JP2812967B2

JP2812967B2 - 液体噴射記録装置

Info

Publication number: JP2812967B2
Application number: JP63320127A
Authority: JP
Inventors: 隆木村; 卓朗関谷; 智昭中野
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1988-12-19
Filing date: 1988-12-19
Publication date: 1998-10-22
Anticipated expiration: 2013-10-22
Also published as: JPH02164545A

Description

【発明の詳細な説明】技術分野本発明は、液体噴射記録装置に関し、より詳細には、
インクジェットプリンタの液体噴射記録装置に関する。

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、例えば米国特許第3060429号明細
書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、例えば米国特許第3596275号明細書、
米国特許第3298030号明細書等に開示されている方式（S
weet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、例えば米国特許第3416153号明細書に
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、例えば米国特許第3747120号明細書に
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
録液体の物室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（前記米国特許第3747
120号明細書に対応）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。

また、各種インクジェット記録方式に就いて、何れに
も共通する解決されるべき技術的課題が今もなお残され
ている。

その中でも特に重要な課題は、より高速のインクジェ
ット記録を行なう目的から、記録ヘッドのマルチアレイ
化、並びに、高密度集積化技術を確立することである。

しかも、その場合、吐出するインク滴の大きさや、そ
の吐出速度或は吐出方向が常時、一様となるような記録
ヘッドを構成することが大切なこととされる。しかしな
がら、現状に於いては、記録ヘッドがマルチアレイ型式
の場合、インク滴噴射ノズル間に相互干渉が起こり易
く、記録品位を低下させることが多い。

つまり、マルチアレイ型式の記録ヘッドに於いては、
一つのインク滴噴射ノズルに生じた圧力液が隣接する他
のノズル内のインクに伝播して、それが別のノズルから
吐出するインク滴の大きさに変動を与えたり、インク滴
の吐出速度を変化させたり吐出のタイミングを狂わせる
等々の不都合をもたらすことが、しばしば認められてい
た。

特公昭63−36951号公報は、上記従来技術の欠点を解
決した一例であるが、この場合共通液室内に多孔質体を
設ける為、多孔質体そのものからゴミが発生し、目づま
りするという欠点がある。また、共通液室側に向かった
圧力波を完全に吸収することはできず、他のノズルへの
影響を完全になくすことはできないという欠点もあっ
た。さらに製造工程上、共通液室内に多孔質体を装着す
るという工程が入る為、コストアップ、歩留り悪化とい
う欠点もあった。

特開昭56−84976号公報のように、中継液室内壁面に
微小凹凸を設けても隣接ノズルへの伝播を完全になくす
ことはできない。また、中継液室内壁面に微小凹凸を設
けるには、工程数が増加し、その工程も微細なものとな
り、製品歩留りの悪化、コストアップの原因となる。

特開昭56−93566号公報による製造工程は特開昭56−8
4976号公報より簡素であるが、圧力波の反射は解消され
ていない。

本発明は、隣接ノズル間の相互干渉という従来技術の
欠点や目づまりの原因を作らず、ヘッド製造時に工程数
を増やすことなしに解決したものである。

本発明者らは相互干渉の原因となる圧力波を完全にな
くすることは極めて困難であり、圧力波に影響されない
ように駆動エネルギーを調整することが最良であること
を見出した。

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、ノズル間の相互干渉に影響されず、安定したインク
吐出を行ない、高密度化、マルチアレーヘッド化が可能
で高印字品質の液体噴射記録装置を提供することを目的
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、記録液を吐出
するための複数の吐出口と、これら吐出口各々に連通し
た流路と、該流路の複数に連通した共通液室と、前記流
路内に設けられ複数に分割された発熱体とを有し、該発
熱体に通電することにより該発熱体上に気泡を発生さ
せ、該気泡の体積増加にともなう作用力で前記流路内の
記録液に圧力を及ぼして前記記録液を吐出し、被記録面
に付着させて記録を行なう液体噴射記録装置において、
前記複数の吐出口は８本/mm以上の密度で配列され、前
記吐出口の１つから単独でインク滴吐出を行う場合は、
１つの発熱体で駆動して該発熱体を駆動する電圧Vpを1V
〜50Vの範囲とし、隣接する吐出口からインク滴吐出を
行う場合には、前記分割された発熱体を複数個駆動する
ことを特徴としたものである。

最初に、第６図に基づいてバブルジェットによるイン
ク噴射の原理について説明する、図中、21は蓋基板、22
は発熱体基板、27は選択（独立）電極、28は共通電極、
29は発熱体、30はインク、31は気泡、32は飛翔インク滴
である。

