JPH03164259A - 液体噴射記録ヘッド - 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】 〔産業上の利用分野） 本発明は、液体を噴射し、飛翔７夜滴を形成して記録を
行なう液体噴射記録ヘッドに関するものである。

〔従来の技術〕

プリンタ、複写機、ファクシミリ等の記録装置は、転送
されてくる画像情報に基づいて、記録ヘッドのエネルギ
ー発生体を駆動することにより、紙やプラスチック薄板
等の記録シート上にドノトパターンから戒る画像を記録
していくように構成されている。

前記記録装置は、記録方式により、液体噴射式、ワイヤ
ドット式、サーマル式、レーザービーム式等に分けるこ
とができ、そのうちの液体噴射式（液体噴射記録装置）
は、液体噴射記録ヘノドの吐出口から液体（インク等の
記録戒）を吐出飛翔させ、これを被記録材（記録シート
）に付着させて記録するように構成されている。

ところで、従来の液体噴射記録装置による記録法は、記
録時における騒音が極めて小さく、高密度マルチ吐出口
化が容易であることから、高速記録が可能である。また
、普通祇に記録する場合においても、特別な定着処理が
必要でない点、さらにはカラー画像の色再現が容易であ
る点等において最近関心を集めている。

その中でも、熱エネルギーにより順体（記録岐）を吐出
させる方式は、薄膜技術により流路を形成できることか
ら、あらゆる記録方式の中で最も高密度化が可能で、従
って高速記録に適しているといえる。

第１０図にその記録ヘッドの構或を模式的に示す．該記
録ヘソドは、液体を吐出するために設けられた吐出口Ｉ
と、該吐出口に連通し液滴を形或するためのエネルギー
が液体に作用するよう横戒された熱作用部２を具備する
流路３とから戊り、液体は供給口４及び液室５を経由し
て澁路３内に充填される。なお、該流路３は基仮６と天
板７の貼り合せにより形成される． また、第１１図（ａ）〜（ｅ）に流路３付近の拡大断面
図を示す。上記構成による記録ヘッドによれば、熱エネ
ルギーを受けた液体（記録液）が同図（ａ）から同図（
ｂ）に示すごとく、急峻な体積の増大を伴う状態変化を
起こし、該状態変化に基づく作用力によって、記録ヘッ
ド部先端の吐出口１より吐出され、被記録材に付着し記
録が行なわれる。

その際、吐出した液体の体積星だけ琉路内に空気が引き
込まれてメニスカスが後退する（同図（Ｃ）参照）が、
液体の表面張力（毛細管力）によって、リフィルし、同
図（ｄ）の状態を経て同図（ｅｌの状態に復帰する．こ
の過程を繰り返し行なうことで高周波記録が実現される
。

〔発明が解決しようとする技術課題〕

ところが、前記従来例では、メニスカスの復帰が液体の
表面張力（毛細管力）に頼っていることにより、その復
帰時間（１）は液体の種類及び流路構造によってある限
界を持っている。すなわち、メニスカスが完全に復帰す
るまでの時間の逆数１／ｔを応答周波数とすると、応答
周波数にも限界がある。

本発明は、上述した課題に鑑みなされたもので、高い応
答周波数が得られる液体噴射記録へノドを提供すること
を目的とする。

（課題を解決するための手段） 請求項（１）の発明は、液体を吐出して飛翔液滴を形成
するために設けられた吐出口と、該吐出口に連通し前記
液滴を形成するためのエネルギーを液体に作用させる熱
作用手段を具備する流路と、を有する液吐出部を備えた
液体噴射記録へ冫ドにおいて、前記流路内を流通する強
磁性粒子を分散させた液体と、前記流路近傍に設けられ
かつ磁場強度が一定であり、部分的に磁場勾配を有する
磁場発生手段と、を具備した構成により、液体力＜＋ｍ
力を受け、表面張力のみに頼ってメニスカスを復帰さセ
ていた従来の機構に能動的かつ部分制御的な力が加わる
ので、ヘッド特性として高い応答周波数を生み出し得る
液体噴射記録ヘソ１−を提供するものである。

