JP2000313119A - インクジェット記録ヘッド、インクジェット記録装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インク吐出時のシール液体の抵抗を低くす
る。 【解決手段】 ヘッド１０は、インク吐出面に設けらた
インク吐出口１２、吐出手段１４が設けられた吐出室１
６、吐出室１６にインクを供給するインク溜１８、シー
ル液体を、インク吐出口１２に位置する第１のシール液
体２２Ａとインク吐出口１２周囲に位置する第２のシー
ル液体２２Ｂとが区切れるように、引き込むシール液体
引き込み手段２４を備え、シール液体引き込み手段２４
は、バイモルフ構造の複合部材を含んで構成されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェット記
録ヘッド、インクジェット記録装置、及びインクジェッ
ト記録方法に係り、より詳しくは、インクを吐出するイ
ンク吐出口をシール液体でシールするインクジェット記
録ヘッド、インクジェット記録装置、及びインクジェッ
ト記録方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のインクジェット記録装置において
は、非動作時のインクの乾燥、増粘に起因するノズルの
目詰まりを防止することが大きな課題である。この課題
を解決するために種々のインク材料が開発されている
が、インク溶媒の蒸発を低減することは依然として困難
である。市販のインクジェット記録装置では、非印字
時、長期休止時には、樹脂製のキャッピング手段等によ
り、ノズルと外気とを遮蔽してインクの乾燥を遅延させ
ようとしている。しかし、このキャッピング手段では、
ノズルの気密状態をより効果的に高めるためには、複雑
な手順と装置が必要となる。また、このキャッピング手
段では、ノズルを空気から完全に遮蔽することができ
ず、保存中に、ノズル内部のインクの乾燥、増粘が徐々
に進行し、ノズルの目詰まりが発生してしまうことがあ
る。

【０００３】上記目詰まり回復のためのメンテナンスは
不利益となっている。即ち、 市販されているインクジ
ェット記録装置では、長期休止によるノズルの目詰まり
を回復するために、様々なメンテナンス動作が必要とな
っている。例えば、ノズル内の詰まりをノズルの外部か
ら負圧により引き出すバキューム動作による回復では、
装置内にポンプや廃インクの吸収体が必要であり、装置
を複雑化、大型化し、装置のコストを高めている。ま
た、ノズル面を一括して負圧にするため、目詰まりの発
生していないノズルからも大量のインクを吸い出して廃
棄することになり、ランニングコストが高くなる。ま
た、ダミージェット動作やワイピング動作を繰り返して
回復する場合では、メンテナンス位置にヘッドを移動し
たり、ヘッド面にブレードなどの部材を押し当てて摺擦
運動する機構が必要となるなど装置が複雑化してコスト
が高くなる。インクジェット記録装置の長期休止後に
は、印字前にこれらの動作を組み合わせてメンテナンス
動作をさせており、印字前の待ち時間や、メンテナンス
動作による騒音なども発生し、ユーザーに不利益を与え
ている。

【０００４】長期休止後の目詰まりに起因する問題を回
避する手段としては、特開昭５２−１０４１３０号公報
に開示されているように、液体キャッピングによる目詰
まりを回避する方法がある。即ち、インクに不溶のシー
ル液体と、シール液体の膜を張る手段によって、インク
吐出口を密封してインクを空気から遮蔽し、インクの乾
燥を防ぐ方法が知られている。

【０００５】また、特開昭４９−１１５５４８号公報に
は、シール液体とぬれ機構により印字装置の非動作時に
インク吐出口を密封し、動作時にはシール液体の供給路
に設けた開閉器によってシール液体の供給を止める方法
が記載されている。

【０００６】しかし、これらの方法では、シール液体が
表面では区切られているものの内部では実質的に周囲の
シール液体と連続しているために、吐出開始時にインク
吐出の抵抗が高いという欠点を有している。印字装置を
使用する環境の温度が低くなると、シール液体の粘度が
高くなることがあり、最悪の場合はインクを吐出できな
いという問題が発生する。

【０００７】このような問題に鑑み、特開昭５４−６９
４３６号公報には、シール液体による密封方式における
インク滴の吐出安定性を改善するために、シール液体膜
の形成・解除を行う方法が開示されている。

【０００８】また、特開平５−１７７８４１号公報で
は、必要に応じてシール液体によってノズルをシールす
る方法や、キャリッジ走査に連動してシール液体による
シールを開閉する方法が述べられている。

【０００９】しかし、いずれの方法でも、シール液体に
よりシールされている状態とシールが解除された状態の
切り替えに、ポンプや電磁石、支持体による開閉などの
外力が必要であり、ヘッドの構造の複雑化、およびそれ
に伴う印字装置の大型化を招くこととなる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来のシ
ール液体によるノズルの密封方法では、吐出時のシール
液体の抵抗が高く、環境が変わってシール液体の粘度が
高くなった場合など、最悪の場合はインクを吐出できな
いという欠点を有している。また、一般的には、蒸気圧
が低く不揮発性の液体は分子量が大きいために動粘度が
高いものが多い。このため、より長期間シール液体を不
揮発にして目詰まりに対するシール性能を維持させるに
は動粘度が高いシール液体を選択するのが望ましい。し
たがって、より長期間の目詰まりを防止するような仕様
を採用するためには、動粘度の高いシール液体を用いた
り、あるいはシール液体の厚みを厚くしたりせざるを得
ず、吐出抵抗がさらに高くなってしまい、目詰まり防止
の性能と吐出性能との両立が難しくなってしまう。これ
らの問題点を回避しようとしてシール液体のシールを開
閉する手段を設けた場合には、装置が複雑化、大型化し
てしまう。

【００１１】本発明は、前記のような従来技術の有する
問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、インク
吐出時のシール液体の抵抗を低くすることの可能なイン
クジェット記録ヘッド、インクジェット記録装置、及び
インクジェット記録方法を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的達成のため請求
項１記載の発明は、インクを吐出するためのインク吐出
口と、前記インク吐出口をシールするシール液体と、入
力された画像信号に応じて前記インク吐出口からインク
を吐出するインク吐出手段と、前記シール液体の前記イ
ンク吐出口に位置するシール液体と前記シール液体の前
記インク吐出口の周囲に位置するシール液体とが区切ら
れるように、前記シール液体を前記インク吐出口内に引
き込むシール液体引き込み手段と、を有するインクジェ
ット記録ヘッドであって、前記シール液体引き込み手段
は、バイモルフ構造の複合部材を含んで構成されている
ことを特徴とする。

【００１３】即ち、インク吐出口にはシール液体が自動
的に又は手動で供給される。インク吐出口がシール液体
でシールされている状態で、インク吐出手段が、インク
吐出口からインクを吐出させようとした場合、シール液
体の粘性などにより、インク吐出口に位置するシール液
体ばかりでなく、インク吐出口の周囲に位置するシール
液体も、インク吐出を妨げようとする。

【００１４】そこで、本発明では、シール液体引き込み
手段が、シール液体のインク吐出口に位置するシール液
体と、シール液体のインク吐出口の周囲に位置するシー
ル液体と、が区切られるように、シール液体を引き込
む。

【００１５】このように、シール液体のインク吐出口に
位置するシール液体と、シール液体のインク吐出口の周
囲に位置するシール液体と、が区切られるように、シー
ル液体をインク吐出口内に引き込むので、インク吐出口
からインクを吐出させようとした場合、インク吐出口の
周囲に位置するシール液体のインク吐出を妨げようとす
る影響を無くすことができ、安定してインクを吐出する
ことができる。

【００１６】特に、本発明では、シール液体引き込み手
段を、バイモルフ構造の複合部材を含んで構成してい
る。よって、シール液体引き込み手段の動作量を大きく
することができ、少ないエネルギーで引き込みを制御で
き、即ち、同じエネルギーではシール液体引き込み手段
を大きく動作させることができる。

【００１７】ここで、請求項２のように、シール液体引
き込み手段はインク吐出手段を兼ねるようにしてもよ
い。よって、複数のインク吐出口があるような場合、各
吐出口毎にシール液体の引き込み及びインクの吐出を行
うことができるので、ロスなくシール液体の引き込みを
行うことができると共に、各吐出口毎に最適な引き込み
状態をインク吐出を行うようにすることができる。

【００１８】また、請求項３のように、複合部材は、少
なくとも第１の圧電部材と第２の圧電部材とによりバイ
モルフ構造をなし、シール液体を引き込む際に、第１の
圧電部材には分極方向と同一の方向にかつ第２の圧電部
材には分極方向と逆方向の電界を印加するようにしても
よい。この場合、分極方向と同一の方向に電界を印加し
た第１の圧電部材は、分極方向と垂直な方向に縮み、逆
に、分極方向と逆方向に電界を印加した第２の圧電部材
は、分極方向と垂直な方向に伸びる。即ち、第１の圧電
部材及び第２の圧電部材の一方が伸びる場合には他方が
縮むようにする。

