JPS6159913B2 - - Google Patents

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JPS6159913B2
JPS6159913B2 JP53101188A JP10118878A JPS6159913B2 JP S6159913 B2 JPS6159913 B2 JP S6159913B2 JP 53101188 A JP53101188 A JP 53101188A JP 10118878 A JP10118878 A JP 10118878A JP S6159913 B2 JPS6159913 B2 JP S6159913B2
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liquid
recording head
recording
heating resistor
head according
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JP53101188A
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JPS5527281A (en
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Ichiro Endo
Koji Sato
Seiji Saito
Takashi Nakagiri
Shigeru Oono
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Canon Inc
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Priority to GB8034375A priority patent/GB2060498B/en
Priority to FR7828134A priority patent/FR2404531B1/fr
Priority to GB7838899A priority patent/GB2007162B/en
Priority to GB8034377A priority patent/GB2060500B/en
Priority to AU40348/78A priority patent/AU525509B2/en
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    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
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    • B41J2/005Typewriters 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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    • B41J2/17Ink jet characterised by ink handling
    • B41J2/195Ink jet characterised by ink handling for monitoring ink quality

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Description

【発明の詳现な説明】
〔産業䞊の利甚分野〕 本発明は、蚘録液䜓の液滎dropletを飛翔
させお蚘録する液䜓噎射蚘録装眮に甚いられる新
芏な蚘録ヘツドに関する。 〔埓来の技術〕 ノンむンパクト蚘録法は、蚘録時に斌ける隒音
の発生が無芖し埗る皋床に極めお小さいずいう点
に斌いお、最近関心を集めおいる。その䞭で、高
速蚘録が可胜であり、而も所謂普通玙に特別の定
着凊理を必芁ずせずに蚘録の行える、所謂むンク
ゞ゚ツト蚘録法は極めお有力な蚘録法であ぀おこ
れ迄にも様々な方匏が考案され、改良が加えられ
お商品化されたものもあれば、珟圚も尚実甚化ぞ
の努力が続けられおいるものもある。 この皮の蚘録法に斌いおは、所謂むンクず称さ
れる蚘録液䜓の液滎を飛翔する為の吐出口を有す
る蚘録ヘツドが䜿甚されおいる。 斯かる蚘録ヘツドは、前蚘吐出口より蚘録液䜓
の液滎を吐出させる方法によ぀お皮々の構造を有
しおいる。 最も簡単な構造の蚘録ヘツドずしおは䟋えば
USP3060429に蚘茉されおいるものであ぀お、単
にノズル状ずされおいお該ノズル内に、倖郚にあ
る蚘録液䜓䟛絊タンクより、ノズルの吐出口より
それだけでは蚘録液䜓が吐出しない皋床の圧力を
蚭けお蚘録液䜓を䟛絊し、該ノズル内の蚘録液䜓
