JPH01237145A - 液体噴射記録方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、液体噴射記録方法、より詳細には、バブルジ
ェット型液体噴射記録におけるカラー記録の記録方法に
関する。

灸末挟権 ノンインパクト記録法は、記録時における騒音の発生が
無視し得る程度に極めて小さいという点において、最近
関心を集めている。その中で、高速記録が可能であり、
而も所謂普通紙に特別の定着処理を必要とせずに記録の
行える所謂インクジェット記録法は極めて有力な記録法
であって、これまでにも様々な方式が提案され、改良が
加えられて商品化されたものもあれば、現在もなお実用
化への努力が続けられているものもある。

この様なインクジェット記録法は、所謂インクと称され
る記録液体の小滴（ｄｒｏｐｌｅｔ）を飛翔させ、記録
部材に付着させて記録を行うものであって、この記録液
体の小滴の発生法及び発生された記録液小滴の飛翔方向
を制御する為の制御方法によって幾つかの方式に大別さ
れる。

先ず第１の方式は例えばＵ　Ｓ　Ｐ　３０６０４２９に
開示されているもの（Ｔｅｌｅ　ｔｙｐｅ方式）であっ
て、記録液体の小滴の発生を静電吸収的に行い、発生し
た記録液体小滴を記録信号に応じて電界制御し、記録部
材上に記録液体小滴を選択的に付着させて記録を行うも
のである。

これに就いて、更に詳述すれば、ノズルと加速電極間に
電界を掛けて、−様に帯電した記録液体の小満をノズル
より吐出させ、該吐出した記録液体の小満を記録信号に
応じて電気制御可能な様に構成されたｘｙ偏向電極間を
飛翔させ、電界の強度変化によって選択的に小満を記録
部材上に付着させて記録を行うものである。

第２の方式は、例えばＵ　Ｓ　Ｐ３５９６２７５、ＵＳ
Ｐ　３２９８０３０等に開示されている方式（Ｓｗｅｅ
ｔ方式）であって、連続振動発生法によって帯電量の制
御された記録液体の小滴を発生させ、この発生された帯
電量の制御された小滴を、−様の電界が掛けられている
偏向電極間を飛翔させることで、記録部村上に記録を行
うものである。

具体的には、ピエゾ振動素子の付設されている記録ヘッ
ドを構成する一部であるノズルのオリフィス（吐出口）
の前に記録信号が印加されている様しこ構成した帯電電
極を所定距離だけ離して配置し、前記ピエゾ振動素子に
一定周波数の電気信号を印加することでピエゾ振動素子
を機械的に振動させ、前記吐出口より記録液体の小滴を
吐出させる。この時前記帯電電極によって吐出する記録
液体小滴には電荷が静電誘導され、小満は記録４Ｈ号に
応じた′を荷量で帯電される。帯電量の制御された記録
液体の小滴は、一定の電界が一様に掛けられている偏向
電極間を飛翔する時、付加された帯′置載に応じて偏向
を受け、記録信号を担う小滴のみが記録部材上に付着し
得る様にされている。

第３の方式は例えばＵ　Ｓ　Ｐ３４１６１５３に開示さ
れている方式（Ｈｅｒｔｚ方式）であって、ノズルとリ
ング状の帯＠電極間に電界を掛け、連続振動発生法によ
って１．記録液体の小滴を発生霧化させて記録する方式
である。即ちこの方式ではノズルと帯電電極間に掛ける
電界強度を記録信号に応じて変調することによって小滴
の霧化状態を制御し、記録画像のＶＩｉ調性を出して記
録する。

第４の方式は、例えばＵ　Ｓ　Ｐ　３７４７１２０に開
示されている方式（Ｓｔｅｍｍｅ方式）で、この方式は
前記３つの方式とは根本的に原理が異なるものである。

即ち、前記３つの方式は、何れもノズルより吐出された
記録液体の小滴を、飛翔している途中で電気的に制御し
、記録信号を担った小満を選択的に記録部材上に付着さ
せて記録を行うのに対して、このＳｔｅ＋＋ｕ＋＋ｅ方
式は、記８信号に応して吐出口より記録液体の小滴を吐
出飛翔させて記録するものである。

