JP2651189B2

JP2651189B2 - 液体噴射記録方法

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Publication number: JP2651189B2
Application number: JP8796188A
Authority: JP
Inventors: 卓朗関谷
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1988-04-08
Filing date: 1988-04-08
Publication date: 1997-09-10
Anticipated expiration: 2012-09-10
Also published as: JPH01258954A

Description

【発明の詳細な説明】技術分野本発明は、液体噴射記録方法、より詳細には、熱エネ
ルギーを利用した新規な記録方法に関する。

従来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、而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。

この様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なうものであって、この記録液体
の小滴の発生法及び発生された記録液小滴の飛翔方向を
制御する為の制御方法によって幾つかの方式に大別され
る。

先ず第１の方式は例えばUSP3060429に開示されている
もの（Tele type方式）であって、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、ノズルと加速電極間
に電界を掛けて、一様に帯電した記録液体の小滴をノズ
ルより吐出させ、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様に構成された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。

第２の方式は、例えばUSP3596275、USP3298030等に開
示されている方式（Sweet方式）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
の電界が掛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ノズルのオリフィス（吐出
口）の前に記録信号が印加されている様に構成した帯電
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掛けられている偏向電
極間を飛翔する時、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
様にされている。

第３の方式は例えばUSP3416153に開示されている方式
（Hertz方式）であって、ノズルとリング状の帯電電極
間に電界を掛け、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
式ではノズルと帯電電極間に掛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。

第４の方式は、例えばUSP3747120に開示されている方
式（Stemme方式）で、この方式は前記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、何れもノズルより吐出され
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Stmme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記録を行うものである。

これ等、従来の４つの方式は各々に特長を有するもの
であるが、又、他方において解決され得る可き点が存在
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的エネルギーであり、又、
小滴の偏向制御も電界制御である。その為、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、又、記録ヘッドのマルチノズル化が困難であるの
で高速記録には不向きである。

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、又記録液体小滴
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易いこと等の問題点がある。

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が記録され得る特長を有するが、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
が生ずること及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す
る。

第４の方式は、第１乃至第３の方式に比べ利点を比較
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）で記録液体をノズルの吐出口よ
り吐出して記録を行う為に、第１乃至第３の方式の様に
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及び第１乃至第２の方
式の様に、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。而乍ら、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、又、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。

更には、特開昭48−9622号公報（前記USP3747120に対
応）には、変形例として、前記の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
生する為に液体を直接加熱する加熱コイルをピエゾ振動
素子の代りの圧力上昇手段として使用する所謂バブルジ
ェットの液体噴射記録装置が記載されている。

しかし、上記公報には、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過ぎず、連続繰
返し液吐出を行う場合は、どの様に加熱すれば良いか
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遥か
に遠い袋状液室の最深部に設けられているので、ヘッド
構造上複雑であるに加えて、高速での連続繰返し使用に
は、不向きとなっている。

しかも、上記公報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出来ない。

このように従来法には、構成上、高速記録化上、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。

上述の諸点に鑑み、本出願人は、先に、構造的にシン
プルであって、マルチノズル化を容易にし、高速記録が
可能であって、サテライトドットの発生がなく、カブリ
のない鮮明な記録画像の得られる記録方式について提案
した（特公昭56−9429号公報）。これは、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オリフィス
よりインク滴を吐出させるいわゆるバルブジェット型イ
ンクジェット記録装置の基本となるものである。

第24図は、バブルジェットヘッドの動作説明をするた
めの図、第25図は、バブルジェットヘッドの一例を示す
斜視図、第26図は、第25図に示したヘッドを構成する蓋
基板（第26図（ａ））と発熱体基板（第26図（ｂ））に
分解した時の斜視図、第27図は、第26図（ａ）に示した
蓋基板を裏側から見た斜視図で、図中、１は蓋基板、２
は発熱体基板、３は記録液体流入口、４はオリフィス、
５は流路、６は液室を形成するための領域、７は個別
（独立）電極、８は共通電極、９は発熱体（ヒータ）、
10はインク、11は気泡、12は飛翔インク滴である。

最初に、第24図を参照しながらバブルジェットによる
インク噴射について説明すると、（ａ）は定常状態であり、オリフィス面でインク10の
表面張力と外圧とが平衡状態である。

（ｂ）はヒータ９が加熱されて、ヒータ９の表面温度
が急上昇し隣接インク層に沸騰現状が起きるまで加熱さ
れ、微小気泡11が点在している状態にある。

（ｃ）はヒータ９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11が生長
した状態である。この時、ノズル内の圧力は、気泡の生
長した分だけ上昇し、オリフィス面での外圧とのバラン
スがくずれ、オリフィスよりインク柱が生長し始める。

（ｄ）は気泡が最大に生長した状態であり、オリフィ
ス面より気泡の体積に相当する分のインク10が押し出さ
れる。この時、ヒータ９には電流が流れていない状態に
あり、ヒータ９を表面温度は降下しつつある。気泡11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お
くれる。

（ｅ）は気泡11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
された速度を保しつつ前進し、後端部では気泡の収縮に
伴ってノズル内圧の減少によりオリフィス面からノズル
内へインクが逆流してインク柱にくびれが生じている。

