JP2003136729A - Head and method for liquid jet recording - Google Patents

Head and method for liquid jet recording

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JP2003136729A
JP2003136729A JP2002326352A JP2002326352A JP2003136729A JP 2003136729 A JP2003136729 A JP 2003136729A JP 2002326352 A JP2002326352 A JP 2002326352A JP 2002326352 A JP2002326352 A JP 2002326352A JP 2003136729 A JP2003136729 A JP 2003136729A
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Japan
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recording
liquid
heating
heating elements
heat
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Application number
JP2002326352A
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Japanese (ja)
Inventor
Takuro Sekiya
卓朗 関谷
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable gradational recording (multi-valued recording) by changing a dot diameter on a body to be recorded which is known as the dot diameter modulation in a conventional recording head/recording method by a bubble ink jet system capable of only binary recording. SOLUTION: Bubbles are generated by heating a recording liquid introduced into liquid chambers by heat energy working parts 111 and 112 , and the recording liquid is discharged as liquid droplets from discharge openings into a nearly parallel direction to heat energy working parts faces by a working force in consequence of a volume increase of the bubbles. The heat energy working parts 111 and 112 comprise two heating units 111 and 112 which can drive independently and have different heating capacities. The heating capacity of one heating unit of the two heating units is set to be larger than one time and smaller than two times of that of the other one.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、液体噴射記録ヘッ
ド、より詳細には、バブルインクジェット型の液体噴射
記録ヘッドならびにその記録ヘッドを用いた階調記録を
行う記録方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a liquid jet recording head, and more particularly to a bubble ink jet type liquid jet recording head and a recording method for performing gradation recording using the recording head.

【0002】[0002]

【従来の技術】ノンインパクト記録法は、記録時におけ
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
において、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、所謂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ェット記録法は、
極めて有力な記録法であって、これまでにも様々な方式
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。このようなインクジェット記録法は、所謂インク
と称される記録液体の小滴(droplet)を飛翔させ記録
部材に付着させて記録を行うものであって、この記録液
体の小滴の発生法及び発生された記録液体小滴の飛翔方
向を制御するための制御方法によって、幾つかの方式に
大別される。
2. Description of the Related Art The non-impact recording method has recently attracted interest in that noise generation during recording is negligibly small. Among them, the so-called inkjet recording method is capable of high-speed recording, and moreover, recording is possible on so-called plain paper without requiring a special fixing process.
There are extremely powerful recording methods, some of which have been proposed and improved so far, and some of which have been commercialized, while others are still being put into practical use. . Such an inkjet recording method is one in which droplets of a recording liquid, so-called ink, are ejected and adhered to a recording member to perform recording. Depending on the control method for controlling the flight direction of the recorded recording liquid droplets, it is roughly classified into several methods.

【0003】先ず、第1の方法は、Tele type
(例えば、特許文献1)であって、以下、この形式に
は、記録液体の小滴の発生を静電吸引的に行い、発生し
た記録液体小滴を記録信号に応じて電界制御し、記録部
材上に記録液体小滴を選択的に付着させて記録を行うも
のである。これに就いて更に詳述すれば、吐出口と加速
電極に電解をかけて、一様に帯電した記録液体の小滴を
吐出口より吐出させ、該吐出した記録液体の小滴を記録
信号に応じて電気制御可能なように構成されたxy偏向
電極間を飛翔させ、電界の強度変化によって選択的に小
滴を記録部材上に付着させて記録を行うものである。
First, the first method is Tele type.
(For example, Patent Document 1), hereinafter, in this type, recording liquid droplets are generated by electrostatic attraction, and the generated recording liquid droplets are subjected to electric field control according to a recording signal to perform recording. Recording is performed by selectively depositing recording liquid droplets on the member. More specifically, the discharge port and the accelerating electrode are electrolyzed to cause uniformly charged droplets of the recording liquid to be discharged from the discharge port, and the discharged droplets of the recording liquid are used as recording signals. Accordingly, recording is performed by flying between xy deflection electrodes configured so as to be electrically controllable, and selectively depositing small droplets on the recording member according to changes in the electric field strength.

【0004】第2の方法は、Sweet方式(例えば、
特許文献1,2)のものであって、連続振動発生法によ
って帯電量の制御された記録液体の小滴を発生させ、こ
の発生された帯電量の制御された小滴を一様の電界がか
けられている偏向電極間を飛翔させることで、記録部材
上に記録を行うものである。具体的には、ピエゾ振動素
子の付設されている記録ヘッドを構成する一部である吐
出口の前に、記録信号が印加されているように構成した
帯電電極を所定距離だけ離して配置し、前記ピエゾ振動
素子に一定周波数の電気信号を印加することでピエゾ振
動素子を機械的に振動させ、前記吐出口より記録液体の
小滴を吐出させる。この時前記帯電電極によって吐出す
る記録液体小滴には電荷が静電誘導され、小滴は記録信
号に応じた電荷量で帯電される。帯電量の制御された記
録液体の小滴は、一定の電界が一様にかけられている偏
向電極間を飛翔するとき付加された帯電量に応じて偏向
を受け、記録信号を担う小滴のみが記録部材上に付着し
得るようにされている。
The second method is the Sweet method (for example,
Patent Documents 1 and 2), in which a droplet of a recording liquid having a controlled charge amount is generated by a continuous vibration generation method, and the generated droplet having a controlled charge amount is subjected to a uniform electric field. Recording is performed on the recording member by flying between the applied deflection electrodes. Specifically, a charging electrode configured so that a recording signal is applied is arranged at a predetermined distance in front of an ejection port, which is a part of a recording head provided with a piezoelectric vibration element, By applying an electric signal of a constant frequency to the piezoelectric vibrating element, the piezoelectric vibrating element is mechanically vibrated and a small droplet of the recording liquid is ejected from the ejection port. At this time, electric charges are electrostatically induced in the recording liquid droplets ejected by the charging electrodes, and the droplets are charged with an electric charge amount corresponding to the recording signal. The droplets of the recording liquid whose charge amount is controlled are deflected according to the added charge amount when flying between the deflecting electrodes to which a constant electric field is uniformly applied, and only the droplets that carry the recording signal are deflected. It is adapted to be attached onto the recording member.

【0005】第3の方式は、Hertz方式(例えば特
許文献4)によるものであって、吐出口とリング状の帯
電電極間に電界をかけ、連続振動発生法によって記録液
体の小滴を発生霧化させて記録する方式である。即ちこ
の方式では、吐出口と帯電電極間にかける電界強度を記
録信号に応じて変調することによって小滴の霧化状態を
制御し、記録画像の階調性を出して記録する。
The third method is based on the Hertz method (for example, Patent Document 4), in which an electric field is applied between the discharge port and the ring-shaped charging electrode to generate a small droplet of the recording liquid by the continuous vibration generating method. This is a method of recording after being converted. That is, in this method, the atomization state of the droplet is controlled by modulating the electric field strength applied between the discharge port and the charging electrode in accordance with the recording signal, and the gradation of the recorded image is produced and recording is performed.

【0006】第4の方式は、Stemme方式(特許文
献5)によるものであって、前記3つの方式とは根本的
に原理が異なるものである。即ち、前記3つの方式は、
何れも吐出口より吐出された記録液体の小滴を飛翔して
いる途中で電気的に制御し、記録信号を担った小滴を選
択的に記録部材上に付着させて記録を行うのに対して、
このStemme方式は、記録信号に応じて吐出口より
記録液体の小滴を吐出飛翔させて記録するものである。
つまり、Stemme方式は、記録液体を吐出する吐出
口を有する記録ヘッ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、該機械的振動に従っ
て前記吐出口より記録液体の小滴を吐出飛翔させて記録
部材に付着させることで行うものである。
The fourth method is based on the Stemme method (Patent Document 5) and has a fundamentally different principle from those of the three methods. That is, the above three methods are
In both cases, recording is performed by electrically controlling small droplets of the recording liquid ejected from the ejection port and selectively adhering the droplets carrying the recording signal onto the recording member. hand,
The Stemme method is for recording by ejecting small droplets of recording liquid from an ejection port in accordance with a recording signal.
That is, in the Stemme method, an electric recording signal is applied to a piezoelectric vibrating element attached to a recording head having an ejection port for ejecting a recording liquid, and this electrical recording signal is converted into mechanical vibration of the piezoelectric vibrating element. According to the mechanical vibration, the small droplet of the recording liquid is ejected and ejected from the ejection port and adhered to the recording member.

【0007】これ等従来の4つの方式は各々に特徴を有
するものであるが、また、他方において、解決され得る
べき点が存在する。即ち、前記第1から第3の方式は、
記録液体の小滴の発生の直接的エネルギーが電気エネル
ギーであり、また小滴の偏向制御も電界制御である。
Each of these four conventional methods has its own characteristics, but, on the other hand, there are points that can be solved. That is, the first to third methods are
The direct energy of the generation of the recording liquid droplets is electric energy, and the deflection control of the droplets is also electric field control.

【0008】そのため、第1の方式は、構成上はシンプ
ルであるが、小滴の発生に高電圧を要し、また記録ヘッ
ドのマルチノズル化が困難である。従って、高速記録に
は不向きである。
Therefore, the first method has a simple structure, but it requires a high voltage to generate small droplets, and it is difficult to form the recording head with multiple nozzles. Therefore, it is not suitable for high speed recording.

【0009】第2の方式は、記録ヘッドのマルチノズル
化が可能で高速記録に向くが、構成上複雑であり、また
記録液体小滴の電気的制御が高度で困難であること,記
録部材上にサテライトドットが生じやすいこと等の問題
点がある。
The second method allows the recording head to have multiple nozzles and is suitable for high-speed recording. However, it is complicated in structure, and the electrical control of recording liquid droplets is high and difficult. However, there is a problem that satellite dots are easily generated.

【0010】第3の方式は、記録液体小滴を霧化するこ
とによって階調性に優れた画像を記録できる特徴を有す
るが、他方霧化状態の制御が困難であること,記録画像
にカブリが生ずることおよび記録ヘッドのマルチノズル
化が困難で高速記録には不向きであること等の諸問題点
が存在する。
The third method has a feature that an image excellent in gradation can be recorded by atomizing recording liquid droplets, but on the other hand, it is difficult to control the atomized state, and the fog is recorded on the recorded image. However, there are various problems that it is not suitable for high speed recording because it is difficult to make the recording head multi-nozzle.

