(57)【要約】【課題】高い記録周波数で、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】先端が先鋭な溶液ガイド部５２に向けて設けられた管状の溶液供給路５４内を、溶液ガイド部５２に向かって流れる溶液１２が、溶液供給路５４の溶液ガイド部５２側の端部に設けられた終端面６８に衝突し、流れの方向が曲げられて壁面開口７２から溶液流１６として流出する。この溶液流１６の一部が、先鋭な溶液ガイド部５２の表面に導かれて溶液１２のメニスカス１８を形成し、静電気力により液滴１９として吐出される。【選択図】図６
2004345303.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対向電極に向けて吐出する液体吐出ヘッドであって、前記対向電極に向けて先端が凸状に先鋭化され、溶液が前記先端に導かれてメニスカスが形成される先鋭部を備えた溶液ガイド部と、前記先鋭部に向かって設けられ、前記先鋭部に向かって前記溶液が流れる溶液流を形成する、管状の溶液供給路と、前記溶液流の流れの向きを変化させて、前記溶液ガイド部の前記先鋭部の近傍の表面に前記溶液を供給する溶液流曲折手段とを有し、前記先鋭部の近傍の表面に供給された前記溶液が、前記先鋭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】
前記溶液流曲折手段は、前記溶液供給路の前記先鋭部の側の端を成し前記溶液流の衝突を受ける終端面と、前記終端面の近傍の管状の壁面に設けられ、衝突した溶液流を曲折させて前記先鋭部の近傍の表面に溶液を流出させる壁面開口とを有す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】
前記溶液ガイド部および前記溶液供給路は１つの柱状部材に設けられたものであり、前記柱状部材は、一方の端が前記先鋭部を成して前記溶液ガイド部を形成し、他方の端がこの他方の端から前記先鋭部に向かって穿孔されて、前記終端面をもつ管路を形成し、前記管路の内壁面には前記壁面開口が設けられ、前記柱状部材の前記先鋭部の近傍には、前記壁面開口から前記柱状部材の表面に溶液を流出させる溶液流出口が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記溶液吐出部材は、絶縁性基板に設けられた貫通孔を遊貫して前記絶縁性基板の面から突出し、前記絶縁性基板の前記貫通孔の周りに、液滴を吐出させる静電気力を生成する駆動電極が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
前記絶縁性基板に対して前記駆動電極の位置と反対の側に、前記絶縁性基板に対向した対向基板が設けられ、前記溶液ガイド部における前記溶液流出口から流出した溶液を回収する溶液回収路が前記絶縁性基板と前記対向基板との間に形成されていることを特徴とする請求項４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、特許文献２、特許文献３、特許文献４）。
【０００３】
図７（ａ）及び（ｂ）は下記特許文献１に示される画像形成装置の記録ヘッドの一例の概略構成図である。図７（ａ）は記録ヘッドの概略断面図を示し、図７（ｂ）は突起板１２０を図７（ａ）中右側から見た図である。記録ヘッド１００は、絶縁性材料からなる略矩形板状の一対の支持部材１０１、１０２が対向して配置されている。これらの支持部材１０１、１０２の間隙は記録液供給路（インク供給路）１０４となっており、支持部材１０１、１０２の図中上側の端部は記録液流出口（インク流出口）１０４ａとなっている。記録液供給路１０４内は記録液１０６が図中下方から上方へ所定の圧力で流され、記録液流出口１０４ａから流出している。この記録液１０６は、正に帯電した帯電性の色材粒子１０５を分散させたインクである。記録液供給路１０４の内面（支持部材１０１、１０２の一方の表面）には、第１電極１１１がそれぞれ記録液流出口１０４ａまで形成されている。記録液供給路１０４内には先端に突起１２２を有するインクガイド部材である突起板１２０が、突起１２２が記録液流出口１０４ａから突出するように配置されている。突起板１２０の表面の、支持部材１０１、１０２と対向する領域には第２電極１１２が形成されている。また、図中上方に対向電極１３０が配置されており、この対向電極１３０は接地されている。この対向電極１３０の突起１２２と対向する表面には、記録媒体１０８が配置されている。
