JP6468854B2 - 液体吐出ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、吐出口から液体を吐出する液体吐出ヘッドに関する。

現在、記録媒体などに記録を行う記録装置としては、液体吐出ヘッドからインクなどの液体を液滴化して吐出し、記録媒体に着弾させることで画像などを形成するインクジェット記録装置が広く用いられている。このインクジェット記録装置では、画像を形成するために記録媒体上に着弾させるための液滴（主滴）の他に、インクミストと呼ばれる微小な粒子状の液滴が液体吐出ヘッドに形成された複数の吐出口のそれぞれから吐出される。このインクミストは、各液体吐出ヘッドから吐出された後、記録媒体に着弾することなくインクジェット記録用装置内部を浮遊し、液体吐出ヘッドに付着し、液体吐出ヘッドの機能や寿命を低下させることがある。特に、インクミストが液体吐出ヘッドの表面に大量に付着し、インクミスト同士が合体して大きなインク滴となると、合体したインク滴がノズルを塞ぐことにより吐出不良が生じ、画像の品位が劣化するという問題が生じる。

そこで、特許文献１には、液体吐出ヘッドの外部に配置した吸引口で空気を吸引することにより、空気と共にインクミストを吸引・回収する構成が開示されている。

また、特許文献２には、液体吐出ヘッドの表面に導電性薄膜を配して接地し、ノズルプレート表面に生じた静電気を、導電性薄膜を介して放出することによって、吐出口形成面にインク滴が吸引・付着するのを回避することが開示されている。すなわち、引用文献２には、液体吐出ヘッドの表面とワイパー部材との摺動摩擦によって発生する静電気によってインクミストが吸着されるという認識の下に、摺動摩擦される表面に導電性薄膜を形成し、かつアースする技術が開示されている。

特開２０１１−８８１０３号公報 特開平０６−１５５７５５号公報

しかしながら、上記特許文献１および２に開示の技術にあっては、液体吐出ヘッドの表面にインクミストや塵埃が付着するのを十分に抑制するには至っていないのが現状である。すなわち、特許文献１に開示の技術によれば、液体吐出ヘッドの周囲より外方に流出したインクミストや塵埃を回収することは可能である。しかし、液体吐出ヘッドと記録媒体との間に発生したインクミストや塵埃は、記録ヘッドの周囲より外方へと流出する前に液体吐出ヘッドの吐出口形成面などに付着し、吐出口形成面などの汚損、吐出性能の低下を招いている。

また、特許文献２に開示の技術では、液体吐出ヘッドのノズルプレート表面へのインクミストや塵埃の付着は抑制できるものの、液体吐出ヘッドのノズルプレート表面以外の部分にインクミストや塵埃が付着するのを抑制することはできない。このため、ノズルプレート表面以外の部分に付着したインクミストや塵埃などが液体吐出ヘッドの汚損や寿命低下などを招く要因となっている。

本発明は、液体吐出ヘッドへの粒子の付着を軽減可能な液体吐出ヘッドの提供を目的とする。

本発明は、吐出口から液体を吐出する液体吐出ヘッドであって、前記吐出口から液体を吐出させるための吐出エネルギーを発生する吐出エネルギー発生素子に電力を供給するための電力供給配線と、前記電力供給配線の少なくとも一部を、絶縁部を介して被覆する導電性部材と、を備え、前記吐出エネルギー発生素子に接続されるグランド配線と前記電力供給配線とが、絶縁性を有する基材の中に形成されており、前記グランド配線は、前記電力供給配線よりも前記吐出口に近い位置で、前記電力供給配線を被覆することにより、前記導電性部材として機能し、前記導電性部材は、前記吐出口と記録媒体との相対移動速度、前記吐出口が形成された吐出口形成面と前記記録媒体との間に浮遊する粒子の径、前記粒子の電荷量、および前記電力供給配線に印加されている電圧、に基づいて定められた被覆率で前記電力供給配線を被覆することを特徴とする。

また、本発明は、記録媒体と相対移動をしつつ前記記録媒体に液体を吐出する吐出口を備える液体吐出ヘッドであって、前記吐出口から液体を吐出させるための吐出エネルギーを発生する吐出エネルギー発生手段に電力を供給するための電力供給配線と、前記電力供給配線の少なくとも一部を、絶縁部を介して被覆する導電性部材と、を備えており、前記導電性部材が前記電力供給配線を覆う被覆率は、前記吐出口と前記記録媒体との相対移動速度をＵ（inch/秒）、前記電力供給配線に印加されている電圧をＶ（Ｖ）、前記吐出口が形成された吐出口形成面と前記記録媒体との間に浮遊する、前記吐出口から吐出される主滴に付随する粒子の径をＤ(μm)、前記粒子が有する電荷量をＱ（Ｃ）とするとき、以下の式で規定されることを特徴とする液体吐出ヘッド。

