(57)【要約】【課題】高い記録周波数を有し、高密度高精細に安定した液体吐出が可能な液体吐出ヘッドを提供する。【解決手段】ヘッド基板３２に溶液ガイド部５０が設けられており、この溶液ガイド部５０はヘッド基板３２の一方の表面から突出した突出部５４と、突出部５４の近傍に形成された、貫通孔５２ａの開口５３とを備えている。ヘッド基板３２の他方の表面にはヘッド基板３２に沿って溶液流１６が乱流を生じることなく安定して流れており、この溶液流１６の一部が、貫通孔５２ａを通り開口５３から突出部５４の周囲に供給され、突出部５４を覆う溶液のメニスカスを形成する。【選択図】図５
2004345313.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯電粒子が分散した溶液を記録媒体にむけて吐出する、ヘッド基板を備えた液体吐出ヘッドであって、前記ヘッド基板には溶液ガイド部が設けられ、前記溶液ガイド部は、前記ヘッド基板の一方の表面から突出した突出部と、前記突出部の近傍に形成された、前記ヘッド基板の厚さ方向に貫通する貫通孔の開口とを備え、前記ヘッド基板の他方の表面の側には前記ヘッド基板に沿って流れる前記溶液からなる溶液流が形成され、前記溶液流の一部が前記開口から前記突出部の周囲に供給され、さらに前記突出部の先端に導かれて静電気力により液滴として吐出されることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記ヘッド基板の前記溶液流が形成された側に前記ヘッド基板と所定の間隔で離間して前記ヘッド基板に略平行に配置された絶縁性基板を備え、前記溶液流が前記ヘッド基板と前記絶縁性基板との間隙に形成され、前記絶縁性基板は、前記ヘッド基板と対向する側の表面の前記溶液ガイド部に対応する位置に、凸状の流路調整部を備えていることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
前記ヘッド基板には、前記溶液ガイド部が複数備えられていることを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記突出部は、先端に近づくにしたがって断面積が小さくなるように、傾斜面を有して形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
前記溶液ガイド部は、前記溶液流の一部を前記開口から前記突出部の周囲に供給する貫通孔の他に、前記溶液流から前記突出部の先端に溶液を導く溶液ガイド孔を備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項６】
前記溶液ガイド部は、前記突出部と前記開口とを備えた溶液ガイド部材を前記ヘッド基板に穿孔されたヘッド基板貫通孔に設けて構成されていることを特徴とする請求項１〜５いずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項７】
前記ヘッド基板の前記突出部が設けられた側の表面に前記突出部の周囲を囲むように設けられた駆動電極と、前記ヘッド基板の前記突出部が設けられた側と反対の側の表面に前記駆動電極と対向して設けられたシールド電極とを有することを特徴とする請求項１〜６いずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項８】
前記絶縁性基板の前記ヘッド基板と対向する側の表面に、泳動電極を有することを特徴とする請求項１〜７いずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶媒中に帯電粒子を分散させた溶液を静電気力により吐出させる液体吐出ヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
今日、インクを加熱してインクに発生した気泡の膨張力でインク滴を吐出させるサーマルタイプのインクジェットヘッドや、圧電素子によりインクに圧力を与えてインク滴を吐出させるピエゾタイプのインクジェットヘッドが提案されている。サーマルタイプのインクジェットヘッドではインクを部分的に３００℃以上に加熱するためインクの材質が限定されるという問題点があり、またピエゾタイプのインクジェットヘッドでは構造が複雑でコストが高いといった問題点がある。これらの問題を解決するインクジェットヘッドとして帯電粒子を分散させた溶液を静電気力により吐出させる液体吐出ヘッドが提案されている（例えば、特許文献１または特許文献２参照）。
【０００３】
図７に特許文献１に示されるインクジェット記録装置のインクジェットヘッドの一例の概略構成図を示す。インクジェットヘッド１００は、ヘッド基板１０２と、インクガイド部材１０４と、上蓋１０６と、制御電極１０７と、対向電極１０８とを備えている。また、対向電極１０８には吐出した液体を受けて所定の画像等を記録する、記録媒体１１０が載置されている。
