JPH02223450A - Liquid injection recording head - Google Patents

Liquid injection recording head

Info

Publication number
JPH02223450A
JPH02223450A JP3665989A JP3665989A JPH02223450A JP H02223450 A JPH02223450 A JP H02223450A JP 3665989 A JP3665989 A JP 3665989A JP 3665989 A JP3665989 A JP 3665989A JP H02223450 A JPH02223450 A JP H02223450A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
recording
liquid
orifice
ink
recording head
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.)
Granted
Application number
JP3665989A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3048055B2 (en
Inventor
Takashi Kimura
隆 木村
Takuro Sekiya
卓朗 関谷
Tomoaki Nakano
智昭 中野
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 JP1036659A priority Critical patent/JP3048055B2/en
Publication of JPH02223450A publication Critical patent/JPH02223450A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3048055B2 publication Critical patent/JP3048055B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain a liquid jet recording head having excellent ink drop delivery stability, delivery efficiency and delivery frequency by specifying the ratio between the horizontal and vertical diameters of an orifice for delivering the recording liquid. CONSTITUTION:A groove 25 constituting an ink flow path and a section constituting a common liquid chamber are formed in a cover substrate 21, while heating bodies 29, selective (independent) electrodes 27 for driving the heating bodies 29 and a common electrode 28 are formed on a heating body substrate 22. When the cover substrate 21 is adhered to the heater body substrate 22, an orifice 24 is formed through the groove 25. When the horizontal and vertical diameters (a), (b) of the orifice 24 satisfy the relation, 0.5<=a/b<=1.5, ink drops are ejected stably through the orifice 24, resulting in a high density highly integrated ink jet recording head having excellent delivery stability.

Description

【発明の詳細な説明】 iL地分界 本発明は、液体噴射記録ヘッドに関する。[Detailed description of the invention] iL regional boundary The present invention relates to a liquid jet recording head.

藍泉皮術。Aizumi skin technique.

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、W6速記録が可能であり
、面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mツイ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。
Non-impact recording methods have recently attracted attention because the noise generated during recording is so small that it can be ignored. Among these, the twin jet recording method is an extremely powerful recording method because it is capable of W6 speed recording and can record on so-called plain paper without the need for special fixing treatment. Various methods have been proposed, some have been improved and commercialized, and others are still being worked on to put them into practical use.

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)をツ1ヲ翔させ、
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。
This type of inkjet recording method involves making droplets of a recording liquid called ink fly.
Recording is performed by attaching the recording liquid to a recording member, and it is roughly divided into several methods depending on the method of generating recording liquid droplets and the control method for controlling the flight direction of the generated recording liquid droplets. Ru.

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」―に記録液体小滴を選択的に付着させてR
12録を行うものである。
First, the first method is the one (Tele type method) disclosed in, for example, US Pat. The droplet is controlled by an electric field according to the recording signal, and the recording liquid droplet is selectively attached to the recording member.
This is the 12th recording.

これに就いて、更に詳述すれは、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」―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 that are configured to be electrically controllable, and the droplet is selectively attached to 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
2)、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1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 (2), U.S. Pat. Recording is performed on a recording member by generating small droplets of recording liquid with a controlled amount of charge, and flying the generated droplets between deflection electrodes to which a −-like electric field is applied. It is something to do.

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[」
)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
一定周波数の電気イ、1−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、1)1f記吐、11冒コよ
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fiR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ツ1ヲ翔する時、付加され
た帯電゛−1に応じて偏向を受け、記録(M号を担う小
滴のみが記録部材−1−に付着し得る様にされている。
Specifically, the orifice (discharge ["
) A charged electrode configured to apply a recording signal is placed a predetermined distance apart in front of the piezo vibrating element, and electricity of a constant frequency is applied to the piezo vibrating element to mechanically activate the piezo vibrating element. 1) 1f recording discharge, and 11mm recording liquid droplets are discharged from 1) 1f and 11f. At this time, a charge is 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 small 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 applied charge ゛-1, and recording is performed. (Only the droplets carrying the number M are allowed to adhere to the recording member-1-.

