(57)【要約】【課題】使用環境における液体吐出ヘッド（インクジェットヘッド等）の温度変化が吐出媒体（インク等）に与える影響を軽減し、常に高い吐出安定性を確保することにより、記録品質の向上と高速記録との両立を可能にするとともに、動作温度範囲を拡大する。【解決手段】インクジェットヘッドに、インク液室内のインクに吐出エネルギーを付与する発熱抵抗体と別に加熱素子を設け、直流状の電流成分によって加熱素子を発熱させ、インクに対する吐出エネルギーの付与と無関係にインク液室を加熱し、発熱抵抗体の駆動の有無にかかわらず、インク液室の温度を周囲の温度以上に常時保持する。【選択図】図７
2006231800.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
常温でもっぱら液体の吐出媒体を収容する液室と、
前記液室内の吐出媒体を吐出するノズルと、
前記液室内の吐出媒体に吐出エネルギーを付与するエネルギー発生素子と
を備え、
前記エネルギー発生素子の駆動により、前記液室内の吐出媒体を前記ノズルから液滴として吐出する液体吐出ヘッドであって、
前記液室内の吐出媒体に対する吐出エネルギーの付与とは無関係に前記液室を加熱する加熱手段を備え、
直流状の電流成分によって前記加熱手段を発熱させ、前記エネルギー発生素子の駆動の有無にかかわらず、少なくとも前記液室の温度を周囲の温度以上に常時保持する
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載の液体吐出ヘッドにおいて、
少なくとも前記液室の温度を検知する温度検知手段を備える
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項３】
請求項２に記載の液体吐出ヘッドにおいて、
前記温度検知手段によって検知された前記液室の温度に基づいて、前記加熱手段の発熱量を制御する加熱制御手段を備える
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項４】
請求項１に記載の液体吐出ヘッドにおいて、
少なくとも前記液室の保持温度を設定する温度設定手段を備える
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項５】
エネルギー発生素子の駆動により、液室内に収容された常温でもっぱら液体の吐出媒体に吐出エネルギーを付与し、前記液室内の吐出媒体をノズルから液滴として吐出する液体吐出ヘッドを備え、
前記液体吐出ヘッドにより、被記録媒体に液滴を着弾させて記録を行う液体吐出装置であって、
前記液体吐出ヘッドにおける前記液室内の吐出媒体に対する吐出エネルギーの付与とは無関係に前記液室を加熱する加熱手段を備え、
直流状の電流成分によって前記加熱手段を発熱させ、前記エネルギー発生素子の駆動の有無にかかわらず、少なくとも前記液室の温度を周囲の温度以上に常時保持する
ことを特徴とする液体吐出装置。
【請求項６】
エネルギー発生素子の駆動により、液室内に収容された常温でもっぱら液体の吐出媒体に吐出エネルギーを付与し、前記液室内の吐出媒体をノズルから液滴として吐出する液体吐出方法であって、
前記液室内の吐出媒体に対する吐出エネルギーの付与とは無関係に前記液室を加熱する加熱手段を直流状の電流成分によって発熱させ、前記エネルギー発生素子の駆動の有無にかかわらず、少なくとも前記液室の温度を周囲の温度以上に常時保持する
ことを特徴とする液体吐出方法。
【請求項７】
請求項６に記載の液体吐出方法において、
前記液室内の吐出媒体が吐出に適当な粘度を有する温度となるように、少なくとも前記液室の温度を周囲の温度以上に常時保持する
ことを特徴とする液体吐出方法。
【請求項８】
液体吐出ヘッドの液室内に収容され、エネルギー発生素子の駆動によって吐出エネルギーを付与することにより、ノズルから液滴として吐出される液体吐出ヘッドの吐出媒体であって、
常温でもっぱら液体であり、少なくとも前記液体吐出ヘッドの周囲の温度以上に常時保持された前記液室の温度で吐出に適当な粘度を有する
ことを特徴とする液体吐出ヘッドの吐出媒体。
【請求項９】
請求項８に記載の液体吐出ヘッドの吐出媒体において、
設定された前記液室の保持温度で吐出に適当な粘度を有する
ことを特徴とする液体吐出ヘッドの吐出媒体。
【請求項１０】
請求項８に記載の液体吐出ヘッドの吐出媒体において、
設定された前記液室の保持温度で吐出に適当な粘度を有するように、粘度調整剤が配合されている
ことを特徴とする液体吐出ヘッドの吐出媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギー発生素子の駆動により、液室内に収容された常温でもっぱら液体の吐出媒体をノズルから液滴として吐出する液体吐出ヘッド、液体吐出装置、液体吐出方法、及び液体吐出ヘッドの吐出媒体に係るものであり、詳しくは、高い吐出安定性が得られると同時に、液体吐出装置の動作温度範囲を極めて広くすることができるようにした技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、エネルギー発生素子を用いて液体の吐出媒体を吐出するようにした液体吐出装置が知られている。例えば、液体吐出装置の１つであるインクジェットプリンタは、通常、ノズルが直線状に配列されたインクジェットヘッド（液体吐出ヘッドの１つ）を備えており、エネルギー発生素子の駆動によってインクに吐出エネルギーを付与し、各ノズルから被記録媒体である印画紙に向けて微小なインクの液滴を順次吐出することによって印画紙にインクの液滴を着弾させ、略円形のドットを縦横に形成して画像や文字を表現している。
【０００３】
ここで、インクジェットプリンタにおけるインクの吐出方式の１つとして、インクに熱エネルギーを付与してインクを吐出させるようにしたサーマル方式が知られている。このサーマル方式のインクジェットプリンタに使用するインクジェットヘッドは、吐出媒体である液体のインクを収容するインク液室と、インク液室内に設けられたエネルギー発生素子である発熱抵抗体と、インク液室内のインクを液滴として吐出するノズルとを備えている。そして、発熱抵抗体を駆動することによってインクを急速に加熱し、発熱抵抗体上のインクに膜沸騰による気泡を発生させ、その気泡発生時のエネルギーによってインクの液滴を吐出する。
【０００４】
また、インクの他の吐出方式として、静電吐出方式も知られている。この静電吐出方式では、サーマル方式に使用するエネルギー発生素子としての発熱抵抗体に代えて、振動板と、この振動板の下側に、空気層を介した２つの電極とを設けたものである。そして、両電極間に電圧を印加して振動板を下側にたわませ、その後、電圧を０Ｖにして静電気力を開放し、振動板が元の状態に戻る際の弾性力を利用することによってインクの液滴を吐出する。
【０００５】
さらに、インクの他の吐出方式として、ピエゾ方式も知られている。このピエゾ方式では、エネルギー発生素子として、両面に電極を有するピエゾ素子と、振動板との積層体を用いている。そして、ピエゾ素子の両面の電極に電圧を印加すると、圧電効果によって振動板に曲げモーメントが発生し、その結果、振動板がたわむように変形するので、この変形を利用することによってインクの液滴を吐出する。
【０００６】
一方、インクジェットヘッドの構造の観点からは、各色ごとに数百程度のノズルを備えるヘッドを印画紙の搬送方向と直角の方向に移動させて記録を行うシリアル方式のインクジェットヘッド（シリアルヘッド）が知られている。このシリアルヘッドは、印画紙のほぼ全幅にわたる距離を機械的に往復（走査）させながら、１つのヘッドで記録を行うものである。
【０００７】
また、多数のヘッドを印画紙の幅方向に並べて配置したライン方式のインクジェットヘッド（ラインヘッド）も知られている。このラインヘッドは、多数のヘッドをつなげることによって記録幅に応じた長さの１つのヘッドを形成したものであり、シリアルヘッドと比較してノズル数が飛躍的に増加するとともに、機械的な走査を行う必要がないので、記録速度を速くすることができる。
