(57)【要約】【課題】親水性を有する吐出口面をもつインクジェットヘッドにおいて、新規に見受けられた吐出不良現象に対応するインクジェットヘッドを提供する。【解決手段】吐出口面１０７に凹部１０２が設けられ、凹部１０２の内部に吐出口１００と開口穴１０１が設けられている。これにより、吐出口面１０７に溢れ出たインクが開口穴１０１で共通液室１０５内に回収される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを吐出するための吐出口と、該吐出口が列状に複数配された親水性を有する吐出口面と、前記インクを吐出するためのエネルギーを発生する吐出エネルギー発生素子と、該吐出エネルギー発生素子上に配置され、前記吐出口と連通する流路と、該流路にインクを供給するための共通液室とを有するインクジェットヘッドにおいて、
前記吐出口が６００ｄｐｉ以上の配列密度で配置されており、前記吐出口面には、前記共通液室と連通する開口穴が前記吐出口とは別に複数設けられているとともに、該開口穴と少なくとも一つの前記吐出口を内部に有する凹部が複数存在していることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記凹部が前記吐出口と前記開口穴をつなぐように溝状に広がっており、該凹部の幅が前記吐出口が形成されている部分から前記開口穴が形成されている部分にかけて広くなっていることを特徴とする請求項1に記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
前記凹部が、任意の一つの前記吐出口と、該吐出口に対して前記共通液室を挟んで対向している他の前記吐出口との両方を内部に含むことを特徴とする請求項1に記載のインクジェットヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インク等の液滴を吐出させて被記録媒体に記録を行うためのインクジェットヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット方式のプリンタ（以下、インクジェットプリンタ）は、インクジェットヘッドから被記録媒体にインクを吐出してプリントを行うものである。これは他のプリント方式に比べて高精細化が容易かつ、高速で静粛性に優れ安価であるという、種々の利点を有している。
【０００３】
このようなインクジェットヘッドでは、インクを吐出するための吐出口が設けられている面（以下、単に吐出口面と呼ぶ。）が、表面処理されていることが多い。
【０００４】
これは、吐出口の周囲に不均一にインクが付着していた場合には、インク吐出時に吐出インクが、その付着インクに引っ張られて、吐出方向が意図しない方向にそれることがあるためである。（以下、ヨレと呼ぶ。）
表面処理としては、撥水処理を施されることが多いが、近年、顔料インクや高機能インクなどでの吐出のように、撥水処理の機能が十分に発揮されにくい環境や、小液滴吐出などのように、吐出口内のインクの増粘がしやすい環境などでは、吐出口面の親水処理も積極的に行われるようになってきた。
【０００５】
すなわち、親水性を有する吐出口面の場合、吐出口面全面に薄膜のインクが存在するため、付着インクと親水面との間に濡れ性の差が起きにくく、さらには、吐出口面に十分なインクが存在するため、小径吐出口であっても吐出口内のインクが乾燥しにくい。
【０００６】
したがって、撥水処理が行われている場合には、吐出口内から増粘インクを排出するために必要であった予備吐出を行う必要もなく、安定した吐出状態を高スループットで維持することができる。
【０００７】
このような親水処理を施したインクジェットヘッドしては、例えば、特開平８−１１８６５６号公報（特許文献１）や、特開２００１−１０５５９９号公報（特許文献２）に記載の構成を挙げることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平８−１１８６５６号公報
