JP3170326B2

JP3170326B2 - インクジェット記録ヘッドおよびインクジェット記録装置

Info

Publication number: JP3170326B2
Application number: JP28160091A
Authority: JP
Inventors: 一浩中島; 利治乾
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1991-10-28
Filing date: 1991-10-28
Publication date: 2001-05-28
Anticipated expiration: 2016-05-28
Also published as: JPH05116303A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱エネルギーを利用し
てインクを吐出するインクジェット記録ヘッド、該ヘッ
ドを用いるインクジェット記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】インク滴を吐出し、これを被記録媒体上
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。

【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６１−５９９１
４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。

【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
基づく作用力によって、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。

【０００５】他方、熱エネルギを使用するものの実現条
件は全くないインクジェット記録方法としては、特開昭
５４−１６１９３５号公報に記載される方法がある。こ
の公報では、図１に示すように円筒状発熱体３０によっ
て液室内のインク３１をガス化させ（図１、（ａ））、
このガス３２をインク滴３３と共にインク吐出口より吐
出させる（図１（ｂ），（ｃ））。この方法によれば、
ガス３２を吐出口または吐出口付近から微小滴状に噴出
させてしまい、画質は不良となる。この公報の気泡は核
沸騰による気泡形成であると認められる。

【０００６】また同様の核沸騰である、例えば特開昭６
１−１８５４５５号公報は、図２に示すように、小開口
４０を有する板状部材４１と発熱体ヘッド４２との微少
間隙部４３に満たされた液状インク４４を発熱体ヘッド
４２によって加熱し（図２（ａ），（ｂ））、発生した
バブル４５によって小開口４０からインク滴４６を飛翔
させると共に、急速に核沸騰で体積増加しているバブル
４５を形成していたガスをも小開口４０から噴出させて
（図２（ｃ））記録紙上に画像を形成するものである。

【０００７】さらに、同様の核沸騰を開示する特開昭６
１−２４９７６８号公報には、図３に示すように液状イ
ンク５０に熱エネルギーを作用させてかなり大型化した
気泡を形成し、気泡の膨張力に基づいてインク小滴５８
を形成、飛翔させると同時に気泡を形成していたガスを
も大開口５２から大気中に噴出させるインクジェット記
録装置が単純に記載されている。

【０００８】しかしながら、上記特開昭５４−１６１９
３５号、同６１−１８５４５５号、同６１−２４９７６
８号に共通する構成は、気泡を形成しているガスを微小
インク滴として主たるインク滴の吐出と共に大気中に噴
出させてしまうことである。この結果、このガスの噴出
によってガス化して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。

【０００９】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、図４に示
すように、記録媒体６０に設けられた複数の孔６１によ
って保持されるインク６２を、発熱素子６３を有する記
録ヘッド６４によって加熱し、インク滴６５を被記録媒
体６６に吐出する。この記録装置は単発的なインク吐出
であり、加えて記録媒体６０と発熱素子６３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。

【００１０】

【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２−１１２８３２号，
特願平２−１１２８３３号，特願平２−１１２８３４
号，特願平２−１１４４７２号）。

【００１１】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。

【００１２】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。

【００１３】以下、図５〜図８を参照して上記連通吐出
方式について説明する。

【００１４】図５（ａ）および（ｂ）は、上記連通吐出
方式を適用して好適な記録ヘッドおよびその吐出方法を
示すものであり、この記録ヘッドの具体的インク路構成
の２例を示す。しかしながら、本発明はこの構成に限定
されないことは勿論である。

【００１５】図５（ａ）に示すインク路構成は、基板
（不図示）上に発熱抵抗層（ヒータ）２を具え、この基
板に、隔壁や天板が設けられることによって、共通液室
Ｃやインク路Ｂが形成される。また、これとともにイン
ク路Ｂの端部に吐出口５が形成される。Ｅ１，Ｅ２は、
それぞれ、ヒータ２にパルス上の電気信号を印加するた
めの選択電極、共通電極を示す。さらにＤは保護層であ
る。

【００１６】電極Ｅ１，Ｅ２を介した、記録データに基
づく上記電気信号の印加に応じて、電極Ｅ１，Ｅ２間の
ヒータ２は、蒸気膜を生じる急激な温度上昇を短時間の
うちに発生し（約３００℃）、これにより、気泡６が生
成される。この気泡６は成長し、やがて吐出口５におけ
る基板側の端部Ａで大気と連通する。そして、この連通
後、安定した吐出インク滴（破線７）が形成される。

【００１７】この吐出において、気泡６がその成長過程
でインク路Ｂを完全に遮断しない（インク路Ｂ内のイン
クが吐出口５から突出したインクと連続している）ので
後続の吐出に対するリフィルが速やかに行われること、
また、３００℃以上の比較的高温となった気泡の熱も外
気に放出されること等によって大きな蓄熱の問題（蓄熱
によるインク粘性低下や気泡形成の不安定化）も生ぜ
ず、各ヒータの駆動デューティーを高くすることができ
る。

【００１８】図５（ｂ）は、共通液室Ｃを不図示として
いるが、インク路Ｂを屈曲した形状としているものであ
り、屈曲部の基板面に発熱抵抗部（ヒータ）２を具えて
いる。吐出口５は、吐出方向にその断面積を減少する形
状であり、ヒータ２に対向してその開口が設けられてい
る。この吐出口５はオリフィスプレートＯＰに形成され
る。

【００１９】図５（ｂ）においても、上記図５（ａ）の
構成と同様に蒸気膜（約３００℃）を生じさせて気泡６
を生成する。この気泡の生成により、オリフィスプレー
トＯＰの厚み部分のインクを吐出方向に押しやり、その
部分のインクを希薄にする。その後、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の
範囲で大気と連通する。この時、気泡６の成長は、イン
ク路を遮断しないもので、吐出方向へ向かう必要のない
インクをインク路Ｂ内のインクと連続した連続体として
残すことができ、インク滴７の吐出量の安定化および吐
出速度の安定化を実現することができる。

【００２０】このような連通吐出方式によれば、吐出口
近傍への気泡成長を急激にしかも確実に行うことができ
るので、上記非遮断状態のインク路によるリフィル性も
手伝って、高安定高速記録を達成できる。また、気泡と
大気とを連通させることによって、気泡の消泡過程が無
くなり、キャビテーションによるヒータや基板の損傷を
防止することもできる。

【００２１】以上示したインク吐出に伴う気泡と大気と
の連通は基本的にヒータ２の配設位置を吐出口５に近づ
けることによって実現できる。しかしながら、上述した
スプラッシュ等の抑制や吐出量の安定化を確実なものと
する条件であって、上記図５（ａ）および（ｂ）に示す
構成に適用されて好ましい条件を以下に挙げる。

