JP3170326B2 - Ink jet recording head and ink jet recording apparatus - Google Patents

Ink jet recording head and ink jet recording apparatus

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JP3170326B2
JP3170326B2 JP28160091A JP28160091A JP3170326B2 JP 3170326 B2 JP3170326 B2 JP 3170326B2 JP 28160091 A JP28160091 A JP 28160091A JP 28160091 A JP28160091 A JP 28160091A JP 3170326 B2 JP3170326 B2 JP 3170326B2
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ink
recording head
bubble
discharge port
jet recording
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一浩 中島
利治 乾
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、熱エネルギーを利用し
てインクを吐出するインクジェット記録ヘッド、該ヘッ
ドを用いるインクジェット記録装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ink jet recording head for discharging ink using thermal energy and an ink jet recording apparatus using the head.

【0002】[0002]

【従来の技術】インク滴を吐出し、これを被記録媒体上
に付着させて画像形成を行なうインクジェット記録方法
は、高速記録が可能であり、また比較的記録品位も高
く、低騒音であるという利点を有している。さらに、こ
の方法はカラー画像記録が比較的容易であって、普通紙
等にも記録でき、さらに装置を小型化し易いといった多
くの優れた利点を有している。
2. Description of the Related Art An ink-jet recording method in which ink droplets are ejected and deposited on a recording medium to form an image is capable of high-speed recording, has relatively high recording quality, and has low noise. Has advantages. Further, this method has many excellent advantages such as relatively easy recording of a color image, recording on plain paper and the like, and further, easy downsizing of the apparatus.

【0003】このようなインクジェット記録方法を用い
る記録装置には、一般にインクを飛翔インク滴として吐
出させるための吐出口と、この吐出口に連通するインク
路と、このインク路の一部に設けられ、インク路内のイ
ンクに吐出のための吐出エネルギーを与えるエネルギー
発生手段とを有する記録ヘッドが備えられる。例えば、
特公昭61−59911号、特公昭61−59912
号、特公昭61−59913号、特公昭61−5991
4号の各公報には、エネルギー発生手段として電気熱変
換体を用い、電気パルス印加によってこれが発生する熱
エネルギーをインクに作用させてインクを吐出させる方
法が開示されている。
A recording apparatus using such an ink jet recording method is generally provided with a discharge port for discharging ink as flying ink droplets, an ink path communicating with the discharge port, and a part of the ink path. A recording head having energy generating means for applying ejection energy to the ink in the ink path for ejection. For example,
JP-B-61-59911, JP-B-61-59912
No., JP-B-61-59913, JP-B-61-5991
No. 4 discloses a method in which an electrothermal converter is used as energy generating means, and the thermal energy generated by the application of an electric pulse is applied to the ink to eject the ink.

【0004】すなわち、上記各公報に開示されている記
録方法は、熱エネルギーの作用を受けたインクが急峻な
体積の増大を伴なう状態変化を起こし、この状態変化に
基づく作用力によって、記録ヘッド部先端の吐出口より
インクを吐出し、この吐出インク滴が被記録媒体に付着
して画像形成を行なうものである。この方法によれば記
録ヘッドにおける吐出口を高密度に配設することができ
るので、高解像度、高品質の画像を高速で記録すること
ができ、この方法を用いた記録装置は、複写機、プリン
タ、ファクシミリなどにおける情報出力手段として用い
ることができる。
In other words, according to the recording methods disclosed in the above publications, the ink that has been subjected to the action of thermal energy undergoes a state change accompanied by a sharp increase in volume. Ink is ejected from an ejection port at the tip of the head, and the ejected ink droplets adhere to a recording medium to form an image. According to this method, the ejection ports in the recording head can be arranged at a high density, so that a high-resolution, high-quality image can be recorded at a high speed. A recording apparatus using this method includes a copier, It can be used as information output means in a printer, facsimile, or the like.

【0005】他方、熱エネルギを使用するものの実現条
件は全くないインクジェット記録方法としては、特開昭
54−161935号公報に記載される方法がある。こ
の公報では、図1に示すように円筒状発熱体30によっ
て液室内のインク31をガス化させ(図1、(a))、
このガス32をインク滴33と共にインク吐出口より吐
出させる(図1(b),(c))。この方法によれば、
ガス32を吐出口または吐出口付近から微小滴状に噴出
させてしまい、画質は不良となる。この公報の気泡は核
沸騰による気泡形成であると認められる。
On the other hand, as an ink jet recording method which uses heat energy but has no realization conditions, there is a method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 54-161935. In this publication, as shown in FIG. 1, an ink 31 in a liquid chamber is gasified by a cylindrical heating element 30 (FIG. 1, (a)).
The gas 32 is ejected from the ink ejection port together with the ink droplet 33 (FIGS. 1B and 1C). According to this method,
The gas 32 is ejected in the form of minute droplets from the discharge port or the vicinity of the discharge port, resulting in poor image quality. The bubbles in this publication are recognized as bubble formation due to nucleate boiling.

【0006】また同様の核沸騰である、例えば特開昭6
1−185455号公報は、図2に示すように、小開口
40を有する板状部材41と発熱体ヘッド42との微少
間隙部43に満たされた液状インク44を発熱体ヘッド
42によって加熱し(図2(a),(b))、発生した
バブル45によって小開口40からインク滴46を飛翔
させると共に、急速に核沸騰で体積増加しているバブル
45を形成していたガスをも小開口40から噴出させて
(図2(c))記録紙上に画像を形成するものである。
A similar nucleate boiling is described in, for example,
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-185455, as shown in FIG. 2, a liquid ink 44 filled in a minute gap 43 between a plate-shaped member 41 having a small opening 40 and a heating element head 42 is heated by the heating element head 42 ( 2 (a) and 2 (b)), the generated bubbles 45 cause the ink droplets 46 to fly from the small openings 40, and the gas forming the bubbles 45 whose volume has rapidly increased due to nucleate boiling is also reduced to the small openings. An image is formed on recording paper by ejecting the ink from the recording paper 40 (FIG. 2C).

【0007】さらに、同様の核沸騰を開示する特開昭6
1−249768号公報には、図3に示すように液状イ
ンク50に熱エネルギーを作用させてかなり大型化した
気泡を形成し、気泡の膨張力に基づいてインク小滴58
を形成、飛翔させると同時に気泡を形成していたガスを
も大開口52から大気中に噴出させるインクジェット記
録装置が単純に記載されている。
Further, Japanese Unexamined Patent Publication No. Sho 6 discloses a similar nucleate boiling.
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-249768, as shown in FIG. 3, thermal energy is applied to the liquid ink 50 to form a considerably large bubble, and the ink droplet 58 is formed based on the expansion force of the bubble.
An ink jet recording apparatus is described in which a gas that forms a bubble is ejected into the atmosphere through the large opening 52 at the same time that the gas is formed and flies.

【0008】しかしながら、上記特開昭54−1619
35号、同61−185455号、同61−24976
8号に共通する構成は、気泡を形成しているガスを微小
インク滴として主たるインク滴の吐出と共に大気中に噴
出させてしまうことである。この結果、このガスの噴出
によってガス化してインクがスプラッシュやミストなど
を生じ、その結果記録紙の地汚れとなったり、装置内の
汚れとなることがあった。
[0008] However, the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 54-1619
No. 35, No. 61-185455, No. 61-24976
The configuration common to No. 8 is that the gas forming the bubbles is ejected as fine ink droplets into the atmosphere together with the ejection of the main ink droplets. As a result, the gas is ejected and gasified to generate ink splash or mist, and as a result, the recording paper may be stained or the inside of the apparatus may be stained.

【0009】また、例えば特開昭61−197246号
公報には、従来の熱エネルギーを用いたインクジェット
記録方法を変形させた方法を用いる熱転写的記録装置に
関する記載がある。すなわち、この装置では、図4に示
すように、記録媒体60に設けられた複数の孔61によ
って保持されるインク62を、発熱素子63を有する記
録ヘッド64によって加熱し、インク滴65を被記録媒
体66に吐出する。この記録装置は単発的なインク吐出
であり、加えて記録媒体60と発熱素子63とを完全に
密着させることが困難であるため、従来の吐出口を有す
る記録ヘッドを用いたインクジェト記録方法に比べ、熱
効率が低下しやすく高速記録に適さないといった問題が
ある。
[0009] For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-197246 discloses a thermal transfer type recording apparatus using a modification of a conventional ink jet recording method using thermal energy. That is, in this apparatus, as shown in FIG. 4, an ink 62 held by a plurality of holes 61 provided in a recording medium 60 is heated by a recording head 64 having a heating element 63, and an ink droplet 65 is recorded. The ink is discharged onto the medium 66. This recording apparatus is a one-shot ink discharge, and in addition, it is difficult to completely adhere the recording medium 60 and the heat generating element 63 to each other. Therefore, compared to the conventional ink jet recording method using a recording head having a discharge port, In addition, there is a problem that thermal efficiency is apt to decrease and is not suitable for high-speed recording.

【0010】[0010]

【背景技術】以上説明したようなインクジェット記録方
式の問題点を解決するため、本出願人は、吐出のために
インクを加熱することにより生成される膜沸騰による気
泡を、吐出口近傍で外気に連通させて吐出を行うインク
ジェット記録方式(以下、この方式を連通吐出方式とも
言う)について提案した(特願平2−112832号,
特願平2−112833号,特願平2−112834
号,特願平2−114472号)。
BACKGROUND OF THE INVENTION In order to solve the problems of the ink jet recording system as described above, the present applicant converts bubbles caused by film boiling generated by heating ink for ejection to outside air near an ejection port. An ink jet recording system that performs discharge by communicating (hereinafter, this system is also referred to as a continuous discharge system) has been proposed (Japanese Patent Application No. 2-112832,
Japanese Patent Application No. 2-112833, Japanese Patent Application No. 2-112834
No., Japanese Patent Application No. 2-114472).

【0011】上記連通吐出方式によれば、気泡を形成し
ているガスが吐出されるインク滴と共に噴出することは
ないので、スプラッシュやミストなどの発生を低減し、
被記録媒体上の地汚れや装置内の汚れを防ぐことができ
る。
[0011] According to the above-described communication discharge method, the gas forming the bubble is not ejected together with the ejected ink droplets, so that the generation of splash and mist is reduced.
Background dirt on the recording medium and dirt in the apparatus can be prevented.

【0012】また、上記連通吐出方式の基本的な作用と
して、気泡が生成される部位より吐出口側にあるインク
は原理的に全てインク滴となって吐出されるということ
がある。このため、吐出インク量は、吐出口から上記気
泡生成部位までの距離等、記録ヘッドの構造によって定
めることができる。この結果、上記連通吐出方式によれ
ば、インク温度の変化等の影響をそれ程受けずに吐出量
の安定した吐出を行うことが可能となる。
In addition, as a basic operation of the above-described communication and discharge method, there is a case where all ink located on the discharge port side from a portion where bubbles are generated is discharged as ink droplets in principle. Therefore, the amount of ink to be ejected can be determined by the structure of the recording head, such as the distance from the ejection port to the bubble generation site. As a result, according to the above-described continuous ejection method, it is possible to perform ejection with a stable ejection amount without being significantly affected by a change in ink temperature or the like.

【0013】以下、図5〜図8を参照して上記連通吐出
方式について説明する。
Hereinafter, the above-described continuous discharge method will be described with reference to FIGS.

【0014】図5(a)および(b)は、上記連通吐出
方式を適用して好適な記録ヘッドおよびその吐出方法を
示すものであり、この記録ヘッドの具体的インク路構成
の2例を示す。しかしながら、本発明はこの構成に限定
されないことは勿論である。
FIGS. 5 (a) and 5 (b) show a print head suitable for applying the above-described continuous discharge method and a discharge method thereof. Two examples of specific ink path configurations of this print head are shown. . However, it goes without saying that the present invention is not limited to this configuration.

【0015】図5(a)に示すインク路構成は、基板
(不図示)上に発熱抵抗層(ヒータ)2を具え、この基
板に、隔壁や天板が設けられることによって、共通液室
Cやインク路Bが形成される。また、これとともにイン
ク路Bの端部に吐出口5が形成される。E1,E2は、
それぞれ、ヒータ2にパルス上の電気信号を印加するた
めの選択電極、共通電極を示す。さらにDは保護層であ
る。
The ink path configuration shown in FIG. 5A includes a heating resistor layer (heater) 2 on a substrate (not shown), and a partition and a top plate are provided on the substrate to form a common liquid chamber C. And an ink path B are formed. At the same time, an ejection port 5 is formed at the end of the ink path B. E1 and E2 are
A selection electrode and a common electrode for applying a pulsed electric signal to the heater 2 are shown. D is a protective layer.

