JPS635271B2

JPS635271B2 -

Info

Publication number: JPS635271B2
Application number: JP54039533A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Shirato; Yasushi Takatori; Toshitami Hara; Yukio Nishimura; Michiko Takahashi
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1979-04-02
Filing date: 1979-04-02
Publication date: 1988-02-02
Also published as: JPS55132275A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、液体を噴射し、飛翔液滴を形成して
記録を行う液体噴射記録装置に適用される記録ヘ
ツドに関する。

［従来の技術］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、而も所謂普通紙に定着とい
う特別な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（液体噴射記録法）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。

この様な液体噴射記録法は、所謂インクと称さ
れる記録液体の液滴（droplet）を飛翔させ、被
記録部材に付着させて記録を行うものであつて、
この記録液体の液滴の発生及び発生される液滴の
飛翔方向を制御する為の制御方法によつて幾つか
の方式に大別される。

その中で、例えば、USP3683212、
USP3747120、USP3946398等の公報に記載され
てある液体噴射記録法は、記録信号に応じて、吐
出オリフイスより液滴を吐出飛翔させ、該液滴を
被記録部材表面に付着させて記録を行う所謂
drop−on demand記録法は、本質的には記録に
必要な液滴のみしか吐出しないので、記録に不要
である吐出液体の回収又は処理の為の特別な手段
を設ける必要がなく装置自体を簡素化、小型化し
得る事、吐出オリフイスより吐出される液滴の飛
翔方向を制御する必要がない事、多色記録が容易
に行える事等の為に昨今、殊に注目を集めてい
る。

更に別には、上記の液体噴射記録法とは、液滴
形成原理の全く異なる液体噴射記録法を、本件出
願人は、特願昭52−118798号（特開昭54−59936
号公報）に於いて開示した。

この液体噴射記録法は、上記のdrop−on
demand記録法に極めて有効に適用されるばかり
ではなく、full lineタイプで高密度マルチオリフ
イス化した記録ヘツドを容易に具現化出来るの
で、高解像度、高品質の画像を高速度で得られる
という特徴を有している。

この液体噴射記録法の吐出原理の一つは、液体
に熱による状態変化を生起させ該状態変化に基い
てその前方にある液体の一部を前記オリフイスよ
り吐出させるものである。

これ等の液体噴射記録法は、多数のオリフイス
をアレー状に配置して、所定巾、或いは所定面積
分の記録を一時に行う所謂、マルチオリフイス化
記録に向き高速記録が可能である。殊に、特願昭
52−118798号に開示した液体噴射記録法は、例え
ば16個／mm以上の程度でもオリフイスを高密度化
して配列し得るので、アルフアニユーメリツクな
記録ばかりでなく、画像等を高解像度で記録出来
る他、得られる画像の解像度と同じ密度で、然も
full lineにオリフイスを配列出来る為、記録スピ
ードを格段に向上させる事が出来る。

［発明が解決しようとする問題点］而乍ら、多数のオリフイスを配列させた、所謂
マルチオリフイス記録ヘツドの場合、マルチオリ
フイス化する事によつて、シングルオリフイスの
記録ヘツドの場合にはなかつた構造上からの解決
される可き問題点が生じて来る。特に、その様な
解決される可き問題点は、多数のオリフイスの配
列を高密度に行えば行う程複雑化して来る。

例えば、上記したマルチオリフイスタイプの記
録ヘツドは、例えば液体を吐出する為にその先端
にオリフイスを有するオリフイス側端部、液体を
吐出する為のエネルギーが液体に作用する部分で
あるエネルギー作用部、該作用部に液体を導入す
る為の流入口を有する流入口側端部とを具備する
液吐出部の多数個が、これ等の液吐出部の各々に
液体を供給する為の共通液室に連通している構造
を有しているので、各液吐出部間の相互干渉を起
し易い、各液吐出部への液供給が均一に且つ安定
して行えなくなる場合が生ずる。殊にこの２点
は、各液吐出部を高密度で配列する場合に富に起
り勝ちとなる。

或いは、前記した様な液体噴射記録法は、エネ
ルギー作用部に入力される記録信号に従つて発生
されるエネルギーは、液滴の吐出に消費される他
に、流入口側端部を、共通液室方向に伝播するこ
とによつて消費される。これは、所謂、バツク波
現象として知られているものである。

