液滴吐出ヘッド
【課題】低コストで高精度かつ性能の安定した液滴吐出ヘッドを提供する。
【解決手段】ダクト５６を通じて送り込まれた外気は例えばスポンジなど溶媒５７に耐性のある多孔質素材からなる加湿材５２を通過する際に、加湿材５２に含まれている溶媒５７を含有し加湿空気５１となり、送風口５８からノズル１６（流路部材１２）に向けて送られる。溶媒を豊富に含有した加湿空気５１を送ることによりノズル１６近傍の空気中における溶媒５７の濃度を高く保つことができるため、ノズル１６近傍の流路部材１２内インクの溶媒蒸発を防ぐことができる。加湿空気５１は、インクミストと共に排気口６０から吸引回収する。
【解決手段】ダクト５６を通じて送り込まれた外気は例えばスポンジなど溶媒５７に耐性のある多孔質素材からなる加湿材５２を通過する際に、加湿材５２に含まれている溶媒５７を含有し加湿空気５１となり、送風口５８からノズル１６（流路部材１２）に向けて送られる。溶媒を豊富に含有した加湿空気５１を送ることによりノズル１６近傍の空気中における溶媒５７の濃度を高く保つことができるため、ノズル１６近傍の流路部材１２内インクの溶媒蒸発を防ぐことができる。加湿空気５１は、インクミストと共に排気口６０から吸引回収する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液滴吐出ヘッドに関し、特に走査幅方向に複数のノズルを配置した液滴吐出ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在市販されている水性インクジェットプリンターは、概ね粘度５cps前後、高々１０cpsオーダの染料インクや顔料インクを採用している。媒体に着弾した際のインク滲み防止や、光学的な色濃度向上、含水量低減による媒体の膨潤抑制や短時間乾燥、あるいは、そうした高品質インクをトータル設計するに当たり自由度が大きくとれる等の理由から、インク粘度を増加することによってプリント性能は向上できることが知られている。
【０００３】
反面、高粘度インクを吐出するには、高出力な圧力発生機構が必要であり、コストやヘッドサイズ増加等の弊害を招く。従来からイジェクターにヒーターを別途設け、吐出時のインク粘度を強制的に下げる技術は公知である（例えば、特許文献１参照）。インクを加熱する上記の方法はインク劣化や流路のダメージを早める根本課題があり、また使用できるインクも熱による劣化のないものに制限される。
【０００４】
このほか、インク吐出する際の逆方向へのインク流を梁状の弁で抑制し、より高粘度なインクを吐出する技術（例えば、特許文献２参照）が開示されている。大変形が得られる座屈曲がりを利用し、圧力発生機構自体をパワーアップする方法として、発熱体層との熱膨張差で変形するダイヤフラム状アクチュエータを使用した技術（例えば、特許文献３参照）、同様の構成で片持ち梁状のアクチュエータを用いた技術（例えば、特許文献４参照）が開示されている。しかしながら、上記の従来技術でも、粘度１０cpsを大きく上回る５０〜１００cpsのような高粘度インクは、吐出することが困難である。
【０００５】
特に、上記のような高粘度インクは溶媒である水分の蒸発や乾燥に伴って粘度が急激に増加し、インク特性が変化するため、安定的に吐出することが難しい。
【０００６】
またインク滴の後方に長い尾引きと、それに伴うサテライト滴が生じるため、印刷媒体である用紙へミストが着弾して印字品質の低下や、ノズル周囲へのインクミスト付着による吐出方向のバラツキ等が生じやすい課題がある。
【０００７】
これに対して、加湿した（溶媒を高濃度に含む）空気をノズル付近に供給し、乾燥を防ぐ技術が知られている（例えば、特許文献５参照）。
【０００８】
上記の記録ヘッドは図１１（Ａ）に示すように、インク滴１０３を吐出するノズル１０１の乾燥を防ぐためブロアー１０６から圧送した空気を加湿器１０８にて加湿し、エアダクト１０４からインク滴１０３と一緒に吐出させる構造となっている。
【０００９】
本願発明者が上記の課題に対する検討を進めた結果、上記のヘッドでインク乾燥やミストの悪影響を防ぐには前述の従来技術を応用した構造（図１１（Ｂ））では、印刷媒体である用紙Ｐの移動で生じる空気流に対し、ノズルの極近傍に効率よく湿気を供給することができない、あるいは大量の湿気供給が必要になる、さらにインクミストを含む多量の湿気が印刷媒体（用紙Ｐ）にも噴射されてしまう、などの課題を解決できないことが解っている。
【００１０】
すなわち、図１１（Ｃ）に示すように夫々の梁の隙間からインク溶媒を高濃度に含む気体を供給し、吐出側でインクミストを含めて前記気体を回収する方法が最も有効であることが分かった。これにより本発明は従来法に比べ、安定的に高粘度インクを吐出することができる。
【特許文献１】特開２００３-２２０７０２号公報
【特許文献２】特開平９-３２７９１８号公報
【特許文献３】特開２００３-１１８１１４号公報
【特許文献４】特開２００４-３４７１０号公報
【特許文献５】特開２００３−１６５２３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は上記事実を考慮し、低コストで高精度かつ性能の安定した液滴吐出ヘッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１に記載の液滴吐出ヘッドは、液滴を吐出するノズルと、前記ノズルを含む液流路部材と、前記液流路部材と接合もしくは液流路部材を含む複数の梁部材と、を備え、前記梁部材を液滴吐出方向に凹から凸となるように弾性変形させることで座屈反転変形させ、前記ノズル近傍の液に吐出方向の慣性を与え、前記ノズルより液滴として吐出させる駆動手段を有し、前記ノズルに対して前記液滴の溶媒を含む空気を供給する空気供給手段と、前記空気供給手段より供給された前記溶媒を含む空気を回収する回収手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
上記構成の発明では、インクの溶媒を含んだ空気を供給する機構と、前記空気を回収する機構とをノズルの近傍に備えたことにより、ノズル内のインクの乾燥を防止し吐出性能劣化やインクミストの悪影響を防ぐことができる。
【００１４】
請求項２に記載の液滴吐出ヘッドは、前記空気供給手段は前記梁部材の隙間から液滴吐出方向に前記空気を供給することを特徴とする。
【００１５】
上記構成の発明では、梁部材の隙間から溶媒を含んだ空気を供給することで、ノズル位置に近い場所から溶媒を含んだ空気を供給できる。
【００１６】
請求項３に記載の液滴吐出ヘッドは、前記回収手段は前記梁部材と印刷媒体の間で前記溶媒を含む空気を回収することを特徴とする。
【００１７】
上記構成の発明では、梁部材と用紙の間から溶媒を含む空気を回収することでノズル位置に近い場所から溶媒を含んだ空気とインクミストを回収できる。
【００１８】
請求項４に記載の液滴吐出ヘッドは、前記空気供給手段は、前記空気供給手段に外気を圧送する空気ポンプと前記外気が内部を通過する際に前記外気に前記溶媒を供給する溶媒供給体と、前記溶媒供給体に溶媒を供給する溶媒供給路からなることを特徴とする。
【００１９】
上記構成の発明では、簡便な構造で空気に高濃度の溶媒を含ませることができ、この空気を効率よくノズル近傍に供給することができる。
【００２０】
請求項５に記載の液滴吐出ヘッドは、前記回収手段は前記ノズルよりも印刷媒体の搬送方向下流側に設けられたことを特徴とする。
【００２１】
上記構成の発明では、印刷媒体の搬送に伴って生じる空気流に逆らわず、溶媒を含んだ空気を回収するので効率よくインクミストも含めて回収することができる。
【００２２】
請求項６に記載の液滴吐出ヘッドは、前記回収手段は前記梁部材の長さ方向両端部を支持する支持部に設けられたことを特徴とする。
【００２３】
上記構成の発明では、梁部材の支持部に回収手段を設けたことで溶媒を含んだ空気やインクミストに加えて印刷媒体である用紙から出る紙粉なども回収できる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明は上記構成としたので、低コストで高精度かつ性能の安定した液滴吐出ヘッドとすることができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
＜装置全体＞
図１には、本発明の第１実施形態に係るインクジェット記録ヘッドが示されている。
【００２６】
図１に示すようにインクジェット記録ヘッド１０は、内部にインク流路１３を備え長さ方向略中央にノズル１６を備えた流路部材１２と、流路部材１２を支持する梁部材１４とが接合され、両端を保持部材１８が支持する構造となっている。
【００２７】