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、例えば米国特許筒374n、20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 the method (Stemme method) disclosed in, for example, US Pat.

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」−に付着
させて記録を行うのに対して、この3 t (e m 
m a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 transferred to the recording member. In contrast to recording by attaching 3t (e m
The M.A. method performs recording by ejecting small droplets of recording liquid from an ejection port in response to a recording signal.

つまり、StOmme方式は、記録液体を吐出する吐出
口を有する記録ヘッドに付設されているピエゾ振動素子
に、電気的な記録信号を印加し、この電気的記録信号を
ピエゾ振動素子の機械的振動に変え、該機械的振動に従
って前記吐出口より記録液体の小滴を吐出飛翔させて記
録部材に付着させることで記録を行うものである。
In other words, the StOmme method applies an electrical recording signal to a piezo vibrating element attached to a recording head that has an ejection port for ejecting recording liquid, and converts this electrical recording signal into mechanical vibration of the piezo vibrating element. In this method, recording is performed by ejecting small droplets of recording liquid from the ejection opening according to the mechanical vibrations and adhering them to the recording member.

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、酌記第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r+S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 systems, the direct energy for generating a recording liquid droplet is r+S gas energy, and the droplet deflection control is also electric field control.

その為、第1の方式は、構成1−、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, the first method, Configuration 1-, is simple, but it requires high voltage to generate droplets, and it is difficult to make the recording head multi-nozzle, so it is not suitable 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all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
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 the recording liquid droplets is sophisticated and difficult. There are problems such as that 1 to 1- are likely to occur.

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−1−シンプルであること、オ
ンデマンド(on−demand)で記録液体を=5 ノズルの吐、11冒−1より吐出して記録を行う為に、
第」、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」−の白山度
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、記録ヘッドの加工I−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、ピエゾ振りJ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. That is, the configuration-1 is simple, and in order to perform recording by discharging the recording liquid from 5 nozzles on-demand,
It is unnecessary to collect droplets that are not needed for recording an image from among the ejected flying droplets as in the third to third methods, and as in the first to second methods, It has great advantages such as there is no need to use a conductive recording liquid and the whiteness of the recording liquid material is high. However, on the other hand, it is difficult to make the recording head multi-nozzle because there are problems with the processing of the recording head, and it is extremely difficult to miniaturize the piezoelectric vibrating element having the desired resonance number. Furthermore, since the recording liquid droplets are ejected and ejected in flight using the mechanical energy of the mechanical vibration of the piezo-oscillating J element, it has the disadvantage that it is not suitable for high-speed recording.

更には、特開昭/18−9622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. 18-9622 (corresponding to the above-mentioned US Pat. No. 3,747,120) discloses, as a modified example, that instead of using mechanical vibration energy by means such as the piezo vibrating element, It is stated that energy is used.

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
子の代りの圧カー■〕昇手段として使用する所謂バブル
ジエツ1〜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 using a heating coil that directly heats a liquid as a pressure raising means instead of a piezo vibrating element in order to generate steam that causes a pressure increase. is listed.

しかし、1−、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, 1-, the 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 increasing means. However, 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、構成子、高速記録化−ヒ、記録
ヘッドのマルチノズル化−1−、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。
As described above, the conventional method has advantages and disadvantages in terms of components, high-speed recording (1), multi-nozzle recording head (1), generation of satellite dots, and fogging of recorded images. There was a restriction that it could only be applied to certain purposes.

このように従来の記録装置の多くは、構造−ヒ、4、 
K Hzより上の高速記録化」−1加工上、16本/m
を越えるような高密度化上、多くの問題を有していた。
In this way, many conventional recording devices have structures such as
High-speed recording above KHz - 16 lines/m during processing
There were many problems in increasing the density beyond that.

また、特開昭57−87960号公報は、発熱体の面積
をかえることにより、記録ドツトを均一にするものであ
るが、面積をかえることによって、必ずしも吐出安定性
が得られるものではない。
Further, in Japanese Patent Application Laid-open No. 57-87960, recording dots are made uniform by changing the area of the heating element, but ejection stability cannot necessarily be obtained by changing the area.