（ｆ）はさらに気泡11が収縮し、ヒータ面にインクが
接しヒータ面がさらに急激に冷却される状態にある。オ
リフィス面では、外圧がノズル内圧より高い状態にある
ためメニスカスが大きくノズル内に入り込んで来てい
る。インク柱の先端部は液滴になり記録紙の方向へ５〜
10m/secの速度で飛翔している。

（ｇ）はオリフィスにインクが毛細管現象により再び
供給（リフィル）されて（ａ）の状態にもどる過程で、
気泡は完全に消滅している。

目的本出願人は、上記先行技術をもとに多くの実験を行っ
ている最中に、類似のヘッド構成をとりつつ、わずかに
その開口（オリフィス）、熱エネルギー作用部の位置関
係を変えることにより、従来とは原理が全く異なる記録
方法を見出したものであり、該発明に基づいて、熱エネ
ルギー作用部を利用する新規な記録方法を提供するもの
である。

構成本発明による熱エネルギー利用の新規な記録方法は、
液液もしくは噴霧を吐出させるための開口と、記録液体
に熱による状態変化を生じせしめるための熱エネルギー
作用部と、前記開口に連通し、前記熱エネルギー作用部
をその一部とし、前記記録液体をその中に保存する液室
もしくは流路と、該液室もしくは流路に前記記録液体を
供給する手段とを有する液体噴射記録ヘッドにおいて、
前記開口の近傍に設けられた前記熱エネルギー作用部に
おける前記記録液体が画像信号に応じて急激に加熱せし
められることによって前記開口より吐出する複数の微小
液滴群もしくは噴霧によって記録が行なわれることを特
徴としたものである。以下、本発明の実施例に基づいて
説明する。

第１図（ａ）は、本発明の動作原理を説明するための
要部（オリフィス近傍）断面図、第１図（ｂ）は、本発
明の実施に使用するインクジェット記録ヘッドの発熱体
基板の要部斜視図で、本発明においては、発熱体９（熱
エネルギー作用部）は、図示のように、オリフィス４に
近いところに設けられており、該熱エネルギー作用部に
画像信号に応じて熱エネルギーを供給するようにしてい
る。而して、本発明においては、上述のように気泡を発
生させて、その気泡の膨張による圧力作用によってオリ
フィスよりインク滴を１個の気泡に対して１滴吐出させ
るのではなく、図示のように、熱エネルギー作用部を通
常のバブルジェットよりオリフィスに近いところに設
け、画像信号に応じて、熱エネルギー作用部を作用さ
せ、それにより、１個気泡が発生して１滴インク滴が吐
出するのではなく、ヒータ９によって加熱されたインク
が瞬時に沸騰あるいは蒸発して、微小インク滴13（通常
のバブルジェットのインク滴よりも小さいという意味）
が、複数個（あるいは無数、あるいは噴霧状に）オリフ
ィスから飛翔するようにしたものである。なお、熱エネ
ルギー作用部の流路の奥まった部分（オリフィスと反対
側）では、従来のバブルジェットと同様に気泡が発生す
ることもあるが、それは、本発明の技術の本質的なこと
ではない。

第２図は、上述のごとき液体噴射記録ヘッドの要部構
成を説明するための典型例を示す図で、第２図（ａ）
は、上記液体噴射記録ヘッドのオリフィス側から見た正
面詳細部分図、第２図（ｂ）は、第２図（ａ）に一点鎖
線Ｘ−Ｘで示す部分で切断した場合の切断面部分図であ
る。これらの図に示された記録ヘッド21は、その表面に
電気熱変換体22が設けられている基板23上に、所定の線
密度で所定の巾と深さの溝が所定数設けられている溝付
板24を該基板23を覆うように接合することによって、複
数の微小液滴又は噴霧を飛翔させるためのオリフィス25
を含む液吐出部26が形成された構造を有している。液吐
出部26は、オリフィス25と電気熱変換体22より発生され
る熱エネルギーが液体に作用して状態変化を生じせしめ
るところである熱作用部27とを有する。

熱作用部27は、電気熱変換体22の熱発生部28の上部に
位置し、熱発生部28の液体と接触する面としての熱作用
面29をその低面としている。熱発生部28は、基板23上に
設けられた下部層30、該下部層30上に設けられた発熱抵
抗層31、該発熱抵抗層31上に設けられた上部層32とで構
成される。

発熱抵抗層31には、熱を発生させるために該層31に通
電するための電極33,34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によって熱発生部28が形成
されている。

電極33は、各液吐出部の熱発生部に共通の電極であ
り、電極34は、各液吐出部の熱発生部を選択して発熱さ
せるための選択電極であって、液吐出部の液流路に沿っ
て設けられている。

保護層32は、熱発生部28においては発熱抵抗層31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31と液吐出部26の液流路を満たしている液体とを
隔絶すると共に、液体を通じて電極33,34間が短絡する
のを防止し、更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。