つまり、Ｓｔｅｍｍｅ方式は、記録液体を吐出する吐出
口を有する記録ヘッドに付設されているピエゾ振動素子
に、電気的な記録信号を印加し、この電気的記録信号を
ピエゾ振動素子の機械的振動に変え、該機械的振動に従
って前記吐出口より記録液体の小滴を吐出飛翔させて記
録部材に付着させる二とでδ己８を行うものである。

これ等、従来の４つの方式は各々に特長を有するもので
あるが、又、他方において解決され得る可き点が存在す
る。

即ち、前記第１から第３の方式は記録液体の小滴の発生
の直接的エネルギーが電気的エネルギーであり、又、小
滴の偏向制御も電界制御である。

その為、第１の方式は、構成上はシンプルであるが、小
滴の発生に高電圧を要し、又、記録ヘッドのマルチノズ
ル化が困１であるので高速記録には不向きである。

第２の方式は、記録ヘッドのマルチノズル化が可能で高
速記録に向くが、構成上複雑であり、又記録液体小滴の
電気的制御が高度で困難であること、記録部材上にサテ
ライトドツトが生じ易いこと等の問題点がある。

第３の方式は、記録液体小滴を霧化することによって階
調性に優れた画像が記録され得る特長を有するが、他方
霧化状態の制御が困難であること、記録画像にカブリが
生ずること及び記録ヘッドのマルチノズル化が困難で、
高速記録には不向きであること等の諸問題点が存する。

第４の方式は、第１乃至第３の方式に比べ利点を比較的
多く有する。即ち、構成上シンプルであること、オンデ
マンド（ｏｎ−ｄｅｍａｎｄ）で記録液体をノズルの吐
出口より吐出して記録を行う為に、第１乃至第３の方式
の様に吐出飛翔する小滴の中、画像の記録に要さなかっ
た小滴を回収することが不要であること及び第１乃至第
２の方式の様に、導電性の記録液体を使用する必要性が
なく記録液体の物質上の自由度が大であること等の大き
な利点を有する。両年ら、一方において、記録ヘッドの
加工上に問題があること、所望の共振数を有するピエゾ
振動素子の小型化が極めて困難であること等の理由から
記録ヘッドのマルチノズル化が難しく、又、ピエゾ振動
素子の機械的振動という機械的エネルギーによって記録
液体小滴の吐出飛翔を行うので高速記録には向かないこ
と１等の欠点を有する。

更には、特開昭４８−９６２２号公報（前記ＵＳ　Ｐ　
３７４７１２０に対応）には、変形例として、前記のピ
エゾ振動素子等の手段による機械的振動エネルギーを利
用する代わりに熱エネルギーを利用することが記載され
ている。

即ち、上記公報には、圧力上昇を生じさせる蒸気を発生
する為に液体を直接加熱する加熱コイルをピエゾ振動素
子の代りの圧力上昇手段として使用することが記載され
ている。

しかし、上記公報には、圧力上昇手段としての加熱コイ
ルに通電して液体インクが出入りし得る口が一つしかな
い袋状のインク室（液室）内の液体インクを直接加熱し
て蒸気化することが記載されているに過ぎず、連続繰返
し液吐出を行う場合は、どの様に加熱すれば良いかは、
何等示唆されるところがない。加えて、加熱コイルが設
けられている位置は、液体インクの供給路から遥かに遠
い袋状液室の最深部に設けられているので、ヘッド構造
上複雑であるに加えて、高速での連続繰返し使用には、
不向きとなっている。

しかも、上記公報に記載の技術内容からでは、実用上重
要である発生する熱で液吐出を行った後に次の液吐出の
準備状態を速やかに形成することは出来ない。

このように従来法には、構成上、高速記録化上、記録ヘ
ッドのマルチノズル化上、サテライトドツトの発生およ
び記録画像のカブリ発生等の点において一長一短があっ
て、その長所を利する用途にしか適用し得ないという制
約が存在していた。

