JPH02137932A - Liquid jet recorder - Google Patents

Liquid jet recorder

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Publication number
JPH02137932A
JPH02137932A JP29157588A JP29157588A JPH02137932A JP H02137932 A JPH02137932 A JP H02137932A JP 29157588 A JP29157588 A JP 29157588A JP 29157588 A JP29157588 A JP 29157588A JP H02137932 A JPH02137932 A JP H02137932A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
liquid
recording
droplets
ink
length
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP29157588A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tomoaki Nakano
智昭 中野
Takuro Sekiya
卓朗 関谷
Takashi Kimura
隆 木村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
Priority to JP29157588A priority Critical patent/JPH02137932A/en
Publication of JPH02137932A publication Critical patent/JPH02137932A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To obtain discharge of stable ink droplet and to improve repetition frequency characteristic by providing predetermined conditions of its axial length and length of passage direction in a thermal energy actuator of a liquid jet recorder. CONSTITUTION:In a liquid jet recorder having a liquid chamber for receiving recording liquid and means for introducing the liquid in the chamber, a thermal energy actuator has a shape for satisfying a relation formula 0.24<=a/b<=1.5, where a is the length of lateral direction with respect to a passage direction and b is the length of the passage direction. For example, a common electrode 7, selective electrodes 81-84, thermal actuating faces 91-94 are provided. In order to prevent it from corroding with ink in practice, protective films are provided on the electrodes 7, 8 and the faces 9.

Description

【発明の詳細な説明】 栽」しf駅 本発明は、液体噴射記録装置に関し、より詳細には、バ
ブルジェットプリンタの記録ヘッドの構成に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a liquid jet recording apparatus, and more particularly to the configuration of a recording head of a bubble jet printer.

(泉皮権 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、I51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 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, and various methods have been proposed, improved, and commercialized. Some have been developed, while others are still being put into practical use even after the I51 era.

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。
Such an inkjet recording method performs recording by causing droplets of a recording liquid called ink to fly and adhere to a recording member.

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。
There are several types of methods depending on the method of generating recording liquid droplets and the control method for controlling the flying direction of the generated recording liquid droplets.

先ず第1の方式は、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
、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, US Pat. No. 3,060,429 (Tele type method), in which small droplets of recording liquid are generated electrostatically and Recording is performed by controlling the droplets with 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。
To explain this in more detail, an electric field is applied between the nozzle and the accelerating electrode to eject a negatively charged recording liquid droplet from the nozzle, and the ejected recording liquid droplet is converted into a recording signal. Accordingly, the droplet is caused to fly between x and y deflection electrodes configured to be electrically controllable, and the droplet is selectively deposited on the recording member by changing the intensity of the electric field to perform recording.

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(Sweet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。
The second method is a method (Sweet method) disclosed in, for example, U.S. Pat. No. 3,596,275, U.S. Pat. Recording is performed on a recording member by generating droplets with a controlled amount of charge and flying the generated droplets between deflection electrodes to which a negative electric field is applied.

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i′!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。
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, the band i′! A charge is electrostatically induced in the recording liquid droplet ejected by the electrode, and the droplet is charged with an amount of charge corresponding to the recording signal. When a droplet of recording liquid with a controlled amount of charge flies between deflection electrodes to which a constant electric field is uniformly applied, it is deflected according to the amount of charge added, and the droplet carries the recording signal. only can be deposited on the recording member.

第3の方式は、例えば米国特許第3416153号明細
書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。
The third method is, for example, the method disclosed in U.S. Pat. No. 3,416,153 (Hertz method),
In this method, an electric field is applied between a nozzle and a ring-shaped charged electrode, and small droplets of recording liquid are generated and atomized using a continuous vibration generation method to perform recording. That is, in this method, the atomization state of droplets is controlled by modulating the electric field intensity applied between the nozzle and the charging electrode in accordance with the recording signal, and the gradation of the recorded image is produced.

