JP2023140936A - 液体吐出ヘッド、液体吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液体吐出ヘッドから吐出される液体の吐出速度や吐出量を大きくすることを課題とする。【解決手段】インクを吐出するノズル１４を有するノズル板１５と、ノズル１４に対する接離方向に移動可能に設けられ、ノズル１４を開閉する開閉弁３１と、を備えた液体吐出ヘッド１０であって、開閉弁３１は、ノズル板１５側に開口した凹部３１ｂを有し、凹部３１ｂはノズル１４に対向しない位置に設けられることを特徴とする。【選択図】図５

Description

本発明は、液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置に関する。

ピエゾ駆動機構によって開閉弁を吐出口に対して開閉することにより、液体の吐出を制御する液体吐出ヘッドが存在する。

このような液体吐出ヘッドでは、液体吐出ヘッドと液体を吐出する対象物との距離が離れていても液体を付着させることができるように、液体吐出ヘッドによる液体の吐出距離を大きくすることが重要になる。また、開閉弁の開閉速度を上げてピエゾ駆動の周波数を増やすと、駆動波形になまりが生じて開閉弁が開ききらなくなり、吐出速度やその距離、液滴の大きさが低下するという問題があった。

例えば特許文献１（特開２０２０－２３１７７号公報）の液体吐出ヘッドは、図１７（ａ）に示すように、液体吐出ヘッド５００が、先端に吐出口５０２を有する筐体５０１と、筐体５０１の内部に往復動可能に配置された開閉弁５０５と、開閉弁５０５に連結された圧電型のアクチュエータ５０６と、アクチュエータ５０６に接続された電源供給用の一対のリード５０７ａ、５０７ｂとを備えて構成されている。そして、開閉弁５０５の吐出口５０２側の先端部５０５ａは弾性樹脂により形成される。先端部５０５ａには、吐出口５０２に対向する凹部５０５ｂが設けられる。凹部５０５ｂは吐出口５０２を覆う大きさで設けられる。

開閉弁５０５が吐出口５０２から離れているとき、先端部５０５ａの周囲にはインク注入口５０３から注入されたインクがインク室５０８に満たされている。この状態でアクチュエータ５０６が駆動されると、アクチュエータ５０６が伸長して開閉弁５０５が吐出口５０２の方向へ移動する。この過程で、開閉弁５０５に面するインクが押圧されて吐出口５０２に押し出され、図１７（ｂ）に示すように、インクドットが吐出口５０２から吐出される。また、凹部５０５ｂ内にインクが収容された状態になる。

図１７（ｂ）の状態からアクチュエータ５０６の駆動により開閉弁５０５がさらに吐出口５０２側へ押圧されると、図１７（ｃ）に示すように、弾性を有する先端部５０５ａが押しつぶされ、凹部５０５ｂ内のインクが吐出口５０２から吐出される。この際、先端部５０５ａの瞬時の変形により、凹部５０５ｂ内のインクが勢いよく吐出される。これにより、インクの吐出距離、特にインクドットの直進距離を長くすることができる。

しかし特許文献１の構成では、開閉弁５０５と吐出口５０２とが位置ズレした場合に、インクの吐出方向にもズレが生じてしまうという問題があった。例えば図１８に示すように、凹部５０５ｂの中心軸Ｘ’と吐出口５０２の中心軸Ｘ１’との間に幅ＸＡ’のずれが生じている。この場合、吐出口５０２を有する筐体５０１と開閉弁５０５との間に形成される隙間領域５１０において、吐出口５０２に隣接する隣接領域の図１８の上下方向の幅が不均一になる。つまり、凹部５０５ｂに対向しない隣接領域５１１と凹部５０５ｂに対向する隣接領域５１２との図１８の上下方向の幅が不均一になる。これにより、吐出口に流入するインクの流れが不均一になる。特に、幅の大きい隣接領域５１２の側から吐出口５０２に流入するインクは十分に整流されず、その流れが乱れてしまう。これにより、吐出口５０２から吐出されるインクの吐出方向に、図１８の矢印Ｂ２に示すようなズレが生じてしまうという問題があった。またこのような開閉弁５０５の吐出口５０２に対する位置ズレは、液体吐出ヘッド内のノズルごとに異なるため、ノズルごとにその吐出方向がばらつくという問題もあった。

