特開 2022-69085 液体吐出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022069085

(43)【公開日】2022-05-11

(54)【発明の名称】液体吐出装置

(51)【国際特許分類】

   B41J 2/14 20060101AFI20220428BHJP

【ＦＩ】

B41J2/14 301

B41J2/14

B41J2/14 605

B41J2/14 607

B41J2/14 613

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020178053

(22)【出願日】2020-10-23

(71)【出願人】

【識別番号】000005267

【氏名又は名称】ブラザー工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000556

【氏名又は名称】特許業務法人 有古特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】片山 真吾

【テーマコード（参考）】

2C057

【Ｆターム（参考）】

2C057AF99

2C057AG29

2C057AG44

2C057AG99

2C057BA04

2C057BA14

(57)【要約】

【課題】高粘度の液体を吐出可能としながら、長寿命化を図ることができる液体吐出装置を提供する。
【解決手段】液体吐出装置１０は、液体を吐出するノズル２１、及び、前記ノズル２１に連通する圧力室２９が形成された流路形成体２２と、前記流路形成体２２に積層され、前記圧力室２９を覆う被覆面２４ａ、及び、前記被覆面２４ａと反対側の対向面２４ｂを有する振動板２４と、前記振動板２４を挟んで前記圧力室２９に対向する当接面２３ａを有し、前記当接面２３ａが前記振動板２４から離間した退避位置、及び、前記当接面２３ａが前記振動板２４に当接する進出位置の間で前記対向面２４ｂに対して交差する交差方向に変位するアクチュエータ２３と、前記対向面２４ｂにおいて前記当接面２３ａに対向する領域を覆う第１保護膜２６と、を備えている。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

液体を吐出するノズル、及び、前記ノズルに連通する圧力室が形成された流路形成体と、
前記流路形成体に積層され、前記圧力室を覆う被覆面、及び、前記被覆面と反対側の対向面を有する振動板と、
前記振動板を挟んで前記圧力室に対向する当接面を有し、前記当接面が前記振動板から離間した退避位置、及び、前記当接面が前記振動板に当接する進出位置の間で前記対向面に対して交差する交差方向に変位するアクチュエータと、
前記対向面において前記当接面に対向する領域を覆う第１保護膜と、を備えている、液体吐出装置。

【請求項2】

前記領域を覆う前記第１保護膜のサイズは、前記当接面のサイズと同じ又は前記当接面のサイズよりも大きい、請求項１に記載の液体吐出装置。

【請求項3】

前記第１保護膜の厚みは１ｍｍ以下である、請求項１又は２に記載の液体吐出装置。

【請求項4】

前記第１保護膜は金属製である、請求項１～３のいずれか一項に記載の液体吐出装置。

【請求項5】

前記流路形成体は、前記圧力室の周囲を取り囲む外周縁を有し、
前記当接面は、前記外周縁に沿った外縁を有している、請求項１～４のいずれか一項に記載の液体吐出装置。

【請求項6】

前記当接面、及び、前記当接面に平行な前記圧力室の断面は、楕円形状である、請求項１～５のいずれか一項に記載の液体吐出装置。

【請求項7】

前記当接面を覆う第２保護膜を備えている、請求項１～６のいずれか一項に記載の液体吐出装置。

【請求項8】

前記第２保護膜のヤング率は前記第１保護膜のヤング率よりも低い、請求項７に記載の液体吐出装置。

【請求項9】

前記第２保護膜はアルミニウム製である、請求項７又は８に記載の液体吐出装置。

【請求項10】

前記第２保護膜の厚みは１ｍｍ以下である、請求項７～９のいずれか一項に記載の液体吐出装置。

【請求項11】

前記交差方向の前記当接面側へ前記振動板を移動する変位部材を備えている、請求項１～１０のいずれか一項に記載の液体吐出装置。

【請求項12】

前記変位部材は、弾性体又はバネから成る、請求項１１に記載の液体吐出装置。

【請求項13】

前記振動板は、撓み変形可能な薄膜であって、
前記第１保護膜のサイズは、前記被覆面のうち前記圧力室を覆う領域のサイズよりも小さい、請求項１～１０のいずれか一項に記載の液体吐出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、液体吐出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

