(57)【要約】【課題】液体吐出方向の曲がりを防止すること。【解決手段】液体吐出ヘッドは、液体を吐出するノズルを備え、ノズルは、液体が供給される第１開口部を有する第１ノズル部（例えば、入口部１１１）と、第１開口部より小さく、液体を吐出する第２開口部を有する第２ノズル部（例えば、出口部１１２）と、を有し、第２ノズル部は、内壁の内周方向に延在する環状の凹部を一つ以上有し（例えば、第１内壁部１１５の溝１７）、凹部と第２開口部との間に凹部が存在しない領域（例えば、第２内壁部１１６）を有する。【選択図】図１５
2020082671.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出するノズルを備え、
前記ノズルは、
前記液体が供給される第１開口部を有する第１ノズル部と、
前記第１開口部より小さく、前記液体を吐出する第２開口部を有する第２ノズル部と、を有し、
前記第２ノズル部は、内壁の内周方向に延在する環状の凹部を一つ以上有し、前記凹部と前記第２開口部との間に凹部が存在しない領域を有することを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
液体を吐出するノズルを備え、
前記ノズルは、
前記液体が供給される第１開口部を有する第１ノズル部と、
前記第１開口部より小さく、前記液体を吐出する第２開口部を有する第２ノズル部と、を有し、
前記第２ノズル部は、内壁の内周方向に延在する環状の凹部を二つ以上有し、
前記第１ノズル部に近い凹部が、前記第２開口部に近い凹部より深いことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項３】
前記第２ノズル部は、
前記第１ノズル部に近い第１内壁部と、
前記第１内壁部と前記第２開口部との間の第２内壁部と、を有し、
前記第１内壁部は、前記凹部を有し、
前記第２内壁部は、前記第１内壁部が有する前記凹部よりも溝が浅い凹部を有する内壁と、凹部が存在しない内壁とのいずれかを有す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内壁部が有する前記凹部の内部において、前記第２開口部側よりも前記第１ノズル部側の表面に撥水成分を多く有することを特徴とする請求項３に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
前記第１内壁部には前記凹部が前記ノズルの軸方向に沿って複数形成されており、
前記第２開口部に近い側の前記凹部は、前記第１開口部に近い側の前記凹部よりも、撥水成分を多く有することを特徴とする請求項３または４に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項６】
前記ノズルを形成している基板は、シリコンで形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッドを備えていることを特徴とする液体吐出ユニット。
【請求項８】
請求項１から６のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド、または、請求項７に記載の液体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、液体吐出ヘッド、液体吐出ユニットおよび液体を吐出する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体を吐出させることで媒体上に画像を形成する液体吐出ヘッドにおいて、エッチングによる微細加工を施したシリコン基板をノズル板に採用し、従来のヘッドよりもドット密度を向上させることで、高精細な画質を実現させる技術が既に知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、ノズル内壁面の凹凸に液体内の固形成分が付着することによる液体の吐出不良を抑える技術が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のノズルは、ノズル板を両側からエッチングする際に生じたノズルの出口部と入口部との軸ズレにより、吐出された液体のノズル面に垂直な方向に対する曲がり量が大きくなっていた。
【０００５】
本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、液体吐出方向の曲がりを防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決するために、本発明の液体吐出ヘッドは、
液体を吐出するノズルを備え、
前記ノズルは、
前記液体が供給される第１開口部を有する第１ノズル部と、
前記第１開口部より小さく、前記液体を吐出する第２開口部を有する第２ノズル部と、を有し、
