JPH021312A - Liquid jet recording head - Google Patents
Liquid jet recording headInfo
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- JPH021312A JPH021312A JP3476489A JP3476489A JPH021312A JP H021312 A JPH021312 A JP H021312A JP 3476489 A JP3476489 A JP 3476489A JP 3476489 A JP3476489 A JP 3476489A JP H021312 A JPH021312 A JP H021312A
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- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
抜権分立
本発明は、液体噴射記録ヘッド、より詳細には、バブル
ジェット型の液体噴射記録ヘッドに関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Separation of Powers The present invention relates to a liquid jet recording head, and more particularly to a bubble jet type liquid jet recording head.
従来吸肯
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B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。The conventional absorption non-impact recording method has recently attracted attention because the noise generated during recording is extremely small to the extent that it can be ignored. Among them, high-speed recording is possible,
However, the so-called inkjet recording method, which allows recording on plain paper without the need for special fixing treatment, is an extremely powerful recording method B. Various methods have been proposed and improvements have been made to improve the quality of products. Some have been developed, and efforts are still being made to put them into practical use.
この様なインフジエラI・記録法は、所謂インクと称さ
れる記録液体の小m (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(ただしΔr
、Δしは増加分(>O))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。Such Infusiera I recording method involves flying small droplets of recording liquid called ink.
The method of generating droplets of the recording liquid and the generated recording (however, Δr
, Δ is an increment (>O)) There are several methods for controlling the flying direction of droplets.
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a故体の小滴の発生を静電吸引的に行い、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記録を行うも
のである。First, the first method is the one disclosed in, for example, USP 3060429 (Tele type method), in which small droplets of recording material are generated by electrostatic attraction, and the generated recording liquid droplets are Recording is performed by controlling an electric field in accordance with a recording signal to selectively attach recording liquid droplets onto a recording member.
これに就いて、更に詳述すれば、ノズルと加速?I!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。To elaborate more on this, what about the nozzle and acceleration? I! An xy deflection electrode configured to apply an electric field between the electrodes to eject a negatively charged recording liquid droplet from a nozzle, and to electrically control the ejected recording liquid droplet in accordance with a recording signal. Recording is performed by making the droplets fly between the recording members and selectively attach them to the recording member by changing the intensity of the electric field.
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満を、−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。The second method is described, for example, in USP 3596275, U
The method disclosed in SP 3298030 etc. (Swe
et method), in which small droplets of recording liquid with a controlled amount of charge are generated by a continuous vibration generation method, and the generated droplets with a controlled amount of charge are deflected by a --like electric field. Recording is performed on a recording member by flying between electrodes.
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。Ip電量の制御された記録液体
の小滴は、一定の電界が−・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、記録イコ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。Specifically, the orifice (discharge port) of a nozzle, which is a part of the recording head to which the piezo vibrating element is attached.
A charged electrode configured to have a recording signal applied thereto is arranged at a predetermined distance in front of the piezo vibrating element, and an electric signal of a constant frequency is applied to the piezo vibrating element to mechanically vibrate the piezo vibrating element, A small droplet of recording liquid is ejected from the ejection port. At this time, charges are electrostatically induced in the recording liquid droplet discharged by the charging electrode, and the droplet is charged with an amount of charge corresponding to the recording signal. When a droplet of recording liquid whose Ip charge is controlled flies between deflection electrodes to which a constant electric field is applied, it is deflected according to the amount of charge applied, and plays a role in recording equalization. Only small droplets are allowed to deposit on the recording member.
第3の方式は例えばU S P :1416.L53に
開示されている方式(llertz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1lIff調性
を出して記録する。The third method is, for example, USP:1416. L53 (Llertz method), which applies an electric field between a nozzle and a ring-shaped charging electrode and uses a continuous vibration generation method to generate and atomize small droplets of recording liquid for recording. . That is, in this method, the atomization state of small droplets is controlled by modulating the electric field strength applied between the nozzle and the charging electrode in accordance with the recording signal, and the 1lIff tonality of the recorded image is produced and recorded.
第4の方式は1例えばU 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。The fourth method is a method (Stemme method) disclosed in, for example, USP 3,747,120, and this method is fundamentally different in principle from the above three methods.
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満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Stcmme方式は、
記録信号に応じて吐出[1より記録肢体の小滴を吐出飛
翔させて記録するものである。That is, in all three methods, the droplets of the recording liquid ejected from the nozzle are electrically controlled while they are in flight, and the droplets carrying the recording signal are selectively deposited on the recording member. In contrast, this Stcmme method records
Recording is performed by ejecting small droplets from the recording body in response to a recording signal.
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;4
3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。In other words, the Stemme method uses piezo vibration;
An electrical recording signal is applied to the third element, the electrical recording signal is converted into mechanical vibration of the piezoelectric vibrating element, and a droplet of recording liquid is ejected from the ejection port according to the mechanical vibration to fly the recording member. Recording is done by attaching it to the surface.
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。These four conventional methods each have their own advantages, but there are also points that can be solved in the other method.
