JPS5943314B2 - 液滴噴射記録装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、一般にインクと呼ばれる記録液を微細口（オ
リフィス）から小滴として吐出、飛翔させ、この小滴の
被記録面への付着を以て記録を行なう液滴噴射記録装置
に開する。

現在知られる各種記録方式の中でも、記録時に騒音の発
生がほとんどないノンインパクト記録方式であつて、且
つ、高速記録が可能であり、しかも、普通紙に特別の定
着処理を必要とせずに記録の行なえる所謂インクジェッ
ト記録法は、極めて有用な記録方式であると認められて
いる。

このインクジェット記録法に就いては、これ迄にも様々
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。インクジェット記録法は、インクと称さ
れる記録液の液滴（ｄｒｏｐｌｅｔ）を種々の作用原理
で飛翔させ、それを紙等の被記録部材に付着させて記録
を行うものである。

そして、このインクジェット記録法に於ては、一般に、
記録用インクを小滴として吐出、飛翔させる為の吐出口
（吐出オリフィス）とインクが流入する為の流入口とを
有する記録ヘッドを備えた装置が使用される。

斯かる装置には、インク小滴を吐出させる方式によつて
種々のものがある。例えば、外部に設けられたインクの
供給タンクから室内へ加圧した状態で又は自然供給（毛
細管現象を利用した供給等）の状態でインクを供給し（
但し、前記加圧は圧力のみでは吐出口から吐出しない程
度の加圧である）、室内のインクと吐出オリフィス前方
に設置されている電極との間に電圧印加し、静電的にイ
ンクを吐出オリフィスから吐出させるタイプのものがあ
る。このタイプの記録装置は、構造は単純であるがシス
テム全体としての構成が複雑で、インク滴の発生及びそ
の飛翔方向の電気的制御に高度な技術及び精度が要求さ
れるという欠点がある。

そして更に高速記録化には不可欠な記録ヘツド部分に於
けるマルチオリフイス化が困難であるという欠点もある
。又、別のタイプの記録装置としては、機械的振動法に
よつてインクを吐出させ、インク滴として飛翔させるも
のもある。

即ち、このタイプのものは、インクが供給される室の容
積をピエゾ振動素子の機械的振動によつて信号に応じて
変化させ、これによりインクを小滴として吐出させるも
のである。その具体的構造は、ＵＳＰ３７４７ｌ２Ｏ，
ＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉＯｎｓＯｎＩｎｄｕｓｔｒｙＡ
ｐｐｌｉｃａ一ＴｌＯｎｓＶＯｌ．ＩＡ−１３，Ｊｆｆ
）．１、Ｊａｎｕａｒｙ／Ｆｅ−Ｂｒｕａｒｙｌ９７７
等に開示されている。この記録装置は、システム全体の
構造は極めて単純である。しかし、ピエゾ振動素子の機
械的振動でインク滴を発生する為に、高速記録に於ける
信号応答件に難点がある事、又インク室の形成、ピエゾ
振動素子の配置等加工上に問題がある事及び小型化が難
しい事等の理由から、高密度マルチオリフイス化が極め
て困難であつて高速記録化が難しい。この様に従来の記
録装置の多くのものは、構造上、加工上、高速記録化上
、高密度マルチオリフイス化上、更にはシステム全体の
溝成上等の点に於いて解決されるべき多くの問題点を有
している。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、インク滴の
吐出効率、吐出応登性或いは吐出安定性、長時間連続記
録性に優れた装置を与えることを目的とする。又本発明
の別な目的は、高速記録が可能な装置を与えることにあ
る。更に本発明の別な目的は製作が容易で極めて実用的
な高密度マルチオリフイス化を可能にする新規記録装置
を与えることにある。而して、このような種々、目的を
達成する本発明は、要するに、記録液の流路となる細孔
と、該細孔に通じている所定口径ｄの開口と、前記細孔
に沿つ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、前記発熱部がその前記開口寄りの縁が前記
開口位置からｄ乃至５０ｄの範囲内に位置するように配
設されている事を特徴とする液滴噴射記録装置である。