梁部材１４にはピエゾ素子３０が接合され、さらにピエゾ素子３０には信号電極３２が形成され梁部材１４、ピエゾ素子３０、信号電極３２でアクチュエータ３６を構成している。梁部材１４はピエゾ素子３０の共通電極を兼ねており、梁部材１４と信号電極３２とでピエゾ素子３０を挟む構造となっている。信号電極３２の一方の端には電極パッド３３が設けられ、配線３４にて図示しないスイッチングＩＣと接続されている。このスイッチングＩＣからの信号によりピエゾ素子３０は駆動され、梁部材１４を撓ませる／撓ませないの制御が行われる。
【００２８】
流路部材１２は、インク吐出方向（図中上）および逆方向に撓み可能であり、インクプール２４から供給されインク流路１３を通ってノズル１６まで達したインクを慣性によって吐出方向にインク滴として吐出する。
【００２９】
ここで用いられるインクは前述のように、媒体に着弾した際のインク滲み防止や、光学的な色濃度向上、含水量低減による媒体の膨潤抑制や短時間乾燥、あるいは、そうした高品質インクをトータル設計するに当たり自由度が大きくとれる等の理由から、インク粘度の極めて高い、具体的には粘度１０cpsを大きく上回るような（例えば５０〜１００cps）高粘度インクである。
【００３０】
保持部材１８は回転エンコーダ２０に設けられたアーム２２に固定され、回転エンコーダ２０の回転中心からアーム２２の長さ分だけオフセットされた位置にて両側から押圧され、あるいは曲げ方向に力が加えられインク吐出方向あるいは逆方向に梁部材１４と接合した流路部材１２を撓ませる。
【００３１】
保持部材１８は図１（ｂ）のように、保持部材１８に複数の流路部材１２が設けられた梯子状の構造であってもよい。
＜動作＞
以下に実際の動作について説明する。
【００３２】
図２、図３には、本発明の第１実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの動作が示されている。
【００３３】
図２（ｂ）のように流路部材１２が予めインク吐出方向（図中上）に撓みを持たせた状態であり、吐出を指示する信号がスイッチングＩＣより送られない場合はアクチュエータ３６が駆動されず、図２（ｃ）のように回転エンコーダ２０を矢印方向に回動させると、図２（ｃ）、図２（ｄ）のように流路部材１２はインク吐出方向に撓むのみであって、撓み量が最大となる図２（ｄ）に至るまで流路部材１２は常にインク吐出方向に凸であり続ける。
【００３４】
すなわち図２（ｂ）から図２（ｄ）まで変位するまでの間に流路部材１２内部のインク１に吐出方向への十分な加速度が加わらないため、インク滴としてノズル１６から吐出されることはない（拡大図（ｅ））。
【００３５】
さらに図２（ｄ）で撓み量が最大となり回転エンコーダ２０が停止したのち、逆回転して流路部材１２を平坦にする（図２（ａ））ことで流路部材１２は初期位置図２（ｂ）へ復帰する。
【００３６】
一方、図３（ｂ）に示すように、吐出を指示する信号がスイッチングＩＣより送られ、アクチュエータ３６が駆動されることによって流路部材１２がインク吐出方向に対して凹（図中下）に撓みを持たせるようにされた状態では、図３（ｃ）のように回転エンコーダ２０を正転（図中矢印方向）させると流路部材１２は回転エンコーダ２０に近い方、すなわち両端から次第に吐出方向（図中上）に凸へと撓み方向が変化する。
【００３７】
この変化が両端から中央に近付くと、流路部材１２（あるいは梁部材１４）はある点で急峻な座屈反転を起こし、インク吐出方向（図中上）へと急激に変形する（図３（ｄ）に中央部の変形を強調して記載）。
【００３８】
流路部材１２の長さ方向略中央にはノズル１６が設けられているため、ノズル１６まで達しているインク１はこの座屈反転による流路部材１２の吐出方向への変形に伴い、ノズル１６からインク滴２として吐出される（拡大図（ｅ））。
【００３９】
さらに図３（ｄ）で撓み量が最大となり回転エンコーダ２０が停止したのち、逆回転して流路部材１２を平坦にする（図３（ａ））ことで流路部材１２は初期位置へ復帰し、インク吐出方向において上に撓みを持った状態（図２（ｂ））に戻る。
【００４０】
この座屈反転による変形の速度は通常のアクチュエータなどによる変位と比較すれば非常に大きなものであり、本発明に採用した高粘度インクであっても十分にインク滴２として吐出することが可能である。
【００４１】
図３（ａ）から図３（ｄ）間の流路部材１２（梁部材１４）の変位とインク滴２の吐出の関係を図４に示す。
【００４２】
図４には流路部材１２が座屈反転を起こす直前からインク滴を吐出した直後までのインクジェット記録ヘッド１０の動作、アクチュエータ３６に印加される電圧、回転エンコーダ２０の動作の時間による変化が示されている。
【００４３】
図４（ａ）で回転エンコーダ２０が逆転（流路部材１２を両端から引っ張る方向）駆動され、押圧によって変形した流路部材１２を伸ばし、初期状態に戻すことで流路部材１２は初期撓みを与えられた状態（この場合は吐出方向：図中上に凸）となる。
【００４４】
続いて図４（ｂ）で回転エンコーダ２０が一旦停止し、この前後のタイミングで吐出を指示する信号がスイッチングＩＣより送られ、アクチュエータ３６が駆動されると流路部材１２は吐出方向に凹となる。この変形は印加電圧／時間変化のグラフに示されているように、例えば１Ｖ／μｓ以下程度の非常に緩やかな立ち上がり波形で駆動する。また、波形自体も急峻なピークを備える必要はなく、角になまりのある波形でよい。故に高価なスイッチングＩＣを用いる必要がない。
【００４５】
アクチュエータ３６による変形が終了し、流路部材１２が規定の撓み量となると図４（ｃ）のように回転エンコーダ２０が正転（流路部材１２を両端から押圧する方向）駆動され、流路部材１２は回転エンコーダ２０に近い方、すなわち両端から次第に吐出方向（図中上）に凸へと撓み方向が変化する。この時点でアクチュエータ３６はＯＦＦされるが、立ち下がり特性もまた緩やかな波形でよい。
【００４６】
流路部材１２の撓み変化が両端から中央に近付くと、流路部材１２（あるいは梁部材１４）はある点で急峻な座屈反転を起こし（図４（ｄ））、インク吐出方向（図中上）へと急激に変形する。
【００４７】
このとき流路部材１２内部のインクは慣性のため等速度で吐出方向に進もうとするので、両者の速度差によりノズル１６からインク滴２が突出する。梁部材１４の変形が最大量となれば吐出方向への変位は停止するので、インク滴２のみがノズル１６から突出し（ｄ）、そのまま慣性に従ってインク滴２は吐出方向に撃ち出される。
【００４８】
ここで回転エンコーダ２０は停止し、次のサイクルに備える。この一連の動作は図４において、１サイクルあたり３Ｈｚ程度、アクチュエータ３６への信号電圧は最大４０V程度で駆動した例を説明したが、梁部材１４の座屈反転による変位は短い時間のあいだに起こるので、インクの粘性が高い本発明においても極めて良好な吐出性能が得られる。
【００４９】
具体的には、梁部材１４は２０μｍ厚のＳＵＳプレート、梁の長さは１０ｍｍ、流路部材１２は５０μｍ厚の樹脂フィルムを使用し、フォトリソ法でインク流路１３をパタニングした後、梁部材１４に積層接合する。インク流路１３のエッチング除去後の幅は５０μｍとする。次に、３０μｍ厚のフィルム状ピエゾ素子３０にスパッタ電極を形成し、梁部材１４に接合しダイシングで梁間分離を行った。
【００５０】
ノズル１６は２５μｍ厚のポリイミドフィルムにレーザ加工を利用してφ３０μｍの孔を穿孔加工する。フィルム間はエポキシ系接着剤を用いて接合し、さらに剛体で製作した保持部材１８にエポキシ系接着剤で接合した。回転エンコーダ２０と保持部材１８は回転エンコーダ２０の回転中心から２．５ｍｍオフセットさせた状態で接合し、インク滴２を吐出させる時（梁を座屈反転させる時）は回転エンコーダ２０を２０度回転させている。梁部材１４の中央部は、インク吐出方向に約１０ｍ/ｓの速度で、１ｍｍ程移動する。
【００５１】
上記の条件では、グリセリンの混合比を増加させて５０ｃｐｓ粘度に調整したインクを吐出させ、ストロボ法によってインク滴２の吐出を観察したところ、約２５μｍ径のインク滴となった。１００ｃｐｓ粘度のインクでは約２０μｍ径のインク滴２がノズル１６から吐出した。以上の実施例では、吐出周期は３Hzで駆動したが、１００ｃｐｓの方が少し小滴となった。
＜他の形式の駆動形態例＞
図５には、本発明に係るインクジェット記録ヘッドの、他の駆動形態が示されている。
【００５２】
すなわち、１サイクルの動作中に梁部材１４が座屈反転を２回行う形態であって、インク流路１３内のインクに慣性流を発生させ、ノズル１６からインク滴を吐出した際のリフィル特性を向上させるものである。
【００５３】
