JPH0733091B2 - インクジェット記録方法及びそれを用いたインクジェットヘッド - Google Patents
インクジェット記録方法及びそれを用いたインクジェットヘッドInfo
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- JPH0733091B2 JPH0733091B2 JP2066407A JP6640790A JPH0733091B2 JP H0733091 B2 JPH0733091 B2 JP H0733091B2 JP 2066407 A JP2066407 A JP 2066407A JP 6640790 A JP6640790 A JP 6640790A JP H0733091 B2 JPH0733091 B2 JP H0733091B2
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- Japan
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- ink
- heating
- heating element
- heating means
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- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
- B41J2/14016—Structure of bubble jet print heads
- B41J2/14088—Structure of heating means
- B41J2/14112—Resistive element
- B41J2/1412—Shape
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
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- B41J2202/00—Embodiments of or processes related to ink-jet or thermal heads
- B41J2202/01—Embodiments of or processes related to ink-jet heads
- B41J2202/11—Embodiments of or processes related to ink-jet heads characterised by specific geometrical characteristics
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- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、インクを記録媒体に飛翔させて記録を行なう
インクジェット記録方法に関し、特に熱によりインク内
に蒸気泡群を形成し、この蒸気泡群の体積速度の変化を
用いてインクを噴射させるインクジェット記録方法に関
する。またそれを、用いたインクジェットヘッドに関す
る。
インクジェット記録方法に関し、特に熱によりインク内
に蒸気泡群を形成し、この蒸気泡群の体積速度の変化を
用いてインクを噴射させるインクジェット記録方法に関
する。またそれを、用いたインクジェットヘッドに関す
る。
（従来の技術） 従来インクを加熱してインクの状態を変化させその時発
生する圧力によってインク滴をノズルより噴射するイン
クジェット記録方法が知られている。
生する圧力によってインク滴をノズルより噴射するイン
クジェット記録方法が知られている。
例えば特公昭61−59914号公報にはシンプルな構造でマ
ルチオリフィス化を容易にし、高速記録が得られる液体
噴射記録法及びその装置が記載されている。
ルチオリフィス化を容易にし、高速記録が得られる液体
噴射記録法及びその装置が記載されている。
その装置断面図を第２図に示す。基板27上に蓄熱層22、
発熱抵抗体21が設けられ、発熱抵抗体21に通電するため
の電極23,24が接続されている。その上にインク28によ
る電極間のリークを防止し、電極23,24及び発熱抵抗体2
1の汚染を防止する保護層25を設けている。
発熱抵抗体21が設けられ、発熱抵抗体21に通電するため
の電極23,24が接続されている。その上にインク28によ
る電極間のリークを防止し、電極23,24及び発熱抵抗体2
1の汚染を防止する保護層25を設けている。
この方式は、インク28を吐出するための吐出口26に連通
する液路中の液体の一部を熱して膜沸騰を生起させるこ
とによりインク滴を飛翔させて、記録を行なうものであ
る。この膜沸騰は、第３図に示される沸騰曲線により説
明されている。この図は横軸に、発熱体表面の温度TRを
と液体の沸点Tbとの温度差ΔＴを、縦軸に発熱体から液
た伝達される熱エネルギーETをとったものである。この
沸騰曲線に於いてAB領域を越えると急激な沸騰が見ら
れ、核沸騰領域（BCDの領域）と膜沸騰領域（EFGの領
域）とが実現される。この従来例では、発熱体の表面温
度を高め、液体を膜沸騰を生じさせる温度（Ｅ点付近）
