JP2002160359A

JP2002160359A - 液体噴射ヘッド

Info

Publication number: JP2002160359A
Application number: JP2000360468A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Kiuchi; 正佳木内
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-11-28
Filing date: 2000-11-28
Publication date: 2002-06-04

Abstract

(57)【要約】【課題】電圧の印加によって形成される電気感応作動
特性を有する液体の移動流を利用して、制御性やエネル
ギー効率が良く、しかも使い勝手の良い液体噴射ヘッド
を提供する。【解決手段】吐出孔２に連通する吐出部１に、マイナ
スの櫛歯状の電極４（４ ₁ ，４₂ ，…４_n ）とプラスの
櫛歯状の電極５（５₁ ，５₂ ，…５_n ）をそれぞれ対向
させて対となるように配設するとともに、電極間の距離
Ｌ₁ 、Ｌ₂ を１００μｍ以下として、各電極対の電極間
の距離Ｌ₁ と隣り合う電極対間の距離Ｌ₂とを異なる
（Ｌ₁ ＜Ｌ₂ ）ように配置する。電極４、５間に６００
Ｖ以下の電圧を印加することにより、吐出部１内の電気
感応作動特性を有する液体３に吐出孔２に向かう移動流
を形成させかつ順次加速させて、液滴を吐出孔２から制
御良く吐出させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電圧を印加するこ
とにより移動流を形成する電気感応作動特性を有する液
体を用いる液体噴射ヘッドに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、液体噴射記録装置（インクジェッ
トプリンタ）の液体噴射ヘッドとしては、熱エネルギー
によってインク等の液体中に気泡（バブル）を発生さ
せ、その気泡による圧力波により液滴を吐出させるバブ
ルジェット（登録商標）方式、ピエゾ素子のような振動
子による圧力波を利用して液滴を吐出させる圧電方式な
ど種々の方式がある。しかし、これらの液体噴射ヘッド
は、電気信号を一度機械エネルギーや気泡（バブル）の
エネルギーに変換し、その後にこれらの変換されたエネ
ルギーを用いてインク等の液体を噴射する方式を用いて
いる。

【０００３】また、特開平１１−１２４５２５号公報に
記載されているような、電気感応作動特性を有する液体
を用いこれに電圧を印加して液体を噴射する液体噴射装
置も知られている。この種の液体噴射装置においては、
図４に図示するように、絶縁性基板からなるノズル基材
１１に貫通孔１２（液吐出孔）を形成し、貫通孔１２の
液吐出側に液吐出電極１４を配置するとともに貫通孔１
２の下端部近傍に液吐出電極１４とは電気的に絶縁され
た基部電極１５を配置して、液吐出電極１４および基部
電極１５はともにコントローラ１６に接続され、このコ
ントローラ１６によって両電極１４、１５間にパルス
波、矩形波、連続波等の直流電圧を印加することによっ
て、電気感応作動特性を有する液体１３に基部電極１５
から液吐出電極１４に向かう移動流を形成させて、該液
体１３を貫通孔１２の液吐出電極１４近傍から吐出する
ように構成されている。そして、両電極１４、１５間の
距離を１ｍｍとして両電極間に６０００ボルト以上の高
電圧を印加して作動させている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
液体噴射装置の液体噴射ヘッドに使用されているピエゾ
素子方式やバブルジェット方式では、電気エネルギーを
一度機械エネルギーや気泡（バブル）のエネルギーに変
換し、その後にこれらの変換されたエネルギーを用いて
液体を噴射する方式であるために、電気エネルギーを間
接的に用いて液体を噴射しており、制御性が良くなく、
また、エネルギーの効率が悪いという問題点があった。

【０００５】また、前記特開平１１−１２４５２５号公
報に記載された液体噴射装置では、電気エネルギーを加
えることにより直接液体を噴射することができるけれど
も、６０００ボルト以上の高電圧を液体噴射ヘッドの吐
出部近傍に配置した電極間に印加して作動させているた
め、大変危険であり、安全性を考慮すると装置が大型化
し、また、高電圧回路が必要なため、使い勝手が悪く、
さらにはコストが上がってしまうという問題点があっ
た。

