JPS63102944A - 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〕 本発明は記録液を液滴として吐出し、これを紙などの記
録媒体に付着させて記録を行なう液体噴射記録ヘッド、
特に印字信号が与えられたときに吐出が行なわれるオン
デマンド型の液体噴射記録ヘッドに関し、中でも高速、
安定記録が可能な液体噴射記録ヘッドに関するものであ
る。

〔従来の技術〕

液体噴射記録方法に用いられる液体噴射記録ヘッドは、
一般に、記録液を飛翔液滴として吐出噴射させるための
吐出口としてのオリフィスと、該オリフィスに連通ずる
液体流路としてのノズルおよび該ノズルの一部に設けら
れ、該ノズル内の記録液に飛翔液滴を形成するための吐
出エネルギーを与えるエネルギー発生手段を備えている
。

記録は、エネルギー発生手段を駆動してノズル内の記録
液に吐出エネルギーを供給し、オリフィスから記録液を
飛翔液滴として吐出させ、この液滴を記録媒体に着弾さ
せることによって行なわれる。

ところで、液体噴射記録ヘッドによって液滴を繰り返し
吐出させるためには、吐出によって失ねず れた分の液体を次の吐出までに補充しなければならない
。そのための代表的な方法は、液体の表面張力を利用し
、毛細管現象によって液体をオリフィスに導くというも
のである。この場合、液体をオリフィスに導くのに要す
る時間ｔ２は、ｔ２＝ｄ／ｕ　　　　　　　　（１） によって定まる。ただし、ｄは液滴切断後、ノズルに残
った液体かもとの位置から後退した距離であり、Ｕはリ
フィル速度すなわち毛細現象による液体の移動速度であ
る。上記時間ｔ２は、液滴が形成されるのに要する時間
１．に比べて通常遥かに大きく、 ｆ＝ｔ／　（ｔ＋　＋ｔ２　）　　　　（２）で定まる
繰り返し駆動可能周波数ｆは、事実上ｔ２によって制限
されてしまい、いかに遠く液滴を形成しても、繰り返し
駆動周波数を高くすることができないという問題があっ
た。

このような開運を解決する方法の一つとしてノズルの長
さを短くすることがある。ノズルの長さを短くすること
は、ノズル壁の流れに対する抵抗を小さくすることに等
しく、前記ｔ２の短縮に結びつく。しかしながら、ノズ
ルを短くすることは、吐出速度の低下、速度不安定の増
加の原因となり、単にノズルを短くしただけでは安定な
記録を行なえなかった。この欠点を解決するため、従来
、ノズル内にエネルギー発生手段を配し、その後方にバ
リアを設ける方法が提唱されている（例えば特開昭６０
−２０４３５２　、特開昭６ｌ−４０１６０）。この方
法では上記バリアを設けることによって、ノズルを短く
しても吐出速度の低下および速度不安定を防止すること
ができる。しかしながら、狭いノズル内にバリアを設け
なければならないのでノズルの高密度化に対応すること
が難しかった。また、バリアを置くことにより前述のり
フィル速度が低下してしまう欠点があった。このような
バリア設置にともなう問題点を解消する方法として、バ
リアを配したノズルに連通ずる副流路を設け、この副流
路からも記録液を供給してｔ２を短縮する方法（特開昭
６１−１１０５５７　）が提唱されている。

