(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像記録材料にインクを吐出するインク吐出口と、インク吐出口に連通するインク流路と、画像信号に応じてインクを吐出するインク吐出手段と、からなるインクジェット記録ヘッドにおいて、インクの流れ方向中途にインク流路の開口を閉塞する形態で、インクが通過可能な貫通孔を有する電極が、インクの流れ方向に対して一定の角度を有して配設され、さらに対向電極が、前記貫通孔を有する電極の上流側のインク流路側壁に、前記貫通孔を有する電極に対向するように配設されてなることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【請求項２】
さらに、電極の表面に保護層が被覆されてな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。
【請求項３】
インクの流れ方向の貫通孔を有する電極より上流であって、インク流路側壁に、気泡トラップ構造を設けてなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項４】
気泡トラップ構造が気泡を収容し得る個室の形状となっており、該個室のインクと接する壁面が撥インク処理されていることを特徴とする請求項３に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項５】
さらに、気泡トラップ構造と外部とを連通する抜気孔、および、該抜気孔を開閉し得るバルブ手段を有することを特徴とする請求項３または４に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項６】
気泡トラップ構造が気泡を収容し得る個室の形状となっており、インク流路と連通する部分の個室の開口が狭く、個室の内部が広く形成されていることを特徴とする請求項３ないし請求項５のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッドを用い、該インクジェット記録ヘッドのインク流路にインクを供給し、画像信号に応じてインク吐出手段によりインク吐出口からインクを吐出させて記録を行うインクジェット記録方法において、前記インクジェット記録ヘッド内の貫通孔を有する電極と、対向電極と、の間に電圧を印加し、インク流路に電界を生じさせることを特徴とするインクジェット記録方法。
【請求項８】
貫通孔を有する電極と、対向電極と、の間に印加する電圧が交流電圧であり、インク流路に生じさせる電界が交流電界であることを特徴とする請求項７に記載のインクジェット記録方法。
【請求項９】
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ないし請求項６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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクを吐出させて画像の記録を行うインクジェット記録ヘッド、該インクジェット記録ヘッドを用いたインクジェット記録方法およびインクジェット記録装置に関し、特にインク中に含まれる気泡が、インクジェット記録ヘッドのインク吐出口近傍への流入を防止可能なインクジェット記録ヘッド、該インクジェット記録ヘッドを用いたインクジェット記録方法およびインクジェット記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット記録ヘッド内のインク中には周囲環境の大気が、気体のインクに対する溶解度に依存して溶解し、溶存気体として存在している。
従って、周囲環境の温度変化や圧力変化により、溶存気体が過飽和状態になるとインクジェット記録ヘッド内で気泡化する。
【０００３】
気泡の発生は、インクジェット記録ヘッドの印字性能に関し以下▲１▼および▲２▼に示す如く、様々な悪影響を及ぼす。
【０００４】
▲１▼気泡がインク流路に滞留し、気泡のサイズが、インクジェット記録ヘッド内に設けられたインク流路のサイズと同程度以上になると、インク供給が不十分となり、最悪の場合印字不能に陥る。
【０００５】
▲２▼圧力室に配された発熱素子や電歪素子等の圧力発生手段によりインクを加圧して、吐出口からインクドロップを吐出させるインクジェット記録方式では、気泡が圧力室に存在すると、本来インクに作用すべき圧力が気泡の圧縮により吐出口付近のインクに十分に伝わらずインクの吐出不良を起こす事がある。
【０００６】
これらインクジェット記録ヘッド内のインク中に存在する気泡に起因する問題点を解消する手段として、特開昭６２−１１３５５６号、同６３−２９５２６５号公報等で提案されている所謂バキューム吸引方式がある。これは、インクジェット記録ヘッド本体の各ノズル（吐出口）面のインクが露出する端面全域をキャップで覆い、キャップ内部を負圧状態として、インクジェット記録ヘッド内の気泡をインクごと吸引除去するものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
