JP7392290B2 - 吐出ヘッド - Google Patents

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Description

本開示は、吐出ヘッドに関する。
インクジェットプリンター等の液体吐出装置には、吐出ヘッドが備えられている。吐出ヘッドには、インク等の液体を液滴として吐出するノズルが設けられている。ノズルから吐出される液滴は、液滴先端に球状に形成された主滴部と、主滴部に後続する液柱部とから構成され、液柱部が主滴部から分離し、液柱部自体が分裂することで、サテライトと呼ばれる副滴部が形成される。画質向上のためには、サテライトの数は少ない方が好ましい。そこで、特許文献１に記載された技術では、ノズルの縁部にノズルの内側に向けて突出する突起を設けることにより、吐出される液滴と残留する液体とを分離しやすくして、液柱部の短縮化を図り、サテライトの発生を抑制している。
特開２０１４－１１１３５８号公報
しかしながら、ノズルの縁部に突起を設けると、ノズルに形成されるメニスカスの形状が異形となり、ノズルを円形とするよりもメニスカスの振動が不安定になるおそれがある。そのため、吐出ヘッドを連続駆動させると、前の駆動により発生したメニスカスの不安定な振動によって、次の駆動による液滴の吐出において、吐出方向のズレや液滴の割れ、吐出量の変動等が生じる可能性がある。
本開示の一形態によれば、吐出ヘッドが提供される。この吐出ヘッドは、液体を吐出するためのエネルギーを生成するエネルギー生成素子と、前記エネルギー生成素子を内包するエネルギー生成室と、前記エネルギー生成室と連通し、前記エネルギー生成素子により生成されたエネルギーによって吐出方向へと液体を吐出するノズルと、を有する。そして、前記ノズル内の前記吐出方向における特定の位置を第１位置、前記ノズル内の前記第１位置よりも前記吐出方向における下流側の特定の位置を第２位置、前記吐出方向と交差する特定の方向を第１方向、前記吐出方向および前記第１方向と交差する特定の方向を第２方向、前記第１位置と前記第２位置を含む前記吐出方向の各位置において、前記ノズル内の前記第１方向と前記第２方向の中心に対応する位置を中心部としたとき、前記第２位置における前記中心部から前記ノズルの縁部までの距離のうちの最大値と最小値の差は、前記第１位置における前記中心部から前記ノズルの縁部までの距離のうちの最大値と最小値の差よりも小さくなるように、前記ノズルが設けられていることを特徴とする。
吐出ヘッドを備える液体吐出装置の概略構成を示す模式図である。 吐出ヘッドの主要なヘッド構成材を分解視して示す説明図である。 吐出ヘッドの断面図である。 ノズルの形状を示す図である。 ノズルの各部における断面構造を示す図である。 第１ノズル部の形状を示す図である。 第２実施形態におけるノズルの形状を示す図である。 第３実施形態におけるノズルの形状を示す図である。 第４実施形態におけるノズルの各部における断面構造を示す図である。 第５実施形態におけるノズルの各部における断面構造を示す図である。
Ａ．第１実施形態：
図１は、本開示の第１実施形態としての吐出ヘッド２６を備える液体吐出装置１００の概略構成を示す模式図である。液体吐出装置１００は、液体の一例であるインクの液滴を媒体１２に吐出して印刷するインクジェットプリンターである。媒体１２は、印刷用紙の他、樹脂フィルムや布等の任意の材質の印刷対象を採用可能である。図１以降の各図においては、互いに直交するＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向のうち、ノズル列方向をＸ方向とし、ノズルＮｚからのインクの吐出方向に沿った方向をＺ方向とし、Ｘ方向とＺ方向に直交する方向をＹ方向とする。インクの吐出方向は、鉛直方向と平行であってもよいし、それと交差する方向でもよい。吐出ヘッド２６の搬送方向に沿った主走査方向はＹ方向であり、媒体１２の送り方向である副走査方向はＸ方向となる。以下の説明においては、説明の便宜上、主走査方向を印刷方向と、適宜称する。
本実施形態では、Ｚ方向のうち、＋Ｚ方向をインクの吐出方向Ｚともいう。また、吐出方向Ｚと交差する特定の方向であるＸ方向のことを第１方向Ｘともいう。また、吐出方向Ｚおよび第１方向Ｘと交差する特定の方向であるＹ方向のことを第２方向Ｙともいう。以下において、方向の向きを特定する場合には、正の方向を「＋」、負の方向を「－」として、方向表記に正負の符合を併用する。なお、本実施形態の液体吐出装置１００は、吐出ヘッド２６がＹ方向に搬送されるシリアルプリンターであるが、液体吐出装置１００は、吐出ヘッド２６が固定され、媒体１２の全幅に亘ってノズルＮｚが並べられたラインプリンターでもよい。
液体吐出装置１００は、液体容器１４と、媒体１２を送り出す搬送機構７２２と、制御ユニット６２０と、ヘッド移動機構８２４と、吐出ヘッド２６と、を備える。液体容器１４は、吐出ヘッド２６から吐出される複数種のインクを個別に貯留する。液体容器１４としては、可撓性フィルムで形成された袋状の液体パックや、液体吐出装置１００に着脱可能なカートリッジなどが利用可能である。
吐出ヘッド２６は液体を吐出するための複数のノズルＮｚを有する。ノズルＮｚは、Ｘ方向に沿って並んで配置されたノズル列を構成する。本実施形態では、１種類の液体を吐出するために２列のノズル列が用いられる。ノズルＮｚは、液体を吐出する吐出口を媒体１２に対向する位置に有する。