【００１９】なお、シール液体引き込み手段がインク吐
出手段を兼ねるようにした場合、シール液体引き込み手
段は、請求項４のように、インクを吐出する際、シール
液体を引き込む際に印加した電界の方向と逆方向の電界
を印加する。よって、インクを吐出する際、シール液体
を引き込む際の変位方向と逆方向に変位させることがで
き、インク吐出することができる。

【００２０】ここで、請求項５のように、予め定められ
た吐出基本周期内にシール液体の引き込み及びインクの
吐出が実行されるように、インク吐出手段及びシール液
体引き込み手段を制御する制御手段を備えるようにして
もよい。これにより、シール液体を引き込んだ状態を、
毎回基本周期毎に同じ状態にすることができる。よっ
て、吐出されたインクの状態（例えば、量や速度等）を
毎回基本周期毎に同じにでき、印字されるインクドット
の大きさやインクドットの着弾位置のばらつきを少なく
することができ、画質を向上することができる。

【００２１】なお、制御手段は、請求項６のように、画
像信号の入力時から所定遅延時間後に前記インクの吐出
が実行されるようにインク吐出手段を制御するようにし
てもよい。

【００２２】ここで、インクジェット記録装置は、請求
項７のように、請求項１乃至請求項４記載の何れか１項
に記載のインクジェット記録ヘッドを備える。このイン
クジェット記録装置のインクジェット記録方法では、請
求項８のように、インク吐出前に、シール液体を引き込
む。

【００２３】また、請求項９のように、シール液体を引
き込んだ状態を保持し、この場合は、請求項１０のよう
に、シール液体が引き込まれた状態が保持されていると
きに、インクを複数発吐出するようにしてもよい。よっ
て、インク吐出毎に引き込み動作しないようにでき、吐
出間隔を短くすることができる。

【００２４】一方、インクジェット記録装置は、請求項
１１のように、請求項５又は請求項６記載のインクジェ
ット記録ヘッドを備えるようにしてもよい。このインク
ジェット記録装置のインクジェット記録方法では、請求
項１２のように、インク吐出前に、シール液体を毎回引
き込むようにしてもよい。

【００２５】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）以下、図面
を参照して、本発明の第１の実施の形態を説明する。

【００２６】図１に、本実施の形態に係るインクジェッ
ト記録ヘッドの基本的な構成例を示す。図１に示すよう
に、本実施の形態に係るインクジェット記録ヘッド（以
下、単に「ヘッド」という場合がある）１０は、インク
吐出面に設けらたインク吐出口１２、吐出手段１４が設
けられた吐出室１６、吐出室１６にインクを供給するイ
ンク溜１８、及びシール液体引き込み手段を備えてい
る。ヘッドには、例えば毛管力や圧力差によって生じる
作用により、ヘッド外部のインクタンクとインク供給路
（不図示）によってインクが供給されている。

【００２７】ここで、吐出口１２及び吐出方向について
説明する。

【００２８】図１には、１つのインク吐出口１２のみを
示したが、インク吐出口１２はインク吐出面に複数設け
られていてもよい。なお、図１においては、便宜上、イ
ンク吐出口１２が横方向に配置された様子を示している
が、インク吐出方向、即ち、記録ヘッドの配置方向は所
望により適宜選択することができ、一般的にはインク滴
は重力方向（下方）に向けて吐出される。

【００２９】次に、吐出手段として利用可能な方式の例
を説明する。即ち、本実施の形態に使用可能なインク吐
出手段１４には、従来技術によるインクジェット記録ヘ
ッドで用いられているインク吐出手段１４、例えば加
圧方式、連続流方式、静電吸引方式等のインク吐出
手段１４を広く利用することができる他、音響波、圧
力波などを集中させる方式なども利用可能である。加圧
方式の吐出手段１４としては、サーマルインクジェット
方式や圧電方式が利用できる。

【００３０】次に、シール液体として利用できる材料の
基本的性質を説明する。

【００３１】本実施の形態において使用可能なシール液
体は、インク吐出口１２をシールし、インク吐出口１２
のインクを空気から遮蔽する機能を有する。このような
機能を維持するシール液体は、少なくともインクに不溶
な成分を含み、インクと相溶せず、かつ、インクとは自
発的に乳化しないものである。

【００３２】次に、シール液体とインクとの相溶性を説
明する。

【００３３】シール液体とインクが、非相溶性であるた
めには、具体的には、シール液体のインクに対する溶解
度が、ヘッドあるいは記録装置を使用する環境下で０．
１重量％以下であるのが好ましい。

【００３４】次ち、シール液体の不揮発性を説明する。

【００３５】さらに、シール液体が不揮発性であると、
ヘッドの休止中に蒸発せず、シール液体による吐出口１
２のシール状態に変化が生じないので好ましい。不揮発
性とは、具体的にはヘッドあるいは記録装置を使用する
環境下での蒸気圧が０．１ｍｍＨｇ以下であることをい
う。

【００３６】次に、シール液体の動粘度の好ましい範囲
について説明する。

【００３７】本実施の形態で利用できるシール液体の動
粘度は、目詰まり防止の期間設定、吐出手段１４、吐出
口１２の直径、記録ヘッドの吐出周波数、シール液体の
膜厚、シール液体を配置する方法などの設計仕様に対し
て適宜選択可能であり、動粘度は低粘度のものから高粘
度のものまで広く利用できる。ただし、一般的には、蒸
気圧が低く不揮発性の液体は分子量が大きいために動粘
度が高いものが多い。このため、より長期間シール液体
を不揮発にして目詰まりに対するシール性能を維持させ
るには動粘度が高いシール液体を選択するのが望まし
く、より低エネルギで吐出させるためには動粘度が低い
方が望ましいことを考え合わせると、ヘッドあるいは記
録装置を使用する環境下でのシール液体の動粘度として
は１〜２００ｍｍ²／ｓの範囲が望ましい。

【００３８】次に、シール液体の表面張力の好ましい範
囲について説明する。

【００３９】また、本実施の形態において好適に利用で
きるシール液体の表面張力は、ヘッドあるいは記録装置
を使用する環境下で１５〜７０ｍＮ／ｍの範囲であり、
インク吐出口１２のインクの表面にぬれ進むためには、
５０ｍＮ／ｍ以下であることが望ましく、さらに、使用
するインクの表面張力より小さいことが望ましい。

【００４０】上記性質を得るためには、別の材料を混合
して調整してもよい。即ち、 元々これらの性質に適し
た液体を単独で使用することもできるし、複数の材料を
混合して粘度や表面張力を好ましい範囲に調整して使用
してもよい。

【００４１】ところで、シール液体として用いることの
できる材料としては、水性インクの場合、常温で液体の
有機溶媒やオイル類を用いることができる。例えば、オ
クタン、ノナン、テトラデカン、ドデカンなどの炭化水
素、オレイン酸、リノール酸などの高級脂肪酸、ｎ−デ
カノール、ジメチルブタノールなどの非水溶性のアルコ
ール類、フタル酸ジブチル、マレイン酸ジブチルなどの
可塑剤を用いることができる。あるいは植物油、鉱物
油、シリコーンオイル、フッ素オイルなどを用いること
もできる。これらは、単独で用いても、あるいは均一に
混合し得るものであれば、複数種を混合して用いてもよ
い。

【００４２】次に、シール液体の配置方法として利用可
能な方法について説明する。

【００４３】シール液体は、印字開始前に、刷毛、布、
ブレードによる塗布などの方法によりインク吐出面に供
給される。また、インク吐出面の近傍に管や多孔質部材
を配置し、毛管力、表面張力、または圧力差等によっ
て、シール液体をインク吐出面に供給する機構を備えて
いてもよい。これらの方法によりインク吐出面に供給さ
れたシール液体は、インク吐出口１２のインク表面にシ
ール液体の膜を形成する（図１５（Ｂ）参照）。

【００４４】次に、シール液体の膜厚の好ましい範囲に
ついて説明する。

【００４５】本実施の形態において、インク吐出面上の
シール液体の膜厚は、シール性能を維持する期間、吐出
手段１４、吐出口１２の直径、記録ヘッドの吐出周波
数、シール液体の動粘度、シール液体を配置する方法な
どの設計仕様に対して適宜設定可能である。ただし、目
詰まりに対するシール性能とより低エネルギで吐出させ
ることを考え合わせると、１μｍ以上２００μｍ以下で
あることが好ましい。シール液体の膜厚は、例えば、シ
ール液体の供給量を調節したり、記録ヘッド周縁部等を
シール液体の保持量を規制する形状にすることによって
制御することができる。

【００４６】なお、シール液体は、予めインクジェット
記録ヘッドに配置されていても、使用時にインクジェッ
ト記録ヘッドに適宜供給してもよい。

【００４７】次に、シール液体引き込み手段の基本的性
能を説明装置する。

【００４８】シール液体引き込み手段（以下、単に「引
き込み手段」という場合がある）は、図１５（Ａ）に示
すように、シール液体をインク吐出口１２に引き込ん
で、インク吐出口１２に位置する第１のシール液体２２
Ａと、インク吐出口１２周囲に位置する第２のシール液
体２２Ｂと、が区切られるように、シール液体と接する
吐出口１２のインクを、吐出口１２内部へ引き込む。

