JPH0410940A - 液体噴射方法および該方法を用いた記録装置 - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は熱エネルギーを利用して吐出された液体を被記
録媒体に付着させて記録を行なう液体噴射記録に好適に
用いられ得る液体噴射方法及び該方法を用いた記録装置
に関する。

〈従来の技術〉 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媒体上に付着さ
せて画像形成を行なう液体噴射記録法は、高解像、高速
印字が可能で記録品位も高く、低騒音であり、しかもカ
ラー画像記録が容易に行なえ、普通紙等にも記録ができ
、更に記録ヘッドや装置全体の小型化が容易であるとい
った優れた特長を有している。

熱エネルギーを用いて記録液を吐出する記録方法として
は既に多くの方法やそれを利用した装置が知られている
。

その中でも、例えば、特開昭５４−１６１９３５号公報
、特開昭６１−１８５４５５号公報、特開昭６１−２４
９７６８号公報には、記録液（インク）に熱を加えるこ
とで記録液をガス化させ、あるいは記録液中にバブルを
発生させ、そのガスまたはバブルを形成していたガスを
記録液とともに噴出して記録を行なう方法が記載されて
いる。

すなわち、特開昭５４−１６１９３５には、発熱体によ
って液室内のインクをガス化させ、該ガスをインク滴と
共にインク吐出口より吐出させることが示されている。

また、特開昭６１−１８５４５５には、小開口を有する
板状部材と発熱体ヘッドとの微少間隙部に満たされた液
状インクを該発熱体ヘッドによって加熱し、発生したバ
ブルによって小開口からインク滴を飛翔させると共に、
該バブルを形成していたガスをも該小開口より噴出させ
て記録紙上に画像を形成することが示されている。

更に、特開昭６１−２４９７６８には、液状インクに熱
エネルギーを作用させてバブルを形成し、バブルの膨張
力に基づいてインク小滴を形成飛翔させると同時に該バ
ブルを形成していたガスをも大開口より大気中に噴出さ
せ画像を形成することが記載されている。

また、上記各公報によれば、ガスを記録液とともに噴出
させる事によってオリフィスや開口の目詰まりをな（す
ことができるとしている。

又、特開昭６１−１９７２４６には、熱エネルギーを用
いた記録装置として、記録媒体に設けられた複数の孔に
供給されるインクを発熱素子を有する記録ヘッドで加熱
して、インク滴を被記録材に飛翔させる記録装置が示さ
れている。しかしながら、該記録装置においては、発熱
素子と記録媒体とを完全に密着させることは難しく、熱
効率が思ったよりよくならない場合がある。従って、高
速記録に十分対応できない場合があった。又、発生した
気泡の圧力を用いてインクを飛翔させることは記載され
るものの、その具体的な原理等については示されていな
いため、このような問題を解決する指針さえ示されてい
ない。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら、上記特開昭５４−１６１９３５号、特開
昭６１−１８５４５５、特開昭６１−２４９７６８には
、気泡（バブル）を形成しているガスをインク滴の飛翔
と共に大気中に填圧させてしまうために、ガス化したイ
ンクが、記録液のスプラッシュやミストなどを生じさせ
、その結果記録紙の地汚れを生じさせたり、装置内の汚
れの原因となるなどの不具合が発生する場合があった。

また、該特開昭６１−１９７２４６に記載される記録装
置においては、発熱素子と記録媒体とを完全に密着させ
ることは難しく、熱効率が思ったよりよ（ならない場合
がある。従って、高速記録に十分対応できない場合があ
った。又、発生した気泡の圧力を用いてインクを飛翔さ
せることは記載されるものの、その具体的な原理等につ
いては示されていないため、良好なインク吐出を行うた
めの具体的方針さえ得ることは出来なかった。

く目的〉 本発明は、−上記したような問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的とするところは、吐出する液滴の体積や
速度を安定化し、さらに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な液体噴射方法を提案することに
ある。

〈問題点を解決するための手段〉 上記目的を達成する本発明の液体噴射方法は。

液体を加熱することによって気泡を生じせしめ。

該気泡により前記液体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。

上記目的を達成する本発明の記録装置は、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、前言己気泡の内圧が外
−気圧以下の条件で前言己気泡を外気と連通ずるように
前記吐出ニネルギ−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。

