JPH04244852A - 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】

【０００１】

【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
。

【０００２】

【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。

【０００３】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。

【０００４】第１の方式は、例えば米国特許第３０６０
４２９号明細書に開示されているものである。これは、
Ｔｅｌｅ　ｔｙｐｅ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。

【０００５】より詳細には、ノズルと加速電極間に電界
をかけて、一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。

【０００６】第２の方式は、例えば米国特許第３５９６
２７５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、Ｓｗｅｅｔ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、一様電界が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。

【０００７】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。

【０００８】第３の方式は、例えば米国特許第３４１６
１５３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。

【０００９】第４の方式は、例えば米国特許第３７４７
１２０号明細書に開示されているものである。これは、
Ｓｔｅｍｍｅ　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、記録信号を担った小滴
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Ｓｔｅｍｍｅ　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。

【００１０】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。

【００１１】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。まず、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。

【００１２】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ットが生じやすい。

【００１３】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
、霧化状態の制御が困難である。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。

【００１４】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大
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。

【００１５】このように、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、サテライトドッ
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。

【００１６】しかし、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
吐出口に連通す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、記録液体が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１００μｍ、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、６０μｍ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、ガラス板に微
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ことが記載されている。 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、その欠け等により、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が吐出口を
詰まらせて、歩留まり低下をきたすものである。

【００１７】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５５−１２８４７１号公報、特公昭５９−４
３３１４号公報に開示されている。特開昭５５−１２８
４７１号公報のものは、細孔からなる記録液流路を有し
、こ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
させて記録する記録ヘッドであり、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度
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５９−４３３１４号公報のものは、記録液流路とな
る細孔と、こ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、発熱部が細孔の長手
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
。

【００１８】ここに、これらの特開昭５５−１２８４７
１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６１−５９９
１４号公報記載のものとは、感光性ガラスのエッチング
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。

【００１９】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５５−１２８４７１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がある。

【００２０】一方、特公昭６２−５９６７２号公報によ
れば、前述した特公昭６１−５９９１４号公報、特開昭
５５−１２８４７１号公報、特公昭５９−４３３１４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、ガラス板の研削加工によるインク流路の形成
法、感光性ガラスのエッ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
のた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、研削の際にガラスに欠け、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があるとともに、材料コストが
高いものである。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、
インク吐出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。

【００２１】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５５−１２８４７１号公報、特公昭５９−４３
３１４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が
著しく低下する点である。仮に、特公昭６２−５９６７
２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。

【００２２】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つの公報記載のヘツドの組立てに適
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、インクジェットプリンタ
ヘッドを製造するようにしたものである。

【００２３】しかし、これらの特開昭５９−１１８４６
９号公報、特開平１−１５２０６８号公報、特開昭５９
−２０７２６４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。まず、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６
２−２６４９５７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。

【００２４】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３０〜５
０μｍ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（
ヘッド〜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
。

【００２５】ところで、特開昭６２−２５３４５６号公
報、特開昭６３−１８２１５２号公報、特開昭６３−１
９７６５３号公報、特開昭６３−２７２５５７号公報、
特開昭６３−２７２５５８号公報、特開昭６３−２８１
８５３号公報、特開昭６３−２８１８５４号公報、特開
昭６４−６７３５１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が、
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１０μｍ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）径と実質的に差がなく、スリット状になったことに
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６１−１８９９５
０号公報記載のものでも同様であり、目詰りの問題が残
る。

【００２６】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生ずる作
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）をインクジェットに利用したもの
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、スリット状ノズルに適用したも
のと見ることができる。

【００２７】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が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６２−２５３４５６号公報等と同様
に目詰まりの問題を解決していないだけでなく、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。

【００２８】一方、オリフィスやスリットノズルを持た
ず、目詰まりの問題を解消したものとして、特開昭５１
−１３２０３６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６１−１８９９５
０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１−１０１１５７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、必ずしも良
好なる画像が得られないものである。

【００２９】また、特開昭６１−９４７６８号公報によ
れば、インク層中に設けた電極と空気吐出口周辺部に設
けた電極との間に電位差を持たせ、その静電力により空
気流中にインクを吐出させるようにしたものが示されて
いる。しかし、この方式は一般的にインクを吐出させる
ために数１００Ｖを越えるような電位差を持たせる必要
があり、周波数応答性が悪いものである。具体的には、
上記公報中にも示されるように、バイアス電圧として５
００Ｖ以上、信号電圧として５００Ｖ以上として、これ
らの電圧を重畳させて加えるものであり、周波数応答性
も１００μ秒以上を有する。つまり、低電圧駆動化、高
周波数応答性化が極めて困難でり、かつ、駆動素子が極
めて高価となり、マルチ化した場合、コスト高となる。

【００３０】

【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ごみ、或いはインクの乾燥によるオ
リフィス（ノズル）又はスリット状ノズルの目詰まりの
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）が形成できない問題がある。さら
には、アセンブリ上のコストの問題がある。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。

【００３１】このような問題も本出願人により提案され
た特願平１−２２５７７７号による新規なインク飛翔記
録方式によればほぼ解消し得る。これは、要約すると、
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。

【００３２】これにより、まず、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、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。この気泡
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上がり、インク柱
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、基部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、ドット状の鮮明画像が得られると
いうものである。このようにインク中に気泡を発生させ
、その作用力を用いるものであり、気泡は１００Ｖ以下
の低電圧で発生させることができ、前記特開昭６１−９
４７６８号公報のような高電圧を必要とせず、高価な駆
動素子を要しないものである。

【００３３】しかし、このようなノズルレス方式におい
て、より安定して高画質の印写画像を得るためには、改
善すべき点はまだある。具体的には、広い範囲に形成さ
れたインク液面からインクを飛翔させるため、圧力の逃
げが生じてしまう。よって、圧力を十分効率よく利用す
ることができず、飛翔速度や飛翔安定性の面で不十分で
ある。

