(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の面と、前記第１の面に与えられた音波を反射して集束点に集束させる外側面とを有し、前記音波を伝搬し、被吐出液体とは別に設けられた音響伝導体と、
前記集束点に前記被吐出液体を供給する供給路と
を備える液滴吐出装置。
【請求項２】
前記音響伝導体の断面において、
前記外側面は前記集束点に焦点を有する放物線を呈し、
前記音波が前記放物線の軸に平行に供給される、請求項１記載の液滴吐出装置。
【請求項３】
前記音響伝導体の断面において、
前記外側面は前記集束点に第１の焦点を有する楕円を呈し、
前記楕円の有する第２の焦点において前記音波が放射状に供給される、請求項１記載の液滴吐出装置。
【請求項４】
前記供給路は前記外側面よりも外側に配置される、請求項１記載の液滴吐出装置。
【請求項５】
前記音響伝導体は複数設けられ、これらの間で前記供給路が共通に用いられる、請求項４記載の液滴吐出装置。
【請求項６】
前記複数の音響伝導体が配列される方向に前記供給路が延在する、請求項５記載の液滴吐出装置。
【請求項７】
前記音響伝導体は、前記外側面から離れた内側面を更に有し、
前記供給路は前記内側面によって形成される、請求項１記載の液滴吐出装置。
【請求項８】
前記音響伝導体は、前記集束点よりも前記第１の面に近い第２の面を更に有し、
前記被吐出液体と前記第２の面との境界は、前記外側面で反射された前記音波の進行方向と垂直である、請求項４又は請求項７記載の液滴吐出装置。
【請求項９】
前記音響伝導体の断面において、
前記外側面は前記集束点に焦点を有する放物線を呈し、
前記第２の面は前記第１の面に対して凸となる円弧を呈する、請求項８記載の液滴吐出装置。
【請求項１０】
前記外側面が前記放物線を呈する前記断面において、
前記第１の面と前記放物線との交点を第１交点とし、
前記第１交点と前記放物線の焦点とを結ぶ直線が前記円弧と交わる交点を第２交点とし、
前記内側面は、前記第２交点を通り前記軸に平行な線よりも前記軸に近くに位置する、請求項９記載の液滴吐出装置。
【請求項１１】
前記外側面の断面が、前記集束点に焦点を有する放物線を呈し、前記内側面は前記放物線の軸近傍に設けられる、請求項７記載の液滴吐出装置。
【請求項１２】
前記音響伝導体の断面において、
前記内側面は直線を呈する、請求項１１記載の液滴吐出装置。
【請求項１３】
前記音響伝導体は液体であって、前記音響伝導体を囲むボディと前記供給路の間に充填される、請求項７記載の液滴吐出装置。
【請求項１４】
前記音響伝導体の前記外側面に接触し、前記音響伝導体よりも音響インピダンスが大きな保護材を更に備える、請求項１乃至請求項１２のいずれか一つに記載の液滴吐出装置。
【請求項１５】
前記保護材は、前記音響伝導体中の前記音波の波長よりも厚い、請求項１４記載の液滴吐出装置。
【請求項１６】
前記外側面は、前記集束点から前記被吐出液体を吐出する開口へと外径が減少する、請求項１記載の液滴吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は液体を吐出する装置に関し、例えばインクジェット式のプリンタ用ヘッド、噴霧・塗布装置に適用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
図１８は従来の液体吐出装置の構造を示す断面図であり、例えば特開平１０−２７８２５３号公報に紹介されている。インクタンク１０内にはインク３０を格納する空洞が設けられる。この空洞はインクタンク１０に開口する噴出口１９に連通し、その内壁は吐出口１９近傍において焦点１２を定める放物面の反射壁１１である。吐出口１９との反対側でも空洞は開口し、ここに圧電トランスジューサー２０が設けられてインク３０を加振する。この加振は、圧電トランスジューサー２０を構成する圧電振動体２９の一面と、空洞からインク３０を漏れさせない電極２１との間に、それぞれ配線２４，２３を介して交流電源２５を接続することによって行われる。
【０００３】
かかる液体吐出装置において、圧電トランスジューサー２０の加振により、空洞内に格納されたインク３０に対してほぼ平面状に音波２６が供給される。音波２６はインク３０内を伝搬して反射壁１１に至り、焦点１２に集束する。焦点１２は吐出口１９近傍に存在するので、この部分でのインク３０の音響エネルギーの密度が上昇し、インク滴３１が吐出される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
インク３０を空洞内に供給する導入路１３は反射壁１１に設けられるが、音波２６を反射する機能を損なわないように、圧電トランスジューサー２０近くに設けられる。
【０００５】
しかしこのような位置に設けられていることにより、反射壁１１で囲まれた空洞へと導入路１３からインク３０を供給する際、当該空洞の、特に圧電トランスジューサー２０近くの導入路１３と反対側に気泡３０ａが残り易い。気泡３０ａが生じることにより、その部分での音波２６の伝搬及び反射壁１１における反射が損なわれ、集束される音響エネルギーも小さくなる可能性がある。つまり気泡３０ａの存在は、吐出される液滴の制御を困難にし、また吐出効率を悪化させるという第１の問題点がある。
【０００６】