バキューム吸引方式には以下に示す▲１▼〜▲５▼の課題がある。
▲１▼キャップ内部を負圧状態にするためのポンプ機構が必要になるため、装置の小型化の障害となり、また高コスト化につながる。
▲２▼気泡を吸引すると同時に大量のインクを吸引するので、排インクを保持する排インクタンクが必要になるため、装置の小型化の障害となる。
【０００８】
▲３▼排インクをインクジェット記録ヘッドに戻して、再度印字に使用する事も可能ではあるが、そのための機構が複雑になるので通常は廃棄されており、印字コストの上昇につながっている。
▲４▼キャップで密閉しインクジェット記録ヘッド内の気泡をインクごと吸引するため、吸引終了後のノズル面にはインクが付着する。ノズル面に付着したインクは、ワイパ部材により拭き取られる（ワイピング工程）。しかしながら、このワイピング工程が新たな問題を引き起こす事が知られている。即ち、ノズル面には通常撥液処理薄層や親液処理薄層の類が設けられるが、これら処理薄層がワイピングによって摩耗したり、あるいは、剥離することがあるという問題である。また、ノズル面に密着して摺動させる結果、不要物（ゴミ、汚れたインク等）をノズル内に押し込んでしまうことがあるという問題もある。
【０００９】
▲５▼停止状態、特に長時間（数日以上）停止状態にあったプリンタを起動して記録動作をさせる場合、気泡除去のための上記一連の工程が複雑で時間を要するので、１枚目のプリントを得るまでの待機時間が長くなるという問題がある。
従って本発明は、以上の技術的課題を解決するためになされたものであって、インクジェット記録ヘッド内の気泡に起因する問題点を、バキューム吸引方式を用いることなく解決し得るインクジェット記録ヘッド、該インクジェット記録ヘッドを用いたインクジェット記録方法およびインクジェット記録装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的は以下の本発明により達成される。
即ち、第１の本発明は、画像記録材料にインクを吐出するインク吐出口と、インク吐出口に連通するインク流路と、画像信号に応じてインクを吐出するインク吐出手段と、からなるインクジェット記録ヘッドにおいて、インクの流れ方向中途にインク流路の開口を閉塞する形態で、インクが通過可能な貫通孔を有する電極が、インクの流れ方向に対して一定の角度を有して配設され、さらに対向電極が、前記貫通孔を有する電極の上流側のインク流路側壁に、前記貫通孔を有する電極に対向するように配設されてなることを特徴とするインクジェット記録ヘッドである。
【００１１】
第１の本発明のインクジェット記録ヘッドによれば、貫通孔を有する電極と対向電極との間に電圧を印加し、インク流路に電界を生じさせることにより、インクは電極の貫通孔を通過してインク吐出口に流れてゆくのに対し、インク中に存在する気泡は、その表面に誘電分極による電荷の偏りが生じ、貫通孔を有する電極からの電界による斥力を受け電極の貫通孔を通過することができず、インクの流れ方向への進行が妨げられる。従って、圧力室等のインク吐出口付近への気泡の侵入が防止される。
【００１２】
また、第１の本発明のインクジェット記録ヘッドによれば、貫通孔を有する電極が、インクの流れの垂直方向に対して一定の角度を有して配設され、さらに対向電極が、インク流路側壁であって、貫通孔を有する電極に対向するように配設されているため、両電極の間隙がインクの流れ方向に進むにしたがい狭まり、両電極間に電圧を印加したときに生ずる電界が、インクの流れ方向上流側程弱電界となる。このような不均一電界が形成されることにより、インク中に存在する気泡が電極から受ける電界による斥力が、より一層強くなり、インクの流れ方向への進行が妨げられ、圧力室等のインク吐出口付近への気泡の侵入がより有効に防止される。
【００１３】
第２の本発明は、第１の本発明のインクジェット記録ヘッドであって、さらに、電極の表面に保護層が被覆されてなることを特徴とする。
【００１４】
第２の本発明のインクジェット記録ヘッドによれば、インクと電極との間を絶縁することにより、両者間での反応を防ぐことができるとともに、比較的電気抵抗の低いインクを適用する場合に、インク中に不要な電流が流れることを防止することができる。
【００１６】
第３の本発明は、第１または第２の本発明のインクジェット記録ヘッドであって、インクの流れ方向の貫通孔を有する電極より上流であって、インク流路側壁に、気泡トラップ構造を設けてなることを特徴とする。
【００１７】
第３の本発明のインクジェット記録ヘッドによれば、貫通孔を有する電極から斥力を受け、インクの流れ方向への進行が妨げられた気泡が、気泡トラップ構造に捕獲されるため、インク流路に滞留することがなく、圧力室等のインク吐出口付近への気泡の侵入が長期間にわたり有効に防止される。
【００１８】
第４の本発明は、第３の本発明のインクジェット記録ヘッドであって、気泡トラップ構造が気泡を収容し得る個室の形状となっており、該個室のインクと接する壁面が撥インク処理されていることを特徴とする。
【００１９】
第４の本発明のインクジェット記録ヘッドによれば、気泡が個室の壁に吸着しやすくなり、気泡の捕獲効果がより向上する。