【0011】第4の方式は、第1乃至第3の方式に比べ
て利点を比較的多く有する。即ち構成上シンプルである
こと,オンデマンド(on−demand)で記録液体
を吐出口より吐出して記録を行うために、第1乃至第3
の方式のように吐出飛翔する小滴の中、画像の記録に要
さなかった小滴を回収することが不要であることおよび
第1乃至第2の方式のように導電性の記録液体を使用す
る必要性がなく、記録液体の物質上の自由度が大である
こと等の大きな利点を有する。しかしながら、一方にお
いて、記録ヘッドの加工上に問題があること,所望の共
振数を有するピエゾ振動素子の小型化が極めて困難であ
ること等の理由から、記録ヘッドのマルチノズル化が難
しく、またピエゾ振動素子の機械的振動という機械的エ
ネルギーによって記録液体小滴の吐出飛翔を行うので、
高速記録には向かないこと等の欠点を有する。
The fourth method has a relatively large number of advantages as compared with the first to third methods. That is, in order to perform the recording by ejecting the recording liquid from the ejection port on-demand, the first to third structures are simple in structure.
It is not necessary to collect the droplets that were not required to record an image among the droplets that are ejected and ejected as in the method of No. 1 and the conductive recording liquid is used as in the first and second methods. There is no need to do so, and there are great advantages such as a great degree of freedom in the material of the recording liquid. However, on the other hand, it is difficult to form a multi-nozzle print head because the print head has a problem in processing, and it is extremely difficult to downsize a piezoelectric vibrating element having a desired resonance number. Since the recording liquid droplets are ejected and ejected by mechanical energy called mechanical vibration of the vibrating element,
It has drawbacks such as not being suitable for high-speed recording.

【0012】更には、前記特許文献5に対応する特開昭
48−9622号公報(特許文献6)には、変形例とし
て前記ピエゾ振動素子等の手段による機械的振動エネル
ギーを利用する代わりに熱エネルギーを利用することが
記載されている。即ち上記公報には、圧力上昇を生じさ
せる蒸気を発生するために液体を直接加熱する加熱コイ
ルをピエゾ振動素子の代わりの圧力上昇手段として使用
する、所謂バブルインクジェットの液体噴射記録装置が
記載されている。
Further, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 48-9622 (Patent Document 6) corresponding to the above-mentioned Patent Document 5, as a modified example, heat is used instead of utilizing mechanical vibration energy by means such as the piezoelectric vibration element. It describes the use of energy. That is, the above-mentioned publication describes a so-called bubble ink jet liquid jet recording apparatus that uses a heating coil that directly heats a liquid in order to generate a vapor that causes a pressure increase, as a pressure increasing means instead of a piezoelectric vibrating element. There is.

【0013】しかし、上記公報(特許文献6)には、圧
力上昇手段としての加熱コイルに通電して液体インクが
出入りし得る口が一つしかない袋状のインク室(液室)
内の液体インクを、直接加熱して蒸気化することが記載
されているにすぎず、連続繰り返し液吐出を行う場合は
どのように加熱すれば良いかについては何等示唆される
ところがない。加えて加熱コイルが設けられている位置
は、液体インクの供給路から遙かに遠い袋状液室の最深
部に設けられているので、ヘッド構造上複雑であるのに
加えて、高速での連続繰り返し使用には不向きとなって
いる。しかも、上記公報(特許文献6)に記載の技術内
容からでは、実用上重要である発生する熱で液吐出を行
った後に、次の液吐出の準備状態を速やかに形成するこ
とはできない。このように、従来法には、構成上,高速
記録化,記録ヘッドのマルチノズル化上,サテライトド
ットの発生および記録画像のカブリ発生等の点において
一長一短があって、その長所を利用する用途にしか適用
し得ないという制約が存在していた。
However, in the above-mentioned publication (Patent Document 6), a bag-shaped ink chamber (liquid chamber) having only one opening through which liquid ink can flow in and out by energizing a heating coil as pressure increasing means.
It only describes that the liquid ink in the inside is directly heated to be vaporized, and there is no suggestion as to how to heat the liquid ink when continuously and repeatedly ejecting the liquid. In addition, since the position where the heating coil is provided is provided at the deepest part of the bag-shaped liquid chamber far from the liquid ink supply path, in addition to being complicated in terms of the head structure, high speed It is not suitable for continuous repeated use. Moreover, from the technical content described in the above-mentioned publication (Patent Document 6), it is not possible to promptly form the preparation state for the next liquid ejection after the liquid ejection is performed by the generated heat which is practically important. As described above, the conventional method has merits and demerits in terms of configuration, high-speed recording, multi-nozzle recording head, generation of satellite dots, fog of recorded image, and the like. There was a constraint that it could only be applied.

【0014】しかしながら、これも先に本出願人が提案
した方式(特許文献7)によって解消される。この公報
(特許文献7)記載のものは、液室内のインクを加熱し
てインクの中で気泡を発生せしめ、その気泡の作用力に
より吐出口よりインク滴を吐出させる、いわゆるバブル
インクジェット型インクジェット記録装置の基本となる
ものである。
However, this is also solved by the method (Patent Document 7) previously proposed by the present applicant. The one described in this publication (Patent Document 7) is so-called bubble inkjet type ink jet recording in which ink in a liquid chamber is heated to generate bubbles in the ink, and ink droplets are ejected from an ejection port by the action force of the bubbles. It is the basis of the device.

【0015】而して、このようなバブルインクジェット
型インクジェット記録装置においては、その気泡の発生
メカニズムは、伝熱理倫の分野で知られているいわゆる
膜沸騰現象を利用しているものであり、この膜沸騰現象
によって、発生する気泡は、発生〜消滅の再現性が非常
に良く、インクジェットのインク噴射の原動力としては
最適のものである。しかしながら、その気泡の発生〜消
滅の挙動は、1か0か(気泡が発生する/消滅する)と
いうように2値的な挙動であって、気泡の大きさを変化
させることは困難である。よって、このようなバブルイ
ンクジェット型インクジェット記録装置は、2値記録に
適した記録方法である。
Thus, in such a bubble ink jet type ink jet recording apparatus, the mechanism of bubble generation utilizes the so-called film boiling phenomenon known in the field of heat transfer. Bubbles generated by this film boiling phenomenon have very good reproducibility of generation and disappearance, and are optimal as a driving force for ink jet of an inkjet. However, the behavior of the generation and disappearance of the bubbles is a binary behavior such as 1 or 0 (generation / elimination of bubbles), and it is difficult to change the size of the bubbles. Therefore, such a bubble inkjet type inkjet recording apparatus is a recording method suitable for binary recording.

【0016】しかしながら、近年、市場ではより高画質
が要求されるようになり、単なる2値記録画像ではな
く、いわゆる階調記録が必要になってきている。そし
て、このような階調記録を実現するための1方法とし
て、例えば、特開昭55−132259号公報(特許文
献8)に開示されている方法がある。それによれば、少
なくとも2つの独立に信号を入力し得る発熱体の各々に
入力される信号の入力タイミングを適宜ずらすことによ
って、階調記録を行うというものである。つまり、2つ
の発熱体で、2つの気泡を発生させ、その発生タイミン
グをずらして、吐出口より吐出させるインク滴の量を微
妙に変化させようというものである。
However, in recent years, higher image quality has been demanded in the market, and so-called gradation recording has become necessary rather than simple binary recording image. Then, as one method for realizing such gradation recording, for example, there is a method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 55-132259 (Patent Document 8). According to this, gradation recording is performed by appropriately shifting the input timing of the signal input to each of the at least two heating elements capable of inputting the signal independently. In other words, two heating elements generate two bubbles, and the generation timings of the bubbles are shifted to slightly change the amount of ink droplets ejected from the ejection port.

【0017】この考え方は、アイデアとしてはおもしろ
いものではあるがもともと2値的な挙動をとる気泡に、
アナログ的な作用を持たせようとするにはやはり無理が
あり、吐出インク滴の量を変化させることは、必ずしも
再現良く実現できなかった。
This idea applies to a bubble that originally has a binary behavior, though it is an interesting idea.
It is still impossible to give an analog effect, and changing the amount of ejected ink droplets has not always been realized with good reproducibility.

【0018】[0018]

【特許文献1】米国特許第3060429号明細書[Patent Document 1] US Pat. No. 30,604,29

【特許文献2】米国特許第3596275号明細書[Patent Document 2] US Pat. No. 3,596,275

【特許文献3】米国特許第3298030号明細書[Patent Document 3] US Pat. No. 3,298,030

【特許文献4】米国特許第3416153号明細書[Patent Document 4] US Pat. No. 3,416,153

【特許文献5】米国特許第3747120号明細書[Patent Document 5] US Pat. No. 3,747,120

【特許文献6】特開昭48−9622号公報[Patent Document 6] JP-A-48-9622

【特許文献7】特公昭56−9429号公報[Patent Document 7] Japanese Patent Publication No. 56-9429

【特許文献8】特開昭55−132259号公報[Patent Document 8] JP-A-55-132259

【0019】[0019]

【発明が解決しようとする課題】従来、2値記録しかで
きなかったバブルインクジェット方式による記録ヘッド
/記録方法において、1つの吐出口に対応して、発熱能
力が異なる2つの発熱体を設け、画像情報に応じてそれ
ぞれの発熱体を独立、あるいは共同して駆動して、発生
させる気泡の大きさを変え、前記吐出口から吐出する液
滴の質量を変えて、階調記録を行うようにし、もって、
被記録体上におけるドット径を変える、いわゆるドット
径変調による階調記録(多値記録)を可能とし、さら
に、2つの発熱体の発熱能力差を、自然数倍とせず、一
方の1倍より大きくし、2倍より小さくし、通常、普通
に考えられる2つの同一の発熱能力の発熱体を有する場
合や、あるいは2つの発熱体の発熱能力差が自然数倍で
あるような場合に比べて、それぞれの発熱体を、順次独
立に駆動したりあるいは2つを組み合わせて駆動したり
して、その階調レベルを変える場合に、その階調幅がと
れる範囲を広くし、高画質な記録を可能とすることを目
的とする。
In the conventional recording head / recording method of the bubble ink jet system, which was capable of performing only binary recording, two heating elements having different heat generating capacities are provided corresponding to one ejection port, and an image is formed. Depending on the information, each heating element is driven independently or jointly to change the size of the bubble to be generated, the mass of the droplet discharged from the discharge port is changed, and gradation recording is performed. So,
It enables gradation recording (multi-value recording) by changing the dot diameter on the recording medium, that is, so-called dot diameter modulation. Furthermore, the difference in heat generation capacity between two heat generating elements is not multiplied by a natural number, Compared to the case where there are two heating elements with the same heating capacity that are usually considered to be larger and smaller than twice, or where the difference in heating capacity between two heating elements is a natural multiple. , When each of the heating elements is driven independently or in combination, the gradation level can be changed and the range of gradation range is widened to enable high quality recording. The purpose is to

【0020】上述のごときバブルインクジェット方式に
よる記録方法において、2つの発熱体への入力エネルギ
ーを変えるようにし、電気的な制御によって、容易に2
つの発熱体の発熱量を変えることができるようにし、も
って、それぞれの発熱体によって形成される気泡の大き
さを異ならしめ、それらを単独、あるいは組み合わせて
使用した場合に、吐出口から吐出する液滴の質量を変え
ることができ、被記録体上におけるドット径を変える、
いわゆるドット径変調による階調記録(多値記録)を簡
単な電気的制御のみによって可能とし、さらに、その階
調幅がとれる範囲を広く、高画質な記録を可能とするこ
とを目的とする。
In the recording method based on the bubble ink jet system as described above, the input energy to the two heating elements is changed and the electric energy is easily controlled by the electric control.
Liquid that is discharged from the discharge port when the heat generation amounts of the two heating elements can be changed so that the sizes of the bubbles formed by the heating elements are different and they are used alone or in combination. The mass of the droplet can be changed, and the dot diameter on the recording medium can be changed.
It is an object of the present invention to enable gradation recording (multi-value recording) by so-called dot diameter modulation only by simple electrical control, and to widen the range in which the gradation width can be obtained and to realize high-quality recording.

