JPH0568354B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］ 本発明は液体噴射記録装置の記録ヘツドに関す
る。 ［従来の技術］ 従来、ノンインパクト記録法は、記録時に於け
る騒音の発生が無視し得る程度に極めて小さいと
いう点に於いて関心を集めている。その中で高速
記録が可能であり、しかも普通紙に定着という特
別な処理を必要とせずに記録の行える液体噴射記
録法（インクジエツト記録法）は極めて有力な記
録法であつて、これまでにも様々な方式の提案と
それを具現化する装置が考案され、改良が加えら
れて商品化された物もあれば現在も実用化への努
力が続けられているものもある。 その中で、例えば特開昭54−51837号公報、ド
イツ公開（DOLS）第2843064号公報に記載され
ている方法は熱エネルギーを液体に作用させて、
飛翔的液滴を形成する為の原動力を得るという点
に於いて、他のインクジエツト記録法とは異なる
特徴を有している。 即ち、上記の公報に開示されている記録法で
は、熱エネルギーの作用を受けた液体が気泡の発
生を含む急峻な体積の増大を伴う状態変化を起
し、該状態変化に基づく作用力によつて、記録ヘ
ツド部先端のオリフイスより液滴が吐出、飛翔し
て被記録部材に付着し記録が行なわれる。 殊に、DOLS2843064に開示されているインク
ジエツト記録法は、所謂drop−on demand記録
法に極めて有効に適用されるばかりでなく、記録
ヘツド部をfull lineタイプで高密度マルチオリフ
イス化して容易に実現出来るので、高解像度、高
品質の画像を高速で得られるという利点を有して
いる。 上記の従来例の装置の液体噴射記録ヘツドの模
式的斜視組立図を第２図ａに、図中断面AAを第
２図ｂに示す。ヘツド１０１は、吐出エネルギー
発生体の一つとして電気熱変換体１０２を設けた
基板１０３上に流路壁１０４が接合されて、さら
にその上に接合された板部材１０５とともに液流
路１０６及び液室１０７を形成し、板部材１０５
に設けられた液供給口１０８より液室１０７及び
液流路１０６に記録液を供給する構成となつてい
る。基板１０３上の電気熱変換体１０２に対し通
電することにより電気熱変換体１０２より発生す
る熱エネルギーが液流路１０６中に満たされた記
録液に作用して気泡を発生し、その急激な体積の
膨張により、液流路１０６の端部に設けられた吐
出口１０９より記録液を吐出し、飛翔的液滴を形
成する。この時の吐出力は液流路１０６内の熱エ
ネルギー作用部である電気熱変換体１０２の前後
の流路内の流路抵抗のバランスにより、大きな影
響を受ける。すなわち、熱エネルギー作用部上で
の気泡の体積変化による液流路１０６内の圧力上
昇を、その液室１０７内への逃げによる損失を最
小限にし、吐出エネルギーとして有効に生かすた
めには、熱エネルギー作用部と液室１０７の間の
液流路長を熱エネルギー作用部と吐出口１０９と
の間の流路長に比べて長くとることによつて液室
１０７側の流路内の流動抵抗を大きくし、吐出口
側への記録液の流動エネルギーが大きくなるよう
にする必要がある。 ［発明が解決しようとする問題点］ ところで、記録液滴吐出後の液流路１０６内へ
の記録液の供給は、吐出口１０９に保持されてい
る記録液のメニスカスの表面張力によつて液室１
０７から液流路１０６内への記録液を引き込むこ
とにより行なわれるが、前記の理由で大きくとら
れた液流路１０６内の流路抵抗は、ある一定のエ
ネルギーしか持ち得ないメニスカスの表面張力に
対して液流路１０６内を流動する記録液の単位時
間当りの流量を減少させ、従つて液流路１０６内
への記録液の供給に要する時間を増大させる。こ
れは飛翔的液滴の吐出による印字の周波数応答性