にすることによって膜沸騰を起こさせている（Ａ→Ｂ→
Ｃ→Ｄ→Ｅの過程）。膜沸騰が起こると発熱抵抗体表面
上には、膜状の気泡が形成され、この気泡の断熱作用の
ため液体への余分な加熱が生じない。よって余分に加熱
されていない気泡周囲の液体により、気泡は冷やされ、
急激に収縮する（自己収縮）。このような動作により熱
てき応答の即応性、確実性を高め、周波数特性を高めて
いる。
する液路中の液体の一部を熱して膜沸騰を生起させるこ
とによりインク滴を飛翔させて、記録を行なうものであ
る。この膜沸騰は、第３図に示される沸騰曲線により説
明されている。この図は横軸に、発熱体表面の温度TRを
と液体の沸点Tbとの温度差ΔＴを、縦軸に発熱体から液
た伝達される熱エネルギーETをとったものである。この
沸騰曲線に於いてAB領域を越えると急激な沸騰が見ら
れ、核沸騰領域（BCDの領域）と膜沸騰領域（EFGの領
域）とが実現される。この従来例では、発熱体の表面温
度を高め、液体を膜沸騰を生じさせる温度（Ｅ点付近）
にすることによって膜沸騰を起こさせている（Ａ→Ｂ→
Ｃ→Ｄ→Ｅの過程）。膜沸騰が起こると発熱抵抗体表面
上には、膜状の気泡が形成され、この気泡の断熱作用の
ため液体への余分な加熱が生じない。よって余分に加熱
されていない気泡周囲の液体により、気泡は冷やされ、
急激に収縮する（自己収縮）。このような動作により熱
てき応答の即応性、確実性を高め、周波数特性を高めて
いる。
第４図は第２図に示したサーマルインクジェットに用い
られている発熱体素子部の拡大断面図及び上面図であ
る。同図において発熱体の厚みに対して電極は10〜50倍
の厚さで形成する必要がある。更にその上に酸化防止膜
である保護層を電極と同程度以上の厚みで形成してい
る。このため発熱体、電気よく及び保護層の厚みの差、
線膨張係数の差が原因で、発熱体と電極の接点部29に応
力歪みによるクラックが生じる。
られている発熱体素子部の拡大断面図及び上面図であ
る。同図において発熱体の厚みに対して電極は10〜50倍
の厚さで形成する必要がある。更にその上に酸化防止膜
である保護層を電極と同程度以上の厚みで形成してい
る。このため発熱体、電気よく及び保護層の厚みの差、
線膨張係数の差が原因で、発熱体と電極の接点部29に応
力歪みによるクラックが生じる。
（発明が解決しようとする課題） このように、上記の記録方法は、優れた特徴を有するも
のであるが、膜沸騰を生起させるため、第３図Ａ→Ｂ→
Ｃ→Ｄ→Ｅの過程の加熱を行なうと、Ｅの転において膜
沸騰により加熱面と、液体が断たれ、同図Ｅに示される
ように熱伝達量ET（熱流束）が急激に低下し、加熱面の
温度が急激に上昇し、ドライアウト現象などにより加熱
手段をも劣化させるという問題が生じる。
のであるが、膜沸騰を生起させるため、第３図Ａ→Ｂ→
Ｃ→Ｄ→Ｅの過程の加熱を行なうと、Ｅの転において膜
沸騰により加熱面と、液体が断たれ、同図Ｅに示される
ように熱伝達量ET（熱流束）が急激に低下し、加熱面の
温度が急激に上昇し、ドライアウト現象などにより加熱
手段をも劣化させるという問題が生じる。
また同図Ｅ転に達するまでの液体加熱可能時間内に前記
加熱面近傍の液体（活性層）に注入できる熱エネルギー
の多さにより、より安定でかつ大きな前記蒸気泡の体積
速度（∝インク噴射エネルギー）が得られる訳である
が、前記膜沸騰の発生核は加熱面上の微小キャビティ内
の気泡等に起因する不均質発泡核である。（例えば特公
昭61−59913号公報で引用されている「伝熱概論」甲藤
好郎著、養賢堂版参照）前記均質発泡核に比べて該不均
質発泡核は、前記発熱体表面の加熱において、非常に早
期から発生し、かつ比較的緩満に成長しつづける。この
為前記加熱面から前記活性層への熱流束の伝達に著しい
さまたげを生じさせている。
加熱面近傍の液体（活性層）に注入できる熱エネルギー
の多さにより、より安定でかつ大きな前記蒸気泡の体積
速度（∝インク噴射エネルギー）が得られる訳である
が、前記膜沸騰の発生核は加熱面上の微小キャビティ内
の気泡等に起因する不均質発泡核である。（例えば特公
昭61−59913号公報で引用されている「伝熱概論」甲藤
好郎著、養賢堂版参照）前記均質発泡核に比べて該不均
質発泡核は、前記発熱体表面の加熱において、非常に早
期から発生し、かつ比較的緩満に成長しつづける。この
為前記加熱面から前記活性層への熱流束の伝達に著しい
さまたげを生じさせている。
本発明の目的は、これらの点を解決し、断熱による急激
な温度上昇がなく、加熱手段の劣化が少ない高い信頼性
が得られると同時に、膜沸騰の発泡核生成による低熱流
束伝達を防ぐ、均一核生成に基づくインクジェット記録
方法及び該記録方法を用いた、インク噴射が安定で再現
性の良いインクジェットヘッドを提供するものである。
な温度上昇がなく、加熱手段の劣化が少ない高い信頼性
が得られると同時に、膜沸騰の発泡核生成による低熱流
束伝達を防ぐ、均一核生成に基づくインクジェット記録
方法及び該記録方法を用いた、インク噴射が安定で再現
性の良いインクジェットヘッドを提供するものである。
（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明は、インクを所定の
方向に噴射するためのノズル孔に連通する圧力室内の前