前記第２ノズル部は、内壁の内周方向に延在する環状の凹部を一つ以上有し、前記凹部と前記第２開口部との間に凹部が存在しない領域を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、液体吐出方向の曲がりを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係る液体吐出ヘッドの外観斜視説明図である。
【図２】同じく分解斜視説明図である。
【図３】同じく断面斜視説明図である。
【図４】同じくフレーム部材を除く分解斜視説明図である。
【図５】同じく流路部分の断面斜視説明図である。
【図６】同じく流路部分の平面説明図である。
【図７】一実施形態の液体吐出ヘッドのノズル板の概観を説明する図である。
【図８】図７の一つのノズルの周辺を切り出した図である。
【図９】従来の液体吐出ヘッドのノズル断面を説明する図である。
【図１０】任意の軸ズレＧでの入口径と吐出曲がり量との関係を示したグラフである。
【図１１】入口径と吐出曲がり量との関係を説明するグラフである。
【図１２】ストレート長または入口径の増加による、中心軸に対するメニスカスの対称性の変化を説明する図である。
【図１３】ノズル内壁に残留した撥水膜の一例を説明する図である。
【図１４】ノズル内壁に固着した異物の一例を説明する図である。
【図１５】一実施形態のノズル断面を説明する図である。
【図１６】ノズル壁面に付着した撥水膜を除去する工程の前のノズルの断面例を説明する図である。
【図１７】ノズル壁面に付着した撥水膜の除去工程後のノズルの断面例を説明する図ある。
【図１８】一実施形態のノズル断面の他の形状を説明する図である。
【図１９】溝の他の形状を説明する図である。
【図２０】本発明に係る液体を吐出する装置の一例の要部平面説明図である。
【図２１】同装置の要部側面説明図である。
【図２２】本発明に係る液体吐出ユニットの一例の要部平面説明図である。
【図２３】本発明に係る液体吐出ユニットの他の例の正面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施形態について、図面を参照しながら説明する。説明の明確化のため、以下の記載および図面は、適宜、省略または簡略化がなされている。各図面において同一の構成または機能を有する構成要素および相当部分には、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００１０】
まず、本発明の一実施形態の液体吐出ヘッドについて、図１ないし図６を参照して説明する。図１は一実施形態に係る液体吐出ヘッドの外観斜視説明図、図２は同じく分解斜視説明図、図３は同じく断面斜視説明図である。図４は同じくフレーム部材を除く分解斜視説明図、図５は同じく流路部分の断面斜視説明図である。図６は同じく流路部分の平面説明図である。
【００１１】
この液体吐出ヘッド１は、ノズル板１０と、流路板（個別流路部材）２０と、振動板部材３０と、共通流路部材５０と、ダンパ部材６０と、フレーム部材８０と、駆動回路１０２を実装した基板（フレキシブル配線基板）１０１などを備えている。
【００１２】
ノズル板１０には、液体を吐出する複数のノズル１１を有している。複数のノズル１１は、二次元状にマトリクス配置され、図６に示すように、第１方向Ｆ、第２方向Ｓ及び第３方向Ｔの三方向に並んで配置されている。
【００１３】
個別流路部材２０は、複数のノズル１１に各々連通する複数の圧力室（個別液室）２１と、複数の圧力室２１に各々通じる複数の個別供給流路２２と、複数の圧力室２１に各々通じる複数の個別回収流路２３とを形成している。１つの圧力室２１及びこれに通じる個別供給流路２２と個別回収流路２３を併せて個別流路２５と称する。
【００１４】
振動板部材３０は、圧力室２１の変形な可能な壁面である振動板３１を形成し、振動板３１には圧電素子４０が一体に設けられている。また、振動板部材３０には、個別供給流路２２に通じる供給側開口３２と、個別回収流路２３に通じる回収側開口３３とが形成されている。圧電素子４０は、振動板３１を変形させて圧力室２１内の液体を加圧する圧力発生手段である。
【００１５】
なお、個別流路部材２０と振動板部材３０とは、部材として別部材であることに限定さるものではない。例えば、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を使用して個別流路部材２０及び振動板部材３０を同一部材で一体に形成することができる。つまり、シリコン基板上に、シリコン酸化膜、シリコン層、シリコン酸化膜の順に成膜されたＳＯＩ基板を使用し、シリコン基板を個別流路部材２０とし、シリコン酸化膜、シリコン層及びシリコン酸化膜とで振動板３１を形成することができる。この構成では、ＳＯＩ基板のシリコン酸化膜、シリコン層及びシリコン酸化膜の層構成が振動板部材３０となる。このように、振動板部材３０は個別流路部材２０の表面に成膜された材料で構成されるものを含む。
【００１６】
