(57)【要約】【課題】  インク吐出方法及びそれを採用したインクジェットプリントヘッドを提供する。【解決手段】  本発明は、親水性膜で取り囲まれたノズルの後端部に毛管力によってインクが満たされる段階と、疏水性膜で取り囲まれたノズルの先端部にノズルの出口側に進行する電場を形成してインクの表面張力を変化させることによってインクから所定体積を有する液滴を分離してノズルの出口側に移動させる段階と、液滴をノズルの出口を通じて外部に吐出させる段階と、を具備するインク吐出方法である。【選択図】図４
2004216899.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）親水性膜で取り囲まれたノズルの後端部に毛管力によってインクが満たされる段階と、
（ｂ）疏水性膜で取り囲まれたノズルの先端部に前記ノズルの出口側に進行する電場を形成して前記インクの表面張力を変化させることによって、前記インクから所定体積を有する液滴を分離してノズルの出口側に移動させる段階と、
（ｃ）前記液滴を前記ノズルの出口を通じて外部に吐出させる段階と、を具備することを特徴とするインク吐出方法。
【請求項２】
前記（ｂ）段階で、前記ノズルの先端部に前記ノズルの長手方向に所定間隔をおいて配置された複数の電極パッドに順次に電圧を印加することによって、前記ノズルの出口側に進行する電場を形成させることを特徴とする請求項１に記載のインク吐出方法。
【請求項３】
前記複数の電極パッドのうち電圧が印加された電極パッドに隣接したインクの表面張力が低下することによって、前記疏水性膜に対する前記インクの接触角が小さくなることを特徴とする請求項２に記載のインク吐出方法。
【請求項４】
前記（ｂ）段階は、
前記複数の電極パッドのうち第１電極パッドと第２電極パッドとに順次に電圧を印加して前記インクを前記第２電極パッド位置まで移動させる段階と、
前記第１電極パッドに印加される電圧を遮断することによって、前記インクから前記液滴を分離する段階と、を含むことを特徴とする請求項２に記載のインク吐出方法。
【請求項５】
前記（ｂ）段階は、
前記液滴の分離段階後に、前記第２電極パッドに印加される電圧を遮断しながら前記第２電極パッドの次に配置された少なくとも１つの電極パッドに順次に電圧を印加することによって、前記液滴を前記ノズルの出口側に移動させる段階と、をさらに含むことを特徴とする請求項４に記載のインク吐出方法。
【請求項６】
前記液滴の体積は前記複数の電極パッドそれぞれの面積を変化させることによって調節されることを特徴とする請求項２に記載のインク吐出方法。
【請求項７】
前記ノズル内での前記液滴の移動速度は前記複数の電極パッドに電圧を順次に印加する時間差によって調節されることを特徴とする請求項２に記載のインク吐出方法。
【請求項８】
前記（ｃ）段階で、前記液滴の吐出前に前記液滴が位置した電極パッドに印加される電圧を遮断することを特徴とする請求項２に記載のインク吐出方法。
【請求項９】
前記（ｃ）段階で、前記液滴の吐出は静電気力によって実施されることを特徴とする請求項１に記載のインク吐出方法。
【請求項１０】
前記（ｃ）段階で、前記液滴の吐出は前記ノズルの出口周囲の気圧を低下させることによって前記液滴を吐出させせることを特徴とする請求項１に記載のインク吐出方法。
【請求項１１】
後端部は親水性膜で囲まれ、先端部は疏水性膜で取り囲まれた毛細管ノズルと、
前記疏水性膜の外側面に前記ノズルの長手方向に沿って形成された絶縁層と、
前記絶縁層の外側面に前記ノズルの長手方向に沿って所定間隔をおいて配置された複数の電極パッドと、
前記疏水性膜の外側面の前記複数の電極パッドと対向する部位に配置された対向電極と、 
前記インクから所定体積を有する液滴を分離して前記ノズルの出口側に移動させるために、前記複数の電極パッドに順次に電圧を印加して前記ノズルの出口側に進行する電場を形成する電圧印加手段と、
前記液滴を前記ノズルの出口を通じて外部に吐出させるための液滴吐出手段と、を具備することを特徴とするインクジェットプリントヘッド。
【請求項１２】
前記疏水性膜は多孔性膜よりなり、前記多孔性膜の微細孔を通じて前記対向電極と前記液滴との電気的接続が行われることを特徴とする請求項１１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１３】
