JP2020128076A - 液体吐出ヘッド、液体吐出ユニット、液体を吐出する装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安定した吐出特性を得る。【解決手段】ノズル４は、ノズル４は、液体の流入側開口４０ａと、液体の吐出側開口４０ｂと、流入側開口４０ａに通じる流入側流路部４１と、中間流路部４２と、吐出側開口４０ｂに通じる吐出側流路部４３とで構成され、中間流路部４２は、吐出側開口４０ｂに向かって断面積が大きくなるように広がるテーパ形状の第１形状部４２ａ、及び、第１テーパ形状部４２ａに連なり、吐出側開口４０ｂに向かって断面積が小さくなるように狭まるテーパ形状の第２形状部４２ｂで形成されている。【選択図】図３

Description

本発明は液体吐出ヘッド、液体吐出ユニット、液体を吐出する装置に関する。

液体を吐出する液体吐出ヘッドにおいては、液体吐出に伴ってノズルのメニスカスが振動するので、メニスカス振動の減衰を待って次の吐出を行うため、メニスカス振動の減衰特性は周波数特性に影響を与える。

従来、ノズルは、液体吐出面側かノズルの内側に向かって開いた形状を有する第１の面と液体吐出面側からノズルの内側に向かって絞られた形状を有する第２の面が液体吐出面側から第１の面、第２の面の順に連続して設けられた構造を２つ以上有し、第１の面の液体吐出方向の長さａと、第２の面の液体吐出方向の長さｂと、の関係は、ａ＞ｂ＞０を満たすようにしたものが知られている（特許文献１）。

特開２００８−２４６７８５号公報

ところで、周波数特性を安定させるため、ノズルの穴形状をノズルのメニスカス振動を強く減衰させる形状にした場合、メニスカス振動が弱いときの減衰が過剰になり、飛翔中に滴分離が生じるという課題がある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、安定した吐出特性を得ることを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明に係る液体吐出ヘッドは、
液体を吐出するノズルを有し、
前記ノズルは、前記液体の流入側開口と前記液体の吐出側開口との間に、前記流入側開口及び前記吐出側開口のいずれよりも断面積が大きな流路を含む中間流路部が設けられている
構成とした。

本発明によれば、安定した吐出特性を得ることができる。

本発明の第１実施形態に係る液体吐出ヘッドのノズル配列方向と直交する方向に沿う断面説明図である。 同じく図１のＡ−Ａ線に沿うノズル配列方向に沿う断面説明図である。 同実施形態におけるノズルの説明に供するノズル部分の拡大断面説明図である。 同実施形態のノズルの作用効果の説明に供する説明図である。 比較例１のノズルの断面説明図である。 ヘルツホルム周期の測定の説明に供する断面説明図である。 本発明の第２実施形態に係る液体吐出ヘッドのノズル部分の断面説明図である。 本発明の第３実施形態に係る液体吐出ヘッドのノズル部分の断面説明図である。 同実施形態の作用説明に供する断面説明である。 本発明の第４実施形態に係る液体吐出ヘッドのノズル部分の断面説明図である。 本発明の第５実施形態に係る液体吐出ヘッドのノズル部分の断面説明図である。 本発明の第６実施形態に係る液体吐出ヘッドの外観斜視説明図である。 同じく図１と同様なノズル配列方向と直交する方向に沿う断面説明図である。 本発明に係る液体を吐出する装置の一例の概略説明図である。 同装置のヘッドユニットの一例の平面説明図である。 液体循環装置の一例のブロック説明図である。 本発明に係る液体を吐出する装置の他の例の要部平面説明図である。 同装置の要部側面説明図である。 本発明に係る液体吐出ユニットの他の例の要部平面説明図である。 本発明に係る液体吐出ユニットの更に他の例の正面説明図である。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。本発明の第１実施形態について図１及び図２を参照して説明する。図１は同実施形態に係る液体吐出ヘッドのノズル配列方向と直交する方向に沿う断面説明図、図２は同じく図１のＡ−Ａ線に沿うノズル配列方向に沿う断面説明図である。

この液体吐出ヘッド１００は、ノズル板１と、流路板２と、壁面部材としての振動板部材３とを積層接合している。そして、振動板部材３の振動領域（ダイアフラム領域、振動板）３０を変位させる圧電アクチュエータ１１と、ヘッドのフレーム部材を兼ねている共通流路部材２０とを備えている。

ノズル板１は、液体を吐出する複数のノズル４を配列したノズル列を有している。ノズル板１は、板状部材１Ａ及び１Ｂを積層して構成している。

流路板２は、複数のノズル４に通じる複数の圧力室である圧力室６、各圧力室６にそれぞれ通じる流体抵抗部を兼ねる個別供給流路７、１又は複数の個別供給流路７に通じる１又は複数の中間供給流路８を形成している。

流路板２は、板状部材２Ａ及び２Ｂを積層して構成している。板状部材２Ａには、各圧力室６、個別供給流路７、及び中間供給流路８を形成する貫通溝部を形成し、板状部材２Ｂには、各圧力室６を形成する貫通溝部及び中間供給流路８を形成する貫通溝部をそれぞれ形成している。

