JPH02153746A - 液体噴射記録装置 - 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】 伎先分互 本発明は、液体噴射記録装置に関し、より詳細には、バ
ブルジエン１〜プリンターの記録ヘットにおけるノズル
の１１詰まり防止装置に関する。

鴛迷韮皿 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ｔｔ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、例えば米国特許第３０６０４２９号
明細書に開示されているもの（Ｔａｌｅ　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
１１＆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、例えば米国特許第３５９６２７５号明細
書、米国特許第３２９８０３０号明細書等に開示されて
いる方式（Ｓｗｅｅｔ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［１
）の前に記録信号が印加されている様に構成した４１１
：組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
号に応じた電荷最で帯電される。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、例えば米国特許第３４１６１５３号明細
書に開示されている方式（，１Ｉｅｒｔｚ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１例えば米国特許第３７４７１２０号明細
書に開示されている方式（ＳｔＣＩＩＩＩＩＩｅ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Ｓｔｅｍ＋ｓｅ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、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、て解決され得る町き点が存在
する。

即ち、前記第１から第３の方式は記録液体の小滴の１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
かった小滴を回収することが不要であること及び第１７
！ｌ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。丙午ら、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（前記米国特許第
３７４７１２０号明細書に対応）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所謂バブルジェ
ットの液体噴射記録装置が記載されている。

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５
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萬来ない。

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５２−２１８３３号公報にはノズルガンを
ノズルカバーで覆い、ノズルカバーに溶剤の供給口及び
排出口を設けて溶剤を流し、この流れでノズル先端を覆
うようにしたものであるが、４１ｉ造が複雑でコストア
ップになる。また、溶剤を使用するので安全性に欠ける
。

特開昭５９−１２３６７０２３６７０号公報滴を形成す
るためのエネルギー発生体が溝中にあり、これが吐出口
を形成しているが、エネルギー発生体による圧力波が、
効率良く吐７ｊ１５口に伝わらず。

エネルギー損失が大きく、吐出が非常に困難である。

目　　　　　的 本発明は、上述のごとき欠点を解決するためになされた
もので、インクジェットプリンタのヘッドにおいて、ノ
ズルの目詰り防止を容易に、しかも安価に実現させる液
体噴射記録装置を提供することを目的としてなされたも
のである。

も１−一成。

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、熱によって該記録液体に気泡
を発生させ、該気泡の体Ｍ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流滴として
吐出させるためのオリフィスと、前記流路に連絡して前
記流路に前記記録液体を導入するための液室と、該液室
に記録液体を導入する導入手段とよりなる液体噴射記録
装置において、前記流路を形成する壁がノズル基板端面
の手前までで終わり、オリフィス先端において、天板と
ノズル基板がスリット状に形成されていることを特徴と
したものである。

最初に、第７図にノ、（づいてバブルジェットによるイ
ンク噴射の原理について説明する。

図中、２１は蓋基板、２２は発熱体ノル板、２７は選択
（独立）電極、２８は共通電極、２９は発熱体（ヒータ
）、３０はインク、３１は気泡、３２は飛翔インク滴で
ある。

（ａ）は定常状態であり、オリフィス面でインク３０の
表面張力と外圧とが平衡状態にある。

（ｂ）はヒータ２９が加熱されて、ヒータ２９の表面温
度が急」−昇し隣接インク層に沸ＰＡ現像が起きるまで
加熱され、微小気泡３１が点在している状態にある。

（ｃ）はヒータ２９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３１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」二昇し、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３０が押し出さ
れる。この時、ヒータ２９には電流が流れていない状態
にあり、ヒータ２９の表面温度は降下しつつある。気泡
３１の体積の最大値は１１１気パルス印加のタイミング
からややおくれる。

（ｅ）は気泡３１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３１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
ｏ■＋／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８図は、バブルジェット記録ヘッドの斜視図、第９図
は、記録ヘッドの分解構成図で（、）は蓋基板、（ｂ）
は発熱体基板を示す図、第１０図は、第９図（ａ）に示
した蓋基板の裏面図である。図中、２３は記録液体流入
口、２４はオリフィス、２５は流路、２６は液室を形成
するための領域である。

