(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクおよびエネルギー変換液体を保持するとともに、記録媒体に対向する部分の少なくとも一部が開放されてインク吐出口が形成されたインク保持部材と、
前記インク保持部材内部で、インクとエネルギー変換液体とを、インクがインク吐出口側に配されるように隔離する仕切り部材と、
画像情報に対応し、液相から気相への急激な密度変化により前記エネルギー変換液体に衝撃的気泡を発生させ、該衝撃的気泡が音速を超えて体積膨張することで衝撃波を発生させる衝撃波発生手段と、
を有することを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【請求項２】
衝撃波発生手段が、インク保持部材に保持されたエネルギー変換液体にレーザー光を照射し、前記インクに衝撃波を発生させるレーザー光発生手段であることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項３】
前記エネルギー変換液体が、前記レーザー光発生手段からレーザー光を有効に吸収して、衝撃的気泡を効率よく発生させるレーザーエネルギー吸収物質を含有する液体であることを特徴とする請求項２に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項４】
前記エネルギー変換液体が、前記レーザーエネルギー吸収物質を５〜３０％含むことを特徴とする請求項３に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項５】
前記レーザーエネルギー吸収物質が、着色材料、金属、又はセラミック材料であることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項６】
衝撃波発生手段が、インク保持部材に保持されたエネルギー変換液体内部で高電圧を印加することで放電を発生させ、前記エネルギー変換液体に衝撃波を発生させる、少なくとも一対の電極からなる放電発生手段であることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項７】
エネルギー変換液体の固有音響インピーダンス（ＺA）と、仕切り部材の固有音響インピーダンス（ＺC）との比（ＺA／ＺC）が、０．２〜６の範囲であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項８】
仕切り部材の固有音響インピーダンス（ＺC）と、インクの固有音響インピーダンス（ＺB）との比（ＺC／ＺB）が、０．２〜６の範囲であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１に記載のインクジェット記録ヘッドを備えたことを特徴とするインクジェット記録装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクを吐出させて記録媒体表面に画像を記録するインクジェット記録ヘッド、および、該インクジェット記録ヘッドを用いたインクジェット記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
画像情報に応じインク滴を吐出させて記録媒体表面に印字を行う、インクジェット記録ヘッドは、これまでさまざまな方式が提案されてきた。その主なものとして、画像情報に応じてインク滴を吐出する、所謂ドロップ・オン・デマンド（ＤＯＤ）型インクジェット式記録ヘッドと、ノズルから連続的にインクを吐出する連続流型インクジェット記録ヘッドと、がある。
【０００３】
ドロップ・オン・デマンド型インクジェット式記録ヘッドの代表的なものとしては、例えば、圧電素子であるビエゾを利用したもの（ピエゾ振動子型）と、発熱体等の発熱を利用したもの（サーマル型）がある。
ピエゾ振動子型はインク室に付設された圧電素子にパルス電圧を印加し、圧電素子を変形させることによりインク室内に圧力波を発生させ、ノズルからインク滴を吐出させ記録媒体表面にドットを形成するものである。
【０００４】
一方、サーマル型はインク室内に設けられた加熱機構によりインクを加熱し、瞬間的に沸騰させることにより気泡を発生させ、その圧力によりノズルからインクを吐出させて記録媒体表面にドットを形成する。
【０００５】
その他、サーマル型には、いわゆる光アドレッシング型の記録ヘッドがある。これは、特開平５−２４１９７号公報や特開昭５５−１３２２８２号公報等に開示されているように、レーザー光や発光素子などの光エネルギーをインクに照射し熱エネルギーを与えることで気泡を生成させ、そのとき発生する圧力波の作用により、ノズルからインクを吐出させるというものである。
この方法では、発生する圧力が十分高くならないため、インク滴の吐出速度はせいぜい５〜１０ｍ／ｓ程度であり、吐出方向が不安定になること、および、空気抵抗等により記録媒体表面への着弾位置の安定性が悪くなること、などの問題がある。
【０００６】