【００３４】

【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、この気泡の瞬間的な成
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、飛翔したインクを気体流により被記録体に付着さ
せるようにした。

【００３５】また、請求項２記載の発明では、その装置
として、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、少なくともインク飛翔部近傍に気体流を流すための
気体流供給手段とにより構成し、請求項３記載の発明で
は、エネルギー作用部の近傍に位置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ための障壁をも備
え、請求項４記載の発明では、少なくともインク液面の
一部を覆う位置に位置して前記インク液面に対する気体
流の直接接触を妨げる阻止手段をも備え、また、請求項
５記載の発明では、気体流供給手段による気体流を画像
情報に基づき制御するように構成した。

【００３６】

【作用】基本的には、前述した本出願人提案方式と同様
であり、エネルギー作用部に画像情報に応じた駆動信号
を入力させるとインク中に、瞬間的に成長する気泡が生
じ、その作用力によりインク液面はエネルギー作用部対
応部分が盛り上がり、インク柱状に成長する。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せ
ずに、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、基部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、ドット状の鮮明画
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。ここに、飛
翔したインクは気体流に乗って飛翔して被記録体に付着
するので、安定した高速飛翔となり、高速・高画質記録
が可能となる。

【００３７】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、目詰まりの問題はない。仮に、
インクの乾燥、紙粉等の異物の付着・混入等があっても
、洗浄液による洗浄等によって、本来の飛翔機能を容易
に回復・維持できる。また、オリフィス等を持たず、か
つ、その形成のための接合工程も不要なため、低コスト
で済み、工程的にも目詰まりの問題はない。

【００３８】特に、請求項４記載の発明によれば、阻止
手段により気体流はインク液面に直接接触しないので、
広いインク液面が形成されインク液面の自由度の大きい
ものにあっても、エネルギー作用部上のインク液面に対
して気体流による影響が軽減され、安定した飛翔特性が
確保される。また、気体流がインク液面に接することに
よりインク蒸発が促進されてインク粘度が上がることも
抑制されるため、安定した飛翔能力を確保でき、高品質
記録が可能となる。

【００３９】また、請求項５記載の発明による場合も同
様であり、画像情報のない場合には気体流を流さなくす
ることにより、気体流によりインク蒸発が促進されてイ
ンク粘度が上がるのが抑制されるため、安定した飛翔能
力を確保でき、高品質記録が可能となる。

【００４０】

【実施例】本発明の第一の実施例を図１ないし図１２に
基づいて説明する。まず、本実施例のインクジェット記
録ヘッドの構成要素を図２ないし図５により説明する。 この記録ヘッド１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に連通す
るスリット５が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片側に位置させ
て櫛歯状の障壁７が形成され、障壁７間に流路（インク
液面保持手段）８が形成されている。これらの流路８は
前記スリット５に連通されている。また、前記発熱体基
板６上には各流路８毎に最奥部側、かつ、発熱体基板６
のほぼ中央に位置させて各々ヒータ部（エネルギー作用
部）９が形成されている。よって、ヒータ部９の平面的
な配列を見ると、図３のようにスリット片側でアレイ状
配列となる（なお、図３では後述するカバー等を取り除
いた状態を示す）。また、各流路８の途中に位置させて
発熱体基板６上には障壁７と同等の高さの流体抵抗部１
０が形成されている。さらに、発熱体基板６の周囲を覆
い枠状の保持部材１１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）１２がマニホールド４上に設
けられている。

【００４１】さらに、図２に示すようにヘッド上部には
空気供給管（気体流供給手段）１３に接続されて頂部に
開口部１４が形成された台形状のカバー１５が設けられ
ている。このカバー１５の内壁と前記マニホールド４上
の薄膜状導電性リード１２との間には図４に示すように
空気流路１６を形成する隙間が確保され、前記空気供給
管１３より供給された空気はこの空気流路１６を通り、
開口部１４から出るように構成されている。このような
カバー１５の頂部には前記ヒータ部９の真上に位置させ
て空気噴出口１７を形成するスリットを持つ蓋板１８が
設けられている。こに、蓋板１８と前記発熱体基板６と
の間にも空間１９が確保され、前記空気流路１６から供
給された空気が通るように設定されている。よって、前
記空気供給管１３より供給された空気は前記空気流路１
６を通ってこの空間１９にてヒータ部９による飛翔部付
近に供給された後、ヒータ部９上方で方向を変えて、空
気流２０として空気噴出口１７から流出することになる
。

【００４２】ところで、前記ヒータ部９付近の構造例を
図５に示す。このヒータ部９は発熱体基板６上に蓄熱層
２１を形成し、その上に発熱体層２２を制御電極２３、
アース電極２４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２５、電極保護
層２６により覆ったものである。各発熱体層２２は前記
制御電極２３やアース電極２４を介してワイヤボンディ
ング（図示せず）により薄膜状導電性リード１２に電気
的に接続されている。この薄膜状導電性リード１２は画
像情報信号入力手段（図示せず）に接続されている。

【００４３】次に、インク飛翔原理の概要を説明する。 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２７（図１参照）は、毛管現象により微細なスリ
ット５を通って障壁７により囲まれた櫛歯状の流路８全
域に満たされることになる。なお、スリット５や流路８
の寸法によっては、毛管現象だけではインク２７を十分
に流路８全域に供給・保持させることができないが、こ
のような場合には、インク供給管２の元にあるインクタ
ンク（図示せず）と記録ヘッド１との高さを調整するこ
とにより、水頭差を利用すればよい。このように流路８
全域にインク２７が満たされ、各ヒータ部９もインク２
７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発熱体層
２２に対して個別に通電を行うと、発熱した発熱体層２
２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２７がヒータ部９の面（基板面）に略垂直
なる方向に飛翔することになる。