また焦点１２が噴出口１９近傍に設けられているので、噴出口１９と反対側に設けられる導入路１３は、放物面を呈する反射壁１１が大きく広がった位置に設けられる。これは導入路１３へとインクを供給する機構が空洞の最大径よりも外側に設けられることになり、装置の小型化を阻む要因になるという第２の問題点がある。
【０００７】
本発明は上記第１の問題点、または第２の問題点を解決すべく、液体、例えばインクを供給する導入路の配置等を工夫した液体吐出装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明のうち請求項１にかかるものは液滴吐出装置であって、第１の面と、前記第１の面に与えられた音波を反射して集束点に集束させる外側面とを有し、前記音波を伝搬し、被吐出液体とは別に設けられた音響伝導体と、前記集束点に前記被吐出液体を供給する供給路とを備える。
【０００９】
この発明のうち請求項２にかかるものは、請求項１記載の液滴吐出装置であって、前記音響伝導体の断面において、前記外側面は前記集束点に焦点を有する放物線を呈し、前記音波が前記放物線の軸に平行に供給される。
【００１０】
この発明のうち請求項３にかかるものは、請求項１記載の液滴吐出装置であって、前記音響伝導体の断面において、前記外側面は前記集束点に第１の焦点を有する楕円を呈し、前記楕円の有する第２の焦点において前記音波が放射状に供給される。
【００１１】
この発明のうち請求項４にかかるものは、請求項１記載の液滴吐出装置であって、前記供給路は前記外側面よりも外側に配置される。
【００１２】
この発明のうち請求項５にかかるものは、請求項４記載の液滴吐出装置であって、前記音響伝導体は複数設けられ、これらの間で前記供給路が共通に用いられる。
【００１３】
この発明のうち請求項６にかかるものは、請求項５記載の液滴吐出装置であって、前記複数の音響伝導体が配列される方向に前記供給路が延在する。
【００１４】
この発明のうち請求項７にかかるものは、請求項１記載の液滴吐出装置であって、前記音響伝導体は前記外側面から離れた内側面を更に有し、前記供給路は前記内側面によって形成される。
【００１５】
この発明のうち請求項８にかかるものは、請求項４又は請求項７記載の液滴吐出装置であって、前記音響伝導体は、前記集束点よりも前記第１の面に近い第２の面を更に有し、前記被吐出液体と前記第２の面との境界は、前記外側面で反射された前記音波の進行方向と垂直である。
【００１６】
この発明のうち請求項９にかかるものは、請求項８記載の液滴吐出装置であって、前記音響伝導体の断面において、前記外側面は前記集束点に焦点を有する放物線を呈し、前記第２の面は前記第１の面に対して凸となる円弧を呈する。
【００１７】
この発明のうち請求項１０にかかるものは、請求項９記載の液滴吐出装置であって、前記外側面が前記放物線を呈する前記断面において、前記第１の面と前記放物線との交点を第１交点とし、前記第１交点と前記放物線の焦点とを結ぶ直線が前記円弧と交わる交点を第２交点とし、前記内側面は、前記第２交点を通り前記軸に平行な線よりも前記軸に近くに位置する。
【００１８】
この発明のうち請求項１１にかかるものは、請求項７記載の液滴吐出装置であって、前記外側面の断面が、前記集束点に焦点を有する放物線を呈し、前記内側面は前記放物線の軸近傍に設けられる。
【００１９】
この発明のうち請求項１２にかかるものは、請求項１１記載の液滴吐出装置であって、前記音響伝導体の断面において、前記内側面は直線を呈する。
【００２０】
この発明のうち請求項１３にかかるものは、請求項７記載の液滴吐出装置であって、前記音響伝導体は液体であって、前記音響伝導体を囲むボディと前記供給路の間に充填される。
【００２１】
この発明のうち請求項１４にかかるものは、請求項１乃至請求項１２のいずれか一つに記載の液滴吐出装置であって、前記音響伝導体の前記外側面に接触し、前記音響伝導体よりも音響インピダンスが大きな保護材を更に備える。
【００２２】
この発明のうち請求項１５にかかるものは、請求項１４記載の液滴吐出装置であって、前記保護材は、前記音響伝導体中の前記音波の波長よりも厚い。
【００２３】
この発明のうち請求項１６にかかるものは、請求項１記載の液滴吐出装置であって、前記外側面は、前記集束点から前記被吐出液体を吐出する開口へと外径が減少する。
【００２４】
【発明の実施の形態】
「音響伝導体の外部」とは音響伝導体以外の部分を指し、当該外部が音響伝導体に囲まれている形態をも含む。
実施の形態１．
図１は本実施の形態にかかる液体吐出装置１０１の構成を示す断面図である。音響伝導体７は、互いに対向する第１の面５と第２の面６とを備えており、第１の面５には加振体１が備えられている。加振体１としては、例えば従来の技術で説明された圧電トランスジューサー２０を採用することができる。加振体１はほぼ平面状の音波２６を第１の面５に供給する。
【００２５】
音響伝導体７は更に、第１の面５と第２の面６とを連結する外側面４を備えている。外側面４は、加振体１によって第１の面５に与えられ、音響伝導体７中を伝搬した音波２６を反射し、第２の面６近傍に集束させる機能を有している。
【００２６】
