特許 7600601 吐出ヘッド、吐出ユニット、液体を吐出する装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-09

(45)【発行日】2024-12-17

(54)【発明の名称】吐出ヘッド、吐出ユニット、液体を吐出する装置

(51)【国際特許分類】

   B41J 2/045 20060101AFI20241210BHJP

   B05C 5/00 20060101ALI20241210BHJP

【ＦＩ】

B41J2/045

B05C5/00 101

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2020171568

(22)【出願日】2020-10-09

(65)【公開番号】P2021151767

(43)【公開日】2021-09-30

【審査請求日】2023-08-24

(31)【優先権主張番号】P 2020050474

(32)【優先日】2020-03-23

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000006747

【氏名又は名称】株式会社リコー

(74)【代理人】

【識別番号】230100631

【弁護士】

【氏名又は名称】稲元 富保

(72)【発明者】

【氏名】松藤 良太

(72)【発明者】

【氏名】甘利 清志

(72)【発明者】

【氏名】本多 領

(72)【発明者】

【氏名】酒井 慶太郎

【審査官】岩本 太一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－２３０１２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０５１４７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０００－５０６５９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０２０－５０１８８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５８－１０２７７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－００６０１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０４６６９６６０（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ４１Ｊ ２／０１－２／２１５

Ｂ０５Ｃ ５／００－５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

液体を吐出するノズルと、
前記ノズルを開閉する弁体と、
前記弁体を駆動する圧電素子と、を備え、
前記弁体は、前記圧電素子に電圧が印加されたときに前記ノズルが開く方向に駆動され、
前記圧電素子と並列に、前記ノズルが開く方向に前記弁体を付勢する第１付勢手段を備え、
前記圧電素子と直列に、前記ノズルが閉じる方向に前記弁体を付勢する第２付勢手段を備えている
ことを特徴とする吐出ヘッド。

【請求項2】

液体を吐出するノズルと、
前記ノズルを開閉する弁体と、
前記弁体を駆動する圧電素子と、
前記弁体が設けられる側と反対側の前記圧電素子の端部を保持する保持部材と、
前記ノズルが閉じる方向に前記圧電素子及び前記弁体を、前記保持部材を介して変位させる手段と、を備え、
前記圧電素子は電圧が印加されたときに前記ノズルを閉じる方向に前記弁体を駆動する
ことを特徴とする吐出ヘッド。

【請求項3】

前記変位させる手段は、
前記圧電素子に対して前記ノズルが位置する側と反対側に設けられ、
前記圧電素子とは別の圧電素子を含む、
ことを特徴とする請求項２に記載の吐出ヘッド。

【請求項4】

前記圧電素子と並列に、前記ノズルが開く方向に前記弁体を付勢する第１付勢手段を備えている
ことを特徴とする請求項２又は３に記載の吐出ヘッド。

【請求項5】

前記圧電素子と直列に、前記ノズルが閉じる方向に前記弁体を付勢する第２付勢手段を備えている
ことを特徴とする請求項２又は３に記載の吐出ヘッド。

【請求項6】

前記弁体の移動を案内する案内部材を備えている
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の吐出ヘッド。

【請求項7】

前記圧電素子と前記弁体との間に、前記弁体の移動に応じて変位可能な変位板を備えている
ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の吐出ヘッド。

【請求項8】

前記ノズルに連通する流路と、前記圧電素子を収容する圧電素子収容空間と、を有するハウジングを備え、
前記変位板は、前記圧電素子収容空間と前記流路との間を仕切る
ことを特徴とする請求項７に記載の吐出ヘッド。

【請求項9】

前記第１付勢手段は、少なくとも、前記圧電素子の伸縮方向の両端部に弾性変形可能なバネ部を有している
ことを特徴とする請求項１又は４に記載の吐出ヘッド。

【請求項10】

前記第１付勢手段は、前記圧電素子の伸縮方向の中央部に弾性変形可能なバネ部を有している
ことを特徴とする請求項９に記載の吐出ヘッド。

【請求項11】

前記第１付勢手段の両端部の前記バネ部は、バネ定数が異なる
ことを特徴とする請求項９又は１０に記載の吐出ヘッド。

【請求項12】

請求項１ないし１１のいずれかに記載の吐出ヘッドを備えている
ことを特徴とする吐出ユニット。

【請求項13】

請求項１ないし１１のいずれかに記載の吐出ヘッド、又は、請求項１２に記載の吐出ユニットを備えている
ことを特徴とする液体を吐出する装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は吐出ヘッド、吐出ユニット、液体を吐出する装置に関する。

【背景技術】

【0002】

液体を吐出する吐出ヘッドとして、ノズルが通じる液室の加圧液体を供給し、ノズルを開閉する弁体を駆動することでノズルから液体を吐出するようにしたものがある。

【0003】

従来、吐出口が連通し、液体を収容している収容室と、収容室の液体を吐出口から吐出させる吐出機構を備え、吐出機構は、収容室内において、吐出口から離間した第１位置と、吐出口の周縁部に接触して吐出口を塞ぐ第２位置との間を往復移動する弁体と、弁体に往復移動のための駆動力を付与する圧電素子と付勢手段とを含む駆動部とを備え、弁体を、第１位置から第２位置に移動させることによって、収容室内の液体を吐出口へと押し出して吐出させる液体吐出装置が知られている（特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１７－１６４７０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、特許文献１に開示の構成にあっては、圧電素子に異常が発生した場合、意図する液体吐出ができず、画像品質が低下するという課題がある。

【0006】

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、圧電素子に異常が発生した場合でも、意図する液体吐出を行い、画像品質の低下を防ぐようにすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の課題を解決するため、本発明の請求項１に係る吐出ヘッドは、
液体を吐出するノズルと、
前記ノズルを開閉する弁体と、
前記弁体を駆動する圧電素子と、を備え、
前記弁体は、前記圧電素子に電圧が印加されたときに前記ノズルが開く方向に駆動され、
前記圧電素子と並列に、前記ノズルが開く方向に前記弁体を付勢する第１付勢手段を備え、
前記圧電素子と直列に、前記ノズルが閉じる方向に前記弁体を付勢する第２付勢手段を備えている
構成とした。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、圧電素子に異常が発生した場合でも、意図する液体吐出を行い、画像品質の低下を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の第１実施形態に係る吐出ヘッドの外観斜視説明図である。