【特許文献２】特開２００１−１０５５９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、近年、インクジェットヘッドにおいては、さらなる高画質化、高速化を目指す動きが顕著となっている。そのため、例えば高画質化については吐出口の配列密度が６００ｄｐｉ以上と非常に高いもの、高速化については駆動周波数が１０ｋＨｚ以上といった領域で使用される例がでてきた。
【００１０】
このような環境下において、上記した親水性の吐出口面を有するインクジェットヘッドで吐出を行ってみたところ、一部のヘッドでヨレが見られた。ヨレが発生することで、使用インクが単色の場合画像欠陥となるおそれがあり、複数色の場合は画像の濃度ムラにつながるおそれがある。
【００１１】
このヨレは、解析をすすめていくにつれ、親水性を有するヘッドにおいて駆動周波数が高ければ高いほど印字品位が低下する傾向にあることがわかった。従来のインクジェットヘッドにおいて吐出口面が撥水性を有する場合には発生しなかった現象である。もっとも、吐出口面が親水性を有する場合においても駆動周波数が低いときにはヨレが生じることはなかった。
【００１２】
本発明の目的は、このような新規の課題に鑑みなされたものであって、高画質、高速印字を可能とするインクジェットヘッドを提供することである。例えば、吐出口の配列密度が６００ｄｐｉ以上の親水性吐出口面を備えるインクジェットヘッドにおいて、１０ｋＨｚを上回る高速印字の際にも安定した吐出が可能となるインクジェットヘッドを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一態様は、インクを吐出するための吐出口と、該吐出口が列状に複数配された親水性を有する吐出口面と、前記インクを吐出するためのエネルギーを発生する吐出エネルギー発生素子と、該吐出エネルギー発生素子上に配置され、前記吐出口と連通する流路と、該流路にインクを供給するための共通液室とを有するインクジェットヘッドにおいて、
前記吐出口が６００ｄｐｉ以上の配列密度で配置されており、前記吐出口面には、前記共通液室と連通する開口穴が前記吐出口とは別に複数設けられているとともに、該開口穴と少なくとも一つの前記吐出口を内部に有する凹部が複数存在していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、親水性を有する吐出口面を備えるインクジェットヘッドにおいて、数〜十数ｐｌ程度の小滴高速印字時に代表される高デューティ環境下で、高速印字時の吐出信頼性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】一般的なインクジェットヘッドにおける、吐出直後の吐出口近傍のインク溢れを表した模式図。
【図２】本発明に係る実施例１のインクジェットヘッドの吐出口面を示す平面図と該ヘッドの縦断面図。
【図３】本発明に係る実施例２のインクジェットヘッドの吐出口面を示す平面図と該ヘッドの縦断面図。
【図４】実施例２の凹部の形状および効果を説明するための図。
【図５】実施例２の凹部の形状および効果を説明するための図。
【図６】本発明に係る実施例３のインクジェットヘッドの吐出口面を示す平面図と該ヘッドの縦断面図。
【図７】実施例３の吐出口面の変形例を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１７】
まず、インク吐出のメカニズムについて説明する。まずインクが共通液室内に供給されて、共通液室から各エネルギー作用室にインク流路を介してインクが充填される。該インク流路と接続されたエネルギー作用室は吐出エネルギー発生素子上に配置されている。吐出エネルギー発生素子として電気熱変換素子を用いる場合、エネルギー作用室内にインクが充填された状態で電気熱変換素子が電気信号の付与によって発熱される。これにより、エネルギー作用室（以下、発泡室と呼ぶ）内における電気熱変換素子周辺のインクが瞬時に加熱され、電気熱変換素子周辺のインクが沸点に達して膜沸騰し、電気熱変換素子上で気泡が生じる。このとき生じる気泡の大きな発泡圧によって、エネルギー作用室内部のインクに運動エネルギーが与えられるため、インクが吐出口から外部へ吐出される。インクが吐出口から外部に吐出されると、吐出された液体を補充するように共通液室側からインク流路を通して発泡室内にインクが流れ込んでくる。（以下、インクのリフィルと呼ぶ。）なお、吐出口内、流路および共通液室のインクには常時、発泡圧より小さい負圧が働いている。
