JPH01232055A - 液体噴射記録方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、液体噴射記録方法、より詳細には。

バブルジェット型液体噴射記録ヘッドを用いた記録方法
に関する。

盗叉韮笠 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）を餞翔させ。

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Ｕ　Ｓ　Ｐ　３０６０４２９に
開示されているもの（Ｔｅｌｅ　ｔｙｐｅ方式）であっ
て、記緑液体の小滴の発生を静電吸収的に行い５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、−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Ｕ　Ｓ　Ｐ　３５９６２７５、Ｕ
ＳＰ　３２９ｇ０３０等に開示されている方式（Ｓｗｅ
ｅｔ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、−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ｉｆ　Ｕ　Ｓ　Ｐ　３４１６１５３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Ｕ　Ｓ　Ｐ３７４７１２０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５ｔｅＩＩＩ１１ｅ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
ライトドツトが生じ易いこと等の問題点がある。

第３の方式は、記録液体小滴を霧化することによって階
調性に優れた画像が記録され得る特長を有するが、他方
霧化状態の制御が困難であること、記録画像にカブリが
生ずること及び記録ヘッドのマルチノズル化が困難で、
高速記録には不向きであること等の諸問題点が存する。

第４の方式は、第１乃至第３の方式に比べ利点を比較的
多く有する。即ち、構成上シンプルであること、オンデ
マンド（ｏｎ−ｄｅｍａｎｄ）で記録液体をノズルの吐
出口より吐出して記録を行う為に、第１乃至第３の方式
の様に吐出飛翔する小滴の中、画像の記録に要さなかっ
た小滴を回収することが不要であること及び第１乃至第
２の方式の様に、導電性の記録液体を使用する必要性が
なく記録液体の物質上の自由度が大であること等の大き
な利点を有する。丙午ら、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ＵＳ　Ｐ　
３７４７１２０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ことが記載され
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、
河岸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、サテライトドツトの発
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、特開昭６１−２４２８５０号公報には、ヘッドの
温度が上昇することによって吐出性能が変化する点に鑑
み、ヘッド温度検出手段を有し、該検出手段によってヘ
ッド温度を検出して、検出温度に応じて液滴吐出エネル
ギを供給するようにしているが、この方法は、温度検出
手段及びそのフィードバック制御装置を必要とするため
、装置が大がかりになり複雑となる欠点がある。

目　　　　　的 本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、
特に、バブルジェット型液体噴射記録方法において、記
録開始直後であっても、また、記録開始から一定時間た
っても、均一な吐出滴が得られるような液体噴射記録方
法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、導入される記録
液体を収容するとともに、該記録液体に熱によって気泡
を発生させ、該気泡の体積増加にともなう作用力を発生
させる熱エネルギー作用部を付設した流路と、該流路に
連絡して前記記録液体を前記作用力によって液滴として
吐出させるためのオリフィスと、前記流路に連絡して、
該流路に前記記録液体を導入するための液室と、該液室
に前記記録液体を導入する手段よりなる液体噴射記録ヘ
ッドを用いて記録を行う液体噴射記録方法において、前
記熱エネルギー作用部に加えるエネルギーが記録開始時
及びその直後において大きく、それから一定時間経過し
た後では小さくしたことを特徴としたものである。以下
、本発明の実施例に基いて説明する。

第１図は、本発明による液体噴射記録方法の一実施例を
説明するための要部構成図、第２図は、本発明が適用さ
れるインクジェットヘッドの一例としてのバブルジェッ
トヘッドの動作説明をするための図、第３図は、バブル
ジェットヘッドの−例を示す斜視図、第４図は、第３図
に示したヘッドを構成する蓋基板（第４図（ａ））と発
熱体基板（第４図（ｂ乃に分解した時の斜視図、第５図
は、第４図（ａ）に示した蓋基板を裏側から見た斜視図
で、図中、１１は蓋基板、１２は発熱体基板、１３は記
録液体流入口、１４はオリフィス、１５は流路、１６は
液室を形成するための領域、１７は個別（独立）電極、
１８は共通電極、１９は発熱体（ヒータ）、２０は記録
液（インク）、２１は気泡、２２は飛翔インク滴で９本
発明は、斯様なバブルジェット式の液体噴射記録ヘッド
に適用するものである。

最初に、第２図を参照しながらバブルジェットによるイ
ンク噴射について説明すると、（ａ）は定常状態であり
、オリフィス面でインク２０の表面張力と外圧とが平衡
状態にある。