【０００８】
特に、サーマル方式のラインヘッドでは、サーマル方式のシリアルヘッドと比べ、記録速度を大幅に向上させることができる。すなわち、サーマル方式は、インクを瞬時的に加熱して高温（膜沸騰のための臨界温度である３３０℃〜３５０℃）にし、気泡を発生させる昇温操作と、膜沸騰で生じた気泡を収縮させ、インクの液滴の切れを良くする降温操作とを繰り返す。そのため、長時間の連続記録を行うと、ヘッドの温度が上昇し過ぎて劣化が生ずるという温度限界の問題がある。
【０００９】
そこで、サーマル方式のシリアルヘッドでは、インクの加熱によるヘッドの温度上昇を一定の範囲内に維持するため、記録速度を犠牲にしている。しかしながら、サーマル方式のラインヘッドならば、発熱による温度上昇を大きなヘッドの全体に分散させることができるので、高速、大量、連続記録が可能となるのである。
【００１０】
ところで、一般的な電子機器等では、仕様書通りの性能で問題なく動作する温度範囲として、使用温度や動作温度が設定されている。そして、家庭内で使用する電子機器の場合には、大抵が０℃〜４０℃程度の範囲で動作保証をしており、この範囲の温度を動作温度範囲としている。
【００１１】
しかし、上記したようなインクジェットプリンタの場合には、１５℃〜３５℃程度の比較的狭い温度範囲でしか動作が保証されていないのが通常である。このように、インクジェットプリンタにおける動作温度範囲の下限は高くなっているが、それは、インクが水を主成分とする液体であり、氷点下になると凍ってしまうこと、たとえ凍らなくても、１０℃と３５℃とでは、水の粘度又は動粘度（以下、単に「粘度」という）が２倍近く変化するため、１５℃よりも低温になるとインクの粘度が大きくなり、インクが液滴化しにくくなって吐出量が減ることに起因している。
【００１２】
また逆に、インクジェットプリンタの動作温度範囲の上限が低いのは、長時間の連続記録等によってインクジェットヘッドの温度が上昇すると、インクの粘度が小さくなり過ぎることに起因している。すなわち、１５℃で使用できるように調整したインクが３５℃よりも高温になると、インクの粘度が非常に小さくなって吐出量が増え、記録開始当初と長時間記録した後とでは、記録結果に濃度差が生じてしまうのである。
【００１３】
この点についてさらに詳述すると、サーマル方式のインクジェットヘッドでは、記録動作中は、通常、自己の発熱によってインクジェットヘッド及びインクの温度が周囲の温度以上に高くなる。一方、待機時や電源投入直後は、必ずしもそのような高温になっていない。そして、ある温度以下では、上記した通り、インクの粘度が大きくなるので、記録開始当初と記録動作中とでインクの吐出条件が変わることとなる。その結果、低温で記録したものの濃度は低く、高温で記録したものでは濃度が高くなるという傾向を示すようになる。
【００１４】
このような事態は、印画紙における記録範囲の上限又は下限において顕著となり、特に寒冷地等の低温環境下では、平均的な温度での吐出時と同じ吐出量が確保できなくなるばかりか、吐出方向が変わったり、ひどい場合には吐出不良に陥ることがある。そのため、印画紙に記録された画像に白スジや白抜け等の印画不良が発生し、記録品質を低下させることとなる。
【００１５】
また、静電吐出方式やピエゾ方式のインクジェットヘッドでは、機械的な歪を利用していることから、周囲の温度に影響されることなくインクに吐出エネルギーを付与することができる。しかしながら、インク自体が周囲の温度の影響を受けて粘度が変化するため、低温での待機状態から突然吐出させようとしても、粘度の大きいインクでは動きが鈍く、吐出特性が悪い。そのため、記録開始当初において、かすれや一時的な不吐出状態が生じてしまう。
【００１６】
さらに、ラインヘッドにおいては、このような低温問題に加え、小さなヘッドを複数並設することによる問題も発生する。すなわち、ラインヘッドでは、印画紙の全幅にわたるヘッドを一体成形することは現実的でないので、通常は、小さなヘッドを端部同士がつながるように複数並設してラインヘッドを構成している。そのため、印画紙の記録領域を複数のヘッドで分担して全幅分を記録するようにしている。すると、それぞれのヘッド間でも温度差が生じることとなり、特にサーマル方式のラインヘッドにおいて、濃度ムラや白スジが問題となる。
【００１７】
図９は、従来技術のサーマル方式のラインヘッドを使用した低温環境下における記録結果の一例を示す図である。
図９に示すように、従来のサーマル方式のラインヘッドで記録を行うと、記録開始当初に多くの白スジが発生するだけでなく、ある特定の記録領域では、白スジが長く残ってしまっている。
【００１８】
これは、サーマル方式のラインヘッドの場合、使用されるヘッドの温度は上昇するが、使用されないヘッドは、そのまま周囲の温度と同じ温度で保たれるという状況になるからである。すなわち、サーマル方式のラインヘッドでは、通常、個々のヘッドの使用状態が一定でないので、各ヘッド中のインクの温度は、そのヘッドがどのような吐出状況にあったかによって正に千差万別の状態となる。そのため、それぞれのヘッド中におけるインクの温度が相違することとなり、それがインクの粘度の差を大きくして個々のヘッドによる吐出特性や記録濃度を微妙に変化させ、図９に示すような白スジの問題を引き起こすようになるのである。
【００１９】
このように、インクジェットプリンタには、動作温度範囲が狭いという問題があり、これは、低温環境下におけるインクの粘度の増大に起因している。そして、このような問題は、インクジェットプリンタの昨今の高性能化に伴って一層重要なものとなっている。すなわち、最近のインクジェットプリンタでは、インクの液滴を小さくして記録密度を精細化する方向にあるが、記録密度を精細化しつつ記録濃度を低下させないようにするには、吐出回数を増やす必要がある。そのため、サーマル方式のラインヘッドでは、使用されるヘッドと使用されないヘッドとの温度差が一層大きくなり、白スジの問題も大きなものとなる。
【００２０】
また、インクの液滴を小さくするためには、ノズルの孔径を一段と小さくする必要があるが、これは、インクの粘性抵抗を増大させる方向に作用する。そのため、インクの吐出方式（サーマル方式、静電吐出方式、ピエゾ方式）やインクジェットヘッドの構造（シリアルヘッド、ラインヘッド）にかかわらず、低温環境下におけるインクの粘度の増大がより大きな問題となる。
【００２１】
ここで、サーマル方式のラインヘッドにおける各ヘッド間の温度差を少なくするため、熱伝導率の良い基板上に全ヘッドを並べて配置することが考えられる。しかしながら、熱伝導率の良い材料は、一般に熱膨張率も大きい傾向があるので、そうすると今度は、ヘッドの熱膨張という別の問題が発生する。すなわち、ヘッドは、基材となる半導体基板が熱膨張率の異なる強度部材と貼り合わされて構成されることから、ヘッドの温度歪が大きな問題となり、例えば、１５℃〜３５℃の動作温度範囲内でも吐出特性が大きく変化してしまう。
【００２２】
また、記録開始以前に予備吐出を行うことにより、記録開始当初から所定の吐出特性を確保することも考えられるが、予備吐出を行うと、相当量のインクを印画紙に対する記録と無関係に捨てることとなるので、インクの消費量が増加し、ランニングコストに悪影響を及ぼす。
【００２３】
さらに、サーマル方式のインクジェットヘッドにおいて、記録開始以前にプレヒートパルス（気泡が生じない程度の小さなパルス幅を持つ駆動パルス）を供給して発熱抵抗体の予備加熱を行ない、インクを適当な温度範囲内になるように加熱した後で記録を開始することが考えられるが、この場合は、記録開始（ファーストプリント）までに時間がかかってしまう。
【００２４】
そこで、使用者の操作により、高品質記録モードと即時記録モードとを切り替えられるようにした技術が知られている。すなわち、インクジェットヘッドの温度を測定し、測定温度が基準温度より低く、高品質記録モードに設定されている場合には、インクジェットヘッドを予備加熱して基準温度以上に昇温させた後に記録動作を開始させ、即時記録モードに設定されている場合には、直ちに記録動作を開始させるインクジェットプリンタである（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−１０８３２８号公報
