JPS6328027B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、一般にインクと呼ぶ、記録液を種々
の方式によつて小滴化し、このインク小滴の被記
録面への付着を以つて記録を行うインクジエツト
記録装置に適用される記録ヘツド部の構成に関す
る。

現在、知られる各種、記録方式の中でも、記録
時に、騒音の発生がほとんどないノンインパクト
記録方式であつて、且つ、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、
極めて有用な記録方式であると認められている。
このインクジエツト記録法に就いては、これ迄に
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。

インクジエツト記録法は、要するに、インクと
称される記録液の液滴（droplet）を吐出、飛翔
させ、それを紙等の被記録部材に付着させて記録
を行うものである。そして、インク滴の発生法及
び生じたインク滴の飛翔方向を制御する為の制御
方法等により、このインクジエツト記録法は、幾
つかの方式に大別される。それ等の中で、代表的
な方式の一つは、例えばUSP3596275（Sweet方
式）、USP3298030（Lewis and Brown方式）等
に開示されている方式であつて、連続振動発生法
によつて帯電量の制御されたインク滴流を発生さ
せ、この帯電量の制御されたインク滴流を一様の
電界が掛けられている偏向電極間を飛翔させるこ
とで、液滴の飛翔軌道を制御しつつ紙等の被記録
部材上に記録を行うものである。そして、この方
式は一般にコンテイニアス方式とも略称されてい
る。

これと対比される代表的な他の方式は、例えば
USP37447120に開示されている方式（Stemme方
式）である。この方式は、記録のためのインクを
吐出するオリフイスを有する記録ヘツドに付設さ
れているピエゾ振動素子に、電気的な記録信号を
付与し、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、その機械的振動に従つて必要
時毎に前記オリフイスよりインク滴を吐出飛翔さ
せて被記録部材に付着させることで記録を行うも
のである。

これが、所謂、オンデイマンド方式である。
又、別に、これらの方式とは原理・思想を異にす
る新規記録方式も、本件出願人の先願（つまり、
例えば特願昭52−118798号（特開昭54−59936
号））に於いて提案されており、その中の一つの
記録法は次に概説する通りである。つまり、作用
室中に導入されたインクに対して、情報信号とし
て熱的パルスを与え、前記インクが状態変化をお
こすことによつて生じる作用力に従つて、先の作
用室に連通したオリフイスより前記インクを液滴
にして吐出・飛翔せしめ、これを紙等の被記録部
材に付着させて記録を行う方式である。

ところで、以上に例示した各種インクジエツト
記録方式に就いて、何れにも共通する、解決され
るべき技術的課題が今もなお残されている。

その中でも特に重要な課題は、より高速のイン
クジエツト記録を行う目的から、記録ヘツドのマ
ルチアレイ化、並びに、高密度集積化技術を確立
することである。

しかも、その場合、吐出するインク滴の大きさ
や、その吐出速度或は吐出方向が常時、一様とな
るような記録ヘツドを構成することが大切なこと
とされる。

しかしながら、現状に於いては、記録ヘツドが
マルチアレイ型式の場合、インク滴噴射ノズル間
に相互干渉が起こり、記録品位を低下させること
がなくはなかつた。

つまり、マルチアレイ型式の記録ヘツドに於い
ては、一つのインク滴噴射ノズルに生じた圧力波
が隣接する他のノズル内のインクに伝播して、そ
れが別のノズルから吐出するインク滴の大きさに
変動を与えたり、インク滴の吐出速度を変化させ
たり、吐出のタイミングを狂わせる等々の不都合
をもたらすことが、なくはなかつた。

そこで、本発明の主たる目的は、マルチアレイ
型式のインクジエツト記録ヘツドに就いて、従来
指滴されている不利を解消して信頼性の高い高密
度マルチアレイ型式の記録ヘツドを提供するこ
と、換言すれば、その作用部が高密度に集積さ
れ、且つ、実用上の信頼性が高いインクジエツト
記録ヘツドを提供することである。