ヘッド基板１０２と上蓋１０６は所定の間隔で離間して配置されている。ヘッド基板１０２の上蓋１０６と対向する側の表面には、インクガイド部材１０４が突出するように設けられており、上蓋１０６には、インクガイド部材１０４に対応する位置に上蓋貫通孔１０６ａが開口されている。上蓋貫通孔１０６ａからはインクガイド部材１０４の少なくとも先端が上蓋貫通孔１０６ａから突出した構成となっている。また、上蓋貫通孔１０６ａから突出したインクガイド部材１０４の先端と対向するように、対向電極１０８が上蓋１０６と所定の間隔で離間して配置されており、対向電極１０８と対向する側の上蓋１０６の表面には、上蓋貫通孔１０６ａの周囲を囲むように制御電極１０７が設けられている。また、インクガイド部材１０４は、図７中上下方向にインク案内溝１０３となる切り欠きが形成され、インクガイド部材１０４の先端は傾斜面を備えてテーパー形状を成し最頂部が先鋭化されて、インク滴を吐出させるインク滴吐出位置となっている。
【０００４】
ヘッド基板１０２と上蓋１０６の間隙には帯電性粒子である色材成分粒子が分散されたインク１１２が循環され、ヘッド基板１０２表面と略平行に流れるインク流が形成されている。インク１１２の一部は毛細管現象によりインク案内溝１０３を伝ってインク滴吐出位置に到達し、インク１１２中の帯電粒子もインク滴吐出位置に到達する。このようにインク滴吐出位置に到達したインク１１２はインク滴吐出位置でメニスカス１１５を形成する。
【０００５】
ここで、帯電性粒子が正に帯電しているのであれば制御電極１０７が高電位、対向電極１０８が低電位となるように電圧を印加する。また、帯電性粒子が負に帯電しているのであれば、制御電極１０７が低電位、対向電極１０８が高電位となるように制御電極１０７と対向電極１０８の間に電圧を印加する。この電圧の印加により、制御電極１０７と対向電極１０８の間に電界が形成され、インク滴吐出位置に形成されたメニスカス１１５から帯電性粒子を含むインク滴１２０を対向電極１０８に向けて吐出させることができる。特許文献１ではこのようにしてインク滴を吐出させ記録媒体１１０にインクを付着させている。
【０００６】
また、下記特許文献２および３に開示するインクジェットヘッドでは、インクガイド部材である突起板に沿ってインクを流し、先鋭部である突起板の突起にメニスカスを形成させている。また、下記特許文献４では、インクガイド部材を設けず、インク供給路の開口から流出するインクの圧力とインクの表面張力によってインク流出口に略半球状のメニスカスを形成させるインクジェットヘッドを開示している。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１０−２３０６０８号公報
【特許文献２】
特開平１０−７６６６４号公報
【特許文献３】
特開平１１−１０５２９３号公報
【特許文献４】
特開平９−３０９２０８号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に開示される従来のインクジェットヘッドでは、インクガイド部材周辺に生じる乱流が十分小さく無視できる程度であれば、この乱流に起因する圧力の変動等も充分小さくインクガイド部材先端のメニスカスが安定して維持されるが、インクガイド部材をインク流内に高密度に配置した場合、インクガイド部材周辺部に生じる乱流が無視できなくなる。例えば、個々のインクガイド部材周辺の乱流が相互に干渉し、インクジェットヘッド内部に部分的に大きな乱流を生じる。この乱流がある程度以上大きくなり無視できなくなると、この乱流による圧力変動等により、この乱流の近くのインクガイド部材の先鋭部のメニスカスが乱れる。この結果、個々のインクガイド部材から吐出するインク滴の形状・大きさが安定しない状態が発生する。このように特許文献１に開示されるインクジェットヘッドでは、形状・大きさが安定した液滴を高密度に吐出できないといった問題があった。
【０００９】
一方、高い周波数で液滴を吐出した場合、吐出により減少したインクの濃度を素早く回復させるためにインク流を充分速く形成しインクガイド部材周辺のインクを充分に循環させる必要がある。しかし、インク流を速めることでインクガイド部材の周囲に大きな乱流が生じ、インクガイド部材自体の先鋭部のメニスカスが乱れる。この結果、吐出するインク滴の形状・大きさが安定しない。このように特許文献１に開示されるインクジェットヘッドでは、形状・大きさが安定したインク滴をある程度以上の高い周波数で吐出することができないといった問題があった。
【００１０】