図５に示すように梁部材１４を支持する保持部材１８が回転エンコーダ２０の回転中心からオフセットしない位置に保持されている場合、吐出動作１サイクルで座屈反転を２回起こすことができる。
【００５４】
このとき図５（ａ）に示すように、回転エンコーダ２０がニュートラルの位置にあるとき、梁部材１４が真っ直ぐに伸びている場合は上下どちらに回転エンコーダ２０を回動させても座屈反転を起こさないため、予め図５（ｂ）に示すように両端から、つまり回転エンコーダ２０から梁部材１４を長さ方向に圧縮し、初期撓みを付加しておく必要がある。
【００５５】
すなわち図５（ｂ）のように例えば下凸となるよう初期撓みをもたせ、図５（ｃ）のように回転エンコーダ２０を回動させると下凸の撓み量が増大する。
【００５６】
更に回転エンコーダ２０を回動させると図５（ｄ）のように下凸から上凸に座屈反転が起こり、図示しないノズル１６よりインク滴２を吐出する。
【００５７】
この状態で梁部材１４は上方向に凸となっているので、回転エンコーダ２０を逆転させ、図５（ｅ）のように上凸の撓みを増加させることで下方向、すなわち吐出方向とは反対方向に座屈反転させることができる。つまり図５（ｆ）のように回転エンコーダ２０をさらに逆回転（吐出動作時とは逆の方向に回転）させることで梁部材１４は座屈反転を起こし、梁部材１４の長さ方向中央近傍に設けられた図示しないノズル１６に向けて流路１３内のインクに慣性流を発生させる。
【００５８】
これによりノズル１６から射出されたインク滴２のために消費されたノズル１６近傍にある流路１３内部のインクは速やかにリフィルされ、インク滴吐出間隔の短縮、すなわち吐出周波数の向上にともなう不吐出などの画像故障を防止することができる。
＜ノズル位置＞
図６には、本発明に係るインクジェット記録ヘッドの、他の構造例が示されている。
【００５９】
図６（Ａ）に示すようにノズル１６の位置は流路部材１２の長さ方向略中央部に設けることで、両端側のインクプール２４からインク流路１３内を経由してノズル１６にインクを供給、あるいは循環供給することができるが、この他にも図６（Ｂ）に示すように流路部材１２の端面にノズル１６を設け、梁部材１４／アクチュエータ３６の長さ方向略中央にノズル１６が位置するようにしてもよい。
【００６０】
この場合は図６（Ａ）の構造に比較して単純な構成かつノズル１６の形成を後述のようにダイシングやレーザ加工で簡単に行うことができるメリットがある。
＜構造と製法＞
図７には、本発明に係るインクジェット記録ヘッドの基本構造が示されている。
【００６１】
図７（ａ）、（ｂ）に示すようにインクジェット記録ヘッド１０は、内部にインク流路１３を備え先端にノズル１６を備えた流路部材１２と、流路部材１２を支持する梁部材１４とが接合され、両端を保持部材１８が支持する構造となっている。
【００６２】
流路部材１２のノズル１６近傍は例えば図７（ｃ）のように先端が角度を持ってカットされ、インク滴吐出方向に向けて解放されている。
【００６３】
本実施形態においては、上記の構造を備えた流路部材１２の製造方法として、図８に示すように樹脂反転写によりチューブ状構造の流路部材１２を形成する。
【００６４】
図８（ａ）に示すように、予めエッチング方法によって凹凸状の溝を形成したガラス基板にフッ素系などの剥離層をコーティングし、この原版１１の表面に、流路部材１２となる材料を成膜する。ここではスプレー式の噴射機４０より溶剤で希釈した液状のエポキシ樹脂材料を原版１１の表面に複数回に分けて噴射、乾燥、硬化し、厚み１０から２０μｍの薄膜を形成する。
【００６５】
この方法以外にも、流路部材１２となる材料を液状希釈することなく、微粒子状にして成膜するスパッタ法や蒸着法、本形態と同様に液状の樹脂材料を利用し、原版１１をこの液体に浸漬して表面に膜を形成するディップ塗工法やメッキ法、予め薄膜状に形成した部材を型に押圧して凹凸形状に加工するスタンプ成型法のほか、モールド等の成型方法により加工してもよい。本実施形態では外幅約６５μｍ、高さ（図８における凹凸の高さ）約６０μｍの四角形状に加工したが、流路１３の断面形状は図８のように四角以外にもカマボコ型、台形、三角形など様々な形状が適用できる。
【００６６】
次いで図８（ｂ）のように一旦、原版１１から薄膜として形成された流路部材１２を剥離する。このとき図示しない中間保持部材を接合し、この中間保持部材ごと剥離することで薄膜状の流路部材１２を確実に剥離・保持させておくことができる。また、中間保持部材の代わりに梁部材１４を直接接合してもよい。
【００６７】
次に図８（ｃ）のように梁部材１４と流路部材１２とを接合する。流路部材１２を接着剤あるいは圧着による接合にて梁部材１４に密着接合し、流路１３をシールする。ここでは、梁部材１４の表面に予めエポキシ接着剤を塗布しておき、流路部材１２を密着させた後、中間保持部材ごと加圧加熱して接合する。さらに図示しない中間保持部材を剥離する。
【００６８】
次に図８（ｄ）に示すように梁部材１４をノズル１６ごとに分離し、ドットごとのインク滴吐出が行えるようにする。例えばブレード４４で梁部材１４を流路方向に切断し、流路ごとに独立してアクチュエータ３６による動作を可能にする。ここでは、２０μｍ厚のダイシングブレードを用い、図示しないインクプールが損傷しないよう、図８における下側から切込む方式によって梁部材１４を約８５μｍピッチで切断する。
【００６９】
さらにレーザ４２などでスキャン加工を行い、流路ごとに分離された流路部材１２にノズル１６を形成することで流路部材が形成される。
【００７０】
本実施形態は上記の構成としたことにより、ノズル１６を含む流路部材１２を、略等ピッチの凹凸が設けられた膜と梁部材１４とを接合して製造することで、チューブを配列して形成する方法に比較して流路１３を一括形成できるため、高精度な位置合わせ作業を必要とせず低コスト化が可能であり、また流路壁や隣接隙間を薄くできるため、ノズル１６を高密度化できる。
また、流路を絞った複雑な供給孔は構造上不要なためチューブ状の流路１３と、共通のインクプール２４だけで簡略構成でき、転写成形で流路１３を容易に製造できる。また供給路などによる流路１３内の段差が無く、液充填性・気泡排出性にも優れる。
＜送風機構１＞
図９には本発明の第一形態に係る送風機構を備えたインクジェット記録ヘッドの基本構造が示されている。
【００７１】
図９（Ａ）はインクジェット記録ヘッドの側面図、図９（Ｂ）は斜視図、印刷媒体である用紙Ｐと排気ダクトを含む側面図を図９（Ｃ）に示す。
【００７２】
送風機構５０を構成する送風口５８は保持部材１８に設けられ、図示しないブロワにより加圧された外気を溶媒５７を含む加湿空気５１としてノズル１６方向へ送る。
【００７３】
これにより、装置自体の使用頻度が低くノズル１６近傍の流路部材１２内インクが消費されないためにノズル１６からの溶媒蒸発で高濃度化し、粘度が上昇するなどの可能性がある場合でも、溶媒を豊富に含有した加湿空気５１を送ることによりノズル１６近傍の空気中における溶媒５７の濃度を高く保つことができるため、ノズル１６近傍の流路部材１２内インクの溶媒蒸発を防ぐことができる。
【００７４】
図９（Ｃ）に示すように、送風機構５０は加圧され溶媒を含んだ外気を送風口５８から加湿空気５１として流路部材１２近傍に送り、流路部材１２の特にノズル１６近傍における溶媒５７の濃度を高める。
【００７５】
このとき、溶媒５７濃度の高い加湿空気５１をそのまま流路部材１２／用紙Ｐ近傍に滞留させたまま放置すれば結露／吸収などの弊害発生が考えられる。また、インク滴吐出時に発生するインクミストがノズル１６の周囲や用紙Ｐに付着する等の可能性も考えられる。
【００７６】
そのため、流路部材１２を通過した先（図中上方向）にて加湿空気５１を回収し、多量に溶媒５７を含む空気をインクミスト等と一緒に排気口６０より回収することで上記の弊害を防ぐことができる。
【００７７】
図９（Ｃ）に示すように排気口６０は例えばインクジェット記録ヘッドの吐出方向逆側（図中上）に設けられ、図示しない排気ファンにより負圧が掛けられている。これにより流路部材１２近傍の加湿空気５１は回収され、ノズル１６近傍を浮遊するインクミスト共々、用紙Ｐに付着して画像故障を起こすことはなくなる。
【００７８】
図９（Ｂ）に示すように本発明はノズル１６を含む流路部材１２が細長い棒状の部材を複数並べた形態となっているため、他の形状のインクジェット記録ヘッドとは異なり、流路部材１２の間隙から加湿空気５１をノズル１６の隙間から他方向へ排気することができる。これにより前述のように自由な空気流の設計を行うことができる。
【００７９】
また、このとき排気口６０、あるいはその下流の排気ダクト内にフィルタを設け、インクミストや紙粉等をトラップして機外へ出さない構成とするようにしてもよい。
＜送風機構２＞