【0016】電極E1,E2を介した、記録データに基
づく上記電気信号の印加に応じて、電極E1,E2間の
ヒータ2は、蒸気膜を生じる急激な温度上昇を短時間の
うちに発生し(約300℃)、これにより、気泡6が生
成される。この気泡6は成長し、やがて吐出口5におけ
る基板側の端部Aで大気と連通する。そして、この連通
後、安定した吐出インク滴(破線7)が形成される。
In response to the application of the electric signal based on the recording data via the electrodes E1 and E2, the heater 2 between the electrodes E1 and E2 generates a rapid temperature rise causing a vapor film in a short time. (About 300 ° C.), whereby bubbles 6 are generated. The bubble 6 grows and eventually communicates with the atmosphere at the end A of the discharge port 5 on the substrate side. After this communication, stable ink droplets (broken line 7) are formed.

【0017】この吐出において、気泡6がその成長過程
でインク路Bを完全に遮断しない(インク路B内のイン
クが吐出口5から突出したインクと連続している)ので
後続の吐出に対するリフィルが速やかに行われること、
また、300℃以上の比較的高温となった気泡の熱も外
気に放出されること等によって大きな蓄熱の問題(蓄熱
によるインク粘性低下や気泡形成の不安定化)も生ぜ
ず、各ヒータの駆動デューティーを高くすることができ
る。
In this discharge, the bubble 6 does not completely block the ink path B during its growth process (the ink in the ink path B is continuous with the ink protruding from the discharge port 5), so that refill for the subsequent discharge is not performed. Be done promptly,
In addition, since the heat of the air bubbles having a relatively high temperature of 300 ° C. or more is released to the outside air, a large heat storage problem (a decrease in ink viscosity and unstable bubble formation due to the heat storage) does not occur. The duty can be increased.

【0018】図5(b)は、共通液室Cを不図示として
いるが、インク路Bを屈曲した形状としているものであ
り、屈曲部の基板面に発熱抵抗部(ヒータ)2を具えて
いる。吐出口5は、吐出方向にその断面積を減少する形
状であり、ヒータ2に対向してその開口が設けられてい
る。この吐出口5はオリフィスプレートOPに形成され
る。
In FIG. 5B, the common liquid chamber C is not shown, but the ink path B is formed in a bent shape, and the heat generating resistance portion (heater) 2 is provided on the substrate surface of the bent portion. I have. The discharge port 5 has a shape whose cross-sectional area decreases in the discharge direction, and has an opening facing the heater 2. The discharge port 5 is formed in the orifice plate OP.

【0019】図5(b)においても、上記図5(a)の
構成と同様に蒸気膜(約300℃)を生じさせて気泡6
を生成する。この気泡の生成により、オリフィスプレー
トOPの厚み部分のインクを吐出方向に押しやり、その
部分のインクを希薄にする。その後、気泡6は、吐出口
5の外気側周縁A1から内部側の吐出口近傍領域A2の
範囲で大気と連通する。この時、気泡6の成長は、イン
ク路を遮断しないもので、吐出方向へ向かう必要のない
インクをインク路B内のインクと連続した連続体として
残すことができ、インク滴7の吐出量の安定化および吐
出速度の安定化を実現することができる。
In FIG. 5B, a vapor film (about 300 ° C.) is generated and bubbles 6 are formed similarly to the configuration of FIG. 5A.
Generate Due to the generation of the bubbles, the ink in the thickness portion of the orifice plate OP is pushed in the ejection direction, and the ink in that portion is diluted. Thereafter, the bubbles 6 communicate with the atmosphere in the range from the outside air side peripheral edge A1 of the discharge port 5 to the area A2 near the discharge port on the inner side. At this time, the growth of the bubble 6 does not block the ink path, and the ink that does not need to go in the discharge direction can be left as a continuous body with the ink in the ink path B. Stabilization and stabilization of the discharge speed can be realized.

【0020】このような連通吐出方式によれば、吐出口
近傍への気泡成長を急激にしかも確実に行うことができ
るので、上記非遮断状態のインク路によるリフィル性も
手伝って、高安定高速記録を達成できる。また、気泡と
大気とを連通させることによって、気泡の消泡過程が無
くなり、キャビテーションによるヒータや基板の損傷を
防止することもできる。
According to such a continuous discharge method, since the bubble growth near the discharge port can be performed rapidly and reliably, the refilling by the ink path in the non-blocking state is also helped, and the high-speed and high-speed recording is performed. Can be achieved. In addition, by communicating the air bubbles with the atmosphere, the process of defoaming the air bubbles is eliminated, and damage to the heater and the substrate due to cavitation can be prevented.

【0021】以上示したインク吐出に伴う気泡と大気と
の連通は基本的にヒータ2の配設位置を吐出口5に近づ
けることによって実現できる。しかしながら、上述した
スプラッシュ等の抑制や吐出量の安定化を確実なものと
する条件であって、上記図5(a)および(b)に示す
構成に適用されて好ましい条件を以下に挙げる。
The communication between the air bubbles and the atmosphere accompanying the ink discharge described above can be basically realized by bringing the heater 2 closer to the discharge port 5. However, the conditions that ensure the suppression of the above-described splash and the stabilization of the ejection amount, and are preferable conditions applied to the configuration shown in FIGS. 5A and 5B are described below.

【0022】第1条件は、気泡の内圧が外気圧より低い
条件で気泡を外気と連通させることである。
The first condition is that the bubble communicates with the outside air under the condition that the inside pressure of the bubble is lower than the outside pressure.

【0023】すなわち、気泡の内圧が外気圧より低い条
件で気泡を外気と連通させることによって、気泡の内圧
が外気圧より高い条件で連通させる場合に生じていたス
プラッシュ等の吐出口近傍におけるインク飛散を低減で
き、また、上記2つの圧力が等しい場合よりも、吐出時
の不安定なインクをインク路内に引き込む力がわずかで
はあるが働くため、より一層安定したインク吐出と不要
インクの飛散防止を図ることができる。
That is, by causing the bubbles to communicate with the outside air under the condition that the internal pressure of the bubbles is lower than the outside pressure, the ink scatters in the vicinity of the discharge port such as splash, which has occurred when the inside pressure of the bubbles is communicated under the condition that the inside pressure is higher than the outside pressure. In addition, as compared with the case where the above two pressures are equal to each other, the force for drawing the unstable ink into the ink path at the time of ejection is slightly applied, so that more stable ink ejection and prevention of unnecessary ink scattering are achieved. Can be achieved.

【0024】上記第1条件とは別の条件として、気泡の
吐出口側端部における移動速度の1次微分値が負となる
条件で気泡と外気とを連通させるという第2条件、ま
た、吐出エネルギー発生手段の吐出口側端部から気泡の
吐出口側端部までの距離La と吐出エネルギー発生手段
の吐出口とは反対側の端部から気泡の吐出口とは反対側
の端部までの距離Lb とがLa /Lb ≧lを満足する第
3条件、もしくは、その両方の条件を満足して気泡と外
気を連通させることはより好ましい。
As another condition different from the first condition, a second condition that the bubble communicates with the outside air under the condition that the first derivative of the moving speed of the bubble at the discharge port side end is negative is obtained. from the end opposite to the discharge port of the distance L a between the discharge energy generating means from the discharge port-side end portion to the discharge port side end of the bubble energy generating means to the end portion opposite to the bubble discharge port third condition and the distance L b of satisfies L a / L b ≧ l, or be in communication with air bubbles and the outside air by satisfying both conditions more preferred.

【0025】図6〜図8を参照して、上記第1条件をさ
らに詳しく説明する。
The first condition will be described in more detail with reference to FIGS.

【0026】発泡からの経過時間tと、気泡体積Vおよ
び気泡内圧力Pとの関係は図6のようになるが、実際に
は、気泡はその成長の途中で連通するので、これらの関
係は図7に示されるようになる。すなわち、図7におい
て、t=tb(t1≦tb:t1は気泡内圧力pが外気
の圧力と等しくなる時刻)の時刻で気泡は外気と連通す
る。上記第1条件は、このとき気泡内圧力Pが外気の圧
力(OATM)より小さいという条件である。
FIG. 6 shows the relationship between the elapsed time t from the foaming, the bubble volume V, and the pressure P in the bubble. In fact, since the bubbles communicate during the growth thereof, these relationships are as follows. As shown in FIG. That is, in FIG. 7, the bubble communicates with the outside air at the time t = tb (t1 ≦ tb: t1 is the time when the pressure p in the bubble becomes equal to the pressure of the outside air). The first condition is that the pressure P in the bubble is smaller than the pressure of the outside air (OATM).

【0027】この条件でインクを吐出させると、気泡内
圧力Pが外気圧より高い条件で気泡を外気と連通させて
インク滴を吐出させる(ガスが大気中に噴出する)場合
に比べ、前述したようにインクのミストやスプラッシュ
による記録紙や装置内の汚れを防止できる。また、この
ように気泡内圧力Pを大気圧より小さくして連通させる
場合、気泡の体積が比較的増大させてから気泡を外気と
連通させることができる。これにより、インクに対して
十分な運動エネルギーを伝達することができ、吐出速度
が大きくなるという効果も得られる。
When the ink is ejected under these conditions, the ink droplets are ejected by discharging the ink droplets (gas is ejected into the atmosphere) as described above, in which the bubbles communicate with the outside air under the condition that the pressure P inside the bubbles is higher than the outside air pressure. As described above, it is possible to prevent the recording paper and the inside of the apparatus from being stained by ink mist or splash. Further, in the case where the bubble pressure P is made lower than the atmospheric pressure for communication as described above, the bubble can be communicated with the outside air after the volume of the bubble is relatively increased. Thereby, sufficient kinetic energy can be transmitted to the ink, and the effect of increasing the ejection speed can be obtained.

【0028】上記第1条件を満たす記録ヘッドは、例え
ば図5(a)においてヒータ2の位置を吐出口5の方向
に近づけた位置に設けてある。これは気泡を外気と連通
させるために最も簡便にとれる手法である。しかしなが
ら、単にヒータ2を吐出口5に近づけるだけでは、上記
第1条件を満たすことができない。すなわち、上記条件
を満たすためには、ヒータの発生する熱エネルギー量
(ヒータの構成、形成材料、駆動条件、面積、ヒータの
設けられる基体の熱容量等に依る)、インク物性、記録
ヘッドの各部の大きさ(吐出口とヒータ間の距離、吐出
口や液路の幅および高さ)などを適切に設定することに
より、第1条件を満たす状態で外気と連通させることが
できる。
The recording head satisfying the above first condition is provided, for example, at a position where the position of the heater 2 is closer to the direction of the discharge port 5 in FIG. This is the simplest technique to allow the bubbles to communicate with the outside air. However, simply bringing the heater 2 close to the discharge port 5 cannot satisfy the first condition. That is, in order to satisfy the above conditions, the amount of thermal energy generated by the heater (depending on the configuration of the heater, the forming material, the driving conditions, the area, the heat capacity of the base on which the heater is provided, etc.), the physical properties of the ink, and the By appropriately setting the size (the distance between the discharge port and the heater, the width and the height of the discharge port and the liquid path), it is possible to communicate with the outside air in a state satisfying the first condition.

【0029】具体的には、例えばインク路形状は以下の
ように、気泡と大気との連通に寄与する。すなわち、イ
ンク路形状は、使用する熱エネルギー発生素子の形状に
よって幅がほぼ決定されてくるものの、具体的関係につ
いては経験則によって設定することが多い。しかしなが
ら、インク路の高さが、気泡の上記大気との連通の条件
に影響を与えることが明らかとなっている。従って、環
境等の外部の影響を受けにくく、またより一層の安定し
た気泡と大気との連通を行うためには、インク路の幅W
よりもインク路の高さHを低く(H>W)することが好
ましい。
Specifically, for example, the shape of the ink path contributes to the communication between the air bubbles and the atmosphere as described below. That is, although the width of the ink path shape is almost determined by the shape of the thermal energy generating element used, the specific relationship is often set by an empirical rule. However, it has been found that the height of the ink path affects the conditions for communicating the bubbles with the atmosphere. Therefore, the ink path width W is less susceptible to external influences such as the environment and the like.
It is preferable to lower the height H of the ink path (H> W).

【0030】また、例えば、連通する時刻を気泡の体積
でみれば、気泡が外気と連通しない場合に達するであろ
う気泡の最大体積、もしくは最大体積の70%以上、よ
り好ましくは80%以上の体積のときに気泡が外気と連
通するようにすることが好ましい。
Further, for example, when the communication time is viewed in terms of the volume of the bubble, the maximum volume of the bubble which would be reached when the bubble does not communicate with the outside air, or 70% or more of the maximum volume, more preferably 80% or more. It is preferable that the bubbles communicate with the outside air when they have a volume.

【0031】次に、上記第1条件の別表現である上述の
第2条件、すなわち、気泡の膨張速度の1次微分が負と
なるとき気泡と外気とを連通させるという条件について
説明する。
Next, the above-mentioned second condition, which is another expression of the above-mentioned first condition, that is, the condition that the air bubbles communicate with the outside air when the first derivative of the expansion speed of the air bubbles becomes negative will be described.