【０００６】さらに、前述した従来の液体噴射ヘッドで
は、高密度なヘッドを構成するには不適当な構造であっ
た。

【０００７】そこで、本発明は、前述した従来技術の有
する未解決の課題に鑑みてなされたものであって、電圧
の印加によって形成される電気感応作動特性を有する液
体の移動流を利用して、制御性やエネルギー効率が良
く、しかも使い勝手の良い液体噴射ヘッドを提供するこ
とを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の液体噴射ヘッドは、印加電圧に応じて電極
間に移動流を形成することができる電気感応作動特性を
有する液体を用い、該液体に電圧を印加することにより
吐出孔から液体を吐出させる液体噴射ヘッドにおいて、
前記吐出孔に連通する吐出部にプラスとマイナスの複数
の電極対を設けるとともに、各電極対の電極間の距離と
隣り合う電極対間の距離とを異なるように配置すること
を特徴とする。

【０００９】また、本発明の液体噴射ヘッドは、印加電
圧に応じて電極間に移動流を形成することができる電気
感応作動特性を有する液体を用い、該液体に電圧を印加
することにより吐出孔から液体を吐出させる液体噴射ヘ
ッドにおいて、前記吐出孔に連通する吐出部にプラスと
マイナスの複数の電極対を設け、該電極間の距離を１０
０μｍ以下とし、電極に印加する電圧を６００ボルト以
下とすることを特徴とする。

【００１０】本発明の液体噴射ヘッドにおいては、複数
の電極対の各電極が同一平面に配置されていること、あ
るいは、複数の電極対のそれぞれ対向する電極が互いに
異なる面に配置されていることが好ましい。

【００１１】本発明の液体噴射ヘッドにおいては、複数
の電極対の各電極が互いに平行に配置されていることが
好ましい。

【００１２】

【作用】本発明の液体噴射ヘッドによれば、電気感応作
動特性を有する液体に移動流を生じさせて吐出孔から吐
出させるために電圧を印加する複数の電極対において、
各電極対の電極間の距離と隣り合う電極対間の距離とを
異なるように配置することにより電気感応作動特性を有
する液体の移動流を一方向に発生させることができ、さ
らに、各電極間の間隔をミクロンオーダーとすることに
より、低電圧で液体の吐出を可能にし、しかもその駆動
は電気エネルギーを直接用いているため、制御性が良
く、エネルギー効率も高い。さらには、液体の吐出に必
要な電圧を低くすることができるために、吐出孔の間隔
を狭くした高密度の液体噴射ヘッドを形成することがで
き、さらに、装置の小型化、省エネルギー化、コストダ
ウンを可能にし、また、吐出する液滴（インクドット）
の大きさを任意に変えられるので、低い解像度でも階調
を滑らかに再現することが可能となり、印刷品位を向上
させることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００１４】図１の（ａ）は、本発明の液体噴射ヘッド
の一実施例の構成を示す模式図であり、同（ｂ）は、本
実施例の液体噴射ヘッドにおける電極の配置関係を示す
模式図であり、同（ｃ）は、電極に印加する電圧として
のパルス波形の一例を示す。

【００１５】図１の（ａ）において、１は、インク等の
液体を吐出する吐出孔（ノズル）２を先端部に有する液
体の吐出部であり、図示しない貯留タンク部から電気感
応作動特性を有する液体（以下、単に電気感応液ともい
う）３が供給されている。４（４₁ ，４₂ ，……４_n ）
および５（５₁ ，５₂ ，……５_n ）は、吐出部１の側面
に配置された電極であり、コントローラ６にそれぞれ接
続されている。