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

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－４４８０５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記特許文献１の液滴吐出装置では、アクチュエータの先端部を振動板から離してから振動板に衝突させることにより、液室の液体に圧力を付与してノズルから液滴を吐出させている。このように、大きな衝撃力を振動板に与えることにより、高粘度の液体を吐出させることが可能となる一方、振動板が破損し装置の寿命が短くなるおそれがある。

【0005】

本発明はこのような事態に鑑み、高粘度の液体を吐出可能としながら、長寿命化を図ることができる液体吐出装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明のある態様に係る液体吐出装置は、液体を吐出するノズル、及び、前記ノズルに連通する圧力室が形成された流路形成体と、前記流路形成体に積層され、前記圧力室を覆う被覆面、及び、前記被覆面と反対側の対向面を有する振動板と、前記振動板を挟んで前記圧力室に対向する当接面を有し、前記当接面が前記振動板から離間した退避位置、及び、前記当接面が前記振動板に当接する進出位置の間で前記対向面に対して交差する交差方向に変位するアクチュエータと、前記対向面において前記当接面に対向する領域を覆う第１保護膜と、を備えている。

【発明の効果】

【0007】

本発明は、上記構成を有し、高粘度の液体を吐出可能としながら、長寿命化を図ることができる。

【0008】

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

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施の形態１に係る液体吐出装置を概略的に示す図である。

【図2】図１の液体吐出装置の一例を示す機能ブロック図である。

【図3】図３（ａ）は、図１のヘッドの一部を概略的に示す断面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）の対向面、第１保護膜及び当接面の関係を示す図である。

【図4】図４（ａ）は、当接面が第１進出位置にある場合のヘッドの一部を概略的に示す断面図である。図４（ｂ）は、当接面が第２進出位置にある場合のヘッドの一部を概略的に示す断面図である。図４（ｃ）は、当接面が退避位置にある場合のヘッドの一部を概略的に示す断面図である。図４（ｄ）は、当接面が第１保護膜に衝突したときのヘッドの一部を概略的に示す断面図である。

【図5】図５（ａ）は、当接面が第２進出位置にある場合のメニスカスを概略的に示す断面図である。図５（ｂ）は、当接面が退避位置にある場合のメニスカスを概略的に示す断面図である。図５（ｃ）は、当接面が第１保護膜に衝突したときのメニスカスを概略的に示す断面図である。図５（ｄ）は、当接面が第１進出位置に押し込まれたときのメニスカスを概略的に示す断面図である。

【図6】変形例１に係る液体吐出装置のヘッドの一部を概略的に示す断面図である。

【図7】変形例２に係る液体吐出装置のヘッドの一部を概略的に示す断面図である。

【図8】図８（ａ）は、実施の形態２に係る液体吐出装置の当接面が第１進出位置にある場合のヘッドの一部を概略的に示す断面図である。図８（ｂ）は、当接面が第２進出位置にある場合のヘッドの一部を概略的に示す断面図である。図８（ｃ）は、当接面が退避位置にある場合のヘッドの一部を概略的に示す断面図である。図８（ｄ）は、当接面が第１保護膜に衝突したときのヘッドの一部を概略的に示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

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

【0011】

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

【0012】

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

【0013】

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

【0014】

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

【0015】

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

【0016】

＜ヘッドの構成＞
ヘッド２０は、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、流路形成体２２、アクチュエータ２３、振動板２４、変位部材２５、第１保護膜２６及びシール部材２７を有している。流路形成体２２は、例えば、直方体形状であって、プラテン１２（図１）の上面に対向する下面、及び、下面と反対側の上面を有している。また、流路形成体２２には、上面に開口する流路開口２８ａ、及び、流路開口２８ａから窪む凹部２８が設けられている。凹部２８において形成されるスペースは、上下方向に直交する断面が前後方向の径が左右方向の径よりも大きい楕円形の柱形状である。流路開口２８ａから凹部２８に振動板２４が嵌められることで、凹部２８に圧力室２９が形成される。さらに、流路形成体２２には液体流路が形成されており、この液体流路は、複数のノズル２１、複数の個別流路３０、供給マニホールド３１を有している。

