JP2674923B2 - 液体噴射記録ヘッド及びこれを用いた液体噴射記録装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、吐出口から飛翔液滴を
吐出して記録を行う液体噴射記録装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】ノンインパクト記録法は、記録時に於け
る騒音の発生が無視できる程度に極めて小さいという点
に於いて、最近特に関心を集めている。その中で、高速
記録が可能でありしかも普通紙に定着できるという特別
な処理を必要とせずにフルカラーの記録が行えるインク
ジェット記録法（液体噴射記録法）は極めて有力な記録
法であって、これまでにも種々の方式が提案され、既に
商品化されたものもあるし、現在もなお検討が続けられ
ているものもある。 【０００３】このような液体噴射記録法は、所謂インク
と称される記録液の液滴（droplet）を飛翔させ、被記
録材に付着させて記録を行うものであって、この記録液
の液滴の形成方法及び形成された液滴の飛翔方向の制御
方法によって、幾つかの方式に大別される。 【０００４】その中で、例えばＵＳＰ３６８３２１２
号、同３７４７１２０号、同３９４６３９８号等に開示
されている液体噴射記録法は、記録信号に応じて吐出オ
リフィスより液滴を吐出飛翔させ、この液滴を被記録材
の表面に付着させて記録を行う、所謂ドロップ−オンデ
マンド記録法であり、この記録法に於いては、記録に必
要な液滴だけを吐出させるので、記録に不要な吐出液の
回収や処理のための特別な手段を設置する必要がなく、
装置自体を簡略化、小型化することができ、吐出オリフ
ィスから吐出される液滴の飛翔方向を制御する必要がな
いこと、更には、多色の記録が容易に行えること等のた
めに、昨今、殊に注目を集めている。 【０００５】また、上記の液体噴射記録法とは飛翔液滴
の形成原理の全く異る液体噴射記録法が、西独公開公報
第２８４３０６４号（液体の状態変化を生じさせる熱エ
ネルギー利用の液滴形成法）に開示されているが、この
液体噴射記録法は、上記のドロップ−オンデマンド記録
法に極めて有効に適用されるばかりでなく、高密度のマ
ルチオリフィス化した記録ヘッドを容易に具現化できる
ので、高解像度、高品質の記録画像を高速度で得られる
という特徴を有している。 【０００６】これらのドロップ−オンデマンド記録法に
用いられる液体噴射記録装置は、通常、液滴を吐出する
吐出口（オリフィス）と、各オリフィスに連通し、飛翔
液滴を形成するエネルギー発生素子を有する液流路と、
各液流路に連通し、これら流路に供給する液体を貯える
液室とから構成される記録ヘッドが、被記録材上を相対
的に走査することのできるキャリッジ上に固定される構
造が一般的である。また、記録ヘッドは一般に小さなも
のとして形成されるため、前記液室に貯えることのでき
る記録液の量だけでは極く短時間の記録しか行うことが
できない。したがって、通常は、液室はキャリッジとは
別の位置に固定されたインクタンクからインクを輸送す
るための輸送手段である可動性の液供給チューブにより
接続されている。 【０００７】しかしながら、上記のような液体噴射記録
装置を用いて記録を行うドロップ−オンデマンド記録法
に於いては、液流路内に気泡が侵入すると、液滴の噴射
が著しく不安定となりサテライトと呼ばれる不要な液滴
が副次的に噴射されたり、はなはだしくは、液滴の噴射
が不能となる等の不都合が発生する。したがって、イン
クタンクから液供給チューブを経て記録ヘッドの液流路
に給送される液体は、液体中に溶存していてその後析出
した空気や給送中に液供給チューブ壁その他から侵入し
た空気を分離して液流路に給送される必要がある。この
ため、液室はこれらの空気が液流路に侵入しないように
液体と空気を分離する役割を果たすように設計され、こ
の分離された空気を抜くための空気抜き管路が液室には
必要である。 【０００８】しかしながら、従来、この空気抜き管路に
よる空気抜き操作においては、一旦空気抜き管路の出口
を外界に開放し、不要空気を液体とともに液室から排出
し、しかる後、再び空気抜き管路を密閉する操作が必要
とされるため、排出された液体によって操作者や装置を
汚すことがあった。この欠点を改善する目的で、前記液
室にも毛細管を有する空気抜き管路を設け、空気抜き操
