JPH04182137A - インク飛翔記録方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、ノンインパクト記録法の一つであるインク飛
翔記録方法及びその装置に関するものである。

従来の技術 ノンインパクト記録法は、記録時の騒音発生が無視でき
る程度に小さい点で、オフィス用等として注目されてい
る。その内、高速記録可能で、いわゆる普通紙に特別の
定着処理を要せずに記録できる。いわゆるインクジェッ
ト記録法は極めて有力な方法であり、従来から種々の方
式が提案され、又は既に製品化されて実用されている。

このようなインクジェット記録法は、いわゆるインクと
称される記録液体の小滴を飛翔させ、被記録体に付着さ
せて記録を行うもので、記録液体の小滴の発生法及び小
滴の飛翔方向を制御するための制御方法により、幾つか
の方式に大別される。

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である。これは、Ｔｅ１ｅ　ｔ
ｙｐｅ方式と称され、記録液体の小滴の発生を静電吸引
的に行い、発生した小滴を記録信号に応じて電界制御し
、被記録体上にこの小滴を選択的に付着させて記−録を
行うものである。

より詳細には、ノズルと加速電極間に電界をかけて、−
様に帯電した記録液体の小滴をノズルより吐出させ、吐
出した小滴を記録信号に応じて電気制御可能なように構
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被記録体上に付着させるものであ
る。

第２の方式は、例えば米国特許第３５９６２７５号明細
書、米国特許第３２９８０３０号明細書等に開示されて
いるものである。これは、５ｔｃｅｅｔ方式と称され、
連続振動発生法により帯電量の制御された記録液体の小
滴を発生させ、この帯電量の制御された小滴を、−様電
界かかけられている偏向電極間を飛翔させて、被記録体
上に記録を行わせるものである。

具体的には、ピエゾ振動素子の付設されている記録ヘッ
ドを構成する一部であるノズルのオリフィス（吐出口）
の前に記録信号が印加されるようにした帯電電極を所定
距離離間させて配置し、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、オリフィスより記録液体の小滴を吐出させ
る。この時、吐出する小滴には帯電電極により電荷が静
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小滴は、一定電界が一様にかけ
られている偏向電極間を飛翔する時に、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被記
録体上に付着することになる。

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ものである。これは、Ｈｅｒｔｚ方
式と称され、ノズルとリング状の帯電電極間に電界をか
け、連続振動発生法によって、記録液体の小滴を発生霧
化させて記録させる方式である。即ち、ノズルと帯電電
極間にかける電界強度を記録信号に応じて変調すること
により小滴の霧化状態を制御し、記録画像の階調性を出
して記録させるものである。

第４の方式は、例えば米国特許筒３７４．７１２０号明
細書に開示されているものである。これは、Ｓｔ、ｅｍ
ｍｅ方式と称され、第１〜３の方式とは根本的に原理が
異なるものである。即ち、第１〜３の方式が、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／ｈ滴を選択的
に被記録体上に付着させて記録を行わせるのに対し、こ
のＳ　ｔｅｍｍｅ方式では、記録信号に応じて吐出口よ
り記録液体の小滴を吐出飛翔させて記録するものである
。

つまり、Ｓｔｅ＋＋ｕｎｅ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てピエゾ振動素子の
機械的振動に変え、この機械的振動に従い吐出口より記
録液体の小滴を吐出飛翔させて被記録体に付着させるも
のである。

これらの４方式は、各々に特長を有するが、同時に、解
決すべき課題点もある。

ます、第１〜第３の方式は、記録液体の小滴を発生させ
るための直接的エネルギーが電気的エネルギーであり、
かつ、小滴の偏向制御も電界制御による。よって、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、かつ、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。

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、かつ、記録液体の
小滴の電気的制御が高度で困難であり、被記録体上にサ
テライトドツトか生じやすい。

第３の方式は、記録液体の小滴を霧化することにより階
調性に優れた記録が可能ではあるが、他方、霧化状態の
制御か困難である。また、記録画像にカブリが生ずると
か、記録ヘッドのマルチノズル化が困難で高速記録には
不向きであるといった欠点がある。

・一方、第４の方式は、比較的多くの利点を持つ。

まず、構成がシンプルである。また、オンデマンドで記
録液体をノズルの吐出口より吐出させて記録を行うため
に、第１〜第３の方式のように吐出飛翔する小滴の内、
画像記録に要しなかった小滴を回収する必要がない。ま
た、第１．２の方式のように、導電性の記録液体を使用
する必要はなく、記録液体の物質上の自由度が太きいと
いった利点を持つ。しかし、反面、記録ヘッドの加工上
に問題がある、所望の共振周波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等の理由から、記録ヘッ
ドのマルチノズル化が難しい。また、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の
小滴の吐出飛翔を行わせるので、上記のマルチノズル化
の困難さと相俟って、高速記録には不向きなものとなっ
ている。

二のように、従来法には、構成上、高速記録上、記録ヘ
ッドのマルチノズル化上、サテライトドツトの発生及び
記録画像のカブリ発生等の点において、一長一短があり
、その長所が発揮される用途にしか適用し得ないという
制約を受けるものである。

