JPH021310A - バブルジェット方式の液体噴射記録装置 - Google Patents

バブルジェット方式の液体噴射記録装置

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JPH021310A
JPH021310A JP31090388A JP31090388A JPH021310A JP H021310 A JPH021310 A JP H021310A JP 31090388 A JP31090388 A JP 31090388A JP 31090388 A JP31090388 A JP 31090388A JP H021310 A JPH021310 A JP H021310A
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droplets
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卓朗 関谷
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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】 一技術分野 本発明は、液体噴射記り装置、より詳細には、バブルジ
ェッ]・型インフジエラ1へ記録ヘッドの1康勅方法に
関する。
四米投批 ノンインバク1へ記録法は、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、而も所謂梓通紙に特別の定着処理を必要とせずに記
録の行える所、nフィンクジエツ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。
この様なインフジエラ1へ記録法は、所謂インクと称さ
れる記録液体の小滴(droplcj)を飛翔させ、(
ただし、Vhp(m/s) :記録ヘッドと被記録体の
1記録部材に付着させて4記録を行うものであって、こ
の記B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′屯吸引的に行い、発生
した記録液体小滴を記録信号に応じて電界制御し、記録
部材上に記録液体小滴を選択的に付着させて14己録を
行うものであるに れに就いて、更に詳述すれば、ノズルと加速法極間に電
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満を記録信号に応
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tJs滴を記
録部材」二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
SP3298030等に開示されている方式(5ioe
ct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
Jl−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フ1屯翔させることで、記録部材」
−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
トを構成する一部であるノズルのオリフィス(吐出口)
のr’+:i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
小滴を吐出させろ。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′屯誘導され、小滴は記録
信号に応じた電荷量で帯電される。・jl)′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 P3416153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′I面′市極間に電界を掛け、連続振動発?
お法によって、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4iF電電極
電極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]
)「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、l’+ij記3つの方式は、何れもノズルより吐
出された1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
」ユに付着させて記録を行うのに対して、このStem
me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1
1冒」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)崗を吐出飛翔さ
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
11′4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
′I面気的制御が高度で困難であること、記録部材上に
サナライ1−ドツ1〜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ラ1くのマル
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」ニ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1コ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−・は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白Fl’1度が大であ
ること等の大きな利点を有する。面乍ら、一方において
、記録ヘッドの加ニーにに問題があること、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(白?I記US 
P3747120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、」二記公報には、圧力上昇を生じさせる蒸気を発
生する為に液体を直接加熱する加熱コイルをピエゾ振動
素子の代りの圧力上昇手段として使用する所HXIバブ
ルジェッ1−の液体噴射記録装置が、(己、ト父されて
いる。
しかし、」二記公報には、圧力上昇手段としての加熱コ
イルに通゛市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」二、サナライ1−ドツi〜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55−109672号公報においては、互
いに近傍配置した複数個の吐出オリフィスから記録液体