又、この際、より好ましい実施態様例では前記発熱部が
、前記細孔の長手方向に長尺な面状発熱体より成つてい
ることも、その特徴としている。この様にして構成され
る本発明記録装置では、信号エネルギーがインクを小滴
として吐出飛翔させる為に有効に使われ、インク滴の吐
出効率、吐出応答性、長時間連続記録性が著しく改善さ
れる。

又、吐出オリコイスより吐出するインク滴の大きさや吐
出方向の乱れが全くなく吐出安定性に優れている。又、
本発明の記録装置は、その微細加工が容易に出来る為に
記録ヘツド部自体を従来装置に較べて格段に小型化し得
るし、その構造上の簡略さと加工上の容易さから高速記
録には不可欠な高密度マルチオリフイス化も極めて容易
に実現し得る。

更には、信号入力用電極の取り出しが極めて容易になし
得る事、更に加うればマルチオリフイス化に於いて、そ
の記録ヘツド部の吐出オリフイスのアレー（Ａｒｒａｙ
）構造を所望に従つて任意に設計し得、従つて、記録ヘ
ツド部の構造をバ一状とすることも極めて容易に成し得
る事、等々顕著な特長を有する。以下、本発明の説明を
図示例に従つて行なう。

先ず、本発明記録装置によるイックジェット記録方式に
就いて第１図を用いて概説する。なお、この図示例では
、説明の便宜上、シングルオリフイスタイプの記録装置
を例に採つて概説を行なうが、本発明の範囲をこれに限
る意図はない。

即ち、本発明は、マルチアレイオリフイスタイプの記録
装置をも容易に実現することができるものである。第１
図に於て、不図示のインク供給部から導管１を通じて図
示矢印方向に導入されるインクＩＫは、記録ヘツド部３
内に形成された長尺孔から成る作用室２内に流入し、そ
こを充填する。

そして、この作用室２内に流入したインクＩＫは、前記
作用室２の一部に付設された発熱体４の通電発熱に応じ
てその近傍で瞬時に状態変化をおこす。なお、前記発熱
体４は、これに接続した電極５，，５２を介した通電に
よつて、熱的パルスを発生し、これがインクＩＫに印加
される。この熱作用によりＩＫは気泡発生等の状態変化
を起こし、その結果として、作用室２の内圧が高まる。
その結果、インクＩＫがオリフイス６より小滴７となつ
て吐出・飛翔し、紙等の被記録部材１０上に付着するこ
とによつて記録が為される。発熱体４は基板８上で且つ
、作用室２の一部に接して設けられており、記録信号入
力に従つて電源９の電圧が印加された時、パルス状の発
熱がなされる。

このようにして図示例では、入力信号に相応するインク
滴による記録が被記録部材１０上に飛来付着したインク
小滴７によつて為される。叙上のイックジェット記録方
式に於ては、発熱体４の有効面積或は、この発熱体４の
作用室２に対する相対設置位置の如何によつて、インク
滴の吐出状態の良否が大きく左右されるので、その設定
に当つては十分に留意する必要がある。先ず、発熱体４
から発生する熱を効率良くインクＩＫに伝える目的から
、この発熱体４は作用室２の内壁に設置されるのが望ま
しいのであるが、その有効面積（インクを吐出させるに
必要な熱量を発生し得る面積）を、一般に断面撰が３０
Ｉｔｍψ〜２５０μｍψ程度である微細孔から成る作用
室２内で確保することは容易なことではない。しかし、
本発明では、発熱体４を作用室２の軸方向に長尺なもの
として、微細な作用室２内での有効面積を確保するよう
にした。

これを、更に具体例によつて説明すると、本発明に好適
な発熱体４としては、第２図に模式的平面図で略示する
とおり、鎖線で表わされる作用室２の領域内に設置され
、且つ、前記作用室２の軸線（図示、二点破線）に直交
する辺をその短辺ａ（有さ１，）とし、作用室２の軸線
方向に長さ２×１，以上となる長辺ｂを持つ面状の発熱
抵抗体である。

ところで、本発明に係るイックジェット記録方式によれ
ば、上記発熱体４の面形状は記録形状（インク滴による
ドツト形状）に再現されないので、従来のサーマルペー
パーに接触して記録を行なう所謂、サーマル・ヘツドの
場合と異なり、相当の自由度を以て規定できる。