し、かじ、このような不都合も本出願人により提案され
た特公昭５６−９４２９号公報に開示のインクジェット
記録方式によればほぼ解消し得る。

これは、液室内のインクを加熱して気泡を発生させて、
インクに圧力上昇を生じさせ、微細な毛細管ノズルから
インクを飛び出させて記録させるものである。

同様な記録方式として、特公昭６１−５９９１４号公報
に開示されたものもある。これは、液体を所定の方向に
吐出させるための吐出口に連通ずる液路中の液体の一部
を熱して膜沸騰を生起させることにより、吐出口より吐
出される液体の飛翔的液滴を形成し、この液滴を被記録
体に付着させて記録させるものである。具体的には、同
公報中の第１図及び第２図に示されるように、ノズル状
の液路部分に設けられた熱作用部分において、記録液体
に急激な状態変化を受けることにより、その状態変化に
基づく作用力により、記録液体か吐出口より吐出飛翔す
るようにしたものである。このような吐出口は、同公報
中の説明によれば、内径１００１１ｍ、肉厚１０μｍの
円筒状ガラスファイバーを熱溶融させることにより、６
０μｍ径の吐出口として形成される。また、吐出口を液
路とは別に形成した後、例えばガラスプレートに電子ビ
ーム加工やレーザ加工等によって穴を形成し、液路と合
体させる方式も記載されている。何れにしても、このよ
うな微細な吐出口を工業的に安定して高精度に形成する
ことは非常に困難である。また、同公報によれば、別の
吐出口を有する記録ヘッドが同公報中の第３図、第４図
及び第５図に開示されており、その吐出口の形成方法と
して、カラス板に微細カッティング機により幅６０μｍ
、深さ６０μｍ、ピッチ２５０μｍの溝を形成した溝板
を、電気・熱変換体部の設けられた基板に接着する二と
か記載されている。しかし、この場合も形成すべき吐出
口は非常に微細であり、微細カッティング機で溝を形成
する際に、欠けやクラックが入ることが多々あり、歩留
まりの低いものである。また、形成された吐出口も、そ
の欠は等により、その端部を高精度にできないものでも
ある。さらに、溝形成後に、溝板を基板上に接着する際
に接着剤か吐出口を詰まらせて、歩留まり低下をきたす
ものである。

ところで、同公報中の第３図、第４図及び第５図に示さ
れる記録ヘッドの、より具体的な製造方法は、特開昭５
５−１２８４７１号公報、特公昭５９−４３３１４号公
報に開示されている。特開昭５５−１２８４７１号公報
のものは、細孔からなる記録液流路を有し、二の細孔に
通じている吐出口から記録液流路中にある記録液を小滴
にして吐出飛翔させ、被記録体面上に付着させで記録す
る記録ヘットであり、吐出口を所定数並設させるととも
に、これと同数の細孔を吐出口の配列密麿とほぼ同密度
で並列に配設させたものである。また、特公昭５９−４
．３３１４号公報のものは、記録液流路となる細孔と、
二の細孔に通じている所定口径ｄの開口と、細孔に沿っ
て設けられた発熱部とを具備した液滴噴射記録装置にお
いて、発熱部がその開口寄りの縁が開口位置からｄない
し５０ｄなる寸法の範囲内に位置するように配設させた
ものである。さらには、発熱部か細孔の長手方向に長尺
な面状発熱体よりなることも記載されている。

ここに、これらの特開昭５５−１２８４７１号公報、特
公昭５９−４３３１４号公報に記載された記録ヘッドの
製造方法は、要約すると、感光性ガラスを用いた細溝を
有する部品と、発熱抵抗体パターンを形成した部品とを
、接着することにより吐出オリフィスを形成するもので
ある。即ち、前述した特公昭６１−５９９１４号公報記
載のものとは、感光性ガラスのエツチングにより細溝を
形成する点で異なるが、接着剤による吐出オリフィスの
詰まりが発生し歩留まりが低下する点は同様である。こ
れらの記録ヘッドは、吐出口（オリフィス）を有すると
いう根本的な構成自体に問題があるからである。

さらに、特開昭５５−５９９７４号公報によれば、前述
した特公昭６１−５９９１４号公報、特開昭５５−１２
８４７１号公報、特公昭５９−４３３１４号公報中の実
施例に示されるようなインク流路溝を有する基板を、発
熱体を有する基板に接着する際に、三次元網目構造を形
成し得る接着剤により接着するという製造方法が示され
ている。

しかし、接着により吐出オリフィスを形成するという基
本構成が、前述した３つの公報記載のものと同じである
限り、同様の問題点、即ち、接着剤による吐出オリフィ
スの閉塞という問題かある。

一方、特公昭６２−５９６．７２号公報によれば、前述
した特公昭６１−５９９１４号公報、特開昭５５−１２
８４７１号公報、特公Ｂ召５　！ｌ１ｌ−４３３１４号
公報に記載されているような吐出オリフィスの製法の欠
点をなくす製法が開示されている。

