液体塗布ヘッドおよびそれを用いた液体塗布装置
【課題】液体塗布ヘッドから距離のある対象に液体を塗布することのできる液体塗布ヘッドおよびそれを用いた液体塗布装置を提供する。
【解決手段】液体塗布ヘッド２が、複数の液体加圧室１０、複数の液体加圧室内１０の液体に対してそれぞれ圧力を加える複数の加圧部、複数の液体加圧室１０にそれぞれ繋がっている複数の液体吐出孔８、および気体を噴出させるための複数の気体噴出孔８８を有し、複数の気体噴出孔８８が複数の液体吐出孔８と同一方向側で、かつ複数の液体吐出孔８から吐出される液体を複数の液体吐出孔８から離すべく気体を噴出するように開口している。
【解決手段】液体塗布ヘッド２が、複数の液体加圧室１０、複数の液体加圧室内１０の液体に対してそれぞれ圧力を加える複数の加圧部、複数の液体加圧室１０にそれぞれ繋がっている複数の液体吐出孔８、および気体を噴出させるための複数の気体噴出孔８８を有し、複数の気体噴出孔８８が複数の液体吐出孔８と同一方向側で、かつ複数の液体吐出孔８から吐出される液体を複数の液体吐出孔８から離すべく気体を噴出するように開口している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェットヘッドを用いた、液体を塗布する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インクジェットプリンタやインクジェットプロッタなどの、インクジェット記録方式を利用した印刷装置が、一般消費者向けのプリンタだけでなく、例えば電子回路の形成や液晶ディスプレイ用のカラーフィルタの製造、有機ＥＬディスプレイの製造といった工業用途にも広く利用されている。
【０００３】
このようなインクジェット方式の印刷装置には、液体を吐出させるための液体吐出ヘッドが印刷ヘッドとして搭載されている。この種の印刷ヘッドには、インクが充填されたインク流路内に加圧手段としてのヒータを備え、ヒータによりインクを加熱、沸騰させ、インク流路内に発生する気泡によってインクを加圧し、インク吐出孔より、液滴として吐出させるサーマル方式と、インクが充填されるインク流路の一部の壁を変位素子によって屈曲変位させ、機械的にインク流路内のインクを加圧し、インク吐出孔より液滴として吐出させる圧電方式が一般的に知られている。
【０００４】
また、このような液体吐出ヘッドには、記録媒体の搬送方向と直交する方向に液体吐出ヘッドを移動させつつ記録を行なうシリアル式、および記録媒体より主走査方向に長い液体吐出ヘッドを固定した状態、もしくは、複数の液体吐出ヘッドを記録範囲が記録媒体より広くなるように複数並べて固定した状態で、副走査方向に搬送される記録媒体に記録を行なうライン式がある。ライン式は、シリアル式のように液体吐出ヘッドを移動させる必要がないので、高速記録が可能であるという利点を有する。
【０００５】
シリアル式、ライン式のいずれの方式の液体吐出ヘッドであっても、液滴を高い密度で印刷するには、液体吐出ヘッドに形成されている、液滴を吐出する液体吐出孔の密度を高くする必要がある。
【０００６】
そこで、液体吐出ヘッドを、マニホールドと、マニホールドから順に、共通流路、しぼり、液体加圧室および連通路を介して液体吐出孔まで繋がる個別流路を有した流路部材と、液体加圧室をそれぞれ覆うように設けられた複数の変位素子を有するアクチュエータユニットとを積層して構成したものが知られている（例えば、特許文献１を参照。）。この液体吐出ヘッドでは、複数の液体吐出孔にそれぞれ繋がった液体加圧室がマトリックス状に配置され、それを覆うように設けられたアクチュエータユニットの変位素子を変位させることで、各液体加圧室の各液体吐出孔から液滴を吐出させ、主走査方向にｄｐｉの解像度で印刷が可能とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−３０５８５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載されている液体吐出ヘッドで、液滴の飛翔距離が短いため、液滴を着弾させる対象までの距離が大きい場合、液滴が対象まで届かなかったり、届いたとしても塗布状態にむらが生じたりするという問題があった。
【０００９】
したがって、本発明の目的は、液体塗布ヘッドから距離のある対象に液体を塗布することのできる液体塗布ヘッドおよびそれを用いた液体塗布装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
液体塗布ヘッドは、複数の液体加圧室、該複数の液体加圧室内の液体に対してそれぞれ圧力を加える複数の加圧部、前記複数の液体加圧室にそれぞれ繋がっている複数の液体吐出孔、および気体を噴出させるための複数の気体噴出孔を有し、前記複数の気体噴出孔が前記複数の液体吐出孔と同一方向側で、かつ前記複数の液体吐出孔から吐出される液体を前記複数の液体吐出孔から離すべく気体を噴出するように開口していることを特徴とする。
【００１１】
また、前記複数の液体吐出孔の開口側から見て、前記複数の液体吐出孔からなる液体吐出孔群が一方方向に延びており、前記複数の気体噴出孔が前記液体吐出孔群を挟んでその両側に前記一方方向に沿って設けられていることが好ましい。
【００１２】
さらに、前記複数の液体吐出孔の開口側から見て、前記複数の気体噴出孔が複数の前記液体吐出孔からなる液体吐出孔群を囲むように設けられていることが好ましい。
【００１３】
またさらに、前記複数の液体吐出孔の開口側から見て、前記複数の液体吐出孔のそれぞれに対して前記複数の気体噴出孔が、１つの前記液体吐出孔を中心とする円の円周上に等間隔に複数設けられていることが好ましい。
【００１４】
さらにまた、前記円の円周上に設けられている複数の前記気体噴出孔の軸線が、前記円の中心側に傾いていることが好ましい。
【００１５】
本発明の液体塗布装置は、前記液体塗布ヘッドと、前記液体塗布ヘッドの駆動を制御する制御部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の液体塗布ヘッドによれば、複数の液体加圧室、該複数の液体加圧室内の液体に対してそれぞれ圧力を加える複数の加圧部、前記複数の液体加圧室にそれぞれ繋がっている複数の液体吐出孔、および気体を噴出させるための複数の気体噴出孔を有し、前記複数の気体噴出孔が前記複数の液体吐出孔と同一方向側で、かつ前記複数の液体吐出孔から吐出される液体を前記複数の液体吐出孔から離すべく気体を噴出するように開口していることにより、前記液体吐出孔の開口から吐出された液滴は、前記気体噴出孔から噴出された気体により飛翔距離が伸びるため、塗布対象物までの距離が遠くても液体を塗布することができる。
【００１７】
また、前記複数の液体吐出孔の開口側から見て、前記複数の液体吐出孔からなる液体吐出孔群が一方方向に延びており、前記複数の気体噴出孔が前記液体吐出孔群を挟んでその両側に前記一方方向に沿って設けられている場合、前記液体吐出孔群の両側の前記気体噴出孔から噴出される気体により、前記液体吐出孔群の先に安定した気体の流れができ、安定した液体を塗布ができる。
【００１８】
さらに、前記複数の液体吐出孔の開口側から見て、前記複数の気体噴出孔が複数の前記液体吐出孔からなる液体吐出孔群を囲むように設けられている場合、前記液体吐出孔群の周囲の前記気体噴出孔から噴出される気体により、前記液体吐出孔群の先に安定した気体の流れができ、安定した液体を塗布ができる。
【００１９】
またさらに、前記複数の液体吐出孔の開口側から見て、前記複数の液体吐出孔のそれぞれに対して前記複数の気体噴出孔が、１つの前記液体吐出孔を中心とする円の円周上に等間隔に複数設けられている場合、中心にある前記液体吐出孔が、その周囲の円周上に設けられた前記気体吐出孔から対称的に噴出される気体により、前記液体吐出孔の先に安定した気体の流れができ、安定した液体を塗布ができる。
【００２０】
さらにまた、前記円の円周上に設けられている複数の前記気体噴出孔の軸線が、前記円の中心側に傾いている場合、中心にある前記液体吐出孔が、その周囲の円周上に設けられた前記気体吐出孔から対称的に噴出される気体により、前記液体吐出孔の先により安定した気体の流れができ、より安定した液体を塗布ができる。
【００２１】
本発明の液体塗布装置によれば、前記液体塗布ヘッドと、前記液体塗布ヘッドの駆動を制御する制御部とを備えることにより、塗布対象物までの距離が遠くても液体を塗布することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の液体塗布装置の一例を示す斜視図である。
【図２】本発明の液体塗布ヘッドを構成するヘッド本体の一例を示す平面図である。
【図３】図２の一点鎖線に囲まれた領域の拡大図である。
【図４】図３のＶ−Ｖ線に沿った部分および気体流路部材の一部の縦断面図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）は、本発明の他の液体塗布ヘッドの一例を示す縦断面図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）は、本発明の他の液体塗布ヘッドの一例を示す縦断面図である。
【図７】（ａ）は、本発明の他の液体塗布ヘッドの一例を示す平面図であり、（ｂ）はその側面図あり、（ｃ）は、本発明の他の液体塗布ヘッドの一例を示す平面図であり、（ｄ）はその側面図あり、（ｅ）は、本発明の他の液体塗布ヘッドの一例を示す平面図であり、（ｆ）はその側面図ある。
【図８】（ａ）は、本発明の他の液体塗布ヘッドの一例を示す平面図であり、（ｂ）は、液体吐出孔と気体噴出孔の配置を示す平面図であり、（ｃ）は、本発明の他の液体塗布ヘッドの一例を示す平面図であり、（ｄ）は、（ｃ）のＡ−Ａ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は、本発明の液体塗布装置１の一例の斜視図である。図２は、図１に示された液体塗布ヘッド２を示す平面図である。図３は、図２の一点鎖線で囲まれた領域の拡大図であり、液体塗布ヘッド２の一部である。なお、図３において、図面を分かりやすくするために、圧電アクチュエータユニット２１の下方にあって破線で描くべき液体加圧室１０（液体加圧室群９）、しぼり１２および液体吐出孔８を実線で描いている。図４は図３のＶ−Ｖ線に沿った部分および気体流路部材８０の一部の縦断面図である。
【００２４】