記インクを加熱手段を用いて、前記インクと前記加熱手
段との界面において沸騰核が生じる前に前記インクを沸
騰温度以上にまで急激に加熱することにより前記インク
中に過熱領域を形成し、この過熱領域内にゆらぎに起因
する液中の前記沸騰核による均質核生成状態を発現さ
せ、前記均質核が生起後成長し、１つあるいは複数の蒸
気泡群を形成したときに生じる前記蒸気泡群の体積速度
の変化を用いて、前記圧力室内にインク噴射エネルギー
を発生させ、前記ノズル孔から前記インクを噴射させる
ようにしたものである。
方向に噴射するためのノズル孔に連通する圧力室内の前
記インクを加熱手段を用いて、前記インクと前記加熱手
段との界面において沸騰核が生じる前に前記インクを沸
騰温度以上にまで急激に加熱することにより前記インク
中に過熱領域を形成し、この過熱領域内にゆらぎに起因
する液中の前記沸騰核による均質核生成状態を発現さ
せ、前記均質核が生起後成長し、１つあるいは複数の蒸
気泡群を形成したときに生じる前記蒸気泡群の体積速度
の変化を用いて、前記圧力室内にインク噴射エネルギー
を発生させ、前記ノズル孔から前記インクを噴射させる
ようにしたものである。
また、上記目的を達成するために、本発明は、圧力室内
のインクを加熱するにあたり、加熱手段表面の加熱速度
を106〜109℃/sec以上とし、この加熱手段表面から前記
インクへの熱流束を107〜108W/m2以上とし、前記加熱手
段表面の近傍のインク温度を前記インクと前記加熱手段
表面との界面において沸騰核が生じる前に均質核生成温
度まで急激に加熱するようにしたものである。
のインクを加熱するにあたり、加熱手段表面の加熱速度
を106〜109℃/sec以上とし、この加熱手段表面から前記
インクへの熱流束を107〜108W/m2以上とし、前記加熱手
段表面の近傍のインク温度を前記インクと前記加熱手段
表面との界面において沸騰核が生じる前に均質核生成温
度まで急激に加熱するようにしたものである。
更に、上記目的を達成するために、本発明は、インクと
接しており、前記インクに噴出エネルギを与える発熱体
が形成された基板と、前記インクを介して前記発熱体と
対向するインク液噴出用ノズル板とからなるインクジェ
ットヘッドにおいて、前記発熱体は電極と同一種類の金
属からなり、同一膜厚で前記基板上に前記電極と面一に
形成され、かつ、前記発熱体の幅は前記電極の幅より狭
く、前記電極との境界近傍が円弧状に形成されるように
したものである。
接しており、前記インクに噴出エネルギを与える発熱体
が形成された基板と、前記インクを介して前記発熱体と
対向するインク液噴出用ノズル板とからなるインクジェ
ットヘッドにおいて、前記発熱体は電極と同一種類の金
属からなり、同一膜厚で前記基板上に前記電極と面一に
形成され、かつ、前記発熱体の幅は前記電極の幅より狭
く、前記電極との境界近傍が円弧状に形成されるように
したものである。
（作用） 気泡核が存在しない液体系では過熱限界近くに過熱され
てから自発的に急激な発泡を生じることが知られてお
り、液相中から発泡する場合も均質核、固・液界面で発
泡する場合も不均質核生成又は自発核生成と呼ぶ。
てから自発的に急激な発泡を生じることが知られてお
り、液相中から発泡する場合も均質核、固・液界面で発
泡する場合も不均質核生成又は自発核生成と呼ぶ。
本発明においてはインクと直接発熱体表面を接触させ、
該発熱体に超高速電気パルスを加えて発熱体を非常に急
激に加熱している。この様な急激な加熱において、発熱
体表面の加熱速度を106〜109℃/sec程度以上とし、かつ
発熱体表面から接触界面上近傍のインクへの熱流速を10
7〜108W/m2程度以上とした場合、前記接触界面近傍に活
性層と呼ばれる厚さ数μｍ以下の過熱液体層が形成でき
る。
該発熱体に超高速電気パルスを加えて発熱体を非常に急
激に加熱している。この様な急激な加熱において、発熱
体表面の加熱速度を106〜109℃/sec程度以上とし、かつ
発熱体表面から接触界面上近傍のインクへの熱流速を10
7〜108W/m2程度以上とした場合、前記接触界面近傍に活
性層と呼ばれる厚さ数μｍ以下の過熱液体層が形成でき
る。
更に、該活性層に前記の高熱流速を数μｍ以下で、時間
連続して加える事により、該活性層の温度を前記均質核
生成温度である320℃近辺まで急激に上昇させることが
できる。この様な超高速過熱条件下においては、通常の
沸騰状態とは異なった均質核による発泡が顕著に生じ
る。均質核による発泡現象は前述した様に液体中の活性
層がある臨界状態を越えた時に発生する一種の相変化で
あると考えられ、液体それ自身による発泡現象であり、
液体中への不純物や混入気体を発泡核とする他発核発泡
現象や液−液、固−液界面で生ずる、前記自発核による
発泡現象とは全く異なる発泡モードである。（Derewnic
ki,K.P.:Int.J.Heat Mass Transfer Vol.28,No.11,pp.2
085,1985及びSinha,D.N.,et al.:Physical Review,B,Vo
l.36,No.7,pp.4082,1987の２文献参照の事。） 第１図（ａ）（ｂ）に示すように前記均質核生成状態に
前記活性層が過熱されると、該活性層中に１μｍ以下の
