JPH01237152A - 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】 Ｉ４ 本発明は、液体噴射記録方法、より詳細には、バブルジ
ェット型インクジェット記録ヘッドにおける熱エネルギ
ー作用部の駆動方法に関する。

従迷七−４ ノンインパクト記録法は、記録時における騒音の発生が
無視し得る程度に極めて小さいという点において、最近
関心を集めている。その中で、高速記録が可能であり、
而も所謂普通紙に特別の定着処理を必要とせずに記録の
行える所謂インクジェット記録法は極めて有力な記録法
であって、これまでにも様々な方式が提案され、改良が
加えられて商品化されたものもあれば、現在もなお実用
化への努力が続けられているものもある。

この様なインクジェット記録法は、所謂インクと称され
る記録液体の小滴（ｄｒｏｐｌｅｔ）を飛翔させ、記録
部材に付着させて記録を行うものであって、この記録液
体の小滴の発生法及び発生された記録液小滴の飛翔方向
を制御する為の制御方法によって幾つかの方式に大別さ
れる。

先ず第１の方式は例えばＵ　Ｓ　Ｐ　３０６０４２９に
開示されているもの（Ｔｅｌｅ　ｔｙｐｅ方式）であっ
て、記録液体の小滴の発生を静電吸収的に行い、発生し
た記録液体小滴を記録信号に応じて電界制御し、記録部
材上に記録液体小滴を選択的レコ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　３２９８０３０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、記録部村上に記録を
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′Ｔｒ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、小満は記録信号に
応じた電荷聴で帯電される。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′ポ量に応じて偏向を
受け、記録信号を担う小満のみが記録部材上に付着し得
る様にされている。

第３の方式は例えばｔＪ　Ｓ　Ｐ　３４１６１５３に開
示されている方式（＋１ｅｒｔｚ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ｔＪ　Ｓ　Ｐ　３７４７１２０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
記録液体の小満を、飛翔している途中で電気的に制御し
、記録信号を担った小滴を選択的に記録部材上に付着さ
せて記録を行うのに対して、このＳｔｅｍｍｅ方式は、
記録信号に応じて吐出口より記録液体の小満を吐出飛翔
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１滴を吐出飛翔させて
記録部材に付着させる二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−ｄｅ＋ｍａｎｄ）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　Ｐ３
７４７１２０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、
何等示唆されるところがない。加えて、加熱コイルが設
けられている位置は、液体インクの供給路から遥かに遠
い袋状液室の最深部に設けられているので、ヘッド構造
上複雑であるに加えて、高速での連続繰返し使用には、
不向きとなっている。

しかも、上記公報に記載の技術内容からでは、実用上重
要である発生する熱で液吐出を行った後に次の液吐出の
準備状態を速やかに形成することは出来ない。

このように従来法には、構成上、高速記録化上、記録ヘ
ッドのマルチノズル化上、サテライトドツトの発生およ
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６０−２１９０６０号公報には、プラテン
に沿って往復移動しつつ液滴を吐出して、ドツト記録を
行なう記録ヘッドを備えた液体噴射記録装置において、
前記記録ヘッドは基板上に配置された複数の電気抵抗体
とこれらと対向して配置された複数の液体吐出口と、前
記複数の液体供給口に液体を供給する流路とを有する液
吐出部材を備え、記録開始前において、前記複数の電気
抵抗体に液体の吐出が行なわれない状態で通電を行なっ
て液体を加温状態にして粘度を下げ、もって、次の吐出
が行なわれやすいようにし、又、複数の電気抵抗体に液
体の吐出が行なわれない条件で通電を行なった後、記録
に関係の無い空吐出を行なうようにして記録に関係の無
い空吐出の吐出回数を減少させ、液体の無駄な消費を少
なくするようにした液体噴射記録ヘッドが開示されてい
る。

しかし、上記特開昭６０−２１９０６０号公報に記載さ
れた発明は、通電して液体（インク）を加温状態にする
ので、瞬間的には、温度が上がることにより粘度は低下
するが、加温状態が長く続いたりあるいは加温状態にす
る動作を繰り返し行なうことにより、液体（インク）の
水分が蒸発し、逆しこ粘度が高くなり逆効果となる。そ
れを避ける目的で、空吐出を行なうようにしているが、
高粘度になった液体は液室内の液体に連絡しており、液
体全体として加温状態→水分蒸発による高粘度化がおこ
っているのであり少しぐらい空吐出を行なったとしても
、大量の高粘度化した液体を排出することはできない、
そのため、多くの液体を空吐出によってすてる必要があ
り、無駄になる。又、空吐出された液体を回収するため
の機構も必要となり、コスト高になる欠点がある。

