JP2952091B2 - Ink droplet ejection recording method and recording head - Google Patents
Ink droplet ejection recording method and recording headInfo
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- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は熱エネルギーを利用して
液滴を紙、樹脂シート、布等の記録材に対して飛翔させ
て記録を行なうためのインク滴噴射記録ヘッド及びその
記録方法と装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ink-jet recording head for recording a recording material such as paper, a resin sheet, cloth, or the like by using thermal energy to fly droplets, and a recording method thereof. Related to the device.
【0002】[0002]
【従来技術】液体あるいは加熱により溶融可能な固体の
記録媒体(インク)を熱エネルギーを利用して被記録材
に付着させて画像形成を行なうインクジェット記録方法
は、高速記録が可能であり、また比較的記録品位も高
く、低騒音であるという利点を有している。さらに、こ
の方法はカラー画像記録が比較的容易であって、普通紙
等にも記録でき、さらに装置を小型化し易いといった多
くの優れた利点を有している。2. Description of the Related Art An ink jet recording method for forming an image by applying a liquid or a solid recording medium (ink) which can be melted by heating to a recording material using thermal energy is capable of high-speed recording. It has the advantages of high target recording quality and low noise. Further, this method has many excellent advantages such as relatively easy recording of a color image, recording on plain paper and the like, and further, easy downsizing of the apparatus.
【0003】このようなインクジェット記録方法を用い
る記録装置には、一般にインクを飛翔インク滴として吐
出させるための吐出口と、この吐出口に連通するインク
路とこのインク路の一部に設けられインク路内のインク
に吐出のための吐出エネルギーを与えるエネルギー発生
手段とを有する記録ヘッドが備えられる。例えば、特公
昭61−59911号、特公昭61−59912号、特
公昭61−59913号、特公昭61−59914号の
各公報には、エネルギー発生手段として電気熱変換体を
用い、電気パルス印加によってこれが発生する熱エネル
ギーをインクに作用させてインクを吐出させる方法が開
示されている。A recording apparatus using such an ink jet recording method generally includes a discharge port for discharging ink as flying ink droplets, an ink path communicating with the discharge port, and an ink provided in a part of the ink path. A recording head having energy generating means for applying ejection energy to the ink in the path for ejection. For example, JP-B-61-59911, JP-B-61-59912, JP-B-61-59913, and JP-B-61-59914 each use an electrothermal converter as an energy generating means and apply an electric pulse. There is disclosed a method of ejecting ink by applying the generated thermal energy to ink.
【0004】すなわち、上記各公報に開示されている記
録方法は、熱エネルギーの作用を受けたインクが急峻な
体積の増大を伴なう状態変化を起こし、この状態変化に
基づく膜沸騰領域の気泡の主として成長と収縮により、
記録ヘッド部先端の吐出口よりインクを吐出し、この吐
出インク滴が被記録媒体に付着して画像形成を行なうも
のである。この方法によれば記録ヘッドにおける吐出口
を高密度に配設することができるので、高解像度、高品
質の画像を高速で記録することができ、この方法を用い
た記録装置は、複写機、プリンタ、ファクシミリなどに
おける情報出力手段として用いることができる。That is, according to the recording methods disclosed in the above publications, the ink subjected to the action of thermal energy undergoes a state change accompanied by a sharp increase in volume, and bubbles in the film boiling region based on this state change are produced. Mainly due to growth and contraction
Ink is ejected from an ejection port at the tip of the recording head, and the ejected ink droplets adhere to a recording medium to form an image. According to this method, the ejection ports in the recording head can be arranged at a high density, so that a high-resolution, high-quality image can be recorded at a high speed. A recording apparatus using this method includes a copier, It can be used as information output means in a printer, facsimile, or the like.
【0005】他方、熱エネルギを使用するものの実現条
件は不明なインクジェット記録方法としては、特開昭5
4−161935号公報に記載される方法がある。この
公報では円筒状発熱体によって液室内のインクをガス化
(核沸騰によると思われる)させ、このガスをインク滴
と共にインク吐出口より吐出させる。この方法によれ
ば、ガスを微小滴状に噴出させてしまい、画質は不良と
なる。また、このガスの噴出によってガス化したインク
がスプラッシュやミストなどを生じ、その結果記録紙の
地汚れとなったり、装置内の汚れとなることがあった。On the other hand, as an ink jet recording method which uses thermal energy but whose conditions are unknown, Japanese Patent Application Laid-Open No.
There is a method described in JP-A-4-161935. In this publication, ink in a liquid chamber is gasified (presumably due to nucleate boiling) by a cylindrical heating element, and this gas is discharged from an ink discharge port together with ink droplets. According to this method, the gas is ejected in the form of fine droplets, resulting in poor image quality. In addition, the gas ejected by the gas discharges the ink to generate a splash, a mist, or the like, and as a result, the recording paper may be stained or the inside of the apparatus may be stained.
【0006】また、例えば特開昭61−197246号
公報には、従来の熱エネルギーを用いたインクジェット
記録方法を変形させた方法を用いる熱転写的記録装置に
関する記載がある。すなわち、この装置では、単発的な
インク吐出であり、加えて記録媒体と発熱素子とを完全
に密着させることが困難であるため、従来の吐出口を有
する記録ヘッドを用いたインクジェト記録方法に比べ、
熱効率が低下しやすく高速記録に適さないといった問題
がある。[0006] For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-197246 discloses a thermal transfer type recording apparatus using a modification of a conventional ink jet recording method using thermal energy. That is, in this apparatus, it is one-shot ink ejection, and in addition, it is difficult to make the recording medium and the heating element completely adhere to each other. Therefore, compared to the conventional ink jet recording method using a recording head having an ejection port, ,
There is a problem that thermal efficiency tends to decrease and is not suitable for high-speed recording.
【0007】[背景技術]以上説明したようなインクジ
ェット記録方式の問題点を解決するため、本出願人は吐
出のためにインクを加熱することにより生成される膜沸
騰による気泡を吐出口近傍で外気に連通させて吐出を行
うインクジェット記録方式(以下、この方式を連通吐出
方式とも言う)について提案した(特願平2−1128
32号,特願平2−112833号,特願平2−112
834号,特願平2−114472号,特願平3−16
9962号)。[Background Art] In order to solve the problems of the ink jet recording system as described above, the present applicant disposes air bubbles due to film boiling generated by heating ink for discharge in the vicinity of the discharge port. (Hereinafter, this method is also referred to as a continuous discharge method) in which discharge is performed by communicating with a printer (Japanese Patent Application No. 2-1128).
No. 32, Japanese Patent Application No. 2-112833, Japanese Patent Application No. 2-112
No. 834, Japanese Patent Application No. 2-114472, Japanese Patent Application No. 3-16
No. 9962).
【0008】上記連通吐出方式によれば、気泡を形成し
ているガスが吐出されるインク滴と共に噴出することは
ないので、スプラッシュやミストなどの発生を低減し、
被記録媒体上の地汚れや装置内の汚れを防ぐことができ
る。[0008] According to the above-described communication and discharge method, the gas forming the bubble is not ejected together with the ejected ink droplets, so that the generation of splash and mist is reduced.
Background dirt on the recording medium and dirt in the apparatus can be prevented.
【0009】また、上記連通吐出方式の基本的な作用と
して、気泡が生成される部位より吐出口側にあるインク
は原理的に全てインク滴となって吐出されるということ
がある。このため、吐出インク量は、吐出口から上記気
泡生成部位までの距離等、記録ヘッドの構造によって定
めることができる。この結果、上記連通吐出方式によれ
ば、インク温度の変化等の影響をそれ程受けずに吐出量
の安定した吐出を行うことが可能となる。In addition, as a basic operation of the above-described communication discharge method, there is a case where all ink located on the discharge port side from a portion where bubbles are generated is discharged in principle as ink droplets. Therefore, the amount of ink to be ejected can be determined by the structure of the recording head, such as the distance from the ejection port to the bubble generation site. As a result, according to the above-described continuous ejection method, it is possible to perform ejection with a stable ejection amount without being significantly affected by a change in ink temperature or the like.
【0010】[0010]
【発明が解決しようとする課題】ところが、発熱部と吐
出口が対向する構成を前提とした場合、記録ヘッドの構
造によっては、形成した気泡が効率よく外気と連通せず
に吐出特性を変化させてしまう場合があった。However, when it is assumed that the heat generating portion and the discharge port face each other, depending on the structure of the recording head, the formed air bubbles may not efficiently communicate with the outside air to change the discharge characteristics. There was a case.
【0011】本発明は、気泡を外気に連通させる方式に
おいて、これを解決できインク滴の形成をより一層安定
化でき、より高画質な画像形成を達成できるインク滴噴
射記録方法及び記録ヘッドを提供せんとするものであ
る。The present invention provides an ink droplet ejection recording method and a recording head which can solve the above problem in the method of communicating bubbles with the outside air, stabilize the formation of ink droplets, and achieve higher quality image formation. It is something you want to do.
【0012】本発明は、インク供給源に連通して該イン
ク供給源からインクの供給を受けるインク路と、該イン
ク路内のインクに熱エネルギーを与えて膜沸騰により気
泡を生成させるための熱エネルギー発生手段と、該熱エ
ネルギー発生手段に対向して設けられ該熱エネルギー発
生手段によって生成された気泡を外気と連通させて上記
インクの一部を滴として吐出させるための吐出口とを備
え、上記熱エネルギー発生手段と上記吐出口との距離を
L、上記吐出口の最大開口径をRとしたときに、R/L
≧0.5を満たすことを特徴とする記録ヘッドを提供す
るものである。According to the present invention, there is provided an ink path communicating with an ink supply source and receiving ink from the ink supply source, and a heat source for applying thermal energy to the ink in the ink path to generate bubbles by film boiling. Energy generating means, comprising a discharge port provided to face the thermal energy generating means and communicating with the outside air bubbles generated by the thermal energy generating means to discharge a part of the ink as droplets, When the distance between the thermal energy generating means and the discharge port is L and the maximum opening diameter of the discharge port is R, R / L
A recording head characterized by satisfying ≧ 0.5 is provided.
【0013】また、本発明は、インク供給源に連通して
該インク供給源からインクの供給を受けるインク路と、
該インク路内のインクに熱エネルギーを与えて膜沸騰に
より気泡を生成させるための熱エネルギー発生手段と、
該熱エネルギー発生手段に対向して設けられ上記インク
の一部を滴として吐出させるための吐出口とを備え、上
記熱エネルギー発生手段と上記吐出口との距離をL、上
記吐出口の最大開口径をRとしたときに、R/L≧0.
5を満たす記録ヘッドを用い、上記熱エネルギー発生手
段により上記インク路内のインクに熱エネルギーを与
え、該熱エネルギーによる膜沸騰により気泡を生成せし
め、該気泡を外気と連通させ、上記吐出口近傍のインク
の少なくとも一部を上記吐出口より吐出させることを特
徴とするインク滴噴射記録方法を提供するものである。The present invention also provides an ink path communicating with an ink supply source and receiving ink supply from the ink supply source;
Thermal energy generating means for applying thermal energy to the ink in the ink path to generate bubbles by film boiling,
A discharge port provided to face the thermal energy generating means for discharging a part of the ink as a droplet, wherein a distance between the thermal energy generating means and the discharge port is L, and a maximum opening of the discharge port is provided. When the diameter is R, R / L ≧ 0.
5, a thermal energy is applied to the ink in the ink path by the thermal energy generating means, bubbles are generated by film boiling due to the thermal energy, and the bubbles are communicated with the outside air. At least a portion of the ink is ejected from the ejection port.
【0014】本発明によれば、発熱抵抗部が形成した気
泡の連通方向への適正な成長を確実にし、気泡を外気と
連通する状態を安定せしめ、画質を保証できる。According to the present invention, it is possible to ensure the proper growth of the bubbles formed by the heating resistor in the communicating direction, to stabilize the state of communicating the bubbles with the outside air, and to guarantee the image quality.
