(57)【要約】【課題】  低電圧の駆動回路を実現し、高解像度の印字特性を得ることができ、また高密度実装や低コスト化を図ることができる静電吸引型インクジェットヘッドを得る。【解決手段】  熱毛細管現象を利用してインク液面をインク流路２の先端まで移動させることにより液面と対向電極１０の距離を接近させ、距離の２乗に反比例して増大するクーロン力によってインクを飛翔させる。インク供給部１のインク流路２を画素ごとの微細幅流路にすることにより、画像情報に応じて選択的にインク滴を飛翔させて印字を行うように構成する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱毛細管現象を利用してインク液面をインク流路の先端まで移動させることにより液面と対向電極の距離を接近させ、距離の２乗に反比例して増大するクーロン力によってインクを飛翔させるとともに、
インク供給部のインク流路を画素ごとの微細幅流路にすることにより、画像情報に応じて選択的にインク滴を飛翔させて印字を行うように構成したことを特徴とする静電吸引型インクジェットプリントヘッド。
【請求項２】
請求項１記載の静電吸引型インクジェットヘッドにおいて、
インク供給部を構成する部材を、親水性の材質を使用するか、または親水コーティングを施すことにより、流路の内壁及び、天板内面は親水性とするとともに、
流路先端の端面には、撥水コーティングを施し、流路を移動してきたインクが隣接した流路に滲み出さないように構成したことを特徴とする静電吸引型インクジェットヘッド。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の静電吸引型インクジェットヘッドにおいて、
非印字時においてヒーターをＯＦＦしたときには、圧力調整器により各インク流路におけるインク液面が所定の待機位置に位置するようにインク室の圧力を調整することを特徴とする静電吸引型インクジェットヘッド。
【請求項４】
請求項１、請求項２または請求項３記載の静電吸引型インクジェットヘッドにおいて、
インク流路の先端部を鋭角化したことを特徴とする静電吸引型インクジェットヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱毛細管現象によりインクを選択的に流路先端に移動させ、対向電極との間の静電力を増大させ、インク滴を飛翔させて印字する静電吸引型インクジェットヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、帯電したインク滴又は帯電した顔料を含む溶媒滴を静電力により吸引して、被記録媒体上に着弾させて印字を行う方式が提案されている。
【０００３】
たとえば特許文献１には、インク液を帯電させて導電性インクを静電吸引する静電吸引方式インクジェット装置が記載されている。この装置では、インクは毛細管現象によりインク供給路を伝わってノズルまで移送される。このインクは、対向電極部に印加された数千Ｖのバイアス電圧によって凸状のインクメニスカスが形成される。そして、静電界印加用電極部に数百Ｖの高圧電源部から信号電圧を印加することで、バイアス電圧との重畳電界によってインクが被記録媒体に吐出され、印字画像が形成される。
【０００４】
また、特許文献２には、帯電顔料を含む溶媒滴（絶縁性インク）を静電吸引する装置が記載されている。この装置では、帯電した顔料を含む溶媒に電場を加えると、帯電顔料が電気泳動により、電界の集中したインク吐出部に集中する。この帯電顔料の集中に合せて、インクジェット起動電極に高電圧を印加すると、帯電顔料が周囲の溶媒を引き連れて飛翔し、被記録媒体上に着弾し、印字画像が形成される。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２３８７７４号公報
【特許文献２】特開平８−１７４８１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上述した従来のインクジェット装置では、バイアス電圧として、「ｋＶ」オーダーの電圧を用いても、さらに信号電圧として、数百Ｖ程度の高電圧が必要になる。
【０００７】
さらに、この高電圧は画素に対応した個別電極にそれぞれ印加される必要があり、画像情報に応じてこの高電圧をＯＮ/ＯＦＦするスイッチング素子が個別電極数分必要になり、低コスト化の障害となっている
