WO2017033812A1 - 液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び飛翔方向制御方法 - Google Patents

液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び飛翔方向制御方法 Download PDF

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wettability adjusting
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五朗 高田
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富士フイルム株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a liquid ejection head, a liquid ejection apparatus, and a flight direction control method, and more particularly to a technique for controlling the flight direction of droplets ejected from a nozzle.
  • Liquid ejecting apparatuses that apply ink to an object to be coated by ejecting ink droplets from nozzles provided on a nozzle surface of a liquid ejecting head are known.
  • ink droplets are generally ejected in a direction perpendicular to the nozzle surface.
  • a technique for ejecting ink droplets in an oblique direction with respect to the nozzle surface is also known.
  • Patent Document 1 a first nozzle that discharges a first droplet, a second droplet that is ejected in a direction in contact with the first droplet in the air, and the second droplet is mixed with the first droplet.
  • a liquid discharge head that includes two nozzles and changes the mixing ratio of the first droplet and the second droplet and the flying direction of the mixed droplet according to the angle of the discharge target surface.
  • Patent Document 2 a non-liquid-repellent part is formed in a part of the liquid-repellent coating layer around the nozzle opening, and the discharge direction of droplets discharged from the nozzle opening can be adjusted by the non-liquid-repellent part.
  • a nozzle plate is described.
  • Patent Document 3 discloses an ejection port for ejecting ink, an ink flow path communicating with the ejection port, and a plurality of heating elements that generate bubbles in the ink supplied to the ink flow path. And a plurality of heating elements arranged so as to be symmetrical with each other with respect to the plane including the center line, and by controlling the amount of heat generated by each heating element, the ejection direction of the ink ejected from the ejection port is controlled. A nozzle is described.
  • the nozzle described in Patent Document 3 has a problem that the head structure becomes complicated because it is necessary to arrange a plurality of heaters in a minute space in the nozzle.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and provides a liquid discharge head, a liquid discharge apparatus, and a flight direction control method that appropriately control the flight direction of droplets to be discharged using a simple structure. Objective.
  • one aspect of the liquid discharge head includes a nozzle formed on a nozzle plate having liquid repellency, a first liquid chamber communicating with the nozzle and storing a first liquid, Pressurizing means for ejecting the first liquid droplet from the nozzle by pressurizing the first liquid in one liquid chamber, a wettability adjusting port provided on the nozzle plate corresponding to the nozzle, and wettability
  • a second liquid having at least one physical property value or a physical property equivalent to at least one of the first liquid and the surface tension, viscosity, refractive index, extinction coefficient, color, and curing / drying process is communicated with the adjustment port.
  • Drop the droplet that the first liquid and the overflowed second liquid merge Comprising a wettability adjusting means for forming a region including a nozzle and the wettability regulating port plate, and deflects the flying direction of liquid droplets ejected by the coalesced droplets.
  • the flying direction of the droplets ejected by the united droplets is deflected, the flying direction of the ejected droplets can be appropriately controlled using a simple structure.
  • the physical property values are equal is not limited to the case where the physical property values are completely equal, but includes a permissible range within the scope of the object of the present invention.
  • the curing / drying process is equal means that the curing method and the drying method are equal.
  • the first liquid and the second liquid have the same physical property value of at least one of the first physical property values caused by the material of surface tension and viscosity, and optical properties of refractive index, extinction coefficient, and tint. It is preferable that at least one of the second physical property values resulting from the characteristics is equal. Thereby, the united droplet can be made into an appropriate physical property.
  • a plurality of wettability adjusting ports are provided around the nozzle, and the wettability adjusting means may cause the second liquid in the second liquid chamber to overflow from at least one of the plurality of wettability adjusting ports. preferable. Thereby, the flight direction of the discharged droplet can be controlled in an appropriate direction.
  • the plurality of wettability adjusting ports are arranged at equal intervals on the circumference around the nozzle. Thereby, the flight direction of the discharged droplet can be controlled in an appropriate direction.
  • the plurality of wettability adjusting ports have the same diameter. Thereby, the flight direction of the discharged droplet can be controlled in an appropriate direction.
  • the diameters are equal is not limited to the case where the diameters are completely equal, but includes a permissible range within the scope of the object of the present invention.
  • the wettability adjusting means preferably includes pressure control means for controlling the gas pressure inside the second liquid chamber to cause the second liquid in the second liquid chamber to overflow from the wettability adjusting port. Thereby, the second liquid can be appropriately overflowed from the wettability adjusting port.
  • the pressure control means includes a pump for depressurizing the gas inside the second liquid chamber, and an on-off valve disposed between the pump and the second liquid chamber.
  • the second liquid in the second liquid chamber is preferably overflowed. Thereby, the second liquid can be appropriately overflowed from the wettability adjusting port.
  • the pressure control means may include a pump that pressurizes and depressurizes the gas inside the second liquid chamber, and the second liquid in the second liquid chamber may overflow from the nozzle by pressurizing with the pump. Thereby, the second liquid can be appropriately overflowed from the wettability adjusting port.
  • the second liquid preferably has the same surface tension and viscosity as the first liquid. Thereby, the united droplet can be made into an appropriate physical property.
  • the second liquid is preferably the same liquid as the first liquid. Thereby, the physical property fluctuation
  • one aspect of the liquid ejection apparatus includes a nozzle formed in a nozzle plate having liquid repellency, a first liquid chamber communicating with the nozzle and storing a first liquid, Pressurizing means for ejecting the first liquid droplet from the nozzle by pressurizing the first liquid in one liquid chamber, a wettability adjusting port provided on the nozzle plate corresponding to the nozzle, and wettability
  • a second liquid having at least one physical property value or a physical property equivalent to at least one of the first liquid and the surface tension, viscosity, refractive index, extinction coefficient, color, and curing / drying process is communicated with the adjustment port.
  • Droplet in which the first liquid and the overflowed second liquid are merged with the nozzle A liquid discharge head for deflecting the flying direction of the liquid droplets ejected by the united liquid droplets, and a liquid is applied to the liquid ejection head.
  • control means for controlling the deflection amount of the ejected droplets by controlling the pressurization amount in the pressurization means from the positional relationship between the nozzle and the application region. Thereby, the deflection amount can be appropriately controlled.
  • the coating area of the object to be coated may be a curved surface in which the distance from the opposing nozzle plate changes depending on the in-plane position of the nozzle plate. Further, the object to be coated may be a lens.
  • the liquid ejection apparatus according to this aspect is suitable for applying the first liquid to a curved surface or a lens.
  • one aspect of the flight direction control method is that the first liquid in the first liquid chamber communicating with the nozzle overflows from the nozzle formed on the nozzle plate having liquid repellency, and the nozzle Corresponding to the second liquid in the second liquid chamber communicating with the wettability adjusting port from the wettability adjusting port provided on the nozzle plate, and the first liquid and the surface tension, viscosity, refractive index, extinction
  • a second liquid having at least one physical property value of the coefficient, the color, and the curing / drying process, or the process having the same physical property
  • the first of the region including the nozzle and the wettability adjusting port of the nozzle plate A wettability adjusting step for forming a droplet in which the liquid and the second liquid are combined, and pressurizing the first liquid in the first liquid chamber by the pressurizing means to discharge the first liquid droplet.
  • Droplets ejected by united droplets A discharge step of deflecting the direction of flight, comprising a.
  • the flying direction of the droplets ejected by the united droplets is deflected, the flying direction of the ejected droplets can be appropriately controlled using a simple structure.
  • FIG. 1 is a plan view of the liquid ejection head according to the present embodiment.
  • 2 is a cross-sectional view taken along line 2-2 of FIG.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the process of the ink ejection operation.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the behavior of ink and wettability adjusting liquid.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining application of ink to the vertical surface 112 of the object to be coated 110.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the flying angle of the flying droplet.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of the arrangement of nozzles and wettability adjusting liquid ports.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating ink droplets overflowing on the nozzle surface and liquid droplets for wettability adjustment.
  • FIG. 9 is a sectional view taken along the line 8-8 in FIG.
  • FIG. 10 is a plan view of a liquid ejection head according to another aspect.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining a 360 ° divided hue.
  • FIG. 12 is a perspective view of a liquid discharge apparatus using a liquid discharge head.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating the supply of ink and wettability adjusting liquid in the liquid ejecting apparatus.
  • FIG. 14 is a system configuration diagram of the liquid ejection apparatus.
  • FIG. 15 is a flowchart showing the processing of the application operation of the liquid ejection apparatus.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating another form of supplying ink and wettability adjusting liquid of the liquid ejecting apparatus.
  • FIG. 1 is a plan view of the liquid ejection head 10 according to the present embodiment, as viewed from the nozzle surface 12 side.
  • the nozzle surface 12 is provided with a nozzle 20 and three wettability adjusting liquid ports 40a, 40b and 40c (an example of a wettability adjusting port).
  • the liquid discharge head 10 can cause ink droplets to fly in a direction orthogonal to the nozzle surface 12 (a direction perpendicular to the paper surface of FIG. 1) in the same manner as a normal liquid discharge head. Ink liquid in a direction deflected in any of the directions of arrow A, arrow B, arrow C, arrow AB, arrow BC, and arrow CA shown in FIG. Drops can fly.
  • FIG. 2 is a sectional view taken along line 2-2 of FIG.
  • the liquid discharge head 10 includes a nozzle plate 14, a substrate 16, and a back pressure control unit 18.
  • the nozzle plate 14 has one surface bonded to the substrate 16 and the other surface serving as the nozzle surface 12.
  • the nozzle plate 14 is formed with a water-repellent film having liquid repellency with respect to ink and wettability adjusting liquid described later, and the entire surface of the nozzle surface 12 has liquid repellency.
  • the contact angle between the nozzle surface 12 and the ink and the contact angle between the nozzle surface 12 and the wettability adjusting liquid are both 90 [°] or more.
  • the nozzle surface 12 is not limited to a mode in which the entire surface has liquid repellency, and only a necessary region such as the vicinity of the nozzle 20 or the wettability adjusting liquid ports 40a, 40b and 40c on the nozzle surface 12 has liquid repellency. You may do it.
  • the substrate 16 is formed by bonding a silicon substrate.
  • the substrate 16 includes an ink input port 22, a first flow path 24, an ink tank 26, a second flow path 28, a pressure chamber 30, a piezo element 32, and an ink discharge meniscus pressure control pneumatic port. 34 is provided.
  • the ink input port 22 is provided on the surface of the substrate 16 opposite to the nozzle surface 12 side.
  • the ink input port 22 is supplied with ink (an example of a first liquid) that is applied to an object by the liquid ejection head 10.
  • the ink supplied from the ink input port 22 is supplied to the ink tank 26 via the first flow path 24 and stored in the ink tank 26 (an example of the first liquid chamber).
  • the ink tank 26 communicates with the pressure chamber 30 via the second flow path 28, and the ink stored in the ink tank 26 is supplied to the pressure chamber 30 and stored.
  • the ink tank 26 is in communication with an ink discharge meniscus pressure control air pressure port 34 provided on the surface of the substrate 16 opposite to the nozzle surface 12 side.
  • a piezo element 32 is disposed in the pressure chamber 30.
  • the liquid ejection head 10 When a driving voltage is applied to the piezo element 32 (an example of a pressurizing unit), the liquid ejection head 10 is deformed by bending in the piezo element 32 and the volume of the pressure chamber 30 is reduced. Corresponding ink is ejected from the nozzle 20. When the piezo element 32 returns to its original state after ink ejection, new ink is refilled into the pressure chamber 30 from the ink tank 26 through the second flow path 28.
  • thermal method may be applied as the discharge method of the liquid discharge head 10. Although a detailed description of the thermal method is omitted, in the thermal method, ink in the pressure chamber is heated by a heater provided in the pressure chamber, and a predetermined amount of liquid droplets are ejected from the nozzle by utilizing the film boiling phenomenon of the ink in the pressure chamber. Is discharged.
  • the substrate 16 has a wettability adjusting liquid input port 42a, a third flow path 44a, a wettability adjusting liquid tank 46a, a fourth flow path 48a, and a wettability adjusting liquid port 40a.
  • an air pressure port 50a for controlling the liquid amount for adjusting the performance.
  • the wettability adjusting liquid input port 42a is provided on the surface of the substrate 16 opposite to the nozzle surface 12 side.
