JPH0577422A - 液体飛翔記録装置及び記録方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 階調記録可能なサーマルインクジェット方式
を提供すること。 【構成】 記録液体２８中に配設されてこの記録液体２
８中に気泡３６を発生させるエネルギー作用部２３と、
各エネルギー作用部２３に対応してこのエネルギー作用
部の作用面積より大きな開口面積に形成されて記録液体
２８の一部を飛翔させるための開口３４を有する開口形
成部材３３とにより構成し、エネルギー作用部２３を駆
動させると、記録液体２８中に気泡が発生し、成長する
が、このとき、気泡の成長方向に位置する開口３４の開
口面積がエネルギー作用部２３の作用面積よりも大きい
ので、気泡３６が開口３４外部にバルーン状にせり出す
ように成長し得るものとなり、エネルギー作用部２３に
加える入力エネルギーに応じて自由にその大きさを可変
させ得るものとなり、階調性を持たせた記録が可能とな
るようにした。

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装
置の一つであるインク飛翔記録装置及び記録方法に関す
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。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。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。

【００１２】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。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】同様な記録方式として、特公昭６１−５９
９１４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、記録液体が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。

【００１６】この方式の原理を図２５を参照して説明す
る。まず、同図(ａ)は定常状態を示し、オリフィス面で
インク１の表面張力と外圧とが平衡状態にある。同図
(ｂ)はヒータ２に加熱され、このヒータ２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加熱さ
れ、微小気泡３が点在している状態にある。同図(ｃ)は
ヒータ２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、沸騰膜を作り、この気泡３が成長した状態に
ある。この時、ノズル４内の圧力は気泡３の成長した分
だけ上昇し、オリフィス面での外圧とのバランスがくず
れ、オリフィス面よりインク柱５が成長し始める。同図
(ｄ)は気泡３が最大に成長した状態であり、オリフィス
面より気泡３の体積に相当する分のインク１が押出され
る。この時、ヒータ２には電流が流れていない状態にあ
り、ヒータ２の表面温度は低下しつつある。気泡３の体
積の最大値は電気パルス印加のタイミングからやや遅れ
たものとなる。同図(ｅ)は気泡３がインク１などにより
冷却されて収縮を開始し始めた様子を示す。インク柱５
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３の収縮に伴ってノズル内圧の減少によりオリ
フィス面からノズル内へインク１が逆流しインク柱５に
くびれが生じている。同図(ｆ)はさらに気泡３が収縮
し、ヒータ２面にインク１が接し、ヒータ２面がさらに
急激に冷却される状態にある。オリフィス面では、外圧
がノズル内圧より高い状態になるためメニスカスが大き
くノズル内に入り込んできている。インク柱５の先端部
は液滴となって記録紙の方向に５〜１０ｍ／秒の速度で
飛翔している。同図(ｇ)ではオリフィスにインク１が毛
細管現象により再びリフィルされて、同図(ａ)の状態に
戻る過程を示し、気泡は完全に消滅している。

【００１７】図２６はこのような動作を示すバブルジェ
ット型インクジェット記録ヘッド６の一部を切欠いて示
す斜視図であり、一般にエッジ・シュータ（Ｅdge Ｓho
oter）と称される。

【００１８】このようなエッジ・シュータに対し、図２
７はサイド・シュータ（SideＳhooter）と称される記録
ヘッド７の一部を切欠いて示す斜視図であり、図２８は
その動作原理を図２５に準じて示すものである。

【００１９】この方式の特徴は、図２５(ｂ)〜(ｄ)又は
図２８(ｂ)〜(ｃ)の過程で、膜沸騰現象を利用している
点にある。よって、記録手段として応用し得るために
は、如何に規則的に膜気泡の発生、消滅をコントロール
できるかにかかっている。一般に、膜沸騰現象は、高
温に加熱された物体を液体中に漬けたとき、液体と接
する物体の表面温度を急激に上げたとき、に生じる。ヒ
ータ２上で膜沸騰現象を再現させるためにはの方法を
用いることになる。

【００２０】ここに、図２９にヒータ２に印加するパル
ス幅と気泡３の発生する様子を示す。１０μ秒以下程度
の極く短いパルスを与えると、ヒータ２が急激に加熱さ
れて予め存在する発泡核が活性化する前に、インクが加
熱限界に到達し、図２９(ａ)に示すようなきれいな膜気
泡３ａが得られる。この気泡は、計算では１５ｋｇ／ｃ
ｍ² 程度の内圧を持って断熱膨張し、インクをノズル外
に押し出す。気泡が最大になる時点では加熱を停止して
おり、熱を奪われた蒸気泡は自然と消滅する。加熱を徐
々に行うと、ヒータ２面に存在する発泡核から、通常の
沸騰が始まり、図２９(ｂ)中に示すような不特定な気泡
３ｂや固定泡３ｃが発生し、繰返し特性、泡の大きさや
消滅のコントロールが効かないものとなる。このような
膜沸騰をヒータ表面で実現することにより、バブルの大
きさが均一で安定したものとなり（常に同じ大きさのバ
ブルが同じタイミングで出現する）、かつ、インクへの
熱損失が少ないもの（インクがあまり加熱されないので
冷却手段を必要としない）ものとなる。また、バブルが
最大体積に達した時、既にバブル周辺のインクは冷たく
なっているので、気泡は急激に収縮し、周波数応答性が
よく、高速でバブルの発生・消滅を繰返し得るものとな
る。このようにオン・デマンド型インクジェットの吐出
原動力として理想的な手段となり得る。また、この方式
によれば、バブルの大きさが吐出特性を左右する要因で
あり、原理から明らかなようにバブルの大きさが電圧に
よらないことがこのような特性を持たせているものであ
る。バブルの大きさはヒータ２のサイズ、ノズル構造で
決まる。従って、一度設計値を決定すると、安定したド
ットを得ることが可能になり、デジタル型の記録手段と
して最適なものとなる。

【００２１】ところが、このような方法によっても、そ
のノズル吐出口は、上記特公昭６１−５９９１４号公報
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、６０
μｍ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。

【００２２】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６０μ
ｍ、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。

【００２３】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。

【００２４】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、何れも数１０μｍ
という非常に微細な吐出口又はオリフィスを使用する点
において共通する。つまり、微細なオリフィスは、通常
３０〜５０μｍ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。

【００２６】また、このようなスリットノズル型におい
ては、１つの発熱体に対して１つのノズルが対応するわ
けではなく、複数個の発熱体に対して１つの共通スリッ
トノズルが対応しているため、隣接する発熱体を同時に
駆動すると、互いに干渉し合って（クロストーク）、飛
翔方向が乱れたり、飛翔インク量、速度にばらつきを生
じたりする。

【００２７】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。

【００２８】ところで、前述した特公昭６１−５９９１
４号公報に示される方式は、いわゆる２値記録技術であ
るため、インクの飛翔量を変えて画素径の大きさを変え
る、といった階調記録（多値記録）ができないため、こ
のような階調記録を可能としたものも種々考えられてい
る。

【００２９】その内の一つとして、例えば特公昭５９−
３１９４３号公報に示されるものがある。これは、発熱
量調整構造を有する発熱部を備えた電気熱変換体に階調
情報を有する信号を印加し、発熱部に信号に応じた熱量
を発生させることにより階調記録を行わせるようにした
ものである。具体的には、下記に説明するように、保護
層、蓄熱層、或いは発熱体層の厚さが徐々に変化するよ
うな構造としたり、発熱体層のパターン幅を徐々に変化
するようなパターンとしてなる。

【００３０】まず、図３０に上記特公昭５９−３１９４
３号公報中に示された電気熱変換体７の断面構造例を示
す。図中、８は基板、９は蓄熱層、１０は発熱体、１
１，１２は電極、１３は保護膜である。同図(ａ)は保護
膜１３を電極１１側より電極１２に向かって厚み勾配を
持たせて形成することにより、発熱部ΔＬの表面よりこ
の表面に接している液体に単位時間当たりに作用する発
熱量に勾配を持たせるようにしたものである。同図(ｂ)
は蓄熱層９の厚みを発熱部ΔＬにおいてＡからＢに向か
って徐々に減少させることで、発熱体１０より発生され
る熱の基板８への放熱量に分布を与え、発熱部ΔＬの表
面に接している液体に与える単位時間当たりの熱量に勾
配を持たせるようにしたものである。同図(ｃ)は発熱体
１０の厚みに発熱部ΔＬにおいて勾配を持たせて蓄熱層
９上に形成するようにしたもので、ＡからＢに至るまで
の各部位における抵抗の変化によって、単位時間当たり
の発熱量を制御するようにしたものである。

【００３１】また、図３１は上記特公昭５９−３１９４
３号公報中に示された別の電気熱変換体１４の平面構造
例を示す。図中、１５は発熱部、１６，１７は電極であ
る。同図(ａ)は発熱部１５の平面形状を矩形とし、電極
１６と発熱部１５との接続部を電極１７と発熱部１５と
の接続部よりも小さくしたものである。同図(ｂ)(ｃ)に
示す例は、各々発熱部１５の中央部をその両端部よりも
細い平面形状としたものである。同図(ｄ)は発熱部１５
の平面形状を台形となし、台形の平行でない対向する辺
において各々電極１６，１７を接続するようにしたもの
である。同図(ｅ)に示す例は、発熱部１５の平面形状を
中央部が両端部よりも広くなるようにしたものである。
これらの図３１(ａ)〜(ｅ)に示す例は、発熱部１５のＡ
からＢに向かって電流密度に負の勾配を与えるものであ
り、印加される電力レベルを変えることにより、熱作用
部に生ずる急峻な液体の状態変化を制御することで、吐
出される液滴の大きさを変え、階調記録が行えるように
したものである。