【００２２】第１条件は、気泡の内圧が外気圧より低い
条件で気泡を外気と連通させることである。

【００２３】すなわち、気泡の内圧が外気圧より低い条
件で気泡を外気と連通させることによって、気泡の内圧
が外気圧より高い条件で連通させる場合に生じていたス
プラッシュ等の吐出口近傍におけるインク飛散を低減で
き、また、上記２つの圧力が等しい場合よりも、吐出時
の不安定なインクをインク路内に引き込む力がわずかで
はあるが働くため、より一層安定したインク吐出と不要
インクの飛散防止を図ることができる。

【００２４】上記第１条件とは別の条件として、気泡の
吐出口側端部における移動速度の１次微分値が負となる
条件で気泡と外気とを連通させるという第２条件、ま
た、吐出エネルギー発生手段の吐出口側端部から気泡の
吐出口側端部までの距離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気泡の吐出口とは反対側
の端部までの距離Ｌ_b とがＬ_a ／Ｌ_b ≧ｌを満足する第
３条件、もしくは、その両方の条件を満足して気泡と外
気を連通させることはより好ましい。

【００２５】図６〜図８を参照して、上記第１条件をさ
らに詳しく説明する。

【００２６】発泡からの経過時間ｔと、気泡体積Ｖおよ
び気泡内圧力Ｐとの関係は図６のようになるが、実際に
は、気泡はその成長の途中で連通するので、これらの関
係は図７に示されるようになる。すなわち、図７におい
て、ｔ＝ｔｂ（ｔ１≦ｔｂ：ｔ１は気泡内圧力ｐが外気
の圧力と等しくなる時刻）の時刻で気泡は外気と連通す
る。上記第１条件は、このとき気泡内圧力Ｐが外気の圧
力（ＯＡＴＭ）より小さいという条件である。

【００２７】この条件でインクを吐出させると、気泡内
圧力Ｐが外気圧より高い条件で気泡を外気と連通させて
インク滴を吐出させる（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、この
ように気泡内圧力Ｐを大気圧より小さくして連通させる
場合、気泡の体積が比較的増大させてから気泡を外気と
連通させることができる。これにより、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も得られる。

【００２８】上記第１条件を満たす記録ヘッドは、例え
ば図５（ａ）においてヒータ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。これは気泡を外気と連通
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２を吐出口５に近づけるだけでは、上記
第１条件を満たすことができない。すなわち、上記条件
を満たすためには、ヒータの発生する熱エネルギー量
（ヒータの構成、形成材料、駆動条件、面積、ヒータの
設けられる基体の熱容量等に依る）、インク物性、記録
ヘッドの各部の大きさ（吐出口とヒータ間の距離、吐出
口や液路の幅および高さ）などを適切に設定することに
より、第１条件を満たす状態で外気と連通させることが
できる。

【００２９】具体的には、例えばインク路形状は以下の
ように、気泡と大気との連通に寄与する。すなわち、イ
ンク路形状は、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
いては経験則によって設定することが多い。しかしなが
ら、インク路の高さが、気泡の上記大気との連通の条件
に影響を与えることが明らかとなっている。従って、環
境等の外部の影響を受けにくく、またより一層の安定し
た気泡と大気との連通を行うためには、インク路の幅Ｗ
よりもインク路の高さＨを低く（Ｈ＞Ｗ）することが好
ましい。

【００３０】また、例えば、連通する時刻を気泡の体積
でみれば、気泡が外気と連通しない場合に達するであろ
う気泡の最大体積、もしくは最大体積の７０％以上、よ
り好ましくは８０％以上の体積のときに気泡が外気と連
通するようにすることが好ましい。

【００３１】次に、上記第１条件の別表現である上述の
第２条件、すなわち、気泡の膨張速度の１次微分が負と
なるとき気泡と外気とを連通させるという条件について
説明する。

【００３２】インクが発泡を開始してから気泡が外気と
連通するまでの時間における気泡体積Ｖおよび気泡内圧
力Ｐの変化および気泡膨張速度ｄＶ／ｄｔの変化を図８
に示す。

【００３３】この図より、膨張速度の１次微分、すなわ
ち、体積Ｖの２次微分ｄ² Ｖ／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、ｄ² Ｖ／ｄｙｔ² ＞０の期間で気泡の膨
張速度ｄＶ／ｄｔは増加し、ｄ² Ｖ／ｄｔ² ＜０で速度
ｄＶ／ｄｔは減少する。従って、ｄ² Ｖ／ｄｔ² ＝０の
ときに気泡内圧力Ｐと外気圧とが等しくなるといえる。
すなわち、ｄ² Ｖ／ｄｔ² ＞０で、気泡内圧力Ｐは外圧
よりも高く、ｄ² Ｖ／ｄｔ² ≦０のとき気泡内圧力Ｐは
外圧以下である。

【００３４】図８で説明すると、発泡開始ｔ＝ｔ₀ より
ｔ＝ｔ₁ までは、気泡内圧力Ｐは、外気圧よりも高くｄ
² Ｖ／ｄｔ² ＞０となり、ｔ＝ｔ₁ より気泡が外気と連
通するまでの時間ｔ＝ｔ_b までは気泡の内圧は外気圧以
下であり、ｄ² Ｖ／ｄｔ² ≦０となる。通常は、この一
般的理論が成立するが、インクの材質によってあるいは
インク路の抵抗によっても気泡体積の変化が生じるの
で、外気圧との関係はわずかに差を生じる場合がある。
このため第１条件以外の条件としてｄ² ／Ｖ／ｄｔ² ＜
０を満足することは好ましく、また、第１条件とこの第
２条件との和は、より好ましいものとなる。

【００３５】以上のように、体積Ｖの２次微分ｄ² Ｖ／
ｄｔ² ＜０、すなわち膨張速度の１次微分が負のとき、
気泡が外気と連通することにより、気泡内圧力が外気圧
より低い条件で連通することができる。

【００３６】上記第２条件によれば、気泡と外気との連
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に主インク滴と分離してし
まうといったことを解決することもできる。上記分離が
生じた場合、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ことがあるが、これを上記第２
条件によって解決することができる。

【００３７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記発明の
さらなる改良を図るものであり、バブルを一層効率よく
外気と連通させることを目的とする。