【0015】また、上記各発明を一層優れた発明にする
構成、条件としては、第1に上記連通時に上記ノズルは
上記気泡で遮断されていないこと、第2に上記連通時
は、上記気泡の内圧が外気圧以下の条件で前記気泡を外
気と連通させること、第3に上記連通時は、上記気泡の
吐出方向先端部の移動速度の加速度が正でない条件で上
記気泡を外気と連通させること、或は第4に上記熱エネ
ルギー発生手段の吐出口側端部と気泡の吐出口側端部と
の距離をla、上記熱エネルギー発生手段の吐出口とは
反対側の端部と気泡の吐出口とは反対側の端部との距離
をlbとするとき、la/lb≧1なる条件下で上記熱
エネルギー発生手段によりインク中に生起された気泡を
外気と連通させることの少なくとも1つを挙げることが
できる。The constitution and conditions for making each of the above-mentioned inventions more excellent inventions are as follows: first, the nozzle is not blocked by the bubble at the time of the communication; and second, the nozzle is not blocked by the bubble at the time of the communication. Third, the bubble is communicated with the outside air under the condition that the internal pressure is equal to or less than the outside pressure. Third, at the time of the communication, the bubble is communicated with the outside air under the condition that the acceleration of the moving speed of the tip in the discharge direction of the bubble is not positive. Fourth, the distance between the end of the thermal energy generating means on the side of the discharge port and the end of the bubble on the side of the discharge port is la, and the end of the thermal energy generating means on the side opposite to the side of the discharge port is connected to the end of the bubble. Assuming that the distance from the end opposite to the outlet is lb, at least one of communicating bubbles generated in the ink with the outside air by the thermal energy generating means under the condition of la / lb ≧ 1. Can be mentioned.
【0016】[0016]
【実施例】以下に本発明を詳細に説明するが、本発明の
好ましい構成の気泡を外気と安定して連通せしめる内容
は後述することにする。以下の本発明の特徴は、この構
成を含むものがより好ましいもので有るが、本発明にお
いては、上記従来の水準を超えた外気と気泡の連通方式
により、スプラッシュを生じないものすべてに適用可能
なものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described in detail below, but the contents of the preferred structure of the present invention for stably communicating bubbles with the outside air will be described later. The following features of the present invention are more preferable that include this configuration.In the present invention, however, the present invention can be applied to any device that does not generate a splash due to a communication system of outside air and bubbles exceeding the above-described conventional level. It is something.
【0017】図1は、本発明が適用されている記録ヘッ
ドの部分構造開示するもので、5は円状の吐出口、12
はインク供給路、2は略正方形の発熱抵抗部の発熱部で
ある。1は、絶縁基板で発熱抵抗部を表面に有してい
る。インク供給路は発熱部で屈曲して下り、発熱部2と
吐出口5は対向している。8は、インク供給路12とオ
リフィスを形成するオリフィスプレートである。FIG. 1 shows a partial structure of a recording head to which the present invention is applied. Reference numeral 5 denotes a circular ejection port;
Denotes an ink supply path, and 2 denotes a heating section of a heating resistor section having a substantially square shape. Reference numeral 1 denotes an insulating substrate having a heating resistor on the surface. The ink supply path is bent down at the heat generating portion, and the heat generating portion 2 and the discharge port 5 face each other. An orifice plate 8 forms an orifice with the ink supply path 12.
【0018】ヒーターにて生起したバブルを吐出口より
外気と連通させてインクを吐出させる(後述図2(a)
参照)ためには、ヒーターの大きさや、吐出口とヒータ
ー間の距離、液路の幅や長さや高さ、吐出口の大きさ等
の条件を考慮して適宜設定すれば良い。A bubble generated by the heater is communicated with outside air from a discharge port to discharge ink (FIG. 2 (a) described later).
For reference, the size may be appropriately set in consideration of conditions such as the size of the heater, the distance between the discharge port and the heater, the width, length and height of the liquid path, and the size of the discharge port.
【0019】特に、ヒーターにて生起した気泡(バブ
ル)を効率良く吐出口より外気と連通させ、且つ本記録
方式の特長の一つである吐出するインク滴の大きさ(体
積)を一定にするためには、前記した諸条件の中でも、
吐出口との距離をL、前記吐出項の最大開口径をRとし
たときに、R/L≧0.5を満たすことが重要である。In particular, the bubbles generated by the heater are efficiently communicated with the outside air from the ejection ports, and the size (volume) of the ejected ink droplet, which is one of the features of the present recording system, is made constant. To achieve this, among the conditions described above,
When the distance from the discharge port is L and the maximum opening diameter of the discharge term is R, it is important to satisfy R / L ≧ 0.5.
【0020】上記関係式を満たさない場合は、ヒーター
で生起したバブルを効率良く吐出口より外気と連通させ
てインクを吐出させることが困難である。即ちこの場合
はヒーターと吐出口間のイナータンス(慣性抵抗)が実
質的に大きくなるために、バブルが吐出口の方向に対し
成長しにくい。したがってバブルが吐出口より外気と連
通したとしても、吐出口とヒーター間にインク残りが生
じやすく空気を抱き込んで固定泡となり不吐出となった
り、吐出はしてもインク適の体積がばらつくなどの不具
合がある。If the above relational expression is not satisfied, it is difficult to efficiently discharge the ink by causing bubbles generated by the heater to efficiently communicate with the outside air from the discharge port. That is, in this case, since the inertance (inertia resistance) between the heater and the discharge port is substantially increased, the bubble is unlikely to grow in the direction of the discharge port. Therefore, even if the bubble communicates with the outside air from the discharge port, ink is likely to remain between the discharge port and the heater. There is a problem.
【0021】上記関係式においてより好ましい範囲は
0.5≦R/L≦5.0であって、この範囲であればバ
ブルを効率良く吐出口より外気と連通させてインク滴を
吐出させることができるので、吐出口近傍には実質的に
インク残りもなくインク滴の体積を常に安定化させるこ
とができる。最適には、上記条件は連続的吐出において
も特に有効な0.7≦R/L≦3.0である。In the above relational expression, a more preferable range is 0.5 ≦ R / L ≦ 5.0. In this range, it is possible to discharge the ink droplets by efficiently communicating the bubbles with the outside air from the discharge ports. Therefore, the volume of the ink droplets can be constantly stabilized without substantially remaining ink near the ejection openings. Optimally, the above condition is 0.7 ≦ R / L ≦ 3.0, which is particularly effective for continuous ejection.
【0022】表には、本発明の効果を明らかにする検討
結果を開示する。表において、Rは吐出口の最大径、L
は熱エネルギー供給手段の熱作用面と前記吐出口との距
離である。aは液路の高さ、bは液路の幅、cは液路の
長さである。これらの実施例1〜6は、吐出周波数を4
KHz,駆動パルスを3μsec、実施例1の駆動電圧
を7V,実施例2の駆動電圧を13.5V,実施例3〜
5の駆動電圧を7V実施例6の駆動電圧を15.4Vと
した。オリフィス密度は360dpiとしたマルチヘッ
ドを用いた。The table discloses the results of the study to clarify the effects of the present invention. In the table, R is the maximum diameter of the discharge port, L
Is the distance between the heat acting surface of the thermal energy supply means and the discharge port. a is the height of the liquid path, b is the width of the liquid path, and c is the length of the liquid path. In these Examples 1 to 6, the ejection frequency was set to 4
KHz, drive pulse is 3 μsec, drive voltage of the first embodiment is 7 V, drive voltage of the second embodiment is 13.5 V, and the third to third embodiments.
The drive voltage of Example 5 was 7 V, and the drive voltage of Example 6 was 15.4 V. A multihead having an orifice density of 360 dpi was used.
【0023】結果は、本発明の条件を具備する実施例
1、2、4、5、6では良好であるが実施例3では、こ
の条件がはずれているために、連続吐出ができなかっ
た。The results are good in Examples 1, 2, 4, 5, and 6 which satisfy the conditions of the present invention, but in Example 3, continuous discharge could not be performed because these conditions were not satisfied.
【0024】[0024]
【表1】 [Table 1]
【0025】図2(a)、(b)は、本発明の概念のう
ち好ましい形態を示すもので、代表的な液路Bの構成の
2例を示すが、本発明はこれに限定されない。図2
(a)は、基板(不図示)上に発熱抵抗層2を具備し、
その面の側方吐出口5(複数)を備える記録ヘッドを示
している。E1、E2は選択電極、共通電極を示す従来
の構成である。Dは保護層で、Cは共通液室である。電
極E1、E2からの記録信号に応じた電極信号(パルス
信号)に応じて電極E1、E2間の発熱部が膜沸騰を生
じる急激な温度上昇を短時間のうちに発生せしめ(30
0℃以上)、気泡6を生成せしめる。この結果、本例で
は、吐出口5の発熱抵抗層2側の端部Aで気泡6は大気
と連通して安定した液滴(破線7)を形成する。このよ
うに、吐出口5の周縁近傍で大気(外気)と連通するこ
とで、スプラッシュすることなく又、霧(ミスト)状の
インク滴を発生することなく液体を記録信号に応じて吐
出することができる。FIGS. 2A and 2B show a preferred embodiment of the concept of the present invention, showing two examples of typical configurations of the liquid passage B, but the present invention is not limited to this. FIG.
(A) is provided with a heating resistance layer 2 on a substrate (not shown),
The recording head includes the side discharge ports 5 (plural) on the surface. E1 and E2 are conventional structures showing a selection electrode and a common electrode. D is a protective layer, and C is a common liquid chamber. In response to an electrode signal (pulse signal) corresponding to the recording signal from the electrodes E1 and E2, the heat generating portion between the electrodes E1 and E2 causes a rapid temperature rise causing film boiling in a short time (30).
0 ° C. or higher) to generate bubbles 6. As a result, in the present example, the bubble 6 communicates with the atmosphere at the end A of the discharge port 5 on the side of the heating resistance layer 2 to form a stable droplet (broken line 7). As described above, by communicating with the atmosphere (outside air) near the periphery of the ejection port 5, the liquid can be ejected according to the recording signal without splash and without generating mist-like ink droplets. Can be.
【0026】この記録原理は、気泡6の成長段階で液路
Bを完全に遮断しないので、後続のインク記録のための
リフィル特性が優れており、300℃以上の高温部の高
熱も外気側へ液出されるので応答周波数も優れている。According to this recording principle, the liquid path B is not completely shut off at the growth stage of the bubble 6, so that the refill characteristics for the subsequent ink recording are excellent, and the high heat of the high temperature portion of 300 ° C. or more is also directed to the outside air side. Since the liquid is discharged, the response frequency is also excellent.
【0027】図2(b)は、共通液室Cを不図示として
いるが、液路Bを屈曲した経路の液路としているもの
で、屈曲部の基板面に発熱抵抗部2を備えている。吐出
口は、吐出方向に面積を減少する形状で、発熱抵抗部2
に対向している。吐出口(複数)はオリフィスプレート
OPに形成されている。In FIG. 2B, the common liquid chamber C is not shown, but the liquid path B is a liquid path of a bent path, and the heat generating resistance section 2 is provided on the substrate surface at the bent portion. . The discharge port has a shape in which the area decreases in the discharge direction.
Facing. The discharge ports (plural) are formed in the orifice plate OP.
