JP2010188562A - 液体吐出ヘッド及び液体吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化を図りつつも、液体の吐出時及び非吐出時のそれぞれにおいて、不要な液体を効率的に吸引し得る液体吐出ヘッド７及び液体吐出装置Ａを提供する。
【解決手段】液体吐出ヘッド７は、液体を収容する圧力室１１、圧力室１１に連通するノズル１２の先端が開口するノズル面を有するノズル板１３、及び、圧力室１１内の液体に圧力を印加することによって、ノズル１２を通じて圧力室１１内の液体を吐出する圧力印加手段１４を含んで構成されるヘッド本体９１と、ノズル１２の開口の近傍位置に位置する吸引口１８ａを有すると共に、当該吸引口１８ａを通じて、液体の吐出時及び非吐出時のそれぞれにおいて、ノズル１２開口の周囲に存在する不要な液体を吸引する吸引手段と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、液滴を吐出する液体吐出ヘッド及びそれを備えた液体吐出装置に関する。

記録紙に対してインク滴を吐出するインクジェット技術が、近年、エレクトロニクス分野を始めとした様々な分野の製造過程に利用されている。すなわち、液体吐出ヘッドから液体材料を吐出することによって、各種のデバイス製造過程におけるパターンの形成や均一薄膜の形成等が行われている。そうしたパターン形成等に用いられる液体材料は、通常の記録に用いられるインクと比較して、粘度が高い性質を有している。そのため、液体材料の吐出時には、主液滴とは別に、相対的に遅い速度で主液滴から遅れて飛翔するサテライト滴や、飛翔方向が定まらずに様々な方向へ飛翔するような浮遊液滴（ミスト）が発生しやすい。こうしたサテライト滴や浮遊液滴は、着弾精度の低下や液滴量の不安定性を招き、液体吐出ヘッドの信頼性を低下させる。

例えば特許文献１には、記録紙にインクを吐出して画像を形成するインクジェット式の記録装置において、こうしたサテライト滴や浮遊液滴を吸引する吸引手段を備える点が開示されている。この吸引手段は、サテライト滴等を吸引する吸引口が形成された吸引ユニットを備え、インクの非吐出時にはインクジェットヘッドのノズル面に当接するように吸引ユニットを配置して、ノズル面付近の残留インクを吸引する一方、インクの吐出時には、吸引ユニットをヘッドの側方位置に移動させて、サテライト滴等の吸引をするように構成されている。
特開２００７−２１６４２０号公報

特許文献１に開示された吸引手段は、同じ吸引ユニットを用いて、インクの吐出時と非吐出時とのそれぞれにおいて不要な液滴を吸引しようとしているものの、インクの吐出時には、吸引ユニットがインクジェットヘッドの側方位置に位置付けられるため、吸引ユニットの吸引口は、インクジェットヘッドのノズルの開口に対して遠く離れてしまう。このため、インクの吐出時にノズルの開口近傍に生じるサテライト滴や浮遊液滴を、効果的に吸引することができないという問題がある。また、インクの吐出時と非吐出時とにおいて、インクジェットヘッドとは別体の吸引ユニットを、インクジェットヘッドに対して相対移動させる機構が必要であり、液体吐出装置の大型化を招く。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、小型化を図りつつも、液体の吐出時及び非吐出時のそれぞれにおいて、不要な液体を効率的に吸引し得る液体吐出ヘッド及び液体吐出装置を提供することにある。

液体吐出ヘッドは、液体を収容する圧力室、前記圧力室に連通するノズルの先端が開口するノズル面を有するノズル板、及び、前記圧力室内の液体に圧力を印加することによって、前記ノズルを通じて前記圧力室内の前記液体を吐出する圧力印加手段を含んで構成されるヘッド本体と、前記ノズルの開口の近傍に位置する吸引口を有すると共に、当該吸引口を通じて、前記液体の吐出時及び非吐出時のそれぞれにおいて、前記ノズル開口の周囲に存在する不要な液体を吸引する吸引手段と、を備えている。

吸引手段の吸引口をノズル開口の近傍位置に配置することによって、そのノズルを通じた液滴の吐出時にはサテライト滴や浮遊液滴を効率的に吸引し得ると共に、液滴の非吐出時にもノズル面に付着した残留液滴を効率的に吸引し得る。その結果、液滴の飛び散りの防止、液滴の着弾精度の向上、吐出速度及び液滴量の安定化が図られ、液体吐出ヘッドの信頼性が向上し得る。

この構成ではまた、吸引口の位置を変更させるための構成が不要であるため、その分、液体吐出ヘッドが小型化し得る。

前記吸引口は、前記ノズルの中心軸に対して対称となるように複数配置されている、としてもよい。また、ノズルの周辺に円周形状の吸引口を配置してもよい。

こうすることで、ノズルの中心軸に沿って飛翔する主液滴に対しては、各吸引口による吸引力が均等に作用し、主液滴の飛翔に対して悪影響を及ぼすことない一方、ノズルの中心軸に沿って飛翔しないようなサテライト滴や浮遊液滴については効率的に吸引し得る。

