JP3906846B2 - インクジェット記録ヘッド及びこれを備えたインクジェット記録装置 - Google Patents

Description

本発明は、インクジェット記録ヘッド及びこれを備えたインクジェット記録装置に係り、特に、ノズルよりインクを記録媒体に吐出して記録を行うインクジェット記録ヘッドの保全技術に関するものである。

インクジェット記録装置（インクジェットプリンタ）は、比較的安価であり、取り扱いが簡単なだけでなく、良好な画質の画像が得られるため、近年普及している。インクジェット記録装置はインクジェット記録ヘッドに複数のノズルを備え、ノズルよりインクを記録媒体に吐出させて印刷を行う。このときノズルには、印刷の指示があった場合に、直ちに印刷が実行されるように常にインクが満たされている。そのため、ノズルの開口部におけるインクのメニスカス面では、インク溶媒が蒸発しやすく、インクの粘度が上昇しやすい。メニスカス面が増粘状態となると、ノズルの吐出不良を招き、非常に問題となる。また、更に蒸発が進むと、メニスカス表面でインク成分が膜状になり、より回復が難しい吐出不良を招く。従って、メニスカス面は常に粘度上昇が起きない状態であることが必要である。

そこで、電源オフ時等のように長時間印刷動作が行われない場合は、メニスカス面の増粘を防止するため、ノズルを物理的にキャッピングする手段等が用いられている。

一方、印刷中又は待機中においては、印刷指示があった場合に、直ちに印刷が実行されるようにするため、ノズルは物理的なキャッピングが解かれた状態になければならない。インクジェット記録ヘッドは複数のノズルを備えていても、印刷動作中、全てのノズルから常にインクを吐出しているわけでなく、印刷を行う画像データ等によりインクの吐出頻度が低いノズルが発生する。このように、インクの吐出頻度が低くなり、ある時間以上インクが吐出されない状態が続いたノズルにおいては、メニスカス面近傍のインク溶媒が蒸発して、インク粘度が高くなる。このような状態となると、ノズルからインクを吐出することができなくなり、ノズルの吐出不良が生じる。

そこで、メニスカス面の増粘によるノズルの吐出不良を防ぐため、定期的に増粘した劣化インクを排出させる予備吐出（パージ、空吐出、つば吐き）等のリフレッシュ動作が行われる。しかしながら、リフレッシュ動作は、ノズルのメニスカス面の増粘によるノズルの吐出不良を防止するために有効であるが、インクの無駄な消費が行われるという問題がある。また、リフレッシュ動作を行っている間は、印刷を行うことができないため、印刷速度が低下するという問題がある。しかし、印刷速度を確保するために、リフレッシュ動作の回数を減らすと、メニスカス面の増粘を十分に防止することはできない。

また、インクの増粘によるノズル詰まりを防止するために、メニスカス面をピエゾ等により振動させるインクの揺動という方法がある。この方法はインクの無駄な消費を抑えることはできるが、メニスカス面を振動させる制御が必要であり、そもそも吐出不良そのものを防止するには不十分である。

また、メニスカス面をシール液体によりキャッピングし増粘を防止する方法もある。この方法は、前述のようなインクの無駄な消費や印刷速度の低下という問題はないが、ノズルからインク滴を記録媒体に対して吐出する際に、前記インク滴がシール液体に触れるため、インクの吐出やインクの組成に悪影響を及ぼすという問題がある。

そこで、ノズルの物理的なキャッピングが解かれた状態におけるメニスカス面の増粘を防止するため、前記メニスカス面に対して保湿液又はインクを供給するインクジェット記録ヘッドが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

