JP2693455B2 - 液体噴射記録ヘッド - Google Patents
液体噴射記録ヘッドInfo
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- JP2693455B2 JP2693455B2 JP62251810A JP25181087A JP2693455B2 JP 2693455 B2 JP2693455 B2 JP 2693455B2 JP 62251810 A JP62251810 A JP 62251810A JP 25181087 A JP25181087 A JP 25181087A JP 2693455 B2 JP2693455 B2 JP 2693455B2
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- B41J2/015—Ink jet characterised by the jet generation process
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- B41J2/04501—Control methods or devices therefor, e.g. driver circuits, control circuits
- B41J2/0458—Control methods or devices therefor, e.g. driver circuits, control circuits controlling heads based on heating elements forming bubbles
Description
【発明の詳細な説明】
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
ルを利用してインク滴を噴射させるようにしたバブルジ
ェット型液体噴射ヘッドに関する。 従来技術 第６図は、バブルジェット型液体噴射ヘッドの一例を
説明するための分解斜視図で、図中、10は流路板、20は
基板で、流路板10の下面には直線状の流路（溝）11が形
成されており、基板20の上面には前記流路11に対応した
一部に発熱部21が設けられ、各発熱部21に対して独立電
極22及び共通電極23が設けられている。周知のように、
基板20上に流路板10を接合した時に、流路板10の溝11と
基板20の上面とでインク流路が形成され、このインク流
路のインク吐出側下面の一部に発熱部21が配設された構
造となり、該発熱部21によってインクを加熱して該イン
ク中に気泡（バブル）を発生せしめ、その気泡の体積変
化によってインク流路の端部よりインク滴を噴射させる
ものである。 第７図（ａ）〜（ｇ）は、上述のごときバブルジェッ
ト型液体噴射ヘッドにおけるインク滴生成過程を示す図
で、図中、30はインク、40は気泡、50は生成されたイン
ク滴で、その他流路板10、基板20、発熱部21、独立電極
22、共通電極23等は第６図に示した通りであり、周知の
ように、加熱部21を一時的に加熱することによってイン
ク滴50を噴射させる。バブルインクジェットは、上述の
ようにして、流路内の液体（インク）を薄膜抵抗体によ
って通電加熱してインクを急激に沸騰させ、発生した気
泡の圧力作用によって吐出口からインク液滴を吐出し、
吐出した液滴を紙などの被記録物に着弾して、記録画素
を形成する。 気泡の発生・消滅過程は、ヒーター・流路の構成、通
電加熱条件によって変化し、インクジェット記録装置と
して実用的であるためには、次のような条件を満足する
ことが必要である。 （１）吐出に充分な圧力が得られること。 （２）現象の再現性（気泡安定性）が良いこと。 （３）応答周波数が高いこと。 このような条件は、日常的に見られる沸騰現象から考
えると、達成困難であるように思われる。なぜなら、 （１）液滴を吐出させるためには、吐出口の液面の表面
張力に打ち勝って滴形成をさせる必要がある。ところ
が、通常の沸騰現象では、沸騰開始温度は液体の沸点＋
数℃以下であり、対応する蒸気圧は大気圧に比べてそん
なに高くない。 （２）沸騰は、相変化と流れを伴なう複雑な伝熱現象で
あり、電気的・機械的現象に比べてはるかにランダムで
ある。また、高周波数で繰り返し駆動するためには、発
泡から消泡までの応答時間が短くなければならない。と
ころが、通常の沸騰条件下で温度上昇・下降の時定数を
現象させるには限界がある。 バブルジェット記録装置においては、熱伝熱性の高い
基板の上に熱伝導性の低い薄い層（蓄熱層）および薄い
電気抵抗体層（ヒーター）を形成し、極めて短い加熱パ
ルス（〜数μsec）で高熱流束をインクに与えることに
よって、上の条件を満足させている。すなわち、 （１）薄膜技術によって形成された平滑な伝熱面に高熱
流束を与えることによって、非常に高い温度（水系イン
