(57)【要約】【課題】吐出口が形成されるノズルプレートと被印刷物との間の狭い距離を飛翔するインク液滴の吐出から着弾までに発生するインク液滴の帯電を軽減することが可能な液体吐出ヘッドを提供する。【解決手段】液体吐出ヘッドは、液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子を備える基板と、基板に接合されたノズルプレートと、を有し、ノズルプレートは、液体を液滴として吐出する吐出口と、液滴を電気的に中和するための除電能ガスを噴射する開口と、を備える。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子を備える基板と、前記基板に接合されたノズルプレートと、を有し、
前記ノズルプレートは、液体を液滴として吐出する吐出口と、前記液滴を電気的に中和するための除電能ガスを噴射する開口と、を備える、液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記吐出口および前記開口は各々複数の列をなして設けられ、前記開口の列は前記吐出口の列間に配置されている、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
所定方向と前記所定方向と交差する方向との両方向において、前記吐出口と前記開口とが交互に配置されている、請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記液体吐出ヘッドは、前記吐出口に連通し、液体を貯留するための圧力室と、前記開口に連通し、前記除電能ガスを流すためのガスチャネルと、を備え、
前記ガスチャネルと前記圧力室とを仕切る仕切り壁の両側の面に、前記仕切り壁を伸縮変形するための電極が設けられている、請求項１から３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
複数の前記開口の少なくとも一部を通じて前記除電能ガスは排気される、請求項１から４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項６】
前記除電能ガスはイオン風発生装置から供給される、請求項１から５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項７】
前記除電能ガスは前記液滴の酸化を抑制するガスと混合されて用いられる、請求項１から６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項８】
前記液滴の酸化を抑制するガスは、少なくともヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンのいずれか一つを含む、請求項７に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項９】
前記液滴の酸化を抑制するガスは、前記ガスチャネルの上流側で前記除電能ガスと混合される、請求項７または８に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１０】
液体を吐出する第１及び第２の吐出口を備える液体吐出ヘッドであって、
前記第１及び第２の吐出口の間に、少なくとも前記第１及び第２の吐出口の一方から吐出された液滴の帯電を緩和するための除電能ガスを噴射する開口が形成されている、液体吐出ヘッド。
【請求項１１】
前記吐出口および前記開口は各々複数の列をなして設けられ、前記開口の列は前記吐出口の列間に配置されている、請求項１０に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項１２】
前記吐出口及び前記開口は、ノズルプレートに形成されている、請求項１０または１１に記載の液体吐出ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を吐出する液体吐出ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
印刷方法の一つとして、インクジェット方式が考案され、近年は多様な分野で利用されている。特に産業用に使用されるインクジェット装置においては、形成されるインク液滴の拡がりや膜厚均一性、及びインク液滴から発生するサテライト及びミストが、印刷品位を決める重要なファクターである。これらのファクターには、インク液滴の吐出からインク液滴の着弾までに発生するインク液滴の帯電が影響している。そのため、インク液滴の帯電を中和、除去することが要求されている。
【０００３】
