JP2022069086A - 液体吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高粘度の液体を吐出可能としながら、装置の大型化を抑制すると共に、メニスカスの微小な制御を行うことができる液体吐出装置を提供する。【解決手段】液体吐出装置１０は、液体を吐出するノズル、及び、前記ノズルに連通する圧力室２９が形成された流路形成体と、前記流路形成体に積層され、前記圧力室２９を覆う被覆面２４ａ、及び、前記被覆面２４ａと反対側の対向面２４ｂを有する振動板２４と、前記振動板２４を挟んで前記圧力室２９に対向する当接面２３ａを有し、前記当接面２３ａが前記振動板２４から離間した退避位置、及び、前記当接面２３ａが前記振動板２４に当接する進出位置の間で前記対向面２４ｂに対して交差する交差方向に変位するアクチュエータ２３と、前記対向面２４ｂ上において前記圧力室２９に重なる位置に配置された圧電素子２５と、を備えている。【選択図】図３

Description

本発明は、液体吐出装置に関する。

従来の液体吐出装置として、例えば、特許文献１の液滴吐出装置が知られている。この液滴吐出装置は、液体を吐出するノズルと、ノズルに連通する液室と、液室の壁面の一部を構成する振動板と、振動板を介して液室に圧力を付与する伸縮可能なアクチュエータと、を備えている。

特開２０２０－４４８０５号公報

上記特許文献１の液滴吐出装置では、アクチュエータの先端部を振動板から離してから振動板に衝突させることにより、ノズルの開口におけるメニスカスを振動させて、液滴を吐出させている。このように、アクチュエータを大きく移動させて大きな圧力を液体に与えることにより、高粘度の液体を吐出させることが可能となる一方、装置の小型化やメニスカスの形状を微小に制御することが行い難い。

本発明はこのような事態に鑑み、高粘度の液体を吐出可能としながら、装置の大型化を抑制すると共に、メニスカスの微小な制御を行うことができる液体吐出装置を提供することを目的としている。

本発明のある態様に係る液体吐出装置は、液体を吐出するノズル、及び、前記ノズルに連通する圧力室が形成された流路形成体と、前記流路形成体に積層され、前記圧力室を覆う被覆面、及び、前記被覆面と反対側の対向面を有する振動板と、前記振動板を挟んで前記圧力室に対向する当接面を有し、前記当接面が前記振動板から離間した退避位置、及び、前記当接面が前記振動板に当接する進出位置の間で前記対向面に対して交差する交差方向に変位するアクチュエータと、前記対向面上において前記圧力室に重なる位置に配置された圧電素子と、を備えている。

本発明は、上記構成を有し、高粘度の液体を吐出可能としながら、装置の大型化を抑制すると共に、メニスカスの微小な制御を行うことができる。

本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。

本発明の実施の形態１に係る液体吐出装置を概略的に示す図である。 図１の液体吐出装置の一例を示す機能ブロック図である。 図３（ａ）は、図１のヘッドの一部を概略的に示す断面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）の対向面、第１保護膜及び当接面の関係を示す図である。 図４（ａ）は、当接面が退避位置にあるときのヘッドの一部を概略的に示す断面図である。図４（ｂ）は、メニスカス形成駆動信号により圧電素子が駆動したときのヘッドの一部を概略的に示す断面図である。図４（ｃ）は、当接面が第１保護膜に衝突したときのヘッドの一部を概略的に示す断面図である。図４（ｄ）は、当接面が進出位置にあるときのヘッドの一部を概略的に示す断面図である。 図５（ａ）は、当接面が退避位置にあるときのメニスカスを概略的に示す断面図である。図５（ｂ）は、メニスカス形成駆動信号により圧電素子が駆動したときのメニスカスを概略的に示す断面図である。図５（ｃ）は、当接面が第１保護膜に衝突したときのメニスカスを概略的に示す断面図である。図５（ｄ）は、当接面が進出位置に押し込まれたときのメニスカスを概略的に示す断面図である。 図６（ａ）は、図１の圧電素子用の駆動信号を示す図である。図６（ｂ）は、図１のアクチュエータ用の駆動信号を示す図である。 変形例１に係る液体吐出装置のヘッドの一部を概略的に示す断面図である。 変形例２に係る液体吐出装置の一例を示す機能ブロック図である。 図９（ａ）は、図８の圧電素子用の駆動信号を示す図である。図９（ｂ）は、図８のアクチュエータ用の駆動信号を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、以下では全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。

（実施の形態１）
＜液体吐出装置の構成＞
本発明の実施の形態１に係る液体吐出装置１０は、図１に示すように、例えば、インク等の液体を被吐出媒体Ａに吐出するインクジェットプリンタである。液体吐出装置１０は、筐体１１、プラテン１２、タンク１３、ヘッド２０、搬送装置４０及び制御装置５０を備えている。なお、制御装置５０の詳細については後述する。

