JP2019006012A - 液体吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液室に接続された流路の流路抵抗の変更が、ノズルからの液体の吐出に影響を与える可能性を低減可能な技術を提供する。【解決手段】液体吐出装置は、液体を吐出するためのノズルに連通する液室と、ノズルから液体を吐出させるために液室の容積を変更する容積変更部と、液室に連通する第１連通流路と、第１連通流路に接続される第１接続流路と、第１連通流路と第１接続流路との間に設けられた第１流路抵抗変更部と、を備える。第１流路抵抗変更部は、第１連通流路に連通する第１開口部を有する第１弁座と、第１弁座の第１開口部に向けて移動可能であり、第１開口部の開度を変更するための第１弁体と、を備える。第１弁座は、第１弁体側に向けて突出した形状を有する。【選択図】図４

Description

本発明は、液体吐出装置に関する。

液体を吐出する液体吐出装置に関し、例えば、特許文献１には、ノズルを有する液室に液体を供給する供給流路の断面積（流路抵抗）を変更することによって、インクの粘性に応じたインクの吐出量を調整する技術が開示されている。

特開２０１５−１１２８３８号公報

しかし、インクの吐出量を調整するために供給流路の断面積を小さくして流路抵抗を大きくすると、供給流路の容積が小さくなるため、供給流路からノズル側に液体が移動し、ノズルからその液体が漏れる可能性があった。また、インクの吐出量を調整するために供給流路の断面積を大きくして流路抵抗を小さくすると、供給流路の容積が大きくなるため、ノズル内の液体が供給流路側に移動し、ノズルから気泡を吸引してしまう可能性があった。そのため、液室に接続された流路の流路抵抗の変更が、ノズルからの液体の吐出に影響を与える可能性を低減可能な技術が望まれている。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、液体吐出装置が提供される。この液体吐出装置は、液体を吐出するためのノズルに連通する液室と；前記ノズルから前記液体を吐出させるために前記液室の容積を変更する容積変更部と；前記液室に連通する第１連通流路と；前記第１連通流路に接続される第１接続流路と；前記第１連通流路と前記第１接続流路との間に設けられた第１流路抵抗変更部と；を備え、前記第１流路抵抗変更部は、前記第１連通流路に連通する第１開口部を有する第１弁座と、前記第１弁座の前記第１開口部に向けて移動可能であり、前記第１開口部の開度を変更するための第１弁体と、を備え、前記第１弁座は、前記第１弁体側に向けて突出した形状を有することを特徴とする。このような形態の液体吐出装置であれば、第１流路抵抗変更部を構成する第１弁座が、第１弁体側に向けて突出しているので、第１弁体の移動による流路抵抗の変更が、ノズルからの液体の吐出に影響を与える可能性を低減できる。

（２）上記形態の液体吐出装置において、前記第１弁座は、前記第１弁体側ほど細くなる形状を有してもよい。このような形態の液体吐出装置であれば、第１弁体の移動による流路抵抗の変更が、ノズルからの液体の吐出に影響を与える可能性をより効果的に低減できる。

（３）上記形態の液体吐出装置において、前記第１弁体は、前記第１弁座側ほど細くなる形状を有してもよい。このような形態の液体吐出装置であれば、第１弁体の移動による流路抵抗の変更が、ノズルからの液体の吐出に影響を与える可能性をより効果的に低減できる。

（４）上記形態の液体吐出装置において、前記第１弁体が前記第１弁座に接触する際に、前記容積変更部は、前記液室の容積を大きくしてもよい。このような構成の液体吐出装置であれば、ノズルから液体が漏れることをより効果的に抑制することができる。

（５）上記形態の液体吐出装置において、１つの前記第１接続流路に対して、前記液室、前記容積変更部、前記第１連通流路、を複数組備え、前記第１接続流路は、複数の前記第１連通流路に接続され、前記第１流路抵抗変更部は、複数の前記第１連通流路に対応して、複数の前記第１開口部と、複数の前記第１弁座とを有し、前記第１弁体は、複数の前記第１弁座の複数の前記第１開口部に向けて移動可能であり、複数の前記第１開口部の開度を同時に変更可能であってもよい。このような構成の液体吐出装置であれば、流路抵抗を変更するための機構を簡略化することができる。

