(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを流入させる加圧液室と、前記加圧液室内に備えられると共に前記加圧液室内のインクを加熱沸騰させる加熱素子と、前記インクに電場を形成する荷電電極と、該荷電電極と対となる対極電極と、を備え、加熱沸騰して発生した気泡の圧力により前記インクをノズルから吐出させるインクジェットヘッドであって、
前記荷電電極は、絶縁層を介して前記加熱素子の上層に設けられており、
前記インクのゼータ電位が負のときには前記荷電電極の極性が負となる電位を該荷電電極に印加し、前記インクのゼータ電位が正のときには前記荷電電極の極性が正となる電位を該荷電電極に印加する電位印加手段を前記加圧液室内に設けることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記荷電電極を前記加熱素子と略平行な平面に設けることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
前記荷電電極への電圧印加のタイミングは、前記加熱素子に電圧を印加する前であることを特徴とする請求項１又は２に記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか一項に記載のインクジェットヘッドを備えたことを特徴とするインクジェット装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリンタ、ファクシミリ、複写装置、これらの複合機等の画像形成装置に用いられるインクジェットヘッド及びこれを用いたインクジェット装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリンタ、ファクシミリ、複写装置、これらの複合機等の画像形成装置として、インクをはじめとする液体の記録液の液滴を吐出する液体吐出ヘッドで構成した記録ヘッドを含む液体吐出装置を用いて、紙等の記録媒体を搬送しながら、液体の記録液を用紙に付着させて画像形成を行うものがある。
記録ヘッドの一つであるインクジェットヘッドの中でも、加熱素子を駆動素子として利用したサーマルヘッドは、駆動素子が容易に小型化できるため、多数の吐出孔を高密度に配列することが可能であり、ヘッドの小型化や高解像度化に適している。しかし、加熱素子によりインクを加熱発泡させ、吐出エネルギーとしているため、駆動素子部は発泡動作による機械的なダメージと化学的なダメージを駆動の度に受けることとなる。発泡時には素子表面は高温となるため、インク成分との化学反応が駆動素子にダメージを与える。そのため駆動素子表面に保護膜を形成することで、電気配線がインクにより犯されないように絶縁性を保持する。
【０００３】
また発熱部では高温加熱のため、インクに含まれる熱的に不安定な物質が化学変化や形態変化を起こし、ビヒクル成分に対し難溶性の物質へと変化することがある。このような難溶性物質が発熱部表面に吸着することで、表面の熱伝導性が不均一となり、発泡が不安定になる現象（コゲーション）が引き起こされる。
従来は上記のような課題に対して、特許文献１に記載されているように、保護膜の組成や構成を工夫し、あるいは、特許文献２に記載されているようにコゲーションを起こしにくいインク処方にて対応していた。
また、近年、難溶性の色材である顔料の分散性の改良や粒径の微小化が行われたため、インクジェットインクに使用されるケースが多くなってきている。特許文献３、特許文献４には、画質改善を目的として顔料インクに水不溶性樹脂を添加する手法が開示されている。
【０００４】
これらに用いられる難溶性色材や、樹脂成分などを含むインクをサーマルヘッドで吐出する場合、難溶性成分は熱により分散破壊を起こしやすく容易に加熱素子表面に吸着される。また樹脂成分は熱分解温度が３００〜５００度にあるため、加熱素子の加熱温度によっては、容易に熱分解を引き起こし、難溶性となり加熱素子表面に吸着を引き起こす。
そのため、コゲーションを引き起こさない程度の量の難溶性色材や、樹脂成分をインクに含有させて使用している。
しかし、特許文献５や特許文献６のように、高固形分のインクにて画像濃度や発色性、定着性の改善を試みたインクが開示されてきている。
固形分を高めることで、浸透性を確保した上でフェザリングを低減させたり、色材のメディアへの浸透を抑制することが可能となり、画質向上を計ることが出来る。またバインダー成分をインクに多く添加することで、乾燥定着性や耐水性といった耐候性、乾燥後の平滑性が向上することによる光沢性などの光学特性、定着性を向上することでのメディア対応性が向上する。
【０００５】
ところが上記高固形分インクをサーマルヘッドにて吐出しようとすると、インク中に含まれる難溶性色材や、樹脂成分などの固形分が多いため、加熱素子に吸着する量も増加し、コゲーションが引き起こされ、発泡できなくなる。
【特許文献１】特許第３７２０６８９号公報
【特許文献２】特開２０００−３０９７３５公報
【特許文献３】特開昭５５−１５７６６８号公報
【特許文献４】特公昭６２−１４２６号公報
【特許文献５】特開２００４−１５５８６７公報
【特許文献６】特開２００４−２０３９０３公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は、高固形分インクを吐出可能な信頼性の高いサーマルヘッドのインクジェットヘッド、及びインクジェット装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、インクを流入させる加圧液室と、前記加圧液室内に備えられると共に前記加圧液室内のインクを加熱沸騰させる加熱素子と、前記インクに電場を形成する荷電電極と、該荷電電極と対となる対極電極と、を備え、加熱沸騰して発生した気泡の圧力により前記インクをノズルから吐出させるインクジェットヘッドであって、前記荷電電極は、絶縁層を介して前記加熱素子の上層に設けられており、前記インクのゼータ電位が負のときには前記荷電電極の極性が負となる電位を該荷電電極に印加し、前記インクのゼータ電位が正のときには前記荷電電極の極性が正となる電位を該荷電電極に印加する電位印加手段を前記加圧液室内に設けることを特徴とする。
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のインクジェットヘッドであって、前記荷電電極を前記加熱素子と略平行な平面に設けることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のインクジェットヘッドであって、前記荷電電極への電圧印加のタイミングは、前記加熱素子に電圧を印加する前であることを特徴とする。
また、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の何れか一項に記載のインクジェットヘッドを備えたインクジェット装置であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、電気−熱変換素子を用いたインクジェットヘッドのコゲーションを抑制することができ、従来では吐出が困難であった高固形分インクを吐出することが可能となる。また本発明を従来のヘッドに用いることで、より信頼性の高いインクジェット装置を提供することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。まず、本発明に用いられるインクとサーマルヘッドとの関係について説明する。
本発明に用いられるインクは、難溶解性物質を多く含んでいる。また高固形分で添加するためには難溶解性物質をコロイドとして分散させ、図１（ａ）の様にコロイド表面に電荷（図１ではマイナス荷電コロイド粒子を例示）を有し、静電反発を利用して粒子が凝集しないように調整されている。このようなコロイドは、粒子近傍に対イオン分子（図１ではカチオン分子）がおり、電気的中性は保たれているが、粒子個々の表面は帯電したものとなっている。
