(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インク吐出口と、インク吐出口をシールする常温で液体のシール液体と、画像信号に応じてインクを吐出するインク吐出手段と、前記シール液体を少なくともインク吐出の直前までに加熱するための加熱手段とを有するインクジェット記録ヘッド。
【請求項２】
前記インク吐出手段が、加熱によるインク吐出手段であることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項３】
前記加熱手段が、発熱素子と伝熱層とからなるものであることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項４】
前記加熱手段が、吐出手段よりもインク吐出口に近い位置に設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項５】
前記加熱手段が、インク吐出口に続くインク室の周側壁面に設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項６】
前記加熱手段が、前記インク室の出口端部の周側壁面に設けられていることを特徴とする請求項５に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項７】
前記加熱手段が、前記周側壁面の全周に設けられていることを特徴とする請求項６に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項８】
前記インク吐出手段と前記加熱手段を同一の基板上に設けたことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項９】
前記加熱によるインク吐出手段が、前記加熱手段を兼ねることを特徴とする請求項２に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項１０】
前記インク吐出手段が、吐出モードとシール液体加熱モードを有することを特徴とする請求項９に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項１１】
前記加熱手段が、シール液体の加熱をインク吐出の直前に行うように構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項１２】
インク吐出口と、画像信号に応じてインクを吐出するインク吐出手段と、インク吐出口をシールする常温で液体のシール液体を少なくともインク吐出の直前までに加熱するための加熱手段とを有するインクジェット記録ヘッド。
【請求項１３】
画像記録媒体を搬送する搬送手段と、搬送手段により搬送される画像記録媒体に対しインクを吐出して画像を記録するインクジェット記録ヘッドと、インクジェット記録ヘッドに画像信号を入力する画像信号入力手段とを備えるインクジェット記録装置において、前記インクジェット記録ヘッドが請求項１ないし請求項１２のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッドであることを特徴とするインクジェット記録装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、被印字面にインクドロップなどの液滴を吐出して印字を行う記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
被印字面に液滴、特にインクドロップを吐出して印字を行うインクジェット記録方式の代表的なものとして、ノズルを用いる方式があり、そのノズル式の記録方式には、従来、オンデマンド型と連続流型とがある。
オンデマンド型は、記録情報に対応してノズルから間欠的にインクを吐出させて印字を行う方式で、代表的なものとして、圧電素子方式とサーマル方式とがある。圧電素子方式は、インク室に付設した圧電素子にパルス電圧を印加して圧電素子を変形させることにより、インク室内のインク液圧を変化させ、ノズルからインクドロップを吐出させて、記録紙上にドットを記録するものである。サーマル方式は、インク室内に設けた加熱素子によりインクを加熱し、これにより発生したバブルによりノズルからインクドロップを吐出させて、記録紙上にドットを記録するものである。
一方、連続流型は、インクに圧力を加えてノズルから連続的にインクを吐出させると同時に、ピエゾ振動子などにより振動を加えて突出インク柱を液滴化し、さらに液滴に対して選択的に帯電、偏向を行うことによって、記録を行うものである。
【０００３】
これらのインクジェット記録装置においては、非動作時のインクの乾燥、増粘に起因するノズルの目詰まりを防止することが大きな課題であり、そのために種々のインク材料が開発されているが、インク溶媒の蒸発を低減することは依然として困難である。市販のインクジェット記録装置では、非印字時、長期休止時には、樹脂製のキャッピング手段などにより、ノズルと外気とを遮蔽して乾燥を遅延させようとしている。しかし、このキャッピング手段によって気密状態をより効果的に高めるためには複雑な手順と装置を必要としている上、ノズルを空気と完全に遮蔽することができていないため、保存中のノズルのインクの乾燥、増粘が徐々に進行し、ノズルの目詰まりが発生してしまう。結局、現在市販されているインクジェット記録装置では、長期休止によるノズルの目詰まりを回復するために、様々なメンテナンス動作が必要となっている。
【０００４】
