JPH0684075B2 - Liquid jet recording head - Google Patents
Liquid jet recording headInfo
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- JPH0684075B2 JPH0684075B2 JP63018739A JP1873988A JPH0684075B2 JP H0684075 B2 JPH0684075 B2 JP H0684075B2 JP 63018739 A JP63018739 A JP 63018739A JP 1873988 A JP1873988 A JP 1873988A JP H0684075 B2 JPH0684075 B2 JP H0684075B2
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Description
【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、液体噴射記録ヘッド、より詳細には、バブル
ジェット型の液体噴射記録ヘッドに関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a liquid jet recording head, and more particularly to a bubble jet type liquid jet recording head.
従来技術 ノンインパクト記録法は、記録時における騒音の発生が
無視し得る程度に極めて小さいという点において、最近
関心を集めている。その中で、高速記録が可能であり、
而も所謂普通紙に特別の定着処理を必要とせずに記録の
行える所謂インクジェット記録法は極めて有力な記録法
であって、これまでにも様々な方式が提案され、改良が
加えられて商品化されたものもあれば、現在もなお実用
化への努力が続けられているものもある。Prior Art The non-impact recording method has recently attracted interest in that noise generation during recording is negligibly small. Among them, high-speed recording is possible,
The so-called inkjet recording method, which can record on plain paper without requiring a special fixing process, is an extremely powerful recording method. Various methods have been proposed and commercialized with improvements. Some have been made, while others are still trying to be put into practical use.
この様なインクジェット記録法は、所謂インクと称され
る記録液体の小滴(droplet)を飛翔させ、記録部材に
付着させて記録を行うものであって、この記録液体の小
滴の発生法及び発生された記録液小滴の飛翔方向を制御
する為の制御方法によって幾つかの方式に大別される。Such an inkjet recording method is one in which droplets of a recording liquid, so-called ink, are ejected and adhered to a recording member to perform recording. The method is roughly classified into several methods according to a control method for controlling the flight direction of the generated recording liquid droplets.
先ず第1の方式は例えばUSP3060429に開示されているも
の(Tele type方式)であって、記録液体の小滴の発生
を静電吸引的に行い、発生した記録液体小滴を記録信号
に応じて電解制御し、記録部材上に記録液体小滴を選択
的に付着させて記録を行うものである。First, the first method is, for example, the one disclosed in USP3060429 (Tele type method), in which droplets of the recording liquid are generated by electrostatic attraction, and the generated recording liquid droplets are generated according to a recording signal. Recording is performed by controlling the electrolysis and selectively depositing a recording liquid droplet on the recording member.
これに就いて、更に詳述すれば、ノズルと加速電極間に
電界を掛けて、一様に帯電した記録液体の小滴をノズル
より吐出させ、該吐出した記録液体の小滴を記録信号に
応じて電気制御可能な様に構成された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記録部
材上に付着させて記録を行うものである。This will be described in more detail. An electric field is applied between the nozzle and the acceleration electrode to eject uniformly charged droplets of the recording liquid from the nozzle, and the ejected droplets of the recording liquid are used as recording signals. Accordingly, recording is performed by flying between xy deflection electrodes configured to be electrically controllable, and selectively depositing small droplets on the recording member according to changes in the strength of the electric field.
第2の方式は、例えばUSP3596275、USP3298030等に開示
されている方式(Sweet方式)であって、連続振動発生
法によって帯電量の制御された記録液体の小滴を発生さ
せ、この発生された帯電量の制御された小滴を、一様の
電界が掛けられている偏向電極間を飛翔させることで、
記録部材上に記録を行うものである。The second method is a method (Sweet method) disclosed in, for example, USP3596275, USP3298030 and the like, which generates small droplets of a recording liquid whose charge amount is controlled by a continuous vibration generation method, and the generated charge is generated. By ejecting a droplet whose amount is controlled between deflection electrodes to which a uniform electric field is applied,
Recording is performed on the recording member.
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ている様に構成した帯電電極
を所定距離だけ離して配置し、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、前記吐出口より記録液体の小滴を吐
出させる。この時前記帯電電極によって吐出する記録液
体小滴には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記録媒体の
小滴は、一定の電界が一様に掛けられている偏向電極間
を飛翔する時、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記録部材上に付着し得る様に
されている。Specifically, a nozzle orifice (ejection port) which is a part of a recording head provided with a piezoelectric vibration element.
