JP2008030255A - インクジェットヘッドと画像記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】共通インク室内に部分的に存在する気泡による画質低下を防止する。
【解決手段】インク層２１、及び該インク層２１よりも重力方向の上方に一様に形成された空気層１６を収容する共通インク室１４と、インク層２１のインクを吐出する複数のインク吐出孔６と、空気層１６の空気量を制御する複数の排出孔１５とを有するオリフィスプレート５と、インク吐出孔６とインク層２１とを連通させる複数のインク吐出溝４と、排出孔１５と空気層１６とを連通させる複数の空気層形成溝１０と、を備えている。
【選択図】図３

Description

本発明は、インクを吐出口から噴射してインク液滴を形成するインクジェットヘッドとこのインクジェットヘッドを備えた画像記録装置に関する。

インクジェット記録は、インクジェットヘッドに設けられたインク吐出穴から微量のインクを噴射し、記録媒体へインクを着弾させ所望の記録を行うもので、圧電素子を用いたピエゾ方式や、ヒーターを用いたサーマル方式が知られている。

このようなインクジェットヘッドでは、画像記録装置に搭載されているインクタンクからインクが供給されるが、その際気泡が混入する事があり、その気泡を含んだインクがインクジェットヘッドに供給されると、インクジェットヘッド内の共通インク室に残留し、その近傍にあるインクを吐出する為の溝に吸い込まれ、吐出異常を引き起こす事がある。

また、図２２のように、インクジェットヘッド１００の共通インク室１０１の一部に気泡１０２がそのまま残留していると、インク吐出が行われる際に発生する圧力や衝撃波が部分的に影響を受け、図に示すエリア１０３とエリア１０４のインク吐出特性が変化し、印字品位の問題、特にエリア境界付近での濃度ムラを発生させるという問題があった。

そこで、上述した気泡を除去する手段として、従来、ヘッド全体を傾けて気泡を片側に集め、インクを加圧注入することにより気泡を外部に排出する技術（例えば、特許文献１と特許文献２参照）や、共通インク室の内壁の形状を傾斜させ、内壁面に沿ったインクの流れを発生させ、加圧注入又はオリフィス面からの吸引動作により気泡を除去する技術（例えば、特許文献３参照）が提案されている。
特開２００４−１６７９２９号公報 特開平１０−３２９３４１号公報 特開平０６−０９１８７４号公報

しかしながら、特許文献１、特許文献２、及び特許文献３によると、共通インク室内の気泡を除去する作業は印刷動作を行っていないときに行われている。このように、気泡除去作業により共通インク室内に気泡が存在しない状態で印刷動作が開始されたとしても、印刷動作時においては、インクは絶えず上流に位置するインクタンクから共通インク室に供給されるので、インクに混入した気泡、例えばインクをろ過するフィルタ部やインク経路に配置された弁、チューブの継ぎ手等のインク経路に残存する気泡が、インクジェットヘッドに供給されることになる。

よって、結果的に印刷動作時においては、インジェットヘッド内の共通インク室に気泡の存在しない状態と、部分的に気泡の存在する状態が発生し、濃度ムラによる画質低下を引き起こしてしまうおそれがあった。

更に、キャビテーションによる影響で、インク内に溶存する気体が気泡化し、この気泡が、前述と同様にインジェットヘッド内の共通インク室の一部に溜まっていき、部分的な濃度ムラによる画質低下を起こすおそれもある。

また近年、オンデマンド印刷の市場要求が高まる中、併せて高速カラー印刷を可能とするために、ラインヘッドを用いた画像記録装置が提案されている。このラインヘッドを用いた画像記録装置では、高速印刷を可能にするため、複数回走査を行うインターレース印刷ではなく、紙搬送１回走査で印刷を完了する１パスでの印刷を行っている。

このような画像記録装置を設置する際、例えば紙搬送方向と略直交方向の傾きが発生すると、共通インク室内の一部に留まった気泡が端部に寄ってしまうおそれもある。
この時、複数のインクジェットヘッドを繋ぎ合わせたラインヘッドの場合、残留する気泡の影響により、隣接するヘッド間の濃度差が問題となり、インクジェットヘッド間でのつなぎ目で画質低下を招く。

この対応策として、隣接間の印字濃度を合わせるように各インクジェットヘッドの濃度を調整する方法も考えられるが、この場合でも、ラインヘッドの両端部での濃度差が大きくなるという課題が発生する。

このように、印刷動作中にインクジェットヘッド内の共通インク室に気泡が部分的に残留すると、濃度ムラや、隣接するインクジェットヘッド間での濃度差による画質低下が大きな課題となってくる。

本発明は、斯かる課題を解決するためになされたもので、印刷時において共通インク室内に部分的に存在する気泡による画質低下を防止し得るインクジェットヘッドと画像記録装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明のインクジェットヘッドは、インク層、及び該インク層よりも重力方向の上方に一様に形成された空気層を収容する共通インク室と、インク層のインクを吐出する複数のインク吐出孔と、空気層の空気量を制御する複数の排出孔とを有するオリフィスプレートと、インク吐出孔とインク層とを連通させる複数のインク吐出溝と、排出孔と空気層とを連通させる複数の空気層形成溝と、を備えていることを特徴とする。