前記疏水性膜には前記対向電極が配置された部位に多数の貫通孔が形成され、前記多数の貫通孔を通じて前記対向電極と前記液滴との電気的接続が行われることを特徴とする請求項１１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１４】
前記対向電極には前記疏水性膜を貫通する多数のプローブが備えられ、前記多数のプローブによって前記対向電極と前記液滴との電気的接続が行われることを特徴とする請求項１１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１５】
前記ノズルの断面形状は方形であることを特徴とする請求項１１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１６】
前記ノズルの断面形状は円形であることを特徴とする請求項１１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１７】
前記電極パッドは３つが一列に配置されることを特徴とする請求項１１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１８】
前記電圧印加手段は、前記複数の電極パッドそれぞれに連結される１つの第１電源と、前記第１電源と前記複数の電極パッド間に備えられて前記第１電源から前記複数のパッドに順次に電圧が印加されるように制御する制御装置と、を具備することを特徴とする請求項１１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項１９】
前記電圧印加手段は、前記複数の電極パッドのそれぞれに１つずつ連結される複数の第１電源を具備することを特徴とする請求項１１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【請求項２０】
前記インク吐出手段は、前記ノズルの出口と対向するように設置された外部電極と、前記ノズルと前記外部電極間に電場を形成するために前記外部電極に電圧を印加する第２電源と、を具備し、前記液滴に作用する静電気力によって前記液滴が前記ノズルから吐出されることを特徴とする請求項１１に記載のインクジェットプリントヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェットプリントヘッドに係り、より詳細には、インクを吐出させる方法とこの方法を採用したインクジェットプリントヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的にインクジェットプリントヘッドは、印刷用インクの微小な液滴を記録用紙上の所望の位置に吐出させて所定カラーの画像で印刷する装置である。このようなインクジェットプリントヘッドにおいて、インクを吐出させるメカニズムには多数が存在する。従来には一般的に熱源を利用してインクにバブルを発生させてそのバブルの膨張力によってインクを吐出させる熱駆動型インク吐出メカニズムと、圧電体を使用してその圧電体の変形によってインクに加わる圧力によってインクを吐出させる圧電駆動型インク吐出メカニズムとが利用されてきた。
【０００３】
図１Ａ及び図１Ｂは、従来の熱駆動型インクジェットプリントヘッドの一例であって、図１Ａは、特許文献１に開示されたインクジェットプリントヘッドの構造を示した切開斜視図であり、図１Ｂは、そのインク吐出メカニズムを説明するための断面図である。
【０００４】
図１Ａ及び図１Ｂに示された従来の熱駆動方式のインクジェットプリントヘッドは、基板１０に備えられたマニホールド２２と、その基板１０上に設置された隔壁１４によって限定されるインクチャンネル２４及びインクチャンバ２６と、インクチャンバ２６内に設置されるヒーター１２と、ノズルプレート１８に備えられてインク液滴２９’が吐出されるノズル１６とを具備している。前記ヒーター１２にパルス形態の電流が供給されてヒーター１２で熱が発生すれば、インクチャンバ２６内に詰め込まれたインク２９が加熱されてバブル２８が生成される。生成されたバブル２８は継続的に膨脹され、これによってインクチャンバ２６内に詰め込まれたインク２９に圧力が加えられてノズル１６を通じてインク液滴２９’が外部に吐出される。その次に、マニホールド２２からインクチャンネル２４を通じてインクチャンバ２６の内部にインク２９が吸入されながらインクチャンバ２６はリフィル（補充）される。
【０００５】