各液吐出部に設けられている液流路は、各液吐出部の
上流において、液流路の一部を構成する共通液室（不図
示）を介して連通されている。各液吐出部に設られた電
気熱変換体22に接続されている電極33,34はその設計上
の都合により、前記上部層に保護されて熱作用部の上流
側において前記共通液室下を通るように設けられてい
る。

第３図は、発熱抵抗体を用いる熱エネルギー作用部の
構造を説明するための詳細図で、図中、41は発熱抵抗
体、42は電極、43は保護層、44は電源装置を示し、発熱
抵抗体41を構成する材料として、有用なものには、たと
えば、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げられる。これらの発熱抵抗体
41を構成する材料のうち、殊に金属硼化物が優れたもの
としてあげることができ、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。

発熱抵抗体41は上記の材料を用いて電子ビーム蒸着や
スパツタリング等の手法を用いて形成することができ
る。発熱抵抗体41の膜厚は、単位時間当たりの発熱量が
所望どうりとなるように、その面積、材質及び熱作用部
分の形状及び大きさ、更には実際面での消費電力等に従
って決定されるものであるが、通常の場合0.001〜５μ
ｍ、好適には0.01〜１μｍ、とされる。

電極42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。

保護層43に要求される特性は、発熱抵抗体41で発生さ
れた熱を記憶液体（インク）に効果的に伝達することを
妨げずに、かつインクより発熱抵抗体41を保護するとい
うことである。保護層43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
コニウム等があげられ、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。
保護層43の膜厚は、通常は0.01〜10μｍ、好適には0.1
〜５μｍ、最適には0.1〜３μｍとされるのが望まし
い。

以上のようにして作成した記録ヘッドを、発熱抵抗体
が発熱しない状態では記録液体が吐出口から吐出しない
程度の圧力で記録液体を供給し乍ら画像信号に従って電
気・熱変換体にパルス的に電圧を印加して記録を実行し
たところ、鮮明な画像が得られた。

第４図は、その時の発熱体駆動回路の一例を示すブロ
ック図で、51はフォトダイオード等で構成される公知の
読取り用の光学的入力フォトセンサ部で、該光学的入力
フォトセンサ部51に入力した画像信号はコンパレータ等
の回路からなる処理回路52で処理されて、ドライブ回路
53に入力される。ドライブ回路53は、記録ヘッド54を入
力信号に従ってパルス幅、パルス振幅、繰り返し周波数
等を制御してドライブする。

例えば、最も簡便な記録では、入力画像信号を処理回
路52において白黒判別してドライブ回路53に入力する。
ドライブ回路53では適当なパルス幅、パルス振幅及び所
望の記録液滴密度を得る為の繰り返し周波数を制御され
た信号に変換されて、記録ヘッド54を駆動する。本発明
による記録装置の主要部となる記録ヘッドは微小である
から容易に複数個並べることが出来、高密度マルチオリ
フィス化記録ヘッドが可能である。

第５図は、記録液体に状態変化を発生させる別の手段
を説明するための図で、図中、61はレーザ発振器、62は
光変調駆動回路、63は光変調器、64は走査器、65は集光
レンズで、レーザ発振器61より発生されたレーザ光は、
光変調器63において、光変調器駆動回路62に入力されて
電気的に処理されて出力される画像情報信号に従ってパ
ルス変調される。パルス変調されたレーザ光は、走査器
64を通り、集光レンズ65によって熱エネルギー作用部の
外壁に焦点が合うように集光され、記録ヘッドの外壁66
を加熱し、内部の記録液体67内で該記録液体に状態変化
を発生させる。あるいは熱エネルギー作用部の壁66は、
レーザ光に対して透過性の材料で作られ、集光レンズ65
によって内部の記録液体67に焦点が合うように集光さ
れ、記録液体を直接加熱することによって状態変化を発
生させてもよい。

第６図は、上述のごときレーザ光を用いたプリンター
の一例を説明するための図で、ノズル部71は、高密度に
（たとえば８ノズル/mm）、又、紙72の紙巾（たとえばA
4横巾）すべてにわたってカバーされるように集積され
ている例を示している。

レーザ発振器61より発振されたレーザ光は、光変調器
63の入口開口に導かれる。光変調器63において、レーザ
光は、光変調器63への画情報入力信号に従って強弱の変
調を受ける。変調を受けたレーザ光は、反射鏡68によっ
てその光路をビームエキスパンダー69の方向に曲げら
れ、ビームエキスパンダー69に入射する。ビームエキス
パンダー69により平行光のままビーム径が拡大される。
次に、ビーム径の拡大されたレーザ光は、高速で定速回
転する回転多面鏡70に入射される。回転多面鏡70によっ
て掃引されたレーザ光は、集光レンズ65により、ドロッ
プジェネレータの熱エネルギー作用部外壁66もしくは内
部の記録液体に結像する。それによって、各熱エネルギ
ー作用部には、記録液体に状態変化が発生し、記録液滴
を吐出し、記録紙72に記録に行なわれる。

第７図は、さらに別の状態変化発生手段を示す図で、
この例は、熱エネルギー作用部の内壁側に配置された１
対の放電電極80が、放電装置81から高電圧のパルスを受
け、記録液体中で放電をおこし、その放電によって発生
する熱により瞬時に状態変化を形成するようにしたもの
である。