前記吸引手段において、前記吸引口を含む吸引通路は、前記ヘッド本体内に形成されている、としてもよい。

こうすることで、液体吐出ヘッドのさらなる小型化が図られると共に、構成が簡略化することにより製造コスト低減の点で有利になる。

前記吸引口は、前記ノズル板のノズル面によって区画形成されている、としてもよい。こうすることで、ノズルの開口に対する吸引口の相対位置の精度が向上する。

前記液体吐出ヘッドは、前記吸引手段の吸引力を変更する吸引力可変手段をさらに備えている、としてもよい。

例えば液滴の吐出時と非吐出時とで吸引力を変えるようにすれば、液滴の吐出時におけるサテライト滴や浮遊液滴の吸引と、液滴の非吐出時におけるノズル面に付着した残留液滴の吸引とが、それぞれ最適化される。

また、液滴の吐出時において、吐出開始時から吐出完了時の間で吸引力を変えるようにすれば、主液滴に対しては影響を与えずに、その主液滴の飛翔後に発生するサテライト滴や浮遊液滴に対しては、効率的な吸引が実現し得る。

さらに、吸引口が複数存在しているときには、各吸引口による吸引力が互いに等しくなるように調整するようにすれば、吸引力のバランスをとり得る。

前記ノズル板のノズル面には、前記ノズルの開口から前記吸引口に向かって延びかつ、前記不要な液体を前記吸引口へと導く導出路が形成されている、としてもよい。

こうすることで、ノズル面に付着している液滴を、導出路に沿って吸引口へと移動させて効率的に吸引することが可能になる。

前記ヘッド本体に装着されることによって、前記ノズルの開口が連通する密閉空間を形成する密閉部材をさらに備え、前記吸引手段の吸引口は、前記密閉空間内に開口している、としてもよい。

こうすることで、密閉部材によって密閉空間を形成することにより、ノズル面に付着している不要な残留液滴を効率的に吸引し得る。それと共に、吸引手段による吸引力を利用して、空の圧力室内に液体を充填することも行い得る。このことは、例えば空の圧力室内に液体を充填するために、液体を貯留するタンク内を正圧にする手段を省略することが実現し、液体吐出装置の構成が簡略化する。

液体吐出装置は、前記の液体吐出ヘッドを備えていることにより、液体の吐出時及び非吐出時のそれぞれにおいて不要な液滴を効率的に吸引して、液滴の飛び散りの防止、液滴の着弾精度の向上、吐出速度及び液滴量の安定化が図られ、液体吐出ヘッドの信頼性が向上し得ると共に、小型化も図り得る。

以上説明したように、この発明によると、小型化を図りつつ、液体の吐出時及び非吐出時のそれぞれにおいて不要な液滴を効率的に吸引することができ、液体吐出ヘッドの信頼性を向上することができる。

以下、実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示であり、適用物又は用途を制限することを意図するものではない。

図１は、液体吐出装置Ａの概略構成を示している。この液体吐出装置Ａは、ヘッド本体（図２等参照）を備えた液体吐出ヘッド７と、被記録物４を支持するステージ３１と、を備えている。液体吐出ヘッド７は、装置基台６に支持されたヘッド移動装置２によって主走査方向（図１に示すＸ方向）に往復移動し、ステージ３１は、同じく装置基台６に支持されたステージ移動装置３によって副走査方向（図１に示すＹ方向）に往復移動する。ヘッド移動装置２は、液体吐出ヘッド７を支持するキャリッジ７ａを含む。キャリッジ７ａは、主走査方向に延びるキャリッジ軸７ｂにガイドされ、図示を省略する駆動源（例えばモータ）によって、主走査方向に往復移動する。

ステージ移動装置３は、主走査方向に所定間隔を開けて配置されかつ、それぞれ副走査方向に延びる２つのステージ軸３２，３２を含む。ステージ３１はこれらのステージ軸３２，３２にガイドされ、図示を省略する駆動源（例えばモータ）によって、副走査方向に往復移動する。

液体吐出装置Ａはこの構成によって、液体吐出ヘッド７とステージ３１上の被記録物４とを相対移動させながら、液体吐出ヘッド７（ヘッド本体９１）から被記録物４に向かって液体材料を吐出し、被記録物４上に所望のパターンや均一薄膜等を形成する。

図２に示すように、ヘッド本体９１は、液体材料を収容する圧力室１１と、圧力室１１に連通するノズル１２が１つ形成されたノズル板１３と、圧力室１１内の液体材料に圧力を印加することによって、ノズル１２を通じて圧力室１１内の液体材料を吐出するためのアクチュエータ１４と、を含んで構成されている。

ノズル板１３は、例えばステンレス鋼からなる板状の部材であり、ノズル１２は、このノズル板１３に対し板厚方向に貫通して形成されている。ノズル１２は、この例では、基端（図２の上図における上端）から先端（図２の上図における下端）に向かって径が小さくなるテーパ形状を有しているが、径が一定のストレート形状としてもよい。ノズル１２の先端開口の径は、例えばφ５〜３００μｍ程度に設定すればよい。ノズル板１３の下面は、ノズル１２の先端が開口するノズル面であり、このノズル面には、液体材料の吐出安定性の観点から撥水処理を施すことが好ましい。

ノズル板１３の上面には、圧力室１１の側面を区画する弾性区画部材１５がノズル１２の基端開口を囲むように配置されている。弾性区画部材１５は、後述するように、アクチュエータ１４の駆動に伴い弾性的に伸縮変形して、圧力室１１の体積を変化させるための部材であり、例えばその中心に円形状の孔を有する円環状に形成される。弾性区画部材１５は、液体材料に対する耐食性を考慮して、例えば耐溶剤性のゴム、具体的にはフッ素ゴムやシリコンゴム等によって形成すればよい。