【0032】インクが発泡を開始してから気泡が外気と
連通するまでの時間における気泡体積Vおよび気泡内圧
力Pの変化および気泡膨張速度dV/dtの変化を図8
に示す。
FIG. 8 shows the change in the bubble volume V, the pressure P in the bubble, and the change in the bubble expansion speed dV / dt during the time from the start of the foaming of the ink until the bubble communicates with the outside air.
Shown in

【0033】この図より、膨張速度の1次微分、すなわ
ち、体積Vの2次微分d2 V/dt2 を求めることによ
ってバブルの内圧と外圧との大小関係を知ることができ
る。すなわち、d2 V/dyt2 >0の期間で気泡の膨
張速度dV/dtは増加し、d2 V/dt2 <0で速度
dV/dtは減少する。従って、d2 V/dt2 =0の
ときに気泡内圧力Pと外気圧とが等しくなるといえる。
すなわち、d2 V/dt2 >0で、気泡内圧力Pは外圧
よりも高く、d2 V/dt2 ≦0のとき気泡内圧力Pは
外圧以下である。
From this figure, the magnitude relation between the internal pressure and the external pressure of the bubble can be known by obtaining the first derivative of the expansion rate, that is, the second derivative d 2 V / dt 2 of the volume V. That is, during the period of d 2 V / dyt 2 > 0, the expansion rate dV / dt of the bubble increases, and when d 2 V / dt 2 <0, the rate dV / dt decreases. Therefore, it can be said that when d 2 V / dt 2 = 0, the pressure P inside the bubble and the external pressure are equal.
That is, when d 2 V / dt 2 > 0, the pressure P in the bubble is higher than the external pressure. When d 2 V / dt 2 ≦ 0, the pressure P in the bubble is equal to or lower than the external pressure.

【0034】図8で説明すると、発泡開始t=t0 より
t=t1 までは、気泡内圧力Pは、外気圧よりも高くd
2 V/dt2 >0となり、t=t1 より気泡が外気と連
通するまでの時間t=tb までは気泡の内圧は外気圧以
下であり、d2 V/dt2 ≦0となる。通常は、この一
般的理論が成立するが、インクの材質によってあるいは
インク路の抵抗によっても気泡体積の変化が生じるの
で、外気圧との関係はわずかに差を生じる場合がある。
このため第1条件以外の条件としてd2 /V/dt2
0を満足することは好ましく、また、第1条件とこの第
2条件との和は、より好ましいものとなる。
Referring to FIG. 8, from the start of foaming t = t 0 to t = t 1 , the pressure P in the bubble is higher than the outside pressure and d
2 V / dt 2 > 0, and the internal pressure of the bubble is equal to or less than the outside pressure until t = t b from t = t 1 until the bubble communicates with the outside air, and d 2 V / dt 2 ≦ 0. Normally, this general theory holds, but since the volume of the bubble changes depending on the material of the ink or the resistance of the ink path, the relationship with the outside air pressure may slightly differ.
Therefore, as a condition other than the first condition, d 2 / V / dt 2 <
It is preferable to satisfy 0, and the sum of the first condition and the second condition is more preferable.

【0035】以上のように、体積Vの2次微分d2 V/
dt2 <0、すなわち膨張速度の1次微分が負のとき、
気泡が外気と連通することにより、気泡内圧力が外気圧
より低い条件で連通することができる。
As described above, the second derivative d 2 V /
When dt 2 <0, that is, when the first derivative of the expansion rate is negative,
By communicating the bubbles with the outside air, the bubbles can be communicated under the condition that the pressure in the bubbles is lower than the outside pressure.

【0036】上記第2条件によれば、気泡と外気との連
通時に連通部近傍にあるインクがインクを吐出するため
に過度に加速度を受けるために主インク滴と分離してし
まうといったことを解決することもできる。上記分離が
生じた場合、その近傍のインクがスプラッシュ状に飛び
散ったり、ミストとなって飛散することが顕著となり、
しかも高密度の吐出口配置では吐出口面へのインクの付
着による吐出不良を招くことがあるが、これを上記第2
条件によって解決することができる。
According to the second condition, it is possible to solve the problem that the ink in the vicinity of the communication portion is separated from the main ink droplet due to excessive acceleration due to ejection of the ink when the air bubbles communicate with the outside air. You can also. When the above separation occurs, the ink in the vicinity scatters in a splash-like manner, and becomes remarkable to scatter as a mist,
In addition, when the ejection openings are arranged at a high density, the ejection failure due to the adhesion of the ink to the ejection opening surface may be caused.
Can be solved by the requirement.

【0037】[0037]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記発明の
さらなる改良を図るものであり、バブルを一層効率よく
外気と連通させることを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is intended to further improve the above-mentioned invention, and has as its object to make bubbles more efficiently communicate with the outside air.

【0038】また、本発明の他の目的は、連通吐出によ
って吐出口後方に後退したインクメニスカスの吐出口位
置への復帰を良好なものとすることにある。
Another object of the present invention is to improve the return of the ink meniscus, which has retreated to the rear of the discharge port by the continuous discharge, to the position of the discharge port.

【0039】本発明のさらに他の目的は、吐出特性を高
め、より高い周波数でのインク吐出を可能とすることに
ある。
Still another object of the present invention is to improve the ejection characteristics and to enable ink ejection at a higher frequency.

【0040】[0040]

【課題を解決するための手段】そのために、本発明に係
るインクジェット記録ヘッドは、インクを吐出させるた
めの吐出口と、該吐出口に連通するほぼ直状の液路と、
該液路に連通する液室と、前記液路内に供給されたイン
クに前記吐出口から吐出を行わせるための熱エネルギを
作用させる熱作用部とを具備し、前記液路内におけるイ
ンクの供給方向に関して前記熱作用部の上流側端部より
上流側で前記熱作用部に関して前記吐出口とは反対側に
流体抵抗素子を有するとともに、前記熱エネルギの作用
に基づく膜沸騰によってインク中に生起されたバブルの
内圧が外気圧以下の条件で前記バブルを外気と連通させ
てインク吐出を行うようにしたことを特徴とする。
For this purpose, an ink jet recording head according to the present invention comprises: a discharge port for discharging ink; a substantially straight liquid path communicating with the discharge port;
Comprising a liquid chamber communicating with the liquid passage and a heat acting portion for applying thermal energy for causing discharge from the discharge port to the ink supplied to the liquid path, i in the liquid passage
From the upstream end of the heat acting portion with respect to the supply direction of the ink
The upstream side has a fluid resistance element on the side opposite to the discharge port with respect to the heat acting section, and the internal pressure of the bubble generated in the ink by the film boiling based on the action of the heat energy is equal to or less than the external pressure. The ink is ejected by communicating the bubble with the outside air.

【0041】ここで、前記流体抵抗素子は、前記液路を
形成する部材に設けられて前記液路の断面積を狭窄する
狭窄部とすることができる。
Here, the fluid resistance element may be a constricted portion provided on a member forming the liquid passage to narrow the cross-sectional area of the liquid passage.

【0042】また、前記液路に連通してインクを供給す
るための液室を有し、前記記録ヘッドの前記狭窄部の最
も狭い位置と前記熱作用部の最も前記液室に近い部分と
の距離をL1 、前記吐出口と前記熱作用部の最も前記吐
出口に近い部分の距離をL2、前記熱作用部の最も前記
液室に近い部分と前記液室までの距離をL3 としたと
き、L1 <2×L2でかつL3 <10×L2 とすること
ができる。
The recording head further comprises a liquid chamber for supplying ink in communication with the liquid path, wherein a portion of the recording head at the narrowest portion of the constricted portion and a portion of the heat acting portion closest to the liquid chamber are located. The distance is L 1 , the distance between the discharge port and the portion of the heat acting portion closest to the discharge port is L 2 , and the distance between the portion of the heat acting portion closest to the liquid chamber and the liquid chamber is L 3 . Then, L 1 <2 × L 2 and L 3 <10 × L 2 can be satisfied.

【0043】また、前記連通時に前記液路は、前記バブ
ルで遮断されていないものとすること、前記連通時は、
前記バブルの吐出方向先端部の移動速度の加速度が正で
ない条件で前記バブルを外気と連通させるものとするこ
と、さらには、前記バブルは、前記吐出口側へ成長し、
外気と連通することができる。
Also, it is assumed that the liquid path is not interrupted by the bubble at the time of the communication.
It is assumed that the bubble communicates with the outside air under the condition that the acceleration of the moving speed of the tip of the bubble in the discharge direction is not positive, and further, the bubble grows to the discharge port side,
Can communicate with the outside air.

【0044】さらに、本発明インクジェット記録装置
は、そのようなインクジェット記録ヘッドと、該インク
ジェット記録ヘッドと記録媒体とを相対的に移動させる
手段と、前記熱エネルギを作用させてインク中にバブル
を生起させ、当該バブルを外気と連通させて前記記録媒
体に向けてインク吐出を行わせる手段と、を具えたこと
を特徴とする。
Further, the ink jet recording apparatus of the present invention comprises such an ink jet recording head, means for relatively moving the ink jet recording head and the recording medium, and generating bubbles in the ink by applying the heat energy. Means for discharging the ink toward the recording medium by communicating the bubble with the outside air.

【0045】[0045]

【作用】本発明によれば、本件出願人の既出願の発明
(特願平2−112832号等)による液滴の体積の安
定化およびミストやスプラッシュの防止による画像品位
の向上と、ヘッド寿命の向上という効果をそのまま生か
しながら、連通吐出を一層効率よく行うとともに、吐出
後オリフィスから後退したインク面(メニスカス)のオ
リフィス位置への復帰速度をさらに早め、より高い周波
数での吐出を実現することができるのである。
According to the present invention, the image quality is improved by stabilizing the volume of droplets and preventing mist and splash, and the life of the head is reduced by the invention already filed by the present applicant (Japanese Patent Application No. 2-112832). While making the most of the effect of the improvement of ink jetting, it is possible to perform communication ejection more efficiently, and further accelerate the speed of returning the ink surface (meniscus) retreated from the orifice to the orifice position after ejection, thereby realizing ejection at a higher frequency. You can do it.

【0046】従って、さらに安定かつ高度な画像記録を
行うことができる記録ヘッド、インクジェット記録方法
および装置を実現できる。
Therefore, it is possible to realize a recording head, an ink jet recording method and an apparatus capable of performing more stable and advanced image recording.

【0047】[0047]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0048】図9は、本発明に係るインクジェット記録
ヘッドの一実施例の要部を模式的に示す。この記録ヘッ
ドは、インクを吐出するために利用されるエネルギを発
生する手段として、通電に応じインクに膜沸騰を生じさ
せる熱エネルギを発生する電気熱変換素子などの発熱素
子を基体314上に有し、該素子の上方の熱作用部(以
下これをヒータという)331が壁338Wで区画され
た液路335に面してインクに熱エネルギを作用させ
る。本実施例による記録ヘッドは、ヒータ331と液室
334との間の液路の壁338Wの部分に、吐出口33
と正対して液路断面を急狭窄する面332Aと、当該
急狭窄された部分から液室方向に緩やかに断面を拡大し
て行く面332Bとからなる流体抵抗素子としての狭窄
部332を有している。なお、342は天板である。
FIG. 9 schematically shows a main part of an embodiment of the ink jet recording head according to the present invention. The recording head has a heating element such as an electrothermal conversion element for generating thermal energy for causing film boiling of the ink in response to energization on a base 314 as a means for generating energy used for discharging ink. Then, a thermal action section (hereinafter, referred to as a heater) 331 above the element faces the liquid path 335 defined by the wall 338W to apply thermal energy to the ink. The recording head according to the present embodiment includes a discharge port 33 on a wall 338W of a liquid path between the heater 331 and the liquid chamber 334.
3 has a constricted portion 332 as a fluid resistance element including a surface 332A that sharply narrows the cross section of the liquid path and a surface 332B that gradually expands the cross section from the sharply narrowed portion toward the liquid chamber. are doing. 342 is a top plate.

【0049】図10(a)ないし(f)は図9で示され
る記録ヘッドを用いて記録を行うインクジェット記録方
法(液体噴射記録方法)を説明したものである。
FIGS. 10A to 10F illustrate an ink jet recording method (liquid jet recording method) in which recording is performed using the recording head shown in FIG.

【0050】図10(a)ないし(e)において、33
6はインク、338はバブル、337は液滴である。
In FIGS. 10A to 10E, 33
6 is ink, 338 is a bubble, and 337 is a droplet.

【0051】図10(a)は初期状態を示し、液路内が
インク336で満たされた状態である。まず例えば電気
熱変換体に瞬間的に電流を流しパルス的にヒータ331
近傍のインク3を急激に加熱すると、所謂膜沸騰による
気泡(バブル)338がヒータ331上に発生し、急激
に膨張を始める(図10(b))。さらにバブル338
は膨張を続け、主として慣性抵抗の小さい吐出口5側へ
成長し、ついには吐出口333を越え、外気とバブル3
38が連通する(図10(c))。このとき外気はバブ
ル338内圧と平衡状態またはそれ以上であり、バブル
338内に流入する。
FIG. 10A shows an initial state, in which the liquid path is filled with ink 336. First, for example, an electric current is instantaneously passed through the electrothermal converter, and the heater 331 is pulsed.
When the nearby ink 3 is rapidly heated, air bubbles (bubbles) 338 are generated on the heater 331 due to so-called film boiling, and rapidly expand (FIG. 10B). Further bubble 338
Continues to expand and grows mainly toward the discharge port 5 side having a small inertia resistance, and finally exceeds the discharge port 333, and the outside air and the bubble 3
38 communicate with each other (FIG. 10 (c)). At this time, the outside air is in equilibrium with the internal pressure of the bubble 338 or higher, and flows into the bubble 338.