クの場合〜300℃）までインクを過熱することができ
る。このときの蒸気圧は、大気圧の数10倍に達し、液滴
を吐出させるのに充分である。 （２）バブルジェットにおける発泡は、ヒーター面のく
ぼみなどに捕捉された気体が発泡の核になる通常の沸騰
減少と異なり、伝熱面近くのインクが過熱限界に到達す
ることによって一斉に気化するので、現象の再現性が高
い。 （３）加熱時には、蓄熱層の効果によってインクが充分
に加熱される。加熱時間が短いためごく一部のインク
（ヒーター上〜数μｍ）しか加熱されないうえ、気泡形
成後は、蒸気の断熱効果によってヒーターからの伝熱は
ほとんど停止する。従って、気泡の成長とともにインク
の温度および気泡内の圧力は、急激に低下し、キャビテ
ーション気泡の状態となる。気泡の消滅速度は極めて大
きく、消泡時に衝撃によるヒーターの破壊が問題となる
ほどである。余分の熱は、蓄熱層を通過して基板に逃げ
る。 而して、上述のごときバブルジェット型液体噴射装置
において、特公昭59−43314号公報に記載された発明に
おいては、発熱体を、その吐出オリフィス寄りの縁部が
吐出オリフィスから、この吐出オリフィスの口径分の長
さをｄ（……但し、吐出オリフィスの形状は、円形、角
形等、任意の形状であり得るので、一般にはその最大径
を以て、その口径分の長さと見なす。）とするとき、ｄ
乃至50dの範囲で離間するように作用室内に設定するの
が良いとしている。換言すれば、該公報に記載された発
明においては、発熱部の位置を単に幾何学的寸法面から
規定しているが、実際には、使用するインクの物性値、
発熱体の仕様値、その他もろもろの条件の違いによっ
て、最適寸法が決定されるものであり、上記公報に記載
された発明は非常に狭い範囲に限定されたインク或いは
ヘッドにおいてのみ成立し得、一般的とはいいがたい。 目的 本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもの
で、特に、バブルジェット型液体噴射ヘッドの吐出性能
の向上、とりわけ微小飛散滴（サテライト滴）のない飛
翔が得られるようなヘッド構成を提案することを目的と
してなされたものである。 構成 本発明は、上記目的を達成するために吐出口と、熱エ
ネルギー作用部と、該吐出口ならびに熱エネルギー作用
部に連通して記録液体を供給するための流路を有する記
録ヘッドを使用し、前記熱エネルギー作用部にエネルギ
ーを加えることにより、前記記録液体中に気泡を生じせ
しめ、該気泡の体積増加にともなう作用力で、前記吐出
口より噴射される液体を液滴として前記吐出口より吐
出、飛翔させ、該液滴を被記録面に付着させて記録を行
う液体噴射記録ヘッドにおいて、前記エネルギーを作用
させてから前記気泡が最大径になるまでの時間をtb,前
記エネルギーを作用させてから前記作用によって吐出口
部近傍における圧力が最大になるまでの時間をtp,前記
熱エネルギー作用部の前記吐出口側の端部から前記吐出
口の外側表面までの距離をl,最大気泡が球状の場合に
は、その最大気泡半径をr max,最大気泡が長円形状の場
合には、その最大気泡の長手方向の半径をr maxとする
時、 なる関係式を満足するような構造を有することを特徴と
したものである。以下、本発明の実施例に基いて説明す
る。 第１図は、本発明の一実施例を説明するための要部
（液噴射口、エネルギー作用部）拡大図で、図中、21は
エネルギー（例えば、熱エネルギー、電磁波エネルギ
ー、或いは放電エネルギー）作用部、25はインク吐出
口、30はインク、40は気泡で、今、エネルギー作用部21
の吐出口側端部Ａから吐出口25の端面Ｂまでの距離を
ｌ、発生気泡の半径をｒとし、最大気泡半径をr maxで
表わす。なお、気泡の半径ｒは、気泡が第２図に示すよ
うに球状の場合にはその半径をもって表わすが、第３図
に示すように長円形の場合には、長手方向の半径とす
る。 第４図はエネルギー作用部（たとえば発熱体部21）に
発生する気泡の半径ｒの時間変化（発生〜成長〜収縮〜
消滅）を、エネルギー作用開始時間を０としてプロット
した一例で、最大気泡半径r maxになる時の時間をtbと
する。 第５図は、エネルギー作用開始時間を０として、吐出
口部25におけるインク圧力の時間変化を実測してプロッ
トした場合の一例で、吐出口部最大圧力Pmaxになる時の
時間をtpとする。 而して、気泡の成長スピード、吐出口部圧力の立上
り、又、エネルギー作用部の吐出口側端部から吐出口ま
での距離はインク吐出性能（吐出スピード、切れのよい
吐出、サテライト滴のない吐出等）に多大な影響を与え
る。本発明は上記パラメータが、次式 を満足するような値をとれば、最適のインク吐出性能が
得られることを多数の記録ヘッドを設計、製作して種々
実験検討を繰り返し行なうことにより見いだしたもので
ある。ここで吐出性能の良とは、微小飛散滴（サテライ
ト滴）のないインク滴飛翔であり、不良とは微小飛散滴
