(57)【要約】      （修正有）【課題】高粘度液体を効率よく吐出する液体吐出ヘッドを提供する。【解決手段】第１の断面積を有する第１のノズル部５１と、第１の断面積より大きい第２の断面積を有する第２のノズル部５２と、第２のノズル部５２に連通される液室４３と、液室４３内の液体７の圧力を変化させる圧電素子と、を備え、圧電素子は、制御部からの駆動信号に基づいて駆動され、液室４３内の液体７の圧力を低下させることによって、第１のノズル部５１の内壁面５１ａが液体７の液膜によって覆われた状態で、液体７の液面８の頂点８ａを第２のノズル部５２内に引き込ませる第１制御と、内壁面５１ａが液膜によって覆われた状態で、液室４３内の液体７の圧力を上昇させることによって、液面８の頂点８ａの形状を開口５３に向かって凸形状に反転させ、さらに、凸形状の液面８の頂点８ａから液体７を吐出させる第２制御と、を実行する。【選択図】図８
2020104366.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を液滴として吐出制御する制御部を備えた液体吐出装置に装着される液体吐出ヘッドであって、
先端から液体を吐出し、第１の断面積を有する第１のノズル部と、
前記第１のノズル部に連通され、前記第１の断面積より大きい第２の断面積を有する第２のノズル部と、
前記第２のノズル部に連通される液室と、
前記液室内の液体の圧力を変化させる圧力変化部と、
を備え、
前記圧力変化部は、前記制御部からの駆動信号に基づいて駆動され、
前記液室内の前記液体の圧力を低下させることによって、前記第１のノズル部の内壁面が前記液体の液膜によって覆われた状態で、前記液体の液面の中央部を前記第２のノズル部内に引き込ませる第１制御と、
前記内壁面が前記液膜によって覆われた状態で、前記液室内の前記液体の圧力を上昇させることによって、前記液面の中央部の形状を前記先端側に向かって凸形状に反転させ、さらに、前記凸形状の前記液面の中央部から前記液体を吐出させる第２制御と、
を実行することを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記第１のノズル部のノズル長は、前記第１のノズル部の径の２倍以上であることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
前記液面の中央部の形状を前記先端側に向かって凸形状に反転させた後、前記液体の液面の前記液室側の頂点の流速は、前記第２のノズル部の領域において最大となることを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記第１のノズル部と前記第２のノズル部との間にテーパー形状のノズル接続部を有することを特徴とする請求項１から３のうちいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
前記第２のノズル部よりも前記液室側に位置し、前記第２の断面積より大きい第３の断面積を有する第３のノズル部を、さらに有し、
前記第１制御では、前記液面の中央部を前記第３のノズル部内に引き込ませることを特徴とする請求項１から４のうちいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項６】
被記録媒体を搬送する搬送機構と、
前記被記録媒体に液体を液滴として吐出する請求項１から５のうちいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドと、
前記液体吐出ヘッドを駆動制御する制御部と、
を備える液体吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体吐出ヘッド、及び当該液体吐出ヘッドを備える液体吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット技術を、電極形成、各種電気部品の直接形成、ディスプレイに用いる発光体やフィルターの形成、マイクロレンズの形成等に応用するために、種々の検討が行われている。インクジェット技術の用途の拡大に応じて、ノズルから吐出させる液体の種類は多様化している。
例えば、特許文献１に記載の液体吐出装置は、液体供給部及びノズルのそれぞれに連通された圧力室と、液体の吐出側が圧力室側よりも小さい開口面積に定められる第１部分及び第１部分の吐出側端部に連通する第２部分を有するノズルとを備え、第２部分に位置するメニスカスを第１部分まで引き込み、メニスカスが第２部分に戻る前に液体を加圧することによって、液体に与えられる圧力を液体の吐出に効率よく使用し、高粘度液体を効率よく吐出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１１０９６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本願の発明者は、鋭意検討を行った結果、液体の粘度が高くなるとノズルの内壁面と吐出される液体との摩擦抵抗が粘度に比例して大きくなり、吐出に要する液体のエネルギーに対して摩擦等による損失が大きくなる。そこで、ノズルのストレート部を長くし、メニスカスを大きく引き込むことでノズル内に液膜を形成し、ノズルの内壁面と液体との境界におけるエネルギー損失を低減した。しかしながら、ノズルのストレート部を長くしたために流路抵抗が高くなり、小さなエネルギーでノズル内の液体を加圧することが困難であった。
このため、特許文献１に記載の液体吐出装置は、高粘度液体を効率よく吐出するという点に関してさらなる改善が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願の液体吐出ヘッドは、液体を液滴として吐出制御する制御部を備えた液体吐出装置に装着される液体吐出ヘッドであって、先端から液体を吐出し、第１の断面積を有する第１のノズル部と、前記第１のノズル部に連通され、前記第１の断面積より大きい第２の断面積を有する第２のノズル部と、前記第２のノズル部に連通される液室と、前記液室内の液体の圧力を変化させる圧力変化部と、を備え、前記圧力変化部は、前記制御部からの駆動信号に基づいて駆動され、前記液室内の前記液体の圧力を低下させることによって、前記第１のノズル部の内壁面が前記液体の液膜によって覆われた状態で、前記液体の液面の中央部を前記第２のノズル部内に引き込ませる第１制御と、前記内壁面が前記液膜によって覆われた状態で、前記液室内の前記液体の圧力を上昇させることによって、前記液面の中央部の形状を前記先端側に向かって凸形状に反転させ、さらに、前記凸形状の前記液面の中央部から前記液体を吐出させる第２制御と、を実行することを特徴とする。
【０００６】
本願の液体吐出ヘッドでは、前記第１のノズル部のノズル長は、前記第１のノズル部の径の２倍以上であることが好ましい。
【０００７】
本願の液体吐出ヘッドでは、前記液面の中央部の形状を前記先端側に向かって凸形状に反転させた後、前記液体の液面の前記液室側の頂点の流速は、前記第２のノズル部の領域において最大となることが好ましい。
【０００８】
本願の液体吐出ヘッドでは、前記第１のノズル部と前記第２のノズル部との間にテーパー形状のノズル接続部を有することが好ましい。
【０００９】
本願の液体吐出ヘッドは、前記第２のノズル部よりも前記液室側に位置し、前記第２の断面積より大きい第３の断面積を有する第３のノズル部を、さらに有し、前記第１制御では、前記液面の中央部を前記第３のノズル部内に引き込ませることが好ましい。
【００１０】
本願の液体吐出装置は、被記録媒体を搬送する搬送機構と、前記被記録媒体に液体を液滴として吐出する上記液体吐出ヘッドと、前記液体吐出ヘッドを駆動制御する制御部と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】印刷システムの概要構成を示す概略図。
【図２】印刷システムの概略構成を示すブロック図。
【図３】ヘッド制御部の概略構成を説明するブロック図。
【図４】実施形態１に係る液体吐出ヘッドの構成を示す概略図。
【図５】図４において破線で囲まれた領域の拡大図。
【図６】制御部から圧電素子に供給される駆動信号の状態を示す模式図。
【図７】制御部から圧電素子に準備信号が供給される場合の液面の状態を示す概略図。
