JPS6342868A - 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】 ［ａ業上の利用分野］ 本発明は、液体噴射記録ヘッドに関し、より詳しくは、
階調性のある記録を行うことのできる液体噴射記録ヘッ
ドに関する。

［従来の技術］ 従来、ノンインパクト記録法は、記録時における騒音の
発生が無視し得る程度に極めて小さいという点において
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等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、これまでにも種々の方式の提
案とそれを具現化する装置とが考案され、改良が加えら
れて実用化されてきている。

中でも熱エネルギを液体に付与し、当該液体中に気泡を
発生させ、その気泡の急峻な体積変化によって液体をオ
リフィスより吐出させ記録を行うインクジェット記録法
、すなわち、熱エネルギを利用したインクジェット記録
法は、装置の小型化か容易であることや、オリフィスの
高密度配貨が可能であるので高解像度、高品質の画像を
高速度に得られることになるなどのＪ１由により特にン
主目されている。

このように、熱エネルギを利用した液体噴射記録法は多
くの利点を有するものではるが、更に高解像度、高品質
の画像を記録しようとする場合には、記録画素に階調性
を持たせ、中間調（ハーフトーン）の情報を含む画像記
録を行うのが好適である。

［発明が解決しようとする問題点］ そこで、本出願人は、すでに特開昭５５−１３２２５８
号において、液体の急峻な状態変化（発泡）には電気熱
変換体等を有する熱作用部材の発熱時の表面温度閾値が
存在することに着目して、閾値温度以上となる表面の面
積を電力レベルに応じて連続的に変化させることにより
、１つの発熱体に対して１対の電極を配設するという最
も単純な構成で階調性を効果的に実現させることのでき
るインクジェット記録法を提案している。

本発明は、この特開昭５５−１３２２５８号に開示され
た発明をさらに改良し、簡単な制御で一層確実に階調性
を得ることができるとともに、安定性および信頼性に優
れた液体噴射記録ヘッドを提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ そのために、本発明では、吐出口を有する液室と、液室
内に設けられ通電に応じて発熱する発熱体を有する熱作
用部材とを具え、熱作用部材により液室内の液体を加熱
し、液体に状態変化を発生せしめ、これに基づく液室の
内圧の上昇に応じて液体の小液滴を吐出口より吐出して
記録を行う液体噴射記録ヘッドにおいて、発熱勾配を生
ずるように熱作用部材を構成するとともに、熱作用部材
の上限温度が設定されるように発熱体を温度依存抵抗で
構成したことを特徴とする。

［作用］ すなわち、本発明によれば、発熱勾配を利用して熱作用
部材上の状態変化に係る部材の面積を変更して吐出され
る液体の量を可変とすることにより階調記録が可能とな
るとともに、熱作用部材の必要以上の昇温か防止される
ので焼損、クラック、液体のとげつき等が生じずに安定
した記録を行うことができるようになる。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図および第２図は本発明液体噴射記録ヘッドの一構
成例として、記録媒体に対して複数の吐出口（オリフィ
ス）を整列させて配置した形態の液体噴射記録ヘッドの
概略構成例を示す分解斜視図およびそのＹ−Ｙ線断面図
であり、これら図を用いて本発明に係る記録ヘッドの記
録原理を述べる。

第１図において、溝蓋板部材１１１には基板１０３上に
発熱体１０７と、通電のための電極として、共通電極１
０６および選択電極１０５とが配されており、発熱体１
０７が頂度溝板部材１０２に形成された溝１０１と一致
するように接着層１０４によって接合される。これにイ
ンクを導入し発熱体１０７を加熱すると発熱体１０７上
に液体が急峻な状態変化によって気泡を生じ、その体積
増加に対応した液滴が溝板部材１１１とによって形成さ
れたオリフィス１１０より吐出する。