振動板部材３は、流路板２の圧力室６の壁面を形成する変位可能な複数の振動領域３０を有する。ここでは、振動板部材３は２層構造（限定されない）とし、流路板２側から薄肉部を形成する第１層３ａと、厚肉部を形成する第２層３ｂで構成されている。

そして、薄肉部である第１層３ａで圧力室６に対応する部分に変形可能な振動領域３０を形成している。振動領域３０内には、第２層３ｂで圧電アクチュエータ１１と接合する厚肉部である凸部３０ａを形成している。また、圧力室６、６間の隔壁部に対応して凸部３０ｂを有している

そして、振動板部材３の圧力室６とは反対側に、振動板部材３の振動領域３０を変形させる駆動手段（アクチュエータ手段、圧力発生手段）としての電気機械変換素子を含む圧電アクチュエータ１１を配置している。

この圧電アクチュエータ１１は、ベース部材１３上に接合した圧電部材１２にハーフカットダイシングによって溝加工をして、ノズル配列方向において、所要数の柱状の圧電素子１２Ａ、１２Ｂを所定の間隔で櫛歯状に形成している。

そして、圧電素子１２Ａを振動板部材３の振動領域３０に形成した厚肉部である凸部３０ａに接合している。また、支柱部となる圧電素子１２Ｂを振動板部材３の凸部３０ｂに接合している。

この圧電素子１２は、圧電層と内部電極とを交互に積層したものであり、内部電極がそれぞれ端面に引き出されて外部電極（端面電極）に接続され、外部電極にフレキシブル配線部材１５が接続されている。

共通流路部材２０は共通供給流路１０を形成している。共通供給流路１０は、振動板部材３に設けたフィルタ部９を介して中間供給流路８に通じている。

この液体吐出ヘッド１００においては、例えば圧電素子１２Ａに与える電圧を基準電位（中間電位）から下げることによって圧電素子１２Ａが収縮し、振動板部材３の振動領域３０が引かれて圧力室６の容積が膨張することで、圧力室６内に液体が流入する。

その後、圧電素子１２Ａに印加する電圧を上げて圧電素子１２Ａを積層方向に伸長させ、振動板部材３の振動領域３０をノズル４に向かう方向に変形させて圧力室６の容積を収縮させることにより、圧力室６内の液体が加圧され、ノズル４から液体が吐出される。

なお、ヘッドの駆動方法については上記の例（引き−押し打ち）に限るものではなく、駆動波形の与えた方によって引き打ちや押し打ちなどを行なうこともできる。

次に、第１実施形態におけるノズルについて図３を参照して説明する。図３は同ノズル部分の拡大断面説明図である。

ノズル４は、液体の流入側開口４０ａと、液体の吐出側開口４０ｂと、流入側開口４０ａに通じる流入側流路４１と、吐出側開口４０ｂに通じる吐出側流路部４３と、流入側流路部４１及び吐出側流路部４３に通じる中間流路部４２とで構成されている。

流入側流路部４１は、断面積がほぼ一定のストレート形状部４１ａで形成している。

中間流路部４２は、吐出側開口４０ｂに向かって広がるテーパ形状の第１形状部４２ａ、及び、第１形状部４２ａに連なり、吐出側開口４０ｂに向かって狭まるテーパ形状の第２形状部４２ｂで形成している。

ここで、第１形状部４２ａは、吐出側開口４０ｂに向かって断面積が連続的に大きくなる第１形状部である。第２形状部４２ｂは、吐出側開口４０ｂに向かって断面積が連続的に小さくなる第２形状部である。

これにより、流入側開口４０ａと吐出側開口４０ｂとの間に、流入側開口４０ａ及び吐出側開口４０ｂのいずれよりも断面積（液体の吐出方向と直交する方向の断面の面積）が大きな流路を含む中間流路部４２が設けられる。

吐出側流路部４３は、流入側流路部４１よりも断面積が狭く、断面積がほぼ一定のストレート形状部４３ａで形成している。

本実施形態のノズル４は、上記の構成により、流入側開口４０ａから吐出側開口４０ｂに向けて、一旦膨らんで細くなる穴形状を有している。つまり、ノズル４は、流入側開口４０ａと吐出側開口４０ｂとの間の中間部分に、他の流路部分よりも流体抵抗が小さな流路部分である中間流路部４２を有している穴形状としている。

次に、本実施形態のノズルの作用効果について図４及び図５も参照して説明する。図４は同作用効果の説明に供する説明図、図５は比較例１のノズルの断面説明図である。

比較例１のノズル４は、図５に示すように、流入側開口４０ａから吐出側開口４０ｂ側に向かって狭くなるテーパ形状部４１ｂと、テーパ形状部４１ｂに続き、吐出側開口４０ｂを含むストレート形状部４３ａとを含む穴形状を有している。また、比較例１のノズル４の流路長さと実施形態のノズル４の流路長さとは同じ長さＬ１である。

図４に戻って、（ａ）は液体を吐出したときの実施形態と比較例１のメニスカス変位量（変位位置）、（ｂ）は同じく実施形態のノズル４内のメニスカスＭの位置、（ｃ）は同じく振動領域３０の位置をそれぞれ示している。なお、図４（ｂ１）〜（ｂ５）は図４（ｃ１）〜（ｃ５）と対応している。