例えば第１の面５と第２の面６とは平行で、かつ第１の面５の方が第２の面６よりも大きい。そして例えば外側面４の断面形状は、第１の面５と第２の面６とに垂直な直線を軸とする放物線を呈する。例えば第１の面５と第２の面６とが円形であれば外側面４は回転放物面を呈することになる。また第１の面５と第２の面６とが紙面に垂直な成分を有する方向に延びて存在（本明細書において「延在」と表現する）するのであれば、外側面４はその延在方向に延在しつつも、図１に現れる断面において放物線を呈する面を有することになる。例えば外側面４の断面が呈する放物線は第２の面６の上方に焦点１２を有している。換言すれば、第２の面６は焦点１２よりも第１の面５に近い。
【００２７】
第２の面６上には供給路９によって被吐出液体たるインク３０が供給され、焦点１２よりも第２の面６から離れて液面１３が設定される。よって外側面４の断面が呈する放物線の軸に平行に進む音波２６を供給すると、音波２６は外側面４によって反射され、インク３０中に存在する焦点１２に集束する。これにより、従来の技術と同様にして、音波２６を集束してインク３０の音響エネルギーを高め、インク滴３１が吐出される。
【００２８】
本実施の形態では、従来の技術とは異なり、音波２６の伝搬はインク３０ではなく、音響伝導体７によって行われる。従って、インク３０を格納する機能と、音波２６を反射する機能とを併有する内壁を必要としない。よってかかる内壁がつくる空洞中にインク３０を供給することもなく、インク３０に気泡が生じにくい。これにより第１の問題点を解決することができる。
【００２９】
供給路９は、例えば音響伝導体７の外部、即ち外側面４に関して音響伝導体７から見て反対側（本明細書において「音響伝導体の外部」として把握する）から第２の面６の上方の近傍、例えば焦点１２へと敷設される。供給路９は、音響伝導体７を覆うボディ８中に構成されており、第２の面６よりも低い位置からインク３０を導入する。図１においては第１の面５近傍に供給路９の露出する開口２７が設けられた態様が示されている。図示されない供給機構により、当該開口２７へとインク３０が供給される。
【００３０】
供給路９に空気が存在する状態において、開口２７からインク３０を供給すると、インク３０は供給路９に存在した空気を排出しつつ、その液面１３を第１の面５側から第２の面６側へと移動させる。これにより、気泡が生じることなくインク３０を焦点１２へと供給することができる。
【００３１】
音響伝導体７はインク３０と混ぜ合わないように固体であることが望ましい。また吐出の効率が低下しないように音波２６が伝搬する際の減衰が少ないことが望ましい。更に、インク３０が音響伝導体７と接触する第２の面６での音波２６の透過効率を高めるため、音響伝導体７の音響インピダンスはインク３０に近いことが望ましい。図１に示されるように音響伝導体７とボディ８とが接している場合には、音響伝導体７からボディ８への音波２６の透過が小さく、外側面４で音波２６が大きく反射するように、ボディ８と音響伝導体７とはその音響インピダンスの差が大きく、また、ボディ８は音響伝導体７中の音波２６の波長よりも厚いことが望ましい。
【００３２】
音波２６は音響伝導体７の内部で、少ないながらも減衰する際に、発熱する可能性がある。この観点からは、音響伝導体７の材質として耐熱性の高いポリイミドや、熱硬化性のエポキシ樹脂は好適である。また、例えば水溶性のインク３０を採用する場合には、音響インピダンスが水とほぼ等しい観点から、音響伝導体７の材質としてゴムも好適である。
【００３３】
ボディ８は音響伝導体７を覆うことにより、音響伝導体７が音波２６を伝搬させる機能を、外部からの擾乱から保護する保護材としても機能する。ボディ８の材質としては、金属を採用することができる。
【００３４】
インク３０の液面１３と焦点１２との距離を一定に保ち、インク滴３１の吐出を安定させるため、供給路９を第２の面６の上方で覆う保持板１７を設けることが望ましい。保持板１７は第２の面６の上方で開口１５を有しており、液面１３を保持する機能を果たす。開口１５の径はインク３０の表面張力によって液面１３が保持できる程度の大きさであり、焦点１２での音波２６の集束を妨げないように、インク３０中の音波２６の波長よりも十分大きいことが望ましい。
【００３５】
この場合、図１に示されるように、開口２７を断面において複数設けることが望ましい。一方からインク３０を供給しつつ、他方からインク３０を吸引することにより、気泡がより生じにくくなるからである。
【００３６】
図２は実施の形態１の変形を示す断面図であり、液体吐出装置１０１の第２の面６の上方を拡大して示す。保持板１７上にはノズルプレート１４が設けられ、ノズルプレート１４はノズル穴１８を有し、ノズル穴１８は開口１５上で開口し、開口１５よりも径が小さい。ノズル穴１８の入口１８１の径は、例えばインク３０中の音波２６の波長程度であり、出口１８２の径は例えば当該波長以下に設定される。ノズル穴１８の入口１８１の中央は、焦点１２に位置されることが望ましい。
【００３７】
ノズル穴１８を設けることにより、その入口１８１に集束された音波２６はノズル穴１８によって更に絞られ、その出口１８２でのエネルギーが高くなる。これによってインク滴３１の吐出の勢いが増すため、吐出効率が向上する。
【００３８】
実施の形態２．
図３は本実施の形態にかかる液体吐出装置１０２の構成を示す断面図である。液体吐出装置１０２は液体吐出装置１０１の変形（図２）に対し、第２の面６が第２の面１６に置換された構成を有している。本実施の形態においても、焦点１２は第２の面１６よりも上方に位置している。
【００３９】