請求項（２）の発明は上記横威に加えて、液体に吐出信
号に依存しない静磁場を印加した構戊により、さらに、
吐出ｌ夜面の単ドロンプレン１・（１回の液体吐出が複
数の液滴や微少飛沫を含む液滴に分散せず単一液滴に保
持される状態）が安定吐出し、より高精細な記録画像が
得られる。

請求項（３）の発明は、液体を吐出して飛翔液滴を形威
するために設けられた吐出口と、該吐出口に連通し、前
記液滴を形成するためのエネルギーを液体に作用させる
熱作用手段を具備する流路と、を有する液吐出部を備え
た肢体噴射記録ヘッドにおいて、前記流路内を流通する
強磁性粒子を分散させた液体と、前記流路近傍に設けら
れ、その磁場強度を可変できる磁場発生手段とを具０１
Ｓシた構戒により、液体が磁力を受け、表面張力のみに
頼ってメニスカスを復帰させていた従来の機構に能動的
かつ部分制御的な力が加わるので、ヘッド特性として高
い応答周波数を生み出すことができる。

請求項（４）の発明は、上記構成に加えて、液体に吐出
信号に同期した動磁場を印加することにより、さらに、
さまざまな濃度３ｎ　ＩＩを実現することができる。

〔実施例〕

以下、図面に示す実施例を用いて本発明を詳細に説明す
る， 第１図は本発明に係る液体噴射記録ヘッドの一実施例を
示す横断面図、第２図は同液体噴射記録ヘッドの分解斜
視図である。

本記録ヘッドは、液体を吐出するために設けられた吐出
口１０と、該吐出口１０に連通し液演を形成するための
エネルギーが液体に作用するよう構成された熱作用部ｌ
１を具備する流路■２と、から構或されており、液体（
記録液）は｛Ｊｊ給口１３及び液室ｌ４を経由して流路
ｌ２内に充填されるようになっている。前記流路１２は
２Ｓ板ｌ５と天板１６とにより形成されている。

また、前記基板１５の流路ｌ２配列部の両側には溝１７
が設けられており、該溝ｌ７を固定端手段とする金属線
ｌ８が横方向に配列された複数の流路１２を内側に包む
ように巻き付けられている。

これによってソレノイドが構成されている。

さらに、該金属線ｌ８の巻線に液路ｌ２方向の疎密をつ
けることにより、流路ｌ２中の強磁性粒子を分散させた
ｌ＆体が前記ソレノイドに疏れる電疏によって励起され
、その強度に′流路１２に平行方向の部分的勾配を持つ
磁場による磁力が作用するようになっている。

なお、磁喝は熱作用部１１の熱エネルギー作用域を含む
領域に作用するよう構１戊されている。

今、本実施例をさらに具体的に説明すると、第１図、第
２図で示すように、流路ｌ２の配列の両側には、外側へ
４０μｍ離れた位置に、幅１５μｍ，　長さ４００μ階
の液路１２に平行な溝が形成されている。

金属線１８は、流路１２の両側に作ったこの溝１７同志
を渡すようにして巻き付けられている。

ここで、吐出口ＩＯから前記熱作用部１１方向に８０μ
鋼及び２５０μ情の距離を隔てた２＃Ｊ所の位置を中心
にして、前記金属線１８の巻数が他の位置の２倍の２０
０回にされ、強磁場が形威されている。

こうして、部分的に磁場勾配を有するソレノイド構造の
磁場発生手段が疏路１２を包むように構成されている。

ここで、前記吐出口１０から熱作用部１１方向への距離
が８０μ−の位置を中心とて、液室ｌ４方向に２０μｍ
，　吐出口１０方向に２０μｍの幅を持つ部分をＡ部と
し、該吐出口１０から熱作用部１１方向への距離が２５
０μｍの位置を中心として、前記液室ｌ４方向に２（ｂ
ｚｍ，　　吐出口１０方向に２０μ鶴の幅を持つ部分を
Ｂ部とする。