を小滴として吐出、飛翔させ、それ等、小滴の被記録面
への付着を以て記録を行なう液体噴射記録方法に於て、
上記オリフィスの内の少なくとも瞬接したオリフィスか
ら吐出する小滴の間で位相差が生ずるようにして記録液
体の小滴を吐出、飛翔させ、もって、吐出オリフィスを
多数、高密度に並設して記録を行なう所謂マルチアレイ
方式のインクジエソ1〜記録装置にあって、クロストー
クをなくし、もって、記録品位を常に良好に保つように
した液体噴射記録方法が提案されている。
しかし、上記特開昭55−109672号公報には、位
相差をどの程度にすべきか明確にされておらず、あまり
位相差を大きくすると、紙位置におけるインクl酊の到
着位77が本来狙うべき位I!°1にいかなく、画質が
悪くなる欠点がある。
丁しJ史 本発明は、1−述のごとき実情に鑑みてなされたもので
、特に、バブルジエン1−型インクジェノ1へのマルチ
アレイ方式において、クロス1−−9をなくし、かつ、
高印字品質を達成することをII的としてなさ才した士
Jのである。
!ルーーr文 本発明は、上記1゛1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1)sf記作用力によって
Maとして吐出させるためのオリフィスと、前記流路に
連絡して前記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
噴射記録装置Nにおいて、前記流路及びオリフィスは複
数個あり、かつ、油泥液室をそれらの共通液室とすると
き、少なくとも隣接したオリフィスから前記液滴をほぼ
同時に吐出する場合、それらの熱エネルギー作用部の駆
動を位相差が生じるように行ない、該位相差は、     D Vhp   2 (ただし、Vhp(m/s) :記録ヘッドと被記録体
の相対速度、D(m):形成される気泡の最大時の最大
直径もしくは最大寸法) 以内と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ノ1−ヘッドの111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、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41!2
巨b))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、1
3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
はインク、21は気泡、22は飛翔インクン彦で1本発
明は、斯様なバブルシェフ1〜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ノ1−による
インク噴射について説明すると、(、)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+1i1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Bりが瞬時に気化し、沸11.111模を作り、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′市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九が生じている。
(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/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。
本発明は、上述のごとき、バブルジェノ1へ型液体噴射
記録ヘッドのマルチアレイ方式において、1μs接する
。もしくは、近傍のオリフィスより液滴をほぼ同時に吐
出する際に、互いの圧力波が共通液室を介して相互に影
響を及ぼし、吐出性能が本来の1つのオリフィス単独で
吐出させる場合よりも低下するいわゆるタロストークの
影響をなくし、かつ、高印字品質を達成するためのもの
である。
いわゆるクロス1−一りの影響による印字品質の劣化は
、インフジエラ1−についてまわる問題ではあるが、低
〜中解像度(16本/lTn以下)の画像を形成するイ
ンクジェットにおいては、元来それほど高画質な印字を
要求されていないため、すれほど問題にはならない。し
かしながら、たとえば16本/ mn以上のいわゆるコ
ピア仕様の高解像度を要求されるインクジェットにおい
てはわずかの画像部れも許されず、従ってクロスト−り
による画像劣化は重要な問題となる。
第1−図は、本発明の一実施例を説明するための図で、
同図は、紙面S上に印字された画素1,2を示す。イン
フジエラ1〜記録装置においては、インクジェットヘッ
ドがキャリッジに搭載されて移動したり、あるいは、ヘ
ッドが固定されて、紙が移動することによって記録が行
なわれる。たとえば、今、第1図に示すように(ここで
はヘッドは図示せず)、記録紙5が移動しオリフィスl
a。
2a(図示せず)が横にならんでいるとして、同時に駆
動された場合、オリフィスla、2a (オリフィス1
aから吐出される液滴によって画素1が形成され、オリ
フィス2aから吐出される液滴によって画素2.2′が
形成されるものとする。)間でクロストークがない場合
、画素1及び2′(点線のもの)のように横一列になら
ぶ。しかしながら、前述のように共通液室を介して圧力
波が互いに影音を及ぼしタロストークが発生するために
、通’、Iif’は、オリフィスL a r 2aのW
〆動の位相をずらすような手段がとられる。この場合、
位相を大きくずらせば、クロストークは完全になくなる
ものの、紙が移動しているため、第1図のように、画素
1,2のように、横一列にならばなくなる(Xずれる)
。これは画像品質との関係で、単に位相をずらせばよい
というものではなく、高画像情質を維持しつつ、かつ、
クロストークの影響をなくすというような原動をするこ
とが重要となる。
本発明者は、この点に鑑み、今、ヘッドと紙の相対速度
をVhp(m/s)、形成される気泡の最大時の最大直
径もしくは最大寸法をD (m)とするとき、隣接しあ
うもしくは、互いに近傍のオリフィスからほぼ同時に吐
出が行なわれるとき、それらの吐出IIj〆動の位相が    D vhp   2 以内で記録することにより1画像品質の一定のレベルが
保障されることを見い出したものである。
ここで形成される気泡の最大時の最大直径もしくは最大
寸法D(m)を駆動条件のパラメータとして考慮したの
は、D (m)は吐出されるインク滴の質量、別の表現
をするならば、そのインク滴によって形成される画素と
密接な関係があり、画像品質を議論するうえで不可欠だ
からである。
なお、D (m)の定義は第17図で示した。つまりイ
ンク滴吐出のために形成される気泡が最大になった時の
最大直径もしくは最大寸法をいう。
これは仮に発熱体が長方形形状をとり形成される気泡が
長円体になるような場合には、D (m)はその長手方