【０００４】
このような記録ヘッド１００において、記録液流出口１０４ａから溢れた記録液１０６の一部は記録液流出口１０４ａ近傍で突起板１２０に沿って濡れ上がり、記録液１０６の供給圧力、表面張力等により、突起１２２の表面にメニスカス１４０が形成される。一方、記録液流出口１０４ａから溢れた記録液１０６の大部分は、支持部材１０１、１０２に沿って流れ図示しない記録液タンクへ回収される。
【０００５】
このように突起１２２表面に記録液のメニスカス１４０が形成された状態で、第１電極１１１及び第２電極１１２に正のバイアス電圧を印加すると、第１電極１１１及び第２電極１１２と対向電極１３０間に電界が形成される。この電界によって記録液供給路１０４内を上昇する記録液１０６内の色材粒子１０５は突起１２２の先端に向けて移動し、突起１２２の先端近傍で凝集される。この状態で、所定のパルス幅で第１電極１１１及び第２電極１１２に電圧が重畳印加されると、第１電極１１１及び第２電極１１２と対向電極１３０間に形成された電界が強められ、メニスカス１４０にある色材粒子１０５が対向電極１３０側に引き付けられ、色材粒子１０５を含んだ記録液１０６を液滴として対向電極１３０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記録液１０６の液滴を吐出させ記録媒体１０８上に色材粒子１０５を付着させている。
【０００６】
また、下記特許文献２に開示するインクジェットヘッドにおいてもインクガイド部材である突起板に沿ってインクを流し、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３では、インク滴の吐出方向と略垂直な方向に流れるインク層の表面から、先鋭部を有するインクガイド部材を突出させ、インク層から先鋭部の先端までインクを案内する案内溝をインクガイド部材に設け、インクガイド部材の先端から静電気力を利用してインク滴を吐出するインクジェットヘッドを開示している。
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し静電気力を利用してインク滴を吐出す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１０−７６６６４号公報
【特許文献２】
特開平１１−１０５２９３号公報
【特許文献３】
特開平１０−２３０６０８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】
このような、静電気力により記録液であるインクを吐出させるインクジェットヘッドにおいて、安定した大きさ・形状の液滴を吐出するためには、このメニスカスの形状をなるべく一定に保つことが必要である。また、高い吐出周波数で、安定した形状・大きさのインク滴を吐出するには、インク滴の吐出により減少したインクをインク吐出位置に高速に供給し、インク吐出後のメニスカスの形状を素早くインク吐出前の状態に回復させる必要がある。
【０００９】
しかし、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、先端にインクのメニスカスを形成させる特許文献１及び特許文献２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。このため、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。
【００１０】
また、インク案内溝を上昇したインクによってインク滴吐出位置となる先鋭部の先端にメニスカスを形成させる特許文献３に開示されるインクジェットヘッドでは、毛細管現象によってインクを先鋭部に上昇させる。このため、インクの供給に時間がかかり、安定した大きさ・形状のインク滴を高い吐出周波数で連続して吐出す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、インク流出口から流出するインクの圧力とインクの表面張力とによって、インク流出口に略半球状のメニスカスを形成する特許文献４に開示されるインクジェットヘッドでも、流出するインクの圧力の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。これらの理由により微細なインク滴を安定して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、インク等の溶液を静電気力で液滴として吐出させる液体吐出ヘッドであって、微小な径の液滴を従来に比べ安定して高周波で吐出させることのできる液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。