〈実施例〉 以下、図面を参照しながら本発明の詳細な説明する。

第１図（ａ）乃至第１図（ｅ）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。

第１図（ａ）乃至第１図（ｅ）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。

第１図（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（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
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（第１図（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が連通ず
る（第１図（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。

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へ向かって飛翔する（第１図（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（第１図（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。

さて、第１図（Ｃ）ではバブール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、バブルの内圧が外気圧と等
しいかより低い条件でバブルを外気と連通させる必要が
ある。

従って、上記条件を満足させるためには、第２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第２図（ｂ）に示される
ようになる。すなわち、第２図（ｂ）においてｔ＝ｔｂ
　　（ｔｌ≦ｔｂ）の時刻でバブルを外気と連通させれ
ばよい。

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
高が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
が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。

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（、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
カがゎずが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。

本発明に用いる記録ヘツードはヒータ２の位置を吐出口
５の方向に近づけた位置に設けである。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。した
がって、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太きさ（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。

本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事ができる。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。

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くＷ）とすることが好ましい
。

また、バブルが外気と連通しない場合に達するであろう
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
外気と連通ずる様にすることは好ましいものである。

なお、本発明の条件に加えて、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β、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Ｃゎとがｆｆ、
　／ｆｆＩ、≧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。

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。

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
。

（バブルの体積から決定する方法） インクが発泡を開始してからバブルが外気と連通ずるま
での時間におけるバブルの体積■を測定し、■の二次微
分ｄ”　Ｖ／ｄｔ”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、ｄ
”　Ｖ／ｄｔ”　＞０であればバブルの内圧は外圧より
も高く、ｄ２Ｖ／ｄ　ｔ”≦Ｏであればバブルの内圧は
外圧以下である。第２図（ｃ）で説明すると、発泡開始
ｔ＝ｔｏよりｔ＝　ｔ　＋　まではバブルの内圧は外気
圧よりも高＜　ｄ”　Ｖ／ｄｔ２＞Ｏとなり、１　＝　
１　＋　よりバブルが外気と連通ずるまでの時間１＝１
１まではバブルの内圧は外気圧以下であり、ｄ”　Ｖ／
ｄｔ２≦Ｏとなる。以上のように■の二次微分ｄ”　Ｖ
／ｄｔ”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。

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。

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（−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。。

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。

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地の部材に置き換
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。

（吐出されるインクの体積から決定する方法）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■６を測定し、
■、の二次微分ｄ”　Ｖ。

／ｄ　ｔ”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、ｄ２Ｖａ　／ｄ
ｔ”　＞Ｏであればバブルの内圧は外気圧よりも高く、
ａ　ｔｖ　ａ　／　ｄｔ　”≦０であればバブルの内圧
が外気圧以下である。第２図（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■。の−次微分ｄＶ、／ｄ
ｔの時間変化を示したものであるが、発泡開始ｔ　＝ｔ
　ｏよりバブルが外気と連通ずるまでの時間１＝１．ま
では、バブルの内圧は外気圧よりも高（、ｄ”　Ｖｄ　
／ｄｔ”　＞Ｏとなる。一方、第２図（ｅ）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■、の一次微分ｄ　Ｖ　、／　ｄ　ｔの時間変化を
示したものである。同図より、発泡開始ｔ　＝ｔ　ｏよ
り１＝１＋まではバブルの内圧は外気圧よりも高＜　ｄ
”　Ｖａ　／ｄ、ｔ”　＞ｏであるが、ｔ　”　ｔ　＋
よりｔ＝ｔＩｌまではバブルの内圧は外気圧以下であり
ｄ’　Ｖａ　／ｄｔ”≦０となる。

以上のようにＶ、の二次微分ｄ”　Ｖ、、／ｄｔ”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。

吐出口より外側に存在するインクの体積Ｖｄ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β１を用いて度ルス光で
吐出口から飛び出している液滴を照明ｔながら顕微鏡３
２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イレイ時間
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。この一方向の測定から
でも液滴体積を概算することができるが、さらに正確に
求めるために次のような方法で測定することが望ましい
。

