JPS609908B2 - 液体噴射記録ヘツド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、飛鞠液滴を形成して記録を行う液体噴射記録
法に適用される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○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
記録の行える所調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。この様な液体噴射記録法は、所謂インクと称
される記録液体の液滴（ｄｒｏｐｌｅｔ）を飛翻させ、
被記録部材に付着させて記録を行うものであって、この
記録液体の液滴の発生法及び発生される液滴の飛糊方向
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。

その中で、例えば、ＵＳＰ３総３２１２，ＵＳＰ３班６
３９８等の公報に記載されてある液体噴射記録法は、記
録信号に応じて、吐出オリフイスより液滴を吐出飛翻さ
せ、該液滴を被記録部材表面に付着させて記録を行う、
所謂ｄｒｏｐ−ｏｎｄｅｍａ肘記録法であって、記録に
必要な液滴のみしか吐出しないので、記録に不要である
吐出液体の回収又は処理の為の特別な手段を設ける必要
がなく装置自体を簡素化、小型化し得る事、吐出オリフ
イスより吐出される液滴の飛翻方向を制御する必要がな
い事、多色記録が容易に行える事等の為の昨今・殊に注
目を集めている。

更に別には、上記の液体噴射記録法とは液滴形成原理の
全く異なる液体噴射記録法が、特開昭５４−５９９３６
号公報に於いて開示されている。

この液体噴射記録法は、上記のｄｍｐ−ｏｎｄｅｍａｎ
ｄ記録法に極めて有効に適用されるばかりではなく、ｆ
側 ｌｉｎｅタイプで高密度マルチオリフィス化した記
録ヘッドを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。これ
等の液体噴射記録法に適用される記録ヘッドは各々の記
録法の特徴を最大限に発揮し得る様に、その構造が設計
され、必要な手段が設けられてあるが、以下の様な基本
的構成は共通に有している。

即ち、これ等の記録法に適用されるヘッドは液体を吐出
する為にその先端にオリフィスを有するオリフィス側端
部、飛糊液滴を形成する為のエネルギーが液体に作用す
る部分であるエネルギー作用部、該作用部に液体を導入
する為の流入口を有する流入口側端部とで構成される液
吐出部を具備している。

エネルギー作用部には、例えばＵＳＰ３６８３２１２や
ＵＳＰ３９４６３９８等に開示された記録法では、ピェ
ゾ素子等の電気・機械変換体が機械的結合関係の下に設
けられ、該変換体に記録信号を入力することによって発
生する圧力エネルギー（圧力波）によって、液滴を吐出
、飛翻させて記録するものであり、特関昭５４−５９９
３６に開示された記録法の中の１つの記録法では、エネ
ルギー作用部には電気・熱変換体が設けられ、該変換体
に記録信号を入力することで発生される熱エネルギーに
よって、液滴を吐出、飛翻させて記録する。

或いは、又、この特関昭５４一５９９３６に開示された
別の記録法では、エネルギー作用部に特別な手段は設け
ず、該作用部にレーザ等の電磁波を照射して、該作用部
にある液体に吸収させて発熱させ、該発熱による作用に
よって液滴を吐出、飛翻させて記録する。この特開昭５
４一５９９３６に開示された記録法では、上記した様に
熱エネルギーを液体に作用させて、液滴吐出の為の原動
力を得るが、更に詳述すれば、熱エネルギーの作用を受
けた液体は急峻な体積の増大を伴う状態変化を起し、該
状態変化に塞く作用力によって、オリフィス側端部先端
のオリフィスより液滴が吐出、飛翻して被記録部材に付
着し記録が行われる。この様に、以上記した液体噴射記
録法は、ェネルギー作用部にある液体に、圧力エネルギ
ー又は熱エネルギーを作用させて、液滴吐出の為の原動
力を得ている。

従って、これ等のエネルギーが、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、記録信号に確実に
応答して、飛翻液滴の形成が繰返し行われる必要がある
。

