(57)【要約】【課題】オリフィス面でのインク付着状況を検出して、着弾精度が低下するのを未然に防ぐことが可能な液体噴射記録ヘッドおよび液体噴射装置を提供する。【解決手段】  本発明の液体噴射記録ヘッドは、ノズル２の周辺に形成された撥水部３と、オリフィス面のうち撥水部３以外に形成された親水部４と、撥水部３の周辺の親水部４に形成された、液体の付着を検知するセンサとしての電極５ａおよび電極５ａ周辺に間隔を空けて形成された電極５ｂとを有する。液体噴射装置本体は電極５ａと電極５ｂとの間の抵抗値を測定する電気信号検出部１６を有する。【選択図】図３
2006231876.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出するノズルが形成されたオリフィス面を有する液体噴射記録ヘッドにおいて、
前記オリフィス面のうち前記ノズルの周辺に形成された撥液部と、
前記オリフィス面のうち前記撥液部以外に形成された親液部と、
前記撥液部の周辺の前記親液部に形成されており、前記親液部に付着した液体を検知するセンサとを有することを特徴とする液体噴射記録ヘッド。
【請求項２】
前記センサが、前記撥液部の周辺の前記親液部に形成された第１の電極と、前記第１の電極周辺に間隔を空けて形成された第２の電極とを有する、請求項１に記載の液体噴射記録ヘッド。
【請求項３】
液体を噴射して被記録媒体に記録を行う液体噴射記録装置において、
請求項１または２に記載の液体噴射記録ヘッドと、
前記第１の電極と前記第２の電極との間の抵抗値を測定する測定手段とを有することを特徴とする液体噴射記録装置。
【請求項４】
前記液体噴射記録ヘッドの吐出特性を回復するための回復手段を有する、請求項３に記載の液体噴射記録装置。
【請求項５】
親液部を有するオリフィスに液体を吐出するノズルを形成する工程と、
前記ノズルの周辺に撥液部を形成する工程と、
前記撥液部の周辺の前記親液部に、前記親液部に付着した液体を検知するセンサを形成する工程と、を含む液体噴射記録ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、ファクシミリ、ワードプロセッサ、ホストコンピュータなどの出力機器としてのプリンタに用いられる液体噴射記録ヘッドおよび液体噴射記録装置に関し、特にインクなどを飛翔液滴として吐出口から吐出させて、記録媒体に付着させることによって記録を行う液体噴射記録装置に用いられる液体噴射記録ヘッドおよび液体噴射記録ヘッドの製造方法に関するものである。
【０００２】
また、本発明は、インクなどを吐出して記録などを行う液体噴射記録ヘッドの吐出口近傍に付着した液体を検知し、除去する機構を備えた液体噴射記録装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
インクジェット方式には、極めて微細な口径の複数のインク吐出口を備えた液体噴射記録ヘッドが用いられる。記録を行う際には、それらのインク吐出口から所定の記録信号の入力に応じてインクが吐出され、被記録媒体上に付着させる。近年の高画質化および高微細化に伴い、極めて微細なインク滴を吐出するようになってきており、ミストが増える傾向にある。このような液体噴射記録ヘッドを用いた記録装置においては、ヘッドのオリフィス面にインクが付着すると、それに引きずられて、インクの吐出方向がずれ、被記録媒体に対するドットの着弾精度が悪くなる場合があった。この問題を解決するため、図６に示すように、ヘッドのオリフィス面２０１でのノズル２０２近傍のインク２０７付着状況を検出する記録ヘッドが提案されている（特許文献１参照）。この記録ヘッドは、オリフィス面２０１上に、ノズル２０２の周辺を囲うようにして形成された電極２０５ａと、電極２０５ａに対して微小なギャップを設けて隣接して形成された電極２０５ｂとを有し、各電極２０５ａ、２０５ｂが電気信号検出回路２１６に接続された構成を有し、インク２０７が該ギャップ上に付着したときの電気的な変化を電気信号検出回路２１６で読み取ることにより、付着インクの有無を検出するものである。オリフィス面２０１にインク２０７が付着していれば吐出を止め、オリフィス面２０１の回復処理が行われる。
【特許文献１】特開２０００−１５８３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来の記録装置においては、以下に記載するような問題点がある。
