JPS581571A - 液体噴射記録法 - 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】 本発明は熱エネルギーによってオリフィスから液体を吐
出させて飛翔的液滴を形成し、該液滴を被記録面に付着
させて記録を行なう液体噴射記録法に関する。

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、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
の行なえる、所謂、インクジェット記録法（液体噴射記
録法）は、極めて有力な記録法であって、これ迄にも様
々な方式の提案とそれを挟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ものもあれば、現在も尚実
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（１）ＯＬＳ）第２８４３’）６４号公報に記載
されておる液体噴射記録法は、液滴形成エネルギーであ
る熱エネルギーを液体に作用させて、液滴吐出の為の原
動力を得るという点に於いて、他の液体噴射記録法とは
、異なる特徴を有している。

即ち、上記の公報に開示されである記録法では、熱エネ
ルギーの作用を受けた液体が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って、記
録ヘッド部先端に設けであるオリフィス上り液滴が吐出
、飛翔して被記録部材に付着（〜記録が行なわれる。

殊に、ＩＩ）Ｏｒノ８　２８４：う０６４に開示されて
いる液体噴射記録法は、所ｉｉｌ！ｌ　ｄｒｏｐ−ｏｎ
　ｄｅｍａｎｄ　　記録法に袷めて有効に適用さハるげ
かりではなく、記録ヘッド部をｆｕｌｌ　ｌ団ｅ幅に高
密度マルチオリフィス化して容易に実現出来るので、高
解ｒ象度、高品質の画像を高速で慴られるという利点を
何している。

この様に、上記の液体噴射記録法は、種々の利点ｆｃ有
するものであるが、旨解像度、高品質の画像を更に高速
で長時間記録する場合、或いは装置にの使用寿命を飛躍
的に向」ニさせるには、記録ヘッドの繰返し使用スを命
（耐久寿命）を向にさせる必要がある。

１：記の如きｉｒ二縁法に適用される記録ヘッドの使用
寿命を決定している四国としては、具備さねる電気・熱
変換体の寿命の他に、該変換体表面への固形物の沈積が
あげられる。即ち、上記の記録法に適用される記録ヘッ
ドは、例えば、第１図に示す様な構造を有している。図
に於て、・電気・熱変換体１０２は、液筒形成エネルギ
ー作用部である熱作用部１０７に於いて、エネルギー作
用面としての熱作用面１０９を介して矢印へより導入さ
れる液体と接触している。この様な構成は、発生される
液滴形成エネルギーとしての熱エネルギーを熱作用部１
０７にある液体に有効に汀つ効率良く作用させる目的か
ら採用されているものである。

その為に、使用される記録液にもよるが１．ｌＪＭ常の
水を液媒体とする様な記録液を使用する用台には、該記
録液を通じての電極１１３，１１４間の′眠気的リーク
を防止する事、及び発熱抵抗層１］１を前記記録液から
、或いは熱的酸化から保護する為にに部層１１２がヘッ
ド作成時に、熱発生部１０８に於ける部分では、発熱抵
抗層１．１１にに形成される。

斯かる記録ヘッドを使用する記録法に於ける液滴形成片
Ｉ！Ｉｉは、前記した様に電気・熱変換体への通電がＯ
Ｎされると液滴形成エネルギーである熱エネルギーの作
用を受けた、熱作用部】０７にある記録液が急激な体積
の増大を伴う状態変化、即ち、熱作用部１０７にある記
録液がμｓｅｃ程度以丁という非常に瞬時間の中に気化
状態に達し、熱作用部１０７に於いて、瞬時の中に気泡
の発生とその成長が起り、該熱作用部１０７とオリフィ
ス】０５との間に存在する記録液を液滴として吐出する
ものである。

この気泡の発生・消滅のくり返しの際に記録液は高熱を
受けるため、熱的に不安定な記録液では化学変化を起し
やすく、その結果熱作用部に於て不溶物の生成・沈積が
起り、ひいては、ヘッドが吐出不能に陥る恐れがある。

従って、このような装置を用いて高速で長時間の記録を
行なうためには、記録液の安定性の改良を計る一方で紀
鍮ヘッドの最適駆動条件を設定することが極めて重要で
ある。

本発明は、上記に鑑み成されたものであって、前記した
公報に記載された記録法に適用される記録ヘッドの使用
寿命を格段に延ばし得、然も信頼性を著しく高め、及び
故障率を埃かに低くし得、常に安定した液体噴射が行え
得る記録方法を提供する事を目的とするものである。

本発明の液体噴射記録法は液体を吐出する為に設けられ
たオリフィスと、該オリフィスに連通し、飛翔的液滴を
形成する為の熱エネルギーが液体に作用する部分である
熱作用部とを有する液吐出部と、前記熱作用部を満たす
液体に作用する熱エネルギーを発生する手段である電気
熱変換体とを具備する記録ヘッドを使用する液体噴射記
録法に於いて、前記液体で満たされている熱作用部中に
気泡が発生する為の閾値電圧Ｖｔｈの１．０２〜１．３
倍に設定された駆動電圧Ｖａ叩を前記電気熱変換体に印
加する事を特徴とする。

