JP2872460B2 - Ink jet recording head ejection method and ink jet recording apparatus - Google Patents
Ink jet recording head ejection method and ink jet recording apparatusInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はインクジェット記録ヘッ
ドの吐出方法および該方法を実施可能なインクジェット
記録装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for discharging an ink jet recording head and an ink jet recording apparatus capable of performing the method.
【0002】[0002]
【従来の技術】インク滴を紙等の被記録媒体に吐出して
文字、画像等(以下、一括して画像とう)の形成を行う
インクジェット記録方式は、高速記録が可能で記録品位
が高いこと、低騒音であること、しかも比較的容易にカ
ラー画像記録を行うことができ、普通紙等にも記録がで
きること、更に装置の小型化が容易であることといった
優れた種々の特長を有している。2. Description of the Related Art An ink jet recording system in which ink droplets are ejected onto a recording medium such as paper to form characters, images, and the like (hereinafter collectively referred to as images) requires high-speed recording and high recording quality. It has various features such as low noise, color image recording relatively easily, recording on plain paper, etc., and easy downsizing of the device. I have.
【0003】このようなインクジェット記録方式に用い
られる記録装置は、インク(記録液)を飛翔インク滴と
して吐出させるための吐出口と、この吐出口に連通する
インク路と、インク路の一部に設けられ、このインク路
内のインクに飛翔インク滴を形成するための吐出エネル
ギーを与える吐出エネルギー発生手段とを有する記録ヘ
ッドを具えている。例えば、特公昭61−59911
号,特公昭61−59912号,特公昭61−5991
3号,特公昭61−59914号の各公報には、上記吐
出エネルギー発生手段として電気熱変換体を用い、熱エ
ネルギーをインクに作用させてインクを吐出させる方法
が開示されている。A recording apparatus used in such an ink jet recording system includes a discharge port for discharging ink (recording liquid) as flying ink droplets, an ink path communicating with the discharge port, and a part of the ink path. And a discharge energy generating means for providing discharge energy for forming flying ink droplets on the ink in the ink path. For example, Japanese Patent Publication No. 61-59911
No., JP-B-61-59912, JP-B-61-5991
No. 3 and JP-B-61-59914 disclose a method in which an electrothermal converter is used as the ejection energy generating means, and thermal energy is applied to the ink to eject the ink.
【0004】即ち、上記公報に開示されている吐出方法
は、熱エネルギーの作用を受けたインクが急峻な体積の
増大を伴なう状態変化を起こし、この状態変化に基づく
作用力によって、記録ヘッド部先端の吐出口よりインク
を吐出、飛翔させて被記録媒体に付着させ、画像形成を
行うものである。この方法によれば、記録ヘッド部の高
密度マルチ吐出口化を容易に具現化できるので、高解像
度、高品質の画像を高速で記録でき、複写機、プリンタ
ー、ファクシミリなどへの広範な応用を可能とし、既に
商品化もされつつある。That is, according to the ejection method disclosed in the above-mentioned publication, the ink subjected to the action of thermal energy undergoes a state change accompanied by a sharp increase in volume, and the recording head is actuated based on this state change. The image is formed by ejecting and flying ink from an ejection port at the tip of the unit and attaching the ink to a recording medium. According to this method, it is possible to easily realize a high-density multi-ejection port of the recording head, so that high-resolution, high-quality images can be recorded at high speed, and can be widely applied to copiers, printers, facsimile machines, and the like. It is possible and it is already being commercialized.
【0005】このような、熱エネルギーを利用した吐出
方法の中でも、例えば、特開昭54−161935号公
報には、図1に示すように、発熱体30によって液室内
のインク31をガス化させ、(図1(a))、このガス
32をインク滴33と共にインク吐出口より吐出させる
(図1(b),(c))方法が開示されている。この方
法によれば、ガス32を吐出口または吐出口付近より噴
出させることによって吐出口の目詰まりを防止できると
している。Among such discharge methods utilizing thermal energy, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 54-161935 discloses a method in which an ink 31 in a liquid chamber is gasified by a heating element 30 as shown in FIG. (FIG. 1A) discloses a method of discharging the gas 32 together with the ink droplet 33 from an ink discharge port (FIGS. 1B and 1C). According to this method, clogging of the discharge port can be prevented by ejecting the gas 32 from the discharge port or the vicinity of the discharge port.
【0006】また特開昭61−185445号公報に
は、図2に示すように、小開口40を有する板状部材4
1と発熱体ヘッド42との微小間隙部43に満たされた
液状インク44を上記発熱体ヘッドによって加熱し(図
2(a),(b))、発生した気泡45によって小開口
40からインク滴46を飛翔させると共に、この気泡を
形成していたガスをも小開口40より噴出させて(図2
(c))記録紙上に画像を形成するインクジェットプリ
ンタに関する記載がある。Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-185445 discloses a plate-like member 4 having a small opening 40 as shown in FIG.
The liquid ink 44 filled in the minute gap 43 between the first heating element 42 and the heating element head 42 is heated by the heating element head (FIGS. 2A and 2B), and ink droplets are generated from the small opening 40 by the generated bubbles 45. 46, and at the same time, the gas forming the bubbles is also ejected from the small opening 40 (FIG. 2).
(C)) There is a description about an ink jet printer for forming an image on recording paper.
【0007】更に、特開昭61−249768号公報に
は、図3に示すように液状インク50に熱エネルギーを
作用させて気泡を形成し、気泡の膨張力に基づいてイン
ク小滴58を形成飛翔させると同時にこの気泡を形成し
ていたガスをも大開口52より大気中に噴出させるイン
クジェット記録装置が記載されている。Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-249768 discloses that, as shown in FIG. 3, bubbles are formed by applying thermal energy to the liquid ink 50, and ink droplets 58 are formed based on the expansion force of the bubbles. An ink jet recording apparatus is described in which the gas forming the air bubbles is ejected into the atmosphere through the large opening 52 at the same time as the air flies.
【0008】また、上記特開昭61−185455号、
同61−249768号の各公報によれば、気泡を形成
していたガスもインク小滴と共に噴出させてしまうの
で、気泡と吐出口(開口部)との間にあるインク量が常
に一定であれば飛翔するインク滴の大きさ(量)は常に
一定になるとしている。Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-185455,
According to the publications of JP-A-61-249768, the gas which has formed bubbles is also ejected together with the ink droplets, so that the amount of ink between the bubbles and the discharge port (opening) is always constant. It is stated that the size (amount) of a flying ink droplet is always constant.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開昭54−161935号、同61−185455号、
同61−249768号の各公報に記載される構成にお
いては、気泡を形成しているガスをインク滴の飛翔と共
に大気中に噴出させてしまうため、ガス化したインクが
スプラッシュやミストなどを生じることがあり、その結
果、記録紙の地汚れとなったり、装置内の汚れとなるな
どの不具合があった。However, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 54-161935 and 61-185455,
In the configuration described in JP-A-61-249768, the gas forming bubbles ejects into the atmosphere together with the flight of the ink droplets, so that the gasified ink generates splashes and mist. As a result, there were problems such as soiling of the recording paper and stains in the apparatus.
