JPS5934506B2 - 液体噴射記録ヘツド - Google Patents
液体噴射記録ヘツドInfo
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- JPS5934506B2 JPS5934506B2 JP6207979A JP6207979A JPS5934506B2 JP S5934506 B2 JPS5934506 B2 JP S5934506B2 JP 6207979 A JP6207979 A JP 6207979A JP 6207979 A JP6207979 A JP 6207979A JP S5934506 B2 JPS5934506 B2 JP S5934506B2
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- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
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- B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
- B41J2/14016—Structure of bubble jet print heads
- B41J2/14088—Structure of heating means
- B41J2/14112—Resistive element
- B41J2/14129—Layer structure
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- G01D15/16—Recording elements transferring recording material, e.g. ink, to the recording surface
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- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
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- B41J2202/00—Embodiments of or processes related to ink-jet or thermal heads
- B41J2202/01—Embodiments of or processes related to ink-jet heads
- B41J2202/11—Embodiments of or processes related to ink-jet heads characterised by specific geometrical characteristics
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、液体を噴射し、飛翔液滴を形成して記録を行
う液体噴射記録ヘッドに関する。
う液体噴射記録ヘッドに関する。
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。
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、而も所謂普通紙に定
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
な記録法であつて、これ迄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５４−５
１８３７号公報、ドイツ公開（ＤＯＬＳ）第２８４３０
６４号公報に記載されてある液体噴射記録法ｌζ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てある
記録法は、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われるとい
う特徴である。
着という特別な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（液体噴射記録法）は、極めて有力
な記録法であつて、これ迄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５４−５
１８３７号公報、ドイツ公開（ＤＯＬＳ）第２８４３０
６４号公報に記載されてある液体噴射記録法ｌζ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てある
記録法は、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われるとい
う特徴である。
殊に、ＤＯＬＳ２８４３Ｏ６４に開示されている液体噴
射記録法は、所謂ＤｒＯｐ−０ｎｄｅｍａｎｄ記録法に