【図８】制御部から圧電素子に吐出信号が供給される場合の液面の状態を示す概略図。
【図９】制御部から圧電素子に吐出信号が供給される場合の液面の状態を示す概略図。
【図１０】比較例のノズル部から液体が液滴として吐出される状態を示す概略図。
【図１１】実施形態２に係る液体吐出ヘッドにおけるノズル部の状態を示す拡大図。
【図１２】実施形態３に係る液体吐出ヘッドにおけるノズル部の状態を示す拡大図。
【図１３】変形例１に係る駆動信号の状態を示す模式図。
【図１４】変形例２に係る駆動信号の状態を示す模式図。
【図１５】変形例３に係る駆動信号の状態を示す模式図。
【図１６】変形例４に係る駆動信号の状態を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。かかる実施形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の各図においては、各層や各部位を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部位の縮尺を実際とは異ならせている。
【００１３】
（実施形態１）
「印刷システム」
図１は、印刷システム１００の概要構成を示す概略図である。図２は、印刷システム１００の概略構成を示すブロック図である。図３は、ヘッド制御部４０の概略構成を説明するブロック図である。
最初に、図１及び図２を参照し、印刷システム１００の概要を説明する。
図１及び図２に示すように、印刷システム１００は、コンピューター１と、本願における液体吐出装置の一例であるプリンター２とを有する。コンピューター１は、プリンター２と通信可能に接続され、印刷データをプリンター２に出力する。プリンター２は、コンピューター１から出力される印刷データに基づき、用紙、布、フィルム等の被記録媒体３に画像を印刷する。
プリンター２は、ヘッドユニット４（液体吐出ヘッド４１）と、搬送機構５と、制御部６と、第１タンク１９と、第２タンク２０と、キャリッジ１６とを有する。すなわち、プリンター２は、被記録媒体３を搬送する搬送機構５と、被記録媒体３に液体７を液滴１０ａとして吐出する液体吐出ヘッド４１と、液体吐出ヘッド４１を駆動制御する制御部６とを有する。
【００１４】
ヘッドユニット４は、ヘッド制御部４０及び液体吐出ヘッド４１を有する。液体吐出ヘッド４１は、キャリッジ１６の被記録媒体３と対向する面に設けられ、液体７を被記録媒体３に対して吐出する。ヘッド制御部４０は、キャリッジ１６の内部に設けられ、制御部６と電気的に接続される。
液体７は、物質が液相であるときの状態の材料であれば良く、ゾル、ゲルなどのような液状態の材料も液体７に含まれる。また、物質の一状態としての液体のみならず、顔料や金属粒子などの固形物からなる機能性材料の粒子が溶媒に溶解、分散または混合されたものなども液体７に含まれる。例えば、インク、液晶乳化剤、金属ペーストなどが挙げられる。
【００１５】
搬送機構５は、キャリッジ移動機構１７及び被記録媒体搬送機構１８を有する。キャリッジ移動機構１７は、モーター５１１を駆動させ、ヘッドユニット４を備えたキャリッジ１６をキャリッジ移動方向に移動させる。キャリッジ１６がキャリッジ移動方向に往復運動し、液体吐出ヘッド４１が印刷データに基づいて液体７を吐出することで、プリンター２は被記録媒体３に画像を印刷する。被記録媒体搬送機構１８は、モーター５２１により被記録媒体３を搬送方向に搬送する。この搬送方向は、キャリッジ移動方向と交差する方向である。
【００１６】
第１タンク１９は、流入路８５を通じて液体吐出ヘッド４１に供給される液体７を収容し、第１ポンプ８７を有する。第１ポンプ８７は、第１タンク１９内を加圧することにより、流入路８５を流れる液体７を加圧する。液体吐出ヘッド４１に供給された液体７は、液体吐出ヘッド４１内の圧電素子４５を駆動させることで被記録媒体３へ吐出される。
なお、圧電素子４５は、本願における圧力変化部の一例である。
【００１７】
第２タンク２０は、液体吐出ヘッド４１から被記録媒体３へ吐出されない液体７を排出路８１を通じて収容し、第２ポンプ８２を有する。第２ポンプ８２は、第２タンク２０内を減圧することにより、排出路８１を通じて液体吐出ヘッド４１から液体７を吸引する。なお、第１ポンプ８７及び第２ポンプ８２のいずれか一方を省略しても構わない。
【００１８】
排出路８１は、液体吐出ヘッド４１と接触するキャップ８３を有する。第２ポンプ８２は第２タンク２０を介してキャップ８３内を減圧し、増粘した液体７を液体吐出ヘッド４１から吸引する。これにより、液体吐出ヘッド４１は液体内の沈降成分が堆積することを抑制できる。
【００１９】
次に、コンピューター１の構成について簡単に説明する。
コンピューター１は、出力インターフェイス１１（出力ＩＦ）と、ＣＰＵ１２と、メモリー１３とを有する。
出力インターフェイス１１は、プリンター２との間でデータの受け渡しを行う。ＣＰＵ１２は、コンピューター１の全体的な制御を行うための演算処理装置である。メモリー１３は、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＲＯＭ、磁気ディスク装置等によって構成され、ＣＰＵ１２が使用するコンピュータープログラムを格納する。メモリー１３に格納されるコンピュータープログラムは、アプリケーションプログラムやプリンタードライバーなどがある。そして、ＣＰＵ１２は、コンピュータープログラムに従って各種の制御を行う。
【００２０】
次に、プリンター２の制御部６の構成について簡単に説明する。
制御部６は、入力インターフェイス２１（入力ＩＦ）と、ＣＰＵ２２と、メモリー２３と、駆動信号生成回路２４と、搬送機構駆動回路２５と、印字タイミング生成回路２６と、第１ポンプ駆動回路２７と、第２ポンプ駆動回路２８とを有する。
入力インターフェイス２１は、外部装置であるコンピューター１との間で、データの受け渡しを行う。ＣＰＵ２２は、プリンター２の全体的な制御を行うための演算処理装置である。メモリー２３は、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＲＯＭ、磁気ディスク装置等によって構成され、ＣＰＵ２２が使用するコンピュータープログラムを格納する。そして、ＣＰＵ２２は、メモリー２３に記憶されているコンピュータープログラムに従い、各回路を制御する。
【００２１】
駆動信号生成回路２４は、クロック信号が入力されると駆動信号ＤＳ１（図６参照）を生成する。駆動信号生成回路２４は、駆動信号ＤＳ１を周期的に生成し、スイッチ回路４０１へ出力する。
【００２２】
搬送機構駆動回路２５は、モーター５１１，５２１などを介して搬送機構５の搬送量を制御する。例えば、キャリッジ移動機構１７のモーター５１１を回転させ、キャリッジ１６をキャリッジ移動方向に搬送する。この時、モーター５１１に付属するリニアエンコーダー５１２は、モーター５１１の回転量からキャリッジ１６の搬送量を算出し、印字タイミング生成回路２６に出力する。印字タイミング生成回路２６は搬送量に基づいて、クロック信号を生成し、ヘッド制御部４０及び搬送機構駆動回路２５へ出力する。
【００２３】
第１ポンプ駆動回路２７は、第１ポンプ８７を駆動させ、第１タンク１９の圧力を制御する。同様に第２ポンプ駆動回路２８は、第２ポンプ８２を駆動させ、第２タンク２０の圧力を制御する。第２ポンプ８２は、液体吐出ヘッド４１のクリーニング時に第２タンク２０内部を減圧し、増粘した液体を液体吐出ヘッド４１から吸引する。
【００２４】
次に、ヘッド制御部４０の構成について簡単に説明する。
図３に示すように、ヘッド制御部４０は、第１シフトレジスター４０２と、第２シフトレジスター４０３と、選択信号生成回路４０４と、ラッチ回路４０５と、信号選択回路４０６とを有する。
【００２５】
ヘッド制御部４０には、クロック信号（ＣＬＫ信号）と、ラッチ信号（ＬＡＴ信号）と、チェンジ信号（ＣＨ信号）と、設定信号とが制御部６から入力される。尚、設定信号には、画素データと設定データとが含まれる。
【００２６】
クロック信号に同期して設定信号がヘッド制御部４０に入力されると、設定データが第１シフトレジスター４０２に、画素データが第２シフトレジスター４０３にそれぞれセットされる。そして、ラッチ信号のパルスに応じて、設定データが選択信号生成回路４０４に、画素データがラッチ回路４０５にそれぞれラッチされる。