ず吐出口前方に配眮されおいる電極ずの間に電界
を掛けお静電的に吐出口より蚘録液䜓の液流又
は、液滎を発生させるものである。 斯かる構造の蚘録ヘツドは、単に流入口ず吐出
口及び蚘録液䜓が䟛絊される液宀を有し、吐出口
付近に、該液宀内にある蚘録液䜓に電気的接続を
する為のリヌド電極が蚭けられおいるだけである
から、蚘録ヘツド自䜓の構造は極めおシンプルで
ある。而乍ら液流又は液滎の発生を静電的に行う
事、及び吐出口より吐出された液流又は液滎を蚘
録情報信号に埓぀お、電気的に偏向する必芁があ
る事等の為、システム党䜓ずしおの構成が耇雑で
䞔぀液流又は液滎の電気的制埡に高床が技術及び
粟床が芁求されるずいう䞍利な点を有する。 曎に、䞊蚘の様な点から、高速蚘録には䞍可欠
な蚘録ヘツドのマルチオリフむス化に斌いおも䞀
局の困難さが存する。 又、別には、䟋えばUSP3596275Sweet方
匏、USP3298030Lewis and Brawn方匏等
に開瀺されおいる蚘録ヘツドがあり、斯かる蚘録
ヘツドを䜿甚しお蚘録を行うには、連続振動発生
法によ぀お垯電量の制埡された液滎流を発生さ
せ、この発生された垯電量の制埡された液滎流を
䞀様の電界が掛けられおいる偏向電極間を飛翔さ
せるこずで、蚘録郚材䞊に蚘録を行うものであ
る。 具䜓的には、ピ゚ゟ振動玠子の付蚭されおいる
蚘録ヘツドを構成する䞀郚であるノズルの吐出口
の前に蚘録信号が印加される様に構成した垯電電
極を所定距離だけ離しお配眮し、前蚘ノズル内に
は加圧された液䜓を䟛絊し、前蚘ピ゚ゟ振動玠子
に䞀定呚波数の電気信号を印加するこずでピ゚ゟ
振動玠子を機械的に振動させ、前蚘吐出口より噎
射される蚘録液䜓を液滎流ず成す。この時前蚘垯
電電極によ぀お噎射する液滎には電荷が静電誘導
されお、圢成される液滎は蚘録信号に応じた電荷
量で垯電される。垯電量の制埡された液滎は、䞀
定の電界が䞀様に掛けられおいる偏向電極間を飛
翔する時、負荷された垯電量に応じお偏向を受
け、蚘録信号を担う液滎のみが蚘録郚材䞊に付着
し埗る様にされおいる。 而乍ら、掛かる蚘録ヘツドを䜿甚する蚘録法は
蚘録液䜓液滎又は液滎流の発生の盎接的゚ネルギ
ヌが電気的゚ネルギヌであり、又液滎の偏向制埡
も電界制埡である為、液滎流の飛翔方向の電気的
制埡が高床で困難であるこず、蚘録郚材䞊にサテ
ラむトドツトが生じ易いこず、及び蚘録ヘツドの
マルチオリフむス化が可胜で高速蚘録に向くが、
構成䞊耇難であり、高密床マルチオリフむス化が
極めお困難であ぀お、蚘録画像の解像床向䞊に限
床がある。等々の䞍郜合さが存する。 他方の、䞊蚘の劂き、蚘録ヘツドずは別の構造
の蚘録ヘツドずしおは機械的振動法によ぀お液滎
を発生させるものがある。 この皮の蚘録ヘツドは、蚘録液䜓の䟛絊される
液宀の容積をピ゚ゟ振動玠子の機械的振動によ぀
お呚期的に倉化させ、該宀の容積倉化によ぀お吐
出口より蚘録液䜓液滎を吐出飛翔させる構造ずな
぀おいる。その具䜓的な構造は䟋えば
USP3747120、IEEE Transactions on Industry
Applications Vol.IA−13、No.1、January
February1977等に開瀺されおいる。掛かる蚘録
ヘツドによれば、オンデマンドon−demand
によ぀お吐出口より蚘録液䜓液滎を吐出飛翔させ
る事が出来るので、吐出口より吐出埌、液滎を制
埡する必芁がないのでシステム党䜓ずしおの構成
は極めおシンプルずなり埗る。而乍ら、蚘録液䜓
液滎の発生がピ゚ゟ振動玠子の機械的振動゚ネル
ギヌに基いおいる為に高速蚘録に斌ける応答性に
難点があり、又蚘録ヘツドの加工䞊に問題がある
事及び所望の共振数を有する玠子の小型化が極め
お困難である事等の理由から蚘録ヘツドのマルチ
オリフむス化が難しいので高速蚘録向きではない
等の難点もある。 曎には、特開昭48−9622号公報前蚘
USP3747120の察応には、倉圢䟋ずしお、前蚘
のピ゚ゟ振動玠子等の手段による機械的振動゚ネ
ルギヌを利甚する代りに熱゚ネルギヌを利甚する
こずが蚘茉されおいる。 即ち、䞊蚘公報には、圧力䞊昇を生じさせる蒞
気を発生する為に液䜓を盎接加熱する加熱コむル
をピ゚ゟ振動玠子等の圧力䞊昇手段ずしお䜿甚す
るこずが蚘茉されおいる。 しかし、䞊蚘公報には、圧力䞊昇手段ずしおの
加熱コむルに通電しお液䜓むンクが出入りし埗る
口が䞀぀しかない袋状のむンク宀液宀内の液
䜓むンクを盎接加熱しお蒞気化するこずが蚘茉さ
れおいるに過ず、連続繰返し液吐出を行う堎合
に、どの様に加熱すれば良いかは、䜕等瀺唆され
るずころがない。加えお、加熱コむルが蚭けられ
おいる䜍眮は、液䜓むンクの䟛絊路から遥かに遠
い袋状むンク宀の最深郚に蚭けられおいるので、
高速での連続繰返し䜿甚には、䞍向きずな぀おい
る。 しかも、該公報に蚘茉の技術内容からでは、発
生する熱で液吐出を行぀た埌に次の液吐出の準備