これに対し、連続流型インクジェット記録ヘッドは、インクに圧力を加えてノズルから連続的にインクを吐出させると同時に、ピエゾ振動子などにより振動を加えて突出インク柱を液滴化し、さらに液滴に対して選択的に帯電、偏向を行うことによって、記録を行うものである。
【０００７】
これらのインク吐出原理を用いたインクジェット記録ヘッドにおいて、記録解像度を上げるためには、ノズルの配置を高密度化させ、解像度に応じてノズル径を小さくして微小なインク滴を吐出させる必要があるが、ノズル径を小さくすることによりノズルの目詰まりが生じ易くなるため、ヘッドを高密度化、高解像度化できないという問題がある。
【０００８】
また、高密度化に伴いノズルのインク流路が狭くなると、インクが受ける流路抵抗が大きくなり、十分な吐出性能が得られなくなるという問題がある。更に、ノズルへはインク供給手段を用いてインク貯蔵装置からインクを供給する必要があるが、従来のインクジェット記録ヘッドでは、ノズルの流路抵抗が大きいことにより、ノズルへのインクの再充填が律速となって、インクの供給速度がこの流路抵抗に制限されるため、結果的に印字速度も遅くなるという問題があった。
【０００９】
加えて、ノズル径を小さくすることによりノズルへの異物の混入やインクの乾燥などによる目詰まりが生じ易くなることや、ノズルの周囲への残滓の付着によってインク吐出方向が不安定になり、記録媒体表面の画質に欠陥が生じたり、インク中に溶存している酸素の気化やインクの振動などによりノズル径程度の小さな気泡が発生し、当該気泡がインク流路を塞ぐなど吐出不良の問題があった。
【００１０】
従って、従来のインクジェット記録ヘッドでは、インクをノズルから吸引するバキューム動作や、ノズル面の残滓や異物を取り除くためのワイピング動作などのメンテナンス動作が不可欠であり、これにより印字動作が中断されることも印字速度を向上させる妨げとなっていた。
【００１１】
このような、ノズルを有するインクジェット記録ヘッドの問題点を解決するため、ノズルレスのインクジェット記録ヘッドが提案されている。ノズルレスのインクジェット式記録ヘッドには、音響波を用いたものなどがある。
【００１２】
音響波を用いたものとしては、特開平３−２００１９９号公報に開示されているように、音波の放射圧をインク液面に集束させ、このエネルギーによってインク液面からインク滴を吐出させるものである。このように音波を用いた方法における問題点として、音波を発生させるためには振動発生源が必要であり、その形状自由度が低いことによりインクの吐出点を高密度化させるのが困難となること、インク吐出位置に吐出エネルギーを集中させるための装置がインク吐出位置毎に必要であるため装置が大型化、高コスト化し、１つの記録ヘッドから吐出できるインク滴の数を多くすることができないこと、等があり、結果として、アドレス速度および印字速度が遅くなるという問題がある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事実を考慮し、ノズルに起因する問題がなく、しかも印字ドットの高解像度化が可能であり、インクの吐出速度および吐出方向が安定であり、高速で印字可能なインクジェット記録ヘッド、およびそれを用いたインクジェット記録装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、以下の本発明により達成される。
すなわち第１の本発明は、インクおよびエネルギー変換液体を保持するとともに、記録媒体に対向する部分の少なくとも一部が開放されてインク吐出口が形成されたインク保持部材と、
前記インク保持部材内部で、インクとエネルギー変換液体とを、インクがインク吐出口側に配されるように隔離する仕切り部材と、
画像情報に対応し、前記エネルギー変換液体に衝撃波を発生させる衝撃波発生手段と、
を有することを特徴とするインクジェット記録ヘッドである。
【００１５】
このインクジェット記録ヘッドでは、インク保持部材に保持されたエネルギー変換液体に対し、衝撃波発生手段から画像情報に対応してレーザー光が照射され、衝撃波がエネルギー変換液体に発生する。この衝撃波が仕切り部材に到達すると、そのまま仕切り部材を透過しインクへと伝搬する。該衝撃波が、周囲のインクを押し広げながらインク内を伝搬して気液界面に達すると、気相と液相との衝撃インピーダンスの違いによって、気液界面より気相方向へインク滴が吐出する。そして、記録媒体表面に画像情報に対応した画像が形成される。
【００１６】
したがって第１の本発明によれば、インクに衝撃波を発生させてインク滴を吐出させるため、従来のインクジェット記録ヘッドのようなノズルが不要となる。このため、インク吐出位置を高密度に配置しても、ノズルの目詰まりやこの目詰まりによって生じる吐出不良、ノズルの流路抵抗が高いことに起因する速度の遅延化等の不都合が生じない。また、ノズルのメンテナンス動作も不要となるので、画像記録が途中で中断されることもない。加えて、従来のレーザー・アドレッシング型のバブルジェット型記録ヘッドと比較して、インク滴の吐出速度が大きくなるので、吐出方向が安定し、空気抵抗等があっても記録媒体への着弾位置が一定位置となる。
【００１７】