向の寸法をさす。
以下に検討結果の一例を示す。
128ノズルをもつヘッドのうち、半分の64ノズルず
つを位相をかえて印字して直線を印字し、その直線がな
めらかにつながっているか、あるいは、段差がついて見
えるかを48人の感応検査を行なった。
なお、このa、νの気泡の大きさは測定できないので、
事前にインクと物性をほぼ同じにしたビークル(インク
から染料をとりのぞいたもの)で記録条件と同一条件で
気泡を発生させ、ストロボで周期をとり、顕微鏡、TV
カメラによってCRT上に写し出し、気泡の最大時の最
大寸法D (m)を1111J定した。
なお、以上の説明はす入で気泡発生手段として発熱体を
用いたバブルジェット型インクジェッ1〜記録装jηで
説明したが、本発明は、気泡発生手段としてパルスレー
ザ−を用いたり、あるいは放電エネルギーを用いたりす
るバブルジェッ1−にも適用可能である。
第6図は、記録液体に気泡を発生させるための手段とし
てパルスレーザ−を使用した場合の例を説明するための
図で、図中、31はレーザ発振器、32は光変調傭動回
路、33は光変調器、34は走査器、75は集光レンズ
で、レーザ発振器31より発生されたレーザ光は、光変
調器33において、光度+’J1M a:+ fcl<
動回路32に入力されてf「気的に処理されて出力され
る画情報信号に従ってパルス変調される。パルス変調さ
れたレーザ光は、走査器34を通り、集光レンズ35に
よって熱エネルギー作用部の外壁に焦点が合うように集
光され、記録ヘットの外壁36を加熱し、内部の記録液
体37内で気泡を発生させる。あるいは熱エネルギー作
用部の壁36は、レーザ光に対して透過性の材料で作ら
れ、集光レンズ35によって内部の記録液体37に焦点
が合うように集光され、記録液体を直接加熱することに
よって気泡を発生させてもよい。
第7図は、上述のごときレーザ光を用いたプリンターの
一例を説明するための図で、ノズル部41は、高密度に
(たとえば16ノズル≠」二)、又、紙42の紙中(た
とえばA4横[IS)すへでにわたってカバーされるよ
うに集積されている例を示している。
レーザ発振器31より発振されたレーザ光は、光変調器
33の入口開口に導かれる。光変調器33において、レ
ーザ光は、光変調器33への両情報入力信シJ・に従っ
て強弱の変調を受ける。変調を受けたレーザ光は、反射
鏡38によってその光路をビームエキスパンダー39の
方向に曲げられ、ビームエキスパンダー39に入射する
。ビームエキスパンダー39により平行光のままビーム
径が拡大される。次に、ビーム径の拡大されたレーザ光
は、高速で定速回転する回転多面鏡4oに入射される。
回転多面鏡40によって掃引されたレーザ光は、集光レ
ンズ35により、ドロップジェネレータの熱エネルギー
作用部外壁36もしくは内部の記録液体に結像する。そ
れによって、各熱エネルギー作用部には、気泡が発生し
、記録液滴を吐出し、記録紙42に記録に行なわれる。
第8図は、さらに別の気泡発生手段を示す図で、この例
は、熱エネルギー作用部の内壁側に配置された1対の放
電電極50が、放電装置51から高電圧のパルスを受け
、記録液体中で放電をおこし、その放電によって発生す
る熱により瞬時に気泡を形成するようにしたものである
第9図乃至第16図は、それぞれ第8図に示した放トハ
電極の36体例を示す図で。
第9図に示した例は、 電+!J1.50を針状にして、電界を集中させ、効率
よく(低エネルギーで)放電をおこさせるようにしたも
のである。
第10図に示した例は、 2枚の平板電極にして、電極間に安定して気泡が発生す
るようにしたものである。針状の電極より、発生気泡の
位置が安定している。
第11図に示した例は、 電極にほぼ同軸の穴をあけたものである。2枚の電極の
両穴がガイドになって、発生気泡の位置はさらに安定す
る。
第12図に示した例は、 リング状の電極にしたものであり、基本的には第11図
に示した例と同じであり、その変形実施例である。
第13図に示した例は、 一方をリング状′市極とし、もう一方を針状電極とした
ものである。リング状電極により、発生気泡の安定性を
狙い、針状電極により電界の集中により効率を狙ったも
のである。
第14図に示した例は、 一方のリング状電極を熱エネルギー作用部の壁面に形成
したものである。これは、第13図に示した例の効果に
加えて、基板上に平面的に屯田を形成するという製造−
ヒの容易さを狙ったものである。このような平面的な電
極は、蒸着(あるいはスパツタリング)や、フォ1−エ
ッチングの技術によって容易に高密度な複数個のものが
製作され得る。マルチアレイに特に威力を発揮する。
第15図に示した例は、 第14図に示した例のリング状電極形成部を電極の外周
にそった形状で周囲から一段高くしたものである。やは
り、発生気泡の安定性を狙ったものであり、第13図に
示したものよりも3次元的なガイドを付は加えた分だけ
安定する。
第16図に示した例は、 第15図に示した例とは反対に、リング状電極形成部を
、周囲から下へ落しこんだ構造としたもので、やはり、
発生気泡は安定して形成される。
翌J果 以上の説明から明らかなように、本発明によると、マル
チアレイ方式のバブルジェット型インクジエツ1〜記録
ヘッドにおいて、とりわけコピア仕様の高密度配列のイ
ンクジェット記録ヘッドにおいて、原動位相をずらすこ
とによりクロストークの影響をなくし、かつ、位相差を
限定することにより、高画像品質が維持できる。
【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、第6図は、レーザ光を用いた気泡発生手段の
一例を説明するための図、第7図は、プリンターの一例
を説明するための図、第8図は、放電を利用した気泡発
生手段の一例を説明するための図、第9図乃至第16図
は、それぞれ第8図に示した放電電極の具体例を示す図
、第17図は、気泡の最大直径を定義するための図であ
る。 1.2・・・画素、5・・記録紙。 第2図 第1Σ 第3図 第 図 第 図 第 図 第 区 第 図 ○ 図 第 図 第 図 第 図 第 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
    記流路に連絡して前記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
    なる液体噴射記録装置において、前記流路及びオリフィ
    スは複数個あり、かつ、前記液室をそれらの共通液室と
    するとき、少なくとも隣接したオリフィスから前記液滴
    をほぼ同時に吐出する場合、それらの熱エネルギー作用
    部の駆動を位相差が生じるように行ない、該位相差は、 1/Vhp・D/2 (ただし、Vhp(m/s):記録ヘッドと被記録体の
    相対速度、D(m):形成される気泡の最大時の最大直
    径もしくは最大寸法) 以内とすることを特徴とする液体噴射記録装置。
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