しかしながら、この方法にしても複数ノズルを有する場
合には、該ノズルの各々に対応して副流路を設けねばな
らず、ノズルの高密度化が困難であった。

これらの他に、ｔ２を短縮する方法としては、式（１）
におけるｄを小さくする、すなわち液滴吐出後の記録液
の後退を小さくすることが考えられる。例えば特開昭５
９−１９９２５６には、ノズル内に第２のエネルギー発
生手段を設け、これを使用することにより第１のエネル
ギー発生手段で発生したエネルギーが上流側へ逃げるの
を防ぐとともに、液滴吐出後のノズル内の記録液の後退
を防止する方法が開示されている。しかしながら、上記
方法では第２のエネルギー発生手段によって記録液に付
与されたエネルギーが消滅するときに負圧が発生し、該
第２のエネルギー発生手段より下流側（オリフィス側）
の記録液が引き込まれてしまい、記録液の後退防止を必
ずしも十分に行なえなかった。また、これとは別に特開
昭５５−６５５６９には、′ｆＪ１のエネルギー発生手
段と第２のエネルギー発生手段との間に、下流側に流れ
るときは抵抗が小さく上流側（オリフィスと反対方向）
に流れるどきは抵抗が大きくなる流体抵抗体を設置する
方法が開示されている。この方法によれば第２のエネル
ギー発生手段によるエネルギーの消滅時における記録液
の下流側への引き込みを防止することができるが、第２
のエネルギー発生手段で発生させたエネルギーが上流側
に逃げしまい、高速安定記録を行なうには必ずしも十分
なものではなかった。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は上記従来例の問題点に鑑みてなされたもので、
特に高速安定記録が容易で、かつ高密度化をも達成した
液体噴射記録ヘッドを提供することを目的とする。

（問題点を解決する手段〕 上記目的は、以下の本発明によって達成される。

記録液を吐出させるためのオリフィスと、該オリフィス
の上流側に第１のエネルギー発生手段と、該第１のエネ
ルギー発生手段の上流側に第２のエネルギー発生手段と
、前記第１のエネルギー発生手段と前記第２のエネルギ
ー発生手段との間に記録液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第１
の流体抵抗体と、前記第２のエネルギー発生手段の上流
側に記録液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第２の流体抵抗体と
を有することを特徴とする液体噴射記録ヘッド。

エネルギー発生手段および流体抵抗体を上記の如くに設
けた本発明の液体噴射記録ヘッドでは、高密度化は言う
におよばず、高い繰り返し周波数で安定な記録を行なう
ことが可能である。

〔作　用〕

第１図は本発明の基本原理を説明するための模式図であ
り、この第１図をもとに本発明の作用をまず説明する。

尚、以下においては複数ノズルを有するマルチノズルタ
イプの記録ヘッドを主として説明するが、シングルノズ
ルタイプのものにも本発明は適用し得るものである。

第１図において、１０１はノズル、１０２はオリフィス
、１０３は第１のエネルギー発生手段としての発熱抵抗
体、１０４は吐出しようとしている記録液、１０５は第
２のエネルギー発生手段としての圧電素子、１０６は第
１の流体抵抗体としての下流弁、１０７は第２の流体抵
抗体としての上流弁、１０８は記録液の供給管、１０９
は共通液室、ｉ＋ｏは記録液である。尚、第１および第
２の流体抵抗体としての下流弁１０Ｂならびに上流弁１
０７は、記録液が下流側へ流れるときは開き、上流側へ
流れるときは閉じるように、それぞれ軸１１１および１
１２を中心に可動可能にされている。

ここで、エネルギー発生手段としては、上記発熱抵抗体
の如くに記録液への熱供給によって生じる発泡現象を利
用してエネルギー供給するもの、あるいは圧電素子の如
くに体積変形を利用して記録液にエネルギー供給するも
の等、周知の各種手段を特に限定することなく用いるこ
とができる。

これら第１および第２のエネルギー発生手段は別種のも
のとしてもよいし、同種のものとしてもよい。また、第
１および第２の流体抵抗体についても同種のものとして
もよいし、別種のものとしてもよく、上記弁のみならず
、後述するような流体ダイオード等を用いてもよい。し
かしながら、これら手段および抵抗体は、図示の如くに
オリフィス＋０２の下流側に第１のエネルギー発生手段
、第１の流体抵抗体、第２のエネルギー発生手段および
第２の流体抵抗体を順次配することが必要である。そし
て、好ましくは第２のエネルギー発生手段、第１および
第２の流体抵抗体はノズル部以外に設けるとよい。これ
は断面積の小さなノズル部にこれらを設けるよりも、断
面積の大きなノズル以外の部分にこれらを設ける方が容
易なためであり、結果として記録ヘッドの作成を容易な
らしめるとともに、記録ヘッドの高密度化ならびに記録
の安定化をはかることができるのである。