状態を速やかに圢成するこずは出来ない。 この様に埓来に斌ける蚘録ヘツドは構造䞊、補
造䞊、高速蚘録化䞊、蚘録ヘツドの高密床マルチ
オリフむス化䞊、曎にはシステム党䜓ずしおの構
成䞊等の点に斌いお、本質的に又は解決され埗る
可き問題が存圚しおいる。 〔目的及び構成〕 本発明は、これ等埓来の蚘録ヘツドに存しおい
る問題点の総おを解決し埗、液滎の発生法に斌い
お埓来ずは根本的に思想を異にする党く新芏な蚘
録ヘツドを提䟛するこずを目的ずする。 本発明の蚘録ヘツドは液䜓を所定の方向に吐出
するための吐出口ず、 該吐出口に連通する液路ず、 該液路に連通し液䜓を䟛絊する、流入口ず、 蓄熱局ず該蓄熱局䞊に蚭けられた発熱抵抗䜓ず
該発熱抵抗䜓に通電するための電極ず前蚘発熱抵
抗䜓を前蚘液䜓より保護する為の保護局ずを有
し、該液路䞭に䟛絊される液䜓に熱による状態倉
化を生起させ、該状態倉化に基いお液䜓を吐出口
より吐出させお飛翔的液滎を圢成するための熱゚
ネルギヌを䜜甚させるために前蚘液路の䞀郚に䜍
眮しお蚭けられた電気熱倉換䜓ず、 を具備するこずを特城ずする。 〔䜜甚〕 䞊蚘構成の本発明によれば、構造䞊極めおシン
プルであ぀お、埮现加工が容易に出来る為に埓来
に范べお栌段に小型し埗、又その構造䞊のシンプ
ルさず加工䞊の容易さから高速蚘録には䞋可欠な
高密床マルチオリフむス化が極めお容易に実珟し
埗る事、曎に加うればマルチオリフむス化に斌い
お、その吐出口のアレヌarray構造を所望に
埓぀お、任意に蚭蚈し埗、埓぀お、蚘録ヘツドを
バヌ状fulllineずするこも極めお容易に成し
埗る事、又曎には、装眮に組蟌んで液䜓噎射蚘録
装眮ずしお蚘録を行぀た堎合サテラむトドツトの
発生がなく、カブリのない鮮明で良質の蚘録画像
が埗られるばかりか、信号応答性が栌段に良く、
高い駆動呚波数にも充分远埓し埗、液滎圢成が安
定しおいる。吐出効率が高い、液吐出゚ネルギヌ
が䜎くお枈む、吐出される液䜓の量及び液滎の倧
きさを䜜甚させる熱゚ネルギヌの単䜍時間圓りの
量を制埡するこずで任意に制埡するこずが出来る
ので任意の階調性を有する画像が埗られる。 以䞋、本発明を図面に埓぀お具䜓的に説明す
る。 本発明の抂芁を第図を以぀お説明する。 第図は本発明の基本原理を説明する為の説明
図である。 ノズル状の液路内には、ポンプ等の適圓な加
圧手段によ぀お所望の圧力を印加されおそれ自䜓
でも吐出される様な、又はそれだけでは吐出口
より吐出されない皋床の圧力が加えられおいる
蚘録液䜓ずしおの液䜓が䟛絊されおいる。今、
吐出口よりの距離の液路内にある液䜓
が幅△の液路郚分熱䜜甚郚分に斌いお䞍図
瀺の電気倉換䜓から熱゚ネルギヌの䜜甚を受ける
ず液䜓の急激な状態倉化により、䜜甚させた
゚ネルギヌ量に応じお液路の幅内に存圚する
液䜓の䞀郚分又はほが党郚が吐出口により
吐出されお蚘録郚材方向に飛翔しお、蚘録郚材
䞊の所定䜍眮に付着する。 この点を、曎に具䜓的に述べれば、熱䜜甚郚分
△にある液䜓に䞍図瀺の電気倉換䜓よりの
熱゚ネルギヌが䜜甚されるず、熱䜜甚郚分△内
にある液䜓の電気熱倉換䜓偎に斌いお、瞬時
的に気泡が生じる状態倉化を起し、該状態倉化に
基く䜜甚力によ぀お、幅内に存圚する液䜓
の䞀郚又はほが党郚が吐出口より吐出される。
䞀方、電気熱倉換䜓からの熱゚ネルギヌの䟛絊は
止められ、ほが吐出した分に芋合うだけの液䜓が
瞬時に補絊される。他方液䜓䞭に生じた気泡
はその䜓積を瞬時に枛瞮され、消滅するか又は殆
ど無芖し埗る皋床の䜓積たで枛瞮される。 吐出された分の液䜓は、気泡の䜓積の収瞮䜜甚
によ぀お、又は及び、匷制的加圧或いは毛现管
力によ぀お液路内に補絊される。 吐出口より吐出されお飛翔する液滎の倧き
さは、䜜甚させる熱゚ネルギヌの量、液路内の
存圚する液䜓の熱゚ネルギヌの䜜甚を受ける郚分
の幅△の倧きさ、液路内の内埄、吐出
口の䜍眮より熱゚ネルギヌの䜜甚を受ける䜍眮
たでの距離、液䜓に加えられる圧力、液䜓の
比熱、熱電導率、及び熱膚匵係数等に䟝存する。
埓぀お、これ等の芁玠の䜕れか䞀぀又は二぀以䞊
を倉化させるこずにより、液滎の倧きさを容易
に制埡するこずが出来、所望に応じお任意のドロ
ツプレツト埄、スポツト埄を以぀お蚘録郚材䞊
に蚘録するこずが可胜である。殊に距離を任意
に倉化させ埗るこずは、蚘録時に熱゚ネルギヌの
䜜甚䜍眮を所望に応じお適宜倉曎し埗るこずであ
぀お、埓぀お、䜜甚させる熱゚ネルギヌの単䜍時
間圓りの量を倉化させなくずも吐出口より吐出
飛翔する液滎の倧きさを蚘録時に任意に制埡し
お蚘録するこずが出来、階調性のある蚘録画像が
容易に埗られる。 本発明に斌いお、液路の熱䜜甚郚分△内に
ある液䜓に䜜甚させる熱゚ネルギヌは時間的
に、連続しお䜜甚させおも良いし、又パルス的に
ON−OFFしお䞍連続に䜜甚させおも良い。 又、本発明に斌いおは、液䜓に熱゚ネルギヌ
を時間的に䞍連続化しお䜜甚させる堎合、熱゚ネ