特許文献１では、印刷の品位を向上させるために事前に被印刷物の積層的な帯電層を除去することができる印刷装置及び印刷方法が開示されている。印刷装置は、印刷ヘッドを被印刷物に対して相対移動させながら被印刷物に印刷を行う。印刷ヘッドには、印刷ヘッドの被印刷物に対する相対的移動方向前方側に静電除去手段が設けられている。したがって、印刷ヘッドにて被印刷物に印刷を施す直前に、その被印刷面に発生している積層的な帯電層による静電気が除去される。静電除去手段としては被印刷物の帯電を電気的に中和するイオン風を発生させるイオン風発生器が挙げられている。
【０００４】
特許文献２では、インク粒子の飛行軌道を安定化させ、安定した印字品質を得ることができるインクジェット記録装置が開示されている。インクジェット記録装置は、インクを粒子化するインク粒子化手段と、インク粒子に電荷を与える電荷付与手段と、電荷を有したインク粒子を電界により偏向制御する電界偏向手段を備えている。この構成により、インクジェット記録装置は、インク粒子を所定軌道で飛行させ被印字物の所定位置に到達させて印字することができる。インクジェット記録装置は、被印字物または被印字物の周辺部材に帯電した電荷を除去する手段をさらに備えている。電荷除去手段としては特許文献１と同様のイオン風発生器が挙げられている。
【０００５】
特許文献３では、インクノズルからインクを吐出するためにインクを送り出す
圧力室と、圧力室に隣接し所定温度のエアを導入して圧力室内のインクの温度調整をするエアチャネルと、を備えるインクジェットプリンタが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−２４６９１０号公報
【特許文献２】特開平８−１８７８４２号公報
【特許文献３】特開２００６−１８１８１９ 号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１および２に開示されたインクジェット記録装置の構成では、イオン風発生器から発生するイオン風は吐出口が形成されるノズルプレートと被印刷物との間の狭い空間に入り込むことが困難である。したがって、ノズルプレート上の吐出口から吐出される液滴を効率的に除電することは困難である。また、被印刷物の高画質及び高密度化を実現するために吐出口の二次元化が有効であるが、二次元的に配列された吐出口に対して飛翔するインク液滴を効率的に除電することはさらに困難である。 
【０００８】
特許文献３に開示されたインクジェットプリンタは、インクチャネルに隣接する部分にエアチャネルを設ける構成である。エアはインクチャネル内のインクの温度調整をする目的で導入されるものであり、インク液滴の吐出からインク液滴の着弾までに発生するインク液滴の帯電を除去する効果はない。
【０００９】
本発明では、吐出口が形成されるノズルプレートと被印刷物との間の狭い距離を飛翔するインク液滴の吐出から着弾までに発生するインク液滴の帯電を軽減することが可能な液体吐出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】
【００１０】
本発明の液体吐出ヘッドは、液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー発生素子を備える基板と、前記基板に接合されたノズルプレートと、を有し、前記ノズルプレートは、液体を液滴として吐出する吐出口と、前記液滴を電気的に中和するための除電能ガスを噴射する開口と、を備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の液体吐出ヘッドでは、インク液滴の帯電を電気的に中和することができる除電能ガスを噴射する開口がノズルプレート上に設けられている。開口がノズルプレート上に設けられることによって、吐出口から吐出されるインク液滴が存在するノズルプレートと被印刷物との間の狭い空間内に除電能ガスが噴射されることが可能となり、インク液滴の帯電を軽減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】本発明の第１の実施形態に係る液体吐出ヘッドの構造を表す概略図である。
【図１Ｂ】図１Ａの圧力室周辺の拡大図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る液体吐出装置の全体概略図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るインク液滴を吐出する工程を示すフロー図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る液体吐出ヘッドの構造を表す概略図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る液体吐出ヘッドの構造を表す概略図である。
【図６】本発明の第４の実施形態に係る液体吐出ヘッドの構造を表す概略図である。
【図７】本発明の第５の実施形態に係るシェアモードヘッドの構造を表す概略図である。
【図８】本発明の第６の実施形態に係る液体吐出装置の全体概略図である。
【図９Ａ】本発明の第６の実施形態に係る液体吐出ヘッドの構造を表す概略図である。
