(57)【要約】【課題】フェイス面濡れを長時間に渡り抑制する印字性能信頼性の高いインクジェット記録ヘッドを提供する。【解決手段】大気連通口をフェイス面に有することを特徴とする。【選択図】図１
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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、該吐出口に連通する流路と、インク吐出のエネルギを与えるために該流路に設けられた圧力発生素子と、該流路にインクを供給するためのインクタンクと、該インクタンクに連結する大気連通口を有するインクジェット記録ヘッドにおいて、
大気連通口がインク吐出口を有する面に設置され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】
前記吐出口近傍に前記大気連通口と連結する溝を有す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】
前記大気連通口と連結する溝が親水性を持つことを特徴とする請求項２記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項４】
前記大気連通口と連結する溝が前記大気連通口に向かって傾斜を持つことを特徴とする請求項２記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項５】
前記大気連通口と連通する溝が前記大気連通口に向かって幅が狭くなるような形状をもつことを特徴とする請求項２記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項６】
請求項３、４、５に記載された特徴を組み合わせて適用することを特徴とする請求項２記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項７】
前記大気連通口と前記インクタンクとの間の大気連通路にインク吸収体を持つ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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリンタ、複写機、ファクシミリ等に代表される印字、もしくは画像記録装置に用いられるインクジェット記録ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
以降、画像記録技術を、印字記録を含めた技術領域として表現する。
【０００３】
画像記録技術は与えられた画像情報を被プリント材にドットパターンとして形成させることを目的とし、画像記録体が被プリント材に接触するインパクト方式、非接触であるノンインパクト方式の２つに大別される。
【０００４】
本発明の技術領域であるインクジェット記録技術は微小なインク滴を飛翔させ、被プリント材に着弾せしめることで画像記録を実現する技術であり、記録方式としては後者ノンインパクト方式に属する。当記録技術の特徴は、様々な記録媒体に記録が可能であること、記録作業に伴う騒音が少ないこと、画像の高精細化、多色化が比較的容易なこと、装置の小型化が比較的容易なことであり、これら多くの魅力的な特徴を有することから、インクジェット記録装置は今日広く一般的に利用されるに至っている。
【０００５】
近年、画像記録技術において出力画像の更なる高画質化、高スループット化に対する要求が高まっており、インクジェット記録装置においても、飛翔インク滴の微細化、吐出周波数の高速化が図られている。前述した目的通りに微小なインク滴を高周波数で安定に吐出させるためには、記録ヘッド駆動時に吐出口において正常なメニスカスが形成されている必要がある。
【０００６】
しかしインクジェット記録ヘッドの連続駆動は、インク吐出時におけるインク飛沫の散乱や、吐出インク滴からの分離によって発生するヘッドと紙面間を漂う微小インク滴（以降、ミストと表現する）の発生を促進し、無数の微小液滴の付着による大気連通口がインク吐出口を有する面（以降、フェイス面と表現する）の汚れの要因となる。特にミストはインク滴の微細化に伴って顕著に表れることが知られている。濡れと呼ばれる該現象は、記録ヘッド駆動時もしくは駆動直後の吐出口におけるインクのメニスカス状態を不安定にし、いわゆるヨレや不吐と呼ばれる飛翔インクの軌道変化や、インク吐出の阻害等を引き起こす。
【０００７】
上述の問題を解決するべく、特許文献１にはノズル間に溝をノズル配列に直行する方向に設け、その溝内に多孔質部材を充填し、該多孔質部材をポンプで吸引することでノズル周辺のインクによる濡れを回避することが開示されている。
【０００８】
また、特許文献２にはノズル周辺に毛細効果をもつ溝を放射線状に配することで、同様にノズル周辺のインクによる濡れを回避する技術が公開されている。
【特許文献１】特公平３−３８９８６号公報
【特許文献２】特開平８−２３０１８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら特許文献１に開示されている技術では、ノズル周辺のインクによる濡れを回避する為に、ノズル間に溝を形成し、その溝内に多孔質体を充填しているが、多孔質体の溝への充填は製法上、実用に困難を伴う。また、多孔質体に吸収したインクを除去する為のポンプを有する為に、必然的に装置が大掛かりにならざるを得ないという問題があった。
