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発明の名称 液体排出装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−38657(P2007−38657A)
公開日 平成19年2月15日(2007.2.15)
出願番号 特願2006−179189(P2006−179189)
出願日 平成18年6月29日(2006.6.29)
代理人 【識別番号】100089196
【弁理士】
【氏名又は名称】梶 良之
発明者 菅原 宏人
要約 課題
簡単な構成により液体を排出することを可能にする。

解決手段
ヘッド1に排出口8を有する複数のインク流路13が形成されている。インク流路13のインク流路画定面10bには、排出口8からインク流動方向に関する上流側に向けて延在している制御電極18、制御電極18を被覆している絶縁膜21及び撥液性が絶縁膜21よりも低く且つ絶縁膜21のインク流動方向に関する上流側に隣接する隣接領域20が形成されている。電位制御部が、制御電極18の電位を、絶縁膜21と隣接領域20との境界においてインクのメニスカスが形成されるように絶縁膜21の撥液性を高くするグランド電位と、絶縁膜21と隣接領域20との境界においてインクのメニスカスが形成されず、排出口8からインクが排出されるように絶縁膜21の撥液性を低下させる所定の電位との間で切り換える。
特許請求の範囲
【請求項1】
導電性の液体を排出する液体排出装置であって、
排出口を有し、前記導電性を有する液体が流れる液体流路と、
前記液体流路の所定の面に形成され、前記排出口から、前記液体が流れる流動方向の上流側に向かって延在する電極と、
前記液体流路の前記所定の面において、前記排出口から前記流動方向の上流側に向かって延在し、前記液体流路の前記所定の面において前記流動方向に直交する幅方向全体に亘って形成され、且つ、前記電極を被覆する絶縁膜と、
前記液体流路の前記所定の面において、前記絶縁膜と前記流動方向の上流側で隣接する隣接領域と、
前記電極の電位を制御する電位制御機構とを備え、
前記絶縁膜の撥液性は、前記隣接領域の撥液性よりも高い液体排出装置。
【請求項2】
前記電位制御機構は、前記電極の電位を、第1の電位と第2の電位とを切り換えて制御し、第1の電位は、前記絶縁膜と前記隣接領域との境界において、前記液体のメニスカスが形成されて前記排出口から液体が排出されないように前記絶縁膜の撥液性を設定する電位であり、第2の電位は、前記絶縁膜と前記隣接領域との境界において液体のメニスカスが形成されず前記排出口から液体が排出されるように前記絶縁膜の撥液性を低下させる電位である請求項1に記載の液体排出装置。
【請求項3】
前記液体流路は、互いに間隔をあけて形成された複数の個別液体流路を備える請求項1に記載の液体排出装置。
【請求項4】
前記液体流路の断面積は、前記排出口に向かって減少している請求項1に記載の液体排出装置。
【請求項5】
前記液体流路は、前記流動方向に沿って均一な断面積を有する均一領域と、前記排出口に向かって断面積が徐々に減少する減少領域とを有し、
前記絶縁膜が、前記減少領域に形成されている請求項4に記載の液体排出装置。
【請求項6】
前記液体流路の、前記流動方向と直交する方向の長さが、前記絶縁膜と前記隣接領域との境界において狭くなっている請求項1に記載の液体排出装置。
【請求項7】
前記流動方向と直交する方向が、前記絶縁膜が形成された前記所定の面の面方向に平行な方向である請求項6に記載の液体排出装置。
【請求項8】
前記液体流路が、板形状の基材と凹部が形成されたカバー部材とによって画成されており、
前記液体流路における前記所定の面は、前記基材に形成されており、
前記液体流路における前記所定の面を除く面は、前記カバー部材の前記凹部に形成されている請求項1に記載の液体排出装置。
【請求項9】
前記液体流路は、互いに間隔をあけて形成された複数の個別液体流路を備え、
前記所定の面において、隣接する前記個別液体流路の間隙には、各々、前記絶縁膜及び前記隣接領域よりも高い撥液性を有する高撥液領域が形成され、これらの前記高撥液領域によって複数の前記個別液体流路が画成されている請求項1に記載の液体排出装置。
【請求項10】
常に接地され且つ前記液体と接触する接地電極をさらに備えている請求項1に記載の液体排出装置。
【請求項11】
前記液体を前記排出口に向かって流れるように加圧する加圧機構をさらに有している請求項1に記載の液体排出装置。
【請求項12】
前記複数の個別液体流路は、それぞれ個別排出口を有し、前記個別液体流路は、前記複数の個別排出口が一列に配列されるように配置されており、
前記複数の個別液体流路に接続されている共通流路をさらに備えている請求項3に記載の液体排出装置。
【請求項13】
前記導電性の液体はインクであり、前記液体排出装置はインクヘッドである請求項1に記載の液体排出装置。
【請求項14】
前記導電性の液体はインクであり、前記液体排出装置はインクヘッドである請求項9に記載の液体排出装置。



発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、液体を排出する液体排出装置に関する。
【背景技術】
【0002】
