JPS6347631B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、一般にインクと呼ばれる記録液を熱
を利用して小滴化し、このインクの小滴の被記録
面への付着を以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に関する。

［従来の技術］ 現在、知られる各種の記録方式の中でも、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
称される記録液の小液滴（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
USP3747120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
吐出する吐出口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、その機械的振動に従つて必要時毎
に前記吐出口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。これは、所謂オンデマンド方式の記録ヘツド
の一つである。

又、別に、これ等の方式とは原理・思想を異に
するインクジエツト記録方式も、本願出願人によ
つて提案されている（例えば特開昭54−59936
号）。この中の一つの方式は、要するに、液路に
対応して設けられた熱エネルギー発生手段が発生
する熱エネルギーを利用して、前記液路内のイン
クに熱による状態変化を生起させ、該状態変化に
基づいて、前記液路に連通した吐出口よりインク
を小滴にして吐出・飛翔せしめ、これを紙等の被
記録材に付着させて記録を行う方式である。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、以上に例示した各種のインクジエツ
ト記録方式に就いて、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液路化、並びに、高
密度集積化を達成することである。

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
とされている。

前述した熱エネルギーを利用する方式のインク
ジエツト記録ヘツドによれば、他の方式に較べて
記録ヘツドのマルチ液路化、並びに、高密度集積
化に関する課題について良好に解決することがで
きる。

しかしながら、その様な熱エネルギーを利用す
る方式のインクジエツト記録ヘツドであつても、
高密度集積化が高まるにつれ、隣接する液路間に
起こる吐出力の相互干渉（クロストーク）によ
り、記録品位を低下させると言う不都合が生じる
場合があつた。つまり、マルチ液路型式の記録ヘ
ツドにおいては、一つの液路に生じた吐出力とな
る圧力波が隣接する他の液路内のインクに伝播し
て、対応する吐出口から吐出されるインク滴の大
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
記録不良が生じることがあつた。

この事に加えて、高密度集積化マルチ液路型式
の記録ヘツドに於いては、生産性、吐出特性等の
向上を考慮すると、記録ヘツド内のインク供給路
中にインク滴の吐出を妨害する気泡が滞留し強い
てはその量が多くなる内部構造を有し勝ちになる
ので、この気泡の存在により、インク滴の吐出不
良を起こしたり、極端な場合には、吐出機能が完
全に停止することもなくはなかつた。

［本発明の目的］ 本発明の主たる目的は、熱エネルギーを利用す
るマルチ液路型式のインクジエツト記録ヘツドに
就いて指摘されている叙上の問題点を解消して信
頼性の高い記録ヘツドを提供すること、換言すれ
ば、各液路間でのクロストークが実質的に解消さ
れて、インクの吐出に対する悪影響がなく、それ
故、実用上の信頼性が高い記録ヘツドを提供する
ことである。

本発明の別の目的は、インク供給路にインクの
吐出に悪影響を与える気泡が蓄積しにくく、高速
度で安定した状態で良品位の画像を記録できる状
態が長期に亘つて保証できる記録ヘツドを提供す
ることにある。

［本発明の目的を達成するための手段］ 而して、これ等の目的を達成する本発明のイン
クジエツト記録ヘツドは、インクを吐出するため
の吐出口とインクが供給されるための流入口とを
有する液路の複数と、前記流入口の夫々に連通す
る液室と、前記液路に対応して設けられ、前記液
路内のインクに熱による状態変化を生起させ該状
態変化に基づいてインクを対応する吐出口より吐
出させて飛翔的液滴を形成するために利用される
熱エネルギーを発生する熱エネルギー発生手段
と、を有するインクジエツト記録ヘツドにおい
て、前記液路の夫々は互いにその液流方向がほぼ
平行で且つ前記流入口から前記熱エネルギー発生
手段に至る部分がほぼ同じ断面形状を有するとと
もに、前記液室の内壁は曲率を有する一つの凹面
を有し、該凹面に前記流入口の夫々が対面してい
ることを特徴としている。