また、特公昭61−59912には単一のノズルを集め
マルチノズルを形成した例が記載されているが、この方
法ではせいぜい数本/mmが限界であり、高精細な画質
を得ることができない。また、さらに、特開昭55−2
7281号公報においては基板に微細カッティングによ
り溝を形成しノズルとする方法が示されているが、この
方法でも、その明細書に書かれているように10木/匝
が限度である。より高精細な画像を狙うためには、熱発
生部、いいかえるならばノズルの配列を16本/m以十
の高密度にする必要があり、これを実現する最も有効な
ノズル形成法は、特公昭62−59672号公報に示さ
れているように、発熱体基板上に感光性樹脂により流路
壁を設け、さらに蓋基板と接合することにより流路およ
びノズルを形成する方法である。しかしながら、特公昭
62−59672号公報で述べられている形成法で作ら
れたノズルの形状と、インク滴吐出特性との関係が何ら
示されておらず、特に、16木/匝以上になった場合に
は極めて微細なノズルとなり、したがって、そのノズル
形状がインク滴吐出特性に極めて大きく関係するにもか
かわらず、その点については全く述べられていないし、
示唆する記載さえない為、16本/mm以」二の高密度
のヘッド作製にあたりどのようなノズル形状にしたら安
定した吐出特性が得られるのか全くわからなかった。
In addition, Japanese Patent Publication No. 61-59912 describes an example of collecting single nozzles to form a multi-nozzle, but this method is limited to a few nozzles/mm at most, and high-definition image quality cannot be obtained. . Furthermore, JP-A-55-2
No. 7281 discloses a method of forming grooves on a substrate by fine cutting to form a nozzle, but even with this method, as stated in the specification, the limit is 10 pieces per box. In order to aim for higher-definition images, it is necessary to arrange the heat generating parts, or in other words, the nozzles, at a high density of 16 nozzles/m or more, and the most effective nozzle formation method to achieve this is a special method. As shown in Japanese Publication No. 62-59672, this is a method in which a flow path wall is provided on a heating element substrate using a photosensitive resin, and the flow path and nozzle are further bonded to a lid substrate to form a flow path and a nozzle. However, there is no relationship between the shape of the nozzle made by the forming method described in Japanese Patent Publication No. 62-59672 and the ink droplet ejection characteristics. In some cases, the nozzle is extremely fine, and the shape of the nozzle has a very large influence on the ink droplet ejection characteristics, but this point is not mentioned at all.
Since there is no description that would even suggest it, I had no idea what kind of nozzle shape to use to obtain stable ejection characteristics when producing a high-density head of 16 nozzles/mm or more.

また、圧力」−昇を生じさせる蒸気を発生する為に液体
を直接加熱し、吐出させる言わゆるバブルジエツト方式
においては、発熱素子、流路を形成するのにスパッタリ
ングや蒸着、エツチング等高度な薄膜技術を要求され、
加工精度がインク吐出に大きく影響している。言いかえ
ればノズル形状のバラツキにより安定的な吐出ができな
いという欠点を有していた。また、ノズルの大きさは、
インク滴の大きさの大きな要因であるが、ノズルの形状
によってはミスト状になったり、飛翔速度が著しく低下
したり、吐出方向が目的とする方向と大きく異なってし
まうという欠点を有していた。
In addition, in the so-called bubble jet method, in which liquid is directly heated and discharged to generate vapor that increases pressure, advanced thin film techniques such as sputtering, vapor deposition, and etching are used to form heating elements and flow channels. is requested,
Processing accuracy has a large effect on ink ejection. In other words, it has the disadvantage that stable ejection cannot be achieved due to variations in nozzle shape. Also, the size of the nozzle is
This is a major factor in the size of the ink droplets, but depending on the shape of the nozzle, they can become mist-like, the flying speed can drop significantly, and the ejection direction can be significantly different from the intended direction. .