また、プラテン１２よりもヘッド２０側を上と称し、その反対側を下と称する。また、搬送装置４０により被吐出媒体Ａを搬送する方向を前と称し、その反対側を後と称する。この前後方向は上下方向に交差（例えば、直交）している。また、上下方向及び前後方向に交差（例えば、直交）する方向を左右方向と称する。但し、液体吐出装置１０の配置方向はこれに限定されない。

筐体１１は、その内部に、プラテン１２、タンク１３、ヘッド２０、搬送装置４０及び制御装置５０を収容している。プラテン１２は、平坦な上面を有しており、この上面に被吐出媒体Ａが載置される。ヘッド２０は、筐体１１に固定されており、矩形状であって、左右方向に被吐出媒体Ａよりも長く延びている。ヘッド２０の下面は、プラテン１２の上面に対向している。ヘッド２０は複数のノズル２１を有しており、複数のノズル２１がヘッド２０の下面に開口し、このノズル２１の開口であるノズル孔２１ａが下面に設けられる。なお、ヘッド２０の詳細については後述する。

搬送装置４０は、一対の搬送ローラ４１及び搬送モータ４２（図２）を有している。一対の搬送ローラ４１は、前後方向において互いの間にヘッド２０を挟むように配置されており、その中心軸が左右方向に延びている。搬送モータ４２は、搬送ローラ４１に連結されており、搬送ローラ４１を回転させる。これにより、搬送装置４０は、プラテン１２上において被吐出媒体Ａを前方へ搬送する。

タンク１３は、例えば、筐体１１に脱着可能なインクカートリッジであって、チューブ１３ａによりヘッド２０に接続されている。複数のタンク１３は、互いに異なる種類の液体（例えば、シアン、マゼンタ、イエロー及びブラックの液体）を貯留しており、ヘッド２０に液体を供給する。

＜ヘッドの構成＞
ヘッド２０は、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、流路形成体２２、アクチュエータ２３、振動板２４、第１保護膜２６及び圧電素子２５を有している。流路形成体２２は、例えば、直方体形状であって、プラテン１２（図１）の上面に対向する下面、及び、下面と反対側の上面を有している。流路形成体２２には液体流路が形成されており、この液体流路は、複数のノズル２１、複数の個別流路３０、供給マニホールド３１を有している。

ノズル２１は、例えば、上下方向に延びる中心軸を有し且つ下方ほど縮径する円錐台形状であり、流路形成体２２の下面に開口している。複数のノズル２１は、例えば、左右方向において互いに間隔を空けて並べられて列を成し、ノズル列を形成している。複数のノズル列が左右方向において被吐出媒体Ａよりも長く延びるように、複数のノズル２１が配列されている。

供給マニホールド３１は、左右方向に延びて、タンク１３（図１）からのチューブ１３ａ（図１）、及び複数の個別流路３０が接続されている。個別流路３０は、供給マニホールド３１及びノズル２１に接続されており、供給マニホールド３１とノズル２１との間に絞り流路３２、圧力室２９及び連通路３３を有し、これらはこの順に接続されている。なお、個別流路３０は、連通路３３を有さずに、ノズル２１が圧力室２９に接続されていてもよい。

絞り流路３２は、その上流端が供給マニホールド３１に接続され、その下流端が圧力室２９に接続されており、これらの間において前後方向に延びている。前後方向に直交する絞り流路３２の断面積は、左右方向に直交する供給マニホールド３１の断面積よりも小さい。

圧力室２９は、その上流端が絞り流路３２に接続され、その下流端が連通路３３に接続されており、これらの間において前後方向に延びている。前後方向に直交する圧力室２９の断面積は、前後方向に直交する絞り流路３２の断面積よりも大きい。また、圧力室２９は、流路形成体２２の上面に開口しており、楕円形状の上端開口２９ａを有している。圧力室２９におけるスペースは、上下方向に直交する断面が前後方向の径が左右方向の径よりも大きい楕円形の柱形状であって、楕円形状の外周縁２９ｂを有している。

連通路３３は、その上流端が圧力室２９に接続され、その下流端がノズル２１に接続されており、これらの間において上下方向に延びている。上下方向に直交する連通路３３の断面積は、左右方向に直交する圧力室２９の断面積よりも小さく、上下方向に直交するノズル２１の断面積よりも大きい。

振動板２４は、シリコン等の非金属、又は、ＳＵＳ等の金属から成る。例えば、振動板２４は、流路形成体２２の上面に直交する方向の厚みが薄い平板形状であって、ダイアフラム等の弾性を有する薄膜が用いられ、上下方向に撓み変形可能である。振動板２４は、その下面である被覆面２４ａ、及び、被覆面２４ａとは反対側の対向面２４ｂを有している。

被覆面２４ａは、流路形成体２２の上面に固定されており、圧力室２９の上端開口２９ａを覆う。これにより、圧力室２９の上面が被覆面２４ａにより形成され、圧力室２９の側面及び下面は流路形成体２２により形成される。この流路形成体２２には、上下方向に直交する平面において、圧力室２９の周囲を取り囲む楕円形状の外周縁２９ｂが設けられる。