【0052】吐出口333より押し出されたインク33
6はこの瞬間までにバブル338の膨張によって与えら
れた運動量のためにさらに前方へ飛翔を続け、ついには
独立な液滴337となって紙などの記録媒体へ向かって
飛翔し、一方液路内のインクはヒータ331より液室3
42側にそのインク面が引いた状態となってメニスカス
339を形成している(図10(d))。さらに吐出口
333側に生じた空隙には、液吐出後、後方のインク3
36の表面張力と液路を形成する部材の濡れ性とによっ
てインク336が図面右方向に供給され、メニスカス3
37は吐出口333に向って復帰(リフィル)する(図
10(e))。そして、完全に吐出口333までメニス
カスが復帰し、初期状態に戻ったところで次の吐出が可
能となる(図10(f))。
The ink 33 extruded from the discharge port 333
6 continues to fly further forward by this moment due to the momentum provided by the expansion of the bubble 338, and eventually flies as independent liquid droplets 337 toward a recording medium such as paper, while in the liquid path. Is supplied from the heater 331 to the liquid chamber 3.
The meniscus 339 is formed with the ink surface pulled toward the side 42 (FIG. 10D). Further, after the liquid is ejected, the ink 3
The ink 336 is supplied rightward in the drawing due to the surface tension of the ink 36 and the wettability of the member forming the liquid path.
37 returns (refills) toward the discharge port 333 (FIG. 10E). Then, the meniscus completely returns to the discharge port 333, and when the meniscus returns to the initial state, the next discharge becomes possible (FIG. 10F).

【0053】さて、図10(c)ではバブル338が外
気と連通したときに外気がバブル内に流入するが、この
ためには特願平2−112832号等に開示されている
条件でバブル338を外気と連通させれば良い。例えば
バブルの内圧が外気圧と等しいか、または低い条件でバ
ブルを外気と連通させれば、バブル内のガスが外気に噴
出し、吐出液滴に悪影響を及ぼすことはない。ここでバ
ブル338を効率良く吐出口333より外気と連通させ
れば、吐出する液滴の速度が上がり、またインクの目詰
まり等を効果的に防止できる。また液滴が吐出した後に
吐出口付近にインク残りが生じ、その結果空気を取り込
んで不吐出を招くという不具合も生じない。
In FIG. 10 (c), when the bubble 338 communicates with the outside air, the outside air flows into the bubble. For this purpose, the bubble 338 is provided under the conditions disclosed in Japanese Patent Application No. 2-112,832. Can be communicated with the outside air. For example, if the bubble communicates with the outside air under the condition that the internal pressure of the bubble is equal to or lower than the outside air pressure, the gas in the bubble blows out to the outside air and does not adversely affect the discharged droplet. Here, if the bubble 338 is efficiently communicated with the outside air from the ejection port 333, the speed of the ejected droplet is increased, and clogging of the ink can be effectively prevented. In addition, there is no problem that ink remains around the discharge port after the droplet is discharged, and as a result, air is taken in and the non-discharge is caused.

【0054】本発明による流体抵抗素子、すなわち図9
における狭窄部332は、まず第1にはバブルを外気と
効率よく連通させる機能を果すものである。すなわち、
図10(b)において膜沸騰によるバブル338が発生
し、これは液室側に比して慣性抵抗の小さい吐出口側へ
成長するが、狭窄部332による液室方向への流体抵抗
の増大により、バブル338の液室方向への成長はさら
に阻害されて吐出口側への成長が促進される。この結果
バブル338は一層効率よく外気と連通し、インク吐出
量の安定化、吐出速度の向上等、インク吐出特性がさら
に改善されるのである。
The fluid resistance element according to the present invention, that is, FIG.
First, the constricted portion 332 has a function of efficiently communicating the bubble with the outside air. That is,
In FIG. 10B, a bubble 338 is generated due to the film boiling and grows toward the discharge port side having a smaller inertial resistance than the liquid chamber side, but due to an increase in the fluid resistance in the liquid chamber direction due to the constricted portion 332. The growth of the bubble 338 in the direction of the liquid chamber is further inhibited, and the growth of the bubble 338 toward the ejection port is promoted. As a result, the bubbles 338 communicate with the outside air more efficiently, and the ink discharge characteristics such as stabilization of the ink discharge amount and improvement of the discharge speed are further improved.

【0055】ところで、図10の(d)〜(f)におい
て起こっているメニスカス9の復帰の現象は、インクの
表面張力とノズル内壁との濡れの力とが支配している。
即ち、メニスカスの復帰時、メニスカスが曲面となって
いるために表面張力によってそのメニスカスを最小面積
の平面にしようとする力と、ノズルの内壁とインクとの
濡れによってその接触角を小さく保とうとする力との相
乗作用によってメニスカスは復帰する。
The phenomenon of the meniscus 9 returning in FIGS. 10D to 10F is governed by the surface tension of the ink and the force of wetting the inner wall of the nozzle.
That is, when the meniscus returns, the meniscus has a curved surface, so that the meniscus has a force to make the meniscus a flat surface with a minimum area by surface tension, and the contact angle is to be kept small by the wetting of the ink with the inner wall of the nozzle. The meniscus is restored by the synergistic action with the force.

【0056】かかるメニスカスの復帰(インクのリフィ
ル)の速度は高いほど好ましく、それによって吐出周波
数を高めることができる。
It is preferable that the speed of the meniscus return (ink refill) is higher, so that the ejection frequency can be increased.

【0057】本発明による流体抵抗素子は、その存在に
よって少なくともインクのリフィルを阻害しないこと、
むしろリフィル速度を向上できるように構成されるのが
さらに好ましく、それによって上記した連通吐出の効率
の向上の効果とあいまって、さらなる吐出の安定化ない
しは吐出周波数の向上を実現し、一層吐出効率を改善で
きるのである。
The fluid resistance element according to the present invention does not hinder at least ink refilling due to its presence.
Rather, it is more preferable to be configured so as to be able to increase the refill speed, and in combination with the effect of improving the efficiency of the continuous discharge described above, further stabilization of the discharge or improvement of the discharge frequency is realized, and the discharge efficiency is further improved. It can be improved.

【0058】インクのリフィルを支配する力はいずれも
インクやノズル内壁の材質に依存する特性であって、従
来このリフィル速度を速くしようとする手段としては、
これらの材質を改良する以外にはノズルの流路抵抗を小
さくするといった消極的な手法しかとられてはいなかっ
た。
The forces that govern the refilling of ink are all characteristics that depend on the ink and the material of the inner wall of the nozzle. Conventional means for increasing the refilling speed include:
Other than improving these materials, only passive methods such as reducing the flow resistance of the nozzle have been used.

【0059】本発明者らは、数々の実験を通じて積極的
にリフィル速度を向上させることが可能な手段を見いだ
した。
The present inventors have found through various experiments a means capable of positively improving the refill speed.

【0060】このリフィル高速化の原理について説明す
る。図11は図9の記録ヘッドを天板342側から見た
上面図であって、図10の(d)の瞬間の状態を示して
いる。本例において用いるヘッドでは、メニスカス33
9が最大に後退したときメニスカス339は図のように
狭窄部332を越えて液室334側にまで飛び出すこと
を本発明者らは見いだした。このときのメニスカスの形
状は図11に示すように狭窄部332より飛び出してい
る部分の曲率半径が狭窄部がないときよりも小さくなっ
ていることが特徴である。この状態での狭窄部332よ
り飛び出している部分の復元力はノズル内壁からインク
は離れていないため、ほぼインクの表面張力のみに支配
されている。表面張力はその表面積をできるだけ小さく
する方向に働くため、曲率半径が小さいほどその復元力
は大きくなる。従ってメニスカスはこのような状態であ
るときには速やかに復帰するのである。
The principle of speeding up the refill will be described. FIG. 11 is a top view of the recording head of FIG. 9 viewed from the top plate 342 side, and shows a state at the moment of FIG. 10D. In the head used in this example, the meniscus 33
The present inventors have found that the meniscus 339 jumps out of the constricted portion 332 to the liquid chamber 334 side as shown in the figure when 9 retreats to the maximum. As shown in FIG. 11, the shape of the meniscus at this time is characterized in that the radius of curvature of the portion protruding from the constricted portion 332 is smaller than that without the constricted portion. In this state, the restoring force of the portion protruding from the constricted portion 332 is substantially controlled only by the surface tension of the ink because the ink is not separated from the inner wall of the nozzle. Since the surface tension acts in a direction to reduce the surface area as much as possible, the smaller the radius of curvature, the larger the restoring force. Therefore, the meniscus returns quickly in such a state.

【0061】また、狭窄部があることによってノズル内
壁にインクが残りやすくなり濡れによりインクとノズル
内壁との接触線が前進することによるリフィルの要因も
抑制することができる。
In addition, the presence of the constricted portion makes it easier for ink to remain on the inner wall of the nozzle, thereby suppressing the cause of refilling due to the wetting of the contact line between the ink and the inner wall of the nozzle.

【0062】図9では液路を区画する壁のみに狭窄化す
る構造物を設けているが、天板側やヒータ基板側のノズ
ル内壁に設けてもよいし、流路中に設けてもよい。ま
た、最狭窄部の流路断面積は好ましくは、ヒータ331
の部分の流路断面積の30〜90%がよく、この値が大
きければ効果が小さくなり、小さければかえって流路抵
抗の増大によるリフィル速度の低下が起こるため好まし
くない。狭窄部の構造例を図12(a)〜(d)に示
す。
In FIG. 9, the structure for narrowing is provided only on the wall defining the liquid path, but it may be provided on the inner wall of the nozzle on the top plate side or the heater substrate side, or may be provided in the flow path. . Further, the flow path cross-sectional area of the narrowest portion is preferably set to
30% to 90% of the cross-sectional area of the flow path in the portion is preferable. If this value is large, the effect is small. FIGS. 12A to 12D show structural examples of the constricted portion.

【0063】また、図13(a)および(b)も本発明
に適用可能な流体抵抗素子たる狭窄部の構造の2例とし
て姿勢の異なる三角形状の狭窄部332を設けたものを
示すが、バブルの成長ないしメニスカス後退によって液
室側へ押しやられるインクの流速が等しいとき、その流
線から明らかなように、同図(a)の方が同図(b)よ
りも液室側に大きな渦を発生するために、液室側へ向っ
ての流体抵抗が大きい。そのため、(a)の方が、液室
側へのバブルの成長をより効率よく妨げ、メニスカスの
後退量も(b)よりも小さくなる。メニスカス復帰力は
メニスカスを拘束している部分(メニスカスが最狭窄部
より液室側にあるときは最狭窄部、吐出口側にあるとき
は吐出口)の周囲長によって決まり、吐出口からのメニ
スカス後退量によっては変わらない。つまり、最狭窄部
の開口形状が同じならばその前後の形状にかかわらず復
帰力は同じであり、従ってメニスカスは最狭窄部から液
室側へ飛び出すことが好ましいが、その量が少ない方が
より短い時間でリフィルできる。
FIGS. 13 (a) and 13 (b) also show triangular constrictions 332 having different postures as two examples of the structure of the constriction as a fluid resistance element applicable to the present invention. When the flow velocity of the ink pushed to the liquid chamber side due to bubble growth or meniscus receding is equal, as is clear from the streamlines, FIG. 12A shows a larger vortex toward the liquid chamber side than FIG. Is generated, the fluid resistance toward the liquid chamber side is large. Therefore, (a) more effectively prevents the growth of bubbles toward the liquid chamber side, and the amount of meniscus retreat is also smaller than (b). The meniscus return force is determined by the perimeter of the portion that restricts the meniscus (the narrowest portion when the meniscus is closer to the liquid chamber than the narrowest portion, and the discharge port when the meniscus is closer to the discharge port). It does not change depending on the amount of retreat. In other words, if the opening shape of the narrowest portion is the same, the restoring force is the same regardless of the shape before and after the opening, so that the meniscus preferably jumps out of the narrowest portion toward the liquid chamber, but the smaller the amount, the more Refill in a short time.

【0064】すなわち、狭窄部の開口形状である図13
(a),(b)を比例した場合、(a)の方が連通吐出
効率が高く、リフィル時間も短いと言える。同様のこと
は例えば図12(b)と図11とを比較した場合にも言
えるが、流体抵抗素子の形状,寸法等は記録ヘッドに望
まれる吐出特性やインク物性その他に応じて適宜選択で
きるものである。
That is, FIG. 13 showing the opening shape of the constricted portion.
When (a) and (b) are proportional, it can be said that (a) has higher communication discharge efficiency and shorter refill time. The same can be said, for example, when comparing FIG. 12 (b) with FIG. 11, but the shape, dimensions, etc. of the fluid resistance element can be appropriately selected according to the ejection characteristics, ink properties, etc. desired for the recording head. It is.