図１０には本発明の第二形態に係る送風機構を備えたインクジェット記録ヘッドの基本構造が示されている。
【００８０】
図１０（Ａ）は斜視図、矢印Ｂ方向（用紙搬送方向）からの側面図を図１０（Ｂ）に、矢印Ｃ方向（用紙幅方向）からの側面図を図１０（Ｃ）に示す。
【００８１】
保持部材１８に近接して設けられた送風機構５０は送風部５４、図示しないブロワから送られた外気を送風部５４に導くダクト５６、外気に溶媒５７を含ませる加湿材５２から構成されている。
【００８２】
ダクト５６を通じて送り込まれた外気は例えばスポンジなど溶媒５７に耐性のある多孔質素材からなる加湿材５２を通過する際に、加湿材５２に含まれている溶媒５７を含有し加湿空気５１となり、送風口５８からノズル１６（流路部材１２）に向けて送られる。
【００８３】
また加湿材５２は溶媒５７に耐性のある素材からなるので、余剰インクがノズル１６から漏出した際、図５を用いて説明した駆動形態のように、反吐出方向に梁部材１４を座屈変形させて吐出方向と反対の方向（図中上）に吹き飛ばす構成とした時に、飛ばされた余剰インクを吸収する吸収体を兼ねる構成とすることができる。
【００８４】
上記の構成により、装置自体の使用頻度が低くノズル１６近傍の流路部材１２内インクが消費されないためにノズル１６からの溶媒蒸発で高濃度化し、粘度が上昇するなどの可能性がある場合でも、溶媒を豊富に含有した加湿空気５１を送ることによりノズル１６近傍の空気中における溶媒５７の濃度を高く保つことができるため、ノズル１６近傍の流路部材１２内インクの溶媒蒸発を防ぐことができる。
【００８５】
さらに、本発明はノズル１６を含む流路部材１２が細長い棒状の部材を複数並べた形態となっているため、他の形状のインクジェット記録ヘッドとは異なり、流路部材１２の間隙から加湿空気５１をノズル１６方向へ送ることができる。これによりインク滴吐出方向に加湿空気５１を送ることができるので、インク滴着弾精度などへの影響を抑えることもできる。
【００８６】
また、送風口５８をノズル１６の極近傍に設置することができる。これは本発明においては流路部材１２の吐出方向背後に構造物が存在しない構成となっているためで、これにより加湿空気５１を加湿直後にノズル１６へ向け送ることができるので溶媒５７が無駄にならず効率がよい。
【００８７】
図１０（Ｃ）に示すように、加湿材５２には溶媒流路５５から溶媒５７のみを供給し、ダクト５６を通じて送られる外気を通すことで加湿空気５１として流路部材１２近傍に送り、流路部材１２の特にノズル１６近傍における溶媒５７の濃度を高める。
【００８８】
このとき、溶媒５７濃度の高い加湿空気５１をそのまま流路部材１２／用紙Ｐ近傍に滞留させたまま放置すれば結露／吸収などの弊害発生が考えられる。また、インク滴吐出時に発生するインクミストがノズル１６の周囲や用紙Ｐに付着する等の可能性も考えられる。
【００８９】
そのため、流路部材１２を通過した先（用紙Ｐ側）にて加湿空気５１を回収し、多量に溶媒５７を含む空気をインクミスト等と一緒に排気口６０より回収することで上記の弊害を防ぐことができる。
【００９０】
図１０（Ｃ）に示すように保持部材１８に設けられた排気口６０は、図示しない排気ダクトに接続され、図示しない排気ファンにより負圧が掛けられている。これにより流路部材１２近傍の加湿空気５１は回収され、ノズル１６近傍を浮遊するインクミスト共々、用紙Ｐに付着して画像故障を起こすことはなくなる。
【００９１】
さらに、第１実施形態では図９（Ｃ）に示すように用紙Ｐ近傍の空気は用紙Ｐの搬送（図中白矢印）に連れて渦を発生させ、梁部材１４と用紙Ｐの間を廻る気流となる。このためノズル１６近傍に加湿空気を供給しようとすると上記の気流が妨げとなり、大量の溶媒５７を必要とするため用紙Ｐへの悪影響が考えられる。
【００９２】
あるいはインクミストや用紙Ｐに付着した紙粉などの異物もまた空気流に乗って移動してしまう。このためノズル１６近傍に紙粉が浮遊し、場合によってはノズル１６に付着して吐出を妨げるなどの弊害も考えられる。
【００９３】
加えて、高粘度のインク滴を吐出した際に吐出されたインク滴の後方には糸を引いたインクが微細なインク滴となって用紙Ｐへ打ち出される、いわゆるサテライトが発生するが、上記の空気流にサテライトが乗り、移動する事態も考えられる。
【００９４】
これに対して本実施形態では保持部材１８に排気口６０を設けたので、上記の気流に妨げられずに効率よくノズル１６近傍に溶媒５７を含んだ加湿空気５１を供給することができる。さらに排気口６０はノズル１６と用紙Ｐの間に設けるため、紙粉なども同時に保持部材１８に設けられた排気口６０で回収でき、ノズル１６への異物付着を抑えることもできる。
【００９５】
また、このとき排気口６０あるいはその下流の排気ダクト内にフィルタを設け、インクミストや紙粉等をトラップして機外へ出さない構成とするようにしてもよい。
＜まとめ＞
本発明は上記の構成により、従来技術では極めて困難であった常温で５０ｃｐｓ〜１００ｃｐｓの高粘度インクを、加熱することなくオンデマンド吐出することが可能となるメリットはそのままに、溶媒を多量に含んだ空気をノズル近傍に供給することでノズルにおけるインクの固化や粘度増大による吐出性能劣化を防ぎ、またインク滴の尾引きによるミストの影響に起因する画質低下などを防ぐこともできる。
【００９６】
さらに溶媒を含んだ空気をノズル近傍から吸引／回収することで周辺部位および用紙への悪影響を防ぎ、同時に紙粉などの回収も行えるので印字品質や吐出性能の更なる改善が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の第１形態に係るインクジェット記録ヘッドを示す図である。
【図２】本発明の第１形態に係るインクジェット記録ヘッドの動作を示す図である。
【図３】本発明の第１形態に係るインクジェット記録ヘッドの動作を示す図である。
【図４】本発明の第１形態に係るインクジェット記録ヘッドの動作とアクチュエータの動作の関係を示す図である。
【図５】本発明の第１形態に係るインクジェット記録ヘッドの他の動作を示す図である。
【図６】本発明に係るインクジェット記録ヘッドの詳細構造 を示す図である。
【図７】本発明に係るインクジェット記録ヘッドの他の詳細構造 を示す図である。
【図８】本発明に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法 を示す図である。
【図９】本発明に係るインクジェット記録ヘッドの構造を示す図である。
【図１０】本発明に係るインクジェット記録ヘッドの構造を示す図である。
【図１１】従来技術と本発明に係るインクジェット記録ヘッドの差異を示す図である。
【符号の説明】
【００９８】
１０ インクジェット記録ヘッド
１２ 流路部材
１３ 流路
１４ 梁部材
１６ ノズル
１８ 保持部材
２０ 回転エンコーダ
２２ アーム
２４ インクプール
３６ アクチュエータ
５０ 送風機構
５１ 加湿空気
５２ 加湿材
５４ 送風部
５５ 溶媒流路
５６ ダクト
５７ 溶媒
５８ 送風口
６０ 排気口
【技術分野】
【０００１】
本発明は液滴吐出ヘッドに関し、特に走査幅方向に複数のノズルを配置した液滴吐出ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在市販されている水性インクジェットプリンターは、概ね粘度５cps前後、高々１０cpsオーダの染料インクや顔料インクを採用している。媒体に着弾した際のインク滲み防止や、光学的な色濃度向上、含水量低減による媒体の膨潤抑制や短時間乾燥、あるいは、そうした高品質インクをトータル設計するに当たり自由度が大きくとれる等の理由から、インク粘度を増加することによってプリント性能は向上できることが知られている。
【０００３】
反面、高粘度インクを吐出するには、高出力な圧力発生機構が必要であり、コストやヘッドサイズ増加等の弊害を招く。従来からイジェクターにヒーターを別途設け、吐出時のインク粘度を強制的に下げる技術は公知である（例えば、特許文献１参照）。インクを加熱する上記の方法はインク劣化や流路のダメージを早める根本課題があり、また使用できるインクも熱による劣化のないものに制限される。
【０００４】
このほか、インク吐出する際の逆方向へのインク流を梁状の弁で抑制し、より高粘度なインクを吐出する技術（例えば、特許文献２参照）が開示されている。大変形が得られる座屈曲がりを利用し、圧力発生機構自体をパワーアップする方法として、発熱体層との熱膨張差で変形するダイヤフラム状アクチュエータを使用した技術（例えば、特許文献３参照）、同様の構成で片持ち梁状のアクチュエータを用いた技術（例えば、特許文献４参照）が開示されている。しかしながら、上記の従来技術でも、粘度１０cpsを大きく上回る５０〜１００cpsのような高粘度インクは、吐出することが困難である。