このように特許文献１の構成では、液体の吐出距離を大きくできるものの、吐出方向のズレが生じるという問題があり、液体の吐出速度（吐出距離）や吐出量を大きくする液体吐出ヘッドの構成として、検討の余地があった。

本発明では、液体吐出ヘッドから吐出される液体の吐出速度や吐出量を大きくすることを課題とする。

上記の課題を解決するため、本発明は、液体を吐出する吐出口を有する吐出口形成部材と、前記吐出口に対する接離方向に移動可能に設けられ、前記吐出口を開閉する開閉弁と、を備えた液体吐出ヘッドであって、前記開閉弁は前記吐出口形成部材側に開口した凹部を有し、前記凹部は前記吐出口に対向しない位置に設けられることを特徴とする。

本発明によれば、液体吐出ヘッドから吐出される液体の吐出速度や吐出量を大きくできる。

本発明の実施形態に係る液体吐出ヘッドの外観斜視図である。 本発明の実施形態に係る液体吐出ヘッドの全体断面図である。 液体吐出ヘッドに設けられたヒータの位置を示す図である。 液体吐出ヘッドの断面図である。 開閉弁の先端部の構成を示す断面図で、開閉弁が開いた状態の図である。 図５の開閉弁が閉じた状態の断面図である。 図５の開閉弁がノズルから位置ズレした状態を示す断面図である。 図７のＣ－Ｃ線断面図で、開閉弁に設けられる凹部の配置を示す図である。 開閉弁に設けられる凹部の他の例を示す断面図である。 先端部を弾性部材により形成した開閉弁の断面図である。 他の凹部を設けた開閉弁の先端部を示す断面図である。 液体吐出装置の全体概略構成図である。 図１２と異なる液体吐出装置の全体概略構成図である。 液体吐出装置の自動車に対する配置例を示す斜視図である。 液体吐出装置の自動車に対する他の配置例を示す斜視図である。 液体吐出装置により球面に液体を吐出した場合の説明図である。 従来の液体吐出ヘッドの断面図である。 従来の液体吐出ヘッドにおいて、開閉弁がノズルから位置ズレした状態を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態に係る液体吐出ヘッドの外観説明図である。図１（ａ）は液体吐出ヘッドの全体斜視図、図１（ｂ）は同ヘッドの全体側面図である。本実施形態の液体吐出ヘッドは、液体としてのインクを吐出する。

液体吐出ヘッド１０は、第１筐体としての第１ハウジング１１ａと、第２筐体としての第２ハウジング１１ｂとを備える。第２ハウジング１１ｂは第１ハウジング１１ａに積層および接合される。第１ハウジング１１ａは金属等の熱伝導性の高い材質からなり、第２ハウジング１１ｂは樹脂等の熱伝導性の低い材質からなる。以下の説明において２つのハウジングを総称する場合は、ハウジング１１と記す。

また、第１ハウジング１１ａは、その正面と背面に、加熱手段としてのヒータ１２を備える。ヒータ１２は温度制御が可能であり、第１ハウジング１１ａを加熱する。また第２ハウジング１１ｂは、その上部に電気信号の通信のためのコネクタ１３を備える。

図２は、本発明の実施形態に係る液体吐出ヘッド１０の全体断面図で図１（ａ）のＡ－Ａ線矢視断面図である。第１ハウジング１１ａは、吐出口形成部材としてのノズル板１５を保持する。ノズル板１５は、液体を吐出する、吐出口としてのノズル１４を備える。また、第１ハウジング１１ａは、液体供給部である流路１７を備える。流路１７は、供給ポート１６側からのインクを、ノズル板１５上を経て回収ポート１８側へ送る。