また、前記目的を達成するため、本発明の画像記録装置は、インク層、及び該インク層よりも重力方向の上方に一様に形成された空気層を収容する共通インク室と、インク層のインクを吐出する複数のインク吐出孔と、空気層の空気量を制御する複数の排出孔とを有するオリフィスプレートと、インク吐出孔とインク層とを連通させる複数のインク吐出溝と、排出孔と空気層とを連通させる複数の空気層形成溝と、を備えたインクジェットヘッドと、該インクジェットヘッドのインク吐出面側に装着され、空気層形成溝から負圧で少なくとも空気を吸引する第１の吸引室、及びインク吐出溝から負圧でインクを吸引する第２の吸引室を有する吸引部と、を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、印刷時において共通インク室内に部分的に存在する気泡による画質低下を防止し得るインクジェットヘッドと画像記録装置を提供することができる。

（第１の実施形態）
以下、図面に基づき本発明の実施の形態について説明する。
図１〜図３は、それぞれ本実施形態のインクジェットヘッド１の組立斜視図、側面図、及び平面図である。

同図１〜図３において、本実施形態のインクジェットヘッド１は、ベース１１と、共通インク室ブロック８と、天板７と、インクインレット１２と、オリフィスプレート５と、で構成されている。

ベース１１は、圧電素子からなる圧電部材２と絶縁基板３とからなり、これら圧電部材２と絶縁基板３は接着手段により接着固定されている。また、絶縁基板３は、熱による歪で破損しないように、圧電部材２と線膨張係数が同じか又はそれに近い材料が用いられている。

この絶縁基板３としては、上述した線膨張係数の条件に加え、インク吐出の際に発生する熱を、ベース１１が固定されるキャリッジ（図示せず）に効率良く放熱させるよう、熱伝導性の高い材料が適している。本実施形態では、例えば窒化アルミニウム、炭化珪素、又はアルミナが用いられている。

ベース１１には、ダイシング加工により複数のインク吐出溝４が略等間隔に形成されている。更に、インク吐出溝４の側壁及び絶縁基板３の上面には、リソグラフィー工程及びエッチング工程を経て、不図示の電極及び電気配線パターンが形成されている。

この電極及び電気配線パターンは電気的に接続されており、不図示の画像記録装置本体から電気信号が供給される。また、ベース１１には、複数のインク吐出溝４の幅方向（配列方向）の両端側から離間してダイシング加工された空気層形成溝１０が、各１ライン（又は複数ラインでも良い）形成されている。

ベース１１の上面には、略Ｔ字型の貫通孔９が形成された共通インク室ブロック８が接着固定されている。そして、インク吐出溝４と空気層形成溝１０とは、それぞれ開口１７及び開口１８を通して貫通孔９と連通している。この時、インク吐出溝４の開口１７を除く溝部分は、上部を共通インク室ブロック８の下面で覆われる事により、インク吐出溝４が管状の経路となり、上述した画像記録装置本体からの電気信号により、圧力室として機能する。同様に、空気層形成溝１０の開口１８を除く溝部分は、上部を共通インク室ブロック８で覆われることにより、空気層形成溝１０が管状の経路となっている。

なお、上述した説明では、空気層形成溝１０には電極及び電気配線が施されていないとして説明したが、これに限らず、例えばインク吐出溝４と同様に電極及び電気配線を形成しても構わない。

共通インク室ブロック８の上面には、該共通インク室ブロック８に形成された貫通孔９を覆うように天板７が接着手段により接着されている。これにより、ベース１１と共通インク室ブロック８、及び天板７にて囲われた貫通孔９により、略Ｔ字型の共通インク室１４が形成されている。尚、この共通インク室１４は、インク層２１と当該インク層２１よりも重力方向上方の空気層１６とにより形成されている。天板７には、インクインレット１２を固定すると共に、インクを共通インク室１４に供給するためのインク供給穴２０が形成されている。

インクインレット１２には、不図示の画像記録装置に配備されたインクタンクから、インク供給チューブ１３の管内を通りインクが供給されるようになっている。このインクは、インクインレット１２を経て、インク供給穴２０（図３参照）から共通インク室１４へ供給される。

インク供給チューブ１３は、本実施形態では、サンゴバン・ノートン社製のタイゴンやデュポン社製のバイトン、フッ素系のチューブが用いられている。また、インクインレット１２は、複数のインク吐出溝４の並び方向の略中央に配置されている。

圧電部材２には、オリフィスプレート５が接着固定されている。このオリフィスプレート５には、インク吐出溝４及び空気層形成溝１０に対応する位置に、インク吐出孔６及び排出孔１５が形成されている。この排出孔１５は、空気層形成溝１０を介して共通インク室１４内の空気層１６と連通し、空気層１６内に溜まっている余分な空気又は気泡を外部へ排出し、空気量を制御している。

更に、この排出孔１５は、共通インク室１４内に空気層１６を形成する上で、空気層形成溝１０を介して余剰となるインクを外部へ排出する。なお、本実施形態では、インク吐出溝４を介してインク吐出孔６から吐出されるインクの吐出方向は重力方向と一致している。

また、本実施形態では、排出孔１５は、インク吐出孔６と略同形でかつ略同じ大きさのものが形成されている。但し、単位時間当たりの空気又はインクの排出量を増やすために、空気層形成溝１０の１ラインに対し、複数の排出孔１５を設けても良い。更には、空気層形成溝１０の溝幅をインク吐出溝４よりも広く設定し、その溝に対向するように複数の排出孔１５を設けても良い。なお、インク吐出孔６はインク吐出溝４よりも小さく（例えば１／４程度の大きさ）形成されている。