また、インクガイド部材である突起板に沿って先鋭部に向けてインクを流し、インク滴吐出位置である先鋭部の先端にインクのメニスカスを形成させる特許文献２及び特許文献３記載のインクジェットヘッドでは、インクの供給圧力の変動によってメニスカスが大きく変動するので、インク滴を安定した大きさ・形状で吐出させることができないといった問題があった。
【００１１】
また、インクガイド部材を設けず、インク流出口に形成された略半球状のメニスカスからインク滴を吐出させる特許文献４に開示されるインクジェットヘッドでは、流出するインクの圧力の微小な変動によってメニスカスの形状が大きく変動してしまう。このため、インク滴を安定した大きさ・形状で吐出することができないといった問題があった。
【００１２】
本発明は、上記の問題を解決すべくなされたもので、高い位置精度で液滴を吐出させることのできる液体吐出ヘッドであって、従来に比べて液滴を安定した形状・大きさで高密度かつ高い周波数で吐出させることのできる液体吐出ヘッドを提供する。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は、帯電粒子が分散した溶液を記録媒体にむけて吐出する、ヘッド基板を備えた液体吐出ヘッドであって、前記ヘッド基板には溶液ガイド部が設けられ、前記溶液ガイド部は、前記ヘッド基板の一方の表面から突出した突出部と、前記突出部の近傍に形成された、前記ヘッド基板の厚さ方向に貫通する貫通孔の開口とを備えており、前記ヘッド基板の他方の表面の側には前記ヘッド基板に沿って流れる前記溶液からなる溶液流が形成され、前記溶液流の一部が前記開口から前記突出部の周囲に供給され、さらに前記突出部の先端に導かれて静電気力により液滴として吐出されることを特徴とする液体吐出ヘッドを提供する。
【００１４】
前記液体吐出ヘッドは、前記ヘッド基板の前記溶液流が形成された側に前記ヘッド基板と所定の間隔で離間して前記ヘッド基板に略平行に配置された絶縁性基板を備え、前記溶液流が前記ヘッド基板と前記絶縁性基板との間隙に形成され、前記絶縁性基板は、前記ヘッド基板と対向する側の表面の前記溶液ガイド部に対応する位置に、凸状の流路調整部を備えていることが好ましい。
【００１５】
また、前記ヘッド基板には、前記溶液ガイド部が複数備えられていることが好ましい。
【００１６】
また、前記突出部は、先端にいくにしたがって断面積が小さくなるように、傾斜面を有して形成されていることが好ましい。
【００１７】
また、前記溶液ガイド部は、前記溶液流の一部を前記開口から供給する貫通孔の他に、前記溶液流から前記突出部の先端に溶液を導く溶液ガイド孔を備えていることが好ましい。
【００１８】
また、前記溶液ガイド部は、前記突出部と前記開口とを備えた溶液ガイド部材を、前記ヘッド基板に穿孔されたヘッド基板貫通孔に設けて構成されていることが好ましい。
【００１９】
また、前記ヘッド基板の前記突出部が設けられた側の表面に前記突出部の周囲を囲むように設けられた駆動電極と、前記ヘッド基板の前記突出部が設けられた側と反対の側の表面に前記駆動電極と対向して設けられたシールド電極とを有することが好ましい。
【００２０】
前記絶縁性基板の前記ヘッド基板と対向する側の表面に、泳動電極を有することが好ましい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面に示す実施形態に基づいて、本発明の液体吐出ヘッド及びこの液体吐出ヘッドの作製方法を説明する。
図１は本発明の液体吐出ヘッドの一実施形態であるインク吐出ヘッド３を有して構成されるインク吐出装置１の概略構成図である。図１に示すように、インク吐出装置１は、インク還流ユニット２と、インク吐出ヘッド（インク吐出ユニット）３と、電源ユニット６とを有して構成される。
【００２２】
インク還流ユニット２は、インク循環装置２０、インク供給パイプ２２、インク回収パイプ２４を有して構成されている。また、インク循環装置２０はインクポンプ２６およびインクタンク２８を有して構成されている。
インク吐出ヘッド３は、インク循環室３０、ヘッド基板３２、底基板３４、側板３６、インク流調整部材３８、対向電極４０、駆動電極４４、分離障壁４６、シールド電極４８および泳動電極４９、およびインクガイド部材５０を有し構成されている。また、対向電極４０には吐出した液体を受けて所定の画像等を記録する、記録媒体４２が載置されている。
また、電源ユニット６は、泳動バイアス電源６２、駆動バイアス電源６４、および駆動パルス電源６６を有して構成されている。
なお、図１に示すインク吐出装置１は、インクガイド部材５０が図１中の左右方向に３つ並んで構成されているが、本発明においては１つ、２つ、または４つ以上のインクガイド部材５０が並んで構成されてもよい。
【００２３】
図２は図１に示すインク吐出装置１のインク還流ユニット２およびインクジェットヘッド３を説明する図で、対向電極４０及び記録媒体４２を除いたインクジェットヘッド３およびインク還流ユニット２を図１中上側から見た概略平面図である。
