JP2000015810A - Ink-jet recording head - Google Patents
Ink-jet recording headInfo
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- JP2000015810A JP2000015810A JP18374698A JP18374698A JP2000015810A JP 2000015810 A JP2000015810 A JP 2000015810A JP 18374698 A JP18374698 A JP 18374698A JP 18374698 A JP18374698 A JP 18374698A JP 2000015810 A JP2000015810 A JP 2000015810A
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- ink
- boiling
- nozzle
- recording head
- bubble
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- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、インク滴を吐出さ
せて印刷用紙に印字叉は印画させるインクジェット記録
ヘッドに関する。[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to an ink jet recording head for ejecting ink droplets to print or print on printing paper.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、インクジェットプリンタは、記録
時の静粛性、高速記録が可能、カラー化が容易といった
点から家庭用、オフィス用コンピュータの出力用プリン
タとして広く利用されるようになってきた。このような
インクジェットプリンタは、インクを小滴化し飛翔さ
せ、記録紙に付着させて記録を行うもので、小滴の発生
法や飛翔方向の制御法によってコンティニアス方式とオ
ンデマンド方式に大別され、現在オンデマンド方式が主
流である。2. Description of the Related Art In recent years, ink jet printers have been widely used as output printers for home and office computers because of their quietness during printing, high-speed printing, and easy colorization. Such ink-jet printers perform recording by making ink droplets fly and attaching them to recording paper, and are broadly classified into a continuous system and an on-demand system according to a method of generating droplets and a method of controlling a flying direction. At present, the on-demand system is the mainstream.
【０００３】このオンデマンド方式の一つとして、イン
クを加熱してインク中に気泡を発生させ、その体積変化
でインクを飛翔させるバブルジェット方式がある。この
方式によるインクの吐出原理を図５により説明する。[0003] As one of the on-demand systems, there is a bubble jet system in which ink is heated to generate bubbles in the ink, and the ink flies by a change in volume. The principle of ink ejection by this method will be described with reference to FIG.
【０００４】図５（ａ）は、ヒータ方式のインクジェッ
ト記録ヘッドの要部の断面図であり、図において、１は
基板、２はヒータ、３はインク流路、４はノズル、５は
沸騰気泡、６は飛翔した液滴、７は記録紙である。ヒー
タ２に電圧を印加すると、インク流路３のインクが加熱
され、沸騰気泡５を生じる。この沸騰気泡５による体積
変化によってノズル４から飛翔した液滴６が記録用紙７
上にドットを形成する。FIG. 5 (a) is a cross-sectional view of a main part of a heater type ink jet recording head. In the figure, 1 is a substrate, 2 is a heater, 3 is an ink flow path, 4 is a nozzle, and 5 is a boiling bubble. , 6 are flying droplets, and 7 is a recording paper. When a voltage is applied to the heater 2, the ink in the ink flow path 3 is heated, and boiling bubbles 5 are generated. The droplets 6 flying from the nozzle 4 due to the volume change due to the boiling bubbles 5 form recording paper 7.
Form dots on top.
【０００５】図５（ｂ）は、通電方式の従来のインクジ
ェット記録ヘッドの要部の断面図であり、図において、
９は基板、１０は外側電極、１１は内側電極、１２は外
側、内側電極１０，１１の露出面積を規定している絶縁
膜であり、１３は外側、内側電極１０と１１の間に流れ
る電流の電気力線を示している。８はインク流路１５と
圧力室１６を隔ててノズル１４を形成しているノズルプ
レート、６は飛翔したインクの液滴、７は記録紙、１７
は信号発生装置である。外側、内側電極１０，１１に電
圧を印加すると、圧力室１６に充填された導電性インク
に電流が流れ、そのジュール熱で外側、内側電極１０，
１１の先端間の導電性インクの一部が気化する。さらに
気化された導電性インクの蒸気は、ノズル１４から吐出
するのに十分な圧力を発生するまで膨張し、ノズル１４
から飛翔した液滴６が記録用紙７上にドットを形成す
る。FIG. 5B is a cross-sectional view of a main portion of a conventional ink jet recording head of the energization type.
9 is a substrate, 10 is an outer electrode, 11 is an inner electrode, 12 is an insulating film that defines the exposed area of the outer and inner electrodes 10 and 11, and 13 is a current flowing between the outer and inner electrodes 10 and 11. The lines of electric force are shown. Reference numeral 8 denotes a nozzle plate which forms the nozzles 14 with the ink flow path 15 and the pressure chamber 16 interposed therebetween, 6 denotes a flying ink droplet, 7 denotes a recording paper, and 17 denotes a recording paper.
Is a signal generator. When a voltage is applied to the outer and inner electrodes 10, 11, a current flows through the conductive ink filled in the pressure chamber 16, and the Joule heat causes the outer and inner electrodes 10, 11 to flow.
A part of the conductive ink between the tips of 11 is vaporized. Further, the vaporized conductive ink vapor expands until it generates pressure sufficient to discharge from the nozzle 14,
The droplets 6 flying from above form dots on the recording paper 7.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】従来のヒータ加熱方式
によるインクジェット記録ヘッドは、ヒータ面が均一に
加熱されるように、ヒータの形状は四角形を基本構造と
している。インク中の気泡の成長は円形であり、これに
対してヒータの形状は四角形であるので、不要な領域を
加熱することになり、沸騰気泡が一つにならずに分割し
たかたちで成長し、その気泡が滞留するおそれがある。
気泡が流路付近に滞留すると、ドット抜けなどの原因と
なってしまう。In the conventional ink jet recording head using the heater heating method, the basic shape of the heater is a square so that the heater surface is uniformly heated. The growth of bubbles in the ink is circular, whereas the shape of the heater is square, so that unnecessary areas will be heated, and the boiling bubbles will grow in the form of being divided without being united, The bubbles may stay.