従来のサーマルヘッドにおいては、インク中の荷電コロイド粒子が均等に拡散している状態（図２（ａ））となっており、難溶解性物質を多く含むインクをヘッドに充填した初期状態（図２（ｂ））から加熱発泡させると、加熱素子側表面近傍に存在していた荷電コロイド粒子の分散状態が発泡による熱や液移動の剪断力により破壊され、コロイドを形成していた難溶解性物質が表面吸着および化学変化を起こしコゲーションが発生する（図２（ｃ）の状態）。
【００１１】
本発明のように電位印加手段として液体に電場を形成するための電極を有していると、インクに電場を形成することが可能となり、電場に応じてインク中の荷電コロイド粒子が移動し、荷電コロイド粒子の分布に偏りが生じる（図３（ａ））。インク中の電場が無い場合は荷電コロイド粒子が均等に存在しているが（図３（ｂ））、電極に電位印加しインク中に電場を形成するとインク中の荷電コロイド粒子の荷電に応じて偏りが生じる（図３（ｃ））。
荷電コロイド粒子と反発する電位を加熱素子側の電極に付与することで、加熱素子側電極付近の荷電コロイド粒子の存在率は低下し、コゲーションの原因物質となる難溶解性物質の加熱素子側表面への焦げ付きを抑制することが可能となる。このような電場形成には電極が直接インクに接触する必要はなく、電極表面に分極性の絶縁層を設ける構成（図４（ａ））でも、電極への電位の印加に応じて絶縁層が分極し、インク中に電界を形成することが可能となる（図４（ｂ））。
またコロイド粒子の対イオンに低分子で化学的に安定なもの、化学変化後に分散性の良いものを用いることで、対イオンによるコゲーションを抑制することが出来る（図５）。特にリン原子および窒素原子を有するイオン性化合物を用いることでコゲーション抑制効果が高まる。
【００１２】
上記の電場に応じたインク中の荷電物質の濃度勾配は、加熱素子から遠い電場の対極側にコロイド粒子を濃縮する働きともなる。このようなコロイド粒子を対極に吸着させないためにコロイド粒子より分子サイズが小さく同一極性の極性物質を添加しておくことで、対極への吸着を抑制することが出来る。これは前記極性物質はコロイド粒子より分子サイズが小さいことから他分子との衝突を受ける確率が下がり、電場に応じて対極に移動しやすいため、コロイド粒子に先んじて対極に吸着できるからと推測される。
このような極性物質には非イオン性親水基とイオン性の親水基を分子内に共存した分子が望ましい。なぜなら、対極への吸着後に非イオン性親水基の溶解性により溶出脱離作用があるため、対極に堆積する可能性が少ないからである。
本発明の電場形成のために用いられる荷電電極は、コロイドを反発させ加熱素子をコゲーションから守るため、加熱素子側の一方の電極は加熱素子と略平行な平面に設けること好ましい。さらにこの電極を絶縁層を介して加熱素子の上層に設けることで、より強く加熱素子上からコロイド粒子を反発させることが可能となり、コゲーションを抑制することが出来る。
【００１３】
また荷電電極に電圧を印加するとき、加熱素子に電圧を印加し加熱発泡する前に実施することで、加熱素子側の電極表面のコロイド粒子濃度を低下させてから加熱することが可能となり、コゲーションを低下させることが可能となる。
このように発熱時と荷電時は同時である必要はないため、電極の一方が加熱素子を兼ねることも可能である。このようにすることでヘッドの配線や制御回路を単純化することが出来る。
本発明に用いられるインクに含まれるコロイド粒子の荷電は、インクのゼータ電位を測定することで評価でき、コロイド粒子の表面荷電に応じて荷電状態が判る。
上記課題に用いられるような高濃度の分散系のゼータ電位は、超音波振動電位法（ＵＶＰ法）、動電音響法（ＥＳＡ法）にて測定することが可能である。このように測定されたゼータ電位に応じて、加熱素子側の荷電電極の極性を選択することができ、インクのゼータ電位が負のときには電極をカソードに設定し、インクのゼータ電位が正のときには電極をアノードとなるようにすることで、本発明を発現することが可能となる。
上記のヘッドおよびインクを用いることで、高固形分のインクを用いてもコゲーションを引き起こさない信頼性の高いインクジェット装置を提供することが可能となる。また通常のインクを用いた場合でも、従来よりコゲーションに耐性の高いサーマルインクジェットヘッドを提供することとなり、このヘッドを用いたインクジェット装置は従来の装置以上に高信頼性の装置を提供することが可能となる。
【００１４】
本発明が適用されるインクジェット装置について説明する。図６は本発明を適用するのに良好なインクジェット装置の模式図である。以下、ブラックはＫ、シアンはＣ、マゼンタはＭ、イエローはＹ、と略記する。
インクジェット装置１０１には、インクを吐出するヘッドを集積したヘッドユニット１１０Ｋ、１１０Ｃ、１１０Ｍ、１１０Ｙと、其々のヘッドユニットに対応しヘッドのメンテナンスを行うメンテナンスユニット１１１Ｋ、１１１Ｃ、１１１Ｍ、１１１Ｙ、インクを供給するインクカートリッジ１０７Ｋ、１０７Ｃ、１０７Ｍ、１０７Ｙ、カートリッジからのインクを一部貯蔵し、ヘッドに適切な圧力でインクを供給するサブインクタンク１０８Ｋ、１０８Ｃ、１０８Ｍ、１０８Ｙを備えている。
さらに、記録媒体を吸着し搬送する搬送ベルト１１３、搬送ベルトを支える搬送ローラ１１９、１２１、搬送ベルトが適切な張力を保つようにコントロールするテンションローラ１１５、搬送ベルトが適切な平面性を保つためのプラテン１２４、記録媒体を吸着するための静電帯電を与える帯電ローラ１１８からなる搬送機構、媒体をベルトから分離させる分離爪１２０、排紙するための搬送を行う排紙ローラ１１６、媒体を押さえる排紙コロ１１７、排紙した記録媒体をストックしておく排紙トレイ１０４からなる排紙機構、印写する媒体をストックする給紙トレイ１０３、給紙トレイより一枚ずつ媒体を送り出す分離パッド１１２、送られてきた記録媒体を帯電ベルトに確実に吸着させるカウンターローラ１２３、手差しにて給紙した場合に用いられる手差しトレイ１０５からなる給紙機構を有している。
【００１５】
またメンテナンス後に排出される廃液を回収する廃液タンク１０９や、装置を操作し装置状態を表示することができる操作パネル１０６も備えている。
給紙トレイから記録媒体が分離コロにて一枚に分離され、加圧コロにて搬送ベルトに密着されることで搬送ベルト上に固定され、ヘッドユニット下を通過する際に記録媒体にインクを吐出することで、高速にインクにて記録媒体にパターンニングができ、分離爪にて搬送ベルトから分離され、排紙ローラと排紙コロにて支えられて排紙トレイに画像形成後の記録媒体が排出される。
【００１６】
図８（ａ）は本発明のヘッドユニットにおけるヘッド配列を示した模式図である。
各ヘッドユニットのノズル列は記録媒体の搬送方向に直行するように配列されており、記録領域以上の長さのノズル列を形成している。ヘッドユニットはヘッド外周部材１６０に記録ヘッド１５４を固定しており、ヘッドはノズルの一部が重複するように千鳥配置で固定されている。
図８（ｂ）は図８（ａ）のヘッドユニットに配列しているヘッドを示した模式図で、ヘッドはノズルプレート２０１に２列の千鳥配置で開口されているノズル２００が設けられており、ヘッドとヘッド外周部材との間には充填剤２０２にて密閉されており、ノズル面側からの隙間を失くしている。
また、ヘッド外周部材とノズル面はほぼ同一の平面に位置するように固定することが望ましい。ヘッドと外周部材との間に段差があると、ワイピング時にワイパーが段差に捕われ、ノズル面に均等な力で接触できなくなり、ワイピングを行ったときに拭き残しが生じる。
また、段差にはワイパーが接触できない死角が発生するためインクが溜りやすく、溜ったインクが印字中に記録媒体に落ちることで、画像品位を低下させる。さらに段差があると局所的にワイパーにかかる圧力が高くなるため、ワイパーと接触部位との摩擦が高まり、耐久的にワイパーのノズル面接触端面の摩耗が引き起こされる。ヘッドは図８（ｂ）のように千鳥配列が１列の構成や、図９（ｂ）の様な複数列を設けた構成もの可能であり、このヘッドを用いた図９（ａ）に示されるヘッドユニットであっても構わない。
【００１７】
図９（ａ）のようなヘッドユニットを用いると、ノズル列毎にインクを変えると装置を大型化せずに多色化が可能であり、インクジェット装置のコスト低減に繋がる。また同一インクを用いた場合、全ノズルの同時吐出ができないヘッドでは、複数のノズル列で吐出が可能となることから、同じインクを間引きなしに吐出が可能となり、印写速度を向上させることができる。