極めて有効に適用されるばかりではなく、記録ヘツド部
をＦｕｌｌｌｌｎｅタイプで高密度マルチオリフイス化
として容易に具現化出来るので、高解像度、高品質の画
像を高速で得られるという特徴を有している。
射記録法は、所謂ＤｒＯｐ−０ｎｄｅｍａｎｄ記録法に
極めて有効に適用されるばかりではなく、記録ヘツド部
をＦｕｌｌｌｌｎｅタイプで高密度マルチオリフイス化
として容易に具現化出来るので、高解像度、高品質の画
像を高速で得られるという特徴を有している。
上記の記録法に適用される装置の記録ヘツド部は、液体
を吐出する為に設けられたオリフイスと、該オリフイス
に連通し、液滴を吐出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、熱エ
ネルギーを発生する手段としての電気熱変換体とを具備
している。
を吐出する為に設けられたオリフイスと、該オリフイス
に連通し、液滴を吐出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、熱エ
ネルギーを発生する手段としての電気熱変換体とを具備
している。
従つて、液滴吐出効率を向上させるには、電気熱変換体
より発生される熱エネルギーが、液滴吐出の為に効率良
く消費される様に液体に作用することが必要である。又
、連続的に記録を実行する場合には、記録信号に忠実且
つ確実に応答して、前記熱エネルギーの発生が繰返し起
り、発生する熱エネルギーが熱作用部にある液体に速か
に作用する必要がある。
より発生される熱エネルギーが、液滴吐出の為に効率良
く消費される様に液体に作用することが必要である。又
、連続的に記録を実行する場合には、記録信号に忠実且
つ確実に応答して、前記熱エネルギーの発生が繰返し起
り、発生する熱エネルギーが熱作用部にある液体に速か
に作用する必要がある。
殊に高速記録の場合には、この繰返しによる作用が、電
気熱変換体に入力される記録信号に忠実に行われる必要
がある。或いは、又、記録画像の品質を上げ、高速記録
が行える様にするには、液滴の吐出方向の安定化、及び
サテライトの発生防止がなされること、安定して、長時
間、連続的に繰返し液滴吐出が実行されること、液滴吐
出周波数（単位時間当りに形成される液滴の個数）及び
液滴吐出スピードの向上が計られることが必要である。
気熱変換体に入力される記録信号に忠実に行われる必要
がある。或いは、又、記録画像の品質を上げ、高速記録
が行える様にするには、液滴の吐出方向の安定化、及び
サテライトの発生防止がなされること、安定して、長時
間、連続的に繰返し液滴吐出が実行されること、液滴吐
出周波数（単位時間当りに形成される液滴の個数）及び
液滴吐出スピードの向上が計られることが必要である。
而乍ら従来の装置に於いては、これ等の総てが充分に解
決され得たとは云い難かつた。
決され得たとは云い難かつた。
本発明は、上記諸点の総てが解決され得る記録ヘツドを
提供することを目的とし、これ等の点に鑑み成されたも
のであつて、上記の記録法に適用される液体噴射記録ヘ
ツドに就て、諸々の角度から検討し、実際に多種多数の
記録ヘツドを設計製造し、実験を繰返し行つている過程
で、上記の解決される可き諸点は、記録ヘツドを構成す
る電気熱変換体の構造に左右される要因が大きいことを
見出し、この点に重点を置いて、更に検討実験を積重ね
た結果、その最適性構造を見出した事に基いている。
提供することを目的とし、これ等の点に鑑み成されたも
のであつて、上記の記録法に適用される液体噴射記録ヘ
ツドに就て、諸々の角度から検討し、実際に多種多数の
記録ヘツドを設計製造し、実験を繰返し行つている過程
で、上記の解決される可き諸点は、記録ヘツドを構成す
る電気熱変換体の構造に左右される要因が大きいことを
見出し、この点に重点を置いて、更に検討実験を積重ね
た結果、その最適性構造を見出した事に基いている。
本発明の液体噴射記録ヘツドは、液滴を吐出する為に設
けられたオリフイスと、該オリフイスに連通し、液滴を
吐出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、熱エネルギーを発生す
る手段としての電気熱変換体とを具備する記録ヘツドに
於いて、前記電気熱変換体は、基板上に、前記熱作用部
に向つて、該基板側より下部層、発熱抵抗層、上部層が
この順で積層されており、前記熱作用部位置に於ける上
部層、発熱抵抗層、及び下部層の層厚を各各Ｌ１、ＬＨ
．．Ｌ２とし、Ｌ−Ｌ１＋ＬＨ＋Ｌ２とする時、なる関
係式を満足する様な層構造を有している事を特徴とする
。
けられたオリフイスと、該オリフイスに連通し、液滴を
吐出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、熱エネルギーを発生す
る手段としての電気熱変換体とを具備する記録ヘツドに
於いて、前記電気熱変換体は、基板上に、前記熱作用部
に向つて、該基板側より下部層、発熱抵抗層、上部層が
この順で積層されており、前記熱作用部位置に於ける上
