JP4632441B2 - インクジェット記録ヘッドおよびインクジェット記録装置 - Google Patents

Description

本発明は、吐出口からインクを吐出することによって記録媒体へ記録を行うのに好適に用いられるインクジェット記録ヘッド、およびそのインクジェット記録ヘッドを有するインクジェット記録装置に関する。

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設けられた微細な吐出口からインク滴を吐出し、吐出したインク滴を紙や樹脂シートなどの記録媒体に付着させることにより所望のパターンで記録を行う。従来のインクジェット記録ヘッドとしては、エネルギー発生素子が設けられた基体と、インク流路を形成するために基体上に接合された流路部材と、吐出口が開口されて流路部材に接合されたオリフィス部材とを有するものが知られている。エネルギー発生素子は、インクに与える吐出用のエネルギーを発生するもので、インク流路に対応する位置に設けられている。エネルギー発生素子を駆動すると、インク流路内のインクに吐出用のエネルギーが付与され、吐出口からインク滴が吐出する。エネルギー発生素子としては、発熱抵抗体などの電気熱変換体を用いたもの、あるいはピエゾ素子などを用いたものなどがある。

インクジェット記録ヘッドにおいては、インクの吐出を繰り返していくうちに、吐出するインク滴に付随してインクミストが発生する。このインクミストが、インクジェット記録ヘッドの吐出口が開口した面である吐出口面に付着すると、インクの吐出方向がずれてしまうといった不具合を生じさせることがある。以下に、この不具合について図８（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。

図８（ａ）に、インクミスト１１０ａがオリフィスプレート１０１の表面である吐出口面１０１ａの、吐出口１０２の近傍に付着している状態を示す。この状態でインク１１０を吐出させると、インク１１０は、図８（ｂ）に示すように、吐出口１０２を越えた段階で、吐出口面１０１ａに付着しているインクミスト１１０ａに引き寄せられて一体となる。その結果、図８（ｃ）〜（ｄ）に示すように、吐出口１０２ａに対するインク１１０の吐出方向にずれが生じる。インク１１０の吐出方向がずれると、記録媒体への着弾位置がずれ、画像品位の低下を招く。インクの吐出方向のずれは、「ヨレ」とも呼ばれる。

このような、吐出口面に付着したインクによるインクの吐出方向のずれを防止するため、従来のインクジェット記録装置では、インクジェット記録ヘッドの吐出口面に付着したインクをゴム製のブレードで拭き取るワイピング処理が行われている。しかし、ワイピング処理を行っても、吐出口面に付着したインクを完全に拭き取ることはできず、インクが吐出口面に残ってしまうこともある。

そこで、吐出口面に付着したインクをより効果的に付き取ることができるようにするために、特許文献１には、吐出口面を撥水（撥インク）処理することが開示されている。また、特許文献２には、吐出口の内周面に撥水性を有する保護膜を形成するとともに、この保護膜の先端部を吐出口面から突出させ、さらに、吐出口面全体に撥水膜を形成した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が開示されている。吐出口面から保護膜を突出させた構造は、オリフィスプレートの作製工程において、吐出口の内周壁に、撥水性を有する保護膜を形成し、その後、エッチングにより保護膜を残してオリフィスプレートの表面を除去することで形成される。
特開２０００−３２６５１５号公報 特開２００１−７１５１０号公報

インクジェット記録ヘッドに用いられるインクとしては、一般に、染料インクと顔料インクがある。染料インクは写真などの高解像度の画像を印刷する際に用いられ、顔料インクは文字などを印刷する際に用いられることが多い。顔料インクは、染料インクと比べて、物質表面に対して固着しやすいという性質がある。そこで、顔料インクを用いる場合、撥インク層の接触角を、染料インク用のインクジェット記録ヘッドの場合よりも高くすることで、オリフィスプレート表面のインクの固着を抑制することができる。