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、バブルジェット型インクジェット記録において均
一なインク滴の形成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
ドにおいて、前記熱エネルギー作用部は独立駆動が可能
な２つの発熱体よりなり、該２つの発熱体は前記流路方
向にオリフィスに対して遠近の関係をもって配列され、
連続吐出して印字する時には、前記オリフィスから遠い
側の発熱体を駆動し、前の液滴の吐出後ひきつづき吐出
が行なわれないでその後に再び吐出が行なわれる時には
、前記オリフィスに近い側の発熱体を駆動して記録する
ことを特徴としたものである。以下、本発明の実施例に
基づいて説明する。

本発明は、バブルジェット型インクジェット記録方法に
おいて、吐出液滴が所望の大きさにならないことしこよ
る問題、より詳しくは、画像情報に応じて吐出液滴が連
続して吐出している場合と、画像情報がなく　（つまり
白地の領域）吐出が停止していて次に画像情報がきて（
印字領域）最初に吐出した場合の吐出液滴が後者の場合
の方が前者の場合より大きく、従って、被記録面（たと
えば、記８紙）上でその画素径が他のものより大きくな
るという問題、及び、液滴が大きいために買置が大きく
飛翔スピードが遅くなることによる被記録面上でのドツ
ト位置精度が悪くなるという問題に鑑みなされたもので
ある。これと似たような問題として、長時間吐出を停止
していた後、吐出を再開した時しこ良好な吐出が行なえ
ないとしてなされた発明が前記特開昭６０−２１９０６
０号公報に記載された発明であるが、該発明は、前述の
ように種々の問題点を有し、本発明とはその主旨を異に
するものである。

第１図及び第２図は、それぞれ本発明の詳細な説明する
ための要部構成図、共に、（ａ）図は、発熱体及び電極
のパターン例、（ｂ）図は、インク滴を連続して噴射し
ている時の状態を示す図、（ｃ）図は、吐出が停止して
いた後、再開した時の１回目の吐出状態を示す図、第３
図は、発熱体パターンの変形例を示す図、第４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５
図は、バブルジェットヘットの一例を示す斜視図、第６
図は、第５図に示したヘットを構成する蓋基板（第６図
（ａ））と発熱体基板（第６図（ｂ））に分解した時の
斜視図、第７図は、第６図（ａ）に示した蓋基板を裏側
から見た斜視図で、図中、１は蓋基板、２は発熱体基板
、３は記録液体流入【コ、４はオリフィス、５は、：＆
路、６は液室を形成するための領域、７は個別（独立）
電極、８は共通電極、９は発熱体（ヒータ）、１ｏは記
録液（インク）、１１は気泡、１２は飛翔インク滴で、
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４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１０の表面張力と外圧とが平衡
状態にある。

（ｂ）はヒータ９が加熱されて、ヒータ９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１１が点在している状態にある。

（ｃ）はヒータ９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１１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１０が押し出さ
れる。この時、ヒータ９には電流が流れていない状態に
あり、ヒータ９の表面温度は降下しつつある。気泡１１
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１１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１１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〜
１０　ｍ　／　ｓｅｅの速度で飛翔している。

（ｇ）はオリフィスにインクが毛細管現象により再び供
給（リフィル）されて（ａ）の状態にもどる過程で、気
泡は完全に消滅している。

第８図は、画像情報に応じて吐出するオリフィス部のイ
ンクの状態の違いを示したものであり、（ａ）図は、連
続して吐出している場合（たとえば、ベタ部を印字して
いる時）のオリフィス部を示したものであり、第４図の
（ｆ）かられずかに時間が経過した状態を示している。

すなわち、気泡が完全に消滅した状態で、オリフィス部
のインクのメニスカスが最も奥へ引き込んだ状態である
。

一方、（ｂ）図は画像情報がしばらく来ない（つまり、
白地の領域であり、吐出が行なわれない状態）で、吐出
が停止している状態である。この場合は、（ａ）図のよ
うにインクのメニスカスが奥へ引き込んでいない、従っ
て、もし、この状態から吐出の情報が入力されると、気
泡の発生によって吐出するインクの体積は、（ａ）図の
場合よりも大きくなる。吐出したインクの体積が、他の
時よりも大きくなることの問題は、画素径が周囲のもの
の画素径より大きくなることと、吐出時（飛翔時）に、
インクの質量が大きいために速度が小さく、従って、被
記録面に到着する時間が遅れるため所望の位置に到着で
きない（通常は、紙とヘッドが相対運動しているため）
ことである。