微細な蒸気泡３が多数発生し、前記活性層全体が量状と
なる（第１図（ａ））。その後該蒸気泡が核となり、成
長し、互いに合体をくり返しながら１つあるいは複数個
の気泡となる。（第１図（ｂ）（ｃ））この様な均質核
生成は、一般に知られた前記自発核生成及び前記他発核
生成による沸騰現象（モード）と比較して、非常に短時
間（数μｓ以下）で生起され、かつ前記活性層内で発泡
核を発生させることができるため、発熱体表面（加熱
面）の表面状態や、前記液体中の不純物や混入気体の影
響を受けにくいことから、発熱体表面全域にわたって同
じにかつ瞬間的に発泡を生起させることができる。
連続して加える事により、該活性層の温度を前記均質核
生成温度である320℃近辺まで急激に上昇させることが
できる。この様な超高速過熱条件下においては、通常の
沸騰状態とは異なった均質核による発泡が顕著に生じ
る。均質核による発泡現象は前述した様に液体中の活性
層がある臨界状態を越えた時に発生する一種の相変化で
あると考えられ、液体それ自身による発泡現象であり、
液体中への不純物や混入気体を発泡核とする他発核発泡
現象や液−液、固−液界面で生ずる、前記自発核による
発泡現象とは全く異なる発泡モードである。（Derewnic
ki,K.P.:Int.J.Heat Mass Transfer Vol.28,No.11,pp.2
085,1985及びSinha,D.N.,et al.:Physical Review,B,Vo
l.36,No.7,pp.4082,1987の２文献参照の事。） 第１図（ａ）（ｂ）に示すように前記均質核生成状態に
前記活性層が過熱されると、該活性層中に１μｍ以下の
微細な蒸気泡３が多数発生し、前記活性層全体が量状と
なる（第１図（ａ））。その後該蒸気泡が核となり、成
長し、互いに合体をくり返しながら１つあるいは複数個
の気泡となる。（第１図（ｂ）（ｃ））この様な均質核
生成は、一般に知られた前記自発核生成及び前記他発核
生成による沸騰現象（モード）と比較して、非常に短時
間（数μｓ以下）で生起され、かつ前記活性層内で発泡
核を発生させることができるため、発熱体表面（加熱
面）の表面状態や、前記液体中の不純物や混入気体の影
響を受けにくいことから、発熱体表面全域にわたって同
じにかつ瞬間的に発泡を生起させることができる。
また、この様な均質核生成による発泡モードを用いたイ
ンクジェットヘッド記録方法においては、前記圧力室内
において、前述の様な急激な蒸気泡の生成による前記体
積速度を達成させることができる。これにより、前記圧
力室内に大きな前記インク噴射エネルギーを発生させ、
前記ノズル孔から前記インクを安定してかつ高飛翔速度
で噴射させることができる。
ンクジェットヘッド記録方法においては、前記圧力室内
において、前述の様な急激な蒸気泡の生成による前記体
積速度を達成させることができる。これにより、前記圧
力室内に大きな前記インク噴射エネルギーを発生させ、
前記ノズル孔から前記インクを安定してかつ高飛翔速度
で噴射させることができる。
更に、均質核生成による蒸気泡は前述した様に周囲の低
温液体との接触によって冷却され、急激に体積が減少
し、消滅するので、インク噴射において高い応答性が得
られる。
温液体との接触によって冷却され、急激に体積が減少
し、消滅するので、インク噴射において高い応答性が得
られる。
次に、本発明のインクジェットヘッドについて説明す
る。本発明のインクジェットヘッドでは、発熱体と電極
を同一種類の金属で同一膜厚に形成しているため、通電
時発熱体内に生じた熱応力を均等に分散できる。このた
め、応力歪みによる破壊に対して良好な耐久性を発揮で
きる。
る。本発明のインクジェットヘッドでは、発熱体と電極
を同一種類の金属で同一膜厚に形成しているため、通電
時発熱体内に生じた熱応力を均等に分散できる。このた
め、応力歪みによる破壊に対して良好な耐久性を発揮で
きる。
本発明の記録方法では、通常のインクジェットヘッドに
比べ、非常に急激な加熱を行うため、熱応力に対して耐
久性を有することは重要な要素である。第４図に示した
ような従来のインクジェットヘッドでは本発明の記録方
法で使用した場合には、104回程度の使用で接点部29等
が破壊されてしまい実用化が難しかった。
比べ、非常に急激な加熱を行うため、熱応力に対して耐
久性を有することは重要な要素である。第４図に示した
ような従来のインクジェットヘッドでは本発明の記録方
法で使用した場合には、104回程度の使用で接点部29等
が破壊されてしまい実用化が難しかった。
（実施例） 第５図は本発明において均質核による発泡を生じさせる
ために用いている発熱体を説明するものである。同図
（ａ）は上面図、同図（ｂ）はＡ−Ａ′切断面図、同図
（ｃ）はＢ−Ｂ′切断面図である。
ために用いている発熱体を説明するものである。同図
（ａ）は上面図、同図（ｂ）はＡ−Ａ′切断面図、同図
（ｃ）はＢ−Ｂ′切断面図である。
基板11としては高ガラス転移点をもち、かつアルカリ金
属の析出のすくないガラス材料、例えば、人口石英、ノ
ンアルカリガラス（NA40:旭ガラス、7059:コーンニン
グ）を用いている。発熱体および電極６の材料として
は、高融点金属である、チタン、タンタル、タングステ