共通流路部材５０は、２以上の個別供給流路２２に通じる複数の共通供給流路支流５２と、２以上の個別回収流路２３に通じる複数の共通回収流路支流５３とを、ノズル１１の第２方向Ｓに交互に隣接して形成している。
【００１７】
共通流路部材５０には、個別供給流路２２の供給側開口３２と共通供給流路支流５２を通じる供給口５４となる貫通孔と、個別回収流路２３の回収側開口３３と共通回収流路支流５３を通じる回収口５５となる貫通孔が形成されている。
【００１８】
また、共通流路部材５０は、複数の共通供給流路支流５２に通じる１又は複数の共通供給流路本流５６と、複数の共通回収流路支流５３に通じる１又は複数の共通回収流路本流５７を形成している。
【００１９】
ダンパ部材６０は、共通供給流路支流５２の供給口５４と対面する（対向する）供給側ダンパ６２と、共通回収流路支流５３の回収口５５と対面する（対向する）回収側ダンパ６３を有している。
【００２０】
ここで、共通供給流路支流５２及び共通回収流路支流５３は、同じ部材である共通流路部材５０に交互に並べて配列された溝部を、ダンパ部材６０の供給側ダンパ６２又は回収側ダンパ６３で封止することで構成している。なお、ダンパ部材６０のダンパ材料としては、有機溶剤に強い金属薄膜又は無機薄膜を用いることが好ましい。ダンパ部材６０の供給側ダンパ６２、回収側ダンパ６３の部分の厚みは１０μｍ以下が好ましい。
【００２１】
次に、液体吐出ヘッドの構成について詳細を説明する。
図７は、一実施形態の液体吐出ヘッドのノズル板の概観である。また、図８は、図７の一つのノズルの周辺を切り出した図である。ノズル板１０は、複数のノズル１１が配列される。図８は、例えば、図７の枠Ｐで囲まれたノズルの周辺を切り出した図である。
以下では、図８に示すＡ−Ａ線に沿ったノズル断面（ノズル板長手方向に切った断面）に注目する。また、ノズル孔が形成されたノズル板１０の対向する二つの面を、圧力室２１に近い「液室側の面」と、ノズルから液体が吐出する側の「吐出面」（「ノズル面」とも称する）として説明する。
【００２２】
［従来のノズルの構成］
図９は、従来の液体吐出ヘッドのノズル断面を説明する図である。
従来の液体吐出ヘッドは、１枚のシリコン基板１３から形成される。シリコン基板１３の吐出面には撥水膜１５が形成される。
図９のノズルは入口部１１１ｐと出口部１１２ｐとからなる２段ストレート構造である。入口部１１１ｐと出口部１１２ｐとは、いずれもノズル板１０をエッチングすることで形成される。入口部１１１ｐはノズルに液体が供給される側、つまりノズルに液体が入ってくる入口である。出口部１１２ｐはノズルから液体が吐出される側、つまりノズルから液体が出ていく出口である。エッチングの工程において、液体吐出方向に沿って、ノズル内壁面に環状の溝が少なくとも１つ形成される。溝１７は、内壁の内周方向に延在する環状の凹部であり、「スキャロップ」とも称する。溝１７は、ノズルの製造工程において、ノズル内壁面に生じる波型の凹凸形状の一例である。
【００２３】
［軸ズレによる吐出曲がり量の増加］
ノズル１１は、例えば、ノズル板１０を液室側の面と吐出面との両側からエッチングすることにより形成される。従って、ノズル板１０の入口部１１１ｐと出口部１１２ｐ（出口部１１２ｐのうち撥水膜１５を除いたシリコン基板１３の部分）とを別々に形成してノズル孔を作製している。ノズル孔形成後、ノズル１１の入口部１１１ｐの中心軸ａｘ１と出口部１１２ｐの中心軸ａｘ２にズレ（軸ズレＧ）が生じる場合がある。この軸ズレＧにより、入口部１１１ｐと出口部１１２ｐとの境界付近で流体の流れが出口部１１２ｐの中心軸ａｘ２に対して非対称（同心軸非対称）になり、その影響を受けたメニスカスの形状も同心軸非対称となる。ここで、同心軸は、出口部の中心軸ａｘ２とする。図１０は、ノズルの流体の流れを説明する図である。図１０の入口部１１１ｐ内の矢印は流体の流れの一例を表す。図１０は、流体の流れが中心軸ａｘ２に対して非対称になること、および、メニスカスの形状が、中心軸ａｘ２に対して対称とならず、中心軸ａｘ１寄りに偏った形状となる一例を表している。
【００２４】
これが原因で、従来の液体吐出ヘッドでは、吐出曲がり量が増加してしまい、その結果液体が意図した場所に着弾しないという問題があった。ここで、吐出曲がり量は、ノズルから吐出された液体がノズル面に垂直な方向に対して曲がる量（大きさ）とする。
【００２５】
そこで、発明者らは、図９に示す入口径、出口径およびストレート長（「ＳＴ長」とも称する）の長さを操作し、吐出曲がり量を抑制できるか確かめた。ここで、入口径は入口部の内径、出口径は出口部の内径、ストレート長は出口部の長さ（中心軸ａｘ２に沿った軸方向の出口部の長さ）とする。
その結果、軸ズレが原因で発生する吐出曲がりは、入口径またはストレート長を増加させると抑えられることを発見した。
【００２６】