弾性区画部材１５の上面には前記アクチュエータ１４が配設され、ノズル板１３とアクチュエータ１４とを互いに接合する接着層１５ａは、弾性区画部材１５の外周面を取り囲むように設けられている。この接着層１５ａは、弾性区画部材１５が弾性変形するときに、その弾性区画部材１５が圧力室１１の外方に向かって逃げ変形することを規制するようにもなっている。

アクチュエータ１４は、積層型圧電体からなり、積層方向の一端（下端）が弾性区画部材１５の上面に対して接合されていると共に、その他端（上端）が、アクチュエータ保持部材１６に固定されている。アクチュエータ１４にはまた、ノズル１２の中心軸と同軸になるように、厚み方向に貫通して形成された貫通孔が形成されており、この貫通孔内に、後述するように、圧力室内に液体を供給するための供給パイプ２０が内挿されるようになっている。アクチュエータ１４は、図２では図示を省略する電極に電圧が印可されることによって、図２の上図における上下方向に伸縮変形する（図２の矢印参照）。アクチュエータ１４の駆動に伴い、弾性区画部材１５が図２の上図における上下方向に伸縮変形することで、圧力室１１の体積が増減するようになっている。

アクチュエータ保持部材１６は、板状部材であり、前述したようにその下面にアクチュエータ１４が接合されることにより、このアクチュエータ１４、弾性区画部材１５及びノズル板１３の一体化物を保持している。アクチュエータ保持部材１６にはまた、その中央位置に、供給パイプ２０を内挿するための貫通孔が板厚方向に貫通して形成されている。

アクチュエータ保持部材１６は外装部材１７に対して固定されている。外装部材１７は、略矩形塊状の部材であり、その上端面は、ヘッド保持プレート１９に接合されている。外装部材１７の内部には、下面に開口する凹陥部１７ａが形成されており、アクチュエータ保持部材１６は、この凹陥部１７ａ内の上壁に対して固定されている。これによって、アクチュエータ１４、弾性区画部材１５及びノズル板１３の一体化物は、この凹陥部１７ａ内に配設されることになる。

外装部材１７にはまた、その中央位置に上下方向に延びる貫通孔が形成されており、この貫通孔内には、上下方向に延びる供給パイプ２０が配設されている。供給パイプ２０の下端部は、前記アクチュエータ保持部材１６の貫通孔及びアクチュエータ１４の貫通孔内に配設されており、その下端面は、弾性区画部材１５の上面に対して接合されている。供給パイプ２０の下端面によって、圧力室１１の上面が区画されている。供給パイプ２０の内孔は、この供給パイプ２０の上下の両端それぞれに開口しており、これによって、この内孔は圧力室１１内に連通している。供給パイプ２０の上端はまた、ヘッド保持プレート１９を貫通して、このヘッド保持プレート１９の上面から突出して配設されており、この上端には、図３に示すように、供給チューブ４１を介して供給タンク４２が接続されている。

外装部材１７にはまた、前記凹陥部１７ａを挟んだ両側位置に、吸引通路１８がそれぞれ形成されている。各吸引通路１８は、上下方向に延びて形成されていると共に、その下端において、凹陥部１７ａ側に屈曲して形成されており、その屈曲端は、凹陥部１７ａ内の側壁に開口している。この開口は、後述するように、液体の吐出時及び非吐出時のそれぞれにおいて、ノズル開口の周囲に存在する不要な液体を吸引するための吸引口１８ａとして機能するものであり、この吸引口１８ａは、図２の上図に示すように、ノズル板１３のノズル面の高さに対応する高さ位置に位置していると共に、図２の下図に示すように、ノズル１２の中心軸に対して対称となるように、ノズル１２の開口を挟んだ両側それぞれに位置している。こうして各吸引口１８ａは、ノズル１２の開口の近傍に位置していると共に、液滴の吐出方向（図２の上図における下向きの方向）に対して直交する方向に吸引を行うように構成されている。

外装部材１７の上部にはまた、ヘッド保持プレート１９を貫通して配設された吸引パイプ２１，２１が、上下方向に延びるように取り付けられており、この各吸引パイプ２１の下端は、各吸引通路１８の上端に連通している。吸引パイプ２１の上端には、図３に示すように、吸引チューブ４５を介して吸引タンク４６が接続されている。

図３は、このヘッド本体９１に対して設けられた液体供給系及び液体吸引系の構成を示している。液体供給系は、供給タンク４２及び、液体供給手段としての供給ポンプ４３（エアポンプ）を備えて構成されている。供給タンク４２は、圧力室１１内に供給する液体材料を収容するタンクであり、エア供給管４４を介して供給ポンプ４３に接続されていると共に、供給チューブ４１を介してヘッド本体９１の供給パイプ２０に接続されている。供給ポンプ４３に接続されているエア供給管４４は、供給タンク４２内の気相部分において開口している一方、供給パイプ２０に接続されている供給チューブ４１は、供給タンク４２内の液体材料の領域内に開口している。供給タンク４２内は、供給ポンプ４３の作動に応じて正圧状態（圧力室１１内に対して正圧状態）と、負圧状態（圧力室１１内に対して負圧状態）とに切り替えられる。つまり、空の圧力室１１内に液体を充填するときには、供給タンク４２内が正圧状態にされる一方、ヘッド本体９１の駆動時（液体を吐出するとき）には、供給タンク４２内が負圧状態にされる。尚、供給タンク４２の高さ位置を、圧力室１１の高さ位置に対して相対的上下させることによって、その供給タンク４２内を正圧状態及び負圧状態に切り替えるようにしてもよく、この場合は供給ポンプ４３を省略することが可能である。