【００３８】また、本発明の他の目的は、連通吐出によ
って吐出口後方に後退したインクメニスカスの吐出口位
置への復帰を良好なものとすることにある。

【００３９】本発明のさらに他の目的は、吐出特性を高
め、より高い周波数でのインク吐出を可能とすることに
ある。

【００４０】

【課題を解決するための手段】そのために、本発明に係
るインクジェット記録ヘッドは、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ほぼ直状の液路と、
該液路に連通する液室と、前記液路内に供給されたイン
クに前記吐出口から吐出を行わせるための熱エネルギを
作用させる熱作用部とを具備し、前記液路内におけるイ
ンクの供給方向に関して前記熱作用部の上流側端部より
上流側で前記熱作用部に関して前記吐出口とは反対側に
流体抵抗素子を有するとともに、前記熱エネルギの作用
に基づく膜沸騰によってインク中に生起されたバブルの
内圧が外気圧以下の条件で前記バブルを外気と連通させ
てインク吐出を行うようにしたことを特徴とする。

【００４１】ここで、前記流体抵抗素子は、前記液路を
形成する部材に設けられて前記液路の断面積を狭窄する
狭窄部とすることができる。

【００４２】また、前記液路に連通してインクを供給す
るための液室を有し、前記記録ヘッドの前記狭窄部の最
も狭い位置と前記熱作用部の最も前記液室に近い部分と
の距離をＬ₁ 、前記吐出口と前記熱作用部の最も前記吐
出口に近い部分の距離をＬ₂、前記熱作用部の最も前記
液室に近い部分と前記液室までの距離をＬ₃ としたと
き、Ｌ₁ ＜２×Ｌ₂でかつＬ₃ ＜１０×Ｌ₂ とすること
ができる。

【００４３】また、前記連通時に前記液路は、前記バブ
ルで遮断されていないものとすること、前記連通時は、
前記バブルの吐出方向先端部の移動速度の加速度が正で
ない条件で前記バブルを外気と連通させるものとするこ
と、さらには、前記バブルは、前記吐出口側へ成長し、
外気と連通することができる。

【００４４】さらに、本発明インクジェット記録装置
は、そのようなインクジェット記録ヘッドと、該インク
ジェット記録ヘッドと記録媒体とを相対的に移動させる
手段と、前記熱エネルギを作用させてインク中にバブル
を生起させ、当該バブルを外気と連通させて前記記録媒
体に向けてインク吐出を行わせる手段と、を具えたこと
を特徴とする。

【００４５】

【作用】本発明によれば、本件出願人の既出願の発明
（特願平２−１１２８３２号等）による液滴の体積の安
定化およびミストやスプラッシュの防止による画像品位
の向上と、ヘッド寿命の向上という効果をそのまま生か
しながら、連通吐出を一層効率よく行うとともに、吐出
後オリフィスから後退したインク面（メニスカス）のオ
リフィス位置への復帰速度をさらに早め、より高い周波
数での吐出を実現することができるのである。

【００４６】従って、さらに安定かつ高度な画像記録を
行うことができる記録ヘッド、インクジェット記録方法
および装置を実現できる。

【００４７】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００４８】図９は、本発明に係るインクジェット記録
ヘッドの一実施例の要部を模式的に示す。この記録ヘッ
ドは、インクを吐出するために利用されるエネルギを発
生する手段として、通電に応じインクに膜沸騰を生じさ
せる熱エネルギを発生する電気熱変換素子などの発熱素
子を基体３１４上に有し、該素子の上方の熱作用部（以
下これをヒータという）３３１が壁３３８Ｗで区画され
た液路３３５に面してインクに熱エネルギを作用させ
る。本実施例による記録ヘッドは、ヒータ３３１と液室
３３４との間の液路の壁３３８Ｗの部分に、吐出口３３
３と正対して液路断面を急狭窄する面３３２Ａと、当該
急狭窄された部分から液室方向に緩やかに断面を拡大し
て行く面３３２Ｂとからなる流体抵抗素子としての狭窄
部３３２を有している。なお、３４２は天板である。

【００４９】図１０（ａ）ないし（ｆ）は図９で示され
る記録ヘッドを用いて記録を行うインクジェット記録方
法（液体噴射記録方法）を説明したものである。

【００５０】図１０（ａ）ないし（ｅ）において、３３
６はインク、３３８はバブル、３３７は液滴である。

【００５１】図１０（ａ）は初期状態を示し、液路内が
インク３３６で満たされた状態である。まず例えば電気
熱変換体に瞬間的に電流を流しパルス的にヒータ３３１
近傍のインク３を急激に加熱すると、所謂膜沸騰による
気泡（バブル）３３８がヒータ３３１上に発生し、急激
に膨張を始める（図１０（ｂ））。さらにバブル３３８
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３３３を越え、外気とバブル３
３８が連通する（図１０（ｃ））。このとき外気はバブ
ル３３８内圧と平衡状態またはそれ以上であり、バブル
３３８内に流入する。

【００５２】吐出口３３３より押し出されたインク３３
６はこの瞬間までにバブル３３８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３３７となって紙などの記録媒体へ向かって
飛翔し、一方液路内のインクはヒータ３３１より液室３
４２側にそのインク面が引いた状態となってメニスカス
３３９を形成している（図１０（ｄ））。さらに吐出口
３３３側に生じた空隙には、液吐出後、後方のインク３
３６の表面張力と液路を形成する部材の濡れ性とによっ
てインク３３６が図面右方向に供給され、メニスカス３
３７は吐出口３３３に向って復帰（リフィル）する（図
１０（ｅ））。そして、完全に吐出口３３３までメニス
カスが復帰し、初期状態に戻ったところで次の吐出が可
能となる（図１０（ｆ））。

【００５３】さて、図１０（ｃ）ではバブル３３８が外
気と連通したときに外気がバブル内に流入するが、この
ためには特願平２−１１２８３２号等に開示されている
条件でバブル３３８を外気と連通させれば良い。例えば
バブルの内圧が外気圧と等しいか、または低い条件でバ
ブルを外気と連通させれば、バブル内のガスが外気に噴
出し、吐出液滴に悪影響を及ぼすことはない。ここでバ
ブル３３８を効率良く吐出口３３３より外気と連通させ
れば、吐出する液滴の速度が上がり、またインクの目詰
まり等を効果的に防止できる。また液滴が吐出した後に
吐出口付近にインク残りが生じ、その結果空気を取り込
んで不吐出を招くという不具合も生じない。

【００５４】本発明による流体抵抗素子、すなわち図９
における狭窄部３３２は、まず第１にはバブルを外気と
効率よく連通させる機能を果すものである。すなわち、
図１０（ｂ）において膜沸騰によるバブル３３８が発生
し、これは液室側に比して慣性抵抗の小さい吐出口側へ
成長するが、狭窄部３３２による液室方向への流体抵抗
の増大により、バブル３３８の液室方向への成長はさら
に阻害されて吐出口側への成長が促進される。この結果
バブル３３８は一層効率よく外気と連通し、インク吐出
量の安定化、吐出速度の向上等、インク吐出特性がさら
に改善されるのである。