即ち、これらの公報のように、カラス板の研削加工によ
るインク流路の形成法、感光性ガラスのエラ４チングに
よるインク流路の形成法等は、インク流路内壁面が粗く
、その内面が液滴吐出のだめの急激な圧力変化に対して
大きな抵抗となるため、液滴吐出のためのエネルギーを
多く必要とし、省エネルギー化に反し、また、研削の際
にカラスに欠け、割れが発生し歩留まりが悪く、液滴吐
出の安定性・均一性を損なう大きな要因となり、かつ、
感光性ガラスによるものは微細加工精度に限界かあると
ともに、材料コストが高いものである２この点、特公昭
６２−５９６７２号公報では、基板上の所定位置にイン
クに液滴発生のためのエネルギーを与えるエネルギー源
として発熱素子、圧電素子等の能動素子を複数個固定的
に設置した後（電極は適宜形成される）、基板表面に所
定厚さで感光性組成物層を塗布法等により形成し、通常
のフォトリソグラフィー法により、オリフィス部、作用
部、インク供給路部、インク吐呂路部等のインク流路を
形成するためのインク流路溝を形成し、この後、上蓋を
接合させて記録ヘッドを製造するようにしている。

しかし、同公報記載のヘッド製造法によっても、オリフ
ィスが形成される時、即ち、上蓋をインク流路溝の形成
された基板の能動素子側に接合させる際に、依然として
、前述した特公昭６１−５９９１４号公報、特開昭５５
−１２８４７］号公報、特公昭５９−４３３１４号公報
等の場合と同様な問題がある。即ち、オリフィスが接着
剤により閉塞し、ヘッド製造の歩留まりか著しく低下す
る点である。仮に、特公昭６２−５９６７２号公報方式
において、上蓋を接合させる際に接着剤を用いずに、感
光性組成物層の完全硬化前の接着性を利用し、熱融着又
は熱圧着的な接合を行ったとしても、この場合には、イ
ンク吐出路部、オリフィス部が変形し、所望の形状が得
られないという問題が発生する。結局、同公報の場合も
、オリフィスを有するという基本構造による問題が残る
。

また、特開昭５９−１１８４６９号公報によれば、複数
個のオリフィスと、これらのオリフィス間を分離するた
めの分離部と、インク貯蔵部用外枠部とを一体的に有す
るオリフィス板を備えた記録ヘッドが示されている。こ
れと目的は異なるが、同様の構成を持つものとして、特
開平１−１５２０６８号公報に示されるものがある。こ
れは、同公報中の第４図等に示されるように、発熱体（
抵抗器）を有する基板と、インク送りチャネル（分離部
）と、オリフィス（ノズル）板とよりなる。

また、これらの特開昭５９−１１８４６９号公報、特開
平１−１５２０６８号公報記載のノズル板、ヘッド製造
等に適したものは特開昭５９−２０７２６４号公報、特
開昭６２−２３４９４１号公報に示されている。さらに
、これらの４つの公報記載のヘッドの組立てに適したも
のとしては、特開昭６２−２６４９５７号公報に示され
るものがある。これは、基板上にポリマ障壁層を形成し
、この障壁層上にノズル板を整列配置した後、障壁層が
塑性変形するに十分な時間と温度をもって、ノズル板に
熱と圧力とを加え、この後、基板、障壁層及びノズル板
を固着する工程を経て、インクシェツトプリンタヘッド
を製造するようにしたものである。

しかし、これらの特開昭５９−１１８４６９号公報、特
開平１−１５２０６８号公報、特開昭５９−２０７２６
４号公報、特開昭６２−２３４９４１号公報及び特開昭
６２−２６４９５７号公報に記載されたものも、オリフ
ィス（ノズル）板を有することによる問題点がある。ま
す、微細なオリフィス（ノズル、吐出口）を有するオリ
フィス板を高精度に形成することは技術的にかなり困難
である。また、仮に高精度にオリフィス板を形成したと
しても、その製造コストが高く、ヘッドが高価となって
しまう。また、前述した公報中、特開昭６２−２６４９
５７号公報において詳細に記載されているが、オリフィ
ス板を発熱体を有する基板とフォトレジスト障壁層（ド
ライフィルム障壁層、インク送りチャネル）を介して接
合又は接着させる際に、フォトレジスト障壁層が変形し
、又は、接着剤が不要な部分に回り込んでインク送りチ
ャネルを詰まらせたりし、最悪の場合には、微細なオリ
フィスをも詰まらせてしまう。これも、オリフィス板を
有し、かつ、接合又は接着工程を経るという、根本的構
成、製法に起因する問題点である。

さらに、前述した全ての公報等に共通する別の問題もあ
る。即ち、前述したインクジェット記録ヘッドは、何れ
も微細なオリフィス（＝ノズル又は吐出口）を有し、こ
のようなオリフィスからインクが噴射又は飛翔して被記
録体に付着することにより記録を行う点で共通する。こ
こに、微細なオリフィスは、通常３０〜５０４ｍ程度の
大きさ（形状的には、必ずしも丸に限らず、角形もある
）であるため、インク中に含まれる不純物、又は、イン
ク供給系、供給路などから発生するごみ（ヘラドルイン
ク供給系製造時に混入したり、摺動部などから微小片が
脱落することによるごみもある）などにより、オリフィ
スの孔が詰まってしまう危険性を常に持つ。