【００３２】しかし、図３０に示した例のような３次元
的構造を薄膜形成技術で形成することは事実上不可能に
近く、また、仮に可能としても非常にコスト高となる。
また、図３１に示した例のようにパターン幅を変える構
成のものでは、パターン幅を最も狭くした箇所で断線を
生じやすく、耐久性・信頼性の点で好ましくない。

【００３３】一方、特開昭６３−４２８７２号公報にも
類似の階調記録技術が開示されている。しかし、これ
も、上記の特公昭５９−３１９４３号公報の場合と同様
に発熱体層に３次元的構造を持たせることを特徴として
おり、製造が極めて困難である。その他の階調記録に関
するものとしては、特公昭６２−４６３５８号公報、特
公昭６２−４６３５９号公報、特公昭６２−４８５８５
号公報等に示されるものがある。これらは、各々１つの
流路に配列した複数個の発熱体より、所定数の発熱体を
選択したり、或いは、発熱量の異なる複数の発熱体から
１つを選択して、発生する気泡の大きさを変えたり、複
数の発熱体への駆動信号の入力タイミングのズレを可変
制御して吐出量を変えるようにしたものである。

【００３４】しかし、複数個の発熱体が１つの流路又は
吐出口に対応しているため、複数個の発熱体に接続され
る制御電極の数が増大し、吐出口を高密度で配列させる
のが不可能となる。また、特開昭５９−１２４８６３号
公報、特開昭５９−１２４８６４号公報では、吐出のた
めの発熱体とは別の発熱体及び気泡発生部を備えて、吐
出量を制御することも示されているが、これらも気泡発
生部の存在により高密度配列が困難となる。さらに、特
開昭６３−４２８６９号公報によれば、抵抗体に通電す
る時間を変えることにより気泡の発生回数を変更し、吐
出量を制御することが示されているが、通常のバブルジ
ェットにおいては通電時間は数〜数十μ秒が限界であ
り、それ以上の時間通電させると発熱体が断線してしま
い、耐久性、信頼性の点で事実上実現不可能である。

【００３５】このように、従来技術においては、階調記
録を行うための各種の試みがなされているものの、製造
上の点、耐久性の点、或いは、高密度配列の点で必ずし
も満足のいくものではない。

【００３６】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の種
々のサーマルインクジェット（いわゆるバブルジェツ
ト）においても、それ以前のインクジェット技術に対し
ては構成上のシンプル化、高密度化、マルチノズル化の
容易性等の点で優位性を発揮し得るものの、インクジェ
ット方式の致命的欠点である目詰りの点、隣接する発熱
体を同時に駆動した時のクロストーク発生の点、或いは
画素径可変（階調記録）の点などを考えると、必ずしも
満足できるものではない。

【００３７】しかして、本発明は、このような欠点を持
たない、従来と全く異なる新規なサーマルインクジェッ
ト方式のヘッド構成及びその記録方法を提供することを
目的とする。同時に、従来のサーマルインクジェット方
式とは全く異なる方法により記録液体を飛翔させること
により、その画素径可変を可能とし、階調記録化を容易
とすることを目的とする。

【００３８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、記録液体導入手段と、この記録液体導入手段により
導入された記録液体を保持する液体保持手段と、保持さ
れた記録液体中に配設されて前記記録液体中に気泡を発
生させるエネルギー作用部と、各エネルギー作用部に対
応してこのエネルギー作用部の作用面積より大きな開口
面積に形成されて前記記録液体の一部を飛翔させるため
の開口を有する開口形成部材とにより構成した。

【００３９】加えて、請求項２記載の発明では、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
力手段を設けた。

【００４０】また、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記録液体面と略平行な方向へ
の圧力の分散を阻止するための圧力分散阻止部材を設け
た。

【００４１】この際、圧力分散阻止部材を、請求項４記
載の発明では、１つのエネルギー作用部の外周を取り囲
むように密閉系として開口形成部材に接しない高さに形
成し、請求項５記載の発明では、圧力分散素子部材を、
記録液体をエネルギー作用部に導入させる連通領域を有
する非密閉系として開口形成部材に接する高さに形成し
た。

【００４２】また、請求項６記載の発明では、エネルギ
ー作用部と開口との対による飛翔部を複数個形成して千
鳥配列させた。

【００４３】請求項７記載の発明では、エネルギー作用
部から開口までの距離を、発生した気泡が最大となって
開口外側にせりだす時の開口面位置からの気泡高さより
も短く設定した。

【００４４】また、請求項８記載の発明では、開口形成
部材に開口間の長さを開口寸法の１／１０より大きくし
て複数個の開口を形成した。

【００４５】また、請求項９記載の発明では、開口形成
部材の開口部近傍の厚さを開口面積の平方根より薄くし
た。

【００４６】一方、請求項１０記載の発明では、開口形
成部材の被記録体側の面の開口周りにこの開口より広い
面積の凹部を形成し、この際、請求項１１記載の発明で
は、凹部の深さを０．３μｍ以上とした。

【００４７】請求項１２記載の発明では、開口形成部材
の被記録体側の表面に開口周りの部分を残して非親水処
理又は非親油処理した領域を設けた。

【００４８】また、請求項１３記載の発明では、開口形
成部材の被記録体側の面の開口周りにこの開口より広い
面積の凹部領域を形成する凸部を形成し、請求項１４記
載の発明では、凸部の高さを０．３μｍ以上とした。

【００４９】一方、このような記録装置を用いる記録方
法として、請求項１５記載の発明では、記録液体中に配
設させたエネルギー作用部を駆動させて記録液体中に気
泡を発生させ、このエネルギー作用部の作用面積より大
きく形成された開口を通して前記気泡とともに記録液体
の一部を成長させ、エネルギー作用部の作用平面にほぼ
垂直な方向に記録液体を飛翔させて被記録体に付着させ
るようにした。

【００５０】この際、請求項１６記載の発明では、開口
外部に気泡をせり出させて記録液体を飛翔させるように
した。

【００５１】また、請求項１７記載の発明では、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
力手段を設け、この駆動信号のエネルギーレベルを可変
させて発生する気泡の大きさを変化させるようにした。

【００５２】請求項１８記載の発明では、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
を設け、この駆動信号のエネルギーレベル又は駆動信号
数を可変させて発生する気泡の大きさを変化させて、開
口外部に対する気泡のせり出し量を変化させるようにし
た。

【００５３】さらに、請求項１９記載の発明では、エネ
ルギー作用部と開口との対による飛翔部を複数個形成し
て２列以上に千鳥配列させ、２列以上のエネルギー作用
部の駆動により飛翔する記録液体により被記録体上の最
終画素密度を規制するようにした。

【００５４】

【作用】エネルギー作用部を駆動させると、記録液体中
に気泡が発生し、成長する。このとき、気泡の成長方向
に位置する開口の開口面積がエネルギー作用部の作用面
積よりも大きいので、気泡は開口外部にバルーン状にせ
り出すように成長し得るものとなり、エネルギー作用部
に加える入力エネルギーに応じて自由にその大きさを可
変させ得るものとなる。よって、この気泡に伴い生成さ
れるインク滴、従って最終的に飛翔するインク滴の質量
もアナログ的に可変させ得るものとなり、階調性を持た
せた記録が可能となる。また、大きめの開口によるた
め、目詰りの問題も殆どなくなり、かつ、製造上も各種
の方法を任意に取り得るものとなる。

【００５５】請求項１，１５に示すような上記の液体飛
翔記録装置ないしは方法を基本として、請求項２ないし
１４、１６ないし１９記載の発明のように、信号入力手
段、飛翔特性、配列構成、寸法関係、開口周り構造、エ
ネルギー可変方法等を適正化することにより、より一層
安定した記録液体飛翔特性、階調記録の向上、高速印写
性等が得られるものとなる。

【００５６】

【実施例】本発明の第一の実施例を図１ないし図１１に
基づいて説明する。図２は本実施例による液体飛翔記録
ヘッド２１構成を示す分解斜視図、図３はその完成図で
ある。まず、発熱体基板２２上にはエネルギー作用部と
なる複数個の発熱体２３が１列に設けられ、個別の制御
電極２４と共通な共通電極２５とが電気的に接続されて
設けられている。これらの電極２４，２５の端部は発熱
体基板２２の同一サイドに引出され、各々ボンディング
パッド２６，２７とされている。また、発熱体２３の並
び方向に位置させて前記発熱体基板２２には記録液体と
なるインク２８用のインク導入口（記録液体導入手段）
２９が貫通形成され、フィルタ３０を通してインク導入
チューブ３１に連結されている。また、発熱体基板２２
上にはこれらの発熱体２３、インク導入口２９をカバー
し得る大きさに形成されて液室を形成する液体保持手段
となる矩形枠状のスペーサ３２が設けられている。さら
に、このスペーサ３２上面を覆う長方形状の開口形成部
材３３が設けられている。この開口形成部材３３には各
発熱部２３に対応させた位置に開口３４が形成されたも
のである。ここに、詳細は後述するが、開口３４の開口
面積は発熱体２３の作用面積（平面サイズ）よりも大き
くされている。

