(57)【要約】      （修正有）【課題】インク吐出時に発生するミストが、インクジェット記録装置内の部品や、記録ヘッドの吐出口面に付着する現象を、簡便な構造で大幅に抑制できる、インクジェット記録ヘッドを提供する。【解決手段】吐出口列１の近傍に備えた、空気吸引口６から、インクの吐出に伴い発生したミストを含んだ空気を吸引する。吸引口から吸引されたミストは、吸引口内に備えられたミストトラップ８に大部分が吸着する。また、インクジェット記録ヘッドの移動に伴う空気の流れを利用して、空気吸引口内にミストを吸引するため、ファン等の部品や、これらを動作させる装置は必要ない。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の圧力発生手段と、前記圧力発生手段が設けられた複数の圧力室と、前記各圧力室にインクを導くための複数のインク流路と、前記各インク流路に連通し、インクを吐出するための複数の吐出口が形成された吐出口プレートとを有し、
前記吐出口が複数並んだ吐出口列を、１列ないし複数列備えるインクジェット記録ヘッドにおいて、
前記１列ないし複数列の吐出口列の近傍に、空気吸引口と、
前記空気吸引口から吸引された空気を排出する空気排出口を備え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】
前記空気吸引口は、前記吐出口プレート面と同一面で、かつ記録時の記録ヘッドの移動方向に対して前記吐出口列の後方に配置され、
前記空気排出口は、前記吐出口プレート面とほぼ垂直な面で、かつ記録時の記録ヘッドの移動方向に対して前記吐出口列の後方に配置されていることを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項３】
前記空気吸引口と、前記空気排出口の間に、板状の物質が１枚または複数枚配置されていることを特徴とする請求項１ないし２記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項４】
記録に伴うヘッドの移動により、前記空気吸引口から前記排出口に空気が流れることを特徴とする請求項１ないし３記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項５】
前記空気吸引口と前記空気排出口の間の流抵抗が、前記吐出口プレートと被記録媒体間で、かつ記録時の記録ヘッドの移動方向に対して、空気吸引口の後方に位置する部分の流抵抗と比較して小さいことを特徴とする請求項１ないし３記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項６】
前記空気排出口を開閉する手段を有し、記録時の記録ヘッドの移動方向が、前記空気排出口が、前記１列ないし複数列の吐出口列の後方になる場合空気排出口を開け、前記空気排出口が、前記１列ないし複数列の吐出口列の前方になる場合空気排出口を閉めることを特徴とする請求項１ないし３記載のインクジェット記録ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクを吐出してインク液滴を形成し、記録を行うインクジェット記録装置に用いるインクジェット記録ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
今日広く一般的に用いられているインクジェット記録方式のインク吐出方法にはインク滴を吐出するために用いられる圧力発生素子として電気熱変換素子（ヒータ）を利用する方法と圧電素子（ピエゾ）を利用する方法があり、いずれも電気的な信号によってインク滴の吐出を制御することが可能である。例えば、電気熱変換素子を用いるインク滴吐出方法の原理は、電気熱変換素子に電気信号を与えることにより、電気熱変換素子近傍のインクを瞬時にして沸騰させ、そのときのインクの相変化により生じる急激な気泡の成長によってインク滴を高速に吐出させるものである。一方、圧電素子を用いるインク滴の吐出方法の原理は、圧電素子に電気信号を与えることにより、圧電素子が変位しこの変位時の圧力によってインク滴を吐出させるものである。ここで、前者の方法は圧力発生素子のスペースをそれほど設けなくとも済み、インクジェット記録ヘッドの構造が単純で、高集積化が容易であること等の利点がある。