すなわち、液流路１１３内には、ポンプ等の適当な加圧
手段もしくは静水圧によって、それだけではオリフィス
１１０から吐出がなされない程度の供給圧力Ｐが加えら
れて記録液（インク）が供給されている。今、オリフィ
ス１１０から距離１の液流路°１１３にある発熱体１０
７が、一定電力レベル以上の電力供給を受けると、発熱
体１０７の表面温度が上昇し、幅６文の部分においてイ
ンクが加熱されて当該部分のインクに気泡１０８の発生
を伴う状態変化が生じる。その結果、液流路１１３内の
圧力が高まって作用させたエネルギ量に応じて液流路１
１３の幅λ内に存在するインクの一部分または全部がオ
リフィス１１０から吐出される。当該吐出された液滴１
０９は記録紙等の記録媒体１４の方向に飛翔してその所
定位置に付着することにより記録が行われる。而して発
熱体１０７からの熱エネルギの供給が停止されると、供
給圧力Ｐにより液流路１１３内にはインクが補給されて
充満する。

インク吐出に熱エネルギを利用するインクジェット記録
法では、インクに熱エネルギを時間的に不連続に作用さ
せれば、この作用させる熱エネルギに記録情報を担わせ
ることができる。すなわち、パルス状の記録情報信号に
応じて発熱体を発熱させれば、インク中の状態変化によ
ってオリフィス１１０から吐出噴射される液滴１８に記
録情報を担わせることができ、従ってその記録紙１４へ
の付着によって所望の記録が行われることになる。

本発明では、インクの急峻な状態変化には発熱体の発熱
時の表面温度に関わる閾値が存在することに着目し、発
熱体の電気抵抗値に温度特性をもたせるとともに、発熱
体形状を適切に選択して温度勾配を持たせることにより
、１つの発熱体でそれに加える駆動量に対応した閾値温
度以上となる部分、すなわち発泡に係る部分の表面積が
安定して得られるようにするものである。

第３図（Ａ）および（８）は発熱体形状と電極との組合
せの２例を示す。図において、１０７Ａおよび１０７Ｂ
は発熱体、１０５Ａ、１０６Ａおよび１０５Ｂ、１０６
Ｂは電極である。これら２例において、発熱体１０７Ａ
および１０７Ｂにそれぞれ所定の電圧を印加すると、共
にΔ１方向に温度勾配を有する。すなわち、幅の広い部
分から狭い部分に向って電流密度が増加するので、同方
向に上昇する温度勾配を示すものとなる。

一方、発熱体の電流の向きは同図（Ａ）の例では温度勾
配に直交する方向となり、同図ＣＢ）の例では、同一方
向となっている。

そこで、第４図（Ａ）および（Ｂ）に示すように、正特
性および負特性の温度依存抵抗体を、それぞれ、発熱体
１０７Ａおよび１０７Ｂに採用する。このような特性を
有する抵抗体として、発熱体１０７Ａには正特性サーミ
スタ、発熱体１０７Ｂにはサーミスタを用いることがで
きる。

第４図（Ａ）および（Ｂ）において、Ｔ１で示す温度は
飽和温度、すなわち温度上昇により発熱体１０７Ａまた
は１０７Ｂの抵抗値変化に応じて温度上昇を止める温度
である。また、インクに気泡が発生するための限界温度
をＴ２とする。すなわち、ＴＩ＞　７２である抵抗を選
択すれば、発熱体上では電力供給に応じて温度勾配が生
じ、温度Ｔ２を越えたところで発泡することになるが、
発熱体の温度はＴ１以下に保つことができることになる
。従って、不必要な温度にまで発熱体１０７Ａまたは１
０７Ｂが昇温することが無くなることになる。

第５図は発熱体に加えるエネルギ量によりΔＬの部分に
おいて発生した温度分布を示す。すなわち、第３図（Ａ
）または（Ｂ）に示した実施例により、温度は加えた電
力に応じて、曲線４−１〜４−２〜４−３のように上昇
し、Δλ上の発泡する部分の長さが増減しインク吐出量
を制御できるようになった。

