JP2011161869A - 液体吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンティニュアス方式による液体吐出装置において、空気を供給して液滴を空気の流れに乗せて飛翔させる場合、供給した空気が記録媒体にあたり、跳ね返った空気の流れによって媒体に付与する液滴の着弾精度が悪くなる恐れを軽減する。また、供給した空気を回収する場合、回収口の周りに紙粉や跳ね返りミストが付着する恐れを軽減する。
【解決手段】ヘッド内に空気を供給して液滴を空気の流れに乗せ、さらに供給した空気をヘッド内で回収する。特に、ノズルから液滴が飛翔する方向に向かって、空気入口、空気排出口、媒体に付与する液滴の出口の順に配置し、空気供給流量の設定値と空気排出流量の設定値との関係を適切に定め、かつ、空気排出口から液滴出口までの距離と、液滴が飛翔する通路の直径ｔｐ、空気の供給流量との関係を適切に定める。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体吐出装置に関し、特にコンティニュアス方式による液体吐出装置に関するものである。

コンティニュアス型の液体吐出方式は、ポンプで液体を常に加圧してノズルから押し出し、さらに加振手段により加振することで、ノズルから液体が規則正しく液滴として吐出される状態を作るものである。この方式では液滴がノズルから連続して吐出され続けるので、インクジェット記録装置に適用する場合、記録すべきデータに合わせて、記録（ドット形成）に使用する液滴と使用しない液滴を選別する必要がある。その選別を行うために、荷電偏向方式と呼ばれる方式では、液滴を選択的に帯電させ、電場によって偏向させ、帯電液滴が非帯電液滴とは異なる軌道を飛翔するようにしている。さらにその中でもバイナリー荷電偏向式と呼ばれる方式では、非帯電液滴を記録に使用する一方、帯電液滴をガターによって捕獲および回収するようにしている。

ノズルから吐出された液柱が液滴となり、さらに偏向電極により選別に十分なだけ偏向するようにするには、ノズルから記録媒体までの距離は数ｍｍ程度が必要となる。飛翔中の液滴は空気抵抗の影響を強く受けるので、記録の高精細化などを目的として液滴を小さくした場合、空気抵抗の影響を強く受けて記録媒体まで到達できないことがある。また、連続して液滴を吐出した場合には、先行液滴がつくる伴流によって後続液滴は空気抵抗を受けにくくなるので、両者間の飛翔速度にずれが生じ、ドット形成位置ずれが生じたり、さらには後続液滴が先行液滴に追突したりするという不都合が生じ得る。

これらの課題を解決するために、特許文献１では、バイナリー荷電偏向式によるコンティニュアス型のインクジェットプリンタにおいて、液滴飛翔路を周りを囲まれた通路とし、通路に空気を供給することで液滴を風に乗せ、速度低下を防ぐ技術を提案している。一方特許文献２では、高粘度のインクをノズル部に設けたヒータによって低粘度化し、これを風によって吐出させるホットメルト方式の記録装置を提案している。そして特許文献２では、記録媒体の面に当たった空気をスクイズ板を用いて回収することで、紙粉やインクが記録媒体に衝突した際に発生するインクミストを取り除くことができるとしている。

特公平０６−０２４８７２号公報 特開平０２−３０５６４５号公報

しかしながら、特許文献１の方式では、供給された空気は記録媒体に衝突し、記録媒体の面に沿って広がる流れを形成する。この流れは、記録媒体の搬送に伴う空気の流れと衝突し、記録媒体表面の付近で複雑な空気の流れを形成し、飛翔液滴の軌道を不安定にする恐れがある。さらに、高精細化のためノズルを２次元アレイ状に多数配列した場合には、ヘッド面と記録媒体との間に生じる流れにより、隣接ノズルの液滴の飛翔方向を変えてしまう恐れがある。特に、ノズル数が多くなると、ノズル位置によってヘッド面と記録媒体の間の空気の流れにばらつきが生じ、配列の端部に近いノズルほどこの流れが大きくなるので、液滴の着弾精度を低下させることになる。

一方特許文献２の方式では、スクイズ板によって気流を回収するため、隣接ノズルへの気流の影響は軽減される。しかしながら、供給された空気は高速で搬送される記録媒体に衝突して跳ね返るため、記録媒体の表面付近で反転した気流が飛翔してきた液滴と衝突し、飛翔経路を不安定なものとしてしまう恐れがあった。また、回収口のまわりに紙粉や跳ね返りミストが付着し、目詰まりの原因となる恐れもあった。

以上の問題点を解決することを目的として、本発明は、液滴を吐出するノズルと、該ノズルから吐出された液滴を、媒体に付与する液滴と付与しない液滴とに分けるべく偏向させることが可能な偏向手段と、前記媒体に付与しない液滴を回収する液滴回収手段とを有する液体吐出ヘッドを用いる液体吐出装置であって、
前記ノズルから吐出された液滴が前記媒体へ向かう経路に沿って、前記ノズルから前記媒体に隣接する前記媒体に付与する液滴の液滴出口まで延在する通路が設けられ、該通路は、その内側に空気が入るようにする空気入口と、前記液滴回収手段とは別に設けられて前記通路の外側に空気を排出するようにする空気排出口とを有し、前記空気入口は前記ノズルに隣接して設けられ、前記ノズルから液滴が飛翔する方向に向かって、前記空気入口、前記空気排出口、前記液滴出口の順に配置され、
前記空気入口および前記空気排出口は、それぞれ、前記通路の外側に設置された流入制御手段および流出制御手段にそれぞれ接続され、
（前記流入制御手段が前記空気入口に供給する流量の設定値）×０．８≦（前記流出制御手段が前記空気排出口から排出させる流量の設定値）≦（前記流入制御手段が前記空気入口に供給する流量の設定値）となっており、
かつ、前記媒体に付与する液滴が飛翔する軌道に垂直で前記空気排出口の重心を通る平面と前記軌道との交点から、前記軌道に垂直で前記液滴出口の外端を通る平面と前記軌道との交点まで区間の距離をｌ（ｍ）、前記通路の前記区間での平均直径をｄ（ｍ）、前記流入制御手段が前記空気入口に供給する単位時間当たりの流量をＱ_in（ｍ³／ｓ）としたとき、
ｌ＞４．２４×１０⁶ｄ×Ｑ_in＋０。００６６×ｄ−７７０×Ｑ_in＋９．２×１０^-5
が成り立つように構成されていることを特徴とする。

また、本発明は、液滴を吐出するノズルと、該ノズルから吐出された液滴を、媒体に付与する液滴と付与しない液滴とに分けるべく偏向させることが可能な偏向手段と、前記媒体に付与しない液滴を回収する液滴回収手段とを有する液体吐出ヘッドを用いる液体吐出装置であって、
前記ノズルから吐出された液滴が前記媒体へ向かう経路に沿って、前記ノズルから前記媒体に隣接する前記媒体に付与する液滴の液滴出口まで延在する通路が設けられ、該通路は、その内側に空気が入るようにする空気入口と、前記液滴回収手段とは別に設けられて前記通路の外側に空気を排出するようにする空気排出口とを有し、前記空気入口は前記ノズルに隣接して設けられ、前記ノズルから液滴が飛翔する方向に向かって、前記空気入口、前記空気排出口、前記液滴出口の順に配置され、
前記空気入口および前記空気排出口は、それぞれ、前記通路の外側に設置された流入制御手段および流出制御手段にそれぞれ接続され、
（前記流入制御手段が前記空気入口に供給する流量の設定値）×０．８≦（前記流出制御手段が前記空気排出口から排出させる流量の設定値）≦（前記流入制御手段が前記空気入口に供給する流量の設定値）となっており、
かつ、前記空気排出口から前記液滴出口までの前記通路の部分には、その上流よりも流路幅が狭くなっている絞り部が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、液滴の飛翔路に空気を供給することにより、小液滴を吐出する場合であっても、空気抵抗による液滴の減速を緩和することができる。また、空気の排出機構を有するため、空気の流れの印字媒体表面でのよれによる着弾精度の低下が少ない。そのため、小液滴を精度よく印字する高精細の液体吐出装置に利用することができる。特に、供給した空気を液滴出口よりも上流に設けた空気排出口から最適な流量で回収することにより、ヘッドから媒体の面への空気の流れを低減し、かつ、媒体側からのヘッド内への空気の流入を防ぐことができる。これにより、ヘッド内への塵埃やインクミストの流入を防ぐ効果が得られる。また、ヘッドと記録媒体の間に反転流を生じさせること無く、媒体に付与すべき液滴の着弾精度を低下させないという効果も得られる。さらに、ノズルを複数配置したヘッドにおいて、空気入口および空気排出口を各ノズルからの液滴飛翔路に設けることで、空気の流れの影響により隣接するノズルからの液滴の飛翔方向を変えてしまう影響も低減できる。

本発明の実施形態に係る液体吐出ヘッドを適用可能な液体吐出装置のシステム構成例を示す概要図である。 （ａ）および（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る液体吐出ヘッドの詳細な構成をそれぞれ示す斜視図および分解斜視図である。 （ａ）および（ｂ）は、それぞれ、ヘッド４の内部構造を拡大して模式的に示す断面図および上面図である。 （ａ）および（ｂ）は第１の実施形態に係る液体吐出ヘッドの各部の変数を表す図、（ｃ）は計算結果を表すグラフである。 （ａ）〜（ｃ）は第１の実施形態における解析結果を表す流速の分布を表す図である。 （ａ）〜（ｃ）は第１の実施形態において空気流量を変えた場合の流速分布を表す図である。 （ａ）および（ｂ）は第１の実施形態において流路直径を変えた場合の流速分布を表す図である。 （ａ）は本発明の第２の実施形態に係る液体吐出ヘッドの側断面図、（ｂ）および（ｃ）は（ａ）の液体吐出ヘッドの下部の構成の２例を示す分解斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）は、第２の実施形態の液体吐出ヘッドに適用可能な絞り部の構成の３例を示す側断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、第２の実施形態における記録液滴の軌道と空気排出口の方向ベクトルとの関係の３例を示す図である。 （ａ）は本発明の第３の実施形態の液体吐出ヘッドに適用される排気板の平面図、（ｂ）は排気板支流の斜視図、（ｃ）は排気板支流の等価回路図である。 （ａ）および（ｂ）は、本発明の第１の実施形態を適用した実施例１における送風時と無送風時の液滴の飛翔の様子を表す図である。 （ａ）〜（ｈ）は、本発明の第２の実施形態を適用した実施例２における第２の偏向電極板の作製工程を示す図である。 （ａ）および（ｂ）は実施例２における第２の偏向電極板の２例を示す平面図である。 （ａ）〜（ｅ）は、実施例２における排気板の作製工程の一例を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）は、実施例２における排気板の作製工程の他の例を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）は、実施例２における排気板の作製工程のさらに他の例を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）は、実施例２における解析結果を表す圧力分布および速度ベクトル図である。 （ａ）〜（ｃ）は、実施例２における記録液滴軌道上の流速分布を表す図である。 （ａ）および（ｂ）は実施例２における送風時と無送風時の液滴の飛翔の様子を表す図である。 （ａ）は本発明の第３の実施形態を適用した実施例３に係る液体吐出ヘッドの側断面図、（ｂ）および（ｃ）は（ａ）の液体吐出ヘッドの下部の構成の２例を示す分解斜視図である。 （ａ）〜（ｅ）は実施例３における第２の偏向電極板の作製工程を示す図である。 （ａ）および（ｂ）は実施例３における第２の偏向電極板の２例を示す平面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の第３の実施形態を適用した実施例４に係る液体吐出ヘッドの排出口の流量特性を表すグラフである。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の第３の実施形態を適用した実施例５に係る液体吐出ヘッドの排出口の流量特性を表すグラフである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。以下では、色材成分を有するインクを吐出することで記録媒体に記録を行うインクジェット記録装置に本発明を適用した場合について説明する。しかし本発明は、コンティニュアス型の液体吐出装置に広く適用できるものである。

