JP3736144B2 - インクジェット記録ヘッドおよびそれを備えたインクジェット記録装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被印字面にインクドロップなどの液滴を吐出して印字を行うインクジェット記録ヘッドおよびそれを備えたインクジェット記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
被印字面に液滴、特にインクドロップを吐出して印字を行うインクジェット記録方式の代表的なものとして、ノズルを用いる方式があり、そのノズルを用いる記録方式には、従来、オンデマンド型と連続流型とがある。オンデマンド型は、記録情報に対応してノズルから間欠的にインクを吐出させて印字を行う方式で、代表的なものとして、圧電素子方式とサーマル方式とがある。圧電素子方式は、インク室に付設した圧電素子に、パルス電圧を印加して圧電素子を変形させることにより、インク室内のインク液圧を変化させ、ノズルからインクドロップを吐出させて、記録紙上にドットを記録するものである。サーマル方式は、インク室内に設けた加熱素子によりインクを加熱し、これにより発生したバブルによりノズルからインクドロップを吐出させて、記録紙上にドットを記録するものである。一方、連続流型は、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。
【０００３】
これら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、ノズル内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、キャッピング手段では、ノズル内部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。このように、実際には、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。
【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、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手段が知られている。しかし、この方法は、以下のような欠点を有していることが判明した。即ち、前記方法は、インク吐出の度毎にシール液体が状態変化し、その結果、インク吐出が安定せず、印字画像品質が低下するという根本的な問題を有している。以下、図面を用いて判明した従来技術の欠点を示す。
【０００５】
シール液体による密封方式を採用している従来のインクジェット記録ヘッドの、シール液体の状態変化を図３に示す。図３（ａ）は、インクジェット記録ヘッドのインク吐出口へのインク吐出要求信号（画像信号）のタイミングの一例を示したものである。（ｂ）は、従来の液体シールによる密封方式を採用しているインクジェット記録ヘッドの、（ａ）に対応したシール状態の変化を模式的に示したものである。一般に、画像をインクジェット記録装置により印字する場合、１つのインク吐出口に対して、さまざまなタイミングでインク滴吐出要求信号が送られる。例えば、要求信号がその記録ヘッドが有する最高画素化周波数の周期と同様な極短時間の周期で送られてくることもあるし、逆に、数秒間の間要求信号が送られてこない場合もある。インク吐出口は、要求信号Ａが送られてきたときには完全にシールされている状態にあるが、要求信号Ｂが送られてきたときはシールされていない状態にあり、要求信号Ｃ、Ｄが送られてきたときには不完全にシールされている状態にある。このように種々のタイミングで要求信号が送られてきた場合、シール液体によるインク吐出口のシール状態が各々異なるため、インクが吐出口から吐出する際の抵抗が一定ではなくなる。その結果、吐出されるインク滴のドロップ径やインク滴の飛翔スピードにばらつきが生じ、印字画像品質が低下する。これを回避するには、各インク吐出口に対する要求信号の周期を十分に落とすことが必要で、その結果印字速度が大幅に低下することになる。
【０００６】
シール液体による密封方式を採用する他の方法として、例えば、特開昭４９−１１５５４８号公報には、動作時にシール液体の供給を止め、吐出時にインク滴のみを吐出する方法が記載されている。しかし、この場合はシール液体供給路の開閉器が必要となり、印字ヘッドの構造が複雑化して、その結果、印字装置全体が大型化したり、高価になってしまう。また、特開昭６３−２４２６４４号公報には、シール液体に磁性流体を用いる方法が記載されているが、磁性流体を保持するのに磁石が必要であり、あわせて高精度の磁界制御手段が必要となるため、印字ヘッドの構造が複雑化して、構成部品の数が増えることにより装置が高価格化するなどの欠点を有している。液体シール方式におけるインク滴の吐出安定性を改善するために、特開昭５４−６９４３６号公報、特開平５−１７７８４１号公報では、吐出動作時と休止時に応じて、シール液体によるシールをオン−オフさせ、シール状態を維持する方法が述べられている。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。
【０００７】
【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、インク吐出の安定性が低く、その結果、印字画像の画質低下を招く。一方、この問題を回避し、インク吐出の安定性を確保するためには、前記のように、別途、シール液体の開閉器や外力による開閉手段を備える必要があり、その結果、印字装置の大型化、および複雑化を招くことになる。従って、シール液体による密封方式を採用している記録ヘッドにおいて、このような欠点を有さない、即ち、外力や開閉器などの付加装置を用いずに、安定的にインク吐出性能を維持し得る技術は存在していないのが実状である。
【０００８】
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、シール液体によってノズルを密封する方式において、外力や開閉器などの付加装置を用いることなく、インク吐出時のシール液体の状態を常に一定の状態に保つことにより、吐出されるインク滴の大きさを一定に保ちつつ、ノズルの目詰まりを防止することが可能なインクジェット記録ヘッドを提供すること、またこのような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を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のインクジェット記録ヘッドは、前記問題点を解決するために、インク吐出口と、該インク吐出口をシールするシール液体と、画像信号に応じてインクを前記インク吐出口から吐出するインク吐出手段と、前記シール液体の流動を促進するシール液体流動促進手段とを有し、前記シール液体流動促進手段が、少なくともインク吐出口の周囲に設けられている構成である。
【００１０】
本発明のインクジェット記録ヘッドには、シール液体流動促進手段が設けられているので、高い画素化周波数の周期で画像信号が送られてきても、次のインク吐出時には、シール液体がインク吐出口をシールしている状態となっている。従って、シール液体のインク吐出口へのシール状態が変化することに伴うインク吐出時の抵抗の変動をなくすことが可能となり、高いインク吐出安定性を示す。
【００１１】
シール液体流動促進手段は、前記インク吐出口が設けられている面上の前記インク吐出口の周囲に設けられたシール液体の流動に対するエネルギー障壁を低くする手段であるのが好ましい。また、シール液体流動促進手段は、インク吐出口の少なくとも周囲に設けられているので、より効果的にシール液体の流動を促進できる。シール液体流動促進手段の好ましい態様としては、毛管力を利用する態様、インク吐出口が設けられている面に形成された溝または突起を利用する態様、および、シール液体に対してぬれ性の高い性質を有する領域を利用する態様がある。
【００１２】
また、本発明は、前記インクジェット記録ヘッドを備えているインクジェット記録装置である。本発明のインクジェット記録装置は、シール液体を有するインクジェット記録ヘッドを備えているので、インク吐出口の目詰まりに伴うメンテナンス回数を低減しても、あるいはメンテナンスを行わなくても、長期的に使用することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明のインクジェット記録ヘッド１３の基本的な構成例を図１の（ａ）〜図１の（ｃ）に示す。図１（ａ）は側断面図を、図１（ｂ）はインク吐出口２方向から見た正面図を各々示している。図１（ｃ）はインク吐出口２からのインク吐出の様子を概略的に示している。また、図１（ｃ）の参照として、液体シールによりシールされていない吐出口からのインク吐出の様子を図２に概略的に示す。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。）１3 には、インク吐出口２がインク吐出面１に設けられている。インク吐出口２はインク流路３を介してヘッド１３の下部に設けられているインク室１４に通じている。インク室１４およびインク流路３には、例えば毛管力や圧力差によって生じる作用により、インク供給手段（不図示）からインクが供給され、インクで充填されている。