【００４９】ここで、シール液体引き込み手段を配置す
る位置としては、吐出室１６やインク溜１８などのヘ
ッドに配置してもよく、ヘッドにインクを供給するイ
ンクタンクや供給流路などヘッド以外で記録装置内に配
置してもよい。

【００５０】本実施の形態では、シール液体引き込み手
段としては、負圧を利用して引き込む方法を採用する。
即ち、引き込み手段の作動状態や引き込み量を制御しや
すいので、ヘッド内部の圧力を負圧にする負圧発生手段
を用いて引き込む方法が好ましいからである。

【００５１】前述したように、シール液体引き込み手段
をヘッドに配置する場合には、図２に示すように、シー
ル液体引き込み手段としては、負圧を利用して引き込
む。この場合、シール液体引き込み手段としての負圧発
生手段をインク溜１８や吐出室１６に配置してヘッド内
部を負圧にして引き込む。

【００５２】ところで、引き込み手段と吐出口１２との
間に距離があるとシール液体引き込みの応答性が悪くな
るので、負圧発生手段などの引き込み手段はヘッドに近
接する部分かヘッドに配置されていることが望ましく、
さらには吐出口１２に近い部分に設けられていることが
望ましい。さらには負圧発生手段などの引き込み手段を
吐出室１６に設けることも望ましい（図４参照）。

【００５３】ここで、吐出室１６に引き込み手段を設け
る場合には、個々の吐出口１２に応じて引き込み手段を
設けることもできる。この場合には、吐出口１２ごとに
引き込みを制御すれば、シール液体をロス無く引き込む
ことも可能になり、高画質化できるという利点を有す
る。

【００５４】次に、負圧発生手段として利用可能な方法
の例を説明する。

【００５５】負圧発生手段としては、図３に示すよう
に、圧力を所定の設定値に制御しやすく、しかも可逆的
に作動させても要する時間が短い点で容積を増加させる
方法が好ましく、応答性も考え合わせるとヘッド内部の
容積を増加させる方法がより好適である。

【００５６】容積を増加させて負圧を発生させる方法に
は、変形する部材を利用する。即ち、複合部材からな
り、該複合部材がバイモルフ構造を用いると、制御が簡
単であり、変位量を大きくとることができるので、エネ
ルギー効率の点や、シール液体の引き込み易さの点で、
好適である。

【００５７】ここでいうバイモルフ構造とは、例えば、
２種類の部材の場合には、図７に示すように、長手方向
に伸縮する第１の部材４２及び第２の部材４４を２枚組
み合わせた構造で、一方が伸びた時に他方が縮む、
双方の伸び率が異なる,双方の収縮率が異なる等によ
って、全体として屈曲変位を起こすように構成された構
造体を言う。なお、本例では、長手方向に伸縮する例を
示したが、紙面に垂直方向に伸縮する場合であっても差
しつかえない。

【００５８】上記した屈曲変位を生じさせる方法として
は、線膨張率の異なる部材の組み合わせ、体積膨張率の
異なる部材の組み合わせ、光歪み材料の組み合わせのほ
か、磁気歪み材料なども利用できるが、電気信号による
制御が簡単であるので、圧電部材などの電気歪み材料を
組み合わせて利用する方法が好適である。また、ばね材
やゴム材などの弾性部材にこれらの変形する部材を組み
合わせて屈曲変位を生じさせてもよい。屈曲変位する部
材や、弾性部材などを複数の材料で構成してもかまわな
い。

【００５９】ところで、圧電部材としては、電界を印加
することで歪みや変形を生じる振動子などに用いられて
いる材料を広く利用できる。例えば、水晶、チタン酸ジ
ルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸バリウム、ニオブ酸
鉛、ニオブ酸リチウム、ビスマスゲルマネイト、タンタ
ル酸リチウムなどの多結晶体や単結晶体、酸化亜鉛、窒
化アルミニウムなどの薄膜からなる無機圧電材料、ある
いは、ポリ尿素、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）
や、ＰＶＤＦの共重合体などの圧電性高分子材料、ある
いは、無機圧電材料と圧電性高分子材料との複合圧電材
料を用いることもできる。

【００６０】ここで、バイモルフ圧電部材として更に好
適な材料を説明する。

【００６１】圧電部材としては、更には一般組成式がＡ
ＢＯ₃と表されるペロブスカイト型結晶構造をもつ圧電
部材が好適である。ペロブスカイト型構造の圧電部材は
強誘電性結晶になりやすく、またＡサイトやＢサイトの
元素の一部または全部を他の元素で置き換えても安定し
たペロブスカイト構造を有する特徴がある。ＰｂＴｉＯ
₃とＰｂＺｒＯ₃ からなる二成分系（ＰＺＴ）に第三成
分を加えた複合ペロブスカイト型の圧電電部材は、圧電
定数が大きく、バイモルフ圧電部材材料として好適であ
る。

【００６２】次に、バイモルフ構造の動作を説明する。

【００６３】強誘電性の圧電部材は、外部電界がない状
態でも自発分極Ｐをもっているため、自発分極方向に電
界Ｅを加えると圧電部材は分極方向に伸び、分極方向と
垂直方向では縮む。また、自発分極Ｐと逆方向に電界Ｅ
を加えると、分極方向に縮み垂直方向では伸びる。バイ
モルフ構造では分極方向と垂直の向きの伸縮を利用す
る。

【００６４】ところで、圧電部材を用いたバイモルフ構
造としては、パラレル型（並列接続型）、シリーズ型
（直列接続型）等を用いることができる。圧電部材を２
枚組み合わせた構造で、パラレル型の場合は、図８に示
すように、分極方向が同一となるように圧電部材を組み
合わせ、分極方向と反対方向の電界を印加するために圧
電部材４２、４６の間に電極４８を形成してなる。シリ
ーズ型の場合は、図９に示すように、分極方向が逆にな
るように圧電部材を組み合わせ、分極方向と同一方向の
電界が印加できるように構成する。なお、本例では、圧
電部材４２、４６の間に電極４８を挿入しているが、圧
電部材４２、４６の間に電極を挿入しなくても構わな
い。

【００６５】図８（ａ）に示すような分極方向Ｐを揃え
たバイモルフ構造で、圧電部材４２、４４を挟み込む電
極４６、５０にプラスを、圧電部材の間の電極４８にマ
イナスの電圧を印加すると、図８（ｂ）に示すように、
分極方向と逆方向に電界が印加された図面下側の圧電部
材４４は伸び、分極方向と同方向に電界が印加された図
面上側の圧電部材４２は縮むため、全体として図面上方
向に曲がる。

【００６６】図９（ａ）に示すような分極方向Ｐを逆向
きに揃えたバイモルフ構造で、図面上側の電極４６にプ
ラスを、図面下側の電極５０にマイナスの電圧を印加す
ると、図９（ｂ）に示すように、分極方向と逆方向に電
界が印加された図面下側の圧電部材４４は伸び、分極方
向と同方向に電界が印加された図面上側の圧電部材４２
は縮むため、全体として図面上方向に曲がる。

【００６７】そして、パラレル型、シリーズ型を適宜選
択し、図４に示すように、吐出室１６壁面に変形を発生
させる手段（シール液体引き込み手段）としての圧電部
材を変形させて例えばインク吐出口１２内の容積を大き
くして、負圧を発生させてシール液体を引き込む。な
お、上述のバイモルフの動作図では下に凸の変形をさせ
た図を模式的に書いたが、図４における変形は、図面上
方向に凸に変形させ、ヘッド内部を負圧にして引き込む
例を図示してある。

【００６８】圧電材料に任意の分極処理を行うには、材
料の表面に直流コロナ放電を照射する方法、ガンマ線や
電子線等の高エネルギー放射線を照射する方法、材料を
軟化点または溶融温度まで加熱して直流電圧を印加して
から冷却する方法等を用いることができるが、特に、簡
易な装置で、短時間で処理ができるコロナ放電照射が好
ましい。この場合、対向電極との間に圧電材料を配し、
プラスコロナ放電照射を行うことにより、圧電材料の対
向電極面から放電照射側面の向きに分極させることがで
きる。逆の向きに分極させたい場合には、マイナスプラ
スコロナ放電照射を行えばよい。

