JPS636358B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は液体を熱エネルギーの作用によつて吐
出口から吐出させて記録を行なう装置に関する。 ノンインパクト記録法、中でも所謂インクジエ
ツト記録法は記録時の騒音がほとんどないこと、
高速記録が可能なこと或いは普通紙上に特別な定
着処理を必要とせずに記録が行なえること等大き
な利点を有しているので、最近活発に研究開発が
行なわれている。 この記録方法に用いられる装置としては、所謂
インクと称される着色した液体を吐出させ、液滴
として飛翔させる為の吐出口（吐出オリフイス）
と液体が流入する為の流入口とを有する記録ヘツ
ドが使用される。そして該記録ヘツドには、吐出
オリフイスから液体を吐出させる方法によつて
種々のタイプのものがある。 例えば、外部に設けられた液体の供給タンクか
ら液室内へ加圧した状態で又は自然供給（毛細管
現象を利用した供給等）の状態で液体を供給し
（但し、前記の加圧は圧力のみでは吐出口から吐
出しない程度の加圧である。）、液室内の液体と、
吐出オリフイス前方に設置されている電極との間
に電圧印加し、静電的に液体を吐出オリフイスか
ら吐出させるタイプのものがある。 このタイプの記録ヘツドは、構造は単純である
が、システム全体としての構成が複雑で、液滴の
発生及びその飛翔方向の電気的制御に高度な技術
及び精度が要求されるという欠点がある。そして
更に高速記録化には不欠可な記録ヘツドのマルチ
オリフイス化が困難であるという欠点もある。 或いは別のタイプの記録ヘツドとしては、機械
的振動法によつて液体を吐出させ、液滴として飛
翔させるものもある。即ち、このタイプのもの
は、液体が供給される液室の容積をピエゾ振動素
子の機械的振動によつて信号に応じて変化させ、
これにより液体を液滴として吐出させるものであ
る。その具体的構造は、USP3747120 IEE
Transactions on Industry Applications Vol
IA−13、No.１、January／Februry 1977等に開
示されている。 この様な記録ヘツドは、システム全体の構造は
極めて単純である。しかし、ピエゾ振動素子の機
械的振動で液滴を発生する為に、高速記録に於け
る応答性に難点がある事、又液室の形成ピエゾ振
動素子の設置等加工上に問題がある事及び小型化
が難しい事等の理由から、高密度マルチオリフイ
ス化が極めて困難であつて高速記録化が難しい。 この様に従来の記録ヘツドの多くのものは、構
造上、加工上、高速記録化上、高密度マルチオリ
フイス化上、更にはシステム全体の構成上等の点
に於いて本質的なしかし解決されるべき問題点を
有している。 本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、吐
出効率、吐出応答性或いは吐出安定性、長時間連
続記録性に優れた記録装置を与えることを主な目
的とする。又本発明の別な目的は、製作が容易で
実用的な高密度マルチオリフイス化タイプの記録
装置を与えることにある。 本発明の液体噴射記録装置は所定の方向に液体
を吐出して飛翔液滴を形成する為の吐出口の複数
と、該吐出口の複数に夫々連通し屈折部を有する
液路を具備し、該屈折部が、液体に熱による状態
変化を生起させ該状態変化に基づいて前記吐出口
より吐出される液体の前記飛翔液滴を形成するた
めの発熱体から発生する熱エネルギーが液体に作
用する部分である熱作用部の複数を有し、該熱作
用部に至るまでの液路が前記熱作用部の複数に共
通とされ、前記液体の吐出方向に平行な軸上のベ
クトルと、該ベクトル又はその延長線が前記発熱