従つて、本発明では、この他、例えば、第３図乃至第８
図に第２図と同様の模式的平面図で略示するとおり、種
々変形した発熱体４を採用することができる。なお、以
上の第２図乃至第８図の図示例に於ては、第１図示例と
同等の構成要素には同一符号を付して示してある。

因に、前記図示例に挙げた発熱体４は、従来、広く、感
熱記録の分野に於て用いられる感熱印字ヘツドとほゾ同
様に構成されるものであり、それらは、作成方法、発熱
抵抗体の差異等により大別して、厚膜ヘツド、薄膜ヘツ
ド、半導体ヘツドに分類されるが、本発明に於て、それ
らは全て使用可能である。

但し特に高速高解像力の記録を行うときは、薄膜ヘツド
を利用するのが有利である。又、本発明に於て用いるイ
ンクＩＫは、水、エタノール、トルエン等を例とする主
溶媒に、エチレングリコール等を例とする湿潤剤、界面
活性剤、及び各種染料等を溶解或は分散させて作成され
る。なお、オリフイスを詰らせないように、予め、不溶
性粒子等をフイルタ一で口過しておくのが望ましい。次
に、この発熱体４の作用室２内での設置位置、特に、吐
出オリフイス６との相対位置開係は、インク滴の吐出状
態の良否を左右する極めて重要な因子である。

即ち、発熱体４が吐出オリフイス６に近接し過ぎる場合
には、インクＩＫが一定の大きさの小滴にならず、霧状
の微細滴となつて乱れ飛ぶ現象（スプラツシユ）が見ら
れる。

又、発熱体４が吐出オリフイス６に迄及ぶような極端な
場合には、インクＩＫが全く吐出しなくなつてしまう。
この様な不都合を避ける目的で、発熱体４の設置位置は
、吐出オリフイス６から所定範囲で離間させるのが望ま
しいのであるが、両者の間隔が前記所定の範囲から逸脱
すると吐出するインク滴の初速度は低下し、終には、イ
ンク滴の吐出が起らなくなるので、それには自づと限度
がある。これ等の条件に関して、本発明者等が鋭意検討
を重ねて知見した処によると、上記発熱体４を、その吐
出オリフイス６寄りの縁部が吐出オリフイス６から、こ
の吐出オリフイスの口径分の長さをｄ（・・・・・・但
し、吐出オリフイスの形状は、円形、角形等、任意の形
状であり得るので、一般にはその最大径を以て、その口
径分の長さと見なす。）とするとき、ｄ乃至５０ｄの範
囲で離間するように作用室２内に設定するのが良いこと
が判つた。更には、インク滴の吐出速度を重視するとき
は、発熱体４を略々、１０ｄ乃至３０ｄの範囲に設定す
るのが好適であることも判明した。つまり、叙上の条件
を満たして記録ヘツドが構成されるときは、インク滴の
大きさ及び吐出方向の安定性、その吐出速度、或は経時
的安定性等を、実用可能レベルに保つことができる。

ところで、先に詳説した第１図示例に於ては、被記録部
材１０が図示矢印の方向に移動して記録が行なわれる様
な態様に限つて図示されているが、本発明装置を用いた
記録態様は、この態様にのみ限らない。

即ち、被記録部材１０がオリフイス６と相対移動すれば
良いので、この被記録部材１０が図示矢印の逆方向に移
動する場合、図面を基準にしてその前後方向に移動する
場合、又は、被記録部材１０を固定しておいて、オリフ
イス６を任意方向に移動させる場合等、種々の変更が可
能である。更に、本発明を以つて、マルチアレイの記録
装置に応用することは、任意であり、極めて容易なこと
と言える。

ここで、図示例に沿つた実施例によつて、本発明を更に
詳説する。

この図示実施例では、マルチアレイ記録ヘツドの組立工
程に従つた説明が為される。

第９図にマルチアレイ記録ヘツドの作用室プロツクを構
成するための２つの構成部品Ａ，Ｂが路面的斜視図によ
つて描かれている。第９図ａは部品Ａを、又、第９図ｂ
は部品Ｂを夫々描いた図である。構成部品Ａは下記の手
順に従つて作成される。先ず、アルカリ金属弗化物系感
光性ガラス（ＳｌＯ２，Ｌｌ２Ｏ，Ｎａ２Ｏ，Ａｌ２Ｏ
３，Ａｕ，ＡｇＣｌ，ＣｅＯ２を含む組成物）の平板を
両面共に研磨処理した後、１００ｍ７１Ｌ×１００ｍ！
（厚さ２ｍｍ）の大きさに切断する。

