JP2010099997A - 液体噴射ヘッド、液体吐出方法、およびメンテナンス方法 - Google Patents

Abstract

【課題】所望の体積の液滴形状を有する主滴を形成することができ、サテライト滴が着弾することを防ぐことができ、さらには、メンテナンス機構を有する液体噴射ヘッドを提供する。
【解決手段】本発明に係る液体噴射ヘッド２００は、気体７０を用いて液体８０ａを切断するための第１部材１０と、第１部材１０の上方に形成され、ノズル孔２１を有する第２部材２０と、第２部材２０の上方に形成され、圧力室３１を有する第３部材３０と、第３部材３０の上方に形成され、振動部を構成する第４部材４０と、第４部材４０の上方に形成された圧電素子５０と、を含み、第１部材１０は、第２部材２０のノズル孔２１の下方に形成され、ノズル孔２１と連通した開口部１１と、開口部１１を構成する側面に形成された噴射口１２と、開口部を構成する側面に形成された吸引口１３と、噴射口１２と連続して形成された供給路１４と、吸引口１３と連続して形成された排出路１５と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体噴射ヘッド、液体吐出方法、およびメンテナンス方法に関する。

近年、インクジェット技術を用いたインクジェット記録装置は、家庭用のプリンタのみならず、工業用、産業用など様々な分野に用いられている。そのために、インクジェット記録装置は、様々な組成のインクを吐出する必要がでてきている。そのなかでも、特に高分子ポリマーなどを含む高粘度インクを用いる場合、ノズル孔から吐出されたインクは、柱状形状を有したインク液柱となり、自重によって切れ難く、所望の体積のインク液滴を形成することが困難なことがある。

また、一般的なインクジェット記録装置では、インク液滴を記録媒体に正確に着弾させるために、ある程度の運動エネルギーをインク液滴に与えて吐出する必要がある。しかしながら、前述のように、特に高粘度インクを使用する場合、実際は、ある程度の運動エネルギーを持ったインク液柱がノズル孔より吐出される。ノズル孔より吐出された後、インク液柱がその自重によって分離する。インク液滴が形成されるタイミングが遅れた場合、サテライト滴の発生が懸念される。発生したサテライト滴がインクジェットヘッドのノズル孔の周辺に付着した場合、インク詰まりの原因となり、また、サテライト滴が記録媒体に付着すると画質の低下を招いてしまうことがある。

例えば、特許文献１には、ノズルの液体吐出側に配設されたスリット状の隙間を有するアクチュエーターブロックを変形させることにより、前記ノズルより吐出された液体を切断し、所定の体積を有する液滴を形成し、サテライト滴の発生を防止する方法が開示されている。

しかしながら、特許文献１に開示された方法では、アクチュエーターブロックを用いて、ノズル孔より吐出されたインク液柱を直接的に切断することから、アクチュエーターのスリット状の隙間部分にインクが付着し、付着したインクが乾燥した場合、インク詰まりなどによる吐出異常を起こしてしまうことが懸念される。また、吐出部分においてインク硬化などの問題が発生した場合を考慮して、その硬化したインクを洗浄するメンテナンス機構についての記載はない。
特開２００７−２６８９６６号公報

本発明の目的の１つは、所望の体積の液滴形状を有する主滴を形成することができる液体噴射ヘッドを提供することにある。

本発明の目的の１つは、液体を吐出した際にサテライト滴が発生した場合、前記サテライト滴を記録媒体に付着させない液体噴射ヘッドを提供することにある。

本発明の目的の１つは、上記液体噴射ヘッドを用いた液体吐出方法、およびメンテナンス方法を提供することにある。

本発明に係る液体噴射ヘッドは、
気体を用いて液体を切断するための第１部材と、
前記第１部材の上方に形成され、ノズル孔を有する第２部材と、
前記第２部材の上方に形成され、圧力室を有する第３部材と、
前記第３部材の上方に形成され、振動部を構成する第４部材と、
前記第４部材の上方に形成された圧電素子と、
を含み、
前記第１部材は、
前記第２部材の前記ノズル孔の下方に形成され、前記ノズル孔と連通した開口部と、
前記開口部を構成する側面に形成された噴射口と、
前記開口部を構成する側面に形成された吸引口と、
前記噴射口と連続して形成された供給路と、
前記吸引口と連続して形成された排出路と、
を有する。

本発明によれば、ノズル孔より吐出された液体より所望の体積の液滴形状を有する主滴を形成することができる。

さらに、本発明によれば、気体を用いて非接触で液体を切断することができるため、構造物を用いて切断する場合に比べて、液体の構成物による汚れを低減することができる。

なお、本発明に係る記載では、「上方」という文言を、例えば、「特定のもの（以下「Ａ」という）の「上方」に他の特定のもの（以下「Ｂ」という）を形成する」などと用いている。本発明に係る記載では、この例のような場合に、Ａ上に直接Ｂを形成するような場合と、Ａ上に他のものを介してＢを形成するような場合とが含まれるものとして、「上方」という文言を用いている。同様に、「下方」という文言は、Ａ下に直接Ｂを形成するような場合と、Ａ下に他のものを介してＢを形成するような場合とが含まれるものとする。