【００２５】
上記の特許文献１に記載の技術によれば、十分な予備加熱を行なって高品質の記録結果を得るモードと、記録品質がある程度劣っても短時間で高速に記録を行なえるモードとを選択することができるので、使用者の用途に応じて最適な記録を行うことが可能となっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
しかし、上記の特許文献１に記載の技術では、記録品質の向上と高速記録とを両立させることができず、常に高い吐出安定性を確保することは困難である。また、インクジェットヘッドの測定温度に基づいて、基準温度以下の場合にだけ予備加熱を行うといった細かい配慮をする必要があり、全体としてシステムが複雑になるという問題がある。さらに、上記の特許文献１には、インクジェットプリンタの動作温度範囲の拡大について、何ら開示されていない。
【００２７】
したがって、本発明が解決しようとする課題は、使用環境における液体吐出ヘッド（インクジェットヘッド等）の温度変化が吐出媒体（インク等）に与える影響、特に、インクの液滴の吐出量や吐出方向の変化を軽減し、常に高い吐出安定性を確保することにより、記録品質の向上と高速記録との両立を可能にするとともに、動作温度範囲を拡大することが可能な液体吐出ヘッド、液体吐出装置、液体吐出方法、及び液体吐出ヘッドの吐出媒体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
本発明は、以下の解決手段によって、上述の課題を解決する。
本発明の１つである請求項１に記載の発明は、常温でもっぱら液体の吐出媒体を収容する液室と、前記液室内の吐出媒体を吐出するノズルと、前記液室内の吐出媒体に吐出エネルギーを付与するエネルギー発生素子とを備え、前記エネルギー発生素子の駆動により、前記液室内の吐出媒体を前記ノズルから液滴として吐出する液体吐出ヘッドであって、前記液室内の吐出媒体に対する吐出エネルギーの付与とは無関係に前記液室を加熱する加熱手段を備え、直流状の電流成分によって前記加熱手段を発熱させ、前記エネルギー発生素子の駆動の有無にかかわらず、少なくとも前記液室の温度を周囲の温度以上に常時保持することを特徴とする。
【００２９】
また、本発明の他の１つである請求項５に記載の発明は、エネルギー発生素子の駆動により、液室内に収容された常温でもっぱら液体の吐出媒体に吐出エネルギーを付与し、前記液室内の吐出媒体をノズルから液滴として吐出する液体吐出ヘッドを備え、前記液体吐出ヘッドにより、被記録媒体に液滴を着弾させて記録を行う液体吐出装置であって、前記液体吐出ヘッドにおける前記液室内の吐出媒体に対する吐出エネルギーの付与とは無関係に前記液室を加熱する加熱手段を備え、直流状の電流成分によって前記加熱手段を発熱させ、前記エネルギー発生素子の駆動の有無にかかわらず、少なくとも前記液室の温度を周囲の温度以上に常時保持することを特徴とする。
【００３０】
さらに、本発明の他のもう１つである請求項６に記載の発明は、エネルギー発生素子の駆動により、液室内に収容された常温でもっぱら液体の吐出媒体に吐出エネルギーを付与し、前記液室内の吐出媒体をノズルから液滴として吐出する液体吐出方法であって、前記液室内の吐出媒体に対する吐出エネルギーの付与とは無関係に前記液室を加熱する加熱手段を直流状の電流成分によって発熱させ、前記エネルギー発生素子の駆動の有無にかかわらず、少なくとも前記液室の温度を周囲の温度以上に常時保持することを特徴とする。
【００３１】
上記の各発明は、氷点に至らない常温環境下でもっぱら液体の吐出媒体を使用する場合に、吐出動作に関係しない加熱手段を発熱させ、吐出の待機状態において、周囲の温度よりも高い適当な温度に液室の温度を保つことにより、周囲の温度に関係なく、液室内に収容された吐出媒体の温度を吐出時も待機時も周囲の温度以上の一定の温度として吐出するようにしたものである。
【００３２】
また、本発明の他の１つである請求項８に記載の発明は、液体吐出ヘッドの液室内に収容され、エネルギー発生素子の駆動によって吐出エネルギーを付与することにより、ノズルから液滴として吐出される液体吐出ヘッドの吐出媒体であって、常温でもっぱら液体であり、少なくとも前記液体吐出ヘッドの周囲の温度以上に常時保持された前記液室の温度で吐出に適当な粘度を有することを特徴とする。
【００３３】
上記の発明においては、吐出媒体が常温でもっぱら液体であり、周囲の温度以上に常時保持された液室の温度で吐出に適当な粘度を有している。そのため、本発明の液体吐出ヘッド、液体吐出装置、及び液体吐出方法に用いる吐出媒体として理想的な特性を示す。すなわち、吐出媒体は必ずしも水ではなく、有機溶剤であったり、有機溶剤等を含んだ水であったりするが、そのような各種の液体の性質中で、もっとも温度に関係する粘度を吐出に適当なものとすることで、本発明の液体吐出ヘッド、液体吐出装置、及び液体吐出方法に望ましい吐出媒体としたものである。
【００３４】
このように、本発明は、吐出媒体を周囲の温度以上の一定の温度として吐出に適当な粘度を有するようにしたものであるが、本発明において、吐出媒体を常温でもっぱら液体としたのは、例えば、吐出段階で液体化して吐出させる固形のインクとの相違を明確にするためである。すなわち、本発明は、当初から液体の吐出媒体における粘度を適当なものとする点で、固体の吐出媒体を液体化することとは本質的に異なるものである。なお、本発明における常温とは、ＪＩＳ  Ｚ  ８７０３の試験場所の標準状態で規定する５℃〜３５℃の範囲をいう。
【発明の効果】
【００３５】
本発明の液体吐出ヘッド、液体吐出装置、及び液体吐出方法によれば、液室内に収容された液体の吐出媒体が吐出時も待機時も一定の温度で保持されるので、吐出媒体の粘度が吐出に適当なものとなる。そのため、常に安定した吐出特性が得られ、電源投入直後といった吐出の初期や、間欠的に吐出させる場合であっても、立上り時の不吐出現象を生じない。また、高速記録及び連続記録が可能となり、動作温度範囲も広くすることができる。さらに、小液滴を効率良く吐出することや、常温で粘度の高い吐出媒体を吐出することも可能となる。
【００３６】
そして、本発明の液体吐出ヘッドの吐出媒体によれば、液体吐出ヘッドの液室の温度で吐出に適当な粘度を有するので、本発明の液体吐出ヘッド、液体吐出装置、及び液体吐出方法に用いる吐出媒体として好ましい特性を示すものとなり、記録品質を大幅に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、図面等を参照して、本発明の実施形態について説明する。
本発明における液体吐出ヘッドは、下記実施形態では、例えば図１に示すように、インクジェットプリンタのインクジェットヘッド１１に相当するものである。また、下記実施形態において、インクジェットヘッド１１が吐出する常温でもっぱら液体の吐出媒体はインクであり、インクを収容する液室がインク液室１２で、ノズル１８から液滴として吐出される微少量（例えば、数ピコリットル）のインクがインク液滴である。
【００３８】
そして、下記実施形態では、エネルギー発生素子として発熱抵抗体１３を使用したサーマル方式のインクジェットヘッド１１となっており、発熱抵抗体１３は、基板部材１４となる半導体基板１５の一方の面に析出形成されている。また、下記実施形態では、例えば図２に示すように、このようなサーマル方式のインクジェットヘッド１１を被記録媒体である印画紙の幅方向に多数並べて配置したラインヘッド１０となっており、本発明における液体吐出装置は、下記実施形態では、このようなサーマル方式のラインヘッド１０を備えるインクジェットプリンタである。
【００３９】
図１は、本実施形態のインクジェットヘッド１１を示す部分斜視図である。
図１に示すように、インクジェットヘッド１１は、基板部材１４となる半導体基板１５にバリア層１６が積層され、このバリア層１６にノズルシート１７が貼り合わされることによって構成される。なお、図１では、説明の便宜上、ノズルシート１７を分解して図示している。