さらに、エネルギーの吸収効率のよい液体をエネルギー変換用の媒体として用いているため、効率良く強い衝撃波を発生させることができ、より高速にインク滴を吐出させることができ、あるいは衝撃波発生手段によるエネルギーを省力化できるため、インクジェット記録装置の小型軽量化および省エネルギー化を達成できる。また、インクへのエネルギー付与の際に、高密度エネルギーがインクに直接作用せず、エネルギー変換液体を介している為、コゲーション等の急激な温度変化によるインクの物性変化および劣化を防止することができ、さらに、インク中に熱が発生せず、インクの温度上昇による溶存気体の析出、相変化による気化などの気泡発生を抑制することができる。
【００１８】
第２の本発明は、第１の本発明のインクジェット記録ヘッドであって、衝撃波発生手段が、インク保持部材に保持されたエネルギー変換液体にレーザー光を照射し、前記インクに衝撃波を発生させるレーザー光発生手段であることを特徴とする。
【００１９】
第２の本発明によれば、インク保持部材に保持されたエネルギー変換液体にレーザー光を照射することで、エネルギー変換液体中の微小空間に高密度のエネルギーが与えられ、急激にエネルギー変換液体が気化し気泡（以下、「衝撃的気泡」という。）が成長する。衝撃的気泡の成長は、前記エネルギー変換液体に衝撃波を発生させる。したがって、簡易かつ的確に前記エネルギー変換液体に衝撃波を発生させることができ、これを確実にインクに伝搬させることができる。
【００２０】
第３の本発明は、第１の本発明のインクジェット記録ヘッドであって、衝撃波発生手段が、インク保持部材に保持されたエネルギー変換液体内部で高電圧を印加することで放電を発生させ、前記エネルギー変換液体に衝撃波を発生させる、少なくとも一対の電極からなる放電発生手段であることを特徴とする。
【００２１】
第３の本発明によれば、少なくとも一対の電極からなる放電発生手段により、インク保持部材に保持されたエネルギー変換液体内部で高電圧を印加することで放電を発生させることで、エネルギー変換液体中の微小空間に高密度のエネルギーが与えられ、急激にエネルギー変換液体が気化し衝撃的気泡が成長する。衝撃的気泡の成長は、前記エネルギー変換液体に衝撃波を発生させる。したがって、簡易かつ的確に前記エネルギー変換液体に衝撃波を発生させることができ、これを確実にインクに伝搬させることができる。
【００２２】
第４の本発明は、第１ないし第３のいずれか１の本発明のインクジェット記録ヘッドであって、エネルギー変換液体の固有音響インピーダンス（ＺA）と、仕切り部材の固有音響インピーダンス（ＺC）との比（ＺA／ＺC）が、０．２〜６の範囲であることを特徴とする。
【００２３】
第４の本発明によれば、エネルギー変換液体および仕切り部材の両固有音響インピーダンスＺ（媒質の密度と媒質中の音速との積）が近似している（比（ＺA／ＺC）が、０．２〜６の範囲となる）ので、前記エネルギー変換液体に発生させた衝撃波を効率良く前記インクに伝搬させることができる。
【００２４】
第５の本発明は、第１ないし第４のいずれか１の本発明のインクジェット記録ヘッドであって、仕切り部材の固有音響インピーダンス（ＺC）と、インクの固有音響インピーダンス（ＺB）との比（ＺC／ＺB）が、０．２〜６の範囲であることを特徴とする。
【００２５】
第５の本発明によれば、仕切り部材の材料として、固有音響インピーダンスＺがインクと近似している（比（ＺC／ＺB）が、０．２〜６の範囲となる）ので、衝撃波が前記仕切り部材と前記インクとの界面で反射されてしまうことを抑え、効率良く前記衝撃波をインクに伝えることができる。
【００２６】
第６の本発明は、第１ないし第５のいずれか１の本発明のインクジェット記録ヘッドを備えたことを特徴とするインクジェット記録装置である。
第６の本発明によれば、ノズルを有しない構成である第１ないし第５のいずれか１の本発明のインクジェット記録ヘッドを備えているため、ノズルに起因する問題がなく、しかも印字ドットの高解像度化が可能であり、インクの吐出速度および吐出方向が安定であり、高速で印字可能なインクジェット記録装置となる。
【００２７】
さらに、エネルギーの吸収効率のよい液体をエネルギー変換液体として用いているため、効率良く強い衝撃波を発生させることができ、より高速にインク滴を吐出させることができ、あるいは衝撃波発生手段によるエネルギーを省力化できるため、インクジェット記録装置の小型軽量化および省エネルギー化を達成できる。また、インクへのエネルギー付与の際に、高密度エネルギーがインクに直接作用せず、エネルギー変換液体を介している為、コゲーション等の急激な温度変化によるインクの物性変化および劣化を防止することができ、さらに、インク中に熱が発生せず、インクの温度上昇による溶存気体の析出、相変化による気化などの気泡発生を抑制することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
（本発明の原理）
まず、本発明のインクジェット記録ヘッドにより、インクが吐出する原理について説明する。
