JPS633750B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、ノンインパクト記録装置に関し、特
に液体噴射複写機やフアクシミリプリンターの様
な装置に用いられるカラー画像用液体噴射装置に
関する。 ノンインパクト記録法中でも所謂インクジエツ
ト記録法は、高速記録が可能であること、普通紙
に特別の定着処理を必要とせずに記録が行なえる
こと等の利点があり、極めて有力な記録法であ
る。 この種の記録法に於いては、所謂インクと称さ
れる液体を吐出させ液滴として飛翔する為の吐出
口（吐出オリフイス）と、液体が流入する為の流
入口とを有する記録ヘツドが使用されている。 斯かる記録ヘツドには、前記吐出オリフイスか
ら液体を吐出させる方法によつて種々の構造を有
するものが知られている。 例えば、圧力、ピエゾ振動子による機械的振
動、或いは静電引力等によつて、吐出オリフイス
から液滴を吐出させ、該液滴に信号に応じた電荷
を与え、これを静電的に偏向させて記録する方
法；或いは信号に対応し記録に必要な液滴のみを
静電引力或いはピエゾ振動子の振動等により発生
させる方法等が知られている。 記録画像の多色化に際しては、使用される色調
の液体のそれぞれについて上記の様な記録ヘツド
を設けている。 ところが従来の装置には、構造上、高速記録化
上、解像度或いは中間調の再現性等に於いて何ら
かの問題点がある。 例えば、ピエゾ振動子の振動によつて記録に使
用される液滴のみを発生せしめる装置或いは吐出
オリフイスから吐出した液体を帯電電極で帯電さ
せ偏向電極により偏向させる装置等では、ピエゾ
振動子或いは帯電電極・偏向電極等を小型化する
ことが困難であつて、高密度マルチオリフイス化
が事実上不可能である。この意味で高速記録化が
難しいこと、殊に解像度を高くして記録速度を上
げることが非常に困難になるという問題がある。 又、従来の装置では、ヘツドの小型化が難しい
ので通常は多色液体を吐出させる各々のヘツドを
互いにある距離だけ分離して設けている。これら
のヘツドは記録部材との相対速度及び吐出オリフ
イス相互の距離に対応したタイミングだけずらし
て駆動され、記録部材上の所定位置に多色液体を
付着させる様になつている。 ヘツドの駆動タイミングをずらさない場合に
は、各ヘツドからの液滴の飛翔経路が記録部材上
でほぼ一点に収束する様な配置にしてあり、この
時には（ヘツドの小型化が難しいので）、吐出オ
リフイスと記録部材との間の距離をかなり大きく
している。 或いは帯電した液滴を偏向するタイプの装置で
は、液滴の偏向用信号レベルを多くとり、吐出オ
リフイス相互の分離を補う方法等が採用されてい
る。 ところがこれらの方法では、複数のヘツドを分
離して設置しており、ヘツド部全体としてはかな
り大きなものになること、液滴の飛翔経路を長く
するとヘツドの駆動タイミングのわずかなズレ、
ヘツド或いは記録部材の振動等が記録部材上で大
きな色ズレを生ずること、液滴を偏向するタイプ
では、信号電圧が高くなつたり、信号制御が複雑
になること等の問題がある。 本発明は上記の諸点に鑑みてなされたものであ
つて、本出願人により既に出願された熱エネルギ
ーの作用によつて液体を吐出させる装置を特に多
色記録用に改良したものである。 即ち本発明の主たる目的は、高密度マルチオリ
フイス化が容易で、高速記録に適した多色用液体
噴射装置を提供することにある。 本発明の別な目的は、解像度或いは中間調の再
現性に優れた多色画像を与える液体噴射装置を提
供することにある。 又、本発明の別な目的は、ヘツドが小型化され
且つ信号制御が容易な多色用液体噴射装置を提供
することにある。 この様な目的を達成する本発明とは要するに熱
エネルギーの作用によつて液体を吐出させ液滴と
して飛翔させる装置であつて、熱エネルギー発生
手段を有する基板と溝付プレートと色調の異なつ
た２種以上の液体を夫々供給する為の液体供給源
から液体が供給される液体供給部とが一体化され
ており、前記基板と前記溝付プレートの溝で形成
され吐出口に連通する複数の液体流路が夫々前記
色調の異なる２種以上の液体毎に前記液体供給部