これに対し液体吸引系は、吸引タンク４６及び、液体吸引手段としての吸引ポンプ４７（エアポンプ）を備えて構成されている。吸引タンク４６は、後述するように、ヘッド本体９１から回収した不要な液滴を収容するタンクであり、エア吸引管４８を介して吸引ポンプ４７に接続されている。吸引タンク４６内は、吸引ポンプ４７の作動に応じて負圧状態にされる。吸引タンク４６はまた、吸引チューブ４５を介してヘッド本体９１の吸引パイプ２１に接続されており、吸引チューブ４５はその途中において２つに分岐して、一対の吸引パイプ２１，２１それぞれに接続されている。尚、吸引タンク４６内を負圧状態にする手段としては、エアポンプに限定されるものではなく、液体ポンプや真空ポンプによるエア吸引を採用してもよい。また、ポンプに限定されるものでもなく、適宜の手段を採用して吸引タンク４６内を負圧状態にしてもよい。さらに、吸引タンク４６は、省略することも可能である。

次に、上記構成のヘッド本体９１の動作について説明する。圧力室１１、及びノズル１２内のそれぞれに液体材料が充填された状態でアクチュエータ１４に所定の電圧（例えば２０Ｖ）を印可することと、その電圧印加の解除とを行うことによって、アクチュエータ１４を伸縮変形させる（同図の矢印参照）。アクチュエータ１４の伸縮変形に伴い弾性区画部材１５が伸縮変形することになり、圧力室１１内の液体材料に対して圧力が印加される。そうして液体材料がノズル１２から押し出されて被記録物４に向かって液滴（主液滴）として吐出され、液滴は被記録物４の上面にドット状に付着する。それと共に、供給タンク４２から供給パイプ２０を介して液体材料が圧力室１１内に補充される。尚、液体（液滴）の吐出時には、供給ポンプ４３の作動により供給タンク４２内は所定の負圧状態にされている。このような伸縮変形する弾性区画部材１５により圧力室１１を形成する構成は、圧力室１１内の液体材料に対して高い圧力を印加することができるため、このヘッド本体９１は、特に高粘度の液体材料を吐出する場合に好適である。

液滴の吐出時にはまた、吸引ポンプ４７を作動させ、それによって各吸引口１８ａを通じた吸引を行う。これにより、主液滴がノズル面から飛翔した後に発生するサテライト滴や浮遊液滴等の不要な液滴が、吸引口１８ａを通じて吸引され、吸引タンク４６内に回収されることになる。これにより、液滴の飛び散り防止や着弾位置精度の向上、吐出速度及び液滴量の安定化が図られる。

ここで、吸引口１８ａはノズル１２の先端開口の近傍に位置しているため、サテライト滴や浮遊液滴を効率的に吸引することが可能であると共に、一対の吸引口１８ａ，１８ａは、ノズル１２の中心軸に対して対称に配置されていると共に、その吸引方向が互いに逆向きに設定されているため、ノズル１２の中心軸に沿って飛翔する主液滴に対しては吸引力が相殺し、主液滴の吐出に悪影響を及ぼすことが回避される。このことは主液滴の着弾精度を向上させることになる。一方、ノズル１２の中心軸からずれたサテライト滴や浮遊液滴は、いずれかの吸引口１８ａを通じて確実に吸引されることになる。

また、液滴の吐出と吐出との間の非吐出時にも、吸引ポンプ４７の作動を継続し、吸引口１８ａを通じた吸引を継続して行う。これにより、液滴の吐出後の、ノズル１２の近傍に付着した残留液滴を吸引口１８ａを通じて吸引して除去する。こうすることで、次に液滴を吐出するときには、ノズル１２の近傍の残留液滴が存在していないため、着弾位置精度の向上や、吐出速度及び液滴量の安定化が図られる。特にヘッド本体９１の駆動周波数が低く、液滴の吐出と吐出との時間間隔が比較的長いときには、静電気等に起因して、ノズル面に小液滴や埃等が吸着しやすいのに対し、前述したような液滴の吐出と吐出との間での吸引を行うことによって、ノズル面上の液滴や埃を効果的に除去することが可能になり、吐出性能の安定化の上で有効である。

また、ヘッド本体９１が例えば待避位置に位置付けられているような液滴の非吐出時においても、吸引ポンプ４７の作動を適宜行うことによって、次の液滴の吐出に備えてノズル面に付着している残留液滴を除去することが望ましい。

さらに、空の圧力室１１内に液体材料を充填するとき（つまり、液滴の非吐出時に相当する）にも、吸引ポンプ４７を作動させることによって吸引を行う。前述したように、空の圧力室１１内に液体を充填するときには、供給タンク４２内を正圧にすることによって圧力室１１内に液体材料を送り込むことになるが、余剰の液体材料がノズル１２から漏れ出ることになる。こうして、液体材料の充填時には、ノズル面に余分な液体材料が付着することになるが、その付着した液体材料は、吸引口１８ａを通じて吸引されることによって除去される結果、液体材料の吐出精度が向上し得る。