図９（ａ）の構成で多色化を行った場合、隣接ノズル列の着弾位置精度が最も高くなるので、着弾位置を検知しやすい濃色インクをユニット中央側に、淡色インクをユニット外縁側に配置することが望ましい。フォトシアン（ＰＣ）、フォトマゼンタ（ＰＭ）を含む６色インクを用いるなら、外縁よりＰＭ、ＰＣ、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋと内側に向けて配列することが望ましい。
また本発明はラインヘッドインクジェット装置に限られるものではなく、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すようなシリアルインクジェット装置でも良い。
【００１８】
シリアルインクジェット装置は図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、図示を省略している左右の側板に横架したガイド部材であるガイドロッド１３０とステー１３３とでキャリッジ１３１を主走査方向に摺動自在に保持し、主走査モータ（不図示）によって図７（ｂ）で矢示方向に移動走査する。
キャリッジ１３１には、Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋの各色の記録用インク滴を吐出する４個のインクジェット記録用ヘッドからなるヘッドユニット１１０を複数のインク吐出口を主走査方向と交叉する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。
また、キャリッジ１３１には、ヘッドユニット１１０に各色のインクを供給するための各色のサブインクタンク１０８を搭載している。サブインクタンク１０８には、図示しない記録用インク供給チューブを介して、インクカートリッジからインクが供給されて補充される。
装置本体背面部には、両面給紙ユニット１３２が着脱自在に装着されている。両面給紙ユニット１３２は、搬送ベルト１１３の逆方向回転で戻される用紙を取り込んで反転させて再度カウンタローラ１２３と搬送ベルト１１３との間に給紙する。なお、両面給紙ユニット１３２の上面には手差しトレイ１０５が設けられている。
副走査方向への間欠的な用紙搬送動作に応じて、上記主走査モータがキャリッジを走査させインクを吐出することで、ヘッドが用紙に非接触で像を形成することが出来る。
【００１９】
次に、本発明のインクジェット装置の制御部の概要について図１０を参照して説明する。なお、図１０は、本発明のインクジェット装置の制御部の全体ブロック説明図である。
この制御部３００は、装置全体の制御を司るＣＰＵ３０１と、ＣＰＵ３０１が実行するプログラム、本発明において使用する所定インク吐出に対するノズル面汚染度合の値及びノズル面汚染許容閾値、駆動波形データ、その他の固定データを格納するＲＯＭ３０２と、画像データ等を一時格納するＲＡＭ３０３と、装置の電源が遮断されている間もデータを保持するための不揮発性メモリ（ＮＶＲＡＭ）３０４と、画像データに対する各種信号処理、並び替え等を行う画像処理やその他装置全体を制御するための入出力信号を処理するＡＳＩＣ３０５とを備えている。
また、この制御部３００は、ホスト側とのデータ、信号の送受を行うためのＩ／Ｆ３０６と、記録ヘッド１５４の圧力発生手段を駆動制御するための駆動波形を生成するヘッド駆動制御部３０７と、媒体搬送モータ３０９を駆動するための媒体搬送モータ駆動部３０８と、ヘッドユニット（キャリッジ）移動モータ３１１を駆動するためのヘッドユニット移動モータ駆動部３１０と、維持ユニット移動モータ３１３を駆動するための維持ユニット移動モータ駆動制御部３１２と、インク経路の電磁弁３１５を開閉制御するためのインク経路バルブ制御部３１４、キャップ吸引モータ３１７やインク供給モータ３１８の駆動を制御する送液吸引モータ駆動制御部３１６と、搬送ベルト１１３の移動量及び移動速度に応じた検知信号を出力するエンコーダや、環境温度及び環境湿度（いずれか一方でも良い）を検出するセンサ３２３からの検知信号、サブインクタンクのインク量検知信号、図示しない各種センサからの検知信号を入力するためのＩ／Ｏ３２２などを備えている。この制御部３００には、この装置に必要な情報の入力及び表示を行なうための操作パネル１０６が接続されている。
【００２０】
制御部３００は、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置、イメージスキャナなどの画像読み取り装置、デジタルカメラなどの撮像装置などのホスト側からの印刷データ等をケーブル或いはネットを介してＩ／Ｆ３０６で受信する。
そして、ＣＰＵ３０１は、Ｉ／Ｆ３０６に含まれる受信バッファ内の印刷データを読み出して解析し、ＡＳＩＣ３０５にて必要な画像処理、データの並び替え処理等を行い、記録ヘッド１５４のヘッド幅の１ページ分に相当する画像データ（ドットパターンデータ）を、クロック信号に同期して、ヘッド駆動制御部３０７に送出する。
そして、ＣＰＵ３０１は、Ｉ／Ｆ３０６に含まれる受信バッファ内の印刷データを読み出して解析し、ＡＳＩＣ３０５にて必要な画像処理、データの並び替え処理等を行ってヘッド駆動制御部３０７に画像データを転送する。なお、画像出力するためのドットパターンデータの生成は、例えばＲＯＭ３０２にフォントデータを格納して行っても良いし、ホスト側のプリンタドライバで画像データをビットマップデータに展開してこの装置に転送するようにしても良い。
ヘッド駆動制御部３０７は、ページ単位で入力される記録ヘッド１５４の１ページ分に相当する画像データ（ドットパターンデータ）に基づいて選択的に記録ヘッド１５４の圧力発生手段に印加して記録ヘッド１５４を駆動する。
【００２１】
本発明では記録ヘッド１５４を駆動する際に全ノズルを同時に駆動させる以外に、時間的に分割して駆動させることができる。全ノズルを同時に駆動させると、各ノズル間のクロストークの影響による記録品位の低下や、一時的に大電流が必要になることにより電源の大容量化などの不利益が生じる場合があるが、時分割駆動することでこれらの不利益を避けることができる。
また本発明に用いられる記録液は記録液としてインクに留まらず、使用用途に応じてレジスト、医療分野におけるＤＮＡ試料、光学分野における樹脂レンズ材料など、ヘッド部材の耐久温度範囲で液化するものであれば、いずれも使用可能である。
これら記録液に用いられる色材として、顔料、染料のいずれでも用いることができ、混合して用いることもできる。
本発明の記録液に用いる水分散性着色剤として特に限定はないが、顔料表面に少なくとも１種の親水基が直接もしくは他の原子団を介して結合するような処理がなされたことにより分散剤なしに水に分散可能となった顔料であるか、もしくは樹脂微粒子に水不溶性または難溶性の色材を含有させてなるポリマーエマルジョン、また界面活性剤もしくは平均分子量５００００以下の水溶性高分子化合物を単独もしくは併用することによって分散安定化された顔料の水分散着色剤を、単独もしくは併用することが望ましい。
【００２２】
用いる顔料種として特に限定はないが、有機顔料や無機顔料を用いることができ、特に比重の面で有機顔料が好適に用いられる。また、これら顔料は複数種類を混合して用いても良い。これらの顔料の粒子径は０．０１〜０．３０μｍで用いることが好ましい。０．０１μｍ以下では粒子径が染料に近づくため、耐光性、フェザリングが悪化してしまう。また、０．３０μｍ以上では、吐出口の目詰まりやプリンター内のフィルターでの目詰まりが発生し、吐出安定性を得ることができない。
このような水分散性着色剤は、色材分子が集合状態（結晶状態を含む）であるか樹脂分子と共存しており、単分子で存在していないため、耐水性、耐光性、耐ガス性に優れており、このような着色剤を用いると画像保存性を向上することが可能となる。特に顔料表面に少なくとも１種の親水基が直接もしくは他の原子団を介して結合するような処理がなされたことにより分散剤なしに水に分散可能となった顔料、もしくは樹脂微粒子に水不溶性または難溶性の色材を含有させてなるポリマーエマルジョンを用いた場合、着色剤固形分に対するインク粘度が低く押さえられるため、水分散性樹脂や湿潤材を多く入れることが可能となる。