【図2】同じく図１の断面Ｓ１における断面説明図である。

【図3】同吐出ヘッドの１つの吐出モジュールの断面説明図である。

【図4】同吐出モジュールの要部拡大断面説明図である。

【図5】同吐出モジュールの保持部材の拡大説明図である。

【図6】本発明の第２実施形態に係る吐出ヘッドの吐出モジュールの要部拡大断面説明図である。

【図7】本発明の第３実施形態に係る吐出ヘッドの吐出モジュールの要部拡大断面説明図である。

【図8】本発明の第４実施形態に係る吐出ヘッドの吐出モジュールの要部拡大断面説明図である。

【図9】本発明の第５実施形態に係る吐出ヘッドの断面説明図である。

【図10】同吐出ヘッドの１つの吐出モジュールの断面説明図である。

【図11】本発明の第６実施形態に係る吐出モジュールの保持部材の拡大説明図である。

【図12】本発明の第７実施形態に係る吐出モジュールの保持部材の拡大説明図である。

【図13】本発明の第８実施形態に係る吐出モジュールの保持部材の拡大説明図である。

【図14】本発明の第９実施形態に係る液体を吐出する装置で印刷対象物を航空機として印刷するときの説明に供する説明図である。

【図15】同液体を吐出する装置の斜視説明図である。

【図16】本発明の第１０実施形態に係る液体を吐出する装置の斜視説明図である。

【図17】同装置の駆動部の斜視説明図である。

【図18】本発明の第１１実施形態に係る液体を吐出する装置の要部平面説明図である。

【図19】同装置の要部側面説明図である。

【図20】吐出ユニットの他の例の要部平面説明図である。

【図21】吐出ユニットの更に他の例の正面説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。本発明の第１実施形態について図１ないし図５を参照して説明する。図１は同実施形態に係る吐出ヘッドの外観斜視説明図、図２は同じく図１の断面Ｓ１における断面説明図である。図３は同吐出ヘッドの１つの吐出モジュールの断面説明図、図４は同吐出モジュールの要部拡大断面説明図である。図５は同吐出モジュールの保持部材の拡大説明図である。

【0011】

吐出ヘッド１は、ハウジング１０内に、１列又は複数列に並べて配置された複数の吐出モジュール１００を有する。各吐出モジュール１００には、外部から供給ポート１１を介して加圧された液体が供給され、吐出されなかった液体は回収ポート１２から外部に回収される。また、ハウジング１０にはコネクタ２が設けられている

【0012】

吐出モジュール１００は、液体を吐出するノズル１１１が形成されたノズル板１０１と、ノズル１１１が連通し、加圧された液体が供給される流路１１２と、ノズル１１１を開閉するニードル状の弁体１１３と、弁体１１３を駆動する圧電素子１１４とを備えている。

【0013】

ノズル板１０１とハウジング１０とは接合されている。流路１１２は、ハウジング１０に形成された複数の吐出モジュール１００に共通の流路であり、前述したように、供給ポート１１を介して加圧液体が供給され、回収ポート１２から液体が回収される。

【0014】

弁体１１３の先端部には弾性体１１３ａが設けられており、ノズル板１０１に押し付けられたときにノズル１１１を確実に閉塞する。弁体１１３とハウジング１０との間には軸受け部１２１を設け、軸受け部１２１と弁体１１３との間にはＯ－リングなどのシール部材１２２を設けている。

【0015】

圧電素子１１４は、ハウジング１０の圧電素子収容空間１２３内に収容されている。圧電素子１１４は、第１付勢手段を兼ねる保持部材１１５の中央空間１１５ａ内に保持されている。圧電素子１１４と弁体１１３とは同軸上に保持部材１１５の先端部１１５ｂを介して連結されている。

【0016】

保持部材１１５は、圧電素子１１４を収容する中央空間１１５ａを有し、先端部１１５ｂ側が弁体１１３に連結され、後端部１１５ｃ側がハウジング１０に取り付けた圧電素子固定軸１２４により固定されている。

【0017】

保持部材１１５は、第１付勢手段としての保持板バネ１１６を有している。保持板バネ１１６は、圧電素子１１４の伸縮方向に相当する長手方向の両端部に弾性変形可能なバネ部１１６ａ、１１６ｂを有している。バネ部１１６ａは弁体１１３を取付ける先端部１１５ｂ側とし、バネ部１１６ｂは弁体１１３を取付ける先端部１１５ｂ側とは反対側の後端部１１５ｃ側とする。

【0018】

バネ部１１６ａ、１１６ｂは、長手方向と直交する短手方向から交互にスリット１１５ｄを設けてクランク状に残存させることでバネ機能を持たせたものである。本実施形態では、バネ部１１６ａ、１１６ｂのバネ定数はほぼ同じ（同じを含む。）にしている。

【0019】

ここで、保持部材１１５の中央空間１１５ａの長さ（弁体１１３の軸方向の長さ）は、圧電素子１１４の長さよりも短くしている。したがって、圧電素子１１４を保持部材１１５の中央空間１１５ａに嵌め込むとき、保持板バネ１１６はバネ部１１６ａ、１１６ｂの部分が延ばされた状態になる。

【0020】

これにより、圧電素子１１４が図４で矢印ａ方向に収縮したとき、保持板バネ１１６も矢印ｂ方向に収縮して、ノズル１１１が開く方向に弁体１１３を引っ張る付勢力を弁体１１３に作用させる。