体の発熱面と交叉する点を通る発熱面に対する垂
直線上のベクトルとで形成される夾角Ψが45゜以
下であり、前記発熱体に電気的に接続され、所定
方向に液体を吐出させるのに、選択的に前記発熱
体の各々を駆動する駆動信号を前記発熱体に供給
する為の信号供給手段とを具備する事を特徴とす
る。 この様に、複数の熱作用部に液体を供給する為
の供給流路を共通にしておき、又該流路より前記
熱作用部に液体が流入する方向と、前記熱作用部
より吐出オリフイス方向に流出する方向とを異な
る様にし、又発熱体を、その発熱面が吐出オリフ
イスのある方向に向く様に設置すると、熱エネル
ギーが液体を吐出させる為に有効に使われ、殊に
吐出効率、吐出応答性及び長時間連続記録性が著
しく改善される。 又、本発明の装置は、構造上極めてシンプルで
あつて、微細加工が容易に出来る為に装置自体を
従来に較べて格段に小型し得、又その構造上のシ
ンプルさと加工上の容易さから高速記録には不可
欠な高密度マルチオリフイス化が極めて容易に実
現し得る事、更に加うればマルチオリフイス化に
於いて、その記録ヘツドの吐出オリフイスのアレ
ー（array）構造を所望に従つて任意に設計し
得、従つて、バー状とすることも極めて容易に成
し得る事、等々顕著な特長を有する。 以下本発明を図面を以つて説明する。 第１図は、本発明記録装置に於ける記録原理を
説明する為の説明図である。 記録ヘツド１内には供給タンク（不図示）、供
給管（不図示）、或いはフイルター（不図示）等
の手段を通じて液体３が供給されている。尚、該
液体に対してはポンプ等の適当な加圧手段によつ
てそれだけでは吐出オリフイス２から吐出されな
い程度で圧力Ｐが加えられることもある。 この図に示されている様に、熱エネルギーを発
生する手段である発熱体４は発生する熱エネルギ
ーが液体３に作用する部分である熱作用部５内に
設置される。 該熱作用部５は、発熱体４が発生する熱エネル
ギーが液体３に与えられて熱作用部５に於ける液
体は状態変化（液体積膨張或いは気泡の発生等）
を起す部分である。 本発明の本質的な特徴は、第１図よりも明白な
様に、液体３が、供給流路６より熱作用部５に流
入する方向と、熱作用部５より吐出オリフイス２
方向に流出する方向とが屈折している（即ち、吐
出口に連通する液路が屈折している。）ことであ
り又、発熱体４の発熱面S_Gが吐出オリフイス方向
に向いていることであつて、斯かる特徴故に、本
発明の所期の目的が効果的に達成される。 この点を、更に詳述するならば、供給液路６の
熱作用部５付近の部分の中心軸XO（供給流路６
より熱作用部５に流用する方向と平行）と点Ｏを
中心に線分XOを角度θだけ右回転させた軸であ
つて熱作用部５より吐出オリフイス２方向に流出
する方向に平行なYO（第１図に示される様に熱
作用部５と吐出オリフイス２との間に吐出流路７
が設けられてある場合には、吐出液路７の熱作用
部５付近の部分の中心軸としても良い）とが挾む
角θを有する様に、熱作用部５、供給流路６、吐
出オリフイス２、とが配置される。熱作用部５に
ある液体に熱エネルギーを供給する為発熱体４は
その発熱面が吐出オリフイス２方向に向く様に熱
作用部５に配置される。殊に、発熱体４の発熱面
は、熱作用部５の吐出オリフイス２側の断面AB
に略々対向する様にされ、且つ吐出オリフイス２
の中心軸（図に於いては、軸YOと同一となつて
いる）と略々垂直になる様発熱体４が熱作用部５
に配置されるのが望ましいものである。 上記の角度θ及び発熱体表面方向は記録ヘツド
の設計に於いて図に示される様な角度以外に種々
の値をとることができる。 しかし、θがあまりO゜又は180゜に近いと発熱体
熱作用部、供給流路、吐出オリフイス等の形成が