本発明に係る液体噴射ヘッドにおいて、前記噴射口と前記吸引口は向かい合う位置に配置されていることができる。

本発明に係る液体噴射ヘッドにおいて、前記開口部の開口径は、前記ノズル孔の径以上であることができる。

本発明に係る液体噴射ヘッドにおいて、前記吸引口の開口面積は、前記噴射口の開口面積以上であることができる。

本発明に係る液体噴射ヘッドにおいて、前記排出路の断面積は、前記供給路の断面積以上であることができる。

本発明に係る液体吐出方法は、
本発明に係る液体噴射ヘッドを用いて液体を吐出する方法であって、
前記圧電素子によって前記圧力室内の液体を加圧し、加圧された前記液体を、前記ノズル孔から前記開口部に向けて吐出する工程と、
前記噴射口から気体を噴射し、噴射された前記気体によって、前記開口部内に吐出された前記液体を切断し、液滴形状を有する主滴を形成する工程と、
を含む。

本発明によれば、ノズル孔より吐出された液体より所望の体積の液滴形状を有する主滴を形成することができる。

さらに、本発明によれば、気体を用いて非接触で液体を切断することができるため、構造物を用いて切断する場合に比べて、液体の構成物による汚れを低減することができる。

本発明に係る液体吐出方法において、噴射される気体は、空気、または不活性ガスであることができる。

本発明に係る液体吐出方法において、前記開口部に吐出された液体は、柱状形状であることができ、前記切断する工程は、柱状形状を有する前記液体を、前記主滴と、吐出不要な液体であるサテライト滴とに切断することができる。

本発明に係る液体吐出方法において、前記気体によって、前記サテライト滴は、前記吸引口から吸引され、前記排出路から排出されることができる。

本発明に係る第１メンテナンス方法は、
本発明に係る液体噴射ヘッドをメンテナンスする方法であって、
前記排出路を封止する工程と、
前記噴射口から洗浄剤を噴射する工程と、
前記洗浄剤によって、前記ノズル孔および前記開口部の内壁を洗浄する工程と、
を含む。

本発明によれば、前記ノズルより吐出された液体が、前記ノズル孔、その周辺部、および前記開口部の内壁に付着することにより発生する付着物を洗浄することにより、除去することができる。

本発明に係るメンテナンス方法において、前記洗浄する工程後、前記噴射口から気体を噴射し、噴射された前記気体によって、洗浄された前記ノズル孔および前記開口部の内壁を乾燥する工程を含むことができる。

本発明に係る第２メンテナンス方法は、
本発明に係る液体噴射ヘッドをメンテナンスする方法であって、
前記噴射口から洗浄剤を噴射する工程と、
前記洗浄剤によって、前記吸引口および排出路の内壁を洗浄する工程と、
を含む。

本発明によれば、前記ノズルより吐出された液体が、前記吸引口、および前記排出路の内壁に付着することにより発生する汚れを洗浄することができるので、前記排出路における詰まりを防ぐことができる。

本発明に係るメンテナンス方法において、前記洗浄する工程後、前記噴射口から気体を噴射し、噴射された前記気体によって、洗浄された前記吸引口および排出路の内壁を乾燥する工程を含むことができる。

本発明に係るメンテナンス方法において、前記洗浄剤は、前記液体に含まれる溶剤成分を含むことができる。

本発明に係るメンテナンス方法において、前記洗浄剤は、有機溶剤、および水の少なくとも一方からなることができる。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。

１． 液体噴射ヘッド
まず、本実施形態に係る液体噴射ヘッドについて説明する。図１は、本実施形態に係る液体噴射ヘッド２００の要部を模式的に示す断面図である。図２は、本実施形態に係る液体噴射ヘッド２００の要部である第１部材１０の斜視図である。図３は、本実施形態に係る液体噴射ヘッド２００の要部である第１部材１０の平面図である。なお、図１に示す第１部材１０は、図２に示すＡ−Ａ線の断面図である。また、図４は、本実施形態に係る液体噴射ヘッド２００の分解斜視図であり、通常使用される状態とは上下を逆に示したものである。

液体噴射ヘッド２００は、図１〜図４に示すように、気体を用いて液体を切断するための第１部材１０と、前記第１部材１０の上方に形成され、ノズル孔２１を有する第２部材２０と、前記第２部材２０の上方に形成され、圧力室３１を有する第３部材３０と、前記第３部材３０の上方に形成され、振動部を構成する第４部材４０と、前記第４部材４０の上方に形成された圧電素子５０と、を含む。さらに、液体噴射ヘッド２００は、図４に示すように、供給路３２と、リザーバ３３と、筐体１００を含むことができる。

説明を明瞭とするために、まず、第２部材２０、第３部材３０、第４部材４０、および圧電素子５０を説明し、その後、第１部材１０を説明する。

第２部材２０は、図１に示すように、プレート状の部材であって、ノズル孔２１を有する。第２部材２０は、後述する第１部材１０の上方に形成される。

ノズル孔２１は、図１に示すように、円柱形状の第１ホール部２１ａと、上に行く程、径が大きくなるテーパー形状の第２ホール部２１ｂと、からなる。しかしながら、ノズル孔２１の形状は特に限定されず、円柱状の第１ホール部２１ａのみから形成されていてもよい。また、ノズル孔２１は、複数設けられていることができ、その数は特に限定されない。ノズル孔２１は、第２部材２０の下方に向けて液体を吐出することができる。第２部材２０の材質としては、例えば、ニッケル、ステンレス、ステンレス鋼、単結晶シリコンなどを用いることができる。