なお、本発明の「液体」とは、記録媒体上に付与されることによって、画像、模様、パターン等の形成または記録媒体の加工、あるいはインクの処理（例えば記録媒体に付与されるインク中の色剤の凝固または不溶化）に供され得る液体を表すものとする。また、その液体の「付与」とは、文字，図形等有意の情報を形成することを目的とする場合のみを含むものではない。すなわち、有意無意を問わず、また人間が視覚で知覚し得るように顕在化したものであるか否かを問わず、広く媒体上に画像、模様、パターン等を形成する、または媒体の加工を行う場合も表すものとする。さらにその付与の対象となる「媒体」とは、一般的な記録装置で用いられる紙のみならず、広く、布，プラスチック・フィルム，金属板，ガラス，セラミックス，木材，皮革等、液体を受容可能なものも表すものとする。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態を説明する。なお、ここでは液体であるインクを吐出するノズルを２次元状に配列してなる液体吐出ヘッドを用いる場合について例示するが、２次元状にノズルを配列してなる液体吐出ヘッドあるいは単一のノズルを有する液体吐出ヘッドを用いる場合にも適用が可能である。

図１は、本実施形態の液体吐出ヘッド（以下、単にヘッドとも言う）を搭載した液体吐出装置のシステム概要図である。図示の液体吐出装置は、インクタンク１、加圧ポンプ２、加振機構３、ヘッド４、ガター５、回収ポンプ６、インク調整部７、第１の制御部（流入制御手段）１１、第２の制御部（流出制御手段）１２、第１のポンプ１３および第２のポンプ１４を有している。

図２（ａ）および（ｂ）は、図１におけるヘッド４の詳細な構成をそれぞれ示す斜視図および分解斜視図である（ただし、ガター５は図示していない）。また、図３（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、ヘッド４の内部構造を拡大して模式的に示す断面図および上面図である。まず、これらの図を参照して本実施形態のヘッド４の構成を詳細に説明する。ヘッド４は、共通液室１００に貼り合わされたオリフィスプレート１０１、帯電電極板１０２、第１の偏向電極板１０３、第２の偏向電極板１０４、ガター５、送風板８、排気板９、絶縁ガスケット２０１および２０２を有している。ヘッド４の構成部材はいずれも板状形状を有しており、これらはインクの吐出ないし飛翔方向に積層されている。

オリフィスプレート１０１には、インクを吐出するノズルが第１の主軸および第２の主軸に沿って、２次元状に複数形成されている。帯電電極板１０２には、吐出されたインクが通過する貫通孔が設けられ、さらに貫通孔の側壁には電極が形成されている。電極は配線に接続され、個別に帯電電圧を印加することができるようになっている。

第１の偏向電極板１０３には、吐出されたインクが通過する貫通孔が設けられている。第１の偏向電極板１０３には電極が形成されているが、電極の形成位置は、貫通孔の側面および第２の偏向電極板１０４と対向する面のいずれかでもよいし、あるいはその双方であってもよい。第１の偏向電極板１０３の電極は、帯電電極板１０２の電極とは異なり、個別に電圧を印加する必要がない。従って、各貫通孔に対応する電極は、同電位になるように配線によって互いに接続されていてもよい。また、第１の偏向電極板１０３を導電性部材で作製することによって部材全体が同電位となるようにすることで、当該電極板内の電極や配線のパターニングを省略することもできる。

第２の偏向電極板１０４には、吐出されたインクが通過する貫通孔が設けられ、その側壁には電極が形成されている。第２の偏向電極板１０４の電極も、帯電電極板１０２の電極部とは異なり、個別に電圧を印加する必要がない。従って、すべて同電位になるように電極間は配線によって接続されている。第２の偏向電極板１０４には、絶縁性部材に導電性部分をパターニングすることにより作製することによって電極や配線が形成される。これにより、液滴飛翔路の貫通孔は、液滴軌道に対称な形状とするとともに、電場を非対称に形成することができる。このことは、電場による偏向と送風による液滴の安定な飛翔を両立させる上で重要である。

なお、以上とは逆に、第１の偏向電極板１０３を絶縁性部材に導電部をパターニングすることにより作製し、第２の偏向電極板１０４を導電性部材で作製しても、同様に液滴の飛翔軌道に非対称な電場を形成できる。あるいは、絶縁性部材に導電部をパターニングすることにより、これら偏向電極板の双方の電極を作製してもよい。さらに、第２の偏向電極板１０４を多孔質部材で作製することにより、ガター５と兼用するようにしてもよい。

次に、本実施形態の液体吐出装置の動作を説明する。インクタンク１に貯えられたインクは、加圧ポンプ２によって加圧され、ヘッド４に供給される。ヘッド４に供給されたインクは、加振機構３によって振動を与えられ、共通液室１００を通り、ノズル１１１から吐出される。ノズル１１１から吐出されたインクは、１ｍｍ程度飛翔すると、液柱から液滴に分裂する。帯電電極板１０２はこの液滴に分裂する位置で貫通孔を通過するように設置されている。液滴への分裂時に電極に電圧が印加されていると液滴は帯電し、電圧が印加されていないと液滴は帯電しない。従って、記録媒体に記録すべきデータにあわせ、記録に使用する液滴は帯電させず、記録に用いない液滴は帯電するように、帯電電極への印加電圧を制御する。その後、帯電していない液滴（以下、記録液滴とも言う）は直線的に飛翔し、記録媒体へと着弾する。第１の偏向電極板１０３と第２の偏向電極板１０４との間には電圧が印加されており、帯電した液滴（以下、非記録液滴とも言う）はこれら２つの偏向電極板を通過する際に電場によって偏向される。偏向した非記録液滴はガター５によって回収される。回収されたインクは、回収ポンプ６によって吸引され、インク調整部７で塵埃の除去や粘度調整を行った後、再び加圧ポンプ２によって加圧され、記録のためにヘッド４へと循環される。

インクは、これを帯電させるために導電性のものが使用される。従って、循環するインクによって、ガター５とオリフィスプレート１０１とは導通した状態となる。ここで、第２の偏向電極板１０４は回収液滴と導通してしまう場合が多い。そこで、供給インク、帯電電極、偏向電極への電圧の印加の態様は、供給インクおよび第２の偏向電極板１０４の電圧を０Ｖ（ＧＮＤ）とし、帯電電極および第１の偏向電極へ電圧を印加するようにすることが好ましい。

ここで、本実施形態における空気の流れについて説明する。第１のポンプ１３は第１の制御部１１を介して送風板８に、第２のポンプ１４は第２の制御部１２を介して排気板９に、それぞれ接続されており、各制御部は空気の流量あるいは圧力を制御している。ヘッド４の各構成部材が積層され、かつそれぞれの貫通孔が連通するよう構成されていることにより、液滴飛翔路１１８を画成する通路が形成される。積層された各構成部材は、隙間から空気が漏れないようにシールされている。送風板８には空気供給路１２１および各液滴飛翔路１１８に対応した空気入口１１５が、排気板９には空気排出口１１６が設けられている。各液滴飛翔路１１８において、空気入口１１５から液滴飛翔路１１８を画成する通路の内側に供給された空気は層流を形成し、空気排出口１１６から排出される。排出された空気は排出板９の空気回収路１１９を通って第２の制御部１２に導かれ、第２のポンプ１４で吸引される。液滴飛翔路１１８で層流が形成されるためには、液滴飛翔路は凹凸が少なく、直線状であることが好ましい。また、記録液滴の軌道は液滴飛翔路１１８の中心軸にある一方、空気入口１１５および空気排出口１１６は、それぞれ、液滴飛翔路の中心軸に対して対称に形成されていることが好ましい。これは、空気入口１１５や空気排出口１１６を出入りする空気の流れによる液滴の飛翔軌道のよれの影響を少なくするためである。

一般に、ニュートン流体において、層流が形成されている時、流路抵抗Ｒの管路を流れる流量Ｑの流体の圧力損失ΔＰは、
ΔＰ＝Ｒ×Ｑ ・・・式（１）
と表される。

さらにＲを具体的に表すに、円管流路の場合、管路半径をａ、管路長さをＬ、流体の粘度をμとすると、Ｈａｇｅｎ−Ｐｏｉｓｅｕｉｌｌｅの式により、
Ｒ＝８μＬ／（πａ⁴） ・・・式（２）
となる。

また、このとき平均流速ｖ_aveは、
ｖ_ave＝Ｑ／（πａ²） ・・・式（３）
と表され、最大流速ｖ_maxは、円管の中心軸上の流れに生じ、
ｖ_max＝２ｖ_ave ・・・式（４）
である。

ここで、図４（ａ）に示すように、第１の制御部１１、第２の制御部１２、空気入口１１５および空気排出口１１６の各部での空気の圧力を、それぞれ、Ｐ₁、Ｐ₂、Ｐ₃および圧力をＰ₄とし、記録液滴出口１１７の外側の圧力をＰ₀とする。また、第１の制御部１１から空気入口１１５までの流路の流路抵抗をＲ₁（Ｐａ・ｓ／ｍ³）、流量をＱ₁（＝Ｑ_in）、空気排出口１１６から第２の制御部１２までの流路の流路抵抗をＲ₂、流量をＱ₂とする。さらに、空気入口１１５から空気排出口１１６までの流路の流路抵抗をＲ₃、流量をＱ₃、空気排出口１１６から記録液滴出口１１７までの流路の流路抵抗をＲ₄、流量をＱ₄とする。