【0021】バブルインクジェット方式による記録ヘッ
ドにおいて、通常、普通に考えられる2つの大きさの発
熱体を有する記録ヘッドに比べて、それぞれの発熱体
を、順次独立に駆動したり、あるいは2つを組み合わせ
て駆動したりして、その階調レベルを変える場合に、そ
の階調幅がとれる範囲を広くし、高画質な記録を可能と
することを目的とする。
In the recording head of the bubble ink jet system, as compared with a recording head having heating elements of two sizes which are usually considered, each heating element is sequentially driven independently or a combination of the two is applied. It is an object of the present invention to widen the range in which the gradation width can be obtained when the gradation level is changed by driving the recording medium to drive high-quality recording.

【0022】[0022]

【課題を解決するための手段】第1の発明は、熱エネル
ギー作用部を設けた流路、該流路に記録液体を導入する
ための液室、及び、該液室に記録液体を導入する手段を
備え、導入された記録液体を前記熱エネルギー作用部に
より加熱して気泡を発生させ、該気泡の体積増加にとも
なう作用力により、前記記録液体を前記熱エネルギー作
用部面とほぼ平行方向に吐出口から液滴として吐出させ
る液体噴射記録ヘッドにおいて、前記熱エネルギー作用
部は、独立駆動が可能で、発熱能力が異なる2つの発熱
体からなり、該2つの発熱体のうち一方の発熱体の発熱
能力は他方のそれの1倍より大きく2倍より小さいこと
を特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a flow channel provided with a thermal energy acting portion, a liquid chamber for introducing the recording liquid into the flow channel, and a recording liquid introduced into the liquid chamber. Means for heating the introduced recording liquid by the thermal energy acting portion to generate bubbles, and the acting force associated with the increase in the volume of the bubbles causes the recording liquid to move in a direction substantially parallel to the surface of the thermal energy acting portion. In a liquid jet recording head that ejects liquid droplets from an ejection port, the thermal energy acting portion is composed of two heating elements that can be independently driven and have different heat generation capacities. The heating capacity is characterized by more than 1 and less than 2 times that of the other.

【0023】第2の発明は、独立した2つの発熱体のう
ち一方の発熱体の発熱能力が他方のそれの1倍より大き
く2倍より小さい熱エネルギー作用部を上流、下流に備
えた流路中において、導入された記録液体に前記熱エネ
ルギー作用部によって気泡を発生させ、該気泡の体積増
加にともなう作用力により、前記記録液体を前記吐出口
から熱エネルギー作用部面とほぼ平行方向に液滴として
吐出させ、記録体に前記液滴を付着させて記録を行う液
体噴射記録方法において、前記2つの発熱体を、画像情
報に応じて独立、あるいは共同して駆動することによ
り、前記吐出口から吐出する液滴の質量を変えて階調記
録を行うことを特徴とする。
A second aspect of the present invention is a flow path provided with a heat energy acting portion at one of the two independent heat generating elements, the heat energy acting portion being larger than one time and less than two times larger than that of the other heat generating element on the upstream side and the downstream side. In the recording liquid introduced therein, bubbles are generated by the thermal energy acting portion, and the recording liquid is moved from the ejection port in a direction substantially parallel to the surface of the thermal energy acting portion by the action force accompanying the volume increase of the bubbles. In a liquid jet recording method in which droplets are ejected and recording is performed by attaching the droplets to a recording medium, the two heating elements are driven independently or jointly in accordance with image information, so that the ejection port It is characterized in that gradation recording is performed by changing the mass of droplets discharged from the.

【0024】第3の発明は、前記第1の発明において、
前記2つの発熱体への入力エネルギーは同一ではないこ
とを特徴とする。第4の発明は、前記第1の発明におい
て、前記2つの発熱体の発熱面積が異なることを特徴と
する。前記第1又は第4の発明において、前記2つの発
熱体の抵抗値が異なることを特徴とする。前記第1,
4,5のいずれかの発明において、前記2つの発熱体の
放熱能力が異なることを特徴とする。前記第1,4,
5,6のいずれかの発明において、前記2つの発熱体に
接続される電極の熱容量が異なることを特徴とする。前
記第1,4,5,6,7のいずれかの発明において、前
記2つの発熱体のどちらか一方に放熱体を設けたことを
特徴とする。前記第1,4,5,6,7,8のいずれか
の発明において、前記2つの発熱体にそれぞれ放熱能力
の異なる放熱体を設けたことを特徴とする。
A third invention is the same as the first invention,
The energy input to the two heating elements is not the same. In a fourth aspect based on the first aspect, the two heating elements have different heating areas. In the first or fourth aspect of the invention, the two heating elements have different resistance values. The first,
The invention of any one of claims 4 and 5 is characterized in that the two heat generating elements have different heat dissipation capacities. The first and fourth
The invention of any one of claims 5 and 6 is characterized in that the heat capacities of the electrodes connected to the two heating elements are different. In any one of the first, fourth, fifth, sixth and seventh inventions, a heat radiator is provided on either one of the two heating elements. In any one of the first, fourth, fifth, sixth, seventh and eighth inventions, the two heat generating elements are provided with heat radiating elements having different heat radiating capacities.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】図1は、本発明が適用されるバブ
ルインクジェット型記録ヘッドの一例を説明するための
分解斜視図であって、図1(A)はヘッド斜視図、図1
(B)はヘッドを構成する蓋基板の斜視図、図1(C)
は発熱体基板の斜視図、図1(D)は蓋基盤を裏側から
見た斜視図であり、図中、101は蓋基板、102は発
熱体基板、103は記録液体流入口、104は吐出口、
105は流路、106は液室を形成するための領域、1
07は個別(独立)の制御電極、108は共通電極、1
09は発熱体である。
1 is an exploded perspective view for explaining an example of a bubble ink jet recording head to which the present invention is applied. FIG. 1 (A) is a perspective view of the head, and FIG.
FIG. 1B is a perspective view of a lid substrate forming the head, and FIG.
1D is a perspective view of the heating element substrate, and FIG. 1D is a perspective view of the lid base seen from the back side. In the figure, 101 is a lid substrate, 102 is a heating element substrate, 103 is a recording liquid inlet, and 104 is a discharge port. exit,
Reference numeral 105 is a flow path, 106 is a region for forming a liquid chamber, 1
07 is an individual (independent) control electrode, 108 is a common electrode, 1
Reference numeral 09 is a heating element.

【0026】図2は、本発明が好適に適用される熱を利
用するいわゆるバブルインクジェット方式のインクジェ
ットのインク滴吐出の原理を説明するための図である。
図2(A)は定常状態であり、吐出口面でインク110
の表面張力と外圧とが平衡状態にある。図2(B)は発
熱体109が加熱されて、発熱体109の表面温度が急
上昇し隣接インク層に沸騰現象が起きるまで加熱され、
微小気泡111が点在している状態にある。図2(C)
は発熱体109の全面で急激に加熱された隣接インク層
が瞬時に気化し、沸騰膜を作り、この気泡111が成長
した状態である。この時、吐出口内の圧力は、気泡の成
長した分だけ上昇し、吐出口面での外圧とのバランスが
くずれ、吐出口よりインク柱が成長し始める。図2
(D)は気泡が最大に成長した状態であり、吐出口面よ
り気泡の体積に相当する分のインク110が押し出され
る。この時、発熱体109には電流が流れていない状態
にあり、発熱体109の表面温度は降下しつつある。気
泡111の体積の最大値は電気パルス印加のタイミング
からやや遅れる。
FIG. 2 is a diagram for explaining the principle of ink drop ejection of a so-called bubble ink jet type ink jet system utilizing heat to which the present invention is preferably applied.
FIG. 2A shows a steady state, in which the ink 110 is discharged on the ejection port surface.
Surface tension and external pressure are in equilibrium. In FIG. 2B, the heating element 109 is heated and heated until the surface temperature of the heating element 109 rises sharply and a boiling phenomenon occurs in the adjacent ink layer,
The micro bubbles 111 are scattered. Figure 2 (C)
Is a state in which the adjacent ink layer that has been rapidly heated on the entire surface of the heating element 109 is instantly vaporized to form a boiling film, and the bubble 111 has grown. At this time, the pressure in the ejection port rises by the amount of the bubble that has grown, the balance with the external pressure on the ejection port surface is lost, and the ink column begins to grow from the ejection port. Figure 2
In (D), the bubbles have grown to the maximum, and the ink 110 corresponding to the volume of the bubbles is pushed out from the ejection port surface. At this time, no current is flowing through the heating element 109, and the surface temperature of the heating element 109 is decreasing. The maximum value of the volume of the bubble 111 is slightly delayed from the timing of applying the electric pulse.

【0027】図2(E)は気泡111がインクなどによ
り冷却されて収縮を開始し始めた状態を示す。インク柱
の先端部では押し出された速度を保ちつつ前進し、後端
部では気泡の収縮に伴って吐出内口圧の減少により吐出
口面から吐口内へインクが逆流してインク柱にくびれが
生じている。図2(F)はさらに気泡111が収縮し、
発熱体面にインクが接し発熱体面がさらに急激に冷却さ
れる状態にある。吐出口面では、外圧が吐出口内圧より
高い状態になるため、メニスカスが大きく吐出口内に入
り込んできている。インク柱の先端部は液滴112にな
り記録紙の方向へ5〜10m/secの速度で飛翔して
いる。図2(G)は吐出口にインクが毛細管現象により
再び供給(リフィル)されて図2(A)の状態に戻る過
程で、気泡は完全に消滅している。
FIG. 2 (E) shows a state in which the bubble 111 is cooled by ink or the like and starts to contract. At the front end of the ink column, it moves forward while maintaining the pushed speed, and at the rear end, ink contracts back due to the contraction of air bubbles, causing the ink to flow backward from the ejection port surface into the ejection port, and the ink column becomes constricted. Has occurred. In FIG. 2F, the bubble 111 is further contracted,
The ink contacts the surface of the heating element and the surface of the heating element is further rapidly cooled. On the discharge port surface, the external pressure is higher than the internal pressure of the discharge port, so that a large meniscus has entered the discharge port. The front end of the ink column becomes a droplet 112, which flies toward the recording paper at a speed of 5 to 10 m / sec. In FIG. 2G, the bubbles are completely extinguished in the process in which the ink is supplied (refilled) to the ejection port again by the capillary phenomenon and returns to the state of FIG. 2A.