【0017】

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

【0018】

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

【0019】

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

【0020】

圧力室２９は、その上流端が絞り流路３２に接続され、その下流端が連通路３３に接続されており、これらの間において前後方向に延びている。前後方向に直交する圧力室２９の断面積は、前後方向に直交する絞り流路３２の断面積よりも大きい。

【0021】

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

【0022】

振動板２４は、例えば、シリコン等の非金属、又は、ＳＵＳ等の金属から成る。振動板２４は、上下方向に直交する振動板２４の断面が前後方向の径が左右方向の径よりも大きい楕円形の柱形状である。振動板２４は、上下方向に変位可能に凹部２８に嵌められている。この振動板２４の断面は、上下方向に直交する凹部２８の断面と同じ形状であって、この断面よりも少し小さく、振動板２４の中心軸は凹部２８の中心軸と一致する。

【0023】

振動板２４は、被覆面２４ａ、被覆面２４ａとは反対側の対向面２４ｂ、及び、被覆面２４ａの外周縁と対向面２４ｂと外周縁を接続する外周面２４ｃを有している。対向面２４ｂは、上下方向に対して交差（例えば、直交）しており、平坦であって、流路開口２８ａから外側に現れている。

【0024】

外周面２４ｃは、振動板２４の中心軸を取り囲んで上下方向に延びている。外周面２４ｃは、凹部２８を形成する流路形成体２２の内面である凹部壁面２２ａに平行に配置され、凹部壁面２２ａに対向している。外周面２４ｃには、周方向に延びる環状の溝２４ｄが設けられている。溝２４ｄには、環状のシール部材２７が嵌められている。

【0025】

シール部材２７は、ゴム等の弾性材から成り、凹部壁面２２ａと外周面２４ｃとの間に介在し、圧力室２９から流路開口２８ａの外に液体が漏れることを低減している。なお、溝２４ｄは、凹部壁面２２ａに設けられていてもよい。この場合も、溝２４ｄに嵌められたシール部材２７が凹部壁面２２ａと外周面２４ｃとの間に介在し、液体が外部に漏れるのを低減する。

【0026】

被覆面２４ａは、上下方向に対して交差（例えば、直交）しており、平坦であって、圧力室２９の上部を覆っている。これにより、圧力室２９は、凹部２８のうち、凹部壁面２２ａ及び振動板２４の被覆面２４ａにより囲まれた空間である。被覆面２４ａは圧力室２９の上面を形成し、凹部壁面２２ａは、圧力室２９の下面、及び、この上面の外周縁と下面の外周縁とを接続する側面を形成する。この凹部壁面２２ａには、上下方向に直交する平面において、圧力室２９の周囲を取り囲む楕円形状の外周縁２９ａが設けられる。

【0027】

振動板２４は、その上端に、上下方向に直交する径方向の外側に拡がる鍔２４ｅが設けられている。鍔２４ｅは、流路形成体２２の上面よりも上方において外周面２４ｃから突出しており、流路形成体２２の上面と平行に配置されている。

【0028】

変位部材２５は、上下方向に弾性を有する弾性体２５ａから成り、上下方向に中心軸を有する環形状である。例えば、弾性体２５ａにはオーリング等が用いられる。弾性体２５ａが振動板２４に装着されていない状態では、弾性体２５ａの内周長さは、振動板２４の上下方向の軸を中心とする振動板２４の外周面２４ｃに沿った外周長さ以下である。このため、弾性体２５ａは、振動板２４の外周面２４ｃに密着して、外周面２４ｃを取り囲む。