制御ユニット６２０は、１または複数のＣＰＵ（Central Processing Unit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の処理回路と半導体メモリー等の記憶回路とを含み、搬送機構７２２やヘッド移動機構８２４、吐出ヘッド２６を統括制御する。搬送機構７２２は、制御ユニット６２０の制御下で動作し、媒体１２をＸ方向に沿って搬送する。つまり、搬送機構７２２は、媒体１２を吐出ヘッド２６に対して相対的に移動させる機構である。
ヘッド移動機構８２４は、媒体１２の印刷範囲に亘ってＸ方向に掛け渡された搬送ベルト２３と、吐出ヘッド２６を収容して搬送ベルト２３に固定するキャリッジ２５とを備える。ヘッド移動機構８２４は、制御ユニット６２０の制御下で動作し、吐出ヘッド２６を主走査方向に沿ってキャリッジ２５ごと往復移動させる。キャリッジ２５の往復移動の際、キャリッジ２５は図示しないガイドレールにより案内される。なお、液体容器１４は、吐出ヘッド２６と共にキャリッジ２５に搭載されてもよい。
吐出ヘッド２６は、ノズルＮｚの列を副走査方向に沿って並べたノズル列を備える。吐出ヘッド２６は、液体容器１４が貯留する液体の色ごとに用意され、液体容器１４から供給される液体を、制御ユニット６２０の制御下で、複数のノズルＮｚから媒体１２に向けて吐出する。吐出ヘッド２６の往復移動の間のノズルＮｚからの液体吐出により、媒体１２に所望の画像等の印刷がなされる。図１の破線で示された矢印は、液体容器１４と吐出ヘッド２６との間のインクの移動を模式的に表している。
図２は、吐出ヘッド２６の主要なヘッド構成材を分解視して示す説明図である。図３は、図２における３－３線に沿った吐出ヘッド２６の断面図である。吐出ヘッド２６は、エネルギー生成素子４４と、エネルギー生成室Ｃと、ノズルＮｚとを備える。エネルギー生成素子４４は、本実施形態では圧電素子であり、液体を吐出するためのエネルギーを生成する。エネルギー生成室Ｃは、エネルギー生成素子４４を内包する。ノズルＮｚは、エネルギー生成室Ｃと連通し、エネルギー生成素子４４により生成されたエネルギーによって吐出方向Ｚへと液体を吐出する。エネルギー生成素子４４は、圧電素子に限らず、熱エネルギーを生成してノズルＮｚ内の液体を膜沸騰させることで液体の吐出を行う電気熱変換素子であってもよい。
図２および図３に示すように、第１ノズル列Ｌ１と第２ノズル列Ｌ２を有する吐出ヘッド２６は、ヘッド構成材を積層した積層体である。図示する各構成部材の厚みは、実際の構成材の厚みを示しているものではない。図２においては、図示の都合上、構成材である第１流路基板３２の一部の部位が省略されている。
図３に示すように、吐出ヘッド２６は、第１ノズル列Ｌ１のノズルＮｚに関連する構成と、第２ノズル列Ｌ２のノズルＮｚに関連する構成とを、中心面Ｏを挟んで面対称に備える。つまり、吐出ヘッド２６のうち、中心面Ｏを挟んで＋Ｘ方向側の第１部分Ｐ１と－Ｘ方向側の第２部分Ｐ２とでは、その構成が共通する。そして、第１ノズル列Ｌ１のノズルＮｚは第１部分Ｐ１に属し、第２ノズル列Ｌ２のノズルＮｚは第２部分Ｐ２に属し、中心面Ｏは第１部分Ｐ１と第２部分Ｐ２の境界面となる。
吐出ヘッド２６は、主要な構成部材として、吐出ヘッド２６における流路形成に関与する流路形成部３０と、インクの給排に関与する筐体部４８とを備える。流路形成部３０は、第１流路基板３２と第２流路基板３４とを積層して構成される。第１流路基板３２と第２流路基板３４の両基板は、Ｘ方向に長尺なプレート体であり、第１流路基板３２における－Ｚ方向の上面Ｆａに、第２流路基板３４が接着剤を用いて固定される。
第２流路基板３４には、その上面Ｆｃの側に、振動部４２と、複数のエネルギー生成素子４４と、保護部材４６と、筐体部４８とが設置される。振動部４２は、第１部分Ｐ１から第２部分Ｐ２に掛けて設置されるＸ方向に長尺で薄様状の部材である。保護部材４６は、第１部分Ｐ１から第２部分Ｐ２に掛けて設置されるＸ方向に長尺な部材である。保護部材４６は、振動部４２の上面側に凹状の空間を形成して、振動部４２を覆う。筐体部４８は、Ｘ方向に長尺な部材である。保護部材４６は、中心面Ｏの両側に配置されている。保護部材４６は、筐体部４８と第２流路基板３４とによって挟持されてもよい。この他、第１流路基板３２には、Ｚ方向の下面Ｆｂに、ノズルプレート５２と、振動吸収体５４とが配置される。ノズルプレート５２と振動吸収体５４は、共に、Ｘ方向に長尺なプレート体である。ノズルプレート５２は、中心面Ｏを跨いで、第１部分Ｐ１から第２部分Ｐ２に掛けて設置される。振動吸収体５４は、第１部分Ｐ１と第２部分Ｐ２とに個別に設置される。これら各要素は、接着剤を用いて第１流路基板３２の下面Ｆｂにそれぞれ接着される。