【0028】以上が、従来より知られている熱を利用し
たバブルインクジェット型記録ヘッドの一般的な構成,
原理であるが、本発明は、1つの吐出口に対して、該吐
出口からほぼ等距離に配設され、独立駆動が可能で、発
熱能力が異なる2つの発熱体を有し、階調記録を可能と
したインクジェットヘッドを提案するものである。図3
に本発明の発熱体基板の一例を示す。本発明は、図1
(C)の発熱体109をそれぞれ独立駆動可能な2つの
発熱体11(111,112)にしたのというように理解
される。71,72はそれぞれに対応した制御電極、8は
共通電極である。
The above is a general structure of a bubble ink jet type recording head utilizing heat which has been conventionally known,
According to the principle, the present invention has two heating elements that are arranged at substantially the same distance from one ejection port, can be independently driven, and have different heat generation capacities. The present invention proposes an inkjet head that enables the above. Figure 3
An example of the heating element substrate of the present invention is shown in FIG. The present invention is shown in FIG.
It is understood that the heating element 109 of (C) is made into two heating elements 11 (11 1 , 11 2 ) which can be driven independently. 7 1 and 7 2 are control electrodes corresponding to each, and 8 is a common electrode.

【0029】図4は、本発明に使用する発熱体基板につ
いて説明するための図で、図4(A)はインクジェット
ヘッドの吐出口側から見た正面詳細部分図、図4(B)
は図4(A)をB−B線で切断した場合の切断面部分図
である。図4に示された記録ヘッド10は、その表面に
発熱体11(111,112)が設けられている基板12
上に、所定の線密度で、所定の幅と深さの溝が所定数設
けられている流路基板13を、基板12を覆うように接
合することによって、液体を飛翔させるための吐出口1
4(141,142,143)を含む液吐出部15が形成
された構造を有している。液吐出部15は、吐出口14
と発熱体11より発生される熱エネルギーが液体に作用
して気泡を発生させ、その体積の膨張と収縮による急激
な状態変化を引き起こすところである熱作用部16とを
有する。
FIG. 4 is a diagram for explaining the heating element substrate used in the present invention. FIG. 4 (A) is a front detailed partial view seen from the ejection port side of the ink jet head, and FIG. 4 (B).
FIG. 4 is a partial cross-sectional view of FIG. 4 (A) taken along the line BB. The recording head 10 shown in FIG. 4 has a substrate 12 having a heating element 11 (11 1 , 11 2 ) provided on the surface thereof.
An ejection port 1 for ejecting a liquid is formed by joining a flow path substrate 13 having a predetermined number of grooves of a predetermined width and depth with a predetermined linear density so as to cover the substrate 12.
4 (14 1 , 14 2 , 14 3 ) has a structure in which the liquid discharge portion 15 is formed. The liquid discharge part 15 has a discharge port 14
The heat acting portion 16 is where the heat energy generated from the heating element 11 acts on the liquid to generate bubbles, which causes a rapid state change due to expansion and contraction of the volume.

【0030】なお発熱体11(111,112)は、前述
のように1つの吐出口14に対して、該吐出口14から
ほぼ等距離に配設され、独立駆動が可能で、発熱能力が
異なる2つの発熱体であり、画像情報に応じて、発熱体
111,あるいは発熱体112をそれぞれ単独で駆動した
り、あるいは発熱体111及び発熱体112を同時に駆動
する。
The heating elements 11 (11 1 , 11 2 ) are arranged at substantially the same distance from one discharge port 14 as described above, can be independently driven, and have a heat generating capability. Are two different heating elements, and either the heating element 11 1 or the heating element 11 2 is driven independently or the heating elements 11 1 and 11 2 are driven simultaneously according to the image information.

【0031】熱作用部16は、発熱体11の熱発生部1
7の上部に位置し、熱発生部17の液体と接触する面と
しての熱作用面18をその底面としている。熱発生部1
7は、基板12上に設けられた下部層19,該下部層1
9上に設けられた発熱抵抗層20(20−11,20−
2,20−21,20−22,20−31,20−
2),該発熱体抵抗層20上に設けられた上部層21
とで構成される。発熱抵抗層20(20−11,20−
2,20−21,20−22,20−31,20−32
には、熱を発生させるために該層20に通電させるため
の電極22,23がその表面に設けられており、これら
の電極間の発熱抵抗層20によって熱発生部17が形成
されている。
The heat acting portion 16 is the heat generating portion 1 of the heating element 11.
The heat-acting surface 18, which is located above the heat-generating portion 7 and is in contact with the liquid of the heat-generating portion 17, is its bottom surface. Heat generator 1
Reference numeral 7 denotes a lower layer 19 provided on the substrate 12, and the lower layer 1
Provided on the 9 heating resistor layer 20 (20-1 1, 20-
1 2, 20-2 1, 20-2 2, 20-3 1, 20-
3 2 ), an upper layer 21 provided on the heating element resistance layer 20
Composed of and. Heat generating resistor layer 20 (20-1 1, 20-
1 2, 20-2 1, 20-2 2, 20-3 1, 20-3 2)
Is provided with electrodes 22 and 23 for energizing the layer 20 to generate heat, on its surface, and the heat generating layer 17 is formed by the heat generating resistance layer 20 between these electrodes.

【0032】上部層21は、熱発生部17においては、
発熱抵抗層20を使用する液体から化学的,物理的に保
護するために、発熱抵抗層20と液吐出部15の液流路
を満たしている液体とを隔絶するとともに、液体を通じ
て電極22,23間が短絡するのを防止し、さらに、隣
接する電極間における電気的リークを防止する役目を有
している。上部層21は、上記のような機能を有するも
のであるが、発熱抵抗層20が耐液性であり、かつ液体
を通じて電極22,23間が電気的に短絡する必要が全
くない場合には、必ずしも設ける必要はなく、発熱抵抗
層20の表面に直ちに液体が接触する構造の発熱体とし
て設計してもよい。
In the heat generating portion 17, the upper layer 21 is
In order to chemically and physically protect the heating resistance layer 20 from the liquid used, the heating resistance layer 20 and the liquid filling the liquid flow path of the liquid discharge part 15 are separated from each other, and the electrodes 22, 23 are passed through the liquid. It has a role of preventing a short circuit between the electrodes and a function of preventing electrical leakage between adjacent electrodes. The upper layer 21 has the function as described above, but when the heating resistance layer 20 is liquid resistant and there is no need to electrically short the electrodes 22 and 23 through the liquid, The heating element is not necessarily provided, and may be designed as a heating element having a structure in which the liquid immediately contacts the surface of the heating resistance layer 20.

【0033】下部層19は、熱容量制御機能を有する。
すなわち、この下部層19は液滴吐出の際には、発熱抵
抗層20で発生する熱が基板12側に伝導するよりも、
熱作用部18側に伝導する割合ができる限り多くなり、
液滴吐出後、つまり発熱抵抗層20への通電がOFFさ
れた後には、熱作用部18及び熱発生部17にある熱が
速やかに基板12側に放出されて、熱作用部16にある
液体および発生した気泡が急冷されるために設けられ
る。つまり、気泡発生時には蓄熱機能を持ち、気泡消滅
時には放熱機能を持つ。
The lower layer 19 has a heat capacity control function.
That is, in the lower layer 19, when the droplets are discharged, the heat generated in the heating resistance layer 20 is conducted to the substrate 12 side rather than being conducted to the substrate 12 side.
The ratio of conduction to the heat acting portion 18 side is increased as much as possible,
After the liquid droplets are discharged, that is, after the power supply to the heating resistance layer 20 is turned off, the heat in the heat acting portion 18 and the heat generating portion 17 is quickly released to the substrate 12 side, and the liquid in the heat acting portion 16 is discharged. And it is provided for the generated bubbles to be rapidly cooled. In other words, it has a heat storage function when a bubble is generated and a heat dissipation function when the bubble is extinguished.

【0034】具体的な材料としては、例えば基板として
シリコンを用いる場合には、熱酸化によってシリコン基
板上に成長させられるSiO2、あるいはスパッタリン
グによって形成されるSiO2が挙げられる。そして、
それらの厚さは1μm〜10μmとされる。他に基板と
してガラス等が用いられる場合は、スパッタリングによ
って形成されるSiO2を用いてもよいし、ガラス自体
がその主成分がSiO2であるため、特別にSiO2を形
成することなく、基板そのものを下部層19と兼用して
もよい。他にアルミナを基板として用いる場合には、ガ
ラス質のいわゆるグレース層が用いられる。
[0034] As a specific material, in the case where silicon is used as substrate for example, SiO 2 and the like formed by SiO 2 or sputtering, is grown on a silicon substrate by thermal oxidation. And
Their thickness is set to 1 μm to 10 μm. When glass or the like is used as the substrate in addition to the above, SiO 2 formed by sputtering may be used. Since the glass itself has SiO 2 as its main component, the substrate can be formed without special SiO 2. It may also be used as the lower layer 19. In addition, when alumina is used as the substrate, a glassy so-called grace layer is used.

【0035】発熱抵抗層20を構成する材料として有用
なものには、タンタル−SiO2の混合物,窒化タンタ
ル,ニクロム,銀−パラジウム合金,シリコン半導体、
あるいはハフニウム,ランタン,ジルコニウム,チタ
ン,タンタル,タングステン,モリブデン,ニオブ,ク
ロム,バナジウム等の金属の硼化物が挙げられる。発熱
抵抗層20を構成するこれらの材料の中、殊に金属硼化
物を優れたものとして挙げることができ、その中でも最
も特性の優れているのが硼化ハフニウムであり、次い
で、硼化ジルコニウム,硼化ランタン,硼化タンタル,
硼化バナジウム,硼化ニオブの順となっている。
Materials useful as the material of the heating resistance layer 20 include tantalum-SiO 2 mixture, tantalum nitride, nichrome, silver-palladium alloy, silicon semiconductor,
Alternatively, there may be mentioned borides of metals such as hafnium, lanthanum, zirconium, titanium, tantalum, tungsten, molybdenum, niobium, chromium and vanadium. Among these materials constituting the heating resistance layer 20, metal borides can be mentioned as excellent ones. Among them, hafnium boride has the most excellent characteristics, and then zirconium boride, Lanthanum boride, tantalum boride,
The order is vanadium boride and niobium boride.