【0028】図2(b)においても、上記図2(a)と
同様に膜沸騰(300℃以上)を生じせしめると、気泡
6は成長して、オリフィスプレートOPの厚み部分のイ
ンクを押しやり、その部分のインクを希薄にする。この
後気泡6は、吐出口5の外気側周縁A1から内部側の吐
出口近傍領域A2で大気と連通する。このような連通状
態によれば、スプラッシュすることなくミストも発生せ
ずに安定液滴(破線7)を吐出口中心部から吐出するこ
とができる。この時、気泡の成長は液路を遮断するもの
ではないので、吐出方向へ向かう必要のない液体を液路
内液体と連続した集合体として残すことができること
に、安定液滴7の吐出量の安定化及び吐出速度の安定化
へ貢献できる。In FIG. 2B as well, when film boiling (300 ° C. or more) is caused as in FIG. 2A, bubbles 6 grow and push the ink in the thickness portion of the orifice plate OP. , To dilute the ink in that portion. Thereafter, the bubble 6 communicates with the atmosphere in the area A2 near the discharge port from the outside air side periphery A1 of the discharge port 5 to the inside. According to such a communication state, stable droplets (broken line 7) can be discharged from the center of the discharge port without splash and without generating mist. At this time, since the growth of bubbles does not block the liquid path, the liquid that does not need to go in the discharge direction can be left as an aggregate continuous with the liquid in the liquid path. It can contribute to stabilization and stabilization of the discharge speed.
【0029】本実施例では膜沸騰のうち特に300℃以
上の安定化域を利用して急速且つ気泡成長を吐出口近傍
へ急激にしかも確実にすることができるので非遮断状態
の液路のリフィル性も手伝って高安定高速記録を達成で
きる。In this embodiment, the stabilization region of 300 ° C. or more of the film boiling can be utilized to rapidly and surely increase the bubble growth near the discharge port. High stability and high speed recording can be achieved with the help of the characteristics.
【0030】図2(c)は、図2(b)の液路Bの共通
液室C側から発熱抵抗層2へ向う方向に関して一側面側
の該方向に関しての断面図である。図2(c)でわかる
ように、液路B中の液体(斜線部)は、液滴7に対して
連通しており、その時の中央側の吐出口近傍の気泡6が
吐出口近傍で大気と連通する際に、液滴7と液路内液体
とが連通状態を保っていることが理解されよう。6W
は、気泡のこの断面における気泡端部の形状を示してい
る。FIG. 2 (c) is a cross-sectional view of one side of the liquid passage B in FIG. 2 (b) from the common liquid chamber C side toward the heating resistor layer 2. FIG. As can be seen from FIG. 2C, the liquid (hatched portion) in the liquid path B communicates with the droplet 7, and the air bubbles 6 near the discharge port on the central side at that time become air near the discharge port. It can be understood that the droplet 7 and the liquid in the liquid path maintain the state of communication when communicating with the liquid. 6W
Shows the shape of the bubble end in this section of the bubble.
【0031】前述したように、図2(a)も同様に気泡
が大気と連通する際に、液路内液体が吐出口から突出し
た液滴と連通しながら、液滴を徐々に分離していくので
従来のようなスプラッシュを防止できる。As described above, similarly, in FIG. 2A, when the air bubbles communicate with the atmosphere, the liquid in the liquid path gradually separates the liquid droplets while communicating with the liquid droplets protruding from the discharge port. Therefore, the conventional splash can be prevented.
【0032】上記図2(a)、(b)に対して組み込ま
れて好ましい条件であって、より一層格別に好ましい液
滴形成を達成するものを以下に挙げる。Preferred conditions incorporated into FIGS. 2 (a) and 2 (b) to achieve even more particularly preferable droplet formation are described below.
【0033】第1条件は、バブルの内圧が外気圧より低
い条件でバブルを外気と連通させることである。The first condition is that the bubble communicates with the outside air under the condition that the internal pressure of the bubble is lower than the outside pressure.
【0034】すなわち、バブルの内圧が外気圧より低い
条件でバブルを外気と連通させることはバブルの内圧が
外気圧より高い条件で連通させる場合に生じていた吐出
口近傍の不安定な液体を飛散させる事がなく、また更に
は、該圧力が等しい場合よりもその不安定な液体に液路
内に引き込む力がわずかではあるが働くため、より一層
安定した液体の吐出と不要液体の飛散防止を図ることが
できる。That is, making the bubble communicate with the outside air under the condition that the internal pressure of the bubble is lower than the outside air pressure scatters the unstable liquid near the discharge port, which occurs when the bubble communicates under the condition that the inside pressure of the bubble is higher than the outside air pressure. In addition, since the force that draws the unstable liquid into the liquid path is smaller than that in the case where the pressure is equal, even more stable discharge of the liquid and prevention of scattering of the unnecessary liquid can be achieved. Can be planned.
【0035】上記条件に加えて、バブルの吐出口方向先
端の移動速度の1次微分値が負となる条件でバブルと外
気とを連通させる第2条件、或は、吐出エネルギー発生
手段の吐出口側端部からバブルの吐出口側端部の距離l
aと吐出エネルギー発生手段の吐出口とは反対側の端部
からバブルの吐出口とは反対側の端部との距離lbとが
la/lb≧1を満足する第3条件、もしくはその両方
の条件をもちバブルと外気を連通させることはより好ま
しいものである。In addition to the above conditions, the second condition for communicating the bubble with the outside air under the condition that the first derivative of the moving speed of the tip of the bubble in the direction of the discharge port becomes negative, or the discharge port of the discharge energy generating means. Distance l from the side end to the bubble outlet end
a and a distance lb from the end of the ejection energy generating means opposite to the discharge port to the end of the bubble opposite to the discharge port satisfies la / lb ≧ 1, or both of them. It is more preferable that the bubble be communicated with the outside air under certain conditions.
【0036】次に、本発明に好適に用いられる記録ヘッ
ドの1つの構成について説明する。Next, one configuration of a recording head suitably used in the present invention will be described.
【0037】図3(a)および(b)に好適な1つの記
録ヘッドの模式的組立斜視図と模式的上面図を示す。な
お、(b)は、(a)に示される天板を設けていない状
態である。(a)および(b)に示される記録ヘッドの
構成を簡単に説明する。FIGS. 3A and 3B show a schematic perspective view and a schematic top view of one suitable recording head. (B) is a state in which the top plate shown in (a) is not provided. The configuration of the recording head shown in FIGS.
【0038】(a)および(b)に示される記録ヘッド
は、基体1上に壁8が設けられ、該壁8上を天板4が覆
うように接合され、共通液室10および液路12が形成
される。天板4にはインクを供給するための供給口11
が設けられ、液路12が連通する共通液室10を通じて
インクが液路12内に供給され得る構成となっている。In the recording heads shown in FIGS. 1A and 1B, a wall 8 is provided on the base 1 and the wall 8 is joined by the top plate 4 so as to cover the common liquid chamber 10 and the liquid path 12. Is formed. A supply port 11 for supplying ink to the top plate 4
Is provided, and the ink can be supplied into the liquid path 12 through the common liquid chamber 10 to which the liquid path 12 communicates.
【0039】また、基体1にはヒーター2が設けられ、
これら各ヒーター2に対応して各液路が設けられてい
る。ヒーター2は、発熱抵抗層と該発熱抵抗体層に電気
的に接続される電極(いずれも不図示)とを有し、この
電極によって記録信号に従って通電される。この通電に
より、ヒーター2は熱エネルギーを発生し、液路中に供
給されたインクに熱エネルギーを付与することができ
る。この熱エネルギーにより、記録信号に従ってインク
中にバブルを発生することができる。A heater 2 is provided on the base 1,
Each liquid path is provided corresponding to each of the heaters 2. The heater 2 has a heating resistor layer and electrodes (both not shown) electrically connected to the heating resistor layer, and the heater 2 is energized in accordance with a recording signal by these electrodes. By this energization, the heater 2 generates thermal energy and can apply thermal energy to the ink supplied in the liquid path. With this heat energy, bubbles can be generated in the ink according to the recording signal.
【0040】また、本発明に好適に用いられる記録ヘッ
ドの別の構成について説明する。Another configuration of the recording head suitably used in the present invention will be described.
【0041】図4(a)および図4(b)にはそれぞれ
記録ヘッドの模式的断面図と模式的平面図が示されてい
る。この記録ヘッドと図4に示される記録ヘッドの違い
は、図4に示されるものが、液路内に供給されたインク
が液路に沿って真直にあるいは実質的に真直に吐出口か
ら吐出されるのに対して、図4に示されるものは供給さ
れたインクが液路に沿って曲折されている点である(図
ではヒーターの直上に吐出口が形成されている)。尚図
4(a)および図4(b)において、(a)および
(b)に示した番号と同じものは同じものを指してい
る。図4(a)および図4(b)において、16は吐出
口5が形成されたオリフィスプレートであり、ここで
は、各吐出口5間に設けられる壁9をも一体的に形成さ
れている。FIGS. 4A and 4B are a schematic sectional view and a schematic plan view of the recording head, respectively. The difference between this recording head and the recording head shown in FIG. 4 is that the ink supplied in the liquid path is ejected straight or substantially straight from the discharge port along the liquid path. On the other hand, what is shown in FIG. 4 is that the supplied ink is bent along the liquid path (in the figure, the discharge port is formed immediately above the heater). In FIGS. 4A and 4B, the same reference numerals as those in FIGS. 4A and 4B indicate the same components. In FIGS. 4A and 4B, reference numeral 16 denotes an orifice plate in which the discharge ports 5 are formed, and here, a wall 9 provided between the discharge ports 5 is also integrally formed.
【0042】図5(a)〜(e)は本発明が適用される
液体噴射方法、装置の新規な第1具体例の説明図であ
り、バブルの内圧と体積の時間変化に着目した発明であ
る。この発明をまとめると、1)インクを加熱すること
によって気泡を生じせしめ、該気泡により前記インクの
少なくとも一部を吐出して記録を行う液体噴射方法にお
いて、前記気泡の内圧が外気圧以下の条件で前記気泡を
外気と連通させることを特徴とする液体噴射方法。2)
吐出エネルギー発生手段によりインクを加熱して気泡を
生じせしめ該気泡により前記インクの少なくとも一部を
吐出するための吐出口を有する記録ヘッドと、前記気泡
の内圧が外気圧以下の条件で前記気泡を外気と連通する
ように前記吐出エネルギー発生手段を駆動するための駆
動回路と、前記吐出口と被記録媒体とが対向する位置に
設けられたプラテンとを有することを特徴とする記録装
置である。FIGS. 5 (a) to 5 (e) are explanatory views of a first specific example of a liquid ejecting method and apparatus to which the present invention is applied, which is an invention which pays attention to temporal changes in the internal pressure and volume of a bubble. is there. The present invention is summarized as follows: 1) In a liquid ejecting method in which a bubble is generated by heating ink and at least a part of the ink is ejected by the bubble to perform recording, a condition that the internal pressure of the bubble is equal to or less than an external pressure. Wherein the bubbles are communicated with outside air. 2)
A recording head having a discharge port for discharging ink at least partly by heating the ink by the discharge energy generating means to generate at least a part of the ink by the ink, and generating the air bubble under the condition that the internal pressure of the air bubble is equal to or less than the external pressure. A recording apparatus, comprising: a driving circuit for driving the ejection energy generating means so as to communicate with outside air; and a platen provided at a position where the ejection port and the recording medium face each other.
【0043】この第1具体例発明は、吐出する液滴の体
積や速度を安定化し、高速記録に十分対応できない原因
としてのスプラッシュやミストなどの発生を抑え、画像
上の地汚れや装置化した場合の装置内の汚れを防ぐとと
もに、吐出の効率を向上させ、目詰まりなどを防ぎ、さ
らには記録ヘッドの寿命を向上させ、高品位な画像を印
字可能にするものである。The first embodiment of the present invention stabilizes the volume and speed of the ejected liquid droplets, suppresses the generation of splashes and mist as causes that cannot sufficiently cope with high-speed printing, and realizes background contamination on an image and a device. In this case, dirt in the apparatus is prevented, ejection efficiency is improved, clogging and the like are prevented, the life of the recording head is improved, and high-quality images can be printed.