殊に高速記録の場合には、この繰返しがエネルギー作用
部に与えられる記録信号に忠実に且つ迅速に実行される
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
競形成周波数（単位時間当りに形成される液滴の個数：
単位時間当りの液滴形成頻度）の向上等の液滴形成安定
化特性の改善が計られる必要がある。而乍ら従来に於い
ては、これ等の総てが充分に解決され得たとは云い難か
った。

本発明は、これ等の点に鑑み成されたものであって、上
記の液滴形成特性及び液滴形成安定化特性、殊に高速記
録の際のこれ等の特性と記録ヘッドの構造との関係に就
て多数の記録ヘッドを設計製造して種々実験検討を繰返
し行ったところ記録ヘッドの液吐出部を構成するオリフ
ィス側端部、エネルギー作用部、及び流入口側端部の占
める位置関係及び寸法関係を以降に記す様に定めて設計
製造することによって、上記の諸問題点の総てを解決し
得ることに成功したものである。

本発明の記録ヘッドの設計思想は、以下の説明に於いて
、主に取り上げられる特関昭５４−５９９３６に開示の
記録法に適用される記録ヘッドを設計する際に極めて有
効に採用される。

本発明の液体噴射記録ヘッドは液体を吐出する為にその
先端にオリフィスを有するオリフィス側端部、液体を吐
出する為の熱ヱネルギ−が液体に作用する部分である熱
エネルギー作用部、該作用部に液体を導入する為の流入
口を有する流入口側端部とで構成される液吐出部を具備
する液体噴射記録ヘッドであって、前記オリフィスより
前記流入口までの長さをＬ、液体の移動方向に沿った、
熱エネルギー作用部の長さを１、前記オリフイスから熱
エネルギー作用部までの長さをａ、前記流入口から熱エ
ネルギー作用部までの長さをｂとすると戒。

≦農芸なる関係糊腕し・且つ肌。・１側以上５柳以下、
】が１０ｒｍ以上８００ムｍ以下である寸法に定められ
ている構造を有する事を特徴とする。この様に記録ヘッ
ドの構造を設計することによって、熱エネルギー作用部
に於いて、記録信号の付与によって、発生される熱エネ
ルギーが、該作用部にある液体に効率良く作用し、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
消費される様になる、高周波数で記録信号を熱エネルギ
ー作用部に供給することが出来る、吐出方向の安定化及
びサテライトの防止を計ることが出来る、円滑に均一に
安定して熱エネルギー作用部に液体の供給を行うことが
出来る、等々数々の利点を有する記録ヘッドが得られる
。

以下、本発明を図面に従って、説明する。

第１図には、本発明の記録ヘッドの好適な実施態様例の
１つが示される。

第１図に示されるのは説明の煩雑さを避ける為に、特に
、その効果が最大限に発揮され得る特開昭５４−５９９
３６に開示された記録法に適用される記録ヘッドである
。第１図に示される記録ヘッド１０１は、ａ図にその模
式的断面斜視図、ｂ図にオリフィス側から見た正面部分
図、ｃ図にｂ図の一点鎖線ＸＹで示した部分で切断した
場合の切断面部分図で示される様に、その先端に所定方
向に液瓶を吐出、飛翻させる為のオリフィス１０４を有
するオリフィス側端部１０５、飛糊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エネルギー
作用部１０６「該作用部１０６に液体を導入する為の流
入口１０２を有する流入口側端部１０３とで構成される
液吐出部１０７を具備している。

液吐出部１０３は、流入口１０７に於いて、共通液供給
室１０８と連結しており、共通液供給室１０８の上部位
には、塩化ビニール樹脂等の粘弾性材料で形成された液
供給導管１０９が接続され、他所に設けられた液体貯蔵
槽より、共通液供給室１０８に液体が供給される。各液
吐出部１０７を構成する、各々の熱エネルギー作用部１
０６への液体の供給は、各流入口側端部１０３の各々の
流入口１０２を通じて、該流入口１０２の各々と連結さ
れている共通液供給室１０８より成される。