第３部材３０は、図１に示すように、第２部材２０の上（図４では下）に形成され、圧力室３１を有する。また、図４に示すように、第３部材３０は、供給路３２およびリザーバ３３を有する。第３部材３０の材質としては、例えば、ニッケル、ステンレス、ステンレス鋼、単結晶シリコンなどを用いることができる。

圧力室３１は、図１に示すように、第２部材２０の上（図４では下）に形成されている。圧力室３１は、ノズル孔２１に連通して形成されている。圧力室３１は、第３部材によって区画されている。圧力室３１は、図４に示すように、供給路３２を介してリザーバ３３と連通していることができる。リザーバ３３は、供給路３２を介して圧力室３１に液体を供給することができる。リザーバ３３には、図示されない貫通孔が形成されており、貫通孔を通って外部からリザーバ３３内に液体が供給される。

第４部材４０は、図１に示すように、圧力室３１および第３部材３０の上（図４では下）に形成されている。第４部材４０は、例えば、ニッケルなどの金属膜、ポリイミドなどの高分子材料膜、二酸化ジルコニウムや二酸化シリコンなどの絶縁膜からなる。第４部材４０は、圧電素子５０によって振動（変位）することができる。

圧電素子５０は、図１に示すように、第４部材４０の上（図４では下）に形成される。圧電素子５０は、図示はしないが、ダイヤフラムや接着剤などを介して、第４部材４０上に形成されていてもよい。圧電素子５０は、与えられる電気信号にしたがって、第４部材４０を上下方向に振動（変位）させることができる。圧電素子５０は、圧電体を電極で挟んだ構造を有する。圧電素子５０の電極の延びる方向は、第４部材４０の振動方向に対して垂直（縦モード）であってもよいし、平行（横モード）であってもよい。縦モードの場合は、圧電素子５０の上部は、固定基板（図示せず）に固定されている。圧電素子５０の電極は、例えばケーブル（図示せず）によって、外部駆動回路と接続されている。なお、図４では、縦モードの積層型圧電素子を示している。圧電素子５０の圧電体としては、圧電特性を有する物質で構成されれば特に限定されず、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ_３：ＰＺＴ）などを用いることができる。また、圧電素子４０の電極としては、例えば、白金、イリジウムなどを用いることができる。

筐体１００は、図４に示すように、圧電素子５０や第１部材１０などを収納することができる。筐体１００は、例えば、各種樹脂材料、各種金属材料からなる。

第１部材１０は、図１に示すように、第２部材２０の下（図４では上）に形成される。第１部材１０は、後述するように、気体を用いて液体を切断する機能を有する。第１部材１０は、図１から図３に示すように、プレート状の部材であり、開口部１１、噴射口１２、吸引口１３、供給路１４および排出路１５を有する。第１部材１０は、例えば、ニッケル、ステンレス鋼、ステンレス、単結晶シリコンなどからなる。また、ノズル孔２１と同様に、開口部１１、噴射口１２、吸引口１３、供給路１４および排出路１５は、第１部材１０に複数設けられていることができ、その数は特に限定されない。

開口部１１は、図１に示すように、ノズル孔２１と連通するように設けられる。また、図２に示すように、開口部１１は、円柱形状を有する内壁１１ａによって構成される。開口部１１が設けられる位置は、上述のように、ノズル孔２１を有する第２部材２０との相対的な位置関係により決定される。好適には、図１に示すように、開口部１１の開口径１１Ｌは、ノズル孔２１の開口径２１Ｌ以上であることができる。より好適には、開口径１１Ｌは、ノズル孔２１の開口径２１Ｌより大きく、図３に示すように、開口部１１の外周は、ノズル孔２１の外周の外側に位置していることができる。さらに好適には、図３に示すように、ノズル孔２１の下端部の第１ホール部２１ａの外周の中心点が、開口部１１の外周の中心点とが重なる。すなわち、開口部１１は、開口部１１の外周が、第１ホール部２１ａの外周と、上から見て、同心円を構成するように配置されることができる。このように開口部１１を設けることによって、ノズル孔２１より吐出された液体は、開口部１１内を通って、内壁１１ａに、より接しにくい状態で、図１において下方に飛翔することができる。また、このように、開口部１１の開口径１１Ｌをノズル孔２１の開口径２１Ｌより大きく設けることによって、液体を吐出するために必要となるエネルギーを小さくすることができる。これは、開口部１１の開口径１１Ｌとノズル孔２１の開口径２１Ｌを同等の大きさで設けた場合、ノズル孔２１と開口部１１が構成する同径のストレート長が長くなることによって、吐出される液体に対する空気抵抗が大きくなるためである。なお、本実施形態においては、開口部１１の平面形状は円形であるが、ノズル孔２１より吐出される液体の飛翔を妨げるものでなければ、特に限定はされず、例えば、四角形であってもよい。