【００５７】なお、これらの図２及び図３、さらには、
後述する各図では、説明を簡単にするため、必要に応じ
て簡略化して構造等を図示するものであり、いくつかの
省略点、誇張点を持つものである。例えば、発熱体基板
２２には発熱体２３や電極２４，２５の他に蓄熱層、保
護膜等が設けられているが、ここでは図示を省略し、後
述するものとした。また、発熱体２３と開口３４との対
は図示例では３個だけとしたが、実際には多数設けられ
るものであり、例えばローエンドシリアルプリンタの例
で６４〜２５６組設けられ、ハイエンドマルチプリンタ
の例では２０００〜４０００個設けられる。また、発熱
体２３等の数が多くなるに伴い、インク導入口２９の数
も増やされ、或いは、開口面積が大きくされる。このよ
うなインク導入口２９は例えばシリコン等による発熱体
基板２２の場合であれば、レーザビーム加工或いはエッ
チングにより容易に形成できる。また、図示例の各部の
寸法比率は判りやすさを優先させてあり、必ずしも現実
に即したものではない。

【００５８】このような液体飛翔記録ヘッド２１構成に
おいて、その飛翔原理を概略的な図１を参照して説明す
る。まず、同図(ａ)は定常状態を示し、インク導入チュ
ーブ３１より導入されたインク２８が発熱体２３を覆
い、その上方の対応する開口３４においてこの開口３４
のメニスカス保持力により液面が保持されている状態に
ある。この状態で発熱体２３に通電し加熱すると、発熱
体２３の表面温度が急上昇し、その表面に接したインク
層に沸騰現象が起きるまで熱せられ、同図(ｂ)に示すよ
うに微小気泡３５が点在した状態となる。発熱体２３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、
同図(ｃ)に示すように沸騰膜３６を作る。このような状
態においては発熱体２３の表面温度は３００〜４００℃
の状態になっている。同図(ｄ)は沸騰膜３６がさらに成
長して大きくなった状態を示す。同時に、沸騰膜（気
泡）３６の成長による推進力により、発熱体２３の上部
にあったインク液面は盛り上がった状態となる。同図
(ｅ)では気泡３６がさらに大きく成長して盛り上がり、
開口３４上部にまでせり出した状態を示す。同図(ｆ)〜
同図(ｇ)はさらに成長する状態を示し、同図(ｇ)が最大
気泡３６にまで成長した様子を示す。このような最大気
泡になるまでに要する時間は、ヘッド構造（発熱体基板
２２構造）、印加パルス条件等にもよるが、通常は、パ
ルス印加後、５〜３０μ秒程度要するものとなる。最大
気泡となった時点では、発熱体２３は既に通電されてい
ない状態にあり、発熱体２３の表面温度はインク２８に
より降下しつつある。また、開口３４よりせり出したバ
ルーン状の気泡３６は外殻（シェル）の外側からも冷却
される。気泡３６が最大となる時のタイミングは電気パ
ルス印加時点から若干遅れたタイミングとなる。

【００５９】同図(ｈ)は気泡３６が冷却され、収縮を開
始した状態を示す。この時、気泡３６の先端部にはイン
ク柱３７が成長し、気泡３６が開口３４よりせり出して
きた時の速度を保ちつつ前進する。同図(ｉ)は気泡３６
がさらに収縮した状態を示し、インク柱３７はさらに前
進し、その根元部分は気泡３６の収縮に伴ってくびれた
状態となる。同図(ｊ)は気泡３６がほぼ完全に収縮、消
滅した状態を示し、インク柱３７はインク液面から切断
され、成長時の速度を保ちつつインク滴３８として空中
に飛翔し、被記録媒体（図示せず）に向かう。この時の
インク滴３８の飛翔速度は、開口３４の大きさ、発熱体
２３から開口３４までの距離、発熱体２３に対する印加
パルス条件、使用するインク２８の物性等により異なる
が、通常は、３〜２０ｍ／秒である。飛翔速度が比較的
遅い場合（３〜５ｍ／秒）にはインクは滴状となって飛
翔し、速度が上がるにつれて（６〜１０ｍ／秒）細長い
形状となり、さらに高速になると（１５〜２０ｍ／秒）
細長い柱状のインクに微小な数滴の高速インク滴を伴う
状態で飛翔する。実際に記録ヘッドとして使用する場合
には、５ｍ／秒以上の飛翔速度とするのがよい。同図
(ｋ)はインク滴３８がさらに飛翔して前進した様子を示
す。この時、インク柱３７が切断された開口３４側のイ
ンク液面はまだ振動状態にある。同図(ｌ)はメニスカス
の振動が収まり、同図(ａ)と同じ定常状態に戻った様子
を示す。

【００６０】このような本実施例の飛翔原理を、前述し
た従来の飛翔原理と対比してみる。まず、図２５ないし
図２９により説明したような従来方式の場合、インク１
中で発生した気泡３の成長による圧力上昇によってイン
ク１を微小なノズルから吐出させるというものである。
この時に使用されるノズルは前述したように数１０μｍ
というような非常に小さいものである。また、気泡３に
より発生したインク１の圧力がそこヘ集中することはあ
っても、ノズルから外側に気泡がせり出すということは
ない。このため、気泡３の成長がある範囲で抑えられて
しまい、入力エネルギーを増大させても、微小ノズルで
あるという制約を受けること、気泡膜がインクへの伝熱
を妨げることを考慮すると、ある範囲、つまりノズル内
部だけで気泡の発生、成長、収縮が行われるものとな
る。また、ノズル内部だけに気泡が留まっているため、
成長した後、直ぐに周囲のインク１によって気泡３は冷
却され、収縮を行うため、その挙動はあくまでも気泡が
できる・できない、といった２値的な傾向の強い現象と
して観察される。

【００６１】これに対し、本実施例方式では、従来の微
小なノズルと違い、非常に大きな開口３４を発熱体２３
の上部に対向配置させたので、発生した気泡３６は外部
の制約をあまり受けずに、開口３４外部に及ぶようにせ
り出す形で成長するものとなる。よって、従来のような
方式に比べ、気泡３６の成長（つまり、開口３４外部ま
でせり出すこと）を妨げるような微小なノズルがないの
で、気泡３６は入力エネルギーの大小により自由にその
大きさを変えることができるものとなる。これに伴い、
気泡３６の頂部に形成されるインク柱３７の大きさ、つ
まり、最終的に飛翔するインク滴３８の質量も変わるも
のとなり、単に２値的にインク滴の質量が変わるのでは
なく、連続的に（アナログ的に）インク滴３８の質量を
可変し得るものとなる。また、最終的なインク飛翔部に
位置する開口３４が比較的大きめなものであるので、従
来の微小ノズル方式のような目詰りの問題も殆ど生じな
いものとなる。

【００６２】以下、上記動作原理をよりよいものとする
ための各部の構成・製造方法等を個別に説明する。ま
ず、発熱体基板２２の構造及びその製造方法を図４を参
照して説明する。本実施例において、発熱体基板２２は
重要なパーツの一つである。この発熱体基板２２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。この基板２２上に形成され
る蓄熱層４１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４１の膜厚としては１〜
５μｍ程度がよい。発熱体２３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２３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０．００１〜５
μｍ程度、好ましくは０．０１〜１μｍ程度の膜厚とさ
れる。

【００６３】制御電極２４や共通電極２５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。保護層４２は発熱体２３で発生した熱を効果的
にインク１９側に伝達させることを妨げずに発熱体２３
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０．０１〜１０μ
ｍ、好ましくは０．１〜５μｍ（中でも、０．１〜３μ
ｍが最適）とされる。保護層４２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９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
などの金属層を膜厚０．０５〜１μｍ程度で形成すれば
よい。

【００６４】電極保護層４３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。

【００６５】インク１９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１４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。

【００６６】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。実際的なレーザ光を利用する構成としては、同
公報中の第９図に準じて構成すればよい。

【００６７】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。

【００６８】ついで、スペーサ３２について説明する。
このスペーサ３２は発熱体基板２２と開口形成部材３３
との間に位置して、両者を平行に保ち、かつ、両者間の
距離を所望値に保って液室を形成するためのものであ
る。ここに、発熱体基板２２と開口形成部材３３との間
の距離は、両者間に保持されるインク層の厚さを決定す
るものであり、重要な要素となる。図２においては、説
明を簡単にするため、スペーサ３２を単体として示した
が、実際には、次のように形成される。即ち、発熱体基
板２２上にドライフィルムフォトレジストをラミネート
し、この発熱体基板２２の外周部にのみドライフィルム
フォトレジストが残るような形状としたフォトマスクを
用い、露光・現像によって、所望のパターンに形成され
る。ドライフィルムフォトレジストとして、例えばオー
ディルＳＹ３２５（東京応化工業社製）を利用すれば、
厚さ２５μｍのスペーサ３２を形成できる。この他、５
０μｍの厚さのドライフィルムフォトレジストを用いれ
ば、５０μｍの厚さのスペーサ３２を形成できる。ドラ
イフィルムフォトレジストは通常は５０μｍ、２５μ
ｍ、２０μｍというような厚さで供給されるため、その
厚さがそのまま所望の厚さであればそのようなドライフ
ィルムフォトレジストを用いればよいが、所望の厚さの
ものがない場合には、高粘度の液状フォトレジストを用
いればよい。このような液状フォトレジストとしては、
例えばＢＭＲＳ１０００（東京応化工業社製）が用いら
れる。粘度１０００ｃｐのＢＭＲＳ１０００をスピンコ
ーティングにより発熱体基板２２上に塗布する場合、５
００〜１０００ｒｐｍの回転数で１０〜４０μｍの厚さ
とすることができる。即ち、ドライフィルムフォトレジ
ストと異なり、スピナーの回転数を適宜設定することに
より４０μｍ以下の厚さにおいて任意の膜厚に形成でき
るものである。