第２の面１６は焦点１２よりも第１の面５に近く、外側面４で反射された音波２６の進行方向と垂直になる形状に設定される。第２の面１６は第１の面５に対して凸状を呈しており、換言すれば音響伝導体７では外部に凹状を呈する第２の面１６が、第１の面５に対向している。かかる構成により、音響伝導体７とインク３０との境界となる第２の面１６における音波２６の反射率を極小にして、インク３０中での音響エネルギーの集束効率を高めることができる。
【００４０】
特に外側面４が回転放物面の場合、第２の面１６は焦点１２を中心とした球面に設定することが望ましい。かかる構成により、外側面４のどの部分で反射された音波２６も、音響伝導体７から焦点１２までの行路長が等しくなる。よって焦点１２では位相が揃った音波２６が集束し、音響エネルギーを高めることができる。
【００４１】
もちろん、外側面４が回転放物面でなく、紙面に対して垂直な成分を有する方向に延在し、紙面において放物線を呈する断面が得られる形状であってもよい。その場合には、当該断面において、第２の面１６は第１の面５に対して凸となる円弧を呈し、上記外側面４が延在する方向に延在する形状に設定すればよい。
【００４２】
実施の形態３．
図４は本実施の形態にかかる液体吐出装置１０３の構成を示す断面図である。液体吐出装置１０３は、各々が実施の形態２で示された液体吐出装置１０２を採用した液体吐出装置１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃ，１０２Ｄを当該断面に平行な方向に配置した構成を有している。
【００４３】
即ち、ｘはＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄを総括的に示すものとして、液体吐出装置１０２ｘは、個別に駆動可能な加振体１ｘ、音響伝導体７ｘを備えている。音響伝導体７ｘは第１の面５ｘ、第２の面１６ｘ、外側面４ｘを有している。全ての音響伝導体７ｘは共通してボディ８に囲まれており、共通して保持板１７に覆われている。外側面４ｘはその断面が例えば放物線を呈しており、当該放物線の焦点は第２の面１６ｘよりも上方に位置し、保持板１７は当該焦点近傍で開口している。供給路９はボディ８と保持板１７に挟まれて形成され、全ての液体吐出装置１０２ｘに共通してインク３０を供給する。保持板１７上にはノズルプレート１４が設けられ、そのノズル穴１８ｘは外側面４ｘの呈する放物線の焦点に各々配置される。そしてノズル穴１８ｘからはインク滴３１ｘが吐出される。
【００４４】
この構成によれば、供給路９を共通としたので、液滴吐出装置１０１ｘ毎にインク３０を供給する必要がなく、一斉に供給可能となる。また、供給路９は液滴吐出装置１０２ｘが配列する方向に延在しており、インク３０の供給は迅速かつスムーズに行われる。従って空気が存在した状態の供給路９にインク３０を充填する際も、容易でかつ気泡が残留することもない。更に構成要素を共用としたので、部品点数が減り、組み立ても簡単になるため、コストを低減できる。
【００４５】
本実施の形態において、音響伝導体７ｘは紙面に垂直な成分を有する方向に延在してもよいし、外側面４ｘが回転放物面を呈する場合には、行列状に液体吐出装置１０２ｘを配列してもよい。もちろん、配置されるべき液体吐出装置１０２ｘは４個に限らず、その他の複数個であってもよい。
【００４６】
実施の形態４．
上記実施の形態では、主として外側面４の断面が放物線を呈する場合について例示したが、本発明において音波２６を反射する面の形状はこれに限定されるものではない。
【００４７】
図５は本発明において外側面４の断面形状が変形された例を、実施の形態１を例にとって示す断面図である。本実施の形態は実施の形態２及び実施の形態３についても容易に適用することができる。
【００４８】
本実施の形態にかかる液体吐出装置１１１では、加振体１ｑは断面においてほぼ放射状に音波２６を放出する。加振体１ｑは例えば点状の音源であり、あるいは紙面に垂直な成分を有する方向に延在する線状の音源である。そして音響伝導体７ｑは、その外側面４ｑが断面において楕円を呈する。当該楕円は２つの焦点１２ｐ，１２ｑを有する。焦点１２ｐには加振体１ｑを配置し、焦点１２ｑには供給路９によってインク３０を供給する。
【００４９】
このような構成によっても、加振体１ｑから放射状に供給された音波２６は焦点１２ｑにおいて集束し、その音響エネルギーがインク３０中で高まり、インク滴３１が吐出できる。
【００５０】
従来の技術のように、容器に格納されたインク３０が音波２６を伝搬させる機能を有している場合には、加振体１ｑと容器との間に、インク３０の漏洩を防ぐ閉塞板が必要である。しかし、本実施の形態では音響伝導体７ｑに固体を採用することにより、閉塞板は不要となる。
【００５１】
実施の形態５．
図６は本実施の形態にかかる液体吐出装置１０４の構成を示す断面図である。音響伝導体７ｄは、互いに対向する第１の面５ｄと第２の面６ｄとを備えており、第１の面５ｄには加振体１ｄが備えられている。音響伝導体７ｄは更に、第１の面５ｄと第２の面６ｄとを連結する外側面４を備えている。外側面４は、加振体１ｄによって第１の面５ｄに与えられ、音響伝導体７ｄ中を伝搬した音波２６を反射し、第２の面６ｄ近傍に集束させる機能を有している。また音響伝導体７ｄは、インク３０を供給する供給路を形成する内側面３９を有しており、断面視上、第１の面５ｄ、第２の面６ｄ、加振体１ｄは内側面３９によって分断されている。音響伝導体７ｄの材質としては、音響伝導体７のそれを採用することができる。