さて、記録の際には、まず第１図（ａ）に例示の如くに
第１のエネルギー発生手段１０３を動作させて記録液を
オリフィス１０２から吐出させる訳であるが、この際、
第１のエネルギー発生手段によって発生したエネルギー
は下流側のみならず上流側にも作用する。ところが、本
発明では上流側への作用力は下流弁１０６によって抑止
されるので、エネルギーロスを生じることはなく、エネ
ルギーの殆どが吐出エネルギーとして有効利用されるた
め記録液の吐出速度を向上させることができ、記録の安
定化をはかることができるのである。

次に、第１図（ｂ）に例示の如くに第２のエネルギー発
生手段１０５を動作させる。この第２のエネルギーの動
作時期は、記録液が液滴として分断し、第１のエネルギ
ー発生手段によるエネルギーの消滅開始にともなって記
録液がオリフィス＋０２から後退し始める時点であるこ
とが好ましい。この第２のエネルギー発生手段により発
生したエネルギーも、上記第１のエネルギー発生手段に
おける場合と同様に下流側のみならず、上流側にも作用
する。この下流側への作用力によって下流弁＋０６の開
放と、記録液の後退防止がはかられる。しかし、上流側
への作用力はこれをこのまま放置したのではエネルギー
ロスになってしまうが、上流側への作用力は上流弁１０
７によって抑止されるので、第２のエネルギー発生手段
によるエネルギーはその殆どを記録液の後退防止に有効
に利用することができ、高速記録を達成することができ
るのである。

最後に、第１図（Ｃ）に例示の如くに第２のエネルギー
発生手段によるエネルギーの消滅が開始してこの部分が
負圧に転じると、下流弁１０６が閉じ、上流弁１０７が
開いて記録液の補給が行なわれ、１回の吐出操作が完了
する。尚、第２のエネルギー発生手段により発生させる
エネルギーとしては、記録液をすみやかにオリフィス面
まで復帰させるに十分なものであり、かつオリフィスか
ら液滴か吐出しない程度のものとすることが好ましい。

〔実施例〕

以下、実施例をもとに本発明を更に説明する。

第２図は本発明の液体噴射記録ヘッドの一例の外観図で
ある。この第２図において、２０１はオリフィス、２０
２はノズル、２０３は第１のエネルギー発生手段として
の発熱抵抗体、２０４は共通液室、２０５は記録液の供
給口、２０６は供給管、２０７は第２のエネルギー発生
手段としての円筒状の圧電素子、２０９および２０８は
それぞれ第１および第２の流体抵抗体としての弁、２１
０は基板である。

第３図は上記供給管２０６内に配した流体抵抗体として
の弁構造の一例を示したもので、第３図（ａ）はその組
立て図、第３図（ｂ）は弁の詳細図である。この弁は、
中央に穴３０４を有するニッケル製の台座３０１と、ゴ
ム製の板に切り込み３０３ａを入れた弁部３０２とを接
合形成した構成を有し、切り込み３０３ａが弁として、
台座３０１がストッパーとして機能する。すなわち、切
り込み３０３ａは左右いずれにも可動するが、ストッパ
ーとしての台座３０１によって台座と反対方向のみに開
くようにされている。したがって、この弁をオリフィス
側に弁部３０２が配置するように記録ヘッドに設置すれ
ば、記録液がオリフィス側に流れるときは弁が開き、記
録液が上流側に流れるときは弁が閉じ、本発明に言うと
ころの流体抵抗体として機能させることができるのであ
る。尚、本例では、台座の外径を１．５ｍｍ　、厚さを
０．５ｍｍ　、穴の径を０．４ｍｍとし、弁部はその外
径を１．５ｍｍ　、厚さを０．１５＋ａｍとしである。

また、上記弁を配した供給管２０６はガラス製で、その
外径を１．５ｍｍ　、内径を０．９ｍｍとしである。

第４図は従来例の液体噴射記録ヘッドの一例であるが、
上記第２図に例示の実施例の記録ヘッドは、この従来例
の記録ヘッドの供給管部に第２のエネルギー発生手段お
よび第１ならびに第２の流体抵抗体を配して作成したも
ので、ヘッド主要部を従来例と特に変更することなく、
供給管部の改造のみで済むため、ヘッド製造が容易であ
る。