部層、発熱抵抗層、及び下部層の層厚を各各Ｌ１、ＬＨ
．．Ｌ２とし、Ｌ−Ｌ１＋ＬＨ＋Ｌ２とする時、なる関
係式を満足する様な層構造を有している事を特徴とする
。
但し、上記式に於いて、
Ｃ１・・・・・・上部層の比熱
Ｃ２・・・・・・下部層の比熱
ｋ１・・・・・・上部層の熱伝導率
Ｋ２・・・・・・下部層の熱伝導率
ＫＨ・・・・・・発熱抵抗層の熱伝導率
ρ１・・・・・・上部層の密度
ρ２・・・・・・下部層の密度
τ ・・・・・・電気熱変換体に入力される電気信号の
半値巾ｔ ・・・・・・１つの電気信号が入力されてか
ら次の電気信号が入力される迄の時間Ｓ ・・・・・・
上部層の熱作用部側表面に於ける熱作用面の面積ΔＴ・
・・・・・熱作用面の表面温度と下部層の基板側表面の
表面温度との差の平均値Ｑ ・・・・・・１つの電気信
号当りの発熱量である。
半値巾ｔ ・・・・・・１つの電気信号が入力されてか
ら次の電気信号が入力される迄の時間Ｓ ・・・・・・
上部層の熱作用部側表面に於ける熱作用面の面積ΔＴ・
・・・・・熱作用面の表面温度と下部層の基板側表面の
表面温度との差の平均値Ｑ ・・・・・・１つの電気信
号当りの発熱量である。
なお、前記数式（１仲における、／？−Ｈ・τは、デメ
ンシヨンの計算から明らかなように、単位は長さであり
、時間τの間に発熱抵抗層の発熱部で発生した熱が拡散
する距離の目安を意味する。
ンシヨンの計算から明らかなように、単位は長さであり
、時間τの間に発熱抵抗層の発熱部で発生した熱が拡散
する距離の目安を意味する。
すなわち、Ｌ＜１３−：・τであるとエネルギーロスが
大きく、液吐出のために発生した熱が有効に使用されな
いことになる。また数式（１沖におけるＡ−Ｂは、△Ｔ
なる温度Ｑ差で、単位時間当り一の熱量が流れる厚みを
意味ｔする。
大きく、液吐出のために発生した熱が有効に使用されな
いことになる。また数式（１沖におけるＡ−Ｂは、△Ｔ
なる温度Ｑ差で、単位時間当り一の熱量が流れる厚みを
意味ｔする。
つまりＬ＞Ａ−Ｂであると次の信号が入力されるまでに
前の信号によつて発生した熱の影響が残つてしまい、液
吐出の不安定化を招くことになつてしまい結果が得られ
ない。さらに、前記数式（２）は、上部層を熱が伝わつ
て、熱作用面の温度が液吐出を行うための充分な温度に
なるまでの間には、下部層から基板側に向つて、不要な
放熱が行われないための上部層と下部層の層厚を関係づ
ける条件式である。
前の信号によつて発生した熱の影響が残つてしまい、液
吐出の不安定化を招くことになつてしまい結果が得られ
ない。さらに、前記数式（２）は、上部層を熱が伝わつ
て、熱作用面の温度が液吐出を行うための充分な温度に
なるまでの間には、下部層から基板側に向つて、不要な
放熱が行われないための上部層と下部層の層厚を関係づ
ける条件式である。
この様に液体噴射記録ヘツドを構成する電気熱変換体の
構成層の層構造を設計することによつて、熱作用部に於
いて、電気信号の電気熱変換体への入力によつて発生さ
れる熱エネルギーが、該熱作用部にある液体に高効率で
作用し、その結果生じた液滴吐出の為の原動力が、液滴
吐出に有効に消費される様になり得る。
構成層の層構造を設計することによつて、熱作用部に於
いて、電気信号の電気熱変換体への入力によつて発生さ
れる熱エネルギーが、該熱作用部にある液体に高効率で
作用し、その結果生じた液滴吐出の為の原動力が、液滴
吐出に有効に消費される様になり得る。
又、熱反答性が極めて良好になる為に、液滴吐出周波数
を飛躍的に向上させる事が出来る、長時間の連続液滴吐
出及び繰返し使用に於いて極めて良好な安定性を示す、
又、液滴吐出スピードが著しく速い、等々高速記録に要
求される条件を満足し得る性能を有する。本発明の液体
噴射記録ヘツドが上記した如きの優れた特性及び性能を
示すのは、ヘツドの構成要素である電気熱変換体の熱発
生部を構成する上部層、発熱抵抗層、及び下部層の層厚
の相互関係が前記（１）式及び（２）式を満足する様に
ヘツドを設計し構成することで、液滴吐出の際に於いて
は、熱作用部にある液体に発熱抵抗層で発生した熱が速
かに伝達されて、気泡の発生を引起し、この気泡の体積
の急峻な増大による急激な状態変化を起し、この状態変
化に基く作用力で液滴吐出が成されること、液滴吐出後
は、電気熱変換体への電気信号の供給を０ＦＦすると熱
作用部及び熱発生部に残留する熱が基板側に速かに放出
され、これ等に於ける温度が急速に低下することで、生
じた気泡の体積が急速に収縮し、この気泡の体積の収縮
作用で熱作用部へ不足した分の液体が速か且つスムーズ
に補給され、次の液滴吐出状態が一瞬の中に効率良く準
備されること、に依る。本発明の液体噴射記録ヘツドに
於ける電気熱変換体は、被熱作用体が液体であるという
点に於いて、通常のサーマルプリンターに適用されてい
る所謂サーマルヘッドと称されている電気熱変換体とは
、その構成が大幅に異なり、斯かるサーマルプリンター
用の電気熱変換体をそのまま流用しても寿命という点１
つを取り上げてみても桁違いに短い等全く使用し得るも
のではない。