本発明においては、電力供給配線から生じる電界が導電性部材によって遮断されるため、微小な液滴や塵埃などの粒子が液体吐出ヘッドに付着するのを軽減することができる。このため、液滴や塵埃などによって吐出口が塞がれることにより生じる吐出性能の低下、延いては画像品位の劣化を軽減するとともに、液体吐出ヘッドの汚損や寿命低下を抑制することができる。

液体吐出ヘッドから吐出されたインクミストの挙動を示す側面図である。 本発明の一実施形態に係るインクジェット記録装置を模式的に示す平面図である。 本発明の実施形態における液体吐出ヘッドの構成を示す図である。 第１実施例における電力供給配線に印加された電圧と導電性層による被覆率との関係を示す図である。 第２実施例における電力供給配線に印加された電圧と導電性層による被覆率との関係を示す図である。 第３実施例における電力供給配線に印加された電圧と導電性層による被覆率との関係を示す図である。 第４実施例における液体吐出ヘッドの第１例の構成を示す平面図である。 第４実施例における液体吐出ヘッドの第２例の構成を示す平面図である。 第４実施例における液体吐出ヘッドの第３例の構成を示す平面図である。 第５実施例における液体吐出ヘッドの構成を示す断面図である。 第６実施例における液体吐出ヘッドの構成を示す平面図である。

インク等の液体を吐出する液体吐出ヘッドにおいて、吐出口からインクを吐出する際に、主滴とそれに付随する微小のサテライト（滴）、このサテライトよりさらに微小の噴霧状のインクミストが吐出される。本発明者は、インクジェット記録装置において、インクミストや塵埃等の粒子が液体吐出ヘッドに付着する主なメカニズムは、気流によるインクミストの運搬と、電力供給配線を起因として発生する電界の引力との相互作用によるという知見を実験により得た。そこで、まず、このインクミストや塵埃が液体吐出ヘッドの表面に付着するメカニズムについて説明する。

図１は、記録動作時における液体吐出ヘッドから吐出された液滴（インク滴）の挙動を示す側面図である。液体吐出ヘッド１１０の吐出口からインク滴が吐出されると、記録媒体Ｐに着弾するインク滴（主滴）Ｄｍの他に、液体吐出ヘッド１１０の表面（図１中、下面）１１０ａと記録媒体Ｐとの間で浮遊する微小な液滴（インクミスト）が発生する。このインクミストは、上昇気流ＡＦ１により、図１に示すように液体吐出ヘッド１１０の表面（吐出口形成面）１１０ａに向かって流される。さらに、このインクミストのうち一部は、記録媒体Ｐの搬送方向（Ｙ方向）に流れる気流ＡＦ２によって液体吐出ヘッド１１０より搬送方向下流側に運搬される。この時、一般的な記録条件においてインクミストは、液体吐出ヘッド１１０の吐出口形成面１１０ａから、約２５０μm付近まで近づいていることを、ナビエ・ストークス方程式を有限体積法により解析する気流シミュレーションによって見出した。

このように気流によって液体吐出ヘッド１１０の吐出口形成面１１０ａの近傍まで運搬されたインクミストや塵埃（例えば、紙粉）などの帯電した粒子は、電力供給配線に起因する電界による引力で吐出口形成面１１０ａに付着する。この電力供給配線は、インクを吐出口から吐出させるため吐出口近傍に設けられた吐出エネルギー発生手段に電力供給するものであるため、吐出口の近傍に配される。そのため上記のような電界の引力によって液体吐出ヘッド表面に付着したインクミストは、吐出口からのインク滴の吐出不良の主な要因となり得る。従って、少なくとも電界の発生源である電力供給配線の配された領域を、絶縁部を介して導電性部材で被覆する構成をとることにより、液体吐出ヘッド１１０の吐出口形成面１１０ａへのインクミストの付着を効果的に抑制することができる。

以下、本発明に係る液体吐出ヘッドのより具体的な構成を以下の実施例に基づき説明する。なお、以下の説明では、インク滴を記録媒体へ向けて吐出することにより画像を形成するインクジット記録装置に用いられるインクジェット記録ヘッドを例にとり説明する。

［実施例１］
図２は、本発明に係る液体吐出ヘッドを用いるインクジェット記録装置（以下、単に記録装置という）を模式的に示す図である。図２に示すように、記録装置１００は、その骨格をなすフレーム上に液体吐出ヘッド１１０〜１０４を設けた構成を有する。液体吐出ヘッド１１０〜１０４は、それぞれブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙe）のインク（液体）を吐出する吐出口を有する。各液体吐出ヘッドは、記録媒体Ｐの搬送方向（Ｙ方向）と直交する方向（Ｘ方向）に沿って記録媒体Ｐの幅Ｗ以上の範囲に亘って複数の吐出口を所定の密度で列状に配置した長尺な構成を有している。このような、長尺な液体吐出ヘッドを用いて記録を行う記録装置は、一般に、フルラインタイプの記録装置と呼ばれる。なお、以下の説明において、各液体吐出ヘッドを特に区別する必要がない場合には、各液体吐出ヘッドを液体吐出ヘッド１１０と記す。