【００２０】
第５の本発明は、第３または第４の本発明のインクジェット記録ヘッドであって、さらに、気泡トラップ構造と外部とを連通する抜気孔、および、該抜気孔を開閉し得るバルブ手段を有することを特徴とする。
【００２１】
第５の本発明のインクジェット記録ヘッドによれば、所定のタイミングで自動的に、あるいは手動でバルブ手段を開口することにより気泡トラップ構造に溜まった気泡を抜気することができ、長期間の使用により気泡トラップ構造に溜まった気泡が溢れ出るといった、不具合を防止することができる。従って、第５の本発明の構成によれば、半永久的に、気泡による不具合の生じないインクジェット記録ヘッドとすることができる。
【００２２】
第６の本発明は、第３ないし第５のいずれか１の本発明のインクジェット記録ヘッドであって、気泡トラップ構造が気泡を収容し得る個室の形状となっており、インク流路と連通する部分の個室の開口が狭く、個室の内部が広く形成されていることを特徴とする。
【００２３】
第６の本発明のインクジェット記録ヘッドによれば、一旦捕獲した気泡の再流出を起こしにくいという効果がある。
【００２４】
第７の本発明は、第１ないし第６のいずれか１の本発明のインクジェット記録ヘッドを用い、該インクジェット記録ヘッドのインク流路にインクを供給し、画像信号に応じてインク吐出手段によりインク吐出口からインクを吐出させて記録を行うインクジェット記録方法において、前記インクジェット記録ヘッド内の貫通孔を有する電極とアースまたは対向電極との間に電圧を印加し、インク流路に電界を生じさせることを特徴とするインクジェット記録方法である。
【００２５】
第７の本発明のインクジェット記録方法によれば、貫通孔を有する電極とアースとの間に電圧を印加し、インク流路に電界を生じさせることにより、インクは電極の貫通孔を通過してインク吐出口に流れてゆくのに対し、インク中に存在する気泡は、その表面に誘電分極による電荷の偏りが生じ、貫通孔を有する電極からの電界による斥力を受け電極の貫通孔を通過することができず、インクの流れ方向への進行が妨げられる。従って、圧力室等のインク吐出口付近への気泡の侵入が防止される。
【００２６】
第８の本発明は、第７の本発明のインクジェット記録方法であって、貫通孔を有する電極とアースまたは対向電極との間に印加する電圧が交流電圧であり、インク流路に生じさせる電界が交流電界であることを特徴とする。
【００２７】
第８の本発明のインクジェット記録方法によれば、インク中にイオン化した成分が存在する場合や帯電した成分が存在する場合にも、それら成分が電極上あるいは電極を覆う保護層上に堆積してしまうことがなく、同時にインク成分を変化させることもなくなる。
【００２８】
第９の本発明は、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第１ないし第６のいずれか１の本発明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である。
【００２９】
第９の本発明インクジェット記録装置によれば、使用するインクジェット記録ヘッドが第１ないし第６のいずれか１の本発明のインクジェット記録ヘッドであるため、インク中に存在する気泡は、電極の貫通孔を通過することができず、圧力室等の吐出口付近への侵入が防止され、気泡によるインク吐出不良等の不具合が生じにくい。
【００３０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のインクジェット記録ヘッド（以下、「記録ヘッド」と略す場合がある）に関する、参考実施の形態の記録ヘッド１００の動作状態を表す拡大断面図である。
【００３１】
記録ヘッド１００の内部には、インクタンク（不図示）からノズル板１３０に形成された吐出口（インク吐出口）１０６までを繋ぐインク流路１１２が形成され、矢印Ａ方向にインクの流れが生ずるようになっている（図１では、インク流路１１２を示すのにその領域のみを指して符号を付しているが、インク流路１１２は、当該領域におけるインク１０２が流れる記録ヘッド１００内部の連通孔を指す。以下、「インク流路」といった場合に同様。）。
なお、インク流路１１２の開口（矢印Ａ方向と垂直な断面）の形状は、円形、矩形、六角形等任意の形状とすることができる。
【００３２】
インク流路１１２の矢印Ａ方向吐出口１０６手前側壁には、インク吐出手段である発熱素子１０４が配されている（インク流路１１２中の発熱素子１０４周辺を圧力室１２０という場合がある）。なお、本実施の形態においては、インク吐出手段として、発熱素子１０４を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、電歪素子や、静電気力を利用したもの（特開平５−５０６０１４号公報等）、静電吸引方式によるもの（特開平１０−１３８４９４号公報等）、波動集中方式によるもの（特開平６−１１５０６９号公報等）等従来公知のインクジェット記録におけるあらゆるインク吐出手段を採用することができる。これらのうち、静電吸引方式や波動集中方式によるものは、圧力室を必要としない方式ゆえ、気泡が生じても、気泡が圧力室に混入することによる吐出不良の問題は生じないが、インク流路に気泡が滞留してインクの供給を阻害する可能性があり、本発明を適用することにより、そのような問題が解決される。