を飛躍的に向上させる事が出来る、長時間の連続液滴吐
出及び繰返し使用に於いて極めて良好な安定性を示す、
又、液滴吐出スピードが著しく速い、等々高速記録に要
求される条件を満足し得る性能を有する。本発明の液体
噴射記録ヘツドが上記した如きの優れた特性及び性能を
示すのは、ヘツドの構成要素である電気熱変換体の熱発
生部を構成する上部層、発熱抵抗層、及び下部層の層厚
の相互関係が前記（１）式及び（２）式を満足する様に
ヘツドを設計し構成することで、液滴吐出の際に於いて
は、熱作用部にある液体に発熱抵抗層で発生した熱が速
かに伝達されて、気泡の発生を引起し、この気泡の体積
の急峻な増大による急激な状態変化を起し、この状態変
化に基く作用力で液滴吐出が成されること、液滴吐出後
は、電気熱変換体への電気信号の供給を０ＦＦすると熱
作用部及び熱発生部に残留する熱が基板側に速かに放出
され、これ等に於ける温度が急速に低下することで、生
じた気泡の体積が急速に収縮し、この気泡の体積の収縮
作用で熱作用部へ不足した分の液体が速か且つスムーズ
に補給され、次の液滴吐出状態が一瞬の中に効率良く準
備されること、に依る。本発明の液体噴射記録ヘツドに
於ける電気熱変換体は、被熱作用体が液体であるという
点に於いて、通常のサーマルプリンターに適用されてい
る所謂サーマルヘッドと称されている電気熱変換体とは
、その構成が大幅に異なり、斯かるサーマルプリンター
用の電気熱変換体をそのまま流用しても寿命という点１
つを取り上げてみても桁違いに短い等全く使用し得るも
のではない。
そればかりか、サーマルプリンター用の電気熱変換体の
設計思想では、被熱作用体がサーマルプリンターの場合
には、サーマルペーパーであるのに対して、本発明に係
わる液体噴射記録ヘツドに於いては、液体であるという
点で、本発明の様な液体噴射記録ヘツドは到底設計し得
るに至るものではない。この点は、本発明をするに至つ
た過程に於いて、本発明者等によつて実証されている。
以下、本発明を図面に従つて、更に具体的に説明する。
設計思想では、被熱作用体がサーマルプリンターの場合
には、サーマルペーパーであるのに対して、本発明に係
わる液体噴射記録ヘツドに於いては、液体であるという
点で、本発明の様な液体噴射記録ヘツドは到底設計し得
るに至るものではない。この点は、本発明をするに至つ
た過程に於いて、本発明者等によつて実証されている。
以下、本発明を図面に従つて、更に具体的に説明する。
第１図ａは、本発明の液体噴射記録ヘツドのオリフイス
側から見た正面部分図、第１図ｂは、第１図ａに一点鎖
線ＸＹで示す部分で切断した場合の切断部分図である。
側から見た正面部分図、第１図ｂは、第１図ａに一点鎖
線ＸＹで示す部分で切断した場合の切断部分図である。
図に示される記録ヘツド１は、その表面に電気熱変換体
２が設けられている基板３の表面に、所定の線密度で所
定の巾と深さの溝が所定数設けられている溝付板４で覆
う様に接合することによつて、オリフイス５と液吐出部
６が形成された構造を有している。
２が設けられている基板３の表面に、所定の線密度で所
定の巾と深さの溝が所定数設けられている溝付板４で覆
う様に接合することによつて、オリフイス５と液吐出部
６が形成された構造を有している。
図に示す記録ヘツドの場合、オリJャCス５を複数有する
ものとして示されてあるが、勿論本発明＆ζこれに限定
されるものではなく単一オリフイスの場合の記録ヘツド
も本発明の範鴫にはいるものである。液吐出部６は、そ
の終端に液滴を吐出させる為のオリフイス５と、電気熱
変換体２より発生される熱エネルギーが液体に作用して
気泡を発生し、その体積の膨張と収縮に依る急激な状態
変化を引起す処である熱作用部７とを有する。
ものとして示されてあるが、勿論本発明＆ζこれに限定
されるものではなく単一オリフイスの場合の記録ヘツド
も本発明の範鴫にはいるものである。液吐出部６は、そ
の終端に液滴を吐出させる為のオリフイス５と、電気熱
変換体２より発生される熱エネルギーが液体に作用して
気泡を発生し、その体積の膨張と収縮に依る急激な状態
変化を引起す処である熱作用部７とを有する。
熱作用部７は、電気熱変換体２の熱発生部８の上部に位
置し、熱発生部８の液体と接触する熱作用面９をその底
面としている。
置し、熱発生部８の液体と接触する熱作用面９をその底
面としている。
熱発生部８は、基板３上に設けられた下部層１０、該下
部層１０上に設けられた発熱抵抗層１１、該発熱抵抗層
１１上に設けられた上部層１２とで構成される。
部層１０上に設けられた発熱抵抗層１１、該発熱抵抗層
１１上に設けられた上部層１２とで構成される。
発熱抵抗層１１に＆ζ熱を発生させる為に該層１１に通
電する為の電極１３，１４がその表面に設けられてある
。電極１３は、各液吐出部の熱発生部に共通の電極であ
り、電極１４は、各液吐出部の熱発生部を選択して発熱
させる為の選択電極であつて、液吐出部の流路に沿つて
設けられてある。上部層１２は、発熱抵抗層１１を、使
用する液体から化学的・物理的に保護する為に発熱抵抗
