JPS61110557A - 液体噴射記録ヘツド - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は液体噴射記録装置の記録ヘッドに関する。

［従来の技術］ 従来、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
関心を集めている。その中で高速記録が可能であり、し
かも普通紙に定着という特別な処理を必要とせずに記録
の行える液体噴射記録法（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
れて商品化された物もあれば現在も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（ＤＯＬＳ）第２８４３０６４号公報に記載され
ている方法は熱エネルギーを液体に作用させて、飛翔的
液滴を形成する為の原動力を得るという点に於いて、他
のインクジェット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いる記録法では、熱エネ
ルギーの作用を受けた液体が気泡の発生を含む急峻な体
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、記録ヘッド部先端のオリフィスより液滴
が吐出、飛翔して被記録部材に付着し記録が行なわれる
。

殊に、ＤＯＬＳ　２Ｂ４３０６４に開示されているイン
クジェット記録法は、所謂ｄｒｏｐ−ａｎ　ｄｅｍａｎ
ｄ記録法に極めて有効に適用されるばかりでなく、記録
ヘッド部をｆｕｌｌ　１ｉｎｅタイプで高密度マルチオ
リフィス化して容易に実現出来るので、高解像度、高品
質の画像を高速で得られるという利点を有している。

上記の従来例の装置の液体噴射記録ヘッドの模式的斜視
組立図を第２図（ａ）に、図中断面ＡＡを第２図（ｂ）
に示す。ヘッド１０１は、吐出エネルギー発生体の一つ
として電気熱変換体１０２を設けた基板１０３上に流路
壁１０４が接合されて、さらにその上に接合された板部
材１０５とともに液流路１０６及び液室１０７を形成し
、板部材１０５に設けられた液供給口１０８より液室１
０７及び液流路１０ｆｔに記録液を供給する構成となっ
ている。基板１０３上の電気熱変換体１０２に対し通電
することにより電気熱変換体１０２より発生する熱エネ
ルギーが液流路１０６中に満たされた記録液に作用して
気泡を発生し、その急激な体積の膨張により、液流路１
０６の端部に設けられた吐出口１０９より記録液を吐出
し、飛翔的液滴を形成する。この時の吐出力は液流路１
０６内の熱エネルギー作用部である電気熱変換体１０２
の前後の流路内の流路抵抗のバランスにより、大きな影
響を受ける。すなわち、熱エネルギー作用部上での気泡
の体積変化による液流路１０８内の圧力上昇を、その液
室１０７内への逃げによる損失を最小限にし、吐出エネ
ルギーとして有効に生かすためには、熱エネルギー作用
部と液室＋０７の間の液流路長を熱エネルギー作用部と
吐出口１０９との間の流路長に比べて長くとることによ
って液室１０７側の流路内の流動抵抗を大きくし、吐出
口側への記録液の流動エネルギーが大きくなるようにす
る必要がある。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、記録液滴吐出後の液流路１０６内への記録液
の供給は、吐出口１０８に保持されている記録液のメニ
スカスの表面張力によって液室１０７から液流路１０６
内への記録液を引き込むことにより行なわれるが、前記
の理由で大きくとられた液流路１０ｅ内の流路抵抗は、
ある一定のエネルギーしか持ち得ないメニスカスの表面
張力に対して液流路１０Ｂ内を流動する記録液の単位時
間当りの流量を減少させ、従って液流路１０Ｂ内への記
録液の供給に要する時間を増大させる。これは飛翔的液
滴の吐出による印字の周波数応答性を低下させることに
なる。

この従来例に示した形式の液体噴射記録装置は、上記の
ような問題があるにもかかわらず、現状でも他の形式の
液体噴射記録装置や、サーマルプリンター、感熱転写プ
リンター、ワイヤートッドプリンター等と比較すると優
秀な周波数応答性、つまり高速プリント性能を有する。