【0010】本発明は、上記課題を解消するためになさ
れたものであり、 その目的とするところは、インク吐
出に伴なって発生するスプラッシュやインクミストを低
減することが可能なインクジェット記録ヘッドの吐出方
法およびインクジェット記録装置を提供することにあ
る。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an ink jet recording head capable of reducing splash and ink mist generated by ink ejection. An object of the present invention is to provide an ejection method and an inkjet recording apparatus.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】そのために本発明では、
インクを吐出するための吐出口と、該吐出口に連通した
インク路と、該インク路に設けられインクを吐出するた
めの熱エネルギーを発生する熱エネルギー発生素子とを
具え、前記熱エネルギーによりインクに気泡を発生させ
該気泡の生成に基づいてインクを吐出するための記録ヘ
ッドの吐出方法において、前記気泡が発生してから、時
間2・L・{ρ/(Pg −Pamb )}1/2(ここでLは前
記熱エネルギー発生素子と前記吐出口との距離,ρはイ
ンクの密度,Pg は前記気泡が発生したときの当該気泡
の圧力,Pamb は当該記録ヘッドの外気の圧力。)以後
に前記気泡と前記外気とを、前記吐出口近傍において、
連通させることを特徴とする。According to the present invention, there is provided:
A discharge port for discharging ink, an ink path communicating with the discharge port, and a heat energy generating element provided in the ink path for generating thermal energy for discharging ink; In the method of ejecting a recording head for ejecting ink based on the generation of bubbles in the recording head, a time 2 · L · {ρ / (P g −P amb )} 1 after the occurrence of the bubbles. / 2 (where L is the distance between the thermal energy generating element and the ejection port, ρ is the density of the ink, P g is the pressure of the bubble when the bubble is generated, and P amb is the pressure of the outside air of the recording head. Pressure.) Thereafter, the air bubbles and the outside air are
It is characterized by communicating.
【0012】また、インクを吐出するための吐出口と、
該吐出口に連通したインク路と、該インク路に設けられ
インクを吐出するための熱エネルギーを発生する熱エネ
ルギー発生素子とを具えた記録ヘッドを有し、前記熱エ
ネルギーによりインクに気泡を発生させ該気泡の生成に
基づいてインクを吐出して記録を行うインクジェット記
録装置において、前記気泡が発生してから、時間2・L
・{ρ/(Pg −Pamb )}1/2(ここでLは前記熱エネ
ルギー発生素子と前記吐出口との距離,ρはインクの密
度,Pg は前記気泡が発生したときの当該気泡の圧力,
Pamb は当該記録ヘッドの外気の圧力。)以後に前記気
泡と前記外気とを、前記吐出口近傍において、連通させ
るよう、前記熱エネルギー発生素子に当該熱エネルギー
を発生させる駆動手段、を具えたことを特徴とする。A discharge port for discharging ink;
A recording head including an ink path communicating with the discharge port and a thermal energy generating element provided in the ink path and generating thermal energy for discharging ink, and generating bubbles in the ink by the thermal energy; In the ink jet recording apparatus which performs recording by discharging ink based on the generation of the bubble, a time period of 2 · L
・ {Ρ / (P g −P amb )} 1/2 (where L is the distance between the thermal energy generating element and the discharge port, ρ is the density of the ink, and P g is the value when the bubble is generated. Bubble pressure,
P amb is the pressure of the outside air of the recording head. And d) driving means for generating the heat energy in the heat energy generating element so that the air bubbles and the outside air communicate with each other in the vicinity of the discharge port.
【0013】[0013]
【作用】以上の構成によれば、インク吐出のための気泡
が発生してから、時間2・L・{ρ/(Pg −P
amb )}1/2以後に気泡と外気とが連通することにより、
この連通時の気泡内圧力と外気圧との差が充分に小さな
ものとなる。これにより、吐出口からインク滴が吐出さ
れる際のインクのスプラッシュやミストの発生が低減さ
れる。According to the above arrangement, the time 2 · L · {ρ / (P g −P
amb )} After the air bubbles communicate with the outside air after 1/2 ,
The difference between the pressure inside the bubble and the outside air pressure during the communication becomes sufficiently small. Thereby, the occurrence of ink splash and mist when the ink droplet is ejected from the ejection port is reduced.
【0014】[0014]
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
【0015】図4は本発明の一実施例にかかるインクジ
ェット記録ヘッドの吐出方法を示す記録ヘッドの模式的
断面図である。また、図5は、上記記録ヘッドの模式的
上面図である。これら図を参照して本例の吐出方法につ
いて説明する。図4(a)は発泡前の状態を示すもので
ある。まず、ヒータ2に瞬間的にパルス状の電圧を印加
することにより電流を流し、ヒータ2の近傍のインクを
加熱すると、気泡6が発生し、膨張を始める。(図4
(b))。気泡6は膨張を続け、ついには、吐出口5か
ら突き抜けて外気と連通する。(図4(c))。このと
き、気泡6より吐出口側のインクは、この瞬間までに気
泡から与えられた運動量のために前方へ吐出され、やが
て独立な液滴7となって紙などの被記録媒体へ飛翔する
(図4(d))。この吐出によって吐出口側先端部に生
じた空隙には、インクの表面張力とインクと接する壁と
の濡れ性等によって新たなインクが満たされ、吐出前の
状態に戻る(図4(e))。FIG. 4 is a schematic sectional view of a recording head showing a method of discharging an ink jet recording head according to one embodiment of the present invention. FIG. 5 is a schematic top view of the recording head. The ejection method of this example will be described with reference to these drawings. FIG. 4A shows a state before foaming. First, when a pulsed voltage is instantaneously applied to the heater 2 to cause a current to flow and heat the ink in the vicinity of the heater 2, bubbles 6 are generated and expansion starts. (FIG. 4
(B)). The bubbles 6 continue to expand, and eventually penetrate through the discharge port 5 and communicate with the outside air. (FIG. 4 (c)). At this time, the ink on the ejection port side from the bubble 6 is ejected forward due to the momentum given by the bubble up to this moment, and eventually flies as an independent droplet 7 onto a recording medium such as paper ( FIG. 4D). The gap created at the tip of the ejection port side by this ejection is filled with new ink due to the surface tension of the ink and the wettability of the wall in contact with the ink, and returns to the state before ejection (FIG. 4 (e)). .
【0016】ここで、もし気泡6の圧力が発泡時のま
ま、あまり低下せずに推移し、吐出口で外気と連通した
とすると、気泡が連通する時の気泡6の先端に勢いがつ
きすぎる。これにより気泡内のガスあるいはインク滴の
端がミストあるいはスプラッシュとして噴出しやすい。
これに対し、発泡後の圧力が大気との連通時に充分に低
下した場合は、それ程勢いがつかないので、ミストある
いはスプラッシュが低減すると考えられる。Here, if the pressure of the bubble 6 changes during bubbling without changing so much and communicates with the outside air at the discharge port, the tip of the bubble 6 when the bubble communicates becomes too vigorous. . Thereby, the end of the gas or the ink droplet in the bubble is easily ejected as a mist or a splash.
On the other hand, when the pressure after foaming is sufficiently reduced during communication with the atmosphere, the mist or splash is considered to be reduced because the force is not so great.
【0017】どの程度気泡の圧力を低下させれば、ミス
トあるいはスプラッシュを防げるかについて研究を重ね
たところ、気泡が発生してから、気泡が外気と連通する
までの時間tb が2・L・{ρ/(Pg −Pamb )}1/2
より短い程度に圧力が高い場合、すなわち、気泡が外気
と連通するまでの時間が上記式の値より短い場合、気泡
内圧力が充分に低下せず、気泡内のガスあるいはインク
の端がミストあるいはスプラッシュとして噴出し記録紙
や装置内の汚れを引き起こす。これに対し、tb が2・
L{ρ/(Pg −Pamb )}1/2より長い程度に圧力が低
下する場合は、ミストあるいはスプラッシュが低減する
ことが分かった。ここに、Lは吐出ヒータ2と吐出口5
との距離、ρはインクの密度、Pg は気泡発生時の気泡
内圧力、Pamb は大気圧である。After repeated studies on how much the pressure of the bubbles can be reduced to prevent mist or splash, the time t b from when the bubbles are generated until the bubbles communicate with the outside air is 2 · L · {Ρ / (P g −P amb )} 1/2
If the pressure is high to a shorter extent, that is, if the time until the bubble communicates with the outside air is shorter than the value of the above equation, the pressure in the bubble does not sufficiently decrease, and the end of the gas or ink in the bubble becomes mist or. Spouts spout and cause stains on the recording paper and inside the device. On the other hand, t b is 2 ·
It was found that when the pressure was reduced to a degree longer than L {ρ / (P g −P amb )} 1/2 , mist or splash was reduced. Here, L is the discharge heater 2 and the discharge port 5
, Ρ is the density of the ink, P g is the pressure inside the bubble when the bubble is generated, and P amb is the atmospheric pressure.