（ａ）は定常状態であり、オリフィス面でインク30の
表面張力と外圧とが平衡状態にある。

（ｂ）はヒータ29が加熱されて、ヒータ29の表面温度
が急上昇し隣接インク層に沸騰現像が起きるまで加熱さ
れ、微小気泡31が点在している状態にある。

（ｃ）はヒータ29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31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30が押し出さ
れる。この時、ヒータ29には電流が流れていない状態に
あり、ヒータ29の表面温度は降下しつつある。気泡31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31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31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なる
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。

第７図は、本発明の実施例のヘッドの全体斜視図であ
る。21は蓋基板、22は発熱体基板、23はインク供給口、
24はインク吐出口、第８図は、発熱体基板の斜視図であ
る。29は発熱体部27は、各発熱体を選択的に駆動する為
の選択電極、28は各発熱体に通じる共通電極である。

発熱体基板として使用される材料は、シリコンウェハ
ー、セラミックス、ガラス等であるが、高周波応答性、
耐熱性、さらに後述する駆動回路を発熱体と同一基板上
に設けら場合の実装上等からシリコンウェハーが最適で
ある。特に、駆動素子を高密度実装できるTFT（Thin Fi
lm Transistor）で形成する際には極めて優れている。
第９図は、発熱体部及び電極部の構成断面図である、シ
リコン基板８上に蓄熱層９、発熱体層10、電極層11,1
3、発熱体保護層12、電極保護層14をフォト・ファブリ
ケーション、半導体プロセス技術により形成して行く。
蓄熱層としては、SiO₂の熱酸化膜を使用する。他にスパ
ッタ法、CVD法、プラズマCVD法を使用することも可能で
ある。

発熱体層の材料としては、例えば、窒化タンタル、ニ
クロム、銀−パラジウム合金及びシリコン半導体、メタ
リックガラス、酸化スズ、更にハフニウム、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及びその
合金、並びにそれらの硼化物等があげられる。中でも、
特に金属硼化物が発熱体として優れている。その中でも
最も優れているのは硼化ハフニウム、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
ムである。発熱体の抵抗値は急激に高温にしなければな
らないことや、電流波形がいわゆるなまっていない波
形、即ち、入力駆動信号に即やかに従がわなければなら
ないことから高抵抗にはできず、また、消費電力の低減
化より小さすぎても不都合である。よって、通常10〜50
0Ω、好適には、15〜150Ωである。発熱体層の膜厚は、
上記抵抗値、耐久性等を考慮して一般には1000Å〜３μ
ｍ、好適には、1500Å〜１μｍとするのが良い。

電極層の構成材料としては、通常使用されている電極
材料の多くのものが使用できる。例えば、Al、Ag、Pt、
Cu等である。

電極形成後、少なくとも発熱体を覆うように、保護層
12を設ける。保護層に要求される特性は、発熱体で発生
した熱を記録液に効果的に伝達すること、記録液より発
熱体を保護すると共に、気泡消滅時のダメージから発熱
体を保護することである。保護層を構成する材料として
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、酸化ハフニウム、酸化ランタン、酸化イットリ
ウム、酸化マンガン、酸化カルシウム、窒化アルミニウ
ム、窒化ボロン等の酸化物、窒化物およびこれらの複合
体、これら材料を用いて、蒸着法、スパッタ法、CVD
法、プラズマCVD法、気相反応法、液体コーティング法
等の膜形成手法により保護層を形成する。その後、電極
保護層14を形成する。電極保護層に要求される特性とし
ては、耐液性、耐熱性に優れ、電気絶縁性が良いこと等
である。よって、成膜性がよくピンホールが少なく、使
用インクに対し、膨潤、溶解しないことが要求される。
電極保護層を構成する材料としては、上記条件を満たす
多くの材料が使用できる。例えば、シリコン樹脂、フッ
素樹脂、芳香族ポリアミド、付加重合型ポリイミド、金
属キレート重合体、チタン酸エステル、エポキシ樹脂、
フタル酸樹脂、熱硬化性フェノール樹脂、Ｐ−ビニルフ
ェノール樹脂、ザイロック樹脂、トリアジン樹脂等の樹
脂がある。