しかしレーザービームプリンター、電子写真複写機等の
さらに優れた高速プリント性能に対しては追いつくまで
には至っておらず、従ってこれらの高速プリント性能に
迫る技術の開発が望まれたいた。

また、液体噴射記録装置を実用咀供する際の重要なポイ
ントの一つとして、長時間放置後の再使用時の記録動作
の確実性、安定性がある。前記の従来例のように長く狭
い液流路を有する液体噴射記録ヘッドでは熱エネルギー
作用部近傍の記録液体積が小さいため、長時間放置する
と吐出口から記録液の溶媒が蒸発して液流路中の記録液
の粘度が増加するため流動抵抗が増大して吐出できなく
なったり、また低温の環境条件下でも記録液の粘度が上
Ａし、同様の現象が起こりやすい。このため、記録液供
給系に回復系として記録液のポンプを設けて増粘した記
録液を押し出す機構を備えたリ、種々の予備吐出を行な
ってから本来の記録動作に入る様な対策をとってきた。

そのため、機構の複雑化によるコストの上昇や、信頼性
の低下、記録液を無駄に消費することによるランニング
コストの■〕■、回復動作中の待時間が必要ですぐにプ
リントできないこと等の弊害を招いていた。

本発明は上記の諸点に鑑みなされたもので、本発明の目
的は高密度、高画質で周波数応答性に優れ高速プリント
が可使であらゆる環境条件での長時間放置後にも繁雑な
機械の操作をする必要なしにただちに安定した記録動作
を開始でき、かつ量産性に優れた比較的低コストの液体
噴射記録ヘッドを提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、液体を吐出する為の吐出口と該吐出口に連通
ずる液路と前記液体を吐出する為に利用されるエネルギ
ーを発生する為のエネルギー発生体とを有する液体噴射
記録ヘッドにおいて、前記液路は主液路と副液路を有す
るとともに、前記副液路は前記エネルギーが前記液体に
作用する部分であるエネルギー作用室及び／又は前記エ
ネルギ−作用室近傍において前記主液路と連通してｌ、
Ｘるとともに、前記主液路中には液体が−ＦＷ側に流れ
るときは抵抗が大となり、下流側に流れるときは抵抗が
小となる様な流体抵抗体が設けられていることを特徴と
する液体噴射記録ヘッドである。

ここで液路とは、インクタンク、インクタンクから液室
へ液体を供給するための供給管、液室、液室から吐出口
に液体を送るための主液路、副液路および主液路と副液
路を結ぶ連通液路等の液流路をいう。

以下、本発明のいくつかの実施態様を図面を参照しなが
ら具体的に説明する。

第１図（ａ）は本発明の記録ヘッドの一実施態様を示す
ノズル部の模式的断面図であり、同図中のＢＢ力方向断
面図を第１図（ｂ）に示す。尚、ノズル部以外の構成は
従来の記録ヘッドと同様なので、第２図（ａ）を参照さ
れたい。即ち、吐出エネルギー発生体の一つとして電気
熱変換体１０２が設けられている基板１０３の上に３層
構造の流路壁１０４が接合されており、さらにその上に
板部材１０５が接合されて主液路２０１．副液路２０２
、連通路２０３を形成している。また主液路２０１内に
は電気熱変換体１０２の上流側に流体抵抗体２０４が設
置されている。液供給口１０Ｂよりヘッド内へ導かれた
記録液は液室１０７、主液路２０１、副液路２０２、連
通路２０３を満たし、吐出口１０９でメニスカスを形成
する。基板＋０３上に設けられた電気熱変換体１０２に
通電することにより、従来例中で述べた機構によって吐
出口１０９より記録液が飛翔的液滴として吐出される。

