(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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シール液体とを有し、前記インク吐出口周縁の少なくとも一部に、ぬれ抵抗を与えるような断面形状を有するインク吐出口のシールが解かれた状態を保持する保持手段を備え、且つ、前記シール液体でインク吐出口がシールされているか、或いは、シールが解かれているか、との状態に応じて、前記インク吐出手段への印加エネルギを、インク吐出口がシールされている状態では相対的に大きなエネルギを印加し、シールが解かれている状態では相対的に小さなエネルギを印加するように制御するエネルギ可変手段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】
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シール液体とを有し、前記インク吐出口の外縁部にぬれ性の低い材質を用いて形成したぬれ抵抗領域からなるインク吐出口のシールが解かれた状態を保持する保持手段を備え、且つ、前記シール液体でインク吐出口がシールされているか、或いは、シールが解かれているか、との状態に応じて、前記インク吐出手段への印加エネルギを、インク吐出口がシールされている状態では相対的に大きなエネルギを印加し、シールが解かれている状態では相対的に小さなエネルギを印加するように制御するエネルギ可変手段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３】
前記インク吐出手段からインクを吐出した後、所定時間前記インク吐出手段への印加エネルギを相対的に低い水準に保持することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項４】
前記インク吐出口からのインクの吐出履歴を記憶する吐出パターン記憶手段を備え、インクの吐出履歴に応じてインク吐出手段への印加エネルギを制御することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項５】
前記インク吐出口をシールするシール液体の状態を検知するシール液体検知手段を備え、該シール液体検知手段により、インク吐出口がシールされているか、或いは、シールが解かれているかを検知し、該シール液体の状態に応じてインク吐出手段への印加エネルギを、インク吐出口がシールされている状態では相対的に大きなエネルギを印加し、シールが解かれている状態では相対的に小さなエネルギを印加するように制御することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項６】
インク吐出口と、該インク吐出口のシールが解かれた状態を保持する保持手段と、画像信号に応じてインクを吐出し、且つ、インク吐出時にシール液体によるインク吐出口のシールを解くインク吐出手段と、前記シール液体でインク吐出口がシールされているか、或いは、シールが解かれているか、との状態に応じて、前記インク吐出手段への印加エネルギを、インク吐出口がシールされている状態では相対的に大きなエネルギを印加し、シールが解かれている状態では相対的に小さなエネルギを印加するように制御するエネルギ可変手段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７】
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、前記記録ヘッドが請求項１乃至６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。
【請求項８】
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であって、前記記録ヘッドがインクを吐出するインク吐出口をシールするシール液体と、インクを吐出するインク吐出手段と、該インク吐出口のシールが解かれた状態を保持する保持手段と、前記シール液体でインク吐出口がシールされているか、或いは、シールが解かれているか、との状態に応じて、前記記録ヘッドに対する画像信号入力エネルギーを、インク吐出口がシールされている状態では相対的に大きなエネルギを印加し、シールが解かれている状態では相対的に小さなエネルギを印加するように制御するエネルギ可変手段と、を備え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】
本発明は、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インクジェット記録ヘッド及びそれを備えたインクジェット記録装置に関する。
【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。
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。
【０００３】
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（以下、適宜、シール液体が解かれた状態と称する）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。従って、インク吐出口がシール液体に覆われてからも、十分に時間が経過して完全に初期状態に戻るまではシール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。