用紙等の印刷媒体に印刷するプリント装置(液体排出装置)に用いられるものとして、例えば、用紙等に対してインク(液体)を吐出(排出)するインクジェットヘッドがある。このインクジェットヘッドとしては種々の型式のものがあるが、例えば、ノズルに連通する圧力室を含む複数の個別インク流路を備えた流路ユニットと、圧力室内のインクに圧力を付与する圧電式のアクチュエータユニットを備えたものがある(例えば、特許文献1参照(特開2003−326712号の図1に対応))。一般的な圧電式のアクチュエータユニットは、ノズルに連通する複数の圧力室に夫々対応する複数の個別電極と、これら複数の個別電極に対向する共通電極と、個別電極と共通電極との間に挟まれた、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)からなる圧電層とを備えている。そして、所定の個別電極に対して駆動電圧が供給されたときには、個別電極と共通電極との間に挟まれた圧電層の部分に電界が作用して圧電層が部分的に変形し、この圧電層の変形に伴って圧力室内のインクに圧力が付与されて、その圧力室に連通するノズルからインクが吐出される。
【0003】
【特許文献1】特開2003−326712号の図1
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、上述したインクジェットヘッドの構造はかなり複雑になるため、製造コストが高くなる。また、一定量のインクを吐出するためには、圧力室の容積をある所定の容積以上にする必要があるため、インクジェットヘッドにノズル(圧力室)を多数設ける必要がある場合でも、これらノズル及び圧力室を含む複数の個別インク流路を高密度に形成することが難しく、インクジェットヘッドを小型化することが困難になる。
【0005】
本発明の目的は、簡単な構成により液体を排出することが可能な液体排出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【0006】
本発明の第1の態様に従えば、導電性の液体を排出する液体排出装置であって、排出口を有し、前記導電性を有する液体が流れる液体流路と、前記液体流路の所定の面に形成され、前記排出口から、前記液体が流れる流動方向の上流側に向かって延在する電極と、前記液体流路の前記所定の面において、前記排出口から前記流動方向の上流側に向かって延在し、前記液体流路の前記所定の面において前記流動方向に直交する幅方向全体に亘って形成され、且つ、前記電極を被覆する絶縁膜と、前記液体流路の前記所定の面において、前記絶縁膜と前記流動方向の上流側で隣接する隣接領域と、前記電極の電位を制御する電位制御機構とを備え、前記絶縁膜の撥液性は、前記隣接領域の撥液性よりも高い液体排出装置が提供される。
【0007】
本発明の第1の態様によれば、電位制御機構により、電極の電位を制御することによって、後述するエレクトロウェッティング効果により、排出口から排出される液体の量及び速度を制御することができる。したがって、液体排出装置を簡単な構造で集積度が高く低コストなものとすることができる。また、液体を排出口から排出させるために要するエネルギーが小さいので、電装部品を小型で低コストなものとすることができる。ここで、エレクトロウェッティング現象とは、電極と電気的に接続されている絶縁膜によって、電極と導電性を有する液体とが絶縁されている場合に、電極と液体との間に電圧を印加すると、電極と液体との間に電位差が存在しない場合と比べて、絶縁膜の表面と液体との間の接触角(濡れ角)が小さくなる現象である。つまり、電極と液体との間に電圧を印加すると、電極と液体との間に電位差が存在しない場合と比べて、絶縁膜表面の撥液性が低下する。(参照:特許文献 特開2003−177219号公報)
【0008】
なお、本発明において、絶縁膜及び電極の位置を、「排出口から流動方向の上流側に向かって延在している」としているが、これは、絶縁膜及び電極の流動方向下流側の縁が、排出口から若干離れている場合も含み、さらに、電極を第1の電位としたときに、絶縁膜及び電極の流動方向下流側の縁と排出口との間に液体が停溜することができないものを含んでいる。
【0009】
本発明の液体排出装置において、前記電位制御機構は、前記電極の電位を、第1の電位と第2の電位とを切り換えて制御し、第1の電位は、前記絶縁膜と前記隣接領域との境界において、前記液体のメニスカスが形成されて前記排出口から液体が排出されないように前記絶縁膜の撥液性を設定する電位であり、第2の電位は、前記絶縁膜と前記隣接領域との境界において液体のメニスカスが形成されず前記排出口から液体が排出されるように前記絶縁膜の撥液性を低下させる電位であってもよい。この場合には、電位制御機構により、電極の電位を第1の電位と第2の電位に切り換えることによって、排出される液体の量、速さなどを容易に制御することができる。
【0010】
本発明の液体排出装置において、前記液体流路は、互いに間隔をあけて形成された複数の個別液体流路を備えてもよい。この場合には、複数の個別液体流路を用いることにより、多量の液体を同時に排出することができる。
【0011】
本発明の液体排出装置において、前記液体流路の断面積が、前記排出口に向かって減少していてもよい。これによると、電極を第2の電位としたときに排出口から排出される液体の位置を安定させることができる。
【0012】