The charging electrodes configured so that the recording signal is applied in front of are arranged a predetermined distance apart, and the piezoelectric vibrating element is mechanically vibrated by applying an electric signal of a constant frequency to the piezoelectric vibrating element, A small droplet of recording liquid is ejected from the ejection port. At this time, electric charges are electrostatically induced in the recording liquid droplets ejected by the charging electrodes, and the droplets are charged with an electric charge amount corresponding to the recording signal. The droplets of the recording medium whose charge amount is controlled are deflected according to the added charge amount when flying between the deflection electrodes to which a constant electric field is uniformly applied.
Only the droplets carrying the recording signal can be deposited on the recording member.
第3の方式は例えばUSP3416153に開示されている方式
(Hertz方式)てあって、ノズルとリング状の帯電電極
間に電界を掛け、連続振動発生法によって、記録媒体の
小滴を発生霧化させて記録する方式である。即ちこの方
式ではノズルと帯電電極間に掛ける電界強度を記録信号
に応じて変調することによって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する。The third method is, for example, the method (Hertz method) disclosed in USP 3416153, in which an electric field is applied between a nozzle and a ring-shaped charging electrode to generate and atomize small droplets of a recording medium by a continuous vibration generation method. It is a method of recording. That is, in this method, the atomization state of the small droplet is controlled by modulating the electric field strength applied between the nozzle and the charging electrode according to the recording signal, and the gradation of the recorded image is produced and recording is performed.
第4の方式は、例えばUSP374712に開示されている方式
(Stemme方式)で、この方式は前記3つの方式とは根本
的に原理が異なるものである。The fourth method is, for example, the method (Stemme method) disclosed in USP374712, and this method is fundamentally different in principle from the three methods.
即ち、前記3つの方式は、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記録部材上に付着
させて記録を行うのに対して、このStmme方式は、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。That is, in all of the three methods, the droplets of the recording liquid ejected from the nozzles are electrically controlled during the flight, and the droplets carrying the recording signal are selectively deposited on the recording member. On the other hand, the Stmme method is for performing recording by ejecting and ejecting a small droplet of the recording liquid from an ejection port according to a recording signal.
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、この電気的記録信号をピエゾ
振動素子の機械的振動に変え、該機械的振動に従って前
記吐出口より記録液体の小滴を吐出飛翔させて記録部材
に付着させることで記録を行うものである。In other words, the Stemme method applies an electrical recording signal to a piezoelectric vibrating element attached to a recording head having a discharge port for ejecting a recording liquid, and converts this electrical recording signal into mechanical vibration of the piezoelectric vibrating element. Instead, recording is performed by ejecting and ejecting a small droplet of the recording liquid from the ejection port according to the mechanical vibration and adhering it to the recording member.
これ等、従来の4つの方式は各々に特長を有するもので
あるが、又、他方において解決され得る可き点が存在す
る。These four conventional methods have their respective characteristics, but there are some points that can be solved in the other.
即ち、前記第1から第3の方式は記録液体の小滴の発生
の直接的エネルギーが電気的エネルギーであり、又、小
滴の偏向制御も電界制御である。その為、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、又、記録ヘッドのマルチノズル化が困難であるの
で高速記録には不向きである。That is, in the first to third methods, the direct energy for generating the droplet of the recording liquid is electric energy, and the deflection control of the droplet is electric field control. Therefore, the first method is simple in construction, but it requires high voltage to generate small droplets, and it is difficult to form the recording head with multiple nozzles. Therefore, the first method is not suitable for high-speed recording.
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、又記録液体小滴の
電気的制御が高度で困難であること、記録部材上にサテ
ライトドットが生じ易いこと等の問題点がある。The second method allows the recording head to have multiple nozzles and is suitable for high-speed recording, but it is complicated in structure, and it is difficult and difficult to electrically control recording liquid droplets. However, there is a problem in that
第3の方式は、記録液体小滴を霧化することによって階
調性に優れた画像が記録され得る特長を有するが、他方
霧化状態の制御が困難であること、記録画像にカプリが
生ずること及び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こと等の諸問題点が存する。The third method has a feature that an image with excellent gradation can be recorded by atomizing the recording liquid droplets, but on the other hand, it is difficult to control the atomized state, and a capri is generated in the recorded image. And it is difficult to make the recording head multi-nozzle,
There are various problems such as being unsuitable for high-speed recording.