  • a wettability adjusting liquid (an example of a second liquid) for adjusting the wettability of the nozzle surface 12 is supplied to the wettability adjusting liquid input port 42a.
  • the wettability adjusting liquid supplied from the wettability adjusting liquid input port 42a is supplied to the wettability adjusting liquid tank 46a via the third flow path 44a, and the wettability adjusting liquid tank 46a (second liquid). Stored in an example chamber).
  • the wettability adjusting liquid tank 46a communicates with the wettability adjusting liquid port 40a via the fourth flow path 48a. Further, the wettability adjusting liquid tank 46 a communicates with a wettability adjusting liquid amount control pneumatic port 50 a provided on the surface of the substrate 16 opposite to the nozzle surface 12.
  • the substrate 16 has a wettability adjusting liquid input port 42b, a third channel 44b, a wettability adjusting liquid tank 46b, a fourth channel 48b, and a wettability adjusting liquid port 40b.
  • an air pressure port 50b for controlling the liquid amount for adjusting the performance.
  • the back pressure control unit 18 controls the back pressure of the ink inside the ink tank 26 and the back pressure of the wettability adjusting liquid inside the wettability adjusting liquid tanks 46a, 46b and 46c (not shown).
  • the back pressure control unit 18 includes individual communication passages 36, 52 a, 52 b and 52 c, valves 38, 54 a, 54 b and 54 c, a common communication passage 56, and a pump 58.
  • the individual communication path 36 communicates the air port 34 for controlling the ink discharge meniscus pressure and the valve 38.
  • the valve 38 is connected to the pump 58 via the common communication path 56.
  • the valve 38 can be switched between three states, a fully open state, a semi-open state, and a closed state, and switches full communication / semi-communication / blocking between the individual communication path 36 and the common communication path 56.
  • the pump 58 depressurizes the air inside the ink tank 26 from the ink discharge meniscus pressure control air pressure port 34 through the common communication path 56, the fully opened valve 38 and the individual communication path 36, and thereby the ink from the nozzle 20. Prevents dripping (overflow).
  • the individual communication passage 52a communicates the wettability adjusting liquid amount control pneumatic port 50a and the valve 54a.
  • the valve 54 a is connected to the pump 58 via the common communication path 56.
  • the valve 54a can be switched between three states, a fully open state, a semi-open state, and a closed state, and switches between full communication / semi-communication / blocking between the individual communication path 52a and the common communication path 56.
  • the pump 58 includes air (an example of gas) inside the wettability adjusting liquid tank 46a from the wettability adjusting liquid amount control pneumatic port 50a via the common communication path 56, the fully opened valve 54a and the individual communication path 52a. ) Is prevented from overflowing from the wettability adjusting liquid port 40a.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the process of the ink ejection operation
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the behavior of the ink and the wettability adjusting liquid in each step shown in FIG.
  • the flying direction of the ink droplets ejected from the nozzle 20 is the direction in which the wettability adjusting liquid port 40a is disposed with respect to the direction orthogonal to the nozzle surface 12 (the direction of arrow A in FIG. 1).
  • a case of deflecting will be described.
  • the liquid ejection head 10 is set in a standby state (step S1).
  • the valves 38, 54a, 54b and 54c are fully opened, and the ink discharge meniscus pressure control pneumatic port 34 and the wettability adjustment liquid amount control pneumatic port 50a by the pump 58 (an example of pressure control means).
  • 50b and 50c (not shown), the air inside the ink tank 26 and the wettability adjusting liquid tanks 46a, 46b and 46c is decompressed, and the back pressure is made lower than the atmospheric pressure.
  • the pump 58 an example of pressure control means
  • the shape of the liquid surface of the ink and wettability adjusting liquid (hereinafter referred to as meniscus) in the nozzle 20 and the wettability adjusting liquid ports 40a and 40b becomes a concave shape.
  • meniscus the ink is maintained inside the nozzle surface 12, and the ink and wettability adjusting liquid do not overflow.
  • valve 54a an example of wettability adjusting means, an example of pressure control means, an example of an on-off valve
  • the valve 54a is closed to stop the depressurization of the air inside the liquid tank 46a for wettability adjustment and get wet.
  • the back pressure of the wettability adjusting liquid is increased, and the wettability adjusting liquid overflows from the wettability adjusting liquid port 40a to the nozzle surface 12 by capillary action (step S2).
  • step S2 As a result, as shown in FIG. 4B, the wettability adjusting liquid droplets adhere to the region including the wettability adjusting liquid port 40 a on the nozzle surface 12.
  • the back pressure of the wettability adjusting liquid is reduced by reducing the air inside the wettability adjusting liquid tank 46a by opening the valve 54a halfway. Is maintained at a predetermined pressure, and liquid droplets for adjusting the wettability are maintained on the nozzle surface 12.
  • step S3 the valve 38 (an example of the wettability adjusting means)
  • the decompression of the air inside the ink tank 26 is stopped to increase the back pressure of the ink, and the ink is ejected from the nozzle 20 by capillary action.
  • Overflow step S3
  • ink droplets adhere to the area of the nozzle surface 12 including the nozzle 20.
  • the valve 38 is opened halfway to reduce the air inside the ink tank 26 and maintain the ink back pressure at a predetermined pressure. 12 is maintained.
  • the overflow of the wettability adjusting liquid in step S2 and the overflow of ink in step S3 may be reversed, or may be performed simultaneously.
  • the wettability adjusting liquid droplets overflowing from the wettability adjusting liquid port 40 a and the nozzle 20.
  • a combined droplet 100 in which the overflowed ink droplets are combined is formed in a region of the nozzle surface 12 that includes the wettability adjusting liquid port 40 a and the nozzle 20.
  • the center of gravity of the united droplet 100 is shifted from the center of the nozzle 20 toward the wettability adjusting liquid port 40a, and the united droplet 100 causes the wettability of the nozzle surface 12 around the nozzle 20 to change to the nozzle. 20 is adjusted asymmetrically.
  • the piezo element 32 is driven and ink is ejected from the nozzle 20 (step S4).
  • the ink ejected from the nozzle 20 flies as a flying droplet 102 together with the united droplet 100 attached to the nozzle surface 12, as shown in FIG. Since the wettability of the nozzle surface 12 around the nozzle 20 is adjusted asymmetrically with respect to the nozzle 20, the direction in which the flying droplet 102 flies is adjusted with respect to the direction perpendicular to the nozzle surface 12. It deflects in the direction (direction of arrow A in FIG. 1) in which the liquid port 40a is disposed.
  • the valve 54a and the valve 38 are returned to the fully open state, and the liquid discharge head 10 is returned to the standby state.
  • the wettability adjusting liquid port is returned when the liquid ejection head 10 returns to the standby state. 40a or the inside of the nozzle 20 is drawn.
  • FIG. 5 is a diagram showing the liquid ejection head 10 and the ink application object 110, and is a diagram for explaining the application of the ink to the vertical surface 112 perpendicular to the nozzle surface 12.
  • the liquid ejection head 10 not only a plane parallel to the nozzle surface 12, but also a flying droplet not only on a surface having an angle with respect to the nozzle surface 12 such as the vertical surface 112
  • the ink can be applied by deflecting the flight direction of the head 102 in the direction toward the vertical surface 112.
  • FIG. 6A is a plan view of the liquid discharge head 10 in a state where the coalesced droplet 100 is formed on the nozzle surface 12, and FIG. 6B is a cross-sectional view taken along line 6b-6b of FIG. 6A. .
  • This flying angle ⁇ 2 can be controlled by the position of the center of gravity of the united droplet 100 with respect to the position of the nozzle 20 and the magnitude of pressure (an example of the pressurization amount) for causing the droplet to fly from the nozzle 20. .
  • the position of the center of gravity of the combined droplet 100 is determined by the ratio between the volume of the ink droplet overflowing from the nozzle 20 and the volume of the droplet of wettability adjusting liquid overflowing from the wettability adjusting liquid port 40a.
  • the center of gravity position of the coalesced droplet 100 is the center of the nozzle 20 and the wettability adjusting liquid port 40a in the surface direction of the nozzle surface 12.
  • the direction perpendicular to the nozzle surface 12 is determined by the shape of the combined droplet 100.
  • the shape of the coalesced droplet 100 is determined by the contact angle with respect to the nozzle surface 12 due to the physical properties of the coalesced droplet 100. Further, the magnitude of the pressure is determined by the magnitude of the voltage applied to the piezo element 32. Thus, by controlling the voltage applied to the physical properties and the piezoelectric element 32 of the coalescence droplets 100, it is possible to control the flying angle theta 2 of the flying droplets 102.
  • the wettability adjusting liquid is attached to the nozzle surface from the wettability adjusting liquid port arranged in the vicinity of the nozzle, so that the nozzle surface in the vicinity of the nozzle is wetted. And the flying direction of the liquid droplets ejected from the nozzle can be deflected by the adjusted wettability of the nozzle surface.
  • the flying direction of the ink droplet ejected from the nozzle 20 is deflected in the direction of arrow A in FIG. 1
  • the wettability adjusting liquid port that causes the wettability adjusting liquid to overflow is selected.
  • the direction in which the wettability of the nozzle surface 12 with respect to the nozzle 20 is asymmetric can be adjusted, and the deflection direction can be controlled. That is, in the case of deflecting in the direction of arrow B in FIG. 1, the valve 54b (see FIG. 2) is closed to deflect from the wettability adjusting liquid port 40b (see FIG. 1) in the direction of arrow C.
  • the center of gravity position of the combined droplet when the wettability adjusting liquid overflows from two wettability adjusting liquid ports is the wettability adjusting liquid surface.
  • the position is on a line connecting the midpoint of the liquid ports 40a and 40b and the center of the nozzle 20, and the position of the ink droplets overflows from the nozzle 20 and overflows from the liquid ports 40a and 40b for adjusting wettability. It is determined by the ratio to the total volume of liquid droplets for adjusting wettability.
  • the overflow of the ink and wettability adjusting liquid is performed by stopping the pressure reduction by the pump with the valve closed, but the ink tank 26 and the wettability adjusting liquid tanks 46a, 46b, 46c. It is also possible to provide a pump for individually increasing / decreasing the pressure of the ink tank 26. Normally, the pressure is reduced and the ink tank 26 and the wettability adjusting liquid tanks 46a, 46b, 46c are pressurized by the corresponding pump to overflow.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of the arrangement of the nozzles 20 and the wettability adjusting liquid ports 40a, 40b, and 40c when a plurality of nozzles 20 are provided on the nozzle surface 12.
  • the diameter phi 1 of the nozzle 20 is 20 [[mu] m]
  • wettability regulating liquid port 40a, 40b the diameter phi 2 of 40c 10 [ ⁇ m].
  • the center-to-center distance d1 between the nozzle 20 and the corresponding wettability adjusting liquid ports 40a, 40b, and 40c is 20 [ ⁇ m]
  • the center-to-center distance d2 between the nozzles 20 adjacent to each other is 254 [ ⁇ m] (0. 01 [inch]).
  • an angle ⁇ 3 formed by a line segment connecting the center of the wettability adjusting liquid port 40c and a line segment connecting the center of the nozzle 20 and the center of the wettability adjusting liquid port 40a is 120 [°], respectively. is there. That is, the wettability adjusting liquid ports 40 a, 40 b, and 40 c are arranged at equal intervals on the circumference centering on the nozzle 20.
  • the droplet 102 can fly.
  • the overflow amount from the nozzle 20 and the wettability adjusting liquid ports 40a, 40b, and 40c can be combined, so that the liquid volume of the combined droplet 100 can be reduced.
  • the flying droplet 102 can be stably ejected using the piezo element 32. If the amount of overflow from the nozzle 20 or the wettability adjusting liquid ports 40a, 40b and 40c is small, the amount of overflow can be controlled stably.
  • the distance d1 between the centers is reduced, the manufacturing difficulty level of the liquid discharge head 10 increases, and the liquid discharge head 10 becomes expensive. Further, since the distance between the center of the nozzle 20 and the center of gravity of the coalesced droplet is reduced, there is a demerit that the flying angle ⁇ 2 cannot be increased.
  • the ink ejection amount per unit area (the number of flying droplets 102) is increased and the coating efficiency is increased.