【0021】

ここで、圧電素子１１４は、電圧印加手段２００によって電圧が印加されたときにＤ３１モードで動作して、ノズル１１１が開く方向に弁体１１３を駆動する。つまり、弁体１１３は、圧電素子１１４に電圧が印加されることによりノズル１１１が開く方向に駆動される。

【0022】

したがって、圧電素子１１４に電圧を印加していないときには、弁体１１３がノズル１１１を閉塞しているので、流路１１２に加圧液体が供給されていても、ノズル１１１から液体が吐出されることはない。

【0023】

そして、圧電素子１１４に電圧を印加することで、圧電素子１１４が収縮して、保持部材１１５を介して弁体１１３を引っ張るので、弁体１１３がノズル１１１から離間してノズル１１１を開放する。これにより、流路１１２に供給されている加圧液体がノズル１１１から吐出される。

【0024】

次に、本実施形態の作用効果について説明する。

【0025】

まず、比較例として、弁体１１３を駆動する圧電素子が、電圧が印加されたときに弁体１１３を閉じる方向に伸長するＤ３３モードで動作する場合について説明する。

【0026】

圧電素子がＤ３３モードで動作するときには、電圧を印加した状態にして弁体１１３をノズル１１１側に押し付けて閉塞しておく。そして、液体を吐出させるときに、圧電素子に対する電圧の印加を停止し、あるいは、電圧を低くして、弁体１１３を開く方向に移動させてノズル１１１を開放する。

【0027】

圧電素子のＤ３３モードは、応答性が高く、変位量が大きいというメリットがあり、弁体１１３の開閉動作の応答性が高く、ノズル１１１から吐出する液体の滴速度、滴量のばらつきを小さくすることができる。

【0028】

しかしながら、圧電素子にマイグレーションなどによる機能劣化が生じて電圧を印加しても伸長状態を保持できなくなると、弁体１１３が開放位置に移動してノズル１１が開放され、流路１１２に加圧液体が供給されているため、常時吐出状態になる。

【0029】

これに対して、本実施形態では、圧電素子１１４がＤ３１モードで動作する構成としているので、電圧を印加していないときには弁体１１３がノズル１１１を閉じる位置に保持されている。

【0030】

そして、圧電素子１１４に電圧を印加することで圧電素子１１４が収縮して、弁体１１３が開き、ノズル１１１から液体が吐出される。

【0031】

したがって、圧電素子１１４にマイグレーションなどによる機能劣化が生じても、弁体１１３がノズル１１１を開放する位置に移動しないので、常時吐出状態になることもない。

【0032】

ここで、圧電素子１１４をＤ３１モードで動作させると、Ｄ３３モードで動作せる場合に比べて、応答性、変位量が低いので、弁体１１３の開閉応答性が低下し、吐出特性のばらつきが大きくなるおそれがある。

【0033】

そこで、本実施形態では、圧電素子１１４と並列な第１付勢手段（保持板バネ１１６）を有する保持部材１１５によって圧電素子１１４を保持している。つまり、圧電素子１１４と並列に、ノズル１１１が開く方向に弁体１１３を付勢する第１付勢手段を備えている
。

【0034】

これにより、圧電素子１１４に電圧を印加して圧電素子１１４を収縮させ、ノズル１１１が開く方向に弁体１１３を移動させるとき、保持板バネ１１６の収縮によって弁体１１３の開位置への移動がアシストされる。

【0035】

したがって、弁体１１３を移動させる力が高まり、弁体１１３によるノズル１１１の開放移動の応答性が向上し、吐出特性のばらつきが低減する。

【0036】

これに対して、圧電素子１１４と直列に渦巻ばねなどの付勢手段を配置した場合には、圧電素子の動きに対して付勢手段の動きが独立した動きとなる。そのため、自由振動したときに圧電素子の動きを阻害する方向への振動も発生するという不都合がある。

【0037】

本実施形態では、圧電素子と第１付勢手段とが並列であるので、圧電素子の形状に依存してバネ力（付勢力）が発生するので、圧電素子の動き（変位）と付勢力とが完全に同期でき、アシストすることができる。

【0038】

次に、本発明の第２実施形態について図６を参照して説明する。図６は同実施形態に係る吐出ヘッドの吐出モジュールの要部拡大断面説明図である。

【0039】

本実施形態では、保持部材１１５の先端部１１５ｂと弁体１１３の軸部１１３ｂとの間に、第２付勢手段である圧縮ばね１１７を配置している。保持部材１１５は後端部１１５ｃ側が固定されているので、圧縮ばね１１７による付勢力は、弁体１１３に対してノズル１１１を閉じる方向に作用する。

【0040】

これにより、圧電素子１１４に対する電圧の印加が停止され、ノズル１１１を閉じる方向に弁体１１３が移動するとき、圧縮ばね１１７による付勢力によって弁体１１３の閉位置（ノズル１１１を閉塞する位置）への移動がアシストされる。

【0041】

したがって、弁体１１３を移動させる力が高まり、弁体１１３の閉位置への移動の応答性が向上し、吐出特性のばらつきが低減する。

【0042】

次に、本発明の第３実施形態について図７を参照して説明する。図７は同実施形態に係る吐出ヘッドの吐出モジュールの要部拡大断面説明図である。

【0043】

本実施形態では、ハウジング１０の圧電素子収容空間１２３と軸受け部１２１の流路１１２側とは反対側との空間１２５とを仕切る変位板１１８を備えている。変位板１１８は、保持部材１１５と弁体１１３の間に配置され、弁体１１３及び保持部材１１５の移動に追従して変位可能である。

【0044】

このように構成したので、シール部材１２２のシール不良などにより、流路１１２に供給される加圧液体が、弁体１１３の軸受け部１２１との間の隙間を介して圧電素子１１４側にリークした場合でも、圧電素子収容空間１２３への侵入が阻止される。