図４は、天板７を取り外した状態で、ベース１１と、共通インク室ブロック８と、インク吐出溝４と、空気層形成溝１０と、共通インク室１４にインクを供給するインク供給穴２０と、の位置関係を示した図である。

インク吐出溝４と空気層形成溝１０は、オリフィスプレート５と対向する共通インク室１４内の重力方向の上端面１９に向けて各々の溝が延びているが、インク吐出溝４よりも空気層形成溝１０の方が、より長く形成されている。

また、空気層形成溝１０における空気層１６側の開口１８から、共通インク室１４の重力方向の上端面１９まで、所定距離Ｌを有している。この距離Ｌにより、インクジェットヘッド１へのインク充填やメンテナンス動作を行った後に、共通インク室１４の幅方向（複数のインク吐出溝４の配列方向）の全域に亘って、該共通インク室１４の上部に空気層１６が一様に形成されるようになっている。

例えば、インク吐出溝４の列幅が略５６ｍｍ、画像記録装置の設置によるヘッドの傾き角度の許容範囲が略２°とすれば、距離Ｌは略３．５ｍｍ以上（Ｌ≧３．５ｍｍ）に設定することができる。この値は、インク吐出溝４の列幅である図のエリアＣや、画像記録装置の設置によるヘッドの傾きの条件を考慮した値である。よって、この条件が変る場合は、設定値（Ｌ）によらず、共通インク室１４内に所定の空気層１６が形成されるよう距離Ｌを設定すれば良い。

こうして、共通インク室１４の重力方向の上部に、安定した空気層１６が一様に形成されるので、インク吐出が行われる際に発生する圧力や衝撃波の影響を受けることはなく、インク吐出溝４の幅方向の全域にわたり均一な吐出条件が得られるため、気泡による濃度ムラを防止することができる。

また、インク経路に残留している気泡が上流から供給された場合や、キャビテーションにより発生した気泡については、空気層１６内に取り込まれ、インク吐出溝４の幅方向の全域にわたり平準化されるため、気泡による濃度ムラの発生を防止することができる。

更に、空気層形成溝１０における空気層１６側の開口１８は、インク吐出溝４におけるインク層２１側の開口１７よりも所定距離Ｎだけ重力方向の上方に位置している。
これは、空気層１６がインク吐出溝４の開口１７に近接していると、印刷動作が行われる際、インク吐出溝４内でのインク吐出動作による圧力変動の影響によリ、空気層１６内の空気をインク吐出溝４に巻き込むおそれがあるからである。そして、空気を巻き込んだ場合、インク吐出溝４からのインクの吐出不良が発生し、画質低下を起こしてしまうからである。

そのため、本実施形態では、空気層１６の下面（空気層面）２５がインク吐出溝４から離間してインク層２１が形成されるように、距離Ｎが略３ｍｍ以上（Ｎ≧３ｍｍ）に設定されている。また、インク吐出溝４と空気層形成溝１０、及びインク供給穴２０との関係については、次のように設定されている。

インク供給穴２０は、インク吐出溝４におけるインク層２１側の開口１７と、空気層形成溝１０における空気層１６側の開口１８との間にインク供給穴２０が設けられ、このインク供給穴２０とインク吐出溝４の開口１７との間に所定の間隙を有している。

そして、本実施形態では、上述した距離Ｎについて、インク供給穴２０が空気層１６及びインク吐出溝４の開口１７に接触しないように設定されている。更に、空気層１６の下面２５とインク供給穴２０との距離Ｍは、０ｍｍより大きい値（Ｍ＞０ｍｍ）に設定されている。

これは、インク供給穴２０が空気層１６に重なることにより、供給されるインクが空気層１６からインク層２１へ流入するため、共通インク室１４内で気泡が発生し易く、その気泡の影響でインク吐出不良が発生するのを防止するためである。

例えば、インク供給穴２０の内径を略３ｍｍとした場合、空気層１６の空気を巻きこまないように、又は気泡を発生させないために、空気の巻き込みも考慮し、距離Ｎは、上述した略３ｍｍよりも大きい値に設定すれば良い。更に好ましくは、画像記録装置の設置条件も加味して略４ｍｍ以上とするのが望ましい。

図５及び図６は、共通インク室１４へのインク供給前及びインク供給中の状態を示す図である。
図５において、共通インク室１４内にインクを供給する前では、インク供給穴２０からのインクの供給はなく、共通インク室１４内には空気層１６のみが存在している。また、図６は、インク供給穴２０から共通インク室１４内にインクが供給されている状態を示している。この状態では、共通インク室１４の重力方向の下部に若干のインク層２１が形成され、その上部に空気層１６が形成されている。

次に、共通インク室１４内に一様な空気層１６を形成する上で、インク吸引動作を設定する。以下、その内容を説明する。
図７は、画像記録装置２８の概略図を示している。同図は、画像記録装置２８におけるインクジェットヘッド１と、負圧発生部３０と、吸引部３１と、インク供給部３２とを示した図であり、他の構成要素については省略した図である。

図８は、前記画像記録装置２８によるインクジェットヘッド１のインク吸引及びインク供給状態を示す図である。また、共通インク室１４からのインクの吸引は、負圧発生部において吸引動作に必要となる負圧を生成して行われる。