また、特開昭５７−１２６５８号公報には、インク吐出
面に並置され異なった２色以上のインクを液滴として吐
出する複数のオリフィスと、インクの各色毎に設けられ
それぞれの色のインクに共通な共通インク室と、それぞ
れのオリフィスをこれから吐出されるインクの色に対応
する共通インク室に連絡させる多数の液室と、該液室内
に画像信号に応じた吐出のためのエネルギーを発生させ
るエネルギー発生手段とを備えたヘッドによってカラー
インクジェット記録を行なう装置において、それぞれの
色のインクに応じたエネルギーの発生を行わせることが
提案されているが、前記特開昭５７−１２６５８号公報
には、単に″６インクに応じたエネルギーの発生″とい
うあいまいで、具体性を欠く表現があるに過ぎない。

目　　　　　的 本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、
特に、バブルジェット型液体噴射記録ヘッドを複数個用
い、該記録ヘッドをカラー記録に使用した場合の各色の
インクの吐出性能をそろえることを目的としてなされた
ものである。

λ−−氏 本発明は、上記目的を達成するために、導入される記録
液体を収容するとともに、該記録液体に熱によって気泡
を発生させ、該気泡の体積増加にともなう作用力を発生
させる熱エネルギー作用部を付設した流路と、該流路に
連絡して前記記録液体を前記作用力によって液滴として
吐出させるためのオリフィスと、前記流路に連絡して該
流路に１前記記録液体を導入するための液室と、該液室
に前記記録液体を導入する手段よりなる液体噴射記録ヘ
ッドを用いる液体噴射記録方法であって、前記液体噴射
記録ヘッドを複数個用い、それぞれに異なる記録液体を
用いる液体噴射記録方法において、前記異なる記録液体
のうち、粘度が他の記録液体より高い記録液体を用いる
前記液体噴射記録ヘットは、その熱エネルギー作用部に
加えられる駆動のための熱エネルギーが前記記録液体の
粘度が低い記録液体を用いる前記液体噴射記録ヘッドの
熱エネルギーより高いこと、或いは、前記異なる記録液
体のうち、表面張力が他の記録液体より大きい記録液体
を用いろ前記液体噴射記録ヘッドは、その熱エネルギー
作用部に加えられる駆動のための熱エネルギーが前記記
録液体の表面張力が小さい記録液体を用いる前記液体噴
射記録ヘッドのエネルギーより高いことを特徴としたも
のである。以下、本発明の実施例に基いて説明する。

本発明は、前記特開昭５７−１２６５８号公報に記載さ
れた発明の欠点を解決するためになされたものであり、
特に、バブルジェット型カラー記録技術のように、複数
種類の記録液体（インク）を用いる場合の記録ヘッドの
駆動方法に関するものである。

第１図（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本発明の詳細な説明
するための構成図、第２図は、本発明が適用されるイン
クジェットヘッドの一例としてのバブルジェットヘッド
の動作説明をするための図、第３図は、バブルジェット
ヘッドの一例を示す斜視図、第４図は、第３図に示した
ヘッドを構成する蓋基板（第４図（ａ））と発熱体基板
（第４図（ｂ））に分解した時の斜視図、第５図は、第
４図（ａ）に示した蓋基板を裏側から見た斜視図で、図
中、１１は蓋基板、１２は発熱体基板、１３は記録液体
流入口、１４はオリフィス、１５は流路、１６は液室を
形成するための領域、１７は個別（独立）′肛事、１８
は共通電極、１９は発熱体（ヒータ）、２０は記録液（
インク）、２１は気泡、２２は飛翔インク１ｆ４で、本
発明は、斯様なバブルジェット式の液体噴射記録ヘット
に適用するものである。