さらに、環境温度が低い場合、シール液体の粘度が上昇し吐出時の抵抗が増加するので最悪の場合インク滴を吐出できなくなるという問題があった。そのような状態を回避するために温度変化に対して粘度変化の小さいシール液体材料を採用することは可能だが、その場合材料選択の範囲が著しく制限され結果的に装置が高価になるという問題がある。
【０００４】
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。
【０００５】
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おり、簡易な構成で、ノズル目詰まりの防止とインクの吐出性能を両立させる技術は、未だ存在していないのが現状である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本特許の課題は上述した従来技術の問題を解決することである。
すなわち、本発明の目的は、簡易な構成でインクの乾燥を防止しうるとともに、インクの乾燥防止手段であるシール液体の状態によってインク吐出が不安定になる点を改善することで高画質印字を実現し、インクの安定吐出を可能にすることでシール液体の材料選択範囲を広げることができるインクジェット記録ヘッドおよび該インクジェット記録ヘッドを備え、シール液体によるノズルの乾燥防止方式を備えたインクジェット記録装置におけるノズル目詰まりの防止とインクの吐出安定性を、外力や開閉器などの付加装置を用いることなく両立させることができる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】
上記課題を解決する本発明のインクジェット記録ヘッドは、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シール液体とを有し、前記インク吐出口のシールが解かれた状態を保持する保持手段と、前記シール液体でインク吐出口がシールされているか、或いは、シールが解かれているか、との状態に応じて、前記インク吐出手段への印加エネルギを、インク吐出口がシールされている状態では相対的に大きなエネルギを印加し、シールが解かれている状態では相対的に小さなエネルギを印加するように制御するエネルギ可変手段を備えることを特徴とする。
前記エネルギ可変手段の制御方法としては、前記インク吐出手段からインクを吐出した後、所定時間前記インク吐出手段への印加エネルギを相対的に低い水準に保持する方法、前記インク吐出口からのインクの吐出履歴を記憶する吐出パターン記憶手段を備え、インクの吐出履歴に応じてインク吐出手段への印加エネルギを制御する方法、前記インク吐出口をシールするシール液体の状態を検知するシール液体検知手段を備え、シール液体の状態に応じてインク吐出手段への印加エネルギを制御する方法等が好ましい態様として挙げられる。
また、前記インク吐出口のシールが解かれた状態を保持する保持手段としては、インク吐出口周縁の少なくとも一部に、ぬれ抵抗を与えるような断面形状を設ける態様、或いは、インク吐出口の外縁部にぬれ性の低い材質を配置してなるぬれ抵抗領域を形成する態様が挙げられる。
また、本発明の請求項６に係るインクジェット記録ヘッドは、インク吐出口と、該インク吐出口のシールが解かれた状態を保持する保持手段と、画像信号に応じてインクを吐出し、且つ、インク吐出口をシールするシール液体を解くインク吐出手段と、前記シール液体でインク吐出口がシールされているか、或いは、シールが解かれているか、との状態に応じて、前記インク吐出手段への印加エネルギを、インク吐出口がシールされている状態では相対的に大きなエネルギを印加し、シールが解かれている状態では相対的に小さなエネルギを印加するように制御するエネルギ可変手段を備えることを特徴とする。
これらのインクジェット記録ヘッドには、前記のようにインク吐出口のシールが解かれた状態を保持する保持手段を有するため、エネルギ可変手段の制御を簡易に実施しうる。
【０００８】
本発明のインクジェット記録装置は、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、前記記録ヘッドとして請求項１乃至６のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッドを備えることを特徴とする。
また、本発明のインクジェット記録装置の別の態様は、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であって、前記記録ヘッドがインクを吐出するインク吐出口をシールするシール液体と、インクを吐出するインク吐出手段と、該インク吐出口のシールが解かれた状態を保持する保持手段と、前記記録ヘッドに対する画像信号入力エネルギーを、前記シール液体でインク吐出口がシールされているか、或いは、シールが解かれているか、との状態に応じて、インク吐出口がシールされている状態では相対的に大きなエネルギを印加し、シールが解かれている状態では相対的に小さなエネルギを印加するように制御するエネルギ可変手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明のインクジェット記録ヘッドは、インク吐出手段によりインクを吐出する際のエネルギーを変化させることができるため、例えば、シール液体によりシールされた状態ではインク吐出エネルギーを高くし、インク吐出によりシール液体が解かれた状態では、インク吐出エネルギーを低くするという制御が可能であり、吐出されるインク滴の状態を常に一定に調節できるため、高画質印字を実現しうる。また、このようにシール液体の種類に係わらずインクの安定吐出が可能になるため、シール液体の材料選択範囲を広げることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１、図２に本発明の基本的な構成を示す。