第２ハウジング１１ｂは、供給ポート１６および回収ポート１８を備える。供給ポート１６および回収ポート１８は、流路１７の一方側および他方側にそれぞれ接続される。供給ポート１６と回収ポート１８との間には、複数の液体吐出モジュール３０を配置している。液体吐出モジュール３０は流路１７内のインクをノズル１４から吐出する。また液体吐出モジュール３０の上部に規制部材２０が設けられる。

液体吐出モジュール３０は、第１ハウジング１１ａに設けたノズル１４の数に対応しており、本例では１列に並べた８個のノズル１４に対応する８個の液体吐出モジュール３０を備えた構成を示している。なお、ノズル１４および液体吐出モジュール３０の数および配列は上記に限るものではない。例えば、ノズル１４および液体吐出モジュール３０の数は、複数ではなく１個であってもよい。また、ノズル１４および液体吐出モジュール３０の配列は、１列ではなく、複数列であってもよい。

なお、図２において符号１９は、第１ハウジング１１ａと第２ハウジング１１ｂとの接合部に設けたハウジングシール部材である。本例ではハウジングシール部材としてＯリングを用いており、第１ハウジング１１ａと第２ハウジング１１ｂとの接合部からのインクの漏れを防いでいる。

上記の構成により、供給ポート１６は、加圧した状態のインクを外部から取り込み、インクを矢印ａ１方向へ送り、インクを流路１７に供給する。流路１７は、供給ポート１６からのインクを矢印ａ２方向へ送る。そして、回収ポート１８は、流路１７に沿って配置したノズル１４から吐出しなかったインクを矢印ａ３方向へ回収する。

液体吐出モジュール３０は、開閉弁３１と、駆動体としての圧電素子３２を備える。開閉弁３１はノズル１４を開閉する。圧電素子３２は開閉弁３１を駆動する。また圧電素子３２は電圧の印加により、図２の上下方向である長手方向に伸縮作動する。

上記の構成において、圧電素子３２を作動して開閉弁３１を上方向へ動かした場合は、開閉弁３１によって閉じていたノズル１４が開いた状態になり、ノズル１４からインクを吐出することができる。また、圧電素子３２を作動して開閉弁３１を下方向へ動かした場合は、開閉弁３１の先端部がノズル１４を封止してノズル１４が閉じた状態になり、ノズル１４からインクは吐出しなくなる。

図３は、本発明の実施形態に係る液体吐出ヘッド１０の加熱手段との位置関係を示す説明図である。第１ハウジング１１ａは、ヒータ１２を図３に破線で示すように、複数のノズル１４を横断するようにしてノズル１４の近傍に備えている。

次に、液体吐出モジュール３０の詳細を図４に基づいて説明する。図４（ａ）は単一の液体吐出モジュールの断面図、図４（ｂ）は図４（ａ）の要部拡大図である。開閉弁３１の軸部外周には、高圧インクの漏出防止用にＯリング３４が上下二段で装着されている。

液体吐出モジュール３０は、前述の開閉弁３１および圧電素子３２と、固定部材３３と、保持体３５と、プラグ３６などを主に備える。

保持体３５はその内部に駆動体収容部３５ａを有し、駆動体収容部３５ａに圧電素子３２を収容して保持する。保持体３５は、圧電素子３２の長手方向に弾性伸縮可能な金属で構成されている。弾性伸縮可能な金属として、例えばＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６Ｌなどのステンレス鋼を使用可能である。保持体３５は、長手方向に延びた細長部材を圧電素子３２の周囲に複数本配置（例えば９０°間隔で４本配置）した枠体であって、細長部材の相互間を通して圧電素子３２を保持体３５の内側に入れることができる。

圧電素子３２の長手方向は図４（ａ）に示す両矢印方向Ａであり、この長手方向Ａは開閉弁３１や液体吐出モジュール３０、第２ハウジング１１ｂの長手方向でもある。また、開閉弁３１の移動方向であり、開閉弁３１のノズル板１５あるいはノズル１４に対する接離方向でもある。

保持体３５のノズル１４側の先端部に開閉弁３１が連結されている。また保持体３５のノズル１４側に蛇腹部３５ｂが形成されている。蛇腹部３５ｂは、圧電素子３２を伸縮作動させる際に、保持体３５の先端側を圧電素子３２と同じように長手方向に伸縮作動させるためのものである。