この種、感光性ガラスの市販品としては、フオトセラム
、フオトフオーム（商品名：コーニング社製）等があり
、何れを使用しても良い。次に、このようにして準備さ
れた感光性ガラス板ＰＧに対して、不図示のＮ２レーザ
ーを６２０ｎｍに励起したダイレーザー光の３１０ｎｍ
のカツプリング波を取り出し、１００μｍピツチ、５０
μｍ巾の干渉縞を焼込んだ。なお、この干渉縞は９０１
Ｉ×９０１ｍの面内では均一なものであつた。又、上記
レーザー光源の電力は１０Ｗであつて、感光性ガラスは
、波長３１０μｍにＣｅ＋＋の吸収があるので、この吸
収に応じた波長のレーザー光によつて選択的に露光が為
された。干渉縞の焼込み後、約６００℃で１時間、ガラ
ス板ＰＧを加熱して、その結晶化を行なつた。このガラ
ス板ＰＧの面を更に平滑にする目的で、約０．１１！の
厚さで研磨処理した後、更に、この研磨面の反対面経樹
脂コートをし、そのガラス板ＰＧを約５％ＨＦ水溶液中
に浸漬して超音波を掛けながらエツチングを行なつた。
因に、このエツチングに於ては、ガラス板ＰＧ中で結晶
化された部分のエツチング速度が非晶質部分のそれに較
べて十分に速く、実際に、２０：１程度のエツチングレ
ートの差があつた。以上の処理によつて、第９図ａに示
すとおり、ガラス板ＰＧには、断面５０μｍ×５０μｍ
の長尺溝Ｌが１００μｍのピツチで所定数、形成された
。

なお、この溝Ｌとしては、叙上の実施例に限らず、露光
光学系等を調節して、略々、１０μｍ×１０μｍ〜１５
０μｍ×１５０μｍの断面積、ピツチ３０μｍ〜２００
ｔｔｍの範囲で自由に形成することが可能である。

叙上の手法によつて計６個の被処理ガラス板ＰＧが作成
された。

次に、このようにして長尺溝Ｌを刻設した各ガラス板Ｐ
Ｇの溝付き面にデイツピング法によつて接合剤としての
エポキシ樹脂を塗工する。

この際、ガラス板ＰＧの引き上げを、前記溝ＬＶの軸線
と平行な方向に行なえば、形成された溝Ｌの壁面に沿つ
てほぼ均一なエポキシ樹脂の塗膜が得られる。しかる後
、この塗膜を１００℃で約５分間、予備乾燥し、半硬化
させた後、ガラス板ＰＧを所定の大きさに切断して部品
Ａを得た。なお、接合剤としては、上記エポキシ樹脂に
限るものではない。ここで用いられる接合剤は、加熱に
より接合作用を生ずる材料であり、たとえば、エポキシ
樹脂系接着剤、フエノール樹脂系接着剤、ウレタン樹脂
系接着剤、シリコーン樹脂系接着剤、トリアジン樹脂、
ＢＴ樹脂等を例とする有機化合物系接着剤や、特公昭３
８−２０２２７号記載の溶隔銀塩類、低隔点ガラス類等
の無機化合物類である。中でも、後者の無機化合物類の
場合は、使用形態が液状でなく、粉末状である場合が多
い。これとは別個に、第９図ｂに示すような構成部品Ｂ
も準備される。この部品Ｂは、第１０図に第９図ｂのＸ
−Ｙ線に於ける断面図で示すとおり、アルミナ、単結晶
シリコン或はアルミニウム、鉄、等の金属等から成る基
板（厚さ約０．６ｍ１１ｔ）１１の片面に、蓄熱層（Ｓ
ｉＯ２スパツタ膜 ２〜３μｍ）１２、発熱抵抗体層（
ＨｆＢ２スパツタ膜 ５００〜１０００人）１３、電極
層（アルミニウム蒸着層７００〜８００λ）１４、保護
層（ＳｌＯ２スパツタ膜 １μｍ）１５、目止層（パリ
レン、シリコーン、Ｔａ２Ｏ３等のスパツタ膜）１６を
順次積層した後、所定の大きさに切断して得られる。な
お、この際、電極層１４は所定パターンにエツチングさ
れ、第９図ｂに斜視図で略示するとおり、個別リード電
極ＰＥ、及び共通リード電極ＣＥに分離される。そして
、同時に発熱抵抗体層１３は、図示１１２の長さが夫々
２５０μＭ，．ｌ３の長さが５０Ｉｔｍとなるようにし
して、前記構成部品Ａに於ける長尺溝ＬＶと同ピツチで
長方形のパターンＨＴで露出された。なお、第１０図に
示した保護層１５及び目止層１６は、場合によつて積層
されないこともある。以上のとおり、発熱抵抗体パター
ンＨＴを所定数、形成した基板１１は計６個準備される
。

