印刷装置及び印刷制御方法
【課題】被印刷基材に電解質を有する液体を転移させる印刷装置において、液体を一定量だけ分割して被印刷基材に転移させることにより高精細及び高画質の画像を印刷できるようにする。
【解決手段】印刷装置は、被印刷基材に電解質を有する液体を転移させるものであり、送液装置１が複数、２次元的に配設されている。送液装置１は、電極１３に電圧を印加することにより、流路１０中の弁部１１を疎水性から親水性に変化させて液体Ｆを送液し、電圧の印加を停止することにより、弁部１１を疎水性に変化させて通気部１４から外気を弁部１１に導入して液体Ｆを一定量だけ分割する。
【解決手段】印刷装置は、被印刷基材に電解質を有する液体を転移させるものであり、送液装置１が複数、２次元的に配設されている。送液装置１は、電極１３に電圧を印加することにより、流路１０中の弁部１１を疎水性から親水性に変化させて液体Ｆを送液し、電圧の印加を停止することにより、弁部１１を疎水性に変化させて通気部１４から外気を弁部１１に導入して液体Ｆを一定量だけ分割する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は印刷装置に関し、特に液体を一定量だけ分割して被印刷基材に転移することができる印刷装置及び該印刷装置における印刷制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、化学、光学、臨床、バイオ技術等の分野において、化学実験や化学操作等を微細化するため、基板上に微細な溝やくぼみ等の流路が形成されたチップ（マイクロチップ）上に、混合、化学反応、分離、検出等、一連の工程を集積化させたμ−ＴＡＳ（マイクロタス）、Ｌａｂ−ｏｎ−ａ−Ｃｈｉｐ（ラボオンチップ）等と呼ばれる化学・分析システムの開発が進められており、このように微細化された化学・分析システムでは、試料や廃液の量の削減、分析時間の大幅な短縮と効率化、省スペース、携帯性等、様々な利点が期待されている。
【０００３】
しかしながら上記のように微細化された化学・分析システムでは、微細な流路中に液体を送液する必要があり、従来より使用されている、ポンプ等の外力を利用する一般的な送液装置では、流路が細くなるほど界面張力等の影響が大きくなり、流れる液体の抵抗が大きくなってしまうので、液体を流すためには大きな圧力が必要となり、この圧力により微細な流路を破損させてしまう虞があるため、流路の構造を強固なものにする必要があった。また大きな圧力を生じさせるためには、消費電力も大きくなってしまう問題があった。
【０００４】
そこで、近年では微細な流路中に液体を送液するために、エレクトロウェッティング（Electrowetting：以下、ＥＷ）という現象を利用した送液装置が提案されている（特許文献１）。ＥＷは、図１６の左図に示す如く、電極Ｅ上に直接電解質水溶液Ｆが接しているときに、この液体Ｆと電極Ｅ間に電圧を印加することにより、図１６の右図に示す如く、液体Ｆの固液界面近傍に電極Ｅが陽電極である場合には負のイオンが、陰電極である場合には正のイオンが集まり、イオン同士が反発することによって、液体Ｆの界面張力を低下させる。すなわち左図の状態での液体Ｆと電極Ｅとの接触角θが、右図に示すように液体Ｆの界面張力が低下することによりθよりも小さい値の接触角θ’になり、電極Ｅ上の液体のいわゆる濡れ性が向上する。
【０００５】
また、右図のように液面の界面張力が低下した状態から、電圧の印加をやめることで、左図に示す如く、界面近傍に集まっていたイオンが拡散して界面張力が回復することにより、前記濡れ性が低下する。
なお上記ＥＷの現象は、電極Ｅと電解質水溶液Ｆとが直接接触せずに、図１７に示す如く、誘電膜Ｄを介している場合でも生じる。これは、電場が与えられ電極Ｅが陽電極である場合には誘電膜Ｄの電極Ｅ側が陰極、電解質水溶液Ｆ側が陽極に分極し、電極Ｅが陰電極である場合には誘電膜Ｄの電極Ｅ側が陽極、電解質水溶液Ｆ側が陰極に分極するので、誘電膜Ｄと電解質水溶液Ｆとの界面でも上記電極Ｅと電解質水溶液Ｆとの界面と同様のＥＷの現象が生じるからである。
【０００６】
上記送液装置は、電極が埋め込まれ内面が疎水性の流路において、電極に電圧を印加することで上記ＥＷの現象により流路内に液体を導いている。
【０００７】
また上記ＥＷの現象をインクジェットのプリンタヘッドに使用したものとして、疎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、インクの界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、静電気によりノズルからインクを吐出させるものがある（特許文献２）。
【０００８】
一方、近年ではコンピュータの性能の向上に伴って、高精細、高画質な画像を扱う頻度が増加している。コンピュータの周辺機器であるデジタルプリンタではこうした高精細、高画質な画像を印刷物として実現するために、一画素あたりの液適量が非常に微細化している。また近年ではデジタル印刷の技術は紙の印刷物の作成以外に、機能性材料を分散させた液体を基材上にパターンとして印刷し、産業用デバイスを作成する、いわゆるデジタルファブリケーションが注目されている。このデジタルファブリケーションにおいては、デバイスの微細化のために、高解像度化、特に最小ドットサイズの縮小化が重要視されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−１９９２３１号公報
【特許文献２】特開２００４−２１６８９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながらデジタルプリンタの高精度化や最小ドットの縮小化は急速には進んでいない。電子写真方式プリンタでは原理的にトナーが静電場によって転移するときに散乱するため、安定的に実現できる最小ドットサイズはインクジェット方式プリンタよりも劣っている。インクジェット方式プリンタでは現在商品として実現できている最小ドットは、液滴量で１ｐｌ程度、紙への転移サイズ（直径）は２０〜３０μｍ程度である。インクジェット方式プリンタでは原理的にはさらに小さい液滴を生成することは可能であるが、紙等の被印刷基材とプリンタヘッドが少なくとも１ｍｍ程度の間隙を隔てて相対的に移動し、液滴が空気中を飛翔して被印刷基材に着滴するという条件を考慮すると、空気力学的原因からその着滴精度を保つためには上記液滴量及び上記転移サイズが限界であると考えられる。
【００１１】
従って最小ドットサイズをできるだけ小さくしようとするためには、電子写真方式やインクジェット方式のような非接触転移ではなく、接触転移を利用することが望ましい。しかしながら接触転移を利用した方式のうち、感熱記録方式である溶融熱転写方式のプリンタではサーマルヘッド等の熱記録デバイスの一発熱素子を小さくすることに限界があることから、最小ドットサイズはインクジェット方式プリンタよりも劣っている。
【００１２】
またデジタルファブリケーションという用途では、インクジェット方式はデジタルプリンタの中では最有力な選択肢であるが、機能性材料をインク中に分散させてインクジェットヘッドによる吐出を可能とするために、種々の制約条件をクリアする必要があり、機能性の観点からだけでは液体を選択することはできない。
【００１３】
またプリンタ以外に接触により被印刷基材に微少量の液体を転移させる方法としては、ディスペンサがあり、将来的には様々な機能性材料を用いて、最小ドットサイズの小さい印刷を実現できる可能性があるが、ディスペンサは一般に１〜数本のノズルしか備えておらず、印刷の処理速度が遅いという問題がある。また高粘度液体で微細パターンを描こうとすれば、必然的に高い圧力が必要となり、高い圧力に耐えうるためには装置自体が高価で複雑になってしまう。
【００１４】
一方、接触転移を利用したプリンタのプリンタヘッドに上述したような送液装置を利用する場合等には、電圧の印加を停止することにより流路内の液体の移動を停止することはできるものの、流路入口に隣接したいわゆる液溜から流路出口までの流路内に連続して液体が充填されてしまっているため、例えば印刷用の用紙等の浸透性又は親水性を有する基材を前記流路出口に接触させたときに、液体つまりインクは、基材がインクを吸収できなくなるまで、又は液溜内のインクがなくなるまで基材に転移し続けることになる。これはいわば万年筆のような状態である。
【００１５】
この場合、基材へのインクの転移を中断させるためには、万年筆を用紙から離すのと同様に、液体出口を基材から離せばよいが、微細なパターンを描く際にこのような動作をさせると例えば用紙の移動方向の微細なズレ等によってパターンの品質を損ねてしまう虞がある。
【００１６】
また特許文献２に記載のプリンタヘッドでは、インクの界面張力を変化させることのみで液滴を分離するため、流路内で完全に液滴を分割することは困難である。
【００１７】
本発明はかかる事情に鑑みてなされものであり、液体を一定量だけ分割して被印刷基材に転移させることにより高精細及び高画質の画像を印刷することができる印刷装置及び該印刷装置における印刷制御方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の印刷装置は、被印刷基材に電解質を有する液体を転移させる印刷装置であって、
前記液体を流路中に送液する、
前記流路の内壁面の少なくとも一部が、該流路の入口から出口までの全体に亘って、送液を遮断する疎水性を有する少なくとも一つの弁部を除いて親水性を有し、
前記弁部に、前記液体の界面張力を減少させるための電極と、前記液体を切断するため外気を導入する通気部が設けられている送液装置が複数、２次元的に配設されていることを特徴とするものである。
【００１９】
なお本発明において「界面張力」は、固体と液体との界面において、液体がその面積を縮めようとする力をいう。
【００２０】
本発明の印刷装置においては、印刷装置本体に対して回動自在に装着された印刷ドラムを備え、
前記流路の入口が前記印刷ドラム内部に位置し、前記流路の出口が前記印刷ドラム外周面に露出するように前記送液装置が複数２次元的に配設され、
前記液体が前記流路の入口に供給されるものであってもよい。
【００２１】
また本発明の印刷装置においては、前記被印刷基材が、前記印刷ドラムの前記外周面に所定期間密着して該外周面と同速度で搬送されるものであって、
前記液体は、前記被印刷基材が前記印刷ドラムに密着されている期間に、前記流路から前記被印刷基材に転移されるものであることが好ましい。
【００２２】
また本発明の印刷装置においては、前記被印刷基材が、シート状で可撓性を有するものであって、
前記被印刷基材の搬送経路は前記印刷ドラムの外周面に沿って湾曲していてもよい。
【００２３】
また本発明の印刷装置においては、印刷装置本体に装着された平坦な表面を有する印刷部材を備え、
前記流路の入口が前記印刷部材の前記表面よりも内方側に位置し、前記流路の出口が前記印刷部材の前記表面上に露出するように前記送液装置が複数２次元的に配設され、
前記液体が前記流路の入口に供給されるものであってもよい。
【００２４】
また本発明の印刷装置においては、前記被印刷基材が、前記印刷部材の前記表面に所定期間密着されるものであって、
前記液体は、前記被印刷基材が前記印刷部材に密着されている期間に、前記流路から前記被印刷基材に転移されるものであることが好ましい。
【００２５】
本発明の印刷装置は、前記送液装置において、
前記電極が、正負の二極を有し、
該正負の二極の一方の電極が、前記疎水性の弁部に臨設されていることが好ましい。
【００２６】
この場合、前記正負の二極の電極が、前記液体の流れ方向に前後して配置されていることが好ましい。
【００２７】
また本発明の印刷装置は、前記送液装置において、
前記電極と前記流路とを、誘電膜によって隔てることができる。
【００２８】
また本発明の印刷装置は、前記送液装置において、
前記出口の外縁部が疎水性を有することが好ましい。
【００２９】
また本発明の印刷装置は、前記送液装置において、
前記流路の出口区間の内壁及び前記出口の外縁部が疎水性を有するものであり、
前記出口区間及び前記外縁部のうち前記出口に隣接する周縁部に、前記液体の界面張力を減少させるための第二の電極が設けられていることが好ましい。
【００３０】
また本発明の印刷装置は、前記送液装置において、
前記出口を有する流路出口部が、印刷装置本体から突出していることが好ましい。
【００３１】
この場合、前記流路出口部が、弾性部材で形成されていることが好ましい。
【００３２】
なお流路出口部は、流路が変形しなければ、例えば流路の出口付近のみ等、一部を弾性部材で形成してもよいし、全部を弾性部材で形成してもよい。
また、前記流路出口部が前記液体の流れ方向に弾性を有するものであってもよい。
【００３３】
また本発明の印刷装置は、前記液体を、機能性粒子を分散させた液体とすることができる。
【００３４】
本発明の印刷制御方法は、上記印刷装置の印刷制御方法において、
前記電極に電圧を印加することにより、前記流路中の前記弁部を疎水性から親水性に変化させて前記液体を送液し、電圧の印加を停止することにより前記弁部を疎水性に変化させると共に前記通気部から外気を該弁部に導入して前記液体を一定量だけ分割して前記被印刷基材に転移させることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、印刷装置に、流路の内壁面の少なくとも一部が、流路の入口から出口までの全体に亘って、送液を遮断する疎水性を有する少なくとも一つの弁部を除いて親水性を有し、弁部に、液体の界面張力を減少させるための電極と、液体を切断するため外気を導入する通気部が設けられている送液装置が、複数２次元的に配設されているので、電極に電圧を印加することにより、弁部を疎水性から親水性に変化させて液体を送液し、電圧の印加を停止することにより、弁部を疎水性に変化させて通気部から外気を弁部に導入して液体の送液を停止することができ、流路中の弁部において弁部に導入した外気により流路中の液体を分割、つまり切ることができるので、流路の容積を調整することで、電解質を有する液体であればいずれの液体であっても任意の量を分割して被印刷基材に転移させることが可能となる。これにより高画質印刷やデジタルファブリケーションに最適な、最小ドットサイズの非常に小さい、高精細パターンの画像を印刷することができる。