If the bubbles stay near the flow path, they cause dot missing or the like.
【０００７】また、インク通電加熱方式によるインクジ
ェット記録ヘッドにおいては、インク中に含まれる気泡
のほかに電極表面で発生する電解気泡などによって、ド
ット抜けの不具合などが発生するという問題を有してい
る。このほか、電極が絶縁膜から露出している面積やイ
ンクの加熱される領域の広さ、あるいは、電極表面上の
付着物や電極の腐食によって、吐出されるインクの液滴
量が周波数特性を持ったり、前の吐出の熱履歴を持った
りすることで、形成されるドットの大きさに影響を与え
たりすることがある。[0007] In addition, the ink jet recording head of the ink energizing and heating method has a problem that a defect such as dot missing occurs due to electrolytic bubbles generated on the electrode surface in addition to bubbles contained in the ink. . In addition, due to the area where the electrode is exposed from the insulating film, the size of the area where the ink is heated, or the amount of ink droplets ejected due to the deposits on the electrode surface or the corrosion of the electrode, the frequency characteristics may vary. Holding, or having the thermal history of previous ejections, may affect the size of the dots formed.
【０００８】本発明が解決すべき課題は、インク中に存
在する気泡を効率よく排出して安定したドットを形成す
ること、および、周波数特性や熱履歴のないインク吐出
条件を実現して高画質のプリントを得ることにある。The problem to be solved by the present invention is to efficiently discharge bubbles existing in ink to form stable dots, and realize high-quality images by realizing ink discharge conditions without frequency characteristics and heat history. To get a print of
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明は、インクを加熱
して沸騰気泡を発生せしめ、その体積変化によってノズ
ルからインクを吐出させるインクジェット記録ヘッドに
おいて、インク加熱手段の形状特性または電気特性を、
沸騰気泡が発生した瞬間の気泡の中心位置に対して、沸
騰気泡が成長して最大気泡径に成長したときの気泡の中
心位置がノズル側に移動する条件としたことを特徴とす
る。この条件に合致したインク加熱手段の形状特性また
は電気特性とすることにより、沸騰気泡が発生した瞬間
から成長して最大気泡径になる過程において、気泡の中
心位置がノズル方向に移動することによって、インク中
に存在する溶存酸素や電解気泡等の沸騰に悪影響を与え
ると思われる気泡をノズル方向に押しやるという効果を
奏する。SUMMARY OF THE INVENTION According to the present invention, there is provided an ink jet recording head which heats ink to generate boiling bubbles and discharges ink from nozzles by a change in volume thereof.
The condition is such that the center position of the bubble when the boiling bubble grows and grows to the maximum bubble diameter moves to the nozzle side with respect to the center position of the bubble at the moment when the boiling bubble is generated. By making the shape characteristics or electric characteristics of the ink heating means that match this condition, in the process of growing from the moment when the boiling bubble is generated and reaching the maximum bubble diameter, the center position of the bubble moves in the nozzle direction, This has the effect of pushing air bubbles, which are considered to adversely affect the boiling of dissolved oxygen, electrolytic bubbles, and the like, present in the ink in the nozzle direction.
【００１０】[0010]
【発明の実施の形態】請求項１に記載のインクジェット
記録ヘッドは、インクを加熱して沸騰気泡を発生せし
め、その体積変化によってノズルからインクを吐出させ
るインクジェット記録ヘッドにおいて、インク加熱手段
の形状特性または電気特性を、沸騰気泡が発生した瞬間
の気泡の中心位置に対して、沸騰気泡が成長して最大気
泡径に成長したときの気泡の中心位置がノズル側に移動
する条件としたものである。この条件に合致したインク
加熱手段の形状特性または電気特性とすることにより、
沸騰気泡が発生した瞬間から成長して最大気泡径になる
過程において、気泡の中心位置がノズル方向に移動する
ことによって、インク中に存在する溶存酸素や電解気泡
等の沸騰に悪影響を与えると思われる気泡をノズル方向
に押しやるという作用を有する。According to the first aspect of the present invention, there is provided an ink jet recording head which heats ink to generate boiling bubbles and discharges ink from a nozzle by a change in volume of the ink. Alternatively, the electrical characteristics are such that the center position of the bubble when the boiling bubble grows and grows to the maximum bubble diameter moves to the nozzle side with respect to the center position of the bubble at the moment when the boiling bubble is generated. . By setting the shape characteristics or electric characteristics of the ink heating means that meets this condition,
In the process of growing to the maximum bubble diameter from the moment when the boiling bubble is generated, the center position of the bubble moves toward the nozzle, which seems to adversely affect the boiling of dissolved oxygen, electrolytic bubbles, etc. existing in the ink. This has the effect of pushing the bubbles that are generated toward the nozzle.