ノズルプレート５２は、図２に示すように、第１部分Ｐ１のノズルＮｚと第２部分Ｐ２のノズルＮｚとを列状に備え、第１部分Ｐ１のノズルＮｚが並んだ第１ノズル列Ｌ１と第２部分Ｐ２のノズルＮｚが並んだ第２ノズル列Ｌ２との間に、第２個別流路７２を２列、備える。尚、第１個別流路６１については、後述する。第２個別流路７２は、図３に示すように、ノズルプレート５２の表面に形成された凹状の溝である。第２個別流路７２は、ノズルプレート５２の表面に形成された凹状の溝としてではなく、第１流路基板３２の表面に形成された凹状の溝として設けられてもよい。＋Ｙ方向側の列の第２個別流路７２は、第１ノズル列Ｌ１におけるノズルＮｚの隣に形成されており、－Ｙ方向側の第２個別流路７２は、第２ノズル列Ｌ２のノズルＮｚの隣に形成されている。ノズルプレート５２は、シリコンの単結晶基板への半導体製造技術、例えば、ドライエッチングやウェットエッチング等の加工技術の適用を経て、ノズルＮｚや第２個別流路７２を有するよう形成される。本実施形態では、各ノズルＮｚは、ノズルプレート５２において－Ｚ方向側に開口する部分と、＋Ｚ方向側に開口する部分とで異なる形状に形成されている。ノズルＮｚの形状についての詳細は後述する。以下では、ノズルＮｚが＋Ｚ方向に開口する側を、ノズルＮｚの先端側または下流側という。また、ノズルＮｚが－Ｚ方向側に開口する側を、ノズルＮｚの後端側または上流側という。
振動吸収体５４は、図３に示すように、ノズルプレート５２と共に吐出ヘッド２６の底面を形成している。振動吸収体５４は、第１流路基板３２の下面Ｆｂに接着されることによって、インク流入室Ｒａと第１共通流路６０および第１個別流路６１の底面を形成する。この振動吸収体５４は、例えば、インク流入室Ｒａにおける圧力変動を吸収する可撓性のフィルムと、フィルムを支える基板とによって構成されている。
第１流路基板３２にノズルプレート５２と振動吸収体５４とが接着されることによって、第１部分Ｐ１と第２部分Ｐ２とに、それぞれ、インク流入室Ｒａと、第１共通流路６０と、第１個別流路６１と、連通路６３とが形成され、第１部分Ｐ１と第２部分Ｐ２とに共通する第２共通流路６５が形成される。図２に示すように、インク流入室Ｒａは、第１流路基板３２に、Ｘ方向に沿う長尺状の貫通開口として形成されている。第１個別流路６１および連通路６３とは、第１流路基板３２に、貫通孔として形成されている。第１共通流路６０は、第１流路基板３２の下面Ｆｂに、インク流入室Ｒａから中心面Ｏに向かう凹部として形成されている。図３に示すように、第１流路基板３２の下面Ｆｂに振動吸収体５４が接着されることによって、インク流入室Ｒａと第１共通流路６０と第１個別流路６１とが形成される。インク流入室Ｒａと第１共通流路６０と第１個別流路６１とは、それぞれのノズルＮｚへのインク供給に関与する。
第２共通流路６５は、図２に示すように、第１流路基板３２の下面Ｆｂに、Ｘ方向に沿って長尺状の凹状の溝として形成されている。図３に示すように、第１流路基板３２の下面Ｆｂに、ノズルプレート５２が接着されることによって、連通路６３と第２共通流路６５とが形成される。ノズルプレート５２は、第１ノズル列Ｌ１および第２ノズル列Ｌ２のそれぞれのノズルＮｚと、第２個別流路７２とを備える。それぞれのノズルＮｚは、Ｚ方向からの平面視において連通路６３に重なる位置に配設される。第２個別流路７２は、ノズル列ごとの連通路６３と第２共通流路６５とを区画する隔壁部６９に、Ｚ方向からの平面視において重なる位置に配設される。この第２個別流路７２は、第１流路基板３２の下面Ｆｂにノズルプレート５２が接着されることによって、隔壁部６９を跨ぐインク流路となり、ノズルＮｚごとに、連通路６３と第２共通流路６５とを連通する。第２共通流路６５は、ノズルＮｚごとの連通路６３から、それぞれの第２個別流路７２を介してインクの流入を受けることによって、連通路６３からのインク排出に関与する。
第２共通流路６５は、図２に示すように、第１ノズル列Ｌ１と第２ノズル列Ｌ２におけるノズルＮｚの並びより長尺な凹状の溝であって、溝両端に循環口６５ａ、６５ｂを有する。この循環口６５ａ、６５ｂは、第２共通流路６５の底壁、即ち第１流路基板３２を貫通する貫通孔であり、インクを吐出ヘッド２６内で循環させる図示していない循環機構に接続される。循環口６５ａ、６５ｂは、３－３線断面とは異なる位置において、筐体部４８に設けられた流路を介して循環機構と接続されてもよい。インクは、連通路６３に流れ込んだ後に、第２個別流路７２を通過して第２共通流路６５に入り込み、第２共通流路６５の循環口６５ａ、６５ｂを経て吐出ヘッド２６から排出される。排出されたインクは、循環機構によってインク導入口４９に再流入する。
第１流路基板３２の上面Ｆａに接着される第２流路基板３４は、第１部分Ｐ１と第２部分Ｐ２のそれぞれに、エネルギー生成室Ｃを形成する。このエネルギー生成室Ｃは、第１ノズル列Ｌ１および第２ノズル列Ｌ２のノズルＮｚごとに形成されたＹ方向に沿う貫通孔であり、＋Ｚ方向の貫通孔下端側で、第１流路基板３２の第１個別流路６１および連通路６３に連通する。尚、本明細書では、エネルギー生成室Ｃと連通路６３とを特に区別せずに説明する場合は、エネルギー生成室Ｃと連通路６３とをまとめてエネルギー生成室Ｃと呼ぶこともある。エネルギー生成室Ｃのことを、圧力室ともいう。エネルギー生成室Ｃにおいて、第２流路基板３４と保護部材４６とに挟持された振動部４２により、－Ｚ方向における貫通孔の上端側が閉鎖される。エネルギー生成室Ｃは、第２流路基板３４に設けられた貫通孔と振動部４２とによって形成するのではなく、第２流路基板３４と振動部４２とを一体的に形成することによって形成してもよい。上端側が閉鎖されたエネルギー生成室Ｃは、第１ノズル列Ｌ１および第２ノズル列Ｌ２のノズルＮｚごとのキャビティとして機能する。上記した第１流路基板３２と第２流路基板３４は、ノズルプレート５２と同様、シリコンの単結晶基板への既述した半導体製造技術の適用を経て、形成される。
