JPH02137931A - 液体噴射記録装置 - 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゛体噴射記録装置に関し、より詳細には、
バルブジェットプリンタの記録ヘッドの構成に関する。

筑ｍ胤 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１例えば米国特許第３０６０４２９号
明細書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
１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、例えば米国特許第３５９６２７５号明細
書、米国特許第３２９８０３０号明細書等に開示されて
いる方式（Ｓｗｅａｔ方式）であって、連続振動発生法
によって帯１１ｉ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′ｔｔＸ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、例えば米国特許第３４１６１５３号明細
ａ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、例えば米国特許第３７４７１２０号明細
書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九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（前記米国特許第
３７４７１２０号明細書に対応）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。

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。

特開昭５５−２７２８２号公報には、ＡＱのヒートシン
クを設けることが開示されている。このＡＱのヒートシ
ンクを設けることの効果は１本出願人よりすでに出願さ
れている如く（特公昭５６−９４２９号公報参照）、ヘ
ッドで発生した熱を効果的に冷却するためのものであり
、そのためにＡＱは熱伝導率が大きく最適の材料である
。

しかしながら、ＡＱは、耐薬品性が悪く、とりわけ、イ
ンクジェット用インクのように、アルカリ系の溶液に腐
食されやすいという欠点を有する。

特開昭５５−２７２８２号公報のように、Ａ１１のヒー
トシンクが、オリフィス近傍にあるような場合、ＡＱと
インクとが化学反応をおこし、インクジェットにとって
は好ましくない析出物等を発生し、それがオリフィスを
閉そくさせるという欠点がある。

従来、インク液滴噴射ヘッドのノズル端面において、イ
ンクを強制吸引またはワイピングした場合や、オリフィ
スからのインク液だれ、飛翔インク液滴のはね返り等の
原因により、ＡΩ基板の端面にインク液が付着すると、
表面が腐食してしまうという欠点があった。

目　　　　　的 本発明は上記のごとき欠点を解決するためになされたも
ので、ＡＱ基板の端面に保護膜を形成し、インク液が付
着しても表面が腐食することを防止するようにした液体
噴射記録装置を提供することを目的としてなされたもの
である。

捧−一底 本発明は、上記目的を達成するために、液室内の記録液
に熱エネルギーを作用させるための熱エネルギー発生手
段と、該熱エネルギー発生手段の熱エネルギー作用によ
り、前記記録液中の熱エネルギー作用部に気泡を生じせ
しめ、該気泡の体積増加にともなう作用力で吐出オリフ
ィスより前記記録液を液滴として飛翔させる液体噴射ユ
ニットと、該液体噴射ユニットを保持する基板とよりな
る液体噴射記録装置において、該基板の少なくとも吐出
オリフィス近傍が、耐インク性保護膜で被覆されたこと
を特徴としたものである６最初に、第３図に基づいてバ
ブルジェットによるインク噴射の原理について説明する
と、（ａ）は定常状態であり、オリフィス面でインク３
０の表面張力と外圧とが平衡状態にある。

（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騰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。

（ｃ）はヒータ２９の全面で急激に加熱された隣接イン
クＪｌ’ｌが瞬時に気化し、沸騰膜を作り、この気泡３
１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３０が押し出さ
れる。この時、ヒータ２９には電流が流れていない状態
にあり、ヒータ２９の表面温度は降下しつつある。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。

（ｅ）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。

（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
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。３２は飛翔インク滴である。

第４図は、バブルジェット記録ヘッドの斜視図。

第５図は、記録ヘッドの分解構成図で（ａ）は蓋基板、
（ｂ）は発熱体基板を示す図、第６図は、第５図（ａ）
に示した蓋基板の裏面図である。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、２６は液室を形成するための領域
、２７は個別（独立）電極、２８は共通電極、２９は発
熱体（ヒータ）である。

第７図は、バブルジェット液体噴射記録ヘッドの部分図
で、（ａ）は、オリフィス側から見た正面部分図、（ｂ
）は、（、）の−点鎖線Ｘ−Ｘの切断部分図である。

第７図に示された記録ヘッド４１は、その裏面に電気熱
変換体４２が設けられている基板４３上に、所定の線密
度で所定の巾と深さの溝が所定数設けられている溝付板
４４を該基板４３を覆うように接合することによって、
液体を飛翔させるためのオリフィス４５を含む液吐出部
４６が形成された構造を有している。

液吐出部４６は、オリフィス４５と電気熱変換体４２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
させ、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４７とを有する。

熱作用部４７は、電気熱変換体４２の熱発生部４８の上
部に位置し、熱発生部４８の液体と接触する面としての
熱作用面４９をその低面としている。熱発生部４８は、
基体４３上に設けられた下部層５０．該下部層５０上に
設けられた発熱抵抗Ｊ（５５１、該発熱抵抗層５１上に
設けられた上部層５２とで構成される。

発熱抵抗層５１には、熱を発生させるために核層５１に
通電するための電極５３．５４がその表面に設けられて
おり、これらの′Ｔ１！極間の発熱抵抗層によって熱発
生部４８が形成されている。