【００６９】また、ドライフィルムフォトレジストを用
いる場合も、液状フォトレジストを用いる場合も、現像
後に紫外線照射による硬化、或いは熱硬化を行うが、こ
のような硬化作業前の未硬化ないしは半硬化の状態にお
いて、開口形成部材３３を現像後のレジスト（＝スペー
サ３２）上に押し当て、加熱・加圧することにより、こ
の開口形成部材３３の接合を容易に行うことができる。
また、このような接合時の加熱を、硬化用の加熱と同時
に行うようにすることもできる。

【００７０】なお、上記の説明では、スペーサ３２とし
てフォトレジストを用いた例のみを示したが、必ずしも
フォトレジストを利用するものに限られず、例えば、樹
脂状のフィルムを打ち抜いたり、金属箔を打ち抜いた
り、エッチング等により形成するようにしてもよい。

【００７１】次に、開口形成部材３３及び開口３４につ
いて説明する。本実施例の開口形成部材３３の製造方法
の一つとして、フォトファブリケーション法が挙げられ
る。この方法を図５を参照して説明する。この例は、感
光性ガラス４６を開口形成部材３３として用い、開口３
４を形成するようにしたものである。ここに、感光性ガ
ラス４６とは、例えばＣｅＯ₂ 、Ａｇ₂Ｏ を含むＳｉＯ
₂−Ａｌ₂Ｏ₃−Ｌｉ₂Ｏ系ガラスであり、マスクを通して
紫外線を照射し、熱処理、エッチング、再露光、再熱処
理を施すことにより、自由に微細加工し得る特異なガラ
スである。まず、図５(ａ)に示すように感光性ガラス４
６に紫外線（波長２８０〜３５０ｎｍ）をマスク４７を
通して照射することにより、紫外線照射された部分で
は、化１式に示す反応が起こる。

【００７２】

【化１】

【００７３】ついで、同図(ｂ)に示すように第１次熱処
理により、Ａｇの金属コロイドを発生させる現像処理を
施す。そして、同図(ｃ)に示すように第２次熱処理によ
り金属コロイドが核になってＬｉ₂Ｏ−ＳｉＯ₂結晶を発
生させる結晶化処理を施す。ここに、Ｌｉ₂Ｏ−ＳｉＯ₂
結晶は極めて酸に溶解しやいので、ついで、同図(ｄ)に
示すように例えばフッ酸４８によってエッチングするこ
とで開口３３を形成する。エッチング後、同図(ｅ)に示
すように全体に紫外線（波長２８０〜３５０ｎｍ）を照
射する再露光を施す。その後、第３次熱処理によりＬｉ
₂Ｏ・ＳｉＯ₂結晶を発生させることにより、もはや、感
光せずに、酸、熱に強い、開口３４が形成された結晶化
ガラス４９となる同図(ｆ)に示す結晶化処理を施し、開
口形成部材３３として完成させる。

【００７４】また、開口形成部材３３の別の製造方法と
して、フォトエレクトロフォーミング法を図６を参照し
て説明する。同図(ａ)は前処理工程を示し、まず、基板
となる表面を研磨したステンレス基板５１を基板として
用意し、酸５２により表面を軽くエッチングする。同図
(ｂ)はレジスト塗布工程を示し、液状フォトレジスト５
３をステンレス基板５１表面に塗布する。塗布方法とし
ては、図示例のように上から下へ液状フォトレジスト５
３を流すようにする方法の他、例えば、ディッピング
法、スピンコーティング法等が適宜用いられる。同図
(ｃ)は露光工程を示し、プリベーキングによりフォトレ
ジスト５３中の溶剤成分を乾燥させた後、図示のように
所望のパターンを有するエマルジョンマスク５４を介し
て光源５５より紫外線を照射し露光する。同図(ｄ)は現
像工程を示し、フォトレジスト５３としてネガ型を用い
た場合であれば、紫外線照射を受けた部分が硬化し、紫
外線照射を受けない部分は現像液により流されるので、
基板５１上には所望のパターンのフォトレジスト５３が
残ることになる。その後、ポストベーキングによりこの
レジストパターンを硬化させる。同図(ｅ)はエレクトロ
フォーミング工程を示す。アノード５６として例えばＮ
ｉ板を使用し、基板５１をカソード側としてメッキ液
（例えば、スルファミン酸ニッケル液）５７中に入れ、
通電する。すると、基板５１側のフォトレジスト５３の
パターン部分（非導電部）にはＮｉが析出されず、フォ
トレジスト５３のない部分（ステンレス面であり、導電
部）にのみＮｉ５８が析出される。同図(ｆ)は後処理工
程を示し、上記のように析出されたＮｉ５８を基板５１
から剥離することで、開口３４を有する開口形成部材３
３が得られる。

【００７５】このようなフォトエレクトロフォーミング
法は、比較的精度の高い開口を得る場合に利用される
が、本実施例の開口３４は、前述した特公昭６１−５９
９１４号公報に記載されているような従来のヘッドとは
異なり、比較的大きなもの（発熱体２３の作用面積より
大きな開口面積とされている）であるため、これよりも
精度が低く低コストな方法により形成するようにしても
よい。例えば、図７に示すようなフォトエッチング法に
より形成するようにしてもよい。同図(ａ)は前処理工程
を示し、両面を研磨したステンレス箔６１を基板として
用意し、酸６２により表面を軽くエッチングする。同図
(ｂ)はレジスト塗布工程を示し、液状フォトレジスト６
３をステンレス箔６１の両面に塗布する。塗布方法とし
ては、図示例のように上から下へ液状フォトレジスト６
３を流すようにする方法の他、例えば、ディッピング法
等が適宜用いられる。同図(ｃ)は露光工程を示し、プリ
ベーキングによりフォトレジスト６３中の溶剤成分を乾
燥させた後、図示のように所望のパターンを有するエマ
ルジョンマスク６４をステンレス箔６１の両面から位置
が合うように整合させてセットし、光源６５より紫外線
を照射し露光する。同図(ｄ)は現像工程を示し、フォト
レジスト６３としてネガ型を用いた場合であれば、紫外
線照射を受けた部分が硬化し、紫外線照射を受けない部
分は現像液により流されるので、ステンレス箔６１上に
は所望のパターンのフォトレジスト６３が残ることにな
る。その後、ポストベーキングによりこのレジストパタ
ーンを硬化させる。同図(ｅ)はエッチング工程を示す。
まず、スプレノズル６６から噴出するエッチング液６７
によって、フォトレジスト６３で覆われていない部分
（ステンレス面）は腐食される。このような腐食がステ
ンレス箔６１の両面からほぼ同時に進行し、その板厚の
中心部で腐食穴が貫通し開口が形成される。同図(ｆ)は
剥離工程を示し、エッチング後のステンレス箔６１を剥
離液６８に浸すことにより不要なフォトレジスト６３が
除去され、開口３４を有する開口形成部材３３が得られ
る。

【００７６】さらに、別の開口形成部材３３の製造方法
を説明する。前述したように、本実施例の開口３４は従
来の微細なノズルとは異なり、大きめなものであるた
め、従来の微細ノズル製法では不可能であった工法によ
り製造することもできる。例えば、樹脂による成形加工
法を利用できる。この場合、材料としては、耐インク性
に優れたポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポ
リフェニレンオキサイド、ポリプロピレンなどが用いら
れる。開口３４（例えば、円形開口とする）を形成する
際、開口形成部材３３を成形するための金型内に円形型
スライド駒を開口形成部分に配置させ、樹脂を充填させ
硬化させた後、駒をスライドさせて逃がすことにより、
金型内で形成される。このような成形機は市販の射出成
形機を用いるが、形状を精度よく転写させるため射出圧
力２０００ｋｇ／ｃｍ² 以上の能力を有する成形機を用
いるのがよい。また、プラスチックの流動性を高めるた
め、シリンダ温度は４００℃以上に加熱される。金型は
図２に示したような開口形成部材３３と対になる形状の
金型を用いる。また、転写性をよくするため、金型を材
料の熱変形温度以上に加熱できるようにヒータ、熱媒体
等を金型内に設けるのがよい。なお、金型の樹脂充填部
を真空ポンプ等により減圧し、転写性を高めるようにし
てもよい。