記録液滴出口１１７に記録媒体からの空気の流入が無い条件はＱ₄≧０である。特に、空気の流出も流入が無い条件はＱ₄＝０である。第１の制御部１１および第２の制御部１２が流量制御部として構成されている場合、液滴飛翔路中での所望の空気の流速が得られる流量Ｑ₃をＱ₀とすると、第１の制御部１１および第２の制御部１２での流量の値をＱ₁＝Ｑ₂＝Ｑ₀と設定すれば、Ｑ₄＝０とすることができる。

各部の圧力と流量には以下の関係が成り立っている。

Ｐ₁−Ｐ₃＝Ｑ₁×Ｒ₁ ・・・式（１−１）
Ｐ₃−Ｐ₄＝Ｑ₃×Ｒ₃ ・・・式（１−２）
Ｐ₄−Ｐ₂＝Ｑ₂×Ｒ₂ ・・・式（１−３）
Ｐ₄−Ｐ₀＝Ｑ₄×Ｒ₄ ・・・式（１−４）
Ｑ₁＝Ｑ₃ ・・・式（１−５）
Ｑ₃＝Ｑ₂＋Ｑ₄ ・・・式（１−６）
そこで、第１の制御部１１および第２の制御部１２が圧力制御部として構成されている場合、Ｑ₄＝０とするためには、上式（１−１）〜（１−６）の連立に解いて整理すると、
Ｐ₁＝Ｐ₀×（Ｒ₁＋Ｒ₂＋Ｒ₃）／Ｒ₂−Ｐ₂×（Ｒ₁＋Ｒ₃）／Ｒ₂・・・式（１−７）
が成り立つように、Ｐ₁およびＰ₂を設定すればよいことがわかる（逆流が無い条件は「＝」を「≧」に置き換えた形となる）。さらに、液滴飛翔路中での所望の空気の流速が得られるＱ₃をＱ₀とすると、Ｐ₁およびＰ₂をそれぞれ、
Ｐ₁＝Ｐ₀＋Ｑ₀×（Ｒ₁＋Ｒ₃）・・・式（１−８）
Ｐ₂＝Ｐ₀−Ｑ₀×Ｒ₂・・・式（１−９）
とすればよいことがわかる。

次に、本実施形態のようにノズルが複数設けられたヘッドにおいて、各ノズルに対応する記録液滴出口１１７から記録媒体へと流出する空気により、ヘッドのノズル形成面と記録媒体との間に流れが生じ、記録液滴の飛翔方向がずれてしまう影響について計算する。ここで、ヘッド４に配列されるノズル数をｎ個とする。各記録液滴出口１１７から流出した空気は、最終的にはヘッド外縁部から周囲の大気に放出される。従って、ヘッド外縁部付近のノズルからの記録液滴が最もこの空気の流れの影響を受ける一方、ヘッド中央付近のノズルからの記録液滴はあまり影響を受けないと考えられる。そこで、ヘッド外縁付近の記録液滴出口１１７から吐出された液滴が記録媒体に着弾するまでの間に、どの程度飛翔方向がずれるかを計算する。

各部の変数を図４（ｂ）に基づいて説明する。記録液滴出口１１７から記録媒体へと流出する空気の総量はｎ×（Ｑ₁−Ｑ₂）である。ヘッド下端面１２２（記録液滴出口１１７が形成されている面）から記録媒体までの距離をｔ_h、ヘッド下端面１２２の外周長をｌ_hとすると、ヘッド外縁部付近の空気の流れはヘッド下端面に平行で、その平均速度ｖ_aは、
ｖ_a＝ｎ×（Ｑ₁−Ｑ₂）／（ｔ_h×ｌ_h）・・・式（１−１０）
と表される。

ここで、吐出される液滴の量は数ｐｌ、液滴速度は１０ｍ／ｓ程度であり、レイノルズ数（Ｒｅ）は１程度とする。この場合、飛翔する液滴が受ける抗力は速度に比例する領域（Ｓｔｏｋｅｓ領域）であると考えられる。ここで、記録液滴軌道上で、液滴のヘッド下端面１２２との交点を原点とし、記録媒体へ向かう方向を正とする軸をｘ軸とする。また、ｘ軸と原点で交わり、ｘ軸に垂直で、ヘッド外縁に向かう空気の流れの方向を正とする軸をｙ軸とする。液滴のｘ方向の速度成分をｖ_x、ｙ方向の速度成分をｖ_yとした場合に、液滴の運動方程式は以下のようになる。ただし、液滴は十分に小さく重力の影響が無視できるとする。

ただし、

である。μは空気の粘性係数（常温で１．８０５×１０^-5Ｐａ・ｓ）、ρ_iは液滴の密度、ｄ_iは液滴の直径である。

上記の運動方程式を解くと、

となる。

式（１−１３）において、ｘ＝ｔ_hのときのｙが記録媒体に着弾したときの液滴の着弾ずれ量Δｙであるから、

となる。

例えば、ノズル数ｎが２４０００個、ヘッド面の寸法が５００ｍｍ×１００ｍｍ（ｌ_h＝１２００ｍｍ）、ヘッド下端面１２２から記録媒体までの間隔ｔ_hが１ｍｍのヘッドで、液滴の直径ｄ_iが２０μｍ、液滴密度ρ_iが１０００ｋｇ／ｍ³とした場合について計算する。

図４（ｃ）は、ヘッド下端面１２２通過時の液滴速度ｖ_outを１０ｍ／ｓ、単位時間当たりの流量をＱ１＝３．５３×１０^-7ｍ³／ｓ（液滴飛翔路１１８直径ｄ＝φ３００μｍで、中心流速１０ｍ／ｓ）とした場合の、Ｑ２／Ｑ１を変えた時のΔｙを計算した結果を示す。Ｑ２／Ｑ１＝０．８の時にΔｙ＝６．０μｍ、Ｑ２／Ｑ１＝０．７の時にΔｙ＝９．１μｍとなった。記録解像度を１２００ｄｐｉ（ドット数／インチ；参考値）とした場合、液滴の着弾精度は６μｍ程度に抑える必要がある。従って、Ｑ２／Ｑ１は０．８以上であることが好ましいことがわかる。このΔｙの値は、式（１−１４）に基づき、ヘッドのサイズや解像度、液滴のサイズなどの値によって変化するが、１２００ｄｐｉ以上の高精細プリンタであれば、少なくともＱ２／Ｑ１は０．８以上であることが好ましい。

ｓ＝Ｑ₂／Ｑ₁とおき、式（１−１）〜式（１−６）を解くと、式（１−８）および式（１−９）は、それぞれ、
Ｐ₁＝Ｐ₀＋Ｑ₀×（Ｒ₁＋Ｒ₃＋（１−ｔ）Ｒ₄）・・・（１−８）’
Ｐ₂＝Ｐ₀−Ｑ₀×（−ｔＲ₂＋（１−ｔ）Ｒ₄）・・・（１−９）’
と変形される。

ｔ＝１の場合は、式（１−８）’および式（１−９）’は、それぞれ、式（１−８）および式（１−９）と一致する。従って、逆流がなく、かつ、記録精度に影響を与えない実数ｔの範囲として、０．８≦ｔ≦１の範囲で、式（１−８）’および式（１−９）’に基づいて、Ｐ１およびＰ２を設定すればよい。

ここで、空気の流れの様子や吐出後の記録液滴の飛翔状態を汎用流体解析ソフトウェアＦＬＵＥＮＴ（ＡＮＳＹＳ社）を用いて解析を行った。図３（ａ）の構成において、各部の寸法を以下のようにする。ノズル１１１から空気入口１１５開口面までの距離は７５０μｍ、空気入口１１５開口面から空気排出口１１６開口中心面までの距離は２２９５μｍ、空気排出口１１６開口中心面から記録液滴出口１１７までの距離は２９５μｍである。また、ノズル１１１から空気入口１１５までは流路径４０μｍ、空気入口１１５から記録液滴出口１１７までは流路径３００μｍの円筒形流路となっており、記録液滴の軌道が円筒流路の中心軸と一致するように、ノズル１１１に位置決めされている。空気入口１１５は、内径５０μｍ、外径１００μｍのリング状で、インクの飛翔方向と同方向に開口している。一方、空気排出口１１６は、液滴飛翔路の円筒側面に高さ１０μｍのリング状に形成されている。

図５（ａ）は、空気入口１１５からの流量および空気排出口１１６への空気の流量をともに２．８×１０^-7ｍ³／ｓとして、空気の流れのシミュレーションを行った結果を示すし、円筒形流路中に層流が形成されているのがわかる。空気排出口１１６から記録液滴出口１１７までの流れをより詳しく示したものが図５（ｂ）である。図５（ｃ）は記録液滴軌道上の空気の軌道軸方向の速度を示している。ノズルからの距離１ｍｍ付近で、約１２ｍ／ｓの流れが発生し、空気排出口１１６付近では８ｍ／ｓ程度となっている。空気排出口１１６を過ぎると、流速は大幅に減少し、記録液滴出口１１７付近では流れはほぼ０（０．１ｍ／ｓ以下）になっている。空気入口１１５付近から流速が低下していくのは、空気入口１１５が液滴飛翔軌道に近いところに設置されているので、はじめは流れが中心付近に集中しているのに対し、流れが徐々に発達すると理想的な放物線状の速度分布に近づいていくためであると考えられる。また、空気流の発生位置がノズルから１ｍｍ程度のところにあるため、吐出された液柱には風の影響を与えず、液滴に分裂した直後に空気の流れに乗せることができるようになっている。

また、空気排出口１１６下流で記録液滴出口１１７に向かって流れが発生しており、さらに空気排出口１１６付近では反転した流れが発生しているが、記録液滴出口１１７付近では流れはほぼ０になっている。しかしながら、空気排出口１１６下流で見られる反転流が空気排出口１１６から記録液滴出口１１７までの距離よりも大きければ、Ｑ₁＝Ｑ₂＝Ｑ₃であってＱ₄＝０となっていても、記録液滴出口１１７から空気が流出してしまう。同時に、流出量と同量の空気が流入する。これを防ぐためには、反転流に対して、空気排出口１１６から記録液滴出口１１７までの距離が十分に大きい必要がある。反転流の大きさは、流量や管径に依存すると考えられる。