【0044】図5を説明する前に液体噴射原理を図6を
用いて説明する。なお、液路は、基体1と天板4および
不図示の壁によって形成される。Before explaining FIG. 5, the principle of liquid ejection will be described with reference to FIG. The liquid path is formed by the base 1, the top plate 4, and a wall (not shown).
【0045】図6(a)は初期状態を示し、液路内がイ
ンク3で満たされた状態である。インク3まずヒーター
(例えば電気熱変換体)2に瞬間的に電流を流しパルス
的にヒーター近傍のインク3を急激に加熱するとインク
は所謂膜沸騰による気泡(バブル)6がヒーター2上に
発生し、急激に膨張を始める(図6(b))。さらにバ
ブル6は膨張を続け、主として慣性抵抗の小さい吐出口
5側へ成長し、ついには吐出口5を越え、外気とバブル
6が連通する(図6(c))。このとき外気はバブル6
内と平衡状態であるか、バブル6内に流入する。FIG. 6A shows an initial state, in which the liquid path is filled with ink 3. Ink 3 First, when a current is instantaneously applied to a heater (for example, an electrothermal converter) 2 to rapidly heat the ink 3 in the vicinity of the heater in a pulsed manner, a bubble 6 is generated on the heater 2 by so-called film boiling. , Suddenly starts expanding (FIG. 6 (b)). Further, the bubble 6 continues to expand, grows mainly toward the discharge port 5 having a small inertia resistance, and finally passes through the discharge port 5, and the outside air communicates with the bubble 6 (FIG. 6C). At this time, the outside air is bubble 6
It is in equilibrium with the inside or flows into the bubble 6.
【0046】吐出口5より押し出されたインク3はこの
瞬間までにバブル6の膨張によって与えられた運動量の
ためにさらに前方へ飛翔を続け、ついには独立な液滴と
なって紙などの被記録媒体101へ向って飛翔する。
(図6(d))。さらに吐出口5側先端部に生じた空隙
は後方のインク3の表面張力と液路を形成する部材との
濡れによってインク3が図面右方向に供給され(図6
(e))初期状態に戻る。前記記録媒体101は、プラ
テンに沿って、プラテン、ローラー、ベルト、あるいは
それらの任意の組み合わせによって吐出口5に対向する
位置に搬送される。或は、被記録媒体101を固定し、
吐出口5を移動させる(記録ヘッドを移動させる)よう
にしても良く、また、それらを組み合わせても良いもの
である。要は、吐出口5と被記録媒体とが相対的に移動
可能とされ、被記録媒体の所望の位置に所望の吐出口が
対向され得るようにすればよい。By this moment, the ink 3 pushed out from the discharge port 5 continues to fly further forward due to the momentum given by the expansion of the bubble 6, and finally becomes independent droplets for recording on paper or the like. Fly toward the medium 101.
(FIG. 6 (d)). Further, the gap formed at the tip of the ejection port 5 side is supplied with the ink 3 rightward in the drawing by the surface tension of the rear ink 3 and the wetting of the member forming the liquid path (FIG. 6).
(E)) Return to the initial state. The recording medium 101 is conveyed along the platen to a position facing the discharge port 5 by a platen, a roller, a belt, or any combination thereof. Alternatively, the recording medium 101 is fixed,
The ejection port 5 may be moved (the recording head is moved), or a combination of them may be used. The point is that the ejection port 5 and the recording medium can be relatively moved so that the desired ejection port can face a desired position of the recording medium.
【0047】さて、図6(c)ではバブル6が外気と連
通したときに外気とバブル内との気体の移動がないか、
外気がバブル内に流入するためには、バブルの内圧が該
気圧と等しいかより低い条件でバブルのを外気と連通さ
せることが好ましい。Now, in FIG. 6 (c), when the bubble 6 communicates with the outside air, it is checked whether gas moves between the outside air and the inside of the bubble.
In order for the outside air to flow into the bubble, it is preferable that the bubble communicates with the outside air under the condition that the internal pressure of the bubble is equal to or lower than the atmospheric pressure.
【0048】従って、上記条件を満足させるためには、
図5(a)ではt≧t1の時刻においてバブルと外気と
を連通させれば良い。実際には、バブルの成長にともな
ってインクが吐出されてしまうため、バブル内圧又は体
積と時間との関係のグラフは図5(b)に示されるよう
になる。すなわち、図5(b)においてt=tb(t1
≦tb)の時刻でバブルを外気と連通させればよい。Therefore, in order to satisfy the above condition,
In FIG. 5A, the bubble and the outside air may be communicated at the time t ≧ t1. Actually, ink is ejected as the bubble grows, and the graph of the relationship between the internal pressure or volume of the bubble and time is as shown in FIG. 5B. That is, in FIG. 5B, t = tb (t1
At the time of ≦ tb), the bubble may be communicated with the outside air.
【0049】この条件で液滴を吐出させるとバブル内圧
が外気圧より高い条件でバブルを外気と連通させて液滴
を吐出させる(ガスが大気中に噴出する)場合に比べ、
前述したようにインクのミストやスプラッシュによる記
録紙や装置内の汚れを防止できる。また、バブルの体積
が増大してからバブルを外気と連通させるのでインクに
対して十分な運動エネルギーを伝達することができ、吐
出速度が大きくなるという効果が得られる。また、バブ
ルの内圧が外気圧より低い条件でバブルを外気と連通さ
せることは上記効果をより顕著なものにすることができ
るという点においてより望ましい。When droplets are ejected under these conditions, compared to the case where the bubbles are communicated with the outside air and the droplets are ejected under the condition that the internal pressure of the bubble is higher than the outside air pressure (gas is ejected into the atmosphere),
As described above, it is possible to prevent recording paper and the inside of the apparatus from being stained by ink mist or splash. Further, since the bubble is communicated with the outside air after the volume of the bubble increases, sufficient kinetic energy can be transmitted to the ink, and the effect of increasing the ejection speed can be obtained. In addition, it is more desirable to make the bubble communicate with the outside air under the condition that the internal pressure of the bubble is lower than the outside air pressure, since the above effect can be made more remarkable.
【0050】すなわち、バブルの内圧が外気圧より低い
条件でバブルを外気と連通させることはバブルの内圧が
外気圧より高い条件で連通させる場合に生じていた吐出
口近傍の不安定な液体を飛散させる事がなく、また更に
は、該圧力が等しい場合よりもその不安定な液体に液路
内に引き込む力がわずかではあるが働くため、より一層
安定した液体の吐出と不要液体の飛散防止を図ることが
できる。That is, the communication of the bubble with the outside air under the condition that the internal pressure of the bubble is lower than the outside air pressure scatters the unstable liquid near the discharge port, which occurs when the communication of the bubble under the condition that the inside pressure of the bubble is higher than the outside air pressure. In addition, since the force that draws the unstable liquid into the liquid path is smaller than that in the case where the pressure is equal, even more stable discharge of the liquid and prevention of scattering of the unnecessary liquid can be achieved. Can be planned.
【0051】第1具体例発明に用いる記録ヘッドはヒー
ター2の位置を吐出口5の方向に近づけた位置に設けて
ある。これはバブルを外気と連通させるために最も簡便
にとれる手法である。しかしながら、単にヒーターを吐
出口に近付けるだけでは本発明の上記した条件を満たす
ことができない。従って、本発明の上記条件を満たすた
めには、ヒーターの発生する熱エネルギー量(ヒーター
の構成、形成材料、駆動条件、面積、ヒーターの設けら
れる基体の熱容量等)、インク物性、記録ヘッドの各部
の大きさ(吐出口とヒーター間の距離、吐出口や液路の
幅および高さ)などを所望に応じて選択することにより
バブルを所望の状態で外気と連通させることができる。The recording head used in the first embodiment of the present invention is provided at a position where the position of the heater 2 is close to the direction of the discharge port 5. This is the simplest method to allow the bubbles to communicate with the outside air. However, simply bringing the heater close to the discharge port cannot satisfy the above-described conditions of the present invention. Therefore, in order to satisfy the above conditions of the present invention, the amount of thermal energy generated by the heater (the configuration of the heater, the forming material, the driving conditions, the area, the heat capacity of the substrate on which the heater is provided, etc.), the physical properties of the ink, and the components of the recording head By selecting the size (distance between the discharge port and the heater, width and height of the discharge port and the liquid path) as desired, the bubble can be communicated with the outside air in a desired state.
【0052】第2具体例発明をより効果的に達成する条
件として前記したように液路形状を挙げることができ
る。液路形状は、使用する熱エネルギー発生素子の形状
によって幅がほぼ決定されてくるものの、具体的関係に
ついては経験則でしかない。本発明においては液路形状
が気泡の成長に大きく影響を与え、その液路における上
記条件にとっては有効であることが判明した。Second Specific Example As a condition for achieving the invention more effectively, the liquid channel shape can be mentioned as described above. Although the width of the liquid path shape is almost determined by the shape of the thermal energy generating element to be used, the specific relationship is only an empirical rule. In the present invention, it has been found that the shape of the liquid path greatly affects the growth of bubbles, and is effective for the above conditions in the liquid path.
【0053】すなわち、液路の高さを利用して気泡の連
通状態を変えられることが判明した。環境等の他の影響
を受けにくく、又より一層の安定化を図るためには液路
の幅Wよりも液路の高さHを低く(H<W)とすること
が好ましい。That is, it has been found that the communication state of the bubbles can be changed by utilizing the height of the liquid path. It is preferable that the height H of the liquid path be lower than the width W of the liquid path (H <W) in order to be less susceptible to other influences such as the environment and to achieve further stabilization.
【0054】また、バブルが外気と連通しない場合には
達するであろうバブルの最大体積もしくはバブルの最大
体積の70%以上、より好ましくは80%以上の体積の
ときにバブルが外気と連通する様にすることは好ましい
ものである。Further, when the bubble has a maximum volume of 70% or more, more preferably 80% or more of the maximum volume of the bubble which would be reached if the bubble does not communicate with the outside air, the bubble communicates with the outside air. Is preferred.
【0055】次に、バブルの内圧と外気圧との関係を測
定する方法について説明する。Next, a method for measuring the relationship between the internal pressure of the bubble and the external pressure will be described.
【0056】バブルの内圧と外気圧との大小関係は、直
接バブル内の圧力を測定することは難しいので以下に示
す方法によって、あるいは、それら方法を適宜組み合わ
せることによって知ることができる。先ず、バブルの体
積、または吐出口より外側にあるインクの体積の時間変
化を測定することによって、バブルの内圧と外気圧との
大小関係を知る方法について説明する。Since it is difficult to directly measure the pressure in the bubble, the magnitude relationship between the internal pressure of the bubble and the external pressure can be known by the following method or by appropriately combining those methods. First, a method of measuring the temporal change of the volume of the bubble or the volume of the ink outside the ejection port to determine the magnitude relationship between the internal pressure and the external pressure of the bubble will be described.
【0057】インクが発泡を開始してからバブルが外気
と連通するまでの時間におけるバブルの体積Vを測定
し、Vの二次微分d2V/dt2を求めることによって
バブルの内圧と外圧との大小関係を知ることができる。
すなわち、d2V/dt2>0であればバブルの内圧は
外圧よりも高く、d2V/dt2≦0であればバブルの
内圧は外圧以下である。図5(c)で説明すると、発泡
開始t=t0よりt=t1まではバブルの内圧は外気圧
よりも高くd2V/dt2>0となり、t=t1よりバ
ブルが外気と連通するまでの時間t=tbまではバブル
の内圧は外気圧以下であり、d2V/dt2≦0とな
る。以上のようにVの二次微分d2V/dt2を求める
ことでバブルの内圧と外気圧との大小関係を知ることが
できる。The volume relationship V between the internal pressure and the external pressure of the bubble is determined by measuring the volume V of the bubble from the time when the ink starts foaming until the bubble communicates with the outside air, and calculating the second derivative d2V / dt2 of V. You can know.