を低下させることになる。 この従来例に示した形式の液体噴射記録装置
は、上記のような問題があるにもかかわらず、現
状でも他の形式の液体噴射記録装置や、サーマル
プリンター、感熱転写プリンター、ワイヤードツ
トプリンター等と比較すると優秀な周波数応答
性、つまり高速プリント性能を有する。しかしレ
ーザービームプリンター、電子写真複写機等のさ
らに優れた高速プリント性能に対しては追いつく
までには至つておらず、従つてこれらの高速プリ
ント性能に迫る技術の開発が望まれたいた。 また、液体噴射記録装置を実用に供する際の重
要なポイントの一つとして、長時間放置後の再使
用時の記録動作の確実性、安定性がある。前記の
従来例のように長く狭い液流路を有する液体噴射
記録ヘツドでは熱エネルギー作用部近傍の記録液
体積が小さいため、長時間放置すると吐出口から
記録液の溶媒が蒸発して液流路中の記録液の粘度
が増加するため流動抵抗が増大して吐出できなく
なつたり、また低温の環境条件下でも記録液の粘
度が上昇し、同様の現象が起こりやすい。このた
め、記録液供給系に回復系として記録液のポンプ
を設けて増粘した記録液を押し出す機構を備えた
り、種々の予備吐出を行なつてから本来の記録動
作に入るような対策をとつてきた。そのため、機
構の複雑化によるコストの上昇や、信頼性の低
下、記録液を無駄に消費することによるランニン
グコストの上昇、回復動作中の待時間が必要です
ぐにプリントできないこと等の弊害を招いてい
た。 本発明は上記の諸点に鑑みなされたもので、本
発明の目的は高密度、高画質で周波数応答性に優
れ高速プリントが可能であらゆる環境条件での長
時間放置後にも複雑な機械の操作をする必要なし
にただちに安定した記録動作を開始でき、かつ量
産性に優れた比較的低コストの液体噴射記録ヘツ
ドを提供することにある。 ［問題点を解決するための手段］ 本発明は、液体を吐出すると吐出口と、 該吐出口に連通し、前記吐出口から液体を吐出
する為のエネルギーを発生するエネルギー発生体
が配された液路と、 該液路に液体を供給する液室と、 を有する液体噴射記録ヘツドにおいて、 前記液路は、 エネルギー発生体が配され、前記吐出口と前記
液室に連通しており、該エネルギー発生体と前記
液室との間に、液体が上流に流れるときの流体抵
抗が下流に流れるときの流体抵抗より大なる流体
抵抗体が配されている主液路と、 一端が前記液室に連通し他端が前記主流路の前
記吐出口と前記熱エネルギー発生体との間に連通
している副液路と、 で構成されていることを特徴とする液体噴射記録
ヘツドである。 ここで液路とは、インクタンク、インクタンク
から液室へ液体を供給するための供給管、液室、
液室から吐出口に液体を送るための主液路、副液
路および主液路と副液路を結ぶ連通液路等の液流
路をいう。 以下、本発明のいくつかの実施態様を図面を参
照しながら具体的に説明する。 第１図ａは本発明の記録ヘツドの一実施態様を
示すノズル部の模式的断面図であり、同図中の
BB方向の断面図を第１図ｂに示す。尚、ノズル
部以外の構成は従来の記録ヘツドと同様なので、
第２図ａを参照されたい。即ち、吐出エネルギー
発生体の一つとして電気熱変換体１０２が設けら
れている基板１０３の上に３層構造の流路壁１０
４が接合されており、さらにその上に板部材１０
５が接合されて主液路２０１、副液路２０２、連
通路２０３を形成している。また主液路２０１内
には電気熱変換体１０２の上流側に流体抵抗体２
０４が設置されている。液供給口１０８よりヘツ
ド内へ導かれた記録液は液室１０７、主液路２０
１、副液路２０２、連通路２０３を満たし、吐出
口１０９でメニスカスを形成する。基板１０３上
に設けられた電気熱変換体１０２に通電すること
により、従来例中で述べた機構によって吐出口１
０９より記録液が飛翔的液滴として吐出される。