最初に、第２図を参照しながらバブルジェットによるイ
ンク噴射について説明すると、（ａ）は定常状態であり
、オリフィス面でインク２０の表面張力と外圧とが平衡
状態にある。

（ｂ）はヒータ１９が加熱されて、ヒータ１９の表面温
度が急上昇し隣接インク層に沸！ｌ！現像が起きるまで
加熱され、微小気泡２１が点在している状態にある。

（ｃ）はヒータ１９の全面で急激に加熱された隣接イン
ク層が瞬時に気化し、沸騰膜を作り、この気泡２１が生
長した状態である。この時、ノズル内の圧力は、気泡の
生長した分だけ上昇し、オリフィス面での外圧とのバラ
ンスがくずれ、オリフィスよりインク柱が生長し始める
。

（ｄ）は気泡が最大に生長した状態であり、オリフィス
面より気泡の体積に相当する分のインク２０が押し出さ
れる。この時、ヒータ１９には電流が流れていない状態
にあり、ヒータ１９の表面温度は降下しつつある。気泡
２１の体積の最大値は電気パルス印加のタイミングから
ややおくれる。

（ｅ）は気泡２１がインクなどにより冷却されて収縮を
開始し始めた状態を示す。インク柱の先端部では押し出
された速度を保ちつつ前進し、後端部では気泡の収縮に
伴ってノズル内圧の減少によリオリフィス面からノズル
内へインクが逆流してインク柱にくびれが生じている。

（ｆ）はさらに気泡２１が収縮し、ヒータ面にインクが
接しヒータ面がさらに急激に冷却される状態にある。オ
リフィス面では、外圧がノズル内圧より高い状態になる
ためメニスカスが大きくノズル内に入り込んで来ている
。インク柱の先端部は液滴になり記録紙の方向へ５〜１
０ｍ／ｓｅｃの速度で飛翔している。

（ｇ）はオリフィスにインクが毛細管現象により再び供
給（リフィル）されて（ａ）の状態にもどる過程で、気
泡は完全に消滅している。

第１図（ａ）に示した実施例は、第２図に示した記録ヘ
ッドを各色（ここではＹ（イエ−ｏ−）、Ｍ（マゼンダ
）、Ｃ（シアン）、Ｂ（ブラック）の各４色）ごとに−
列にならべたカラーヘッドモジュールの平面図である０
通常、カラーインクジェット技術においては、複数色の
記録液体（インク）は、その物性値（とりわけ、粘度、
表面張力）が等しくなるような努力が払われる。しかし
ながら、本来全く異なる染料を使用するため、各色すべ
てにわたって、物性値を等しくすることは困難である。

物性値が異なれば、各色ごとに全く異なる吐出性能を示
す。

たとえば、インク粘度が異なると、粘度が高い場合には
、気泡が発生しにくく、又、オリフィスより吐出にくく
なる。又、インクの表面張力に関しても同様なことがい
え、表面張力が大きいと、オリフィスから吐出する際に
、大きな力を要し、吐出にくくなる。

本発明は、上述のごとき点に鑑みなされたものであり、 （イ）、粘度が高いインクを使用する場合、熱エネルギ
ー作用部に加えるエネルギー（パルス電圧、パルス巾、
電流等）を粘度の低いインクを使用する場合より高くし
、気泡を発生しやすくし、又、オリフィスより吐出やす
くする。

（ロ）０表面張力が大きいインクを使用する場合、熱エ
ネルギー作用部に加えるエネルギーを表面張力が小さい
インクを使用する場合より高くシ、オリフィスより吐出
やすくする。

ようにしたものである。

第１図（ｂ）は、第２図のヘッドを３個（１，ＩＩ。

■の３個）ならべ、単色で濃度を変えたインクを用いる
ようにしたヘッドモジュールの平面図である０色を変え
た場合と同様にインクの濃度を変えてもインク物性が変
わるので、この場合にも、前記（イ）、（ロ）で示した
本発明が適用される。なお、第１図には（ａ）、（ｂ）
にて別々示したが、色と濃度をそれぞれ変えたようなヘ
ッドモジュールにも本発明が適用されることは当然であ
る。また、以上には、発熱体を用いたバブルジェットで
説明したが、以下に説明するように、気泡発生手段とし
て、パルスレーザ−を用いたり、ありいは、放電エネル
ギーを用いたりするバブルジェットにも適用できる。