【０００３】
インクジェット記録装置は、記録ヘッドの微細な吐出口からインク滴を吐出して、紙やＯＨＰフィルムなどの被記録媒体に画像を記録する。この際インクの主滴に付随して微小インク滴（以下ミストと記す）が発生する。これら微小インク滴は主滴と共に発生する小インク滴（サテライトと記す）とは異なり、さらに微小なものであり、被記録媒体上に着弾しても目視できない場合が多い。
【０００４】
記録ヘッドが移動する際に、その移動速度に応じて発生する空気の流れにより、記録ヘッドの吐出口面と被記録媒体間に空気が流入する。インク主滴、サテライト、およびミストは、常にこの流入した空気の流れに影響される。
【０００５】
インク主滴およびサテライトは、液滴の大きさに対して充分な速度を持っているため、記録ヘッドの移動に伴う空気流の影響をあまり受けず、被記録媒体上に着弾するが、ミストは液滴の大きさが非常に小さいため空気抵抗の影響を受けやすく、その一部は被記録媒体上に着弾することなく、空気の流れによって巻き上げられる。
【０００６】
巻き上げられたミストは、インクジェット記録装置内の部品や、記録ヘッドの吐出口面に付着する。
【０００７】
紙送り部にミストが付着した場合、搬送不良や、被記録媒体の裏面にインクの汚れが付着する等の問題が生じる恐れがある。また、記録ヘッド位置制御にエンコーダを用いている場合、光学式ならエンコーダフィルムやセンサ部にミストが付着することで読み取りエラーが発生したり、磁気式ではセンサ部での摺動負荷が増加してエンコーダが引っ張られ、動作不良が発生したりする恐れがある。
【０００８】
記録ヘッドの吐出口面にミストが付着すると、吐出口面の状態を悪化させ、吐出不良を起こす恐れがある。
【０００９】
このような問題を解決するために、記録装置内部に空気吸引装置を設け、インク吐出後に発生したミストを吸引回収する方式が知られている。この方式は、例えば、特開平７−２５００７や、特開平１１−１３８７７８に開示されている。
【特許文献１】特開平７−２５００７号公報
【特許文献２】特開平１１−１３８７７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従来のような空気吸引装置を用いる場合は、装置構成が複雑大型化し、また吸引ファンを用いているため消費電力も増加するといった欠点があった。
【００１１】
本発明の目的は、上記従来技術の欠点を除去し、簡易な構成で、上記ミストを除去することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため本発明のインクジェット記録ヘッドは、複数の圧力発生手段と、圧力発生手段が設けられた複数の圧力室と、各圧力室にインクを導くための複数のインク流路と、各インク流路に連通し、インクを吐出するための複数の吐出口が形成された吐出口プレートとを有し、吐出口が複数並んだ吐出口列を、１列ないし複数列備えるインクジェット記録ヘッドにおいて、吐出口列の近傍に、空気吸引口と、空気吸引口から吸引された空気を排出する空気排出口を備えることを特徴とする。
【００１３】
空気吸引口は、吐出口プレート面と同一面で、かつ記録時の記録ヘッドの移動方向に対して吐出口列の後方に配置され、空気排出口は、吐出口プレート面とほぼ垂直な面で、かつ記録時の記録ヘッドの移動方向に対して吐出口列の後方に配置される。
【００１４】
空気吸引口と、空気排出口の間に、ポリプロピレン等の繊維や、高分子材料、紙、等からなる板状の物質が１枚または複数枚配置される。
【００１５】
インク吐出に伴い発生したミストの大半は、前記空気吸引口に吸い込まれる。空気吸引口内に吸い込まれたミストの大部分は、空気吸引口と空気排出口の間に配置されている、前記ポリプロピレン等の繊維や、高分子材料、紙、等からなる板状の物質に吸着する。