【0018】上記式は、理論的には次のように導くこと
ができる。The above equation can be theoretically derived as follows.
【0019】すなわち、気泡の運動を吐出方向の1次元
的な運動として捉えると、気泡の運動は、That is, when the movement of the bubble is regarded as a one-dimensional movement in the ejection direction, the movement of the bubble is
【0020】[0020]
【数1】 (Equation 1)
【0021】と表わすことができる。ここに、Pv は気
泡の圧力、xは気泡の成長距離である。上記微分方程式
(1)を、Pv =Pと近似し、t =0でx=0,dx/
dt=0の初期条件のもとに解くと、Can be expressed as Here, Pv is the pressure of the bubble, and x is the growth distance of the bubble. The above differential equation (1) is approximated as Pv = P, and when t = 0, x = 0, dx /
Solving under the initial condition of dt = 0,
【0022】[0022]
【数2】 (Equation 2)
【0023】を得る。ここにPは発泡から連通までの気
泡内圧力の平均値である。この式で、x=Lとおくこと
により、気泡が大気と連通する時間tb は、ほぼIs obtained. Here, P is the average value of the pressure in the bubble from foaming to communication. In this equation, by setting x = L, the time t b during which the bubble communicates with the atmosphere is substantially equal to
【0024】[0024]
【数3】 (Equation 3)
【0025】で与えられる。従って、連通時に気泡圧力
がちょうどPamb に等しくなるような場合、Is given by Therefore, if the bubble pressure during communication is exactly equal to P amb ,
【0026】[0026]
【外1】 [Outside 1]
【0027】であるから、上記式(3)は、Therefore, the above equation (3) is
【0028】[0028]
【数4】 tb =2・L・{ρ/(Pg −Pamb )}1/2 (4) となる。ここで、Pg は発泡時の気泡圧力。また、連通
時の圧力がPamb より大きい場合、tb <2・L・{ρ
/(Pg −Pamb )}1/2 ,tb >2・L・{ρ/(P
g −Pamb )}1/2 となる。T b = 2 · L · {ρ / (P g −P amb )} 1/2 (4) Here, P g is the bubble pressure during foaming. When the pressure at the time of communication is larger than P amb , t b <2 · L · {ρ
/ (P g −P amb )} 1/2 , t b > 2 · L · {ρ / (P
g− P amb )} 1/2 .
【0029】すなわち、tb <2・L・{ρ/(Pg −
Pamb )}1/2 の場合、連通時の圧力が外の大気圧より
大きいため、ミストあるいはスプラッシュが発生しやす
いのに対し、tb >2・L・{ρ/(Pg −Pamb )}
1/2 の場合、連通時の圧力が外の大気圧より小さいた
め、ミストあるいはスプラッシュが低減するということ
を意味している。That is, t b <2 · L · {ρ / (P g −
When P amb )} 1/2 , the pressure at the time of communication is higher than the outside atmospheric pressure, so that mist or splash is likely to occur, whereas t b > 2 · L · {ρ / (P g −P amb )}
In the case of 1/2 , the pressure at the time of communication is lower than the outside atmospheric pressure, which means that mist or splash is reduced.
【0030】また、tb <2・L・{ρ/(Pg −P
amb )}1/2 の場合、気泡の先端に勢いがつく割に気泡
から離れた部分のインクが取り残されて液体の吐出量が
不充分である場合がある。これに対し、tb >2・L・
{ρ/(Pg −Pamb )}1/2の場合、吐出口付近にイ
ンク残りが生じにくいと考えられる。Also, t b <2 · L · {ρ / (P g −P
amb ) In the case of} 1/2 , there is a case where the amount of liquid ejected is insufficient due to the fact that the tip of the bubble is momentum and the ink in the portion away from the bubble is left behind. On the other hand, t b > 2 · L ·
In the case of {ρ / (P g −P amb )} 1/2 , it is considered that ink residue hardly occurs near the ejection port.
【0031】図6(a)および(b)は、上述した本発
明の原理を適用して好適な記録ヘッドおよびその吐出方
法を示すものであり、この記録ヘッドの具体的インク路
構成の2例を示す。しかしながら、本発明はこの構成に
限定されないことは勿論である。FIGS. 6 (a) and 6 (b) show a print head suitable for applying the above-described principle of the present invention and a method of discharging the print head. Two examples of specific ink path configurations of this print head are shown in FIGS. Is shown. However, it goes without saying that the present invention is not limited to this configuration.
【0032】図6(a)は、基板(不図示)上に発熱抵
抗層(ヒータ)2を具え、この基板に、図7に示される
隔壁8や天板4が設けられることによって、共通液室C
やインク路Bが形成される。また、これとともにインク
路Bの端部に吐出口5が形成される。E1,E2は、そ
れぞれ、ヒータ2にパルス上の電気信号を印加するため
の選択電極、共通電極を示す。さらにDは保護層であ
る。FIG. 6A shows a structure in which a heating resistor layer (heater) 2 is provided on a substrate (not shown), and the partition 8 and the top plate 4 shown in FIG. Room C
And an ink path B are formed. At the same time, an ejection port 5 is formed at the end of the ink path B. E1 and E2 denote a selection electrode and a common electrode for applying a pulsed electric signal to the heater 2, respectively. D is a protective layer.
【0033】電極E1,E2を介した、記録データに基
づく上記電気信号の印加に応じて、電極E1,E2間の
ヒータ2は、蒸気膜を生じる急激な温度上昇を短時間の
うちに発生し(約300℃)、これにより、気泡6が生
成される。In response to the application of the electric signal based on the recording data via the electrodes E1 and E2, the heater 2 between the electrodes E1 and E2 generates a rapid temperature rise causing a vapor film in a short time. (About 300 ° C.), whereby bubbles 6 are generated.
【0034】この結果、本例では、吐出口5におけるヒ
ータ2側の端部Aで気泡6が大気と連通し安定したイン
ク滴(破線7)を形成する。このように、吐出口5の周
縁近傍で大気(外気)と連通することで、スプラッシュ
することなく、また、霧(ミスト)状のインク滴を発生
することなくインク吐出を行うことができる。As a result, in the present embodiment, the bubble 6 communicates with the atmosphere at the end A of the discharge port 5 on the heater 2 side to form a stable ink droplet (broken line 7). In this way, by communicating with the atmosphere (outside air) near the periphery of the discharge port 5, ink can be discharged without splash and without generating mist-like ink droplets.
【0035】この吐出原理は、気泡6がその成長過程で
インク路Bを完全に遮断しないので後続の吐出に対する
リフィルが速やかに行われること、また、300℃以上
の比較的高温となった気泡の熱も外気に放出されること
等によって、応答周波数を高くすることができる。The principle of the ejection is that the bubble 6 does not completely shut off the ink path B during the growth process, so that refilling for the subsequent ejection is performed promptly. The response frequency can be increased by, for example, releasing heat to the outside air.
【0036】図6(b)は、共通液室Cを不図示として
いるが、インク路Bを屈曲した形状としているものであ
り、屈曲部の基板面に発熱抵抗部(ヒータ)2を具えて
いる。吐出口5は、吐出方向に面積を減少する形状であ
り、ヒータ2に対抗してその開口が設けられている。こ
の吐出口5はオリフィスプレートOPに形成される。In FIG. 6B, the common liquid chamber C is not shown, but the ink path B has a bent shape, and a heating resistor portion (heater) 2 is provided on the substrate surface at the bent portion. I have. The discharge port 5 has a shape whose area is reduced in the discharge direction, and has an opening opposed to the heater 2. The discharge port 5 is formed in the orifice plate OP.