【００４４】図１によりインク飛翔原理の詳細を説明す
る。なお、図１ではヒータ部９及びその周辺部を拡大し
て示すが、簡単のため、電極等は省略してある。まず、
同図（ａ）は定常状態を示し、流路８全域にインク２７
が満たされ、ヒータ部９上もインク２７により覆われて
いる。ヒータ部９を加熱させると、ヒータ部９の表面温
度が急上昇し、隣接インク層に沸騰現象が起きるまで熱
せられ、同図（ｂ）に示すように微小な気泡２８が点在
した状態となる。ヒータ部９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２８が成長した状態にお
いて、表面温度は３００〜３５０℃になり、いわゆる膜
沸騰状態にある。また、ヒータ部９の上部にあるインク
２７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２
８が最大に成長した状態を示し、インク液面からインク
柱２９がさらに成長した状態となる。この時、図示のよ
うに空気流２０により飛翔方向に加速される。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が、通常、パ
ルス印加後、５〜３０μ秒程度要する。最大気泡となっ
た時点では、ヒータ部９は既に通電されていない状態に
あり、ヒータ部９の表面温度は降下しつつある。気泡２
８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。

【００４５】同図（ｅ）は気泡２８がインク２７等によ
り冷却され収縮を開始した状態を示す。インク柱２９の
先端部では空気流２０によりさらに加速されつつ前進し
、後端部では気泡２８の収縮に伴ってインク液面にイン
ク２７が逆流することにより、図示の如く、インク柱２
９にくびれが生ずる。気泡２８がさらに収縮すると、同
図（ｆ）に示すように、ヒータ部９面にインク２７が接
し、ヒータ部９面がさらに急激に冷却される状態となる
。インク柱２９はインク液面から切断され、液滴３０と
なって被記録体（図示せず）の方向へ２〜１５ｍ／ｓ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／ｓ）
には液滴３０は滴状となって飛翔し、比較的速い場合（
７〜１５ｍ／ｓ）には液滴３０は図示例のように細長い
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、流路８全域にイ
ンク２７が満たされ、気泡２８も完全に消滅した状態と
なる。

【００４６】よって、本発明の飛翔原理と従来の飛翔原
理との違いについて簡単に言及すれば、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が画質低下をもた
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２７を飛翔させるための気泡２
８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２７を滴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つのドットとして付着して記
録され、鮮明な画像が得られるものとなる。特に、空気
流２０によりインク柱２９の成長、液滴３０の飛翔が助
けられるので、より安定した高速のインク飛翔となる。

【００４７】ところで、発熱体基板構造及びその製造方
法の詳細について説明する。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。この発熱体基板６
自体は例えばガラス、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、シリコ
ン等の材質によるものが用いられる。スリット５は比較
的精度がよく、低コストで加工できる点でレーザビーム
加工法によるのがよい。もっとも、基板として単結晶シ
リコンを用いる場合には、異方性エッチング加工によっ
ても、非常に高精度にスリット５を形成できる。

【００４８】基板６上に形成される蓄熱層２１は例えば
ＳｉＯ２　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２１の膜厚としては１〜５μｍ程度がよい。

【００４９】発熱体層２２を構成する材料としては、例
えばタンタル‐ＳｉＯ２　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２２
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
りの発熱量が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０．００１〜５μｍ程度
、好ましくは０．０１〜１μｍ程度の膜厚とされる。

【００５０】制御電極２３やアース電極２４の材料とし
ては、通常の電極材料と同じでよく、例えば、Ａｌ，Ａ
ｇ，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。

【００５１】保護層２５は発熱体層２２で発生した熱を
効果的にインク２７側に伝達させることを妨げずに発熱
体層２２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
〜１０μｍ、好ましくは０．１〜５μｍ（中でも、０．
１〜３μｍが最適）とされる。保護層２５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２８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９を保護するためにＴ
ａ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などの金属層を膜厚０．０５〜１μｍ程度で形
成すればよい。

【００５２】電極保護層２６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：ＰＩ
Ｑ，日立化成社製）、ポリイミド樹脂（商品名：ＰＹＲ
ＡＬＩＮ，デュポン社製）、環化ポリブタジエン（商品
名：ＪＳＲ‐ＣＢＲ，日本合成ゴム社製）、フォトニー
ス（商品名：東レ社製）、その他の感光性ポリイミド樹
脂等が用いられる。

【００５３】ついで、発熱体基板６上にインク液面と略
平行な方向への圧力分散を防止する状態で流路８を形成
するための障壁７の形成方法を図６を参照して説明する
。図６では、簡略化するため、発熱体基板６上にはヒー
タ部９のみを図示する。前述したように必要な層が形成
された発熱体基板６上に図６（ａ）に示すように、８０
〜１０５℃程度に加熱されたドライフィルムフォトレジ
スト３１を０．４〜０．５ｆ／分、１〜３ｋｇ／ｃｍ２
　加圧条件下で膜厚１０〜１００μｍ程度にラミネート
する。この時、ドライフィルムフォトレジスト３１は自
己接着性を示し、発熱体基板６表面に融着して固定され
、以後、相当の外力が加わって発熱体基板６から剥離す
ることはない。

【００５４】次いで、同図（ｂ）に示すようにドライフ
ィルムフォトレジスト３１上に所定のパターン形状を有
するフォトマスク３２を重ね合わせた後、フォトマスク
３２上方から露光を行う。この時、ヒータ部９の設置位
置とフォトマスク３２のパターンとの位置合わせを周知
の方法により正確に行っておく。