ン、ニオブ、クロム、ハフニウム、ジルコニウム、ニッ
ケル、などの合金及び酸化物、チッ化物、硼化物などを
用いている。第５図において、寸法は各々、発熱体の長
さL1:10〜500μｍ、電極の幅L2:100〜5000μｍ、発熱体
の幅L3:10〜500μｍ、厚さT1:1000〜50000Å程度で良好
な結果が得られている。
属の析出のすくないガラス材料、例えば、人口石英、ノ
ンアルカリガラス（NA40:旭ガラス、7059:コーンニン
グ）を用いている。発熱体および電極６の材料として
は、高融点金属である、チタン、タンタル、タングステ
ン、ニオブ、クロム、ハフニウム、ジルコニウム、ニッ
ケル、などの合金及び酸化物、チッ化物、硼化物などを
用いている。第５図において、寸法は各々、発熱体の長
さL1:10〜500μｍ、電極の幅L2:100〜5000μｍ、発熱体
の幅L3:10〜500μｍ、厚さT1:1000〜50000Å程度で良好
な結果が得られている。
又、同図（ａ），（ｃ）に示されているように、発熱体
と電極との境界近傍では電流集中を防ぐためにゆるやか
な円弧をもって接続している。単一膜に置いてこのよう
な形状にすることにより、発熱体内に生じた熱応力を均
等に分散できる。発熱体の主要な破壊モードとして知ら
れている、電極／発熱部の異種金属間の異なる寸法・形
状での積層が原因で発生する応力歪による破壊に対して
良好な耐久性を発揮できる。
と電極との境界近傍では電流集中を防ぐためにゆるやか
な円弧をもって接続している。単一膜に置いてこのよう
な形状にすることにより、発熱体内に生じた熱応力を均
等に分散できる。発熱体の主要な破壊モードとして知ら
れている、電極／発熱部の異種金属間の異なる寸法・形
状での積層が原因で発生する応力歪による破壊に対して
良好な耐久性を発揮できる。
第６図（ａ），（ｂ）は本発明における発熱体２をもち
いたアレイを説明するものである。該発熱体アレイは本
発明におけるサーマルインクジェットヘッドにおいても
用いる。
いたアレイを説明するものである。該発熱体アレイは本
発明におけるサーマルインクジェットヘッドにおいても
用いる。
各々の発熱体アレイはGND61、発熱体２、電極６及び電
極パッド62等から構成されているが、少なくとも該発熱
体２と電極６は同一膜厚でかつ同一種類の金属から形成
されている。この様な構造の発熱体アレイは従来からサ
ーマルインクジェットに用いられている異種材料の多層
構造による発熱体素子（例えば特開昭61−59913号公報
参照）に比べて構造が非常に簡単であり、大型のライン
ヘッド（A4版程度）を安価に構成できる。
極パッド62等から構成されているが、少なくとも該発熱
体２と電極６は同一膜厚でかつ同一種類の金属から形成
されている。この様な構造の発熱体アレイは従来からサ
ーマルインクジェットに用いられている異種材料の多層
構造による発熱体素子（例えば特開昭61−59913号公報
参照）に比べて構造が非常に簡単であり、大型のライン
ヘッド（A4版程度）を安価に構成できる。
第７図は本発明において用いる前記発熱体２に保護層71
を付加したものである。
を付加したものである。
発熱体２は前記インクと常時接触しているので、インク
によって化学的腐しょくを受ける可能性がある。この様
な腐しょくを防ぐために同図に示すような保護層を形成
する。該保護層の材料としては、通常の半導体プロセス
で用いられるパッシベーション膜と同類のものを用い
る、例えばSiO2やSi3N4である。厚さは1000〜50000Å程
度である。又同様に前記腐しょくに強い金属を前記発熱
体上に同形状で形成してもよい。例えば、Au,Ptなどを
用いてもよい。膜厚は500〜10000Å程度である。
によって化学的腐しょくを受ける可能性がある。この様
な腐しょくを防ぐために同図に示すような保護層を形成
する。該保護層の材料としては、通常の半導体プロセス
で用いられるパッシベーション膜と同類のものを用い
る、例えばSiO2やSi3N4である。厚さは1000〜50000Å程
度である。又同様に前記腐しょくに強い金属を前記発熱
体上に同形状で形成してもよい。例えば、Au,Ptなどを
用いてもよい。膜厚は500〜10000Å程度である。
第１図は本発明のインクジェットヘッド用い、本発明の
インクジェット記録方法を実施した例を示す。同図
（ａ）により本発明におけるヘッドの第一の実施例を説
明するヘッドは第７図に示した様は発熱帯アレイを形成
した基板１とノズル板５及びインク層４等から構成され
る。ノズル板５には発熱体２の上方にインク層を介して
ノズル孔７が設けられている。ノズル孔形状は一般に円
形を用いるが、我々が特願昭61−49734,62−108333,63
−14300,63−230327,62−030175,62−014901,62−25589
1号明細書に開示しているノズルの寸法・形状を用いる
ことが可能である。特に61−49734や62−014901や62−2
55891に開示している様なスリット形状のノズル孔アレ
イを本発明における前記発熱体アレイと組合せて用いた
場合、各々の発熱体とノズル孔との目合せが容易に行え
る、大型かつ一体型のラインヘッドが実現できる。該ラ
インヘッドは従来からの同程度の大きさのヘッドに比較