【００１１】請求項２に記載のインクジェット記録ヘッ
ドは、前記インク加熱手段がヒータであるインクジェッ
ト記録ヘッドにおいて、ヒータの面形状を、インクを吐
出させるノズル側に向けて面積が広がる形状としたもの
である。ヒータの面形状をこのような形状とすることに
より、インク流路側で発生する沸騰気泡が成長するに従
って、沸騰気泡の中心がノズル側に向けて移動すること
になり、これによってインク中に存在する、溶存酸素や
電解気泡等の沸騰に悪影響を与えると思われる気泡をノ
ズル方向に押しやるという作用を有する。According to a second aspect of the present invention, in the ink jet recording head, wherein the ink heating means is a heater, the surface shape of the heater has a shape whose area increases toward a nozzle for discharging ink. is there. By setting the surface shape of the heater to such a shape, the center of the boiling bubble moves toward the nozzle side as the boiling bubble generated on the ink flow path grows, and thus, exists in the ink. This has the effect of pushing air bubbles, which are considered to have an adverse effect on boiling such as dissolved oxygen and electrolytic air bubbles, in the nozzle direction.
【００１２】請求項３に記載のインクジェット記録ヘッ
ドは、前記インク加熱手段がヒータであるインクジェッ
ト記録ヘッドにおいて、ヒータの電気抵抗値を、インク
を吐出させるノズル側に向けて大きくしたものである。
ヒータの電気抵抗値をこのように差をつけることによ
り、インク流路側で発生する沸騰気泡が成長するに従っ
て、沸騰気泡の中心がノズル側に向けて移動することに
なり、これによってインク中に存在する、溶存酸素や電
解気泡等の沸騰に悪影響を与えると思われる気泡をノズ
ル方向に押しやるという作用を有する。In an ink jet recording head according to a third aspect of the present invention, in the ink jet recording head in which the ink heating means is a heater, the electric resistance value of the heater is increased toward a nozzle for discharging ink.
By making the electric resistance of the heater different in this way, the center of the boiling bubble moves toward the nozzle side as the boiling bubble generated on the ink flow path grows, thereby causing the presence of the bubble in the ink. This has the effect of pushing air bubbles, which are considered to adversely affect the boiling of dissolved oxygen, electrolytic bubbles, etc., in the nozzle direction.
【００１３】請求項４に記載のインクジェット記録ヘッ
ドは、前記インク加熱手段が一対の電極を用いたインク
通電であるインクジェット記録ヘッドにおいて、一方の
電極が他方の電極を包み込む形状とした一対の電極を、
包み込まれる側の電極がノズル側となるように配置した
ものである。電極の形状と配置をこのようにすることに
より、両電極が互いに最も接近している箇所から沸騰気
泡が発生し、沸騰気泡が成長するに従って沸騰気泡の中
心は包み込まれる側の他方の電極の方向へ移動する。こ
れによって、溶存酸素や電解気泡等の沸騰に悪影響を与
えると思われる気泡の移動方向を制御するという作用を
有する。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an ink jet recording head wherein the ink heating means is an ink energization using a pair of electrodes, wherein one of the electrodes has a shape enclosing the other electrode. ,
It is arranged so that the electrode on the side to be wrapped is on the nozzle side. By making the shape and arrangement of the electrodes in this way, boiling bubbles are generated from a place where both electrodes are closest to each other, and as the boiling bubbles grow, the center of the boiling bubbles is oriented in the direction of the other electrode on the wrapped side. Move to. This has the effect of controlling the moving direction of the bubbles, which is considered to have a bad influence on the boiling of the dissolved oxygen, electrolytic bubbles and the like.
【００１４】請求項５に記載のインクジェット記録ヘッ
ドは、請求項４記載の一対の電極において、両電極が互
いに最も接近している箇所を、包み込まれる側の電極の
中心よりもノズルと反対側の位置としたものである。こ
こで、両電極の形状は、円形、楕円形、放物線、双曲線
などを組み合わせた形状とすることができる。電極の形
状と配置をこのようにすることにより、両電極が互いに
最も接近している箇所から沸騰気泡が発生し、沸騰気泡
が成長するに従って沸騰気泡の中心は包み込まれる側の
他方の電極の方向へ移動する。これによって、溶存酸素
や電解気泡等の沸騰に悪影響を与えると思われる気泡の
移動方向を制御するという作用を有する。According to a fifth aspect of the present invention, in the ink-jet recording head according to the fourth aspect, a portion of the pair of electrodes closest to each other is located at a position opposite to the nozzle with respect to the center of the wrapped electrode. It is a position. Here, the shape of both electrodes can be a shape combining circular, elliptical, parabolic, hyperbolic, and the like. By making the shape and arrangement of the electrodes in this manner, boiling bubbles are generated from a point where both electrodes are closest to each other, and as the boiling bubbles grow, the center of the boiling bubbles is oriented in the direction of the other electrode on the wrapped side. Move to. This has the effect of controlling the moving direction of the bubbles, which is considered to have a bad influence on the boiling of the dissolved oxygen, electrolytic bubbles and the like.
【００１５】請求項６に記載のインクジェット記録ヘッ
ドは、請求項４，５記載の一対の電極において、両電極
が双方が向かい合っている部分の距離を３０μｍ以下と
したものである。電極の配置をこのようにすることによ
り、両電極の間でインクが加熱される領域が限定される
ことになり、これによってインクの加熱による熱履歴や
周波数特性を低減させるという作用を有する。In the ink jet recording head according to a sixth aspect of the present invention, in the pair of electrodes according to the fourth and fifth aspects, the distance between the two electrodes facing each other is 30 μm or less. By arranging the electrodes in this manner, the region where the ink is heated between the two electrodes is limited, thereby having the effect of reducing the heat history and frequency characteristics due to the heating of the ink.