図１１は、任意の軸ズレＧでの入口径と吐出曲がり量との関係を示したグラフである。また、図１２は、ストレート長または入口径の増加による、中心軸ａｘ２に対するメニスカスの対称性の変化を説明する図である。図１２の左側のノズル断面は、従来のノズルの一例である。図１２の右側のノズル断面は、左側より入口径が大きく、ストレート長が長いノズルの一例である。図１２の入口部１１１ｐ、１１１ｓ内の矢印は流体の流れの一例を表す。
入口径を大きくすることで吐出曲がり量が抑制される理由は、入口径を大きくしたことにより、流体の流れの同心軸対称性が向上し、メニスカスの同心軸非対称性が低下したからだと考えられている。また、ストレート長を長くすることで吐出曲がり量が抑制される理由は、ストレート部分を長くしたことで、入口部１１１ｓと出口部１１２ｓの境界付近（流体の流れの同心軸非対称性が高い領域）からメニスカスが遠ざけられたからであると考えられている。
【００２７】
［溝の存在による吐出曲がり量の増加およびノズル間のばらつき］
前述の通り、入口径やストレート長を増加させることで軸ズレ量由来の吐出曲がり量は抑えられることができた。しかし、ノズル面側のノズル内壁（ノズル孔の壁面）に溝１７が存在することで、吐出曲がり量のノズル間ばらつきや吐出曲がり量自体が大きくなってしまうことが判明した。
【００２８】
吐出曲がり量のノズル間ばらつきの原因は、吐出面近傍のノズル内壁のスキャロップ形状に起因して発生した残留撥水膜１８（図１３）や、粘度の増加によってスキャロップに固着してしまった流体の塊等の異物１９（図１４）であると考えられている。
図１３は、ノズル内壁に残留した撥水膜の一例を説明する図であり、図１４は、ノズル内壁に固着した異物の一例を説明する図である。
【００２９】
ノズル内壁に溝１７を有する構造では、凹部に液体が残りやすく、メニスカスがノズル内側に引き込まれた際に凹部に残った液体が外気に晒されて、ノズル内壁面に堆積物が残る。この堆積物によって、インク吐出方向が予定していた方向から曲がる。
例えば、特許文献１では、吐出のタイミングを工夫することで、ノズル内壁に残った液体が外気に晒される期間を短縮して、ノズル開口部周辺に増粘した液体が発生することを防止する技術が開示されている。しかし、駆動方法によって、堆積物が発生しないようにすることは、駆動回路が複雑化してしまうことが懸念される。
【００３０】
また、ノズル内壁面全体にスキャロップが形成されないような製造プロセスを採用すれば、確かに堆積物の課題は解消されるかもしれない。しかし、図９等を参照して説明した２段以上のノズル（直径が広いノズル部と直径が狭いノズル部とで構成されたノズル）の場合、ノズルの出口部１１２の内壁の全域がスキャロップの無い平坦な形状であれば、メニスカスが入口部１１１と出口部１１２の境界付近まで引き込まれやすくなる。軸ズレＧが存在する場合、入口部１１１と出口部１１２の境界付近では、液体の流れが非対称になっているので、その影響を受けてメニスカスが非対称形状となり、液体吐出方向が曲がる要因となる。
【００３１】
そこで、ノズル内壁面の吐出面付近に堆積物の発生や、撥水膜の残留を抑制するとともに、二つのノズル部の境界付近の液体流れの非対称性に起因するメニスカス非対称をなくして、液体吐出方向の曲がりを防止することが望まれる。
以下、本発明に係る一実施形態について説明する。
【００３２】
［一実施形態のノズルの構成］
図１５は、本発明の一実施形態のノズル断面を説明する図である。
一実施形態のノズル板１０は１枚のシリコン基板１３から形成される。シリコン基板１３の吐出面には撥水膜１５が形成される。
ノズルは２段ストレート構造とり、第１ノズル部としての入口部１１１と、第２ノズル部としての出口部１１２とから構成される。入口部１１１と出口部１１２とは、いずれもノズル板１０をエッチングすることで形成される。入口部１１１と出口部１１２とは連通し、流体が流通できるように連なっている形状を有する。
【００３３】
入口部１１１は、液室（例えば、複数の圧力室２１）から液体が供給される第１開口部１１３を有する。第１開口部１１３は、ノズル板１０の液室側の面に形成された開口部であり、ノズル孔の液室側の端部となる。第１開口部１１３の大きさは入口部１１１の液室側の入口径の大きさと一致する。
出口部１１２は、入口部１１１に供給された液体を吐出する第２開口部１１４を有する。第２開口部１１４は、ノズル板１０の吐出面（撥水膜１５が塗布された吐出面）に形成された開口部であり、ノズル孔の吐出面側の端部となる。第２開口部１１４の大きさは出口部１１２の吐出面側の出口径の大きさと一致する。
第１開口部１１３の径は第２開口部１１４の径より大きい。従って、ノズル１１は、入口部１１１と、それよりも相対的に径が小さい出口部１１２から構成される多段構造を有する。
【００３４】
ノズル孔は、エッチングと内壁保護膜の形成を交互に繰り返す異方性エッチングの方法により形成される。このとき、ノズル孔の内壁には、内壁の内周方向に延在する環状の凹部（溝１７）がノズルの軸方向に複数形成される。
