JPH03164260A - 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、飛翔液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ットパターンから成る画像を記録
していくように構或されている． 前記記録装置は、記録方弐により、７夜体噴射式、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、液体噴射記録ヘッドの吐出口から液体（インク等
の記録液）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威されている。

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
、普通紙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液体（記録ｌ夜）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５図にその記録ヘッドの構成を模式的に示す。

該記録ヘッドは、液体を吐出するために設けられた吐出
口１と、該吐出口１に運通し液滴を形成するためのエネ
ルギーが液体に作用するように構成された熱作用部２を
具備する流路３とから戒り、液体（記録液）は供給口４
および液室５を経由して流ＷＩ３内に充填される。なお
、該流路３は基板６と天坂７の貼り合わせにより形成さ
れる。

また、第６図（ａｌ〜（ｅ）に流路３付近の拡大断面図
を示す。上記横戒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
ｌ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、記録ヘンド
部先端の吐出口ｌ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ｌ＆体の体積量だけ流
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、７夜体の表面張力（毛細管力）によっ
てリフイルし、同図（ｄｌ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ｍ類およ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冫ドを提供すること
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、ｌ夜体を吐出して飛翔液滴を形
成するための吐出口と、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、磁性流体を液体中に（ｌＮ合させ
ると共に、前記熱作用部近傍の７夜体中に流路から吐出
口に向かう定常かつ一定強度の磁界を発生させる手段を
有する構成により、後退したメニスカスを強制的に吐出
口まで復帰させることができ、応答周波数を向上させ得
る液体噴射記録ヘッドを提供するものである。

請求項（２）の発明は、液体を吐出して飛翔液滴を形成
するための吐出口と、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セる熱作用手段を
具備する流路と、を存する７夜吐出部を備えた液体噴射
記録ヘッドにおいて、４ｆｔ性流体を液体中に混合させ
ると共に、前記熱作用部近傍のｉ＆体中に液体の吐出方
向と垂直に定常的かつ一定強度の磁界を発生させる手段
を有する構成により、後退したメニスカスを強制的に吐
出口まで復帰させることができ、応答周波数を向上させ
｛１る液体噴射記録ヘンドを提供するものである。

〔実施例〕

以下、図に示す実施例を用いて本発明の詳細を説明する
。

第１図は本発明に係る液体噴射記録へ冫ドの一実施例を
示す縦断面図である． 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ＩＯと、該吐出口１０に連通し熱作用部ｌ１を具備す
る流路１２と、から構成されており、掖体（記録液）は
供給口ｌ３及び液室ｌ４を経山して該流路１２内に充填
されるようになっている。なお、該？ｋ路１２は基板１
５と天板１６とから形威されている。

また、本実施例にあっては、前記天板１６の流路部分、
つまり熱作用部１１と対向する部分に、電磁コイル１７
を埋め込んだ横或としている．該電磁コイル１７は長さ
５ＩＩ１１　（５０００μｍ）、直径１＋ａｍの鉄心ｌ
７ａに導電１７ｂをｌＯＯ回巻装したものを使用してい
る。

なお、磁場は熱作用部１ｌの熱エネルギー作用域を含む
領域に作用するように構戒されている．また、液体とし
ては下記の！Ｉｉ戊による磁性流体を用いることができ
る。なお、この液体の表面張力は４７．５ｄｙｎ／ｃｕ
＋であった。

フエリコロイド　　ＩＩＣ−５０　　　１０％ジエチレ
ングリコール　　　　５％ 染料　　　　　　　　　　　　　３％ 水　　　　　　　　　　　　　　　　　８２％また、本
記録へノドの形状は以下の通りとなっている。

記録密度　　３６０ｄｐｉ（ｄａｔ／ｉｎｃｈ）流路ピ
ッチ　７０．５μ鵬 吐出口数　　６４ 熱作用部　　２３　Ｘ　１２５μ一 疏路　　　　幅３０×高さ３０×長さ７０００μｍ″以
上の構成で前記電磁コイルｌ７に電流を流すと、第１図
中の矢印六の方向に磁界が発生し、【引生流体である液
体中に同方向の張力が発生する。