【００１０】
また特許文献２に開示されている技術では、引き込み溝にインクが満たされた後、該溝の毛管効果が消滅し、該技術の効果が著しく低下するという問題があった。
【００１１】
本発明は従来のこのような問題を解決するものであり、小規模な構成で持続性の高い濡れ改善効果を発揮する信頼性の高いインクジェット記録ヘッド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】
【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、インクを吐出するための吐出口と、該吐出口に連通する流路と、インク吐出のエネルギを与えるために該流路に設けられた圧力発生素子と、該流路にインクを供給するためのインクタンクと、該インクタンクに連結する大気連通口を有するインクジェット記録ヘッドにおいて、大気連通口をフェイス面に有することを特徴とする。
【００１３】
一般にノズル部で消費されたインクは毛細効果等により自然に最充填される。円滑なインクの再充填の実現にはインクタンクの内圧が大気圧とほぼ同等である必要があるため、インクタンクには外気と連通する大気連通口が設けられている。つまりノズル部へのインク供給の際、インクタンクには大気連通口を通じてインクの消費量に相当する外気が流入する。前項のように構成された記録ヘッドでは、印字によるインクの消費に伴った大気連通口の大気の吸引はフェイス面で生じる。
【００１４】
特許文献２に開示されている引き込み溝に大気連通口を配することで、該引き込み溝に満たされたフェイス面付着インクを記録ヘッド内部に吸引しフェイス面から排除することができ、持続性の高い濡れ改善効果を発揮することができる。ただし、上記の実施形態は本発明の動作原理を説明する為の一例であり、本発明の適用範囲を制限するものではない。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、引き込み溝に存在するフェイス面付着インクを、印字によるインク消費に伴って発生する負圧を利用してフェイス面から除外することができる。すなわち大規模な装置の導入なしに持続性の高い濡れの改善が可能となり、ワイピング処理の減少による印字速度の向上、フェイス面磨耗の軽減等の効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。
【実施例】
【００１７】
（第１の実施形態）
図１は本発明を適用したインクジェット記録ヘッド全体の外観、図２は図１における線Ａ−Ｂに沿ったＺＹ面の断面図である。
【００１８】
本実施形態は吐出エネルギにインクの膜沸による圧力を利用する、いわゆるサーマルインクジェット方式で、かつ、インクタンクと記録ヘッドが一体となった形態を成しているが、これはあくまで一例であり本発明の適用形態を限定するものではない。インクタンク１はフィルタ２、インク流路３を介してチップ４に連結し、インクを供給する。一方でインクタンク１上端は大気連通路５を介して同様にチップ４に連結し、大気と連通している。また、大気連通路５内の１６はインク吸収体である。インク吸収体１６の機能は後述する。
【００１９】
図３に図１におけるチップ４のＣ−Ｄに沿ったＸＺ面の断面図を示す。
【００２０】
図３において６はモールド成型されたインクタンク部材である。７はヒーターボードであり、８はヒーターボードであるシリコン基板上に半導体プロセスを用いて形成したヒーターであり、９はフォトレジスト法によりシリコン基盤上に形成されたノズル形成部材である。ノズル形成部材９は成型性が良く、使用するインクに耐性があることが望ましい。本実施例ではエポキシ樹脂を用いるが、前記の条件を満足するものであれば他の材料を用いても差し支えない。
【００２１】
ヒーターボード７はインクタンク部材６に接着封止され、その上にレーザー加工によって吐出口１０、大気連通口１１、引き込み溝１２が形成されたオリフィスプレート１３を接着する。ヒーターボード７上にノズル形成部材９によって形成されたインクノズル１４はインク流路３と連結し、吸引ノズル１５は大気連通路５と連結する。
【００２２】
図４はオリフィスプレート１３をフェイス面側から拡大した図である。
【００２３】
オリフィスプレート１３表面にはフッ化シリコンの撥水膜が形成されている。吐出口１０の近傍に、ＵＶレーザーによって大気連通口１１を中央に有する引き込み溝１２を形成する。
【００２４】
レーザー加工された引き込み溝１２は撥水性を失っており、濡れ性が高い。
【００２５】
前述したように、吐出口近辺に引き込み溝を配することでインクジェット記録ヘッドの濡れによる弊害を抑制できることが開示されている。しかし従前の技術では、図５（ａ）に示すように引き込み溝にインクが満たされた以後は濡れの抑制効果は著しく減少する。該技術を継続的に機能させるためには、引き込み溝に満たされた付着インクをワイピング等によって逐次排除する必要がある。
【００２６】
本発明では親水性を持つ引き込み溝１２の中央に大気連通口１１が配されている為、図５（ｂ）に示すように引き込み溝１２に引き込まれた付着インクは該溝の走路方向に広がり、印字によるインク消費に伴って発生した負圧により大気連通口１１を介してフェイス面上から排除することができる。
【００２７】
