(57)【要約】【課題】  片寄りノズルでの、リフィル時のマイクロジェットによる、ヘソ断線を防止する。【解決手段】  インクに電荷を持たせ、かつ、圧力発生室内に、インクが持っている電荷と逆の電荷を発生する少なくとも１つの電荷電極を設け、インク吐出後のマイクロジェットがヒーター上に落下する少し前から、前記電荷電極に電圧をかけ、マイクロジェットの落下方向を変えヒーター上の１点に集中し落下させないようにする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被記録媒体にインクを吐出させ、記録を行うインクジェット記録装置において、インクを発泡させ、吐出させる為の複数の電気熱変換体を具した基板と、前記電気熱変換体に対応し、インクを吐出させる為のインク吐出口と、前記電気熱変換体でインクを発泡させる圧力室と、インクを収容する共通液室と、前記共通液室より前記圧力室にインクを供給する為のインク流路とを備え、前記インクは電荷を持っており、かつ、前記圧力室内に、前記インクが持っている電荷と逆の電荷を発生する、少なくとも１つの電荷電極を設けたことを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項２】
前記電荷電極は、電気絶縁性の膜で覆われ、直接インクに触れないことを特徴とした請求項１に記載のインクジェット記録装置。
【請求項３】
前記電荷電極は、１つの圧力室内に複数設けられたことを特徴とした請求項１に記載のインクジェット記録装置。
【請求項４】
前記電荷電極には1度に１つづつしか電圧を与えないことを特徴とした請求項３に記載のインクジェット記録装置。
【請求項５】
前記電荷電極に電圧を加えるタイミングは、前記インクの最大発泡時以降であることを特徴とした請求項１〜請求項４のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被記録媒体に記録ヘッドよりインクを吐出させ記録を行う、インクジェット記録装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット記録装置は、いわゆるノンインパクト記録方式の記録装置であり、記録時に騒音がほとんど生じず、高速な記録と様々な被記録媒体に対する記録とが可能であるという特徴を有している。このようなことから、インクジェット記録装置は、プリンタ、複写機、ファクシミリ、ワードプロセッサ等の記録機構を担う装置として広く採用されている。
【０００３】
このようなインクジェット記録装置に搭載される記録ヘッドにおける代表的なインク吐出方式としては、ピエゾ素子等の電気機械変換体を用いたもの、レーザー等の電磁波を照射してインクを発熱させ、この発熱による作用でインク滴を吐出させるもの、あるいは発熱抵抗体を有する電気熱変換素子によってインクを加熱し、膜沸騰の作用によりインク滴を吐出させるものなどが知られている。
【０００４】
これらのうち、電気熱変換素子を用いたインクジェット記録ヘッドは、電気熱変換素子を記録液室内に設け、これに記録信号である電気パルスを供給して発熱させることによりインクに熱エネルギーを与え、そのときの記録液の相変化により生じる記録液の発泡時（沸騰時）の気泡圧力を利用して、微小な吐出口からインク液を吐出させて被記録媒体に対し記録を行うものである。電気熱変換素子を用いたインクジェット記録ヘッドは、一般に、インク滴を吐出するための吐出口が開口しているノズルと、このノズルにインクを供給するインク流路および共通液室とを有している。
【０００５】
このようなインクジェット記録ヘッドは、通常、記録装置本体のキャリッジに載置されている。記録装置本体は、被記録媒体を、キャリッジに載置されたインクジェット記録ヘッドの吐出口面に対向する位置を通るように搬送する搬送手段を有している。キャリッジは、被記録媒体の搬送方向に対して交差する方向に移動可能に構成されている。
【０００６】