噴射口１２と吸引口１３は、図１から図３に示すように、開口部１１の内壁１１ａの上端部の一部に形成される。また、図１から図３に示すように、噴射口１２と吸引口１３は、互いに向かい合うように配置されることができる。また、噴射口１２と吸引口１３は、開口部の中心部分に向かって配置される。噴射口１２と吸引口１３の開口部の形状は、特に限定されず、例えば図２に示すように、四角形であることができる。また、吸引口１３の開口面積は、噴射口１２の開口面積より大きく設けていてもよい。吸引口１３の高さ１３Ｈは、噴射口１２の高さ１２Ｈ以上であることができる。より好適には、吸引口１３の高さ１３Ｈは、噴射口１２の高さ１２Ｈより大きい。また、図３に示すように、吸引口１３の幅１３Ｗは、噴射口１２の幅１２Ｗ以上であることができる。より好適には、吸引口１３の幅１３Ｗは、噴射口１２の幅１２Ｗより大きい。

供給路１４は、図１から図３に示すように、噴射口１２に連続して設けられる。供給路１４の断面形状は、特に限定されず、例えば、噴射口１２と同様の形状を有していてもよい。すなわち、噴射口１２の高さ１２Ｈと、噴射口１２の幅１２Ｗと、同様の高さと幅を有していてもよい。なお、供給路１４が配置される経路は、図２、および図３に示される本実施形態に限定されものではなく、適宜、配置されることができる。

排出路１５は、図１から図３に示すように、吸引口１３に連続して設けられる。排出路１５の断面積は、供給路１４の断面積以上であることができる。排出路１５の断面形状は、特に限定されず、例えば、吸引口１３と同様の形状を有していてもよい。すなわち、吸引口１３の高さ１３Ｈと、吸引口１３の幅１３Ｗと、同様の高さと幅を有していてもよい。なお、排出路１５が配置される経路は、図２、および図３に示される本実施形態に限定されものではなく、適宜、配置されることができる。

本実施形態では、供給路１４は、その末端において、所定の圧力を持った気体や液体の供給および遮断などを制御できる開閉弁（図示せず）に接続されている。例えば、開閉弁には、図示されない外部駆動回路と電気的に接続された、電磁弁を用いることができる。また、供給路１４の末端に接続される開閉弁は、所定の圧力を持った気体または液体の供給源に接続されている。これによって、電気的信号を用いて、開閉弁を開くことによって、所定の圧力を有する気体や液体を供給路１４に供給することができる。また、開閉弁を閉じることにより、その供給を遮断することができる。より具体的には、少なくとも２種類以上の気体または液体の供給を制御することができるゲートバルブに接続されていることができる。

また、第１部材１０が、複数の供給路１４を有する場合、おのおのの供給路１４が開閉弁を有することができ、それぞれの開閉弁は、共通した気体または液体の供給源に接続されることができる。

本実施形態では、排出路１５は、供給路１４と同様に、所定の圧力を持った気体や液体の供給および遮断などを制御できる開閉弁（図示せず）に接続されている。ただし、排出路１５の末端の接続される開閉弁は、気体や液体が外部へ排出されるように、図示されない外部の回収経路に接続されていればよい。これによって、電気信号を用いて、開閉弁を開くことによって、排出路１５から気体または液体を排出することができ、開閉弁を閉じることによって、排出路１５を封止し、圧力的に閉じた空間にすることができる。

また、第１部材１０が、複数の排出路１５を有する場合、おのおのの排出路１５が開閉弁を有することができ、それぞれの開閉弁は、共通した外部の回収経路に接続されることができる。

本実施形態における、開口部１１と、噴射口１２と、吸引口１３と、供給路１４と、排出路１５の関係を、図３を用いて、以下にまとめる。

図３に示すように、供給路１４に接続された図示されない開閉弁を開くことによって、所定圧力を持った気体または液体が供給路１４に供給される（矢印１）。このとき、排出路１５に接続された図示されない開閉弁も開いておく。次に、供給された気体または液体は、供給路１４から連通する噴射口１２に供給され、開口部１１内部に向かって噴射されることができる（矢印２）。噴射された気体または液体は、開口部１１を通過することができる（矢印３）。このとき、噴射された気体または液体は、ノズル孔２１の第１ホール部２１ａの下方を通過する。次に、噴射された気体または液体は、吸引口１３に吸引されることができる（矢印４）。ここで、吸引口１３は、噴射口１２より開口面積が大きく形成されているため、噴射された気体または液体は、開口部１１の下方に進むことなく、吸引口１３に吸引されることができる。次に、吸引口１３から吸引された気体または液体は、連続する排出路１５から、外部へ排出されることができる（矢印５）。

また、気体または液体が噴射口１２から噴射された際に、排出路１５に接続される開閉弁を閉じていた場合、排出路１５は圧力的に閉じた空間となっているため、噴射された気体や液体は進入することができない。よって、噴射口１２より噴射された気体や液体は吸引口１３から吸引されることはなく、圧力的に開放されている開口部１１の下方に流れることができる。