【００５５】露光工程後に、ドライフィルムフォトレジ
スト３１の未露光部分をトリクロルエタン等の所定の有
機溶剤からなる現像液により溶解除去すると、同図（ｃ
）に示すようにヒータ部９に対応して流路８が存在する
ように障壁７が残存形成される。残存した露光済みのこ
の障壁７表面は、耐インク性向上、ドライフィルムフォ
トレジスト３１と発熱体基板６との密着力の向上のため
、熱硬化処理（例えば、１５０〜２５０℃で３０分〜６
０時間の加熱）、又は、紫外線照射処理（例えば、５０
〜２００ｍＷ／ｃｍ２　或いはそれ以上の紫外線強度に
よる）を行う。熱硬化処理と紫外線照射処理との双方を
行ってもよい。また、フォトマスク３２のパターン形状
を適宜設定することにより、流体抵抗部１０も障壁７と
同時に形成される。

【００５６】なお、障壁７（流体抵抗部１０を含む）の
形成につき、フォトレジストとしてドライフィルム型、
即ち固体のものを利用したが、これに限らず、例えば液
状の感光性組成物を用いてもよい。液体の感光性組成物
膜の場合、レリーフ画像の製造時に用いられるスキージ
による方法、即ち、所望の感光性組成物膜厚に相当する
高さの壁を基板周囲に置き、スキージによって余分な組
成物を除去する方法を適用できる。この場合、感光性組
成物の粘度は１００〜３００ｃｐの範囲が好ましく、壁
の高さは感光性組成物の溶剤分の蒸発による減量を見込
んで決定する必要がある。

【００５７】固体の場合には、感光性組成物シートを基
板上に加熱圧着して貼着する。なお、本発明においては
、その取扱い上、厚さの制御が容易かつ正確にできる点
などを考慮すると、前述したように固体のフィルム型の
ものを利用するほうが有利である。このような固体のも
のとしては、具体的には、例えばパーマネントフォトポ
リマーコーティングＲＩＳＴＯＮ（ソルダーマスク）７
３０Ｓ（デュポン社製）、同７４０Ｓ、同７３０ＦＲ、
同７４０ＦＲ、同ＳＭ／等の商品名で市販されている感
光性樹脂がある。この他、感光性樹脂、フォトレジスト
等の通常のフォトリソグラフィーの分野において使用さ
れている感光性組成物の多くのものを用い得る。例えば
、ジアゾレジン、Ｐ‐ジアゾキノン、さらには、例えば
ビニルモノマーと重合開始剤を使用する光重合型フォト
ポリマー、ポリビニルシンナメート等と増感剤を使用す
る二量化型フォトポリマー、オルソナフトキノンジアジ
ドとノポラックタイプのフェノール樹脂との混合物、ポ
リビニルアルコールとジアゾ樹脂の混合物、４‐グリシ
ジルエチレンオキシドとペンゾフェノンやグリシジルカ
ルコンとを共重合させたポリエーテル型フォトポリマー
、Ｎ，Ｎ‐ジメチルメタクリルアミドと例えばアクリル
アミドベンゾフェノンとの共重合体、不飽和ポリエステ
ル系感光性樹脂（例えば、旭化成社製のＡＰＲ、帝人社
製のテビスタ、関西ペイント社製のゾンネ等）、不飽和
ウレタンオリゴマー系感光性樹脂、二官能アクリルモノ
マーに光重合開始剤とポリマーとを混合させた感光性組
成物、重クロム酸系フォトレジスト、非クロム系水溶性
フォトレジスト、ポリケイ皮酸ビニル系フォトレジスト
、環化ゴム‐アジド系フォトレジスト等が挙げられる。

【００５８】なお、流路８形状については下記のような
変形例が考えられる。図７（ａ）は流体抵抗部１０を省
略した変形例を示す。インク１９の物性、駆動条件を適
切に選定すれば、流体抵抗部１０がなくてもインク飛翔
を確実に行わせることができる。同図（ｂ）は平面的に
見て円形状の流体抵抗部１０に代えて、平面的に見てハ
ート型形状の流体抵抗部１０ａとしたものである。この
場合、図示の如く、ヒータ部９側に向けてインク２７が
流れ込みやすく、ヒータ部９側から出にくい向きとされ
、より効率的にインク飛翔されるようにしたものである
。 同図（ｃ）は、流体抵抗部１０を省略するとともに、障
壁７の入口部形状を図示のように絞り形状として、幅狭
の流体抵抗部１０ｂを形成することにより、各ヒータ部
９毎に個別化された流路８が形成されるようにしたもの
である。同図（ｄ）も同様であり、障壁７の入口部形状
を入り組んだ形状として流体抵抗部１０ｃを形成したも
のである。これらに例示したように、流路８形状として
は種々の形状とし得る。何れにしても、前述したフォト
リソグラフィ法により形成できる。

【００５９】つぎに、障壁７形状の変形例について説明
する。障壁７については、図３に示したように基板６上
で連続的につながっている必要はなく、図８（ａ）〜（
ｅ）に例示するように、各々独立した障壁７のブロック
としヒータ部９に対する流路８を形成するようにしても
よい。

【００６０】また、図１等による説明では、インク液面
の高さを障壁７及び流体抵抗部１０と同一高さとしたが
（この場合、実験によれば、障壁７及び流体抵抗部１０
の上面を弗素化合物により揆水性処理をしてインクに濡
れにくくしたほうが、安定したインク飛翔結果が得られ
た）、必ずしも同一高さである必要はない。図９は、障
壁７及び流体抵抗部１０がインク液面下に沈んでいる変
形例を示す。このような構成であっても、インク物性、
印加パルス条件を適当に選定することにより、良好に動
作する。

【００６１】さらに、インク２７中で気泡２０を発生さ
せるエネルギー作用部としては、発熱体層２２を持つヒ
ータ部９によるジュール熱加熱法に限らず、例えば、パ
ルスレーザ又は放電を利用したエネルギー作用方式であ
ってもよい。