第１１図は、バブルジェット液体噴射記録ヘッドの部分
図で、（ａ）は、オリフィス側から見た正面部分図、（
ｂ）は、（ａ）の−点鎖線Ｘ−Ｘの切断部分図である。

第１１図に示された記録ヘッド４１は、その裏面に電気
熱変換体４２が設けられている基板４３上に、所定の線
密度で所定の【口と深さの溝が所定数設けられている溝
付板４４を該基板４３を覆うように接合することによっ
て、液体を飛翔させるためのオリフィス４５を含む液吐
出部４６が形成された構造を有している。

液吐出部４６は、オリフィス４５と電気熱変換体４２よ
り発生される熱エネルギーが液体に作用して気泡を発生
させ、その体積の膨張と収縮による急激な状態変化を引
き起こすところである熱作用部４７とを有する。

熱作用部４７は、電気熱変換体４２の熱発生部４８のＬ
部に位置し、熱発生部４８の液体と接触する面としての
熱作用面４９をその低面としている。熱発生部４８は、
基体４３上に設けられた下部層５０、該下部層５０上に
設けられた発熱抵抗ノー５１、該発熱抵抗Ｊｒ４５１上
に設けられた上部層５２とで構成される。

発熱抵抗ＪｅＪ５１には、熱を発生させるために核層５
１に通電するための電極５３．５４がその表面に設けら
れており、これらの電極間の発熱抵抗層によって熱発生
部４８が形成されている。

電極５３は、各液吐出部の熱発生部に共通の電極であり
、電極５４は、各液吐出部の熱発生部を選択して発熱さ
せるための選択電極であって、液吐出部の液流路に沿っ
て設けられている。

上記層５２は、発熱抵抗層５１を使用する液体から化学
的、物理的に保護するために発熱抵抗ｊｎ５１と液吐出
部４６にある液体とを隔絶すると共に、液体を通じて電
極５３．５４間が短絡するのを防止するのを防止する発
熱抵抗層５１の保護的機能を有している。

上部ＷＪ５２は、上記の様な機能を有するものであるが
、発熱抵抗層５１が耐液性であり、且つ液体を通じて電
極５３．５４間が電気的に短絡する必要が全くない場合
には、必ずしも設ける必要はなく、発熱抵抗層５１の表
面に直ちに液体が接触する構造の電気熱変換体として設
計しても良い。

下部層５０は、次に熱流凰制御機能を有する即ち、液滴
吐出の際には、発熱抵抗層５１で発生する熱が基板４３
側の方に伝導するよりも、熱作用部４７側の方に伝導す
る割合が出来る限り多くなり、液滴吐出後、つまり発熱
抵抗層５１への通電がＯＦＦされた後には、熱作用部４
７及び熱発生部４８にある熱が速やかに基板４３側に放
出されて、熱作用部４７にある液体及び発生した気泡が
急冷される為に設けられる。

一般に、目詰まりの起こる原因としては、長期間、印字
しないで放置させておくと大気中と接しているオリンイ
ス部のインクが乾燥して粘度が」二昇してしまうことが
挙げられる。

本発明は、オリフィス近傍のインク粘度が印字してない
ときに、上昇することを防ぐためにノズル先端をスリッ
ト状に形成することを特徴としている。このスリットに
より、ノズル先端部は常に薄い膜状のインクに覆われる
ことになり、乾燥によるインク粘度の上昇を防ぐことが
できる。以下。

本発明の実施例に基づいて説明する。

第１図は、本発明による液体噴射記録装置の一実例を説
明するためのもので、インク液滴吐出部の斜視図である
。図中、６１はノズル、６２は接着部、６３は本電極、
６４はヒーター、６５は保護層、６６は５ｉＯ−Ｊｔ’
Ｊ、６７はＳｉ基板、６８はインク室、６９はインク供
給口、７０はガラス天板、７１は流路の壁の端面、７２
はノズル基板端面である。

第２図は、記録ヘッドの製造工程を示す図で、図中、７
５は感光性ドライフィルム、７６はマスクである。

（ａ）ノズル基板上にヒーター６４．電極６３及び保護
層６５をフォトリソ技術、エツチング技術、スパッタリ
ング技術を利用して積／Ｃ！ＩＬ、ヒーターボードを形
成す。

（ｂ）ヒーターボード上に感光性ドライフィルム７５を
ラミネートし、所望の流路及びインク液室が得られるよ
うにパターニングされたマスク７Ｇを重ね、この上から
露光する。

