JPH01242256A - カラー液体噴射記録ヘッド - 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、液体噴射記録ヘッド、より詳細には。

カラーインクジェットのカートリッジに関する。

従来技術 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滴をノズル
より吐出させ、該吐出した記録液体の小滴を記録信号に
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滴を記録
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　Ｐ　３５９６２７５、Ｕ
ＳＰ　３２９８０３０等に開示されている方式（Ｓｗｅ
ｅｔ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満を発生させ、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、記録部材上に記録を
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に構成した帯電電極
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、小滴は記録信号に応じ
た電荷量で帯電される。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、付加された帯電量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
ング状の帯電電極間に電界を掛け、連続振動発生法によ
って、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、記録画像の階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滴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Ｓｔｅｍｖａｅ方式は
、記録信号に応じ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、Ｓｔｅ＋＋＋ｍｅ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ことで記録を行うものである。

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
ル化が困難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
た小満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。面乍ら、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、等の欠点を有する。

更には、特開昭４８−９６２２号公報（前記ＵＳ　Ｐ３
７４７１２０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、カラーインクジェットを行なうには、通常、第４
図に示すように、Ｙ、Ｍ、Ｃ１（Ｂ）つまり、イエロー
、マゼンダ、シアン、（ブラック）（ブラックはない場
合もある）のように複数色のインクが用いられ、それぞ
れに吐出ヘッド（Ｙ１〜Ｂ１）、インクカートリッジ（
ｙ　２〜Ｂ　２　）が必要であり１通常、単色のコスト
の数倍のコストがかかる。この点に鑑み、たとえば、イ
ンクカートリッジだけでも一体的に製作すると、そのコ
ストを安くすることができる。しかし、通常、インクカ
ートリッジは、インクがなくなれば、交換され、その際
、複数色のインクすべてが空になっていれば問題はない
が、ふつうは、どれか１色がなくなった時、他のインク
があるにもかかわらずすてなければならないというが、
−休出に製作するカートリッジの欠点であった。

また、インクジェット記録ヘッドにおいては、オリフィ
スの目づまりあるいはオリフィス部から液室内への気泡
の吸引によって印字機能がダウンすることがある。そこ
で、特開昭６０−２１９０６１号公報には、不吐出回復
機構を不要とし、記録ヘッドの交換を行なえる構造のヘ
ッドが提案されている。このヘッドは、インクタンク一
体型のヘッドであり、タンク（成製）のインクが全部使
い終わったら、従来のように、インクを補給するのでは
なく、ヘッドそのものをすててしまい新しいヘッドに交
換してプリンタに搭載しようというものであり、所謂、
ディスポーザブルヘッドともいうべきものである。

第５図は、上記特開昭６０−２１９０６１号公報に開示
された液体噴射記録ヘッドの一例を説明するための分解
斜視図、第６図は、第５図に示した液吐出部材の詳細を
示す図で、符号図中、１は複数の液体吐出口１ａを有す
る液吐出部材で、電気鋳造法を用いてニッケルから作ら
れたり、ガラスをエツチングして作られる。

液吐出部材１の裏面には溝部１ｂが形成されており、溝
部ｌｂ中に液体吐出口１ａ、隔壁１ｃが設けられている
。隔壁１ｃは特定の液体吐出口１ａから液体を吐出する
際、他の液体吐出口から液体を吐出させないために設け
るものである。−方、溝部１ｂは液体吐出口１ａを囲ん
でいるので吐出動作の際、液体吐出口１ａ内のインク吐
出圧力が他に逃げにくくなり、従って、液滴の吐出距離
が長くなる効果を有する。

２はシリコン、シリコニウムに比して格段に安価なガラ
ス質の材料からなる基板で、基板２上には複数の電気抵
抗体２ａ、複数の通電電極２ｂ、液体供給孔２ｃ等が設
けられている。抵抗体２ａは前記電極２ｂに所定の電流
を流すと発熱するもので、この抵抗体２ａの大きさは５
０μｍＸ５０μｍの程度である。上記基板２としては安
価なセラミックス板上の少なくとも抵抗素子を設ける近
傍に温度の高速立上りに必要な適度な蓄熱効果を有する
ガラス質層を設けたものを用いてもよい。