（６）上記形態の液体吐出装置は、前記液室に連通する第２連通流路と、前記第２連通流路に接続される第２接続流路と、前記第２連通流路と前記第２接続流路との間に設けられた第２流路抵抗変更部と、を備え、前記第２流路抵抗変更部は、前記第２連通流路に連通する第２開口部を有する第２弁座と、前記第２弁座の前記第２開口部に向けて移動可能であり、前記第２開口部の開度を変更するための第２弁体と、を備え、前記第２弁座は、前記第２弁体側に向けて突出した形状を有し、前記液室には前記第１接続流路および前記第１連通流路を通って前記液体が流入し、前記液室内の前記液体が前記第２連通流路および前記第２接続流路を通って排出されてもよい。このような構成の液体吐出装置であれば、第２流路抵抗変更部を構成する第２弁座が、第２弁体側に向けて突出しているので、第２弁体の移動による流路抵抗の変更が、ノズルからの液体の吐出に影響を与える可能性を低減できる。

（７）上記形態の液体吐出装置において、前記第２接続流路から排出された前記液体を、前記第１接続流路に再び供給する循環流路を備えてもよい。このような構成の液体吐出装置であれば、液体を効率的に消費することができる。

本発明は、上述した液体吐出装置としての形態以外にも、種々の形態で実現することが可能である。例えば、液体吐出装置によって実行される液体吐出方法や、液体吐出装置を制御するためのコンピュータープログラム、そのコンピュータープログラムが記録された一時的でない有形な記録媒体等の形態で実現することができる。

第１実施形態における液体吐出装置の概略構成を示す説明図である。 ヘッド部の概略構成を示す断面図である。 図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示す概略図である。 図２におけるＩＶ−ＩＶ断面を示す概略図である。 第１開口部の開度を調整する様子を示す第１の図である。 第１開口部の開度と流路抵抗の関係のシミュレーション結果を示す第１のグラフである。 第１開口部の開度を調整する様子を示す第２の図である。 第１開口部の開度と流路抵抗の関係のシミュレーション結果を示す第２のグラフである。 制御部による液体の吐出制御の概要を示す説明図である。 第２実施形態における制御部による液体の吐出制御の概要を示す説明図である。 第３実施形態における第１弁体の形状を示す図である。 第１弁体および第１弁座の様々な実施形態を示す図である。

Ａ．第１実施形態：
図１は、本発明の第１実施形態における液体吐出装置１００の概略構成を示す説明図である。液体吐出装置１００は、タンク１０と、加圧ポンプ２０と、第１接続流路３０と、ヘッド部２００と、第２接続流路５０と、液体貯留部６０と、負圧発生源７０と、制御部８０と、を備える。

タンク１０には液体が収容されている。液体としては、例えば、所定の粘度を有するインクが収容される。タンク１０内の液体は加圧ポンプ２０により、第１接続流路３０を通じてヘッド部２００に供給される。ヘッド部２００に供給された液体は、ヘッド部２００により吐出される。ヘッド部２００の動作は、制御部８０により制御される。制御部８０は、ＣＰＵとメモリーとを備えるコンピューターとして構成されており、メモリーに記憶されたプログラムをＣＰＵが実行することにより、ヘッド部２００の動作を制御する。プログラムは、一時的でない有形な記録媒体に記録されていてもよい。

ヘッド部２００によって吐出されなかった液体は、第２接続流路５０を通じて液体貯留部６０に排出される。液体貯留部６０には、各種ポンプによって構成可能な負圧発生源７０が接続されている。負圧発生源７０は、液体貯留部６０内を負圧にすることにより、第２接続流路５０を通じてヘッド部２００から液体を吸引する。加圧ポンプ２０および負圧発生源７０は、第１接続流路３０と第２接続流路５０とに差圧を発生させて第１接続流路３０に液体を供給する液体供給部として機能する。なお、加圧ポンプ２０および負圧発生源７０のいずれか一方を省略して、加圧ポンプ２０または負圧発生源７０のいずれか単体で液体供給部を構成してもよい。上記のように、本実施形態では、ヘッド部２００から吐出されなかった液体がヘッド部２００から第２接続流路５０に排出されるので、ヘッド部２００内に液体内の沈降成分が堆積することを抑制することができる。

本実施形態では、液体貯留部６０とタンク１０とは、循環流路９０によって接続されている。液体貯留部６０に貯留された液体は、循環流路９０を通じてタンク１０に戻され、再び、加圧ポンプ２０によってヘッド部２００に供給される。つまり、循環流路９０は、第２接続流路５０から排出された液体を、第１接続流路３０に再び供給する機能を有する。循環流路９０には、液体貯留部６０から液体を吸引するためのポンプが備えられていてもよい。なお、循環流路９０を省略し、液体吐出装置１００を、液体を循環させない構成とすることも可能である。

図２は、ヘッド部２００の概略構成を示す断面図である。図２には互いに直交するＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向を示している。これらの方向は図３以降に示した方向に対応している。本実施形態では−Ｚ方向が重力方向下向きであるものとする。以下の説明では、−Ｚ方向のことを単に「下方」、＋Ｚ方向のことを単に「上方」ともいう。