【0037】図6(b)においても、上記図6(a)の
構成と同様に蒸気膜(約300℃)を生じさせて気泡6
を生成する。この気泡の生成により、オリフィスプレー
トOPの厚み部分のインクを吐出方向に押しやり、その
部分のインクを希薄にする。その後、気泡6は、吐出口
5の外気側周縁A1から内部側の吐出口近傍領域A2の
範囲で大気と連通する。このような連通状態によれば、
スプラッシュすることなくミストも発生せずに安定した
インク滴(破線7)を吐出口中心部から吐出することが
できる。この時、気泡6の成長は、インク路を遮断しな
いもので、吐出方向へ向かう必要のないインクをインク
路B内のインクと連続した連続体として残すことがで
き、インク滴7の吐出量の安定化および吐出速度の安定
化を実現することができる。In FIG. 6B, a vapor film (about 300.degree. C.) is generated and bubbles 6 are formed in the same manner as in the configuration of FIG. 6A.
Generate Due to the generation of the bubbles, the ink in the thickness portion of the orifice plate OP is pushed in the ejection direction, and the ink in that portion is diluted. Thereafter, the bubbles 6 communicate with the atmosphere in the range from the outside air side peripheral edge A1 of the discharge port 5 to the area A2 near the discharge port on the inner side. According to such a communication state,
A stable ink droplet (broken line 7) can be discharged from the center of the discharge port without generating mist without splash. At this time, the growth of the bubble 6 does not block the ink path, and the ink that does not need to go in the discharge direction can be left as a continuous body with the ink in the ink path B. Stabilization and stabilization of the discharge speed can be realized.
【0038】本実施例では、吐出口近傍への気泡成長を
急激にしかも確実に行うことができるので、上記非遮断
状態のインク路によるリフィル性も手伝って、高安定高
速記録を達成できる。In the present embodiment, since the bubble growth near the discharge port can be performed rapidly and reliably, the stable and high-speed printing can be achieved with the help of the refilling by the ink path in the non-blocking state.
【0039】上記図6(a)および(b)に示す構成に
組み込まれて好ましい条件であって、また、単独でも従
来よりは格別に好ましいインク滴形成を達成することが
できる条件を以下に挙げる。The preferred conditions incorporated in the structure shown in FIGS. 6A and 6B are described below, and the conditions under which ink droplets can be formed even more favorably than before by themselves are listed below. .
【0040】第1条件は、気泡の内圧が外気圧より低い
条件で気泡を外気と連通させることである。The first condition is that the bubble communicates with the outside air under the condition that the inside pressure of the bubble is lower than the outside pressure.
【0041】すなわち、気泡の内圧が外気圧より低い条
件で気泡を外気と連通させることによって、気泡の内圧
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
出口近傍でインクを飛散させることを低減でき、また、
上記2つの圧力が等しい場合よりも、吐出時の不安定な
インクをインク路内に引き込む力がわずかではあるが働
くため、より一層安定したインク吐出と不要インクの飛
散防止を図ることができる。That is, by causing the bubbles to communicate with the outside air under the condition that the internal pressure of the bubbles is lower than the outside air pressure, the ink can be scattered in the vicinity of the discharge port which occurs when the inside pressure of the bubble is communicated under the condition that the inside pressure is higher than the outside pressure. Can be reduced, and
Compared to the case where the above two pressures are equal, the force for drawing the unstable ink into the ink path at the time of ejection is slightly applied, so that more stable ink ejection and scattering prevention of unnecessary ink can be achieved.
【0042】また、気泡と大気とを連通させることによ
って、気泡の消泡過程が無くなり、キャビテーションに
よるヒータや基板の損傷を防止できる。Further, by communicating the air bubbles with the atmosphere, the process of defoaming the air bubbles is eliminated, and damage to the heater and the substrate due to cavitation can be prevented.
【0043】上記条件に加えて、気泡の吐出口側端部の
移動速度の1次微分値が負となる条件で気泡と外気とを
連通させる第2条件、あるいは、吐出エネルギー発生手
段の吐出口側端部から気泡の吐出口側端部までの距離L
a と吐出エネルギー発生手段の吐出口とは反対側の端部
から気泡の吐出口とは反対側の端部までの距離Lb とが
La /Lb ≧lを満足する第3条件、もしくは、その両
方の条件を有し気泡と外気を連通させることはより好ま
しい。In addition to the above conditions, the second condition for communicating the bubble with the outside air under the condition that the first derivative of the moving speed of the bubble outlet end is negative, or the discharge port of the discharge energy generating means Distance L from side end to end of bubble outlet
The third condition is a bubble discharge port from the end opposite to the discharge port of a and the discharge energy generating means and the distance L b to the opposite end satisfies L a / L b ≧ l or, It is more preferable that both conditions are satisfied and the air bubbles communicate with the outside air.
【0044】さらに、これら条件に加えて、本発明にか
かる上述したtb>2・L・{ρ/(Pg −Pamb )}
1/2を満たす時間で気泡と大気とが連通すれば、スプラ
ッシュやインクミストを低減する上でより好ましい。Further, in addition to these conditions, the above-mentioned t b > 2 · L · {ρ / (P g -P amb )} according to the present invention.
It is more preferable that the air bubbles communicate with the atmosphere for a time that satisfies 1/2 , in order to reduce splash and ink mist.
【0045】以上、本発明のインク吐出方法について説
明した。本発明を実施する際には、加熱方法を、吐出口
・ヒータ間の距離や吐出口の幅,高さ,ヒータ面積,イ
ンク物性,駆動条件などを考慮して選択する必要がある
が、いくつかの例を以下の実施例を用いて説明する。The ink ejection method of the present invention has been described above. In practicing the present invention, it is necessary to select a heating method in consideration of the distance between the discharge port and the heater, the width and height of the discharge port, the heater area, the physical properties of the ink, the driving conditions, and the like. Such an example will be described using the following embodiment.
【0046】<実施例1>図7(a)および(b)に示
す記録ヘッドを用いてインクを吐出を行った。Example 1 Ink was ejected using the recording head shown in FIGS. 7A and 7B.
【0047】この記録ヘッドは、基板1上に各インク路
3を隔てるように配置された隔壁8と、隔壁8に接する
ガラスの透明天板4と、各インク路3に設けられたヒー
タ2より構成されている。ヒータ2は図示しない電極に
よって記録信号に応じて通電される。インク路3の寸法
は高さが20μm,幅が38μmであり、ヒータ2のサ
イズが幅28μm×長さ18μm、ヒータ2の位置はそ
の最も吐出口側の端から吐出口5までの長さlが25μ
mである。吐出口5は1インチあたり360個の密度で
48個設けられる。The recording head includes a partition 8 disposed on the substrate 1 so as to separate each ink path 3, a transparent top plate 4 made of glass in contact with the partition 8, and a heater 2 provided in each ink path 3. It is configured. The heater 2 is energized according to a recording signal by an electrode (not shown). The size of the ink path 3 is 20 μm in height and 38 μm in width, the size of the heater 2 is 28 μm in width × 18 μm in length, and the position of the heater 2 is the length l from the end closest to the discharge port to the discharge port 5. Is 25μ
m. 48 discharge ports 5 are provided at a density of 360 per inch.
【0048】この記録ヘッドに、C.I.フードブラッ
ク23.0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(2
0℃)のインクをインク供給口20より液室10に供給
し吐出を試みた。The recording head has a C.I. I. The respective components consisting of 23.0% by weight of food black, 15.0% by weight of diethylene glycol, 5.0% by weight of N-methyl-2-pyrrolidone, and 77.0% by weight of ion-exchanged water were stirred in a container and uniformly mixed. After mixing and dissolving, the mixture was filtered through a Teflon filter having a pore size of 0.45 μm to obtain a viscosity of 2.0 cps (2 cps).
(0 ° C.) ink was supplied from the ink supply port 20 to the liquid chamber 10 to attempt ejection.