【００１４】
インク吐出口２は、インク吐出状態にない場合は、シール液体４によりシールされているので、インク吐出口２に露出しているインクは空気と接触していない。インク流路３の側面部に設けられているインク吐出手段１５は、画像信号に応じて、インク流路３に充填されているインクに圧力等を加えインク吐出口２からインク滴を吐出させる（図１（ｃ））。この際、シール液体４のインク吐出口２へのシールは解かれるが、インク吐出口２へのシールを解いているシール液体４は、インク吐出口２の周囲に設けられているシール液体流動促進手段５により、その流動が促進され、直ちにインク吐出口２をシールする状態になる。このシール液体の流動は、主に、表面張力やぬれによる流動である。その後、再び画像信号に応じてインク吐出が行われても、シール液体４のシール状態は、直前のインク吐出時と同様であるので、本発明のインクジェット記録ヘッドは、高いインク吐出安定性を有する。
尚、本明細書では、「インク吐出口へのシールが解かれた状態」とは、インク吐出口に露出しているインクがシール液体により覆われていない状態をいう。
【００１５】
説明を簡単にするために、図１（ａ）および図１（ｂ）には１つのインク吐出口のみを示したが、インク吐出口はインク吐出面に複数設けられていてもよい。一般的に、インク吐出口の直径は５μｍ〜１００μｍの範囲であるが、特にこれに限定されるものではない。
また、図１（ｃ）には説明の便宜上、インク吐出口２が上部に配置された図を示しているが、インク吐出方向、即ち、記録ヘッド１３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。
【００１６】
本発明に使用可能なインク吐出手段には、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、例えばサーマルインクジェット方式、圧電素子方式等のインク吐出手段を広く利用することができる。サーマルインクジェット方式では、インク吐出手段として加熱機能を有するものを使用し、画像信号に応じてインク室あるいはインク室に通じるインク流路内のインクを加熱し、インク内に含まれる揮発成分を瞬時に蒸発させて気泡を発生させ、その体積変化に伴う圧力でインクを吐出する。圧電素子方式では、インク吐出手段として圧電素子を備えているものを使用し、インク室を構成する壁面あるいはインク室に通じるインク流路の壁面を圧電素子の変形を伝搬可能な部材を用い、この圧電素子に画像信号に応じて電界を印加して生じる圧電素子の歪みによってインク流路の壁面部材等を変形させ、その結果生じる圧力波によりインクに圧力を作用させて吐出する。
尚、図１（ａ）中、インク吐出手段１５は、インク流路３の側面部に配置されているが、これに限定されず、例えば、インク流路３内（壁面の一部等）やインク室１４内（底面の一部等）に配置されていてもよい。
【００１７】
本発明において使用可能なシール液体は、インク吐出口をシールし、インク吐出口に露出している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。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、常温（２５℃）で０．１重量％以下であるのが好ましい。さらに、シール液体が常温で不揮発性であると、ヘッドの休止中に蒸発せず、シール液体による吐出口のシール状態に変化が生じないので好ましい。尚、常温で不揮発性とは、具体的には蒸気圧が２５℃で０．１ｍｍＨｇ以下であることをいう。
【００１８】
本発明に好適に利用できるシール液体の動粘度は、１〜１００ｍｍ2 ／ｓの範囲であり、吐出のための抵抗を小さくするために５０ｍｍ2 ／ｓ以下であることが望ましい。また、本発明において好適に利用できるシール液体の表面張力は１５〜７０ｍＮ／ｍの範囲であり、インク吐出口に露出している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。元々これらの性質に適した液体を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。
【００１９】
例えば、水性のインクを用いる場合のシール液体としては、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。
【００２０】
本発明のインクジェット記録ヘッドでは、シール液体を、図１（ａ）に示すように配置し、インク吐出口２に露出しているインクが外部の空気に接触しないようにする。その結果、インク中の水分等が蒸発することがなく、インク吐出口の目詰まり等のトラブルが発生しない。シール液体は、印字開始前に予めスポイトや管からの注液や、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することができる。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継続的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、インク吐出面上にシール液体の膜を形成する。シール液体は、インク吐出口に露出しているインクに接触するが、インクと相溶せず、インクの上をぬれ広がり、インク表面にもシール液体の膜が形成される。インク吐出面上のシール液体の液膜の膜厚は、インクの表面張力や粘度、吐出手段、ノズル径、目詰まり防止のための保存期間などによって適宜選択できるが、目詰まりに対するシール性能と吐出抵抗を考え合わせると、１μｍ以上１００μｍ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。
【００２１】
シール液体流動促進手段は、シール液体がインクの吐出によりインク吐出口へのシールを解いた状態から、完全にインク吐出口をシールする状態に流動するのを促進する機能を有する。インクジェット記録ヘッドに、シール液体流動促進手段がない場合に、シール液体がシールを解いた状態から完全にシールしている状態に流動するまでに所定の時間を要することの原因については、現在その詳細を解析中であるが、最も大きな要因として、シールを解いた状態のシール液体が、インク吐出口の周囲でトラップされることが挙げられるであろう。インク吐出口は、一般にノズルの内壁面とノズル吐出面で角を形成している。その結果、吐出口の周囲は、形状上シール液体を高い接触角で保持しやすく、さらにバリ等でインク吐出面との接触角がより鋭角になっていると、シール液体をトラップし、インク吐出口を露出している状態（シール液体が開いた状態）のままにする保持力はますます高くなっていると考えられる。
【００２２】
またこのような形状上の要因以外に、インク吐出面のインク吐出口周囲の材質が、シール液体をはじきやすい性質を有する場合は、同様に、シール液体がインク吐出口を完全にシールするまでの流動を妨げることになると考えられる。即ち、一旦シールを解いたシール液体が、再び完全にシール状態へとぬれ広がる際に、前記のようなインク吐出口の周囲の形状やインク吐出口周囲の材質等により、エネルギー的な障壁が形成されやすくなり、そのために、シール液体が再びインク吐出口を完全にシールするのが妨げられるようになると考えられる。本発明におけるシール液体流動促進手段とは、このようなエネルギー障壁を低くしたり、エネルギー障壁を乗り越えやすくするための推進力をシール液体に与えたりすることによって、シールを解いているシール液体を、抵抗なくスムースに、再びシールしている状態に流動させることができる手段である。
【００２３】
シール液体流動促進手段の位置は特に限定されないが、シール液体の流動が、インク吐出口の周囲の形状およびその材質に大きく影響を受けることから、シール液体流動促進手段は、インク吐出口の周囲に設けられていると、より効果的に前記機能を発揮できるので好ましい。さらに、複数のインク吐出口が設けられている場合は、各々のインク吐出口の周囲に設けられているのが好ましい。
尚、ここにいう「周囲」とは、少なくともインク吐出口からのインクの吐出により、シール液体が流動する範囲のことをいう。また、シール液体流動促進手段の位置は、インク吐出面上に限定されず、インク吐出口からインク流路につながる部分や、インク室の周側壁面に配置されていてもよい。
【００２４】
