(57)【要約】【課題】安定してミスト吐出量を増大させることが可能なミストジェット式記録ヘッドを得ること。【解決手段】平行に近接配置された一対の縦長直線状部材を含んで構成され、該部材の互いに対面する側壁面が凹面形状に形成されており、該側壁面間に断面先絞り状の液体室が形成された振動波反射体と、振動波反射体の液体室の先絞り側の面に配置され、一対の縦長直線状部材間の間隙部に該部材の長手方向に沿って連続した貫通孔を有するノズルプレートと、振動波反射体の液体室の先絞り側と反対側の面に設けられ、液体室に充填された液体に振動波を印加することにより、ノズルプレートの貫通孔からミスト状の液体を吐出させる振動子と、を備え、一対の縦長直線状部材の長手方向に直交する断面において、液体の吐出方向に直交する方向とノズルプレートの貫通孔の外面とがなす角度が鋭角であることを特徴とする。【選択図】図１
2011011491.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行に近接配置された一対の縦長直線状部材を含んで構成され、該部材の互いに対面する側壁面が凹面形状に形成されており、該側壁面間に断面先絞り状の液体室が形成された振動波反射体と、
前記振動波反射体の液体室の先絞り側の面に配置され、前記一対の縦長直線状部材間の間隙部に該部材の長手方向に沿って連続した貫通孔を有するノズルプレートと、
前記振動波反射体の液体室の先絞り側と反対側の面に設けられ、前記液体室に充填された液体に振動波を印加することにより、前記ノズルプレートの貫通孔からミスト状の液体を吐出させる振動子と、
を備え、
前記一対の縦長直線状部材の長手方向に直交する断面において、液体の吐出方向に直交する方向と前記ノズルプレートの貫通孔の外面とがなす角度が鋭角であることを特徴とするミストジェット式記録ヘッド。
【請求項２】
前記ノズルプレートの貫通孔の外面には、前記一対の縦長直線状部材の長手方向に沿って溝が形成されており、
前記一対の縦長直線状部材の長手方向に直交する断面において、液体の吐出方向に直交する方向と前記溝の貫通孔側の面とがなす角度が鋭角であることを特徴とする請求項１に記載のミストジェット式記録ヘッド。
【請求項３】
前記ノズルプレートの貫通孔が形成されている部分には、液体の吐出方向に突出した突起部が前記一対の縦長直線状部材の長手方向に沿って形成されており、
前記一対の縦長直線状部材の長手方向に直交する断面において、液体の吐出方向に直交する方向と前記突起部の面とがなす角度が鋭角であることを特徴とする請求項１に記載のミストジェット式記録ヘッド。
【請求項４】
前記ノズルプレートは、前記一対の縦長直線状部材の長手方向に直交する断面において、液体の吐出方向に略直交する方向に配置されていることを特徴とする請求項２または３に記載のミストジェット式記録ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波振動を利用して液体をミスト状に吐出するミストジェット式記録ヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ミスト吐出技術は、圧電振動子等の振動子から発生する超音波を液体に導入し、超音波の音響エネルギーを集束させることによって液体を霧（ミスト）状に吐出する技術である。このようなミスト吐出技術を利用したミストジェット式記録ヘッドとして、例えば、下記の特許文献１に示されたものがある。
【０００３】
特許文献１記載のミストジェット式記録ヘッドでは、振動反射体のインク室先絞り側に振動反射体の長手方向に沿って連続した貫通孔を有するノズルプレートが備えられ、振動反射体のインク室底面側に振動子が備えられている。この振動子からの振動波が振動波反射体の側壁面により反射され、ノズルプレートの貫通孔に集束される。このように振動波が集束されることにより、インク中に放出された振動波のエネルギー密度が高められ、ミスト状のインクが貫通孔から吐出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３５３８８９号公報