これらの場合のように、ノズル面に付着している液滴を吸引する際には、液滴がノズル面上に沿って吸引口１８ａまで移動して、そこから吸引されることになるが、一対の吸引口１８ａ，１８ａを、ノズル１２の開口を挟んだ両側それぞれに配置することによって、液滴がノズル１２の開口を横切って吸引口１８ａに吸引されることが回避される。これによって、ノズル１２の開口の汚染が回避され、ヘッド本体９１の吐出精度を高精度に維持することが可能になる。

ここで、吸引口１８ａの開口面積は、例えば１００μｍ^２〜１ｍｍ^２に設定すればよく、その吸引圧力は、例えば−０．１〜−７０ｋＰａに設定するのが好ましい。

また、このヘッド本体９１では、吸引通路１８及び吸引口１８ａを、ヘッド本体９１内に形成しているため、吸引口１８ａをノズル１２の開口近傍に配置する上で有利であると共に、ヘッド本体９１の小型化の上でも有利である。また、ヘッド本体９１の構成が簡略化するため、製造コストが低減し得る。

尚、ヘッド本体９１に設ける吸引口の数に特に制限はなく、吸引口は、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。複数の吸引口を設定する場合には、ノズル１２の中心軸に対して対称となるように配置することが好ましい。

以下、種々の変形例について図面を参照しながら説明する。尚、以下の説明において、図２に示すヘッド本体９１と同様の構成については、同じ符号を付してその説明は適宜省略する場合がある。

先ず、図４は吸引通路１８の構成に係る変形例を示しており、このヘッド本体９２は、吸引通路１８の一部をノズル板１３０によって区画するようにしている。このヘッド本体９２におけるノズル板１３０は、前記ヘッド本体９１のノズル板１３よりも両側に拡大しており、その拡大した両側部分は、外装部材１７の下面に対し、弾性変形可能な弾性部材１３１を介して接合されている。そうして、そのノズル板１３０の両側部には、板厚方向に貫通する貫通孔が形成されており、この貫通孔はノズル板１３０を外装部材１７に対して接合したときに、外装部材１７内に形成された吸引通路１８の下端に対し連通することにより、吸引通路１８の一部を区画することになる。

ノズル板１３０と外装部材１７との間に介在する弾性部材１３１は、その中央に孔を有する環状であって、ノズル板１３０に形成された吸引通路１８と外装部材１７に形成された吸引通路１８とを互いに連通させる。それと共にこの弾性部材１３１は、アクチュエータ１４の駆動時に弾性変形することによって、ノズル板１３０の変位を許容して、弾性区画部材１５の伸縮変形を可能にする。

ノズル板１３０の下面（ノズル面）には、その両側位置に区画部材１３２がそれぞれ接合されている。各区画部材１３２には、上向きに開口すると共に水平方向に延びる凹溝１３２ａが形成されており、この凹溝１３２ａによって吸引通路１８に連通すると共に、ノズル１２の開口の近傍に位置する吸引口１８ａが形成されることになる。この構成では、吸引口１８ａがノズル板１３０を利用して区画形成されるため、ノズル１２の開口と、吸引口１８ａとの相対的な位置の精度が向上するという利点がある。

図５は、液体吸引系の構成の変形例を示している。この変形例では、ヘッド本体９１における２つの吸引口１８ａに対し、それぞれ別の吸引タンク４６１，４６２及び吸引ポンプ４７１，４７２を接続している。従って、２つの吸引チューブ４５１，４５２及び２つのエア吸引管４８１，４８２を備えている。この構成では、各吸引口１８ａにおける吸引力を個別に調整することが可能になるため、例えば吸引口１８ａ，１８ａにおける吸引力が互いに等しくなるように調整することにより、吸引性能の安定化を図り得る。

図６は、液体吸引系の構成についての別の変形例を示している。この例では、２つに分岐された吸引チューブ４５の一方に、吸引口１８ａにおける吸引力を変更調整可能な吸引力可変（調整）手段５を取り付けている。こうした吸引力可変手段５は、各吸引口１８ａにおける吸引力が互いに等しくなるように、吸引力を調整する上で有効な構成である。吸引力可変手段５は、具体的には図７〜９のいずれかの構成を採用し得る。

図７は、吸引力可変手段５をソレノイド５１を利用して構成した例であり、ソレノイド５１への通電により戻し付勢されるプランジャー５２を、可撓性を有する吸引チューブ４５の側方に配置すると共に、吸引チューブ４５を挟んだ逆側の側方には、吸引チューブ４５の変位を規制する押さえ板５３を配設して構成されている。この構成の吸引力可変手段５は、非通電時にバネの付勢力により、プランジャー５２を図７における右方向に突出させたときには、吸引チューブ４５の周壁が内方に押されて変形し通路断面積が縮小するようになる。これによって、吸引力を相対的に低下させることが可能になる。

図８は、吸引力可変手段５をモータ５４を利用して構成した例であり、モータ５４の駆動により正転及び逆転方向に回転するねじ５５を、吸引チューブ４５の側方に配置した螺合板５６に対して螺合して構成されている。この構成の吸引力可変手段５は、モータ５４の駆動によりねじ５５を回転させたときには、そのねじ５５が螺合板５６に対して相対的に進退するようになり、ねじ５５によって、前記と同様に、吸引チューブ４５の周壁が内方に押されて変形し通路断面積が縮小するようになる。これによって、吸引力を相対的に低下させることが可能になる。