本発明の別の目的は、高速度で安定して良品位
の記録を長期に亘つて保証する新規構成の記録ヘ
ツドを提供することにある。

又、本発明に於いては、細密にして高精度に加
工された記録ヘツドを提供することも他の目的で
ある。

而して、これ等の目的を達成する本発明は、記
録液を吐出するための複数のオリフイス、各対応
するオリフイスに連通した複数の流路、及びこれ
らの流路に前記記録液を供給するための液室とを
有し、該液室の内壁面に微小凹凸が設けられてい
ることを特徴としている。

つまり、本発明の記録ヘツドでは、所定のノズ
ル（液路）内のインクに生じた圧力波の中で、イ
ンク供給系側に伝播する成分が液路の内壁面で反
射され、再度、その波動がインク噴射ノズル（液
路）内に在るインクに伝播するのを実質的に完全
に防止できるように、記録ヘツドの内部構造に改
良を加えたものである。

本発明では、インク供給系側からの所謂、戻り
波動が乱反射されて解消される構造になつている
から、マルチアレイ型式の記録ヘツドにおいて、
所謂、クロストークの発生は全くなく、信号入力
のないノズル（液路）が隣接液路室への入力信号
の影響を受けてインク滴を吐出させたり、隣接ノ
ズル相互間で、インク滴吐出作用に干渉が見られ
たりして、吐出インク滴による印字に不要な汚
れ、欠損部、或は乱れ等を残すと言つた不都合は
生じない。

以下、図示具体例に従つて、本発明を詳細に説
明する。

なお、以下の図示例では、インクに熱エネルギ
ー信号を与えてインク滴の噴射を行う型式の記録
ヘツドに限つて説明するが、本発明の範囲をこの
型式のものに限定するものではなく、別の記録ヘ
ツド型式を採用することは、本発明に於いて任意
である。

先ず、第１図及び第２図を用いて、本発明に係
るインク滴噴射ノズルの構成例とそのインク滴噴
射原理に就いて説明しておく。

第１図は、インク滴噴射ノズルの１形態を示す
模式的斜視図である。このノズルは主に、発熱体
設置基板１と別の基板３とから構成されている。
そして、発熱体設置基板１の表面に発熱部２が設
けられている。又、基板３の材料としては、ガラ
ス、セラミツクス或いには耐熱性プラスチツク等
が用いられる。基板３には、吐出前のインクを収
容する液路４′及び吐出オリフイス５を構成する
長尺溝が予め形成してあり、この基板３と前記発
熱体設置基板１とは、発熱部２と溝４の位置合せ
をした後、接着剤によつて接合して一体化され
る。次に、この図示装置に係るインク滴噴射原理
に就いて簡単に述べる。第２図は、第１図に於け
る溝４の軸線に沿つた模式的断面図である。記録
用インクIKは、図中矢印で示される様に液路
４′内へ供給されている。今、液路４′内の１部に
付設された発熱部２に対して外部から電気信号が
付与されると、発熱部２は発熱し、その近傍のイ
ンクIKに熱エネルギーを与える。熱エネルギー
を受けたインクIKは体積膨張或いは気泡の発生
等の状態変化を起こして圧力変化を生じじ、この
圧力変化が吐出オリフイス５の方向に伝わり、イ
ンクIKが小滴１０となつて吐出する。勿論この
際、圧力の一部は、前記と逆の方向にも伝播す
る。そして、この小滴１０が不図示の紙等、任意
の被記録材に付着することによつて記録が為され
る。第２図に於いては、発熱体設置基板１の詳細
構造も図示されており、この発熱部２は、アルミ
ナ等の基板６上に、蓄熱層７、発熱抵抗体、１
１、電極８を順次薄膜形成技術によつて積層し、
発熱抵抗体１１及び電極８を所定の形状にパター
ニングした後、更に金属酸化物から成る保護層９
を積層して構成される。そして、この発熱部２は
液路４′内に露出する構成となつている。発熱部
２において、インクIKが直接接するのは保護層
９であるが、この保護層９は発熱抵抗体１１が直
接にインクIKと接触して酸化されたり、逆に、
インクIKが電気分解されるのを防いでいる。こ
の保護層９の厚さは、インク滴吐出の熱応答性、
或はエネルギー効率の良否を左右するから、でき
るだけ薄い方が望ましい。