図１（Ａ）（Ｂ）はそれぞれインクジェット記録ヘッドの一態様を示す概略断面図と平面図である。記録ヘッド１０は、インク吐出口１３が設けられた記録ヘッド本体表面（以下、適宜、単に記録ヘッド表面と称する）１１、インク吐出口１３に繋がるインク室１２、インク室内部に設けられたインク吐出手段１４からなり、記録ヘッド表面１１上にはインク吐出口１３内部のインク１が空気に接触しないようにインク吐出口１３をシールするシール液体２が配されて構成されている。本発明では、後述するようにこのインク吐出口１３周辺にインク吐出口のシールが解かれた状態を保持する保持手段を備える。
インク吐出手段１４には、前記シール液体でインク吐出口がシールされているか、或いは、シールが解かれているか、との状態に応じて、インク吐出手段への印加エネルギを、インク吐出口がシールされている状態では相対的に大きなエネルギを印加し、シールが解かれている状態では相対的に小さなエネルギを印加するように制御する図示されないエネルギ可変手段が接続されている。
【００１１】
図２は前記インクジェット記録ヘッド１０の一態様を示す一部断面を記載した斜視図である。記録ヘッド１０にはインク吐出口１３が複数配置されており、ヘッド表面１１上にインク吐出口内部のインク１が空気に接触しないようにインク吐出口１３をシールするシール液体２が配置されている。
本態様では、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１０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。
本発明で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、圧電素子方式のいずれも利用できる。インク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室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室あるいはインク室に通じる流路内のインクをヒータにより加熱し、インク内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、インク室を構成する壁面あるいはインク室に通じるインク流路の壁面が、圧電素子の変形が伝搬可能な部材で構成され、この圧電素子に画像信号に応じて電界を印加してその歪みによってインクを吐出する。これらのインク吐出手段１４に後述するエネルギー可変手段１１が接続される。
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℃）で０．１重量％以下であればよい。さらに、シール液体２がヘッドの休止中にそのシール性を有効に維持するために、常温で不揮発性であることが必要である。ここで、常温で不揮発性とは、具体的には蒸気圧が２５℃で０．１ｍｍＨｇ以下であることを指す。
【００１２】
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という観点からは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、インク表面にぬれ進むという観点からは５０ｍＮ／ｍ以下であることが望ましい。さらに、使用するインクの表面張力以下であることがより望ましい。これらの性質に適合する液体であればいずれも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製して上記範囲としたものも用いることができる。
【００１３】
前記特性を考慮して、シール液体として用いうるものを具体的に説明すれば、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類；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不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等をもちいることができる。あるいは植物油、鉱物油、シリコーンオイル、フッ素オイルなどの液状油を用いることもできる。これらは、単独で用いてもよく、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。
【００１４】