ここで、供給路１４に供給される気体は、例えば、空気、または不活性ガス（窒素ガスやアルゴンなど）を用いることができる。また、供給路１４に供給される液体は、洗浄剤を用いることができる。洗浄剤は、例えば、有機溶剤のキシレン、アルコールまたは水などを用いることができる。

本実施形態に係る液体噴射ヘッド２００は、例えば、以下の特徴を有する。

本実施形態に係る液体噴射ヘッド２００では、第２部材２０の下方に第１部材１０を有する。そのため、ノズル孔２１と連通している開口部１１の側面に設けられた噴射口１２より、所定の圧力を持つ気体または、液体を噴射することができる。

気体を用いた場合、吐出された液体を切断し、所望の体積（大きさ）の液滴形状を有する主滴を形成することができる。

また、気体を用いて液体を非接触で切断することができるため、構造物を用いて吐出される液体を切断する場合に比べて、液体噴射ヘッド２００内における汚れを低減することができる。詳細は後述する。

また、本実施形態に係る液体噴射ヘッド２００では、噴射された気体を、噴射口１２と向かい合って形成された吸引口１３に吸引することができる。これによって、液体を切断して、主滴を形成した際に、記録媒体などの被吐出体に吐出されないことが望ましいサテライト滴が発生した場合、吸引口１３より吸引される気体と共に、サテライト滴を吸引し、排出路１５より排出することができる。よって、サテライト滴が記録媒体に付着することを防ぐことができる。詳細は後述する。

また、本実施形態に係る液体噴射ヘッド２００では、噴射口１２より洗浄剤、または気体を噴射することによって、液体噴射ヘッド２００内部を洗浄し、乾燥するメンテナンスを行うことができる。これによって、液体噴射ヘッド２００内部の汚れを防ぐことができる。詳細は後述する。

また、本実施形態に係る液体噴射ヘッド２００では、例えば、２５℃において、１０ｍＰａ・ｓ以上、さらには、２０ｍＰａ・ｓ以上の粘度である高粘度の液体を吐出することができる。すなわち、上述のように、噴射口１２より所定の圧力を持った気体を噴射することができるため、気体によって、たとえ高粘度の液体であっても切断することができ、所望の体積の液滴を形成することができる。詳細は後述する。

２． 液体吐出方法
次に、本実施形態に係る液体吐出方法について説明する。本実施形態に係る液体吐出方法では、本発明に係る液体噴射ヘッドを用いる。以下、上述した液体噴射ヘッド２００を用いた例について説明する。図５から図８は、本実施形態に係る液体吐出方法を説明するための断面図である。

本実施形態に係る液体吐出方法は、図５から図８に示すように、液体噴射ヘッド２００を用いて液体を吐出する方法であって、圧電素子５０によって圧力室３１内の液体を加圧し、加圧された液体を、ノズル孔２１から開口部１１に向けて吐出する工程と、噴射口１２から気体を噴射し、噴射された気体によって、開口部１１内に吐出された液体を切断し、液滴形状を有する主滴を形成する工程と、を含む。

図５に示すように、圧力室３１には、リザーバ３３および供給路３２を介して（図４参照）、液体８０が供給され、充填されている。圧電素子５０によって、圧力室３１内およびノズル孔２１内の液体８０を加圧する。より具体的には、圧電素子５０に電気信号を与えることにより第４部材４０を振動（変位）させ、第４部材４０の変位によって圧力室３１の容積を変化させて、液体８０に圧力を加える。

図６に示すように、加圧された液体８０を、ノズル孔２１から開口部１１内に向けて吐出する。ノズル孔２１から開口部１１内に吐出された液体８０は、例えば、図６に示すように、液柱形状を有する液体８０ａであり、圧力室３１内およびノズル孔２１内の液体８０と連続している。

次に、図７に示すように、所望の体積の液体８０ａがノズル孔２１より吐出された後、噴射口１２から液柱形状の液体８０ａと、ノズル孔２１内の液体８０との接続部分に向けて気体７０を噴射する。具体的には、供給路１４に所定の圧力を持つ気体７０を供給し、噴射口１２より噴射する。噴射された気体７０は、噴射口１２が、ノズル孔２１の中心部に面して形成されているので、液柱形状の液体８０ａとノズル孔２１内の液体８０との接続部分を切断し、所望の体積の液滴形状を有する主滴８０ｂを形成することができる。

ここで、気体７０には、圧縮された空気、または不活性ガス（窒素ガス、アルゴンなど）を用いることができる。

図８に示すように、柱状形状を有する液体８０ａを切断して主滴８０ｂを形成した後、気体７０は、噴射口１２と向かい合って形成されている吸引口１３に吸引される。これによって、切断時に、記録媒体などの被吐出体に吐出されないことが望ましいサテライト滴８０ｃが発生した場合、所定の間、気体７０を噴射し続けることによって、吸引口１３から、サテライト滴８０ｃも同時に吸引することができる。吸引された気体７０、およびサテライト滴８０ｃは、吸引口１３に連続する排出路１５より、外部に排出することができる。