第２流路基板３４と保護部材４６との間に挟持された振動部４２は、弾性的に振動可能な板状部材である。振動部４２の上側には、エネルギー生成室Ｃごとに、エネルギー生成素子４４が設けられている。つまり、１つのノズルＮｚに対して、１つのエネルギー生成素子４４が設けられている。本実施形態におけるエネルギー生成素子４４は、制御ユニット６２０からの駆動信号を受けて変形する圧電素子である。エネルギー生成素子４４の振動により、エネルギー生成室Ｃにおける供給済みのインクに圧力変化が起きる。この圧力変化は、連通路６３を経てノズルＮｚに及ぶ。
保護部材４６は、それぞれのエネルギー生成素子４４を保護するための板状部材であり、第２流路基板３４との間に振動部４２を介在した状態で、第１流路基板３２に積層される。保護部材４６は、第１流路基板３２や第２流路基板３４と同様、シリコンの単結晶基板への既述した半導体製造技術の適用を経て形成できるほか、他の材料で形成してもよい。
筐体部４８は、吐出ヘッド２６の上面側を覆う部材であり、ヘッド全体の保護と、ノズルＮｚごとのエネルギー生成室Ｃに供給されるインクの貯留および液体容器１４からのインク補給に関与する。より具体的には、筐体部４８は、第１流路基板３２のインク流入室ＲａにＺ方向に重なる上流側インク流入室Ｒｂを備え、この上流側インク流入室Ｒｂと第１流路基板３２のインク流入室Ｒａとでインク貯留室Ｒを形成する。インク貯留室Ｒのことをリザーバーともいう。上流側インク流入室Ｒｂへのインク供給は、上流側インク流入室Ｒｂの天井壁に形成されたインク導入口４９からなされる。筐体部４８は、適宜な樹脂材料の射出成形により形成される。
図４は、第１実施形態におけるノズルＮｚの形状を示す図である。図５は、ノズルＮｚの各部における断面構造を示す図である。図４には、ノズルＮｚを－Ｚ方向から＋Ｚ方向に見た場合の形状を示している。図５には、図４におけるＡ－Ａ断面、Ｂ－Ｂ断面およびＣ－Ｃ断面の形状を模式的に示している。
ノズルＮｚは、第１ノズル部Ｎ１と第２ノズル部Ｎ２とを備えている。第１ノズル部Ｎ１は、ノズルＮｚの後端側に位置している。第２ノズル部Ｎ２は、ノズルＮｚの先端側に位置している。つまり、第２ノズル部Ｎ２は、第１ノズル部Ｎ１よりも吐出方向Ｚにおいて下流側に配置され、第１ノズル部Ｎ１は、第２ノズル部Ｎ２よりも吐出方向Ｚにおいて上流側に配置されている。本実施形態において、第２ノズル部Ｎ２の最大幅は、第１ノズル部Ｎ１の最大幅よりも小さい。また、第１ノズル部Ｎ１の最大幅は、第２ノズル部Ｎ２の最大幅の１倍よりも大きく、２倍よりも小さい。
ここで、図５に示すように、ノズルＮｚ内の吐出方向Ｚにおける特定の位置を第１位置Ｓ１とし、ノズルＮｚ内の第１位置よりも吐出方向Ｚにおける下流側の特定の位置を第２位置Ｓ２とする。第１位置Ｓ１は、第１ノズル部Ｎ１が設けられている位置に対応する。第２位置Ｓ２は、第２ノズル部Ｎ２が設けられている位置に対応する。また、図４および図５に示すように、第１位置Ｓ１と第２位置Ｓ２を含む吐出方向Ｚの各位置において、ノズルＮｚ内の第１方向Ｘと第２方向Ｙの中心に対応する位置を中心部ＣＰとする。言い換えると、中心部ＣＰからノズルＮｚの第１方向Ｘの一端までの距離と、中心部ＣＰからノズルＮｚの第１方向Ｘの他端までの距離は等しく、且つ、中心部ＣＰからノズルＮｚの第２方向までの距離と、中心部ＣＰからノズルＮｚの第２方向Ｙの他端までの距離は等しくなる。
本実施形態では、第１ノズル部Ｎ１の流路断面の形状と第２ノズル部Ｎ２の流路断面の形状とが異なる。本実施形態では、下流側に位置する第２ノズル部Ｎ２の流路断面形状は、円形状である。従って、第２ノズル部Ｎ２が設けられている第２位置Ｓ２において、中心部ＣＰからノズルＮｚの縁部までの距離のうちの最大値Ｒ０と最小値Ｒ０は略同じ値であり、これらの差は略０である。これに対して、上流側に位置する第１ノズル部Ｎ１の流路断面形状は、円形状とは異なる異形であり、８の字の外周に沿った形状である。従って、第１ノズル部Ｎ１が設けられている第１位置Ｓ１における中心部ＣＰからノズルＮｚの縁部までの距離のうちの最大値Ｒ２と最小値Ｒ１の差は０よりも大きい。つまり、本実施形態では、第２位置Ｓ２における中心部ＣＰからノズルＮｚの縁部までの距離のうちの最大値Ｒ０と最小値Ｒ０の差は、第１位置Ｓ１における中心部ＣＰからノズルＮｚの縁部までの距離のうちの最大値Ｒ２と最小値Ｒ１の差よりも小さくなるように、吐出ヘッド２６にノズルＮｚが設けられている。
図６は、上流側に位置する第１ノズル部Ｎ１の形状を示す図である。本実施形態では、第１ノズル部Ｎ１が設けられた第１位置Ｓ１において、中心部ＣＰを通る位置での第１方向ＸにおけるノズルＮｚの幅Ｗ１は、中心部ＣＰよりも第２方向Ｙにおける一方の縁Ｂ１側の位置での第１方向Ｘにおける最大幅Ｗ２ｍａｘよりも小さい。また、第１位置Ｓ１において、中心部ＣＰを通る位置での第１方向ＸにおけるノズルＮｚの幅Ｗ１は、中心部ＣＰよりも第２方向Ｙにおける他方の縁Ｂ２側の位置での第１方向Ｘにおける最大幅Ｗ３ｍａｘよりも小さい。つまり、本実施形態における第１ノズル部Ｎ１の流路断面形状は、Ｘ方向においてノズルＮｚの縁部の対向する２箇所を、中心部ＣＰに向けて突出させた形状であるともいえる。