本発明では、このシール液体を、図１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の表面１１に、印字開始前に予め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しておけばよい。本発明のインクジェット記録ヘッドは、予めヘッド表面１１にシール液体２層を有するものであってもよく、装置内に配置された記録ヘッド１０のヘッド表面１１に使用時にシール液体２を供給して用いるものであってもよい。あるいは、インク吐出口が並ぶヘッドの表面、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シール液体２を連続的に、又は、適宜、供給してもよい。これらの方法によりヘッドの表面１１に供給されたシール液体２は、インク吐出口１３内のインク１に接触して、インクとシール液体の表面張力の差によりインク表面にシール液体の膜を形成する。シール液体の膜厚は、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、２００μm 以下であることが好ましい。シール液体の膜厚は、供給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。
【００１５】
次にエネルギ可変手段について説明する。
エネルギ可変手段は少なくとも２種類のエネルギ量を発生或いは制御することが可能な手段であり、そのエネルギを所定の条件に応じてインク吐出手段に印加するものである。２種類以上のエネルギ量は相対的に大小の差があり、シール液体の状態によって印加すべきエネルギが選択される。即ち、図１（Ａ）に示すようにヘッド表面１１が完全にシール液体２で被覆されている場合には、インク滴は表面のシール液体２を貫通して、或いは、シール液体２のインク吐出口１３を被覆する部分を伴って吐出されるため、相対的に大きなエネルギを印加する必要があるが、該インク滴の吐出後は、シール液体に開口部が形成され、シールが解かれた状態となり、その間に吐出されるインク滴を先に吐出したインク滴と同様の液滴径、吐出速度とするには前記の場合と比較して相対的に小さなエネルギを印加すればよいことになる。
【００１６】
インク滴が吐出した後のシール液体の様子を図３に模式的に示すが、最初のインク滴が吐出された後、図３（Ａ）に示すように吐出口１３の表面のシール液体がインク滴とともに吐出され、シール液体２が解かれた状態となる。このシール液体に形成された開口部は経時するにつれて徐々に小さくなり（図３（Ｂ）、図３（Ｃ））、再び吐出口１３表面がシール液体２で覆われ（図３（Ｄ））、シール液体２表面が徐々に均一化され（図３（Ｅ））、最終的にはインク吐出前と同様に均一なシール液体２の層で被覆されることになる（図３（Ｆ））。
これらさまざまなシール液体の状態に対して、２種類のエネルギ量を発生可能なエネルギ可変手段を用意した場合は、例えば、図３（Ａ）、図３（Ｂ）、図３（Ｃ）のシール液体２が解かれた状態でインクを吐出させる場合は相対的に小さいエネルギを印加し、図３（Ｄ）、図３（Ｅ）、図３（Ｆ）のインク吐出口１３がシール液体２で被覆されている場合は相対的に大きいエネルギを印加することで、従来発生していたインク滴飛翔の不安定さを改善できる。
エネルギ量の種類（段階）を増やせば制御は複雑になるが、より高い飛翔安定性を確保することができる。
【００１７】
前記のような状態に応じてエネルギ可変手段を制御する方法としては、最も簡易な方法として、（１）インク吐出手段からインクを吐出した後、予め設定した所定時間前記インク吐出手段への印加エネルギを相対的に低い水準に保持する方法、さらに（２）前記インク吐出口からのインクの吐出履歴を記憶する吐出パターン記憶手段を備え、インクの吐出履歴に応じてインク吐出手段への印加エネルギを制御する方法、（３）前記インク吐出口をシールするシール液体の状態を検知するシール液体検知手段を備え、シール液体の状態に応じてインク吐出手段への印加エネルギを制御する方法等が好ましい態様として挙げられる。
（１）の場合には、インク吐出状態の検出手段とタイマーとでエネルギ量の大小を切り換えればよく、簡易な制御方法である。
【００１８】
次に、（２）前記インク吐出口からのインクの吐出履歴を記憶する吐出パターン記憶手段を備え、インクの吐出履歴に応じてインク吐出手段への印加エネルギを制御する方法について説明する。図４にこの方法における構成例のブロック図を示す。
吐出パターン記憶手段は各ノズル毎の吐出の履歴を記憶する手段である。少なくとも前回の吐出時からの経過時間を記憶する。シール液体特性記憶手段は吐出履歴に対応するシール液体の状態が吐出抵抗に変換されたデータとして装置製造時に書き込まれているものである。エネルギ変換手段は吐出パターン記憶手段とシール液体特性記憶手段のデータに応じてインク滴の飛翔が最適になるようエネルギ量を可変するものであり、印字制御手段に接続される。印字制御手段はパーソナルコンピュータ等の画像信号発生手段からの信号に応じてエネルギ可変手段が設定した印字信号をインク吐出手段に印加する。
【００１９】
図５は図４で示した制御方法に温度条件を追加した別の構成例のブロック図を示す。
この構成では、インクジェットヘッド近傍の温度を測定するセンサを付加している。ここでは前記図４で説明したのと同様のシール液体特性記憶手段には、吐出履歴に対応するシール液体の状態が吐出抵抗に変換されたデータとともに、シール液体の粘度データ（温度依存性）が格納される。これによってシール液体の状態に応じた最適な吐出エネルギをインク吐出手段に印加することができる。即ち、シール液２の開口部の変化状態の情報に、さらに、シール液２の粘度の情報が加わり、より適切な制御が可能となる。
【００２０】
本発明において、インク滴の吐出をそのまま利用して、シール液体を解いた後、そのシールが解かれた状態を所定時間保持する保持手段 (以下、適宜、保持手段と称する）をインク吐出口１３の外縁部に設けることにより、シールが解かれた状態を長く維持し、吐出手段に印加するエネルギが相対的に低い状態を長く維持することができる。