  • the piezoelectric element 32 disposed inside the nozzle 20 or the like It is necessary to increase the density of electrical wiring for driving the piezo element 32. For this reason, the manufacturing difficulty level of the liquid discharge head 10 increases, and the liquid discharge head 10 becomes expensive.
  • d2 of 0.01 [inch] is the same as the value of a general industrial inkjet head.
  • FIG. 8 is a diagram showing the ink droplet 100i overflowing from the nozzle 20 on the nozzle surface 12 shown in FIG. 7 and the wettability adjusting liquid droplet 100a overflowing from the wettability adjusting liquid port 40a. There is shown a state immediately before both droplets are merged to form a merged droplet 100 (see FIG. 6).
  • FIG. 9 is a sectional view taken along the line 8-8 in FIG.
  • the droplet 100i is a hemispherical droplet having a liquid volume of about 4.6 [pL] and a diameter of 26 [ ⁇ m].
  • the droplet 100a is a hemispherical droplet having a liquid volume of about 1.1 [pL] and a diameter of 16 [ ⁇ m]. Therefore, the liquid volume of the combined droplet 100 (see FIG. 6) in which both droplets are combined is approximately 5.7 [pL]. Further, the amount of ink discharged from the nozzle 20 after the formation of the combined droplet 100 is about 10 [pL]. Therefore, the liquid amount of the flying droplet 102 is about 15.7 [pL].
  • the liquid amount of the flying droplet 102 is about 16.8 [pL].
  • the droplet amount is within the range of 0.1 to 100 [pL], which is the discharge amount of a general industrial inkjet head.
  • the number of wettability adjusting liquid ports arranged in the vicinity of the nozzle 20 is not limited to three.
  • a liquid discharge head in which four wettability adjusting liquid ports are arranged will be described.
  • FIG. 10 is a plan view of the liquid ejection head 11 according to another aspect, as viewed from the nozzle surface 12 side. As shown in the figure, the nozzle surface 12 of the liquid discharge head 11 is provided with a nozzle 20 and four wettability adjusting liquid ports 40d, 40e, 40f and 40g.
  • the four wettability adjusting liquid ports 40d, 40e, 40f and 40g have the same diameter, and are arranged at equal intervals on the circumference centering on the nozzle 20.
  • the wettability adjusting liquid ports 40d, 40e, 40f, and 40g have wettability adjusting liquid input ports, wettability adjusting liquid tanks, and wettability adjusting liquid amount control pneumatic ports, respectively.
  • the wettability adjusting liquid amount control pneumatic port and the pump are connected via a valve.
  • the liquid discharge head 11 adjusts the direction in which the wettability of the nozzle surface 12 with respect to the nozzle 20 becomes asymmetric by selecting a wettability adjustment liquid port that causes the wettability adjustment liquid to overflow, and the ink discharged from the nozzle 20
  • the droplet flying direction can be deflected in that direction. That is, when the deflection is performed in the direction of arrow D, the wettability adjustment liquid port 40d is used. When the deflection is performed in the direction of arrow E, the wettability adjustment liquid port 40e is used.
  • the wettability adjusting liquid When deflecting in the direction of the arrow G from the liquid port 40f for use, it is deflected in the direction of the arrow EF from the liquid ports 40g and 40e for adjusting the wettability when deflecting in the direction of the arrow DE. In the case of deflecting in the direction of arrow FG from the liquid ports 40e and 40f for wettability adjustment, and in the case of deflecting in the direction of arrow GD from the liquid ports 40f and 40g for wettability adjustment. And 40d, the wettability adjusting liquid may be overflowed.
  • the wettability adjusting liquid has the same physical property value or process as that of at least one of ink, surface tension, viscosity, refractive index, extinction coefficient, color (hue), and curing / drying process.
  • the ink according to the present embodiment and the wettability adjusting liquid have the same physical property value of at least one of the first physical property values resulting from the material of surface tension and viscosity, and have a refractive index, an extinction coefficient, And at least one of the second physical property values resulting from the optical properties of the tint is equal.
  • the surface tension and the viscosity are preferably equal, and the ink and the wettability adjusting liquid are more preferably the same liquid.
  • the ink and the wettability adjusting liquid are the same liquid, the physical property variation of the combined droplet 100 can be suppressed.
  • “equal” is not limited to the case of being completely equal, and has an allowable range in which the object of the present invention can be achieved.
  • the surface tension of the wettability adjusting liquid is within ⁇ 20 [mN / m] with respect to the surface tension of the ink. Preferably, it is within ⁇ 5 [mN / m]. In this embodiment, the appropriate surface tension of the ink is 25 to 35 [mN / m].
  • the surface tension was measured by the maximum bubble pressure method under the condition of about 40 [° C.] using an automatic surface tension meter BP-D5 manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd.
  • the measurement temperature is set to about 40 [° C.], which is the temperature of ink ejected from the nozzle 20 in the liquid ejection head 11.
  • the viscosity of the wettability adjusting liquid is preferably within ⁇ 10 [mPa ⁇ s] with respect to the viscosity of the ink. More preferably, it is within ⁇ 2 [mPa ⁇ s].
  • the proper viscosity of the ink in this embodiment is 8 to 12 [mPa ⁇ s].
  • the viscosity was measured using a digital B-type viscometer DV-E manufactured by Eiko Seiki Co., Ltd. under a condition of about 40 [° C.].
  • the measurement temperature is set to about 40 [° C.] which is the temperature of the ink ejected from the nozzle 20 in the liquid ejection head 11.
  • the equal curing / drying process means that the curing method in the curing process and the drying method in the drying process are equal. If the curing and drying processes of the ink and wettability adjusting liquid do not match, only a part of the droplets can be cured and dried after application of the flying droplets 102, or the apparatus for curing and drying becomes complicated. There is a fear. Therefore, if the ink is an ultraviolet light curable ink, the wettability adjusting liquid is preferably a photocurable type that is cured by ultraviolet light. If the ink is a water-based ink or a solvent-based ink, the wettability adjusting liquid is A heat drying type is preferred.
  • the second physical property value resulting from the optical properties of the refractive index, extinction coefficient, and hue (hue) of the wettability adjusting liquid differs from ink.
  • the object 110 to which the flying droplets 102 are applied cannot exhibit the desired optical properties.
  • the refractive index of the wettability adjusting liquid is preferably within ⁇ 0.1 with respect to the refractive index of the ink. More preferably, it is within 0.05.
  • the change in reflectance at the interface with the droplet 102 can be suppressed within 1 [%].
  • the refractive index was measured using a high-speed spectroscopic ellipsometer M-2000 manufactured by JA Woollam Co., Ltd. at a measurement wavelength of 300 to 1100 [nm] under the condition of about 25 [° C.].
  • the refractive index is an average value within the measurement wavelength range.
  • the extinction coefficient of the wettability adjusting liquid is within ⁇ 0.2 with respect to the extinction coefficient of the ink. It is preferable that it is within ⁇ 0.1. In the case of 5 [ ⁇ m], which is a general coating thickness of light-shielding paint (ink) in optical components, the difference between the extinction coefficient of ink and the extinction coefficient of the wettability adjusting liquid should be within ⁇ 0.2.
  • the 360 ° divided hue of the wettability adjusting liquid is ⁇ 15 with respect to the 360 ° divided hue of the ink. It is preferably within [°], and more preferably within ⁇ 7.5 [°].
  • the 360 ° divided hue is a hue expressed by an angle in a range of 0 to 360 [°], 0 [°] is red, and 90 [°] is yellow. , 180 [°] is blue, and 270 [°] is purple.
  • the radial direction of the circle represents saturation. If the difference between the 360 ° divided hue of the ink and the 360 ° divided hue of the wettability adjusting liquid is within ⁇ 15 [°], it can be considered that they are approximately the same color.
  • FIG. 12 is a perspective view of a liquid discharge apparatus 80 using the liquid discharge head 10.
  • the liquid ejection device 80 includes the liquid ejection head 10 and the platen 120.
  • an object to be coated 110 of ink is placed by fixing means (not shown).
  • the liquid discharge head 10 is supported by the scanning unit 60 (see FIG. 14) so as to be able to scan in the X direction and the Y direction. Accordingly, the liquid discharge head 10 and the coating object 110 are relatively moved by the scanning unit 60.
  • the object to be coated 110 is a lens having a curved surface whose interval changes depending on the in-plane position of the nozzle surface 12 of the liquid discharge head 10 facing the liquid discharge device 80.
  • the object to be coated 110 is a lens having a curved surface whose interval changes depending on the in-plane position of the nozzle surface 12 of the liquid discharge head 10 facing the liquid discharge device 80.
  • the lens is composed of an optical function part and other parts, and the optical function part indicates, for example, a region through which light rays contributing to image formation are transmitted, as shown by a general imaging optical system, and its boundary. Is usually indicated as “effective diameter”.
  • the part other than the optical function part is an area where it is not preferable to transmit the light beam that contributes to the image formation even if the surface is a continuous mirror surface from the optical function part.
  • the lens is attached to the frame. This is the area used for this purpose.
  • the edge portion 114 of the lens refers to the entire region other than the optical function portion. As described above, even if the surface other than the optical function unit is mirror-finished, it is an unpreferable region to transmit light rays that contribute to image formation. Therefore, in this embodiment, the edge portion 114 is used as a black ink application region, and a light shielding film is formed on the edge portion 114.
  • FIG. 13 is a view showing a supply system of ink and wettability adjusting liquid of the liquid ejecting apparatus 80.
  • the liquid ejection device 80 includes a main ink tank 62, an ink supply path 64, a main wettability adjustment liquid tank 66, and a wettability adjustment liquid supply path 68.
  • ink for application to the object 110 is stored.
  • the main ink tank 62 and the ink input port 22 of the liquid ejection head 10 communicate with each other via an ink supply path 64.
  • the ink in the main ink tank 62 is supplied to the liquid ejection head 10 through the ink supply path 64 due to a water head difference.
  • the main wettability adjustment liquid tank 66 stores wettability adjustment liquid for adjusting the wettability of the nozzle surface 12 of the liquid discharge head 10.
  • the main wettability adjusting liquid tank 66 and the wettability adjusting liquid input ports 42 a and 42 b of the liquid discharge head 10 communicate with each other via a wettability adjusting liquid supply path 68.
  • the wettability adjusting liquid in the main wettability adjusting liquid tank 66 is supplied to the liquid discharge head 10 through the wettability adjusting liquid supply path 68 due to a water head difference.
  • the wettability adjusting liquid is similarly supplied from the wettability adjusting liquid input port 42c.
  • FIG. 14 is a system configuration diagram of the liquid ejection device 80.
  • the liquid discharge device 80 includes a scanning unit 60, a discharge control unit 70, and a curing / drying unit 76 in addition to the liquid discharge head 10, the main ink tank 62, and the main wettability adjustment liquid tank 66.
  • the scanning unit 60 (an example of a moving unit) scans the liquid ejection head 10 in the X direction and the Y direction (see FIG. 12).
  • the ejection control unit 70 controls ejection at each nozzle 20 of the liquid ejection head 10.
  • the discharge control unit 70 includes a deflection determination unit 72 and a wettability control unit 74.
  • the deflection determination unit 72 determines whether or not to deflect the flight direction of a droplet discharged from the nozzle 20.
  • the wettability control unit 74 controls the deflection direction and the deflection amount ( ⁇ 2 shown in FIG. 6) when the flight direction is deflected.
  • the curing / drying section 76 has a curing means and a drying means corresponding to the curing / drying process of the ink and wettability adjusting liquid.
  • the ink or wettability adjusting liquid is a photo-curing type that is cured by ultraviolet rays
  • an ultraviolet light source is provided as the light irradiation means
  • a heater is used as the heating means.
  • the curing / drying unit 76 performs curing / drying on the application region of the object 110, the object 110 may be transported to the position of the curing / drying unit 76, or the curing / drying unit 76. May be scanned to the position of the object to be coated 110.
  • the liquid ejection head 10 is scanned by the scanning unit 60, and the liquid ejection head 10 is moved to a desired position with respect to the coating object 110 (step S11). At this time, the liquid ejection head 10 is in a standby state. That is, the ink and the wettability adjusting liquid meniscus are maintained inside the nozzle surface 12 at the nozzle 20 and the wettability adjusting liquid ports 40a, 40b, and 40c.