前記インクジェット記録ヘッドは、ノズルが形成されるオリフィスプレートをインクを含浸可能な多孔質部材によって形成し、前記多孔質部材に保湿液又はインクを供給することにより、メニスカスの周りを保湿して、メニスカス面の増粘を防止するものである。また、前記インクジェット記録ヘッドは、オリフィスプレートを介し、メニスカス面近傍における粘度の上昇した増粘インクを定期的に吸引し、メニスカス面の増粘防止を図っている。
特開２００３−１９１４７０号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載されたインクジェット記録ヘッドにおいては、メニスカス面に対する前記保湿液等の供給は、毛細管現象を利用して行われているため、ノズルの使用頻度が高い場合は、インク吐出後、直ちにオリフィスプレートの多孔質部材を介して保湿液等がメニスカス面に滲み出してくるので、メニスカス面に対する保湿液等の供給は十分に行われ、メニスカス面の保湿状態を十分維持できるが、ノズルの使用頻度が低くなった場合は、インクの流動性が低下し、多孔質部材の毛細管現象を利用したメニスカス面への保湿液等の供給は行われにくくなり、メニスカス面の保湿状態を維持できず、メニスカス面におけるインクは蒸発し増粘状態となるため、ノズルの吐出不良を招くという問題がある。

また、前記インクジェット記録ヘッドでは、インクの流動性低下により、メニスカス面が増粘した場合、メニスカス面における増粘インクを定期的にオリフィスプレートを介して吸引する方法が提案されているが、前述した予備吐出等のリフレッシュ動作と同様に、インクの吸引中は印刷を行うことができず、印刷速度が低下するという問題がある。すなわち、印刷速度を確保するため、吸引回数を減らせば、メニスカス面の増粘を十分に防止することはできない。

このように従来、インクの流動性が低下した場合にもメニスカス面に対する保湿効果の高い粘度上昇防止手段をもったインクジェット記録ヘッドはいまだ提案されておらず、常に高い保湿効果を有する粘度上昇防止手段の開発が望まれていた。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、常にメニスカス面に液を供給して、メニスカス面の粘度上昇を防止することのできるインクジェット記録ヘッド及びこれを備え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。

前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、インク供給口とインク吐出口に連通する圧力室と、前記インク供給口を介して前記圧力室にインクを供給する第１の供給路と、前記インク吐出口が形成されるオリフィスプレートを有するインクジェット記録ヘッドであって、前記オリフィスプレートの少なくともノズル内周壁は、インクを含浸可能な多孔質部材からなるとともに、前記多孔質部材にインクを供給する第２の供給路を有し、前記インク吐出口のメニスカス面における前記第１の供給路から供給されるインクの圧力Ｐ１と、前記第２の供給路から前記多孔質部材に供給されるインクの前記オリフィスプレートの内周壁面における圧力Ｐ２及び大気圧Ｐ０が、
Ｐ１＜Ｐ２≦Ｐ０
を満たすように、前記圧力Ｐ１と前記圧力Ｐ２を制御する圧力制御手段を備えていることを特徴とするインクジェット記録ヘッドを提供する。

本発明によれば、インクジェット記録ヘッドにおいて、第２の供給路から多孔質部材を介してメニスカス面に供給されるインクの圧力Ｐ２が第１の供給路から供給されるインクの圧力Ｐ１より大きく、かつ前記圧力Ｐ２は大気圧Ｐ０以下とすることにより、第２の供給路から常に新しいインクが、前記メニスカス面に供給され、供給されたインクがインク吐出側に向かって膨張し、インク吐出口からインクが溢れることなく、メイン流路に吸収され、低速なインクの流れができ、メニスカス面におけるインクの粘度上昇が防止される。さらに、多孔質部材でゴミがフィルタリングされたインクが供給されるので安定吐出が可能となる。

本発明によれば、前記圧力制御手段により、前記圧力Ｐ１、Ｐ２を制御することによって、第２の供給路から供給されるインクの流れる速度を変えることができるので、長時間インク吐出が行われなく、インクの流動性が低下した場合であっても、迅速なインクの流れを作り出すことによって、メニスカス面の粘度上昇を防止することができる。

また、前記インクジェット記録ヘッドにおける前記圧力制御手段は、前記インクジェット記録ヘッドの高さとインクを貯えるタンク内のインク液面の高さを相対的に調整する手段、或いはポンプであることを特徴とする。

本発明によれば、前記インクジェット記録ヘッドの高さとインクを貯えるタンク内のインク液面の高さを相対的に調整する手段、あるいはポンプを駆動することにより、前記圧力Ｐ１、Ｐ２をそれぞれ制御することができるので、前述と同様の効果を達成することができる。