【００３６】
また本発明において、印刷装置が印刷装置本体に回転自在に装着された印刷ドラム又は印刷装置本体に装着された平坦な表面を有する印刷部材を備え、被印刷基材を印刷ドラムの外周面又は印刷部材の表面に接触させることによって液体を被印刷基材に転移させるものである場合には、インクジェット方式のように液体の液滴が空気中を飛翔して被印刷基材に着滴するのではなく、液体は流路の出口から空気に略触れずに被印刷基材に転移するので空気力学的原因による転移精度の低下を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】印刷装置の概略構成図
【図２】プリンタヘッドを実装した印刷装置のイメージ斜視図
【図３】印刷部の拡大図及び印刷部の主要部拡大図
【図４】プリンタヘッドの配列例を示す図
【図５】第２の実施形態の印刷装置の主要部拡大図
【図６】第３の実施形態の印刷装置の主要部拡大図
【図７】（ａ）送液装置の概略構成図、（ｂ）弁部拡大図
【図８】送液装置の動作の説明図
【図９】別の実施形態の送液装置の概略構成図
【図１０】プリンタヘッドの動作の説明図
【図１１】印字装置の（ａ）分解斜視図、（ｂ）正面図、（ｃ）主要部Ａ拡大上面図
【図１２】別の実施形態の印字装置
【図１３】さらに別の実施形態の印字装置
【図１４】第二の電極の斜視図の一例
【図１５】別の実施形態のプリンタヘッドの概略模式図
【図１６】エレクトロウェッティング現象の説明図（その１）
【図１７】エレクトロウェッティング現象の説明図（その２）
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、本発明にかかる一実施形態としての印刷装置１００について、図面を参照して詳細に説明する。図１は印刷装置１００の概略構成図、図２はプリンタヘッド素子２を実装した印刷装置１００のイメージ斜視図、図３は印刷部Ｐ１の拡大図及び印刷部Ｐ１の主要部拡大図、図４はプリンタヘッド素子２の配列例を示す図である。なおプリンタヘッド素子２は、印刷物の一画素を形成するための流路を有する送液部（後述する）を備えた個々の送液デバイスをいい、このプリンタヘッド素子２が複数集合してなるものをプリンタヘッドという。
【００３９】
印刷装置１００は、図１に示す如く、被印刷基材である印刷用紙１０３の表面又は裏面に印刷する印刷部Ｐ１と、給紙台（図示省略）に載置された複数枚の印刷用紙１０３を一枚ずつ繰り出して送り出す給紙部Ｐ２と、給紙部Ｐ２から繰り出された印刷用紙１０３を印刷部Ｐ２に向けて搬送する搬送部Ｐ３と、印刷部Ｐ１によって表面又は裏面が印刷された印刷用紙１０３を排紙台（図示省略）に排紙する排紙部Ｐ４とを備えている。
【００４０】
印刷部Ｐ１は、図１、図２、図３に示す如く、印刷装置１００本体に対して回動自在に装着された円筒形状をした印刷ドラム１０１と、印刷ドラム１０１の下方から印刷用紙１０３を支持し、回転ドラム１０１と平行に回転可能に配置された回転体１０２とを備えている。印刷ドラム１０１は、ベルトなどの伝達手段を介してドラムモータ（図示省略）により回転するものであり、印刷ドラム１０１の内部には、後述するプリンタヘッド素子２が、図３に示す如く、流路の入口を印刷ドラム１０１の内部に位置させ、流路の出口を印刷ドラム１０１の外周面に露出させるようにして、複数二次元的に配設されている。
【００４１】
本実施形態では直径約５〜１０ｃｍの印刷ドラム１０１に、直径約０．１ｍｍのプリンタヘッド素子２が、図４に示す如く、各プリンタヘッド素子間のピッチｄを約０．２ｍｍ程度とって印刷ドラム１０１の長さ方向ｘ及び外周方向ｙにそれぞれ複数配列されている。
給紙部Ｐ２は、給紙台（図示省略）に載置された印刷用紙（被印刷基材）１０３を印刷ドラム１回転毎に１枚ずつ繰り出して送り出すスクレーパローラ１０４，スクレーパローラ１０４によって送り出された印刷用紙１０３をピックアップするピックアップローラ１０５、サバキ板１０６及び重送検出スイッチ１０７を備えている。
【００４２】
搬送部Ｐ３は、給紙部Ｐ２から繰り出された印刷用紙１０３を印刷ドラム１０１と回転体１０２との間に挿入する搬送ローラ１０８，１０９及びガイド板１１０，１１１を備えている。搬送ローラ１０８，１０９はそれぞれの軸両端部にて歯車を介して噛合することにより、互いに逆向きに連動して回転するように構成されており、搬送ローラ１０８，１０９の近傍には、これらを回転させるための搬送モータ（図示せず）が設置されている。なお本実施形態においては、上記のような構成の搬送ローラ１０８，１０９を利用するようにしたが、例えば、一方の搬送ローラを駆動し、他方の搬送ローラはベアリング軸受けで加圧することで一方の搬送ローラに従動回転させるような構成としてもよい。
【００４３】
排紙部Ｐ４は、印刷ドラム１０１と回転体１０２との間に挟圧搬送され印刷が施された印刷用紙１０３を排紙台（図示省略）に向けて搬出するサクションローラ１１２，１１３及びサクションベルト１１４を備えている。
【００４４】
次に以上のように構成された印刷装置１００の作用について説明する。印刷装置１００は、印刷ドラム１０１が矢印Ａ方向に所定の速度で回転するとともに、給紙台に載置された印刷用紙１０３の最上面から、スクレーパローラ１０４，ピックアップローラ１０５及びサバキ板１０６により１枚の印刷用紙１０３が繰り出され、繰り出された印刷用紙１０３はガイド板１１０に案内されつつ、搬送ローラ１０８，１０９まで搬送される。なお、このとき印刷用紙１０３が重送された場合には、重送検出スイッチ１０７により検出される。
【００４５】
そして印刷用紙１０３は所定の速度で回転する搬送ローラ１０８，１０９の間に挟まれ、搬送ローラ１０８，１０９の回転により印刷ドラム１０１と回転体１０２との間に向かってさらに搬送される。そして印刷用紙１０３は、印刷ドラム１０１と回転体１０２との間に搬送されると、印刷用紙１０３の下面側が回転体１０２によって支持されることにより印刷用紙１０３の上面側が印刷ドラム１０１の外周面に所定期間密着し、印刷ドラム１０１及び印刷ドラム１０１と共に矢印Ｂ方向に回転する回転体１０２によって印刷ドラム１０１の外周面と同速度で搬送される。
【００４６】
このように印刷用紙１０３が印刷ドラム１０１の外周面に所定期間密着して印刷ドラム１０１の外周面と同速度で搬送されることにより、印刷ドラム１０１の外周面に露出したプリンタヘッド素子２の流路出口が印刷用紙１０３に所定期間接触しながら印刷用紙１０３と同速度で回転する。このとき予め外部から入力された任意の印刷パターンデータに基づいて後述するプリンタヘッド素子２の電極への電圧を印加したり停止したりすることで、プリンタヘッド素子２内のインクを印刷用紙１０３に転移させ、図２に示すように、印刷用紙１０３に印刷パターンを印刷する。
【００４７】
なお本実施形態では印刷用紙１０３が、図３の右図（拡大図）に示す如く、印刷ドラム１０１に圧接されて変形することにより、印刷ドラム１０１の外周面との接触面積が広く、すなわち接触するプリンタヘッド素子２の流路出口の数が多くなる。これにより印刷用紙１０３とプリンタヘッド素子２との接触時間を長くすることができるので、印刷用紙１０３に転移するインクの量を増やすことができる。
なお本実施形態では印刷用紙１０３が変形する構成としたが、印刷ドラム１０１が変形する構成としてもよい。
【００４８】
そして印刷用紙１０３に任意の印刷パターンが印刷されると、印刷用紙１０３はサクションローラ１１２，１１３の回転によって環状移動されるサクションベルト１１４の移動に伴って排紙台に排紙される。以上のようにして印刷装置１００は印刷用紙１０３に印刷を行う。
【００４９】
なお印刷装置１００を使用して上記のようにして印刷用紙１０３に印刷を行う場合には、プリンタヘッド素子２の配列ピッチｄが０．２ｍｍ程度であることから、印刷パターンの解像度は１２７ｄｐｉ程度となるが、例えば印刷装置１００の印刷部Ｐ１を複数台並べて配置して、いわゆるタンデム方式を使用して、複数の印刷部Ｐ１によって順番に印刷を行うことにより高解像度の印刷を行うことができる。このように上記タンデム方式を使用することにより、例えば印刷用紙１０３を印刷ドラム１０１に対して複数回往復させたり、回転式の支持装置（リボルバー）に複数の印刷ドラム１０１を収めて複数回の印刷を行うマルチサイクル方式等よりも印刷に要する時間を短縮することができる。
【００５０】
なお本実施形態の印刷装置１００は、印刷ドラム１０１を備え、この印刷ドラム１０１に複数のプリンタヘッド素子２を２次元的に配設したが、本発明はこれに限られるものではない。次に本発明にかかる第２の実施形態の印刷装置１００−２について説明する。図５は印刷装置１００−２の主要部拡大図である。なお本実施形態では便宜上、上記実施形態の印刷装置１００と異なる箇所についてのみ詳細に説明する。
【００５１】
印刷装置１００−２は、図５に示す如く、シート状で可撓性を有する印刷用紙（被印刷基材）１０３’に印刷を行うものであり、印刷ドラム１０１を挟んで印刷用紙１０３’の搬送方向の上流側と下流側にそれぞれ湾曲搬送ローラ１２０，１２１が設けられている。湾曲搬送ローラ１２０，１２１は、上述した搬送ローラ１０８，１０９の回転による印刷用紙１０３’の搬送及びサクションベルト１１４の環状移動による印刷用紙１０３’の搬送に伴って連れ回するように構成されており、それぞれ同じ速度で回転する。
【００５２】
印刷用紙１０３’は、搬送方向上流側の湾曲搬送ローラ１２０と印刷ドラム１０１及び搬送方向下流側の湾曲搬送ローラ１２１と印刷ドラム１０１の間を通って、印刷用紙１０３’の印刷ドラム１０１に密着している部分が印刷ドラム１０１の外周面に沿って湾曲するように手動で、又は一般的に使用されている外部装置を使用することにより自動で設置される。
【００５３】
なお印刷用紙１０３’の搬送方向上流側の湾曲搬送ローラ１２０の回転抵抗を、下流側の湾曲搬送ローラ１２１の回転抵抗よりも強く設定することにより、印刷用紙１０３’が印刷ドラム１０１の外周面に確実に密着するようにしている。
【００５４】
本実施形態では湾曲搬送ローラ１２０，１２１を共に連れ回りする構成としたが、例えば、一方の湾曲搬送ローラを駆動し、他方の湾曲搬送ローラは回転抵抗をかけて連れ回りするような構成としてもよい。
【００５５】
次に本発明にかかる第３の実施形態の印刷装置１００−３について説明する。図６は印刷装置１００−３の主要部拡大図である。なお本実施形態では便宜上、上述した実施形態の印刷装置１００と異なる箇所についてのみ詳細に説明する。
【００５６】
印刷装置１００−３は、上記実施形態の印刷ドラム１０１の代わりに、図６に示す如く、印刷装置本体に装着された平坦な表面１３１ａを有する印刷部材１３１を備えている。印刷部材１３１は、後述するプリンタヘッド素子２が、流路の入口を印刷部材１３１の表面１３１ａよりも内方すなわち図６中上方に位置させ、流路の出口を表面１３１ａ上に露出させるようにして、表面１３１ａ全体的に複数二次元的に配設されている。本実施形態ではプリンタヘッド素子２の配列ピッチを０．２ｍｍ程度とする。また印刷部材１３１の表面１３１ａに平行に対向させて印刷部材１３１の下方から印刷用紙１０３を支持するように配置された支持体１３２を備えている。
【００５７】
そして印刷用紙１０３は、支持体１３２が印刷部材１３１の表面１３１ａから退避した状態のときに、印刷部材１３１と支持体１３２との間に搬送され、支持体１３２が印刷用紙１０３を下方から支持して印刷部材１３１の表面１３１ａに所定期間密着させる。このとき予め外部から入力された任意の印刷パターンデータに基づいて後述するプリンタヘッド素子２の電極への電圧を印加したり停止したりすることで、プリンタヘッド素子２内のインクを印刷用紙１０３に転移させて印刷パターンを印刷する。
【００５８】
なお印刷装置１００−３を使用して上記のようにして印刷用紙１０３に印刷を行う場合には、プリンタヘッド素子２の配列ピッチが０．２ｍｍ程度であることから、印刷パターンの解像度は１２７ｄｐｉ程度となるが、支持体１３２の前記退避、印刷用紙１０３の前記搬送、支持体１３２による印刷用紙１０３の印刷部材１３１の表面１３１ａへの前記密着の工程を繰り返し行うことにより高解像度の印刷を行うことができる。
【００５９】
なお本実施形態ではプリンタヘッド素子２、２’を印刷部材１３１の表面１３１ａの全面状に配設したが、例えばラインインクジェットプリンタのように、印刷用紙１０３の幅方向全体に対応するように、複数のプリンタヘッド素子２、２’を線状に配置してもよい。この場合、プリンタヘッド素子２、２’と印刷用紙１０３とは、プリンタヘッド素子２、２’の配列方向と直交する方向に相対移動し、一回の相対移動で印刷用紙１０３全体を走査可能とする。なお転移量を増やすために２回以上走査してもよい。
【００６０】
また例えばシリアルインクジェットプリンタのように、数ｍｍ〜数十ｍｍの長さで複数のプリンタヘッド素子２を線状に配置してもよい。この場合、プリンタヘッド素子２と印刷用紙１０３とは、プリンタヘッド素子２の配列方向と直交する方向に相対移動し、一回の相対移動で印刷用紙１０３の一部しか走査できないので、走査毎に、プリンタヘッド素子２を印刷用紙１０３に対して未走査位置まで移動させて次回の走査をさせる。
【００６１】
次に上述した実施形態の印刷装置１００，１００−２，１００−３で使用するプリンタヘッド素子２について図面を参照して詳細に説明する。なおプリンタヘッド素子２を説明する前に、まずプリンタヘッド素子２に利用する送液部（送液装置）１について説明する。図７（ａ）は本実施形態の送液部１の概略構成図、図７（ｂ）は（ａ）の弁部拡大図、図８は図７の送液部１の動作の説明図である。