層１１と液吐出部６にある液体とを隔絶すると共に、液
体を通じて電極１３，１４間が短絡するのを防止する発
熱抵抗層１１の保護的機能を有している。
電する為の電極１３，１４がその表面に設けられてある
。電極１３は、各液吐出部の熱発生部に共通の電極であ
り、電極１４は、各液吐出部の熱発生部を選択して発熱
させる為の選択電極であつて、液吐出部の流路に沿つて
設けられてある。上部層１２は、発熱抵抗層１１を、使
用する液体から化学的・物理的に保護する為に発熱抵抗
層１１と液吐出部６にある液体とを隔絶すると共に、液
体を通じて電極１３，１４間が短絡するのを防止する発
熱抵抗層１１の保護的機能を有している。
下部層１０は、主に熱流量制御機能を有する。即ち、液
滴吐出の際には、発熱抵抗層１１で発生する熱が基板３
側の方に伝導するよりも、熱作用部ｒ側の方に伝導する
割合が出来る限り多くなり、液滴吐出後、つまり発熱抵
抗層１１への通電が０ＦＦされた後には、熱作用部７及
び熱発生部８にある熱が速かに基板３側に放出されて、
熱作用部７にある液体が急冷される様に、その物性と層
厚が選択されて設けられる。上部層、発熱抵抗層、下部
層の各々は、所謂同一材料で構成した単一種層に限るこ
となく、異なる材料のもので構成される層を積層した構
成の複数種層としても良い。
滴吐出の際には、発熱抵抗層１１で発生する熱が基板３
側の方に伝導するよりも、熱作用部ｒ側の方に伝導する
割合が出来る限り多くなり、液滴吐出後、つまり発熱抵
抗層１１への通電が０ＦＦされた後には、熱作用部７及
び熱発生部８にある熱が速かに基板３側に放出されて、
熱作用部７にある液体が急冷される様に、その物性と層
厚が選択されて設けられる。上部層、発熱抵抗層、下部
層の各々は、所謂同一材料で構成した単一種層に限るこ
となく、異なる材料のもので構成される層を積層した構
成の複数種層としても良い。
この様に、液滴吐出の際には、熱作用部７側への熱流量
の割合が出来る限り大きく、発熱抵抗層１１への通電が
０ＦＦされた際には、基板３側への熱流量の割合が出来
る限り大きくなる様にして、液滴吐出工ネルギ一の高効
率化と高熱応答性及び連続的繰返し液滴吐出性の向上、
液滴吐出周波数の向上を実現させるには、上部層１２、
発熱抵抗層１１．及び下部層１０の層厚の相互関係を前
記した様に選択して各層を基板３上に積畳し、熱発生部
８を構成する必要がある。
の割合が出来る限り大きく、発熱抵抗層１１への通電が
０ＦＦされた際には、基板３側への熱流量の割合が出来
る限り大きくなる様にして、液滴吐出工ネルギ一の高効
率化と高熱応答性及び連続的繰返し液滴吐出性の向上、
液滴吐出周波数の向上を実現させるには、上部層１２、
発熱抵抗層１１．及び下部層１０の層厚の相互関係を前
記した様に選択して各層を基板３上に積畳し、熱発生部
８を構成する必要がある。
この点を更に具体的に説明する。
第２図にｌζ本発明の設計思想に基いて形成された電気
熱変換体２に実線で示すパルス波形の電気信号を入力し
た際の熱作用面９の表面温度と発生される気泡の鉢積の
時間的変化が示される。
熱変換体２に実線で示すパルス波形の電気信号を入力し
た際の熱作用面９の表面温度と発生される気泡の鉢積の
時間的変化が示される。
図に於いて、一点鎖線で示されるのが熱作用面９の表面
温度の時間的変化、点線で示されるのが発生される気泡
の体積の時間的変化を示す。第３図ａ：Ｂ，ｃには、第
２図に示す時間Ｔｌ，ｔ２，ｔ３の各々に於ける模式的
に表わした気泡の状態と熱発生部８の層厚方向の温度分
布が示される。第３図ａは、気泡の成長の途中段階、第
３図ｂは、熱作用面の表面温度が最高点に達した段階、
第３図ｃは、形成された気泡が消滅した直後の段階を示
す。
温度の時間的変化、点線で示されるのが発生される気泡
の体積の時間的変化を示す。第３図ａ：Ｂ，ｃには、第
２図に示す時間Ｔｌ，ｔ２，ｔ３の各々に於ける模式的
に表わした気泡の状態と熱発生部８の層厚方向の温度分
布が示される。第３図ａは、気泡の成長の途中段階、第
３図ｂは、熱作用面の表面温度が最高点に達した段階、
第３図ｃは、形成された気泡が消滅した直後の段階を示
す。
温度分布を示した図から明らかな様に、本発明の設計思
想に基いて作成された液体噴射記録ヘツドは、液滴吐出
の際に於いては、熱発生部に於いて発生した熱の液体へ
の伝達効率が極めて良く、又、発熱抵抗層への通電を０
ＦＦにすると、熱作用部及び熱発生部にある熱が基板側
に速かに放出される為に、成長した気泡はその体積を急
速に減少して消滅或いは、その体積が無視し得る程度の
大きさまで減少する。
想に基いて作成された液体噴射記録ヘツドは、液滴吐出
の際に於いては、熱発生部に於いて発生した熱の液体へ
の伝達効率が極めて良く、又、発熱抵抗層への通電を０
ＦＦにすると、熱作用部及び熱発生部にある熱が基板側
に速かに放出される為に、成長した気泡はその体積を急
速に減少して消滅或いは、その体積が無視し得る程度の
大きさまで減少する。
この様に、本発明の液体噴射記録ヘツドに於いては、液