【００３３】
圧力室１２０は発熱素子１０４が画像信号に応じて形成するバブルの圧力を効果的にインク１０２に作用させるために設けられており、通常は隔壁により個別に仕切られ、個別インク流路１０２ｂに分かれている（図１においては、図示されない隔壁により、図面奥行き方向に複数の吐出口１０６に対応して設けられた複数の個別インク流路１１２ｂが形成されている）。個別インク流路１１２ｂより上流側はインク１０２を効率的に供給するための共通インク流路１１２ａが設けられている。
【００３４】
記録ヘッド１００内のインク流路１１２にはインク１０２が満たされ、発熱素子１０４から吐出エネルギー（圧力）を得たインク１０２が吐出口１０６でドロップ化し、インク滴１０８となって、被記録材（画像記録材料）１１０に着弾することで画像を記録する。
【００３５】
共通インク流路１１２ａの矢印Ａ方向下流側に、図１に示す通り、インク流路１１２を横断するように、即ちインク流路１１２の開口を閉塞する形態で電極（貫通孔を有する電極）１１４が配設されている。なお、図１において、電極１１４は矢印Ａ方向の垂直方向に対して一定の角度を有して配設されているが、インク流路１１２の開口を閉塞する形態であればその角度に限定はない。電極１１４には貫通孔が設けられており、インク１０２の流れを阻害することはない。
【００３６】
電極１１４に設けられる貫通孔の形状は特に限定されない。例えば、図２（ａ）に示すように矩形の貫通孔１３４ａや、図２（ｂ）に示すように円形の貫通孔１３４ｂであってもよいし、他の形状でも構わない。形状、サイズを揃える必要も特にない。また、貫通孔のパターンも図２（ａ）および（ｂ）に示すように規則的でなければならないものではなく、幾何学的に配列してもよいし、ランダム配置でもよい。さらに細い金属線を編んだメッシュ構造でもよい。
【００３７】
ただし、貫通孔はインク１０２の流れを阻害しない程度の開口率を有することが必要となる。具体的な平均開口率（電極の単位面積当たりの開口面積の割合；％）としては、１０％以上とすることが好ましく、３０％以上とすることがより好ましいが、インク流路１１２の開口の面積や、インクの種類等により適宜設定すればよく、上記数値規定に限定されるものではない。なお、平均開口率の上限値としては、後述の貫通孔のサイズを維持し得るように、かつ、電極１１４全体の剛性を確保し得るように形成すれば、特に限定されず、使用する電極１１４の材料自体の剛性によって適宜決定すればよい。
【００３８】
貫通孔のサイズは、貫通孔で気泡１１８を塞き止めるわけではないので、極端に小さくする必要はない。ただし、後述する気泡流入防止電界の効果を発揮するためには大きすぎるサイズは好ましくなく、円形換算直径で５００μｍ以下とすることが好ましく、より好ましくは３００μｍ以下、さらに好ましくは１００μｍ以下である。一方、貫通孔のサイズは、インク１０２の流れを阻害しない程度の大きさであることが必要であり、５μｍ以上とすることが好ましく、より好ましくは１０μｍ以上、さらに好ましくは１５μｍ以上である。
【００３９】
本実施の形態の記録ヘッド１００を用いてインクジェット記録を行う際、電極１１４と不図示のアースとの間には所定の電源手段により電圧が印加され、その結果インク流路１１２中に不均一電界である気泡流入防止電界が形成される。本実施の形態における気泡流入防止電界は、電極１１４には貫通孔が設けられているので、貫通孔近傍は孔のエッジ効果により強電界が形成され、かつ、電極１１４から離れた位置の電界強度は急激に小さくなる。
【００４０】
気泡流入防止電界の作用について、図３を用いて説明する。電極３３６ａ，３３６ｂ間に印加された電圧により形成された気泡流入防止電界の影響を受けて、気泡流入防止電界が作用する領域に流入した気泡３１８の表面には、誘電分極による電荷の偏りが生じ、気泡３１８表面の正電極側（電極３１４ａ側）には正電荷が、負電極側（電極３１４ｂ側）には負電荷が分布する。これは気泡３１８を取り囲むインク３０２の誘電率が気泡３１８の誘電率より大きいことに起因する。その結果、気泡３１８は両方の電極３１４ａ，３１４ｂから斥力を受け、合力として強電界側から弱電界側へ向かう力（誘電泳動力と呼ばれる）を受ける。したがって、気泡流入防止電界は、気泡３１８に対し常に強電界側から弱電界側に向かう作用力を発生するものである。このように、気泡流入防止電界が気泡３１８に作用し、気泡３１８は弱電界側、即ちインクの流れ方向上流側への力を受け、インクの流れ方向への進行が妨げられ、圧力室等の吐出口付近への気泡の侵入が防止される。
【００４１】
なお、電極１１４の対向電極としてのアースは、電極１１４からインクの流れ方向（矢印Ａ方向）上流側に電極を設置することによりアース電極としてもよいが、装置全体をアース電極とすることで、電極１１４から十分に離れた所に電極１１４の対向電極が配されることになり、貫通孔近傍のエッジ効果による強電界に対し、電極１１４から離れた位置の電界強度は極端に小さくなるため、有効な気泡流入防止電界が形成される。