第３図に示すように液滴の吐出方向をＸとし、以上述べ
たようにパルス光で照明しながらＸ軸と直交し互、いに
直交する２方向ｙ１ｚ方向から同時に吐出する液滴の投
影形状を顕微鏡で測定する。

このとき顕微鏡での測定方向ｙまたはＺは吐出口の並び
方向に平行な方向が望ましい。このように測定した２方
向からの一画像について、第４図（ａ）および第４図（
ｂ）に示すようにＸ座標値に対する液滴部分の幅ａ　（
ｘ）　、　ｂ　（ｘ）を測定する。これらの値から次式
に従って計算することによって所定時間後の液滴の体積
Ｖｄを求めることができるのである。なお、この式はｙ
−ｚ断面を楕円で近似したもので、液滴や以下に述べる
バブル体積計算には十分な精度で求めることができる。

■、＝（π／　４　）　　Ｓ　ａ（ｘ）−ｂ（ｘ）ｄｘ
さらにこのパルス光の点灯デイレイ時間をＯから順に変
えていくことによって、駆動パルス印加後のＶｄの変化
を求めることができる。

液路内のバブル体積の測定も上記した方法を応用して行
うことができる。

上記したように、液路内のバブルが観察できる状態にし
た後に、上記の液滴体積測定法と同様に２方向からその
投影形状をパルス光で照明しながら測定し、上記計算式
を適用しその体積を求めることができる。

液滴やバブルの挙動はともに約０．１μｓｅｃ程度の時
間分解能が必要なため、パルス光源としては赤外ＬＥＤ
を用い、そのパルス幅は５０ｎｓｅｃのものを用い、顕
微鏡に赤外線カメラを接続し画像を盪影し、その画像か
ら上記ａ　（ｘ）　、　ｂ　（ｘ）を求め、上記計算式
を適用し測定すればよい。

上記以外にも気流からバブルの内圧と外気圧との大小関
係を知ることも出来る。

（気流（気体の動き）から決定する方法）バブルの連通
の瞬間のバブル内外の圧力差によって生じる気流（気体
の動き）を検知する方法について説明する。

バブルの内圧と外気圧との大小関係を気流から知るため
には、吐出口近傍に微細なタフトを設け、気流の変化に
よって引き起こされる該タフトの動きを顕微鏡で観察す
る方法や、気流によって生じる吐出口付近の空気の密度
の変化を、シュリーレン法、マツハ・ツエンダ干渉法、
ホログラム法などの光学的手法等によって検出する方法
を用いることができる。

これらの方法によって、バブルが外気に連通ずる瞬間に
液路側ｔ）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で連通したことを示
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。

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。

第５図（ａ）および第５図（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、
第５図（ｂ）は、第５図（ａ）に示される天板を設けて
いない状態である。

第５図（ａ）および第５図（ｂ）に示される記録ヘッド
の構成を簡単に説明する。

第５図（ａ）および第５図（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が連通ずる共通液室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。

また、基朱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。

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。

第６図（ａ）および第６図（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
記録ヘッドと第５図に示されろ記録ヘッドの違いは、第
５図に示されるものが、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、第６図に示されるものは供給され
たイン−り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一吐出口が形成されている。）。

なお、第６図（ａ）および第６図（ｂ）において、第５
図（ａ）および第５図（ｂ）に示した番号と同じものは
同じものを指している。

第６図（ａ）および第６図（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。

以下、具体的な実施例によって本発明を説明する。

［実施例１］ 本実施例においては第５図に示される記録ヘッドを用い
た。本実施例では、ガラスを用いて天板６とした。また
、用いられた記録ヘッドの液路１２及びヒータ２の寸法
はそれぞれ液路１２の高さが２０　ｕ　ｍ　＋幅−が５
８μｍ、ヒータのサイズが幅２８μｍ×長さ１８μｍと
し、また、ヒータの設けられる位置はヒーター２の最も
吐出口側の端から吐出口までの長さを２０μｍとした。