【００２７】
選択信号生成回路４０４は、設定データとチェンジ信号とに基づいて、複数の選択信号を生成する。信号選択回路４０６は、ラッチ回路４０５にラッチされた画素データに応じて、選択信号生成回路４０４より入力された複数の選択信号の内１つを選択する。選択された選択信号は、スイッチ信号として信号選択回路４０６から出力される。
【００２８】
スイッチ回路４０１には駆動信号ＤＳ１及びスイッチ信号が入力される。スイッチ信号がＨレベルのとき、スイッチ回路４０１はＯＮ状態になり、駆動信号ＤＳ１が圧電素子４５に供給される。スイッチ信号がＬレベルのとき、スイッチ回路４０１はＯＦＦ状態になり、駆動信号ＤＳ１は圧電素子４５に供給されない。
かかる構成によって、制御部６は圧電素子４５を制御し、液体吐出ヘッド４１は制御部６から供給される駆動信号ＤＳ１に基づき液体７を被記録媒体３に吐出する。
【００２９】
「液体吐出ヘッド」
図４は、本実施形態に係る液体吐出ヘッド４１の構成を示す概略図である。図５は、図４において破線で囲まれた領域Ｇの拡大図である。なお、図４及び図５では、液室４３内の液体７に圧力変化が生じていない安定状態が図示されている。
次に、図４及び図５を参照し、本実施形態に係る液体吐出ヘッド４１の概要を説明する。
【００３０】
図４に示すように、液体吐出ヘッド４１にはノズル部５０が設けられたノズル板５５を有している。ノズル部５０は、液体７を液滴１０ａとして被記録媒体３に吐出する第１のノズル部５１と、第１のノズル部５１に連通される第２のノズル部５２とを有する。第１のノズル部５１は、−Ｚ方向側の端に液体７を液滴１０ａとして吐出する開口５３を有する。
なお、開口５３は、本願における先端の一例である。
液体吐出ヘッド４１は、開口５３から被記録媒体３に液体７を吐出する第１のノズル部５１と、第１のノズル部５１に連通される第２のノズル部５２と、第２のノズル部５２に連通される液室４３と、液室４３内の液体７の圧力を変化させる圧電素子４５とを備えている。圧電素子４５は、固定板４１３に固着されている。また、圧電素子４５は、制御部６から図示しないフレキシブル配線を介した駆動信号ＤＳ１に基づいて駆動される。
以降の説明では、開口５３から液室４３に向かう方向を＋Ｚ方向と称し、液室４３から開口５３に向かう方向を−Ｚ方向と称す。
【００３１】
液室４３は、流路形成基板４１４に凹部を形成し、凹部の開口を振動板４６によって封止することで構成される空間である。液室４３は、液体７を供給するための供給流路４２及び第２のノズル部５２に連通される。供給流路４２は図示しない共通流路を介して第１タンク１９に接続されている。
【００３２】
振動板４６は、薄肉部４６１と厚肉部４６２の積層体で形成されており、液室４３の壁面の一部を構成している。薄肉部４６１は弾性を有し、＋Ｚ方向または−Ｚ方向に変形可能である。また、厚肉部４６２は圧電素子４５に固着されており、圧電素子４５よりも大きな面積を有することで容積変化を拡大することが出来るようになっている。振動板４６が＋Ｚ方向に変形すると液室４３の容積が大きくなり、振動板４６が−Ｚ方向に変形すると液室４３の容積が小さくなる。
固定板４１３は、圧電素子４５を収納するケースであり、剛性を有し、振動板４６に固定されている。
【００３３】
圧電素子４５では、圧電素子４５の伸縮方向における一方の端部が固定板４１３に固定され、圧電素子４５の伸縮方向における他方の端部が振動板４６に固定されている。制御部６から供給される駆動信号ＤＳ１に基づき一方の端部を支点として圧電素子４５が伸縮すると、振動板４６に固定される他方の端部の位置が変化し、振動板４６が＋Ｚ方向または−Ｚ方向に変形する。
圧電素子４５は、充電されると収縮し、放電すると伸張する縦振動モードの圧電アクチュエーターである。圧電素子４５が伸張すると、振動板４６が−Ｚ方向に変形し、液室４３が収縮し、液室４３内の液体７の圧力が上昇する。圧電素子４５が収縮すると、振動板４６が＋Ｚ方向に変形し、液室４３が膨張し、液室４３内の液体７の圧力が低下する。
なお、圧電素子４５は、撓み振動モードの圧電アクチュエーターであってもよい。
【００３４】
図５に示すように、ノズル部５０は、−Ｚ方向に配置される第１のノズル部５１と、＋Ｚ方向側に配置される第２のノズル部５２とを有する。第１のノズル部５１は、−Ｚ方向の端に位置する開口５３と内壁面５１ａとを有する。第２のノズル部５２は底面５２ｂと内壁面５２ａとを有する。
液室４３内の液体７に圧力変化が生じていない安定状態では、液体７の液面８（メニスカス）の外周縁は第１のノズル部５１の開口５３に位置し、液体７の液面８の頂点８ａは、表面張力によって第１のノズル部５１の開口５３に対して液室４３側に位置する。また、図中の黒丸が液体７の液面８の頂点８ａである。
【００３５】
＋Ｚ方向から見た場合、第１のノズル部５１及び第２のノズル部５２の断面は略円形であり、第２のノズル部５２の径はＤ２であり、第２のノズル部５２の第２の断面積はＡ２であり、第１のノズル部５１の径はＤ１であり、第１のノズル部５１の第１の断面積はＡ１である。第２のノズル部５２の径Ｄ２は第１のノズル部５１の径Ｄ１よりも長く、第２のノズル部５２の第２の断面積Ａ２は第１のノズル部５１の第１の断面積Ａ１よりも大きく、第２のノズル部５２は第１のノズル部５１よりも太い。
すなわち、ノズル部５０は、第１の断面積Ａ１を有する第１のノズル部５１と、第１のノズル部５１に連通され、第１の断面積Ａ１より大きい第２の断面積Ａ２を有する第２のノズル部５２とを有する。
【００３６】
第１のノズル部５１のノズル長（Ｚ方向の長さ）はＬ１であり、第１のノズル部５１の径Ｄ１よりも長い。本実施形態では、第１のノズル部５１のノズル長Ｌ１は、第１のノズル部５１の径Ｄ１の２倍以上に設定されている。
第２のノズル部５２における底面５２ｂの寸法（Ｚ方向と交差する方向の長さ）はΔＤである。本実施形態では、第２のノズル部５２における底面５２ｂの寸法ΔＤは、概略５μｍに設定されている。また、第２のノズル部５２において、内壁面５２ａと底面５２ｂとによって形成されるコーナー部Ｃ１の角度θ１は直角（９０度）である。
【００３７】
図６は、制御部６から圧電素子４５に供給される駆動信号ＤＳ１の状態を示す模式図である。図７〜図９は、図５に対応する図であり、制御部６から圧電素子４５に供給される駆動信号ＤＳ１によって変化する液面８の状態を示す概略図である。詳しくは、図７は、制御部６から圧電素子４５に準備信号Ｓ２，Ｓ３が供給される場合の液面８の状態を示す概略図である。図８及び図９は、制御部６から圧電素子４５に吐出信号Ｓ４が供給される場合の液面８の状態を示す概略図である。
【００３８】
図６に示すように、制御部６から圧電素子４５に供給される駆動信号ＤＳ１は、駆動信号ＤＳ１の始点である信号Ｓ１と、準備信号Ｓ２，Ｓ３と、吐出信号Ｓ４と、駆動信号ＤＳ１の終点である信号Ｓ５とを含む。
信号Ｓ１及び信号Ｓ５は、基準駆動電圧ＶＭに設定されている。準備信号Ｓ２，Ｓ３は、電圧を基準駆動電圧ＶＭから最高駆動電圧ＶＨまで上昇させ、液室４３を膨張させて液体７の液面８を液室４３側に引き込むための信号である。吐出信号Ｓ４は、電圧を最高駆動電圧ＶＨから基準駆動電圧ＶＭまで降下させ、液室４３を収縮させて液体７を液滴１０ａとして吐出するための信号である。
制御部６から供給される準備信号Ｓ２，Ｓ３に基づいて圧電素子４５が駆動されることによってなされる処理（制御）は、第１制御である。制御部６から供給される吐出信号Ｓ４に基づいて圧電素子４５が駆動されることによってなされる処理（制御）は、第２制御である。
【００３９】
制御部６から圧電素子４５に信号Ｓ１（基準駆動電圧ＶＭ）が供給されると、圧電素子４５に伸張または収縮が生じず、液体吐出ヘッド４１は、液室４３内の液体７に圧力変化が生じない安定状態となる。安定状態では、液体７の液面８の外周縁は第１のノズル部５１の開口５３に位置し、液面８の頂点８ａは第１のノズル部５１の開口５３に対して液室４３側に位置する（図５参照）。
【００４０】