して1/10〜1/100のコストで作成できる。つまり使い捨
て（ディスポーザブル）型のライン型インクジェットヘ
ッドが可能である。このためインクジェットヘッドのデ
ィスポザブル化によって従来からインクジェットヘッド
で問題であったノズル孔の目ずまりや乾燥による吐出不
良を防止するための、クリーニングやキャッピング機構
を簡略化でき、ヘッドのみならず記録装置自体の構造の
簡略化、小型化コストダウンが可能である。
インクジェット記録方法を実施した例を示す。同図
（ａ）により本発明におけるヘッドの第一の実施例を説
明するヘッドは第７図に示した様は発熱帯アレイを形成
した基板１とノズル板５及びインク層４等から構成され
る。ノズル板５には発熱体２の上方にインク層を介して
ノズル孔７が設けられている。ノズル孔形状は一般に円
形を用いるが、我々が特願昭61−49734,62−108333,63
−14300,63−230327,62−030175,62−014901,62−25589
1号明細書に開示しているノズルの寸法・形状を用いる
ことが可能である。特に61−49734や62−014901や62−2
55891に開示している様なスリット形状のノズル孔アレ
イを本発明における前記発熱体アレイと組合せて用いた
場合、各々の発熱体とノズル孔との目合せが容易に行え
る、大型かつ一体型のラインヘッドが実現できる。該ラ
インヘッドは従来からの同程度の大きさのヘッドに比較
して1/10〜1/100のコストで作成できる。つまり使い捨
て（ディスポーザブル）型のライン型インクジェットヘ
ッドが可能である。このためインクジェットヘッドのデ
ィスポザブル化によって従来からインクジェットヘッド
で問題であったノズル孔の目ずまりや乾燥による吐出不
良を防止するための、クリーニングやキャッピング機構
を簡略化でき、ヘッドのみならず記録装置自体の構造の
簡略化、小型化コストダウンが可能である。
又、同ディスポザブル化によって信頼性が向上し、従来
の様な10〜100ノズルを集積したマルチノズル型ヘッド
に対して、103〜105コものノズルを高密度集積（300〜6
00DPI）したヘッドが容易に実現できる。
の様な10〜100ノズルを集積したマルチノズル型ヘッド
に対して、103〜105コものノズルを高密度集積（300〜6
00DPI）したヘッドが容易に実現できる。
前記発熱体基板は前述の開示例に示すような通常の半導
体プロセスにのっとって作成している。又前記ノズル板
の作成方法も前記開示例に従っている。
体プロセスにのっとって作成している。又前記ノズル板
の作成方法も前記開示例に従っている。
この様な記録ヘッドにおいて、発熱素子を0.1〜５μs,5
〜40V,周期≦106Hzの電流パルスで駆動した時発熱体の
加熱速度106〜109℃/sec以上、インクへの熱流束107〜1
08W/m2以上が満たされ、前記均質核生成による蒸気泡３
が発生・消滅させられる（第１図（ｂ）（ｃ））。これ
により10〜100μｍφのインク滴を５〜30m/sの滴速度で
安定して飛翔させることができた。
〜40V,周期≦106Hzの電流パルスで駆動した時発熱体の
加熱速度106〜109℃/sec以上、インクへの熱流束107〜1
08W/m2以上が満たされ、前記均質核生成による蒸気泡３
が発生・消滅させられる（第１図（ｂ）（ｃ））。これ
により10〜100μｍφのインク滴を５〜30m/sの滴速度で
安定して飛翔させることができた。
第８図は我々が特願昭63−051065,62−108333,63−3111
68,63−311172号明細書に開示している様な壁を前記発
熱体の近傍に形成した実施例である。形成材料、形状は
該開示例に従うものである。
68,63−311172号明細書に開示している様な壁を前記発
熱体の近傍に形成した実施例である。形成材料、形状は
該開示例に従うものである。
この様な壁を各々の発熱帯近傍に設置する事によって前
記蒸気泡の発生するインク噴射エネルギーを前記ノズル
孔方向に収束させることができ、より安定なインク吐出
特性が得られる。
記蒸気泡の発生するインク噴射エネルギーを前記ノズル
孔方向に収束させることができ、より安定なインク吐出
特性が得られる。
（発明の効果） 以上詳解したように本発明におけるサーマルインクジェ
ット記録方法及びこれを用いたサーマルインクジェット
ヘッドにおいては、 （１）均質核生成に基づく発泡モードを用いているの
で、発泡状態がインクや発熱体表面状態に依存しなんな
りかつ発泡に必要なエネルギーを小さくでき、又大きな
体積速度が得られるので安定かつ高速なインク滴飛翔が
実現できる。
ット記録方法及びこれを用いたサーマルインクジェット
ヘッドにおいては、 （１）均質核生成に基づく発泡モードを用いているの
で、発泡状態がインクや発熱体表面状態に依存しなんな
りかつ発泡に必要なエネルギーを小さくでき、又大きな
体積速度が得られるので安定かつ高速なインク滴飛翔が
実現できる。
（２）均質核生成に基づく発泡モードを実現するため
に、前述のような簡単な構造の発熱体を用いるので、高
熱流束が られかつ高熱効率である。又同時に応力の
方性により、熱応力破壊に対して強くでき、従来の発熱
帯に比べて102〜104程度耐久性が向上する。又製造プロ