また、さらに、16本/1m以−Hの高密度に配列した
マルチノズルの場合には、隣接ノズル間が大変接近して
いるため、複数の隣接ノズルより吐出されるインク滴、
あるいは、インク柱は、それらがほぼ同時に吐出するよ
うな場合に、併合、合体するようなことがしばしばおこ
り得る。これは−般に吐t11されるインク滴の大きさ
が通常はオリフィス径よりも大きくなるためであり、ま
た、別の理由としてはインク滴吐出の条件が必ずしも好
ましくない条件(不安定吐出条件、たとえばスプラッシ
ュ、あるいは、インク滴(柱)の非対称吐出等)にある
時に生ずる。これらはノズルの形状、対称性に起因する
ところが大きい。よって、それほど高密度ではないマル
チインクジェットでは問題にならなかったノズル形状が
、コピア等を311うより高密度のマルチインフジエラ
1−ではインク滴吐出特性の点から極めて大きな問題で
ある。
Furthermore, in the case of multi-nozzles arranged at a high density of 16 nozzles/1 m or more, since adjacent nozzles are very close to each other, ink droplets ejected from multiple adjacent nozzles,
Alternatively, columns of ink may often merge or coalesce if they are ejected at approximately the same time. This is because the size of the ink droplets ejected t11 is usually larger than the orifice diameter, and another reason is that the ink droplet ejection conditions are not necessarily favorable (unstable ejection conditions, For example, this occurs when there is a splash or an asymmetric ejection of ink droplets (pillars). These are largely due to the shape and symmetry of the nozzle. Therefore, the nozzle shape, which was not a problem in the multi inkjet which is not so high in density, is a very serious problem in the multi inkjet inkjet, which has a higher density than the copier 311, from the viewpoint of ink droplet ejection characteristics.

さらに加えれば、バブルジエン1一方式の持つ高周波数
応答性は、上記のようなインク滴吐出特性にかかってお
り、即ちノズルの形状により大きくかわってくるにもか
かわらず、高速の条件で暉勅(例えば4KHzより上)
する場合のノズル形状と吐出安定性の関係は、従来技術
においては述べられておらず、ノズル形状をいかにした
らよいかがわからなかった。
In addition, the high frequency response of the Bubble Diene 1 type depends on the ink droplet ejection characteristics mentioned above. For example, above 4KHz)
The relationship between nozzle shape and ejection stability in this case has not been described in the prior art, and it was unclear how the nozzle shape should be selected.

目     的 本発明は、」−述のごとき欠点を解決するためになされ
たもので、インク滴の吐出安定性、吐出効率、吐出周波
数に優れた液体噴射記録ヘッドを提供することを目的と
してなされたものである。
Purpose The present invention was made in order to solve the above-mentioned drawbacks, and it is an object of the present invention to provide a liquid jet recording head that is excellent in ejection stability, ejection efficiency, and ejection frequency of ink droplets. It is something.

本発明の他の目的は、より高密度に配列された(たとえ
ば16本/+nm以上の高密度に配列された)マルチノ
ズル型ヘッドのインク滴吐出性能の向上を図ることであ
る。
Another object of the present invention is to improve the ink droplet ejection performance of a multi-nozzle head arranged at a higher density (for example, arranged at a higher density of 16 nozzles/+nm or more).

本発明のさらに他の目的は、より高速で駆動する(たと
えば4kHzより上)マルチノズル型ヘッドのインク滴
吐出性能の向上を図ることである。
Yet another object of the present invention is to improve the ink droplet ejection performance of a multi-nozzle head driven at higher speeds (eg, above 4 kHz).

貴−一双 本発明は、−1−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
生手段を有し、該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、被記録面に付着させて記録を
行なう液体噴射記録ヘッドにおいて、前記オリフィスの
水平方向の径aと垂直方向の径すとの比率が0.5≦a
 / b≦1.5 の関係を満たすことを特徴としたものである。
In order to achieve the object stated in -1-, the present invention has a thermal energy generating means for applying thermal energy to the recording liquid in the liquid chamber, and the heat in the recording liquid is generated by the thermal energy action. In a liquid jet recording head that performs recording by generating air bubbles in an energy acting part and ejecting the recording liquid as droplets from an ejection orifice using an acting force accompanying an increase in the volume of the air bubbles and adhering them to a recording surface, the orifice The ratio of horizontal diameter a to vertical diameter is 0.5≦a
/b≦1.5.