【非特許文献１】立野昌義、外２名、“画像計測による液滴幾何学条件を用いた液滴形状算出法”、表面科学、２００１年、Ｖｏｌ．２２、Ｎｏ．６、ｐ．３８８−３９６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ミストジェット式記録ヘッドにおいて、ミスト吐出量を増大させるための一つの対策として、インク室内のインクの圧力を高めることが考えられる。しかしながら、インクの圧力を高めた場合、メニスカス（液滴の凸状の表面形状）とノズルのミスト吐出部表面との接触角が大きくなって限界を超え、ノズルのミスト吐出部がメニスカスを保持することができなくなり、インクがノズル表面に溢れ、インク吐出が出来なくなるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、安定してミスト吐出量を増大させることが可能なミストジェット式記録ヘッドを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるミストジェット式記録ヘッドは、平行に近接配置された一対の縦長直線状部材を含んで構成され、該部材の互いに対面する側壁面が凹面形状に形成されており、該側壁面間に断面先絞り状の液体室が形成された振動波反射体と、前記振動波反射体の液体室の先絞り側の面に配置され、前記一対の縦長直線状部材間の間隙部に該部材の長手方向に沿って連続した貫通孔を有するノズルプレートと、前記振動波反射体の液体室の先絞り側と反対側の面に設けられ、前記液体室に充填された液体に振動波を印加することにより、前記ノズルプレートの貫通孔からミスト状の液体を吐出させる振動子と、を備え、前記一対の縦長直線状部材の長手方向に直交する断面において、液体の吐出方向に直交する方向と前記ノズルプレートの貫通孔の外面とがなす角度が鋭角であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、安定してミスト吐出量を増大させることが可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１にかかるミストジェット式記録ヘッドの斜視模式図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１にかかるミストジェット式記録ヘッドの、縦長直線状部材の長手方向に直交する断面を示す断面模式図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態１の比較例としてのミストジェット式記録ヘッドの断面模式図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態１の比較例の拡大模式図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態１にかかるミストジェット式記録ヘッドの拡大模式図である。
【図６】図６は、回転楕円体の長軸楕円半径と液滴の体積との関係を表すグラフである。
【図７】図７は、本発明の実施の形態２にかかるミストジェット式記録ヘッドの断面模式図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態３にかかるミストジェット式記録ヘッドの断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施の形態にかかるミストジェット式記録ヘッドを図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかるミストジェット式記録ヘッドの斜視模式図である。図１に示すように、ミストジェット式記録ヘッド１は、平行に近接配置された一対の縦長直線状部材２を含む振動波反射体５と、この振動波反射体５の図１中の上面に絶縁材９を介して接合された圧電振動子１１と、振動波反射体５の図１中の下面に接合されたノズルプレート８と、を備えて構成されている。
【００１２】
振動波反射体５を構成する一対の縦長直線状部材２は、その長手方向に直交する断面において、該縦長直線状部材２の互いに対面する側壁面２ａが凹面形状（好ましくは、放物面形状）に形成されており、該側壁面２ａ間に図１中下方向に向かって先絞り状の形状を有する。液体（ここでは、インク）は、振動波反射体５の側壁面２ａと絶縁材９とにより形成された液体室３に充填される。
【００１３】
図２は、ミストジェット式記録ヘッド１の、縦長直線状部材２の長手方向に直交する断面を示す断面模式図である。縦長直線状部材２の図２中の上面は、図２中の左右方向に水平に形成されており、該面上に略平板状の絶縁材９が配置され、さらに絶縁材９上に圧電振動子１１が配置されている。
【００１４】
記録対象データに応じた高周波電圧が圧電振動子１１に印加されると、超音波が圧電振動子１１から図２中の下方向に向かって出射される。この超音波は、側壁面２ａによって反射され、点Ｐ１に集束される。側壁面２ａが放物面形状に形成されている場合には、点Ｐ１は放物面の焦点に合致する。
【００１５】