この様な特徴を有する本発明の液体噴射記録法に依れば
、高速で長時間連続記録を実行する場合であっても、常
に安定的に飛翔的液滴の形成が出来、然も液滴の飛翔方
向及び液滴径も安定しているので、茜品質の記録が行え
、使用する記録液も電気・熱変換体の発生する熱によっ
て、液体の吐出状態に悪影響を及ぼす様な化学変化を起
す事はない。

又、本発明の液体噴射ハ己録法に依れば、電気・熱変換
体へ人力される信号に怒実に応答して液滴形成が出来、
−信号−液滴の形成が確実に然も飛翔スピードの揃った
液滴の形成を行うｊｌＧが出来る。

史にｄ２、電気・熱変換体に入力される電圧信号の’ｔ
ｔ圧値（駆動電圧Ｖａｐｐ　）を記録液で満たされてい
る熱作用部中に気泡が発生する為の市川１Ｍ号の最低値
（１＆Ｉ値′蝋圧）Ｖｔｈの１．０２〜１．３倍に設定
しである為に、電気・熱変換体は必要以−にの熱エネル
ギーを発生することなく高効率で飛翔液滴形成の為の気
泡の形成・成長・収縮を電気熱変換体に人力きれる信号
に忠実に起させる事が出来る。

第２図には、例えば’８１図（ａ）、　（ｂ）に示しで
ある隊な構造を有する記録ヘッド１０１に設けられた′
嘔気熱変換体１０２に記号Ｐで示すパルス波形のｔ子信
号を入力した際の熱作用部１０９の表面温度と、発生す
る気泡の体積の時間的変化が示される。

今、電気熱変換体１０２に時刻ｔ。と時刻イに於いて、
０Ｎ−ＯＦＦされるパルス状の′Ｍ１気１言号Ｐ、が入
力されると、熱作用部１０９０表面幅度Ｔは時刻ｔ。に
於ける立上り開始温ｒＩｅ　’ｆ’ｉより一ヒ昇し生し
時間の経過と共にその体積が増大し、時刻ｔ、に於いて
最大体積Ｖｐに到達する。時刻１（に於いて電気信号Ｐ
がＯＦＦ’されると表面温度Ｔは減衰し始め、気泡の体
４＊Ｖも減少する。

ｌ−かし、ここで、気泡が消失する時刻を旧に於ける熱
作用部１０９の表面温度′Ｐが未だ記録液の沸点ＴＢよ
り大きい１易合には、熱作用部１０７に於いて、二次的
な気泡ｖ２の発生が趨り、該気泡■２が飛翔液滴形成に
充分なだけのエネルギーをイイしているならば一侶１−
液簡の関係がくずれ、又、気泡ｖ２の有するエネルギー
が飛翔液滴形成に充分ではなくとも、記録ヘッド１０１
のオリフィス１０５より液体が押出されたり、或いは、
オリフィス１０５付近に於いて形成される液体のメニス
カスの振動を誘引するので記録画像の品質を低トさせる
。

本発明に於いては記録ヘッドに設けである「は気熱変換
体を駆動する為の駆動電圧Ｖａｐｐを気′／〜発生最低
電圧（閾値電圧）　ｖｔｈの１．０２〜１３倍に設定す
る為に−１：記の問題点は生ずることなく、画悔゛品質
の良好な記録が容易に目つ安定的に行え（４）るもので
ある。

駆動電圧Ｖａｐｌ）が閾値電圧”ｔｂの１．０２倍に満
たない場合には、熱作用部１０７を含む液ｉＩｆｍ　を
塔内に於いて、発生した気泡の滞留が起って、液補給や
液吐出がスムースに行λ−なくなったり、熱作用１而１
０９−１ｍに気／ｆＷが１・’ｉ’　ｒｆｉ￥して、熱
発生部１０８の温度を必要以上に高め、電気熱変換体の
寿命を低下させる原因、強いては電気熱変換体の電気的
破壊を招来する原因となったりｉ〜、曲刃、駆動電圧Ｖ
ａｐｐが閾（直ｉｌｌ　ＬＥ　Ｖ　ｔ　ｈの１．３倍を
越える場合には、必要以上の熱エネルギーが発生ずる為
に、電気熱変換体の寿命を低Ｊ−へせたり、・父いｔ」
１ヒ気熱変換体への１つの入力信号に７・ｔｂて同時に
複数個の気泡の発生が起討て安定しだ液滴形成が行えな
くなる場合が多々生ずる様になる。