また、同様の前記目的を達成するために、請求項５に記載の発明は、前記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。

以上説明したように、本発明に係るインクジェット記録ヘッド及びこれを備えたインクジェット記録装置によれば、第２のインク供給路から多孔質部材を介して、メニスカス面に対してインクを供給し、第２の供給路から多孔質部材を介してメニスカス面に供給されるインクの圧力Ｐ２が第１の供給路から供給されるインクの圧力Ｐ１より大きく、かつ前記圧力Ｐ２は大気圧Ｐ０以下とすることにより、第２の供給路から常に新しいインクが、前記メニスカス面に供給され、供給されたインクは、インク吐出側に向かって膨張し、インク吐出口からインクが溢れることなく、メイン流路に吸収され、低速なインクの流れができ、メニスカス面におけるインクの粘度上昇が防止される。

さらに、前記インクジェット記録ヘッドに、前記圧力制御手段を備えた場合には、第１の供給路から供給されるインクの圧力Ｐ１と、第２の供給路から供給されるインクの圧力Ｐ２を制御することができるので、長時間インク吐出が行われなく、インクの流動性が低下した場合であっても、迅速なインクの流れを作り出すことによって、メニスカス面の粘度上昇を防止することができる。

以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について詳説する。

図１は本発明の実施形態に係るインクジェット記録装置の全体構成図である。同図に示したように、このインクジェット記録装置１０は、インクの色ごとに設けられた複数の印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙを有する印字部１２と、各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙに供給するインクを貯蔵しておくインク貯蔵／装填部１４と、記録紙１６を供給する給紙部１８と、記録紙１６のカールを除去するデカール処理部２０と、前記印字部１２のノズル面（インク吐出面）に対向して配置され、記録紙１６の平面性を保持しながら記録紙１６を搬送する吸着ベルト搬送部２２と、印字結果を読み取る印字検出部２４と、印画済みの記録紙（プリント物）を外部に排紙する排紙部２６と、を備えている。

図１では、給紙部１８の一例としてロール紙（連続用紙）のマガジンが示されているが、紙幅や紙質等が異なる複数のマガジンを併設してもよい。また、ロール紙のマガジンに代えて、又はこれと併用して、カット紙が積層装填されたカセットによって用紙を供給してもよい。

ロール紙を使用する装置構成の場合、図１のように、裁断用のカッター２８が設けられており、該カッター２８によってロール紙は所望のサイズにカットされる。カッター２８は、記録紙１６の搬送路幅以上の長さを有する固定刃２８Ａと、該固定刃２８Ａに沿って移動する丸刃２８Ｂとから構成されており、印字裏面側に固定刃２８Ａが設けられ、搬送路を挟んで印字面側に丸刃２８Ｂが配置される。なお、カット紙を使用する場合には、カッター２８は不要である。

複数種類の記録紙を利用可能な構成にした場合、紙の種類情報を記録したバーコード或いは無線タグなどの情報記録体をマガジンに取り付け、その情報記録体の情報を所定の読取装置によって読み取ることで、使用される用紙の種類を自動的に判別し、用紙の種類に応じて適切なインク吐出を実現するようにインク吐出制御を行うことが好ましい。

給紙部１８から送り出される記録紙１６はマガジンに装填されていたことによる巻きクセが残り、カールする。このカールを除去するために、デカール処理部２０においてマガジンの巻きクセ方向と逆方向に加熱ドラム３０で記録紙１６に熱を与える。このとき、多少印字面が外側に弱いカールとなるように加熱温度を制御するとより好ましい。

デカール処理後、カットされた記録紙１６は、吸着ベルト搬送部２２へと送られる。吸着ベルト搬送部２２は、ローラー３１、３２間に無端状のベルト３３が巻き掛けられた構造を有し、少なくとも印字部１２のノズル面及び印字検出部２４のセンサ面に対向する部分が平面（フラット面）をなすように構成されている。