【００１８】
近年のインクジェット方式の液体吐出ヘッドは、極めて微細な口径の複数のインク吐出口を備えるようになっている。これは、画素を複数の小滴で埋めることにより、画像の階調性を向上させようとするためであり、そのため、列状に複数配置された吐出口の配列密度も、画素形成に合わせて、例えば６００ｄｐｉ以上と高い配列密度としてあり、この場合の吐出口一個の一回の吐出量は、一般に５ｐｌ以下となっている。また、液滴が小さくなってくると、その分、打ち込み回数を増やさなければならなくなってくる。そして、多くの打ち込み回数で高速記録を行うためには、高い駆動周波数（例えば、１０ｋＨｚ以上）で吐出することが求められる。
【００１９】
したがって、小液滴による高速記録では、おのずと従来よりもインクのリフィル速度も高いものとなってくる。そして、上記した高画質化の恩恵を受ける写真プリントのような吐出データが多いプリントでは、この傾向がさらに高まる。
【００２０】
次に、本発明を着眼する動機になった課題、すなわち、「高周波数駆動時にヨレが発生する現象」について考察する。なお、ここでは実際に課題となる現象を発見した、インクをインクジェットヘッドより下方に向かって吐出する系を例に説明する。ただし、本課題および本発明はインクを吐出する向きによって限定されるものではない。
【００２１】
このヨレ現象の原因を特定すべく、本発明者らが吐出観察を行ったところ以下のことを発見した。
【００２２】
すなわち、
・撥水性を有する吐出口面のヘッドではヨレが発生しないこと。
【００２３】
・ヨレは隣接する吐出口から溢れたインクが原因であること。
【００２４】
・吐出口からインクが溢れるのは、インクの吐出時ではなくリフィル時であること。
【００２５】
・吐出口が吐出口面に設けられた窪み（以下、凹部と呼ぶ）の内部に作られている系では、凹部のない系に比べてヨレが発生しにくいこと。
【００２６】
これらの事象から、本課題のメカニズムを以下のように推測した。
【００２７】
すなわち、図１を参照して説明すると、前述のようにインク滴の吐出後（図１（Ａ））、共通液室１０５側より発泡室１０６にインクがリフィルされる（図１（Ｂ））が、そのリフィル速度が速い場合には、図１（Ｃ）に示すようにインクが吐出口面１０７を越えて盛り上がる。そして、図１（Ｄ）のようにメニスカスを破って吐出口面１０７に溢れ出し、溢れ出したインクは親水性を有する吐出口面１０７に広がり溜まっていく。
【００２８】
吐出口１００およびインク流路１０８の内部は負圧環境になっているため、一部のインクは吐出口１００からインク流路１０８内部に引かれ回収される。しかし、前述の写真プリントのように、高デューティ環境下においては、インク流路１０８内部に引かれる量よりも吐出直後の溢れる量が多くなり、加えて高周波数駆動のために溢れたインクが完全に回収される前に次の吐出がなされる。すると、インク溢れが、ある時点で、隣接する別の吐出口に到達してしまい、吐出障害となって正常なインクの吐出が行われなくなる、と推測される。
【００２９】
本発明は、上記課題の発生メカニズムに基づき、吐出口１００より溢れたインクを速やかに吐出口１００以外の部分に誘導すべく、吐出口が形成された面１０７の構成を工夫したものである。
【００３０】
具体的には、図２（Ａ）に示すように、吐出口面１０７において、吐出口１００とは別に共通液室１０５上に開口穴１０１が開けられており、凹部１０２が複数存在し、凹部１０２は吐出口１００と開口穴１０１をそれぞれ少なくとも一つ内部に含んでいる、という構成である。吐出口列１０９を成す複数の吐出口１００は６００ｄｐｉ以上と高い配列密度で配置されている。