シール液体を解くには、シール液体の液面を押しひろげて開口部を設けることにより解くか、インク吐出と共にシール液体を飛ばしてシールを解くことができる。
解かれたシール液体を保持する保持手段としては、吐出口外縁部に形成した構造の形状で保持する方法、吐出口外縁部のぬれ性の低い部分で保持する方法などを用いることができる。本発明では、これらの保持手段をインク吐出口ごとに設け、吐出口ごとにシール液体が解かれた状態を保持しても良く、また、列状あるいは千鳥状に並んだ複数の吐出口に共通の保持手段を設け、複数の吐出口のシール液体が解かれた状態を一括して保持することもできる。
【００２１】
本発明においてシール液体が解かれた状態とは、シール液体の端部がインク吐出口の周縁に維持されていることを意味する。すなわち、吐出口周縁の固体壁面にシール液体の端部が接触した状態であり、図３（Ａ）のようにシール液体が壁面からインク表面に向かってぬれ広がろうとしている状態である。
発明者の観察によれば、保持手段を持たない場合でも、先に述べた吐出手段によりシール液体は図３（Ａ）に示すように、その端部がインク吐出口の周縁部分に、広げられてシールが解かれているのが観察された。保持手段がない場合は、シール液体はこの状態からすぐに吐出口の中心方向に向かってぬれ進み始める（図３（Ａ）〜図３（Ｂ））。その後、吐出口内部のインク表面にぬれ進み（図３（Ｃ））、周囲からのシール液体の供給により閉じ（図３（Ｄ））、その後もシール膜の厚さを増しながら初期の状態、即ち、シール液体により表面が被覆された状態に戻る（図３（Ｅ）〜図３（Ｆ））。このように、保持手段を持たない場合はシール液体が解かれた状態に維持されることはない。
【００２２】
ぬれ広がりに対する現象は、ぬれに対する準安定な状態から次の準安定状態の間のエネルギー障壁を、液体が乗り越えていくように進行することが知られており（例えば小野：表面張力、共立出版）、ぬれに抵抗となる部分を設けることでシール液体の端部を一時的に保持することが可能となる。すなわち、この状態を維持するには固体面上にぬれ進みに対して抵抗となる部分を設けてやればよい。インク吐出口のシールが解かれた状態を保持する保持手段、すなわち、前記のぬれ進みに対して抵抗となる部分を形成する方法としては、インク吐出口が設けられている面の断面形状をインク吐出口の周囲においてぬれ抵抗となるような形状、例えば、図６や図７のようにインク吐出口が設けられた面１１において、インク吐出口１３及びその外縁部の面２０の高さとそれ以外の面の高さとの間に段差を設ける、あるいは図８のようにインク吐出口１３の外縁部より少し離れた位置に溝２０を設ける、図９のようにインク吐出口１３の外縁部より少し離れた位置に突起２０を設けるなどによって、インク吐出口が設けられた面に凹や凸がある形状に設計する方法を用いることができる。ここで設けられる凹凸は三角形状の断面を有していてもよく、溝はＶ字型であってもよい。ただし、図７のように凸型の段差を設ける場合や、図９のように凸状の突起を設ける場合は、解かれたまま保持されたシール液体が自力で閉まるために、ヘッド表面からの段の高さ、あるいは突起の高さはシール液体の膜厚より低くする必要がある。
【００２３】
さらに、図１０、図１１のように、溝や突起を連続して複数個設けてもよく、このように複数個設けた場合には、シール液体が解かれた状態をさらに長く維持することができる。
このように凹凸形状を利用したぬれ抵抗部分は、必ずしも吐出口の全周に設けられていなくても、例えば、Ｃ字型にように一部が欠けるなど不連続部分を有していても、全体としてぬれ抵抗性を有しているが、円環状に全周に設ける方が、ぬれ抵抗の効果は大きい。これらの形状を利用する手段では、シール液体端部の微視的な接触状態が不連続に大きく変化するため、ぬれ広がりに対して抵抗となり、シール液体が解かれた状態が維持される。
【００２４】
また、インク吐出口のシールが解かれた状態を保持する保持手段として、インク吐出口が設けられている面の材質をインク吐出口の周辺にぬれ性の低い材質を用いること、例えば、図１２のように、インク吐出口１３の外縁部にぬれ抵抗領域２１を配して保持手段を構成することもできる。図１３に示すように、ぬれ抵抗領域では、ヘッド本体の表面１１において、インク吐出口１３の周囲のぬれ抵抗領域２１とシール液体２との接触角θｅを大きくなるように設定することにより、シール液体２がぬれ進みにくくなり、図１２のようにシール液体の端部がぬれ抵抗領域２１の表面上で維持される。この抵抗領域２１はインク吐出口周囲にシール液体のぬれ性の低い膜を塗布する、あるいはこの部分をマスクした状態でヘッド表面を粗面化し、マスクした以外の部分にシール液体に対してぬれ性が高くなる処理を施す、などの方法で形成することができる。あるいは、インク吐出口の周辺部のみシール液体のぬれ性の低い材料で構成することもできる。発明者らが、シール液体のぬれ進み状態を観察した結果からは、この接触角θｅを大きくなるように設定することで、ぬれ広がりに対して抵抗となることが確認された。この接触角の差は大きいほどぬれ進みに対する遅延効果が大きかったが、好ましくは１０度以上であればよい。
シール液体のぬれ進みは、シール液体の動粘度（大きい方がぬれ進む速度が遅い）、表面張力（大きい方がぬれ進む速度が遅い）、膜厚（薄い方がぬれ進む速度が遅い）などによっても調整できるが、本発明で使用できるシール液体の範囲であれば、接触角θｅは大きくなるように設定する方が進む速度が遅くなり、結果としてシール液体が解かれた状態を長く維持できることになる。シール液体が解かれた状態を実用上十分に長く維持するという観点からは、この接触角θｅを３０度以上とすることが好ましい。