図１および図２は、本発明の原理を説明するための、本発明のインクジェット記録ヘッドの概略構成図である。図１および図２に示すように、本発明のインクジェット記録ヘッドは、インク保持部材２６と、仕切り部材１０と、衝撃波発生手段１２と、から構成される。インク保持部材２６は、不図示の記録媒体に対向する部分の少なくとも一部が開放されてインク吐出口が形成されている。また、インク保持部材２６内部には、インク１６およびエネルギー変換液体２０が薄層状に、インク１６がインク吐出口側に配されるように保持され、両者が仕切り部材１０により隔離されている。
【００２９】
図１に示すように、衝撃波発生手段１２により、画像情報に対応し、エネルギー変換液体２０に高密度エネルギーが加えられると、これを吸収したエネルギー変換液体２０には衝撃的気泡１４が生じ、これが成長する。衝撃的気泡１４の膨張速度が音速を超え、衝撃波１８が発生する。衝撃波１８が仕切り部材１０に到達すると、そのまま仕切り部材１０を透過しインク１６へと伝搬する。衝撃波１８が、周囲のインク１６を押し広げながらインク１６内を伝搬して気液界面２２に達すると、気相と液相との衝撃インピーダンスの違いによって、図２に示すように、気液界面２２より気相方向へインク滴２４が吐出する。そして、不図示の記録媒体表面にインク滴２４が着弾して、画像情報に対応した画像が形成される。
【００３０】
（好ましい実施の形態）
次に、好ましい実施の形態を挙げて、本発明を詳細に説明する。
図３は、第１の実施形態であるインクジェット記録ヘッド３００の概略構成を示す模式断面図である。
インクジェット記録ヘッド３００は、インク保持部材３２６，３２６’と、仕切り部材３１０と、衝撃波発生手段３１２と、から構成される。
【００３１】
インク保持部材３２６，３２６’は、記録媒体３４８に対向する部分の少なくとも一部が開放されて、インク吐出口が形成されている。また、インク保持部材３２６，３２６’内部には、インク３１６およびエネルギー変換液体３２０が薄層状に、インク３１６がインク吐出口側に配されるように保持され、両者が仕切り部材３１０により隔離されている。
【００３２】
衝撃波発生手段３１２は、レーザー光発生装置（レーザー光発生手段）３３４と、光学レンズ３４６とから構成され、レーザー光発生装置３３４から発せられたレーザー光３３６は、インク保持部材底面３２６’側から、光学レンズ３４６によりエネルギー変換液体３２０に集光される。
【００３３】
インクジェット記録ヘッド３００において、まず、不図示の印字制御装置により発せられた印字信号によって、画像情報に対応して、レーザー光発生装置３３４によってエネルギー変換液体３２０に高密度のエネルギーが付与される。高密度のエネルギーが付与されたエネルギー変換液体３２０には、液相から気相への急激な密度変化が起こり、衝撃的気泡３１４が生成する。衝撃的気泡３１４が音速を超えて体積膨張することにより衝撃波３１８が発生する。衝撃波３１８が仕切り部材３１０に到達すると、そのまま仕切り部材３１０を透過しインク３１６へと伝搬する。衝撃波３１８が、周囲のインク３１６を押し広げながらインク３１６内を伝搬して気液界面３２２に達すると、気相と液相との衝撃インピーダンスの違いによって、気液界面３２２より気相方向へインク滴３２４が吐出する。そして、記録媒体３４８表面にインク滴３２４が着弾して、画像情報に対応した画像が形成される。なお、衝撃的気泡３１４は、衝撃波３１８の発生とともに速やかに消滅する。
【００３４】
本実施形態においては、膨張速度が音速を超える衝撃的気泡３１４を発生させるために、既述の如くレーザー光発生装置（レーザー光発生手段）３３４および光学レンズ３４６からなる衝撃波発生手段３１２により、一定以上のエネルギーをもつレーザー光３３６を、インク保持部材底面３２６’とエネルギー変換液体３２０との界面に照射する。
【００３５】
レーザー光発生装置３３４としては、各種のものが使用可能であるが、衝撃的気泡４１４を生成するのに必要なエネルギーを考慮して、高出力が可能なパルス・レーザー光発生装置を用いるのが好ましい。パルス幅１〜５００ｎｓ、波長５００〜１２００ｎｍ、レーザーの出力範囲１μＪ〜１Ｊのものが好ましく、例としてＣｒ系（ルビー）、Ｎｄ系（ＹＡＧ）、ガラスレーザー、半導体レーザー等が挙げられる。連続発振型のものをパルス的にしてもよい。レーザーの発振周波数は、照射によって物性を著しく変化させない可視光、赤外光が適当である。
【００３６】
インク保持部材３２６，３２６’は、インク３１６およびエネルギー変換液体３２０を保持できる強度をもつものである。また、インク保持部材底面３２６’は、レーザー光発生装置３３４から、光学レンズ３４６によりエネルギー変換液体３２０に集光されたレーザー光３３６のレーザー波長に対して、透過性をもつ材質からなる。インク保持部材底面３２６’の材質は、レーザー光透過率９０％以上のものが望ましい。具体的には、硼硅酸塩ガラスや、溶融石英、合成石英などレーザー光に対する強度を有するものが好ましい。より好ましくはエネルギー損傷しきい値が５Ｊ／ｃｍ2以上である材料である。さらにインク保持部材底面３２６’は、レーザー光の反射を防止するために、反射防止膜（ＭｇＦ2、Ｃｒ、Ａｌ＋ＭｇＦ2等）でコーティング処理されていることが、より望ましい。
【００３７】