ベルト３３は、記録紙１６の幅よりも広い幅寸法を有しており、ベルト面には多数の吸引孔（図示省略）が形成されている。図１に示したとおり、ローラー３１、３２間に掛け渡されたベルト３３の内側において印字部１２のノズル面及び印字検出部２４のセンサ面に対向する位置には吸着チャンバ３４が設けられており、この吸着チャンバ３４をファン３５で吸引して負圧にすることによってベルト３３上の記録紙１６が吸着保持される。

ベルト３３が巻かれているローラー３１、３２の少なくとも一方にモータ（図示省略）の動力が伝達されることにより、ベルト３３は図１上の時計回り方向に駆動され、ベルト３３上に保持された記録紙１６は図１の左から右へと搬送される。

縁無しプリント等を印字するとベルト３３上にもインクが付着するので、ベルト３３の外側の所定位置（印字領域以外の適当な位置）にベルト清掃部３６が設けられている。ベルト清掃部３６の構成について詳細は図示しないが、例えば、ブラシ・ロール、給水ロール等をニップする方式、清浄エアーを吹き掛けるエアーブロー方式、或いはこれらの組み合わせなどがある。清掃用ロールをニップする方式の場合、ベルト線速度とローラー線速度を変えると清掃効果が大きい。

なお、吸着ベルト搬送部２２に代えて、ローラー・ニップ搬送機構を用いる態様も考えられるが、印字領域をローラー・ニップ搬送すると、印字直後に用紙の印字面をローラーが接触するので画像が滲み易いという問題がある。したがって、本例のように、印字領域では画像面を接触させない吸着ベルト搬送が好ましい。

吸着ベルト搬送部２２により形成される用紙搬送路上において印字部１２の上流側には、加熱ファン４０が設けられている。加熱ファン４０は、印字前の記録紙１６に加熱空気を吹き付け、記録紙１６を加熱する。印字直前に記録紙１６を加熱しておくことにより、インクが着弾後乾き易くなる。

印字部１２は、最大紙幅に対応する長さを有するライン型ヘッドを、記録紙１６の搬送方向（副走査方向）に対して直交する方向（主走査方向）に配置した、いわゆるフルライン型のヘッドとなっている（図示省略）。各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙは、本インクジェット記録装置１０が対象とする最大サイズの記録紙１６の少なくとも一辺を超える長さにわたってノズル（図１において、図示省略）が複数配列されたライン型ヘッドで構成されている。

副走査方向に沿って上流側から黒（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の順に各色インクに対応した印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙが配置されている。記録紙１６を搬送しつつ各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙからそれぞれ色インクを吐出することにより記録紙１６上にカラー画像を形成し得る。

このように、紙幅の全域をカバーするフルラインヘッドがインク色ごとに設けられてなる印字部１２によれば、副走査方向について記録紙１６と印字部１２を相対的に移動させる動作を一回行うだけで（すなわち１回の走査で）、記録紙１６の全面に画像を記録することができる。これにより、印字ヘッドが主走査方向に往復動作するシャトル型ヘッドに比べて高速印字が可能であり、生産性を向上させることができる。

なお、本例では、ＫＣＭＹの標準色（４色）の構成を例示したが、インク色や色数の組み合わせについては本実施形態に限定されず、必要に応じて淡インク、濃インクを追加してもよい。例えば、ライトシアン、ライトマゼンダなどのライト系インクを吐出する印字ヘッドを追加する構成も可能である。

図１に示したように、インク貯蔵／装填部１４は、各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙに対応する色のインクを貯蔵するタンクを有し、各タンクは図示を省略した管路を介して各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙと連通されている。また、インク貯蔵／装填部１４は、インク残量が少なくなるとその旨を通知する報知手段（表示手段、警告音発生手段等）を備えるとともに、色間の誤装填を防止するための機構を有している。

印字検出部２４は、印字部１２の打滴結果を撮像するためのイメージセンサー（ラインセンサー等）を含み、該イメージセンサーによって読み取った打滴画像からノズルの目詰まりその他の吐出不良をチェックする手段として機能する。