このように磁性流体の液体を使用し、熱作用部１ｌ近傍
の液体に流路１２と同一方向に磁界を発生させることに
より、吐出後メニスカスが後退した時に、前記液体を吐
出口ｌＯに移動させる力が働く。

これによって、メニスカスの復帰特開が早まり、高周波
数領域の駆動が可能となる。

（Ｐ：圧力、ρ：？＆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Ｉ４の磁場に応答して講起された流体の単位体積
当りの磁気モーメント）なる運動をするような力が働く
ので、メニスカスの復帰は、流体自身の表面張力（毛管
力）と上述した磁場から受ける力の和により行なわれる
。その際、印加する磁界が強すぎると、復帰したメニス
カスが吐出口で保持できず、外へ漏れてしまうので、印
加６ｉ１界は適当に調整する必要がある。

本実施例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ｉ＆）は急峻な体積の増大を｛゛ｒ
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ｌＯから吐出され、被記録材に付着し、記録が
行なわれる． この際、篭磁コイルｌ７に篭流を流すと、第１図中の矢
印八方向に磁界が発生し、液体中に同方向の張力が発生
するので、メニスカスの復帰は液体自身の表面張力と該
＆｛ｉ場から受ける力の和によりｉテなわれ、速やかな
メニスカスの復帰が実現でき、ヘンド特性として高い応
答周波数を得ることができる。

第ｌ表に実施例ｌにおける結果を示した．〈第１表〉 この表は、電磁コイル１７に流す雷流値Ｉとその時の応
答周波数及び記録結果（着弾点桔度）を示しており、！
＝０が従来例と等価である。なお、この特の記録へノド
の駆動条件は、周波数５ＫＩｌｚ・パルス幅７μｓであ
る。

この第Ｉ表からも明らかなように、電磁コイルｌ７に流
ず霊流値が大きくなる程、応答周波数が向上している。

本実施例においては、０．６３Ａの電流の時、応答周波
数を従来（１＝０）の時の約２倍にすることができ、し
たがって駆動周波数よりも高い応答周波数が実現される
ことにより、安定した画像を得ることができた。

なお、応答周波数が駆動周波数以上の時、着弾点精度が
ｌＯ〜３０μｍと安定している。

上記構成の電磁コイル１７　（　１　＝０．６３Ａ）の
通電により、吐出口ｌＯにおいて約５０ｄｙｎ／ｃＩＩ
１の張力が７反体に働くことも６！認された。すなわち
、メニスヵスが従来の約２倍の速度で復帰することにな
り、本実施例の結果と一致する。

また、下記第２表に示すように、上述した記録ヘッドを
用いてそれぞれＡ４１００枚を連通記録した結果、｛Ｊ
Ｉｉ給路及び液室内の気泡が流路ｌ２内に侵入して不良
吐出となる回数が、印加磁界を大きくすることにより減
少してきている。

つまり、磁界を印加することにより磁性流体のみが移動
するため、気泡が動かないで安定した液体の仇給を行な
うことができるのである．〈第２表〉 八４サイズを１００枚印字した時 なお、上述した実施例においては、電磁コイルｌ７を天
仮１６の内部に埋め込む構造としたが、別にこのような
構造に限定されるものではなく、電磁コイルｌ７の設置
場所は白山に選択できる。

例えば、基板ｌ５の熱作用部近傍に埋め込む、記録ヘッ
ド全体にコイルを巻装する、記録シートの裏側に設置す
る、等種々の構造が考えられる。

要は、流路ｌ２内に液室ｌ４から吐出口ｌＯへ向かう磁
界を発生させることである。その際の電流値設定は、そ
れぞれについて適正な値を選択すればよいが、流路１２
に近い位置に設置すればするほど低ＴＬ流で同一磁界を
実現しやすいので第１図に示すような構造が最も望まし
い。

また、液体（記録７夜）中の磁性流体の種類も自由に選
択でき、上述した実施例で使用したｔｉｃ　−　５０以
外に、同しフェリコロイドＷ−３５、ＤＨ八一４０、Ｄ
ＥＳ　−　４０等が考えられる。