【００６２】
本実施形態の送液部１は、図７（ａ）に示す如く、電解質を有する液体Ｆを流路１０中に送液するものであり、流路１０は、入口１０ａから後述の弁部１１までの内壁面１２ａ及び弁部１１から出口１０ｂまでの内壁面１２ｂすなわち入口１０ａから出口１０ｂまでの弁部１１を除く内壁面１２が親水性を有している。流路１０は毛管現象が起こる程度の微細な径又は断面積を有するものであり、流路１０の断面形状は、溝状であっても円や多角形等の管状であってもよい。また流路１０は弁部１１を除く内壁面１２の少なくとも一部が入口１０ａから出口１０ｂまで連続して親水性を有していれば、例えば内壁面１２全体を親水性にしてもよいし、底面のみ等、一面のみを親水性にしてもよい。
【００６３】
弁部１１（図中斜線）は、内壁面１２ａと内壁面１２ｂの間隙部分であって、流路１０中の送液を遮断するものであり、流路１０中に少なくとも１つ設けられ、図７（ｂ）に示す如く、一部の流路１０区間の内壁面を全て疎水性にすることによって構成されている。また弁部１１の流路１０区間すなわち流れ方向の寸法（以下、ギャップという）は、流路１０の形状によって決定される。
【００６４】
弁部１１には、液体Ｆの界面張力を減少させるための電極１３が設けられている。電極１３は例えば金やカーボン等で構成された正負二極からなり、この二極は、図７（ａ）に示す如く、液体Ｆの流れ方向に前後して配置され、本実施形態では正極１３ａが疎水性の弁部１１に臨設され、弁部１１よりも流路１０の入口１０ａ側の内壁面１２ａの下側に負極１３ｂが配置されている。ここで「正極１３ａが疎水性の弁部１１に臨設され」とは、正極１３ａが必ずしも弁部１１（斜線部分）の全面積を覆うことを意味せず、正極１３ａが弁部１１の少なくとも内壁面１２ａから内壁面１２ｂに向かう方向の全長に亘って存在することを意味する。
【００６５】
つまり弁部１１は、図７（ｂ）に示す如く、流路１０において親水性の内壁面１２ａと内壁面１２ｂとの間隙に臨む正極１３ａの表面に疎水性の被膜を施すことにより形成することができる。このとき疎水性の被膜は疎水性誘電膜とすることができる。なお正極１３ａの表面全体に疎水性の被膜を施しても良い。そしてこの電極１３は、電極１３に接続されているスイッチをＯＮ又はＯＦＦすることにより、電極１３に電圧を印加したり、電圧の印加を停止したりすることができる。
【００６６】
さらに弁部１１には、液体Ｆを切断するため外気を導入する通気部１４が設けられている。通気部１４は、図７（ａ）、（ｂ）に示す如く、弁部１１の流路１０区間内と連通する空気孔を有する溝や管で形成され、弁部１１に確実に外気を導入するために、図７（ａ）に示す如く、弁部１１の両側から外気を導入すべく弁部１１に２つ設けられている。また通気部１４は、弁部１１のギャップよりも大きな径で形成されている。なお弁部１１に外気が導入できれば、ギャップと同じ径であっても、小さい径であってもよい。また通気部１４は、流路１０中を液体Ｆが流れるときに、空気孔に液体Ｆが流れ込まないように、空気孔の径は流路１０の径よりも小さく、かつ、内面は疎水性を有している。
【００６７】
このようにして本実施形態の送液部１は構成されている。そして次にこの送液部１の動作について説明する。
【００６８】
送液部１は、図８（ａ）に示す如く、先ずスイッチをＯＦＦにした状態すなわち電極１３に電圧を印加しない状態で、流路１０の入口１０ａから液体Ｆを導入する。すると入口１０ａから入った液体Ｆは、親水性の内壁面１２ａを有する流路１０中を毛管現象によって自律的に円滑に伝わって、弁部１１の手前で停止する。
【００６９】
そこで図８（ｂ）に示す如く、スイッチをＯＮ、すなわち電極１３に電圧を印加し、[背景]の項で説明したＥＷの現象（図１６、図１７参照）によって弁部１１を疎水性から親水性に変化させる。すると液体Ｆは親水性の弁部１１を通過し、親水性の内壁面１２ｂを有する流路１０内に流れ込んで毛管現象によってそのまま流路１０の出口１０ｂにまで進む。
【００７０】
次に図８（ｃ）に示す如く、スイッチをＯＦＦ、すなわち電圧の印加を停止することにより弁体１１を親水性から疎水性に回復させる。すると液体Ｆは弁体１１の手前で移動が停止し、通気部１４から弁部１１に外気が導入されて、この外気によって液体Ｆが完全に分割される。言い換えると流路１０中で連続した液体Ｆを弁部１１で切ることができる。
【００７１】
このように流路１０中で液体Ｆを切ることができるので、流路１０の容積を調整することで、任意の量の液体Ｆを分割して送液することが可能となる。また内壁面が親水性である流路１０においては、液体Ｆは流路１０中を毛管現象によって自律的に進むので、送液部１では液体を移動させるための外部からの圧力や熱、電場等の力を必要としない。また弁部１１においても殆ど電流が流れないため、弁部１１で消費する電力は非常に小さい。よって送液部１は省エネルギー性に優れている。
【００７２】
さらに送液部１では、電解質を含む液体であれば特に制約条件がないため、様々な機能性液体を送液することができる。
【００７３】
なお本実施形態の送液部１では、電極１３を上記のように液体Ｆの流れ方向に前後して配置したが、本発明はこれに限られるものではない。ここで図９に別の実施形態の送液部（送液装置）１’の概略構成図を示す。本実施形態の送液部１’では、図９（ａ）に示す如く、弁部１１において正極１３ａと負極１３ｂとを液体Ｆの流れ方向に対して並列に配置する。このとき正極１３ａ及び負極１３ｂは、図９（ｂ）に示す如く、疎水性誘電膜で構成された弁部１１に少なくとも一部が接するように配設される。
【００７４】
この送液部１’では、電極１３に電圧が印加されると、図９（ｂ）に示す如く、正極１３ａと接している部分の弁部１１と液体Ｆとの界面近傍に負のイオンが集まり、負極１３ｂと接している部分の弁部１１と液体Ｆとの界面近傍に正のイオンが集まって、それぞれの部分においてＥＷの現象が生じることにより疎水性が親水性となり液体Ｆが通過する。
【００７５】
次に上述した送液部１を利用したプリンタヘッド素子２について説明する。図１０は本実施形態のプリンタヘッド素子２の動作の説明図である。なお図１０において弁部１１に設けられた電極１３やスイッチ等は図示を省略し、送液部１と同様の箇所は同符号で示して説明を省略する。また便宜上、液体の流れ方向の上流側を上方、下流側を下方として説明する。
本実施形態のプリンタヘッド素子２は、上述した実施形態の送液部１の流路１０の入口１０ａに、上方から下方に向かうにつれて開口径が小さくなる略円錐状のインク溜２０の排出口を連結して構成されている。なおこのときインク溜２０には液体Ｆとして電解質を含む水溶性のインクが充填されている。
【００７６】
まずインク溜２０に充填されたインクｉは、図１０（ａ）に示す如く、インク溜２０から入口１０ａを通って流路１０ａ中に導入される。そして送液部１と同様に親水性の流路１０中を毛管現象によって自律的に円滑に伝わって、弁部１１の手前で停止する。ここで図示しない電極１３に電圧を印加することによって弁部１１を疎水性から親水性に変化させると、インクｉは、図１０（ｂ）に示す如く、親水性の弁部１１を通過し、毛管現象によってそのまま流路１０の出口１０ｂ側の親水性の流路１０に流れ込む。
【００７７】
次に電圧の印加を停止することにより弁体１１を親水性から疎水性に回復させる。すると図１０（ｃ）に示す如く、インクｉは弁体１１の手前で移動が停止し、通気部１４から弁部１１に外気が導入されて、この外気によって液体Ｆが分割される。このとき流路１０の出口１０ｂから染み出したインクｉに印刷用紙１０３を接触させると、インクｉは印刷用紙１０３に流れ込み、弁部１１以降のインクｉを印刷用紙１０３に転移することができる。
【００７８】
このように上記プリンタヘッド素子２では、ＥＷの現象を使用しているため、電解質を有する液体であれば水性液体のインクｉを使用することができるので、インクｉが転移した印刷物がその用途を終了して破棄されるときには、油性液体と比較して環境への負荷を小さく抑えることができる。
【００７９】
また上記実施形態の送液部１と同様に、流路１０中でインクｉを切ることができるので、流路１０の容積を調整することで、任意の量のインクｉを分割して送液することが可能となる。従って印刷用紙１０３に任意の量のインクｉを転移させることができる。
【００８０】
一方、上記のようにＥＷの現象を印刷機器に利用するためには、例えば「印刷画像の綺麗さ」に関係する「液体の移動量」として０．３秒で５〜２０ｐｌの性能を目標とし、「印刷速度」に対応する「液体の移動速度」として液体を０．３秒で滴下可能であることを目標としてもよい。液体の移動速度は、流路の形状により異なるが、流路長さを短くすることにより液体が滴下されるまでの応答時間を短縮することができる。また流路の親水性をより良くすることにより流速を早くすることもできる。そして本願発明者は、上記性能を満たす印刷機器用の送液装置としての印字装置４を提案した。この印字装置４は上述した印刷装置１００，１００−２，１００−３に使用することもできる。ここで図１１に印字装置４の（ａ）分解斜視図、（ｂ）正面図、（ｃ）主要部Ａ拡大上面図を示す。
【００８１】
印字装置４は、図１１（ａ）に示す如く、まずガラス基板５１上に金（Ａｕ）電極５１ａをスパッタし、正負の電極５１ａ−１、５１ａ−２を、それぞれ液体Ｆの流れ方向に前後して狭い間隔を隔てて配置した。
【００８２】
そしてＡｕ電極５１ａがスパッタされたガラス基板５１の上全面を誘電体であるシリコーンゴム５２で５０μｍ被膜して、その上に正負の電極５１ａ−１、５１ａ−２部分を覆う疎水性誘電膜として旭硝子社製のサイトップ（登録商標）５３を５μｍ被膜し、さらにその上に流路６０の親水性の内壁面として３μｍのアルミニウム（Ａｌ）５４をスパッタした。このときアルミニウム５４と正負の電極５１ａ−１、５１ａ−２とはシリコーンゴム５２及びサイトップ（登録商標）５３で隔てられているため電気的な導通はなく、電流が流れないので、アルミニウム５４は電気的な機能を持たない。
【００８３】
またシリコーンゴム５２とサイトップ（登録商標）５３の二層によって誘電膜が形成されるが、この誘電膜は表面に多くの電荷が誘導されるとＥＷによる効果が大きくなるため、誘電膜は誘電率の大きい材料で形成することが好ましい。同時に、誘導される電荷量が多くなる条件、すなわち高い電圧で機能できるように、絶縁耐圧が高い材料で形成することが好ましい。
【００８４】
またアルミニウム５４には、図１１（ｃ）に示す如く、正の電極５１ａ−１の上になる一部に液体の流れ方向の幅が１５０μｍのギャップ５４ａを形成した。このギャップ５４ａには、アルミニウム５４の下に位置する疎水性誘電膜のサイトップ（登録商標）５３が臨むため、流路６０の内壁面は親水性の区間つまりアルミニウム５４と疎水性の区間つまりサイトップ（登録商標）５３とが存在し、この疎水性の区間が弁部６１となる。そして以上をまとめてガラス基板チップ５とする。
【００８５】
次にシリコーンゴムの一種であるポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）基板５５について説明する。ＰＤＭＳ基板５５は、図１１（ａ）に示したように、流路６０と弁部６１に外気を導入する通気部６４としての空気抜き経路とが溝状に形成された疎水性のシートである。そして、図１１（ａ）では図示の都合上ＰＤＭＳ基板５５を上下面逆に記載しているが、図１１（ｂ）に示す如く、ＰＤＭＳ基板５５の溝状の流路６０が形成されている面をガラス基板チップ５に密着されることにより印字装置４としての流路６０を形成した。
【００８６】
なお空気抜き経路の幅は、液体の逆流を防ぐために流路６０の幅よりも小さく形成し、流路６０の溝と空気抜き経路の溝とが交差する箇所が、上述の弁部６１上に位置するようにした。なお流路６０の入口６０ａには容量を大きくしたインク溜６０’を連結して形成した。以上のように印字装置４を形成した。
【００８７】
そしてこの印字装置４の流路６０中を送液する電解質を有する液体は、０．１Ｍ塩化カリウム（ＫＣｌ）水溶液とし、この水溶液を吸収する基材としてはインクジェット用紙を使用した。
【００８８】
上記のように構成した印字装置４は、正負の電極５１ａ−１、５１ａ−２に電圧を印加及び該印加を停止することにより、上記実施形態のプリンタヘッド素子２と同様の動作をする。
【００８９】
そして流路６０の幅ｗを２５．５μｍ、高さｈを２．７μｍ、入口６０ａから出口６０ｂまでの長さＬを３００μｍとして、正負の電極５１ａ−１、５１ａ−２に電圧を印加した状態すなわち流路６０の内壁面を親水性として流路６０に上記水溶液を流す実験を行った。この結果、毛管現象によって２１ｐｌの上記水溶液を送液することができた。このとき送液に要した時間は０．１２秒であった。
【００９０】
また上記と同様に流路６０の内壁面を親水性にし、毛管現象によって４９ｎｌの黒色水溶性染料を加えた液体を、出口６０ｂからインクジェット用紙に転移させる実験を行った。この結果、φ９５０μｍのドットで前記液体をインクジェット用紙に転移させることができた。
【００９１】
また弁部６１により流路６０中で水溶液を所定量に分割し、紙に転移させる実験を行った。この結果、弁部６１により分割された水溶液つまり弁部６１より下流側に流路容積である６ｎｌの水溶液を紙に転移させることができた。このときの印加電圧は２００Ｖ、電流はμＡオーダー以下であった。
【００９２】
これにより印字装置４において、目標とする性能を満たし、かつ弁部６１によって流路６０中で一定量の液体を完全に分割して出口６０ｂから排出できることが確認できた。
【００９３】
次に図１２に別の実施形態の印字装置を示す。なお本実施形態の印字装置は、上述した実施形態のプリンタヘッド素子２又は印字装置４と略同様の構成であるため、同じ箇所は同符号で示して説明を省略し、異なる箇所についてのみ説明する。
【００９４】