このような記録装置での記録動作は、インクジェット記録ヘッドを移動させつつ所定の周期でインクを吐出させる主走査と、被記録媒体を所定幅分だけ搬送する副走査とを繰り返して行われる。
【０００７】
図４は、従来のインクジェット記録ヘッドのノズル部分を示す模式図である。同図（ａ）は、吐出口形成部材を透視した状態で示した平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＰ−Ｐ’線に沿って切断した断面図を示している。
【０００８】
図４に示すインクジェット記録ヘッドは、インク供給口１５６に接続された共通液室１５４を有している。共通液室１５４を挟んでその両側には、インクを発泡させて吐出させる電気熱変換素子１５１と、その電気熱変換素子１５１を収容する、電気熱変換素子１５１の中心を中心とする円形の圧力室１５５とが複数並んで設けられている。共通液室１５４と各圧力室１５５との間には、それぞれインク流路１５３が設けられている。電気熱変換素子１５１に対向する位置には、吐出口１５２が開口している。
【０００９】
このインクジェット記録ヘッドでは、隣り合う吐出口１５２および電気熱変換素子１５１の印字方向（キャリッジ移動方向）の位置は、各駆動ブロック間の駆動タイミングのずれ時間の間にキャリッジ（不図示）が移動する距離に相当するオフセット分だけずれている。図４には、表記を簡潔にするため、各ノズルに４つの駆動ブロックを割り当てたインクジェット記録ヘッドを示しており、吐出口１５２の印字方向の配置は吐出口の並び方向に４ノズルおきに周期的に変化している。
【００１０】
そして、駆動ブロックに、駆動されるタイミングが早いものから昇順に番号を付けた場合、図４に示す例では、右上の吐出口１５２およびそれから左側に４の整数倍のノズル数離れた吐出口１５２に駆動ブロック１が割り当てられ、その左隣の吐出口１５２に駆動ブロック２、さらにその左隣の吐出口１５２に駆動ブロック３、さらにその左隣の吐出口１５２に駆動ブロック４が割り当てられている。このような構成にすることで、駆動ブロック１〜４を昇順に順次駆動し、インクを吐出させて、これらの吐出口１５２から吐出されたインクを、記録媒体上に一列に並んで着弾させることができる。
【００１１】
図４に示す構成のノズルでは、インク流路１６３の中心線と電気熱変換素子１５１の中心線とが一致しているため、共通液室１５４からインク流路１６３を通って圧力室１５５へ向かうインクの流れが電気熱変換素子１５１の中心線に対して線対称に生じる。そのため、電気熱変換素子１５１によってインクを加熱することにより発生した気泡は、電気熱変換素子１５１上でその中心線に対称に安定して消泡する。場合によっては消泡位置が電気熱変換素子１５１の発熱域の角部（計４箇所）に分散することもあるが、その場合でもそれぞれの消泡位置は一定になる。
【００１２】
気泡の消泡時にはキャビテーションの崩壊による衝撃力が発生する。本従来例のように消泡位置が安定しているノズル構成では、電気熱変換素子１５１のうちの特定の個所がキャビテーションによる衝撃力を受けるため、電気熱変換素子１５１が損傷を受けやすく耐久寿命が短くなってしまうという問題があった。
【００１３】
そこで、気泡の消泡位置を分散させるために、図５に示すノズル構成を有するインクジェット記録ヘッドが提案されている。図５は、従来の他のインクジェット記録ヘッドのノズル部分を示す模式図である。同図（ａ）は、吐出口形成部材を透視した状態で示した平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＢ−Ｂ’線に沿って切断した断面図を示している。同図において図7と同様の部分については、同一の符号を付し、説明を省略する。
【００１４】
このインクジェット記録ヘッドでは、吐出口１５２の中心の鉛直線上に中心が位置するように配置されている電気熱変換素子１５１と圧力室１５５とに対し、インク流路１８３が、その中心線が電気熱変換素子１５１と圧力室１５５との中心線からオフセットした位置に位置するように配置されている。