一方、近年、高画質を実現する際に印刷物の保存性能を向上させることを目的として、顔料インクを用いることがある。この場合、従来のような文字などを印刷する場合と比較して、インクの吐出量は数ｐｌ程度と微小滴化し、ノズルの配列密度は１２００ｄｐｉ程度と高密度化することとなる。ここで、従来と同様の撥インク層をオリフィスプレートに設けたところ、オリフィスプレート上の固着インクの有無にかかわらず、吐出口の周囲に、吐出口と連続して部分的な接触角の低下領域が発生、すなわち撥インク層の劣化が発生することを新たに見出した。

このような現象は、染料インクを吐出するインクジェット記録ヘッドでは見られなかった現象であり、上述のような高解像度の画像を記録するため、微小液滴を吐出する高密度配列の記録ヘッドで顔料インクを用いることによって新たに確認された課題である。

本発明の目的は、微小液滴を吐出する高密度配列の記録ヘッドで顔料インクを吐出する場合においても、撥インク層の劣化を抑制することによって、インクの吐出方向の安定したインクジェット記録ヘッドおよび記録装置を提供することである。

上記目的を達成するため本発明のインクジェット記録ヘッドは、インクを吐出するノズルが形成されたノズル部材を有し、該ノズル部材が、前記ノズルの開口端である吐出口が開口した吐出口面を形成する撥インク層を備え、吐出するインクとして顔料インクを用いるインクジェット記録ヘッドにおいて、前記吐出口の周囲には、前記吐出口面に対して前記ノズルの中心軸方向に突出した突出部を備えるとともに、前記ノズルの中心軸を通る断面における前記ノズルの輪郭は、曲率半径が変化する曲線を備え、前記曲線の曲率半径が最小となる点が、前記突出部内に含まれ、前記断面における前記吐出口面からの高さが最も高いことを特徴とする。

また本発明の他の形態のインクジェット記録ヘッドは、インクを吐出するノズルが形成されたノズル部材を有し、該ノズル部材が、前記ノズルの開口端である吐出口が開口した吐出口面を形成する撥インク層を備え、吐出するインクとして顔料インクを用いるインクジェット記録ヘッドにおいて、前記ノズルの中心軸を通る断面における前記ノズルの輪郭は、曲率半径が変化する曲線を備え、前記曲線の前記曲率半径が最小となる点を境界にした前記ノズルの内側および外側の、曲率半径が最大となる前記境界に最も近い点でのそれぞれの接線が成す角度が４０°以上７５°以下であるとともに、前記吐出口の周囲には、前記吐出口面に対して突出した突出部を備え、前記ノズルの中心軸方向に関する前記吐出口面からの前記突出部の高さが０．０５μｍ以上０．５μｍ未満であることを特徴とする。

本発明によれば、上記のような突出部を吐出口の周囲に設けることで、顔料インクを用いた場合でもノズル内でインクの凝集物が生成されにくくなり、吐出口面のワイピングを繰り返し行っても吐出口面に施した撥インク性が良好に維持される。その結果、吐出口面に付着したインクに起因するインクの吐出方向のずれを効果的に抑制し、安定した吐出を行うことができる。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

まず、顔料インクを吐出するインクジェット記録ヘッドにおいて吐出口面に撥インク層を形成した場合の、撥インク性の劣化のメカニズムについて説明する。

撥インク性の劣化のメカニズムを解析するにあたり、本発明者等は、インクの吐出方向にずれが生じた、吐出口の周囲に突出部を有していない従来のインクジェット記録ヘッドの吐出口面を観察した。その結果、図１に示すように、吐出口面には撥インク層１０３が除去されてインクに対して濡れ易い領域１０４が存在していることが分かった。この濡れ易い領域１０４は、吐出口１０１に隣接し、かつワイピング処理の際のワイピング方向に対して下流側に延びている。

このように撥インク層１０３が除去される理由は、以下のように考えられる。図２の断面図（ノズルの中心軸（不図示）を通る断面）に示すように、吐出口１０１が開口したノズル１０２内には、インク１０５がその表面張力によりメニスカスＭを形成した状態で保持されている。また、吐出口１０１は一般に直径が１０〜数十μｍ程度と微細であり、吐出口面１００ａとノズル１０２の内周面１０２ａとの境界部は微視的に見れば連続した曲面で構成されている。この境界部では、吐出口面１００ａとノズル１０２の内周面１０２ａとがなだらかにつながるように、曲率半径が連続的に変化している。インクジェット記録ヘッドのノズル部の断面での輪郭の曲率半径が最小になる点をＡとしたとき、点Ａはインク１０５中に位置している。なお、図２では撥インク層は図示していない。