【００１６】
本発明では、印字に伴うヘッドの移動により発生する圧力差により、前記空気吸引口から前記排出口に空気が流れる。従って、ファン等の部品を増やすことなく、簡便な構造でミストを吸引することができる。
【００１７】
より多くのミストを空気吸引口内に吸い込ませるためには、空気吸引口と空気排出口の間の流抵抗が、吐出口プレートと被記録媒体間で、かつ記録時の記録ヘッドの移動方向に対して、空気吸引口の後方に位置する部分の流抵抗と比較して小さく設定してあることが望まれる。
【００１８】
空気排出口は、排出口を開閉する手段を有し、前記記録ヘッドの移動方向が、前記空気排出口が、前記１列ないし複数列の吐出口列の後方になる場合空気排出口を開け、前記空気排出口が、前記１列ないし複数列の吐出口列の前方になる場合空気排出口を閉めても良い。
【００１９】
排出口を開閉する手段を持つ事により、双方向印字において、意図せぬ空気排出口から空気吸引口への空気の流入（逆流）を防止することができる。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように本発明によれば、吐出口列の近傍に備えた、空気吸引口とから、インクの吐出に伴い発生したミストを含んだ空気を吸引する。吸引口から吸引されたミストは、吸引口内に備えられたミストトラップに大部分が吸着する。従って、ミストがインクジェット記録装置内の部品や、記録ヘッドの吐出口面に付着する現象を大幅に抑制できる。
【００２１】
また、インクジェット記録ヘッドの移動に伴う空気の流れを利用して、空気吸引口内にミストを吸引するため、ファン等の部品や、これらを動作させる装置は必要なく、簡便な機構でインクジェット記録装置内に付着するミストを低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各実施形態において、用いる寸法、数値等は一例を示したものであり、これに限定されるものではない。
【００２３】
（第１の実施形態）
図１に、本発明のインクジェット記録装置の概観斜視図を示す。
【００２４】
本発明のインクジェット記録装置１００は、インクジェットヘッドを搭載するキャリッジ１０１と、キャリッジ１０１を走査移動させるキャリッジ駆動モータ１０２と、インクジェット記録装置１００の制御部（不図示）から電気信号をインクジェットカートリッジに送るためのフレキシブルケーブル１０３と、インクジェットヘッドの回復処理を行うための回復手段１０４と、紙などの記録媒体を積層状態で蓄える給紙トレイ１０５と、キャリッジ１０１の位置を光学式に読み取る光学式位置センサ１０６と、記録がなされて排出された記録媒体を保持する排紙トレイ１０７を備える。
【００２５】
このような構成のインクジェット記録装置１００は、キャリッジ１０１を記録媒体の搬送方向（副走査方向）と直交する主走査方向に移動させ、インクジェット記録ヘッドの吐出口列の幅に対応した幅の記録を行う一方、非記録時に記録媒体をすでに決められている量、間欠的に搬送する。
【００２６】
なお、図１ではインクジェット記録装置１００の構成をわかり易く示すために、外装（カバー）は図示していない。実際のインクジェット記録装置では、キャリッジ、駆動モータ等は外装に覆われている。
【００２７】
図２に、本発明のインクジェット記録ヘッドに搭載されている、ヒータ、吐出口等が形成されているチップの構造の模式図を示す。図２には、圧力発生素子として電気熱変換素子（ヒータ）を利用する場合に関して示した。
【００２８】
図２はチップをヒータが配置された面から見た平面図である。図２において２０１はシリコン基板から成るチップ、２０２はＴａＮ、ＴａＳｉＮ、ＴａＡｌ等から成るヒータ、２０３はチップ裏面に設けたインクタンク（不図示）から、チップ表面にインクを導くための供給口である。図２にはヒータ２０２および供給口２０３の配置のみを示した。
【００２９】
図３に、インクジェット記録ヘッドに搭載されているチップの模式図を示す。図３は図２中のＡ−Ａ’線での断面図である。
【００３０】