衝撃的気泡３１４を発生させるためには、インク保持部材底面３２６’とエネルギー変換液体３２０との界面に、高密度のエネルギーを有するレーザー光３３６を照射すればよい。そのためには、照射するレーザー光３３６の照射面積を小さく、局所的に与えればよく、本実施形態においては、レーザー光発生装置３３４から発せられたレーザー光３３６を微小領域に照射するために、光学レンズ３４６を用いている。勿論、レーザー光発生装置から発せられるレーザー光が、衝撃的気泡の形成に十分な強度を有し、かつ、局所的に照射されるものであるならば、本発明において、光学レンズ３４６は必須でない。
【００３８】
光学レンズ３４６としては、球面、非球面あるいは単、複合レンズを用いることができる。より好ましくは集光の際、収差が少なく、より効率よく微小領域に照射できる非球面レンズを用いる事が望ましい。またレンズはＦ値１．０以下のものが集光率が良く、本発明において好ましい。光学レンズ３４６の材質は、レーザー光透過率９０％以上のものが望ましい。具体的には、硼硅酸塩ガラスや、溶融石英、合成石英などレーザー光に対する強度を有するものが好ましい。より好ましくはエネルギー損傷しきい値が５Ｊ／ｃｍ2以上である材料である。光学レンズ３４６は、レーザー光の反射を防止するために、反射防止膜（ＭｇＦ2、Ｃｒ、Ａｌ＋ＭｇＦ2等）でコーティング処理されていることが、より望ましい。
【００３９】
仕切り部材３１０は、インク３１６およびエネルギー変換液体３２０を隔離するに十分な強度をもつものである。
また仕切り部材３１０は、衝撃波発生手段３１２によりエネルギー変換液体３２０に生じた衝撃波３１８のエネルギーを効率良くインク３１６へ伝搬させるために、衝撃波３１８の反射が少ない材料で形成されていることが望ましい。衝撃波３１８の反射は、異なる物性の媒質の界面で発生するものであり、固有音響インピーダンスＺ（媒質の密度と媒質中の音速との積、単位Ｐａ・ｓ／ｍ）が近い媒質の界面であれば反射は少ない。
【００４０】
本発明においては、エネルギー変換液体３２０および仕切り部材３１０の界面と、仕切り部材３１０およびインク３１６の界面と、について固有音響インピーダンスＺを考慮する必要がある。すなわち、エネルギー変換液体３２０の固有音響インピーダンスＺA、インク３１６の固有音響インピーダンスＺB、および、仕切り部材３１０の固有音響インピーダンスＺCが、相互に近似していることが望ましい。
【００４１】
したがって、衝撃波がエネルギー変換液体３２０と仕切り部材３１０との界面で反射されてしまうことを抑え、効率良く前記衝撃波をインクに伝えるためには、ＺAとＺCとが近似していることが望まれる。具体的には、比ＺA／ＺCｄが、好ましくは０．２〜６の範囲となるように、より好ましくは０．３〜３の範囲となるように、エネルギー変換液体３２０および仕切り部材３１０を選択することが好ましい。
【００４２】
一方、インク３２０については、ＺCとＺBとを近似させることで、衝撃波が仕切り部材３１０とインク３２０との界面で反射されてしまうことを抑え、効率良く前記衝撃波をインクに伝えることができる。具体的には、比（ＺC／ＺBが、０．２〜６の範囲となるように、より好ましくは０．３〜３の範囲となるように、使用するインク３２０に合わせて、仕切り部材３１０を選択することが好ましい。かかる仕切り部材３１０の材料の例としては、ポリエチレン、ナイロン、アクリル、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの高分子材料や、硼珪酸塩ガラス、石英ガラスなどのガラス材料、あるいはゴム材料等が挙げられる。
【００４３】
仕切り部材３１０は、レーザー光発生装置３３４から発生するレーザー光３３６の波長成分が不透過である物質を含む構成ものが、インク３１６へのエネルギー付与を阻止し、インク３１６中での気泡発生を防止できるため好ましい。
【００４４】
エネルギー変換液体３２０は、レーザー光発生装置３３４から照射されるレーザー光３３６を有効に吸収して、衝撃的気泡３１４を効率良く発生させる物質（以下、「レーザーエネルギー吸収物質」という。）を含有させることが好ましい。レーザーエネルギー吸収物質とは、具体的には、各種染料、顔料等の着色材料、ニッケル、アルミニウム等の金属、セラミック材料等が挙げられる。レーザーエネルギー吸収物質は、エネルギー変換液体３２０中、１％以上含むことが好ましく、エネルギー変換液体３２０中での衝撃波エネルギーを効率良く伝播させるためには５〜３０％の範囲で含むことがより好ましい。
【００４５】
またエネルギー変換液体３２０とインク保持部材底面３２６’との界面に、レーザー光３３６の波長成分を吸収し得るレーザーエネルギー吸収層を設けてもよい。該レーザーエネルギー吸収層は、インク保持部材底面３２６’と同一または異なる透明材料に、前記レーザーエネルギー吸収物質を含有させて構成される。
【００４６】
インク保持部材３２６，３２６’内のエネルギー変換液体３２０の層、および、仕切り部材３１０の厚みとしては、球面波である衝撃波３１８のエネルギーをできるだけ拡散、減衰させることなくインク３１６に伝搬し得るように、薄い方が望ましく、両者の厚みの合計としては、２ｍｍ以下であることが望ましく、５００μｍ以下であることがより望ましい。