本実施形態に係る液体吐出方法は、例えば、以下の特徴を有する。

本実施形態に係る液体吐出方法では、噴射された気体７０によって、ノズル孔２１より吐出した液体８０ａを切断し、所望の体積（大きさ）の液滴形状を有する主滴８０ｂを形成することができる。これによって、さまざまな粘度の液体を吐出することができるようになる。

例えば、２５℃において、１０ｍＰａ・ｓ以上、さらには、２０ｍＰａ・ｓ以上の粘度である高粘度の液体８０を吐出することができる。すなわち、液体が高粘度であって、ノズル孔２１から吐出後の液柱形状を有する液体８０ａが自重で切れることがない場合であっても、本実施形態に係る液体吐出方法は、上述の通り、所望の体積の液滴を形成することができるため、液体の粘度が問題になることがない。

また、噴射された気体７０を用い、ノズル孔２１より吐出される液体８０ａを非接触で切断することができる。これによって、構造物を用いて吐出される液体８０ａを切断する場合に比べて、液体噴射ヘッド２００内に発生する液体８０による構成物の付着汚れを低減することができる。

また、本実施形態に係る液体吐出方法では、噴射された気体７０を、噴射口１２と向かい合って形成された吸引口１３に吸引することができる。これによって、液体８０ａを切断して、主滴８０ｂを形成した際に、吐出不要なサテライト滴８０ｃが発生した場合、気体７０と共に、サテライト滴８０ｃを吸引し、排出路１５より排出することができる。つまり、サテライト滴８０ｃが記録媒体などの被吐出体に付着することを防ぐことができ、サテライト滴８０ｃが、主滴８０ｂともに着弾することによる招かれる画質などの品質低下を防ぐことができる。

３． 第１メンテナンス方法
次に、本実施形態に係る第１メンテナンス方法について説明する。本実施形態に係るメンテナンス方法では、本発明に係る液体噴射ヘッドを準備する。以下、上述した液体噴射ヘッド２００を用いた例について説明する。図９、および図１０は、本実施形態に係るメンテナンス方法を説明するための図である。

図９に示すように、液体噴射ヘッド２００の待機時に（例えば、圧電素子５０に電気信号を与えていないときに）、噴射口１２から洗浄剤９０を噴射する。このとき、洗浄剤９０が、吸引口１３に吸引されないように、排出路１５は、例えば、接続されている開閉弁を閉じて封止し、圧力的に閉じた状態にしておく。これによって、洗浄剤９０をノズル孔２１の周辺部２１ｃ、および開口部１１の内壁１１ａに向けて噴射することができる。

ノズル孔２１の周辺部２１ｃ、および開口部１１の内壁１１ａには、例えば、液体８０を構成する物質が付着している場合がある。このような付着物は、付着後に、振動などによって再度飛翔し、記録媒体などの被吐出体に着弾して画質などの品質低下を招くほか、そのまま固着することによって、ノズル孔２１からの吐出を妨げることにより、吐出異常を引き起こすことがある。

本実施形態に係る第１メンテナンス方法では、洗浄剤９０を噴射口１２より噴射して、噴射された洗浄剤９０を、吸引口１２より吸引させずに、開口部１１内における洗浄を行うことによって、前述の付着物を除去することができる。すなわち、ノズル孔２１の周辺部２１ｃ、および開口部１１の開口部内壁１１ａを洗浄することができる。

ここで、洗浄剤９０は、液体８０の種類に応じて異なり、液体８０に含まれる溶剤成分を含むことができる。より具体的には、キシレン、アルコールなどの有機溶剤または水から構成されていてもよい。これによって、液体８０の構成物からなる付着物を、効率的に洗浄することができる。

次に、図１０に示すように、洗浄後、噴射口１２より、気体７０を噴射する。このとき、上述の洗浄の場合と同様に、排出路１５は封止されているので、気体７０は、吸引口１３に吸引されず、ノズル孔２１の周辺部２１ｃ、および開口部１１の内壁１１ａに向けて噴射される。すなわち、ノズル孔２１の周辺部２１ｃ、および開口部１１の内壁１１ａに残留していた洗浄剤９０を吹き飛ばすことができ、ノズル孔２１の周辺部２１ｃ、および開口部１１の内壁１１ａを乾燥することができる。

本実施形態に係る第１メンテナンス方法は、例えば、以下の特徴を有する。

本実施形態に係る第１メンテナンス方法では、噴射口１２より噴射された洗浄剤９０、または気体７０によって、ノズル孔２１、その周辺部２１ｃ、開口部１１、開口部内壁１１ａ、噴射口１２、および吸引口１３を洗浄し、乾燥するメンテナンスを行うことができる。これによって、液体８０を構成する物質が付着した付着物や、その付着物が固着した固着物を洗浄および除去することができる。よって、本実施形態に係る第１メンテナンス法により、本実施形態に係る液体噴射ヘッドの液体吐出の安定性を高めることができる。

４． 第２メンテナンス方法
次に、本実施形態に係る第２メンテナンス方法について説明する。本実施形態に係る第２メンテナンス方法では、本発明に係る液体噴射ヘッドを準備する。以下、液体噴射ヘッド２００を用いた例について説明する。図１１、および図１２は、本実施形態に係る第２メンテナンス方法を説明するための図である。