記録媒体Ｐは、搬送ローラ１０５（および他の不図示のローラ）がモータ（不図示）の駆動力によって回転することにより、搬送方向（Ｙ方向）に沿って搬送される。そして、記録媒体Ｐが搬送されている間に、液体吐出ヘッド１１０〜１０４それぞれの複数のノズルから記録データに応じてインク滴が吐出される。これにより、それぞれの液体吐出ヘッドのノズル列に対応した１ラスタ分の画像が順次記録される。このように、連続的に搬送される記録媒体Ｐに対し、各液体吐出ヘッドからインク滴を吐出することにより、例えば、一頁分のカラー画像が記録される。なお、本発明を適用可能な液体吐出ヘッド１１０は、以上説明したフルラインタイプの液体吐出ヘッドに限定されない。例えば、記録媒体Ｐの搬送方向と交差する方向に液体吐出ヘッドを移動させて記録を行う、いわゆるシリアルタイプの記録装置に用いる液体吐出ヘッドにも本発明の構成を適用することができる。

図３（ａ），（ｂ）は、本実施形態における液体吐出ヘッドの内部構成を示す図であり、図３（ａ）は断面図、図３（ｂ）は図３（ａ）に示した液体吐出ヘッドの基板を示す平面図である。図３（ａ）、（ｂ）において、本実施形態における液体吐出ヘッド１１０には、基板２００と、この基板２００の表面を覆うように接着された吐出口形成部材３００が設けられている。

吐出口形成部材３００には、液体を吐出するための吐出口２０７が形成されており、この吐出口形成部材３００と基板２００との間には吐出口２０７に連通する液室２０９が形成されている。液室２０９には、外部の液体貯留タンクなどの液体供給源の液体が、基板２００に形成された液体供給口２０８を経て供給される。

一方、基板２００は、基材２０１と、この基材２０１の表面（図３（ａ）において上面）に埋設された状態で形成された、吐出エネルギー発生手段２０２、電力供給配線２０３、およびグランド配線２０４とを備える。本実施形態において、基材２０１はシリコンによって形成されている。また、本実施形態における吐出エネルギー発生手段２０２は、電気熱変換素子であるヒータによって形成され、その形成位置は吐出口２０７との対向位置に設定されている。

本実施形態における基板２００には、ヒータ２０２、電力供給配線２０３、およびグランド配線２０４の表面全体と、基材２０１の表面の一部と、を覆う電気的な絶縁層２０５が積層されている。絶縁層２０５の表面（図３（ａ）中、上面）のうち、電力供給配線２０３が形成されている領域と対向する領域は、所定の被覆率で導電性層（導電性部材）２０６により被覆されている。この導電性層２０６による被覆率は、後述の式によって設定される。なお、電力供給配線２０３が複数本隣接して形成されている場合には、その複数本の電力供給配線２０３を包含する最小かつ単一の領域を電力供給配線が形成されている領域とする。そしてこの領域に対向する絶縁層２０５の領域に対し、所定の被覆率で導電性層２０６が形成されている。また、図３（ｂ）では、電力供給配線２０３、グランド配線２０４、およびヒータ２０２等の位置を明らかにするため、これらを覆う絶縁部としての絶縁層２０５および吐出口形成部材３００を取り除いた状態を示している。

上記のように構成された液体吐出ヘッドにおいて、本実施形態では吐出口形成部材３００を樹脂により形成した。また、電力供給配線２０３と導電性層２０６との間を電気的に絶縁する絶縁層２０５は窒化シリコンの膜により形成した。但し、絶縁層２０５を他の絶縁性材料、例えば二酸化シリコン、炭化シリコン等により形成してもよい。

また、本実施形態における導電性層２０６は、絶縁層２０５のうち、電力供給配線２０３との対向領域だけでなく、ヒータ２０２との対向領域をも覆い、後述の電界遮断機能だけでなく、ヒータ２０２を保護する保護膜層としての機能をも併せ持つものとなっている。そのため、導電性層２０６の素材にはインクによる腐食からヒータ２０２を保護し得る耐腐食性に優れた金属を用いている。本実施形態ではタンタルを用いている。なお、導電性層はヒータ２０２を保護する保護膜層とは別に形成してもよい。

ここで、電力供給配線２０３を導電性層２０６で被覆すべき最低被覆率の決定方法について説明する。この最低被覆率は、液体吐出ヘッド１１０と記録媒体Ｐとの間の気流と、電力供給配線２０３に起因する電界とをナビエ・ストークス方程式及びマクスウェル・ガウス方程式を有限体積法で解析するシミュレーションを行うことにより見出した。シミュレーションのパラメータとしては、電力供給配線２０３の形成領域に対する導電性層２０６の被覆率、電力供給配線２０３への印加電圧、インクミストの電荷量、インクミストの粒径、および液体吐出ヘッド１１０と記録媒体Ｐとの相対移動速度を設定した。設定したパラメータに基づいて記録実験を行い、電力供給配線を起因とする電界によるインクミスト等の付着抑制効果について解析した。