ところで、特開昭６２−２５３４５６号公報、特開昭６
３−１８２１５２号公報、特開昭６３−１９７６５３号
公報、特開昭６３−２７２５３７号公報、特開昭６３−
２７２５５８号公報、特開昭６３−２８１８５３号公報
、特開昭６３−２８１８５４号公報、特開昭６４−６７
３５１号公報、特開平１−９７６５４号公報等に記載さ
れた記録ヘッドもある。これらの公報記載のものは個々
に検討すると各々個別の特長を有するか、基本的な構成
としては、従来のオリフィスを有するオリフィス板に代
えて、スリット状の開口が形成されたスリットノズル板
を用いた点で共通する。しかし、これらの場合もスリッ
ト幅は例えば特開昭６２−２５３４５６号公報中に記載
されているように数１０１１ｍ程度と微小であり、従来
よりあるインクジェットのオリフィス（ノズル）径と実
質的に差かなく、スリット状になったこと（こより、目
詰まりに対して若干有利になった程度であり、インクジ
ェットの致命的欠点である目詰まりの問題は解消されな
いものである。また、スリット方式といっても、スリッ
トノズル板を形成し、接合するという製法によるため、
前述したように従来からあるインクジェットのオリフィ
ス板を形成して接合するというものと製法的に何んら変
るところがなく、微細加工を伴うスリットノズル板の製
造にコストがかかり、アセンブリ接合（接着）という工
程も減るわけではなく、コスト面での優位性はない。

これは、特開昭６２−２５３４５６号公報等と同様にス
リットノズル板を用いる特開昭６１−１８９９５０号公
報記載のものでも同様であり、目詰まりの問題が残る。

また、上記の特開昭６２−２５３４５６号公報によれば
、インクの蒸気の泡を形成し、各々の泡が破裂する時に
破裂する泡の保存運動量によって往する作用力により、
インク層から運動する被記録体に向かってインクの滴状
体が、加熱機素及びインク層に垂直な方向に放出される
という吐出原理が記載されている。このような原理で吐
出されるインクの滴状体は、キャビテーション気泡の崩
壊の研究分野でその存在が認められている液体マイクロ
ジェットと同一のものと考えられている。

これは、気泡の崩壊時に気泡を貫くように柱状のジェッ
トが形成されるというもので、この柱状のジェット（液
体マイクロジェット）をインクシェツトに利用したもの
が、特開昭６１−１８９９４９号公報、特開昭６４−３
０７５８号公報に示されている。前述した特開昭６１−
１８９９５０号公報記載のものは、これらの特開昭６１
−１８９９４９号公報、特開昭６４−３０７５８号公報
に示される吐出原理を、スリット状ノスルに適用したも
のと見ることができる。

ところで、この特開昭６１−１８９９５０号公報記載の
ものは、泡を破裂させるという原理に基づいてインクの
滴状体を放出させているものであり、インクの滴状体に
よる記録は可能であるものの、泡の破裂によるインクミ
ストの発生か画質を著しく乱すという欠点が避けられな
いものである。

つまり、同公報記載のものは、前述した特開昭６２−２
５３４５６号公報等と同様に目詰まりの問題を解決して
いないたけでなく、さらには、泡の破裂によるインクミ
ストの飛散によって画質乱れをも生じてしまうものであ
る。

一方、オリフィスやスリットノスルを持たず、目詰まり
の問題を解消したものとして、特開昭５１−１３２０３
６号公報や特開平１−１０１１５７号公報に示されるも
のがある。しかし、その吐出原理を検討すると、必ずし
も満足し得る画質が得られる吐出原理とはいい難いもの
である。即ち、特開昭５１−１３２０３６号公報の吐出
原理は、前述した特開昭６１−１８９９５０号公報中に
記載のものと同様であり、気泡の破裂による画質低下の
欠点を持つ。特開平１．−１０　］　１５７号公報にお
ける吐出原理は、微小発熱体に通電して記録液を瞬時に
煮沸させてミスト状にして飛翔させ記録を行うというも
のであり、記録液をミスト状にするため鮮明な記録は困
難であり、カブリ、地肌汚れを伴い、必すしも良好なる
画像が得られないものである。

また、特公昭６２−４６３５８号公報や特公昭６２−４
６５８５号公報等に示されるように、エネルギー作用部
を複数個にして、階調表現を可能としたものもある。と
ころが、これらのエネルギー作用部は吐出オリフィスに
連通ずる液室中に設けられており、この作製のためには
、微細なエネルギー作用部を微細な液室内部に複数個作
製することからも判るように、階調表現を可能としつつ
も歩留まりの悪化、コスト高を招くものである。

発明が解決しようとする課題 このように従来の種々のインクジェット方式においては
、インクジェット方式の致命的欠点であるこみ、或いは
インクの乾燥によるオリフィス（ノズル）又はスリット
状ノスルの目詰まりの問題がある。また、ヘッドアセン
ブリ上における高精度オリフィス（ノズル）か形成でき
ない問題かある。さらには、アセンブリ上のコストの問
題かある。また、オリフィス（ノズル）が存在すること
による信頼性の維持・回復が困難なる問題がある。また
、印字品質が低いといった問題もある。