【００７７】また、図８に示すような打抜き加工法によ
り開口３４を形成するようにしてもよい。図中、７０は
厚さ５０〜１００μｍのステンレス箔をロール状に巻い
たものであり、パンチステーション（打抜き機）７１を
通して開口３４を形成するものである。７２はバリ取り
機、７３は洗浄機である。このような加工法に用いるス
テンレス箔７０（＝開口形成部材３３）はその厚さが薄
く（開口３４の開口面積の平方根より薄いのが望まし
い）、かつ、開口３４の寸法も大きめであるので、この
ようなステンレス箔７０にプレスによる打抜き加工によ
り低コストで自動化されたラインにより製造できる。開
口３４間の距離Ｌは、隣接する発熱体２３間距離と同じ
とされる。このように自動化されたラインにより製造さ
れた開口形成後のステンレス箔７０は必要に応じてカッ
トされて使用されるが、記録紙幅全域をカバーし得るよ
うな、いわゆるフルマルチ型の開口形成部材３３を容易
に形成し得るものとなる。

【００７８】さらに、開口形成部材３３の別の製造方法
として、エキシマレーザ法を説明する。この場合、開口
形成部材３３の材料としては、ポリサルフォン、ポリエ
ーテルサルフォン、ポリフェニレンオキサイド、ポリプ
ロピレン等が用いられる。まず、予め最終形状となるよ
うな外形寸法とした上記材料等による樹脂ブレードを用
意し（例えば、５ｍｍ×２０ｍｍ×０．０５ｍｍ）、最
終的な開口寸法と同じ寸法の開口を有するメカニカルマ
スクを介してエキシマレーザ装置により紫外線を照射
し、メカニカルマスクの開口部に露出している樹脂部を
除去・蒸発させることにより、樹脂板に開口を形成する
というものである。前述した各例では、最終的に得られ
る開口形成部材３３が図２に示したようなプレート状の
ものだけであるが、このエキシマレーザ方式による場合
には、樹脂部を容易に除去・蒸発させることができるの
で、必ずしもプレート状の樹脂に開口をあけ、これを図
２に示したようにアセンブルするという方法とする必要
はない。例えば、図３に示すようにアセンブリし終わっ
た状態（開口はまだ形成されていないものとする）で、
後からエキシマレーザ装置により開口形成部材３３に開
口３４を形成することも可能である。このような方法に
よれば、例えば透明樹脂を用いると下部の発熱体２３側
を見ることができるため、エキシマレーザによって形成
される開口中心軸とそれに対応する発熱体２３の中心軸
とを精度よく合せることができる。

【００７９】次に、このような各種方式により製造し得
る開口形成部材３３ないしは開口３４の寸法、特性等に
ついて検討する。表１に開口３４の大きさを変えた場合
の気泡３６の生成状況を測定した結果を示す。ここに、
発熱体２３は１００μｍ×１００μｍサイズで抵抗値が
１２２Ωのものとした。開口形成部材３３は厚さ５０μ
ｍの感光性ガラスを用い、エッチング法により開口寸法
を変えて試作したものとした。なお、ここで使用した感
光性ガラスによる開口形成部材３３は、図７に示したエ
ッチング法において、同図(ｄ)のエッチング処理の段階
で止めて、以降の処理は行ってないものとした。従っ
て、結晶化はされていないため、形成された開口形成部
材３３は無色透明であり、インク２８中に発生した気泡
３６が観察しやすくされている。使用したインク２８
は、ヒューレットパッカード社製のＤeskＪet 用インク
と同等の物性を持つビークル（インクから染料成分を除
去した無色透明液体）とした。また、開口形成部材３３
は発熱体基板２２上にラミネートしたドライフィルムフ
ォトレジスト（厚さ２５μｍ）のフォトリソにより形成
されたスペーサ３２上に熱融着により接合させた。その
他の条件として、発熱体２３に入力させる信号パルス幅
は６μ秒、連続駆動周波数は１ｋＨｚとし、ストロボ照
射により同期をとって、位相を変えて気泡３６の挙動を
観察したものである。

【００８０】

【表１】

【００８１】表２は、同様の実験を、発熱体２３の大き
さを変えることにより行った測定結果を示すものであ
る。今回の発熱体２３の大きさは６０μｍ×６０μｍサ
イズと小さめとされ、抵抗値は７０Ωとされている。発
熱体２３に入力させる信号パルス幅は５μ秒、連続駆動
周波数は１．３ｋＨｚとし、その他の条件は、全て表１
の場合と同じとした。

【００８２】

【表２】

【００８３】これらの表１，２に示す結果によれば、開
口３４の径が小さい場合には従来のサーマルインクジェ
ット方式の場合と同じく発生した気泡３６が開口形成部
材３３下部において、発生・成長・収縮・消滅する挙動
をとり、その挙動は２値的となる。つまり、駆動電圧を
変化させても、一旦気泡が発生すると、その発生の仕方
は、発生する／発生しない、という挙動をとるだけであ
り、気泡の大きさは変らないものとなる。これに対し、
開口３４の開口面積が発熱体２３の面積より大きくなる
と、発生する気泡３６が従来のサーマルインクジェット
方式の場合とは違った挙動を示すようになる。即ち、駆
動電圧が低い時には気泡３６はそれ程大きくなく、開口
形成部材３３の下部で発生し、消滅するが、駆動電圧を
上げていくと、発生した気泡３６は開口３４上までせり
出し、垂直方向に大きく成長する。また、駆動電圧の大
小に応じて、このせり出し量、つまり、気泡３６の大き
さも変わる、という特有の挙動を示すものとなる。

【００８４】次に、各開口３４間の距離について検討す
る。表３は、前述したような各種製造方法により形成さ
れた開口形成部材３３の開口３４間の距離ｘ（図９参
照）を変えたものを試作し、上記表１に示すような実験
例の発熱体基板２２上に取付け、隣接する２個の発熱体
２３を同時に駆動させた場合に、生成されるる気泡３６
及びその後形成される飛翔滴３８の挙動を観察した結果
を示す。開口形成部材３３は厚さ５０μｍのものとさ
れ、開口３４の径は２５０μｍとされ、発熱体２３の駆
動条件は表１に対する実験時と同じとした（ただし、２
個同時駆動の点では異なる）。

【００８５】

【表３】

【００８６】表３において、製作可否蘭の判定「○」は
ほぼ良好なる開口３４を形成できた場合を示し、判定
「×」は開口間距離ｘが小さ過ぎて精度のよい開口を形
成できなかった場合を示す。また、飛翔性能蘭の判定
「○」は２個同時に駆動した場合に隣同志が影響を及ぼ
すことなく良好に気泡３６を生成でき、この結果、飛翔
も良好に行われた場合を示す。判定「×」は図１０に示
すように、開口３４からせり出した隣接する気泡３６が
接触し、互いに干渉を及ぼすに至り、この結果、飛翔滴
３８も直進せず飛翔方向が乱れてしまった場合を示す。

【００８７】この表３に示す結果によれば、隣接する気
泡３６が互いに干渉しないようにするには、開口間距離
ｘを開口３４の径の１／１０以上にすればよいことが判
る。もっとも、開口間距離ｘは大きくすればするほど隣
接する気泡３６が干渉しないいことは当然であるが、無
制限に大きくすることは、高密度印写を行わせる上では
好ましくなく、大きくても開口径の１０倍程度に留める
のがよい。

【００８８】また、同じ開口形成方法を用い、開口形成
部材３３の厚さを変えた場合について表４を参照して検
討する。ただし、ここでは開口径を２５０μｍとした。
また、発熱体２３の駆動条件等は全て表１に対する実験
例と同じとした。

【００８９】

【表４】

【００９０】表４において、製作可否蘭の判定「○」は
ほぼ良好なる開口３４を形成できた場合を示し、判定
「×」は良好なる開口を形成できなかった場合を示す。
また、飛翔性能蘭の判定「○」は飛翔速度として６ｍ／
秒以上の高速性が得られた場合を示し、判定「△」は３
〜５ｍ／秒程度の比較的遅い飛翔速度となった場合を示
し、「判定「×」は飛翔しなかった場合を示す。表４に
示す結果によれば、開口３４付近の開口形成部材３３の
厚さはある程度厚くても開口３４を形成し得るものの、
飛翔性能を考慮すると、開口３４の開口面積の平方根よ
り薄い厚さとすることが、良好なる飛翔を行わせるため
に必要といえる。より好ましくは、開口３４付近の板厚
を開口面積の平方根の半分以下程度とするのがよい。

【００９１】次に、インク２８の組成等について説明す
る。本実施例で使用されるインク２８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特性
のインクを、本発明でも使用すればよい。

【００９２】つづいて、実際に印写記録を行った場合の
条件ないしは飛翔実験結果を具体的実験例として説明す
る。

【００９３】まず、具体例１では、 条件は、 発熱体２３のサイズ ：１００μｍ×１００μｍ 開口３４の径 ：φ２５０μｍ 開口形成部材３３の板厚 ：７０μｍ 基板２２・部材３３間距離 ：２５μｍ（ドライフィル
ムフォトレジスト製のスペーサ３２による） 発熱体２３、開口３４の密度：２．５個／ｍｍ 発熱体２３、開口３４の数 ：６４個 発熱体２３の抵抗値 ：１２０Ω 駆動電圧 ：３０Ｖ パルス幅 ：６μ秒 連続駆動周波数 ：１．８ｋＨｚ 使用インク ：ヒューレットパッカード
社製ＤeskＪet 用インク とした。