その結果、インクミストの液体吐出ヘッド１１０の吐出口形成面１１０ａへの付着を抑制するには、被覆率を以下の式１で規定される関係を満たす必要があることを見出した。

式１において、Ｕは液体吐出ヘッドと記録媒体との相対移動速度（inch/秒)、Ｖは電力供給配線に印加されている電圧(V)、Ｄはインクミストの粒径 (μm)、Ｑ(C)はインクミストが有する電荷量を示している。

本実施形態では、式１に示す関係を満たすように、電力供給配線２０３が形成されている領域に対向する絶縁層２０５の領域を、導電性層２０６で被覆している。

このように構成された本実施例の液体吐出ヘッド１１０におけるインクミスト等の付着抑制効果を確認するための記録実験を行った。この記録実験では、電力供給配線２０３を被覆する導電性層２０６の被覆率を０．６４とした液体吐出ヘッド(ヘッドＡ)と、導電性層２０６による被覆率を０．９５とした液体吐出ヘッド(ヘッドＢ)を用いた。実験の条件として、ヘッドＡとヘッドＢそれぞれの電力供給配線２０３には２４（V）を印加し、ヘッドＡとヘッドＢそれぞれと記録媒体Ｐとの相対移動速度は３３(inch/秒)とした。

上記の実験により次のような結果が得られた。
電力供給配線２０３に対する導電性層２０６の被覆率を０．６４としたヘッドＡを用いた場合、電力供給配線２０３の形成領域に対向するヘッドＡの吐出口形成面１１０ａの領域にはインクミストが選択的に付着していることが確認された。そして、記録動作を継続したところ、電力供給配線２０３の形成領域に対向する吐出口形成面１１０ａには、選択的に付着したインクミスト同士が合体して大きなインク滴となり、これが吐出口２０７を塞いで吐出不良を発生させた。

一方、電力供給配線２０３を被覆する導電性層２０６の被覆率を０．９５としたヘッドＢを用いた場合、電力供給配線２０３が形成されている領域へのインクミストの付着が抑制された。そして、前述のヘッドＡを用いた場合と同様に記録動作を継続しても、インクミストによって吐出口２０７が塞がれることはなく、吐出不良は発生しなかった。

次に、この実験結果を考察する。
一般に液体吐出ヘッドに付着するインクミストは、粒径が２(μm)前後であり、−５×１０^-15 (C)程度の電荷をもつ。そこで粒径２(μm)、−５×１０^-15(C)の電荷をもつインクミストを想定し、「電力供給配線に印加する電圧」と「導電性層による最小被覆率」との関係を、式１によって求めた例を図４の曲線Ｌ１に示す。図示の例では、液体吐出ヘッド１１０と記録媒体Ｐとの相対移動速度は３３(inch/秒)とした。なお、曲線Ｌ１によって示される「導電性層による最小被覆率」は次のように定義する。すなわち「導電性層による最小被覆率」とは、電力供給配線２０３が形成された領域を、絶縁層２０５を介して導電性層２０６により被覆する割合（被覆率）であって、液体吐出ヘッド１１０に対するインクミスト等の付着抑制効果が得られる被覆率の最小値を指す。

図４において網掛け表示された範囲は、電力供給配線２０３に印加される電圧に対応する最小被覆率以上の被覆率を示す範囲であり、吐出口形成面１１０ａにインクミストが付着するのを抑制し得る範囲（有効範囲）である。従って、導電性層２０６による電力供給配線２０３の被覆率が網掛け表示された領域内に設定されている液体吐出ヘッド１１０では、継続的に記録動作を実行しても、インクミストの付着に起因する吐出不良の発生を抑制することができる。

また、図４において、（Ａ）は前述の実験に用いたヘッドＡにおける被覆率を、（Ｂ）はヘッドＢの被覆率をそれぞれ示している。図４に示すように、前述の実験においてインクミストの付着抑制効果が得られなかったヘッドＡの被覆率は曲線Ｌ１より小さいのに対し、十分なインクミストの付着抑制効果が得られたヘッドＢの被覆率は曲線Ｌ１より大きいことが分かる。従って、液体吐出ヘッド１１０において、インクミスト等が付着するのを抑制することができるか否かは、導電性層２０６の被覆率が、式１によって求めた曲線Ｌ１以上であるか否かによって判断することができる。つまり、液体吐出ヘッド１１０においてインクミストなどの付着抑制効果が得られるか否かは、実験を行わなくとも、導電性層による電力供給配線２０３の被覆率と、曲線Ｌ１とを比較することで判断することができる。