【００４７】
仕切り部材３１０の厚みとしては、５〜１０００μｍの範囲であることが好ましく、２０〜３００μｍの範囲であることがより好ましい。１０００μｍを超えると、衝撃波３１８のエネルギーが吸収あるいは拡散されてしまうことがあり、５μｍ未満であると、熱や衝撃に対する強度が十分に得られなくなる場合がある。
【００４８】
また、インク保持部材３２６，３２６’内のエネルギー変換液体３２０の層の厚みとしては、５〜１０００μｍの範囲であることが好ましく、１０〜２００μｍの範囲であることがより好ましい。１０００μｍを超えると、衝撃波３１８のエネルギーが拡散、減衰してしまい、インク滴３２４を吐出させるに十分なエネルギーをインク３１６に伝搬し得ない場合があり、５μｍ未満であると、衝撃波３１８を生ぜしめるための衝撃的気泡３１４が、十分に生成しない場合がある。
【００４９】
一方、インク保持部材３２６，３２６’内のインク３１６の層の厚さは、インク滴３２４の所望とするドロップ径と、レーザー光発生装置３３４により生じる衝撃波３１８の大きさにより、適宜設定すればよい。本発明者らの実験結果から考慮すると、レーザー光発生装置３３４の出力が１０μＪ〜１００ｍＪの範囲のレーザーを用いた場合、インク３１６の層の厚さとしては、所望とするドロップ径の０．５〜５倍の厚さとすることが好ましく、所望とするドロップ径程度（０．５〜１．５倍程度）とすることが特に好ましい。
使用可能なインクとしては、水性インクが好ましいが、特に水性インクに限定されるものではなく油性インクなども用いることができる。
【００５０】
以上のように、本発明の第１の実施形態のインクジェット記録ヘッド３００によれば、インク３１６に超音速で伝搬する衝撃波３１８を発生させてインク滴３２４を吐出させるため、従来のインクジェット記録ヘッドのようなノズルが不要となる。このため、インク吐出位置を高密度に配置しても、ノズルの目詰まりやこの目詰まりによって生じる吐出不良、ノズルの流路抵抗が高いことに起因する速度の遅延化等の不都合が生じない。また、ノズルのメンテナンス動作も不要となるので、画像記録が途中で中断されることもない。加えて、従来のレーザー・アドレッシング型のバブルジェット型記録ヘッドと比較して、インク滴３２４の吐出速度が大きくなるので、吐出方向が安定し、空気抵抗等があっても記録媒体への着弾位置が一定位置となる。
【００５１】
また、本発明の第１の実施形態のインクジェット記録ヘッド３００によれば、エネルギーの吸収効率のよい液体（エネルギー変換液体３２０）をエネルギー変換用の媒体として用いているため、効率良く強い衝撃波３１８を発生させることができ、より高速にインク滴３２４を吐出させることができ、あるいは衝撃波発生手段３１２によるエネルギーを省力化が可能であるため、インクジェット記録装置の小型軽量化および省エネルギー化を達成できる。また、インク３１６へのエネルギー付与の際に、高密度エネルギーがインク３１６に直接作用せず、エネルギー変換液体３２０を介している為、インク３１６の物性変化および劣化を防止することができ、さらに、インク３１６中に熱が発生せず、インク３１６の温度上昇による溶存気体の析出、相変化による気化などの気泡発生を抑制することができる。
【００５２】
さらに、衝撃波３１８の高密度エネルギーをインク３１６の層に直接与えないため、インクの種類、状態によってレーザー光３３６の吸収効率が変わることがなく一定の吸収率を得ることができ、安定した吐出を得ることができる。そのためインク３１６の種類によってレーザー光発生装置（レーザー光発生手段）３３４の波長を変更する必要がなく、出力強度あるいは波形を多少調整するだけでよい。よってインク３１６の多色化、すなわちインクジェット記録装置のフルカラー化が容易となる。
【００５３】
図４は、第２の実施形態であるインクジェット記録ヘッド４００の概略構成を示す模式断面図である。
インクジェット記録ヘッド４００は、インク保持部材４２６，４２６’と、仕切り部材４１０と、衝撃波発生手段である対電極４４４と、から構成される。
インク保持部材４２６，４２６’は、記録媒体４４８に対向する部分の少なくとも一部が開放されて、インク吐出口が形成されている。また、インク保持部材４２６，４２６’内部には、インク４１６およびエネルギー変換液体４２０が薄層状に、インク４１６がインク吐出口側に配されるように保持され、両者が仕切り部材４１０により隔離されている。すなわち本実施形態は、第１の実施形態と、衝撃波発生手段の構成のみが異なっている。
衝撃波発生手段である対電極４４４は、電極４４０および電極４４２が対を為す構成となっている。
【００５４】
インクジェット記録ヘッド４００において、まず、不図示の印字制御装置により発せられた印字信号によって、画像情報に対応して、不図示の電流発生手段により、衝撃波発生手段である対電極４４４に放電電圧が印加される。本実施形態においては、対電極４４４により有効に放電させるべく、エネルギー変換液体４２０は絶縁性であることが望ましい。当該放電によってエネルギー変換液体４２０に高密度のエネルギーが付与される。放電電圧は６０〜１００Ｖの範囲とすることが好ましく、パルス幅としては１μｓ〜１００μｓの範囲とすることが好ましく、また、電極４４０と電極４４２との間隙は１〜１０μｍの範囲とすることが好ましい。