更に、種々の有機化合物モノマー、例えばテオウレ
ア、テオアセトアミド、ビニルフェロセン、1,3,5−ト
リクロロベンゼン、クロロベンゼン、スチレン、フェロ
セン、ピロリン、ナフタレン、ペンタメチルベンゼン、
ニトロトルエン、アクリロニトリル、ジフェニルセレナ
イド、Ｐ−トルイジン、Ｐ−キシレン、N,N−ジメチル
−Ｐ−トルイジン、トルエン、アニリン、ジフェニルマ
ーキュリー、ヘキサメチルベンゼン、マロノニトリル、
テトラシアノエチレン、チオフエン、ベンゼンセレノー
ル、テトラフルオロエチレン、エチレン、Ｎ−ニトロソ
ジフェニルアミン、アセチレン、1,2,4−トリクロロベ
ンゼン、プロパン等を使用してプラズマ重合法によって
成膜させて形成することもできる。

しかしながら、高密度マルチオリフィスタイプの記録
ヘッドを作成するのであれば、上記した有機質材料とは
別に微細フォトリソグラフィー加工が極めて容易とされ
る有機質材料を電極保護層を形成する材料として使用す
るのが望ましい。そのような有機質材料として具体的に
は、例えば、ポリイミドイソインドロキナゾリンジオン
（商品名:PIQ,日立化成製）、ポリイミド樹脂（商品名:
PYRALIN、デュポン製）、酸化ポリブタジエン（商品名:
JSR−CBR、CBR−MOO1、日本合成ゴム製）、フォトニー
ス（商品名：東レ製）、その他の感光性ポリイミド樹脂
等が好ましいものとして挙げられる。

第10図は、（ａ）が蓋基板の斜視図、（ｂ）が裏側の
斜視図である。材質としては、例えばガラス、セラミッ
ク、シリコンウェハ、金属板等が使用できる。中でもガ
ラスは、透明であることから、発熱体基板と接合する
際、感光性接着材が使用できること、及び、接合後の流
路の状態を目視できること、駆動時に気泡の状態等を目
視チェックできること等により最もすぐれている。ガラ
スは通常のソーダ石英ガラスはもちろんのこと、他に例
えばケイ酸ガラス、高ケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラ
ス、アルミノケイ酸塩ガラス、鉛ガラス、、アルミノホ
ウケイ酸ガラスが使用できる。

以下、加工法について説明する。

この微細溝は、マイクロカッターを用いて、巾、数μ
ｍ以上、深さ、10μｍ〜250μｍ程度の大きさで、且
つ、ピッチ10μｍ以上の範囲で任意に切削形成すること
が可能である。従って、この作成法によれば、極めて微
細であるインク流路を従来になく高密度（８本/mm以
上）に集積したマルチアレイ型の記録ヘッドを得ること
が容易であって、インクジェット記録分野に於ける現在
の要望をかなり満足させることができる。また、他の方
法としてガラス基板をフォトリソグラフィ技術と、エッ
チングにより食刻して、溝を形成することもできる。こ
のようにして作られた蓋基板を発熱体基板と接着する。

以下、接着法について説明する。

平板を洗浄した後、その片面にエポキシ樹脂を主体に
したアンカー層を塗工し、100℃で20分間、ベーキング
を行う。

次いで、このアンカー層上に下記組成の接合剤層を厚
さ約３μｍ程度に塗工する。

エピコート＃1007（商品名）:500重量部芳香族アミン硬化剤:5重量部芳香族アミン硬化剤:5重量部シランカップリング剤:5重量部メチルエチルケトン:300重量部 100℃で５分間、予備乾燥し半硬化させた後、塗工面
にダイヤモンドプレードカッター〔例えば、Disco2H/5
型（商品名）、Disco社製〕を用いて、所定数の長尺細
溝を切削形成する。なお、この場合、平板の切削壁面、
つまり、長尺細溝の壁面は、表面粗さにして、約２〜５
μｍ程度の粗面として得られるが、本発明では、それ以
上の大きさのチッピング箇所が発生することは、皆無に
近いことである。

この様に平板に切削加工を施した後、所定の大きさに
切断する。

因に、上記溝は、略々、10μｍ×10μｍ〜150μｍ×1
50μｍの断面積で、ピッチ30μｍ〜200μｍにして切削
される。

又、接合剤としては、上記の組成のものに限らない。
ここで用いるのに好適な接合剤は、加熱により接合作用
を生ずる材料であり、たとえば、エポキシ樹脂系接着
剤、フェノール樹脂系接着剤、ウレタン樹脂系接着剤、
シリコーン樹脂系接着剤、ノリアジン樹脂、BT樹脂等を
例とする有機化合物系接着剤や、熔融銀塩類、低融点ガ
ラス類等の無機化合物類である。