【0065】因みに、図14は図13(a)のような流
体抵抗素子すなわち狭窄部2を設けた場合の初期状態
(同図(a))から20μsec毎のインク吐出の実験
結果を示すもので、連通吐出ないしその後のメニスカス
後退に関し同図(b)のように狭窄部332が有効に作
用しており、その後のリフィル過程(同図(c),
(d))を経て、80μsec後にはリフィルがほぼ完
了していることが確認された。
FIG. 14 shows the experimental results of ink ejection every 20 μsec from the initial state (FIG. 13A) when the fluid resistance element, that is, the constriction 2 is provided as shown in FIG. 13A. As shown in FIG. 13B, the constriction 332 is effectively acting on the communication discharge or the subsequent meniscus retreat, and the subsequent refilling process (FIG.
After (d)), it was confirmed that refilling was almost completed after 80 μsec.

【0066】上述のように本発明者らは所定の位置に狭
窄部を設けることにより、メニスカスの曲率半径を小さ
くすることができ、その結果リフィルの速度を向上させ
ることができることを見いだした。このように狭窄部よ
り液室側にメニスカスを飛び出させることのできるヘッ
ド構造をさらに研究した結果、狭窄部の最も狭い位置と
ヒータ331の最も液室に近い部分との流路に沿って測
った距離をL1 、吐出口とヒータ331の最も吐出口に
近い部分との流路に沿って測った距離をL2 とし、ヒー
タ331の最も液室34に近い部分から液室34までの
距離をL3 としたとき、L1 <2×L2 でかつL3 <1
0×L2 という条件を満たす記録ヘッドであれば、イン
クやノズル壁の材質にほとんどよらずにリフィル速度の
向上の効果が達成できることを見いだした。
As described above, the present inventors have found that by providing a constriction at a predetermined position, the radius of curvature of the meniscus can be reduced, and as a result, the refill speed can be improved. As a result of further research on the head structure capable of causing the meniscus to protrude toward the liquid chamber from the constriction, the measurement was performed along the flow path between the narrowest position of the constriction and the portion of the heater 331 closest to the liquid chamber. The distance measured along the flow path between the discharge port and the portion of the heater 331 closest to the discharge port is L 2, and the distance from the portion of the heater 331 closest to the liquid chamber 34 to the liquid chamber 34 is L 1 . When L 3 , L 1 <2 × L 2 and L 3 <1
It has been found that if the recording head satisfies the condition of 0 × L 2, the effect of improving the refill speed can be achieved irrespective of the ink and the material of the nozzle wall.

【0067】このような機能をもつ狭窄部332の構造
としては、その最も狭い部分が前記条件式を満たす範囲
にあればよく、その狭窄化構造物の前後のスロープの形
状は任意であり、曲面でもよい。
The structure of the constricted portion 332 having such a function may be such that its narrowest portion is within a range satisfying the above-mentioned conditional expression, and the shape of the slope before and after the constricted structure is arbitrary, and May be.

【0068】以下そのような数値に関して具体的な検討
例を説明する。
Hereinafter, a specific study example regarding such numerical values will be described.

【0069】<検討例1>図15は本検討例において製
作した記録ヘッドの構造を示す図であり、図16はさら
にその吐出口付近の構造を天板側から投影してみた上面
図である。この記録ヘッドは、ヒータ基板334上に各
液流路335を隔てるように配置された隔壁343と、
該隔壁343に接するガラスの透明天板342と、各液
流路の基板341上に設けられたヒータ331より構成
されている。ヒータ331に対応した電気熱変換素子は
図示しない電極によって画信号に応じて通電される。吐
出口333付近の構造は、基板341側およびこれに対
向する天板342の面には狭窄化構造物は設けられてお
らず、側壁側にのみ一対の狭窄化構造物を設けた構造を
している。狭窄化構造物の詳細な構造は図16に示すよ
うな構造である。ヒータ331から狭窄部332の最狭
窄部までの長さ(L1 )は設計値で15μm、吐出口3
33からヒータ331の前縁部までの長さ(L2 )は2
5μm、ヒータ331から液室334までの長さ(L
3 )は150μmで、狭窄部332の最も狭い部分は幅
20μm開いており、ヒータ331部分の流路断面積の
50%の断面積である。この最狭窄部より液室側に向か
って20μmの位置まで狭窄化構造物は図のように広が
り、反対に吐出方向に向かって10μmの位置まで広が
っている。また、液路の高さは一定で25μm、流路幅
は狭窄部以外の部分は40μmである。ヒータ331の
形状は、幅32μm、長さ40μmである。また、一つ
の記録ヘッド上にはこの液路が63.5μmの間隔をお
いて48本設けられている。なお、この記録ヘッドは本
件出願人が既に出願した、ヒータによって発生したバブ
ルを外気圧よりも低い条件で外気と連通させてインクを
吐出する液体噴射記録方法(特願平2−112832号
等)による吐出を行なう構造の記録ヘッドであって、さ
らに本発明における条件式を満たすものである。
<Examination Example 1> FIG. 15 is a diagram showing the structure of a recording head manufactured in this investigation example, and FIG. 16 is a top view of the structure near the discharge port projected from the top plate side. . The recording head includes a partition 343 disposed on the heater substrate 334 so as to separate each liquid flow path 335,
It comprises a transparent top plate 342 made of glass in contact with the partition wall 343 and a heater 331 provided on the substrate 341 of each liquid flow path. The electrothermal conversion element corresponding to the heater 331 is energized according to an image signal by an electrode (not shown). The structure near the discharge port 333 has a structure in which no narrowing structure is provided on the substrate 341 side and the surface of the top plate 342 opposed thereto, and a pair of narrowing structures is provided only on the side wall side. ing. The detailed structure of the narrowed structure is as shown in FIG. The length (L 1 ) from the heater 331 to the narrowest portion of the narrowed portion 332 is 15 μm in design value, and the discharge port 3
The length (L 2 ) from 33 to the front edge of the heater 331 is 2
5 μm, the length from the heater 331 to the liquid chamber 334 (L
3 ) is 150 μm, the narrowest part of the constricted part 332 is 20 μm wide, and has a cross-sectional area of 50% of the flow path cross-sectional area of the heater 331 part. The narrowed structure extends as shown in the drawing to a position of 20 μm from the narrowest portion toward the liquid chamber, and extends to a position of 10 μm in the discharge direction. The height of the liquid path is constant at 25 μm, and the width of the flow path is 40 μm at portions other than the constricted portion. The shape of the heater 331 is 32 μm in width and 40 μm in length. On one recording head, 48 liquid paths are provided at intervals of 63.5 μm. In addition, this recording head is a liquid jet recording method which has been applied by the present applicant and ejects ink by causing bubbles generated by a heater to communicate with the outside air under a condition lower than the outside pressure (Japanese Patent Application No. 2-112832). , Which satisfies the conditional expression of the present invention.

【0070】この記録ヘッドの製造方法を次に説明す
る。平坦なシリコンウェハ上に公知の半導体プロセスを
用いて、所定間隔で設けたヒータ、電極、その他の保護
膜などを作ったヒータ基板341上に、ドライフィルム
を接着し、狭窄部の構造を作り込んだノズルのマスクを
用い露光現像して隔壁343を形成した。さらに、その
上部にガラスでできた天板42を接着する。この後にダ
イシングソーを用いてこの積層したものを切り放すこと
によってヘッドのチップを形成する。このようにして製
作されたチップに電気回路やインク供給管などを付設し
て本実施例における記録ヘッドを製作した。
Next, a method for manufacturing the recording head will be described. Using a known semiconductor process on a flat silicon wafer, a dry film is adhered to a heater substrate 341 on which heaters, electrodes, and other protective films provided at predetermined intervals are formed to form a constricted portion structure. The partition wall 343 was formed by exposure and development using a mask of a nozzle. Further, a top plate 42 made of glass is adhered to the upper portion. Thereafter, the laminated chip is cut off using a dicing saw to form a head chip. An electric circuit, an ink supply tube, and the like were attached to the chip manufactured as described above to manufacture a recording head in this embodiment.

【0071】このようにして製作した記録ヘッドを用い
て印字を行なった。
Printing was performed using the recording head thus manufactured.

【0072】 C.I.フードブラック2 3.0重量% ジエチレングリコール 15.0重量% N−メチル−2−ピロリドン 5.0重量% イオン交換水 77.0重量% よりなる各配合成分を容器中で撹拌し、均一に混合溶解
させた後、孔径0.45μmのポリフッ化エチレン系繊
維製フィルタで濾過して得た粘度2.0cps(20
℃)のインクを用い、電圧9V、パルス幅2.5μmを
画信号とともに印加した。このとき駆動する周波数を徐
々に上げていったところ、18kHzの周波数まで安定
して吐出した。この状態で紙に印字を行なったところ、
どのヘッドを用いても安定した高品位な画像を得ること
ができた。
C. I. Food Black 2 3.0% by weight Diethylene glycol 15.0% by weight N-methyl-2-pyrrolidone 5.0% by weight Ion-exchanged water 77.0% by weight Each component is stirred in a container and uniformly mixed and dissolved. After that, the mixture was filtered through a polyfluoroethylene fiber filter having a pore diameter of 0.45 μm to obtain a viscosity of 2.0 cps (20 cps).
° C), and a voltage of 9 V and a pulse width of 2.5 µm were applied together with the image signal. At this time, when the driving frequency was gradually increased, the liquid was discharged stably up to a frequency of 18 kHz. When printing on paper in this state,
Regardless of the head used, a stable high-quality image could be obtained.

【0073】なお、このとき吐出の状態をストロボで吐
出に同期して天板側から照明しながら顕微鏡でノズル内
のインクの状態を観察したところ、ヒータ部で発生した
バブルは吐出時には吐出口より連通しバブルの縮小過程
が観察されず、さらにメニスカスが最大に後退したと
き、そのメニスカスの最も液室に近い部分は狭窄部33
2の最も狭い位置よりも液室334側に飛び出している
のが観察された。
At this time, the state of the ink in the nozzle was observed with a microscope while illuminating the state of the discharge with a strobe in synchronization with the discharge from the top plate side. When the communication bubble reduction process is not observed and the meniscus further retreats to the maximum, the portion of the meniscus closest to the liquid chamber is constricted portion 33.
It was observed that it protruded to the liquid chamber 334 side from the narrowest position of No. 2.

【0074】<検討例2>図17は本発明の他の検討例
において製作した記録ヘッドの構造を示す図であり、図
18はさらにその吐出口付近の構造を模式的に示したも
のである。この記録ヘッドも実施例1で製作した記録ヘ
ッドと同様に、ヒータ基板341上に各液路33を隔て
るように配置された隔壁343と、該隔壁に接するガラ
スの透明天板342と、各液流路の基板341上に設け
られたヒータ331より構成されている。ヒータ331
に対応した電気熱変換素子は図示しない電極によって画
信号に応じて通電される。狭窄部332の詳細な構造は
図18に示すような構造である。即ち、ヒータ331の
液室側10μm隔てた位置に一辺が15μmの正三角形
の断面をもつ構造物をその一辺がヒータ331側に向い
た形に設けたものである。この狭窄化構造物は基板34
1と天板342とをつなぐように設けられている。ヒー
タ331から狭窄部332の最狭窄部までの長さ(L
1 )は設計値で15μm、吐出口333からヒータ33
1の前縁部までの長さ(L2 )は25μm、ヒータ33
1から液室334までの長さ(L3 )は150μmであ
る。一つの記録ヘッド上にはこのノズルが63.5μm
の間隔をおいて48本設けられている。なお、この記録
ヘッドもはまた本件出願人が既に出願した、ヒータによ
って発生した気泡を外気と連通する条件でインクを吐出
する液体噴射記録方法(特願平2−112832号等)
による吐出を行なう構造の記録ヘッドであって、さらに
上記条件式を満たすものである。
<Examination Example 2> FIG. 17 is a view showing the structure of a recording head manufactured in another investigation example of the present invention, and FIG. 18 schematically shows the structure near the discharge port. . Similarly to the print head manufactured in the first embodiment, this print head includes a partition 343 arranged on the heater substrate 341 so as to separate the liquid paths 33, a transparent top plate 342 made of glass in contact with the partition, and It is composed of a heater 331 provided on the substrate 341 in the flow path. Heater 331
Are supplied with an electrode (not shown) according to the image signal. The detailed structure of the constriction 332 is as shown in FIG. That is, a structure having a regular triangular cross section with a side of 15 μm is provided at a position 10 μm away from the liquid chamber side of the heater 331 such that one side faces the heater 331 side. The constriction structure is formed on the substrate 34.
1 and the top plate 342. The length from the heater 331 to the narrowest portion of the narrowed portion 332 (L
1 ) is a design value of 15 μm, and the heater 33
The length (L 2 ) to the front edge portion of the heater 1 is 25 μm,
The length (L 3 ) from 1 to the liquid chamber 334 is 150 μm. This nozzle is 63.5 μm on one recording head.
48 are provided at intervals. Note that this recording head is also a liquid jet recording method that has been applied by the present applicant and that ejects ink under the condition that bubbles generated by the heater are communicated with the outside air (Japanese Patent Application No. 2-112832).
, Which satisfies the above conditional expression.