つまり、従来のインクジェット記録方式に関しては、目
詰まり等の信頼性の点、ヘッドのコストの点及び画質の
点に課題がある。

このような課題に対しては、本出願人により特願平１−
２２５７７７号等として提案されている、ノズルプレー
トさらにはスリット状のノズルをも必要としない、全く
新規なインクジェット記録方法か効果的といえる。即ち
、インク液面内に配設させたエネルギー作用部に画像情
報に応じた駆動信号を入力させて、このエネルギー作用
部でインク中に気泡を生じさせ、この気泡の瞬間的な成
長による作用力によりインク液面からインクを飛翔させ
、飛翔したインクを被記録体に付着させるようにしたも
のである。これによれば、ノズルを持たないため、イン
ク乾燥によって直ちに目詰りを起こすといったことはな
くなる。よって、上記のような問題のあるインク目詰り
対策を要しないものともなる。

ここに、液滴を効果的に飛翔させるためにはインク液面
と概ね平行な方向への圧力の分散を阻止する必要がある
。このような圧力の分散を阻止する対策の一つとして、
障壁を周囲に配設する方式が提案されている。しかし、
このような障壁を作製するには、例えばドライフィルム
フォトレジストを発熱体基板にラミネートし、ついでフ
ォトリソグラフィ法により障壁を形成しなければならな
い。このことは、工程の複雑化による歩留まりの悪化、
コスト高を招くものとなる。

課題を解決するための手段 請求項１記載の発明では、インク液面内に配設させたエ
ネルギー作用部に画像情報に応じた駆動信号を入力させ
て、このエネルギー作用部でインク中に気泡を生じさせ
るとともに、前記エネルギー作用部の周囲に配設させた
圧力制御用エネルギー作用部により前記気泡とは異なる
阻止気泡を発生させてインク液面と略平行な方向への圧
力の分散を阻止した状態で、前記気泡の瞬間的な成長に
よる作用力により前記インク液面からインクを飛翔させ
、飛翔したインクを被記録体に付着させるようにした。

この際、請求項２記載の発明では、圧力制御用エネルギ
ー作用部に印加するエネルギーの入力タイミング、継続
時間又は強度を可変させるようにした。

また、そのための装置構成として、請求項３記載の発明
では、インク供給手段と、このインク供給手段により供
給されたインクを保持するインク液面保持手段と、イン
ク液面内に配設されてインク中に瞬間的に成長する気泡
を生ヒさせるニラ、ルキー作用部と、二のエネルギー作
用部に画住情報に応じた駆動信号を与える信号人カテ段
と、前記インク液面内の前記二ネルキー作用部の周囲に
配設されて前記気泡の周囲に阻止気泡を生じさせる圧力
制御用エネルギー作用部とより構成した。

イ１５用 まず、基本的な記録動作としては、前述したオに出願人
提案方式と同様に、インク液面内に配設させたエネルギ
ー作用部に画像情報に応した駆動信号を入力させ、この
エネルギー作用部を駆動させるとインク中に気泡が生じ
る。二の気泡は瞬間的に成長するもので、その作用力に
よりインク液面はエネルギー作用部対応部分が盛り１−
かり、イシク柱状に成長する。ついで、エネルギー作用
部の駆動をオフさせると、成長した気泡は破裂すること
なく、収縮を開始し遂には消滅する。一方、成長したイ
ンク柱状部分はさらに前進し、基板側では気泡収縮に伴
いくびれが生じ、最終的にはインク液面から分離切断さ
れる。よって、インクはエネルギー作用部対応部分から
滴状ないしは柱状となって、被記録体に向けて飛翔し、
付着することにより記録される。つまり、オリフィスや
スリット状ノズルを用いることなく、ドツト状の鮮明画
像が得られる。この際、泡の破裂によるインクミストの
発生を伴なわないため、画質の低下もない。

この時、エネルギー作用部の周囲に配設させた圧力制御
用エネルギー作用部により阻止気泡を発生させて、イン
ク液面と略平行な方向への圧力分散を阻止した状態で動
作させるため、液滴を効果的に飛翔させることができる
。

この際、圧力制御用エネルギー作用部に対するエネルギ
ーの入力タイミング、継続時間又は強度を可変させるこ
とにより、阻止気泡を制御することで、高品質画像形成
可能な状態に液滴の飛翔量、飛翔速度を制御でき、飛翔
インク量を連続的に変えて階調記録を行わせることも容
易となる。

また、構造的にみればオリフィスやスリット状ノズルが
ないため、目詰まりの問題のない基本構成に加え、イン
ク液面と略平行な方向への圧力分散阻止が阻止気泡によ
るため、圧力制御用エネルギー作用部もエネルギー発生
部と同一工程にて作製でき、歩留まりか向上するととも
に、低コストで済む。

実施例 本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

［基本構造］ 本実施例のインクジェット記録ヘッドの構成要素を第２
図ないし第５図により説明する。この記録ヘッドｌは、
インク供給管（インク供給手段）２に接続された中空の
インク供給室３を有して台形状に形成されたマニホール
ド４をベース材として構成されている。マニホールド４
頂部にはインク供給室３に連通ずるスリット５か形成さ
れた発熱体基板６が固定されている。この発熱体基板６
上にはスリット５両側に位置させてヒータ部にネルキー
作用部）７か所定ピッチで各々形成されている。各ヒー
タｇ１１ｉ７の４辺周囲を囲む状態で阻止用ヒータ＠（
圧力制御用工不ルキー作用部）８も形成されている。さ
らに、発熱体基板６の周囲を覆い棒状の保持部材９によ
り押え固定される薄膜状導電性リード（信号入力手段）
１０がマニホールド４上に設けられている。