【００６２】例えば、パルスレーザ方式は、特開平１−
１８４１４８号公報中の第８図方式等に準じたものでよ
い。即ち、レーザ発振器より発生させたレーザ光を、光
変調器駆動回路に入力されて電気的に処理され出力され
る画情報信号に従って、光変調器においてパルス変調さ
せる。パルス変調されたレーザ光を走査器を通し集光レ
ンズにより熱エネルギー作用部の外壁に焦点が合うよう
に集光させ、記録ヘッドの外壁を加熱し、内部のインク
内で気泡を発生させる。或いは、熱エネルギー作用部の
外壁を、レーザ光に対して透過性材料により形成し、集
光レンズによって内部のインクに焦点が合うように集光
させてインクを直接熱して気泡を発生させるようにして
もよい。実際的なレーザプリンタ構成としては、同公報
中の第９図に準じて構成すればよい。

【００６３】また、放電方式も、同公報中の第１０図方
式に準じたものでよい。即ち、熱エネルギー作用部の内
壁側に配置させた一対の放電電極に放電装置から高電圧
パルスを印加することにより、インク中で放電を生じさ
せ、この放電により発生する熱で瞬時に気泡を発生させ
るものである。放電電極の形状は、同公報中の第１１図
ないし第１８図に例示されるような各種形状を適宜用い
ればよい。

【００６４】次に、インク組成等について説明する。本
実施例で使用するインク２７は、所定の熱物性値及びそ
の他の物性値を有するように、材料の選択と組成成分の
比が調合されること、従来から使用されているインクと
同様に化学的・物理的に安定であること、応答性、忠実
性、曳糸化性能に優れていること、液路において固まら
ないこと、液路中を記録速度に応じた速度で流通し得る
こと、記録後に被記録体への定着が速やかであること、
記録濃度が十分であること、貯蔵寿命が良好であること
、等の特性を満足し得るように物性が調整される。具体
的には、上記特開平１−１８４１４８号公報の明細書第
３４頁ないし第４９頁に例示されるようなインクを、本
発明でも使用すればよい。

【００６５】さらに、空気流２０について説明する。本
実施例では、空気流２０をインク飛翔方向に流すことに
より、液滴３０の吐出と飛翔とを補助させるものである
。つまり、無風状態で吐出・飛翔させる場合に比して飛
翔方向に空気流２０を伴走させることにより吐出・飛翔
方向への空気抵抗が小さくなり、小さいエネルギーで吐
出・飛翔させることができる。或いは、同じエネルギー
であれば伴走空気流２０に助けられて、液滴２０の飛翔
速度が速くなり、安定した飛翔が可能となる。空気流２
０による補助作用により、このような効果を得るわけで
あるが、単に空気流２０を流せばよいというわけではな
く、いくつかの留意点があり、下記に説明する。

【００６６】一般に、空気は粘性抵抗であり、その流れ
には、層流と乱流とがある。いま、円管内の流れを考え
た場合、管内の各層の流体粒子が管軸に平行に流れるよ
うな流れを層流といい、各層の流体粒子が互いに入り乱
れて不規則に混合しながら進んでいく流れを乱流という
。より定量的には、流体の動粘性係数をν、平均流速を
ｕ、管の内径をｄとしたとき、Ｒ＝ｕｄ／νによって表
される無次元数Ｒ（これを、Ｒｅｙｎｏｌｄｓ　数とい
う）がある一定値以下の場合を層流といい、それ以上の
場合を乱流という。また、乱流から層流、層流から乱流
へと遷移するときのレイノルド数を臨界レイノルド数Ｒ
ｃといい、多くの研究によればＲｃ＝２３１０とされて
いる（普通、臨界レイノルド数という場合、下限臨界レ
イノルド数を指すものであり、本実施例でもＲｃはこの
下限臨界レイノルド数を意味するものとする）。

【００６７】具体的に、層流を流すにはどうすればよい
かというと、例えば管の内径ｄを２ｍｍとすると、空気
の動粘性係数νは１気圧、３５℃条件で約０．１６５ｃ
ｍ２／ｓであるので、上式を変形してこれらの数値を代
入すれば、ｕ＝Ｒｃ×ν／ｄ＝２３１０×０．１６５／
２≒１９．１ｍ／ｓとなり、空気流速を約１９ｍ／ｓ以
下で流せば層流が得られることになる。上述のように、
乱流は各層の流体粒子が互いに入り乱れて不規則に混合
しながら進んでいくため、本実施例の液滴伴走用には好
ましくない。即ち、液滴２０の飛翔を安定化させること
を目的の一つとする本実施例にあっては、空気流２０と
して層流を流すようにすることが好ましい。

【００６８】さらに、留意すべき点は空気流２０が記録
紙に当った後、速やかに紙面に沿って流れるようにする
ことである。まず、図１０（ｃ）は好ましくない例を示
し、ヘッド１前面の空気流２０が記録紙３４の紙面に沿
って速やかに流れずうずを形成している様子を示す。こ
れに対して、同図（ａ）（ｂ）は好ましい例として、記
録紙３４にややカーブを持たせたり、ヘッド１と記録紙
３４との位置関係を工夫して（例えば、角度を持たせる
）、空気流２０が紙面に沿って速やかに流れ、うずが発
生せず、又は、発生しても飛翔する液滴２０には影響な
いようにしたものを示す。

【００６９】このようなヘッド１と記録紙３４との関係
に限らず、例えば図１１に示すように、空気流２０が滑
らかに流れるように各パーツのコーナ部を面取り加工又
は曲面形状に加工することが望ましい。図示例は、カバ
ー１５の内壁コーナ部３５を曲面形状に加工したもので
ある。