ヘッド部２００は、液室２１０と、容積変更部２２０と、第１連通流路２３０と、第１接続流路３０と、第１流路抵抗変更部２４０と、第２連通流路２５０と、第２接続流路５０と、第２流路抵抗変更部２６０とを備えている。図１に示した制御部８０は、容積変更部２２０と第１流路抵抗変更部２４０と第２流路抵抗変更部２６０とを制御する。液室２１０、第１連通流路２３０、第１接続流路３０、第２連通流路２５０、第２接続流路５０は、例えば、金属材料に空間を形成することにより構成される。

液室２１０は、液体が供給される空間を有する部屋である。液室２１０は、液体を外部に吐出するためのノズル２１１に連通している。本実施形態では、ノズル２１１は、液室２１０の下面に形成されている。そのため、液室２１０内の液体は、ノズル２１１から下方に向けて吐出される。

容積変更部２２０は、ノズル２１１から液体を吐出させるために液室２１０の容積を変更する。容積変更部２２０は、液室２１０の上面を構成する振動板２２１と、振動板２２１を上下方向に変位させるための第１ピエゾアクチュエーター２２２とを備える。第１ピエゾアクチュエーター２２２は、上下方向に伸縮可能に構成されている。第１ピエゾアクチュエーター２２２の下端は振動板２２１の上面に接触している。第１ピエゾアクチュエーター２２２が上下方向に伸縮すると、それに伴い振動板２２１が上下動し、液室２１０の容積が変更される。制御部８０は、第１ピエゾアクチュエーター２２２を液室２１０の容積を小さくするように制御することにより、液室２１０内の圧力を高める。そして、液室２１０内の圧力がノズル２１１内の液体のメニスカス耐圧を超えてノズル２１１から液体が吐出される。このとき、最大で、液室２１０の容量変化分の量の液体がノズル２１１から外部に吐出される。

液室２１０には、第１連通流路２３０および第２連通流路２５０が連通している。第１連通流路２３０には、第１接続流路３０が接続され、第２連通流路２５０には第２接続流路５０が接続されている。本実施形態では、第１連通流路２３０は、その−Ｘ方向の端部が液室２１０に接続され、＋Ｘ方向の端部が上方に向けて折れ曲がり、第１接続流路３０に接続されている。第２連通流路２５０は、その＋Ｘ方向の端部が液室２１０に接続され、−Ｘ方向の端部が上方に向けて折れ曲がり、第２接続流路５０に接続されている。第１接続流路３０および第２接続流路５０は、Ｙ方向に沿って延びる流路として構成されている。液室２１０には第１接続流路３０および第１連通流路２３０を通って液体が流入する。液室２１０内の液体、より詳しくは液室２１０内の液体のうちノズル２１１から吐出されなかった液体は、第２連通流路２５０および第２接続流路５０を通ってヘッド部２００から排出される。

第１流路抵抗変更部２４０は、第１連通流路２３０と第１接続流路３０との間に設けられている。第１流路抵抗変更部２４０は、第１弁座２４１と第１弁体２４２とを有する。第１弁座２４１は、第１連通流路２３０に連通する第１開口部２４３を有している。本実施形態では、第１開口部２４３は、上方に向けて開口している。第１弁体２４２は、第１弁座２４１の第１開口部２４３に向けて移動可能であり、第１開口部２４３の開度を変更する。本実施形態では、第１弁体２４２は、下方に存在する第１開口部２４３に向けて移動可能に構成されている。

本実施形態では、第１弁体２４２は、上下方向に伸縮可能な第２ピエゾアクチュエーター２４５によって駆動される。第１弁体２４２は、第１シート部材２４６を介して第２ピエゾアクチュエーター２４５に接続されている。第１シート部材２４６は、第１接続流路３０の上面を形成する弾性部材である。制御部８０は、第２ピエゾアクチュエーター２４５を制御して、第１シート部材２４６を介して第１弁体２４２を上下に移動させることで、第１開口部２４３の開度を変更する。これにより、液室２１０に液体を供給する流路における流路抵抗が変更される。なお、第１接続流路３０と第１連通流路２３０とを合わせて供給流路と呼ぶことができる。

本実施形態では、第１弁座２４１は、第１弁体２４２側に向けて、つまり、上方に向けて突出した形状を有する。本実施形態では、第１弁座２４１は、第１弁体２４２側ほど細くなる形状を有している。より具体的には、第１弁座２４１は、第１弁体２４２側ほど径が小さくなるテーパー状に形成されている。また、本実施形態では、第１弁体２４２は、第１弁座２４１側ほど細くなる形状を有している。より具体的には、本実施形態では、第１弁体２４２は、第１弁座２４１側の先端が、第１弁座２４１側に向けて凸となる半球状に形成されている。なお、第１弁体２４２の先端は、金属によって構成されてもよいし、ゴムなどの弾性体によって構成されていてもよい。