【0075】この記録ヘッドを実施例1と同じ方法で製
造し、検討例1と同じインクを用いて、電圧10V、パ
ルス幅2.5μsで駆動したところ、15kHzの周波
数までは安定して吐出した。この状態で紙に印字を行な
ったところ、どのヘッドを用いても安定した高品位な画
像を得ることができた。
This recording head was manufactured in the same manner as in Example 1, and was driven at a voltage of 10 V and a pulse width of 2.5 μs using the same ink as in Study Example 1. As a result, the recording head was stably ejected up to a frequency of 15 kHz. . When printing was performed on paper in this state, a stable high-quality image could be obtained using any of the heads.

【0076】なお、このとき吐出の状態をストロボで吐
出に同期して天板側から照明しながら顕微鏡でノズル内
のインクの状態を観察したところ、吐出時にはヒータ部
で発生したバブルは吐出口より連通しバブルの縮小過程
が観察されず、さらにメニスカスが最大後退したときに
はそのメニスカスは狭窄化構造物の両側二2つに分かれ
て液室側にまで飛び出しているのが観察された。
At this time, the state of ink in the nozzles was observed with a microscope while illuminating the state of discharge with a strobe in synchronization with the discharge from the top plate side. No reduction process of the communicating bubble was observed, and further, when the meniscus retracted to the maximum, it was observed that the meniscus was divided into two sides on both sides of the stenosis structure and jumped out to the liquid chamber side.

【0077】<検討例3>図19は本発明の他の検討例
において製作した記録ヘッド吐出口付近の構造を模式的
に示したものである。この記録ヘッドも検討例1で製作
した記録ヘッドと同様に、構成されている。ヒータ33
1は図示しない電極によって画信号に応じて通電され
る。狭窄部の詳細な構造は、基板側およびこれに対向す
る天板の面には狭窄化構造物は設けられておらず、側壁
側にのみ狭窄化構造物を設けた構造をしている。ヒータ
331から狭窄部332の最狭窄部までの長さ(L1
は設計値で20μm、吐出口333からヒータ331の
前縁部までの長さ(L2 )は25μm、ヒータ331か
ら液室334までの長さ(L3 )は200μmで、狭窄
部332の最も狭い部分は幅20μm開いている。この
最狭窄部より液室側に向かって20μmの位置まで狭窄
化構造物は図のように広がり、反対に吐出方向に向かっ
ては側壁と直交するように広がっている。またノズルの
ヒータ331から吐出口333までの間は側壁が吐出口
へ向かって狭まっておりオリフィスでの幅は34μmで
ある。また、ノズルの高さは一定で25μm、流路幅は
狭窄部以外の部分は40μmである。ヒータ331の形
状は、幅32μm、長さ40μmである。一つの記録ヘ
ッド上にはこのノズルが63.5μmの間隔をおいて4
8本設けられている。なお、この記録ヘッドもはまた本
件出願人が既に出願した、ヒータによって発生した気泡
を外気と連通する条件でインクを吐出する液体噴射記録
方法(特願平2−112832号等)による吐出を行な
う構造の記録ヘッドであって、さらに本発明における条
件式を満たすものである。
<Examination Example 3> FIG. 19 schematically shows a structure near a discharge head of a recording head manufactured in another investigation example of the present invention. This recording head has the same configuration as the recording head manufactured in Study Example 1. Heater 33
1 is energized by an electrode (not shown) in accordance with an image signal. The detailed structure of the constricted portion is such that the constricted structure is not provided on the substrate side and the surface of the top plate opposed thereto, and the constricted structure is provided only on the side wall side. Length (L 1 ) from heater 331 to narrowest portion of narrowed portion 332
Is a design value of 20 μm, the length (L 2 ) from the discharge port 333 to the front edge of the heater 331 is 25 μm, and the length (L 3 ) from the heater 331 to the liquid chamber 334 is 200 μm. The narrow part is 20 μm wide. The narrowed structure extends as shown in the drawing to a position of 20 μm from the narrowest portion toward the liquid chamber side, and on the other hand, extends in the discharge direction so as to be orthogonal to the side wall. The side wall between the nozzle heater 331 and the discharge port 333 narrows toward the discharge port, and the width at the orifice is 34 μm. The height of the nozzle is constant at 25 μm, and the width of the flow path is 40 μm at portions other than the narrowed portion. The shape of the heater 331 is 32 μm in width and 40 μm in length. On one recording head, these nozzles are arranged at intervals of 63.5 μm.
Eight are provided. Note that this recording head also performs ejection by a liquid ejection recording method (Japanese Patent Application No. 2-112832 or the like) which has already been filed by the present applicant and which ejects ink under the condition that bubbles generated by the heater communicate with the outside air. A recording head having a structure, which further satisfies the conditional expression in the present invention.

【0078】この記録ヘッドを検討例1と同じ方法で製
造し、検討例1と同じインクを用いて、電圧10V、パ
ルス幅2.5μsで駆動したところ、11kHzの周波
数までは安定して吐出した。この状態で紙に印字を行な
ったところ、どのヘッドを用いても安定した高品位な画
像を得ることができた。
This recording head was manufactured in the same manner as in Study Example 1, and was driven with the same ink as in Study Example 1 at a voltage of 10 V and a pulse width of 2.5 μs. As a result, stable ejection was performed up to a frequency of 11 kHz. . When printing was performed on paper in this state, a stable high-quality image could be obtained using any of the heads.

【0079】なお、このとき吐出の状態をストロボで吐
出に同期して天板側から照明しながら顕微鏡でノズル内
のインクの状態を観察したところ、吐出時にはヒータ部
で発生したバブルは吐出口より連通しバブルの縮小過程
が観察されず、さらにメニスカスが最大後退したときに
はそのメニスカスは最狭窄部よりも液室側にまで飛び出
しているのが観察された。
At this time, the state of ink in the nozzles was observed with a microscope while illuminating the state of discharge with a strobe in synchronization with the discharge from the top plate side. No reduction process of the communicating bubble was observed, and further, when the meniscus retracted to the maximum, it was observed that the meniscus protruded to the liquid chamber side from the narrowest part.

【0080】<検討例4>図20は本発明の他の検討例
において製作した記録ヘッドの吐出口付近の構造を模式
的に示したものである。ノズル幅は狭窄部以外の部分3
0μm、ノズル高が20μmである。ヒータ331の形
状は、幅20μm、長さ20μmである。基板側および
これに対向する天板の面には狭窄化構造物は設けられて
おらず、側壁側にのみ狭窄化構造物を設けた構造をして
いる。ヒータ331から狭窄部332の最狭窄部(L
1 )までの長さは設計値で6μm、吐出口333からヒ
ータ331の前縁部までの長さ(L2 )は20μm、ヒ
ータ331から液室334までの長さ(L3 )は80μ
mで、狭窄部332の最も狭い部分は幅12μm開いて
いる。この最狭窄部より吐出方向に向かって側壁と直交
するように広がっており、反対に液室側に向かって10
μmの位置まで狭窄化構造物は図のように広がってい
る。また、一つの記録ヘッド上にはこのノズルが63.
5μmの間隔をおいて48ノズル設けられている。な
お、この記録ヘッドもはまた本件出願人が既に出願し
た、ヒータによって発生した気泡を外気と連通する条件
でインクを吐出する液体噴射記録方法(特願平2−11
2832号等)による吐出を行なう構造の記録ヘッドで
あって、さらに本発明における条件式を満たすものであ
る。
<Examination Example 4> FIG. 20 schematically shows the structure near the ejection port of a print head manufactured in another investigation example of the present invention. Nozzle width 3 other than constriction
0 μm and the nozzle height is 20 μm. The shape of the heater 331 is 20 μm in width and 20 μm in length. The narrowed structure is not provided on the substrate side and the surface of the top plate facing the substrate, and the narrowed structure is provided only on the side wall side. From the heater 331 to the narrowest portion of the narrowed portion 332 (L
The length up to 1 ) is 6 μm in design value, the length (L 2 ) from the discharge port 333 to the front edge of the heater 331 is 20 μm, and the length (L 3 ) from the heater 331 to the liquid chamber 334 is 80 μm.
m, the narrowest part of the constriction 332 is 12 μm wide. From the narrowest portion, it extends in the ejection direction so as to be orthogonal to the side wall, and conversely, 10
The constriction structure extends as shown in the figure to the position of μm. Also, this nozzle is provided on one recording head.
48 nozzles are provided at intervals of 5 μm. Note that this recording head also employs a liquid jet recording method that has been filed by the present applicant and ejects ink under the condition that bubbles generated by a heater are communicated with outside air (Japanese Patent Application No. 2-11 / 1990).
No. 2832), which satisfies the conditional expression of the present invention.

【0081】この記録ヘッドの製造方法は検討例1の方
法と同様である。このヘッドに検討例1と同様のインク
を用い、電圧7V、パルス幅3.0μsで駆動したとこ
ろ17kHzまで安定した吐出ができた。この状態で紙
に印字を行なったところ、安定した高品位な画像を得る
ことができた。
The method of manufacturing this recording head is the same as the method of Study Example 1. When this head was driven with the same ink as in Study Example 1 at a voltage of 7 V and a pulse width of 3.0 μs, stable ejection was possible up to 17 kHz. When printing was performed on paper in this state, a stable high-quality image could be obtained.

【0082】なお、このとき吐出の状態をストロボで吐
出に同期して天板側から照明しながら顕微鏡でノズル内
のインクの状態を観察したところ、メニスカスが最大に
後退したときにメニスカスが最狭窄部より液室側に飛び
出しているのが観察された。
At this time, the state of the ink in the nozzles was observed with a microscope while illuminating the state of the discharge with a strobe in synchronization with the discharge from the top plate side. When the meniscus retreated to the maximum, the meniscus was most narrowed. It was observed that it protruded from the part to the liquid chamber side.

【0083】<検討例5>図21は本発明の検討例5の
記録ヘッドの構造を示す図である。検討例1で用いたヘ
ッドの狭窄部332の位置を液室側にずらした構造のヘ
ッドである。ヒータ331と最狭窄部までの距離(L
1 )が60μm、吐出口333からヒータ331の前縁
部までの長さ(L2 )は25μm、ヒータ331の液室
側端部から液室334までの長さ(L3)は150μm
で、この間の流路幅およびノズルの高さは一定で幅40
μm、高さ25μmである。ヒータ331の形状は、幅
32μm、長さ40μmである。また、一つの記録ヘッ
ド上にはこのノズルが63.5μmの間隔をおいて48
ノズル設けられている。なお、この記録ヘッドは本件出
願人が既に出願した、ヒータによって発生した気泡を外
気と連通する条件でインクを吐出する液体噴射記録方法
(特願平2−112832号等)による吐出を行なう構
造の記録ヘッドであり、条件式L3 <10×L2 は満た
すが、条件式L1<2×L2 を満たさないヘッドであ
る。
<Embodiment 5> FIG. 21 is a view showing the structure of a recording head according to Embodiment 5 of the present invention. This is a head having a structure in which the position of the constricted portion 332 of the head used in Study Example 1 is shifted to the liquid chamber side. The distance between the heater 331 and the narrowest part (L
1 ) is 60 μm, the length (L 2 ) from the discharge port 333 to the front edge of the heater 331 is 25 μm, and the length (L 3 ) from the liquid chamber side end of the heater 331 to the liquid chamber 334 is 150 μm.
The width of the passage and the height of the nozzle during this period are constant and the width is 40
μm and a height of 25 μm. The shape of the heater 331 is 32 μm in width and 40 μm in length. On one recording head, the nozzles are arranged at intervals of 63.5 μm.
Nozzles are provided. Note that this recording head has a structure in which the present applicant has already applied for a liquid ejection recording method (such as Japanese Patent Application No. 2-112832) that ejects ink under the condition that bubbles generated by a heater are communicated with the outside air. The recording head satisfies the conditional expression L 3 <10 × L 2, but does not satisfy the conditional expression L 1 <2 × L 2 .

【0084】この記録ヘッドを検討例1と同様の方法で
製造した。このヘッドは5kHzという高い周波数まで
は安定な吐出状態が得られたが、これを越える周波数で
は吐出が安定しなくなった。
This recording head was manufactured in the same manner as in Study Example 1. With this head, a stable ejection state was obtained up to a frequency as high as 5 kHz, but ejection became unstable at frequencies higher than this.