【００１５】
この従来技術は、インク流路１８３をこのように配置することにより、消泡時のインクのリフィルの流れに回転する流れ成分を生じさせ、キャビテーションの影響、特に電気熱変換素子１５１への影響を低減しようとするものである。このことについて、消泡工程を示す図６を参照して説明する。図６は、ノズルの模式的平面図であり、消泡工程の各推移状態を図６（ａ）〜図６（ｆ）の順に示している。
【００１６】
図６（ａ）は、気泡１８７が最大の大きさになる最大発泡時を示しており、この時点から消泡が開始される。すると、図６（ｂ）に示すように、消泡とともに共通液室１５４からのインクの流れが生じ、気泡１８７はインク流路１８３に張り出した部分が引っ込むように小さくなっていく。
【００１７】
インクの流れが圧力室１５５に達すると、幅が広くなっている圧力室１５５の中心に向う方向の流抵抗が比較的小さいため、インクの流れはこの方向に曲がる。これにより、気泡１８７は、図６（ｃ）、図６（ｄ）に示すように、インクの流れ方向に、インクに押されるようにして小さくなっていく。
【００１８】
そして、さらに気泡１８７が小さくなっていく過程で、気泡１８７は、インクの流れによって圧力室１５５の、図６の左側に偏った位置に押し流される。この際、流れてくるインクは、共通液室１５４から圧力室１５５に向う方向、すなわち図６の上方に向う方向の運動量を有しているので、圧力室１５５の下方を回り込む流れは小さい。このため、気泡１８７は下方に長く延びたようになり、消泡の直前には、気泡１８７は、図６（ｅ）に示すように上下に長く延びた三日月状の形状になる。そして、図６（ｆ）に示す最終的な消泡工程は、このように上下に長い領域で生じる。
【００１９】
以上のように、本従来例のインクジェット記録ヘッドでは、消泡時に圧力室１５５内のインク流れに回転成分が発生するため、流体的に不安定で消泡位置がゆらぎやすい。また、消泡が上下に長い領域に分散されて生じるため、キャビテーションの衝撃も連続した領域内に対して広範囲に分散される。その結果、キャビテーションの衝撃は一点に集中せず電気熱変換素子１５１の受ける衝撃力が小さくなる。
【００２０】
なお、図６に示す消泡位置は、電気熱変換素子１５１に電力を供給するＡｌ電極（不図示）が電気熱変換素子１５１に接続している位置である。この部分はＡｌ電極から電気熱変換素子１５１へ向って段差状になっており構造的には弱い部分ではあるが、耐久試験ではこの近傍にキャビテーションが一点に集中した跡は形成されず上下に長く浅く亀裂が形成されたのみで耐久性が著しく延びたことが確認された。
【００２１】
又、別の従来例としては、特許文献１をあげることが出来る。
【特許文献１】特開2005-254666号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
しかしながら、この分離型インクジェット記録ヘッドにおいて、図７に示した従来例のインクジェット記録ヘッドでは、インク流路１６３を形成するインク流路壁１６３ａから最も離れているインク流路中心線近傍のインクがインク流路壁１６３ａからの流体摩擦抵抗を受け難く動きやすい。そのため、消泡過程が始まると極く短時間でインク流路中心線近傍のインクが圧力室１５５内へ向かって流れ、気泡はその中心が圧力室１５５の奥側へ凹んだ形となる。その結果、吐出口１５２と気泡との間に残されたインクが消泡時に電気熱変換素子１５１の方向へ引き寄せられる際の流れは、圧力室１５５の奥側方向への速度ベクトルを持ち、電気熱変換素子１５１に垂直に衝突することなく圧力室１５５の奥側へ流れ込んでいくことになる。
【００２３】
これに対して、図５に示したインクジェット記録ヘッドでは、下記のような現象が生じる。
【００２４】
図７は、図６（ａ）〜図６（ｃ）に示した消泡工程の各推移状態を抜粋し、さらにそれぞれの状態のときのノズル断面図を示している。