容易でなくなるばかりか、本発明の所期の目的が
効果的に達成され難くなるので、通常は30゜≦θ
≦150゜とするのが好ましく好適に45゜≦θ≦135゜、
最適にはθを略々90゜とするのが望ましいもので
ある。 同様に第１図を用いて発熱体の方向について述
べれば軸Yo上のベクトルと、軸YO上又はその延
長線が発熱体４の発熱面と交差する点を通る発熱
面に対する垂直線上のベクトルとで該両ベクトル
の基準点を前記交差点とした時に形成される爽角
４が、通常の場合45゜以下、好ましくは30゜以下、
殊には略々O゜となる様に選択されるのが望まし
いものである。 θ＝90゜、＝0゜とされる場合には、実用上発
熱体、熱作用部、供給流路及び吐出オリフイスの
形成が容易であるという点でも最も好ましい。
尚、発熱体４としては、例えばZrB₂、HfB₂等の
材料で形成される。 今、発熱体に外部から信号が印加されると、該
発熱体は、瞬時に発熱して熱作用部５内の液体に
熱エネルギーを作用させる。その結果、液体には
状態変化（体積膨張或いは気泡の発生）が生じて
吐出オリフイス２から所定の方向に所定量の液体
が吐出される。 この様に、本発明に於いては熱作用部をその間
に有する液体の流路（液路）に屈折部を設け、熱
作用部にある液体に発生する熱エネルギーを効果
的に作用させるのに設けられる発熱体の発熱面を
吐出オリフイスに対向させて設置すると、圧力変
化が吐出方向に効果的に伝わる。従つて供給流路
内方向に、熱作用部に於ける液体の状態変化に基
く圧力変化が伝わる効果（所謂バツク圧効果）が
抑制され、吐出効率が向上する。又、マルチオリ
フイス化した場合に隣接する熱作用部にバツク圧
が伝わつて相互干渉することもなく、吐出安定性
も改善される。 更には、熱エネルギーが効率良く液体の吐出に
利用されるので、発熱体の駆動エネルギーを低減
することができ、省エネルギー化、発熱体素子の
耐久性の向上等に於いても好ましい結果が得られ
る。 そして本発明の装置を次に述べる様な発熱体基
板、供給流路プレート、吐出流路プレート等のブ
ロツクから成る構造にした場合には、上記の利点
に加えて構成上特に好ましい結果が得られる。 例えば、第２図ａに示す様に、発熱体基板８に
は７個の発熱体１１、発熱体１１に通電する為の
７本の選択電極１２及び共通電極１３が設けられ
ている。又、供給流路プレート９には、溝１４が
形成されており、吐出流路プレート１０には発熱
体１１に位置と数が対応する様に細溝１５が形成
されている。そしてこれらのブロツクを一体化す
ると、第２図ｂにその断面図を示す様な装置が形
成される。即ち、発熱体基板８及び供給流路プレ
ート９によつて各々の発熱体に共通の供給流路２
０が、供給流路プレート９の端面と吐出流路プレ
ート１０によつて吐出流路２１がそれぞれ形成さ
れる。又、供給流路２０と吐出流路２１との間に
は破線で示される熱作用部２２が形成され該熱作
用部２２の液体に効果的に熱エネルギーを作用さ
せる様に発熱体１１が配置される。供給流路プレ
ート９には、供給流路２０に外部から液体を供給
する手段、例えば供給液室２３を形成する為のブ
ロツク１６が付設され、ブロツク１６には外部の
貯蔵タンクより液体を供給液室２３に導入する為
のパイプ１７が付設される。１８及び１９は、必
要に応じて設けられる吐出オリフイス板（図に於
いては細溝１５に対応して７個の吐出オリフイス
が設けられている）及びエア抜きパイプである。 第３図は第２図で説明した記録ヘツドを内蔵し
た、本発明の装置を説明する為の模式的斜視図で
ある。 この図に於いて、２４は電極リード基板（第２
図には示されていない）であり、該基板上２４に
選択電極及び共通電極用のリード線２５及び２６
が設けられている。更に発熱体基板８の下面には