第4の方式は、第1乃至第3の方式に比べ利点を比較的
多く有する。即ち、構成上シンプルであること、オンデ
マンド(on−demand)で記録液体をノズルの吐出口より
吐出して記録を行う為に、第1乃至第3の方式の様に吐
出飛翔する小滴の中、画像の記録に要さなかった小滴を
回収することが不要であること及び第1乃至第2の方式
の様に、導電性の記録液体を使用する必要性がなく記録
液体の物質上の自由度が大であること等の大きな利点を
有する。而乍ら、一方において、記録ヘッドの加工上に
問題があること、所望の共振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こと等の理由から記録ヘッ
ドのマルチノズル化が難しく、又、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小滴
の吐出飛翔を行うので高速記録には向かないこと、等の
欠点を有する。The fourth method has relatively many advantages as compared with the first to third methods. That is, the structure is simple, and the recording liquid is ejected from the ejection port of the nozzle on-demand to perform recording, so that the droplets ejected and ejected as in the first to third methods are ejected. Medium, there is no need to collect small droplets that were not needed for image recording, and there is no need to use a conductive recording liquid as in the first and second methods, and it is not necessary to use a recording liquid substance. It has great advantages such as a high degree of freedom. On the other hand, on the other hand, it is difficult to form a multi-nozzle recording head because of problems in processing the recording head, miniaturization of a piezoelectric vibrating element having a desired resonance number, and the like. However, since the recording liquid droplets are ejected and ejected by the mechanical energy of mechanical vibration of the piezoelectric vibrating element, it is not suitable for high-speed recording.
更には、特開昭48−9622号公報(前記USP3747120に対
応)には、変形例として、前記のピエゾ振動素子等の手
段による機械的振動エネルギーを利用する代わりに熱エ
ネルギーを利用することが記載されている。Furthermore, JP-A-48-9622 (corresponding to USP3747120) describes that, as a modified example, thermal energy is used instead of mechanical vibration energy by means such as the piezoelectric vibration element described above. Has been done.
即ち、上記公報には、圧力上昇を生じさせる蒸気を発生
する為に液体を直接加熱する加熱コイルをピエゾ振動素
子の代りの圧力上昇手段として使用する所謂バブルジェ
ットの液体噴射記録装置が記載されている。That is, the above-mentioned publication describes a so-called bubble jet liquid jet recording apparatus that uses a heating coil that directly heats a liquid in order to generate vapor that causes a pressure increase, as a pressure increasing means instead of a piezoelectric vibrating element. There is.
しかし、上記公報には、圧力上昇手段としての加熱コイ
ルに通電して液体インクが出入りし得る口が一つしかな
い袋状のインク室(液室)内の液体インクを直接加熱し
て蒸気化することが記載されているに過ぎず、連続繰返
し液吐出を行う場合は、どの様に加熱すれば良いかは、
何等示唆されるところがない。加えて、加熱コイルが設
けられている位置は、液体インクの供給路から遥かに遠
い袋状液室の最深部に設けられているので、ヘッド構造
上複雑であるに加えて、高速での連続繰返し使用には、
不向きとなっている。However, in the above-mentioned publication, the liquid ink in a bag-shaped ink chamber (liquid chamber) having only one opening through which the liquid ink can flow in and out by energizing a heating coil as a pressure increasing means is directly vaporized. It is only described that, when performing continuous repeated liquid discharge, how to heat,
There is no suggestion. In addition, since the position where the heating coil is provided is provided at the deepest part of the bag-shaped liquid chamber far away from the liquid ink supply path, the head structure is complicated and continuous at high speed. For repeated use,
It is unsuitable.
しかも、上記公報に記載の技術内容からでは、実用上重
要である発生する熱で液吐出を行った後に次の液吐出の
準備状態を速やかに形成することは出来ない。Moreover, from the technical contents described in the above publication, it is not possible to promptly form the preparation state for the next liquid ejection after the liquid ejection is performed by the generated heat which is practically important.
このように従来法には、構成上、高速記録化上、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およ
び記録画像のカブリ発生等の点において一長一短があっ
て、その長所を利する用途にしか適用し得ないという制
約が存在していた。As described above, the conventional method has advantages and disadvantages in terms of configuration, high-speed recording, multi-nozzle recording head, occurrence of satellite dots and occurrence of fog in recorded images. There was a constraint that it could only be applied.
また、特開昭55−109670号公報には、基体上に記録液体
を収容するための室(流路)の一部を構成する溝の隔壁
部を形成し、次いで、この隔壁部の上端に前記溝の覆を
接合して前記室及びオリフィスとなるべき空孔を形成す
るようにした液体噴射記録ヘッドが開示されている。Further, in JP-A-55-109670, a partition wall portion of a groove forming a part of a chamber (flow passage) for containing a recording liquid is formed on a substrate, and then the upper end of this partition wall portion is formed. A liquid jet recording head is disclosed in which the cover of the groove is joined to form a hole to be the chamber and an orifice.