【０００５】
特に、上記のような高粘度インクは溶媒である水分の蒸発や乾燥に伴って粘度が急激に増加し、インク特性が変化するため、安定的に吐出することが難しい。
【０００６】
またインク滴の後方に長い尾引きと、それに伴うサテライト滴が生じるため、印刷媒体である用紙へミストが着弾して印字品質の低下や、ノズル周囲へのインクミスト付着による吐出方向のバラツキ等が生じやすい課題がある。
【０００７】
これに対して、加湿した（溶媒を高濃度に含む）空気をノズル付近に供給し、乾燥を防ぐ技術が知られている（例えば、特許文献５参照）。
【０００８】
上記の記録ヘッドは図１１（Ａ）に示すように、インク滴１０３を吐出するノズル１０１の乾燥を防ぐためブロアー１０６から圧送した空気を加湿器１０８にて加湿し、エアダクト１０４からインク滴１０３と一緒に吐出させる構造となっている。
【０００９】
本願発明者が上記の課題に対する検討を進めた結果、上記のヘッドでインク乾燥やミストの悪影響を防ぐには前述の従来技術を応用した構造（図１１（Ｂ））では、印刷媒体である用紙Ｐの移動で生じる空気流に対し、ノズルの極近傍に効率よく湿気を供給することができない、あるいは大量の湿気供給が必要になる、さらにインクミストを含む多量の湿気が印刷媒体（用紙Ｐ）にも噴射されてしまう、などの課題を解決できないことが解っている。
【００１０】
すなわち、図１１（Ｃ）に示すように夫々の梁の隙間からインク溶媒を高濃度に含む気体を供給し、吐出側でインクミストを含めて前記気体を回収する方法が最も有効であることが分かった。これにより本発明は従来法に比べ、安定的に高粘度インクを吐出することができる。
【特許文献１】特開２００３-２２０７０２号公報
【特許文献２】特開平９-３２７９１８号公報
【特許文献３】特開２００３-１１８１１４号公報
【特許文献４】特開２００４-３４７１０号公報
【特許文献５】特開２００３−１６５２３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は上記事実を考慮し、低コストで高精度かつ性能の安定した液滴吐出ヘッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１に記載の液滴吐出ヘッドは、液滴を吐出するノズルと、前記ノズルを含む液流路部材と、前記液流路部材と接合もしくは液流路部材を含む複数の梁部材と、を備え、前記梁部材を液滴吐出方向に凹から凸となるように弾性変形させることで座屈反転変形させ、前記ノズル近傍の液に吐出方向の慣性を与え、前記ノズルより液滴として吐出させる駆動手段を有し、前記ノズルに対して前記液滴の溶媒を含む空気を供給する空気供給手段と、前記空気供給手段より供給された前記溶媒を含む空気を回収する回収手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
上記構成の発明では、インクの溶媒を含んだ空気を供給する機構と、前記空気を回収する機構とをノズルの近傍に備えたことにより、ノズル内のインクの乾燥を防止し吐出性能劣化やインクミストの悪影響を防ぐことができる。
【００１４】
請求項２に記載の液滴吐出ヘッドは、前記空気供給手段は前記梁部材の隙間から液滴吐出方向に前記空気を供給することを特徴とする。
【００１５】
上記構成の発明では、梁部材の隙間から溶媒を含んだ空気を供給することで、ノズル位置に近い場所から溶媒を含んだ空気を供給できる。
【００１６】
請求項３に記載の液滴吐出ヘッドは、前記回収手段は前記梁部材と印刷媒体の間で前記溶媒を含む空気を回収することを特徴とする。
【００１７】
上記構成の発明では、梁部材と用紙の間から溶媒を含む空気を回収することでノズル位置に近い場所から溶媒を含んだ空気とインクミストを回収できる。
【００１８】
請求項４に記載の液滴吐出ヘッドは、前記空気供給手段は、前記空気供給手段に外気を圧送する空気ポンプと前記外気が内部を通過する際に前記外気に前記溶媒を供給する溶媒供給体と、前記溶媒供給体に溶媒を供給する溶媒供給路からなることを特徴とする。
【００１９】
上記構成の発明では、簡便な構造で空気に高濃度の溶媒を含ませることができ、この空気を効率よくノズル近傍に供給することができる。
【００２０】
請求項５に記載の液滴吐出ヘッドは、前記回収手段は前記ノズルよりも印刷媒体の搬送方向下流側に設けられたことを特徴とする。
【００２１】
上記構成の発明では、印刷媒体の搬送に伴って生じる空気流に逆らわず、溶媒を含んだ空気を回収するので効率よくインクミストも含めて回収することができる。
【００２２】
請求項６に記載の液滴吐出ヘッドは、前記回収手段は前記梁部材の長さ方向両端部を支持する支持部に設けられたことを特徴とする。
【００２３】
上記構成の発明では、梁部材の支持部に回収手段を設けたことで溶媒を含んだ空気やインクミストに加えて印刷媒体である用紙から出る紙粉なども回収できる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明は上記構成としたので、低コストで高精度かつ性能の安定した液滴吐出ヘッドとすることができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
＜装置全体＞
図１には、本発明の第１実施形態に係るインクジェット記録ヘッドが示されている。
【００２６】
図１に示すようにインクジェット記録ヘッド１０は、内部にインク流路１３を備え長さ方向略中央にノズル１６を備えた流路部材１２と、流路部材１２を支持する梁部材１４とが接合され、両端を保持部材１８が支持する構造となっている。
【００２７】
梁部材１４にはピエゾ素子３０が接合され、さらにピエゾ素子３０には信号電極３２が形成され梁部材１４、ピエゾ素子３０、信号電極３２でアクチュエータ３６を構成している。梁部材１４はピエゾ素子３０の共通電極を兼ねており、梁部材１４と信号電極３２とでピエゾ素子３０を挟む構造となっている。信号電極３２の一方の端には電極パッド３３が設けられ、配線３４にて図示しないスイッチングＩＣと接続されている。このスイッチングＩＣからの信号によりピエゾ素子３０は駆動され、梁部材１４を撓ませる／撓ませないの制御が行われる。
【００２８】
流路部材１２は、インク吐出方向（図中上）および逆方向に撓み可能であり、インクプール２４から供給されインク流路１３を通ってノズル１６まで達したインクを慣性によって吐出方向にインク滴として吐出する。
【００２９】
ここで用いられるインクは前述のように、媒体に着弾した際のインク滲み防止や、光学的な色濃度向上、含水量低減による媒体の膨潤抑制や短時間乾燥、あるいは、そうした高品質インクをトータル設計するに当たり自由度が大きくとれる等の理由から、インク粘度の極めて高い、具体的には粘度１０cpsを大きく上回るような（例えば５０〜１００cps）高粘度インクである。
【００３０】
保持部材１８は回転エンコーダ２０に設けられたアーム２２に固定され、回転エンコーダ２０の回転中心からアーム２２の長さ分だけオフセットされた位置にて両側から押圧され、あるいは曲げ方向に力が加えられインク吐出方向あるいは逆方向に梁部材１４と接合した流路部材１２を撓ませる。
【００３１】
保持部材１８は図１（ｂ）のように、保持部材１８に複数の流路部材１２が設けられた梯子状の構造であってもよい。
＜動作＞
以下に実際の動作について説明する。
【００３２】
図２、図３には、本発明の第１実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの動作が示されている。
【００３３】
図２（ｂ）のように流路部材１２が予めインク吐出方向（図中上）に撓みを持たせた状態であり、吐出を指示する信号がスイッチングＩＣより送られない場合はアクチュエータ３６が駆動されず、図２（ｃ）のように回転エンコーダ２０を矢印方向に回動させると、図２（ｃ）、図２（ｄ）のように流路部材１２はインク吐出方向に撓むのみであって、撓み量が最大となる図２（ｄ）に至るまで流路部材１２は常にインク吐出方向に凸であり続ける。
【００３４】
すなわち図２（ｂ）から図２（ｄ）まで変位するまでの間に流路部材１２内部のインク１に吐出方向への十分な加速度が加わらないため、インク滴としてノズル１６から吐出されることはない（拡大図（ｅ））。
【００３５】
さらに図２（ｄ）で撓み量が最大となり回転エンコーダ２０が停止したのち、逆回転して流路部材１２を平坦にする（図２（ａ））ことで流路部材１２は初期位置図２（ｂ）へ復帰する。
【００３６】
