(57)【要約】【課題】  インクジェットヘッドにおいて熱エネルギー付加によるインク表面張力、粘性抵抗を低下させる方法についても種々、提案されているが、いずれの方法も産業用途としては、未だ不十分である。これは、上述の各方法では吐出口近傍の必要部分のみの局所加熱を効果的に行うには不十分であることが原因として考えられる。【解決手段】  インクを吐出するための吐出口と、該吐出口に連通するインク流路と、前記吐出口からインクを吐出させるための吐出エネルギー発生手段と、インクの粘度調整用発熱体とを備えたインクジェットヘッドであって、前記吐出エネルギー発生手段よりも吐出口側のインク流路と反対側のインク流路が異なる材質で構成されていることを特徴とするインクジェットヘッドである。【選択図】  図１
2008126490.tif 000002
【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、該吐出口に連通するインク流路と、前記吐出口からインクを吐出させるための吐出エネルギー発生手段と、インクの粘度調整用発熱体とを備えたインクジェットヘッドであって、前記吐出エネルギー発生手段よりも吐出口側のインク流路と反対側のインク流路が異なる材質で構成され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】
インクを吐出するための吐出口と、該吐出口に連通するインク流路と、前記吐出口からインクを吐出させるための吐出エネルギー発生手段と、インクの粘度調整用発熱体とを備えたインクジェットヘッドであって、前記吐出エネルギー発生手段よりも吐出口側のインク流路が反対側のインク流路よりも熱伝導率が大きいことを特徴とする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、情報処理装置の一種であるPC用プリンタのみならず最近、デバイス製造などの産業用途としての応用展開が著しいインクジェット記録装置に関し、特に油性顔料分散インクなどの高粘度インクの吐出を行なうインクジェット記録装置に関する。記録媒体に直接インクを噴射するインクジェット記録装置は記録媒体への制限が無く、高速で低騒音などの観点から、近年、その発展が著しく、また、それに伴ってインクジェット記録装置のコアである、ヘッドの信頼性の確保も重要度を増している。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報処理産業の発展に伴って、プリンタに要求される画質、解像度などの諸特性が急激に高度化し、プリンタの代表的な手法の一つであるインクジェット記録装置においても、ノズル径の微小化、駆動制御、等の技術が進み、要求される高品位な描画を可能となり産業用途への応用展開も急速に進展している。それに伴い、吐出されるインクも多様化し、顔料分散インク、紫外線硬化型インク、ペースト材、等顔料や樹脂の分散された粘度の高いインクの用途も考えられている。しかしながら、この様な高粘度インクは表面張力、粘性抵抗が大きい為、従来からインクジェットヘッドで課題となっている乾燥によるショボ（適性量の吐出が行なわれない状態）や不吐、メニスカス形成不良による着弾ずれ、気泡巻き込み、等の諸問題をより一層顕著にした。この様な状態は本来の描画精度を低下させ、信頼性確保の点で、大きな問題となっている。
【０００３】
上述した問題を解決する手段として、乾燥を防止する目的では、インク自体に尿素、チオ尿素、エチレン尿素、エチレングリコール、等の乾燥防止剤を添加する手段があるが、インク自体に不純物を添加する為、後工程で問題となる可能性があり、また、インクによっては添加することが不可能な場合もある。一方、装置側で乾燥を防止する手段として、インクジェットヘッドが非描画領域に達したときに、ノズルにノズルキャップを被せて外気と遮断する方法があるが、ノズルキャップの気密性に問題があり、乾燥防止法としては不十分である。更に、別の方法では、非記録領域にインクの吐出を行って、乾燥を防止、或いはノズルキャップを通して、インクを吸引することにより、粘度上昇、微小気泡の混入等非正常状態にあるインクを除去する等の方法もあるが、これらの方法ではインクを多量に捨てているため、コストの点で問題が残っている。特開平11-157090では非描画領域に繊維質又は多孔質材料からなるスポンジ及びこのスポンジに含浸された不揮発性流体からなるバックアップ装置を有し、この装置がノズル部と圧接又は離反可能とし、圧接時にはノズル部が不揮発性流体に包囲されることによって、乾燥を防止する方法が提案されているが、近年、応用展開されている産業用途で極端に乾燥の速いインクを使用する際には、バックアップ装置をはずした後、描画開始までの時間で、乾燥防止の効果が無くなってしまい、現実には非描画領域でインクの予備吐出を行うなどの対策を立てる必要が生じている。
【０００４】
更に、特開2000-127417では増粘インクを除去するクリーニング法、特開平11-192732では一定周期での吐出による増粘防止に関しての技術が開示されているが、元々の粘度が高いインクに対しては効果は不十分であった。
【０００５】