【００９４】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、被記録体としてマットコート紙ＮＭ（三
菱製紙社製）上で、平均値が２２５μｍとなったもので
ある（ｎ＝１０の平均値）。また、１．８ｋＨｚ連続駆
動時のインク飛翔速度は１４．４ｍ／秒と高速性が確保
されたものである。

【００９５】次に、具体例２では、条件は、 発熱体２３のサイズ ：６０μｍ×６０μｍ 開口３４の径 ：φ１５０μｍ 開口形成部材３３の板厚 ：４２μｍ 基板２２・部材３３間距離 ：２０μｍ（ドライフィル
ムフォトレジスト製のスペーサ３２による） 発熱体２３、開口３４の密度：４個／ｍｍ 発熱体２３、開口３４の数 ：６４個 発熱体２３の抵抗値 ：７１Ω 駆動電圧 ：２３Ｖ パルス幅 ：５μ秒 連続駆動周波数 ：３．２ｋＨｚ 使用インク ：ヒューレットパッカード
社製ＤeskＪet 用インク とした。

【００９６】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、被記録体としてマットコート紙ＮＭ（三
菱製紙社製）上で、平均値が１６０μｍとなったもので
ある（ｎ＝１０の平均値）。また、３．２ｋＨｚ連続駆
動時のインク飛翔速度は１５．６ｍ／秒と高速性が確保
されたものである。

【００９７】また、具体例３では、具体例１と同じヘッ
ドを用い、その駆動電圧、或いはパルス幅、或いはパル
ス数を変えて印写記録実験を行ったものであり、結果を
表５に示す。ただし、最大気泡時の開口外側面からの気
泡３６の高さｈは図１１に示すようなものとした。ま
た、サンプルＮｏ１２〜１７に示す複数パルス駆動につ
いては、１μ秒の間隔をおいて次のパルスを入力させる
ものとした。

【００９８】

【表５】

【００９９】表５に示す結果によれば、駆動エネルギー
を変化させることにより気泡３６の大きさが変化し、開
口３４の外側に高くせり出した状態となり、これに応じ
て画素径も変化することが判る。

【０１００】ところで、表５中に示したサンプルＮｏ
１，２間の条件を詳細に検討してみる。つまり、駆動電
圧を２８Ｖと２９Ｖとの間で０．２Ｖおきに変化させ
て、測定したところ、表６に示すような結果が得られた
ものである。

【０１０１】

【表６】

【０１０２】つまり、気泡３６の高さｈが基板２２・部
材３３間距離（ここでは、２５μｍ）よりも低いと飛翔
速度が遅く、やや不安定な飛翔となることが判る。

【０１０３】つづいて、本発明の第二の実施例を図１２
ないし図１４により説明する。本実施例は、発熱体２３
を取り囲むように配置される圧力分散阻止部材８１を設
けたものである。この圧力分散阻止部材８１は発熱体２
３により発生する気泡３６の圧力が発熱体２３表面に平
行な方向に逃げるのを阻止し、発熱体２３表面に垂直な
方向に気泡３６を効率よく成長させるためのものであ
る。このような圧力分散阻止部材８１はスペーサ３２と
同様に、例えばドライフィルムフォトレジスト、或いは
液状フォトレジストを用いたフォトリソグラフィ法によ
り形成できる。

【０１０４】このような圧力分散阻止部材８１は図１３
に示すように各発熱体２３の周囲を取り囲むような密閉
系とした場合、図１４に示すようにスペーサ３２の高さ
より低く形成され、圧力分散阻止部材８１の開放上部か
ら発熱体２３上にインク２８が導入されるように構成さ
れる。

【０１０５】図１５は変形例として、非密閉系の圧力分
散阻止部材８２を発熱体２３の周りに配設させたもので
ある。この場合、１つの発熱体２３に対する圧力分散阻
止部材８２自身に導入通路８３を有するため、その高さ
は図１６に示すようにスペーサ３２と同一とされ、導入
通路８３により発熱体２３に対するインク２８の供給が
確保されている。よって、スペーサ３２と同時に形成す
ることもできる。

【０１０６】このような圧力分散阻止部材８１又は８２
を用いた場合の実験例について説明する。具体例１で使
用したヘッドと同様の発熱体基板２２を用い、ドライフ
ィルムフォトレジストでスペーサ３２を形成する際に、
同時に、図１５に示すような圧力分散阻止部材８２をフ
ォトリソグラフィ法により形成した、圧力分散阻止部材
８２は発熱体２３の各辺にほぼ近接した状態で形成さ
れ、そのサイズは７０μｍ×５０μｍで厚さ（高さ）は
２５μｍとした。この他は具体例１と同じとし、同一の
条件で駆動させたところ、良好なる記録画像が得られた
ものである。画素の平均径は２５６μｍであった。ま
た、１．８ｋＨｚ連続駆動時のインク飛翔速度は１７．
８ｍ／秒と非常に高速性が得られたものである。つま
り、圧力分散阻止部材８２の作用により、発生した気泡
３６の圧力が効率よくインク２８に伝わることが実証さ
れたものである。

【０１０７】つづいて、本発明の第三の実施例を図１７
により説明する。発熱体基板２２は半導体ウエハプロセ
スを利用して微細なパターンを形成することにより、発
熱体２３の配列密度を例えば１列で１６個／ｍｍ以上と
することは可能である。しかし、本発明方式にあって
は、各発熱体２３に対応する開口３４が大きめであるた
め、被記録体上での最終画像の配列密度（例えば、４０
０ｄｐｉ＝１６ドット／ｍｍ）で、ヘッド側の開口３４
等を１列に配列させることは困難である。そこで、本実
施例では、高密度画像を得るため、発熱体２３及び開口
３４の配列を、図１７に示すように２列以上の千鳥配列
とし、これらの複数列の組合せにより最終画像の配列密
度が得られるようにしたものである。

【０１０８】さらに、本発明の第四の実施例を図１８な
いし図２１により説明する。本実施例は、開口３４近傍
の構造の工夫により、図１０に示したような同時駆動時
の隣接する気泡３６の接触による悪影響を解消するよう
にしたものである。即ち、前述したように開口３４から
気泡３６をせり出すような形でインク飛翔させて記録す
る場合、隣接する開口３４から同時にインク２８を飛翔
させると、開口形成部材３３の外側にせり出した隣接す
るバルーン状の気泡３６同志が接触し、互いに干渉して
飛翔滴３８が直進せず飛翔方向が乱れてしまうことがあ
る。そこで、本実施例では、図１８及び図１９に示すよ
うに開口形成部材３３の表面（被記録体側の面）におい
て各開口３４周りに開口３４よりも広い面積の円形状の
凹部９１を形成し、開口３４間が開口形成部材３３表面
側にて段差９２を持つようにしたものである。

【０１０９】このような凹部９１を有する開口３４構造
によれば、図２０に示すように、隣接する開口３４から
同時にインク２８を飛翔させようとする場合であって
も、開口形成部材３３の外側にせり出したバルーン状の
気泡３６は凹部９１による段差９２によって横方向に広
がらず、隣接する気泡３６同志の接触が避けられること
になり、互いに干渉せずに飛翔させ得るものとなる。

【０１１０】本実施例のような開口形成部材３３であっ
ても、前述した図７の場合と同様にフォトエッチング法
により製造し得る。即ち、本実施例のものは凹部９１を
有するため、図７(ａ)に示す工程前に基板６１の片側に
フォトリソグラフィ・エッチング処理により凹部９１を
形成しておくとか、或いは、図(ｆ)に示す最終工程後に
再度フォトリソグラフィ・エッチング処理を行ない、開
口３４より大きめの凹部９１を形成すればよい。

【０１１１】また、このような方法に限らず、例えば図
６に示したようなフォトエレクトロフォーミング法によ
り凹部９１を有する開口形成部材３３を製造するように
してもよい。これを図２１により説明する。図２１(ａ)
(ｂ)は図６(ｅ)に示すフォトエレクトロフォーミング工
程、図６(ｆ)に示す後処理工程（剥離工程）における開
口４付近を拡大して示すものである。フォトエレクトロ
フォーミング工程を続けると基板５１上に析出されたＮ
ｉ５８は図２１(ａ)に示すようにフォトレジスト５３上
にせり出してくる。よって、最終的に析出されたＮｉ５
８（開口形成部材３３）を基板５１から剥離すると、図
２１(ｂ)に示すようにフォトレジスト５３が残存して部
分が凹部９１となる。このような凹部９１の深さはフォ
トレジスト５３の厚さにより精度よく決定できる。

【０１１２】次に、本発明の第五の実施例を図２２によ
り説明する。前記実施例では開口３４の外側に凹部９１
を形成して隣接する開口３４間に段差９２を持たせるこ
とにより、隣接するバルーン状の気泡３６が物理的に接
触しないようにしたが、本実施例ではインク２８の濡れ
性を利用して隣接するバルーン状の気泡３６が物理化学
的に接触しないようにしたものである。