【００１６】電極４はマイナス電極で、櫛歯状の複数
（ｎ個）の電極（４₁ ，４₂ ，……４ _n ）で構成され、
電極５はプラス電極で、櫛歯状の複数（ｎ個）の電極
（５₁ ，５₂ ，……５_n ）で構成されており、これらの
電極４、５は、図１の（ｂ）に示すように、櫛歯状の各
電極（４₁ −５₁ ，４₂ −５₂ ……４_n −５_n ）が対と
なるようにそれぞれ対向するように配置され、各電極の
距離は、対となる電極間の距離（例えば、電極４₁ と電
極５₁ 間の距離）をＬ₁ とし、隣り合う電極対間の距離
（例えば、隣り合う電極対４₁ −５₁ と電極対４₂ −５
₂ における電極５₁と電極４₂ 間の距離）をＬ₂ とする
とき、Ｌ₁ ＜Ｌ₂ の関係となるように配置する。他の電
極においても同様の距離、間隔をもって配置され、例え
ば、電極４_mと電極５_m 間の距離はＬ₁ であり、電極５_m
と電極４_m+1 間の距離はＬ₂ となっている（なお、ｍ
＝１，２，…ｎ）。このため、対となる電極間の距離Ｌ
₁ と隣り合う電極対間の距離Ｌ₂ では電界が異なり、対
となる電極間（距離Ｌ₁ ）の方が隣り合う電極対間（距
離Ｌ₂ ）より電界が高くなるので、電極４、５間に電圧
を印加すると、電極５_m 上にある電気感応液３は電界の
高い方である電極４_m の方向に移動する。このため、電
気感応液３は、吐出部１の先端部に設けられている吐出
孔２の方への移動流が生じ、この移動流は、吐出部１に
おける複数の電極により順次加速され、液滴として吐出
孔２から吐出される。

【００１７】ここで、電界強度として従来技術と同じよ
うに６ｋＶ／ｍｍ（６Ｖ／μｍ）を発生するには、例え
ば、電極間の距離Ｌ₁ を１００μｍとすると６００Ｖの
電圧を与えれば良く、また、電極間の距離Ｌ₁ を１０μ
ｍとすると６０Ｖの電圧を与えれば良く、さらに、電極
間の距離Ｌ₁ を１μｍとすると６Ｖの電圧を与えれば良
い。このように電極間の距離を小さくすれば印字動作に
必要な電圧を低くすることが可能となる。そして、電極
間の距離Ｌ₁ を１０μｍとする場合には、隣り合う電極
対間の距離Ｌ₂ を１０μｍ以上で例えば１１μｍとする
ことができ、また、電極間の距離Ｌ₁ を１μｍとする場
合には、隣り合う電極対間の距離Ｌ₂ は１μｍ以上の例
えば１．１μｍとすることができる。

【００１８】電極間に印加する電圧としては、図１の
（ｃ）に示すように、電圧Ｖ₁ のパルス（印加時間ｔ
₁ ）を用い、このような電圧Ｖ₁ のパルスを電極間に印
加することにより、電気感応液３に移動流を生じさせて
該電気感応液３を吐出孔２から吐出させることができ
る。また、パルスの印加時間ｔ₁ や印加する電圧Ｖ₁ を
変えることにより電気感応液の吐出量を調整することが
できる。

【００１９】以上のように液体噴射ヘッドを構成するこ
とにより、低い電圧で作動できるばかりでなく、電極間
の間隔を変えることにより、電界強度に差が生じるの
で、電気感応液を一方向に移動させることが容易にでき
る。また、電極間に印加する電圧の極性を変えること
で、電気感応液を反対方向に移動させることも可能にな
る。

【００２０】さらに、各電極を櫛歯状に平行な形とし
て、それぞれの電極を互いに平行に配置することによ
り、一様な電界を得ることができ、電気感応液の流れを
一様にすることもできる。

【００２１】次に、本発明の液体噴射ヘッドの他の実施
例について図２を用いて説明する。

【００２２】本実施例においては、マイナス電極とプラ
ス電極を吐出部の異なる面にそれぞれ配置する点で、前
述した実施例と異なっているが、その他の構成は前述し
た実施例と同じであり、前述した実施例と同様の部材に
は同一の符号を付して説明する。