【0085】なお、このとき吐出の状態をストロボで吐
出に同期して天板側から照明しながら顕微鏡でノズル内
のインクの状態を観察したところ、メニスカスが最大に
後退したときにもメニスカスはヒータ後端より35μm
程度の位置までしか後退しておらず最狭窄部にまで達し
てはいなかった。
When the state of the ink in the nozzles was observed with a microscope while illuminating the state of the discharge with a strobe in synchronization with the discharge from the top plate side, even when the meniscus retreated to the maximum, the meniscus was heated by the heater. 35 μm from rear end
It was only retracted to a degree and did not reach the most constricted part.

【0086】<検討例6>図22は本発明のさらなる検
討例の記録ヘッドの構造を示す図である。これは、検討
例1で用いたヘッドの液流路を延ばした構造のヘッドで
ある。ヒータ331と最狭窄部までの距離(L1 )が1
5μm、吐出口333からヒータ331の前縁部までの
長さ(L2 )は25μm、ヒータ331の液室側端部か
ら液室334までの長さ(L3 )は300μmで、この
間の流路幅およびノズルの高さは一定で幅40μm、高
さ25μmである。ヒータ331の形状は、幅32μ
m、長さ40μmである。また、一つの記録ヘッド上に
はこのノズルが63.5μmの間隔をおいて48ノズル
設けられている。なお、この記録ヘッドは本件出願人が
既に出願した、ヒータによって発生した気泡を外気と連
通する条件でインクを吐出する液体噴射記録方法(特願
平2−112832号等)による吐出を行なう構造の記
録ヘッドであり、条件式L3 <10×L2 は満たすが、
条件式L3<10×L2 を満たさないヘッドである。
<Study Example 6> FIG. 22 is a view showing the structure of a recording head according to a further study example of the present invention. This is a head having a structure in which the liquid flow path of the head used in Study Example 1 is extended. The distance (L 1 ) between the heater 331 and the narrowest part is 1
5 μm, the length (L 2 ) from the discharge port 333 to the front edge of the heater 331 is 25 μm, and the length (L 3 ) from the liquid chamber side end of the heater 331 to the liquid chamber 334 is 300 μm. The width of the path and the height of the nozzle are constant, 40 μm in width and 25 μm in height. The shape of the heater 331 is 32 μm in width.
m, length 40 μm. On one print head, 48 nozzles are provided at intervals of 63.5 μm. Note that this recording head has a structure in which the present applicant has already applied for a liquid ejection recording method (such as Japanese Patent Application No. 2-112832) that ejects ink under the condition that bubbles generated by a heater are communicated with the outside air. The recording head satisfies the conditional expression L 3 <10 × L 2 ,
This head does not satisfy the conditional expression L 3 <10 × L 2 .

【0087】この記録ヘッドを検討例1と同様の方法で
製造し吐出を試みたところ、5kHzという高周波数ま
では安定な吐出が見られたが、それを越える周波数では
吐出が安定しなくなった。
When this recording head was manufactured in the same manner as in Study Example 1 and ejection was attempted, stable ejection was observed up to a high frequency of 5 kHz, but ejection was not stable at frequencies higher than 5 kHz.

【0088】なお、このとき吐出の状態をストロボで吐
出に同期して天板側から照明しながら顕微鏡でノズル内
のインクの状態を観察したところ、メニスカスが最大に
後退したときにもメニスカスはヒータ後端より12〜3
μm程度の位置までしか後退しておらず最狭窄部にまで
達してはいなかった。
At this time, the state of the ink in the nozzle was observed with a microscope while illuminating the state of the discharge with a strobe in synchronization with the discharge from the top plate side. Even when the meniscus retreated to the maximum, the meniscus was heated by the heater. 12-3 from rear end
It receded only to a position of about μm and did not reach the most constricted part.

【0089】図23は上記実施例にかかる記録ヘッドを
用いて構成したインクジェット記録装置の実施例の要部
を示す概略斜視図である。
FIG. 23 is a schematic perspective view showing a main part of an embodiment of an ink jet recording apparatus constituted by using the recording head according to the above embodiment.

【0090】図23において、記録ヘッド101は、紙
等の記録媒体(以下記録紙という)107と対向する面
に、記録紙107の搬送方向に複数個のインク吐出口
(不図示)を具える。また、記録ヘッド101には、複
数の吐出口それぞれに連通して液路(不図示)が設けら
れ、それぞれの液路に対応して、記録ヘッド101を構
成する基板にインク吐出のために利用される熱エネルギ
を作用するヒータが形成されている。ヒータに対応する
電気熱変換素子は、上述のように記録データに応じてこ
れに印加される電気パルスによって熱を発生し、これに
より、インクに沸騰膜を生じこの沸騰膜による気泡の生
成に伴なって上記吐出口からインクが吐出される。各液
路には、これらに共通に連通する共通液室が設けられて
おり、これに貯留されるインクは、各インク路での吐出
動作に応じてそのインク路に供給される。また、この記
録ヘッドは、上述のように構成されたものである。
In FIG. 23, the recording head 101 has a plurality of ink ejection ports (not shown) on a surface facing a recording medium (hereinafter, referred to as recording paper) 107 such as paper in the conveying direction of the recording paper 107. . The printhead 101 is provided with a liquid path (not shown) communicating with each of the plurality of discharge ports, and is used for discharging ink on a substrate constituting the printhead 101 corresponding to each liquid path. A heater for applying the heat energy is formed. The electrothermal conversion element corresponding to the heater generates heat by the electric pulse applied thereto according to the recording data as described above, thereby generating a boiling film in the ink and generating bubbles by the boiling film. As a result, ink is ejected from the ejection port. Each liquid path is provided with a common liquid chamber that is commonly communicated with them, and the ink stored therein is supplied to the ink path in accordance with the ejection operation in each ink path. The recording head is configured as described above.

【0091】キャリッジ102は、記録ヘッド101を
搭載し、また、記録紙107の記録面と平行に延在する
1対のガイドレール103と摺動可能に係合する。これ
により、記録ヘッド101は、ガイドレール103に沿
って移動することができ、この移動に伴なって所定のタ
イミングで上記記録面に向けてインクを吐出することに
より記録を行う。上記移動の後、記録紙107を、図中
矢印方向に所定量搬送し、再び上記移動を行い記録を行
う。このような動作を繰り返すことにより、記録紙10
7に、順次記録を行っていく。
The carriage 102 has the recording head 101 mounted thereon and slidably engages with a pair of guide rails 103 extending in parallel with the recording surface of the recording paper 107. Accordingly, the recording head 101 can move along the guide rail 103, and performs recording by discharging ink toward the recording surface at a predetermined timing along with the movement. After the above movement, the recording paper 107 is conveyed by a predetermined amount in the direction of the arrow in the figure, and is again moved to perform recording. By repeating such operations, the recording paper 10
7, recording is performed sequentially.

【0092】上述した記録紙107の搬送は、その記録
面の上下にそれぞれ配設された各々一対の搬送ローラ1
04および105が回転することによって行われる。ま
た、記録紙107の記録面の裏側には、記録面の平面性
を保つためのプラテン106が配設されている。
The recording paper 107 is conveyed by a pair of conveying rollers 1 disposed above and below the recording surface.
This is performed by rotation of 04 and 105. A platen 106 for maintaining the flatness of the recording surface is provided on the back side of the recording surface of the recording paper 107.

【0093】なお、上述したキャリッジ102の移動
は、これに取付けられる不図示の例えばベルトがモータ
によって駆動されることによって可能となり、また、搬
送ローラ104および105の回転も同様にモータの回
転がこれらに伝達されることによって可能となる。
The above-described movement of the carriage 102 is made possible by driving, for example, a belt (not shown) attached to the carriage 102 by a motor. Similarly, the rotation of the transport rollers 104 and 105 is also controlled by the rotation of the motor. This is made possible by being transmitted to

【0094】図24は、図23に示したインクジェット
記録装置の制御構成を示すブロック図である。
FIG. 24 is a block diagram showing a control configuration of the ink jet recording apparatus shown in FIG.

【0095】図24において、CPU200はこの装置
各部動作の制御処理やデータ処理等を実行する。ROM
200Aには、その処理手順等が格納され他、図10に
て説明したような、膜沸騰発生後、気泡の大気連通前に
ヒータによる熱の作用が終了するような駆動パルスデー
タが格納される。また、RAM200Bは上記処理実行
のワークエリアとして用いられる。
Referring to FIG. 24, a CPU 200 executes control processing of each unit operation, data processing, and the like. ROM
The processing procedure and the like are stored in 200A, as well as driving pulse data that terminates the action of heat by the heater before the bubbles communicate with the atmosphere after the film boiling as described with reference to FIG. . Further, the RAM 200B is used as a work area for executing the above processing.

【0096】記録ヘッド101におけるインク吐出は、
CPU200がヒータを駆動するための記録データおよ
び駆動制御信号をヘッドドライバ101Aに供給するこ
とにより行われる。また、CPU200は、上記キャリ
ッジ102を移動させるためのキャリッジモータ220
や搬送ローラ104,105を回転させるための紙送り
(P.F)モータ50の回転を、それぞれモータドライ
バ220Aおよび50Aを介して制御する。
The ink discharge from the recording head 101 is as follows.
This is performed by the CPU 200 supplying print data and a drive control signal for driving the heater to the head driver 101A. The CPU 200 further includes a carriage motor 220 for moving the carriage 102.
The rotation of the paper feed (PF) motor 50 for rotating the paper feed rollers 104 and 105 is controlled via motor drivers 220A and 50A, respectively.

【0097】なお、本発明を実施するにあたっては、本
発明の一特徴を構成するバブル(気泡)連通吐出方式、
すなわち、インク吐出のために気泡が生成する過程で、
気泡が吐出口において外気と連通する方式が用いられる
が、さらに本発明が好適に実施されるには、上記「背景
技術」の項で説明した条件1〜3および気泡がその生成
過程において外気と連通するまではインク路を遮断しな
い(気泡の生成によって吐出口より突出したインク塊
は、インク路内のインクと連続している)という条件を
満たすことが望ましい。
In carrying out the present invention, a bubble communicating discharge system which constitutes one feature of the present invention,
In other words, in the process of generating bubbles for ink ejection,
A method in which bubbles communicate with the outside air at the discharge port is used.However, in order for the present invention to be more suitably implemented, the conditions 1 to 3 described in the section of the above “Background Art” and the bubbles are connected to the outside air in the generation process. It is desirable to satisfy the condition that the ink path is not interrupted until communication is established (the ink mass protruding from the ejection port due to the generation of bubbles is continuous with the ink in the ink path).

【0098】また、気泡を生成するための熱エネルギー
発生手段としては、上記実施例で示した電気熱変換体
(ヒータ)以外に、例えばレーザ光を用いることもでき
る。
As the thermal energy generating means for generating bubbles, for example, a laser beam can be used other than the electrothermal converter (heater) shown in the above embodiment.

【0099】(その他)なお、記録装置が記録できる記
録媒体の最大幅に対応した長さを有するフルラインタイ
プの記録ヘッドに対しても本発明は有効に適用できる。
そのような記録ヘッドとしては、複数記録ヘッドの組合
せによってその長さを満たす構成や、一体的に形成され
た1個の記録ヘッドとしての構成のいずれでもよい。
(Others) The present invention can be effectively applied to a full-line type recording head having a length corresponding to the maximum width of a recording medium on which a recording apparatus can record.
Such a recording head may have a configuration that satisfies the length by a combination of a plurality of recording heads, or a configuration as one integrally formed recording head.

【0100】加えて、図23に示したシリアルタイプの
ものでも、装置本体に固定された記録ヘッド、あるいは
装置本体に装着されることで装置本体との電気的な接続
や装置本体からのインクの供給が可能になる交換自在の
チップタイプの記録ヘッド、あるいは記録ヘッド自体に
一体的にインクタンクが設けられたカートリッジタイプ
の記録ヘッドを用いた場合にも本発明は有効である。
In addition, even in the case of the serial type shown in FIG. 23, a recording head fixed to the apparatus main body or an electric connection with the apparatus main body or ink from the apparatus main body by being mounted on the apparatus main body. The present invention is also effective when a replaceable chip-type recording head that can be supplied or a cartridge-type recording head in which an ink tank is provided integrally with the recording head itself is used.

【0101】また、本発明の記録装置の構成として、記
録ヘッドの吐出回復手段、予備的な補助手段等を付加す
ることは本発明の効果を一層安定できるので、好ましい
ものである。これらを具体的に挙げれば、記録ヘッドに
対してのキャッピング手段、クリーニング手段、加圧或
は吸引手段、電気熱変換体或はこれとは別の加熱素子或
はこれらの組み合わせを用いて加熱を行う予備加熱手
段、記録とは別の吐出を行なう予備吐出手段を挙げるこ
とができる。
Further, it is preferable to add ejection recovery means for the recording head, preliminary auxiliary means, and the like as the constitution of the recording apparatus of the present invention since the effects of the present invention can be further stabilized. If these are specifically mentioned, the recording head is heated using capping means, cleaning means, pressurizing or suction means, an electrothermal transducer, another heating element or a combination thereof. Pre-heating means for performing the pre-heating and pre-discharging means for performing the discharging other than the recording can be used.