本発明の液体排出装置において、前記液体流路は、前記流動方向に沿って均一な断面積を有する均一領域と、前記排出口に向かって断面積が徐々に減少する減少領域とを有し、前記絶縁膜が、前記減少領域に形成されていてもよい。これによると、液体流路のコンダクタンスを抑制しつつ、電極を第2の電位としたときに排出口から排出される液体の位置を安定させることができる。
【0013】
本発明の液体排出装置において、前記液体流路の、前記流動方向と直交する方向の長さが、前記絶縁膜と前記隣接領域との境界において狭くなっていてもよい。これによると、絶縁膜と隣接領域との境界における液体流路の断面積が小さくなるため、電極を第1の電位としたときに、絶縁膜と隣接領域との境界において液体のメニスカスが容易に形成されるため、液体が排出口から排出されるのを確実に停止することができる。
【0014】
本発明の液体排出装置において、前記流動方向と直交する方向が、前記絶縁膜が形成された前記所定の面の面方向に平行な方向であってもよい。これによると、上蓋のない液体流路に対応することができる。
【0015】
本発明の液体排出装置において、前記液体流路が、板形状の基材と凹部が形成されたカバー部材とによって画成されており、前記液体流路における前記所定の面は、前記基材に形成されており、前記液体流路における前記所定の面を除く面は、前記カバー部材の前記凹部に形成されていてもよい。これによると、板状の基材において、区画された所定の面に電極及び絶縁膜を容易に形成できる。
【0016】
本発明の液体排出装置において、前記液体流路は、互いに間隔をあけて形成された複数の個別液体流路を備え、前記所定の面において、隣接する前記個別液体流路の間隙には、各々、前記絶縁膜及び前記隣接領域よりも高い撥液性を有する高撥液領域が形成され、これらの前記高撥液領域によって複数の前記個別液体流路が画成されていてもよい。これによると、液体流路を容易に形成することができるため、液体排出装置を簡単な構造で集積度が高く低コストなものとすることができる。
【0017】
本発明の液体排出装置において、常に接地され且つ前記液体と接触する接地電極をさらに備えていてもよい。これによると、液体が常に接地されるため、電極を第2の電位としたときに、液体と電極との電位差が大きくなり絶縁膜の撥液性を確実に低下させることができる。
【0018】
本発明の液体排出装置において、前記液体を前記排出口に向かって流れるように加圧する加圧機構をさらに有していてもよい。これによると、電極を第2の電位としたときに、液体が排出口から確実に排出される。
【0019】
本発明の液体排出装置において、前記複数の個別液体流路は、それぞれ個別排出口を有し、前記個別液体流路は、前記複数の個別排出口が一列に配列されるように配置されており、前記複数の個別液体流路に接続されている共通流路をさらに備えていてもよい。これによると、電極の電位を制御することによって、所望の個別排出口から液体を排出することができる。
【0020】
本発明の液体排出装置において、前記導電性の液体はインクであり、前記液体排出装置はインクヘッドであってもよい。この場合には、本発明の液体排出装置を、インクを排出するインクヘッドとして利用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0021】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【0022】
<第1の実施の形態>
本発明に係る第1の実施の形態は、インクを排出することによって記録媒体上に所望の画像及び/又は文字(以下、単に画像と記載)を形成するプリンタ(液体排出装置)に本発明を適用した一例である。図1は、プリンタの概略構成図である。図1に示すように、プリンタ60は、導電性を有するインク(液体)を貯溜し、且つ、貯溜したインクをヘッド1に供給するインクカートリッジ53と、印刷用紙P(図6参照)に対してインクを排出して印刷するヘッド1と、プリンタ60の種々の動作、例えば、図示しない紙送り機構による印刷用紙Pの搬送動作やヘッド1の印刷動作等を制御する制御装置70(図5参照)とを有している。インクカートリッジ53とヘッド1とはインク供給管52により接続されている。インクカートリッジ53は、インクカートリッジ53に貯溜されているインクの液面の高さとヘッド1内のインクの液面の高さとの間に差が生じるように、即ち、水頭差が生じるように設置されている(加圧機構)。この水頭差によって、インクカートリッジ53に貯溜されているインクが加圧されてインク供給管52を介してヘッド1に供給される。
【0023】
次に、ヘッド1について図2〜図4を参照しつつ詳細に説明する。図2は、図1に示すヘッド1の部分斜視図である。図3は、図2に示すIII−III線に関するヘッド1の横断面図である。図4は、図2に示すIV−IV線に関するヘッド1の縦断面図である。なお、図2〜図4において、ヘッド1の長手方向をX方向、ヘッド1の幅方向をY方向としている。図2〜図4に示すように、ヘッド1は、矩形板状の基材10及びカバー部材11とを有しており、これら基材10とカバー部材11とが互いに対向した状態で接合されている。基材10及びカバー部材11は、夫々、ガラス材料、ポリイミド、あるいは、表面にSiO2が形成されたシリコン等からなり、少なくとも後述する各電極が形成される面やインクが接触する面において絶縁性を有している。
【0024】