液路１２は、１インチ当たり３６０本の密度で４８本配
置した。

この記録ヘッドに、 Ｃ，１，フードブラック２　　３．０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のテフロン製フィ
ルタで濾過して得た粘度２．０ｃｐｓ　（２０℃）のイ
ンクをインク供給口１１より液室１０に供給し吐出を試
みた。

記録ヘッドのヒータ２の駆動に際して、パルス状の電気
信号をヒーター２に印加し印加した。また、印加したパ
ルス波の電圧は９．ＯＶ、パルス幅は５．０μｓｅｃと
され、これを周波数２ｋＨｚでヒーター２に印加した。

まず、吐出口５のうち、連続する１にの吐出口５からイ
ンクを吐出させた状況をストロボ顕微鏡を用い観察した
ところ、発泡開始より約２μＳｅｃ後に加熱によって生
起したバブルが外気と連通している様子が確認された。

また、吐出口から吐出されたインクの体積■６と、イン
クの体積■、の一次微分ｄＶ、／ｄｔは、第６図に示さ
れるような時間変化を示していおり、発泡開始より０．
５μｓｅｃ後から約２μｓｅｃ後にバブルが外気と連通
−するまでの間のバブルの体積の二次微分ｄ”　Ｖ、＋
　／ｄｔ”は負であり、バブル内圧は外気圧よりも低い
ことが確認された。

別に、バブルの体積Ｖからバブルの内圧と外気圧との大
小関係を見たところ、この場合もｄ”Ｖ／ｄｔ”≦０の
関係を満たしており、バブル内圧が外気圧以下であるこ
とが確認された。

尚、このときの飛翔液滴の体積は、各吐出口５から吐出
された飛翔液滴の体積とも１４±１ｐβの範囲に収まっ
た。さらに飛翔する液滴のスピードは約１４　ｍ／ｓｅ
ｃで揃っており、飛翔速度とともに優れた記録を行うに
充分なものであった。

そこで次に１画素毎の市松模様が形成されるように電気
信号を前配置６個のヒータ２・に与えてインクを吐出−
１記録紙に付着させたところ、記録紙上には印字ムラの
ない所望の市松模様のパターンが作画された。この画像
を拡大して観察したところ余分なインクの飛散や地汚れ
のない鮮明な画像であった。

［実施例２］ 次に、第６図に示す記録ヘッドを用いて画像形成を行な
った。なお、本実施例では、オリフィスプレート１４と
して透明ガラスを用いた。

本実施例において、吐出口５は、オリフィスプレートの
表面側において、直径が３６μｍの円とされ、ヒータ面
から吐出口までの長さを２０ＬＬｍヒータのサイズを２
４μｍ×２４μｍ、１インチ当たりの吐出口の数を３６
０個になる密度で吐出口を４８個配置した。

この記録ヘッドに実施例１と詞じインクを供給し吐出を
試みた。

記録ヘッドのヒータ１２の加熱条件は、７．ＯＶ、４．
．５μｓｅｃとし、これを２ＫＨｚで駆動した。

まず−、吐出口５のうち、連続する１６個の吐出口５か
らインクを吐出させた状況をストロボ顕微鏡を用い観察
したところ、発泡開始より約２．　１μｓｅＣ後に加熱
によって生起したバブルが外気と連通している様子が確
認された。

また、発泡開始後よりバブルが外気と連通ずるまでのバ
ブルの体積Ｖとバブルの体積■の一次微分ｄＶ／ｄｔは
第６図に示されるような時間変化を示していおり、発泡
開始より０．５μＳｅＣ後から約２．１μｓｅｅ後にバ
ブルが外気と連通ずるまでの間のバブルの体積の二次微
分ｄ”　Ｖ／ｄｔｔは負であり、バブル内圧は外気圧よ
りも低いことが確認された。

また、このときの飛翔液滴の体積を測定したところ、各
ノズルとも１８±ｌｐｌの範囲に収まった。さらに液滴
のスピードは約１０　ｍ／ｓｅｃであった。

そこで実施例１と同様に、１画素毎の市松模様が形成さ
れるように電気信号を前記１６個のヒータ２に与えてイ
ンクな吐出、記録紙に付着させたところ、記録紙上には
印字ムラのない所望の市松模様のパターンが作画された
。この画像を拡大して観察したところ余分なインクの飛
散や地汚れのない鮮明な画像であった。