圧電素子４５に準備信号Ｓ２が供給されると、圧電素子４５が収縮し、振動板４６が＋Ｚ方向に変形し、液室４３が膨張し、液室４３内の液体７の圧力が低下し、第１のノズル部５１内の液体７が液室４３側に引き込まれる。本実施形態では、図７に実線で示されるように、液面８の頂点８ａが第２のノズル部５２内に配置されるまで、ノズル部５０内の液体７を液室４３側に引き込む。
【００４１】
圧電素子４５に準備信号Ｓ２が供給され始める初期の第１段階においては、図７の破線で示されるように、第１のノズル部５１の開口５３のエッジを起点とした球弧状にメニスカス（液面８）が形成される。
さらに、圧電素子４５に準備信号Ｓ２が供給される第２の段階で、図７の一点鎖線で示されるように、メニスカス（液面８）は液室４３側に引き込まれる。その際、メニスカス中央の曲率半径が徐々に小さくなり、放物線状にメニスカス（液面８）が形成される。
さらに、圧電素子４５に準備信号Ｓ２が供給され続けられる第３の段階で、第１のノズル部５１の内壁面５１aに概ね一定の厚さで液体７が付着する液膜９が形成され、その形状を保ちながらメニスカス中央の曲率半径がほぼ変化しない状態で、メニスカス（液面８）がノズル部５０の奥に後退する。すなわち、第３の段階において、液室４３が膨張しても液体７はノズル壁面に留まる領域７１と、＋Ｚ方向に流動する領域７２が存在するため、液膜９の内側に空洞が形成され、当該空洞の＋Ｚ方向側の端部に図７実線で示すようなメニスカス（液面８）が形成される。第３の段階からさらに準備信号Ｓ２が供給され続けると、該空洞部は第２のノズル部５２まで到達する第４の段階になる。この時、メニスカス（液面８）の形状は第３の段階とほぼ同形状のまま、＋Ｚ方向にメニスカス（液面８）が移動する。
以降、１から４の段階についての動きについて詳細を説明する。なお、第１から第３の段階は、明確に区分されるのではなく、徐々に次の段階に連続的に遷移していく。
【００４２】
まず、第１の初期段階において、液室４３の膨張による圧力低下により、液体７はノズル部５０の出口である開口５３の周縁部にメニスカス（液面８）の端部を支点にした球弧状に内側に引き込まれる。球弧は大きな曲率半径から次第に小さくなりながら、球弧形状のメニスカス（液面８）を形成する。この第１の段階は、液体７の物性や引込む速度によるが、概ね第１のノズル部５１の径Ｄ１と同等またはそれ以下の長さの範囲までで終了する。
【００４３】
第２段階においては、初期段階のような球弧状とは異なった形となり、開口５３の周縁部よりもメニスカス（液面８）の中央部８ａの速度が速い放物線状の速度分布になる。これに伴ってメニスカス（液面８）の形状もメニスカス（液面８）の中央部８ａの曲率半径が次第に小さくなりながら放物線状の空洞が形成される。この時形成されたノズル部５０内のメニスカス形状は、その後の引込み継続でもほぼ維持される。この第２の段階は、およそ第１のノズル部５１の径Ｄ１の２倍か、それ以上の長さまで続く。この段階では液膜９の厚さは、Ｚ方向位置によって変化している。
【００４４】
第３段階においては、第２段階と速度分布が次第に異なり、液膜９の領域は動かずに液膜９の厚さを一定に保ちながら、それより内側の領域の速度分布はほぼ等速となる。そのため、メニスカス（液面８）の中央部８ａの曲率半径が変化せずに＋Ｚ方向にメニスカス（液面８）が移動し、円柱状の空洞部が形成される。なお、液膜９の厚さは、レイノルズ数Ｒｅ（式３で表される粘性と慣性との比の無次元数）が概ね１０００以下程度の小さい範囲では式１に基づくことが一般に知られている。
【００４５】
【数１】
2020104366.tif 000003
Ｔ：液膜厚さ、Ｃａ：キャピラリ数（式２で表される表面張力と粘性との比の無次元数）、Ｄ：ノズル直径
【００４６】
【数２】
2020104366.tif 000004
μ：液体の液体粘度、ｖ：引込平均速度、σ：液体の表面張力
【００４７】
【数３】
2020104366.tif 000005
ρ：液体の比重
ここから、粘度が高く、引込み速度が速く、また表面張力が小さくなる方向で液膜９が厚くなる傾向が確認できる。
【００４８】
第４段階においては、さらに引込みが継続することで＋Ｚ方向にメニスカス（液面８）が後退し、第２のノズル部５２に到達する。第２のノズル部５２の径Ｄ２は第１のノズル部５１の径Ｄ１よりも２〜１０μｍ広く、第２のノズル部５２における底面５２ｂの寸法ΔＤは、概略その半分の１〜５μｍに設定されている。
【００４９】
底面５２ｂの寸法ΔＤが概略１〜５μｍであると、底面５２ｂの寸法ΔＤが概略５μｍよりも長い場合と比べて、第２のノズル部５２の内壁面５２ａから付与される摩擦力の影響が強くなり、第１のノズル部５１から第２のノズル部５２に流動する液体７は、第２のノズル部５２において、液面８の頂点８ａから内壁面５２ａに向かう方向に流動しにくく、＋Ｚ方向に流動しやすくなる。
すると、第２のノズル部５２の中を液体７が＋Ｚ方向に流動すると、第１のノズル部５１において形成される空洞が＋Ｚ方向に成長し、第１のノズル部５１内に形成される空洞と同じ太さの空洞が第２のノズル部５２内に形成される。すなわち、底面５２ｂの寸法ΔＤが概略１〜５μｍであると、同じ太さの空洞を第１のノズル部５１から第２のノズル部５２に跨って形成することができる。
【００５０】
一方、第２のノズル部５２における底面５２ｂの寸法ΔＤが概略５μｍよりも長くなりすぎると、第２のノズル部５２の内壁面５２ａから付与される摩擦力の影響が弱くなり、第１のノズル部５１から第２のノズル部５２に流動する液体７は、第２のノズル部５２において、＋Ｚ方向に加えて、液面８の頂点８ａから内壁面５２ａに向かう方向に流動しやすくなる。
すると、第２のノズル部５２の中を液体７が＋Ｚ方向に流動すると、第１のノズル部５１において形成される空洞が、＋Ｚ方向に加えて、液面８の頂点８ａから内壁面５２ａに向かう方向に成長し、第２のノズル部５２内に形成される空洞は、第１のノズル部５１内に形成される空洞よりも太くなる。すなわち、底面５２ｂの寸法ΔＤが概略５μｍよりも長くなりすぎると、同じ太さの空洞を第１のノズル部５１から第２のノズル部５２に跨って形成することが難しくなる。
【００５１】
第１のノズル部５１のノズル長Ｌ１を第１のノズル部５１の径Ｄ１の２倍以上に設定し、且つ、底面５２ｂの寸法ΔＤを概略１〜５μｍに設定することによって、均一な太さの空洞を第１のノズル部５１及び第２のノズル部５２に跨って形成することができる。
なお、第１のノズル部５１から第２のノズル部５２に跨って形成される空洞は、疑似的なノズルと見なすことができ、以降、疑似ノズルと称す。
【００５２】
詳細は後述するが、圧電素子４５に吐出信号Ｓ４を供給し、液室４３内の液体７の圧力を上昇させてノズル部５０内の液体７を開口５３側に押し出し、疑似ノズルから液体７を液滴１０ａとして吐出させる（図８、図９参照）。
第１のノズル部５１のノズル長Ｌ１が必要以上に長くなりすぎると、液体７が流動した時のメニスカスまでの液体７が満たされている部分の流路抵抗が大きくなり、やはりエネルギーが散逸してしまうので、液面８に対して液膜９の厚さが均一になり、液膜９の内側に形成される疑似ノズルの太さが均一になる範囲で、第１のノズル部５１のノズル長Ｌ１は短い方が好ましい。
【００５３】
さらに、底面５２ｂの寸法ΔＤを１μｍよりも短くしても、均一な太さの疑似ノズルを第１のノズル部５１及び第２のノズル部５２に跨って形成することができる。ところが、底面５２ｂの寸法ΔＤが短くなりすぎると、第２のノズル部５２が細くなり、第２のノズル部５２の流路抵抗が大きくなり、やはりエネルギーが散逸してしまう弊害生じる。第２のノズル部５２の流路抵抗は小さい方が好ましいので、第１のノズル部５１及び第２のノズル部５２に跨る疑似ノズルを均一な太さで形成可能な範囲で、底面５２ｂの寸法ΔＤは長い方が好ましい。
【００５４】
準備信号Ｓ３によって、圧電素子４５が収縮した状態が維持され、第１のノズル部５１から第２のノズル部５２に跨る疑似ノズルが均一な太さで形成される。
このように、本実施形態では、圧電素子４５が制御部６からの準備信号Ｓ２，Ｓ３に基づいて駆動され、液室４３内の液体７の圧力を低下させることによって、第１のノズル部５１の内壁面５１ａが液体７の液膜９によって覆われた状態で、液体７の液面８の頂点８ａを第２のノズル部５２内に引き込ませるという第１制御を実行し、第１のノズル部５１から第２のノズル部５２に跨る疑似ノズルをノズル部５０内に形成する。
【００５５】