セスが簡単にでるきので、安価で大型の発熱帯アレイ基
板ができ、ライン型インクジェットの実現が容易とな
る。
に、前述のような簡単な構造の発熱体を用いるので、高
熱流束が られかつ高熱効率である。又同時に応力の
方性により、熱応力破壊に対して強くでき、従来の発熱
帯に比べて102〜104程度耐久性が向上する。又製造プロ
セスが簡単にでるきので、安価で大型の発熱帯アレイ基
板ができ、ライン型インクジェットの実現が容易とな
る。
（３）このような発泡モードを用いた発熱体アレイ基板
及び前述の様なライン型ノズル板を併せて用いることに
より、安価で信頼性が向上した大型（例えばA4版）のデ
ィスポザブルタイプのラインヘッドが実現できるように
なる。
及び前述の様なライン型ノズル板を併せて用いることに
より、安価で信頼性が向上した大型（例えばA4版）のデ
ィスポザブルタイプのラインヘッドが実現できるように
なる。
（４）又このようなディスポザブルタイプにすることに
より、従来のような厳密なクリーニング及びキャッピン
グ機構を必要としなくなり、装置の簡略化、小型化、コ
ストダウンが実現できる。
より、従来のような厳密なクリーニング及びキャッピン
グ機構を必要としなくなり、装置の簡略化、小型化、コ
ストダウンが実現できる。
（５）更にディスポザブル化、ラインヘッド化によって
従来のインクジェット方式の記録時間に対して1/10〜1/
100程度の非常に高速な記録時間が実現できる。
従来のインクジェット方式の記録時間に対して1/10〜1/
100程度の非常に高速な記録時間が実現できる。
第１図は、本発明の実施例を説明するための図、第２図
は従来例の断面図、第３図は沸騰曲線を示す図、第４図
（ａ）（ｂ）は従来例を示す図、第５図〜第８図は本発
明の実施例を示す図である。
は従来例の断面図、第３図は沸騰曲線を示す図、第４図
（ａ）（ｂ）は従来例を示す図、第５図〜第８図は本発
明の実施例を示す図である。
Claims (3)
- 【請求項１】インクを所定の方向に噴射するためのノズ
ル孔に連通する圧力室内の前記インクを加熱手段を用い
て前記インクと前記加熱手段との界面において沸騰核が
生じる前に前記インクを沸騰温度以上にまで急激に加熱
することにより前記インク中に過熱領域を形成し、この
過熱領域内にゆらぎに起因する液中の前記沸騰核による
均質核生成状態を発現させ、前記均質核が生起後成長
し、１つあるいは複数の蒸気泡群を形成したときに生じ
る前記蒸気泡群の体積速度の変化を用いて、前記圧力室
内にインク噴射エネルギーを発生させ、前記ノズル孔か
ら前記インクを噴射させることを特徴とするインクジェ
ット記録方法。 - 【請求項２】圧力室内のインクを加熱するにあたり、加
熱手段表面の加熱速度を106〜109℃/sec以上とし、この
加熱手段表面から前記インクへの熱流束を107〜108W/m2
以上とし、前記加熱手段表面の近傍のインク温度を前記
インクと前記加熱手段表面との界面において沸騰核が生
じる前に均質核生成温度まで急激に加熱することを特徴
とする請求項１記載のインクジェット記録方法。 - 【請求項３】インクと接しており、前記インクに噴出エ
ネルギーを与える発熱体が形成された基板と、前記イン
クを介して前記発熱体と対向するインク液噴出用ノズル
板とからなるインクジェットヘッドにおいて、前記発熱
体は電極と同一種類の金属からなり、同一膜厚で前記基
板上に前記電極と面一に形成され、かつ、前記発熱体の
幅は前記電極の幅より狭く、前記電極との境界近傍が円
弧状に形成されていることを特徴とするインクジェット
ヘッド。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2066407A JPH0733091B2 (ja) | 1990-03-15 | 1990-03-15 | インクジェット記録方法及びそれを用いたインクジェットヘッド |
| EP91103941A EP0446918B1 (en) | 1990-03-15 | 1991-03-14 | Thermal ink-jet printhead having improved heater arrangement |
| DE69103449T DE69103449T2 (de) | 1990-03-15 | 1991-03-14 | Wärmetintenstrahldruckkopf mit verbesserter Anordnung der Heizelemente. |
| US07/670,103 US5206659A (en) | 1990-03-15 | 1991-03-15 | Thermal ink-jet printhead method for generating homogeneous nucleation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2066407A JPH0733091B2 (ja) | 1990-03-15 | 1990-03-15 | インクジェット記録方法及びそれを用いたインクジェットヘッド |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03266646A JPH03266646A (ja) | 1991-11-27 |