ところが、前記した熱駆動型インク吐出メカニズムが採用されたインクジェットプリントヘッドにおいては、バブルの膨脹によるインク液滴の吐出時にインクチャンバ内のインクがマニホールドの方に逆流する現象も同時に起こり、また、インクのリフィル過程がインクの吐出過程後に起きるので、速い印刷速度を具現するのには限界がある。
【０００６】
一方、インクジェットプリントヘッドには前記した２種のインク吐出メカニズムの他にも様々なインク吐出メカニズムが使われており、そのうち１つが静電気力を利用したものである。
【０００７】
図２Ａ及び図２Ｂは、従来のインク吐出メカニズムの他の例であって、静電気力を利用したインク吐出の原理を概略的に示した図面であり、図３は、図２Ａ及び図２Ｂに示されたインク吐出方法が採用された従来のインクジェットプリントヘッドを示した断面図である。前記したインク吐出メカニズムとインクジェットプリントヘッドとは特許文献２に開示されている。
【０００８】
まず、図２Ａを参照すれば、ベース電極３２とそれに対向するように配置された対向電極３３が備えられ、前記２つの電極３２、３３間にインク３１が供給される。そして、２つの電極３２、３３には直流電源３４が連結されている。電源３４によって２つの電極３２、３３間に電圧が印加されれば、２つの電極３２、３３間には静電場が形成される。これによってインク３１には対向電極３３の方向に向かうクーロン力が作用する。一方、インク３１にはその表面張力や粘性などによって前記クーロン力に対する抵抗力も作用するので、インク３１は容易に対向電極３３の方向に吐出されない。したがって、インク３１の表面から液滴を分離して吐出させるためには２つの電極３２、３３間に非常に高い電圧を印加せねばならないが、この場合、インク液滴の吐出は不規則に起きる。それで、インク３１の所定部位を局部的に加熱する。すなわち、Ｓ１領域のインク３１’の温度Ｔ１は他の領域のインク３１の温度Ｔ０より高く上昇する。すると、Ｓ１領域のインク３１’は膨らむようになり、この領域に静電場が集中しながら電荷が集まるようになる。これによって、Ｓ１領域のインク３１’には電荷間に作用する反発力と静電場によるクーロン力とが作用するので、図２Ｂに示されたように、Ｓ１領域のインク３１’から液滴が分離されながら対向電極３３の方に移動する。
【０００９】
次に、図３を参照すれば、互いに離隔される１対の壁体４０、４１が配置され、これら間にインク４３が満たされる。前記壁体４０、４１の一側端部には記録紙４２に対向する排出口４４が備えられている。そして、何れか１つの壁体４１の内側面には加熱要素４６が設置され、加熱要素４６の両端部には電極４７、４８が連結される。他の１つの壁体４０の内側面には電場を形成するためのベース電極４９が備えられる。対向電極５１は記録紙４２の背面に設置される。対向電極５１には電圧を印加するための電源５２が連結され、ベース電極４９はアースされる。加熱要素４６の両端部に接続された電極４７、４８にも他の電源５３が連結される。前記電源５２、５３には画像信号に対応して前記電源５２、５３をオン／オフにするための制御手段５４が連結される。
【００１０】
電源５２によってベース電極４９と対向電極５１間に電圧が印加されれば、排出口４４の近くに位置したインク４３は電場の影響を受けるようになる。これと同時に加熱要素４６に電源５３から電流が印加されれば、前述したような原理によって加熱要素４６周囲のインク４３のみ記録紙４２に向かって吐出されることである。
【００１１】
ところが、前述したように静電気力を利用してインクを吐出する従来のインクジェットプリントヘッドにおいては、インクの表面から液滴を分離して吐出させるために２つの電極間に非常に高い電圧を印加するか、別途の加熱要素を具備してインクを局部的に加熱せねばならないので、電力の消耗が大きいという短所がある。そして、インク表面に不規則的に集まる電荷によって吐出される液滴の体積（量）と速度とを精密に制御するのが非常に難しく、速い解像度を具現し難い短所もある。
【００１２】
これによって、速い印刷速度及び速い解像度を有する低電力消費型インクジェットプリントヘッドを具現するためには新しいインク吐出メカニズムが必要となった。
【特許文献１】米国特許第４,８８２,５９５号公報