【００６９】次に、シール液体を引き込んで吐出する方
法を説明する。

【００７０】本実施の形態では、上記した引き込み手段
により、インク吐出前までに吐出口１２に引き込まれた
シール液体２２Ａが、吐出口１２周囲のシール液体２２
Ｂと区切られていればよい。具体的には、吐出に際して
まず引き込み手段が作動してシール液体が吐出口１２に
引き込まれ、引き込まれたシール液体２２Ａは図１５
（Ａ）に示すように周囲のシール液体２２Ｂと区切られ
る。次に区切られた状態で吐出手段１４によりインク吐
出口１２のインクがシール液体と共に吐出される。この
区切られた状態で複数発の吐出を行わせることもでき
る。なお、吐出時に、吐出口１２内のシール液体は完全
にインクと共に吐出されなくてもかまわない。引き込み
手段を作動解除して、図１５（Ｂ）に示すように、引き
込まれていたインク（あるいはインクとシール液体）を
引き込み前の状態に戻すことで、吐出口１２周囲のシー
ル液体がインク吐出口１２のインクを再びシールして目
詰まりを防止する。

【００７１】次ち、引き込んだ状態を保持する方法を説
明する。

【００７２】シール液体を引き込んだ状態を保持しても
よく、この状態で複数発の吐出を行ってもかまわない。
この場合は毎回の吐出ごとに引き込み動作を行う必要が
なく、吐出間隔が短くなるため吐出周波数を高くできる
という利点を有する。この保持は、引き込み手段を作
動状態にし続けて保持する方法と、密閉状態を作って
保持する方法を利用できる。引き込み手段を作動状態
にし続けるのと、密閉状態を作るのを両方用いて引き込
んだ状態を保持してもかまわない。密閉状態を作って保
持する場合は、引き込み手段が作動状態で電力を消費し
続けるような場合にはこれを作動解除しても引き込んだ
状態を保持できるので、省電力化できるという効果を有
している。

【００７３】ここで、引き込み手段は、吐出手段１４を
兼ねる構成も可能（図１０参照）である。引き込み手段
を兼ねる吐出手段１４は、引き込んだシール液体を周囲
のシール液体と区切るように吐出手段１４が動作する引
き込みモードと、区切られた後に画像信号に応じてイン
ク滴が吐出するように吐出手段１４が動作する吐出モー
ドを持つ。本実施の形態では、吐出前に引き込みモード
で動作して引き込んだ状態にし、この状態で吐出モード
でインクを吐出する。

【００７４】引き込み手段を兼ねる吐出手段１４が吐出
モードで動作するには、引き込んで区切った状態から、
この状態のときの圧力を基準にして正圧（相対的な圧
力）を印加して吐出室１６内に引き込んだインクとシー
ル液体を吐出する。変形して引き込んでいる場合は、吐
出室１６の体積を減少させるように変形して正圧を印加
する。圧電部材を変形させて吐出する場合は、引き込み
時に印加していた電位より低い電位に変化させて、正圧
を印加するような変形をさせる。この電位は、吐出口１
２の直径、シール液体の膜厚、シール液体の動粘度、シ
ール液体の表面張力、吐出するインク滴の径や速度に対
して適宜最適な電位を選択する。

【００７５】ここで、引き込み状態を吐出手段１４の負
圧を維持して保持するには、例えば、図１１に示すよう
に、吐出手段１４にバイアス印加信号を出力して、吐出
手段１４の変形のための電圧をバイアス状に印加し続け
るバイアス印加手段を用いて負圧を維持し続ける。圧電
部材を吐出手段１４に利用する場合は、吐出手段１４に
バイアス状の引き込み電位を印加して変形を維持してお
く。画像信号に応じて吐出手段１４に吐出信号を出力し
て、吐出モードで駆動した後もこのバイアス電位を維持
する。保持を解除する場合には、バイアス状の引き込み
電位を基準電位にもどして、引き込みを戻す。

【００７６】次に、バイモルフ構造で引き込みモードと
吐出モードを変化させる別な方法について説明する。即
ち、上記モードに対応させて、印加する電界の方向を変
化させると屈曲変位の方向を変えられるので、更なる高
吐出力を得るには、最適な構成とすることができる。

【００７７】そのためには、図１３に示すように、電界
印加手段（スイッチング手段（例えばトランジスタな
ど））を用いて、電界印加方向を変化させてやれば良
い。即ち、図１３において、スイッチＳＷ３、ＳＷ４を
閉じると、図１２に示す回路と等価となり、圧電部材４
２、４６は図中上側に変形し、一方、スイッチＳＷ３、
ＳＷ４を開くと共にスイッチＳＷ１、ＳＷ２を閉じる
と、圧電部材４２、４６は、図１２（Ｂ）に示した方向
とは逆方向に変形する。

【００７８】また、多層構造のバイモルフ構造で同様の
作用をさせることもできる。即ち、図１４（Ａ）〜図１
４（Ｃ）に示すように、圧電部材を少なくとも３層にパ
ラレルに接続し、上記モードに応じて、電界を印加する
圧電部材を選択すると共に印加する電界の方向を変化さ
せる。このような構成によると、より大きな変位量を得
ることができる。

【００７９】上記説明したインクジェット記録ヘッド
は、インクジェット記録装置として用いられる。即ち、
本実施の形態のインクジェット記録装置は、インク吐出
口１２と、インク吐出口１２をシールするシール液体
と、画像信号に応じて前記インク吐出口１２からインク
を吐出するインク吐出手段１４と、前記シール液体を引
き込むシール液体引き込み手段を有するインクジェット
記録装置である。このインクジェット記録装置により、
画像記録媒体に画像信号に応じたインクを吐出させて画
像を記録する。本実施の形態のインクジェット記録装置
では、上述したような引き込み手段がインクジェット記
録ヘッドに組み込まれていてもよく、あるいは引き込み
手段を記録装置内のヘッド外部に持っていてもよいが、
前述したように、引き込み手段はシール液体の引き込み
の応答性がよくなるので吐出口１２に近い部分に設ける
方が好ましい。また、引き込み手段は、引き込み手段の
作動状態や引き込み量を制御しやすいので負圧発生手段
を用いることが好ましい。また、吐出周波数を高くでき
るので引き込み状態を保持する保持手段を設けて複数の
吐出を行うことも好ましく、この場合の保持手段は、引
き込み手段を作動状態にし続けて保持する手段であって
も、密閉状態を作って保持する手段でもよい。

【００８０】また、本実施の形態のインクジェット記録
装置は、インク吐出口１２と、インク吐出口１２をシー
ルするシール液体と、画像信号に応じて前記インク吐出
口１２からインクを吐出するインク吐出手段１４である
と共に前記シール液体を引き込むシール液体引き込み手
段を兼ねるインク吐出手段１４を有するインクジェット
記録装置である。このインクジェット記録装置により、
画像記録媒体に画像信号に応じたインクを吐出させて画
像を記録する。本実施の形態のインクジェット記録装置
では、引き込み手段を兼ねる吐出手段１４は、引き込み
時に負圧を発生してシール液体を引き込んで区切り、吐
出時に正圧を発生してインクを吐出するが、小型で応答
性よく圧力を制御できるので、吐出室１６の容積を増減
させて圧力を発生させる方法を用いるのが好ましい。引
き込み手段を兼ねる吐出手段１４には圧電部材を利用す
るのが、電気信号で高精度に変形の挙動を制御できるの
で、高画質化が可能であり、好ましい。また、吐出周波
数を高くできるので引き込み状態を保持する保持手段を
設けて複数の吐出を行うことも好ましい。

【００８１】本実施の形態によれば、吐出口１２に位置
するシール液体２２Ａと、吐出口１２周囲に位置するシ
ール液体２２Ｂと、が区切られた状態（分離）にするこ
とによって、吐出口１２周囲のシール液体２２Ｂからの
インク吐出を妨げる影響を無くすことができ、よって、
吐出時の抵抗を低くすることができる。このため、シー
ル液体の粘度が上昇するような低温の環境下でも、吐出
不良が発生せず、鮮明な画像を印字することができる。
また、吐出抵抗が低いので、配置するシール液体を厚く
したり、高粘度のシール液体材料を選択しても、目詰ま
りに対する性能と吐出性能との両立ができ、より長期間
にわたって目詰まりを防止するようなヘッド１０設計も
可能となる。また、本実施の形態ではシール液体により
吐出口１２がシールされているため、長期休止後であっ
てもインクの乾燥による目詰まりが発生しないので、必
要時にただちに吐出動作を行うことが可能となり、長期
休止後のメンテナンス工程を軽減あるいは省略すること
ができる。このため、記録装置の小型化、低コスト化が
可能になるほか、長期休止後のメンテナンスにより発生
していた印字前の待ち時間やメンテナンスによる騒音を
低減でき、大量のインク廃棄に伴うランニングコストの
上昇を抑えることも可能になる。

【００８２】なお、インク吐出口１２に位置するシール
液体２２Ａと周囲に位置するシール液体２２Ｂとが区切
られるために、本実施の形態では、インク吐出口１２に
位置するシール液体２２Ａを、インク吐出口１２内に引
き込む。この区切るために必要な引き込み量は、吐出口
１２の直径、シール液体の膜厚、シール液体の動粘度、
シール液体の表面張力などの設計値により、適宜最適な
値に設定する。さらに、これらの条件が環境などによっ
て変化した場合に対応して、引き込み量を可変に制御し
てもよい。