| JPH0733091B2 true JPH0733091B2 (ja) | 1995-04-12 |
Family
ID=13314914
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2066407A Expired - Lifetime JPH0733091B2 (ja) | 1990-03-15 | 1990-03-15 | インクジェット記録方法及びそれを用いたインクジェットヘッド |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5206659A (ja) |
| EP (1) | EP0446918B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0733091B2 (ja) |
| DE (1) | DE69103449T2 (ja) |
Families Citing this family (28)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3320825B2 (ja) * | 1992-05-29 | 2002-09-03 | 富士写真フイルム株式会社 | 記録装置 |
| US5831648A (en) * | 1992-05-29 | 1998-11-03 | Hitachi Koki Co., Ltd. | Ink jet recording head |
| JPH06996A (ja) * | 1992-06-19 | 1994-01-11 | Hitachi Koki Co Ltd | 液滴吐出器 |
| US5666140A (en) * | 1993-04-16 | 1997-09-09 | Hitachi Koki Co., Ltd. | Ink jet print head |
| US5980024A (en) * | 1993-10-29 | 1999-11-09 | Hitachi Koki Co, Ltd. | Ink jet print head and a method of driving ink therefrom |
| JP3404830B2 (ja) * | 1993-10-29 | 2003-05-12 | 富士写真フイルム株式会社 | インク噴射記録方法 |
| JPH07227967A (ja) * | 1994-02-18 | 1995-08-29 | Hitachi Koki Co Ltd | インク噴射記録装置 |
| US6070969A (en) | 1994-03-23 | 2000-06-06 | Hewlett-Packard Company | Thermal inkjet printhead having a preferred nucleation site |
| JP3376086B2 (ja) * | 1994-04-27 | 2003-02-10 | 三菱電機株式会社 | 記録ヘッド |
| JP3513270B2 (ja) * | 1995-06-30 | 2004-03-31 | キヤノン株式会社 | インクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録装置 |
| JP3194465B2 (ja) * | 1995-12-27 | 2001-07-30 | 富士写真フイルム株式会社 | インクジェット記録ヘッド |
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- 1990-03-15 JP JP2066407A patent/JPH0733091B2/ja not_active Expired - Lifetime
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1991
- 1991-03-14 DE DE69103449T patent/DE69103449T2/de not_active Revoked
- 1991-03-14 EP EP91103941A patent/EP0446918B1/en not_active Revoked
- 1991-03-15 US US07/670,103 patent/US5206659A/en not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0446918B1 (en) | 1994-08-17 |
| JPH03266646A (ja) | 1991-11-27 |
| EP0446918A2 (en) | 1991-09-18 |
| EP0446918A3 (en) | 1992-01-29 |
| DE69103449D1 (de) | 1994-09-22 |
| DE69103449T2 (de) | 1994-11-24 |
| US5206659A (en) | 1993-04-27 |
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