【００２５】
本発明のインクジェット記録ヘッドにおいて、保持手段を上記の態様の如くインク吐出口の周囲に設ける場合の保持手段の位置について説明すると、保持手段はインク吐出口が設けられた面において、少なくともインク吐出によりシール液体が解かれる領域に存在することが必要である。このシール液体が解かれる領域は、シール液体の厚さ、動粘度、吐出エネルギーなどによって適宜変化するものであるが、一例を挙げれば、インク吐出口の直径が５０μｍ、シール液体の動粘度が３０ｍｍ2 ／ｓ、シール液体の膜厚５０μｍ、吐出手段であるヒーターへの印加電圧１２Ｖ、印加時間８μｓのとき、吐出口の中心から約４５０μｍの領域であった。即ち、吐出口の外縁部から約２００μｍの領域までシール液体によるシールが解かれていた。また、三角形の吐出口（外接円の直径５０μｍ）をもつインクジェット記録ヘッドの場合でも、シールが解かれた領域は、吐出口の外接円中心から約４５０μｍであった。
この保持手段を設ける位置は、インク吐出によりシールが解かれる領域より外側に設けられていてもよく、さらに、インク吐出口からインク室につながる部分、或いは、インク室の周側壁面に設けてもよい。
【００２６】
本発明では、印字動作終了後、シール液体は表面張力により再びシール膜を形成し、インクの乾燥を防止する効果を持続する。解かれた状態に保持されていたシール液体は、ぬれに対する準安定な状態、すなわちぬれに抵抗となる部分でシール液体の端部を保持されていた状態から、ぬれ抵抗部分のエネルギー障壁にシール液体の表面張力が打ち勝って、インク液面の方向へとぬれ広がる。
解かれた状態を保持されていたシール液体が一定の時間をおいた後にインク表面をぬれ広がる現象は、発明者らも観察によって確認している。図６のように段を設けた場合、この段の角部でシール液体が保持され、しばらく時間が経過した後シール液体が閉じていた。この現象を繰り返し観察したが、保持手段がない場合は図３（Ａ）〜（Ｆ）に示したようにすぐに閉まってしまうのに対して、保持手段を用いた場合は解かれたシール液体が閉まるまでの時間が十分に長く、この時間内にインク吐出を安定に行うことが可能であった。図７や図９の凸型の段や突起を設ける場合には、シール液体の端部が段の角部で保持されており、ヘッド表面からの段や突起の高さを高くすると、シール液体が閉まるまでの時間が長くなることが観察された。また、図１２のように、インク吐出口の周囲をぬれ抵抗領域２１で構成した場合には、ぬれ抵抗領域２１の表面に、シール液体２の端部が保持され、一定時間をかけてぬれ抵抗領域２１の表面をシール液体がぬれ進んで、シール液体が閉まるのが観察された。また、いずれの保持手段の場合にも、シール液体の表面張力が大きいほど、解かれたまま保持されている時間が長いことも観察された。
このように、シール液体が解かれたまま保持されている時間は、段や突起の高さや、ぬれ抵抗領域でのシール液体の接触角など、シール液体のぬれに対する抵抗の大きさ、あるいは、シール液体の表面張力、シール液体の膜厚などを適宜選定することにより、数秒から数十分まで調整することが可能である。また、いずれの保持方法の場合も、外力を用いなくてもシール液体が閉まることが確認された。
【００２７】
すなわち、シール液体は、吐出手段により開かれて、保持手段で準安定な状態に開かれたまま保持されシール液体の表面張力により閉じるまでの時間が遅延される。この遅延時間を、一連の印字動作時間より長く設定することで、シール液体を解かれた状態に保ったままインク吐出を安定維持することが可能である。また、この遅延時間を数十秒から数分に設定すれば、この間に記録紙１枚あるいは複数枚の印字を行うことも可能である。
【００２８】
従来の手段では、吐出時にシール液体を解かれた状態を保持しておくのに外力が必要であったか、あるいは開閉に外力や開閉器などを必要としていた。これらを用いずに吐出によってシール液体を通過して印字することは可能だったが、シール液体の開き方や、解かれた時のシール液体の状態が一定でなく、１枚の印字中でも印字画像の乱れが発生していた。本発明に採用したこれらの保持手段によれば、外力を用いることなくシール液体を解かれた状態に保持でき、この間には印加エネルギを低い水準に保つことができ、低エネルギ水準で安定した印字を行うことができる。そして、外力を用いることなくシール液体を閉じることができ、長期にわたり目詰まりを防止できることとなる。
【００２９】
インク吐出手段への印加エネルギを制御する方法として、（３）前記インク吐出口をシールするシール液体の状態を検知するシール液体検知手段を備え、シール液体の状態に応じてインク吐出手段への印加エネルギを制御する方法を採用する場合には、インク吐出口１３におけるシール液体２が解かれた状態か、閉じられた状態かを検知する、即ち、先に図３で示した場合の図３（Ａ）〜（Ｃ）の状態であるか、図３（Ｄ）〜（Ｆ）の状態であるかを検知する簡単なセンサーであってもよく、さらに、シール液２の粘度や厚みを検知するようなセンサーであってもよい。
例えば、少なくとも発光手段と受光手段とからなるセンサーで、シール液体と大気との界面からの反射光又は透過光を測定することにより、シール液体の状態を検知する光学的な検知手段が適用可能である。また、記録ヘッド表面にシール液体と接するように一対の電極を設け、シール液体の厚みの変化や、解かれた状態か、閉じられた状態かによって変化する静電容量又は電気抵抗を測定して、シール液体の状態を検知する電気回路的な検知手段も適用可能である。