なお、このような関係式は、1.6本/m以上の高密度
、高精細な品質を要求されるコピア等に適用するのがよ
い。また、コピアのように高精細の画像を形成するため
には、画素径が小さくなるため必然的に紙面に打ち込む
ドラ1−数は多くなり、単純に考えれば一枚の画像を形
成するのには、時間が多くかかる。従って、高い駆動周
波数でヘッドを駆動するのがよく、その意味からも本発
明の前述のような関係式は高い周波数で駆動(例えば4
kHzよりヒ)するヘッドにおいて適用すべきである。
Incidentally, such a relational expression is preferably applied to copiers and the like that require high-density and high-definition quality of 1.6 lines/m or more. In addition, in order to form a high-definition image like a copier, the pixel diameter becomes smaller, so the number of screwdrivers that need to be struck onto the paper surface inevitably increases. takes a lot of time. Therefore, it is better to drive the head at a high driving frequency, and in this sense, the above-mentioned relational expression of the present invention is not suitable for driving at a high frequency (for example, 4
It should be applied to heads with frequencies higher than kHz.

最初に、第5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。図中、21は蓋基板、2
2は発熱体基板、27は選択(独党)電極、28は共通
電極、29は発熱体、30はインク、31は気泡、32
は帳翔インク滴である。
First, the principle of ink ejection using a bubble jet will be explained based on FIG. In the figure, 21 is a lid substrate, 2
2 is a heating element substrate, 27 is a selection (German party) electrode, 28 is a common electrode, 29 is a heating element, 30 is ink, 31 is a bubble, 32
is a flying ink droplet.

(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。
(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」−昇し隣接インク層に沸l1Ili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 and the surface temperature of the heater 29 rises rapidly until 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3]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 the adjacent ink layer that is rapidly heated on the entire surface of the heater 29 instantaneously vaporizes to form a boiling film, and the bubbles 3] 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.

(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。
(d) shows a state in which 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, and the surface temperature of the heater 29 is decreasing. The maximum value of the volume of the bubble 31 is slightly delayed from the timing of electric pulse application.

(、)は気泡3]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。
(,) indicates a state in which the bubble 3] is cooled by ink or the like and begins 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。
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).

第1図は、本発明による記録ヘッドの一実施例を説明す
るための斜視図、第2図は、第1図における記録ヘッド
をオリフィス側より見た図、第3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4図は、第3図(a)の蓋基板の裏面図である
。図中、23はインク供給口、24はオリフィス、25
は溝(流路)、26は液室を形成するための領域である
。蓋基板21にはインク流路を構成する溝25と共通液
室を構成する部分26が形成されている。
FIG. 1 is a perspective view for explaining one embodiment of the recording head according to the present invention, FIG. 2 is a view of the recording head in FIG. 1 viewed from the orifice side, and FIG. 3 is an exploded view of the recording head. In the configuration diagrams, (a) is a diagram showing a lid substrate, (b) is a diagram showing a heating element substrate, and FIG. 4 is a back view of the lid substrate in FIG. 3(a). In the figure, 23 is an ink supply port, 24 is an orifice, and 25
2 is a groove (flow path), and 26 is an area for forming a liquid chamber. The lid substrate 21 has a groove 25 forming an ink flow path and a portion 26 forming a common liquid chamber.

また、発熱体基板22には発熱体(ヒータ)29と発熱
体29を駆動する為の選択(独立)電極27と共通電極
28が形成されている。蓋基板21と発熱体基板22は
、接着することにより第1図のようになり、溝25によ
りオリフィス24が形成される。また溝25の形成は蓋
基板の基体(例えばガラス)をエツチングにより形成す
る。
Further, a heating element (heater) 29, a selection (independent) electrode 27 for driving the heating element 29, and a common electrode 28 are formed on the heating element substrate 22. The lid substrate 21 and the heating element substrate 22 are bonded together to form a structure as shown in FIG. 1, and an orifice 24 is formed by the groove 25. The grooves 25 are formed by etching the base (for example, glass) of the lid substrate.