【0029】

弾性体２５ａは、鍔２４ｅと流路形成体２２の上面との間に配置されている。振動板２４が凹部２８において下方に押し込まれると、鍔２４ｅと上面との間に挟まれて上下方向に縮む。これにより、弾性体２５ａは鍔２４ｅと上面との間隔を広げるように上方に向かう復元力を振動板２４に与える。従って、振動板２４に対する下方への押し込み力が除かれると、鍔２４ｅが上面から離れるように振動板２４が上方に変位する。これにより、圧力室２９の容積が大きくなる。

【0030】

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

【0031】

第１保護膜２６は、上下方向の厚みが振動板２４の厚みよりも薄い膜であり、例えば、厚みは１ｍｍ以下である。第１保護膜２６は、楕円形状であって、振動板２４の対向面２４ｂ上に積層されている。第１保護膜２６は、対向面２４ｂ及び圧力室２９よりも小さく、対向面２４ｂ及び圧力室２９と同心になるように配置されている。このため、上方から視て第１保護膜２６の外周縁２６ａは、圧力室２９の外周縁２９ａの内方にあってこの外周縁２９ａに沿っている。

【0032】

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

【0033】

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

【0034】

アクチュエータ２３は、制御装置５０（図１）に接続されており、制御装置５０からの駆動信号に応じて上下方向に伸縮する。これに伴い、当接面２３ａは、振動板２４から離間した退避位置、及び、振動板２４に当接する進出位置の間で、対向面２４ｂに対して交差（例えば、直交）する方向（例えば、上下方向）に移動する。当接面２３ａが進出位置から退避位置に移動すると、凹部２８において振動板２４が上昇し、圧力室２９の容積が増加する。一方、当接面２３ａが退避位置から進出位置に移動すると、凹部２８において振動板２４が下降し、圧力室２９の容積が減少する。

【0035】

進出位置は、図４（ａ）に示す第１進出位置、及び、図４（ｂ）に示す第２進出位置を有している。第１進出位置及び第２進出位置のいずれにおいても、当接面２３ａは第１保護膜２６を介して対向面２４ｂに当接しており、当接面２３ａが第１保護膜２６に当接していない平衡状態の弾性体２５ａの上下方向の厚みよりも厚みが縮まるように当接面２３ａが振動板２４を凹部２８内に押し込んでいる。第２進出位置は、第１進出位置よりも下方にある。このため、当接面２３ａが第１進出位置から第２進出位置に移動すると、弾性体２５ａが収縮して復元力が発生すると共に、圧力室２９の容積が減少して圧力室２９に連通するノズル２１の液体が加圧される。

【0036】

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

【0037】

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

【0038】

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

【0039】

波形生成部５３は、アクチュエータ２３に出力される駆動信号の波形を規定する波形信号を生成する。波形生成部５３は、専用の回路であってもよく、演算部５１及び記憶部５２により構成されていてもよい。波形信号は、例えば、パルス信号であって、吐出される液体の量が異なる複数種類の吐出波形信号を含んでいる。

【0040】

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

【0041】

制御装置５０は、ヘッド駆動回路５５を介してアクチュエータ２３に接続されている。制御装置５０は、波形信号及び波形選択データをヘッド駆動回路５５に出力し、ヘッド駆動回路５５は波形信号及び波形選択データから駆動信号を生成してアクチュエータ２３に出力する。これにより、アクチュエータ２３が駆動信号に応じて駆動し、圧力室２９の容積が変化して、圧力室２９の液体に圧力が付与され、液体がノズル２１から吐出される。この吐出動作の詳細については後述する。

【0042】

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

【0043】

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

【0044】

＜吐出動作＞
吐出動作では、図４（ａ）に示すように、当接面２３ａは第１進出位置に配置されている。そして、制御装置５０は、図４（ｂ）に示すように、当接面２３ａを第１進出位置から第２進出位置に移動するようにアクチュエータ２３を制御する。これにより、振動板２４が凹部２８内において下方に押し込まれる。そして、弾性体２５ａが収縮し、振動板２４を上方に押し上げる力が発生する。