【００７０】次に、本実施例の原理に基づき実際に印写
記録を行った時の条件ないしは噴射実験結果を示す。ま
ず、具体例１について説明する。具体例１の条件は、発
熱体層２２のサイズ：６５μｍ×６５μｍヒータ部９の
配列密度：１８０ｄｐｉ ヒータ部９の数　　　　　　：３０個 抵抗値　　　　　　　　　　　　　　：３１Ω障壁７の
形状　　　　　　　　：図７（ａ）図示のもの障壁７の
サイズ　　　　　　：幅６５μｍ，奥行き１２０μｍ，
高さ３５μｍ 空気噴出口１７の幅　　：１ｍｍ 空気流２０の流速　　　　：１１ｍ／ｓ（空気噴出口１
７において） 駆動電圧　　　　　　　　　　　　：１５Ｖパルス幅　
　　　　　　　　　　　：５μ秒連続駆動周波数　　　
　　　：２．５ｋＨｚ（ベタ印写時）使用インク　　　
　　　　　　　：キャノン社製のＢＪ１３０用インク とした。

【００７１】上記条件で印写記録実験を行ったところ、
良好なる記録画像が得られたものである。記録された画
素の平均径は、被記録体としてＮＭマットコート紙（三
菱製紙社製）上で、平均値が９５μｍとなったものであ
る。また、２．５ｋＨｚ連続駆動時のインク飛翔速度は
６ｍ／ｓと高速性が確保されたものである。

【００７２】ついで、具体例２について説明する。まず
、条件は 発熱体層２２のサイズ：６５μｍ×６２μｍヒータ部９
の配列密度：１５０ｄｐｉの２列千鳥配列による３００
ｄｐｉ ヒータ部９の数　　　　　　：５０個 抵抗値　　　　　　　　　　　　　　：３１Ω障壁７の
形状　　　　　　　　：図７（ｃ）図示のもの障壁７の
サイズ　　　　　　：幅６５μｍ，奥行き１００μｍ，
高さ２０μｍ、最小幅狭部３０μｍ駆動電圧　　　　　
　　　　　　　：１５Ｖパルス幅　　　　　　　　　　
　　：３．６μ秒連続駆動周波数　　　　　　：５ｋＨ
ｚ（ベタ印写時）使用インク　　　　　　　　　　：キ
ャノン社製のＢＪ１３０用インク とした。

【００７３】上記条件で印写記録実験を行った場合も、
良好なる記録画像が得られたものである。記録された画
素の平均径は、被記録体としてＮＭマットコート紙（三
菱製紙社製）上で、９０μｍとなったものである。また
、５ｋＨｚ連続駆動時のインク飛翔速度は５ｍ／ｓと高
速性が確保されたものである。

【００７４】さらに、具体例３について説明する。ここ
では、具体例２の条件中、障壁７の形状を図８（ｃ）に
示したものとし、他は同一条件として実験したところ、
５ｋＨｚ連続駆動時に７．５ｍ／ｓで安定したインク飛
翔が確認されたものである。

【００７５】また、具体例４について説明する。ここで
は、具体例３の構造と同一とし、インク液面の高さを図
９に示したように高くし障壁７等を沈ませた状態で駆動
させたところ、５ｋＨｚ連続駆動時に７ｍ／ｓで安定し
たインク飛翔が確認されたものである。

【００７６】なお、具体例１において蓋板１８及びカバ
ー１５を取り除き、空気流２０を流さない状態で、他は
同一条件にて印写記録実験を行なったところ、飛翔速度
は４．５ｍ／ｓとなったものである。よって、具体例１
のように空気流２０を流すことにより飛翔速度が速くな
り、安定した飛翔となることが判る。

【００７７】また、本実施例のようなノズルを有しない
ヘッド１にあっては、数１００μｍ以上の広い範囲に渡
ってインク液面が形成される。このため、紙粉、ごみ等
がインク液面に付着し、飛翔特性に悪影響を及ぼす可能
性がある。この点、本実施例によれば、インク液面の大
部分を空気噴出口１７を形成する蓋板１８が覆うため、
紙粉、ごみ等がインク液面に付着しにくくなるという利
点もある。この点を考慮すると、空気噴出口１７のスリ
ット幅はあまり大きくとることは好ましくなく、通常１
０ｍｍ、好ましくは５ｍｍ、最適には３ｍｍを上限値と
するのがよい。かといって、あまり狭すぎると、飛翔イ
ンクが付着してしまうので、通常５０μｍ、好ましくは
１００μｍ、最適には２００μｍを下限値とするのがよ
い。

【００７８】また、空気噴出口１７としては図１２（ａ
）に示したようにヒータ部９の配列アレイ方向全体を開
放させたものに限らず（なお、図示例のものは図８（ａ
）に示した障壁形状のヘッドとした）、例えば図１２（
ｂ）に示すように各々の飛翔部、即ちヒータ部９に対応
して個別に形成した空気噴出口３６としたり、同図（ｃ
）に示すように数個のヒータ部９に対して共通に形成し
た空気噴出口３７を複数個形成するようにしてもよい。

【００７９】つづいて、本発明の第二の実施例を図１３
により説明する。本実施例は、請求項４記載の発明に相
当するもので、インク液面の少なくとも一部と蓋板１８
とのの空気流２０が直接インク液面に接しないようにす
るための薄板（阻止手段）３８を保持部材１１に接着固
定したものである。この薄板３８は例えば３０μｍの厚
さのガラス板によるものであり、インク飛翔動作に支障
ないようにヒータ部９上方は開口されている。ここに、
この薄板３８はあまりインク液面側に近付け過ぎると、
インク飛翔に伴って発生する液面の波或いは液面の振動
等によりインク２７と接触し、ヒータ部９におけるイン
ク液面高さを変えて飛翔特性に影響を及ぼすので、イン
ク液面との距離ｄはあまり小さくすることはできない。 かといって、この距離ｄがあまり大き過ぎると、その上
方に蓋板１８を設ける関係上、記録紙３４と飛翔部との
距離が離れ過ぎてしまい、印写画像の位置精度が悪くな
ってしまう。通常、記録紙３４と飛翔部との距離は０．
５ｍｍ以上５ｍｍ以下である。また、高速の飛翔速度を
得るには図１（ｄ）に示したようにインク柱２９として
成長している時から空気流２０の作用を受けるのがよい
ので、インク柱２９が最も成長した時の高さ以下の位置
に対しても空気流２０があるようにするのがよい。イン
ク柱２９の高さは通常１ｍｍ以下である。従って、薄板
３８とインク液面との間の距離ｄは、通常５μｍ≦ｄ≦
４ｍｍ、好ましくは１０μｍ≦ｄ≦１ｍｍ、最適には１
０μｍ≦ｄ≦５００μｍとするのがよい。