印字装置の長期休止後の目詰まりに関する問題を回避する手段として、特開昭５２−１０４１３０号公報には、インクと不溶のシール液体とインクの表面にシール液体の膜を張る手段によってインク吐出口を密封するという比較的簡単な方法でインクと空気とを遮蔽し、インクの乾燥を防ぐ手段が示されている。しかし、この方法は、以下のような欠点を有していることが判明した。すなわち、前記の方法は、吐出されたインクが、インク表面を覆うシール液体の膜を突き抜けるものであるが、シール液体の状態が様々に変化し一定の状態を保っておらず、そのため吐出時の抵抗が一定しない。例えば、最初の吐出によりシール液体が開かれ吐出口がシール液体により覆われていない状態（シールが解かれた状態）が生じ、その直後は液滴はその状態で吐出されるが、インク滴の吐出が停止すると、吐出口周囲のシール液体が徐々にインク表面に膜を形成し始める。さらに、インク吐出口がシール液体で覆われてからも、十分に時間が経過して完全に初期状態に戻るまでは、そのシール液体の膜の厚さは一定ではない。このように、画像信号に応じてオンデマンドで選択的にインクを吐出する場合、直前のインク滴通過からの経過時間によっては、シール膜の状態が一定していない。インク滴はシール膜を通過して吐出するため、シール液の厚さや、その有無によって吐出時の抵抗が異なる。その結果、画像情報に応じた連続吐出や間欠吐出において、インク滴の吐出速度やインク滴の径が変化してしまい、印字画像にドット乱れや濃度の低下などの欠陥を生ずるため、印字画像品質が低いという欠点を有している。
【０００５】
また、特開昭６３−２４２６４４号公報には、シール液体として磁性流体を用い、ノズルからの液滴がこの磁性流体の膜を突き抜けることにより印字が行われる方法が開示されているが、磁性流体を保持するのに磁石が必要であり、あわせて高精度の磁界制御手段が必要となるため、印字ヘッドの複雑化、部品点数の増加などにより装置が高価になるなどの欠点を有している。
これに対し、特開昭４９−１１５５４８号公報および特開昭５４−６９４３６号公報には、液体シール方式におけるインク滴の吐出安定性を改善させるために、前記の方法とは異なり、シール液体供給路の開閉を行うことにより、吐出動作時にはシール液体がインク表面を覆わない状態を維持し、吐出休止時には逆にシール液体により覆われる状態を維持する方法が提案されている。しかし、この方法は、前記の２つの状態の切替えに開閉器などが必要であり、ヘッドの複雑化、印字装置の大型化を招くこととなる。
また、特開平５−１７７８４１号公報には、磁性流体によるノズルのキャッピングをキャリッジ移動と連動させて行う方法が記載されている。しかし、この方法も同様にヘッドの複雑化、印字装置の大型化を招くことは避けられない。
以上、述べてきたように、従来のシール液体によるノズルの密封方法では、インク吐出の安定性に問題を有しているために印字画像の画質が低いという欠点があり、またこの問題を回避するためにインク吐出のときだけノズルをシール液体で覆わない状態を維持するようにするためには、シール液体供給路を開閉するための開閉器や、ノズルのキャッピングとキャリッジを連動させるための外力が必要となるなど、印字装置が大型化、複雑化するという大きな欠点を有している。しかし、ノズル目詰まりの防止とインクの吐出性能を両立させ、あるいは前記のような開閉器や外力を用いずに吐出性能を安定させる技術は、未だ存在していない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、従来のシール液体によるノズル密封方式のように、外力や開閉手段を用いることなく、シール液体によるインク吐出性能への影響を抑え、かつ、シール液体の蒸発を抑えて長期休止時のノズル目詰まりを確実に防止して、インクジェット記録装置の長期休止による諸問題の発生しないインクジェット記録ヘッド、およびそれを備えたインクジェット記録装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、以下のインクジェット記録ヘッド、及び該インクジェット記録ヘッドを備えたインクジェット記録装置を提供することにより解決される。
（１）インク吐出口と、インク吐出口をシールする常温で液体のシール液体と、画像信号に応じてインクを吐出するインク吐出手段と、前記シール液体を少なくともインク吐出の直前までに加熱するための加熱手段とを有するインクジェット記録ヘッド。
（２）インク吐出口と、画像信号に応じてインクを吐出するインク吐出手段と、インク吐出口をシールする常温で液体のシール液体を少なくともインク吐出の直前までに加熱するための加熱手段とを有するインクジェット記録ヘッド。
（３）画像記録媒体を搬送する搬送手段と、搬送手段により搬送される画像記録媒体に対しインクを吐出して画像を記録するインクジェット記録ヘッドと、インクジェット記録ヘッドに画像信号を入力する画像信号入力手段とを備えるインクジェット記録装置において、前記インクジェット記録ヘッドが前記（１）または（２）に記載のインクジェット記録ヘッドであることを特徴とするインクジェット記録装置。
【０００８】
【発明の実施の形態】
上述したように、従来のシール液体による密封方式では、インク吐出時のシール液体の状態はシール液の厚さや、その有無等が一定していないため、シール液体供給路の開閉手段等を用いないかぎり、インク吐出性能を安定させることができない。また、開閉手段を用いない場合、上記のようにシール液体の様々な状態が存在することに起因するインク吐出性能への影響を少なくするためには、インクがシール液体を通過する際に、シール液体から受ける吐出抵抗を少なくする方が有利である。