ここで、吐出口１０１からインク１０５を吐出する際のインク１０５の挙動に着目する。インク１０５が吐出されるとき、インク１０５はノズル１０２の内周面１０２ａに沿って押し出される。その際、吐出口面１００ａの近傍では、上記のように境界部が曲面で構成されていることから、ノズル１０２の断面は、インクの吐出方向にいくにつれて拡がった形状となっている。従って、断面が拡がった部分では、インクを吐出していない状態ではインク１０５の流れが少なく、淀みが生じやすい。今、吐出口面１００ａから点Ａを経由してノズル１０２の内周面１０２ａへ至る、吐出口１０１の周囲での断面の輪郭を考える。このとき、インク１０５の淀みが生じやすい領域である淀み領域１０５ａは、点Ａから内周面１０２ａまでの範囲のうち曲率半径が最大になる点Ｂ（複数ある場合は、そのうちで最も点Ａに近い点）での内周面１０２ａとの接線の外側の領域となる。

淀み領域１０５ａでは、インクを吐出していないときにはインク１０５の流れが生じにくいため、インク１０５が凝集し易い。ノズルが高密度に配列されたインクジェット記録ヘッドでは、特定のノズルを使わない時間が増加する傾向にあるため、このようなインクジェット記録ヘッドに顔料インクを用いた場合に上述の現象は顕著である。また、高画質化を実現するために吐出量が小さい場合、吐出口の大きさも小さくなるため、吐出口が大きい場合に比べ、この現象は顕著となる。淀み領域１０５ａにインク１０５の凝集物が生成されている状態でワイピング処理を行うと、ブレードが凝集物をノズル１０２内から掻き取り、そのまま吐出口面１００ａ上に凝集物を擦り付けてしまう。そのことにより、ノズル１０２内から掻き取られた凝集物は砥粒として作用し、吐出口面１００ａに形成した撥インク層１０３を損傷させる。ワイピング処理を繰り返していくと、撥インク層１０３の損傷が累積され、結果的には撥インク層１０３が摩耗し、図１に示したような濡れ易い領域１０４が形成される。

以上が、撥インク層１０４の劣化によるインク吐出方向のずれの原因として考えられる理由である。したがって、本発明者らは、上述した淀み領域１０５ａを少なくし、凝集物の生成を少なくすれば、撥インク層１０４の損傷が抑制され、結果的にインク吐出方向のずれを抑制できると考えた。淀み領域１０５ａを如何にして少なくするかについて発明者らが鋭意検討を重ねた結果、吐出口面１００ａからノズル１０２の内周面１０２ａに至る幾何学的形状を特定の形状とすればよいという結論に達した。

以下に、本発明によるインクジェット記録ヘッドについて詳細に説明する。

図３Ａは、本発明の一実施形態によるインクジェット記録ヘッドの、吐出口側から見た要部平面図であり、図３Ｂは、図３Ａの３Ｂ−３Ｂ線断面図である。なお、図３Ｂは、ノズルの中心軸（図中点線で表示）を通る断面となっている。

まず、インクジェット記録ヘッド１の全体構造を説明する。図３Ａおよび図３Ｂに示すように、インクジェット記録ヘッド１は、エネルギー発生素子として複数の発熱抵抗体４が形成された基体２と、基体２の上面に接合されたノズル部材３とを有する。発熱抵抗体４は、一列に並んで（本実施形態の場合、ノズル１２の配列密度が６００ｄｐｉとなるように）配置されている。ただし、カラー用のインクジェット記録ヘッドの場合は、色ごとに、複数列に配列することもできる。各発熱抵抗体４には配線（不図示）を介して個別に電圧が印加される。