更に、本実施形態では、第１ノズル部Ｎ１が設けられた第１位置Ｓ１において、中心部ＣＰを通る位置から第２方向Ｙにおける一方の縁Ｂ１側に向かうにしたがって、第１方向における幅Ｗ２は漸次増加した後に漸次減少している。また、第１ノズル部Ｎ１が設けられた第１位置Ｓ１において、中心部ＣＰを通る位置から第２方向Ｙにおける他方の縁Ｂ２側に向かうにしたがって、第１方向ＸにおけるノズルＮｚの幅Ｗ３は漸次増加した後に漸次減少している。より具体的には、第１ノズル部Ｎ１の流路断面は、中心部ＣＰから第２方向Ｙの両端に向けて、それぞれ半円形状となる部分を有している。また、本実施形態における第１ノズル部Ｎ１の流路断面は、２つの円の一部をそれぞれ重ねることによって構成される形状の外周に沿った形状であるともいえる。
本実施形態では、更に、図４および図５に示すように、第１ノズル部Ｎ１が設けられた第１位置Ｓ１における中心部ＣＰと、第２ノズル部Ｎ２が設けられた第２位置Ｓ２における中心部ＣＰとは一致している。つまり、第１ノズル部Ｎ１の中心の位置と第２ノズル部Ｎ２の中心の位置とが、ノズルＮｚを吐出方向Ｚから見たときに一致している。
以上で説明した本実施形態の吐出ヘッド２６によれば、ノズルＮｚの流路断面形状が、先端側と後端側とで異なる形状となっており、本実施形態では、先端側が円形形状となっており、後端側が円形とは異なる異形形状となっている。そのため、後端側の異形形状によってノズルＮｚ内における液体の残留振動が抑制されると共に、先端側の円形形状によってメニスカスが多様な方向へ振動することを抑制できる。従って、吐出ヘッド２６を短い周期で連続的に駆動したり、液滴のサイズを変更するためにメニスカスを大きく揺らしたりしても、液滴の吐出方向のズレや液滴の割れ、吐出量の変動等が生じる可能性を低減でき、液体の吐出安定性を向上させることができる。また、本実施形態では、ノズルＮｚの後端側が異形形状であるため、液体の吐出時において、ノズルＮｚから吐出される液滴とノズルＮｚに残留する液体とが分離しやすくなる。そのため、液体吐出時におけるサテライトの発生を抑制することができ、印刷画質を向上させることができる。
また、本実施形態では、ノズルＮｚの後端側に位置する第１ノズル部Ｎ１において、中心部ＣＰを通る位置での第１方向ＸにおけるノズルＮｚの幅が、第２方向Ｙの両側におけるノズルＮｚの最大幅Ｗ２ｍａｘ，Ｗ３ｍａｘよりも小さい。そして、さらに、第１ノズル部Ｎ１は、中心部ＣＰから第２方向Ｙの両側に向けて、ノズルＮｚの幅が漸次増加した後に漸次減少する形状である。そのため、ノズルＮｚから吐出される液滴とノズルＮｚに残留する液体とを容易に分離させることができ、サテライトの発生を抑制できる。
また、本実施形態では、第２ノズル部Ｎ２が位置する第２位置Ｓ２において、ノズルＮｚの中心部ＣＰから縁部までの距離のうちの最大値Ｒ０と最小値Ｒ０の差は０である。つまり、第２ノズル部Ｎ２の流路断面形状は、真円形状であるため、メニスカスを安定して形成することができる。
また、本実施形態では、ノズルＮｚの後端側に位置する第１ノズル部Ｎ１の中心と、先端側に位置する第２ノズル部Ｎ２の中心とが一致している。そのため、ノズルＮｚ内において液体が円滑に流れるので、液滴を良好に吐出させることができる。
なお、本実施形態において、第１ノズル部Ｎ１の流路抵抗は、第２ノズル部Ｎ２の流路抵抗以上であることが好ましい。第１ノズル部Ｎ１の流路抵抗を大きくすれば、ノズルＮｚ内の液体の残留振動を効果的に抑制することができる。第１ノズル部Ｎ１の流路抵抗を第２ノズル部Ｎ２の流路抵抗よりも大きくするには、例えば、第２位置Ｓ２に配置される第２ノズル部Ｎ２の縁部の吐出方向Ｚに沿った長さを、第１位置Ｓ１に配置される第１ノズル部Ｎ１の縁部の吐出方向Ｚに沿った長さよりも小さくする。あるいは、第２位置Ｓ２に配置される第２ノズル部Ｎ２の縁部の周方向に沿った長さを、第１位置Ｓ１に配置される第１ノズル部Ｎ１の縁部の周方向に沿った長さよりも小さくする。
また、本実施形態において、第１ノズル部Ｎ１のイナータンスは、第２ノズル部Ｎ２のイナータンス以下であることが好ましい。第１ノズル部Ｎ１のイナータンスを小さくすれば、第１ノズル部Ｎ１を異形形状とすることによる吐出効率の低下を抑制できる。第１ノズル部Ｎ１のイナータンスを第２ノズル部Ｎ２のイナータンスよりも小さくするには、例えば、第２位置Ｓ２に配置される第２ノズル部Ｎ２の流路断面積を、第１位置Ｓ１に配置される第１ノズル部Ｎ１の流路断面積よりも小さくする。また、第２位置Ｓ２に配置される第２ノズル部Ｎ２の縁部の吐出方向Ｚに沿った長さを、第１位置Ｓ１に配置される第１ノズル部Ｎ１の縁部の吐出方向Ｚに沿った長さよりも大きくすることでも、第１ノズル部Ｎ１のイナータンスを第２ノズル部Ｎ２のイナータンスよりも小さくできる。
Ｂ．第２実施形態：
図７は、第２実施形態におけるノズルＮｚの形状を示す図である。図４に示した例では、第２ノズル部Ｎ２の最大幅は、第１ノズル部Ｎ１の最小幅よりも大きい。これに対して、第２実施形態では、図７に示すように、第２ノズル部Ｎ２の最大幅は、第１ノズル部Ｎ１の最小幅と略同じである。また、他の実施形態では、第２ノズル部Ｎ２の最大幅は、第１ノズル部Ｎ１の最小幅よりも小さくてもよい。
Ｃ．第３実施形態：
図８は、第３実施形態におけるノズルＮｚの形状を示す図である。図７に示した例では、第２ノズル部Ｎ２の最大幅は、第１ノズル部Ｎ１の最小幅と略同じである。これに対して、第３実施形態では、図８に示すように、第２ノズル部Ｎ２の最大幅は、第１ノズル部Ｎ１の最大幅と略同じである。また、他の実施形態では、第２ノズル部Ｎ２の最大幅は、第１ノズル部Ｎ１の最大幅よりも大きくてもよい。
Ｄ．第４実施形態：