また、導電性層２０６による最低被覆率を上記の式１によって求め、その最小被覆率または、それより若干大きい程度の被覆率で電力供給配線を導電性層によって覆うようにすれば、基板２００と吐出口形成部材３００との接着性を確保し易くなる。すなわち、金属である導電性層は、一般に、樹脂で形成された吐出口形成部材３００との接着性が低いが、絶縁層２０５や基材２０１などの多くは、吐出口形成部材３００に対して高い接着性を有する。このため、導電性層による被覆面積が増大すれば、その分、絶縁層２０５および基材２０１の表面と、吐出口形成部材３００の裏面（図３（ａ）中、下面）との接触面積は減少し、吐出口形成部材３００が基板２００から剥離して不良品となる確率が高くなる。加えて、導電性層２０６を過剰に拡大させた場合には、電力供給配線２０３や他の導体部分が導電性層によって短絡されるという不都合が発生し易くなる。

そこで本実施形態では、導電性層２０６による被覆率を、上記の式１によって得られた最小被覆率に基づき、必要最小限にとどめた構成となっている。このため、本実施例によれば、良好な耐久性および絶縁性を確保しつつ、電力供給配線から生じる電界によってインクミスト等が液体吐出ヘッドに付着するのを抑制することができ、液体吐出ヘッドの吐出性能を長期に亘って維持することが可能になる。

なお、グランド配線を形成する材料は、アルミニウム及び金及び銀及び銅のいずれか１種類の金属、またはこれらの金属を成分に含む合金とすることが可能である。また、導電性層を形成する材料は、バナジウム族金属及び白金族金属(タンタル、バナジウム、ニオブ、イリジウム、白金、パラジウム、ルテニウム、オスミウム、ロジウム)のうちいずれか１種類の金属、またはこれらの金属を成分に含む合金とすることができる。

［実施例２］
次に、本発明の実施例２を説明する。この実施例２では、図３に示す層構造を有すると共に、導電性層２０６による被覆率を０．８５とした液体吐出ヘッド１１０を用い、以下に示す各記録条件で記録動作を行った。記録条件として、液体吐出ヘッド１１０と記録媒体Ｐとの相対移動速度を３３(inch/秒)とした。また、電力供給配線２０３に印加する電圧は、記録条件(イ)として３３(V)を、記録条件(ロ)として２４(V)を、記録条件(ハ)として２０(V)を、記録条件(ニ)として５(V)を、それぞれ設定した。

記録条件(イ)〜(ハ)で記録動作を行なった結果、液体吐出ヘッド１１０の吐出口形成面１１０ａのうち、電力供給配線２０３の形成領域に対向する領域には選択的にインクミストの付着が確認され、記録動作を継続することにより吐出不良が生じた。これに対し、条件(ニ)の場合には、吐出口形成面１１０ａのうち、電力供給配線２０３が形成されている領域と対向する領域へのインクミストの付着は抑制され、インクミストの付着に起因する吐出不良は発生しなかった。

次に、上記実験結果を考察する。
図５は、この実施例２の各記録条件における電力供給配線２０３に印加する電圧と、導電性層による被覆率と、の関係を示す図であり、図中、各記録条件は条件(イ)〜(ニ)として示した。また、図中の曲線Ｌ２は、粒径２(μm)、−５×１０^-15(C)の電荷をもつインクミストを想定し、「電力供給配線に印加する電圧」と「導電性層による最小被覆率」との関係を、式１によって求めた例を示す曲線である。図５に示すように、条件（ニ）は、記録動作を行った場合に液体吐出ヘッド１１０に対するインク付着抑制効果が有効となる範囲（図中、網掛け表示した範囲）に含まれるのに対し、条件(イ)〜(ハ)は有効範囲外となる。これは上記の実験結果と一致する。従って、液体吐出ヘッド１１０においてインクミストなどの付着抑制効果が得られるか否かは、電力供給配線２０３の形成領域に対する導電性層による被覆率と、曲線Ｌ１とを比較することで判断することができる。

［実施例３］
次に、本発明の実施例３を説明する。この実施例３においては、実施例１と同様に、電力供給配線の形成領域を、絶縁層２０５を介して導電性層により被覆する割合（被覆率）を０．８５とした液体吐出ヘッド１１０を用い、以下の記録条件に基づいて記録実験を行った。
この実施例２における記録条件は、［実験条件Ｉ］として、電力供給配線２０３に印加する電圧を１０(V)、液体吐出ヘッド１１０と記録媒体Ｐとの相対移動速度を２５(inch/秒)に設定した。また、［実験条件II］として、電力供給配線２０３に印加する電圧を１０(V)、液体吐出ヘッド１１０と記録媒体Ｐとの相対移動速度を４０(inch/秒)とした。

この記録実験の結果、［実験条件Ｉ］の場合は、液体吐出ヘッド１１０の吐出口形成面１１０ａのうち、電力供給配線２０３が形成されている領域に対向する領域には選択的にインクミストの付着が確認され、記録動作を継続することにより吐出不良が生じた。これに対し、［実験条件II］の場合には、吐出口形成面１１０ａのうち、電力供給配線２０３が形成されている領域と対向する領域に対するインクミストの付着は抑制され、インクミストの付着に起因する吐出不良は発生しなかった。