よってオリフィス24の水平、垂直比は溝25のエツチ
ングレートおよび/またはエツチング時間を調整するこ
とにより自由に設定することができる。
Therefore, the horizontal/vertical ratio of the orifice 24 can be freely set by adjusting the etching rate and/or etching time of the groove 25.

本発明者らは種々の実験の結果、第2図中のオリフィス
の水平方向の径aと垂直方向の径すとが0.5≦a /
 b≦1.5 の関係を満たす時、オリフィスより安定的にインク滴が
噴射されることを見出した。
As a result of various experiments, the present inventors found that the horizontal diameter a and the vertical diameter of the orifice in FIG. 2 were 0.5≦a/
It has been found that when the relationship b≦1.5 is satisfied, ink droplets are more stably ejected from the orifice.

本発明者らは、第1図の構成による記録ヘッドを使用し
、駆動電圧25V、電流値0.2A、周波数4 、8 
KHzにて、オリフィス径を変えて実験を行ない、第1
表のような結果を得た。
The present inventors used a recording head having the configuration shown in FIG.
Experiments were conducted at KHz with different orifice diameters, and the first
The results shown in the table were obtained.

第1表(吐出筒安定性の実験結果) ただし、○:極めて良、Δ:良、X:不安定ここで、オ
リフィスの径とは、水平方向及び垂直方向の最大径を言
う。
Table 1 (Experimental Results of Discharge Cylinder Stability) However, ○: Very good, Δ: Good, X: Unstable Here, the orifice diameter refers to the maximum diameter in the horizontal and vertical directions.

また、以下の第2表に、本発明者らが各種ヘッドを試作
評価した結果の1例を示す。なお、試作したヘッドユニ
ットのノズル数は、すべて256個である。また、使用
した液は、インクではなくインクと物性をほぼ同じにし
たビークルを用いた。
Further, Table 2 below shows an example of the results of trial production and evaluation of various heads by the present inventors. The number of nozzles in all of the prototype head units was 256. Furthermore, the liquid used was not an ink, but a vehicle with almost the same physical properties as the ink.

これは気泡を観察するために透明な液が必要だからであ
る。
This is because a transparent liquid is required to observe bubbles.

第2表 また、本発明の実施例では、オリフィスを長方形とした
が1円形、楕円形、菱形等の形状においても、本発明が
有効であるのはもちろんである。
Table 2 Also, in the embodiments of the present invention, the orifice is rectangular, but it goes without saying that the present invention is also effective with shapes such as a circular shape, an ellipse shape, and a diamond shape.

また、他の実施例について、第6図(a)〜(f)に基
づき説明する。
Further, other embodiments will be described based on FIGS. 6(a) to 6(f).

図中、8は流路、9は液室、10は発熱体基板(シリコ
ン、アルミナ、ガラス等)、11は発熱体、12はドラ
イフィルム、13はフォトマスク、15はオリフィス、
16は蓋基板、17.18はリード電極、19はテーパ
一部である。(a)発熱体基板10上には、発熱体11
とリード電極17および18が、CVD法等の技術によ
り形成されている。(b)その後、ドライフィルム12
で発熱体基板10を覆い、(c)流路8および液室9を
形成する為のフォトマスク13を発熱体基板10に位置
合せ後、(d)露光、エツチングし、発熱体11及び流
wr8を有する基板を得る。流路8の先端部は、チー・
パ一部19が設けられている。
In the figure, 8 is a flow path, 9 is a liquid chamber, 10 is a heating element substrate (silicon, alumina, glass, etc.), 11 is a heating element, 12 is a dry film, 13 is a photomask, 15 is an orifice,
16 is a lid substrate, 17 and 18 are lead electrodes, and 19 is a portion of the taper. (a) The heating element 11 is placed on the heating element substrate 10.
and lead electrodes 17 and 18 are formed by a technique such as a CVD method. (b) After that, dry film 12
(c) After aligning the photomask 13 for forming the flow path 8 and the liquid chamber 9 to the heat generating body substrate 10, (d) exposing and etching the heat generating body 11 and the liquid chamber 8. Obtain a substrate having. The tip of the channel 8 is
A pa part 19 is provided.