そして、それ等各基板１１は、夫々、共通リード電極Ｃ
Ｅの巾１４が８０μｍ（部品Ｂ−１）、１５０μｍ（部
品Ｂ−２）、３５０Ｉｔｍ（部品Ｂ−３）、８００μｍ
（部品Ｂ−４）、１５００Ｉｔｍ（部品Ｂ−５）、２５
００ｔｔｍ（部品Ｂ−６）となるように切断された。こ
のようにして準備された各６個の部品ＡとＢとは、夫々
、第１１図に示すとおり、溝Ｌと発熱抵抗体パターンＨ
Ｔとが対応位置にくるように位置合せを行なつた後、互
に層合される。

次に、これ等を約１００℃で１０分間加熱して不図示の
接合剤層を更に半硬化させ、ここで一度、位置ズレ、或
は溝ＬＶの目詰り等の有無を確認する。このチエツクで
否の場合は、部品Ａ，Ｂを分離した後、部品Ｂを洗浄し
て再利用する。なお、部品Ａは廃棄する。そして、欠陥
のない場合には、１００℃で５０分間、１８０℃で２時
間の加熱を行なつて接合剤層を完全硬化させる。その後
、溝Ｌの目詰りの有無を再度確認し、欠陥がない場合に
は、組立た作用部プロツクＣを次工程に移す。続く工程
では、第１２図に示すようなインク供給に係る中継室プ
ロツクＤの組立を行なう。

先ず、側板部品Ｅ，ピに夫々下記組成の接合剤を塗布し
て、第１２図に矢印で示すように作用部プロツクＣとの
位置合せを行なつた後、約６０℃で１分間加熱して接合
剤を半硬化させ、ここで位置ズレ或いは他部品への接合
剤の流れ込み等の有無を確認する。このチエツクで否の
場合は、プロツクＣから部品Ｅ，Ｅ′を分離した後、両
者を洗浄して再利用する。

欠陥のない場合には、約６０℃で３０分間の加熱を行な
つて接合剤を硬化させる。次に、後端部品Ｆに接合剤を
塗布して位置合せを行なつた後、約６０℃で１分間加熱
して、接合剤を半硬化させ、ここで前工程と同様に確認
を行い、否の場合は前工程と同様に洗浄し、欠陥のない
場合には約６０℃で３０分間加熱を行なつて接合剤を硬
化させる。

次に、天板部品Ｇに接合剤を塗布して位置合せを行なつ
た後、約６『Ｃで１分間加熱して接合剤を半硬化させ、
ここで前工程と同様に確認を行ない、否の場合は前工程
と同様に洗浄し、欠陥のない場合には約６０℃で３０分
間、更に約１０００Ｃで１０分間加熱を行い接合剤を完
全硬化させる。

次に、官状部品Ｈ，Ｈ″を前記工程までに組立てられた
プロツクの所定の位置にさし込み、間隙には接合剤を充
填する。この場合の接合剤の硬化は、ゆつくり行なう事
が必要であるので室温で３０分間放置しておく。次に、
部品Ｈ，Ｈ′の中への接合剤の流れ込み、或いはインク
供給の中継室への流れ込み等の有無を確認する。このチ
エツクで否の場合は、前工程と同様に洗浄し、再利用を
行なう。欠陥のない場合には、約６０℃で３０分間、更
に１０『Ｃで１０分間の加熱を行ない完全硬化を行なう
。このようにして、作用部プロツクＣの後部への中継室
プロツクＤの接続が完了する。