１．ノズル２０２の周辺を囲うようにして電極２０５ａが形成されていることで上記ギャップよりノズル２０２側、すなわち、ノズル２０２近傍にインク２０７が付着してしまった場合、インク２０７の付着状況を検出できないため、被記録媒体への不正確な着弾を未然に防止できない。
２．極めて微細な口径の複数のノズル２０２を備えたオリフィス面２０１は、多少なりともインク２０７をはじく性質を有するため、オリフィス面２０１上にインク滴がまばらに残存するだけであり、インク２０７の付着状況を正しく検出できない。
【０００５】
そこで、本発明は上記課題を解決するため、オリフィス面でのインク付着状況を検出して、着弾精度が低下するのを未然に防ぐことが可能な、液体噴射記録ヘッド、液滴噴射記録装置および液体噴射記録ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明の液体噴射記録ヘッドは、液体を吐出するノズルが形成されたオリフィス面を有する液体噴射記録ヘッドにおいて、オリフィス面のうちノズルの周辺に形成された撥液部と、オリフィス面のうち撥液部以外に形成された親液部と、撥液部の周辺の親液部に形成されており、親液部に付着した液体を検知するセンサとを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、オリフィス面でのインク付着状況を検出して、着弾精度が低下するのを未然に防ぐことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
［１．液体噴射記録装置の構成］
まず、本実施例における液体噴射記録ヘッドのオリフィス面のインク付着状態を検知するために使用した液体噴射記録装置について説明する。
【０００９】
図１に示す本実施例で用いる液体噴射記録装置は、記録媒体６上にインクを噴射するための記録ヘッド１３が搭載されているキャリッジ１０９と記録媒体６が搭載されている吸着ステージ１０３とを有する。
【００１０】
また、本実施例の液体噴射記録装置は、キャリッジ１０９の移動手段としてキャリッジ（ＣＲ）リニアモータ１０１を有し、また記録媒体６の移動手段として、吸着ステージ１０３およびＬＦリニアモータ１０２有する。ラインフィード（ＬＦ）リニアモータ１０２は定盤１０８に固定されており、吸着ステージ１０３が移動しても記録媒体６を載せる吸着ステージ表面が定盤面と常に平行になるようにしている。一方、ＣＲリニアモータ１０１は定盤１０８の上にベース１０４および１０５を介して高い剛性を保って固定されており、キャリッジ１０９が定盤面、すなわち吸着ステージ表面と平行に移動するように調整されている。ＣＲリニアモータ１０１およびＬＦリニアモータ１０２にはそれぞれリニアエンコーダ１１１、１１２および原点センサ１０６、１０７が内蔵されており、各リニアモータの移動時のサーボ制御入力として利用されているとともに、ＣＲ側のリニアエンコーダ１１１はインクの吐出タイミングの生成にも利用されている。
【００１１】
また、本実施例の液体噴射記録装置は、記録ヘッド１３のオリフィス面に付着したインクを除去するためのヘッド回復ユニット１２０を有する。さらに、本液体噴射記録装置には、不図示のパーソナルコンピュータがセントロニクスインターフェースやＵＳＢインターフェースなどで接続されており、パーソナルコンピュータから送信されてきた図形情報データに基づき、ヘッドから噴射されるインクにより記録媒体６の表面に記録がなされる。
［２．液体噴射記録装置の記録動作］
次に、図２を参照しながら本実施例における液滴噴射記録装置の記録動作を説明する。
【００１２】
図２は、本実施例における液滴噴射記録装置の全体ブロック図である。主制御部１４は記録ヘッド１３、吸着ステージ１０３、ＣＲリニアモータ１０１、およびＬＦリニアモータ１０２等をはじめとする本液体噴射記録装置全体を制御する中枢部分で、ＣＰＵおよび動作プログラムなどを格納してなるＲＯＭ、種々のデータなどの書き込みと読み出しなどを行う作業用ＲＡＭなどから構成されている。
【００１３】
記録ヘッド１３は、図１に示したキャリッジ１０９内に搭載されており、キャリッジ１０９を移動させることで記録ヘッド１３を移動させるため、モータコントローラ３０からの指令によりＣＲ用モータドライバ３１がＣＲリニアモータ１０１を制御している。また吸着ステージ１０３上に置かれた記録媒体６を移動させるため、ＬＦ用モータドライバ３２はモータコントローラ３０からの指令によりＬＦリニアモータ１０２を制御している。なお、真空ポンプ３３は吸着ステージ１０３内の空気を吸引し、大気圧と吸着ステージ１０３内の圧力差を利用することで、記録するための記録媒体６を吸着ステージ１０３上に吸着している。
