JPS6317622B2

JPS6317622B2 -

Info

Publication number: JPS6317622B2
Application number: JP15551778A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Takatori; Koji Sato; Toshitami Hara; Yoshiaki Shirato
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1978-12-14
Filing date: 1978-12-14
Publication date: 1988-04-14
Also published as: JPS5581172A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は液体噴射記録装置に関し、特には記録
用液体を液滴状として被記録体迄飛翔させてそれ
に記録する液体噴射記録装置に関する。

ノンインパクト記録法は、記録時に於ける騒音
の発生が無視し得る程度に極めて小さいという点
に於いて、最近関心を集めている。その中でも特
に高速記録が可能であり、しかも、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
クジエツト記録法は、極めて有力な記録法である
と認められている。このインクジエツト記録法に
就いては、これ迄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。

インクジエツト記録法は、要するに、インクと
称される記録用液体の液滴（droplet）を飛翔さ
せ、それを被記録部材に付着させて記録を行うも
のである。そして、この記録用液体の液滴の発生
法及び生じた記録用液滴の飛翔方向を制御する為
の制御方法等に基づき、このインクジエツト記録
法は、幾つかの方式に大別される。

ここに、それ等の代表例を示せば、次のとおり
である。

その１つは、たとえば、USP3060429に開示さ
れる。いわゆる（Teletype方式）であり、これ
は、液流の発生を静電吸引的に行い、必要に応じ
て発生した液流をそのまま記録部材上に付着させ
るか又はその飛翔方向を電界制御し、記録部材上
に液滴を付着させて記録を行う方式である。

第２の方式は、例えばUSP3596275（Sweet方
式）、USP3298030（Lewis and Brown方式）等
に開示されている方式であつて、連続振動発生法
によつて帯電量の制御された液滴流を発生させ、
この発生された帯電量の制御された液滴流を、一
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。

第３の方式は、例えば、USP3416153に開示さ
れる。いわゆる、（Hertz方式）であつて、ノズ
ルとリング状の帯電電極間に電界を掛け、連続振
動発生法によつて、液滴を発生霧化させて記録す
る方式である。なお、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
することによつて液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USP3747120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。つまり、
（Stemme方式）は、記録のための液体を吐出す
るオリフイスを有する記録ヘツドに付設されてい
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、該機械的振動に従つて必要時毎に
前記オリフイスより液液を吐出飛翔させて被記録
部材に付着させることで記録を行うものである。

又別に、これ等、第１乃至第４の方式とは原
理・理想を異にする新規記録方式が、本件出願人
の先願（つまり、特開昭54−59936号）に於て提
案されている。この新規方式は、要するに、液室
中に導入された記録用液体に対して、情報信号と
して熱的パルスを与え、前記液体が状態変化をお
こすことによつて生じる作用力に従つて、先の液
室に付設したオリフイスより、前記液体を小液滴
として吐出・飛翔せしめ、これを被記録部材に付
着させて記録を行う方式である。

ところで、この方式には、使用する装置構成が
先に説明した第１乃至第４の方式に於けるそれに
較べて簡略化され得ると言う長所がある反面、小
液滴吐出の際の熱作用により、インクの付着が見
られる不安定吐出になると言う不利も認められ
た。そこで、本発明に於ては、上記、特開昭54−
59936号の発明において生ずる場合のあつた問題
点を解消した液体噴射記録装置を提供することを
目的とする。

つまり、本発明は、周波数応答が安定してお
り、高速記録に適合し、しかも、サテライト・ド
ツトの発生、或はカブリ等のない鮮明、良質の記
録画像を与える液体噴射記録方法及びそれに使用
する装置を提供することを主たる目的とする。

又、本発明は、構造的に簡略であると共に、記
録用ヘツドに於けるマルチオリフイス化を容易に
なし得る液体噴射記録装置を提供することを他の
目的とする。

上記の目的を達成した本発明は、要するに、記
録用液体を吐出するための吐出用オリフイス、該
吐出用オリフイスから前記記録用液体を吐出する
為の作用力を与えるための作用室、細孔と栓とを
有し前記作用室とは異なる液体で満たされる副
室、該副室内に満たされる前記異なる液体に熱を
与えるための電気・熱変換体を具備してあること
を特徴とする液体噴射記録装置である。