この駆動量の変更は、第６図または第７図に示すように
、電圧値を値５−１〜５−３のように変化させることに
より、またはパルス幅を時刻６−１〜６−３までとする
ことにより可能である。また、このように駆動を行って
も、発熱体上の温度Ｔ１に達した部分にはそれ以上の昇
温がないので、上述の２実施例によれば、この部分にお
いて発熱体の焼損やクラック、あるいはインクのこげつ
き等が防止できた。

すなわち、発熱体に温度勾配を持たせ、かつ、電流方向
が前記勾配と直交するものでは正特性のサーミスタを用
い、同方向のものは不特性のサーミスタを用いて発熱体
を構成し、上昇温度限界〉発泡温度とすることで発泡量
の制御ないしは階調記録が安定して行えるようになった
。

なお、実施例においては、発熱体の平面形状を台形とす
ることで温度分布を持たせるようにしたが、発熱体を含
む液体への熱作用部分に温度分布を持たせるためには種
々の形状や構成を採用することができる。例えば、前掲
の特開昭５５−１３２２５８号に開示されているように
、発熱体やその上に積層される保護層の厚さを変えるこ
とで電流密度を変化させたり、あるいは蓄熱層の容量を
変えることで発熱体の温度勾配を持たせるようにした液
体噴射記録ヘッドに対しても、本発明は極めて有効に適
用できる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、制御が容易で、
確実に階調表現を行うことができるとともに、安定性お
よび信頼性に優れた液体噴射記録ヘッドが実現できる効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、それぞれ、本発明を適用可能な
液体噴射記録ヘッドの一構成例を示す分解斜視図および
その断面図、 第３図（Ａ）および（Ｂ）は、本発明の主要部に係る発
熱体と電極との組合せ構成の２例を示す平面図、 第４図（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ、第３図（Ａ）
および（Ｂ）の発熱体に適用して好適な温度依存抵抗の
特性を示す特性曲線図、 第５図は発熱体に加えるエネルギ量により発熱体上で発
生する温度分布を説明するための説明図、 第６図および第７図は吐出量制御のためのエネルギ量変
更の２例を示す説明図である。 １０５Ａ、１０５Ｂ、１０６Ａ、１０８Ｂ・・・電極、
１０７．１０７Ａ、１０７Ｂ・・・発熱体、１０８・・
・気泡、 １０９・・・液滴、 １１０・・・吐出口（オリフィス）、 ΔＬ・・・発熱体長さ。 第１図 ＋０５Ａ 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）吐出口を有する液室と、該液室内に設けられ通電に
   応じて発熱する発熱体を有する熱作用部材とを具え、該
   熱作用部材により前記液室内の液体を加熱し、該液体に
   状態変化を発生せしめ、これに基づく前記液室の内圧の
   上昇に応じて前記液体の小液滴を前記吐出口より吐出し
   て記録を行う液体噴射記録ヘッドにおいて、 発熱勾配を生ずるように前記熱作用部材を構成するとと
   もに、前記熱作用部材の上限温度が設定されるように前
   記発熱体を温度依存抵抗で構成したことを特徴とする液
   体噴射記録ヘッド。 ２）特許請求の範囲第１項記載の液体噴射記録ヘッドに
   おいて、前記発熱体への通電方向と直交する方向に前記
   発熱勾配が生ずるように前記熱作用部材を構成するとと
   もに、前記発熱体を正の温度特性を有する温度依存抵抗
   で構成したことを特徴とする液体噴射記録ヘッド。 ３）特許請求の範囲第１項記載の液体噴射記録ヘッドに
   おいて、前記発熱体への通電方向と同方向に前記発熱勾
   配が生ずるように前記熱作用部材を構成するとともに、
   前記発熱体を負の温度特性を有する温度依存抵抗で構成
   したことを特徴とする液体噴射記録ヘッド。