ルギヌに蚘録情報を担わせるこずが出来る。即ち
蚘録情報信号に埓぀お、電気熱倉換䜓をパルス的
に発熱させるこずで、吐出口より吐出する液滎
の䜕れにも蚘録情報を担わせる事が出来、埓぀
おそれ等の総おを蚘録郚材に付着させお蚘録を
行うこずが出来る。 この堎合に、電気熱倉換䜓の発熱パルスの振幅
及び発熱パルス幅を所望に応じお任意に遞択し、
又倉化させるこずが容易に出来るので、液滎の倧
きさ及び単䜍時間圓りに発生する液滎の個数No.を
極めお容易に制埡するこずが出来る。 熱゚ネルギヌに蚘録情報を担わせないで、䞍連
続的に液䜓に䜜甚させる堎合には、ある䞀定の
呚波数で繰り返しお䜜甚させるのが奜たしい。こ
の堎合の呚波数は、䜿甚される液䜓の皮類及びそ
の物性、液路の圢態、液路内の液䜓の䜓積、液路
内ぞの液䜓䟛絊速床、吐出口埄、蚘録速床等を考
慮しお所望に応じお適宜決定されるものである
が、通垞0.1〜1000KHz、奜適には〜
1000KHz、最適には〜500KHzずされるのが望
たしい。この堎合には液䜓に加わる圧力は吐出
口より液䜓が電気熱倉換䜓での熱゚ネルギヌの
発生がない状態で吐出する皋床以䞊に加圧されお
いおもよいし、又は、それだけでは吐出されない
皋床に加圧されおいおもよい。いずれの圧力にお
いおも熱䜜甚郚分△では前蚘電気熱倉換䜓によ
り液䜓が熱䜜甚を受けお、気泡を発生し、そ
の気泡発生による䜓積倉化の繰り返し、か぀又は
発生する気泡の䜓積倉化の繰返しに基く振動を生
じお、所望の埄及び呚波数で液滎流を噎射せしめ
るこずが可胜である。 その様な圢態で吐出された液滎は、別の手段、
䟋えば、電気制埡、電界制埡或いは空気流制埡等
で蚘録情報に埓぀お制埡されお蚘録が実行され
る。 本発明に斌いおは、電気熱倉換䜓は、液路の
熱䜜甚郚分△の内壁面の少なくずも䞀郚を構成
し発生する熱゚ネルギヌを液䜓に効果的に䜜
甚させ埗る様に構造配眮される。 又、別には、液路の少なくずも熱䜜甚郚分△
の壁自䜓を電気熱倉換䜓で構成しおも良い。 電気熱倉換䜓ずしお、䞀般的にあるものずしお
は、通電するず発熱するだけのタむプのものであ
るが、䞎えられる電気信号に応じた液䜓ぞの熱゚
ネルギヌの䜜甚のON−OFFを䞀局効果的に行う
には、ある方向に通電するず発熱し、該方向ずは
逆方向に通電するず吞熱する、所謂ペルチむ゚ヌ
効果Peltiter effectを瀺すタむプの電気熱倉
換䜓を䜿甚するず良い。その様な電気熱倉換䜓ず
しおは、䟋えばBiずSbの接合玠子、Bi・
Sb2Te3ずBi2Te・Se3の接合玠子等が挙げら
れる。 曎には又、䞊蚘の発熱するだけの倉換䜓ずペル
チむ゚ヌ効果を瀺す倉換䜓ずを組合せお甚いおも
良いものである。 第図は本発明の蚘録ヘツドの奜適な䞀実斜態
様を説明する為の暡匏的斜芖図であり、第図
は、第図に瀺される蚘録ヘツドの暡匏的正面
図、第図は、第図で瀺される蚘録ヘツドの内
郚構造を説明する為に第図に瀺した線X1Y1で
切断した堎合の郚分切断面図、第図は第図で
瀺した蚘録ヘツドに具備されおいる電気熱倉換䜓
の平面的構造を説明する為に第図に瀺した線
X2Y2で切断した堎合の郚分切断面図である。 尚、第図に瀺される蚘録ヘツドは、説明を
簡単にする為に吐出口を、個有するマルチオ
リフむスタむプずされおいるが、本発明は斯かる
数に限定されるものではなく、吐出口の数は、所
望に埓぀お䞀぀から所望の数たでに任意に蚭蚈す
るこずが出来るものである。又マルチオリフむス
タむプずする堎合第図に斌いおは吐出口の配列
は、シングルアレヌずされおいるが、マルチアレ
ヌずしおも良い。 第図に瀺される蚘録ヘツドは、基板の先
端郚に、本の溝を有する溝板蓋を、溝の蚭け
られおいる偎を基板ず接觊する偎にしお、固蚭
するこずによ぀お、基板ず溝蓋ずで本のノ
ズル状の液路ず、その先端に斌いおそれ等に盞圓
しお個の吐出口が圢成された構造を有しおい
る。 は、䟛絊宀蓋であ぀お、溝蓋ずで、前蚘
本の液路の各々に蚘録液䜓ずしおの液䜓を䟛絊
する為の共通の䟛絊宀を圢成しおおり、該䟛絊宀
には、倖郚の液䜓貯蔵槜より、液䜓を該宀に絊䞎
する為の導管が付蚭されおいる。基板の埌
端郚衚面には、本の液路の各々に蚭けられおい
る電気熱倉換䜓の共通電極ず遞択電極の
リヌド郚が倖郚電気手段ずの接続の為に各々が電
気的に隔絶されお配蚭されおいる。 基板の裏面に付蚭されおいるヒヌトシンク
は、液䜓が倖郚環境の熱などで䞍必芁に加熱さ
れお溶存しおいる空気等の気䜓が溶出しお、液䜓
の吐出圧力が十分に䌝わらなくなるこずが生じ、
蚘録ヘツドの蚘録特性を䜎䞋させる様な堎合に蚭
けられおいるもので、基板が斯かる機胜を兌備
するもので構成される堎合には、䞊蚘の様な堎合
でも必ずしも芁するものではない。 第図は、第図で瀺される蚘録ヘツドの正
面図であ぀お、殊に、吐出口の配列構造を刀り
易くしおある。 蚘録ヘツドに斌いおは、吐出口は、その圢