適切なタイミングで、すなわちメニスカス（液面８）が＋Ｚ方向に最大引き込まれたタイミングで、圧電素子４５に吐出信号Ｓ４を供給すると、圧電素子４５が伸張し、振動板４６が−Ｚ方向に変形し、液室４３が収縮し、液室４３内の液体７の圧力が上昇し、−Ｚ方向の力が液体７に作用する。この−Ｚ方向の力によって、液体７は、開口５３側に押し出され、疑似ノズルから液滴１０ａとして吐出される。
【００５６】
疑似ノズルは液体７の中に形成される空洞であり、空洞の＋Ｚ方向側の端に位置する液面８に対して−Ｚ方向側に液体７が存在せず、液面８の両端（空洞に対してＺ方向と交差する方向側）に液体７が存在する。さらに、液面８の頂点８ａに向うに従って、液面８の両端に存在する液体７から離れ、液面８の両端に存在する液体７の影響を受けにくくなるので、空洞の＋Ｚ方向側の端に位置する液面８における液体７が−Ｚ方向に流動する場合、当該液体７は、内壁面５１ａから液面８の頂点８ａに向うに従って流動しやすくなる。
このため、圧電素子４５に吐出信号Ｓ４が供給される初期段階において、液室４３内の液体７の圧力が上昇し、液体７に−Ｚ方向の力が作用し、空洞の＋Ｚ方向側の端に位置する液面８における液体７が−Ｚ方向に流動する場合、図８に破線で示されるように、液面８の頂点８ａの形状が、＋Ｚ方向に向かって凹の形状から、−Ｚ方向に向かって凸の形状に反転する。
すなわち、制御部６からの吐出信号Ｓ４に基づいて圧電素子４５を駆動される初期段階において、液面８の頂点８ａの形状が開口５３側に向かって凸形状に反転する。
【００５７】
液面８の頂点８ａの形状が開口５３側に向かって凸形状に反転すると、液面８が液室４３側に凸となった形状の頂点８ｂが、液面８の頂点８ａの周囲に形成される。さらに、液面８の頂点８ａと液面８の頂点８ｂとの間に、開口５３側に凸形状の液柱１０が形成される。すなわち、疑似ノズルの内側に、開口５３側に凸形状の液柱１０が形成される。
なお、本願における液面の中央部は、液面８における液柱１０が形成される領域である。また、液柱１０は、液面８の頂点８ａを含み液面８の頂点８ａの周囲に形成されるので、液面８の頂点８ａは、本願における液面の中央部に含まれる。
【００５８】
第２のノズル部５２は第１のノズル部５１よりも太いので、第２のノズル部５２の流路抵抗は、第１のノズル部５１の流路抵抗よりも小さい。流路抵抗が小さい第２のノズル部５２において−Ｚ方向の力が液体７に作用すると、流路抵抗が大きい第１のノズル部５１において−Ｚ方向の力が液体７に作用する場合と比べて、−Ｚ方向に流動する液体７の流速が速くなる。一方、流路抵抗が大きい第１のノズル部５１において−Ｚ方向の力が液体７に作用すると、−Ｚ方向に流動する液体７の流速が遅くなる。
【００５９】
このように、本実施形態では、圧電素子４５に吐出信号Ｓ４を供給し、液体７を開口５３側に押し出し、液体７を−Ｚ方向に流動させる場合に、流路抵抗が小さい第２のノズル部５２において−Ｚ方向の力を液体７に作用させ、−Ｚ方向に流動する液体７の流速を速くしている。
詳しくは、本実施形態では、液面８の頂点８ａの形状を開口５３側に向かって凸形状に反転させた後、液体７の液面８の液室４３側の頂点８ｂの流速を、第２のノズル部５２の領域において最大とする第２制御を実施し、−Ｚ方向に流動する液体７の流速を速くする。
【００６０】
−Ｚ方向に流動する液体７は、液面８の頂点８ａに向うに従って流動しやすいので、液体７に−Ｚ方向の力が作用すると、液面８の頂点８ａと液面８の頂点８ｂ（端部）との距離が徐々に長くなり、図８に一点鎖線で示されるように、液柱１０が長くなる。
さらに、−Ｚ方向に流動する液体７が開口５３の近くまで移動すると、図８に実線で示されるように、液柱１０はさらに長くなり、液柱１０が第１のノズル部５１から外側に飛び出すようになる。
【００６１】
そして、液柱１０に付与されるエネルギーの総和が、液柱１０が液面８から分離するエネルギーを超えたとき、図９に示すように、液柱１０は、液滴１０ａとして液面８の頂点８ａから吐出される。
このように、本実施形態では、圧電素子４５が制御部６からの吐出信号Ｓ４に基づいて駆動され、内壁面５１ａが液膜９によって覆われた状態で、液室４３内の液体７の圧力を上昇させることによって、液面８の頂点８ａの形状を開口５３側に向かって凸形状に反転させ、さらに、凸形状の液面８の頂点８ａから液体７を吐出させるという第２制御を実行する。
【００６２】
圧電素子４５に信号Ｓ５が供給されると、圧電素子４５及び振動板４６の形状は一定形状に保持され、液体７が供給流路４２を介して液室４３及びノズル部５０に供給される。そして、液体吐出ヘッド４１は、液体７の液面８の外周縁が第１のノズル部５１の開口５３に位置する安定状態に戻る。
【００６３】
図１０は、図９に対応する図であり、比較例のノズル部７０から液体７が液滴１０ａとして吐出される状態を示す概略図である。図１０では、制御部６から圧電素子４５に供給される吐出信号Ｓ４によって流動する液体７の流れが矢印で示されている。
なお、図９においても、制御部６から圧電素子４５に供給される吐出信号Ｓ４によって流動する液体７の流れが矢印で示されている。
【００６４】
比較例のノズル部７０は、第１のノズル部７１が第２のノズル部７２よりも太くなっている。本実施形態のノズル部５０は、第１のノズル部５１が第２のノズル部５２よりも細くなっている。この点が、比較例のノズル部７０と本実施形態のノズル部５０との相違点である。
図１０に示すように、第１のノズル部７１が第２のノズル部７２よりも太い構成の比較例のノズル部７０において、液面８を形成する液体７に対して−Ｚ方向の力を作用させ、液体７を−Ｚ方向に流動させると、液体７が流動しにくい領域Ｈ（図中に破線で囲まれた領域Ｈ）が、第１のノズル部７１内に生じる。すなわち、比較例のノズル部７０では、−Ｚ方向の力が伝達されにくい部分が第１のノズル部７１内に生じやすく、力の損失が生じやすい。
図９に示すように、第１のノズル部７１が第２のノズル部７２よりも細い構成の本実施形態のノズル部５０において、液面８を形成する液体７に対して−Ｚ方向の力を作用させ、液体７を−Ｚ方向に流動させると、液体７が流動しにくい領域が第１のノズル部５１内に生じず、−Ｚ方向の力が第１のノズル部５１内に効率的に伝達され、力の損失が生じにくい。
【００６５】
以上述べたように、本実施形態では、最初に、圧電素子４５に準備信号Ｓ２，Ｓ３を供給し、液室４３内の液体７の圧力を低下させてノズル部５０内の液体７を液室４３側に引き込む第１制御を実行し、第１のノズル部５１から第２のノズル部５２に跨る疑似ノズルを均一な太さで形成する。
疑似ノズルは、第１のノズル部５１の内壁面５１ａを覆う液膜９の内側に形成されるので、疑似ノズルの径は、液膜９の厚さ分第１のノズル部５１の径Ｄ１よりも短くなる。すなわち、第１のノズル部５１の内壁面５１ａを覆う液膜９によって、第１のノズル部５１よりも細い疑似ノズルを液膜９の内側に形成する。疑似ノズルの径は、液体７の種類、駆動信号ＤＳ１の波形、及び第１のノズル部５１の構成材料などによって変化する。本実施形態では、疑似ノズルの径は、第１のノズル部５１の径Ｄ１の約７０％であった。
このように、第１制御によって、第１のノズル部５１から液体７を液滴１０ａとして吐出する際に実質的にノズルとして機能する疑似ノズルを、第１のノズル部５１の径Ｄ１より細い径で第１のノズル部５１の内側に形成する。
なお、第１のノズル部５１から第２のノズル部５２に跨る疑似ノズルを安定して形成するためには、ノズル部５０の構成材料は、液体７に対する濡れ性に優れた材料であることが好ましい。
【００６６】
さらに、本実施形態では、次に、圧電素子４５に吐出信号Ｓ４を供給し、液室４３内の液体７の圧力を上昇させ、ノズル部５０内の液体７を開口５３側に押し出し、液面８の頂点８ａの形状を開口５３に向かって凸形状に反転させ、疑似ノズルの中に液柱１０を形成し、疑似ノズルの径よりも小さい液滴１０ａを、疑似ノズルから吐出させる第２制御を実行する。また、疑似ノズルから吐出される液滴１０ａの大きさは、疑似ノズルの径の約５０％であった。
疑似ノズルの径は第１のノズル部５１の径Ｄ１の約７０％であるので、大きさが第１のノズル部５１の径Ｄ１の約３５％である小さい液滴１０ａを、第１のノズル部５１から吐出することができる。