第２図は本発明に係る液体噴射記録ヘノドの第２実施例
を示す横断面図である。

第２図において、基本構成は上述した実施例とほぼ同様
であり、吐出口１０，熱作用部１ｌを具備する流路ｌ２
及び供給口ｌ３、冫夜室１４から戒る構威となっている
。また、本実施例にあっては、天仮ｌ６の熱作用部近傍
に永久磁石ｌ８が埋設されており、該永久磁石ｌ８は吐
出口ＩＯ側にＳ極、液室１４側にＮ極が位置するように
配設されている。

なお、本記録ヘンドの形状は以下の通りである。

記録ヘッド　　　４００ｄρｉ 流路ビッチ　　　６２．５μ個 吐出口数　　　　１２８ 熱作用部　　　　２０　Ｘ　１００μポ流　路　　　　
　幅３０×高さ３０　Ｘ　５０００μボまた、液体（記
録液）として下記の組成による磁性流体を用いた。

表面張力は　　　　　５４．３ｄｙｎ／ｃｍフェリコロ
イドＷ−３５　　　８％ ジエチレングリコール　　１０％ 染料　　　　３％ 水　　　　　　　　　　　　　　　７９％上記構成によ
る記録ヘッドを多数試作し、前述の試験と同様の試験を
行なった。その結果を第３表および第４表に示す。駆動
条件は前述の実施例と同しである。

〈第３表〉 以下余白 〈第４表〉 なお、比較例には流路等の構造が同一で永久磁石を搭載
していない従来型の記録ヘッドを用いた。

また、本実施例に用いた永久磁石ｌ８は日常使用される
程度のものを、幅１０ｍＯＩＸ高さ２ＩｎＩＩ１×長さ
４帥の大きさに切断して用いた． 本実施例によれば、第３表から明らかな如く、応答周波
数が向上し、同特に着弾点精度も向Ｊ二した。また、第
４表から明らかなように、連続記録（Ａ４サイズ）中の
不良吐出回数も減少し、安定した画像品位が得られた。

なお、永久磁石ｌ８の配設場所は第２図の位置に限定さ
れるものではなく任意の位置でよく、磁界は矢印Ｂ方向
に形威されていればよい．また、磁性流体の種類も特定
するものではない．以上説明した各実施例によれば、磁
性流体を記録ｌ＆中に混合させると同時に、流路ｌ２中
に吐出口１０に向かう一定強度の磁界を発生させること
により、後退したメニスカスを強制的に吐出口１０まで
復帰さセることかできる。

これによって、応答周波数を向上させることができると
共に供給路や液室１４内に混入した空気、ゴミ等が流路
１２内に侵入することを未然に防止することができる。

したがって、ヘノドの高周波駆動すなわち高速記録が可
能となり、さらには安定した画像品位を得ることができ
る。

第３図は本発明に係る液体噴射記録ヘッドの箪３の実施
例を示し、その基本構戒は、吐出口１０および熱作用部
１１を具備する１ｋ路ｌ２と、供給口ｌ３ど、液室ｌ４
と、から或る構成となっており、前述の実施例とほぼ同
し構戊となっている。

また、本実施例のヘッドにおいては、天板１６の流路部
分、つまり熱作用部ｌ１と対向する部分に、電磁コイル
１９を埋設した構戒としている。該電６ｆｔコイルｌ９
は、例えば、長さ５鮒（５０００μｍ）、直径１順の鉄
心１９ａに導線１９ｂを１００回巻装したものである。

また、液体（記録液）として下記の構戒による磁性流体
を用いた。

表面張力は　　　　　４７．５ｄｙｍ／ｃｍフエリコロ
イド　　　ＩＩｃ−５０　　　１０％ジエチレングリコ
ール　　　　　５％ 染料　　　　　　３％ 水　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　８２％ヘ
ノドの形状は以下の通りである。

記録密度　　４００ｄｐｉ　（ピノチ６３．５　ａ　ｍ
）吐出口数　　１２８ 熱作用部　　２０Ｘ１１０μｎ（ 流　路　　　幅３０×高さ３０×長さ７０００μポこの
ような構成で前記′：ｒｉ磁コイル１９に電流を流すと
、第３図中の矢印Ｃ方向に磁界が発生する。