インク循環装置２０では、インクポンプ２６とインクタンク２８とが接続されている。インクポンプ２６はインク供給パイプ２２を介し図１に示すようにインク吐出ヘッド３のインク循環室３０と接続されている。また、インクタンク２８は、インク回収パイプ２４を介しインク吐出ヘッド３のインク循環室３０と接続されている。
【００２４】
インク循環室３０はインクを収容する略矩形形状の空間である。このインク循環室３０の図１中の上側の壁面はヘッド基板３２の基板面で形成されている。また、インク循環室３０の図１中の下側の壁面は底基板３４の基板面及び底基板３４の基板面の一部に設けられたインク流調整部材３８の表面によって構成されている。インク循環室３０の、ヘッド基板３２および底基板３４に略垂直な側面は、絶縁性の基板である４枚の側板３６の基板面でそれぞれ形成されている。図１および図２の右側の側板３６には貫通孔であるインク流入口３６ａが形成されており、このインク流入口３６ａとインク供給パイプ２２とが接続されている。また、インク流入口３６ａと対向する、図１および図２の左側の側板３６にはインク流出口３６ｂが形成されており、このインク流出口３６ｂとインク回収パイプ２４とが接続されている。
【００２５】
ヘッド基板３２は例えばＡｌ２  Ｏ３  あるいはＺｒＯ２  などを材料としたセラミックあるいはポリイミドなどの樹脂で形成されている絶縁性の基板で、ヘッド基板３２の所定の位置に図１中上下方向にヘッド基板３２を貫通するヘッド基板貫通孔３２ａが形成されている。ヘッド基板貫通孔３２ａは図２に示すようにヘッド基板３２にアレイ状に高密度に複数形成されている。このヘッド基板貫通孔３２ａには少なくとも一部が図１中上向きに突出するインクガイド部材５０がヘッド基板貫通孔３２ａに係止されて高密度に固定され、インクガイド部を形成している。このインクガイド部材５０については後に詳述する。ヘッド基板３２の図１中上方には、接地された対向電極４０が配置され、この対向電極４０のヘッド基板３２と対向する表面には例えば記録紙等の記録媒体４２が載置されている。対向電極４０と対向するヘッド基板３２の表面（第１の面）にはヘッド基板貫通孔３２ａの周囲を囲むように、金属からなるリング状の駆動電極４４が設けられており、表面が撥インク性を有する分離障壁４６が駆動電極４４を囲んで設けられている。また、ヘッド基板３２の底基板３４と対向する側の表面（第２の面）には、接地されたシールド電極４８が設けられている。
【００２６】
底基板３４は例えばガラス基板であり、ヘッド基板３２と対向する側の表面のヘッド基板貫通孔３２ａに対応する位置には、所定の形状のインク流調整部材３８が設けられている。インク流調整部材３８は絶縁性材料からなり、図１に示すように断面が台形状で底基板３４からヘッド基板３２へ向かう方向に突出して設けられている。またインク流調整部材３８および底基板３４の、ヘッド基板３２と対向する側の表面の全面には泳動電極４９が設けられている。
【００２７】
泳動電極４９は、電源ユニット６の泳動バイアス電源６２と接続されており、この泳動バイアス電源６２は、インク吐出ヘッド３の泳動電極４９に常にバイアス電圧Ｖ１  を印加する構成となっている。また、駆動バイアス電源６４およびパルス電源６６は、ヘッド基板３２の第１の面に設けられた、金属からなる図示しない配線を介してインク吐出ヘッド３の個々の駆動電極４４と接続されており、駆動バイアス電源６４は、全ての駆動電極４４に常にバイアス電圧Ｖ２  を印加し、また、駆動パルス電源６６は図示しない信号出力手段から入力された信号に応じ所望の駆動電極４４に、パルス電圧である駆動電圧Ｖ３  をバイアス電圧Ｖ２  に重畳し印加する構成となっている。
【００２８】
図３（ａ）〜（ｃ）は、図１に示す複数のインクガイド部材５０のうちのひとつのインクガイド部材５０を説明する図で、図３（ａ）はインクガイド部材５０を拡大して表した概略平面図を示し、図３（ｂ）は図３（ａ）に示すＸ−Ｘ’線に沿って切断したときの図３（ａ）に対応したインクガイド部材５０の概略断面図を示す。また、図３（ｃ）は、インクガイド部材５０を拡大して表した概略斜視図を示す。
【００２９】