【００１６】請求項７に記載のインクジェット記録ヘッ
ドは、請求項４ないし６記載の一対の電極において、包
み込む側の電極と包み込まれる側の電極の露出面積の比
を０．５〜１．５としたものである。両電極の露出面積
の比をこのように規定することにより、インクが加熱さ
れる領域が片方の電極に偏ることを避けることができ、
インクの加熱による熱履歴や周波数特性を低減させると
いう作用を有する。とくに内側電極の半径が１０μｍ以
上のときは、沸騰の中心が外内側のギャップからはずれ
ないようにするために、この面積比を１．０以下とする
のが望ましい。According to a seventh aspect of the present invention, in the ink jet recording head according to the fourth to sixth aspects, a ratio of an exposed area of the wrapping electrode to an exposed area of the wrapping electrode is 0.5 to 1.5. It was done. By defining the ratio of the exposed area of both electrodes in this way, the region where the ink is heated can be prevented from being biased to one electrode,
It has the effect of reducing heat history and frequency characteristics due to heating of the ink. In particular, when the radius of the inner electrode is 10 μm or more, the area ratio is desirably 1.0 or less so that the center of boiling does not deviate from the gap between the outer and inner sides.
【００１７】請求項８に記載のインクジェット記録ヘッ
ドは、請求項４ないし７記載の一対の電極による通電に
よってインクが２００℃以上に加熱される領域を１５０
０μｍ2以下としたものである。加熱領域を１５００μ
ｍ2以下とすることは、内側電極の半径を１０μｍ以下
にするか、または、かぶり込み角度（図３（ｃ）のθ参
照）を１２０度以下にすることによって達成できる。こ
のようにインクが加熱される領域を規定することによっ
て、インクの加熱による熱履歴や周波数特性を低減させ
るという作用を有する。According to an eighth aspect of the present invention, in the ink jet recording head, an area where the ink is heated to 200 ° C. or more by energization by the pair of electrodes according to the fourth aspect is provided.
0 μm 2 or less. 1500μ heating area
m 2 or less can be achieved by reducing the radius of the inner electrode to 10 μm or less, or reducing the fogging angle (see θ in FIG. 3C) to 120 degrees or less. By defining the region in which the ink is heated in this manner, it has an effect of reducing the heat history and frequency characteristics due to the heating of the ink.
【００１８】以下本発明の実施の形態について、図面を
参照しながら説明する。 （実施の形態１）図１（ａ）は、本発明をヒータ加熱方
式のインクジェット記録ヘッドに適用した第１の実施の
形態を示す要部の断面図、（ｂ）は本発明をヒータ加熱
方式のインクジェット記録ヘッドに適用した第１の実施
の形態を示す要部の平面図、（ｃ）は本発明をヒータ加
熱方式のインクジェット記録ヘッドに適用した第１の実
施の形態を示す要部の側面図、（ｄ）は本発明をヒータ
加熱方式のインクジェット記録ヘッドに適用した第１の
実施の形態の作用を説明する図である。図において、１
は基板、２０はヒーター、３はインク流路、４はノズ
ル、５は沸騰気泡、６は液滴、７は記録紙である。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. (Embodiment 1) FIG. 1A is a cross-sectional view of a main part showing a first embodiment in which the present invention is applied to a heater heating type ink jet recording head, and FIG. FIG. 2C is a plan view of a main part showing a first embodiment applied to the ink jet recording head of FIG. 1, and FIG. 3C is a side view of a main part showing the first embodiment of the present invention applied to a heater heating type ink jet recording head. FIG. 4D is a diagram for explaining the operation of the first embodiment in which the present invention is applied to a heater heating type ink jet recording head. In the figure, 1
Denotes a substrate, 20 denotes a heater, 3 denotes an ink flow path, 4 denotes a nozzle, 5 denotes a boiling bubble, 6 denotes a droplet, and 7 denotes a recording paper.
【００１９】本実施の形態においては、インクを加熱し
て沸騰気泡５を発生させるためのヒーター２０の平面形
状を、図１（ｂ）に示すように、インク流路３からノズ
ル４側に向けてその面積が広がるように台形状に設計し
ている。In this embodiment, as shown in FIG. 1B, the plane shape of the heater 20 for heating the ink to generate the boiling bubbles 5 is directed from the ink flow path 3 to the nozzle 4 side. It is designed to be trapezoidal so that its area can be expanded.
【００２０】このような台形状にしたことにより、ヒー
ター２０にリード２１を接続したとき、面積が狭い部分
がリード２１からの電気抵抗値が小さいので、面積が広
い部分に比べてより早く加熱され、ヒーター２０の発熱
点が流路方向に集中するため、同図（ｄ）に示すよう
に、初期沸騰気泡２２の中心２４はヒーター２０の流路
側に位置している。With such a trapezoidal shape, when the lead 21 is connected to the heater 20, the portion having a small area has a smaller electric resistance value from the lead 21 and is heated faster than the portion having a large area. Since the heating points of the heater 20 are concentrated in the flow path direction, the center 24 of the initial boiling bubble 22 is located on the flow path side of the heater 20 as shown in FIG.
【００２１】この後、沸騰気泡が成長して行くに従っ
て、ヒーター２０上の沸騰気泡はノズル４方向に向かっ
て成長していき、やがて最大径のときの沸騰気泡２３に
達する。このときの最大沸騰気泡２３の中心２５は、初
期沸騰気泡２２の中心２４に比べ、図中矢印で示すよう
にノズル４側に移動している。Thereafter, as the boiling bubble grows, the boiling bubble on the heater 20 grows toward the nozzle 4 and finally reaches the boiling bubble 23 at the maximum diameter. At this time, the center 25 of the maximum boiling bubble 23 has moved toward the nozzle 4 as shown by an arrow in the figure, compared to the center 24 of the initial boiling bubble 22.