本例の印字検出部２４は、少なくとも各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙによるインク吐出幅（画像記録幅）よりも幅の広い受光素子列を有するラインセンサーで構成される。このラインセンサーは、赤（Ｒ）の色フィルターが設けられた光電変換素子（画素）がライン状に配列されたＲセンサー列と、緑（Ｇ）の色フィルターが設けられたＧセンサー列と、青（Ｂ）の色フィルターが設けられたＢセンサー列と、からなる色分解ラインＣＣＤセンサーで構成されている。なお、ラインセンサーに代えて、受光素子が二次元配列されて成るエリアセンサーを用いることも可能である。

印字検出部２４は、各色の印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙにより印字されたテストパターンを読み取り、各ヘッドの吐出検出を行う。吐出判定は、吐出の有無、ドットサイズの測定、ドット着弾位置の測定などで構成される。

印字検出部２４の後段には、後乾燥部４２が設けられている。後乾燥部４２は、印字された画像面を乾燥させる手段であり、例えば、加熱ファンが用いられる。印字後のインクが乾燥するまでは印字面と接触することは避けたほうが好ましいので、熱風を吹き付ける方式が好ましい。

多孔質のペーパに染料系インクで印字した場合などでは、加圧によりペーパの孔を塞ぐことでオゾンなど、染料分子を壊す原因となるものと接触することを防ぐことで画像の耐候性がアップする効果がある。

後乾燥部４２の後段には、加熱・加圧部４４が設けられている。加熱・加圧部４４は、画像表面の光沢度を制御するための手段であり、画像面を加熱しながら所定の表面凹凸形状を有する加圧ローラー４５で加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。

このようにして生成されたプリント物は排紙部２６から排出される。本来プリントすべき本画像（目的の画像を印刷したもの）とテスト印字とは分けて排出することが好ましい。このインクジェット記録装置１０では、本画像のプリント物と、テスト印字のプリント物とを選別してそれぞれの排出部２６Ａ、２６Ｂへと送るために排紙経路を切り替える選別手段（図示省略）が設けられている。なお、大きめの用紙に本画像とテスト印字とを同時に並列に形成する場合は、カッター（第２のカッター）４８によってテスト印字の部分を切り離す。カッター４８は、排紙部２６の直前に設けられており、画像余白部にテスト印字を行った場合に本画像とテスト印字部を切断するためのものである。カッター４８の構造は前述した第１のカッター２８と同様であり、固定刃４８Ａと丸刃４８Ｂとから構成される。

また、図示を省略したが、本画像の排出部２６Ａには、オーダ別に画像を集積するソータが設けられている。

次に、インクジェット記録ヘッド（印字ヘッド）の構造について説明する。インク色ごとに設けられている各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙは、図示を省略したが、それぞれインク滴を吐出する複数の圧力室ユニット５０を備えている。図２は、圧力室ユニット５０の構成を示す断面図である。図２に示すとおり、圧力室ユニット５０は、前記圧力室ユニット５０に対応して設けられた圧力室５２と、前記圧力室５２と連通する供給口５４と、前記供給口５４と連通する共通流路（第１インク供給路）５５と、吐出流路が形成される隔壁６１、前記隔壁６１のインク吐出側に備えられた多孔質部材６２と、前記多孔質部材６２のインク吐出側を覆うコート層６４と、前記多孔質部材６２に連通する第２インク供給路６６とを備えている。なお、多孔質部材６２とコート層６４をオリフィスプレート６３と呼ぶ。

圧力室５２には、ノズル５１と供給口５４に連通し、さらに各圧力室５２は供給口５４を介して共通流路（第１インク供給路）５５と連通されている。

圧力室５２の天面を構成している加圧板（共通電極）５６には個別電極５７を備えたアクチュエータ５８が接合されており、個別電極５７と共通電極５６に駆動電圧を印加することによってアクチュエータ５８が変形してノズル５１からインク６８が吐出される。インク６８が吐出されると、共通流路（第１インク供給路）５５から供給口５４を通って新しいインク６８が圧力室５２に供給される。なお共通流路（第１インク供給路）５５の他端には、インク６８を蓄積するインク供給タンク（図２において、図示省略）が連通されている。