ノズル部材３には、各発熱抵抗体４と対向する位置に、それぞれノズル壁５によって仕切られた個別流路６が形成されている。各個別流路６には、それぞれ吐出口１１が開口したノズル１２が連通している。本実施形態の場合、ノズル１２からのインクの吐出量は２ｐｌであり、吐出口１１の直径は１７μｍである。ノズル部材３の、吐出口１１が開口した面は、吐出口面１ａという。吐出口面１ａには撥インク層１３が形成されている。さらに、ノズル部材３には、各個別流路６を繋ぐ共通流路７が形成され、この共通流路７は、基体２をその厚み方向に貫通して形成された供給口（不図示）と連通している。

インクは、供給口から供給され、共通流路７を通って各個別流路６へ供給される。個別流路６に供給されたインクは、吐出口１１の近傍でメニスカスを形成した状態でノズル１２内を満たしている。この状態で発熱抵抗体４に通電して熱エネルギーを発生させると、発熱抵抗体４上のインクに膜沸騰に伴う気泡が発生し、この気泡による圧力で吐出口１１からインクが吐出する。ここではエネルギー発生素子として発熱抵抗体４を示したが、本発明においては、その他に、ピエゾ素子といった電気機械変換体など、インクに吐出用のエネルギーを付与することができるものであれば任意の手段を用いることができる。

図４に、本実施形態のインクジェット記録ヘッドの、吐出口近傍での拡大断面図を示す。なお、図４では、撥インク層は図示していない。図４に示すように、本実施形態のインクジェット記録ヘッドは、ノズル１２の中心軸を通る断面におけるノズル１２の輪郭が、曲率半径が変化した曲線部を有している。より具体的には、ノズル１２の軸線方向に沿ったノズル部材３の断面でのノズル１２の輪郭は、以下のような、曲率半径を変化した曲線を備えており、その曲線は吐出口面１ａおよびノズル１２の内周面１２ａと連続している。この曲線部は、曲率半径が最小となる点である頂点Ａが、吐出口面１ａから突出しており、吐出口１１の周囲に、その全周にわたって、吐出口面１ａから突出した突出部８を形成している。本実施形態では、頂点Ａで構成される。突出部８は、その頂点Ａにおいて、曲率半径が最小となる。ここで、頂点Ａの吐出口面１ａからの高さは、突出部８の高さｈと一致しており、吐出口面１ａからの高さが最も高くなっている。この頂点Ａを基準にして突出部８の内側（ノズル１２の内周面１２ａ側）および外側（吐出口面１ａ側）で、曲率半径は大きくなっていく。ノズル部材３の断面での輪郭は、突出部８の内側では、最終的には曲率半径は無限大、すなわち直線となる。一方、突出部８の外側では、変曲点を境に凹曲線に転じ、そこから吐出口面１ａに繋がる。

このように、頂点Ａが突出部８の最も高い位置にあるため、頂点Ａは、ノズル１２内をインクで満たしたときに、インクと接触しない位置にある。頂点Ａをこの位置に設定することによって、個別流路６（図３Ｂ参照）から吐出口１１に至るまでのノズル１２の断面の拡がりが最小限に抑えられる。そのことにより、ノズル１２内におけるインクの淀み領域１５ａを小さくすることができ、結果的に、ノズル１２内にインクの凝集物が生成されにくくなる。したがって、ブレード（不図示）による吐出口面１ａを摺擦するワイピング処理を繰り返し行っても、凝集物をブレードで吐出口面１ａに擦り付けることが少なくなり、吐出口１１の周囲における撥インク層１３が良好に維持される。吐出口１１の周囲に撥インク層１３が存在することにより吐出口１１近傍にインクが付着しにくくなるので、インクの吐出方向が安定する。

上述した突出部８の頂点ＡのメニスカスＭに対する関係は、本実施形態のように、頂点Ａが突出部８内に含まれ、かつ、吐出口面１ａからの高さが最も高いことが望ましい。しかしながら、実用上は、頂点Ａが突出部８に形成されていれば、吐出口面１ａからの高さが頂点Ａで最も高い必要はなく、突出部８の広がり角度および突出高さを一定の範囲とすることで達成することができる。すなわち、以下に述べる突出部８の広がり角度および突出高さを一定の範囲とすることで、頂点Ａが突出部８内で最も吐出口面１ａからの高さが高い場合と同等の効果を奏することができる。