【0045】

これにより、リークした液体が圧電素子１１４に付着して、圧電素子１１４が動作不良になることを防止できる。

【0046】

次に、本発明の第４実施形態について図８を参照して説明する。図８は同実施形態に係る吐出ヘッドの吐出モジュールの要部拡大断面説明図である。

【0047】

本実施形態において、複数の吐出モジュール１００は、ハウジング１０、フレーム部材２０及びベース部材２１で構成される筐体を共通にして配置されている。ハウジング１０とフレーム部材２０とは変位板１１８を介して結合され、フレーム部材２０の開口部にベース部材２１が取り付けられている。

【0048】

吐出モジュール１００は、液体を吐出するノズル１１１が形成されたノズル板１０１と、ノズル１１１に加圧された液体を供給する流路１１２と、ノズル１１１を開閉するニードル状の弁体１１３と、弁体１１３を駆動する圧電素子１３４とを備えている。

【0049】

ノズル板１０１とハウジング１０とは接合されている。流路１１２は、ハウジング１０に形成された複数の吐出モジュール１００に共通の流路である。

【0050】

弁体１１３の先端部には弾性体１１３ａが設けられており、ノズル板１０１に押し付けられたときにノズル１１１を確実に閉塞する。弁体１１３とハウジング１０との間には軸受け部１２１を設け、軸受け部１２１と弁体１１３との間にはＯ－リングなどのシール部材１２２を設けている。

【0051】

圧電素子１３４は、フレーム部材２０に設けた圧電素子収容空間１２３内に収容されている。圧電素子１３４は、第１付勢手段を兼ねる保持部材１１５の中央空間１１５ａ内に保持されている。圧電素子１３４と弁体１１３とは同軸上に保持部材１１５の先端部１１５ｂを介して連結されている。

【0052】

保持部材１１５は、圧電素子１３４を収容する中央空間１１５ａを有し、先端部１１５ｂ側が弁体１１３に連結されている。

【0053】

保持部材１１５は、第１付勢手段としての保持板バネ１１６を有している。保持板バネ１１６は、前記第１実施形態と同様な、圧電素子１１４の伸縮方向に相当する長手方向の両端部に弾性変形可能なバネ部１１６ａ、１１６ｂを有している。

【0054】

ここで、保持部材１１５の中央空間１１５ａの長さ（弁体１１３の軸方向の長さ）は、圧電素子１３４の長さよりも短くしている。したがって、圧電素子１３４を保持部材１１５の中央空間１１５ａに嵌め込むとき、保持板バネ１１６はバネ部１１６ａ、１１６ｂの部分が延ばされた状態になる。

【0055】

これにより、圧電素子１３４が収縮したとき、保持板バネ１１６も収縮して、ノズル１１１が開く方向に弁体１１３を引っ張る付勢力を弁体１１３に作用させる。

【0056】

ここで、圧電素子１３４は、電圧印加手段２０１から電圧が印加されたときにＤ３３モードで動作して、ノズル１１１を閉じる方向に弁体１１３を駆動する。つまり、弁体１１３は、圧電素子１３４に電圧が印加されることによりノズル１１１が閉じる方向に駆動される。

【0057】

したがって、本実施形態では、圧電素子１３４に電圧を印加して圧電素子１３４を伸長させ、弁体１１３でノズル１１１を閉塞させる。このときには、流路１１２に加圧液体が供給されていても、ノズル１１１から液体が吐出されない。

【0058】

そして、圧電素子１３４に印加する電圧を停止又は下げることで、圧電素子１３４が収縮して、保持部材１１５を介して弁体１１３を引っ張るので、弁体１１３がノズル１１１から離間してノズル１１１を開放する。これにより、流路１１２に供給されている加圧液体がノズル１１１から吐出される。

【0059】

この吐出モジュール１００では、圧電素子１３４とベース部材２１との間に、保持部材１１５を介して、圧電素子１３４及び弁体１１３を、ノズル１１１が閉じる方向に変位させる手段として圧電素子１４４を配置している。

【0060】

そして、圧電素子１３４にマイグレーションなどによる機能劣化が生じて電圧を印加しても伸長状態を保持できなくなったときには、圧電素子１４４に電圧印加手段２０２から電圧を印加して、圧電素子１４４を伸長させる。

【0061】

これにより、保持部材１１５を介して圧電素子１３４が弁体１１３とともに、ノズル１１１を閉じる方向に圧電素子１３４及び弁体１１３が移動し、弁体１１３でノズル１１１が閉じられ、常時吐出状態になることが防止される。

【0062】

このように、本実施形態では、圧電素子１３４をＤ３３モードで動作させて高い応答性と吐出特性を得ながら、常時吐出状態になることを防止できる。

【0063】

なお、圧電素子１３４及び弁体１１３を、弁体１１３が閉じる方向に変位させる手段としては、圧電素子１４４に限るものではなく、ソレノイドなどのアクチュエータを使用することもできる。

【0064】

また、本実施形態では、前記第１ないし第３実施形態で説明したように、通常の動作状態では、保持板バネ１１６（第１付勢手段）、圧縮ばね１１７（第２付勢手段）によるアシストを行うことができる。これにより、一層の応答性の向上を図ることができる。また、圧電素子と第１付勢手段とが並列であるので、圧電素子の形状に依存してバネ力（付勢力）が発生するので、圧電素子の動き（変位）と付勢力とが完全に同期でき、アシストすることができる。

【0065】

次に、本発明の第５実施形態について図９及び図１０を参照して説明する。図９は同実施形態に係る吐出ヘッドの断面説明図、図１０は同吐出ヘッドの１つの吐出モジュールの断面説明図である。

【0066】

吐出ヘッド１は、ハウジング１０及び流路部材１０２内に、１列又は複数列に並べて配置された複数の吐出モジュール１００を有する。各吐出モジュール１００には、外部から供給ポート１１を介して加圧された液体が供給され、吐出されなかった液体は回収ポート１２から外部に回収される。また、ハウジング１０にはコネクタ２が設けられている