【００５２】
例えば第１の面５ｄと第２の面６ｄとは平行で、かつ第１の面５ｄの方が第２の面６ｄよりも大きい。そして例えば外側面４の断面形状は、第１の面５ｄと第２の面６ｄとに垂直な直線を軸とする放物線を呈する。例えば第１の面５ｄと第２の面６ｄとが円環状であれば、外側面４は回転放物面を呈することになる。また第１の面５ｄと第２の面６ｄとが紙面に垂直な成分を有する方向に延在するのであれば、外側面４はその延在方向に延在しつつも、図１に現れる断面において放物線を呈する面を有することになる。
【００５３】
例えば外側面４の断面が呈する放物線は第２の面６ｄの上方に焦点１２を有している。換言すれば、第２の面６ｄは焦点１２よりも第１の面５ｄに近い。また内側面３９は上記放物線の軸を囲んで形成される。
【００５４】
第２の面６ｄ上には内側面３９が形成する供給路（以下「供給路３９」ともいう）によってインク３０が供給され、焦点１２よりも第２の面６ｄから離れて液面１３が設定される。本実施の形態では第２の面６ｄと内側面３９との交線が、実施の形態１での開口１５の機能を果たすため、保持板１７は不要である。但し図６に例示された態様では、内側面３９よりも小径のノズル穴１８を焦点１２近傍に設けたノズルプレート１４が第２の面６ｄ上に載置されている。そしてインク３０の液面１３がノズル穴１８において保持される。加振体１ｄは供給路３９に連通する開口２８を有しており、ここからインク３０が供給される。
【００５５】
本実施の形態においても、実施の形態１乃至実施の形態２と同様にして外側面４によって反射された音波２６が焦点１２に集束し、インク３０中の音響エネルギーを高めて、液面１３からインク滴３１が吐出される。
【００５６】
そしてインク３０は供給路３９を開口２８から進入して供給されるので、気泡が生じにくい。特に内側面３９が直線を呈する場合には、供給路３９が単純な形状であるため、気泡が生じにくい。
【００５７】
また内側面３９の外形を小さくして音響伝導体７ｄの外側面４に接触しないように、換言すれば第２の面６ｄを確保するように形成することにより、音響伝導体７ｄ中の音波２６の伝搬は内側面３９によって殆ど妨げられない。従って、供給路３９中のインク３０に気泡が存在したとしても、気泡の位置が焦点１２近傍でない限り、音波２６の集束には殆ど影響を与えない。
【００５８】
更に、本実施の形態ではインク３０が内側面３９に関して音響伝導体７ｄから見て反対側（本明細書においてこれも「音響伝導体の外部」として把握する）である供給路３９から供給されるので、供給のための機構を設ける必要がなく、構成要素を、ひいてはコストを削減できる。また軽量化でき、可搬性も高い。更に液滴吐出装置１０４の寸法を小さくできるので、第２の問題点を解決することができ、狭所への挿入も可能となる。
【００５９】
実施の形態６．
図７は本実施の形態にかかる液体吐出装置１０５の構成を示す断面図である。液体吐出装置１０５は液体吐出装置１０４に対し、第２の面６ｄが第２の面１６ｄに置換された構成を有している。第２の面１６ｄも、断面視上、内側面３９によって分断されている。本実施の形態においても、焦点１２は第２の面１６ｄよりも上方に位置している。
【００６０】
第２の面１６ｄは焦点１２よりも第１の面５ｄに近く、外側面４で反射された音波２６の進行方向と垂直になる形状に設定される。従って第２の面１６ｄは、実施の形態２と同様にして、音響伝導体７からインク３０へと向かう音波２６の反射率を極小とするので、インク３０中での音響エネルギーの集束効率を高めることができる。
【００６１】
外側面４が回転放物面の場合、第２の面１６ｄは焦点１２を中心とし、内側面３９に連通する球面に設定することが望ましい。かかる構成により、実施の形態２と同様に、焦点１２では位相が揃った音波２６が集束し、音響エネルギーを高めることができる。
【００６２】
もちろん、外側面４が回転放物面でなく、紙面に対して垂直な成分を有する方向に延在し、紙面において放物線を呈する断面が得られる形状であってもよい。その場合には、当該断面において、第２の面１６ｄは第１の面５ｄに対して凸となる円弧を呈し、上記外側面４が延在する方向に延在する形状に設定すればよい。
【００６３】
本実施の形態では、内側面３９の望ましい位置が存在する。外側面４が放物線を呈する断面において、第１の面５ｄと外側面４との交点４３と、焦点１２とを結ぶ直線４１を仮想する。直線４１と第２の面１６ｄの呈する円弧との交点４４を通り、放物線の軸に平行な直線４２を仮想する。
【００６４】
直線４２よりも放物線の軸に近い位置で音響伝導体７ｄを伝搬する音波２６は、外側面４で反射されず、放物線の軸を伝搬する音波２６以外は軸焦点１２における音響エネルギーの増大に寄与しない。そこで、内側面３９を直線４２よりも放物線の軸に近い位置に設定することで、外側面４で反射した全ての音波２６を、焦点１２へと集束させ、吐出効率を高めることができる。
【００６５】
実施の形態７．
図８は本実施の形態にかかる液体吐出装置１０６の構成を示す断面図である。液体吐出装置１０６は液体吐出装置１０５に対し、ボディ８を被膜２２に置換した構成を有している。被膜２２は音響伝導体７ｄの外側面４を覆っている。本実施の形態において第２の面１６ｄは、液体吐出装置１０４のように第２の面６ｄに置換してもよい。
【００６６】