そして、該Ａ部、Ｂ部の金属線Ｉ８の巻数を前述のよう
にＡ部およびＢ部以外の金属線１８の巻数（１００回〉
の２倍の２００回とした場合、並びに、３倍の３００回
、４倍の４００回とした時の応答周波数の変化を第１表
に示す． 〈第１表〉 ここで、ｉｉｉｌ記ｌ夜体く記録液）に′ｊ．えるｄ場
の大きさは、メニスカス復帰時の液体の表面張力に勝る
ものでちることを目的とし、これを写えるための直流電
流は第１図に示すように直流雷源１９からイ共給される
。

前記金属線ｌ８の巻数の密な部分をＡ部、Ｂ部を２箇所
に設けるのは、一方（Ａ部）はりフィルの促進を目的と
し、もう一方（Ｂ部）は液体が前記熱作用部１１からの
熱エネルギーを受けて膨張、発泡した後の消泡時に前記
７＆室ｌ４からの液体の補充を促すことを目的とするか
らである。

このような磁場配置は、液体中に外部から混入した空気
・ゴミ等を流路ｌ２内に引き込まない効果も有している
。

上記構成による記録ヘッドによれば、熱エネルギーを受
けた液体（記録液）が急峻な体積の増大を伴う状態変化
を起こし、該状態変化に基づく作用力によって吐出口Ｉ
Ｏから吐出され、もって、被記録材に付着して画像を形
成することになる。

この際、吐出した液体の体積量だけ流路１２内に空気が
引き込まれメニスカスが後退するが、液体の表面張力に
勝る磁力を該液体が受けることによって、液体に能動的
かつ部分制御的な力が加わり、ヘノド特性としての高い
応答周波数が得られる．このように、本実施例によれば
、強ｒａｉｌ性粒子を分散させた液体に、外部より勾配
を持った磁場を作用させることにより、従来の液体噴射
記録ヘッドに比べ高い応答周波数を得ることができ、こ
れによって、高精細記録が可能な液体噴射記録ヘッドを
提供することができる。

また、全ての流路ｌ２に同時に金属線ｌ８を巻いてソレ
ノイドを構或するという非常に簡素な構造ですぐれた作
用効果を得ることができる。特に、消費電力が少なく、
材料経済性にすぐれた構造で、総合的に優れた液体噴射
記録ヘッドを提供することができた。

第３図は、本発明の別の実施態様を示す吐出口部分の模
式図である。

第３図において、吐出口１０から熱作用部方向へ２０μ
国の範囲（Ｃ部）に、第２図の巻線の他に、前述の巻線
１８とは逆方向の巻線が追加されている。

この巻線部Ｃには、液体が吐出直後に飛翔液滴となる瞬
間、前記液体の粘性あるいは表面張力の影響で、サテラ
イトの無い、単ドロソプレントとなるように、液体が吐
出する瞬間に応答して電流を流す。

これによって巻線Ｃのソレノイドに励起される磁場が前
記液体に対し熱作用部の方向に作用する。

すなわち、第ｌ図および第２図の実施例のＡ部、Ｂ部又
はそれ以外の位置での金属線ｌ８の巻き方と逆の巻き方
で吐出口ＩＯの近傍にソレノイドＣが構威され、その巻
数は、ソレノイドに励起される磁場の強度が前記液体と
吐出／＆滴とを逸早く分離し、上述した第１１図（ｅ）
で示される基底状態に戻すのに最低限必要な程度のもの
で良く、巻数はｌｏ回、２０回の２通りで実施した。

巻数のわずかな違いは、ソレノイドに流す電流の強さで
、その影響を制御できることも考慮したからである。

第４図は本実施例による液浦形成状態を従来例と比較し
て示す模式図である。

本実施例によれば、第４図に示すように吐出液滴の単ド
ロップレソトが安定吐出され、より高精細な記録画像が
得られた。

さらに、本実施例では、吐出液滴の単ドロップレフト化
を確実にすることを目的として、前記液体として、粘度
が高く表面張力の小さいものを用いた。

その結果、単ドロップレソト吐出を一層安定化させるこ
とができ、より高猜細な記録画像が得られた。

第５図は本発明による液体噴射記録ヘノドのさらに別の
実施例の断面図および平面図である。

本実施例にあっては、液体噴射記録へンドの流路ｌ２の
両側面上に、長さｆｆｉ＝５ｕｌＩ＋＋、直径ｄ＝１ｍ
ａ＋の鉄心２０に金属線ｌ８を巻き付けたソレノイト”
　２　１を装着する。さらに、複数１（液流路の数」川
個）のこれらソレノイド２ｌを並列接続し、一端に配置
したソレノイド２１の両端を交疏電源２２および可変爪
抗２３２３に接続する。