【００８３】ところで、特開平３−１３２３５６号公報
に記載されているように、ホットメルトインクの固化収
縮でシール液体を引き込むものもある。しかし、冷却固
化時の収縮では、本実施の形態の引き込みよりゆっくり
した速度でシール液体を引き込むので、周囲シール液体
が該引き込みに応じて徐々に吐出口内に流入して、区切
ることができない。また、引き込んだ状態では、インク
２１が固化しているので、インク２１を吐出することが
できない。更に、冷却固化時の収縮では、数分から長い
場合には数時間の冷却時間を要してしまうのに対し、本
実施の形態では、引き込みに要する時間は、シール液体
の動粘度、表面張力、厚さ、吐出口の径、吐出口の形状
により適宜選ばれるが、効果的に区切るためには、１秒
以内に引き込み、動作を行うことが好ましく、（０．１
秒以内に）ステップ状に引き込み、手段を動作させるこ
とが好ましい。即ち、特開平３−１３２３５６号公報に
記載の内容と本願の内容とは本質的に相違する。

【００８４】特に、本実施の形態では、バイモルフ構造
の複合部材（圧電素子等）を用いているので、変位量を
通常の積層型ピエゾに比べ大きくとることができるの
で、より低電圧で引き込み量を制御でき、又、同電圧で
高吐出力を得られるので、装置の簡易化や、高画質化を
図ることができる。

【００８５】また、本実施の形態では、個々の吐出口１
２に応じて引き込み手段を兼ねる吐出手段１４を設け、
引き込みと吐出を行う。したがって、吐出口１２ごとに
引き込みと吐出を制御することができ、シール液体を高
精度にロス無く引き込んで、最適な引き込み状態を選ん
で吐出するような設定もでき、高画質化が可能になる。
また、引き込み手段と吐出手段１４を兼ねる構成なの
で、引き込み手段と吐出手段１４を同一の基板上に一括
して形成して作成することもでき、ヘッドの構成が簡単
になり、装置の低価格化が可能になる。さらに、引き込
み手段の駆動手段と吐出手段１４の駆動手段も兼ねられ
るため、小型化と低価格化が可能になる。

【００８６】

【第１の実施例】以下、第１の実施例により本発明をよ
り詳細に説明するが、本発明は、これに限定されるもの
ではない。

【００８７】図５に示すように、ヘッドは内部にインク
溜１８を持ち、直径４０μｍの吐出口１２に通じる吐出
室１６にはインク吐出手段１４が配されている。また、
インク溜１８の壁面には圧電部材からなるバイモルフ構
造のシール液体引き込み手段２４が配置されている。

【００８８】使用したシール液体としては複数種類のシ
リコーンオイルを混合して調製した液体（動粘度３０ｍ
ｍ²／ｓ、表面張力２０．８ｍＮ／ｍ、比重１．０）を
用いた。このシール液体の２５℃での蒸気圧は０．１ｍ
ｍＨｇ以下であり、用いたインクに対しての相溶性もな
かった。

【００８９】使用したインクは、水６０重量％、ジエチ
レングリコール３８重量％、および染料２重量％からな
り動粘度２．０ｍｍ²／ｓ、表面張力４０ｍＮ／ｍ、比
重１．０６である。

【００９０】圧電部材からなるバイモルフ構造の引き込
み手段２４は、図６にも示すように、ＰＺＴ（チタン酸
ジルコン酸鉛）圧電部材を用いて構成され、ＰＺＴ層の
両側に設けた電極に電圧を印加することにより屈曲変形
し、ヘッド内部の容積を増加させる。圧電部材からなる
バイモルフ構造の引き込み手段２４は、シリコン単結晶
基板を熱酸化して形成した厚さ１．０μｍの酸化シリコ
ンの保護層４０と、スパッタ法により形成した厚さ０．
８μｍの酸化ジルコニウムからなる弾性膜４２と、スパ
ッタ法により形成した厚さ０．２μｍの白金からなる第
１電極４４と、ゾルゲル法を複数回繰り返して形成した
厚さ１．０μｍの第1のＰＺＴの層４６と、スパッタ法
により形成した厚さ０．１μｍの白金からなる第２電極
４８、ゾルゲル法を複数回繰り返して形成した厚さ１．
０μｍの第2のＰＺＴの層５０、スパッタ法により形成
した厚さ０．１μｍの白金からなる第3電極５２により
構成されている。また、第１のＰＺＴ層４６を形成した
後、コロナ照射で分極させ、その後、第２のＰＺＴ層５
０を形成した後、再度、同一極性のコロナ照射を行っ
て、それぞれのＰＺＴの分極を同じ向きにした。この圧
電部材からなる引き込み手段２４は、シリコン単結晶基
板上に、順次、保護層４０、弾性膜４２、第１電極４
４、ＰＺＴ層４６、第２電極４８、ＰＺＴ層５０、第3
電極５２を積層して形成した後、シリコン単結晶部分を
エッチング除去して作成した。また、ＰＺＴ層はフォト
レジストとエッチングによって所定の形状にパターニン
グ可能で、本実施例では幅４００μｍ、長さ１２００μ
ｍの長方形に形成されている。こうして作製した引き込
み手段２４を接着してインク溜１８の壁面を構成する
が、第１電極４４と第3電極５２に２０Ｖの電圧を印加
し、第２電極４８を接地したところ、吐出手段１４から
なるインク溜１８の壁面の中央部に最大で２μｍの凹状
のたわみ変形が発生し、インク溜１８の体積は増加し
た。ヘッド内部にインクを満たし、この条件でインクを
引き込んだところ、吐出口１２からヘッド内部へ向かっ
て２５μｍの位置までインクが引き込まれた。

【００９１】本実施例のヘッドを用いて吐出の様子を拡
大観察した。上記ヘッドの吐出口１２の並ぶ表面にシー
ル液体を厚さ５０μｍになるように膜状に配置した。ま
ず、引き込み手段２４である圧電部材に２０Ｖの電圧を
印加し吐出室１６の容積を増加させるように変形させ
た。この容積増加で負圧を発生し、吐出口１２に接する
シール液体を吐出口１２に引き込み周囲のシール液体と
区切った。この状態で画像信号に応じて吐出手段１４で
ある圧電部材に電圧を１６Ｖ印加してインクを吐出させ
たところ、安定してインク滴が吐出する様子が観察され
た。一連の吐出後に、引き込み手段２４に印加していた
電圧を０Ｖにし、引き込んでいたインクを戻してシール
状態に復帰させた。

【００９２】本実施例の印字動作は、ヘッドが１ライン
分（キャリッジで片道分）移動しながら吐出を行うのに
先立ち引き込み手段２４でシール液体を引き込み、ヘッ
ドを移動しながら画像信号に応じた吐出を行った。ヘッ
ドが１ライン分移動後、引き込み手段２４を解除して引
き込みを戻してシール状態に復帰する。この一連の動作
を繰り返して印字を行った。

【００９３】そして、常温環境下での印字テストを行っ
た。

【００９４】即ち、常温環境下の条件で、記録紙を送る
機構を備えた記録装置に本実施例のヘッドを取り付け
て、常温（気温２５℃、相対湿度５０％）の部屋で画像
の印字を行い、印字された画像を肉眼で観察したとこ
ろ、かすれなどの印字欠陥はなく、鮮明な画像が記録さ
れていた。

【００９５】また、低温環境下でも印字テストを行っ
た。

【００９６】即ち、この記録装置を低温環境（気温５
℃、相対湿度３０％）の下に２４時間放置した後にこの
低温環境下で印字テストを行ったところ、先のテストと
同様に鮮明な印字が可能だった。印字された画像を肉眼
で観察したところ、常温での印字テストと差は見られ
ず、鮮明な画像が記録されていた。

【００９７】ここで、放置による目詰まりが発生しない
効果と、シール液体がない場合の効果と、を比較した。
即ち、このインクジェット記録ヘッドを気温２５℃、相
対湿度３０％ＲＨの環境に３０日間放置しておいた後、
通常のインクジェット記録装置のメンテナンス動作は一
切行わずに印字テストを行って出力画像を観察した。イ
ンク吐出口１２に目詰まりによる吐出不良は発生してお
らず、印字された画像にはドットの乱れもなく、放置前
と同じく鮮明な画像が記録されていた。なお、シール液
体を配置しない以外は本実施例の記録ヘッドと同様のヘ
ッドを同じ条件で３０日間放置した後、印字テストを行
ってみたが、半分以上の吐出口１２で目詰まりが発生し
ており、部分的にしか印字することができなかった。