【０１１３】即ち、図２２に示すように開口形成部材３
３表面（被記録体側の面）において各開口３４周りは開
口３４より広い面積にて下地がそのまま露出する非処理
領域９３とするが、非処理領域９３の周りについてはイ
ンク２８に対して濡れにくい材料をコーティング処理し
た領域９４としたものである。領域９４のコーティング
処理は、使用するインク２８が、水性インクの場合には
非親水性処理とされ、油性インクの場合には非親油性処
理とされる。

【０１１４】このような構成によれば、隣接する開口３
４間において領域９４上ではインク２８が濡れにくくて
存在しにくくなるため、同時に駆動されたバルーン状の
気泡３６であっても接触しにくくなり、各々独立して成
長〜消滅の工程を経ることになり、互いに干渉せず安定
したインク飛翔特性が得られる。

【０１１５】ここに、領域９４の具体的処理について説
明する。例えば、非親水性処理の場合であれば、シリコ
ーン樹脂をトルエンに溶融させたものをコーティング
し、非親油性処理の場合であればアラビアゴムをリン酸
水溶液に溶解させたものをコーティングすればよい。コ
ーティング方法としては、開口３４及びその近傍の領域
９３部分をマスキングしておき、上記の溶液中にディッ
ピングするとか、或いは、このような溶液をスプレーコ
ートすればよい。この他、テフロン分散液をコーティン
グしても著しい効果が得られる。

【０１１６】また、本発明の第六の実施例を図２３及び
図２４により説明する。本実施例は、開口形成部材３３
の表面において各開口３４の周囲にこの開口３４よりも
広い面積の凹部領域９５を形成するためのドーナツ状の
凸部９６を形成したものである。また、本実施例では前
述した第四の実施例と同様に開口３４周りに凹部９１も
形成されている例を示す。

【０１１７】本実施例の凸部９６は凹部９１と同様にフ
ォトエレクトロフォーミング法により形成できる。図２
４によりその製法を説明する。まず、同図(ａ)に示すよ
うに表面が研磨されたステンレス製の基板９７を用意
し、この基板９７表面にディッピング法又はスピンコー
ト法により同図(ｂ)に示すようにフォトレジスト９８の
膜を形成する。ついで、同図(ｃ)に示すような所定の開
口パターン、例えばドーナツ状開口パターンを有するフ
ォトマスク９９を用いて紫外線照射による露光を行な
い、同図(ｄ)に示すようにこれを現像してフォトレジス
ト膜９８中に開口１００を形成する。ついで、このよう
な開口１００を通して基板９７をエッチングすることに
より同図(ｅ)に示すように基板５１の露出部分を腐食・
除去させる。この後、不要となったフォトレジスト膜９
８を除去することにより、同図(ｆ)に示すように基板９
７にはドーナツ状の凹部１０１が形成される。

【０１１８】このようにして得られた図２４(ｆ)のよう
な基板９７を基板５１に代えて用い、図６、図２１で説
明したようなフォトリソ〜Ｎｉ析出工程を順次行なうこ
とにより、凹部１０１が型となって凸部９６が形成され
るものとなり、凸部９６及び凹部９１を開口３４周りに
有する開口形成部材３３が得られる。この際、凸部９６
の高さは凹部１０１の深さに相当し、高精度に形成し得
る。

【０１１９】このような構成によれば、各開口３４間に
おいては凸部９６が段差を形成するものとなり、開口３
４の外側にせり出した気泡３６が凸部９６によって横方
向に広がりにくいものとなり、同時駆動時であっても隣
接するバルーン状の気泡３６は接触しにくく、互いに干
渉しないものとなり、良好なる飛翔特性が確保される。

【０１２０】なお、第四の実施例又は第六の実施例のよ
うに開口３４周りに凹部９１や凸部９６を形成した構造
において、凹部３４より外側の領域や凸部９６より外側
の領域に、第五の実施例の領域９４の場合と同様に、非
親水性処理又は非親油性処理を施し、隣接開口３４間で
の気泡３６の干渉をより確実に防止するようにしてもよ
い。

【０１２１】次に、これらの第四ないし第六の実施例に
準じた構成により、実際に印写記録を行った場合の条件
ないしは飛翔実験結果を具体的実験例として説明する。

【０１２２】まず、具体例４では、 条件は、 発熱体２３のサイズ ：１００μｍ×１００μｍ 発熱体２３の抵抗値 ：１２２Ω 駆動電圧 ：３０Ｖ 駆動パルス幅 ：７μｓ 駆動周波数 ：２．１ｋＨｚ 使用インク ：ヒューレットパッカード社製Ｄ
eskＪet 用インク とした。

【０１２３】上記条件で、開口形成部材３３として図２
０で説明したようなエレクトロフォーミング法により凹
部９１を形成したものを用い、隣接する２つの発熱体２
３を同時に駆動させて印写記録実験を行い、インク飛翔
の安定性を調べたところ、表７に示すような結果が得ら
れたものである。ただし、開口３４の径はφ２４０μ
ｍ、開口形成部材３３の厚さは７０μｍ、凹部９１の径
はφ３８０μｍとした。また、表７では凹部９１をない
ものを含め、凹部９１の深さを種々変えて測定した結果
を示す。表中、「×」はバルーン状の気泡３６が開口３
４付近で接触してジェット流が不安定となった結果を示
し、「○」は接触が生ぜずジェット流が安定した結果を
示す。

【０１２４】

【表７】

【０１２５】次に、具体例５では、条件を具体例４と同
じとし、開口形成部材３３についてフォトエレクトロフ
ォーミング法により凸部９６を形成したものを用いるも
のとした。ドーナツ状の凸部９６は内径φ３７０μｍ、
外径φ３７５μｍとされている。このような凸部９６を
形成するための凹部１０１の深さを種々変えて高さの異
なる凸部９６を有する種々の開口形成部材３３のサンプ
ルを得て、各々ヘッドを作成して飛翔インクの安定性を
調べた結果を表８に示す。表中の評価「×」「○」は表
７の場合と同様である。

【０１２６】

【表８】

【０１２７】さらに、具体例６では、条件を具体例４，
５と同じとする。まず、開口形成部材３３について深さ
０．２μｍとした凹部９１が形成され、この凹部９１の
周りについてはテフロンコート処理したものを用意し
た。また、開口形成部材３３について高さ０．２μｍと
した凸部９６が形成され、この凸部９６の周りについて
はテフロンコート処理したものも用意した。さらには、
凹部９１、凸部９６の何れも有せず、φ２４０μｍの開
口３４の周りに径が３５０μｍの同心円状の領域９３を
残して他の領域９４にテフロンコート処理した開口形成
部材３３も用意した。これらの３つのサンプルと、凹部
９１、凸部９６及びテフロンコート処理のないサンプル
を用いて、飛翔インクの安定性を調べた結果を表９に示
す。表中の評価「×」「○」は表７の場合と同様であ
る。

【０１２８】

【表９】

【０１２９】これらの具体例４〜６の結果によれば、開
口３４周りについて凹部９１又は凸部９６を設けたもの
については、その深さ又は高さを０．３μｍ以上とすれ
ば、同時駆動において隣接するバルーン状の気泡３６が
互いに接触せず、安定したインク飛翔特性が得られるこ
とが判る。また、このような凹部９１や凸部９６を設け
ない場合であっても、開口３４の周囲についてテフロン
コートのような非親水性処理（又は、非親油性処理）を
施すことにより、同様に、同時駆動において隣接するバ
ルーン状の気泡３６が互いに接触せず、安定したインク
飛翔特性が得られることが判る。さらに、凹部９１や凸
部９６の深さ、高さが０．３μｍよりも小さくても（こ
こでは、０．２μｍ以上）、その周囲に対してテフロン
コートのような非親水性処理（又は、非親油性処理）を
併用することにより、同様に、同時駆動において隣接す
るバルーン状の気泡３６が互いに接触せず、安定したイ
ンク飛翔特性が得られることが判る。

【０１３０】

【発明の効果】本発明は、上述したように構成したの
で、請求項１記載の発明又は請求項１５記載の発明によ
れば、エネルギー作用部を駆動させると、記録液体中に
気泡が発生し、成長する際に、気泡の成長方向に位置す
る開口の開口面積がエネルギー作用部の作用面積よりも
大きいので、気泡は開口外部にせり出すように成長し得
るものとなり、エネルギー作用部に加える入力エネルギ
ーに応じて自由にその大きさを可変させることができ、
よって、この気泡に伴い生成されるインク滴、従って最
終的に飛翔するインク滴の質量もアナログ的に可変させ
ることができ、階調性を持たせた記録が可能となり、同
時に、大きめの開口によるため、目詰りの問題も殆どな
くすことができ、かつ、製造上も各種の方法を任意に取
れるものとなる。

【０１３１】より具体的に、請求項２記載の発明のよう
に、エネルギー作用部に画像情報に応じた駆動信号を与
える信号入力手段を設けた構成とし、請求項１７記載の
発明のように、駆動信号のエネルギーレベルを可変させ
て発生する気泡の大きさを変化させるようにすれば、容
易に階調記録を行わせることができる。

【０１３２】また、請求項３記載の発明のように、エネ
ルギー作用部の近傍に位置して記録液体面と略平行な方
向への圧力の分散を阻止するための圧力分散阻止部材を
設けた構成とすることにより、気泡の成長方向を安定さ
せて、液滴の飛翔特性も安定させた良好なる記録画像を
得ることができる。