３は基板保持部材で基板２を取付ける溝３ａ、液体供給
孔３ｂおよび複数の連結用の孔３ｃを有している。また
、４はインクを収容する成製でフランジ４ａを有してい
る。

而して、上記液体噴射記録ヘッドは、液滴の不吐出回復
機構を不要とし、記録ヘッドの交換を行えるようにした
ものであるが、実際にこのようなヘッドを使用してみる
と、予期しない目づまり、あるいは、オリフィスからの
気泡吸引、さらには、オリフィス部でのインクの乾燥固
着等によって、タンク（成製）のインクがすべて使いき
らないうちにヘッドの機能がダウンしてしまい、その都
度、それをすてて新規なヘッドを使用しなければならな
いという大変不経済なことを余儀なくされてぃた。

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、カラーインクジェット記録において、各色のイン
クを収容した各色一体型インクカートリッジ、あるいは
、ヘッド一体型インクカートリッジが最も経済的に交換
できるようにすることを目的としてなされたものである
。

構　　　成 本発明は、上記目的を達成するために、少なくとも２種
類のインクを使用し、それぞれのインクに応じだ液滴吐
出ヘッドと、該ヘッドに前記インクを供給するためのイ
ンク供給手段とを有するカラー液体噴射記録ヘッドにお
いて、前記インク供給手段は、一体構造で形成されてお
り、かつ、少なくとも２種類のインクを独立して収容で
きるよう内部に独立したインク収容室もしくはインク収
容袋を有し、該インク収容室もしくはインク収容袋は、
そのインク収容容積が必ずしもすべて等しくないこと、
或いは、少なくとも２種類のインクを使用し、それぞれ
のインクに応じた液滴吐出ヘッドが該ヘッドに前記イン
クを供給するためのインク供給手段と一体構造で形成さ
れるカラー液体噴射記録ヘッドにおいて、前記インク供
給手段は、少なくとも２種類のインクを独立して収容で
きるよう内部に独立したインク収容室もしくはインク収
容袋を有し、該インク収容室もしくはインク収容袋は、
そのインク収容容積が必ずしもすべて等しくはないこと
を特徴としたものである。以下、本発明の実施例に基づ
いて説明する。

第１図は、本発明の一実施例を説明するための構成図で
、図中、１０は一体型インクカートリッジ、１１はイン
ク１用インク収容室、ｌｌａはインク１用のインク吐出
ヘッド、１２はインク２用のインク収容室、１２ａはイ
ンク２用のインク吐出ヘッド、同様に、１３．１３ａ及
び１４，１４ａはそれぞれインク３用及びインク４用の
インク収容室及びインク吐出ヘッドで、同図には、４種
類のインクの例を示す。インクカートリッジ１゜は、一
体内に形成され、各インク収容室１１〜１４は独立して
異なるインクが収容できるようになっており、その容積
は必ずしもすべて等しくはない。その容積は、使用され
るインクの量に応じて決められており、多量に使用する
インクのインク収容室の容積は大きく、又、少量しか使
用しないインクのインク収容室の容積は小さく設計され
ている。この目的は、各色のインクがほぼ同時期に空に
なるようにし、一体型インクカートリッジをすてる際に
、インクが無駄にならないようにするためである。なお
、同図は、本発明の主旨を示すための概念図であり、実
用上の構成としては、インク収容室は、例えば、先に従
来技術に挙げた第５図に示されるような、成製のような
構成がとられる。