【００２３】
本発明の記録液に用いる樹脂として特に限定はないが、水分散性樹脂は水分散着色剤との混和性からｐＨが６〜１１が好ましく、ｐＨが７〜９がより好ましい。また分散性樹脂の特徴として平均粒子径が小さいものほど粘度が上昇する傾向がある。過剰な高粘度にならないためにも水分散性樹脂の平均粒子径は５０ｎｍ以上が好ましい。
さらにインクジェットヘッドのインク流路やノズル口は小さいため、粒子径の大きな粒子がインク中に存在すると吐出性を悪化させることは知られている。インク吐出性を阻害させないために平均粒子径が５００ｎｍ以下が望ましく、１５０ｎｍ以下が好ましい。水分散性樹脂は水分散着色剤を紙面に定着させる働きを持つ事が望ましく、定着性を向上させるためには最低造膜温度（ＭＦＴ）が２０℃以下であることが好ましい。しかしガラス転移点が−４０℃以下になると樹脂皮膜の粘稠性が強くなり印字物にタックが生じるため、ガラス転移点が−３０℃以上の水分散性樹脂であることが望ましい。
【００２４】
上記のようにインク中に分散添加される顔料や樹脂微粒子などはコロイド状態となって存在する。このようなコロイドの中には電荷を持たない高分子鎖の立体障害のみで反発するものも存在するが、熱エネルギーによる発泡で容易に分散破壊してしまうため、サーマルヘッドで利用することは難しい。本発明では分散安定性の良い電荷を有するコロイドを対象とする。
このようにコロイドに電荷を与えたものは、イオン性官能基を他の分子鎖を介して共有結合で結合したもの（図１（ｂ））、イオン性官能基を有する高分子を微粒子表面に吸着させたもの（図１（ｃ））、イオン性官能基を有する低分子（界面活性剤等）にてミセル化したもの（図１（ｄ））などがある。いずれの場合でも本発明の効果は有効であり、限定されるものではない。
【００２５】
本発明の記録液を所望の物性にするため、あるいは乾燥による記録ヘッドのノズルの詰まりを防止するためなどの目的で、色材の他に、水溶性有機溶媒を使用することが好ましい。水溶性有機溶媒には湿潤剤、浸透剤が含まれる。湿潤剤は乾燥による記録ヘッドのノズルの詰まりを防止することを目的に添加される。これらの溶媒は、水とともに単独もしくは複数混合して用いられる。
また、浸透剤は記録液と被記録材の濡れ性を向上させ、浸透速度を調整する目的で添加される。浸透剤としては、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル系界面活性剤、アセチレングリコール系界面活性剤、フッ素系界面活性剤、シリコン系界面活性剤、ポリオキシエチレンアルキルエーテル系界面活性剤ならびにポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルエーテル系界面活性剤が例示でき、これらの化合物は液の表面張力を低下させることができるので、濡れ性を向上させ、浸透速度を高めることができる。
【００２６】
本発明の記録液は防腐防黴剤を含有することができる。防腐防黴剤を含有することによって、菌の繁殖を押さえることができ、保存安定性、画質安定性を高めることができる。
本発明の記録液は防錆剤を含有することができる。防錆剤を含有することによって、ヘッド等の接液する金属面に被膜を形成し、腐食を防ぐことができる。
本発明の記録液は酸化防止剤を含有することができる。酸化防止剤を含有することによって、腐食の原因となるラジカル種が生じた場合にも酸化防止剤がラジカル種を消滅させることで腐食を防止することができる。
本発明の記録液はｐＨ調整剤を含有することができる。本発明の記録液のｐＨは３〜１１であることが好ましく、接液する金属部材の腐食防止の観点からは６〜１０であることがさらに好ましい。ｐＨ調整剤は本発明記録液のｐＨを好ましい範囲に調整することが出来る。
本発明の記録液の表面張力は、２０〜６０ｍＮ／ｍであることが好ましく、被記録材との濡れ性と液滴の粒子化の両立の観点からは３０〜５０ｍＮ／ｍであることがさらに好ましい。
本発明の記録液の粘度は、１．０〜２０．０ｍＰａ・ｓであることが好ましく、吐出安定性の観点からは２．０〜１０．０ｍＰａ・ｓであることがさらに好ましい。
【００２７】
また本発明では電極間に電位差を設けて、荷電物質の濃度勾配を引き起こすことを特徴としている。加熱素子近傍の電極はコロイド粒子の吸着は起こりにくいが、対極となる電極側ではコロイド粒子の吸着が引き起こされる。そのためコロイド粒子より分子量が小さく同一極性の極性物質を添加しておくことで、コロイド粒子の電極吸着を防ぐことが出来る。
このような物質は、非イオン性親水基とイオン性の親水基を分子内に共存しているものが望ましく、イオン性親水基の反対側に非イオン性親水基が存在していることが望ましい。
上記化合物がコロイド粒子より先に電極に吸着し、イオン性基を電極側に非イオン性親水基をインク側に向けて配向することで、電極表面を非イオン性基で被覆することが出来る。これらの化合物は、電位を無くすとインク中に再溶解し、電極表面から剥離する。コロイド粒子が非イオン性基の上から吸着した場合でも同様に電極表面から剥離するため、コロイド粒子が電極表面上に堆積することを抑制すると考えられる。
【００２８】
コロイド粒子がアニオン性の場合、グリコール酸塩やポリオキシエチレングリコール酸エーテル塩、ヒドロキシ安息香酸塩、ポリオキシエチレングリコール安息香酸エーテル塩、ポリオキシエチレン硫酸エステル塩、ポリオキシエチレンリン酸エステル塩が例示でき、好ましくはポリオキシエチレンリン酸エステル塩だが、限定されるものではない。
コロイド粒子がカチオン性の場合、ポリオキシエチレントリヒドロキシエチルアンモニウム塩、ポリオキシエチレントリメチルアンモニウム塩、コリンが例示でき、好ましくはコリンだが、限定されるものではない。
【００２９】
図１１は本発明を適用するのに良好なインクヘッドの模式斜視図である。
インクジェットヘッドは複数の加熱素子部４６が形成された基板４０と、基板上にパターニングされ、流路壁４２を形成する被覆樹脂層４５が形成され、被覆樹脂層上にノズルプレート４４が形成されている。ノズルプレートにはインクを吐出するための吐出ノズル４３が加熱素子部に対応するように形成されている。また基板にはインクを供給するためのインク供給口４１が開口されており、基板を貫通するようになっている。
図１１においては、インク流路の向きと吐出口の向きが異なるサイドシューター方式であるが、本発明で用いることができるインクジェットヘッドは、インク流路から吐出口にかけての形状が直線的であるエッジシューター方式であっても良い。
【００３０】
図１２は、本発明を適用するのに良好なインクヘッド（ａ）〜（ｆ）の一部を透視した模式的上面図である。図１３乃至図１７は、インクヘッドの断面図である。
図１２（ａ）では、本発明の特徴である荷電用電極は加熱素子部４６にあり、加熱素子用電極配線５０が下層に、荷電電極用配線５１が上層に配線されている。
図１３（ａ）は図１２（ａ）のＡ−Ａ’の断面図、図１３（ｂ）は図１２（ａ）のＢ−Ｂ’の断面図である。図１３（ａ）に示すように、下層よりＳｉ基板６０の上に、蓄熱層６１として約１０００ｎｍの酸化シリコン膜が形成されており、その上に発熱抵抗体層６２として約１００ｎｍのＴａＮ、電極配線６３として約５００ｎｍのＡｌ層がそれぞれ所定のパターン形状に形成されている。
一対の電極配線６３同士の間隙にある発熱抵抗体層６２の部分が、上面のインクを急激に加熱沸騰させる発熱部となる。これら発熱抵抗体層６２および電極配線６３を覆う様に、主に発熱抵抗体用の電極配線６３と荷電電極６５用の電極配線の電極２間の絶縁性を保つ絶縁層６４として１０００ｎｍの窒化シリコン層が形成されている。
【００３１】
本発明の特徴である荷電電極は、電極配線６３同士の間隙の発熱部を覆う位置で絶縁層６４の上層に荷電電極６５用の電極配線として１００ｎｍのＰｔ膜がパターン形状に形成されている。そして露出不溶箇所を覆うために、再度絶縁性を保つ絶縁層６６として約１０００ｎｍの窒化シリコン層が形成されている。さらに図には示されていないが耐キャビテーション膜として１００ｎｍの耐インク腐食性の高い、Ｔａを含むアモルファス合金膜が形成されている。