第２流路抵抗変更部２６０は、第２連通流路２５０と第２接続流路５０との間に設けられている。第２流路抵抗変更部２６０は、第２弁座２６１と第２弁体２６２とを有する。第２弁座２６１は、第２連通流路２５０に連通する第２開口部２６３を有している。本実施形態では、第２開口部２６３は、上方に向けて開口している。第２弁体２６２は、第２弁座２６１の第２開口部２６３に向けて移動可能であり、第２開口部２６３の開度を変更する。本実施形態では、第２弁体２６２は、下方に存在する第２開口部２６３に向けて移動可能に構成されている。

本実施形態では、第２弁体２６２は、上下方向に伸縮可能な第３ピエゾアクチュエーター２６５によって駆動される。第２弁体２６２は、第２シート部材２６６を介して第３ピエゾアクチュエーター２６５に接続されている。第２シート部材２６６は、第２接続流路５０の上面を形成する弾性部材である。制御部８０は、第３ピエゾアクチュエーター２６５を制御して、第２シート部材２６６を介して第２弁体２６２を上下に移動させることで、第２開口部２６３の開度を変更する。これにより、液室２１０から液体を排出する流路における流路抵抗が変更される。なお、第２接続流路５０と第２連通流路２５０とを合わせて排出流路と呼ぶことができる。

図３は、図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示す概略図である。本実施形態のヘッド部２００は、１つの第１接続流路３０および１つの第２接続流路５０に対して、液室２１０、容積変更部２２０、第１連通流路２３０、第２連通流路２５０を複数組備えている。図３には、液室２１０、容積変更部２２０、第１連通流路２３０、第２連通流路２５０が４組設けられている例を示している。第１接続流路３０は、複数の第１開口部２４３を通じて複数の第１連通流路２３０に接続され、第２接続流路５０は、複数の第２開口部２６３を通じて複数の第２連通流路２５０に接続されている。図３には、１つの第１接続流路３０が４つの第１連通流路２３０に接続され、１つの第２接続流路５０が４つの第２連通流路２５０に接続されている例を示している。

図４は、図２におけるＩＶ−ＩＶ断面を示す概略図である。本実施形態では、第１流路抵抗変更部２４０は、複数の第１連通流路２３０に対応して、複数の第１開口部２４３と、複数の第１弁座２４１とを有している。つまり、第１連通流路２３０の数と同数の第１開口部２４３と第１弁座２４１とを有している。また、第１弁体２４２は、複数の第１弁座２４１の複数の第１開口部２４３に向けて移動可能であり、複数の第１開口部２４３の開度を同時に変更可能である。つまり、本実施形態では、１つの第２ピエゾアクチュエーター２４５および１つの第１弁体２４２が４つの第１弁座２４１に対して共通に設けられており、４つの第１開口部２４３の開度をまとめて変更することができる。本実施形態では、第１弁体２４２の第１弁座２４１側の先端に、それぞれの第１弁座２４１に対応した位置に複数の半球状の先端部が備えられている。

なお、第２連通流路２５０も、図４に示した構成と同様に、複数の第２連通流路２５０に対応して、複数の第２開口部２６３と、複数の第２弁座２６１とを有している。また、第２弁体２６２は、複数の第２弁座２６１の複数の第２開口部２６３に向けて移動可能であり、複数の第２開口部２６３の開度を同時に変更可能である。

図５は、第１流路抵抗変更部２４０の第１弁体２４２によって第１開口部２４３の開度を調整する様子を示す第１の図である。本実施形態において、第１開口部２４３の開度とは、第１弁体２４２と第１開口部２４３の間の距離によって表される。開度が大きいほど、第１弁体２４２と第１開口部２４３の距離が遠く、開度が小さいほど、第１弁体２４２と第１開口部２４３の距離が近い。図５に示した第１状態は、第１開口部２４３の開度が最も大きい状態を示す。第２状態は、開度が最も小さくなる直前の状態を示す。第３状態は、開度が最も小さい状態を示す。第１流路抵抗変更部２４０によって第１連通流路２３０の流路抵抗を大きくする際には、制御部８０は、第１弁体２４２の位置を、第１状態、第２状態、第３状態の順で遷移させる。第２状態において示した矢印は、第１弁体２４２の移動に伴って液体が移動する量と方向とを概略的に示している。