入口部１１１は、従来の入口部１１１ｐと同様に、内壁に複数の凹部を有する。
出口部１１２は、少なくとも一つの凹部を有するように形成される。出口部１１２では、例えば、前述した異方性エッチングにより形成された凹部が処理され、形状を変更している。出口部１１２の凹部について以下に詳述する。
【００３５】
出口部１１２は、ノズル内壁に、異なる形状を有する二つの部位（領域）として、第１内壁部１１５と第２内壁部１１６を有する。
第１内壁部１１５は、出口部１１２のノズル入口側（出口部１１２の入口部１１１に近い側）であり、溝１７が形成された「スキャロップ構造」を有する。
第２内壁部１１６は、出口部１１２のノズル面側であり、溝１７が形成されていない「非スキャロップ構造」、あるいは、溝の深さが第１内壁部１１５の溝より深さが小さい溝が形成された「小スキャロップ構造」を有する。
図１５では、第２内壁部１１６が非スキャロップ構造である例を示している。
【００３６】
非スキャロップ構造の出口部１１２は、例えば、内壁に、一つ以上の凹部を有する領域と、一つ以上の凹部と吐出面（第２開口部１１４）との間に凹部（溝１７）が存在しない領域を有する。凹部が存在しない領域は、吐出面に最も近い凹部から吐出面までの間の領域とするとよい。具体的には、出口部１１２の内壁は、図１５に示すように、溝１７を有する第１内壁部１１５と、溝１７が存在しない第２内壁部１１６とから構成されることが好ましい。
小スキャロップ構造の出口部１１２は、例えば、二つ以上状の凹部を有し、入口部１１１に近い凹部の溝が、吐出面に近い凹部より深さが深くなる。出口部１１２の内壁は、入口部１１１側に近い領域に深い凹部を配置し、深い凹部を有する領域の吐出面側の境界から吐出面までの領域に、相対的に浅い凹部を配置するとよい。具体的には、出口部１１２の内壁は、図１５に示す第１内壁部１１５に深い溝１７を形成し、第２内壁部１１６に深い溝１７より浅い溝を形成することが好ましい。
【００３７】
ここで、第１内壁部１１５と第２内壁部１１６の並び順は、液室側から入口部１１１、出口部１１２の第１内壁部１１５、出口部１１２の第２内壁部１１６の順であり、さらに撥水膜１５を有する。
【００３８】
出口部１１２の第１内壁部１１５の形状をスキャロップ構造にすることで、非スキャロップ構造あるいは小スキャロップ構造をとる第２内壁部１１６は、第１内壁部１１５よりも相対的に濡れやすくなる。その結果、圧電素子４０等の液滴を吐出するエネルギーを発生させる素子に、メニスカスをノズル内側に引き込む電圧を印加した際、メニスカスが張られる位置が入口部１１１と出口部１１２との境界から離れた領域にとどまり、メニスカスがこの境界付近にまで到達することを防ぐことができる。入口部１１１と出口部１１２との境界付近は、軸に対する非対称性が高い領域（中心軸ａx２に対して流体の流れの非対称性が高い領域）である。このように、メニスカスがノズル内部に移動する際には、入口部１１１と出口部１１２との境界付近に至るまでのスキャロップによって移動が制限され、メニスカスが境界付近に到達することを防ぐ。
その結果、入口部１１１と出口部１１２との中心軸にズレがあったとしても、メニスカスが境界付近の液体の流れの影響を受けにくくなる。吐出前後でメニスカスの形状が中心軸ａｘ２に対して対称であり続け、吐出曲がり量が抑制される。
【００３９】
さらに、出口部１１２の第２内壁部１１６の形状を非スキャロップ構造もしくは小スキャロップ構造にすることで、撥水膜の残留を防ぐことができる。また、粘度増加によってノズル面側のノズル壁面に固着してしまう液体の塊等の異物の発生を防ぐことができる。
これにより、吐出曲がり量が抑制される。また、ノズル間の吐出曲がり量のばらつきが低減される。
【００４０】
［実施例］
実施例では、ノズル内壁に付着する撥水成分（撥水材料、撥水基とも称する）について撥水膜の除去工程前後に分けて説明する。
図１６は、ノズル壁面に付着した撥水膜を除去する工程の前のノズルの断面例を説明する図である。
【００４１】
図１７は、ノズル壁面に付着した撥水膜の除去工程後のノズルの断面例を説明する図である。
プラズマ照射方向にプラズマを照射することで、図１６から図１７のように撥水材料が分布しやすくなる。凹部（溝）がある壁面では、１つの凹部について、吐出面側の壁面よりも液室側（入口部１１１側）の壁面に撥水成分が残留しやすい。ノズル壁面に付着した撥水膜の除去工程後、出口部１１２の第１内壁部１１５（スキャロップ構造）では、第２内壁部１１６（非スキャロップ構造または小スキャロップ構造）よりも液室側の壁面の方に撥水材料が残留する。
【００４２】
これにより、吐出面付近にあるメニスカスが入口部１１１側に引き込まれる際に、出口部１１２（特に第１内壁部１１５）のノズル内壁の撥水膜は、よりメニスカスの移動を制限するように働く。結果として、メニスカス引き込みの際にノズルの出口部１１２と入口部１１１との境界付近にメニスカスが至りづらくなることで吐出曲がり量が抑制される。また、インク充填（入口部１１１から吐出面側へのインク移動）に対しては、撥水膜が作用しにくくなり、インク充填性を阻害しない。