一対の縦長直線状部材２の図２中の下面は、図２中の側部から図２中の中央部に向かって下がるように傾斜して形成されており、該面には、略逆ハの字状のノズルプレート８が配置されている。図１および図２に示すように、ノズルプレート８の中央付近には、一対の縦長直線状部材２間の間隙部に該部材の長手方向に沿って連続した貫通孔８ａが形成されている。貫通孔８ａは、点Ｐ１の図２中の下に位置するように形成されており、貫通孔８ａから図２中の下方向にミストが吐出される。
【００１６】
図２に示すように、ミスト吐出方向と直交する方向とノズルプレート８の外面（図２中の下面）とがなす角度θは、鋭角（０°＜θ＜９０°）となっている。なお、液滴の形状の対称性を考慮すると、ノズルプレート８の貫通孔８ａの近傍部分は、図２中において左右対称であることが好ましい。
【００１７】
図３は、本実施の形態の比較例としてのミストジェット式記録ヘッドの断面模式図である。この比較例は、一対の縦長直線状部材２２と、一対の縦長直線状部材２２の図３中の上面に絶縁材２９を介して配置された圧電振動子３１と、一対の縦長直線状部材２２の図３中の下面に配置されたノズルプレート２８と、を備えて構成されている。この比較例では、一対の縦長直線状部材２２の図３中の下面がミスト吐出方向と略直交するように配置されている。また、ノズルプレート２８は、平板状であり、ミスト吐出方向と略直交するように配置されている。
【００１８】
図４は、比較例の拡大模式図であり、ノズルプレート２８の外面（図４中の下面）の延長線と液滴３２のメニスカス（液滴３２の凸状の表面形状）とがなす接触角をθ１で表している。
【００１９】
図５は、本実施の形態にかかるミストジェット式記録ヘッドの拡大模式図である。図５に示すように、本実施の形態にかかるミストジェット式記録ヘッドにおいては、ノズルプレート８の外面（図５中の下面）の延長線と液滴１２のメニスカスとがなす接触角はθ２で表されるが、ノズルプレート８の外面（図５中の下面）が比較例（図４参照）と同様に図５中の左右方向に水平になっている（ミスト吐出方向と直交する方向とノズルプレート８の外面とがなす角度θが０°）とした見かけ上の接触角はθ３で表される。
【００２０】
非特許文献１には、所定の条件下において、液滴形状は回転楕円体近似できることが記載されている。
【００２１】
図６は、非特許文献１のＴａｂｌｅ２で算出されている回転楕円体の長軸楕円半径と液滴の体積との関係をグラフ化したものである。図６では、接触角が７７．１８°の場合と、接触角が１０１．９３°の場合を示している。図６に示すように、接触角が大きいほど、長軸楕円半径が長くなることを抑えつつ、液滴の体積を大きくすることができ、大きな液滴まで溢れさせずにメニスカスを保持することが可能であることは明らかである。すなわち、接触角が大きいほど液体室内の液体の圧力を高くすることが可能であることがわかる。
【００２２】
再び図４および図５を参照すると、図４に示す比較例の接触角θ１と図５に示す本実施の形態の接触角θ３との関係は、
θ３＞θ１  ・・・（１）
である。従って、図４に示す比較例における液滴３２の体積と図５に示す本実施の形態における液滴１２との関係は、
（液滴１２の体積）＞（液滴３２の体積）  ・・・（２）
である。
【００２３】
ミスト吐出量を増やすためには、駆動電圧を高くしたり、波数を多くしたり、バースト周波数を高くしたり、デューティ比（単位時間に対する駆動信号活性化時間の比）を高くしたりすれば良い。但し、高いデューティ比で超音波を加えると、ミストが吐出し始めるよりも低い電圧でも、その輻射圧によりインク圧力がメニスカス保持の限界圧力に達し、インクがノズル表面に溢れ出す。高い音圧をメニスカスに作用させるためには、それに伴う輻射圧によるメニスカスの挙動を安定に保つことが重要である。本実施の形態のように、液体の吐出方向に直交する方向とノズルプレート８の貫通孔８ａの外面とがなす角度θを鋭角（０°＜θ＜９０°）にすることは、メニスカスの安定につながる。従って、より大きな液滴までメニスカス保持ができるので、高いインク圧力に対してメニスカスの溢れ出しを効果的に抑制することができる。この結果、ミスト吐出量を増大させる効果を達成することができる。
【００２４】
実施の形態２．
図７は、本発明の実施の形態２にかかるミストジェット式記録ヘッドの断面模式図である。図２に示す実施の形態１との構成に関する相違点は、次の通りである。
【００２５】
図７に示す実施の形態２にかかるミストジェット式記録ヘッドにおいては、一対の縦長直線状部材２の図７中の下面は、図７中の左右方向に略水平に形成されている。なお、一対の縦長直線状部材２の図７中の下面は、必ずしも略水平に形成されていなくても良い。例えば、図２に示すように傾斜して形成されていても良い。