ここで、突出部８の広がり角度とは、ノズル１２の軸線（ノズルの中心軸）方向に沿った断面において、ノズル１２の内側の曲率半径が最大となる点Ｂでの接線と、ノズル１２の外側の曲率半径が最大となる点Ｃでの接線との成す角度θで定義される。なお、ノズル１２の内側、外側において、曲率半径が最大となる点が複数ある場合は、いずれも頂点Ａに近い点をそれぞれＢ，Ｃとする。

この角度θを４０°以上７５°以下とし、吐出口面１ａからの突出部８の突出高さｈ（図４参照）を、０．０５μｍ以上０．５μｍ未満とすることによって、ノズル１２の断面の拡がりが抑制される。角度θが小さすぎると、突出部８がなだらかになりすぎ、突出部８を形成したことによる効果が得られにくくなる。逆に、角度θが大きすぎると、突出部８が鋭利になりすぎ、突出部８自身の強度の低下を招く。

一方、突出高さｈは、吐出口面１ａからのノズル１２の中心軸方向の高さで決定される。この突出高さｈが０．０５μｍ未満であると、上述したような、吐出口面１ａに対する頂点Ａの位置をノズル１２内に形成されるメニスカスＭの位置よりも高い位置とすることが困難になる。逆に、突出部８の突出高さｈが０．５μｍ以上であると、インクジェット記録ヘッドを実際に記録装置に搭載して記録を行った場合の記録媒体の搬送性に影響を及ぼすことがある。近年は、記録画像の高精細化の観点から吐出インクの小滴化が進んできている。それに伴い、吐出したインク滴の記録媒体への着弾位置精度を高めるため、インクジェット記録ヘッドと記録媒体との間のギャップが従来よりも小さく設定される傾向がある。インクジェット記録ヘッドと記録媒体との間のギャップが従来よりも小さい場合において、突出部８の突出高さｈが大きくなりすぎると、記録媒体の搬送中に記録媒体の先端が突出部８に引っ掛かり、正常な搬送が行えなくなる場合が生じる。

このように形成された本発明のインクジェット記録ヘッドを、図５に示すように、ブレード１８によるワイピング処理を実施する場合を考える。ブレード１８は、吐出口面１ａ上のインクを確実に拭き取るために、ゴムといった弾性部材で構成され、撓みを生じさせながらワイピング処理を実施する。ブレード１６が吐出口面１ａに対して矢印方向に移動する場合を考えると、ブレード１６が吐出口１１上にあるとき、すなわち突出部８を乗り越えている最中（破線で示すブレード位置）は、ブレード１６は最も撓んだ状態にある。その後、ブレード１６が突出部８を越えると、ブレード１６はそれ自身の復元力で復元して吐出口面１ａに接触する。この際、ブレード１６が突出部８を乗り越えた直後は、この間もブレード１６は吐出口面１ａに対して矢印方向に移動しているので、一点鎖線で示すように、ブレード１６は突出部８を飛び越え、吐出口面１ａには接触しない。そして、ブレード１６は実線で示すように、突出部８から離れた位置で吐出口面１ａに接触する。

ブレード１６は、吐出口面１ａに対して以上のような挙動を示すので、仮にノズル１２内からインクの凝集物を掻き取ってしまった場合、突出部８から離れた位置で凝集物を吐出口面１ａに擦り付けることになる。その結果、凝集物の擦り付けによる吐出口面１ａの損傷は、吐出口１１から離れた位置で生じる。よって、図６に示すように、撥インク層１３の損傷（摩耗）によって形成されるインクが濡れ易い領域１４は吐出口から離れて位置する。また、このときに形成されるインクが濡れ易い領域１４の大きさは、そもそもノズル１２内にインクの凝集物が生成されにくくなっているため、図１に示す従来の場合と比較して小さいものとなる。吐出口１１の周囲では撥インク層１３が存在しており、吐出口１１からのインクの吐出時に濡れ易い領域１４にインクが付着していたとしても、インクの吐出には影響を与えない。