(e)さらに蓋基板16を(d)の発熱体基板10上に
接着し、記録ヘッドが形成される。(f)は(e)のz
−z’断面図で、(e)のc−c’をダイシング等によ
りカッ1〜し、オリフィス15を形成し、記録ヘッドが
完成する。ドライフィルム12としては、市販されてい
る通常の物が使用可能である。ドライフィルム12で流
路8を形成時マスクパターンの流路8の幅および/また
はドライフィルム12の厚さを調整することによりオリ
フィス15の水平・垂直比を容易に設定することができ
る。即ちマスクパターン幅により水平方向の長さが、1
クライフイルム厚により垂直方向の長さを調整すること
ができ、本発明を容易に実現することが可能となる。本
発明の実施例では固体状ドライフィルムを用いた例を説
明したが、液状のものも使用可能である。
(e) Furthermore, the lid substrate 16 is adhered onto the heating element substrate 10 of (d) to form a recording head. (f) is z in (e)
In the -z' cross-sectional view, c-c' in (e) is cut by dicing or the like to form orifices 15, and the recording head is completed. As the dry film 12, ordinary commercially available products can be used. When forming the channel 8 with the dry film 12, the horizontal/vertical ratio of the orifice 15 can be easily set by adjusting the width of the channel 8 in the mask pattern and/or the thickness of the dry film 12. In other words, the horizontal length is 1 due to the mask pattern width.
The length in the vertical direction can be adjusted depending on the Kleifilm thickness, making it possible to easily realize the present invention. In the embodiments of the present invention, a solid dry film was used, but a liquid film can also be used.

なお、記録ヘッドの製造プロセス及び材料については、
特開昭61−249766号公報に記載されているもの
を採用してもよい。
Regarding the manufacturing process and materials of the recording head,
What is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-249766 may be adopted.

効   果 以上の説明から明らかなように、本発明によると、オリ
フィスの水平方向の径と垂直方向の径との関係により、
吐I13安定性にすぐれた高密度・高集積インクジエソ
1〜の記録ヘッドを提供することができる。
Effects As is clear from the above explanation, according to the present invention, due to the relationship between the horizontal diameter and the vertical diameter of the orifice,
It is possible to provide a high-density, high-integration ink recording head with excellent ejection I13 stability.

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

第1図は、本発明による液体噴射記録ヘッドの一実施例
を説明するための斜視図、第2図は、第1図における記
録ヘッドをオリフィス側より見た図、第3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4図は、記録ヘッドの蓋尤板の裏面図
、第5図は、記録ヘッドのバブルジェットインクの吐出
と気泡発生・消滅の原理を説明するための図、第6図は
、本発明の他の実施例の製造工程を示す図である。 8・・流路、9・・・液室、10.22・・・発熱体ノ
、(板、11.29・・・発熱体(ヒータ)、1−2・
・・ドライフィルム、13・・・フォトマスク、15.
24・・・オリフィス、16.21・・・蓋基板、17
.27・・独立電極、18.28・・共通電極、19・
・・テーパ一部、23・・・インク供給口。
FIG. 1 is a perspective view for explaining one embodiment of a liquid jet recording head according to the present invention, FIG. 2 is a view of the recording head in FIG. 1 viewed from the orifice side, and FIG. 3 is a diagram of the recording head. , in which (a) is a diagram showing the lid substrate, (b) is a diagram showing the heating element substrate, FIG. 4 is a back view of the lid plate of the recording head, and FIG. 5 is a diagram showing the bubble jet ink of the recording head. FIG. 6 is a diagram for explaining the principle of ejection and bubble generation/disappearance, and is a diagram showing the manufacturing process of another embodiment of the present invention. 8...Flow path, 9...Liquid chamber, 10.22...Heating element, (plate, 11.29...Heating element (heater), 1-2...
... Dry film, 13... Photomask, 15.
24... Orifice, 16.21... Lid substrate, 17
.. 27...Independent electrode, 18.28...Common electrode, 19.
... Part of the taper, 23... Ink supply port.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 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を有し、該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、被記録面に付
着させて記録を行なう液体噴射記録ヘッドにおいて、前
記オリフィスの水平方向の径aと垂直方向の径bとの比
率が 0.5≦a/b≦1.5 の関係を満たすことを特徴とする液体噴射記録ヘッド。
[Scope of Claims] 1. A means for generating thermal energy for applying thermal energy to the recording liquid in the liquid chamber, and generating bubbles in the thermal energy acting portion of the recording liquid by the action of the thermal energy; In a liquid jet recording head that performs recording by ejecting the recording liquid in the form of droplets from an ejection orifice and adhering it to the recording surface using the acting force caused by the increase in the volume of air bubbles, the horizontal diameter a of the orifice and the vertical diameter A liquid jet recording head characterized in that a ratio of a/b to a diameter b satisfies the following relationship: 0.5≦a/b≦1.5.
JP1036659A 1988-11-29 1989-02-16 Liquid jet recording head Expired - Lifetime JP3048055B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1036659A JP3048055B2 (en) 1988-11-29 1989-02-16 Liquid jet recording head