第２図は、本発明の他の実施例を説明するための構成図
で、図中、第１図に示した実施例と同様の作用をする部
分には第１図の場合と同一の参照番号が付しである。而
して、この実施例は、前述の特開昭６０−２１９０６１
号公報に記載された発明の単色のインクカートリッジ一
体型ヘッドの考えを複数種類のインクを用いる場合に拡
張してなされたものであり、一体型で作るために、単色
のヘッドを複数個用いる方法にくらべてコストダウンを
図ることが可能である。この第２図に示した実施例にお
いても、第１図の場合と同じように、各インク（色が違
っていたり、あるいは濃度が違っていたりする）のイン
ク収容室の容積は必ずしも等しくはない。この場合のイ
ンク収容室も第５図に示したような成製の構成が好まし
い。しかし、第２図に示した実施例の場合には、さらに
別のメリットがある。これは、インクがなくなれば、吐
出ヘッドも含めてすてられてしまうので、吐出ヘッドの
寿命もインクがなくなるまでもつだけでよく、従って、
ライフタイムが短かいようなプロセスの吐出原理を採用
することができる。インク中に気泡を発生させ、その体
積増加にともなう作用力でオリフィスよりインク液滴を
吐出させるいわゆるバブルジェット型インクジェット記
録装置は、本発明のカートリッジ・ヘッド一体型のイン
クジェット用として好適なものであるが、近年、発熱体
及びその保護層の改良がすすみ、そのライフタイムもか
なりのびたが、それでも、通常のＰＺＴを用いるドロッ
プオンデマンド型インクジェット記録装置にくらべ、バ
ブルジェット型記録装置はライフタイムが短かい。従っ
て、第２図に示したようなカートリッジ・ヘッド一体型
のヘッドにバブルジェット型記録装置のヘッドに用いる
と、インクがなくなったらヘッドもいっしょにすててし
まういわゆるディスポーザブルヘッドとして好適に使用
することができる。

第３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記録ヘッドの動作説明をす
るための図で、図中、１は蓋基板、２は発熱体基板、３
はオリフィス、４は流路、５は個別（独立）電極、６は
共通電極、７は発熱体（ヒータ）、８は記録液（インク
）、９は気泡、１０は飛翔インク滴で、本発明は、斯様
なバブルジェット式の液体噴射記録ヘッドに適用される
もので、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８の表
面張力と外圧とが平衡状態にある。

（ｂ）はヒータ７が加熱されて、ヒータ７の表面温度が
急上昇し隣接インク層に沸騰現像が起きるまで加熱され
、微小気泡９が点在している状態にある。

（ｃ）はヒータ７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９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８が押し出され
る。この時、ヒータ７には電流が流れていない状態にあ
り、ヒータ７の表面温度は降下しつつある。気泡９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９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り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９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１０になり記録紙の方向へ５〜
１０　ｍ　／　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。

なお、以上には気泡発生手段として発熱抵抗体を使用し
た例について説明したが、気泡発生手段としてパルスレ
ーザ、或いは放電エネルギーを利用したバブルジェット
記録装置にも適用できることは容易に理解できよう。

効　　　果 以上の説明から明らかなように、本発明によると、各色
又は各濃度一体型インクカートリッジあるいはヘッド一
体型インクカートリッジをディスポーザブルヘッドとし
、最も経済的に交換できろ。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、それぞれ本発明の詳細な説明する
ための構成図、第３図は１本発明が適用されるインクジ
ェット記録装置の一例としてのバブルジェット型インク
ジェット記録装置の動作原理を説明するための図、第４
図乃至第６図は、従来技術を説明するための図である。 １ｏ・・・一体型インクカートリッジ、１１〜１４・・
・インク収容室、１１ａ〜１４ａ・・・インク吐出ヘッ
ド。 第１図 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも２種類のインクを使用し、それぞれのイ
   ンクに応じた液滴吐出ヘッドと、該ヘッドに前記インク
   を供給するためのインク供給手段とを有するカラー液体
   噴射記録ヘッドにおいて、前記インク供給手段は、一体
   構造で形成されており、かつ、少なくとも２種類のイン
   クを独立して収容できるよう内部に独立したインク収容
   室もしくはインク収容袋を有し、該インク収容室もしく
   はインク収容袋は、そのインク収容容積が必ずしもすべ
   て等しくないことを特徴とするカラー液体噴射記録ヘッ
   ド。 ２、少なくとも２種類のインクを使用し、それぞれのイ
   ンクに応じた液滴吐出ヘッドが該ヘッドに前記インクを
   供給するためのインク供給手段と一体構造で形成される
   カラー液体噴射記録ヘッドにおいて、前記インク供給手
   段は、少なくとも２種類のインクを独立して収容できる
   よう内部に独立したインク収容室もしくはインク収容袋
   を有し、該インク収容室もしくはインク収容袋は、その
   インク収容容積が必ずしもすべて等しくはないことを特
   徴とするカラー液体噴射記録ヘッド。