発明者の検討では、公知技術によって第１のノズル部５１から吐出される液滴の大きさの最小値は、第１のノズル部５１の径Ｄ１の約５０％が限界であった。本実施形態では、第１のノズル部５１から吐出される液滴の大きさは、公知技術と比べて約７０％小さくなり、大きさが第１のノズル部５１の径Ｄ１の約３５％という小さい液滴１０ａを吐出することができる。
従って、本実施形態に係る液体吐出ヘッド４１を備えるプリンター２は、公知技術と比べて小さい径の液滴１０ａを吐出することによって微細なドットを被記録媒体３に形成し、被記録媒体３に形成される画像の高精細化を図ることができる。
【００６７】
仮に、液体７がフィラーなどの固形分が含まれる高粘度液体であって、固形分によるノズル部５０の詰まりを防止するために第１のノズル部５１の径Ｄ１を大きくする必要がある場合、公知技術では、第１のノズル部５１の径Ｄ１が大きくなると、第１のノズル部５１から吐出される液滴１０ａが大きくなり、被記録媒体３に形成されるドットが大きくなる。本実施形態では、公知技術と比べて、第１のノズル部５１から吐出される液滴１０ａが小さくなるので、第１のノズル部５１の径Ｄ１が大きくなった場合であっても、被記録媒体３に形成されるドットの大きさの増加を抑制することができる。
すなわち、本実施形態の構成によって、被記録媒体３に形成されるドットの大きさの増加を抑制しつつ、第１のノズル部５１の径Ｄ１を大きくすることができるので、被記録媒体３に形成される画像の品質低下を招くことなく、ノズル詰まりが生じやすいフィラーなどの固形分が含まれる高粘度液体を安定して吐出することができる。
【００６８】
本実施形態では、第１のノズル部５１の内壁面５１ａが液膜９によって覆われた状態で液体７が液滴１０ａとして吐出されるので、液柱１０の端部（液面８の液室４３側の頂点）は、第１のノズル部５１内の液体７に接した状態で、第１のノズル部５１内に流入した液体７により加圧される。すると、第１のノズル部５１の内壁面５１ａと液滴１０ａとして吐出される液体７との間に液膜９が存在せず、液滴１０ａとして吐出される液体７が第１のノズル部５１の内壁面５１ａに接触しながら流動する場合と比べて、第１のノズル部５１の内壁面５１ａとの境界付近で液体７に作用する液体７の流動を阻害する力（例えば、摩擦力）が弱くなり、液滴１０ａとして吐出される液体７が流動しやすくなり、第１のノズル部５１から吐出される液体７のエネルギー損失が小さくなる。その結果、液体吐出ヘッド４１は、液体７の粘度が高い場合であっても安定して液体７を吐出しやすくなり、高粘度液体を効率よく吐出することができ、加えて、吐出される液体７の飛翔速度を速くすることができる。
従って、本実施形態に係る液体吐出ヘッド４１を備えるプリンター２は、公知技術と比べて、第１のノズル部５１から吐出される液体７の飛翔速度が速くなり、被記録媒体３に早く画像を形成し、プリンター２の生産性を高めることができる。
【００６９】
本実施形態では、公知技術と比べて第１のノズル部５１から吐出される液体７のエネルギー損失が小さくなるので、圧電素子４５から付与される圧力が弱くなっても、公知技術と同等の飛翔速度で液体７を吐出することができる。すなわち、本実施形態では、公知技術と比べて、圧電素子４５から付与される圧力を弱くしても、公知技術と同等の吐出性能を得ることができる。さらに、圧電素子４５から付与される圧力が弱くなると、圧電素子４５の剛性を小さくすることができ、且つ、固定板４１３や流路形成基板４１４の剛性を小さくすることができるので、液体吐出ヘッド４１を小さくすることができる。
従って、本実施形態に係る液体吐出ヘッド４１を備えるプリンター２が公知技術と同等の吐出性能である場合、公知技術と比べて、当該プリンター２を小型化することができる。
【００７０】
（実施形態２）
図１１は、図５に対応する図であり、実施形態２に係る液体吐出ヘッドにおけるノズル部５０Ａの状態を示す拡大図である。
本実施形態に係る液体吐出ヘッドと実施形態１に係る液体吐出ヘッド４１とでは、ノズル部の形状が異なる。
以下、図１１を参照し、本実施形態に係る液体吐出ヘッドの概要を、実施形態１との相違点を中心に説明する。また、実施形態１と同一の構成部位については、同一の符号を附し、重複する説明を省略する。
【００７１】
図１１に示すように、本実施形態に係る液体吐出ヘッドにおけるノズル部５０Ａは、被記録媒体３に液体７を液滴１０ａとして吐出する第１のノズル部５１と、液室４３に連通される第２のノズル部５２と、第１のノズル部５１と第２のノズル部５２とを連通するノズル接続部５４とを有する。ノズル接続部５４は、Ｚ方向に対して傾斜した斜面５４ａを有している。
すなわち、本実施形態に係る液体吐出ヘッドは、第１のノズル部５１と第２のノズル部５２との間にテーパー形状のノズル接続部５４を有する。一方、実施形態１の液体吐出ヘッド４１では、第２のノズル部５２が第１のノズル部５１に接続され、第１のノズル部５１と第２のノズル部５２との間にテーパー形状のノズル接続部を有していない。この点が、本実施形態と実施形態１との主な相違点である。
【００７２】
第１のノズル部５１の内壁面５１ａは、ノズル接続部５４の斜面５４ａを介して、第２のノズル部５２の内壁面５２ａに接続されている。内壁面５２ａと斜面５４ａとによって形成されるコーナー部Ｃ２の角度θ２は、９０度よりも大きい鈍角である。
一方、実施形態１では、第１のノズル部５１の内壁面５１ａは、第２のノズル部５２の底面５２ｂを介して、第２のノズル部５２の内壁面５２ａに接続されている。内壁面５２ａと底面５２ｂとによって形成されるコーナー部Ｃ１の角度θ１は直角（９０度）である（図５参照）。
【００７３】
制御部６からの吐出信号Ｓ４に基づいて圧電素子４５が駆動され、液室４３内の液体７の圧力が上昇し、液体７が第２のノズル部５２から第１のノズル部５１に向けて流動する。
例えば、内壁面５２ａと底面５２ｂとによって形成されるコーナー部Ｃ１の角度θ１が９０度である場合、または、コーナー部Ｃ１の角度θ１が９０度よりも小さい鋭角である場合、第２のノズル部５２から第１のノズル部５１に向けて流動する液体７が、コーナー部Ｃ１に滞留するおそれがある。仮に、液体７がコーナー部Ｃ１に滞留し、液体７に気泡が含まれると、当該気泡がコーナー部Ｃ１にトラップされやすくなる。さらに、気泡がコーナー部Ｃ１にトラップされると、第１のノズル部５１から吐出される液体７のエネルギー損失が大きくなり、第１のノズル部５１から液体７が吐出される際の吐出不良が生じやすくなる。
【００７４】
本実施形態では、第１のノズル部５１と第２のノズル部５２との間にノズル接続部５４を設け、実施形態１におけるコーナー部Ｃ１に相当するコーナー部Ｃ２を、第２のノズル部５２の内壁面５２ａとノズル接続部５４の斜面５４ａとによって形成し、コーナー部Ｃ２の角度θ２を９０度よりも大きい鈍角としている。
コーナー部Ｃ２の角度θ２が鈍角になると、コーナー部Ｃ１の角度θ１が直角である構成と比べて、第２のノズル部５２から第１のノズル部５１に向けて流動する液体７が、コーナー部Ｃ２に滞留しにくくなり、仮に、液体７に気泡が含まれる場合であっても、当該気泡がコーナー部Ｃ２にトラップされにくくなる。
【００７５】
（実施形態３）
図１２は、図７に対応する図であり、実施形態３に係る液体吐出ヘッドにおけるノズル部５０Ｂの状態を示す拡大図である。図１２には、制御部６から圧電素子４５に準備信号Ｓ２，Ｓ３が供給される場合の液面８の状態が図示されている。
本実施形態に係る液体吐出ヘッドと実施形態１に係る液体吐出ヘッド４１とでは、ノズル部の形状が異なる。
以下、図１２を参照し、本実施形態に係る液体吐出ヘッドの概要を、実施形態１との相違点を中心に説明する。また、実施形態１と同一の構成部位については、同一の符号を附し、重複する説明を省略する。
【００７６】
図１２に示すように、本実施形態に係る液体吐出ヘッドにおけるノズル部５０Ｂは、第１の断面積Ａ１を有する第１のノズル部５１と、第１のノズル部５１に連通され第１の断面積Ａ１より大きい第２の断面積Ａ２を有する第２のノズル部５２と、第２のノズル部５２よりも液室４３側に位置し、第２の断面積Ａ２より大きい第３の断面積Ａ３を有する第３のノズル部６３とを有する。
一方、実施形態１に係る液体吐出ヘッド４１におけるノズル部５０は、第１の断面積Ａ１を有する第１のノズル部５１と、第１のノズル部５１に連通され第１の断面積Ａ１より大きい第２の断面積Ａ２を有する第２のノズル部５２とを有する。