尚、第４図において、ノズル長さは４９０μｓ、ノズル
幅は６５μｓ、ノズル高さは４５μ、オリフィス幅は４
０ｕ、発熱抵抗体寸法は３５Ｘ　１４０　ｐとした。

これら実施例および従来例の記録ヘッドの記録特性を評
価したところ、本実施例の記録ヘッドでは、従来例と比
較して約４倍の応答周波数を得ることができた。

また、これとは別に、第２図に例示の実施例の記録ヘッ
ドから第２のエネルギー発生手段２０７の上流側に設け
た弁２０８を取り除いた従来構成の記録ヘッドを作成し
、その記録特性を評価した。

しかしながら、第２の流体抵抗体を有しない上記従来構
成の記録ヘッドでは、第２のエネルギー発生手段で発生
したエネルギーのロスを生じるため１本実施例の記録ヘ
ッドにおけるような高速かつ安定した記録を行なうこと
ができなかった。

第５図は本発明の別の実施例で、この記録ヘッドはノズ
ル２０２内に第１のエネルギー発生手段としての発熱抵
抗体２０３を有し、更に共通液室２０４の上流側にノズ
ル幅より広い流路を設け、その中に第２のエネルギー発
生手段としての発熱抵抗体５０１を配し、その下流側お
よび上流側にそれぞれ第１および第２の流体抵抗体とし
ての流体ダイオード５０２を設置したものである。流体
ダイオード５０２は感光性樹脂のドライフィルムにより
形成されており、図示の如くに三角柱状をしていて上流
から下流への流れに対しては低抵抗で、その逆方向の流
れに対しては高抵抗となるようにされている。もちろん
、これら発熱抵抗体５０１および流体ダイオード５０２
は前記実施例の圧電素子ならびに弁と同等の作用をする
ことは言うまでもない。

この記録ヘッドの記録特性を評価したところ、従来例に
比して約３倍の応答周波数を得ることができた。尚、第
５図において、ノズル長さは４９０、、ノズル幅は６５
鱗、ノズル高さは４５μ、オリフィス幅は４０μ、発熱
抵抗体５０１の寸法は３５ｘ１．４０−とした。

〔発明の効果〕

本発明の効果としては以下のようなものを列挙すること
ができる。

■ノズルを特に短かくすることなしに繰り返し駆動可能
周波数を上げることができるので、吐出速度の低下や速
度不安定を生じることなく、印字品位の向上をはかるこ
とができる。

■狭いノズル内に第２のエネルギー発生手段や流体抵抗
体を特に設ける必要がないので、高密度化を達成するこ
とができるばかりか、製造も容易である。特に、供給管
にこれら手段および抵抗体を設けるものにあってはその
効果が著しい。

■第２の流体抵抗体の設置により、第２のエネルギー発
生手段のエネルギーロスの問題が解消されるので、最少
限の付加エネルギーで記録速度を飛躍的に向上すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本原理を説明するための模式図、第
２図は本発明の液体噴射記録ヘッドの一例の外観図、第
３図は本発明に係わる流体抵抗体としての弁構造の一例
を説明する図５第４図は従来例の液体噴射記録ヘッドの
一例の外観図、第５図は本発明の液体噴射記録ヘッドの
別の例の外観図である。 １０２　、２０１−・オリフィス ＋（ｌｌ　、　２０２−・・ノズル １０３　、２０３−・・第１のエネルギー発生手段１０
５　、２０７　、５０１−・・第２のエネルギー発生手
段１０６．２０９−・・第１の流体抵抗体１０７　、２
０８−・・第２の流体抵抗体５０２　・・・流体ダイオ
ード １０８　、２０６−１供給管

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）記録液を吐出させるためのオリフィスと、該オリ
   フィスの上流側に第１のエネルギー発生手段と、該第１
   のエネルギー発生手段の上流側に第２のエネルギー発生
   手段と、前記第１のエネルギー発生手段と前記第２のエ
   ネルギー発生手段との間に記録液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
   る第１の流体抵抗体と、前記第２のエネルギー発生手段
   の上流側に記録液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第２の流体抵
   抗体とを有することを特徴とする液体噴射記録ヘッド。