第８図乃至第15図は、それぞれ第７図に示した放電電
極の具体例を示す図で、第８図に示した例は、電極80を針状にして、電界を集中させ、効率よく（低
エネルギーで）放電をおこさせるようにしたものであ
る。

第９図に示した例は、２枚の平板電極にして、電極間に安定して記録液体に
状態変化が発生するようにしたものである。針状の電極
より、状態変化発生の位置が安定している。

第10図に示した例は、電極にほぼ同軸の穴をあけたものである。２枚の電極
の両穴がガイドになって、状態変化発生の位置はさらに
安定する。

第11図に示した例は、リング状の電極にしたものであり、基本的には第10図
に示した例と同じであり、その変形実施例である。

第12図に示した例は、一方をリング状電極とし、もう一方を針状電極とした
ものである。リング状電極により、状態変化の安定性を
狙い、針状電極により電界の集中により効率を狙ったも
のである。

第13図に示した例は、一方のリンク状電極を熱エネルギー作用部の壁面に形
成したものである。これは、第12図に示した例の効果に
加えて、基板上に平面的に電極を形成するという製造上
の容易さを狙ったものである。このような平面的な電極
は、蒸着（あるいはスパッタリング）や、フォトエッチ
ングの技術によって容易に高密度な複数個のものが製作
され得る。マルチアレイに特に威力を発揮する。

第14図に示した例は、第13図に示した例のリング状電極形成部を電極の外周
にそった形状で周囲から一段高くしたものである。やは
り、状態変化発生の安定性を狙ったものであり、第12図
に示したものよりも３次元的なガイドを付け加えた分だ
け安定する。

第15図に示した例は、第14図に示した例とは反対に、リング状電極形成部
を、周囲から下へ落しこんだ構造としたもので、やは
り、状態変化の発生は安定して形成される。

第16図乃至第23図は、上記記録ヘッドを記録装置に組
込んで実際に記録を行なう場合の制御機構を説明するた
めの図で、最初に、第16図乃至第19図を参照しながら外
部信号に従って各電気・熱変換体110₁,110₂,……110₇を
同時に制御して各吐出口111₁,111₂,……111₇から同時に
外部信号に応じた液吐出を行なう場合の例について説明
する。まず、第16図は全体ブロック図で、コンピュータ
のキーボード操作による入力信号120はインターフェー
ス回路、121からデータジェネレータ122に入力される。
次にキャラクタージェネレータ123内の所望のキャラク
ターを選択し、プリントしやすい形態にデータジェネレ
ーター122にてデータ信号を配列する。データジェネレ
ーター122において配列されたデータはバッファ回路124
で一度記憶され、順次、ドライブ回路125₁−125₇に送ら
れて各変換体110₁,110₂,……110₇をドライブし、液滴を
吐出する。制御回路126は各回路の入出力タイミングを
制御したり、各回路の動作を指令する信号を出力する回
路である。

第17図は第16図に示されるバッファ回路124の動作を
説明するタイミングチャートで、バッファ回路124は第1
7図に示す様にデータジェネレーター122で配列されたデ
ータ信号S102をキャラクタージェネレーターで発生させ
るキャラクタークロックS101とタイミングされて入力
し、もう一方のタイミングでは順次ドライブ回路125₁〜
125₇へ出力信号を与えている。第16図の例では、１つの
バッファ回路で入出力を行なったが複数のバッファ回路
による制御、所謂ダブルバッファリングを行なってもよ
い。即ち、一方のバッファ回路が入力している時に他方
のバッファ回路から出力し次のタイミングでは逆の動作
を各々のバッファ回路で行なうやり方を採用しても良
い。ダブルバッファで行う場合には、液滴を連続して吐
出させることも出来る。

この様にして７個の変換体110₁,110₂,……110₇は、例
えば第18図に示す様な液液吐出タイミングチャートに従
って同時に制御され、結果として第19図に○印にて示す
様な印字を７個の吐出口から液液吐出をもって行なうこ
とが出来る。なお、信号S111〜S117の各々は、７個の変
換体110₁,110₂,……110₇の各々に印加される信号であ
る。

第20図乃至第23図は外部信号に従って各電気・熱変換
体を順次制御して、液滴吐出を各吐出口から順次行なう
制御機構の例を説明するための図で、第20図には装置全
体のブロック図が示されている。第20図において、外部
信号S130はインターフェース回路131を通って、データ
ジェネレータ132でプリントしやすい順序に配列され
る。第20図に示す例の様に、コラムごとにプリントする
例では、コラムごとにキャラクタージェネレーター133
からデータを読み出し、コラムバッファ回路134を一旦
蓄える。そしてコラムデータをキャラクタージェネレー
ター133から読んでコラムバッファ回路134₂に入力して
いるタイミングで、コラムバッファ回路134₁からは別の
データが出力され、ドライブ回路135が動作される。