図６（ａ）は、流量を０．７×１０^-7ｍ³／ｓ、１．４×１０^-7ｍ³／ｓ、２．１×１０^-7ｍ³／ｓ、２．８×１０^-7ｍ³／ｓ、４．２×１０^-7ｍ³／ｓとして、それぞれシミュレーションを行い、記録液滴軌道上の空気の軌道軸方向の速度をグラフにしたものである。いずれの場合も、空気排出口１１６を過ぎると流速が大幅に減少している。しかしながら、流量が４．２×１０^-7ｍ³／ｓの場合には、記録液滴出口１１７での流速は１．２ｍ／ｓ程度となり、若干の空気の流出が見られる。このときの記録液滴出口１１７付近の空気の速度ベクトルを表したものが図６（ｃ）である。反転流が大きいため、記録液滴出口１１７で空気の流出および流入が起こっているのがわかる。流入している空気の流速は０．３ｍ／ｓ程度である。

また、図６（ａ）のグラフにおいて、空気排出口１１６付近に比べて空気の流速が５％に低下する点での気排出口１１６からの距離をプロットしたものが図６（ｂ）である。これは、ほぼ反転流の大きさを表していると考えられ、流量と反転流の大きさにはほぼ直線関係があることがわかる。反転流の大きさをｌ_rとし、流量をＱとしたとき、ｌ_rとＱは近似的に以下の式で表すことができる。

ｌ_r＝５００Ｑ＋９×１０^-5・・・（１−１５）
次に、図７（ａ）は、流量を１．４×１０^-7ｍ³／ｓ、液滴飛翔路１１８の径を２５０μｍ、３００μｍ、３５０μｍとしてシミュレーションを行い、記録液滴軌道上の空気の軌道軸方向の速度をグラフにしたものである。液滴飛翔路１１８の径が小さいほど、空気排出口１１６から記録液滴出口１１７までの間での速度低下が大きいことがわかる。グラフにおいて、空気排出口１１６付近に比べて空気の流速が５％に低下する点での空気排出口１１６からの距離をプロットしたものが図７（ｂ）である。これにより、反転流の大きさと液滴飛翔路１１８の直径とにはほぼ直線関係があることがわかる。反転流の大きさをｌ_rとし、液滴飛翔路１１８の直径をｄとしたとき、ｌ_rとｄは近似的に以下の式で表すことができる。

ｌ_r＝０．６ｄ−２×１０^-5・・・（１−１６）
式（１−１５）および式（１−１６）をもとに、ｌ_rをｄおよびＱの関数として書き下すと、
ｌ_r＝ＣｄＱ＋（−１．４×１０^-7Ｃ＋０．６）ｄ＋（−３×１０４Ｃ＋５００）Ｑ
＋（−４．２×１０^-11Ｃ＋２．７×１０４） ・・・（１−１７）
となる。ただし、Ｃは定数である。この定数Ｃを決定するために、さらにｄ＝３２０μｍ、Ｑ＝０．７×１０^-7ｍ³／ｓの条件でシミュレーションを行い、空気排出口１１６付近に比べて空気の流速が５％に低下する点での気排出口１１６からの距離を求めたところ、ｌ_r＝１．３５×１０４ｍとなった。この条件を式（１−１７）に代入し、Ｃを求めると、
Ｃ＝４．２４×１０⁶・・・（１−１８）
となった。

このＣの値を代入すると、反転流の大きさｌ_rは、以下の式によって表される。
ｌ_r＝４．２４×１０⁶ｄＱ＋０。００６６ｄ−７７０Ｑ＋９．２×１０^-5
・・・（１−１４）
このｌ_rに比べて、空気排出口１１６から記録液滴出口１１７までの区間の距離を大きくすることで、記録液滴出口１１７からの空気の流出と流入を防ぐことができる。空気排出口１１６から記録液滴出口１１７までの区間の距離とは、記録液滴軌道に垂直で空気排出口１１６の重心を通る平面と記録液滴軌道との交点から記録液滴軌道に垂直で前記記録液滴出口１１７の外端を通る平面と前記記録液滴軌道との交点までの距離を表す。

本実施形態では、管径ｄが一定な円管流路に関して計算を行ったが、管径が一定でない場合には、ｄとして空気排出口１１６から記録液滴出口１１７までの間の平均直径を用いればよい。また、液滴飛翔路１１８の断面形状が円管でない場合には、円管相当直径をｄとする。円管相当直径は、４×（流路断面積）／（流路断面の濡れ辺長）で計算することができる。

また、本実施形態では、流路抵抗の計算に円管流路の場合を例にとり、Ｈａｇｅｎ−Ｐｏｉｓｅｕｉｌｌｅの式を用いたが、その他の形状の断面の流路に関しても、計算あるいはシミュレーションあるいは実験等によって求めた流路抵抗を適用することが可能である。これは、以下に述べる他の実施形態および実施例に関しても同様である。

以上のように、第１の制御部１１および第２の制御部１２の設定を行えば、隣接するノズルから排出される空気の流れの影響により液滴の飛翔軌道がずれるのを抑制することができる。また、記録液滴出口１１７からのヘッド内への空気の流入を防ぐことができる。これにより、紙粉や記録媒体で液滴が衝突する際に生じる「跳ね返りミスト」をヘッドに吸い込むのを防ぐことができる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態を説明する。なお、本実施形態でもノズルを複数設けた液体吐出ヘッドを用いる場合について説明するが、単一のノズルを有する液体吐出ヘッドを用いる場合にも適用が可能である。

図８（ａ）は本実施形態に係る液体吐出ヘッドの側断面図であり、上記第１の実施形態と同様に構成できる部分については対応箇所に同一の符号を付してある。図８（ｂ）および（ｃ）は、ヘッド下部の構成の２例を示す分解斜視図であり、液滴飛翔路１１８の形状を奥行き方向（第２の主軸方向）に延在するスリット状（図８（ｂ））、あるいは通過する液滴列ごとに対応する個別貫通孔（図８（ｃ））としたものである。なお、以下の説明では、後者（図８（ｃ））の場合について述べる。

本実施形態では、図９（ａ）に示すように記録液滴出口１１７に絞り部２０３が設けられ、流路幅が狭くなっている。また、空気排出口１１６は、絞り部２０３の上流に設けられ、液滴飛翔路に向かい合うように開口している。それ以外の構成は第１の実施形態と同様である。上述した第１の実施形態の図７（ｂ）の結果からわかるように、空気排出口１１６から記録液滴出口１１７までの管径を狭くすると、流路抵抗が大きくなり、反転流を小さくできる。また、図４（ａ）と同様に、各部の圧力、流路抵抗、流量を置く。Ｑ₄≠０の条件で、（１−１）〜（１−６）の流路方程式を解くと、Ｑ₄は以下のように表される。

絞り部２０３を設けるということは、Ｒ₄を大きくすることに相当する。Ｒ₄が大きくなるとＱ₄は小さくなる。これは、第１の制御部１１および第２の制御部での圧力が、最適値からずれてしまった場合に、発生するＱ₄を小さくできることを表している。

なお、図９（ｂ）に示すように、空気排出口１１６は絞り部２０３内に配置されていてもよい。また、図９（ｃ）に示すように液滴飛翔路１１８を形成する部材をテーパー計上とし、流れに乱れが生じにくくなるようにしてもよい。

また、図１０（ａ）〜（ｃ）に示すように、液滴の飛翔方向を正とした液滴飛翔軌道の方向ベクトルをベクトルα、排出する空気の流れの方向を正とした空気排出口１１６の開口の法線ベクトルをベクトルβとし、それらのなす角度を考える。この２つのベクトルのなす角度が大きいほど、液滴飛翔路１１８の空気の流れは、空気排出口１１６に入る際に大きく方向を変えなければならない。これは、液滴飛翔軌道の空気の流れを乱す要因となり、また第１の実施形態で説明した反転流を大きくしてしまう要因ともなる。そこでベクトルαとベクトルβとのなす角はなるべく小さい方がよく、少なくとも９０度以内であることが好ましい。図１０（ａ）は９０度のときを表しており、９０度よりも角度が大きくなってしまうと、空気排出口１１６はノズル１１１の方ではなく、むしろ記録液滴出口１１７の方を向くようになる（図１０（ｃ）は１８０度のときを表している）。特に、図１０（ｂ）に示すように空気排出口１１６の開口を液滴飛翔路に向かい合うように配置すると、ベクトルαとベクトルβとのなす角は０°となり、反転流を最も軽減できる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態として、複数のノズルを配列してなる液体吐出ヘッドに好適な送風板８あるいは排気板９の構成について述べる。ここでは、第２の実施形態と同様の構成において排気板９に本発明を適用した場合を例示するが、送風板８に関しても、圧力の大きさが異なるだけで、構成や計算は同様のものを用いることができる。

図１１（ａ）は、本実施形態における排気板９の上面図を示す。各ノズルからの記録液滴は、液滴飛翔路１１８を紙面垂直方向に通過して、記録媒体へと向かう。一方、送風板８から供給された空気は、液滴飛翔路１１８の周囲に設けられた空気排出口１１６から排気板９に回収される。ここでは、回収された空気は、排気板支流３０２を通り、さらに排気板本流３０１を通って第２の制御部１２に至る。排気板支流３０２は排気板内部が排気板隔壁３０３によって仕切られることによって形成され、ノズル列毎に空気を通過させるようになっている。排気板隔壁３０３には、内部の空気の圧力に対抗して構造を保持する機能と渦をできにくくする整流の機能との２つの機能を果たす。各ノズル列からの排気板支流３０２は、排気板本流３０１へと合流する。排気板本流３０１はヘッドの側面に配置できるため、大きさに設計上制約が少なく、流路抵抗を十分に小さくすることができるので、流路抵抗を下げる上では限界がある。従って、空気排出口１１６から第２の制御部１２までの流路抵抗は、主に、空気排出口１１６および排気板支流の流路抵抗による。ここで、各部の流路抵抗を以下のように設定し、流量を計算することとする。

図１１（ｂ）は、１本の排気板支流３０２だけ取り出して示す。各空気排出口での流路抵抗をｒ、隣合う空気排出口１１６の間の排気板支流３０２の流路抵抗をＲとする。この排気板支流３０２の流路抵抗Ｒは以下のように計算することができる。まず、矩形断面の流路とし、断面の幅をｗ_out、高さをｈ_out、空気排出口１１６の間隔をｌ_pout、中を流れる空気の速度をｖ_outcとする。また、空気の密度をρ、粘度をμとする。
円管相当直径を４ｍ_outとすると、