【００５５】ところで、図１０の（ｄ）〜（ｆ）におい
て起こっているメニスカス９の復帰の現象は、インクの
表面張力とノズル内壁との濡れの力とが支配している。
即ち、メニスカスの復帰時、メニスカスが曲面となって
いるために表面張力によってそのメニスカスを最小面積
の平面にしようとする力と、ノズルの内壁とインクとの
濡れによってその接触角を小さく保とうとする力との相
乗作用によってメニスカスは復帰する。

【００５６】かかるメニスカスの復帰（インクのリフィ
ル）の速度は高いほど好ましく、それによって吐出周波
数を高めることができる。

【００５７】本発明による流体抵抗素子は、その存在に
よって少なくともインクのリフィルを阻害しないこと、
むしろリフィル速度を向上できるように構成されるのが
さらに好ましく、それによって上記した連通吐出の効率
の向上の効果とあいまって、さらなる吐出の安定化ない
しは吐出周波数の向上を実現し、一層吐出効率を改善で
きるのである。

【００５８】インクのリフィルを支配する力はいずれも
インクやノズル内壁の材質に依存する特性であって、従
来このリフィル速度を速くしようとする手段としては、
これらの材質を改良する以外にはノズルの流路抵抗を小
さくするといった消極的な手法しかとられてはいなかっ
た。

【００５９】本発明者らは、数々の実験を通じて積極的
にリフィル速度を向上させることが可能な手段を見いだ
した。

【００６０】このリフィル高速化の原理について説明す
る。図１１は図９の記録ヘッドを天板３４２側から見た
上面図であって、図１０の（ｄ）の瞬間の状態を示して
いる。本例において用いるヘッドでは、メニスカス３３
９が最大に後退したときメニスカス３３９は図のように
狭窄部３３２を越えて液室３３４側にまで飛び出すこと
を本発明者らは見いだした。このときのメニスカスの形
状は図１１に示すように狭窄部３３２より飛び出してい
る部分の曲率半径が狭窄部がないときよりも小さくなっ
ていることが特徴である。この状態での狭窄部３３２よ
り飛び出している部分の復元力はノズル内壁からインク
は離れていないため、ほぼインクの表面張力のみに支配
されている。表面張力はその表面積をできるだけ小さく
する方向に働くため、曲率半径が小さいほどその復元力
は大きくなる。従ってメニスカスはこのような状態であ
るときには速やかに復帰するのである。

【００６１】また、狭窄部があることによってノズル内
壁にインクが残りやすくなり濡れによりインクとノズル
内壁との接触線が前進することによるリフィルの要因も
抑制することができる。

【００６２】図９では液路を区画する壁のみに狭窄化す
る構造物を設けているが、天板側やヒータ基板側のノズ
ル内壁に設けてもよいし、流路中に設けてもよい。ま
た、最狭窄部の流路断面積は好ましくは、ヒータ３３１
の部分の流路断面積の３０〜９０％がよく、この値が大
きければ効果が小さくなり、小さければかえって流路抵
抗の増大によるリフィル速度の低下が起こるため好まし
くない。狭窄部の構造例を図１２（ａ）〜（ｄ）に示
す。

【００６３】また、図１３（ａ）および（ｂ）も本発明
に適用可能な流体抵抗素子たる狭窄部の構造の２例とし
て姿勢の異なる三角形状の狭窄部３３２を設けたものを
示すが、バブルの成長ないしメニスカス後退によって液
室側へ押しやられるインクの流速が等しいとき、その流
線から明らかなように、同図（ａ）の方が同図（ｂ）よ
りも液室側に大きな渦を発生するために、液室側へ向っ
ての流体抵抗が大きい。そのため、（ａ）の方が、液室
側へのバブルの成長をより効率よく妨げ、メニスカスの
後退量も（ｂ）よりも小さくなる。メニスカス復帰力は
メニスカスを拘束している部分（メニスカスが最狭窄部
より液室側にあるときは最狭窄部、吐出口側にあるとき
は吐出口）の周囲長によって決まり、吐出口からのメニ
スカス後退量によっては変わらない。つまり、最狭窄部
の開口形状が同じならばその前後の形状にかかわらず復
帰力は同じであり、従ってメニスカスは最狭窄部から液
室側へ飛び出すことが好ましいが、その量が少ない方が
より短い時間でリフィルできる。

【００６４】すなわち、狭窄部の開口形状である図１３
（ａ），（ｂ）を比例した場合、（ａ）の方が連通吐出
効率が高く、リフィル時間も短いと言える。同様のこと
は例えば図１２（ｂ）と図１１とを比較した場合にも言
えるが、流体抵抗素子の形状，寸法等は記録ヘッドに望
まれる吐出特性やインク物性その他に応じて適宜選択で
きるものである。

【００６５】因みに、図１４は図１３（ａ）のような流
体抵抗素子すなわち狭窄部２を設けた場合の初期状態
（同図（ａ））から２０μｓｅｃ毎のインク吐出の実験
結果を示すもので、連通吐出ないしその後のメニスカス
後退に関し同図（ｂ）のように狭窄部３３２が有効に作
用しており、その後のリフィル過程（同図（ｃ），
（ｄ））を経て、８０μｓｅｃ後にはリフィルがほぼ完
了していることが確認された。

【００６６】上述のように本発明者らは所定の位置に狭
窄部を設けることにより、メニスカスの曲率半径を小さ
くすることができ、その結果リフィルの速度を向上させ
ることができることを見いだした。このように狭窄部よ
り液室側にメニスカスを飛び出させることのできるヘッ
ド構造をさらに研究した結果、狭窄部の最も狭い位置と
ヒータ３３１の最も液室に近い部分との流路に沿って測
った距離をＬ₁ 、吐出口とヒータ３３１の最も吐出口に
近い部分との流路に沿って測った距離をＬ₂ とし、ヒー
タ３３１の最も液室３４に近い部分から液室３４までの
距離をＬ₃ としたとき、Ｌ₁ ＜２×Ｌ₂ でかつＬ₃ ＜１
０×Ｌ₂ という条件を満たす記録ヘッドであれば、イン
クやノズル壁の材質にほとんどよらずにリフィル速度の
向上の効果が達成できることを見いだした。

【００６７】このような機能をもつ狭窄部３３２の構造
としては、その最も狭い部分が前記条件式を満たす範囲
にあればよく、その狭窄化構造物の前後のスロープの形
状は任意であり、曲面でもよい。