一方で、インクの目詰まり防止のためのシール液体としての性能を考えると、長期保存の間に、蒸発によってそれ自身の粘度や表面張力が変化したり、蒸発してシール液体そのものが減少してしまったりしないことが必要である。このため、常温で不揮発な液体、すなわち蒸発率が低い液体を用いる必要がある。しかし、蒸発率の低い液体は、液体分子が液体表面から分離しにくいことを一般的に意味し、分子同士の拘束力が大きいため、一般的に、分子量が大きく常温では比較的粘度が高いという共通した性質を有している。
すなわち、従来のシール液体では、シール液体の粘性による流動抵抗が大きく吐出抵抗が大きいので、上記のごとき開閉手段を用いない限り、シール液体の様々な状態が存在することに基づき、インク吐出の状態例えば、インク滴の径の大きさ等が大きく変化してしまう。
【０００９】
本発明は、上記のごとき考察を基に完成されたものであり、本発明のインクジェット記録ヘッドは、インク吐出口（以下、単に「吐出口」ということがある。）と、インク吐出口をシールする常温で液体のシール液体（以下、単に「シール液体」ということがある。）と、画像信号に応じてインクを吐出するインク吐出手段（以下、単に「吐出手段」ということがある。）と、前記シール液体を加熱するための加熱手段（以下、単に「加熱手段」ということがある。）を有することを特徴とし、前記加熱手段は、シール液体を少なくともインク吐出の直前までに加熱するためのものである。本発明においては、前記加熱手段を用いてシール液体を加熱することにより、シール液体の粘度を下げてシール液体を流動し易くし、インク吐出の際のシール液体の吐出抵抗を小さくすることができる。このように吐出抵抗を小さくすることによりシール液体がインク吐出に及ぼす影響を小さく抑え、シール液体の状態の違いや、吐出の間隔の違いによって生じる、インク滴の吐出速度や吐出されるインク滴の大きさの変化をごく小さく抑えることが可能となる。また、吐出されたインクによる印字画像にドット乱れなどがほとんど発生せず、鮮明な印字画像を出力することが可能となる。印字終了後、シール液体は蒸発によりその量が減ったり、粘度や表面張力が変化することもなく、インク吐出口のインクの乾燥を長期わたって抑えて目詰まりを防止する。すなわち、外力や開閉器などの付加装置を使わずにノズル目詰まりの防止とインクの吐出性能を両立させ、記録装置の長期休止による諸問題の発生しないインクジェット記録ヘッドを供給することが可能になる。
また、本発明においては、インク吐出時にインクが通過するシール液体の粘度が低いため、インクの吐出そのものに要するエネルギが小さいという利点も有している。また、本発明では、吐出時にのみシール液体を低粘度化することもできるため、シール液体を実質的に不揮発に維持することができる。さらに、前記加熱手段によって、吐出前のインク吐出口内部のインクの温度を一定の状態に設定できるため、インク吐出そのものを安定にする効果も有する。
【００１０】
本発明では、シール液体を加熱するための加熱手段を、インク吐出口に通ずるインク室の周側壁面のごく近傍に設ける、あるいは、該周側壁面やインク室底面、言い換えれば、加熱手段がインク室のインクに接するように設けることができ、この場合は、吐出口にごく近いシール液体のみをごく近傍から加熱することができるため、加熱に費やされるエネルギが小さいという利点を有する。さらに、シール液体の加熱手段は、吐出手段を形成する基板上に吐出用ヒータと同じ形成手段を用いて同時に作製することもできるため、その場合は、シール液体の加熱手段を別途配置する必要がないという利点も有している上、吐出手段の制御手段により加熱手段の制御手段を兼ねることで、制御手段も新たに設けなくて良いという利点も有する。
【００１１】
次に、図を用いて本発明を更に詳細に説明する。
図１（Ａ）（Ｂ）により本発明のインクジェット記録ヘッドの一例を説明する。なお、以下で示す態様においては、便宜上、インク吐出口１３が上部に配置された図を示しているが、インク吐出方向、即ち、記録ヘッドの配置方向は所望により適宜選択することができ、一般的にはインク滴は重力方向（下方）に向けて吐出される。
図１（Ａ）（Ｂ）はそれぞれ本発明によるインクジェット記録ヘッドの平面図と断面図を表している。記録ヘッド本体１０は、インク吐出口１３が設けられた記録ヘッド本体の表面１１、インク吐出口１３に続くインク室１２、インク室内の壁面の一部に設けられたインク吐出手段１４、およびインク吐出手段１４よりインク吐出口に近い位置でかつインク室の周側壁面に設けられた加熱手段２０を備えており、インク室１２内部のインク１が空気に接触しないようにシール液体２が配されている。
本発明において利用できるインク吐出手段１４は、従来技術によるインクジェット記録ヘッドで用いられているインク吐出手段、例えばサーマル方式、圧電素子方式がいずれも制限なく利用することができる。インクジェット記録ヘッド内部には図示しない供給手段から毛管力や圧力差によってインク吐出口１２へインク１が供給される。サーマル方式では、画像信号に応じてインク吐出口１２内、またはインク室内、あるいはインク室に通じるインク流路内のインクをヒータにより加熱し、インクに含まれる揮発成分が瞬時に蒸発し気泡を発生してインクを吐出する。圧電素子方式では、インク吐出口、またはインク室、あるいはインク室に通じるインク流路を構成する壁面を、圧電素子の変形が伝搬可能な部材で構成し、この圧電素子に画像信号に応じて電界を印加し、その歪みによってインクを吐出する。
本発明におけるインク吐出手段としては、加熱によりインクを吐出するいわゆるサーマル式のインク吐出手段を用いることが好ましい。その理由は、後に詳述するように、同一の基板上にシール液体を加熱するための加熱手段用加熱素子と、吐出手段用の加熱素子を一度に、例えば、半導体製造におけると同様の方法により作製することができる他、吐出手段がシール液体を加熱するための加熱手段を兼ねることができる等の利点を有しているからである。
【００１２】