このバツク波現象は、例えば、USP3683212、
USP3946398、或いは特願昭52−118798号等に記
載されてある構造の記録ヘツドに於いては、不可
避なことであるので、その影響が、出来る限り液
滴の吐出特性や液体の液吐出部への供給特性に及
ぼされない様に、設計する際その構造に工夫する
必要がある。殊にマルチオリフイスタイプを設計
する際には各液吐出部を近接して設けることによ
る、相互干渉、即ち、生じたバツク波が共通液室
を通じて隣接する他の液吐出部に伝播し、該液吐
出部の液滴吐出特性を低下させることを考慮する
必要がある。

更には、エネルギー作用部を液吐出部のどの位
置に配設するかは、共通液室との関係に於いて重
要であつて、記録信号に忠実に応答性良く安定し
て液滴が吐出される、円滑に安定して均一に各液
吐出部に液体が供給される、液滴形成周波数の向
上、等々の特性を左右する。

又、別の方法として特願昭53−70572号（特開
昭54−161935号公報）には、液体を急激にガス化
させることによりインクとガスを噴出する方法が
提案されている。

しかしながら、上記公報においては上記公報の
第３頁左上欄に示される様に「インクの一部がガ
ス化し、そのガスがオリフイス近くのインクを押
出し、更に発熱体の温度が上昇してガス温度も上
昇すると前記ガスはオリフイスより噴出し、同時
にインク粒子も噴出する」ので吐出されるインク
は所謂スプラツシユ状になつてしまう。

従つて、上記方法を用いた記録ヘツドによつて
もノズルを多数、高密度に（例えば８本／mm以上
に）集合配置して品質の良い記録を行うことは事
実上困難であり、上記した様な従来の問題点を解
決することはできない。

［問題点を解決するための手段］本発明は、上記の諸点に鑑み成されたものであ
つて、上記の諸問題の総てが解決される優れた記
録特性を有するマルチオリフイス化された記録ヘ
ツドを提供することを目的とする。

本発明の記録ヘツドは、液体を吐出する為のオ
リフイスを有するオリフイス側部分と、液体に熱
による状態変化を生起させ該状態変化に基いてそ
の前方にある液体の一部を前記オリフイスより吐
出させ液体の飛翔液滴を形成するための熱エネル
ギーが液体に作用する部分である熱エネルギー作
用部分と、該熱エネルギー作用部分に液体を導入
する為の流入口を有する流入口側部分と、を有し
８本／mm以上の高密度で設けられた複数の液吐出
部と、内部に液体を供給する為の供給口を有する
とともに前記流入口に連絡する共通液室とを具備
し、前記オリフイスから前記熱エネルギー作用部
分の前記オリフイス側の端部までの距離をL₁と
し、前記熱エネルギー作用部分の前記オリフイス
側の端部から前記流入口と対向する前記共通液室
の内壁面までの距離をL₂とするとき、L₁／L₂≦
１なる関係を満足せしめ、かつ前記流入口と前記
内壁面との間の距離ｌが0.5mm以上である事を特
徴とするものである。

この様な構造を有する本発明の記録ヘツドは、
例えば16本／mm程度以上の高密度で液吐出部を配
列してマルチオリフイスタイプとした場合でも、
極めて優れた記録特性を示し、高解像度、高鮮
明、高品質の記録画像を与える。

本発明に於いては、L₁とL₂とがL₁／L₂≦１な
る関係を満足する様に記録ヘツドが設計される
が、L₁、L₂としては、具体的には、通常L₁が40μ
〜３×10³μ、L₂が40μ〜５×10⁴μ、好適にはL₁が
80μ〜２×10³μ、L₂が80μ〜１×10⁴とされる。

［実施例］以下、本発明を図面に従つて、説明する。

第１図は、本発明の記録ヘツドの好適な実施態
様例の１つの構造を説明する為に、その一部が、
切断され、模式的に示された斜視図である。

第１図は記録ヘツド１０１の液吐出部１０２−
４の位置で切断して、その内部構造が判かる様に
示されてある。

記録ヘツド１０１は、８本／mm以上の密度で、
所定間隔で液吐出部１０２が多数配列されてお
り、それ等液吐出部はその後方に設けられた共通
液室１０３と連結していて、共通液室１０３内に
ある液体が液吐出部１０２の各々に流入口１０４
の各々から供給される様な構造となつている。