（ｂ）はヒータ１９が加熱されて、ヒータ１９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２１が点在している状態にある。

（ｃ）はヒータ１９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２１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２０が押し出さ
れる。この時、ヒータ１９には電流が流れていない状態
にあり、ヒータ１９の表面温度は降下しつつある。気泡
２１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２１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２１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５〜１
０ｍ／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。

本発明は、上述のごときバブルジェット型液体噴射記録
ヘッドにおいて、常に吐出液滴が均一となり、従って、
画像品質が安定し、しかも装置が大がかりとならないよ
うな記録方法を提供するものであるが。而して、バブル
ジェット型液体噴射記録において、均一な吐出液滴を得
られない理由は、２つあり、その１つは、長時間停止し
た後に記録を行なおうとする場合に、第１図（ａ）に示
すように、オリフィス部からの水分の蒸発により、オリ
フィス出口付近の記録液体２０ａの粘度が高くなり、そ
れによって、吐出時の流体抵抗が大きくなり１通常加え
られているエネルギー（たとえばパルス電圧）では、パ
ワー不足となり、本来吐出されるよりも、少ない量しか
吐出されないことである。この場合のもう１つの原因は
、オリフィス外部にたれて付着した記録液体２０ｂが抵
抗になることである。均一吐出が得られないもう一つの
理由は、記録開始時と、一定時間経過した後の記録液体
の温度が異なるため、いつも同じエネルギーを加えてい
ると、第１図（ｂ）に示すように、低温時（記録開始直
後）、気泡２１が充分に大きく成長しないため、吐出液
滴２２も少量となり、又、高温時（記録開始後一定時間
経過したとき）、第１図（ｃ）に示すように、気泡２１
が大きく成長し、吐出液滴２２が多量となることである
。

上記２つの理由は、それぞれ異なる物理現象ではあるが
、その不具合をなくする対策は、同一のもので対処でき
る。つまり、一方の理由は、オリフィス部記録液の高粘
度に起因する流体抵抗のために吐出しにくく、もう一方
の理由は、記録液が低温であるが故に熱エネルギーが不
足して吐出しにくいので、噴射開始時により多くのエネ
ルギーを加えることによって解決できる。

本発明は、上述のごとき点に着目して、記録開始時から
一定時間は、やや高いエネルギーを加えるようにし、一
定時間経過後は、エネルギーを低くするようにしたもの
である。なお、このエネルギーレベルは、低い高いの２
値レベルではなく、段階的に変えてもよい。又、時間に
よって加えるエネルギーを変えてもよいが、記録画像の
パターンは千差万別であるため、吐出液滴の数をカウン
トすることによってエネルギーレベルを変えるようにす
るとよい。又、前記一定時間は、環境温度（又は季節）
によって可変できるように、複数種設定可能とする切り
かえモードスイッチを具備することによって常に一定の
高画質が得られる。

なお、以上には、気泡発生手段として発熱抵抗体を用い
た例について説明したが、気泡発生手段としては、上記
以外に、パルスレーザ、放電エネルギー等任意周知の技
術を用いることができる。

効　　　果 以上の説明から明らかなように、本発明によると、吐出
液滴が記録開始時と、一定時間経過後で。

均一であるため、高画質の画像が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を説明するための要部構成
図、第２図は、本発明が適用されるインクジェットヘッ
ドの一例としてのバブルジェットヘッドの動作説明をす
るための図、第３図は、バブルジェットヘッドの一例を
示す斜視図、第４図は、分解斜視図、第５図は、蓋基板
を裏側から見た図である。 １１・・・蓋基板、１２・・・発熱体基板、１９・・・
発熱体。 ２０．２０ａ・・・記録液体、２０ｂ・・・付着記録液
、２１・・・気泡。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、導入される記録液体を収容するとともに、該記録液
   体に熱によって気泡を発生させ、該気泡の体積増加にと
   もなう作用力を発生させる熱エネルギー作用部を付設し
   た流路と、該流路に連絡して前記記録液体を前記作用力
   によって液滴として、吐出させるためのオリフィスと、
   前記流路に連絡して、該流路に前記記録液体を導入する
   ための液室と、該液室に前記記録液体を導入する手段よ
   りなる液体噴射記録ヘッドを用いて記録を行う液体噴射
   記録方法において、前記熱エネルギー作用部に加えるエ
   ネルギーが記録開始時及びその直後において大きく、そ
   れから一定時間経過した後では小さくしたことを特徴と
   する液体噴射記録方法。