図９は、第４実施形態におけるノズルＮｚの各部における断面構造を示す図である。図９に示した各断面は、図５に示した各位置における断面を示している。第４実施形態では、吐出方向Ｚにおける位置が第１位置Ｓ１から第２位置Ｓ２に向かうにしたがって、少なくとも中心部ＣＰを通る位置での第１方向ＸにおけるノズルＮｚの幅は漸次的に変化している。つまり、第４実施形態では、第１ノズル部Ｎ１と第２ノズル部Ｎ２とが、それらの境界において段差が生じないように繋がっている。本実施形態では、第１ノズル部Ｎ１の縁部を傾斜面とすることにより、第１ノズル部Ｎ１と第２ノズル部Ｎ２との間の段差を解消している。このような構成であれば、第１ノズル部Ｎ１と第２ノズル部Ｎ２との間に気泡が溜まることを抑制することができるので、ノズルＮｚから気泡を排出しやすくできる。なお、傾斜面は必ずしも－Ｚ方向の端部まで形成されていなくともよい。つまり、－Ｚ方向の端部は、第１方向ＸにおけるノズルＮｚの幅が変化しないように設けられていてもよい。
Ｅ．第５実施形態：
図１０は、第５実施形態におけるノズルＮｚの各部における断面構造を示す図である。図１０に示した各断面は、図５に示した各位置における断面を示している。第５実施形態では、第４実施形態と同様に、第１ノズル部Ｎ１と第２ノズル部Ｎ２とが、それらの境界において段差が生じないように繋がっている。本実施形態では、第２ノズル部Ｎ２の縁部を傾斜面とすることにより、第１ノズル部Ｎ１と第２ノズル部Ｎ２との間の段差を解消している。このような構成によっても、第１ノズル部Ｎ１と第２ノズル部Ｎ２との間に気泡が溜まることを抑制することができるので、ノズルＮｚから気泡を排出しやすくできる。なお、傾斜面は必ずしも＋Ｚ方向の端部まで形成されていなくともよい。つまり、＋Ｚ方向の端部は、第１方向ＸにおけるノズルＮｚの幅が変化しないように設けられてもよい。
Ｆ．他の実施形態：
（Ｆ－１）上述した各実施形態におけるノズルＮｚの形状はいずれも例示である。ノズルＮｚの第２位置Ｓ２における中心部ＣＰからノズルＮｚの縁部までの距離のうちの最大値Ｒ０と最小値Ｒ０の差が、第１位置Ｓ１における中心部ＣＰからノズルＮｚの縁部までの距離のうちの最大値Ｒ２と最小値Ｒ１の差よりも小さくなるように、吐出ヘッド２６にノズルＮｚが設けられていれば、ノズルＮｚの形状は、上記各実施形態に限られない。例えば、第１ノズル部Ｎ１および第２ノズル部Ｎ２の形状は、楕円であってもよい。また、第１ノズル部Ｎ１の形状は、第２ノズル部Ｎ２の形状よりも扁平率の大きい楕円であってもよい。その他、例えば、第１ノズル部Ｎ１の形状は、その縁部の１箇所あるいは３箇所以上が内側に向けて突出していてもよい。
（Ｆ－２）上記実施形態では、第１方向はノズル列方向であるＸ方向と同じ方向であるものとし、第２方向は吐出ヘッド２６の主走査方向であるＹ方向と同じ方向であるものとしている。しかし、第１方向と第２方向は、これらの方向に限られない。第１方向は、吐出方向と交差する特定の方向であればよく、また、第２方向は、吐出方向および第１方向と交差する特定の方向であればよい。
（Ｆ－３）上記実施形態における吐出ヘッド２６の構造は例示であり、上記実施形態の構造に限られない。例えば、上記実施形態では、吐出ヘッド２６にノズル列が２列備えられているが、１列でもよいし、３列以上であってもよい。また、上記実施形態における吐出ヘッド２６は、第２個別流路７２や第２共通流路６５、循環機構など、インクの循環に関与する要素を備えない構成であってもよい。
（Ｆ－４）上記実施形態では、第１ノズル部Ｎ１における中心部ＣＰと第２ノズル部Ｎ２における中心部ＣＰとが一致している。しかし、これらの中心部ＣＰは、ずれていても構わない。
Ｇ．他の形態：
本開示は、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、以下に記載する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。
（１）本開示の第１の形態によれば、吐出ヘッドが提供される。この吐出ヘッドは、液体を吐出するためのエネルギーを生成するエネルギー生成素子と、前記エネルギー生成素子を内包するエネルギー生成室と、前記エネルギー生成室と連通し、前記エネルギー生成素子により生成されたエネルギーによって吐出方向へと液体を吐出するノズルと、を有する吐出ヘッドであって、前記ノズル内の前記吐出方向における特定の位置を第１位置、前記ノズル内の前記第１位置よりも前記吐出方向における下流側の特定の位置を第２位置、前記吐出方向と交差する特定の方向を第１方向、前記吐出方向および前記第１方向と交差する特定の方向を第２方向、前記第１位置と前記第２位置を含む前記吐出方向の各位置において、前記ノズル内の前記第１方向と前記第２方向の中心に対応する位置を中心部としたとき、前記第２位置における前記中心部から前記ノズルの縁部までの距離のうちの最大値と最小値の差は、前記第１位置における前記中心部から前記ノズルの縁部までの距離のうちの最大値と最小値の差よりも小さくなるように、前記ノズルが設けられていることを特徴とする。このような形態によれば、ノズルにメニスカスを安定して形成することができ、また、液体吐出時におけるサテライトの発生を抑制することができる。
（２）上記形態の吐出ヘッドにおいて、前記第１位置において、前記中心部を通る位置での前記第１方向における前記ノズルの幅は、前記中心部よりも前記第２方向における一方の縁側の位置での前記第１方向における最大幅よりも小さく、前記第１位置において、前記中心部を通る位置での前記第１方向における前記ノズルの幅は、前記中心部よりも前記第２方向における他方の縁側の位置での前記第１方向における最大幅よりも小さくなるように、前記ノズルが設けられてもよい。このような形態によれば、液体吐出時におけるサテライトの発生を抑制することができる。