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。That is, in the first to third methods, the direct energy for generating droplets of the recording liquid is electrical energy, and the deflection control of the droplets is also electric field control.
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。Therefore, although the first method is simple in structure, it requires a high voltage to generate droplets, and it is difficult to use a multi-nozzle recording head, making it unsuitable for high-speed recording.
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、2!録部材上にサ
テライ!・ドツトが生じ易いこと等の問題点がある。The second method allows the recording head to have multiple nozzles and is suitable for high-speed recording, but it is complicated in structure and the electrical control of the recording liquid droplets is sophisticated and difficult; 2! Satellite on the recording material!・There are problems such as dots being easily generated.
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ぎわ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。The third method has the advantage of being able to record images with excellent gradation by atomizing a small amount of recording liquid, but on the other hand, it is difficult to control the atomization state and fog occurs on the recorded image. And it is difficult to make the recording head multi-nozzle.
There are various problems such as being unsuitable for high-speed recording.
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+aand)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、導電性の記録肢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。The fourth method has relatively many advantages compared to the first to third methods. In other words, the configuration is simple, and since recording is performed by ejecting the recording liquid from the ejection opening of the nozzle on-demand (on-de+aand), it is possible to eject small droplets that fly as in the first to third methods. Second, it is not necessary to collect droplets that are not needed for recording an image, and unlike the first and second methods, there is no need to use a conductive recording body, and the material of the recording liquid is It has great advantages such as a high degree of freedom. On the other hand, it is difficult to make the recording head multi-nozzle because there are problems in processing the recording head, and it is extremely difficult to miniaturize the piezoelectric vibrating element having the desired resonance number. This method has drawbacks such as that it is not suitable for high-speed recording because the recording liquid droplets are ejected and ejected in flight using the mechanical energy of the mechanical vibration of the piezoelectric vibrating element.
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。Furthermore, Japanese Patent Application Laid-Open No. 48-9622 (the above-mentioned US P3
No. 747120) discloses, as a modification, the use of thermal energy instead of the mechanical vibration energy provided by means such as the piezo vibration element.
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所謂バブルジェ
ットの液体噴射記録装置が記載されている。That is, the above-mentioned publication describes a so-called bubble jet liquid jet recording device that uses a heating coil that directly heats liquid as a pressure increasing means instead of a piezo vibrating element to generate steam that causes a pressure increase. There is.
しかし、上記公報には、圧力上A、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。However, the above-mentioned publication discloses that the liquid ink in the bag-shaped ink chamber (liquid chamber), which has only one opening through which liquid ink can enter and exit, is directly heated by energizing a heating coil as a pressure means. It is only described that the liquid is vaporized, and there is no suggestion as to how to heat the liquid when continuously and repeatedly discharging the liquid. In addition, the heating coil is located at the deepest part of the bag-shaped liquid chamber far from the liquid ink supply path, which makes the head structure complicated and requires continuous high-speed printing. It is not suitable for repeated use.
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。Moreover, with the technical content described in the above-mentioned publication, it is not possible to quickly prepare for the next liquid discharge after discharging the liquid using the generated heat, which is important in practice.
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1j)
ないという制約が存在していた。In this way, the conventional method has advantages and disadvantages in terms of structure, high-speed recording, multi-nozzle recording head, and satellite dots, and it should be applied only to applications that take advantage of these advantages1j)
There was a restriction that there was no
また、特開昭55−161665号公報には、バブルジ
ェット型液体噴射記録ヘッドにおいて、気泡の体積変化
率の平均値
が、5X103sec1以上となるようにして記録する
ことにより、連続的長時間記録においても常時安定して
高速でかつ高解像度、より高品質の画像を記録すること
ができる液体噴射記録法が開示されている。Furthermore, Japanese Patent Application Laid-Open No. 55-161665 discloses that in a bubble jet type liquid jet recording head, by recording in such a way that the average value of the volume change rate of bubbles is 5×103 sec1 or more, continuous long-term recording is possible. Also, a liquid jet recording method has been disclosed which is capable of always stably recording high-speed, high-resolution, and higher-quality images.
第6図は、上記特開昭56−161665号公報に開示
された液体噴射記録ヘッドの一例を説明するための図で
、第6図(a)は、液体噴射記録ヘッドのオリフィス側
からみた正面部分図、第6図(b)は、第6図(a)に
−点鎖線XYで示す部分で切断した場合の切断面部分図
で、図に示される記録ヘッド1は、その表面に電気熱変
換体2が設けられている基板3の表面に、所定の線密度
で所定の+j+と深さの溝が所定数設けられている溝付
板4で覆うように接合することによって、オリフィス5
と液吐出部6が形成された構造を有している。図に示す
記録ヘッドの場合、オリフィス5を複数(51、52、
5,)有するものとして示されであるが、勿論、単一オ
リフィスの場合の記録ヘッドへの適用も可能である。FIG. 6 is a diagram for explaining an example of the liquid jet recording head disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-open No. 56-161665, and FIG. 6(a) is a front view of the liquid jet recording head as seen from the orifice side. The partial view, FIG. 6(b), is a partial cross-sectional view of FIG. 6(a) taken along the section indicated by the dashed line XY. The orifice 5 is bonded so as to cover the surface of the substrate 3 on which the converter 2 is provided with a grooved plate 4 having a predetermined number of grooves with a predetermined linear density and a predetermined +j+ depth.