【００２５】
図７（ａ）は最大発泡時の状態を示している。電気熱変換素子１５１の上に発生した気泡が吐出口１５２の方向に大きく膨らみ、インク液滴が吐出口１５２から飛び出している。
【００２６】
図７（ｂ）は気泡が収縮を開始した状態を示している。このとき、吐出口１５２と気泡との間のインクが収縮する気泡の負圧によって引っ張られ、そのインクの中央部が電気熱変換素子１５１の方向に向かって凸形状になり始めている。このときのインクの速度ベクトルの方向を同図（ii）中に矢印で示している。
【００２７】
図７（ｃ）は、さらに気泡の収縮が進み、気泡が電気熱変換素子と同程度の大きさにまで小さくなったときの状態を示している。吐出口１５２と気泡との間のインクは、電気熱変換素子１５１へ向かう方向の速度ベクトルを持ったまま電気熱変換素子１５１のほぼ中心に衝突する。
【００２８】
このように、図５に示した形状のノズルにおいては、消泡時に圧力室１５５内のインクの流れに回転成分が発生するため、気泡の収縮の初期の過程ではインク流路中心線近傍のインクが気泡の中心へ一方向に流れ込むことはなく、気泡は凹まない。その結果、気泡がまだ電気熱変換素子１５１を覆っている大きさのときには、気泡よりも吐出口１５２側にあるインクは圧力室１５５の奥側への速度ベクトルをほとんど持たず、電気熱変換素子１５１に対してほぼ垂直に落下し、電気熱変換素子１５１のほぼ中心に衝突する。これがインク吐出動作が行われる毎に繰り返されると、ついにはその衝突位置が損傷して電気熱変換素子１５１が破壊される。この現象によって電気熱変換素子１５１が破壊されるまでの寿命は、気泡が消滅した際のキャビテーションによって電気熱変換素子１５１が破壊される際の寿命よりは長いが、この現象は電気熱変換素子１５１の耐久性能をさらに延ばそうとするときには障害となる。
【００２９】
そこで本発明は、ノズル内の吐出口と気泡との間のインクが気泡の消泡時に電気熱変換素子上の１ヶ所に集中し衝突することを抑え、もって電気熱変換素子が損傷することを防止して電気熱変換素子の耐久性能を飛躍的に延ばすことができる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】
【００３０】
本発明は上記問題を鑑みてなされたものであり、被記録媒体にインクを吐出させ、記録を行うインクジェット記録装置において、インクを発泡させ、吐出させる為の複数の電気熱変換体を具した基板と、前記電気熱変換体に対応して、インクを吐出させる為のインク吐出口と、前記電気熱変換体でインクを発泡させる圧力室と、インクを収容する共通液室と、前記共通液室より前記圧力室にインクを供給する為のインク流路とを備えたものにおいて、前記インクは電荷を持っており、かつ、前記圧力室内に、前記インクが持っている電荷と逆の電荷を発生する電荷電極を設けた構成にし、上記本発明のインクジェット記録ヘッドにおいて、インクを発泡させて吐出口からインク液滴を吐出させた後に吐出口と気泡との間に残ったインクが、気泡の消泡時の収縮に伴って電気熱変換体に向かって移動する際に、電荷を持ったインクに対し、ヒーター近傍に設けられた電荷電極に逆電位をかけることにより、インクを電荷電極方向に引き寄せ、本来消泡過程で、電気熱変換体上にインクが落ちる位置とは異なった場所に落下させることが可能となる。また、この電荷電極に電荷をかける操作を毎回行うのではなく、ある一定の吐出回数で前記電荷電極に電荷をかける、かけないを繰り返すような操作をすることにより、前記ヒーター上に落下するインクの個所は複数ヶ所となり、これまでより長期間にわたり、ヒーター寿命を延ばすことが可能となるのである。
【００３１】
更に、前記電荷電極を複数設け、個別に動作させることにより、少なくとも電荷電極数の分だけインクの電気熱変換体への落下位置を変化させることが可能となり、その分電気熱変換体の寿命が延びることとなる。
【００３２】