吐出後吐出口１０９で大きく後退したメニスカス
は、その表面張力で元の位置に戻ろうとするが、
この記録液の液流路内への供給の速度は液流路内
の流動抵抗に依存している。吐出の周波数応答性
はこのメニスカスの復帰時間で決まつてくるた
め、本発明では液流路内の流動抵抗を低減してメ
ニスカスの復帰時間を短縮するために主液路２０
１の長さをできるだけ短かくすることが望まし
い。しかし、液流路長を短かくすると、吐出口１
０９とエネルギー作用室の間の流路抵抗と、エネ
ルギー作用室と液室１０７との間の流路抵抗の比
が小さくなり、吐出力が低下してしまう。また、
隣接ノズル間の相互干渉が起きやすくなる。そこ
で、本発明では主液路２０１中、液室１０７と電
気熱変換体１０２との間に流体抵抗体２０４を設
置し、液室１０７側の流路抵抗を増大させ、吐出
口１０９から液滴を吐出させる力を有効に作用さ
せるとともに、隣接ノズル間の相互干渉を低減さ
せる様になつている。この流体抵抗体２０４は液
室１０７側から主液路２０１への液流れ、すなわ
ち下流側の流れ、に対しては流動抵抗が小さく、
その逆の液流れ、すなわち上流側の流れ、に対し
ては流動抵抗が大きい形状のものであり、本実施
態様の場合は図示した様な三角柱状をしている
が、不可避的に主液路２０１内の液室１０７側か
らの流れに対する流動抵抗も何も抵抗体を設けな
い時に比べてある程度増加してしまう。そこで、
本実施態様では主液路２０１の上部に設けた副液
路２０２、連通路２０３を通して吐出口１０９の
直前に記録液を供給できるようになつており、こ
れにより記録液の供給のための全体としての流動
抵抗を低下させ、メニスカスの復帰時間を短縮
し、記録液滴の吐出の周波数応答性を向上するこ
とができる。 また、長時間放置した場合にも、連通路２０３
および副液路２０２を設けたことにより吐出口１
０９近傍の記録液体積が従来構造のものより大き
くなつているため、記録液中の溶媒が吐出口１０
９より蒸発して流路内の記録液の粘土が増大する
のに時間がかかり、さらには液室１０７、副液路
２０２、連通路２０３、主液路２０１が比較的小
さいループを成しており、このループ内の液の対
流により液流路中の増粘インクが液室１０７中へ
拡散しやすいために、長時間放置後の記録動作も
容易かつ速やかに再開することができる。 また本実施態様に示すような２層の液流路を有
する比較的複雑な構成のヘツドの構造も、切削加
工や研削加工、またはモールド等の鋳造による製
造方法では、ノズルの高密度化による形状、パタ
ーンの微細化に対する対応や、量産性、コスト等
に問題があつたが、液流路壁を形成する材料とし
て感光性樹脂、感光性ガラス等の感光性材料を用
い、フオトリソ工程によつて液流路を形成するこ
とにより、このような微細で複雑な形状を精度よ
く、量産性を大きく損なわずに実現できる。 第３図ａは本発明の他の実施態様のノズルの模
式的断面図、第３図ｂにその部分断面CCの模式
図を示す。前記実施態様の場合と同様に、基板１
０３上には吐出エネルギー発生体の一つとして電
気熱変換体１０２が設けられており、その上面に
３層構造の流路壁１０４及び板部材１０５が積層
され、主液路２０１、副液路２０２、連通路２０
３を形成している。主液路２０１中には、流体抵
抗体２０４が設置されており、吐出力低下防止、
隣接ノズルの相互干渉防止の役目を果たしてい
る。記録液の吐出は、従来例および前記実施態様
の場合と同様な機構によるが、本実施態様では基
板１０３に穴をあけ、主液路２０１の反対側にも
流路壁１０４及び板部材１０５を積層して第２の
副液路２０２を形成し、前述の液流路とは別に液
室１０７から連通路２０３、副液路２０２、連通
路２０３を通り吐出口１０９と電気熱変換体１０
２の間に記録液が供給されるようになつている。