液体塗布装置１は、液体塗布ヘッド２と液体分配流路部材７０と筐体９０と液体塗布ヘッド２からの液滴の吐出を制御する制御部（不図示）とを含んでいる。筐体９０は金属製であり、一部に駆動信号が伝達される信号ケーブルが通る孔９１が開口している。図１の例では上面の一部に孔９１が開口しており、孔９１は筐体９０内に納められている制御部と繋がっている駆動信号が伝達される信号ケーブル（不図示）が通っており、樹脂製のふたなどで塞がれる。
【００２５】
液体塗布ヘッド２は、液体流路部材４と圧電アクチュエータユニット２１と気体流路部材８０とを含んでおり、液体流路部材４と気体流路部材８０とを合わせた流路部材の下面（気体噴出孔面）には、気体を吹き出す複数の気体噴出孔８８が、液体を吐出する複数の液体吐出孔８と同一方向側に開口している。液体流路部材４には液体流路部材４内に液体を入れるためのマニホールドの開口５ｂが複数開口している。
【００２６】
液体分配流路部材７０は液体流路部材４の上に積層されており、圧電アクチュエータユニット２１は液体分配流路部材７０に設けられた凹部に収められている。液体分配流路部材７０には液体導入孔７１ｂが開口しており、外部から液体導入孔７１ｂを通じて導入された液体は液体分配流路部材７０内で分配され複数のマニホールドの開口５ｂに流れ込むようになっている。液体分配流路部材７０内に、ダンパを備えた液体リザーバを設け、外部からの液体の供給が間に合わない場合に、ダンパが変形して液体リザーバの体積が減少し、その分の液体を液体リザーバから液体流路部材４に供給できるようにしておいてもよい。また、液体分配流路部材７０内に、ヒータを設け、液体の吐出状態を安定させるために、液体の粘度を一定に保つように、温度の制御を行なうようにしても良い。
【００２７】
気体流路部材８０には気体導入孔８１ｂが開口しており、外部のポンプなど送られた気体が気体導入孔８１ｂを通じて気体流路部材８０の気体流路８１に入り気体噴出孔８８から吹き出される。
【００２８】
液体塗布装置１は、下面の気体噴出孔面の先に液体を塗布させる対象物を置いて、液体吐出孔８から液滴を吐出させるとともに、気体噴出孔８８から気体を吹き出させることで、吐出された液滴が吹き出された気体による気流で運ばれて、対象物に液体を塗布することができる。吐出された液滴は気流で運ばれるため、対象物に凹凸があって、複数の液体吐出孔８から吐出された液滴が着弾するまでの飛翔距離に差があっても、安定して対象物に着弾させることができる。
【００２９】
対象物がより複雑な形状をしている場合は、液体塗布装置１を、関節を有するロボットアームなどに取り付けて、ロボットアームを制御させて、対象物との距離をある程度一定に制御すれば、より複雑な形状をした対象物に対しても液体の塗布ができる。
【００３０】
次に本発明の液体塗布装置１を構成する液体塗布ヘッド２について説明する。
【００３１】
液体塗布ヘッド２は、流路部材を構成する平板状の液体流路部材４と、気体流路部材８０と、液体流路部材４上に配置された、加圧部である後述の変位素子５０が複数設けられた圧電アクチュエータユニット２１とを有している。圧電アクチュエータユニット２１は台形形状を有しており、その台形形状の１対の平行対向辺が液体流路部材４の長手方向と平行になるように液体流路部材４の上面に配置されている。
【００３２】
また、液体流路部材４の長手方向と平行な２本の仮想直線のそれぞれに沿って２つずつ、つまり合計４つの圧電アクチュエータユニット２１が、全体として千鳥状に液体流路部材４上に配列されている。液体流路部材４上で隣り合う圧電アクチュエータユニット２１の斜辺同士は、液体流路部材４の短手方向を見たときに部分的にオーバーラップしている。液体塗布装置１の長手方向を見た場合、このオーバーラップしている部分の圧電アクチェータユニット２１を駆動することにより、吐出される液滴の密度が長手方向において平均化されるので、塗布を、液体塗布ヘッド２の短手方向に移動させながら行なうと一定の濃度で液体を塗布ができる。
【００３３】
液体流路部材４の内部には液体流路の一部であるマニホールド５が形成されている。マニホールド５は液体流路部材４の長手方向に沿って延び細長い形状を有しており、液体流路部材４の上面にはマニホールド５の開口５ｂが形成されている。開口５ｂは、液体流路部材４の長手方向と平行な２本の直線（仮想線）のそれぞれに沿って５個ずつ、合計１０個形成されている。開口５ｂは、４つの圧電アクチュエータユニット２１が配置された領域を避ける位置に形成されている。マニホールド５は、図示されていない液体タンクから液体分配流路部材７０の中の液体流路および開口５ｂを通じて液体が供給されるようになっている。
【００３４】
液体流路部材４内に形成されたマニホールド５は、複数本に分岐している（分岐した部分のマニホールド５を副マニホールド５ａということがある）。開口５ｂに繋がるマニホールド５は、圧電アクチュエータユニット２１の斜辺に沿うように延在しており、液体流路部材４の長手方向と交差して配置されている。２つの圧電アクチュエータユニット２１に挟まれた領域では、１つのマニホールド５が、隣接する圧電アクチュエータユニット２１に共有されており、副マニホールド５ａがマニホールド５の両側から分岐している。これらの副マニホールド５ａは、液体流路部材４の内部の各圧電アクチュエータユニット２１に対向する領域に互いに隣接して、液体塗布ヘッド２の長手方向に延在している。
【００３５】
液体流路部材４は、複数の液体加圧室１０がマトリクス状（すなわち、２次元的かつ規則的）に形成されている４つの液体加圧室群９を有している。液体加圧室１０は、角部にアールが施されたほぼ菱形の平面形状を有する中空の領域である。液体加圧室１０は液体流路部材４の上面に開口するように形成されている。これらの液体加圧室１０は、液体流路部材４の上面における圧電アクチュエータユニット２１に対向する領域のほぼ全面にわたって配列されている。したがって、これらの液体加圧室１０によって形成された各液体加圧室群９は圧電アクチュエータユニット２１とほぼ同一の大きさおよび形状の領域を占有している。また、各液体加圧室１０の開口は、液体流路部材４の上面に圧電アクチュエータユニット２１が接着されることで閉塞されている。
【００３６】
本実施形態では、図３に示されているように、マニホールド５は、液体流路部材４の短手方向に互いに平行に並んだ４列のＥ１〜Ｅ４の副マニホールド５ａに分岐し、各副マニホールド５ａに繋がった液体加圧室１０は、等間隔に液体流路部材４の長手方向に並ぶ液体加圧室１０の列を構成し、その列は、短手方向に互いに平行に４列配列されている。副マニホールド５ａに繋がった液体加圧室１０の並ぶ列は副マニホールド５ａの両側に２列ずつ配列されている。
【００３７】
全体では、マニホールド５から繋がる液体加圧室１０は、等間隔に液体流路部材４の長手方向に並ぶ液体加圧室１０の列を構成し、その列は、短手方向に互いに平行に１６列配列されている。各液体加圧室列に含まれる液体加圧室１０の数は、アクチュエータである変位素子５０の外形形状に対応して、その長辺側から短辺側に向かって次第に少なくなるように配置されている。液体吐出孔８もこれと同様に配置されている。
【００３８】
気体流路部材８０は、液体塗布ヘッド２の下面にあたる気体噴出孔面に複数の気体噴出孔８８が開口しており、気体導入孔の開口８１ｂから送り込まれた気体は、気体噴出孔８８から気体噴出孔面に対して略直交する方向に吹き出される。液体吐出孔８から吐出された液滴は、気体噴出孔面と同一平面である液体と吐出孔面に対して略直交する方向に吐出され、吹き出される。
【００３９】
圧電アクチュエータユニット２１の上面の各液体加圧室１０に対向する位置には後述する個別電極３５がそれぞれ形成されている。個別電極３５は液体加圧室１０より一回り小さく、液体加圧室１０とほぼ相似な形状を有しており、圧電アクチュエータユニット２１の上面における液体加圧室１０と対向する領域内に収まるように配置されている。
【００４０】
液体流路部材４の下面の液体吐出面には多数の液体吐出孔８が形成されている。これらの液体吐出孔８は、液体流路部材４の下面側に配置された副マニホールド５ａと対向する領域を避けた位置に配置されている。また、これらの液体吐出孔８は、液体流路部材４の下面側における圧電アクチュエータユニット２１と対向する領域内に配置されている。これらの液体吐出孔群は圧電アクチュエータユニット２１とほぼ同一の大きさおよび形状の領域を占有しており、対応する圧電アクチュエータユニット２１の変位素子５０を変位させることにより液体吐出孔８から液滴が吐出できる。液体吐出孔８および空気噴出孔８８の配置については後で詳述する。そして、それぞれの領域内の液体吐出孔８は、液体流路部材４の長手方向と平行な複数の直線に沿って等間隔に配列されている。
【００４１】
液体塗布ヘッド２を構成する液体流路部材４は、複数のプレートが積層された積層構造を有している。これらのプレートは、液体流路部材４の上面から順に、キャビティプレート２２、ベースプレート２３、アパーチャ（しぼり）プレート２４、サプライプレート２５、マニホールドプレート２６、２７、２８、２９、カバープレート３０およびノズルプレート３１である。これらのプレートには多数の孔が形成されている。各プレートは、これらの孔が互いに連通して個別流路３２および副マニホールド５ａを構成するように、位置合わせして積層されている。液体塗布ヘッド２は、図４に示されているように、液体加圧室１０は液体流路部材４の上面に、副マニホールド５ａは内部の下面側に、液体吐出孔８は下面にと、個別流路３２を構成する各部分が異なる位置に互いに近接して配設され、液体加圧室１０を介して副マニホールド５ａと液体吐出孔８とが繋がる構成を有している。
【００４２】
各プレートに形成された孔について説明する。これらの孔には、次のようなものがある。第１に、キャビティプレート２２に形成された液体加圧室１０である。第２に、液体加圧室１０の一端から副マニホールド５ａへと繋がる流路を構成する連通孔である。この連通孔は、ベースプレート２３（詳細には液体加圧室１０の入り口）からサプライプレート２５（詳細には副マニホールド５ａの出口）までの各プレートに形成されている。なお、この連通孔には、アパーチャプレート２４に形成されたしぼり１２と、サプライプレート２５に形成された個別供給流路６とが含まれている。
【００４３】
第３に、液体加圧室１０の他端から液体吐出孔８へと連通する連通路を構成する連通孔であり、この連通路は、液体吐出孔８および以下の記載においてディセンダ（部分流路）７と呼称される部分からなる。液体吐出孔８は、ノズルプレート３１に形成されている。ディセンダ７は、ベースプレート２３（詳細には液体加圧室１０の出口）からカバープレート３０（詳細には液体吐出孔８との接続端）までの各プレートに形成されている。