本発明において利用できるシール液体２としては、シール液体性能が維持されるために、シール液体がインクに不溶であり、インクと相溶しないこと、インクとは自発的に乳化しないことが必要である。シール液体がインクに不溶であるためには、具体的にはインクに対する溶解度が常温（２５°C ）で０．１wt％以下であればよい。さらに、シール液体がヘッドの休止中に変化しないために、常温で不揮発性であることが必要である。常温で不揮発性とは、具体的には蒸気圧が２５℃で０．１ｍｍＨｇ以下であればよい。
本発明において利用できるシール液体の動粘度は、１〜１００ｍｍ2 ／ｓの範囲であるが、吐出のための抵抗を小さくするために５０ｍｍ2 ／ｓ以下であることが望ましい。また、本発明において利用できるシール液体の表面張力は１５〜７０ｍＮ／ｍの範囲であれば利用できるが、インクの表面にぬれ進むためには５０ｍＮ／ｍ以下であることが望ましく、さらには、使用するインクの表面張力より小さいことが望ましい。これらの性質に適した液体であれば利用できるのはもちろんであるが、複数の材料を混合して粘度や表面張力を調整して用いることもできる。
さらに、本発明では、常温における粘度に対し、加熱された状態で粘度が低くなることが必要であるが、一般の液体は加熱により粘度が下がるため問題はない。ただし、吐出時の流動抵抗は小さい方がよく、加熱時の動粘度は２０ｍｍ2 ／ｓ以下であることが望ましい。また、この粘度を示す温度は、インクが沸騰する温度より低いことが必要であり、加熱に要するエネルギを考慮すると、８０°C 以下であることが望ましい。
水性のインクを用いる場合のシール液体としては、常温で液体の有機溶媒やオイル類を用いることができる。例えば、オクタン、ノナン、テトラデカン、ドデカンなどの炭化水素、オレイン酸、リノール酸などの高級脂肪酸、ｎ−デカノール、ジメチルブタノールなどの非水溶性のアルコール類、フタル酸ジブチル、マレイン酸ジブチルなどの可塑剤を用いることができる。あるいは植物油、鉱物油、シリコーンオイル、フッ素オイルなどを用いることもできる。これらは、単独で用いても、あるいは均一に混合しうるものであれば複数種を混合して用いても構わない。
【００１３】
本発明では、このシール液体を、図１（Ｂ）に示すように、インク吐出口１３の内部のインク１が外部の空気に接触しないように配置する。シール液体は、インク吐出口が並ぶヘッド本体の表面１１に、スポイトや管からの注液や、刷毛、布、ブレードによる塗布などの手段により配置される。あるいは、インク吐出口が並ぶヘッド本体の表面、または表面の近傍に配置された管や多孔質部材から、毛管力や表面張力や圧力差によって配置してもよい。これらの方法によりヘッド本体の表面１１に配置されたシール液体は、インク吐出口１３内のインク１に接触してぬれ進み、インク表面にシール液体の膜（以下、「シール膜」という場合がある。）を形成する。シール膜の膜厚は、インクの表面張力や粘度、吐出手段、ノズル径、目詰まり防止のための保存期間などによって適宜選択できるが、目詰まりに対するシール性能と吐出抵抗を考え合わせると、１μm 以上、１００μm 以下であることが好ましい。シール膜の膜厚は、配置する量やヘッド周辺の形状による保持量規制などで調整することができる。
【００１４】
本発明における加熱手段２０には、ヘッド本体内に設けることができるものであれば如何なるものでも特に制限なく利用できるが、電気信号で制御できる電気熱変換素子を用いるのが好適である。この加熱手段２０を設ける位置は、インク吐出口近傍にあるシール液体を効率よく加熱できる位置であれば特に制限はないが、インク吐出口を覆うシール膜を効率的に加熱するためには、加熱手段はインク吐出口の近傍に設けることが望ましい。より具体的には、加熱手段は吐出手段よりも吐出口に近い部分に配置することがより望ましく、また、インク吐出口に通ずるインク室の周側壁面のごく近傍に設ける、あるいは、該周側壁面、言い換えれば、加熱手段がインク室のインクに接するように設けることが望ましい。より好ましくは、加熱手段は吐出手段よりも吐出口に近い部分に配置し、かつ、インク吐出口に通ずるインク室の周側壁面のごく近傍、あるいは該周側壁面に設けられる。より一層好ましくは、加熱手段はインク室の出口端部の周側壁面に設けられる。
【００１５】
図１（Ｂ）、図２及び図３には、加熱手段をインク吐出口に続くインク室の周側壁面に設けた態様が示されている。すなわち、図１（Ｂ）には、加熱手段をインク吐出手段よりインク吐出口に近い部分であって、かつインク室周側壁面に設けた例が示されている。また、図２で示されるインクジェット記録ヘッドは、インク室がインク吐出口に向かって流路が曲げられている例であり、加熱手段とインク吐出手段は、ともにインク吐出口に対向するインク室の周側壁面に設けられている。さらに、図３で示されるインクジェット記録ヘッドは、加熱手段をインク室の出口端部の周側壁面に設けた例であり、より一層好適な態様である。
また、この加熱手段はインク室の周側壁面全周に設けてもよい。図７（Ａ）および図７（Ｂ）には、インク室の出口端部の周側壁面の全周に加熱手段を設けた例が示され（加熱手段の一側面はヘッド表面を形成している）、また図８には、インク室のインク吐出口端部とインク室の周側壁面に設けたインク吐出手段の位置の間に同様の加熱手段を設けた例が示されている。
このような円管状の形状の加熱手段を用いると、加熱表面積を大きくできるので、短時間でシール液体の加熱ができるという利点を有する。
上記の態様においては、吐出口の形状は円形であるが、本発明のヘッドの吐出口は円形に限られるものではなく、楕円形や多角形など任意の形状であってもその効果は変わるものではなく、また、吐出手段および加熱手段もインク室壁あるいは底面に配置されるものであれば、インク室の形状は円筒形に限られるものではない。多角形の吐出口に配する加熱手段は、平面の組み合わせで構成できるため、平板の加熱手段を組み合わせて作製することができ、作製に要する手間が少ないという特徴を持っている。