大気連通口１１を介して吸引された付着インクは大気連通路５の途中に設置されたインク吸収体１６によって吸収されるため、付着インクのインクタンク１へ流入によって混色が生じる恐れはない。すなわち本発明によれば持続性の高い濡れの抑制が可能となり、ワイピング処理の減少による印字速度の向上、フェイス面磨耗の軽減等の効果が得られる。
【００２８】
比較として、本発明を適用したフェイス面に大気連通口をもつインクジェット記録ヘッドと従来の記録ヘッドとで連続印字を行い、一枚毎の印字状態を確認した。ただし、本記録ヘッドは１／２ｄｐｉ分ずらした６００ｄｐｉ、１２８吐出口なる２列のノズル列からなり、実質１２００ｄｐｉ、２５６吐出口なる基本構成をもつ。また、１吐出口あたり２４Ｖ駆動で約４ｎｇのインク滴を吐出する。差異を明確にする為に温度３０℃、湿度８０％の条件下で、印字開始時に予備吐出、及びワイピングを実行し、印字途中のワイピングは行わないこととした。
【００２９】
結果として後者の場合、Ａ４サイズの用紙で４枚目の印字の途中にヨレや不吐などの吐出障害が現れたが、前者の場合は１０枚を超える連続印字においても目立った吐出不良は生じなかった。このように本発明によって持続性の高い濡れの抑制効果が得られることが確認できた。
【００３０】
また、ポンプ等外部装置を引き込み溝１２に接続し付着インクを吸引することによっても、同様に長時間に渡る濡れの抑制効果を発揮することができるが、本発明によれば付着インクの除去にインクの消費によって生じた負圧を利用する為に、画像形成に必要な最低限の構成で前記機能の実現が可能となる。
【００３１】
（第２の実施形態）
第１の実施形態はインクノズル１４からのインク吸引による記録ヘッドの吐出機能回復動作を必要としない系に対応したもので、もっともシンプルな形で本発明を適用した印字を可能とするインクジェット記録ヘッドである。一方、図６はインクノズル１４からのインク吸引によって記録ヘッドの吐出機能回復動作が必要な系に対応した本発明の他の実施例を示したものである。
【００３２】
図２において大気連通路５の途中に三方弁１７を設置する。すなわち図６（ｂ），（ｃ）に示すように通常駆動時においてインクタンク１は三方弁１７によって大気連通口１１と連結し、インクノズル１４の吸引の際には大気と連通することで、本実施形態に示された記録ヘッドは濡れの改善と吐出機能回復機能を両立させることができる。
【００３３】
（第３の実施形態）
図７は図４に示す引き込み溝の他の実施例を示すＥ−Ｆの断面図である。他の構成は第１の実施形態に準ずる。
【００３４】
本実施形態では引き込み溝１２の形成の際に、照射するレーザーの強度を段階的に変化させることによって、該溝を該溝の走路に平行に、中央なる大気連通口１１に向かって下方向に傾斜をもたせた。毛細効果によって引き込み溝１２に引き込まれたフェイス面付着インクは重力によって自然に中央部へ向かい、大気連通口１１によって吸引されことでフェイス面上から排除される。つまり第１の実施形態と同様に持続性の高い濡れの改善効果を発揮する。
【００３５】
本実施形態の利点は引き込み溝１２から大気連通口１１への付着インクの誘導に重力を利用できる点であり、より効率的なインク滴の吸引が可能となる。
【００３６】
（第４の実施形態）
図８は図４に示す引き込み溝の他の実施例を示すものである。他の構成は第１の実施形態に準ずる。
【００３７】
本実施形態は中央に向かうに従って幅が狭くなるような引き込み溝１２をもつことを特徴とする。液体は毛細効果がより強い方向に向かって吸引されるため、本実施例では引き込み溝１２に引き込まれた付着インクをより効率良く中央部の大気連通口に誘導することができる。本発明は以上に紹介した実施形態を複数組み合わせて適用することで、より大きな効果を発揮することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明を適用したインクジェット記録ヘッドの一例の外観図
【図２】図１のＡ−Ｂに沿ったＺＹ面の断面、インクジェット記録ヘッドの模式図
【図３】図１のＣ−Ｄに沿ったＸＺ面の断面、チップ４の拡大図
【図４】オリフィスプレート１３のフェイス面からみた拡大図
【図５】（ａ）従来の技術と（ｂ）本発明の引き込み溝１２の比較を示す図
【図６】（ａ）は本発明を適用した回復機能を持つインクジェット記録ヘッドの一例の模式図で、（ｂ）は通常駆動時、（ｃ）は回復動作時における三方弁の図
【図７】実施例３におけるインクジェット記録ヘッドの一例のチップ断面図
【図８】実施例４におけるインクジェット記録ヘッドのオリフィスプレート１３をフェイス面側から見た図
【符号の説明】
【００３９】
１    インクタンク
２    フィルタ
３    インク流路
４    チップ
５    大気連通路
６    インクタンク部材
７    ヒーターボード
８    ヒーター
９    ノズル形成部材
１０  吐出口
１１  大気連通口
１２  引き込み溝
１３  オリフィスプレート
１４  インクノズル
１５  吸引ノズル
１６  インク吸収体
１７  三方弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図７】
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【図８】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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