図７及び図８において、画像記録装置２８は、任意の負圧値に設定できる負圧発生部３０と、インクジェットヘッド１のオリフィスプレート５をキャッピングし、負圧発生部３０で任意に設定された負圧値により、インク吐出孔６及び排出孔１５よりインク又は余剰な空気を吸い出す吸引部３１と、インクジェットヘッド１のインクインレット１２へ、インク供給チューブ１３の管内を通してインクを供給するインク供給部３２と、を少なくとも有している。

負圧発生部３０は、負圧を貯める圧力タンク３９と、圧力タンク３９に通ずる全ての経路を各々封鎖可能な弁４１、弁４２、弁３４、弁３５と、負圧タンク内の空気を外気に吸い出すポンプ４０とで構成されている。圧力タンク３９内の圧力を任意の負圧値に設定する場合、上述した弁４１、弁４２、弁３４、弁３５を全てクローズ（閉止）し、ポンプ４０を任意に設定された時間駆動する事により、所定の負圧値を得ることができる。

また、所定の負圧値を設定する別の手段としては、圧力タンク３９に、内部圧力をモニタする圧力計を配置し、その圧力計の値に対してポンプの駆動を制御する構成にしても良い。

吸引部３１は、弁３５に通じている第２の吸引室としての吸引室３６と、弁３４に通じている第１の吸引室としての吸引室３３を備えた吸引キャップ３７が、インクジェットヘッド１のオリフィスプレート５をキャッピングする事により、吸引室３６と吸引室３３は分断され、個々の独立した吸引動作を可能にしている。

このキャッピングの際、吸引室３６は、インクジェットヘッド１のインク吐出孔６と対向する位置に、また、吸引室３３は、排出孔１５と対向する位置にセットされている。
インク供給部３２は、インクジェットヘッド１に供給するインクを、任意の水頭値に保ちながら蓄えているインクタンク４８と、弁４７の開閉によりインクタンク４８にインクを供給するインクボトル４９と、インクタンク４８のインク量が所定の水頭値を超えた場合に、インクを廃液タンク３８に排出する弁５０と、インクタンク４８内の気圧を大気に開放する弁４６とで構成されている。

なお、インク供給部３２からインク供給チューブ１３を通ってインクジェットヘッド１にインクが供給されるが、インク内に存在する異物を除去する為、インクジェットヘッド１に供給されるインクをろ過するフィルタ４５が、インク供給チューブ１３に組み込まれている。

ここで、図７〜図９を参照し、インクジェットヘッド１にインクを供給する供給動作について説明する。
図９は、吸引部３１に加わる圧力波形を表している。この図は、縦軸が圧力（ｋＰａ）を示し、横軸は経過時間（ｓｅｃ）を示している。先ず、弁４１、弁４２、弁３４及び弁３５を閉じた状態で圧力タンク３９を任意の負圧値Ｐ１、例えば略−２５ｋＰａになるようポンプ４０の動作を行う。その後、弁４１、弁４２、弁３４及び弁３５は閉じたままインクジェットヘッド１へのキャッピングを行う。

インク供給部３２は、弁４７を開くことによりインクボトル４９からインクタンク４８にインクが供給され、設定された水頭値、例えば、インクタンク４８内のインク液面がオリフィスプレート５から重力方向下側に略９０ｍｍ下がった状態になった所で弁４７が閉じられる。この時、弁４６は開いており、インクタンク４８内の気圧は大気圧と同レベルとなっている。この状態が、圧力タンク３９の負圧動作であり、共通インク室１４の内部は、図５に示したように、まだ空気層１６で満たされている。

次に、弁３５を開くことにより、吸引室３６の圧力が負圧となり、インク吐出孔６を通じて共通インク室１４の空気が吸引される。こうして、共通インク室１４内がインクタンク４８の水頭差による負圧値より高い負圧値になったところで、インクタンク４８からインク供給チューブ１３の管内を通り、共通インク室１４内にインクが供給される。

この状態が、吸引室３６の吸引動作であり、共通インク室１４の内部は、図６に示したように、インク吐出溝４近傍の空気が排出され、インク吐出溝４の上部近傍に空気層面２５が形成される。

この時、弁３４は閉じた状態にしている。これは、負圧の高い状態でインクを吸い上げている時は、共通インク室１４の液面が不安定になっているため、弁３４を開いた状態にした場合、過剰に空気の排出が行われ、所望の位置に空気層１６ができない場合が発生するからである。

そこで、弁３５を開いた時間Ｔｌより任意の時間遅らせた時間Ｔ２の後に弁３４を開く。この時の負圧値をＰ２とする。このことにより、インク液面が安定した状態で、共通インク室１４に存在する余剰な空気が、空気層形成溝１０を通り排出孔１５より吸引室３３へ排出され、共通インク室１４の空気層面２５が徐々に上がってくる。

空気層面２５が、空気層形成溝１０の開口１８を越えると、空気の排出は行われなくなり、余剰となるインクが空気層形成溝１０より排出され、共通インク室１４には所望の空気層１６及びインク層２１が形成される。

この状態が、吸引室３３、３６の吸引動作であり、共通インク室１４の内部は、図４に示したように、空気形成溝１０の端部に位置する開ロ１８に略近接するように空気層面２５が形成される。

そして、吸引部３１側の負圧値と、共通インク室１４の水頭差の影響による負圧値が略均衡してくるが、この時間Ｔ３の段階で負圧発生部３０の弁４１を開き、圧力タンク３９内を大気に開放する。

これは、急激な圧力変化によるインク吐出孔６や排出孔１５からのインクや気泡の逆流を防ぐためである。この状態が、圧力タンク３９の大気開放であり、共通インク室１４内は、図４に示したように、所望の位置に空気層１６とインク層２１が形成された状態が維持される。