【図９Ｂ】図９Ａの圧力室周辺の拡大図である。
【図１０】本発明の第７の実施形態に係る液体吐出装置の全体概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。以下の実施形態において、液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生するエネルギー素子として、圧電ブロック体を備える液体吐出ヘッドについて説明する。しかしながら本発明はこれに限定されるものではなく、吐出用のエネルギー発生素子として、発熱素子（ヒータ）を備えるタイプの液体吐出ヘッドにも適用可能である。
【００１４】
図１Ａは、本発明の第１の実施形態に係る液体吐出ヘッド１０１の構造を表す概略図であり、図１Ｂはその拡大図である。本実施形態の液体吐出ヘッド１０１は、ノズルプレート１０２、圧電ブロック体１０３、及びインクプールプレート（不図示）を有する。圧電ブロック体１０３の前面に、ノズルプレート１０２が接合されている。なお、図１Ａでは、圧電ブロック体１０３の構造をわかりやすくするために、ノズルプレート１０２を分離して示している。ノズルプレート１０２には円形貫通孔からなる複数の吐出口１０４及び複数の開口１０５が形成されており、これらの吐出口１０４及び開口１０５は所定の間隔で二次元的に配置されている。圧電ブロック体１０３の背面にインクプールプレート（不図示）が接合される。
【００１５】
図２は、インクジェット装置２０１の主要構成図である。装置本体は、ステージ２０２、液体吐出ヘッド１０１、インク供給装置２０４、被印刷物（基板）２０５、イオン風発生装置２０６、及び圧力制御装置２０７を有する。ステージ２０２上には、被印刷物（基板）２０５が不図示の吸着手段により搭載され、ステージ２０２が稼働することにより、所望の位置にインク液滴２０８を着弾させることが可能になる。インク液滴の帯電を電気的に中和させることができる除電能ガス２１４を発生させるイオン風発生装置２０６としては、コロナ放電方式が用いられる。この方式では、高圧電源２０９から高電圧を放電芯２１０に印加し、隣接するアース電極２１１との間に発生する電極間放電によりイオンを発生する。本実施形態では、直流方式を適用したが、方式は直流式及び交流式のどちらでも構わない。また、クリーンエアーをガス圧調節機２１２、及び流量調節機２１３を介して導入することにより、吐出口１０４が形成されるノズルプレート１０２と被印刷物２０５との間に、発生した除電能ガス２１４を導入することが可能となる。
【００１６】
圧電ブロック体１０３は、第１の圧電プレート１０６と第２の圧電プレート１０７を、交互に複数積層し、最上部と最下部に第３の圧電プレート１０８を積層した積層体である。第１の圧電プレート１０６には、吐出口１０４に連通し液体を貯留するための圧力室１０９と、開口１０５に連通し除電能ガス２１４を流すためのガスチャネル１１０を複数備えている。また、第２の圧電プレート１０７にも、ガスチャネル１１０が複数設置され、圧力室１０９の周囲にガスチャネル１１０が配置される構造となっている。その圧力室１０９とガスチャネル１１０を仕切る仕切り壁の両側の面には電極が形成され、圧力室１０９とガスチャネル１１０の間に電圧を印加し、仕切り壁が伸縮変形することにより、吐出口１０４からインク液滴が吐出される。一方、イオン風発生装置２０６で生成された除電能ガス２１４は、ガスチャネル１１０を介して開口１０５から噴射される。さらに、除電能力を低下させないために、圧力室１０９、ガスチャネル１１０の内壁、及びノズルプレート１０２の開口１０５周りは、電極形成後に絶縁層を形成しており、除電能ガス２１４と接する面は全て絶縁されていることが望ましい。
【００１７】
次に実際に除電能ガス２１４を噴射しながら、被印刷物２０５にインク液滴を吐出する工程について、説明する。
【００１８】
本実施形態では、図３に示すフロー図に従って液体を吐出する。まず初めに、イオン風発生装置２０６で生成した除電能ガス２１４をノズルプレート１０２に設けられている開口１０５から噴射する。その後、ステージ２０２を稼働させることにより、被印刷物２０５を所定の位置に移動させながら、液体吐出ヘッド１０１の吐出口１０４からインク液滴２０８を吐出させる。液体吐出が完了した後に、所望の位置でステージ２０２を停止し、除電能ガス２１４の噴射を停止する。ただし、本発明は図３のフローに限定されるものではなく、ステージを移動させると同時に、除電能ガスを噴射しても同様の効果が得られる。このように吐出口１０４の面に設けられた開口１０５から除電能ガスが噴射されることで、ノズルプレート１０２と被印刷物２０５との間の狭い距離（例えば、５００μｍ以下）を飛翔するインク液滴２０８を効率的に除電することが可能となる。通常、吐出口１０４付近から除電能ガス２１４が噴射されると、その気流の影響で着弾精度への悪影響が懸念される。しかし、ノズルプレート１０２と被印刷物２０５との間の距離を近づけ、噴射する除電能ガス２１４の流速に対して飛翔するインク液滴２０８の吐出速度を速くする（例えば１００倍）ことにより、飛翔するインク液滴２０８への影響を少なくすることが可能である。