【００４０】
ここで、半導体基板１５は、シリコン、ガラス、セラミックス等からなるものである。そして、発熱抵抗体１３は、この半導体基板１５の一方の面（図１では上面）に、半導体や電子デバイス製造技術用の微細加工技術を用いて析出形成（例えば、発熱抵抗体１３となる材料をプラズマによるスパッタリング法によって成膜）したものであり、同様にして半導体基板１５に形成された導体部（図示せず）を介して、同じく内部に設置された駆動回路、制御ロジック回路等を経て外部回路と電気的に接続されている。
【００４１】
また、バリア層１６は、半導体基板１５における発熱抵抗体１３側に形成されたものであり、発熱抵抗体１３の周辺部を除いた部分に、感光性樹脂でパターニング形成されている。すなわち、バリア層１６は、例えば、感光性環化ゴムレジストや露光硬化型のドライフィルムレジストからなっており、半導体基板１５の発熱抵抗体１３が形成された面の全体に積層された後、フォトリソプロセスにより、不要な部分が除去されることによって形成される。
【００４２】
さらに、ノズルシート１７は、複数の円形のノズル１８が配列されるように、例えば、ニッケル（Ｎｉ）による電鋳技術によって形成されたものである。そして、ノズルシート１７の各ノズル１８の位置と、半導体基板１５上の各発熱抵抗体１３の位置とが合うように、すなわち、各ノズル１８が各発熱抵抗体１３と対向するように精密に位置決めがなされ、バリア層１６上に貼り合わされる。
【００４３】
したがって、各インク液室１２は、発熱抵抗体１３を囲むようにして、半導体基板１５とバリア層１６とノズルシート１７とで構成される。すなわち、半導体基板１５及び発熱抵抗体１３は、インク液室１２の天壁を構成し、バリア層１６は、インク液室１２の３つの側壁を構成し、ノズルシート１７は、インク液室１２の底壁を構成する。なお、図１では、各発熱抵抗体１３と各ノズル１８との位置関係が明らかとなるように、インクジェットヘッド１１の上下関係を逆転させてある。
【００４４】
また、各インク液室１２は、図１中、右下方向に開口領域を有しており、この開口領域が共通のインク流路に連通する。そのため、インクタンク（図示せず）内のインクは、共通のインク流路を通り、それぞれの開口領域から各インク液室１２内に供給されることとなる。
【００４５】
そして、このようなインクジェットヘッド１１は、通常１００個単位になるインク液室１２と、各インク液室１２内にそれぞれ配置された発熱抵抗体１３と、各発熱抵抗体１３とそれぞれ対向するノズル１８とを備えており、インクジェットプリンタの制御部からの指令によってこれらの発熱抵抗体１３が選択的に駆動される。すると、インク液室１２内に収容されたインクに吐出エネルギーが付与され、ノズル１８からインク液滴として吐出されることとなる。さらに、本実施形態では、このようなインクジェットヘッド１１を被記録媒体である印画紙の幅方向に多数並べることにより、ラインヘッド１０を形成している。
【００４６】
図２は、本実施形態のラインヘッド１０を示す平面図である。
図２に示すように、本実施形態のラインヘッド１０では、４つのインクジェットヘッド１１（「Ｎ−１」、「Ｎ」、「Ｎ＋１」、「Ｎ＋２」）が並設されている。ここで、図２に示すラインヘッド１０は、図１中のインクジェットヘッド１１からノズルシート１７を除く部分を複数並設し、複数のノズル１８が形成された１枚のノズルシート１７を貼り合わせることによって構成されている。
【００４７】
そして、このラインヘッド１０は、隣接するインクジェットヘッド１１の各端部にあるノズル１８も含め、各ノズル１８が同一ピッチで配列されている。すなわち、Ａ部詳細として示すように、Ｎ番目のインクジェットヘッド１１の右端部にあるノズル１８と、Ｎ＋１番目のインクジェットヘッド１１の左端部にあるノズル１８との間隔がそれぞれのインクジェットヘッド１１における各ノズル１８の間隔と等しくなるように、各インクジェットヘッド１１が配置される。
【００４８】
また、このようなラインヘッド１０を必要数だけノズル１８の配列方向と直交する方向に並べてヘッド列を構成し、ヘッド列ごとに異なる色のインクを供給することによってカラー印画に対応させることもできる。例えば、ヘッド列を、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）の４列構成とすれば、カラー対応のインクジェットプリンタとすることができる。
【００４９】
そして、各ヘッド列にそれぞれ結合された４色のインクタンク（図示せず）から各色のインクを供給することにより、図１に示すインク液室１２にインクを収容し、その後、印画データに基づいて、発熱抵抗体１３に短時間（例えば、１〜３μｓｅｃ）だけパルス電流を流せば、その発熱抵抗体１３が急速に加熱され、発熱抵抗体１３と接する部分のインクに膜沸騰による気泡を発生させることができる。すると、その気泡の膨張によって所定の体積のインクが押しのけられることとなり、押しのけられたインクと同等の体積のインクがノズル１８からインク液滴として吐出され、印画紙上に着弾してカラーでの記録が行われる。
【００５０】
このように、本実施形態のラインヘッド１０によれば、印画紙にカラーで記録することができるが、各色の使用量の相違によって発熱抵抗体１３の加熱頻度に差が生じるため、ヘッド列ごとに温度差が発生する。また、ラインヘッド１０を構成する各インクジェットヘッド１１間でも温度差が発生し、インクジェットヘッド１１の各インク液室１２間でも温度差が発生する。さらに、記録開始当初と記録動作中との間にも温度差が発生こととなる。そのため、温度差によってインクの粘度が相違することとなり、粘度が大きいインクの吐出不良が問題となる。
【００５１】
したがって、インクジェットプリンタにおいては、所定の記録品質を確保するため、動作温度を一定の範囲内とし、インクの吐出不良が生じないようにして動作させなければならないが、吐出不良を防止するための動作温度の設定方法としては、次のような３つの考え方がある。
【００５２】
図３、図４、図５は、インクの粘度と動作温度範囲との関係を示すグラフであり、図３は動作温度の設定方法における第１の考え方を示し、図４はその第２の考え方を示し、図５はその第３の考え方を示している。なお、図３に示す第１の考え方は、従来技術に基づくものであり、図４に示す第２の考え方は、図３に示す従来技術から考えられる改善策であり、図５に示す第３の考え方は、本実施形態のものである。
【００５３】
図３に示すように、水を主成分とするインクの粘度は、１０℃と３５℃とでは２倍近く変化する。そこで、従来技術である第１の考え方は、最初に、期待される動作温度範囲のほぼ中間の温度付近におけるインクの粘度を考慮して動作の最適化を行い、次いで、その温度の両側において許容できるずれを均等に配分する。すなわち、予備加熱を行わない従来のインクジェットプリンタでは、図３に示すように、例えば、２５℃において動作の最適化を行い、その両側における許容範囲を±１０℃とすることにより、１５℃〜３５℃の比較的狭い範囲を動作温度範囲としている。
【００５４】
このような第１の考え方による従来のインクジェットプリンタは、ごく一般的なものであるが、動作温度の範囲内で変化の激しいパラメータが１つでもあると、所定の効果を奏することができないという問題がある。例えば、サーマル方式のインクジェットプリンタは、記録開始当初と記録動作中との温度差が大きいため、動作温度範囲の下限（１５℃）から上限（３５℃）までインクの温度が変化することも多く、その結果、図３に示すように、インク粘度の変動範囲が非常に大きくなり、安定した記録品質が得られなくなってしまう。
【００５５】