インク供給動作が完了したところで、吸引キャップ３７をインクジェットヘッド１から外し、弁３４、弁３５を閉じる動作を行う。なお、インク吸引動作の後には、オリフィスプレート５の表面に残っているインク滴を排除する為に、不図示のワイピングブレードでオリフィスプレート５上を擦る動作が行われる。

なお、空気形成溝１０内はインクで満たされ、排出孔１５にはインクの張力と水頭差によるインクタンク４８からの負圧で、インク吐出孔６と同様にメニスカス（界面張力により液体表面がつくる凹凸面）が形成され、印字動作中でのインク漏れは発生しない。

更に、印字動作前や印字動作間に行われるインクジェットヘッド１のメンテナンスについても、前述したインク供給動作と同じ方法で行うことにより、印字中に発生した気泡により変動した空気層１６を正常な状態に戻す事ができる。

なお、前述した印字動作前や印字動作間に行われるインクジェットヘッド１のメンテナンス時においては、インクの消耗防止や時間短縮の為、初期圧力Ｐｌを小さく設定（但し、｜Ｐｌ｜＞｜Ｐ２｜：絶対値）し、吸引室３６の吸引動作の時間Ｔ２を短く設定しても良い。更に、共通インク室１４に所望の空気層１６及びインク層２１が形成されれば任意に設定しても構わない。

また、インク供給動作で、初期の圧力設定Ｐｌの負圧値を大きく、例えば、略−５０ｋＰａに設定したい場合、Ｔ２までの時間が長くかかり吸引動作上の問題となる。この場合は、図１０に示す様に、吸引室３６の吸引動作を行っている任意の開放時間ｔの間、負圧発生部３０の弁４１を一時的に開き、所望の圧力値になるよう動作しても構わない。

また、通常動作では発生しない画像記録装置の異常により、液面が上がり空気層１６がインクにより満たされてしまった場合、共通インク室１４の上部には部分的な気泡が残り易くなり、濃度ムラが発生する。

この場合、インクタンク４８内のインクを弁５０より一時的に抜き、吸引動作を行う事により、インクタンク４８から空気が供給されてくるため、共通インク室１４のインクが排出され、空気で満たされる。次に、インクタンク４８内にインクを入れ、前述したインク供給動作を行う事により、新たに空気層１６が形成される。

上述の様に、画像記録装置の異常により液面が所望の範囲を越える場合に備え、液面検出機能を付加しても良い。例えば、液面の異常を検出する為、天板７を透明体又は天板７の一部に透明体の小窓を付け、共通インク室１４内のインクを外部より確認できるよう構成し、光学的な反射型の検出センサを配置することにより液面の検出を行うことができる。

このよう検出方法の場合、透明体の表面にインクが付着し検出能力が低下するため、透明体の表面には油性インクでは撥油、水性インクでは撥水性の高いコーティングが施されている。検出センサは、液面上昇及び液面低下の検出を行い、その電気信号は、画像記録装置のコントローラに送られ、検出センサの検出結果に応じてヘッドのメンテナンスや、液面上昇時の処理が自動的に行われる。

本実施形態によれば、インク吐出溝４と略同一平面上に空気層形成溝１０を形成したため、製造時に両溝の位置関係を容易に出すことができる。また、インク吐出孔６と対向する共通インク室１４の上層部に一様な空気層１６を形成したため、インクの吐出動作時に発生する圧力や、衝撃波への影響が均一化され、濃度ムラを発生させない又は減少させる事が出来る。

また、インク吐出溝４の開口１７から空気層１６までが十分離間しているため、印字動作時におけるインク吐出溝４への気泡吸込みを防止することができる。更に、インク供給穴２０がインク層２１内に配置されているため、印字動作時に上流からインクが供給さる際、空気層１６の空気を巻き込み気泡を発生させるおそれがない。

また、本実施形態によれば、共通インク室１４内に一様な空気層が形成されているため、上流から気泡を含んだインクが供給された場合でも、気泡は空気層内に取り込まれて平準化されるため、濃度ムラの発生を防止することができる。

なお、本実施形態では、吸引キャップ３７に形成される２つの吸引室３３，３６を、共通のポンプ４０を有する負圧発生部３０によって圧力制御を行った。しかし、これに限らず、各々の吸引室３３，３６毎に負圧発生部３０を設けて圧力制御を行っても構わない。

また、本実施形態では、インク吐出溝４と略同一面に空気層形成溝１０を形成したが、空気層形成溝１０は、共通インク室ブロック８のベース１１との貼付け面側又は、天板７との貼り付け面側に形成しても良く、共通インク室ブロック８の両面に形成しても構わない。更に、天板７の共通インク室ブロック８との貼付け面側に形成しても構わない。これらの場合は、本実施形態と同様に、オリフィスプレート５には、空気層形成溝１０に対応する位置に、排出孔１５が形成されている。
（第２の実施の形態）
図１１及び図１２は、第２の実施の形態のインクジェットヘッド１の側面図と平面図であり、図１３及び図１４は共通インク室ブロック８、天板７、及びオリフィスプレート５を取り外した状態のインクジェットヘッドの側面図と平面面である。なお、第１の実施の形態と同一又は相当する部材には同一の符号を付して説明する。