また保持体３５のノズル１４側と反対側である基端側に固定部材３３が連結されている。別の言い方をすると、固定部材３３は第２ハウジング１１ｂの上端部に収容されている。

固定部材３３は径方向に延在する貫通ネジ穴３３ａを有する。貫通ネジ穴３３ａに第２ハウジング１１ｂ外から位置決めネジ６０がねじ込まれている。

位置決めネジ６０は、第２ハウジング１１ｂの上端部に形成された長手方向の長穴１１ｂ１に挿通され、図４で第２ハウジング１１ｂの長手方向に所定長さ移動可能である。固定部材３３を長手方向に位置決めした状態にして位置決めネジ６０を締め付ける。

一方、第２ハウジング１１ｂの上端開口部には雌ネジ穴１１ｂ２が形成されている。この雌ネジ穴１１ｂ２に、図２の規制部材２０に当接するプラグ３６が螺合されている。プラグ３６は、位置決めネジ６０で長手方向に位置決めした固定部材３３の上端部に当接して、固定部材３３を最終的に位置固定する。

第２ハウジング１１ｂの下端部には圧縮バネ３７が配設されている。この圧縮バネ３７で、圧電素子３２および圧電素子３２を保持した保持体３５などが上方に付勢されている。

次に、開閉弁３１の長手方向一方側端部であって、ノズル１４に対向する側の先端部３１ａの構成について説明する。この開閉弁３１の先端部３１ａは、開閉弁３１のノズル１４を開閉する部分である。

図５に示すように、開閉弁３１は、先端部３１ａに凹部３１ｂを有する。開閉弁３１は略円柱状をなしている。凹部３１ｂはノズル板１５側に開口する。より詳細には、凹部３１ｂは、ノズル板１５の面１５ａの側に開口する。この面１５ａは、ノズル１４の内側の開口端１４ａを有する面である。凹部３１ｂはノズル１４に対向しない位置であって、ノズル板１５の面１５ａに対向する位置に設けられる。より詳細には、両矢印Ａ方向に垂直な平面上において、凹部３１ｂはノズル１４の開閉弁３１側の開口端１４ａに重ならないように設けられる。またこの両矢印Ａ方向は開閉弁３１の移動方向であり、開閉弁３１のノズル１４に対する接離方向である。本実施形態では特に、凹部３１ｂが開閉弁３１の径方向の外周面近傍に設けられる。

インクの吐出時以外は、図６のように、先端部３１ａがノズル板１５に当接してノズル１４の開口端を覆い、ノズル１４を閉じている。この状態から、圧電素子３２（図４（ａ）参照）を駆動させることで、図５のように開閉弁３１の先端部３１ａとノズル板１５との間に隙間領域５０を形成し、ノズル１４が開いた状態になる。

図５の状態から圧電素子３２を再び伸長させることで、開閉弁３１がノズル板１５の方向へ移動して図６のようにノズル１４を閉じる。以上のように開閉弁３１を開いて隙間領域５０を形成することにより、ノズル１４からインクが吐出される。以下、開閉弁３１の先端部３１ａとノズル板１５との間の隙間領域５０を単に隙間領域５０とも呼ぶ。

本実施形態では、先端部３１ａに凹部３１ｂが設けられることにより、開閉弁３１が開いた状態での隙間領域５０における流体抵抗を小さくすることができる。これにより、ノズル１４へのインクの流量が増え、ノズル１４からのインクの吐出距離や吐出速度、液滴の体積を大きくすることができる。

ここで、隙間領域５０の図５に示す距離ｒの位置における流体抵抗Ｒ_ｆは、図５に示すｒ１、ｒ２、ｈ（ｒ）、インクの粘度μを用いて、以下の式（１）により得ることができる。ここで言う距離ｒは、中心軸Ｘからのノズル１４の径方向の任意の距離を示すものである。

ノズル１４の径方向の凹部３１ｂが設けられる位置では、凹部３１ｂの深さの分だけｈ（ｒ）が大きくなる。従って、式（１）より、その分だけ流体抵抗Ｒ_ｆも小さくなる。これにより、上記のようにノズルからのインクの吐出距離や吐出速度、液滴の体積を大きくすることができる。