と連通してなるヘツドと、多色情報に従つて前記
熱エネルギー発生手段を選択的に作動させる制御
部とを有することを特徴とする多色用液体噴射装
置にある。 この様に、熱エネルギーの作用によつて液体を
吐出させる本発明の多色用液体噴射装置は、吐出
オリフイス近傍の構造、システム全体の構成が簡
単であるのみならず、高密度マルチオリフイス化
が容易に行なえる。又、吐出オリフイスを高密度
マルチオリフイスアレーとすることによつて、解
像度或いは中間調等に於いて画質を低下させるこ
となく高速記録が行なえ、更に高密度マルチオリ
フイスアレーが非常に小型化されて所謂フラツト
ヘツドの形態で記録を行なうことができる。 更に加えて液体供給部、熱作用部、熱エネルギ
ー発生手段を有する各色夫々の液体噴射要素を同
一基板上に設けてあるので液体噴射装置の製造時
において各吐出オリフイスの相対的な位置決めが
高精度に行なえるので色ズレ等が生ぜず解像度、
中間調の再現性が極めて良好な記録を行なえる等
の利点を有している。 以下本発明を図面により説明する。 第１図は熱エネルギーの作用によつて液体を吐
出させる装置の液体吐出原理を示す説明図であ
る。即ち、ノズル状に形成された液室１内には、
貯蔵タンク、供給管、フイルター等の液体供給源
から液体３が供給されている。尚、液体３には、
それだけでは吐出オリフイス２から吐出されない
程度で圧力Ｐが加えられることがある。今、吐出
オリフイス２からの距離の液体３ａが熱エネル
ギーの作用を受けると、液体３ａは急激な状態変
化（体積膨張或いは気泡の発生等）を生じる為、
エネルギー量に応じて内に存在する液体３ｂの
一部又は全部が吐出オリフイス２から吐出され
る。液体は記録部材４方向に液滴５として飛翔し
て所定位置に付着する。 第２図は、上記の原理で液体を吐出させる本発
明液体噴射装置全体を示す模式図である。以下の
説明では、典型的な例として３色の液体Ａ，Ｂ，
Ｃを用いる装置を示すが、本発明は何らこれに限
るものではなく、２色以上あればすべて本発明に
含まれるものである。 第２図に示す装置には、異なる色の液体Ａ，
Ｂ，Ｃの各色に対応して、供給源６Ａ，６Ｂ，６
Ｃ、熱作用部７Ａ，７Ｂ，７Ｃ、熱エネルギー発
生手段８Ａ，８Ｂ，８Ｃ及び吐出オリフイス９
Ａ，９Ｂ，９Ｃ等が設けられている。但し熱作用
部、熱エネルギー発生手段、及び吐出オリフイス
を更に複数個設けても良いが、供給部から吐出オ
リフイスまでの装置内の液体流路には、色調の異
なる２種以上の液体が混合して収容されることは
ない。 熱作用部７Ａ，７Ｂ，７Ｃは第１図の３ａに対
応する部分であつて、熱エネルギーを付与された
液体が状態変化を起こす空間である。 熱エネルギー発生手段８Ａ，８Ｂ，８Ｃとして
は、サーマルヘツドに於ける発熱抵抗体、ペルチ
エ素子、発熱抵抗体とペルチエ素子との組み合わ
せ等の電気熱変換体、或いはレーザー光の様な高
エネルギー幅射線等が挙げられる。 熱エネルギー発生手段は、熱作用部の内壁又は
外壁に、或いは特にレーザー光の様な幅射線を使
用する場合には、熱作用部内の液体に熱エネルギ
ーを与えうる適当な位置に設置される。 これらの熱エネルギー発生手段は、入力信号と
しての多色情報に従つて制御部１０により選択的
に駆動される。但し、本発明の装置を複写機フア
クシミリ等の記録装置として使用する場合には、
第２図に示す様にレンズ、フイルター或いは受光
素子等から成る光検知手段Ｄが設けられ、原稿１
１から多色情報を得る。一方、電子計算機等の端
末記録装置として使用する場合には、計算機等か
らの出力が多色情報の形態をとつていることが多
く、必ずしも光検知手段Ｄは必要でない。 制御部１０としては、熱エネルギー発生手段８
Ａ〜８Ｃを多色情報に応じて選択的に駆動する為
の手段；例えば熱エネルギー発生手段として電気
熱変換体を用いパルス状の信号で駆動する場合に
は、クロツク発生器、シフトレジスター、メモリ
ー、駆動回路、記録部材とヘツドとの相対移動速
度を設定する同期手段等、又、更にエネルギー幅
射線が利用される場合には、特に音響光学変調
器、光偏光器等の光学系が挙げられる。 記録用の液体は、上記の制御部と関連して得よ