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、低電圧の駆動回路を実現し、さらに高解像度の印字特性を得て、また高密度実装や低コスト化を図ることができる静電吸引型インクジェットヘッドを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような目的に応えるために本発明（請求項１記載の発明）に係る静電吸引型インクジェットヘッドは、熱毛細管現象（マランゴニ効果）を利用してインク液面をインク流路の先端まで移動させることにより液面と対向電極の距離を接近させ、距離の２乗に反比例して増大するクーロン力によってインクを飛翔させるとともに、インク供給部のインク流路を画素ごとの微細幅流路にすることにより、画像情報に応じて選択的にインク滴を飛翔させて印字を行うように構成したことを特徴とする。
【００１０】
本発明（請求項２記載の発明）に係る静電吸引型インクジェットプリントヘッドは、請求項１において、インク供給部を構成する部材を、親水性の材質を使用するか、または親水コーティングを施すことにより、流路の内壁及び、天板内面は親水性とするとともに、流路先端の端面には、撥水コーティングを施し、流路を移動してきたインクが隣接した流路に滲み出さないように構成したことを特徴とする。
【００１１】
本発明（請求項３記載の発明）に係る静電吸引型インクジェットプリントヘッドは、請求項１または請求項２において、非印字時においてヒーターをＯＦＦしたときには、圧力調整器により各インク流路におけるインク液面が所定の待機位置に位置するようにインク室の圧力を調整することを特徴とする。
【００１２】
本発明（請求項４記載の発明）に係る静電吸引型インクジェットプリントヘッドは、請求項１、請求項２または請求項３において、インク流路の先端部を鋭角化したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように本発明に係る静電吸引型インクジェットヘッドによれば、静電吸引型インクジェットヘッドにおいて、熱毛細管現象を利用しインクを選択的に流路先端に移動させ、対向電極との距離の縮小化により増大した静電力によりインク滴を飛翔させて印字するようにしたので、簡単な構成であるにもかかわらず、以下に述べる優れた効果を奏する。
【００１４】
すなわち、本発明によれば、２０〜３０Ｖ程度の低電圧で印字のＯＮ/ＯＦＦ制御が可能となる。
また、エッチング、またはＭＥＭＳ技術により容易に微細流路が形成可能であり、個別ヒーターも印刷方式工程で形成可能であるから、容易に高密度化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１（ａ），（ｂ）は本発明に係る静電吸引型インクジェットヘッドの一実施形態を示す。これらの図において、符号１はインク供給部で、このインク供給部１は、親水性基材（例えばガラス）上に、幅ｗ、深さｄとなる溝を化学エッチング法、又は機械的方法により形成することにより構成されたインク流路２を備え、またその後方にはインク室３が形成されている。このインク室３はこの基材と一体に形成するか、別部材で形成したものを当接するとよい。
【００１６】
さらに、これらの上に、各インク流路２に対応した位置に薄膜ヒーター４を形成した天板を接合する。
ここで、この天板も親水性基材を用いる。なお、基材が親水性でない場合は、上記の溝の内側、この天板の内側に親水コーティングを施しても良い。但し、インク流路２の端面には撥水コーティングを施し、インク流路２先端に移動して来たインクが端面から隣接した流路に滲み出さないようにする。
【００１７】
天板上の薄膜ヒーター４は個別制御ＳＷ５を経由してヒーター用電源６（２０〜３０Ｖ）に接続する。インク室３の背面に、背面電極７を形成し、接地する。
なお、この電極７はインク室３の背面に限定するものではなく、流路２の内側にメッキ等によって形成してもよい。
【００１８】
対向電極１０と印字用紙１１をインク流路２の端面前方に位置させ、対向電極１０は制御ＳＷを経由してバイアス電源１３（２〜３ｋＶ）に接続する。
【００１９】
なお、後方のインク室３はインクチューブ９を通じて、インクタンク（図示せず）、圧力調整器（図示せず）に接続されており、インク室３内の圧力は、ヒーター４がＯＦＦの状態で流路内のインク液面の先端が、図１（ｂ）中のＡ−Ａ’線の位置に来るように圧力を調整する。