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。
The fourth method is, for example, the method disclosed in US Pat. No. 3,747,120 (Stemme method), 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Stamme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。
That is, in all three methods, the droplets of recording liquid ejected from the nozzle are electrically controlled while they are in flight, and the droplets carrying the recording signal are selectively attached to the recording member. In contrast, this Stamme method
Recording is performed by ejecting small droplets of recording liquid from an ejection port 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満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 applies an electrical recording signal to a piezo vibrating element attached to a recording head that has an ejection port for discharging recording liquid, and converts this electrical recording signal into mechanical vibration of the piezo vibrating element. According to the mechanical vibration, a small amount of recording liquid is ejected from the ejection port and attached to the recording member, thereby performing recording.

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、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。
The second method allows the recording head to have multiple nozzles and is suitable for high-speed recording, but it has a complicated structure, and the electrical control of recording liquid droplets is sophisticated and difficult, and satellite dots are placed on the recording member. There are problems such as easy occurrence of.

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。
The third method has the advantage of being able to record images with excellent gradation by atomizing recording liquid droplets, but on the other hand, it is difficult to control the atomization state and fog occurs in the recorded image. In addition, it is difficult to create a multi-nozzle recording head.
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−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」二に問題があること、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 structure is simple, and since recording is performed by ejecting recording liquid from the ejection opening of the nozzle on-demand, it is possible to reduce the number of small droplets that fly as in the first to third methods. Second, it is not necessary to collect droplets that are not needed to record an image, and unlike the first and second methods, there is no need to use a conductive recording liquid, and the material of the recording liquid is It has great advantages such as a high degree of freedom. On the one hand, it is difficult to make a recording head with multiple nozzles due to problems in the processing of the recording head and the extremely difficult miniaturization of a piezoelectric vibrating element with a desired resonance number. This method has disadvantages such as that it is not suitable for high-speed recording because the recording liquid droplets are ejected into 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。
Furthermore, Japanese Patent Application Laid-Open No. 48-9622 (corresponding to the above-mentioned US Pat. No. 3,747,120) discloses, as a modification,
It is described that thermal energy is used instead of using mechanical vibration energy by means such as the piezo vibration element described above.

即ち、上記公報には、圧J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 in order to generate steam that causes an increase in pressure J. ing.

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。
However, in the above publication, the liquid ink in the bag-shaped ink chamber (liquid chamber), which has only one opening through which liquid ink can go in and out, is directly heated and vaporized by energizing the heating coil as a pressure increasing means. However, when discharging liquid continuously and repeatedly, it is not clear how to heat it.
There is no suggestion whatsoever.In addition, the heating coil is located at the deepest part of the bag-shaped liquid chamber, far from the liquid ink supply path, so the head structure is complicated. In addition, for continuous repeated use at high speeds,
It is not suitable.

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.

このように従来法トこは、構成上、高速記録化上。In this way, the conventional method has disadvantages in terms of structure and high-speed recording.

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。
The use of multi-nozzle recording heads has advantages and disadvantages in terms of the generation of satellite dots and fogging of recorded images, and there is a restriction that it can only be applied to applications that take advantage of these advantages.

特開昭57−87958号公報では、オリフィスから熱
エネルギー作用面までの距離を変えて個々のオリフィス
から吐出される液滴の大きさを均一にするものであるが
、距Mtt変えることで必ずしも安定した液滴吐出状態
が得られるとは限らず、前記距離によっては吐出液滴が
ミスト状になったり、飛翔速度が著しく低下したりする
という欠点がある。
In JP-A-57-87958, the distance from the orifice to the thermal energy acting surface is changed to make the size of droplets ejected from each orifice uniform, but changing the distance Mtt does not necessarily stabilize the droplets. However, depending on the distance, the ejected droplets may become mist-like or the flying speed may be significantly reduced.

特開昭57−87960号公報では、熱エネルギー作用
面の面積を変えることで、個々のオリフィスから吐出さ
れる液滴の大きさを均一にするものである。これも同様
に安定した液滴吐出状態が得られるとは限らない。
In Japanese Patent Application Laid-open No. 57-87960, the size of droplets discharged from each orifice is made uniform by changing the area of the thermal energy acting surface. Similarly, a stable droplet ejection state may not always be obtained in this case.