（３）上記形態の吐出ヘッドにおいて、前記第１位置において、前記中心部を通る位置から前記第２方向における一方の縁側に向かうにしたがって、前記第１方向における前記ノズルの幅は漸次増加した後に漸次減少し、前記第１位置において、前記中心部を通る位置から前記第２方向における他方の縁側に向かうにしたがって、前記第１方向における前記ノズルの幅は漸次増加した後に漸次減少するように、前記ノズルが設けられてもよい。このような形態によれば、液体吐出時におけるサテライトの発生を抑制することができる。
（４）上記形態の吐出ヘッドにおいて、前記第２位置における前記中心部から前記ノズルの縁部までの距離のうちの最大値と最小値の差は、０であってもよい。このような形態によれば、ノズルにメニスカスを安定して形成することができる。
（５）上記形態の吐出ヘッドにおいて、前記第１位置における前記中心部と、前記第２位置における前記中心部と、は一致してもよい。このような形態によれば、液体を良好に吐出することができる。
（６）上記形態の吐出ヘッドにおいて、前記吐出方向における位置が前記第１位置から前記第２位置に向かうにしたがって、前記中心部を通る位置での前記第１方向における前記ノズルの幅は漸次的に変化してもよい。このような形態によれば、ノズルの気排性を向上できる。
（７）上記形態の吐出ヘッドにおいて、前記第２位置における前記ノズルの縁部の前記吐出方向に沿った長さは、前記第１位置における前記ノズルの縁部の前記吐出方向に沿った長さよりも小さくなるように、前記ノズルが設けられていてもよい。このような形態によれば、ノズルの第１位置における流路抵抗が大きくなるので、ノズル内の液体に振動が残留することを抑制できる。
（８）上記形態の吐出ヘッドにおいて、前記第２位置における前記ノズルの縁部の周方向に沿った長さは、前記第１位置における前記ノズルの縁部の前記周方向に沿った長さよりも小さくなるように、前記ノズルが設けられていてもよい。このような形態によっても、ノズルの第１位置における流路抵抗が大きくなるので、ノズル内の液体に振動が残留することを抑制できる。
（９）上記形態の吐出ヘッドにおいて、前記第２位置における前記ノズルの流路断面積は、前記第１位置における前記ノズルの流路断面積よりも小さくなるように、前記ノズルが設けられてもよい。このような形態によれば、ノズルの第１位置におけるイナータンスを小さくできるので、液体の吐出効率が低下することを抑制できる。
本開示は、上述した吐出ヘッドとしての形態に限らず、吐出ヘッドを備える液体吐出装置や液体吐出システムなどの種々の形態として実現可能である。
Ｃ…エネルギー生成室、ＣＰ…中心部、Ｆａ…上面、Ｆｂ…下面、Ｆｃ…上面、Ｌ１…第１ノズル列、Ｌ２…第２ノズル列、Ｎ１…第１ノズル部、Ｎ２…第２ノズル部、Ｎｚ…ノズル、Ｏ…中心面、Ｐ１…第１部分、Ｐ２…第２部分、Ｒ…インク貯留室、Ｒａ…インク流入室、Ｒｂ…上流側インク流入室、Ｓ１…第１位置、Ｓ２…第２位置、１２…媒体、１４…液体容器、２３…搬送ベルト、２５…キャリッジ、２６…吐出ヘッド、３０…流路形成部、３２…第１流路基板、３４…第２流路基板、４２…振動部、４４…エネルギー生成素子、４６…保護部材、４８…筐体部、４９…インク導入口、５２…ノズルプレート、５４…振動吸収体、６０…第１共通流路、６１…第１個別流路、６３…連通路、６５…第２共通流路、６５ａ，６５ｂ…循環口、６９…隔壁部、７２…第２個別流路、１００…液体吐出装置、６２０…制御ユニット、７２２…搬送機構、８２４…ヘッド移動機構

Claims (11)

  1. 液体を吐出するためのエネルギーを生成するエネルギー生成素子と、
    前記エネルギー生成素子を内包するエネルギー生成室と、
    前記エネルギー生成室と連通し、前記エネルギー生成素子により生成されたエネルギーによって吐出方向へと液体を吐出するノズルと、を有する吐出ヘッドであって、
    前記ノズル内の前記吐出方向における特定の位置を第１位置、
    前記ノズル内の前記第１位置よりも前記吐出方向における下流側の特定の位置を第２位置、
    前記吐出方向と交差する特定の方向を第１方向、
    前記吐出方向および前記第１方向と交差する特定の方向を第２方向、
    前記第１位置と前記第２位置を含む前記吐出方向の各位置において、前記ノズル内の前記第１方向と前記第２方向の中心に対応する位置を中心部としたとき、
    前記第２位置における前記中心部から前記ノズルの縁部までの距離のうちの最大値と最小値の差が、前記第１位置における前記中心部から前記ノズルの縁部までの距離のうちの最大値と最小値の差よりも小さく、
    前記第１位置において前記中心部を通る位置での前記第１方向における前記ノズルの幅が、前記第２位置において前記中心部を通る位置での前記第１方向における前記ノズルの幅よりも小さく、
    前記第２位置における前記ノズルの縁部の前記吐出方向に沿った長さが、前記第１位置における前記ノズルの縁部の前記吐出方向に沿った長さよりも小さく、なるように前記ノズルが設けられている、
    ことを特徴とする吐出ヘッド。