【００６８】以下そのような数値に関して具体的な検討
例を説明する。

【００６９】＜検討例１＞図１５は本検討例において製
作した記録ヘッドの構造を示す図であり、図１６はさら
にその吐出口付近の構造を天板側から投影してみた上面
図である。この記録ヘッドは、ヒータ基板３３４上に各
液流路３３５を隔てるように配置された隔壁３４３と、
該隔壁３４３に接するガラスの透明天板３４２と、各液
流路の基板３４１上に設けられたヒータ３３１より構成
されている。ヒータ３３１に対応した電気熱変換素子は
図示しない電極によって画信号に応じて通電される。吐
出口３３３付近の構造は、基板３４１側およびこれに対
向する天板３４２の面には狭窄化構造物は設けられてお
らず、側壁側にのみ一対の狭窄化構造物を設けた構造を
している。狭窄化構造物の詳細な構造は図１６に示すよ
うな構造である。ヒータ３３１から狭窄部３３２の最狭
窄部までの長さ（Ｌ₁ ）は設計値で１５μｍ、吐出口３
３３からヒータ３３１の前縁部までの長さ（Ｌ₂ ）は２
５μｍ、ヒータ３３１から液室３３４までの長さ（Ｌ
₃ ）は１５０μｍで、狭窄部３３２の最も狭い部分は幅
２０μｍ開いており、ヒータ３３１部分の流路断面積の
５０％の断面積である。この最狭窄部より液室側に向か
って２０μｍの位置まで狭窄化構造物は図のように広が
り、反対に吐出方向に向かって１０μｍの位置まで広が
っている。また、液路の高さは一定で２５μｍ、流路幅
は狭窄部以外の部分は４０μｍである。ヒータ３３１の
形状は、幅３２μｍ、長さ４０μｍである。また、一つ
の記録ヘッド上にはこの液路が６３．５μｍの間隔をお
いて４８本設けられている。なお、この記録ヘッドは本
件出願人が既に出願した、ヒータによって発生したバブ
ルを外気圧よりも低い条件で外気と連通させてインクを
吐出する液体噴射記録方法（特願平２−１１２８３２号
等）による吐出を行なう構造の記録ヘッドであって、さ
らに本発明における条件式を満たすものである。

【００７０】この記録ヘッドの製造方法を次に説明す
る。平坦なシリコンウェハ上に公知の半導体プロセスを
用いて、所定間隔で設けたヒータ、電極、その他の保護
膜などを作ったヒータ基板３４１上に、ドライフィルム
を接着し、狭窄部の構造を作り込んだノズルのマスクを
用い露光現像して隔壁３４３を形成した。さらに、その
上部にガラスでできた天板４２を接着する。この後にダ
イシングソーを用いてこの積層したものを切り放すこと
によってヘッドのチップを形成する。このようにして製
作されたチップに電気回路やインク供給管などを付設し
て本実施例における記録ヘッドを製作した。

【００７１】このようにして製作した記録ヘッドを用い
て印字を行なった。

【００７２】Ｃ．Ｉ．フードブラック２３．０重量％ジエチレングリコール１５．０重量％Ｎ−メチル−２−ピロリドン５．０重量％イオン交換水７７．０重量％よりなる各配合成分を容器中で撹拌し、均一に混合溶解
させた後、孔径０．４５μｍのポリフッ化エチレン系繊
維製フィルタで濾過して得た粘度２．０ｃｐｓ（２０
℃）のインクを用い、電圧９Ｖ、パルス幅２．５μｍを
画信号とともに印加した。このとき駆動する周波数を徐
々に上げていったところ、１８ｋＨｚの周波数まで安定
して吐出した。この状態で紙に印字を行なったところ、
どのヘッドを用いても安定した高品位な画像を得ること
ができた。

【００７３】なお、このとき吐出の状態をストロボで吐
出に同期して天板側から照明しながら顕微鏡でノズル内
のインクの状態を観察したところ、ヒータ部で発生した
バブルは吐出時には吐出口より連通しバブルの縮小過程
が観察されず、さらにメニスカスが最大に後退したと
き、そのメニスカスの最も液室に近い部分は狭窄部３３
２の最も狭い位置よりも液室３３４側に飛び出している
のが観察された。

【００７４】＜検討例２＞図１７は本発明の他の検討例
において製作した記録ヘッドの構造を示す図であり、図
１８はさらにその吐出口付近の構造を模式的に示したも
のである。この記録ヘッドも実施例１で製作した記録ヘ
ッドと同様に、ヒータ基板３４１上に各液路３３を隔て
るように配置された隔壁３４３と、該隔壁に接するガラ
スの透明天板３４２と、各液流路の基板３４１上に設け
られたヒータ３３１より構成されている。ヒータ３３１
に対応した電気熱変換素子は図示しない電極によって画
信号に応じて通電される。狭窄部３３２の詳細な構造は
図１８に示すような構造である。即ち、ヒータ３３１の
液室側１０μｍ隔てた位置に一辺が１５μｍの正三角形
の断面をもつ構造物をその一辺がヒータ３３１側に向い
た形に設けたものである。この狭窄化構造物は基板３４
１と天板３４２とをつなぐように設けられている。ヒー
タ３３１から狭窄部３３２の最狭窄部までの長さ（Ｌ
₁ ）は設計値で１５μｍ、吐出口３３３からヒータ３３
１の前縁部までの長さ（Ｌ₂ ）は２５μｍ、ヒータ３３
１から液室３３４までの長さ（Ｌ₃ ）は１５０μｍであ
る。一つの記録ヘッド上にはこのノズルが６３．５μｍ
の間隔をおいて４８本設けられている。なお、この記録
ヘッドもはまた本件出願人が既に出願した、ヒータによ
って発生した気泡を外気と連通する条件でインクを吐出
する液体噴射記録方法（特願平２−１１２８３２号等）
による吐出を行なう構造の記録ヘッドであって、さらに
上記条件式を満たすものである。

【００７５】この記録ヘッドを実施例１と同じ方法で製
造し、検討例１と同じインクを用いて、電圧１０Ｖ、パ
ルス幅２．５μｓで駆動したところ、１５ｋＨｚの周波
数までは安定して吐出した。この状態で紙に印字を行な
ったところ、どのヘッドを用いても安定した高品位な画
像を得ることができた。

【００７６】なお、このとき吐出の状態をストロボで吐
出に同期して天板側から照明しながら顕微鏡でノズル内
のインクの状態を観察したところ、吐出時にはヒータ部
で発生したバブルは吐出口より連通しバブルの縮小過程
が観察されず、さらにメニスカスが最大後退したときに
はそのメニスカスは狭窄化構造物の両側二２つに分かれ
て液室側にまで飛び出しているのが観察された。