【００１４】
主制御部１４はモータコントローラ３０および各モータドライバ３１，３２を介して各リニアモータ１０１，１０２へ制御信号を出力して記録ヘッド１３の移動や記録媒体６の移動などを行う一方、ヘッド制御部１２とも密接に信号のやり取りをして記録ヘッド１３の駆動を行っている。
【００１５】
具体的には、主制御部１４はパーソナルコンピュータから送信されてきた図形情報データをヘッド制御部１２へ渡す。ヘッド制御部１２は、主制御部１４から渡された図形情報データに従って記録ヘッド１３の各ノズルに対応した電気熱変換素子を駆動して記録動作を行う。
【００１６】
また、主制御部１４は、記録ヘッド１３を記録開始位置（不図示）へ移動させるため、モータコントローラ３０およびＣＲ用モータドライバ３１を介してＣＲリニアモータ１０２へと制御信号を出力する。また、主制御部１４は、記録媒体６を記録開始位置に移動させるため、モータコントローラ３０およびＬＦ用モータドライバ３２を介してＬＦリニアモータへと制御信号を出力する。
【００１７】
すなわち、主制御部１４は、記録ヘッド１３を主走査方向へと移動させながら記録を行い、１回の走査が終了すると記録媒体６を副走査方向（つまり、次の記録位置）へと移動させた後、再び記録ヘッド１３を主走査方向へ移動させながら繰返し記録を行う。
【００１８】
以上のようにして、記録を繰返し行うと、記録ヘッド１３のオリフィス面にインクが徐々に付着する。電気信号検出部１６はこのインク付着状況を検知するためのものであり、後述する記録ヘッド１３に設けた電極間の抵抗値を測定してインク付着の有無を検出している。ここでインク付着が検出されると、主制御部１４は回復ユニット駆動部１２１を介して付着したインクを除去するためのヘッド回復ユニット１２０を制御する。
［３．液滴噴射記録ヘッドの構成］
〔実施例〕
次に、本実施例の記録ヘッド１３のオリフィス面１に付着したインクの検知方法を説明する。図３（ａ）〜図３（ｃ）は、記録ヘッド１３のオリフィス面１に付着したインクの検知方法を説明するための模式図である。
【００１９】
まず本発明である液滴噴射記録ヘッドの構成について説明する。
【００２０】
図３（ａ）〜図３（ｃ）に示すように、オリフィス面１には複数のノズル２（吐出口）が６００ｄｐｉピッチで配置されており、ノズル２の口径は２２μｍとし、ノズル２の周辺には撥水（撥液）部３が形成されている。撥水部３はノズル２の外郭から５〜５０μｍまで形成するのが好ましく、本実施例においてはノズル２から１０μmまで撥水部を形成した。この撥水部３は、ノズル２から吐出されたインク７の一部がノズル２の近傍に極力残存しないようにするためのものである。図３（ａ）〜図３（ｃ）のいずれの場合においても、オリフィス面１上の撥水部３以外の部分は親水（親液）部４が形成されている。親水部４であって、撥水部３の周辺には電極５ａ、５ｂが設けられてる。電極５ａは撥水部３の外周に、僅かに隙間を空け、かつ概ね囲むようにして設けられている。本実施例においては撥水部３から約１０μｍの隙間を空け電極５ａを形成し、電極５ｂは、電極５ａと僅かに（約２μｍの）隙間を空けて電極５ａの外周を囲むようにして設けられている。各電極５ａ、５ｂは電気信号検出回路１６に電気的に接続されている。
【００２１】
本実施例の記録ヘッドは、ノズル２から吐出されたインク７の一部がオリフィス面１上に付着するとき、この親水部４に集まるようにしている。すなわち、インク７が撥水部３に付着した場合、インク７は撥水部３に残存せず、撥水部３を囲むようにして形成されている親水部４へと流れ、親水部４に集まる。
【００２２】
図３（ａ）には直線的に配列されたノズル２を囲むようにして形成された矩形状の撥水部３をコ字形状に囲むようにして各電極５ａ、５ｂが形成された例を示している。
【００２３】
図３（ｂ）には図３（ａ）に比べて、電極５ａと電極５ｂとの間隔を少し広めに（約５μｍに）設けた例を示している。このように電極５ａと電極５ｂの間隔を少し広めに設けることにより、ある程度のインクが集まらないと付着インク有りを検出しないようにしている。本構成の場合、ノズル２の近傍にインクが付着する直前を検出できるようになるため、インクの不正確な着弾予測精度を向上することができ、不必要な回復動作を低減させることができる。回復動作回数の低減はインクの消費量を低減させることができるだけでなく、オリフィス面１の劣化も低減させることができる。