図６は、第１開口部２４３の開度と、第１弁体２４２の移動に伴った液体移動の第１連通流路２３０側への流路抵抗Ｒ１と第１接続流路３０側への流路抵抗Ｒ２との関係のシミュレーション結果を示す第１のグラフである。このシミュレーションでは、第１開口部２４３と第１弁体２４２の最短距離が、２．０^−５ｍの状態を開度１００％とした。第１弁体２４２の位置を、図５に示すように、第１状態、第２状態、第３状態に遷移させた場合において、第１連通流路２３０側の流路抵抗Ｒ１（図５）は、図６に示すように、第１開口部２４３の開度にかかわらずほぼ一定であった。これに対して、第１接続流路３０側の流路抵抗Ｒ２（図５）は、第１開口部２４３の開度が小さくなるほど大きくなるものの、開度がゼロになる直前に、急激に大きくなった。図６に比較例として示したシミュレーション結果は、図５において、第１弁座２４１が上方に突出せず平坦に構成された例におけるシミュレーション結果である。図６に示すように、本実施形態における流路抵抗Ｒ２は、ゼロを超える開度の全領域において比較例における流路抵抗よりも小さかった。つまり、本実施形態における第１弁座２４１の形状によれば、第１開口部２４３の開度がゼロになる直前（すなわち、第１開口部２４３が閉弁する直前）まで、第１接続流路３０側の流路抵抗Ｒ２を第１連通流路２３０側の流路抵抗Ｒ１よりも小さくすることができ、また、第１弁座２４１の形状が平坦な場合よりも、第１接続流路３０側の流路抵抗Ｒ２を小さく抑えることができる。そのため、図５の第２状態に示すように、第１弁体２４２の下降によって第１開口部２４３の開度を小さくした際に、第１連通流路２３０側に流入する液体の量を少なくすることができる。この結果、第１連通流路２３０の流路抵抗を大きくする際に、液室２１０に液体が過度に流れ込んでノズル２１１から液体が漏れることを抑制できる。

図７は、第１流路抵抗変更部２４０の第１弁体２４２によって第１開口部２４３の開度を調整する様子を示す第２の図である。図７に示した第４状態は、開度が最も小さい状態を示す。第４状態は、図５に示した第３状態と同じ状態である。第５状態は、開度が最も小さい状態からわずかに大きくした状態を示す。第６状態は、開度が最も大きい状態を示す。第１流路抵抗変更部２４０によって第１開口部２４３の流路抵抗を小さくする際には、制御部８０は、第１弁体２４２の位置を、第４状態、第５状態、第６状態の順で遷移させる。

図８は、第１開口部２４３の開度と流路抵抗Ｒ１，Ｒ２との関係のシミュレーション結果を示す第２のグラフである。第１弁体２４２の位置を、図７に示すように、第４状態、第５状態、第６状態に遷移させた場合において、第１接続流路３０側の流路抵抗Ｒ２（図７）は、開度がゼロからわずかに大きくなる際に急激に小さくなり、その後、開度が大きくなるほど、小さくなった。これに対して、第１連通流路２３０側の流路抵抗Ｒ１（図７）は、図６に示すように、第４状態から第５状態に遷移する際にわずかに低下するものの、その後は、ほぼ一定であった。第４状態から第５状態に移行する際に第１連通流路２３０側の流路抵抗Ｒ１がわずかに低下するのは、開度をゼロから大きくした直後では、第１接続流路３０側の流路抵抗Ｒ２が大きいため、第１連通流路２３０から第１接続流路３０側に液体が流入できず、図７の第５状態に示すようにノズル２１１の先端からわずかに空気を吸い込み、それにより、第１連通流路２３０側の流路抵抗Ｒ１が小さくなるためである。なお、第５状態においてノズル２１１から空気を吸い込んだとしても、第６状態に移行するまでには、第１接続流路３０の流路抵抗Ｒ２が急激に小さくなるため、第１連通流路２３０には第１接続流路３０から液体が流入しやすくなり、ノズル２１１から空気はそれ以上吸い込まれなくなる。

なお、図５〜図８では、第１連通流路２３０および第１接続流路３０の流路抵抗の変化について説明したが、第２連通流路２５０および第２接続流路５０の流路抵抗の変化も、第１連通流路２３０および第１接続流路３０の流路抵抗の変化と同様である。そのため、第２連通流路２５０および第２接続流路５０の流路抵抗の変化についての説明は省略する。