以下、図示例に従つて、本発明を詳説する。

第１図は、先に例示した本発明に先行する。特
開昭54−59936号の発明を説明する略画斜視図で
ある。この図示例に於て、導入管１より液室２内
に導入された記録用液体３は、前記液室２に付設
された発熱体４の通電発熱に応じて瞬時に状態変
化をおこす。

なお、前記発熱体４は、これに接続した電極５
_１，５₂を介した通電によつて、熱的パルスを発生
するものである。

状態変化によつて、前記液体３には、作用力が
加わり、その結果、液体３がオリフイス６より小
液滴７として吐出・飛翔し、被記録部材１０上に
付着することによつて記録が為される。

発熱体４は基板８上に設けられており記録入力
に従つて電源９の電圧が印加され、入力信号に従
つた発熱体４の発熱がなされ、入力信号に従つた
記録が被記録部材１０上に飛来付着した小液滴７
によつて形成される。しかし、ここに於ける問題
点は、発熱体のパルス状の温度上昇によつて液滴
吐出の原動力である液体３の状態変化がおこると
同時に信号入力部周辺の記録用液体３も加熱され
るため、液体３中に溶存していた酸素等の気体が
液体３より分離して気泡を形成することにより生
じる。つまり、この気泡は液体３の蒸気ではない
ので温度が下降しても急激には消滅しない。

従つて、この気泡は、信号が入力された（熱パ
ルスが印加された）後、長く液室２内に残存する
傾向があり、これが、再度、生じるべき液体３の
急激な状態変化に因る作用力（衝撃波）を吸収
し、打消してしまう。この様な理由で、第１図示
例に於ては、液滴吐出のいわゆる情報信号入力に
対する応答性（周波数応答性とも言う）が良好で
ない場合もある。本発明は、正しく、斯かる不都
合を解消するものであつて、その記録原理を第２
図によつて説明することができる。

第２図示例に於て、液室（……本発明で謂う、
「作用室」と同義である）１１内には、不図示の
ポンプ等任意の加圧手段によつて、それだけでは
オリフイス１２より吐出されない程度の圧力Ｐが
加えられている記録用液体１３が導入・供給され
ている。そして、作用室１１には、図示△ｌと△
ｍとで区切られた副室１５を付設してある。但
し、この副室１５は、本発明に於て必須の構成要
素ではなく、特に、設けない場合もある。ただ、
この副室１５を設けておくと、後に説明される
熱・圧力変換体を作用室１１内に配設することが
容易であると言う利点はある。

本図示例に於て、副室１５内には、必要により
設けられる隔膜１６によつて、液体１３から隔絶
された熱・圧力変換体１７が収納される。

更に、前記熱・圧力変換体１７には、これに接
触、又は近接する位置に別途、電気・熱変換体
（不図示）が付設してあり、電気・熱変換体に於
ては、そこに入力された電気的信号が熱的信号と
して出力される。ここに発生した信号としての熱
エネルギーは、前記変換体１７に伝達され、そこ
で、該変換体１７に急激な状態変化（主として、
液体の蒸気化）をもたらす。この状態変化に基づ
く作用力が直接、或は前記隔膜１６を介して記録
用液体１３に伝わり、主として、作用室１１内の
ノズル部ｌに存在する液体１３の一部又は全部が
オリフイス１２より吐出される。吐出した液滴１
８は紙等の被記録部材１４に向つて飛翔し、被記
録部材１４上に付着することによつて記録が行わ
れる。上述のとおり、本図示例では、原理上、
熱・圧力変換体の状態変化を記録の作用力として
利用し、記録用液体１３に状態変化が生じること
を要しないので、この液体１３の状態変化の残存
に基づく（先の第１図に於て説明した様な）問題
点を完全に解消することができる。

ところで、オリフイス１２より吐出されて飛翔
する液滴１８の大きさ（径）は、情報として電
気・熱変換体に入力される電気エネルギー量、そ
こで変換された熱エネルギーの熱・圧力変換体へ
の伝達効率、電気・熱変換体の変換効率、オリフ
イス１２の径、ノズル部の内径ｄ、オリフイス１
２の位置より副室１５までの距離、記録用液体１
３に加えられる圧力Ｐ、作用を受ける液体１３の
量、熱・圧力変換体量、該変換体１７の比熱、熱
伝導率、沸点、蒸発潜熱等に依存して決まる。

