JPH08207285A

JPH08207285A - 液体噴射記録ヘッド

Info

Publication number: JPH08207285A
Application number: JP30930195A
Authority: JP
Inventors: Takuro Sekiya; 卓朗関谷
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1995-11-28
Filing date: 1995-11-28
Publication date: 1996-08-13
Anticipated expiration: 2013-12-16
Also published as: JP2838868B2

Abstract

(57)【要約】【課題】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。【解決手段】液体噴射記録ヘッドは、記録液体３０に
発熱体２９によって気泡３１を発生させ、該気泡３１の
体積増加にともなう作用力によって、液体３０を小滴と
して吐出させる。蓋基板２１は、流路の一部に設けられ
該流路の天井を部分的に高くするくぼみ２１ａをプラス
チックの成形により形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】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。

【０００２】

【従来の技術】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。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。

【０００３】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収的に行い、発生した記録液
体小滴を記録信号に応じて電界制御し、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。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。

【０００４】第２の方式は、例えばＵＳＰ3596275、Ｕ
ＳＰ3298030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。
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液体の
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。

【０００５】第３の方式は例えばＵＳＰ3416153に開示
されている方式(Hertz方式)であって、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、記録液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。

【０００６】第４の方式は、例えばＵＳＰ3747120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。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Stemme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。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。

【０００７】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。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。

【０００８】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。

【０００９】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
像にカブ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。

【００１０】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。

【００１１】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。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。

【００１２】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。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。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。

【００１３】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成形し、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イスと
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。

【００１４】図７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、無接系接着剤（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、耐溶剤性が満されればよい。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
上に溝壁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。

【００１５】図８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、オリフイス８から前記液体が液滴９として吐出され
る。

【００１６】図９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１
０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。

【００１７】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。

【００１８】図１０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１
０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、オリフイス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。

【００１９】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。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は更に収縮をするが後方（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。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１１′
の後退の程度が少なくなり、そのため、以降、ｔ₅〜ｔ₈
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。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記特開昭５
６−１３９９７０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。

【００２１】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。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明は、記録液体を収
容するための部屋と、該部屋に連絡する複数の流路と、
前記部屋に形成された記録液体流入口とよりなる蓋基板
と、該蓋基板と係合し、前記部屋および前記流路を構成
し、該流路に対応して設けられ、前記記録液体に熱によ
って気泡を発生させ、該気泡の体積増加にともなう作用
力によって、液体を小滴として吐出させるための熱エネ
ルギー発生手段を有する基板とから成る液体噴射記録ヘ
ッドにおいて、前記蓋基板は、前記部屋、記録液体流入
口、流路、ならびに、該流路の一部に設けられ該流路の
天井を部分的に高くするくぼみをプラスチックの成形に
より、形成したことを特徴としたものである。

【００２３】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施例を説明
するための要部拡大断面図、図２（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、図
３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、図４は、バブルジェットヘッドの一例を示す斜視
図、図５は、図４に示したヘッドを構成する蓋基板(図
５(ａ))と発熱体基板(図５(ｂ))に分解した時の斜視
図、図６は、図５(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、２
６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、２９は発熱体(ヒータ)、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。

【００２４】最初に、図３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。 (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。 (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。 (ｄ)は気泡が最大に生長した状態であり、オリフィス面
より気泡の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に
あり、ヒータ２９の表面温度は降下しつつある。気泡３
１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。

【００２５】(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。 (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５〜１０
ｍ／secの速度で飛翔している。 (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。而して、本実施例においては、例えば、図１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。

【００２６】図２は、本発明の実施例を説明するための
要部構成図で、この実施例は、流路側壁と天井を一体に
作る場合に、流路の側壁及び天井を構成する蓋板部材２
１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。

【００２７】

【発明の効果】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。また、プラスチックの成形
にて蓋部材を形成するようにしたので、くぼみ部２１ａ
の形成を容易にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を説明するための要部断面
図である。

【図２】本発明の一実施例を説明するための要部斜視
図である。

【図３】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
めの図である。

【図４】バブルジェットヘッドの一例を示す斜視図で
ある。

【図５】本発明の一実施例を説明するための分解斜視
図でえる。

【図６】蓋基板を裏側から見た図である。

【図７】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。

【図８】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。

【図９】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。

【図１０】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。

【符号の説明】

２１…蓋基板、２２…発熱体基板、２３…記録液体流入
口、２４…オリフィス、２５…流路、２６…液室を形成
するための領域、２７…個別(独立)電極、２８…共通電
極、２９…発熱体(ヒータ)、３０…インク、３１…気
泡、３２…飛翔インク滴。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】記録液体を収容するための部屋と、該部
屋に連絡する複数の流路と、前記部屋に形成された記録
液体流入口とよりなる蓋基板と、該蓋基板と係合し、前
記部屋および前記流路を構成し、該流路に対応して設け
られ、前記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によって、液体を小滴と
して吐出させるための熱エネルギー発生手段を有する基
板とから成る液体噴射記録ヘッドにおいて、前記蓋基板
は、前記部屋、記録液体流入口、流路、ならびに、該流
路の一部に設けられ該流路の天井を部分的に高くするく
ぼみをプラスチックの成形により、形成したことを特徴
とする液体噴射記録ヘッド。