JPS6246358B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はノンインパクト記録方法及び装置に関
し、特に液体噴射複写機やフアクシミリプリンタ
ーの如き装置に用いるのに好適な小滴を吐出噴射
する形式の所謂液体噴射記録方法及び装置に関す
るものである。さらに云えば、太字の太さを変え
てプリントしたり、階調画像を再現記録する方法
及び装置に関する。

ノンインパクト記録法は、記録時に於ける騒音
の発生が無視し得る程度に極めて小さいという点
に於いて、最近関心を集めている。その中で高速
記録が可能であり、しかも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エツ
ト記録法は、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。

例えば記録媒体液と吐出オリフイス前方に配置
されている電極との間に電界を掛けて静電的に吐
出オリフイスより記録媒体液の小滴を吐出飛翔さ
せる所謂電界制御方式がある。又別の方式で、記
録媒体液に連続振動を与えて小滴を発生させると
ともに、外部信号に従つて小滴を帯電制御し、一
様に電界が掛けられている偏向電極間を飛翔させ
て記録を行なう帯電量制御方式がある。又別の方
式で、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つて小滴の霧化
状態を制御する所謂霧化制御方式もある。さらに
は、外部信号に従つて、ピエゾ振動素子の機械振
動を記録媒体液に与えて小滴吐出させる所謂オン
デマンドピエゾ振動方式もある。

霧化制御方式は階調再現には優れた特長を有す
るがカブリが生ずること及び記録ヘツドが複雑に
なること、さらに、記録に供されない記録媒体液
の回収が必要であること等の諸問題が存する。他
の方式で階調画像を再現する為には、単位面積当
りの記録媒体液滴数を変えるか、又は液滴径を変
える必要があるが前者の方法では記録時間が長く
かかるといつた問題があるし、後者の方法では未
だ充分な階調が得られていないのが実状である。
本発明出願人はこれ等従来とは根本的に思想を異
にする全く新規な記録媒体液小滴の発生法及び装
置を特願昭52−118798号に於て提示した。

本発明は上記発明に改良を加え、簡便に液滴径
を制御して記録する方法及び装置、さらには階調
画像を再現する方法及び装置を提供する事を目的
とする。

本発明は、、記録媒体液を吐出するために設け
られた吐出オリフイスに連通する液室中に供給さ
れた記録媒体液の一部に熱による状態変化を与
え、該状態変化に基づいて記録媒体液の一部を前
記吐出オリフイスより吐出して飛翔的液滴を形成
し、該液滴を記録部材に付着させて記録を行なう
熱エネルギーにより記録媒体液吐出記録方法であ
つて、前記一つの液室中に供給された記録媒体液
を熱する位置に設けられた複数個の発熱体から記
録すべき情報を表わす信号のレベルに応じて所定
数の発熱体を選択して駆動することにより記録を
行なう熱エネルギーによる記録媒体液吐出記録方
法を提供することを目的とする。

又、本発明は、記録媒体液を所定の方向に吐出
するための吐出オリフイスと記録媒体液を供給す
るための供給口とを有する液室と該一つの液室中
に供給された記録媒体液の一部に熱エネルギーを
作用させる位置に設けられ、液室中にある液体の
一部を熱して状態変化を生起させ該状態変化に基
づいて前記吐出オリフイスから記録媒体液を吐出
させて飛翔的液滴を形成するための複数の発熱体
とを備えた記録ヘツドと、記録すべき情報を表わ
す信号のレベルに応じて所定数の発熱体を選択し
て駆動するための制御回路とを有する熱エネルギ
ーによる記録媒体液吐出記録装置を提供すること
を目的とする。

本発明の記録装置は構造上極めて簡単であつ
て、微細加工が容易に出来る為に記録ヘツド自体
を従来に較べて格段に小型化し得、又記録速度を
損なわずに、しかも簡便に液滴径を変化させた記
録が出来るので太さの異なる文字印字や、階調性
の高い画像記録が得られる。以下本発明を図面に
従つて具体的に詳述する。