この第２の副液路２０２を設けることにより、吐
出後の記録液供給のための全体としての流動抵抗
を低下させ、メニスカスの復帰時間を短縮し、記
録液滴の吐出の周波数応答性を前記実施態様の場
合よりもさらに向上させることができる。 また、長時間放置後の再吐出の確実性、安定性
についても、前記実施態様の説明中で述べた理由
と同様の理由により、極めて良好な結果を得られ
た。 本実施態様は、従来例に比べてやや複雑なヘツ
ド構造となつているが、流路壁を感光性材料を用
いてフオトリソ工程により作成することにより、
比較的容易に精度良く、最小限のコスト上昇によ
り、量産性を損なわずに実現できる。 本発明の記録ヘツドにおいては、少なくとも１
つの副液路を、主液路とは別に設けることが必要
である。副液路は、主液路のどちら側に設けても
よいが、副液路と主液路との連通口はエネルギー
作用室及び／又はエネルギー作用室近傍に設けら
れるのが好ましく、より好ましくはエネルギー作
用室（を含む部分）から吐出口までの間に、更に
好ましくはエネルギー作用室をはずれたところか
ら吐出口までの間に設けるのがよい。エネルギー
発生体が発生したエネルギーが有効に液体に作用
するためからも、吐出後の充分な液供給を行なう
ためからも上記の如く構成するのがよい。 また、連通路断面積は、上記と同様な理由で好
ましくは主液路断面積の２倍以下、より好ましく
は主液路断面積以下、更に好ましくは吐出口面積
以下である。 副液路および連通路の形状ならびに寸法は、製
作上の制約および主液路の形状、寸法との関連に
おいて本発明の目的達成可能な範囲内で適宜選択
することが出来る。 尚、第１図および第３図の実施態様における副
液路は、いずれも主液路上部または下部全面に、
あたかも液室の延長部の如くに構成されて設けら
れており、各主液路に対応してノズルごとの仕切
り壁を設けた構造にはなつていない。 また主液路中に設ける抵抗体の構造は、上記実
施態様においては三角柱状のものを示したが、勿
論これに限定されるものではなく、液体が上流側
に流れるときは抵抗が大となり、下流側に流れる
ときは抵抗が小となる様な構造のものであればよ
く、この条件を満たす形状、寸法のものを任意に
選択することが出来る。 本発明に用いることができる具体的な感光性材
料としては通常のフオトリソグラフイーの分野に
おいて使用されている感光性組成物の多くのもの
が挙げられ、例えば、ジアゾレジン、Ｐ−ジアゾ
キノン、更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オトポリマー、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
オトポリマー、オルソナフトキノンジアジドとノ
ボラツクタイプのフエノール樹脂との混合物、４
−グリシジルエチレンオキシドとベンゾフエノン
やグリシジルカルコンとを共重合させたポリエー
テル型フオトポリマー、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エノ
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APR（旭化成）、テビスタ（帝人）、ゾ
ンネ（関西ペイント）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した感光性組成
物、重クロム酸系フオトレジスト、非クロム系水
溶性フオトレジスト、ポリケイ皮酸ビニル系フオ
トレジスト、環化ゴム−アジド系フオトレジス
ト、等が挙げられる。 ［実施例］ 主液路、副液路および抵抗体を形成するための
感光性樹脂としてバークレルP30（商品名；製造
元デユポン(株)）を用いてフオトリソ法により第１