【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対向電極に向けて吐出する液体吐出ヘッドであって、前記対向電極に向けて先端が凸状に先鋭化され、溶液が前記先端に導かれてメニスカスが形成される先鋭部を備えた溶液ガイド部と、前記先鋭部に向かって設けられ、前記先鋭部に向かって前記溶液が流れる溶液流を形成する、管状の溶液供給路と、前記溶液流の流れの向きを変化させて、前記溶液ガイド部の前記先鋭部の近傍の表面に前記溶液を供給する溶液流曲折手段とを有し、前記先鋭部の近傍の表面に供給された前記溶液が、前記先鋭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】
前記溶液流曲折手段は、前記溶液供給路の前記先鋭部の側の端を成し前記溶液流の衝突を受ける終端面と、前記終端面の近傍の管状の壁面に設けられ、衝突した溶液流を曲折させて前記先鋭部の近傍の表面に溶液を流出させる壁面開口とを有することが好ましい。
【００１５】
また、前記溶液ガイド部および前記溶液供給路は１つの柱状部材に設けられたものであり、前記柱状部材は、一方の端が前記先鋭部を成して前記溶液ガイド部を形成し、他方の端が、この他方の端から前記先鋭部に向かって前記終端面をもつように穿孔されて、前記溶液供給路の流入口を成した管路を形成し、前記柱状部材の前記先鋭部の近傍の表面には、前記壁面開口と接続して開口した溶液流出口が設けられていることが好ましい。
【００１６】
また、前記溶液吐出部材は、絶縁性基板に設けられた貫通孔を遊貫して前記絶縁性基板の面から突出し、前記絶縁性基板の前記貫通孔の周りに、液滴を吐出させる静電気力を生成する駆動電極が設けられていることが好ましい。
【００１７】
また、前記絶縁性基板に対して前記駆動電極の位置と反対の側に、前記絶縁性基板に対向した対向基板が設けられ、前記溶液ガイド部における前記溶液流出口から流出した溶液を回収する溶液回収路が前記絶縁性基板と前記対向基板との間に形成されていることが好ましい。
【００１８】
【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とから構成される。
【００１９】
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、インク収容室３２、インクガイド部材支持基板（以降、支持基板とする）３４、絶縁性基板３６、インク回収路３８、対向電極４０、駆動電極４４、分離障壁４６、シールド電極４８および突出部材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。
電源ユニット６は、バイアス電源６２と駆動電源６４を有して構成されており、駆動電源６４は図示しない信号出力手段と接続されている。
【００２０】
インク循環装置２０では、図１に示すようにインクポンプ２６とインクタンク２８とが接続されており、インクポンプ２６はインク供給パイプ２２を介しインク吐出ヘッド３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と接続されている。
【００２１】
インク吐出ヘッド３のインク収容室３２はインクを収容する略矩形形状の空間でインク供給パイプ２２と接続されており、インク収容室３２の図１中の上側の壁面は支持基板３４の基板面によって構成されている。支持基板３４は絶縁性基板３６の図１中下側に所定の間隔で絶縁性基板３６と対向して配置された対向基板であり、例えばＡｌ２  Ｏ３  あるいはＺｒＯ２  などを材料としたセラミックスあるいはポリイミドなどの樹脂で形成された絶縁性の基板である。支持基板３４の所定の位置には図１中上下方向に支持基板３４を貫通する支持基板貫通孔３４ａが形成されている。絶縁性基板３６の図１中上側には所定の間隔で絶縁性基板３６と対向するように、接地された対向電極４０が配置され、この対向電極４０の絶縁性基板３６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。絶縁性基板３６と支持基板３４との間隙は溶液回収路であるインク回収路３８となっており、図１に示すようにインク回収路３８はインク回収パイプ２４と接続されている。