【０１３３】より具体的に、圧力分散阻止部材を、請求
項４記載の発明のように、１つのエネルギー作用部の外
周を取り囲むように密閉系として開口形成部材に接しな
い高さに形成すれば簡単な形状で済み、請求項５記載の
発明のように、記録液体をエネルギー作用部に導入させ
る連通領域を有する非密閉系として開口形成部材に接す
る高さに形成すれば、保持手段と同時に形成することが
できるものとなる。

【０１３４】また、請求項６記載の発明によれば、エネ
ルギー作用部と開口との対による飛翔部を複数個形成し
て千鳥配列させ、請求項１９記載の発明では、エネルギ
ー作用部と開口との対による飛翔部を複数個形成して２
列以上に千鳥配列させ、２列以上のエネルギー作用部の
駆動により飛翔する記録液体により被記録体上の最終画
素密度を規制するようにしたので、開口が大きめであっ
ても最終画素密度の高密度化を確保できるものとなる。

【０１３５】また、請求項７記載の発明のように、エネ
ルギー作用部から開口までの距離を、発生した気泡が最
大となって開口外側にせりだす時の開口面位置からの気
泡高さよりも短く設定したり、請求項８記載の発明のよ
うに、開口形成部材に開口間の長さを開口寸法の１／１
０より大きくして複数個の開口を形成したり、請求項９
記載の発明では、開口形成部材の開口部近傍の厚さを開
口面積の平方根より薄くしたりすることにより、動作が
安定したものとなり、飛翔特性等が向上するものとな
る。

【０１３６】さらには、請求項１０記載の発明のよう
に、開口形成部材の被記録体側の面の開口周りにこの開
口より広い面積の凹部を形成したり、請求項１２記載の
発明のように、開口形成部材の被記録体側の表面に開口
周りの部分を残して非親水処理又は非親油処理した領域
を設けたり、請求項１３記載の発明のように、開口形成
部材の被記録体側の面の開口周りにこの開口より広い面
積の凹部領域を形成する凸部を形成することにより、隣
接するエネルギー作用部を同時駆動させた場合であって
も、開口からせり出す隣接するバルーン状の気泡同志が
接触しにくいものとなって、隣接間の干渉を防止でき、
インク飛翔特性を安定させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例を示す飛翔原理を順に示
す工程断面図である。

【図２】ヘッドの分解斜視図である。

【図３】ヘッドの斜視図である。

【図４】発熱体基板構成を示す断面図である。

【図５】開口形成部材のフォトファブリケーション製法
の工程の一例を示す工程断面図である。

【図６】開口形成部材のフォトエレクトロフォーミング
製法の工程を順に示す説明図である。

【図７】開口形成部材のフォトエッチング製法の工程を
順に示す説明図である。

【図８】開口形成部材の打抜き加工法を示す斜視図であ
る。

【図９】開口形成部材の平面図である。

【図１０】開口間距離について説明するための断面図で
ある。

【図１１】気泡高さｈを示す断面図である。

【図１２】本発明の第二の実施例を示す斜視図である。

【図１３】ヘッドの分解斜視図である。

【図１４】断面図である。

【図１５】変形例を示す斜視図である。

【図１６】断面図である。

【図１７】本発明の第三の実施例を示す平面図である。

【図１８】本発明の第四の実施例を示す開口形成部材の
斜視図である。

【図１９】その一部の断面図である。

【図２０】気泡成長動作を示す断面図である。

【図２１】開口形成部材の製法工程の一部を示す断面図
である。

【図２２】本発明の第五の実施例を示す開口形成部材の
平面図である。

【図２３】本発明の第六の実施例を示す一部切欠した斜
視図である。

【図２４】凸部を形成するための凹部形成工程を示す断
面図である。

【図２５】従来のインク飛翔原理を示す工程断面図であ
る。

【図２６】そのヘッド構造を示す斜視図である。

【図２７】別のヘッド構造を示す斜視図である。

【図２８】その飛翔原理を示す工程断面図である。

【図２９】気泡発生状況を示す説明図である。

【図３０】熱変換体構成例を示す断面図である。

【図３１】別の熱変換体構成例を示す平面面である。

【符号の説明】

２３ エネルギー作用部 ２９ 記録液体導入手段 ２８ 記録液体 ３２ 保持手段 ３３ 開口形成部材 ３４ 開口 ８１，８２ 圧力分散阻止部材 ９１ 凹部 ９３，９４ 領域 ９５ 凹部領域 ９６ 凸部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小夫 真 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 (72)発明者 梅沢 道夫 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 (72)発明者 廣田 哲郎 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 (72)発明者 広瀬 武貞 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 (72)発明者 大槻 英樹 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 (72)発明者 武末 敏洋 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 記録液体導入手段と、この記録液体導入
   手段により導入された記録液体を保持する液体保持手段
   と、保持された記録液体中に配設されて前記記録液体中
   に気泡を発生させるエネルギー作用部と、各エネルギー
   作用部に対応してこのエネルギー作用部の作用面積より
   大きな開口面積に形成されて前記記録液体の一部を飛翔
   させるための開口を有する開口形成部材とよりなること
   を特徴とする液体飛翔記録装置。
2. 【請求項２】 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を設けたことを特徴とする
   請求項１記載の液体飛翔記録装置。
3. 【請求項３】 エネルギー作用部の近傍に位置して記録
   液体面と略平行な方向への圧力の分散を阻止するための
   圧力分散阻止部材を設けたことを特徴とする請求項１又
   は２記載の液体飛翔記録装置。
4. 【請求項４】 圧力分散阻止部材を、１つのエネルギー
   作用部の外周を取り囲むように密閉系として開口形成部
   材に接しない高さに形成したことを特徴とする請求項３
   記載の液体飛翔記録装置。
5. 【請求項５】 圧力分散素子部材を、記録液体をエネル
   ギー作用部に導入させる連通領域を有する非密閉系とし
   て開口形成部材に接する高さに形成したことを特徴とす
   る請求項３記載の液体飛翔記録装置。
6. 【請求項６】 エネルギー作用部と開口との対による飛
   翔部を複数個形成して千鳥配列させたことを特徴とする
   請求項１，２又は３記載の液体飛翔記録装置。
7. 【請求項７】 エネルギー作用部から開口までの距離
   を、発生した気泡が最大となって開口外側にせりだす時
   の開口面位置からの気泡高さよりも短く設定したことを
   特徴とする請求項１，２，３又は６記載の液体飛翔記録
   装置。
8. 【請求項８】 開口形成部材に開口間の長さを開口寸法
   の１／１０より大きくして複数個の開口を形成したこと
   を特徴とする請求項１，２，３，６又は７記載の液体飛
   翔記録装置。
9. 【請求項９】 開口形成部材の開口部近傍の厚さを開口
   面積の平方根より薄くしたことを特徴とする請求項１，
   ２，３，６，７又は８記載の液体飛翔記録装置。
10. 【請求項１０】 開口形成部材の被記録体側の面の開口
    周りにこの開口より広い面積の凹部を形成したことを特
    徴とする請求項１記載の液体飛翔記録装置。
11. 【請求項１１】 凹部の深さを０．３μｍ以上としたこ
    とを特徴とする請求項１０記載の液体飛翔記録装置。
12. 【請求項１２】 開口形成部材の被記録体側の表面に開
    口周りの部分を残して非親水処理又は非親油処理した領
    域を設けたことを特徴とする請求項１又は１０記載の液
    体飛翔記録装置。
13. 【請求項１３】 開口形成部材の被記録体側の面の開口
    周りにこの開口より広い面積の凹部領域を形成する凸部
    を形成したことを特徴とする請求項１又は１０記載の液
    体飛翔記録装置。
14. 【請求項１４】 凸部の高さを０．３μｍ以上としたこ
    とを特徴とする請求項１３記載の液体飛翔記録装置。
15. 【請求項１５】 記録液体中に配設させたエネルギー作
    用部を駆動させて記録液体中に気泡を発生させ、このエ
    ネルギー作用部の作用面積より大きく形成された開口を
    通して前記気泡とともに記録液体の一部を成長させ、エ
    ネルギー作用部の作用平面にほぼ垂直な方向に記録液体
    を飛翔させて被記録体に付着させるようにしたことを特
    徴とする液体飛翔記録方法。
16. 【請求項１６】 開口外部に気泡をせり出させて記録液
    体を飛翔させるようにしたことを特徴とする請求項１５
    記載の液体飛翔記録方法。
17. 【請求項１７】 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を設け、この駆動信号の
    エネルギーレベルを可変させて発生する気泡の大きさを
    変化させるようにしたことを特徴とする請求項１５記載
    の液体飛翔記録方法。
18. 【請求項１８】 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を設け、この駆動信号の
    エネルギーレベル又は駆動信号数を可変させて発生する
    気泡の大きさを変化させて、開口外部に対する気泡のせ
    り出し量を変化させるようにしたことを特徴とする請求
    項１６記載の液体飛翔記録方法。
19. 【請求項１９】 エネルギー作用部と開口との対による
    飛翔部を複数個形成して２列以上に千鳥配列させ、２列
    以上のエネルギー作用部の駆動により飛翔する記録液体
    により被記録体上の最終画素密度を規制するようにした
    ことを特徴とする請求項１５，１６，１７又は１８記載
    の液体飛翔記録方法。