(57)【要約】【課題】簡易な構成で、液体吐出時のサテライトの発生を抑制する。【解決手段】ノズルから一定の吐出方向に液体を吐出した後、前記ノズルを前記吐出方向の略垂直方向に加速し、移動させることで、サテライトが発生するほど液柱が成長する前に、液柱を分断することによりサテライトの発生を抑制し、安定した液滴を形成することで画質の劣化を防ぐ。【選択図】図３
2014051094.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルから一定の吐出方向に液体を吐出させる液体吐出手段と、
前記ノズルを前記吐出方向の略垂直方向に加速し、移動させるノズル移動手段と、
を具えたことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
ノズルから一定の吐出方向に液体を吐出させる工程と、
前記ノズルを前記吐出方向の略垂直方向に加速し移動させる工程と、
前記移動により液柱を分断することを特徴とする液滴形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴吐出ヘッドおよび液滴形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液滴吐出ヘッドは液滴を吐出する際に、主滴の他にサテライトと呼ばれる小滴が発生することが多く、これが画質の劣化を招いている。吐出直後の液滴は、主滴とそれに続く液柱からなり、その液柱が液面の振動と表面張力の関係から複数の小滴に分かれることでサテライトが発生する。
【０００３】
この問題の対策として、特許文献１では吐出後、液柱がまだノズルから切り離される前に、もう一度液を押し出す事で液柱を主滴に追いつかせ、主滴と液柱を一体にさせることで液柱が小滴に分裂するのを防いでいる。
【０００４】
また、特許文献２ではサテライトの発生を抑制するための条件が、ノズル内のメニスカスの固有振動数が圧力室の固有振動数以下であることを導きだしている。
【０００５】
また、特許文献３ではサテライトの着弾位置を絵柄によって影響が出ない方向に制御することで画質への影響を防いでいる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−１７０５１８号公報
【特許文献２】再公表２００９−１０４４８７号公報
【特許文献３】再公表２００６−２７１８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献３の方法では全ての絵柄で影響が出ないとは言えず、例えば斜め細線の描画ではサテライトは、主走査、副走査のどの方向に着弾させても画質が劣化する。
【０００８】
また、特許文献１の方法では、ノズル毎に主滴を吐出する圧電素子の他に、後から液柱を押し出すための追加の圧電素子が必要なため、機構が複雑である。
【０００９】
また、特許文献２の方法では、ヘッドの設計とインクの物性に密接な関係ができてしまい、それぞれの設計が制限されたり、組み合わせの自由度が損なわれる。
【００１０】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、サーマル方式でも圧電方式でも簡易な構成で、かつヘッドの機構とインクの物性の関係性をできるだけ排除しつつ、サテライトの発生を抑制することで画質の劣化を防ぐことを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前述した課題を解決するため本発明は、ノズルから一定の吐出方向に液体を吐出させる液体吐出手段と、前記ノズルを前記吐出方向の略垂直方向に加速し、移動させるノズル移動手段とを具えたことを特徴とする液体吐出ヘッドである。
【００１２】
本発明によれば、ノズルから一定の吐出方向に液体を吐出した後、前記ノズルを前記吐出方向の略垂直方向に加速し、移動させることで、液柱を分断することにより、安定した液滴を形成する液滴形成方法である。
【００１３】
さらなる本発明の特徴は、以下本発明を実施するための最良の形態および添付図面によって明らかになるものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、サーマル方式および圧電方式によらず簡易な構成で、かつ液体吐出ヘッド機構と液体物性の関係性を密にすることなく、サテライトの発生を防止しするとともに、主滴サイズのバラツキを抑えることができるため画質の劣化を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の液体吐出ヘッドの縦断面図である。
【図２】従来の液滴が吐出され、サテライトが発生する様子を示した図である。
【図３】本発明の実施例を示す、サテライトの発生が抑制された液滴吐出の様子を示した図である。
【図４】本発明の液滴形成方法により、液柱が途中で分断される様子を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