第６図は、記録液体に気泡を発生させる別の手段を説明
するための図で、図中、３１はレーザ発振器、３２は光
変調駆動回路、３３は光変調器、３４は走査器、３５は
集光レンズで、レーザ発振器３１より発生されたレーザ
光は、光変調器３３において、光変調器駆動回路３２に
入力されて電気的に処理されて出力される画情報信号に
従ってパルス変調される。パルス変調されたレーザ光は
、走査器３４を通り、集光レンズ３５によって熱エネル
ギー作用部の外壁に焦点が合うように集光され、記録ヘ
ッドの外壁３６を加熱し、内部の記録液体３７内で気泡
を発生させる。あるいは熱エネルギー作用部の壁３６は
、レーザ光に対して透過性の材料で作られ、集光レンズ
３５によって内部の記録液体３７に焦点が合うように集
光され、記録液体を直接加熱することによって気泡を発
生させてもよい。

第７図は、上述のごときレーザ光を用いたプリンターの
一例を説明するための図で、ノズル部４１は、高密度に
（たとえば８ノズル／ｍ＋＋＋）、又、紙４２の紙中（
たとえばＡ４横巾）すべてにわたってカバーされるよう
に集積されている例を示している。

レーザ発振器３１より発振されたレーザ光は、光変調器
３３の入口開口に導かれる。光変調器３３において、レ
ーザ光は、光変瀾器３３への画情報人カイａ号に従って
強弱の変調を受ける。変調を受けたレーザ光は、反射銀
３８によってその光路をビームエキスパンダー３９の方
向に曲げられ、ビームエキスパンダー３９に入射する。

ビームエキスパンダー３９により平行光のままビーム径
が拡大される。次に、ビーム径の拡大されたレーザ光は
、高速で定速回転する回転多面鏡４０に入射される。回
転多面ｆｉ４０によって掃引されたレーザ光は、集光レ
ンズ３５により、ドロップジェネレータの熱エネルギー
作用部外壁３６もしくは内部の記録液体に結像する。そ
れによって、各熱エネルギー作用部には、気泡が発生し
、記録液滴を吐出し、記録紙３２に記録に行なわれる。

第８図は、さらに別の気泡発生手段を示す図で、この例
は、熱エネルギー作用部の内壁側に配置された１対の放
電電極５０が、放電装置Ｅ５１から高電圧のパルスを受
け、水中で放電をおこし、その放電によって発生する熱
により瞬時に気泡を形成するようにしたものである。

第９図乃至第１６図は、それぞれ第８図に示した放電’
ｉｔｔ極の其体例を示す図で、第９図に示した例は、 電極５０を針状にして、電界を集中させ、効率よく（低
エネルギーで）放電をおこさせるようにしたものである
。

第１０図に示した例は、 ２枚の平板電極にして、電極間に安定して気泡が発生す
るようにしたものである。針状の電極より、発生気泡の
位置が安定している。

第１１図に示した例は、 ′電極にほぼ同軸の穴をあけたものである。２枚の電極
の両穴がガイドになって、発生気泡の位置はさらに安定
する。

第１２図に示した例は、 リング状の電極にしたものであり、基本的には第１１図
に示した例と同じであり、その変形実施例である。

第１３図に示した例は、 一方をリング状電極とし、もう一方を針状電極としたも
のである。リング状電極により、発生気泡の安定性を狙
い、針状電極により電界の集中により効率を狙ったもの
である。