ノズル４から液体を吐出したとき、ノズル４のメニスカスＭは、図４（ａ）に示すように変位する（実施形態は実線で、比較例１は破線で示している）。

実施形態において、最初の引き込みよるメニスカス振動のヘルツホルム周期の第１ピークでは、メニスカスＭは、図４（ｂ２）に示すように、流入側流路部４１まで引き込まれる。

そして、液体を吐出した直後に生じるヘルツホルム周期の第２ピークでは、メニスカスＭは中間流路部４２に引き込まれる。続く、ヘルツホルム周期の第３ピークでは、メニスカスＭは吐出側流路部４３に引き込まれる。

このように、吐出直後のヘルムホルツ周期の第２ピークでは、流体抵抗が他の流路部に対して小さい中間流路部４２の内部にメニスカスＭを引き込むことで、メニスカス振動の減衰を遅らせることができ、滴形成を安定させることができる。

そして、ヘルムホルツ周期の第３ピークでは、流体抵抗が中間流路部４２よりも高い吐出側流路部４３にメニスカスＭを引き込んで減衰を促すことで、滴分離を抑制しつつ、安定した周波数特性の吐出を確保することできる。

すなわち、ノズル４の流体抵抗を高くしてメニスカス振動の減衰を強くすることで、液体吐出後のメニスカス振動を早期に減衰させて次の吐出を行うことができ、周波数特性は安定する。

しかしながら、吐出直後のメニスカス振動が弱いと、減衰が過剰になり、次の吐出で飛翔中に滴が分離し易くなる。

そこで、吐出直後のメニスカス振動は流体抵抗が相対的に小さい中間流路部４２まで引き込むことによって、過剰な減衰を抑制して、安定した滴形成を可能にしている。

なお、ヘルツホルム周期は、例えば、図６に示すように、レーザードップラー振動計２００によってメニスカスＭの振動を測定することが求めることができる。

次に、本発明の第２実施形態について図７を参照して説明する。図７は同実施形態に係る液体吐出ヘッドのノズル部分の断面説明図である。

本実施形態では、ノズル板１は、３枚の板状部材３Ｅ、３Ｃ、３Ｄを積層して構成している。

本実施形態でも、ノズル４は、液体の流入側開口４０ａと、液体の吐出側開口４０ｂと、流入側開口４０ａに通じる流入側流路部４１と、吐出側開口４０ｂに通じる吐出側流路部４３と、流入側流路部４１及び吐出側流路部４３に通じる中間流路部４２とで構成されている。

ここで、流入側流路部４１は、断面積がほぼ一定のストレート形状部４１ａで形成している。ストレート形状部４１ａは、板状部材３Ｄに形成した貫通穴で構成される。

中間流路部４２は、断面積がほぼ一定のストレート形状部４２ｃで形成している。ストレート形状部４２ｃは、板状部材３Ｃに形成した貫通穴で構成される。ストレート形状部４２ｃの断面積は、流入側開口４０ａ及び吐出側開口４０ｂの断面積よりも大きくしている。

吐出側流路部４３は、流入側流路部４１よりも断面積が狭く、したがってまた、中間流路部４２よりも断面積が狭い、断面積がほぼ一定のストレート形状部４３ａで形成している。ストレート形状部４３ａは、板状部材３Ｅに形成した貫通穴で構成される。

このように、ノズル４の流入側流路部４１、中間流路部４２及び吐出側流路部４３のいずれもがストレート形状部であっても、前記第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

次に、本発明の第３実施形態について図８及び図９を参照して説明する。図８は同実施形態に係る液体吐出ヘッドのノズル部分の断面説明図、図９は作用説明に供する断面説明であり、（ａ）は本実施形態における流れを、（ｂ）は傾斜角θａとθｂを同じにした例の流れを示している。である。

本実施形態では、中間流路部４２の第１形状部である第１形状部４２ａの傾斜角θａと、第２形状部である第２形状部４２ｂの傾斜角θｂとが異なっている。ここでは、傾斜角θａが傾斜角θｂよりも小さい（θａ＜θｂ）構成としている。

つまり、第１形状部４２ａと第２形状部４２ｂとが交わる部分では、液体の流れが向きを変えるために、流速が遅くなる。

ここで、図９（ｂ）に示す構成は、第１形状部４２ａの傾斜角θａと第２形状部４２ｂの傾斜角θｂとを同じとして、かつ、傾斜角θａ、θｂを小さくしている。この構成の場合、第１形状部４２ａと第２形状部４２ｂとが交わり、流速が遅くなる部分で、液体に含まれる成分や顔料等が壁面に付着して付着物３０１となるおそれがある。

付着物３０１が経時的に増加すると、中間流路部４２が狭まることになる。また、付着物３０１が顔料であると、付着物３０１が分離してノズル４を詰まらせるおそれがある。

この場合、傾斜角θａ、θｂを大きくすれば、つまり、緩やかな傾斜とすることで、流速の低下を抑えることができるが、中間流路部４２の流体抵抗が大ききなり、また中間流路部４２の長さＬ２が長くなる。そのため、吐出直後のヘルムホルツ周期の第２ピークでメニスカスを流体抵抗の小さな中間流路部４２に引き込み、第３ピークで流体抵抗の高い吐出側流路部４３にメニスカスを引き込むことができなくなる。