第21図にはバッファ回路134の動作を説明するタイミ
ングチャートが示される。ドライブ回路135から出力さ
れたコラムデータ信号はゲート回路137によって制御さ
れる各変換体110₁,110₂,……110₇が順次駆動される。そ
の時のタイミングチャートを第21図に示す。図におい
て、S141はキャラクタークロック、S142はコラムバッフ
ァ回路134₁への入力信号、S143はコラムバッファ回路13
4₂への入力信号、S144はコラムバッファ回路134₁から出
力される信号、S145はコラムバッファ回路134₂から出力
される信号を示す。結果として、例えば、第22に示すよ
うな液滴吐出タイミングに従って、７個の吐出口から順
次液滴が吐出されて、第23図に○印にて示す様な文字が
印字される。なお、信号S151〜S157の各々は、７個の変
換体110₁,110₂,……110₇の各々に印加される信号を示し
たものである。

なお、制御機構をキャラクターの印字の例で説明した
が、複写画像等を得る場合にも同様の手法で行なわれ
る。又、本例では７個の吐出口を有する記録ヘッドを使
用した例で説明したが、フルラインマルチオリフィスタ
イプの記録ヘッドを使用した場合にも同様の手法で記録
を行なうことが可能である。

本発明による記録装置に使用される記録液体は、後述
する熱物性値及びその他の物性値を有する様に材料の選
択と組成成分の比が調合される他に従来の記録法におい
て使用されている記録液体と同様化学的物理的に安定で
ある他、応答性、忠実性、曳糸化能に優れている事、液
路殊に吐出口において固まらない事、流路中を記録速度
に応じた速度で流通し得る事、記録後、記録部材への定
着が速やかである事、記録濃度が充分である事、貯蔵寿
命が良好である事、等々の特性を与える様に物性が調整
される。

本発明による記録装置に使用される記録液体は、液媒
体と記録像を形成する記録剤及び所望の特性を得る為に
添加される添加剤より構成され、前記の物性値を得る範
囲において液媒体及び添加剤の種類及び組成比の選択に
よって、水性、非水性、溶解性、導電性、絶縁性のいず
れも得ることが出来る。

液媒体としては、水性媒体と非水性媒体とに大別され
るが、使用される液媒体は、前記の物性値を調合される
記録媒体が有する様に他の選択される構成成分との組み
合せを考慮して下記のものより選択される。

その様な非水性媒体としては、例えばメチルアルコー
ル、エチルアルコール、ｎ−プロピルアルコール、イソ
プロピルアルコール、ｎ−ブチルアルコール、sec−ブ
チルアルコール、tert−ブチルアルコール、イソブチル
アルコール、ペンチルアルコール、ヘキシルアルコー
ル、ヘプチルアルコール、オクチルアルコール、ノニル
アルコール、デシルアルコール等の炭素数１〜10のアル
キルアルコール；例えば、ヘキサン、オクタン、シクロ
ペンタン、ベンゼン、トルエン、キシロール等の炭化水
素系溶剤；例えば、四塩化炭素、トリクロロエチレン、
テトラクロロエタン、ジクロロベンゼン等のハロゲン化
炭化水素系溶剤；例えば、エチルエーテル、ブチルエー
テル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレン
グリコールモノエチルエーテル等のエーテル系溶剤；例
えば、アセトン、メチルエチルケオン、メチルプロピル
ケトン、メチルアミルケトン、シクロヘキサノン等のケ
トン系溶剤；ギ酸エチル、メチルアセテート、プロピル
アセテート、フェニルアセテート、エチレングリコール
モノエチルエーテルアセテート等のエステル系溶剤；例
えばジアセトンアルコール等のアルコール系溶剤；石油
系炭化水素溶剤等が挙げられる。

これ等の列挙した液媒体は使用される記録剤や添加剤
との親和性及び記録媒体としての後述の諸特性を満足し
得る様に適宜選択して使用されるものであるが更に、後
記の特性を有する記録液体が調合され得る範囲内におい
て、必要に応じて適宜二種以上を混合して使用しても良
い。又、上記の条件内においてこれ等非水性媒体と水と
を混合して使用しても良い。

上記の液媒体の中、公害性、入手の容易さ、調合のし
易さ等の点を考慮すれば、水又は水・アルコール系の液
媒体が好適とされる。

記録剤としては、調合される記録液体が前記の諸物性
値を有するようにされる他、長時間放置による液路内や
記録液体供給タンク内での沈降、凝集、更には輸送管や
液路の目詰りを起こさない様に前記液媒体や添加剤との
関係において材料の選択がなされて使用される必要があ
る。この様な点からして、液媒体に溶解性の記録剤を使
用するのが好ましいが、液媒体に分散性又は難溶性の記
録剤であっても液媒体に分散させる時の記録剤の粒径を
充分小さくしてやれば使用され得る。

使用され得る記録剤は記録部材によって、その記録条
件に充分適合する様に適宜選択される。記録剤としては
染料及び顔料を挙げることが出来る。有効に使用される
染料は、調合された記録液体の後述の諸特性を満足し得
る溶なものであり、好適に使用されるのは、例えば水溶
性染料としての直接染料、塩基性染料、酸性染料、可溶
性建染メ染料、酸性媒染染料、媒染染料、非水溶性染料
としての硫化染料、建染メ染料、酒精溶染料、油溶染
料、分散染料等の他、スレン染料、ナフトール染料、反
応染料、クロム染料、1:2型錯塩染料、1:1型錯塩染料、
アゾイック染料、カチオン染料等の中より選択されるも
のである。