（サテライト滴）となるインク滴飛翔があることであ
る。 表１に検討結果の一例を示す。 なお、従来、たとえば作用エネルギー（入力パルス電
圧、パルス巾等）をパラメータとした場合に、使用する
インクの物性の違い、或いは使用するヘッド材質の違い
等のために、一般化した式が別のヘッド（又はインク）
を用いた場合にあてはまらないということがあったが、
本発明では発生した気泡半径をパラメータにとっている
ので、たとえヘッドの材質、インクの物性等、本発明者
等が実験に使用したものと異なるものを使用しても、本
発明は普遍的に成り立つ。 効果 以上の説明から明らかなように、本発明による（１）
式を満足するような構造をとることにより、切れのよい
サテライト滴のない、インク吐出性能を有するバブルジ
ェット型液体噴射ヘッドを得ることができる。
ルを利用してインク滴を噴射させるようにしたバブルジ
ェット型液体噴射ヘッドに関する。 従来技術 第６図は、バブルジェット型液体噴射ヘッドの一例を
説明するための分解斜視図で、図中、10は流路板、20は
基板で、流路板10の下面には直線状の流路（溝）11が形
成されており、基板20の上面には前記流路11に対応した
一部に発熱部21が設けられ、各発熱部21に対して独立電
極22及び共通電極23が設けられている。周知のように、
基板20上に流路板10を接合した時に、流路板10の溝11と
基板20の上面とでインク流路が形成され、このインク流
路のインク吐出側下面の一部に発熱部21が配設された構
造となり、該発熱部21によってインクを加熱して該イン
ク中に気泡（バブル）を発生せしめ、その気泡の体積変
化によってインク流路の端部よりインク滴を噴射させる
ものである。 第７図（ａ）〜（ｇ）は、上述のごときバブルジェッ
ト型液体噴射ヘッドにおけるインク滴生成過程を示す図
で、図中、30はインク、40は気泡、50は生成されたイン
ク滴で、その他流路板10、基板20、発熱部21、独立電極
22、共通電極23等は第６図に示した通りであり、周知の
ように、加熱部21を一時的に加熱することによってイン
ク滴50を噴射させる。バブルインクジェットは、上述の
ようにして、流路内の液体（インク）を薄膜抵抗体によ
って通電加熱してインクを急激に沸騰させ、発生した気
泡の圧力作用によって吐出口からインク液滴を吐出し、
吐出した液滴を紙などの被記録物に着弾して、記録画素
を形成する。 気泡の発生・消滅過程は、ヒーター・流路の構成、通
電加熱条件によって変化し、インクジェット記録装置と
して実用的であるためには、次のような条件を満足する
ことが必要である。 （１）吐出に充分な圧力が得られること。 （２）現象の再現性（気泡安定性）が良いこと。 （３）応答周波数が高いこと。 このような条件は、日常的に見られる沸騰現象から考
えると、達成困難であるように思われる。なぜなら、 （１）液滴を吐出させるためには、吐出口の液面の表面
張力に打ち勝って滴形成をさせる必要がある。ところ
が、通常の沸騰現象では、沸騰開始温度は液体の沸点＋
数℃以下であり、対応する蒸気圧は大気圧に比べてそん
なに高くない。 （２）沸騰は、相変化と流れを伴なう複雑な伝熱現象で
あり、電気的・機械的現象に比べてはるかにランダムで
ある。また、高周波数で繰り返し駆動するためには、発
泡から消泡までの応答時間が短くなければならない。と
ころが、通常の沸騰条件下で温度上昇・下降の時定数を
現象させるには限界がある。 バブルジェット記録装置においては、熱伝熱性の高い
基板の上に熱伝導性の低い薄い層（蓄熱層）および薄い
電気抵抗体層（ヒーター）を形成し、極めて短い加熱パ
ルス（〜数μsec）で高熱流束をインクに与えることに
よって、上の条件を満足させている。すなわち、 （１）薄膜技術によって形成された平滑な伝熱面に高熱
流束を与えることによって、非常に高い温度（水系イン
クの場合〜300℃）までインクを過熱することができ
る。このときの蒸気圧は、大気圧の数10倍に達し、液滴
を吐出させるのに充分である。 （２）バブルジェットにおける発泡は、ヒーター面のく
ぼみなどに捕捉された気体が発泡の核になる通常の沸騰
減少と異なり、伝熱面近くのインクが過熱限界に到達す
ることによって一斉に気化するので、現象の再現性が高
い。 （３）加熱時には、蓄熱層の効果によってインクが充分
に加熱される。加熱時間が短いためごく一部のインク
（ヒーター上〜数μｍ）しか加熱されないうえ、気泡形
成後は、蒸気の断熱効果によってヒーターからの伝熱は
ほとんど停止する。従って、気泡の成長とともにインク
の温度および気泡内の圧力は、急激に低下し、キャビテ
ーション気泡の状態となる。気泡の消滅速度は極めて大
きく、消泡時に衝撃によるヒーターの破壊が問題となる
ほどである。余分の熱は、蓄熱層を通過して基板に逃げ
る。 而して、上述のごときバブルジェット型液体噴射装置