第７図は、第５図および第６図の記録ヘノドのソレノイ
ト２ｌにおける、時問に対する印加パルス定圧とそれに
呼応して発生する交流パルス波を示す図である。

メニスカス復帰時のｌ夜体（記録液）の表面張力に勝る
磁力を与えることを目的として、時間変化に応じて、ソ
レノイド２ｌに流す電流値を刻々変化させ、流路ｌ２内
に動磁場を発生させた。

磁性を持った液体の磁場内での挙動は、次式で示される
ようなベルヌーイの定理から誘導された関係式によって
説明される。

この関係式を引用した理由は、磁場が時間的に変化する
に従い、磁性流体の容積、比重、圧力その他が変化し、
強磁性粒子２４を含んだ液体（記録液）が通常の液体と
はかなり異なった現象を示すことを明らかにしておくた
めである。

ここで　　Ｐ：圧力 ρ；液体の密度 ■：任意の点における速度 ｇ：重力加速度 ｈ：ある水平面からの高さ Ｍ：強さＩＩの磁場に応答して誘起された液体の単位体
積当りの磁気モー メント そこで、ソレノイド２ｌの巻数を１００回として、時々
電流値を変化さ仕（即ち、疏路１２中にはたらく磁場の
大きさを変化させ）、この時の応答周波数と着弾点桔度
の変化を第２表に示す。

〈第２表〉 第８図は、第５図〜第７図の実施例におけるソレノイド
の構戒を変えた他の実施例を示す部分斜視図である。

第８図において、配列された流路ｌ２列の両側のさらに
４０μ−外側に該流路ｌ２に平行に、幅１５μｍ、長さ
４００μｍのｉ？４１７が作られている。

両側の満１７を渡して、全ての液路ｌ２を横切る金属線
ｌ８を巻き付１．ｆ、ソレノイド状になった金属線ｌ８
の内側に、配列された流路ｌ２が包まれるようにする。

なお、本実施例にあっては金属線１８の巻数は疎密をつ
けることなく、一定にしている。

このように配置したことにより、ソレノイドの外部磁場
よりも内部磁場の大きさの方がμｎ！　（μ：液体の透
磁率、ｎ：巻数、■：ソレノイドに流す電流値）だけで
大きいので、上述した第５図、第６図に示す実施例に比
して、前記液体に作用する磁力は大きくなり、したがっ
て、応答周波数が向上する。

第９図は、第５図〜第８図の実施例による液滴形成状態
を従来例と比較して示す模式図である。

従来例では、ある限界の応答周波数を超えると、吐出が
不安定になる課題があったが、第５図〜第８図の実施例
によれば、第９図に示すように、高い応答周波数が得ら
れたことにより、従来の或る応答周波数で吐出していた
液滴よりも数多くのｌ＆滴を吐出させることができる。

また、流路径（液膚径）を小さくすることによって、小
ａ．滴を吐出させることができることなどから、液滴体
積を変化させ、上述したソレノイド（巻線）に流す電流
を変化させて励起磁場を変化させることにより、さまざ
まな濃度諧調が実現できた。

なお、試験例では、通常記録ヘッドからのドロノプレフ
ト径は６０ｔＩ＋Ｉ、小液演吐出のドロップレッ１・ｉ
釜は３０７１ｍで行なった。

〔発明の効果］ 以上説明したように、請求項（１）の発明によれば、強
磁性粒子を分散させた液体に、外部より勾配を持った磁
場を作用させることにより、従来の液体噴射記録へ冫ド
に比べ高い応答周波数を得ることができ、これによって
高桔細記録が可能なｌ夜体噴射記録ヘノドが提供される
。