【特許文献２】米国特許第４,７５２,７８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は前記のような従来技術の問題点を解決するために創出されたものであって、特に、インクをノズル内で所定体積の液滴にあらかじめ分離した後、この液滴をノズル外部に吐出させる新しいインク吐出方法を提供するところにその目的がある。
【００１４】
また、本発明は前記したインク吐出方法が採用された高集積高解像度の低電力消費型インクジェットプリントヘッドを提供するところに他の目的がある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の技術的課題を達成するために本発明は、（ａ）親水性膜で取り囲まれたノズルの後端部に毛管力によってインクが満たされる段階と、（ｂ）疏水性膜で取り囲まれたノズルの先端部に前記ノズルの出口側に進行する電場を形成して前記インクの表面張力を変化させることによって、前記インクから所定体積を有する液滴を分離して前記ノズルの出口側に移動させる段階と、（ｃ）前記液滴を前記ノズルの出口を通じて外部に吐出させる段階と、を具備するインク吐出方法を提供する。
【００１６】
そして、前記（ｂ）段階で、前記ノズルの先端部に前記ノズルの長手方向に所定間隔をおいて配置された複数の電極パッドに順次（逐次）に電圧を印加することによって、前記ノズルの出口側に進行する電場を形成させうる。
【００１７】
この場合、前記（ｂ）段階は、前記複数の電極パッドのうち第１電極パッドと第２電極パッドとに順次に電圧を印加して前記インクを前記第２電極パッド位置まで移動する段階と、前記第１電極パッドに印加される電圧を遮断することによって、前記インクから前記液滴を分離する段階と、を含む。
【００１８】
そして、前記（ｂ）段階は、前記液滴の分離段階後に、前記第２電極パッドに印加される電圧を遮断しながら前記第２電極パッドの次に配置された少なくとも１つの電極パッドに順次に電圧を印加することによって、前記液滴を前記ノズルの出口側に移動させる段階と、をさらに含むことが望ましい。
【００１９】
また、前記液滴の体積は前記複数の電極パッドのそれぞれの面積を変化させることによって調節でき、前記ノズル内での前記液滴の移動速度は前記複数の電極パッドに順次に印加される電圧の時間差によって調節できる。
【００２０】
そして、前記（ｃ）段階で、前記液滴の吐出前に前記液滴が位置した電極パッドに印加される電圧を遮断することが望ましい。
【００２１】
また、前記（ｃ）段階で、前記液滴の吐出は静電気力によりなることが望ましい。
一方、前記ノズルの出口周囲の気圧を低下させることによって前記液滴を吐出させることもできる。
【００２２】
そして、本発明は前記したインク吐出方法を採用したインクジェットプリントヘッドを提供する。
【００２３】
本発明によるインクジェットプリントヘッドは、後端部は親水性膜で囲まれ、先端部は疏水性膜で取り囲まれた毛細管ノズルと、前記疏水性膜の外側面に前記ノズルの長手方向に沿って形成された絶縁層と、前記絶縁層の外側面に前記ノズルの長手方向に沿って所定間隔をおいて配置された複数の電極パッドと、前記疏水性膜の外側面の前記複数の電極パッドと対向する部位に配置された対向電極と、前記インクから所定体積を有する液滴を分離して前記ノズルの出口側に移動させるために、前記複数の電極パッドに順次に電圧を印加して前記ノズルの出口側に進行する電場を形成する電圧印加手段と、前記液滴を前記ノズルの出口を通じて外部に吐出させるための液滴吐出手段と、を具備することを特徴とする。
【００２４】
本発明の一実施例によれば、前記疏水性膜は多孔性膜よりなり、前記多孔性膜の微細孔を通じて前記対向電極と前記液滴との電気的接続が行われる。
【００２５】
本発明の他の実施例によれば、前記疏水性膜には前記対向電極が配置された部位に多数の貫通孔が形成され、前記多数の貫通孔を通じて前記対向電極と前記液滴との電気的接続が行われる。
【００２６】
本発明のさらに他の実施例によれば、前記対向電極には前記疏水性膜を貫通する多数のプローブが備えられ、前記多数のプローブによって前記対向電極と前記液滴との電気的接続が行われる。
【００２７】
前記実施例において、前記ノズルの断面形状は方形あるいは円形であり、前記電極パッドは３つが一列に配置されることが望ましい。
【００２８】
そして、前記電圧印加手段は、前記複数の電極パッドのそれぞれに連結される１つの第１電源と、前記第１電源と前記複数の電極パッド間に備えられて前記第１電源から前記複数のパッドに順次に電圧が印加されるように制御する制御装置とが具備できる。一方、前記電圧印加手段は、前記複数の電極パッドのそれぞれに１つずつ連結される複数の第１電源を具備することもできる。