第１図は本発明の記録ヘツドによる記録原理を
説明する為の説明図である。

記録ヘツドを構成する先端をノズルに形成した
液室１_１内には、ポンプ等の適当な加圧手段又は
静水圧によつて、それだけではオリフイス１_２よ
り吐出されない程度で圧力Ｐが加えられて、記録
媒体液１_３が供給されている。今オリフイス１_２
よりｌの距離の液室１_１内にある記録媒体液１_3a
が幅△ｌの部分において、図示されない微小発熱
体から熱エネルギーの作用を受けると記録媒体液
１_3aの発熱体に近接した部分に状態変化が生じそ
の結果液室１_１内の圧力が高まり液室１_１の幅ｌ
内に存在する記録媒体液１_3bの一部分がオリフイ
ス１_２より吐出されて被記録部材１_４方向に飛翔
して、被記録部材１_４上の所定位置に付着する。
而して発熱体の発熱が停められると記録媒体液１
_3a中の前記幅△ｌの部分には後続記録媒体液が補
給される。記録媒体液１_３に熱エネルギーを時間
的に不連続化して作用させ、その作用させる熱エ
ネルギーに記録情報を担わせることが出来る。す
なわち記録情報信号に従つて、発熱体をパルス的
に発熱させるので、記録媒体液１_3a中に状態変化
が発生してオリフイス１_２より吐出噴射する小滴
１_５は何れも記録情報を担つており、従つてそれ
等の総てが被記録部材１_４に付着して所望の記録
が行なわれる。オリフイス１_２より吐出されて飛
翔する記録媒体液の小滴１_５の大きさは、作用さ
せる熱エネルギー量、ノズル１_２内に存在する記
録媒体液の熱エネルギーの作用を受ける部分１_3a
の幅△ｌの大きさ、ノズル１_２の内径ｄ、オリフ
イス１_２の位置より熱エネルギーの作用を受ける
位置迄の距離ｌ、記録媒体液に加えられる圧力
Ｐ、記録媒体液の比熱、熱伝導率、及び熱膨張係
数等に依存する。

本発明は、上記原理に基づき入力される信号に
従つて、記録媒体液の熱エネルギーの作用を受け
る部分１_3aの幅△ｌの大きさを制御して飛翔小滴
の大きさを変えて記録する具体的な方法及び装置
を提供する。

次に本発明を第２図以下の実施例にもとづいて
説明する。

第２図乃至第４図に示すように発熱体を含む発
熱体基板１はヒートシンク２上に設置され、表面
を溝付プレート３に被われて、発熱体基板１と溝
付プレート３との接合部に於いて液室１１を形成
している。一方溝付プレート３にはインクを供給
する為のインク供給口４と、インク供給時の気泡
除去及びヘツド特に液室１１の清掃を容易にする
ことを目的とした栓５が設けられている。さらに
液室１１の先端にはオリフイス板６が設けられて
いる。

第３図は発熱体基板１を説明するもので同図中
発熱体基板１上には保温特性と平滑性を目的とし
た図示されないベース層があり、その上に複数個
の発熱体７_１乃至７_５、選択電極８_１乃至８_５、
共通電極９、及び破線で示した絶縁保護層１０が
形成されている。具体的な一実施態様を説明すれ
ばまずAl₂O₃基板上にベース層としてSiO₂をスパ
ツタリングし、次いで発熱体としてZrB₂、電極
としてAlを積層した後、選択ホトエツチングで
発熱体を形成し、続いでSiO₂をスパツタリング
して絶縁保護層として形成された。発熱体の大き
さは例えば長さ（ノズルの幅方向）150μｍ）幅
（ノズルの吐出方向）200μｍ程度の大きさであ
る。