図１は液体吐出ヘッドの縦断面図である。液体供給カートリッジ１はフレーム部材２に固定されるとともに、チューブ３を通して吐出ユニット４に液体を供給する。チューブ３は弾力性があり、後述する吐出ユニット４の微少移動に対する追従性を持っている。吐出ユニット４は実際に液体を吐出するユニットであり、板バネ６ａおよび板バネ６ｂでフレーム部材と繋がり、図面の左右方向に微少移動可能な状態になっている。また、吐出ユニット４は液体供給カートリッジ１からチューブ３を通して吐出する液体の供給をうけ、ノズルから液体を一定量ずつ吐出するユニットである。圧電素子５は一方の側をフレーム部材２に固定され、反対側を吐出ユニット４と固定されており、与える電圧を変化させることで、吐出ユニット４を図面上左右方向に微少移動させるものである。吐出口面７には複数の液体吐出用のノズルの吐出口が１次元状、もしくは２次元状に並んでいる。また、各ノズルは一定の方向に液体を吐出するものである。
【００１８】
次に図２および図３を参照して、本発明によりどのようにしてサテライトの発生が抑制されるのかを説明する。
【００１９】
図２は従来の液体吐出ヘッドによる液体の吐出を時刻（ａ）から時刻（ｆ）まで時系列に示した図である。中心線１１は液体吐出方向のノズル中心を示す補助線である。時刻（ａ）は液体吐出直後にノズル１２から液体１０が出始めた様子である。時刻（ｂ）は主滴１３ａが吐出された直後の様子で、以降、同じ時間間隔で時刻（ｃ）、時刻（ｄ）で液柱１３ｂが細りながら長くなっていく様子を示している。時刻（ｅ）の時点で液柱１３ｂは液体１０と分断されるとともに液柱１３ｂの表面に振動が発生している。時刻（ｆ）の時点になると主滴１３ａと、液柱１３ｂから分かれた複数のサテライト１４の液滴になる。
【００２０】
図３は本発明によりサテライトの発生が抑制されていることを示すため、液体２０の吐出を時刻（ａ）から時刻（ｆ）まで時系列に示した図である。時刻（ａ）と時刻（ｂ）は図２の時刻（ａ）、時刻（ｂ）と同じ状態であるが、主滴２３が吐出された時刻（ｂ）の直後から圧電素子５に電圧を加えることで、図３の右方向に吐出ユニット４全体を移動するとともにノズル２２を移動させる。その後、時刻（ｃ）の時点で液柱２３ｂは十分に細くなり、液柱２３ｂは液体２０と分断される。同時にこれ以上吐出ユニット４が移動しないように圧電素子５に与える電圧を維持する。このため液柱２３ｂはサテライトを発生させるほど成長できないことになる。時刻（ｄ）の時点では液体２０は慣性でさらに僅かに吐出されるとともに、ノズルの移動が止まった反動で一時的に右に揺れる。一方、主滴２３ａはやや右に回転しながら液柱２３ｂが主滴に吸収されて始めている。時刻（ｅ）の時点では液体２０はノズル内に引き込まれながら左右の揺れが収まり、液柱２３ｂもほぼ主滴２３ａと一体になる。その後、ノズルを左方向に移動させ、時刻（ｆ）の時点で基の位置に戻り、液体２３ａは完全に主滴のみとなる。
【００２１】
次に図４を参照して、液体吐出直後に吐出口面７を含む吐出ユニット４を画面右方向に移動させて液柱４１を切断するための移動速度の条件を説明する。まず、吐出ユニット４が横移動無しの条件で液柱が切断される際の液柱の直径をＬｓ［ｍｍ］とし、ノズルの直径をＬｎ［ｍｍ］とする。吐出ユニット４を横移動させると液柱４１は斜めになり、移動の速度に応じて直径が細くなる。液柱が切断されるのは、その液柱の直径がＬｓ以下になったときであるので、そのための吐出ユニット４の横移動速度を以下で求める。
【００２２】
液体の吐出速度をＶａ［ｍｍ／ｓ］とし、吐出ユニット４の横移動速度をＶｂ［ｍｍ／ｓ］とすると図４の角度θは次式になる。
ｔａｎθ  ＝  Ｖａ／Ｖｂ
【００２３】
液柱４１が切断されるθの条件は次の式になる。
ｓｉｎθ  ≦  Ｌｓ／Ｌｎ
【００２４】
これら２つの式からＶｂの条件は次の式になる。
Ｖｂ  ≧  Ｖａ／ｔａｎ（ａｒｃｓｉｎ（Ｌｓ／Ｌｎ））
【００２５】
このように液体を吐出する方向の略垂直方向に一定の速度以上の速度で吐出ユニット４を移動させることで、サテライトが発生することなく主滴を吐出できる。吐出ユニット４の移動方向は主走査方向や副走査方向に限るものでなく、液体の吐出方向の略垂直方向であれば同様の効果が得られる。
【００２６】
また、吐出ユニット４はサーマル方式でも圧電方式でも、吐出後の液滴に対して作用するため、どちらにも同様の効果が得られるだけでなく、液体吐出ヘッドを用いたバイオチップ制作装置、電子回路制作装置および平面ディスプレイ制作装置にも有効である。
【００２７】
また、サテライトの影響は液体吐出による２次元の描画に効果が有るだけでなく、液体吐出ヘッドを用いた３次元立体構造制作装置においても同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明は、液体吐出ヘッドおよび液滴形成方法に関する。
【符号の説明】
【００２９】
１            液体供給カートリッジ
２            フレーム材
３            チューブ
４            吐出ユニット
５            圧電素子
６ａ、６ｂ      板バネ
７            吐出口面
１０、２０      液体
１１、２１        ノズル中心軸
１２、２２      ノズル
１３ａ、２３ａ    主滴
１３ｂ、２３ｂ    液柱
１４          サテライト
【図１】
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【図２】
2014051094.tif 000004
【図３】
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【図４】
2014051094.tif 000006