【0102】また、搭載される記録ヘッドの種類ないし
個数についても、例えば単色のインクに対応して1個の
みが設けられたものの他、記録色や濃度を異にする複数
のインクに対応して複数個数設けられるものであっても
よい。すなわち、例えば記録装置の記録モードとしては
黒色等の主流色のみの記録モードだけではなく、記録ヘ
ッドを一体的に構成するか複数個の組み合わせによるか
いずれでもよいが、異なる色の複色カラー、または混色
によるフルカラーの各記録モードの少なくとも一つを備
えた装置にも本発明は極めて有効である。
Further, the types and the number of recording heads to be mounted are not limited to those provided only for one color ink, for example, and for a plurality of inks having different recording colors and densities. A plurality may be provided. That is, for example, the printing mode of the printing apparatus is not limited to a printing mode of only a mainstream color such as black, but may be any of integrally forming a printing head or a combination of a plurality of printing heads. The present invention is also very effective for an apparatus provided with at least one of the recording modes of full color by color mixture.

【0103】さらに加えて、本発明インクジェット記録
装置の形態としては、コンピュータ等の情報処理機器の
画像出力端末として用いられるものの他、リーダ等と組
合せた複写装置、さらには送受信機能を有するファクシ
ミリ装置の形態を採るもの等であってもよい。
Further, the form of the ink jet recording apparatus of the present invention is not limited to those used as image output terminals of information processing equipment such as a computer, a copying apparatus combined with a reader or the like, and a facsimile apparatus having a transmission / reception function. It may take a form.

【0104】[0104]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
本件出願人の既出願の発明(特願平2−112832号
等)による液滴の体積の安定化およびミストやスプラッ
シュの防止による画像品位の向上と、ヘッド寿命の向上
という効果をそのまま生かしながら、連通吐出を一層効
率よく行うとともに、吐出後オリフィスから後退したイ
ンク面(メニスカス)のオリフィス位置への復帰速度を
さらに早め、より高い周波数での吐出を実現することが
できるのである。その際、その流体抵抗素子がバブルを
外気と効率良く連通させる機能も果たすのでインク吐出
量の安定化、吐出速度の向上等のインク吐出特性をさら
に改善できる。
As described above, according to the present invention,
While utilizing the effects of stabilizing the volume of droplets, improving image quality by preventing mist and splash, and improving the life of the head according to the invention already filed by the applicant (Japanese Patent Application No. 2-112832), This makes it possible to perform the communication discharge more efficiently, further increase the speed of returning the ink surface (meniscus) retreated from the orifice to the orifice position after the discharge, and realize the discharge at a higher frequency. At that time, the fluid resistance element creates bubbles.
Also discharges ink because it also functions to efficiently communicate with outside air
Further improve ink ejection characteristics such as stabilizing the amount and improving the ejection speed.
Can be improved.

【0105】従って、さらに安定かつ高度な画像記録を
行うことができる記録ヘッド、インクジェット記録方法
および装置を実現できる。
Accordingly, it is possible to realize a recording head, an ink jet recording method and an apparatus capable of performing more stable and advanced image recording.

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

【図1】インク吐出方法の一従来例を説明するための記
録ヘッドの模式的断面図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view of a recording head for explaining a conventional example of an ink discharging method.

【図2】インク吐出方法の他の従来例を説明するための
記録ヘッドの模式的断面図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a recording head for explaining another conventional example of an ink discharging method.

【図3】インク吐出方法のさらに他の従来例を説明する
ための記録ヘッドの模式的断面図である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a recording head for explaining still another conventional example of an ink discharging method.

【図4】インク吐出方法のさらに他の従来例を説明する
ための記録ヘッドの模式的断面図である。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a recording head for explaining still another conventional example of an ink discharging method.

【図5】(a)および(b)は、それぞれ本発明を適用
して好適な記録ヘッドおよびその吐出方法を説明するた
めの記録ヘッドの要部断面図である。
FIGS. 5A and 5B are main-portion cross-sectional views of a recording head for describing a recording head suitable for applying the present invention and a discharge method thereof;

【図6】本発明の吐出方法にかかる気泡内圧力および気
泡体積の変化を示す線図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating changes in the pressure inside the bubble and the volume of the bubble according to the ejection method of the present invention.

【図7】本発明の吐出方法にかかる気泡内圧力、気泡体
積および気泡膨張速度の変化を示す線図である。
FIG. 7 is a diagram showing changes in the pressure inside the bubble, the bubble volume, and the bubble expansion rate according to the ejection method of the present invention.

【図8】本発明の吐出方法にかかる気泡内圧力、気泡体
積および気泡膨張速度の変化を示す線図である。
FIG. 8 is a diagram showing changes in the pressure inside the bubble, the bubble volume, and the bubble expansion rate according to the ejection method of the present invention.

【図9】本発明インクジェット記録ヘッドの一実施例の
要部を模式的に示す説明図である。
FIG. 9 is an explanatory view schematically showing a main part of one embodiment of the ink jet recording head of the present invention.

【図10】(a)〜(f)は図9に示した記録ヘッドを
用いて記録を行う液体噴射記録方法を説明するための説
明図である。
FIGS. 10A to 10F are explanatory views for explaining a liquid jet recording method for performing recording by using the recording head shown in FIG. 9;

【図11】図10に示すヘッドの作用を説明するための
説明図である。
FIG. 11 is an explanatory diagram for explaining an operation of the head shown in FIG. 10;

【図12】(a)〜(d)は本発明記録ヘッドの他の4
実施例を示す模式図である。
FIGS. 12 (a) to (d) show other four types of the recording head of the present invention.
It is a schematic diagram which shows an Example.

【図13】(a)および(b)は、本発明記録ヘッドの
さらに他の2実施例を示すとともに、両者の作用を比較
するための説明図である。
FIGS. 13 (a) and (b) are illustrations showing still another two embodiments of the recording head of the present invention, and comparing the operations of the two.

【図14】(a)〜(e)は図13(a)に示すヘッド
の初期状態からリフィル完了までの状態を示す説明図で
ある。
FIGS. 14A to 14E are explanatory diagrams showing states from the initial state of the head shown in FIG. 13A to the completion of refilling.

【図15】本発明の検討例1による記録ヘッドの斜視図
である。
FIG. 15 is a perspective view of a recording head according to Study Example 1 of the invention.

【図16】その要部の模式図である。FIG. 16 is a schematic view of the main part.

【図17】本発明の検討例2による記録ヘッドの斜視図
である。
FIG. 17 is a perspective view of a recording head according to Study Example 2 of the invention.

【図18】その要部の模式図である。FIG. 18 is a schematic view of the main part.

【図19】本発明の検討例3による記録ヘッドの模式図
である。
FIG. 19 is a schematic diagram of a recording head according to Study Example 3 of the invention.

【図20】本発明の検討例4による記録ヘッドの模式図
である。
FIG. 20 is a schematic diagram of a recording head according to Example 4 of the invention.

【図21】本発明の検討例5による記録ヘッドの模式図
である。
FIG. 21 is a schematic diagram of a recording head according to Study Example 5 of the invention.

【図22】本発明の検討例6による記録ヘッドの模式図
である。
FIG. 22 is a schematic diagram of a recording head according to Study Example 6 of the invention.

【図23】本発明の上記各実施例を実施可能なインクジ
ェット記録装置の概略斜視図である。
FIG. 23 is a schematic perspective view of an ink jet recording apparatus capable of performing each of the embodiments of the present invention.

【図24】図13に示した装置の制御構成の一例を示す
ブロック図である。
24 is a block diagram illustrating an example of a control configuration of the device illustrated in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 記録ヘッド 200 CPU 200A ROM 200B RAM 331 ヒータ 332 狭窄部 333 吐出口 334 液室 335 液路 336 インク 337 インク滴 338 バブル 339 メニスカス 341 基板 101 Recording Head 200 CPU 200A ROM 200B RAM 331 Heater 332 Constriction 333 Discharge Port 334 Liquid Chamber 335 Liquid Channel 336 Ink 337 Ink Drop 338 Bubble 339 Meniscus 341 Substrate

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭54−161935(JP,A) 特開 昭61−185455(JP,A) 特開 昭61−249768(JP,A) 特開 昭62−222854(JP,A) 特許2783647(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B41J 2/05 B41J 2/175 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-54-161935 (JP, A) JP-A-61-185455 (JP, A) JP-A-61-249768 (JP, A) JP-A-62 222854 (JP, A) Patent 2783647 (JP, B2) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) B41J 2/05 B41J 2/175

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 インクを吐出させるための吐出口と、該
吐出口に連通するほぼ直状の液路と、該液路に連通する
液室と、前記液路内に供給されたインクに前記吐出口か
ら吐出を行わせるための熱エネルギを作用させる熱作用
部とを具備し、前記液路内におけるインクの供給方向に
関して前記熱作用部の上流側端部より上流側で前記熱作
用部に関して前記吐出口とは反対側に流体抵抗素子を有
するとともに、前記熱エネルギの作用に基づく膜沸騰に
よってインク中に生起されたバブルの内圧が外気圧以下
の条件で前記バブルを外気と連通させてインク吐出を行
うようにしたことを特徴とするインクジェット記録ヘッ
ド。
A discharge port for discharging ink; a substantially straight liquid path communicating with the discharge port; and a liquid path communicating with the liquid path.
A liquid chamber, and a heat acting portion for applying heat energy for causing the ink supplied in the liquid path to be discharged from the discharge port, and a heat acting portion in a direction in which the ink is supplied in the liquid path.
With respect to the heat working portion,
A fluid resistance element on the opposite side of the discharge port with respect to the discharge port, and communicates the bubble with the outside air under the condition that the internal pressure of the bubble generated in the ink by the film boiling based on the action of the heat energy is equal to or lower than the external pressure. An ink jet recording head characterized in that the ink is ejected by causing the ink to be ejected.
【請求項2】 前記流体抵抗素子は、前記路を形成す
る部材に設けられて前記液路の断面積を狭窄する狭窄部
であることを特徴とする請求項1に記載のインクジェッ
ト記録ヘッド。
Wherein said fluid resistance element, an ink jet recording head according to claim 1, characterized in that provided on the member forming the liquid path is a constriction for constricting the cross-sectional area of the fluid passage.
【請求項3】 前記液路に連通してインクを供給するた
めの液室を有し、前記記録ヘッドの前記狭窄部の最も狭
い位置と前記熱作用部の最も前記液室に近い部分との距
離をL1 前記吐出口と前記熱作用部の最も前記吐出口に
近い部分の距離をL2、前記熱作用部の最も前記液室に
近い部分と前記液室までの距離をL3としたとき、L1
2×L2でかつL3<10×L2であることを特徴とする
請求項1または2に記載のインクジェット記録ヘッ
ド。。
3. A liquid chamber for supplying ink in communication with the liquid path, wherein a position of the narrowest portion of the constricted portion of the recording head and a portion of the heat acting portion which is closest to the liquid chamber are arranged. The distance is L 1 , the distance between the discharge port and the portion of the heat acting portion closest to the discharge port is L 2 , and the distance between the portion of the heat acting portion closest to the liquid chamber and the distance to the liquid chamber is L 3 . When L 1 <
3. The ink jet recording head according to claim 1, wherein 2 × L 2 and L 3 <10 × L 2 . .
【請求項4】 前記連通時に前記液路は、前記バブルで
遮断されていないものであることを特徴とする請求項1
ないし3のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッ
ド。
4. The liquid passage is not interrupted by the bubble at the time of the communication.
4. The ink jet recording head according to any one of items 3 to 3.
【請求項5】 前記連通時は、前記バブルの吐出方向先
端部の移動速度の加速度が正でない条件で前記バブルを
外気と連通させるものであることを特徴とする請求項1
ないしのいずれかに記載のインクジェット記録ヘッ
ド。
5. The communication device according to claim 1, wherein the communication of the bubble with the outside air is performed under a condition that the acceleration of the moving speed of the tip of the bubble in the discharge direction is not positive.
5. The ink jet recording head according to any one of items 1 to 4 .
【請求項6】 前記バブルは、前記吐出口側へ成長し、
外気と連通することを特徴とする請求項1ないしのい
ずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
6. The bubble grows to the discharge port side,
An ink jet recording head according to any one of claims 1 to 5, characterized in that communicating with the outside air.
【請求項7】 請求項1ないしのいずれかに記載のイ
ンクジェット記録ヘッドと、該インクジェット記録ヘッ
ドと記録媒体とを相対的に移動させる手段と、前記熱エ
ネルギを作用させてインク中にバブルを生起させ、当該
バブルを外気と連通させて前記記録媒体に向けてインク
吐出を行わせる手段と、を具えたことを特徴とするイン
クジェット記録装置。
7. A ink jet recording head according to any one of claims 1 to 6, and means for relatively moving the recording medium with the ink jet recording head, the bubble the heat by the action of energy in the ink Means for causing the bubbles to occur and communicating the bubbles with the outside air to cause ink to be ejected toward the recording medium.
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