また、これらの吐出口に管状に配される加熱手段は、途中で不連続になっている形状や、複数の部分に分離している形状でも構わない。
【００１６】
本発明における加熱手段の電気熱変換素子は、電流が流れた時に抵抗により発熱するものであればよく、その材質は問わない。このような電気熱変換素子の作製方法としては、例えばステンレス箔等の金属箔からなる発熱抵抗体をパターンエッチングなどで処理して所望の形状に作製し、両端に電極を配置して作製することもできる。あるいは、電極パターンを配した基板上に、樹脂と酸化珪素粉と金属粉からなる膜をスクリーン印刷などで所望の形状に厚膜形成した後、これを焼成して導電性セラミックスからなる発熱抵抗体を作製する方法などを挙げることができる。
あるいはさらに、エッチング、蒸着、スパッタリングなどの半導体製造プロセス行程によって作製することもできる。具体的には、図４に示すように、基板３０上に、蓄熱層３１を形成し、その上に発熱層３２を信号電極３３と共通電極３４とともに形成し、さらに、インクとの接触を避けるために外面を保護層３５により被覆する。信号電極３３は、図示しない制御手段に接続され、発熱信号に応じて通電されて発熱層３２の抵抗により発熱する。また、加熱手段がシール液体に直接接触しない構成を採用する場合は保護層を省略することができ、また蓄熱層は必須ではないが、設ける方が熱効率の面から好ましい。
【００１７】
本発明の加熱手段２０は、これらの電気熱変換素子をインク室の周側壁面に配置する構成の他、図５で示されるように、図４の発熱素子と同様の発熱素子４１と、金属や樹脂からなる伝熱層４０とを組み合わせて加熱手段とすることができる。発熱素子と伝熱層からなる加熱手段のヘッド本体における配置は、前述の加熱手段の配置と同様の配置であることが望ましい。例えば、伝熱層をインク室の周側壁面やインク室底面のごく近傍に設けるか、あるいは伝熱層４０の表面がインク室の周側壁面を構成するように配置してもよい。この場合、伝熱層４０の外面をインク室の周側壁面の形状に合わせて加工することもでき、インク室の形状や発熱素子材料の自由度が大きくなるという利点を有する。
また、図６で示されるインクジェット記録ヘッドは、図５のものと比較すると伝熱層４０がインク室の出口端部にまで達しており、インク吐出口を覆うシール膜を効率よく加熱することができる。
【００１８】
本発明では、インク吐出に際し、加熱手段によりシール液体を加熱して、インク吐出口を覆うシール液体の粘度を下げるものである。この加熱は少なくともインク吐出の直前までに行われればよく、連続的に加熱されても、断続的に加熱されても、吐出前にオンデマンド的に加熱されても、印字中に加熱され続けていてもかまわない。また、ヘッド表面の温度を検知して、吐出時のシール液体の温度が一定になるように、必要に応じて加熱してもかまわない。ただし、一度に消費される電力を小さくするため、インク吐出手段の信号印加時には加熱手段を休止することが望ましい。さらに好適には、全体的な電力消費を小さくするため、画像信号により選択された吐出口のみインク吐出に先立ってオンデマンド的に加熱することが望ましい。
【００１９】
さらに本発明においては前述のように、インク吐出手段として加熱によってインクを吐出させるいわゆるサーマル方式の吐出手段を用いることが好ましいが、この場合、インク吐出用の加熱素子とシール液体の加熱素子を同一基板上に一度に設けることが可能である。
例えば、図９はＳｉウエハのごとき基板５０、ＳｉＯ2 のごとき蓄熱層５１、多結晶シリコンのごとき加熱手段用発熱層５２（ａ）と吐出手段用５２（ｂ）、Ａｌ−Ｃｕのごとき信号電極５３（ａ）および５３（ｂ）と共通電極５４、ＳｉＮｘのごとき第１保護層５５、Ｔａのごとき第２保護層５６を順に形成したものであるが、加熱手段２０として機能する発熱層５２（ａ）と、吐出手段１４として機能する発熱素子５２（ｂ）を共に、同じ基板上に作製することができ、この場合、一度の半導体製造工程で同時に作製することが可能であり、製造に要する行程が共有でき、別々に作製するより製造コストが安くなるなどの利点を有している。
また、図１１で示すように、インク吐出手段１４が加熱手段２０を兼ねる構成とすることも可能である。この構成では、特別な加熱手段を別途作製せずに済むため、加熱手段作製の工程や部品を必要とせず、ヘッドのコストが安いという利点を有する。この場合には、インク吐出手段の加熱素子を、インクが吐出されない条件でシール液体を加熱するモード（シール液体加熱モード）と、インクを沸騰させて吐出させるための加熱モード（インク吐出モード）の複数モードで駆動する。
【００２０】
シール液体加熱モードでは、インク吐出モードに比べて、加熱素子に印加する電圧を低くする、あるいは加熱素子に印加する電圧のパルス幅を短くする、あるいはこの二つの方法を組み合わせることもできる。さらに、加熱素子に複数の短いパルスを印加する、あるいは加熱素子にバイアス状に低い電圧を印加し続け、印字のときだけこれに加え更にインク吐出に必要な電圧を印加するなどで、シール液体加熱モードを構成することもできる。または、時間的にピーク値が変化する電圧を印加してもよい。
これら二つのモードでインク吐出手段の加熱素子を駆動する場合、シール液体加熱モードを常にインク吐出モードの直前に行う方法と、必要に応じてインク吐出モードの直前にシール液体加熱モードを挿入する方法がある。