斯かる本発明のインクジエツト記録ヘツドに於
いては、その内部構造に改良を加えることによ
り、画像品位を低下させる所謂クロストークの発
生が実質的に解消されると共に、ヘツド内に蓄積
する気泡の排出を簡易にしかも完全に行うことが
できる様になつた。

つまり、本発明では、第１に、記録ヘツドの液
室の内壁が、曲率を有する一つの凹面を有し、該
凹面に前記流入口の夫々が対面している形状を有
しているので、液路から液室に伝播した圧力波の
所謂戻り波が、前記液路自体や前記液路に隣接す
る液路に直接的に戻らず、各液路間でクロストー
クの発生が実質的に解消される。従つて、隣接す
る液路の熱エネルギー発生手段に信号が入力され
る結果発生する圧力波の影響を受けて吐出タイミ
ングにない液路からインク滴が吐出されたり、隣
接する液路相互間でインク滴吐出作用に悪影響を
与える干渉が生じたりして、画像に、汚え、欠損
部、或は乱れ等を残すことによる画像品質の低下
と言つた不都合は生じない。

第２に、本発明では、記録ヘツドの液室の内壁
が、曲率を有する一つの凹面を有しているので、
ヘツド内に気泡がたとえ残存しても該残存する気
泡を任意の箇所に移動、集中させることが極めて
容易であり、ヘツド内からの排気を容易に行うこ
とができる。

［本発明の詳細な説明］ 以下、図示された具体例に従つて、本発明を詳
細に説明する。

先ず、第１図及び第２図を用いて、インクの吐
出原理に就いて説明する。

第１図は、インクの吐出原理を説明するための
模式的斜視図である。第１図には、発熱体設置基
板１と別の基板３とが示されている。該発熱体設
置基板１の表面には熱エネルギー発生手段として
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′及び吐出口５を構成す
る長尺溝４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、この装置に係るインクの吐出原理に
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′内の一部に付設
された発熱部２に対して外部から電気信号が印加
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インクIK中に圧力変化を生
じ、この圧力変化によつて生じた圧力波が吐出口
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、圧力波の一部は、前
記と逆の方向（上流側）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の詳細な構造も示さ
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１１、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液路タイプの記録ヘ
ツドを、マルチ液路型タイプの記録ヘツドに変更
した場合の構成を示す模式的分解斜視図を第３
図、第４図に示す。

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１
２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
接合されて液路が形成される。本発明に係るイン
クジエツト記録ヘツドにおいては、第３図に示し
た様に、前記液路の夫々は互いにその液流方向が
ほぼ平行で且つ流入口から熱エネルギー発生手段
に至る部分がほぼ同じ断面形状を有している。

第４図に、発熱体設置基板１２と溝フタ１５と
が接合したマルチ液路構造部分１７が示される。
該マルチ液路構造部分１７において、液路の一方
の開口がインクを吐出するための吐出口、他方の
開口がインクが供給されるための流入口である。
マルチ吐出口タイプの記録ヘツドを完成するため
には、この構造部分１７にインク供給管１８、泡
抜き管１９，１９′を備えたインクを供給するた
めの液室用ブロツクを接合する。

この様な手順で作成した記録ヘツドを用いて記
録を行つたところ、前述の如きクロストーク等が
原因と思われる記録画像品質の低下が見られた。
即ち、吐出タイミングにない時に対応する吐出口
よりインク滴が吐出したり、液路間に吐出に悪影
響を与えるクロストークが生じたりして、次第に
後続のインク滴の吐出に悪影響を与えることがあ
るという事実が判明した。そのために、得られる
インク滴による画像の品位が非常に低下したもの
になつた。

第４図に示した記録ヘツドの１本の溝１６に沿
つた模式的切断面図を第５図に示す。この第５図
では、特に、そこに導入されたインクIKと、液
室２０内に滞留している気泡SBが描かれている。
その他の構成要素は第４図の場合と同様であるの
で、これと同一符号を付して、夫々の説明は省略
する。