図１１に示すように、液体噴射ヘッド２００の待機時に（例えば、圧電素子５０に電気信号を与えていないときに）、噴射口１２から洗浄剤９０を噴射する。このとき、前述の第１メンテナンスの実施形態とは異なり、排出路１５に接続される開閉弁を開いておく。これによって、洗浄剤９０を、吸引口１３から吸引し、排出路１５内に向けて噴射することができる。

吸引口１３、および排出路１５内には、例えば、液体８０を構成する物質が付着している場合がある。このような場合、その付着物が固着したりすることによって、本実施形態における吸引口１３および排出路１５からの気体または液体の吸引／排出異常が発生することがある。

本実施形態に係る第２メンテナンス方法では、洗浄剤９０を噴射口１２より噴射して、吸引口１３、および排出路１５内の前述の付着物を除去することができる。すなわち、吸引口１３、および排出路１５内を洗浄することができる。

ここで、洗浄剤９０は、液体８０の種類に応じて異なり、液体８０に含まれる溶剤成分から構成されていてもよい。より具体的には、キシレンまたはアルコールなどの有機溶剤または水から構成されていてもよい。これによって、付着物を効率的に洗浄することができる。

次に、図１４に示すように、洗浄後、噴射口１２より、気体７０を噴射する。これによって、気体７０を、吸引口１３、および排出路１５内に向けて噴射することができる。すなわち、吸引口１３、および排出路１５内に残留していた洗浄剤９０を吹き飛ばすことができ、吸引口１３、および排出路１５内を乾燥することができる。

本実施形態に係る第２メンテナンス方法は、例えば、以下の特徴を有する。

本実施形態に係る第２メンテナンス方法では、噴射口１２より噴射された洗浄剤９０、または気体７０によって、ノズル孔２１、その周辺部２１ｃ、噴射口１２、吸引口１３、および排出路１５を洗浄し、乾燥するメンテナンスを行うことができる。よって、本実施形態に係る第２メンテナンス法により、本実施形態に係る液体噴射ヘッドの液体吐出の安定性を高めることができる。

５． 液体噴射ヘッドの製造方法
次に、本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法について、図面を参照しながら説明する。図１３、１４は、本実施形態に係る液体噴射ヘッド２００の要部である第１部材１０、第２部材２０、および第３部材３０の製造工程を模式的に示す断面図である。

第１部材１０、第２部材２０、および第３部材３０は、例えば、公知の電鋳法、または公知のフォトリソグラフィ技術を用いて形成される。また、第４部材４０は、例えば、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などの公知の成膜技術を用いて形成される。また、圧電素子５０は、例えば、ＣＶＤ法、ＭＯＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、スパッタ法などの公知の技術により形成される。各層は、各層の形成ごとに所望の形状にパターニングされることができる。なお、本実施形態に係る製造方法、および各工程の先後は、以下に記載の製造方法に限定されるものではない。

以下に、電鋳法を用いた場合の本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法について述べる。

図１３に示すように、第１部材１０に係る製造方法は、例えば、導電性の電鋳用母型基板１０ａと、導電性の電鋳用レジスト１０ｂ、１０ｃおよび１０ｄを用いて、ニッケルやステンレス鋼、ステンレスなどの電鋳金属を、順次めっき成長させることにより形成することができる。めっき成長させる際、電鋳用母型基板１０ａ、電鋳用レジスト１０ｂ、１０ｃおよび１０ｄをパターニングして、開口部１１、噴射口１２、吸引口１３、供給路１４、および排出路１５を形成する。

また、図１４に示すように、第２部材２０、および第３部材３０に係る製造方法は、例えば、導電性の電鋳用母型基板２０ａと、導電性の電鋳用レジスト３０ａを用いて、ニッケルやステンレス鋼、ステンレスなどの電鋳金属を、順次めっき成長させることにより形成することができる。めっき成長させる際、電鋳用母型基板２０ａ、電鋳用レジスト３０ａをパターニングして、ノズル孔２１、および圧力室３１の側壁部を形成する。また同時に図示されない供給路３２、およびリサーバ３３の構成部を形成する。

次に、図１に示すように、圧電素子５０の下に、第４部材４０、第３部材３０、および第２部材２０を、例えば接着剤を用いて接着する。これにより、圧力室３１を形成することができる。同時に図示されない供給路３２、リサーバ３３を形成することができる。第１部材１０は、第２部材２０の下に、ノズル孔２１と開口部１１が連通するように、例えば接着剤を用いて接続される。

以上の方法により、液体噴射ヘッド２００を製造することができる。なお、前述の通り、液体噴射ヘッド２００の製造方法は、上述の製造方法に限定されずに、第１部材１０から第４部材４０を電鋳法や、フォトリソグラフィ技術を用いて一体形成してもよい。

上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは、当業者には容易に理解できよう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。