必要に応じ加熱する後者の方法は、同一のインク吐出口からインク吐出を連続して行う場合など、ヘッド内のインク吐出手段近傍の蓄熱によりシール液体の温度が高いままに保たれているる場合に有効である。この場合、シール液体加熱モードを省略することで、電力の消費を抑えるられるという利点を有している。このように、必要に応じてインク吐出モードの直前にシール液体加熱モードを挿入する方法としては、ヘッド温度検知手段を併用して、ヘッド温度が予め設定されている温度未満の場合にはシール液体加熱モードをインク吐出モードの前に挿入し、ヘッドが設定温度以上になった場合はインク吐出モードのみで駆動するという方法を用いることができる。
【００２１】
あるいは、同一吐出口に連続して印加される吐出信号をカウントし、このカウント数が予め設定されている数になるまでシール液体加熱モードをインク吐出モードの前に挿入し、予め設定された数以降は、インク吐出モードのみで駆動するという方法を用いることもできる。
さらには、印加される画像信号による吐出パターンを、予め設定されたパターンと比較してシール液体加熱モードを挿入してもよい。
さらに、シール液体加熱モードは、常に一定の信号を印加せず、ヘッドの温度、あるいは画像信号のパターンに応じて変化させることも可能である。例えば、低温の状態から設定温度に近くなるに従って、印加する電圧のピーク値を下げる、あるいは印加するパルス幅を短くすることによって、消費電力を抑えることができる。
【００２２】
本発明のインクジェット記録ヘッドにおいては、インク吐出口に対応した開口部を有する遮蔽手段や、複数のインク吐出口に対応した開口部を有する遮蔽手段を組み合わせることもできる。この場合、遮蔽手段がシール液体の表面を規制するため、シール液体の量を一定量に供給でき、また吐出口ごとのシール液体の膜厚のばらつきも小さく抑えることができるため、加熱による吐出抵抗の低下の効果と併せて、結果として吐出に対する抵抗のばらつきをさらに小さくすることができる、という利点を有している。また、インク吐出口とシール液体層の外側に遮蔽手段が位置しているので、外部からの異物、ペーパージャムによりシール液体の層が壊されたり、インク吐出口に異物が入り込んだりするのを防止するという利点も有している。また、他の吐出口とシール液体の液面が分離されているので、他の吐出口の吐出によるシール液面の表面波の影響を受けないという効果（クロストーク防止効果）も有している。
【００２３】
以上、本発明のインクジェット記録ヘッドにおいて、あらかじめシール液体がヘッドに配置されている例について説明したが、本発明においてはさらに、上で説明したようなインクジェット記録ヘッドの他に、使用者が使用時にシール液体を供給することも可能である。インクジェット記録ヘッドへのシール液体の供給は、インク吐出口が並ぶヘッドの表面１１に、スポイトや管からの注液や、刷毛、布、ブレードによる塗布などの手段により行われる。あるいは、インク吐出口が並ぶヘッドの表面１１、またはヘッドの表面の近傍に配置された管や多孔質部材から、毛管力や表面張力や圧力差によって供給してもよい。使用者が使用時にシール液体を供給した場合でも上記と同様の効果が得られることは勿論である。
【００２４】
また、本発明は画像記録媒体を搬送する搬送手段と、前記搬送手段により搬送される前記画像記録媒体に対しインクを吐出して画像を記録するインクジェット記録ヘッドと、前記記録ヘッドに画像信号を入力する画像信号入力手段とを備えるインクジェット記録装置において、上で詳細に説明したインクジェット記録ヘッドを用いるインクジェット記録装置にも関するものである。
本発明のインクジェット記録装置は、本発明に係るインクジェット記録ヘッドを組み込んだことにより、従来必須であったバキュームなどのメンテナンス工程を軽減あるいは省略することができるため、▲１▼記録装置の小型化や省電力化、▲２▼始動時のメンテナンス待ち時間をなくすことができ、さらに、▲３▼メンテナンス動作に伴う騒音を低減することができる。さらに、バキュームなどのメンテナンスで無駄に消費される廃インクを少なくすることができるため、▲４▼ランニングコストが低減できる、▲５▼廃インク吸収手段を小さくでき装置の小型化ができる、▲６▼インクタンクを小型化でき、キャリッジの往復速度を向上させ、騒音の低減などができる、▲７▼環境に対する負荷が小さいという効果も有する。
【００２５】
【実施例】
以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれにより限定されるものではない。
実施例１
この例では、図６に示されるインクジェット記録ヘッド、及びこのヘッドを用いる印字の評価について説明する。
記録ヘッド１０としてはサーマル方式ヘッド用いた。シール液体としては、複数種類のシリコーンオイルを混合して調製した液体（動粘度３０ｍｍ2 ／ｓ、表面張力２０ｍＮ／ｍ、比重１．０）を用いた。このシール液体の２５℃での蒸気圧は０．１ｍｍＨｇ以下で不揮発性であった。また、インクに対して溶解せず、インクとの相溶性はなかった。このシール液体を７０°C まで加熱して粘度を測定したところ、１５ｍｍ2 ／ｓであった。
加熱手段２０は、基板上に共通電極と信号電極、およびＳｉＯ2 とＴａからなる導電性セラミックからなる発熱層をパターニングして形成された発熱素子４１（図４で示される加熱手段の蓄熱層と保護層を除いた構造に相当する）に、アルミニウム製の伝熱層４０を接着し、この伝熱層４０をインク室の出口端部の周側壁面に配置して加熱手段２０を構成した。
このようにして作製したインクジェット記録ヘッドの、インク吐出口１３が並ぶ表面上１１に厚さが５０μm になるようにシール液体２を供給し、インク吐出口１３を空気から密封した。インク吐出口の周辺を拡大観察したところ、インク吐出口内のインクの上に、シール液体の膜が形成されていることが確認された。