It has a structure in which a liquid discharge part 6 is formed. In the case of the recording head shown in the figure, a plurality of orifices 5 (51, 52,
5.), but of course application to a recording head with a single orifice is also possible.
液吐出部6は、其の終端に液滴を吐出させるためのオリ
フィス5と、?は低熱変換体2より発生される熱エネル
ギーが液体に作用して気泡を発生し、その体積の膨張と
収縮による急激な状態変化を引き起こすところである熱
作用部7とを有する。熱作用部7は、電気熱変換体2の
熱発生部8の上部に位置し、熱発生部8の液体と接触す
る熱作用而9をその底面としている。The liquid ejection part 6 has an orifice 5 at its terminal end for ejecting liquid droplets, and an orifice 5 for ejecting liquid droplets. has a heat acting part 7 where the thermal energy generated by the low heat converter 2 acts on the liquid to generate bubbles and cause rapid changes in state due to expansion and contraction of the volume. The heat acting part 7 is located above the heat generating part 8 of the electrothermal converter 2, and has a heat acting part 9 that contacts the liquid of the heat generating part 8 as its bottom surface.
熱発生部8は、基板3上に設けられた下部層10、該下
部層10上に設けられた発熱抵抗層11を有し、該発熱
抵抗RiJllには、熱を発生させるために該JFIJ
11に通゛社するための電極13.14がその表面に設
けられである。電極13は、各液吐出部の熱発生部に共
通の電極であり、電極14は、各液吐出部の熱発生部を
選択して発熱させるための選択電極であって、液吐出部
の流路に沿って設けられている。The heat generating section 8 includes a lower layer 10 provided on the substrate 3 and a heat generating resistor layer 11 provided on the lower layer 10, and the heat generating resistor RiJll includes the JFIJ for generating heat.
Electrodes 13, 14 for communicating with 11 are provided on its surface. The electrode 13 is an electrode common to the heat generating section of each liquid discharging section, and the electrode 14 is a selection electrode for selectively generating heat in the heat generating section of each liquid discharging section. It is located along the road.
上部層12は、発熱抵抗層11を、使用する液体から化
学的、物理的に保護するために発熱抵抗層11と液吐出
部6にある液体とを隔絶するとともに、肢体を通じてr
B極13.14間が短絡するのを防止する発熱抵抗層1
1の保護的機能を有している。上部R1J12は、上記
のような機能を有するものであるが、発熱抵抗体11が
、耐液性であり、且つ液体を通じて電極13.14間が
電気的に短絡する場合がまったくない場合には、必ずし
も設ける必要はなく、発熱抵抗層11の表面に直に液体
が接触する構造の電気熱変換体として設計してもよい。The upper layer 12 isolates the heat generating resistor layer 11 from the liquid in the liquid discharge part 6 in order to chemically and physically protect the heat generating resistor layer 11 from the liquid used, and also provides r
Heat generating resistor layer 1 that prevents short circuit between B poles 13 and 14
It has 1 protective function. The upper part R1J12 has the above-mentioned function, but if the heating resistor 11 is liquid resistant and there is no possibility of electrical short circuit between the electrodes 13 and 14 through liquid, It is not necessarily necessary to provide this, and it may be designed as an electrothermal transducer having a structure in which the liquid comes into direct contact with the surface of the heat generating resistance layer 11.
下部層10は、主に熱流量制御機能を有する。The lower layer 10 mainly has a heat flow control function.
即ち、液滴吐出の際には、発熱抵抗層11で発生する熱
が基板3側の方に伝導するよりも、熱作用部7側の方に
伝導する割合ができる限り多くなり、液吐出後、発熱抵
抗WJ11への通電がオフされたあとには、熱作用部7
及び熱発生部8にある熱が速やかに基板3側に放出され
て、熱作用部7にある液体及び発生した気泡が急冷され
るために設けられる。That is, when discharging droplets, the proportion of heat generated in the heat generating resistor layer 11 being conducted to the heat acting section 7 side is as high as possible, rather than being conducted to the substrate 3 side. , after the power to the heat generating resistor WJ11 is turned off, the heat acting part 7
This is provided so that the heat in the heat generating part 8 is quickly released to the substrate 3 side, and the liquid in the heat acting part 7 and the generated bubbles are rapidly cooled.