【００３１】
この構成において、凹部１０２は、高速印字（例えば、１０ｋＨｚ以上）時において一の吐出口１００から溢れたインクが隣接する別の吐出口へと到達することをある程度防ぎ、なおかつ共通液室１０５上に設けられた開口穴１０１へ誘導する効果を持つ。そして開口穴１０１は、開口穴１０１へ到達したインクを負圧によってインク流路８内部へと回収する機能を備えている。
【００３２】
このように、吐出口面１０５に、吐出口１００から溢れ出たインクを保持する凹部１０２のみならず、インクを回収する開口穴１０１（回収穴）を吐出口１００とは別に設けることで、印字の途中でも溢れ出たインクを順次回収することが可能となる。よって、より高い駆動周波数での印字においても、クリーニングのためにインクジェットヘッドの吐出動作を一旦停止させることなく、高品位な印字を保つことができる。
【００３３】
なお、凹部を吐出口面に有する構成は、先行技術文献である例えば特登録０３６８２４８８や米国特許ＵＳ７５８５６１６にも見られる。特登録０３６８２４８８においては実施例の一つに吐出口が凹部内に複数並べられているものがあり、凹部は溢れたインクをワイピングする際に誘導する機能を有している。しかしながら凹部は撥水性を有すると記されており、本件の課題とする高速印字時のインク溢れが発生しない状況にある。
【００３４】
また、米国特許ＵＳ７５８５６１６においては、凹部は吐出口にテーパー角度をつけるために設けられており、テーパー角度が凹部のサイズによって決まるため、インク溢れ防止のために凹部を自由に変形することができない。
【００３５】
開口穴については、特開２００３−３１１９６６号に示されるように、回復性の向上を鑑み、発泡室１０５内や、共通液室１０５と発泡室１０５をつなぐ流路１０８上に開口穴を設けたものがあった。
【００３６】
このような形態でも、一見すると、吐出口面上に溢れたインクを回収でき、本課題を解決しうるようにも見える。しかし、親水性を有する吐出口面においてはインクが濡れ広がりやすいため、あふれたインクを意図的に開口穴へと誘導していない構造では、一の吐出口から溢れたインクが、それと隣接する他の吐出口に達することを防げない場合がある。
【００３７】
また、開口穴を吐出口に近づければ、溢れたインクが隣接の吐出口に達する前に当該インクを回収することはできるようにも見える。しかし、開口穴を吐出口に近づけるに従って、インク吐出時のエネルギーによって、開口穴で張っていたメニスカスが壊れ、かえってインクが溢れ、吐出障害となる弊害が想定される。
【００３８】
以上の観点から、開口穴は、共通液室１０５から発泡室１０５に至る流路１０８上や、発泡室１０５内は避け、それらからある程度離れたところ、例えば本件のように共通液室１０５（共通流路とも言う。）上などにあることが望ましい。
【００３９】
以上を踏まえ、本発明の具体的な実施例を示す。なお、発泡の仕組み等の、吐出に関わる基本的な構造は前述のとおりであるため説明を割愛する。
【００４０】
［実施例１］
図２（Ａ）は実施例１の吐出口面１０７を示す平面図であり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＡ−Ａ’断面を示した図である。
【００４１】
実施例１では、図２（Ａ）および図２（Ｂ）に示すように、吐出口面１０７に複数の凹部１０２が互いに分離して設けられ、１つの吐出口列１０９を構成している複数の吐出口１００の各々が各凹部１０２内に配置され、各凹部１０２内に、１つの吐出口１００につき一つの開口穴１０１が設けられている。開口穴１０１は共通液室１０５上に位置しており、凹部１０２は吐出口１００と開口穴１０１をつなぐように溝状に広がっている。
【００４２】
このように、凹部１０２を一つの吐出口１００ごとに設けることで、吐出口１００から溢れたインクがそれと隣接している吐出口に至ることを防ぐ機能が得られるとともに、溢れたインクを開口穴１０１へと誘導する機能も得られる。これは、吐出口１００の近傍に在る凹部１０２の内壁面を乗り越えるよりも、凹部１０２に沿って開口穴１０１の在る方向へと流れるほうが抵抗が少ないためである。