作時の空気抜き管路の開閉を毛細管内の液体による毛細
管作用で行わせる方法が例えば特開昭５２−４９０３２
号に提案されている。しかしこの方法も、液室に毛細管
を有する空気抜き管路を設ける手段として、あらかじめ
用意しておいたガラス製等の毛細管を液室に接着等の方
法で取りつけたり、液室に精密機械加工で毛細管孔を穿
孔したり、あるいは液室を樹脂成形する場合には成形型
に毛細管孔用の部分を設けておく等の方法によっていた
が、いずれの方法も毛細管の形状、寸法を精度よく、か
つ量産的に液室に設けるのは困難であり、製作コストの
上昇や毛細管の形状、寸法の精度が悪いことにより、所
望の毛細管作用が得られにくい等の欠点を有していた。
又、上述の特開昭５２−４９０３２号においては、空気
抜き管路内の一部に空気が入り込んでおり、又、空気抜
き管路内のインクの容量が十分でないため、空気抜き管
路内でインクが固着し、目詰まりを起こしてしまう虞れ
があった。 【０００９】 【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
従来例の欠点であった、液室に毛細管の空気抜き管路
（回復路）を設けるための製作上の困難さを除去した液
体噴射記録ヘッド及びこれを用いた液体噴射記録装置を
提供することにある。 【００１０】また本発明の他の目的は、回復路の形状、
寸法を改善して、空気抜き管路内の液体による開閉作用
をより確実に行わせるようにし、更に空気抜き操作時に
空気抜き管路を経て不要空気と一緒に排出される液体の
収容を容易にし、また外乱等で記録オリフィス内に侵入
した気泡の除去操作と空気抜き操作を確実かつ単純化す
ることのできる液体噴射記録ヘッド及びこれを用いた液
体噴射記録装置を提供することにある。 【００１１】更に本発明の他の目的は、回復路の形状、
寸法を更に改善して、空気抜き操作と記録オリフィス内
に外乱等で侵入した気泡の除去操作が同一の操作にて行
い得るようにし、空気抜き操作あるいは噴射回復操作の
ための付属設備の簡略化、操作の単純化を可能にするこ
とのできる液体噴射記録ヘッド及びこれを用いた液体噴
射記録装置を提供することにある。又、空気回復路の形
状、寸法を更に改善して、回復路内が目詰まりを起こす
ことが防止された液体噴射記録ヘッド及びこれを用いた
液体噴射記録装置を提供することにある。 【００１２】本発明は、空気抜きのように回復用の処理
時に液体を排出する回復路を、液体をエネルギー発生素
子の駆動によって吐出させる通常の記録用液路とは別に
備えた記録ヘッドを用いるうえで、回復処理を作用させ
ると液体排出のばらつきによる回復効力低下の問題を主
たる技術課題とするもので、その主たる解決を流体抵抗
の関係から見い出された構成を要件とするものである。 【００１３】即ち、本発明の記録ヘッド（第１発明）
が、液体を吐出する吐出口に連通し該吐出口から液体を
吐出するためのエネルギーを発生するためのエネルギー
発生素子が配された液路と、前記吐出口とは別の出口に
連通する管路と、前記液路と前記管路とに連通し液体を
溜めるための液室と、を備え、前記管路は該管路の長さ
方向において断面積が実質的に一定の領域と該領域から
前記出口に向けて断面積が減少する領域とを有し、前記
液路と前記管路とは管抵抗がほぼ同一であり、前記液路
の前記吐出口側端部と前記管路の前記出口側端部とは形
状及び寸法がほぼ同一であることを特徴とするものであ
り、本発明記録装置（第２発明）が、液体を吐出する吐
出口に連通し該吐出口から液体を吐出するためのエネル
ギーを発生するためのエネルギー発生素子が配された液
路と、前記吐出口とは別の出口に連通する管路と、前記
液路と前記管路とに連通し液体を溜めるための液室と、
を備え、前記管路は該管路の長さ方向において断面積が
実質的に一定の領域と該領域から前記出口に向けて断面
積が減少する領域とを有し、前記液路と前記管路とは管
抵抗がほぼ同一であり、前記液路の前記吐出口側端部と
前記管路の前記出口側端部とは形状及び寸法がほぼ同一
である液体噴射記録ヘッドと、前記液室に供給される液
体を貯蔵するための液貯蔵手段と、を有することを特徴
とするものである。 そして、上記の構成とすることによ
り、各構成要件が総合的に相まって、吐出口における液
体の保持力と出口における液体の保持力とがバランスよ
くつり合い、吐出口及び出口の双方において液体のメニ