次に、図４に示す第２の考え方は、最初から特定の温度で動作させるという動作の中心点（動作点）を定め、液体であるインクの温度が低い場合には加熱操作を行い、温度が高い場合には冷却操作を行うことにより、常にこの動作点でしか機器を動作させないようにするものである。すなわち、図４に示すように、例えば２５℃を動作点とするならば、氷点を越える温度から２５℃までは加熱操作を行い、沸点未満の温度から２５℃までは冷却操作を行うことにより、インク粘度を一定に保持している。そのため、第２の考え方によれば、インク粘度の変動という記録品質に大きく関係するパラメーターの影響を排除することができる。また、動作温度範囲を氷点を越える温度から沸点未満の温度まで拡大することができる。
【００５６】
しかし、このような第２の考え方は、動作温度の変動分を吸収させるため、図４に示すように、動作点を中心として、加熱操作と冷却操作とが必要になる。ここで、加熱操作は一般的に容易であるが、冷却操作は手段が限られ、時間もかかる。しかも、加熱操作（加熱手段）と冷却操作（冷却手段）とを併用することは経済的にも問題がある。
【００５７】
そこで、本実施形態のインクジェットプリンタでは、図５に示す第３の考え方に基づいて動作温度範囲を設定する。すなわち、第３の考え方は、従来設定されていた動作温度範囲よりも高いところに動作点を設定し、動作中のいかなる場合にも加熱操作しか必要がないようにすることにより、動作温度範囲を氷点を越える温度から沸点未満の温度まで拡大しつつ、上記した第２の考え方を改善しようとするものである。
【００５８】
そのため、本実施形態のインクジェットプリンタ（インクジェットヘッド）には、図１に示す発熱抵抗体１３とは別に加熱素子（本発明における加熱手段に相当するもの）が設けられ、直流状の電流成分によって加熱素子を発熱させることにより、従来設定されていた動作温度範囲よりも常に高い温度で動作する。すなわち、吐出動作に関係しない加熱素子を別途配置し、加熱素子の発熱により、吐出の待機状態においては、周囲の温度よりも高い適当な温度（以下、「バイアス温度」という）に動作点を設定し、加熱操作のみでインク液室１２（図１参照）をバイアス温度に保持することより、インクが常に動作点で吐出されるようにしてインクの粘度を一定に保っている。
【００５９】
また、バイアス温度で最適な粘度を有するインクを使用することにより、動作温度範囲を氷点を越える温度からバイアス温度（沸点未満の温度）まで拡大することができる。そのため、本実施形態のインクジェットプリンタ（インクジェットヘッド）は、図５に示すように、従来設定されていた動作温度範囲よりも広い動作温度範囲（拡大動作温度範囲）とすることが可能となっている。
【００６０】
なお、加熱素子は少なくともインク液室１２をバイアス温度に保持するが、これは、加熱素子がインクジェットヘッド１１（図１参照）の内部に埋め込まれているからである。すなわち、インクはインク液室１２と常に接しているので、インク液室１２がバイアス温度であれば、インク液室１２に収容されたインクも自動的に温まり、バイアス温度に保持されることとなる。
【００６１】
また、加熱素子は、直流状の電流成分により、インク液室１２がバイアス温度になるまで発熱（以下、「バイアス加熱」という）する。すなわち、上記した特許文献１に記載の従来のインクジェットプリンタの場合には、インクを吐出させるための発熱抵抗体を兼用して予備加熱を行うことから、パルス電流によって発熱させているが、本実施形態のインクジェットプリンタ（インクジェットヘッド）の場合は、連続した電流（直流）によるバイアス加熱となっている。なお、直流状の電流成分とは、変動成分のある直流を含むことを意味する。
【００６２】
このような直流を用いた発熱は、吐出動作に関係しない加熱素子を新たに配置することによって初めて可能となったものであり、連続して発熱させることができるので、加熱素子をインクに直接的に接触させる必要がなく、キャビテーションによる破壊や劣化等の問題もなくなる。しかも、アナログ動作の発熱回路となるので、電源電圧によらずに任意の発熱量を設定することができ、加熱素子に供給する電源を吐出用の発熱抵抗体と同じ固定電圧とした場合であっても、発熱の自由度を失うことな線形の温度制御システムを構築することができる。
【００６３】
そのため、本実施形態のインクジェットプリンタ（インクジェットヘッド）では、加熱素子をインクジェットヘッド１１の内部に埋め込み、インク液室１２をバイアス温度に保持することによってインクがバイアス温度となるようにしている。また、加熱素子は、抵抗に限らず制御用のトランジスタ等を使用することもでき、電流を流すことによって発熱するものであれば何でも加熱素子の役割をするので、インクジェットヘッド１１内の各トランジスタ等がそれぞれ分散された加熱素子となり、その発熱の総和が有効に活用されるので、発熱効率が非常に良いものとなる。
【００６４】
このように、本実施形態のインクジェットプリンタにおけるバイアス加熱は、従来技術のインクジェットプリンタの予備加熱と本質的に相違するものであり、その相違点をまとめると、以下のようになる。
【００６５】
（１）本実施形態のインクジェットプリンタにおけるバイアス加熱は、吐出エネルギーの付与とは別の加熱素子によって行われる。
すなわち、従来技術のインクジェットプリンタにおける予備加熱は、吐出エネルギーを付与するための発熱抵抗体を兼用することによって行われており、発熱抵抗体の空き時間の利用となるので、その使用には多くの制約がある。例えば、発熱抵抗体は、発熱の際にできるだけ多くの吐出エネルギーが発熱抵抗体の表面に接する部分のインクの膜沸騰に向けられるように、発熱抵抗体の裏面側（基板部材側）に通常のシリコン酸化物（ＳｉＯ２ ）に比べて熱伝導率の悪い窒化シリコン（ＳｉＮ）等を使用し、インク以外には少しでも熱が伝わりにくくなるようにしている。そのため、インクの膜沸騰には問題ないが、インク液室を温度を上げるには効率が悪くなる。
【００６６】
また、本来的には瞬時に臨界温度まで加熱できる能力を有する発熱抵抗体を使用して、臨界温度の数分の１から一桁くらい低い温度の加熱を行うには、実用的な回路設計の制約もあり、同一の電源から電流の供給を受ける発熱抵抗体において、通電時間によってインクの吐出か単純な加熱かを区別するしかない。すなわち、パルス幅の変調でしか制御できず、電圧を変化させる手段が使えない。そのため、精密な予備加熱を行うには、吐出のために必要なクロック周波数の２倍、あるいはそれ以上の高い周波数を用いて制御する必要があり、そのような制御方法を独立した多数のインクジェットヘッドを用いたラインヘッドに適用することは、システム的にも無理があり、使い勝手で制約のあるものとなってしまう。
【００６７】
このような従来技術の予備加熱に対し、本実施形態のバイアス加熱は、加熱素子が図１に示す発熱抵抗体１３から独立しているので、インクに対する吐出エネルギーの付与とは無関係にインク液室１２を加熱することができる。そのため、例えば、基板部材１４側にも通常のシリコン酸化物（ＳｉＯ２ ）を使用するというように、加熱素子の構造の選択が自由となり、インク液室１２の全体及びインク液室１２に接するインクを極めて効率良くバイアス温度に保持することができる。しかも、不本意なインクの吐出を確実に回避することができるので、高速のバイアス加熱を行うことができる。
【００６８】
（２）本実施形態のインクジェットプリンタにおけるバイアス加熱は、直流状の電流成分によって行われる。
すなわち、従来技術のインクジェットプリンタにおける予備加熱は、パルス電流のみによって行われていたが、本実施形態のバイアス加熱は、直流状の電流成分によって線形の温度制御システムを構築することができ、インク液室１２を極めて効率良く、高速にバイアス加熱することができる。
【００６９】
（３）本実施形態のインクジェットプリンタにおけるバイアス加熱は、従来設定されていた動作温度範囲よりも高いバイアス温度に加熱する。
すなわち、従来技術のインクジェットプリンタにおける予備加熱では、動作温度範囲のほぼ中間を動作点とし、動作点以下の温度において加熱操作を行い、動作点以上の温度では予備加熱をしていない。これは、インクの吐出のために発熱抵抗体を発熱させると、その熱のかなりの部分が周囲にも伝わり、吐出動作中は吐出目的以外に常に余熱によってインクが温められる結果となり、インクの温度が上昇するからである。
【００７０】