【００７７】＜検討例３＞図１９は本発明の他の検討例
において製作した記録ヘッド吐出口付近の構造を模式的
に示したものである。この記録ヘッドも検討例１で製作
した記録ヘッドと同様に、構成されている。ヒータ３３
１は図示しない電極によって画信号に応じて通電され
る。狭窄部の詳細な構造は、基板側およびこれに対向す
る天板の面には狭窄化構造物は設けられておらず、側壁
側にのみ狭窄化構造物を設けた構造をしている。ヒータ
３３１から狭窄部３３２の最狭窄部までの長さ（Ｌ₁ ）
は設計値で２０μｍ、吐出口３３３からヒータ３３１の
前縁部までの長さ（Ｌ₂ ）は２５μｍ、ヒータ３３１か
ら液室３３４までの長さ（Ｌ₃ ）は２００μｍで、狭窄
部３３２の最も狭い部分は幅２０μｍ開いている。この
最狭窄部より液室側に向かって２０μｍの位置まで狭窄
化構造物は図のように広がり、反対に吐出方向に向かっ
ては側壁と直交するように広がっている。またノズルの
ヒータ３３１から吐出口３３３までの間は側壁が吐出口
へ向かって狭まっておりオリフィスでの幅は３４μｍで
ある。また、ノズルの高さは一定で２５μｍ、流路幅は
狭窄部以外の部分は４０μｍである。ヒータ３３１の形
状は、幅３２μｍ、長さ４０μｍである。一つの記録ヘ
ッド上にはこのノズルが６３．５μｍの間隔をおいて４
８本設けられている。なお、この記録ヘッドもはまた本
件出願人が既に出願した、ヒータによって発生した気泡
を外気と連通する条件でインクを吐出する液体噴射記録
方法（特願平２−１１２８３２号等）による吐出を行な
う構造の記録ヘッドであって、さらに本発明における条
件式を満たすものである。

【００７８】この記録ヘッドを検討例１と同じ方法で製
造し、検討例１と同じインクを用いて、電圧１０Ｖ、パ
ルス幅２．５μｓで駆動したところ、１１ｋＨｚの周波
数までは安定して吐出した。この状態で紙に印字を行な
ったところ、どのヘッドを用いても安定した高品位な画
像を得ることができた。

【００７９】なお、このとき吐出の状態をストロボで吐
出に同期して天板側から照明しながら顕微鏡でノズル内
のインクの状態を観察したところ、吐出時にはヒータ部
で発生したバブルは吐出口より連通しバブルの縮小過程
が観察されず、さらにメニスカスが最大後退したときに
はそのメニスカスは最狭窄部よりも液室側にまで飛び出
しているのが観察された。

【００８０】＜検討例４＞図２０は本発明の他の検討例
において製作した記録ヘッドの吐出口付近の構造を模式
的に示したものである。ノズル幅は狭窄部以外の部分３
０μｍ、ノズル高が２０μｍである。ヒータ３３１の形
状は、幅２０μｍ、長さ２０μｍである。基板側および
これに対向する天板の面には狭窄化構造物は設けられて
おらず、側壁側にのみ狭窄化構造物を設けた構造をして
いる。ヒータ３３１から狭窄部３３２の最狭窄部（Ｌ
₁ ）までの長さは設計値で６μｍ、吐出口３３３からヒ
ータ３３１の前縁部までの長さ（Ｌ₂ ）は２０μｍ、ヒ
ータ３３１から液室３３４までの長さ（Ｌ₃ ）は８０μ
ｍで、狭窄部３３２の最も狭い部分は幅１２μｍ開いて
いる。この最狭窄部より吐出方向に向かって側壁と直交
するように広がっており、反対に液室側に向かって１０
μｍの位置まで狭窄化構造物は図のように広がってい
る。また、一つの記録ヘッド上にはこのノズルが６３．
５μｍの間隔をおいて４８ノズル設けられている。な
お、この記録ヘッドもはまた本件出願人が既に出願し
た、ヒータによって発生した気泡を外気と連通する条件
でインクを吐出する液体噴射記録方法（特願平２−１１
２８３２号等）による吐出を行なう構造の記録ヘッドで
あって、さらに本発明における条件式を満たすものであ
る。

【００８１】この記録ヘッドの製造方法は検討例１の方
法と同様である。このヘッドに検討例１と同様のインク
を用い、電圧７Ｖ、パルス幅３．０μｓで駆動したとこ
ろ１７ｋＨｚまで安定した吐出ができた。この状態で紙
に印字を行なったところ、安定した高品位な画像を得る
ことができた。

【００８２】なお、このとき吐出の状態をストロボで吐
出に同期して天板側から照明しながら顕微鏡でノズル内
のインクの状態を観察したところ、メニスカスが最大に
後退したときにメニスカスが最狭窄部より液室側に飛び
出しているのが観察された。

【００８３】＜検討例５＞図２１は本発明の検討例５の
記録ヘッドの構造を示す図である。検討例１で用いたヘ
ッドの狭窄部３３２の位置を液室側にずらした構造のヘ
ッドである。ヒータ３３１と最狭窄部までの距離（Ｌ
₁ ）が６０μｍ、吐出口３３３からヒータ３３１の前縁
部までの長さ（Ｌ₂ ）は２５μｍ、ヒータ３３１の液室
側端部から液室３３４までの長さ（Ｌ₃）は１５０μｍ
で、この間の流路幅およびノズルの高さは一定で幅４０
μｍ、高さ２５μｍである。ヒータ３３１の形状は、幅
３２μｍ、長さ４０μｍである。また、一つの記録ヘッ
ド上にはこのノズルが６３．５μｍの間隔をおいて４８
ノズル設けられている。なお、この記録ヘッドは本件出
願人が既に出願した、ヒータによって発生した気泡を外
気と連通する条件でインクを吐出する液体噴射記録方法
（特願平２−１１２８３２号等）による吐出を行なう構
造の記録ヘッドであり、条件式Ｌ₃ ＜１０×Ｌ₂ は満た
すが、条件式Ｌ₁＜２×Ｌ₂ を満たさないヘッドであ
る。

【００８４】この記録ヘッドを検討例１と同様の方法で
製造した。このヘッドは５ｋＨｚという高い周波数まで
は安定な吐出状態が得られたが、これを越える周波数で
は吐出が安定しなくなった。

【００８５】なお、このとき吐出の状態をストロボで吐
出に同期して天板側から照明しながら顕微鏡でノズル内
のインクの状態を観察したところ、メニスカスが最大に
後退したときにもメニスカスはヒータ後端より３５μｍ
程度の位置までしか後退しておらず最狭窄部にまで達し
てはいなかった。