共通液室１０３には、供給口１０５が設けら
れ、これに供給管１０６が接続されてあつて、他
より液体が共通液室１０３に供給される様になつ
ている。

液吐出部１０２の各々は、液滴が所定方向に吐
出される為の吐出オリフイス１０７をその先端に
有するオリフイス側端部１０８と、液体を吐出す
る為のエネルギーが液体に作用する部分であるエ
ネルギー作用部１０９、該エネルギー作用部に液
体を導入する為の流入口１０４を有する流入口側
端部１１０を有し、これ等が少なくとも記録時に
於いて連通している構造となつている。

今、第１図に於いて、オリフイス１０７とエネ
ルギー作用部１０９との距離をL₁、エネルギー
作用部１０９と共通液室１０３の、流入口１０４
と対向する内壁面１１１との距離をL₂とすると、
本発明者等の実験と検討によればこのL₁とL₂と
の関係が、液滴吐出効率、各液吐出部１０２への
共通液室１０３からの液体の供給効率、液滴形成
周波数（単位時間当りに吐出される液滴の個数）
を決める重要な要素であつて、設計作成された記
録ヘツドの記録性能を規定するものであつて、
L₁／L₂≦１とすることで優れた記録性能を与え
るものであることが判明した。

殊に高密度に液吐出部１０２を配例し得る特願
昭52−118798号に開示した記録ヘツドの場合に
は、上記のL₁とL₂との関係はその記録特性を規
定するキーフアクターである事が、数多くの記録
ヘツドを試作し、実験検討した結果判つたもので
ある。

エネルギー作用部１０９には、必要に応じてエ
ネルギー発生手段１１２が設けられる。

特願昭52−118798号に開示した記録法の場合に
は、例えばエネルギー発生手段として、電気・熱
変換体がエネルギー作用部１０９に設けられ、該
変換体への記録信号の入力によつて、熱エネルギ
ーが発生され、該熱エネルギーの作用による、エ
ネルギー作用部１０９にある液体の急峻な状態変
化、例えば気化による気泡の発生を含む急峻な状
態変化に基く作用力によつて液滴が吐出オリフイ
スより吐出される。

又、特願昭52−118798号に開示した記録法の場
合には、エネルギー作用部に特別にエネルギー発
生手段を設ける必要もなく、記録を行うことが出
来るが、この場合に於いても、先の開係を満足す
る様に、エネルギー作用部１０９を位置決めして
やることは、記録特性の飛躍的な向上、殊に高速
記録、高密度マルチオリフイス化とする場合には
必要なことである。

第１図に示される記録ヘツド１０１の場合、液
吐出部１０２の切断面の形状は、矩形であつて、
その大きさは、オリフイス側端部１０８の先端よ
り流入口側端部１１０の流入口１０４に至るまで
一定な構造を有しているが、本発明の技術思想
は、これに限定されるものではなく、液吐出部１
０２の切断面は、円でも、半円でも、或いはその
他の形状であつても良く、又、その大きさは、オ
リフイス１０７より流入口１０４に至る間に於い
て、変化していても、又一定であつても良いもの
である。

本発明の如く、L₁とL₂との関係をL₁／L₂≦１
となる様に記録ヘツドを設計してやれば、例えば
液吐出部の切断面積（流路の液体の流れる方向に
垂直な断面積）の平均値が１×10³μm²〜１×10⁴μ
m²程度で、８本／mm程度以上に高密度で且つ各液
吐出部間を近接して設けた場合でも極めて良好な
記録特性を与えることが出来る。

本発明の目的を更に効果的に達成する為には、
上記の条件の他に液吐出部１０２の各々の流入口
１０４と対向している共通液室１０３の内壁面１
１１と流入口との間の距離をある程度以上とする
ことが必要である。詰り、流入口１０４と共通液
室１０３の内壁面１１１との間の距離をｌとすれ
ば、ｌが通常は0.5mm以上、好適には１mm以上あ
ることが、各液吐出部に液体を一層円滑且つ均一
に安定して供給する為に必要なことである。

次に、本発明の効果に就て、特願昭52−118798
号に開示した記録法に適用されるものとして試作
した記録ヘツドの例を挙げて詳述する。第２図に
は、記録ヘツド２０１の液吐出部を示す模式的組
立図が示される。

溝蓋部材２０２には、ガラス、セラミツクス等
で構成される基板２０３上に蓄熱層２０４を設
け、該蓄熱層２０４上には、各液吐出部の流路に
沿つて、発熱体２０５と該発熱体２０５を選択的
に発熱させるのに通電する為の選択電極２０６と
が、各発熱体の他方の端部には共通電極２０７が
電気的に接続される様に設けられてある。