図３において、２０１はチップ、２０２はヒータ、２０３は供給口、２０４は絶縁膜、２０５は保護膜、２０６はＴａ等から成る耐キャビテーション膜、２０７は流路、２０８は圧力室、２０９は吐出口、２１０は吐出口プレート、２１１は基板裏面の絶縁膜、である。
【００３１】
吐出口２０９は図３に示したように、ヒータ２０２のほぼ真上に配置されている。ヒータは図２に示したように、供給口２０３の両端に配置されても良いし、供給口２０３の片側のみに配置されても良い。隣接するヒータの配置は、一般的には３００ｄｐｉないし１２００ｄｐｉである。図２に示したように供給口の両端で、隣接するヒータ間隔の半分の距離オフセットして配置することにより、実質的に倍の密度のヒータ配置を実現できる。
【００３２】
図３ではチップの構造を明確に説明するためにヒータの個数は２４個としているが、一般的なインクジェット記録ヘッドでは各列に配列されている吐出口の数は、６４ないし２０４８個である。
【００３３】
絶縁膜２０４および２１１は、シリコン基板を熱酸化して作成される熱酸化膜、あるいはＣＶＤにより作成される酸化膜もしくは窒化膜等のいずれの膜でもよい。
【００３４】
保護膜２０５は、ＣＶＤにより作成される酸化膜または窒化膜等いずれの膜でもよい。
【００３５】
吐出口２０９および流路２０７を形成している吐出口プレート２１０の形成は、あらかじめ吐出口および流路を有した吐出口プレートを半導体基板に貼り付けても良いし、半導体プロセスで用いられているフォトリソグラフィー技術を用いてチップ２０１上に形成しても良い。
【００３６】
ヒータ２０２の両端にはアルミニウム等からなる配線(不図示)が接続され、該配線を介してヒータ２０２両端に所望の電圧パルスが印加される。
【００３７】
インクは基板裏面から図４に示したように、供給口２０３を通って基板表面に導かれ、流路２０７を通り吐出口２０９まで導かれる。ヒータ２０２両端に所望の電圧パルスが印加されると、ヒータ近傍のインクが急激に加熱され、瞬時にして沸騰し、インクは図４に示したように吐出する。
【００３８】
供給口２０３は、たとえは水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）溶液を用いたシリコンの異方性エッチングにより作製される。この場合図３に示したように、基板表面に対して約５４．７°の角度で傾斜して開口する。
【００３９】
チップ内にヒータを駆動するための半導体素子を備えても良いし、チップ内には半導体素子を備えず、チップ外部から入力される電気信号を伝達する配線およびヒータのみで構成されても良い。
【００４０】
次に、本発明の実施形態の特徴であるヘッドの構造について図面を参照して説明する。
【００４１】
図５は、図１に示したインクジェット記録装置に搭載される、本発明のインクジェット記録ヘッドの概観斜視図である。
【００４２】
図５において、１は複数の吐出口が配列された吐出口列、２は吐出口プレート、３はフレキシブル配線、４はコンタクト部、５はタンクホルダ、６は空気吸引口、７は空気排出口である。
【００４３】
図５では、４列の吐出口列が存在している場合に関して示した。各列はそれぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックのインクを吐出する吐出口列に相当する。
【００４４】
インクの吐出は、吐出口プレート２に張り合わされたチップ（不図示）に設けられた圧力発生素子（不図示）によって行われる。圧力発生素子としては、前記したようにヒータやピエゾ素子が知られている。
【００４５】
チップにはフレキシブル配線を通して電力が供給され、圧力発生素子を駆動する。ヘッドにはインクジェット記録装置から、コンタクト部を介して電力が供給される。
【００４６】
次に本発明の特徴である、加湿装置に関して詳しく説明する。
【００４７】
図６に、本発明によるインクジェットヘッドの模式的平面図を示す。
【００４８】
図７に、本発明によるインクジェットヘッドの模式的断面図を示す。図７は、図６中に示したＢ−Ｂ’線での断面図である。