このように、液吐出の際には、熱作用部7側への熱流量
の割合ができる限り大きく、発熱抵抗層11への通電が
オフされた際には、基板3側への熱流量の割合ができる
限り大きくなるようにして、液吐出エネルギーの高効率
化と高熱応答性及び連続的繰返し液滴吐出性の向上、液
滴吐出周波数の向上、吐出液滴量の均一化、液滴吐出方
向の安定化、液滴吐出スピードの均一化、液滴吐出方向
の安定化、液滴吐出スピードの均一化、及び記録信号に
対する応答の忠実性と確実性の向上を実現させるには、
気泡の体積変化カーブにおいて、気泡の体積変化率の平
均値
が、5X103sec1となる関係を成立するようにし
て記録を実行するものである。この点をさらに具体的に
説明する。In this way, when discharging the liquid, the proportion of the heat flow toward the heat acting part 7 side is as large as possible, and when the power to the heat generating resistor layer 11 is turned off, the heat flow rate toward the substrate 3 side is increased as much as possible. By increasing the ratio as much as possible, we aim to improve the efficiency of liquid ejection energy, high thermal response, and continuous repeatable droplet ejection, improve the droplet ejection frequency, equalize the amount of ejected droplets, and eject droplets. In order to stabilize the direction, equalize the droplet ejection speed, stabilize the droplet ejection direction, equalize the droplet ejection speed, and improve the fidelity and reliability of the response to the recording signal,
In the bubble volume change curve, recording is performed such that the average value of the bubble volume change rate is 5×10 3 sec1. This point will be explained more specifically.
第7図は、この点をさらに具体的に説明するための図で
、記録ヘッドに設けられた電気熱変換体2に記号pで示
すパルス波形の電気信号を入力した際に熱作用部7にお
いて発生する気泡の体積の時間的変化が示されている。FIG. 7 is a diagram for explaining this point more specifically. When an electrical signal with a pulse waveform indicated by symbol p is input to the electrothermal transducer 2 provided in the recording head, the heat acting section 7 The temporal change in the volume of bubbles generated is shown.
今、電気熱変換体2に時刻し。と時刻tfにおいてオン
−オフされパルス状の電気信号pが入力されると、時刻
tiで熱作用部7において気泡が発生し、この気泡の体
積Vvは、時刻り上より増加し始め、時刻I:pにおい
て最大体WtVvpに到達する。時刻tfにおいて電気
信号Pがオフされると時刻jp後に気泡の体積V■は減
少し始める。Now, set the time to electrothermal converter 2. When a pulsed electrical signal p is inputted by turning on and off at time tf, bubbles are generated in the heat acting part 7 at time ti, and the volume Vv of this bubble starts to increase from the time point onward, until time I : The maximum field WtVvp is reached at p. When the electric signal P is turned off at time tf, the bubble volume V2 begins to decrease after time jp.
電気信号■)がオフされて気泡の体積Vvが減少する減
少速度は、時間し□における気泡の体積VVの時間的変
化率によって左右される。即ち、加熱時のその時間的変
化率の平均値
Vt
(□/)
dt Vvp
が、5X103sec1以上であるような気泡の体積変
化カーブにすることによって、電気信号pをオフした場
合の気泡の体積Vvの試食カーブを特別に冷却手段を用
いずども効果的に急峻にすることができ、前述の目的を
十二分に達成することができる。而して、バブルジェッ
ト技術において。The speed at which the bubble volume Vv decreases when the electric signal (■) is turned off depends on the temporal rate of change in the bubble volume VV at time □. That is, by creating a bubble volume change curve such that the average value Vt (□/) dt Vvp of the temporal rate of change during heating is 5×103 sec1 or more, the bubble volume Vv when the electric signal p is turned off is It is possible to effectively make the tasting curve steeper without using any special cooling means, and the above-mentioned purpose can be more than achieved. So, in bubble jet technology.
気泡の成長条件は、最も重要なポイントの−っであり、
刻−刻と変化する気泡の状態を厳密に規定することは、
安定した吐出性能を得る上で極めて重要であるにもかか
わらす、該特開昭55−161665号公報においては
、単純に平均値という言葉で規定してしまっている。平
均値という見方は、微小な変化を見落とす見方であり、
適切とはいえない。The bubble growth conditions are the most important point.
Strictly regulating the constantly changing state of bubbles is
Although it is extremely important to obtain stable ejection performance, in JP-A-55-161665, it is simply defined in terms of average value. The average value perspective overlooks minute changes,
It's not appropriate.
又、特開昭55−161665号公報では、その明細居
中に記載されているように、吐出口となる流路溝のサイ
ズが、80μrn X 80μm(縦、横の長さ)程度
であり、比較的大きな吐出口をもつ、いいかえるならば
、比較的低密度に配列された吐出口をもつインクジェッ
トに適用されるようであり、高精細な印写品質を要求さ
れるプリンタ、あるいは、コピアには不向きであった。In addition, in JP-A-55-161665, as stated in the specification, the size of the flow channel groove serving as the discharge port is approximately 80 μrn x 80 μm (length and width), and compared to It seems to be applied to inkjets with relatively large ejection ports, or in other words, ejection ports arranged in a relatively low density, and is not suitable for printers or copiers that require high-definition printing quality. Met.