【００４３】
また、入口部１１１側からプラズマを照射するため、出口部１１２の第１内壁部１１５に複数の凹部が存在する場合には、入口部１１１側に近い位置にある凹部は、入口部１１１側から遠い側のある凹部よりも内部の撥水膜が除去されやすい。従って、吐出面（第２開口部１１４側）に近い側の凹部は、入口部１１１側（第１開口部１１３側）に近い側の凹部よりも、撥水成分を多く有している。
【００４４】
［その他の実施形態］
図１５では、入口部１１１は、ストレートの壁面を有するストレート構造である例を示したが、これに限られることはない。例えば、図１５の入口部１１１は、図１８に示すように、吐出面に対して傾斜している壁面を有する入口部１１１ａでもよい。図１８に示す例では、出口部１１２が第２内壁部１１６に非スキャロップ構造を有することにより、図１５等を参照して説明した実施形態と同様の効果を奏することができる。また、出口部の第２内壁部１１６は、小スキャロップ構造を用いることもできる。
【００４５】
このように、入口部１１１の側壁の形状（例えば、傾斜）にかかわらず、入口部１１１と出口部１１２との境界面において、入口部１１１の内径が、出口部１１２の内径より大きいノズルでは、出口部１１２が有する第１内壁部１１５および第２内壁部１１６により、前述した効果を奏することができる。さらに、入口径およびストレート長を適切な大きさにすることにより、吐出曲がりを抑制することができる。
【００４６】
また、上記実施形態では出口部１１２が、第１内壁部１１５と第２内壁部１１６との二つの部位（内壁の形状が異なる領域）から構成される例を説明したが、これに限られるわけではない。例えば、出口部は、内壁に３つ以上の部位を有するように構成してもよい。例えば、スキャロップ構造を有する内壁部Ａと、小スキャロップ構造を有する内壁部Ｂと、非スキャロップ構造を有する内壁部Ｃを有するように構成してもよい。このとき、入口部１１１側からスキャロップ構造（内壁部Ａ）、小スキャロップ構造（内壁部Ｂ）、非スキャロップ構造（内壁部Ｃ）の順にし、吐出面に近いほうに非スキャロップ構造を配置するとよい。これは、撥水膜の残留を防ぐこと、液体の塊等の異物の発生を防ぐこと等の効果が大きいからである。
【００４７】
ノズル孔の内壁の内周方向に延在する環状の凹部は、環状の溝を形成するとよい。しかしながら、凹部は、必ずしも溝が環状につながった形状に限られることはなく、例えば、凹部の一部分がなくなり、溝が途切れて埋まった形状が一部分に存在してもよい。凹部は、環状に沿って形成されていればよい。
また、凹部は、断面形状が図９等に示す溝１７のように、半円が連続してつながった形状にかぎられるものではない。例えば、図１９に示す溝１７ａのような矩形であってもよい。凹部は、入口部１１１および出口部１１２の円周方向に沿った「溝」があればよい。
【００４８】
以上説明した通り、本発明に係る一実施形態では、ノズル内壁の一部に溝構造（例えば、スキャロップ構造）を備え、他の少なくとも一部には当該溝構造を変更した形状（小スキャロップ構造または非スキャロップ構造）を備えたノズル構成とするにより、吐出前後でメニスカスの位置を制限することが可能となる。このように、吐出面近傍のノズル内壁の溝構造を工夫するにより、ノズルの軸ズレによる吐出曲がり量を低減することができる。また、ノズル内壁の溝の存在による吐出曲がり量の増加およびそのノズル間ばらつきの増大を抑制することができる。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
次に、本発明に係る液体を吐出する装置の一例について図２０及び図２１を参照して説明する。図２０は同装置の要部平面説明図、図２１は同装置の要部側面説明図である。
【００５２】
この装置は、シリアル型装置であり、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。
【００５３】
このキャリッジ４０３には、本発明に係る液体吐出ヘッド４０４及びヘッドタンク４４１を一体にした液体吐出ユニット４４０を搭載している。液体吐出ユニット４４０の液体吐出ヘッド４０４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。また、液体吐出ヘッド４０４は、複数のノズル１１からなるノズル列を主走査方向と直交する副走査方向に配置し、吐出方向を下方に向けて装着している。
【００５４】
液体吐出ヘッド４０４の外部に貯留されている液体を液体吐出ヘッド４０４に供給するための供給機構４９４により、ヘッドタンク４４１には、液体カートリッジ４５０に貯留されている液体が供給される。
【００５５】