吐出後吐出口ｌＯ８で大きく後退したメニスカスは、そ
の表面張力で元の位置に戻ろうとするが、この記録液の
液流路内への供給の速度は液流路内の流動抵抗に依存し
ている。吐出の周波数応答性はこのメニスカスの復帰時
間で決まってくるため、本発明では液流路内の流動抵抗
を低減してメニスカスの復帰時間を短縮するために主液
路２０１の長さをできるだけ短かくすることが望ましい
。しかし、液流路長を短かくすると、吐出口１０９とエ
ネルギー作用室の間の流路抵抗と、エネルギー作用室と
液室１０７との間の流路抵抗の比が小さくなり、吐出力
が低下してしまう。

また、隣接ノズル間の相互干渉が起きやすくなる。そこ
で、本発明では主液路２０１中、液室１０７と電気熱変
換体１０２との間に流体抵抗体２０４を設置し、液室１
０７側の流路抵抗を増大させ、吐出口１０９から液滴を
吐出させる力を有効に作用させるとともに、隣接ノズル
間の相互干渉を低減させる様になっている。この波体抵
抗体２０４は液室１０７側から主液路２０１への液流れ
、すなわち下流側の疏れ、に対しては波動抵抗が小さく
、その逆の液流れ、すなわち上流側の流れ、に対しては
波動抵抗が大きい形状のものであり、本実施態様の場合
は図示した様な三角柱状をしているが、不可避的に主液
路２０１内の液室１０７側からの流れに対する流動抵抗
も何も抵抗体を設けない時に比べである程度増加してし
まう。そこで、本実施態様では主液路２０１の上部に設
けた副液路２０２、連通路２０３を通して吐出口＋０９
の直前に記録液を供給できるようになっており、これに
より記録液の供給のための全体としてのｇｔ動抵抗を低
下させ、メニスカスの復帰時間を短縮し、記録液滴の吐
出の周波数応答性を向」ニすることができる。

また、長時間放置した場合にも、連通路２０３および副
液路２０２を設けたことにより吐出口１０９近傍の記録
液体積が従来構造のものより大きくなっているため、記
録液中の溶媒が吐出口１０９より蒸発して波路内の記録
液の粘度が増大するのに時間がかかり、さらには液室１
０７、副液路２０２、連通路２０３、主液路２０１が比
較的小さいループを成しており、このループ内の液の対
流により液流路中の増粘インクが液室１０７中へ拡散し
やすいために、長時間放置後の記録動作も容易かつ速や
かに再開することができる。

また本実施態様に示すような２層の液流路を有する比較
的複雑な構成のヘッドの製造も、切削加工や研削加工、
またはモールド等の鋳造による製造方法では、ノズルの
高密度化による形状、パターンの微細化に対する対応や
、量産性、コスト等に問題があったが、液流路壁を形成
する材料として感光性樹脂、感光性ガラス等の感光性材
ネ゛（を用い、フォトリン工程によって液流路を形成す
ることにより、このような微細で複雑な形状を精度よく
、量産性を大きく損なわずに実現できる。

第３図（ａ）は本発明の他の実施態様のノズルの模式的
断面図、第３図（ｂ）にその部分断面ＣＣの模式図を示
す。前記実施態様の場合と同様に、基板＋０３上には吐
出エネルギー発生体の一つとして電気熱変換体１０２が
設けられており、その上面に３層構造の流路壁１０４及
び板部材１０５が積層され、主液路２０１、副液路２０
２．連通路２０３を形成している。主液路２０１中には
、流体抵抗体２０４が設置されており、吐出力低下防止
、隣接ノズルの相互干渉防止の役目を果たしている。記
録液の吐出は、従来例および前記実施態様の場合と同様
な機構によるが、本実施態様では基板＋０３に穴をあけ
、主液路２０１の反対側にも流路壁１０４及び板部材＋
０５を積層して第２の副液路２０２を形成し、前述の液
流路とは別に液室１０７から連通路２０３、副液路２０
２、連通路２０３を通り吐出口１０９と電気熱変換体１
０２の間に記録液が供給されるようになっている。この
第２の副液路２０２を設けることにより、吐出後の記録
液供給のための全体としての流動抵抗を低下させ、メニ
スカスの復帰時間を短縮し、記録液滴の吐出の周波数応
答性を前記実施態様の場合よりもさらに向上させること
ができる。