前記ヒーター上に発生するインク落下による損傷部位は約１〜３μｍ程度の大きさであり、本発明における墜落インク着地点の移動量はそれ以上であれば良い。
【発明の効果】
【００３３】
以上説明したように、被記録媒体にインクを吐出させ、記録を行うインクジェット記録装置において、インクを発泡させ、吐出させる為の複数の電気熱変換体を具した基板と、前記電気熱変換体に対応し、インクを吐出させる為のインク吐出口と、前記電気熱変換体でインクを発泡させる圧力室と、インクを収容する共通液室と、前記共通液室より前記圧力室にインクを供給する為のインク流路とを備えたものにおいて、前記インクは電荷を持っており、かつ、前記圧力室内に、前記インクが持っている電荷と逆の電荷を発生する、少なくとも１つの電荷電極を設けたことを特徴とするインクジェット記録装置を用いることにより、ノズル内の吐出口と、気泡との間のインクが気泡の消泡時に電気熱変換素子に垂直に衝突することを抑え、複数の位置に衝突させることにより、電気熱変換素子の損傷に対する耐久寿命を飛躍的に延ばすことが可能となるのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
次に、本発明の詳細を実施例の記述に従って説明する。
【００３５】
以下に、本発明の実施例を図面を用い詳細に説明する。
【実施例１】
【００３６】
図１は本発明のインクジェット記録ヘッドにかかる第１の実施例におけるノズル部分を示す模式図である。同図（a）は、吐出口形成部材を透視した状態で示した平面図、同図（b）は同図（a）のB―B‘線に沿って切断した断面図を示している。
【００３７】
本実施例のインクジェット記録ヘッドは、圧力室５５内で、図面的には電気熱変換素子５１の上方かつ、圧力室５５の壁の間に、電荷電極５７が存在している。前記電荷電極５７は、直接インクと接しないように、また、インクに電荷を与えないように、非電気伝導性の膜により覆われ、インクとは絶縁状態にある。
【００３８】
図２は、図１に示したインクジェット記録ヘッドのノズルからインク液滴が吐出された後の気泡の消泡過程を同図（ａ）〜（ｅ）の順に示しており、同図を用いながら、本発明の実施例におけるインク吐出後の操作について説明していく。
【００３９】
図２（ａ）は最大発泡時状態を示している。気泡が吐出方向に大きく膨らみ、インク液滴が吐出口５２から吐出し始めている。
【００４０】
本実施例で使用しているインクは、共通液室内において、インクに電荷を与える電荷電極（不図示）により予め電荷が与えられている。この電荷に関しては、正でも負でもどちらの電荷でも良いが、本実施例においては、便宜上、正の電荷を与えることとする。
【００４１】
図２（ｂ）はその後、気泡が収縮し始めた状態を示している。吐出口５２と、気泡の間に残ったインクは、気泡消泡時の負圧によって、電気熱変換素子５１の方に引っ張られ、電気熱変換素子５１の方向に向かって凸形状になっている。このときインクの速度ベクトルは、同図中の矢印で示すように、電気熱変換素子５１に対し、ほぼ垂直な方向に向いている。
【００４２】
この状態になったときに、圧力室５５内に設けられた電荷電極５７にインクが持っているものと逆の、負の電荷を与え始める。前記気泡の消泡は、電流が電気熱変換素子に流れ、インクが発泡してからほぼ一定の時間の後始まるので、インクを吐出する為の電気信号を電気熱変換体に与えてから、ある一定のディレイ後に与え始めるように制御を行えば良い。
【００４３】
図２（ｃ）は、その後、気泡の収縮が更に進んだ状態を示している。本実施例に用いられている圧力室５５内には電荷電極５７が備えられており、正の電荷を持つインクに対し、負の電荷をかけ続けている為、吐出口５２と気泡の間のインクは、気泡が収縮する過程で、圧力室５５の奥側（インク流路がある方向と反対側）に引っ張られる力を受け続ける。その結果、吐出口５２と気泡の間のインクは、本来気泡の収縮のみで着地するべき電気熱変換素子の位置とは別の、電荷電極５７が配置された方向にずれた位置に、着地することとなる。