オリフィスプレート６３は、ノズル５１の開口部を有し、前記オリフィスプレート６３はインクを含浸可能な多孔質部材６２が設けられている。前記多孔質部材６２には第２インク供給路６６が連通され、前記第２供給路６６はインクを蓄積するサブタンク（図２において、図示省略）に連通している。

第２インク供給路６６は、前記サブタンクからインク６９を多孔質部材６２に供給する。多孔質部材６２に供給されたインク６９は、メニスカス面５１ａに対して供給される。以下、第２インク供給路６６から多孔質部材６２を介してメニスカス面５１ａに対してインクを供給する系を第２インク供給系といい、第１インク供給路５５から圧力室５２を通ってノズル５１に対してインクを供給する系を第１インク供給系という。第２インク供給系からメニスカス面５１ａに供給されるインク６９は、メニスカス面５１ａが粘度上昇することを防止する。

多孔質部材６２は、インクを含浸可能な多孔性の部材であり、直径１０μｍ以下の孔を有するのが望ましい。複数のノズル５１を有する印字ヘッドの場合、各メニスカス面５１ａに対して第２インク６９を供給するための複雑な流路を本来必要とするが、前記多孔質部材６２を用いることにより、複雑な流路等を新たに成形する必要がなく、第２のインク供給系を簡易に実現することができる。また、多孔質部材６２は均一な流路を形成するため、第２インク供給系からメニスカス面５１ａに対するインク６９の供給を一様に行うことができる。

また、多孔質部材６２のインク吐出側表面には、前記多孔質部材６２の中を流れるインク６９が蒸発するのを防ぐため、メッキ等のコート層６４を備えている。

第２インク供給系によって供給されるインク６９は、第１インク供給系によって供給されるインク６８と同じである。第１インク供給系から供給されるインク６８がノズル５１から印刷媒体に対して吐出される際に、第２インク供給系からメニスカス面５１ａに対して供給されるインク６９と接触するため、インク以外の別の液体を用いた場合に生じるようなインク６８の組成や物性への影響はないからである。

なお、図２に示すように、本実施形態の圧力室ユニット５０は、第１及び第２インク供給系から供給されるインクの圧力を制御する圧力制御手段７０を有している。

圧力制御手段７０は、インクの圧力を制御することによって、インクの低速流を作り、第２インク供給系から供給されるインクが、インク吐出側に向かって膨張し、インク吐出口から溢れることなく、メニスカス面５１ａに対して常に新しいインク供給を行い、メニスカス面５１ａの増粘を防止する。圧力制御手段７０は、インクを貯えるタンク内のインク液面の高さを調節する手段やポンプを利用することより実現することができる。なお圧力制御手段７０の実現形態については、後述する。

図３は、ノズル５１の開口部付近の拡大断面図である。第２インク供給系からのメニスカス面５１ａに対するインク供給により、メニスカス面５１ａがノズル５１のインク吐出側に向かって膨張し、ノズル５１の開口部から溢れないようにするためには、図３のとおり、前記圧力制御手段７０により、メニスカス面５１ａの形状が、圧力室５２に向かって凹部を形成するようにして安定させる必要がある。

メニスカス面５１ａの形状を安定させながら、インクの粘度上昇を防止するためのインクの低速流を作るためには、大気圧をＰ０、第１インク供給系のインク６８の圧力をＰ１、第２インク供給系のインク６９の圧力をＰ２とすると、圧力制御手段７０は、次式（１）を満たすように制御を行えばよい。

Ｐ１＜Ｐ２≦Ｐ０ ・・・ （１）
すなわち、圧力制御手段７０は、第２インク供給系のインク６９の圧力Ｐ２が第１インク供給系のインク６８の圧力Ｐ１より大きく、かつ前記圧力Ｐ２が大気圧Ｐ０以下となるように制御を行えばよい。これにより、メニスカス面５１ａの形状は、ノズル５１のインク吐出側に向かって膨張することなく、圧力室５２に向かって凹部を形成し、安定したインクの流れを作りだすことができる。