また、長時間放置後の再吐出の確実性、安定性について
も、前記実施態様の説明中で述べた理由と同様の理由に
より、極めて良好な結果を得られた。

本実施態様は、従来例に比べてやや複雑なヘッド構造と
なっているが、流路壁を感光性材料を用いてフォトリソ
工程により作成することにより、比較的容易に精度良く
、最小限のコスト上昇により、量産性を損なわずに実現
できる。

本発明の記録ヘッドにおいては、少なくとも１つの副液
路を、主液路とは別に設けることが必要である。副液路
は、主液路のどちら側に設けてもよいが、副液路と主液
路との連通口はエネルギー作用室及び／又はエネルギー
作用室近傍に設けられるのが好ましく、より好ましくは
エネルギー作用室（を含む部分）から吐出口までの間に
、更に好ましくはエネルギー作用室をはずれたところか
ら吐出口までの間に設けるのがよい。エネルギー発生体
が発生したエネルギーが有効に液体に作用するためから
も、吐出後の充分な液供給を行なうためからも上記の如
く構成するのがよい。

また、連通路断面積は、上記と同様な理由で好ましくは
主液路断面積の２倍以下、より好ましくは主液路断面積
以下、更に好ましくは吐出口面積以下である。

副液路および連通路の形状ならびに寸法は、製作上の制
約および主液路の形状、寸法との関連において本発明の
目的達成可能な範囲内で適宜選択することが出来る。

尚、第１図および第３図の実施態様における副液路は、
いずれも主液路上部または下部全面に、あたかも液室の
延長部の如くに構成されて設けられており、各主液路に
対応してノズルごとの仕切り壁を設けた構造にはなって
いない。

また主液路中に設ける抵抗体の構造は、上記実施態様に
おいては三角柱状のものを示したが、勿論これに限定さ
れるものではなく、液体が上流側に流れるときは抵抗が
大となり、下流側に流れるときは抵抗が小となる様な構
造のものであればよく、この条件を満たす形状、寸法の
ものを任意に選択することが出来る。

本発明に用いることができる具体的な感光性材料として
は、通常のフォトリソグラフィーの分野において使用さ
れている感光性組成物の多くのものが挙げられ、例えば
、ジアゾレジン、Ｐ−ジアゾキノン、更には例えばビニ
ルモノマーと重合開始剤を使用する光重合型フォトポリ
マー、ポリビニルシンナメート等と増感剤を使用する工
事化型フォトポリマー、オルソナフトキノンジアジドと
ノボラックタイプのフェノール樹脂との混合物、４−グ
リシジルエチレンオキシドとベンゾフェノンやグリシジ
ルカルコンとを共重合させたポリエーテル型フォトポリ
マー、Ｎ、Ｎ−ジメチルメタクリルアミドと例えばアク
リルアミドベンゾフェノンとの共重合体、不飽和ポリエ
ステル系感光性樹脂〔例えばＡＰＲ（旭化成）、テビス
タ（音大）、ゾンネ（関西ペイント）等〕、不飽和ウレ
タンオリゴマー系感光性樹脂、二官能アクリルモノマー
に光重合開始剤とポリマーとを混合した感光性組成物、
重クロム酸系フォトレジスト、非クロム系水溶性フォト
レジスト、ポリケイ皮酸ビニル系フォトレジスト、環化
ゴム−アジド系フォトレジスト、等が挙げられる。