【００８０】本実施例方式により実際に印写記録実験を
行なった結果を具体例５として示す。ここに、飛翔の様
子、インク液面の様子を観察するため、蓋板１８はガラ
ス薄板とした。具体例５の条件は、薄板３８とインク液
面との距離ｄを５０μｍとした他は、具体例１と同じと
した。このような条件で実験したところ、良好なる記録
画像が得られたものである。記録された画素の平均径は
記録紙３４としてＮＭマットコート紙上で９２μｍであ
り、そのバラツキは±１０μｍ以内となったものである
。また、記録紙３４上での画素の位置精度（狙いとする
位置からのずれ量）を測定したところ、全ての画素で１
／４画素以内となり、極めて高品質の画像が得られたも
のである。

【００８１】ちなみに、具体例５に対して薄板３８を設
けない場合、即ち前述した具体例１の構造、条件で実験
したところ、良好なる記録画像が得られたものの、その
画素の平均径のバラツキは±１５μｍ以内、位置精度は
１／２画素以内となったものであり、具体例５の特性が
優れているのが判る。

【００８２】さらに詳細に評価するため、駆動信号と同
期したストロボによりインク液面の状態を観察したとこ
ろ、具体例５のヘッドによる場合にはヒータ部９を駆動
しない状態ではその液面が均一に形成され液面振動もな
いのに対し、薄板３８を設けない場合には空気流２０が
インク液面に直接接することにより、或いは空気流２０
による圧力によりインク液面が振動し、ヒータ部９上の
液面高さが変化したのが観察されたものである。即ち、
本発明方式のようなノズルを有しないヘッド構造による
場合、従来のような独立したノズル或いはスリット状ノ
ズルを有するものと異なり、例えば数１００μｍ以上の
広い範囲において液面が形成されるため、インク液面の
自由度が高いという特徴がある。さらに、独立したノズ
ル或いはスリット状ノズルに比べ、インク液面の保持力
が小さいという特徴を持つ。従って、空気流２０により
インク液面が影響を受けやすい。インク液面状態の変化
によるヒータ部９における液面高さの変動は、飛翔特性
に大きく影響し、前述したような画素の平均径のバラツ
キ、位置精度のバラツキとなって現れる。薄板３８を設
けた本実施例によれば、空気流２０によるインク液面へ
の影響が軽減され、画素の平均径のバラツキが±１５μ
ｍから±１０μｍ、位置精度が１／２画素から１／４画
素に改善されたものである。

【００８３】また、空気流２０がインク液面に直接当る
とインク２７の蒸発が促進され、インク粘度が上がり、
飛翔特性が変化してしまう問題も生ずるが、この点につ
いても、薄板３８により軽減され、飛翔特性が維持され
る。

【００８４】何れにしても、空気流２０がインク液面に
直接接するのを妨げる手段としては、インク液面上方の
少なくとも一部に設ければ作用し得るが、好ましくは、
図１３に示したようにインク飛翔を妨げない範囲で、飛
翔部近傍まで覆うように設けるのが効果的である。

【００８５】さらに、本発明の第三の実施例を図１４に
より説明する。本実施例は、請求項５記載の発明に相当
するものである。まず、空気供給管１３はその元にある
空気流発生手段３９に接続されている。ここに、ヘッド
１は画像情報信号入力手段により印写信号、即ち、ヒー
タ駆動信号が送られてきて印写動作を行なうものである
。本実施例では、インク液面上を空気流２０が流れてお
り、前述したように空気流２０によりインク液面からの
インク蒸発が促進され、インク粘度が上がってしまう。 この点、印写信号が入力される間、即ちヒータ部９が駆
動してる間は、インク飛翔に対応してインク供給管２よ
り新しいインク２７が供給されるため、インク粘度の上
昇はそれほど急速には起らない。しかし、印写信号が入
力されなくなり、インク飛翔が行なわれなくなると、イ
ンク２７が殆ど入れ替わることがないので、空気流２０
によるインク蒸発が促進され、急速にインク粘度が上昇
してしまう。よって、この後で再び印写信号が入力され
た時には、インク２７が高粘度化しており、飛翔特性（
飛翔速度、液滴３０の大きさ等）が変化し、劣悪なる記
録画像となり、最悪の場合には、飛翔不能となってしま
う。

【００８６】そこで、本実施例では空気流２０も印写信
号に応じて制御するようにしたものであり、一定時間に
渡って印写信号がない時には空気流発生手段３９を停止
させて、空気供給管１３からの空気流入を停止させ、イ
ンク液面上に空気流２０が流れないようにしたものであ
る。これにより、空気流２０によりインク蒸発が促進さ
れることがなく、急速なインク粘度の上昇が防止される
。

【００８７】なお、図１５に示すように、空気流発生手
段３９から空気供給管１３への配管途中に空気流遮断手
段４０を設け、一定時間に渡って印写信号がない時には
この空気流遮断手段４０を動作させて、空気供給管１３
からの空気流入を停止させ、インク液面上に空気流２０
が流れないようにしてもよい。