【００９８】比較のために、引き込み手段２４を引き込
みモードで駆動しない以外は本実施例のヘッドと同様の
ヘッドを用い、吐出口１２の並ぶ表面にシール液体を厚
さ５０μｍになるように膜状に配置した。このヘッドの
吐出観察を行い、実施例のヘッドと同様の吐出が得られ
るように吐出手段１４に２０Ｖの電圧を１０μｓの時間
印加して正圧のみで吐出するように調整した。さらにこ
のヘッドを記録装置に取り付けて、常温（気温２５℃、
相対湿度５０％）の部屋で画像の印字テストを行ったと
ころ、肉眼では実施例による印字結果と有意な差は見ら
れなかった。しかし、低温環境（気温５℃、相対湿度３
０％）の下に２４時間放置した後にこの低温環境下で印
字テストを行ったところ、印字されていない不良部分が
目立ち、不鮮明な画像しか得られなかった。 （第２の実施の形態）次に、本発明の第２の実施の形態
を説明する。本実施の形態は、前述した第１の実施の形
態と同様の構成（第１の実施の形態の各種構成パターン
は同様に本実施の形態に適用できる）であるので、同一
部分には同一の符号を付して、その説明を省略する。な
お、シール液体引き込み手段（吐出手段１４を兼ねる構
成の場合も）は、前述したように、バイモルフ構造の複
合部材で構成されている（図８、図９等参照）。

【００９９】本実施の形態は、図１６に示すように、後
述する吐出基本信号及び画像信号に基づいて、引き込み
手段２４を駆動するための引き込み信号と、画像信号に
応じて吐出手段１４を駆動するための吐出信号を制御す
る信号制御手段６０を有する。信号制御手段６０は、イ
ンク吐出前に毎回シール液体を引き込むように、引き込
み信号を出力して引き込み手段２４を駆動してから、吐
出信号を出力して吐出手段１４を駆動する。この、引き
込み手段２４の駆動から、吐出の終了までを、同一の吐
出口１２から連続してインク滴を吐出する場合の吐出周
期（以下「吐出基本周期」と呼ぶ）内に行う。本実施の
形態の信号制御手段６０は、引き込んだシール液体が周
囲のシール液体と区切られた後にインクを吐出させるよ
うに、引き込み信号から所定の時間遅延させて吐出信号
を出力する。

【０１００】信号制御手段６０は、同一の吐出口１２か
ら連続してインク滴を吐出する場合の吐出周波数（＝１
／吐出基本周期）の基本信号（以下「吐出基本信号」と
呼ぶ）と、画像情報に応じて吐出手段１４からインクが
吐出する際の吐出／非吐出を選択する画像信号とを元に
して、引き込み信号を出力し、引き込み信号から所定の
遅延時間ａ（詳細は後述）遅延した吐出信号を出力す
る。遅延した吐出信号を出力するには、信号制御手段６
０は、画像信号を遅延させて吐出信号としたり、吐出基
本信号に対して遅延した信号を元に画像信号を発生させ
てこれを吐出信号とする。この遅延時間ａは、吐出手段
１４、吐出口１２の直径、吐出基本周波数、シール液体
の膜厚、シール液体の動粘度、シール液体の表面張力な
どの設計仕様を考慮して、引き込んだシール液体が周囲
のシール液体と区切られた後の最適な時間を設定する。
また、この遅延時間ａは次の引き込みにまでに吐出が終
了するように設定する。

【０１０１】この信号制御手段６０は、ヘッド１０に配
置してもよく、ヘッド１０以外の記録装置内に配置して
もよく、また、ヘッド１０や装置を制御する電気回路な
どと共に配置してもかまわない。

【０１０２】この信号制御手段６０は、遅延させた吐出
信号を出力するために、引き込み手段２４を構成する例
えば圧電部材に印加する信号や、吐出手段１４を構成す
る例えばヒータに印加する信号を制御してもよく、引き
込み手段２４や吐出手段１４につながる途中の信号を制
御してもよく、吐出基本信号と画像信号を制御してもよ
く、吐出基本信号と画像信号の生成時に遅延した信号を
発生させて制御してもよい。

【０１０３】ここで、信号制御手段６０に用いる回路の
例を説明する。

【０１０４】信号制御手段６０で画像信号や基本クロッ
ク信号を遅延させるには、各種知られている遅延回路を
利用する。例えば、コンデンサと抵抗からなる遅延回
路、複数個のバッファ回路を縦列接続にした遅延回路、
発信回路とカウンタ回路とコンパレータ回路からなる遅
延回路などを利用して信号制御手段６０を構成すること
ができるが、これ以外にも各種の電気回路やＩＣ回路な
どで信号制御手段６０を構成してもよく、専用のＩＣ回
路などを作製することも可能である。また、マイコン制
御などにより、入力された信号をデータ化してメモリ上
のデータとの比較などを行うことで遅延を行う信号制御
手段６０を構成することも可能である。

【０１０５】ところで、引き込みに２種類の同期方式が
ある。

【０１０６】信号制御手段６０は、吐出基本信号毎に
シール液体を引き込むように引き込み信号を出力するの
と、画像信号毎にシール液体を引き込むように引き込
み信号を出力する２つの方式がある。

【０１０７】吐出基本信号毎にシール液体を引き込む
場合の制御系は、図１７に示すように、基本クロック発
生回路６２からのクロック信号の入力タイミングに従っ
て、装置設定情報発生回路６４からの装置設定情報に基
づいて、吐出基本信号を出力する吐出基本信号発生回路
６６、基本クロック発生回路６２からのクロック信号の
入力タイミングに従って、画像情報発生回路６８からの
画像情報に基づいて、画像信号を出力する画像信号発生
回路７０、吐出基本信号及び画像信号に基づいて、引き
込み手段駆動電源７２の電源で、シール液体引き込み手
段２４を制御すると共に、吐出手段駆動電源７４の電源
で、吐出手段１４を制御する上記信号制御手段６０を備
えている。

【０１０８】信号制御手段６０は、吐出基本信号発生回
路６６及び画像信号発生回路７０に接続された遅延回路
７６と、引き込み手段駆動電源７２及び吐出基本信号発
生回路６６に接続された引き込み手段駆動回路７８と、
遅延回路７６及び吐出手段駆動電源７４に接続された吐
出手段駆動回路８０と、を備えている。

【０１０９】そして、信号制御手段６０は、図１９に示
すように、吐出基本信号に応じて引き込み信号を出力す
る。この方式では、インクの吐出／非吐出（画像信号）
にかかわらず、吐出口１２のシール液体は吐出基本周期
で引き込まれる。毎回必ず引き込みを行うため吐出しな
い場合も引き込みを行っているが、複数の吐出口１２を
持つヘッド１０を用いる場合は、全吐出口１２の引き込
みを均等に行うので、毎回の引き込み条件が同一である
という特徴がある。

【０１１０】よって、この方式では、ヘッド１０を、複
数の吐出口１２に対応した共通の引き込み手段２４を設
けた構成にするのが好ましく、引き込み手段２４の制御
が容易で、信号制御手段６０の構成も簡易になるので装
置が安くなるという利点を有する。

【０１１１】画像信号毎にシール液体を引き込む場合
の制御系は、図１８に示すように、上記吐出基本信号毎
にシール液体を引き込む場合の制御系と略同様の構成で
あるが、引き込み手段駆動回路７８には、画像信号が入
力されるように構成されている点で相違する。

【０１１２】そして、信号制御手段６０は、図２０に示
すように、画像信号に応じて引き込み信号を出力する。
この方式では、インクの吐出がある直前にのみ、オンデ
マンドで吐出口１２のシール液体が引き込まれる。吐出
の直前のみ引き込みを行うので引き込みに無駄がなく、
複数の吐出口１２を持つヘッド１０を用いる場合は、各
吐出口１２各々に対応して引き込みを制御することが可
能である。よって、この方式では、ヘッド１０を、複数
の吐出口１２に対応した個別の引き込み手段２４を設け
た構成（図１９参照）にするのが好ましく、吐出に最適
な引き込み制御を個別の吐出口１２ごとに行うことがで
き、高画質化が可能になるという利点を有する。

【０１１３】次に、本実施の形態の作用を説明する。

【０１１４】本実施の形態では、毎回のインク吐出前に
吐出口１２にシール液体を引き込んで吐出を行う。具体
的には、吐出基本信号（図１９参照）あるいは画像信号
（図２０参照）に応じて引き込み手段が作動してシール
液体を吐出口１２に引き込み、図１５（Ａ）に示すよう
に、引き込んだシール液体２２Ａを周囲のシール液体２
２Ｂと区切る。吐出を行う際は、区切られた状態で吐出
手段１４が作動してインク吐出口１２のインクをシール
液体と共に吐出する。なお、吐出時に、吐出口１２内の
シール液体は完全にインクと共に吐出されなくてもかま
わない。さらに、引き込み手段を作動解除して、引き込
まれていたインク（あるいはインクとシール液体）を引
き込み前の状態に戻し、次の吐出に備えることもでき
る。上記した引き込み手段と吐出手段１４の制御は、引
き込み信号に対して、吐出信号、引き込み状態を引き込
み前の元の状態に戻すように引き込み手段を制御するた
めの引き込み解除信号を、信号制御手段６０により所定
遅延時間ｂ遅延させて行う。