【００４３】
また、本実施例では、吐出口列１０９が２列あり、その間に共通液室１０５を備えた構成を示しているが、必ずしも２列である必要は無く、１つの共通液室１０５に対して、１列以上の吐出口列（ノズル列とも呼ぶ。）があっても良い。
【００４４】
［実施例２］
実施例２もまた、図３（Ａ）および図３（Ｂ）に示すように、各凹部１０２内にて１つの吐出口１００につき一つの開口穴１０１が設けられた構成であるが、相違点は、各凹部１０２の形状を吐出口１００近傍は狭く、開口穴１０１近傍は広くとっていることである。なお、図３（Ａ）は実施例２の吐出口面１０７を示す平面図であり、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のＡ−Ａ’断面を示した図である。
【００４５】
吐出口１００からこの近傍に溢れたインクが凹部１０２によって、共通液室１０５に連通する開口穴１０１へ誘導されるメカニズムは実施例１の場合と同様であるが、実施例２ではその機能がさらに効率化されている。
【００４６】
詳しく説明すると、図４に示すように、溢れたインクは等方的に広がろうとするが、凹部１０２の開口縁に到達して凹部１０２の外に溢れなかったインクは凹部１０２の壁面によって跳ね返ってくる。跳ね返る方向は壁面に対する入射角をほぼ保存すると考えてよいため、実施例１では図４（Ｂ）に示すように、吐出口１００から溢れたインクが再び吐出口１００に戻る場合がある。これに対して、実施例２のように凹部１０２の開口縁が吐出口１００から開口穴１０１の方向にかけて斜めである場合は、図４（Ａ）に示すように、開口穴の１０１方向へ誘導されるインクが多くなる。
【００４７】
また、図５の（Ａ１）は実施例２の凹部を示し、（Ａ２）および（Ａ３）それぞれは（Ａ１）のＢ−Ｂ’とＣ−Ｃ’の断面を示し、図５の（Ｂ１）はその比較例として実施例１の凹部を示し、（Ｂ２）および（Ｂ３）それぞれは（Ｂ１）のＢ−Ｂ’とＣ−Ｃ’の断面を示している。
【００４８】
実施例１と比較して実施例２の凹部１０２では、図５（Ａ２）および（Ａ３）に示すように、凹部１０２内側の壁面の傾斜が吐出口１００近傍では急に、開口穴１０１近傍ではなだらかに形成されている。このように、凹部１０２の内側面に接する部分での摩擦を考慮すれば、凹部１０２が広いほどインクが流れる際の抵抗は低くなる。
【００４９】
吐出口１００からインクが溢れる際には吐出口１００近傍へ連続的に溢れるため、後から溢れてくるインクになればなるほど、先に溢れたインクが凹部１０２を流れる際の抵抗が加わっていくことになる。つまり、凹部１０２の幅が広ければ広いほど、後から溢れたインクが、場合によって凹部１０２を乗り越え隣接する吐出口１００へと到達してしまうリスクを低減することができる。
【００５０】
そこで、前述の吐出口１００から溢れたインクを誘導する機能と、溢れたインクが流れる際に凹部１０２内面から受ける抵抗とを組み合わせて考えると、実施例２のような凹部１０２の形状を取ることでその両立が可能となる。また、さらに、実施例1よりも凹部１０２の面積（吐出口面１０７に形成されている領域）が大きいため、一時的ではあるが溢れ出たインクを多く保持することができることと、開口穴１０１付近のクリーニングを容易にするといった効果もある。
【００５１】
［実施例３］
実施例３では、吐出口面における共通液室上の部分へ加わる応力によって該吐出口面に亀裂が起こるなどの問題を考慮した形態について説明する。
【００５２】
吐出口や流路等を形成する部材は少なからず、インクによる膨張や熱によってその体積変化による応力を受け、場合によってはヘッドが破損してしまうことがある。
【００５３】
そのような場合における対策の一つとして、図６（Ａ）のような形状があげられる。図６（Ａ）は実施例３の吐出口面１０７を示す平面図であり、図６（Ｂ）は図６（Ａ）のＡ−Ａ’断面を示した図である。