皮膜２２の厚さを音響伝導体７ｄ中の音波２６の波長よりも厚くするとともに、その音響インピダンスを音響伝導体７ｄのそれと大きく異ならせて設定することが望ましい。これにより被膜２２はボディ８と同様にして、音響伝導体７ｄ中の音波２６が外側面４で反射されやすく、またその伝搬が外部から擾乱されることを防ぐ保護材として機能する。図８に示されるように、ボディ８を被膜２２に置換したことでノズルプレート１４を小径化することができるので、インク滴３１を吐出する先端が細く、液体吐出装置１０６が全体して小さく軽くなる。従って狭所への挿入及び取り扱いが容易となる。
【００６７】
例えば、皮膜２２はめっきで形成できる。図９乃至図１２は液体吐出装置１０６の製造工程を工程順に例示する断面図である。まず内側面３９を備えない音響伝導体７を一旦形成する（図９）。そしてその外側面４にめっきを施して皮膜２２を得る。例えば第１の面５をめっき液中に触れないようにして、皮膜２２を第２の面６及び外側面４上に形成することができる（図１０）。その後、音響伝導体７を加工して内側面３９を形成する。これにより第１の面５、第２の面６はそれぞれ第１の面５ｄ、第２の面６ｄとなり、音響伝導体７ｄが形成される（図１１）。更に第２の面６ｄを加工して第２の面１６ｄを形成する。この加工の際に、外側面４以外の皮膜２２が除去される（図１２）。その後、加振体１とノズルプレート１４を、それぞれ第１の面５ｄ及び第２の面１６ｄに取り付けて液体吐出装置１０６を作製することができる。
【００６８】
このように、液体吐出装置１０６は簡易な構成であるので製造方法も簡単になり、コストを削減することができる。
【００６９】
実施の形態８．
図１３は本実施の形態にかかる液体吐出装置１０７の構成を示す断面図である。液体吐出装置１０７は液体吐出装置１０６に対し、被膜２２を除去した構成を有している。
【００７０】
このように被膜２２が存在しない場合には、音響伝導体７ｄの外側面４は空気など、音響伝導体７ｄとは音響インピダンスが大きく異なる領域と接触している。よってこの場合にも音響伝導体７ｄ中を伝搬する音波２６は外側面４で反射され、液体吐出装置１０６と同様にインク滴３１を吐出する先端が細くでき、全体として小さく軽くなる。
【００７１】
液体吐出装置１０７において、音響伝導体７ｄの材質を金属性とすることも好ましい態様である。その周囲が空気よりも大きな音響インピダンスを有している場合にも外側面４での音波の反射率を大きくでき、例えば狭所への挿入の際、音響伝導体７ｄに外側から接触する物質があっても、その音響インピダンスが金属よりも小さければ、音波２６は外側面４で良好に反射される。また、音響伝導体７ｄを樹脂などで形成する場合と比較して、伝搬する音波２６の減衰が少なく、吐出効率を高めることができる。更に高い強度が得られるという利点もある。
【００７２】
実施の形態９．
上述のように音響伝導体７ｄを金属で形成した場合、その集束径が大きくなる傾向がある。金属中の音波の波長は液体や樹脂中のそれよりも長いためである。そこで焦点に集束した音波を更に集束させる機構を設けることが望ましい。
【００７３】
図１４は本実施の形態にかかる液体吐出装置１０８ａの構成を示す断面図である。液体吐出装置１０８ａは液体吐出装置１０７に対し、音響伝導体７ｄ及びノズルプレート１４をそれぞれ音響伝導体７１及びホーン７２に置換した構成を有している。
【００７４】
具体的には音響伝導体７１は金属性に限る点でのみ音響伝導体７ｄと相違している。音響伝導体７１と音響インピダンスがほぼ等しい、例えば音響伝導体７１と同じ材料のホーン７２が音響伝導体７１の第２の面６上に載置される。ホーン７２には音響伝導体７１の供給路３９と連通する流路３８が穿たれており、またホーン７２の大径側が第２の面６に当接し、小径側における流路３８の開口３７からインク滴３１が吐出される。つまり、ホーン７２の外側面は、焦点１２から開口３７へと向かうにつれて小径となる。
【００７５】
液体吐出装置１０８においては、音響伝導体７１、ホーン７２が金属性であるので強度に優れ、またそれらの中を伝搬する音波２６の減衰も小さい。更に、インク滴３１を吐出する開口３７近傍がホーン７２の形状に由来して細いので、狭所への挿入が一層容易となる。そして焦点１２に集束した音波２６が、ホーン７２によって更に集束径が小さくなって開口３７での音響エネルギーが高められる。
【００７６】
なお、ホーン７２内での音波の干渉を避けるためにはホーン７２の大径が音響伝導体７１やホーン７２での音波２６の波長程度であり、かつ当該波長以下であることが望ましい。また、流路３８はホーン７２の大径側で広く、開口３７近傍で狭くしてもよい。
【００７７】
図１５は本実施の形態の変形にかかる液体吐出装置１０８ｂの構成を示す断面図である。液体吐出装置１０８ｂは液体吐出装置１０８ａの音響伝導体７１とホーン７２とを一体として形成した音響伝導体７３を採用している。流路３６は液体吐出装置１０８ａにおいて連通する供給路３９及び流路３８に相当するが、その径は加振体１ｄ側から開口３７まで等しくしてもよい。あるいは液体吐出装置１０８ａと同様に加振体１ｄ側を開口３７よりも広くしてもよい。その方が流路３６の形成は容易となる。
【００７８】
図１６は本実施の形態の更なる変形にかかる液体吐出装置１０９の構成を示す断面図である。液体吐出装置１０９では音響伝導体７４が備えられている。音響伝導体７４は音響伝導体７３において流路３６を穿たない構造を有している。
