JPH01242259A

JPH01242259A - 液体噴射記録ヘッド

Info

Publication number: JPH01242259A
Application number: JP7068988A
Authority: JP
Inventors: Takuro Sekiya; 卓朗関谷
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1988-03-24
Filing date: 1988-03-24
Publication date: 1989-09-27
Anticipated expiration: 2013-02-04
Also published as: JP2708769B2

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、液体噴射記録ヘッド、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関する。

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

この様なインクジェット記録法は、所謂インクと称され
る記録液体の小滴（ｄｒｏｐｌｅｔ）を飛翔させ、記録
部材に付着させて記録を行うもの・であって。

この記録液体の小滴の発生法及び発生された記録液小滴
の飛翔方向を制御する為の制御方法によって幾つかの方
式に大別される。

先ず第１の方式は例えば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１例えばＵ　Ｓ　Ｐ３５９６２７５．　Ｕ
、ＳＰ　３２９８０３０等に開示されている方式（Ｓｔ
ｉｅｅｔ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の方式は例えば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Ｓｔｅｍｍｅ方式は、
記録信号に応じて吐出口より記録液体の小滴を吐出飛翔
させて記録するものである。

つまり、Ｓｔｅｍｍｅ方式は、記録液体を吐出する吐出
口を有する記録ヘッドに付設されているピエゾ振動素子
に、電気的な記録信号を印加し、この電気的記録信号を
ピエゾ振動素子の機械的振動に変え、該機械的振動に従
って前記吐出口より記録液体の小滴を吐出飛翔させて記
録部材に付着させることで記録を行うものである。

これ等、従来の４つの方式は各々に特長を有するもので
あるが、又、他方において解決され得る可き点が存在す
る。

即ち、前記第１から第３の方式は記録液体の小滴の発生
の直接的エネルギーが電気的エネルギーであり、又、小
滴の偏向制御も電界制御である。

その為、第１の方式は、構成上はシンプルであるが、小
滴の発生に高電圧を要し、又、記録ヘッドのマルチノズ
ル化が困難であるので高速記録には不向きである。

第２の方式は、記録ヘッドのマルチノズル化が可能で高
速記録に向くが、構成上複雑であり、又記録液体小滴の
電気的制御が高度で困難であること、記録部材上にサテ
ライトドツトが生じ易いこと等の問題点がある。

第３の方式は、記録液体小満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　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５９−１２４８６３号公報には、液体を吐
出して、飛翔的液滴を形成する為のオリフィスと、該オ
リフィスに連通した液流路と、前記オリフィスから液滴
を飛翔させる手段とを有する液体噴射記録装置に於いて
、前記液流路に連通し気泡発生手段を有する気泡発生部
を複数個設けて階調記録を行なうことが記載されている
。しかし、上記特開昭５９−４２４８６３号公報に記載
のヘッドは、複雑なヘッド構造をとっており、コストア
ップにつながる。また１階調記録はできるものの、オリ
フィスは１つ（これがマルチアレイになっているが）で
、スピードがあまり速くない等の欠点がある。

１−一部本発明は、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装置におい
て、階調記録をスピードを落すことなく行うことのでき
る記録ヘッド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、液滴を吐出させ
るためのオリフィスと、液体に熱による状態変化を生じ
せしめ、前記オリフィスより液体を吐出させるための熱
エネルギー作用部と、前記オリフィスと前記熱エネルギ
ー作用部をその一部とし、前記液体をその中に保持する
液室と、該液室に液体を供給する手段とを有する液体噴
射記録ヘッドにおいて、前記オリフィス及び熱エネルギ
ー作用部は１対１で対応し、前記オリフィス及び熱エネ
ルギー作用部は、異なる動作をする２組のオリフィス及
び熱エネルギー作用部から成り、そのうちの１組にはほ
ぼ一定のパルス巾の電気エネルギーが加えられてほぼ均
一な液滴を吐出し、別の１組には前記パルス巾より小さ
いパルス巾の電気エネルギーが１〜複数パルス加えられ
て、前記均一な液滴より小さい液滴を１〜複数滴吐出す
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。

第３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４図は、バブルジェットヘッドの一例を示す
斜視図、第５図は、第４図に示したヘッドを構成する蓋
基板（第５図（ａ））と発熱体基板（第５図（ｂ））に
分解した時の斜視図。

第６図は、第５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
録液体流入口、４はオリフィス、５は流路、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）、１０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３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５〜１
０　ｍ　／　ｓｅｃの速度で飛翔している。

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

第７図は、以上に説明したバブルジェット型インクジェ
ット記録ヘッドの要部切断図で、これは、一般に、ＥＤ
ＧＥ　　ＳＨＯ○ＴＥＲと呼ばれるものである。

第８図は、前記ＥＤＧＥ　　ＳＨＯ○ＴＥＲに対して、
５ＩＤＥ　　５ＨＯＯＴＥＲと呼ばれるものの要部断面
図、第９図は、その動作原理を示す図で、第３図に関し
て説明したのと同様、（ａ）図の状態から（ｄ）図の状
態に至り、その後、（ａ）図と同じ状態の（ｅ）図に戻
り、その間に、液滴１２を噴射するものである。