第7図は、上記特開昭55−109670号公報に開示された液
体噴射記録ヘッドの一例を説明するための分解図で、図
中、1は発熱体設置基板(例えばアルミナ基板)であ
り、その裏面つまり、図の裏面には発熱体2が設けられ
ている。又、別の基板3の材料としては、ガラスセラミ
ックス或いは耐熱性プラスチック等が用いられ、耐水
性、耐溶剤性、耐熱性、および平面性の良いものが用い
られる。次に溝壁4となる材料としては、無機系接着剤
(例えば水ガラス)或は、合成樹脂系接着剤(例えば熱
硬化性樹脂接着剤及び、熱硬化性樹脂接着剤と熱可塑性
樹脂接着剤をブレンドした複合接着剤)などがあげられ
るが、この材料としては熱安定性、耐衝撃性、耐水性、
耐溶剤性が溝たされればよい。溝壁4となる材料は印刷
により基板3上に積層される。基板3畳に溝壁4をスク
リーン印刷した後、2つの基板1,3を図示のとおりに対
面させ発熱体2と溝5が対応する位置になるように位置
合せをして、接着することによつて発熱体接置基板1と
他の基板3は一体化される。FIG. 7 is an exploded view for explaining an example of the liquid jet recording head disclosed in JP-A-55-109670, in which 1 is a heating element installation substrate (for example, an alumina substrate), The heating element 2 is provided on the back surface, that is, the back surface in the figure. Further, as the material of the other substrate 3, glass ceramics, heat resistant plastic or the like is used, and one having good water resistance, solvent resistance, heat resistance and flatness is used. Next, as a material for the groove wall 4, an inorganic adhesive (for example, water glass) or a synthetic resin adhesive (for example, a thermosetting resin adhesive, and a thermosetting resin adhesive and a thermoplastic resin adhesive) Examples of such materials include thermal stability, impact resistance, water resistance,
Solvent resistance may be grooved. The material forming the groove wall 4 is laminated on the substrate 3 by printing. After screen-printing the groove wall 4 on the tatami mat 3, the two substrates 1 and 3 are faced to each other as shown in the figure, and the heat generating element 2 and the groove 5 are aligned so that they correspond to each other, and then adhered. Therefore, the heating element contact substrate 1 and the other substrate 3 are integrated.
第8図は、上記ヘッドを溝5の1つに沿つて切断した時
の断面図で、記録液体6は矢印で示される様にヘッド内
へ供給されている。今、発熱体2に対して外部から信号
が入力されると、発熱体2は発熱し、熱作用部7内の液
体6に熱エネルギーを受けた液体は体積膨張或いは気泡
の発生等の状態変化を起こして圧力変化を生じ、この圧
力変化が吐出オリフィス8の方向に伝わつて、オリフィ
ス8から前記液体が液滴9として吐出される。FIG. 8 is a cross-sectional view when the head is cut along one of the grooves 5, and the recording liquid 6 is supplied into the head as indicated by an arrow. Now, when a signal is input to the heating element 2 from the outside, the heating element 2 generates heat, and the liquid that has received heat energy in the liquid 6 in the heat acting portion 7 undergoes a state change such as volume expansion or generation of bubbles. And a pressure change is generated, and this pressure change is transmitted in the direction of the discharge orifice 8, and the liquid is discharged as a droplet 9 from the orifice 8.
第9図は、上記液体噴射記録ヘッドの液体吐出の様子を
拡大して示す図で、前述のようにして気泡10が発生した
場合に、この気泡が図示のように、流路5の天井にとど
くことがあり、その場合には、流路がいつたん気泡によ
つて遮断されることになり、次の記録液の補給が充分に
行なわれないため、液滴の吐出ミスや吐出速度の低下あ
るいは吐出方向の乱れ等が生ずる。FIG. 9 is an enlarged view showing a state of liquid ejection of the liquid jet recording head. When bubbles 10 are generated as described above, the bubbles are formed on the ceiling of the flow path 5 as shown in the figure. In that case, the flow path is immediately blocked by the bubbles, and the next recording liquid cannot be replenished sufficiently. Alternatively, the discharge direction may be disturbed.
特開昭56−139970号公報に記載された発明は、上述のご
とき欠点を解決したもので、細孔内の液体流が気泡によ
つて遮断されることのないようにして気泡の生成、消滅
を行なうようにしたものである。The invention described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 56-139970 solves the above-mentioned drawbacks, and the generation and disappearance of bubbles are performed so that the liquid flow in the pores is not blocked by the bubbles. It was designed to do.