インクガイド部材５０はプラスチック樹脂やセラミックスなどの絶縁性材料ならなり、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、基部５２、突出部５４、インクガイド部材貫通孔５０ａを有して構成されている。基部５２は略円柱形状で、基部５２の側面の所定の位置には張り出し部５６が設けられている。この張り出し部５６の図３（ｂ）中の下側の表面は、基部５２の図３（ｂ）中上側の表面に平行な平面からなる基準面５８となっている。基部５２の略中心部分には、図３（ｂ）中上側の表面から突出して形成された突出部５４が設けられている。この突出部５４の側面は傾斜面を成し、先端面５５に近づくにつれて断面積が小さくなるように形成されている。この突出部５４の表面には、少なくとも先端面５５を含む一部の領域を覆うように金属層である導電膜５９が設けられている。基部５２には、基部５２の図３（ｂ）中下側の面である基部下面５１から、基部５２の図３（ｂ）中上側の面である基部上面５７まで貫通した４つの貫通孔５２ａが設けられており、貫通孔５２ａは基部上面５７に開口５３を形成している。また、インクガイド部材５０の略中心位置には、図３（ｂ）中上下方向に基部５２の基部下面５１から先端面５５の上面まで貫通した、溶液ガイド孔であるインクガイド部材貫通孔５０ａが設けられている。
【００３０】
インク吐出ヘッド３において、インクガイド部材５０の基部５２は、図１に示すようにヘッド基板貫通孔３２ａに係止されて、先端面５５が対向電極４０に向かうように載置固定されている。インクガイド部材５０がヘッド基板貫通孔３２ａに載置される際、基部５２に設けられた張り出し部５６の基準面５８がヘッド基板３２の第１の面と当接することで、ヘッド基板３２の第１の面に対するインクガイド部材５０の先端面５５の高さ方向の位置が定まる。また、ヘッド基板３２の第１の面に対するインクガイド部材５０の基板下面５１の位置も定まり、基板下面５１はヘッド基板３２の第２の面よりも対向電極４０側に位置している。
【００３１】
このような構成のインク吐出装置１において、以下のようなインクの流れが形成されている。
インク還流ユニット２のインクタンク２８内には、インク１２が所定量入っている。このインク１２は正に帯電した帯電性粒子を帯電制御剤やバインダーなどともに、１０８  Ωｃｍ以上の抵抗率を持つ絶縁性溶媒中に分散させた溶液である。インクタンク２８内では、図示しない濃度調整機構によりインク１２の絶縁性溶媒中の帯電性粒子、帯電制御剤およびバインダーなどの濃度が所定の濃度範囲に入るように常に調整されている。インクタンク２８内で図示しない濃度調整機構により濃度調整されたインク１２は、インクポンプ２６から所定の圧力でインク供給パイプ２２へ送られる。インク供給パイプ２２へ送られたインク１２は、インク流入口３６ａを通りインク吐出ヘッド３のインク循環室３０へ供給され、インク循環室３０内はインク１２で満たされている。インク循環室３０内では図１中右側から左側に向かう方向にインク１２が流れ、インク流出口３６ｂからインク回収パイプ２４へと流出している。
【００３２】
図４は図１に示すインク吐出ヘッド３におけるインクの流れを説明する図で、図１に示す複数のインクガイド部材５０のうちの一つのインクガイド部材５０とこのインクガイド部材５０の周辺を拡大して表した概略断面図である。インク循環室３０のインクガイド部材５０周辺では、底基板３４上の、インクガイド部材５０に対応する位置に設けられたなだらかな凸形状のインク流調整部材３８により、図４中矢印Ｘで示すような方向に流れるインク流１６が形成されている。このインク流１６の流れにより、ヘッド基板貫通孔３２ａにおいてインク１２の液面がヘッド基板３２の第２の面よりも対向電極４０側に上昇しヘッド基板貫通孔３２ａに載置固定されたインクガイド部材５０の基部下面５１を含む基部５２がインク１２に浸っている。
【００３３】
泳動電極４９には泳動バイアス電源６２によりバイアス電圧Ｖ１  が常に印加されており、シールド電極４８は常に接地されている。泳動電極４９とシールド電極４８との間には、バイアス電圧Ｖ１  により泳動電極４９からシールド電極４８に向かう電界が形成されている。インク循環室３０内のインク１２に含まれる帯電性粒子はこの電界によってシールド電極４８側へ引き寄せられ、インク循環室３０のヘッド基板３２の近辺に、常に一定濃度以上の帯電性粒子が凝集されたインク１２の層である凝集層１７が形成されている。
【００３４】
インクガイド部材５０には、貫通孔５２ａが形成されており、凝集層１７のインク１２の一部は、インク流１６の流れによって、図４中の矢印Ｙで示す方向に貫通孔５２ａを通り、開口５３から基部上面５７へ供給される。本実施形態のインクジェットヘッド３では、インクガイド部材５０の近傍で所望の圧力・速さ・方向等を有する凝集層１７が得られるように、インクポンプ２６によるインクの供給圧力やインク流調整部材３８の形状等が調整されている。
【００３５】
開口５３から基部上面５７へ供給されたインク１２は、主に表面張力の作用によりインクガイド部材５０の突出部５４の表面を濡れ上がり、先端面５５へ到達する。また、凝集層１７のインク１２の一部は毛細管現象によりインクガイド部材貫通孔５０ａの内部を上昇し、先端面５５へ到達する。このようにして先端面５５を覆うインクのメニスカス１８が形成される。