図９は、吸引力可変手段５をソレノイド５１を利用して構成した例であるが、図７に示す構成例とは異なり、吸引チューブ４５の周壁に形成した圧抜口４５ａを開閉することによって、吸引力を変更するようにしている。つまり、プランジャー５２の先端に閉塞板５７を取り付けておき、プランジャー５２を、二点鎖線で示すように、右方向に突出させたときには、圧抜口４５ａが閉塞板５７によって閉塞されることで、吸引力が相対的に高くなる一方、プランジャー５２を、実線で示すように左方向に戻したときには、圧抜口４５ａが開放されることで、吸引力が相対的に低くなる。

例えば、ヘッド本体９１における一方の吸引通路１８内に異物等が混入して、２つの吸引口１８ａ間の吸引力が互いに異なることになったとしても、こうした吸引力可変手段５を備えることによって一対の吸引口１８ａ間の吸引力を調整してバランスさせることが可能である。従って、こうした吸引力可変手段５は、ヘッド本体９１における吸引性能を安定化し得る。尚、吸引力可変手段５は、分岐された吸引チューブ４５のいずれか一方に取り付ければよいが、分岐された吸引チューブ４５の双方に取り付けてもよい。

図１０は、液体吸引系の構成についてのさらに別の変形例を示しており、この例では、吸引チューブ４５（分岐前の）に対し、吸引力可変手段としての高速バルブ６１（応答性の高い開閉バルブ）を介設している。この高速バルブ６１は、液滴の吐出時において各吸引口１８ａを通じた吸引力を変更する（吸引の実行、非実行を切り替える）機能を有している。

ここで、液滴の吐出時の現象について詳細に説明すると、アクチュエータ１４の駆動によって圧力室１１内の液体材料に対し圧力が印可されることに伴い、ノズル１２の開口から液体材料が押し出され、液滴が次第に大きく成長する。そうして、所定の大きさの液滴になった時点で、液滴（主液滴）はノズル１２内の液体材料からちぎれて、ノズル面から飛翔する。その飛翔開始後に、換言すればアクチュエータ１４の駆動開始から所定の時間が経過したときに、サテライト滴や浮遊液滴が発生するようになる。このようにサテライト滴や浮遊液滴の発生タイミングは、アクチュエータ１４の駆動と同期していることから、吸引を行うタイミングは、アクチュエータ１４の駆動に対して同期をとるように設定することが好ましい。さらに、アクチュエータ１４の駆動開始から主液滴が飛翔するまでの間は、サテライト滴や浮遊液滴が発生しないため、吸引を行わないことが、主液滴の飛翔に対する影響を確実に無くす上では好ましい。そこで、この例においては、アクチュエータ１４の駆動開始から主液滴が飛翔するまで期間に相当する所定期間は、高速バルブ６１を閉じて吸引を行わないようにしておき、その後、高速バルブ６１を開けることによって、サテライト滴や浮遊液滴の発生タイミングで吸引を開始して、それらの不要な液滴を効率的に吸引する。応答性の高い高速バルブ６１を利用することによって、液滴の吐出動作の期間内において、吸引力の変更（吸引の実行、非実行の切り替え）を行うことが可能になる。尚、高速バルブの応答時間や流路長による時間遅れ等を考慮して、高速バルブのオン・オフタイミングを設定することにより、より精度良く、液体材料を吐出するタイミングと吸引するタイミングとを同期させることができる。尚、高速バルブ６１が、その開度調整によって、吸引力を変更可能であるときには、アクチュエータ１４の駆動開始から主液滴が飛翔するまで期間に相当する所定期間は、高速バルブ６１の開度を相対的に小さくして吸引力を低くしておき、その後、高速バルブ６１の開度を大きくすることによって吸引力を大きくするようにしてもよい。

図１１は、吸引力の変更に関係して、液滴の吐出時と非吐出時とで吸引力を変更する場合に好適な構成例を示している。この例では、吸引ポンプ４７と吸引タンク４６との間にレギュレータ６２を介設しており、これによって吸引タンク４６内の圧力を調整することで、吸引口１８ａを通じた吸引力を変更するようにしている。具体的に液滴の吐出時であって、サテライト滴や浮遊液滴等を吸引するときには、吸引力を相対的低く設定する（例えば−０．０１〜−１０ｋＰａ）一方、液滴の非吐出時であって、ノズル面の残留液滴を吸引するときには、吸引力を相対的高く設定する（例えば−１０〜−７０ｋＰａ）。ノズル面の残留液滴を吸引するときには、比較的高い吸引力が要求される一方で、サテライト滴や浮遊液滴等を吸引するときには、高い吸引力が要求されず、逆に高い吸引力で吸引を行った場合には、主液滴の飛翔に影響を及ぼす虞もあるところ、液滴の吐出時と非吐出時とで吸引力を変更して、それぞれにおいて最適な吸引力にすることで、ヘッド本体９１の信頼性がより高まる。

こうした吸引力を変更する構成は、液滴の吐出時と非吐出時とで吸引力を変更する目的に限らず、例えば液滴の吐出時の吸引力を、ヘッド本体９１の動作環境に応じて変更する場合にも利用し得る。つまり、ここに示すヘッド本体９１が吐出する液体材料のように比較的高粘度の液体材料は、温度に応じてその粘度が変化し、それに伴いサテライト滴や浮遊液滴の発生量が変化することになる。そこで、例えば温度等の動作環境に応じて、液滴吐出時の吸引力を変更するようにすれば、その吸引力をサテライト滴や浮遊液滴の発生量に応じた吸引力にすることが実現し、環境変化に対し吸引性能が安定化する。