その後、作用部プロツクＣのうち吐出オリフイス０Ｒの
設置端面０Ｆを、研摩砂（＃１０００以上）を用いて研
摩し、平滑面になるよう成形する。続いて研摩中にオリ
フイス０Ｒから、細溝ＬＶの中にはいり込んだ研摩砂お
よび不要物等を取り除くために洗浄を行なう。ここで、
オリフイス設置端面０Ｆが完全に平面になつているか否
か、更に、細溝Ｌの中が完全に洗浄されているか否かを
確認し、研摩が不完全の場合は研摩をやり直し、続いて
洗浄を行なう。同様に確認を行ない、否の場合には、こ
の工程をくり返し、欠陥のない場合には、プロツクＣと
プロツクＤとの合体組立品を乾燥させる。更に、該ヘツ
ド完成品をアルミ板に接合し、又、リード電極をフレキ
シブル配線板に接続する。次に、以上で得られた記録ヘ
ツドを使用して行なうイックジェット記録の一具体例を
第１２図示例を参照しながら説明する。なお、この第１
２図では、説明の便宜上、各構成プロツクが分離した状
態に描かれている。しかし、実際には叙上のとおり、各
構成部品及びプロツク間が接合により一体化されている
ことは言う迄もない。つまり、この図示例では、先ず、
部品Ｈ，Ｈ′を通じて、各長尺溝ＬＶ内に記録用インク
の導入を行なう。次に、不図示の発熱抵抗体に電気パル
ス信号が入力されると、そこに熱的パルスが発生し、そ
の結果、インクは瞬時に状態変化を起こす。この状態変
化によつて、前記インクには圧力波（作用力）が加わり
、その結果、インクが前記溝ＬＶに連続して設けた吐出
オリフイス０Ｒより小液滴となつて吐出・飛翔し、これ
が不図示の被記録部材上に付着することによつて記録が
為される。実際に、下記に記載どおりの実験条件で下記
組成のインクを用いて叙上のとおり完成した計６個の記
録ヘツドによるインク吐出実験を行なつたところ、何れ
に於ても１０９回以上、安定したインク滴の吐出が為さ
れ、得られたドツトは、ほぼ一様であつた。

又、その際インク滴の吐出速度は下表に記載のとおりで
あつた。以上に詳説したとおり、本発明によれば、情報
信号人力に対するインク滴吐出の応答性及びインク滴の
吐出状態が非常に良好であると共に出力レベルが高い為
に、高速度で、しかも、良質の記録画を与える液滴噴射
記録装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る記録原理を説明する為の略画的
斜視図、第２図乃至第８図は何れも本発明に用いる発熱
体の形状例を説明する為の略画的平面図である。 又、第９図Ａ，第９図ｂ乃至第１２図は、何れも本発明
の実施例に係る説明図である。図に於て、２は作用室、
３は記録ヘツド部、４は発熱体、５１，５２はリード電
極、６は吐出オリフイス、７はインク小滴、１１は基板
、１３は発熱抵抗体層、１４は電極層、ＩＫはインク、
ＰＧは感光性ガラス板、ＨＴは発熱抵抗体パターン、Ｃ
Ｅ，ＰＥはリード電極、Ｌは溝、０Ｒは吐出オリフイス
、Ａ，Ｂ，Ｅ，Ｅ′，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｈ′は構成部品、Ｃ
，Ｄは構成プロツクである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 記録液の流路となる細孔と、該細孔に通じている所
   定口径ｄの開口と、前記細孔に沿つ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、前記発熱部が
   その前記開口寄りの縁が前記開口位置からｄ乃至５０ｄ
   の範囲内に位置するように配設されている事を特徴とす
   る液滴噴射記録装置。 ２ 発熱部が、細孔の長手方向に長尺な面状発熱体より
   成る特許請求の範囲第１項に記載の液滴噴射記録装置。