［実施例３］ 実施例１で用いた記録ヘッドを用いて、Ｃ，１，ダイレ
クトブラック１５４３．５重量％グリセリン　　　　　
　　、　　５，０重量％ジエチレングリコール　　　２
５．０重量％ポリエチレングリコール　　２８，０重量
％（平均分子量　３００） イオン交換水　　　　　　　３８．５重量％よりなる各
配合成分を容器中で攪拌し、均一に混合溶解させた後、
孔径０５４５μｍのテフロン製フィルタで濾過して得た
粘度１０．５ｃｐｓ　（２０℃）のインクを用いた以外
は実施例１と同様にしてバブル内圧と外気圧との大小関
係を測定し、インクの吐出を行った。その結果、本実施
例においてもバブル内圧がバブルの外気への連通時にお
いて外気圧よりも低い状態でバブルと外気とが連通ずる
ことがわかった。なお、インクの吐出速度は実施例１の
ときよりは低下し、７　ｍ１ｓｅｃであったが吐出その
ものは極めて安定したものであった。

［実施例４〜１２］ 実施例２で用いた記録ヘッドと同様に液路が曲折された
記録ヘッドを用い、実施例２と同様なインクを供給して
記録を行なった。

各記録ヘッドの概略と吐出結果を第１表に示す。又、各
記録ヘッドの概略図を第　図〜第　図に示す。

第１表かられかるように、いずれの場合も吐出される液
体の体積並びに液滴の吐出速度は極めて安定したもので
あって、また、記録も極めて優れたものであった。

［実施例１３〜１５］ 実施例１で用いた記録ヘッドと同様に液路が曲折してい
ない記録ヘッドを用い、実施例１と同様なインクを供給
して記録を行なった。

各記録ヘッドの概略と吐出結果を第２表に示す。又、各
記録ヘッドの概略図を第　図〜第　図に示す。

第２表かられかるように、いずれの場合も吐出される液
体の体積並びに液滴の吐出速度は極めて安定したもので
あって、また、記録も極めて優れたものであった。

［比較例１］ 第５図の記録ヘッドに対してヒータ２の吐出口側端面を
吐出口５から３μｍの位置に配置して、バブル内圧が外
気圧よりも高い状態でバブルが外気と連通ずるようにし
た記録ヘッドを作製して記録状態を評価した。

この記録ヘッドに、前記実施例１．２で用いたインクを
それぞれ別に供給し実施例１．２と同様に市松模様の記
録を行えるような駆動を試みたところ、吐出自体は行う
ことができたが、連続した安定的な吐出は行われなかっ
た。また記録紙上に記録された画像を観察したところ細
かな地汚れの多い画像となっていたのでこの現象をさら
に詳しく分析した。

まず、実施例１と同様にヒータ２の加熱によりバブルが
形成され、液滴が吐出口５より吐出するまでの過程をス
トロボ顕微鏡を用いて観察したところ、パルスを印加し
てから数パルス目までは形成されたバブルにより液滴が
吐出していた。しかしながらこの液滴も実施例１のよう
な液滴ではなく第２０図（ａ）に示すような多数の微小
液滴２１の集まりであった・ 数パルス目以降は吐出口５の付近に十分な運動量が与え
られずに残留しているインクが吐出口５を塞いでしまう
。このときノズル内は一旦外気と連通しているため第２
０図（ｂ）に示すように空気２２が泡となってノズル内
に取り込まれ消えずに残っていた。この状態で液滴は吐
出しなかった。

また、バブルが形成されてから外気と連通するまでにお
けるバブルの体積Ｖと、バブルの体積Ｖの一次微分ｄ、
Ｖ／ｄｔは第２１図のような時間変化を示しており、発
泡開始より約２．１μｓｅｃ後のバブルの連通までの体
積■の二次微分ｄ２Ｖ／ｄｔ”は正となり、バブルの内
圧は外気圧よりも高いことが確認された。