この点が、本実施形態と実施形態１との主な相違点である。
【００７７】
本実施形態では、制御部６からの準備信号Ｓ２，Ｓ３に基づいて圧電素子４５を駆動し、液室４３内の液体７の圧力を低下させることによって、第１のノズル部５１の内壁面５１ａが液体７の液膜９によって覆われた状態で、液体７の液面８の頂点８ａを第３のノズル部６３内に引き込ませるという第１制御を実行し、第１のノズル部５１から第３のノズル部６３に跨る疑似ノズルをノズル部５０Ｂ内に形成する。
続いて、制御部６からの吐出信号Ｓ４に基づいて圧電素子４５を駆動し、内壁面５１ａが液膜９によって覆われた状態で、液室４３内の液体７の圧力を上昇させることによって、第３のノズル部６３内において、液面８の頂点８ａの形状を開口５３側に向かって凸形状に反転させ、さらに、凸形状の液面８の頂点８ａから液体７を吐出させるという第２制御を実行する。
【００７８】
第３のノズル部６３は第２のノズル部５２よりも太いので、第３のノズル部６３の流路抵抗は、第２のノズル部５２の流路抵抗よりも小さい。流路抵抗が小さい第３のノズル部６３において−Ｚ方向の力を液体７に作用させると、流路抵抗が大きい第２のノズル部５２において−Ｚ方向の力を液体７に作用させる構成と比べて、−Ｚ方向に流動する液体７の流速を速くすることができる。流速が速い液体７は、第２のノズル部５２と第１のノズル部５１とを流動し、第１のノズル部５１内の疑似ノズルから液滴１０ａとして吐出されるので、疑似ノズルから吐出される液滴１０ａの吐出速度が速くなる。
【００７９】
このように、本実施形態は、液体７を加圧し液面８の形状を反転させるノズル部（第３のノズル部６３）と、液体７を吐出するノズル部（第１のノズル部５１）との間に、別のノズル部（第２のノズル部５２）を設ける構成を有する。
なお、液体７を加圧し液面８の形状を反転させるノズル部（第３のノズル部６３）と、液体７を吐出するノズル部（第１のノズル部５１）との間に設ける別のノズル部の数は、単数でなく、複数であってもよい。
さらに、液体７が液面８の形状を反転させるノズル部（第３のノズル部６３）と、液体７を吐出するノズル部（第１のノズル部５１）との間に設ける別のノズル部の数が複数である場合、複数の別のノズル部の少なくとも一部は、テーパー形状のノズル接続部（例えば、実施形態２のノズル接続部５４）であってもよい。
【００８０】
本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨あるいは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、上記実施形態以外にも様々な変形例が考えられる。以下、変形例を挙げて説明する。
【００８１】
（変形例１）
図１３は、図６に対応する図であり、変形例１に係る駆動信号ＤＳ２の状態を示す模式図である。
図１３に示すように、制御部６から圧電素子４５に供給される駆動信号は、駆動信号ＤＳ２であってもよい。制御部６から圧電素子４５に供給される駆動信号ＤＳ２は、最低駆動電圧ＶＬと最高駆動電圧ＶＨと間に設定され、駆動信号ＤＳ２の始点である信号Ｓ１と、準備信号Ｓ２，Ｓ３と、吐出信号Ｓ４と、信号Ｓ１１と、信号Ｓ１２と、駆動信号ＤＳ２の終点である信号Ｓ５とを含む。
本変形例に係る駆動信号ＤＳ２は、吐出信号Ｓ４と終点の信号Ｓ５との間に、信号Ｓ１１，Ｓ１２を新たに有する点が、実施形態１に係る駆動信号ＤＳ１との相違点である。
【００８２】
圧電素子４５に信号Ｓ１１が供給されると、圧電素子４５が伸張した状態が維持され、第１のノズル部５１内の液体７が開口５３に向けて押し出される状態が維持される。
【００８３】
圧電素子４５に信号Ｓ１２が供給されると、圧電素子４５が収縮し、振動板４６が＋Ｚ方向に変形し、液室４３が膨張し、液室４３内の液体７の圧力が低下し、第１のノズル部５１内の液体７が液室４３側に引き込まれる。すなわち、第１のノズル部５１内の液体７は、開口５３に向けて押し出される状態から、液室４３側に引き込まれる状態に変化する。
第１のノズル部５１内の液体７は、開口５３に向けて押し出される状態から、液室４３側に引き込まれる状態に変化すると、図８に実線で示される第１のノズル部５１から外側に飛び出す液柱１０が、液体７の液面８から分離しやすくなる。その結果、図９に示すように、液柱１０が、液滴１０ａとして液面８の頂点８ａから吐出されやすくなり、液体吐出ヘッド４１から液体７が液滴１０ａとして安定して吐出されやすくなる。
【００８４】
（変形例２）
図１４は、図６に対応する図であり、変形例２に係る駆動信号ＤＳ３の状態を示す模式図である。
図１４に示すように、制御部６から圧電素子４５に供給される駆動信号は、駆動信号ＤＳ３であってもよい。制御部６から圧電素子４５に供給される駆動信号ＤＳ３は、最低駆動電圧ＶＬと最高駆動電圧ＶＨと間に設定され、駆動信号ＤＳ３の始点である信号Ｓ１と、信号Ｓ２１と、信号Ｓ２２と、準備信号Ｓ２，Ｓ３と、吐出信号Ｓ４と、信号Ｓ１１と、信号Ｓ１２と、駆動信号ＤＳ３の終点である信号Ｓ５とを含む。
本変形例に係る駆動信号ＤＳ３は、始点の信号Ｓ１と準備信号Ｓ２，Ｓ３との間に、信号Ｓ２１，Ｓ２２を新たに有する点が、変形例１に係る駆動信号ＤＳ２との相違点である。
【００８５】
圧電素子４５に信号Ｓ２１，Ｓ２２が供給されると、圧電素子４５が伸張し、振動板４６が−Ｚ方向に変形し、液室４３が収縮し、液室４３内の液体７の圧力が上昇し、液体７が開口５３側に向けて押し出される状態になる。すると、図示を省略するが、液体７の液面８の外周縁が第１のノズル部５１の開口５３に位置し、液面８の頂点８ａが第１のノズル部５１の開口５３の外側に張り出す状態になる。
続いて、圧電素子４５に準備信号Ｓ２，Ｓ３が供給され、圧電素子４５を収縮させ、液室４３内の液体７の圧力を低下させることによって、第１のノズル部５１の内壁面５１ａが液体７の液膜９によって覆われた状態で、液体７の液面８の頂点８ａを第２のノズル部５２内に引き込ませるという第１制御を実行する。
【００８６】
液体７を開口５３側に向けて押し出し、液面８が第１のノズル部５１の外側に張り出した状態から液体７を液室４３側に向けて引き込むと、第１のノズル部５１から第２のノズル部５２に引き込まれる液体７の引き込み量が安定し、第１のノズル部５１から第２のノズル部５２に跨って形成される疑似ノズルのＺ方向の長さのバラツキを小さくすることができる。
従って、液体吐出ヘッド４１から液体７が液滴１０ａとして安定して吐出されやすくなるという変形例１の効果に加えて、第１のノズル部５１から第２のノズル部５２に跨って形成される疑似ノズルのＺ方向の長さが均一になるという効果を得ることができる。
【００８７】
（変形例３）
図１５は、図６に対応する図であり、変形例３に係る駆動信号ＤＳ４の状態を示す模式図である。
図１５に示すように、制御部６から圧電素子４５に供給される駆動信号は、駆動信号ＤＳ４であってもよい。制御部６から圧電素子４５に供給される駆動信号ＤＳ４は、駆動信号ＤＳ４の始点である信号Ｓ１と、準備信号Ｓ２，Ｓ３と、吐出信号Ｓ４１，Ｓ４２と、駆動信号ＤＳ４の終点である信号Ｓ５とを含む。
すなわち、第２制御を実行する吐出信号が、本変形例に係る駆動信号ＤＳ４と実施形態１に係る駆動信号ＤＳ１とで異なる。
【００８８】
本変形例では、吐出信号Ｓ４１，Ｓ４２に基づいて圧電素子４５を駆動し、内壁面５１ａが液膜９によって覆われた状態で、液室４３内の液体７の圧力を上昇させることによって、第２のノズル部５２内において、液面８の頂点８ａの形状を開口５３側に向かって凸形状に反転させ、さらに、凸形状の液面８の頂点８ａから液体７を吐出させる。
吐出信号Ｓ４１は、液面８の頂点８ａの形状を開口５３側に向かって凸形状に反転させる動作のトリガーとなる。吐出信号Ｓ４２が圧電素子４５に供給される前に、吐出信号Ｓ４１が圧電素子４５に供給されると、吐出信号Ｓ４２によって、第２のノズル部５２内において液面８の頂点８ａの形状を安定して反転させることができる。
【００８９】
（変形例４）
図１６は、図６に対応する図であり、変形例４に係る駆動信号ＤＳ５の状態を示す模式図である。