  • the deflection determination unit 72 deflects the flying direction of the droplets ejected from the nozzle 20 based on the positional relationship between the position of the nozzle 20 and the region to be coated with the coating object 110 (coating region, here, the edge portion 114). It is determined whether or not to perform (step S12).
  • Step S4 the process proceeds to step S4, and the piezo element 32 is driven without adjusting the wettability of the nozzle surface 12, thereby ejecting ink in a direction orthogonal to the nozzle surface 12.
  • Step S4 the ink is applied to the application region of the object to be applied 110.
  • step S13 the deflection determining unit 72 calculates the deflection direction and the deflection amount (step S13).
  • the wettability controller 74 causes the wettability adjusting liquid to overflow from the corresponding wettability adjusting liquid port by closing the valve corresponding to the deflection direction calculated in step S13 (step S2).
  • An example of a wettability adjustment process Here, the wettability adjusting liquid is overflowed by 1.1 [pL]. Thereafter, the closed valve is set in a semi-open state to stop the overflow of the wettability adjusting liquid and maintain the overflowing wettability adjusting liquid droplets on the nozzle surface 12.
  • the discharge controller 70 causes the ink to overflow from the nozzles 20 by closing the valve 38 (step S3, an example of a wettability adjustment process).
  • the ink is overflowed by 4.6 [pL]
  • the valve 38 is set in a semi-open state to stop the overflow of the ink and maintain the overflowed ink droplets on the nozzle surface 12.
  • a combined droplet 100 (see FIG. 6) having a droplet amount of 5.7 [pL] is formed on the nozzle surface 12.
  • the wettability control unit 74 drives the piezo element 32 with a voltage drive signal corresponding to the deflection amount calculated in step S13 (an example of controlling the pressurization amount), so that the nozzle 20 has 10 [pL].
  • Ink is ejected (step S4, an example of an ejection process).
  • the ink ejected from the nozzle 20 was calculated in step S13 as the flying droplet 102 (see FIG. 6) of 15.7 [pL] together with the united droplet 100 attached to the nozzle surface 12. Fly in the direction and amount of deflection.
  • the flying droplets 102 apply ink to the application area of the object 110 to be applied.
  • valve 54a and the valve 38 are returned to the fully open state, and the liquid discharge head 10 is returned to the standby state.
  • step S14 it is determined whether or not ink has been ejected from all the nozzles 20 of the liquid ejection head 10 (step S14). If there is a nozzle 20 that has not yet discharged, the process returns to step S12 and the same processing is performed.
  • step S 15 it is determined whether or not the application to the object 110 has been completed. If completed, the coating operation process is terminated, and the curing / drying unit 76 performs curing / drying. If not completed, the process returns to step S11, the scanning unit 60 scans the liquid ejection head 10 at a different position, and the same processing is repeated. Ink may be ejected from a plurality of nozzles 20 at the same time.
  • ink can be appropriately applied even to a coated object such as a lens having a surface that is not parallel to the nozzle surface or a curved surface whose interval between the nozzle surface changes.
  • black ink can be applied to the edge portion 114 of the lens, and a light shielding film can be formed on the edge portion 114.
  • FIG. 16 is a view showing a supply system of ink and wettability adjusting liquid of the liquid discharge apparatus 82 using the liquid discharge head 10.
  • the liquid ejection device 82 uses ink as the wettability adjusting liquid, and an ink supply path 64 is connected to the wettability adjusting liquid input ports 42a and 42b. Thereby, ink is supplied from the liquid input ports 42a and 42b for wettability adjustment.
  • the ink supply path 64 is also connected to the wettability adjusting liquid input port 42c to supply ink.
  • the operation of the liquid ejection device 82 is the same as that of the liquid ejection device 80.
  • the physical properties of the flying droplet 102 become the same as the physical properties of the ink.

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Abstract

簡易な構造を用いて吐出する液滴の飛翔方向を適切に制御する液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び飛翔方向制御方法を提供する。撥液性を有するノズルプレートに形成されたノズルからノズルと連通する第１の液室内の第１の液体を溢れさせ、かつノズルに対応してノズルプレートの濡れ性調整口からこれと連通する第２の液室内の第２の液体であって第１の液体と表面張力、粘度、屈折率、消衰係数、色味及び硬化・乾燥プロセスのうち少なくとも１つの物性値又はプロセスが等しい物性を有する液体を溢れさせることで、ノズルプレートのノズル及び濡れ性調整口を含む領域に第１及び第２の液体が合一した液滴を形成させ、加圧手段によって第１の液室内の第１の液体を加圧して第１の液体の液滴を吐出し、合一した液滴によって吐出される液滴の飛翔方向を偏向させる。

Description

液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び飛翔方向制御方法
　本発明は、液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び飛翔方向制御方法に係り、特にノズルから吐出する液滴の飛翔方向を制御する技術に関する。
　液体吐出ヘッドのノズル面に設けられたノズルからインクの液滴を吐出することで、被塗布物にインクを塗布する液体吐出装置が知られている。液体吐出装置では、一般に、ノズル面に対して直交する方向にインクの液滴が吐出される。一方で、ノズル面に対して斜め方向にインクの液滴を吐出する技術も知られている。
　特許文献１には、第１液滴を吐出する第１ノズルと、第１液滴と空中で接触する方向に第２液滴を吐出して第１液滴に第２液滴を混合させる第２ノズルと、を備え、被吐出面の角度に応じて、第１液滴と第２液滴との混合比率及び混合液滴の飛翔方向を変更する液体吐出ヘッドが記載されている。
　また、特許文献２には、ノズル開口の周囲の撥液被膜層の一部に非撥液部を形成し、非撥液部によってノズル開口から吐出される液滴の吐出方向を調整可能としたノズルプレートが記載されている。
　さらに、特許文献３には、インクを吐出するための吐出口と、吐出口に連通するインク流路と、インク流路に供給されたインクに気泡を発生させる複数の発熱素子であって吐出口の中心線を含む面に関して互いに面対称となるように配置される複数の発熱素子と、を備え、各発熱素子の発熱量を制御することにより吐出口から吐出されるインクの吐出方向を制御するノズルが記載されている。
特開２０１０－１９４３９９号公報 特開２００６－０９５７９２号公報 特開２０００－１８５４０３号公報