と表される。また、管のレイノルズ数Ｒｅは、

と表される。このＲｅの大きさにより、管摩擦係数λは以下のように分かれる 。

λ＝０．３１６４Ｒｅ^-1/4 （Ｒｅ＞３０００）・・・（３−３）
λ＝５６．９／Ｒｅ （Ｒｅ＜３０００）・・・（３−４）
隣り合う空気排出口１１６間の圧力損失をΔＰ_outcとすると、

となる。ここで、Ｒｅ＜３０００なら、λ＝５６．９／Ｒｅであるので、

となる。平均流速は、

従って、

となり、流路抵抗Ｒは、

となる。

空気排出口１１６での圧力損失ｒを計算する。空気排出口の形状は、内半径ｒ_1out、外半径ｒ_2outのリング状とし、厚さｔ_outの多孔質となっているとする。多孔質のポア径をｄ_out、多孔度をｐｏ_outとする。多孔質にするのは排気板９内に塵埃が混入するのを防ぐとともに、排出口１１６での流路抵抗を高くし、排気板支流３０２の上流の排出口１１６と下流の排出口１１６での流量差を軽減するためである。

多孔体をポア径ｄ_outの円管の束であると近似すると、第１の実施形態で述べたＨａｇｅｎ−Ｐｏｉｓｅｕｉｌｌｅの式（１）および式（２）を用いて、空気排出口１１６での流量Ｑと圧力損失ΔＰ_outpの間には、

の関係が成り立つ。従って、空気排出口１１６での流路抵抗ｒは、

となる。

次に、図１１（ｂ）の流路の流れについて、等価回路を用いて計算を行う。排気板本流３０１での圧力損失は無視できるほど小さいとし、第２の制御部での圧力Ｐ₂を電圧に置き換えてＶとし、流量を電流に置き換えてＩとする。さらに、１本の排気板支流３０２にはｎ個の空気排出口１１６が対応するものとし、排気板本流３０１に最も近い空気排出口１１６を１番として順番に番号をつけ、ｋ番目の排出口１１６を通過する空気の流量を電流に置き換えて、ｉ_kと表すものとする。これらを用いて、図１１（ｂ）の流路を等価回路で表すと、図１１（ｃ）に示すようになる。

図１１（ｃ）の等価回路について、回路方程式を立てると以下のようになる。

・・・

上の回路方程式を整理すると、次の３項間漸化式となる。

ここで、初期条件、

のもとで漸化式を解くと、解は以下のようになる。

ただし、

これにより、ｋ番目の排出口１１６での流量ｉ_kを、各部の流路抵抗ｒ，Ｒと、第２の制御部１２での圧力（＝電圧Ｖ）を用いて表すことができた。ｉ_kは、係数をＡ、Ｂとしたαとβの指数関数の線形和となっている。この関数は単調減少関数であり、排気板本流３０１から遠い空気排出口１１６ほど流量は少なくなる。また、αとβの式から、αは１より大きな正の数、βは０より大きく１未満の数であることがわかる。さらに、Ｒ／ｒが０に近づくほど、すなわち、排気板支流３０２の抵抗に比べて空気排出口１１６の抵抗が大きいほど、α、βはともに１に近づく。このとき、ｉ_kがｋによらずほぼ等しい値になり、排気板支流３０２の上流の排出口１１６と下流の排出口１１６での流量差が小さくなる。

空気排出口１１６での流量がノズル毎に異なると、液滴飛翔路での空気の流速にばらつきが生じ、記録液滴の着弾時間に誤差が生じてしまう。これは、着弾精度を低下させる原因となるため、空気排出口１１６での流量のばらつきが小さいことが好ましい。そのためには、排気板支流３０２の抵抗に比べて空気排出口１１６の抵抗を大きくすることが有効であることが以上の計算からわかる。

さらに、空気排出口１１６間の流量のばらつきを軽減する方法を説明する。各空気排出口１１６から排気板支流３０２と排気板本流３０１の合流点までの流路抵抗がすべて等しくなるように、各空気排出口１１６の流路抵抗を調節する。すなわち、ノズルｋの流路抵抗が、
ｒ_k＝ｒ₁−（ｋ−１）Ｒ ・・・（３−２３）
となるようにｒ_kを決定する。このとき、排気板支流３０２の排気板本流３０１との合流点での流量はＶ／（Ｒ＋ｒ₁／ｎ）、各空気排出口１１６での流量はＶ／（ｎＲ＋ｒ₁）となり、各空気排出口１１６での流量はみな等しくなる。具体的に各空気排出口１１６の流路抵抗を最適な値にするには、外半径ｒ_2outや内半径ｒ_1outの寸法を空気排出口１１６ごとに適切な値にすればよい。

なお、本実施形態では、２次元状に配列されたノズルを１次元の列毎に分けた構成について述べたが、排気板隔壁３０３の構成が異なり、排気板支流３０２が直線状に分かれていないものに関しても、同様の考え方を適用することができる。また、１次元状にノズルが配列された構成に関しては、排気板支流３０２が１本だけある場合として計算が可能である。

以下、本発明のより具体的な実施例を説明する。

（実施例１）
本発明の第１の実施例は、第１の実施形態で述べた図３（ａ）に示す構成に基づいており、各部の寸法は第１の実施形態と同様である。本実施例の液体吐出装置の運転条件例を挙げる。ノズル径は７．４μｍ、加圧ポンプ２の圧力は０．８ＭＰａとなっているものとする。また、加振機構３の振動数は５０ｋＨｚ程度である。この場合、液滴量は４ｐｌ、吐出速度は１０ｍ／ｓ程度となる。

図１２（ａ）は、第１の実施形態において図５に示した空気入口１１５からの流量および空気排出口１１６への流量をともに２．８×１０^-7ｍ³／ｓとした空気の流れの中に、１００μｍ離れた２つの液滴を初速１０ｍ／ｓで吐出させた場合の液滴の挙動を示す。２つの液滴間隔がほとんど変わらず、空気の流れに乗ってほぼ等速度で飛翔していることがわかる。一方、図１２（ｂ）は、空気の流れを与えなかった場合の２つの液滴の飛翔の様子を示している。液滴が空気抵抗によって減速していき、また、先頭液滴と後続液滴で空気抵抗の影響が異なるため、２００μｓで先頭液滴が後続液滴に追いつかれてしまっている。

第１および第２の制御部１１，１２が流量制御部である場合には以上のように流量を設定値にすればよい。また、第１および第２の制御部１１，１２が圧力制御部である場合には、以上の圧力に、第１の制御部１１から空気入口１１５までの流路抵抗、第２の制御部１２から空気排出口１１６までの流路抵抗による圧力損失を設定値に加味したものにすればよい。

（実施例２）
本発明の第２の実施例は、第２の実施形態における図８（ａ）の構成をより具体化したものである。

液体吐出ヘッドの作製
まず、本実施例の液体吐出ヘッドの作製方法について説明する（他の実施例の液体吐出ヘッドに関しても、本実施例で述べる作製方法と同様の作製方法で作製することができる）。まず、オリフィスプレート１０１はＳＯＩ（シリコン・オン・インシュレータ）基板をフォトリソグラフィを用いて加工する。ＳＯＩ基板の裏面（ハンドル層）を結晶異方性ウェットエッチングしインク流路を形成し、次に表面（デバイス層）をドライエッチングしてノズル開口を形成する。その後、ＢＯＸ層をエッチングして、流路を貫通させることによって作製することができる。

次に、帯電電極板１０２は、プリント基板にレーザーで貫通孔を作製し、表面をめっき処理した後、配線部をパターニングすることによって作製することができる。第１の偏向電極板１０３は、ＳＵＳなどの金属板のプレスやドリル、レーザー加工によって作製できる。あるいは、絶縁基板にエッチングやレーザーなどで貫通孔を作製し、めっきや蒸着で表面に金属層を成膜してもよい。

次に、図１３を参照して第２の偏向電極板１０４の作製方法を説明する。
図１３（ａ）に示す第１の工程では、第２の偏向電極板１０４の上部を作製するためのマスクをパターニングする。本実施例では第１の基板４０１として、両面研磨した厚さ４００μｍのシリコン基板を使用する。まず、インク回収路１２０および液滴飛翔路１１８をエッチングするためのマスクをパターニングする。ここで、液滴飛翔路１１８は基板を貫通させるのに対し、インク回収路は基板を貫通させないので、２種類のマスクが必要になる。そこで、図のように２段のマスク４０２および４０３を形成する。マスクは、アルミニウムを成膜したものや、シリコン酸化物膜を熱酸化によって成膜したものをフォトリソグラフィによってパターニングすることで形成できる。２段のマスクは、同種の材料で２回のエッチングを行うことによって厚さが部分的に異なるものを作製したり、異種材料によるパターンを積層したりすることで作製することができる。

図１３（ｂ）に示す第２の工程では、液滴飛翔路１１８およびインク回収路１２０を形成する。第１の工程で作製した２段マスクでＩＣＰ−ＲＩＥによってエッチングを行う。インク回収路の上部壁の厚さ（１００μｍ）分液滴飛翔路になる部分をエッチングした後、第２のマスク４０３を除去し、さらに第１のマスク４０２のみでエッチングを行う。エッチング後、第１のマスク４０２を除去する。

図１３（ｃ）に示す第３の工程では、第２の偏向電極板１０４の下部を形成する。基板には、両面研磨、厚さ５００μｍのシリコン基板を使用する。フォトリソグラフィによりマスクをパターニングし、ＩＣＰ−ＲＩＥによってインク回収路１２０および液滴飛翔路１１８をエッチングする。その後、マスクを除去する。

図１３（ｄ）に示す第４の工程では、第２の工程で作製した上部と第３の工程で作製した下部を接続する。位置あわせのためのアライメントマークを、予め各部材を加工するためのマスクに作製しておく。部材の接続には、シリコン表面の直接接合を用いてもよいし、接着剤を用いてもよい。直接接合では、接合が好ましく行われていれば分子同士の共有結合によって接合されるため、非常に高い接合強度が得られる。しかし接合面に塵埃などが付着していると、接合の歩留まりが著しく低下する。接着剤を用いる場合には、エポキシ系接着剤などをディスペンサで塗布し、接着することができる。

図１３（ｅ）に示す第５の工程では、電極４０５および電極間を接続する配線４０４を形成する。斜方蒸着を用いて、上面および液滴飛翔路側壁に金属薄膜を成膜する。金属薄膜には、Ａｕなど耐食性がある金属薄膜が適している。また、基板との密着性を向上させるため、下地層として薄くＴｉなどを成膜しておくとよい。電極はすべて同じ電圧がかけられるように電気的に接続されている必要があるが、個別に電圧を制御する必要はないため、配線のための精細なパターンは必要なく、例えば基板上面が全て成膜された状態でもよい。