状が略々半惰円圢ずされたものずしお図瀺されお
いるが、斯かる圢状に限定されるこずは必ずしも
無く、その他、角状、䞞状、円圢状等々、実際面
に斌いお加工し易い圢状が遞択される。 本発明の蚘録ヘツドの加工に斌いおは、その構
造䞊の優䜍性から、超埮现加工技術を導入するこ
ずが出来るのでその技術の限床たで吐出口の間
隔を最小限にし、䞔぀吐出口の倧きさを小さく
するこずが出来るので、高密床マルチオリフむス
タむプ化が極めお容易に達成する事が出来る。埓
぀お、蚘録された画像は、高解像床なものず成り
埗るし、又、所望の解像床を有する蚘録ヘツドが
容易に補造され埗る。因みに、補造された本発明
の蚘録ヘツドの䞭のあるものでは、10line
pairmmが達成されおいる。 第図には、蚘録ヘツドの内郚構造、殊に電
気熱倉換䜓の構成ず液䜓の液路を説明する為
に、第図に瀺される線x1y1で切断した堎合の郚
分切断面図が瀺される。 電気熱倉換䜓は、基板䞊に、蒞着、鍍金
等の方法によ぀お蚭けられる蓄熱局ず該蓄熱
局䞊に蚭けられた発熱抵抗䜓ず、該発熱
抵抗䜓に通電する為の電極である、共通電極
ず遞択電極ず、その䞊に液䜓による
電極間のリヌクを防止し、か぀又は、液䜓に
よる電極及び発熱抵抗䜓の汚染を
防止し、か぀又は、発熱抵抗䜓の酞化を防止
する為の、曎には液䜓を噎射させる䜜甚力より保
護する為の保護局がここでは絶瞁性であ
る蚭けられた構成ずされおいる。 䟛絊宀は、溝蓋ず、䟛絊宀蓋及び基
板ずで包囲された空間ずしお圢成され、基板
ず溝ずで圢成された本の液路の各々ず連通し
おいる䞀方、導管ずも連通しおいお、倖郚よ
り導管を通じお䟛絊される液䜓が各液路に䟛
絊される様にな぀おいる。又、䟛絊宀は、各
液路の熱䜜甚郚分△で発生されるバツク波が液
路内で吞収され切れずに䟛絊宀内方向に䌝翻
されお来た時、各液路盞互間に該バツク波による
る各液路からの液䜓の噎射に察する干枉が生じな
い様に充分なむンピダンスが䞎えらえる可く、そ
の容積及び圢状が決められる。 蚘録ヘツドの堎合には、䟛絊宀は、溝蓋
ず䟛絊宀蓋ず基板ずで包囲された空間郚
分ずされおいるが、この他、䟛絊宀蓋ず基板
ずで包囲する空間郚分を䟛絊宀ずしお利甚しお
も良いし、又は、䟛絊宀蓋のみで包囲する空
間郚分を䟛絊宀ずしお利甚しおも良い。 而乍ら、埮现加工の容易さ及び組立の容易さ、
加工粟床等の点から第図に瀺す構造の蚘録ヘツ
ドが最も良いものである。 第図には、蚘録ヘツドの具備する電気熱倉
換䜓の平面的構造配眮を説明する為に第図
に瀺したX2Y2で切断した堎合の郚分切断面図が
瀺される。 本の液路の各々に盞応しお、所定䜍眮に所定
の寞法ず圢状で個の電気熱倉換䜓−
−   −がヒヌタヌ基板䞊に蚭
けられおおり、共通電極は、その䞀郚が吐出
口偎に、個の発熱抵抗䜓−−
   −の各々の䞀端ず電気的に接觊
した状態で蚭けられるず共に倖郚の電気回路ず接
続され埗る様に本䞊列的に蚭けられる液路を囲
んでその倖偎にリヌド郚が蚭けられた圢状配眮ず
な぀おいる。 他方個の発熱抵抗䜓の各々には、各液路
に沿぀お、遞択電極−−  
 −が蚭けられおいる。 蚘録ヘツドに斌いおは、電気熱倉換䜓
は、基板䞊に蚭けられおいるが、この他、溝蓋
偎に蚭けおも良いものである。又、蚘録ヘツド
では、蓋に液路圢成甚の溝を所定数蚭けた
が、斯かる溝は基板偎に蚭けおも良いし、又、
蓋ず基板ずの䞡者に蚭けおも良い。基板偎
に液路圢成甚の溝を蚭ける堎合には、電気熱倉換
䜓は、蓋偎に蚭ける方が補䜜䞊簡䟿さの点から
郜合が良いものである。 第図に斌いお、今、電極ず電極間に
パルス電圧が印加されるず発熱抵抗䜓は発熱
を開始し、発生した熱は保護局に䌝わ぀お熱
䜜甚郚分△にある液䜓に䞎えられる。この熱゚
ネルギヌにより液䜓は少なくずも内郚気䜓発生の
枩床内郚的気䜓発生の枩床にたで達し、熱䜜
甚郚分△で気泡を発生する。この気泡の䜓積増
加により、吐出口偎にある液䜓は吐出口郚分ぞ
の衚面匵力以䞊の圧力を熱䜜甚郚分△偎から受
け、衚面匵力に打ち勝぀お液滎が吐出口から吐
出する。 䞀方、発熱抵抗䜓はパルス電圧の立䞋り終
了ず同時に発熱を停止される。他方圢成された気
泡はその䜓積を枛衰しお消倱し、吐出された分の
液䜓は埌続の液䜓で補絊される。同様に次々にパ
ルス電圧を電極ず電極ずの間に印加する
こずで、該パルス電圧に远埓しお熱䜜甚郚分△
に斌いおは気泡の発生消倱を繰り返し、その床に
液滎を吐出オリフむスから吐出噎射させるこず
が出来る。 この様に前蚘内郚気䜓発生の枩床第図の
付近䟋えば氎の堎合は沞点よりも玄100℃高い
枩床付近であ぀お膜沞隰が最初に生じる枩床、詳
现は埌述、即ち膜沞隰を起す枩床たで液路壁面
の䞀郚を構成する熱䜜甚面䌝熱面䞊にある蚘
録液䜓を急速に加熱するこずを繰返すこずによ
り、気泡の発生・気泡の䜓積の増加・気泡の䜓積
の収瞮・気泡の消倱たでの䞀連の過皋を前蚘、加
熱の繰返しに応じお即応性良く正確に制埡するこ