【0067】

吐出モジュール１００は、液体を吐出するノズル１１１が形成されたノズル板１０１と、ノズル１１１に加圧された液体を供給する流路１１２を形成する流路部材１０２と、ノズル１１１を開閉するニードル状の弁体１１３と、弁体１１３を駆動する圧電素子１１４とを備えている。

【0068】

ノズル板１０１と流路部材１０２とは接合されている。流路１１２は、流路部材１０２に形成された複数の吐出モジュール１００に共通の流路であり、前述したように、供給ポート１１を介して加圧液体が供給され、回収ポート１２から液体が回収される。

【0069】

弁体１１３の先端部には弾性体１１３ａが設けられており、ノズル板１０１に押し付けられたときにノズル１１１を確実に閉塞する。

【0070】

弁体１１３とハウジング１０との間には、弁体１１３の移動を案内する案内部材（ガイド部材）としてのすべり軸受１２７を設けている。すべり軸受け１２７によって弁体１１３の移動を案内することで、弁体１１３とノズル１１１との中心軸のずれを抑制することができ、吐出曲がりを低減することができる。

【0071】

弁体１１３と流路部材１０２との間にはシール部材１２２を設けている。

【0072】

圧電素子１１４は、ハウジング１０の圧電素子収容空間１２３内に収容されている。圧電素子１１４は、第１付勢手段を兼ねる保持部材１１５の中央空間１１５ａ内に保持されている。圧電素子１１４と弁体１１３とは同軸上に保持部材１１５の先端部１１５ｂを介して連結されている。

【0073】

保持部材１１５は、圧電素子１１４を収容する中央空間１１５ａを有し、先端部１１５ｂ側が弁体１１３に連結され、後端部１１５ｃ側がハウジング１０に取り付けた圧電素子固定軸１２４により固定されている。

【0074】

保持部材１１５は、第１付勢手段としての保持板バネ１１６を有している。本実施形態では、保持板バネ１１６は、圧電素子１１４の伸縮方向に相当する長手方向の一端部側（弁体１１３を取り付ける側）にだけ弾性変形可能なバネ部１１６ａを有している。

【0075】

ここで、保持部材１１５の中央空間１１５ａの長さ（弁体１１３の軸方向の長さ）は、圧電素子１１４の長さよりも短くしている。したがって、圧電素子１１４を保持部材１１５の中央空間１１５ａに嵌め込むとき、保持板バネ１１６はバネ部１１６ａの部分が延ばされた状態になる。

【0076】

これにより、圧電素子１１４が収縮したとき、保持板バネ１１６も収縮して、弁体１１３を引っ張る方向（弁体１１３をノズル１１１から離間させる方向）の付勢力を弁体１１３に作用させる。

【0077】

ここで、圧電素子１１４は、電圧が印加されたときに弁体１１３を開く方向に収縮するＤ３１モードで動作する。

【0078】

したがって、圧電素子１１４に電圧を印加していないときには、弁体１１３がノズル１１１を閉塞しているので、流路１１２に加圧液体が供給されていても、ノズル１１１から液体が吐出されることはない。

【0079】

そして、圧電素子１１４に電圧を印加することで、圧電素子１１４が収縮して、保持部材１１５を介して弁体１１３を引っ張るので、弁体１１３がノズル１１１から離間してノズル１１１を開放する。これにより、流路１１２に供給されている加圧液体がノズル１１１から吐出される。

【0080】

さらに、すべり軸受け１２７と圧電素子１１４の先端部（保持部材１１５の先端部１１５ｂ）との間には、弁体１１３とハウジング１０との間をシールするＯ－リングなどの弾性部材１２８を配置している。また、圧電素子固定軸１２４とハウジング１０との間をシールするＯ－リングなどの弾性部材１２９を配置している。

【0081】

これにより、圧電素子１１４を収容する圧電素子収容空間１２３が外気から遮断され、圧電素子１１４が湿気から保護される。

【0082】

次に、本発明の第６実施形態について図１１を参照して説明する。図１１は同実施形態に係る吐出モジュールの保持部材の拡大説明図である。

【0083】

本実施形態では、保持板バネ１１６には長手方向の両端部に設けたバネ部１１６ａとバネ部１１６ｂとでバネ定数を異ならせている。ここでは、弁体１１３を取り付ける側のバネ部１１６ａのスリット１１５ｄの数を４つ（片方２つずつ）とし、弁体１１３を取り付ける側と反対側のバネ部１１６ｂのスリット１１５ｄの数を６つ（片方３つずつ）とすることで、バネ定数を異ならせている。

【0084】

このように、保持板バネ１１６の両端部に設けたバネ部１１６ａとバネ部１１６ｂとでバネ定数が異なることにより、圧電素子１１４の変位速度を伸び側と縮み側とで異ならせることができる。

【0085】

例えば、弁体１１３側のバネ数を増やすことで縮みの速度を速くし、弁体１１３と逆側のバネ数を増やすことで伸びの速度を速くする。

【0086】

次に、本発明の第７実施形態について図１２を参照して説明する。図１２は同実施形態に係る吐出モジュールの保持部材の拡大説明図である。

【0087】

本実施形態では、保持板バネ１１６には長手方向の両端部にバネ部１１６ａとバネ部１１６ｂを設けるとともに、長手方向の中央部にバネ部１１６ｃを設けている。なお、バネ部１１６ｃの構成は、バネ部１１６ａ、１１６ｂと同様である。

【0088】

このように、保持板バネ１１６の両端部及び中央部にバネ部１１６ａ～１１６ｃを設けることで、保持板バネ１１６全体を変位させることができ、圧電素子１１４の変位力を無駄なく弁体１１３に伝達できる。

【0089】

次に、本発明の第８実施形態について図１３を参照して説明する。図１３は同実施形態に係る吐出モジュールの保持部材の拡大説明図である。

【0090】

本実施形態では、保持板バネ１１６には長手方向の両端部に設けたバネ部１１６ａとバネ部１１６ｂとでバネ定数を異ならせている。ここでは、弁体１１３を取り付ける側のバネ部１１６ａのスリット１１５ｄの間隔ｄａを、弁体１１３を取り付ける側と反対側のバネ部１１６ｂのスリット１１５ｄの間隔ｄｂよりも広くすることで、バネ定数を異ならせている。