【００４４】
しかし、この操作をインク吐出を行うたびに行った場合、何も制御を行わなかった場合の、インクが本来着地する電気熱変換素子５２の場所以外の部分に着地することとなるが、今度はその場所で、安定して、着地することとなり、電気熱変換素子５２を破壊してしまうこととなる。そこで、本実施例においては、インクが電気熱変換素子上の一点に着地しても、前記電気熱変換素子５２を破壊しない回数の吐出を、上記制御をしつつ、行った後は、上記電荷電極５７を使用せず、従来と同様な吐出をさせた。この場合、共通液室内でもインクに電荷を与える必要は無い。
【００４５】
また、別の方法としては、ある一定の吐出回数毎に電荷電極５７に電圧を加えたり、加えなかったりを、繰り返す操作を行っても、同様の効果が得られた。
【００４６】
以上述べたように、本実施例の形態をとる事で、これまでより電気熱変換体寿命が非常に長い、インクジェット記録ヘッドを実現することが可能となった。
【実施例２】
【００４７】
図３は本発明のインクジェット記録ヘッドの第２の実施例におけるノズル部分を示す模式図である。同図（ａ）は、吐出口形成材を透視した状態で示した平面図、同図（ｂ）は、同図（ａ）のC−C線に沿って切断した断面図を示している。
【００４８】
本実施例のインクジェット記録ヘッドは、圧力室５５内の２ヶ所に電荷電極５８、５９が存在している。本実施例においても、前記電荷電極５８，５９は直接インクと接しないように、かつ、インクに電荷を与えないように、非電気伝導性の膜により覆われ、インクと絶縁状態にある。
【００４９】
本実施例の形態において、上記電荷電極５８、５９を実施例に１に記載したように、個別に駆動させると、電気熱変換素子上のインクが着地する場所は、その電荷電極数分増加し、本実施例においては、前記電気熱変換素子上の２ヶ所に、落とすことが可能となり、本来インクが着地する場所を加え、３ヶ所にインクを落とし分けることが可能となるのである。
【００５０】
このとき、例えば、前記インクには正の電荷を与え、上記電荷電極５８には正の電荷を、５９には負の電荷を加えてやれば、前記インクの前記電気熱変換素子上への着地位置は、前記インクが電極５８と反発し、電極５９に引っ張られ、更に電極５９に近い場所に着地するようになり、前記電気熱変換素子上の着弾位置を、確実に電荷電極の駆動有無で離すことが可能となり、更に信頼性の高いインクジェット記録ヘッドを提供する事が可能となるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第１の実施例のインクジェット記録ヘッドを表す模式図
【図２】本発明の第１の実施例にかかるノズル内のインク挙動を表す模式図
【図３】本発明の第２の実施例にかかるインクジェット記録ヘッドを表す模式図
【図４】従来のインクジェット記録ヘッドを表す模式図
【図５】従来のインクジェット記録ヘッドを表す模式図
【図６】従来のインクジェット記録ヘッドを表す模式図
【図７】従来のインクジェット記録ヘッドを表す模式図
【符号の説明】
【００５２】
５１  電気熱変換体
５２  吐出口
５４  共通液室
５５  圧力室
５６  インク供給口
５７  電荷電極
５８  電荷電極
５９  電荷電極
８３  インク流路
１５１  電気熱変換体
１５２  吐出口
１５３  インク流路
１５４  共通液室
１５５  圧力室
１５６  インク供給口
１８３  インク流路
１８７  気泡
【図１】
2007245481.tif 000003
【図２】
2007245481.tif 000004
【図３】
2007245481.tif 000005
【図４】
2007245481.tif 000006
【図５】
2007245481.tif 000007
【図６】
2007245481.tif 000008
【図７】
2007245481.tif 000009