上述した実施形態のプリンタヘッド素子２又は印字装置４においては、インクジェット用紙等の印刷用紙１０３を、流路１０、６０の出口１０ｂ、６０ｂに接触させて、インクｉを印刷用紙１０３に転移させるときに、印刷用紙１０３と接触する出口１０ｂ、６０ｂの外縁部が親水性を有する場合には、この外縁部がインクｉで濡れてしまい、弁部１１、６１にて一定量に分割されたインクｉを、正確な量だけ印刷用紙１０３に転移させるのは困難である。
【００９５】
そこで本実施形態の印字装置は、図１２に示す如く、上述した実施形態のプリンタヘッド素子２又は印字装置４の印刷用紙１０３と接触する出口１０ｂ、６０ｂの外縁部７を疎水性誘電膜で被覆している。こうすることにより外縁部７はインクｉを弾くのでインクｉで濡れることが略なくなり、弁部１１、６１にて一定量に分割されたインクｉを正確な量で確実に印刷用紙１０３に転移させることができる。
【００９６】
次に図１３に別の実施形態の印字装置、図１４に第二の電極９の斜視図の一例を示す。なお本実施形態の印字装置も、上述した実施形態のプリンタヘッド素子２又は印字装置４と略同様の構成であるため、同じ箇所は同符号で示して説明を省略し、異なる箇所についてのみ説明する。
【００９７】
上述した実施形態のプリンタヘッド素子２又は印字装置４においては、インクジェット用紙等の印刷用紙１０３を、流路１０、６０の出口１０ｂ、６０ｂに接触させて、インクｉを印刷用紙１０３に転移させるときに、流路１０、６０内で一定量に分割されたインクｉが印刷用紙１０３に全て転移せずに出口１０ｂ、６０ｂ付近に残ってしまう場合がある。このインクｉが残る可能性のある区間を出口区間と呼ぶが、出口区間の長さは、インクｉの粘度や界面張力、流路１０、６０の大きさや親水性、印刷用紙１０３の濡れ性等の因子により変動する。
【００９８】
そこで本実施形態の印字装置は、図１３に示す如く、弁部１１、６１よりも出口１０ｂ，６０ｂ側の親水性を有する一定区間Ｂを除いて出口１０ｂ、６０ｂに隣接する流路１０、６０の出口区間の内壁８ａ、及び出口１０ｂ、６０ｂの外縁部８を疎水性誘電膜で被覆して、出口区間の内壁８ａ及び外縁部８のうち出口１０ｂ、６０ｂに隣接する周縁部８ｂに、インクｉの界面張力を減少させるための弁部１１、６１に設けられた電極１３、５１ａ−１、２とは別に、正負の二極からなる第二の電極９ａ、９ｂを設けている。
【００９９】
第二の電極９ａ、９ｂは、例えば図１４の左図に示す如く、インクｉの流れ方向に沿って２つに分割された角柱状に構成され、一方を正の電極９ａ−１、他方を負の電極９ｂ−１とすることができる。また図１４の右図に示す如く、インクｉの流れ方向に沿って２つに分割された円柱状に構成され、一方を正の電極９ａ−２、他方を負の電極９ｂ−２とすることもできる。
【０１００】
上記のように構成された印字装置では、図１３においてインクｉが出口区間を通過するときには電極９ａ、９ｂに電圧を印加して、電極９ａ、９ｂと接している出口区間の内壁８ａ及び周縁部８ｂを親水性にしておき、図示しない紙等の吸収性の被転移基材を出口１０ｂ、６０ｂに接触させることにより、弁部１１、６１で一定量に分割されたインクｉを被転移基材に転移させる。このとき出口１０ｂ、６０ｂ付近の流路１０、６０内にインクｉが残留している場合には、前記電圧の印加を停止して内壁８ａ及び周縁部８ｂを親水性から疎水性に変化させる。
【０１０１】
これにより残留していたインクｉは濡れ性の差によって被転移基材に転移するので、流路１０、６０内で一定量に分割されたインクｉを被転移基材に完全に転移させることができる。なおこのとき周縁部８ｂを除いた外縁部８は、常に疎水性を有しているので、上記実施形態と同様に、外縁部８がインクｉを弾きインクｉで濡れることが略ないため、弁部１１、６１にて一定量に分割されたインクｉを正確な量で確実に被転移基材に転移させることができる。
【０１０２】
次に図１５に別の実施形態のプリンタヘッド素子２’の概略模式図を示す。なお本実施形態のプリンタヘッド素子２’は、上述した実施形態のプリンタヘッド素子２と略同様の構成であるため、同じ箇所は同符号で示して説明を省略し、異なる箇所についてのみ説明する。
【０１０３】
本実施形態のプリンタヘッド素子２’は、図１５（ａ）に示す如く、出口１０ｂを有する流路出口部１０’が、印刷装置１００本体から突出している。具体的には、例えばプリンタヘッド素子２’本体の上端外周面に鍔部２１を設け、この鍔部２１の下端面が、開口を有する印刷装置１００本体の支持板１００ａに当接することにより、印刷装置１００がプリンタヘッド素子２’を支持するように構成することができる。このときプリンタヘッド素子２’内部のインク溜２０に、印刷装置１００に設けられ、インクｉを供給するインク供給路２０ａが接続される。
【０１０４】
これにより出口１０ｂが平坦面に位置するときよりも、インクｉを転移させる印刷用紙１０３と出口１０ｂとを確実に接触させることができる。なお流路出口部１０’の先端外周を、図１５（ａ）に示す如く、斜めに切り取って先鋭形状とすることにより出口１０ｂが印刷用紙１０３にくい込むような効果を持たせることができる。
【０１０５】
また上記流路出口部１０’は、例えばゴム等の弾性部材で形成してもよい。このとき流路出口部１０’は、流路１０が変形しなければ、例えば流路１０の出口１０ｂ付近のみ、つまり一部を弾性部材で形成してもよいし、全部を弾性部材で形成してもよい。こうすることにより流路出口部１０’は柔軟に変形可能となるので、出口１０ｂと印刷用紙１０３とがより接触し易くなる。
【０１０６】
また上記流路出口部１０’は、出口１０ｂがインクｉの流れ方向に弾性を有するものであってもよい。具体的には、例えば図１５（ｂ）に示す如く、プリンタヘッド素子２’本体の下側外周面に第二の鍔部２２を設け、この第二の鍔部２２の上端面と支持板１００ａの下端面との間にばね部材２ａを配設することができる。このときインク供給路２０ａは弾性を有するパイプ等で形成する。これにより流路出口部１０’を印刷用紙１０３に圧着させることができるので、出口１０ｂと印刷用紙１０３とをより確実に接触させることができる。
【０１０７】
また例えば図１５（ｃ）に示す如く、上記ばね部材２ａの代わりにゴム等の弾性部材２ｂを配設してもよい。この場合、弾性部材２ｂが通気部１４による通気を阻害しないように、弾性部材２ｂを多孔性を有するものとしたり、通気経路をもつ形状にしたりする。例えば図１５（ｃ）に示す如く、弾性部材２ｂの内面と通気部１４の開口との間に、外気と通じる間隙を設けてもよい。
【０１０８】
本発明にかかる実施形態の印刷装置１００，１００−２，１００−３には、以上のようなプリンタヘッド素子２，２’又は印字装置４，が複数、二次元的に配設されている。このような印刷装置１００，１００−２，１００−３によれば、電極１３，５１ａに電圧を印加することにより、弁部１１，６１を疎水性から親水性に変化させて液体Ｆを送液し、電圧の印加を停止することにより、弁部１１，６１を疎水性に変化させて通気部１４，６４から外気を弁部１１，６１に導入して液体Ｆの送液を停止することができ、流路１０，６０中の弁部１１，６１において弁部１１，６１に導入した外気により流路１０，６０中の液体を分割、つまり切ることができるので、流路１０，６０の容積を調整することで、電解質を有する液体Ｆであればいずれの液体Ｆであっても任意の量を分割して被印刷基材１０３に転移させることが可能となる。これにより高画質印刷やデジタルファブリケーションに最適な、最小ドットサイズの非常に小さい、高精細パターンの画像を印刷することができる。
【０１０９】
またインクジェット方式のように液体Ｆの液滴が空気中を飛翔して被印刷基材１０３に着滴するのではなく、液体Ｆは流路１０，６０の出口１０ｂ，６０ｂから空気に略触れずに被印刷基材１０３に転移するので空気力学的原因による転移精度の低下を防ぐことができる。
【０１１０】
なお流路中に送液する液体を、機能性粒子を分散させた液体とした場合には、例えば上記と同様にして、ＤＮＡチップ、プロテインチップ、細胞チップ等に使用するパターニング装置に適用することができる。なおこの液体を水性液体とすることにより、機能性材料をパターニングしたデバイスが、その用途を終了して破棄される際、溶媒が蒸発する場合にはその途中の工程においても、油性液体と比較して環境への負荷を小さく抑えることができる。
【０１１１】
なお上述した全ての実施形態は、電極として正負の二極からなる二電極系を採用しているが、正極一液体間の電位差及び負極一液体間の電位差を把握して最適な電圧制御を行うため、作用電極、対向電極及び参照電極を用いた三電極系を採用することもできる。この場合、例えば弁部に臨設する電極として作用電極、他方の電極として対向電極、さらに液体に接触する任意の位置に参照電極を配置すること等が考えられる。
【０１１２】
本発明の印刷装置及び該印刷装置における印刷制御方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
【符号の説明】
【０１１３】
１、１’ 送液部（送液装置）
１０、６０ 流路
１０ａ、６０ａ 入口（流路入口）
１０ｂ、６０ｂ 出口（流路出口）
１１、６１ 弁部（疎水性）
１２ａ、１２ｂ 内壁面（親水性）
１３、５１ａ 電極
１３ａ、５１ａ−１ 正の電極
１３ｂ、５１ａ−２ 負の電極
１４、６４ 通気部
１００、１００−２、
１００−３ 印刷装置
１０１ 印刷ドラム
１３１ 印刷部材
１３１ａ 表面
２、２’ プリンタヘッド素子
２０、６０’ インク溜
３ 印刷用紙（被印刷基材）
４ 印字装置
Ｆ 液体
ｉ インク
【技術分野】
【０００１】
本発明は印刷装置に関し、特に液体を一定量だけ分割して被印刷基材に転移することができる印刷装置及び該印刷装置における印刷制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、化学、光学、臨床、バイオ技術等の分野において、化学実験や化学操作等を微細化するため、基板上に微細な溝やくぼみ等の流路が形成されたチップ（マイクロチップ）上に、混合、化学反応、分離、検出等、一連の工程を集積化させたμ−ＴＡＳ（マイクロタス）、Ｌａｂ−ｏｎ−ａ−Ｃｈｉｐ（ラボオンチップ）等と呼ばれる化学・分析システムの開発が進められており、このように微細化された化学・分析システムでは、試料や廃液の量の削減、分析時間の大幅な短縮と効率化、省スペース、携帯性等、様々な利点が期待されている。
【０００３】
しかしながら上記のように微細化された化学・分析システムでは、微細な流路中に液体を送液する必要があり、従来より使用されている、ポンプ等の外力を利用する一般的な送液装置では、流路が細くなるほど界面張力等の影響が大きくなり、流れる液体の抵抗が大きくなってしまうので、液体を流すためには大きな圧力が必要となり、この圧力により微細な流路を破損させてしまう虞があるため、流路の構造を強固なものにする必要があった。また大きな圧力を生じさせるためには、消費電力も大きくなってしまう問題があった。
【０００４】
そこで、近年では微細な流路中に液体を送液するために、エレクトロウェッティング（Electrowetting：以下、ＥＷ）という現象を利用した送液装置が提案されている（特許文献１）。ＥＷは、図１６の左図に示す如く、電極Ｅ上に直接電解質水溶液Ｆが接しているときに、この液体Ｆと電極Ｅ間に電圧を印加することにより、図１６の右図に示す如く、液体Ｆの固液界面近傍に電極Ｅが陽電極である場合には負のイオンが、陰電極である場合には正のイオンが集まり、イオン同士が反発することによって、液体Ｆの界面張力を低下させる。すなわち左図の状態での液体Ｆと電極Ｅとの接触角θが、右図に示すように液体Ｆの界面張力が低下することによりθよりも小さい値の接触角θ’になり、電極Ｅ上の液体のいわゆる濡れ性が向上する。
【０００５】
また、右図のように液面の界面張力が低下した状態から、電圧の印加をやめることで、左図に示す如く、界面近傍に集まっていたイオンが拡散して界面張力が回復することにより、前記濡れ性が低下する。
なお上記ＥＷの現象は、電極Ｅと電解質水溶液Ｆとが直接接触せずに、図１７に示す如く、誘電膜Ｄを介している場合でも生じる。これは、電場が与えられ電極Ｅが陽電極である場合には誘電膜Ｄの電極Ｅ側が陰極、電解質水溶液Ｆ側が陽極に分極し、電極Ｅが陰電極である場合には誘電膜Ｄの電極Ｅ側が陽極、電解質水溶液Ｆ側が陰極に分極するので、誘電膜Ｄと電解質水溶液Ｆとの界面でも上記電極Ｅと電解質水溶液Ｆとの界面と同様のＥＷの現象が生じるからである。
【０００６】
上記送液装置は、電極が埋め込まれ内面が疎水性の流路において、電極に電圧を印加することで上記ＥＷの現象により流路内に液体を導いている。
【０００７】
また上記ＥＷの現象をインクジェットのプリンタヘッドに使用したものとして、疎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、インクの界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、静電気によりノズルからインクを吐出させるものがある（特許文献２）。
【０００８】
一方、近年ではコンピュータの性能の向上に伴って、高精細、高画質な画像を扱う頻度が増加している。コンピュータの周辺機器であるデジタルプリンタではこうした高精細、高画質な画像を印刷物として実現するために、一画素あたりの液適量が非常に微細化している。また近年ではデジタル印刷の技術は紙の印刷物の作成以外に、機能性材料を分散させた液体を基材上にパターンとして印刷し、産業用デバイスを作成する、いわゆるデジタルファブリケーションが注目されている。このデジタルファブリケーションにおいては、デバイスの微細化のために、高解像度化、特に最小ドットサイズの縮小化が重要視されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−１９９２３１号公報