高精細な印写品質を得るためには、たとえば吐出口のサ
イズは大きくても30μrn X 30μm(断面積で
900μIn”)までであり、好ましくは、25μmX
25μrn以下が求められる。又、その配列密度も16
本/ rn m以上は必要である。ところで、このよう
な高精細な印写品質を得るためのヘットは、吐出口と同
じように発熱部も非常に高密度(16本/ m m以上
)に集積化されるため、蓄熱による不具合点も発生する
ので、温度上昇の条件の、より厳密な規定がなされるべ
きであり、特開昭55−161665号公報のように、
単純に平均値というラフなとらえ方で条件を規定するこ
とは、吐出口の大きさが、80μmX80μm程度の特
開昭55−161665号公報に記1F!されているよ
うなヘッドにおいては充分であったとしても、高密度(
16本/ m rn以上)に配列されたノズルをもち、
品積411な記録を行なうヘッドにおいては、充分では
なかった。又、高密度(16本/mm以上)に配列され
たヘッドにおいては、特開昭55−161665号公報
に記載されているヘッドより数段、微小なインク滴を形
成する必要があり、そのためには、より微小な気泡を再
現よく安定して形成する必要があり、刻−刻と変化する
気泡の状態をより厳密に規定することにより、はじめて
、高密度ヘッドによる高′vf細印写が可能となるので
ある。In order to obtain high-definition printing quality, for example, the size of the ejection port is at most 30μrn x 30μm (900μIn” in cross-sectional area), preferably 25μrn
25 μrn or less is required. Also, its arrangement density is 16
Book/rn m or more is required. By the way, in order to obtain such high-definition printing quality, the heat generating parts are integrated at a very high density (16 heads/mm or more), just like the ejection ports, so there are problems caused by heat accumulation. Therefore, more strict regulations should be made on the conditions for temperature rise.
Defining the conditions in terms of a simple average value is as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 55-161665, where the size of the ejection port is about 80 μm x 80 μm, 1F! Even if it is sufficient for heads such as
It has nozzles arranged in 16 nozzles/m rn or more,
This was not sufficient for a head that performs recording with a product size of 411. In addition, in heads arranged at high density (16 lines/mm or more), it is necessary to form ink droplets that are several steps smaller than the head described in JP-A-55-161665. It is necessary to stably form finer bubbles with better reproducibility, and it is only by precisely regulating the state of the bubbles that change from moment to moment that high-vf fine printing using a high-density head is possible. It becomes.
旧−一魚
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、高密度(16本/ m m以上)に配列されたバ
ブルジェット型液体噴射記録ヘッドにおいて、噴射液滴
の安定吐出を図ることを目的としてなされたものである
。The present invention was made in view of the above-mentioned circumstances.
In particular, this method was developed for the purpose of stably ejecting droplets in a bubble jet liquid jet recording head arranged at high density (16 droplets/mm or more).
市1−一」又
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1″r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、前記気泡の前記熱エネルギー作用
部を含む前記流路への投影円図形の半径をrとし、これ
を縦軸にとり、横軸に時間しをとった場合、前記気泡が
最大体積の1/2になった時点から、最大体積になる直
前までにおいて、(ただしΔr、ΔLは増加分(>O)
)なる関係式を満足させ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。In order to achieve the above object, the present invention contains a recording liquid to be introduced, generates bubbles in the recording liquid by heat, and generates an acting force as the volume of the bubbles increases. an orifice connected to the flow path and configured to eject the recording liquid as a droplet by the acting force; a liquid chamber for introducing the recording liquid into the channel;
In a liquid jet recording head comprising means for introducing the recording liquid into the liquid chamber, the radius of a circular shape projected onto the flow path including the thermal energy acting portion of the bubble is taken as the vertical axis, and the horizontal axis is defined as r. If time is plotted on the axis, from the time when the bubble becomes 1/2 of its maximum volume until just before it reaches its maximum volume (where Δr and ΔL are the increases (>O))
) is characterized by satisfying the following relational expression. Hereinafter, the present invention will be explained based on examples.
本発明は、バブルジェット型肢体噴射記録ヘッドにおい
て、安定吐出条件をより厳密に決めるために液滴吐出条
件に最も影響をおよぼす因子の一つである気泡の生成条
件を厳密に規定したものである。The present invention strictly defines bubble generation conditions, which are one of the factors that most affect droplet ejection conditions, in bubble jet type limb ejection recording heads in order to more strictly determine stable ejection conditions. .
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、気泡の投影図形半径と時間の関係を示す図、
(b)図は、要部拡大図、(c)図は、本発明に含まれ
ない条件を示す図、(d)図は、駆動パルス(エネルギ
ー)の違いを示す図、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エノトヘッ
ドの動作説明をするための図、第3図は、バブルジエツ
!−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4図(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、21は蓋基板、22は発熱体基板、23は記録
液体流入口、24はオリフィス、25は流路、2Gは液
室を形成するための領域、27は個別(独立)電極、2
8は共通電極、29は発熱体(ヒータ)、30はインク
、31は気泡、32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。FIG. 1 is a diagram for explaining one embodiment of the present invention.