そして、インクの粘度が必要以上に低くなり、想定しているよりも吐出量が増え過ぎないように、短時間はともかく、長時間にわたって動作温度範囲の上限を超える温度にならないようにしている。特に、単位時間当たりの吐出回数が増えると発熱量が増大することとなるので、一般には、感熱素子等の温度測定手段から情報を受け取り、温度が一定以上に上昇しないように記録速度を遅らせたりすることで、動作温度範囲から外れないようにしている。
【００７１】
このような従来技術の予備加熱に対し、本実施形態のバイアス加熱は、従来設定されていた動作温度範囲よりも高いバイアス温度に加熱するので、既に周囲の温度が動作温度範囲の上限の温度に達していても、温度測定手段がバイアス温度より低い温度を検出していれば、継続して加熱が行われる。そのため、動作中のいかなる場合であっても、常に加熱操作しか必要がなくなる。
【００７２】
（４）本実施形態のインクジェットプリンタにおけるバイアス加熱は、バイアス温度になるまで加熱する。
すなわち、図１に示すサーマル方式のインクジェットヘッド１１では、周囲の温度に基づくインクの温度変化に対して、発熱抵抗体１３の発熱分の温度上昇が加わるため、一般的にピエゾ方式よりも広い動作温度範囲に対応する必要がある。そして、上記した通り、従来技術の予備加熱では低温側の対策を行い、一度吐出が開始され、余熱によってインクが温められて動作点の温度になると、インクの粘度が実用上問題のない範囲まで下がることから予備加熱を停止する。
【００７３】
しかし、周囲の温度が低いと、従来技術の予備加熱では、あまり使用されない発熱抵抗体を備えるインクジェットヘッドのインクの温度が動作点まで上がらず、問題が残る。このような問題は、特に、多数のインクジェットヘッドをつなげたラインヘッドで顕著になる。
【００７４】
これに対して本実施形態のバイアス加熱によれば、吐出に関係しない専用の加熱手段によって急速にインク液室１２（図１参照）を加熱し、インク液室１２に収容されたインクがバイアス温度になるまで継続して加熱を続け、バイアス温度を越えて初めて加熱を停止するので、発熱抵抗体１３（図１参照）の駆動の有無にかかわらず、インク液室１２の温度が常にバイアス温度で保持される。そのため、図２に示すラインヘッド１０のように、多数のインクジェットヘッド１１をつなげたものであっても、常に最適な動作が確保される。
【００７５】
ところで、本実施形態のインクジェットプリンタにおけるバイアス加熱の場合、別途、加熱手段が必要となるので、エネルギー効率が悪くなるようにも考えられる。しかしながら、本実施形態のバイアス加熱によって従来技術の予備加熱よりも余分なエネルギーが必要になることはない。
【００７６】
この点について詳述すると、従来技術の予備加熱では、上記した通り、動作温度範囲のほぼ中間を動作点とし、動作点以下の比較的低温で動作させる際には予備加熱を行ってインクを温め、その後は予備加熱を停止し、吐出のための熱を利用して吐出動作を継続し、吐出が連続して温度が上がり過ぎた場合には、記録速度を遅くして動作温度範囲を外れないようにしている。
【００７７】
一方、本実施形態のバイアス加熱によれば、上記した通り、加熱素子によって従来設定されていた動作温度範囲よりも高いバイアス温度にインクを加熱し、必要に応じたわずかな電力（エネルギー）でバイアス温度を保持し、このバイアス温度から吐出に必要な臨界温度（膜沸騰のための３３０℃〜３５０℃）まで上昇させるために、発熱抵抗体１３（図１参照）に適当な電力（エネルギー）を付与する。
【００７８】
そのため、加熱素子は、インク液室１２（図１参照）に収容されたインクに対する吐出エネルギーの付与とは無関係に、インク液室１２を加熱するものであり、発熱抵抗体１３の駆動の有無にかかわらず、インク液室１２をバイアス温度に常時保持する。そして、発熱抵抗体１３は、もっぱら吐出のための最適条件で動作させている。
【００７９】
ここで、吐出動作を起こさせる膜沸騰に必要な発熱抵抗体１３の表面温度（臨界温度）を（Ｔｍａｘ）、バイアス温度を（Ｔｂ）、吐出動作時のインクの温度を（Ｔｒ）とすれば、
吐出に必要なエネルギー＝Ｋ・（Ｔｍａｘ−Ｔｒ）
となる（ただし、Ｋは定数）。
そして、
Ｋ・（Ｔｍａｘ−Ｔｒ）＝Ｋ・（Ｔｍａｘ−Ｔｂ＋Ｔｂ−Ｔｒ）
＝Ｋ・（Ｔｍａｘ−Ｔｂ）＋Ｋ・（Ｔｂ−Ｔｒ）…（１）式
と変形すれば、（１）式の第１項は、吐出動作に必要なエネルギーを示し、第２項は、周囲の温度をバイアス温度にするためのエネルギーを示す。したがって、本実施形態のバイアス加熱によって必要となるエネルギーは、全体として従来技術の予備加熱と同じになるのである。
【００８０】
すなわち、従来技術の予備加熱では、（１）式の第２項を与えるために毎回の吐出時に余分なエネルギーを付加していたのに対し、本実施形態のバイアス加熱では、この分を吐出動作とは分離して別の加熱手段によって付加していることとなる。
【００８１】
図６は、本実施形態のインクジェットプリンタにおけるバイアス加熱と、従来技術のインクジェットプリンタにおける予備加熱とを比較して示す概念図である。
図６に示すように、従来技術の予備加熱では、動作温度範囲の下限から臨界温度までを吐出用の発熱抵抗体のみで加熱しているのに対し、本実施形態のバイアス加熱では、動作温度範囲の下限からバイアス温度までを吐出用の発熱抵抗体とは別の加熱素子を用いて加熱（バイアス加熱）し、バイアス温度から臨界温度までを吐出用の発熱抵抗体で加熱している。
【００８２】
そのため、待機時においては、加熱素子によってバイアス温度が保持され、吐出時は、発熱抵抗体による加熱を勘案して発熱抵抗体の発熱量を制御することにより、吐出時も待機時も、インク液室及び吐出されるインクの温度がバイアス温度に保持される。したがって、本実施形態のバイアス加熱は、エネルギー効率の点で、従来技術の予備加熱と何ら変わるものではない。
【００８３】
そして、本実施形態のインクジェットプリンタ（インクジェットヘッド）は、インク液室１２（図１参照）の温度を検知する感熱素子（本発明における温度検知手段に相当するもの）と、この感熱素子によって測定されたインク液室１２の温度に基づいて加熱素子の発熱量を制御する制御回路（本発明における加熱制御手段に相当するもの）とを備えている。そのため、インク液室１２の温度は、常にバイアス温度で正確に保持されることとなる。
【００８４】
このように、本実施形態のインクジェットプリンタ（インクジェットヘッド）では、加熱素子、感熱素子、及び制御回路によってインク液室１２をバイアス温度に保つことにより、周囲の温度に関係なくインク液室１２内に収容されたインクをバイアス温度にしている。したがって、一定の粘度のインクを吐出させることが可能となり、高い吐出安定性を得ることができる。
【００８５】
また、本実施形態のインクジェットプリンタ（インクジェットヘッド）は、インク液室１２の保持温度を設定する温度設定手段を備えている。すなわち、様々な種類のインクの吐出を考慮すると、バイアス温度は必ずしも固定された温度にならないので、適当な手段（本実施形態では基準電圧の設定）によってインク液室１２の保持温度を外部から設定することにより、動作状態（例えば、発熱動作やバイアス温度の設定値等）を変えることができるようにしている。
【００８６】
このように、動作状態を適当に変えるようにすれば、多種の目的に共通のハードウェアとして設計されたインクジェットプリンタの設定を簡単な操作で変更して、目的別に合わせることができる。そのため、使い勝手が向上するとともに、実質的なコストダウン効果も期待できる。なお、具体的な設定方法は、基板部材１４（図１参照）上の端子を用いて直接変更する方法や、シリアル通信の内部に制御信号を時分割多重で送る方法等が考えられる。
【００８７】
さらに、本実施形態のインクジェットプリンタ（インクジェットヘッド）は、感熱素子によって検知されたインク液室１２の温度状態を表示する温度表示手段を備えている。すなわち、インクジェットプリンタが順調に動作していても、時としてどのような状態で動作しているのかを確認したいことがある。また、何らかの異常の兆候が見られた際にいち早くインクジェットプリンタの状況を確認したいこともある。そして、インク液室１２の温度状態は、このような要求の範疇に入るものであり、温度表示手段によって知ることができるようになっている。