第１保護膜２６は、硬度が高く、耐摩耗性を有し、例えば、金属製であって、この金属としては、二酸化タンタル（ＴａＯ_２）及びタンタル等が用いられる。なお、第１保護膜２６は、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ－Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）等の非金属から成る高硬度膜により形成されていてもよい。第１保護膜２６は、ウェットプロセス又はドライプロセスにより形成される。

第１保護膜２６は、振動板２４の対向面２４ｂ上に積層されており、対向面２４ｂに直交する上下方向の厚みＬ１が振動板２４の厚みよりも薄い膜であり、例えば、厚みＬ１は１ｍｍ以下である。第１保護膜２６は、圧力室２９の上端開口２９ａと同一形状を有しており、例えば、楕円形状である。第１保護膜２６は、上端開口２９ａよりも小さく、上端開口２９ａと同心になるように配置されている。このため、上方から視て、第１保護膜２６の外周縁２６ａは、圧力室２９の外周縁２９ｂの内方にあって、この外周縁２９ｂに沿っている。

アクチュエータ２３は、例えば、圧電素子、エアシリンダー、ソレノイド、静電アクチュエータ及び磁歪素子などにより構成されており、一端は筐体１１に固定されており、他端に当接面２３ａを有している。アクチュエータ２３は、振動板２４を挟んで圧力室２９側とは反対側に配置されており、当接面２３ａが振動板２４の対向面２４ｂに対向している。この対向面２４ｂにおいて、当接面２３ａが当接する領域である当接領域２３ａ１を第１保護膜２６が覆っている。このため、当接面２３ａと当接領域２３ａ１との間に第１保護膜２６が配置されている。

当接面２３ａは、第１保護膜２６と同じ形状を有しており、例えば、楕円形状であって、第１保護膜２６に対して平行を成している。当接面２３ａのサイズは、第１保護膜２６のサイズと同じ又は第１保護膜２６のサイズよりも小さく、楕円形状の第１保護膜２６及び圧力室２９と同心になるように配置されている。このため、上から視て、当接面２３ａの外縁２３ａ２は、圧力室２９の外周縁２９ｂの内方にあってこの外周縁２９ｂに沿っている。

アクチュエータ２３は、制御装置５０（図１）に接続されており、制御装置５０からの駆動信号に応じて上下方向に伸縮する。これに伴い、当接面２３ａは、振動板２４から離間した退避位置、及び、振動板２４に当接する進出位置の間で、対向面２４ｂに交差（例えば、直交）する方向（例えば、上下方向）に撓んで変形する。当接面２３ａが退避位置から進出位置に移動すると、振動板２４が下側に撓んで、圧力室２９の容積が減少する。

圧電素子２５は、環形状であって、その内周縁及び外周縁が圧力室２９と同じ形状であり、例えば、楕円形状である。圧電素子２５は、その内側に穴部を有しており、その穴部の径が第１保護膜２６の径よりも大きく、その穴部内に第１保護膜２６が配置されている。この第１保護膜２６は当接領域２３ａ１を覆うため、圧電素子２５は、第１保護膜２６及び当接領域２３ａ１の周囲を取り囲むように、振動板２４の対向面２４ｂ上に配置されている。また、圧電素子２５は、その外径が圧力室２９の上端開口２９ａの径よりも小さく、圧力室２９に同心であって、対向面２４ｂ上において振動板２４を挟んで圧力室２９上に配置されている。上から視て、圧電素子２５の外縁が圧力室２９の外周縁２９ｂの内方にあってこの外周縁２９ｂに沿っている。

圧電素子２５は、共通電極２５ａ、個別電極２５ｂ、及び、共通電極２５ａと個別電極２５ｂとの間に挟まれた圧電体２５ｃを有している。共通電極２５ａは対向面２４ｂ上に積層され、圧電体２５ｃは共通電極２５ａ上に積層され、個別電極２５ｂは圧電体２５ｃ上に積層されている。上下方向において共通電極２５ａと個別電極２５ｂとの間における圧電体２５ｃの厚みＬ０は、例えば、１μｍ以上且つ５μｍ以下である。

圧電素子２５は、制御装置５０（図１）に接続されており、制御装置５０からの駆動信号が印加されると、共通電極２５ａと個別電極２５ｂとの間において圧電体２５ｃが伸縮する。これに応じて、振動板２４は変形して圧力室２９の容積を変更することによりノズル孔２１ａにおけるメニスカスＤを所定の形状に形成する。また、振動板２４の振動を抑えることにより、メニスカスＤの振動を低減して安定化させる。

＜制御装置＞
制御装置５０は、図２に示すように、演算部５１、記憶部５２、波形生成部５３及びインターフェース５４を有している。インターフェース５４はコンピュータ及びネットワーク等の外部装置Ｂに接続され、制御装置５０は外部装置Ｂから印刷データ等の各種データをインターフェース５４を介して受信する。印刷データは、被吐出媒体Ａに印刷される画像を示す画像データ（例えば、ラスタデータ）を含んでいる。