【００４４】
第４に、副マニホールド５ａを構成する連通孔である。この連通孔は、マニホールドプレート２５〜２９に形成されている。
【００４５】
このような連通孔が相互に繋がり、副マニホールド５ａからの液体の流入口（副マニホールド５ａの出口）から液体吐出孔８に至る個別流路３２を構成している。副マニホールド５ａに供給された液体は、以下の経路で液体吐出孔８から吐出される。まず、副マニホールド５ａから上方向に向かって、個別供給流路６を通り、しぼり１２の一端部に至る。次に、しぼり１２の延在方向に沿って水平に進み、しぼり１２の他端部に至る。そこから上方に向かって、液体加圧室１０の一端部に至る。さらに、液体加圧室１０の延在方向に沿って水平に進み、液体加圧室１０の他端部に至る。そこからディセンダ７の中を少しずつ水平方向に移動しながら、主に下方に向かい、下面に開口した液体吐出孔８へと進む。
【００４６】
圧電アクチュエータユニット２１は、図４に示されるように、２枚の圧電セラミック層２１ａ、２１ｂからなる積層構造を有している。これらの圧電セラミック層２１ａ、２１ｂはそれぞれ２０μｍ程度の厚さを有している。圧電アクチュエータユニット２１全体の厚さは４０μｍ程度である。圧電セラミック層２１ａ、２１ｂのいずれの層も複数の液体加圧室１０を跨ぐように延在している（図３参照）。これらの圧電セラミック層２１ａ、２１ｂは、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミックス材料からなる。
【００４７】
圧電アクチュエータユニット２１と液体流路部材４との接着は、例えば接着層を介して行なう。接着層としては、圧電アクチュエータユニット２１や液体流路部材４への影響を及ぼさないために、熱硬化温度が１００〜１５０℃のエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂の群から選ばれる少なくとも１種の熱硬化性樹脂の接着剤が用いられる。熱硬化性樹脂の接着剤を用いるのは、常温硬化の接着剤では、耐インク性が十分確保されないおそれがあるためである。このため、圧電アクチュエータユニット２１には、熱硬化温度から室温まで冷却されることにより、液体流路部材４と圧電アクチュエータユニット２１との熱膨張係数の差により発生する応力が加わった状態になる。応力が大きい場合、圧電アクチュエータユニット２１が壊れてしまうおそれがあり、また、応力が圧電アクチュエータユニット２１を壊してしまうほど高くなくても、加わっている応力により圧電アクチュエータユニット２１の特性が変動する。具体的には、圧縮応力が加わった状態では、圧電定数が低くなるが、駆動を非常に長い時間にわたって繰り返した際に変位量が低下する駆動劣化という現象の影響は小さくなる。逆に、引張り応力が加わった状態では、圧電定数が高くなるが、駆動劣化の影響は大きくなる。いずれにしても、液体流路部材４と圧電アクチュエータユニット２１との熱膨張係数の差は、少なくする必要があり、長期間使用しても吐出特性の変動が大きくならないように、駆動劣化の影響の小さい圧縮応力が弱く加わった状態にするのが好ましい。そこで、圧電アクチュエータユニット２１にＰＺＴ系のセラミックスを用いる場合には、液体流路部材４の材料としては４２アロイを用いるのが好ましい。
【００４８】
液体塗布ヘッド２を構成する気体流路部材８０は、複数のプレート８５〜８７が積層された積層構造を有している。これらのプレートには多数の孔が形成されている。各プレートは、これらの孔が互いに連通して気体導入孔８１ｂから気体流路８１を通って気体噴出孔８８までの連通孔を構成するように、位置合わせして積層されている。プレート８５には気体流路８１の開口８１ｂが開口している。プレート８１の孔は複数の気体噴出孔８８に繋がっている。プレート８５〜８７の接着は、例えば接着層を介して行なう。また、気体流路部材８０と液体流路部材４との接着も、例えば接着層を介して行なう。接着層としては、熱硬化温度が１００〜１５０℃のエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂の群から選ばれる少なくとも１種の熱硬化性樹脂の接着剤が用いられる。
【００４９】
圧電アクチュエータユニット２１は、Ａｇ−Ｐｄ系などの金属材料からなる共通電極３４およびとＡｕ系などの金属材料からなる個別電極３５を有している。個別電極３５は上述のように圧電アクチュエータユニット２１の上面における液体加圧室１０と対向する位置に配置されている。個別電極３５の一端は、液体加圧室１０と対向する領域外に引き出されて接続電極３６が形成されている。この接続電極３６は例えばガラスフリットを含む金からなり、厚さが１５μｍ程度で凸状に形成されている。また、接続電極３６は、図示されていないＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）に設けられた電極と電気的に接合されている。詳細は後述するが、個別電極３５には、制御部からＦＰＣを通じて駆動信号が供給される。駆動信号は、記録用紙Ｐの搬送速度と同期して一定の周期で供給される。
【００５０】
共通電極３４は、圧電セラミック層２１ａと圧電セラミック層２１ｂとの間の領域に面方向のほぼ全面にわたって形成されている。すなわち、共通電極３４は、圧電アクチュエータユニット２１に対向する領域内の全ての液体加圧室１０を覆うように延在している。共通電極３４の厚さは２μｍ程度である。共通電極３４は図示しない領域において接地され、グランド電位に保持されている。本実施形態では、圧電セラミック層２１ｂ上において、個別電極３５からなる電極群を避ける位置に個別電極３５とは異なる表面電極（不図示）が形成されている。表面電極は、圧電セラミック層２１ｂの内部に形成されたスルーホールを介して共通電極３４と電気的に接続されているとともに、多数の個別電極３５と同様に、ＦＰＣ上の別の電極と接続されている。
【００５１】
図４に示されるように、共通電極３４と個別電極３５とは、最上層の圧電セラミック層２１ｂのみを挟むように配置されている。圧電セラミック層２１ｂにおける個別電極３５と共通電極３４とに挟まれた領域は活性部と呼称され、その部分の圧電セラミックスには分極が施されている。本実施形態の圧電アクチュエータユニット２１においては、最上層の圧電セラミック層２１ｂのみが活性部を含んでおり、圧電セラミック２１層ａは活性部を含んでおらず、振動板として働く。この圧電アクチュエータユニット２１はいわゆるユニモルフタイプの構成を有している。
【００５２】
なお、後述のように、個別電極３５に選択的に所定の駆動信号が供給されることにより、この個別電極３５に対応する液体加圧室１０内の液体に圧力が加えられる。これによって、個別流路３２を通じて、対応する液体吐出口８から液滴が吐出される。すなわち、圧電アクチュエータユニット２１における各液体加圧室１０に対向する部分は、各液体加圧室１０および液体吐出口８に対応する個別の変位素子５０（アクチュエータ、加圧部）に相当する。つまり、２枚の圧電セラミック層２１ａ、２１ｂからなる積層体中には、図４に示されているような構造を単位構造とする変位素子５０が液体加圧室１０毎に、液体加圧室１０の直上に位置する圧電セラミック層（振動板）２１ａ、共通電極３４、圧電セラミック層２１ｂ、個別電極３５により作り込まれており、圧電アクチュエータユニット２１には変位素子５０が複数含まれている。なお、本実施形態において１回の吐出動作によって液体吐出口８から吐出される液体の量は５〜７ｐＬ（ピコリットル）程度である。また、吐出された液滴の飛翔速度は５〜８ｍ／ｓ程度であるため、気体噴出孔８８からの気体の噴出がない場合、液体吐出孔面から３ｃｍ程度離れたところで止まって空気中に浮遊する状態になってしまい、それ以上の離れたところまで、液滴を着弾させることはできない。また、液体吐出孔面から１ｃｍ以上は離れると飛翔速度が遅くなり、安定した着弾とはならない。
【００５３】
また、噴出させる気体は、液体塗布ヘッド内の液体の温度を安定化させるため、気体流路部材８０に入る前にあらかじめ、加熱手段あるいは冷却手段により温度調整を行なうことが好ましい。温度調整は、例えば、気体流路部材８０に設けられたセンサが測定した温度を一定に保つように制御部が加熱手段あるいは冷却手段を制御する。気体流路部材８０を通る気体により気体流路部材８０が冷却されるようであれば、あらかじめ気体を加熱するのが好ましく、摩擦などで気体流路部材８０を通る気体により気体流路部材８０の温度が高くなるようであれば、あらかじめ気体を加熱するのが好ましい。また、噴出された北は、液滴あるは対象物に塗布された液体の乾燥を速めることがあるため、噴出する気体の温度を制御することにより、液体の乾燥状態を調整することもできる
多数の個別電極３５は、個別に電位を制御することができるように、それぞれがＦＰＣ上のコンタクトおよび配線を介して、個別にアクチュエータ制御手段に電気的に接続されている。
【００５４】
本実施形態における圧電アクチュエータユニット２１においては、個別電極３５を共通電極３４と異なる電位にして圧電セラミック層２１ｂに対してその分極方向に電界を印加したとき、この電界が印加された部分が、圧電効果により歪む活性部として働く。この時圧電セラミック層２１ｂは、その厚み方向すなわち積層方向に伸長または収縮し、圧電横効果により積層方向と垂直な方向すなわち面方向には収縮または伸長しようとする。一方、残りの圧電セラミック層２１ａは、個別電極３５と共通電極３４とに挟まれた領域を持たない非活性層であるので、自発的に変形しない。つまり、圧電アクチュエータユニット２１は、上側（つまり、液体加圧室１０とは離れた側）の圧電セラミック層２１ｂを、活性部を含む層とし、かつ下側（つまり、液体加圧室１０に近い側）の圧電セラミック層２１ａを非活性層とした、いわゆるユニモルフタイプの構成となっている。
【００５５】
この構成において、電界と分極とが同方向となるように、アクチュエータ制御部により個別電極３５を共通電極３４に対して正または負の所定電位とすると、圧電セラミック層２１ｂの電極に挟まれた部分（活性部）が、面方向に収縮する。一方、非活性層の圧電セラミック層２１ａは電界の影響を受けないため、自発的には縮むことがなく活性部の変形を規制しようとする。この結果、圧電セラミック層２１ｂと圧電セラミック層２１ａとの間で分極方向への歪みに差が生じて、圧電セラミック層２１ｂは液体加圧室１０側へ凸となるように変形（ユニモルフ変形）する。