図（実施例１）およびび第３図（実施例２）に示
す構造の液体噴射記録ヘツドを製造した。また、
同様な方法で、第２図（比較例）に示す構造の記
録ヘツドを製造した。実施例および比較例の記録
ヘツドの各部分の寸法を第１表に示す。

【表】

【表】 これら３つの記録ヘツドを搭載した液体噴射記
録装置の高速プリント性能を試験するための周波
数応答性と、長時間放置後の再使用時の記録動作
の確実性を調べた。すなわち、これら３つの記録
ヘツドについて、応答周波数（安定した記録が可
能な最大の周波数）の測定および10℃、相対湿度
15％の環境下に12時間放置した後の吐出テスト
（再吐出しはじめるまでに要したパルス数）をそ
れぞれ実施して第２表の結果を得た。

【表】 尚、上記実施例では第１図および第３図に示す
ように、連通口はいずれもエネルギー作用室をは
ずれたところから吐出口までの間に設けてある
が、第１副液路との連通口を丁度エネルギー作用
室上に設けた他の２つの対応する実施例の記録ヘ
ツドを作製して応答周波数の測定を行なつたとこ
ろ、実施例１に対応するものについては10.4kHz、
実施例２に対応するものについては11.7kHzとな
つた。 ［発明の効果］ 第２表に示すように、本発明により高密度、高
画質で周波数応答性が良好で高速記録が可能な、
また長時間放置後の再使用時には特別な操作が不
要ですぐに安定した記録動作を開始できる液体噴
射記録ヘツドを提供することが可能となつた。こ
こで液流路構成材料として、感光性樹脂、感光性
ガラス等の感光性材料を用いることにより、微細
なパターン形成が容易になり、ノズル密度の高密
度化と高精度な液流路形成により安定した高品位
な画像の記録が可能な液体噴射記録ヘツドを量産
に適した比較的容易な製造プロセスにより安価に
提供できるようになつた。

【図面の簡単な説明】

第１図ａおよび第３図ａは本発明の記録ヘツド
の実施態様を示すノズル部の模式的断面図であ
り、第１図ｂおよび第３図ｂはそのBBおよびCC
方向の断面図をそれぞれ示す。第２図ａは従来の
記録ヘツドの一例を示す模式的斜視組立図、第２
図ｂはそのAA方向の断面図である。 １０１……ヘツド、１０２……電気熱変換体、
１０３……基板、１０４……流路壁、１０５……
板部材、１０６……液流路、１０７……液室、１
０８……液供給口、１０９……吐出口、２０１…
…主液路、２０２……副液路、２０３……連通
路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 液体を吐出する吐出口と、 該吐出口に連通し、前記吐出口から液体を吐出
   する為のエネルギーを発生するエネルギー発生体
   が配された液路と、 該液路に液体を供給する液室と、 を有する液体噴射記録ヘツドにおいて、 前記液路は、 エネルギー発生体が配され、前記吐出口と前記
   液室に連通しており、該エネルギー発生体と前記
   液室との間に、液体が上流に流れるときの流体抵
   抗が下流に流れるときの流体抵抗より大なる流体
   抵抗体が配されている主液路と、 一端が前記液室に連通し他端が前記主流路の前
   記吐出口と前記熱エネルギー発生体との間に連通
   している副液路と、 で構成されていることを特徴とする液体噴射記録
   ヘツド。 ２ 前記主液路、副液路および流体抵抗体が感光
   性材料を用いて形成されたものである特許請求の
   範囲第１項記載の液体噴射記録ヘツド。 ３ 前記感光性材料が感光性樹脂である特許請求
   の範囲第２項記載の液体噴射記録ヘツド。 ４ 前記感光性材料が感光性ガラスである特許請
   求の範囲第２項記載の液体噴射記録ヘツド。 ５ 前記エネルギー発生体は、熱エネルギーを発
   生する電気熱変換体である特許請求の範囲第１項
   記載の液体噴射記録ヘツド。