【００８８】
この温度表示手段としては、例えば、インク液室１２の温度を検知する感熱素子の発生電圧を適当な手段を用いて外部に信号として取り出せるようにすれば良い。そして、その信号を用いてインク液室１２の温度状態を外部から監視することにより、使用者は、インクジェットプリンタの動作状態や、何らかの異常を簡単に確認することができる。なお、このような直接的な方法ではなく、シリアル通信によってインク液室１２の温度を送信するというような間接的な方法であっても良い。また、温度表示手段は、必ずしも温度を直接表示するものに限られず、温度の高低や、温度の異常の有無を表示するものであっても良い。
【００８９】
図７は、本実施形態のインクジェットヘッドの構成を示す概念図である。
図７に示すように、インクジェットヘッドには、吐出用の発熱抵抗体とは別に、加熱素子が備えられている。また、吐出用の発熱抵抗体による発熱量を考慮して加熱素子を駆動する制御回路が設けられている。そして、この制御回路には感熱素子が設けられている。このように、本実施形態のインクジェットヘッドでは、バイアス温度を設定するための基準電圧の設定（直流電圧を多少可変する程度）以外はすべて、インクジェットヘッドの内部で独立して制御される構造となっている。
【００９０】
また、加熱素子の駆動は、インク液室の温度を検知する感熱素子の指示電圧と、基準電圧との比較に基づいて行われる。これは、電源電圧の変動の影響をできるだけ排除し、温度だけの変動分を示すように配慮したためであり、別の方法で電源電圧の変動の影響を取り除くことができるならば、内部に基準電圧を持たせず、外部から直接基準電圧を与えることもできる。
【００９１】
このように、本実施形態のインクジェットヘッドは、感熱素子によってインク液室の温度が検知され、この温度は、上記した温度表示手段によって外部から観察することができるようになっている。また、感熱素子による指示電圧と設定された基準電圧との差分が正の場合にだけその差分が増幅され、加熱素子を発熱させてインク液室をバイアス温度に保持する。
【００９２】
図８は、本実施形態のインクジェットヘッドに使用されている発熱抵抗体及び加熱素子と、従来技術のインクジェットヘッドに使用されている発熱抵抗体との比較を示す表である。
図８に示すように、本実施形態では、吐出用の発熱抵抗体と、バイアス加熱用の加熱素子とが別々に備えられているが、従来技術では、発熱抵抗体が吐出用と予備加熱用との兼用になっている。
【００９３】
そして、発熱抵抗体は抵抗であるが、加熱素子はＮＭＯＳトランジスタであり、発熱抵抗体のようなパルス電流ではなく、４ｍＡ未満の直流電流で駆動される。また、加熱素子の最高発熱能力は３Ｗ（又は１．５Ｗ）となっており、インク液室のバイアス温度を２５℃〜７０℃の範囲で設定することができる。なお、最高発熱能力を３Ｗとしたのは、従来の動作温度範囲の上限である３５℃の２倍の温度（７０℃）をバイアス温度として設定した場合に、コールドスタートであっても従来の予備加熱よりも短時間で動作状態にすることができる性能として必要十分と考えられるからである。
【００９４】
ところで、本実施形態のインクジェットプリンタ（インクジェットヘッド）によってインクがバイアス温度に保持されるとしても、それから直ちに安定したインクの吐出が得られるとは限らない。すなわち、インクジェットプリンタは、インクの特性を合わせて初めて全体として完成したものとなる。そして、インクは、有機溶剤であったり、有機溶剤等を含んだ水であったりする。そのため、インクは、バイアス温度付近で吐出動作に最適な粘度を有することが適当であり、逆に、インクが最適な粘度を有するように、バイアス温度を設定するのが良い。
【００９５】
ここで、インクは、インク自体で望ましい粘度を有するとは限らない。すなわち、設定したバイアス温度で最適な粘度を有するインクを選択することが好ましいが、これに限らず、バイアス温度で最適な粘度となるように、粘度調整剤を配合しても良い。粘度調整剤を配合するようにすれば、簡単に最適な粘度に調整することができ、インクの選択肢を増やすことができる。
【００９６】
このように、本実施形態のインクジェットプリンタは、発熱抵抗体とは別の加熱素子により、周囲の温度に関係なくインクをバイアス温度に保持するので、インクを一定の粘度で吐出させることができ、高い吐出安定性を得ることができる。また、バイアス温度で最適な粘度を有するインクを使用することにより、動作温度範囲を広くすることができる。さらに、インクジェットプリンタとしての機器性能や使い勝手が向上し、長寿命化や、製造又は使用段階でのコストの削減を図ることができる。そして、その効果をまとめると、以下のようになる。
【００９７】
（１）バイアス加熱によって吐出特性が安定し、インクジェットプリンタとしての機器性能が向上する。
すなわち、バイアス加熱によって吐出開始前も後もほとんど同じ温度のインクが使われることとなり、インクの粘度が一定に保たれるため、吐出開始当初や、記録動作が連続せずに一定時間吐出しないというような間欠的な吐出状態が続いても、立上り時の不吐出現象が生じることはなく、確実に一定量のインク液滴を吐出させることができる。
【００９８】
また、インクの粘度が一定で最適な状態に保たれるので、インクジェットヘッドの温度特性が安定し、吐出されたインク液滴が印画紙上に形成するドットの形状や配列が正確なものとなり、濃度ムラやスジ状のムラ等がない記録結果を得ることができる。しかも、インクジェットヘッドの動作温度の変化による記録画像の全体的な濃淡の変化等も完全に解消することができる。
【００９９】
さらに、従来の動作温度範囲よりも高いバイアス温度において、インクの粘度をあらかじめ低く設定した状態で最適化することは容易である。そして、インクの粘度が低いと、原理的に小さなインク液滴が作りやすくなる。そのため、小液滴を効率良く吐出することができ、特に、写真等の高画質用のインクジェットプリンタとして最適なものとすることができる。
【０１００】
さらにまた、インクの供給速度を上げることができるので、高速動作が可能になる。すなわち、インクを連続して吐出するには、吐出ごとに外に失われた量と等しいインクを供給し続けなくてはならないが、そのためには、インク液室の近傍だけでなく、インク流路にあるインクも容易に移動できる状態となっていなければならない。この場合、インクを速く動かすには、原理的に、インクの移動方向に向けて高い圧力を作用させるか、インクが移動するインク流路の断面積を広くするか、インクの粘度を下げて動きやすくすることが考えられる。
【０１０１】
ここで、インクタンクからの供給路や、インクジェットヘッド内のインク流路等は、比較的流路の断面積を広く取れるので、動作温度範囲内で多少温度が低くても移動速度に影響することはない。しかしながら、ノズルの下にあるインク流路等においては、様々な制約から、流路の幅や高さが最高で１０数μｍと極めて微少なものとなる。この様な状況下で、インクの粘度が一定で低い値に保たれるということは、高速なインクの供給が可能になるということであり、その結果、全体としての記録速度を速くすることができるようになる。
【０１０２】
そして特に、サーマル方式のラインヘッドに最適なものとなる。すなわち、サーマル方式では、インクジェットヘッドが大きくなると、一つのインクジェットヘッド内でさえ、連続して吐出が行われる部分と、ほとんど吐出が行われない部分との間で温度差が大きくなり、吐出特性が大きく変化する。そのため、熱伝導的に分離された多くのヘッドをつなげて構成するタイリング方式のラインヘッドでは、支持部材に熱伝導率の高いものを使用したとしても、各ヘッドの温度を一様にすることは困難である。
【０１０３】
しかし、本実施形態のラインヘッドでは、少なくとも待機中のヘッド間の温度差は、バイアス温度の設定精度によって決まるので、極めて小さな偏差に保つことができる。そのため、タイリング方式によるサーマル方式のラインヘッドにとって理想的な状態を維持することができる。