【００５６】
本実施形態における実際の駆動手順は、あらかじめ個別電極３５を共通電極３４より高い電位（以下高電位と称す）にしておき、吐出要求がある毎に個別電極３５を共通電極３４と一旦同じ電位（以下低電位と称す）とし、その後所定のタイミングで再び高電位とする。これにより、個別電極３５が低電位になるタイミングで、圧電セラミック層２１ａ、２１ｂが元の形状に戻り、液体加圧室１０の容積が初期状態（両電極の電位が異なる状態）と比較して増加する。このとき、液体加圧室１０内に負圧が与えられ、液体がマニホールド５側から液体加圧室１０内に吸い込まれる。その後再び個別電極３５を高電位にしたタイミングで、圧電セラミック層２１ａ、２１ｂが液体加圧室１０側へ凸となるように変形し、液体加圧室１０の容積減少により液体加圧室１０内の圧力が正圧となり液体への圧力が上昇し、液滴が吐出される。つまり、液滴を吐出させるため、高電位を基準とするパルスを含む駆動信号を個別電極３５に供給することになる。このパルス幅は、液体加圧室１０内において圧力波がマニホールド５から液体吐出孔８まで伝播する時間長さであるＡＬ（Acoustic Length）が理想的である。これによると、液体加圧室１０内部が負圧状態から正圧状態に反転するときに両者の圧力が合わさり、より強い圧力で液滴を吐出させることができる。
【００５７】
以上のような液体塗布ヘッド２を用いれば、液滴吐出孔に近接させて、液滴吐出と略同一方向に気流を発生させる気流噴出孔を設けた液滴吐出ヘッドを作成し、これを用いて表面に凹凸を有する構造物の塗装を行った。
【００５８】
本実施例では、被塗装面との距離を２〜７ｃｍ範囲に保ち、連続的に気流と共に液滴を吐出し続けることにより、液滴と共に偶発的に生じる微細なミストを被印刷物に到達せしめることにより塗装を行なうことができた。
【００５９】
特に本実施例では、気流速度や吐出ノズル数を調整することで液滴の飛翔速度や吐出量を任意に制御することが可能となり、従来の直線的なスプレーによる噴射では均一に塗装を行なうことが難しかった複雑な凹凸面に対しても、インクの回り込みや凹凸形状に応じた吐出量の制御が可能となり全面に均一な塗装を行なうことが可能となった。
さらに、従来、気流発生手段を持たないインクジェットヘッドで液滴を吐出し続けた場合、空中を漂っていたミストがノズル面に付着して徐々に大きな液滴となり、ノズルを遮蔽することにより液滴の吐出を阻害する場合があったが、気流を発生させることにより、ミストが対象物に向けて吹付けられるので、ノズルプレートへの液滴の付着を防ぐことができ、効率的に塗装を行なうことができた。
【００６０】
また、このような液体塗布ヘッド２は全体として長手方向に６００ｄｐｉの解像度で画像形成が可能となっている。すなわち、各副マニホールド５ａには平均すれば１５０ｄｐｉに相当する間隔で個別流路３２が接続されている。これは、６００ｄｐｉ分の液体吐出孔８を４つ列の副マニホールド５ａに分けて繋ぐ設計をする際に、各副マニホールド５ａに繋がる個別流路３２が等しい間隔で繋がるとは限らないため、マニホールド５ａの延在方向に平均１７０μｍ（１５０ｄｐｉならば２５．４ｍｍ／１５０＝１６９μｍ間隔である）以下の間隔で個別流路３２が形成されているということである。
【００６１】
これにより、液滴を吐出する際、液体噴霧ノズルの周囲にある気流噴出ノズルから、液滴吐出速度と略同等の速度で空気を噴出することにより、液滴の周囲の気流との相対速度が低下することにより、空気抵抗による減速が緩和できる。これによって、制御部が各液体吐出孔８からの液滴の吐出を制御することにより、対象物との距離を１ｃｍ〜３ｃｍ程度まで離した場合でも、従来の気流噴射のないインクジェットヘッドに比べて、液滴の直進性が損なわれ難いため、液体精度の高い画像を印刷をすることもできる。また実施例１と同様に、気流によりノズル面にミスト状の液滴が付着されにくくなるため、液滴がノズルを塞ぐことなく、安定した印刷が可能となった。
【００６２】
さらに、距離が遠い場合で、各液体吐出孔８からの吐出の有無を選択できるため、６００ｄｐｉの印刷ができない場合であっても、液体の濃度を連続的に変えわるグラデーションをつけたり、対象物の形状などにより、塗布の濃度が薄くなってしまう場所への塗布量を増やして、対象物への塗布量を均質に近づけることができる
ここさらに、液体吐出孔と気体吐出孔の配置について詳しく説明する。前記複数の液体吐出孔の開口側から見て、前記複数の液体吐出孔は前記複数の液体吐出孔が一方方向に長い液体吐出孔群を構成し、前記複数の気体噴出孔は前記液体吐出孔群の長手方向の両側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の液体塗布ヘッド。
【００６３】
図５（ａ）、（ｂ）、図６（ａ）、（ｂ）は、本発明の他の液体塗布ヘッドの一例を示す縦断面図である。
【００６４】
液体塗布ヘッド１０２、２０２、３０２、４０２を構成する流路部材１０３、２０３、３０３、４０３は、複数のプレートが積層された積層構造を有している。これらのプレートは、流路部材１０３、２０３、３０３、４０３の上面から順に、プレート１２２、２２２、３２２、４２２から１３１、２３１、３３１、４３１までが積層されている。液体塗布ヘッド１０２、２０２、３０２、４０２は、液体塗布ヘッド２と同様に、マニホールド１０５、２０５、３０５、２０６から液体加圧室１１０、２１０、３１０、４１０を介して液体吐出孔１０８、２０８、３０８、４０８に繋がる個別流路１３１、２３１、３３１、４３１を有している。また、液体塗布ヘッド１０２、２０２、３０２、４０２は、液体塗布ヘッド２と同様に、外部から送られてきた気体を、気体流路１８１を通して、液体吐出孔１０８、２０８、３０８、４０８の開口と同一方向に開口している気体噴出孔１８８、２８８、３８８、４８８から噴出させる。
【００６５】
液体塗布ヘッド３０４では、プレート３２２〜３２９は液体の流路を構成しているプレートであり、液体流路部材３０４を構成しおり、プレート３２９〜３３１は気体流路３８１を構成しているプレートであり、気体流路部材３８０を構成している。
【００６６】
液体塗布ヘッド４０４では、プレート４２２〜４２９は液体の流路を構成しているプレートであり、液体流路部材４０４を構成しおり、プレート４２９〜４３１は気体流路４８１を構成しているプレートであり、気体流路部材４８０を構成している。
【００６７】
流路部材１０３、２０３、３０３、４０３には、液体塗布ヘッド２の場合と同様に、圧電アクチュエータユニット１２１、２２１、３２１、４２１が積層されており、圧電アクチュエータユニット１２１、２２１、３２１、４２１に備えられている変位素子１５０、２５０、３５０、４５０によって加えられる圧力により、液体吐出孔１０８、２０８、３０８、４０８から液滴が吐出される。
【００６８】
図７（ａ）は、本発明の他の液体塗布ヘッドの一例を示す平面図であり、（ｂ）はその側面図ある。図７（ａ）、（ｂ）の流路部材は、液体流路部材５０４と気体流路部材５８０により構成されている。液体吐出孔５０８の開口側から見て、気体噴出孔５８８の開口は液体吐出孔５８０の開口からなる複数の液体吐出孔の開口群をそれぞれ囲むように設けられている。
【００６９】
気体流路部材５８０は、液体流路部材５０４に積層されている。このような流路部材の流路は、例えば、図４（ａ）、（ｂ）に示した断面構造をとることができる。気体流路を気体流路部材５８０のみに設けることで、印刷用などに設計された液体流路部材５０４に気体流路部材５８０を積層して、液体塗布ヘッドを得ることができる。
【００７０】
図７（ｃ）は、本発明の他の液体塗布ヘッドの一例を示す平面図であり、（ｄ）はその側面図ある。図７（ｃ）、（ｄ）の流路部材は、液体流路部材６０４と気体流路部材６８０により構成されている。液体吐出孔６０８の開口側から見て、液体吐出孔６０８の開口は一方方向に長い液体吐出孔群を構成し、気体噴出孔６８８は液体吐出孔の開口群の長手方向の両側に設けられている。すなわち、複数の気体噴出孔６８８の開口は液体吐出孔の開口群を挟んでその両側に前記一方方向に沿って設けられている。
【００７１】
図７（ｅ）は、本発明の他の液体塗布ヘッドの一例を示す平面図であり、（ｆ）はその側面図ある。図７（ｅ）、（ｆ）の流路部材は、液体流路部材７０４と気体流路部材７８０により構成されている。液体吐出孔７０８の開口側から見て、気体噴出孔７８８の開口は液体吐出孔７８０の開口からなる液体吐出孔の開口群を囲むように設けられている。
【００７２】
図７（ａ）、（ｃ）、（ｅ）に示した液体吐出孔５０８、６０８、７０８は、図３に示した液体加圧室１０に繋がる液体吐出孔８より少ないが、図３に示した液体加圧室１０に繋がる液体吐出孔８ようにより多くの液体吐出孔５０８、６０８、７０８を配置してもよい。
【００７３】
図８（ａ）は、本発明の他の液体塗布ヘッドの一例を示す平面図である。流路部材８０３には、複数の液体吐出孔８０８および複数の気体噴出孔８８８が同一方向に開口している。そして、１つの液体吐出孔８０８を中心として気体噴出孔８８８が４つ設けられており、４つの気体噴出孔８８８は１つの液体吐出孔８０８を中心とする円の円周上に等間隔に設けられている。
【００７４】
１つの液体吐出孔に対して配置される気体噴出孔は４つ以外でもよく、２つ以上の液体気体噴出孔を液体吐出孔を中心とする円の円周上に等間隔に設ければよい。図８（ｂ）は液体吐出孔８０８−１と気体噴出孔８８０−１の配置を示す平面図であり、１つの液体吐出孔８０８−１に対して、３つの気体噴出孔８８８−１が、液体吐出孔８０８−１を中心とする円Ｃの円周上に等間隔に設けられている。
【００７５】
図８（ｃ）は、本発明の他の液体塗布ヘッドの一例を示す平面図であり、（ｄ）は、（ｃ）の線Ａにおける部分断面図である。流路部材９０３には、複数の液体吐出孔９０８および複数の気体噴出孔９８８が同一方向に開口している。そして、１つの液体吐出孔９０８を中心として気体噴出孔９８８が４つ設けられており、４つの気体噴出孔９８８は１つの液体吐出孔８０８を中心とする円の円周上に等間隔に設けられている。
【００７６】