【００３６】
メニスカス１８は、インク凝集層１７のインク１２によって形成されており、常に一定濃度以上の帯電性粒子を含んでいる。また、メニスカス１８は主にインク１２の表面張力により形成されており、ポンプ４４の脈動等に起因するインク１２の供給圧力の微小な変動による影響をほとんど受けず、安定した形状のメニスカス１８が形成されている。また、インクガイド部材５０はヘッド基板３２に載置固定されているので、インク流１６に乱流を生じさせる障害物が底基板３４とヘッド基板３２との間隙に存在しない。このため、高密度に複数配置された全てのインクガイド部材５０の突出部５４の表面には安定した形状のメニスカス１８が形成される。また、ヘッド基板３２上に設けられた分離障壁４６により、隣接するインクガイド部材５０の突出部５４の表面に形成されたメニスカス１８同士が繋がることなく分離されている。本発明によるインク吐出ヘッド３では、このように個々のインクガイド部材５０の突出部５４の表面に常に一定濃度以上の帯電性粒子を含むインク１２が供給され、メニスカス１８が形成される構成となっている。
【００３７】
次に、インク吐出ヘッド３における液体吐出動作について説明する。
図５は図１に示すインク吐出ヘッド３における液体吐出動作について説明する図で、図１に示す複数のインクガイド部材５０のうちの一つのインクガイド部材５０とこのインクガイド部材５０の周辺を拡大して表した概略断面図である。
前述のようにインクガイド部材５０の先端の突出部５４の表面にはインクのメニスカス１８が形成されている。このインクガイド部材５０の周囲の駆動電極４４には電源ユニット６の駆動バイアス電源６４から例えば１．５ｋＶのバイアス電圧Ｖ２  が印加されている。ここで図示しない信号出力手段から入力された信号により、電源ユニット６の駆動電源６６から所望のインクガイド部材５０の周囲に形成された駆動電極４４に、例えば５００Ｖのパルス電圧である駆動電圧Ｖ３  を重畳し計２ｋＶの電圧が印加される。すると、駆動電極４４と対向電極４０との間に形成された電界によって、メニスカス１８からインク滴１９が静電気力により対向電極４０に向けて吐出し、記録媒体４２に付着する。
【００３８】
このとき、駆動電極４４から図５中下方向へ向かう電界も形成される。しかし、駆動電極４４の図５中下方向には、前述のように駆動電極４４と対向し接地されたシールド電極４８が設けられており、図５中下方向へ向かう電界はこのシールド電極４８に向かって集中し、シールドされる。これにより、インク循環室３０内には図５中下方向へ向かう電界が形成されず、凝集層１７の帯電性粒子濃度も常に一定濃度以上に保たれる。
【００３９】
駆動電圧Ｖ３  が印加されてインク滴１９が吐出すると、その直後に駆動電極４４の電圧がバイアスＶ２  が印加されている状態に戻される。これと同時に凝集層１７のインク１２が、貫通孔５２ａを通り、開口５３から基部上面５７へ供給され、突出部５４を濡れ上がり新たなメニスカス１８が形成される。このとき凝集層１７のインク１２はインクガイド部材貫通孔５０ａ内も毛細管現象によって上昇し、新たなメニスカス１８の形成に用いられる。これらの、貫通孔５２ａおよびインクガイド部材貫通孔５０ａを通過し先端面５５に到達したインク１２によってメニスカス１８の形状およびメニスカス１８内の帯電性粒子の濃度は素早く回復される。
【００４０】
本実施形態のインク吐出ヘッド３のインクガイド部材５０は、インクガイド部材貫通孔５０ａを有して形成されているが、本発明では必ずしも必要としない。しかし、インクガイド部材５０の先端に素早くインク１２を供給しメニスカス１８を高速に形成する点からインクガイド部材貫通孔５０ａを設けるのが好ましい。
【００４１】
本実施形態のインク吐出ヘッド３のインクガイド部材５０は、ヘッド基板３２と別途に形成され、ヘッド基板貫通孔３２ａに係止されて載置固定されている。しかし、本発明における溶液ガイド部は、少なくとも一部がヘッド基板３２の第１の面から突出した突出部を有し、少なくとも突出部の周囲にヘッド基板３２の厚さ方向に貫通する貫通孔の開口を備えていればよく、別途作製されたインクガイド部材を、ヘッド基板貫通孔３２ａに係止して載置固定した構成である必要はなく、例えば突出部および開口を備えたインクガイド部をヘッド基板３２と一体に形成してもよい。
【００４２】
本実施形態のインク吐出ヘッド３では底基板３４の表面にインク流調整部材３８が形成されている。このインク流調整部材３８によりインク流１６の流れを調整し、凝集層１７のインク１２を貫通孔５２ａから基部上面５７へ供給している。本発明においては、凝集層１７のインク１２が安定して貫通孔５２ａを通り開口５３から基部上面５７へ供給されるのであれば、インク流調整部材３８を形成することを必ずしも必要としない。しかし、インク流調整部材３８により、インク１２をより安定して供給するインク流を形成することができる。また、溶液の粘度やポンプの性能に対応して流路調整部材の形状を変化させることで、溶液や循環装置によらずインク１２をインクガイド部材５０の先端面５５側に安定して供給することができる。これらの点からインク流調整部材３８を設けることが好ましい。