且−一煎 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、液滴の安定吐出のための最適条件を提案するも
のであり、インク液滴の吐出効率とインク液滴吐出の安
定化と繰り返し周波数(連続的にインク液滴を吐出)を
向」ニさせ、高速記録。
The present invention was made to solve the above-mentioned drawbacks, and proposes optimal conditions for stable ejection of ink droplets, and improves ink droplet ejection efficiency and ink droplet ejection. Stabilization and repetition frequency (continuous ejection of ink droplets) have been optimized to achieve high-speed recording.

高画品質を得るための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。
The purpose of this invention is to provide a liquid jet recording device that can obtain high image quality.

捧−一双 本発明は、上記目的を達成するために、心入される記録
液体を収容するとともに、熱によって該記録液体に気泡
を発生させ、該気泡の体積増加にともなう作用力を発生
させる少なくとも1つ以上の熱エネルギー作用部を付設
した流路と、該流路に連結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、
前記流路に連結して前記流路に前記記録液体を導入する
ための液室と、該液室に記録液体小滴入する手段とより
なる液体噴射記録装置において、前記熱エネルギー作用
部が、前記流路方向に対しその幅方向の長さをa、前記
流路方向の長さをbとするとき 0.24≦a / b≦1.5 の関係式を満たす形状を有することを特徴としたもので
ある。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above-mentioned objects, the present invention has at least a method for accommodating a recording liquid to be inserted, generating bubbles in the recording liquid by heat, and generating an acting force as the volume of the bubbles increases. a flow path provided with one or more thermal energy acting portions, and an orifice connected to the flow path for ejecting the recording liquid as droplets by the acting force;
In a liquid jet recording device comprising a liquid chamber connected to the flow path for introducing the recording liquid into the flow path, and a means for introducing a small droplet of the recording liquid into the liquid chamber, the thermal energy application section comprises: It is characterized by having a shape that satisfies the relational expression of 0.24≦a/b≦1.5, where the length in the width direction with respect to the flow path direction is a, and the length in the flow path direction is b. This is what I did.

最初に、第4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30の表面張力と外圧とが平
衡状態にある。
First, the principle of ink jetting by a bubble jet will be explained based on FIG. 4. (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。
In (b), the heater 29 is heated until the surface temperature of the heater 29 rises rapidly and boiling 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]−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 the adjacent ink layer that is rapidly heated on the entire surface of the heater 29 is instantaneously vaporized to form a boiling film, and the bubbles 31 grow. At this time, the pressure inside the nozzle rises by the amount of bubble growth, and the balance with the external pressure on the orifice surface is lost, and an ink column begins to grow from the orifice.

((1)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JJ、ヒータ29の表面温度は降下しつつある。
((1) is the state where the bubble has grown to its maximum, and ink 30 corresponding to the volume of the bubble is pushed out from the orifice surface. At this time, no current is flowing through the heater 29. The surface temperature of 29 is falling.

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.

(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。
(e) 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
0m/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 0m/see.

(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。
In (g), the air bubbles have completely disappeared in the process of refilling the orifice with ink by capillary action and returning to the state of (a). 32 is a flying ink droplet.

第5図は、バブルジェット記録ヘッドの斜視図、第6図
は、記録ヘッドの分解祷成図で(a)は蓋基板、(b)
は発熱体基板を示す図、第7図は5第6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。
FIG. 5 is a perspective view of the bubble jet recording head, and FIG. 6 is an exploded view of the recording head, in which (a) shows the lid substrate, (b)
7 is a diagram showing the heating element substrate, and FIG. 7 is a back view of the lid substrate shown in FIG. 5 and FIG. 6(a). 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, 26 is an area for forming a liquid chamber, 27
is an individual (independent) electrode, 28 is a common electrode, and 29 is a heating element (
heater).

第8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、(a)の−点鎖線X−Xの切断部分図である。
FIG. 8 is a partial view of the bubble jet liquid jet recording head, (a) is a front partial view seen from the orifice side, (b)
) is a partial view taken along the - dotted chain line XX in (a).