【0049】まず、記録ヘッドのヒータ2の加熱条件
を、電圧5.5V,パルス幅5.0μs,周波数2kH
zの矩形パルスよりなる電気信号とし、連続する16個
の吐出口よりインクを吐出させた。この状況をパルス光
源と顕微鏡を用い観察したところ、摂氏約290度で発
泡が始まり、約2μs後に気泡が外気と連通している様
子が確認された。独立した飛翔インク滴の体積は各吐出
口とも16±1plの範囲に収まった。またインク滴の
吐出速度は約10m/sであった。さらに、1画素毎の
市松模様になるように電気信号を16個ずつヒータ2に
与えてインクを吐出し、記録紙に付着させたところ、記
録紙上には濃度ムラの無い所望の市松模様のパターンが
記録された。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無い鮮明な画像であった。First, the heating conditions of the heater 2 of the recording head were set to a voltage of 5.5 V, a pulse width of 5.0 μs, and a frequency of 2 kHz.
An electric signal composed of rectangular pulses of z was used, and ink was ejected from 16 consecutive ejection ports. When this situation was observed using a pulse light source and a microscope, it was confirmed that foaming started at about 290 degrees Celsius, and that the bubbles communicated with the outside air after about 2 μs. The volume of independent flying ink droplets was within the range of 16 ± 1 pl for each ejection port. The ejection speed of the ink droplet was about 10 m / s. Further, when 16 electrical signals are supplied to the heater 2 so as to form a checkerboard pattern for each pixel, ink is ejected and adhered to recording paper, a desired checkerboard pattern having no density unevenness on the recording paper is obtained. Was recorded. When this image was magnified and observed, it was a clear image without scattering of extra ink and background contamination.
【0050】次に、電圧5.5V,パルス幅5.0μs
の矩形パルスと、そのパルス終了後、0.5μsの間を
おいて、電圧5.0V,パルス幅0.5μsの矩形パル
スを与えるようにして、これら一対のパルスを周波数2
kHzで駆動したところ、同じく摂氏約290度で発泡
が始まり、約1.9μs後に気泡が外気と連通している
様子が確認された。Next, a voltage of 5.5 V and a pulse width of 5.0 μs
A rectangular pulse having a voltage of 5.0 V and a pulse width of 0.5 μs is applied at a time interval of 0.5 μs after the completion of the pulse.
When driven at kHz, foaming also started at about 290 degrees Celsius, and it was confirmed that the bubbles communicated with the outside air after about 1.9 μs.
【0051】本実施例においては、L=25μm,ρ=
1g/cm3 ,Pg =7500kPa(摂氏290度に
おけるインク主成分:水の蒸気圧から求めた),Ppmb
=100kPaであり、In this embodiment, L = 25 μm, ρ =
1 g / cm 3 , P g = 7500 kPa (main component of ink at 290 ° C .: determined from vapor pressure of water), P pmb
= 100 kPa,
【0052】[0052]
【外2】 [Outside 2]
【0053】である。Is as follows.
【0054】<実施例2>図8に示す記録ヘッドを用い
て記録を行った。Example 2 Recording was performed using the recording head shown in FIG.
【0055】この記録ヘッドの基板11上には透明なガ
ラスの壁14が形成され、また吐出口15に対向する位
置にヒータ12が設けられている。吐出口15の直径は
36μm,ヒータ12のサイズは24μm×24μm,
ヒータ面から吐出口までの長さは40μmである。吐出
口15は1インチ当たり360個の密度で48個配置し
た。A transparent glass wall 14 is formed on a substrate 11 of the recording head, and a heater 12 is provided at a position facing the discharge port 15. The diameter of the discharge port 15 is 36 μm, the size of the heater 12 is 24 μm × 24 μm,
The length from the heater surface to the discharge port is 40 μm. Forty eight discharge ports 15 were arranged at a density of 360 per inch.
【0056】この記録ヘッドに実施例1と同じインクを
供給し、同じ駆動条件で吐出を試みた。まず、連続する
16個の吐出口よりインクを吐出させた。この状況をパ
ルス光源と顕微鏡を用い観察したところ、単一パルスの
場合、発泡開始より約2.1μs後に、2重パルスの場
合、発泡開始より約2.0μs後に気泡が外気と連通し
ている様子が確認された。いずれの場合にも、発泡開始
温度は摂氏約290度であった。さらに飛翔インク滴の
体積を測定したところ、各ノズルとも18±1plの範
囲に収まっており、インク滴の吐出速度は約10m/s
であった。次に1画素毎の市松模様になるように電気信
号を16個ずつヒータ2に与えてインクを吐出し記録紙
に付着させたところ、実施例1と同様に記録紙上には濃
度ムラのない所望の市松模様のパターンが記録された。
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。The same ink as in Example 1 was supplied to this recording head, and ejection was attempted under the same driving conditions. First, ink was ejected from 16 consecutive ejection openings. When this situation was observed using a pulsed light source and a microscope, in the case of a single pulse, about 2.1 μs after the start of foaming, and in the case of a double pulse, bubbles communicated with the outside air about 2.0 μs after the start of foaming. The situation was confirmed. In each case, the foaming onset temperature was about 290 degrees Celsius. Furthermore, when the volume of the flying ink droplet was measured, each nozzle was within the range of 18 ± 1 pl, and the ejection speed of the ink droplet was about 10 m / s.
Met. Next, 16 electrical signals were applied to the heater 2 so as to form a checkerboard pattern for each pixel, and ink was ejected and adhered to the recording paper. Checkerboard pattern was recorded.
When this image was magnified and observed, it was a clear image without scattering of extra ink and background contamination.
【0057】本実施例においては、L=40μm,ρ=
1g/cm3 ,Pg =7500kPa(摂氏290度に
おける主成分:水の蒸気圧から求めた),Pamb =10
0kPaであり、In this embodiment, L = 40 μm, ρ =
1 g / cm 3 , P g = 7500 kPa (main component at 290 ° C .: determined from vapor pressure of water), P amb = 10
0 kPa,
【0058】[0058]
【外3】 [Outside 3]
【0059】である。Is as follows.
【0060】<比較例>前記実施例1で用いた記録ヘッ
ド(図7)とインクを用いて、電圧3.5V,パルス幅
500μsの矩形パルスを印加して10Hzで駆動し吐
出を試みたところ、連続してインク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ためにこの現象を
詳しく分析した。<Comparative Example> A rectangular pulse having a voltage of 3.5 V and a pulse width of 500 μs was applied using the recording head (FIG. 7) and the ink used in Example 1 to drive at 10 Hz to perform ejection. It was observed that ink droplets were continuously ejected. However, when the image on the recording paper was observed, it was an image with a lot of background stains, so this phenomenon was analyzed in detail.
【0061】実施例1と同様にヒータ2の加熱により気
泡が形成され、インク滴が吐出口5より吐出するまでの
過程をパルス光源と顕微鏡を用いて観察したところ、図
9(b)に示されるように、摂氏約180度で半球形の
気泡がインク路3内で発生し、発泡開始後約1.2μs
で気泡が外気と連通していることが観察された。さら
に、図9(a)のように、主たるインク滴の吐出に伴な
って微小インク滴がミスト状に噴出するのが観察され
た。As shown in FIG. 9 (b), the process until bubbles are formed by heating the heater 2 and ink droplets are ejected from the ejection port 5 is observed using a pulsed light source and a microscope in the same manner as in Example 1. As shown, at approximately 180 degrees Celsius, a hemispherical bubble is generated in the ink path 3 and about 1.2 μs after the start of foaming.
It was observed that the bubbles communicated with the outside air. Further, as shown in FIG. 9A, it was observed that fine ink droplets were ejected in the form of mist with the ejection of the main ink droplets.
【0062】本比較例においては、L=25μm,ρ=
1g/cm3 ,Pg =1000kPa(摂氏270度に
おけるインク主成分:水の蒸気圧から求めた),Pamb
=100kPaであり、2・L・{ρ/(Pg −P
amb )}1/2 =1.7μsecである。In this comparative example, L = 25 μm, ρ =
1 g / cm 3 , P g = 1000 kPa (main component of ink at 270 ° C .: determined from vapor pressure of water), P amb
= 100 kPa, and 2 · L · {ρ / (P g −P
amb )} 1/2 = 1.7 μsec.
【0063】また、駆動周波数を1kHzに上げたとこ
ろ、すぐに吐出しなくなった。When the driving frequency was increased to 1 kHz, the ejection stopped immediately.