図９は、制御部８０による液体の吐出制御の概要を示す説明図である。図９に示すように、本実施形態では、制御部８０は、ノズル２１１から液体を吐出させる際には、第１流路抵抗変更部２４０および第２流路抵抗変更部２６０を制御して、第１開口部２４３および第２開口部２６３の流路抵抗を大きくして第１開口部２４３および第２開口部２６３を閉塞させる。そして、第１開口部２４３および第２開口部２６３を閉塞させた状態で、制御部８０は、容積変更部２２０を制御することにより、液室２１０の容積を小さくし、液室２１０内の液体をノズル２１１から吐出させる。このような制御によれば、液室２１０内の圧力変化が、第１接続流路３０および第２接続流路５０に伝わることを抑制できるので、効率的に液体を吐出することができる。

一方、制御部８０は、ノズル２１１から液体を吐出させない場合には、図２に示すように、第１流路抵抗変更部２４０および第２流路抵抗変更部２６０を制御することによって、第１開口部２４３および第２開口部２６３の流路抵抗を小さくして第１開口部２４３および第２開口部２６３を全開状態にする。こうすることにより、液体の非吐出時においては、液室２１０に常に液体が供給され、また、液室２１０から常に液体が排出されることになる。従って、液体内の沈降成分が液室２１０やノズル２１１に堆積することを抑制できる。

以上で説明した本実施形態の液体吐出装置１００によれば、第１流路抵抗変更部２４０を構成する第１弁座２４１が、第１弁体２４２側に向けて突出しているので、第１弁体２４２が第１弁座２４１に接触する直前や離間する直後を除くタイミングにおいて、第１接続流路３０内の流路抵抗Ｒ２を低く抑えることができる。そのため、第１弁体２４２の移動に伴ってノズル２１１から液体が漏れることや、ノズル２１１から気泡が吸引されることを抑制することができる。この結果、第１弁体２４２の移動による流路抵抗の変更が、ノズル２１１からの液体の吐出に影響を与える可能性を低減できる。

また、本実施形態では、第１弁座２４１が第１弁体２４２側ほど細くなる形状を有しているので、第１弁体２４２の移動による流路抵抗の変更が、ノズル２１１からの液体の吐出に影響を与える可能性をより効果的に低減できる。また、本実施形態では、第２弁座２６１も、第２弁体２６２側に向けて突出しているので、第２弁体２６２の移動による流路抵抗の変更が、ノズル２１１からの液体の吐出に影響を与える可能性をより効果的に低減できる。

また、本実施形態では、第１弁体２４２は、第１弁座２４１側ほど細くなる形状を有しているので、第１弁体２４２の移動による流路抵抗Ｒ１の変更が、ノズル２１１からの液体の吐出に影響を与える可能性をより効果的に低減できる。また、本実施形態では、第２弁体２６２も、第２弁座２６１側ほど細くなる形状を有しているので、第２弁体２６２の移動による流路抵抗の変更が、ノズル２１１からの液体の吐出に影響を与える可能性をより効果的に低減できる。

また、本実施形態では、第１弁体２４２は、複数の第１開口部２４３の開度を同時に変更することができるので、供給側の流路抵抗を変更するための機構を簡略化することができる。また、本実施形態では、第２弁体２６２は、複数の第２開口部２６３の開度を同時に変更することができるので、排出側の流路抵抗を変更するための機構を簡略化することができる。

また、本実施形態では、第２接続流路５０から排出された液体を、循環流路９０によって、第１接続流路３０に再び供給することができるので、液体を効率的に消費することができる。

Ｂ．第２実施形態：
図１０は、第２実施形態における制御部８０による液体の吐出制御の概要を示す説明図である。第１実施形態では、図９に示したように、制御部８０は、ノズル２１１から液体を吐出させる際に、第１流路抵抗変更部２４０および第２流路抵抗変更部２６０を制御して、第１開口部２４３および第２開口部２６３の流路抵抗を大きくしている。これに対して、第２実施形態では、制御部８０は、ノズル２１１から液体を吐出させる際に、第１流路抵抗変更部２４０および第２流路抵抗変更部２６０を制御して、第１開口部２４３および第２開口部２６３の流路抵抗を大きくするとともに、容積変更部２２０を制御して、液室２１０の容積を大きくする。このような制御を行えば、第１弁体２４２と第２弁体２６２とをそれぞれ第１弁座２４１、第２弁座２６１に接触させる際に、第１接続流路３０あるいは第２接続流路５０側の液体が第１連通流路２３０あるいは第２連通流路２５０側に流入したとしても、流入した液体を、容積を大きくした液室２１０によって捕捉することができる。そのため、ノズル２１１から液体が漏れることをより効果的に抑制することができる。

Ｃ．第３実施形態：
図１１は、第３実施形態における第１弁体２４２ａの形状を示す図である。第１実施形態では、図４に示したように、第１弁体２４２は、各第１弁座２４１につき、一つの先端部が接触するように構成されている。これに対して、第３実施形態の第１弁体２４２ａの先端部は、複数の第１弁座２４１に跨がって接触するように構成されている。このような第１弁体２４２によっても、第１開口部２４３の開度を調整することが可能である。なお、第２弁体２６２についても第１弁体２４２ａと同様の構成が可能である。