シール液体流動促進手段の具体例としては、インク吐出口の周囲に形成された溝または突起等であり、これらは毛管力等によって前記エネルギー障壁を超えやすくする推進力をシール液体に与えるものである。また、他の例としては、インク吐出口の周囲に形成されたシール液体に対しぬれ性の高い材料や、インク吐出口の周囲に形成されている面取り部分であり、これらは、前記エネルギー障壁を低下させるものである。
【００２５】
シール液体流動促進手段がインク吐出口の周囲に形成されている溝または突起である場合の態様について図４を用いて説明する。図４はインク吐出面の拡大斜視図である。
図４の（ａ）において、インク吐出口２の周囲には、複数の溝８が、その端部がインク吐出口２の周縁に接するように放射状に形成されている。溝８がインク吐出口の周囲に設けられることによって、溝８に接しているシール液体がシール状態に戻ろうとする際のエネルギー障壁は、溝がない場合と比較して低くなる。また、これらの溝８は、毛管力により、溝８に接するシール液体がシール状態へ戻ろうとする流動を促進する。
【００２６】
溝の数は図４の（ａ）に限定されず、たとえば図４の（ｂ）のように溝は一つであってもよいが、溝の数が多いほど毛管力が作用する領域が増加し、流動促進の効果が向上するのでより好ましい。また、溝の形状は、直線から構成されている必要はなく、例えば図４（ｃ）のように曲線から形成されているものであってもよい。さらに図５に示すように溝ではなく凸状の突起９であってもよい。突起９がシール液体の流動を促進する機構も、溝と同様であると考えられる。また、図４および図５では、溝および突起が、その端部がインク吐出口の周縁に接するように設けられているが、特にこれに限定されず、溝および突起は少なくともインク吐出口の周囲に設けられていればよい。
【００２７】
溝の深さ・長さ・幅、および突起の高さ・長さ・幅は、インク吐出口の大きさ等によってその好ましい範囲が異なる。例えば、インク吐出口の直径が５μｍ〜１００μｍ程度である場合は、溝の深さおよび突起の高さは０．５μｍ〜５０μｍ程度のものが、溝の長さや突起の長さは、１μｍ〜２００μｍ程度のものが、溝の幅や突起の幅は、０．５μｍ〜５０μｍ程度のものが好ましい。但し、これに限定されるものではなく、溝や突起の形状等によって好ましい範囲も変動する。また、溝および突起をインク吐出口の周りに複数形成する場合は、インク吐出口の中心に対して対照的に形成すると、シール液体の流動がより促進されるので好ましい。
尚、溝はおよび突起は、例えば、インク吐出面をエッチング加工すること等により所望の形状に形成することができる。
【００２８】
シール液体流動促進手段が、インク吐出口の周囲に形成されている溝や突起である場合、インク吐出面の材質は、溝や突起を形成加工しやすい材料からなるのが好ましく、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ｆｅ等の各種金属、各種金属の化合物、ＳｉＯ2 、シリカ、マシナブルセラミックス等の無機化合物、およびポリイミド、ポリアミド等の各種樹脂プレート等が好ましい。溝の加工法は前記エッチングのみならず、レーザー加工や機械的な加工など、インク吐出面の材質および加工精度、加工コスト等を鑑みて最適な組み合わせを選択することができる。
【００２９】
インク吐出口２の周囲をシール液体に対してぬれ性が高い性質（以下、「親シール液体性」という。）にし、この親シール液体性領域１１をシール液体流動促進手段とする態様を図６に示す。インク吐出口の周囲に位置する親シール液体性領域１１は、インク吐出口周辺部のシール液体をぬれ広がりやすくし、シール液体がシール状態に戻るのを促進する。
【００３０】
インク吐出口の周囲を親シール液体性にするには、例えば、インク吐出口の周囲をプラズマエッチングやブラスト処理により物理的に表面を粗面化したり、アルカリや酸洗浄処理により化学的に表面を粗面化する等によって、シール液体に対するぬれ性を向上させる方法がある。また、インク吐出口の周囲にシール液体と親和性を有する官能基を持つ物質を結合する方法や、界面活性剤を吸着させる方法等も利用出来る。
親シール液体性領域の好ましい大きさは、インク吐出口の大きさ等によってその好ましい範囲が異なるが、インク吐出口の直径が５μｍ〜１００μｍ程度である場合は、インク吐出口から周囲に幅１μｍ〜２００μｍ程度で設けるのが好ましい。
【００３１】
親シール液体性として必要な性質は、使用するシール液体の性質等によって異なるが、例えば、接触角を目安に決定することができる。親シール液体性領域におけるシール液体の接触角は小さいことが望ましく、好ましくは３０°以下、より好ましくは１０°以下である。
【００３２】
以上、本発明の種々の態様を説明したが、前記した以外にも、インク吐出口の端部とインク吐出面とのなす角を滑らかにしたり( 図７の（ａ））、インク吐出口端部とインク吐出面が接する角を面取り( 図７の（ｂ）) してもよい。このように、インク吐出口の周囲からインク吐出口端部へと傾斜する面１２を形成することによっても、シール液体の流動に対しエネルギー障壁を低くできるので、シール液体の流動を促進することができる。この場合、角を滑らかにした曲面は、シール液体の流動方向に対して、曲率半径がより大きいほうが好ましく、また面取りした角もそれぞれ隣り合う面のなす角が大きいほうがより好ましい。また、シール液体に重力が無視出来ない程度に働くような場合は、シール液体に働く重力を、シール液体流動促進手段に利用することもできる。例えば、吐出方向を重力と逆方向へ吐出させるような配置とすることで、シールを解かれた状態のノズル面上のシール液体は、重力により、ノズルの周囲から吐出口端部へと流れ、シール液体が閉じるのを促進する。
【００３３】
前記したように、シール液体流動促進手段は、各々のインク吐出口の周囲に設けられているのが好ましいが、必ずしも各インク吐出口の周囲のみだけに限定されるものではなく、コストや製法によっては、インク吐出面の全体を親シール液体性としてもよい。また、複数のインク吐出口を含む領域毎に、シール液体流動促進手段を配置してもよい。
【００３４】
本発明のインクジェット記録ヘッドは、インクジェット記録装置内の所定の位置に配置され、画像信号を入力されることにより、搬送手段によって搬送されてくる画像記録媒体に、インク滴を飛翔させ、所望の画像を形成する。
尚、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。
【００３５】
本発明のインクジェット記録装置は、本発明のインクジェット記録ヘッドと、画像記録媒体を搬送する搬送手段と、前記インクジェット記録ヘッドに画像信号を入力する画像信号入力手段とを備えるインクジェット記録装置である。本発明のインクジェット記録装置は、本発明に係わるインクジェット記録ヘッドを組み込んだことにより、従来必須であったバキューム等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ため、▲１▼記録装置の小型化や省電力化ができ、▲２▼始動時のメンテナンス待ち時間をなくすことができ、さらに、▲３▼メンテナンス動作に伴う騒音を低減することができる。さらに、バキュームなどのメンテナンスで無駄に消費される廃インクを少なくすることができるため、▲４▼ランニングコストが低減できる、▲５▼廃インク吸収手段を小さくでき装置の小型化ができる、▲６▼インクタンクを小型化でき、キャリッジの往復速度を向上させ、騒音の低減などができる、▲７▼環境に対する負荷が小さいという効果も有する。
【００３６】
【実施例】
以下、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。
実施例1
インクジェット記録ヘッド（サーマルインクジェット記録方式）のインク吐出口（直径３０μｍ）の周囲に、その端部がインク吐出口に接するように溝を形成した。溝は、インク吐出口を中心に放射状に８本形成されていて（図４の（ａ））、その長さはインク吐出口端部から２０μｍ、幅は４μｍ、深さは４μｍであった。
次に、シール液体をインク吐出面に液膜の厚さが２０μｍとなるように塗布した。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℃の蒸気圧は０．１ｍｍＨｇ以下であり、用いたインクに対しての相溶性もなかった。
このインクジェット記録ヘッドを、インクジェット記録装置に搭載し画像を記録した。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％からなり粘度（粘性係数）２．０ｍＰａ・ｓ、表面張力４０ｍＮ／ｍ、比重１．０６であり、このインクを使用する場合、記録ヘッドの最高駆動周波数は１０ｋＨｚ（周期は１００μｓ）であった。
【００３７】
評価