第10図は、上記特開昭56−139970号公報に開示された液
体噴射記録ヘッドの一例を説明するための図で、オリフ
ィス8とインク室(流路)5と発熱体2が示され、イン
ク6は矢印Pより供給される。インク6と外気との境界
面(液面)を11で示す。発熱体2上に生成した気泡を10
とすると、t0においては吐出前の状態が示され、t0とt1
の間で駆動パルスが発熱体2に与えられる。発熱体2の
温度上昇は駆動パルスが与えられると同時に開始され
る。t1は発熱体温度がインクの気化温度以上になつた状
態であり、気泡10が出来始め液面11はオリフィス面より
気泡10によつてインク6を圧した分に相応してふくらむ
状態を示している。t2では更に気泡10が生長した状態で
液面11は更にふくらむ。t3では駆動パルスが立ち下り、
発熱体2の温度がほぼ最高に達した時点で更に液面11は
ふくらむ。t4は発熱体温度は降下を始めているが、気泡
10の体積は最高位になつており、液面11は更にふくらん
でいる。尚、このときも、インク室5内でインク6流は
遮断されていない。t5では気泡10の体積は収縮を始め
る。従つて、オリフィス8よりふくらんで出た液面11に
対して気泡10が収縮した分だけインク室5内にインク6
が逆に引き込まれる状態となる。この結果、液面11は矢
印Qの部分にくびれが生じる。t6では更に気泡10の収縮
が進み、液滴と液面11′とに分離を起す。FIG. 10 is a view for explaining an example of the liquid jet recording head disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 56-139970, in which an orifice 8, an ink chamber (flow path) 5 and a heating element 2 are shown. The ink 6 is supplied from the arrow P. A boundary surface (liquid surface) between the ink 6 and the outside air is indicated by 11. 10 bubbles are generated on the heating element 2.
When, the state before discharge is shown in t 0, t 0 and t 1
A driving pulse is applied to the heating element 2 during the period. The temperature rise of the heating element 2 is started at the same time when the drive pulse is given. At t 1 , the temperature of the heating element has reached the vaporization temperature of the ink or higher, and bubbles 10 have begun to form and the liquid level 11 swells in accordance with the pressure of the ink 6 by the bubbles 10 from the orifice surface. ing. At t 2 , the liquid surface 11 further bulges with the bubbles 10 growing further. At t 3 , the drive pulse falls,
When the temperature of the heating element 2 reaches almost the maximum, the liquid surface 11 further expands. t 4 the heating element temperature is beginning to drop, but the bubble
The volume of 10 is at the highest level, and the liquid level 11 is swelling further. Even at this time, the flow of the ink 6 is not blocked in the ink chamber 5. At t 5 , the volume of bubble 10 begins to contract. Therefore, the amount of ink 6 in the ink chamber 5 is reduced by the amount of the contraction of the bubble 10 with respect to the liquid surface 11 that bulges out of the orifice 8.
Will be pulled in reverse. As a result, the liquid surface 11 is constricted at the portion indicated by the arrow Q. At t 6 , the contraction of the bubble 10 further progresses, causing separation between the droplet and the liquid surface 11 ′.
この時点で、11の後退は、後方(矢印Pから供給される
インク6の圧力によりおさえられる。t7では液滴9が吐
出されて飛翔し、気泡10は更に収縮をする後方(矢印
P)から供給されるインク6の圧力により11′はオリフ
ィス8面近く迄押し戻される。t8はインク6の供給部が
完全に行なわれて再びt0と同等の状態にもどつた事を示
す。At this point, the backward movement of 11 is suppressed by the pressure of the ink 6 supplied from the arrow P. At t 7 , the droplet 9 is ejected and flies, and the bubble 10 further contracts backward (arrow P). 11 'by the pressure of the ink 6 supplied from indicating that .t 8 pushed back until near 8 side orifice was Dotsu to state similar t 0 again supply portion of the ink 6 is completely performed.
上述のように、t4の時点で既に後方(矢印P)からイン
ク室5内へのインク6の再充填が行なわれるので液面1
1′の後退の程度が少なくなり、そのため、以降、t5〜t
8までにインク室5内へインク6の供給が完全に行なわ
れて早く元のt0の状態にもどることができる。As described above, at time t 4 , the ink 6 is already refilled into the ink chamber 5 from the rear (arrow P), so that the liquid level 1
The degree of retreat of 1 ′ is reduced, and hence t 5 ~ t
The ink 6 is completely supplied into the ink chamber 5 by 8 and the original state of t 0 can be returned quickly.
しかし、上記特開昭56−139970号公報には、“気泡によ
つて遮断しないように”と記載されているのみで、具体
的にどのようにすればよいかということが明示されてお
らず、はなはだ概念的であり実現困難である。However, the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 56-139970 only describes "Do not block by air bubbles", and does not clearly indicate what should be done. , Is very conceptual and difficult to realize.