ここに、前記ヒータ部７付近の構造例を第５図に示す。

このヒータ部７はＳ１ウエハ又はアルミナセラミックス
による発熱体基板６上に蓄熱層１１を形成し、その上に
発熱体層１２を制御電極１３、アース電極１４とともに
形成し、さらに、インクとの直接的な接触を避けるため
に表面を保護層１５、電接保護層１６により覆ったもの
である。

各発熱体層１２は前記制御電極１３やアース電極１４を
介してワイヤホンディング（図示せず）により薄膜状導
電性リード１０に電気的に接続されている。この薄膜状
導電性リード１０は画像情報信号入力手段（図示せず）
に接続されている３阻止用ヒ一タ部８も二のヒータ部７
と同一構造とされている。

［インク飛翔原理の概要］ まず、インク供給管２よりインク供給室３に供給された
インク１７（第１図参照）は、インク供給管２の元にあ
るインクタンク（図示せす）と記録ヘッドｌとの高さ調
整による水頭差を利用して、微細なスリット５を通って
保持部材９に囲まれた領域１８全域に満たされることに
なる。このように領域１８全域かインク１７で満たされ
、各ヒータ部７，８もインク１７に覆われた状態となる
ように、インク液面の高さを調整した定常状態において
、画像情報に応じて各ヒータ部７の発熱体層１２に対し
て個別に通電を行うと、発熱した発熱体層１２上でイン
ク液中に気泡が発生する。この気泡の推進力によりイン
ク１７がヒータ部７の面（基板面）に略垂直なる方向に
飛翔することになる。この時、通電を行うヒータ部７の
周囲に位置する阻止用ヒータ部８の発熱体層１２に通電
を行うと、その発熱体層１２上にも気泡か発生し、これ
か、ヒータ部７に対してインク液面と略平行な方向への
圧力の分散を阻止することになり、ヒータ部７からの液
滴の飛翔が効果的に行われる。

［インク飛翔原理の詳細］ 第１図により詳細に説明する。なお、第１図ではヒータ
部７，８付近を拡大して示すが、簡単のため、電極等は
省略しである。

第１図（ａ）は定常状態を示し、領域１８全域にインク
１７か満たされ、ヒータ部７．８上もインク１７により
覆われている。ヒータ部７，８を加熱させると、ヒータ
部７，８０表面温度が急上昇し、隣接インク層に沸騰現
象か起きるまで熱せられ、同図（ｂ）に示すように微小
な気泡１９．２０が点在した状態となる。ヒータ部７，
８の全面で急激に加熱された隣接インク層が瞬時に気化
して同図（Ｃ）に示すように沸騰膜を作る。このように
気泡１９．２０か成長した状態において、表面温度は３
００〜３５０℃になり、いわゆる膜沸騰状態にある。ま
た、ヒータ部７，８の上部にあるインク１７層は、気泡
成長の推進力により、図示の如く、インク液面が盛り上
がった状態となる。同図（ｄ）は気泡１９が最大に成長
した状態を示し、気泡１９に対応するインク液面からイ
ンク柱２１がさらに成長した状態となる。この時、阻止
用ヒータ部８によっても阻止気泡２０が生成されており
、ヒータ部７での気泡生成による高圧領域か、インク液
面と略平行な方向へ分散するのが阻止される。よって、
インク柱２１の成長は、阻止用ヒータ部８による阻止気
泡２０のない場合に比して極めて速いものとなる。即ち
、阻止気泡２０は圧力伝搬の観点からみれば障壁と同等
の機能を持つものどなる。

このような最大気泡となるまでに要する時間は、ヘッド
（発熱体基板６）構造、印加パルス条件等にもよるか、
通常、パルス印加後、５〜３０μｓｅｃ程度要する。最
大気泡となった時点では、ヒータ部７，８は既に通電さ
れていない状態にあり、ヒータ部７，８の表面温度は降
下しつつある。気泡１９．２０が最大となる時のタイミ
ングは、電気パルス印加のタイミングから若干遅れたも
のとなる。同図（ｅ）は気泡１９．２０がインク１７等
により冷却され収縮を開始した状態を示す。インク柱２
１の先端部では押出された速度を保ちつつ前進し、後端
部では気泡１９の収縮に伴ってインク液面にインク１７
が逆流することにより、図示の如く、インク柱２１にく
びれか生する。気泡］９゜２０がさらに収縮すると、同
図（ｆ）に示すように、ヒータ部７，８面にインク１７
が接し、ヒータ部７．８面がさらに急激に冷却される状
態となる。

インク柱２１はインク液面から切断され、被記録体（図
示せず）の方向へ２〜］　Ｏｍ／ｓｅ＋：の速度で飛翔
する。なお、この時の飛翔速度はヘッド（発熱体基板６
）構造、インク物性、印加パルス条件等に依存するが、
飛翔速度が比較的遅い場合（２〜３ｍ／ｓｅｃ　）には
インク１７はしすく状となって飛翔し、比較的速い場合
（７〜１０ｍ、／ｓｅｃ　＞にはインク１７は細長い柱
状となって飛翔する。この後、同図（ｇ）に示すように
同図（ａ）と同様な定常状態に戻り、領域１８全域にイ
ンク１７が満たされ、気泡１９．２０も完全に消滅した
状態となる。