　しかしながら、特許文献１に記載された液体吐出ヘッドは、１つの液滴形成に２つ以上の高精度なノズルの配置と制御が必要となるため、構造が複雑になり、かつ高度な制御が必要となるという欠点がある。また、液滴の物性によっては、空中で衝突した際に微小な液滴となって飛散する可能性があるという問題点もある。
　また、特許文献２に記載されたノズルプレートを用いた場合は、吐出方向は形成された非撥液部の方向に固定され、液滴吐出時に飛翔方向を任意に決定できないという問題点がある。
　さらに、特許文献３に記載されたノズルは、ノズル内の微小空間に複数のヒータを配置する必要があるため、ヘッド構造が複雑になるという問題点がある。
　本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、簡易な構造を用いて吐出する液滴の飛翔方向を適切に制御する液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び飛翔方向制御方法を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために液体吐出ヘッドの一の態様は、撥液性を有するノズルプレートに形成されたノズルと、ノズルと連通し、第１の液体を貯留する第１の液室と、第１の液室内の第１の液体を加圧することでノズルから第１の液体の液滴を吐出させる加圧手段と、ノズルに対応してノズルプレートに設けられた濡れ性調整口と、濡れ性調整口と連通し、第１の液体と表面張力、粘度、屈折率、消衰係数、色味、及び硬化・乾燥プロセスのうち少なくとも１つの物性値又はプロセスが等しい物性を有する第２の液体を貯留する第２の液室と、ノズルから第１の液室内の第１の液体を溢れさせ、かつ濡れ性調整口から第２の液室内の第２の液体を溢れさせることで、溢れさせた第１の液体と溢れさせた第２の液体とが合一した液滴をノズルプレートのノズル及び濡れ性調整口を含む領域に形成させる濡れ性調整手段と、を備え、合一した液滴によって吐出される液滴の飛翔方向を偏向させる。
　本態様によれば、ノズルから溢れさせた第１の液体と濡れ性調整口から溢れさせた第２の液体とが合一した液滴をノズルプレートのノズル及び濡れ性調整口を含む領域に形成させ、合一した液滴によって吐出される液滴の飛翔方向を偏向させるので、簡易な構造を用いて吐出する液滴の飛翔方向を適切に制御することができる。
　なお、本明細書において「物性値が等しい」とは、物性値が完全に等しい場合に限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内での許容範囲を含む意味である。また、「硬化・乾燥プロセスが等しい」とは、硬化方法や乾燥方法が等しいことを指す。
　第１の液体と第２の液体とは、表面張力及び粘度の材料に起因する第１の物性値のうちの少なくとも１つの物性値が等しく、かつ屈折率、消衰係数、及び色味の光学特性に起因する第２の物性値のうちの少なくとも１つの物性値が等しいことが好ましい。これにより、合一した液滴を適切な物性とすることができる。
　ノズルの周囲に複数の濡れ性調整口を備え、濡れ性調整手段は、複数の濡れ性調整口のうち少なくとも１つの濡れ性調整口から第２の液室内の第２の液体を溢れさせることが好ましい。これにより、吐出する液滴の飛翔方向を適切な方向に制御することができる。
　複数の濡れ性調整口は、ノズルを中心とする円周上に等間隔に配置されることが好ましい。これにより、吐出する液滴の飛翔方向を適切な方向に制御することができる。
　複数の濡れ性調整口は、それぞれ径が等しいことが好ましい。これにより、吐出する液滴の飛翔方向を適切な方向に制御することができる。なお、本明細書において「径が等しい」とは、径が完全に等しい場合に限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内での許容範囲を含む意味である。
　濡れ性調整手段は、第２の液室の内部の気体の圧力を制御することで濡れ性調整口から第２の液室内の第２の液体を溢れさせる圧力制御手段を備えることが好ましい。これにより、濡れ性調整口から適切に第２の液体を溢れさせることができる。
　圧力制御手段は、第２の液室の内部の気体を減圧するポンプと、ポンプと第２の液室との間に配置される開閉弁と、を備え、開閉弁を閉じることでノズルから第２の液室内の第２の液体を溢れさせることが好ましい。これにより、濡れ性調整口から適切に第２の液体を溢れさせることができる。
　圧力制御手段は、第２の液室の内部の気体を加減圧するポンプを備え、ポンプで加圧することでノズルから第２の液室内の第２の液体を溢れさせてもよい。これにより、濡れ性調整口から適切に第２の液体を溢れさせることができる。
　第２の液体は、第１の液体と表面張力及び粘度が等しいことが好ましい。これにより、合一した液滴を適切な物性とすることができる。
　第２の液体は、第１の液体と同一の液体であることが好ましい。これにより、合一した液滴の物性変動を抑えることができる。
　上記目的を達成するために液体吐出装置の一の態様は、撥液性を有するノズルプレートに形成されたノズルと、ノズルと連通し、第１の液体を貯留する第１の液室と、第１の液室内の第１の液体を加圧することでノズルから第１の液体の液滴を吐出させる加圧手段と、ノズルに対応してノズルプレートに設けられた濡れ性調整口と、濡れ性調整口と連通し、第１の液体と表面張力、粘度、屈折率、消衰係数、色味、及び硬化・乾燥プロセスのうち少なくとも１つの物性値又はプロセスが等しい物性を有する第２の液体を貯留する第２の液室と、ノズルから第１の液室内の第１の液体を溢れさせ、かつ濡れ性調整口から第２の液室内の第２の液体を溢れさせることで、溢れさせた第１の液体と溢れさせた第２の液体とが合一した液滴をノズルプレートのノズル及び濡れ性調整口を含む領域に形成させる濡れ性調整手段と、を備え、合一した液滴によって吐出される液滴の飛翔方向を偏向させる液体吐出ヘッドと、液体が塗布される塗布領域を有する被塗布物と液体吐出ヘッドとを相対的に移動させる移動手段と、ノズルと塗布領域との位置関係から吐出される液滴の飛翔方向を偏向させるか否かを判断する判断手段と、を備えた。
　本態様によれば、ノズルと塗布領域との位置関係から吐出される液滴の飛翔方向を偏向させるか否かを判断するようにしたので、偏向の有無を適切に判断することができる。
　ノズルと塗布領域との位置関係から、加圧手段における加圧量を制御して吐出される液滴の偏向量を制御する制御手段を備えることが好ましい。これにより、偏向量を適切に制御することができる。
　被塗布物の塗布領域は、対向するノズルプレートとの間隔がノズルプレートの面内位置によって変化する曲面であってもよい。また、被塗布物はレンズであってもよい。本態様に係る液体吐出装置は、曲面やレンズに第１の液体を塗布する場合に好適である。
　上記目的を達成するために飛翔方向制御方法の一の態様は、撥液性を有するノズルプレートに形成されたノズルからノズルと連通する第１の液室内の第１の液体を溢れさせ、かつノズルに対応してノズルプレートに設けられた濡れ性調整口から濡れ性調整口と連通する第２の液室内の第２の液体であって第１の液体と表面張力、粘度、屈折率、消衰係数、色味、及び硬化・乾燥プロセスのうち少なくとも１つの物性値又はプロセスが等しい物性を有する第２の液体を溢れさせることで、ノズルプレートのノズル及び濡れ性調整口を含む領域に第１の液体と第２の液体とが合一した液滴を形成させる濡れ性調整工程と、加圧手段によって第１の液室内の第１の液体を加圧して第１の液体の液滴を吐出し、合一した液滴によって吐出される液滴の飛翔方向を偏向させる吐出工程と、を備えた。
　本態様によれば、ノズルから溢れさせた第１の液体と濡れ性調整口から溢れさせた第２の液体とが合一した液滴をノズルプレートのノズル及び濡れ性調整口を含む領域に形成させ、合一した液滴によって吐出される液滴の飛翔方向を偏向させるので、簡易な構造を用いて吐出する液滴の飛翔方向を適切に制御することができる。
　本発明によれば、簡易な構造を用いて吐出する液滴の飛翔方向を適切に制御することができる。
図１は、本実施形態に係る液体吐出ヘッドの平面図である。 図２は、図１の２－２断面図である。 図３は、インク吐出動作の処理を示すフローチャートである。 図４は、インク及び濡れ性調整用液体の挙動を示す模式図である。 図５は、被塗布物１１０の垂直面１１２に対するインクの塗布を説明するための図である。 図６は、飛翔液滴の飛翔角度を説明するための図である。 図７は、ノズル及び濡れ性調整用液体口の配置の一例を示す図である。 図８は、ノズル面に溢出されたインクの液滴と濡れ性調整用液体の液滴とを示す図である。 図９は、図８の８－８断面図である。 図１０は、他の態様に係る液体吐出ヘッドの平面図である。 図１１は、３６０°分割色相を説明するための図である。 図１２は、液体吐出ヘッドを用いた液体吐出装置の斜視図である。 図１３は、液体吐出装置のインク及び濡れ性調整用液体の供給を示す図である。 図１４は、液体吐出装置のシステム構成図である。 図１５は、液体吐出装置の塗布動作の処理を示すフローチャートである。 図１６は、液体吐出装置のインク及び濡れ性調整用液体の供給の他の形態を示す図である。
　以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について説明する。
　〔液体吐出ヘッドの構成〕
　本実施形態に係る液体吐出ヘッドは、ノズル近傍のノズル面の濡れ性を調整することでノズルから吐出した液滴の飛翔方向を偏向させる。図１は、本実施形態に係る液体吐出ヘッド１０の平面図であり、ノズル面１２側から見た図である。ノズル面１２には、ノズル２０と、３つの濡れ性調整用液体口４０ａ，４０ｂ及び４０ｃ（濡れ性調整口の一例）とが設けられている。
　液体吐出ヘッド１０は、通常の液体吐出ヘッドと同様にノズル面１２に対して直交する方向（図１の紙面に垂直な方向）にインクの液滴を飛翔させることができる他、ノズル面１２に対して直交する方向に対して図１に示す矢印Ａ方向、矢印Ｂ方向、矢印Ｃ方向、矢印ＡＢ方向、矢印ＢＣ方向、及び矢印ＣＡ方向のいずれかの方向に偏向させた方向にインクの液滴を飛翔させることができる。
　図２は、図１の２－２断面図である。液体吐出ヘッド１０は、ノズルプレート１４、基板１６、及び背圧制御部１８から構成される。ノズルプレート１４は、一方の面が基板１６に接着されており、他方の面がノズル面１２となっている。ノズルプレート１４は、後述するインクや濡れ性調整用液体に対して撥液性を有する撥水膜が形成されており、ノズル面１２の全面が撥液性を有している。本実施形態では、ノズル面１２とインクとの接触角、及びノズル面１２と濡れ性調整用液体との接触角は、ともに９０［°］以上である。なお、ノズル面１２は全面が撥液性を有する態様に限られず、ノズル面１２のうちノズル２０や濡れ性調整用液体口４０ａ，４０ｂ及び４０ｃの近傍など、必要な領域だけ撥液性を有していてもよい。
　基板１６は、シリコン基板を貼り合わせて形成されている。基板１６には、ノズル２０に関連して、インク入力ポート２２、第１流路２４、インクタンク２６、第２流路２８、圧力室３０、ピエゾ素子３２、及びインク吐出メニスカス圧制御用空気圧ポート３４が設けられている。
　インク入力ポート２２は、基板１６のノズル面１２側とは反対面側に設けられている。インク入力ポート２２には、液体吐出ヘッド１０によって被塗布物に塗布するためのインク（第１の液体の一例）が供給される。インク入力ポート２２から供給されたインクは、第１流路２４を介してインクタンク２６へ供給され、インクタンク２６（第１の液室の一例）に貯留される。また、インクタンク２６は第２流路２８を介して圧力室３０と連通しており、インクタンク２６に貯留されたインクは、圧力室３０に供給されて貯留される。さらに、インクタンク２６は、基板１６のノズル面１２側とは反対面側に設けられたインク吐出メニスカス圧制御用空気圧ポート３４と連通している。また、圧力室３０にはピエゾ素子３２が配置されている。
　液体吐出ヘッド１０は、ピエゾ素子３２（加圧手段の一例）に駆動電圧が印加されると、ピエゾ素子３２にたわみ変形が生じて圧力室３０の体積が減少し、圧力室の体積減少分に対応するインクがノズル２０から吐出される。インク吐出後、ピエゾ素子３２が元の状態に戻る際、インクタンク２６から第２流路２８を通って新しいインクが圧力室３０に再充填される。
　なお、液体吐出ヘッド１０の吐出方式として、サーマル方式を適用してもよい。サーマル方式についての詳細な説明は省略するが、サーマル方式では、圧力室内に設けたヒータで圧力室内のインクを加熱し、圧力室内のインクの膜沸騰現象を利用してノズルから所定量の液滴を吐出する。
　また、基板１６には、濡れ性調整用液体口４０ａに関連して、濡れ性調整用液体入力ポート４２ａ、第３流路４４ａ、濡れ性調整用液体タンク４６ａ、第４流路４８ａ、及び濡れ性調整用液体量制御用空気圧ポート５０ａが設けられている。