  2. 前記第１位置において前記中心部よりも前記第２方向における一方の縁側の位置での前記第１方向における前記ノズルの幅が、前記第２位置において前記中心部よりも前記第２方向における一方の縁側の位置での前記第１方向における前記ノズルの幅よりも大きくなるように、前記ノズルが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の吐出ヘッド。
  3. 前記第１位置において、前記中心部を通る位置での前記第１方向における前記ノズルの幅は、前記中心部よりも前記第２方向における一方の縁側の位置での前記第１方向における最大幅よりも小さく、
    前記第１位置において、前記中心部を通る位置での前記第１方向における前記ノズルの幅は、前記中心部よりも前記第２方向における他方の縁側の位置での前記第１方向における最大幅よりも小さくなるように、前記ノズルが設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の吐出ヘッド。
  4. 前記第１位置において、前記中心部を通る位置から前記第２方向における一方の縁側に向かうにしたがって、前記第１方向における前記ノズルの幅は漸次増加した後に漸次減少し、
    前記第１位置において、前記中心部を通る位置から前記第２方向における他方の縁側に向かうにしたがって、前記第１方向における前記ノズルの幅は漸次増加した後に漸次減少するように、前記ノズルが設けられていることを特徴とする請求項３に記載の吐出ヘッド。
  5. 前記第２位置における前記中心部から前記ノズルの縁部までの距離のうちの最大値と最小値の差は、０であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の吐出ヘッド。
  6. 前記第１位置における前記中心部と、前記第２位置における前記中心部と、は一致することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の吐出ヘッド。
  7. 前記吐出方向における位置が前記第１位置から前記第２位置に向かうにしたがって、前記中心部を通る位置での前記第１方向における前記ノズルの幅は漸次的に変化することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の吐出ヘッド。
  8. 前記第２位置における前記ノズルの縁部の周方向に沿った長さは、前記第１位置における前記ノズルの縁部の前記周方向に沿った長さよりも小さくなるように、前記ノズルが設けられていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の吐出ヘッド。
  9. 前記第２位置における前記ノズルの流路断面積は、前記第１位置における前記ノズルの流路断面積よりも小さくなるように、前記ノズルが設けられていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の吐出ヘッド。
  10. 液体を吐出するためのエネルギーを生成するエネルギー生成素子と、
    前記エネルギー生成素子を内包するエネルギー生成室と、
    前記エネルギー生成室と連通し、前記エネルギー生成素子により生成されたエネルギーによって吐出方向へと液体を吐出するノズルと、を有する吐出ヘッドであって、
    前記ノズル内の前記吐出方向における特定の位置を第１位置、
    前記ノズル内の前記第１位置よりも前記吐出方向における下流側の特定の位置を第２位置、
    前記吐出方向と交差する特定の方向を第１方向、
    前記吐出方向および前記第１方向と交差する特定の方向を第２方向、
    前記第１位置と前記第２位置を含む前記吐出方向の各位置において、前記ノズル内の前記第１方向と前記第２方向の中心に対応する位置を中心部としたとき、
    前記ノズルは、前記第１位置に設けられる第１ノズル部と、前記第１ノズル部に連続し、前記第２位置に設けられる第２ノズル部と、を備え、
    前記第２位置における前記中心部から前記ノズルの縁部までの距離のうちの最大値と最小値の差が、前記第１位置における前記中心部から前記ノズルの縁部までの距離のうちの最大値と最小値の差よりも小さく、
    前記第１位置において、前記中心部を通る位置での前記第１方向における前記ノズルの幅が、前記中心部よりも前記第２方向における一方の縁側の位置での前記第１方向における最大幅よりも小さく、
    前記第１位置において、前記中心部を通る位置での前記第１方向における前記ノズルの幅が、前記中心部よりも前記第２方向における他方の縁側の位置での前記第１方向における最大幅よりも小さく、
    前記第２位置における前記ノズルの縁部の前記吐出方向に沿った長さが、前記第１位置における前記ノズルの縁部の前記吐出方向に沿った長さよりも小さく、なるように前記ノズルが設けられている、
    ことを特徴とする吐出ヘッド。
  11. 前記エネルギー生成室は、前記第２方向に沿って延設されており、
    前記第１位置において、前記中心部を通る位置での前記第２方向における前記ノズルの幅は、前記中心部を通る位置での前記第１方向における前記ノズルの幅よりも大きい、
    ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の吐出ヘッド。
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