【００８６】＜検討例６＞図２２は本発明のさらなる検
討例の記録ヘッドの構造を示す図である。これは、検討
例１で用いたヘッドの液流路を延ばした構造のヘッドで
ある。ヒータ３３１と最狭窄部までの距離（Ｌ₁ ）が１
５μｍ、吐出口３３３からヒータ３３１の前縁部までの
長さ（Ｌ₂ ）は２５μｍ、ヒータ３３１の液室側端部か
ら液室３３４までの長さ（Ｌ₃ ）は３００μｍで、この
間の流路幅およびノズルの高さは一定で幅４０μｍ、高
さ２５μｍである。ヒータ３３１の形状は、幅３２μ
ｍ、長さ４０μｍである。また、一つの記録ヘッド上に
はこのノズルが６３．５μｍの間隔をおいて４８ノズル
設けられている。なお、この記録ヘッドは本件出願人が
既に出願した、ヒータによって発生した気泡を外気と連
通する条件でインクを吐出する液体噴射記録方法（特願
平２−１１２８３２号等）による吐出を行なう構造の記
録ヘッドであり、条件式Ｌ₃ ＜１０×Ｌ₂ は満たすが、
条件式Ｌ₃＜１０×Ｌ₂ を満たさないヘッドである。

【００８７】この記録ヘッドを検討例１と同様の方法で
製造し吐出を試みたところ、５ｋＨｚという高周波数ま
では安定な吐出が見られたが、それを越える周波数では
吐出が安定しなくなった。

【００８８】なお、このとき吐出の状態をストロボで吐
出に同期して天板側から照明しながら顕微鏡でノズル内
のインクの状態を観察したところ、メニスカスが最大に
後退したときにもメニスカスはヒータ後端より１２〜３
μｍ程度の位置までしか後退しておらず最狭窄部にまで
達してはいなかった。

【００８９】図２３は上記実施例にかかる記録ヘッドを
用いて構成したインクジェット記録装置の実施例の要部
を示す概略斜視図である。

【００９０】図２３において、記録ヘッド１０１は、紙
等の記録媒体（以下記録紙という）１０７と対向する面
に、記録紙１０７の搬送方向に複数個のインク吐出口
（不図示）を具える。また、記録ヘッド１０１には、複
数の吐出口それぞれに連通して液路（不図示）が設けら
れ、それぞれの液路に対応して、記録ヘッド１０１を構
成する基板にインク吐出のために利用される熱エネルギ
を作用するヒータが形成されている。ヒータに対応する
電気熱変換素子は、上述のように記録データに応じてこ
れに印加される電気パルスによって熱を発生し、これに
より、インクに沸騰膜を生じこの沸騰膜による気泡の生
成に伴なって上記吐出口からインクが吐出される。各液
路には、これらに共通に連通する共通液室が設けられて
おり、これに貯留されるインクは、各インク路での吐出
動作に応じてそのインク路に供給される。また、この記
録ヘッドは、上述のように構成されたものである。

【００９１】キャリッジ１０２は、記録ヘッド１０１を
搭載し、また、記録紙１０７の記録面と平行に延在する
１対のガイドレール１０３と摺動可能に係合する。これ
により、記録ヘッド１０１は、ガイドレール１０３に沿
って移動することができ、この移動に伴なって所定のタ
イミングで上記記録面に向けてインクを吐出することに
より記録を行う。上記移動の後、記録紙１０７を、図中
矢印方向に所定量搬送し、再び上記移動を行い記録を行
う。このような動作を繰り返すことにより、記録紙１０
７に、順次記録を行っていく。

【００９２】上述した記録紙１０７の搬送は、その記録
面の上下にそれぞれ配設された各々一対の搬送ローラ１
０４および１０５が回転することによって行われる。ま
た、記録紙１０７の記録面の裏側には、記録面の平面性
を保つためのプラテン１０６が配設されている。

【００９３】なお、上述したキャリッジ１０２の移動
は、これに取付けられる不図示の例えばベルトがモータ
によって駆動されることによって可能となり、また、搬
送ローラ１０４および１０５の回転も同様にモータの回
転がこれらに伝達されることによって可能となる。

【００９４】図２４は、図２３に示したインクジェット
記録装置の制御構成を示すブロック図である。

【００９５】図２４において、ＣＰＵ２００はこの装置
各部動作の制御処理やデータ処理等を実行する。ＲＯＭ
２００Ａには、その処理手順等が格納され他、図１０に
て説明したような、膜沸騰発生後、気泡の大気連通前に
ヒータによる熱の作用が終了するような駆動パルスデー
タが格納される。また、ＲＡＭ２００Ｂは上記処理実行
のワークエリアとして用いられる。

【００９６】記録ヘッド１０１におけるインク吐出は、
ＣＰＵ２００がヒータを駆動するための記録データおよ
び駆動制御信号をヘッドドライバ１０１Ａに供給するこ
とにより行われる。また、ＣＰＵ２００は、上記キャリ
ッジ１０２を移動させるためのキャリッジモータ２２０
や搬送ローラ１０４，１０５を回転させるための紙送り
（Ｐ．Ｆ）モータ５０の回転を、それぞれモータドライ
バ２２０Ａおよび５０Ａを介して制御する。

【００９７】なお、本発明を実施するにあたっては、本
発明の一特徴を構成するバブル（気泡）連通吐出方式、
すなわち、インク吐出のために気泡が生成する過程で、
気泡が吐出口において外気と連通する方式が用いられる
が、さらに本発明が好適に実施されるには、上記「背景
技術」の項で説明した条件１〜３および気泡がその生成
過程において外気と連通するまではインク路を遮断しな
い（気泡の生成によって吐出口より突出したインク塊
は、インク路内のインクと連続している）という条件を
満たすことが望ましい。

【００９８】また、気泡を生成するための熱エネルギー
発生手段としては、上記実施例で示した電気熱変換体
（ヒータ）以外に、例えばレーザ光を用いることもでき
る。

【００９９】（その他）なお、記録装置が記録できる記
録媒体の最大幅に対応した長さを有するフルラインタイ
プの記録ヘッドに対しても本発明は有効に適用できる。
そのような記録ヘッドとしては、複数記録ヘッドの組合
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１個の記録ヘッドとしての構成のいずれでもよい。

【０１００】加えて、図２３に示したシリアルタイプの
ものでも、装置本体に固定された記録ヘッド、あるいは
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
一体的にインクタンクが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。

【０１０１】また、本発明の記録装置の構成として、記
録ヘッドの吐出回復手段、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
対してのキャッピング手段、クリーニング手段、加圧或
は吸引手段、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を用いて加熱を行う予備加熱手
段、記録とは別の吐出を行なう予備吐出手段を挙げるこ
とができる。