またこのようにノズル１４に対向しない位置に凹部３１ｂを設けることにより、開閉弁３１とノズル１４とが位置ズレした場合でも、ノズル１４から吐出されるインクの吐出方向のズレである吐出曲がりを抑制できる。例えば図７に示すように、開閉弁３１の先端部３１ａの仮想中心軸Ｘ１が、ノズル１４の仮想中心軸Ｘから径方向に距離ＸＡだけ位置ズレしている。この場合でも、凹部３１ｂはノズル１４に対向しない。従って、隙間領域５０のノズル１４に隣接する隣接領域５１の図７の上下方向の幅は均一になる。つまり、図７に示す左右の隣接領域５１の幅が略等しいように、隣接領域５１の幅が周方向に略均一になる。これにより、ノズル１４側へノズル１４の周方向の各方向から流入するインクは、幅の狭い隣接領域５１によって整流されてノズル１４へ流入する。これにより、ノズル１４へ各方向から流入するインクの流れが均一化され、ひいては、インクが、ノズル１４から図７の矢印Ｂ１に示す下方向のように垂直な方向に吐出され、インクの吐出方向のズレが抑制される。つまり、インクの吐出曲がりを抑制できる。このように、凹部３１ｂをノズル１４から径方向のより遠い位置に設けることにより、開閉弁３１がノズル１４に対して位置ズレした際のインクの吐出曲がりを抑制できる。

なお、中心軸Ｘ、Ｘ１は両矢印Ａ方向に平行な方向の軸であり、中心軸Ｘはノズル１４の延在方向に平行な方向の軸、中心軸Ｘ１は開閉弁３１の長手方向に平行方向の軸である。開閉弁３１あるいはノズル１４の径方向とは、この中心軸Ｘあるいは中心軸Ｘ１に垂直な面に沿う方向であって、中心軸Ｘからノズル１４の外周面に延びる各方向、あるいは、中心軸Ｘ１から開閉弁３１の外周面に延びる各方向のことである。またここで言う周方向とは、中心軸Ｘあるいは中心軸Ｘ１に垂直な面に沿う方向であって、ノズル１４の中心軸Ｘを中心とした回転方向あるいは開閉弁３１の中心軸Ｘ１を中心とした回転方向である。

また、開閉弁３１の先端部３１ａの外周側の周方向一部領域を切り落とすことで、径方向の切り落とした部分の位置におけるｈ（ｒ）を大きくし、流体抵抗Ｒ_ｆを小さくすることも考えられる。しかしこの場合、開閉弁３１の開閉時に、先端部３１ａの切り落とした部分のエッジ部における力学的負荷が増加し、先端部３１ａが変形してしまう。つまり本実施形態の構成により、先端部３１ａの変形を抑制するとともに、インクの吐出曲がりを抑制できる。

図８および図９は、図７のＣ－Ｃ線断面図であり、凹部３１ｂの配置例をそれぞれ示す図である。

図８に示すように、凹部３１ｂは開閉弁３１の周方向に複数設けることができる。特に本実施形態では、各凹部３１ｂが開閉弁３１の中心軸Ｘ１に対して点対称に配置される。このように複数の凹部３１ｂを設けることにより、隙間領域における流体抵抗をより小さくし、開閉弁３１の外側から流入するインクの流量を大きくできる。従って、インクの吐出速度や吐出距離、液滴の大きさを大きくできる。また、凹部３１ｂを中心軸Ｘ１に対して点対称に配置することで、ノズル１４に流入するインクの流れをノズル１４の周方向により均一化でき、吐出曲がりを抑制できる。