【0045】

また、圧力室２９の容積が減少し、図５（ａ）に示すように、ノズル孔２１ａにおけるメニスカスＤは、圧力室２９側である上方に窪むように湾曲した凹型曲面形状になる。この凹型曲面形状は、例えば、上下方向の寸法が、上下方向に直交する方向の寸法よりも小さい。また、ノズル２１を形成する流路形成体２２の内面であるノズル壁面２２ｂにおけるメニスカスＤはノズル孔２１ａに位置する。

【0046】

続いて、制御装置５０は、図４（ｃ）に示すように、当接面２３ａを第２進出位置から退避位置に移動するようにアクチュエータ２３を制御する。この退避位置では、当接面２３ａが第１保護膜２６から離れて、第１保護膜２６よりも上方に位置しており、当接面２３ａから振動板２４に荷重が与えられていない。これにより、収縮していた弾性体２５ａが延伸し、弾性体２５ａの復元力により振動板２４が上方に押し上げられる。

【0047】

ここで、この振動板２４の復元力によって第１保護膜２６は当接面２３ａに当接しながら上昇する。そして、振動板２４の上昇に伴い復元力が低下し、振動板２４の移動速度が当接面２３ａの移動速度よりも低下する。これにより、当接面２３ａは第１保護膜２６から離れて退避位置まで上昇し、当接面２３ａの下方において振動板２４は復元力に応じた距離、上昇する。なお、この振動板２４の上昇を待つ間、当接面２３ａが退避位置に停止していてもよい。

【0048】

振動板２４の上昇により、圧力室２９の容積が増加し、圧力室２９内における液体の圧力が減少する。よって、図５（ｂ）に示すように、圧力室２９に連通路３３を介して連通するノズル孔２１ａにおけるメニスカスＤは、上方に引き込まれる。この際、ノズル壁面２２ｂ上を移動する液体の摩擦力、及び、液体の粘性によって、ノズル壁面２２ｂ上にはある厚みの液体が留まる。一方、メニスカスＤは、ノズル２１の中心軸Ｃに近いほど大きく上方に引き込まれる。このため、ノズル２１の中心軸Ｃでは、当接面２３ａが退避位置にある場合のメニスカスＤは、図５（ａ）のメニスカスＤよりも上方にある。例えば、図５（ｂ）のメニスカスＤの凹型曲面形状は、上下方向の寸法が、上下方向に直交する方向の寸法よりも大きい。このメニスカスＤの内径は、ノズル２１の径よりも小さく、例えば、ノズル２１の径の１／４以上且つ１／３以下である。

【0049】

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

【0050】

さらに、図４（ａ）に示すように当接面２３ａが衝突位置から第１進出位置まで下方に移動すると、振動板２４が凹部２８に押し込まれる。これにより、圧力室２９の容積が縮小し、ノズル２１内の液体が加圧される。図５（ｄ）に示すように、ノズル２１の中心軸Ｃに近いほど液体の流路抵抗が小さいため、ノズル２１に中心軸にある液柱Ｄａに大きな圧力が加わり、液柱Ｄａが分離して液滴Ｄｂになって、ノズル孔２１ａから吐出される。

【0051】

そして、当接面２３ａを第１進出位置で保持する。液体は、供給マニホールド３１から絞り流路３２、圧力室２９及び連通路３３を介してノズル２１に供給される。これにより、液滴Ｄｂが吐出されたノズル孔２１ａのメニスカスＤでは、圧力室２９側である上方に窪むように湾曲した安定的な凹型曲面形状に戻る。