【0091】

このように、保持板バネ１１６の両端部に設けたバネ部１１６ａとバネ部１１６ｂとでバネ定数が異なることにより、圧電素子１１４の変位速度を伸び側と縮み側とで異ならせることができる。

【0092】

次に、本発明の第９実施形態について図１４及び図１５を参照して説明する。図１４は同実施形態に係る液体を吐出する装置で印刷対象物を航空機として印刷するときの説明に供する説明図、図１５は同液体を吐出する装置の斜視説明図である。

【0093】

液体を吐出する装置５００は、前記吐出ヘッド１を含む吐出ユニット５０１を搭載した移動体であるキャリッジを往復直線移動させるリニアレール５０４と、リニアレール５０４を適宜所定の位置へ移動させ、その位置で保持する多関節ロボット５０５とを備えている。

【0094】

多関節ロボット５０５は、複数の関節によって人間の腕のように自由な動きを可能としたロボットアーム５０５ａを備えており、ロボットアーム５０５ａの先端を自由に移動させ、且つ、正確な位置に配置することができる。

【0095】

多関節ロボット５０５としては、例えば、６つの軸、すなわち６つの関節を備えた６軸制御型の産業用ロボットを用いることができる。６軸型の多関節ロボットによれば予め動作に関する情報をティーチングしておくことできわめて正確、且つ、迅速にリニアレール５０４を印刷対象物７００（航空機）の所定位置に対峙させることができる。ロボット５０５は、６軸に限定されるものではなく、５軸、７軸など適宜の軸数を備えた多関節ロボットを用いることができる。

【0096】

このロボット５０５のロボットアーム５０５ａに二股に枝分かれしたフォーク状の支持部材５２４を設け、この支持部材５２４の左側の枝部５２４ａの先端に垂直リニアレール５２３ａを、右側の枝部５２４ｂの先端に垂直リニアレール５２３ｂを平行になるようにして取り付けている。

【0097】

そして、吐出ユニット５０１を移動可能に保持したリニアレール５０４の両端を、２つの垂直リニアレール５２３ａ，５２３ｂにそれぞれ架け渡すようにして支持させている。

【0098】

吐出ユニット５０１は、例えば、ブラック、シアン、マゼンタ、イエロー、ホワイトの各色の液体を吐出する複数の吐出ヘッド１、又は、複数のノズル列を有する吐出ヘッド１を備えている。この吐出ユニット５０１の各吐出ヘッド１又は吐出ヘッド１の各ノズル列に対しては、液体タンク５３０から各色の液体が加圧供給される。

【0099】

この液体を吐出する装置５００においては、ロボット５０５によってリニアレール５０４を印刷対象物７００の所要の印刷領域に対向する位置に移動させる。そして、印刷データに応じて吐出ユニット５０１をリニアレール５０４に沿って移動しながら、吐出ヘッド１の各吐出モジュール１００の圧電素子１１４（又は圧電素子１３４）を駆動して、印刷を行う。

【0100】

そして、１ライン分の印刷が終了したときに、垂直リニアレール５２３ａ，５２３ｂを駆動することにより、吐出ユニット５０１の吐出ヘッド１をあるラインから次のラインに移動させる。

【0101】

この動作を繰り返して、印刷対象物７００の所要の印刷領域に印刷することができる。

【0102】

次に、本発明の第１０実施形態について図１６及び図１７を参照して説明する。図１６は同実施形態に係る液体を吐出する装置の斜視説明図、図１７は同装置の駆動部の斜視説明図である。

【0103】

液体を吐出する装置５００は、車両のボンネットなどの曲面を有する印刷対象物７００に対向させて据付けられる移動可能な枠ユニット８０２を備えている。枠ユニット８０２を構成する左右の枠部材８１０，８１１には、枠部材８１０，８１１に架け渡されるようにして、可動ユニット８１３が垂直方向（Ｙ方向）へ昇降可能に取り付けられている。

【0104】

可動ユニット８１３には、可動ユニット８１３上を水平方向（Ｘ方向）に往復移動可能に配置されたモータを内蔵する駆動部８０３と、この駆動部８０３に取り付けられて印刷対象物７００へ向けて液体を吐出する吐出ユニット５０１とが搭載されている。

【0105】

また、吐出ユニット５０１からの液体の吐出、駆動部８０３の往復移動及び可動ユニット８１３の昇降を制御するコントローラ８０５と、このコントローラ８０５に対して指示を行うＰＣ（パーソナルコンピュータ）などの情報処理装置８０６とを備えている。情報処理装置８０６には、形状や大きさなどの印刷対象物７００に関する情報を記録保存するデータベース部（ＤＢ部）８０７が接続されている。

【0106】

枠ユニット８０２は、金属柱状体等によって形成された上下左右の枠部材８０８，８０９，８１０，８１１と、枠ユニット８０２を自立させるために下側の枠部材８０９の両側に直角且つ水平に取り付けられた左右の脚部材８１２ａ，８１２ｂを備えている。

【0107】

そして、左右の枠部材８１０，８１１の間に架け渡された可動ユニット８１３は、駆動部８０３を支持した状態で昇降可能に構成されている。

【0108】

印刷対象物７００は、液体の吐出方向（Ｚ方向）に直角に、すなわち、枠ユニット８０２の上下左右の枠部材８０８，８０９，８１０，８１１によって形成される平面に対向するようにして配置される。

【0109】

この場合、印刷を行うべき所定の位置に印刷対象物７００を配置させるためには、例えば、多関節型アームロボットのアームの先端に取り付けたチャックによって印刷対象物７００の印刷領域の裏側を吸着保持させることによって行うことができる。多関節型アームロボットを用いることで印刷対象物７００をプリント位置に正確に配置することが可能となり、印刷対象物７００の姿勢を適宜に変更することもできる。