　濡れ性調整用液体入力ポート４２ａは、基板１６のノズル面１２側とは反対面側に設けられている。濡れ性調整用液体入力ポート４２ａには、ノズル面１２の濡れ性を調整するための濡れ性調整用液体（第２の液体の一例）が供給される。濡れ性調整用液体入力ポート４２ａから供給された濡れ性調整用液体は、第３流路４４ａを介して濡れ性調整用液体タンク４６ａに供給され、濡れ性調整用液体タンク４６ａ（第２の液室の一例）に貯留される。また、濡れ性調整用液体タンク４６ａは第４流路４８ａを介して濡れ性調整用液体口４０ａと連通している。さらに、濡れ性調整用液体タンク４６ａは、基板１６のノズル面１２側とは反対面側に設けられた濡れ性調整用液体量制御用空気圧ポート５０ａと連通している。
　さらに、基板１６には、濡れ性調整用液体口４０ｂに関連して、濡れ性調整用液体入力ポート４２ｂ、第３流路４４ｂ、濡れ性調整用液体タンク４６ｂ、第４流路４８ｂ、及び濡れ性調整用液体量制御用空気圧ポート５０ｂが設けられている。図２では示されていないが、濡れ性調整用液体口４０ｃ（図１参照）についても同様である。これらの構成及び作用は濡れ性調整用液体口４０ａと同様であるので、詳細な説明は省略する。
　背圧制御部１８は、インクタンク２６の内部のインクの背圧、及び濡れ性調整用液体タンク４６ａ，４６ｂ及び４６ｃ（不図示）の内部の濡れ性調整用液体の背圧を制御する。背圧制御部１８は、個別連通路３６，５２ａ，５２ｂ及び５２ｃ、バルブ３８，５４ａ，５４ｂ及び５４ｃ、共通連通路５６、及びポンプ５８を備えている。
　個別連通路３６は、インク吐出メニスカス圧制御用空気圧ポート３４とバルブ３８とを連通している。バルブ３８は、共通連通路５６を介してポンプ５８に接続されている。バルブ３８は、全開放状態、半開放状態及び閉塞状態の３状態に切換え可能であり、個別連通路３６と共通連通路５６との全連通／半連通／遮断を切り換える。ポンプ５８は、共通連通路５６、全開放状態のバルブ３８及び個別連通路３６を介してインク吐出メニスカス圧制御用空気圧ポート３４からインクタンク２６の内部の空気を減圧することで、ノズル２０からインクが滴下（溢出）することを防止する。
　個別連通路５２ａは、濡れ性調整用液体量制御用空気圧ポート５０ａとバルブ５４ａとを連通している。バルブ５４ａは、共通連通路５６を介してポンプ５８に接続されている。バルブ５４ａは、全開放状態、半開放状態及び閉塞状態の３状態に切換え可能であり、個別連通路５２ａと共通連通路５６との全連通／半連通／遮断を切り換える。ポンプ５８は、共通連通路５６、全開放状態のバルブ５４ａ及び個別連通路５２ａを介して濡れ性調整用液体量制御用空気圧ポート５０ａから濡れ性調整用液体タンク４６ａの内部の空気（気体の一例）を減圧することで、濡れ性調整用液体口４０ａから濡れ性調整用液体が溢出することを防止する。
　濡れ性調整用液体口４０ｂ及び濡れ性調整用液体口４０ｃに関する構成及び作用は、濡れ性調整用液体口４０ａに関する構成及び作用と同様であるので、詳細な説明は省略する。
　〔液体吐出ヘッドのインク吐出動作〕
　液体吐出ヘッド１０のインク吐出動作（飛翔方向制御方法の一例）について説明する。図３はインク吐出動作の処理を示すフローチャートであり、図４は図３に示す各工程におけるインク及び濡れ性調整用液体の挙動を示す模式図である。ここでは、ノズル２０から吐出したインクの液滴の飛翔方向を、ノズル面１２に対して直交する方向に対して濡れ性調整用液体口４０ａが配置された方向（図１の矢印Ａ方向）に偏向させる場合について説明する。
　最初に、液体吐出ヘッド１０を待機状態とする（ステップＳ１）。この待機状態では、バルブ３８，５４ａ，５４ｂ及び５４ｃを全開放状態とし、ポンプ５８（圧力制御手段の一例）によりインク吐出メニスカス圧制御用空気圧ポート３４、濡れ性調整用液体量制御用空気圧ポート５０ａ，５０ｂ及び５０ｃ（不図示）を介してインクタンク２６、濡れ性調整用液体タンク４６ａ，４６ｂ及び４６ｃの内部の空気を減圧し、背圧を大気圧より低くする。これにより、図４（ａ）に示すように、ノズル２０及び濡れ性調整用液体口４０ａ，４０ｂにおいてインク及び濡れ性調整用液体の液面の形状（以下、メニスカスという）が凹状の形状となってノズル面１２の内側に維持され、インクや濡れ性調整用液体が溢出しない状態となる。図４では示されていないが、濡れ性調整用液体口４０ｃについても同様である。
　次に、バルブ５４ａ（濡れ性調整手段の一例、圧力制御手段の一例、開閉弁の一例）を閉塞状態にすることで、濡れ性調整用液体タンク４６ａの内部の空気の減圧を停止して濡れ性調整用液体の背圧を高くし、毛細管現象により濡れ性調整用液体口４０ａからノズル面１２に濡れ性調整用液体を溢出させる（ステップＳ２）。これにより、図４（ｂ）に示すように、濡れ性調整用液体の液滴がノズル面１２の濡れ性調整用液体口４０ａを含む領域に付着する。
　所望の量だけ濡れ性調整用液体を溢出させたら、今度はバルブ５４ａを半開放状態にすることで、濡れ性調整用液体タンク４６ａの内部の空気を減圧して濡れ性調整用液体の背圧を所定の圧力に維持し、濡れ性調整用液体の液滴をノズル面１２に維持する。
　続いて、バルブ３８（濡れ性調整手段の一例）を閉塞状態にすることで、インクタンク２６の内部の空気の減圧を停止してインクの背圧を高くし、毛細管現象によりノズル２０からインクを溢出させる（ステップＳ３）。これにより、インクの液滴がノズル面１２のノズル２０を含む領域に付着する。所望の量だけインクを溢出させたら、バルブ３８を半開放状態にすることで、インクタンク２６の内部の空気を減圧してインク背圧を所定の圧力に維持し、溢出させたインクをノズル面１２に維持する。
　なお、ステップＳ２における濡れ性調整用液体の溢出とステップＳ３におけるインクの溢出は順序を逆にしてもよいし、同時に行ってもよい。
　このように、濡れ性調整用液体及びインクを溢出させることで、図４（ｃ）に示すように、濡れ性調整用液体口４０ａから溢出させた濡れ性調整用液体の液滴とノズル２０から溢出させたインクの液滴とが合一した合一液滴１００が、ノズル面１２の濡れ性調整用液体口４０ａとノズル２０とを含む領域に形成される。この合一液滴１００の重心は、ノズル２０の中心よりも濡れ性調整用液体口４０ａ側にずれており、この合一液滴１００により、ノズル２０の周囲のノズル面１２の濡れ性がノズル２０に対して非対称に調整される。
　最後に、ピエゾ素子３２を駆動し、ノズル２０からインクを吐出する（ステップＳ４）。これにより、ノズル２０から吐出されたインクは、図４（ｄ）に示すように、ノズル面１２に付着していた合一液滴１００とともに飛翔液滴１０２として飛翔する。ノズル２０の周囲のノズル面１２の濡れ性がノズル２０に対して非対称に調整されているため、飛翔液滴１０２が飛翔する方向は、ノズル面１２に対して直交する方向に対して濡れ性調整用液体口４０ａが配置された方向（図１の矢印Ａ方向）に偏向する。
　ノズル２０からインクを吐出したら、バルブ５４ａとバルブ３８とを全開放状態に戻し、液体吐出ヘッド１０を待機状態に戻す。合一液滴１００のうちノズル２０から吐出されたインクとともに飛翔せずにノズル面１２に残留した分が生じた場合には、液体吐出ヘッド１０が待機状態に戻る際に濡れ性調整用液体口４０ａ又はノズル２０の内部に引き込まれる。
　図５は、液体吐出ヘッド１０とインクの被塗布物１１０とを示す図であり、ノズル面１２に対して垂直な垂直面１１２に対するインクの塗布を説明するための図である。同図に示すように、液体吐出ヘッド１０によれば、ノズル面１２と平行な面だけでなく、垂直面１１２のようなノズル面１２に対して角度を有する面に対しても、飛翔液滴１０２の飛翔方向を垂直面１１２に向かう方向に偏向させることで、インクを塗布することができる。
　図６（ａ）はノズル面１２に合一液滴１００が形成された状態の液体吐出ヘッド１０の平面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）の６ｂ－６ｂ断面図である。図６（ｂ）に示すように、ノズル面１２に対して直交する方向と飛翔液滴１０２の飛翔方向との角度を飛翔角度θ２とする。この飛翔角度θ２は、ノズル２０の位置に対する合一液滴１００の重心位置と、ノズル２０から液滴を飛翔させるための圧力の大きさ（加圧量の一例）とによって制御することができる。
　合一液滴１００の重心位置は、ノズル２０から溢出させたインクの液滴の体積と濡れ性調整用液体口４０ａから溢出させた濡れ性調整用液体の液滴の体積との比率で決定される。例えば、ノズル２０の径と濡れ性調整用液体口４０ａの径が等しければ、合一液滴１００の重心位置は、ノズル面１２の面方向についてはノズル２０の中心と濡れ性調整用液体口４０ａの中心との中点にあり、ノズル面１２に対して直交する方向については合一液滴１００の形状で決まる。ここで、合一液滴１００の形状は、合一液滴１００の物性によるノズル面１２に対する接触角で決まる。また、圧力の大きさは、ピエゾ素子３２に印加する電圧の大きさで決まる。したがって、合一液滴１００の物性やピエゾ素子３２に印加する電圧を制御することで、飛翔液滴１０２の飛翔角度θ２を制御することができる。
　このように、本実施形態に係る液体吐出ヘッドによれば、ノズル近傍に配置された濡れ性調整用液体口から濡れ性調整用液体をノズル面に付着させることで、ノズル近傍のノズル面の濡れ性を調整し、この調整されたノズル面の濡れ性によりノズルから吐出した液滴の飛翔方向を偏向させることができる。
　ここでは、ノズル２０から吐出したインクの液滴の飛翔方向を、図１の矢印Ａ方向に偏向させる場合について説明したが、濡れ性調整用液体を溢出させる濡れ性調整用液体口を選択することで、ノズル２０に対するノズル面１２の濡れ性が非対称となる方向を調整し、偏向方向を制御することができる。すなわち、図１の矢印Ｂ方向に偏向させる場合にはバルブ５４ｂ（図２参照）を閉塞状態にすることで濡れ性調整用液体口４０ｂ（図１参照）から、矢印Ｃ方向に偏向させる場合にはバルブ５４ｃを閉塞状態にすることで濡れ性調整用液体口４０ｃから、矢印ＡＢ方向に偏向させる場合にはバルブ５４ａ及び５４ｂを閉塞状態にすることで濡れ性調整用液体口４０ａ及び４０ｂから、矢印ＢＣ方向に偏向させる場合にはバルブ５４ｂ及び５４ｃを閉塞状態にすることで濡れ性調整用液体口４０ｂ及び４０ｃから、矢印ＣＡ方向に偏向させる場合にはバルブ５４ｃ及び５４ａを閉塞状態にすることで濡れ性調整用液体口４０ｃ及び４０ａから、濡れ性調整用液体を溢出させればよい。
　なお、２つの濡れ性調整用液体口（例えば４０ａと４０ｂ）から濡れ性調整用液体を溢出させた場合の合一液滴の重心位置は、ノズル面１２の面方向については、濡れ性調整用液体口４０ａ，４０ｂの中点とノズル２０の中心とを結んだ線上にあり、その位置は、ノズル２０から溢出させたインクの液滴の体積と濡れ性調整用液体口４０ａ，４０ｂから溢出させた濡れ性調整用液体の液滴の合計体積との比率で決まる。
　また、本実施形態では、インクや濡れ性調整用液体の溢出は、バルブを閉塞状態にしてポンプによる減圧を停止して行ったが、インクタンク２６や濡れ性調整用液体タンク４６ａ，４６ｂ，４６ｃを個別に加減圧するポンプを設け、通常は減圧しておき、対応するポンプでインクタンク２６や濡れ性調整用液体タンク４６ａ，４６ｂ，４６ｃを加圧することで溢出させてもよい。
　〔ノズルと濡れ性調整用液体口の詳細〕
　図７は、ノズル面１２に複数のノズル２０を設けた場合のノズル２０及び濡れ性調整用液体口４０ａ，４０ｂ，４０ｃの配置の一例を示す図である。ここでは、ノズル２０の直径φ１は２０［μｍ］、濡れ性調整用液体口４０ａ，４０ｂ，４０ｃの直径φ２は１０［μｍ］である。また、ノズル２０と対応する濡れ性調整用液体口４０ａ，４０ｂ，４０ｃとのそれぞれの中心間距離ｄ１は２０［μｍ］、互いに隣接するノズル２０の中心間距離ｄ２は２５４［μｍ］（０．０１［インチ］）である。
　また、ノズル２０の中心と濡れ性調整用液体口４０ａの中心とを結ぶ線分と、ノズル２０の中心と濡れ性調整用液体口４０ｂの中心とを結ぶ線分との成す角度ψ１、ノズル２０の中心と濡れ性調整用液体口４０ｂの中心とを結ぶ線分と、ノズル２０の中心と濡れ性調整用液体口４０ｃの中心とを結ぶ線分との成す角度ψ２、ノズル２０の中心と濡れ性調整用液体口４０ｃの中心とを結ぶ線分と、ノズル２０の中心と濡れ性調整用液体口４０ａの中心とを結ぶ線分との成す角度ψ３は、それぞれ１２０［°］である。すなわち、濡れ性調整用液体口４０ａ，４０ｂ及び４０ｃは、ノズル２０を中心とする円周上に等間隔に配置されている。
　本実施形態における撥液性を有するノズル面１２において、φ２が小さく、かつｄ１が小さい方が、合一液滴１００の液量が少量になるため、ピエゾ素子３２を用いて安定して飛翔液滴１０２を飛翔させることができる。
　中心間距離ｄ１を大きくすると、飛翔角度θ２を大きくすることができるというメリットがあるが、ノズル２０及び濡れ性調整用液体口４０ａ，４０ｂ及び４０ｃからの溢出量を多量にする必要があるため、合一液滴１００の液量が多量となり、安定してピエゾ素子３２で飛翔液滴１０２を飛翔させることができない可能性が高い。