記憶部５２は、演算部５１にアクセス可能であって、ＲＡＭ及びＲＯＭ等により構成されている。ＲＡＭは、各種データを一時的に記憶する。この各種データとしては、印刷データ、及び、演算部５１により変換されたデータが例示される。ＲＯＭは、各種データ処理を行うためのプログラムを記憶している。なお、プログラムは、外部装置Ｂから取得されたものであってもよく、また、他の記憶媒体に記憶されていてもよい。

演算部５１は、ＣＰＵ等のプロセッサ、及び、ＡＳＩＣ等の集積回路等により構成されている。演算部５１は、ＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することにより、アクチュエータ２３、圧電素子２５及び搬送モータ４２を制御して、各種処理を行う。例えば、制御装置５０は、印刷処理及び非吐出フラッシング処理を実行する。

波形生成部５３は、アクチュエータ２３及び圧電素子２５に出力される駆動信号の波形を規定する波形信号を生成する。波形生成部５３は、専用の回路であってもよく、演算部５１及び記憶部５２により構成されていてもよい。波形信号は、例えば、パルス信号であって、アクチュエータ２３用の吐出波形信号、並びに、圧電素子２５用のメニスカス形成波形信号、メニスカス安定化波形信号及び非吐出波形信号を有している。

吐出波形信号は、アクチュエータ２３を駆動させる信号であって、吐出される液体の量が異なる複数種類の信号を含んでいる。メニスカス形成波形信号、メニスカス安定化波形信号及び非吐出波形信号は、圧電素子２５を駆動させる信号である。メニスカス形成波形信号は、ノズル孔２１ａにおける所定の形状のメニスカスＤを形成するための信号である。メニスカス安定化波形信号は、メニスカスＤの振動を抑えてメニスカスＤを安定化させるための信号である。非吐出波形信号は、液体をノズル２１から吐出しないように、ノズル孔２１ａにおけるメニスカスＤを振動させる非吐出フラッシング処理のための波形信号である。

演算部５１は、例えば、複数種類の吐出波形信号から１種類の吐出波形信号を、印刷データに基づいた１滴ごとの液体量に応じてノズル２１毎及び駆動周期毎に選択し、アクチュエータ２３用の波形選択データを生成する。ここで、演算部５１は、印刷する画像において濃度が高いほど、液体量が多い波形信号を選択するように、波形選択データを生成する。

また、演算部５１は、アクチュエータ２３用の吐出波形信号に応じて、メニスカス形成波形信号、メニスカス安定化波形信号及び非吐出波形信号を選択し、圧電素子２５用の波形選択データを生成する。ここで、演算部５１は、吐出波形信号の直前にメニスカス形成波形信号の波形選択データを生成し、吐出波形信号の直後にメニスカス安定化波形信号の波形選択データを生成し、このメニスカス安定化波形信号とメニスカス形成波形信号との間であって吐出波形信号が出力されていない間において非吐出波形信号の波形選択データを生成する。

制御装置５０は、ヘッド駆動回路５５を介してアクチュエータ２３及び圧電素子２５に接続されている。制御装置５０は、波形信号及び波形選択データをヘッド駆動回路５５に出力し、ヘッド駆動回路５５は波形信号及び波形選択データから駆動信号を生成してアクチュエータ２３及び圧電素子２５に出力する。この吐出波形信号の吐出駆動信号に応じてアクチュエータ２３が駆動する。メニスカス形成波形信号のメニスカス形成駆動信号、メニスカス安定化波形信号のメニスカス安定化駆動信号及び非吐出波形信号の非吐出駆動信号に応じて、圧電素子２５が駆動する。これにより、圧力室２９の容積が変化して、圧力室２９の液体に圧力が付与され、液体がノズル２１から吐出されたり、ノズル孔２１ａのメニスカスＤが振動したりする。この記録動作の詳細については後述する。

また、制御装置５０は搬送駆動回路５６を介して搬送モータ４２に接続されており、印刷データに基づいて搬送モータ４２の制御データを搬送駆動回路５６に出力する。これにより、制御装置５０は、搬送モータ４２の駆動タイミング、回転速度、回転量等を制御し、印刷データに応じて被吐出媒体Ａを前方に搬送する。

このように、制御装置５０は、アクチュエータ２３により液体を吐出して画像を被吐出媒体Ａに記録する記録動作、及び、搬送モータ４２による被吐出媒体Ａの搬送動作を実行する。この記録動作及び搬送動作を並行して実行することにより、ノズル２１から吐出された液体によって形成される画像が被吐出媒体Ａにおいて搬送方向に形成されていき、印刷処理が進んでいく。