電極５３は、各液吐出部の熱発生部に共通の電極であり
、電極５４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、液吐出部の液流路に沿っ
て設けられている。

上記層５２は、発熱抵抗層５１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５１と液吐出部
４６にある液体とを隔絶すると共に、液体を通じて電極
５３．５４間が短絡するのを防止するのを防止する発熱
抵抗層５１の保護的機能を有している。

−Ｌ部層５２は、上記の様な機能を有するものであるが
、発熱抵抗層５１が耐液性であり、且つ液体を通じて１
１！極５３．５４間が電気的に短絡する必要が全くない
場合には、必ずしも設ける必要はなく、発熱抵抗層５１
の表面に直ちに液体が接触する構造の電気熱変換体とし
て設計しても良い。

下部層５０は１次に熱流量制御機能を有する即ち、液滴
吐出の際には、発熱抵抗層５１で発生する熱が基板４３
側の方に伝導するよりも、熱作用部４７側の方に伝導す
る割合が出来る限り多くなり、液滴吐出後、つまり発熱
抵抗層５１への通電がＯＦＦされた後には、熱作用部４
７及び熱発生部４８にある熱が速やかに基板４３側に放
出されて、熱作用部４７にある液体及び発生した気泡が
急冷される為に設けられる。

次に、本発明の実施例に基づいて説明する。

第１図は１本発明による液体噴射記録装置の記録ヘッド
の一実施例を示す正面図、第２図は、その断面図である
。図中、１１は記録ヘッド、１２は耐インク性保護膜、
１３はＡｆｉ基板、１４は溝付板、１５はオリフィス、
１７は熱作用部、１９は熱作用面、２０は下部層、２１
は発熱抵抗層、２２は保雁層、２３は共通電極、２４は
選択電極。

２５は液室蓋、２６はインク供給管である。

第１図及び第２図において、ＡＱ基板１３は、ヒートシ
ンクの役割を果たしている。しかし、オリフィス１５を
強制吸引後、ワイピイグした場合に、不要なインク液滴
が第１図の斜線部分に付着してしまうと、その部分が腐
食されてしまう。また、オリフィス１５からのインク液
だれや飛翔インク液滴のはね返りなどの原因により、イ
ンク液が斜線部分に付着しても同様な現象が現れる。

本発明は、ＡＱ基板１３を上記のような腐食を防止する
ため、第１図の斜線部分に耐インク性の保護膜１２を形
成するものである。

保護膜１２としては以下のもの挙げられる。

（ＤＡＱ基板１３を酸化処理することにより、ＡＱ２０
．の醸化皮膜１２を形成する。

■ＡＱ基板１３を約３５０℃〜３８０℃で加熱後、ＰＴ
ＦＥ　（ポリテトラフロロエチレン）を塗布する。

■ＡＱ基板１３の表面をプラストすることで粗し、ＡＱ
基板１３の表面にＰＴＦＥ分散液を含浸処理する。

以上に挙げたような方法で、第１図の斜線部分に耐イン
ク性保護膜１２を形成する。

効　　　果 以上の説明から明らかなように、本発明によると、液体
噴射記録装置において、その記録ヘッドのプレート基板
端面には、耐インク性保護膜が液種されているので、イ
ンク液が何らかの原因で付着しても、その部分の腐食を
防止する効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による液体噴射記録装置の一実施例で
ある記録ヘッド部の正面図、第２図は、その断面図、第
３図は、記録ヘッドのバブルジェッ１−の吐出と気泡発
生・消滅の原理図、第４図は、従来の記録ヘッドの斜視
図、第５図は、その記録ヘッドの分解構成図で、（ａ）
は蓋基板、（ｂ）は発熱体基板を示す図、第６図は、記
録ヘッドの蓋基板の裏面図、第７図は、記録ヘッドの部
分図で、（ａ）は記録ヘッドのオリフィス側より見た正
面部分図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線切断部分図である
。 １１・・・記録ヘッド、１２・・・耐インク性保護膜、
１３・・・ＡＱ基板、１４・・・溝付板、１５・・・オ
リフィス、１７・・・熱作用部、１９・・・熱作用面、
２ｏ・・・下部層、２１・・・発熱抵抗層、２２・・・
保護層、２３・・共通電極、２４・・・選択電極、２５
・・・液室蓋、２６・・インク供給管。 第 図 第 図 第 図 第 図 第３図 （ｄン 〈ｅン 償＝＝ Ｃζ＝： 第 図 第 図 （ａ〕 （ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、液室内の記録液に熱エネルギーを作用させるための
   熱エネルギー発生手段と、該熱エネルギー発生手段の熱
   エネルギー作用により、前記記録液中の熱エネルギー作
   用部に気泡を生じせしめ、該気泡の体積増加にともなう
   作用力で吐出オリフィスより前記記録液を液滴として飛
   翔させる液体噴射ユニットと、該液体噴射ニットを保持
   する基板とよりなる液体噴射記録装置において、該基板
   の少なくとも吐出オリフィス近傍が、耐インク性保護膜
   で被覆されたことを特徴とする液体噴射記録装置。