この記録ヘッドの吐出性能を観察するために、ストロボおよび高解像のカラーＣＣＤを用いて、シール液体がインク吐出により、インク吐出口上部のシールを解いてから、再びシールするまでの時間（ｔs ）を測定した。ｔs は８０μｓであり、最高駆動周波数の1 周期である１００μｓよりも短かった。従って、最高駆動周波数の周期で画像信号が入力され、インクを連続吐出させても、各インク吐出時のシール液体はインク吐出口を完全にシールした状態となっていることが確認できた。
次に、この記録ヘッドを用いて印字テストを行った。印字された画像を目視にて観察したところ、印字不良による画像欠陥はまったく観察されなかった。
さらに、このインクジェット記録ヘッドをキャッピングせずに、気温２５℃、相対湿度３０％ＲＨの環境に１０日間放置しておいた後、メンテナンスを行わずに上記の記録動作を行った。全てのインク吐出口に目詰まりが発生しておらず、印字された画像のドットの乱れもなく鮮明な画像が記録された。
【００３８】
比較例１
実施例１で用いたインクジェット記録ヘッドに代えて、インク吐出面に溝を設けなかった以外は、実施例１と同様のサーマルインクジェット方式のインクジェット記録ヘッドを用い、実施例１と同様の評価を行った。
このインクジェット記録ヘッドを用いた場合、ｔs は実施例１の約５倍である５００μｓであり、シール液体がシール状態に戻るまでの流動は大変遅いことがわかった。従って、このインクジェット記録ヘッドを用いた場合は、駆動周波数が２ｋＨｚ以上である場合、シール液体が完全にシール状態とならないうちに次のインク吐出が行われることになる。
次にこの記録ヘッドを用いて印字テストを行ったところ、印字された画像の所々にドット抜けやドットずれによる白筋が目立った。これら画像欠陥が目立つ部分は、インク吐出口からのインク吐出が２ｋＨｚ以上の駆動周波数で駆動されている箇所と一致した。
このドット抜けやドットずれを起こさないように、各インク吐出口からのインク吐出の周波数が２ｋＨｚを超えないように調整して印字したところ、画像欠陥は目立たなくなったが、印字速度が実施例１の１／３〜１／５まで遅くなった。
【００３９】
実施例２
インクジェット記録ヘッド（サーマルインクジェット記録方式）のインク吐出口（直径３０μｍ）の周囲以外をマスクし、アルカリ溶液で粗面化処理し、インク吐出口の周囲のみを親シール液体性とした（図６）。親シール液体性領域１１はインク吐出口端部から幅２６μｍの領域であった。
次に、実施例１で用いたシール液体を、インク吐出面に液膜の厚さが１５μｍとなるように塗布した。
【００４０】
このインクジェット記録ヘッドを用いて実施例１と同様に評価したところ、ｔs は９０μｓであり、最高駆動周波数の1 周期である１００μｓよりも短かった。従って、最高駆動周波数の周期で画像信号が入力され、インクを連続吐出させても、各インク吐出時のシール液体はインク吐出口を完全にシールした状態となっていることが確認できた。
次に、この記録ヘッドを用いて印字テストを行った。印字された画像を目視にて観察したところ、印字不良による画像欠陥はまったく観察されなかった。
さらに、このインクジェット記録ヘッドをキャッピングせずに、気温２５℃、相対湿度３０％ＲＨの環境に１０日間放置しておいた後、メンテナンスを行わずに上記の記録動作を行った。全てのインク吐出口に目詰まりが発生しておらず、印字された画像のドットの乱れもなく鮮明な画像が記録された。
【００４１】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、吐出手段によりシール液体によるシールを解いた後、画像信号に応じた吐出がどのような時間間隔で発生しても、シール液体流動促進手段により、シール液体の吐出口を覆う流動が促進され、次の吐出までにシール液体は完全に閉じている。このために、シール液体の状態変化に伴うインク滴の吐出抵抗の変動を防止することが可能となる。
従って、本発明のシール液体流動促進手段により、吐出されたインクによる印字画像もドット乱れや、濃度の低下等が発生せず、鮮明な印字画像を出力することが可能となる。印字終了後は、吐出口を覆うシール液体により、インクの乾燥を持続的に防止する効果を有する。即ち、外力や開閉器等の付加装置を用いずに、目詰まりの防止とインクの吐出性能を両立させ、インクジェット記録装置の長期休止による諸問題が発生しないインクジェット記録ヘッドを供給することが可能になる。
また、上記インクジェット記録ヘッドを組み込んだ本発明のインクジェット記録装置は、従来必須であったバキューム等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ため、▲１▼記録装置の小型化や省電力化ができ、▲２▼始動時のメンテナンス待ち時間をなくすことができ、さらに、▲３▼メンテナンス動作に伴う騒音を低減することができる。さらに、バキュームなどのメンテナンスで無駄に消費される廃インクを少なくすることができるため、▲４▼ランニングコストが低減できる、▲５▼廃インク吸収手段を小さくでき装置の小型化ができる、▲６▼インクタンクを小型化でき、キャリッジの往復速度を向上させ、騒音の低減などができる、▲７▼環境に対する負荷が小さいという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１ 】 本発明のインクジェット記録ヘッドの基本的な構成例を示す図で、（ａ）は側断面図、（ｂ）はインク吐出口方向から見た正面図、および（ｃ）はインク吐出口からのインク吐出の様子を示す概略図である。
【図２】 液体シールによりシールされていない吐出口からのインク吐出の様子を示す概略図である。
【図３】 （ａ）は画像信号の入力のタイミングの一例を概略的に示した図であり、（ｂ）は従来のシール液体密封方式のインクジェット記録ヘッドに（ａ）に示すタイミングで画像信号が入力された場合のシール液体の状態変化を示す模式図である。
【図４】 本発明のインクジェット記録ヘッドの吐出面を、いくつかの態様について拡大した斜視図である。（ａ）は実施例１のインクジェット記録ヘッドのインク吐出面の拡大斜視図でもある。
【図５】 本発明の別の態様のインクジェット記録ヘッドの吐出面の拡大斜視図である。
【図６】 本発明の別の態様のインクジェット記録ヘッドの吐出面の拡大斜視図である。また、実施例３のインクジェット記録ヘッドのインク吐出面の拡大斜視図でもある。
【図７】 本発明の別の態様のインクジェット記録ヘッドの吐出面の拡大斜視図である。
【符号の説明】
１ インク吐出面
２ インク吐出口
３ インク流路
４ シール液体
５ シール液体流動促進手段
６ インク
７ インク滴
８ 溝
９ 突起
１１ 親シール液体性領域
１２ 傾斜面部
１３ インクジェット記録ヘッド
１４ インク室
１５ インク吐出手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、被印字面にインクドロップなどの液滴を吐出して印字を行うインクジェット記録ヘッドおよびそれを備えたインクジェット記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
被印字面に液滴、特にインクドロップを吐出して印字を行うインクジェット記録方式の代表的なものとして、ノズルを用いる方式があり、そのノズルを用いる記録方式には、従来、オンデマンド型と連続流型とがある。オンデマンド型は、記録情報に対応してノズルから間欠的にインクを吐出させて印字を行う方式で、代表的なものとして、圧電素子方式とサーマル方式とがある。圧電素子方式は、インク室に付設した圧電素子に、パルス電圧を印加して圧電素子を変形させることにより、インク室内のインク液圧を変化させ、ノズルからインクドロップを吐出させて、記録紙上にドットを記録するものである。サーマル方式は、インク室内に設けた加熱素子によりインクを加熱し、これにより発生したバブルによりノズルからインクドロップを吐出させて、記録紙上にドットを記録するものである。一方、連続流型は、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。
【０００３】
これら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、ノズル内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、キャッピング手段では、ノズル内部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。このように、実際には、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。