尚、レギュレータ６２を介設する代わりに、例えば図７〜９に示した吸引力可変手段５に係る各構成を吸引チューブ４５の分岐前の位置に配置することによっても、液滴の吐出時と非吐出時とで吸引力を変更することが実現し得る。また、図１０に示す高速バルブ６１を備えた例（但し、高速バルブ６１のバルブ開度は調整可能である）でも、液滴の吐出時と非吐出時とで吸引力を変更することが実現し得る。

図１２〜１４は、ノズル面に付着した残留液滴を除去する上で好適な変形例を示している。この例では、ノズル板１３におけるノズル面に、残留液滴を吸引口１８ａへと導く導出路７１を形成している。導出路７１は、ノズル面から凹陥して形成された凹溝によって構成されており、この凹溝は、ノズル１２の開口から両側方に、吸引口１８ａに向かうようにそれぞれ延びて形成されている。

前述したように、ノズル面に撥水処理を施しているときには、液体材料を圧力室１１内に充填しているときや、圧力室１１内の気泡を除去しているとき等に、ノズル１２の開口付近に付着した液滴が大きな球状に成長してしまい、吸引力だけでは液滴が移動し難くなってしまう場合がある。これに対し、ノズル面に導出路７１を形成したときには、液滴が大きな球状になることが抑制され、結果として吸引口１８ａを通じた吸引により液滴を除去しやすくなる。また、こうした導出路７１は、残留液滴の吸引時に、その残留液滴がノズル１２の開口を横切ることを防止する上でも効果的である。

尚、凹溝の断面形状は、図１４に示すように横断面矩形状に限らず、例えば横断面三角形としたＶ溝状に形成してもよいし、例えば横断面半円形状としてもよい。凹溝の断面形状は、任意の形状を適宜採用し得る。

図１５に示す例は、ノズル面に凹溝を形成するのではなく、ノズル面における撥水処理を施す領域と親水処理を施す領域とを区分することによって、導出路７１を構成している。具体的には、ノズル１２の開口から両側方に向かってそれぞれ延びるように帯状に撥水処理を施す（符号７２参照）一方、それ以外の領域７３には親水処理を施すことによって、撥水処理の領域と親水処理の領域との境界を形成し、それによって導出路７１を構成する。この構成でもノズル面に付着している残留液滴を、導出路７１に沿って吸引口１８ａへと導いて、残留液滴が効率的に除去されるようになる。

図１６に示す例は、図１５に示す例に対し撥水処理を施す領域７２と親水処理を施す領域７３とを逆転させた例である。この例でも、撥水処理の領域７２と親水処理の領域７３との境界によって導出路７１が構成され、ノズル面に付着している残留液滴を、導出路７１に沿って吸引口１８ａへと導いて、残留液滴が効率的に除去されるようになる。尚、液滴の吐出安定性の観点からはノズル１２の開口の周囲は撥水性を有することが望ましいため、この例においては、ノズル１２の開口周辺には撥水処理を施している。

図１７は、吸引口１８ａを通じた吸引によって、液体材料を圧力室１１に充填することを実現し得る構成例を示している。この例では、ヘッド本体９１（液体吐出ヘッド）の下端に密着して、ノズル面との間で密閉空間８２を形成するキャップ８１を備えている。このキャップ８１のヘッド本体９１に対する取り付けは、ヘッド本体９１の例えば待避位置において、キャップ８１をヘッド本体９１に対し相対移動可能に配設しておくことによって、ヘッド本体９１の下端に密着して取り付けるようにしてもよいし、例えば手動によって、キャップ８１をヘッド本体９１の下端に密着して取り付けるようにしてもよい。このような密閉空間８２を形成することによって、吸引ポンプ４７の駆動に伴い吸引タンク４６内を負圧にすれば、圧力室１１内もまた負圧状態になるため、供給タンク４２内の液体材料を吸い込んで、圧力室１１内に液体材料を充填させることが可能になる。この構成例では、供給ポンプ４３によって供給タンク４２内を正圧状態にすることを不要にするという利点がある。

尚、キャップ８１に大気開放弁を設けてもよい。圧力室１１に液体材料が充填され、ノズル１２から液体材料が出てきたときに、この大気開放弁を開放することによって、圧力室１１に必要以上に液体材料が充填されることがなく、ノズル１２の開口周囲の不要な液体材料を効果的に吸引して除去することができる。

また、キャップによって外装部材１７とヘッド本体９１との間を密閉してもよい。この密閉により密閉性がさらに向上すると共に、液体材料がアクチュエータ１４等のヘッド本体９１に接しないため、アクチュエータ（圧電体）１４等の劣化が防止される。

尚、前述した各例では、液滴の吐出方向に対して直交する方向に吸引を行うように、吸引口１８ａの向きを設定しているが、例えば図１８に示すように、液滴の吐出方向とは逆向きに吸引を行うように、吸引口１８ａをノズル面の高さと対応する高さ位置において下向きに開口するようにしてもよい。また、例えば図１９に示すように、液滴の吐出方向に対して傾斜した向きに吸引を行うように、吸引口１８ａを斜め上向きに開口するようにしてもよい。