【００２０】
このような状態において、印字する画素に対応するヒーター４をＯＮしてインク流路２を加熱すると、加熱された部分の表面張力が低下（熱毛細管現象またはマランゴニ効果という。）し、流路前方の低温部分のインク流路２にインクが流れ出し、インク流路２の端面に到達する。
【００２１】
電荷（導電性インクの場合は注入電荷、帯電顔料インクの場合は帯電顔料）が流路先端のインク表面に集まり、電界の集中が発生する。
その結果、導電性インクの場合はインク表面に作用する静電力が表面を不安定にし、曳き糸の成長を促し（静電曳き糸現象）、ついにはテーラーコーンと呼ばれる半月状の液の頂部より引き出され、細い流体ジェットとなる。
【００２２】
帯電顔料インクの場合は対向電極と凝集した顔料が持つ電荷との間に作用するクーロン力がインク液の表面張力を超えた時点で、周囲の溶媒を引き連れて飛翔を開始する。
そして、いずれの場合も対向電極１０に向けて飛翔し、その前方に位置する印字用紙１１上に記録される。
【００２３】
ここで、溝の幅ｗは６００dpiのラインヘッドを想定すると、実装密度より１０〜３０μｍとなる。
【００２４】
また、導電性流体に電界が作用した時のインク成長（液面の波立ち）は、外力として静電力を付加した流体運動方程式で記述される電気流体力学表面波の１つであると考えられる。（画像電子学会誌第１７巻第４号１９８８年ｐ１８５〜ｐ１９３参照）
【００２５】
この運動方程式より、溝の深さｄは次式（１）で表される。
ｄ＞(πγ/ε0)・Ｅ0-2               ・・・（１）
ただし、γ：表面張力[N/m]、ε0：真空の誘電率[F/m]、Ｅ0：電界の強さ[V/m]
【００２６】
これに、一般的な動作条件をあてはめて計算すると
ｄ＞71.0[μm]
ただし、γ=20[MN/m]、Ｅ0=10000000[V/m]
となる。
【００２７】
インクの移動長Ｌが長くなると液滴の移動時間が増大し、印字速度が遅くなる。
しかし、印字のＯＮ/ＯＦＦ制御の電圧幅の許容値は大きくなる。
このバランスをとり、インクの移動の長さ：Ｌは０．１〜０．５mmとする。
【００２８】
上述した構成によれば、従来の静電吸引型インクジェットヘッドと異なり、薄膜ヒーター４の動作に必要な低電圧、すなわち２０〜３０Ｖ程度の低電圧で印字のＯＮ/ＯＦＦ制御が可能となる。
また、上述した構成では、エッチング、またはＭＥＭＳ技術により容易に微細流路が形成可能であり、個別ヒーター４も印刷方式工程で形成可能であるから、容易に高密度化が可能となる。
【００２９】
なお、本発明は上述した実施の形態で説明した構造には限定されず、静電吸引型インクジェットヘッドを構成する各部の形状、構造等を適宜変形、変更し得ることはいうまでもない。
【００３０】
たとえば図２に示すように、インク流路２の先端部を先鋭化するように構成するとよい。このように構成すれば、電荷の集中、ひいては電界の集中を促し、インク滴の飛翔開始を容易にする。
【００３１】
また、図３に示すように、インク供給部１のインク流路２において、天板に設けたヒーター４に対応する部分の流路２の流路幅を幅狭に形成するように構成する等の変形例も考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】（ａ）は本発明に係る静電吸引型インクジェットヘッドの一実施形態を示す概略斜視図、（ｂ）はそのインク供給部の平面図、正面図および左、右側面図である。
【図２】本発明に係る静電吸引型インクジェットヘッドの別の実施形態を示すインク供給部の平面図、正面図および左、右側面図である。
【図３】本発明に係る静電吸引型インクジェットヘッドにおいてインク流路の変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１…インク供給部、２…インク流路、３…インク室、４…薄膜ヒーター、５…個別制御ＳＷ、６…ヒーター用電源、７…背面電極、９…インクチューブ、１０…対向電極、１１…印字用紙、１３…バイアス電源。
【図１】
2009233907.tif 000003
【図２】
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【図３】
2009233907.tif 000005