うとする記録の種類；例えばグラフイツク記録
（所謂「false color」記録）、天然色記録（所謂
true color記録）或いは特別な例として書類、校
正原稿の様な黒・赤２色の記録等に従つて選定さ
れる。 例えばグラフイツク記録では、一般に多色情報
の形態にある電子計算機の出力が記録されるもの
であり、液体としては任意の色のものが使用され
る。 又、天然色記録では、原稿の情報を赤、緑、青
のそれぞれのフイルターを介して３個の受光素子
で分け、分光信号とする。液体には、前記フイル
ターの補色に相当するシアン、マゼンタ、イオロ
ーの液体が使用される。これら３原色の各液体を
収容するヘツドの熱作用部では、前記分光信号に
従つて制御部により、電気熱変換体が駆動され
る。 そして本発明の装置を次に述べる様な発熱体基
板、溝つきプレート、液体供給用ブロツク等から
成る構造にした場合には、特に好ましい結果が得
られる。 第３図ａは本発明の１つの実施態様を表わす斜
視図である。即ちカラー画像を得るための装置に
は、発熱抵抗体を有する発熱体基板１２、液体供
給溝が形成されている溝つきプレート１３、多色
記録用の液体Ａ，Ｂ，Ｃを供給する為の液体供給
源から液体が供給される液体供給部であるブロツ
ク１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ及び供給管１５Ａ，１
５Ｂ，１５Ｃ、或いは画像信号印加用のプリント
基板１６等が設置され、ヘツドが構成される。
尚、ヒートシンクとして熱伝導性が良い基板１７
或いは所望の吐出オリフイス１８を形成する為に
吐出オリフイス板１９が貼付されることもある。 第３図ｂは第３図ａに示すヘツド部を形成する
各ブロツクの説明図である。発熱体基板１２は、
アルミナ等の基板２０、蓄熱層２１等の上に
ZrB₂又はHfB₂等の薄膜による発熱抵抗体２２・
アルミ層の選択電極２３及び共通電極２４等から
成る電気熱変換体が形成された構造を有する。
又、図には示されていないが、酸化シリコンの保
護層で基板１２の全面がおおわれている。溝つき
プレート１３には、第３図ａからわかる様に、ガ
ラス、プラスチツク等の基板に多色液体を通す溝
２５（ダイアモンド製マイクロカツターで切削）
と液体供給穴２６とが形成される。液体供給穴２
６は、例えば３色の液体を用いるならば溝２５の
３本おきというように使用される液体の色と同じ
数の溝２５毎に、電子ビーム等で加工される。一
方液体供給ブロツク１４Ｃにも、この穴２６と一
致する位置に穴２７が形成される。図には、１つ
のブロツク１４Ｃのみが示されているが他の色
Ａ，Ｂの液体用のブロツク１４Ａ及び１４Ｂも同
様にして溝つきブレート１３上に設置される。こ
の様に準備された発熱体基板溝つきプレート、供
給ブロツク等は、発熱抵抗体及び溝が一対一で対
応する位置になる様にして一体化される。尚、２
８Ｃは液体を装置内に充填する際のアワ抜きパイ
プである。 第３図ｃは第３図ｂに示す構成ブロツクをＸ―
Ｙに沿つて切断した断面図である。図に於いて、
２９はプリント基板に形成された電気熱変換体駆
動用の電極、３０は発熱体基板の全面に形成され
ている保護層、及び破線で囲まれた部分３１は熱
作用部である。又共通電極２４は、この図に示さ
れている様に発熱体基板１２の上面に形成されて
いると、電極の取り出しが容易になることがあ
る。 この様な構成にすることにより、多色液体用の
吐出オリフイスが高密度で配列したマルチオリフ
イスアレーが容易に得られる。一般に数多くのド
ツトから構成される多色画像に於いてはドツトの
位置ずれが150μ〜170μ程度を越えると中間調の
再現性の低下或いは色ズレ等が顕著になると言わ
れているが、本発明の液体噴射装置では、吐出オ
リフイス密度10本／mm以上で吐出オリフイスを配
置することもでき、同一基板上にオリフイスアレ
ーを構成しているので上記の限界値範囲内で吐出
オリフイスを形成できる為、解像度、中間調の再
現性等に於いて極めて好ましい結果が得られる。
更にオリフイスアレーとして厚みが小さく非常に
コンパクトな構造となつている。 尚、吐出オリフイス密度と光検知手段の受光素
子密度とは、一画素分について対応していれば良