絶縁性基板３６には、図１中上下方向に絶縁性基板３６を貫通する円形の絶縁性基板貫通孔３６ａが形成されている。支持基板３４の絶縁性基板３６と対向する側の表面には、支持基板貫通孔３４ａに対応する位置に、支持基板３４から対向電極４０に向けて突出した溶液吐出部材であるインク吐出部材５０が設けられている。このインク吐出部材５０の一部は絶縁性基板貫通孔３６ａを通り対向電極４０の側に突出している。対向電極４０と対向する絶縁性基板３６の表面（第１の面）には絶縁性基板貫通孔３６ａ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を囲むように設けられている。また、絶縁性基板３６の支持基板３４と対向する面（第２の面）には、接地されたシールド電極４８が載置されている。
【００２２】
インク吐出ヘッド３の個々の駆動電極４４は、電源ユニット６のバイアス電源６２および駆動電源６４と、絶縁性基板３６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接続されている。バイアス電源６２はインク吐出ヘッド３を構成する全ての駆動電極４４に常にバイアス電圧Ｖｂを印加する構成となっており、駆動電源６４は図示しない信号出力手段から入力された信号により所望の駆動電極４４に、パルス電圧である駆動電圧Ｖｃをバイアス電圧Ｖｂに重畳して印加する構成となっている。
【００２３】
図２（ａ）および（ｂ）は、図１に示す複数のインク吐出部材５０のうちの一つのインク吐出部材５０と、このインク吐出部材５０の周辺を説明する図である。図２（ａ）はインク吐出部材５０と、このインク吐出部材５０の周辺を拡大して表した概略平面図を示し、図２（ｂ）は図２（ａ）中Ａ−Ａ’で示す線に沿って切断した際の、インク吐出部材５０と、このインク吐出部材５０の周辺を拡大して表した概略断面図を示す。また、図３は図２（ａ）および（ｂ）に示すインク吐出部材５０を説明する図で、インク吐出部材５０を拡大して示す概略斜視図である。インク吐出部材５０は、図２（ｂ）に示すように、支持基板３４の絶縁性基板３６と対向する表面に、支持基板３４から対向電極４０に向かう方向に突出して設けられた柱状部材であり、インクガイド部（溶液ガイド部）５２、インク供給路（溶液供給路）５４、インク流曲折部（溶液流曲折手段）５６、インク流出路７４、インク流出口（溶液流出口）７６を備えて構成されている。
【００２４】
インクガイド部５２はインク吐出部材５０の対向電極４０側の端部で、対向電極４０に近づくにつれ断面積が小さくなるような斜面で形成されており、最先端部５８は先鋭化されている。インクガイド部５２の少なくとも最先端部５８を含む一部の表面には金属層からなる導電膜６６が形成されている。インク吐出ヘッド３において、絶縁性基板貫通孔３６ａは図２  （ａ）  に示すように、図２（ｂ）中上方から見て絶縁性基板貫通孔３６ａの中心とインクガイド部５２の最先端部５８とが略一致するような位置に配置されている。
【００２５】
インク供給路５４は、インク吐出部材５０に設けられた管状の空間で、インク吐出部材５０の支持基板３４側の端から最先端部５８に向かって、先端が閉塞された管状の孔（管路）が穿孔されて形成されている。インク供給路５４は、支持基板３４に略垂直な管状の壁面７８で囲まれており、インク供給路５４の一方の端（図２（ｂ）中上側の端）は、最先端部５８近傍で、後述のインク流曲折部５６を構成する終端面６８によって閉塞されている。また、インク供給路５４の他方の端（図２（ｂ）中下側の端）は、支持基板貫通孔３４ａと接続されている。
【００２６】
インク流曲折部５６は、終端面６８と、壁面開口７２とを有して構成されている。終端面６８は、上述のようにインク供給路５４を閉塞する壁面である。壁面開口７２は、壁面７８の終端面６８の近傍に設けられた開口で、図２（ａ）に示すように、支持基板３４の基板面上方からみて最先端部５８の位置に対し点対称に、図２（ａ）中の上下左右の四方向に形成されている。インク流曲折部５６を構成している終端面６８および壁面開口７２は、絶縁性基板３６の第１の面よりも対向電極４０側に設けられている。
【００２７】
インク流出路７４は壁面開口７２を一方の端とし、この壁面開口７２からインク吐出部材５０の表面に向かって、支持基板３４と略平行に形成された管状の空間である。インク流出口７６はインク流出路７４の他方の端であり、インク吐出部材５０の最先端部５８の近傍の表面に形成された開口である。インク吐出部材５０では、このようにインク流出口７６と支持基板貫通孔３４ａとがインク流出路７４およびインク供給路５４を介して繋がっている。