【0064】図10は上記実施例1,2にかかるインク
ジェット記録装置の要部を示す概略斜視図である。FIG. 10 is a schematic perspective view showing a main part of the ink jet recording apparatus according to the first and second embodiments.
【0065】図10において、記録ヘッド101は、そ
の記録紙107と対向する面に、記録紙107の搬送方
向に48個のインク吐出口(不図示)を具える。また、
記録ヘッド101には、この48個の吐出口それぞれに
連通してインク路(不図示)が設けられ、それぞれのイ
ンク路に対応して、記録ヘッド101を構成する基板に
インク吐出のための熱エネルギーを発生するヒータが形
成されている。ヒータは、上述のように記録データに応
じてこれに印加される電気パルスによって熱を発生し、
これにより、インクに沸騰膜を生じこの沸騰膜による気
泡の生成に伴なって上記吐出口からインクが吐出され
る。各インク路には、これらに共通に連通する共通液室
が設けられており、これに貯留されるインクは、各イン
ク路での吐出動作に応じてそのインク路に供給される。In FIG. 10, the recording head 101 is provided with 48 ink discharge ports (not shown) on the surface facing the recording paper 107 in the transport direction of the recording paper 107. Also,
The recording head 101 is provided with ink paths (not shown) in communication with each of the 48 discharge ports, and heat corresponding to each of the ink paths is applied to a substrate constituting the recording head 101 for discharging ink. A heater for generating energy is formed. The heater generates heat by an electric pulse applied thereto according to the recording data as described above,
As a result, a boiling film is formed in the ink, and the ink is ejected from the ejection port along with the generation of bubbles by the boiling film. Each ink path is provided with a common liquid chamber commonly communicating with the ink paths, and the ink stored therein is supplied to the ink path in accordance with the ejection operation in each ink path.
【0066】キャリッジ102は、記録ヘッド101を
搭載し、また、記録紙107の記録面と平行に延在する
1対のガイドレール103と摺動可能に係合する。これ
により、記録ヘッド101は、ガイドレール103に沿
って移動することができ、この移動に伴なって所定のタ
イミングで上記記録面に向けてインクを吐出することに
より記録を行う。上記移動の後、記録紙107を、図中
矢印方向に所定量搬送し、再び上記移動を行い記録を行
う。このような動作を繰り返すことにより、記録紙10
7に、順次記録を行っていく。The carriage 102 has the recording head 101 mounted thereon, and slidably engages with a pair of guide rails 103 extending in parallel with the recording surface of the recording paper 107. Accordingly, the recording head 101 can move along the guide rail 103, and performs recording by discharging ink toward the recording surface at a predetermined timing along with the movement. After the above movement, the recording paper 107 is conveyed by a predetermined amount in the direction of the arrow in the figure, and is again moved to perform recording. By repeating such operations, the recording paper 10
7, recording is performed sequentially.
【0067】上述した記録紙107の搬送は、その記録
面の上下にそれぞれ配設された各々1対の搬送ローラ1
04および105が回転することによって行われる。ま
た、記録紙107の記録面の裏側には、記録面の平面性
を保つためのプラテン106が配設されている。The recording paper 107 is conveyed by a pair of conveying rollers 1 disposed above and below the recording surface.
This is performed by rotation of 04 and 105. A platen 106 for maintaining the flatness of the recording surface is provided on the back side of the recording surface of the recording paper 107.
【0068】なお、上述したキャリッジ102の移動
は、これに取付けられる不図示の例えばベルトがモータ
によって駆動されることによって可能となり、また、搬
送ローラ104および105の回転も同様にモータの回
転がこれらに伝達されることによって可能となる。The above-described movement of the carriage 102 is made possible by driving, for example, a belt (not shown) attached to the carriage 102 by a motor, and the rotation of the motor is the same as the rotation of the transport rollers 104 and 105. This is made possible by being transmitted to
【0069】図11は、図10に示したインクジェット
記録装置の制御構成を示すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram showing a control configuration of the ink jet recording apparatus shown in FIG.
【0070】図11において、CPU200はこの装置
各部動作の制御処理やデータ処理等を実行する。ROM
200Aには、その処理手順等が格納され、また、RA
M200Bは上記処理実行のワークエリアとして用いら
れる。Referring to FIG. 11, a CPU 200 executes a control process, a data process, and the like for the operation of each unit of the apparatus. ROM
200A stores the processing procedure and the like.
M200B is used as a work area for executing the above processing.
【0071】記録ヘッド101におけるインク吐出は、
CPU200がヒータを駆動するための記録データおよ
び駆動制御信号をヘッドドライバ101Aに供給するこ
とにより行われる。また、CPU200は、記録ヘッド
107の温度(インク温度)を制御するため、上記ヒー
タが吐出に至らない程度に駆動されるが、この駆動デー
タおよび駆動制御信号を供給する。さらにCPU200
は、上記キャリッジ102を移動させるためのキャリッ
ジモータ220や搬送ローラ104,105を回転させ
るための紙送り(P.F)モータ50の回転を、それぞ
れモータドライバ220Aおよび50Aを介して制御す
る。The ink discharge in the recording head 101 is as follows.
This is performed by the CPU 200 supplying print data and a drive control signal for driving the heater to the head driver 101A. In addition, the CPU 200 is driven to such an extent that the heater is not ejected in order to control the temperature (ink temperature) of the recording head 107, and supplies this drive data and a drive control signal. CPU 200
Controls the rotation of the carriage motor 220 for moving the carriage 102 and the rotation of the paper feed (PF) motor 50 for rotating the transport rollers 104 and 105 via motor drivers 220A and 50A, respectively.
【0072】(その他)なお、本発明は、特にインクジ
ェット記録方式の中でも、インク吐出を行わせるために
利用されるエネルギとして熱エネルギを発生する手段
(例えば電気熱変換体やレーザ光等)を備え、前記熱エ
ネルギによりインクの状態変化を生起させる方式の記録
ヘッド、記録装置において優れた効果をもたらすもので
ある。かかる方式によれば記録の高密度化,高精細化が
達成できるからである。(Others) It should be noted that the present invention includes a means (for example, an electrothermal converter or a laser beam) for generating thermal energy as energy used for discharging ink, particularly in an ink jet recording system. An excellent effect is obtained in a recording head and a recording apparatus of a type in which the state of ink is changed by the thermal energy. This is because according to such a method, it is possible to achieve higher density and higher definition of recording.
【0073】その代表的な構成や原理については、例え
ば、米国特許第4723129号明細書,同第4740
796号明細書に開示されている基本的な原理を用いて
行うものが好ましい。この方式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る電気
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1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を発生せ
しめ、記録ヘッドの熱作用面に膜沸騰を生じさせて、結
果的にこの駆動信号に一対一で対応した液体(インク)
内の気泡を形成できるので有効である。この気泡の成
長,収縮により吐出用開口を介して液体(インク)を吐
出させて、少なくとも1つの滴を形成する。この駆動信
号をパルス形状とすると、即時適切に気泡の成長収縮が
行われるので、特に応答性に優れた液体(インク)の吐
出が達成でき、より好ましい。このパルス形状の駆動信
号としては、米国特許第4463359号明細書,同第
4345262号明細書に記載されているようなものが
適している。なお、上記熱作用面の温度上昇率に関する
発明の米国特許第4313124号明細書に記載されて
いる条件を採用すると、さらに優れた記録を行うことが
できる。The typical configuration and principle are described in, for example, US Pat. Nos. 4,723,129 and 4,740.
It is preferable to use the basic principle disclosed in the specification of Japanese Patent No. 796. This method is a so-called on-demand type,
Although it can be applied to any type of continuous type, in particular, in the case of the on-demand type, it can be applied to a sheet holding liquid (ink) or an electrothermal converter arranged corresponding to the liquid path. By applying at least one drive signal corresponding to the recorded information and giving a rapid temperature rise exceeding the nucleate boiling, heat energy is generated in the electrothermal transducer, and film boiling occurs on the heat acting surface of the recording head. Liquid (ink) corresponding to this drive signal on a one-to-one basis.