供給機構４９４は、液体カートリッジ４５０を装着する充填部であるカートリッジホルダ４５１、チューブ４５６、送液ポンプを含む送液ユニット４５２等で構成される。液体カートリッジ４５０はカートリッジホルダ４５１に着脱可能に装着される。ヘッドタンク４４１には、チューブ４５６を介して送液ユニット４５２によって、液体カートリッジ４５０から液体が送液される。
【００５６】
この装置は、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。
【００５７】
搬送ベルト４１２は用紙４１０を吸着して液体吐出ヘッド４０４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。
【００５８】
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。
【００５９】
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の側方に液体吐出ヘッド４０４の維持回復を行う維持回復機構４２０が配置されている。
【００６０】
維持回復機構４２０は、例えば液体吐出ヘッド４０４のノズル面（ノズル１１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。
【００６１】
主走査移動機構４９３、供給機構４９４、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。
【００６２】
このように構成したこの装置においては、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。
【００６３】
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液体吐出ヘッド４０４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。
【００６４】
このように、この装置では、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えているので、高画質画像を安定して形成することができる。
【００６５】
次に、本発明に係る液体吐出ユニットの一例について図２２を参照して説明する。図２２は同ユニットの要部平面説明図である。
【００６６】
この液体吐出ユニットは、前記液体を吐出する装置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、液体吐出ヘッド４０４で構成されている。
【００６７】
なお、この液体吐出ユニットの例えば側板４９１Ｂに、前述した維持回復機構４２０、及び供給機構４９４の少なくともいずれかを更に取り付けた液体吐出ユニットを構成することもできる。
【００６８】
次に、本発明に係る液体吐出ユニットの更に他の例について図２３を参照して説明する。図２３は同ユニットの正面説明図である。
【００６９】
この液体吐出ユニットは、流路部品４４４が取付けられた液体吐出ヘッド４０４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。
【００７０】
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に代えてヘッドタンク４４１を含むこともできる。また、流路部品４４４の上部には液体吐出ヘッド４０４と電気的接続を行うコネクタ４４３が設けられている。
【００７１】
本願において、「液体を吐出する装置」は、液体吐出ヘッド又は液体吐出ユニットを備え、液体吐出ヘッドを駆動させて、液体を吐出させる装置である。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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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、壁紙や床材などの建材、衣料用のテキスタイルなど液体が一時的でも付着可能であればよい。
【００７７】
また、「液体」は、インク、処理液、ＤＮＡ試料、レジスト、パターン材料、結着剤、造形液、又は、アミノ酸、たんぱく質、カルシウムを含む溶液及び分散液なども含まれる。
【００７８】
また、「液体を吐出する装置」は、液体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、液体吐出ヘッドを移動させるシリアル型装置、液体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。
【００７９】
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。
【００８０】
「液体吐出ユニット」とは、液体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である。例えば、「液体吐出ユニット」は、ヘッドタンク、キャリッジ、供給機構、維持回復機構、主走査移動機構の構成の少なくとも一つを液体吐出ヘッドと組み合わせたものなどが含まれる。