【００４３】
また、本実施形態のインク吐出ヘッド３では、インクガイド部材５０の基部下面５１は、ヘッド基板３２の底基板３４と対向する側の面（第２の面）よりも対向電極４０側に配置されている。これにより、インク流１６内に障害物が存在せず、乱流を生じる事なく安定した層流のインク流１６が形成されている。本発明においては、インク流１６に乱流が生じず、安定した層流のインク流１６が形成される範囲において、インクガイド部材５０の基部下面５１は、ヘッド基板３２の第２の面よりも対向電極４０の側に配置されていることを必要としない。
本発明においては例えば図６に示す実施例のように、インクガイド部材５０の基部下面５１は、ヘッド基板３２の第２の面よりもよりも底基板３４側に突出して配置されてもよい。この場合、ヘッド基板３２の第２の面からインクガイド部材５０の基部下面５１までの距離は、シールド電極４８と泳動電極４９との間隔の２０％を限度とし、これ以下であることが好ましい。
【００４４】
また、本実施形態のインク吐出ヘッド３のインクガイド部材５０の表面は突出部５４に導電膜５９が形成されている。この導電膜５９によりインクガイド部材５０の先端面５５が導電性を帯び、この先端面５５に形成される電界を強めることができる。本発明においては、所定の強さの電界を得られるのであれば、導電膜５９を形成することを必ずしも必要としない。
【００４５】
また、本実施形態のインク吐出ヘッド３の駆動電極４４の周囲には分離障壁４６を設けたが、本発明では必ずしも必要としない。しかし、隣接するインクガイド部材５０に形成されたメニスカス１８を分離し、隣接するインクガイド部材５０からインク滴１９が吐出するときのメニスカス１８の変動の影響を受けることなく、個々のインクガイド部材５０に形成された個々のメニスカス１８を安定して維持する点から分離障壁４６を設けるのが好ましい。
また、分離障壁４６の壁面へのインク１２の濡れ上がりを防止し、隣接するインクガイド部材５０に形成されたメニスカス１８をより確実に分離するために、分離障壁４６の少なくとも表面が撥インク性を有することが好ましい。撥インク性とは、インク１２が水性の場合は撥水性を、インク１２が油性の場合は撥油性であることをいう。
【００４６】
また、本実施形態の底基板３４のヘッド基板３２と対向する側の表面全体には泳動電極４９を設けたが、この泳動電極４９は必ずしも必要としない。しかし、この泳動電極４９によって、インク流のヘッド基板３２の近辺に常に一定濃度以上の帯電性粒子が凝集された凝集層１７が形成される。この凝集層１７のインク１２がインクガイド部材５０の突出部５４の先端面５５へ到達することで、インクガイド部材５０の表面を覆うメニスカス１８内の帯電粒子の濃度が安定される。このため、吐出するインク滴１９の大きさ、形状が安定される点で、泳動電極４９を設けるのが好ましい。
【００４７】
また、本実施形態のヘッド基板３２の第２の面には、駆動電極４４と対向してシールド電極４８を設けたが、このシールド電極４８は必ずしも必要としない。しかし、このシールド電極４８によって図４中下方向へ向かう電界が遮断され、シールドされる。これにより凝集層１７の帯電性粒子濃度も常に一定濃度以上に保たれ、安定した濃度の帯電粒子を含むインク１２がインクガイド部材５０の突出部５４に供給される。このためメニスカス１８内の帯電性粒子の濃度を安定させ、吐出するインク滴１９の大きさ、形状が安定される点でシールド電極４８を設けるのが好ましい。
【００４８】
また、本実施形態では、駆動電極４４および図示しない配線はヘッド基板３２の第１の面に設けられ、インク１２や大気と接触する構成となっている。
本発明によるインク吐出ヘッドはこれに限定されず、第１の面に設けられた駆動電極４４および配線を絶縁膜で覆い、インク１２や大気と接触させない構成としても構わない。これにより、個々の駆動電極４４および配線間の短絡や、個々の駆動電極４４および配線からの電流リークや異常放電等を防ぐことができる。その結果、インク吐出動作における動作不良や吐出電圧の増加を防止することができ、安定した大きさ、形状のインク滴１９を低い吐出電圧で安定して吐出することができる。このため、インク滴１８を安定して吐出するためには、駆動電極４４および配線は絶縁膜で覆われていることが好ましい。
【００４９】