一方、図３（ｂ）に示すように、吐出を指示する信号がスイッチングＩＣより送られ、アクチュエータ３６が駆動されることによって流路部材１２がインク吐出方向に対して凹（図中下）に撓みを持たせるようにされた状態では、図３（ｃ）のように回転エンコーダ２０を正転（図中矢印方向）させると流路部材１２は回転エンコーダ２０に近い方、すなわち両端から次第に吐出方向（図中上）に凸へと撓み方向が変化する。
【００３７】
この変化が両端から中央に近付くと、流路部材１２（あるいは梁部材１４）はある点で急峻な座屈反転を起こし、インク吐出方向（図中上）へと急激に変形する（図３（ｄ）に中央部の変形を強調して記載）。
【００３８】
流路部材１２の長さ方向略中央にはノズル１６が設けられているため、ノズル１６まで達しているインク１はこの座屈反転による流路部材１２の吐出方向への変形に伴い、ノズル１６からインク滴２として吐出される（拡大図（ｅ））。
【００３９】
さらに図３（ｄ）で撓み量が最大となり回転エンコーダ２０が停止したのち、逆回転して流路部材１２を平坦にする（図３（ａ））ことで流路部材１２は初期位置へ復帰し、インク吐出方向において上に撓みを持った状態（図２（ｂ））に戻る。
【００４０】
この座屈反転による変形の速度は通常のアクチュエータなどによる変位と比較すれば非常に大きなものであり、本発明に採用した高粘度インクであっても十分にインク滴２として吐出することが可能である。
【００４１】
図３（ａ）から図３（ｄ）間の流路部材１２（梁部材１４）の変位とインク滴２の吐出の関係を図４に示す。
【００４２】
図４には流路部材１２が座屈反転を起こす直前からインク滴を吐出した直後までのインクジェット記録ヘッド１０の動作、アクチュエータ３６に印加される電圧、回転エンコーダ２０の動作の時間による変化が示されている。
【００４３】
図４（ａ）で回転エンコーダ２０が逆転（流路部材１２を両端から引っ張る方向）駆動され、押圧によって変形した流路部材１２を伸ばし、初期状態に戻すことで流路部材１２は初期撓みを与えられた状態（この場合は吐出方向：図中上に凸）となる。
【００４４】
続いて図４（ｂ）で回転エンコーダ２０が一旦停止し、この前後のタイミングで吐出を指示する信号がスイッチングＩＣより送られ、アクチュエータ３６が駆動されると流路部材１２は吐出方向に凹となる。この変形は印加電圧／時間変化のグラフに示されているように、例えば１Ｖ／μｓ以下程度の非常に緩やかな立ち上がり波形で駆動する。また、波形自体も急峻なピークを備える必要はなく、角になまりのある波形でよい。故に高価なスイッチングＩＣを用いる必要がない。
【００４５】
アクチュエータ３６による変形が終了し、流路部材１２が規定の撓み量となると図４（ｃ）のように回転エンコーダ２０が正転（流路部材１２を両端から押圧する方向）駆動され、流路部材１２は回転エンコーダ２０に近い方、すなわち両端から次第に吐出方向（図中上）に凸へと撓み方向が変化する。この時点でアクチュエータ３６はＯＦＦされるが、立ち下がり特性もまた緩やかな波形でよい。
【００４６】
流路部材１２の撓み変化が両端から中央に近付くと、流路部材１２（あるいは梁部材１４）はある点で急峻な座屈反転を起こし（図４（ｄ））、インク吐出方向（図中上）へと急激に変形する。
【００４７】
このとき流路部材１２内部のインクは慣性のため等速度で吐出方向に進もうとするので、両者の速度差によりノズル１６からインク滴２が突出する。梁部材１４の変形が最大量となれば吐出方向への変位は停止するので、インク滴２のみがノズル１６から突出し（ｄ）、そのまま慣性に従ってインク滴２は吐出方向に撃ち出される。
【００４８】
ここで回転エンコーダ２０は停止し、次のサイクルに備える。この一連の動作は図４において、１サイクルあたり３Ｈｚ程度、アクチュエータ３６への信号電圧は最大４０V程度で駆動した例を説明したが、梁部材１４の座屈反転による変位は短い時間のあいだに起こるので、インクの粘性が高い本発明においても極めて良好な吐出性能が得られる。
【００４９】
具体的には、梁部材１４は２０μｍ厚のＳＵＳプレート、梁の長さは１０ｍｍ、流路部材１２は５０μｍ厚の樹脂フィルムを使用し、フォトリソ法でインク流路１３をパタニングした後、梁部材１４に積層接合する。インク流路１３のエッチング除去後の幅は５０μｍとする。次に、３０μｍ厚のフィルム状ピエゾ素子３０にスパッタ電極を形成し、梁部材１４に接合しダイシングで梁間分離を行った。
【００５０】
ノズル１６は２５μｍ厚のポリイミドフィルムにレーザ加工を利用してφ３０μｍの孔を穿孔加工する。フィルム間はエポキシ系接着剤を用いて接合し、さらに剛体で製作した保持部材１８にエポキシ系接着剤で接合した。回転エンコーダ２０と保持部材１８は回転エンコーダ２０の回転中心から２．５ｍｍオフセットさせた状態で接合し、インク滴２を吐出させる時（梁を座屈反転させる時）は回転エンコーダ２０を２０度回転させている。梁部材１４の中央部は、インク吐出方向に約１０ｍ/ｓの速度で、１ｍｍ程移動する。
【００５１】
上記の条件では、グリセリンの混合比を増加させて５０ｃｐｓ粘度に調整したインクを吐出させ、ストロボ法によってインク滴２の吐出を観察したところ、約２５μｍ径のインク滴となった。１００ｃｐｓ粘度のインクでは約２０μｍ径のインク滴２がノズル１６から吐出した。以上の実施例では、吐出周期は３Hzで駆動したが、１００ｃｐｓの方が少し小滴となった。
＜他の形式の駆動形態例＞
図５には、本発明に係るインクジェット記録ヘッドの、他の駆動形態が示されている。
【００５２】
すなわち、１サイクルの動作中に梁部材１４が座屈反転を２回行う形態であって、インク流路１３内のインクに慣性流を発生させ、ノズル１６からインク滴を吐出した際のリフィル特性を向上させるものである。
【００５３】
図５に示すように梁部材１４を支持する保持部材１８が回転エンコーダ２０の回転中心からオフセットしない位置に保持されている場合、吐出動作１サイクルで座屈反転を２回起こすことができる。
【００５４】
このとき図５（ａ）に示すように、回転エンコーダ２０がニュートラルの位置にあるとき、梁部材１４が真っ直ぐに伸びている場合は上下どちらに回転エンコーダ２０を回動させても座屈反転を起こさないため、予め図５（ｂ）に示すように両端から、つまり回転エンコーダ２０から梁部材１４を長さ方向に圧縮し、初期撓みを付加しておく必要がある。
【００５５】
すなわち図５（ｂ）のように例えば下凸となるよう初期撓みをもたせ、図５（ｃ）のように回転エンコーダ２０を回動させると下凸の撓み量が増大する。
【００５６】
更に回転エンコーダ２０を回動させると図５（ｄ）のように下凸から上凸に座屈反転が起こり、図示しないノズル１６よりインク滴２を吐出する。
【００５７】
この状態で梁部材１４は上方向に凸となっているので、回転エンコーダ２０を逆転させ、図５（ｅ）のように上凸の撓みを増加させることで下方向、すなわち吐出方向とは反対方向に座屈反転させることができる。つまり図５（ｆ）のように回転エンコーダ２０をさらに逆回転（吐出動作時とは逆の方向に回転）させることで梁部材１４は座屈反転を起こし、梁部材１４の長さ方向中央近傍に設けられた図示しないノズル１６に向けて流路１３内のインクに慣性流を発生させる。
【００５８】
これによりノズル１６から射出されたインク滴２のために消費されたノズル１６近傍にある流路１３内部のインクは速やかにリフィルされ、インク滴吐出間隔の短縮、すなわち吐出周波数の向上にともなう不吐出などの画像故障を防止することができる。
＜ノズル位置＞
図６には、本発明に係るインクジェット記録ヘッドの、他の構造例が示されている。
【００５９】
図６（Ａ）に示すようにノズル１６の位置は流路部材１２の長さ方向略中央部に設けることで、両端側のインクプール２４からインク流路１３内を経由してノズル１６にインクを供給、あるいは循環供給することができるが、この他にも図６（Ｂ）に示すように流路部材１２の端面にノズル１６を設け、梁部材１４／アクチュエータ３６の長さ方向略中央にノズル１６が位置するようにしてもよい。
【００６０】
この場合は図６（Ａ）の構造に比較して単純な構成かつノズル１６の形成を後述のようにダイシングやレーザ加工で簡単に行うことができるメリットがある。
＜構造と製法＞
図７には、本発明に係るインクジェット記録ヘッドの基本構造が示されている。
【００６１】
図７（ａ）、（ｂ）に示すようにインクジェット記録ヘッド１０は、内部にインク流路１３を備え先端にノズル１６を備えた流路部材１２と、流路部材１２を支持する梁部材１４とが接合され、両端を保持部材１８が支持する構造となっている。
【００６２】
流路部材１２のノズル１６近傍は例えば図７（ｃ）のように先端が角度を持ってカットされ、インク滴吐出方向に向けて解放されている。
【００６３】
本実施形態においては、上記の構造を備えた流路部材１２の製造方法として、図８に示すように樹脂反転写によりチューブ状構造の流路部材１２を形成する。