次に、ガター５を作製する。本実施例では、厚さ１００μｍ、両面研磨のシリコンウェハを基板に用いる。ガター５の形成方法を図１３（ｆ）を用いて説明するに、第１の工程と同様に２段マスクを形成し、エッチングでインク回収路１２０および液滴飛翔路１１８を形成する。エッチングにはＩＣＰ−ＲＩＥを用いる。エッチング後にマスクを除去する。

以上のようにして作製したガター５を第５の工程で作製した第２の偏向電極板１０４と接続する（図１３（ｇ））。位置合わせのためのアライメントマークを、予め各部材のマスクに作製しておく。部材の接続には、シリコン表面の直接接合を用いてもよいし、接着剤を用いてもよい。直接接合では、接合が好ましく行われていれば分子同士の共有結合によって接合されるため、非常に高い接合強度が得られる。しかし接合面に塵埃などが付着していると、接合の歩留まりが著しく低下する。接着剤を用いる場合には、エポキシ系接着剤などをディスペンサで塗布し、接着することができる。
そして、同様に排気板９をガター５と接続する（図１３（ｈ））。

なお、インク回収路１２０の形状は、奥行き方向（第２の主軸方向）にのびるスリット状とすることができる。また、液滴飛翔路１１８の形状は、奥行き方向（第２の主軸方向）にのびるスリット状（図８（ｂ）、図１４（ａ））、あるいは通過する液滴列毎に対応する個別貫通孔（図８（ｃ）、図１４（ｂ））とすることができる。

本実施例の偏向電極板１０４の作製工程では、第２および第３の工程で各別にエッチングした電極部材を第４の工程で貼り合わせる方法を採用している。これは、エッチングのアスペクト比が高くなると、テーパーが形成されて加工精度が低下したり、エッチングレートが途中で低下したりするのを防ぐためである。電極の貫通孔の径や深さの条件、使用するエッチング装置の仕様にあわせて、１枚の部材で作製することもできるし、逆に、より多くの部材に分けてエッチングを行い、積層や貼り合わせを行うことも可能である。

スリット状貫通孔の形成には、ＩＣＰ−ＲＩＥの代わりにＫＯＨをエッチャントとした結晶異方性ウェットエッチングを使用することもできる。この際には、マスクには、窒化シリコン膜を使用し、基板には表面が（１１０）面であるものを使用する。

斜方蒸着を用いた第２の偏向電極板１０４の作製方法について詳細に説明したが、その他にも以下のような方法がある。Ｓｉ基板に側壁に電極４０５が必要な部分にエッチングを行い、エッチング部をめっきで埋めて電極４０５を形成し、さらに、インク回収路１２０および液滴飛翔路１１８をエッチングするという方法によっても作製することができる。この方法は、エッチング回数が増えて手間がかかるが、液滴飛翔路１１８の開口に比べて電極４０５を形成する深さが深く、斜方蒸着では成膜が困難な場合などに有効である。

本実施例の第２の偏向電極板１０４の作製方法では、基板材料としてシリコンウェハを用いているため、高アスペクト比のエッチングを精度よく実現することが可能である。その他の材料としては、プラスティック材料，セラミック材料などを基板として使用することができる。プラスティック材料を使用した場合には、加工には射出成型などを用い、廉価で軽量な電極板を実現できるというメリットがある。セラミック材料を使用した場合には、焼結などによって作製するが、インクに対する耐食性に優れ、また熱による膨張が少ないというメリットがある。

次に、図１５を参照して排気板９の作製方法を詳細に説明する。図１５（ａ）はシリコン基板である。シリコン基板には、両面研磨したものを用いる。まず、図１５（ｂ）に示す第１の工程では、液滴飛翔路１１８および空気排出口１１６を形成する。フォトリソグラフィによりフォトレジストをパターニングし、ＩＣＰ−ＲＩＥによってエッチングを行う。また、空気排出口１１６での空気抵抗を高くする目的やフィルタ機能を持たせる目的で、空気排出口１１６を多孔質とすることができる。この場合は、まず、液滴飛翔路１１８のみをエッチングしておき、次に改めてフォトリソグラフィを行い、陽極化成によって、多孔質の空気排出口１１６を形成することができる。

図１５（ｃ）は、第２のシリコン基板である。この基板を図１５（ｄ）に示す第２の工程で、マスクを２種類使用し、フォトリソグラフィとＩＣＰ−ＲＩＥによる深彫りエッチングによって、液滴飛翔路１１８、および、空気回収路１１９を形成する。

最後に図１５（ｅ）に示す第３の工程では、第１の基板と第２の基板を貼り合わせる。はり合わせには拡散接合を用いてもよいし、接着剤を用いてもよい。

排気板９は、図１６に示す方法によっても加工可能である。主な工程は図１５の工程とほぼ同様であるが、図１６（ｂ）に示すように、第２の基板の加工において基板周囲をエッチングすることにより、液滴飛翔路１１８の壁が周囲よりも高くなるようにしている。そしてこれを第１の基板（図１６（ａ））と貼り合わせ、図１６（ｃ）のような構造を作製する。これにより、空気排出口１１６へ流入する空気の流れが記録液滴の軌道に影響しにくくなり、液滴の飛翔が安定する。

その他に、図１７に示す方法によっても、排気板９を作製することができる。本作製方法では、第１の基板にＳＯＩ（シリコン・オン・インシュレータ）基板を使用する。図１７（ａ）に示す第１の工程では、第１の基板の表面のエッチングにより液滴飛翔路１１８および空気回収路１１９を形成し、さらに、裏面のエッチングにより、空気回収路１１９および液滴飛翔路１１８を形成する。これらのエッチングはＩＣＰ−ＲＩＥによって行う。その後、ＢＯＸ層をウェットエッチングにより除去する。次に図１７（ｂ）に示すように、第２の基板を貼り合わせ、最後に図１７（ｃ）に示すように、第２の基板をエッチングし、液滴飛翔路１１８を形成する。先に第２の基板をエッチングしておいてから貼り合わせを行ってもよいが、先に貼り合わせを行った方が、貼り合わせ時のアライメントが不要になり、また未加工の基板は塵埃などが付着しにくいので、貼り合わせの歩留まりが高いという利点がある。また、本方法では、ＳＯＩ基板を用いるので、図１５に示した第１の作製方法に比べて空気排出口１１６の厚さを薄くすることができる。そのため、空気排出口での流路抵抗を下げたい場合などには特に有効である。

なお、本実施例では、Ｓｉ基板を用いた排気板９の製法を説明したが、その他にステンレスなど金属材料のプレス加工および接着や樹脂材料の成型によっても作製することができる。また、送風板８は排気板９と似た構成を有しており、同様の方法で作製できる。

以上述べた方法により作製したオリフィスプレート１０１、送風板８、帯電電極板１０２、第１の偏向電極板１０３、および第２の偏向電極板１０４（ガターおよびインク回収路を含む）と排気板９との接合体を図２のように積層することで、ヘッド４が完成する。また、積層の際には、絶縁性のスペーサ兼ガスケットを各部材の間に挟むことにより、部材間の間隔を一定に保つとともに、部材間の絶縁を行い、さらに空気の漏れを防ぐことができる。

また、本実施例では第１の偏向電極板１０３にパターニングを行わずに全体を導体面とし、第２の偏向電極板１０４に電極パターンを形成したが、逆に、第１の偏向電極板１０３にパターニングを行う一方、第２の偏向電極板１０４全体を導体面としてもよい。あるいは、第１の偏向電極板１０３および第２の偏向電極板１０４の双方に電極パターンを形成してもよい。第１の偏向電極板１０３に電極パターンを形成する方法は、第２の偏向電極板１０４の場合と同様とすることができる。

液体吐出ヘッドの動作
以上のように作製された液体吐出ヘッドの動作を説明する。なお、ここでは、通過する液滴列ごとに対応する個別貫通孔（図８（ｃ））の場合について述べる。図８（ａ）の構成において、各部の寸法は以下のように設定する。すなわち、ノズル１１１から空気入口１１５の開口面までの距離は７５０μｍ、空気入口１１５開口面から第１の偏向電極板１０３の上端までの距離は８５０μｍとする。また、第１の偏向電極板１０３の上端から、空気排出口１１６開口面までの距離は１４５０μｍ、空気排出口１１６開口面から記録液滴出口１１７までの距離は２９０μｍである。さらに、ノズル１１１から空気入口１１５までは流路径４０μｍ、空気入口１１５から第１の偏向電極板１０３の上端までは流路径３００μｍ、第１の偏向電極板１０３の上端から空気排出口１１６開口面までは流路径２００μｍとする。そして、空気排出口１１６の開口面から記録液滴出口１１７までは流路径４０μｍの円筒形流路とする。また、記録液滴の軌道が円筒流路の中心軸と一致するように、ノズル１１１に位置決めされている。空気入口１１５は、内径５０μｍ、外径１００μｍのリング状で、インクの飛翔方向と同じ向きに開口している。一方、空気排出口１１６は、内径５０μｍ、外径１００μｍのリング状で、インクの飛翔方向に対向するように開口している。

次に、本実施例の液体吐出装置の運転条件例を挙げる。ノズル径は７．４μｍとなっており、加圧ポンプ２の圧力は０．８ＭＰａとなっている。また、加振機構３の振動数は５０〜１００ｋＨｚ程度である。この場合、液滴サイズは４ｐＬ、吐出速度は１０ｍ／ｓ程度となる。

本実施例では、第１の偏向電極板１０３から液滴飛翔路の太さが細くなっている。これにより、第１の偏向電極板１０３下面と第２の偏向電極板１０４側壁電極面（図８（ａ）における液滴飛翔路１１８左側壁）との間に作られる電場が、図８（ａ）における右隣のノズル１１１に対する第２の偏向電極板１０４側壁電極面によって邪魔されにくくなる。その結果、実施例１における図３（ａ）の構成に比べて大きな偏向量が得られる。

空気入口１１５での圧力を１００Ｐａ、空気排出口１１６での圧力を−４５Ｐａ、記録液滴出口１１７での圧力を０Ｐａとして、空気の流れの様子や吐出後の記録液滴の飛翔状態を汎用流体解析ソフトＦＬＵＥＮＴ（ＡＮＳＹＳ社）を用いて解析を行った。その結果、空気入口１１５および空気排出口１１６での流量は、ともに１．５７×１０^-7ｍ³／ｓとなり、記録液滴出口１１７での流量はほぼ０（５．３××１０^-10ｍ³／ｓ）となった。