以上、実施形態について説明したが、本発明はこれに限らず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更や改良したものにも適用できる。例えば、上述の実施形態では、最初に液体加圧室１０の体積を小さくすることで、液体吐出孔８付近にあるメニスカスを引き込んだ後、反射した圧力に合わせて液体加圧室１０の体積を大きくして液滴を吐出する、いわゆる引き打ちの吐出方式について説明したが、最初に液体加圧室１０の体積を大きくし、液体吐出孔８付近にあるメニスカスを液体吐出孔８から液柱として押し出し、反射した圧力に合わせて液体加圧室１０の体積を小さくすることで液柱の後端を切る、いわゆる押し打ちの吐出方式を用いてもよい。
【符号の説明】
【００７７】
１・・・液体塗布装置
２・・・液体塗布ヘッド
４・・・液体流路部材
５・・・マニホールド
５ａ・・・副マニホールド
５ｂ・・・（マニホールドの）開口
６・・・個別供給流路
７・・・ディセンダ
８・・・液体吐出孔
９・・・液体加圧室群
１０・・・液体加圧室
１１ａ、ｂ、ｃ、ｄ・・・液体加圧室列
１２・・・しぼり
１５ａ、ｂ、ｃ、ｄ・・・液体吐出孔列
２１・・・圧電アクチュエータユニット
２１ａ・・・圧電セラミック層（振動板）
２１ｂ・・・圧電セラミック層
２２〜３１・・・プレート
３２・・・個別流路
３４・・・共通電極
３５・・・個別電極
３６・・・接続電極
５０・・・変位素子
７０・・・液体分配流路部材
７１ｂ・・・液体導入孔
８０・・・気体流路部材
８１・・・気体流路
８１ｂ・・・（気体流路の）開口
８５、８６、８７・・・プレート
８８・・・気体噴出孔
９０・・・筐体
９１・・・孔
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェットヘッドを用いた、液体を塗布する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インクジェットプリンタやインクジェットプロッタなどの、インクジェット記録方式を利用した印刷装置が、一般消費者向けのプリンタだけでなく、例えば電子回路の形成や液晶ディスプレイ用のカラーフィルタの製造、有機ＥＬディスプレイの製造といった工業用途にも広く利用されている。
【０００３】
このようなインクジェット方式の印刷装置には、液体を吐出させるための液体吐出ヘッドが印刷ヘッドとして搭載されている。この種の印刷ヘッドには、インクが充填されたインク流路内に加圧手段としてのヒータを備え、ヒータによりインクを加熱、沸騰させ、インク流路内に発生する気泡によってインクを加圧し、インク吐出孔より、液滴として吐出させるサーマル方式と、インクが充填されるインク流路の一部の壁を変位素子によって屈曲変位させ、機械的にインク流路内のインクを加圧し、インク吐出孔より液滴として吐出させる圧電方式が一般的に知られている。
【０００４】
また、このような液体吐出ヘッドには、記録媒体の搬送方向と直交する方向に液体吐出ヘッドを移動させつつ記録を行なうシリアル式、および記録媒体より主走査方向に長い液体吐出ヘッドを固定した状態、もしくは、複数の液体吐出ヘッドを記録範囲が記録媒体より広くなるように複数並べて固定した状態で、副走査方向に搬送される記録媒体に記録を行なうライン式がある。ライン式は、シリアル式のように液体吐出ヘッドを移動させる必要がないので、高速記録が可能であるという利点を有する。
【０００５】
シリアル式、ライン式のいずれの方式の液体吐出ヘッドであっても、液滴を高い密度で印刷するには、液体吐出ヘッドに形成されている、液滴を吐出する液体吐出孔の密度を高くする必要がある。
【０００６】
そこで、液体吐出ヘッドを、マニホールドと、マニホールドから順に、共通流路、しぼり、液体加圧室および連通路を介して液体吐出孔まで繋がる個別流路を有した流路部材と、液体加圧室をそれぞれ覆うように設けられた複数の変位素子を有するアクチュエータユニットとを積層して構成したものが知られている（例えば、特許文献１を参照。）。この液体吐出ヘッドでは、複数の液体吐出孔にそれぞれ繋がった液体加圧室がマトリックス状に配置され、それを覆うように設けられたアクチュエータユニットの変位素子を変位させることで、各液体加圧室の各液体吐出孔から液滴を吐出させ、主走査方向にｄｐｉの解像度で印刷が可能とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−３０５８５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載されている液体吐出ヘッドで、液滴の飛翔距離が短いため、液滴を着弾させる対象までの距離が大きい場合、液滴が対象まで届かなかったり、届いたとしても塗布状態にむらが生じたりするという問題があった。
【０００９】
したがって、本発明の目的は、液体塗布ヘッドから距離のある対象に液体を塗布することのできる液体塗布ヘッドおよびそれを用いた液体塗布装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
液体塗布ヘッドは、複数の液体加圧室、該複数の液体加圧室内の液体に対してそれぞれ圧力を加える複数の加圧部、前記複数の液体加圧室にそれぞれ繋がっている複数の液体吐出孔、および気体を噴出させるための複数の気体噴出孔を有し、前記複数の気体噴出孔が前記複数の液体吐出孔と同一方向側で、かつ前記複数の液体吐出孔から吐出される液体を前記複数の液体吐出孔から離すべく気体を噴出するように開口していることを特徴とする。
【００１１】
また、前記複数の液体吐出孔の開口側から見て、前記複数の液体吐出孔からなる液体吐出孔群が一方方向に延びており、前記複数の気体噴出孔が前記液体吐出孔群を挟んでその両側に前記一方方向に沿って設けられていることが好ましい。
【００１２】
さらに、前記複数の液体吐出孔の開口側から見て、前記複数の気体噴出孔が複数の前記液体吐出孔からなる液体吐出孔群を囲むように設けられていることが好ましい。
【００１３】
またさらに、前記複数の液体吐出孔の開口側から見て、前記複数の液体吐出孔のそれぞれに対して前記複数の気体噴出孔が、１つの前記液体吐出孔を中心とする円の円周上に等間隔に複数設けられていることが好ましい。
【００１４】
さらにまた、前記円の円周上に設けられている複数の前記気体噴出孔の軸線が、前記円の中心側に傾いていることが好ましい。
【００１５】
本発明の液体塗布装置は、前記液体塗布ヘッドと、前記液体塗布ヘッドの駆動を制御する制御部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の液体塗布ヘッドによれば、複数の液体加圧室、該複数の液体加圧室内の液体に対してそれぞれ圧力を加える複数の加圧部、前記複数の液体加圧室にそれぞれ繋がっている複数の液体吐出孔、および気体を噴出させるための複数の気体噴出孔を有し、前記複数の気体噴出孔が前記複数の液体吐出孔と同一方向側で、かつ前記複数の液体吐出孔から吐出される液体を前記複数の液体吐出孔から離すべく気体を噴出するように開口していることにより、前記液体吐出孔の開口から吐出された液滴は、前記気体噴出孔から噴出された気体により飛翔距離が伸びるため、塗布対象物までの距離が遠くても液体を塗布することができる。
【００１７】
また、前記複数の液体吐出孔の開口側から見て、前記複数の液体吐出孔からなる液体吐出孔群が一方方向に延びており、前記複数の気体噴出孔が前記液体吐出孔群を挟んでその両側に前記一方方向に沿って設けられている場合、前記液体吐出孔群の両側の前記気体噴出孔から噴出される気体により、前記液体吐出孔群の先に安定した気体の流れができ、安定した液体を塗布ができる。
【００１８】
さらに、前記複数の液体吐出孔の開口側から見て、前記複数の気体噴出孔が複数の前記液体吐出孔からなる液体吐出孔群を囲むように設けられている場合、前記液体吐出孔群の周囲の前記気体噴出孔から噴出される気体により、前記液体吐出孔群の先に安定した気体の流れができ、安定した液体を塗布ができる。
【００１９】
またさらに、前記複数の液体吐出孔の開口側から見て、前記複数の液体吐出孔のそれぞれに対して前記複数の気体噴出孔が、１つの前記液体吐出孔を中心とする円の円周上に等間隔に複数設けられている場合、中心にある前記液体吐出孔が、その周囲の円周上に設けられた前記気体吐出孔から対称的に噴出される気体により、前記液体吐出孔の先に安定した気体の流れができ、安定した液体を塗布ができる。
【００２０】
さらにまた、前記円の円周上に設けられている複数の前記気体噴出孔の軸線が、前記円の中心側に傾いている場合、中心にある前記液体吐出孔が、その周囲の円周上に設けられた前記気体吐出孔から対称的に噴出される気体により、前記液体吐出孔の先により安定した気体の流れができ、より安定した液体を塗布ができる。
【００２１】
本発明の液体塗布装置によれば、前記液体塗布ヘッドと、前記液体塗布ヘッドの駆動を制御する制御部とを備えることにより、塗布対象物までの距離が遠くても液体を塗布することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の液体塗布装置の一例を示す斜視図である。
【図２】本発明の液体塗布ヘッドを構成するヘッド本体の一例を示す平面図である。
【図３】図２の一点鎖線に囲まれた領域の拡大図である。
【図４】図３のＶ−Ｖ線に沿った部分および気体流路部材の一部の縦断面図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）は、本発明の他の液体塗布ヘッドの一例を示す縦断面図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）は、本発明の他の液体塗布ヘッドの一例を示す縦断面図である。
【図７】（ａ）は、本発明の他の液体塗布ヘッドの一例を示す平面図であり、（ｂ）はその側面図あり、（ｃ）は、本発明の他の液体塗布ヘッドの一例を示す平面図であり、（ｄ）はその側面図あり、（ｅ）は、本発明の他の液体塗布ヘッドの一例を示す平面図であり、（ｆ）はその側面図ある。
【図８】（ａ）は、本発明の他の液体塗布ヘッドの一例を示す平面図であり、（ｂ）は、液体吐出孔と気体噴出孔の配置を示す平面図であり、（ｃ）は、本発明の他の液体塗布ヘッドの一例を示す平面図であり、（ｄ）は、（ｃ）のＡ−Ａ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は、本発明の液体塗布装置１の一例の斜視図である。図２は、図１に示された液体塗布ヘッド２を示す平面図である。図３は、図２の一点鎖線で囲まれた領域の拡大図であり、液体塗布ヘッド２の一部である。なお、図３において、図面を分かりやすくするために、圧電アクチュエータユニット２１の下方にあって破線で描くべき液体加圧室１０（液体加圧室群９）、しぼり１２および液体吐出孔８を実線で描いている。図４は図３のＶ−Ｖ線に沿った部分および気体流路部材８０の一部の縦断面図である。