a) The figure shows the relationship between the projected figure radius of a bubble and time,
(b) is an enlarged view of the main part, (c) is a diagram showing conditions not included in the present invention, (d) is a diagram showing differences in drive pulses (energy), and FIG. 2 is a diagram showing conditions not included in the present invention. FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of a bubble jet head as an example of an inkjet head to which the present invention is applied. - Figure 4 is a perspective view showing an example of the head when the head shown in Figure 3 is disassembled into the lid substrate (Figure 4 (a)) and the heating element substrate (Figure 4 (b)). FIG. 5 is a perspective view of the lid substrate shown in FIG. 4(a) seen from the back side, and in the figure, 21 is a lid substrate, 22 is a heating element substrate, 23 is a recording liquid inlet, 24 is an orifice, 25 is a flow path, 2G is a region for forming a liquid chamber, 27 is an individual (independent) electrode, 2
8 is a common electrode, 29 is a heating element (heater), 30 is ink, 31 is a bubble, and 32 is a flying ink droplet, and the present invention is applied to such a bubble jet type liquid jet recording head.
最初に、第2図を参照しながらバブルジェッ1へによる
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30の表面張力と外圧とが平
衡状態にある。First, ink jetting into the bubble jet 1 will be described with reference to FIG. 2. (a) is a steady state, in which the surface tension of the ink 30 and the external pressure are in equilibrium on the orifice surface.
(b)はヒータ29が加熱されて、ヒータ29の表面温
度が急上昇し隣接インク層に沸IIja現像が起き゛る
まで加熱され、微小気泡31が点在している状態にある
。In (b), the heater 29 is heated until the surface temperature of the heater 29 rises rapidly and boiling IIja development occurs in the adjacent ink layer, and microbubbles 31 are scattered.
(C)はヒータ29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31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
。(C) shows a state in which adjacent ink layers that are rapidly heated over the entire surface of the heater 29 are instantaneously vaporized to form a boiling film, and the bubbles 31 grow. At this time, the pressure inside the nozzle increases by the amount of bubble growth, and the balance with the external pressure on the orifice surface is lost, causing an ink column to begin to grow from the orifice.
(、])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3oが押し出
される。この時、ヒータ29には電流がdされていない
状態にあり、ヒータ29の表面温度は降下しつつある。(, ]) indicates a state in which the bubble has grown to its maximum, and an amount of ink 3o corresponding to the volume of the bubble is pushed out from the orifice surface. At this time, no current is applied to the heater 29, and the surface temperature of the heater 29 is decreasing.
気泡31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。The maximum value of the volume of the bubble 31 is slightly delayed from the timing of electric pulse application.
(G)は気泡31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。(G) shows a state in which the bubbles 31 are cooled by ink or the like and begin to contract. At the tip of the ink column, it moves forward while maintaining the extruded speed, and at the rear end, the ink flows backward from the orifice surface into the nozzle due to the decrease in nozzle internal pressure as the bubbles contract, creating a constriction in the ink column. .
(f)はさらに気泡31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 rn / seeの速度で飛翔している。In (f), the air bubbles 31 are further contracted, the ink comes into contact with the heater surface, and the heater surface is cooled even more rapidly. At the orifice surface, the external pressure is higher than the nozzle internal pressure, so the meniscus is largely moving into the nozzle. The tip of the ink column becomes a droplet and drops 5 to 1 droplets toward the recording paper.
It is flying at a speed of 0 rn/see.
(g)はオリフィスにインクが毛才旧管現象により再び
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。(g) is a process in which ink is refilled into the orifice due to the old canal phenomenon and returns to the state in (a).
The bubbles have completely disappeared.
第1図(a)は、縦軸に気泡の投影図形(通常は円とな
る)の半径を、溝軸に時間をとり、その関係を示したも
のである。本発明で規定するのは、気泡の体積が最大気
泡時の1/2になったときから、最大気泡になる置市ま
での、気泡半径rと時間tの関係である。高密度(16
本/ m m以上)に配列されて、より微細な気泡が必
要とされるバブルジェット技術において、気泡を安定し
て再現よく発生させるためには、気泡の投影図形半径が
なめらかに増加することが望ましい。FIG. 1(a) shows the relationship between the radius of the bubble projection figure (usually a circle) on the vertical axis and the time on the groove axis. What is defined in the present invention is the relationship between the bubble radius r and the time t from the time when the volume of the bubble becomes 1/2 of the maximum bubble until the time when the bubble becomes the maximum bubble. High density (16
In the bubble jet technology, which requires finer bubbles arranged in the order of 2 mm or more, in order to generate bubbles stably and with good reproducibility, the projected radius of the bubbles must increase smoothly. desirable.
本発明者は、気泡がその最大体積の1/2になってから
、最大体積になる直前までの気泡の投影図形半径と時間
が以下のような条件を満足することが最適であることを
入念な実験を繰り返すことにより見出した。The inventor has carefully determined that it is optimal for the bubble's projected figure radius and time from when the bubble becomes 1/2 of its maximum volume to just before reaching its maximum volume to satisfy the following conditions. This was discovered through repeated experiments.
(ただしΔr、Δしは増加分(>O))この式の意味す
るところは、第1図(a)に示すように、カーブが滑ら
かに寝ている状態である。(However, Δr and Δ are increments (>O)) What this equation means is that the curve lies smoothly, as shown in FIG. 1(a).