本発明は、一定時間吐出を停止していて、再び吐出を再
開する時にも、連続して吐出している時にもインク滴が
常に同じ大きさになるようにしたものである。

第１図は、本発明の一実施例を説明するための図で、（
ａ）図は発熱体及び電極のパターン例、（ｂ）図は液滴
が連続して吐出している時の状態を示す図、（Ｃ）図は
吐出が停止していた後に、再開する時の第１回目の吐出
の状態を示す図で、本発明は、第８図に関して説明した
メニスカスの形状の違いによるオリフィス部のインクの
量の違いを補正するために、連続して吐出する時は、（
ｂ）図に示すようにオリフィス４から遠い発熱体９ｂを
駆動して吐出し、吐出が停止していて再開する時の１回
目の吐出時には、（ｃ）図に示すように、オリフィス４
に近い発熱体９ａを駆動して吐出するようにしたもので
ある。（ｃ）図の吐出機連続して次の吐出が行なわれる
時は（ｃ）図の吐出を１回行ない、次に（ｂ）図の吐出
へとうつる。一方、（ｃ）図の吐出を１回行なった後、
再び、次の吐出まで間があるような場合は、第８図（ｂ
）のようにメニスカスが後局してしまうので、再開する
時、再び（ｃ）図の吐出を行なう必要がある。

第２図は、本発明の他の実施例を説明するための図で、
第１図の実施例と同じように、第８図で示したメニスカ
スの違いによるインクの量の補正を行なうためのもので
あり、その原理は、連続吐出している場合は、オリフィ
ス４から遠い発熱体９ｂによって吐出され、吐出が停止
していて再開する時の１回目の吐出の時は遠い発熱体９
ｂと近い発熱体９ａとを同時に駆動して吐出するもので
ある。この方法においては、オリフィス４に近い発熱体
９ａは、遠い発熱体９ｂに重畳させて作用させるもので
あり、図示のように、一般に、オリフィス４に近い発熱
体９ａは小さく形成される。

第３図（ａ）、（ｂ）は、それぞれ発熱体パターンの変
形例を示す平面で、共に、左側がオリフィス側であり、
このように本発明による発熱体パターンは、第１図及び
第２図に示したように正方形（又は長方形）のものが横
一列にならんでいる必要はなく、２つの発熱体の位置が
オリフィスから遠近の関係にあるように配列されればよ
い。従って、第３図をはじめとして、その他にもいろい
ろな配列が考えられる。

効　　　果 以上の説明から明らかなように、本発明によると、常に
同じ大きさの画素径のものを、所望する位置に得ること
ができ、高印字品質な記録を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、それぞれ本発明の詳細な説明する
ための要部構成図で、両図とも、（ａ）図は、発熱体及
び電極のパターン例を示す図、（ｂ）図は、液滴が連続
して吐出している時の状態を示す図、（ｃ）図は、液滴
の吐出が停止していて、その後、再開する時の第１回目
の吐出の状態を示す図、第３図（ａ）、（ｂ）はそれぞ
れ発熱体パターンの変形例を示す図、第４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５図は
、バブルジェット記録ヘッドの一例を示す斜視図、第６
図は、分解斜視図、第７図は、蓋基板を裏側から見た図
、第８図は、従来のバブルジェット記録ヘッドにおける
オリフィス部のインクの状態を示す図で、（ａ）図は連
続して吐出している時の状態を示す図、（ｂ）図は一定
時間停止した後、再び吐出を開始する時の状態を示す図
である。 １−蓋基板、２・・・発熱体基板、３・・・液体流入口
、４　オリフィス、５・・インク流路、６・・液室、７
゜７ａ、７ｂ−独立’Ｒｔ４．８・・共通電極、９．９
ａ。 ９ｂ・・発熱体、１０・・記録液、１１・・気泡、１２
・・飛翔インク滴。 特許出願人　　株式会社　リコー 第１図 ！ ９ｂ　　　　　　　　　７ａ 、１ 第　２　図 第　４　図 （ｄン　　　　　　ぐ：＝セ＝）；＝Σ二＝：（ｅ）　
　きミニ 第　　５　図 第　６　図 ＠　７　図 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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において、前記熱エネルギー作用
   部は独立駆動が可能な２つの発熱体よりなり、該２つの
   発熱体は前記流路方向にオリフィスに対して遠近の関係
   をもって配列され、連続吐出して印字する時には、前記
   オリフィスから遠い側の発熱体を駆動し、前の液滴の吐
   出後ひきつづき吐出が行なわれないでその後に再び吐出
   が行なわれる時には、前記オリフィスに近い側の発熱体
   を駆動して記録することを特徴とする液体噴射記録方法
   。 ２、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において、前記熱エネルギー作用
   部は独立駆動が可能な２つの発熱体よりなり、該２つの
   発熱体は前記流路方向にオリフィスに対して遠近の関係
   をもって配列され、連続吐出して印字する時には、前記
   オリフィスから遠い側の発熱体を駆動し、前の液滴の吐
   出後ひきつづき吐出が行なわれないでその後に再び吐出
   が行なわれる時には、前記オリフィスに近い側の発熱体
   を前記遠い側の発熱体と同時に駆動して記録することを
   特徴とする液体噴射記録方法。