【００７９】
音響伝導体７４に対しては、液体吐出装置１０１と同様にして加振体１から音波２６が供給され、音波２６は音響伝導体７４の外側面４によって反射されて一旦焦点１２において集束し、その後音響伝導体７４の先端７４ａへと更に伝搬して集束する。
【００８０】
インク３０は液体吐出装置１０１と同様にしてボディ８によって形成される供給路９を経由して音響伝導体７４の先端に供給される。インク３０の液面を保持するために保持板１７が、また更にその上にはノズルプレート１４が載置される。よって先端７４ａに集束した音波２６は先端７４ａ上のインク３０の音響エネルギーを高め、インク３０からインク滴３１を吐出させる。
【００８１】
液体吐出装置１０９では液体吐出装置１０１とは異なり、ボディ８と音響伝導体７４とはいずれも金属性であり、両者が接触すると外側面４を介して音波２６が音響伝導体７４からボディ８へと漏洩し易い。そこで本実施の形態では、ボディ８は音響伝導体７４と隔離してその周囲に設けられた第１部分８ａと、インク３０を先端７４ａへと導き先端７４ａが露出する穴を有する天板８ｂとを有しており、これらはいずれも外側面４と非接触に配置されている。当該露出個所においてはインク３０が漏れないようにシール部材を介在させてもよい。また保持板１７の開口１５の径を、インク３０の液面が保持できる程度の大きさにしておけば、ノズルプレート１４がなくてもインク滴３１を吐出することができる。
【００８２】
液体吐出装置１０９では音響伝導体７４の外側にボディ８を設けることになり、その液体吐出装置１０８ａ，１０８ｂと比較して外形が大きくなりがちである。しかし、流路３６、３８や供給路３９を穿つ必要がなく、音響伝導体７１，７３やホーン７２と比較すると音響伝導体７４の作製は容易である。また図４に示されるような複数個の配列も容易である。
【００８３】
実施の形態１０．
図１７は本実施の形態にかかる液体吐出装置１１０の構成を示す断面図である。液体吐出装置１１０は実施の形態５において図６を用いて示された液体吐出装置１０４に対し、音響伝導体７ｄを液体充填材３２に置換した構成を有している。液体充填材３２も音響伝導体７，７ｄと同様に音響的に減衰が小さい他、音響インピダンスがインク３０に近いものが望ましい。
【００８４】
液体充填材３２とインク３０との混合を避けるため、開口２８を有し、加振体１ｄを貫通してノズルプレート１４に当接する流路管３５が設けられている。インク３０は開口２８から流路管３５を介してノズル１８に供給される。即ち、インク３０は流路管３５に関して液体充填材３２から見て反対側（本明細書においてこれも「音響伝導体の外部」として把握する）から供給されるといえる。液体充填材３２とインク３０との混合を避けるため、ノズルプレート１４と流路管３５とが当接する個所にはシール３３を設けることが望ましい。例えば図示されるようにシール３３は流路管３５の周囲に設けられてもよいし、流路管３５の先端にあってシール３３を介して流路管３５がノズルプレート１４に当接してもよい。
【００８５】
液体吐出装置１１０においては、液体充填材３２の外側面４はボディ８の内壁面によって規定される。換言すれば、ボディ８の内壁面の断面形状が、放物線等、焦点１２へと音波２６を集束させる形状を呈している。また液体充填材３２の内側面３４は流路管３５の外側面で規定される。つまり、液体充填材３２はボディ８と流路管３５との間に充填されている。流路管３５の外側面は音響伝導体７ｄの内側面３９と同様に、ボディ８の内壁面に接触しないことが望ましい。またボディ８の厚さは、液体充填材３２中の音波２６の波長よりも厚いことが望ましい。
【００８６】
液体吐出装置１１０において、音波２６は加振体１ｄから液体充填材３２に与えられ、更に、ボディ８の内壁面によって規定される液体充填材３２の外側面４で反射し、流路管３５を透過してその内部のインク３０中の焦点１２へと集束する。従って流路管３５は音響的に損失の少ない材質で形成されることが望ましく、例えば音響伝導体７，７ｄの材料として例示された材料を採用することができる。
【００８７】
液体吐出装置１１０によれば、液体吐出装置１０４と同様の効果が得られる他、液体充填材３２をインク３０と同じものにすることも可能である。これにより、音波２６がインク３０へと入射するときの反射や減衰を非常に小さくすることができ、吐出効率を向上させることができる。
【００８８】
【発明の効果】
この発明のうち、請求項１乃至請求項３にかかる液滴吐出装置によれば、音波を集束することにより、音響エネルギーを高めて被吐出液体を吐出することができる。また被吐出液体を格納する機能と、音波を反射する機能とを併有する内壁を必要としないので、かかる内壁がつくる空洞中に被吐出液体を供給することもなく、よって被吐出液体には気泡が存在しにくい。
【００８９】
この発明のうち、請求項４にかかる液滴吐出装置によれば、外側面よりも外側から液体が供給されるので、気泡が生じにくい供給路を形成することが容易である。
【００９０】
この発明のうち、請求項５にかかる液滴吐出装置によれば、被吐出液体を複数の音響伝導体に一斉に供給することができる。また構成要素を共用としたので、部品点数が減り、組み立ても簡単になるため、コストを低減できる。
【００９１】
この発明のうち、請求項６にかかる液滴吐出装置によれば、被吐出液体を迅速かつスムーズに複数の音響伝導体へと供給し、かつ気泡が残留することがない。