【００２４】
液体塗布装置１は、液体塗布ヘッド２と液体分配流路部材７０と筐体９０と液体塗布ヘッド２からの液滴の吐出を制御する制御部（不図示）とを含んでいる。筐体９０は金属製であり、一部に駆動信号が伝達される信号ケーブルが通る孔９１が開口している。図１の例では上面の一部に孔９１が開口しており、孔９１は筐体９０内に納められている制御部と繋がっている駆動信号が伝達される信号ケーブル（不図示）が通っており、樹脂製のふたなどで塞がれる。
【００２５】
液体塗布ヘッド２は、液体流路部材４と圧電アクチュエータユニット２１と気体流路部材８０とを含んでおり、液体流路部材４と気体流路部材８０とを合わせた流路部材の下面（気体噴出孔面）には、気体を吹き出す複数の気体噴出孔８８が、液体を吐出する複数の液体吐出孔８と同一方向側に開口している。液体流路部材４には液体流路部材４内に液体を入れるためのマニホールドの開口５ｂが複数開口している。
【００２６】
液体分配流路部材７０は液体流路部材４の上に積層されており、圧電アクチュエータユニット２１は液体分配流路部材７０に設けられた凹部に収められている。液体分配流路部材７０には液体導入孔７１ｂが開口しており、外部から液体導入孔７１ｂを通じて導入された液体は液体分配流路部材７０内で分配され複数のマニホールドの開口５ｂに流れ込むようになっている。液体分配流路部材７０内に、ダンパを備えた液体リザーバを設け、外部からの液体の供給が間に合わない場合に、ダンパが変形して液体リザーバの体積が減少し、その分の液体を液体リザーバから液体流路部材４に供給できるようにしておいてもよい。また、液体分配流路部材７０内に、ヒータを設け、液体の吐出状態を安定させるために、液体の粘度を一定に保つように、温度の制御を行なうようにしても良い。
【００２７】
気体流路部材８０には気体導入孔８１ｂが開口しており、外部のポンプなど送られた気体が気体導入孔８１ｂを通じて気体流路部材８０の気体流路８１に入り気体噴出孔８８から吹き出される。
【００２８】
液体塗布装置１は、下面の気体噴出孔面の先に液体を塗布させる対象物を置いて、液体吐出孔８から液滴を吐出させるとともに、気体噴出孔８８から気体を吹き出させることで、吐出された液滴が吹き出された気体による気流で運ばれて、対象物に液体を塗布することができる。吐出された液滴は気流で運ばれるため、対象物に凹凸があって、複数の液体吐出孔８から吐出された液滴が着弾するまでの飛翔距離に差があっても、安定して対象物に着弾させることができる。
【００２９】
対象物がより複雑な形状をしている場合は、液体塗布装置１を、関節を有するロボットアームなどに取り付けて、ロボットアームを制御させて、対象物との距離をある程度一定に制御すれば、より複雑な形状をした対象物に対しても液体の塗布ができる。
【００３０】
次に本発明の液体塗布装置１を構成する液体塗布ヘッド２について説明する。
【００３１】
液体塗布ヘッド２は、流路部材を構成する平板状の液体流路部材４と、気体流路部材８０と、液体流路部材４上に配置された、加圧部である後述の変位素子５０が複数設けられた圧電アクチュエータユニット２１とを有している。圧電アクチュエータユニット２１は台形形状を有しており、その台形形状の１対の平行対向辺が液体流路部材４の長手方向と平行になるように液体流路部材４の上面に配置されている。
【００３２】
また、液体流路部材４の長手方向と平行な２本の仮想直線のそれぞれに沿って２つずつ、つまり合計４つの圧電アクチュエータユニット２１が、全体として千鳥状に液体流路部材４上に配列されている。液体流路部材４上で隣り合う圧電アクチュエータユニット２１の斜辺同士は、液体流路部材４の短手方向を見たときに部分的にオーバーラップしている。液体塗布装置１の長手方向を見た場合、このオーバーラップしている部分の圧電アクチェータユニット２１を駆動することにより、吐出される液滴の密度が長手方向において平均化されるので、塗布を、液体塗布ヘッド２の短手方向に移動させながら行なうと一定の濃度で液体を塗布ができる。
【００３３】
液体流路部材４の内部には液体流路の一部であるマニホールド５が形成されている。マニホールド５は液体流路部材４の長手方向に沿って延び細長い形状を有しており、液体流路部材４の上面にはマニホールド５の開口５ｂが形成されている。開口５ｂは、液体流路部材４の長手方向と平行な２本の直線（仮想線）のそれぞれに沿って５個ずつ、合計１０個形成されている。開口５ｂは、４つの圧電アクチュエータユニット２１が配置された領域を避ける位置に形成されている。マニホールド５は、図示されていない液体タンクから液体分配流路部材７０の中の液体流路および開口５ｂを通じて液体が供給されるようになっている。
【００３４】
液体流路部材４内に形成されたマニホールド５は、複数本に分岐している（分岐した部分のマニホールド５を副マニホールド５ａということがある）。開口５ｂに繋がるマニホールド５は、圧電アクチュエータユニット２１の斜辺に沿うように延在しており、液体流路部材４の長手方向と交差して配置されている。２つの圧電アクチュエータユニット２１に挟まれた領域では、１つのマニホールド５が、隣接する圧電アクチュエータユニット２１に共有されており、副マニホールド５ａがマニホールド５の両側から分岐している。これらの副マニホールド５ａは、液体流路部材４の内部の各圧電アクチュエータユニット２１に対向する領域に互いに隣接して、液体塗布ヘッド２の長手方向に延在している。
【００３５】
液体流路部材４は、複数の液体加圧室１０がマトリクス状（すなわち、２次元的かつ規則的）に形成されている４つの液体加圧室群９を有している。液体加圧室１０は、角部にアールが施されたほぼ菱形の平面形状を有する中空の領域である。液体加圧室１０は液体流路部材４の上面に開口するように形成されている。これらの液体加圧室１０は、液体流路部材４の上面における圧電アクチュエータユニット２１に対向する領域のほぼ全面にわたって配列されている。したがって、これらの液体加圧室１０によって形成された各液体加圧室群９は圧電アクチュエータユニット２１とほぼ同一の大きさおよび形状の領域を占有している。また、各液体加圧室１０の開口は、液体流路部材４の上面に圧電アクチュエータユニット２１が接着されることで閉塞されている。
【００３６】
本実施形態では、図３に示されているように、マニホールド５は、液体流路部材４の短手方向に互いに平行に並んだ４列のＥ１〜Ｅ４の副マニホールド５ａに分岐し、各副マニホールド５ａに繋がった液体加圧室１０は、等間隔に液体流路部材４の長手方向に並ぶ液体加圧室１０の列を構成し、その列は、短手方向に互いに平行に４列配列されている。副マニホールド５ａに繋がった液体加圧室１０の並ぶ列は副マニホールド５ａの両側に２列ずつ配列されている。
【００３７】
全体では、マニホールド５から繋がる液体加圧室１０は、等間隔に液体流路部材４の長手方向に並ぶ液体加圧室１０の列を構成し、その列は、短手方向に互いに平行に１６列配列されている。各液体加圧室列に含まれる液体加圧室１０の数は、アクチュエータである変位素子５０の外形形状に対応して、その長辺側から短辺側に向かって次第に少なくなるように配置されている。液体吐出孔８もこれと同様に配置されている。
【００３８】
気体流路部材８０は、液体塗布ヘッド２の下面にあたる気体噴出孔面に複数の気体噴出孔８８が開口しており、気体導入孔の開口８１ｂから送り込まれた気体は、気体噴出孔８８から気体噴出孔面に対して略直交する方向に吹き出される。液体吐出孔８から吐出された液滴は、気体噴出孔面と同一平面である液体と吐出孔面に対して略直交する方向に吐出され、吹き出される。
【００３９】
圧電アクチュエータユニット２１の上面の各液体加圧室１０に対向する位置には後述する個別電極３５がそれぞれ形成されている。個別電極３５は液体加圧室１０より一回り小さく、液体加圧室１０とほぼ相似な形状を有しており、圧電アクチュエータユニット２１の上面における液体加圧室１０と対向する領域内に収まるように配置されている。
【００４０】
液体流路部材４の下面の液体吐出面には多数の液体吐出孔８が形成されている。これらの液体吐出孔８は、液体流路部材４の下面側に配置された副マニホールド５ａと対向する領域を避けた位置に配置されている。また、これらの液体吐出孔８は、液体流路部材４の下面側における圧電アクチュエータユニット２１と対向する領域内に配置されている。これらの液体吐出孔群は圧電アクチュエータユニット２１とほぼ同一の大きさおよび形状の領域を占有しており、対応する圧電アクチュエータユニット２１の変位素子５０を変位させることにより液体吐出孔８から液滴が吐出できる。液体吐出孔８および空気噴出孔８８の配置については後で詳述する。そして、それぞれの領域内の液体吐出孔８は、液体流路部材４の長手方向と平行な複数の直線に沿って等間隔に配列されている。
【００４１】
液体塗布ヘッド２を構成する液体流路部材４は、複数のプレートが積層された積層構造を有している。これらのプレートは、液体流路部材４の上面から順に、キャビティプレート２２、ベースプレート２３、アパーチャ（しぼり）プレート２４、サプライプレート２５、マニホールドプレート２６、２７、２８、２９、カバープレート３０およびノズルプレート３１である。これらのプレートには多数の孔が形成されている。各プレートは、これらの孔が互いに連通して個別流路３２および副マニホールド５ａを構成するように、位置合わせして積層されている。液体塗布ヘッド２は、図４に示されているように、液体加圧室１０は液体流路部材４の上面に、副マニホールド５ａは内部の下面側に、液体吐出孔８は下面にと、個別流路３２を構成する各部分が異なる位置に互いに近接して配設され、液体加圧室１０を介して副マニホールド５ａと液体吐出孔８とが繋がる構成を有している。
【００４２】
各プレートに形成された孔について説明する。これらの孔には、次のようなものがある。第１に、キャビティプレート２２に形成された液体加圧室１０である。第２に、液体加圧室１０の一端から副マニホールド５ａへと繋がる流路を構成する連通孔である。この連通孔は、ベースプレート２３（詳細には液体加圧室１０の入り口）からサプライプレート２５（詳細には副マニホールド５ａの出口）までの各プレートに形成されている。なお、この連通孔には、アパーチャプレート２４に形成されたしぼり１２と、サプライプレート２５に形成された個別供給流路６とが含まれている。
【００４３】