そこで、本実施形態では、傾斜角はθａ＜θｂとしている。この構成では、図９（ａ）に示すように、第２形状部４２ｂの傾斜が第１形状部４２ａの傾斜よりも緩やかであるので、メニスカスが引き込まれるときに、液体の流れが速くなる。これにより、長期間使用しても、中間流路部４２の壁面に液体に含まれる成分や顔料が付着しにくくなる。

そして、傾斜角θａ、θｂの一方を他方に対して相対的に大きくするので、全体として中間流路部４２の長さＬ２の増加を抑えることができる。これにより、吐出直後のヘルムホルツ周期の第２ピークでメニスカスを流体抵抗の小さな中間流路部４２に引き込み、第３ピークで流体抵抗の高い吐出側流路部４３にメニスカスを引き込むことができる。

次に、本発明の第４実施形態について図１０を参照して説明する。図１０は同実施形態に係る液体吐出ヘッドのノズル部分の断面説明図である。

本実施形態では、中間流路部４２の第１形状部である第１形状部４２ａの傾斜角θａと、第２形状部である第２形状部４２ｂの傾斜角θｂとが異なっている。ここでは、傾斜角θａが傾斜角θｂよりも大きい（θａ＞θｂ）構成としている。

この構成では、第１形状部４２ａの傾斜が第２形状部４２ｂの傾斜よりも緩やかであるので、メニスカスが押し出されるときに、液体の流れが速くなる。これにより、長期間使用しても、中間流路部４２の壁面に液体に含まれる成分や顔料が付着しにくくなる。

そして、前記第３実施形態と同様に、傾斜角θａ、θｂの一方を他方に対して相対的に大きくするので、全体として中間流路部４２の長さＬ２の増加を抑えることができる。これにより、吐出直後のヘルムホルツ周期の第２ピークでメニスカスを流体抵抗の小さな中間流路部４２に引き込み、第３ピークで流体抵抗の高い吐出側流路部４３にメニスカスを引き込むことができる。

次に、本発明の第５実施形態について図１１を参照して説明する。図１１は同実施形態に係る液体吐出ヘッドのノズル部分の断面説明図である。

本実施形態では、中間流路部４２は、吐出側流路部４３を形成する板状部材１Ａ側から貫通穴を設けた４枚の板状部材１Ｃ１〜１Ｃ４を積層して形成している。

ここで、板状部材１Ｃ４、１Ｃ３は、段階的に穴径が大きくなることで、吐出側開口４０ｂに向かって断面積が段階的に大きくなる第１形状部４２ａを形成している。また、板状部材１Ｃ３、１Ｃ２、１Ｃ１は、段階的に穴径が小さくなることで、吐出側開口４０ｂに向かって断面積が段階的に小さくなる第２形状部４２ｂを形成している。

このとき、板状部材１Ｃ１〜１Ｃ４の厚みを同じとするとき、第１形状部４２ａの断面積の変化率は、第２形状部４２ｂの断面積の変化率よりも大きくなるので、前記第３実施形態と同様な傾きの関係になる。

これにより、前記第３実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

したがって、板状部材１Ｃ１〜１Ｃ４の積層順序を逆にすることで、前記第４実施形態の傾きの関係と同様な断面積の変化率の関係にして、前記第４実施形態と同様の作用効果を得ることもできる。

上記各実施形態においては、流入側開口４０ａと吐出側開口４０ｂとの間に配置された、流入側開口４０ａ及び吐出側開口４０ｂよりも断面積が大きい流路を含む中間流路部４２が、テーパ形状、ストレート形状の例で説明しているが、これに限るものではない。中間流路部４２は壁面が湾曲する湾曲形状などとすることもできる。また、流入側流路部についても、同様に、壁面が湾曲する湾曲形状などとすることもできる。さらに、流入側開口から吐出側開口に向かって連続的に傾斜又は湾曲する壁面を有する形状とすることもできる。

次に、本発明の第６実施形態について図１２及び図１３を参照して参照して説明する。図１２は同実施形態に係る液体出ヘッドの外観斜視説明図、図１３は同じく図１と同様なノズル配列方向と直交する方向に沿う断面説明図である。

この液体吐出ヘッド１００は、循環型液体吐出ヘッドであり、ノズル板１と、流路板２と、壁面部材としての振動板部材３とを積層接合している。そして、振動板部材３の振動領域（振動板）３０を変位させる圧電アクチュエータ１１と、ヘッドのフレーム部材を兼ねている共通流路部材２０とを備えている。

ノズル板１は、液体を吐出する複数のノズル４を有している。ノズル板１は、前記第１実施形態と同様に、板状部材１Ａ及び１Ｂを積層して構成し、ノズル４は、流入側開口と吐出側開口との間に、流入側開口及び吐出側開口のいずれよりも断面積の大きい流路を含む中間流路部を有する。なお、第２実施形態と同様な構成とすることもできる。