【００８８】何れにしても、画像情報信号により、即ち
、画像情報信号の有無により、さらに詳しくは、一定時
間画像情報信号がないときには、インク液面上に空気流
２０が流れないようにすることで、長時間飛翔動作が行
なわれないような場合であっても、その後の印写動作再
開時に以前と同様の良好なる印写記録画像が得られるも
のとなる。

【００８９】本実施例方式に基づく印写実験結果を具体
例６として示す。この具体例６では前述した具体例１の
ヘッド１を用い、図１４のような空気流発生手段３９を
用いた装置構成にて実験を行なったものである。実験と
しては、１０００回ヒータ部９を駆動させて印写させた
後、５分間の非印写間隔を持たせ、その後、再び印写を
行なうようにし、非印写時間前後の画像品質を、非印写
時間中に空気流２０を流した場合と流さない場合とで比
較したものであるる。空気流２０を流さないようにした
場合には非印写時間前後であっても良好なる画像が得ら
れたのに対し、空気流２０を流した場合には、非印写時
間前には良好なる記録画像が得られたものの非印写時間
後の再開印写では所々ドット抜けが発生するとともにド
ット位置精度も悪い画像品質となってしまったものであ
る。

【００９０】なお、最後の画像情報信号からインク液面
上に空気流２０を流さないように制御するための一定時
間は、固定的としてもよいが、外部環境、空気流２０の
流速、流量等に応じて可変的とすれば、より効果的とな
る。

【００９１】

【発明の効果】本発明は、上述したようにインク液面内
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
クを気体流により被記録体に付着させるようにしたので
、瞬間的に成長し、その後、収縮・消滅する気泡による
作用力でインクをエネルギー作用部対応位置から飛翔さ
せることができ、よって、オリフィスやスリット状ノズ
ルを用いることなく、かつ、泡の破裂によるインクミス
トの発生を伴なわないため、カブリ等のないドット状の
高画質な鮮明画像を得ることができ、特に、インクは気
体流により乗って被記録体に付着するので、安定した高
速飛翔となり、高速・高画質記録が可能となり、このた
めの構造としても、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、少なくともインク飛翔部近傍に被記録体
に向けた気体流を流すための気体流供給手段、さらには
、エネルギー作用部の近傍に位置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ための障壁とを有す
ればよく、微細なオリフィスやスリット状ノズルがない
ため、目詰まりの問題がなく、仮に、インクの乾燥、紙
粉等の異物の付着・混入等があっても、洗浄液による洗
浄等によって、本来の飛翔機能を容易に回復・維持でき
、また、微細オリフィス等を持たず、かつ、その形成の
ための接合工程も不要なため、低コストで済み、工程的
にも接着剤等による目詰まりの問題や欠け等の問題もな
く、さらには、エネルギー作用部形成等にフォトリソグ
ラフィ法を用いることにより、高密度・高集積化構成も
可能なものである。

【００９２】特に、請求項４記載の発明によれば、阻止
手段により気体流はインク液面に直接接触しないので、
広いインク液面が形成されインク液面の自由度の大きい
ものにあっても、エネルギー作用部上のインク液面に対
して気体流による影響が軽減され、安定した飛翔特性を
確保でき、また、気体流がインク液面に接することによ
りインク蒸発が促進されてインク粘度が上がることも抑
制されるため、安定した飛翔能力を確保でき、一層高品
質記録が可能となるものである。

【００９３】さらに、請求項５記載の発明による場合も
同様であり、画像情報のない場合には気体流を流さなく
することにより、気体流によりインク蒸発が促進されて
インク粘度が急速に上がるのを抑制でき、印写再開時に
も安定した飛翔能力を確保でき、高品質記録が可能とな
るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例の飛翔原理を順に示す概
略断面図である。

【図２】ヘッドの概略分解斜視図である。

【図３】その一部の拡大平面図である。

【図４】図３のＡ−Ａ線断面図である。

【図５】ヒータ部付近を拡大して示す断面図である。

【図６】流路形成工程を順に示す概略断面図である。

【図７】障壁形状の各種変形例を示す概略平面図である
。

【図８】障壁形状等の各種変形例を示す概略平面図であ
る。

【図９】インク液面高さについての変形例を示す概略断
面図である。

【図１０】記録紙設置例を示す概略断面図である。

【図１１】カバーの変形例を示す概略断面図である。

【図１２】空気噴出口の各種変形例を示す平面図である
。

【図１３】本発明の第二の実施例を示す概略断面図であ
る。

【図１４】本発明の第三の実施例を示す概略配管図であ
る。

【図１５】変形例を示す概略配管図である。

【符号の説明】

２　　　　　　インク供給手段 ７　　　　　　障壁 ８　　　　　　インク液面保持手段 ９　　　　　　エネルギー作用部 １２　　　　信号入力手段 １３　　　　気体流供給手段 ２０　　　　気体流 ２７　　　　インク ２８　　　　気泡 ３４　　　　被記録体 ３８　　　　阻止手段

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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、この気
   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、飛翔したインクを気体流により被
   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. 【請求項２】　　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、少なくともインク飛翔部近傍に被記録体に
   向けた気体流を流すための気体流供給手段とよりなるこ
   とを特徴とするインク飛翔記録装置。
3. 【請求項３】　　エネルギー作用部の近傍に位置してイ
   ンク液面と略平行な方向への圧力の分散を阻止するため
   の障壁を有することを特徴とする請求項２記載のインク
   飛翔記録装置。
4. 【請求項４】　　少なくともインク液面の一部を覆う位
   置に位置して前記インク液面に対する気体流の直接接触
   を妨げる阻止手段を有することを特徴とする請求項２又
   は３記載のインク飛翔記録装置。
5. 【請求項５】　　気体流供給手段による気体流を画像情
   報に基づき制御するようにしたことを特徴とする請求項
   ２，３又は４記載のインク飛翔記録装置。