次にこの実施例２の結果を考察する。
図６は、この実施例３の各記録条件における「電力供給配線に印加する電圧」と「導電性層による被覆率」との関係を示す図である。図中の曲線Ｌ１１は、粒径２(μm)、−５×１０^-15(C)の電荷をもつインクミストを想定し、［実験条件Ｉ］に基づいて記録動作を行う場合の、「電力供給配線に印加する電圧」と「導電性層による最小被覆率」との関係を示す曲線である。また、図中の曲線Ｌ１２は、同様のインクミストを想定し、［実験条件II］に基づいて記録動作を行う場合の、「電力供給配線に印加する電圧」と「導電性層による最小被覆率」との関係を示す曲線である。なお、図中、「Ｃ」は、本実施例において印加電圧（１０(Ｖ)）と被覆率（０．８５）を示す。

図６に示すように、液体吐出ヘッド１１０と記録媒体Ｐとの相対移動速度を４０(inch/秒)とする［実験条件II］では液体吐出ヘッド１１０へのインクミスト等の付着抑制効果が有る有効範囲は曲線Ｌ１１より上の網掛けを施した範囲Ｓ１およびＳ２となる。一方、液体吐出ヘッド１１０と記録媒体Ｐとの相対移動速度が２５(inch/秒)となる［実験条件Ｉ］では、液体吐出ヘッド１１０へのインクミスト等の付着抑制効果がある有効範囲は、曲線Ｌ１２より上の高濃度の網掛け表示を施した範囲Ｓ２となる。このように、同一の被覆率を有する液体吐出ヘッド１１０であっても、液体吐出ヘッド１１０と記録媒体Ｐとの相対速度が変更されることにより、インクミスト等の付着抑制効果は変化することとなる。これは実験結果と一致する。従って、液体吐出ヘッド１１０においてインクミストなどの付着抑制効果が得られるか否かは、導電性層による電力供給配線２０３の被覆率と、曲線Ｌ１またはＬ２と比較することで判断することができる。

［実施例４］
次に、本発明の実施例４における液体吐出ヘッドとして、図７ないし図９に示す３つの例（第１〜第３例）を説明する。ここで、図７は第１例を、図８は第２例を、図９は第３例をそれぞれ示している。各例は、電力供給配線２０３が形成された領域を、絶縁層を介して被覆する導電性層が以下に説明するように異なる形状を有するものとなっているが、その他の点は同様となっている。なお、図７ないし図９では、電力供給配線２０３、グランド配線２０４、およびヒータ２０２等の位置を明らかにするため、これらを覆う絶縁層および吐出口形成部材を取り除いた状態を示している。

図７に示す導電性層２０６Ａは、実施例１と同様に、電力供給配線２０３の形成領域に対応する絶縁層の領域を、導電性層２０６Ａによって被覆している。但し、この導電性層２０６Ａには、絶縁層を部分的に露出させる孔状の非被覆部２０６Ａ１が形成されている。

また、図８に示す導電性層２０６Ｂには、電力供給配線２０３の形成領域に対向する絶縁層の領域の中で、絶縁層を被覆しない非被覆部２０６Ｂ１が複数箇所に形成されている。ここに示す非被覆部２０６Ｂ１は、吐出口の配列方向（Ｘ方向）と直交する方向（Ｙ方向）に延在する線状の領域となっている。

さらに、図９に示す導電性層２０６Ｃは、電力供給配線２０３の形成領域に対応する絶縁層のうち、絶縁層２０５を覆わない複数の非被覆部２０６Ｃ１、２０６Ｃ２が形成されている。ここで非被覆部２０６Ｃ１は、吐出口の配列方向（Ｘ方向）に沿って延在しており、非被覆部２０６Ｃ２はＹ方向に沿って延在している。

以上のように、実施例４では、電力供給配線２０３の形成領域を絶縁層を介して覆う導電性層２０６Ａの中に、絶縁層を覆わない非被覆部が部分的に形成されており、この非被覆部を調整することによって導電性層２０６Ｃによる被覆率が調整されている。

上記のように形成された導電性層２０６Ａ，２０６Ｂ，２０６Ｃを有する液体吐出ヘッドにおいて、各導電性層の非被覆部の面積を調整し、導電性層による電力供給配線２０３の被覆率を実施例１または２と同様に設定して記録動作実験を行った。その結果、この実施例４においても、前述の実施例１または２で示した結果と同様のインクミスト等の付着抑制効果が得られた。また、吐出口形成部材と導電性層との密着性が低い場合には、導電性層の非被覆部を設けて、吐出口形成部材３００と基板２００との接触面積を増大させることにより、両部材を強固に接着させることが可能になった。