ヒートシンク２７が設けられている。 選択電極のリード線２５及び共通電極のリード
線２６は７個の発熱体１１を各々駆動する為に各
発熱体にパルス電圧等の駆動信号を供給する為の
駆動信号発生手段Ｐと電気的に接続されている。
駆動信号発生手段Ｐには、記録すべき情報の信号
Ｓが入力される様になつていて、該信号Ｓが駆動
信号発生手段Ｐに入力される様、該手段Ｐより駆
動信号が出力され、該駆動信号に基いて選択され
た発熱体が駆動されて、液体が吐出オリフイスよ
り吐出し、記録が実行される。パイプ１７は、そ
の端部が延長されても良いし又、他の導入パイプ
CPと接続されても良いが、液体Ｌが貯蔵されて
いる貯蔵槽Ｒ内の液体Ｌと連通されている。従つ
て、各吐出オリフイスより吐出された分の液体
は、貯蔵槽Ｒよりパイプ１７を通じて各々の熱作
用部に補給される。 上記の例では、供給流路プレート９の端面を供
給流路基準軸１に対してほぼ90゜にしθ＝90゜ψ＝
0゜とした例について述べたが、θ及びψを種々変
えた例えば第４図ａ，ｂ，ｃ及びｄの様なものも
上記の例と同様の手順で作成される。但し第４図
ａにおいて２８は、発熱体１１の設置角度φを調
節する為の部材である。第４図ａ及びｂは供給流
路の基準面より上に発熱体を設ける例ｃ及びｄは
少なくとも発熱体の一部が基準面より下になる様
な例である。 又、供給流路内への圧力損失（バツク圧）を少
なくする目的で第４図ｅに示す様に供給プレート
９の熱作用部２２の近傍に凸部２９を設けると、
吐出効率の点で更に好ましい結果が得られる。 或いは、前述の第２図の例では、供給流路２０
を与える溝１４を供給流路プレート９側に形成す
る場合について説明したが、溝１４を発熱体基板
８に形成しても良い。 更に可能ならば、供給流路プレート９及び吐出
流路プレート１０を同一部材とし、これに供給流
路及び吐出流路をエツチング、電子ビーム加工或
いはレザー加工等の技術により形成しても良い。 本発明の装置は、吐出効率或いは吐出応答性が
改善される。又、発熱体或いは電極の設置が容易
に行なえる構造である。一般に、この様な装置の
供給流路は極めて微細構造を有するものであり、
発熱体の様な素子を吐出効率、吐出応答性等を向
上させる目的で流路内に又は近接して設置するこ
とは非常に困難である。更には、電極及び電極リ
ードの取り出しに於いても多くの制約を受けるも
のである。ところが本発明の装置は、微細構造の
高密度マルチオリフイス化を容易に行なうことが
できること、発熱体、電極或いは電極リード等の
設置が容易な構造であること等多くの利点を有す
るものである。 以下の実施例で本発明を更に詳細に説明する。 実施例 第３図に示す様な装置の記録ヘツドを以下の要
領で作成した。 ガラス板にエツチングにより深さ70μｍの凹部
（溝）１４を形成し、第２図ａに示す供給流路プ
レート９とした。又、ガラス板にマイクロカツタ
ーにより幅100μｍ、深さ150μｍピツチ250μｍの
多数の溝１５を形成し、吐出流路プレート１０と
した。 一方、発熱体基板８は、保温性及び平滑性を目
的としたベース層２９、発熱体１１、電極１２及
び１３、及び絶縁保護膜３０を基本構成としてい
る。0.6mmのAl₂O₃基板上にベース層としてSiO₂を
厚さ3μスパツタリングし、ZrB₂を厚さ800Å、電
極としてAlを厚さ5000Å積層した後、選択ホト
エツチングで幅85μｍ長さ130μｍの発熱体１１を
250μｍのピツチで形成した。続いてSiO₂を厚さ
1μｍでスパツタリングして絶縁保護膜を形成し
た後、基板の裏側にヒートシンク２７を設置し
た。こうして形成された発熱体基板８の平面図を
第５図に示す。この図で、１１（１１−１〜１１