Ｓｉ基板６０や蓄熱層６１、発熱抵抗体層６２、電極配線層６３、絶縁層６４、６６、耐キャビテーション膜に用いる物質は一般的にサーマルヘッドに用いられる化合物であり、機能発現に応じて任意に変更可能であり特に限定されるものではない。
荷電電極６５用の電極配線に用いられる電極配線部材は、インクと接触するため耐インク性があり、かつ耐熱性や耐キャビテーション性が求められる。そのため使用される物資は耐火性金属や貴金属から選ばれる元素との単一もしくはアマルガムであることが望ましい。
耐火性金属又は貴金属は、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、金、銀及び白金から成る群から選択される。
【００３２】
また電極基材は安価で加工性のよいＡｌを用い、その表層に上記電極部材を保護層として設けても良い。その場合、電極基材の腐食を防ぐために十分な膜厚が必要とされる。
これらの駆動素子部を形成するには半導体回路形成に用いられる技術や、従来のサーマルヘッドの工法技術を用いれば良い。例えばＳｉ基板６０の表面を酸化処理して酸化シリコンの蓄熱層６１を形成し、蓄熱層６１上に反応性スパッタリングで発熱抵抗体層６２を形成する。その上にスパッタリングで電極配線層６３を形成し、フォトリソグラフィ法により電極配線層６３をウエットエッチングすることでパターンを作る。この上にスパッタリングにて絶縁層６４を形成し、さらに荷電電極６５用の電極配線層をスパッタリングもしくは蒸着にて形成する。その後フォトリソグラフィ法にて電極配線層をドライエッチングし、パターンを形成する。そしてその表面にスパッタリングにて絶縁層６６と耐キャビテーション膜（図示せず）を形成し、フォトリソグラフィ法にて絶縁層をドライエッチングし、駆動素子部を形成する。
【００３３】
上記ヘッドの構成は一例であり、配線数が少なく回路構成が容易となる発熱抵抗体が荷電電極を兼ねる構成（図１２（ｄ））や、配線構成が３次元的に構成されており素子構成の面積を少なくすることが可能な荷電電極が発熱抵抗素子用配線を跨いで配線されている構成（図１２（ｅ））なども可能である。
荷電電極は電位の応答性に優れているインクに接している構成（図１３（ａ））でも、インクの電気分解、電極の腐食の危険性が少ない電極表面が絶縁層で被覆されている構成（図１４（ａ））でも可能である。
これらの加熱素子側の電極に対して対となる側の荷電電極の設置位置は、インクに電場を生じさせるためインクに隣接していることが望ましいが、接触している必要はない。
例えば対となる側の荷電電極が、電位応答性に優れたインクに接している構成（図１６（ａ））や、インクの電気分解やコロイド粒子の吸着、電極腐食防止に優れた電極表面が絶縁層で覆われた構成（図１６（ｂ））も可能であり、上記の加熱素子部の製造方法と同様にして製造することが出来る。
【００３４】
また対になる荷電電極は液室形成時に電極の一部を壁材として用いる構成（図１７（ａ））や、吐出ノズルを設けたノズルプレートに電極を設けた構成（図１７（ｃ））でも同様の効果が得られ利用できる。
このような対になる電極部は明確な電極として存在している必要はなく、加熱素子部表面の電位に応じて相対的に低い電位をもち、インク中に電場を生じさせる対極となっていれば良いものである。そのため対の荷電電極が存在しない構成（図１７（ｅ））であっても良く、その場合はインクと接する電位の低い部位が、対の荷電電極として働くこととなる。インクに接する部位でアースとなっているところが存在していると、対の荷電電極として働くと考えられる。このような明らかな対の荷電電極を持たない構成は、ヘッドの構成を容易にし設計の自由度を高めるため、より望ましい構成である。
なお、ノズル形状は図１３乃至図１６の吐出ノズル４３に示すようにテーパーがついていることが好ましい。テーパーがつくことで、インクの供給がよりスムーズに行われる。
テーパー角θは、１〜４５度であることが好ましく、３〜３０度であることがさらに好ましい。θが１度未満ではインクリフィルが十分でなく、逆に４５度を超えるとノズルの高集積化に支障が出てしまうからである。
【００３５】
本発明の回路構成について説明する。図１８は、本発明のインクジェットヘッドにおける回路の模式図である。図１８（ａ）では、荷電電極２１２と対となる荷電電極２１１が設けられ、これらの電極に電位を与えることによってインク２１３に電場を形成する。荷電電極２１２と対となる荷電電極２１１には、荷電印加用電源２１７と、電源のオンオフを切り替える荷電印加制御スイッチ２１８が接続されている。
一方、インク２１３を加熱沸騰させる発熱抵抗体２１４には発熱用電源２１６が接続され、発熱制御スイッチ２１５によって発熱抵抗体２１４の駆動・非駆動を切り替える。
このように、発熱抵抗素子と荷電電極とは別個の電源でそれぞれ駆動できる構成（図１８（ａ））でもよいが、同一電源で駆動する構成（図１８（ｂ））でもかまわない。図１８（ｂ）では、発熱用電源２１６を荷電印加用電源として兼用している。図１８（ａ）のように別個の電源を有する場合、電場形成に用いる電位を自由に選択することができ、電流が流れない絶縁層を有する構成の場合、高電圧を印加でき分極応答性を高めることが可能となる。図１８（ｂ）のように同一電源の場合、電源が単一となるため、他の電源からの干渉が起こらず信頼性の低下を抑制することが可能となる。
これらの構成で対となる荷電電極２１１側がアース２１９となっている構成（図１８（ｃ）、（ｄ））でも同様の効果が得られ、電源が単一であっても、複数以上であってもかまわない。
【００３６】
また荷電印加用電位切り替えスイッチ２２０を設け、荷電電極の電位の方向を自由に変化可能な構成（図１８（ｆ））も可能である。このような回路にすることで、スイッチングで電極に荷電時とは逆電位をかけることが可能となる。逆電位を印加することで電極表面に電気的に吸着したインク中荷電物質を剥離しやすくできるため、電極のクリーニングに用いることが可能となる。適時にクリーニングを行うことで、ヘッドの信頼性をより高めることが可能である。
このような対となる荷電電極２１１へのコロイド粒子の吸着を清掃するためのヘッド駆動も適時に利用可能であり、発泡による衝撃を用いて吸着物を剥離させ、剥離した物質ごとインクと共に吐出廃棄することができる。このようなクリーニング動作を行うことで、ヘッドの詰まりやコゲーション防止のための荷電の弊害を低減し、信頼性を向上させる。
上記のように荷電電極上の電位変動を荷電印加用電位切り替えスイッチ２２０で制御する方法や、荷電印加用交流電源２２１を用いて正弦波状に電位変動させる構成（図１８（ｇ））も可能である。荷電印加用交流電源２２１の周波数はインク中の荷電粒子の移動性に応じて任意に設定されるものであり、直流電源からのシフト電位や発泡パルス幅、加熱素子面積を踏まえて最適を設定することが望ましい。
加熱素子部の駆動タイミングについて図１９を用いて説明する。荷電電極への電位印加は、随時印加しておいても良いし、発熱抵抗素子の通電タイミングに応じて印加することも出来る。電位を印加し駆動素子表面からコロイド粒子を遠ざけてコゲーションを抑制するためには、荷電電極への電位印加は加熱素子の通電より前に実施される必要がある（図１９（ａ））。
【００３７】
また吐出発泡後にインクが加熱素子部表面に満たされる際にコロイド粒子の焼き付きが起こる。それを抑制するためには、吐出発泡後、インクがリフィールするまで対となる荷電電極２１１、荷電電極２１２への電圧を印加し続けることで（図１９（ｃ））、リフィール時のコロイド粒子の焼き付きを抑制することが出来る。
さらに荷電電極への電位印加は加熱素子の通電より前に実施し、加熱素子に通電するときには印加を取りやめ、発泡後に再びインクがリフィールするまでの間に再度印加し続けること（図１９（ｂ））で、加熱素子と荷電電極の働きを同一の部材で実施することができ、熱応答性や熱効率の向上が見込め、同時に動作しないため最大電力を下げることが可能となり省電力にすることが出来る。
このような荷電電極は、共通のスイッチングで加圧液室にある加熱素子部の荷電電極に電位を印加することができる。この構成では回路を単純化することができ、製造性を向上させることが可能となる。逆にノズルに対応した加熱素子部の個々の荷電電極単位で印加駆動も可能で、個々の加熱素子に応じた発泡タイミングに最適ができ、信頼性が高い条件で駆動が見込める。