基材10の表面のY方向一端側部分(図3、図4の右半部)にはX方向に延びる共通流路画定面10aが形成されている。また、基材10の表面のY方向他端側部分(図3、図4の左半部)にはY方向に延びる複数のインク流路画定面(所定の内面)10bが各々間隔をおいて形成されている。一方、カバー部材11のY方向一端側部分(図3、図4の右半部)にはX方向に延びる溝11aが形成されている。また、カバー部材11のY方向他端側部分(図3、図4の左半部)にはY方向に延びる複数の隔壁11bが各々間隔をおいて形成されており、隔壁11bの間には、溝11aに連通する溝11cが形成されている。そして、基材10の共通流路画定面10aとカバー部材11の溝11aとによりX方向に延びる共通流路12が形成され、さらに、基材10の複数のインク流路画定面10bとカバー部材11の複数の溝11cとにより、共通流路12から夫々分岐してY方向に延びる複数のインク流路(個別液体流路)13が形成されている。各インク流路13は矩形の断面形状を有しており、本実施形態においては、インク流路13の幅Bは70μm程度であり、インク流路13の高さHは20μm程度である。なお、図2、図3においては、3つのインク流路13が図示されているが、実際には4以上の複数のインク流路13がX方向に沿って等間隔に配置されている。
【0025】
各インク流路13の先端にはインクが排出される排出口8が形成されており、複数の排出口8がX方向に沿って一列に配列されている。そして、インクカートリッジ53からヘッド1内へ流入したインクは、加圧されることによって、共通流路12から複数のインク流路13へ夫々供給される。そして、各インク流路13においては、共通流路12から排出口8に向う方向(液体流動方向:以下インク流動方向と称する)にインクが流動する。さらに、これら複数のインク流路13の排出口8から印刷用紙Pにインクが排出される(図8参照)。なお、印刷用紙Pは、図2の前方において、図示しない紙送り機構によりZ軸方向(上下方向)に送られる。
【0026】
各インク流路13のインク流路画定面10bには、排出口8からインク流動方向に関する上流側に向けて延在している絶縁膜(図2、図3における網状にハッチングされた領域)21と、撥液性が絶縁膜21よりも低い領域であって、絶縁膜21のインク流動方向に関する上流側に隣接する隣接領域20とが形成されている。絶縁膜21は、インク流路画定面10bの幅方向(X方向)全域を占めるように形成されており、平面視で略矩形の形状である。そして、図示されるように、絶縁膜21のインク流動方向に関する下流側の縁は、インク流動方向と直交する方向に延在しており、排出口8を画成している。つまり、絶縁膜21はインク流路画定面10bにおいてインク流動方向に関して排出口8と実質的に同じ位置にまで延在している。また、後述する制御電極18は絶縁膜21によって被覆されている。この絶縁膜21は、制御電極18の表面及びインク流路13のインク流路画定面10bに対して、例えば、フッ素系樹脂をスピンコート法等によりコーティングすることにより形成することができる。本実施の形態においては、絶縁膜21の膜厚は0.1μm程度である。また、隣接領域20には絶縁膜21は形成されておらず、隣接領域20は基材10の表面によって形成されている。
【0027】
主に図4に示すように、絶縁膜21と基材10との間には、配線部18を有する制御電極18が設けられている。制御電極18は、絶縁膜21よりも若干小さな相似形状に形成されており、絶縁膜21の下層において排出口8近傍からインク流動方向に関する上流側に延在している。即ち、制御電極18は、平面視において、インク流路画定面10bの幅方向全域を占めるように形成されており、絶縁膜21と実質的に同じ矩形形状に形成されている。そして、制御電極18は、配線部18aを介して制御装置70(図1参照)と電気的に接続されている。複数の制御電極18は、蒸着法、スパッタ法、或いは、印刷法等の公知の方法により基材10の表面に形成され、さらに、複数の制御電極18を同時に形成することもできる。これにより制御電極18を容易に形成することができる。
【0028】
共通流路12の共通流路画定面10aには、配線部17aを有し、X方向に延びる接地電極17が設けられている。接地電極17は、配線部17aを介して常に接地されている。したがって、ヘッド1内の導電性のインクは接地電極17に接触して常にグランド電位に保持されている。尚、接地電極17も、制御電極18と同様に蒸着法、スパッタ法、或いは、印刷法等の公知の方法により基材10の表面に形成される。
【0029】
次に、本実施形態のプリンタ60の電気的な構成について図5を参照しつつ説明する。図5はプリンタ60の電気的な構成を示した図である。制御装置70は、中央処理装置であるCPU(Central Processing Unit)と、プリンタ60の全体動作を制御する為の各種プログラムやデータ等が格納されたROM(Read Only Memory)と、CPUで処理されるデータ等を一時的に記憶するRAM(Random Access Memory)等を有しており、これらが協働することによって以下の各機能を実現する。
【0030】
つまり、制御装置70は、図示しない紙送り機構を制御して印刷用紙Pを搬送させる。また、制御装置70は、ヘッド1による印刷用紙Pに対する印刷動作を制御するヘッド制御部30を備えている。ヘッド制御部30は、制御電極18の電位を制御することによって、各インク流路13の排出口8からインクを排出するか否かを個別に制御する。