【００６４】
図８（ａ）に示すように、予めエッチング方法によって凹凸状の溝を形成したガラス基板にフッ素系などの剥離層をコーティングし、この原版１１の表面に、流路部材１２となる材料を成膜する。ここではスプレー式の噴射機４０より溶剤で希釈した液状のエポキシ樹脂材料を原版１１の表面に複数回に分けて噴射、乾燥、硬化し、厚み１０から２０μｍの薄膜を形成する。
【００６５】
この方法以外にも、流路部材１２となる材料を液状希釈することなく、微粒子状にして成膜するスパッタ法や蒸着法、本形態と同様に液状の樹脂材料を利用し、原版１１をこの液体に浸漬して表面に膜を形成するディップ塗工法やメッキ法、予め薄膜状に形成した部材を型に押圧して凹凸形状に加工するスタンプ成型法のほか、モールド等の成型方法により加工してもよい。本実施形態では外幅約６５μｍ、高さ（図８における凹凸の高さ）約６０μｍの四角形状に加工したが、流路１３の断面形状は図８のように四角以外にもカマボコ型、台形、三角形など様々な形状が適用できる。
【００６６】
次いで図８（ｂ）のように一旦、原版１１から薄膜として形成された流路部材１２を剥離する。このとき図示しない中間保持部材を接合し、この中間保持部材ごと剥離することで薄膜状の流路部材１２を確実に剥離・保持させておくことができる。また、中間保持部材の代わりに梁部材１４を直接接合してもよい。
【００６７】
次に図８（ｃ）のように梁部材１４と流路部材１２とを接合する。流路部材１２を接着剤あるいは圧着による接合にて梁部材１４に密着接合し、流路１３をシールする。ここでは、梁部材１４の表面に予めエポキシ接着剤を塗布しておき、流路部材１２を密着させた後、中間保持部材ごと加圧加熱して接合する。さらに図示しない中間保持部材を剥離する。
【００６８】
次に図８（ｄ）に示すように梁部材１４をノズル１６ごとに分離し、ドットごとのインク滴吐出が行えるようにする。例えばブレード４４で梁部材１４を流路方向に切断し、流路ごとに独立してアクチュエータ３６による動作を可能にする。ここでは、２０μｍ厚のダイシングブレードを用い、図示しないインクプールが損傷しないよう、図８における下側から切込む方式によって梁部材１４を約８５μｍピッチで切断する。
【００６９】
さらにレーザ４２などでスキャン加工を行い、流路ごとに分離された流路部材１２にノズル１６を形成することで流路部材が形成される。
【００７０】
本実施形態は上記の構成としたことにより、ノズル１６を含む流路部材１２を、略等ピッチの凹凸が設けられた膜と梁部材１４とを接合して製造することで、チューブを配列して形成する方法に比較して流路１３を一括形成できるため、高精度な位置合わせ作業を必要とせず低コスト化が可能であり、また流路壁や隣接隙間を薄くできるため、ノズル１６を高密度化できる。
また、流路を絞った複雑な供給孔は構造上不要なためチューブ状の流路１３と、共通のインクプール２４だけで簡略構成でき、転写成形で流路１３を容易に製造できる。また供給路などによる流路１３内の段差が無く、液充填性・気泡排出性にも優れる。
＜送風機構１＞
図９には本発明の第一形態に係る送風機構を備えたインクジェット記録ヘッドの基本構造が示されている。
【００７１】
図９（Ａ）はインクジェット記録ヘッドの側面図、図９（Ｂ）は斜視図、印刷媒体である用紙Ｐと排気ダクトを含む側面図を図９（Ｃ）に示す。
【００７２】
送風機構５０を構成する送風口５８は保持部材１８に設けられ、図示しないブロワにより加圧された外気を溶媒５７を含む加湿空気５１としてノズル１６方向へ送る。
【００７３】
これにより、装置自体の使用頻度が低くノズル１６近傍の流路部材１２内インクが消費されないためにノズル１６からの溶媒蒸発で高濃度化し、粘度が上昇するなどの可能性がある場合でも、溶媒を豊富に含有した加湿空気５１を送ることによりノズル１６近傍の空気中における溶媒５７の濃度を高く保つことができるため、ノズル１６近傍の流路部材１２内インクの溶媒蒸発を防ぐことができる。
【００７４】
図９（Ｃ）に示すように、送風機構５０は加圧され溶媒を含んだ外気を送風口５８から加湿空気５１として流路部材１２近傍に送り、流路部材１２の特にノズル１６近傍における溶媒５７の濃度を高める。
【００７５】
このとき、溶媒５７濃度の高い加湿空気５１をそのまま流路部材１２／用紙Ｐ近傍に滞留させたまま放置すれば結露／吸収などの弊害発生が考えられる。また、インク滴吐出時に発生するインクミストがノズル１６の周囲や用紙Ｐに付着する等の可能性も考えられる。
【００７６】
そのため、流路部材１２を通過した先（図中上方向）にて加湿空気５１を回収し、多量に溶媒５７を含む空気をインクミスト等と一緒に排気口６０より回収することで上記の弊害を防ぐことができる。
【００７７】
図９（Ｃ）に示すように排気口６０は例えばインクジェット記録ヘッドの吐出方向逆側（図中上）に設けられ、図示しない排気ファンにより負圧が掛けられている。これにより流路部材１２近傍の加湿空気５１は回収され、ノズル１６近傍を浮遊するインクミスト共々、用紙Ｐに付着して画像故障を起こすことはなくなる。
【００７８】
図９（Ｂ）に示すように本発明はノズル１６を含む流路部材１２が細長い棒状の部材を複数並べた形態となっているため、他の形状のインクジェット記録ヘッドとは異なり、流路部材１２の間隙から加湿空気５１をノズル１６の隙間から他方向へ排気することができる。これにより前述のように自由な空気流の設計を行うことができる。
【００７９】
また、このとき排気口６０、あるいはその下流の排気ダクト内にフィルタを設け、インクミストや紙粉等をトラップして機外へ出さない構成とするようにしてもよい。
＜送風機構２＞
図１０には本発明の第二形態に係る送風機構を備えたインクジェット記録ヘッドの基本構造が示されている。
【００８０】
図１０（Ａ）は斜視図、矢印Ｂ方向（用紙搬送方向）からの側面図を図１０（Ｂ）に、矢印Ｃ方向（用紙幅方向）からの側面図を図１０（Ｃ）に示す。
【００８１】
保持部材１８に近接して設けられた送風機構５０は送風部５４、図示しないブロワから送られた外気を送風部５４に導くダクト５６、外気に溶媒５７を含ませる加湿材５２から構成されている。
【００８２】
ダクト５６を通じて送り込まれた外気は例えばスポンジなど溶媒５７に耐性のある多孔質素材からなる加湿材５２を通過する際に、加湿材５２に含まれている溶媒５７を含有し加湿空気５１となり、送風口５８からノズル１６（流路部材１２）に向けて送られる。
【００８３】
また加湿材５２は溶媒５７に耐性のある素材からなるので、余剰インクがノズル１６から漏出した際、図５を用いて説明した駆動形態のように、反吐出方向に梁部材１４を座屈変形させて吐出方向と反対の方向（図中上）に吹き飛ばす構成とした時に、飛ばされた余剰インクを吸収する吸収体を兼ねる構成とすることができる。
【００８４】
上記の構成により、装置自体の使用頻度が低くノズル１６近傍の流路部材１２内インクが消費されないためにノズル１６からの溶媒蒸発で高濃度化し、粘度が上昇するなどの可能性がある場合でも、溶媒を豊富に含有した加湿空気５１を送ることによりノズル１６近傍の空気中における溶媒５７の濃度を高く保つことができるため、ノズル１６近傍の流路部材１２内インクの溶媒蒸発を防ぐことができる。
【００８５】
さらに、本発明はノズル１６を含む流路部材１２が細長い棒状の部材を複数並べた形態となっているため、他の形状のインクジェット記録ヘッドとは異なり、流路部材１２の間隙から加湿空気５１をノズル１６方向へ送ることができる。これによりインク滴吐出方向に加湿空気５１を送ることができるので、インク滴着弾精度などへの影響を抑えることもできる。
【００８６】
また、送風口５８をノズル１６の極近傍に設置することができる。これは本発明においては流路部材１２の吐出方向背後に構造物が存在しない構成となっているためで、これにより加湿空気５１を加湿直後にノズル１６へ向け送ることができるので溶媒５７が無駄にならず効率がよい。
【００８７】
図１０（Ｃ）に示すように、加湿材５２には溶媒流路５５から溶媒５７のみを供給し、ダクト５６を通じて送られる外気を通すことで加湿空気５１として流路部材１２近傍に送り、流路部材１２の特にノズル１６近傍における溶媒５７の濃度を高める。
【００８８】
このとき、溶媒５７濃度の高い加湿空気５１をそのまま流路部材１２／用紙Ｐ近傍に滞留させたまま放置すれば結露／吸収などの弊害発生が考えられる。また、インク滴吐出時に発生するインクミストがノズル１６の周囲や用紙Ｐに付着する等の可能性も考えられる。
【００８９】
そのため、流路部材１２を通過した先（用紙Ｐ側）にて加湿空気５１を回収し、多量に溶媒５７を含む空気をインクミスト等と一緒に排気口６０より回収することで上記の弊害を防ぐことができる。