（ｃ）感光性ドライフィルム７５は、露光された部分が
光重合反応を起こし硬化される。したがって、露光後に
現像を行なうと、露光されなかった部分は溶解除去され
、流路の壁を形成することができる。このとき、第３図
の斜線部に示したように、インク液滴吐出部の先端を形
成する流路の壁の端面７１はノズル基板端面より数μｍ
〜数百μｍ手前で終っている。この際、インク液滴吐出
面に対してその側面を形成する感光性ドライフィルム７
５は、斜線部のように流路を形成する壁の端面７１が、
必ずしもノズル基板端面７２まできている必要はなく、
他の流路をつくる感光性ドライフィルムと同様にノズル
基板端面７２の手前で終っていてもよい。

（ｄ）次にガラス天板７０と接着Ｊ（グ６２を介して接
合する。このガラス天板７０には、インク室に対応する
部分に堀込みがなされ、インク室６８へインクを供給す
るための供給口６９の加工がなされている。

第４図は、第３図においてＡ−Ａで切ったときの断面図
で、図中、７３はメニスカス部分、７４はインクである
。メニスカス部分７３は、インク７４の表面張力と外圧
とで平衡状態にあり、ヒーター６４に熱エネルギーが発
生すると第７図と同様な原理でインク液滴を吐出させる
ことができる。

また、第５図に示すように、インク室６８及び流路の壁
７１を形成する際は、上記のようにノズル基板側に感光
性ドライフィルム７５をラミネートするのではなく、ガ
ラス天板７０側にラミネートシ、第２図に示した同様な
工程を経てつくることもできる。

あるいは、第６図に示すように、ガラス天板７０を直接
エツチングすることで所望のインク室６８及び流路を形
成することもできる。

ガラス天板７０に感光性ガラスを用いる場合は、感光性
ガラスを所望のインク室６８の流路のパターンに露光す
ると、感光部分だけが乳白化される。

この乳白ガラスの部分を薄い弗酸によってエツチングす
ればよい。

尚、天板７０は、上記ガラスに限らずセラミック、樹脂
、あるいは金属でもかまわないが、ヒーターボードとの
接合のため、天板に接着性あるものが積層されているか
、又は天板そのものに接着性があるものが望ましい。

紘−一來 以上の説明から明らかなように、本発明によると、非常
に構造が簡単なので工程数が少なく、安価にして吐出イ
ンク液滴の安定性を欠くことなく。

ノズル部の目詰まりを防止させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による液体噴射記録装置の一実施例を
説明するためのもので、インク液滴吐出部の斜視図、第
２図（ａ）〜（ｄ）は、記録ヘッドの製造工程を示す図
、第３図は、流路の壁を説明するための図、第４図は、
第３図のＡ−Ａ断面図、第５図は流路の壁を形成する他
の実施例を示す図、第６図は、流路の壁を形成する他の
実施例を示す図、第７図は、記録ヘッドのバブルジェッ
トインク吐出と気泡発生・消滅の原理図、第８図は、記
録ヘッドの斜視図、第９図は、記録ヘッドの分解構成図
で、（ａ）は蓋基板、（ｂ）は発熱体基板を示す図、第
１０図は記録ヘッドの蓋基板の裏面図、第１１図は記録
ヘッドの部分図で、（ａ）はヘッドのオリフィス側より
見た正面部分図、（ｂ）は（ａ）のｘ−Ｘ線切断部分図
である。 ６１・・・ノズル、６２・・・接着層、６３・・・電極
、６４・・ヒーター、６５・・・保護層、６６・・・Ｓ
ｉ○２／ｌ’ｌ、６７・・・Ｓｉ基板、６８インク室、
６９・・・インク供給口、７０・・・ガラス天板、７１
・・・流路の壁の端面。 ７２・・・ノズル基板端面、７３・・・メニスカス部分
、７４・・・インク、７５・・・ドライフィルム、７６
・・・マスク。 第１図 第３図 第４図 第２図 （Ｃ） （ｄ） （ｄン 第 図 ○＃＝： 第 図 ＩＱ） 第 図 （ｂ） 第 区

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、導入される記録液体を収容するとともに、熱によっ
   て該記録液体に気泡を発生させ、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
   によって流滴として吐出させるためのオリフィスと、前
   記流路に連絡して前記流路に前記記録液体を導入するた
   めの液室と、該液室に記録液体を導入する導入手段とよ
   りなる液体噴射記録装置において、前記流路を形成する
   壁がノズル基板端面の手前までで終わり、オリフィス先
   端において、天板とノズル基板がスリット状に形成され
   ていることを特徴とする液体噴射記録装置。