本実施形態に係る液体噴射ヘッドの主要部を模式的に示す断面図。 本実施形態に係る液体噴射ヘッドの第１部材を模式的に示す斜視図。 本実施形態に係る液体噴射ヘッドの第１部材を模式的に示す平面図。 本実施形態に係る液体噴射ヘッドを模式的に示す分解斜視図。 本実施形態に係る液体吐出方法を説明するための図。 本実施形態に係る液体吐出方法を説明するための図。 本実施形態に係る液体吐出方法を説明するための図。 本実施形態に係る液体吐出方法を説明するための図。 本実施形態に係るメンテナンス方法を説明するための図。 本実施形態に係るメンテナンス方法を説明するための図。 本実施形態に係るメンテナンス方法を説明するための図。 本実施形態に係るメンテナンス方法を説明するための図。 本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造工程を模式的に示す断面図。 本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造工程を模式的に示す断面図。

符号の説明

１０ 第１部材、１１ 開口部、１２ 噴射口、１３ 吸引口、１４ 供給路、
１５ 排出路、１０ａ 電鋳用母型基板、１０ｂ 電鋳用レジスト、
１０ｃ 電鋳用レジスト、１０ｄ 電鋳用レジスト、１１ａ 内壁、２０ 第２部材、
２１ ノズル孔、２０ａ 電鋳用母型基板、２１ａ 第１ホール部、
２１ｂ 第２ホール部、２１ｃ 周辺部、３０ 第３部材、３１ 圧力室、
３２ 供給路、３３ リザーバ、３０ａ 電鋳用レジスト、４０ 第４部材、
５０ 圧電素子、７０ 気体、８０ 液体、８０ａ 液体、８０ｂ 主滴、
８０ｃ サテライト滴、９０ 洗浄剤、１００ 筐体、２００ 液体噴射ヘッド

Claims (15)

1. 気体を用いて液体を切断するための第１部材と、
   前記第１部材の上方に形成され、ノズル孔を有する第２部材と、
   前記第２部材の上方に形成され、圧力室を有する第３部材と、
   前記第３部材の上方に形成され、振動部を構成する第４部材と、
   前記第４部材の上方に形成された圧電素子と、
   を含み、
   前記第１部材は、
   前記第２部材の前記ノズル孔の下方に形成され、前記ノズル孔と連通した開口部と、
   前記開口部を構成する側面に形成された噴射口と、
   前記開口部を構成する側面に形成された吸引口と、
   前記噴射口と連続して形成された供給路と、
   前記吸引口と連続して形成された排出路と、
   を有する液体噴射ヘッド。
2. 請求項１において、
   前記噴射口と前記吸引口は、向かい合う位置に配置される、液体噴射ヘッド。
3. 請求項１または２において、
   前記開口部の開口径は、前記ノズル孔の径以上である、液体噴射ヘッド。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項において、
   前記吸引口の開口面積は、前記噴射口の開口面積以上である、液体噴射ヘッド。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項において、
   前記排出路の断面積は、前記供給路の断面積以上である、液体噴射ヘッド。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項記載の液体噴射ヘッドを用いて液体を吐出する方法であって、
   前記圧電素子によって前記圧力室内の液体を加圧し、加圧された前記液体を、前記ノズル孔から前記開口部に向けて吐出する工程と、
   前記噴射口から気体を噴射し、噴射された前記気体によって、前記開口部内に吐出された前記液体を切断し、液滴形状を有する主滴を形成する工程と、
   を含む、液体吐出方法。
7. 請求項６において、
   前記気体は、空気、または不活性ガスからなる液体吐出方法。
8. 請求項６または７において、
   前記開口部に吐出された液体は、柱状形状であり、
   前記切断する工程は、柱状形状を有する前記液体を、前記主滴と、吐出不要な液体であるサテライト滴とに切断する、液体吐出方法。
9. 請求項８において、
   前記気体によって、前記サテライト滴は、前記吸引口から吸引され、さらに、前記排出路から排出される、液体吐出方法。
10. 請求項１ないし５のいずれか１項記載の液体噴射ヘッドをメンテナンスする方法であって、
    前記排出路を封止する工程と、
    前記噴射口から洗浄剤を噴射する工程と、
    前記洗浄剤によって、前記ノズル孔および前記開口部の内壁を洗浄する工程と、
    を含む、メンテナンス方法。
11. 請求項１０において
    前記洗浄する工程後、前記噴射口から気体を噴射し、噴射された前記気体によって、洗浄された前記ノズル孔および前記開口部の内壁を乾燥する工程を含む、メンテナンス方法。
12. 請求項１ないし５のいずれか１項記載の液体噴射ヘッドをメンテナンスする方法であって、
    前記噴射口から洗浄剤を噴射する工程と、
    前記洗浄剤によって、前記吸引口および前記排出路の内壁を洗浄する工程と、
    を含む、メンテナンス方法。
13. 請求項１２において、
    前記洗浄する工程後、前記噴射口から気体を噴射し、噴射された前記気体によって、洗浄された前記吸引口および前記排出路の内壁を乾燥する工程を含む、メンテナンス方法。
14. 請求項１０ないし１３のいずれか１項において
    前記洗浄剤は、前記液体に含まれる溶剤成分を含む、メンテナンス方法。
15. 請求項１４において
    前記洗浄剤は、有機溶剤、および水の少なくとも一方からなる、メンテナンス方法。

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