【0031】
図5に示すように、ヘッド制御部30は、パーソナルコンピュータ(PC)40から入力された印刷データを記憶する印刷データ記憶部31と、この印刷データ記憶部31に記憶された印刷データに基づいて、制御電極18の電位をグランド電位(第1の電位)と所定の電位(第2の電位)との間で切り換えるように制御する電位制御部32とを有している。ここで、制御電極18が第1の電位に設定された際に、絶縁膜21と隣接領域20との境界においてメニスカスが形成されるように、インクの加圧力及び絶縁膜21の撥液性が調整されている。また、制御電極18が第2の電位に設定された際に、絶縁膜21と隣接領域20との境界に形成されたメニスカスが壊れるように設定されている。後述するように、電位制御部32が制御電極18の電位を変化させることによって、制御電極18を被覆している絶縁膜21の表面のインクに対する撥液性が変化する(エレクトロウェッティング現象)。これによって、排出口8からインクを排出させるか否かを制御する。
【0032】
次に、ヘッド1の動作について図6〜図9を参照しつつ説明する。図6は、排出口8からインクが排出されないときの状態を示すヘッド1の横断面図であり、図7は、排出口8からインクが排出されないときの状態を示すヘッド1の縦断面図である。図8は、排出口8からインクが排出されるときの状態を示すヘッド1の横断面図であり、図9は、排出口8からインクが排出されるときの状態を示すヘッド1の縦断面図である。排出口8からインクを排出させないときは、電位制御部32が制御電極18の電位をグランド電位とする。このとき、上述したように接地電極17によってインクがグランド電位に保持されているため、インクと制御電極18との間には電位差がない。このときには、絶縁膜21はインクに対して高い撥液性を有する状態のままである。絶縁膜21がインクに対して高い撥液性を有する状態になっているときは、図6及び図7に示すように、絶縁膜21の表面にインクが移動できず、絶縁膜21と隣接領域20との境界においてインクのメニスカスが形成される。これにより、排出口8からインクが排出されない。
【0033】
そして、排出口8からインクを排出させるときは、電位制御部32が制御電極18の電位を所定の電位とする。このとき、接地されたインクと制御電極18との間の電位差が大きくなり、絶縁膜21の表面のインクに対する撥液性が小さくなる。すなわち、絶縁膜21の表面におけるインクの接触角が小さくなる。このように、絶縁膜を挟んで配置された電極と導電性液体との間に電圧を印加した場合に、絶縁膜の表面の導電性液体に対する撥液性が下がる現象をエレクトロウェッティング現象と呼ぶ。このエレクトロウェッティング現象により、制御電極18が所定の電位であるときには、制御電極18の電位がグランド電位であるときと比較して絶縁膜21の撥液性が低下する。このため、図8及び図9に示すように、絶縁膜21と隣接領域20との境界においてインクのメニスカスが壊れて絶縁膜21の表面にインクが移動する。絶縁膜21の表面に移動したインクは排出口8から排出される。排出口8から排出されたインクは印刷用紙Pに到達する。なお、所定の電位は、グランド電位に対して正の電位であってもよいし、負の電位であってもよい。
【0034】
このように、電位制御部32が各制御電極18の電位を個別に制御することによって、所望の排出口8からインクを排出させることができる。
【0035】
以上説明したプリンタ60によれば、エレクトロウェッティング効果を利用することにより、制御電極18の電位を調整することによって排出口8からのインクの排出の有無を制御することができる。したがって、ヘッド1を簡単な構造で集積度が高く低コストなものとすることができる。また、インクを排出口8から排出させるために要するエネルギーが小さいので、電装部品を小型で低コストなものとすることができる。
【0036】
また、カバー部材11には、共通流路12及びインク流路13を区画するための溝11a、複数の隔壁11b及び溝11cが形成されている一方、基材10の表面は平坦であるため、矩形板状の基材10の一面上に制御電極18や絶縁膜21を容易に形成することができる。
【0037】
さらに、導電性のインクは接地電極17に接触しており、グランド電位に保持されているため、制御電極18を所定の電位とすることによって、インクと制御電極との間に確実に電位差を発生させることができ、絶縁膜21の撥液性を確実に低下させることができる。
【0038】
前述のように、インクカートリッジ53に貯溜されているインクとヘッド1内のインクとの間に水頭差が生じるようにインクカートリッジ53が設置されているため、インクカートリッジ53に貯溜されているインクは加圧される。これによって、インク流路13においてインクがインク流動方向に沿って加圧され、インクが排出口8から確実に排出される。
【0039】
〈第1変更形態〉