すると、液流路ｌ２中の液体が吐出してメニスカスを形
成した時に、そのメニスカスを吐出口１０側へ引く力が
生し、復帰時間が早くなる。

第５表に本実施例における拮果を示した。この第５表は
、霊磁コイルｌ９に流す電流値Ｉと、その時の応答周波
数及び記録結果（着弾点猜度）を示しており、ｌ＝０が
従来例と等価である．なお、この時のヘッドの駆動条件
は、周波数５Ｋ１１ｚ、パルス幅７μｓである。

〈第５表〉 第５表からも明らかなように、霊はコイルｌ９に流す電
流値が大きくなるほど、応答周波数が向上している．本
実施例においてはＩ．　Ｏ　Ａの電流の時、応答周波数
が従来（［＝０）の約２倍にすることができ、したがっ
て駆動周波数よりも高い応答周波数が実現されることに
より安定した記録を得ることができた。なお、応答同波
数が駆動周波数以上の時、着弾点精度が５〜２０μｍと
安定している．上記構成のＴ．磁コイル１９（＋＝１．
ＯＡ）の通電により吐出口１０において約５０ｄｙｎ／
ｃｍの張力が液体（記録液）に働くことも確認された。

つまり、メニスカスが従来の約２倍の速度で復帰するこ
とになり、実施例の結果とほぼ一値することになる。

また、下記第６表に示すように、上記ヘッドを用いてそ
れぞれＡ４１００枚を連続記録した結果、｛Ｊ（給路｛
３および液室Ｉ４内の気泡が流路ｌ２内に侵入してきて
、不良吐出となる回数は印加磁界を大きくすることによ
り減少してきている。つまり、ｆｎ界を印加することに
より磁性流体のみが移動するため、気泡が動かないで安
定した液体の供給を行なうことができるのである。

〈第６表〉 Ａ４サイズ１００枚を印字する なお、上述した第３実施例においては、電磁コイル１９
を天板１Ｇの内部に埋め込む構造としたが、該電磁コイ
ルｌ９の設置場所は自由にｉ！沢できる。

例えば、Ｍ＋Ｆｉｔｓの熱作用部近傍に１里め込む、ヘ
ッド全体にコイルを巻く、記録シートの裏側に設置する
、等種々の構造が考えられるが、必要なことは吐出口１
０の近傍に液体の流れと垂直方向の磁界を発生させるこ
とにある。その際の電流値設定はそれぞれについて適正
な値を選択すればよいが、？ｌＬ路Ｉ２に近い位置に設
置すればするほど、低電流で同一磁界を実現しやすいの
で、第３図に示すような構造が最も望ましい。

また、岐体中の磁性流体の種類も自由に選択でき、第３
実施例（単３図）で使用したＩＩｃ−５０以外に同じフ
エリコロイドＷ−３５、ＤＥＡ−４０，　　ＤＢＳ４０
等が考えられる。

第４図は本発明に係る液体噴射記録ヘンドの第４実施例
を示したものである。

本実施例の基本的な構戒は、吐出口ｌＯおよび熱作用部
１１を具備する流路１２及と給口１３と液室１４とから
成る構成となっており、咳ヘッドの形状は以下の通りで
あった。

記録密度　　　　４００ｄｐｉ （吐出口ピンチ６３．５μｍ） 吐出口数　　　　２５６ 熱作用部　　　　２０　Ｘ　１００　ｕ　ｎ？琉　路　
　　　　輻３０×高さ３０　Ｘ　５０００　ｐ　ｎｆ液
体（記録液）として下記の組成による磁性流体を用いた
。

表面張力は　　　　　５４．３ｄｙｎ／ｃｍフエリコロ
イド　　Ｗ−３５　　８％ ジエチレングリコール　　　ｌＯ％ 染料　　　　　３％ 水　　　　　　　　　　　　　　　　　７９％本実施例
は、前述した基本構成に加えて、天仮ｌ６の熱作用部近
傍に永久磁石２０を液流路１２側がＮ梅となるように配
設したものである。