目的 本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、
特に、バブルジェット型液体噴射記録ヘッドにおいて、
記録液の安定吐出を図ることを目的としてなされたもの
である。Purpose The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances,
Especially in the bubble jet type liquid jet recording head,
The purpose is to stably discharge the recording liquid.
構成 本発明は、上記目的を達成するために、導入される記録
液体を収容するとともに該記録液体に熱によつて気泡を
発生させ、該気泡の体積増加にともなう作用力を発生さ
せる熱エネルギー作用部を併設した流路と、該流路に連
絡して前記記録液体を前記作用力によつて液滴として吐
出させるためのオリフィスと、前記流路に連絡して前記
流路に前記記録液体を導入するための液室と、該液室に
前記記録液体を導入する手段よりなる液体噴射記録ヘッ
ドにおいて、前記流路の前記熱エネルギー作用部近傍の
天井に気泡が発生しても流路を遮断しない程度の空間が
設けられたことを特徴としたものである。以下、本発明
の実施例に基いて説明する。Structure In order to achieve the above object, the present invention is a thermal energy action for accommodating a recording liquid to be introduced and for generating bubbles in the recording liquid by heat and generating an acting force with the increase in volume of the bubbles. A channel provided with a section, an orifice for communicating with the channel to discharge the recording liquid as a droplet by the action force, and a channel for communicating the channel with the recording liquid. In a liquid jet recording head including a liquid chamber for introducing and a unit for introducing the recording liquid into the liquid chamber, the flow passage is blocked even if bubbles are generated in the ceiling of the flow passage near the thermal energy acting portion. It is characterized by the provision of a space that does not exist. Hereinafter, it demonstrates based on the Example of this invention.
第1図は、本発明の一実施例を説明するための要部拡大
断面図、第2図(a),(b)は、それぞれ本発明の実
施例を説明するための要部斜視図、第3図は、本発明が
適用されるインクジェットヘッドの一例としてのバルブ
ジェットヘッドの動作説明をするための図、第4図は、
バルブジェットヘッドの一例を示す斜視図、第5図は、
第4図に示したヘッドを構成する蓋基板(第5図
(a))と発熱体基板(第5図(b))に分解した時の
斜視図、第6図は、第5図(a)に示した蓋基板を裏側
から見た斜視図で、図中、21は蓋基板、22は発熱体基
板、23は記録液体流入口、24はオリフィス、25は流路、
26は液室を形成するための領域、27は個別(独立)電
極、28は共通電極、30はインク、31は気泡、32は飛翔イ
ンク滴で、本発明は、斯様なバブルジェット式の液体噴
射記録ヘッドに適用するものである。FIG. 1 is an enlarged sectional view of an essential part for explaining an embodiment of the present invention, and FIGS. 2 (a) and 2 (b) are perspective views of an essential part for explaining an embodiment of the present invention, respectively. FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of a valve jet head as an example of an inkjet head to which the present invention is applied, and FIG.
FIG. 5 is a perspective view showing an example of a valve jet head,
FIG. 5 (a) is a perspective view of the lid substrate (FIG. 5 (a)) and the heating element substrate (FIG. 5 (b)) constituting the head shown in FIG. 4 when disassembled. ) Is a perspective view of the lid substrate viewed from the back side, where 21 is a lid substrate, 22 is a heating element substrate, 23 is a recording liquid inlet, 24 is an orifice, 25 is a flow path,
26 is a region for forming a liquid chamber, 27 is an individual (independent) electrode, 28 is a common electrode, 30 is ink, 31 is a bubble, 32 is a flying ink drop, and the present invention is of such a bubble jet type. It is applied to a liquid jet recording head.
最初に、第3図を参照しながらバブルジェットによるイ
ンク噴射について説明すると、 (a)は定常状態であり、オリフィス面でインク30の表
面張力と外圧とが平衡状態にある。First, the ink jetting by the bubble jet will be described with reference to FIG. 3. (a) is a steady state, and the surface tension of the ink 30 and the external pressure are in equilibrium on the orifice surface.
(b)はヒータ29が加熱されて、ヒータ29の表面温度が
急上昇し隣接インク層に沸騰現像が起きるまで加熱さ
れ、微小気泡31が点在している状態にある。In (b), the heater 29 is heated and heated until the surface temperature of the heater 29 rapidly rises and boiling development occurs in the adjacent ink layer, and the minute bubbles 31 are scattered.
(c)はヒータ29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31が生長し
た状態である。この時、ノズル内の圧力は、気泡の生長
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、オリフィスよりインク柱が生長し始める。In (c), the adjacent ink layer that is rapidly heated on the entire surface of the heater 29 is instantly vaporized to form a boiling film, and the bubble 31 is grown. At this time, the pressure in the nozzle rises by the amount of growth of the bubbles, the balance with the external pressure on the orifice surface is lost, and the ink column begins to grow from the orifice.