【0110】

駆動部８０３は、図１７に示すように、可動ユニット８１３上を水平方向（Ｘ方向）に往復移動可能に配置されている。そして、可動ユニット８１３は、枠ユニット８０２の左右の枠部材８１０，８１１に架け渡されるようにして水平に配設されたレール８３０と、このレール８３０と平行となるように配設されたラックギヤ８３１と、レール８３０の一部に外嵌されてスライドしながら移動するリニアガイド８３２と、このリニアガイド８３２と連結されてラックギヤ８３１と噛合うピニオンギヤユニット８３３と、このピニオンギヤユニット８３３を回転駆動する減速機８３６付きのモータ８３４と、印刷点位置検出用のロータリエンコーダ８３５を備えて構成されている。

【0111】

モータ８３４を駆動（正転又は逆転）することによって吐出ユニット５０１を可動ユニット８１３に沿って右方向または左方向に移動させる。そして、駆動部８０３は吐出ユニット５０１のＸ方向の駆動機構として機能する。なお、減速機８３６の筐体の両側にはリミットスイッチ３７ａ，３７ｂが取付けられている。

【0112】

吐出ユニット５０１は、例えば、ブラック、シアン、マゼンタ、イエロー、ホワイトの各色の液体を吐出する複数の吐出ヘッド１、又は、複数のノズル列を有する吐出ヘッド１を備えている。この吐出ユニット５０１の各吐出ヘッド１又は吐出ヘッド１の各ノズル列に対しては、液体タンクから各色の液体が加圧供給される。

【0113】

この液体を吐出する装置５００においては、可動ユニット８１３をＹ方向に移動させ、吐出ユニット５０１をＸ方向に移動させて、印刷対象物７００に所要の画像を印刷する。

【0114】

次に、本発明の第１１実施形態について図１８及び図１９を参照して説明する。図１８は同実施形態に係る液体を吐出する装置の要部平面説明図、図１９は同装置の要部側面説明図である。

【0115】

この液体を吐出する装置５００は、シリアル型印刷装置であり、主走査移動機構４９３によって、キャリッジ４０３は主走査方向に往復移動する。主走査移動機構４９３は、ガイド部材４０１、主走査モータ４０５、タイミングベルト４０８等を含む。ガイド部材４０１は、左右の側板４９１Ａ、４９１Ｂに架け渡されてキャリッジ４０３を移動可能に保持している。そして、主走査モータ４０５によって、駆動プーリ４０６と従動プーリ４０７間に架け渡したタイミングベルト４０８を介して、キャリッジ４０３は主走査方向に往復移動される。

【0116】

このキャリッジ４０３には、本発明に係る吐出ヘッド１を含む吐出ユニット５０１を搭載している。吐出ユニット５０１の吐出ヘッド１は、例えば、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の各色の液体を吐出する。

【0117】

この装置５００は、用紙４１０を搬送するための搬送機構４９５を備えている。搬送機構４９５は、搬送手段である搬送ベルト４１２、搬送ベルト４１２を駆動するための副走査モータ４１６を含む。

【0118】

搬送ベルト４１２は用紙４１０を吸着して吐出ヘッド１に対向する位置で搬送する。この搬送ベルト４１２は、無端状ベルトであり、搬送ローラ４１３と、テンションローラ４１４との間に掛け渡されている。吸着は静電吸着、あるいは、エアー吸引などで行うことができる。

【0119】

そして、搬送ベルト４１２は、副走査モータ４１６によってタイミングベルト４１７及びタイミングプーリ４１８を介して搬送ローラ４１３が回転駆動されることによって、副走査方向に周回移動する。

【0120】

さらに、キャリッジ４０３の主走査方向の一方側には搬送ベルト４１２の側方に吐出ヘッド１の維持回復を行う維持回復機構４２０が配置されている。

【0121】

維持回復機構４２０は、例えば吐出ヘッド１のノズル面（ノズルが形成された面）をキャッピングするキャップ部材４２１、ノズル面を払拭するワイパ部材４２２などで構成されている。

【0122】

主走査移動機構４９３、維持回復機構４２０、搬送機構４９５は、側板４９１Ａ，４９１Ｂ、背板４９１Ｃを含む筐体に取り付けられている。

【0123】

このように構成した液体を吐出する装置５００においては、用紙４１０が搬送ベルト４１２上に給紙されて吸着され、搬送ベルト４１２の周回移動によって用紙４１０が副走査方向に搬送される。

【0124】

そこで、キャリッジ４０３を主走査方向に移動させながら画像信号に応じて吐出ヘッド１を駆動することにより、停止している用紙４１０に液体を吐出して画像を形成
する。

【0125】

次に、吐出ユニットの他の例について図２０を参照して説明する。図２０は同ユニットの要部平面説明図である。

【0126】

この吐出ユニット５０１、前記液体を吐出する装置５００を構成している部材のうち、側板４９１Ａ、４９１Ｂ及び背板４９１Ｃで構成される筐体部分と、主走査移動機構４９３と、キャリッジ４０３と、吐出ヘッド１で構成されている。

【0127】

なお、この吐出ユニット５０１の例えば側板４９１Ｂに、前述した維持回復機構４２０を更に取り付けた吐出ユニットを構成することもできる。

【0128】

次に、吐出ユニットの更に他の例について図２１を参照して説明する。図２１は同ユニットの正面説明図である。

【0129】

この吐出ユニット５０１は、流路部品４４４が取付けられた吐出ヘッド１と、流路部品４４４に接続されたチューブ４５６で構成されている。

【0130】

なお、流路部品４４４はカバー４４２の内部に配置されている。流路部品４４４の上部には吐出ヘッド１と電気的接続を行うコネクタ４４３が設けられている。

【0131】

本願において、吐出される液体は、ヘッドから吐出可能な粘度や表面張力を有するものであればよく、特に限定されないが、常温、常圧下において、または加熱、冷却により粘度が３０ｍＰａ・ｓ以下となるものであることが好ましい。より具体的には、水や有機溶媒等の溶媒、染料や顔料等の着色剤、重合性化合物、樹脂、界面活性剤等の機能性付与材料、ＤＮＡ、アミノ酸やたんぱく質、カルシウム等の生体適合材料、天然色素等の可食材料、などを含む溶液、懸濁液、エマルジョンなどであり、これらは例えば、インクジェット用インク、表面処理液、電子素子や発光素子の構成要素や電子回路レジストパターンの形成用液、３次元造形用材料液等の用途で用いることができる。