【００３８】
以下、実施例を示すがこれらに限定されるものではない。
実施例に用いた顔料粒子の作例について説明する。ポリマー溶液Ａの調整は、次のように行った。
機械式攪拌機、温度計、窒素ガス導入管、還流管及び滴下ロートを備えた１Ｌのフラスコ内を充分に窒素ガス置換した後、スチレン１１．２ｇ、アクリル酸２．８ｇ、ラウリルメタクリレート１２．０ｇ、ポリエチレングリコールメタクリレート４．０ｇ、スチレンマクロマー４．０ｇ及びメルカプトエタノール０．４ｇ、メチルエチルケトン４０ｇを混合し、６５℃に昇温した。
次にスチレン１００．８ｇ、アクリル酸２５．２ｇ、ラウリルメタクリレート１０８．０ｇ、ポリエチレングリコールメタクリレート３６．０ｇ、ヒドロキシルエチルメタクリレート６０．０ｇ、スチレンマクロマー３６．０ｇ、メルカプトエタノール３．６ｇ、アゾビスメチルバレロニトリル２．４ｇ及びメチルエチルケトン３４２ｇの混合溶液を２．５時間かけて、フラスコ内に滴下した。
滴下後、アゾビスメチルバレロニトリル０．８ｇ及びメチルエチルケトン１８ｇの混合溶液を０．５時間かけて、フラスコ内に滴下した。６５℃で１時間熟成した後、アゾビスメチルバレロニトリル０．８ｇを添加し、更に１時間熟成した。反応終了後、メチルエチルケトンを添加することで濃度調整を行い、濃度が５０％のポリマー溶液８００ｇを得た。
【００３９】
顔料含有ポリマー微粒子水分散体の調整は、次のように行った。
ポリマー溶液Ａを２８ｇと、Ｃ．Ｉ．ピグメントブルー１５：３を４２ｇ、１ｍｏｌ／Ｌのコリン水溶液１３．６ｇ、メチルエチルケトン２０ｇ及びイオン交換水１３．６ｇを十分に攪拌した後、ロールミルを用いて混練した。得られたペーストを純水２００ｇに投入し、充分に攪拌した後、エバポレータ用いてメチルエチルケトン及び水を留去し、顔料１５％含有、固形分２０％のマゼンタポリマー微粒子の水分散体を得た。
表面処理顔料分散液の調整は、次のように行った。
ＣＴＡＢ比表面積が１５０ｍ２／ｇ、ＤＢＰ吸油量１００ｍｌ／１００ｇのカーボンブラック９０ｇを、２．５Ｎ規定の過硫酸ナトリウム溶液３０００ｍｌに添加し、温度６０℃、速度３００ｒｐｍで攪拌し、１０時間反応させ酸化処理を行った。この反応液を濾過し、濾別したカーボンブラックをコリン水溶液で中和し、限外濾過を行った。得られたカーボンブラックを水洗いし乾燥させ、固形分２０％となるよう純水中に分散させブラック顔料分散液を得た。
【００４０】
ポリマー微粒子分散体の調整は、次のように行った。
機械式攪拌機、温度計、窒素ガス導入管、還流管及び滴下ロートを備えた１Ｌのフラスコ内を充分に窒素ガス置換した後、Ｒｈｏｄｃａｌ  ＲＳ７１０  １０．０ｇ、イオン交換水３５０ｇを加え混合し、６５℃に昇温した。昇温後、反応開始剤である過硫酸アンモニウム３．０ｇを加え、５分後にメタクリル酸メチル４５ｇ、メタクリル酸２エチルヘキシル１６０ｇ、アクリル酸５ｇ、メタクリル酸ブチル４５ｇ、メタクリル酸シクロヘキシル３０ｇ、エチレングリコールジメタクリレート１５ｇ、Ｒｈｏｄｃａｌ  ＲＳ７１０  １０．０ｇ、イオン交換水３４０ｇを混合し、３時間かけて滴下を行った。その後８０℃で２時間加熱熟成を行った後、常温まで冷却しコリンでｐＨを９〜１０に調整した。エバポレータ用いてコリンでｐＨを８〜９に調整しつつアンモニアを留去し、水分調節をして固形分４０％のポリマー溶液７３０ｇを得た。
【００４１】
また、実施例に用いたインクの製造は以下の手順で行ったが、これに限定されるものではない。
まず湿潤剤、浸透剤、界面活性剤、水を混合し一時間攪拌を行い均一に混合する。この混合液に対して樹脂分散体を添加し一時間撹拌し、顔料分散体、消泡剤を添加し、一時間攪拌する。この分散液を０．８μセルロースアセテートメンブランフィルターにて加圧濾過し、粗大粒子やごみを除去して評価に用いるインクを得た。
インク組成は表１に示す。上記方法で調合し、インクとした。
［表１］
0005033540.tif 000002
*1表面に少なくとも1種の親水基が直接もしくは他の原子団を介して結合するような処理がなされたカーボンブラック
【００４２】
［実施例１］
図１２（ａ）に示すインクヘッドは実施例１のインクジェットヘッドの一部を透視した模式的上面図である。
図１３（ａ）は図１２（ａ）のＡ−Ａ’の断面図、図１３（ｂ）は図１２（ａ）のＢ−Ｂ’の断面図である。
図１７（ａ）は、本発明の対電極を示したヘッドの断面説明図である。荷電電極６５と絶縁層６６の上層には流路壁４２を形成し個々の加圧液室４７を区分する感光性樹脂からなる被覆樹脂層４５が形成され、その上層に荷電電極６５の対となる荷電電極６７が形成され、その上層に吐出ノズル４３を持つノズルプレート４４が形成される。
電位は荷電電極６５と荷電電極６７の間に与えられ、水の電気分解が起こらない程度の電位差を印加する。電位を印加するタイミングは図１９（ａ）に示す様に加熱素子に通電する前に荷電電極６５と荷電電極６７に印加し、駆動素子表面からコロイド粒子を遠ざけてから、電位を下げると共に加熱素子部４６に通電を行い発泡する様にした。
【００４３】
上記構成を有するインクジェットヘッドと表１記載のインクＡを用いて、記録信号に応じた熱エネルギーをインクに付与することによりインクを吐出させ駆動評価を行った。
インクの吐出条件は、パルス幅３．０μｓ、駆動周波数１ｋＨｚでインク吐出可能な電圧で駆動させ、吐出耐久性で評価の終了した記録へッドを分解し、１００００００００回の連続吐出後に使用したノズルの加熱素子部の表面を光学顕微鏡（倍率４００倍）で目視して、加熱素子部表面のコゲーションの状態を評価した。
連続吐出終了後にインクジェットヘッドを分解すると、加熱素子部表面の中央部が着色し一部にコゲが付着しているが、吐出パルスに応じた吐出は可能であった。
しかし対となる荷電電極６７の表面にインクＡ由来の固形分が多量に吸着しており、複数のノズルで評価すると、付着物の成長により吐出曲りが見られた。
比較例として、インクジェットヘッド構成は実施例１と同様だが、荷電電極６５と荷電電極６７に電位差の印加を行わずに、表１記載のインクＡを用いて実施例１と同様の駆動評価を行いコゲーションの評価を行った。
１００００００００回の連続吐出を終える前に吐出ができない状態となった。分解観察したところ、加熱素子部表面が黒く着色しており、加熱素子部がコゲに覆われており、吐出不良はコゲーションが原因と判断した。
【００４４】
［実施例２］
図１２（ｂ）は、実施例２のインクジェットヘッドの一部を透視した模式的上面図である。また図１３（ａ）は図１２（ｂ）のＥ−Ｅ’の断面図、図１３（ｂ）は図１２（ｂ）のＦ−Ｆ’の断面図である。
加熱素子部の構成は実施例１と同様であるが、対となる荷電電極６７の構成を変更したものを用いた。
図１７（ｂ）は、本発明の対電極を示したヘッドの断面説明図である。荷電電極６５と同一平面上に対となる荷電電極６７を形成し、絶縁層６６にて電極配線をインクから保護するようにした。これらの上層には流路壁４２を形成し個々の液室を区分する感光性樹脂からなる被覆樹脂層４５が形成され、その上層に吐出ノズル４３を持つノズルプレート４４を形成した。
荷電電極６５と荷電電極６７の間の電位印加条件は実施例１と同様に行い、表１記載のインクＢを用いて実施例１と同様の駆動評価を行いコゲーションの評価を行った。
１００００００００回の連続吐出終了後に分解すると、加熱素子部表面に少し着色しているが、初期の９０％以上の吐出量を維持しており、コゲーションによる顕著な吐出性の低下は見られなかった。
また対となる荷電電極６７の表面にインクＢ由来の固形分が多量に吸着しており、複数のノズルで評価すると、小数のノズルで吐出曲りが見られ、分解評価したところ、荷電電極６７から脱離した凝集物がノズルに付着していることが観察された。
【００４５】
［実施例３］
図１２（ａ）は、実施例３のインクジェットヘッドの一部を透視した模式的上面図である。