〔本発明の飛翔原理と従来の飛翔原理との違いｊ前述し
た各種従来方式中、例えば特開昭５１−１３２０３６号
公報に示されるものは、特開昭６１−１８９９５０号公
報と同一原理のものであり、泡を破裂させることにより
インクの滴状体を放出させるものである。よって、前述
したように泡の破裂によるインクミストの発生か画質低
下をもたらす。また、例えば特開平１−１０１１５７号
公報に示されるものは、記録液を瞬時に煮沸させてミス
ト状にして飛翔させ記録を行うもので、これもインクミ
ストによるカブリ、画像乱れが避けられない。

一方、本発明の飛翔原理によれば、インク１７を飛翔さ
せるための気泡１９は破裂せずに収縮・消滅するため、
泡の破裂によるインクミストの発生が防止され、インク
ミストによる画質低下がない。また、インクをミスト状
にして記録するものと異なり、インク１７をしずく状又
は細長柱状として（何れにしても、あるインク塊まりと
して）飛翔させ記録するので、被記録体上では１つのド
ツトとして付着して記録され、鮮明な画像が得られる。

［発熱体基板構造及びその製造方法の詳細１本実施例に
おいて、発熱体基板６は重要なパーツの一つである。ま
ず、発熱体基板６自体は例えばガラス、アルミナ（Ａ　
ｆ、Ｏ，）セラミックス、Ｓ】ウェハ等の材質によるも
のか用いられる。スリット５は比較的精度かよく、低コ
ストで加工できる点でレーザビーム加工法によるのかよ
い。もっとも、基板として単結晶シリコンを用いる場合
には、異方性エツチング加工によっても、非常に高精度
にスリット５を形成できる。

基板６上に形成される蓄熱層１１は例えば８１０２層よ
りなり、ガラス又はアルミナ基板の場合であればスパッ
タリング法等の薄膜形成法により形成され、シリコン基
板の場合には熱酸化法によって形成される。蓄熱層］］
の膜厚としては１〜５μｍ程度がよい。

発熱体層１２を構成する材料としては、例えばタンタル
−３ｉｎ、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、或いは、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
属の硼化物が使用可能である。これらの内、金属の硼化
物が特に好ましく、その中でも、硼化ハフニウムが最も
特性的に好ましく、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
順に好ましいものとなる。発熱体層１２はこのような材
料を用い、電子ビーム法、蒸着法、スパッタリング法等
により形成される。膜厚は単位時間当たりの発熱量か所
望値となるように、その面積、材質、熱作用部分の形状
及び大きさ、実際面での消費電力等に応じて適宜設定さ
れるが、通常は０．００１〜５ｕｍ程度、好ましくは０
．０１〜１μｍ程度の膜厚とされる。

制御電極１３やアース電極１４の材料としては、通常の
電極材料と同じでよく、例えば、Ａｆｆ、　Ａｇ、Ａｕ
、Ｐｔ、Ｃｕ等が用いられる。これらは蒸着法等により
、所定位置に所定の大きさ、形状、膜厚で形成される。

保護層１５は発熱体層１２で発生した熱を効果的にイン
ク１７側に伝達させることを妨げずに発熱体層１２を保
護するためのものであり、材料としては、酸化シリコン
（ＳｉＯ２）、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用
いられる。製法は、電子ビーム法、蒸着法、スパッタリ
ング法等による。膜厚は、通常０．０１〜１０層ｍ、好
ましくは０．１〜５μｍ（中でも、０．１〜３ｕｍか最
適）とされる。保護層１５はこれらの材料を用いて１層
又は複数層構造で形成されるが、これらの層の他に、気
泡１９．２０が収縮・消滅する際に発生するキャビテー
ション作用からヒータ部７゜８を保護するためにＴａ等
の金属層を表面に形成するのが望ましい。具体的には、
Ｔａなとの金属層を膜厚０，０５〜１μｍ程度で形成す
ればよい。

電極保護層１６の材料としては、例えばポリイミドイソ
インドロキナゾリンジオン（商品名：ＰＩＱ、　　日立
化成社製）、ポリイミド樹脂（商品名Ｐ　Ｙ　ＲＡ　Ｌ
　Ｉ　Ｎ　、デュポン社製）、環化ポリブタジェン（商
品名：ＪＳＲ−ＣＢＲ，日本合成ゴム社製）、フォトニ
ース（商品名：束し社製）、その他の感光性ポリイミド
樹脂等か用いられる。

［具体的構成例］ 具体例１ ヒータ部７について、サイズ：　８０層ｍ×８０層ｍ、
配列密度：　２００ｄｐｉ　（−１２７１＋ｍ）　　、
駆動電圧：第６図中のＡに示す電圧とし、阻止用ヒータ
部８についてはサイズ二幅２０μｍ×長さ１１００ｐの
長方形、駆動電圧：第６図中のＢに示す電圧とし、使用
インクはキャノン社製ＢＪ１３０用インクとした。