【0036】発熱抵抗層20は、上記の材料を用いて、
電子ビーム蒸発やスパッタリング等の手法を用いて形成
することができる。発熱抵抗層20の膜厚は、単位時間
あたりの発熱量が所望通りとなるように、その面積,材
質および熱作用部分の形状及び大きさ、さらには実際面
での消費電力等にしたがって決定されるものであるが、
通常の場合、0.001μm〜5μm、好適には、0.0
1μm〜1μmとされる。本発明では、一例として、H
fB2を2000Å(0.2μm)スパッタリングした。
The heating resistance layer 20 is made of the above material,
It can be formed using a technique such as electron beam evaporation or sputtering. The film thickness of the heating resistance layer 20 is determined according to the area, material and shape and size of the heat-acting portion, and the actual power consumption so that the amount of heat generated per unit time is as desired. But
In the usual case, 0.001 μm to 5 μm, preferably 0.0
It is set to 1 μm to 1 μm. In the present invention, as an example, H
fB 2 was sputtered at 2000Å (0.2 μm).

【0037】電極22,23を構成する材料としては、
通常使用されている電極材料の多くのものが有効に使用
され、具体的には、例えば、Al,Ag,Au,Pt,
Cu等があげられ、これらを使用して、蒸着等の手法で
所定位置に所定の大きさ,形状,厚さで設けられる。本
発明では、Alをスパッタリングにより1.4μm形成
した。
As a material for forming the electrodes 22 and 23,
Many of the commonly used electrode materials are effectively used. Specifically, for example, Al, Ag, Au, Pt,
Cu or the like can be used, and these are used to provide a predetermined size, shape, and thickness at a predetermined position by a method such as vapor deposition. In the present invention, Al is formed to a thickness of 1.4 μm by sputtering.

【0038】保護層(上部層)21に要求される特性
は、発熱抵抗層20で発生された熱を記録液体に効果的
に伝達することを妨げずに、記録液体より発熱抵抗層2
0を保護するということである。保護層21を構成する
材料として有用なものには、例えば酸化シリコン,窒化
シリコン,酸化マグネシウム,酸化アルミニウム,酸化
タンタル,酸化ジルコニウム等が挙げられる。これら
は、電子ビーム蒸着やスパッタリング等の手法を用いて
形成することができる。また、炭化ケイ素,酸化アルミ
ニウム(アルミナ)等のセラミック材料も好適に用いら
れる材料である。保護膜層21の膜圧は、通常は、0.
01μm〜10μm、好適には、0.1μm〜5μm、
最適には0.1μm〜3μmとされるのが望ましい。本
発明では、スパッタリングにより、SiO2を1.2μm
形成した。
The characteristics required of the protective layer (upper layer) 21 are such that the heat generation resistance layer 2 is more effective than the recording liquid without hindering the effective transfer of the heat generated in the heat generation resistance layer 20 to the recording liquid.
It means to protect 0. Examples of useful materials for forming the protective layer 21 include silicon oxide, silicon nitride, magnesium oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, zirconium oxide and the like. These can be formed using a technique such as electron beam evaporation or sputtering. Ceramic materials such as silicon carbide and aluminum oxide (alumina) are also suitable materials. The film pressure of the protective film layer 21 is usually 0.
01 μm to 10 μm, preferably 0.1 μm to 5 μm,
Optimally, it is desirable that the thickness is 0.1 μm to 3 μm. In the present invention, SiO 2 is formed to a thickness of 1.2 μm by sputtering.
Formed.

【0039】このように形成した発熱体基板は、図1に
示したように、流路基板を積層してインクジェットヘッ
ドとして完成する。前述のように、本発明と類似の構成
の液体噴射記録方法が、特開昭55−132259号公
報(特許文献8)に開示されているが、その方法は、2
つの発熱体(発熱体)で、2つの気泡を発生させ、その
発生タイミングをずらして、吐出口より吐出させるイン
ク滴の量を微妙に変化させようというものであるが、も
ともと2値的な挙動をとる気泡に、アナログ的な作用を
持たせようとするにはやはり無理があり、吐出インク滴
の量を変化させることは、必ずしも再現良く実現できな
かった。
The heating element substrate thus formed is completed as an ink jet head by laminating the flow path substrates as shown in FIG. As described above, a liquid jet recording method having a configuration similar to that of the present invention is disclosed in JP-A-55-132259 (Patent Document 8).
Two heating elements (heating elements) generate two bubbles, and the generation timings are shifted to slightly change the amount of ink droplets ejected from the ejection port. It is still impossible to give an analog effect to the air bubbles that take up, and it was not always possible to reproducibly change the amount of ejected ink droplets.

【0040】そこで、本発明では、1の吐出口に対して
2つの発熱体を有し、それら2つの発熱体はそれぞれ異
なる発熱能力を有するようにしている。そして、それら
2つの発熱体をそれぞれ単独で、あるいは同時に駆動し
て、それぞれの場合に流路内で異なる大きさの気泡を発
生させ、それによって吐出口より吐出させるインク滴の
量を変え、階調記録を行うというものである。
In view of this, in the present invention, two heating elements are provided for one discharge port, and these two heating elements have different heating capabilities. Then, these two heating elements are driven individually or simultaneously to generate bubbles of different sizes in the flow path in each case, thereby changing the amount of ink droplets ejected from the ejection port, It is to record the key.

【0041】2つの発熱体がそれぞれ異なる発熱能力を
有するようにしているのは、 階調幅を増やすためであ
る。今、2つの発熱体が同じ発熱能力を有するものとし
た場合、とりうる階調段階は3段階である。つまり、1
つの発熱体の発熱能力をJとすると、0,J,2Jの3
段階に発熱状態をとることが可能である(3値)。
The reason why the two heating elements have different heating capacities is to increase the gradation width. Now, assuming that the two heating elements have the same heating capacity, there are three possible gradation steps. That is, 1
If the heat generation capacity of one heating element is J, then 0, J, 2J
It is possible to take a fever state at a stage (3 values).

【0042】一方、本発明のように、2つの発熱体の発
熱能力が異なるようにした場合は、4段階に発熱状態を
とることができる。つまり、第1の発熱体の発熱能力を
J1、第2の発熱体の発熱能力をJ2とすると、本発明
では、画像情報に応じて、0,J1,J2,J1+J2
の段階に発熱状態をとることができる(4値)。
On the other hand, when the two heating elements are made to have different heating capacities as in the present invention, the heating state can be set in four stages. That is, assuming that the heat generating ability of the first heat generating element is J1 and the heat generating ability of the second heat generating element is J2, in the present invention, 0, J1, J2, J1 + J2 are obtained according to the image information.
A fever state can be taken at the stage of (4 values).

【0043】本発明では、さらに2つの発熱体の発熱能
力差が、一方の1倍より大きく2倍より小さいようにし
ている。これは、2値から3値の間における階調変化幅
が大きくなりすぎないようにするためである。具体例を
挙げて説明する。今、J1の発熱能力を1、J2の発熱
能力を2.5とする(これは本発明の範囲からはずれる
例である)と、その発熱状態は0,1,2.5,3.5と
いうように4値となる。しかしながら、2値から3値の
間における階調変化幅は、1から急に2.5になり、変
化率が大きすぎ(2.5倍)、滑らかな階調変化が得ら
れなくなり、画像としてみた場合、疑似輪郭が発生する
という不具合がある。
In the present invention, the difference in heat generation capability between the two heating elements is further set to be larger than one and smaller than twice. This is to prevent the gradation change width between binary and ternary values from becoming too large. A specific example will be described. Now, assuming that the heat generation capacity of J1 is 1 and the heat generation capacity of J2 is 2.5 (this is an example outside the scope of the present invention), the heat generation state is 0, 1, 2.5, 3.5. It becomes 4 values. However, the range of gradation change between binary and ternary values suddenly changes from 1 to 2.5, the rate of change is too large (2.5 times), and smooth gradation change cannot be obtained. When viewed, there is a problem that a pseudo contour occurs.

【0044】一方、例えば、J1の発熱能力を1,J2
の発熱能力を1.5とする(これは本発明の範囲に入る
例である)と、その発熱状態は、0,1,1.5,2.5
というように4値となり、2値から3値の間における階
調変化幅は、1から1.5になり、変化率が大きすぎる
ということはなく(1.5倍)、滑らかな階調変化が得
られ、画像としてみた場合、疑似輪郭はほとんどみられ
ない。もちろんこの例では、J2の発熱能力を1.5と
したが、その発熱知能力を2に近い、例えば1.9とす
ると、2値から3値の間における階調変化幅は、1から
1.9になり、変化率も1.9倍であり、次第に階調変化
の滑らかさはなくなっていくが、それでもその変化率が
2倍より小さければ実用的な範囲であることが実験的に
わかっている。
On the other hand, for example, if the heat generation capacity of J1 is 1, J2
If the heat generation capacity of the above is set to 1.5 (this is an example falling within the scope of the present invention), the heat generation state is 0, 1, 1.5, 2.5.
As described above, the gradation value is 4 values, and the gradation change width between 2 values and 3 values is 1 to 1.5. The change rate is not too large (1.5 times), and the gradation change is smooth. Is obtained, and when viewed as an image, pseudo contours are hardly seen. Of course, in this example, the heat generating ability of J2 is set to 1.5, but if the heat generating ability is close to 2, for example, 1.9, the range of gradation change between binary and ternary values is 1 to 1. The change rate is 1.9 times, and the change rate is 1.9 times, and the smoothness of gradation change gradually disappears. However, if the change rate is less than 2 times, it is experimentally found to be in a practical range. ing.

【0045】本発明では、さらに2つの発熱体は、吐出
口からほぼ等距離に配設するようにしている。具体的に
は、図3に示したように、2つの発熱体111,112
パラレルにならべればよいが、一方で1つの吐出口に対
して、2つあるいはそれ以上の発熱体を設ける例とし
て、図5に示すように、シリーズにならべる方法も考え
られる。
In the present invention, the two heating elements are arranged at substantially the same distance from the discharge port. Specifically, as shown in FIG. 3, the two heating elements 11 1 and 11 2 may be arranged in parallel, but on the other hand, two or more heating elements may be provided for one discharge port. As an example of providing, a method of arranging in series can be considered as shown in FIG.

【0046】この図5の方法は、本発明に比べて、1つ
の吐出口に対して、2つあるいはそれ以上の発熱体を設
けることが容易(本発明のような発熱体の配列方法は、
実用的には2つが限界であり、それ以上の数の発熱体を
設けることは困難)に見えて、一見良さそうに見える
が、実際には、安定したインク滴吐出を行うには、吐出
口発熱体間の距離が重要であり、安定したインク滴吐出
が得られる距離は、その許容値があまり大きくなく、2
つの発熱体を設けた場合、それらと吐出口での距離はほ
ぼ等距離にするのが望ましい。
In the method of FIG. 5, it is easier to provide two or more heating elements for one discharge port as compared with the present invention (the heating element arraying method of the present invention is
It is practically limited to two, and it is difficult to provide more heating elements than that, and it looks good at first glance, but in reality, in order to perform stable ink droplet ejection, the ejection port The distance between the heating elements is important, and the distance at which stable ink droplet ejection is obtained is not so large that the allowable value is 2
When two heating elements are provided, it is desirable that the distance between them and the discharge port be substantially equal.