【００５５】
高密度のエネルギーが付与されたエネルギー変換液体４２０には、液相から気相への急激な密度変化が起こり、衝撃的気泡４１４が生成する。衝撃的気泡４１４が音速を超えて体積膨張することにより衝撃波４１８が発生する。衝撃波４１８が仕切り部材４１０に到達すると、そのまま仕切り部材４１０を透過しインク４１６へと伝搬する。衝撃波４１８が、周囲のインク４１６を押し広げながらインク４１６内を伝搬して気液界面４２２に達すると、気相と液相との衝撃インピーダンスの違いによって、気液界面４２２より気相方向へインク滴４２４が吐出する。そして、記録媒体４４８表面にインク滴４２４が着弾して、画像情報に対応した画像が形成される。なお、衝撃的気泡４１４は、衝撃波４１８の発生とともに速やかに消滅する。
【００５６】
本実施形態においては、気液界面４２２直下の所定の位置に直接エネルギーを付与可能なため、放電によって発生したエネルギーの損失がほとんどなく、エネルギー変換液体４２０に対し、正確に高密度のエネルギーを付与することができる。
【００５７】
本実施形態においては、仕切り部材４１０およびインク保持部材４２６，４２６’は、放電電極から放電を受けない位置に配置することが望ましく、また、放電の影響を受けないよう絶縁体で構成されているか、あるいは絶縁体により被覆されていることが望ましい。
一対の電極４４０および電極４４２は、先端以外が絶縁体により被覆されていることが望ましく、エネルギー変換液体４２０中に、所望の解像度となるように配置しておくことが望ましい。
以上の絶縁体は、１０10Ωｃｍ〜１０18Ωｃｍの物を用いることが望ましい。
【００５８】
その他、インク４１６、エネルギー変換液体４２０、仕切り部材４１０、インク保持部材４２６，４２６’等の、材料、配置、好ましい態様等の構成は、第１の実施形態におけるインク３１６、エネルギー変換液体３２０、仕切り部材３１０、インク保持部材３２６，３２６’等と同様である。
【００５９】
以上のように、本発明の第２の実施形態のインクジェット記録ヘッド４００によれば、第１の実施形態同様、ノズルが不要となるため、インク吐出位置を高密度に配置しても、ノズルの目詰まりやこの目詰まりによって生じる吐出不良、ノズルの流路抵抗が高いことに起因する速度の遅延化等の不都合が生じない。また、ノズルのメンテナンス動作も不要となるので、画像記録が途中で中断されることもない。加えて、吐出方向が安定し、空気抵抗等があっても記録媒体への着弾位置が一定位置となる。
【００６０】
また、本発明の第２の実施形態のインクジェット記録ヘッド４００によれば、第１の実施形態同様、効率良く強い衝撃波４１８を発生させることができ、より高速にインク滴３２４を吐出させることができ、あるいは衝撃波発生手段４１２によるエネルギーを省力化が可能であるため、インクジェット記録装置の小型軽量化および省エネルギー化を達成できる。また、第１の実施形態同様、インク４１６の物性変化および劣化を防止することができ、さらに、インク４１６中に熱が発生せず、インク４１６の温度上昇による溶存気体の析出、相変化による気化などの気泡発生を抑制することができる。
【００６１】
さらに、インクの種類、状態によって放電特性が変わることがなく一定のエネルギー吸収率を得ることができ、安定した吐出を得ることができる。そのためインク４１６の種類によって電流発生手段による出力強度、あるいはパルスの幅・回数等を多少調整するだけでよい。よってインク４１６の多色化、すなわちインクジェット記録装置のフルカラー化が容易となる。
【００６２】
以上、本発明のインクジェット記録ヘッドを２つの実施形態を挙げて詳細に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、既述の本発明の原理が応用され得る構成であれば、如何なる構成をも採用することができる。
【００６３】
ノズルを有しない構成である上記インクジェット記録ヘッドを備えた本発明のインクジェット記録装置は、ノズルに起因する問題がなく、しかも印字ドットの高解像度化が可能であり、インクの吐出速度が速く、吐出方向が安定であり、高速で印字が可能となる。
【００６４】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
実施例においては、図３に示すインクジェット記録ヘッド３００を用いた。
エネルギー変換液体３２０は、染料色素Ｆｏｏｄ  Ｂｌａｃｋ２の５％水溶液を用い、当該層の厚さは３０μｍとした。
【００６５】
インク３１６は、染料色素Ｆｏｏｄ  Ｂｌａｃｋ  ２を５％（質量基準）含む黒インクを用い、インク３１６の層の厚さは３０μｍとした。
仕切り部材３１０は、アクリル製のものを用い、厚さは３０μｍとした。
レーザー光発生装置３３４としては、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーを用い、最大出力１０ｍＪ、波長１０６４ｎｍ、パルス幅１５ｎｓのレーザー光３３６を発振させた。