That is, if d2V / dt2> 0, the internal pressure of the bubble is higher than the external pressure, and if d2V / dt2 ≦ 0, the internal pressure of the bubble is lower than the external pressure. 5C, the internal pressure of the bubble is higher than the external pressure from the start of foaming t = t0 to t = t1, d2V / dt2> 0, and the time t until the bubble communicates with the outside air from t = t1. Until = tb, the internal pressure of the bubble is equal to or lower than the external pressure, and d2V / dt2 ≦ 0. As described above, the magnitude relation between the internal pressure of the bubble and the external pressure can be known by obtaining the second derivative d2V / dt2 of V.
【0058】なお、この場合、バブルが記録ヘッドの外
側から見えることが必要である。記録ヘッドの外側から
バブルを観察するためには、記録ヘッドの一部が透明な
部材で形成され、バブルの発泡、成長等が記録ヘッドの
外部から観察できるような構成であることが望ましい。
記録ヘッドの構成部材が非透明である場合には、例え
ば、記録ヘッドの天板等を透明な部材に置き換えればよ
い。このとき、置き換えられる部材と置き換える部材の
硬度、弾性度等は極力同じに選ぶのが望ましい。In this case, it is necessary that the bubbles be visible from outside the recording head. In order to observe the bubble from outside the recording head, it is preferable that a part of the recording head is formed of a transparent member so that bubble bubbling and growth can be observed from outside the recording head.
When the constituent members of the recording head are non-transparent, for example, the top plate or the like of the recording head may be replaced with a transparent member. At this time, it is desirable that the hardness, the elasticity, and the like of the replaced member and the replaced member are selected as equal as possible.
【0059】構成部材の置き換えとしては、記録ヘッド
の天板が例えば金属、不透明なセラミックあるいは着色
されたプラスチックの場合は、透明なプラスチック(一
例としては透明アクリル)、ガラス等に変更すればよい
が、もちろん置き換え場所とそれに用いられる材料は上
記した場所および材料に限られるものではない。When the top plate of the recording head is made of, for example, metal, opaque ceramic or colored plastic, it may be replaced with a transparent plastic (for example, transparent acrylic), glass, or the like. Of course, the replacement place and the material used for it are not limited to the place and the material described above.
【0060】しかしながら、このとき部材の物性の違い
による発泡特性の違いを回避するためにできるだけイン
クに対する濡れ性などの物性が元の部材に近いものを選
ぶことが望ましい。元の部材のものと同等の発泡状態で
あるかどうかは、吐出させてその吐出速度や吐出体積が
元の状態と同じかどうかを見ることによって確認するこ
とができる。予め透明な部材で構成されている場合は以
上の操作は不要である。However, at this time, in order to avoid the difference in the foaming characteristics due to the difference in the physical properties of the members, it is desirable to select a material having physical properties such as wettability to ink as close as possible to the original member. Whether or not the foaming state is the same as that of the original member can be confirmed by discharging and checking whether or not the discharge speed and the discharge volume are the same as the original state. The above operation is unnecessary when the member is made of a transparent member in advance.
【0061】また、記録ヘッドの構成部材を他の部材に
置き換えなくとも、あるいは、記録ヘッドの構成上他の
部材に置き換えられない場合でも以下の方法によってバ
ブルの内圧と外圧との大小関係を知ることができる。Even if the constituent members of the recording head are not replaced with other members, or if the constituent members of the recording head cannot be replaced with other members, the magnitude relationship between the internal pressure and the external pressure of the bubble can be determined by the following method. be able to.
【0062】別の方法は発泡を開始してからインク滴が
飛翔するまでの時間において、吐出口より外側に飛び出
したインクの体積Vdを測定し、Vdの二次微分d2V
d/dt2を求めることによってバブルの内圧と外気圧
の大小関係を知ることができる。即ち、d2Vd/dt
2>0であればバブルの内圧は外気圧よりも高く、d2
Vd/dt2≦0であればバブルの内圧が外気圧以下で
ある。図5(d)はバブルの内圧が外気圧よりも高い状
態でバブルを連通したときに、吐出口より飛び出したイ
ンクの体積Vdの一次微分dVd/dtの時間変化を示
したものであるが、発泡開始t=t0よりバブルが外気
と連通するまでの時間t=taまでは、バブルの内圧は
外気圧よりも高く、d2Vd/dt2>0となる。一
方、図5(b)はバブルの内圧が外気圧以下の状態でバ
ブルを外気と連通させたときのVdの一次微分dVd/
dtの時間変化を示したものである。同図より、発泡開
始t=t0よりt=t1まではバブルの内圧は外気圧よ
りも高くd2Vd/dt2>0であるが、t=t1より
t=tbまではバブルの内圧は外気圧以下でありd2V
d/dt2≦0となる。Another method is to measure the volume Vd of the ink ejected outside the ejection port from the start of bubbling until the ink droplet flies, and to calculate the second derivative d2V of Vd.
By calculating d / dt2, the magnitude relationship between the internal pressure of the bubble and the external pressure can be known. That is, d2Vd / dt
If 2> 0, the internal pressure of the bubble is higher than the external pressure and d2
If Vd / dt2 ≦ 0, the internal pressure of the bubble is equal to or lower than the external pressure. FIG. 5D shows a time change of the first derivative dVd / dt of the volume Vd of the ink ejected from the ejection port when the bubble is communicated in a state where the internal pressure of the bubble is higher than the external pressure. From the foaming start t = t0 to the time t = ta until the bubble communicates with the outside air, the internal pressure of the bubble is higher than the outside pressure, and d2Vd / dt2> 0. On the other hand, FIG. 5B shows the primary differential dVd / Vd when the bubble is communicated with the outside air while the internal pressure of the bubble is equal to or lower than the outside pressure.
It shows a time change of dt. As shown in the figure, from the start of foaming t = t0 to t = t1, the internal pressure of the bubble is higher than the external pressure and d2Vd / dt2> 0, but from t = t1 to t = tb, the internal pressure of the bubble is lower than the external pressure. Yes d2V
d / dt2 ≦ 0.
【0063】以上のようにVdの二次微分d2Vd/d
t2を求めることでバブルの内圧と外気圧との大小関係
を知ることができる。As described above, the second derivative of Vd, d2Vd / d
By obtaining t2, the magnitude relationship between the internal pressure of the bubble and the external pressure can be known.
【0064】吐出口より外側に存在するインクの体積V
dの測定法を説明する。吐出後各時刻における液滴の形
状は、ストロボやLED、レーザなどの光源を用いてパ
ルス光で吐出口から飛び出している液滴を照明しながら
顕微鏡で観察することによって測定することができる。
即ち、一定周波数で連続して吐出している記録ヘッドに
対して、その駆動パルスに同期してかつ所定のディレイ
時間をおいてパルス光を発光させることにより、その吐
出から所定時間後における一方向から見た液滴の投影形
状を測定できる。このときパルス光のパルス幅は測定に
十分な光量が確保できる範囲でできるだけ小さい方がよ
り正確に測定を行なうことができる。The volume V of the ink existing outside the ejection port
A method for measuring d will be described. The shape of the droplet at each time after the ejection can be measured by observing with a microscope a light source such as a strobe, an LED, or a laser while illuminating the droplet protruding from the ejection port with pulsed light.
That is, by causing a recording head that continuously ejects at a constant frequency to emit pulse light in synchronization with the driving pulse and with a predetermined delay time, the head emits light in one direction after a predetermined time from the ejection. The projected shape of the droplet viewed from above can be measured. At this time, the measurement can be performed more accurately if the pulse width of the pulse light is as small as possible within a range where a sufficient light amount for measurement can be secured.
【0065】これらの方法によって、バブルが外気に連
通する瞬間に液路側から外側に向かっての気流が観測さ
れれば、バブルの内圧が外気圧よりも高い状態てい連通
したことを示し、液路内へ流入する気流が観測されれば
バブルの内圧が外気圧よりも低い状態で連通したことを
示す。When an airflow from the liquid path side to the outside is observed at the moment when the bubble communicates with the outside air by these methods, it indicates that the bubble has been communicated with the internal pressure being higher than the external pressure. Observation of the airflow flowing into the interior indicates that the bubbles communicated in a state where the internal pressure of the bubbles was lower than the external pressure.
【0066】他の条件としては図7に示したようにバブ
ルの吐出口方向先端の移動速度の一次微分値が負となる
条件でバブルと外気とを連通させる条件、或は、図6に
示したように吐出エネルギー発生手段の吐出口側端部か
らバブルの吐出口側端部の距離laと吐出エネルギー発
生手段の吐出口とは反対側の端部からバブルの吐出口と
は反対側の端部との距離lbとがla/lb≧1を満足
する条件、もしくはその両方の条件でバブルと外気を連
通させることはより好ましいものである。As another condition, as shown in FIG. 7, a condition in which the first differential value of the moving speed of the tip of the bubble in the discharge port direction is negative is such that the bubble communicates with the outside air, or as shown in FIG. As described above, the distance la from the discharge port side end of the discharge energy generating means to the bubble discharge port side end and the end opposite to the bubble discharge port from the end opposite to the discharge port of the discharge energy generating means. It is more preferable that the bubble communicates with the outside air under the condition that the distance lb to the portion satisfies la / lb ≧ 1 or both conditions.
【0067】図6(a)〜(f)は本発明が適用される
液体噴射方法、装置の新規な第2具体例の説明図であ
り、バブルの成長状態に着目した発明である。この発明
をまとめると、3)インクを吐出させるための吐出口
と、該吐出口に連通する液路と、該液路内に気泡を形成
して供給されたインクを吐出させるために利用される熱
エネルギーを発生する吐出エネルギー発生手段とを有す
る記録ヘッドを用い、吐出エネルギー発生手段の吐出口
側端部とバブルの吐出口側端部との距離laが吐出エネ
ルギー発生手段の吐出口とは反対側の端部とバブルの吐
出口とは反対側の端部との距離lbに対して、la/l
b≧1なる条件下で該吐出エネルギー発生手段によりイ
ンク中に生起されたバブルを吐出口より外気と連通させ
ることを特徴とする液体噴射方法。4)インクを吐出さ
せるための吐出口と、該吐出口に連通する液路と、該液
路内に気泡を形成して供給されたインクを吐出させるた
めに利用される熱エネルギーを発生する吐出エネルギー
発生手段とを有する記録ヘッドと、吐出エネルギー発生
手段の吐出口側端部とバブルの吐出口側端部との距離l
aが吐出エネルギー発生手段の吐出口とは反対側の端部
とバブルの吐出口とは反対側の端部との距離lbとに対
してla/lb≧1なる条件下で該吐出エネルギー発生
手段によりインク中に生起されたバブルを吐出口より外
気と連通させるため前記吐出エネルギー発生手段に信号
を与えるための駆動回路と、前記吐出された液体を付着
させるために被記録媒体を沿わせ得るプラテンとを有す
ることを特徴とする記録装置。となる。FIGS. 6A to 6F are explanatory views of a second specific example of the liquid ejecting method and apparatus to which the present invention is applied, and the invention paying attention to the growth state of bubbles. The present invention can be summarized as follows: 3) a discharge port for discharging ink, a liquid path communicating with the discharge port, and a bubble formed in the liquid path to be used for discharging the supplied ink. A recording head having discharge energy generating means for generating thermal energy is used, and the distance la between the discharge port side end of the discharge energy generating means and the discharge port side end of the bubble is opposite to the discharge port of the discharge energy generating means. The distance lb between the end on the opposite side and the end on the opposite side of the bubble discharge port is la / l
A liquid ejecting method, wherein a bubble generated in the ink by the ejection energy generating means is communicated with outside air from an ejection port under a condition of b ≧ 1. 4) A discharge port for discharging ink, a liquid path communicating with the discharge port, and discharge for generating thermal energy used to discharge the supplied ink by forming bubbles in the liquid path. A recording head having an energy generating means, and a distance l between an end of the ejection energy generating means on the side of the ejection port and an end of the bubble on the side of the ejection port.
a represents a distance lb between an end of the discharge energy generation means opposite to the discharge port and an end of the discharge energy generation means opposite to the discharge port of the bubble under a condition of la / lb ≧ 1. A driving circuit for supplying a signal to the discharge energy generating means for causing bubbles generated in the ink to communicate with the outside air from a discharge port, and a platen capable of moving a recording medium along with the discharged liquid for adhering the liquid. A recording apparatus comprising: Becomes
【0068】以下、図面を参照しながら本発明を詳細に
説明する。Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
【0069】図6(a)及至図6(f)はそれぞれ本発
明の液体噴射方法による液体の吐出を説明するための模
式的断面図である。FIGS. 6A to 6F are schematic cross-sectional views for explaining liquid ejection by the liquid ejection method of the present invention.