滴吐出の際に於ける液体への熱伝達効率の高さ及び発熱
抵抗層への通電を０ＦＦした際の基板側への放熱効率の
高さが著しく、優れた液滴吐出特性を示すのは、熱発生
部の熱作用面に接触る被熱作用体が液体及び液体中に発
生した気泡であることを考慮し、これ等への熱伝導性と
熱作用部を構成する上部層、発熱抵抗層、下部層の物性
面からの層厚との相互関連、殊に、上部層と下部層の熱
流量制御性に基く層厚との相互関連の体系的検討の上に
立脚して式（１）、（２）を満足する様に各層厚を設計
形成した事に外ならない。
滴吐出の際に於ける液体への熱伝達効率の高さ及び発熱
抵抗層への通電を０ＦＦした際の基板側への放熱効率の
高さが著しく、優れた液滴吐出特性を示すのは、熱発生
部の熱作用面に接触る被熱作用体が液体及び液体中に発
生した気泡であることを考慮し、これ等への熱伝導性と
熱作用部を構成する上部層、発熱抵抗層、下部層の物性
面からの層厚との相互関連、殊に、上部層と下部層の熱
流量制御性に基く層厚との相互関連の体系的検討の上に
立脚して式（１）、（２）を満足する様に各層厚を設計
形成した事に外ならない。
第４図に本発明の設計思想に基いて作成される液体噴射
記録ヘツドの特性に就て測定した結果のグラフが示され
る。
記録ヘツドの特性に就て測定した結果のグラフが示され
る。
横軸は、電気熱変換体駆動周波数ｆ（Ｈｚ）又は、その
周期ｔ（Ｍｓ）を示し、縦軸は、Ｌを示し、周期ＴＯ．
２ｍｓ〜１．６ｍｓの駆動周波数ｆでＤｕｔｙｌ／１０
０のパルス信号で駆動させて記録を実行した場合である
。斜線で示した領埃んは、本発明の記録ヘツドの特性領
域であつて、高周波数駆動が、然も高エネルギー効率で
実行され得る事が示される。
周期ｔ（Ｍｓ）を示し、縦軸は、Ｌを示し、周期ＴＯ．
２ｍｓ〜１．６ｍｓの駆動周波数ｆでＤｕｔｙｌ／１０
０のパルス信号で駆動させて記録を実行した場合である
。斜線で示した領埃んは、本発明の記録ヘツドの特性領
域であつて、高周波数駆動が、然も高エネルギー効率で
実行され得る事が示される。
領域８は、駆動周波数ｆを高めるに従つて、該周波数ｆ
に液滴吐出周波数が追従出来ず、駆動信号に忠実に液滴
吐出が成されず間引き吐出現像の起る領域である。
に液滴吐出周波数が追従出来ず、駆動信号に忠実に液滴
吐出が成されず間引き吐出現像の起る領域である。
領域Ｏは、液滴吐出性に関しては左程問題はないが液滴
吐出工ネルギ一の効率の低下が示される領域である。
吐出工ネルギ一の効率の低下が示される領域である。
本発明の記録ヘツドに於いて使用される基板として１１
ζガラス、セラミツクス、プラスチツクス或いはこれ等
の表面上を金属で熱良導性としたもの、又は金属、感光
性ガラス、感光性セラミツクス等が使用される。
ζガラス、セラミツクス、プラスチツクス或いはこれ等
の表面上を金属で熱良導性としたもの、又は金属、感光
性ガラス、感光性セラミツクス等が使用される。
次に、本発明を実施例を挙げて具体的に説明する。
実施例
アルミナ基板上に下部層としてＳｉＯ２を８μｍの厚さ
にスパツタ一し、続いて発熱抵抗層としてＨｆＢ２を５
００λ、電極としてＡｌを５０００λスパツタ一した後
、選択エツチングして５０μＭＸ５ＯＯμｍの面積を有
する発熱抵抗層のパターンを形成した。
にスパツタ一し、続いて発熱抵抗層としてＨｆＢ２を５
００λ、電極としてＡｌを５０００λスパツタ一した後
、選択エツチングして５０μＭＸ５ＯＯμｍの面積を有
する発熱抵抗層のパターンを形成した。
次いで、その表面全域にＳｉＯ２を０．５μｍスパツタ
一して上部層を形成し、アルミナ基板上に電気熱変換体
を形成した。次に、５０μｍ幅の溝が一本設けられた溝
付板を該溝が電気熱変換体の熱発生部を覆う様にして前
記基板上に接着剤を使用して接合した。
一して上部層を形成し、アルミナ基板上に電気熱変換体
を形成した。次に、５０μｍ幅の溝が一本設けられた溝
付板を該溝が電気熱変換体の熱発生部を覆う様にして前
記基板上に接着剤を使用して接合した。
この様にして作成された記録ヘツドに於ける電極間の発
熱抵抗層の抵抗は１０Ωであつた。
熱抵抗層の抵抗は１０Ωであつた。
この液体噴射記録ヘツドに１０ｔｔｓのパルス幅、周期
１ｍｓの周波数の駆動信号を入力して、記録を行つたと
ころ駆動信号の周波数に忠実に応答して液滴吐出が成さ
れ極めて良好な記録が行えた。この場合の通電時の消費
電力は１０ｗａｔｔであつて、液滴吐出工ネルギ一効率
は高いものであつた。尚、この記録ヘツドに於いてはＬ
〜８．５μＭｌＬｌ−０．５μＭ，．Ｌ２−８μｍであ
つた。
１ｍｓの周波数の駆動信号を入力して、記録を行つたと
ころ駆動信号の周波数に忠実に応答して液滴吐出が成さ
れ極めて良好な記録が行えた。この場合の通電時の消費
電力は１０ｗａｔｔであつて、液滴吐出工ネルギ一効率
は高いものであつた。尚、この記録ヘツドに於いてはＬ
〜８．５μＭｌＬｌ−０．５μＭ，．Ｌ２−８μｍであ
つた。
次に、Ｌ２＝４μｍとした以外は上記と同様の方法と手
順で作成した記録ヘツドに就て同様の試験を行つたとこ