【００２８】
図１に示すように、インク還流ユニット２では、インクタンク２８内に、インク１２が所定量入れられている。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を介してインク吐出ヘッド３のインク収容室３２へ供給されている。インク収容室３２内はインク１２で満たされ、個々の支持基板貫通孔３４ａを通りインク供給路５４から個々のインク吐出部材５０へ供給されている。
【００２９】
図４は本実施形態のインク吐出ヘッド３の液体循環動作について説明する図で、図１に示す複数のインク吐出部材５０のうちの１つのインク吐出部材５０を拡大して表した概略断面図である。インク吐出部材５０では、インクポンプ２６の作用によりインク収容室３２に供給されたインク１２が、支持基板貫通孔３４ａを通りインク供給路５４内を図４中下方から上方へ向かう方向へ流れる、図４において矢印Ｘで示されるインク流１４を形成する。インク流１４を形成するインク１２は、終端面６８で堰き止められて、壁面開口７２からインク流出路７４に流入することで、支持基板３４に略平行な方向の流れに分散されてインク流出口７６から流出する。インク流出口７６から流出したインク１２の大部分は、インク吐出部材５０の表面に沿って図４中下方向に流出する、図４において矢印Ｙで示されるようなインク流１６を形成する。このようにインク吐出装置１では、インク流曲折部５６によってインクガイド部５２の最先端部５８に向かって流れる溶液流１４の方向を曲折し、インク流出口７６からインク流１６として流出させて、インクガイド部５２の最先端部５８の近傍の表面にインク１２を供給している。
このとき、インク流出路７４内がインク１２で満たされ、かつインク流出口７６から流出したインク１２がインク吐出部材５０に沿って流れるようにインクポンプ２６によるインク１２の供給量・供給圧力が調整されている。
【００３０】
インク１２の一部はインク流出口７６から流出する際、インク１２の表面張力の作用により、インク吐出部材５０の最先端部５８に導かれる。最先端部５８に導かれたインク１２は、図４に点線で示すような、インクガイド部５２の少なくとも最先端部５８を覆うメニスカス１８を形成する。このとき、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、インクポンプ２６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ることなく安定した形状に形成されている。また、絶縁性基板３６上に設けられた分離障壁４６により隣接するインク吐出部材５０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。
【００３１】
このように、個々のインク吐出部材５０に供給されたインク１２の一部はメニスカス１８を形成し、その他の大部分のインク１２は絶縁性基板貫通孔３６ａを通りインク回収路３８へと流入し、インクタンク２８へと回収されている。インクタンク２８に回収されたインク１２は、ここで再び濃度調整され、インクポンプ２６から所定の圧力でインク供給パイプ２２を介してインク収容室３２内へ再び送り出されている。本発明によるインク吐出ヘッド３では、このようにインク還流ユニット２によって、インク吐出ヘッド３に常に一定濃度の帯電性粒子を含むインク１２が供給される構成となっている。この常に一定濃度の帯電性粒子を含むインク１２が、支持基板３４の表面に配置された複数のインク吐出部材５０それぞれに供給され、この複数のインク吐出ヘッド５０の個々のインクガイド部５２の最先端部５８を覆う、安定した帯電粒子濃度・形状のメニスカス１８を形成している。
【００３２】
次に、インク吐出装置１における液体吐出動作について説明する。図５は本実施形態のインク吐出ヘッド３の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吐出部材５０のうちの一つのインク吐出部材５０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吐出ヘッド３にはインク還流ユニット２によってインク１２が常に循環されてインク吐出部材５０のインクガイド部５２には、少なくとも最先端部５８を覆うメニスカス１８が形成されている。この状態で電源ユニット６のバイアス電源６２から例えば１．５ｋＶのバイアス電圧Ｖｂ（図１参照）が印加されると、このバイアス電圧Ｖｂにより、駆動電極４４と対向電極４０の間に電界が形成される。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６４から所望のインク吐出部材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Ｖｃ（図１参照）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が強められ、この強められた電界によって、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。