次に、叙上の所謂、シングルオリフイスタイプ
のインク滴噴射記録ヘツドをマルチオリフイスタ
イプの記録ヘツドに変更した場合の構成図を第３
図、第４図に示して考察する。

第３図においては、発熱体設置基板１２の表面
に複数個の発熱部１３が設けられている。なお、
基板１２の材料としては前述の如くアルミナ等が
使用される。各発熱部１３には、アルミニウム等
を蒸着して得られる電極リード１４，１４′が設
けられる。更に、これらの上に必要に応じて不図
示のSiO₂等を保護層として設ける。更にこの基
板１２上には、複数の溝１６を有する溝フタ１５
が、各発熱部１３上に、各溝１６が来る様に重置
され接合される。

第４図に基板１２と溝フタ１５が接合したマル
チノズル構成部分１７が示される。マルチオリフ
イスタイプの記録ヘツドを完成するためには、こ
の構成部分１７に、インク供給管１８、泡抜き管
１９，１９′を備えたインク供給の液室用ブロツ
クによつて形成される液室２０を接合する。

こうして作成した記録ヘツドを用いてインク滴
噴射記録を行つたところ前述の如きクロストーク
等の不都合な点が生じる場合があつた。即ち、複
数の吐出オリフイス２１よりのインク滴吐出が連
続にわたつたり、２つ以上のオリフイス２１が作
動してインク滴吐出を行う場合等、次第に後続の
インク滴の吐出が不安定になる事実が判明した。
そのために、得られるインク滴による画像の品位
は、非常に低下したものになつてしまう場合があ
つた。

そこで本発明者は、これらの原因が、気泡の発
生、消滅に伴つたインクに加わつた圧力波の反射
波であることをつきとめ、更にこの反射波を防ぐ
にはインク供給の液室２０の内壁に微細な凹凸を
つけ、圧力波の伝播方向を分散させることが最良
であることを見出し、本発明に至つた。そして具
体的に液室２０の内壁に凹凸をつける方法として
は壁材料自体を加工して凹凸面にする方法と、凹
凸をつけた薄片を内壁面に貼付する方法の２方法
がある。

又、凹凸の程度は、パターンとして規則的ある
いは不規則的に10μｍから２mmの範囲のものが良
く又、この凹凸の高低の程度としては、基準面か
ら±10μｍ〜２mmの範囲のものが好適である。又
凹凸の形状は円錘状、三角錘状、四角錘状等多角
形状が良いこともわかつた。但し、凹凸の形状
は、波状、円柱状等の形状でも良く、その形状
は、本発明に於いて本質的な問題ではない。本発
明に於いて、液室２０の内壁面を構成する材料と
しては、ガラス、金属、セラミツクス等の無機材
料の他高分子材料等の有機材料をも用いることが
できるが、いずれにせよインクを接するため耐溶
剤性、耐薬品性の高いものを選択しなければなら
ない。

以下実施例をもつて本発明を更に詳述する。

実施例 １ 厚み0.5mmの研磨ガラスに溝巾0.03mmピツチ、
0.15mm、深さ0.03mmで溝入れした後、溝巾0.1mm、
ピツチ0.15mm、深さ0.1mmで溝入れする。しかる
後、直交方向に再び溝入れを行うと、第５図ｂの
如き断面形状を持つ凹凸パターンが得られる。こ
れを所定寸法に切断し第４図に示す液室２０の内
壁にエポキシ樹脂を用いて接着した。次いで、こ
の液室２０の構成部分を前述とほゞ同様の方法で
作成した下記の詳細構造のマルチノズル部分に接
合して記録ヘツドを完成させた。しかる後、下記
条件でインク滴吐出実験を行つたところ、10⁹回
の連続吐出が安定して為された。