図１４（ａ）は図１２（ａ）のＡ−Ａ’の断面図、図１４（ｂ）は図１２（ａ）のＢ−Ｂ’の断面図である。図１４（ａ）に示すように、下層よりＳｉ基板６０の上に、蓄熱層６１として約１０００ｎｍの酸化シリコン膜が形成されており、その上にＴａＮの約１００ｎｍの発熱抵抗体層６２、電極配線６３として約５００ｎｍのＡｌ層がそれぞれ所定のパターン形状に形成されている。一対の電極配線６３同士の間隙にある発熱抵抗体層６２の部分が、上面のインクを急激に発熱沸騰させる発熱部となる。これら発熱抵抗体層６２および電極配線６３を覆う様に、主に発熱抵抗体用の電極配線６３と荷電電極６５用の電極配線の電極２間の絶縁性を保つ窒化シリコンの１０００ｎｍの絶縁層６４として窒化シリコン層が形成されている。電極配線６３同士の間隙の発熱部を覆う位置で絶縁層６４の上層に荷電電極６５用の電極配線として２００ｎｍのＡｌ層とその上層に５０ｎｍのＰｔ膜がパターン形状に形成されている。
そして絶縁性を保つ絶縁層６６として約１０００ｎｍの窒化シリコン層が形成されている。加熱素子部にはドライエッチングにて絶縁層６６を３００ｎｍまで減らし、さらに図には示されていないが耐キャビテーション膜として１００ｎｍの耐インク腐食性の高い、Ｔａを含むアモルファス合金膜が形成されている。
【００４６】
図１７（ｃ）は、本発明の対電極を示したヘッドの断面説明図である。荷電電極６５と絶縁層６６の上層には流路壁４２を形成し個々の加圧液室４７を区分する感光性樹脂からなる被覆樹脂層４５が形成され、その上層に吐出ノズル４３を持つノズルプレート４４が形成される。このノズルプレート４４のインク流路面には荷電電極６５の対となる荷電電極６７と絶縁層６８が吐出ノズル４３部分を除いて形成されている。
電位は荷電電極６５と荷電電極６７の間に与えられ、駆動による絶縁層６６の絶縁破壊が起こらない程度の電位差を印加する。電位を印加するタイミングは図１９（ｃ）に示す様に加熱素子に通電する前に荷電電極に印加し、加熱素子に通電を行い発泡後、インクがリフィールするまで印加し続け、リフィール後に電圧を下げる様にした。このようにすることで、発砲後の加熱された加熱素子上にインクが満ちる際にコロイド粒子の焼き付きが起こりにくくなり、コゲーションを起こしにくくなる。
上記ヘッド構成と表１記載のインクＡを用いて、実施例１と同様の駆動評価を行いコゲーションの評価を行った。
加熱素子部表面に少し着色しているが、初期の９０％以上の吐出量を維持しており、コゲーションによる顕著な吐出性の低下は見られなかった。
また対となる荷電電極６７の表面は若干のインクＡ由来の固形分が見られたが、付着物による吐出曲りは見られなかった。付着物は吐出時の衝撃により剥離し、インクと共に吐出されるため、荷電電極６７に過度の堆積が起こらなかったものと考えられる。
しかし引き続き連続駆動で評価を進めると、徐々に吐出量の低下が見られるようになった。分解し評価を行うと、荷電電極６７に堆積が進行し吐出ノズルの径が狭まっていたことが判明した。
【００４７】
［実施例４］
図１２（ｃ）は、実施例４のインクジェットヘッドの一部を透視した模式的上面図である。また図１４（ａ）は図１２（ｃ）のＧ−Ｇ’の断面図、図１４（ｂ）は図１２（ｃ）のＨ−Ｈ’の断面図である。
加熱素子部の構成は実施例３と同様であるが、荷電電極６５の対となる荷電電極６７の構成を変更したものを用いた。
図１７（ｄ）は、本発明の対電極を示したヘッドの断面説明図である。荷電電極６５と同一平面側に対となる荷電電極６７を形成し、絶縁層６６にて電極配線をインクから保護するようにした。これらの上層には流路壁４２を形成し個々の加圧液室４７を区分する感光性樹脂からなる被覆樹脂層４５が形成され、同被覆樹脂層にて形成されたフィルタ６９を設けた。フィルタ６９は加熱素子部が形成されている加圧液室４７の入り口に作られており、隙間の間隔は吐出ノズル径より狭くなるように作られている。そしてその上層に吐出ノズル４３を持つノズルプレートを形成した。
荷電電極間の電位印加条件は実施例３と同様に行い、表１記載のインクＡを用いて実施例１と同様の駆動評価を行いコゲーションの評価を行った。
加熱素子部表面に少し着色しているが、初期の９０％以上の吐出量を維持しており、コゲーションによる顕著な吐出性の低下は見られなかった。
また対となる荷電電極６７の表面はインクＡ由来の固形分が見られたが、付着物による吐出曲りは見られなかった。付着凝集物は剥離した場合、吐出ノズルより大きくなるとフィルタにより個別液室に進入できないため、ノズルを詰めることなく吐出を阻害しない結果となった。
しかし引き続き連続駆動で評価を進めると、ノズルによっては吐出量の低下が見られるようになった。分解し評価を行うと、フィルタの目詰まりが引き起こされていることが観察された。
【００４８】
［実施例５］
図１２（ｄ）は、実施例５のインクジェットヘッドの一部を透視した模式的上面図である。荷電用電極は加熱素子部４６にあり、加熱素子用電極配線５０が荷電電極用配線と兼ねる構成となっている。
図１５（ａ）は図１２（ｄ）のＣ−Ｃ’の断面図、図１５（ｂ）は図１２（ｄ）のＤ−Ｄ’の断面図である。図１５（ａ）に示すように、下層よりＳｉ基板６０の上に、蓄熱層６１として約１０００ｎｍの酸化シリコン膜が形成されており、その上に発熱抵抗体層６２として約１００ｎｍのＴａＮ、電極配線６３として約５００ｎｍのＡｌ層がそれぞれ所定のパターン形状に形成されている。一対の電極配線６３同士の間隙にある発熱抵抗体層６２の部分が、上面のインクを急激に加熱沸騰させる発熱部となる。
これら発熱抵抗体層６２および電極配線６３を覆う様に、主に電極配線６３と荷電電極６５用の電極配線の電極２間の絶縁性を保つ絶縁層６４として１０００ｎｍの窒化シリコン層が形成されている。図には示されていないが耐キャビテーション膜として１００ｎｍの耐インク腐食性の高い、Ｔａを含むアモルファス合金膜が形成されている。
【００４９】
図１７（ｃ）は、本発明の対電極を示したヘッドの断面説明図である。荷電電極６５と絶縁層６６の上層には流路壁４２を形成し個々の加圧液室４７を区分する感光性樹脂からなる被覆樹脂層４５が形成され、その上層に吐出ノズル４３を持つノズルプレート４４が形成される。このノズルプレート４４のインク流路面には荷電電極６５の対となる荷電電極６７が形成され、吐出ノズル以外に絶縁層６８を形成している。
電位は荷電電極６５と荷電電極６７の間に与えられ水の電気分解が起こらない程度の電位差を印加する。電位を印加するタイミングは図１９（ｂ）に示す様に駆動素子表面からコロイド粒子を遠ざけてから、電位を下げると共に加熱素子に通電を行い発泡する。また発泡後、インクがリフィールするまでの間に再度印加し続け、リフィール後に電圧を下げる様にした。このようにすることで、加熱素子と荷電電極の働きを同一の部材で実施することができ、熱応答性や熱効率の向上が見込め、ヘッド工法が安易となる。
上記ヘッド構成と表１記載のインクＣを用いて、実施例１と同様の駆動評価を行いコゲーションの評価を行った。加熱素子部表面は僅かに着色しているが、ほぼ初期と同等の吐出量を維持しており、コゲーションによる吐出性の低下は見られなかった。これはインクＣに添加されている対イオンの窒素化合物（コリン）の効果により、コゲーションが抑制されたと推測される。
また対となる荷電電極６７の表面は若干のインクＣ由来の固形分が見られたが、付着物による吐出曲りは見られなかった。付着物は吐出時の衝撃により剥離し、インクと共に吐出されるため、荷電電極６７に過度の堆積が起こらなかったものと考えられる。
しかし実施例３同様、引き続き連続駆動で評価を進めると、徐々に吐出量の低下が見られるようになった。分解し評価を行うと、荷電電極６７に堆積が進行し吐出ノズルの径が狭まっていたことが判明した。
【００５０】
［実施例６］
実施例５と同一のヘッド構成と表１記載のインクＤを用いて、実施例５と同様の駆動評価を行いコゲーションの評価を行った。
加熱素子部４６の表面は僅かに着色しているが、ほぼ初期と同等の吐出量を維持しており、コゲーションによる吐出性の低下は見られなかった。
また対となる荷電電極６７の表面に固着吸着物が見られなかった。インクＤに添加されているリン化合物の効果で、荷電電極６７への吸着が抑制されたと推測される。
［実施例７］
実施例４と同一のヘッド構成と表１記載のインクＤを用いて、加熱素子と荷電電極が別の素子であるが、実施例５と同様の駆動評価を行いコゲーションの評価を行った。
