JP2008055630A - 液体吐出方法および液体吐出ヘッド - Google Patents
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Abstract
【解決手段】オリフィスプレート4の裏面に配置された発熱素子2から発生させた気泡6を吐出口5内に進入させる。そして、少なくともオリフィスプレート4の液体吐出面8まで気泡6の先端を到達させ、気泡6によって挟まれ吐出口5の中心部に残った柱状の液体を吐出口5の中心部へ向かう表面張力に起因する収縮力によって分断させる。
【選択図】図3
Description
P≧D/2
を満たし、流路および吐出口の内壁面に沿った、発熱素子の中心点から液体吐出面までの距離をL[μm]、発熱素子を圧力源とした時の液体領域のイナータンスをA[g/cm3/μm]として、
L<(1737/A)1/3
を満たすことを特徴とする。
図1、2は、本実施形態のインクジェット記録ヘッドの要部を示す図であり、図1は吐出口5周囲の断面図、図2は、オリフィスプレート4の液体吐出面8側から見た平面図である。なお、図2では、発熱素子2や流路3はオリフィスプレート4の裏側に配置されている為、本来この方向からは見えないが、説明の為にオリフィスプレート4を透過して見たとした場合の位置を示している。また、各図において、発熱素子2を駆動する為の電気配線などの細部については図示を省略している。
W≒I2/(2A)
が成り立つ。上式中、Iは発泡による圧力の力積、Aは発熱素子を圧力源とした時の液体領域のイナータンスである。
I〜Pbτ
として近似的に評価できる(τは気泡圧力が初期圧力Pbから1/eになる時間)。
A≡−ρ/(∫SH∇φdSH)
として解析的に計算することができる。ここで、∇2φ=0、発熱素子面においてφ=1、吐出口面においてφ=0であり、ρはインク密度、SHは発熱素子の面積である。
Vm〜W/(Pa−Ps)≒W/Pa=Pb 2τ2/(2APa)
から求めることができる。ここで、Paは大気圧である。
L<(3Vm/2π)1/3
L<(3Pb 2τ2/(4πAPa))1/3
を得る。ここで、本発明において、気泡は、前述のように、発熱素子の形成面であるオリフィスプレート裏面に沿って広がり、さらに吐出口側へ成長すると吐出口内壁面に沿って広がる(図3(b),(c)参照)。したがって、距離Lは、オリフィスプレート裏面および吐出口内壁面に沿って測った距離である(図1参照)。
L<(1737/A)1/3
を得る(Aの単位は[g/cm3/μm])。
A〜ρL/SH
として粗く近似することもできる。これによれば、上の条件は
L<(1737SH/ρ)1/4
と書きなおすことができる。
L<(3Vm/2π・a/b)1/3
L<(1737a2/ρ)1/4
を得る。なお、この式において、aは、より一般的には、発熱素子の中心と吐出口の中心を結ぶ直線に沿った発熱素子の長さであると言える。
2P≧D
P≧D/2
となる。
L=a/2+H+P
となる。この式において、発熱素子の短辺の長さaと、オリフィスプレートの厚さPは、前述の良好な吐出を得るための条件によっても制約され、短くするのには限界がある。したがって、Lを十分に短くするということは、実質的に、Hを十分に短くするということと同義である。発熱素子の吐出口側に面する辺と吐出口内壁面の縁とが一致する場合がHの下限0であり、Hを十分短くするとは、表1より
0≦H<3
を満たすことである。すなわち、基本条件として、前述の条件:P≧D/2、L<(1737/A)1/3を満たし、かつ上記のHの条件を満たすノズル構造とすることによって、サテライトが実質的に発生しないようにすることができる。
図5、6は、本実施形態のインクジェット記録ヘッドの要部を示す図であり、図5は吐出口5周囲の断面図、図6は、オリフィスプレート4の液体吐出面8側から見た平面図である。これらの図において、第1の実施形態と同様の部分には同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。
発熱素子2としては、長方形状のものが2つ設けられており、これらは、円形の吐出口5を挟んで互いに反対側の位置に配置されている。各発熱素子2は、長辺の一方が吐出口5に対向するように配置され、夫々の発熱素子2の長辺は吐出口5の径よりも長くなっている。
図8に、本実施形態のインクジェット記録ヘッドの要部の断面図を示す。同図において、第1、2の実施形態と同様の部分には同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。
3 流路
4 オリフィスプレート
5 吐出口
8 液体吐出面
Claims (10)
- 吐出口を有するオリフィスプレートと、該オリフィスプレートの液体吐出面とは反対側の面に前記吐出口を中心に対称的に配置された発熱素子と、前記吐出口に接続する流路と、を有する液体吐出ヘッドを用い、前記流路内の液体を前記発熱素子によって加熱して気泡を発生させ、該気泡の発生に伴う体積変化によって前記吐出口を介して前記液体吐出面から前記液体を吐出させる液体吐出方法において、