【００９２】
この発明のうち、請求項７にかかる液滴吐出装置によれば、被吐出液体が音響伝導体の内側面から供給されるので、供給のための機構を設けることに起因する液滴吐出装置の寸法の増大を回避でき、また軽量化できる。
【００９３】
この発明のうち、請求項８にかかる液滴吐出装置によれば、音響伝導体と液体との境界での音波の反射が小さく、液体中での音響エネルギーの集束効率を高めることができる。
【００９４】
この発明のうち、請求項９にかかる液滴吐出装置によれば、音響伝導体と液体との境界が、反射された音波の進行方向に対して垂直となるので、当該境界での反射が小さい。その上、音波の位相を集束点で揃えることができるので、被吐出液体中での音響エネルギーの集束効率を高めることができる。
【００９５】
この発明のうち、請求項１０にかかる液滴吐出装置によれば、外側面で反射した全ての音波を液体中に垂直に入射させることができる。
【００９６】
この発明のうち、請求項１１にかかる液滴吐出装置によれば、供給路が音波の反射に対する寄与が小さい放物線の軸近傍に設けられるので、音波の集束を損なう程度も小さい。
【００９７】
この発明のうち、請求項１２にかかる液滴吐出装置によれば、供給路が単純な形状であるため、気泡が生じにくい。
【００９８】
この発明のうち、請求項１３にかかる液滴吐出装置によれば、被吐出液体と、音響伝導体との音響インピダンスを同程度にすることができ、吐出効率を向上させることができる。
【００９９】
この発明のうち、請求項１４にかかる液滴吐出装置によれば、第１の面に与えられ、音響伝導体を伝搬する音波を外側面が反射する機能を保ちつつ、音響伝導体が音波を伝搬する機能が外部から擾乱されることを回避できる。
【０１００】
この発明のうち、請求項１５にかかる液滴吐出装置によれば、第１の面に与えらた音波が外側面から保護材へ透過することを抑制できる。
【０１０１】
この発明のうち、請求項１６にかかる液滴吐出装置によれば、音響伝導体中の音波の波長が長く、集束点における音波の集束径が大きくても、更に集束径を小さくして被吐出液体を吐出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態１にかかる液体吐出装置の構成を示す断面図である。
【図２】  本発明の実施の形態１の変形の構成を示す断面図である。
【図３】  本発明の実施の形態２にかかる液体吐出装置の構成を示す断面図である。
【図４】  本発明の実施の形態３にかかる液体吐出装置の構成を示す断面図である。
【図５】  本発明の実施の形態４にかかる液体吐出装置の構成を示す断面図である。
【図６】  本発明の実施の形態５にかかる液体吐出装置の構成を示す断面図である。
【図７】  本発明の実施の形態６にかかる液体吐出装置の構成を示す断面図である。
【図８】  本発明の実施の形態７にかかる液体吐出装置の構成を示す断面図である。
【図９】  本発明の実施の形態７にかかる液体吐出装置の製造工程を示す断面図である。
【図１０】  本発明の実施の形態７にかかる液体吐出装置の製造工程を示す断面図である。
【図１１】  本発明の実施の形態７にかかる液体吐出装置の製造工程を示す断面図である。
【図１２】  本発明の実施の形態７にかかる液体吐出装置の製造工程を示す断面図である。
【図１３】  本発明の実施の形態８にかかる液体吐出装置の構成を示す断面図である。
【図１４】  本発明の実施の形態９にかかる液体吐出装置の構成を示す断面図である。
【図１５】  本発明の実施の形態９の変形の構成を示す断面図である。
【図１６】  本発明の実施の形態９の更に変形の構成を示す断面図である。
【図１７】  本発明の実施の形態１０にかかる液体吐出装置の構成を示す断面図である。
【図１８】  従来の技術を示す断面図である。
【符号の説明】
４，４ｑ  外側面、５，５ｄ  第１の面、６，６ｄ，１６，１６ｄ  第２の面、１２，１２ｐ，１２ｑ  焦点、７，７ｄ，７ｑ，７１，７３，７４  音響伝導体、８  ボディ、９  供給路、２２  被膜、２６  音波、３０  インク、３１  インク滴、３２  液体充填材、３４  流路管、３９  内側面（供給路）、７２  ホーン、１０１〜１１１  液滴吐出装置。
【図１】
0003751523.tif 000002
【図２】
0003751523.tif 000003
【図３】
0003751523.tif 000004
【図４】
0003751523.tif 000005
【図５】
0003751523.tif 000006
【図６】
0003751523.tif 000007
【図７】
0003751523.tif 000008
【図８】
0003751523.tif 000009
【図９】
0003751523.tif 000010
【図１０】
0003751523.tif 000011
【図１１】
0003751523.tif 000012
【図１２】
0003751523.tif 000013
【図１３】
0003751523.tif 000014
【図１４】
0003751523.tif 000015
【図１５】
0003751523.tif 000016
【図１６】
0003751523.tif 000017
【図１７】
0003751523.tif 000018
【図１８】
0003751523.tif 000019