【0047】つまり、図5のような発熱体の配列方法
は、一見、2つ以上の多くの発熱体(111,112,1
3)をならべることができて、本発明よりも良い方法
に見えるが、実は発熱体だけは2つ以上並べることがで
きても、安定したインク滴吐出ができるのは吐出口発熱
体間の距離が最適になっている1個の発熱体だけであ
り、良好なインク滴吐出を行うには不向きな構成といえ
る。
That is, the method of arranging the heating elements as shown in FIG. 5 seems to have many heating elements (11 1 , 11 2 , 1) of two or more.
1 3) to be able to arranging, appears to better way than the present invention, in fact be only able to arrange two or more heating elements, stable can be ink droplet ejection between the outlets heating element It can be said that the configuration is unsuitable for performing good ink droplet ejection, since there is only one heating element with the optimum distance.

【0048】次に、このように2つの発熱体能力を異な
らせる具体的な構成について説明する。最も簡単な方法
として、発熱体へのエネルギーを変える方法がある。こ
の場合も単に入力エネルギーを変えればよいというわけ
ではなく、2つの発熱体への入力エネルギー差が、一方
の1倍より大きく2倍より小さいようにする。この理由
は、前述の2つの発熱体の発熱能力差が一方の1倍より
大きく2倍より小さくしている場合と同様に、2値から
3値の間における階調変化幅が大きくなりすぎないよう
にするためである。
Next, a specific structure for differentiating the two heating element capacities will be described. The simplest method is to change the energy to the heating element. Also in this case, it is not necessary to simply change the input energy, and the difference in the input energy to the two heating elements is set to be larger than one of the one and smaller than twice. The reason for this is that, as in the case where the difference in the heat generation capacities of the two heating elements is larger than one and smaller than twice, the gradation change width between binary and ternary values does not become too large. To do so.

【0049】さらにまた、別の理由は、発熱体の耐久性
のためである。前述のように、このような発熱体は、シ
リコン,アルミナ,ガラス等の基板上に、薄膜形成,エ
ッチング等のプロセスによって形成されるが、2つの発
熱体はほぼ同様な組成,膜厚にされる。もちろん後述す
るようにその発熱能力を変えるために、組成,膜厚等を
変えることもあるが、基本的には2つの発熱体を形成す
るプロセスは同じか、同じようなものであり、形成され
た発熱体の耐久性が大きく違うということはない。つま
り、2つの発熱体でそれぞれ入力エネルギーを変える場
合、一方に入力するエネルギーを他方に入力するエネル
ギーの何倍にもすることは実際には不可能である(破損
する)。耐久性の面からせいぜい他方の2倍まで位にす
る必要がある。
Still another reason is the durability of the heating element. As described above, such a heating element is formed on a substrate made of silicon, alumina, glass or the like by a process such as thin film formation and etching, but the two heating elements have substantially the same composition and film thickness. It Of course, as will be described later, the composition, the film thickness, etc. may be changed in order to change the heat generating ability, but basically, the process of forming the two heating elements is the same or similar, and is formed. The durability of the heating element is not so different. That is, when the input energy is changed for each of the two heating elements, it is actually impossible (damage) to make the energy input to one more times the energy input to the other. From the viewpoint of durability, it is necessary to place it up to twice as high as the other.

【0050】具体的には、例えば駆動電圧を変える場
合、一方を20Vとする場合、他方は最大でも40V未
満にすべきである。あるいは駆動パルス幅を変える場
合、一方を5μsとする場合、他方は最大でも10μs
未満にすべきである。さらにそれらを組み合わせて変え
る場合、一方を30μJとする場合、他方は最大でも6
0μJ未満にするべきである。このように、2つの発熱
体への入力エネルギー差を最大でも2倍未満とすること
により、2値から3値の間における階調変化率が大きす
ぎるということはなく、滑らかな階調変化が得られ、ま
た発熱体も破損するということがない。
Specifically, for example, when changing the driving voltage, one of them should be set to 20V and the other should be set to less than 40V at the maximum. Alternatively, when changing the drive pulse width, if one is 5 μs, the other is 10 μs at maximum.
Should be less than. When changing them by combining them, if one is 30 μJ, the other is 6 at maximum.
Should be less than 0 μJ. In this way, by setting the difference in input energy to the two heating elements to less than double at the maximum, the gradation change rate between binary and ternary values does not become too large, and smooth gradation change is achieved. Moreover, the heating element is not damaged.

【0051】次に、このように2つの発熱体の発熱能力
を異ならせる他の具体的な構成について説明する。前述
のように、本発明の発熱体は、シリコン,アルミナ,ガ
ラス等の基板上に、薄膜形成,エッチング等のいわゆる
半導体プロセスによって形成されるが、その際、エッチ
ングのためのフォトマスクのパターンサイズを変えるこ
とにより、簡単に2つの大きさの異なる発熱体を形成で
きる。この場合も前述と同様に2つの発熱体の発熱能力
差が、一方の1倍より大きく2倍より小さくなるように
2つの発熱体の大きさは決められる。具体的には、面積
を他方の2倍未満にすればよい。
Next, another specific structure in which the two heating elements have different heat generating capacities will be described. As described above, the heating element of the present invention is formed on a substrate of silicon, alumina, glass or the like by a so-called semiconductor process such as thin film formation and etching. At that time, the pattern size of the photomask for etching is used. By changing, it is possible to easily form two heating elements having different sizes. In this case as well, the size of the two heating elements is determined so that the difference in heating capability between the two heating elements is larger than one and smaller than twice as in the case described above. Specifically, the area may be less than twice the area of the other.

【0052】次に、このように2つの発熱体の発熱能力
を異ならせるさらに他の具体的な構成について説明す
る。ここでは発熱体の抵抗値を異ならせる例を説明す
る。例えば、発熱体材料として、タンタル−SiO2
混合物を用いた場合、タンタルとSiO2の割合を変え
ることによって形成される2つの発熱体の抵抗値を容易
に変えることができる。通常発熱体の抵抗値は、50〜
150Ω程度にするが、例えば一方の発熱体の抵抗値を
100Ωとした場合、他方の発熱体は150Ω程度にす
る。この場合も最大でも、一方の発熱体の2倍未満の抵
抗値とする。
Next, still another specific configuration in which the heat generating capacities of the two heating elements are made different will be described. Here, an example in which the resistance value of the heating element is made different will be described. For example, the heating element material, when using the mixture of tantalum -SiO 2, it is possible to change easily the resistance values of the two heating elements which are formed by varying the ratio of tantalum and SiO 2. The resistance value of the heating element is usually 50-
Although it is set to about 150Ω, for example, when the resistance value of one heating element is set to 100Ω, the other heating element is set to about 150Ω. In this case as well, the resistance value is less than twice the resistance value of one heating element even at the maximum.

【0053】抵抗値を高くする場合は、この例ではSi
2の比率が高くなるようにすればよい。また2つの発
熱体でそれぞれ抵抗値が異なるので、発熱体部の薄膜形
成〜フォトリソ等の工程は2つの発熱体で別々に行う必
要がある。なお、ここではタンタル−SiO2の混合物
の例をあげたが、他の材料でも同様に比率を変えたり、
あるいは添加する不純物の量を変えることによって、抵
抗値を変えることができる。
To increase the resistance value, in this example, Si
It suffices to increase the ratio of O 2 . Further, since the two heating elements have different resistance values, it is necessary to separately perform the steps of forming a thin film of the heating element portion to photolithography and the like for the two heating elements. Although an example of a mixture of tantalum-SiO 2 is given here, the ratio may be changed similarly for other materials,
Alternatively, the resistance value can be changed by changing the amount of added impurities.

【0054】次に、このように2つの発熱体の発熱能力
を異ならせるさらに他の具体的な構成について説明す
る。ここでは発熱体の厚さを異ならせる例を説明する。
前述のように、本発明の発熱体は、シリコン,アルミ
ナ,ガラス等の基板上に、薄膜形成,エッチング等のい
わゆる半導体プロセスによって形成されるが、スパッタ
リング等による発熱体材料の薄膜形成時に、その形成時
間をコントロールして、膜厚を変えればよい。この場合
も前述と同様に2つの発熱体の発熱能力差が、一方の1
倍より大きく2倍より小さくなるように2つの発熱体の
厚さは決められる。また2つの発熱体でそれぞれ厚さが
異なるので、発熱体部の薄膜形成〜フォトリソ等の行程
は2つの発熱体で別々に行う必要がある。
Next, still another specific structure in which the two heating elements have different heat generating capacities will be described. Here, an example in which the thickness of the heating element is different will be described.
As described above, the heating element of the present invention is formed on a substrate of silicon, alumina, glass or the like by a so-called semiconductor process such as thin film formation and etching. The film thickness may be changed by controlling the formation time. In this case as well, the difference in heat generation capability between the two heating elements is 1
The thickness of the two heating elements is determined so as to be more than twice and less than twice. Further, since the two heating elements have different thicknesses, it is necessary to separately perform the steps of thin film formation of the heating element portion to photolithography and the like for the two heating elements.

【0055】次に、このように2つの発熱体の発熱能力
を異ならせるさらに他の具体的な構成について説明す
る。ここでは、発熱体の材質を異ならせる例を説明す
る。前述のように、本発明に使用される発熱体の材料
は、タンタル−SiO2の混合物,窒化タンタル,ニク
ロム,銀−パラジウム合金,シリコン半導体,あるいは
ハフニウム,ランタン,ジルコニウム,チタン,タンタ
ル,タングステン,モリブデン,ニオブ,クロム,バナ
ジウム等の金属の硼化物があるが、2つの発熱体でそれ
ぞれ別々の材料で薄膜形成を行えばよい。その際、形成
された2つの発熱体は、この場合も最大でも、一方の発
熱体の2倍未満の抵抗値となるようにする。
Next, still another specific structure in which the two heating elements have different heat generating capacities will be described. Here, an example in which the material of the heating element is different will be described. As described above, the material of the heating element used in the present invention is a mixture of tantalum-SiO 2 , tantalum nitride, nichrome, silver-palladium alloy, silicon semiconductor, or hafnium, lanthanum, zirconium, titanium, tantalum, tungsten, Although there are borides of metals such as molybdenum, niobium, chromium, and vanadium, the thin films may be formed by using different materials for the two heating elements. In this case, the two heating elements formed have a resistance value less than twice that of one heating element even in this case at the maximum.