【００８１】
ここで、一体化とは、例えば、液体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、液体吐出ヘッドと、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。
【００８２】
例えば、液体吐出ユニットとして、図２１で示した液体吐出ユニット４４０のように、液体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、液体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、これらの液体吐出ユニットのヘッドタンクと液体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。
【００８３】
また、液体吐出ユニットとして、液体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。
【００８４】
また、液体吐出ユニットとして、液体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、液体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、図２２で示したように、液体吐出ユニットとして、液体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。
【００８５】
また、液体吐出ユニットとして、液体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、液体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。
【００８６】
また、液体吐出ユニットとして、図２３で示したように、ヘッドタンク若しくは流路部品が取付けられた液体吐出ヘッドにチューブが接続されて、液体吐出ヘッドと供給機構が一体化されているものがある。
【００８７】
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。
【００８８】
また、「液体吐出ヘッド」は、使用する圧力発生手段が限定されるものではない。例えば、上記実施形態で説明したような圧電アクチュエータ（積層型圧電素子を使用するものでもよい。）以外にも、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でもよい。
【００８９】
また、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。
【００９０】
以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００９１】
１  液体吐出ヘッド
１０  ノズル板
１１  ノズル
１３  シリコン基板
１５  撥水膜
１７、１７ａ  溝
１１１、１１１ａ、１１１ｐ、１１１ｓ  入口部
１１２，１１２ｐ、１１２ｓ  出口部
１１３  第１開口部
１１４  第２開口部
１１５  第１内壁部
１１６  第２内壁部
【先行技術文献】
【特許文献】
【００９２】
【特許文献１】特開２０１７−１４９１２号公報
【図１】
2020082671.tif 000003
【図２】
2020082671.tif 000004
【図３】
2020082671.tif 000005
【図４】
2020082671.tif 000006
【図５】
2020082671.tif 000007
【図６】
2020082671.tif 000008
【図７】
2020082671.tif 000009
【図８】
2020082671.tif 000010
【図９】
2020082671.tif 000011
【図１０】
2020082671.tif 000012
【図１１】
2020082671.tif 000013
【図１２】
2020082671.tif 000014
【図１３】
2020082671.tif 000015
【図１４】
2020082671.tif 000016
【図１５】
2020082671.tif 000017
【図１６】
2020082671.tif 000018
【図１７】
2020082671.tif 000019
【図１８】
2020082671.tif 000020
【図１９】
2020082671.tif 000021
【図２０】
2020082671.tif 000022
【図２１】
2020082671.tif 000023
【図２２】
2020082671.tif 000024
【図２３】
2020082671.tif 000025