Ｄ．他の実施形態：
図１２は、第１弁体２４２および第１弁座２４１の様々な実施形態を示す図である。第１弁体２４２および第１弁座２４１の形状としては、図１２に示すように、様々な形状を適用可能である。例えば、第１弁座２４１の側面は、外側に向けて凸状の曲面によって構成されていてもよい（態様１）。また、第１弁座２４１の側面は、内側に向けて凸状の曲面によって構成されてもよい（態様２）また、第１弁座２４１は、第１弁体２４２側ほど段階的に径が小さくなるように構成されてもよい（態様３）。また、第１弁体２４２の第１弁座２４１側の端部は、平坦に形成されていてもよい（態様４）。また、第１弁体２４２の第１弁座２４１側の端部は、第１弁座２４１側ほど細くなるように、テーパー状に形成されていてもよい（態様５）。なお、第２弁体２６２および第２弁座２６１の形状も、第１弁体２４２および第１弁座２４１と同様に様々な形状を適用可能である。

上記実施形態では、ヘッド部２００は、液室２１０、容積変更部２２０、第１連通流路２３０、第２連通流路２５０を複数組備えているが、ヘッド部２００は、これらを１組のみ備えていてもよい。また、上記実施形態では、第１接続流路３０および第２接続流路５０が、複数の液室２１０、容積変更部２２０、第１連通流路２３０、第２連通流路２５０に対して共通して接続されているが、これらに対して個別に接続されてもよい。その他、上記実施形態では、第２ピエゾアクチュエーター２４５および第１弁体２４２が複数の第１弁座２４１に対して共通して設けられ、第３ピエゾアクチュエーター２６５および第２弁体２６２が複数の第２弁座２６１に対して共通して設けられている。これに対して、例えば、第１弁座２４１ごとに第１弁体２４２と第２ピエゾアクチュエーター２４５とが設けられ、第２弁座２６１ごとに第２弁体２６２と第３ピエゾアクチュエーター２６５とが設けられてもよい。

上記実施形態では、ヘッド部２００は、第２連通流路２５０、第２接続流路５０、第２流路抵抗変更部２６０を備えているが、これらを省略してもよい。つまり、ヘッド部２００は、液体の吐出時以外に、液体を排出しない構成でもよい。

上記実施形態では、制御部８０は、液体を吐出する制御を行う際に、第１流路抵抗変更部２４０および第２流路抵抗変更部２６０を制御して第１開口部２４３および第２開口部２６３の開度を変更している。これに対して、制御部８０は、液体の吐出制御時に限らず、例えば、液体の粘性に応じて液体の吐出量を調整するために、第１流路抵抗変更部２４０および第２流路抵抗変更部２６０を制御して第１開口部２４３および第２開口部２６３の開度を調整してもよい。

上記実施形態では、第１弁座２４１および第２弁座２６１ともに、弁体側に向けて突出した形状である。これに対して、第１弁座２４１および第２弁座２６１のいずれか一方のみを弁体側に向けて突出した形状としてもよい。

上記実施形態では、容積変更部２２０、第１流路抵抗変更部２４０および第２流路抵抗変更部２６０はピエゾアクチュエーターによって構成されている。しかし、これらは、ピエゾアクチュエーターに限らず、エアシリンダーやソレノイド、磁歪材料などの他のアクチュエーターによって構成してもよい。

本発明は、インクを吐出する液体吐出装置に限らず、インク以外の他の液体を吐出する任意の液体吐出装置にも適用することができる。例えば、以下のような各種の液体吐出装置に本発明は適用可能である。
（１）ファクシミリ装置等の画像記録装置。
（２）液晶ディスプレイ等の画像表示装置用のカラーフィルターの製造に用いられる色材吐出装置。
（３）有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイや、面発光ディスプレイ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ、ＦＥＤ）等の電極形成に用いられる電極材吐出装置。
（４）バイオチップ製造に用いられる生体有機物を含む液体を吐出する液体吐出装置。
（５）精密ピペットとしての試料吐出装置。
（６）潤滑油の吐出装置。
（７）樹脂液の吐出装置。
（８）時計やカメラ等の精密機械にピンポイントで潤滑油を吐出する液体吐出装置。
（９）光通信素子等に用いられる微小半球レンズ（光学レンズ）などを形成するために紫外線硬化樹脂液等の透明樹脂液を基板上に吐出する液体吐出装置。
（１０）基板などをエッチングするために酸性又はアルカリ性のエッチング液を吐出する液体吐出装置。
（１１）他の任意の微小量の液滴を吐出させる液体吐出ヘッドを備える液体吐出装置。