【０１１５】次に、インクジェット記録装置を説明す
る。

【０１１６】本実施の形態のインクジェット記録装置
は、インク吐出口１２と、インク吐出口１２をシールす
るシール液体と、画像信号に応じて前記インク吐出口１
２からインクを吐出するインク吐出手段１４と、前記シ
ール液体を引き込むシール液体引き込み手段と、画像信
号に応じて前記吐出手段１４を駆動する吐出信号と、前
記シール液体引き込み手段を駆動する引き込み信号と、
前記シール液体引き込み手段に引き込み信号を印加した
後に前記吐出信号を前記吐出手段１４に印加する信号制
御手段６０を有するインクジェット記録装置である。こ
の、引き込み手段の駆動から、吐出の終了までを、吐出
基本周期内に行う。このインクジェット記録装置によ
り、画像記録媒体に画像情報に応じたインクを吐出させ
て画像を記録する。本実施の形態のインクジェット記録
装置では、上述したような引き込み手段がインクジェッ
ト記録ヘッドに組み込まれていてもよく、あるいは引き
込み手段を記録装置内のヘッド外部に持っていてもよい
が、前述したように、引き込み手段はシール液体の引き
込みの応答性がよくなるので吐出口１２に近い部分に設
ける方が好ましい。また、引き込み手段は、引き込み手
段の作動状態や引き込み量を制御しやすいので負圧発生
手段を用いることが好ましい。

【０１１７】また、必要な引き込み量を得るための引き
込み手段の作動量が小さく、引き込みが完了するまでの
時間も短くて済むので、密閉手段を設けることも好まし
い。信号制御手段６０は、ヘッドに組み込まれていても
よく、あるいは記録装置内のヘッド外部に配置されてい
てもよい。また、この信号制御手段６０は、吐出基本信
号毎にシール液体引き込み手段を駆動してもよく、画像
信号毎にシール液体引き込み手段を駆動してもかまわな
い。信号制御手段６０で引き込み解除信号を出力するも
の、速やかに引き込み状態を戻せるので、吐出基本周波
数を大きくでき、印字に要する時間を短縮できるので好
ましい。また、吐出信号や引き込み解除信号を可変制御
するのも、環境や装置の設定や状態に応じてより安定し
た条件を選んで吐出を行うことができるので好ましい。

【０１１８】以上のように、インクを吐出する毎に毎回
シール液体を引き込むようにしているので、次の効果が
得られる。 信号制御手段６０を設けて毎回引き込んで、引き込ん
でから吐出するまでの時間を制御しているので、引き込
んだ状態を毎回同じにして吐出するように設定できる。
その結果、吐出したインクの状態（量や速度等）を毎回
一定にでき、印字されるインクドットの大きさや、イン
クドットの着弾位置のばらつきが少なくなり、吐出が安
定し、印字される画質が向上する。引き込み直後だと、
引き込み手段やメニスカス液面に残っている振動の振幅
が大きいこともあるので、その場合は振動が十分小さく
なってから吐出させるように設定にすると、より安定し
て吐出できる。 信号制御手段６０を設けて毎回引き込んで、引き込み
解除信号を出力すれば、毎回確実に引き込み状態をシー
ル状態に戻すことができる。毎回引き込み手段を作動解
除すれば、速やかにシール液体によって吐出口１２がシ
ールされている状態にして次の吐出サイクルに備えるこ
とが可能になるので、吐出基本周波数を大きくでき、印
字に要する時間を短縮できる。 引き込んでから吐出するまでの遅延時間ａを様々な条
件に基づいて可変に制御すれば、環境変動などにより引
き込んだ状態が安定になるまでの時間が変化しても、引
き込んだ状態が毎回同じになってから吐出するように設
定できるので、さらに吐出が安定し、印字される画質が
向上する。環境の変動や装置の設定や状態等により、引
き込んでから区切られるまでの時間や、引き込み直後の
シール液体表面に残っている振動の減衰時間が変化する
ことがあるので、その状態によって最適な時間を選んで
吐出させると、環境や装置の設定や状態に対しての作
用・効果を安定にすることができる。 引き込み解除するまでの遅延時間ｂ（図１９、図２０
参照）を様々な条件に基づいて可変に制御すれば、吐出
までの遅延時間が短くなった場合にはより速くシール状
態に戻して次の吐出サイクルに備えることが可能にな
る。吐出基本周波数を大きくでき、印字に要する時間を
短縮できる。

【０１１９】また、本実施の形態では、個々の吐出口１
２に応じて引き込み手段を兼ねる吐出手段１４を設け、
引き込みと吐出を行う。したがって、吐出口１２ごとに
引き込みと吐出を制御することができ、シール液体をロ
ス無く引き込んで、最適な引き込み状態を選んで吐出す
るような設定もでき、高画質化が可能になる。また、引
き込み手段と吐出手段１４を兼ねる構成なので、引き込
み手段と吐出手段１４を同一の基板上に一括して形成し
て作成することもでき、ヘッドの構成が簡単になり、装
置の低価格化が可能になる。さらに、引き込み手段の駆
動手段と吐出手段１４の駆動手段も兼ねられるため、小
型化と低価格化が可能になる。

【０１２０】

【第２の実施例】以下、第２の実施例により本発明をよ
り詳細に説明するが、本発明は、これに限定されるもの
ではない。なお、本実施例の構成は前述した第１の実施
例と同じであるので、その説明を省略する。

【０１２１】シール液体としては複数種類のシリコーン
オイルを混合して調製した液体（動粘度３０ｍｍ²／
ｓ、表面張力２０．８ｍＮ／ｍ、比重１．０）を用い
た。このシール液体の２５℃での蒸気圧は０．１ｍｍＨ
ｇ以下であり、用いたインクに対しての相溶性もなかっ
た。

【０１２２】使用したインクは、水６０重量％、ジエチ
レングリコール３８重量％、および染料２重量％からな
り動粘度２．０ｍｍ²／ｓ、表面張力４０ｍＮ／ｍ、比
重１．０６である。

【０１２３】吐出手段１４はサーマルインクジェット方
式であり、吐出室１６の壁面にヒータを設けて構成され
ている。ヒータは多結晶シリコンからなる発熱体層の上
にタンタルからなる保護層を積層して構成されている。
ヒータには図示しない信号印加手段により画像信号に応
じたタイミングで所定の信号が印加されるように配線さ
れている。

【０１２４】シール液体引き込み手段は、第１の実施例
と同じものを用いた。

【０１２５】本実施の形態に係る図示しない信号制御手
段はＩＣ回路を用いて作製しヘッド外壁に配置した。信
号制御手段は、吐出信号を出力する回路に遅延回路を用
いて構成し、引き込み解除信号を出力する回路を遅延回
路とフリップフロップ回路で構成した。信号制御手段
は、画像信号が入力され、画像信号に応じて引き込み信
号を出力して引き込み手段に印加する電位を０Ｖから例
えば２０Ｖに切り替え、画像信号を遅延させて一定時間
後に吐出信号を出力する。画像信号が入力してから吐出
信号を出力するまでの遅延時間は１００μｓに設定し
た。また、信号制御手段は、画像信号を遅延させて、一
定時間後に引き込み解除信号を出力して引き込み手段に
印加する電位を２０Ｖから０Ｖに切り替える。画像信号
が入力してから引き込み解除信号を出力するまでの遅延
時間は１２０μｓに設定した。

【０１２６】本実施例のヘッドを用いて吐出の様子を拡
大観察した。上記ヘッドの吐出口１２の並ぶ表面にシー
ル液体を厚さ５０μｍになるように膜状に配置した。ま
ず、信号制御手段に画像信号を入力して引き込み信号を
出力させ、引き込み手段に２０Ｖの電圧を印加しヘッド
内部の容積を増加させるように変形させた。この容積増
加で負圧を発生し、吐出口１２に接するシール液体を吐
出口１２に引き込み、画像信号入力から１００μｓまで
に周囲のシール液体と区切った。画像信号入力から１０
０μｓ後に信号制御手段は吐出信号を出力し、吐出手段
１４であるヒータに１５Ｖの電圧を６μsの時間パルス
状に印加してインクを吐出させたところ、安定してイン
ク滴が吐出する様子が観察された。信号制御手段は、画
像信号入力から１２０μｓ後に引き込み解除信号を出力
し、引き込み手段に印加していた電位を０Ｖにして、吐
出口１２のインクを初期状態に戻し、引き込み手段が作
動してから５００μｓの経過時間までに吐出口１２周囲
のシール液体が吐出口１２のインクをシールしている状
態に戻した。画像信号を連続パルスで入力し、この吐出
サイクルを１ｋＨｚの周波数で繰り返したところ、毎回
吐出前にシール液体が引き込まれて、その状態で安定し
て吐出するのが観察された。また、吐出基本信号の周波
数１ｋＨｚの下で画像情報に応じた画像信号を入力して
インクを吐出させたところ、吐出されるインク滴の径と
吐出速度の計測結果は、画像信号の連続／不連続（すな
わち吐出の時間間隔）によらずほぼ一定であり、安定し
て吐出しているのが観察された。