【0070】図6(a)及至(f)において、1は基
体、2はヒーター、3はインク、4は天板、5は吐出
口、6はバブル、7は液滴、101は被記録媒体であ
る。なお、液路は、基体1と天板4および不図示の壁に
よって形成される。6A to 6F, 1 is a substrate, 2 is a heater, 3 is ink, 4 is a top plate, 5 is a discharge port, 6 is a bubble, 7 is a droplet, and 101 is a recording medium. It is. The liquid path is formed by the base 1, the top plate 4, and a wall (not shown).
【0071】図6(a)は初期状態を示し、液路内がイ
ンク3で満たされた状態である。インク3まずヒーター
(例えば電気熱変換体)2に駆動回路からの信号として
瞬間的に電流を流しパルス的にヒーター近傍のインク3
を急激に加熱するとインクは所謂膜沸騰による気泡(バ
ブル)6がヒーター2上に発生し、急激に膨張を始める
(図6(b))。さらにバブル6は膨張を続け(図6
(c))、主として慣性抵抗の小さい吐出口5側へ成長
し、ついには吐出口5を越え、外気とバブル6が連通す
る(図6(d))。このとき吐出エネルギー発生手段で
あるヒーター2の吐出口側端部からバブル6の吐出口側
端部までの距離laがヒーター2の吐出口とは反対側の
端部からバブル6の吐出口とは反対側の端部までの距離
lbに対してla/lb≧1の条件下において外気とバ
ブル6とが連通している。FIG. 6A shows an initial state, in which the liquid path is filled with ink 3. Ink 3 First, an electric current is instantaneously passed as a signal from a drive circuit to a heater (for example, an electrothermal converter) 2 so that the ink
When the ink is heated rapidly, bubbles 6 are generated on the heater 2 by so-called film boiling, and the ink starts to expand rapidly (FIG. 6B). Further, the bubble 6 continues to expand (FIG. 6).
(C)) Mainly grows toward the ejection port 5 side having a small inertia resistance, and finally passes through the ejection port 5, and the outside air communicates with the bubble 6 (FIG. 6D). At this time, the distance la from the discharge port side end of the heater 2 as the discharge energy generating means to the discharge port side end of the bubble 6 is equal to the distance from the end opposite to the discharge port of the heater 2 to the discharge port of the bubble 6. The outside air and the bubble 6 communicate with each other under the condition of la / lb ≧ 1 with respect to the distance lb to the opposite end.
【0072】吐出口5より押し出されたインク3はこの
瞬間までにバブル6の膨張によって与えられた運動量の
ためにさらに前方へ飛翔を続け、ついには独立な液滴7
となって紙などの被記録媒体101へ向かって飛翔する
(図6(e))。さらに吐出口5側先端部に生じた空隙
は後方のインク3の表面張力と液路を形成する部材との
濡れによってインク3が図面右方向に供給され(図6
(f))初期状態に戻る。前記被記録媒体101は、プ
ラテンに添って、プラテン、ローラー、ベルト、あるい
はそれらの任意の組み合わせによって吐出口5に対向す
る位置に搬送される。或は、被記録媒体101を固定
し、吐出口5を移動させる(記録へッドを移動させる)
ようにしても良く、また、それらを組み合わせてもよい
ものである。要は、吐出口5と被記録媒体とが相対的に
移動可能とされ、被記録媒体の所望の位置に所望の吐出
口が対向され得るようにすればよい。Up to this moment, the ink 3 pushed out from the discharge port 5 continues to fly further forward due to the momentum given by the expansion of the bubble 6, and finally becomes an independent droplet 7.
And flies toward the recording medium 101 such as paper (FIG. 6E). Further, the gap formed at the tip of the ejection port 5 side is supplied with the ink 3 rightward in the drawing by the surface tension of the rear ink 3 and the wetting of the member forming the liquid path (FIG. 6).
(F)) Return to the initial state. The recording medium 101 is conveyed to a position facing the discharge port 5 by a platen, a roller, a belt, or any combination thereof along with a platen. Alternatively, the recording medium 101 is fixed, and the ejection port 5 is moved (the recording head is moved).
Alternatively, they may be combined with each other. The point is that the ejection port 5 and the recording medium can be relatively moved so that the desired ejection port can face a desired position of the recording medium.
【0073】以上説明した記録原理で液体を吐出させる
と、バブルが外気と連通するために吐出口より押し出さ
れる液体の体積は常に一定となり、記録を行なっても、
記録濃度にムラのない高画質な記録画像を得ることがで
きる。When the liquid is ejected according to the recording principle described above, the volume of the liquid pushed out from the ejection port is always constant because the bubble communicates with the outside air.
It is possible to obtain a high-quality recorded image without unevenness in the recording density.
【0074】また、上記したような、la/lb≧1の
条件でバブルを外気と連通させるので、バブルの持つ運
動エネルギーを有効にインクに伝達することができ、吐
出口率が向上する。Further, since the bubble is communicated with the outside air under the condition of la / lb ≧ 1 as described above, the kinetic energy of the bubble can be effectively transmitted to the ink, and the ejection port ratio is improved.
【0075】更に、上記条件で液体を吐出した場合は、
la/lb<1の条件で液体(インク)を吐出する場合
に較べて、液体吐出後に吐出口近傍に生じた空隙部に新
たなインクが満たされるまでの時間を短縮することがで
き、より一層の高速記録が可能になる。第2具体例発明
において、バブルが外気と連通する時のバブルの端部と
ヒーターの端部との距離la、lbを測定する方法とし
ては、例えば、第7図に示される記録ヘッドの場合、天
板4を透明なガラス板で構成し、天板4の上方よりスト
ロボやレーザ、LED等のパルス状に発光できる光源に
よって記録ヘッドを照射し、顕微鏡で観察することによ
って求める方法がある。Further, when the liquid is discharged under the above conditions,
Compared with the case where the liquid (ink) is ejected under the condition of la / lb <1, the time until the new ink is filled in the gap formed near the ejection port after the ejection of the liquid can be shortened, and furthermore. High-speed recording becomes possible. In the second embodiment, the method of measuring the distances la and lb between the end of the bubble and the end of the heater when the bubble communicates with the outside air may be, for example, in the case of the recording head shown in FIG. There is a method in which the top plate 4 is formed of a transparent glass plate, the recording head is irradiated from above the top plate 4 with a light source capable of emitting pulses, such as a strobe, a laser, or an LED, and observed with a microscope.
【0076】具体的には、ヒーターに与える駆動パルス
に同期させてパルス光源を点滅させ、バブルの発泡開始
から液体の吐出までの現象を顕微鏡とカメラを用いて前
述のように観察し、la、lbを求めることができる。Specifically, the pulse light source is turned on and off in synchronization with the driving pulse applied to the heater, and the phenomenon from the start of bubble foaming to the ejection of the liquid is observed using a microscope and a camera as described above. lb can be determined.
【0077】液路形状は、使用する熱エネルギー発生素
子の形状によって幅がほぼ決定されてくるものの、具体
的関係については経験則でしかない。第2具体例発明に
おいては液路形状が気泡の成長に大きく影響を与え、そ
の液路における熱エネルギー発生素子の上記条件にとっ
ては有効であることが判明した。Although the width of the liquid path shape is substantially determined by the shape of the thermal energy generating element to be used, the specific relationship is only an empirical rule. In the second specific example, it was found that the shape of the liquid path greatly affected the growth of bubbles, and was effective for the above conditions of the heat energy generating element in the liquid path.
【0078】即ち、液路の高さ成分を利用して気泡の成
長をla/lb≧1、好ましくはla/lb≧2、より
好ましくはla/lb≧4とすること(図8参照)で、
環境等のその他の影響を受けにくく、より安定化状態で
行なわせるために、少なくとも液路幅Wよりも液路高さ
Hを低く(H<W)することがよいことが判明した。こ
れは、気泡の大気との連通状態を液路の天井の界面にお
ける成長速度を増加せしめた気泡において行なわせしめ
ることができるので液体噴射の路内壁による影響を減少
せしめ、噴射方向、速度をより一層安定できる。第2具
体例発明においては、その幅W、高さHの関係を更に追
求したところ、H≧0.8Wとすると、長期、高速噴射
を行っても特性変化が少なく、安定した噴射を行うこと
ができ、記録を行うのに適していた。That is, by using the height component of the liquid path, the growth of bubbles is set to la / lb ≧ 1, preferably la / lb ≧ 2, more preferably la / lb ≧ 4 (see FIG. 8). ,
It has been found that the liquid passage height H should be at least lower than the liquid passage width W (H <W) in order to be less affected by the environment and other influences and to perform the operation in a more stable state. This can reduce the influence of the inner wall of the liquid jet by reducing the influence of the inner wall of the liquid jet, and further increase the jet direction and speed since the communication state of the air bubble with the atmosphere can be performed by the air bubble whose growth rate at the interface of the ceiling of the liquid path is increased. Can be stable. In the second specific example, the relationship between the width W and the height H was further pursued. When H ≧ 0.8 W, the characteristic change was small and stable injection was performed even when performing high-speed injection for a long time. It was suitable for recording.
【0079】また、H≧0.65Wとすれば、記録情報
を担った各記録噴射をかなりの変化を与えながら行って
も高精度の着弾性能が得られ最適である。If H ≧ 0.65 W, it is possible to obtain high-precision impact performance even if each recording jet carrying recording information is performed while giving a considerable change.
【0080】なお、上記条件に加えて、バブルの吐出口
方向先端の移動速度の1次微分値が負となる条件でバブ
ルと外気とを連通させることはより好ましいものであ
る。In addition to the above conditions, it is more preferable that the bubble communicates with the outside air under the condition that the first derivative of the moving speed of the tip of the bubble in the discharge port direction becomes negative.