において、特公昭59−43314号公報に記載された発明に
おいては、発熱体を、その吐出オリフィス寄りの縁部が
吐出オリフィスから、この吐出オリフィスの口径分の長
さをｄ（……但し、吐出オリフィスの形状は、円形、角
形等、任意の形状であり得るので、一般にはその最大径
を以て、その口径分の長さと見なす。）とするとき、ｄ
乃至50dの範囲で離間するように作用室内に設定するの
が良いとしている。換言すれば、該公報に記載された発
明においては、発熱部の位置を単に幾何学的寸法面から
規定しているが、実際には、使用するインクの物性値、
発熱体の仕様値、その他もろもろの条件の違いによっ
て、最適寸法が決定されるものであり、上記公報に記載
された発明は非常に狭い範囲に限定されたインク或いは
ヘッドにおいてのみ成立し得、一般的とはいいがたい。 目的 本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもの
で、特に、バブルジェット型液体噴射ヘッドの吐出性能
の向上、とりわけ微小飛散滴（サテライト滴）のない飛
翔が得られるようなヘッド構成を提案することを目的と
してなされたものである。 構成 本発明は、上記目的を達成するために吐出口と、熱エ
ネルギー作用部と、該吐出口ならびに熱エネルギー作用
部に連通して記録液体を供給するための流路を有する記
録ヘッドを使用し、前記熱エネルギー作用部にエネルギ
ーを加えることにより、前記記録液体中に気泡を生じせ
しめ、該気泡の体積増加にともなう作用力で、前記吐出
口より噴射される液体を液滴として前記吐出口より吐
出、飛翔させ、該液滴を被記録面に付着させて記録を行
う液体噴射記録ヘッドにおいて、前記エネルギーを作用
させてから前記気泡が最大径になるまでの時間をtb,前
記エネルギーを作用させてから前記作用によって吐出口
部近傍における圧力が最大になるまでの時間をtp,前記
熱エネルギー作用部の前記吐出口側の端部から前記吐出
口の外側表面までの距離をl,最大気泡が球状の場合に
は、その最大気泡半径をr max,最大気泡が長円形状の場
合には、その最大気泡の長手方向の半径をr maxとする
時、 なる関係式を満足するような構造を有することを特徴と
したものである。以下、本発明の実施例に基いて説明す
る。 第１図は、本発明の一実施例を説明するための要部
（液噴射口、エネルギー作用部）拡大図で、図中、21は
エネルギー（例えば、熱エネルギー、電磁波エネルギ
ー、或いは放電エネルギー）作用部、25はインク吐出
口、30はインク、40は気泡で、今、エネルギー作用部21
の吐出口側端部Ａから吐出口25の端面Ｂまでの距離を
ｌ、発生気泡の半径をｒとし、最大気泡半径をr maxで
表わす。なお、気泡の半径ｒは、気泡が第２図に示すよ
うに球状の場合にはその半径をもって表わすが、第３図
に示すように長円形の場合には、長手方向の半径とす
る。 第４図はエネルギー作用部（たとえば発熱体部21）に
発生する気泡の半径ｒの時間変化（発生〜成長〜収縮〜
消滅）を、エネルギー作用開始時間を０としてプロット
した一例で、最大気泡半径r maxになる時の時間をtbと
する。 第５図は、エネルギー作用開始時間を０として、吐出
口部25におけるインク圧力の時間変化を実測してプロッ
トした場合の一例で、吐出口部最大圧力Pmaxになる時の
時間をtpとする。 而して、気泡の成長スピード、吐出口部圧力の立上
り、又、エネルギー作用部の吐出口側端部から吐出口ま
での距離はインク吐出性能（吐出スピード、切れのよい
吐出、サテライト滴のない吐出等）に多大な影響を与え
る。本発明は上記パラメータが、次式 を満足するような値をとれば、最適のインク吐出性能が
得られることを多数の記録ヘッドを設計、製作して種々
実験検討を繰り返し行なうことにより見いだしたもので
ある。ここで吐出性能の良とは、微小飛散滴（サテライ
ト滴）のないインク滴飛翔であり、不良とは微小飛散滴
（サテライト滴）となるインク滴飛翔があることであ
る。 表１に検討結果の一例を示す。 なお、従来、たとえば作用エネルギー（入力パルス電
圧、パルス巾等）をパラメータとした場合に、使用する
インクの物性の違い、或いは使用するヘッド材質の違い
等のために、一般化した式が別のヘッド（又はインク）
を用いた場合にあてはまらないということがあったが、
本発明では発生した気泡半径をパラメータにとっている
ので、たとえヘッドの材質、インクの物性等、本発明者
等が実験に使用したものと異なるものを使用しても、本
発明は普遍的に成り立つ。 効果 以上の説明から明らかなように、本発明による（１）
式を満足するような構造をとることにより、切れのよい
サテライト滴のない、インク吐出性能を有するバブルジ
ェット型液体噴射ヘッドを得ることができる。
【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拡大