本発明に於いて、′電気熱変換体に印加される為にｔ」
１、駆動電圧ｖａｐ、）け１．淘値屯庄Ｖ目、ＣＤ　１
．０２５〜１２倍に設定するのがより好−ましいもので
あり、父、別には、駆動電圧（６号のパルス幅ｌ）いと
しては好適には１〜１００μｓ１最適には２〜２０μｓ
の範囲に選定するのがより′（１ま１．いものである。

又、電気熱変換体１０２（７）発熱ノｌ！′ｉ　ノ１４
　作１１４　］ｒｒｉ１０９に於ける温度の上昇割合と
しては、より安定的な飛翔液滴の形成を行うには、電気
熱変換体１０２の発熱開始温度Ｔｉから最高温度Ｔ、に
至るまでの平均時間変化率で示せば５×１０〜５×１０
８℃／ｓｅｃの範囲になる様に駆動電圧”ａｐｐ及びパ
ルス幅を設定するのがより一層好ましい実施態様例とな
る。

本発明に於いて使用される記録液は、記録像乙 に有色を与れる着色剤と、この着色剤を溶解又は分散さ
せる為の溶剤である液媒体とを基本的な構成４分とし、
使用温度範囲に於いて熱的に安定な着色剤の使用が勧め
られる。

着色剤としては、染料、有機顔料、無機顔料を挙げるこ
とが出来、染料としては液媒体に可溶なものが好ましい
ものとして挙げられ、代表的には、直接染料、酸性染料
、塩基性染料等を示すことが出来る。

顔料としては粒径が倣小で出来る限り粒径の揃ったもの
であって、液媒体中に於いて分散安定性に優れたもので
あれば大概のものが使用出来る。

上述の着色剤の含有量は、液媒体成分の種類、記録液に
要求される特性等に依存して決定されるが、一般には記
録液全重量に対して、０５〜２０ｗｔ％、好ましくは０
．５〜１５ｗｔＫ、より好ましくは１〜１０ｗｔ％の範
囲とされる。

本発明の記録法に於いて使用される記録液は好ましくは
水を主な液媒体成分とするが、水単体のみならず、望ま
しくけ、水と水溶性の各種有機溶剤との混合物が使用さ
れる。

水溶性の有機溶剤としては、例えばメチルアルコール、
エチルアルコール、ｎ−プロピルアルコール、イソブチ
ルアルコール、ｎ−７’ｆルアルコール、５ｅｃ−ブチ
ルアルコール、ｔｅｒ　を−ブチルアルコール、イソブ
チルアルコール等の炭素数１〜４のアルキルアルコール
類ニジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等の
アミド類：アセトン、ジアセトンアルコール等のケトン
まだはケトアルコール類：テトラヒドフラン、ジオキサ
ン等のエーテル類：ポリエチレングリコール、ポリプロ
ピレングリコール等のポリアルキレングリコール類：エ
チレングリコール、プロピレングリコール、フチレンク
リコール、トリエチレンクリコール、１，２，６ヘキサ
／トリオール、チオジグリコール、ヘキシレングリコー
ル、ジエチレングリコール等のアルキレン基が２〜６個
の炭素原子を含むアルキレングリコール類：グリセリン
：エチレングリコールメチルエーテル、ジエチレングリ
コールメチル（又はエチル）エーテル、トリエチレング
リコールモノメチル（又はエチル）エーテル等ノ多価ア
ルコールの低級アルキルエーテル類等が挙げられる。

これらの多くの水溶性有機溶剤の中でも、炭素原子数が
２〜８のグリコール類、殊にジエチレングリコール等の
多価アルコール、トリエチレングリコールモノメチル（
又はエチル）エーテル等の多価アルコールの低級アルキ
ルエーテルは好ましいものである。

記録液中の上記水溶性有機溶剤の含有量は、一般には記
録液全重量に対して５〜９５ｗｔに、好ましくは１０〜
８０ｗｔ％、より好ましくは２０〜５０ｗｔにの範囲と
される。

この時の水の含有量は、上記溶剤成分の種類、その組成
或いは所望される記録液の特性に依存して広い範囲で決
定されるが、記録液全重量に対して一般に１０〜９０　
ｗｔ　ｃＸ、好ましくは１０−１０−７Ｏ、より好まし
くは２０〜７０ｗｔ％の範囲内とされる。

この様な成分から調合される上記の記録液は、それ自体
で記録特性（信号応答性、液滴形成の安定性、吐出安定
性、長時間の連続記録性、長期間の記録休止後の吐出安
定性）、保存安定性、被記録材への定着性、或いは記録
画像の耐光性、耐候性、耐水性等いずれもバランスのと
れた優れたものである。そしてこの様な特性を更に改良
する為に、従来から知られている各種添加剤を更に添加
含有せしめても良い。