【００３３】
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、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、駆動電極４４から図５中下方向へ向かう電界は、図５中左右方向への拡がりが抑制される。よって、インク供給路５４内には図５中の下方向へ向かう電界が形成されず、インク供給路５４内を図５中上方向に流れるインク流１４を形成しているインク１２には静電気力が働かない。このように、インク供給路５４内のインク１２は駆動電極４４に電圧を印加することで形成される電界による影響を受けず、インク供給路５４内を図５中下方から上方へ向けて、一定の帯電粒子の濃度で流れている。
【００３４】
駆動電圧Ｖｃ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の電圧がバイアス状態に戻される。さらに吐出の直後、メニスカス１８において不足した分のインク１２が、インクガイド部材５０に沿ってインク流出口７６から流出するインク流１６からインクガイド部５４の表面に供給され、メニスカス１８の形状が素早く回復する。
【００３５】
こ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、インク供給路５４内をインクガイド部５２の最先端部５８に向けて流れるインク流１４が、インク供給路５４を閉塞する終端面６８に衝突して流れの方向が曲げられ、インク供給路５４の壁面７８に設けられた壁面開口７２を通り最先端部５８の近傍の溶液流出口７６からインクガイド部５２の表面に流出し、表面張力により個々のインク突出部材５０の最先端部５８を覆うメニスカス１８を形成する。これにより、インクポンプ２６の脈動等に起因するインク１２の供給圧力の変動に影響されることなく、最先端部５８を覆うメニスカス１８を安定した形状に形成できる。
また、メニスカス１８が形成される最先端部５８の近傍の溶液流出口７６から流出するインク流１６から、メニスカス１８へ素早くインクが供給され、インク滴吐出後のメニスカス１８の濃度・形状を素早く回復することができる。これにより複数のインク突出部材５０それぞれのインクガイド部５２に形成された、複数の安定したメニスカス１８それぞれから、安定した大きさ・形状のインク滴１９を高周波数で吐出することができる。
【００３６】
本実施形態では、インク流出路７４は支持基板３４に略平行に形成されており、インク供給路５４を流れるインク流１４のインク１２は、終端面６８で堰き止められて、インク流出路７４を支持基板３４に略平行な方向に流れ、インク流出口７６から流出している。本発明においては、インクガイド部５２に向かってインク供給路５４内を流れるインク１２が、壁面開口７２から流出し、インクガイド部５２の最先端部５８に導かれて、最先端部５８を覆うメニスカスが形成されるのならば、インク流１４が壁面開口７２から流出する方向は、必ずしも支持基板３４と略平行でなくてもよい。
【００３７】
また、本実施形態のインク吐出ヘッド１は、インク吐出部材５０の先端部分をインクガイド部５２とし、このインク吐出部材５０内部に、先端が閉塞し閉塞面近傍の壁面に壁面開口７２を有するインク供給路５４を形成した。これにより、インク吐出ヘッド１では、インクガイド部（溶液ガイド部）５２、インク供給路（溶液供給路）５４、インク流曲折部５６（溶液流曲折手段）をインク吐出部材５０に一体に形成している。