本実施形態のインクジェットヘッド１は、ベース１１と、共通インク室ブロック８、８'と、天板７と、インクインレット１２と、オリフィスプレート５と、で構成されている。

ベース１１は、圧電素子からなる圧電部材２と絶縁基板３とからなり、これら圧電部材２と絶縁基板３は接着手段により接着固定されている。このベース１１は、ダイシング加工により複数のインク吐出溝４が略等間隔に形成されている。更に、インク吐出溝４の側壁及び絶縁基板３の上面には、リソグラフィー工程及びエッチング工程を経て、不図示の電極及び電気配線パターンが形成されている。

そして、絶縁基板３上に、インクインレット１２の固定及びインクを供給するためのインク供給穴２０（図１３及び図１４参照）が側面に形成された共通インク室ブロック８'が接着固定されている。更に、インク吐出溝４の両端から離間してダイシング加工された空気層形成溝１０が、インク吐出溝４の両端部に各１ライン（又は複数ライン）形成されている。

ベース１１の上部には、略Ｕ型の共通インク室ブロック８が貫通孔９の開口側を共通インク室ブロック８'に向け、かつ幅方向の両端を共通インク室ブロック８'に当接するように接着固定されている。インク吐出溝４の開口１７を除く溝部分は、上部を共通インク室ブロック８で覆われることにより、インク吐出溝４が管状の経路となり、不図示の画像記録装置本体からの電気信号により圧力室として機能する。

また、空気層形成溝１０も同様に、開口１８を除く溝部分は、上部を共通インク室ブロック８で覆われることにより、空気層形成溝１０が管状の経路となっている。
圧電部材２には、オリフィスプレート５が接着固定されている。このオリフィスプレート５には、インク吐出溝４及び空気層形成溝１０と対応する位置に、夫々インク吐出孔６及び排出孔１５が形成されている。

排出孔１５は、空気層形成溝１０を介して共通インク室１４内に溜まっている余分な空気又は気泡、更に空気層１６を共通インク室１４内で形成する上で余剰となるインクを外部へ排出する。

排出孔１５は、インク吐出孔６と略同形でかつ略同じ大きさのものがオリフィスプレート５上に形成されている。この場合、単位時間当たりの排出量を増やす為に、インク吐出溝４の１ラインに対し、複数の排出孔１５を設けても良い。更には、空気層形成溝１０の溝幅をインク吐出溝４よりも広く設定し、その溝に対向するオリフィスプレート５に複数の排出孔１５を設けても良い。なお、インク吐出孔６はインク吐出溝４よりも小さく（例えば１／４程度の大きさ）形成されている。

なお、本実施形態では、インク吐出溝４を介してインク吐出孔６から吐出されるインクの吐出方向は、重力方向と直交する方向である。
図１５と図１６は、天板７を取り外した状態のインクジェットヘッドの側面図と平面図を示している。同図に示すように、インク吐出孔６から開口１７までは、インク吐出溝４により連通し、排出孔１５から開口１８までは、空気層形成溝１０により連通している。

次に、共通インク室ブロック８と共通インク室ブロック８'の上部には、共通インク室ブロック８に形成された貫通孔９を覆うように天板７が接着されている。そして、ベース１１と、両共通インク室ブロック８、８'と、天板７とで囲われた貫通孔９により、共通インク室１４が形成されている。

天板７には、空気層１６を形成する為の凹部が形成されている。共通インク室ブロック８'の側面に貫通したインク供給穴２０には、インクインレット１２が組付けられている。このインクインレット１２には、図示しない画像記録装置に配備されたインクタンクからインク供給チューブ１３の管内を通りインクが供給され、インクインレット１２の管内を経由し、共通インク室１４へインクが送られる。また、インクインレット１２は、インク吐出孔６が多数配列された幅方向に対して、略中央に配置されている。

本実施形態では、図１１に示したように、インク吐出溝４の開口１７と、空気層形成溝１０の開口１８とは、重力方向に対して、両共通インク室ブロック８、８'の厚さでもある厚さＴの高低差があり、空気層形成溝１０の開口１８から天板７の凹部の上面までは、距離Ｓだけ離間している。

これは、インクジェットヘッド１へのインク充填や、メンテナンス動作を行った後、共通インク室１４に開口１７と対向する重力方向で上側に、空気層１６が一様に形成されるように設定したものである。

例えば、インク吐出溝４の列幅が略５６ｍｍ、画像記録装置の設置によるヘッドの傾き角度の許容範囲が略２°とすれば、距離Ｓは、略３．５ｍｍ以上（Ｓ≧３．５ｍｍ）に設定することができる。この値は、画像記録装置の設置によるヘッドの傾きの条件を考慮した値で、この条件が変る場合は、上述の設定値によらず、オリフィス面と対向する共通インク室１４内に空気層１６が一様に形成されるような距離Ｓを設定すれば良い。

また、空気層１６がインク吐出溝４に近接していると、印字動作が行われる際、インク吐出溝４内でのインク吐出動作による圧力変動の影響により、空気層１６内の空気をインク吐出溝４に巻き込む恐れがあり、空気を巻き込んだ場合、インクの吐出不良が発生し、画質低下を起こしてしまう。

そのため、空気層１６がインク吐出溝４の開口１７から離間して形成されるように、両共通インク室ブロック８、８'の厚さＴが略３ｍｍ以上（Ｔ≧３ｍｍ）に設定されている。また、インク供給穴２０は空気層１６に接触しないように空気層形成溝１０の開口１８よりも、重力方向で下側に配置されている。