【００２２】このように、成長する沸騰気泡がノズル４
方向に移動するようにヒーター２０の形状を設計するこ
とによって、インク中に存在する沸騰気泡以外の余分気
泡をインクの吐出時に効率よく排除することができる。
これによって、吐出されるインクの安定性が向上し、記
録紙上に形成されるドットの乱れのない、高品質の画質
を得ることができる。As described above, the growing boiling bubbles are generated by the nozzle 4
By designing the shape of the heater 20 so as to move in the direction, extra bubbles other than boiling bubbles existing in the ink can be efficiently removed at the time of discharging the ink.
As a result, the stability of the ejected ink is improved, and a high-quality image without disturbance of dots formed on the recording paper can be obtained.
【００２３】（実施の形態２）図２（ａ）は、本発明を
インク通電加熱方式のインクジェット記録ヘッドに適用
した第２の実施の形態を示す要部の断面図、（ｂ）は本
発明をインク通電加熱方式のインクジェット記録ヘッド
に適用した第２の実施の形態を示す要部の平面図、
（ｃ）は本発明をインク通電加熱方式のインクジェット
記録ヘッドに適用した第２の実施の形態の作用を説明す
る図である。(Embodiment 2) FIG. 2A is a sectional view of a main part showing a second embodiment in which the present invention is applied to an ink jet recording head of an ink energization heating type, and FIG. Is a plan view of a main part showing a second embodiment in which is applied to an ink jet recording head of an ink energization heating system,
FIG. 4C is a diagram for explaining the operation of the second embodiment in which the present invention is applied to an ink-jet recording head of an ink energization heating system.
【００２４】本実施の形態のインクジェット記録ヘッド
においては、外側電極３１が内側電極３０を包み込む形
状とした一対の電極を、内側電極３０がノズル１４側と
なるように配置したものである。内側電極３０と外側電
極３１が最接近している場所に最も電流が集中し、イン
クの温度が早く上昇する。その位置が初期沸騰気泡４０
の中心４１である。数マイクロ秒後、沸騰気泡はさらに
電極からの電流の供給によって成長し、最大沸騰気泡４
２に達する。この過程において、外側電極３１は内側電
極３０を包み込んでいるという構成になっているため、
電流は外側電極３１から内側電極３０に集中する。この
構造的な理由から、最大沸騰気泡４２の中心４３は初期
沸騰気泡４０の中心４１に比べ、ノズル１４側に移動す
ることになる。この沸騰気泡の移動によって、インク中
に存在している沸騰気泡以外の余分気泡がインクの吐出
と共に効率よく排出され、これによって、吐出されるイ
ンクの安定性が向上し、記録紙上に形成されるドットの
乱れのない、高品質の画質を得ることができる。In the ink jet recording head according to the present embodiment, a pair of electrodes each having a shape in which the outer electrode 31 wraps around the inner electrode 30 is arranged such that the inner electrode 30 is on the nozzle 14 side. The current is concentrated most where the inner electrode 30 and the outer electrode 31 are closest, and the temperature of the ink rises quickly. The position is the initial boiling bubble 40
Is the center 41. After a few microseconds, the boiling bubble grows further by supplying current from the electrode, and the maximum boiling bubble 4
Reach 2. In this process, since the outer electrode 31 is configured to surround the inner electrode 30,
The current is concentrated from the outer electrode 31 to the inner electrode 30. For this structural reason, the center 43 of the maximum boiling bubble 42 moves toward the nozzle 14 with respect to the center 41 of the initial boiling bubble 40. Due to the movement of the boiling bubbles, extra bubbles other than the boiling bubbles existing in the ink are efficiently discharged together with the ejection of the ink, whereby the stability of the ejected ink is improved and formed on the recording paper. It is possible to obtain a high-quality image without disturbing dots.
【００２５】（実施の形態３）図３（ａ）は一対の電極
の露出面積比とインク沸騰時間のばらつきとの関係を示
す図、（ｂ）は電極のギャップ長とインク沸騰時間のば
らつきとの関係を示す図、（ｃ）は電極要部の上面図で
ある。図中の各点は、内側電極３０および外側電極３１
の形状を種々変えたときの測定データであり、図中に注
記のφ３０およびφ６０は、ドット径３０μｍ用のノズ
ルおよびドット径６０μｍ用のノズルのことである。(Embodiment 3) FIG. 3 (a) shows the relationship between the exposed area ratio of a pair of electrodes and the variation in ink boiling time, and FIG. 3 (b) shows the relationship between the electrode gap length and the variation in ink boiling time. FIG. 3C is a top view of a main part of the electrode. Each point in the figure is an inner electrode 30 and an outer electrode 31.
Are the measurement data when the shape of is varied, and φ30 and φ60 shown in the figure are the nozzle for the dot diameter of 30 μm and the nozzle for the dot diameter of 60 μm.
【００２６】ここでギャップ長とは、同図（ｃ）に示す
電極要部の上面図において、外側電極３１によって包み
込まれる内側電極３０の外周部の長さ３２のことであ
り、外側電極３１と内側電極３０が向かい合っている部
分の距離であると言い換えることができる。ギャップ長
ｇは、 ｇ＝２π×（内側電極半径ｒ）×（かぶり込み角度θ）
／３６０ という式によって得られる。Here, the gap length is the length 32 of the outer peripheral portion of the inner electrode 30 wrapped by the outer electrode 31 in the top view of the main part of the electrode shown in FIG. In other words, it can be said that it is the distance of the portion where the inner electrode 30 faces. The gap length g is as follows: g = 2π × (inner electrode radius r) × (fog angle θ)
/ 360.