こうして作られた記録ヘッドにおいて、発熱体を駆動
すると第６図に示したように気泡が生成される。この気
泡の体積膨張により気泡からオリフィス側にあるインク
が押し出され液滴として記録紙方向に飛翔する。しか
し、この時、同時に気泡の圧力は共通液室側にも加わ
り、この圧力が共通液室を介して、共通液室に連通する
他の流路にも伝わり他の流路のインク吐出に影響を及ぼ
し、吐出速度や吐出方向が不安定となることがあった。
本発明者らはこの現象が、隣接する発熱体が略々同じタ
イミングで駆動する時に極めて顕著に現われることに気
づき、この問題点を解決すべく、本発明に至ったもので
ある。

以下、本発明の実施例に基づいて説明する。

第１図は、本発明による液体噴射記録装置の一実施例
である駆動回路のブロック図で、図中、601〜608は発熱
体、609はホスト・コンピュータ、610はインターフェー
ス回路、611はマイクロ・プロセッサ、612はバッファ、
613はパターンバッファ、614はROM、615〜622は発熱体
駆動回路、623はI/Oポートである。

ホスト・コンピュータ609からの印字情報は、インタ
ーフェース回路610を介して、マイクロ・プロセッサ611
（以下MRU）に入り、MPUは、この印字情報を一端バッフ
ァ612に格納する。印字情報が規定の量に達した時、例
えば１行分、即ち改行コードをMPUが受け取った時や、
１ページ分即ち、改ページ・コードをMPUが受け取った
時に、MPUはバッファよりデータを取り出し、各印字コ
ードをROM614にキャラクタージェネレータとして記憶さ
れているパターン情報に応じて印字パターンに展開し、
パターンバッファ613に順次格納して行く。規定量の印
字情報を展開、格納し終わると、パターンバッファから
同時駆動するドット情報分ずつ（この場合８ノズル分）
順次取り出しそのドット情報に基づき、I/Oポート623を
介して発熱体駆動回路615〜622を駆動し、発熱体601〜6
08に通電する。この時発熱体をそれぞれ単独で駆動する
電圧はVpである。Vpは、形成するインク滴径、ノズルの
大きさ、発熱体の大きさ、発熱体の抵抗値、発熱体のオ
リフィスからの距離等により異なるが、電源容量、発熱
効率、電源コスト等を考慮し、1V〜100Vとするのが好適
である。最適には1V〜50Vである。今、印字ドット情報
が第２図のパターンであり、行701を印字する場合を考
える。各横方向ラインに対する発熱体はドット707が発
熱体601による印字、ドット708が発熱体602による印
字、…、ドット714が発熱体608による印字である。行70
1のドット710〜714は、それぞれ隣接するドットを有し
ている為、発熱体604〜608を駆動電圧をVpH（VpH＞Vp）
として印字する。即ち隣接する発熱体が略々同時に駆動
する場合には、駆動電圧を上げ、駆動エネルギーを増加
することにより、発熱体の発熱温度上昇を急峻にし、隣
接発熱体からの相互干渉に影響されることなく、安定的
な気泡生成消滅を行なうことができる。

第３図は、本発明による駆動回路の実施例である。MP
Uより第４図（ａ）のような印字信号802が入ると、イン
バータ808で反転され発熱体駆動信号間はLowとなり、ベ
ース抵抗R₂にベース電流が流れてスイッチングトランジ
スタ806がONし、Vpよりダイオード804を介して発熱体80
3にtw間、電流が流れる。隣接する発熱体にも駆動信号
が入る場合、印字信号802が入ると共に同じ波形又は、
第４図（ｂ）のように印字信号より長いパルス巾を持っ
た高電圧駆動信号801が入る。即ちスイッチングトラン
ジスタ805,806がONし発熱体803にはVpHより電圧が供給
される。

第５図は、第２図のパターンを隣接ドットの有無を判
断し印字する場合の駆動回路615〜622に入力される駆動
信号及び高電圧駆動信号である。本発明者らは８ノズル
/mmの密度でノズル数８本のヘッドを試作し、上記駆動
回路を用い、パルス巾tw＝７μsec、Vp＝15V、高電圧Vp
H＝17V、19V、22V、25Vで全発熱体をVpで駆動した場合
と、高電圧補正した場合との吐出速度及び吐出方向の安
定比較実験を行ない、第１表のような結果を得た。