流路板２は、複数のノズル４に各々ノズル連通路５を介して通じる複数の圧力室６と、複数の圧力室６に各々通じる複数の個別供給流路７と、１又は複数の個別供給流路７に通じる１又は複数の中間供給流路８などを形成している。中間供給流路８は、振動板部材３の供給側の開口部１９を介して共通供給流路１０に通じている。

なお、本実施形態では、流路板２は、複数枚の板状部材２Ａ〜２Ｅを積層して構成しているが、これに限るものではない。

振動板部材３は、流路板２の圧力室６の壁面を形成する変形可能な複数の振動板（振動領域）３０を有する。ここでは、振動板部材３は３層構造（限定されない）とし、流路板２側から薄肉部を形成する第１層３ａと、厚肉部を形成する第２層３ｂ、第３層３ｃで構成されている。

そして、薄肉部である第１層３ａで圧力室６に対応する部分に変形可能な振動領域３０を形成している。振動領域３０内には、第２層３ｂ及び第３層３ｃで圧電アクチュエータ１１と接合する厚肉部である凸部３０ａを形成している。また、振動領域３０を形成している薄肉部（第１層３ａのみの部分）の周囲には第２層３ｂで厚肉部３０ｃを形成している。

また、流路板２は、複数の圧力室６にノズル連通路５を介して各々通じる流路板２の面方向に沿う複数の個別回収流路５６と、１又は複数の個別回収流路５６に通じる１又は複数の中間排出流路５８を形成している。中間排出流路５８は、振動板部材３の回収側の開口部５９を介して共通回収流路５０に通じている。

共通流路部材２０は、共通供給流路１０と共通回収流路５０を形成する。共通供給流路１０は供給ポート７１に通じ、共通回収流路５０は回収ポート７２に通じている。

この液体吐出ヘッド１００においては、例えば圧電素子１２Ａに与える電圧を基準電位（中間電位）から下げることによって圧電素子１２Ａが収縮し、振動板部材３の振動領域３０が引かれて圧力室６の容積が膨張することで、圧力室６内に液体が流入する。

その後、圧電素子１２Ａに印加する電圧を上げて圧電素子１２Ａを積層方向に伸長させ、振動板部材３の振動領域３０をノズル４に向かう方向に変形させて圧力室６の容積を収縮させることにより、圧力室６内の液体が加圧され、ノズル４から液体が吐出される。

また、ノズル４から吐出されない液体はノズル４を通過して個別回収流路５６から共通回収流路５０に回収され、共通回収流路５０から外部の循環経路を通じて共通供給流路１０に再度供給される。

なお、ヘッドの駆動方法については上記の例（引き−押し打ち）に限るものではなく、駆動波形の与えた方によって引き打ちや押し打ちなどを行なうこともできる。

次に、本発明に係る液体を吐出する装置の一例について図１４及び図１５を参照して説明する。図１４は同装置の概略説明図、図１５は同装置のヘッドユニットの一例の平面説明図である。

この液体を吐出する装置である印刷装置５００は、連続体５１０を搬入する搬入手段５０１と、搬入手段５０１から搬入された連続体５１０を印刷手段５０５に案内搬送する案内搬送手段５０３と、連続体５１０に対して液体を吐出して画像を形成する印刷を行う印刷手段５０５と、連続体５１０を乾燥する乾燥手段５０７と、連続体５１０を搬出する搬出手段５０９などを備えている。

連続体５１０は搬入手段５０１の元巻きローラ５１１から送り出され、搬入手段５０１、案内搬送手段５０３、乾燥手段５０７、搬出手段５０９の各ローラによって案内、搬送されて、搬出手段５０９の巻取りローラ５９１にて巻き取られる。

この連続体５１０は、印刷手段５０５において、搬送ガイド部材５５９上をヘッドユニット５５０及びヘッドユニット５５５に対向して搬送され、ヘッドユニット５５０から吐出される液体によって画像が形成され、ヘッドユニット５５５から吐出される処理液で後処理が行われる。

ここで、ヘッドユニット５５０には、例えば、搬送方向上流側から、４色分のフルライン型ヘッドアレイ５５１Ａ、５５１Ｂ、５５１Ｃ、５５１Ｄ（以下、色の区別しないときは「ヘッドアレイ５５１」という。）が配置されている。

各ヘッドアレイ５５１は、液体吐出手段であり、それぞれ、搬送される連続体５１０に対してブラックＫ，シアンＣ、マゼンタＭ、イエローＹの液体を吐出する。なお、色の種類及び数はこれに限るものではない。

ヘッドアレイ５５１は、例えば、本発明に係る液体吐出ヘッド（これを、単に「ヘッド」ともいう。）１００をベース部材５５２上に千鳥状に並べて配置したものであるが、これに限らない。

次に、液体循環装置の一例について図１６を参照して説明する。図１６は同液体循環装置のブロック説明図である。なお、ここでは１つのヘッドのみ図示しているが、複数のヘッドを配列する場合には、マニホールドなどを介して複数のヘッドの供給側、回収側にそれぞれ供給側液体経路、回収側液体経路を接続することになる。