また図９に示すように、凹部３１ｂを周状に設けることもできる。これにより、隙間領域における流体抵抗をより小さくし、開閉弁３１の外側から流入するインクの流量を大きくできる。従って、インクの吐出速度や吐出距離、液滴の大きさを大きくできる。また本実施形態では特に、環状の凹部３１ｂの中心位置と開閉弁３１の中心軸Ｘ１が一致しており、凹部３１ｂは中心軸Ｘ１に対して点対称に配置される。これにより、ノズル１４に流入するインクの流れをノズル１４の周方向により均一化でき、吐出曲がりを抑制できる。また周状の凹部３１ｂが開閉弁３１の径方向に複数設けられていてもよい。

また図１０に示すように、開閉弁３１の先端部３１ａが弾性材料により形成されることが好ましい。つまり本実施形態では、芯材３１０の先端に弾性部材４０が形成されることで、開閉弁３１の先端部３１ａをなしている。そして、弾性部材４０に、ノズル板１５側に開口する凹部３１ｂが形成されている。本実施形態では、開閉弁３１を閉じた際に弾性部材４０が開閉弁３１の基端部とノズル板１５との間で押しつぶされることで、開閉弁３１をノズル板１５に密着させることができる。つまり、ノズル１４を確実に封止できる。これにより、開閉弁３１を閉じた状態でのノズル１４へのインク漏れを防止できる。

さらに、図１１に示すように、ノズル１４に対向しない位置に設ける凹部３１ｂに加えて、ノズル１４に対向する位置に他の凹部３１ｃを設けてもよい。これにより、開閉弁３１をノズル板１５に押し当てて開閉弁３１を閉じた際に、他の凹部３１ｃ内に収容したインクをノズル１４から勢いよく吐出し、インクの吐出距離を大きくできる。

次に、以上で説明した液体吐出ヘッド１０を備えた液体吐出装置について説明する。

図１２は、液体吐出装置１００の全体概略構成図である。図１２（ａ）は液体吐出装置の側面図、図１２（ｂ）は同装置の平面図である。液体吐出装置１００は、対象物の一例である液体付与対象１５０に対向して設置されている。液体吐出装置１００は、Ｘ軸レール１０１と、このＸ軸レール１０１と交差するＹ軸レール１０２と、Ｘ軸レール１０１およびＹ軸レール１０２と交差するＺ軸レール１０３を備える。特に本実施形態では、各レール１０１，１０２，１０３は互いに直交する方向に延在する。

Ｙ軸レール１０２は、Ｘ軸レール１０１がＹ軸方向に移動可能なようにＸ軸レール１０１を保持する。また、Ｘ軸レール１０１は、Ｚ軸レール１０３がＸ軸方向に移動可能なようにＺ軸レール１０３を保持する。そして、Ｚ軸レール１０３は、キャリッジ１がＺ軸方向に移動可能なようにキャリッジ１を保持する。

液体吐出装置１００は、キャリッジ１をＺ軸レール１０３に沿ってＺ軸方向に動かす第１のＺ方向駆動部９２と、Ｚ軸レール１０３をＸ軸レール１０１に沿ってＸ軸方向に動かすＸ方向駆動部７２を備える。また、液体吐出装置１００は、Ｘ軸レール１０１をＹ軸レール１０２に沿ってＹ軸方向に動かすＹ方向駆動部８２を備える。さらに、液体吐出装置１００は、キャリッジ１に対してヘッド保持体７０をＺ軸方向に動かす第２のＺ方向駆動部９３を備える。

前述した液体吐出ヘッドは、液体吐出ヘッド１０のノズル１４（図２参照）が液体付与対象１５０に対向するようにヘッド保持体７０に取り付けられる。このように構成した液体吐出装置１００は、キャリッジ１をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の方向に動かしながら、ヘッド保持体７０に取り付けた液体吐出ヘッドから液体付与対象１５０に向けて液体の一例であるインクを吐出し、液体付与対象１５０に描画を行う。