溝板２０８には、所定の巾と所定のピツチで所
定数の溝２０９が設けられ、この溝板２０８と溝
蓋部材２０２とを、溝２０９が発熱体２０５を覆
う様に、接着層２１０を介して接合することによ
つて、複数の液吐出部が形成される。

以下には、この様な構造を有する記録ヘツド２
０１の１つの作用例が示される。

次の様にして、第１図と第２図に示されるよう
な構造をもつマルチオリフイス液体噴射記録ヘツ
ドを作成した。但し発熱体及びオリフイス数は24
個である。５mm×20mm、厚さ0.6mmのアルミナ基
板２０１にSiO₂をスパツタリングによつて4μｍ
形成し蓄熱層２０４とした。続いてHfB₂を1000
Å、Alを5000Åスパツタリングした後、選択エ
ツチングして、発熱体２０５と電極２０６，２０
７とを形成した。この時40μｍ×250μｍの発熱体
２０５にパターニングし、100μｍピツチで24個
並列に配した。個々の発熱体２０５の抵抗は100
オームであつた。続いて発熱体２０５を液体より
保護する為の保護膜としてSiO₂を1μｍスパツタ
リングによつて形成した。次に40μｍ×40μｍの
断面を有する溝を刻んだガラスで出来た溝板２０
８を溝２０９と発熱体２０５が一致する様に接着
層２１０を介して接合し、形成されたオリフイス
端面は研摩した。次にガラス板を適当な大きさに
切断し、接着剤ではり付けて共通液室を形成し
た。この様にして形成した記録ヘツドはL₁＝
500μｍ、L₂＝1.5mm、ｌ＝１mmであつた。

次に共通液室にエチルアルコールを主体とする
溶媒に黒色染料3wt％分散した液体（インク）を
満たし、各発熱体に印字信号に応じて10μsの矩形
電圧を200μsの周期で印加したところ20ボルトで
印字信号に対応した良好な印字がなされた。

しかし共通液室のｌを200μｍにしたところ液
供給が充分に追つかず24ドツトずつ連続して記録
されるパターンでは印字濃度が薄くなるという現
象が認められた。

又L₁＝２mm、L₂＝0.2mm、ｌ＝１mmで同様の印
字パルスを印加したところ27ボルトから液滴が吐
出しはじめ、記録がなされたが、記録されたドツ
トの大きさが不均一で信号に対応しない記録点も
認められた。

［発明の効果］以上詳細に記した様に、本発明によれば、各液
吐出部間の相互干渉が起きず、各液吐出部への液
供給を均一に且つ安定して行うことができ、記録
信号に忠実に応答性良く安定して液体を吐出する
ことができる液体噴射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、本発明の記録ヘツドの好適な実施態
様例の１つの構造を説明する為に、その一部が切
断され、模式的に示された斜視図、第２図は、更
に別の好適な実施態様例の構造を示す模式的組立
図である。１０１……記録ヘツド、１０２……液吐出部、
１０３……共通液室、１０４……流入口、１０５
……供給口、１０６……供給管、１０７……吐出
オリフイス、１０８……オリフイス側端部、１０
９……エネルギー作用部、１１０……流入口側端
部、１１１……内壁面、１１２……エネルギー発
生手段、２０１……記録ヘツド、２０２……溝蓋
部材、２０３……基板、２０４……蓄熱層、２０
５……発熱体、２０６……選択電極、２０７……
共通電極、２０８……溝板、２０９……溝。

Claims

【特許請求の範囲】

１液体を吐出する為のオリフイスを有するオリ
フイス側部分と、液体に熱による状態変化を生起
させ該状態変化に基いてその前方にある液体の一
部を前記オリフイスより吐出させ液体の飛翔液滴
を形成するための熱エネルギーが液体に作用する
部分である熱エネルギー作用部分と、該熱エネル
ギー作用部分に液体を導入する為の流入口を有す
る流入口側部分と、を有し８本／mm以上の高密度
で設けられた複数の液吐出部と、内部に液体を供
給する為の供給口を有するとともに前記流入口に
連絡する共通液室とを具備し、前記オリフイスか
ら前記熱エネルギー作用部分の前記オリフイス側
の端部までの距離をL₁とし、前記熱エネルギー
作用部分の前記オリフイス側の端部から前記流入
口と対向する前記共通液室の内壁面までの距離を
L₂とするとき、L₁／L₂≦１なる関係を満足せし
め、かつ前記流入口と前記内壁面との間の距離ｌ
が0.5mm以上である事を特徴とする液体噴射記録
ヘツド。