従つて、これ等の要素の何れか１つ又は、２つ
以上を変化させることにより、液滴１８の大きさ
は容易に制御することができ、任意のドロツプレ
ツト径、スポツト径を以て被記録部材１４上に記
録させることが可能である。

本発明に於て、殊に重要である構成要素として
は、前記、熱・圧力変換体１７を挙げることがで
きる。この熱・圧力変換体としては、それに入出
する熱的信号に従つて、蒸気化→凝縮の可逆的状
態変化を行う種々液体を用いることができる。具
体例を挙げれば、メタノール、エタノール、ｎ―
プロパノール、イソプロパノール、ｎ―ヘキサ
ン、ｎ―ヘプタン、ｎ―オクタン、トルエン、キ
シレン、二塩化メチレン、トリクレン、フレオン
TF、フレオンBF、エチルエーテル、ジオキサ
ン、シクロヘキサン、酢酸メチル、酢酸エチル、
アセトン、メチルエチルケトン、水等の単独或は
混合物である。中でも、それ自身の熱伝導率が小
さく、蒸気の熱伝導率が大きく、沸点が低く且つ
比熱が小さいものが使用に適する。

たとえば、フレオンBF、フレオンTF、ｎ―ヘ
キサン、ｎ―ヘプタン、トリクレン、シクロヘキ
サン、メタノール、エタノール、イソプロパノー
ル、酢酸エチルが実用上好適なものである。又、
斯かる熱・圧力変換体１７として用いる液体と記
録用液体１３とは装置内に設けた隔膜１６で隔絶
される。この隔膜１６としては、たとえば、ポリ
カーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、塩化ビニ
ル樹脂、ポリフツ化ビニル樹脂、テトラフルオル
エチレン樹脂、エチレン―酢ビ共重合樹脂、ポリ
ウレタン樹脂、シリコーンゴム、天然ゴム、
SBR、チオコールゴム、NBR、クロロプレンゴ
ム、ネオプレンゴム等を例とする樹脂或はゴム化
合物を利用することができる。中でも、できる限
り薄く成形可能で、可撓性に優れ、且つ耐溶剤剤
性の大なるものが望ましい。

因に、前記図示例に挙げた電気・熱変換体は、
従来、広く、感熱記録の分野に於て用いられる感
熱印字ヘツドであり、それらは、作成方法、発熱
抵抗体等により、厚膜ヘツド、薄膜ヘツド、半導
体ヘツドに分類されるが、本発明においてはそれ
らは全て使用可能である。但し特に高速高解像力
の記録を行うときは、薄膜ヘツドが今のところ望
ましい。

又、本発明に於て用いる記録用液体は、水、エ
タノール、トルエン等を例とする主溶媒に、エチ
レングリコール等を例とする湿潤剤、界面活性
剤、及び各種染料等を溶解或は分散させて作成さ
れる。なお、オリフイスを詰らさないために、作
成後フイルターで濾過したり、作用室中にフイル
タを設けたりする工夫は既存のインクジエツト記
録法と同様に有効なことである。

以上に説明した第２図示例に於ては、被記録部
材１４が図示矢印の方向に移動して記録が行われ
る様な態様のみを図示しているが、本発明では、
この態様にのみ限らない。即ち、被記録部材１４
がオリフイス１２と相対移動すれば良いので、こ
の被記録部材１４が図示矢印の逆方向に移動する
場合、図面を基準にしてその前後方向に移動する
場合、又は、被記録部材１４を固定しておいて、
オリフイス１２を任意方向に移動させる場合等
種々の変更が可能である。

ここで、本発明、液体噴射記録装置に於ける作
用室部分の構成に就いて更に詳述する。

以下、第２図を用いて説明した原理を適用した
本発明の液体噴射記録装置を図面を用いて説明す
る。

先ず、作用室空間を確保する目的で、ガラス、
石英、セラミツク、金属、プラスチツク等の基板
２１に長尺溝２２を切削して準備しておく（……
第４図）。この長尺溝２２の断面形状は、図示の
形状に限らず、その他、半円形等、任意形状を採
り得る。

次に、副室部を次の様にして作成する。即ち、
第４図ａに主要断面のみ示すが、先に示した基板
２１と同様の材質の基板２３の所定箇所を切削或
はエツチング等によつて、副室２４の容積分を穿
孔し、更に、熱・圧力変換体を後に副室２４内に
注入する為の細孔２５を穿孔しておく。因に、予
め副室２４の内部に、電気・熱変換体（たとえ
ば、薄膜ヘツド）を付設しておく場合には、次の
様な工程を付加する。