【００４９】
図６および図７において、１は吐出口列、２は吐出口プレート、５はタンクホルダ、６は空気吸引口、７は空気排出口、８はミストトラップ、９はインクタンク、１０は吐出口である。
【００５０】
前記したように、前記吐出口列１は、複数の吐出口１０が所望の間隔で配列されて構成されている。ミストトラップ８は、ポリプロピレン等の繊維や、高分子材料、紙、等からなる板状の物質から成り、１枚または複数枚配置されている。図７では、ミストトラップが３枚の場合に関して示した。
【００５１】
次に図８を用いて本発明の説明をより詳しく行う。
【００５２】
図８において、１は吐出口列、２は吐出口プレート、６は空気吸引口、７は空気排出口、８はミストトラップ、１１は紙である。
【００５３】
記録（印字）のためヘッドが図８中黒色で示したブロック矢印の方向移動すると、ヘッドの移動に伴う空気の流れにより、記録ヘッドの吐出口面と紙間に、図８中点線で示した矢印のように空気１２が流入する。記録ヘッドの吐出口面と紙間に流入した空気１２は、空気吸引口６まで達すると、空気吸引口６に流入する（吸引される）空気１３と、空気流入口に流入せず、引き続き吐出口面と紙間に流れる空気１４に分かれる。
【００５４】
前記したように、インクジェット記録ヘッドから液滴を吐出した際ミストが発生し、発生したミストは空気の流れによって運ばれる。本発明では記録ヘッドの吐出口面と紙間に流入した空気の一部が空気吸引口に流入するため、この流れ込んだ空気に運ばれているミストも空気吸引口内に運ばれる。空気吸引口内に流入した空気１３は、図８に示したように、複数のミストトラップ８間を蛇行して流れる。この際、空気吸引口内に流入した空気１３に運ばれているミストは複数のミストトラップ間を移動する間に、そのほとんどがミストトラップ、あるいは空気吸引口から空気排出口に至るまでの流路内の側壁に吸着し、空気排出口７から排出されるミストの量は非常に少なくなる。その結果、ミストがインクジェット記録装置内の部品や、記録ヘッドの吐出口面に付着する現象を大幅に抑制できる。
【００５５】
また、インクジェット記録ヘッドの移動に伴う空気の流れを利用して、空気吸引口６内にミストを吸引するため、ファン等の部品や、これらを動作させる装置は必要なく、簡便な機構でインクジェット記録装置内に付着するミストを低減できる。
【００５６】
ミストを、よりミストトラップ８に吸着させ、インクジェット記録装置内にミストが広がらないようにするためには、記録ヘッドの吐出口面と紙間に流入した空気１２の、より多くの割合の空気が、吸引口に流入することが必要である。
【００５７】
空気吸引口に流入する空気１３と、空気吸引口に流入せず、吐出口面と紙間に流れる空気１４の割合は、前記空気吸引口６と前記空気排出口７の間の流抵抗と、吐出口面と紙間で、かつ記録時の記録ヘッドの移動方向に対して、空気吸引口６の後方に位置する部分の流抵抗との割合によって決定される。より多くの空気が空気吸引口６に流入するようにするためには空気吸引口６の空気流路の断面積を、吐出口面と紙間の断面積より小さくすることが望まれる。通常のインクジェット記録装置では、吐出口面と紙間の距離は１ないし２ｍｍであるため、空気吸引口６の短辺の寸法は２ｍｍ以上、空気吸引口６の長辺は吐出口面の幅とできる限り近づけることが望まれる。
【００５８】
空気吸引口６に、さらに多くの空気を流入させるために、図９に示したように、記録時の記録ヘッドの移動方向に対して、空気吸引口の後方に位置する部分（図９中Ｃで表した部分）の、寸法を長くし、この部分の流抵抗を大きくしても良い。
【００５９】
（第２の実施形態）
図１０に本発明の第２の実施例におけるインクジェット記録ヘッドの、模式的断面図を示す。
【００６０】
本実施例ではインクジェット記録ヘッドに、空気排出口を開閉する手段を備える。本実施形態のインクジェット記録ヘッドは、空気吸引口６、空気排出口７、ミストトラップ８を、吐出口プレート２の左右に配置し、空気排出口を開閉する開閉装置１５を備える。その他の構成は、第１の実施形態で示したインクジェット記録ヘッドと同様である。よって、詳細の説明は省略するとともに、空気排出口を開閉する手段以外の符号は第１の実施形態で用いた符号を用いて説明することとする。