［比較例２］ 前記実施例１で用いた記録ヘッド（第５図）とインクを
用いて、６．ＯＶ、５００μｓｅｃのパルスを印加して
２０Ｈｚで駆動し吐出を試みたところ、連続して液滴が
吐出しているのが観察された。

しかしながら、記録紙上の画像を観察したところ、地汚
れの多い画像であった。この現象をさらに詳しく分析し
た。

実施例１と同様にヒータ２の加熱によりバブルが形成さ
れ、液滴が吐出口５より吐出するまでの過程をストロボ
顕微鏡を用いて観察したところ、多数の泡が液路１２内
で発生しているのが観察され、さらに主たる液滴の吐出
に伴って微小液滴がミスト状に噴出するのが観察された
。

また、駆動周波数を１　ｋＨｚに上げたところ、すぐに
吐出しなくなった。

〈発明の効果〉 以上説明したように本発明の液体噴射方法によれば、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画像を得ること
ができる。

また、バ六ルな外気と連通させるときのバブル内圧が外
気圧よりも低い状態で行なうため、バブル内のガスが噴
出することを防ぎ、その結果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。

さらに、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。モして液滴の吐出速度も向上する
ため液滴の吐出方向が安定し、さら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
。

また、生起したバブルの消泡過程がないため、消泡によ
るヒータ破壊現象が解消され、記録ヘッドの寿命が向上
する。

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
形成出来るので有効である。

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。

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。

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、配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。

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（
とも一つを備えた装置にも本発明は極めて有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）及び第１図（ｂ）は本発明の吐出状態を説
明するだめのの模式的断面図、第２図（ａ）乃至第２図
（ｅ）はバブルの内圧と体積の時間変化を説明する図、
第３図は液滴体積の測定方法を説明するための概略図、
第４図（ａ）及び第４図（ｂ）は夫々吐出される液体を
上方及び側方より見た模式的説明図、第５図は本発明の
一実施例で用いた記録ヘッドを説明−する図、第６図は
本発明の別の実施例で用いた記録ヘッドを説明する図、
第７図はバブルの体積の時間変化を説明するための図、
第８図（ａ）及び第１７図（ａ）は本発明実施例の記録
ヘッドを説明するための模式的斜視図、第８図（ｂ）乃
至第１６図及び第１７図（ｂ）乃至第１９図は本発明実
施例の記録ヘッドを説明するための模式図、第２０図（
ａ）及び第２０図（ｂ）は比較例を説明するための模式
的断面図、第２１図は比較例におけるバブルの体積の時
間変化を説明するための図である。 １１・・・インク供給口。 １２・・・液路 １・・・基板、　　　　　　２・・・ヒータ３・・・イ
ンク、　　　　　４・・・天板５・・・叱也口、　　　
　　７・・・液滴゛８・・・璧、　　　　　　　１０・
・・液室ＩＯ＋ 弔６閃 （α） （ｂ） Ｏ ！ （ｂ） ａ断面 ｂ断面 Ｚ ａ断面 ａ断面 す断面 す断面 ４．２ 第１３日 乙 ａ断面 す断面 ？ ａ断面 ｂ断面 手続補正書（方式） 平成　２年　８月８０日 ２゜ ３゜ 平成２年特許願第１１２８３２号 発明の名称 液体噴射方法および該方法を用いた記録装置補正をする
者 事件との関係　　　　　特許出願人 住所　東京都大田区下丸子３−３０−２名称　（１００
）　　キャノン株式会社代表者　山　路　敬　三 ４、代理人 居所　〒１４６東京都大田区下丸子３−３０−２キャノ
ン株式会社内（電話７５８−２１１１）平成 ２年 ７月３１日 ６、補正の対象 明　　細　　書 ７、補正の内容 （１）明細書第３７頁第１８行目の［第１図（ａ）及び
第１図（ｂ）」を「第１図（ａ）乃至第１図（ｅ）」と
補正する。 （２）明細書第３８頁第２行目〜第３行目の「第４図（
ａ）及び第４図（ｂ）」を「第４図（ａ）乃至第４図（
Ｃ）」と補正する。 （以　上）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （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. （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。