次に、液体吐出装置の別の実施例であるインクジェットプリンタ２０１の構成について、図１３～図１６を参照して説明する。図１３は、実施形態に係る液体吐出装置の一例としてのインクジェットプリンタ２０１の構成を示す構成図である。図１４は、プリント対象である自動車Ｍに対する図１３に示すインクジェットプリンタ２０１の配置例を示す説明図である。図１５は、液体付与対象である自動車Ｍに対する図１３に示すインクジェットプリンタ２０１の他の配置例を示す説明図である。図１６は、インクジェットプリンタで球面に画像をプリントした場合の説明図である。図１６（ａ）は、インクジェットプリンタ２０１で球面に画像をプリントした場合の説明図、図１６（ｂ）は、球面に四角形をプリントした場合の結果を示す説明図、図１６（ｃ）は、球面にインクジェットプリンタ２０１で四角形を連続してプリントした場合の説明図である。

図１３に示すように、インクジェットプリンタ２０１は、概略として、液体吐出ヘッド１０と、撮影手段としてのカメラ２０４と、Ｘ－Ｙテーブル２０３と、画像編集ソフトウエアＳと、制御部２０９と、駆動部２１１とを備えている。カメラ２０４は液体吐出ヘッド１０の近傍に配設される。Ｘ－Ｙテーブル２０３は液体吐出ヘッド１０およびカメラ２０４をＸ方向およびＹ方向へ移動させる。画像編集ソフトウエアＳはカメラ２０４で撮影した画像を編集する。制御部２０９は、予め設定した制御プログラムに基づいてＸ－Ｙテーブル２０３を動作させて液体吐出ヘッド１０からインクを吐出させる。駆動部２１１は、制御部２０９からの制御に基づいて、カメラ２０４を撮影位置に移動させたり、液体吐出ヘッド１０を液体吐出位置に移動させたりする。

液体吐出ヘッド１０は、複数の弁型ノズルを備えて構成されている。液体吐出ヘッド１０は液体付与対象である被塗装物Ｍの被塗装面に向けてインクを吐出する。なお、ここでいう「インク」には「塗料」も含まれるものとする。

インクは各弁型ノズルから液体吐出ヘッド１０に対して垂直に吐出される。即ち、液体吐出ヘッド１０のインクの吐出面は、Ｘ－Ｙテーブル２０３の移動によって形成されるＸＹ平面と平行であり、各弁型ノズルから吐出されるインクドットはＸ－Ｙ平面に対して垂直な方向に吐出される。また、各弁型ノズルから吐出されるインクの吐出方向はそれぞれ平行な方向である。各弁型ノズルは、それぞれ所定の色のインクタンクと連結されている。このインクタンクは加圧装置によって加圧されている。各弁型ノズルと液体付与対象Ｍのプリント面との距離は２０ｃｍ程度であれば、問題なくインクドットをプリント面に吐出することができる。

Ｘ－Ｙテーブル２０３は、概略として、Ｘ軸２０５と、Ｙ軸２０６を備えて構成されている。Ｘ軸２０５は直線移動機構を備える。Ｙ軸２０６はＸ軸２０５を２つのアームで保持しつつ、Ｘ軸２０５をＹ方向へ移動させる。Ｘ軸２０５のスライダに液体吐出ヘッド１０および後述するカメラ２０４が取り付けられている。また、Ｙ軸２０６にはシャフト２０７が設けられている。このシャフト２０７をロボットアーム２０８で保持する。ロボットアーム２０８により、液体吐出ヘッド１０を液体付与対象Ｍに対してインクの吐出を行うべき所定位置に自由に配置できるようになっている。例えば、液体付与対象Ｍが自動車である場合に、図１５に示すような横位置に配置したり、図１４に示すような上部に配置したりすることができる。尚、ロボットアーム２０８は、予め制御部２０９に格納されたプログラムに基づいて、その動作が制御される。

カメラ２０４は、液体吐出ヘッド１０の近傍であるＸ軸２０５のスライダに配設される。カメラ２０４はＸ－Ｙ方向に移動しながら液体付与対象Ｍの液体付与面の所定の範囲を一定の微小な間隔で撮影を行う。カメラ２０４はいわゆるデジタルカメラである。カメラ２０４は、液体付与面の所定の範囲について、複数の細分割画像の撮影が可能なレンズの仕様や解像度等の仕様が適宜に選択される。カメラ２０４による液体付与面の複数の細分割画像の撮影については、制御部２０９に予め設けられたプログラムに従って連続的、かつ、自動的に行われる。