(d)は気泡が最大に生長した状態であり、オリフィス
面より気泡が体積に相当する分のインク30が押し出され
る。この時、ヒータ29には電流が流れていない状態であ
り、ヒータ29の表面温度は降下しつつある。気泡31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おく
れる。(D) is a state in which the bubbles have grown to the maximum, and the ink 30 corresponding to the volume of the bubbles is pushed out from the orifice surface. At this time, no current is flowing in the heater 29, and the surface temperature of the heater 29 is decreasing. The maximum value of the volume of the bubble 31 is slightly delayed from the timing of applying the electric pulse.
(e)は気泡31がインクなどにより冷却されて収縮を開
始し始めた状態を示す。インク柱の先端部では押し出さ
れた速度を保ちつつ前進し、後端部では気泡の収縮に伴
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
へインクが逆流してインク柱にくびれが生じている。(E) shows a state in which the bubble 31 is cooled by ink or the like and starts to contract. At the tip of the ink column, the ink column moves forward while maintaining the pushed speed, and at the rear end, the ink flows backward from the orifice surface into the nozzle due to the decrease in the nozzle internal pressure due to the contraction of the bubbles, and the ink column becomes constricted. .
(f)はさらに気泡31が収縮し、ヒータ面にインクが接
しヒータ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来ている。
インク柱の先端部は液滴になり記録紙の方向へ5〜10m/
secの速度で飛翔している。In (f), the bubble 31 is further contracted, the ink contacts the heater surface, and the heater surface is further rapidly cooled. On the orifice surface, the external pressure is higher than the internal pressure of the nozzle, so that a large meniscus enters the nozzle.
The tip of the ink column becomes a droplet and becomes 5-10 m / in the direction of the recording paper.
Flying at a speed of sec.
(g)はオリフィスにインクが毛細管現象により再び供
給(リフィル)されて(a)の状態にもどる過程で、気
泡は完全に消滅している。In (g), the ink is supplied (refilled) to the orifice again by the capillary phenomenon and returns to the state of (a), and the bubbles are completely extinguished.
而して、本発明においては、第1図に21aにて示すよう
に、熱エネルギー作用部近傍の流路の天井が高くなつて
おり、そのため、気泡31が最大になつたときでも、気泡
が天井までとどくことがない。Therefore, in the present invention, as shown by 21a in FIG. 1, the ceiling of the flow path in the vicinity of the thermal energy acting portion is raised, and therefore, even when the bubble 31 reaches its maximum, It never reaches the ceiling.
第2図(a),(b)は、それぞれ本発明の実施例を説
明するための要部構成図で、(a)図の実施例は、流路
側壁と天井を一体に作る場合の例で、以下に説明する実
施例1,2及び3に該当するものであり、(b)図の実施
例は、流路側壁をドライフィルムで作り、これに天板状
天井を接合したもので、以下に説明する実施例4に該当
するものである。2 (a) and 2 (b) are main part configuration diagrams for explaining an embodiment of the present invention, respectively, and the embodiment of FIG. 2 (a) is an example of a case where a flow path side wall and a ceiling are integrally formed. In the embodiment of (b), the flow path side wall is made of a dry film, and a ceiling plate-like ceiling is joined to it. This corresponds to Example 4 described below.
実施例1 流路の側壁及び天井を構成する蓋板部材21をプラスチッ
クの成形によつて作り、熱エネルギー作用部に相対する
部分にくぼみ21aを形成したものである。Example 1 A lid plate member 21 constituting a side wall and a ceiling of a flow path is formed by plastic molding, and a recess 21a is formed in a portion facing a heat energy acting portion.
実施例2 流路の側壁及び天井を構成する蓋板部材21をガラス,セ
ラミック等を機械加工(ダイシングあるいは超音波加工
等)によつて作り、熱エネルギー作用部に相対する部分
にくぼみ21aを形成したもので、このくぼみ21aは超音波
加工あるいはフォトエッチングで形成される。Example 2 The lid plate member 21 constituting the side wall and the ceiling of the flow path is made of glass, ceramic, or the like by mechanical processing (dicing, ultrasonic processing, or the like), and the recess 21a is formed in the portion facing the thermal energy acting portion. The recess 21a is formed by ultrasonic processing or photo etching.