図に示される記録ヘッド１０１は、各液吐出部１０７は
、オリフイス密度と同じ密度で各々が略々平行になる様
にし、各流入口１０２で共通液供給室１０８と蓮適する
様に設計製造され得、且つ該記録ヘッド１０１に於ては
、オリフィス密度が記録画像密度と同じとし得るので、
極めてコンパクト化されたヘッドと成り得るものである
。

図に示される記録ヘッド１０１は、その表面に電気熱変
換体１１０が設けられている基板１ １ １の表面に、
所定の線密度で所定の中と深さの溝が所定数設けられて
いる溝付板１１２及び共通液供給室１０８を構成する溝
の設けてある液供給室板１２０で所定通りに覆う様に接
合することによって、オリフィス１０４と複数の液吐出
部１０７及び共通液供給室１０８が形成される構造を有
している。図に示す記録ヘッド１０１の場合、オリフィ
ス１０４を複数有するものとして示されてあるが、勿論
本発明は、これに限定されるものではなく単一オリフィ
スの場合の記録ヘッドへの適用の場合も本発明の鞄暖に
這入るものである。第１図に示される記録ヘッド１０１
の場合には、液吐出部１０７を構成するエネルギー作用
部１０６は電気熱変換体１１１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って、熱作用
部と称される。

エネルギー作用部１０６は、電気熱変換体１１１の熱エ
ネルギー発生部１１３の上部に位置し、熱エネルギー発
生部１１３の液体と接触する熱エネルギー作用面１ １
４をその底面としている。

熱エネルギー発生部１１３は、基板１１１上に設けられ
た下部層１１５、該下部層１１６上に設けられた発熱抵
抗層１１６、該発熱抵抗層１１６上に設けられた上部層
１１７とで構成される。発熱抵抗層１１６には、熱を発
生させる為に該層１１６に通電する為の電極１１８，１
１９がその表面に設けられてある。電極１１８は、各液
吐出部の熱エネルギー発生部に共通の電極であり、電極
１１９は、各液吐出部の熱発生部を選択して発熱させる
為の選択電極であって、液吐出部の流路に沿って設けら
れてある。上層部１１７は、発熱抵抗層１１６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
１１６と液吐出部１０７にある液体とを隔絶すると共に
、液体を通じて電極１１８，１１９間が短絡するのを防
止する発熱抵抗層１１６の保護的機能を有している。

上部層１１７は、上記の様な機能を有するものであるが
、発熱抵抗層１１６が、耐液性があり、且つ液体を通じ
て電極１１８，１１９間が電気的に短絡する心配が全く
ない場合には、必ずしも設ける必要はなく、発熱抵抗層
１１６の表面に直に液体が接触する構造の電気熱変換体
として設計しても良いｏ下部層１１５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１１６で発生する
熱が基板１１１側の方に伝導するよりも、熱作用部１０
６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１１６への通電力；ＯＦＦされ
た後には、熱作用部１０６及び熱発生部１１３にある熱
が速かに基板１１１側に放出されて、熱作用部１０６に
ある液体及び発生した気泡が急冷される為に設けられる
。

勿論、熱エネルギー作用部１０６にレーザ等の電磁波を
照射し、熱エネルギー作用部１０６にある液体に電磁波
を吸収させて発熱させる場合には、前記の電気熱変換体
１１０‘ま設ける必要はない。

今、本発明に於いては液吐出部１０７、即ち、オリフィ
ス１０４より流入口１０２までの長さをＬ、オＩＪフィ
ス１０４より熱エネルギー作用部１０６までの長さをａ
、熱エネルギー作用部１０６から流入ロー０２までの長
さをｂ、熱エネルギー作用部１０６の流路に沿った方向
の長さを１（発熱体が設けられる場合には、発熱部の流
路に沿った方向の長さであり、レーザ等を照射するタイ
プのヘッドの場合には照射面の流路に沿った方向の長さ
である）とされ、前記した様な範囲にＬ，ｌがあり、又
、ａとｂの関係式が前記した式となる様に設計製造され
るものであるが、更に望ましくは、次の様に設計製造さ
れると良い。