選択電極８_１乃至８_５と共通電極９間に電圧が
印加されると発熱体７_１乃至７_５は通電され発熱
する。

第４図は、本発明の記録ヘツドの構造及び動作
を説明する為の図である。溝付プレート３には図
中誇張して示されているが微細な溝が設けられて
おり、この溝は、溝付プレート３と発熱体基板１
の接合によつて液室１１を形成する。また、溝付
プレート３上には供給口４が設けられている。供
給口４には微細なゴミ等を除去する為のフイルタ
１２、該フイルタを保持するためのフイルター保
持ブロツク１３、外部からインクを供給する為の
パイプ１４を保持するパイプ導入ゴム１５、及び
該ゴムを保持する為の保持部材１６とが図示の如
く設けられる。さらに溝付プレート３にはインク
導入時の気泡除去及び清掃を目的とした開口が設
けられておりＯリング１７及び栓５によつて閉じ
られている。さらに液室１１の先端にはオリフイ
ス板６が設けられているが、該オリフイス板６は
所望の形状の小滴を得る為のもので液室１１の先
端自体をオリフイスに形成している場合は必ずし
も必要でない。

第４図に於て誇張して示す如く発熱体は液室１
１の長手方向に複数個７_１乃至７_５が並べられ、
これに通電されるとその発熱により接しているイ
ンクが状態変化をおこす。この状態変化は液体膨
張および気化を含むもので、図中これを模式的に
気泡１８として示す。この気泡１８が発生する事
によつて液室１１内の圧力が高まりオリフイス板
６からはインクの小滴１９が吐出する。しかも、
以下に述べる様な制御によつて、異なる径のイン
ク小滴が吐出される事が確認された。発熱体７_１
乃至７_５を同一面積にした場合通電する個数を変
える事により発生する気泡１８の総体積が変わ
り、従つて吐出される小滴径が変わる。これは通
電する個数によつて発熱体の表面積が変わる為に
結果として気泡１８の総体積が変わる為である。
この事は別の実施例で異なる面積の発熱体を複数
個液室の長手方向に並べて選択通電した実験でも
確認された。すなわち異なる面積の発熱体を複数
個発熱体基板上に形成し、この発熱体を選択して
通電したところ、吐出する小滴径が異なる事実が
確認されたのである。

以上に述べた制御の態様を第５図に示す。縦軸
に小滴の径を横軸にドライブする発熱体の個数を
とつてプロツトしたところ曲線ａが得られた。さ
らにパルス幅かつ又はパルス振幅を大きくして熱
エネルギーを大きくしたところ曲線ｂが得られ
た。曲線ｃは小滴吐出を得るに必要な最小熱エネ
ルギーでの特性を示す曲線である。横軸の発熱体
の個数は、発熱体の面積を意味するものである。

次に本発明のドライブ方法について説明する。
第６図は発熱体のドライブ個数を変えて駆動する
為の制御回路を示すブロツク図である。入力端子
２０から入力した入力信号は各バツフア回路２１
_１乃至２１_５を経てコンパレータ２２_１乃至２２
_５に導かれる。コンパレータ２２_１は１番低い入
力信号レベルで出力するものでコンパレータ２２
_５は最も大きな入力信号レベルで初めて出力する
ものである。各コンパレータ２２_１乃至２２_５か
ら出力された信号はドライブ回路２３_１乃至２３
_５に入る。各ドライブ回路２３_１乃至２３_５は出
力の所望のパルス幅及びパルス振幅にセツトされ
ている。ドライブ回路からの電圧又は電流は出力
端子２４_１乃至２４_５から各選択電極に接続され
各発熱体をドライブする。今ドライブ回路のパル
ス幅パルス振幅をすべて同一にしておくと低いレ
ベルの入力信号では端子２４_１からのみ出力さ
れ、大きなレベルでは端子２４_１，２４_２，２４
_３，２４_４，２４_５がすべて導通状態となり、各
入力信号レベルに応じて、ドライブする発熱体の
個数が変わる。