【0081】図7(a)、(b)は本発明が適用される
液体噴射方法、装置の新規な第3具体例の説明図であ
り、バブルの内圧と体積の時間変化に着目した発明であ
る。この発明をまとめると、5)インクを吐出させるた
めの吐出口と、該吐出口に連通する液路と、該液路内に
気泡を形成して供給されたインクを吐出させるために利
用される熱エネルギーを発生する吐出エネルギー発生手
段とを具備した記録ヘッドを用い、発生されたバブルの
吐出口方向先端の移動速度の1次微分値が負の条件で、
該バブルを該吐出エネルギー発生手段により生起された
バブルを吐出口より外気と連通させることを特徴とする
液滴噴射方法。6)インクを吐出させるための吐出口
と、該吐出口に連通する液路と、該液路内に気泡を形成
して供給されたインクを吐出させるために利用される熱
エネルギーを発生する吐出エネルギー発生手段とを具備
した記録ヘッドと、吐出エネルギー発生手段により発生
されたバブルの吐出口方向先端の移動速度の1次微分値
が負の条件で、該バブルを該吐出エネルギー発生手段に
より生起されたバブルを吐出口より外気と連通させるた
め前記吐出エネルギー発生手段に信号を与えるための駆
動回路と、前記吐出された液体を付着させるために被記
録媒体を沿わせ得るプラテンとを有することを特徴とす
る記録装置。である。FIGS. 7A and 7B are explanatory views of a third specific example of a liquid ejecting method and apparatus to which the present invention is applied. The present invention focuses on the time variation of the internal pressure and volume of a bubble. is there. The present invention is summarized as follows: 5) a discharge port for discharging ink, a liquid path communicating with the discharge port, and a bubble formed in the liquid path to be used for discharging the supplied ink. Using a recording head having an ejection energy generating means for generating thermal energy, under the condition that the first derivative of the moving speed of the tip of the generated bubble toward the ejection port is negative,
A method for ejecting liquid droplets, comprising: causing the bubbles generated by the discharge energy generating means to communicate with outside air from a discharge port. 6) A discharge port for discharging ink, a liquid path communicating with the discharge port, and discharge for generating thermal energy used to discharge the supplied ink by forming bubbles in the liquid path. A recording head having an energy generating means, and the bubble is generated by the discharging energy generating means under a condition that the first derivative of the moving speed of the bubble generated by the discharging energy generating means toward the discharge port is negative. A drive circuit for supplying a signal to the discharge energy generating means for communicating the bubble generated from the discharge port with the outside air, and a platen capable of moving a recording medium along the discharge liquid to adhere the liquid. Recording device. It is.
【0082】この第3具体例発明は、前述した、第1具
体例発明の目的効果を別の手段によって解決するもの
で、バブルと外気との連通時に連通部近傍にあるインク
がインクを吐出するために過度に加速度を受けるため、
主インク滴と分離してしまうことを主たる技術課題と認
識したものである。この分離によると、その近傍のイン
クがスプラッシュ状に飛び散ったり、ミストとなって飛
散することが顕著となり、しかも高密度の吐出口配置で
は吐出口面へのインクの付着による吐出不良を招く結果
となるが、この原因を加速度によるものと解明したこと
にこの第3具体例発明の起点がある。The third embodiment of the present invention solves the above-mentioned object and the effects of the first embodiment of the present invention by another means. When the bubble communicates with the outside air, the ink in the vicinity of the communicating portion discharges the ink. Because of excessive acceleration
It is recognized that separation from main ink droplets is a main technical problem. According to this separation, the ink in the vicinity scatters in the form of splash or mist becomes remarkable and scatters.Moreover, in a high-density discharge port arrangement, a discharge failure due to ink adhesion to the discharge port surface is caused. However, the origin of the third specific example is that the cause was clarified to be due to acceleration.
【0083】更にこの点について解析したところ、バブ
ルの吐出口方向先端の移動速度の一次微分値が正の場合
に外気とバブルが連通すると、上記した問題点が発生す
ることを見出したものである。Further analysis on this point has revealed that the above-mentioned problem occurs when the outside air and the bubble communicate with each other when the primary differential value of the moving speed of the tip of the bubble in the discharge port direction is positive. .
【0084】発泡開始よりバブルが外気と連通するまで
のバブルの吐出口方向先端のヒーター部の吐出口方向端
部からの変位量を測定し、該変位量の1次微分値、2次
微分値(移動速度の1次微分値)を求めた結果を図8に
示した。該図より、上記問題が発生するのは、図7
(a)、(b)にそれぞれ示された曲線Aの場合であっ
て、バブルの吐出口方向先端の移動速度の1次微分値が
正であることが確認された。The amount of displacement from the start of bubbling until the bubble communicates with the outside air from the end of the heater in the direction of the discharge port from the end of the heater in the direction of the discharge port is measured, and the first derivative and the second derivative of the displacement are measured. FIG. 8 shows the result of calculating the (first-order differential value of the moving speed). According to FIG. 7, the above problem occurs only in FIG.
In the case of the curve A shown in each of (a) and (b), it was confirmed that the first derivative of the moving speed of the tip of the bubble in the discharge port direction was positive.
【0085】図7(a)、(b)に示した曲線Bは、図
6の原理に準じた第3具体例発明を示すもので、バブル
の吐出口方向先端の移動速度の1次微分値が負の条件
で、生起されたバブルを外気と連通させて液滴を吐出さ
せるので、液滴の体積を常に安定化させ高品位な記録画
像を得ることができる。従って、インクミストやスプラ
ッシュによる記録紙の地汚れや装置内の汚れを防止でき
る。Curves B shown in FIGS. 7A and 7B show the third embodiment of the invention based on the principle of FIG. 6, and show the first derivative of the moving speed of the tip of the bubble in the discharge port direction. Under negative conditions, the generated bubbles are communicated with the outside air to discharge droplets, so that the volume of the droplets is always stabilized, and a high-quality recorded image can be obtained. Therefore, it is possible to prevent the recording paper from being stained by ink mist or splash and the inside of the apparatus.
【0086】更に、インクに対してバブルの運動エネル
ギーを十分に伝達することができるので、吐出効率が高
くなり、目詰まりを解消できる。また液滴の吐出速度が
向上するため液滴の吐出方向が安定するとともに、記録
ヘッドと記録紙間の距離を広げることができ、装置設計
が容易になる。Further, since the kinetic energy of the bubble can be sufficiently transmitted to the ink, the ejection efficiency can be increased and clogging can be eliminated. In addition, since the ejection speed of the droplets is improved, the ejection direction of the droplets is stabilized, and the distance between the recording head and the recording paper can be increased.
【0087】更に、生起したバブルの消泡過程がないた
め、消泡によるヒーター破壊現象が解消され、記録ヘッ
ドの寿命が向上する。Further, since there is no defoaming process of generated bubbles, a heater destruction phenomenon due to defoaming is eliminated, and the life of the recording head is improved.
【0088】なお、本発明の液体噴射方法は所謂オンデ
マンド型、コンティニュアス型のいずれにも適用可能で
あるが、特に、オンデマンド型の場合には、液体(イン
ク)が保持されているシートや液路に対応して配置され
ている電気熱変換体に、記録情報に対応していて核沸騰
を越える急速な温度上昇を与える少なくとも一つの駆動
信号を印加することによって、電気熱変換体に熱エネル
ギーを発生せしめ、記録ヘッドの熱作用面に膜沸騰させ
て、結果的にこの駆動信号に一対一対応し液体(イン
ク)内の気泡を形成できるので有効である。The liquid ejecting method of the present invention can be applied to any of a so-called on-demand type and a continuous type. In particular, in the case of the on-demand type, a liquid (ink) is held. By applying at least one drive signal corresponding to recorded information and providing a rapid temperature rise exceeding nucleate boiling to an electrothermal transducer arranged corresponding to a sheet or a liquid path, This is effective because heat energy is generated in the liquid and the film is boiled on the heat-acting surface of the recording head. As a result, bubbles in the liquid (ink) can be formed in one-to-one correspondence with the drive signal.
【0089】本発明の液体噴射方法を用いた記録ヘッド
としては、上記実施例中に記載されるものに限られるも
のではなく、記録装置が記録できる最大記録媒体の幅に
対応した長さを有するフルラインタイプの記録ヘッド等
の多くの形態および変形例が考えられる。また、フルラ
インタイプの記録ヘッドとしては、複数記録ヘッドの組
み合わせによって、その長さを満たす構成や一体的に形
成された一個の記録ヘッドとしての構成のいずれでも良
いが、いずれにしても、本発明は、上述した効果を一層
有効に発揮することができる。The recording head using the liquid jetting method of the present invention is not limited to the one described in the above embodiment, but has a length corresponding to the maximum recording medium width that can be recorded by the recording apparatus. Many forms and variations of a full-line type recording head are possible. Further, the full-line type recording head may be either a configuration that satisfies the length by combining a plurality of recording heads or a configuration as a single recording head that is integrally formed. The invention can exhibit the above-mentioned effects more effectively.
【0090】加えて、装置本体に装着されることで、装
置本体との電気的な接続や装置本体からのインクの供給
が可能になる交換自在のチップタイプの記録ヘッド、あ
るいは記録ヘッド自体に一体的に設けられたカートリッ
ジタイプの記録ヘッドを用いた場合にも本発明は有効で
ある。In addition, the print head is replaceable with a print head of a replaceable chip type, which can be electrically connected to the main body of the apparatus or supplied with ink from the main body of the apparatus, or is integrated with the print head itself. The present invention is also effective when a cartridge-type recording head provided in a fixed manner is used.
【0091】又、本発明の記録装置の構成として設けら
れる、上記した様な記録ヘッドに対しての回復手段のほ
かに、予備的な補助手段等を付加することは本発明の効
果を一層安定できるので好ましいものである。これらを
具体的に挙げれば、記録ヘッドに対しての、クリーニン
グ手段、電気熱変換体或はこれとは別の加熱素子或はこ
れらの組み合わせによる予備加熱手段等である。また、
記録とは別の吐出を行なう予備吐出モードを行なうこと
も安定した記録を行なうために有効である。Further, in addition to the above-described recovery means for the recording head provided as a configuration of the recording apparatus of the present invention, the addition of preliminary auxiliary means and the like further stabilizes the effect of the present invention. It is preferable because it can be performed. Specific examples include a cleaning unit, an electrothermal converter, a separate heating element, a preheating unit using a combination thereof, and the like for the recording head. Also,
Performing a preliminary ejection mode in which ejection is performed separately from printing is also effective for performing stable printing.
【0092】更に、記録装置の記録モードとしては黒色
等の主流色のみの記録モードだけではなく、記録ヘッド
を一体的に構成するか複数個の組み合わせによってでも
よいが、異なる色の複色カラー又は、混色によるフルカ
ラーの少なくとも一つを備えた装置にも本発明は極めて
有効である。Further, the recording mode of the recording apparatus is not limited to the recording mode of only the mainstream color such as black, and may be a single recording head or a combination of plural recording heads. The present invention is also very effective for an apparatus provided with at least one of full colors by color mixture.
【0093】次に、本発明を実施する上で、バブルの吐
出口方向先端の移動速度、該移動速度の1次微分値を求
める方法について以下に説明する。Next, a method for obtaining the moving speed of the tip of the bubble in the discharge port direction and the first derivative of the moving speed for implementing the present invention will be described below.
【0094】発泡開始後各時刻におけるバブルの吐出口
方向先端の位置は、ストロボやLED、レーザなどのパ
ルス光で記録ヘッドの天板面、あるいは側面からノズル
内に発生するバブルを照明し顕微鏡を用いて、観察する
ことができる。具体的には、図9(a)および(b)に
それぞれ模式的断面図として時系列的に示されるよう
に、発泡開始よりバブルが外気と連通するまでのバブル
の吐出口方向先端のヒータ部の吐出口端部からの変位量
xb−nの時間変化を測定することができる。該測定結
果をもとに、該変位量の1次微分dxb−n/dtを求
めることにより、バブルの吐出口方向先端の移動速度v
xが求められる。次に、該移動速度の1次微分dvx/
dt(変位量の2次微分d2xb−n/d2t)を求め
ることができる。At each time after the start of bubbling, the position of the tip of the bubble in the direction of the discharge port is determined by illuminating the bubble generated in the nozzle from the top plate surface or the side surface of the recording head with pulse light such as strobe light, LED, or laser. Can be used to observe. Specifically, as shown in time series in a schematic cross-sectional view in each of FIGS. 9A and 9B, a heater unit at a tip end of a bubble discharge port from the start of foaming until the bubble communicates with the outside air. Of the displacement xb-n from the end of the discharge port can be measured. By calculating the first derivative dxb-n / dt of the displacement amount based on the measurement result, the moving speed v of the tip of the bubble in the discharge port direction is obtained.
x is required. Next, the first derivative dvx /
dt (second derivative of displacement amount d2xb-n / d2t) can be obtained.