【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、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手段が知られている。しかし、この方法は、以下のような欠点を有していることが判明した。即ち、前記方法は、インク吐出の度毎にシール液体が状態変化し、その結果、インク吐出が安定せず、印字画像品質が低下するという根本的な問題を有している。以下、図面を用いて判明した従来技術の欠点を示す。
【０００５】
シール液体による密封方式を採用している従来のインクジェット記録ヘッドの、シール液体の状態変化を図３に示す。図３（ａ）は、インクジェット記録ヘッドのインク吐出口へのインク吐出要求信号（画像信号）のタイミングの一例を示したものである。（ｂ）は、従来の液体シールによる密封方式を採用しているインクジェット記録ヘッドの、（ａ）に対応したシール状態の変化を模式的に示したものである。一般に、画像をインクジェット記録装置により印字する場合、１つのインク吐出口に対して、さまざまなタイミングでインク滴吐出要求信号が送られる。例えば、要求信号がその記録ヘッドが有する最高画素化周波数の周期と同様な極短時間の周期で送られてくることもあるし、逆に、数秒間の間要求信号が送られてこない場合もある。インク吐出口は、要求信号Ａが送られてきたときには完全にシールされている状態にあるが、要求信号Ｂが送られてきたときはシールされていない状態にあり、要求信号Ｃ、Ｄが送られてきたときには不完全にシールされている状態にある。このように種々のタイミングで要求信号が送られてきた場合、シール液体によるインク吐出口のシール状態が各々異なるため、インクが吐出口から吐出する際の抵抗が一定ではなくなる。その結果、吐出されるインク滴のドロップ径やインク滴の飛翔スピードにばらつきが生じ、印字画像品質が低下する。これを回避するには、各インク吐出口に対する要求信号の周期を十分に落とすことが必要で、その結果印字速度が大幅に低下することになる。
【０００６】
シール液体による密封方式を採用する他の方法として、例えば、特開昭４９−１１５５４８号公報には、動作時にシール液体の供給を止め、吐出時にインク滴のみを吐出する方法が記載されている。しかし、この場合はシール液体供給路の開閉器が必要となり、印字ヘッドの構造が複雑化して、その結果、印字装置全体が大型化したり、高価になってしまう。また、特開昭６３−２４２６４４号公報には、シール液体に磁性流体を用いる方法が記載されているが、磁性流体を保持するのに磁石が必要であり、あわせて高精度の磁界制御手段が必要となるため、印字ヘッドの構造が複雑化して、構成部品の数が増えることにより装置が高価格化するなどの欠点を有している。液体シール方式におけるインク滴の吐出安定性を改善するために、特開昭５４−６９４３６号公報、特開平５−１７７８４１号公報では、吐出動作時と休止時に応じて、シール液体によるシールをオン−オフさせ、シール状態を維持する方法が述べられている。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。
【０００７】
【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、インク吐出の安定性が低く、その結果、印字画像の画質低下を招く。一方、この問題を回避し、インク吐出の安定性を確保するためには、前記のように、別途、シール液体の開閉器や外力による開閉手段を備える必要があり、その結果、印字装置の大型化、および複雑化を招くことになる。従って、シール液体による密封方式を採用している記録ヘッドにおいて、このような欠点を有さない、即ち、外力や開閉器などの付加装置を用いずに、安定的にインク吐出性能を維持し得る技術は存在していないのが実状である。
【０００８】
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、シール液体によってノズルを密封する方式において、外力や開閉器などの付加装置を用いることなく、インク吐出時のシール液体の状態を常に一定の状態に保つことにより、吐出されるインク滴の大きさを一定に保ちつつ、ノズルの目詰まりを防止することが可能なインクジェット記録ヘッドを提供すること、またこのような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を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のインクジェット記録ヘッドは、前記問題点を解決するために、インク吐出口と、該インク吐出口をシールするシール液体と、画像信号に応じてインクを前記インク吐出口から吐出するインク吐出手段と、前記シール液体の流動を促進するシール液体流動促進手段とを有し、前記シール液体流動促進手段が、少なくともインク吐出口の周囲に設けられている構成である。
【００１０】
本発明のインクジェット記録ヘッドには、シール液体流動促進手段が設けられているので、高い画素化周波数の周期で画像信号が送られてきても、次のインク吐出時には、シール液体がインク吐出口をシールしている状態となっている。従って、シール液体のインク吐出口へのシール状態が変化することに伴うインク吐出時の抵抗の変動をなくすことが可能となり、高いインク吐出安定性を示す。
【００１１】
シール液体流動促進手段は、前記インク吐出口が設けられている面上の前記インク吐出口の周囲に設けられたシール液体の流動に対するエネルギー障壁を低くする手段であるのが好ましい。また、シール液体流動促進手段は、インク吐出口の少なくとも周囲に設けられているので、より効果的にシール液体の流動を促進できる。シール液体流動促進手段の好ましい態様としては、毛管力を利用する態様、インク吐出口が設けられている面に形成された溝または突起を利用する態様、および、シール液体に対してぬれ性の高い性質を有する領域を利用する態様がある。
【００１２】
また、本発明は、前記インクジェット記録ヘッドを備えているインクジェット記録装置である。本発明のインクジェット記録装置は、シール液体を有するインクジェット記録ヘッドを備えているので、インク吐出口の目詰まりに伴うメンテナンス回数を低減しても、あるいはメンテナンスを行わなくても、長期的に使用することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明のインクジェット記録ヘッド１３の基本的な構成例を図１の（ａ）〜図１の（ｃ）に示す。図１（ａ）は側断面図を、図１（ｂ）はインク吐出口２方向から見た正面図を各々示している。図１（ｃ）はインク吐出口２からのインク吐出の様子を概略的に示している。また、図１（ｃ）の参照として、液体シールによりシールされていない吐出口からのインク吐出の様子を図２に概略的に示す。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。）１3 には、インク吐出口２がインク吐出面１に設けられている。インク吐出口２はインク流路３を介してヘッド１３の下部に設けられているインク室１４に通じている。インク室１４およびインク流路３には、例えば毛管力や圧力差によって生じる作用により、インク供給手段（不図示）からインクが供給され、インクで充填されている。
【００１４】
インク吐出口２は、インク吐出状態にない場合は、シール液体４によりシールされているので、インク吐出口２に露出しているインクは空気と接触していない。インク流路３の側面部に設けられているインク吐出手段１５は、画像信号に応じて、インク流路３に充填されているインクに圧力等を加えインク吐出口２からインク滴を吐出させる（図１（ｃ））。この際、シール液体４のインク吐出口２へのシールは解かれるが、インク吐出口２へのシールを解いているシール液体４は、インク吐出口２の周囲に設けられているシール液体流動促進手段５により、その流動が促進され、直ちにインク吐出口２をシールする状態になる。このシール液体の流動は、主に、表面張力やぬれによる流動である。その後、再び画像信号に応じてインク吐出が行われても、シール液体４のシール状態は、直前のインク吐出時と同様であるので、本発明のインクジェット記録ヘッドは、高いインク吐出安定性を有する。
尚、本明細書では、「インク吐出口へのシールが解かれた状態」とは、インク吐出口に露出しているインクがシール液体により覆われていない状態をいう。
【００１５】
説明を簡単にするために、図１（ａ）および図１（ｂ）には１つのインク吐出口のみを示したが、インク吐出口はインク吐出面に複数設けられていてもよい。一般的に、インク吐出口の直径は５μｍ〜１００μｍの範囲であるが、特にこれに限定されるものではない。
また、図１（ｃ）には説明の便宜上、インク吐出口２が上部に配置された図を示しているが、インク吐出方向、即ち、記録ヘッド１３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。
【００１６】