　また、中心間距離ｄ１が小さいと、ノズル２０及び濡れ性調整用液体口４０ａ，４０ｂ及び４０ｃからの溢出量が少量でも合一させることができるため、合一液滴１００の液量が少量になり、ピエゾ素子３２を用いて安定して飛翔液滴１０２を飛翔させることができる。ノズル２０や濡れ性調整用液体口４０ａ，４０ｂ及び４０ｃからの溢出量が少量であれば、溢出量の制御も安定して行うことができる。一方で、中心間距離ｄ１を小さくすると液体吐出ヘッド１０の製造難易度が上がり、液体吐出ヘッド１０が高価になる。また、ノズル２０の中心と合一液滴の重心との距離が近くなるため、飛翔角度θ２が大きくできないデメリットがある。
　また、直径φ２を大きくすると、中心間距離ｄ１を小さくしても、液滴を合一させるためには濡れ性調整用液体口４０ａ，４０ｂ及び４０ｃからの溢出量を多くする必要があり、結果として合一液滴１００の液量が多量になる。したがって、安定してピエゾ素子３２で飛翔液滴１０２を飛翔させることができない可能性が高い。また、濡れ性調整用液体口４０ａ，４０ｂ及び４０ｃからの溢出量の制御も不安定になる可能性が高い。
　逆に、直径φ２を小さくすると、濡れ性調整用液体口４０ａ（４０ｂ，４０ｃ）における濡れ性調整用液体の溢出量が少量で済むため、安定して溢出量の制御をすることができる。一方、直径φ２が小さすぎると、濡れ性調整用液体口４０ａ，４０ｂ及び４０ｃの流路（第４流路４８ａ，４８ｂ及び４８ｃ）の粘性抵抗が上がるため、濡れ性調整用液体口４０ａ，４０ｂ及び４０ｃからの溢出量の制御が難しくなる。さらに、液体吐出ヘッド１０の製造難易度も上がり、液体吐出ヘッド１０が高価になる。
　また、中心間距離ｄ２を小さくすると単位面積当たりのインク吐出量（飛翔液滴１０２の数量）が増えて塗布効率が上がるが、ｄ２を小さくするにはノズル２０の内部に配置するピエゾ素子３２やピエゾ素子３２を駆動するための電気配線の高密度化が必要となる。このため、液体吐出ヘッド１０の製造難易度が上がり、液体吐出ヘッド１０が高価になる。本実施形態におけるｄ２の０．０１［インチ］は、一般的な産業用インクジェットヘッドの値と同様である。
　〔合一液滴の形成の詳細〕
　図８は、図７に示したノズル面１２においてノズル２０から溢出させたインクの液滴１００ｉと濡れ性調整用液体口４０ａから溢出させた濡れ性調整用液体の液滴１００ａとを示す図であり、両液滴が合一して合一液滴１００（図６参照）が形成される直前の状態を示している。また、図９は図８の８－８断面図である。
　ここでは、液滴１００ｉは、液量が約４．６［ｐＬ］であり、直径が２６［μｍ］の半球型液滴である。また、液滴１００ａは、液量が約１．１［ｐＬ］であり、直径が１６［μｍ］の半球型液滴である。したがって、両液滴が合一した合一液滴１００（図６参照）の液量は約５．７［ｐＬ］となる。また、合一液滴１００の形成後にノズル２０から吐出するインクの液量は約１０［ｐＬ］である。したがって、飛翔液滴１０２の液量は約１５．７［ｐＬ］となる。なお、２つの濡れ性調整用液体口から濡れ性調整用液体を溢出させた場合は、合一液滴の液量は約４．６＋約１．１＋約１．１＝約６．８［ｐＬ］となり、飛翔液滴１０２の液量は約１６．８［ｐＬ］となる。この液滴量は、一般的な産業用インクジェットヘッドの吐出量である０．１～１００［ｐＬ］の範囲内である。
　〔液体吐出ヘッドの他の態様〕
　ノズル２０の近傍に配置する濡れ性調整用液体口の数は、３つに限定されるものではない。ここでは、４つの濡れ性調整用液体口を配置した液体吐出ヘッドについて説明する。
　図１０は、他の態様に係る液体吐出ヘッド１１の平面図であり、ノズル面１２側から見た図である。同図に示すように、液体吐出ヘッド１１のノズル面１２には、ノズル２０と、４つの濡れ性調整用液体口４０ｄ，４０ｅ，４０ｆ及び４０ｇとが設けられている。
　４つの濡れ性調整用液体口４０ｄ，４０ｅ，４０ｆ及び４０ｇは、それぞれ直径が等しく、ノズル２０を中心とする円周上に等間隔に配置されている。また、図示は省略するが、濡れ性調整用液体口４０ｄ，４０ｅ，４０ｆ及び４０ｇにはそれぞれ濡れ性調整用液体入力ポート、濡れ性調整用液体タンク、及び濡れ性調整用液体量制御用空気圧ポートが設けられ、濡れ性調整用液体量制御用空気圧ポートとポンプとがバルブを介して接続されている。
　液体吐出ヘッド１１は、濡れ性調整用液体を溢出させる濡れ性調整用液体口を選択することで、ノズル２０に対するノズル面１２の濡れ性が非対称となる方向を調整し、ノズル２０から吐出したインクの液滴の飛翔方向を、その方向に偏向させることができる。すなわち、矢印Ｄ方向に偏向させる場合には濡れ性調整用液体口４０ｄから、矢印Ｅ方向に偏向させる場合には濡れ性調整用液体口４０ｅから、矢印Ｆ方向に偏向させる場合には濡れ性調整用液体口４０ｆから、矢印Ｇ方向に偏向させる場合には濡れ性調整用液体口４０ｇから、矢印ＤＥ方向に偏向させる場合には濡れ性調整用液体口４０ｄ及び４０ｅから、矢印ＥＦ方向に偏向させる場合には濡れ性調整用液体口４０ｅ及び４０ｆから、矢印ＦＧ方向に偏向させる場合には濡れ性調整用液体口４０ｆ及び４０ｇから、矢印ＧＤ方向に偏向させる場合には濡れ性調整用液体口４０ｇ及び４０ｄから、濡れ性調整用液体を溢出させればよい。
　〔インクと濡れ性調整用液体の物性〕
　濡れ性調整用液体は、インクと表面張力、粘度、屈折率、消衰係数、色味（色相）、及び硬化・乾燥プロセスのうち少なくとも１つの物性値又はプロセスが等しい物性を有している。特に、本実施形態に係るインクと濡れ性調整用液体とは、表面張力及び粘度の材料に起因する第１の物性値のうちの少なくとも１つの物性値が等しく、かつ屈折率、消衰係数、及び色味の光学特性に起因する第２の物性値のうちの少なくとも１つの物性値が等しい。また、表面張力及び粘度が等しいことが好ましく、インクと濡れ性調整用液体とが同一の液体であることがより好ましい。インクと濡れ性調整用液体とが同一の液体であれば、合一液滴１００の物性変動を抑えることができる。なお、「等しい」とは、完全に等しい場合に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる許容範囲を有する。
　インクの表面張力及び粘度に対して濡れ性調整用液体の表面張力及び粘度が一致しない、もしくは近い値でないと合一液滴１００が飛翔しない、又は飛翔方向を制御することができない。インクの表面張力と濡れ性調整用液体の表面張力とが等しいとみなせる範囲として、濡れ性調整用液体の表面張力が、インクの表面張力に対して±２０［ｍＮ／ｍ］以内であることが好ましく、±５［ｍＮ／ｍ］以内であることがより好ましい。なお、本実施形態におけるインクの適正表面張力は２５～３５［ｍＮ／ｍ］である。ここで、表面張力の測定は、協和界面科学社製自動表面張力計ＢＰ－Ｄ５を用いて、約４０［℃］の条件で最大泡圧法によって行った。測定温度は、液体吐出ヘッド１１においてノズル２０から吐出するインクの温度である約４０［℃］に合わせている。
　また、インクの粘度と濡れ性調整用液体の粘度とが等しいとみなせる範囲として、濡れ性調整用液体の粘度は、インクの粘度に対して±１０［ｍＰａ・ｓ］以内であることが好ましく、±２［ｍＰａ・ｓ］以内であることがより好ましい。本実施形態におけるインクの適正粘度は、８～１２［ｍＰａ・ｓ］である。ここで、粘度の測定は、英弘精機社製デジタルＢ型粘度計ＤＶ－Ｅを用いて、約４０［℃］の条件で行った。表面張力の場合と同様に、測定温度は、液体吐出ヘッド１１においてノズル２０から吐出するインクの温度である約４０［℃］に合わせている。
　本実施形態において硬化・乾燥プロセスが等しいとは、硬化プロセスにおける硬化方法や乾燥プロセスにおける乾燥方法が等しいことを指す。インクと濡れ性調整用液体の硬化・乾燥プロセスが一致しない場合は、飛翔液滴１０２の塗布後に液滴の一部しか硬化・乾燥できなかったり、硬化・乾燥するための装置が複雑化したりする恐れがある。したがって、インクが紫外線光硬化型インクであれば、濡れ性調整用液体は紫外線によって硬化する光硬化型であることが好ましく、インクが水系インクや溶剤系インクであれば、濡れ性調整用液体は加熱乾燥型であることが好ましい。
　また、被塗布物１１０が光学部品である場合には、インクに対して濡れ性調整用液体の屈折率、消衰係数及び色味（色相）の光学特性に起因する第２の物性値が異なると、飛翔液滴１０２を塗布した被塗布物１１０が、目的の光学的性質を発揮できない場合がある。インクの屈折率と濡れ性調整用液体の屈折率とが等しいとみなせる範囲として、濡れ性調整用液体の屈折率は、インクの屈折率に対して±０．１以内であることが好ましく、±０．０５以内であることがより好ましい。インクの屈折率と濡れ性調整用液体の屈折率との差が±０．１以内であれば、飛翔液滴１０２の塗布後の光学部品において、入射角度＝０［°］における光学部品と飛翔液滴１０２との境界面での反射率の変化を１［％］以内に抑えることができる。ここで、屈折率の測定は、ジェー・エー・ウーラム社製高速分光エリプソメーターＭ－２０００を用いて、約２５［℃］の条件で、３００～１１００［ｎｍ］の測定波長において行った。なお、屈折率は、測定波長範囲内における平均値である。
　また、インクの消衰係数と濡れ性調整用液体の消衰係数とが等しいとみなせる範囲として、濡れ性調整用液体の消衰係数は、インクの消衰係数に対して±０．２以内であることが好ましく、±０．１以内であることがより好ましい。光学部品における遮光塗料（インク）の一般的な塗布厚である５［μｍ］の場合において、インクの消衰係数と濡れ性調整用液体の消衰係数との差が±０．２以内であれば、波長＝６００［ｎｍ］の光における飛翔液滴１０２の透過率の変化を１［％］以内に抑えることができる。
　さらに、インクの３６０°分割色相と濡れ性調整用液体の３６０°分割色相とが等しいとみなせる範囲として、濡れ性調整用液体の３６０°分割色相は、インクの３６０°分割色相に対して±１５［°］以内であることが好ましく、±７．５［°］以内であることがより好ましい。ここで、３６０°分割色相とは、図１１に示すように、色味を０～３６０［°］の範囲の角度で表したものであり、０［°］は赤、９０［°］は黄、１８０［°］は青、２７０［°］は紫となる。なお、同図において一部省略しているが、円の径方向は彩度を表している。インクの３６０°分割色相と濡れ性調整用液体の３６０°分割色相との差が±１５［°］以内であれば、おおよそ同色とみなすことができる。
　〔液体吐出装置の構成〕
　図１２は液体吐出ヘッド１０を用いた液体吐出装置８０の斜視図である。液体吐出装置８０は、液体吐出ヘッド１０及びプラテン１２０を備えている。プラテン１２０には、不図示の固定手段によってインクの被塗布物１１０が載置される。液体吐出ヘッド１０は、走査部６０（図１４参照）によりＸ方向及びＹ方向に走査可能に支持されている。したがって、液体吐出ヘッド１０と被塗布物１１０とは、走査部６０によって相対的に移動する。ここでは、被塗布物１１０は対向する液体吐出ヘッド１０のノズル面１２の面内位置によって間隔が変化する曲面を有するレンズであり、液体吐出装置８０は特にレンズのコバ部１１４をインクの塗布領域とする。
　なお、レンズは、光学機能部とそれ以外の部分で構成されており、光学機能部とは、例えば一般の結像光学系で示すと像形成に寄与する光線が透過する領域を示し、その境界を通常「有効径」として示される。一方、光学機能部以外の部分は、例えその面が光学機能部からの連続した鏡面であっても結像に寄与する光線を透過させるのが好ましくない領域であり、通常はレンズを枠に取付けるために利用される領域となる。
　本実施形態において、レンズのコバ部１１４とは、この光学機能部以外の領域全体を指す。上述のように、例え光学機能部以外の面が鏡面仕上げされたとしても、結像に寄与する光線を透過させるのが好ましくない領域である。したがって、本実施形態では、コバ部１１４を黒色のインクの塗布領域とし、コバ部１１４に遮光膜を形成する。
　図１３は、液体吐出装置８０のインク及び濡れ性調整用液体の供給系を示す図である。液体吐出装置８０は、メインインクタンク６２、インク供給路６４、メイン濡れ性調整用液体タンク６６、及び濡れ性調整用液体供給路６８を備えている。
　メインインクタンク６２には、被塗布物１１０に塗布するためのインクが貯留されている。メインインクタンク６２と液体吐出ヘッド１０のインク入力ポート２２とは、インク供給路６４を介して連通している。メインインクタンク６２内のインクは、水頭差によってインク供給路６４を通って液体吐出ヘッド１０に供給される。
　メイン濡れ性調整用液体タンク６６には、液体吐出ヘッド１０のノズル面１２の濡れ性を調整するための濡れ性調整用液体が貯留されている。メイン濡れ性調整用液体タンク６６と液体吐出ヘッド１０の濡れ性調整用液体入力ポート４２ａ，４２ｂとは、濡れ性調整用液体供給路６８を介して連通している。メイン濡れ性調整用液体タンク６６内の濡れ性調整用液体は、水頭差によって濡れ性調整用液体供給路６８を通って液体吐出ヘッド１０に供給される。図１３では示されていないが、濡れ性調整用液体入力ポート４２ｃからも同様に濡れ性調整用液体が供給される。