【００２７】図３（ａ）から、外側電極３１と内側電極
３０の露出面積比が大きくなるに従って、インク沸騰時
間のばらつきが大きくなるという傾向があるが、特にこ
のばらつきは、露出面積比が０．５から１．５の間で極
小値を持っていることがわかる。これは双方の電極の露
出面積比のバランスが崩れると、電流密度に不均衡が生
じるためであると考えられる。FIG. 3A shows that the variation in the ink boiling time tends to increase as the exposed area ratio between the outer electrode 31 and the inner electrode 30 increases. It can be seen that the minimum value is between 0.5 and 1.5. It is considered that this is because when the balance between the exposed area ratios of the two electrodes is lost, the current density becomes unbalanced.
【００２８】図３（ｂ）から、ギャップ長ｇが長いほ
ど、インク沸騰時間のばらつきの度合いが増すことがわ
かる。これはギャップ長ｇが長くなるほど、インクが加
熱される領域が広くなり、この結果、インクを吐出した
後も加熱されたままのインクが、圧力室１６に残ること
によって、インク沸騰時間に差ができてしまうためであ
る。FIG. 3B shows that the longer the gap length g, the greater the degree of variation in the ink boiling time. This is because the longer the gap length g, the larger the area where the ink is heated, and as a result, the ink that has been heated even after the ink is ejected remains in the pressure chamber 16, resulting in a difference in the ink boiling time. It is because it can be done.
【００２９】図４は、インク通電加熱方式によるインク
の加熱において、インクが１５０℃に加熱されている領
域の上方からの投影面積、および、２００℃に加熱され
ている領域の上方からの投影面積と、インク沸騰時間の
ばらつきとの関係を示す図である。同図から、２００℃
以上にインクが加熱される領域を１５００μｍ2以下に
することによって、インクが吐出しても圧力室１６に残
っている加熱されたインクが少なくなり、熱履歴および
周波数特性による沸騰時間のばらつきを２０μｓ以下に
抑えることができることがわかる。FIG. 4 shows the projected area from above the area where the ink is heated to 150 ° C. and the projected area from above the area where the ink is heated to 200 ° C. FIG. 6 is a diagram showing a relationship between the variation of the ink boiling time and the variation of the ink boiling time. From FIG.
By setting the area where the ink is heated to 1500 μm 2 or less as described above, the amount of the heated ink remaining in the pressure chamber 16 even when the ink is ejected is reduced, and the variation in the boiling time due to the heat history and frequency characteristics is reduced by 20 μs. It can be seen that it can be suppressed below.
【００３０】以上のことから、一方の電極が他方の電極
を包み込む形状をとる電極の場合、外側電極と内側電極
の露出面積比を０．５から１．５にし、ギャップ長を３
０μｍ以下とすることによって、インクの加熱領域の面
積を限定でき、特にインクの加熱温度が２００℃以上の
領域を１５００μｍ2以下にすることによって、熱履歴
や周波数特性による沸騰時間のばらつきが少ない、即ち
ドット系ばらつきの少ないインクジェットヘッドを実現
でき、高品質の画質を得ることができるということがわ
かる。As described above, in the case where one electrode takes a shape enclosing the other electrode, the exposed area ratio between the outer electrode and the inner electrode is set to 0.5 to 1.5, and the gap length is set to 3
By setting it to 0 μm or less, the area of the heating area of the ink can be limited. In particular, by setting the area where the heating temperature of the ink is 200 ° C. or more to 1500 μm 2 or less, variation in boiling time due to heat history and frequency characteristics is small. That is, it can be seen that an ink jet head with little dot system variation can be realized, and high quality image quality can be obtained.
【００３１】[0031]
【発明の効果】（１）インク加熱手段の形状特性または
電気特性を、沸騰気泡が発生した瞬間の気泡の中心位置
に対して、沸騰気泡が成長して最大気泡径に成長したと
きの気泡の中心位置がノズル側に移動する条件とするこ
とによって、インク中に存在する沸騰気泡以外の余分気
泡をインクの吐出時に効率よく排除することができる。
これによって、吐出されるインクの安定性が向上し、記
録紙上に形成されるドットの乱れがない、高品質の画質
を得ることができる。(1) The shape characteristics or electric characteristics of the ink heating means are set such that the boiling bubble grows to the maximum bubble diameter with respect to the center position of the bubble at the moment when the boiling bubble is generated. By setting the condition that the center position moves to the nozzle side, extra bubbles other than boiling bubbles existing in the ink can be efficiently removed at the time of discharging the ink.
As a result, the stability of the ejected ink is improved, and a high-quality image with no disturbance of dots formed on the recording paper can be obtained.
【００３２】（２）インク加熱手段がヒータである場合
は、ヒータの面形状を、インクを吐出させるノズル側に
向けて面積が広がる形状とするか、あるいは、ヒータの
電気抵抗値を、インクを吐出させるノズル側に向けて大
きくすることにより、インク流路側で発生する沸騰気泡
が成長するに従って、沸騰気泡の中心がノズル側に向け
て移動することになり、沸騰気泡の移動によって、イン
ク中に存在している沸騰気泡以外の余分気泡がインクの
吐出と共に効率よく排出され、吐出されるインクの安定
性が向上する。(2) When the ink heating means is a heater, the surface shape of the heater may be such that the area increases toward the nozzle for discharging the ink, or the electric resistance value of the heater may be set to By increasing the size toward the nozzle to be ejected, the center of the boiling bubble moves toward the nozzle as the boiling bubble generated on the ink flow path grows. Excess air bubbles other than the existing boiling air bubbles are efficiently discharged together with the discharge of the ink, and the stability of the discharged ink is improved.