さらに、この実験より高電圧VpHが高すぎてもサテラ
イトが発生し、不安定となってしまうことを見い出し
た。またIBM Research Divisionの文献により気泡体積
が最大になった後は温度を上げても気泡体積に反映され
ないことがわかっている。以上のことより、好ましくは
Vp＜VpH＜1.6Vp、最適にはVp＜VpH＜1.3Vpの範囲とする
のが良いことを見い出した。

本発明の実施例においては、隣接ドットの有無を判断
したが、隣接ドットを含め、数ドット先のドットの有無
を判断して高電圧駆動しても良い。さらに、ドットの有
無ばかりでなく、隣接のドットの駆動個数を判断に加え
ても良い、この場合、駆動個数に応じて駆動電圧を数段
階に可変することにより、さらに最適な吐出を行なうこ
とができる。

第11図は、本発明の駆動回路の他の実施例である。11
56〜1163は印字信号入力ライン、1100〜1107はORゲー
ト、1108〜1115はNANDゲート、1116〜1123はインバー
タ、1124〜1131は高電圧スイッチング手段（例えばトラ
ンジスタ）、1132〜1139は発熱体1148〜1155の駆動スイ
ッチング手段、1140〜1147は逆流防止用ダイオードであ
る。この回路において、今、第12図のような印字信号が
入力ライン1156〜1163に入力された場合、例えば、発熱
体1154を見ると、入力1162がHighレベルとなる為、イン
バーター1122を介して発熱体スイッチング手段1138がON
し、電圧が供給される。この時、隣接する入力ライン11
61と1163にも印字信号が入力されている為、ORゲート11
06の出力がHihgレベルとなり、これと印字信号1162によ
るNANDゲート1114の出力は、tw間Lowレベルとなるパル
ス信号が出て高電圧スイッチング手段1130がONし、前述
の駆動スイッチング手段1138にVpHの電圧が供給され
る。隣接する入力ライン1161及び1163に印字信号が入力
されない場合には、高電圧スイッチング手段1130がOFF
状態となり、通常印字電圧Vpが供給される。この結果、
第12図の印字信号入力に対し発熱体1148〜1155の両端に
かかる電圧波形は第13図のようになる。このように、印
字信号だけで、隣接発熱体の駆動状態を判断し、高電圧
と通常電圧を自動的に切り換える為、特別な信号を必要
としない。又、ORゲート、NANDゲート、インバータ、ダ
イオード、高電圧、スイッチング手段、駆動スイッチン
グ手段は発熱体と同一シリコン基板上に設けることが可
能（例えばTET等により）である為、ワイヤーによる結
線がなく信頼性、コスト上極めてすぐれたヘッドが実現
できる。

以上、述べたように本発明により、相互干渉に影響さ
れず常に安定した印字が可能となり、高密度集積された
マルチアレー型のヘッドを実現した。

次に、本発明の他の実施例について説明する。

相互干渉に影響されないように、１つの流路内に複数
の発熱部を設け、隣接ドットの有無により駆動個数を変
える。

第15図、第16図は、本発明の発熱体及び電極のパター
ンを示す図である。第15図は２つの発熱体1201,1202を
設け、夫々に選択電極1203,1204と共通電極1205を接続
し、１つの発熱部を構成する。隣接するドットがない場
合には主発熱体1201のみの駆動を、隣接ドットが存在す
る場合には主発熱体1201と共に補助発熱体1202も駆動
し、駆動エネルギーを高めることで安定した吐出を行な
うことができる。

本発明の記録ヘッドの製造工程中、SiO₂蓄熱層上に発
熱体を形成する時に、第19図の様に同一フォトマスクを
使用して作成される為、工程数に変化がない。発熱体12
02の長さL₁は主発熱体1201の長さL₂以下が望ましいが、
好適には、０＜L₁≦0.8L₂、最適には0.1L₂≦L₁≦0.5L₂
となるように形成する。また、両発熱体間距離ｄは、少
なくとも電極が配線される長さ以上が必要である。ま
た、距離を50μｍ、150μｍ、300μｍ、500μｍ、700μ
ｍ、1000μｍで実験した結果、第２表に示すように５μ
ｍ≦ｄ≦500μｍが好ましいことがわかる。