【００２６】
この状態で、インク吐出前に加熱手段にパルス状の電圧を印加して、インク吐出口１３のに接する部分のシール液体の温度が７０℃になるように加熱した。加熱手段２０への信号印加が終了した後、インク吐出手段１４であるヒータに電圧を印加し、インク滴を吐出させた。用いたインクは、水６０重量％、ジエチレングリコール３８重量％及び染料２重量％からなり、粘度（粘性係数）２．０ｍＰａ・ｓ、表面張力４０ｍＮ／ｍ、比重１．０６の水性インクである。次のインク吐出の直前に、加熱手段により、再度インク吐出口出口部分のシール液体の温度が７０℃になるように加熱しインクの吐出を行い、このサイクルを繰り返して印字を行った。この様子を拡大観察したところ、吐出されるインク滴は吐出周波数を２Ｈｚから４ｋＨｚまで変化させてもインク滴の吐出速度やインク滴の直径に大きな変化は観察されなかった。  比較のために、加熱手段２０を形成していないヘッドを用いて同条件でインク吐出を行い観察を行った。２Ｈｚから４ｋＨｚまで吐出周波数を変えた吐出を行い、インク滴の吐出速度やインク滴の直径を測定したところ、インク滴の吐出速度や直径が大きく変化することが観察された。
【００２７】
このヘッドを用いて、インク吐出の直前に、加熱手段２０により、インク吐出口１３をシールするシール液体の温度が７０℃になるように加熱しながらＡ４の記録紙上に画像を印字した。印字された画像を顕微鏡により拡大して観察したところ、記録されるドット径にばらつきはほとんどなく、鮮明な画像が記録されていた。さらに、６０秒間に５枚の割合で、１０分間にわたり５０枚の画像を連続して印字し、その画像を観察したところ、５０枚目に至るまで、ドット径のばらつきや、濃度低下が見られず、鮮明な画像が全面にわたって印字されていた。
また、本実施例のヘッドをキャッピングせずに、気温２５℃、相対湿度３０％ＲＨの環境に１０日間放置しておいた後、メンテナンスを行わずに上記の記録動作を行った結果、全てのインク吐出口に目詰まりが発生しておらず、印字された画像のドットの乱れもなく鮮明な画像が記録された。また、微量のシール液体がインクと一緒に着弾することによる画質への影響が懸念されたが、使用したシリコーンオイルが無色透明であるためか、飛翔する量がごく微量であるためか画質上問題はなかった。
比較のために、加熱手段２０を形成していないヘッドを用いて、上記の画像印字と同条件の印字テストを行ったところ、記録した画像の一部分に、ドット径のばらつきが見られた。いずれの記録紙でも、ざらつきが目立つ不鮮明な画像が印字されていた。
【００２８】
実施例２
第２の実施例は、図９に示すように、加熱手段２０として機能する発熱層５２（ａ）と、吐出手段１４として機能する発熱素子５２（ｂ）とを同一基板上に一体に作製したものを使用する他は、実施例１と同様な条件である。
具体的には、基板であるＳｉウエハ５０から順に、ＳｉＯ2 の蓄熱層５１、多結晶シリコンからなる発熱層（発熱抵抗体層）５２（ａ）および５２（ｂ）、Ａｌ−Ｃｕからなる信号電極５３と共通電極５４、ＳｉＮｘからなる第１保護層５５、Ｔａからなる第２保護層５６を、一連の半導体プロセスを用いて一括して形成し、インク吐出手段と加熱手段を同一基板上に有する素子を作製した。この基板上に、図１０のように各吐出手段と加熱手段の組に対応した溝を持つガラス板６０を接着し、インク吐出口１３を構成した。
このようにして作成したインクジェット記録ヘッドの、インク吐出口１３が並ぶ表面上１１に、図１（Ａ）で示すように、厚さが５０μm になるようにシール液体２を配置し、インク吐出口１３を空気から密封した。インク吐出口の周辺を拡大観察したところ、インク吐出口内のインクの上に、シール液体の膜が形成されていることが確認された。
【００２９】
この状態で、インク吐出前に加熱手段にパルス状の電圧を印加して、インク吐出口１３をシールするシール液体の温度が７０℃になるように加熱した。加熱手段２０への信号印加が終了した後、インク吐出手段１４であるヒータに電圧を印加し、インク滴を吐出させた。次のインク吐出の直前に、加熱手段により、再度インク吐出口をシールするシール液体の温度が７０℃になるように加熱しインクの吐出を行い、このサイクルを繰り返して印字を行った。この様子を拡大観察したところ、吐出されるインク滴は吐出周波数を２Ｈｚから４ｋＨｚまで変化させてもインク滴の吐出速度やインク滴の直径に大きな変化は観察されなかった。
このヘッドを用いて、インク吐出の直前に、加熱手段により、インク吐出口をシールするシール液体の温度が７０℃になるように加熱しながらＡ４の記録紙上に画像を印字した。印字された画像を顕微鏡により拡大して観察したところ、記録されるドット径にばらつきはほとんどなく、鮮明な画像が記録されていた。さらに、６０秒間に５枚の割合で、１０分間にわたり５０枚の画像を連続して印字したが、その画像を観察したたころ、５０枚目に至るまで、ドット径のばらつきや、濃度低下が見られず、鮮明な画像が全面にわたって印字されていた。
また、本実施例のヘッドをキャッピングせずに、気温２５℃、相対湿度３０％ＲＨの環境に１０日間放置しておいた後、メンテナンスを行わずに上記の記録動作を行った結果、全てのインク吐出口に目詰まりが発生しておらず、印字された画像のドットの乱れもなく鮮明な画像が記録された。
【００３０】
実施例３
第３の実施例は、図１１に示すように、インク吐出手段１４に用いるヒータがシール液体の加熱手段を兼ねるものである。シール液体など、他の条件は実施例１と同様である。
吐出手段１４のヒータは図９に示したように（ただし、この例では発熱層は１つであり、それに伴い信号電極も１つである。）、基板であるＳｉウエハから順に、ＳｉＯ2 の蓄熱層、多結晶シリコンからなる発熱層（発熱抵抗体層）、Ａｌ−Ｃｕからなる信号電極と共通電極、ＳｉＮｘからなる第１保護層、Ｔａからなる第２保護層とで形成される。