図１６に示すように、制御部６から圧電素子４５に供給される駆動信号は、駆動信号ＤＳ５であってもよい。制御部６から圧電素子４５に供給される駆動信号ＤＳ５は、駆動信号ＤＳ５の始点である信号Ｓ１と、準備信号Ｓ２，Ｓ３と、吐出信号Ｓ４３，Ｓ４４，Ｓ４５と、駆動信号ＤＳ５の終点である信号Ｓ５とを含む。
すなわち、第２制御を実行する吐出信号が、本変形例に係る駆動信号ＤＳ５と実施形態１に係る駆動信号ＤＳ１とで異なる。
【００９０】
吐出信号Ｓ４３，Ｓ４４は、電圧を最高駆動電圧ＶＨから駆動電圧ＶＮまで降下させ、液室４３を収縮させ、液面８の頂点８ａの形状を開口５３側に向かって凸形状に反転させる動作のきっかけを作る信号である。吐出信号Ｓ４５は、電圧を駆動電圧ＶＮから基準駆動電圧ＶＭまで降下させ、液室４３をさらに収縮させ、液面８の頂点８ａの形状を開口５３側に向かって凸形状に反転させた後、凸形状の液面８の頂点８ａから液体７を吐出させる信号である。
吐出信号Ｓ４５が圧電素子４５に供給される前に、吐出信号Ｓ４３，Ｓ４４が圧電素子４５に供給されると、吐出信号Ｓ４５によって、第２のノズル部５２内において液面８の頂点８ａの形状を安定して反転させることができる。
【００９１】
（変形例５）
液体吐出ヘッド４１は、液体７を液室４３に供給する供給流路４２に加えて、液室４３内の液体７を循環させる循環流路を有する構成であってもよい。
循環流路によって、液室４３内の液体７を循環するようにすると、例えば、液体７に金属粒子などの重い粒子が含まれる場合に当該重い粒子が沈降しにくくなり、さらに液体７が増粘しにくくなる。
【００９２】
以下に、実施形態から導き出される内容を記載する。
【００９３】
本願の液体吐出ヘッドは、液体を液滴として吐出制御する制御部を備えた液体吐出装置に装着される液体吐出ヘッドであって、先端から液体を吐出し、第１の断面積を有する第１のノズル部と、前記第１のノズル部に連通され、前記第１の断面積より大きい第２の断面積を有する第２のノズル部と、前記第２のノズル部に連通される液室と、前記液室内の液体の圧力を変化させる圧力変化部と、を備え、前記圧力変化部は、前記制御部からの駆動信号に基づいて駆動され、前記液室内の前記液体の圧力を低下させることによって、前記第１のノズル部の内壁面が前記液体の液膜によって覆われた状態で、前記液体の液面の中央部を前記第２のノズル部内に引き込ませる第１制御と、前記内壁面が前記液膜によって覆われた状態で、前記液室内の前記液体の圧力を上昇させることによって、前記液面の中央部の形状を前記先端側に向かって凸形状に反転させ、さらに、前記凸形状の前記液面の中央部から前記液体を吐出させる第２制御と、を実行することを特徴とする。
【００９４】
第１のノズル部の内壁面が液膜によって覆われた状態で液体が吐出される場合、第１のノズル部の内壁面と吐出される液体との間に液膜が存在し、吐出される液体が液膜に接触しながら流動する。すると、第１のノズル部の内壁面と吐出される液体との間に液膜が存在せず、吐出される液体が第１のノズル部の内壁面に接触しながら流動する場合と比べて、第１のノズル部の内壁面との境界付近で液体に作用する液体の流動を阻害する力（例えば、摩擦力）が弱くなる。その結果、液体吐出ヘッドは、液体の粘度が高い場合であっても安定して液体を吐出しやすくなり、高粘度液体を効率よく吐出することができる。
さらに、第１のノズル部の内壁面と吐出される液体との間に液膜が存在すると、第１のノズル部から液体を吐出する際に実質的にノズルとして機能する部分（以下、疑似ノズルと称す）の径が、液膜の厚さ分細くなる。すると、第１のノズル部から吐出される液体が小さくなり、小さなドットを形成することができる。
【００９５】
本願の液体吐出ヘッドでは、前記第１のノズル部のノズル長は、前記第１のノズル部の径の２倍以上であることが好ましい。
【００９６】
第１制御では、第１のノズル部の内壁面に液体が付いた状態で液体を液室側に流動させ、第１のノズル部の内壁面を覆う液膜の内側に、疑似ノズルを形成する。
第１のノズル部のノズル長が第１のノズル部の径の２倍である場合は、第１のノズル部のノズル長が、第１のノズル部における液体の流動速度の分布が一定になる助走区間長さ（助走距離）である場合に相当する。よって、第１のノズル部のノズル長が第１のノズル部の径の２倍以上になると、第１のノズル部における液体の流動速度の分布が一定になる。第１のノズル部における液体の流動速度の分布が一定になる条件で疑似ノズルを形成すると、第１のノズル部における液体の流動速度の分布が一定でない条件で疑似ノズルを形成する場合と比べて、第１のノズル部の内壁面を覆う液膜の厚さが均一になり、液膜の内側に形成される疑似ノズルの太さが均一なる。
従って、液膜の内側に形成される疑似ノズルの太さが均一にするためには、第１のノズル部のノズル長は、第１のノズル部の径の２倍以上であることが好ましい。
【００９７】
本願の液体吐出ヘッドでは、前記液面の中央部の形状を前記先端側に向かって凸形状に反転させた後、前記液体の液面の前記液室側の頂点の流速は、前記第２のノズル部の領域において最大となることが好ましい。
【００９８】
第２のノズル部は第１のノズル部よりも断面積が大きいので、第２のノズル部は第１のノズル部よりも流路抵抗が小さい。液体を加圧し、液体を先端側に流動させる場合、流路抵抗が小さい第２のノズル部で加圧すると、流路抵抗が大きい第１のノズル部で加圧する場合と比べて、先端側に向かう液体の流動速度を速くすることができる。
本願の液体吐出ヘッドでは、流路抵抗が小さい第２のノズル部で加圧し、流路抵抗が小さい第２のノズル部において液体の液面の液室側の頂点の流速を最大とするので、流路抵抗が大きい第１のノズル部において液体の液面の液室側の頂点の流速を最大とする構成と比べて、先端側に向かう液体の流動速度を速くすることができる。
【００９９】
本願の液体吐出ヘッドでは、前記第１のノズル部と前記第２のノズル部との間にテーパー形状のノズル接続部を有することが好ましい。
【０１００】
液体が第２のノズル部から第１のノズル部に流動する場合、第１のノズル部と第２のノズル部との間にテーパー形状のノズル接続部を設けると、第１のノズル部と第２のノズル部との境界であるノズル接続部において液体の流動が阻害されにくくなり、仮に、液体に気泡が含まれる場合であっても、当該気泡が第１のノズル部と第２のノズル部との境界であるノズル接続部に滞留しにくくなる。
【０１０１】
本願の液体吐出ヘッドは、前記第２のノズル部よりも前記液室側に位置し、前記第２の断面積より大きい第３の断面積を有する第３のノズル部を、さらに有し、前記第１制御では、前記液面の中央部を前記第３のノズル部内に引き込ませることが好ましい。
【０１０２】
第３のノズル部は第２のノズル部よりも断面積が大きいので、第３のノズル部において流路抵抗がさらに小さくなる。液面の中央部を第３のノズル部内に引き込み、流路抵抗がさらに小さい第３のノズル部において液体の液面の液室側の頂点の流速を最大とすると、流路抵抗が小さい第２のノズル部において液体の液面の液室側の頂点の流速を最大とする場合と比べて、先端側に向かう液体の流動速度をさらに速くすることができる。
【０１０３】
本願の液体吐出装置は、被記録媒体を搬送する搬送機構と、前記被記録媒体に液体を液滴として吐出する上記液体吐出ヘッドと、前記液体吐出ヘッドを駆動制御する制御部と、を備える。
【０１０４】
上記液体吐出ヘッドは、高粘度液体を効率よく吐出することができ、且つ、小さなドットを形成することができる。上記液体吐出ヘッドを有する液体吐出装置は、高粘度液体を効率よく吐出して画像を被記録媒体に形成するので、液体の吐出不良に起因する画像の品質低下を抑制することができる、加えて、被記録媒体に小さいドットを形成するので、被記録媒体に形成される画像の高精細化を図ることができる。
【符号の説明】
【０１０５】
２…プリンター、３…被記録媒体、４…ヘッドユニット、６…制御部、７…液体、８…液面、８ａ…液面の頂点、８ｂ…液面の頂点、９…液膜、１０…液柱、１０ａ…液滴、４１…液体吐出ヘッド、４３…液室、４５…圧電素子、５０…ノズル部、５１…第１のノズル部、５２…第２のノズル部、５１ａ，５２ａ…内壁面、５３…開口。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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