ろ、消費電力が２０Ｗａｔｔと極めて液滴吐出工ネルギ
一効率の低い値を示した。又、上記一番目に作成した記
録ヘツドのＳｉＯ２Ｏ．５μｍ上に更にＴａを４μｍの
厚さにスパツタ一してＳｉＯ２層とＴａ層とから成る上
部層を形成した以外は同様にして作成した記録ヘツドに
就て同様の試験を行つたところ、消費電力は１４ｗａｔ
ｔで良好な液滴吐出特性を示した。下記の表に上部層の
厚さＬ１、下部層の厚さＬ２及び材料を変化させた以外
は、上記と同様の手順及び条件で作成した記録ヘツドＸ
）．１〜Ｘ）．１１に就てＱｍｍと液滴吐出状況に就て
試験した結果を示す。
順で作成した記録ヘツドに就て同様の試験を行つたとこ
ろ、消費電力が２０Ｗａｔｔと極めて液滴吐出工ネルギ
一効率の低い値を示した。又、上記一番目に作成した記
録ヘツドのＳｉＯ２Ｏ．５μｍ上に更にＴａを４μｍの
厚さにスパツタ一してＳｉＯ２層とＴａ層とから成る上
部層を形成した以外は同様にして作成した記録ヘツドに
就て同様の試験を行つたところ、消費電力は１４ｗａｔ
ｔで良好な液滴吐出特性を示した。下記の表に上部層の
厚さＬ１、下部層の厚さＬ２及び材料を変化させた以外
は、上記と同様の手順及び条件で作成した記録ヘツドＸ
）．１〜Ｘ）．１１に就てＱｍｍと液滴吐出状況に就て
試験した結果を示す。
下記第１表において、例えば試料黒４、黒１１はＫＨ＞
Ｋ２、ＬＨが小でＢ＝０の場合を、試料黒８は、前記数
式（２）を満足しない場合を、また試料黒９はＬ＞Ａ−
Ｂの場合をそれぞれ示し、いずれも評価×とあるように
好結果は得られなかつた。
Ｋ２、ＬＨが小でＢ＝０の場合を、試料黒８は、前記数
式（２）を満足しない場合を、また試料黒９はＬ＞Ａ−
Ｂの場合をそれぞれ示し、いずれも評価×とあるように
好結果は得られなかつた。
第１図ａは、本発明の液体噴射記録ヘツドの好適な実施
態様の１つのオリフィス側からの正面部分図、第１図ｂ
は、第１図ａの一点鎖線ＸＹで示す部分で切断した場合
の切断面部分図、第２図は、記録ヘツドに入力される電
気信号と熱作用面９の表面温度と気泡の体積の時間的変
化を示すタイミングチヤート、第３図Ａ，ｂ，ｃは各々
、第２図に示す時間Ｔｌ，ｔ２，ｔ３の各々に於ける気
泡の状態と、熱発生部８の温度分布を説明する為の模式
的説明図、第４図は、本発明の液体噴射記録ヘツドの特
性を説明する為の説明図である。 １・・・・・・液体噴射記録ヘツド、２・・・・・・電
気熱変換体、３・・・・・・基板、４・・・・・・溝付
板、５・・・・・・オリフイス、６・・・・・・液吐出
部、７・・・・・・熱作用部、８・・・・・・熱発生部
、９・・・・・・熱作用面、１０・・・・・・下部層、
１１・・・・・・発熱抵抗層、１２・・・・・・上部層
、１３・・・・・・共通電極、１４・・・・・・選択電
極、１５・・・・・・気泡。
態様の１つのオリフィス側からの正面部分図、第１図ｂ
は、第１図ａの一点鎖線ＸＹで示す部分で切断した場合
の切断面部分図、第２図は、記録ヘツドに入力される電
気信号と熱作用面９の表面温度と気泡の体積の時間的変
化を示すタイミングチヤート、第３図Ａ，ｂ，ｃは各々
、第２図に示す時間Ｔｌ，ｔ２，ｔ３の各々に於ける気
泡の状態と、熱発生部８の温度分布を説明する為の模式
的説明図、第４図は、本発明の液体噴射記録ヘツドの特
性を説明する為の説明図である。 １・・・・・・液体噴射記録ヘツド、２・・・・・・電
気熱変換体、３・・・・・・基板、４・・・・・・溝付
板、５・・・・・・オリフイス、６・・・・・・液吐出
部、７・・・・・・熱作用部、８・・・・・・熱発生部
、９・・・・・・熱作用面、１０・・・・・・下部層、
１１・・・・・・発熱抵抗層、１２・・・・・・上部層
、１３・・・・・・共通電極、１４・・・・・・選択電
極、１５・・・・・・気泡。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 液滴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、熱エネルギーが液体に作用する部分
である熱作用部と、熱エネルギーを発生する手段として
の電気熱変換体とを具備する記録ヘッドに於いて、前記
電気熱変換体は、基板上に、前記熱作用部に向つて、該
基板側より下部層、発熱抵抗層、上部層がこの順で積層
されており、前記熱作用部位置に於ける上部層、発熱抵
抗層、及び下部層の層厚を各々Ｌ＿１、Ｌ＿Ｈ、Ｌ＿２
とし、Ｌ＝Ｌ＿１＋Ｌ＿Ｈ＋Ｌ＿２とする時、√（ｋ＾
２／Ｃ＿２ρ＿２）τ≦Ｌ≦Ａ−Ｂ・・・（１）Ｌ＿１
＜√（ｋ＿１Ｃ＿２ρ＿２／ｋ＿２Ｃ＿１ρ＿１）・Ｌ
＿２・・・（２）なる関係式を満足する様な層構造を有
している事を特徴とする液体噴射記録ヘッド。 但し、上記式に於いて、 Ａ＝（Ｓｔ／Ｑ）・ΔＴ・（（ｋ＿１β＿２＋ｋ＿２β
＿１／β＿１＋β＿２））Ｂ＝（ｋ＿２Ｌ＿Ｈ／ｋ＿Ｈ
）、β＿１＝√（Ｃ＿１ρ＿１ｋ＿１）、β＿２＝√（
Ｃ＿２ρ＿２ｋ＿２）、Ａ−Ｂ＞０Ｃ＿１・・・・・・