具体例２ 具体例１において、阻止用ヒータ部８の駆動電圧のみを
第６図中のＣに示す電圧とした（他は、同じ）。即ち、
約２μｓｅｃたけヒータ部７に先行するタイミングで阻
止用ヒータ部８を駆動させるものである。

比較例１ 具体例１において、阻止用ヒータ部８のない構造、駆動
条件とした。

比較例２ 具体例１において、阻止用ヒータ部８に代えて、阻止用
ヒータ部８の位置に同じ大きさの障壁を置いた。ただし
、この障壁の高さは３５μｍとした。

これらの具体例１，２、比較例１，２により、記録紙と
して三菱製紙社製ＮＭマッドコート紙を用い、インク機
器面・記録紙間距離を１ｍｍに設定して、印写実験を行
った。この結果、比較例１では十分な速度と量の飛翔液
滴を得ることができず、特に、飛翔速度は１　ｍ／ｓｅ
ｃ以下で、時として、飛翔が不安定或いは停止してしま
うことがあった。

これに対し、具体例１及び比較例２によれば、飛翔速度
が約７　ｍ／ｓｅｃに達し、ともに良好なる品質の画像
が得られた。即ち、阻止用ヒータ部８による阻止気泡２
０が障壁の機能を果たしていることが判る。具体例２に
よれば、さらに高速の液滴を得ることができたものであ
る。

なお、具体例１の構造、駆動条件において、阻止用ヒー
タ部８に対する電圧印加のタイミングのみを、ヒータ部
７に対する電圧印加タイミングを基準として先行又は遅
延させた場合、飛翔インク流量は第７図に示すように変
化したものである。

よって、印加タイミングを可変させるたけで、飛翔イン
ク流量を３Ｘ１０’〜８Ｘ１０−’ｇまで連続的に変え
ることができ、階調記録が可能なことが判る。

発明の効果　　　゛・ 本発明は、上述したように構成したので、本出願人既提
案方式と同様に、目詰り等の問題を解決した上に、エネ
ルギー発生部の周囲に配設させた圧力制御用エネルギー
発生部により阻止気泡を発生させて、インク液面と略平
行な方向への圧力分散を阻止した状態で動作させるため
、高品質画像の形成に十分な状態に液滴の飛翔量、飛翔
速度を高めることかでき、特に、圧力制御用二ネルキー
作用部に対するエネルギーの入力タイミング、継続時間
又は強度を可変させて、阻止気泡を制御することで、高
品質画像形成可能な状態に液滴の飛翔量、飛翔速度を簡
単に制御でき、飛翔インク量を連続的に変えて階調記録
を行わせる二とも容易となり、構造的にみてもオリフィ
スやスリット状ノズルがないため、目詰まりの問題のな
い基本効果に加え、インク液面と略平行な方向への圧力
分散阻止が阻止気泡によるため、圧力制御用エネルギー
作用部もエネルギー発生部と同一・工程にて作製でき、
歩留まりが向上するとともに、低コストで済むものであ
る。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示すもので、第１図は飛翔原
理を順に示す概略断面図、第２図はヘッドの概略分解斜
視図、第３図はその一部の拡大平面図、第４図は第３図
のＡ−Ａ線断面図、第５図はヒータ部付近を拡大して示
す断面図、第６図は電圧印加パターン例を示す説明図、
第７図は電圧印加タイミング可変によるインク飛翔量の
変化を示す特性図である。 ２・・・インク供給手段、７・・・エネルギー発生部、
８・・・圧力制御用エネルギー作用部、９・・インク液
面保持手段、１０・・・信号入力手段、１７・・・イン
ク、１９・・・気泡、２０・・・阻止気泡 量　願　人　　　株式会社　　　リ　コ　−、６− 玩 、Ｐｕ図 圧　３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、インク液面内に配設させたエネルギー作用部に画像
   情報に応じた駆動信号を入力させて、このエネルギー作
   用部でインク中に気泡を生じさせるとともに、前記エネ
   ルギー作用部の周囲に配設させた圧力制御用エネルギー
   作用部により前記気泡とは異なる阻止気泡を発生させて
   インク液面と略平行な方向への圧力の分散を阻止した状
   態で、前記気泡の瞬間的な成長による作用力により前記
   インク液面からインクを飛翔させ、飛翔したインクを被
   記録体に付着させるようにしたことを特徴とするインク
   飛翔記録方法。 ２、圧力制御用エネルギー作用部に印加するエネルギー
   の入力タイミング、継続時間又は強度を可変させたこと
   を特徴とする請求項１記載のインク飛翔記録方法。 ３、インク供給手段と、このインク供給手段により供給
   されたインクを保持するインク液面保持手段と、インク
   液面内に配設されてインク中に瞬間的に成長する気泡を
   生じさせるエネルギー作用部と、このエネルギー作用部
   に画像情報に応じた駆動信号を与える信号入力手段と、
   前記インク液面内の前記エネルギー作用部の周囲に配設
   されて前記気泡の周囲に阻止気泡を生じさせる圧力制御
   用エネルギー作用部とよりなることを特徴とするインク
   飛翔記録装置。