また、ここではノズル板１３に１つのノズル１２を形成したヘッド本体９１を例に説明をしたが、本技術は、ノズル板に複数のノズルを形成したヘッド本体に対しても適用することが可能である。複数のノズルは、例えば図２に示す紙面に直行する方向に並べて配置してもよく、この場合において吸引口は、ノズルを挟んだ両側のそれぞれにおいて、ノズルの１つ１つに対応するように、複数の吸引口をノズルの配列方向に並べて配置してもよい。また、複数のノズル、又は全てのノズルに対応するように、ノズルの配列方向にスリット状に延びる吸引口を配設してもよい。

また、ヘッド本体における液体材料を吐出するための構成は、前述した構成に限定されるものではなく、圧電体を利用した他の構成を採用してもよいし、圧電体を利用するのではなく、例えばサーマル方式やバルブ方式、プランジャー方式、及び静電気吸引方式等を採用してもよい。

以上説明したように、本発明は、小型化を図りつつも、液体の吐出時及び非吐出時のそれぞれにおいて、不要な液体を効率的に吸引して、液体吐出ヘッドの信頼性を向上させることができるから、例えばフラットパネルディスプレイや回路基板等の各種デバイスの製造といったエレクトロニクス分野を始めとして、オプトエレクトニクス分野、バイオ・メディカル分野などの各種の技術分野において、種々なパターンや均一薄膜等を形成する液体材料吐出ヘッド及び液体材料吐出装置として有用であると共に、インクを吐出することによって例えば記録紙等の記録媒体上に画像を形成するインク吐出ヘッド及び画像形成装置として有用である。

液体吐出装置を示す概略斜視図である。 ヘッド本体を示す縦断面図及び底面図である。 ヘッド本体に対する液体供給系及び液体吸引系の構成を示す概略図である。 変形例に係るヘッド本体を示す縦断面図である。 変形例に係るヘッド本体に対する液体供給系及び液体吸引系の構成を示す概略図である。 吸引力可変手段を設けた例に係る液体吸引系の構成を示す概略図である。 吸引力可変手段の一例を示す概略説明図である。 吸引力可変手段の別の例を示す概略説明図である。 吸引力可変手段のさらに別の例を示す概略説明図である。 吸引力可変手段としての高速バルブを設けた例に係る液体吸引系の構成を示す概略図である。 吸引力可変手段としてのレギュレータを設けた例に係る液体吸引系の構成を示す概略図である。 変形例に係るヘッド本体を示す縦断面図である。 ヘッド本体の底面図である。 図１３のXIV−XIV端面図である。 変形例に係るヘッド本体の底面図である。 さらに別の変形例に係るヘッド本体の底面図である。 キャップを設けた例に係るヘッド本体を示す縦断面図である。 吸引口の配置に関する変形例に係るヘッド本体を示す縦断面図である。 吸引口の配置に関する別の変形例に係るヘッド本体を示す縦断面図である。

１１ 圧力室
１２ ノズル
１３ ノズル板
１３０ ノズル板
１４ アクチュエータ（圧力印加手段）
１８ 吸引通路
１８ａ 吸引口
４６ 吸引タンク
４７ 吸引ポンプ
５ 吸引力可変手段
５１ ソレノイド（吸引力可変手段）
５４ モータ（吸引力可変手段）
６１ 高速バルブ（吸引力可変手段）
６２ レギュレータ（吸引力可変手段）
７ 液体吐出ヘッド
７１ 導出路
８１ キャップ（密閉部材）
９１ ヘッド本体
９２ ヘッド本体
Ａ 液体吐出装置

Claims (8)

1. 液体を収容する圧力室、前記圧力室に連通するノズルの先端が開口するノズル面を有するノズル板、及び、前記圧力室内の液体に圧力を印加することによって、前記ノズルを通じて前記圧力室内の前記液体を吐出する圧力印加手段を含んで構成されるヘッド本体と、
   前記ノズルの開口の近傍に位置する吸引口を有すると共に、当該吸引口を通じて、前記液体の吐出時及び非吐出時のそれぞれにおいて、前記ノズル開口の周囲に存在する不要な液体を吸引する吸引手段と、を備えている液体吐出ヘッド。
2. 請求項１に記載の液体吐出ヘッドにおいて、
   前記吸引口は、前記ノズルの中心軸に対して対称となるように複数配置されている液体吐出ヘッド。
3. 請求項１又は２に記載の液体吐出ヘッドにおいて、
   前記吸引手段において、前記吸引口を含む吸引通路は、前記ヘッド本体内に形成されている液体吐出ヘッド。
4. 請求項３に記載の液体吐出ヘッドにおいて、
   前記吸引口は、前記ノズル板のノズル面によって区画形成されている液体吐出ヘッド。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドにおいて、
   前記吸引手段の吸引力を変更する吸引力可変手段をさらに備えている液体吐出ヘッド。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドにおいて、
   前記ノズル板のノズル面には、前記ノズルの開口から前記吸引口に向かって延びかつ、前記不要な液体を前記吸引口へと導く導出路が形成されている液体吐出ヘッド。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドにおいて、
   前記ヘッド本体に装着されることによって、前記ノズルの開口が連通する密閉空間を形成する密閉部材をさらに備え、
   前記吸引手段の吸引口は、前記密閉空間内に開口している液体吐出ヘッド。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドを備えている液体吐出装置。

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