＜記録動作＞
記録動作では、例えば、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、制御装置５０は、駆動信号に応じてアクチュエータ２３及び圧電素子２５が駆動して、吐出処理及び非吐出フラッシング処理を実行する。吐出処理では、メニスカス形成駆動信号Ｐ１による圧電素子２５の駆動、及び、吐出駆動信号Ｐａによるアクチュエータ２３の駆動によって、液体をノズル２１から吐出する。非吐出フラッシング処理では、吐出処理とこの直後の吐出処理との間の非吐出期間Ｗ０における、非吐出駆動信号Ｐ３による圧電素子２５の駆動によって、メニスカスＤを微振動させる。

このメニスカス形成駆動信号Ｐ１の波形幅Ｗ１よりもメニスカス安定化駆動信号Ｐ２の波形幅Ｗ２が短く、メニスカス安定化駆動信号Ｐ２の波形幅Ｗ２よりも非吐出駆動信号Ｐ３の波形幅Ｗ３が短い。駆動信号の波形幅は、駆動信号がオンされて立上り開始から、オフされて立下り終了までの時間である。非吐出駆動信号Ｐ３の波形幅Ｗ３の波形幅は非吐出期間Ｗ０よりも短い。メニスカス形成駆動信号Ｐ１、メニスカス安定化駆動信号Ｐ２及び非吐出駆動信号Ｐ３の電圧は、互いに等しい。

記録動作では、図４（ａ）に示すように、当接面２３ａが第１保護膜２６から離れて退避位置に配置されており、振動板２４は平坦になっている。この状態では、図５（ａ）に示すように、ノズル孔２１ａにおけるメニスカスＤは、圧力室２９側である上方に窪むように湾曲した所定形状の凹型曲面形状になる。この凹型曲面形状は、例えば、上下方向の寸法が、上下方向に直交する方向の寸法よりも小さい。また、ノズル２１を形成する流路形成体２２の内面であるノズル壁面２２ｂにおけるメニスカスＤはノズル孔２１ａに位置する。

図６（ａ）に示すように、制御装置５０は、メニスカス形成駆動信号Ｐ１を圧電素子２５に出力し、吐出処理を開始する。これにより、図４（ｂ）に示すように、圧電素子２５が変形して、振動板２４が上方に窪むように変形し、圧力室２９の容積が拡大し、圧力室２９内における液体の圧力が減少する。

これにより、図５（ｂ）に示すように、圧力室２９に連通路３３を介して連通するノズル孔２１ａにおけるメニスカスＤは、上方に引き込まれる。この際、ノズル壁面２２ｂ上を移動する液体の摩擦力、及び、液体の粘性によって、ノズル壁面２２ｂ上にはある厚みの液体が留まる。一方、メニスカスＤは、ノズル２１の中心軸Ｃに近いほど大きく上方に引き込まれる。このため、ノズル２１の中心軸Ｃでは、メニスカスＤが、図５（ａ）のメニスカスＤよりも上方にある。例えば、図５（ｂ）のメニスカスＤの凹型曲面形状は、上下方向の寸法が、上下方向に直交する方向の寸法よりも大きい。このメニスカスＤの内径は、ノズル２１の径よりも小さく、例えば、ノズル２１の径の１／４以上且つ１／３以下である。

続いて、制御装置５０は、図６（ａ）のメニスカス形成駆動信号Ｐ１のオフ後に、図６（ｂ）に示すように、吐出駆動信号Ｐａをアクチュエータ２３に出力する。これにより、当接面２３ａを退避位置から進出位置に移動するようにアクチュエータ２３を制御する。この際、図４（ｃ）に示すように、当接面２３ａが下方に加速しながら移動し、第１保護膜２６に当接して衝突する。この衝撃力が第１保護膜２６及び振動板２４を介して圧力室２９の液体に与えられ、圧力室２９内の圧力が急上昇する。この圧力波が圧力室２９から連通路３３を介してノズル２１の液体に伝播する。このため、図５（ｃ）に示すように、上方に引き込まれているメニスカスＤにおいてノズル２１の中心軸Ｃの部分がノズル２１の下方に突出し、液柱Ｄａが形成される。

さらに、図４（ｄ）に示すように当接面２３ａが衝突位置から進出位置まで下方に移動すると、振動板２４が圧力室２９に押し込まれる。これにより、圧力室２９の容積が縮小し、ノズル２１内の液体が加圧される。図５（ｄ）に示すように、ノズル２１の中心軸Ｃに近いほど液体の流路抵抗が小さいため、ノズル２１に中心軸にある液柱Ｄａに大きな圧力が加わり、液柱Ｄａが分離して液滴Ｄｂになって、ノズル孔２１ａから吐出される。

続いて、図６（ａ）に示すように、制御装置５０は、吐出駆動信号Ｐａのオフにより吐出処理を終了した後に、メニスカス安定化駆動信号Ｐ２を圧電素子２５に出力する。これにより、圧電素子２５が変形して、当接面２３ａの衝突による振動板２４の振動を低減する。このため、液滴Ｄｂの吐出によるメニスカスＤの振動が減衰して、メニスカスＤが安定化する。このため、次の吐出処理を迅速に行うことができる。