【０１０４】
また、ラインヘッドでは、シリアルヘッドのように、ヘッドが同じ場所を繰り返し往復して記録を行い、ヘッドの小さな欠陥を補う重ね書きに相当するものがない。それを補うため、吐出偏向が可能なヘッドを用いて補正する手段があるが、本実施形態のラインヘッドによれば、このような手段による補正効果が増大し、より有効なものとなる。
【０１０５】
（２）インクジェットプリンタの使い勝手が向上する。
すなわち、同じ記録結果をたくさん出力したい場合や、枚数的に連続する大きな文書を短時間で出力したい場合に、連続して記録させることが可能であれば使い勝手が良いといえる。ここで、本実施形態のインクジェットプリンタの場合、図６に示した通り、待機中は、バイアス温度に保つためのバイアス加熱をするが、各ノズルからのインク液滴の吐出そのものには、従来技術の場合よりも少ないエネルギーしか使っていない。そして、動作中は、インク液室の温度を測定してバイアス加熱が必要かどうかを判断しているので、従来技術よりも動作温度範囲を広く取ることができる。その結果、記録速度を上げながら連続記録することが可能になり、特に、ラインヘッドで有効なものとなる。
【０１０６】
また、本実施形態のインクジェットプリンタは、動作温度範囲内はもちろんのこと、従来の動作温度範囲の下限よりも低い温度であっても、インクタンクからのインクの供給に支障がなく、加熱素子の能力が十分確保されていれば、低温（例えば、５℃〜１５℃）からのバイアス加熱が可能である。逆に、高温であっても、高めに設定したバイアス温度でインクの粘度が最適化されていれば、従来の動作温度範囲の上限よりも高い温度で問題なく動作させることができる。すなわち、動作温度範囲がその分だけ広く取れるという利点がある。そのため、狭い動作温度範囲を気にすることなく使用することができる。
【０１０７】
さらに、本実施形態のインクジェットプリンタは、電源投入後、すぐに動作させることができる。すなわち、従来技術では、インクジェットプリンタが放置されていれば、インクの温度が周囲の温度と同じになっており、その温度が低ければ、安定な動作に多少の待ち時間が必要となる。しかしながら、本実施形態のインクジェットプリンタでは、インクがバイアス温度に保持されているため、待ち時間が不要となる。
【０１０８】
さらにまた、本実施形態のインクジェットプリンタは、常温で粘度の高いインクであっても、その吐出が可能である。すなわち、常温では液体であるが、動作温度範囲内での粘度が高い場合（例えば、油性の液体や、特定の溶剤を使用したもの等）に従来技術のインクジェットプリンタで対応することは困難であるが、本実施形態のインクジェットプリンタによれば、その吐出が可能になるばかりでなく、一定の温度に保たれるので、材料の変質や特性の変化等を最小限とすることができる。
【０１０９】
（３）インクジェットプリンタの機器寿命が延長され、コストが削減される。
すなわち、サーマル方式のインクジェットヘッドは、インクの吐出のための膜沸騰を生じさせる段階で、発熱抵抗体の表面を臨界温度（３３０℃〜３５０℃）にしなければならない。そのため、コゲーションと呼ばれる一種の焼付き現象による劣化が進み、吐出速度が徐々に低下するという問題を生じる。また、コゲーションによる寿命劣化を改善するためには、吐出するインクそのものに含まれる成分を注意深く選択すると同時に、発熱抵抗体への不要な通電をできるだけ減らすことが望ましいが、従来技術の予備加熱では、時間は短いものの、吐出時と同じ電流値を発熱抵抗体に通電しておく必要がある。
【０１１０】
それに対して本実施形態のバイアス加熱では、発熱抵抗体に通電されるのが吐出時のみとなるから、発熱抵抗体の寿命が長くなる。また、加熱素子は、高くても臨界温度の数分の１の温度である上に、インクに直接触れることがないので、寿命は半永久的と考えられる。
【０１１１】
さらに、サーマル方式のインクジェットヘッドは、吐出時における圧力の発生が極めて急峻なため、インク液室や発熱抵抗体の表面近傍に高い瞬時圧力が発生する。しかも、インクの吐出時の速度が速いことから、キャビテーション効果が作用して発熱抵抗体を劣化させる。しかしながら、本実施形態のインクジェットプリンタでは、バイアス加熱によってインクの粘度が小さくなっているので、インクの吐出速度が同じであっても発生する圧力が下がり、劣化が少なくなる。
【０１１２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、例えば以下のような種々の変形等が可能である。すなわち、
（１）本実施形態では、インクジェットプリンタのインクジェットヘッド１１を例に挙げたが、液体吐出ヘッドは、これに限られるものではない。例えば、インクに限らず、各種の液体を吐出する液体吐出ヘッドに適用することができる。
【０１１３】
（２）本実施形態では、発熱抵抗体１３を用いたサーマル方式のインクジェットヘッド１１を例に挙げたが、これに限ることなく、発熱抵抗体１３以外の発熱素子を使用したものであっても良い。また、サーマル方式に限らず、静電吐出方式やピエゾ方式にも適用可能である。
【０１１４】
（３）本実施形態では、ライン方式のインクジェットヘッド（ラインヘッド１０）を例に挙げたが、これに限ることなく、シリアル方式のインクジェットヘッド（シリアルヘッド）にも適用可能である。
【０１１５】
（４）本実施形態では、カラー対応のインクジェットプリンタを例に挙げたが、これに限ることなく、モノクロ対応のインクジェットプリンタにも適用可能である。なお、モノクロ対応の場合には、色間の部位に異なる色のインクが混ざらないようにする機構が不要となる。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
本発明の液体吐出ヘッド、液体吐出装置、液体吐出方法、及び液体吐出ヘッドの吐出媒体は、インクジェットプリンタに適用して特に好適なものであるが、被記録媒体は印画紙に限ることなく、例えば、染め物に対して染料を吐出する液体吐出ヘッド等に適用することもできる。また、例えば、生体試料を検出するためのＤＮＡ含有溶液を吐出する液体吐出ヘッド等に適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】本実施形態のインクジェットヘッドを示す部分斜視図である。
【図２】本実施形態のラインヘッドを示す平面図である。
【図３】インクの粘度と動作温度範囲との関係を示すグラフであり、動作温度の設定方法における第１の考え方を示すものである（従来技術）。
【図４】インクの粘度と動作温度範囲との関係を示すグラフであり、動作温度の設定方法における第２の考え方を示すものである（従来技術の改善策）。
【図５】インクの粘度と動作温度範囲との関係を示すグラフであり、動作温度の設定方法における第３の考え方を示すものである（本実施形態）。
【図６】本実施形態のインクジェットプリンタにおけるバイアス加熱と、従来技術のインクジェットプリンタにおける予備加熱とを比較して示す概念図である。
【図７】本実施形態のインクジェットヘッドの構成を示す概念図である。
【図８】本実施形態のインクジェットヘッドに使用されている発熱抵抗体及び加熱素子と、従来技術のインクジェットヘッドに使用されている発熱抵抗体との比較を示す表である。
【図９】従来技術のサーマル方式のラインヘッドを使用した低温環境下における記録結果の一例を示す図である。
【符号の説明】
【０１１８】
１０  ラインヘッド（液体吐出ヘッド）
１１  インクジェットヘッド（液体吐出ヘッド）
１２  インク液室（液室）
１３  発熱抵抗体（エネルギー発生素子）
１８  ノズル
【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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【図９】
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