しかし、本発明では、例えば、図６（ａ）に概略平面図で、図６（ｂ）に概略断面図で示すように、溶液供給路となる貫通孔８０ａが形成された柱状部材８０と、貫通孔８２ａが形成され、この貫通孔８２ａから突出した４本の支持柱８３を備える絶縁性基板８２を用い、柱状部材８０の一部を貫通孔８２ａから遊貫させ、この柱状部材８０の先端面８５（図６（ｂ）中上側の面）と一定の距離離間させて、溶液ガイド部である溶液ガイド部材８４を支持柱８３の先端部分に支持させて配置することで、溶液ガイド部、溶液供給路および溶液流曲折手段を備えたインク吐出ヘッドを構成しても構わない。この場合、柱状部材８０の先端面８５には貫通孔８０ａの一方の端である開口８８が形成されており、開口８８と対向する面である溶液ガイド部材材８４の底面８６が終端面となり、溶液供給路を通り底面８６に衝突した溶液が、開口８８と底面８６との間隙８９を通り、隣合う支持柱８３の間隙９２から流出し、表面張力により溶液ガイド部材８４の表面に供給される。
本発明では、このように溶液ガイド部と溶液供給路とを別の部材でそれぞれ形成し、それぞれの部材を所定の位置に配置して溶液流曲折手段を構成し、溶液ガイド部、溶液供給路および溶液流曲折手段を備えた液体吐出ヘッドを構成しても構わない。
【００３８】
本実施形態のインク吐出部材５０のインクガイド部５２には、最先端部５８を含む一部の表面に導電膜６６が形成されている。この導電膜６６によりインク吐出部材５０の最先端部５８が導電性を帯び、最先端部５８の周りの電界を強めることができる。本発明においては、所定の電界の強さを得られるのであれば、導電膜６６を形成することを必ずしも必要としない。
【００３９】
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、隣接するインク吐出部材５０に形成されたメニスカス１８を分離し、隣接するインク吐出部材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、個々のインク吐出部材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の壁面へのインクの這い上がりを防止し、隣接するインク吐出部材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、インクが水性の場合は撥水性を、インクが油性の場合は撥油性を有することをいう。
【００４０】
また、本実施形態の絶縁性基板３６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によって駆動電極４４から図５中下方向へ向かう電界をシールドすることで、図３中下方向へ向かう電界の図５中の左右方向への広がりが抑制される。これにより、インク供給路５４内のインク流１４の方向と逆向きの電界がインク供給路５４内に形成されるのを防ぐことができ、安定した濃度の帯電粒子を含むインク１２を、インク流出路７４を通りインク流出口７６から流出させることができる。これにより、メニスカス１８内の帯電粒子の濃度を安定させ、吐出するインク滴１９の大きさ、形状が安定する点で、シールド電極４８を設けるのが好ましい。
【００４１】
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絶縁性基板３６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を吐出することができる。このため、インク滴１９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。
【００４２】
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よく、溶液の種類は限定されない。
【００４３】
本発明のインク吐出ヘッドは、基本的に以上のようなものである。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。
【００４４】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、対向電極に向けて凸状に先鋭化された先鋭部を有する溶液ガイド部の最先端に向かって、管状の溶液供給路内を溶液が流れている。この溶液の流れの方向が溶液流曲折手段によって曲げられ、溶液ガイド部の最先端部の近傍の表面に供給され、供給された溶液の一部が溶液ガイド部の最先端部の表面に導かれて溶液のメニスカスが形成され、このメニスカスから溶液が静電気力により液滴として吐出される。これにより、最先端部の表面に形成されたメニスカスに素早く溶液を供給することができ、かつ溶液の供給圧力の変動に影響されることなく、個々の溶液ガイド部に形成されたメニスカスを安定して保つことができるので、高周波数吐出においてもメニスカスが安定して保たれ、先鋭な先端から微細な液滴を安定した形状・大きさで吐出することができる。