【００２９】
また、前記インク吐出手段は、前記ノズルの出口と対向するように設置された外部電極と、前記ノズルと前記外部電極間に電場を形成するために前記外部電極に電圧を印加する第２電源とが具備でき、この場合、前記液滴に作用する静電気力によって前記液滴が前記ノズルから吐出される。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、比較的低い電圧でノズル内で所定の体積を有する液滴をインクからあらかじめ分離して吐出するので、液滴の吐出に必要な電力の消耗が減らせられ、吐出される液滴の体積が均一になる。また、電極パッドの面積を変化させることによって液滴の体積をより微小、かつ正確に調節できる。したがって、高解像度を有する低電力消費型インクジェットプリントヘッドが具現できる。
【００３１】
そして、複数の電極パッドに順次に電圧を印加する時間差によって液滴の移動速度が調節でき、ノズル内でインクが逆流する現象も発生せずにインクの再充填過程もなくなる。したがって、高速印刷が可能なインクジェットプリントヘッドが具現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、図面を参照しながら本発明の望ましい実施例を詳細に説明する。以下の図面で同じ参照符号は同じ構成要素を示す。
【００３３】
図４は、本発明の望ましい実施例によるインクジェットプリントヘッドの構造を示したノズルの長手方向の断面図である。図５は、図４に表示されたＡ−Ａ’線に沿って切断したノズルの断面図である。図面にはインクジェットプリントヘッドの単位構造のみ示されているが、チップ状態で製造されるインクジェットプリントヘッドには多数のノズルが１列または２列以上に配置される。
【００３４】
図４と図５とを共に参照すれば、本発明によるインクジェットプリントヘッドにはインク貯蔵部（図示せず）から供給されたインク１０１を吐出させるためのノズル１１０が具備される。前記ノズル１１０の後端部は親水性膜１２０で囲まれており、ノズル１１０の先端部は疏水性膜１３０で囲まれている。すなわち、ノズル入口１１２からノズル１１０の長手方向に沿って所定距離までは親水性膜１２０がノズル１１０の壁体を形成し、それからノズル出口１１４までは疏水性膜１３０がノズル１１０の壁体を形成する。したがって、インク貯蔵部から供給されたインク１０１は親水性膜１２０で取り囲まれたノズル１１０の後端部にのみ毛管力によって満たされることができる。一方、前記インク１０１は導電性を有する。例えば、前記インク１０１は非極性溶媒に所定の極性を有するピグメントが混合されてなりうる。
【００３５】
そして、前記疏水性膜１３０の外側面に前記ノズル１１０の長手方向に沿って絶縁層１４０が形成される。図５に示されたようにノズル１１０の断面形状が方形よりなった場合に、前記絶縁層１４０は疏水性膜１３０の一側面、例えば、底面に形成されうる。
【００３６】
前記絶縁層１４０の外側面には前記ノズル１１０の長手方向に沿って所定間隔をおいて少なくとも２つ、望ましくは、３つの電極パッド１５１、１５２、１５３が一列に配置される。一方、前記電極パッドは３つ以上が配置されることもある。そして、前記３つの電極パッド１５１、１５２、１５３と対向する疏水性膜１３０の外側面、すなわち、上面には対向電極１６０が配置される。
【００３７】
そして、前記３つの電極パッド１５１、１５２、１５３に順次に電圧を印加するための電圧印加手段が備えられる。前記電圧印加手段は、３つの電極パッド１５１、１５２、１５３のそれぞれに連結される１つの第１電源１７０が具備でき、この場合、前記第１電源１７０と３つの電極パッド１５１、１５２、１５３間には制御装置１７２が備えられる。前記制御装置１７２は前記第１電源１７０から３つの電極パッド１５１、１５２、１５３に順次に電圧が印加されるように制御する機能をするものであって、例えば、スイッチング手段が使用されうる。
【００３８】
一方、前記電圧印加手段として、前記３つの電極パッド１５１、１５２、１５３それぞれに１つずつの第１電源が備えられることもある。
【００３９】