液室大きさ 巾 ６mm（ノズル直交方向） 長さ ３mm 高さ １mm マルチノズル １本の巾 40μｍ 長さ ２mm 深さ 40μｍ ピツチ 125μｍ 本数 32本 電極 巾 40μ長さ150μ 吐出条件 インク；メチレンブルエタノール２％溶液 電圧；19V パルス巾；10μsec 周期；200μsec 実施例 ２ 実施例１で得られた凹凸パターン上に無電解メ
ツキ処理を行い、これを電極にクロムおよび銅を
電着し、マスターを作成した。このマスター版を
もとに、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、塩化ビニ
ル樹脂、ABS樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン
樹脂、フツ素樹脂、ポリイミド樹脂からなるフイ
ルムに凹凸パタンを作成した。各々の樹脂フイル
ムは厚み0.3mmで片側は平面状になつている。こ
れを実施例１と同様にインク供給の液室２０の内
壁に接着し、実施例１と同様に記録ヘツドを組立
て、各々のヘツドを用いて実施例１と同一条件で
インク滴吐出実験を行つたところ、何れの場合も
実施例１と同様の良好な結果を得た。

実施例 ３ 感光性樹脂；ダイクリル（デユポン社製）及び
リストン（デユポン社製）を用い、これ等に第６
図に示すパタンを紫外線で焼付けた後現像し凹凸
パタンを得た。ただしフイルム厚は200μｍであ
る。

凹凸パタンを作成後、実施例２と同様に液室内
壁に貼付し実施例１とインクを変え、下記条件で
インク滴の吐出実験を行つたところ、良好な結果
が得られた。

インク組成 水 70重量部 ジエチレングリコール 29 〃 黒色染料 １ 〃 駆動条件 電 圧 22V パルス巾 10μsec パルス周期 500μsec なお、凹凸パターンの形状を第５図ａ、第５図
ｃに略示した断面形状のものに代える他は全く同
じ実験を行つたが、上記をほゞ同様に良好な結果
を得た。

実施例 ４ 感光ガラス、フオトセラム（商品名；コーニン
グ社製）を厚み１mmに研磨し、これを所定寸法に
切断して第４図に示した液室２０部分を構成す
る。しかる後に、この液室２０のインクに接する
部分のみを第６図に示した如きパターンを焼付
け、フツ酸にて現像すると凹凸パターン（高低±
100μｍ）が生成する。これをマルチノズル部分
に接合して記録ヘツドを実施例１とほゞ同様の方
法で完成する。このヘツドを用いて実施例３と同
様のインク及び駆動条件でインク滴の吐出を行つ
たところ良好な結果が得られた。

以上に詳説したとおり、本発明によれば、情報
信号入力に対するインク滴吐出の応答性、及びイ
ンク滴の吐出状態が非常に良好であると共に、所
謂クロストークを全く起こさずに、高速度でしか
も良質の記録画を与えるインクジエツト記録ヘツ
ドを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、本発明に係るインク滴噴
射ノズルの１構成例及びそのインク滴噴射原理を
説明する略図、第３図及び第４図は本発明に係る
記録ヘツドの１構成例を示す略図、第５図ａ、第
５図ｂ、第５図ｃ及び第６図は、本発明に係る液
室内壁の凹凸パターンのモデルを示す模式図であ
る。 図に於いて、４，１６は溝、５，２１は吐出オ
リフイス、１７はマルチノズル構成部分、２０は
液室用ブロツク、IKはインクである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 記録液を吐出するための複数のオリフイス、
   各対応するオリフイスに連通した複数の液路、及
   びこれらの液路に前記記録液を供給するための液
   室とを有し、該液室の内壁面に微小凹凸が設けら
   れていることを特徴とするインクジエツト記録ヘ
   ツド。