さらにドライブ回路２３_１乃至２３_５が第１番
から第５番の順にパルス幅、パルス振幅を大きく
なるように調整されているとさらに大きな小滴径
の変化が得られる。

次に第２のドライブ方法を第７図を用いて説明
する。同図は複数の発熱体の面積が異なる時に、
発熱体を選択して駆動するのに用いられる。制御
回路を示すブロツク図である。すなわち入力信号
レベルに応じて端子２４_１乃至２４_５のいずれか
１つのみが駆動状態になる。コンパレータ２２_１
乃至２２_５及びゲート回路２５_１乃至２５_５はそ
の為の回路である。

例えば、発熱体の面積が異なつて形成されたヘ
ツドで端子２４_１に接続された発熱体が最も小さ
く端子２４_５には最も大きい面積の発熱体が接続
されているとすると入力信号レベルによつて、端
子２４_１から端子２４_５まで選択して駆動状態に
なる。いずれのドライブ方法も入力信号をアナロ
グの場合で説明したがレベルを示すデイジタルの
信号が入力される様な形態では、コンパレータは
不要でありドライブ回路が信号に従つたゲートを
受けて選択されて駆動される。

以上説明した様に本発明により、入力信号に従
つて記録媒体液を加熱する熱作用面積を制御する
ことにより、記録媒体液中に異なる体積変化を生
ぜしめ液滴径を制御した記録が出来た。すなわち
プリンターとしての応用では線の太さを変えた記
録が出来、また階調画像記録に於て、記録速度を
損なわずに良好な再現が可能となつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の記録ヘツドによる記録原理
図、第２図は、本発明の記録ヘツドの斜視図、第
３図は、本発明による発熱体基板図、第４図は、
本発明による記録ヘツド説明図、第５図は、等熱
作用面積発熱体の個数と吐出小液滴径の相関図、
第６図は、本発明による発熱体の駆動回路図、第
７図は、本発明による発熱体の駆動回路図であ
る。 １_１……液室、１_２……オリフイス、１_３……
記録媒体、１_４……被記録部材、１_５……記録小
滴、１……発熱体基板、２……ヒートシンク、３
……溝付プレート、４……インク供給口、５……
栓、６……オリフイス板、７_１〜７_５……発熱
体、８_１〜８_５……選択電極、９……共通電極、
１０……絶縁保護層、１１……液室、１２……フ
イルタ、１３……保持ブロツク、１４……パイ
プ、１５……パイプ導入ゴム、１６……保持部
材、１７……Ｏリング、１８……状態変化部（気
泡）、１９……小滴、２０……入力端子、２１_１
〜２１_５……バツフア回路、２２_１〜２２_５……
コンパレータ、２３_１〜２３_５……ドライブ回
路、２４_１〜２４_５……出力端子、２５_１〜２５
_５……ゲート回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 記録媒体液を吐出するために設けられた吐出
   オリフイスに連通する液室中に供給された記録媒
   体液の一部に熱による状態変化を与え、該状態変
   化に基づいて記録媒体液の一部を前記吐出オリフ
   イスより吐出して飛翔的液滴を形成し、該液滴を
   記録部材に付着させて記録を行なう熱エネルギー
   による記録媒体液吐出記録方法であつて、前記一
   つの液室中に供給された記録媒体液を熱する位置
   に設けられた複数個の発熱体から記録すべき情報
   を表わす信号のレベルに応じて所定数の発熱体を
   選択して駆動することにより記録を行なうことを
   特徴とする熱エネルギーによる記録媒体液吐出記
   録方法。 ２ 記録媒体液を所定の方向に吐出するための吐
   出オリフイスと記録媒体液を供給するための供給
   口とを有する液室と該一つの液室中に供給された
   記録媒体液の一部に熱エネルギーを作用させる位
   置に設けられ、液室中にある液体の一部を熱して
   状態変化を生起させ該状態変化に基づいて前記吐
   出オリフイスから記録媒体液を吐出させて飛翔的
   液滴を形成するための複数の発熱体とを備えた記
   録ヘツドと、記録すべき情報を表わす信号のレベ
   ルに応じて所定数の発熱体を選択して駆動するた
   めの制御回路とを有することを特徴とする熱エネ
   ルギーによる記録媒体吐出記録装置。