具体的には、例えばレゾリングリルブルーPRL、レゾ
リンイエローPCG、レゾリンピンクPRR、レゾリングリー
ンPB（以上バイヤー製）、スミカロンブルーＳ−BG、ス
ミカロンレッドＥ−EBL、スミカロンイエローＥ−4GL、
スミカロンブリリアントブルーＳ−BL（以上住友化学
製）、ダイヤニックスイエロー−HG−SE、ダイヤニック
スレッドBN−SE（以上三菱化成製）、カヤロンポリエシ
テルライトフラビン4GL、カヤロンポリエステルブルー3
R−SF、カヤロンポリエステルイエローYL−SE、カヤセ
ッターキスブルー776、カヤセットイエロー902、カヤセ
ットレッド026、プロシオンレッドＨ−2B、プロシオン
ブルーＨ−3R（以上日本化薬製）、レバフィックスゴー
ルデンイエローＰ−Ｒ、レバフィックスブリルレッドＰ
−Ｂ、レバフィックスブリルオレンジＰ−GR（以上バイ
ヤー製）、スミフィックスイエローGRS、スミフィック
スＢ、スミフィックスブリルレッドBS、スミフィックス
ブリルブルーPB、ダイレクトブラック40（以上住友化学
製）、ダイヤミラーブラウン3G、ダイヤミラーイエロー
Ｇ、ダイヤミラーブルー3R、ダイヤミラーブリルブルー
Ｂ、ダイヤミラーブリルレッドBB（以上三菱化成製）、
レマゾールレッドＢ、レマゾールブルー3R、レマゾール
イエローGNL、レマゾールブリルグリーン6B（以上ヘキ
スト社製）、チバクロンブリルイエロー、チバクロンブ
リルレッド4GE（以上チバガイギー社製）、インジコ、
ダイレクトテープブラックＥ・Ex、ダイアミンブラック
BH、コンゴーレッド、シリアスブラックBH、オレンジI
I、アミドブラック10B、オレンジRO、メタニールイエロ
ー、ビクトリアスカーレット、ニグロシン、ダイアモン
ドブラックPBB（以上イーゲー社製）、ダイアシドブル
ー3G、ダイアシドファスト・グリーンGW、ダイアシド・
ミーリングネービーブルーＲ、インダンスレン（以上三
菱化成製）、ザボン−染料（BASF製）、オラゾール染料
（CIBA製）、ラナシン−染料（三菱化成製）、ダイアク
リルオレンジRL−Ｅ、ダイアクリルブリリアンドブルー
2B−Ｅ、ダイアクリルターキスブルーBG−Ｅ（三菱化成
製）などの中より前記の諸物性値が調合される記録液体
に与えられるものが好ましく使用できる。

これ等の染料は、所望に応じて適宜選択されて使用さ
れる液媒体中に溶解又は分散されて使用される。

有効に移用される顔料としては、無機顔料、有機顔料
の中の多くのものが好適に使用される。そのような顔料
として具体的に例示すれば無機顔料としては、硫化カド
ミウム、硫黄、セレン、硫化亜鉛、スルホセレン化カド
ミウム、黄鉛、ジンククロメート、モリブデン赤、ギネ
ー・グリーン、チタン白、亜鉛華、弁柄、酸化クロムグ
リーン、鉛丹、酸個コバルト、チタン酸バリウム、チタ
ニウムイエロー、鉄黒、紺青、リサージ、カドミウムレ
ッド、硫化銀、硫酸鉛、硫酸バリウム、群青、炭酸カル
シウム、炭酸マグネシウム、鉛白、コバルトバイオレッ
ト、コバルトブルー、エメラルドグリーン、カーボンブ
ラック等が挙げられる。

有機顔料としては、その多くが染料に分類されている
もので染料と重複する場合が多いが、具体的には次のよ
うなものが好適に使用される。

（ａ）不溶性アゾ系（ナフトール系）ブリリアントカーミンBS、レーキカーミンFB、ブリリ
アントファストカーレッド、レーキレッド4R、パラレッ
ド、パーマネントレッドＲ、ファストレッドFGR、レー
キボルドー5B、バミリオンNO.1、バーミリオンNO.2、ト
ルイジンマルーン。

（ｂ）不溶性アゾ系（アニライド系）ジアゾイエロー、ファストイエローＧ、ファストイエ
ロー10G、ジアゾオレンジ、バルカンオレンジ、パラゾ
ロンレッド。

（ｃ）溶性アゾ系レーキオレンジ、ブリリアントカーミン3B、ブリリア
ントカーミン6B、ブリリアントスカーレッドＧ、レーキ
レッドＣ、レーキレッドＤ、レーキレッドＲ、ウォッチ
ングレッド、レーキボルドー10B、ボンマルーンＬ、ボ
ンマルーンＭ。