図、第２図及び第３図は、気泡の半径を定義するための
図、第４図は、気泡半径の時間変化を示す図、第５図
は、インク吐出口部の圧力波形を示す図、第６図は、パ
ブルジェット型液体噴射ヘッドの一例を説明するための
分解斜視図、第７図は、その動作説明をするための図で
ある。 21……エネルギー作用部、25……吐出口、30……イン
ク、40……気泡。
図、第２図及び第３図は、気泡の半径を定義するための
図、第４図は、気泡半径の時間変化を示す図、第５図
は、インク吐出口部の圧力波形を示す図、第６図は、パ
ブルジェット型液体噴射ヘッドの一例を説明するための
分解斜視図、第７図は、その動作説明をするための図で
ある。 21……エネルギー作用部、25……吐出口、30……イン
ク、40……気泡。
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．吐出口と、熱エネルギー作用部と、該吐出口ならび
に熱エネルギー作用部に連通して記録液体を供給するた
めの流路を有する記録ヘッドを使用し、前記熱エネルギ
ー作用部にエネルギーを加えることにより、前記記録液
体中に気泡を生じせしめ、該気泡の体積増加にともなう
作用力で、前記吐出口より噴射される液体を液滴として
前記吐出口より吐出、飛翔させ、該液滴を被記録面に付
着させて記録を行う液体噴射記録ヘッドにおいて、前記
エネルギーを作用させてから前記気泡が最大径になるま
での時間をtb,前記エネルギーを作用させてから前記作
用によって吐出口部近傍における圧力が最大になるまで
の時間をtp,前記熱エネルギー作用部の前記吐出口側の
端部から前記吐出口の外側表面までの距離をl,最大気泡
が球状の場合には、その最大気泡半径をr max,最大気泡
が長円形状の場合には、その最大気泡の長手方向の半径
をr maxとする時、 なる関係式を満足するような構造を有することを特徴と
する液体噴射記録ヘッド。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62251810A JP2693455B2 (ja) | 1987-10-06 | 1987-10-06 | 液体噴射記録ヘッド |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62251810A JP2693455B2 (ja) | 1987-10-06 | 1987-10-06 | 液体噴射記録ヘッド |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0193366A JPH0193366A (ja) | 1989-04-12 |
| JP2693455B2 true JP2693455B2 (ja) | 1997-12-24 |
Family
ID=17228260
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62251810A Expired - Fee Related JP2693455B2 (ja) | 1987-10-06 | 1987-10-06 | 液体噴射記録ヘッド |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2693455B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5626097B2 (ja) | 2010-05-07 | 2014-11-19 | 信越化学工業株式会社 | 剥離紙又は剥離フィルム用シリコーン組成物、並びに剥離紙又は剥離フィルムとその製造方法 |
| JP5434954B2 (ja) | 2010-05-07 | 2014-03-05 | 信越化学工業株式会社 | 剥離紙又は剥離フィルム用下塗りシリコーン組成物、並びに処理紙又は処理フィルム |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5943314A (ja) * | 1982-09-03 | 1984-03-10 | Tokyo Keiki Co Ltd | 超音波流速測定装置 |
-
1987
- 1987-10-06 JP JP62251810A patent/JP2693455B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5943314A (ja) * | 1982-09-03 | 1984-03-10 | Tokyo Keiki Co Ltd | 超音波流速測定装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0193366A (ja) | 1989-04-12 |
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