【００４５】
また、溶液供給路の先鋭部の側の端が閉塞され、溶液流の衝突を受ける終端面と、衝突した溶液流を曲折させて前記先鋭部の近傍の表面に溶液を流出させる壁面開口とを有している。このように溶液供給路の端部に溶液流曲折手段を設けることで、溶液流の圧力や速さによらず確実に、溶液ガイド部の最先端に向かって流れる溶液流の方向を曲げて、溶液ガイド部の最先端の近傍の表面に供給することができる。これにより溶液のメニスカスが素早く確実に形成され、溶液流の圧力や速さによらず、微細な液滴を安定した形状・大きさで吐出することができる。
【００４６】
また、絶縁性基板の表面から前記対向電極に向けて突出し、先端に溶液ガイド部を備えた柱状の溶液吐出部材の内部に溶液供給路が形成され、溶液ガイド部表面の最先端部近傍に開口した溶液流出口から溶液が流出する。これにより、個々の溶液供給路に対し溶液ガイド部の位置が高精度に決まる。これにより絶縁性基板表面に複数の溶液吐出部材を配列した場合でも、個々の溶液ガイド部の表面に、形状・大きさ・帯電粒子濃度がばらつくことなく、均一にメニスカスが形成される。よって、複数の液滴をばらつきなく安定した形状・大きさで最先端部から吐出することができる。
【００４７】
また、溶液吐出部材が、絶縁性基板に設けられた貫通孔を遊貫して前記絶縁性基板の面から突出し、絶縁性基板の貫通孔の周りに、液滴を吐出させる静電気力を生成する駆動電極が設けられている。これにより、個々の溶液ガイド部に形成された個々のメニスカス周辺のみに効率良く静電気力を作用させることができ、低い電圧で安定して液滴を最先端部から吐出することができる。
【００４８】
また、絶縁性基板に対して対向電極の位置と反対の側に、絶縁性基板に対向した対向基板が設けられ、溶液吐出部材における溶液流出口から流出した溶液の一部を回収する溶液回収路が絶縁性基板と対向基板との間に形成されている。これにより、溶液吐出部材より流出した溶液が、溶液吐出部材の先鋭部周辺から素早く回収されるので、流出した溶液が乾燥し溶液吐出部材の先端部近傍に凝固して留まるようなことがなく、先端部近傍の溶液流に乱れが生じない。このため、メニスカスに乱れが生じることなく常に安定した濃度、大きさの液滴を最先端部から吐出することができる。
【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するインク吐出装置の概略構成図である。
【図２】（ａ）および（ｂ）は図１に示すインク吐出部材を説明する図である。
【図３】図２（ａ）および（ｂ）に示す、インク吐出部材を説明する概略斜視図である。
【図４】図１に示すインク吐出ヘッドの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の液体吐出動作について説明する図である。
【図６】（ａ）および（ｂ）は本発明によるインク吐出ヘッドの他の例を説明する図で、（ａ）はこのインク吐出ヘッドのインクガイド部周辺の概略平面図であり、（ｂ）はインクガイド部周辺の概略断面図である。
【図７】（ａ）および（ｂ）は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  インク
１４，１６  インク流
１８，１４０  メニスカス
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
３２  インク収容室
３４  インクガイド部材支持基板
３６，８２  絶縁性基板
３８  インク回収路
４０  対向電極
４４  駆動電極
４６  分離障壁
４８  シールド電極
５０  突出部材
５２  インクガイド部
５４  インク供給路
５６  インク流曲折部
５８  最先端部
６２  バイアス電源
６４  駆動電源
６６  導電膜
６８  終端面
７２  壁面開口
７４  インク流出路
７６  インク流出口
８０  柱状部材
８３  支持柱
８４  溶液ガイド部
８５  先端面
８６  底面
８８  開口
８９，９２  間隙
１００  記録ヘッド
１０１，１０２  支持部材
１０４  記録液供給路
１０５  色材粒子
１０６  記録液
１０８  記録媒体
１１１  第１電極
１１２  第２電極
１２０  突起板
１２２  突起
１３０  対向電極
【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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