実施例3 流路の側壁及び天井を構成する蓋板部材21を感光性ガラ
スのエッチングによつて形成する。1回目のエッチング
で、流路部を形成し、2回目のエッチングで流路部の
(天井の)熱エネルギー作用部に相対する部分のくぼみ
21aを形成する。Example 3 The lid plate member 21 that forms the side wall and ceiling of the flow path is formed by etching the photosensitive glass. The first etching forms the flow path portion, and the second etching forms the depression of the flow path portion (on the ceiling) facing the thermal energy acting portion.
21a is formed.
実施例4 流路の側壁をドライフィルムを用いたフォトリソ技術で
形成し、平板状の板を天井として接合して作る。平板状
の板としてガラス,セラミック等を用いる場合は超音波
加工、あるいは、フォトエッチッグで熱エネルギー作用
部に相対する部分のくぼみ21aを形成する。又、感光性
ガラス(例えば、コーニング社、フォトセラム(商品
名))のエッチングによつて形成すると高精度なものが
できる。Example 4 A side wall of a flow path is formed by a photolithography technique using a dry film, and a flat plate is joined as a ceiling to be manufactured. When glass, ceramics or the like is used as the flat plate, ultrasonic processing or photoetching is used to form the recess 21a in the portion facing the thermal energy acting portion. Further, a highly accurate glass can be obtained by forming it by etching a photosensitive glass (for example, Photoserum (trade name) manufactured by Corning Inc.).
効果 以上の説明から明らかなように、本発明によると、流路
が気泡によつて遮断されないので、遮断されることによ
つてひきおこされる記録液の補給が充分に行なわれない
とか、液滴の吐出ミスや吐出速度の低下や吐出方向の乱
れ等が全くなく、安定した吐出が行なわれ、高印字品質
が得られる。Effects As is clear from the above description, according to the present invention, since the flow path is not blocked by the air bubbles, the recording liquid replenished by the blocking is not sufficiently supplied, There is no ejection error, decrease in ejection speed, disturbance in ejection direction, etc., stable ejection is performed, and high printing quality is obtained.
第1図は、本発明の一実施例を説明するための要部断面
図、第2図(a),(b)は、それぞれ要部斜視図、第
3図は、本発明が適用されるインクジェットヘッドの一
例としてのバブルジェットヘッドの動作説明をするため
の図、第4図は、バブルジェットヘッドの一例を示す斜
視図、第5図は、分解斜視図、第6図は、蓋基板を裏側
から見た図、第7図乃至第10図は、従来の液体噴射記録
ヘッドの例を説明するための図である。 21……蓋基板、21a……くぼみ、22……発熱体基板、29
……発熱体、30……記録液、31……気泡。FIG. 1 is a sectional view of an essential part for explaining an embodiment of the present invention, FIGS. 2 (a) and 2 (b) are perspective views of the essential part, and FIG. FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of a bubble jet head as an example of an inkjet head, FIG. 4 is a perspective view showing an example of a bubble jet head, FIG. 5 is an exploded perspective view, and FIG. 6 is a cover substrate. FIGS. 7 to 10 viewed from the back side are views for explaining an example of a conventional liquid jet recording head. 21 ... Lid substrate, 21a ... Dimple, 22 ... Heating element substrate, 29
…… Heating element, 30 …… Recording liquid, 31 …… Bubbles.
Claims (1)
記録液体に熱によって気泡を発生させ、該気泡の体積増
加にともなう作用力を発生させる熱エネルギー作用部を
併設した流路と、該流路に連絡して前記記録液体を前記
作用力によって液滴として吐出させるためのオリフィス
と、前記流路に連絡して前記流路に前記記録液体を導入
するための液室と、該液室に前記記録液体を導入する手
段よりなる液体噴射記録ヘッドにおいて、前記流路の前
記熱エネルギー作用部近傍の天井に気泡が発生しても流
路を遮断しない程度の空間が設けられたことを特徴とす
る液体噴射記録ヘッド。1. A flow path provided with a thermal energy acting portion for accommodating a recording liquid to be introduced and generating a bubble in the recording liquid by heat and generating an acting force accompanied with an increase in the volume of the bubble, and the flow path. An orifice for communicating the recording liquid with the action force to discharge the recording liquid as a droplet, a liquid chamber for communicating with the flow channel to introduce the recording liquid into the flow channel, and the liquid chamber In the liquid jet recording head including a unit for introducing the recording liquid, a space is provided in the ceiling in the vicinity of the thermal energy acting portion of the flow passage so as not to block the flow passage even if bubbles are generated. Liquid jet recording head.
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JPS6132762A (en) * | 1984-07-26 | 1986-02-15 | Canon Inc | Liquid jet recording method and recording head used therein |
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1988
- 1988-01-29 JP JP63018739A patent/JPH0684075B2/en not_active Expired - Lifetime
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