従って、前述のとおり、圧力制御手段７０による圧力制御を行うことにより、第２インク供給系から、メニスカス面５１ａに対して常に新しいインク６９を供給するインクの流れを作り出すことができ、メニスカス面５１ａの増粘を防止することができる。

また、従来の毛細管現象のみを利用したメニスカス面５１ａに対する保湿液等の自発的な供給方法と違って、圧力制御手段７０が第１インク供給系のインク６８と第２インク供給系のインク６９の圧力を制御して、強制的にインクを供給するため、インクの流動性が低下した場合であっても、第２インク供給系からメニスカス面５１ａに対するインク供給を積極的に行うことができる。従って、本発明に係る本実施形態では、常にメニスカス面５１ａの増粘防止効果を維持することが可能である。

図４は、印字ヘッドの第１の構成例を示す平面図である。図４に示すように、第２インク供給路６６は各ノズル５１の配列に対して並列的に上下に配置され、上下の前記第２インク供給路６６によって挟まれるオリフィスプレート６３は、その領域全体を多孔質部材６２とコート層６４によって構成される。第２供給路６６にインク６９が供給されると、多孔質部材６２を介して、各ノズル５１にインク６９が同時に供給される。

図４において、第２インク供給路６６からノズル５１の開口部に向かう実線矢印は、第２インク供給路６６から供給されたインク６９が多孔質部材６２の中を流れていることを示す。また、各ノズル５１の開口部中心に向かう破線矢印は、多孔質部材６２を流れるインク６９が、前記ノズル５１のメニスカス面５１ａに向かって、均等な圧力で流れていることを示す。

多孔質部材６２は、前述のとおり、多孔性という特性を有するため、前記多孔質部材６２を流れる第２供給系のインク６９に対する抵抗は大きく、前記インク６９の流れは、０．０１〜１ｍｍ／ｓｅｃと、十分に低速でメニスカス面５１ａに対して供給される。従って、場所によるインクの圧力差が非常に少ないため、図４に示す破線矢印のとおり、メニスカス面５１ａに対しては均一な圧力でインク供給が行われ、メニスカス面５１ａの形状は安定する。

また、前述のとおり、メニスカス面５１ａに対する第２インク供給系のインク６９の流れは十分に低速で行われるため、ノズル５１からインク吐出を行う際に発生する圧力波の妨げとはならず、インク吐出に悪影響を及ぼさない。なお、第２インク供給系のインク６９の速度は低速であるが、メニスカス面５１ａにおけるインクの粘度が高くなる増粘状態となる速度に対しては十分な速度であるため、メニスカス面５１ａが増粘状態となることはない。

図５は、印字ヘッドの第２の構成例を示す平面図である。図５中、図４と共通する部分には同一の符号を付してある。図５に示すように、多孔質部材６２は、各ノズル５１の開口部付近と第２インク供給路６６と連通する部分にのみ形成する形態でもよい。このように多孔質部材６２を限られた領域に形成することにより、第２インク供給系のインク６９の消費量を低減することができる。

図６は、本発明に係る圧力制御手段７０の第１実施形態を示す。複数のノズル５１（図６において、図示省略）を備える印字部１２は、第１インク供給路５５と、第２インク供給路６６がそれぞれ連通されている。

前記第１インク供給路５５の他端には、第１インク供給系のインクを蓄積するインク供給タンク７２が連通されている。また、前記第２インク供給路６６の他端には、第２インク供給系のインクを蓄積するサブタンク７４が連通されている。

ポンプ７６は、前記インク供給タンク７２と前記サブタンク７４との間の供給路に備えられる。前記ポンプを駆動することにより、前記インク供給タンク７２に蓄積されるインクを、前記サブタンク７４に供給することができる。

圧力制御手段７０は、昇降機構７８によって構成される。昇降機構７８は、図６に矢印で示すように、インク供給タンク７２とサブタンク７４の高さを上下方向にそれぞれ移動させることができ、各タンク７２、７４とノズル５１の高さを相対的に変化させることができる。その結果、メニスカス部での圧力が前記式（１）を満たす圧力Ｐ１、Ｐ２となるように各タンク７２、７４の高さを調節することができる。