そして、メニスカス安定化駆動信号Ｐ２のオフにより、振動板２４が平坦に戻り、圧力室２９の容積が拡大する。これにより、液体は、供給マニホールド３１から絞り流路３２、圧力室２９及び連通路３３を介してノズル２１に供給される。これにより液滴Ｄｂが吐出されたノズル孔２１ａのメニスカスＤでは、圧力室２９側である上方に窪むように湾曲した安定的な凹型曲面形状に戻る。

続いて、図６（ａ）に示すように、制御装置５０は、非吐出駆動信号Ｐ３を圧電素子２５に出力して、非吐出フラッシング処理を実行する。これにより、圧電素子２５が変形して、ノズル孔２１ａから液体が吐出しないように、メニスカスＤが微振動する。このように、連続する吐出処理と吐出処理との間の非吐出期間においてメニスカスＤを微振動させることにより、ノズル２１における液体が拡散されて、ノズル孔２１ａからの液体の乾燥による増粘が低減され、増粘による液体の吐出不良を低減することができる。

上記のように、液体吐出装置１０は、液体を吐出するノズル２１、及び、ノズル２１に連通する圧力室２９が形成された流路形成体２２と、流路形成体２２に積層され、圧力室２９を覆う被覆面２４ａ、及び、被覆面２４ａと反対側の対向面２４ｂを有する振動板２４と、振動板２４を挟んで圧力室２９に対向する当接面２３ａを有し、当接面２３ａが振動板２４から離間した退避位置、及び、当接面２３ａが振動板２４に当接する進出位置の間で対向面２４ｂに対して交差する交差方向に変位するアクチュエータ２３と、対向面２４ｂ上において圧力室２９に重なる位置に配置された圧電素子２５と、を備えている。

これによれば、当接面２３ａを振動板２４に衝突させることにより、高粘度の液体を吐出させることができる。また、圧電素子２５の変形により振動板２４を変形させることにより、装置の大型化を抑制しながら、メニスカスＤの微小な制御を行うことができる。

また、液体吐出装置１０では、圧電素子２５は、一対の電極２５ａ、２５ｂと、一対の電極２５ａ、２５ｂに挟まれた圧電体２５ｃとを有している。圧電体２５ｃの厚みＬ０は、１μｍ以上且つ５μｍ以下である。このように、圧電体２５ｃが薄いため、装置の小型化を図ることができる。

また、液体吐出装置１０では、対向面２４ｂにおいて進出位置にある当接面２３ａと当接する当接領域２３ａ１に圧電素子２５は設けられていない。これにより、当接面２３ａが圧電素子２５に当たらないため、衝突による圧電素子２５の破損を低減し、装置の小型化を図ることができる。

また、液体吐出装置１０では、圧電素子２５は、対向面２４ｂにおいて当接領域２３ａ１の周囲を取り囲む環形状を有している。これにより、当接面２３ａが圧電素子２５に当たらないため、衝突による圧電素子２５の破損を低減し、装置の小型化を図ることができる。

また、液体吐出装置１０では、対向面２４ｂにおいて進出位置にある当接面２３ａと当接する当接領域２３ａ１を覆う第１保護膜２６を備えている。これにより、当接面２３ａが第１保護膜２６を介して振動板２４に当たるため、当接面２３ａによる衝突から第１保護膜２６により振動板２４が保護されて、振動板２４の破損を低減し、装置の長寿命化を図ることができる。

また、液体吐出装置１０では、第１保護膜２６の径は当接面２３ａの径と同じ又は当接面２３ａの径よりも大きい。これにより、当接面２３ａが振動板２４に直接、当たることを防止し、装置の長寿命化を図ることができる。

また、液体吐出装置１０では、圧電素子２５は、第１保護膜２６の周囲を取り囲む環形状を有し第１保護膜２６の外径は圧電素子２５の内径よりも小さい。これにより、第１保護膜２６が圧電素子２５の変位を阻害することを低減することができる。

また、液体吐出装置１０では、第１保護膜２６の厚みＬ１は１ｍｍ以下である。これにより、第１保護膜２６の残留応力を低く抑えられ、第１保護膜２６が振動板２４を変形したり、振動板２４から剥がれたりすることを抑制することができる。

また、液体吐出装置１０では、第１保護膜２６は金属製である。これにより、第１保護膜２６の耐摩耗性に優れており、装置の長寿命化を図ることができる。

また、液体吐出装置１０は、制御装置５０をさらに備え、制御装置５０は、アクチュエータ及び圧電素子２５を協働させてノズル２１から液体を吐出させる吐出処理、並びに、連続する２つの吐出処理の間の非吐出期間に、圧電素子２５を駆動させてノズル２１から液体を吐出させずにノズル２１の開口のメニスカスＤを振動させる非吐出フラッシング処理、を実行し、非吐出フラッシング処理にて圧電素子２５を駆動させる駆動信号の波形幅は、非吐出期間よりも短い。このように、非吐出フラッシング処理による液体の吐出への影響を抑えつつ、非吐出フラッシング処理により増粘液体による液体の吐出不良を低減することができる。