く、例えば３原色の液体で天然色記録を行なう場
合には、吐出オリフイス密度12本／mmとすると、
受光素子密度は、４本／mm程度で良いことにな
る。 次に第４図ａは、本発明の別の実施態様を示す
斜視図である。即ち上記第２図及び第３図に示す
ものとは若干異なり、液体の流路が装置内で屈折
して設けられているものである。この装置では、
吐出オリフイス１８は、溝つきプレート１３及び
吐出流路プレート３２によつて形成される構造と
なつている。但し、発熱体基板１２、溝つきプレ
ート１３、Ａ，Ｂ及びＣの多色液体を供給するブ
ロツク１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ及び供給管１５
Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ、信号印加用の電極を有する
基板１６、ヒートシンク用の基板１７、或いは吐
出オリフイス板１９等については、第２図及び第
３図に示すものと同様にして形成される。 第４図ｂは上記の装置の構成ブロツクを示す説
明図である（信号印加用の電極を有する基板１６
は図示されていない）。吐出オリフイスは溝つき
プレート１３の端面と、該プレートと同様に溝３
３が形成されている吐出流路プレート３２とで溝
つきプレートの上面に形成される様になつてい
る。 第４図ｃは、第４図ｂをＷ―Ｚに沿つて切断し
た断面図であり、１つの供給ブロツクについて示
してある。この図から明らかな様に、液体の流路
は破線で囲まれる熱作用部３１で屈折する構造と
なる。その為発熱抵抗体の面が吐出オリフイス方
向に対向し、吐出効率、吐出応答性等の点で良好
な結果が得られる。尚、液体の流路の屈折角は、
図に示される様に、ほぼ直角にする場合に限ら
ず、いろいろな角度をとることができる。 第５図ａは、第３図に示す装置の変形例とし
て、吐出オリフイスから吐出される多色の液滴の
飛翔方向が、記録部材上で一点に収束する様に、
溝２５及び発熱抵抗体２２が形成されたマルチオ
リフイスアレーを示す。 本実施例においては、一つのマルチオリフイス
アレー平面上において液滴の飛翔経路が一点して
収束する吐出オリフイス配置となつている。図で
は３色の液体が使用される例として、各溝２５の
３本毎に同一の液体が収容される例が示してあ
る。液体供給源から液体が供給される液体供給部
である液体供給ブロツク１４Ｃは３色Ａ，Ｂ，Ｃ
の液体のうちＣの液体を供給する為のものであ
り、溝つきプレート１３上の穴２６とともに溝３
本に対応する間隔毎に穴２７があけられている。
図には示されていないが、Ａ及びＢの液体の為の
供給ブロツク１４Ａ及び１４Ｂが設けられること
は第３図ａに示すものと同様である。 この様なオリフイス配置にすれば、多色用の高
密度マルチオリフイスアレーが一つの基板で得ら
れる。しかも、吐出オリフイスと記録部材との距
離を小さくすることができ、記録部材上での色ズ
レを少なくすることができる。 第５図ｂはこの場合の発熱体基板１２′の平面
図を示す。発熱抵抗体２２は、液滴を収束する為
に、溝２５を吐出オリフイス先端の近傍で曲折さ
せるのに対応したパターンで形成されている。 第５図ｃは第５図ａの吐出オリフイスアレーの
一部をヘツドとする例であつて、Ａ，Ｂ及びＣの
各色の液体用に１本ずつの吐出オリフイスが設け
てある。１２″は発熱体基板、１４′は各色の液体
供給ブロツクであり、その他の番号は第３図中と
同じものを示す。 この様な構成のヘツドは、多色液体用の吐出オ
リフイスを備えた超小型ヘツドであり、記録部材
上での色ズレを抑えることができる為、中間色調
の再現性の点で良好な結果が得られる。又、超小
型のヘツドであるから、高速記録化を目的として
複数個設けてもヘツド全体として構成をコンパク
トにすることができる。 第６図は第３図に示す液体噴射装置全体の模式
図であり、複写機或いはフアクシミリの様な記録
装置を例にして作動状況を述べる。つまりカラー
原稿（図には示されていない）の情報は、レン
ズ・色フイルター・CCDの様な受光素子等の光
検知手段（図には示されていない）により分光信
号Ｓとなつて制御部１０へ搬送される。電気熱変