本発明に使用可能なインク吐出手段には、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、例えばサーマルインクジェット方式、圧電素子方式等のインク吐出手段を広く利用することができる。サーマルインクジェット方式では、インク吐出手段として加熱機能を有するものを使用し、画像信号に応じてインク室あるいはインク室に通じるインク流路内のインクを加熱し、インク内に含まれる揮発成分を瞬時に蒸発させて気泡を発生させ、その体積変化に伴う圧力でインクを吐出する。圧電素子方式では、インク吐出手段として圧電素子を備えているものを使用し、インク室を構成する壁面あるいはインク室に通じるインク流路の壁面を圧電素子の変形を伝搬可能な部材を用い、この圧電素子に画像信号に応じて電界を印加して生じる圧電素子の歪みによってインク流路の壁面部材等を変形させ、その結果生じる圧力波によりインクに圧力を作用させて吐出する。
尚、図１（ａ）中、インク吐出手段１５は、インク流路３の側面部に配置されているが、これに限定されず、例えば、インク流路３内（壁面の一部等）やインク室１４内（底面の一部等）に配置されていてもよい。
【００１７】
本発明において使用可能なシール液体は、インク吐出口をシールし、インク吐出口に露出している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。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、常温（２５℃）で０．１重量％以下であるのが好ましい。さらに、シール液体が常温で不揮発性であると、ヘッドの休止中に蒸発せず、シール液体による吐出口のシール状態に変化が生じないので好ましい。尚、常温で不揮発性とは、具体的には蒸気圧が２５℃で０．１ｍｍＨｇ以下であることをいう。
【００１８】
本発明に好適に利用できるシール液体の動粘度は、１〜１００ｍｍ2 ／ｓの範囲であり、吐出のための抵抗を小さくするために５０ｍｍ2 ／ｓ以下であることが望ましい。また、本発明において好適に利用できるシール液体の表面張力は１５〜７０ｍＮ／ｍの範囲であり、インク吐出口に露出している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。元々これらの性質に適した液体を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。
【００１９】
例えば、水性のインクを用いる場合のシール液体としては、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。
【００２０】
本発明のインクジェット記録ヘッドでは、シール液体を、図１（ａ）に示すように配置し、インク吐出口２に露出しているインクが外部の空気に接触しないようにする。その結果、インク中の水分等が蒸発することがなく、インク吐出口の目詰まり等のトラブルが発生しない。シール液体は、印字開始前に予めスポイトや管からの注液や、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することができる。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継続的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、インク吐出面上にシール液体の膜を形成する。シール液体は、インク吐出口に露出しているインクに接触するが、インクと相溶せず、インクの上をぬれ広がり、インク表面にもシール液体の膜が形成される。インク吐出面上のシール液体の液膜の膜厚は、インクの表面張力や粘度、吐出手段、ノズル径、目詰まり防止のための保存期間などによって適宜選択できるが、目詰まりに対するシール性能と吐出抵抗を考え合わせると、１μｍ以上１００μｍ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。
【００２１】
シール液体流動促進手段は、シール液体がインクの吐出によりインク吐出口へのシールを解いた状態から、完全にインク吐出口をシールする状態に流動するのを促進する機能を有する。インクジェット記録ヘッドに、シール液体流動促進手段がない場合に、シール液体がシールを解いた状態から完全にシールしている状態に流動するまでに所定の時間を要することの原因については、現在その詳細を解析中であるが、最も大きな要因として、シールを解いた状態のシール液体が、インク吐出口の周囲でトラップされることが挙げられるであろう。インク吐出口は、一般にノズルの内壁面とノズル吐出面で角を形成している。その結果、吐出口の周囲は、形状上シール液体を高い接触角で保持しやすく、さらにバリ等でインク吐出面との接触角がより鋭角になっていると、シール液体をトラップし、インク吐出口を露出している状態（シール液体が開いた状態）のままにする保持力はますます高くなっていると考えられる。
【００２２】
またこのような形状上の要因以外に、インク吐出面のインク吐出口周囲の材質が、シール液体をはじきやすい性質を有する場合は、同様に、シール液体がインク吐出口を完全にシールするまでの流動を妨げることになると考えられる。即ち、一旦シールを解いたシール液体が、再び完全にシール状態へとぬれ広がる際に、前記のようなインク吐出口の周囲の形状やインク吐出口周囲の材質等により、エネルギー的な障壁が形成されやすくなり、そのために、シール液体が再びインク吐出口を完全にシールするのが妨げられるようになると考えられる。本発明におけるシール液体流動促進手段とは、このようなエネルギー障壁を低くしたり、エネルギー障壁を乗り越えやすくするための推進力をシール液体に与えたりすることによって、シールを解いているシール液体を、抵抗なくスムースに、再びシールしている状態に流動させることができる手段である。
【００２３】
シール液体流動促進手段の位置は特に限定されないが、シール液体の流動が、インク吐出口の周囲の形状およびその材質に大きく影響を受けることから、シール液体流動促進手段は、インク吐出口の周囲に設けられていると、より効果的に前記機能を発揮できるので好ましい。さらに、複数のインク吐出口が設けられている場合は、各々のインク吐出口の周囲に設けられているのが好ましい。
尚、ここにいう「周囲」とは、少なくともインク吐出口からのインクの吐出により、シール液体が流動する範囲のことをいう。また、シール液体流動促進手段の位置は、インク吐出面上に限定されず、インク吐出口からインク流路につながる部分や、インク室の周側壁面に配置されていてもよい。
【００２４】
シール液体流動促進手段の具体例としては、インク吐出口の周囲に形成された溝または突起等であり、これらは毛管力等によって前記エネルギー障壁を超えやすくする推進力をシール液体に与えるものである。また、他の例としては、インク吐出口の周囲に形成されたシール液体に対しぬれ性の高い材料や、インク吐出口の周囲に形成されている面取り部分であり、これらは、前記エネルギー障壁を低下させるものである。
【００２５】
シール液体流動促進手段がインク吐出口の周囲に形成されている溝または突起である場合の態様について図４を用いて説明する。図４はインク吐出面の拡大斜視図である。
図４の（ａ）において、インク吐出口２の周囲には、複数の溝８が、その端部がインク吐出口２の周縁に接するように放射状に形成されている。溝８がインク吐出口の周囲に設けられることによって、溝８に接しているシール液体がシール状態に戻ろうとする際のエネルギー障壁は、溝がない場合と比較して低くなる。また、これらの溝８は、毛管力により、溝８に接するシール液体がシール状態へ戻ろうとする流動を促進する。
【００２６】
溝の数は図４の（ａ）に限定されず、たとえば図４の（ｂ）のように溝は一つであってもよいが、溝の数が多いほど毛管力が作用する領域が増加し、流動促進の効果が向上するのでより好ましい。また、溝の形状は、直線から構成されている必要はなく、例えば図４（ｃ）のように曲線から形成されているものであってもよい。さらに図５に示すように溝ではなく凸状の突起９であってもよい。突起９がシール液体の流動を促進する機構も、溝と同様であると考えられる。また、図４および図５では、溝および突起が、その端部がインク吐出口の周縁に接するように設けられているが、特にこれに限定されず、溝および突起は少なくともインク吐出口の周囲に設けられていればよい。
【００２７】
溝の深さ・長さ・幅、および突起の高さ・長さ・幅は、インク吐出口の大きさ等によってその好ましい範囲が異なる。例えば、インク吐出口の直径が５μｍ〜１００μｍ程度である場合は、溝の深さおよび突起の高さは０．５μｍ〜５０μｍ程度のものが、溝の長さや突起の長さは、１μｍ〜２００μｍ程度のものが、溝の幅や突起の幅は、０．５μｍ〜５０μｍ程度のものが好ましい。但し、これに限定されるものではなく、溝や突起の形状等によって好ましい範囲も変動する。また、溝および突起をインク吐出口の周りに複数形成する場合は、インク吐出口の中心に対して対照的に形成すると、シール液体の流動がより促進されるので好ましい。