液体循環装置６００は、供給タンク６０１、回収タンク６０２、メインタンク６０３、第１送液ポンプ６０４、第２送液ポンプ６０５、コンプレッサ６１１、レギュレータ６１２、真空ポンプ６２１、レギュレータ６２２、供給側圧力センサ６３１、回収側圧力センサ６３２などで構成されている。

ここで、コンプレッサ６１１及び真空ポンプ６２１は、供給タンク６０１内の圧力と回収タンク６０２内の圧力とに差圧を生じさせる手段を構成している。

供給側圧力センサ６３１は、供給タンク６０１とヘッド１００との間であって、ヘッド１００の供給ポート７１に繋がった供給側液体経路に接続されている。回収側圧力センサ６３２は、ヘッド１と回収タンク６０２との間であって、ヘッド１００の回収ポート７２に繋がった回収側液体経路に接続されている。

回収タンク６０２の一方は、第１送液ポンプ６０４を介して供給タンク６０１と接続されており、回収タンク６０２の他方は第２送液ポンプ６０５を介してメインタンク６０３と接続されている。

これにより、供給タンク６０１から供給ポート７１を通ってヘッド１００内に液体が流入し、回収ポート７２から回収タンク６０２へ回収され、第１送液ポンプ６０４によって回収タンク６０２から供給タンク６０１へ液体が送られることによって、液体が循環する循環経路が構成される。

ここで、供給タンク６０１にはコンプレッサ６１１がつなげられており、供給側圧力センサ６３１で所定の正圧が検知されるように制御される。一方、回収タンク６０２には真空ポンプ６２１がつなげられており、回収側圧力センサ６３２で所定の負圧が検知されるよう制御される。

これにより、ヘッド１００内を通って液体を循環させつつ、メニスカスの負圧を一定に保つことができる。

また、ヘッド１００のノズル４から液体を吐出すると、供給タンク６０１及び回収タンク６０２内の液体量が減少していく。そのため、適宜、第２送液ポンプ６０５を用いて、メインタンク６０３から回収タンク６０２に液体を補充する。

なお、メインタンク６０３から回収タンク６０２への液体補充のタイミングは、回収タンク６０２内の液体の液面高さが所定高さよりも下がったときに液体補充を行うなど、回収タンク６０２内に設けた液面センサなどの検知結果によって制御することができる。

次に、本発明に係る液体を吐出する装置としての印刷装置の他の例について図１７及び図１８を参照して説明する。図１７は同装置の要部平面説明図、図１８は同装置の要部側面説明図である。

この印刷装置５００は、シリアル型装置であり、主走査移動機構４９３によって、キャリッジ４０３は主走査方向に往復移動する。主走査移動機構４９３は、ガイド部材４０１、主走査モータ４０５、タイミングベルト４０８等を含む。ガイド部材４０１は、左右の側板４９１Ａ、４９１Ｂに架け渡されてキャリッジ４０３を移動可能に保持している。そして、主走査モータ４０５によって、駆動プーリ４０６と従動プーリ４０７間に架け渡したタイミングベルト４０８を介して、キャリッジ４０３は主走査方向に往復移動される。

このキャリッジ４０３には、本発明に係る液体吐出ヘッド１００及びヘッドタンク４４１を一体にした液体吐出ユニット４４０を搭載している。液体吐出ユニット４４０の液体吐出ヘッド１００は、例えば、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の各色の液体を吐出する。また、液体吐出ヘッド１００は、複数のノズルからなるノズル列を主走査方向と直交する副走査方向に配置し、吐出方向を下方に向けて装着している。

液体吐出ヘッド１００は、前述した液体循環装置６００と接続されて、所要の色の液体が循環供給される。

この印刷装置５００は、用紙４１０を搬送するための搬送機構４９５を備えている。搬送機構４９５は、搬送手段である搬送ベルト４１２、搬送ベルト４１２を駆動するための副走査モータ４１６を含む。

搬送ベルト４１２は用紙４１０を吸着して液体吐出ヘッド１００に対向する位置で搬送する。この搬送ベルト４１２は、無端状ベルトであり、搬送ローラ４１３と、テンションローラ４１４との間に掛け渡されている。吸着は静電吸着、あるいは、エアー吸引などで行うことができる。

そして、搬送ベルト４１２は、副走査モータ４１６によってタイミングベルト４１７及びタイミングプーリ４１８を介して搬送ローラ４１３が回転駆動されることによって、副走査方向に周回移動する。

さらに、キャリッジ４０３の主走査方向の一方側には搬送ベルト４１２の側方に液体吐出ヘッド１００の維持回復を行う維持回復機構４２０が配置されている。

維持回復機構４２０は、例えば液体吐出ヘッド１００のノズル面（ノズルが形成された面）をキャッピングするキャップ部材４２１、ノズル面を払拭するワイパ部材４２２などで構成されている。

主走査移動機構４９３、維持回復機構４２０、搬送機構４９５は、側板４９１Ａ，４９１Ｂ、背板４９１Ｃを含む筐体に取り付けられている。

このように構成したこの印刷装置５００においては、用紙４１０が搬送ベルト４１２上に給紙されて吸着され、搬送ベルト４１２の周回移動によって用紙４１０が副走査方向に搬送される。