つまり、第４図ｂに主要断面のみを示す様に、
第４図ａに図示した加工品に対して、更に、蓄熱
層２６としてSiO₂を蒸着し、次に、発熱抵抗体
層２７としてTa₂Nを蒸着し、最後に電極２８と
してアルミニウムを蒸着する。尚、このアルミニ
ウム電極に就いては、図示２８₁を残し、他の副
室２４の内壁面部分２８₂は、エツチング等で除
去する。

その後、前述のとおり、付設された薄膜ヘツド
の全面にSiO₂から成る保護層２９を蒸着し、次
に、副室２４の図示、下部面に隔膜３０を貼付す
る。〔……第４図ｃ〕なお、隔膜３０としては、先の第２図示例に於
て示したものと同様の材料を適用することができ
る。

次いで、先の第３図示例の加工品の長尺溝２２
の一部に、第４図ｃ図示例の副室２４部がほぼ一
致する様にして、両加工品を接合する。又、この
接合の前後、どちらでも良いが、副室２４内部に
細孔２５より熱・圧力変換体３１を注入し、最後
に、細孔２５を栓３２を用いて封孔して本発明の
一具体例である記録用マルチアレイヘツドが完成
する。この主要断面は、第５図に図示してある。

この様にして得られたヘツドを用いて、先の第
２図示例のとおり操作すると、電気・熱変換体に
入力される信号に応じて、オリフイス２２′より、
記録用液滴の吐出が行われる。

なお、以上の第３図乃至第５図による図示例で
は、電気・熱変換体を副室内壁に付設する態様に
就いて説明したが、この態様に限るものではな
く、副室の外壁に前記変換体を付設した態様（不
図示）も勿論、本発明の範囲にある。

更に、第５図示のヘツドを第６図の様に変形す
ることもできる。即ち、熱・圧力変換体３１の作
用力の出力方向と同じ方向にオリフイス２２′を
設ける構成として良い。なお、第７図示例では、
第５図示例と同一の構成要素には、同一の符号を
付した。

又、図示しないが、長尺溝２２に対する副室２
４の配置態様も、図示例に限らず、たとえば、２
以上直列に設けるとか、溝２２の周囲の対称或は
非対称位置に２以上設置するとかの変形が可能で
ある。

以上に詳説した本発明によれば、情報信号の入
力に対する応答性が非常に良好である為に、高速
度で、しかも、良質の記録画を与える液体噴射記
録方法及びその実施装置を提供することができ
る。

又、本発明によれば、副室が細孔と栓とを有し
ているので、副室内を満たす記録用液体とは異な
る液体の注入が簡便で装置の作製が容易になる。

加えて、本発明によれば、副室内の液体の交換
も簡単に行なうことができるので使用する液体の
適用範囲を広げることができる。

更に本発明によれば、液体噴射記録装置のメン
テナンスも簡単に行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の先行技術の一つを説明する
為の略画斜視図、第２図は本発明の原理を説明す
るための略画断面図であり、第３図、第４図ａ、
第４図ｂ及び第４図ｃは、本発明に於て利用する
記録用ヘツドの作成工程説明図である。又、第５
図及び第６図は、夫々、本発明に於て利用する記
録用ヘツドの態様に就いて、その主要部のみを示
す略画断面図である。図に於いて、１１…作用室（液室）、１２，２
２′…オリフイス、１３…記録用液体、１４…被
記録部材、１５，２４…副室、１６，３０…隔
膜、１７，３１…熱圧力変換体、１８…液滴、２
１，２３…基板、２２…長尺溝、２５…細孔、２
７…発熱抵抗体層、２８…電極、ｌ，l′…ノズル
部である。

Claims

【特許請求の範囲】

１記録用液体を吐出するための吐出用オリフイ
ス、該吐出用オリフイスから前記記録用液体を吐
出する為の作用力を与えるための作用室、細孔と
栓とを有し前記作用室と隔膜で隔絶された前記記
録用液体とは異なる液体で満たされる副室、該副
室内に満たされる前記異なる液体に熱を与えるた
めの電気・熱変換体を具備してあることを特徴と
する液体噴射記録装置。