【0095】なお、この場合、バブルが記録ヘッドの外
側から見えることが必要である。記録ヘッドの外側から
バブルを観察するためには、記録ヘッドの一部が透明な
部材で形成され、バブルの発泡、成長等が記録ヘッドの
外部から観察できるような構成であることが望ましい。
記録ヘッドの構成部材が非透明である場合には、例え
ば、記録ヘッドの天板等を透明な部材に置き換えればよ
い。このとき、置き換えられる部材と置き換える部材の
硬度、弾性度等は極力同じに選ぶのが望ましい。In this case, it is necessary that the bubbles can be seen from outside the recording head. In order to observe the bubble from outside the recording head, it is preferable that a part of the recording head is formed of a transparent member so that bubble bubbling and growth can be observed from outside the recording head.
When the constituent members of the recording head are non-transparent, for example, the top plate or the like of the recording head may be replaced with a transparent member. At this time, it is desirable that the hardness, the elasticity, and the like of the replaced member and the replaced member are selected as equal as possible.
【0096】構成部材の置き換えとしては、記録ヘッド
の天板が例えば金属、不透明なセラミックあるいは着色
されたプラスチックの場合は、透明なプラスチック(一
例としては透明アクリル)、ガラス等に変更すればよい
が、もちろん置き換え場所とそれに用いる材料は上記し
た場所および材料に限られるものではない。When the top plate of the recording head is made of, for example, metal, opaque ceramic, or colored plastic, the components may be replaced with transparent plastic (for example, transparent acrylic), glass, or the like. Of course, the replacement place and the material used for it are not limited to the above place and material.
【0097】しかしながら、このとき部材の物性の違い
による発泡特性の違いを回避するためにできるだけイン
クに対する濡れ性などの物性が元の部材に近いものを選
ぶことが望ましい。元の部材のものと同等の発泡状態で
あるかどうかは、吐出させてその吐出速度や吐出体積が
元の状態と同じかどうかを見ることによって確認するこ
とができる。予め透明な部材で構成されている場合は以
上の操作は不要である。However, at this time, in order to avoid a difference in the foaming characteristics due to a difference in the physical properties of the members, it is desirable to select a material having physical properties such as ink wettability as close as possible to the original member. Whether or not the foaming state is the same as that of the original member can be confirmed by discharging and checking whether or not the discharge speed and the discharge volume are the same as the original state. The above operation is unnecessary when the member is made of a transparent member in advance.
【0098】[0098]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の記録ヘッ
ド及びインク滴噴射記録方法によれば、気泡を外気と連
通させてインクを滴として吐出させる方式で、熱エネル
ギー発生手段と吐出口との距離Lと吐出口の最大開口径
Rとの関係がR/L≧0.5を満たすことにより、複雑
な構成を必要とすることなく、環境等で気泡が変化して
も適正なインク吐出を達成して画質を安定化させ画像乱
れのない高品位な記録画像を得ることができる。As described above, according to the recording head and the ink droplet ejection recording method of the present invention, the thermal energy generating means and the ejection port are connected by a method in which bubbles are communicated with the outside air to eject ink as droplets. The relationship between the distance L and the maximum opening diameter R of the discharge port satisfies R / L ≧ 0.5, so that a complicated structure is not required and proper ink discharge can be performed even if bubbles change due to the environment or the like. To stabilize the image quality and obtain a high-quality recorded image without image disturbance.
【0099】更に、上記外気連通方式の好ましい構成に
よってその効果はさらに安定するものであり、生起した
気泡の消泡過程がないため、消泡による抵抗破壊現象が
解消され、記録ヘッドの寿命が向上する。Further, the effect is further stabilized by the preferable structure of the outside air communication system, and since there is no defoaming process of generated bubbles, the resistance destruction phenomenon due to defoaming is eliminated, and the life of the recording head is improved. I do.
【図1】本発明を説明するための概要説明図である。FIG. 1 is a schematic explanatory diagram for explaining the present invention.
【図2】(a)、(b)、(c)は、本発明のインク気
泡が大気或いは外気と連通する状態を説明する模式図で
ある。FIGS. 2A, 2B, and 2C are schematic diagrams illustrating a state in which the ink bubble of the present invention communicates with the atmosphere or the outside air.
【図3】本発明の一実施例で用いた記録ヘッドを説明す
る図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a recording head used in an embodiment of the present invention.
【図4】本発明の別の実施例で用いた記録ヘッドを説明
する図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a recording head used in another embodiment of the present invention.
【図5】(a)乃至(e)は本発明が適用される液体噴
射方法、装置の新規な具体例の説明図で、バブルの内圧
と体積の時間変化を順に説明する図である。5 (a) to 5 (e) are explanatory diagrams of a new specific example of a liquid ejecting method and apparatus to which the present invention is applied, and are diagrams for sequentially explaining changes in the internal pressure and volume of a bubble over time.
【図6】(a)乃至(f)は本発明が適用される液体噴
射方法、装置の他の新規な具体例の説明図で、それぞれ
液体の吐出を説明するための模式的断面図である。FIGS. 6A to 6F are explanatory views of another novel specific example of the liquid ejecting method and apparatus to which the present invention is applied, and are schematic cross-sectional views for explaining liquid ejection. .
【図7】(a)、(b)は本発明が適用される液体噴射
方法、装置の別の新規な具体例の説明図である。FIGS. 7A and 7B are explanatory diagrams of another novel specific example of the liquid ejecting method and apparatus to which the present invention is applied.
【図8】気泡の先端側と後端側の比la/lbの変化を
説明するグラフである。FIG. 8 is a graph illustrating a change in the ratio la / lb between the front end side and the rear end side of a bubble.
【図9】(a)、(b)は夫々気泡の先端の単位時間当
たりの変化を示す図で、(a)では左側に上面断面図、
右側に側面断面図を夫々同時刻で示してある。FIGS. 9A and 9B are diagrams showing changes per unit time of the tip of a bubble, respectively, and FIG.
The right side sectional views are shown at the same time.
2 発熱抵抗層 5 吐出口 6 気泡 7 液滴 6W 端部(気泡) A 連通部 B 液路 C 共通液室 OP オリフィスプレート 2 Heat generation resistance layer 5 Discharge port 6 Bubbles 7 Droplet 6W End (bubbles) A Communication part B Liquid path C Common liquid chamber OP Orifice plate
Claims (8)
からインクの供給を受けるインク路と、該インク路内の
インクに熱エネルギーを与えて膜沸騰により気泡を生成
させるための熱エネルギー発生手段と、該熱エネルギー
発生手段に対向して設けられ該熱エネルギー発生手段に
よって生成された気泡を外気と連通させて上記インクの
一部を滴として吐出させるための吐出口とを備え、上記
熱エネルギー発生手段と上記吐出口との距離をL、上記
吐出口の最大開口径をRとしたときに、R/L≧0.5
を満たすことを特徴とする記録ヘッド。An ink supply source connected to an ink supply source.
An ink path that receives ink supply from the ink path;
Thermal energy generating means for applying thermal energy to the ink to generate bubbles by film boiling , and the thermal energy
The heat energy generating means is provided so as to face the generating means.
Therefore, the generated air bubbles are communicated with the outside air, and
And a discharge port for discharging a part as droplets, the
The distance between the thermal energy generating means and said discharge port L, and the maximum opening diameter of the <br/> discharge port when the R, R / L ≧ 0.5
A recording head characterized by satisfying the following.
1に記載の記録ヘッド。2. The recording head according to 1.
2に記載の記録ヘッド。3. The recording head according to 2.
からインクの供給を受けるインク路と、該インク路内の
インクに熱エネルギーを与えて膜沸騰により気泡を生成
させるための熱エネルギー発生手段と、該熱エネルギー
発生手段に対向して設けられ上記インクの一部を滴とし
て吐出させるための吐出口とを備え、上記熱エネルギー
発生手段と上記吐出口との距離をL、上記吐出口の最大
開口径をRとしたときに、R/L≧0.5を満たす記録
ヘッドを用い、上記熱エネルギー発生手段により上記イ
ンク路内のインクに熱エネルギーを与え、該熱エネルギ
ーによる膜沸騰により気泡を生成せしめ、該気泡を外気
と連通させ、上記吐出口近傍のインクの少なくとも一部
を上記吐出口より吐出させることを特徴とするインク滴
噴射記録方法。4. An ink supply source which communicates with an ink supply source.
An ink path that receives ink supply from the ink path;
Thermal energy generating means for applying thermal energy to the ink to generate bubbles by film boiling , and the thermal energy
A part of the ink is provided as a droplet and is provided to face the generating means.
And a discharge port for discharging the heat energy.
The distance between the generating means and said discharge port L, and the maximum opening diameter of the discharge port when the R, using a recording head that satisfies the R / L ≧ 0.5, the Lee by the thermal energy generating means
Applying heat energy to the ink in ink channel, the heat energy
To generate air bubbles by film boiling.
Communicates with ink droplets for causing at least a portion of the ink in the vicinity of the discharge port discharged from the discharge port
Injection recording method.
遮断されていない請求項4に記載のインク滴噴射記録方
法。5. The ink droplet ejection recording method according to claim 4, wherein said ink path is not blocked by said air bubbles during said communication.
以下の条件で上記気泡を外気と連通させるものである請
求項4または請求項5に記載のインク滴噴射記録方法。Wherein when said communication is drop ejection recording method according to claim 4 or claim 5 internal pressure of the bubble is one which communicate ambient air communicating the bubble with the following conditions outside pressure.
部の移動速度の加速度が正でない条件で上記気泡を外気
と連通させるものである請求項4乃至請求項6いずれか
に記載のインク滴噴射記録方法。7. When the communication, the ink according to any one of claims 4 to 6 under conditions acceleration of the moving speed of the ejection direction distal end portion of said bubble is not positive is intended to communicate with the outside air and the air bubbles Drop ejection recording method.
部と気泡の吐出口側端部との距離をla、上記熱エネル
ギー発生手段の吐出口とは反対側の端部と気泡の吐出口
とは反対側の端部との距離をlbとするとき、la/l
b≧1なる条件下で上記熱エネルギー発生手段によりイ
ンク中に生起された気泡を外気と連通させる請求項4乃
至請求項7いずれかに記載のインク滴噴射記録方法。8. An end of the thermal energy generating means on a discharge port side.
The distance between the air port and the end of the bubble discharge port is la,
End of the energy generation means opposite to the discharge port and the bubble discharge port
When the lb the distance between the end portion opposite to the, la / l
b by the thermal energy generating means in b ≧ 1 becomes conditions
Drop ejection recording method according to any one claims 4 to 7 to communicate ambient air communicating the occurrence air bubbles in the ink.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3283232A JP2952091B2 (en) | 1991-10-29 | 1991-10-29 | Ink droplet ejection recording method and recording head |
US07/967,412 US6467882B2 (en) | 1991-10-28 | 1992-10-28 | Liquid jet recording method and apparatus and recording head therefor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3283232A JP2952091B2 (en) | 1991-10-29 | 1991-10-29 | Ink droplet ejection recording method and recording head |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05116320A JPH05116320A (en) | 1993-05-14 |
JP2952091B2 true JP2952091B2 (en) | 1999-09-20 |
Family
ID=17662802
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP3283232A Expired - Lifetime JP2952091B2 (en) | 1991-10-28 | 1991-10-29 | Ink droplet ejection recording method and recording head |
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Country | Link |
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---|---|---|---|---|
US7524036B2 (en) | 2004-09-06 | 2009-04-28 | Fujifilm Corporation | Liquid ejection head and liquid ejection apparatus |
-
1991
- 1991-10-29 JP JP3283232A patent/JP2952091B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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---|---|
JPH05116320A (en) | 1993-05-14 |
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