即ち、骨ま、その下限を命とし、上限を言とされ、Ｌの
下限としては、好適には０．２側以上、最適には０．５
肌以上、上限としては好適には４側以下、最適には３肌
以下、１の下限としては、好適には５０ｒｍ以上、最適
には８０山ｍ以上、上限としては、好適には５００ムｍ
以下、最適には４００山ｍ以下とされるのが望ましいも
のである。

次に実施例を示す為に第１図に示す記録ヘッドと同様の
ものを作成する手順に競てその概略を記す。

アルミナ製の基板１ １ １上にＳｊ０２を４山ｍ厚に
スパッタリングした後、その上に、ＨｆＢ．ＡＩを順次
スパッタリングし、さらにエッチング処理によって電極
１１８及び電極１１９、４０仏ｍ×１の長方形の熱エネ
ルギー作用面１１４を有する電気熱変換体１ １０を６
０山ｍのピッチで１針固各々形成し、基板部村とする。

その上に上部層としてＳｉ０２をスパッタリングで堆積
させる。１としては、後述する様に１０〜８００仏ｍの
範囲として種々の大きさの熱エネルギー作用面を有する
電気熱変換体を形成した。

一方、ガラス板に液吐出部を形成する為の溝を幅４０山
ｍ、深さ４０山ｍ、ピッチ６０仏ｍ、長さＬの寸法で設
けた溝付板１ １２及び共通液供給室１０８を形成する
為の溝を設けた共通液供給室板１２０を作成する。

次に、上記の基板部村と溝付板１１２と共通液供給室板
１２０とを接合して記録ヘッドを作成する。このような
方法によって製作されたヘッド（試料Ｍ．ｓｌ〜２２）
の液滴吐出安定性、連続液吐出特性、液滴形成周波数特
性等に就て測定した結果を第１表に示す。

第 １ 表 第 １ 表 評価基準 ０１．・■・・ めて な ○・・・・・
・良好な特性 △…・・・実用上充分な特性

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂ，ｃは、本発明の液体噴射記録ヘッドの好
適な実施態様例の１つを示すものであって、第１図ａは
、模式的断面斜視図、第１図ｂは模式拡大正面部分図、
第１図ｃは第１図ｂに示す一点鎖線ＸＹで切断した場合
の模式的拡大断面部分図である。 １０１・・・・・・記録ヘッド、１０２・・…・流入口
、１０３・・・・・・流入口側端部、１０４・・・・・
・オリフイス、１０５・・・・・・オリフイス側様部、
１０６・・・・・・熱エネルギー作用部、１０７・・・
・・・液吐出部、１０８・・・・・・共通液供Ｖ給室、
１０９・・・・・・導管、１ １０・・・…電気熱変換
体、１１１・・…・・・・基板、１１２・・・・・・・
・・溝付板、１１３・…・・熱エネルギー発生部、１１
４・・・・・・熱エネルギー作用面、１１５・・・・・
・下部層、１１６・・・・・・発熱抵抗層、１１７・・
・・・・上部層、１１８，１１９・・・・・・電極、１
２０・・・・・・共通液供給室板。 燈１図（ａ） 箱１図 （Ｄ） 緒 １ 自己 （Ｃ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 液体を吐出する為にその先端にオリフイスを有する
   オリフイス側端部、飛翔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エネルギー作用部、該
   作用部に液体を導入する為の流入口を有する流入口側端
   部とで構成される液吐出部を具備する液体噴射記録ヘツ
   ドであって、前記オリフイスより前記流入口までの長さ
   をＬ、液体の移動方向に沿った熱エネルギー作用部の長
   さをｌ、前記オリフイスから熱エネルギー作用部までの
   長さをａ、前記流入口から熱エネルギー作用部までの長
   さをｂとすると１／（１００）≦ａ／ｂ≦１／２なる関
   係式が成立し、且つＬが０．１ｍｍ以上５ｍｍ以下、ｌ
   が１０μｍ以上８００μｍ以下である寸法に定められて
   いる構造を有する事を特徴とする液体噴射記録ヘツド。