昇降機構７８による各タンク７２，７４の高さ調節により、メニスカス面５１ａの形状は安定し、第２インク供給系からメニスカス面５１ａに対し，常に新しいインク供給を行い、インクの流れを作り出すことができるので、メニスカス面５１ａの増粘を防止することができる。

図７は、本発明に係る圧力制御手段７０の第２実施形態を示す。本実施形態における圧力制御手段７０は、インク供給タンク７２と連通するポンプ８２と、第２インク供給路６６とインク供給タンク７２に連通するポンプ８０により構成される。

ポンプ８２は、インク供給タンク７２より第１インク供給路５５に供給されるインクの圧力Ｐ１を制御する。また、ポンプ８０は、インク供給タンク７２から第２インク供給路６６に供給される第２インク供給系のインク６９の圧力Ｐ２を制御する。

メニスカス面５１ａの形状を安定させるため、前述のとおり、前記式（１）を満足する必要がある。すなわち、前記ポンプ８２が、第２インク供給系のインク６９の圧力Ｐ２より低い圧力（負圧）となるように第１インク供給系のインク６８の圧力Ｐ１を制御し、かつ前記ポンプ８０が、大気圧Ｐ０以下の圧力（負圧）となるように第２インク供給系のインク６９の圧力Ｐ２を制御する。

以上のように、本実施形態においては、ポンプ８０、８２による圧力制御によって、各インクの圧力Ｐ１、Ｐ２を前記式（１）を満足するように制御することができるので、メニスカス面５１ａの形状が安定し、第２インク供給系からメニスカス面５１ａに対し，常に新しいインク供給を行い、インクの流れを作り出すことができるので、メニスカス面５１ａの増粘を防止することができる。

以上、本発明のインクジェット記録ヘッド及びこれを備えたインクジェット記録装置について詳説に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってよいのはもちろんである。

本発明に係るインクジェット記録装置の概略を示す全体構成図である。 圧力室ユニットの構成を示す断面図である。 図２に示した圧力室ユニットの開口部付近の拡大図である。 印字ヘッドの第１の構成例を示す平面図である。 印字ヘッドの第２の構成例を示す平面図である。 圧力制御手段の第１の構成例を示した説明図である。 圧力制御手段の第２の構成例を示した説明図である。

符号の説明

１０…インクジェット記録装置、１２…印字部、５０…圧力室ユニット、５５…第１インク供給路、６２…多孔質部材、６３…オリフィスプレート、６４…コート層、６６…第２インク供給路、７０…圧力制御手段、７２…インク供給タンク、７４…サブタンク、７８…昇降機構

Claims (5)

1. インク供給口とインク吐出口に連通する圧力室と、前記インク供給口を介して前記圧力室にインクを供給する第１の供給路と、前記インク吐出口が形成されるオリフィスプレートを有するインクジェット記録ヘッドであって、
   前記オリフィスプレートの少なくともノズル内周壁は、インクを含浸可能な多孔質部材からなるとともに、
   前記多孔質部材にインクを供給する第２の供給路を有し、
   前記インク吐出口のメニスカス面における前記第１の供給路から供給されるインクの圧力Ｐ１と、前記第２の供給路から前記多孔質部材に供給されるインクの前記オリフィスプレートの内周壁面における圧力Ｐ２及び大気圧Ｐ０が、
   Ｐ１＜Ｐ２≦Ｐ０
   を満たすように、前記圧力Ｐ１と前記圧力Ｐ２を制御する圧力制御手段を備えていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
2. 前記圧力制御手段は、前記インクジェット記録ヘッドの高さとインクを貯えるタンク内のインク液面の高さを相対的に調整する手段、あるいはポンプ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。
3. 前記多孔質部材は、インクを含浸可能な多孔性の部材であり、直径１０μｍ以下の孔を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のインクジェット記録ヘッド。
4. 前記第２の供給路から供給され前記多孔質部材を流れるインクの速度は、０．０１〜１ｍｍ／ｓｅｃであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に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。

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