尚、溝はおよび突起は、例えば、インク吐出面をエッチング加工すること等により所望の形状に形成することができる。
【００２８】
シール液体流動促進手段が、インク吐出口の周囲に形成されている溝や突起である場合、インク吐出面の材質は、溝や突起を形成加工しやすい材料からなるのが好ましく、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ｆｅ等の各種金属、各種金属の化合物、ＳｉＯ2 、シリカ、マシナブルセラミックス等の無機化合物、およびポリイミド、ポリアミド等の各種樹脂プレート等が好ましい。溝の加工法は前記エッチングのみならず、レーザー加工や機械的な加工など、インク吐出面の材質および加工精度、加工コスト等を鑑みて最適な組み合わせを選択することができる。
【００２９】
インク吐出口２の周囲をシール液体に対してぬれ性が高い性質（以下、「親シール液体性」という。）にし、この親シール液体性領域１１をシール液体流動促進手段とする態様を図６に示す。インク吐出口の周囲に位置する親シール液体性領域１１は、インク吐出口周辺部のシール液体をぬれ広がりやすくし、シール液体がシール状態に戻るのを促進する。
【００３０】
インク吐出口の周囲を親シール液体性にするには、例えば、インク吐出口の周囲をプラズマエッチングやブラスト処理により物理的に表面を粗面化したり、アルカリや酸洗浄処理により化学的に表面を粗面化する等によって、シール液体に対するぬれ性を向上させる方法がある。また、インク吐出口の周囲にシール液体と親和性を有する官能基を持つ物質を結合する方法や、界面活性剤を吸着させる方法等も利用出来る。
親シール液体性領域の好ましい大きさは、インク吐出口の大きさ等によってその好ましい範囲が異なるが、インク吐出口の直径が５μｍ〜１００μｍ程度である場合は、インク吐出口から周囲に幅１μｍ〜２００μｍ程度で設けるのが好ましい。
【００３１】
親シール液体性として必要な性質は、使用するシール液体の性質等によって異なるが、例えば、接触角を目安に決定することができる。親シール液体性領域におけるシール液体の接触角は小さいことが望ましく、好ましくは３０°以下、より好ましくは１０°以下である。
【００３２】
以上、本発明の種々の態様を説明したが、前記した以外にも、インク吐出口の端部とインク吐出面とのなす角を滑らかにしたり( 図７の（ａ））、インク吐出口端部とインク吐出面が接する角を面取り( 図７の（ｂ）) してもよい。このように、インク吐出口の周囲からインク吐出口端部へと傾斜する面１２を形成することによっても、シール液体の流動に対しエネルギー障壁を低くできるので、シール液体の流動を促進することができる。この場合、角を滑らかにした曲面は、シール液体の流動方向に対して、曲率半径がより大きいほうが好ましく、また面取りした角もそれぞれ隣り合う面のなす角が大きいほうがより好ましい。また、シール液体に重力が無視出来ない程度に働くような場合は、シール液体に働く重力を、シール液体流動促進手段に利用することもできる。例えば、吐出方向を重力と逆方向へ吐出させるような配置とすることで、シールを解かれた状態のノズル面上のシール液体は、重力により、ノズルの周囲から吐出口端部へと流れ、シール液体が閉じるのを促進する。
【００３３】
前記したように、シール液体流動促進手段は、各々のインク吐出口の周囲に設けられているのが好ましいが、必ずしも各インク吐出口の周囲のみだけに限定されるものではなく、コストや製法によっては、インク吐出面の全体を親シール液体性としてもよい。また、複数のインク吐出口を含む領域毎に、シール液体流動促進手段を配置してもよい。
【００３４】
本発明のインクジェット記録ヘッドは、インクジェット記録装置内の所定の位置に配置され、画像信号を入力されることにより、搬送手段によって搬送されてくる画像記録媒体に、インク滴を飛翔させ、所望の画像を形成する。
尚、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。
【００３５】
本発明のインクジェット記録装置は、本発明のインクジェット記録ヘッドと、画像記録媒体を搬送する搬送手段と、前記インクジェット記録ヘッドに画像信号を入力する画像信号入力手段とを備えるインクジェット記録装置である。本発明のインクジェット記録装置は、本発明に係わるインクジェット記録ヘッドを組み込んだことにより、従来必須であったバキューム等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ため、▲１▼記録装置の小型化や省電力化ができ、▲２▼始動時のメンテナンス待ち時間をなくすことができ、さらに、▲３▼メンテナンス動作に伴う騒音を低減することができる。さらに、バキュームなどのメンテナンスで無駄に消費される廃インクを少なくすることができるため、▲４▼ランニングコストが低減できる、▲５▼廃インク吸収手段を小さくでき装置の小型化ができる、▲６▼インクタンクを小型化でき、キャリッジの往復速度を向上させ、騒音の低減などができる、▲７▼環境に対する負荷が小さいという効果も有する。
【００３６】
【実施例】
以下、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。
実施例1
インクジェット記録ヘッド（サーマルインクジェット記録方式）のインク吐出口（直径３０μｍ）の周囲に、その端部がインク吐出口に接するように溝を形成した。溝は、インク吐出口を中心に放射状に８本形成されていて（図４の（ａ））、その長さはインク吐出口端部から２０μｍ、幅は４μｍ、深さは４μｍであった。
次に、シール液体をインク吐出面に液膜の厚さが２０μｍとなるように塗布した。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℃の蒸気圧は０．１ｍｍＨｇ以下であり、用いたインクに対しての相溶性もなかった。
このインクジェット記録ヘッドを、インクジェット記録装置に搭載し画像を記録した。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％からなり粘度（粘性係数）２．０ｍＰａ・ｓ、表面張力４０ｍＮ／ｍ、比重１．０６であり、このインクを使用する場合、記録ヘッドの最高駆動周波数は１０ｋＨｚ（周期は１００μｓ）であった。
【００３７】
評価
この記録ヘッドの吐出性能を観察するために、ストロボおよび高解像のカラーＣＣＤを用いて、シール液体がインク吐出により、インク吐出口上部のシールを解いてから、再びシールするまでの時間（ｔs ）を測定した。ｔs は８０μｓであり、最高駆動周波数の1 周期である１００μｓよりも短かった。従って、最高駆動周波数の周期で画像信号が入力され、インクを連続吐出させても、各インク吐出時のシール液体はインク吐出口を完全にシールした状態となっていることが確認できた。
次に、この記録ヘッドを用いて印字テストを行った。印字された画像を目視にて観察したところ、印字不良による画像欠陥はまったく観察されなかった。
さらに、このインクジェット記録ヘッドをキャッピングせずに、気温２５℃、相対湿度３０％ＲＨの環境に１０日間放置しておいた後、メンテナンスを行わずに上記の記録動作を行った。全てのインク吐出口に目詰まりが発生しておらず、印字された画像のドットの乱れもなく鮮明な画像が記録された。
【００３８】
比較例１
実施例１で用いたインクジェット記録ヘッドに代えて、インク吐出面に溝を設けなかった以外は、実施例１と同様のサーマルインクジェット方式のインクジェット記録ヘッドを用い、実施例１と同様の評価を行った。
このインクジェット記録ヘッドを用いた場合、ｔs は実施例１の約５倍である５００μｓであり、シール液体がシール状態に戻るまでの流動は大変遅いことがわかった。従って、このインクジェット記録ヘッドを用いた場合は、駆動周波数が２ｋＨｚ以上である場合、シール液体が完全にシール状態とならないうちに次のインク吐出が行われることになる。
次にこの記録ヘッドを用いて印字テストを行ったところ、印字された画像の所々にドット抜けやドットずれによる白筋が目立った。これら画像欠陥が目立つ部分は、インク吐出口からのインク吐出が２ｋＨｚ以上の駆動周波数で駆動されている箇所と一致した。
このドット抜けやドットずれを起こさないように、各インク吐出口からのインク吐出の周波数が２ｋＨｚを超えないように調整して印字したところ、画像欠陥は目立たなくなったが、印字速度が実施例１の１／３〜１／５まで遅くなった。
【００３９】
実施例２