上記横或によるヘノドを多数試作し、第３実施例の場合
と同様の試験を行なった結果を第７表および第８表に示
す。

駆動条件も第３実施例３と同 しであった。

以下余白 〈第７表〉 く第８表〉 Ａ４サイズをｌ００枚印字した時 なお、比較例には流路などの構造が同一で永久磁石を搭
載していない従来型の記録へノドを用いた。本実施例に
用いた永久磁石２０は日常使われる程度のものを、輻１
０ｒｍＸ高さ２閣×長さ４備の大きさに切断して用いた
。

本実施例によれば、第７表に示す如く応答周波数が向上
し、同時に着弾点精度も向上した。

また、第８表に示す如く連続記録（Ａ４サイズ）中の不
良吐出回数も減少し安定した画像品位が得られた。

なお、永久磁石２０の配設場所は上述した第４図の位置
に限定されるものではなく任意の位置でよい。要は磁界
が矢印Ｄ方向に形威されていればよい。また、磁性流体
の種類も特定するものではない。

以上のように、第３実施例または第４実施例の構成によ
れば、磁性流体を液体中に混合させると同特に、汰路ｌ
２中に液体の吐出方向と垂直に一定強度の磁界を発生さ
せることにより、後退したメニスカスを強制的に吐出口
まで復帰させることが可能となった。

これによって、応答周波数を向上させることができると
共に、供給路１３や液室ｌ４内に混入した空気やゴミ等
が疏路１２内に侵入するのを未然に防ぐことが可能とな
った。

したがって、ヘンドの高周波駆動すなわち高速記録が可
能になり、さらには、安定した画像品位を得られた． 〔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、磁
性流体を液体中に混合させると同時に、流路中に吐出口
へ向かう一定強度の磁界を発生させる構戊としたので、
後退したメニスカスを強制的に吐出口まで復帰させるこ
とができ、これによって応答周波数を向上させることが
できると共に供給路や液室内に混入した空気やゴミ等の
琉路内への侵入を未然に防止でき、高速でしかも安定し
た記録を行い得る液体噴射記録へノドが得られる。

また請求項（２）の発明によれば、磁性流体を液体中に
混合させると同時に、流路中に液体の吐出方向と垂直に
一定強度の磁界を発生させる構成としたので、後退した
メニスカスを強制的に吐出口まで復帰させ、これによっ
て応答周波数を向上させることができると共に供給路や
液室内に混入した空気やゴミ等の流路内への侵入を未然
に防止でき、高速でしかも安定した記録を行い得る液体
噴射記録ヘッドが得られる。

【図面の簡単な説明】

第ｌ図は本発明によるｆ夜体噴射記録ヘッドの一実施例
を示す縦断面図、第２図、第３図、第４図はそれぞれ本
発明による液体噴射記録ヘノドの第２、第３、第４実施
例を示す縦断面図、第５図は本発明を適用するのに好適
な液体噴射記録ヘッドの一例を示す分解斜視図、第６図
は液体噴射記録へノ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。 ＩＯ・・・・・・・・・吐出口、　　１１・・・・・・
・・・熱作用部、Ｉ２・・・・・・・・・流路、　　　
　　　　１５・・・・・・・・・基４反、ｌ６・・・・
・・・・・天板、　　　■７・・・・・・・・・電磁コ
イル、１８・・・・・・・・・永久磁石、　１９・・・
・・・・・・電磁コイル、２０・・・・・・・・・永久
磁石。

Claims (2)

【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の吐出口
   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、
   磁性流体を液体中に混合させると共に、前記熱作用部近
   傍の液体中に流路から吐出口に向かう定常的かつ一定強
   度の磁界を発生させる手段を有することを特徴とする液
   体噴射記録ヘッド。
2. （２）液体を吐出して飛翔液滴を形成するための吐出口
   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、
   磁性流体を液体中に混合させると共に、前記熱作用部近
   傍の液体中に液体の吐出方向と垂直に定常的かつ一定強
   度の磁界を発生させる手段を設けたことを特徴とする液
   体噴射記録ヘッド。