前記対向電極１６０はアースされ、ノズル１１０の後端部に詰め込まれたインク１０１もアースされる。また、前記疏水性膜１３０は多数の微細孔を有する多孔性膜よりなる。したがって、後述するようにインク１０１から分離された液滴１０２は前記微細孔を通じて対向電極１６０と接触されうるので、分離された液滴１０２も対向電極１６０に電気的に接続される。
【００４０】
前記したような構成を有するインクジェットプリントヘッドにおいて、３つの電極パッド１５１、１５２、１５３に順次に電圧を印加すれば、ノズル１１０内部には電場が形成され、この電場はノズル１１０の出口１１４の方に進行するようになる。これによってノズル内部のインク１０１には電場が作用するようになり、インク１０１から液滴１０２が分離され、分離された液滴１０２はノズル１１０の出口１１４に移動する。これについては後で図９と図１０Ａないし図１０Ｅを参照してより詳細に説明する。
【００４１】
そして、前記液滴１０２をノズル１１０の出口１１４を通じて外部に吐出させるための液滴吐出手段が備えられる。前記液滴吐出手段は、示されたようにノズル１１０の出口１１４と対向するように設置された外部電極１８０と、前記外部電極１８０に電圧を印加する第２電源１９０とが具備できる。前記液滴吐出手段の作用についても後で詳細に説明する。
【００４２】
図６ないし図８は、本発明の他の実施例によるノズルの断面構造を示した図面である。以下の図面で図５と同じ参照符号は同じ構成要素を示す。
【００４３】
まず、図６を参照すれば、ノズル１１０を囲む疏水性膜２３０は前述した実施例とは違って多孔性膜ではない場合もある。この場合、対向電極１６０とノズル１１０内部の液滴１０２との電気的接続を確保するために、前記疏水性膜２３０には対向電極１６０が配置された部位に多数の貫通孔２３２が形成される。したがって、前記液滴１０２は前記多数の貫通孔２３２を通じて対向電極１６０に接触するので、液滴１０２と対向電極１６０との電気的接続が行われる。
【００４４】
図７を参照すれば、前述した実施例のように疏水性膜３３０が多孔性膜ではない場合には、対向電極３６０に疏水性膜３３０を貫通する多数のプローブ３６２を設置できる。したがって、前記多数のプローブ３６２によっても対向電極３６０と液滴１０２との電気的接続を確保することができる。
【００４５】
図８を参照すれば、ノズル４１０の断面形状は前述した実施例とは違って円形である場合もある。また、ノズルは方形または円形だけでなく楕円形か多角形など様々な断面形状を有することもできる。示されたように、ノズル４１０の断面形状が円形である場合には、ノズル４１０を囲む疏水性膜４３０も円形で形成される。そして、絶縁層４４０は疏水性膜４３０の下方外側面に所定幅で備えられ、電極パッド４５２は前記絶縁層４４０の外側面に配置され、対向電極４６０は疏水性膜４３０の上方外側面に配置される。
【００４６】
以下では、前記したような構成を有する本発明によるインクジェットプリントヘッドの作用を説明する。
【００４７】
図９は、図４に示されたノズル内でのインクの挙動を説明するための概略的な図面である。
【００４８】
図９を参照すれば、電極に電圧が印加されていない状態では、インクはその表面張力によって疏水性膜の表面に比較的大きい接触角θ１で接触される。ところが、電源から電極に電圧が印加されれば、導電性を有するインクには電場が作用するようになる。これによって、電極と絶縁層との界面には所定の極性を有する電荷、例えば、陰電荷が集まるようになり、インクと疏水性膜との界面には反対の極性を有する電荷、例えば、陽電荷が集まるようになる。インクと疏水性膜との界面に集まった両電荷間には互いに反発力が作用するので、インクの表面張力は小さくなる。これによって、点線で示したように疏水性膜に対するインクの接触角θ２が小さくなってインクと疏水性膜との接触面積は広くなる。このようにインクはあたかも疏水性膜の性質が親水性に変わったように挙動する。一方、電極に印加される電圧を遮断すれば、疏水性膜の表面性質によってインクはその表面張力が大きくなって再度実線で表示された元の状態に戻ってくる。
【００４９】
前記したようなノズル内で行われるインクの挙動によって、インクから液滴が分離でき、また、分離された液滴がノズルの出口側に移動されうる。これについては、図１０Ａないし図１０Ｅを参照して詳細に説明する。
【００５０】
図１０Ａないし図１０Ｅは、本発明によるインク吐出方法を段階的に示す図面である。
【００５１】