【００２３】本実施例のマイナス電極４（４₁ ，４₂ ，
……４_n ）とプラス電極５（５₁ ，５₂ ，……５_n ）
は、吐出部１の異なる面、図２においては上下の面、に
それぞれ配置されており、上下のそれぞれの面に配置さ
れた各電極間の距離は、前述した実施例と同様に、対と
なる電極間の距離（例えば、電極４₁ と電極５₁ 間の距
離）をＬ₁ とし、隣り合う電極対間の距離（例えば、隣
り合う電極対４₁ −５₁と電極対４₂ −５₂ における電
極５₁ と電極４₂ 間の距離）をＬ₂ として、これらはＬ
₁ ＜Ｌ₂ の関係となるように配置されている。このよう
な構成においても、前述した実施例と同様に、電極４、
５間に電圧を印加すると、電気感応液３は、吐出部１の
先端部の吐出孔２の方への移動流が生じ、この移動流
は、吐出部１における複数の電極により順次加速され、
液滴として吐出孔２から吐出される。

【００２４】本実施例においては、各電極４，５を吐出
部１の上下の異なる面にそれぞれ配置することにより、
一つの面に一種類の電極しか配置しないので、電極の配
置が簡単であり、その作製も容易でかつ簡単になるメリ
ットがある。また、一種類の電極をつくり、それらの配
置する位置を変えることにより、製造コストを下げるこ
とも可能となる。

【００２５】次に、電極に印加するパルスと電気感応液
の吐出について、図３を参照して、説明する。

【００２６】図３の（ａ）は、図１に関連して説明した
第１の給電方式を示し、電気感応液の吐出時のみに電極
に電圧Ｖ₁ の一つのパルスを与えて、一つの電気感応液
の液滴を吐出させる。このパルスの印加時間ｔ₁ を変え
ることにより電気感応液の吐出量を変えることができ
る。

【００２７】図３の（ｂ）は、第２の給電方式を示し、
電極に電圧Ｖ₁ 、時間ｔ₁ のパルスを与えて電気感応液
を吐出させた後に、極性を変えた電圧−Ｖ₁ 、時間ｔ₂
のパルスを与える。これにより、電気感応液を吐出孔か
ら吐出させた後に、電気感応液を逆方向に移動させる力
を加えて制動をかけることにより、電気感応液の切れを
良くするものである。この給電方式によれば、吐出パル
スの印加時の慣性で吐出する余分な電気感応液がなくな
り、電気感応液の吐出制御性が良くなり、印刷品位をさ
らに向上させることが可能となる。

【００２８】図３の（ｃ）は、第３の給電方式を示し、
第２の給電方法をさらに改良したものであり、第２の給
電方式においては逆極性のパルスを与えて電気感応液に
制動を与えることにより電気感応液の切れを良くしてい
るけれども、電気感応液が吐出孔の先端部から後退して
しまい、次に吐出するためのパルスを印加した時に、最
初の所定の時間は、電気感応液が吐出孔の先端部まで移
動する時間となってしまうため、印字に要する時間が長
くなってしまうという問題点があった。そこで、第３の
給電方式では、第２の方式において、逆極性のパルスを
印加した後に、正極性のパルスを電気感応液が吐出しな
い時間ｔ₃ だけ印加することにより、電気感応液を吐出
部先端部まで戻すものである。つまり、３つのパルスを
正極性パルス（印加時間ｔ₁ ）、逆極性パルス（印加時
間ｔ₂ ）、正極性パルス（印加時間ｔ₃ ）の順に与える
ものである。

【００２９】これらの３つの給電方式において、電圧Ｖ
₁ のパルスの印加時間（ｔ）を変えることにより、従来
は困難であった印刷されるインクドット（液滴）の大き
さをアナログ的に変えることが可能となり、グラデーシ
ョンも滑らかになり高精細で高品位の印刷を行うことが
可能となる。

【００３０】上記の各給電方式において、それぞれのパ
ルスの印加時間（ｔ）は、電気感応液の粘度や導電率に
応じて変えることもできる。つまり、電気感応液の色や
濃度が異なればそれぞれ粘度や導電率が異なるので、こ
れらに合わせてパルスの印加時間（ｔ）を変えることに
よって、液滴（インクドット）の大きさを同じにするこ
とができる。また、パルスの印加時間（ｔ）を固定し
て、パルスの電圧（Ｖ）を変えることによっても、前述
したようにパルスの印加時間（ｔ）を変えるのと同様の
効果を得ることができる。さらに、パルスの印加時間
（ｔ）と電圧（Ｖ）を同時に変えても同じ効果を得るこ
とができる。