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP30135488 1988-11-29
JP63-301354 1988-11-29
JP1036659A JP3048055B2 (en) 1988-11-29 1989-02-16 Liquid jet recording head

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH02223450A true JPH02223450A (en) 1990-09-05
JP3048055B2 JP3048055B2 (en) 2000-06-05

Family

ID=26375739

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP1036659A Expired - Lifetime JP3048055B2 (en) 1988-11-29 1989-02-16 Liquid jet recording head

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3048055B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5637126A (en) * 1991-12-27 1997-06-10 Rohm Co., Ltd. Ink jet printing head

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9155355B2 (en) 2012-04-27 2015-10-13 Nike, Inc. Insole with inferiorly extending projections

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55132253A (en) * 1979-04-02 1980-10-14 Canon Inc Recorder
JPS60208252A (en) * 1984-03-31 1985-10-19 Canon Inc Liquid jet recording head
JPS6342868A (en) * 1986-08-11 1988-02-24 Canon Inc Liquid jet recording head

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55132253A (en) * 1979-04-02 1980-10-14 Canon Inc Recorder
JPS60208252A (en) * 1984-03-31 1985-10-19 Canon Inc Liquid jet recording head
JPS6342868A (en) * 1986-08-11 1988-02-24 Canon Inc Liquid jet recording head

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5637126A (en) * 1991-12-27 1997-06-10 Rohm Co., Ltd. Ink jet printing head
US5988800A (en) * 1991-12-27 1999-11-23 Rohm Co., Ltd. Ink jet printing head and apparatus incorporating the same

Also Published As

Publication number Publication date
JP3048055B2 (en) 2000-06-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2836749B2 (en) Liquid jet recording head
JP2708769B2 (en) Liquid jet recording head
JP2713721B2 (en) Liquid jet recording method
JP2793593B2 (en) Liquid jet recording head
JPH02223450A (en) Liquid injection recording head
JP2641727B2 (en) Liquid jet recording head
JPH01195050A (en) Liquid jet recording head
JP2716722B2 (en) Liquid jet recording head
JPH021317A (en) Liquid jet recording head
JP2763539B2 (en) Liquid jet recording head
JPH02276648A (en) Liquid jet recording head
JPH021313A (en) Liquid jet recording method
JPH01242257A (en) Liquid is recording head
JPH02158346A (en) Liquid jet recording head
JPH01232055A (en) Liquid jet recording method
JPH02223451A (en) Liquid jet recording head
JPH01195051A (en) Liquid jet recording head
JPH01242261A (en) Liquid jet recording head
JPH0631917A (en) Liquid jet recording head
JPH02283453A (en) Liquid jet recorder
JPH02137932A (en) Liquid jet recorder
JPH021312A (en) Liquid jet recording head
JPH02223452A (en) Liquid jet recorder
JPH09164681A (en) Liquid jet recording head
JPH021318A (en) Liquid jet recording head

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090324

Year of fee payment: 9

EXPY Cancellation because of completion of term