【００４２】
インク１０２中にイオン化した成分が存在する場合や帯電した成分が存在する場合、それら成分は電界の向きに沿ってクーロン力を受けることになり、正に荷電している成分は負極側に、負に荷電している成分は正極側に泳動する（この現象は「電気泳動」と呼ばれる）。その結果、電極１１４表面あるいは電極１１４を覆う保護層表面に不要の堆積物を生じることとなり、同時にインク成分を変化させる結果となる。従って、気泡流入防止電界を正負が交互に反転する交流電界とすることにより、上記電気泳動が生じないようにすることが望ましく、電極１１４およびアースに印加する電圧は、交流電圧であることが望ましい。
【００４３】
交流電圧（電界）の周波数は、数Ｈｚから数ＭＨｚの範囲で適用可能である。しかし、周波数が低すぎると上記電気泳動現象による問題が回避できず、周波数が高すぎると電源が高価になり、それぞれ好ましくない。従って、好ましい周波数範囲としては１０Ｈｚ〜１ＭＨｚであり、より好ましくは５０Ｈｚ〜５００ｋＨｚである。交流電圧（電界）の波形は、特に限定されず、三角波、ｓｉｎ波、矩形波、鋸波等あらゆる波形が選択され得る。
【００４４】
交流電圧（電界）の振幅は、気泡のサイズ、インクの粘度、インクの比誘電率、インクの流速、インク流路のサイズ、電極形状等を勘案して決定される。気泡に作用する斥力は、電界強度の２乗の変化率（ｇｒａｄ（Ｅ2 ））が大きいほど大きくなる。印加電圧の振幅が大きい方が、（ｇｒａｄ（Ｅ2 ））を大きくするヘッド設計、および、パラメータ設計が容易になるので、振幅としては、０Ｖを基準として１０Ｖ以上が好ましく、より好ましくは５０Ｖ以上である。一方、あまり高電圧を印加すると消費電力が増大し、吐出手段を制御する信号への悪影響が生ずる可能性もあるため、振幅としては、０Ｖを基準として１０００Ｖ以下、より好ましくは３００Ｖ以下である。
【００４５】
本実施の形態において、電極１１４の表面には、保護層を形成することもできる。保護層を形成すれば、インク１０２と電極１１４との反応を防ぐことができ、またインク１０２が比較的電気抵抗が低い場合に、インク１０２中に不要な電流が流れることを防ぐこともできる。ただし、インク１０２の電気抵抗が十分に高く、かつ電極１１４とインク１０２とが電界の存在下で接触しても反応を起こさないような材料の組み合わせを選択できる場合には、保護層を設ける必要はない。
【００４６】
保護層は、電極とインクとの接触を遮断可能な緻密な層形成が可能で、電極とインクとの電気的絶縁性を確保し得る電気抵抗を有し、かつ、インクに対して溶け出さない材料で形成されればよい。このような性質の材料としては、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアラミド樹脂、ポリスルホン樹脂、シリコーン樹脂、含フッ素樹脂等の高分子材料；酸化珪素、窒化珪素、炭化珪素およびその化合物；アルミナ、酸化チタン、窒化チタン、炭化チタン等の無機化合物等の材料が挙げられ、さらに、これら材料の化合物、混合物や、その他従来より公知の絶縁性の材料を挙げることができる。保護層は、これらの材料を被覆材として、任意の手段で電極１１４の表面に被覆することにより形成することができる。
【００４７】
保護層の具体的な被覆方法としては、上記被覆材を適当な溶剤に溶解して塗布液を調製し、該塗布液を浸漬塗布、スプレー塗布、ロール塗布、バーコーター塗布等の塗布手段により電極１１４表面に塗布および乾燥させる方法、あるいは、上記被覆材をフィルム上に成型し、これを直接電極１１表面に貼り付ける方法等が挙げられる。さらにＣＶＤ法、スパッタリング法、真空蒸着法等の従来公知の薄膜形成方法によっても形成することができ、また、電極１１４の表面に酸化、炭化あるいは窒化等の反応処理を施すことにより形成することもできる。
【００４８】
インク１０２としては、水性インク、油性インク、ＷＡＸ系ホットメルトインク、樹脂系ホットメルトインク等様々なものを用いることができる。これは、いずれのインクの誘電率も、印加する電圧の周波数によって異なるものの通常真空の誘電率の数倍〜８０倍であるのに対し、記録ヘッド１００中に発生する気泡１１８の成分は、空気、酸素、水素、窒素等であり、いずれの場合も誘電率は真空の誘電率とほぼ等しくなり、既述の気泡流入防止電界が有効に作用するからである。
【００４９】
図４は、本発明のインクジェット記録ヘッドの一例として、第１の実施の形態の記録ヘッド４００を表す拡大断面図である。参考実施の形態の記録ヘッド１００と基本的な構成や作用等は同様であるが、参考実施の形態の記録ヘッド１００の構成に加えて、電極４１４に対向する対向電極４３８が、共通インク流路４１２側壁に配設されている。
【００５０】
本実施の形態の記録ヘッド４００を用いてインクジェット記録を行う際、電極４１４と対向電極４３８との間には所定の電源手段により電圧が印加され、その結果インク流路４１２中に不均一電界である気泡流入防止電界が形成される。本実施の形態における気泡流入防止効果は、参考実施の形態同様の貫通孔の形状効果（エッジ効果）による電界の他、電極４１４と対向電極４３８との間隙の勾配による電界も作用するため、より高いものとなる。