なお、「液滴」とは、液体吐出装置から吐出される液体の状態をいい、粒状、涙状、糸状に尾を引くものも含むものとする。また、ここでいう「液体」とは、液体吐出装置が消費できるような材料であればよい。例えば、「液体」は、物質が液相であるときの状態の材料であれば良く、粘性の高い又は低い液状態の材料、及び、ゾル、ゲル水、その他の無機溶剤、有機溶剤、溶液、液状樹脂、液状金属（金属融液）のような液状態の材料も「液体」に含まれる。また、物質の一状態としての液体のみならず、顔料や金属粒子などの固形物からなる機能材料の粒子が溶媒に溶解、分散または混合されたものなども「液体」に含まれる。液体の代表的な例としてはインクや液晶等が挙げられる。ここで、インクとは一般的な水性インクおよび油性インク並びにジェルインク、ホットメルトインク等の各種の液体状組成物を包含するものとする。

本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１０…タンク、２０…加圧ポンプ、３０…第１接続流路、５０…第２接続流路、６０…液体貯留部、７０…負圧発生源、８０…制御部、９０…循環流路、１００…液体吐出装置、２００…ヘッド部、２１０…液室、２１１…ノズル、２２０…容積変更部、２２１…振動板、２２２…第１ピエゾアクチュエーター、２３０…第１連通流路、２４０…第１流路抵抗変更部、２４１…第１弁座、２４２，２４２ａ…第１弁体、２４３…第１開口部、２４５…第２ピエゾアクチュエーター、２４６…第１シート部材、２５０…第２連通流路、２６０…第２流路抵抗変更部、２６１…第２弁座、２６２…第２弁体、２６３…第２開口部、２６５…第３ピエゾアクチュエーター、２６６…第２シート部材

Claims (7)

1. 液体吐出装置であって、
   液体を吐出するためのノズルに連通する液室と、
   前記ノズルから前記液体を吐出させるために前記液室の容積を変更する容積変更部と、
   前記液室に連通する第１連通流路と、
   前記第１連通流路に接続される第１接続流路と、
   前記第１連通流路と前記第１接続流路との間に設けられた第１流路抵抗変更部と、を備え、
   前記第１流路抵抗変更部は、
   前記第１連通流路に連通する第１開口部を有する第１弁座と、
   前記第１弁座の前記第１開口部に向けて移動可能であり、前記第１開口部の開度を変更するための第１弁体と、を備え、
   前記第１弁座は、前記第１弁体側に向けて突出した形状を有する、
   液体吐出装置。
2. 請求項１に記載の液体吐出装置であって、
   前記第１弁座は、前記第１弁体側ほど細くなる形状を有する、液体吐出装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の液体吐出装置であって、
   前記第１弁体は、前記第１弁座側ほど細くなる形状を有する、液体吐出装置。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の液体吐出装置であって、
   前記第１弁体が前記第１弁座に接触する際に、前記容積変更部は、前記液室の容積を大きくする、液体吐出装置。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の液体吐出装置であって、
   １つの前記第１接続流路に対して、前記液室、前記容積変更部、前記第１連通流路、を複数組備え、
   前記第１接続流路は、複数の前記第１連通流路に接続され、
   前記第１流路抵抗変更部は、
   複数の前記第１連通流路に対応して、複数の前記第１開口部と、複数の前記第１弁座とを有し、
   前記第１弁体は、複数の前記第１弁座の複数の前記第１開口部に向けて移動可能であり、複数の前記第１開口部の開度を同時に変更可能である、
   液体吐出装置。
6. 請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の液体吐出装置であって、
   前記液室に連通する第２連通流路と、
   前記第２連通流路に接続される第２接続流路と、
   前記第２連通流路と前記第２接続流路との間に設けられた第２流路抵抗変更部と、を備え、
   前記第２流路抵抗変更部は、
   前記第２連通流路に連通する第２開口部を有する第２弁座と、
   前記第２弁座の前記第２開口部に向けて移動可能であり、前記第２開口部の開度を変更するための第２弁体と、を備え、
   前記第２弁座は、前記第２弁体側に向けて突出した形状を有し、
   前記液室には前記第１接続流路および前記第１連通流路を通って前記液体が流入し、
   前記液室内の前記液体が前記第２連通流路および前記第２接続流路を通って排出される、
   液体吐出装置。
7. 請求項６に記載の液体吐出装置であって、
   前記第２接続流路から排出された前記液体を、前記第１接続流路に再び供給する循環流路を備える、液体吐出装置。

Images