第8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。
The recording head 41 shown in FIG. 8 has a predetermined number of grooves of a predetermined width and depth at a predetermined linear density on a substrate 43 on which an electrothermal transducer 42 is provided on the back surface. By joining the grooved plate 44 so as to cover the substrate 43,
It has a structure in which a liquid discharge part 46 including an orifice 45 for causing liquid to fly is formed.

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。
The liquid discharge part 46 has a heat acting part 47 where the thermal energy generated by the orifice 45 and the electrothermal converter 42 acts on the liquid to generate bubbles and cause a sudden change in state due to expansion and contraction of the volume. and has.

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M2O上に
設けられた発熱抵抗JtW51、該発熱抵抗層51上に
設けられた上部Jn52とで構成される。
The heat acting part 47 is located above the heat generating part 48 of the electrothermal converter 42, and has a heat acting surface 49, which is a surface of the heat generating part 48 that comes into contact with the liquid, as its lower surface. The heat generating section 48 is
It is composed of a lower layer 50 provided on the base 43, a heating resistor JtW51 provided on the lower M2O, and an upper Jn52 provided on the heating resistor layer 51.

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、これらの電極間の発熱抵抗層によって熱発生部4
8が形成されている。
The heating resistance layer 51 is provided with electrodes 53 and 54 on its surface for supplying electricity to the core layer 51 in order to generate heat, and the heating resistance layer between these electrodes allows the heat generating portion 4
8 is formed.

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。
The electrode 53 is an electrode common to the heat generating section of each liquid discharging section, and the electrode 54 is a selection electrode for selectively generating heat in the heat generating section of each liquid discharging section. It is provided along the flow path.

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。
The layer 52 isolates the heat generating resistor layer 51 from the liquid in the liquid discharge part 46 in order to chemically and physically protect the heat generating resistor layer 51 from the liquid used, and also provides a connection between the electrodes 53 and 54 through the liquid. It has the protective function of the heating resistance layer 51 to prevent short circuits.

上部層52は、上記の様な機能を有するものであるが、
発熱抵抗)CIJ51が耐液性であり、且つ液体を通じ
て電極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。
The upper layer 52 has the above-mentioned functions, but
Heat generating resistor) If the CIJ 51 is liquid resistant and there is no need for an electrical short circuit between the electrodes 53 and 54 through the liquid, it is not necessarily necessary to provide the heat generating resistor layer 51.
It may be designed as an electrothermal transducer with a structure in which the liquid comes into immediate contact with the surface of the electrothermal transducer.

下部層50は、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。
The lower layer 50 has a heat flow control function, that is, when ejecting droplets, the heat generated in the heat generating resistor layer 51 is transferred to the substrate 43.
The proportion of conduction toward the heat-effecting portion 47 side is increased as much as possible than the conduction toward the side, and after the droplet is ejected, that is, after the electricity to the heat-generating resistor layer 51 is turned off, the heat-effecting portion 4
7 and the heat generating part 48 is quickly released to the substrate 43 side, and the liquid in the heat acting part 47 and the generated bubbles are rapidly cooled.

以下、本発明の実施例に基づいて説明する。Hereinafter, the present invention will be explained based on examples.

第1図は、第8図(b)の熱作用部49を説明するため
に第8図(b)を溝付板44の方向から見たものである
。7は共通電極、8.〜8.は選択電極、9.〜9.は
熱作用面を示す。またaは、熱作用面の流路方向に対し
その幅方向の長さを表わし、bは熱作用面の流路方向の
長さを表わす。但し、実用−Lはインクによる腐食を防
ぐために共通電極72選択電極8、熱作用部9の上に保
護層を設けることが多い。
FIG. 1 is a view of FIG. 8(b) viewed from the direction of the grooved plate 44 in order to explain the heat acting portion 49 of FIG. 8(b). 7 is a common electrode; 8. ~8. is a selective electrode; 9. ~9. indicates the heat acting surface. Further, a represents the length of the heat acting surface in the width direction with respect to the flow path direction, and b represents the length of the heat acting surface in the flow path direction. However, in practical use L, a protective layer is often provided on the common electrode 72, selection electrode 8, and heat acting part 9 to prevent corrosion by ink.