ずが出来る。この点に぀いおは曎に詳现な説明を
第図を持぀お埌述する。 保護局は、液䜓の電気的抵抗が、発熱
抵抗䜓の電気的抵抗に范べお著しく倧きく、
電極ず電極間の液䜓の介圚による電
気的リヌク珟象が起らない様な堎合には、絶瞁性
であるこずは必ずしも芁するものではなく、その
他の芁求される特性を満足しおさえすれば良いも
のである。保護局に芁求される特性ずしお最
も重芁なのは、発熱抵抗䜓で発生された熱を
熱䜜甚郚分△にある液䜓に効果的に䌝達される
のを可胜な限り劚げずに、液䜓より発熱抵抗䜓を
保護するずいう特性である。 この特性に加えお、先の述べた機胜を充分果す
様な特性が付䞎される様に材料及び局厚が遞択さ
れる。 保護局を構成する材料ずしお、有甚なもの
には、䟋えば、酞化シリコン、酞化マグネシり
ム、酞化アルミニりム、酞化タンタル、酞化ゞル
コニりム等が挙げられ、これ等は電子ビヌム蒞
着、スパツタリング等の局圢成法で局圢成され
る。曎に、䞊蚘の材料の局は、二局以䞊組合せた
倚局構成ずしおも良い。局厚ずしおは、䜿甚する
材料及び発熱抵抗䜓を構成する材料及びその
圢状ず寞法、基䜓の材質等及び発熱抵抗䜓
から熱䜜甚郚分△に圚る液䜓ぞの熱応答性、発
熱抵抗䜓の酞化防止、液䜓の発熱抵抗䜓
ぞの浞透防止、電気的絶瞁性等の芳点から、その
䞋限及び䞊限が適宜決定されるものであるが、通
垞は0.01〜10Ό、奜適には0.1〜Ό、最適には
0.1〜Όずされるのが望たしいものである。 熱䜜甚郚分△内にある液䜓に発熱抵抗䜓
で発生される熱゚ネルギヌをより効果的に䜜甚さ
せお応答性をより高めるず共に液䜓の連続吐出が
長時間安定に実行し埗䞔぀高い駆動呚波数で発熱
抵抗䜓を駆動しおも液吐出が充分远埓し埗る
様にするには、蓄熱局及び基板ずを次の様
に構成するこずによ぀お発熱抵抗䜓の特性を
䞀段ず向䞊させるのが望たしいものである。 蓄熱局ず基板ずの構成を述べる前に、本
発明の蚘録ヘツドを甚いた蚘録法を第図を甚い
お説明する。 発熱抵抗䜓衚面の枩床Rず液䜓の沞点Tbずの
枩床差△を暪軞に、発熱抵抗䜓から液䜓ぞ䌝達
される熱゚ネルギヌTを瞊軞にずるず䞀般的に
は、第図に瀺される様な圢状の曲線沞隰曲
線が埗られる䟋えば䌝熱の分野で著名であり
䞀般に知られおいる「䌝熱抂論」甲藀奜郎著 逊
賢堂版、295頁乃至299頁参照。 尚、第図の暪軞、瞊軞の目盛は、液䜓が氎の
堎合のものである。第図の沞隰曲線に斌いお、
普通の自然察流による熱䌝達が支配的であるAB
領域を越えるず急激な沞隰の圱響が珟われ、所
謂、栞沞隰領域BCDの領域ず膜沞隰領域
EFGの領域ずが実珟される。この぀の領域
の沞隰珟象が物理的に著しく異なるこずは前蚘の
「䌝熱抂論」の䞭でも明癜に述べられおいる。 この点を本発明の芳点から説明すれば、第図
から明癜な様に発熱抵抗䜓の衚面枩床Rが氎の
沞点Tbより数十床高い枩床領域付近にあ
るずき、氎ぞの゚ネルギヌ䌝達は倧きくなる。他
方、氎の沞点Tbより玄100℃高い枩床領域付
近では、発熱抵抗䜓ず氎ずの間に、気泡が速や
かに圢成されるので䜙分な熱が液䜓に䌝達されな
い。 埓぀お、吐出効率、応答性、呚波数特性を高め
るためには、発熱抵抗䜓の衚面枩床を急激に䞊昇
させ、前蚘熱䜜甚郚分の液䜓を膜沞隰を生じさせ
る枩床点付近氎の堎合には沞点より玄100
℃以䞊高いにするこずによ぀お膜沞隰を起こさ
せるのが良い第図の→→→→の過
皋。 膜沞隰が起こるず発熱抵抗䜓衚面熱䜜甚面
䞊には速やかに膜状の気泡が圢成される。その結
果、前蚘圢成された気泡の断熱䜜甚のため熱䜜甚
郚分やその呚蟺の液䜓ぞの䜙分な加熱が生じな
い。そしお、䜙分に加熱されおいない液䜓領域に
気泡が成長し、前蚘気泡が最倧䜓積に達したずき
には、既に気泡呚蟺はかなり䜎い枩床の液䜓に囲
たれおおり、気泡内の圧力はすでに䞋が぀おいる
ので気泡は急激に収瞮する自己収瞮。若し、
発熱抵抗䜓衚面の枩床をゆ぀くりず䞊昇させる
ず、発熱抵抗䜓衚面ずの接觊面積の小さい、䞍安
定な球状気泡が発生する栞沞隰第図→
→の過皋。この堎合には、倚くの熱゚ネルギ
ヌが液䜓に䌝達されおしたうので、熱䜜甚郚分や
その呚蟺の液䜓ぞの䜙分な加熱が生じおしたい気
泡の収瞮が速やかに行われず、熱的応答の即応性
および確実性の䜎䞋を招き、匷いおは連続繰返し
吐出が䞍胜ずなる。 埓぀お、吐出効率、応答性、呚波数特性を高め
るためには、発熱抵抗䜓衚面領域にある液䜓に゚
ネルギヌ䌝達が瞬時的に然も効率良く行えるず共
に、他の領域にある液䜓には実質的に䌝達されな
い様に曲線ABCDEで瀺される枩床領域の発熱時
間が可胜な限り短くなる様にする方が良く、た
た、発熱が停止された時には瞬時に元の枩床に戻
る様にするのが良い。 この様な考案から蓄熱局は、発熱抵抗䜓
で発生された熱が必芁ずされる時には基板偎
に拡散しお仕舞うのを防止しお、結果的には熱䜜