【００３１】また、プラスとマイナスの電極の位置関係
は、前述した各実施例に限定されるものではなく、逆で
あってもよい。

【００３２】以上のように、本発明の液体噴射ヘッドに
おいては、電気感応液に電圧を印加することにより吐出
孔から電気感応液を吐出させることができ、電気感応液
に電圧を印加する電極の配置と間隔について、微細加工
技術を用いて、電極の間隔をミクロンオーダーにするこ
とにより、電極に与える電圧を低くしても、電界強度を
下げることがなく、低い電圧で電気感応液に移動流を発
生させて吐出孔から吐出させることが可能となる。さら
に、低電圧で作動させることが可能となるので、ＩＣの
製造技術を用いることによって、液体噴射ヘッドの吐出
孔（ノズル）間隔を狭くして高密度のヘッドを作製する
ことが可能となる。さらにまた、電極の形状を様々な形
にすることも容易に可能となる。このように、従来のよ
うな高電圧が必要でなくなり、装置の小型化、ヘッドの
高密度化、コストダウンが可能となり、また、液体の吐
出の制御性も良くすることができる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電気感応作動特性を有する液体に移動流を生じさせるた
めの電圧を印加する複数の電極対において、各電極対の
電極間の距離と隣り合う電極対間の距離とを異なるよう
に配置することにより電気感応液の移動流を一方向に発
生させることができ、さらに、各電極間の間隔をミクロ
ンオーダーとすることにより、低い電圧で液体の吐出を
可能にし、しかもその駆動は電気エネルギーを直接用い
ているため、液体吐出の制御性が良く、エネルギー効率
も高い。

【００３４】さらには、電気感応作動特性を有する液体
の吐出に必要とする電圧が低いため、高電圧発生回路等
が不要となり、コストダウンや装置の小型化、省エネル
ギー化を可能にし、また、吐出する液滴（インクドッ
ト）の大きさを任意に変えられるので、低い解像度でも
階調を滑らかに再現することが可能となり、印刷品位を
向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の液体噴射ヘッドの一実施例の
構成を示す模式図であり、（ｂ）は本発明の液体噴射ヘ
ッドの一実施例の電極の配置関係を示す模式図であり、
（ｃ）は電極に印加するパルス波形の電圧の一例を示
す。

【図２】本発明の液体噴射ヘッドの他の実施例の構成を
示す模式図である。

【図３】（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、本発明の液体
噴射ヘッドにおける電極に対する給電方式を示す波形図
である。

【図４】従来の液体噴射ヘッドを示す概略図である。

【符号の説明】

１吐出部２吐出孔３電気感応液４（４₁ ，４₂ ，……４_n ）電極５（５₁ ，５₂ ，……５_n ）電極６コントローラ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】印加電圧に応じて電極間に移動流を形成
することができる電気感応作動特性を有する液体を用
い、該液体に電圧を印加することにより吐出孔から液体
を吐出させる液体噴射ヘッドにおいて、前記吐出孔に連通する吐出部にプラスとマイナスの複数
の電極対を設けるとともに、各電極対の電極間の距離と
隣り合う電極対間の距離とを異なるように配置すること
を特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】印加電圧に応じて電極間に移動流を形成
することができる電気感応作動特性を有する液体を用
い、該液体に電圧を印加することにより吐出孔から液体
を吐出させる液体噴射ヘッドにおいて、前記吐出孔に連通する吐出部にプラスとマイナスの複数
の電極対を設け、該電極間の距離を１００μｍ以下と
し、電極に印加する電圧を６００ボルト以下とすること
を特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項３】複数の電極対の各電極が同一平面に配置
されていることを特徴とする請求項１または２記載の液
体噴射ヘッド。
【請求項４】複数の電極対のそれぞれ対向する電極が
互いに異なる面に配置されていることを特徴とする請求
項１または２記載の液体噴射ヘッド。
【請求項５】複数の電極対の各電極が互いに平行に配
置されていることを特徴とする請求項１ないし４のいず
れか１項に記載の液体噴射ヘッド。