【０１２７】そして、常温環境下で印字テストを行っ
た。即ち、常温環境下の条件で、記録紙を送る機構を備
えた記録装置に本実施例のヘッドを取り付けて、常温
（気温２５℃、相対湿度５０％）の部屋で画像の印字を
行い、印字された画像を肉眼で観察したところ、かすれ
などの印字欠陥はなく、鮮明な画像が記録されていた。

【０１２８】また、低温環境下で印字テストを行った。
即ち、さらにこの記録装置を低温環境（気温５℃、相対
湿度３０％）の下に２４時間放置した後にこの低温環境
下で印字テストを行ったところ、先のテストと同様に鮮
明な印字が可能だった。印字された画像を肉眼で観察し
たところ、常温での印字テストと差は見られず、鮮明な
画像が記録されていた。

【０１２９】放置による目詰まりが発生しない効果と、
シール液体がない場合の効果と、を比較する。即ち、こ
のインクジェット記録ヘッドを気温２５℃、相対湿度３
０％ＲＨの環境に３０日間放置しておいた後、通常のイ
ンクジェット記録装置のメンテナンス動作は一切行わず
に印字テストを行って出力画像を観察した。インク吐出
口１２に目詰まりによる吐出不良は発生しておらず、印
字された画像にはドットの乱れもなく、放置前と同じく
鮮明な画像が記録されていた。なお、シール液体を配置
しない以外は本実施例の記録ヘッドと同様のヘッドを同
じ条件で３０日間放置した後、印字テストを行ってみた
が、半分以上の吐出口１２で目詰まりが発生しており、
部分的にしか印字することができなかった。

【０１３０】ここで、比較例を説明する。比較のため
に、引き込み手段を持たない以外は本実施例のヘッドと
同様のヘッドを用い、吐出口１２の並ぶ表面にシール液
体を厚さ５０μｍになるように膜状に配置した。このヘ
ッドの吐出観察を行い、実施例のヘッドと同様の吐出が
得られるように吐出手段１４に２０Ｖの電圧を７μｓの
時間印加するように調整した。さらにこのヘッドを記録
装置に取り付けて、常温（気温２５℃、相対湿度５０
％）の部屋で画像の印字テストを行ったところ、肉眼で
は実施例による印字結果と有意な差は見られなかった。
しかし、低温環境（気温５℃、相対湿度３０％）の下に
２４時間放置した後にこの低温環境下で印字テストを行
ったところ、印字されていない不良部分が目立ち、不鮮
明な画像しか得られなかった。

【０１３１】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、シール液
体引き込み手段を、バイモルフ構造の複合部材を含んで
構成しているので、シール液体引き込み手段の動作量を
大きくすることができ、少ないエネルギーで引き込みを
制御できる、という効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１の実施の形態に係るインクジェット記録
ヘッドの基本構成図である。

【図２】 シール液体引き込み手段として負圧発生手段
を備えた例を示した図である。

【図３】 負圧を発生させる説明図である。

【図４】 ヘッド内部の容積を増加させる方法の説明図
である。

【図５】 引き込み手段として複合部材を用いる方法の
説明図である。

【図６】 第１の実施例における引き込み手段として用
いられる複合部材の構成図である。

【図７】 バイモルフ構造の説明図である。

【図８】 ２枚の圧電部材を分極方向を揃えかつ並列に
接続した場合の図である。

【図９】 ２枚の圧電部材を分極方向を互いに逆向きに
しかつ直列に接続した場合の図である。

【図１０】 吐出室の容積変化により、負圧及び正圧を
発生させる方法の説明図である。

【図１１】 本実施の形態のタイミングチャートであ
る。

【図１２】 バイモルフ構造の複合部材の動作の説明図
である。

【図１３】 バイモルフ構造の複合部材に、引き込みモ
ード及び吐出モードにおける電界の印加の方向を変える
方法の説明図である。

【図１４】 バイモルフ構造の変形例を示した図であ
る。

【図１５】 シール液体の引き込み状態及びシール状態
の説明図である。

【図１６】 第２の実施の形態に係るインクジェット記
録ヘッドの基本構成図である。

【図１７】 吐出基本信号毎にシール液体を引き込み場
合の制御系のブロック図である。

【図１８】 画像信号毎にシール液体を引き込み場合の
制御系のブロック図である。

【図１９】 吐出基本信号毎にシール液体を引き込み場
合のタイミングチャートである。

【図２０】 画像信号毎にシール液体を引き込み場合の
タイミングチャートである。

【符号の説明】

１０ ヘッド １２ インク吐出口 １４ 吐出手段 １６ 吐出室 １８ インク溜 ２２ シール液体 ２４ シール液体引き込み手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平潟 進 神奈川県足柄上郡中井町境430グリーンテ クなかい 富士ゼロックス株式会社内 (72)発明者 佐藤 博昭 神奈川県足柄上郡中井町境430グリーンテ クなかい 富士ゼロックス株式会社内 (72)発明者 諏訪部 恭史 神奈川県足柄上郡中井町境430グリーンテ クなかい 富士ゼロックス株式会社内 (72)発明者 長谷部 恵 神奈川県足柄上郡中井町境430グリーンテ クなかい 富士ゼロックス株式会社内 (72)発明者 毛利 哲 神奈川県足柄上郡中井町境430グリーンテ クなかい 富士ゼロックス株式会社内 Ｆターム(参考） 2C056 EA17 EC07 EC08 EC32 EC37 FA04 JA24 2C057 AF74 AG44 AM16 AM17 BA03 BA14 BA15

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクを吐出するためのインク吐出口
   と、 前記インク吐出口をシールするシール液体と、 入力された画像信号に応じて前記インク吐出口からイン
   クを吐出するインク吐出手段と、 前記シール液体の前記インク吐出口に位置するシール液
   体と、前記シール液体の前記インク吐出口の周囲に位置
   するシール液体と、が区切られるように、前記シール液
   体を前記インク吐出口内に引き込むシール液体引き込み
   手段と、 を有するインクジェット記録ヘッドであって、 前記シール液体引き込み手段は、バイモルフ構造の複合
   部材を含んで構成されていることを特徴とするインクジ
   ェット記録ヘッド。
2. 【請求項２】 前記シール液体引き込み手段は前記イン
   ク吐出手段を兼ねることを特徴とする請求項１記載のイ
   ンクジェット記録ヘッド。
3. 【請求項３】 前記複合部材は、少なくとも第１の圧電
   部材と第２の圧電部材とによりバイモルフ構造をなし、 前記シール液体を引き込む際に、前記第１の圧電部材に
   は分極方向と同一の方向にかつ前記第２の圧電部材には
   分極方向と逆方向の電界を印加することを特徴とする請
   求項1又は請求項２記載のインクジェット記録ヘッド。
4. 【請求項４】 前記シール液体引き込み手段が前記イン
   ク吐出手段を兼ねる場合、前記シール液体引き込み手段
   は、インクを吐出する際、前記シール液体を引き込む際
   に印加した電界の方向と逆方向の電界を印加することを
   特徴とする請求項３記載のインクジェット記録ヘッド。
5. 【請求項５】 予め定められた吐出基本周期内に前記シ
   ール液体の引き込み及び前記インクの吐出が実行される
   ように、前記インク吐出手段及び前記シール液体引き込
   み手段を制御する制御手段を更に備えたことを特徴とす
   る請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載のインクジ
   ェット記録ヘッド。
6. 【請求項６】 前記制御手段は、前記画像信号の入力時
   から所定遅延時間後に前記インクの吐出が実行されるよ
   うに前記インク吐出手段を制御することを特徴とする請
   求項５記載のインクジェット記録ヘッド。
7. 【請求項７】 請求項１乃至請求項４記載のインクジェ
   ット記録ヘッドを備えたインクジェット記録装置。
8. 【請求項８】 請求項７記載のインクジェット記録装置
   のインクジェット記録方法であって、 インク吐出前に、シール液体を引き込むことを特徴とす
   るインクジェット記録方法。
9. 【請求項９】 シール液体を引き込んだ状態を保持する
   ことを特徴とする請求項８記載のインクジェット記録方
   法。
10. 【請求項１０】 前記シール液体が引き込まれた状態が
    保持されているときに、インクを複数発吐出することを
    特徴とする請求項９記載のインクジェット記録方法。
11. 【請求項１１】 請求項５又は請求項６記載のインクジ
    ェット記録ヘッドを備えたインクジェット記録装置。
12. 【請求項１２】 請求項１１記載のインクジェット記録
    装置のインクジェット記録方法であって、 インク吐出前に、シール液体を毎回引き込むことを特徴
    とするインクジェット記録方法。