【００３３】（３）インク加熱手段が一対の電極を用い
たインク通電である場合は、一方の電極が他方の電極を
包み込む形状とした一対の電極を、包み込まれる側の電
極がノズル側となるような配置とするか、さらに、この
両電極が互いに最も接近している箇所を、包み込まれる
側の電極の中心よりもノズルと反対側の位置とすること
により、インク流路側で発生する沸騰気泡が成長するに
従って、沸騰気泡の中心がノズル側に向けて移動するこ
とになり、沸騰気泡の移動によって、インク中に存在し
ている沸騰気泡以外の余分気泡がインクの吐出と共に効
率よく排出され、吐出されるインクの安定性が向上す
る。(3) In the case where the ink heating means is energization of ink using a pair of electrodes, one electrode has a shape enclosing the other electrode, and the enclosing electrode is on the nozzle side. By arranging such an arrangement, or by setting the point where the two electrodes are closest to each other to a position opposite to the nozzle from the center of the wrapped side electrode, boiling bubbles generated on the ink flow path side As the bubble grows, the center of the boiling bubble moves toward the nozzle side, and due to the movement of the boiling bubble, extra bubbles other than the boiling bubble present in the ink are efficiently discharged together with the ejection of the ink, The stability of the ejected ink is improved.
【００３４】（４）インク加熱手段が一対の電極を用い
たインク通電である場合、両電極が双方が向かい合って
いる部分の距離、包み込む側の電極と包み込まれる側の
電極の露出面積の比、通電によってインクが２００℃以
上に加熱される領域などを特定の範囲に規定することに
より、インクの加熱による熱履歴や周波数特性が低減さ
れ、高品質の画質を得ることができる。(4) In the case where the ink heating means uses a pair of electrodes to conduct ink, the distance between the two electrodes facing each other, the ratio of the exposed area of the wrapping electrode to the exposed area of the wrapping electrode, and By defining a region where the ink is heated to 200 ° C. or more by energization in a specific range, the heat history and frequency characteristics due to the heating of the ink are reduced, and a high-quality image can be obtained.
【図１】（ａ）本発明をヒータ加熱方式のインクジェッ
ト記録ヘッドに適用した第１の実施の形態を示す要部の
断面図 （ｂ）本発明をヒータ加熱方式のインクジェット記録ヘ
ッドに適用した第１の実施の形態を示す要部の平面図 （ｃ）本発明をヒータ加熱方式のインクジェット記録ヘ
ッドに適用した第１の実施の形態を示す要部の側面図 （ｄ）本発明をヒータ加熱方式のインクジェット記録ヘ
ッドに適用した第１の実施の形態の作用を説明する図FIG. 1A is a cross-sectional view of a main part showing a first embodiment in which the present invention is applied to a heater heating type inkjet recording head. FIG. 1B is a second embodiment in which the present invention is applied to a heater heating type inkjet recording head. (C) Side view of main part showing the first embodiment in which the present invention is applied to a heater heating type ink jet recording head. (D) The present invention is applied to a heater heating type. For explaining the operation of the first embodiment applied to the ink jet recording head of FIG.
【図２】（ａ）本発明をインク通電加熱方式のインクジ
ェット記録ヘッドに適用した第２の実施の形態を示す要
部の断面図 （ｂ）本発明をインク通電加熱方式のインクジェット記
録ヘッドに適用した第２の実施の形態を示す要部の平面
図 （ｃ）本発明をインク通電加熱方式のインクジェット記
録ヘッドに適用した第２の実施の形態の作用を説明する
図FIG. 2 (a) is a sectional view of a main part showing a second embodiment in which the present invention is applied to an ink jet recording head of an ink energizing and heating type; and (b) the present invention is applied to an ink jet recording head of an ink energizing and heating type. (C) A view for explaining the operation of the second embodiment in which the present invention is applied to an ink jet recording head of an ink energization heating type.
【図３】（ａ）一対の電極の露出面積比とインク沸騰時
間のばらつきとの関係を示す図 （ｂ）電極のギャップ長とインク沸騰時間のばらつきと
の関係を示す図 （ｃ）電極要部の上面図3A is a diagram showing a relationship between an exposed area ratio of a pair of electrodes and variation in ink boiling time. FIG. 3B is a diagram showing a relationship between electrode gap length and variation in ink boiling time. Top view of part
【図４】加熱領域とインク沸騰時間のばらつきとの関係
を示す図FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a heating area and a variation in ink boiling time.
【図５】（ａ）ヒータ方式のインクジェット記録ヘッド
の要部の断面図 （ｂ）通電方式の従来のインクジェット記録ヘッドの要
部の断面図FIG. 5A is a cross-sectional view of a main part of a heater type ink jet recording head. FIG. 5B is a cross-sectional view of a main part of a conventional energizing type ink jet recording head.