［実施例］ 主液路、副液路および抵抗体を形成するための感光性樹
脂として八−クレルＰ３０　（商品名；製造元デュポン
ｖＡ）を用いてフォトリソ法によりｉ１図（実施例１）
および第３図（実施例２）に示す構造の液体噴射記録ヘ
ッドを製造した。また、同様な方法で、第２図（比較例
）に示す構造の記録ヘッドを製造した。実施例および比
較例の記録ヘッドの各部分の寸法を第１表に示す。

１に れら３つの記録ヘッドを搭載した液体噴射記録装置の高
速プリント性能を試験するための周波数応答性と、長時
間放置後の再使用時の記録動作の確実性を調べた。すな
わち、これら３つの記録ヘッドについて、応答周波数（
安定した記録が可能な最大の周波数）の測定および１０
℃、相対湿度１５％の環境下に１２時間放置した後の吐
出テスト（再吐出しはじめるまでに要し九）くルス数）
をそれぞれ実施して第２表の結果を得た。

第２表 尚、上記実施例では第１図および第３図に示すように、
連通口はいずれもエネルキー作用室をはずれたところか
ら吐出口までの間に設けであるが、第１副液路との連通
口を丁度エネルギー作用室上に設けた他の２つの対応す
る実施例の記録ヘッドを作製して応答周波数の測定を行
なったところ、実施例１に対応するものについては　１
０．４ＫＨｚ　、実施例２に対応するものについては１
１．７ＫＨｚ　となった。

［５１明の効果］ 第２表に示すように、本発明により高密度、高画質で周
波数応答性が良好で高速記録が可能な。

また長時間放置後の再使用時には特別な操作が不要です
ぐに安定した記録動作を開始できる液体噴射記録ヘッド
を提供することが可能となった。ここで液流路構成材料
として、感光性樹脂、感光性ガラス等の感光性材料を用
いることにより、微細なパターン形成が容易になり、ノ
ズル密度の高密度化と高精度な液流路形成により安定し
た高品位な画像の記録が可能な液体噴射記録ヘッドを量
産に適した比較的容易な製造プロセスにより安価に提供
できるようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）および第３図（ａ）は本発明の記録ヘッド
の実施態様を示すノズル部の模式的断面図であり、第１
図（ｂ）および第３図（ｂ）はそのＢＢおよびＣＣ方向
の断面図をそれぞれ示す。 第２図（ａ）は従来の記録ヘッドの一例を示す模式的斜
視組立図、第２図（ｂ）はそのＡＡ力方向断面図である
。 １０１・・・ヘッド １０２・・・電気熱変換体 １０３・・・基板 １０４・・・流路壁 １０５・・・板部材 １０６・・・液流路 ＋０７・・・液室 １０８・・・液供給口 １０９・・・吐出口 ２０１・・・主液路 ２０２・・・副液路 ２０３・・・連通路 第　２　図（ｂ） 第　３　図（ａ） 第　　３　　図　（ｂ）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）液体を吐出する為の吐出口と該吐出口に連通する
   液路と前記液体を吐出する為に利用されるエネルギーを
   発生する為のエネルギー発生体とを有する液体噴射記録
   ヘッドにおいて、前記液路は主液路と副液路を有すると
   ともに、前記副液路は前記エネルギーが前記液体に作用
   する部分であるエネルギー作用室及び／又は前記エネル
   ギー作用室近傍において前記主液路と連通しているとと
   もに、前記主液路中には液体が上流側に流れるときは抵
   抗が大となり、下流側に流れるときは抵抗が小となる様
   な流体抵抗体が設けられていることを特徴とする液体噴
   射記録ヘッド。
2. （２）前記主液路、副液路および流体抵抗体が感光性材
   料を用いて形成されたものである特許請求の範囲第１項
   記載の液体噴射記録ヘッド。
3. （３）前記感光性材料が感光性樹脂である特許請求の範
   囲第２項記載の液体噴射記録ヘッド。
4. （４）前記感光性材料が感光性ガラスである特許請求の
   範囲第２項記載の液体噴射記録ヘッド。