【特許文献２】特開２００４−２１６８９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながらデジタルプリンタの高精度化や最小ドットの縮小化は急速には進んでいない。電子写真方式プリンタでは原理的にトナーが静電場によって転移するときに散乱するため、安定的に実現できる最小ドットサイズはインクジェット方式プリンタよりも劣っている。インクジェット方式プリンタでは現在商品として実現できている最小ドットは、液滴量で１ｐｌ程度、紙への転移サイズ（直径）は２０〜３０μｍ程度である。インクジェット方式プリンタでは原理的にはさらに小さい液滴を生成することは可能であるが、紙等の被印刷基材とプリンタヘッドが少なくとも１ｍｍ程度の間隙を隔てて相対的に移動し、液滴が空気中を飛翔して被印刷基材に着滴するという条件を考慮すると、空気力学的原因からその着滴精度を保つためには上記液滴量及び上記転移サイズが限界であると考えられる。
【００１１】
従って最小ドットサイズをできるだけ小さくしようとするためには、電子写真方式やインクジェット方式のような非接触転移ではなく、接触転移を利用することが望ましい。しかしながら接触転移を利用した方式のうち、感熱記録方式である溶融熱転写方式のプリンタではサーマルヘッド等の熱記録デバイスの一発熱素子を小さくすることに限界があることから、最小ドットサイズはインクジェット方式プリンタよりも劣っている。
【００１２】
またデジタルファブリケーションという用途では、インクジェット方式はデジタルプリンタの中では最有力な選択肢であるが、機能性材料をインク中に分散させてインクジェットヘッドによる吐出を可能とするために、種々の制約条件をクリアする必要があり、機能性の観点からだけでは液体を選択することはできない。
【００１３】
またプリンタ以外に接触により被印刷基材に微少量の液体を転移させる方法としては、ディスペンサがあり、将来的には様々な機能性材料を用いて、最小ドットサイズの小さい印刷を実現できる可能性があるが、ディスペンサは一般に１〜数本のノズルしか備えておらず、印刷の処理速度が遅いという問題がある。また高粘度液体で微細パターンを描こうとすれば、必然的に高い圧力が必要となり、高い圧力に耐えうるためには装置自体が高価で複雑になってしまう。
【００１４】
一方、接触転移を利用したプリンタのプリンタヘッドに上述したような送液装置を利用する場合等には、電圧の印加を停止することにより流路内の液体の移動を停止することはできるものの、流路入口に隣接したいわゆる液溜から流路出口までの流路内に連続して液体が充填されてしまっているため、例えば印刷用の用紙等の浸透性又は親水性を有する基材を前記流路出口に接触させたときに、液体つまりインクは、基材がインクを吸収できなくなるまで、又は液溜内のインクがなくなるまで基材に転移し続けることになる。これはいわば万年筆のような状態である。
【００１５】
この場合、基材へのインクの転移を中断させるためには、万年筆を用紙から離すのと同様に、液体出口を基材から離せばよいが、微細なパターンを描く際にこのような動作をさせると例えば用紙の移動方向の微細なズレ等によってパターンの品質を損ねてしまう虞がある。
【００１６】
また特許文献２に記載のプリンタヘッドでは、インクの界面張力を変化させることのみで液滴を分離するため、流路内で完全に液滴を分割することは困難である。
【００１７】
本発明はかかる事情に鑑みてなされものであり、液体を一定量だけ分割して被印刷基材に転移させることにより高精細及び高画質の画像を印刷することができる印刷装置及び該印刷装置における印刷制御方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の印刷装置は、被印刷基材に電解質を有する液体を転移させる印刷装置であって、
前記液体を流路中に送液する、
前記流路の内壁面の少なくとも一部が、該流路の入口から出口までの全体に亘って、送液を遮断する疎水性を有する少なくとも一つの弁部を除いて親水性を有し、
前記弁部に、前記液体の界面張力を減少させるための電極と、前記液体を切断するため外気を導入する通気部が設けられている送液装置が複数、２次元的に配設されていることを特徴とするものである。
【００１９】
なお本発明において「界面張力」は、固体と液体との界面において、液体がその面積を縮めようとする力をいう。
【００２０】
本発明の印刷装置においては、印刷装置本体に対して回動自在に装着された印刷ドラムを備え、
前記流路の入口が前記印刷ドラム内部に位置し、前記流路の出口が前記印刷ドラム外周面に露出するように前記送液装置が複数２次元的に配設され、
前記液体が前記流路の入口に供給されるものであってもよい。
【００２１】
また本発明の印刷装置においては、前記被印刷基材が、前記印刷ドラムの前記外周面に所定期間密着して該外周面と同速度で搬送されるものであって、
前記液体は、前記被印刷基材が前記印刷ドラムに密着されている期間に、前記流路から前記被印刷基材に転移されるものであることが好ましい。
【００２２】
また本発明の印刷装置においては、前記被印刷基材が、シート状で可撓性を有するものであって、
前記被印刷基材の搬送経路は前記印刷ドラムの外周面に沿って湾曲していてもよい。
【００２３】
また本発明の印刷装置においては、印刷装置本体に装着された平坦な表面を有する印刷部材を備え、
前記流路の入口が前記印刷部材の前記表面よりも内方側に位置し、前記流路の出口が前記印刷部材の前記表面上に露出するように前記送液装置が複数２次元的に配設され、
前記液体が前記流路の入口に供給されるものであってもよい。
【００２４】
また本発明の印刷装置においては、前記被印刷基材が、前記印刷部材の前記表面に所定期間密着されるものであって、
前記液体は、前記被印刷基材が前記印刷部材に密着されている期間に、前記流路から前記被印刷基材に転移されるものであることが好ましい。
【００２５】
本発明の印刷装置は、前記送液装置において、
前記電極が、正負の二極を有し、
該正負の二極の一方の電極が、前記疎水性の弁部に臨設されていることが好ましい。
【００２６】
この場合、前記正負の二極の電極が、前記液体の流れ方向に前後して配置されていることが好ましい。
【００２７】
また本発明の印刷装置は、前記送液装置において、
前記電極と前記流路とを、誘電膜によって隔てることができる。
【００２８】
また本発明の印刷装置は、前記送液装置において、
前記出口の外縁部が疎水性を有することが好ましい。
【００２９】
また本発明の印刷装置は、前記送液装置において、
前記流路の出口区間の内壁及び前記出口の外縁部が疎水性を有するものであり、
前記出口区間及び前記外縁部のうち前記出口に隣接する周縁部に、前記液体の界面張力を減少させるための第二の電極が設けられていることが好ましい。
【００３０】
また本発明の印刷装置は、前記送液装置において、
前記出口を有する流路出口部が、印刷装置本体から突出していることが好ましい。
【００３１】
この場合、前記流路出口部が、弾性部材で形成されていることが好ましい。
【００３２】
なお流路出口部は、流路が変形しなければ、例えば流路の出口付近のみ等、一部を弾性部材で形成してもよいし、全部を弾性部材で形成してもよい。
また、前記流路出口部が前記液体の流れ方向に弾性を有するものであってもよい。
【００３３】
また本発明の印刷装置は、前記液体を、機能性粒子を分散させた液体とすることができる。
【００３４】
本発明の印刷制御方法は、上記印刷装置の印刷制御方法において、
前記電極に電圧を印加することにより、前記流路中の前記弁部を疎水性から親水性に変化させて前記液体を送液し、電圧の印加を停止することにより前記弁部を疎水性に変化させると共に前記通気部から外気を該弁部に導入して前記液体を一定量だけ分割して前記被印刷基材に転移させることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、印刷装置に、流路の内壁面の少なくとも一部が、流路の入口から出口までの全体に亘って、送液を遮断する疎水性を有する少なくとも一つの弁部を除いて親水性を有し、弁部に、液体の界面張力を減少させるための電極と、液体を切断するため外気を導入する通気部が設けられている送液装置が、複数２次元的に配設されているので、電極に電圧を印加することにより、弁部を疎水性から親水性に変化させて液体を送液し、電圧の印加を停止することにより、弁部を疎水性に変化させて通気部から外気を弁部に導入して液体の送液を停止することができ、流路中の弁部において弁部に導入した外気により流路中の液体を分割、つまり切ることができるので、流路の容積を調整することで、電解質を有する液体であればいずれの液体であっても任意の量を分割して被印刷基材に転移させることが可能となる。これにより高画質印刷やデジタルファブリケーションに最適な、最小ドットサイズの非常に小さい、高精細パターンの画像を印刷することができる。
【００３６】
また本発明において、印刷装置が印刷装置本体に回転自在に装着された印刷ドラム又は印刷装置本体に装着された平坦な表面を有する印刷部材を備え、被印刷基材を印刷ドラムの外周面又は印刷部材の表面に接触させることによって液体を被印刷基材に転移させるものである場合には、インクジェット方式のように液体の液滴が空気中を飛翔して被印刷基材に着滴するのではなく、液体は流路の出口から空気に略触れずに被印刷基材に転移するので空気力学的原因による転移精度の低下を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】印刷装置の概略構成図
【図２】プリンタヘッドを実装した印刷装置のイメージ斜視図
【図３】印刷部の拡大図及び印刷部の主要部拡大図
【図４】プリンタヘッドの配列例を示す図
【図５】第２の実施形態の印刷装置の主要部拡大図
【図６】第３の実施形態の印刷装置の主要部拡大図
【図７】（ａ）送液装置の概略構成図、（ｂ）弁部拡大図
【図８】送液装置の動作の説明図
【図９】別の実施形態の送液装置の概略構成図
【図１０】プリンタヘッドの動作の説明図
【図１１】印字装置の（ａ）分解斜視図、（ｂ）正面図、（ｃ）主要部Ａ拡大上面図
【図１２】別の実施形態の印字装置
【図１３】さらに別の実施形態の印字装置
【図１４】第二の電極の斜視図の一例
【図１５】別の実施形態のプリンタヘッドの概略模式図
【図１６】エレクトロウェッティング現象の説明図（その１）
【図１７】エレクトロウェッティング現象の説明図（その２）
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、本発明にかかる一実施形態としての印刷装置１００について、図面を参照して詳細に説明する。図１は印刷装置１００の概略構成図、図２はプリンタヘッド素子２を実装した印刷装置１００のイメージ斜視図、図３は印刷部Ｐ１の拡大図及び印刷部Ｐ１の主要部拡大図、図４はプリンタヘッド素子２の配列例を示す図である。なおプリンタヘッド素子２は、印刷物の一画素を形成するための流路を有する送液部（後述する）を備えた個々の送液デバイスをいい、このプリンタヘッド素子２が複数集合してなるものをプリンタヘッドという。
【００３９】
印刷装置１００は、図１に示す如く、被印刷基材である印刷用紙１０３の表面又は裏面に印刷する印刷部Ｐ１と、給紙台（図示省略）に載置された複数枚の印刷用紙１０３を一枚ずつ繰り出して送り出す給紙部Ｐ２と、給紙部Ｐ２から繰り出された印刷用紙１０３を印刷部Ｐ２に向けて搬送する搬送部Ｐ３と、印刷部Ｐ１によって表面又は裏面が印刷された印刷用紙１０３を排紙台（図示省略）に排紙する排紙部Ｐ４とを備えている。
【００４０】
印刷部Ｐ１は、図１、図２、図３に示す如く、印刷装置１００本体に対して回動自在に装着された円筒形状をした印刷ドラム１０１と、印刷ドラム１０１の下方から印刷用紙１０３を支持し、回転ドラム１０１と平行に回転可能に配置された回転体１０２とを備えている。印刷ドラム１０１は、ベルトなどの伝達手段を介してドラムモータ（図示省略）により回転するものであり、印刷ドラム１０１の内部には、後述するプリンタヘッド素子２が、図３に示す如く、流路の入口を印刷ドラム１０１の内部に位置させ、流路の出口を印刷ドラム１０１の外周面に露出させるようにして、複数二次元的に配設されている。
【００４１】
本実施形態では直径約５〜１０ｃｍの印刷ドラム１０１に、直径約０．１ｍｍのプリンタヘッド素子２が、図４に示す如く、各プリンタヘッド素子間のピッチｄを約０．２ｍｍ程度とって印刷ドラム１０１の長さ方向ｘ及び外周方向ｙにそれぞれ複数配列されている。
給紙部Ｐ２は、給紙台（図示省略）に載置された印刷用紙（被印刷基材）１０３を印刷ドラム１回転毎に１枚ずつ繰り出して送り出すスクレーパローラ１０４，スクレーパローラ１０４によって送り出された印刷用紙１０３をピックアップするピックアップローラ１０５、サバキ板１０６及び重送検出スイッチ１０７を備えている。
【００４２】
搬送部Ｐ３は、給紙部Ｐ２から繰り出された印刷用紙１０３を印刷ドラム１０１と回転体１０２との間に挿入する搬送ローラ１０８，１０９及びガイド板１１０，１１１を備えている。搬送ローラ１０８，１０９はそれぞれの軸両端部にて歯車を介して噛合することにより、互いに逆向きに連動して回転するように構成されており、搬送ローラ１０８，１０９の近傍には、これらを回転させるための搬送モータ（図示せず）が設置されている。なお本実施形態においては、上記のような構成の搬送ローラ１０８，１０９を利用するようにしたが、例えば、一方の搬送ローラを駆動し、他方の搬送ローラはベアリング軸受けで加圧することで一方の搬送ローラに従動回転させるような構成としてもよい。
【００４３】
排紙部Ｐ４は、印刷ドラム１０１と回転体１０２との間に挟圧搬送され印刷が施された印刷用紙１０３を排紙台（図示省略）に向けて搬出するサクションローラ１１２，１１３及びサクションベルト１１４を備えている。
【００４４】
次に以上のように構成された印刷装置１００の作用について説明する。印刷装置１００は、印刷ドラム１０１が矢印Ａ方向に所定の速度で回転するとともに、給紙台に載置された印刷用紙１０３の最上面から、スクレーパローラ１０４，ピックアップローラ１０５及びサバキ板１０６により１枚の印刷用紙１０３が繰り出され、繰り出された印刷用紙１０３はガイド板１１０に案内されつつ、搬送ローラ１０８，１０９まで搬送される。なお、このとき印刷用紙１０３が重送された場合には、重送検出スイッチ１０７により検出される。