【０１０２】また、搭載される記録ヘッドの種類ないし
個数についても、例えば単色のインクに対応して１個の
みが設けられたものの他、記録色や濃度を異にする複数
のインクに対応して複数個数設けられるものであっても
よい。すなわち、例えば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るか
いずれでもよいが、異なる色の複色カラー、または混色
によるフルカラーの各記録モード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。

【０１０３】さらに加えて、本発明インクジェット記録
装置の形態としては、コンピュータ等の情報処理機器の
画像出力端末として用いられるものの他、リーダ等と組
合せた複写装置、さらには送受信機能を有するファクシ
ミリ装置の形態を採るもの等であってもよい。

【０１０４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
本件出願人の既出願の発明（特願平２−１１２８３２号
等）による液滴の体積の安定化およびミストやスプラッ
シュの防止による画像品位の向上と、ヘッド寿命の向上
という効果をそのまま生かしながら、連通吐出を一層効
率よく行うとともに、吐出後オリフィスから後退したイ
ンク面（メニスカス）のオリフィス位置への復帰速度を
さらに早め、より高い周波数での吐出を実現することが
できるのである。その際、その流体抵抗素子がバブルを
外気と効率良く連通させる機能も果たすのでインク吐出
量の安定化、吐出速度の向上等のインク吐出特性をさら
に改善できる。

【０１０５】従って、さらに安定かつ高度な画像記録を
行うことができる記録ヘッド、インクジェット記録方法
および装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】インク吐出方法の一従来例を説明するための記
録ヘッドの模式的断面図である。

【図２】インク吐出方法の他の従来例を説明するための
記録ヘッドの模式的断面図である。

【図３】インク吐出方法のさらに他の従来例を説明する
ための記録ヘッドの模式的断面図である。

【図４】インク吐出方法のさらに他の従来例を説明する
ための記録ヘッドの模式的断面図である。

【図５】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明を適用
して好適な記録ヘッドおよびその吐出方法を説明するた
めの記録ヘッドの要部断面図である。

【図６】本発明の吐出方法にかかる気泡内圧力および気
泡体積の変化を示す線図である。

【図７】本発明の吐出方法にかかる気泡内圧力、気泡体
積および気泡膨張速度の変化を示す線図である。

【図８】本発明の吐出方法にかかる気泡内圧力、気泡体
積および気泡膨張速度の変化を示す線図である。

【図９】本発明インクジェット記録ヘッドの一実施例の
要部を模式的に示す説明図である。

【図１０】（ａ）〜（ｆ）は図９に示した記録ヘッドを
用いて記録を行う液体噴射記録方法を説明するための説
明図である。

【図１１】図１０に示すヘッドの作用を説明するための
説明図である。

【図１２】（ａ）〜（ｄ）は本発明記録ヘッドの他の４
実施例を示す模式図である。

【図１３】（ａ）および（ｂ）は、本発明記録ヘッドの
さらに他の２実施例を示すとともに、両者の作用を比較
するための説明図である。

【図１４】（ａ）〜（ｅ）は図１３（ａ）に示すヘッド
の初期状態からリフィル完了までの状態を示す説明図で
ある。

【図１５】本発明の検討例１による記録ヘッドの斜視図
である。

【図１６】その要部の模式図である。

【図１７】本発明の検討例２による記録ヘッドの斜視図
である。

【図１８】その要部の模式図である。

【図１９】本発明の検討例３による記録ヘッドの模式図
である。

【図２０】本発明の検討例４による記録ヘッドの模式図
である。

【図２１】本発明の検討例５による記録ヘッドの模式図
である。

【図２２】本発明の検討例６による記録ヘッドの模式図
である。

【図２３】本発明の上記各実施例を実施可能なインクジ
ェット記録装置の概略斜視図である。

【図２４】図１３に示した装置の制御構成の一例を示す
ブロック図である。

【符号の説明】

１０１記録ヘッド２００ＣＰＵ２００ＡＲＯＭ２００ＢＲＡＭ３３１ヒータ３３２狭窄部３３３吐出口３３４液室３３５液路３３６インク３３７インク滴３３８バブル３３９メニスカス３４１基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭54−161935（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−185455（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−249768（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−222854（ＪＰ，Ａ) 特許2783647（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/05 B41J 2/175

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】インクを吐出させるための吐出口と、該
吐出口に連通するほぼ直状の液路と、該液路に連通する
液室と、前記液路内に供給されたインクに前記吐出口か
ら吐出を行わせるための熱エネルギを作用させる熱作用
部とを具備し、前記液路内におけるインクの供給方向に
関して前記熱作用部の上流側端部より上流側で前記熱作
用部に関して前記吐出口とは反対側に流体抵抗素子を有
するとともに、前記熱エネルギの作用に基づく膜沸騰に
よってインク中に生起されたバブルの内圧が外気圧以下
の条件で前記バブルを外気と連通させてインク吐出を行
うようにしたことを特徴とするインクジェット記録ヘッ
ド。
【請求項２】前記流体抵抗素子は、前記液路を形成す
る部材に設けられて前記液路の断面積を狭窄する狭窄部
であることを特徴とする請求項１に記載のインクジェッ
ト記録ヘッド。
【請求項３】前記液路に連通してインクを供給するた
めの液室を有し、前記記録ヘッドの前記狭窄部の最も狭
い位置と前記熱作用部の最も前記液室に近い部分との距
離をＬ₁ _、前記吐出口と前記熱作用部の最も前記吐出口に
近い部分の距離をＬ₂、前記熱作用部の最も前記液室に
近い部分と前記液室までの距離をＬ₃としたとき、Ｌ₁＜
２×Ｌ₂でかつＬ₃＜１０×Ｌ₂であることを特徴とする
請求項１または２に記載のインクジェット記録ヘッ
ド。。
【請求項４】前記連通時に前記液路は、前記バブルで
遮断されていないものであることを特徴とする請求項１
ないし３のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッ
ド。
【請求項５】前記連通時は、前記バブルの吐出方向先
端部の移動速度の加速度が正でない条件で前記バブルを
外気と連通させるものであることを特徴とする請求項１
ないし４のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッ
ド。
【請求項６】前記バブルは、前記吐出口側へ成長し、
外気と連通することを特徴とする請求項１ないし５のい
ずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項７】請求項１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と、該インクジェット記録ヘッ
ドと記録媒体とを相対的に移動させる手段と、前記熱エ
ネルギを作用させてインク中にバブルを生起させ、当該
バブルを外気と連通させて前記記録媒体に向けてインク
吐出を行わせる手段と、を具えたことを特徴とするイン
クジェット記録装置。