このようなカーブを得るには種々の因子(加えるパルス
エネルギー、熱エネルギー作用部の材料、ディメンショ
ン等)が作用する。In order to obtain such a curve, various factors (pulse energy to be applied, material of the thermal energy acting part, dimensions, etc.) come into play.
説明が遅れたが、第1図(b)は、気泡31の投影図形
(斜線部)の半径rを示すものであり、第1図(c)は
、本発明とは異なる条件の場合を示す図であり、このよ
うな急激な立上りを示すことは安定した気泡発生をさせ
るために望ましくない。Although the explanation is delayed, FIG. 1(b) shows the radius r of the projected figure (shaded area) of the bubble 31, and FIG. 1(c) shows the case under different conditions from the present invention. As shown in the figure, such a sudden rise is not desirable for stable bubble generation.
次に、第1図(a)と、第1図(c)の違いについて述
べると、(a)図の場合は、グラフが徐々に寝てくるの
にたいして、(b)図の場合は、徐々に立ってくる。こ
れをエネルギー人力の観点からみると、(a)図の場合
には、(d)図(i)に示すように短時間電圧を加えて
やればよいが、(b)図の場合には、(d)図(ii)
(iii)に示すように、長時間あるいは電圧が徐々に
増加していくような形でエネルギーを人力する必要があ
り、エネルギーが余分に必要となり、コスト面から不利
である。Next, to explain the difference between Figure 1(a) and Figure 1(c), in the case of Figure 1(a), the graph gradually falls off, whereas in the case of Figure 1(b), it gradually slows down. I'm going to stand up. Looking at this from the perspective of energy manpower, in the case of figure (a), it is sufficient to apply voltage for a short time as shown in figure (d) and (i), but in the case of figure (b), (d) Figure (ii)
As shown in (iii), it is necessary to manually supply energy over a long period of time or in a manner in which the voltage is gradually increased, which requires extra energy and is disadvantageous from a cost standpoint.
一方、熱エネルギー作用部の構造面から検討すると、今
、アルミナ、シリコン等の熱伝導率の高い基(反上に、
5IO2等の蓄熱層を設け、その上に発熱抵抗体を設け
たようなものについて考えた場合、気泡の発生は、発熱
抵抗体に電圧パルスが加えられることにより、発熱抵抗
体が発熱し、その熱が蓄熱層によって一時的にブロック
され、(基板側に逃げないで、インクに伝達する。)気
泡を発生する。その後、気泡が消滅する際に、蓄熱層で
ブロックされた熱も速やかに熱伝導率の高い、アルミナ
、シリコン等の基板に逃げる。今、第1図(c)のよう
にグラフが立ったような状態にしようとすると、上述の
ように、多くのエネルギーを必要とするだけでなく、熱
が逃げないように蓄熱層を厚くしたり、あるいは、基板
として熱伝導率の低い材質のものを用いる必要がある。On the other hand, when considering the structural aspect of the thermal energy acting part, it is now possible to find that materials with high thermal conductivity such as alumina and silicon (on the contrary,
When considering a device in which a heat storage layer such as 5IO2 is provided and a heating resistor is placed on top of the heat storage layer, bubbles are generated when a voltage pulse is applied to the heating resistor, causing the heating resistor to generate heat. Heat is temporarily blocked by the heat storage layer (transferred to the ink without escaping to the substrate side) and generates bubbles. Thereafter, when the bubbles disappear, the heat blocked by the heat storage layer also quickly escapes to the substrate, which has high thermal conductivity, such as alumina or silicon. Now, if we try to make the graph as shown in Figure 1 (c), it not only requires a lot of energy, but also requires a thick heat storage layer to prevent heat from escaping. Alternatively, it is necessary to use a material with low thermal conductivity as the substrate.
そして、多くのエネルギーを要し、発生した熱を蓄える
ことによって初めてグラフが立ったような状態が作り出
される。しかし、このような熱エネルギー作用部の構造
では、ヘッドを連続して駆動した場合に、熱の逃げ場が
なくなって、しだいにヘッドが過熱状態となり、応答ス
ピードが上がらなくなるだけではなく、インク物性が温
度上昇とともに徐々に変化していき、安定した気泡発生
、インク滴吐出が行われなくなる。この問題は、特に、
高密度(16木/ m rn以上)に配列されたヘッド
において深刻である。This requires a lot of energy, and by storing the generated heat, a graph-like state is created for the first time. However, with this structure of the thermal energy acting part, when the head is driven continuously, there is no place for the heat to escape, and the head gradually becomes overheated, which not only prevents the response speed from increasing, but also deteriorates the physical properties of the ink. It gradually changes as the temperature rises, and stable bubble generation and ink droplet ejection are no longer performed. This problem is especially
It is serious in heads arranged in high density (more than 16 trees/m rn).