上述した各方法は現状回復を目的としたものであり、元々の粘度が高いインクに対しては不十分である。この課題を解決するには、熱エネルギー付加による表面張力、粘性抵抗の低下が有効である。特開2002-127388では吐出手段（ピエゾ素子）とそれより吐出口側にインク濃度制御用電極を設けて、吐出口側でインクの濃度を低下させている。また、特開平5-131621では同じ目的でオリフィスプレートのノズル穴周辺に円環状の発熱体を埋設し、インク粘性を吐出口ごとにコントロールしている。これらの方法によれば、吐出口側と共通流路側での粘度勾配が生じ、吐出口側の粘度が相対的に低下し、インクの吐出が容易になる。しかしながら、最初の方法では発熱源が単一の基材に接している為、基材の熱伝導率が良い場合、吐出口と反対側の共通流路側にも発熱効果が及んでしまい、粘度勾配が十分ではなくなる。一方、基材の熱伝導率が悪い場合は発熱源からの熱付与の効率が悪くなり、結果として局所加熱の効果が低くなってしまう。また、2番目の方法では、インク流路の最も狭くなった部分を加熱している為、粘性低下の効果とは別にオリフィスプレートに付着している少量のインクの乾燥も速め、結果としてノズル詰まりやオリフィスプレートの汚染を招いてしまっている。
【特許文献１】特開平11-157090号公報
【特許文献２】特開2000-127417号公報
【特許文献３】特開平11-192732号公報
【特許文献４】特開2002-127388号公報
【特許文献５】特開平5-131621号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上の様に熱エネルギー付加によるインク表面張力、粘性抵抗を低下させる方法についても種々、提案されているが、いずれの方法も産業用途としては、未だ不十分である。これは、上述の各方法では吐出口近傍の必要部分のみの局所加熱を効果的に行うには不十分であることが原因として考えられる。
【０００７】
そこで本発明の目的は、吐出口近傍の必要部分のみの加熱を局所制御することによって、産業用途として、粘性の高いインクを使用した際にも、ノズル詰まりなど無く、更に、クロストークの影響も小さくする様な吐出が行われる様な粘度調整機構を備えたインクジェットヘッドを提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる目的は，以下に示す構成により達成することができる。即ち、本発明はインクを吐出するための吐出口と、該吐出口に連通するインク流路と、前記吐出口からインクを吐出させるための吐出エネルギー発生手段と、インクの粘度調整用発熱体とを備えたインクジェットヘッドであって、前記吐出エネルギー発生手段よりも吐出口側のインク流路と反対側のインク流路が異なる材質で構成されていることを特徴とするインクジェットヘッドである。
【０００９】
更に、本発明は吐出エネルギー発生手段よりも吐出口側のインク流路が反対側のインク流路よりも熱伝導率が大きいことを特徴とするインクジェットヘッドである。
【００１０】
更に、本発明は吐出エネルギー発生手段よりも吐出口側のインク流路が反対側のインク流路よりも熱容量が小さいことを特徴とするインクジェットヘッドである。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように、本発明による粘度調整機構を備えたインクジェットヘッドを採用することにより、高粘性インクの吐出が可能となり、かつクロストークの影響が抑えられた応用性と信頼性の高いインクジェット記録装置を提供可能とした。
【００１２】
また、本インクジェット記録装置を産業用途に用いることにより、記録媒体側（デバイス部品、等）の歩留まり向上が図られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下，図面を参照して本発明を詳細に説明する。
【００１４】
図１は，本発明によるインクジェット記録装置のヘッド構成図である。インクジェットヘッド１は圧電素子6と発熱体４とオリフィスプレート2と共通インク流路３とを有している。必要に応じて、オリフィスプレートの流路側に発熱体からオリフィスプレートへの熱の伝導を抑える目的で断熱材５を入れても良い。また、各ノズルのインク流路は共通流路側材質７と吐出口側材質８に分かれている。圧電素子6はチタン酸ジルコン酸鉛系のセラミックス材料で形成されている。また、オリフィスプレートはポリイミド或いはニッケル等の金属製であり、吐出口側がテフロン（登録商標）材等で撥水処理されている。発熱体４はそれぞれ個別にリード線を設けて、個別に制御可能になっている。発熱体の上昇温度はインクによって異なるが、２００℃程度まで上昇可能とし、インクを沸騰させない程度に加熱することが可能である。共通流路側材質７は発熱体４からの熱をインクに伝導させないことを目的としたもので、本来、発熱体から伝導してくる熱を放熱することによってインクに伝えない様にすることが理想であるが、放熱の際にインクにも熱は伝わる可能性があるため、本案では、熱伝導率の小さいものを使用してインクへの伝播を抑えることを主眼にしている。また、その際熱容量の大きい材料を選択することによって、発熱体から流路材料７に伝播してきた熱が在る場合でも、インクへの影響を極力、抑えることが可能となる。一方、吐出口側材質８は発熱体からの熱をインクに的確に伝播させることを目的としたもので、熱伝播の損失を抑えるためには熱伝導率が大きく、熱容量の小さい材料が好ましい。