第５図に示されている滞留気泡SBは、前述し
た如く液室２０の隅部にたまりやすく又、一旦、
滞留するとそこに付着して非常に排出することが
困難であることが観察された。又、滞留気泡SB
はインク滴の吐出に悪影響を与え、吐出されるイ
ンク滴の大きさ、方向、速度等が経時的或は、液
路毎に不均一になる結果、画像品位が非常に低下
することが明らかになつた。そこで、本発明者は
反射圧力波の拡散（圧力波同士の干渉による打消
し合いや到達距離がのびることによる圧力波の減
衰等）と気泡排出が容易な液室の内部形状を研究
した結果、この内壁を、曲率を有する一つの凹面
を有し、該凹面に流入口の夫々が対面している形
状にすれば良いことに気付き、本発明に至つた。
具体的には、液室を前記した形状にしたので、液
路内を液室方向に伝播する圧力波、すなわち所謂
バツク波が前記液路自体や前記液路に隣接する液
路に直接的に戻ることによつて、前記液路自体に
連通する吐出口から二次的に記録に不要なインク
が吐出したり、或いは前記隣接する液路に連通す
る吐出口からインクが吐出したりすることを防止
することができる。このことは、前記バツク波及
び前記反射圧力波が、他の反射圧力波と干渉し互
いに打消し合うことによつて生ずるものと思われ
る。従つて、各液路間でのクロストークが実質的
に解消されて、インクの吐出に対する悪影響がな
くなる。尚、これらの作用効果は、多数の熱エネ
ルギー発生手段を同時的或いは順次的に駆動させ
ればさせるほど大きくなる。

又、上記の形状の液室を作成するには、プラス
チツク材料を用いること、そしてインク供給管、
脱気管、液室を一体成型により作成することが、
記録ヘツド作成時間の短縮、接着剤使用の低減に
なり非常に有利であることもわかつた。

本発明に於ける液室の一実施態様例を第６図
ａ，ｂ，ｃに示す。

第６図ａは、本発明の記録ヘツドの一実施態様
例に於ける液室２２の模式的側面図、第６図ｂ
は、液室２２をマルチ液路構成部分側から観た場
合の模式的正面図、そして第６図ｃは、液室２２
の模式的上面図である。図中、２３，２３′は脱
気管を、２４はインク導入管を、又、２５ａ，２
５ｂは夫々、図示していないマルチ液路構成部分
との接合面を示したものであり、更に、図中で破
線２６で示したのが凹面を為す液室の内壁であ
る。そして、この凹面の曲率は本発明に於いてで
きるだけ大きい方が望ましいが、所定値のものだ
けに限定されるものではない。

本発明に於いて、液室を構成する材料として
は、成形性が良く、又、インクと接するため、化
学的安定性が高いものが望ましい。

本発明に好適な材料は、例えば、ポリ塩化ビニ
ル樹脂、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロ
ピレン、ポリカーボネート、ABS樹脂、フツ素
樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、メタアク
リル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹
脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フ
エノール樹脂、シリコーン樹脂、ポリウレタン樹
脂、メラミン樹脂、等である。これらの樹脂は単
独で用いられても混合して用いられても良い。
又、必要に応じて可塑剤、顔料、各種添加剤が加
えられても良い。

第６図の如き液室を作成するには、たとえば、
フエノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂の如
き熱硬化性樹脂に対しては、圧縮成型法、トラン
スフア成型法が用いられ、塩化ビニル、ABS、
ポリエチレン、ポリスチレン等の熱可塑性樹脂に
は、射出成型法が採用される。又この他に用いら
れる樹脂により低圧成型法、キヤスト成型法も用
い得る。又、成型後、研磨、切断、中グリ、等の
二次加工を行うことにより、より望ましい形状に
することも可能である。