次に、本実施形態のインクジェットヘッド１の共通インク室１４に一様な空気層１６を形成する上で、インク吸引動作を設定する事により、更に安定した空気層１６を形成することができる。

その方法は、第１の実施形態と同様に、吸引部３１と、負圧発生部３０と、インク供給部３２で構成し、図９又は図１０の吸引圧力動作を行う事により、共通インク室１４の内部に所望の空気層１６とインク層２１が形成される。参考までに、図９の圧力動作に対応したインク液面の変化を図１７〜図１９に示す。

図９の負圧動作時には、インクジェットヘッド１の共通インク室１４内にはインクは供給されていない為、図１７に示すように、共通インク室１４内は空気層１６で満たされている。

次に、吸引室３６の吸引動作に移ると、共通インク室１４内にインクが供給され、インク吐出溝４の開口１７の上部近傍にある空気は、インク吐出溝４を通り外部に排出される。そして、図１８に示すように、インクの液面が開口１７の上部近傍にあるインク層２１が形成され、インク層２１の上部には空気層１６が形成される。

次に、吸引室３３、３６の吸引動作に移ると、開口１８から空気層１６の余剰な空気が空気層形成溝１０を通り、排出孔１５より外部に排出される。更に、インクの液面が開口１８を越えると空気は排出されなくなり、余剰となるインクが排出される。そして、図１９に示すように、所望の空気層１６が形成される。

インク供給動作が完了したところで、吸引キャップ３７をインクジェットヘッド１から外し、弁３４、弁３５を閉じる動作を行う。なお、インク吸引動作の後には、オリフィスプレート表面に残っているインク滴を排除する為に、図示しないワイピングブレードでオリフィスプレート上を擦る動作が行われる。

なお、空気層形成溝１０内はインクで満たされ、排出孔１５にはインクの張力と水頭差によるインクタンク４８からの負圧で、インク吐出孔６と同様にメニスカスが形成され、印字動作中でのインク漏れは発生しない。

更に、印字動作前や印字動作中に行われるインクジェットヘッド１のメンテナンスについても、前述したインク供給動作と同じ方法で行う事により、印字中に発生した気泡により変動した空気層１６を正常な状態に戻す事ができる。

なお、前述した印字動作前や印字動作間に行われるインクジェットヘッド１のメンテナンス時においては、インクの消耗防止や時間短縮の為、初期圧力Ｐｌを小さく設定（但し、｜Ｐｌ｜＞｜Ｐ２｜：絶対値）し、吸引動件の時間Ｔ２を設定しても良く、共通インク室１４に所望の空気層１６及びインク層２１が形成されれば任意に設定しても構わない。

また、インク供給動作で、初期の圧力設定Ｐｌの負圧値を大きく、例えば、略−５０ｋＰａに設定したい場合、Ｔ２までの時間が長くかかり吸引動作上問題となる場合は、図８において、吸引動作を行っている任意の時間、負圧発生部３０の弁４１を一時的に開き、所望の圧力値になるよう操作しても構わない。

また、通常動作では発生しない画像記録装置の異常により、インク液面が上がり空気層１６がインクにより満たされてしまった場合、共通インク室１４内の上部には部分的な気泡が残り易くなり、印字の濃度ムラが発生する。

その場合、インクタンク４８のインクを弁５０により一時的に抜き、吸引動作を行う事により、インクタンク４８から空気が供給されてくる為、共通インク室１４のインクが排出され、空気で満たされる。

次に、インクタンク４８にインクを入れ、前述したインク供給動作を行う事により、新たに空気層１６が形成される。
なお、画像記録装置の異常により液面が所望の範囲を越える場合に備え、液面検出機能を付加しても良い。例えば、液面の異常を検出する為、天板７を透明体又は天板７の一部に透明体の小窓を付け、共通インク室１４内のインクを外部より確認出来るよう構成し、光学的な反射型の検出センサを配置する事により、液面の検出を行うことができる。

このような検出方法の場合、透明体の表面にインクが付着し検出能力が低下する為、透明体の表面には油性インクでは撥油、水性インクでは撥水性の高いコーティングが施されている。前記検出センサは、液面上昇及び液面低下の検出を行い、その電気信号は、画像記録装置のコントローラに送られ、検出センサの検出結果に応じてヘッドのメンテナンスや、液面上昇時の処理が自動的に行われる。

このように前述した第１の実施形態では、インクの吐出方向を重力方向と一致させたのに対し、本実施形態のようにインクの吐出方向を重力方向と直交する方向にしてもインク吐出溝４と略同一平面上に空気層形成溝１０が形成されているため、両溝の位置関係が出し易い。また、インク吐出溝４の共通インク室１４側に形成される開口１７と対向する共通インク室１４の上層部に一様な空気が形成されている為、インクの吐出動作時に発生する圧力や衝撃波への影響が均一化され、濃度ムラを発生させない又は、減少させる事が出来る。

更に、本実施形態によれば、インク吐出溝４の共通インク室１４側に形成される開口１７から空気層１６までが十分離間している為、印字動作時における、インク吐出溝４への気泡吸込みを防止することができる。