第３に、液体加圧室１０の他端から液体吐出孔８へと連通する連通路を構成する連通孔であり、この連通路は、液体吐出孔８および以下の記載においてディセンダ（部分流路）７と呼称される部分からなる。液体吐出孔８は、ノズルプレート３１に形成されている。ディセンダ７は、ベースプレート２３（詳細には液体加圧室１０の出口）からカバープレート３０（詳細には液体吐出孔８との接続端）までの各プレートに形成されている。
【００４４】
第４に、副マニホールド５ａを構成する連通孔である。この連通孔は、マニホールドプレート２５〜２９に形成されている。
【００４５】
このような連通孔が相互に繋がり、副マニホールド５ａからの液体の流入口（副マニホールド５ａの出口）から液体吐出孔８に至る個別流路３２を構成している。副マニホールド５ａに供給された液体は、以下の経路で液体吐出孔８から吐出される。まず、副マニホールド５ａから上方向に向かって、個別供給流路６を通り、しぼり１２の一端部に至る。次に、しぼり１２の延在方向に沿って水平に進み、しぼり１２の他端部に至る。そこから上方に向かって、液体加圧室１０の一端部に至る。さらに、液体加圧室１０の延在方向に沿って水平に進み、液体加圧室１０の他端部に至る。そこからディセンダ７の中を少しずつ水平方向に移動しながら、主に下方に向かい、下面に開口した液体吐出孔８へと進む。
【００４６】
圧電アクチュエータユニット２１は、図４に示されるように、２枚の圧電セラミック層２１ａ、２１ｂからなる積層構造を有している。これらの圧電セラミック層２１ａ、２１ｂはそれぞれ２０μｍ程度の厚さを有している。圧電アクチュエータユニット２１全体の厚さは４０μｍ程度である。圧電セラミック層２１ａ、２１ｂのいずれの層も複数の液体加圧室１０を跨ぐように延在している（図３参照）。これらの圧電セラミック層２１ａ、２１ｂは、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミックス材料からなる。
【００４７】
圧電アクチュエータユニット２１と液体流路部材４との接着は、例えば接着層を介して行なう。接着層としては、圧電アクチュエータユニット２１や液体流路部材４への影響を及ぼさないために、熱硬化温度が１００〜１５０℃のエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂の群から選ばれる少なくとも１種の熱硬化性樹脂の接着剤が用いられる。熱硬化性樹脂の接着剤を用いるのは、常温硬化の接着剤では、耐インク性が十分確保されないおそれがあるためである。このため、圧電アクチュエータユニット２１には、熱硬化温度から室温まで冷却されることにより、液体流路部材４と圧電アクチュエータユニット２１との熱膨張係数の差により発生する応力が加わった状態になる。応力が大きい場合、圧電アクチュエータユニット２１が壊れてしまうおそれがあり、また、応力が圧電アクチュエータユニット２１を壊してしまうほど高くなくても、加わっている応力により圧電アクチュエータユニット２１の特性が変動する。具体的には、圧縮応力が加わった状態では、圧電定数が低くなるが、駆動を非常に長い時間にわたって繰り返した際に変位量が低下する駆動劣化という現象の影響は小さくなる。逆に、引張り応力が加わった状態では、圧電定数が高くなるが、駆動劣化の影響は大きくなる。いずれにしても、液体流路部材４と圧電アクチュエータユニット２１との熱膨張係数の差は、少なくする必要があり、長期間使用しても吐出特性の変動が大きくならないように、駆動劣化の影響の小さい圧縮応力が弱く加わった状態にするのが好ましい。そこで、圧電アクチュエータユニット２１にＰＺＴ系のセラミックスを用いる場合には、液体流路部材４の材料としては４２アロイを用いるのが好ましい。
【００４８】
液体塗布ヘッド２を構成する気体流路部材８０は、複数のプレート８５〜８７が積層された積層構造を有している。これらのプレートには多数の孔が形成されている。各プレートは、これらの孔が互いに連通して気体導入孔８１ｂから気体流路８１を通って気体噴出孔８８までの連通孔を構成するように、位置合わせして積層されている。プレート８５には気体流路８１の開口８１ｂが開口している。プレート８１の孔は複数の気体噴出孔８８に繋がっている。プレート８５〜８７の接着は、例えば接着層を介して行なう。また、気体流路部材８０と液体流路部材４との接着も、例えば接着層を介して行なう。接着層としては、熱硬化温度が１００〜１５０℃のエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂の群から選ばれる少なくとも１種の熱硬化性樹脂の接着剤が用いられる。
【００４９】
圧電アクチュエータユニット２１は、Ａｇ−Ｐｄ系などの金属材料からなる共通電極３４およびとＡｕ系などの金属材料からなる個別電極３５を有している。個別電極３５は上述のように圧電アクチュエータユニット２１の上面における液体加圧室１０と対向する位置に配置されている。個別電極３５の一端は、液体加圧室１０と対向する領域外に引き出されて接続電極３６が形成されている。この接続電極３６は例えばガラスフリットを含む金からなり、厚さが１５μｍ程度で凸状に形成されている。また、接続電極３６は、図示されていないＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）に設けられた電極と電気的に接合されている。詳細は後述するが、個別電極３５には、制御部からＦＰＣを通じて駆動信号が供給される。駆動信号は、記録用紙Ｐの搬送速度と同期して一定の周期で供給される。
【００５０】
共通電極３４は、圧電セラミック層２１ａと圧電セラミック層２１ｂとの間の領域に面方向のほぼ全面にわたって形成されている。すなわち、共通電極３４は、圧電アクチュエータユニット２１に対向する領域内の全ての液体加圧室１０を覆うように延在している。共通電極３４の厚さは２μｍ程度である。共通電極３４は図示しない領域において接地され、グランド電位に保持されている。本実施形態では、圧電セラミック層２１ｂ上において、個別電極３５からなる電極群を避ける位置に個別電極３５とは異なる表面電極（不図示）が形成されている。表面電極は、圧電セラミック層２１ｂの内部に形成されたスルーホールを介して共通電極３４と電気的に接続されているとともに、多数の個別電極３５と同様に、ＦＰＣ上の別の電極と接続されている。
【００５１】
図４に示されるように、共通電極３４と個別電極３５とは、最上層の圧電セラミック層２１ｂのみを挟むように配置されている。圧電セラミック層２１ｂにおける個別電極３５と共通電極３４とに挟まれた領域は活性部と呼称され、その部分の圧電セラミックスには分極が施されている。本実施形態の圧電アクチュエータユニット２１においては、最上層の圧電セラミック層２１ｂのみが活性部を含んでおり、圧電セラミック２１層ａは活性部を含んでおらず、振動板として働く。この圧電アクチュエータユニット２１はいわゆるユニモルフタイプの構成を有している。
【００５２】
なお、後述のように、個別電極３５に選択的に所定の駆動信号が供給されることにより、この個別電極３５に対応する液体加圧室１０内の液体に圧力が加えられる。これによって、個別流路３２を通じて、対応する液体吐出口８から液滴が吐出される。すなわち、圧電アクチュエータユニット２１における各液体加圧室１０に対向する部分は、各液体加圧室１０および液体吐出口８に対応する個別の変位素子５０（アクチュエータ、加圧部）に相当する。つまり、２枚の圧電セラミック層２１ａ、２１ｂからなる積層体中には、図４に示されているような構造を単位構造とする変位素子５０が液体加圧室１０毎に、液体加圧室１０の直上に位置する圧電セラミック層（振動板）２１ａ、共通電極３４、圧電セラミック層２１ｂ、個別電極３５により作り込まれており、圧電アクチュエータユニット２１には変位素子５０が複数含まれている。なお、本実施形態において１回の吐出動作によって液体吐出口８から吐出される液体の量は５〜７ｐＬ（ピコリットル）程度である。また、吐出された液滴の飛翔速度は５〜８ｍ／ｓ程度であるため、気体噴出孔８８からの気体の噴出がない場合、液体吐出孔面から３ｃｍ程度離れたところで止まって空気中に浮遊する状態になってしまい、それ以上の離れたところまで、液滴を着弾させることはできない。また、液体吐出孔面から１ｃｍ以上は離れると飛翔速度が遅くなり、安定した着弾とはならない。
【００５３】
また、噴出させる気体は、液体塗布ヘッド内の液体の温度を安定化させるため、気体流路部材８０に入る前にあらかじめ、加熱手段あるいは冷却手段により温度調整を行なうことが好ましい。温度調整は、例えば、気体流路部材８０に設けられたセンサが測定した温度を一定に保つように制御部が加熱手段あるいは冷却手段を制御する。気体流路部材８０を通る気体により気体流路部材８０が冷却されるようであれば、あらかじめ気体を加熱するのが好ましく、摩擦などで気体流路部材８０を通る気体により気体流路部材８０の温度が高くなるようであれば、あらかじめ気体を加熱するのが好ましい。また、噴出された北は、液滴あるは対象物に塗布された液体の乾燥を速めることがあるため、噴出する気体の温度を制御することにより、液体の乾燥状態を調整することもできる
多数の個別電極３５は、個別に電位を制御することができるように、それぞれがＦＰＣ上のコンタクトおよび配線を介して、個別にアクチュエータ制御手段に電気的に接続されている。
【００５４】
本実施形態における圧電アクチュエータユニット２１においては、個別電極３５を共通電極３４と異なる電位にして圧電セラミック層２１ｂに対してその分極方向に電界を印加したとき、この電界が印加された部分が、圧電効果により歪む活性部として働く。この時圧電セラミック層２１ｂは、その厚み方向すなわち積層方向に伸長または収縮し、圧電横効果により積層方向と垂直な方向すなわち面方向には収縮または伸長しようとする。一方、残りの圧電セラミック層２１ａは、個別電極３５と共通電極３４とに挟まれた領域を持たない非活性層であるので、自発的に変形しない。つまり、圧電アクチュエータユニット２１は、上側（つまり、液体加圧室１０とは離れた側）の圧電セラミック層２１ｂを、活性部を含む層とし、かつ下側（つまり、液体加圧室１０に近い側）の圧電セラミック層２１ａを非活性層とした、いわゆるユニモルフタイプの構成となっている。
【００５５】