（ｄ）フタロシアニン系フタロシアニンブルー、ファストスカイブルー、フタ
ロシアニングリーン。

（ｅ）染料レーキ系イエローレーキ、エオシンレーキ、ローズレーキ、バ
イオレッドレーキ、ブルーレーキ、グリーンレーキ、セ
ピアレーキ。

（ｆ）媒染系アリザリンレーキ、マダカーミン。

（ｇ）建染系インダスレン系、ファストブルーレーキ（GGS）。

（ｈ）塩基性染料レーキ系ローダミンレーキ、マラカイドグリーンレーキ。

（ｉ）酸性染料レーキ系ファストスカイブルー、キノリンイエローレーキ、キ
ナクリドン系、ジオキサジン系。

液媒体と記録剤との量的関係は、調合される他の液路
に目詰り、液路内での記録液体の乾燥、記録部材へ付与
された時の滲みや乾燥速度等の条件から、重量部で液媒
体100部に対して記録剤が通常１〜50部、好適には３〜3
0部、最適には５〜10部とされるのが望ましい。

記録液体が分散系（記録剤が液媒体中に分散されてい
る系）の場合、分散される記録剤の粒径は、記録剤の種
類、記録条件、液路の内径、吐出口径、記録部材の種類
等によって、適宜所望に従って決定されるが、粒径が余
り大きいと、貯蔵中に記録剤粒子の沈降が起って、濃度
の不均一が生じたり、液路の目詰りが起ったり或いは記
録された画像に濃度班が生じたり等して好ましくない。

このようなことを考慮すると、分散系記録液体とされ
る場合の記録剤の粒径は、通常0.01〜30μ、好適には0.
01〜20μ、最適には0.01〜８μとされるのが望ましい。
更に分散されている記録剤の粒径分布は、出来る限り狭
い方が好適であって、通常はＤ±３μ、好適にはＤ±1.
5μとされるのが望ましい（但しＤは平均粒径を表わ
す）。

使用される添加剤としては、粘度調整剤、表面張力調
整剤、pH調整剤、比抵抗調整剤、湿潤剤及び赤外線吸収
発熱剤等が挙げられる。

粘度調整剤や表面張力調整剤は、前記の物性値を得る
為の他に、記録速度に応じて充分なる流速で液路中を流
通し得ること、液路の吐出口において記録液体の回り込
みを防止し得ること、記録部材へ付与された時の滲み
（スポット径の広がり）を防止し得ること等の為に添加
される。

粘度調整剤及び表面張力調整剤としては、使用される
液媒体及び記録剤に悪影響を及ぼさないで効果的なもの
であれば通常知られているものの中より適宜所望特性を
満足するように選択されて使用される。

具体的には、粘度調整剤としては、ポリビニルアルコ
ール、ヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシメチ
ルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、メチルセ
ルロース、水溶性アクリル樹脂、ポリビニルピロリド
ン、アラビアゴムスターチ等が好適なものとして例示出
来る。

所望に応じて適宜選択された好適に使用される、表面
張力調整剤としては、アニオン系、カチオン系及びノニ
オン系の界面活性剤が挙げられ、具体的には、アニオン
系としてポリエチレングリコールエーテル硫酸、エステ
ル塩等、カチオン系としてポリ２−ビニルピリジン誘導
体、ポリ４−ビニルピリジン誘導体等、ノニオン系とし
てポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエ
チレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレン
アルキルエステル、ポリオキシエチレンソルビタンモノ
アルキルエステル、ポリオキシエチレンアルキルアミン
等が挙げられる。

これ等の界面活性剤の他、ジエタノールアミン、プロ
パノールアミン、モルホリン酸等のアミン酸、水酸化ア
ンモニウム、水酸化ナトリウム等の塩基性物質、Ｎ−メ
チル−２−ピロリドン等の置換ピロリドン等も有効に使
用される。

これ等の表面張力調整剤は、所望の値の表面張力を有
する記録液体が調合されるように、互いに又は他の構成
成分に悪影響を及ぼさず且つ前記の物性値が調合される
記録液体に与えられる範囲内において必要に応じて二種
以上混合して使用しても良い。

これ等表面張力調整剤の添加量は種類、調合される記
録液体の他の構成成分種及び所望される記録特性に応じ
て適宜決定されるものであるが、記録液体１重量部に対
して、通常は0.001〜0.1重量部、好適には0.001〜0.01
重量部とされるのが望ましい。

pH調整剤は、調合された記録液体の化学的安定性、例
えば、長時間の保存による物性の変化や記録剤その他の
成分の沈降や凝集を防止する為に所定のpH値となるよう
に前記の諸特性値を逸脱しない範囲で適時適当量添加さ
れる。

本発明において好適に使用されるpH調整剤としては、
調合される記録液体に悪影響を及ぼさずに所望のpH値に
制御出来るものであれば大概のものを挙げることが出来
る。