［実施例５］
次に、本発明の実施例５を、図１０の断面図を参照しつつ説明する。
この実施例５における液体吐出ヘッド５１０は、吐出口５０７が形成された樹脂製の吐出口形成部材７００と、この吐出口形成部材７００と共に液室５０９を形成する基板６００とを備える。基板６００は、シリコン等で形成された基材６０１と、この基材６０１の表面（図１０中、上面）に形成されたヒータ６０２と、このヒータ６０２に接続された電力供給配線６０３およびグランド配線６０４を有する。また、基材６０１には、その表面を覆うように絶縁層６０５が形成され、絶縁層６０５の表面には導電性層６０６が形成されている。導電性層６０６は、絶縁層６０５のうち、電力供給配線６０３が形成された平面領域と対向する領域の一部を被覆するように形成されている。この導電性層６０６によって電力供給配線６０３に対向する領域を覆う被覆率は、０．０５となっている。しかし、実施例５では、電力供給配線６０３より液体吐出ヘッド５１０の表面に近い位置に形成されたグランド配線６０４が、導電性層６０６と共に、電力供給配線２０３の形成領域Ｒ０に対向する領域Ｒ１、Ｒ２を、絶縁層としての基材６０１を介して覆っている。

この実施例５による液体吐出ヘッド５１０を用いて、実施例１で示した記録条件で同様の実験を行ったところ、実施例１における「ヘッドＢ」と同様に、電力供給配線の形成されている領域に対向する領域へのインクミストの選択的な付着が抑制された。その結果、液体吐出ヘッド５１０に付着したインクミストが吐出口５０７を塞ぐことに起因する吐出不良は発生しなかった。これは、電力供給配線より液体吐出ヘッド表面に近い層がグランド配線である場合には、その配線が導電性層としての効果を発揮することを意味する。

［実施例６］
一般に、インクジェット記録装置によりフルカラー画像を形成する場合には、イエロー、シアン、マゼンタなどの３色以上のインクを用いることが必要となる。そのため液体吐出ヘッドでは、複数の吐出口を列状に配置した吐出口列が複数配置されている。
この実施例６では、図１１に示すように３色のインクそれぞれに対し２本の吐出口列を割り当て、合計６本の吐出口列ＰＡ１〜ＰＡ６を配置した液体吐出ヘッド１１００を作製した。また、各吐出口列の各吐出口１２０７に設けられたヒータ１２０２に電力を供給する電力供給配線１２０３が配されている領域を、実施例１と同様に不図示の絶縁層を介して導電性層１２０６により被覆した。なお、図中、１２０４はグランド配線を示している。

本液体吐出ヘッドを用いて実施例１と同様の実験を行った。その結果、導電性層１２０６による被覆率が図４に示すような有効範囲にある場合、各吐出口列の各ヒータ１２０２に電力を供給している電力供給配線１２０３の形成領域と対向する領域へのインクミストの付着は抑制された。このため、いずれの吐出口列においても液体吐出ヘッド１１００に付着したインクミストが吐出口１２０７を塞ぐことに起因する吐出不良は発生しなかった。

なお、実施例６では、吐出口列が６本形成されている液体吐出ヘッドにも本発明は有効であることを確認した。これにより、本発明は複数本の吐出口列を有する形態の液体吐出ヘッドにも有効であることが明らかになった。

［他の実施例］
上記実施例では、フルラインタイプのインクジェット記録装置に用いられる長尺な液体吐出ヘッドを例にとり説明したが、本発明は、他の記録方式を採用したインクジェット記録装置にも適用可能である。例えば、記録媒体の搬送方向と交差する方向に液体吐出ヘッドを移動させながら記録動作を行う、いわゆるシリアルタイプのインクジェット記録装置に用いる液体吐出ヘッドにも本発明は適用可能である。

また、上記実施例では、インクを吐出するための吐出エネルギーを発生させる吐出エネルギー発生素子として電気熱変換素子であるヒータを用いた例を示したが、吐出エネルギー発生素子として、ピエゾなどの電気機械変換素子を用いることも可能である。

さらに、上記実施例では、液体吐出ヘッドの電力供給配線に対向する領域を、式１で算出した被覆率で絶縁層を介して被覆する例を示した。しかし、電力供給配線に生じる電界によってインクミスト等が付着するのを抑制することのみを目的とする場合には、電力供給配線に対向する領域全体を導電性層によって被覆するようにしてもよく、本発明は特に上記実施例に限定されない。

また、導電性層は、絶縁層を介して電力供給配線を覆うように形成することで上記のような粒子の付着抑制効果を得ることができるが、導電性層を接地すれば導電性層の電位をより安定させることが可能になり、より確実に粒子の付着を抑制することができる。

１１０，５００，１１００ 液体吐出ヘッド
２０１，６０１ 基材
２０２，６０２，１２０２ ヒータ（吐出エネルギー発生手段）
２０３，６０３，１２０３ 電力供給配線
２０４，６０４，１２０４ グランド配線
２０５ 絶縁層（絶縁部）
２０６，２０６Ａ，２０６Ｂ，２０６Ｃ，６０６２，１２０６ 導電性層（導電性部材）
２０６Ａ１，２０６Ｂ１，２０６Ｃ１，２０６Ｃ２ 非被覆部
２０７ 吐出口
３００ａ 吐出口形成面
Ｄｍ 粒子
Ｐ 記録媒体