前記発熱素子から発生させた気泡を前記吐出口内に進入させるとともに、少なくとも前記オリフィスプレートの前記液体吐出面まで前記気泡の先端を到達させ、前記気泡によって挟まれ前記吐出口の中心部に残った柱状の液体を前記吐出口の中心部へ向かう表面張力に起因する収縮力によって分断させることを特徴とする液体吐出方法。 - 前記気泡の先端が前記オリフィスプレートの前記液体吐出面に達してから当該気泡が収縮して前記吐出口内へ戻る最中に、当該気泡と外気とが連通することを特徴とする請求項1に記載の液体吐出方法。
- 複数の前記発熱素子を同じタイミングで駆動することを特徴とする請求項1または2に記載の液体吐出方法。
- 吐出口を有するオリフィスプレートと、
該オリフィスプレートの液体吐出面とは反対側の面に前記吐出口を中心に対称的に配置された発熱素子と、
前記吐出口に接続する流路と、
を有し、
前記流路内の液体を前記発熱素子によって加熱して気泡を発生させ、該気泡の発生に伴う体積変化によって前記吐出口を介して前記液体吐出面から前記液体を吐出させる液体吐出ヘッドにおいて、
前記吐出口の、前記液体吐出面に垂直な方向の長さをP[μm]、前記吐出口を中心に互いに対称的な位置にある前記発熱素子の各中心点と前記吐出口の中心点とを結ぶ直線に沿った前記吐出口の長さをD[μm]として、
P≧D/2
を満たし、
前記流路および前記吐出口の内壁面に沿った、前記発熱素子の中心点から前記液体吐出面までの距離をL[μm]、前記発熱素子を圧力源とした時の液体領域のイナータンスをA[g/cm3/μm]として、
L<(1737/A)1/3
を満たすことを特徴とする液体吐出ヘッド。 - 前記イナータンスAは、∇2φ=0、発熱素子面でφ=1、吐出口面でφ=0、前記液体の密度をρ[g/cm3]、個々の前記発熱素子の面積をSH[μm2]として、
A≡−ρ/(∫SH∇φdSH)
として計算される量である、請求項4に記載の液体吐出ヘッド。 - 吐出口を有するオリフィスプレートと、
該オリフィスプレートの液体吐出面とは反対側の面に前記吐出口を中心に対称的に配置された発熱素子と、
前記吐出口に接続する流路と、
を有し、
前記流路内の液体を前記発熱素子によって加熱して気泡を発生させ、該気泡の発生に伴う体積変化によって前記吐出口を介して前記液体吐出面から前記液体を吐出させる液体吐出ヘッドにおいて、
前記吐出口の、前記液体吐出面に垂直な方向の長さをP[μm]、前記吐出口を中心に互いに対称的な位置にある前記発熱素子の各中心点と前記吐出口の中心点とを結ぶ直線に沿った前記吐出口の長さをD[μm]として、
P≧D/2
を満たし、
前記流路および前記吐出口の内壁面に沿った、前記発熱素子の中心点から前記液体吐出面までの距離をL[μm]、前記発熱素子の面積をSH[μm2]、前記液体の密度をρ[g/cm3]として、
L<(1737SH/ρ)1/4
を満たすことを特徴とする液体吐出ヘッド。 - 前記発熱素子は夫々長方形であり、該発熱素子の長辺が前記吐出口に面しており、該長辺の長さが、該長辺の方向に沿った前記吐出口の長さより長いことを特徴とする請求項4から6のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
- 吐出口を有するオリフィスプレートと、
該オリフィスプレートの液体吐出面とは反対側の面に前記吐出口を中心に対称的に配置された発熱素子と、
前記吐出口に接続する流路と、
を有し、
前記流路内の液体を前記発熱素子によって加熱して気泡を発生させ、該気泡の発生に伴う体積変化によって前記吐出口を介して前記液体吐出面から前記液体を吐出させる液体吐出ヘッドにおいて、
前記吐出口の、前記液体吐出面に垂直な方向の長さをP[μm]、前記吐出口を中心に互いに対称的な位置にある前記発熱素子の各中心点と前記吐出口の中心点とを結ぶ直線に沿った前記吐出口の長さをD[μm]として、
P≧D/2
を満たし、
前記流路および前記吐出口の内壁面に沿った、前記発熱素子の中心点から前記液体吐出面までの距離をL[μm]、前記発熱素子の中心と前記吐出口の中心を結ぶ直線に沿った前記発熱素子の長さをa[μm]、前記液体の密度をρ[g/cm3]として、
L<(1737a2/ρ)1/4
を満たすことを特徴とする液体吐出ヘッド。 - 前記発熱素子の前記吐出口側に面する辺から前記吐出口の内壁面の縁までの距離をH[μm]として、
P≧D/2 かつ 0≦H<3
を満たすことを特徴とする請求項4から8のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。 - 前記吐出口は、前記液体吐出面側に向かうにつれて小さくなるようにテーパーを付けられていることを特徴とする請求項4から9のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
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