【0052】

上記のように、液体吐出装置１０は、液体を吐出するノズル２１、及び、ノズル２１に連通する圧力室２９が形成された流路形成体２２と、流路形成体２２に積層され、圧力室２９を覆う被覆面２４ａ、及び、被覆面２４ａと反対側の対向面２４ｂを有する振動板２４と、振動板２４を挟んで圧力室２９に対向する当接面２３ａを有し、当接面２３ａが振動板２４から離間した退避位置、及び、当接面２３ａが振動板２４に当接する進出位置の間で対向面２４ｂに対して交差（例えば、直交）する交差方向に変位するアクチュエータ２３と、対向面２４ｂにおいて当接面２３ａに対向する領域を覆う第１保護膜２６と、を備えている。

【0053】

このように、アクチュエータ２３により当接面２３ａを退避位置から進出位置に移動させて第１保護膜２６を介して振動板２４に衝突させることにより、この大きな衝突エネルギにより圧力室２９の液体に大きな圧力が付与され、高粘度の液体をノズル２１から吐出することができる。さらに、当接面２３ａが振動板２４から離間することにより、当接面２３ａが第１保護膜２６を介して振動板２４に接触している場合よりも、振動板２４の移動速度を速めるため、高粘度の液体であっても駆動周期の低下を抑制することができる。また、当接面２３ａが第１保護膜２６を介して振動板２４に当たるため、当接面２３ａによる衝突から第１保護膜２６により振動板２４が保護されて、振動板２４の破損を低減し、液体吐出装置１０の長寿命化を図ることができる。

【0054】

また、液体吐出装置１０では、前記領域を覆う第１保護膜２６のサイズは、当接面２３ａのサイズと同じ又は当接面２３ａのサイズよりも大きい。これにより、当接面２３ａが振動板２４に直接、当たって破損することを防止し、液体吐出装置１０の長寿命化を図ることができる。

【0055】

さらに、液体吐出装置１０では、第１保護膜２６の厚みは１ｍｍ以下である。これにより、第１保護膜２６の残留応力を低く抑えられ、第１保護膜２６が振動板２４を変形したり、振動板２４から剥がれたりすることを抑制することができる。このため、第１保護膜２６により振動板２４の破損が低減され、液体吐出装置１０の長寿命化を図ることができる。

【0056】

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

【0057】

さらに、液体吐出装置１０では、流路形成体２２は、圧力室２９の周囲を取り囲む外周縁２９ａを有し、当接面２３ａは、外周縁２９ａに沿った外縁２３ａ２を有している。これにより、当接面２３ａが圧力室２９の液体に均等な圧力を付与することができる。

【0058】

また、液体吐出装置１０では、当接面２３ａ、及び、当接面２３ａに平行な圧力室２９の断面は、楕円形状である。これにより、当接面２３ａが圧力室２９の液体に均等な圧力を付与することができる。また、例えば、当接面２３ａ及び圧力室２９について前後方向のサイズよりも左右方向のサイズを小さくすることにより、左右方向において圧力室２９に連通するノズル２１の高密度化を図ることができる。

【0059】

さらに、液体吐出装置１０は、対向面２４ｂに対して交差する交差方向の当接面２３ａ側へ振動板２４を移動する変位部材２５を備えている。このような液体吐出装置１０において、弾性体２５ａにより振動板２４が当接面２３ａ側に移動して圧力室２９の容積を拡大することでメニスカスＤを大きく当接面２３ａ側へ引き込むことができる。よって、高粘度の液体であっても、メニスカスＤから液柱Ｄａを形成して、この液柱Ｄａから液滴Ｄｂを分離し、液滴Ｄｂを効率的に吐出することができる。

【0060】

また、液体吐出装置１０では、変位部材２５は弾性体２５ａから成る。この弾性体２５ａが伸縮して変形することにより振動板２４が変位するため、液体吐出装置１０の小型化を図ることができる。