そこで、キャリッジ４０３を主走査方向に移動させながら画像信号に応じて液体吐出ヘッド１００を駆動することにより、停止している用紙４１０に液体を吐出して画像を形成
する。

次に、本発明に係る液体吐出ユニットの他の例について図１９を参照して説明する。図１９は同ユニットの要部平面説明図である。

この液体吐出ユニット４４０、前記液体を吐出する装置を構成している部材のうち、側板４９１Ａ、４９１Ｂ及び背板４９１Ｃで構成される筐体部分と、主走査移動機構４９３と、キャリッジ４０３と、液体吐出ヘッド１００で構成されている。

なお、この液体吐出ユニット４４０の例えば側板４９１Ｂに、前述した維持回復機構４２０を更に取り付けた液体吐出ユニットを構成することもできる。

次に、本発明に係る液体吐出ユニットの更に他の例について図２０を参照して説明する。図２０は同ユニットの正面説明図である。

この液体吐出ユニット４４０は、流路部品４４４が取付けられた液体吐出ヘッド１００と、流路部品４４４に接続されたチューブ４５６で構成されている。

なお、流路部品４４４はカバー４４２の内部に配置されている。流路部品４４４に代えてヘッドタンク４４１を含むこともできる。また、流路部品４４４の上部には液体吐出ヘッド１００と電気的接続を行うコネクタ４４３が設けられている。

本願において、吐出される液体は、ヘッドから吐出可能な粘度や表面張力を有するものであればよく、特に限定されないが、常温、常圧下において、または加熱、冷却により粘度が３０ｍＰａ・ｓ以下となるものであることが好ましい。より具体的には、水や有機溶媒等の溶媒、染料や顔料等の着色剤、重合性化合物、樹脂、界面活性剤等の機能性付与材料、ＤＮＡ、アミノ酸やたんぱく質、カルシウム等の生体適合材料、天然色素等の可食材料、などを含む溶液、懸濁液、エマルジョンなどであり、これらは例えば、インクジェット用インク、表面処理液、電子素子や発光素子の構成要素や電子回路レジストパターンの形成用液、３次元造形用材料液等の用途で用いることができる。

液体を吐出するエネルギー発生源として、圧電アクチュエータ（積層型圧電素子及び薄膜型圧電素子）、発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いるサーマルアクチュエータ、振動板と対向電極からなる静電アクチュエータなどを使用するものが含まれる。

「液体吐出ユニット」は、液体吐出ヘッドに機能部品、機構が一体化したものであり、液体の吐出に関連する部品の集合体が含まれる。例えば、「液体吐出ユニット」は、ヘッドタンク、キャリッジ、供給機構、維持回復機構、主走査移動機構、液体循環装置の構成の少なくとも一つを液体吐出ヘッドと組み合わせたものなどが含まれる。

ここで、一体化とは、例えば、液体吐出ヘッドと機能部品、機構が、締結、接着、係合などで互いに固定されているもの、一方が他方に対して移動可能に保持されているものを含む。また、液体吐出ヘッドと、機能部品、機構が互いに着脱可能に構成されていても良い。

例えば、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドとヘッドタンクが一体化されているものがある。また、チューブなどで互いに接続されて、液体吐出ヘッドとヘッドタンクが一体化されているものがある。ここで、これらの液体吐出ユニットのヘッドタンクと液体吐出ヘッドとの間にフィルタを含むユニットを追加することもできる。

また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドとキャリッジが一体化されているものがある。

また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドを走査移動機構の一部を構成するガイド部材に移動可能に保持させて、液体吐出ヘッドと走査移動機構が一体化されているものがある。また、液体吐出ヘッドとキャリッジと主走査移動機構が一体化されているものがある。

また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドが取り付けられたキャリッジに、維持回復機構の一部であるキャップ部材を固定させて、液体吐出ヘッドとキャリッジと維持回復機構が一体化されているものがある。

また、液体吐出ユニットとして、ヘッドタンク若しくは流路部品が取付けられた液体吐出ヘッドにチューブが接続されて、液体吐出ヘッドと供給機構が一体化されているものがある。このチューブを介して、液体貯留源の液体が液体吐出ヘッドに供給される。

主走査移動機構は、ガイド部材単体も含むものとする。また、供給機構は、チューブ単体、装填部単体も含むものする。

「液体を吐出する装置」には、液体吐出ヘッド又は液体吐出ユニットを備え、液体吐出ヘッドを駆動させて液体を吐出させる装置が含まれる。液体を吐出する装置には、液体が付着可能なものに対して液体を吐出することが可能な装置だけでなく、液体を 気中や液中に向けて吐出する装置も含まれる。

この「液体を吐出する装置」は、液体が付着可能なものの給送、搬送、排紙に係わる手段、その他、前処理装置、後処理装置なども含むことができる。

例えば、「液体を吐出する装置」として、インクを吐出させて用紙に画像を形成する装置である画像形成装置、立体造形物（三次元造形物）を造形するために、粉体を層状に形成した粉体層に造形液を吐出させる立体造形装置（三次元造形装置）がある。

また、「液体を吐出する装置」は、吐出された液体によって文字、図形等の有意な画像が可視化されるものに限定されるものではない。例えば、それ自体意味を持たないパターン等を形成するもの、三次元像を造形するものも含まれる。