スカスを安定的に保持することができるものである。 【００１４】本発明第１発明によれば、記録用の液滴を
吐出する液路とは別に回復処理用に用いられる回復路を
設けており、その回復路が長さ方向に一定断面積の領域
と、この領域から出口部側に向けて断面積が減少する液
体保持部を有しているため、回復路内の液体の容量を大
きくすることができるとともに、液体保持部で出口部ま
で液体が保持された状態となるため、回復路内のインク
が固着し目詰まりを起こすおそれがない。従って、回復
処理効果を高効率で無駄がなく、安定的に行うことがで
き、記録ヘッドの回復処理時間、回復用液体損失等を従
来に比べて大幅に減少できた。つまり、無駄がなく回復
処理を容易且つ短時間で行え、しかも良好な記録を可能
とした記録ヘッドが提供できる。 【００１５】同様に、本発明第２発明によれば、記録回
復時間を短縮でき、全体としての記録時間を短縮でき、
高速記録を無駄なく行える液体噴射記録装置を提供でき
る。 【００１６】特に、第１，２発明とも、吐出口及び吐出
部を記録ヘッドの同一面に形成することで、装置の小型
化、回復処理の高効率化（特には吸引力の分布を均一化
できる）、回復装置の小型化を達成できるというさらな
る利点をもつことができる。 【００１７】 【課題を解決するための手段】以下、本発明の液体噴射
記録装置の実施態様を図面に従って具体的に説明する。 【００１８】図１は、本発明の液体噴射記録装置の基本
概念を説明する模式断面図である。 【００１９】図に於いて、１は液体噴射部であり、吐出
口２と、この吐出口２に連通する液流路３とを備えてい
る。液流路３には、液体を噴射するために利用されるエ
ネルギーを発生するエネルギー発生素子４（図示しない
配線により駆動回路に接続されている）により発生した
エネルギーが、液流路３内の液体に作用するエネルギー
作用部が設けられている。なお、この図に於いては簡略
化のために、液流路３は一つしか図示されていないが、
通常は複数個設置される。また、液流路３は、エネルギ
ー発生素子４の設置されている部分に於いて、その幅が
広くなるよう図示されているが、液流路３はずんどう
（流路の幅が変化しないもの）であってももちろんよ
い。５は液室であり、各液流路３と連通し、液流路３に
供給するための液体６を貯えており、その上部（鉛直上
方）には残留空気７がたまっている。この残留空気７を
排出するための空気抜き管路８は、液体噴射部１を形成
する部材内に設けられ、その入口９を液室５内に有し、
その出口１０は液体噴射部１に設けられており、液体噴
射部１内に毛細管部１１を有している。したがって、空
気抜き管路の出口１０は、液室５内の比較的上方部、少
なくとも各液流路３よりも上方に設置されるのが望まし
い。なお、残留空気７は、吐出口２から液滴を吐出する
際に先に指摘した種々の不都合が生じない範囲内であれ
ば、液室５内に残ることは一向さしつかえない。液貯蔵
タンク１２内に貯えられた液体（インク）は、通常可撓
性のある部分を有する液供給管１３を介して液室５へ供
給される。 【００２０】図２は、図１に示した液体噴射記録装置の
液体噴射部１及び液室５の構造並びにその製造法を更に
詳細に説明するための分解斜視図である。 【００２１】１４は、フォトセラム（商品名、コーニン
グ社製）をエッチング法にて、吐出口２、液流路３及び
空気抜き管路８用の溝を形成した液体噴射部基板であ
り、１５は、厚さ０．２ｍｍのステンレス製の液体噴射
部天板であり、エネルギー発生素子４の取付け部にはエ
ッチング法にて孔が削孔してある。これら液体噴射部基
板１４、液体噴射部天板１５及びエネルギー発生素子４
は、例えば接着によって一体化して液体噴射部１が形成
される。一方、１６は液室の本体であり、１７は液室の
蓋であり、例えば熱可塑性の樹脂の射出成型により製作
され、接着等の手段により一体化される。その後、液体
噴射部１と、液室５とを一体化することによって液体噴
射記録装置の記録ヘッド部が完成される。 【００２２】なお、ここでは、吐出口２、液流路３及び
空気抜き管路８用の溝を液体噴射部基板１４上に直接形
成したが、必ずしもこの凹状溝は基板上に直接的に形成
する方法に限定されるものではなく、例えば基板上に感
光性樹脂を塗布した後に該感光性樹脂をパターン状に選
択除去する方法や、エッチングにより溝部に相当する部
分をスリット状に除去した金属等のプレートを基板上に