以上のように本実施形態のインク吐出ヘッド３を有して構成されるインク吐出装置１によると、インク流を形成するインク循環室３０に乱流を生じさせる、従来のインクガイド部材の支柱のようなインク流の深さ方向に横断する障害物が存在せず、安定した流れであるインク流１６が形成される。よって、インクジェットヘッド３のインク循環室３０内でインク流の流れの変動が生じないか、生じたとしても極めて小さい。これにより、インクガイド部材５０を高密度に配置した場合においても、全てのインクガイド部材５０においてインク流の変動に起因するメニスカス１８の変動が防止される。これにより、安定した大きさ、形状のインク滴１９を高密度に吐出することができる。
【００５０】
また、高い周波数でインク滴１９を吐出させる場合においても、インク流の速度を充分早くしても、大きな障害物がないのでインク流の乱れが生じにくい。これにより、吐出後の帯電性粒子濃度を次の吐出までの間に充分回復させることが出来る程度に速い流速のインク流においても、インク流の流れの圧力の変動が生じずメニスカス１８の変動が防止される。これにより、安定した大きさ・形状のインク滴１９を高周波で吐出することができる。
【００５１】
本発明で作製される液体吐出ヘッドは、色材粒子を含むインクの吐出に限定されず溶媒中に分散させた帯電性粒子を含む溶液を吐出するヘッドであれば、例えばポリイミドなどの耐熱性樹脂などであってもよく、溶液の種類は限定されない。
【００５２】
以上、インク吐出ヘッドについて詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
【００５３】
【発明の効果】
以上述べたように本発明による、ヘッド基板を備えた液体吐出ヘッドは、ヘッド基板に溶液ガイド部が設けられており、この溶液ガイド部はヘッド基板の一方の表面から突出した突出部と、この突出部の近傍に形成された、前記ヘッド基板を貫通する貫通孔の開口とを備えている。ヘッド基板の他方の表面にはヘッド基板に沿って流れる溶液流が乱流を生じることなく安定して流れており、この溶液流の一部が貫通孔を通り開口から前記突出部の周囲に供給され、主に表面張力の作用により溶液ガイド部の突出部に導かれる。これにより、絶縁性基板とヘッド基板との間隙を安定して流れる溶液流から、一定濃度の帯電性粒子を含む溶液が安定した圧力で、素早く供給される。よって、安定した形状・大きさの液滴を高い周波数で吐出することができる。
【００５４】
また、ヘッド基板と絶縁性基板の間隙を満たす溶液流が形成されており、絶縁性基板のヘッド基板と対向する側の表面には、溶液ガイド部に対応する位置に溶液ガイド部材と所定の間隔を有するように形成された凸状の流路調整部を備えている。これにより、溶液流を貫通孔に効率よく導くことができる。また、溶液の粘度やポンプの性能に対応して流路調整部の形状を変化させることで、溶液流を溶液や循環装置によらず安定して形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液体吐出ヘッドの一実施形態であるインク吐出ヘッドを有して構成されるインク吐出装置の概略構成図である。
【図２】図１に示すインク吐出装置のインク還流ユニットおよびインクジェットヘッドを説明する図である。
【図３】図１に示す複数のインクガイド部材のうちの一つのインクガイド部材を説明する図である。
【図４】図１に示すインク吐出ヘッドにおける液体循環動作について説明する図である。
【図５】図１に示すインク吐出ヘッドにおける液体吐出動作について説明する図である。
【図６】本発明のインク吐出ヘッドのインクガイド部材の別の形状について説明する図である。
【図７】従来のインクジェット記録装置のインクジェットヘッドの一例の概略構成図である。
【符号の説明】
１  インク吐出装置
２  インク還流ユニット
３  インク吐出ヘッド
６  電源ユニット
１２、１１２  インク
１６  インク流
１７  凝集層
１８、１１５  メニスカス
１９  インク滴
２０  インク循環装置
２２  インク供給パイプ
２４  インク回収パイプ
２６  インクポンプ
２８  インクタンク
３０  インク循環室
３２、１０２  ヘッド基板
３４  底基板
３６  側板
３６ａ  インク流入口
３６ｂ  インク流出口
３８  インク流調整部材
４０、１０８  対向電極
４２、１１０  記録媒体
４４  駆動電極
４６  分離障壁
４８  シールド電極
４９  泳動電極
５０  インクガイド部材
５１  基部下面
５２  基部
５３  開口
５４  突出部
５５  先端面
５６  張り出し部
５７  基部上面
５８  基準面
６２  泳動バイアス電源
６４  駆動バイアス電源
６６  駆動パルス電源
【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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