制御部２０９は、記憶装置と、中央処理装置と、キーボードやマウス等の入力装置と、モニタ２１０と、必要に応じてＤＶＤプレイヤー等を備えたいわゆるマイクロコンピュータによって構成される。記憶装置は各種のプログラムおよび撮影済みの画像のデータや印刷すべき画像のデータ等を記録保存する。中央処理装置はプログラムに従って各種の処理を実行する。モニタ２１０は制御部２０９への入力情報や制御部２０９による処理結果等を表示する。

制御部２０９は、カメラ２０４で撮影された複数の細分割画像データを、画像処理ソフトを用いて画像処理を行う。具体的には、制御部２０９は、平面ではない液体付与対象Ｍの液体付与面を平面に投影した合成プリント面の生成を行う。また制御部２０９は、液体付与面に形成された画像に連続するように、描画対象画像を編集することにより、描画対象編集画像の生成を行う。例えば、図１６（ｃ）に示した描画対象画像であるプリント画像２５２ｂについて、隣接するプリント画像２５２ａとの間に非プリント領域２５３が形成されないようにプリント画像２５２ｂを合成プリント面に整合するように編集することにより、描画対象編集画像を生成する。そして、この描画対象編集画像に基づいて、実際に液体吐出ヘッド１０によってインクを吐出することで、プリント画像２５２ａとの間に隙間なくプリント画像２５２ｂを形成することが可能となる。なお、制御部２０９によって動作制御された駆動部２１１により、カメラ２０４による複数の細分割画像の撮影や液体吐出ヘッド１０の各ノズルからのインクの吐出による画像の形成が行われる。

なお、図１６（ａ）では、球状物の液体付与対象２５１の球面状の表面にインクジェットノズルによって二次元の四角形を形成するような場合に、ノズルヘッド２５０に搭載された各インクジェットノズルから噴射されるインクの吐出方向が図示されている。図１６（ｂ）では、ノズルヘッド２５０に搭載された各インクジェットノズルから噴射されるインクはノズルヘッド２５０に対して垂直方向に吐出されるので、液体付与対象２５１の表面にプリントされたプリント画像２５２ａが、周辺が歪んだ形状の四角形となることが図示されている。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。

本願において、「液体吐出装置」は、液体吐出ヘッドを備え、液体吐出ヘッドを駆動させて、液体を吐出させる装置である。液体吐出装置には、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「液体吐出装置」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、「液体吐出装置」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、「液体吐出装置」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、前述した液体付与対象のことであり、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、「液体吐出装置」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、「液体吐出装置」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。

１０ 液体吐出ヘッド
１４ ノズル（吐出口）
１５ ノズル板（吐出口形成部材）
３０ 液体吐出モジュール
３１ 開閉弁
３１ａ 開閉弁のノズル板側の先端部
３１ｂ 凹部
３１０ 開閉弁の芯材
３２ 圧電素子（駆動体）
４０ 弾性部材
１００ 液体吐出装置
Ａ 長手方向（開閉弁の吐出口に対する接離方向）
Ｘ ノズルの中心軸
Ｘ１ 開閉弁の先端部の中心軸

特開２０２０－２３１７７号公報

Claims (6)

1. 液体を吐出する吐出口を有する吐出口形成部材と、
   前記吐出口に対する接離方向に移動可能に設けられ、前記吐出口を開閉する開閉弁と、を備えた液体吐出ヘッドであって、
   前記開閉弁は前記吐出口形成部材側に開口した凹部を有し、
   前記凹部は前記吐出口に対向しない位置に設けられることを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記凹部が、前記開閉弁の周方向に複数設けられる請求項１記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記凹部が、前記開閉弁の周方向に周状に設けられる請求項１または２記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記凹部が前記開閉弁の中心軸に対して点対称に設けられる請求項１から３いずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記開閉弁は、前記吐出口を開閉する側の端部に弾性部材を有し、
   前記弾性部材に前記凹部が形成される請求項１から４いずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
6. 請求項１から５いずれか１項に記載の液体吐出ヘッドを備えた液体吐出装置。

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