【００６６】
レーザー光３３６は、インク保持部材底面３２６’の下方から照射し、φ１２ｍｍ、ｆ＝１０ｍｍ、Ｆ＝０．８３の形状が非球面である光学レンズ３４６（レーザー光透過率９５％、エネルギー損傷しきい値６Ｊ／ｃｍ2）により集光させ、インク保持部材底面３２６’とエネルギー変換液体３２０の境界面に焦点を合わせた。
インク保持部材底面３２６’には、厚さ１ｍｍのパイレックスガラス（レーザー光透過率９５％、エネルギー損傷しきい値８Ｊ／ｃｍ2）を用いた。
【００６７】
不図示の印字制御装置により発せられた印字信号によって、画像情報に対応して、レーザー光発生装置３３４によってエネルギー変換液体３２０に高密度のエネルギーを付与した。すると高密度のエネルギーが付与されたエネルギー変換液体３２０は、液相から気相への急激な密度変化が起こり、衝撃的気泡３１４が生成する。衝撃的気泡３１４が音速を超えて体積膨張することにより衝撃波３１８が発生する。衝撃波３１８がマッハ数１．１の速度でエネルギー変換液体３２０を伝搬し、仕切り部材３１０に到達すると、そのままの速度で仕切り部材３１０を透過しインク３１６へと伝搬する。衝撃波３１８が、周囲のインク３１６を押し広げながらインク３１６内を伝搬して気液界面３２２に達すると、気相と液相との衝撃インピーダンスの違いによって、気液界面３２２より気相方向へ、ドロップ径２０μｍのインク滴３２４が４０ｍ／ｓｅｃの速度で吐出した。そして、記録媒体３４８表面にインク滴３２４が着弾して、画像情報に対応した画像が形成された。
【００６８】
【発明の効果】
本発明によれば、インクに超音速で伝搬する衝撃波を発生させてインク滴を吐出させるため、従来のインクジェット記録ヘッドのようなノズルが不要となる。このため、インク吐出位置を高密度に配置しても、ノズルの目詰まりやこの目詰まりによって生じる吐出不良、ノズルの流路抵抗が高いことに起因する速度の遅延化等の不都合が生じない。また、ノズルのメンテナンス動作も不要となるので、画像記録が途中で中断されることもない。加えて、従来のレーザー・アドレッシング型のバブルジェット型記録ヘッドと比較して、インク滴の吐出速度が大きくなるので、吐出方向が安定し、空気抵抗等があっても記録媒体への着弾位置が一定位置となる。
【００６９】
さらに、エネルギーの吸収効率のよい液体をエネルギー変換用の媒体として用いているため、効率良く強い衝撃波を発生させることができ、より高速にインク滴を吐出させることができ、あるいは衝撃波発生手段によるエネルギーを省力化できるため、インクジェット記録装置の小型軽量化および省エネルギー化を達成できる。また、インクへのエネルギー付与の際に、高密度エネルギーがインクに直接作用せず、エネルギー変換液体を介している為、インクの物性変化および劣化を防止することができ、さらに、インク中に熱が発生せず、インクの温度上昇による溶存気体の析出、相変化による気化などの気泡発生を抑制することができる。
【００７０】
また、本発明によれば、衝撃波の高密度エネルギーをインクの層に直接与えないため、インクの種類、状態によってレーザー光の吸収効率や放電特性が変わることがなく一定の吸収率を得ることができ、安定した吐出を得ることができる。そのため、レーザー光発生手段を用いる場合には、インクの種類によってその波長を変更する必要がなく、出力強度あるいは波形を多少調整するだけでよい。また、電流発生手段を用いる場合には、インクの種類によってその出力強度、あるいはパルスの幅・回数等を多少調整するだけでよい。よってインクの多色化、すなわちインクジェット記録装置のフルカラー化が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の原理を説明するための、本発明のインクジェット記録ヘッドの概略構成図であり、衝撃波が形成された状態を表すものである。
【図２】  本発明の原理を説明するための、本発明のインクジェット記録ヘッドの概略構成図であり、インク滴が吐出している状態を表すものである。
【図３】  第１の実施形態であるインクジェット記録ヘッドの概略構成を示す模式断面図である。
【図４】  第２の実施形態であるインクジェット記録ヘッドの概略構成を示す模式断面図である。
【符号の説明】
１０、３１０、４１０  仕切り部材
１２、３１２  衝撃波発生手段
１４、３１４、４１４  衝撃的気泡
１６、３１６、４１６  インク
１８、３１８、４１８  衝撃波
２０、３２０、４２０  エネルギー変換液体
２２、３２２、４２２  気液界面
２４、３２４、４２４  インク滴
２６、３２６、４２６  インク保持部材
３００、４００  インクジェット記録ヘッド
３２６’、４２６’  インク保持部材底面
３３４  レーザー光発生装置
３３６  レーザー光
３４６  光学レンズ
３４８、４４８  記録媒体
４４０      電極
４４２      電極
４４４      対電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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