【００４５】
そして印刷用紙１０３は所定の速度で回転する搬送ローラ１０８，１０９の間に挟まれ、搬送ローラ１０８，１０９の回転により印刷ドラム１０１と回転体１０２との間に向かってさらに搬送される。そして印刷用紙１０３は、印刷ドラム１０１と回転体１０２との間に搬送されると、印刷用紙１０３の下面側が回転体１０２によって支持されることにより印刷用紙１０３の上面側が印刷ドラム１０１の外周面に所定期間密着し、印刷ドラム１０１及び印刷ドラム１０１と共に矢印Ｂ方向に回転する回転体１０２によって印刷ドラム１０１の外周面と同速度で搬送される。
【００４６】
このように印刷用紙１０３が印刷ドラム１０１の外周面に所定期間密着して印刷ドラム１０１の外周面と同速度で搬送されることにより、印刷ドラム１０１の外周面に露出したプリンタヘッド素子２の流路出口が印刷用紙１０３に所定期間接触しながら印刷用紙１０３と同速度で回転する。このとき予め外部から入力された任意の印刷パターンデータに基づいて後述するプリンタヘッド素子２の電極への電圧を印加したり停止したりすることで、プリンタヘッド素子２内のインクを印刷用紙１０３に転移させ、図２に示すように、印刷用紙１０３に印刷パターンを印刷する。
【００４７】
なお本実施形態では印刷用紙１０３が、図３の右図（拡大図）に示す如く、印刷ドラム１０１に圧接されて変形することにより、印刷ドラム１０１の外周面との接触面積が広く、すなわち接触するプリンタヘッド素子２の流路出口の数が多くなる。これにより印刷用紙１０３とプリンタヘッド素子２との接触時間を長くすることができるので、印刷用紙１０３に転移するインクの量を増やすことができる。
なお本実施形態では印刷用紙１０３が変形する構成としたが、印刷ドラム１０１が変形する構成としてもよい。
【００４８】
そして印刷用紙１０３に任意の印刷パターンが印刷されると、印刷用紙１０３はサクションローラ１１２，１１３の回転によって環状移動されるサクションベルト１１４の移動に伴って排紙台に排紙される。以上のようにして印刷装置１００は印刷用紙１０３に印刷を行う。
【００４９】
なお印刷装置１００を使用して上記のようにして印刷用紙１０３に印刷を行う場合には、プリンタヘッド素子２の配列ピッチｄが０．２ｍｍ程度であることから、印刷パターンの解像度は１２７ｄｐｉ程度となるが、例えば印刷装置１００の印刷部Ｐ１を複数台並べて配置して、いわゆるタンデム方式を使用して、複数の印刷部Ｐ１によって順番に印刷を行うことにより高解像度の印刷を行うことができる。このように上記タンデム方式を使用することにより、例えば印刷用紙１０３を印刷ドラム１０１に対して複数回往復させたり、回転式の支持装置（リボルバー）に複数の印刷ドラム１０１を収めて複数回の印刷を行うマルチサイクル方式等よりも印刷に要する時間を短縮することができる。
【００５０】
なお本実施形態の印刷装置１００は、印刷ドラム１０１を備え、この印刷ドラム１０１に複数のプリンタヘッド素子２を２次元的に配設したが、本発明はこれに限られるものではない。次に本発明にかかる第２の実施形態の印刷装置１００−２について説明する。図５は印刷装置１００−２の主要部拡大図である。なお本実施形態では便宜上、上記実施形態の印刷装置１００と異なる箇所についてのみ詳細に説明する。
【００５１】
印刷装置１００−２は、図５に示す如く、シート状で可撓性を有する印刷用紙（被印刷基材）１０３’に印刷を行うものであり、印刷ドラム１０１を挟んで印刷用紙１０３’の搬送方向の上流側と下流側にそれぞれ湾曲搬送ローラ１２０，１２１が設けられている。湾曲搬送ローラ１２０，１２１は、上述した搬送ローラ１０８，１０９の回転による印刷用紙１０３’の搬送及びサクションベルト１１４の環状移動による印刷用紙１０３’の搬送に伴って連れ回するように構成されており、それぞれ同じ速度で回転する。
【００５２】
印刷用紙１０３’は、搬送方向上流側の湾曲搬送ローラ１２０と印刷ドラム１０１及び搬送方向下流側の湾曲搬送ローラ１２１と印刷ドラム１０１の間を通って、印刷用紙１０３’の印刷ドラム１０１に密着している部分が印刷ドラム１０１の外周面に沿って湾曲するように手動で、又は一般的に使用されている外部装置を使用することにより自動で設置される。
【００５３】
なお印刷用紙１０３’の搬送方向上流側の湾曲搬送ローラ１２０の回転抵抗を、下流側の湾曲搬送ローラ１２１の回転抵抗よりも強く設定することにより、印刷用紙１０３’が印刷ドラム１０１の外周面に確実に密着するようにしている。
【００５４】
本実施形態では湾曲搬送ローラ１２０，１２１を共に連れ回りする構成としたが、例えば、一方の湾曲搬送ローラを駆動し、他方の湾曲搬送ローラは回転抵抗をかけて連れ回りするような構成としてもよい。
【００５５】
次に本発明にかかる第３の実施形態の印刷装置１００−３について説明する。図６は印刷装置１００−３の主要部拡大図である。なお本実施形態では便宜上、上述した実施形態の印刷装置１００と異なる箇所についてのみ詳細に説明する。
【００５６】
印刷装置１００−３は、上記実施形態の印刷ドラム１０１の代わりに、図６に示す如く、印刷装置本体に装着された平坦な表面１３１ａを有する印刷部材１３１を備えている。印刷部材１３１は、後述するプリンタヘッド素子２が、流路の入口を印刷部材１３１の表面１３１ａよりも内方すなわち図６中上方に位置させ、流路の出口を表面１３１ａ上に露出させるようにして、表面１３１ａ全体的に複数二次元的に配設されている。本実施形態ではプリンタヘッド素子２の配列ピッチを０．２ｍｍ程度とする。また印刷部材１３１の表面１３１ａに平行に対向させて印刷部材１３１の下方から印刷用紙１０３を支持するように配置された支持体１３２を備えている。
【００５７】
そして印刷用紙１０３は、支持体１３２が印刷部材１３１の表面１３１ａから退避した状態のときに、印刷部材１３１と支持体１３２との間に搬送され、支持体１３２が印刷用紙１０３を下方から支持して印刷部材１３１の表面１３１ａに所定期間密着させる。このとき予め外部から入力された任意の印刷パターンデータに基づいて後述するプリンタヘッド素子２の電極への電圧を印加したり停止したりすることで、プリンタヘッド素子２内のインクを印刷用紙１０３に転移させて印刷パターンを印刷する。
【００５８】
なお印刷装置１００−３を使用して上記のようにして印刷用紙１０３に印刷を行う場合には、プリンタヘッド素子２の配列ピッチが０．２ｍｍ程度であることから、印刷パターンの解像度は１２７ｄｐｉ程度となるが、支持体１３２の前記退避、印刷用紙１０３の前記搬送、支持体１３２による印刷用紙１０３の印刷部材１３１の表面１３１ａへの前記密着の工程を繰り返し行うことにより高解像度の印刷を行うことができる。
【００５９】
なお本実施形態ではプリンタヘッド素子２、２’を印刷部材１３１の表面１３１ａの全面状に配設したが、例えばラインインクジェットプリンタのように、印刷用紙１０３の幅方向全体に対応するように、複数のプリンタヘッド素子２、２’を線状に配置してもよい。この場合、プリンタヘッド素子２、２’と印刷用紙１０３とは、プリンタヘッド素子２、２’の配列方向と直交する方向に相対移動し、一回の相対移動で印刷用紙１０３全体を走査可能とする。なお転移量を増やすために２回以上走査してもよい。
【００６０】
また例えばシリアルインクジェットプリンタのように、数ｍｍ〜数十ｍｍの長さで複数のプリンタヘッド素子２を線状に配置してもよい。この場合、プリンタヘッド素子２と印刷用紙１０３とは、プリンタヘッド素子２の配列方向と直交する方向に相対移動し、一回の相対移動で印刷用紙１０３の一部しか走査できないので、走査毎に、プリンタヘッド素子２を印刷用紙１０３に対して未走査位置まで移動させて次回の走査をさせる。
【００６１】
次に上述した実施形態の印刷装置１００，１００−２，１００−３で使用するプリンタヘッド素子２について図面を参照して詳細に説明する。なおプリンタヘッド素子２を説明する前に、まずプリンタヘッド素子２に利用する送液部（送液装置）１について説明する。図７（ａ）は本実施形態の送液部１の概略構成図、図７（ｂ）は（ａ）の弁部拡大図、図８は図７の送液部１の動作の説明図である。
【００６２】
本実施形態の送液部１は、図７（ａ）に示す如く、電解質を有する液体Ｆを流路１０中に送液するものであり、流路１０は、入口１０ａから後述の弁部１１までの内壁面１２ａ及び弁部１１から出口１０ｂまでの内壁面１２ｂすなわち入口１０ａから出口１０ｂまでの弁部１１を除く内壁面１２が親水性を有している。流路１０は毛管現象が起こる程度の微細な径又は断面積を有するものであり、流路１０の断面形状は、溝状であっても円や多角形等の管状であってもよい。また流路１０は弁部１１を除く内壁面１２の少なくとも一部が入口１０ａから出口１０ｂまで連続して親水性を有していれば、例えば内壁面１２全体を親水性にしてもよいし、底面のみ等、一面のみを親水性にしてもよい。
【００６３】
弁部１１（図中斜線）は、内壁面１２ａと内壁面１２ｂの間隙部分であって、流路１０中の送液を遮断するものであり、流路１０中に少なくとも１つ設けられ、図７（ｂ）に示す如く、一部の流路１０区間の内壁面を全て疎水性にすることによって構成されている。また弁部１１の流路１０区間すなわち流れ方向の寸法（以下、ギャップという）は、流路１０の形状によって決定される。
【００６４】
弁部１１には、液体Ｆの界面張力を減少させるための電極１３が設けられている。電極１３は例えば金やカーボン等で構成された正負二極からなり、この二極は、図７（ａ）に示す如く、液体Ｆの流れ方向に前後して配置され、本実施形態では正極１３ａが疎水性の弁部１１に臨設され、弁部１１よりも流路１０の入口１０ａ側の内壁面１２ａの下側に負極１３ｂが配置されている。ここで「正極１３ａが疎水性の弁部１１に臨設され」とは、正極１３ａが必ずしも弁部１１（斜線部分）の全面積を覆うことを意味せず、正極１３ａが弁部１１の少なくとも内壁面１２ａから内壁面１２ｂに向かう方向の全長に亘って存在することを意味する。
【００６５】
つまり弁部１１は、図７（ｂ）に示す如く、流路１０において親水性の内壁面１２ａと内壁面１２ｂとの間隙に臨む正極１３ａの表面に疎水性の被膜を施すことにより形成することができる。このとき疎水性の被膜は疎水性誘電膜とすることができる。なお正極１３ａの表面全体に疎水性の被膜を施しても良い。そしてこの電極１３は、電極１３に接続されているスイッチをＯＮ又はＯＦＦすることにより、電極１３に電圧を印加したり、電圧の印加を停止したりすることができる。
【００６６】
さらに弁部１１には、液体Ｆを切断するため外気を導入する通気部１４が設けられている。通気部１４は、図７（ａ）、（ｂ）に示す如く、弁部１１の流路１０区間内と連通する空気孔を有する溝や管で形成され、弁部１１に確実に外気を導入するために、図７（ａ）に示す如く、弁部１１の両側から外気を導入すべく弁部１１に２つ設けられている。また通気部１４は、弁部１１のギャップよりも大きな径で形成されている。なお弁部１１に外気が導入できれば、ギャップと同じ径であっても、小さい径であってもよい。また通気部１４は、流路１０中を液体Ｆが流れるときに、空気孔に液体Ｆが流れ込まないように、空気孔の径は流路１０の径よりも小さく、かつ、内面は疎水性を有している。
【００６７】
このようにして本実施形態の送液部１は構成されている。そして次にこの送液部１の動作について説明する。
【００６８】
送液部１は、図８（ａ）に示す如く、先ずスイッチをＯＦＦにした状態すなわち電極１３に電圧を印加しない状態で、流路１０の入口１０ａから液体Ｆを導入する。すると入口１０ａから入った液体Ｆは、親水性の内壁面１２ａを有する流路１０中を毛管現象によって自律的に円滑に伝わって、弁部１１の手前で停止する。
【００６９】
そこで図８（ｂ）に示す如く、スイッチをＯＮ、すなわち電極１３に電圧を印加し、[背景]の項で説明したＥＷの現象（図１６、図１７参照）によって弁部１１を疎水性から親水性に変化させる。すると液体Ｆは親水性の弁部１１を通過し、親水性の内壁面１２ｂを有する流路１０内に流れ込んで毛管現象によってそのまま流路１０の出口１０ｂにまで進む。
【００７０】
次に図８（ｃ）に示す如く、スイッチをＯＦＦ、すなわち電圧の印加を停止することにより弁体１１を親水性から疎水性に回復させる。すると液体Ｆは弁体１１の手前で移動が停止し、通気部１４から弁部１１に外気が導入されて、この外気によって液体Ｆが完全に分割される。言い換えると流路１０中で連続した液体Ｆを弁部１１で切ることができる。
【００７１】
このように流路１０中で液体Ｆを切ることができるので、流路１０の容積を調整することで、任意の量の液体Ｆを分割して送液することが可能となる。また内壁面が親水性である流路１０においては、液体Ｆは流路１０中を毛管現象によって自律的に進むので、送液部１では液体を移動させるための外部からの圧力や熱、電場等の力を必要としない。また弁部１１においても殆ど電流が流れないため、弁部１１で消費する電力は非常に小さい。よって送液部１は省エネルギー性に優れている。
【００７２】
さらに送液部１では、電解質を含む液体であれば特に制約条件がないため、様々な機能性液体を送液することができる。
【００７３】
なお本実施形態の送液部１では、電極１３を上記のように液体Ｆの流れ方向に前後して配置したが、本発明はこれに限られるものではない。ここで図９に別の実施形態の送液部（送液装置）１’の概略構成図を示す。本実施形態の送液部１’では、図９（ａ）に示す如く、弁部１１において正極１３ａと負極１３ｂとを液体Ｆの流れ方向に対して並列に配置する。このとき正極１３ａ及び負極１３ｂは、図９（ｂ）に示す如く、疎水性誘電膜で構成された弁部１１に少なくとも一部が接するように配設される。
【００７４】