次に、本実施の形態による第1の変更形態について図10及び図11を参照しつつ説明する。図10は本変更形態に係るヘッドの平面断面図である。図11は、ヘッドの側面断面図である。図10及び図11に示すように、ヘッド101は、共通流路12から分岐してY方向に延びる複数のインク流路113を有している。各インク流路113は矩形の断面形状を有している。インク流路113のインク流路画定面110bには、排出口108からインク流動方向に関する上流側に向けて延在し、且つ、インク流路画定面110bの幅方向全域を占める絶縁膜121が形成されている。絶縁膜121と基材110との間に制御電極118が形成されている。つまり、絶縁膜121が制御電極118を被覆している。制御電極118は、絶縁膜121の下方において排出口108からインク流動方向に関する上流側に向けて延在している。そして、絶縁膜121が形成されている領域は、平面視で、排出口108に向かって先細りとなった台形形状を有しており、これに合わせて制御電極118及び絶縁膜121も台形形状を有している。つまり、インク流路113は、排出口108に向かって断面積が徐々に減少する減少領域(テーパー領域)113aと、減少領域113aと共通流路12との間に位置すると共にインク流動方向に関して断面積が均一な均一領域113bとを含んでいる。
【0040】
このように、インク流路113が減少領域113aと均一領域113bとを含んでいるため、インク流路113における流路抵抗を抑制することができる。さらに、インク流路113の先端が先細りの形状であるため、制御電極118を所定の電位にしたときに排出口108から排出されるインクの位置のばらつきを小さく抑えることができる。
【0041】
なお、本変更形態においては、制御電極118及び絶縁膜121が減少領域113aに係るインク流路画定面110bのほぼ全域に配置されているが、減少領域がインク流動方向に関する上流側にさらに延在することによって、制御電極118及び絶縁膜121が減少領域に係るインク流路画定面の一部に配置されるようにインク流路を構成してもよい。さらには、均一領域が形成されないように、インク流路全体が減少領域となるように構成してもよい。
【0042】
〈第2変更形態〉
次に、本実施の形態による第2変更形態について図12及び図13を参照しつつ説明する。図12は本変更形態に係るヘッドの平面断面図である。図13は、ヘッドの側面断面図である。図12及び図13に示すように、ヘッド201は、共通流路12から夫々分岐してY方向に延びる複数のインク流路213を有している。各インク流路213は矩形の断面形状を有している。インク流路213を画成する表面であるインク流路画定面210bには、排出口8からインク流動方向に関する上流側に向けて延在し且つインク流路画定面210bの幅方向全域にわたって形成されている絶縁膜221と、撥液性が絶縁膜221よりも低く且つ絶縁膜221のインク流動方向に関する上流側に隣接する隣接領域220とが形成されている。絶縁膜221と基材210との間には、制御電極218が形成されている。つまり、制御電極218は、絶縁膜221によって被覆されている。また、制御電極218は、絶縁膜221の下方において排出口8からインク流動方向に関する上流側に向けて延在している。制御電極218及び絶縁膜221は、平面視で略矩形の形状を有している。インク流路213を区画している各隔壁211bは、絶縁膜221と隣接領域220との境界において、互いに隣接した2つのインク流路213のそれぞれに向かって突出した2つの突起211cを有している。つまり、インク流路213の、インク流路画定面210bの幅方向(X方向:インク流動方向と直交する方向のうち絶縁膜221の平面に平行な方向)における幅は、絶縁膜221と隣接領域220との境界において狭くなっている。
【0043】
これによると、突起211cによって絶縁膜221と隣接領域220との境界におけるインク流路213の断面積が小さくなるため、制御電極218が所定の電位となったときに、絶縁膜221と隣接領域220との境界においてインクのメニスカスが容易に形成される。従って、インクが排出口8から排出されるのを確実に停止することができる。また、上述の効果はインク流路213の上蓋(カバー部材)の形状に依存しないため、上蓋がない場合においても対応することができる。
【0044】
本実施の形態においては、インク流動方向と直交する方向のうち絶縁膜221の平面に平行な方向におけるインク流路213の幅を狭くすることによって絶縁膜221と隣接領域220との境界におけるインク流路213の断面積を小さくしたが、インク流路の上蓋に、絶縁膜と隣接領域との境界において下方に向かって突出する突起を設けてもよい。これによると、インク流動方向と直交する方向のうち絶縁膜の平面に垂直な方向におけるインク流路の幅が狭くなり、絶縁膜と隣接領域との境界部分の長さを短くすることなく、絶縁膜と隣接領域との境界におけるインク流路の断面積を小さくすることができる。このため、制御電極を所定の電位とした場合に、絶縁膜と隣接領域との境界においてインクのメニスカスが容易に形成される。
【0045】
<第2の実施の形態>
次に、本発明に係る第2の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、第1の実施の形態と実質的に同じ部材については、同一の符号を付してその説明を省略する。図14は、本発明に係る第2の実施の形態であるプリンタの概略構成図である。図14に示すように、プリンタ360は、インクカートリッジ53と、一方向に長い略直方体の形状であり、印刷用紙Pに対してインクを排出して印刷するヘッド301と、制御装置70とを有している。インクカートリッジ53とヘッド301とはインク供給管52により接続されている。インクカートリッジ53は、インクカートリッジ53に貯溜されているインクとヘッド301内のインクとの間に水頭差が生じるように設置されている(加圧機構)。この水頭差によって、インクカートリッジ53に貯溜されているインクが加圧されてインク供給管52を介してヘッド301に供給される。