上部層の比熱Ｃ＿２・・・・・・下部層の比熱 ｋ＿１・・・・・・上部層の熱伝導率 ｋ＿２・・・・・・下部層の熱伝導率 ｋ＿Ｈ・・・・・・発熱抵抗層の熱伝導率ρ＿１・・・
・・・上部層の密度 ρ＿２・・・・・・下部層の密度 τ・・・・・・電気熱変換体に入力される電気信号の半
値巾ｔ・・・・・・１つの電気信号が入力されてから次
の電気信号が入力される迄の時間Ｓ・・・・・・上部層
の熱作用部側表面に於ける熱作用面の面積Δｔ・・・・
・・熱作用面の表面温度と下部層の基板側表面の表面温
度との差の平均値Ｑ・・・・・・１つの電気信号当りの
発熱量である。
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6207979A JPS5934506B2 (ja) | 1979-05-18 | 1979-05-18 | 液体噴射記録ヘツド |
| US06/149,429 US4313124A (en) | 1979-05-18 | 1980-05-13 | Liquid jet recording process and liquid jet recording head |
| DE3051240A DE3051240C2 (de) | 1979-05-18 | 1980-05-16 | Tintenstrahl-Schreibkopf |
| DE3051237A DE3051237C2 (de) | 1979-05-18 | 1980-05-16 | Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung |
| DE3051239A DE3051239C2 (de) | 1979-05-18 | 1980-05-16 | Schreibkopf für einen Tintenstrahldrucker |
| DE3051238A DE3051238C2 (de) | 1979-05-18 | 1980-05-16 | Tintenstrahl-Aufzeichnungsvorrichtung |
| DE19803018852 DE3018852A1 (de) | 1979-05-18 | 1980-05-16 | Verfahren zum tintenstrahldrucken sowie schreibkopf fuer einen tintenstrahldrucker |
| DE3051241A DE3051241C2 (de) | 1979-05-18 | 1980-05-16 | Aufzeichnungskopf zum Ausstoßen von Flüssigkeitströpfchen auf einen Aufzeichnungsträger |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6207979A JPS5934506B2 (ja) | 1979-05-18 | 1979-05-18 | 液体噴射記録ヘツド |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS55154171A JPS55154171A (en) | 1980-12-01 |
| JPS5934506B2 true JPS5934506B2 (ja) | 1984-08-23 |
Family
ID=13189695
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6207979A Expired JPS5934506B2 (ja) | 1979-05-18 | 1979-05-18 | 液体噴射記録ヘツド |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5934506B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0414965Y2 (ja) * | 1986-11-29 | 1992-04-03 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0412859A (ja) * | 1990-04-28 | 1992-01-17 | Canon Inc | 液体噴射方法、該方法を用いた記録ヘッド及び該方法を用いた記録装置 |
-
1979
- 1979-05-18 JP JP6207979A patent/JPS5934506B2/ja not_active Expired
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0414965Y2 (ja) * | 1986-11-29 | 1992-04-03 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS55154171A (en) | 1980-12-01 |
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