加熱素子部表面は僅かに着色しているが、ほぼ初期と同等の吐出量を維持しており、コゲーションによる吐出性の低下は見られなかった。
また対となる荷電電極６７の表面に固着吸着物が見られなかった。
【００５１】
［実施例８］
図１２（ｂ）に示すインクヘッドは実施例８の模式的上面図である。また図１３（ａ）は図１２（ｂ）のＥ−Ｅ’の断面図、図１３（ｂ）は図１２（ｂ）のＦ−Ｆ’の断面図である。
加熱素子部の構成は実施例１と同様であるが、荷電電極の対となる荷電電極の構成を変更したものを用いた。
図１７（ｅ）に示すように、加熱素子部の上層には流路壁を形成し個々の液室を区分する感光性樹脂からなる被覆樹脂層４５が形成され、その上層に吐出ノズル４３を持つノズルプレートを形成した。荷電電極６５以外には対となる荷電電極を形成しなかったが、ノズルプレートをアースに落とすことでノズルプレートを対となる荷電電極とした。
荷電電極間の電位印加条件は実施例５と同様に行い、表１記載のインクＤを用いて実施例１と同様の駆動評価を行いコゲーションの評価を行った。
加熱素子部表面は僅かに着色しているが、ほぼ初期と同等の吐出量を維持しており、コゲーションによる吐出性の低下は見られなかった。
また対となるノズルプレートのインク流路面の表面に固着吸着物が見られなかった。
【００５２】
［実施例９］
実施例８のヘッドとインクをインクジェットプリンタ（ＩＰＳＩＯ  Ｇ７０７、株式会社リコー製）のヘッド部を上記のヘッドと交換し、サーマルヘッド駆動を吐出試験回路で制御しつつ、プリンタの紙搬送、キャリッジ移動と同期させながら普通紙（Ｔｙｐｅ６２００、株式会社リコー製）上に印字を行った。
１ｍｍの線のチャートを印字し、印写した印字面を温度２３℃、湿度５０％で２４時間乾燥させ、そのチャートの線上に純水を１滴滴下して静置乾燥を行い、インクのにじみだしについて目視評価を実施した。同様の評価を従来のサーマルインクジェットプリンタ（ＰＩＸＵＳ  ＭＰ８１０、キヤノン株式会社製）でテキスト画像（「―」）でチャートを作成して従来の黒顔料インク（ＢＣＩ−９ＢＫ）にて印字するようにして評価した。
本発明は線からの顔料の滲みだしは見られず鮮明な線を保っていたが、従来のプリンタからの印字物では画像から顔料のにじみ出しが見受けられた。
また同様に印写した線チャートの印字部を印字１０分後にゼブラ製蛍光マーカーペン  オプティックス（黄）にてマーキングし、蛍光ペンによるインクの染み出し汚れを確認したが、本発明では汚れは見られなかったが、従来のプリンタによる印字物からは顔料の染みだしによる尾引が、マーカー部分に見られた。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】（ａ）〜（ｄ）は荷電コロイド粒子を示した模式図である。
【図２】（ａ）は従来のヘッドにおける電極間の荷電物質の動きを示した模式図であり、（ｂ）（ｃ）は従来のヘッドにおける荷電コロイド粒子とコゲーションを示した模式図である。
【図３】（ａ）は本発明のヘッドにおける電極間の荷電物質の動きを示した模式図であり、（ｂ）（ｃ）は本発明のヘッドにおける荷電コロイド粒子とコゲーションを示した模式図である。
【図４】（ａ）（ｂ）は本発明の他の態様のヘッドにおける電極間の荷電物質の動きを示した模式図である。
【図５】本発明のヘッドにおける荷電コロイド粒子とコゲーションを示した模式図である。
【図６】本発明に係るラインインクジェット装置の側面説明図である。
【図７】（ａ）は本発明に係るシリアルインクジェット装置の側面説明図であり、（ｂ）は同装置のインクジェットヘッドの一例を示す概略拡大図である。
【図８】（ａ）はラインインクジェット装置のヘッドユニットのヘッド配列を示す説明図であり、（ｂ）は本発明のヘッドの平面図である。
【図９】（ａ）は他の態様のラインインクジェット装置のヘッドユニットのヘッド配列を示す説明図であり、（ｂ）は本発明の他の態様のヘッドの平面図である。
【図１０】本発明のインクジェット記録装置の制御部の概略ブロック説明図である。
【図１１】本発明のヘッドの斜視図である。
【図１２】（ａ）〜（ｆ）は本発明のヘッドの上面説明図である。
【図１３】（ａ）（ｂ）は本発明のヘッドの断面図である。
【図１４】（ａ）（ｂ）は本発明のヘッドの断面図である。
【図１５】（ａ）（ｂ）は本発明のヘッドの断面図である。
【図１６】（ａ）（ｂ）は本発明のヘッドの断面図である。
【図１７】（ａ）〜（ｅ）は本発明の対電極を示したヘッドの断面説明図である。
【図１８】（ａ）〜（ｆ）は本発明のヘッドにおける回路の模式図である。
【図１９】本発明に用いる加熱素子部の駆動タイミングの説明図である。
【符号の説明】
【００５４】
１０  カソード、１１  アノード、１２  カチオン、１３  アニオン、１４  負電荷、１５  正電荷、１６  絶縁層、１７  絶縁層、１８  正帯電、１９  負帯電、２０  荷電コロイド粒子、２１  アニオン荷電コロイド粒子、２２  対カチオン分子、２３  アニオン性官能基を分子鎖を介在して共有結合している微粒子、２４  アニオン性官能基を分子鎖に有する高分子が吸着している微粒子、２５  アニオン性官能基を持つ両親媒性低分子がミセル化して内包された微粒子、３０  加熱素子表面、３１  カソードとなる加熱素子表面（電荷なし）、３２  対カチオン分子が少ない荷電コロイド粒子、３３  対カチオン分子の炭化物、３４  カソードとなるヒータ表面（帯電中）、３５  吸着炭化物（コゲ）、４０  基板、４１  インク供給口、４２  流路壁、４３  吐出ノズル、４４  ノズルプレート、４５  被覆樹脂層、４６  加熱素子部、４７  加圧液室、５０  加熱素子用電極配線、５１  荷電電極用配線、５２  対となる荷電電極用配線、５３  フィルタ、６０  Ｓｉ基板、６１  蓄熱層、６２  発熱抵抗体層、６３  電極配線（電極配線層）、６４  絶縁層、６５  荷電電極、６６  絶縁層、６７  対となる荷電電極、６８  絶縁層、６９  フィルタ、１０１  インクジェット装置、１０２  分離パッド、１０３  給紙トレイ、１０４  排紙トレイ、１０５  手差しトレイ、１０６  操作パネル、１０７  インクカートリッジ、１０８  サブインクタンク、１０９  廃液タンク、１１０  ヘッドユニット、１１１  メンテナンスユニット、１１２  分離パッド、１１３  搬送ベルト、１１４  用紙、１１５  テンションローラ、１１６  排紙ローラ、１１７  排紙コロ、１１８  帯電ローラ、１１９  搬送ローラ、１２０  分離爪、１２１  搬送ローラ、１２２  給紙押さえ部材、１２３  カウンタローラ、１２４  プラテン、１３０  ガイドロット、１３１  キャリッジ、１３２  両面給紙ユニット、１３３  ステー、１５４  ヘッド、１６０  ヘッド外周部材、２００  ノズル（千鳥配列）、２０１  ノズルプレート、２０２  充填剤、２１１  対となる荷電電極、２１２  荷電電極、２１３  インク、２１４  発熱抵抗体、２１５  発熱制御スイッチ、２１６  発熱用電源、２１７  荷電印加用電源、２１８  荷電印加制御スイッチ、２１９  アース、２２０  荷電印加用電位切替えスイッチ、２２１  荷電印加用交流電源、３００  制御部、３０１  ＣＰＵ、３０２  ＲＯＭ、３０３  ＲＡＭ、３０４  ＮＶＲＡＭ、３０５  ＡＳＩＣ、３０６  ホストインターフェース、３０７  ヘッド駆動制御部、３０８  媒体搬送モータ駆動部、３０９  媒体搬送モータ、３１０  ヘッドユニット移動モータ駆動部、３１１  ヘッドユニット移動モータ、３１２  維持ユニット移動モータ駆動制御部、３１３  維持ユニット移動モータ、３１４  インク経路バルブ制御部、３１５  電磁弁、３１６  送液吸引モータ駆動制御部、３１７  キャップ吸引モータ、  ３１８インク供給モータ、３１９  搬送ベルト、３２０  キャップ吸引経路、３２１  インク供給経路、３２２  Ｉ／Ｏ、３２３  センサ
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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