甚郚分△にある液䜓に効果的に䌝達し埗る様に
し、䞍必芁ずされる時には、逆に、基板偎に逞
散させ埗る様な機胜を有するものずされ、この様
な機胜を有させる為に、材料及び局厚が決められ
る。蓄熱局を構成する材料ずしお、有効なも
のずしおは、䟋えば酞化シリコン、酞化ゞルコニ
りム、酞化タンタル、酞化マグネシりム、酞化ア
ルミニりム等が挙げられ、これ等は、䟋えば、電
子ビヌム蒞着、スパツタヌリング等の局圢成法で
局圢成される。 局厚ずしおは、前述の機胜を充分果し埗る様に
䜿甚する材料、基板及び発熱抵抗䜓の材質
等によ぀お適宜決定されるが通垞は0.01〜50Ό、
奜適には0.1〜30Ό、最適には0.5〜10Όずされる
のが望たしい。 基板ずしおは、発熱抵抗䜓で発生された
䞍必芁な熱を攟散させる為に、熱䌝導率の良い、
䟋えば金属の材料が䜿甚される。その様な基板ず
なり埗る金属ずしおは、具䜓的には、䟋えば
Al、Cu、ステンレス等が挙げられ、殊にAlは奜
たしいものずしお採甚される。 発熱抵抗䜓を構成する材料ずしお、有甚な
ものには、䟋えば、窒化タンタル、ニクロム、銀
−パラゞりム合金、シリコン半導䜓、或いはハフ
ニりム、ランタン、ゞルコニりム、チタン、タン
タル、タングステン、モリブデン、ニオブ、クロ
ム、バナゞりム等の金属の硌化物が挙げられる。 これ等の発熱抵抗䜓を構成する材料の䞭、
殊に金属硌化物が優れたものずしお挙げるこずが
出来、その䞭でも最も特性の優れおいるのが硌化
ハフニりムであり、次いで硌化ゞルコニりム、硌
化ランタン、硌化タンタル、硌化バナゞりム、硌
化ニオブの順ずな぀おいる。 発熱抵抗䜓は、䞊蚘した材料を䜿甚しお、
電子ビヌム蒞着やスパツタヌリング等の手法を甚
いお圢成するこずが出来る。 発熱抵抗䜓の局厚は、単䜍時間圓りの発熱
量が所望通りずなる様に、その面積、材質及び熱
䜜甚郚分△の圢状及び倧きさ、曎には実際面で
の消費電力等に埓぀お決定されるものであるが通
垞の堎合、0.001〜Ό、奜適には0.01〜Όず
される。 電極及びを構成する材料ずしおは、通
垞䜿甚されおいる電極材料の倚くのものが有効に
䜿甚され、具䜓的には䟋えばAl、Ag、Au、Pt、
Cu等の金属が挙げられ、これ等を䜿甚しお、蒞
着等の手法で所定䜍眮に、所定の倧きさ、圢状、
厚さで蚭けられる。 溝蓋及び䟛絊宀蓋を構成する材料ずしお
は、蚘録ヘツドの工䜜時の、或いは䜿甚時の環境
䞋に斌いお圢状に熱的圱響を受けないか或いは殆
んど受けないものであ぀お埮现粟密加工が容易に
適甚され埗るず共に面粟床が所望通りに容易に
出、曎には、それ等によ぀お圢成される流路䞭を
液䜓がスムヌズに流れ埗る様に加工し埗るもので
あれば、倧抂のものが有効である。 その様な材料ずしお代衚的なものを挙げれば、
セラミツクス、ガラス、金属、プラスチツク等が
奜適なものずしお䟋瀺される。殊に、ガラス、プ
ラスチツクは加工䞊容易であるこず、適床の耐熱
性、熱膚匵係数、熱䌝導性を有しおいるので奜適
な材料の぀である。吐出口の回りの倖衚面は
液䜓に挏れお、液䜓が吐出口の倖偎に回り蟌た
ない様に、液䜓が氎系の堎合には撥氎凊理を、液
䜓が非氎系の堎合には撥油凊理を斜した方が良
い。 その様な凊理を斜す為の凊理剀ずしおは、オリ
フむスを圢成するものの材質及び液䜓の皮類に
よ぀お皮々遞択しお䜿甚する必芁があり、通垞そ
の様な凊理剀ずしおは垂販されおいるものの倚く
が有効である。具䜓的には、䟋えば3M瀟補のFC
−721、FC−706等が挙げられる。 次に、第図に瀺される蚘録ヘツドの良奜な
結果を䞎える実斜䟋を瀺す。 0.6mmのAl2O3補の基板䞊に蓄熱局ずし
お、SiO2をΌの厚さになる様にスパツタリン
グし発熱抵抗䜓ずしおZrB2を800Å、電極ず
しおAlを5000Åの局厚に積局した埌、遞択ホト
゚ツチングで幅50Ό、長さ300Όの400Ωの発熱抵
抗䜓を250Όのピツチで個圢成した。続いお、
SiO2をΌの厚さにスパツタリングしお絶瞁保
護局を圢成し、電気熱倉換䜓郚を完成した。 次に、ガラス板に埮现カツテむング機により幅
60Ό、深さ60Ό、ピツチ250Όの溝を圢成した溝
ずこれもガラス補の䟛絊宀蓋を䞊蚘の様に
しお電気熱倉換䜓郚の蚭けられた基板䞊に接着
し、続いお斯かる接着面ずは反察偎の面にAlの
ヒヌトシンクを接着した。 本実斜䟋では、吐出口は充分小さいので圢成
されたノズルの先端に別の郚材を蚭けお所望埄の
吐出口を圢成する様な特別な凊眮は行わなか぀た
が、圢成されるノズルの内埄が倧きいは又は、吐
出特性を曎に良奜にしたい堎合或いは吐出液滎圢
状寞法を所望のものにしたい堎合等の堎合は、ノ
ズル先端郚に新たに所望の圢状寞法の吐出口を有
する吐出口プレヌトを぀けおもよい。 以䞊の様にしお䜜成した蚘録ヘツドを液䜓噎射
制埡回路を有する装眮に組蟌んで発熱抵抗䜓
が発熱しない状態では蚘録液䜓が吐出口から吐
出しない皋床の圧力で蚘録液䜓を導管を通し