　図１４は、液体吐出装置８０のシステム構成図である。液体吐出装置８０は、液体吐出ヘッド１０、メインインクタンク６２、メイン濡れ性調整用液体タンク６６の他、走査部６０、吐出制御部７０、及び硬化・乾燥部７６を備えている。
　走査部６０（移動手段の一例）は、Ｘ方向及びＹ方向（図１２参照）に液体吐出ヘッド１０を走査する。吐出制御部７０は、液体吐出ヘッド１０の各ノズル２０における吐出を制御する。ここでは、吐出制御部７０は、偏向判断部７２及び濡れ性制御部７４を備えている。
　偏向判断部７２（判断手段の一例）は、ノズル２０から吐出する液滴の飛翔方向を偏向させるか否かを判断する。濡れ性制御部７４（制御手段の一例）は、飛翔方向を偏向させる場合に、偏向させる方向と偏向させる量（図６に示すθ２）を制御する。
　硬化・乾燥部７６は、インクや濡れ性調整用液体の硬化・乾燥プロセスに応じた硬化手段や乾燥手段を有している。例えば、インクや濡れ性調整用液体が紫外線によって硬化する光硬化型であれば光照射手段として紫外線光源が設けられ、インクや濡れ性調整用液体が加熱乾燥型であれば、加熱手段としてヒータが設けられる。硬化・乾燥部７６が被塗布物１１０の塗布領域に対して硬化・乾燥を行う場合には、被塗布物１１０を硬化・乾燥部７６の位置に搬送してもよいし、硬化・乾燥部７６を被塗布物１１０の位置に走査させてもよい。
　〔液体吐出装置の塗布動作〕
　次に、液体吐出装置８０の塗布動作について、図１５のフローチャートを用いて説明する。
　最初に、走査部６０により液体吐出ヘッド１０を走査し、液体吐出ヘッド１０を被塗布物１１０に対して所望の位置に移動させる（ステップＳ１１）。このとき、液体吐出ヘッド１０は、待機状態となっている。すなわち、ノズル２０及び濡れ性調整用液体口４０ａ，４０ｂ，４０ｃにおいてインク及び濡れ性調整用液体のメニスカスがノズル面１２の内側に維持された状態となっている。
　次に、偏向判断部７２は、ノズル２０の位置と被塗布物１１０の塗布すべき領域（塗布領域、ここではコバ部１１４）の位置関係から、ノズル２０から吐出する液滴の飛翔方向を偏向させるか否かを判定する（ステップＳ１２）。
　飛翔方向を偏向させない場合は、ステップＳ４に移行し、ノズル面１２の濡れ性調整を行わずにピエゾ素子３２を駆動することで、ノズル２０からノズル面１２に対して直交する方向にインクを吐出させる（ステップＳ４）。これにより、被塗布物１１０の塗布領域にインクが塗布される。
　飛翔方向を偏向させる場合は、ステップＳ１３に移行し、偏向判断部７２により偏向させる方向と偏向させる量を算出する（ステップＳ１３）。
　次に、濡れ性制御部７４は、ステップＳ１３において算出した偏向させる方向に応じたバルブを閉塞状態にすることで、対応する濡れ性調整用液体口から濡れ性調整用液体を溢出させる（ステップＳ２、濡れ性調整工程の一例）。ここでは、１．１［ｐＬ］だけ濡れ性調整用液体を溢出させる。その後、閉塞状態にしたバルブを半開放状態にして、濡れ性調整用液体の溢出を停止するとともに溢出した濡れ性調整用液体の液滴をノズル面１２に維持する。
　続いて、吐出制御部７０は、バルブ３８を閉塞状態にすることで、ノズル２０からインクを溢出させる（ステップＳ３、濡れ性調整工程の一例）。ここでは、４．６［ｐＬ］だけインクを溢出させ、その後バルブ３８を半開放状態にし、インクの溢出を停止するとともに溢出したインクの液滴をノズル面１２に維持する。これにより、ノズル面１２には滴量が５．７［ｐＬ］の合一液滴１００（図６参照）が形成される。
　その後、濡れ性制御部７４は、ステップＳ１３において算出した偏向させる量に応じた電圧の駆動信号でピエゾ素子３２を駆動する（加圧量を制御する一例）ことで、ノズル２０から１０［ｐＬ］のインクを吐出させる（ステップＳ４、吐出工程の一例）。これにより、ノズル２０から吐出されたインクは、ノズル面１２に付着していた合一液滴１００とともに１５．７［ｐＬ］の飛翔液滴１０２（図６参照）として、ステップＳ１３において算出された偏向方向及び偏向量で飛翔する。この飛翔液滴１０２により、被塗布物１１０の塗布領域にインクが塗布される。
　ノズル２０からインクを吐出したら、バルブ５４ａとバルブ３８とを全開放状態に戻し、液体吐出ヘッド１０を待機状態に戻す。
　次に、液体吐出ヘッド１０の全てのノズル２０からインクを吐出したか否かを判定する（ステップＳ１４）。まだ吐出していないノズル２０が存在する場合は、ステップＳ１２に戻り、同様の処理を行う。
　全てのノズル２０からインクを吐出した場合には、被塗布物１１０への塗布が終了したか否かを判定する（ステップＳ１５）。終了した場合は、塗布動作の処理を終了し、硬化・乾燥部７６により硬化・乾燥を行う。終了していない場合は、ステップＳ１１に戻り、走査部６０により液体吐出ヘッド１０を異なる位置に走査し、同様の処理を繰り返す。なお、複数のノズル２０から同時にインクを吐出してもよい。
　このように液体吐出装置を制御することで、ノズル面と平行でない面やノズル面との間隔が変化する曲面を有するレンズ等の被塗布物であっても、適切にインクを塗布することができる。本実施形態では、レンズのコバ部１１４に黒色のインクを塗布し、コバ部１１４に遮光膜を形成することができる。
　〔液体吐出装置の他の態様〕
　濡れ性調整用液体として、インクを用いる態様も可能である。図１６は、液体吐出ヘッド１０を用いた液体吐出装置８２のインク及び濡れ性調整用液体の供給系を示す図である。液体吐出装置８２は、濡れ性調整用液体としてインクを用いており、濡れ性調整用液体入力ポート４２ａ，４２ｂにはインク供給路６４が接続されている。これにより、濡れ性調整用液体入力ポート４２ａ，４２ｂからインクが供給される。なお、図１６では示されていないが、濡れ性調整用液体入力ポート４２ｃについてもインク供給路６４が接続され、インクが供給される。
　液体吐出装置８２の動作は、液体吐出装置８０と同様である。濡れ性調整用液体としてインクと同一の液体を用いることで、飛翔液滴１０２の物性がインクの物性と同一になる。
　本発明の技術的範囲は、上記の実施形態に記載の範囲には限定されない。各実施形態における構成等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、各実施形態間で適宜組み合わせることができる。
　１０，１１　液体吐出ヘッド
　１２　ノズル面
　１４　ノズルプレート
　１６　基板
　１８　背圧制御部
　２０　ノズル
　２２　インク入力ポート
　２６　インクタンク
　３０　圧力室
　３２　ピエゾ素子
　３４　インク吐出メニスカス圧制御用空気圧ポート
　３８，５４ａ，５４ｂ，５４ｃ　バルブ
　４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ，４０ｅ，４０ｆ，４０ｇ　濡れ性調整用液体口
　４２ａ，４２ｂ，４２ｃ　濡れ性調整用液体入力ポート
　５８　ポンプ
　６０　走査部
　６２　メインインクタンク
　６６　メイン濡れ性調整用液体タンク
　７０　吐出制御部
　７２　偏向判断部
　７４　濡れ性制御部
　８０，８２　液体吐出装置
　１００　合一液滴
　１００ａ，１００ｉ　液滴
　１０２　飛翔液滴
　１１０　被塗布物
　１１２　垂直面
　１１４　コバ部
　１２０　プラテン

Claims (15)

  1. 　撥液性を有するノズルプレートに形成されたノズルと、
    　前記ノズルと連通し、第１の液体を貯留する第１の液室と、
    　前記第１の液室内の第１の液体を加圧することで前記ノズルから前記第１の液体の液滴を吐出させる加圧手段と、
    　前記ノズルに対応して前記ノズルプレートに設けられた濡れ性調整口と、
    　前記濡れ性調整口と連通し、前記第１の液体と表面張力、粘度、屈折率、消衰係数、色味、及び硬化・乾燥プロセスのうち少なくとも１つの物性値又はプロセスが等しい物性を有する第２の液体を貯留する第２の液室と、
    　前記ノズルから前記第１の液室内の第１の液体を溢れさせ、かつ前記濡れ性調整口から前記第２の液室内の第２の液体を溢れさせることで、前記溢れさせた第１の液体と前記溢れさせた第２の液体とが合一した液滴を前記ノズルプレートの前記ノズル及び前記濡れ性調整口を含む領域に形成させる濡れ性調整手段と、
    　を備え、
    　前記合一した液滴によって前記吐出される液滴の飛翔方向を偏向させる液体吐出ヘッド。
  2. 　前記第１の液体と前記第２の液体とは、表面張力及び粘度の材料に起因する第１の物性値のうちの少なくとも１つの物性値が等しく、かつ屈折率、消衰係数、及び色味の光学特性に起因する第２の物性値のうちの少なくとも１つの物性値が等しい請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
  3. 　前記ノズルの周囲に複数の前記濡れ性調整口を備え、
    　前記濡れ性調整手段は、前記複数の濡れ性調整口のうち少なくとも１つの濡れ性調整口から前記第２の液室内の第２の液体を溢れさせる請求項１又は２に記載の液体吐出ヘッド。
  4. 　前記複数の濡れ性調整口は、前記ノズルを中心とする円周上に等間隔に配置される請求項３に記載の液体吐出ヘッド。
  5. 　前記複数の濡れ性調整口は、それぞれ径が等しい請求項３又は４に記載の液体吐出ヘッド。
  6. 　前記濡れ性調整手段は、前記第２の液室の内部の気体の圧力を制御することで前記濡れ性調整口から前記第２の液室内の第２の液体を溢れさせる圧力制御手段を備えた請求項１から５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
  7. 　前記圧力制御手段は、
    　前記第２の液室の内部の気体を減圧するポンプと、
    　前記ポンプと前記第２の液室との間に配置される開閉弁と、
    　を備え、
    　前記開閉弁を閉じることで前記ノズルから前記第２の液室内の第２の液体を溢れさせる請求項６に記載の液体吐出ヘッド。
  8. 　前記圧力制御手段は、
    　前記第２の液室の内部の気体を加減圧するポンプと、
    　を備え、
    　前記ポンプで加圧することで前記ノズルから前記第２の液室内の第２の液体を溢れさせる請求項６に記載の液体吐出ヘッド。
  9. 　前記第２の液体は、前記第１の液体と表面張力及び粘度が等しい請求項１から８のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
  10. 　前記第２の液体は、前記第１の液体と同一の液体である請求項１から８のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
  11. 　請求項１から１０のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドと、
    　液体が塗布される塗布領域を有する被塗布物と前記液体吐出ヘッドとを相対的に移動させる移動手段と、
    　前記ノズルと前記塗布領域との位置関係から前記吐出される液滴の飛翔方向を偏向させるか否かを判断する判断手段と、
    　を備えた液体吐出装置。
  12. 　前記ノズルと前記塗布領域との位置関係から、前記加圧手段における加圧量を制御して前記吐出される液滴の偏向量を制御する制御手段を備えた請求項１１に記載の液体吐出装置。
  13. 　前記被塗布物の前記塗布領域は、対向する前記ノズルプレートとの間隔が前記ノズルプレートの面内位置によって変化する曲面である請求項１１又は１２に記載の液体吐出装置。
  14. 　前記被塗布物はレンズである請求項１１から１３のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
  15. 　撥液性を有するノズルプレートに形成されたノズルから前記ノズルと連通する第１の液室内の第１の液体を溢れさせ、かつ前記ノズルに対応して前記ノズルプレートに設けられた濡れ性調整口から前記濡れ性調整口と連通する第２の液室内の第２の液体であって前記第１の液体と表面張力、粘度、屈折率、消衰係数、色味、及び硬化・乾燥プロセスのうち少なくとも１つの物性値又はプロセスが等しい物性を有する第２の液体を溢れさせることで、前記ノズルプレートの前記ノズル及び前記濡れ性調整口を含む領域に前記第１の液体と前記第２の液体とが合一した液滴を形成させる濡れ性調整工程と、
    　加圧手段によって前記第１の液室内の第１の液体を加圧して前記第１の液体の液滴を吐出し、前記合一した液滴によって前記吐出される液滴の飛翔方向を偏向させる吐出工程と、
    　を備えた飛翔方向制御方法。
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