【0056】次に、このように2つの発熱体の発熱能力
を異ならせるさらに他の具体的な構成について説明す
る。ここでは、発熱体の放熱特性を異ならせる例を説明
する。本発明では、インク中で発熱体を瞬時に発熱さ
せ、いわゆる膜沸騰気泡を発生させ、その気泡の成長に
よる作用力でインク滴を吐出口より噴射させるわけであ
るが、発生する気泡の大きさは、発熱体の発熱能力によ
って変わることはいうまでもないが、発熱体の放熱特性
によっても変わる。別の表現をするならば、発熱体及び
その周辺の領域の放熱特性、あるいは発熱体およびその
周辺の領域の熱容量,熱伝導特性の違いによっても変わ
る。
Next, still another specific structure in which the heat generating capacities of the two heating elements are made different will be described. Here, an example in which the heat dissipation characteristics of the heating element are made different will be described. In the present invention, the heating element is instantly heated in the ink, so-called film boiling bubbles are generated, and the ink droplets are ejected from the ejection port by the action force due to the growth of the bubbles. Needless to say, changes depending on the heat generating ability of the heating element, but also changes depending on the heat dissipation characteristics of the heating element. In other words, it depends on the heat dissipation characteristics of the heating element and its surrounding area, or the difference in heat capacity and heat conduction characteristics of the heating element and its surrounding area.

【0057】つまり、2つの発熱体に同じ入力エネルギ
ーを加えても、発熱体の放熱特性、あるいは熱容量等が
異なれば、結果として気泡を発生させるための発熱能力
が異なることと同じである。この場合も、前述と同様
に、2つの発熱体の放熱特性、あるいは熱容量等の差
は、一方の1倍より大きく2倍より小さくなるように決
められる。
That is, even if the same input energy is applied to the two heat generating elements, if the heat radiating characteristics or the heat capacity of the heat generating elements are different, as a result, the heat generating ability for generating bubbles is different. In this case as well, the difference in the heat radiation characteristics or the heat capacities of the two heating elements is determined to be larger than one and smaller than twice as large as the one described above.

【0058】次に、このように2つの発熱体の放熱特
性、あるいは熱容量等を異ならせる具体的な構成につい
て説明する。図6は、2つの発熱体(111,112
を、それぞれ独立駆動させるための電極(71,72)の
幅を変えた例である。通常このような電極は、Al等の
金属材料が用いられるが、Alは非常に熱伝導率の高い
材料であるため、発熱体で発生した熱は、発生と同時に
Alの方に移動する。言い換えるならば、このようなA
lの電極は放熱性がよいということである。
Next, description will be given of a specific configuration in which the heat dissipation characteristics or the heat capacities of the two heating elements are made different from each other. Figure 6 shows two heating elements (11 1 , 11 2 )
Is an example in which the widths of the electrodes (7 1 , 7 2 ) for independently driving are changed. Usually, a metal material such as Al is used for such an electrode, but since Al is a material having a very high thermal conductivity, heat generated in the heating element moves to Al at the same time as it is generated. In other words, such an A
This means that the electrode of 1 has good heat dissipation.

【0059】よって、図6のように、2つの発熱体で電
極幅を異ならせれば、この2つの発熱体は発熱能力が同
じであったとしても、放熱能力が異なるため、結果とし
て気泡を発生させる能力が異なったものとなる。つま
り、電極幅が細い方の発熱体は、電極幅が太い方の発熱
体よりも熱が逃げにくいので、気泡発生能力が大きいと
いうことができる(大きい気泡が発生する)。なお、こ
こではAlを例に挙げて説明したが、他のAu,Cu等
の金属材料であってもよいことはいうまでもない。
Therefore, as shown in FIG. 6, if the two heating elements have different electrode widths, even if the two heating elements have the same heat generating ability, the heat radiating ability is different, and as a result, bubbles are generated. The ability to do so will be different. That is, it can be said that the heat generating element having a smaller electrode width is more likely to release heat than the heat generating element having a larger electrode width, and thus has a larger bubble generating ability (larger bubble is generated). Although Al is taken as an example here, it goes without saying that other metal materials such as Au and Cu may be used.

【0060】次に、このように2つの発熱体の放熱特
性、あるいは熱容量等を異ならせる他の具体的な構成に
ついて説明する。前述のように、本発明の下部層19
は、熱容量制御機能を有する。すなわち、2つの発熱体
が形成される領域のこの下部層19の厚さを変えること
によって2つの発熱体の放熱特性、あるいは熱容量等を
異ならせることができる。具体的には、例えば、基板と
してシリコンを用い、熱酸化によってシリコン基板上に
SiO2を成長させた後に、フォトリソ,エッチングを
行って、2つの発熱体が形成される領域の一方のSiO
2を薄くする。この場合も、この熱作用領域の発熱能力
の差が、一方の1倍より大きく2倍より小さくなるよう
に下部層19の厚さが決められる。
Next, another specific structure for differentiating the heat radiation characteristics or the heat capacities of the two heating elements will be described. As described above, the lower layer 19 of the present invention
Has a heat capacity control function. That is, by changing the thickness of the lower layer 19 in the region where the two heating elements are formed, the heat radiation characteristics or the heat capacity of the two heating elements can be made different. Specifically, for example, silicon is used as a substrate, and SiO 2 is grown on the silicon substrate by thermal oxidation, and then photolithography and etching are performed to form SiO 2 in one of the regions where two heating elements are formed.
Thin 2 In this case as well, the thickness of the lower layer 19 is determined so that the difference in the heat generating ability of the heat acting region is larger than one time and smaller than twice the one.

【0061】次に、このように2つの発熱体の放熱特
性、あるいは熱容量等を異ならせるさらに他の具体的な
構成について説明する。前述のように、Al等の金属材
料が熱伝導率が高く、発熱体で発生した熱の放熱量を制
御できることを説明した。そこで、ここでは、前述の例
のように、Al等の金属材料を電極として用いるだけで
はなく、放熱体として用いる例を説明する。
Next, still another specific configuration for differentiating the heat radiation characteristics or the heat capacities of the two heating elements will be described. As described above, it has been described that the metal material such as Al has a high thermal conductivity, and the amount of heat generated by the heating element can be controlled. Therefore, here, as in the above-described example, an example of using not only a metal material such as Al as an electrode but also a heat radiator will be described.

【0062】つまり、前記2つの発熱体のどちらか一方
に放熱体を設けるか、もしくは両方にそれぞれ放熱能力
の異なる放熱体を設けるものである。図7に示すものは
はその一例であり、図3に示した2つの発熱体の一方の
上(又は下)にAl等の金属材料層24を形成し、その
領域の放熱特性を高くした例である。このように一方の
発熱体の放熱特性を高くすることにより、2つの発熱体
の発熱能力が異なり、それぞれで発生させる気泡の大き
さを変えることができる。
That is, either one of the two heating elements is provided with a radiator, or both of them are provided with radiators having different heat dissipation capabilities. What is shown in FIG. 7 is an example thereof, and an example in which a metal material layer 24 of Al or the like is formed on (or below) one of the two heating elements shown in FIG. 3 to improve the heat dissipation characteristics in that region. Is. By thus increasing the heat dissipation characteristics of one heating element, the two heating elements have different heating capacities, and the size of the bubbles generated in each heating element can be changed.

【0063】この場合も、この熱作用領域の発熱能力の
差が、一方の1倍より大きく2倍より小さくなるように
上記金属層24による放熱体形成領域の広さが決められ
る。またこのような金属層は、Au等のように耐インク
腐食性に優れた材料である場合には、発熱領域の最表面
(インクに接する面)に形成してもよいが、Al,Cu
等のように耐インク腐食性に劣る材料を使用する場合に
は、直接インクに接しないように、保護層より下の層の
どこかに形成する。また、不必要な導通を避けるため
に、絶縁処理をしておくことはいうまでもない。
In this case as well, the size of the heat radiating body forming region by the metal layer 24 is determined so that the difference in the heat generating ability of the heat acting region is larger than one and smaller than twice. Further, such a metal layer may be formed on the outermost surface (the surface in contact with the ink) of the heat generation region when it is a material having excellent ink corrosion resistance such as Au.
In the case of using a material having poor ink corrosion resistance as described above, it is formed somewhere below the protective layer so as not to come into direct contact with the ink. Needless to say, an insulation treatment is performed in order to avoid unnecessary conduction.

【0064】次に、このように2つの発熱体の放熱特
性、あるいは熱容量等を異ならせるさらに他の具体的な
構成について説明する。前述のように、本発明の保護層
(上部層)21の代表例としてSiO2が挙げられる
が、これは下部層19の例でも説明したように、熱容量
制御機能を有する。従って、下部層19の場合と同じよ
うに、2つの発熱体が形成される領域のこの保護層(上
部層)21の厚さを変えることにより、2つの発熱体の
放熱特性、あるいは熱容量等を異ならせることができ
る。具体的には、スパッタリング等によってSiO2
保護層を形成した後に、フォトリソ,エッチングを行っ
て、2つの発熱体が形成される領域の一方のSiO2
薄くすればよい。この場合も、この熱作用領域の発熱能
力の差が、一方の1倍より大きく2倍より小さくなるよ
うに保護層(上層部)21の厚さが決められる。なお、
保護層(上部層)21の材料としてSiO2の例で説明
したが、他の材料であってもよいことはいうまでもな
い。
Next, still another specific structure for differentiating the heat radiation characteristics or the heat capacities of the two heat generating elements will be described. As described above, SiO 2 is mentioned as a typical example of the protective layer (upper layer) 21 of the present invention, but this has a heat capacity control function as described in the example of the lower layer 19. Therefore, as in the case of the lower layer 19, by changing the thickness of the protective layer (upper layer) 21 in the region where the two heating elements are formed, the heat dissipation characteristics or the heat capacity of the two heating elements can be improved. Can be different. Specifically, after forming a protective layer of SiO 2 by sputtering or the like, photolithography and etching may be performed to thin SiO 2 in one of the regions where the two heating elements are formed. In this case as well, the thickness of the protective layer (upper layer portion) 21 is determined so that the difference in the heat generating ability of the heat acting region is larger than one and smaller than twice. In addition,
Although the example of SiO 2 has been described as the material of the protective layer (upper layer) 21, it goes without saying that another material may be used.