積層する方法によって形成してもよい。 【００２３】このような本発明の液体噴射記録装置に於
いては、液貯蔵タンク１２内に貯えられた液体を図示し
ない加圧装置により加圧するか、あるいは空気抜き管路
の出口１０を図示しない吸引装置により吸引する操作を
実施することによって、液室５内の残留空気７が液室５
内の液体６とともに排出され、その後加圧又は吸引を停
止することにより、空気抜き管路８は、毛細管部１１の
内部の液体の毛細管作用により、自動的に密閉状態が得
られる。 【００２４】本発明の液体噴射記録装置に於いては、こ
の空気抜き管路８が、液体噴射部１を形成する部材中に
設けられるため、液体噴射部１を製造する工程に於い
て、副次的に、かつ液流路と同等な高精度でその製造が
可能となり、極めて経済的かつ量産的に製造が可能であ
り、更にその形状、寸法が高精度で得られることから、
毛細管作用による液体の保持の信頼性を著しく向上させ
ることができる。 【００２５】図３は、本発明の一実施態様を示したもの
であり、この例では空気抜き管路８中に、毛細管部１１
として、回復路の出口１０部を出口部側に向けて回復路
の断面積が減少するように形成することで、前記吐出口
側端部と前記管路の出口側端部との形状及び寸法をほぼ
同一のオリフィス状の形状にし、このオリフィス部（液
体保持部）１８によって液体を保持するようにしたもの
である。 【００２６】回復路８には、空気抜き操作時に液室５内
の残留空気７と液室５内の液体６とが一緒になって通過
するために、空気抜き操作時に空気抜き管路８内には液
体と空気とが交互に断続的に残留することがあり、この
液体と空気の断続的な残留が、図１における空気抜き管
路８中の毛細管部１１に発生すると、毛細管部１１に於
ける液体の保持力の著しい増加を招くため、空気抜き操
作時に液貯蔵タンク１２内に加える加圧力あるいは空気
抜き管路の出口１０に加える吸引力は、予め十分に高く
設定しておく必要がある。しかし、このように加圧力あ
るいは吸引力を高く設定することは、空気抜き操作に伴
なう無駄な液体の消費を多くし、また排出された液体を
収容するための容器も大型化するためにあまり好ましく
ない。また、回復路８中に於けるオリフィス状部分を、
空気抜き管路の入口部あるいは入口と出口の中間部分に
設けた場合には、オリフィス状部分の両側に液体が充満
されることがあり、この場合、通常は空気抜き管路内の
液体が液室５方向へ後退し、液体の空気との界面がオリ
フィス状部分に達すると液体の後退は毛細管作用で阻止
されるが、装置が傾斜状態に置かれたときには、空気抜
き管路内を液室内の液体が前進し、空気抜き管路の出口
から液体が漏出することがあった。しかしながら、この
ような欠点は、この態様の場合のように空気抜き管路８
中に於けるオリフィス状部分（液体保持部）を、空気抜
き管路の出口部側に設けることによって除去することが
できる。又、上述のように出口部側に液体保持部を設け
ることで回復路の途中の断面積が図の様に一定であり、
路内の液体の容量を大きくする領域を設けた場合であっ
ても出口部近傍まで液体を保持することができ、回復路
の目詰まりを防止できるとともに、液体漏れを防止でき
る。 【００２７】図４は、本発明の他の実施態様を示したも
のであり、この例では空気抜き管路の出口１０を図３に
示す実施態様とほぼ同様のオリフィス状に形成すると共
に、液体噴射部１の吐出口２に設けられている面と同一
の面に設けたものである。 【００２８】通常、ドロップ−オンデマンド記録法によ
る液体噴射記録装置では、外乱等により液流路内に気泡
が侵入すると、液滴の噴射が不安定となったり、はなは
だしくは、液滴の噴射が不能となることがある。このよ
うな場合、液貯蔵タンク１２内の液体を加圧したり、あ
るいは吐出口２を外部から吸引して、液流路内の気泡を
排出する操作が必要となる。この所謂、噴射回復操作と
して、例えば液貯蔵タンク１２内の液体を加圧する場合
に発生し得る空気抜き管路からの液体漏出対策、あるい
は吐出口２を外部から吸引する場合に発生し得る空気抜
き管路からの空気逆流対策、あるいは逆に空気抜き操作
時に液体噴射部に対して必要な全く同様の対策について
も、空気抜き管路の出口１０を、液体噴射部１の吐出口
２の設けられている面と同一の面に設けることによって
極めて容易に操作を実施することが可能である。すなわ
ち、例えば液貯蔵タンク１２内の液体を加圧することに