＜変形例１＞
変形例１に係る液体吐出装置１０は、実施の形態１において、図７に示すように、当接面２３ａを覆う第２保護膜３４を備えている。

第２保護膜３４は、楕円形状であって、当接面２３ａを覆う。この第２保護膜３４は、第１保護膜２６よりも小さく、第１保護膜２６と同心で且つ平行に配置されており、第１保護膜２６に対向している。このため、第２保護膜３４が第１保護膜２６に当接する際、第２保護膜３４の外周縁は第１保護膜２６の外周縁２６ａの内方においてこの外周縁２６ａに沿っている。よって、当接面２３ａが第２保護膜３４を介して第１保護膜２６に当たるため、当接面２３ａによる衝突から第２保護膜３４により当接面２３ａが保護されて、当接面２３ａの破損を低減し、液体吐出装置１０の長寿命化を図ることができる。

第２保護膜３４は、当接面２３ａに直交する方向の厚みＬ２が薄い膜であり、厚みＬ２は１ｍｍ以下である。これにより、第２保護膜３４の残留応力を低く抑えられ、第２保護膜３４が当接面２３ａから剥がれることを抑制することができる。

第２保護膜３４のヤング率は第１保護膜２６のヤング率よりも低い。これにより、第１保護膜２６よりも軟らかい第２保護膜３４が、当接面２３ａと振動板２４との衝突による衝撃を吸収し、当接面２３ａ及び振動板２４の破損を低減し、液体吐出装置１０の長寿命化を図ることができる。

第２保護膜３４は、例えば、金属製であって、この金属としては、アルミニウムが用いられる。この軟らかいアルミニウム製の第２保護膜３４が、当接面２３ａと振動板２４との衝突による衝撃を吸収し、当接面２３ａ及び振動板２４の破損を低減し、液体吐出装置１０の長寿命化を図ることができる。

＜変形例２＞
変形例２に係る液体吐出装置１０では、実施の形態１及び変形例１において制御装置５０は、非吐出フラッシング処理にて圧電素子２５を駆動させる駆動信号の電圧を、吐出処理にて圧電素子２５を駆動させる駆動信号の電圧よりも低い値とする。

例えば、図８に示すように、ヘッド駆動回路５５は、複数の電源回路を有している。複数の電源回路は第１電源回路５７及び第２電源回路５８を含んでおり、第１電源回路５７及び第２電源回路５８は互いに出力電圧が異なり、例えば、第１電源回路５７の出力電圧は第２電源回路５８の出力電圧よりも高い。

制御装置５０は、圧電素子２５用の波形選択データを生成すると共に、圧電素子２５用の電圧選択データを生成する。ここで、制御装置５０は、メニスカス形成波形信号及びメニスカス安定化波形信号の電圧よりも非吐出波形信号の電圧が低くなるように、各波形信号の電圧選択データを生成する。なお、非吐出波形信号の波形幅は、非吐出期間よりも短ければ、メニスカス形成波形信号の波形幅及びメニスカス安定化波形信号の波形幅と同じであっても異なっていてもよい。また、メニスカス形成波形信号の電圧とメニスカス安定化波形信号の電圧とは、互いに同じであってもよく、又は、互いに異なっていてもよい。

そして、制御装置５０は、波形信号、波形選択データ及び電圧選択データをヘッド駆動回路５５に出力する。ヘッド駆動回路５５では、電圧選択データに基づいて電源回路が選択されて、例えば、メニスカス形成波形信号及びメニスカス安定化波形信号に対しては第１電源回路５７が選択され、非吐出波形信号に対しては第２電源回路５８が選択される。

そして、ヘッド駆動回路５５は、メニスカス形成波形信号及びメニスカス安定化波形信号に対しては、第１電源回路５７からの電圧を受けて、波形信号及び波形選択データに基づいて駆動信号を生成して、圧電素子２５に出力する。また、ヘッド駆動回路５５は、非吐出波形信号に対しては、第２電源回路５８からの電圧を受けて、波形信号及び波形選択データに基づいて非吐出駆動信号を生成して、圧電素子２５に出力する。

制御装置５０は、図９に示すように、吐出駆動信号によりアクチュエータ２３が駆動し、メニスカス形成駆動信号Ｐ１、メニスカス安定化駆動信号Ｐ２及び非吐出駆動信号Ｐ３により圧電素子２５が駆動する。これにより、圧力室２９の容積が変化して、圧力室２９の液体に圧力が付与される。ここで、非吐出駆動信号Ｐ３の電圧Ｖ３がメニスカス形成駆動信号Ｐ１の電圧Ｖ１及びメニスカス安定化駆動信号Ｐ２の電圧Ｖ２よりも低いことにより、非吐出駆動信号Ｐ３に応じて、液体がノズル２１から吐出されずに、ノズル孔２１ａのメニスカスＤが振動する。このため、乾燥による液体の増粘が低減され、増粘による吐出不良が抑制される。また、液体がノズル孔２１ａから誤って吐出されることを低減することができる。