【0065】[0065]

【発明の効果】1つの吐出口に対応して、発熱能力が異
なる2つの発熱体を設け、画像情報に応じてそれぞれの
発熱体を独立、あるいは共同して駆動して、発生させる
気泡の大きさを変え、前記吐出口から吐出する液滴の質
量を変えて、階調記録を行うようにさせたので、従来、
2値記録しかできなかったバブルインクジェット方式に
よる記録ヘッド/記録方法において、被記録体上におけ
るドット径を変える、いわゆるドット径変調による階調
記録(多値記録)が可能である。さらに、2つの発熱体
の発熱能力差を、自然数倍とせず、一方の1倍より大き
くし、2倍より小さくしたので、通常、普通に考えられ
る2つの同一の発熱能力の発熱体を有する場合や、ある
いは2つの発熱体の発熱能力差が自然数倍であるような
場合に比べて、それぞれの発熱体を、順次独立に駆動し
たりあるいは2つを組み合わせて駆動したりして、その
階調レベルを変える場合に、その階調幅がとれる範囲が
広くなり、非常に高画質な記録ができる。
EFFECTS OF THE INVENTION Two heating elements having different heat generating capacities are provided corresponding to one ejection port, and each heating element is driven independently or jointly in accordance with image information to generate a bubble size. In this case, since the gradation recording is performed by changing the height and changing the mass of the liquid droplets ejected from the ejection port,
In the recording head / recording method of the bubble ink jet method, which can only perform binary recording, gradation recording (multi-value recording) by changing the dot diameter on the recording medium, that is, so-called dot diameter modulation, is possible. Furthermore, since the difference in the heat generation capacities of the two heating elements is not made to be a natural number multiple, but is made larger than one of the one and smaller than two times, there are usually two heat generating elements having the same heat generating ability. In comparison with the case where the difference in heat generation capability between the two heating elements is a natural number multiple, the respective heating elements are sequentially driven independently or in combination of the two, and When changing the gradation level, the range in which the gradation width can be taken becomes wide, and extremely high quality recording can be performed.

【0066】上述のごときバブルインクジェット方式に
よる記録方法において、2つの発熱体への入力エネルギ
ーを変えるようにしたので、電気的な制御によって、容
易に2つの発熱体の発熱量を変えることができるように
なった。それにより、それぞれの発熱体によって形成さ
れる気泡の大きさが違うため、それらを単独、あるいは
組み合わせて使用した場合に、吐出口から吐出する液滴
の質量を変えることができ、被記録体上におけるドット
径を変える、いわゆるドット径変調による階調記録(多
値記録)が簡単な電気的制御のみによって可能となり、
さらに、その階調幅がとれる範囲が広く、非常に高画質
な記録ができる。
In the recording method using the bubble ink jet method as described above, since the input energy to the two heating elements is changed, it is possible to easily change the heating values of the two heating elements by electrical control. Became. As a result, the size of the bubbles formed by each heating element is different, and when these are used alone or in combination, the mass of the liquid droplets ejected from the ejection port can be changed. The gradation recording (multi-value recording) by changing the dot diameter in the so-called dot diameter modulation is possible only by simple electrical control,
Further, the range of the gradation range is wide, and recording with extremely high image quality can be performed.

【0067】バブルインクジェット方式による記録ヘッ
ドにおいて、通常、普通に考えられる2つの大きさの発
熱体を有する記録ヘッドに比べて、それぞれの発熱体
を、順次独立に駆動したり、あるいは2つを組み合わせ
て駆動したりして、その階調レベルを変える場合に、そ
の階調幅がとれる範囲が広くなり、非常に高画質な記録
ができる。
In the bubble ink jet type recording head, as compared with a recording head having heating elements of two sizes which are usually considered, each heating element is driven independently in sequence, or a combination of the two is used. When the gradation level is changed by driving by driving, the range in which the gradation width can be taken is widened and extremely high image quality recording can be performed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明が適用される液体噴射記録ヘッドの分
解斜視図である。
FIG. 1 is an exploded perspective view of a liquid jet recording head to which the present invention is applied.

【図2】 本発明が適用されるバブルインクジェット方
式のインクジェットのインク滴吐出の原理を説明するた
めの図である。
FIG. 2 is a diagram for explaining the principle of ink droplet ejection of a bubble inkjet system inkjet to which the present invention is applied.

【図3】 本発明の発熱体基板の斜視図である。FIG. 3 is a perspective view of a heating element substrate of the present invention.

【図4】 本発明の発熱体基板を説明するための断面図
であって、図4(A)は表面詳細図、図4(B)は図4
(A)におけるB―B断面図である。
4A and 4B are cross-sectional views for explaining a heating element substrate of the present invention, in which FIG. 4A is a detailed surface diagram and FIG.
It is a BB sectional view in (A).

【図5】 電極及び発熱体の配列例を説明するための図
である。
FIG. 5 is a diagram for explaining an arrangement example of electrodes and heating elements.

【図6】 電極及び発熱体の他の配列例を説明するため
の図である。
FIG. 6 is a diagram for explaining another arrangement example of electrodes and heating elements.

【図7】 放熱特性、あるいは熱容量を異ならせた2つ
の発熱体を備えた本発明の発熱体基板の斜視図である。
FIG. 7 is a perspective view of a heating element substrate of the present invention including two heating elements having different heat dissipation characteristics or heat capacities.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

8,108…共通電極、10…ノズル、11…発熱体、
12…基板、13…流路基板、14…吐出口、15…液
吐出部、16…熱作用部、17…熱発生部、18…熱作
用部、19…下層部、20…発熱抵抗層、21…上部
層、22,23…電極、24…金属材料層、101…蓋
基板、102…発熱体基板、103…記録液体流入口、
104…吐出口、105…流路、106…液室を形成す
る領域、107…個別制御電極、109…発熱体、11
0…インク、111…気泡、112…液滴。
8, 108 ... Common electrode, 10 ... Nozzle, 11 ... Heating element,
12 ... Substrate, 13 ... Flow path substrate, 14 ... Discharge port, 15 ... Liquid discharge part, 16 ... Heat acting part, 17 ... Heat generating part, 18 ... Heat acting part, 19 ... Lower layer part, 20 ... Heating resistance layer, 21 ... Upper layer, 22, 23 ... Electrode, 24 ... Metal material layer, 101 ... Lid substrate, 102 ... Heating element substrate, 103 ... Recording liquid inlet,
104 ... Ejection port, 105 ... Flow path, 106 ... Region forming liquid chamber, 107 ... Individual control electrode, 109 ... Heating element, 11
0 ... Ink, 111 ... Bubbles, 112 ... Droplets.

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 熱エネルギー作用部を設けた流路、該流
路に記録液体を導入するための液室、及び、該液室に記
録液体を導入する手段を備え、導入された記録液体を前
記熱エネルギー作用部により加熱して気泡を発生させ、
該気泡の体積増加にともなう作用力により、前記記録液
体を前記熱エネルギー作用部面とほぼ平行方向に吐出口
から液滴として吐出させる液体噴射記録ヘッドにおい
て、前記熱エネルギー作用部は、独立駆動が可能で、発
熱能力が異なる2つの発熱体からなり、該2つの発熱体
のうち一方の発熱体の発熱能力は他方のそれの1倍より
大きく2倍より小さいことを特徴とする液体噴射記録ヘ
ッド。
1. A flow path provided with a thermal energy acting portion, a liquid chamber for introducing the recording liquid into the flow path, and means for introducing the recording liquid into the liquid chamber, the introduced recording liquid Generate bubbles by heating with the thermal energy acting unit,
In the liquid jet recording head that ejects the recording liquid as droplets from the ejection port in the direction substantially parallel to the surface of the thermal energy acting portion by the acting force accompanying the increase in volume of the bubbles, the thermal energy acting portion is independently driven. A liquid jet recording head comprising two heat generating elements which are possible and have different heat generating ability, and one of the two heat generating elements has a heat generating ability of more than 1 time and less than 2 time of that of the other. .
【請求項2】 独立した2つの発熱体のうち一方の発熱
体の発熱能力が他方のそれの1倍より大きく2倍より小
さい熱エネルギー作用部を上流、下流に備えた流路中に
おいて、導入された記録液体に前記熱エネルギー作用部
によって気泡を発生させ、該気泡の体積増加にともなう
作用力により、前記記録液体を前記吐出口から熱エネル
ギー作用部面とほぼ平行方向に液滴として吐出させ、記
録体に前記液滴を付着させて記録を行う液体噴射記録方
法において、前記2つの発熱体を、画像情報に応じて独
立、あるいは共同して駆動することにより、前記吐出口
から吐出する液滴の質量を変えて階調記録を行うことを
特徴とする液体噴射記録方法。
2. Introducing into a flow path having upstream and downstream a thermal energy acting portion of one of the two independent heating elements, the heating capacity of which is greater than one time and less than twice that of the other heating element. Bubbles are generated in the recorded liquid by the thermal energy acting portion, and the recording liquid is ejected as droplets from the ejection port in a direction substantially parallel to the surface of the thermal energy acting portion by the action force accompanying the increase in volume of the bubble. In a liquid jet recording method for recording by depositing the droplets on a recording medium, a liquid ejected from the ejection port by driving the two heating elements independently or jointly according to image information. A liquid jet recording method, wherein gradation recording is performed by changing the mass of a droplet.
【請求項3】 前記2つの発熱体への入力エネルギーは
同一ではないことを特徴とする請求項1に記載の液体噴
射記録ヘッド。
3. The liquid jet recording head according to claim 1, wherein the input energies to the two heating elements are not the same.
【請求項4】 前記2つの発熱体の発熱面積が異なるこ
とを特徴とする請求項1に記載の液体噴射記録ヘッド。
4. The liquid jet recording head according to claim 1, wherein the two heating elements have different heating areas.
【請求項5】 前記2つの発熱体の抵抗値が異なること
を特徴とする請求項1又は4に記載の液体噴射記録ヘッ
ド。
5. The liquid jet recording head according to claim 1, wherein the two heating elements have different resistance values.
【請求項6】 前記2つの発熱体の放熱能力が異なるこ
とを特徴とする請求項1,4,5のいずれかに記載の液
体噴射記録ヘッド。
6. The liquid jet recording head according to claim 1, wherein the two heat generating elements have different heat radiating capacities.
【請求項7】 前記2つの発熱体に接続される電極の熱
容量が異なることを特徴とする請求項1,4,5,6の
いずれかに記載の液体噴射記録ヘッド。
7. The liquid jet recording head according to claim 1, wherein the electrodes connected to the two heating elements have different heat capacities.
【請求項8】 前記2つの発熱体のどちらか一方に放熱
体を設けたことを特徴とする請求項1,4,5,6,7
のいずれかに記載の液体噴射記録ヘッド。
8. A radiator is provided on either one of the two heating elements.
The liquid jet recording head according to any one of 1.
【請求項9】 前記2つの発熱体にそれぞれ放熱能力の
異なる放熱体を設けたことを特徴とする請求項1,4,
5,6,7,8のいずれかに記載の液体噴射記録ヘッ
ド。
9. A heat-radiating body having different heat-radiating ability is provided to each of the two heat-generating bodies.
5. A liquid jet recording head according to any one of 5, 6, 7, and 8.
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