【００５１】
即ち、２枚の電極４１４，４３８間の間隙は、インクの流れ方向（図１中矢印Ｂ方向）に対して、インク流路１１２の下流側（吐出口側）が狭く、上流側が広いので吐出口側が強電界で、反対側が弱電界となり、この領域に流れ込んだ気泡４１８は、図４中の左上方に誘電泳動力を受け吐出口側への流入が防止される。勿論、本実施の形態の構成でも、参考実施の形態と同様に電極４１４の貫通孔近傍では、貫通孔の形状効果（エッジ効果）による不均一電界も形成されているので、当該不均一電界によっても気泡の流入を防止する効果が発揮される。
【００５２】
第１の実施の形態を構成する部材の構造、形状、および材料や、第１の実施の形態の作用、効果は、以上説明した第１の実施の形態に固有のものを除いては、参考実施の形態と同様である。また、対向電極４３８にも、上記貫通孔を有する電極４１４の表面に設けることができる保護層を、同様に設けることができる。
【００５３】
図５は、本発明のインクジェット記録ヘッドの他の一例として、第２の実施の形態の記録ヘッド５００を表す拡大断面図である。第１の実施の形態の記録ヘッド４００と基本的な構成や作用等は同様であるが、第１の実施の形態の記録ヘッド４００の構成に加えて、電極５１４より矢印Ｃ方向上流、かつ、共通インク流路５１２ａの側壁であって、インク５０２の主たる流路から外れた位置に、気泡トラップ構造である凹状の気泡溜まり５２４が設けられてなる。気泡溜まり５２４は気泡を収容し得る個室の形状となっている。
【００５４】
本実施の形態の記録ヘッド５００を用いてインクジェット記録を行う際、参考実施や第１の実施の形態同様、インク流路５１２中に不均一電界である気泡流入防止電界が形成される。
【００５５】
本実施の形態では、電極５１４，５３８からの気泡流入防止電界による斥力を受け、矢印Ｃ方向への進行が妨げられた気泡５１８が、気泡５１８自体の浮力の作用も手伝って気泡トラップ構造である気泡溜まり５２４に捕獲される。従って、気泡５１８がインク流路５１２に滞留することがなく、圧力室５２０等の吐出口５０６付近への気泡５１８の侵入が長期間にわたり有効に防止される。
【００５６】
また、複数の吐出口を有する記録ヘッドでは、あるインク吐出口からのインクの吐出が記録ヘッド内の圧力変動を引き起こし、他の吐出口のメニスカスを振動させてしまい、これにより安定な吐出が阻害されることが知られている。この現象を抑制するのに、インク室内に気泡を配置することにより圧力変動を吸収させることが有効であることが知られている。本実施の形態では、気泡によるインク供給不良を防止する効果があるとともに、気泡を記録ヘッド内に残すことで前記記録ヘッド内の圧力変動を吸収することも可能となる。
【００５７】
本実施の形態では、図６に示すように、気泡トラップ構造である気泡溜まり５２４に捕獲された気泡５１８がある程度の量溜まってきた場合に、これを抜気すべく、バルブ手段５２８を介して気泡溜まり５２４に連通する抜気管５２６を設けることも好ましい態様である。所定のタイミングで自動的に、あるいは手動でバルブ手段５２８を開口することにより気泡溜まり５２４に溜まった気泡５１８を抜気することができ、長期間の使用により気泡溜まり５２４に溜まった気泡５１８が溢れ出るといった、不具合を防止することができる。従って、気泡溜まり５２４に連通する抜気管５２６を設ければ、半永久的に、気泡による不具合の生じないインクジェット記録ヘッドとすることができる。
【００５８】
気泡トラップ構造としては、気泡溜まり５２４内のインク５０２と接する壁面が撥インク処理されていることが好ましい。かかる構成とすれば、気泡５１８が壁面に吸着されやすくなり、気泡５１８の捕獲効果が向上する。かかる撥インク処理は、インク５０２との接触角が７０°以上、好ましくは１００°以上となるような材料で表面を被覆すれば良い。一般的に撥インク性を示す材料としてはフッ素樹脂系の材料が知られており、例えば以下のような材料であれば、適宜選択可能である。
【００５９】
ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、具体的にはポリフロンＴＦＥ（ダイキン工業社製）やＴｅｆｌｏｎ  ＴＦＥ（Ｄｕ  Ｐｏｎｔ社製）；テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、具体的にはネオフロンＰＦＡ（ダイキン工業社製）やＴｅｆｌｏｎ  ＰＦＡ（Ｄｕ