【0061】

＜変形例１＞
変形例１に係る液体吐出装置１０では、実施の形態１において、図６に示すように、変位部材２５は、バネ２５ｂから成る。バネ２５ｂは、例えば、圧縮コイルばねであって、上下方向に延びる中心軸の周囲を螺旋状に取り囲む筒形状を有し、上下方向に伸縮可能である。バネ２５ｂの内側に振動板２４が嵌められて、バネ２５ｂは、鍔２４ｅと流路形成体２２の上面との間において振動板２４の外周面２４ｃを取り囲む。

【0062】

バネ２５ｂは、縮むことにより復元力が発生し、この復元力によって振動板２４を当接面２３ａ側に押し上げて、振動板２４を上方に変位させる。この変位部材２５にバネ２５ｂを用いることにより、バネ２５ｂのばね定数に応じて振動板２４の移動速度及び移動距離を容易に調整することができる。

【0063】

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

【0064】

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

【0065】

第２保護膜３４は、上下方向に対して交差（例えば、直交）する当接面２３ａを覆い、当接面２３ａに直交する方向の厚みが薄い膜であり、厚みは１ｍｍ以下である。これにより、第２保護膜３４の残留応力を低く抑えられ、第２保護膜３４が当接面２３ａから剥がれることを抑制することができる。

【0066】

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

【0067】

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

【0068】

（実施の形態２）
実施の形態２に係る液体吐出装置１０は、実施の形態１及び変形例１、２において、図８（ａ）～図８（ｄ）に示すように、変位部材２５及びシール部材２７を備えず、振動板１２４は撓み変形可能な薄膜である。例えば、振動板１２４は、流路形成体２２の上面に直交する方向の厚みが薄い平板形状であって、ダイアフラム等の弾性を有する薄膜が用いられる。振動板１２４は、シリコン等の非金属、又は、ＳＵＳ等の金属から成る。

【0069】

振動板１２４は、その下面である被覆面１２４ａ、及び、被覆面１２４ａとは反対側の対向面１２４ｂを有している。被覆面１２４ａが流路形成体２２の上面に固定されており、流路形成体２２の流路開口２８ａを覆う。これにより、流路開口２８ａから窪む凹部２８に圧力室２９が形成され、圧力室２９の上面が被覆面１２４ａにより構成される。

【0070】

第１保護膜２６は、振動板１２４の対向面１２４ｂ上に積層され、流路開口２８ａ及び圧力室２９よりも小さく、流路開口２８ａ及び圧力室２９と同心になるように配置されている。また、第１保護膜２６は、当接面２３ａと対向する対向領域を覆い、アクチュエータ２３の当接面２３ａに対向する。

【0071】

当接面２３ａが対向面１２４ｂに当接して進出位置へ押し下げられると、振動板１２４が流路形成体２２の上面よりも下方に撓み、圧力室２９の容積が減少する。また、振動板１２４は、上方へ向く復元力が生じる。この復元力によって、当接面２３ａが対向面１２４ｂから離間して退避位置へ上昇すると、振動板１２４が流路形成体２２の上面よりも上方に撓み、圧力室２９の容積が増加する。

【0072】

＜吐出動作＞
図８（ａ）に示すように、当接面２３ａは第１進出位置に配置されている。そして、制御装置５０は、図８（ｂ）に示すように、当接面２３ａを第１保護膜２６に当接させて、第１進出位置から第２進出位置へ下降させるようアクチュエータ２３を制御する。これにより、振動板１２４が下方に撓んで変形し、圧力室２９の容積が減少すると共に、上方に向かう復元力が振動板１２４に発生する。ここでは、図５（ａ）に示す、上方に窪んだメニスカスＤがノズル孔２１ａに形成される。

【0073】

続いて、制御装置５０は、図８（ｃ）に示すように、当接面２３ａを第２進出位置から退避位置へ上昇させるようにアクチュエータ２３を制御する。これにより、当接面２３ａが上昇すると共に、振動板１２４の復元力によって第１保護膜２６は当接面２３ａに当接しながら上昇する。この上昇に伴い復元力が低下し、当接面２３ａは第１保護膜２６から離れて退避位置まで上昇する。また、振動板１２４は、流路形成体２２の上面よりも上方に突出するように撓み、圧力室２９の容積が増加する。これにより、メニスカスＤは、図５（ｂ）に示すように、図５（ａ）のメニスカスＤよりも上方に引き込まれる。