まず、図１０Ａを参照すれば、親水性膜１２０で取り囲まれたノズル１１０の後端部にはインク貯蔵部から供給されたインク１０１が毛管力によって満たされる。一方、疏水性膜１３０で取り囲まれたノズル１１０の先端部にはその表面性質によってインク１０１が満たされない。
【００５２】
次に、図１０Ｂに示されたように、第１電源１７０から第１電極パッド１５１と第２電極パッド１５２とに順次に電圧が印加されれば、インク１０１は第２電極パッド１５２が位置した部位まで移動する。このようなインク１０１の移動は、前述したように第１及び第２電極パッド１５１、１５２に電圧が印加されることによって、第１及び第２電極パッド１５１、１５２が位置した部位の疏水性膜１３０の表面性質が親水性に変わるような現象によって起きる。すなわち、第１及び第２電極パッド１５１、１５２に電圧が印加されれば、インク１０１に作用する電場によってインク１０１の表面張力が小さくなる。これによって疏水性膜１３０に対するインク１０１の接触角が小さくなるので、インク１０１は毛管力によって第２電極パッド１５２が位置した部位まで移動できるようになる。
【００５３】
次いで、図１０Ｃに示されたように、第１電極パッド１５１に印加される電圧を遮断すれば、前記インク１０１から所定の体積を有する液滴１０２が分離される。すなわち、第２電極パッド１５２には電圧が印加された状態で、第１電極パッド１５１に印加される電圧のみ遮断すれば、疏水性膜１３０の第１電極パッド１５１が位置した部位は元の表面性質である疏水性を回復するようになる。これによって、インク１０１は第１電極パッド１５１が位置した部位で２つの部分に分離されながら、第２電極パッド１５２に隣接した部分は所定体積を有する液滴１０２をなすようになる。
【００５４】
このように本発明によれば、ノズル１１０内であらかじめ一定な体積を有する液滴１０２をインク１０１から分離でき、これによってノズル１１０外部に吐出される液滴１０２の体積が均一になる。この時、前記液滴１０２の体積は第１及び第２電極パッド１５１、１５２それぞれの面積を変化させることによってさらに微小かつ一定に調節できる。
【００５５】
前記ノズル１１０が比較的短い場合には、前述したように２つの電極パッド１５１、１５２のみ備えられうる。この場合、第２電極パッド１５２はノズル１１０の出口１１４に隣接するように配置される。したがって、液滴１０２はインク１０１から分離された状態で、図１０Ｅに示されたように所定の液滴吐出手段によってノズル１１０外部に吐出されうる。この時、第２電極パッド１５２に印加される電圧を遮断すれば、第２電極パッド１５２が位置した部位の疏水性膜１３０も疏水性を回復するようになるので、疏水性膜１３０に対する液滴１０２の接触角が大きくなって液滴１０２は図４に示されたように形状に変わる。したがって、より低い駆動力、例えば、静電気力によっても液滴１０２の吐出が行われうる。
【００５６】
一方、前記ノズル１１０が比較的長い場合には、図１０Ｄに示されたように第２電極パッド１５２の次に第３電極パッド１５３が備えられ、前記液滴１０２を前記第３電極パッド１５３が位置した部位に移動させる段階が行われうる。
具体的に、前記液滴１０２の分離後に、第２電極パッド１５２に印加される電圧を遮断しながら第３電極パッド１５３に電圧を印加すれば、前記液滴１０２は疏水性を回復した第２電極パッド１５２が位置した部位から親水性に変わった第３電極パッド１５３が位置した部位まで移動する。この時、第１電極パッド１５１が位置した部位は疏水性を維持しているので、液滴１０２の逆方向移動は起きない。
【００５７】
そして、前記ノズル１１０がさらに長い場合には第３電極パッド１５３の次に１つ以上のさらに他の電極パッドが備えられうる。このような電極パッドに順次に電圧を印加すれば、前述したように液滴１０２はノズル１１０の出口１１４の方に連続的に移動する。
【００５８】
この時、前記ノズル１１０内での液滴１０２の移動速度は複数の電極パッドに順次に印加される電圧の時間差によって調節されうる。
【００５９】
前述したようにノズル１１０の出口１１４の方に移動した液滴１０２は、図１０Ｅに示されたようにノズル１１の出口１１４を通じて外部に吐出される。具体的に、第２電源１９０によって外部電極１８０に所定の電圧が印加されれば、ノズル１１０と外部電極１８０間に電場が形成される。これによって、前記液滴１０２には静電気力、すなわち、クーロン力が作用するので、前記液滴１０２はノズル１１０から外部電極１８０の前面に備えられた記録紙Ｐに向かって吐出されうる。そして、前記液滴１０２の吐出前に第３電極パッド１５３に印加される電圧を遮断すれば、第３電極パッド１５３が位置した部位の疏水性膜１３０も疏水性を回復するようになるので、液滴１０２はさらに低い静電気力によっても容易に吐出されうる。