以上のように、吐出口１１の周囲に突出部８が形成され、かつ、吐出口１１近傍での断面形状が上述した特定の形状を有していることで、吐出口面１ａの撥インク性能を良好に維持できる。

上述した広がり角度θの好ましい範囲、および突出高さｈの好ましい範囲を満たすような突出部８を有するインクジェット記録ヘッドの作製方法の一例について、図３Ｂ等を参照して以下に説明する。

まず、発熱抵抗体４が形成された基体２を用意する。次いで、用意した基体２に対して、溶解可能な樹脂にて個別流路６および共通流路７のパターンを形成する。このパターンの形成には、好適にはポジ型レジストを用いることができる。ポジ型レジストとしては、特に、後工程でノズル部材３を積層したときに型崩れが起きないように、分子量が比較的高い光分解型のポジレジストを用いることが好ましい。

次いで、個別流路６および共通流路７のパターンが形成された基体２上に、個別流路６および共通流路７のパターンを覆って樹脂材料を積層し、ノズル部材３を形成する。さらに、ノズル部材３の上に、撥インク層１３を形成する。撥インク層１３としては、後工程で吐出口１１の周囲に突出部８を形成するために、エポキシ基を含む樹脂を用いる。さらに、高い撥インク性、ブレードによる拭きやすさ、ブレードに対する耐久性（撥インク能力の維持）、およびノズル部材３との高い密着力を同時に実現できるものが好ましい。このような撥インク層１３の材料としては、紫外線照射で硬化が開始する含フッ素エポキシ樹脂などが適している。ノズル部材３および撥インク層１３は、スピンコート法やダイレクトコート法等で形成することができる。

次いで、ノズル部材３および撥インク層１３に対し、マスク（不図示）を介してパターン露光および現像処理を行うことにより、吐出口１１が開口したノズル１２を形成する。

その後、熱、光、あるいは電子線等のエネルギーを与えることによって、撥インク層１３を架橋させ、硬化させる。この際、エポキシ樹脂のない吐出口１１の周囲の部分でノズル部材３が熱によって硬化収縮し、吐出口１１の周囲に上向きの応力が働く。これによって、吐出口１１の周囲に突出部８が形成される。

次いで、基体２に供給口を形成し、この供給口から、個別流路６および共通流路７のパターンを溶出させ、個別流路６および共通流路７を形成する。最後に、必要に応じて加熱処理を施し、ノズル部材３および撥インク層１３を完全に硬化させる。以上によってインクジェット記録ヘッド１が完成する。

このように、ノズル部材３を樹脂材料で形成するとともに、撥インク層１３を、エポキシ基を含む樹脂で形成し、露光・現像処理によって吐出口１１を形成し、撥インク層１３に架橋処理を施すことにより、吐出口１１の周囲に突出部８を形成することができる。また、この方法でインクジェット記録ヘッド１を作製することで、撥インク層１３の架橋処理条件等を適宜変更することで、突出部８の広がり角度θおよび突出高さｈを調整することができる。

次に、上述したインクジェット記録ヘッド１を搭載して記録媒体に記録を行うインクジェット記録装置について説明する。

図７は、本発明によるインクジェット記録ヘッドを搭載するインクジェット記録装置の一例の、筐体の一部を破断して示す斜視図である。

図８において、キャリッジ５２は、ガイドレール５３に沿って往復移動可能に支持されている。キャリッジ５２には、４個のヘッドカートリッジ５１Ａ〜５１Ｄが着脱自在に搭載される。ヘッドカートリッジ５１Ａ〜５１Ｄは、インクジェット記録ヘッドとインクタンクとが一体的に構成されたものであり、それぞれ異なる色のインクを収容している。ヘッドカートリッジの数は４個に限られるものではなく、適宜増減することができる。

キャリッジ５２は、キャリッジ駆動モータ５４に連結されたプーリ５５と回転自在に設けられたプーリ５６とに掛け回されたベルト５７の一部に固定されている。キャリッジ駆動モータ５４を正転および逆転させることによって、キャリッジ５２はガイドレール５３に沿って往復移動する。