Ｐｏｎｔ社製）；テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、具体的にはネオフロンＦＥＰ（ダイキン工業社製）やＴｅｆｌｏｎＦＥＰ（Ｄｕ  Ｐｏｎｔ社製）；テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＥＰＥ）、具体的にはネオフロンＥＰＡ（ダイキン工業社製）やテフロンＥＰＥ（三井デュポンフロロケミカル社製）；テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、具体的にはアフロンＣＯＰ（旭硝子社製）やＴｅｆｚｅｌ（Ｄｕ  Ｐｏｎｔ社製）；ポロクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、具体的にはネオフロンＣＴＦＥ（ダイキン工業社製）やＫｅｌ−Ｆ（３Ｍ社製）；クロロトリフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、具体的にはＨａｌａｒ（Ａｕｓｉｍｏｎｔ  Ｎ．Ｖ．製）；ポリビニリデンフルオライド（ＰＶｄＦ）、具体的にはＫＦポリマー（呉羽化学工業社製）；ポリビニルフルオライド（ＰＶＦ）、具体的にはＴｅｄｌａｒ（Ｄｕ  Ｐｏｎｔ社製）などが挙げられる。また、最近では主鎖に環状構造を有するパーフルオロフッ素樹脂；具体的にはサイトップ（旭硝子社製）やＴｅｆｌｏｎ  ＡＦ（Ｄｕ  Ｐｏｎｔ社製）なども挙げられる。さらには、その他フッ素原子を含有する樹脂、例えば、フッ素化エポキシ樹脂、フッ素化ポリイミド樹脂、フッ素化ポリアミド樹脂、フッ素化アクリル樹脂、フッ素化ポリウレタン樹脂、フッ素化シロキサン樹脂およびそれらの変性樹脂なども挙げられる。一方、シリコン原子を含む撥水処理剤やシリコン系樹脂を用いてもよい。
【００６０】
気泡トラップ構造は、図５に示す気泡溜まり５２４ような凹状の部屋構造に限られない。例えば、図７に示す気泡溜まり７２４のように、インク流路７１２と連通する部分７２４ａが狭く内部７２４ｂが広い構造は、一旦捕獲した気泡７１８の再流出を起こしにくいという効果があるため好ましい形状である。
【００６１】
なお、気泡トラップ構造は、気泡５１８自体の浮力の作用を有効に生かすべく、開口が水平面（地面）に対向するように気泡溜まり５２４を設けることが必要となる。従って、図５では、水平面に対し右向き平行にインク滴５０８を吐出する形態であるため、気泡溜まり５２４はそのまま下向きに開口している。しかし、これを上下反転させ、水平面に対し左向き平行にインク滴５０８を吐出する場合には、共通インク流路５１２ａ側壁の、図５において気泡溜まり５２４が設けられている箇所と対向する箇所に気泡溜まりを設ける必要がある。このような観点より考えると、例えば図８に示すように本実施の形態の記録ヘッド８００を水平面に対し右斜め下向きにインク滴８０８を吐出する形態であるならば、図８に示すような形状の気泡溜まり８２４にして、開口が水平面（地面）に対向するようにすることが好ましい。
【００６２】
従って、気泡トラップ構造としての気泡溜まり５２４，７２４，８２４の形状や配置箇所は、記録ヘッド５００，７００，８００の水平面に対する傾き、インク流路５１２，７１２，８１２の形状等により適宜決定すればよい。
【００６３】
第２の実施の形態を構成する部材の構造、形状、および材料や、第２の実施の形態の作用、効果は、以上説明した第２の実施の形態に固有のものを除いては、参考実施および第１の実施の形態と同様である。
【００６４】
以上、本発明を実施の形態を挙げて説明してきたが、本発明は上記実施の形態に挙げたものに限定されるものではなく、例えば電極の形状や配置する位置、電圧の印加方法等は上記実施の形態で挙げられたもの以外のものも適用しうる。また、本発明は、上記実施の形態を挙げられたの吐出手段によって限定されるものではない。
【００６５】
さらに、上記実施の形態においては、すべてインク吐出口、およびインクの吐出方向が右向きであるが、下向き、上向き、左向き、あるいはこれら相互の中間等、如何なる方向に本発明のインクジェット記録ヘッドが向いていても構わない。
【００６６】
以上の如き構成の本発明のインクジェット記録ヘッドは、従来よりあるいわゆるインクジェット記録装置、即ち、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、を備えるインクジェット記録装置において、好適に用いられる。本発明のインクジェット記録ヘッドを用いた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圧力室等の吐出口付近への気泡の侵入が防止され、気泡によるインク吐出不良等の不具合が生じにくい。
【００６７】
【実施例】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
本発明のインクジェット記録ヘッドを実験機のインクジェット記録装置に組み込み、印字テストを実施した。
本実施例に用いたインクジェット記録ヘッドは、図５に示した記録ヘッド５００の如き構造であって、基板１（インク流路５１２の側壁を構成する部材であって、発熱素子５０４が形成されている側の部材）と、基板２（インク流路５１２の側壁を構成する部材であって、気泡溜まり（気泡トラップ構造）５２４が形成されている側の部材）と、ノズル板５３０と、からなる。
ノズル板５３０は、厚さ５０μｍのニッケル板からなり、レーザー加工で直径３０μｍの吐出口５０６が形成されている。吐出口５０６の紙面垂直方向の配列密度は、１インチ当たり４００ノズルであり、吐出口５０６の総数は１６０ノズルである。
【００６８】
基板１および基板２は、結晶Ｓｉからなる。