【００２６】
一対の縦長直線状部材２の図７中の下面には、略平板状のノズルプレート１３が図７中の左右方向に略水平に配置されている。なお、ノズルプレート１３は、必ずしも略平板状に形成されていなくても良い。例えば、図２に示すように逆ハの字状等に形成されていても良い。
【００２７】
ノズルプレート１３の中央付近には、一対の縦長直線状部材２間の間隙部に該部材の長手方向に沿って連続した貫通孔が形成されている。貫通孔は、点Ｐ１の図７中の下に位置するように形成されており、貫通孔から図７中の下方向にミストが吐出される。
【００２８】
図７に示すように、ノズルプレート１３の貫通孔の外面には、溝１３ａが貫通孔の長手方向に沿って形成されており、ミスト吐出方向に直交する方向と溝１３ａの貫通孔側の面とがなす角度θは、鋭角（０°＜θ＜９０°）となっている。なお、液滴の形状の対称性を考慮すると、ノズルプレート１３の貫通孔の近傍部分は、図７中において左右対称であることが好ましい。
【００２９】
なお、その他については、実施の形態１の構成と同一または同等であり、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３０】
以上説明したように、本実施の形態によれば、ノズルプレート１３の貫通孔の外面に溝１３ａを貫通孔の長手方向に沿って形成することで、実施の形態１と同様の効果を達成することができる。
【００３１】
また、溝１３ａの切削角度を調整することで、製品仕様として要求される液滴の大きさ、ミスト吐出量等に、より容易且つ柔軟に対応することができる。
【００３２】
なお、一対の縦長直線状部材２の図７中の下面を略水平に形成することとすれば、該部材の加工が容易となる。また、ノズルプレート１３を略平板状に形成することとすれば、ノズルプレート１３の加工が容易となる。また、一対の縦長直線状部材２とノズルプレート１３との組み付け工程が容易となる。
【００３３】
実施の形態３．
図８は、本発明の実施の形態３にかかるミストジェット式記録ヘッドの断面模式図である。図７に示す実施の形態２との構成に関する相違点は、次の通りである。
【００３４】
図８に示す実施の形態３にかかるミストジェット式記録ヘッドにおいては、ノズルプレート１４の貫通孔の外面には、突起部１４ａが貫通孔の長手方向に沿って形成されており、ミスト吐出方向に直交する方向と突起部１４ａの貫通孔側の面とがなす角度θは、鋭角（０°＜θ＜９０°）となっている。突起部１４ａは、突起部材をノズルプレート１４に取り付けて形成しても良いし、ノズルプレート１４に曲げ加工等を施して形成しても良い。なお、液滴の形状の対称性を考慮すると、ノズルプレート１４の貫通孔の近傍部分は、図８中において左右対称であることが好ましい。
【００３５】
なお、その他については、実施の形態１，２の構成と同一または同等であり、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００３６】
以上説明したように、本実施の形態によれば、ノズルプレート１４の貫通孔の外面に突起部１４ａを貫通孔の長手方向に沿って形成することで、実施の形態１，２と同様の効果を達成することができる。
【００３７】
また、突起部１４ａの突起角度を調整することで、製品仕様として要求される液滴の大きさ、ミスト吐出量等に、より容易且つ柔軟に対応することができる。
【００３８】
なお、一対の縦長直線状部材２の図８中の下面を略水平に形成することとすれば、該部材の加工が容易となる。また、ノズルプレート１４を略平板状に形成することとすれば、ノズルプレート１４の加工が容易となる。また、一対の縦長直線状部材２とノズルプレート１４との組み付け工程が容易となる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
以上のように、本発明にかかるミストジェット式記録ヘッドは、超音波振動を利用して液体をミスト状に吐出するミストジェット式記録ヘッドに適している。
【符号の説明】
【００４０】
１  ミストジェット式記録ヘッド
２、２２  縦長直線状部材
２ａ  側壁面
３  液体室
５  振動波反射体
８、１３、１４、２８  ノズルプレート
８ａ  貫通孔
９、２９  絶縁材
１１、３１  圧電振動子
１２、３２  液滴
１３ａ  溝
１４ａ  突起部
【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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