記録媒体５８は、キャリッジ５２に搭載されたヘッドカートリッジ５１Ａ〜５１Ｄの吐出口（不図示）と対向する位置を、キャリッジ５２の移動方向と交差する方向に搬送される。記録媒体５８の搬送は、搬送ローラ５９，６０，６１，６２によって行われる。

キャリッジ５２が記録媒体５８上を走査しながら、ヘッドカートリッジ５１Ａ〜５１Ｄのインクジェット記録ヘッドから記録媒体５８に対してインクが吐出される。キャリッジ５２が記録媒体５８の一端まで移動すると、搬送ローラ５９〜６２によって記録媒体５８が所定量だけ搬送される。このように、キャリッジ５２を移動させながらの記録ヘッドによる記録と、搬送ローラ５９〜６２による記録媒体５８の搬送とを交互に繰り返すことにより、記録媒体５８全体に画像等を形成することができる。

さらに、インクジェット記録装置は、インクジェット記録ヘッドの吐出口面を常に良好に保つための回復機構６４を備えている。回復機構６４は、吸引キャップ６５と、ブレード６８とを有する。吸引キャップ６５は、非記録時にインクジェット記録ヘッドの吐出口面をキャッピングするとともに、吸引ポンプ６６からの吸引力によって、ノズル内に溜まった増粘インクなどを吸い出す。ブレード６８は、その先端部で吐出口面を擦る（ワイピング）ことによって、吐出口面に付着したインクや塵埃などを除去する。本例ではインクジェット記録ヘッドごとにブレード６８を設けるのではなく、１つのブレード６８で全てのインクジェット記録ヘッドのワイピングを行う。ワイピングは、キャリッジ５２が定期的にブレード６８上を移動することによって行われる。

次に、本発明の具体的な実施例について説明する。

図４に示す突出部８の突出高さｈおよび広がり角度θの異なる幾つかのインクジェット記録ヘッドのサンプルを用意した。ここで、各サンプルは、ノズルの配列密度が６００ｄｐｉ、各ノズルからのインクの吐出量は２ｐｌであり、吐出口の直径は１７μｍである。また、突出高さｈおよび広がり角度θは、吐出口の直径となる部分をノズルの中心軸方向に切断して測定した。インクの各サンプルを、図７に示したような回復手段を有する通常のインクジェット記録装置に搭載し、そのインクジェット記録装置の通常のシーケンスでＡ４用紙に１００００枚の画像記録を連続して行った。その間、インクジェット記録ヘッドの吐出口面はブレードによって定期的にワイピングされる。１００００枚の記録後、吐出方向のずれを評価した。吐出方向のずれの評価は、以下の判定基準に従った。
○：ずれは殆ど認められない。
△：ずれは見受けられるが、記録画像品位に影響はない。
×：ずれが見受けられ、記録画像品位にも影響を及ぼしている。

突出部の突出高さｈ、開き角度θ、および１００００枚記録後の評価結果を表１にまとめる。

表１から、突出部の広がり角度θが４０°〜７５°の範囲で、吐出方向のずれがない良好な画像記録を行えることがわかる。ただし、突出高さｈが０の場合は、広がり角度θが７５°であっても吐出方向にずれが生じており、このことから、吐出方向のずれを生じさせないためには吐出口の周囲に突出部を有している必要があることがわかる。

次に、突出部が記録媒体の搬送に及ぼす影響を評価した。評価のサンプルとして、突出部の突出高さｈおよび広がり角度θがそれぞれ異なるインクジェット記録ヘッドを用意した。各サンプルのノズルの数は３００である。このサンプルを上記と同様のインクジェット記録装置に搭載し、１０枚連続の紙送り試験を行った。この紙送り条件は、実際の使用上では殆どあり得ない厳しい条件である。紙送り試験後、インクジェット記録装置からサンプルを取り外して吐出口面を観察し、突出部に欠けが生じているノズルの数をカウントした。突出部の欠けは、記録媒体の先端が突出部に衝突することによって発生する。したがって、突出部の欠けが多ければ多いほど、紙ジャムが起こり易いということができる。