This is effective because air bubbles inside can be formed. The liquid (ink) is ejected through the ejection opening by the growth and contraction of the bubble to form at least one droplet. When the drive signal is formed into a pulse shape, the growth and shrinkage of the bubble are performed immediately and appropriately, so that the ejection of a liquid (ink) having particularly excellent responsiveness can be achieved, which is more preferable. As the pulse-shaped drive signal, those described in US Pat. Nos. 4,463,359 and 4,345,262 are suitable. Further, if the conditions described in US Pat. No. 4,313,124 relating to the temperature rise rate of the heat acting surface are adopted, more excellent recording can be performed.
【0074】記録ヘッドの構成としては、上述の各明細
書に開示されているような吐出口,液路,電気熱変換体
の組合せ構成(直線状液流路または直角液流路)の他に
熱作用部が屈曲する領域に配置されている構成を開示す
る米国特許第4558333号明細書,米国特許第44
59600号明細書を用いた構成も本発明に含まれるも
のである。加えて、複数の電気熱変換体に対して、共通
するスリットを電気熱変換体の吐出部とする構成を開示
する特開昭59−123670号公報や熱エネルギの圧
力波を吸収する開孔を吐出部に対応させる構成を開示す
る特開昭59−138461号公報に基いた構成として
も本発明の効果は有効である。すなわち、記録ヘッドの
形態がどのようなものであっても、本発明によれば記録
を確実に効率よく行うことができるようになるからであ
る。As the configuration of the recording head, in addition to the combination of the discharge port, the liquid path, and the electrothermal converter (linear liquid flow path or right-angled liquid flow path) as disclosed in the above-mentioned specifications, U.S. Pat. No. 4,558,333 and U.S. Pat. No. 44,558 which disclose a configuration in which a heat acting portion is arranged in a bending region.
A configuration using the specification of Japanese Patent No. 59600 is also included in the present invention. In addition, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 59-123670 discloses a configuration in which a common slit is used as a discharge portion of an electrothermal converter for a plurality of electrothermal converters, and an aperture for absorbing a pressure wave of thermal energy is provided. The effect of the present invention is effective even if the configuration is based on JP-A-59-138461, which discloses a configuration corresponding to a discharge unit. That is, according to the present invention, recording can be reliably and efficiently performed regardless of the form of the recording head.
【0075】さらに、記録装置が記録できる記録媒体の
最大幅に対応した長さを有するフルラインタイプの記録
ヘッドに対しても本発明は有効に適用できる。そのよう
な記録ヘッドとしては、複数記録ヘッドの組合せによっ
てその長さを満たす構成や、一体的に形成された1個の
記録ヘッドとしての構成のいずれでもよい。Further, the present invention can be effectively applied to a full-line type recording head having a length corresponding to the maximum width of a recording medium on which a recording apparatus can record. Such a recording head may have a configuration that satisfies the length by a combination of a plurality of recording heads, or a configuration as one integrally formed recording head.
【0076】加えて、上例のようなシリアルタイプのも
のでも、装置本体に固定された記録ヘッド、あるいは装
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
体的にインクタンクが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。In addition, even in the case of the serial type as described above, a recording head fixed to the apparatus main body or an electric connection with the apparatus main body or ink from the apparatus main body is mounted by being mounted on the apparatus main body. The present invention is also effective when a replaceable chip-type recording head that can be supplied or a cartridge-type recording head in which an ink tank is provided integrally with the recording head itself is used.
【0077】また、本発明の記録装置の構成として、記
録ヘッドの吐出回復手段、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、記録ヘッドに
対してのキャッピング手段、クリーニング手段、加圧或
は吸引手段、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を用いて加熱を行う予備加熱手
段、記録とは別の吐出を行なう予備吐出手段を挙げるこ
とができる。Further, it is preferable to add ejection recovery means for the recording head, preliminary auxiliary means, and the like as the configuration of the recording apparatus of the present invention since the effects of the present invention can be further stabilized. If these are specifically mentioned, the recording head is heated using capping means, cleaning means, pressurizing or suction means, an electrothermal transducer, another heating element or a combination thereof. Pre-heating means for performing the pre-heating and pre-discharging means for performing the discharging other than the recording can be used.
【0078】また、搭載される記録ヘッドの種類ないし
個数についても、例えば単色のインクに対応して1個の
みが設けられたものの他、記録色や濃度を異にする複数
のインクに対応して複数個数設けられるものであっても
よい。すなわち、例えば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るか
いずれでもよいが、異なる色の複色カラー、または混色
によるフルカラーの各記録モードの少なくとも一つを備
えた装置にも本発明は極めて有効である。The type and number of recording heads to be mounted are, for example, not only those provided for one color ink but also a plurality of inks having different recording colors and densities. A plurality may be provided. That is, for example, the printing mode of the printing apparatus is not limited to a printing mode of only a mainstream color such as black, but may be any of integrally forming a printing head or a combination of a plurality of printing heads. The present invention is also very effective for an apparatus provided with at least one of the recording modes of full color by color mixture.
【0079】さらに加えて、以上説明した本発明実施例
においては、インクを液体として説明しているが、室温
やそれ以下で固化するインクであって、室温で軟化もし
くは液化するものを用いてもよく、あるいはインクジェ
ット方式ではインク自体を30℃以上70℃以下の範囲
内で温度調整を行ってインクの粘性を安定吐出範囲にあ
るように温度制御するものが一般的であるから、使用記
録信号付与時にインクが液状をなすものを用いてもよ
い。加えて、熱エネルギによる昇温を、インクの固形状
態から液体状態への状態変化のエネルギとして使用せし
めることで積極的に防止するため、またはインクの蒸発
を防止するため、放置状態で固化し加熱によって液化す
るインクを用いてもよい。いずれにしても熱エネルギの
記録信号に応じた付与によってインクが液化し、液状イ
ンクが吐出されるものや、記録媒体に到達する時点では
すでに固化し始めるもの等のような、熱エネルギの付与
によって初めて液化する性質のインクを使用する場合も
本発明は適用可能である。このような場合のインクは、
特開昭54−56847号公報あるいは特開昭60−7
1260号公報に記載されるような、多孔質シート凹部
または貫通孔に液状又は固形物として保持された状態
で、電気熱変換体に対して対向するような形態としても
よい。本発明においては、上述した各インクに対して最
も有効なものは、上述した膜沸騰方式を実行するもので
ある。In addition, in the embodiments of the present invention described above, the ink is described as a liquid. However, an ink which solidifies at room temperature or lower and which softens or liquefies at room temperature may be used. In general, the ink jet method generally controls the temperature of the ink itself within a range of 30 ° C. or more and 70 ° C. or less to control the temperature so that the viscosity of the ink is in a stable ejection range. Sometimes, the ink may be in a liquid state. In addition, in order to positively prevent temperature rise due to thermal energy by using it as energy for changing the state of the ink from a solid state to a liquid state, or to prevent evaporation of the ink, the ink is solidified in a standing state and heated. May be used. In any case, the application of heat energy causes the ink to be liquefied by the application of the heat energy according to the recording signal and the liquid ink to be ejected, or to start solidifying when it reaches the recording medium. The present invention is also applicable to a case where an ink having a property of liquefying for the first time is used. In such a case, the ink
JP-A-54-56847 or JP-A-60-7
As described in Japanese Patent Publication No. 1260, it is also possible to adopt a form in which the sheet is opposed to the electrothermal converter in a state where it is held as a liquid or solid substance in the concave portion or through hole of the porous sheet. In the present invention, the most effective one for each of the above-mentioned inks is to execute the above-mentioned film boiling method.
【0080】さらに加えて、本発明インクジェット記録
装置の形態としては、コンピュータ等の情報処理機器の
画像出力端末として用いられるものの他、リーダ等と組
合せた複写装置、さらには送受信機能を有するファクシ
ミリ装置の形態を採るもの等であってもよい。Further, the form of the ink jet recording apparatus of the present invention is not limited to those used as image output terminals of information processing equipment such as computers, copying apparatuses combined with readers and the like, and facsimile apparatuses having a transmission / reception function. It may take a form.