１ 基板 ２ ヒーター ３ インク流路 ４ ノズル ５ 沸騰気泡 ６ 液滴 ７ 記録紙 ８ ノズルプレート ９ 基板 １０ 外側電極 １１ 内側電極 １２ 絶縁膜 １３ 電気力線 １４ ノズル １５ インク流路 １６ 圧力室 １７ 信号発生装置 ２０ ヒーター ２１ リード ２２ 初期沸騰気泡 ２３ 最大径のときの沸騰気泡 ２４ 初期沸騰気泡の中心 ２５ 最大沸騰気泡の中心 ３０ 内側電極 ３１ 外側電極 ３２ ギャップ長 ４０ 初期沸騰気泡 ４１ 初期沸騰気泡の中心 ４２ 最大径のときの沸騰気泡 ４３ 最大沸騰気泡の中心 θ かぶり込み角度 ｒ 内側電極半径 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Heater 3 Ink flow path 4 Nozzle 5 Boiling bubble 6 Droplet 7 Recording paper 8 Nozzle plate 9 Substrate 10 Outer electrode 11 Inner electrode 12 Insulation film 13 Line of electric force 14 Nozzle 15 Ink flow path 16 Pressure chamber 17 Signal generator Reference Signs List 20 heater 21 lead 22 initial boiling bubble 23 boiling bubble at maximum diameter 24 center of initial boiling bubble 25 center of maximum boiling bubble 30 inner electrode 31 outer electrode 32 gap length 40 initial boiling bubble 41 center of initial boiling bubble 42 maximum diameter Boiling bubble at the time of 43 43 Center of maximum boiling bubble θ Fogging angle r Inner electrode radius
Claims (8)
その体積変化によってノズルからインクを吐出させるイ
ンクジェット記録ヘッドにおいて、インク加熱手段の形
状特性または電気特性を、沸騰気泡が発生した瞬間の気
泡の中心位置に対して、沸騰気泡が成長して最大気泡径
に成長したときの気泡の中心位置がノズル側に移動する
条件としたことを特徴とするインクジェット記録ヘッ
ド。1. An ink is heated to generate boiling bubbles,
In an ink jet recording head that discharges ink from a nozzle by its volume change, the shape characteristics or electric characteristics of the ink heating means are set such that the boiling bubble grows to the maximum bubble diameter with respect to the center position of the bubble at the moment when the boiling bubble is generated. An ink jet recording head, characterized in that the condition is such that the center position of the bubble when it has grown into the nozzle moves to the nozzle side.
のヒータの面形状を、インクを吐出させるノズル側に向
けて面積が広がる形状としたことを特徴とする請求項１
記載のインクジェット記録ヘッド。2. The apparatus according to claim 1, wherein said ink heating means is a heater, and the surface of the heater has a shape having an area increasing toward a nozzle for discharging ink.
The inkjet recording head according to the above.
のヒータの電気抵抗値を、インクを吐出させるノズル側
に向けて大きくした請求項１記載のインクジェット記録
ヘッド。3. An ink jet recording head according to claim 1, wherein said ink heating means is a heater, and an electric resistance value of said heater is increased toward a nozzle for discharging ink.
インク通電であって、一方の電極が他方の電極を包み込
む形状とした一対の電極を、包み込まれる側の電極がノ
ズル側となるように配置したことを特徴とする請求項１
記載のインクジェット記録ヘッド。4. The method according to claim 1, wherein the ink heating means is an ink supply using a pair of electrodes, and one of the electrodes has a shape surrounding the other electrode. 2. The arrangement according to claim 1, wherein
The inkjet recording head according to the above.
箇所を、包み込まれる側の電極の中心よりもノズルと反
対側の位置としたことを特徴とする請求項４記載のイン
クジェット記録ヘッド。5. The ink jet recording head according to claim 4, wherein a position where said pair of electrodes is closest to each other is a position opposite to a nozzle with respect to a center of the wrapped electrode.
距離を３０μｍ以下としたことを特徴とする請求項４ま
たは５記載のインクジェット記録ヘッド。6. The ink jet recording head according to claim 4, wherein the distance between the portions where the pair of electrodes face each other is 30 μm or less.
み込まれる側の電極の露出面積の比を０．５〜１．５と
したことを特徴とする請求項４ないし６のいずれかに記
載のインクジェット記録ヘッド。7. The method according to claim 4, wherein the ratio of the exposed area of the wrapping electrode to the wrapping electrode of the pair of electrodes is 0.5 to 1.5. The inkjet recording head according to the above.
が２００℃以上に加熱される領域を１５００μｍ2以下
としたことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。8. An ink jet recording head according to claim 1, wherein a region where the ink is heated to 200 ° C. or more by energization by said pair of electrodes is set to 1500 μm 2 or less.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18374698A JP2000015810A (en) | 1998-06-30 | 1998-06-30 | Ink-jet recording head |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18374698A JP2000015810A (en) | 1998-06-30 | 1998-06-30 | Ink-jet recording head |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000015810A true JP2000015810A (en) | 2000-01-18 |
Family
ID=16141262
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18374698A Withdrawn JP2000015810A (en) | 1998-06-30 | 1998-06-30 | Ink-jet recording head |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000015810A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003025577A (en) * | 2001-07-11 | 2003-01-29 | Canon Inc | Liquid jet head |
| US7293859B2 (en) | 2002-07-10 | 2007-11-13 | Canon Kabushiki Kaisha | Liquid discharge head and method for manufacturing such head |
-
1998
- 1998-06-30 JP JP18374698A patent/JP2000015810A/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003025577A (en) * | 2001-07-11 | 2003-01-29 | Canon Inc | Liquid jet head |
| US7293859B2 (en) | 2002-07-10 | 2007-11-13 | Canon Kabushiki Kaisha | Liquid discharge head and method for manufacturing such head |
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