【００６０】
一方、前記液滴１０２の吐出には前記した静電気力を利用した方法以外にも公知された様々な他の方法が利用される。例えば、前記ノズル１１０の出口１１４の周囲に流体の流れを形成させてノズル１１０の出口１１４周囲の気圧を低下させることによって前記液滴１０２を吐出させうる。
【００６１】
以上本発明の望ましい実施例を詳細に説明したが、本発明の範囲はこれに限定されず、多様な変形及び均等な他の実施例が可能である。例えば、本発明の望ましい実施例で分離された液滴は静電気力によって吐出されると示されているが、前述したように液滴を他の方法によってもノズル外部に吐出されうる。すなわち、本発明はノズル内部でインクから所定体積の液滴を分離してこれをノズルの出口側に移動させるのにその特徴がある。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は特許請求の範囲によって定められねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は、インクをノズル内で所定体積の液滴に予め分離した後、この液滴をノズル外部に吐出させる新しいインク吐出方法及びこの方法を利用した高集積高解像度の低電力消費型インクジェットプリントヘッドに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１Ａ】従来の熱駆動型インクジェットプリントヘッドの一例であって、インクジェットプリントヘッドの構造を示す切開斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ａのそのインク吐出メカニズムを説明するための断面図である。
【図２Ａ】従来のインク吐出メカニズムの他の例であって、静電気力を利用したインク吐出の原理を概略的に示した図面である。
【図２Ｂ】従来のインク吐出メカニズムの他の例であって、静電気力を利用したインク吐出の原理を概略的に示した図面である。
【図３】図２Ａ及び図２Ｂに示されたインク吐出方法が採用された従来のインクジェットプリントヘッドを示した断面図である。
【図４】本発明の望ましい実施例によるインクジェットプリントヘッドの構造を示したノズルの長手方向の断面図である。
【図５】図４に表示されたＡ−Ａ’線に沿って切断したノズルの断面図である。
【図６】本発明の他の実施例によるノズルの断面構造を示した図面である。
【図７】本発明の他の実施例によるノズルの断面構造を示した図面である。
【図８】本発明の他の実施例によるノズルの断面構造を示した図面である。
【図９】図４に示されたノズル内でのインクの挙動を説明するための概略的な図面である。
【図１０Ａ】本発明によるインク吐出方法を段階的に示す図面のうち、ある段階を示した図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａの次の段階を示す図面である。
【図１０Ｃ】図１０Ｂの次の段階を示す図面である。
【図１０Ｄ】図１０Ｃの次の段階を示す図面である。
【図１０Ｅ】図１０Ｄの次の段階を示す図面である。
【符号の説明】
【００６４】
１０１  インク
１０２  液滴
１１０  ノズル
１１２  ノズル入口
１１４  ノズル出口
１２０  親水性膜
１３０  疏水性膜
１４０  絶縁層
１５１、１５２、１５３  電極パッド
１６０  対向電極
１７０  第１電源
１７２  制御装置
１８０  外部電極
１９０  第２電源
Ｐ  記録紙
【図１Ａ】
2004216899.tif 000003
【図１Ｂ】
2004216899.tif 000004
【図２Ａ】
2004216899.tif 000005
【図２Ｂ】
2004216899.tif 000006
【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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１０Ｅ】
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