これらのシール液体検知手段からの情報が印加エネルギ制御手段にフィードバックされて、より精度の高いインク吐出エネルギの制御が可能となる。
【００３０】
上記いずれの構成においても、シール液体が解かれた状態で印字のためのインク滴の吐出を行う構成では、印加エネルギを可変にする手段を次のように適用するのが好ましい。
シール液を解くための吐出エネルギとシール液が解かれた後の印字エネルギをそれぞれ別の設定とし、シール液を解くための吐出エネルギをより高いエネルギ水準に設定する。エネルギ可変手段を備えない構成では、シール液体を解くのに複数発の吐出を繰り返す必要があった。低温環境でシール液体およびインクの粘度が上昇するような場合は一層シール液体を解くことが困難であったが、本発明では十分なエネルギを印加することにより容易にシール液を解くことが可能となる。
また、シール液体層の厚みを増すことは、シール液体によるインク乾燥防止効果をより高めると同時に、微量ながらインクとともに飛翔して消費し減少して行くシール液体を、シール液体の補給無しでより長時間効果を持続させるのに有効であるが、その場合にも本発明のエネルギ可変手段により必要な吐出エネルギを印加できる構成は、インク吐出安定化に優れた効果を発揮する。
【００３１】
このように、本発明のエネルギ可変手段を採用することで、シール液体を解くための高水準エネルギと、シール液体が開かれた後のインク吐出のためのより低い水準のエネルギとを設定できるようになり、インク吐出エネルギを最適な状態に安定に保持しうるため、高画質印字が可能となり、シール液体の選択の幅を広げることもできるという利点を有する。。
例えば、シール液体自体の経時変化（蒸発）を防止するために蒸気圧の小さい材料を選択すると、一般に粘度が高くなりシール液体を解きにくくなるが、本発明によれば高水準エネルギーを設定できるので、従来より粘度の高いシール液体を適用することも可能となる。
【００３２】
エネルギ可変手段がエネルギ量を可変設定する具体的な手段としては、インク吐出手段を駆動するパルスの印加時間、印加電圧、印加回数および印可周期などを適宜組み合わせる手段が適用可能である。
【００３３】
インク吐出前にシール液体を加熱する手段を設けることにより、シール液体の粘度を下げてシール液体を流動しやすくし、インク吐出の際のエネルギーのレベルを下げることが可能となり、消費電力低減、駆動回路の簡略化の点で好ましい。
加熱手段は、電機熱変換素子で構成されることが好ましく、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インク吐出口近傍に設けることが好ましい。また、インク吐出手段がサーマル方式の場合は、インク吐出手段が加熱手段を兼ね、インク吐出モードとシール液体加熱モードとを有し、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てもよい。
【００３４】
【実施例】
以下本発明の実施例について具体的に説明するが、本発明はこれらに制限されるものではない。
（参考例１）
本参考例では図１（Ａ）に概略断面で示すインクジェット記録ヘッドの構成を採用した。
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２としては、複数の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２０．８ｍＮ／ｍ）を用いた。この液体は２５℃での蒸気圧は０．１ｍＨｇ以下で不揮発性であり、下記に示す水性インクに対して溶解せず、インクとの相溶性はなかった。
このようにして作成したインク記録ヘッドの、インク吐出口１３が並ぶヘッド表面上１１にシール液体２を厚さが５０μm になるように供給し、インク吐出口１３を空気から遮断した。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。
【００３５】
この状態で、標準吐出エネルギとして、電圧１２Ｖ、パルス幅２μｓの信号を印加してシール液体の挙動を確認し、状態を５段階に分類した。図３の模式図に従って説明すると、分類▲１▼（第１段階）が図３（Ａ）の状態でインク吐出後０≦ｔ＜0 ．２秒。分類▲２▼（第２段階）が図３（Ｂ）の状態でインク吐出後０．２秒≦ｔ＜０．５秒。分類▲３▼（第３段階）が図３（Ｃ）の状態でインク吐出後０．５秒≦ｔ＜１秒。分類▲４▼（第４段階）が図３（Ｄ）の状態でインク吐出後１秒≦t ＜３  秒。分類▲５▼（第５段階）が図３（Ｅ）及び（Ｆ）の状態でインク吐出後３秒≦ｔの状態である。それぞれの状態で印加電圧を調整しながら、インク滴の飛翔速度が所定の範囲内に納まる条件を確認したところ、分類▲１▼に対しては、電圧９．７Ｖ、分類▲２▼に対しては電圧１０．２Ｖ、分類▲３▼に対しては１１．５Ｖ、分類▲４▼に対しては１３．２Ｖ、分類▲５▼に対しては１４．３Ｖであった。パルス幅は全て２μｓとした。
【００３６】
以上のデータを図４で示したシール液体特性記憶手段およびエネルギ可変手段に登録して印字テストを実施した。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。