【００１９】
図４は本発明の第２の実施形態に係る液体吐出ヘッドのノズルプレート４０１の構造を表す概略図である。基本的な構成は第１の実施形態と同じであるため、同じ部分の説明は省略する。図４に示すように、吐出口４０２の列間に除電能ガスを噴射する開口４０３が設けられている。このように吐出口４０２の列間に設けられた開口４０３から除電能ガスが噴射されることで、吐出口４０２が形成されるノズルプレート４０１と被印刷物（不図示）との間の狭い距離を飛翔するインク液滴を効率的に除電することが可能となる。
【００２０】
図５は本発明の第３の実施形態に係る液体吐出ヘッド５０１の構造を表す概略図である。基本的な構成は第１の実施形態と同じであるため、同じ部分の説明は省略する。図５に示すように、第３の実施形態では、除電能ガスを噴射する開口５０５が、ノズルプレート５０２面上の所定方向（Ｘ軸方向）及びその所定方向と交差する方向（Ｙ軸方向）の両方向に対して、吐出口５０４と交互に配置されている。このように吐出口５０４と交互に設けられた開口５０５から除電能ガスが第１の圧電プレート５０６及び第２の圧電プレート５０７に設けられたガスチャネル５１０を介して噴射される。このことにより、圧力室５０９を介して吐出口５０４から吐出されたインク液滴がノズルプレート５０２と被印刷物（不図示）との間の狭い距離を飛翔する時においても、インク液滴を効率的に除電することが可能となる。
【００２１】
図６は本発明の第４の実施形態の液体吐出ヘッド６０１の構造を表す概略図である。基本的な構成は第３の実施形態と同じであるが、Ｙ軸方向に進むにつれて圧力室６０９及び吐出口６０４がＸ軸方向にシフトしている。それに伴い、図６に示すように、ガスチャネル６１０及び開口６０５もＸ軸方向にシフトして配置される。このように圧力室６０９及び吐出口６０４がＸ軸方向にシフトした液体吐出ヘッド６０１においても、ノズルプレート６０２に設けられた開口６０５から除電能ガスが噴射される。このことにより、圧力室６０９を介して吐出口６０４から吐出されたインク液滴がノズルプレート６０２と被印刷物（不図示）の狭い距離を飛翔する時においても、インク液滴を効率的に除電することが可能となる。
【００２２】
図７は本発明の第５の実施形態に係る液体吐出ヘッド７０１の構造を表す概略図である。本実施形態では、液体吐出ヘッド７０１は一般的にシェアーモード型と言われるヘッド方式である。図７に示すように、圧電プレート７０３に形成された圧力室７０７の内壁に電圧をかけ、圧力室７０７の内圧が上がる方向に変形させることにより、圧力室７０７及び吐出口７０４からインク液滴が吐出される。さらに、図７に示すように、吐出口７０４の列間に除電能ガスを噴射する開口７０５が設けられている。除電能ガスは、ガスチャネルプレート７０６中に設けられたガスチャネル７０８を介して、開口７０５から噴射される。吐出口７０４の列間に設けられた開口７０５から除電能ガスが噴射されることで、吐出口７０４が形成されるノズルプレート７０２と被印刷物（不図示）との間の狭い距離を飛翔するインク液滴を効率的に除電することが可能となる。つまり、本発明はグールドタイプのヘッドに限られず、シェアーモードのヘッド方式に適用しても、飛翔するインク液滴を効率的に除電することが可能である。
【００２３】
図８は、本発明の第６の実施形態に係るインクジェット装置８０１の主要構成図である。また、図９Ａは、本実施形態の液体吐出ヘッド８０３の構造を表す概略図であり、図９Ｂは圧力室９０９、及びガスチャネル（ＩＮ）９１０及びガスチャネル（ＯＵＴ）９１１の拡大図である。基本的な構成は第１の実施形態と同じであるため、同じ部分の説明は省略する。
【００２４】
インクジェット装置８０１は、ステージ８０２、液体吐出ヘッド８０３、インク供給装置８０４、被印刷物（基板）８０５、イオン風発生装置８０６、及び圧力制御装置８０７を有する。ステージ８０２上には、被印刷物（基板）８０５が不図示の吸着手段により搭載され、ステージ８０２が稼働することにより、所望の位置にインク液滴８０８を着弾させることが可能になる。イオン風発生装置８０６としては、コロナ放電方式を用いる。この方式では、高圧電源８０９から高電圧が放電芯８１０に印加され、隣接するアース電極８１１との間に生じる電極間放電によりイオンを発生する。本実施形態では、直流方式を適用したが、方式は直流式及び交流式のどちらでも構わない。それぞれの特徴に合わせて、選択することが望ましい。また、クリーンエアーを除電能供給装置８０６に導入するためのガス圧調節機８１２、及び流量調節機８１３と、導入した除電能ガスを排気するためのポンプ８１４及び排気ガス処理装置８１５が備えられている。
【００２５】