Claims (14)

1. 吐出口から液体を吐出する液体吐出ヘッドであって、
   前記吐出口から液体を吐出させるための吐出エネルギーを発生する吐出エネルギー発生素子に電力を供給するための電力供給配線と、
   前記電力供給配線の少なくとも一部を、絶縁部を介して被覆する導電性部材と、
   を備え、
   前記吐出エネルギー発生素子に接続されるグランド配線と前記電力供給配線とが、絶縁性を有する基材の中に形成されており、
   前記グランド配線は、前記電力供給配線よりも前記吐出口に近い位置で、前記電力供給配線を被覆することにより、前記導電性部材として機能し、
   前記導電性部材は、前記吐出口と記録媒体との相対移動速度、前記吐出口が形成された吐出口形成面と前記記録媒体との間に浮遊する粒子の径、前記粒子の電荷量、および前記電力供給配線に印加されている電圧、に基づいて定められた被覆率で前記電力供給配線を被覆することを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記被覆率は、前記吐出口と前記記録媒体との相対移動速度をＵ（inch/秒）、前記電力供給配線に印加されている電圧をＶ（Ｖ）、前記粒子の径をＤ(μm)、前記粒子が有する電荷量をＱ（Ｃ）とするとき、以下の式で規定されることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
   
3. 前記粒子は、前記吐出口から吐出される液滴のうち、前記記録媒体に着弾せずに浮遊する液滴であることを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記導電性部材は、前記吐出エネルギー発生素子を被覆することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記導電性部材は、接地されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記吐出エネルギー発生素子に接続されるグランド配線と前記電力供給配線が、絶縁性を有する基材の中に複数の層をなすよう形成され、前記グランド配線は、前記電力供給配線の層よりも前記吐出口に近い位置で、前記電力供給配線を覆うことにより、前記導電性部材として機能することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。
7. 前記導電性部材は、前記導電性部材が形成される領域を被覆しない非被覆部を備えることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。
8. 前記グランド配線を形成する材料は、アルミニウム、金、銀、及び銅のいずれか１種類、または、これらの金属を成分に含む合金であることを特徴とする請求項６または７に記載の液体吐出ヘッド。
9. 前記導電性部材を形成する材料は、バナジウム族金属及び白金族金属(タンタル、バナジウム、ニオブ、イリジウム、白金、パラジウム、ルテニウム、オスミウム、ロジウム)のうちいずれか１種類の金属、またはこれらの金属を成分に含む合金であることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。
10. 記録媒体と相対移動をしつつ前記記録媒体に液体を吐出する吐出口を備える液体吐出ヘッドであって、
    前記吐出口から液体を吐出させるための吐出エネルギーを発生する吐出エネルギー発生素子に電力を供給するための電力供給配線と、
    前記電力供給配線の少なくとも一部を、絶縁部を介して被覆する導電性部材と、
    を備え、
    前記吐出エネルギー発生素子に接続されるグランド配線と前記電力供給配線とが、絶縁性を有する基材の中に形成されており、
    前記グランド配線は、前記電力供給配線よりも前記吐出口に近い位置で、前記電力供給配線を被覆することにより、前記導電性部材として機能し、
    前記導電性部材が前記電力供給配線を覆う被覆率は、前記吐出口と前記記録媒体との相対移動速度をＵ（inch/秒）、前記電力供給配線に印加されている電圧をＶ（Ｖ）、前記吐出口が形成された吐出口形成面と前記記録媒体との間に浮遊する、前記吐出口から吐出される主滴に付随する粒子の径をＤ(μm)、前記粒子が有する電荷量をＱ（Ｃ）とするとき、以下の式で規定されることを特徴とする液体吐出ヘッド。
    
11. 前記粒子は、前記吐出口から吐出される液滴のうち、前記記録媒体に着弾せずに浮遊する液滴であることを特徴とする請求項１０に記載の液体吐出ヘッド。
12. 前記導電性部材は、接地されていることを特徴とする請求項１０または１１に記載の液体吐出ヘッド。
13. 前記吐出エネルギー発生素子に接続されるグランド配線と前記電力供給配線が、絶縁性を有する基材の中に複数の層をなすよう形成され、前記グランド配線は、前記電力供給配線の層よりも前記吐出口に近い位置で、前記電力供給配線を覆うことにより、前記導電性部材として機能することを特徴とする請求項１０ないし１２いずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。
14. 前記導電性部材を形成する材料は、バナジウム族金属及び白金族金属(タンタル、バナジウム、ニオブ、イリジウム、白金、パラジウム、ルテニウム、オスミウム、ロジウム)のうちいずれか１種類の金属、またはこれらの金属を成分に含む合金であることを特徴とする請求項１０ないし１３のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。