バブルジェット技術においては、飛翔インク液滴は、サ
テライト滴がなく、又、ミスト状に飛翔しない吐出が要
求される。又、吐出しないで吐出口(オリフィス)から
だれるというようなこともあってはならない。本発明者
らは実験を繰り返し上記のような不都合を解決すべきた
めに最適吐出が以下の条件を満たすときに得られること
を見いだした。
In the bubble jet technology, flying ink droplets are required to be ejected without satellite droplets and without flying in the form of a mist. Furthermore, it must not occur that the liquid drips from the discharge port (orifice) without being discharged. The inventors of the present invention have repeatedly conducted experiments and found that in order to solve the above-mentioned disadvantages, optimal discharge can be obtained when the following conditions are met.

0.24≦a / b≦1.5 このような条件は、第1図における熱作用部9の長さa
及びbをいろいろ変えてヘッドを試作し、飛翔インク液
滴をストロボで同期させ1位相を変化させて観察するこ
とにより見い出された。本発明は、最適吐出条件を決定
する因子として最適条件に最も影響を及ぼすものの1つ
である熱作用部9の長さa、bの関係を求めたものであ
り、この条件に設定してヘッドを駆動することにより安
定したインク液滴の吐出が得られるものである。
0.24≦a/b≦1.5 Such conditions are based on the length a of the heat acting part 9 in FIG.
This was discovered by making prototype heads with various changes in and b, and observing the flying ink droplets by synchronizing them with a strobe and changing one phase. In the present invention, the relationship between the lengths a and b of the heat acting part 9, which is one of the factors that most influences the optimal ejection conditions, is determined, and the head is set to this condition. By driving the ink droplets, stable ink droplets can be ejected.

第2図は、発熱抵抗体を用いる気泡発生手段の構造を説
明するための図で、図中、61は発熱抵抗体、62は電
極、63は保護層、64は電源装置を示し、発熱抵抗体
61を構成する材料として、有用なものには、たとえば
、タンタル−3iO□の混合物、窒化タンタル、ニクロ
ム、銀−パラジウム合金、シリコン半導体、あるいはハ
フニウム、ランタン、ジルコニウム、チタン、タンタル
、タングステン、モリブデン、ニオブ、クロム、バナジ
ウム等の金属の硼化物があげられる。
FIG. 2 is a diagram for explaining the structure of a bubble generating means using a heating resistor, in which 61 is a heating resistor, 62 is an electrode, 63 is a protective layer, 64 is a power supply device, and the heating resistor Useful materials for forming the body 61 include, for example, tantalum-3iO□ mixtures, tantalum nitride, nichrome, silver-palladium alloys, silicon semiconductors, or hafnium, lanthanum, zirconium, titanium, tantalum, tungsten, and molybdenum. , borides of metals such as niobium, chromium, and vanadium.

これらの発熱抵抗体61を構成する材料の中、殊に金属
硼化物が優れたものとしてあげることができ、その中で
も最も特性の優れているのが、硼化ハフニウムであり、
次いで、硼化ジルコニウム、硼化ランタン、硼化タンタ
ル、硼化バナジウム、硼化ニオブの順となっている。
Among the materials constituting these heating resistors 61, metal borides are particularly excellent, and among them, hafnium boride has the most excellent properties.
This is followed by zirconium boride, lanthanum boride, tantalum boride, vanadium boride, and niobium boride.

発熱抵抗体61は、上記の材料を用いて、電子ビーム蒸
着やスパッタリング等の手法を用いて形成することがで
きる。発熱抵抗体61の膜厚は、単位時間当りの発熱斌
が所望通りとなるように、その面積、材質及び熱作用部
分の形状及び大きさ、更には実際面での消費電力等に従
って決定されるものであるが、通常の場合、0.001
〜5μm、好適にはo、oi〜1μmとされる。
The heating resistor 61 can be formed using the above-mentioned materials using techniques such as electron beam evaporation and sputtering. The film thickness of the heat generating resistor 61 is determined according to its area, material, shape and size of the heat acting part, and actual power consumption, etc. so that the heat generation per unit time is as desired. However, in the normal case, 0.001
~5 μm, preferably o, oi ~1 μm.