例工ば、ポリビニルアルコール、セルロース類、水溶性
樹脂等の粘度調整剤；カチオン、アニオン或いはノニオ
ン系の各種界面活性剤、ンエタノールアミン、トリエタ
ノールアミン等の表面張力調整剤；緩衝液によるＰＩ（
調整剤等を挙げることができる。

以下、実施例に従って、本発明を具体的に説明する。

実施例 第１図（ａ）、　（ｂ）に示すのと同様の構造を有し、
第１表に示す構成の記録ヘッド（試料Ａ−Ｂ）を作成し
、第２表に示す組成に調合した記録液を使用して、駆動
電圧ｖａｐｐに対する液滴吐出状態の評価を印字品質に
よって行った。

第３表には作成した各記録ヘッドの記録液ａを使用した
場合の閾値電圧Ｖｔｈを示すと共に、記録液ａを使用し
て駆動電圧ｖａｐｐを各々閾値電圧Ｖｔｈの１．０〜１
．５倍の間に設定した場合の印字品質の結果を、第４表
には記録ヘッドＡに対して、記録液す、ｃ、ｄ、ｅの各
々を使用した場合の同様の評価結果を、第５表には電圧
値をし １、１５　Ｘ　ＶｔｈＫＡて駆動信号のパルス幅を０．
１〜５００μｓｅｃの間に設定した場合の各記録ヘッド
の各記録液に対する同様の評価結果を、第６表には、記
録ヘッドＡと記録液ａの組合せの場合の’ａｐｐＯ値と
パルス幅を各々変化させた場合の同様の評価結果を各々
示す。

尚、第３表及び第４表に示す結果に於いては、パルス幅
は両者共１０μｓに設定した。

又、評価基準は以下の通りである。

◎・・・極めて良品質の印字状態である○・・・品質の
良好な印字状態である △・・・実用的に充分供せられる印字状態である ×・・・実用的にもやや劣る程度以下の印字状態 第３表乃至第６表の結果より、電気熱変換体に入力され
る電圧信号のｖａｐｐとしてはＶｔｈの１．０２〜１５
倍の間の値になる様に設定するのが良く、又、より一層
の好ましい結果を得るには、電圧信号のパルス幅を１〜
１００μｓの間に設定するのが望ましいことが示された
。

第　　２　　表 第　　３　　表 Ｐｗ＝　１０μ３ 第　　５　　表 第　　６　　表 ■ａｐｐ　”　ｎ　Ｖｔ　ｈ　（Ｖ）記録ヘッドＡ記録
液ａ ７・′ ／′ ／ ７／′ ７・７

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、第１図（１））は、各本発明に係わる記
録ヘッドの構成を説明する為のものであって、（ｄ） 第１図（ａ）は正面部分図、第１図（１））は第１図に
示ハ す一点鎖線ＸＹで切断した場合の切断面部分図、第２図
は本発明を説明する為の説明図である。 １０１・・・記録ヘッド、１０２・・電気熱変換体、】
０３・・・基板、１０４・・・溝付板部材、】０５・・
・Ｊリソイス、１０６・・・液吐出部、１０７・・・熱
作用面、ｌＯ８・・・熱発生部、１０９・・・熱作用面
、１１０・・下部層、１１１・・発熱抵抗層、］１２・
・・上部層、１１３，１１４・・・電極層。 と−・　・　　壷 手続補正書（自発） 昭和５７年５月２５８ １、事件の表示 昭和５６年　特許願　第１０１０３２　　　号２、発明
の名称 液体噴射記録法 ３、補正をする者 事件との関係　　　　　　　特許出願人性　所　東京都
大田区下丸子３−３０−２名称　（１００）キャノン株
式会社 代表者賀来龍三部 ４、代理人 居　所　目１４６東京都大田区下丸子３−３（１−２キ
ャノン株式会社内（電話７５ｇ−２１１１）くム戸 ５補正の対象 明細書の「発明の詳細な説明」の欄 ６補正の内容 （１）明細書第１６頁第１７行目ｒ１．０２〜１，５」
をｒｌ、０２〜１．６」と補正する０ （２）同第１９頁にある第３表及び第４表を別紙の通り
補正する。 Ｚ添付書類の目録′ 第６表、第４表を記載した書面　　　　１通第３表 第　　　４　　　表

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 液体を吐出する為に設けられたオリフィスと、該オリフ
   ィスに連通し、飛翔的液滴を形成する為の熱エネルギー
   が液体に作用する部分である熱作用部とを有する液吐出
   部と、前記熱作用部を満たす液体に作用する熱エネルギ
   ーを発生す体で満たされている熱作用部中に気泡が発生
   する為の閾値電圧ｖｔｈの１０２〜１，３倍に設定され
   た駆動電圧ＶａＴ）ｐを前記゛１気熱変換体に印加する
   事を特徴とする液体噴射記録法。