インクジェット記録ヘッド（サーマルインクジェット記録方式）のインク吐出口（直径３０μｍ）の周囲以外をマスクし、アルカリ溶液で粗面化処理し、インク吐出口の周囲のみを親シール液体性とした（図６）。親シール液体性領域１１はインク吐出口端部から幅２６μｍの領域であった。
次に、実施例１で用いたシール液体を、インク吐出面に液膜の厚さが１５μｍとなるように塗布した。
【００４０】
このインクジェット記録ヘッドを用いて実施例１と同様に評価したところ、ｔs は９０μｓであり、最高駆動周波数の1 周期である１００μｓよりも短かった。従って、最高駆動周波数の周期で画像信号が入力され、インクを連続吐出させても、各インク吐出時のシール液体はインク吐出口を完全にシールした状態となっていることが確認できた。
次に、この記録ヘッドを用いて印字テストを行った。印字された画像を目視にて観察したところ、印字不良による画像欠陥はまったく観察されなかった。
さらに、このインクジェット記録ヘッドをキャッピングせずに、気温２５℃、相対湿度３０％ＲＨの環境に１０日間放置しておいた後、メンテナンスを行わずに上記の記録動作を行った。全てのインク吐出口に目詰まりが発生しておらず、印字された画像のドットの乱れもなく鮮明な画像が記録された。
【００４１】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、吐出手段によりシール液体によるシールを解いた後、画像信号に応じた吐出がどのような時間間隔で発生しても、シール液体流動促進手段により、シール液体の吐出口を覆う流動が促進され、次の吐出までにシール液体は完全に閉じている。このために、シール液体の状態変化に伴うインク滴の吐出抵抗の変動を防止することが可能となる。
従って、本発明のシール液体流動促進手段により、吐出されたインクによる印字画像もドット乱れや、濃度の低下等が発生せず、鮮明な印字画像を出力することが可能となる。印字終了後は、吐出口を覆うシール液体により、インクの乾燥を持続的に防止する効果を有する。即ち、外力や開閉器等の付加装置を用いずに、目詰まりの防止とインクの吐出性能を両立させ、インクジェット記録装置の長期休止による諸問題が発生しないインクジェット記録ヘッドを供給することが可能になる。
また、上記インクジェット記録ヘッドを組み込んだ本発明のインクジェット記録装置は、従来必須であったバキューム等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ため、▲１▼記録装置の小型化や省電力化ができ、▲２▼始動時のメンテナンス待ち時間をなくすことができ、さらに、▲３▼メンテナンス動作に伴う騒音を低減することができる。さらに、バキュームなどのメンテナンスで無駄に消費される廃インクを少なくすることができるため、▲４▼ランニングコストが低減できる、▲５▼廃インク吸収手段を小さくでき装置の小型化ができる、▲６▼インクタンクを小型化でき、キャリッジの往復速度を向上させ、騒音の低減などができる、▲７▼環境に対する負荷が小さいという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１ 】 本発明のインクジェット記録ヘッドの基本的な構成例を示す図で、（ａ）は側断面図、（ｂ）はインク吐出口方向から見た正面図、および（ｃ）はインク吐出口からのインク吐出の様子を示す概略図である。
【図２】 液体シールによりシールされていない吐出口からのインク吐出の様子を示す概略図である。
【図３】 （ａ）は画像信号の入力のタイミングの一例を概略的に示した図であり、（ｂ）は従来のシール液体密封方式のインクジェット記録ヘッドに（ａ）に示すタイミングで画像信号が入力された場合のシール液体の状態変化を示す模式図である。
【図４】 本発明のインクジェット記録ヘッドの吐出面を、いくつかの態様について拡大した斜視図である。（ａ）は実施例１のインクジェット記録ヘッドのインク吐出面の拡大斜視図でもある。
【図５】 本発明の別の態様のインクジェット記録ヘッドの吐出面の拡大斜視図である。
【図６】 本発明の別の態様のインクジェット記録ヘッドの吐出面の拡大斜視図である。また、実施例３のインクジェット記録ヘッドのインク吐出面の拡大斜視図でもある。
【図７】 本発明の別の態様のインクジェット記録ヘッドの吐出面の拡大斜視図である。
【符号の説明】
１ インク吐出面
２ インク吐出口
３ インク流路
４ シール液体
５ シール液体流動促進手段
６ インク
７ インク滴
８ 溝
９ 突起
１１ 親シール液体性領域
１２ 傾斜面部
１３ インクジェット記録ヘッド
１４ インク室
１５ インク吐出手段
Claims (9)
- インク吐出口と、該インク吐出口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、前記シール液体の流動を促進するシール液体流動促進手段とを有し、前記シール液体流動促進手段が、少なくともインク吐出口の周囲に設けられていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
- 前記シール液体流動促進手段が、前記インク吐出口が設けられている面上の前記インク吐出口の周囲に設けられらたシール液体の流動に対するエネルギー障壁を低くする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。
- 前記シール液体流動促進手段が、毛管力の作用により構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェット記録ヘッド。
- 前記シール液体流動促進手段が、インク吐出口が設けられた面に形成された溝または突起により構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェット記録ヘッド。
- 前記溝または突起が、前記インク吐出口の周囲に１以上形成されていることを特徴とする請求項４に記載のインクジェット記録ヘッド。
- 前記シール液体流動促進手段が、インク吐出口が設けられた面に形成された前記シール液体に対してぬれ性の高い性質を有する領域から構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェット記録ヘッド。
- 前記シール液体流動促進手段が、前記インク吐出口の周囲から前記インク吐出口の中心部へと、インクの吐出方向と逆方向に傾斜する面から構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェット記録ヘッド。
- インク吐出口と、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、前記インク吐出口をシールしているシール液体の流動を促進するシール液体流動促進手段とを有し、前記シール液体流動促進手段が、少なくともインク吐出口の周囲に設けられていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
- 画像記録媒体を搬送する搬送手段と、前記搬送手段により搬送される前記画像記録媒体に対しインクを吐出して画像を記録するインクジェット記録ヘッドと、前記インクジェット記録ヘッドに画像信号を入力する画像信号入力手段とを備えているインクジェット記録装置において、前記インクジェット記録ヘッドが請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッドであることを特徴とするインクジェット記録装置。
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| JP30009098A JP3736144B2 (ja) | 1998-10-21 | 1998-10-21 | インクジェット記録ヘッドおよびそれを備えたインクジェット記録装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30009098A JP3736144B2 (ja) | 1998-10-21 | 1998-10-21 | インクジェット記録ヘッドおよびそれを備えたインクジェット記録装置 |
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Family Applications (1)
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1998
- 1998-10-21 JP JP30009098A patent/JP3736144B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP2000127383A (ja) | 2000-05-09 |
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