また、発熱体を３つ以上に分割した場合には、第17図
のように隣接する発熱体間に共通電極をパターニング
し、各発熱体に接続することで高密度化ができる。また
別の方法として、第18図のように、共通電極上に各発熱
体を積層することで、高密度集積することもできる。第
16図は、１つの発熱体1300に１つの共通電極1305と選択
電極1304を接続、両電極接続部間に、もう１つの選択電
極1303を接続し、主発熱部1301と、補助発熱部1302を構
成する。選択電極1303の接続位置は共通電極と、選択電
極1304間の長さL₃としたとき0.5L₃≦d₂≦0.9L₃なる範囲
内とするのが好ましい。第15図〜第18図において、補助
発熱体および補助発熱部は主発熱体および主発熱部をは
さんでノズル面と反対の位置に設けることにより、ノズ
ル面と、発熱体のノズル面側の距離が変わらず駆動発熱
体個数にかかわらず、安定した吐出を行なうことができ
た。

第14図は、本発明における発熱体駆動回路のブロック
図である。スイッチング手段1401〜1408は、主発熱体14
17〜1424の駆動用スイッチング主段1409〜1416は補助発
熱体1425〜1432の駆動用である。これらは第１図におい
て述べたと同様にして発熱体と同一基板上に作成するこ
とができる。また、主発熱体と補助発熱体の駆動電圧Vp
とVp′は、同電圧でもよいが、それぞれの発熱体の最適
駆動エネルギーに合わせて設定することでより効率的で
安定したインク吐出が可能となる。

以上のように、本発明により、発熱体に最適な駆動エ
ネルギーを与え相互干渉の影響を軽減できた。また、本
発明の複数の発熱体はフォト・ファブリケーションで、
同一工程で作成することができ、工程数を増やすことな
く作ることができるという利点がある。

効果以上の説明から明らかなように、本発明によると、隣
接する熱エネルギー発生体の駆動に応じて駆動電圧およ
び／またはパルス幅を変化させて記録を行なうように
し、また隣接する熱エネルギー発生部の駆動に応じて分
割された発熱部の駆動個数を変えるようにしたので、隣
接ノズルとの相互干渉に影響されず、常に安定したイン
ク吐出を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による液体噴射記録装置の一実施例で
ある駆動回路のブロック図、第２図は、印字パターンを
示す図、第３図は、駆動回路の実施例を示す図、第４図
（ａ），（ｂ）は、印字信号の関係を示す図、第５図
は、駆動信号の関係を示す図、第６図は、記録ヘッドの
バブルジェットインク吐出と気泡発生、消滅の原理図、
第７図は、記録ヘッドの斜視図、第８図は、記録ヘッド
の発熱体基板を示す図、第９図は、発熱体部の断面図、
第10図（ａ）は蓋基板、（ｂ）はその裏面図、第11図
は、本発明による駆動回路の他の実施例を示す図、第12
図は、印字信号を示す図、第13図は、第12図の印字信号
に対する発熱体両端の電圧波形を示す図、第14図は、本
発明による発熱体駆動回路のブロック図、第15図，第16
図は、発熱体及び電極パターンを示す図、第17図は、発
熱体と共通電極のパターンを示す図、第18図は、発熱体
と共通電極のパターンの他の実施例を示す断面図、第19
図は、発熱体を形成するためのフォトマスクを示す図で
ある。 601〜608……発熱体、609……ホスト・コンピュータ、6
10……インターフェース回路、611……マイクロプロセ
ッサ、612……バッファ、613……パターンバッファ、61
4……ROM、615〜622……発熱体駆動回路、623……I/Oポ
ート。

フロントページの続き (56)参考文献特開昭60−8075（ＪＰ，Ａ) 特開平１−237152（ＪＰ，Ａ) 特開昭55−132259（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B41J 2/05

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】記録液を吐出するための複数の吐出口と、
これら吐出口各々に連通した流路と、該流路の複数に連
通した共通液室と、前記流路内に設けられ複数に分割さ
れた発熱体とを有し、該発熱体に通電することにより該
発熱体上に気泡を発生させ、該気泡の体積増加にともな
う作用力で前記流路内の記録液に圧力を及ぼして前記記
録液を吐出し、被記録面に付着させて記録を行なう液体
噴射記録装置において、前記複数の吐出口は８本/mm以
上の密度で配列され、前記吐出口の１つから単独でイン
ク滴吐出を行う場合は、１つの発熱体で駆動して該発熱
体を駆動する電圧Vpを1V〜50Vの範囲とし、隣接する吐
出口からインク滴吐出を行う場合には、前記分割された
発熱体を複数個駆動することを特徴とする液体噴射記録
装置。