このときの圧力分布は図１８（ａ）のように、また流速ベクトル分布は図１８（ｂ）のようになった。すなわち、等圧力線が液滴の飛翔方向に垂直になっており、また図１８（ｂ）からは形流路中に層流が形成されているのがわかる。空気排出口１１６から記録液滴出口１１７までの流れをより詳しく示したものが図１８（ｃ）である。空気の流れは空気排出口１１６に向かっており、記録液滴出口１１７に向かう流れはほとんどない。また、記録液滴出口１１７からの外気の流入もない。また、第１の実施形態や実施例１で見られた空気排出口１１６付近の反転流も見られない。これは、第２の実施形態で述べたように、記録液滴出口１１７付近に絞り構造を設けているのと、空気排出口１１６が液滴飛翔路中の空気の流れに対向するように開口している効果であると考えられる。

図１９は記録液滴軌道上の空気の軌道軸方向の速度を示している。ノズルからの距離１ｍｍ付近で約６．５ｍ／ｓの流れが発生し、徐々に流速は落ちていくが、再び第１の偏向電極板１０３付近から高くなり、空気排出口１１６付近では１０ｍ／ｓ程度となっている。これは、第１の偏向電極板１０３から液滴飛翔路の太さが細くなっていることで流速が高くなっている効果である。これにより、実施例１の図５（ｃ）に見られたような、液滴飛翔距離が長くなるに従って空気の流速が徐々に落ちていく現象を防いでいる。特に、コンティニュアス式の液体吐出では、液滴が第１の偏向電極板１０３を通過するまでは等間隔の連続液滴であるため、液滴がつくる伴流によって空気抵抗による減速が少ない。一方、偏向電極板１０３通過後は記録液滴と非記録液滴で飛翔経路が異なるため、前後の液滴の間隔が広がり、空気抵抗の影響が大きくなるとともに、間隔が異なるので速度のばらつきが大きくなる。従って、本実施例のように第１の偏向電極板１０３の上流よりも下流の方が流路径が狭くなるようにしておけば、下流で大きな流速が得られ、液滴の飛翔速度ばらつきを抑える上で効果的である。また、空気流の発生位置がノズルから１ｍｍ程度のところにあるため、吐出された液柱には風の影響を与えず、液滴に分裂した直後に空気の流れに乗せることができるようになっている。空気排出口１１６を過ぎると、流速は大幅に減少し、記録液滴出口１１７付近では流れはほぼ０（０．８５ｍ／ｓ以下）になっている。

さらに、この流量条件の空気の流れの中に、１００μｍ離れた２つの液滴を初速１０ｍ／ｓで吐出させた場合の液滴の挙動を図２０（ａ）に示す。２つの液滴間隔がほとんど変わらず、空気の流れに乗って飛翔していることがわかる。一方、図２０（ｂ）は、空気の流れを与えなかった場合の２つの液滴の飛翔の様子を示している。液滴が空気抵抗によって減速していき、また先頭液滴と後続液滴で空気抵抗の影響が異なるため、２００μｓで先頭液滴が後続液滴に追いつかれてしまっている。

第１および第２の制御部１１，１２が圧力制御部である場合には、以上の圧力に、第１の制御部１１から空気入口１１５までの流路抵抗と、第２の制御部１２から空気排出口１１６までの流路抵抗とによる圧力損失を設定値に加味したものにすればよい。また、流量制御部である場合には流量をともに１．５７×１０^-7ｍ³／ｓに設定値にすればよい。

（実施例３）
本発明の第３の実施例を説明する。本実施例では、図２１（ａ）に示すように、第１の主軸方向について、第２の偏向電極を貫通孔側壁の導電面が隣接するノズルからの液滴軌道を挟んで対向する形状となっている。また、反対側の隣接ノズルに対応する液滴軌道とは貫通孔側壁の導電面によって隔てられた形状となっている。具体的に実施例２での構成（図８（ａ））と比較すると、図８（ａ）では、隣接する液滴軌道の間には、必ず第２の偏向電極の貫通孔側壁の導電面があったのに対し、図２１（ａ）では、導電面が１ノズルおきに設けられている。さらに、導電面が形成されている側の側壁内部にはインクの回収路が設けられているのに対し、導電面が形成されていない側の側壁内部には空気の回収路１１９が設けられている。

また、本実施例では、第１の偏向電極板１０３に第２の偏向電極板１０４に向かって突起部１０５を設けている。突起部１０５は、第２の偏向電極板１０４の貫通孔側壁の第１の主軸方向に対向する２つの電極に対し、液滴の飛翔軌道を挟んで設置されており、かつ、第２の偏向電極の貫通孔内には入り込んでいない。第１の偏向電極板１０３は絶縁基板にエッチングや機械加工などで貫通孔および突起を形成し、さらに、表面（貫通孔および突起側面含む）に金属を成膜、パターニングすることによって作製できる。図２１に本実施例の液体吐出ヘッドの下部の分解斜視図を示す。なお、図２１（ｂ）および（ｃ）は、図８（ａ）および（ｃ）と同様に、本実施例のヘッド下部の２構成例を示している分解斜視図である。

次に、図２２は本実施例の第２の偏向電極板１０４の作製方法を示す工程図、また、図２３は第２の偏向電極板１０４の上面図である。の第２の偏向電極板１０４の作製には、絶縁性基板５０１を材料に用いる。本作製方法によって作製される第２の偏向電極板１０４のインク回収路１２０の形状は、第２の主軸方向に延びるスリット状となっている。一方、液滴飛翔路１１８の形状は、スリット状（図２１（ｂ）、図２３（ａ））、あるいは、通過する液滴列ごとに対応する基板の表面から裏面へ延びる個別貫通孔（図２１（ｃ）、図２３（ｂ））とする。ここで、重要であるのは、貫通孔側壁の電極５０５および上面の配線５０４が全面ではなく、２つの液滴軌道に挟まれた部分の側面および上面には形成されていないことである。主な作製工程は図１３に示した実施例２における第２の偏向電極板１０４の作製方法と同様であるが、本実施例の作製方法では電極を２つの対抗する側壁面に形成するため、角度を変えた斜方蒸着を２回行う（図２２（ｄ））。この際に、電極以外の部分に導電層が形成されないようにするため、予めマスクを形成する必要がある。マスクの形成は図２２（ｂ）において行うが、ここで重要であるのは、斜方蒸着においても側壁に導電層が成膜されないように、蒸着用マスク５０２が液滴飛翔路に張り出した形状とすることである。蒸着用マスク５０２には剛性が高い厚膜レジストなどを使用する。蒸着用マスク５０２作製後、図２２（ｃ）に示すように、液滴飛翔路１１８、インク回収路１２０および空気回収路１１９のエッチングを行う。これにより、液滴飛翔路に張り出した蒸着用マスク５０２を形成することができる。また、フィルムレジストを使用すれば、インク回収路を形成した後（図２２（ｃ）の後）で、斜方蒸着用のマスク５０２を形成することもできる。さらに斜方蒸着後、蒸着用マスク５０２を除去することにより、蒸着用マスク５０２の上に成膜された導電層も合わせて除去することができる。斜方蒸着により蒸着用マスク５０２の側壁にも導電層が形成されて剥離が困難である場合には、蒸着用マスク５０２にパリレンのように柔軟で破れにくく、かつ剥離性が高いフィルム状に形成される材料を選べばよい。これによれば、溶媒を用いた溶解ではなく、引き剥がすことによって蒸着用マスク５０２を剥離することができる。

斜方蒸着を用いた第２の偏向電極板１０４の作製方法について詳細に説明したが、その他にも以下のような方法がある。Ｓｉ基板に側壁電極５０５が必要な部分にエッチングを行い、エッチング部をめっきで埋めて電極５０５を形成し、さらに、インク回収路１２０および液滴飛翔路１１８をエッチングするという方法によっても作製することができる。この方法は、エッチング回数が増えて手間がかかるが、液滴飛翔路１１８の開口に比べて電極５０５を形成する深さが深く、斜方蒸着では成膜が困難な場合などに有効である。

本実施例の構成では、第２の偏向電極板１０４の側壁導電面を隣接する液滴軌道を挟んで対向するように配置した。このため、第２の偏向電極板１０４の側壁の導電面の間隔が広がり、第１の偏向電極板１０３との間に作る電場が第２の偏向電極板１０４の液滴飛翔路内部にまで進入できるようになる。これにより、帯電した飛翔液滴は、より長い時間にわたって電場の影響を受けるので、実施例２の構成に比べて大きな偏向が得られる。さらに、突起部１０５側壁と第２の偏向電極との間に形成される電場は液滴の飛翔方向に対して垂直に近く、また突起の影響で電極間の距離が短くなり、その間にできる等電位線の密度が高くなる。これらの理由により、さらに、実施例２の構成に比べて大きな偏向が得られる。

また、液滴回収路を第２の偏向電極板１０４内に設けることで、排気板９を薄くすることができる。これにより、ノズルから記録媒体までの距離を短くでき、着弾精度を高められるという利点がある。

（実施例４）
本発明の第４の実施例を説明する。本実施例は、第３の実施形態で述べた図１１（ａ）に示す構成に基づいている。なお、以下では排気板９の構成について述べるが、送風板８の構成についても同様である。

図１１（ｂ）の排気板支流３０２において、各部の寸法を以下のようにする。空気排出口１１６はピッチ５００μｍで２４個並んでいるとし、排気板支流３０２の流路断面の幅ｗ_out＝４５０μｍ、高さｈ_out＝２５０μｍ、長さｌ_out＝１２ｍｍとする。また、空気排出口１１６の開口の内半径ｒ_1out＝２５μｍ、多孔部の厚さｔ_out＝２０μｍ、多孔径ｄ_out＝３μｍ、多孔度ｐｏ＝０．８とする。

第３の実施形態に示した式（３−１８）に基づき、空気排出口１１６の外半径ｒ_2outを７０μｍ、８０μｍ、９０μｍ、１００μｍ、としたときの各空気排出口１１６での流量を計算した結果を図２４（ａ）に示す。排気板支流３０２と排気板本流３０１の合流点での圧力を空気排出口１１６外側に比べて１００ｋＰａ低く設定した。外半径ｒ_2outが小さくなるに従って、空気排出口１１６の開口面積が小さくなるため、流量が小さくなっている。また、排気板支流３０２の１番目の空気排出口１１６での流量ｉ₁と２４番目の空気排出口１１６での流量ｉ₂₄との比を計算した結果が図２４（ｂ）である。外半径ｒ_2outが小さくなるに従って、空気排出口１１６による流量差が小さくなっており、ｒ_2outが７０μｍでは、ｉ₁とｉ₂₄の流量差は４％程度である。