そのようなpH調整剤としては具体的に例示すれば低級
アルカノールアミン、例えばアルカリ金属水酸化物等の
一価の水酸化物、水酸化アンモニウム等が挙げられる。

これ等のpH調整剤は、調合される記録液体が前記の物
性値をはずれない範囲で所望のpH値を有するように必要
量添加される。

使用される湿潤剤としては、調合される記録液体が後
記の諸物性値を逸脱しない範囲で本発明に係わる技術分
野において通常知られているものの中より有効であるも
の、殊に熱的に安定なものが好適に使用される。このよ
うな潤滑剤として具体的に示せば、例えばポリエチレン
グリコール、ポリプロピレングリコール等のポリアルキ
レングリコール、ブチレングリコール、ヘキシレングリ
コール等のアルキレン基が２〜６個の炭素原子を含むア
ルキレングリコール；例えばエチレングリコールメチル
エーテル、ジエチレングリコールメチルエーテル、ジエ
チレングリコールエチルエーテル等のジエチレングリコ
ールの低級アルキルエーテル；グリセリン；例えばメト
オキシトリグリコール、エトオキシトリグリコール等の
低級アルコールオキシトリグリコール;N−ビニル−２−
ピロリドンオリゴマー；等が挙げられる。

これ等の潤滑剤は、記録液体に所望される特性を満足
するように所望に応じて必要量添加されるものである
が、その添加量は記録液体全重量に対して、通常0.1〜1
0wt％、好適には0.1〜8wt％、最適には0.2〜7wt％とさ
れるのが望ましい。

又、上記の潤滑剤は、単独で使用される他、互いに悪
影響を及ぼさない条件において二種以上混用しても良
い。

本発明の記録装置に使用される記録液体には、上記の
ような添加剤が所望に応じて必要量添加されるが、更に
記録部材に付着する場合の記録液体被膜の形成性、被膜
強度に優れたものを得るために、例えばアルキッド樹
脂、アクリル樹脂、アクリルアミド樹脂、ポリビニルア
ルコール、ポリビニルピロリドン等の樹脂重合体が添加
されても良い。

本発明の記録装置に使用される記録液体は、前述した
諸記録特性を具備するように、比熱、熱膨張係数、熱伝
導率、粘性、表面張力、pH及び帯電された記録液滴を使
用して記録する場合には比抵抗等の特性値が特性の条件
範囲にあるように調合されるのが望ましい。

即ち、これ等の諸特性は、曳糸現像の安定性、熱エネ
ルギー作用に対する応答性及び忠実性、画像濃度、化学
的安定性、液路内での流動性等に重要な関連性を有して
いるので、本発明においては記録液体の調合の際、これ
等に充分注意を払う必要がある。

本発明の記録装置に有効に使用され得る記録液体の上
記諸特性としては下記の第１表に示されるごときの値と
されるのが望ましいが、列挙された物性の総てが第１表
に示されるごとき数値条件を満足する必要はなく、要求
される記録特性に応じて、これ等の物性の幾つかが第１
表の条件を満足する値を取れば良いものである。而乍ら
比熱、熱膨張係数、熱伝導率、粘性、表面張力に関して
は、第１表の値に規定されるのが望ましい。勿論、調合
された記録液体の上記諸特性の中で第１表に示される値
を満足するものが多い程良好な記録が行われることは言
うまでも無い。

効果以上の説明から明らかなように、本発明によると、微
小インク滴あるいは噴霧により、微妙な階調表現を行な
うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を説明するための要部構成
図、第２図は、本発明の液体噴射記録ヘッドの詳細を説
明するための図、第３図は、発熱抵抗体を用いた状態変
化を生じせしめる手段の構造を説明するための図、第４
図は、発熱体駆動回路の一例を説明するためのブロック
図、第５図は、レーザ光を用いた状態変化を生じせしめ
る手段の一例を説明するための図、第６図は、プリンタ
ーの一例を説明するための図、第７図は、放電を利用し
た状態変化を生じせしめる手段の一例を説明するための
図、第８図乃至第15図は、それぞれ第７図に示した放電
電極の具体例を示す図、第16図乃至第19図及び第20図乃
至第23図は、それぞれ記録ヘッドを記録装置に組込んで
記録を行う場合の制御例を説明するための図、第24図
は、バブルジェットヘッドの動作説明をするための図、
第25図は、バブルジェットヘッドの一例を示す斜視図、
第26図は、分解斜視図、第27図は、蓋基板を裏側から見
た図である。 1,2……基板、４……オリフィス、５……流路、7,8……
電極、９……熱エネルギー作用部、10……記録液、13…
…微小インク滴。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】液滴もしくは噴霧を吐出させるための開口
と、記録液体に熱による状態変化を生じせしめるための
熱エネルギー作用部と、前記開口に連通し、前記熱エネ
ルギー作用部をその一部とし、前記記録液体をその中に
保持する液室もしくは流路と、該液室もしくは流路に前
記記録液体を供給する手段とを有する液体噴射記録ヘッ
ドにおいて、前記開口の近傍に設けられた前記熱エネル
ギー作用部における前記記録液体が画像信号に応じて急
激に加熱せしめられることによって前記開口より吐出す
る複数の微小液滴群もしくは噴霧によって記録が行なわ
れることを特徴とする液体噴射記録方法。