電極62を構成する材料としては、通常使用されている
電極材料の多くのものが有効に使用され、具体的には、
たとえばAI2+ Ago An、Pt。
As the material constituting the electrode 62, many commonly used electrode materials can be effectively used, and specifically,
For example, AI2+ Ago An, Pt.

Cu等があげられ、これらを使用して蒸着等の手法で所
定位置に、所定の大きさ、形状、厚さで設けられる。
Examples include Cu, and these materials are used to provide a predetermined size, shape, and thickness at a predetermined location by a method such as vapor deposition.

保護層63に要求される特性は、発熱抵抗体61で発生
された熱を記録液体に効果的に伝達することを妨げずに
、記録液体より発熱抵抗体61を保護するということで
ある。保護層63を構成する材料として有用なものには
、たとえば酸化シリコン、窒化シリコン、酸化マグネシ
ウム、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化ジルコニ
ウム等があげられ、これらは、電子ビーム蒸着やスパッ
タリング等の手法を用いて形成することができる。保護
層63の膜厚は1通常は0.01〜10μm、好適には
0.1〜5μm、最適には0.1〜3μmとされるのが
望ましい。
The characteristics required of the protective layer 63 are to protect the heat generating resistor 61 from the recording liquid without preventing the heat generated by the heat generating resistor 61 from being effectively transferred to the recording liquid. Examples of useful materials for forming the protective layer 63 include silicon oxide, silicon nitride, magnesium oxide, aluminum oxide, tantalum oxide, and zirconium oxide. It can be formed by The thickness of the protective layer 63 is normally 0.01 to 10 μm, preferably 0.1 to 5 μm, and most preferably 0.1 to 3 μm.

第3図は1本発明による記録ヘッドの熱作用部の構成図
である。
FIG. 3 is a structural diagram of a heat acting section of a recording head according to the present invention.

101はSi基板、102は下部層、103は発熱抵抗
層、104は電極、105は第1の保護層、106は第
2の保護層、107は樹脂層。
101 is a Si substrate, 102 is a lower layer, 103 is a heating resistance layer, 104 is an electrode, 105 is a first protective layer, 106 is a second protective layer, and 107 is a resin layer.

108は熱作用面である。108 is a heat acting surface.

Si基板101上に下部1f!j 102としてSiO
□を5μmの厚さでスパッタリングした後、フォトリソ
技術、エツチング技術、スパッタリング技術等を利用し
、発熱抵抗層103として、Ta・5i02を400人
、さらに電極104としてAQを5000人の厚さで所
望の形状とした。
Lower part 1f on Si substrate 101! SiO as j 102
After sputtering □ to a thickness of 5 μm, using photolithography, etching, sputtering, etc., Ta. The shape is as follows.

次に、第1の保護層105として、SiO2を5000
人の厚さでスパッタリングし、さらに、第2の保護層1
06としてSi、N、を5000人の厚さでスパッタリ
ングし、AQが積層されているところのみにレジン(樹
脂)層をパターニングしヒーターボードを形成した。
Next, as the first protective layer 105, 5000% of SiO2 was
sputtering to a thickness of about 100 yen, and then a second protective layer 1
As No. 06, Si and N were sputtered to a thickness of 5000 mm, and a resin layer was patterned only where AQ was laminated to form a heater board.

ヒーターボード上に感光性ドライフィルムをラミネート
し所望のインク室及び流路の壁を形成する。次にガラス
天板と接着層を介して接合する。
A photosensitive dry film is laminated on the heater board to form the walls of the desired ink chambers and channels. Next, it is bonded to the glass top plate via an adhesive layer.

この基板をスライサーで切断することで吐出口を形成す
る。
A discharge port is formed by cutting this substrate with a slicer.

このようにして製作した該吐出エレメントを用いて飛翔
インク液滴の吐出状態を測定した。この結果は、以下の
第1表に示しである。
Using the ejection element manufactured in this way, the ejection state of flying ink droplets was measured. The results are shown in Table 1 below.