第１４図に示した例は、 一方のリング状電極を熱エネルギー作用部の壁面に形成
したものである。これは、第１３図に示した例の効果に
加えて、基板上に平面的に電極を形成するという製造上
の容易さを狙ったものである。このような平面的な電極
は、蒸着（あるいはスパッタリング）や、フォトエツチ
ングの技術によって容易に高密度な複数個のものが習作
され得る。マルチアレイに特に威力を発揮する。

第１５図に示した例は、 第１４図に示した例のリング状電極形成部を電極の外周
にそった形状で周囲から一段高くしたものである。やは
り、発生気泡の安定性を狙ったものであり、第１３図に
示したものよりも３次元的なガイドを付は加えた分だけ
安定する。

第１６図に示した例は、 第１５図に示した例とは反対に、リング状電極形成部を
、周囲から下へ落しこんだ構造としたもので、やはり、
発生気泡は安定して形成される。

効　　　果 以上の説明から明らかなように、本発明によると、異な
るインク（色、濃度）を用いるバブルジエソト型液体噴
射ヘッドの吐出性能をそろえることができ、高画像品質
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本発明の詳細な説明
するための要部構成図、第２図は、本発明が適用される
インクジェットヘッドの一例としてのバブルジェットヘ
ッドの動作説明をするための図、第３図は、バブルジェ
ットヘッドの一例を示す斜視図、第４図は、分解斜視図
、第５図は、蓋基板を裏側から見た図、第６図は、レー
ザ光を用いた気泡発生手段の一例を説明するための図、
第７図は、プリンターの一例を説明するための図、第８
図は、放電を利用した気泡発生手段の一例を説明するた
めの図、第９図乃至第１６図は、それぞれ第８図に示し
た放電電極の具体例を示す図である。 Ｙ、Ｍ、Ｃ，Ｂ、Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ・・・記録ヘッド、
１１・・・蓋基板、１２・・・発熱体基板、１７．１８
・・・電極、１９・・・発熱体、２０・・・インク、２
１・・・気泡、２２・・・飛翔インク滴。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、導入される記録液体を収容するとともに、該記録液
   体に熱によって気泡を発生させ、該気泡の体積増加にと
   もなう作用力を発生させる熱エネルギー作用部を付設し
   た流路と、該流路に連絡して前記記録液体を前記作用力
   によって液滴として吐出させるためのオリフィスと、前
   記流路に連絡して該流路に前記記録液体を導入するため
   の液室と、該液室に前記記録液体を導入する手段よりな
   る液体噴射記録ヘッドを用いる液体噴射記録方法であっ
   て、前記液体噴射記録ヘッドを複数個用い、それぞれに
   異なる記録液体を用いる液体噴射記録方法において、前
   記異なる記録液体のうち、粘度が他の記録液体より高い
   記録液体を用いる前記液体噴射記録ヘッドは、その熱エ
   ネルギー作用部に加えられる駆動のための熱エネルギー
   が前記記録液体の粘度が低い記録液体を用いる前記液体
   噴射記録ヘッドの熱エネルギーより高いことを特徴とす
   る液体噴射記録方法。 ２、導入される記録液体を収容するとともに、該記録液
   体に熱によって気泡を発生させ、該気泡の体積増加にと
   もなう作用力を発生させる熱エネルギー作用部を付設し
   た流路と、該流路に連絡して前記記録液体を前記作用力
   によって液滴として吐出させるためのオリフィスと、前
   記流路に連絡して該流路に前記記録液体を導入するため
   の液室と、該液室に前記記録液体を導入する手段よりな
   る液体噴射記録ヘッドを用いる液体噴射記録方法であっ
   て、前記液体噴射記録ヘッドを複数個用い。 それぞれに異なる記録液体を用いる液体噴射記録方法に
   おいて、前記異なる記録液体のうち、表面張力が他の記
   録液体より大きい記録液体を用いる前記液体噴射記録ヘ
   ッドは、その熱エネルギー作用部に加えられる駆動のた
   めの熱エネルギーが前記記録液体の表面張力が小さい記
   録液体を用いる前記液体噴射記録ヘッドのエネルギーよ
   り高いことを特徴とする液体噴射記録方法。