は10μ
secを使用した。パルス幅は、飛翔液滴の速度、繰返
し安定性の観点からは、短いほど好ましいが、短くする
ことは発熱抵抗体により大きな電圧をかける必要を生じ
、発熱抵抗体の耐久性能を短くする原因となる。また、
パルス幅を必要以上に長くすると、液滴の吐出に不要な
泡も発生するようになり好ましくない。従って、パルス
幅の選定は、上記諸点を考慮したバランス設計で決定さ
れる。パルス幅は、50μsec以下の範囲にあること
が好ましく、好適には20μsec以内、最適にはIO
μsec以内である。
secを使用した。パルス幅は、飛翔液滴の速度、繰返
し安定性の観点からは、短いほど好ましいが、短くする
ことは発熱抵抗体により大きな電圧をかける必要を生じ
、発熱抵抗体の耐久性能を短くする原因となる。また、
パルス幅を必要以上に長くすると、液滴の吐出に不要な
泡も発生するようになり好ましくない。従って、パルス
幅の選定は、上記諸点を考慮したバランス設計で決定さ
れる。パルス幅は、50μsec以下の範囲にあること
が好ましく、好適には20μsec以内、最適にはIO
μsec以内である。
動作は、次のように行なう。まず、発熱抵抗体3を第6
図(a)で示すタイミングで動作させ、蒸気泡を生成さ
せる。第7図はそのような蒸気泡の成長曲線である。図
にて明らかなように、発熱抵抗体3による蒸気泡は最大
体積の前後で急激な変化を生じず、液滴吐出における液
体ダイオードとして十分に機能する。発熱抵抗体3の蒸
気泡が該状態にある時、吐出エネルギー発生手段として
の発熱抵抗体2による蒸気泡が最大となるように、該発
熱抵抗体2に電気信号を印加”する(第6図(b)参照
)。本実施例では第6図(b)のタイミングで吐出エネ
ルギー発生手段を動作させて生じる液滴の吐出スピード
を、発熱抵抗体3による蒸気泡および流体抵抗体の存在
により、約50%前後はやくすることができた。
図(a)で示すタイミングで動作させ、蒸気泡を生成さ
せる。第7図はそのような蒸気泡の成長曲線である。図
にて明らかなように、発熱抵抗体3による蒸気泡は最大
体積の前後で急激な変化を生じず、液滴吐出における液
体ダイオードとして十分に機能する。発熱抵抗体3の蒸
気泡が該状態にある時、吐出エネルギー発生手段として
の発熱抵抗体2による蒸気泡が最大となるように、該発
熱抵抗体2に電気信号を印加”する(第6図(b)参照
)。本実施例では第6図(b)のタイミングで吐出エネ
ルギー発生手段を動作させて生じる液滴の吐出スピード
を、発熱抵抗体3による蒸気泡および流体抵抗体の存在
により、約50%前後はやくすることができた。
発熱抵抗体3および吐出エネルギー発生手段2による蒸
気泡が消滅する過程でノズルへの記録液の供給が開始さ
れるが、開口の存在により記録液の供給時間が短縮され
、最高10KHzの繰返し周波数を得ることができた。
気泡が消滅する過程でノズルへの記録液の供給が開始さ
れるが、開口の存在により記録液の供給時間が短縮され
、最高10KHzの繰返し周波数を得ることができた。
また、発熱抵抗体3による蒸気泡および流体抵抗体によ
り、吐出に係るエネルギーが増加するため、長時間の放
置後における記録液の粘度上昇による吐出不良を防止す
ることができ、長時間放置後にも安定な記録を行ない得
るようになった。
り、吐出に係るエネルギーが増加するため、長時間の放
置後における記録液の粘度上昇による吐出不良を防止す
ることができ、長時間放置後にも安定な記録を行ない得
るようになった。
第8図に、このような本発明のインクジェット記録ヘッ
ドを用いたインクジェット記録装置の一例としてのイン
クジェットプリンターを示す。
ドを用いたインクジェット記録装置の一例としてのイン
クジェットプリンターを示す。
尚、第8図のプリンターは第S図に例示の記録ヘッドを
利用したものである。
利用したものである。
このプリンターは、キャリッジ21に搭載した記録ヘッ
ド20をレール22および23上で左右に移動させなが
ら記録液を吐出させ、記録液のトッドマトリックスによ
フて記録媒体に文字を印字するもので、25は記録媒体
としての紙、24は記録媒体を支持するプラテンである
。このプリンターを用いて印字を行なったところ、長時
間放置後にも吐出不良を生じることはなく、また印字品
位の優れた記録画像を得ることができた。
ド20をレール22および23上で左右に移動させなが
ら記録液を吐出させ、記録液のトッドマトリックスによ
フて記録媒体に文字を印字するもので、25は記録媒体
としての紙、24は記録媒体を支持するプラテンである
。このプリンターを用いて印字を行なったところ、長時
間放置後にも吐出不良を生じることはなく、また印字品
位の優れた記録画像を得ることができた。
[作用]
本発明では、開口を有する流体抵抗体および該抵抗体の
後方に吐出エネルギー発生手段とは別の加熱手段を設け
ることにより、液滴の飛翔速度を大きくすることができ
、これによって飛翔が安定化し、記録媒体への着弾位置
の誤差が小さくなり、記録品位が向上した。また、吐出
エネルギーを記録液に有効に付与し得るようになったの
で、長時間放置後にも安定な吐出を行なえるようになり
、インクジェット記録ヘッドの信頼性を向上させること
ができた。
後方に吐出エネルギー発生手段とは別の加熱手段を設け
ることにより、液滴の飛翔速度を大きくすることができ
、これによって飛翔が安定化し、記録媒体への着弾位置
の誤差が小さくなり、記録品位が向上した。また、吐出
エネルギーを記録液に有効に付与し得るようになったの
で、長時間放置後にも安定な吐出を行なえるようになり
、インクジェット記録ヘッドの信頼性を向上させること
ができた。
[発明の効果]
以上に説明した如く、本発明によって、液滴吐出の高速
応答性と吐出安定性に優れた新規なインクジェット記録
ヘッドを提供し得るようになった。
応答性と吐出安定性に優れた新規なインクジェット記録
ヘッドを提供し得るようになった。
第1図乃至第2図は、本発明のインクジェット記録ヘッ
ドの一例の概略的構成を説明する図であり、それぞれ第
1図は該ヘッドの斜視図、第2図は該ヘッドの部分平面
図、第3図(a)〜(d)は吐出エネルギー発生手段と
加熱手段の動作例を説明するために時間を追って示した
第2図のX−Y断面の部分概略図、第4図(a)および
(b)はそれぞれ本発明のインクジェット記録ヘッドに
用いる基板の一例の平面部分図とそのA−A断面図、第
5図は本発明のインクジェット記録ヘッドの別の例の概
略的説明図、第6図(a)および(b)は本発明のイン