本例での突出部の突出高さｈ、開き角度θ、および突出部に欠けが発生したノズルの数を表２に示す。

表２より、突出高さｈが高くなればなるほど記録媒体の搬送性が悪くなることがわかる。本例で行った紙送り試験では突出高さｈが０．５μｍでは約半数のノズルについて突出部の欠けが見られたが、実際の使用条件と照らし合わせると、０．５μｍ未満ならば許容範囲と考える。また、突出高さｈが０の場合は、記録媒体の搬送性は良好であるといえるが、表１に示した結果から明らかなように、記録画像品位の点で劣っているので好ましくない。

また、サンプル１−１〜１−３、２−１〜２−３のノズル断面を観察したところ、そのうちの一部で、点Ａで突出高さが最も高くなっていることが確認できた。

吐出口面に突出部を有していない従来のインクジェット記録ヘッドにおける、撥インク性の劣化の状態を示す、吐出口近傍での平面図である。 図１に示すインクジェット記録ヘッドにおける、吐出口近傍での拡大断面図である。 本発明の一実施形態によるインクジェット記録ヘッドの、吐出口側から見た平面図である。 図３Ａの３Ｂ−３Ｂ線断面図である。 図３Ｂにおける、吐出口近傍での拡大断面図である。 吐出口の周囲に突出部を有するインクジェット記録ヘッドでの、吐出口面のワイピング動作時のブレードの挙動を説明する図である。 吐出口の周囲に突出部を有するインクジェット記録ヘッドでの、ワイピング処理を繰り返し行った場合の、吐出口面での撥インク層の状態を示す、吐出口近傍での拡大断面図である。 本発明によるインクジェット記録ヘッドを搭載するインクジェット記録装置の、筐体の一部を破断して示す斜視図である。 従来のインクジェット記録ヘッドでの不具合を説明する図である。

符号の説明

１ インクジェット記録ヘッド
１ａ 吐出口面
３ ノズル部材
４ 発熱抵抗体
８ 突出部
１１ 吐出口
１２ ノズル
１３ 撥インク層

Claims (6)

1. インクを吐出するノズルが形成されたノズル部材を有し、
   該ノズル部材が、前記ノズルの開口端である吐出口が開口した吐出口面を形成する撥インク層を備え、
   吐出するインクとして顔料インクを用いるインクジェット記録ヘッドにおいて、
   前記吐出口の周囲には、前記吐出口面に対して前記ノズルの中心軸方向に突出した突出部を備えるとともに、
   前記ノズルの中心軸を通る断面における前記ノズルの輪郭は、曲率半径が変化する曲線を備え、前記曲線の曲率半径が最小となる点が、前記突出部内に含まれ、前記断面における前記吐出口面からの高さが最も高いことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
2. インクを吐出するノズルが形成されたノズル部材を有し、該ノズル部材が、前記ノズルの開口端である吐出口が開口した吐出口面を形成する撥インク層を備え、吐出するインクとして顔料インクを用いるインクジェット記録ヘッドにおいて、
   前記ノズルの中心軸を通る断面における前記ノズルの輪郭は、曲率半径が変化する曲線を備え、
   前記曲線の前記曲率半径が最小となる点を境界にした前記ノズルの内側および外側の、曲率半径が最大となる前記境界に最も近い点でのそれぞれの接線が成す角度が４０°以上７５°以下であるとともに、
   前記吐出口の周囲には、前記吐出口面に対して突出した突出部を備え、
   前記ノズルの中心軸方向に関する前記吐出口面からの前記突出部の高さが０．０５μｍ以上０．５μｍ未満であることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
3. 前記ノズル部材は樹脂で構成されている、請求項１または２に記載のインクジェット記録ヘッド。
4. 前記撥インク層は、エポキシ基を含む樹脂からなる、請求項１から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から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搭載し、該インクジェット記録ヘッドからインクを吐出することで記録媒体に記録を行うインクジェット記録装置であって、
   前記インクジェット記録ヘッドを搭載するヘッド搭載部と、
   前記記録媒体を搬送する搬送手段と、
   を備えることを特徴とするインクジェット記録装置。
6. 前記インクジェット記録ヘッドの吐出口面を摺擦するブレードをさらに備える、請求項５に記載のインクジェット記録装置。

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