【００２４】
図３（ｃ）は矩形状の撥水部３の長手方向の両側に、吐出口列に沿ってそれぞれ独立して電極を設けた例を示している。すなわち、撥水部３の長手方向の一方に電極５ａと電極５ｂとを設け、他方には電極５ａ、５ｂとは独立した電極５ｃと電極５ｄとを設け、図３（ｃ）中、撥水部３の左右において、電極間の抵抗を別々に測定できるようにしたものである。これにより、インク滴が撥水部３の長手方向のいずれの側に付着しているかを把握することができる。
［４．オリフィス面上へのインク付着］
次に、液滴噴射記録ヘッドのオリフィス面上へのインク付着について具体的に説明する。
【００２５】
前項［２．液体噴射記録装置の記録動作］で説明したように、図１における液滴噴射記録装置の記録動作は、記録ヘッド１３を主走査方向へ移動しながら行い、１回の走査が終了すると記録媒体６を副走査方向（つまり、次の記録位置）へ移動した後、再び記録ヘッド１３を主走査方向へ移動しながら繰返し行う。
【００２６】
記録を繰返し行うと、オリフィス面１上にインク７が付着してくる。図４（ａ）〜図４（ｄ）はオリフィス面１上にインク７が徐々に付着していく様子を模式図で表したものである。
【００２７】
図４（ａ）に示すように、最初はオリフィス面１上にインクは付着していない。その後記録動作を繰返し行うことにより、ノズル２から吐出されたインク７のミストが被記録媒体に着弾されず浮遊したり、またノズル２から吐出されたインク７のサテライトの影響により、図４（ｂ）や（ｃ）に示したようにオリフィス面１上に徐々にインク７が付着してくる。そして図４（ｄ）に示したようにノズル２近傍にもインク７が付着してくる場合がある。このノズル２近傍は撥水部３が設けられている。この撥水部３の目的は、メニスカスが形成されたときのインク７の溢れをノズル２近傍に残さず、ノズル２内に返し易くするためである。また、撥水部３にインク７のミストが付着した場合でも、極めて微小なインク滴がばらばらに付くようにするためである。これに対して、親水部４はインク７のミストが集まり易いので、付着するインク７も多くなる。
［５．インク付着状況の検出方法］
次に、オリフィス面１上に付着したインクの検出方法を説明する。
【００２８】
前項［４．オリフィス面上へのインク付着］で説明したように、記録動作を繰返し行うことでオリフィス面１上にインク７が付着する。この付着したインク７がノズル２の近傍に付着すると、インクの吐出方向がずれ、被記録媒体に対するドットの着弾精度が悪くなる場合がある。この被記録媒体へのインクの不正確な着弾を防止するためには、ノズル２近傍にインク７が付着する前に付着インクを検出することが重要である。
【００２９】
つまり本実施例の特徴は、オリフィス面において、インクがつきやすい親水部４で付着インクを検知することで、吐出不良を引き起こすほど吐出口近辺の撥水部３にインクがつく前に、付着インクの検知が可能となり、インクの着弾精度を向上させることができる。
【００３０】
検知方法は、親水部４に、微小な間隔を空けて形成された電極５ａと電極５ｂの間にインク７が付着することで変化する両電極間の抵抗値を電気信号検出部１６で測定する。この抵抗値の変化により、電極５ａと電極５ｂとの間、つまりオリフィス面１の親水部４にインク７が付着し始めたことが分かり、ノズル２近傍にインク７が付着する前にオリフィス面１上のインク付着状況を正確に検出できるようになる。
【００３１】
以上のような電極間の抵抗値の測定は、被記録媒体への記録動作を繰返し行われている間もなされており、オリフィス面１の親水部４にインク７が付着し始めたことを検出すると、主制御部１４は被記録媒体への１走査分の記録を終えたとき、あるいは被記録媒体への１ページ分の記録を終えたとき、一時的に記録を中断する。
【００３２】
その後、後述する回復動作を行ってから記録を再開しても良い。このことにより、インク７の被記録媒体への吐出を制御し、インクの不正確な着弾を防止することができる。
【００３３】