また、請求項（２）の発明によれば、上記構成に加えて
、液体に吐出信号に依存しない静磁場を印加するので、
一層高桔細な画像を得ることができる液体噴射記録へノ
ドが得られる。

さらに、請求項（３）の発明によれば、強磁性粒子を分
散させた液路内の一夜体に、磁場強度を可変できる外部
磁場を作用させることにより、従来の廐体噴射記録ヘノ
ドに比べ、高い応答周波数を得ることができ、これによ
って高精細記録が可能な記録ヘッドが提供される。

請求項（４）の発明によれば、上記構成に加えて、液体
に吐出信号に同期した動磁場を印加するので、上記効果
ｔこ加えて、さまざまな濃度諧調を容易に実現できる１
夜体噴１・ｔ記録ヘソドが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による液体噴射記録ヘッドの一実施例を
示す縦断面図、第２図は同液体噴１・ｌ記録ヘッドの分
解斜視図、第３図は本発明による液体噴射記録ヘッドの
別の実施例の吐出口部分の拡大図、第４図は第３図の記
録ヘッドの吐出液滴の状態を示す模式図、第５図は本発
明による液体噴射記録ヘッドのさらに別の実施例の縦断
面図、第６図は第５図の平面図、第７図は第５図の記録
ヘッドにおける磁場発生手段の特間に対する印加バルス
電圧とそれに呼応して発生させる交流パルス波との関係
を示す図、第８図は本発明による液体噴１・１記録ヘノ
ドのさらに別の実施例の分解斜視図、第９図は第５図〜
第８図の記録ヘッドにおいてドロンプレント径を変化さ
せて諧調を出す手法を示す模式図、第１０図は本発明を
実施するのに好適な液体噴射記録ヘノドの一例を示す分
解斜視図、第【Ｉ図（ａ）〜（ｅｌは液体噴射記録ヘッ
ドの動作説明図である。 以下に、 図面中の主要部分を示す符号を列挙す る。 １０・・・・・・・・・吐出口、 ｌ２・・・・・・・・・流路、 Ｉ５・・・・・・・・・基板、 １７・・・・・・・・・溝、 ２０・・・・・・・・・鉄心、 ２３・・・・・・・・・可変抵抗器、 １１・・・・・・・・・熱作用部、 ｌ４・・・・・・・・・７夜室、 １６・・・・・・・・・天仮、 ｌ８・・・・・・・・・金属線、 ２ｌ・・・・・・・・・ソレノイド、 ２４・・・・・・・・・強｛ｎ性粒子。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）液体を吐出して飛翔液滴を形成するために設けら
   れた吐出口と、該吐出口に連通し前記液滴を形成するた
   めのエネルギーを液体に作用させる熱作用手段を具備す
   る流路とを有する液吐出部を備えた液体噴射記録ヘッド
   において、前記流路内を流通する強磁性粒子を分散させ
   た液体と、前記流路近傍に設けられかつ磁場強度が一定
   であり、部分的に磁場勾配を有する磁場発生手段と、を
   具備することを特徴とする液体噴射記録ヘッド。
2. （２）前記液体に吐出信号に依存しない静磁場を印加す
   ることを特徴とする請求項（１）に記載の液体噴射記録
   ヘッド。
3. （３）液体を吐出して飛翔液滴を形成するために設けら
   れた吐出口と、該吐出口に連通し前記液滴を形成するた
   めのエネルギーを液体に作用させる熱作用手段を具備す
   る流路とを有する液吐出部を備えた液体噴射記録ヘッド
   において、前記流路内を流通する強磁性粒子を分散させ
   た液体と、前記流路近傍に設けられ、その磁場強度を可
   変できる磁場発生手段と、を具備することを特徴とする
   液体噴射記録ヘッド。
4. （４）前記液体に吐出信号に同期した動磁場を印加する
   ことを特徴とする請求項（３）に記載の液体噴射記録ヘ
   ッド。