また、インク供給穴２０がインク層２１内に位置するよう配置されている為、印字動作時に上流からインクが供給される際、空気層１６の空気を巻き込み気泡を発生させるおそれがない。更に、共通インク室１４内に一様な空気層１６が形成されているため、上流から気泡を含んだインクが供給された場合でも、気泡は空気層１６内に取り込まれて平準化され、濃度ムラの発生を防止することができる。
（変形例）
図２０及び図２１は、第２の実施形態の変形例を示す図である。図２０は、インクジェットヘッド１の側面図であり、図２１は、これをオリフィスプレート側から見た図であり、図２０内の矢印は、重力方向を示している。なお、第１の実施の形態と同一又は相当する部材には同一の符号を付して説明する。

本変形例が第２の実施形態と相違するのは、空気層形成溝１０が共通インク室ブロック８上に複数列形成された点である。オリフィスプレート５には、空気層形成溝１０と対応する位置に複数の排出孔１５が形成されているまた、排出孔１５は、インク吐出孔６の列と略平行した位置関係に設けられ、この排出孔１５の穴数は、インク吐出孔６と略同数形成されている。

本変形例によれば、共通インク室１４から余剰する空気やインクを排出する際、その排出経路となる空気層形成溝１０と排出孔１５が多数配列されている事により、排出能力が高い。又、溝加工の際、インク吐出溝４と独立した列に空気層形成溝１０が形成可能なため、排出能力を考慮した溝数の形成を任意に設定することができる。

第１の実施の形態のインクジェットヘッドの組立斜視図である。 同上の側面図である。 同上の平面図である。 同上の天板を取り外した状態の平面図である。 共通インク室へのインク供給前の平面図である。 同上のインク供給中の平面図である。 画像記録装置の概略を示す図である。 画像記録装置によるインクジェットヘッドのインク吸引状態を示す図である。 インク吸引時の吸引室内の圧力と時間との関係を示す図である。 インク吸引時の吸引室内の圧力と時間との関係を示す図である。 第２の実施の形態のインクジェットヘッドの側面図である。 同上の平面図である。 共通インク室ブロックの一部、天板及びオリフィスプレートを取り外した状態のインクジェットヘッドの側面図である。 同上の平面図である。 天板を取り外した状態のインクジェットヘッドの側面図である。 同上の平面図である。 共通インク室へのインク供給前の側面図である。 同上のインク供給中の側面図である。 同上のインク供給後の側面図である。 変形例のインクジェットヘッドの側面図である。 同上のオリフィスプレート側から見た図である。 従来のインクジェットヘッドの平面図である。

符号の説明

１ インクジェットヘッド
２ 圧電部材
３ 絶縁基板
４ インク吐出溝
５ オリフィスプレート
６ インク吐出孔
７ 天板
８ 共通インク室ブロック
８' 共通インク室ブロック
９ 貫通孔
１０ 空気層形成溝
１１ ベース
１２ インクインレット
１３ インク供給チューブ
１４ 共通インク室
１５ 排出孔
１６ 空気層
１７ 開口
１８ 開口
１９ 上端面
２０ インク供給穴
２１ インク層
２５ 下面（空気層面）
２８ 画像記録装置
３０ 負圧発生部
３１ 吸引部
３２ インク供給部
３３ 吸引室
３４ 弁
３５ 弁
３６ 吸引室
３７ 吸引キャップ
３８ 廃液タンク
３９ 圧力タンク
４０ ポンプ
４１ 弁
４２ 弁

Claims (9)

1. インク層、及び該インク層よりも重力方向の上方に一様に形成された空気層を収容する共通インク室と、
   前記インク層のインクを吐出する複数のインク吐出孔と、前記空気層の空気量を制御する複数の排出孔とを有するオリフィスプレートと、
   前記インク吐出孔と前記インク層とを連通させる複数のインク吐出溝と、
   前記排出孔と前記空気層とを連通させる複数の空気層形成溝と、を備えている、
   ことを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 前記空気層形成溝における前記空気層側の開口部から、前記共通インク室の重力方向の上端部まで所定距離を有している、
   ことを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
3. 前記所定距離が３．５ｍｍ以上である、
   ことを特徴とする請求項２に記載のインクジェットヘッド。
4. 前記空気層形成溝における前記空気層側の開口部は、
   前記共通インク室にインクを供給するインク供給穴よりも重力方向の上方に位置している、
   ことを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
5. 前記空気層形成溝における前記空気層側の開口部は、前記インク吐出溝における前記インク層側の開口部よりも所定距離だけ重力方向の上方に位置する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
6. 前記所定距離が３ｍｍ以上である、
   ことを特徴とする請求項５に記載のインクジェットヘッド。
7. 前記インク吐出溝における前記インク層側の開口部は、
   前記共通インク室にインクを供給するインク供給穴よりも重力方向の下方に位置している、
   ことを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
8. インク層、及び該インク層よりも重力方向の上方に一様に形成された空気層を収容する共通インク室と、前記インク層のインクを吐出する複数のインク吐出孔と、前記空気層の空気量を制御する複数の排出孔とを有するオリフィスプレートと、前記インク吐出孔と前記インク層とを連通させる複数のインク吐出溝と、前記排出孔と前記空気層とを連通させる複数の空気層形成溝と、を備えたインクジェットヘッドと、
   該インクジェットヘッドのインク吐出面側に装着され、前記空気層形成溝から負圧で少なくとも空気を吸引する第１の吸引室、及び前記インク吐出溝から負圧で少なくともインクを吸引する第２の吸引室を有する吸引部と、を備えている、
   ことを特徴とする画像記録装置。
9. 前記第１の吸引室内の圧力と前記第２の吸引室内の圧力とを独立して制御可能な制御弁を備えている、
   ことを特徴とする請求項８に記載の画像記録装置。