材質７、８に使用される物質は圧電素子６が駆動を行った際に、弾性変形する程度の機械強度満足すれば、特に限定はされない。また、材質７、８に使用する材料は要求する粘度勾配の程度によって適宜選択すれば良い。好ましく使用される材料としては、SUS、ニッケル、シリコン、ガラス、等である。本案ではエネルギー発生手段を圧電素子としているが、発熱体によるバブル発生、等インクに影響を及ぼさない手段であれば、特に限定されるものではない。インクは目的とする製品によって適宜選択可能である。例えば、一般的な顔料分散インクであれば、常温での粘度は5〜100mPa・S、表面張力は35〜60dyn/cm程度であり、これを加熱することによって、粘度1〜30mPa・S、表面張力は20〜40dyn/cm程度にすることが可能である。図２は本発明の第二の実施形態であり、エネルギー発生手段の圧電素子が共通流路側に位置している形態のヘッドである。
【００１５】
図３は本発明によるインクの吐出を示したものである。
【００１６】
図１に示したノズル配列のエネルギー発生源が圧電素子である、インクジェットヘッドを作成した。今回は、共通流路側材質にシリコン、吐出口側材質としてニッケルを使用した。また、オリフィスプレートはニッケル表面にテフロン（登録商標）コートしたものを使用した。
【００１７】
次いで、以下のようなインクを調整した。
【００１８】
Ｒインク
Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｒｅｄ  １７７          ：    ４重量部
ポリエチレングリコール                          ：  ３０重量部
イソプロピルアルコール                          ：  ２０重量部
ポリビニルアルコール                            ：    ３重量部
イオン交換水                                    ：  ３７重量部
上記硬化成分                                    ：    ６重量部
Ｇインク
Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｇｒｅｅｎ  ３６        ：    ５重量部
亜鉛フタロシアニンスルホアミド                  ：    ２重量部
ポリエチレングリコール                          ：  ３０重量部
イソプロピルアルコール                          ：  １７重量部
ポリビニルアルコール                            ：    ３重量部
イオン交換水                                    ：  ３７重量部
上記硬化成分                                    ：    ６重量部
Ｂインク
Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ  Ｂｌｕｅ  ２０９        ：    ４重量部
ポリエチレングリコール                          ：  ３０重量部
イソプロピルアルコール                          ：  ２０重量部
ポリビニルアルコール                            ：    ３重量部
イオン交換水                                    ：  ３７重量部
上記硬化成分                                    ：    ６重量部
このインクを上述で作成したインクジェットヘッドにそれぞれ供給し、インクをヘッド吐出口まで押し出した。
【００１９】
次いで、該ヘッドを付けたインクジェット記録装置を使用して、ブラックマトリックスの形成してある透明基板の画素相当部分にインクの付与を行った。
【００２０】
最初に、発熱体を有効にしないで描画を行なったが不吐ノズルが非常に多く、また途中休止時間をおくと、不吐ノズルは更に増えてしまった。
【００２１】
ヘッドの回復を行なった後、発熱体を有効にして、５０℃程度まで温度を上げて、吐出を行ったら、吐出時のヨレ、不吐などの問題の発生無く、安定した吐出が行われ、更に作成したカラーフィルターを光学顕微鏡で観察したところ、混色などの問題の無いことが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明によるインクジェットヘッドの第一のヘッド構成図。
【図２】本発明によるインクジェットヘッドの第二のヘッド構成図。
【図３】本発明によるインクジェットヘッドからのインクを吐出している状態。
【符号の説明】
【００２３】
１  インクジェットヘッド
２  オリフィスプレート
３  インク用共通流路
４  インク粘度調整用発熱体
５  断熱材
６  圧電素子
７  共通流路側材質（ノズル）
８  吐出口側材質（ノズル）
９  吐出口
【図１】
2008126490.tif 000003
【図２】
2008126490.tif 000004
【図３】
2008126490.tif 000005