＜その他の変形例＞
上記全ての実施の形態及び変形例では、液体吐出装置１０は、ヘッド２０が固定されたラインヘッド方式が用いられた。しかしながら、液体吐出装置１０は、キャリッジを備え、キャリッジによりヘッド２０を左右方向に移動するシリアルヘッド方式が用いられてもよい。

なお、上記全実施の形態は、互いに相手を排除しない限り、互いに組み合わせてもよい。例えば、液体吐出装置１０は、第１保護膜２６を有さずに第２保護膜３４を有していてもよい。

また、上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施の形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。

本発明の液体吐出装置は、高粘度の液体を吐出可能としながら、装置の大型化を抑制すると共に、メニスカスＤの微小な制御を行うことができる液体吐出装置等として有用である。

１０ ：液体吐出装置
２１ ：ノズル
２２ ：流路形成体
２３ ：アクチュエータ
２３ａ ：当接面
２３ａ１ ：当接領域
２４ ：振動板
２４ａ ：被覆面
２４ｂ ：対向面
２５ ：圧電素子
２５ｃ ：圧電体
２６ ：第１保護膜
２９ ：圧力室
３４ ：第２保護膜
５０ ：制御装置

Claims (15)

1. 液体を吐出するノズル、及び、前記ノズルに連通する圧力室が形成された流路形成体と、
   前記流路形成体に積層され、前記圧力室を覆う被覆面、及び、前記被覆面と反対側の対向面を有する振動板と、
   前記振動板を挟んで前記圧力室に対向する当接面を有し、前記当接面が前記振動板から離間した退避位置、及び、前記当接面が前記振動板に当接する進出位置の間で前記対向面に対して交差する交差方向に変位するアクチュエータと、
   前記対向面上において前記圧力室に重なる位置に配置された圧電素子と、を備えている、液体吐出装置。
2. 前記圧電素子は、一対の電極と、一対の前記電極に挟まれた圧電体とを有し、
   前記圧電体の厚みは、１μｍ以上且つ５μｍ以下である、請求項１に記載の液体吐出装置。
3. 前記対向面において前記進出位置にある前記当接面と当接する当接領域に前記圧電素子は設けられていない、請求項１又は２に記載の液体吐出装置。
4. 前記圧電素子は、前記対向面において前記当接領域の周囲を取り囲む環形状を有している、請求項３に記載の液体吐出装置。
5. 前記対向面において前記進出位置にある前記当接面と当接する当接領域を覆う第１保護膜を備えている、請求項１～４のいずれか一項に記載の液体吐出装置。
6. 前記第１保護膜の径は前記当接面の径と同じ又は前記当接面の径よりも大きい、請求項５に記載の液体吐出装置。
7. 前記圧電素子は、前記第１保護膜の周囲を取り囲む環形状を有し
   前記第１保護膜の外径は前記圧電素子の内径よりも小さい、請求項５又は６に記載の液体吐出装置。
8. 前記第１保護膜の厚みは１ｍｍ以下である、請求項５～７のいずれか一項に記載の液体吐出装置。
9. 前記第１保護膜は金属製である、請求項５～８のいずれか一項に記載の液体吐出装置。
10. 前記当接面を覆う第２保護膜を備えている、請求項５～９のいずれか一項に記載の液体吐出装置。
11. 前記第２保護膜のヤング率は前記第１保護膜のヤング率よりも低い、請求項１０に記載の液体吐出装置。
12. 前記第２保護膜はアルミニウム製である、請求項１０又は１１に記載の液体吐出装置。
13. 前記第２保護膜の厚みは１ｍｍ以下である、請求項１０～１２のいずれか一項に記載の液体吐出装置。
14. 制御装置をさらに備え、
    前記制御装置は、
    前記アクチュエータ及び前記圧電素子を協働させて前記ノズルから前記液体を吐出させる吐出処理、並びに、連続する２つの前記吐出処理の間の非吐出期間に、前記圧電素子を駆動させて前記ノズルから前記液体を吐出させずに前記ノズルの開口のメニスカスを振動させる非吐出フラッシング処理、を実行し、
    前記非吐出フラッシング処理にて前記圧電素子を駆動させる駆動信号の波形幅は、前記非吐出期間よりも短い、請求項１～１３のいずれか一項に記載の液体吐出装置。
15. 前記制御装置は、前記非吐出フラッシング処理にて前記圧電素子を駆動させる駆動信号の電圧を、前記吐出処理にて前記圧電素子を駆動させる駆動信号の電圧よりも低い値とする、請求項１４に記載の液体吐出装置。

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