【００６１】
開閉装置１５は、記録ヘッドの移動方向が、空気排出口７が、吐出口プレート２の後方になる場合空気排出口を開け、空気排出口７が、吐出口プレート２の前方になる場合空気排出口を閉める。図１０（ａ）は、記録ヘッドが図面上左から右へ移動している時の開閉装置１５の状態を示した物であり、図１０（ｂ）は、記録ヘッドが図面上右から左へ移動している時の開閉装置１５の状態を示した物である。
【００６２】
これにより、インクジェット記録ヘッドがどちらの方向に移動した場合においても印字を行う、いわゆる双方向印字を行った場合において、記録ヘッドの進行方向に対して、吐出口プレート２より前方に存在する、空気排出口７から空気吸引口６への空気の流入（逆流）により、吐出口面と紙間領域に、不必要な空気の流入を防ぐことができる。
【００６３】
開閉装置１５は、ヘッドの移動に伴い機械的に開閉する構造でも良いし、ヘッドの移動に伴い発生する空気の流れによって開閉する構造でも良い。
【００６４】
ヘッドの移動に伴い発生する空気の流れによって開閉する構造としては、たとえば、力が加わっていない場合は、バネ等により開閉装置が開いた状態で維持され、記録ヘッドが移動した場合は、記録ヘッドの移動に伴い発生する空気の流れによる圧力で、記録ヘッドの移動方向に対して吐出口プレート２より前方に位置する開閉装置１５が閉まる、という構造がある。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明のインクジェット記録ヘッドを搭載可能なインクジェット記録装置の一例の概略斜視図。
【図２】本発明のインクジェット記録ヘッドに搭載されているチップの構成を説明するための模式図（平面図）。
【図３】本発明のインクジェット記録ヘッドに搭載されているチップの構成を説明するための模式図（断面図）。
【図４】本発明のインクジェット記録ヘッドの、インク液滴の吐出動作を説明するための模式図（断面図）。
【図５】本発明の第１の実施形態におけるインクジェット記録ヘッドの概略斜視図。
【図６】本発明の第１の実施形態におけるインクジェット記録ヘッドの模式図（平面図）。
【図７】本発明の第１の実施形態におけるインクジェット記録ヘッドの模式図（断面図）。
【図８】本発明の第１の実施形態におけるインクジェット記録ヘッドの動作を説明するための模式図（断面図）。
【図９】本発明の第１の実施形態におけるインクジェット記録ヘッドの模式図（断面図）
【図１０】本発明の第２の実施形態におけるインクジェット記録ヘッドの模式図（断面図）
【符号の説明】
【００６６】
１  吐出口列
２  吐出口プレート
３  フレキシブル配線
４  コンタクト部
５  タンクホルダ
６  空気吸引口
７  空気排出口
８  ミストトラップ、
９  インクタンク
１０  吐出口
１１  紙
１２  吐出口面と紙間に流入した空気
１３  空気吸引口に流入する空気
１４  空気流入口に流入しなかった空気
１５  開閉装置
１００  インクジェット記録装置
１０１  キャリッジ
１０２  キャリッジ駆動モータ
１０３  フレキシブルケーブル
１０４  回復手段
１０５  光学位置センサ
１０６  給紙トレイ
１０７  排紙トレイ
２０１  チップ
２０２  ヒータ
２０３  供給口
２０４  絶縁膜
２０５  保護膜
２０６  耐キャビテーション膜  ２０７  流路
２０８  圧力室
２０９  吐出口
２１０  吐出口プレート
２１１  基板裏面の絶縁膜
【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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【図１０】
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