クジェット記録ヘッドに印加するパルス信号パターンの
一例を示す図、第7図は加熱手段による蒸気泡の成長曲
線の一例を示す図、第8図は本発明のインクジェット記
録ヘッドを用いたインクジェットプリンターの一例を説
明する図である。 1;基板 101:吐出エネルギー発生手段 102;オリフィス 103;ノズル104;流体
抵抗体 105;加熱手段106;開口
1o7;液室108;液供給口
ドの一例の概略的構成を説明する図であり、それぞれ第
1図は該ヘッドの斜視図、第2図は該ヘッドの部分平面
図、第3図(a)〜(d)は吐出エネルギー発生手段と
加熱手段の動作例を説明するために時間を追って示した
第2図のX−Y断面の部分概略図、第4図(a)および
(b)はそれぞれ本発明のインクジェット記録ヘッドに
用いる基板の一例の平面部分図とそのA−A断面図、第
5図は本発明のインクジェット記録ヘッドの別の例の概
略的説明図、第6図(a)および(b)は本発明のイン
クジェット記録ヘッドに印加するパルス信号パターンの
一例を示す図、第7図は加熱手段による蒸気泡の成長曲
線の一例を示す図、第8図は本発明のインクジェット記
録ヘッドを用いたインクジェットプリンターの一例を説
明する図である。 1;基板 101:吐出エネルギー発生手段 102;オリフィス 103;ノズル104;流体
抵抗体 105;加熱手段106;開口
1o7;液室108;液供給口
Claims (1)
- (1)記録液を吐出させるための液体吐出口と、該記録
液に吐出エネルギーを供給する吐出エネルギー発生手段
を備えた液体噴射記録ヘッドにおいて、前記液体吐出口
の反対側に前記吐出エネルギー発生手段とは別に加熱手
段を有し、該吐出エネルギー発生手段と加熱手段との間
に、開口を有する流体抵抗体を設置したことを特徴とす
る液体噴射記録ヘッド。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61009990A JPS62169657A (ja) | 1986-01-22 | 1986-01-22 | 液体噴射記録ヘツド |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61009990A JPS62169657A (ja) | 1986-01-22 | 1986-01-22 | 液体噴射記録ヘツド |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62169657A true JPS62169657A (ja) | 1987-07-25 |
Family
ID=11735302
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61009990A Pending JPS62169657A (ja) | 1986-01-22 | 1986-01-22 | 液体噴射記録ヘツド |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62169657A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5053787A (en) * | 1988-01-27 | 1991-10-01 | Canon Kabushiki Kaisha | Ink jet recording method and head having additional generating means in the liquid chamber |
| US5479196A (en) * | 1990-02-26 | 1995-12-26 | Canon Kabushiki Kaisha | Ink jet recording apparatus and method of recovery ink discharging condition of the same |
| US5886716A (en) * | 1994-08-13 | 1999-03-23 | Eastman Kodak Company | Method and apparatus for variation of ink droplet velocity and droplet mass in thermal ink-jet print heads |
| WO1999037486A1 (en) * | 1998-01-23 | 1999-07-29 | Kim Chang Jin | Apparatus and method for using bubble as virtual valve in microinjector to eject fluid |
| US5943073A (en) * | 1993-01-01 | 1999-08-24 | Canon Kabushiki Kaisha | Ink jet recording apparatus and method |
| US6213592B1 (en) * | 1996-06-07 | 2001-04-10 | Canon Kabushiki Kaisha | Method for discharging ink from a liquid jet recording head having a fluid resistance element with a movable member, and head, head cartridge and recording apparatus using that method |
| US6260962B1 (en) * | 1991-01-19 | 2001-07-17 | Canon Kabushiki Kaisha | Liquid jetting device having a mechanism for introducing a bubble into a liquid chamber and recording apparatus using the device |
| CN100446977C (zh) * | 2004-08-11 | 2008-12-31 | 明基电通股份有限公司 | 流体喷射装置 |
-
1986
- 1986-01-22 JP JP61009990A patent/JPS62169657A/ja active Pending
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