［実施例及び参照例］ ここで、具体的な実施例及び参照例を挙げて更
に詳説する。

アルミナ基板上に、SiO₂蓄熱層、ZrB₂発熱抵
抗体層、アルミニウム電極層を順次形成した後、
選択エツチングを行い、幅（インクの流れ方向に
直角方向）40μｍ、長さ（インクの流れ方向）
250μｍ、ピツチ125μｍの発熱抵抗体を64個設け
た第３図に示す様な発熱体設置基板１２を作成し
た。そして、別途、厚さ約１mmのガラス板に巾
40μｍ、高さ40μｍ、ピツチ125μｍでインク溝を
64本形成（インク溝長さは２mm）して第３図に示
す様な溝フタ１５を得た。そして、その溝フタ
と、前記発熱体設置基板とを接着剤を用いて接合
してマルチ液路部を作成した。

次に、低圧成型法で作成され第６図ａ，ｂ，ｃ
に図示した形状の液室部（材料エポキシ樹脂、但
し液室内壁の最大巾５mm、最大長さ３mm、最大高
さ１mm）をエポキシ樹脂接着剤で前記マルチ液路
部に接合した。

別に、比較のため第４図に示す従来型の液室
（壁の材質：ガラス、供給管の材質：ステンレス）
も、前記と同様のマルチアレイ部に接合してこれ
を比較用記録ヘツドとして、両記録ヘツドを用い
て次に示す吐出条件で以下のインクを使用して実
際に画像記録を行つて吐出テストを行つた。

水 ジエチレングリコール 黒色染料 70重量部 29 〃 1 〃 印加電圧 パルス巾 パルス周期 35V 10μsec 2ＫHz その結果、前者のヘツドを用いた場合は１液路
当り平均10⁹回の駆動による画像記録を行つても
インク滴吐出が安定して為され、初期画像と最終
画像との間には何ら差異はなく高品質の画像が得
られた。他方、比較用記録ヘツドを用いた場合に
は、１液路当り平均10²回の駆動を行つた以降か
ら徐々にインク滴吐出の不安定さが現れ、クロス
トークに起因すると思われる画質の低下が認めら
れた。又、従来型の記録ヘツド（比較例）におい
て、気泡を混入させてその排出をテストしたとこ
ろ、脱気管からの排出が困難であつたが、本発明
による記録ヘツドにおいては気泡は容易に脱気出
来、良好なインク滴吐出が安定して為されること
が認められた。

［発明の効果］ 以上に詳説したとおり、本発明によれば、情報
信号の入力に対するインク液滴吐出の応答性及
び、インク滴の吐出状態が非常に良好であると共
に、画像に悪影響を与える所謂クロストークを実
質的に解消でき、高速で、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図は、インクの吐出原理を説明するための
模式的斜視図である。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。第３図
及び第４図は、記録ヘツドの一例を示す模式的分
解斜視図である。第５図は第４図に示した記録ヘ
ツドの１本の溝１６に沿つた模式的切断面図であ
る。第６図ａ、第６図ｂ、第６図ｃは、本発明に
係る液室の一実施態様例を示すための模式図であ
り、第６図ａは側面図、第６図ｂは正面図、第６
図ｃは上面図である。 図に於いて、１７はマルチ液路構造部分、２２
は液室、２４はインク導入管、２３，２３′は脱
気管、２６は液室の内壁面、SBは気泡、IKはイ
ンクである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ インクを吐出するための吐出口とインクが供
   給されるための流入口とを有する液路の複数と、
   前記流入口の夫々に連通する液室と、前記液路に
   対応して設けられ、前記液路内のインクに熱によ
   る状態変化を生起させ該状態変化に基づいてイン
   クを対応する吐出口より吐出させて飛翔的液滴を
   形成するために利用される熱エルギーを発生する
   熱エネルギー発生手段と、を有するインクジエツ
   ト記録ヘツドにおいて、前記液路の夫々は互いに
   その液流方向がほぼ平行で且つ前記流入口から前
   記熱エネルギー発生手段に至る部分がほぼ同じ断
   面形状を有するとともに、前記液室の内壁は曲率
   を有する一つの凹面を有し、該凹面に前記流入口
   の夫々が対面していることを特徴とするインクジ
   エツト記録ヘツド。