−７）は複数の発熱体、１２（１２−１〜１２−
７）は選択電極、１３は共通電極である（ここで
は７コの発熱体及び選択電極が設けられる例が示
されている）選択電極１２及び共通電極１３は、
第３図に示す様に発熱体基板８の一端まで伸びて
形成され、図示されていないコネクターに接続さ
れる。又、厚さ100μｍのモリブデン部材に直径
60μｍの孔250μｍで形成して吐出オリフイス板１
８とした（吐出オリフイス板１８は、吐出流路が
所望の形状、径を有していて適当な径の液滴が吐
出するならば必ずしも必要ではない）。 更に外部のタンクから供給される液体を供給流
路に導入する為のブロツク１６、パイプ１７及び
エア抜きパイプを作成した。 上記の供給流路プレート９、吐出流路プレート
１０、発熱体基板８等を一体化した。 この記録ヘツドを用いて水域いはトルエンを主
成分とする下記の液体を用いて記録を行なつた。 第６図により液滴吐出動作を簡単に説明する。
１３及び１２の電極にパルス状の信号を印加する
と、発熱体１１が発熱する。そして供給流路２０
から供給される液体は、破線で示される熱作用部
２２で、熱エネルギーの作用を受け急激な状態変
化（体積膨張或いは気泡の発生）を生ずる。これ
により吐出流路２１内の液体は圧力変化を生じ吐
出オリフイスから吐出される。発熱体の発熱が停
止すると、液体は元の状態（体積減少或いは気泡
の消失）に戻るので外部情報信号に従つた液滴が
吐出される。 吐出効率、吐出応答性、長時間連続記録性が良
好で、しかも鮮明な画像が得られた。 【表】

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置の原理を説明する為の説
明図、第２図ａ，ｂは本発明の装置の主要部であ
る記録ヘツドの好適な実施態様を示す為のもので
あつて、第２図ａは模式的組立図、第２図ｂは破
断線X′Y′で切断した場合の切断面図、第３図は、
第２図ａ，ｂで示した記録ヘツドを内蔵する本発
明装置の模式的斜視図、第４図ａ，ｂ，ｃ，ｄ，
ｅは、各々主要部である記録ヘツドの別の態様例
を示す部分断面図、第５図は、発熱体基板の平面
図、第６図は本発明装置の記録ヘツド部の一部を
示す拡大説明図である。 １……記録ヘツド、２……吐出オリフイス、３
……液体、４，１１……発熱体、５，２２……熱
作用部、６，２０……供給流路、７，２１……吐
出流路、８……発熱体基板、９……供給流路プレ
ート、１０……吐出流路プレート。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 所定の方向に液体を吐出して飛翔液滴を形成
   する為の吐出口の複数と、該吐出口の複数に夫々
   連通し屈折部を有する液路を具備し、該屈折部
   が、液体に熱による状態変化を生起させ該状態変
   化に基づいて前記吐出口より吐出される液体の前
   記飛翔液滴を形成するための発熱体から発生する
   熱エネルギーが液体に作用する部分である熱作用
   部の複数を有し、該熱作用部に至るまでの液路が
   前記熱作用部の複数に共通とされ、前記液体の吐
   出方向に平行な軸上のベクトルと、該ベクトル又
   はその延長線が前記発熱体の発熱面と交叉する点
   を通る発熱面に対する垂直線上のベクトルとで形
   成される夾角Ψが45゜以下であり、前記発熱体に
   電気的に接続され、所定方向に液体を吐出させる
   のに、選択的に前記発熱体の各々を駆動する駆動
   信号を前記発熱体に供給する為の信号供給手段と
   を具備する事を特徴とする液体噴射記録装置。 ２ 発熱体の発熱面が吐出口方向（前記夾角Ψが
   0゜の方向）に向いている特許請求の範囲第１項の
   液体噴射記録装置。