【００５４】
インクジェットヘッドにかかる応力緩和のために共通液室内に構造補強部を一本もしくはそれ以上の本数、設ける手法が用いられることがある。このような構造補強部はハリと呼ばれ、本発明に限らず、しばしば設けられる部材である。
【００５５】
本発明においてハリは必須ではないが、インクジェットヘッドにとってハリを設けるメリットが大きいため、そのような構成へ本発明を適用した例を実施例３として説明する。
【００５６】
図６（Ａ），（Ｂ）に示すように、吐出口１００を形成している吐出口形成部材の、共通液室１０５に面する内壁にハリ１０４が設けられ、上記した実施例のようにインクを回収する開口穴１０１が設けられている。この構成において、ハリ１０４の所に開口穴１０１を設けたのでは応力対策としてのハリの効果が薄れてしまうため、開口穴１０１はハリ１０４を避けて設けられていることが好ましい。
【００５７】
図６（Ａ）に示されるようにハリ１０４は吐出口列に略平行な方向に沿って配置され、それが２本以上配置される場合は、開口穴１０１の位置を工夫することが望ましい。具体的には、省スペースのためにはハリ１０４とハリ１０４の間に開口穴１０１を設けることが望ましいことは言うまでもない。
【００５８】
しかし、実施例１にならって一つの吐出口１００につき一つの開口穴１０１を設けると、特に高密度に吐出口が配置される設計においては、図７に示される構成になってしまう。このように一列にほぼ隙間なく開口穴１０１が在ると、かえってその領域が応力に弱くなってしまう。
【００５９】
ヘッド全体がそれでも破損しない設計であれば問題ないが、図６（Ａ）に示したように構成すれば、ハリの効果を維持しやすい。すなわち、図４（Ａ）のように、凹部１０２は、任意の一つの吐出口１００と、該吐出口に対して共通液室１０５を挟んで対向している他の吐出口１００との両方を一つの凹部１０２内に含むように形成され、開口穴１０２も、当該２つの吐出口１００に共通のものとして凹部１０２内に一つ設けられている。こうする事により、ハリ１０４を設けることによる応力緩和の効果を、ある程度維持しつつ、インク溢れを防止することができる。
【００６０】
もちろん実施例１や２に比べれば、本願の課題とするインク溢れそのものについては幾分か効果が小さくなってしまうが、インク溢れの回収がそれでも間に合う場合には非常に有効である。
【００６１】
もっとも、図６（Ｂ）に示すように各開口穴１０１と各流路１０８の下流側端部との間にハリ１０４が在ることで、インク吐出時に開口穴１０１でのメニスカス振動がある程度抑えられる。特に高駆動周波数ではメニスカス振動が起こっている最中に吐出が行われることで、開口穴１０１からインクが溢れるまではいかないにしても、回収する方向とは逆向きの力がかかり、回収効率が低下することは十分考えられる。ハリ１０４は発泡室から開口穴１０１へ直接向かう流れを抑制できるので、上記したメニスカス振動を軽減できる。
【００６２】
つまり、本実施例においては、実施例１に比べて開口穴１０１が少なくなる分その影響も考慮することで、応力による破損対策とインク溢れ対策の両立を図っている。
【００６３】
以上、各実施例で示した、親水性を有する吐出口面を備えたインクジェットヘッドによれば、小液滴高デューティ印字環境下で吐出口近傍に溜まったインクが吐出不良を引き起こすという課題が解消された。
【符号の説明】
【００６４】
１００    吐出口
１０１    開口穴
１０２    凹部
１０３    吐出エネルギー発生素子
１０４    ハリ
【図１】
2014000764.tif 000003
【図２】
2014000764.tif 000004
【図３】
2014000764.tif 000005
【図４】
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【図５】
2014000764.tif 000007
【図６】
2014000764.tif 000008
【図７】
2014000764.tif 000009