このようにして作製したインクジェット記録ヘッドの、インク吐出口１３が並ぶ表面上１１に、図１（Ａ）のように、厚さが５０μm になるようにシール液体２を配置し、インク吐出口１３を空気から密封した。
この状態で、インク吐出手段１４のヒータにパルス状の電圧を印加して、インク吐出口１３をシールするシール液体の温度が７０℃になるように加熱した（シール液体加熱モード）。次に、加熱モードの信号印加が終了した後、インク吐出手段１４のヒータに電圧を印加し、インク滴を吐出させた（インク吐出モード）。すなわち、インク吐出手段１４のヒータを、インク吐出の直前にシール液体を加熱するモードと、インクを吐出するモードの二つのモードで駆動することによりインク吐出手段によりシール液体の加熱手段を兼ねることが可能であった。
シール液体加熱モードでは、ヒータに印加する電圧パルスを１５Ｖ、１μｓの矩形パルスとし、インク吐出モードでは３０Ｖ、２μｓの矩形パルスとした。
【００３１】
以上の条件でヘッドを駆動して印字を行い、この様子を拡大観察したところ、吐出されるインク滴は吐出周波数を２Ｈｚから４ｋＨｚまで変化させてもインク滴の吐出速度やインク滴の直径に大きな変化は観察されなかった。
このヘッドを用いてＡ４の記録紙上に画像を印字し、印字された画像を顕微鏡により拡大して観察したところ、記録されるドット径にばらつきはほとんどなく、鮮明な画像が記録されていた。さらに、６０秒間に５枚の割合で、１０分間にわたり５０枚の画像を連続して印字したが、その画像を観察したたころ、５０枚目に至るまで、ドット径のばらつきや、濃度低下が見られず、鮮明な画像が全面にわたって印字されていた。
また、本実施例のヘッドをキャッピングせずに、気温２５℃、相対湿度３０％ＲＨの環境に１０日間放置しておいた後、メンテナンスを行わずに上記の記録動作を行った結果、全てのインク吐出口に目詰まりが発生しておらず、印字された画像のドットの乱れもなく鮮明な画像が記録された。
【００３２】
【発明の効果】
本発明は、吐出前にシール液体を加熱することでシール液体の粘度を低下させて流動しやすくし、吐出に伴う抵抗を小さくして、シール液体がインク吐出に及ぼす影響を小さく抑えるものである。このため、シール液体の状態の違いや、吐出の間隔の違いによって生じる、インク滴の吐出速度や吐出されるインク滴の大きさの変化をごく小さく抑えることが可能となる。また、吐出されたインクによる印字画像にドット乱れなどがほとんど発生せず、鮮明な印字画像を出力することが可能である。印字終了後、シール液体は蒸発によりその量が減ったり、粘度や表面張力が変化することもなく、インク吐出口のインクの乾燥を長期わたって抑えて目詰まりを防止する。すなわち、外力や開閉器などの付加装置を使わずにノズル目詰まりの防止とインクの吐出性能を両立させ、記録装置の長期休止による諸問題の発生しないインクジェット記録ヘッドを供給することが可能になる。本発明によるインクジェット記録ヘッドを組み込んだことにより、従来必須であったバキュームなどのメンテナンス工程を軽減あるいは省略することができるため、▲１▼記録装置の小型化や省電力化、▲２▼始動時のメンテナンス待ち時間をなくすことができ、さらに、▲３▼メンテナンス動作に伴う騒音を低減することができる。さらに、バキュームなどのメンテナンスで無駄に消費される廃インクを少なくすることができるため、▲４▼ランニングコストが低減できる、▲５▼廃インク吸収手段を小さくでき装置の小型化ができる、▲６▼インクタンクを小型化でき、キャリッジの往復速度を向上させ、騒音の低減などができる、▲７▼環境に対する負荷が小さいという特徴も有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のインクジェット記録ヘッドの一例を示す図で、図１（Ａ）はその平面図、図１（Ｂ）はそのＡ−Ａ断面図である。
【図２】  本発明のインクジェット記録ヘッドの他の一例を示す図である。
【図３】  本発明のインクジェット記録ヘッドの他の一例を示す図である。
【図４】  本発明において使用する加熱手段の一例を示す図である。
【図５】  本発明のインクジェット記録ヘッドの他の一例を示す図である。
【図６】  本発明のインクジェット記録ヘッドの他の一例を示す図である。
【図７】  本発明のインクジェット記録ヘッドの他の一例を示す図で、図７（Ａ）はその平面図、図７（Ｂ）はそのＢ−Ｂ断面図である。
【図８】  本発明のインクジェット記録ヘッドの他の一例を示す図である。
【図９】  本発明において、吐出手段と加熱手段を同一基板上に設けた例を示す図である。
【図１０】  本発明のインクジェット記録ヘッドの他の一例を示す図である。
【図１１】  本発明のインクジェット記録ヘッドにおいて、インク吐出手段が加熱手段を兼ねる例を示す図である。
【符号の説明】
１  インク
２  シール液体
１０  記録ヘッド本体
１１  記録ヘッド本体表面
１２  インク室
１３  インク吐出口
１４  インク吐出手段
２０  加熱手段
３０  基板
３１  蓄熱層
３２  発熱層
３３  信号電極
３４  共通電極
３５  保護層
４０  伝熱層
４１  発熱素子
５０  基板
５１  蓄熱層
５２（ａ）、５２（ｂ）  発熱層
５３（ａ）、５３（ｂ）  信号電極
５４  共通電極
５５  第１保護層
５６  第２保護層
６０  ガラス板
【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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