上記「液体が付着可能なもの」とは、液体が少なくとも一時的に付着可能なものであって、付着して固着するもの、付着して浸透するものなどを意味する。具体例としては、用紙、記録紙、記録用紙、フィルム、布などの被記録媒体、電子基板、圧電素子などの電子部品、粉体層（粉末層）、臓器モデル、検査用セルなどの媒体であり、特に限定しない限り、液体が付着するすべてのものが含まれる。

上記「液体が付着可能なもの」の材質は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックスなど液体が一時的でも付着可能であればよい。

また、「液体を吐出する装置」は、液体吐出ヘッドと液体が付着可能なものとが相対的に移動する装置があるが、これに限定するものではない。具体例としては、液体吐出ヘッドを移動させるシリアル型装置、液体吐出ヘッドを移動させないライン型装置などが含まれる。

また、「液体を吐出する装置」としては、他にも、用紙の表面を改質するなどの目的で用紙の表面に処理液を塗布するために処理液を用紙に吐出する処理液塗布装置、原材料を溶液中に分散した組成液を、ノズルを介して噴射させて原材料の微粒子を造粒する噴射造粒装置などがある。

なお、本願の用語における、画像形成、記録、印字、印写、印刷、造形等はいずれも同義語とする。

１ ノズル板
４ ノズル
２ 流路板
３ 振動板部材
６ 圧力室
１０ 共通供給流路
１１ 圧電アクチュエータ
２０ 共通流路部材
４０ａ 流入側開口
４０ｂ 吐出側開口
４１ 流入側流路部
４２ 中間流路部
４３ 吐出側流路部
４２ａ 第１形状部
４２ｂ 第２形状部
５０ 共通回収流路
１００ 液体吐出ヘッド
４０３ キャリッジ
４４０ 液体吐出ユニット
５００ 印刷装置（液体を吐出する装置）
５５０ ヘッドユニット
６００ 液体循環装置

Claims (15)

1. 液体を吐出するノズルを有し、
   前記ノズルは、前記液体の流入側開口と前記液体の吐出側開口との間に、前記流入側開口及び前記吐出側開口のいずれよりも断面積が大きな流路を含む中間流路部が設けられている
   ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記ノズルは、前記流入側開口と前記中間流路部との間に、前記流入側開口に通じるストレート形状の流入側流路部を有している
   ことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記ノズルは、前記吐出側開口と前記中間流路部との間に、前記吐出側開口に通じるストレート形状の吐出側流路部を有している
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記中間流路部は、前記吐出側開口に向かって前記断面積が連続的に大きくなる第１形状部と、前記第１形状部に連なり、前記吐出側開口に向かって前記断面積が連続的に小さくなる第２形状部と、を含む
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記第１形状部の傾斜角θａと、前記第２形状部の傾斜角θｂとが異なっている
   ことを特徴とする請求項４に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記傾斜角θａが前記傾斜角θｂよりも大きい
   ことを特徴とする請求項５に記載の液体吐出ヘッド。
7. 前記中間流路部は、前記吐出側開口に向かって前記断面積が段階的に大きくなる第１形状部と、前記第１形状部に連なり、前記吐出側開口に向かって前記断面積が段階的に小さくなる第２形状部と、を含む
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
8. 前記第１形状部の前記断面積の変化率と前記第２形状部の前記断面積の変化率とが異なる
   ことを特徴とする請求項７に記載の液体吐出ヘッド。
9. 前記中間流路部は、ストレート形状である
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
10. 前記ノズルを有するノズル板は、前記ノズルを形成する穴部を有する複数の板状部材が積層されて構成されている
    ことを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
11. 液体を吐出するノズルを有し、
    前記ノズルは、前記液体の流入側開口から前記液体の吐出側開口に向けて、一旦膨らんで細くなる穴形状を有している
    ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
12. 請求項１ないし１１のいずれかに記載の液体吐出ヘッドを含むことを特徴とする液体吐出ユニット。
13. 前記液体吐出ヘッドに供給する液体を貯留するヘッドタンク、前記液体吐出ヘッドを搭載するキャリッジ、前記液体吐出ヘッドに液体を供給する供給機構、前記液体吐出ヘッドの維持回復を行う維持回復機構、前記液体吐出ヘッドを主走査方向に移動させる主走査移動機構の少なくともいずれか一つと前記液体吐出ヘッドとを一体化した
    ことを特徴とする請求項１２に記載の液体吐出ユニット。
14. 請求項１ないし１１のいずれかに記載の液体吐出ヘッド、又は、請求項１２若しくは１３に記載の液体吐出ユニットを備えていることを特徴とする液体を吐出する装置。
15. 前記液体の吐出に伴って前記ノズル内のメニスカスが振動するとき、ヘルツホルム周期の第２ピークで前記メニスカスが前記中間流路部に引き込まれ、前記ヘルツホルム周期の第３ピークで前記メニスカスが前記中間流路部よりも断面積の小さい前記吐出側開口に通じる流路部分に引き込まれる
    ことを特徴とする請求項１４に記載の液体を吐出する装置。

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