よる、噴射回復操作あるいは空気抜き操作を実施する場
合に発生する吐出口及び空気抜き管路からの液体の漏出
は、兼用の液体収容手段によって収容することが可能で
ある。 【００２９】更には、吐出口及び空気抜き管路の出口を
外部から吸引して、噴射回復操作あるいは空気抜き操作
を実施する場合にも、吐出口及び空気抜き管路の出口を
同時に吸引することができるので、いずれからの空気の
逆流を防止することができ、加えて吸引手段を兼用する
ことが可能である。 【００３０】 【００３１】このように、この図４の態様に於いては、
空気抜き操作あるいは噴射回復操作のための付属設備の
簡略化、操作の単純化を可能にすることができ、液体噴
射記録装置の小型化、製造コストの低減に対して極めて
有効である。 【００３２】上記のような構成を有する本発明第１，２
発明共通の実施例における構成によれば、回復路を極め
て経済的かつ量産的に製造することが可能であり、更に
その形状、寸法が高精度で得られることから、液体の保
持の信頼性を著しく向上させることが可能となった。 【００３３】本発明は、第１発明液体噴射記録ヘッド及
び第２発明液体噴射記録装置共に共通する構成として、
液室に連通する、複数の吐出エネルギーが作用する液路
の記録用液滴を吐出する吐出口までの寸法・形状に、こ
の液室に連通した非記録用である回復用出口部までの回
復路の寸法・形状をほぼ同一とした構成であるため、回
復処理の作用力の分布をこれらの流体抵抗がほぼ同一に
することができ、又、本発明においては、回復路が長さ
方向に実質的に一定の断面積を有する領域で、この領域
から出口部側に向けて断面積が減少する液体保持部を有
しているため、回復路内の液体の容量を大きくし、回復
時の液抵抗を小さくした状態で、出口部まで液体が保持
された状態となるため、回復路内のインクが固着し、目
詰まりを起こす心配がない。従って確実な回復処理効果
を得ることができるため、良好な液体噴射を長期的に達
成でき、産業上の数々の利益をもたらすことができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の液体噴射記録装置の基本概念を示した
模式断面図である。 【図２】液体噴射記録ヘッド部分の分解斜視図である。 【図３】本発明の一実施態様を示した液体噴射記録ヘッ
ド部分の模式断面図である。 【図４】本発明の他の実施態様を示した液体噴射記録ヘ
ッド部分の模式断面図である。 【符号の説明】 １ 液体噴射部 ２ 吐出口 ３ 液流路 ４ エネルギー発生素子 ５ 液室 ６ 液体 ７ 残留空気 ８ 空気抜き管路 ９ 空気抜き管路入口 １０ 空気抜き管路出口 １１ 毛細管部 １２ 液貯蔵タンク １３ 液供給管 １４ 液体噴射部基板 １５ 液体噴射部天板 １６ 液室本体液 １７ 液室の蓋 １８ オリフィス部

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．液体を吐出する吐出口に連通し該吐出口から液体を
   吐出するためのエネルギーを発生するためのエネルギー
   発生素子が配された液路と、前記吐出口とは別の出口に
   連通する管路と、前記液路と前記管路とに連通し液体を
   溜めるための液室と、を備え、 前記管路は該管路の長さ方向において断面積が実質的に
   一定の領域と該領域から前記出口に向けて断面積が減少
   する領域とを有し、 前記液路と前記管路とは管抵抗がほぼ同一であり、前記
   液路の前記吐出口側端部と前記管路の前記出口側端部と
   は形状及び寸法がほぼ同一であることを特徴とする液体
   噴射記録ヘッド。 ２．液体を吐出する吐出口に連通し該吐出口から液体を
   吐出するためのエネルギーを発生するためのエネルギー
   発生素子が配された液路と、前記吐出口とは別の出口に
   連通する管路と、前記液路と前記管路とに連通し液体を
   溜めるための液室と、を備え、前記管路は該管路の長さ
   方向において断面積が実質的に一定の領域と該領域から
   前記出口に向けて断面積が減少する領域とを有し、前記
   液路と前記管路とは管抵抗がほぼ同一であり、前記液路
   の前記吐出口側端部と前記管路の前記出口側端部とは形
   状及び寸法がほぼ同一である液体噴射記録ヘッドと、前
   記液室に供給される液体を貯蔵するための液貯蔵手段
   と、 を有することを特徴とする液体噴射記録装置。