この送液部１’では、電極１３に電圧が印加されると、図９（ｂ）に示す如く、正極１３ａと接している部分の弁部１１と液体Ｆとの界面近傍に負のイオンが集まり、負極１３ｂと接している部分の弁部１１と液体Ｆとの界面近傍に正のイオンが集まって、それぞれの部分においてＥＷの現象が生じることにより疎水性が親水性となり液体Ｆが通過する。
【００７５】
次に上述した送液部１を利用したプリンタヘッド素子２について説明する。図１０は本実施形態のプリンタヘッド素子２の動作の説明図である。なお図１０において弁部１１に設けられた電極１３やスイッチ等は図示を省略し、送液部１と同様の箇所は同符号で示して説明を省略する。また便宜上、液体の流れ方向の上流側を上方、下流側を下方として説明する。
本実施形態のプリンタヘッド素子２は、上述した実施形態の送液部１の流路１０の入口１０ａに、上方から下方に向かうにつれて開口径が小さくなる略円錐状のインク溜２０の排出口を連結して構成されている。なおこのときインク溜２０には液体Ｆとして電解質を含む水溶性のインクが充填されている。
【００７６】
まずインク溜２０に充填されたインクｉは、図１０（ａ）に示す如く、インク溜２０から入口１０ａを通って流路１０ａ中に導入される。そして送液部１と同様に親水性の流路１０中を毛管現象によって自律的に円滑に伝わって、弁部１１の手前で停止する。ここで図示しない電極１３に電圧を印加することによって弁部１１を疎水性から親水性に変化させると、インクｉは、図１０（ｂ）に示す如く、親水性の弁部１１を通過し、毛管現象によってそのまま流路１０の出口１０ｂ側の親水性の流路１０に流れ込む。
【００７７】
次に電圧の印加を停止することにより弁体１１を親水性から疎水性に回復させる。すると図１０（ｃ）に示す如く、インクｉは弁体１１の手前で移動が停止し、通気部１４から弁部１１に外気が導入されて、この外気によって液体Ｆが分割される。このとき流路１０の出口１０ｂから染み出したインクｉに印刷用紙１０３を接触させると、インクｉは印刷用紙１０３に流れ込み、弁部１１以降のインクｉを印刷用紙１０３に転移することができる。
【００７８】
このように上記プリンタヘッド素子２では、ＥＷの現象を使用しているため、電解質を有する液体であれば水性液体のインクｉを使用することができるので、インクｉが転移した印刷物がその用途を終了して破棄されるときには、油性液体と比較して環境への負荷を小さく抑えることができる。
【００７９】
また上記実施形態の送液部１と同様に、流路１０中でインクｉを切ることができるので、流路１０の容積を調整することで、任意の量のインクｉを分割して送液することが可能となる。従って印刷用紙１０３に任意の量のインクｉを転移させることができる。
【００８０】
一方、上記のようにＥＷの現象を印刷機器に利用するためには、例えば「印刷画像の綺麗さ」に関係する「液体の移動量」として０．３秒で５〜２０ｐｌの性能を目標とし、「印刷速度」に対応する「液体の移動速度」として液体を０．３秒で滴下可能であることを目標としてもよい。液体の移動速度は、流路の形状により異なるが、流路長さを短くすることにより液体が滴下されるまでの応答時間を短縮することができる。また流路の親水性をより良くすることにより流速を早くすることもできる。そして本願発明者は、上記性能を満たす印刷機器用の送液装置としての印字装置４を提案した。この印字装置４は上述した印刷装置１００，１００−２，１００−３に使用することもできる。ここで図１１に印字装置４の（ａ）分解斜視図、（ｂ）正面図、（ｃ）主要部Ａ拡大上面図を示す。
【００８１】
印字装置４は、図１１（ａ）に示す如く、まずガラス基板５１上に金（Ａｕ）電極５１ａをスパッタし、正負の電極５１ａ−１、５１ａ−２を、それぞれ液体Ｆの流れ方向に前後して狭い間隔を隔てて配置した。
【００８２】
そしてＡｕ電極５１ａがスパッタされたガラス基板５１の上全面を誘電体であるシリコーンゴム５２で５０μｍ被膜して、その上に正負の電極５１ａ−１、５１ａ−２部分を覆う疎水性誘電膜として旭硝子社製のサイトップ（登録商標）５３を５μｍ被膜し、さらにその上に流路６０の親水性の内壁面として３μｍのアルミニウム（Ａｌ）５４をスパッタした。このときアルミニウム５４と正負の電極５１ａ−１、５１ａ−２とはシリコーンゴム５２及びサイトップ（登録商標）５３で隔てられているため電気的な導通はなく、電流が流れないので、アルミニウム５４は電気的な機能を持たない。
【００８３】
またシリコーンゴム５２とサイトップ（登録商標）５３の二層によって誘電膜が形成されるが、この誘電膜は表面に多くの電荷が誘導されるとＥＷによる効果が大きくなるため、誘電膜は誘電率の大きい材料で形成することが好ましい。同時に、誘導される電荷量が多くなる条件、すなわち高い電圧で機能できるように、絶縁耐圧が高い材料で形成することが好ましい。
【００８４】
またアルミニウム５４には、図１１（ｃ）に示す如く、正の電極５１ａ−１の上になる一部に液体の流れ方向の幅が１５０μｍのギャップ５４ａを形成した。このギャップ５４ａには、アルミニウム５４の下に位置する疎水性誘電膜のサイトップ（登録商標）５３が臨むため、流路６０の内壁面は親水性の区間つまりアルミニウム５４と疎水性の区間つまりサイトップ（登録商標）５３とが存在し、この疎水性の区間が弁部６１となる。そして以上をまとめてガラス基板チップ５とする。
【００８５】
次にシリコーンゴムの一種であるポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）基板５５について説明する。ＰＤＭＳ基板５５は、図１１（ａ）に示したように、流路６０と弁部６１に外気を導入する通気部６４としての空気抜き経路とが溝状に形成された疎水性のシートである。そして、図１１（ａ）では図示の都合上ＰＤＭＳ基板５５を上下面逆に記載しているが、図１１（ｂ）に示す如く、ＰＤＭＳ基板５５の溝状の流路６０が形成されている面をガラス基板チップ５に密着されることにより印字装置４としての流路６０を形成した。
【００８６】
なお空気抜き経路の幅は、液体の逆流を防ぐために流路６０の幅よりも小さく形成し、流路６０の溝と空気抜き経路の溝とが交差する箇所が、上述の弁部６１上に位置するようにした。なお流路６０の入口６０ａには容量を大きくしたインク溜６０’を連結して形成した。以上のように印字装置４を形成した。
【００８７】
そしてこの印字装置４の流路６０中を送液する電解質を有する液体は、０．１Ｍ塩化カリウム（ＫＣｌ）水溶液とし、この水溶液を吸収する基材としてはインクジェット用紙を使用した。
【００８８】
上記のように構成した印字装置４は、正負の電極５１ａ−１、５１ａ−２に電圧を印加及び該印加を停止することにより、上記実施形態のプリンタヘッド素子２と同様の動作をする。
【００８９】
そして流路６０の幅ｗを２５．５μｍ、高さｈを２．７μｍ、入口６０ａから出口６０ｂまでの長さＬを３００μｍとして、正負の電極５１ａ−１、５１ａ−２に電圧を印加した状態すなわち流路６０の内壁面を親水性として流路６０に上記水溶液を流す実験を行った。この結果、毛管現象によって２１ｐｌの上記水溶液を送液することができた。このとき送液に要した時間は０．１２秒であった。
【００９０】
また上記と同様に流路６０の内壁面を親水性にし、毛管現象によって４９ｎｌの黒色水溶性染料を加えた液体を、出口６０ｂからインクジェット用紙に転移させる実験を行った。この結果、φ９５０μｍのドットで前記液体をインクジェット用紙に転移させることができた。
【００９１】
また弁部６１により流路６０中で水溶液を所定量に分割し、紙に転移させる実験を行った。この結果、弁部６１により分割された水溶液つまり弁部６１より下流側に流路容積である６ｎｌの水溶液を紙に転移させることができた。このときの印加電圧は２００Ｖ、電流はμＡオーダー以下であった。
【００９２】
これにより印字装置４において、目標とする性能を満たし、かつ弁部６１によって流路６０中で一定量の液体を完全に分割して出口６０ｂから排出できることが確認できた。
【００９３】
次に図１２に別の実施形態の印字装置を示す。なお本実施形態の印字装置は、上述した実施形態のプリンタヘッド素子２又は印字装置４と略同様の構成であるため、同じ箇所は同符号で示して説明を省略し、異なる箇所についてのみ説明する。
【００９４】
上述した実施形態のプリンタヘッド素子２又は印字装置４においては、インクジェット用紙等の印刷用紙１０３を、流路１０、６０の出口１０ｂ、６０ｂに接触させて、インクｉを印刷用紙１０３に転移させるときに、印刷用紙１０３と接触する出口１０ｂ、６０ｂの外縁部が親水性を有する場合には、この外縁部がインクｉで濡れてしまい、弁部１１、６１にて一定量に分割されたインクｉを、正確な量だけ印刷用紙１０３に転移させるのは困難である。
【００９５】
そこで本実施形態の印字装置は、図１２に示す如く、上述した実施形態のプリンタヘッド素子２又は印字装置４の印刷用紙１０３と接触する出口１０ｂ、６０ｂの外縁部７を疎水性誘電膜で被覆している。こうすることにより外縁部７はインクｉを弾くのでインクｉで濡れることが略なくなり、弁部１１、６１にて一定量に分割されたインクｉを正確な量で確実に印刷用紙１０３に転移させることができる。
【００９６】
次に図１３に別の実施形態の印字装置、図１４に第二の電極９の斜視図の一例を示す。なお本実施形態の印字装置も、上述した実施形態のプリンタヘッド素子２又は印字装置４と略同様の構成であるため、同じ箇所は同符号で示して説明を省略し、異なる箇所についてのみ説明する。
【００９７】
上述した実施形態のプリンタヘッド素子２又は印字装置４においては、インクジェット用紙等の印刷用紙１０３を、流路１０、６０の出口１０ｂ、６０ｂに接触させて、インクｉを印刷用紙１０３に転移させるときに、流路１０、６０内で一定量に分割されたインクｉが印刷用紙１０３に全て転移せずに出口１０ｂ、６０ｂ付近に残ってしまう場合がある。このインクｉが残る可能性のある区間を出口区間と呼ぶが、出口区間の長さは、インクｉの粘度や界面張力、流路１０、６０の大きさや親水性、印刷用紙１０３の濡れ性等の因子により変動する。
【００９８】
そこで本実施形態の印字装置は、図１３に示す如く、弁部１１、６１よりも出口１０ｂ，６０ｂ側の親水性を有する一定区間Ｂを除いて出口１０ｂ、６０ｂに隣接する流路１０、６０の出口区間の内壁８ａ、及び出口１０ｂ、６０ｂの外縁部８を疎水性誘電膜で被覆して、出口区間の内壁８ａ及び外縁部８のうち出口１０ｂ、６０ｂに隣接する周縁部８ｂに、インクｉの界面張力を減少させるための弁部１１、６１に設けられた電極１３、５１ａ−１、２とは別に、正負の二極からなる第二の電極９ａ、９ｂを設けている。
【００９９】
第二の電極９ａ、９ｂは、例えば図１４の左図に示す如く、インクｉの流れ方向に沿って２つに分割された角柱状に構成され、一方を正の電極９ａ−１、他方を負の電極９ｂ−１とすることができる。また図１４の右図に示す如く、インクｉの流れ方向に沿って２つに分割された円柱状に構成され、一方を正の電極９ａ−２、他方を負の電極９ｂ−２とすることもできる。
【０１００】
上記のように構成された印字装置では、図１３においてインクｉが出口区間を通過するときには電極９ａ、９ｂに電圧を印加して、電極９ａ、９ｂと接している出口区間の内壁８ａ及び周縁部８ｂを親水性にしておき、図示しない紙等の吸収性の被転移基材を出口１０ｂ、６０ｂに接触させることにより、弁部１１、６１で一定量に分割されたインクｉを被転移基材に転移させる。このとき出口１０ｂ、６０ｂ付近の流路１０、６０内にインクｉが残留している場合には、前記電圧の印加を停止して内壁８ａ及び周縁部８ｂを親水性から疎水性に変化させる。
【０１０１】
これにより残留していたインクｉは濡れ性の差によって被転移基材に転移するので、流路１０、６０内で一定量に分割されたインクｉを被転移基材に完全に転移させることができる。なおこのとき周縁部８ｂを除いた外縁部８は、常に疎水性を有しているので、上記実施形態と同様に、外縁部８がインクｉを弾きインクｉで濡れることが略ないため、弁部１１、６１にて一定量に分割されたインクｉを正確な量で確実に被転移基材に転移させることができる。
【０１０２】
次に図１５に別の実施形態のプリンタヘッド素子２’の概略模式図を示す。なお本実施形態のプリンタヘッド素子２’は、上述した実施形態のプリンタヘッド素子２と略同様の構成であるため、同じ箇所は同符号で示して説明を省略し、異なる箇所についてのみ説明する。
【０１０３】
本実施形態のプリンタヘッド素子２’は、図１５（ａ）に示す如く、出口１０ｂを有する流路出口部１０’が、印刷装置１００本体から突出している。具体的には、例えばプリンタヘッド素子２’本体の上端外周面に鍔部２１を設け、この鍔部２１の下端面が、開口を有する印刷装置１００本体の支持板１００ａに当接することにより、印刷装置１００がプリンタヘッド素子２’を支持するように構成することができる。このときプリンタヘッド素子２’内部のインク溜２０に、印刷装置１００に設けられ、インクｉを供給するインク供給路２０ａが接続される。
【０１０４】
これにより出口１０ｂが平坦面に位置するときよりも、インクｉを転移させる印刷用紙１０３と出口１０ｂとを確実に接触させることができる。なお流路出口部１０’の先端外周を、図１５（ａ）に示す如く、斜めに切り取って先鋭形状とすることにより出口１０ｂが印刷用紙１０３にくい込むような効果を持たせることができる。
【０１０５】
また上記流路出口部１０’は、例えばゴム等の弾性部材で形成してもよい。このとき流路出口部１０’は、流路１０が変形しなければ、例えば流路１０の出口１０ｂ付近のみ、つまり一部を弾性部材で形成してもよいし、全部を弾性部材で形成してもよい。こうすることにより流路出口部１０’は柔軟に変形可能となるので、出口１０ｂと印刷用紙１０３とがより接触し易くなる。
【０１０６】
また上記流路出口部１０’は、出口１０ｂがインクｉの流れ方向に弾性を有するものであってもよい。具体的には、例えば図１５（ｂ）に示す如く、プリンタヘッド素子２’本体の下側外周面に第二の鍔部２２を設け、この第二の鍔部２２の上端面と支持板１００ａの下端面との間にばね部材２ａを配設することができる。このときインク供給路２０ａは弾性を有するパイプ等で形成する。これにより流路出口部１０’を印刷用紙１０３に圧着させることができるので、出口１０ｂと印刷用紙１０３とをより確実に接触させることができる。