換体は、制御部１０により分光信号Ｓに従つて選
択的に駆動される。 尚、制御部１０には必要に応じてカラー信号の
補正、遅延等の機能をもたせることもある。 マルチオリフイスアレーには、液体供給部６
Ａ，６Ｂ，６Ｃから供給ブロツク１４Ａ，１４Ｂ
及び１４Ｃを通じて３原色の液体が供給されてお
り、選択的に駆動される電気熱変換体により所定
位置の吐出オリフイスから所定の色の液体が吐出
される（こ図では吐出オリフイスの密度を実際よ
り粗かく示してある）。 実施例 １ 第３図に示す装置を以下の要領で作成した。
0.6mmのAl₂O₃製の基板２０上に蓄熱層２１とし
て、SiO₂を3μの厚さになるようにスパツタリン
グし発熱抵抗体２２としてZrB₂を800Å、電極と
してAlを5000Åの層厚に積層した後、選択ホト
エツチングで幅50μ長さ300μの200Ωの発熱抵抗
体111μのピツチで1000個形成した。続いて、
SiO₂を1μの厚さにスパツタリングして絶縁保護
層３０を形成し電気・熱変換体部を完成した。 次に、ガラス板に微細カツテイング機により幅
60μ深さ60μ、ピツチ111μ（つまり吐出オリフイス
密度９本／mm）の溝を形成した溝つきプレート１
３、及びガラス製の供給ブロツク１４Ａ，１４
Ｂ，１４Ｃを上記の様にして電気・熱変換体部の
設けられた基板１２上に接着し、続いて斯かる接
着面とは反対側の面にAlのヒートシンク１７を
接着した。 本例では、吐出オリフイス１８は充分小さいの
で形成されたオリフイスの先端に吐出オリフイス
板を設け所望径のオリフイスを形成する様な特別
な処置は行わなかつたが、形成される吐出オリフ
イスの内径が大きいか又は、吐出特性を更に良好
にしたい場合或いは吐出液滴形状寸法を所望のも
のにしたい場合等では、オリフイス先端部に新た
に所望の形状寸法の吐出オリフイス板をつけても
よい。 以上の様にして作成した記録ヘツド（吐出オリ
フイス密度９本／mm、総オリフイス数1000本）を
制御回路、光検知手段等と組み合わせ、発熱抵抗
体２２が発熱しない状態では液体が吐出オリフイ
ス１８から吐出しない程度の圧力で液体を供給し
乍ら画像信号に従つて1000個の電気・熱変換体に
パルス的に電圧を印加して記録を実行したとこ
ろ、解像度、中間調に優れたカラー画像が得られ
た。又、記録速度も非常に大きかつた。 この時の記録条件を下記の第１表に示す。

【表】

【表】 尚、液体として下記の組成のものと用いたがほ
ぼ同様に良好な結果を得た。

【表】

【表】 【図面の簡単な説明】

第１図は熱エネルギーの作用による液体噴射装
置の原理図、第２図は本発明液体噴射装置の模式
図、第３図ａ，ｂ，ｃ及び第４図ａ，ｂ，ｃは本
発明の液体噴射装置の説明図、第５図ａ，ｂ及び
ｃは本発明の別の実施態様図、第６図は、本発明
の液体噴射装置の全体の構成を示す説明図であ
る。 ただし図に於いて、１…液室、２，９Ａ，９
Ｂ，９Ｃ…吐出オリフイス、３…液体、４…記録
部材、５…液滴、６Ａ，６Ｂ，６Ｃ…液体供給
源、７Ａ，７Ｂ，７Ｃ…熱作用部、８Ａ，８Ｂ，
８Ｃ…熱エネルギー発生手段、１０…制御部、１
１…原稿である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 熱エネルギーの作用によつて液体を吐出させ
   液滴として飛翔させる装置であつて、熱エネルギ
   ー発生手段を有する基板と溝付プレートと色調の
   異なつた２種以上の液体を夫々供給する為の液体
   供給源から液体が供給される液体供給部とが一体
   化されており、前記基板と前記溝付プレートの溝
   で形成され吐出口に連通する複数の液体流路が
   夫々前記色調の異なる２種以上の液体毎に前記液
   体供給部と連通してなるヘツドと、多色情報に従
   つて前記熱エネルギー発生手段を選択的に作動さ
   せる制御部とを有することを特徴とする多色用液
   体噴射装置。 ２ 前記熱エネルギー発生手段が電気熱変換体で
   ある特許請求の範囲第１項記載の多色用液体噴射
   装置。 ３ 更に光検知手段が設けられている特許請求の
   範囲第１項記載の多色用液体噴射装置。