【0081】[0081]
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によればインク吐出のための気泡が発生してから、時間
2・L・{ρ/(Pg −Pamb )}1/2 以後に気泡と外
気とが連通することにより、この連通時の気泡内圧力と
外気圧との差が充分に小さなものとなる。これにより、
吐出口からインク滴が吐出される際のインクのスプラッ
シュやミストの発生が低減される。As is apparent from the above description, according to the present invention, the time 2 · L · {ρ / (P g −P amb )} 1/2 after the bubble for ink ejection is generated. Thereafter, when the bubbles communicate with the outside air, the difference between the pressure inside the bubbles and the outside air pressure at the time of the communication becomes sufficiently small. This allows
Splashes and mist of ink when ink droplets are ejected from the ejection openings are reduced.
【0082】この結果、スプラッシュ等による記録紙の
地汚れや装置内の汚れを防止することができ、記録品位
を向上させることが可能となる。As a result, it is possible to prevent the recording paper from being stained by splash or the like and the inside of the apparatus, thereby improving the recording quality.
【図1】インク吐出方法の一従来例を説明するための記
録ヘッドの模式的断面図である。FIG. 1 is a schematic sectional view of a recording head for explaining a conventional example of an ink discharging method.
【図2】インク吐出方法の他の従来例を説明するための
記録ヘッドの模式的断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a recording head for explaining another conventional example of an ink discharging method.
【図3】インク吐出方法のさらに他の従来例を説明する
ための記録ヘッドの模式的断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a recording head for explaining still another conventional example of an ink discharging method.
【図4】本発明の吐出原理を説明するための記録ヘッド
の模式的断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a recording head for explaining the ejection principle of the present invention.
【図5】図4の示す記録ヘッドを上方から見た模式的断
面図である。FIG. 5 is a schematic sectional view of the recording head shown in FIG. 4 as viewed from above.
【図6】(a)および(b)は、それぞれ本発明を適用
して好適な記録ヘッドおよびその吐出方法を示す断面図
である。FIGS. 6A and 6B are cross-sectional views showing a recording head suitable for applying the present invention and a discharge method thereof.
【図7】(a)および(b)は、本発明の実施例1に用
いられる記録ヘッドのそれぞれ分解斜視図および上面図
である。FIGS. 7A and 7B are an exploded perspective view and a top view, respectively, of the recording head used in the first embodiment of the present invention.
【図8】(a)および(b)は、本発明の実施例2に用
いられる記録ヘッドのそれぞれ断面図および上面図であ
る。FIGS. 8A and 8B are a cross-sectional view and a top view, respectively, of a recording head used in a second embodiment of the present invention.
【図9】(a)および(b)は、上記実施例1,2の比
較例による吐出状態を示す記録ヘッドの断面図である。FIGS. 9A and 9B are cross-sectional views of a recording head showing an ejection state according to a comparative example of the first and second embodiments.
【図10】本発明の上記各実施例を実施可能なインクジ
ェット記録装置の概略斜視図である。FIG. 10 is a schematic perspective view of an ink jet recording apparatus capable of implementing each of the above embodiments of the present invention.
【図11】図10に示した装置の制御構成の一例を示す
ブロック図である。11 is a block diagram showing an example of a control configuration of the device shown in FIG.
1 基板 2 ヒータ 3,B インク路 4,14 天板 5,15 吐出口 6 気泡 7 インク滴 8 隔壁 10,C 液室 20 インク供給口 101 記録ヘッド 200 CPU 200A ROM 200B RAM Reference Signs List 1 substrate 2 heater 3, B ink path 4, 14 top plate 5, 15 discharge port 6 bubble 7 ink drop 8 partition wall 10, C liquid chamber 20 ink supply port 101 recording head 200 CPU 200A ROM 200B RAM
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 乾 利治 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 滝沢 吉久 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 宮川 昌士 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 八重樫 尚雄 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 城田 勝浩 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 大熊 典夫 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭55−161935(JP,A) 特開 昭61−185455(JP,A) 特開 昭61−249768(JP,A) 特開 平4−10940(JP,A) 特開 平4−10941(JP,A) 特開 平4−10942(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B41J 2/05 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Toshiharu Ina 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. (72) Inventor Yoshihisa Takizawa 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon (72) Inventor: Masashi Miyagawa, 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. (72) Inventor: Nao Yaegashi, 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. ( 72) Inventor Katsuhiro Shirota 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Inside Canon Inc. (72) Inventor Norio Okuma 3-30-2 Shimomaruko 3-chome, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. (56) References JP-A-55-161935 (JP, A) JP-A-61-185455 (JP, A) JP-A-61-249768 (JP, A) JP-A-4-10940 (JP, A) 4-10941 (JP, A) JP-A-4-10942 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) B41J 2/05
Claims (2)
出口に連通したインク路と、該インク路に設けられイン
クを吐出するための熱エネルギーを発生する熱エネルギ
ー発生素子とを具え、前記熱エネルギーによりインクに
気泡を発生させ該気泡の生成に基づいてインクを吐出す
るための記録ヘッドの吐出方法において、 前記気泡が発生してから、時間 2・L・{ρ/(Pg −Pamb )}1/2 ここでLは前記熱エネルギー発生素子と前記吐出口との
距離,ρはインクの密度,Pg は前記気泡が発生したと
きの当該気泡の圧力,Pamb は当該記録ヘッドの外気の
圧力。より後に前記気泡と前記外気とを、前記吐出口近
傍において、連通させることを特徴とするインクジェッ
ト記録ヘッドの吐出方法。A discharge port for discharging ink, an ink path communicating with the discharge port, and a thermal energy generating element provided in the ink path for generating thermal energy for discharging ink; In the method for discharging a recording head for generating bubbles in ink by the thermal energy and discharging the ink based on the generation of the bubbles, it is preferable that a time of 2 · L · 気 泡 ρ / (P g − P amb )} 1/2 where L is the distance between the thermal energy generating element and the ejection port, ρ is the density of the ink, P g is the pressure of the bubble when the bubble is generated, and P amb is the recording. The outside air pressure of the head. An ejection method for an ink jet recording head, wherein the air bubbles and the outside air are communicated with each other in the vicinity of the ejection port later.
出口に連通したインク路と、該インク路に設けられイン
クを吐出するための熱エネルギーを発生する熱エネルギ
ー発生素子とを具えた記録ヘッドを有し、前記熱エネル
ギーによりインクに気泡を発生させ該気泡の生成に基づ
いてインクを吐出して記録を行うインクジェット記録装
置において、前記気泡が発生してから、時間 2・L・{ρ/(Pg −Pamb )}1/2 ここでLは前記熱エネルギー発生素子と前記吐出口との
距離,ρはインクの密度,Pg は前記気泡が発生したと
きの当該気泡の圧力,Pambは当該記録ヘッドの外気の
圧力。以後に前記気泡と前記外気とを、前記吐出口近傍
において、連通させるよう、前記熱エネルギー発生素子
に当該熱エネルギーを発生させる駆動手段、を具えたこ
とを特徴とするインクジェット記録装置。2. An image forming apparatus comprising: an ejection port for ejecting ink; an ink path communicating with the ejection port; and a thermal energy generating element provided in the ink path for generating thermal energy for ejecting ink. In an ink jet recording apparatus which has a recording head and generates a bubble in the ink by the thermal energy and discharges the ink based on the generation of the bubble to perform recording, a time of 2 · L · 気 泡ρ / (P g −P amb )} 1/2 where L is the distance between the thermal energy generating element and the ejection port, ρ is the density of the ink, and P g is the pressure of the bubble when the bubble is generated. , P amb is the pressure of the outside air of the recording head. An ink jet recording apparatus comprising: a driving unit for generating the thermal energy in the thermal energy generating element so that the bubble and the outside air communicate with each other in the vicinity of the discharge port.
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