第１図は、本発明の一実施例を説明するための要部断面
図で、この実施例は、本発明を第８図に示した５ＩＤＥ
　　５ＨＯＯＴＥＲに適用した場合の一例を示す図、第
２図は、本発明の動作原理を説明するための図で、図中
、４ａは第１のオリフィス、４ｂは第２のオリフィス、
９ａは第１の熱エネルギー作用部、９ｂは第２の熱エネ
ルギー作用部、１０はインク、１２は飛翔インク滴、１
３は画素、１４は熱エネルギー作用部に加えられるパル
スエネルギー、１５はオリフィス４ａと４ｂ間の障壁で
、オリフィス４ａからの吐出は、第２図（ａ）に示すよ
うに、第３図で説明したような動作をする。つまり、発
熱体９ａに加えるパルス１４のエネルギーは大きく、従
って、オリフィス４ａから吐出される液滴にも大きく、
該液滴１２によって形成される画素１３は大画素であり
、はとんどいつも同じ大きさである。一方、オリフィス
４ｂからの液滴の吐出は、第２図（’ｂ）に示すように
細かい間かくで１つ以上のパルスエネルギーが加えられ
、それに応じて１つ以上の微小インク滴（１２１〜１２
４）が形成される。ここでの吐出は気泡が破泡して飛散
するような吐出である。

この場合、加えられるパルスエネルギーは、第２図（ａ
）の場合よりも小さく、従って、形成されるインク滴も
小さい。又、この小さいパルスエネルギーは、高い周波
数（数〜数１０ＫＨｚ）で１〜複数パルス加えられるた
め（ｂ）図のように、微小インク滴（１２１〜１２４）
が連続的に吐出飛翔し、紙に付着して画素を形成する。

これらの微小インク滴は、短かい時間に紙に付着するの
で、複数個のインク滴で１画素を形成する。又、飛翔中
にそれらが合体して紙に付着することもある。

つまり、インク滴の数に応じて画素の大きさが変えられ
、階調記録が行なわれる。

本発明では、画像情報に応じて、オリフィスの発熱体を
駆動し、第２図（ａ）に示すような大画素で記録したり
、第２図（ｂ）に示すように、オリフィス２の発熱体を
駆動し、微妙な階調記録を行なったりできるわけである
。

なお、以上には、本発明を“５ＩＤＥＳＨＯＯＴＥＲ”型の液体噴射記録ヘッドに適用した場
合の例について説明したが、“ＥＤＧＥＳＨＯＯＴＥＲ
”型にも適用できることはいうまでもない。

効　　　果以上の説明から明らかなように、本発明によると、大イ
ンク滴から微小インク滴まで形成でき大小さまざまな画
素を作ることができ、微妙な階調表現が可能となる。

【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、本発明の動作原理を説明するための図、
第３図は、−殻内なバブルジェットヘッドの動作説明を
するための図、第４図は、バブルジェットヘッドの一例
を示す斜視図、第５図は、分解斜視図、第６図は、蓋基
板を裏側から見た図、第７図は、第３図乃至第６図に示
したバブルジェット型インクジェット記録ヘッド（ＥＤ
ＧＥ　　ＳＨＯ○ＴＥＲ）の要部切断図、第８図は、５
ＩＤＥ　　５ＨＯＯＴＥＲ型液体噴射記録ヘッドの一例
を示す要部切断図、第９図は、第８図に示したＳ　ＩＤ
ＥＳＨＯＯＴＥＲの動作説明をするための図である。４．４ａ、４ｂ・・・オリフィス、９．９ａ、９ｂ−熱
エネルギー作用部、１０・・・インク、１２・・・イン
ク滴、１３・・・画素。 −３・第　１　　図第　３　図第４図第　５　図第７図（ｏ）　　　　（ｂ）第８図９図（ｃ）　　（ｄ）　　（ｅ）

Claims

【特許請求の範囲】

１、液滴を吐出させるためのオリフィスと、液体に熱に
よる状態変化を生じせしめ、前記オリフィスより液体を
吐出させるための熱エネルギー作用部と、前記オリフィ
スと前記熱エネルギー作用部をその一部とし、前記液体
をその中に保持する液室と、該液室に液体を供給する手
段とを有する液体噴射記録ヘッドにおいて、前記オリフ
ィス及び熱エネルギー作用部は１対１で対応し、前記オ
リフィス及び熱エネルギー作用部は、異なる動作をする
２組のオリフィス及び熱エネルギー作用部から成り、そ
のうちの１組にはほぼ一定のパルス巾の電気エネルギー
が加えられてほぼ均一な液滴を吐出し、別の１組には前
記パルス巾より小さいパルス巾の電気エネルギーが１〜
複数パルス加えられて、前記均一な液滴より小さい液滴
を１〜複数滴吐出することを特徴とする液体噴射記録ヘ
ッド。