【0132】

液体を吐出するエネルギー発生源として、圧電アクチュエータ（積層型圧電素子及び薄膜型圧電素子）、発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いるサーマルアクチュエータ、振動板と対向電極からなる静電アクチュエータなどを使用するものが含まれる。

【0133】

「吐出ユニット」は、吐出ヘッドに機能部品、機構が一体化したものであり、液体の吐出に関連する部品の集合体が含まれる。例えば、「吐出ユニット」は、ヘッドタンク、キャリッジ、供給機構、維持回復機構、主走査移動機構、液体循環装置の構成の少なくとも一つを吐出ヘッドと組み合わせたものなどが含まれる。

【0134】

ここで、一体化とは、例えば、吐出ヘッドと機能部品、機構が、締結、接着、係合などで互いに固定されているもの、一方が他方に対して移動可能に保持されているものを含む。また、吐出ヘッドと、機能部品、機構が互いに着脱可能に構成されていても良い。

【0135】

例えば、吐出ユニットとして、吐出ヘッドとヘッドタンクが一体化されているものがある。また、チューブなどで互いに接続されて、吐出ヘッドとヘッドタンクが一体化されているものがある。ここで、これらの吐出ユニットのヘッドタンクと吐出ヘッドとの間にフィルタを含むユニットを追加することもできる。

【0136】

また、吐出ユニットとして、吐出ヘッドとキャリッジが一体化されているものがある。

【0137】

また、吐出ユニットとして、吐出ヘッドを走査移動機構の一部を構成するガイド部材に移動可能に保持させて、吐出ヘッドと走査移動機構が一体化されているものがある。また、吐出ヘッドとキャリッジと主走査移動機構が一体化されているものがある。

【0138】

また、吐出ユニットとして、吐出ヘッドが取り付けられたキャリッジに、維持回復機構の一部であるキャップ部材を固定させて、吐出ヘッドとキャリッジと維持回復機構が一体化されているものがある。

【0139】

また、吐出ユニットとして、ヘッドタンク若しくは流路部品が取付けられた吐出ヘッドにチューブが接続されて、吐出ヘッドと供給機構が一体化されているものがある。このチューブを介して、液体貯留源の液体が吐出ヘッドに供給される。

【0140】

主走査移動機構は、ガイド部材単体も含むものとする。また、供給機構は、チューブ単体、装填部単体も含むものする。

【0141】

「液体を吐出する装置」には、吐出ヘッド又は吐出ユニットを備え、吐出ヘッドを駆動させて液体を吐出させる装置が含まれる。液体を吐出する装置には、液体が付着可能なものに対して液体を吐出することが可能な装置だけでなく、液体を 気中や液中に向けて吐出する装置も含まれる。

【0142】

この「液体を吐出する装置」は、液体が付着可能なものの給送、搬送、排紙に係わる手段、その他、前処理装置、後処理装置なども含むことができる。

【0143】

例えば、「液体を吐出する装置」として、インクを吐出させて用紙に画像を形成する装置である画像形成装置、立体造形物（三次元造形物）を造形するために、粉体を層状に形成した粉体層に造形液を吐出させる立体造形装置（三次元造形装置）がある。

【0144】

また、「液体を吐出する装置」は、吐出された液体によって文字、図形等の有意な画像が可視化されるものに限定されるものではない。例えば、それ自体意味を持たないパターン等を形成するもの、三次元像を造形するものも含まれる。

【0145】

上記「液体が付着可能なもの」とは、液体が少なくとも一時的に付着可能なものであって、付着して固着するもの、付着して浸透するものなどを意味する。具体例としては、用紙、記録紙、記録用紙、フィルム、布などの被記録媒体、電子基板、圧電素子などの電子部品、粉体層（粉末層）、臓器モデル、検査用セルなどの媒体であり、特に限定しない限り、液体が付着するすべてのものが含まれる。

【0146】

上記「液体が付着可能なもの」の材質は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックスなど液体が一時的でも付着可能であればよい。

【0147】

また、「液体を吐出する装置」は、吐出ヘッドと液体が付着可能なものとが相対的に移動する装置があるが、これに限定するものではない。具体例としては、吐出ヘッドを移動させるシリアル型装置、吐出ヘッドを移動させないライン型装置などが含まれる。

【0148】

また、「液体を吐出する装置」としては、他にも、用紙の表面を改質するなどの目的で用紙の表面に処理液を塗布するために処理液を用紙に吐出する処理液塗布装置、原材料を溶液中に分散した組成液を、ノズルを介して噴射させて原材料の微粒子を造粒する噴射造粒装置などがある。

【0149】

なお、本願の用語における、画像形成、記録、印字、印写、印刷、造形等はいずれも同義語とする。

【符号の説明】

【0150】

１ 吐出ヘッド
１０ ハウジング
２０ フレーム部材
２１ ベース部材
１００ 吐出モジュール
１０１ ノズル板
１０２ 流路部材
１１１ ノズル
１１２ 液室
１１３ 弁体
１１４ 圧電素子
１１５ 保持部材
１１６ 保持板バネ（第１付勢手段）
１１７ 圧縮バネ（第２付勢手段）
１１８ 変位板
１２３ 圧電素子収容空間
２００～２０２ 電圧印加手段
５００ 液体を吐出する装置
５０１ 吐出ユニット
７００ 印刷対象物

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】