なお、インク７は導電性を有するものであれば特に限定するものではないが、本実施例では、有機パラジウム含有溶液（酢酸パラジウム−エタノールアミン錯体水溶液（２．０ｗｔ％）を用いた。また、本実施例はシリアル型の液体噴射記録ヘッドを用いて説明したが、本発明は、記録ヘッドとして、ノズルを記録紙の幅方向に対応する数だけ設けたラインヘッド型の液体噴射記録ヘッドにも適用可能である。
［６．付着インクの回復動作］
次に、図２と図３を参照しながらオリフィス面１上の付着インクの回復動作を説明する。
【００３４】
前項［５．インク付着状況の検出方法］で説明したように、オリフィス面１の親水部４にインク７が付着し始めたことを検出すると、主制御部１４はまず被記録媒体への記録動作を一時的に中断する。その後、記録ヘッド１３のオリフィス面１上の付着インク７を除去するため、主制御部１４はモータコントローラ３０およびＣＲ用モータドライバ３１を介してＣＲリニアモータへ制御信号を出力して、記録ヘッド１３をヘッド回復ユニット１２０の位置へ移動する。そして移動が完了すると、主制御部１４は回復ユニット駆動部１２１を介してヘッド回復ユニット１２０を制御して、記録ヘッド１３のオリフィス面１上の付着インク７を除去する。この回復動作（付着インク７の除去）が終わったら、主制御部１４は被記録媒体への記録動作を再開しても良い。なお、付着インク７を除去するときは、除去する場所を特定できる方が望ましい。例えば図３（ｃ）で示したようにノズル２近傍の両側に別々に付着したインク７の有無を検出できる構造であれば、該当する部分のみ付着インク７の除去をすれば良い。
【００３５】
本発明で使用したヘッド回復ユニット１２０は、ブレード等によってオリフィス面１上をワイピングして、記録ヘッド１３のオリフィス面１を拭き取り清掃する方式のものであるが、インクジェット方式の記録装置で一般的に用いられている、ヘッドのインク吐出性能を維持回復するための回復系ユニットを使用しても構わない。
［７．液体噴射記録ヘッドの作成方法］
次に、本実施例における液体噴射記録ヘッドの製造方法を、図５（ａ）〜（ｇ）を用いて説明する。
【００３６】
まず、シリコン基板上２０１に蓄熱層２０２を形成し、２５μｍ角のヒータ（発熱抵抗体）２０３を６００ｄｐｉに配列し、その上に保護層２０４を形成する（図５（ａ））。
【００３７】
次に、型レジスト２０８を１５μｍ塗布し、ノズル流路の形状に露光、現像によりパターニングする（図５（ｂ））。
【００３８】
次に、ノズル流路、吐出口、を形成するための感光性エポキシ材２１２を塗布し、さらに感光性エポキシ材２１２上に感光性撥液材料により感光性撥液材料層２０を形成する（図５（ｃ））。
【００３９】
次に、図５（ｄ）に示すように、限界解像度以下のマスクパターンを有するマスク２１０を介してパターン露光を行い、現像処理を施して、感光性撥液材料層２０のみを部分的に除去した非撥液領域部２０ａと吐出口２０７を形成した（図５（ｅ））。ここで言う限界解像度とは、感光性エポキシ材２１２がシリコン基板２０１まで現像されないパターンを言う。その後、基板裏面からドライエッチング法によってインク供給口２０５を形成し、吐出口２０７近傍には感光性撥液材料層２０により形成された撥水部３とそれ以外の非撥液領域部２０ａである親水部４、そして型材となったレジストを、剥離液を用いて除去し、ノズル２付きのヘッドチップが完成する（図５（ｆ））。さらに親水部４には、Ａｌ等を用いスパッタ法、蒸着法などの気相法、メッキ法などの液相法により電極５を成膜する（図５（ｇ））。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施例における液滴噴射記録装置の概略図である。
【図２】本発明の実施例における液体噴射記録装置の制御ブロック図である。
【図３】本発明の実施例の液滴噴射記録ヘッドのオリフィス面の模式図である。
【図４】オリフィス面にインクが付着していく様子の模式図である。
【図５】本発明の液体噴射記録ヘッドの製造工程フロー図である。
【図６】従来例の記録ヘッドのオリフィス面の一例の模式図である。
【符号の説明】
【００４１】
２    ノズル
３    撥水部
４    親水部
５ａ、５ｂ    電極
【図１】
2006231876.tif 000003
【図２】
2006231876.tif 000004
【図３】
2006231876.tif 000005
【図４】
2006231876.tif 000006
【図５】
2006231876.tif 000007
【図６】
2006231876.tif 000008