【００９０】
図１０（Ｃ）に示すように保持部材１８に設けられた排気口６０は、図示しない排気ダクトに接続され、図示しない排気ファンにより負圧が掛けられている。これにより流路部材１２近傍の加湿空気５１は回収され、ノズル１６近傍を浮遊するインクミスト共々、用紙Ｐに付着して画像故障を起こすことはなくなる。
【００９１】
さらに、第１実施形態では図９（Ｃ）に示すように用紙Ｐ近傍の空気は用紙Ｐの搬送（図中白矢印）に連れて渦を発生させ、梁部材１４と用紙Ｐの間を廻る気流となる。このためノズル１６近傍に加湿空気を供給しようとすると上記の気流が妨げとなり、大量の溶媒５７を必要とするため用紙Ｐへの悪影響が考えられる。
【００９２】
あるいはインクミストや用紙Ｐに付着した紙粉などの異物もまた空気流に乗って移動してしまう。このためノズル１６近傍に紙粉が浮遊し、場合によってはノズル１６に付着して吐出を妨げるなどの弊害も考えられる。
【００９３】
加えて、高粘度のインク滴を吐出した際に吐出されたインク滴の後方には糸を引いたインクが微細なインク滴となって用紙Ｐへ打ち出される、いわゆるサテライトが発生するが、上記の空気流にサテライトが乗り、移動する事態も考えられる。
【００９４】
これに対して本実施形態では保持部材１８に排気口６０を設けたので、上記の気流に妨げられずに効率よくノズル１６近傍に溶媒５７を含んだ加湿空気５１を供給することができる。さらに排気口６０はノズル１６と用紙Ｐの間に設けるため、紙粉なども同時に保持部材１８に設けられた排気口６０で回収でき、ノズル１６への異物付着を抑えることもできる。
【００９５】
また、このとき排気口６０あるいはその下流の排気ダクト内にフィルタを設け、インクミストや紙粉等をトラップして機外へ出さない構成とするようにしてもよい。
＜まとめ＞
本発明は上記の構成により、従来技術では極めて困難であった常温で５０ｃｐｓ〜１００ｃｐｓの高粘度インクを、加熱することなくオンデマンド吐出することが可能となるメリットはそのままに、溶媒を多量に含んだ空気をノズル近傍に供給することでノズルにおけるインクの固化や粘度増大による吐出性能劣化を防ぎ、またインク滴の尾引きによるミストの影響に起因する画質低下などを防ぐこともできる。
【００９６】
さらに溶媒を含んだ空気をノズル近傍から吸引／回収することで周辺部位および用紙への悪影響を防ぎ、同時に紙粉などの回収も行えるので印字品質や吐出性能の更なる改善が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の第１形態に係るインクジェット記録ヘッドを示す図である。
【図２】本発明の第１形態に係るインクジェット記録ヘッドの動作を示す図である。
【図３】本発明の第１形態に係るインクジェット記録ヘッドの動作を示す図である。
【図４】本発明の第１形態に係るインクジェット記録ヘッドの動作とアクチュエータの動作の関係を示す図である。
【図５】本発明の第１形態に係るインクジェット記録ヘッドの他の動作を示す図である。
【図６】本発明に係るインクジェット記録ヘッドの詳細構造 を示す図である。
【図７】本発明に係るインクジェット記録ヘッドの他の詳細構造 を示す図である。
【図８】本発明に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法 を示す図である。
【図９】本発明に係るインクジェット記録ヘッドの構造を示す図である。
【図１０】本発明に係るインクジェット記録ヘッドの構造を示す図である。
【図１１】従来技術と本発明に係るインクジェット記録ヘッドの差異を示す図である。
【符号の説明】
【００９８】
１０ インクジェット記録ヘッド
１２ 流路部材
１３ 流路
１４ 梁部材
１６ ノズル
１８ 保持部材
２０ 回転エンコーダ
２２ アーム
２４ インクプール
３６ アクチュエータ
５０ 送風機構
５１ 加湿空気
５２ 加湿材
５４ 送風部
５５ 溶媒流路
５６ ダクト
５７ 溶媒
５８ 送風口
６０ 排気口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を吐出するノズルと、
前記ノズルを含む液流路部材と、
前記液流路部材と接合もしくは液流路部材を含む複数の梁部材と、
を備え、
前記梁部材を液滴吐出方向に凹から凸となるように弾性変形させることで座屈反転変形させ、前記ノズル近傍の液に吐出方向の慣性を与え、前記ノズルより液滴として吐出させる駆動手段を有し、
前記ノズルに対して前記液滴の溶媒を含む空気を供給する空気供給手段と、
前記空気供給手段より供給された前記溶媒を含む空気を回収する回収手段と、
を備えたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
前記空気供給手段は前記梁部材の隙間から液滴吐出方向に前記空気を供給することを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
前記回収手段は前記梁部材と印刷媒体の間で前記溶媒を含む空気を回収することを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
前記空気供給手段は、前記空気供給手段に外気を圧送する空気ポンプと、
前記外気が内部を通過する際に前記外気に前記溶媒を供給する溶媒供給体と、
前記溶媒供給体に溶媒を供給する溶媒供給路からなることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
前記回収手段は前記ノズルよりも印刷媒体の搬送方向下流側に設けられたことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項６】
前記回収手段は前記梁部材の長さ方向両端部を支持する支持部に設けられたことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項１】
液滴を吐出するノズルと、
前記ノズルを含む液流路部材と、
前記液流路部材と接合もしくは液流路部材を含む複数の梁部材と、
を備え、
前記梁部材を液滴吐出方向に凹から凸となるように弾性変形させることで座屈反転変形させ、前記ノズル近傍の液に吐出方向の慣性を与え、前記ノズルより液滴として吐出させる駆動手段を有し、
前記ノズルに対して前記液滴の溶媒を含む空気を供給する空気供給手段と、
前記空気供給手段より供給された前記溶媒を含む空気を回収する回収手段と、
を備えたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
前記空気供給手段は前記梁部材の隙間から液滴吐出方向に前記空気を供給することを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
前記回収手段は前記梁部材と印刷媒体の間で前記溶媒を含む空気を回収することを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
前記空気供給手段は、前記空気供給手段に外気を圧送する空気ポンプと、
前記外気が内部を通過する際に前記外気に前記溶媒を供給する溶媒供給体と、
前記溶媒供給体に溶媒を供給する溶媒供給路からなることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
前記回収手段は前記ノズルよりも印刷媒体の搬送方向下流側に設けられたことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項６】
前記回収手段は前記梁部材の長さ方向両端部を支持する支持部に設けられたことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の液滴吐出ヘッド。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００８−３０３５７（Ｐ２００８−３０３５７Ａ）
【公開日】平成２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２０７８０１（Ｐ２００６−２０７８０１）
【出願日】平成１８年７月３１日（２００６．７．３１）
【出願人】（０００００５４９６）富士ゼロックス株式会社 (21,908)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年７月３１日（２００６．７．３１）
【出願人】（０００００５４９６）富士ゼロックス株式会社 (21,908)
【Ｆターム（参考）】
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