【0046】
次に、ヘッド301について図15をさらに参照しつつ詳細に説明する。図15は、図14に示すヘッド301の斜視図である。なお、図15において、ヘッド301の長手方向をX方向、ヘッド301の幅方向をY方向と規定している。図15に示すように、ヘッド301は、矩形板状の基材310を備えており、基材310上には複数のインク流路が形成されている。基材310は、ガラス材料、ポリイミド、あるいは、表面にSiO2が形成されたシリコン等からなり、少なくとも後述する各電極が形成される面及びインクが接触する面において絶縁性を有している。
【0047】
基材310の表面のY方向一端側部分にはX方向に延びる共通流路画定面10aが形成されている。また、基材310の表面のY方向他端側部分にはY方向に延びる複数のインク流路画定面(所定の内面)10bが各々間隔をおいて形成されている。さらに、複数のインク流路画定面10bの間の基材310の表面には、高撥液領域310cが形成されている。また、基材310の縁部のうち、Y方向他端側部分を除く部分には、高撥液領域310dが形成されている。高撥液領域310c、310dは、基材310の表面及び後述する絶縁膜21よりも高い撥液性を有している。そして、共通流路画定面10aが高撥液領域310c、310dに区画されることによって共通流路312が形成され、さらに、インク流路画定面10bが高撥液領域310c、310dに区画されることによって、共通流路312から夫々分岐してY方向に延びる複数のインク流路313が形成されている。なお、図15においては、3つのインク流路313のみが示されているが、実際には図14に示すように、4以上の複数のインク流路313がX方向に沿って等間隔に配置されている。
【0048】
各インク流路313の、共通流路312と反対側の端部にはインクが排出される排出口308が形成されており、複数の排出口308がX方向に沿って一列に配列されている。そして、インクカートリッジ53からヘッド301内へ流入したインクは、前述の加圧機構により加圧されて、共通流路312から各インク流路313へ供給される。このとき、各インク流路313においては、高撥液領域310cの撥液性は、インク流路画定面10b(絶縁膜21及び隣接領域20)の撥液性よりも高いため、インク流路画定面10b上に流れ込んだインクが高撥液領域310c上に侵入することがない。
【0049】
そして、各インク流路313においては、共通流路312から排出口308に向う方向(液体流動方向:以下インク流動方向と称する)にインクが流動する。さらに、これら複数のインク流路313の排出口308から印刷用紙Pにインクが排出される。
【0050】
各インク流路313のインク流路画定面10bには、排出口308からインク流動方向の上流側に向けて延在している絶縁膜(図15における網状にハッチングされた領域)21と、絶縁膜21の撥液性よりも低い撥液性を有し、且つインク流動方向に関する上流側において絶縁膜21と隣接する隣接領域20とが形成されている。ここで、絶縁膜21は、平面視で矩形の形状であって、インク流路画定面10bの幅方向(X方向)全域にわたって形成されている。つまり、絶縁膜21は、インク流路画定面10bにおいてインク流動方向に関して排出口308と実質的に同じ位置にまで延在している。また、絶縁膜21と基材310との間には、制御電極18が形成されている。つまり、制御電極18は、絶縁膜21によって被覆されている。
【0051】
制御装置70に関して、その構成及び機能は第1の実施の形態における制御装置と実質的に同じであるため、その説明を省略する。また、ヘッド301の動作も第1の実施の形態のヘッド1の動作と実質的に同じであるため、その説明を省略する。
【0052】
以上説明したプリンタ360によれば、制御電極18の電位に応じてエレクトロウェッティング効果が生じることによって排出口308からのインクの排出の有無を制御することができる。したがって、ヘッド301を簡単な構造で集積度が高く低コストなものとすることができる。また、インクを排出口308から排出させるために要するエネルギーが小さいので、電装部品を小型で低コストなものとすることができる。
【0053】
さらに、本実施の形態においては、共通流路312及びインク流路313を区画するためのカバー部材などが不要になるため、ヘッド301をより低コストなものとすることができる。また、共通流路312及びインク流路313が露出しているため、これらのメンテナンスが容易である。また、基板310の表面に高撥液領域310c、310dを形成するという簡単な方法で共通流路312及びインク流路313を形成することができる。加えて、例えば、高撥液領域310c、310dを印刷プロセスで形成することによってインク流路313の集積度を高くすることが極めて容易になる。
【0054】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。例えば、第1の実施の形態においては、共通流路12及びインク流路13、113、213を区画するための隔壁がカバー部材11に形成されているが、このような隔壁の一部が基材10、110、210に形成されていてもよい。