第1表 単位は〔μm〕 0・・・良好、X・・・不良 以上の結果から1本発明において熱作用面の長さを最適
条件に選べば、安定したインク液滴の吐出が容易に得ら
れることがわかる。
The unit in Table 1 is [μm] 0...good, You can see what you can get.

蟇−一米 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、液体噴射記録ヘッドの熱作用面
を前記最適条件に選ぶことで安定したインク液滴の吐出
が得られ、繰り返し周波数特性を向上させ、高速記録、
高画像品質を実現することができる。
As is clear from the above description, according to the present invention, in a liquid jet recording device, stable ink droplet ejection can be obtained by selecting the heat acting surface of the liquid jet recording head to the above-mentioned optimum conditions. , improved repetition frequency characteristics, high-speed recording,
High image quality can be achieved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明の記録ヘッドの一実施例を説明するた
めの図で、熱作用の長さの関係を示す図、第2図は、記
録ヘッドの発熱抵抗体を用いる気泡発生手段の構成図、
第3図は、記録ヘッドの熱作用部の構成図、第4図は、
記録ヘッドのバブルジェットインク吐出と気泡発生・消
滅の原理図、第5図は、記録ヘッドの斜視図、第6図は
、記録ヘッドの分解構成図で、(、)は蓋基板、(b)
は発熱体基板を示す図、第7図は、記録ヘッドの蓋基板
の裏面図、第8図は、記録ヘッドの部分図で、(a)は
ヘッドのオリフィス側より見た正面部分図、(b)は(
、)のX−X線切断部分図である。 7・・・共通電極、8.〜・・・選択電極、9.〜・・
・熱作用面、24.45・・・オリフィス、25山流路
、26・・・液室。 第 図 第 図 第 図 第 3図 第 図 第 図 IQ) 図 (bン
FIG. 1 is a diagram for explaining one embodiment of the recording head of the present invention, and is a diagram showing the relationship between the length of thermal action, and FIG. Diagram,
FIG. 3 is a configuration diagram of the heat acting section of the recording head, and FIG.
A diagram of the principle of bubble jet ink ejection and bubble generation/disappearance in the print head. Fig. 5 is a perspective view of the print head. Fig. 6 is an exploded configuration diagram of the print head. (,) is the lid substrate, (b)
7 is a back view of the cover substrate of the recording head, FIG. 8 is a partial view of the recording head, and (a) is a partial front view of the head as seen from the orifice side. b) is (
, ) is a partial sectional view along line X-X. 7... common electrode, 8. ~...Selective electrode, 9. ~...
- Heat action surface, 24.45... orifice, 25 mountain flow path, 26... liquid chamber. Figure Figure Figure Figure Figure 3 Figure Figure Figure IQ) Figure (b

Claims (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、熱によっ
て該記録液体に気泡を発生させ、該気泡の体積増加にと
もなう作用力を発生させる少なくとも1つ以上の熱エネ
ルギー作用部を付設した流路と、該流路に連結して前記
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、前記流路に連結して前記流路に前記
記録液体を導入するための液室と、該液室に記録液体を
導入する手段とよりなる液体噴射記録装置において、前
記熱エネルギー作用部が、前記流路方向に対しその幅方
向の長さをa、前記流路方向の長さをbとするとき 0.24≦a/b≦1.5 の関係式を満たす形状を有することを特徴とする液体噴
射記録装置。
[Scope of Claims] 1. At least one or more thermal energy acting portion that accommodates the introduced recording liquid, generates bubbles in the recording liquid by heat, and generates acting force as the volume of the bubbles increases. an orifice connected to the flow path for ejecting the recording liquid as droplets by the acting force; and an orifice connected to the flow path for introducing the recording liquid into the flow path. In the liquid jet recording device comprising a liquid chamber and a means for introducing recording liquid into the liquid chamber, the thermal energy applying section has a widthwise length a with respect to the flow path direction, and a length a in the width direction with respect to the flow path direction. A liquid jet recording device characterized by having a shape that satisfies the relational expression 0.24≦a/b≦1.5, where b is the length of .
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KR20020096758A (en) * 2001-06-21 2002-12-31 배철호 Optimized shape of rotor tip for Impact Crusher

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