各ノズルの印字画像に依存する吐出履歴は吐出パターン記憶手段にリアルタイムで格納され上記シール液体特性記憶手段の分類と照合されてエネルギ可変手段によりインク滴吐出手段に印加する信号が選択された。この実験装置を気温５０℃、湿度５０％の恒温恒湿環境に３０日間放置した後、２２℃、５５％の環境に戻してから再度印字テストを行ったところ、どちらの印字画像もドット抜けやドットの着弾位置不良、ドット径バラツキ等は見られず、細線部分の解像力も申し分なかった。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。
【００３７】
（比較例１）
比較のために、エネルギ可変手段を使用せず、一律電圧１２Ｖ、パルス幅２μｓの信号で印字した他は、前記実施例１と同様にして印字画像を形成したところ、シール液体が閉じた状態では小ドットとなり、解かれた状態では大きなドットが形成され、ドット径バラツキが目立ち、また、シール液体の抵抗に起因すると思われる着弾位置ずれによる細線のかすれが認められる印字画像となった。
【００３８】
（実施例１）
本実施例では図１２に概略断面で示すぬれ性の低い表面を用いる保持手段を備えたインクジェット記録ヘッドの構成を採用した。
記録ヘッドの表面１１はニッケル製であり、直径３５μm のインク吐出口１３の周囲に、インク吐出口１３の縁から外側に幅５μm の環状に保持手段としてのぬれ抵抗領域２１が形成されている。この保持手段はシール液体に対するぬれ性の低い部分であり、溶剤に溶解させたフッ素系樹脂からなるコーティング材を塗布した後、乾燥させて被膜を形成させることで得られる。本実施例の場合は、フッ素系樹脂膜が形成されなかった部分のシール液体の接触角が１０度未満であったのに対し、フッ素系樹脂膜が形成された部分（ぬれ抵抗領域）２１では３０度以上であった。（実際にぬれ進みが遅くなった。）
【００３９】
このヘッドに、シール液体を供給して１００μm のシール液体膜を形成し、シール液体層に貫通孔を開けてシール液体を解くための吐出エネルギとして電圧２０Ｖ、パルス幅３μｓの信号を設定した。シール液体が解かれた後の印字のための吐出エネルギとしては、電圧１１Ｖ、パルス幅２．５μｓの信号を設定した。電圧２０Ｖ、パルス幅３μｓの信号をインク滴吐出手段に１パルス印加したところシール液体が完全に開き、シール液体はぬれ抵抗領域に保持されるのが観察された。この状態で電圧１１Ｖ、パルス幅２．５μｓの信号でインク滴の吐出を続けたところ、シール液体が解かれた状態で保持されるのが確認された。その後、印字を終了したところ、最初の吐出から２０秒後にシール液体がインク吐出口の上にぬれ進みはじめ、最初の吐出から２１秒後には完全にシール液体がインク吐出口を密封していた。なお、本実施例２に用いられたインクとシール液体は実施例１で用いたものと同様である。
この履歴に従って、最後の吐出から２０秒以上停止状態が続いた場合は、シール液体層に貫通孔を開けるための吐出エネルギとして電圧２０Ｖ、パルス幅３μｓの信号（高水準エネルギ）でパルス印加し、それ以外の場合には電圧１１Ｖ、パルス幅２．５μｓの信号（低水準エネルギ）で印加することにより、常に安定にインク吐出を継続することができた。
【００４０】
【発明の効果】
上述したように、この発明によれば、簡易な構成でインクの乾燥を防止するインクジェットヘッドを提供可能であり、シール液体の状態によってインク吐出が不安定になる点を改善および解消することで高画質印字を実現でき、液体によるノズル密封方式において、外力や開閉器などの付加装置を用いることなく吐出時のシール液体の状態を安定に保つことによって、ノズル目詰まりの防止とインクの吐出性能を両立させることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】  （Ａ）本発明を説明するためのインクジェット記録ヘッドの基本的構成を示す概略断面図であり、（Ｂ）はその平面図である。
【図２】  本発明を説明するための基本的なインクジェット記録ヘッドの一態様を示す斜視図である。
【図３】  （Ａ）〜（Ｆ）印字中にインク滴が吐出した後のシール液体の様子を経時的に示す模式図である。
【図４】  本発明のインクの吐出履歴に応じてインク吐出手段への印加エネルギを制御する方法における構成例を示すブロック図である。
【図５】  図４にさらに温度情報を付加して印加エネルギを制御する方法における構成例を示すブロック図である。
【図６】  本発明の段差を利用した保持手段を採用したインクジェット記録ヘッドの一態様を示す概略断面図である。
【図７】  本発明の段差を利用した保持手段を採用したインクジェット記録ヘッドの一態様を示す概略断面図である。
【図８】  本発明の凹凸部を利用した保持手段を採用したインクジェット記録ヘッドの一態様を示す概略断面図である。
【図９】  本発明の凹凸部を利用した保持手段を採用したインクジェット記録ヘッドの一態様を示す概略断面図である。
【図１０】  本発明の凹凸部を複数設けた保持手段を採用したインクジェット記録ヘッドの一態様を示す概略断面図である。
【図１１】  本発明の凹凸部を複数設けた保持手段を採用したインクジェット記録ヘッドの一態様を示す概略断面図である。
【図１２】  本発明のぬれ抵抗領域を利用した保持手段を採用したインクジェット記録ヘッドの一態様を示す概略断面図である。
【符合の説明】
１  インク
２  シール液体
１０  記録ヘッド
１１  ヘッド表面
１２  インク室
１３  インク吐出口
１４  インク吐出手段
２０  シール液体保持手段
２１  ぬれ抵抗領域
【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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