基板１の表面には、個別インク流路５１２ｂ毎に発熱素子５０４と、発熱素子５０４を駆動させるための電気配線等が成膜され、共通インク流路５１２ａに面する部分には、保護層（不図示）で表面を被覆した対向電極５３８が形成されている。
基板２には、基板１に形成される発熱素子５０４に対応して、共通インク流路５１２ａと連通する個別インク流路５１２ｂおよび圧力室５２０となる溝が複数形成されている。
基板１と基板２とは、インク流路５１２が閉塞されないように各部が接着され、インク５０２が吐出口５０６以外の箇所から外部に漏れ出さないように封止される。
【００６９】
電極５１４は、厚さ５０μｍのニッケルプレートを採用し、表面が保護層（不図示）で被覆され、直径１００μｍの円形の貫通孔が幾何学的に並ぶパターンとした。そして、電極５１４は、インクの流れ方向（矢印Ｃ方向）に対してのなす角が３０°となるように、インク流路５１４の開口を閉塞する形態で配設される。
対向電極５３８は、アルミニウムの薄膜からなり、記録ヘッド５００のインクの流れ方向（矢印Ｃ方向）にわたって単一に形成される。また、電極５１４と対向電極５３８との最近接距離は２５μｍである。
電極５１４および対向電極５３８に形成される保護層は、ポリイミド樹脂を被覆することにより形成した。
気泡溜まり（気泡トラップ構造）５２４内のインク５０２と接する壁面には、サイトップ（旭硝子社製）が被覆され、撥インク処理されている。
【００７０】
インク５０２は、富士ゼロックス社製インクジェットプリンターＪｅｔ  Ｗｉｎｄ  ３００Ｃ用黒インクを用い、室温２２℃の環境で印字状態に異常が無いことを確認した後、環境温度を４０℃に上げて一晩放置し、溶存気体が析出しやすい状態とした後、環境条件を戻さずに画像印字を実施し、印字状態を確認した。このとき、装置の電源投入と同時に気泡流入防止電界形成用の電極５１４および対向電極５３８に周波数２００Ｈｚ、０Ｖを基準として振幅５０Ｖのｓｉｎ波交流電圧を印加し、所定の空吐出工程で圧力室５２０内に存在する気泡を排出した後に画像印字を行った。その結果、連続２０枚の印字テスト中印字不良は発生しなかった。
【００７１】
（比較例１）
比較のために従来のインクジェット記録ヘッドを組み込んだ市販のインクジェット記録装置を用いて、実施例１と同様の条件で印字テストを行ったところ、１枚目からドット抜けとドット不良が発生した。ドット抜けはヘッド内部に発生した気泡がインク流路を塞いでインク供給を阻害した結果であることが確認され、ドット不良は圧力室（発熱素子近傍）に入り込んだ気泡が原因であることが確認された。
【００７２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、インクジェット記録ヘッド内に発生する気泡に起因する問題点を、バキューム吸引方式を用いることなく解決することができる。従って本発明によれば、従来気泡を除去するために実施されていたバキューム吸引等の工程が不要となるため、従来かかっていた印字開始までの時間を大幅に短縮でき、また、廃棄されるインクの量を大幅に低減できる等、バキューム吸引方式を用いる場合の弊害を解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  参考実施の形態のインクジェット記録ヘッドの動作状態を表す拡大断面図である。
【図２】  （ａ）は本発明に適用可能な貫通孔を有する電極の一例を表す平面図であり、（ｂ）は本発明に適用可能な貫通孔を有する電極の他の一例を表す平面図である。
【図３】  気泡流入防止電界の作用について説明するための模式図である
【図４】  第１の実施の形態のインクジェット記録ヘッドの動作状態を表す拡大断面図である。
【図５】  第２の実施の形態のインクジェット記録ヘッドの動作状態を表す拡大断面図である。
【図６】  第２の実施の形態の変形例であるインクジェット記録ヘッドの動作状態を表す拡大断面図である。
【図７】  第２の実施の形態の他の変形例であるインクジェット記録ヘッドの動作状態を表す拡大断面図である。
【図８】  第２の実施の形態のさらに他の変形例であるインクジェット記録ヘッドの動作状態を表す拡大断面図である。
【符号の説明】
１００、４００、５００、６００、７００、８００：記録ヘッド（インクジェット記録ヘッド）
１０２、３０２、４０２、５０２：インク
１０４、５０４：発熱素子
１０６、４０６、５０６：吐出口（インク吐出口）
１０８：インク滴
１１０：被記録材（画像記録材料）
１１２、４１２、５１２、６１２、７１２：インク流路
１１２ａ、４１２ａ、５１２ａ、６１２ａ：共通インク流路
１１２ｂ、４１２ｂ、５１２ｂ、６１２ｂ：個別インク流路
１１４、３３６ａ，３３６ｂ、４１４、５１４：電極
１１８、３１８、４１８、５１８、６１８、７１８：気泡
１２０、４２０：圧力室
５２４、６２４、７２４、８２４：気泡溜まり（気泡トラップ構造）
５２６：抜気管
５２８：バルブ手段
１３０：ノズル板
１３４ａ、１３４ｂ：貫通孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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