【0055】
また、第1及び第2の実施の形態においては、共通流路12、312の共通流路画定面10aに接地電極17が形成されているが、このようなインクを接地するための接地電極はヘッド1、101、201、301の他の領域に形成されていてもよいし、接地電極を備えていなくてもよい。
【0056】
さらに、第1及び第2の実施の形態においては、インクカートリッジ53は、インクカートリッジ53に貯溜されているインクとヘッド1、101、201、301内のインクとの間に水頭差が生じるように設置されることによって、インクを加圧する加圧機構として機能しているが、例えば、ポンプ等の加圧装置を用いてインクを加圧する加圧機構を備えてもよく、加圧機構を備えていなくてもよい。
【0057】
加えて、第1の実施の形態においては、インク流路13、113、213の断面形状は矩形であるが、例えば、インク流路の断面形状が円形や楕円形等の他の断面形状であってもよい。
【0058】
また、第1及び第2の実施の形態においては、基材10、110、210、310のインクが接触する面は絶縁性を有していたが、制御電極18、118、218とインクとが絶縁されていれば、基材のインクが接触する面が導電性を有していてもよい。
【0059】
さらに、第1及び第2の実施の形態においては、絶縁膜21、121、221のインク流動方向に関する下流側の縁は、インク流動方向と直交する方向に延在しており、排出口8と完全に一致するように形成されているが、排出口8から若干離れて形成されていてもよい。また、絶縁膜21、121、221のインク流動方向に関する下流側の縁は、排出口8から徐々に離れるようにインク流動方向と直交する方向に対して傾斜していてもよい。
【0060】
加えて、第1及び第2の実施の形態では、平面視において、制御電極18、118、218がインク流路の幅方向全域にわたって形成されているが、制御電極がインク流路の幅方向の一部に形成されていてもよい。また、各インク流路に対して複数の制御電極が形成されていてもよい。このとき、各インク流路において複数の制御電極が同じ電位となるように制御することが好ましい。
【0061】
第1及び第2の実施の形態では、インクを排出するプリンタに本発明を適用した例が示されているが、薬液や化学溶液、配線形成用導電性溶液、UV樹脂溶液などの液体を排出する液体排出装置など、インク以外の導電性の液体を排出する装置に対して本発明を適用することが可能である。さらに、液体が排出される面は、印刷用紙Pなどの紙の表面に限らず、ガラス、ポリイミド、シリコンなどの固体表面でもよい。
【0062】
本発明の液体排出装置は、前述の通り、電位制御機構によって各電極と液体との間の電圧を制御することによって、各絶縁膜の撥液性を制御することができる。それにより、各排出口において液体を排出させるか否かを制御することができるため、本発明の液体排出装置を、液体の流れを制御するバルブ(レギュレータバルブ)として使用することができる。あるいは、複数のインク流路のうち、何本の流路にインクを流すかを制御することによって、液体排出装置から排出される液体の量、及び/又は液体の流速を制御できる。従って、本発明の液体排出装置は、排出される液体の流量及び/又は流速を調整するマスフローコントローラー(MFC)としても利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0063】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係るプリンタの概略構成図である。
【図2】図1に示すヘッドの斜視図である。
【図3】図2のIII-III線に沿ったヘッドの横断面図である。
【図4】図2のIV-IV線に沿ったヘッドの縦断面図である。
【図5】図1に示すプリンタの電気的な構成を示した図である。
【図6】図1に示すヘッドの排出口からインクが排出されないときの状態を示すヘッド1の横断面図である。
【図7】図1に示すヘッドの排出口からインクが排出されないときの状態を示すヘッド1の縦断面図である。
【図8】図1に示すヘッドの排出口からインクが排出されるときの状態を示すヘッド1の横断面図である。
【図9】図1に示すヘッドの排出口からインクが排出されるときの状態を示すヘッド1の縦断面図である。
【図10】図1に示すヘッドの第1の変形例を示す横断面図である。
【図11】図1に示すヘッドの第1の変形例を示す縦断面図である。
【図12】図1に示すヘッドの第2の変形例を示す横断面図である。
【図13】図1に示すヘッドの第2の変形例を示す縦断面図である。
【図14】本発明の第2の実施の形態に係るプリンタの概略構成図である。
【図15】図14に示すヘッドの斜視図である。
【符号の説明】
【0064】
1 ヘッド
8 排出口
10 基材
10a 共通流路画定面
10b インク流路画定面
11 カバー部材
11a 溝
11b 隔壁
12 共通流路
13 インク流路
17 接地電極
17a 配線部
18 制御電極
18a 配線部
20 隣接領域
21 絶縁膜
30 ヘッド制御部
32 電位制御部
60 プリンタ
70 制御装置






 

 


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