表1に実験結果の一例を示す。この時使用したヘッドの
配列密度は16木/ m mで、又、発熱体の大きさは
、24μm X 120 l1rnである。これより、
とした場合の方が高い応答周波数で駆動でき、有利なこ
とがわかる。Table 1 shows an example of the experimental results. The arrangement density of the head used at this time was 16 wood/mm, and the size of the heating element was 24 μm x 120 l1rn. From this, it can be seen that driving can be performed at a higher response frequency, which is more advantageous.
表1
以上の説明から明らかなように、本発明によると、気泡
発生が安定して行われ、それにより安定吐出か得られ、
また、低エネルギー駆動が可能となり、コス1−が安く
てすむ。Table 1 As is clear from the above description, according to the present invention, bubble generation is performed stably, thereby achieving stable discharge,
In addition, low energy driving is possible, resulting in low cost.
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、気泡の投影図形半径ど時間の関係を示す図、
(b)図は、要部拡大図、(c)図は、本発明に含まれ
ない条件を示す図、(d)図は、原動パルス(エネルギ
ー)の違いを示す図、第2図は、本発明が適用されるイ
ンクジェットヘット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1分解斜視図、
第5図は、蓋基板を裏側から見た図、第6図及び第7図
は、従来のバブルジエン1〜記録ヘッドの一例を説明す
るための図である。
27.28・・・電極、29・・・発熱体、3o・・イ
ンク、31・・・気泡。
第
図
(C)
狩j1
時間
第
図
第
図
かt
図
(dン
(e〕
弓==
Oζ==
第 3 ・図
1.36
悶
IQ)
(b)
第
ア
図FIG. 1 is a diagram for explaining one embodiment of the present invention.
a) The figure shows the relationship between the radius of the bubble's projected figure and time;
(b) is an enlarged view of the main part, (c) is a diagram showing conditions not included in the present invention, (d) is a diagram showing the difference in driving pulse (energy), and FIG. A diagram for explaining the operation of a bubble jet head as an example of an inkjet head to which the present invention is applied, FIG. 3 is a perspective view showing an example of the bubble jet head, FIG. 4 is an exploded perspective view,
FIG. 5 is a view of the lid substrate viewed from the back side, and FIGS. 6 and 7 are views for explaining an example of the conventional bubble die 1 to recording head. 27.28... Electrode, 29... Heating element, 3o... Ink, 31... Air bubble. Figure (C) Hunting j1 Time diagram Figure t Figure (dn (e) Bow == Oζ == 3rd Figure 1.36 Agony IQ) (b) Figure A
Claims (1)
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、前記気泡の前記熱エ
ネルギー作用部を含む前記流路への投影円図形の半径を
rとし、これを縦軸にとり、横軸に時間tをとった場合
、前記気泡が最大体積の1/2になった時点から、最大
体積になる直前までにおいて、 dr/dt>d(r+Δr)/d(t+Δt)(ただし
Δr、Δtは増加分(>0)) なる関係式を満足させることを特徴とする液体噴射記録
ヘッド。[Claims] 1. A flow path that accommodates the recording liquid introduced and is provided with a thermal energy acting section that generates bubbles in the recording liquid by heat and generates an acting force as the volume of the bubbles increases. an orifice that communicates with the flow path and causes the recording liquid to be ejected as droplets by the acting force; and a liquid chamber that communicates with the flow path and introduces the recording liquid into the flow path. , in a liquid jet recording head comprising means for introducing the recording liquid into the liquid chamber, the radius of a circular figure projected onto the flow path including the thermal energy acting portion of the bubble is defined as r, and this is taken as the vertical axis; If time t is plotted on the horizontal axis, from the time when the bubble becomes 1/2 of its maximum volume until just before it reaches its maximum volume, dr/dt>d(r+Δr)/d(t+Δt) (where Δr, A liquid jet recording head characterized in that it satisfies the following relational expression: Δt is an increase (>0).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3476489A JPH021312A (en) | 1988-02-23 | 1989-02-13 | Liquid jet recording head |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63-41049 | 1988-02-23 | ||
JP4104988 | 1988-02-23 | ||
JP3476489A JPH021312A (en) | 1988-02-23 | 1989-02-13 | Liquid jet recording head |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH021312A true JPH021312A (en) | 1990-01-05 |
Family
ID=26373609
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3476489A Pending JPH021312A (en) | 1988-02-23 | 1989-02-13 | Liquid jet recording head |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH021312A (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS55161665A (en) * | 1979-06-01 | 1980-12-16 | Canon Inc | Liquid injection recording method |
JPS55161663A (en) * | 1979-06-01 | 1980-12-16 | Canon Inc | Liquid injection recording method |
JPS60208248A (en) * | 1984-03-31 | 1985-10-19 | Canon Inc | Liquid jet recording head |
-
1989
- 1989-02-13 JP JP3476489A patent/JPH021312A/en active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS55161665A (en) * | 1979-06-01 | 1980-12-16 | Canon Inc | Liquid injection recording method |
JPS55161663A (en) * | 1979-06-01 | 1980-12-16 | Canon Inc | Liquid injection recording method |
JPS60208248A (en) * | 1984-03-31 | 1985-10-19 | Canon Inc | Liquid jet recording head |
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