図９Ａ及び図９Ｂに示すように、第１の圧電プレート９０７に形成されたガスチャネル（ＩＮ）９１０は、除電能ガス８０９を噴射する流路として使用される。イオン風発生装置８０６から供給された除電能ガス８０９が、ガスチャネル（ＩＮ）９１０を通ってノズルプレート９０２の開口（ＩＮ）９０５から噴射される。一方、第２の圧電プレート９０８に形成されたガスチャネル（ＯＵＴ）９１１は、除電能ガス８０９を開口（ＯＵＴ）９０６から排気する流路として使用され、ポンプ８１４を介して排気ガス処理装置８１５へ排気される。このように開口９０５、９０６を噴射と排気の両方に利用することにより、ノズルプレート９０２と被印刷物８０５との間の狭い空間を除電能ガス８０９で満たすことができ、より効率的に飛翔するインク液滴８０８を除電することが可能となる。
【００２６】
図１０は、本発明の第７の実施形態に係るインクジェット装置１００１の主要構成図である。基本的な構成は第６の実施形態と同じであるが、第７の実施形態では第６の実施形態に加えて、除電能ガスを吐出液滴の酸化を抑制するガスと混合させる。インクジェット装置１００１は、ステージ１００２、液体吐出ヘッド１００３、インク供給装置１００４、被印刷物（基板）１００５、イオン風発生装置１００６、及び圧力制御装置１００７を有する。ステージ１００２上には、被印刷物（基板）１００５が不図示の吸着手段により搭載され、ステージ１００２が稼働することにより、所望の位置にインク液滴１００８を着弾させることが可能になる。イオン風発生装置１００６としては、コロナ放電方式を用いる。高圧電源１００９から高電圧が放電芯１０１０に印加され、隣接するアース電極１０１１との間に生じる電極間放電によりイオンを発生する。また、インクジェット装置１００１には、クリーンエアーを除電能供給装置１００６に導入するためのガス圧調節機１０１２、流量調節機１０１３と、導入した除電能ガスを排気するためのポンプ１０１４、及び排気ガス処理装置１０１５が備えられている。
【００２７】
本実施形態に係るインクジェット装置１００１には、さらに酸化抑制ガスを導入するための酸化抑制ガスボンベ１０１６、調節機１０１７、及び流量調節機１０１８が備えられ、酸化を抑制するガスがガスチャネルに入る手前で、除電能ガスと混合される。本実施形態では、酸化抑制ガスがイオン風を発生させた後に混合されているが、これに限定されるものでなく、イオン風を発生させる前のクリーンエアーに混合させることでも、同様の効果が得られる。また、酸化を抑制するガスは、少なくともヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンのいずれか一つを含むことができる。
【００２８】
図９Ａ、及び図９Ｂに示すように、第１の圧電プレート９０７に形成されたガスチャネル（ＩＮ）９１０は、除電能ガスと酸化抑制ガスの混合ガス１００９を噴射する流路として使用し、ノズルプレート９０２の開口（ＩＮ）９０５から噴射される。一方、第２の圧電プレート９０８のガスチャネル（ＯＵＴ）９１２は、混合ガス１００９を排気する流路として使用し、ポンプ１０１４を介して排気ガス処理装置１０１５へ排気される。このように、除電能ガスに酸化を抑制するガスを混合することにより、ノズルプレート９０２と被印刷物１００５との間の狭い空間を混合ガス１００９で満たすことができる。したがって、より効率的に飛翔するインク液滴１００８を除電し、さらに配線の酸化を抑制し、配線抵抗のバラツキを抑制することが可能になる。
【００２９】
以上各実施形態に説明したように、液体を吐出する吐出口が形成されている面と同じ面に除電能ガスを噴射する開口を設けることが効果的である。より好ましくは、吐出口の間に除電能ガスの開口を設ける。このような構成により、吐出口と被印字物との間の非常に狭い空間を飛翔する液滴に対して、効果的に液滴の帯電を緩和させることが可能となる。
【符号の説明】
【００３０】
１０２    ノズルプレート
１０４    吐出口
１０５    開口
１０９    圧力室
１１０    ガスチャネル
【図２】
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【図３】
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【図８】
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【図１０】
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【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図４】
2014208451.tif 000009
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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