お䟛絊し乍ら画像信号に埓぀お個の電気熱倉換
䜓にパルス的に電圧を印加しお蚘録を実行したず
ころ、鮮明な画像が埗られた。 この時の蚘録条件を䞋蚘の第衚に瀺す。
〔発明の効果〕
以䞊詳述した本発明の蚘録ヘツドによれば構造
䞊極めおシンプルであ぀お、埮现加工が容易に出
来るために埓来に范べお栌段に小型し埗、たた、
その構造䞊のシンプルさず加工䞊の容易さから高
速蚘録には䞍可欠な高密床マルチオリフむス化が
極めお容易に実珟し埗るこず、さらに加うればマ
ルチオリフむス化に斌いお、その吐出口のアレヌ
array構造を所望に埓぀お任意に蚭蚈し埗、埓
぀お、蚘録ヘツドをバヌ状fulllineずするこ
ずも極めお容易に成し埗る事、又曎には、装眮に
組蟌んで液䜓噎射蚘録装眮ずしお蚘録を行぀た堎
合、サテラむトドツトの発生がなく、カブリのな
い鮮明で良質の蚘録画像が埗られるばかりか、信
号応答性が栌段に良く、高い駆動呚波数にも充分
远埓し埗、液滎圢成が安定しおいる、吐出効率が
高い、液吐出゚ネルギヌが䜎くお枈む、吐出され
る液䜓の量および液滎の倧きさを䜜甚させる熱゚
ネルギヌの単䜍時間圓りの量を制埡するこずで任
意に制埡するころが出来るので任意の階調性を有
する画像が埗られるずいう数々の効果が瀺され
る。
【図面の簡単な説明】
第図は、本発明の基本原理を説明するための
説明図、第図は、本発明の蚘録ヘツドの奜適な
䞀実斜態様を説明するための暡匏的斜芖図、第
図は、暡匏的正面図、第図は、第図で瀺され
る蚘録ヘツドの内郚構造を説明するために第図
に瀺す線X1Y1で切断した堎合の郚分切断面図、
第図は第図に瀺す線X2Y2で切断した堎合の
郚分切断面図、第図は発熱䜓の衚面枩床ず液䜓
の沞点ずの差△ず゚ネルギヌ䌝達ずの関係を瀺
した図である。   液路、  吐出口、  液䜓、 
 蚘録郚材、  液滎、  蚘録ヘツド、
  電気熱倉換䜓。

Claims (1)

  1. 【特蚱請求の範囲】  液䜓を所定の方向に吐出するための吐出口
    ず、 該吐出口に連通する液路ず、 該液路に連通し液䜓を䟛絊する流入口ず、 蓄熱局ず該蓄熱局䞊に蚭けられた発熱抵抗䜓ず
    該発熱抵抗䜓に通電するための電極ず前蚘発熱抵
    抗䜓を前蚘液䜓より保護する為の保護局ずを有
    し、該液路䞭に䟛絊される液䜓に熱による状態倉
    化を生起させ、該状態倉化に基いお液䜓を吐出口
    より吐出させお飛翔的液滎を圢成するための熱゚
    ネルギヌを䜜甚させるために前蚘液路の䞀郚に䜍
    眮しお蚭けられた電気熱倉換䜓ず、 を具備するこずを特城ずする蚘録ヘツド。  前蚘保護局が倚局構成ずされおいる特蚱請求
    の範囲第項に蚘茉の蚘録ヘツド。  前蚘保護局が、酞化シリコン、酞化マグネシ
    りム、酞化アルミニりム、酞化タンタル、酞化ゞ
    ルコニりムの䞭から遞択される材料で構成されお
    いる特蚱請求の範囲第項に蚘茉の蚘録ヘツド。  前蚘保護局は0.01〜10Όの局厚を有しおいる
    特蚱請求の範囲第項に蚘茉の蚘録ヘツド。  前蚘蓄熱局が、酞化シリコン、酞化ゞルコニ
    りム、酞化タンタル、酞化マグネシりム及び酞化
    アルミニりムの䞭から遞択される材料で構成され
    おいる特蚱請求の範囲第項に蚘茉の蚘録ヘツ
    ド。  前蚘蓄熱局は、0.01〜50Όの局厚を有する特
    蚱請求の範囲第項に蚘茉の蚘録ヘツド。  前蚘発熱抵抗䜓が、窒化タンタル、ニクロ
    ム、銀、パラゞりム合金及びシリコン半導䜓の䞭
    から遞択される材料で構成されおいる特蚱請求の
    範囲第項に蚘茉の蚘録ヘツド。  前蚘発熱抵抗䜓が、ハフニりム、ランタン、
    ゞルコニりム、チタン、タンタル、タングステ
    ン、ニオブ、クロム及びバナゞりムの䞭より遞択
    される金属の硌化物で構成されおいる特蚱請求の
    範囲第項に蚘茉の蚘録ヘツド。  前蚘発熱抵抗䜓は、0.001〜Όの局厚を有
    する特蚱請求の範囲第項に蚘茉の蚘録ヘツド。  前蚘電気熱倉換䜓は、板状基䜓䞊に蚭けら
    れおいる特蚱請求の範囲第項に蚘茉の蚘録ヘツ
    ド。  前蚘液路ず前蚘吐出口は、前蚘電気熱倉換
    䜓が蚭けられた板状基䜓ず該板状基䜓䞊に蚭けら
    れた溝を有する郚材ずで構成されおいる特蚱請求
    の範囲第項に蚘茉の蚘録ヘツド。  前蚘溝を有する郚材が、セラミツクス、ガ
    ラス、金属及びプラスチツクのなかより遞択され
    る材料で構成されおいる特蚱請求の範囲第項
    に蚘茉の蚘録ヘツド。
JP10118878A 1977-10-03 1978-08-18 Recording head Granted JPS5527281A (en)

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