【0074】

その後、制御装置５０は、当接面２３ａを退避位置から第１進出位置へ下降させるようにアクチュエータ２３を制御する。この際、図８（ｄ）に示すように、当接面２３ａは第１保護膜２６に衝突する。この衝撃力により、圧力室２９内の液体に大きな衝突エネルギが加えられ、圧力室２９内の圧力が増加する。この圧力波が圧力室２９から連通路３３を介してノズル２１内の液体に伝播するため、図５（ｃ）に示すように、メニスカスＤにおいて、ノズル２１の中心軸Ｃに下方に突出する液柱Ｄａが形成される。

【0075】

さらに、図８（ａ）に示すように、当接面２３ａが振動板１２４を第１進出位置まで下方に押し込み、圧力室２９の容積が減少する。これにより、ノズル２１内の液体が加圧されて、図５（ｄ）に示すように、液柱Ｄａが液滴ＤｂとしてメニスカスＤから分離してノズル２１から吐出される。そして、液体が供給マニホールド３１から絞り流路３２を介して圧力室２９に供給される。

【0076】

このような液体吐出装置１０も、流路形成体２２、振動板１２４、アクチュエータ２３及び第１保護膜２６を備えている。当接面２３ａが第１保護膜２６を介して振動板１２４に衝突することにより、高粘度の液体をノズル２１から吐出することができる。また、当接面２３ａが振動板１２４から離間することにより、振動板１２４の移動速度を速め、高粘度の液体であっても駆動周期の低下を抑制することができる。さらに、当接面２３ａが第１保護膜２６を介して振動板１２４に当たるため、第１保護膜２６が衝突による振動板１２４の破損を低減し、液体吐出装置１０の長寿命化を図ることができる。

【0077】

また、変形する振動板１２４により、液体吐出装置１０は変位部材２５及びシール部材２７を備えないため、液体吐出装置１０の構成を簡素化することができる。

【0078】

さらに、第１保護膜２６のサイズは、被覆面１２４ａのうち圧力室２９を覆う領域のサイズよりも小さい。例えば、被覆面１２４ａのうち圧力室２９を覆う領域は、被覆面１２４ａのうち流路開口２８ａを覆う領域に相当する。この流路開口２８ａにおいて振動板１２４は撓み変形可能であるため、第１保護膜２６が流路開口２８ａよりも小さいことにより、流路開口２８ａにおける振動板１２４の変形を第１保護膜２６が阻害することを低減することができる。

【0079】

＜その他の変形例＞
上記全ての実施の形態及び変形例において、当接面２３ａを第１進出位置から第２進出位置へ下降させた後に第２進出位置から退避位置へ上昇させていた。ただし、当接面２３ａを第１進出位置から第２進出位置へ下降させずに、第１進出位置から退避位置へ上昇させてもよい。これにより、アクチュエータ２３の駆動間隔を短縮化でき、印刷の高速化を図ることができる。

【0080】

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

【0081】

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

【産業上の利用可能性】

【0082】

本発明の液体吐出装置は、高粘度の液体を吐出可能としながら、長寿命化を図ることができる液体吐出装置等として有用である。

【符号の説明】

【0083】

１０ ：液体吐出装置
２１ ：ノズル
２２ ：流路形成体
２３ ：アクチュエータ
２３ａ ：当接面
２４ ：振動板
２４ａ ：被覆面
２４ｂ ：対向面
２５ ：変位部材
２５ａ ：弾性体
２５ｂ ：バネ
２６ ：第１保護膜
２９ ：圧力室
３４ ：第２保護膜
１２４ ：振動板
１２４ａ ：被覆面
１２４ｂ ：対向面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】