【０１０７】
また例えば図１５（ｃ）に示す如く、上記ばね部材２ａの代わりにゴム等の弾性部材２ｂを配設してもよい。この場合、弾性部材２ｂが通気部１４による通気を阻害しないように、弾性部材２ｂを多孔性を有するものとしたり、通気経路をもつ形状にしたりする。例えば図１５（ｃ）に示す如く、弾性部材２ｂの内面と通気部１４の開口との間に、外気と通じる間隙を設けてもよい。
【０１０８】
本発明にかかる実施形態の印刷装置１００，１００−２，１００−３には、以上のようなプリンタヘッド素子２，２’又は印字装置４，が複数、二次元的に配設されている。このような印刷装置１００，１００−２，１００−３によれば、電極１３，５１ａに電圧を印加することにより、弁部１１，６１を疎水性から親水性に変化させて液体Ｆを送液し、電圧の印加を停止することにより、弁部１１，６１を疎水性に変化させて通気部１４，６４から外気を弁部１１，６１に導入して液体Ｆの送液を停止することができ、流路１０，６０中の弁部１１，６１において弁部１１，６１に導入した外気により流路１０，６０中の液体を分割、つまり切ることができるので、流路１０，６０の容積を調整することで、電解質を有する液体Ｆであればいずれの液体Ｆであっても任意の量を分割して被印刷基材１０３に転移させることが可能となる。これにより高画質印刷やデジタルファブリケーションに最適な、最小ドットサイズの非常に小さい、高精細パターンの画像を印刷することができる。
【０１０９】
またインクジェット方式のように液体Ｆの液滴が空気中を飛翔して被印刷基材１０３に着滴するのではなく、液体Ｆは流路１０，６０の出口１０ｂ，６０ｂから空気に略触れずに被印刷基材１０３に転移するので空気力学的原因による転移精度の低下を防ぐことができる。
【０１１０】
なお流路中に送液する液体を、機能性粒子を分散させた液体とした場合には、例えば上記と同様にして、ＤＮＡチップ、プロテインチップ、細胞チップ等に使用するパターニング装置に適用することができる。なおこの液体を水性液体とすることにより、機能性材料をパターニングしたデバイスが、その用途を終了して破棄される際、溶媒が蒸発する場合にはその途中の工程においても、油性液体と比較して環境への負荷を小さく抑えることができる。
【０１１１】
なお上述した全ての実施形態は、電極として正負の二極からなる二電極系を採用しているが、正極一液体間の電位差及び負極一液体間の電位差を把握して最適な電圧制御を行うため、作用電極、対向電極及び参照電極を用いた三電極系を採用することもできる。この場合、例えば弁部に臨設する電極として作用電極、他方の電極として対向電極、さらに液体に接触する任意の位置に参照電極を配置すること等が考えられる。
【０１１２】
本発明の印刷装置及び該印刷装置における印刷制御方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
【符号の説明】
【０１１３】
１、１’ 送液部（送液装置）
１０、６０ 流路
１０ａ、６０ａ 入口（流路入口）
１０ｂ、６０ｂ 出口（流路出口）
１１、６１ 弁部（疎水性）
１２ａ、１２ｂ 内壁面（親水性）
１３、５１ａ 電極
１３ａ、５１ａ−１ 正の電極
１３ｂ、５１ａ−２ 負の電極
１４、６４ 通気部
１００、１００−２、
１００−３ 印刷装置
１０１ 印刷ドラム
１３１ 印刷部材
１３１ａ 表面
２、２’ プリンタヘッド素子
２０、６０’ インク溜
３ 印刷用紙（被印刷基材）
４ 印字装置
Ｆ 液体
ｉ インク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被印刷基材に電解質を有する液体を転移させる印刷装置であって、
前記液体を流路中に送液する、
前記流路の内壁面の少なくとも一部が、該流路の入口から出口までの全体に亘って、送液を遮断する疎水性を有する少なくとも一つの弁部を除いて親水性を有し、
前記弁部に、前記液体の界面張力を減少させるための電極と、前記液体を切断するため外気を導入する通気部が設けられている送液装置が複数、２次元的に配設されていることを特徴とする印刷装置。
【請求項２】
印刷装置本体に対して回動自在に装着された印刷ドラムを備え、
前記流路の入口が前記印刷ドラム内部に位置し、前記流路の出口が前記印刷ドラム外周面に露出するように前記送液装置が複数２次元的に配設され、
前記液体が前記流路の入口に供給されるものであることを特徴とする請求項１に記載の印刷装置。
【請求項３】
前記被印刷基材が、前記印刷ドラムの前記外周面に所定期間密着して該外周面と同速度で搬送されるものであって、
前記液体は、前記被印刷基材が前記印刷ドラムに密着されている期間に、前記流路から前記被印刷基材に転移されるものであることを特徴とする請求項２に記載の印刷装置。
【請求項４】
前記被印刷基材が、シート状で可撓性を有するものであって、
前記被印刷基材の搬送経路は前記印刷ドラムの外周面に沿って湾曲していることを特徴とする請求項３に記載の印刷装置。
【請求項５】
印刷装置本体に装着された平坦な表面を有する印刷部材を備え、
前記流路の入口が前記印刷部材の前記表面よりも内方側に位置し、前記流路の出口が前記印刷部材の前記表面上に露出するように前記送液装置が複数２次元的に配設され、
前記液体が前記流路の入口に供給されるものであることを特徴とする請求項１に記載の印刷装置。
【請求項６】
前記被印刷基材が、前記印刷部材の前記表面に所定期間密着されるものであって、
前記液体は、前記被印刷基材が前記印刷部材に密着されている期間に、前記流路から前記被印刷基材に転移されるものであることを特徴とする請求項５に記載の印刷装置。
【請求項７】
前記送液装置において、
前記電極が、正負の二極を有し、
該正負の二極の一方の電極が、前記疎水性の弁部に臨設されていることを特徴とする請求項１〜６いずれか１項に記載の印刷装置。
【請求項８】
前記送液装置において、
前記正負の二極の電極が、前記液体の流れ方向に前後して配置されていることを特徴とする請求項７に記載の印刷装置。
【請求項９】
前記送液装置において、
前記電極と前記流路とが、誘電膜によって隔てられていることを特徴とする請求項１から８いずれか１項に記載の印刷装置。
【請求項１０】
前記送液装置において、
前記出口の外縁部が疎水性を有することを特徴とする請求項１から９いずれか１項に記載の印刷装置。
【請求項１１】
前記送液装置において、
前記流路の出口区間の内壁及び前記出口の外縁部が疎水性を有するものであり、
前記出口区間及び前記外縁部のうち前記出口に隣接する周縁部に、前記液体の界面張力を減少させるための第二の電極が設けられていることを特徴とする請求項１から９いずれか１項に記載の印刷装置。
【請求項１２】
前記送液装置において、
前記出口を有する流路出口部が、印刷装置本体から突出していることを特徴とする請求項１から１１いずれか１項に記載の印刷装置。
【請求項１３】
前記送液装置において、
前記流路出口部が、弾性部材で形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の印刷装置。
【請求項１４】
前記送液装置において、
前記流路出口部が、前記液体の流れ方向に弾性を有するものであることを特徴とする請求項１２に記載の印刷装置。
【請求項１５】
前記液体が、機能性粒子を分散させた液体であることを特徴とする請求項１から１４いずれか１項に記載の印刷装置。
【請求項１６】
請求項１から１５いずれか１項に記載の印刷装置の印刷制御方法において、
前記電極に電圧を印加することにより、前記流路中の前記弁部を疎水性から親水性に変化させて前記液体を送液し、電圧の印加を停止することにより前記弁部を疎水性に変化させると共に前記通気部から外気を該弁部に導入して前記液体を一定量だけ分割して前記被印刷基材に転移させることを特徴とする印刷制御方法。
【請求項１】
被印刷基材に電解質を有する液体を転移させる印刷装置であって、
前記液体を流路中に送液する、
前記流路の内壁面の少なくとも一部が、該流路の入口から出口までの全体に亘って、送液を遮断する疎水性を有する少なくとも一つの弁部を除いて親水性を有し、
前記弁部に、前記液体の界面張力を減少させるための電極と、前記液体を切断するため外気を導入する通気部が設けられている送液装置が複数、２次元的に配設されていることを特徴とする印刷装置。
【請求項２】
印刷装置本体に対して回動自在に装着された印刷ドラムを備え、
前記流路の入口が前記印刷ドラム内部に位置し、前記流路の出口が前記印刷ドラム外周面に露出するように前記送液装置が複数２次元的に配設され、
前記液体が前記流路の入口に供給されるものであることを特徴とする請求項１に記載の印刷装置。
【請求項３】
前記被印刷基材が、前記印刷ドラムの前記外周面に所定期間密着して該外周面と同速度で搬送されるものであって、
前記液体は、前記被印刷基材が前記印刷ドラムに密着されている期間に、前記流路から前記被印刷基材に転移されるものであることを特徴とする請求項２に記載の印刷装置。
【請求項４】
前記被印刷基材が、シート状で可撓性を有するものであって、
前記被印刷基材の搬送経路は前記印刷ドラムの外周面に沿って湾曲していることを特徴とする請求項３に記載の印刷装置。
【請求項５】
印刷装置本体に装着された平坦な表面を有する印刷部材を備え、
前記流路の入口が前記印刷部材の前記表面よりも内方側に位置し、前記流路の出口が前記印刷部材の前記表面上に露出するように前記送液装置が複数２次元的に配設され、
前記液体が前記流路の入口に供給されるものであることを特徴とする請求項１に記載の印刷装置。
【請求項６】
前記被印刷基材が、前記印刷部材の前記表面に所定期間密着されるものであって、
前記液体は、前記被印刷基材が前記印刷部材に密着されている期間に、前記流路から前記被印刷基材に転移されるものであることを特徴とする請求項５に記載の印刷装置。
【請求項７】
前記送液装置において、
前記電極が、正負の二極を有し、
該正負の二極の一方の電極が、前記疎水性の弁部に臨設されていることを特徴とする請求項１〜６いずれか１項に記載の印刷装置。
【請求項８】
前記送液装置において、
前記正負の二極の電極が、前記液体の流れ方向に前後して配置されていることを特徴とする請求項７に記載の印刷装置。
【請求項９】
前記送液装置において、
前記電極と前記流路とが、誘電膜によって隔てられていることを特徴とする請求項１から８いずれか１項に記載の印刷装置。
【請求項１０】
前記送液装置において、
前記出口の外縁部が疎水性を有することを特徴とする請求項１から９いずれか１項に記載の印刷装置。
【請求項１１】
前記送液装置において、
前記流路の出口区間の内壁及び前記出口の外縁部が疎水性を有するものであり、
前記出口区間及び前記外縁部のうち前記出口に隣接する周縁部に、前記液体の界面張力を減少させるための第二の電極が設けられていることを特徴とする請求項１から９いずれか１項に記載の印刷装置。
【請求項１２】
前記送液装置において、
前記出口を有する流路出口部が、印刷装置本体から突出していることを特徴とする請求項１から１１いずれか１項に記載の印刷装置。
【請求項１３】
前記送液装置において、
前記流路出口部が、弾性部材で形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の印刷装置。
【請求項１４】
前記送液装置において、
前記流路出口部が、前記液体の流れ方向に弾性を有するものであることを特徴とする請求項１２に記載の印刷装置。
【請求項１５】
前記液体が、機能性粒子を分散させた液体であることを特徴とする請求項１から１４いずれか１項に記載の印刷装置。
【請求項１６】
請求項１から１５いずれか１項に記載の印刷装置の印刷制御方法において、
前記電極に電圧を印加することにより、前記流路中の前記弁部を疎水性から親水性に変化させて前記液体を送液し、電圧の印加を停止することにより前記弁部を疎水性に変化させると共に前記通気部から外気を該弁部に導入して前記液体を一定量だけ分割して前記被印刷基材に転移させることを特徴とする印刷制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
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【図５】
【図６】
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【図８】
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【図１０】
【図１１】
【図１２】
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【図１４】
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【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１０−２０８０６２（Ｐ２０１０−２０８０６２Ａ）
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５４３４９（Ｐ２００９−５４３４９）
【出願日】平成２１年３月９日（２００９．３．９）
【出願人】（０００２５０５０２）理想科学工業株式会社 (1,191)
【出願人】（５０４１７１１３４）国立大学法人 筑波大学 (510)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月９日（２００９．３．９）
【出願人】（０００２５０５０２）理想科学工業株式会社 (1,191)
【出願人】（５０４１７１１３４）国立大学法人 筑波大学 (510)
【Ｆターム（参考）】
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