外半径ｒ_2outを７５μｍとし、空気排出口１１６外側に対する排気板支流３０２と排気板本流３０１の合流点での圧力を−７０ｋＰａ、−７５ｋＰａ、−８０ｋＰａ、−１００ｋＰａでの各空気排出口１１６での流量を計算したものを図２４（ｃ）に示す。この図から、差圧が小さくなるほど流量が小さくなっているのがわかる。従って、圧力を調整することによって、所望の流量を得ることができる。

（実施例５）
本発明の第５の実施例を説明する。本実施例は、第３の実施の形態で述べた図１１（ａ）に示す構成に基づいている。なお、以下では排気板９の構成について述べるが、送風板８の構成についても同様である。各部の寸法条件は実施例４と同様であるが、本実施例では、式（３−２３）に基づいて、各空気排出口１１６の外半径ｒ_2outを変え、各空気排出口１１６での空気の流量が等しくなるようにする。

図２５（ａ）は、１番目の空気排出口１１６の外半径ｒ₂₁を７５μｍとし、式（３−２３）に基づいてそれ以外の空気排出口１１６の外半径を変えた場合の各外半径および流路抵抗を計算したものである。排気板支流３０２と排気板本流３０１の合流点から離れるに従って空気排出口１１６の流路抵抗を小さくしている。

各空気排出口１１６の外半径を最適な値にした場合の計算結果を示すに、図２５（ｂ）は、１番目の空気排出口１１６の外半径ｒ₂₁と空気排出口１１６の流量ｉ₁との関係を表している。外半径ｒ₂₁が大きくなるに従って、空気排出口１１６の開口面積が大きくなるため、流量が大きくなっている。次に、空気排出口１１６外側に対する排気板支流３０２と排気板本流３０１の合流点での圧力を変えた場合の空気排出口１１６の流量ｉ₁（＝ｉ₂＝・・・＝ｉ₂₄）を図２５（ｃ）に示す。差圧にほぼ比例して、流量が変化しているのがわかる。

以上のように、空気排出口１１６の外半径をそれぞれ最適な値にすることで、空気排出口１１６ごとに流路抵抗を変え、各空気排出口１１６での空気の流量が等しくなるようにすることができる。外半径の他にも、内半径などを変えることによって、同様に流路抵抗を最適な値にすることができる。あるいは、空気排出口１１６を微細孔の集合体とし、孔の数を変えることで、所望の流路抵抗を得るようにしてもよい。

本発明の液体吐出ヘッドでは、着弾精度を高めるにはノズルから記録媒体までの距離をなるべく小さくすることが好ましく、そのため排気板９の厚さはなるべく薄い方がよい。また、高精細な記録を行うにはノズルピッチが小となるので、排気板支流３０２の流路抵抗は高くなる傾向がある。実施例４の構成では、空気排出口１１６間の流量差を小さくするため、空気排出口１１６での流路抵抗を排気板支流３０２での圧力損失よりもなるべく大きくする必要がある。従って、排気板９全体の流路抵抗が大きくなってしまい、必要な空気の流量を得るためには、大きな圧力差を必要とする。それに比べて実施例５の方法では、空気排出口１１６での流路抵抗を排気板支流３０２での圧力損失よりも大きくする必要がないので、排気板９全体の流路抵抗が大きくならず、小さな圧力差で所望の流量を得られるという利点がある。

４ ヘッド
８ 送風板
９ 排気板
１１ 第１の制御部
１２ 第２の制御部
１０２ 帯電電極板
１０３ 第１の偏向電極板
１０４ 第２の偏向電極板
１１５ 空気入口
１１６ 空気排出口
１１７ 記録液滴出口

Claims (11)

1. 液滴を吐出するノズルと、該ノズルから吐出された液滴を、媒体に付与する液滴と付与しない液滴とに分けるべく偏向させることが可能な偏向手段と、前記媒体に付与しない液滴を回収する液滴回収手段とを有する液体吐出ヘッドを用いる液体吐出装置であって、
   前記ノズルから吐出された液滴が前記媒体へ向かう経路に沿って、前記ノズルから前記媒体に隣接する前記媒体に付与する液滴の液滴出口まで延在する通路が設けられ、該通路は、その内側に空気が入るようにする空気入口と、前記液滴回収手段とは別に設けられて前記通路の外側に空気を排出するようにする空気排出口とを有し、前記空気入口は前記ノズルに隣接して設けられ、前記ノズルから液滴が飛翔する方向に向かって、前記空気入口、前記空気排出口、前記液滴出口の順に配置され、
   前記空気入口および前記空気排出口は、それぞれ、前記通路の外側に設置された流入制御手段および流出制御手段にそれぞれ接続され、
   （前記流入制御手段が前記空気入口に供給する流量の設定値）×０．８≦（前記流出制御手段が前記空気排出口から排出させる流量の設定値）≦（前記流入制御手段が前記空気入口に供給する流量の設定値）となっており、
   かつ、前記媒体に付与する液滴が飛翔する軌道に垂直で前記空気排出口の重心を通る平面と前記軌道との交点から、前記軌道に垂直で前記液滴出口の外端を通る平面と前記軌道との交点まで区間の距離をｌ（ｍ）、前記通路の前記区間での平均直径をｄ（ｍ）、前記流入制御手段が前記空気入口に供給する単位時間当たりの流量をＱ_in（ｍ³／ｓ）としたとき、
   ｌ＞４．２４×１０⁶ｄ×Ｑ_in＋０。００６６×ｄ−７７０×Ｑ_in＋９．２×１０^-5
   が成り立つように構成されていることを特徴とする液体吐出装置。
2. 前記流入制御手段から前記空気入口までの空気の流路抵抗をＲ₁（Ｐａ・ｓ／ｍ³）、前記空気排出口から前記流出制御手段までの空気の流路抵抗をＲ₂（Ｐａ・ｓ／ｍ³）、前記空気入口から前記空気排出口までの空気の流路抵抗をＲ₃（Ｐａ・ｓ／ｍ³）、前記空気排出口から前記液滴出口までの空気の流路抵抗をＲ₄（Ｐａ・ｓ／ｍ³）とし、前記流入制御手段での圧力をＰ₁（Ｐａ）、前記流出制御手段での圧力をＰ₂（Ｐａ）、前記空気排出口の外側での外気の圧力をＰ₀（Ｐａ）とし、前記通路での単位時間当たりの流量をＱ₀（ｍ³／ｓ）としたとき、ｔを０．８≦ｔ≦１を満たす実数として、
   Ｐ₁＝Ｐ₀＋Ｑ₀×（Ｒ₁＋Ｒ₃＋（１−ｔ）Ｒ₄）、かつ
   Ｐ₂＝Ｐ₀−Ｑ₀×（−ｔＲ₂＋（１−ｔ）Ｒ₄）
   が成り立つように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
3. 液滴を吐出するノズルと、該ノズルから吐出された液滴を、媒体に付与する液滴と付与しない液滴とに分けるべく偏向させることが可能な偏向手段と、前記媒体に付与しない液滴を回収する液滴回収手段とを有する液体吐出ヘッドを用いる液体吐出装置であって、
   前記ノズルから吐出された液滴が前記媒体へ向かう経路に沿って、前記ノズルから前記媒体に隣接する前記媒体に付与する液滴の液滴出口まで延在する通路が設けられ、該通路は、その内側に空気が入るようにする空気入口と、前記液滴回収手段とは別に設けられて前記通路の外側に空気を排出するようにする空気排出口とを有し、前記空気入口は前記ノズルに隣接して設けられ、前記ノズルから液滴が飛翔する方向に向かって、前記空気入口、前記空気排出口、前記液滴出口の順に配置され、
   前記空気入口および前記空気排出口は、それぞれ、前記通路の外側に設置された流入制御手段および流出制御手段にそれぞれ接続され、
   （前記流入制御手段が前記空気入口に供給する流量の設定値）×０．８≦（前記流出制御手段が前記空気排出口から排出させる流量の設定値）≦（前記流入制御手段が前記空気入口に供給する流量の設定値）となっており、
   かつ、前記空気排出口から前記液滴出口までの前記通路の部分には、その上流よりも流路幅が狭くなっている絞り部が設けられていることを特徴とする液体吐出装置。
4. 前記ノズルから前記液滴出口に向かう向きを正とした場合の、前記媒体に付与する液滴が飛翔する軌道の方向ベクトルと、前記空気排出口での空気の流れの方向を正とした場合の、前記空気排出口の開口の法線ベクトルと、のなす角が９０度以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の液体吐出装置。
5. 前記ノズルが複数設けられるとともに、該複数のノズルに対応して複数の前記通路が設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の液体吐出装置。
6. 前記ノズルが複数設けられるとともに、該複数のノズルに対応して複数の前記通路が設けられ、前記流入制御手段は前記複数の通路に対し共通して設けられており、前記空気入口から前記流入制御手段の間には、前記空気入口に接続された支流と、前記複数の通路に設けられる前記支流が合流して前記流入制御手段までを接続する本流とを有する流路を備え、前記支流から前記空気入口までの流路抵抗は、前記支流から前記本流までの流路抵抗よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の液体吐出装置。
7. 前記ノズルが複数設けられるとともに、該複数のノズルに対応して複数の前記通路が設けられ、前記流入制御手段は前記複数の通路に対し共通して設けられており、前記複数の通路のそれぞれの前記空気入口から前記流入制御手段までの流路抵抗がすべて等しくなるように、それぞれの前記空気入口での流路抵抗が調節されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の液体吐出装置。
8. それぞれの前記空気入口の開口面積を異ならせることによって前記調節が行われることを特徴とする請求項７に記載の液体吐出装置。
9. 前記ノズルが複数設けられるとともに、該複数のノズルに対応して複数の前記通路が設けられ、前記前記流出制御手段は前記複数の通路に対し共通して設けられており、前記空気排出口から前記流出制御手段の間には、前記空気排出口に接続された支流と、前記複数の通路に設けられる前記支流が合流して前記流出制御手段までを接続する本流とを有する流路を備え、前記支流から前記空気排出口までの流路抵抗は、前記支流から前記本流までの流路抵抗よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の液体吐出装置。
10. 前記ノズルが複数設けられるとともに、該複数のノズルに対応して複数の前記通路が設けられ、前記流入制御手段は前記複数の通路に対し共通して設けられており、前記複数の通路のそれぞれの前記空気排出口から前記流出制御手段までの流路抵抗がすべて等しくなるように、それぞれの前記空気排出口での流路抵抗が調節されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか、または請求項９に記載の液体吐出装置。
11. それぞれの前記空気排出口の開口面積を異ならせることによって前記調節が行われることを特徴とする請求項１０に記載の液体吐出装置。

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