この構成において、電界と分極とが同方向となるように、アクチュエータ制御部により個別電極３５を共通電極３４に対して正または負の所定電位とすると、圧電セラミック層２１ｂの電極に挟まれた部分（活性部）が、面方向に収縮する。一方、非活性層の圧電セラミック層２１ａは電界の影響を受けないため、自発的には縮むことがなく活性部の変形を規制しようとする。この結果、圧電セラミック層２１ｂと圧電セラミック層２１ａとの間で分極方向への歪みに差が生じて、圧電セラミック層２１ｂは液体加圧室１０側へ凸となるように変形（ユニモルフ変形）する。
【００５６】
本実施形態における実際の駆動手順は、あらかじめ個別電極３５を共通電極３４より高い電位（以下高電位と称す）にしておき、吐出要求がある毎に個別電極３５を共通電極３４と一旦同じ電位（以下低電位と称す）とし、その後所定のタイミングで再び高電位とする。これにより、個別電極３５が低電位になるタイミングで、圧電セラミック層２１ａ、２１ｂが元の形状に戻り、液体加圧室１０の容積が初期状態（両電極の電位が異なる状態）と比較して増加する。このとき、液体加圧室１０内に負圧が与えられ、液体がマニホールド５側から液体加圧室１０内に吸い込まれる。その後再び個別電極３５を高電位にしたタイミングで、圧電セラミック層２１ａ、２１ｂが液体加圧室１０側へ凸となるように変形し、液体加圧室１０の容積減少により液体加圧室１０内の圧力が正圧となり液体への圧力が上昇し、液滴が吐出される。つまり、液滴を吐出させるため、高電位を基準とするパルスを含む駆動信号を個別電極３５に供給することになる。このパルス幅は、液体加圧室１０内において圧力波がマニホールド５から液体吐出孔８まで伝播する時間長さであるＡＬ（Acoustic Length）が理想的である。これによると、液体加圧室１０内部が負圧状態から正圧状態に反転するときに両者の圧力が合わさり、より強い圧力で液滴を吐出させることができる。
【００５７】
以上のような液体塗布ヘッド２を用いれば、液滴吐出孔に近接させて、液滴吐出と略同一方向に気流を発生させる気流噴出孔を設けた液滴吐出ヘッドを作成し、これを用いて表面に凹凸を有する構造物の塗装を行った。
【００５８】
本実施例では、被塗装面との距離を２〜７ｃｍ範囲に保ち、連続的に気流と共に液滴を吐出し続けることにより、液滴と共に偶発的に生じる微細なミストを被印刷物に到達せしめることにより塗装を行なうことができた。
【００５９】
特に本実施例では、気流速度や吐出ノズル数を調整することで液滴の飛翔速度や吐出量を任意に制御することが可能となり、従来の直線的なスプレーによる噴射では均一に塗装を行なうことが難しかった複雑な凹凸面に対しても、インクの回り込みや凹凸形状に応じた吐出量の制御が可能となり全面に均一な塗装を行なうことが可能となった。
さらに、従来、気流発生手段を持たないインクジェットヘッドで液滴を吐出し続けた場合、空中を漂っていたミストがノズル面に付着して徐々に大きな液滴となり、ノズルを遮蔽することにより液滴の吐出を阻害する場合があったが、気流を発生させることにより、ミストが対象物に向けて吹付けられるので、ノズルプレートへの液滴の付着を防ぐことができ、効率的に塗装を行なうことができた。
【００６０】
また、このような液体塗布ヘッド２は全体として長手方向に６００ｄｐｉの解像度で画像形成が可能となっている。すなわち、各副マニホールド５ａには平均すれば１５０ｄｐｉに相当する間隔で個別流路３２が接続されている。これは、６００ｄｐｉ分の液体吐出孔８を４つ列の副マニホールド５ａに分けて繋ぐ設計をする際に、各副マニホールド５ａに繋がる個別流路３２が等しい間隔で繋がるとは限らないため、マニホールド５ａの延在方向に平均１７０μｍ（１５０ｄｐｉならば２５．４ｍｍ／１５０＝１６９μｍ間隔である）以下の間隔で個別流路３２が形成されているということである。
【００６１】
これにより、液滴を吐出する際、液体噴霧ノズルの周囲にある気流噴出ノズルから、液滴吐出速度と略同等の速度で空気を噴出することにより、液滴の周囲の気流との相対速度が低下することにより、空気抵抗による減速が緩和できる。これによって、制御部が各液体吐出孔８からの液滴の吐出を制御することにより、対象物との距離を１ｃｍ〜３ｃｍ程度まで離した場合でも、従来の気流噴射のないインクジェットヘッドに比べて、液滴の直進性が損なわれ難いため、液体精度の高い画像を印刷をすることもできる。また実施例１と同様に、気流によりノズル面にミスト状の液滴が付着されにくくなるため、液滴がノズルを塞ぐことなく、安定した印刷が可能となった。
【００６２】
さらに、距離が遠い場合で、各液体吐出孔８からの吐出の有無を選択できるため、６００ｄｐｉの印刷ができない場合であっても、液体の濃度を連続的に変えわるグラデーションをつけたり、対象物の形状などにより、塗布の濃度が薄くなってしまう場所への塗布量を増やして、対象物への塗布量を均質に近づけることができる
ここさらに、液体吐出孔と気体吐出孔の配置について詳しく説明する。前記複数の液体吐出孔の開口側から見て、前記複数の液体吐出孔は前記複数の液体吐出孔が一方方向に長い液体吐出孔群を構成し、前記複数の気体噴出孔は前記液体吐出孔群の長手方向の両側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の液体塗布ヘッド。
【００６３】
図５（ａ）、（ｂ）、図６（ａ）、（ｂ）は、本発明の他の液体塗布ヘッドの一例を示す縦断面図である。
【００６４】
液体塗布ヘッド１０２、２０２、３０２、４０２を構成する流路部材１０３、２０３、３０３、４０３は、複数のプレートが積層された積層構造を有している。これらのプレートは、流路部材１０３、２０３、３０３、４０３の上面から順に、プレート１２２、２２２、３２２、４２２から１３１、２３１、３３１、４３１までが積層されている。液体塗布ヘッド１０２、２０２、３０２、４０２は、液体塗布ヘッド２と同様に、マニホールド１０５、２０５、３０５、２０６から液体加圧室１１０、２１０、３１０、４１０を介して液体吐出孔１０８、２０８、３０８、４０８に繋がる個別流路１３１、２３１、３３１、４３１を有している。また、液体塗布ヘッド１０２、２０２、３０２、４０２は、液体塗布ヘッド２と同様に、外部から送られてきた気体を、気体流路１８１を通して、液体吐出孔１０８、２０８、３０８、４０８の開口と同一方向に開口している気体噴出孔１８８、２８８、３８８、４８８から噴出させる。
【００６５】
液体塗布ヘッド３０４では、プレート３２２〜３２９は液体の流路を構成しているプレートであり、液体流路部材３０４を構成しおり、プレート３２９〜３３１は気体流路３８１を構成しているプレートであり、気体流路部材３８０を構成している。
【００６６】
液体塗布ヘッド４０４では、プレート４２２〜４２９は液体の流路を構成しているプレートであり、液体流路部材４０４を構成しおり、プレート４２９〜４３１は気体流路４８１を構成しているプレートであり、気体流路部材４８０を構成している。
【００６７】
流路部材１０３、２０３、３０３、４０３には、液体塗布ヘッド２の場合と同様に、圧電アクチュエータユニット１２１、２２１、３２１、４２１が積層されており、圧電アクチュエータユニット１２１、２２１、３２１、４２１に備えられている変位素子１５０、２５０、３５０、４５０によって加えられる圧力により、液体吐出孔１０８、２０８、３０８、４０８から液滴が吐出される。
【００６８】
図７（ａ）は、本発明の他の液体塗布ヘッドの一例を示す平面図であり、（ｂ）はその側面図ある。図７（ａ）、（ｂ）の流路部材は、液体流路部材５０４と気体流路部材５８０により構成されている。液体吐出孔５０８の開口側から見て、気体噴出孔５８８の開口は液体吐出孔５８０の開口からなる複数の液体吐出孔の開口群をそれぞれ囲むように設けられている。
【００６９】
気体流路部材５８０は、液体流路部材５０４に積層されている。このような流路部材の流路は、例えば、図４（ａ）、（ｂ）に示した断面構造をとることができる。気体流路を気体流路部材５８０のみに設けることで、印刷用などに設計された液体流路部材５０４に気体流路部材５８０を積層して、液体塗布ヘッドを得ることができる。
【００７０】
図７（ｃ）は、本発明の他の液体塗布ヘッドの一例を示す平面図であり、（ｄ）はその側面図ある。図７（ｃ）、（ｄ）の流路部材は、液体流路部材６０４と気体流路部材６８０により構成されている。液体吐出孔６０８の開口側から見て、液体吐出孔６０８の開口は一方方向に長い液体吐出孔群を構成し、気体噴出孔６８８は液体吐出孔の開口群の長手方向の両側に設けられている。すなわち、複数の気体噴出孔６８８の開口は液体吐出孔の開口群を挟んでその両側に前記一方方向に沿って設けられている。
【００７１】
図７（ｅ）は、本発明の他の液体塗布ヘッドの一例を示す平面図であり、（ｆ）はその側面図ある。図７（ｅ）、（ｆ）の流路部材は、液体流路部材７０４と気体流路部材７８０により構成されている。液体吐出孔７０８の開口側から見て、気体噴出孔７８８の開口は液体吐出孔７８０の開口からなる液体吐出孔の開口群を囲むように設けられている。
【００７２】
図７（ａ）、（ｃ）、（ｅ）に示した液体吐出孔５０８、６０８、７０８は、図３に示した液体加圧室１０に繋がる液体吐出孔８より少ないが、図３に示した液体加圧室１０に繋がる液体吐出孔８ようにより多くの液体吐出孔５０８、６０８、７０８を配置してもよい。
【００７３】
図８（ａ）は、本発明の他の液体塗布ヘッドの一例を示す平面図である。流路部材８０３には、複数の液体吐出孔８０８および複数の気体噴出孔８８８が同一方向に開口している。そして、１つの液体吐出孔８０８を中心として気体噴出孔８８８が４つ設けられており、４つの気体噴出孔８８８は１つの液体吐出孔８０８を中心とする円の円周上に等間隔に設けられている。
【００７４】
１つの液体吐出孔に対して配置される気体噴出孔は４つ以外でもよく、２つ以上の液体気体噴出孔を液体吐出孔を中心とする円の円周上に等間隔に設ければよい。図８（ｂ）は液体吐出孔８０８−１と気体噴出孔８８０−１の配置を示す平面図であり、１つの液体吐出孔８０８−１に対して、３つの気体噴出孔８８８−１が、液体吐出孔８０８−１を中心とする円Ｃの円周上に等間隔に設けられている。
【００７５】
図８（ｃ）は、本発明の他の液体塗布ヘッドの一例を示す平面図であり、（ｄ）は、（ｃ）の線Ａにおける部分断面図である。流路部材９０３には、複数の液体吐出孔９０８および複数の気体噴出孔９８８が同一方向に開口している。そして、１つの液体吐出孔９０８を中心として気体噴出孔９８８が４つ設けられており、４つの気体噴出孔９８８は１つの液体吐出孔８０８を中心とする円の円周上に等間隔に設けられている。
【００７６】
以上、実施形態について説明したが、本発明はこれに限らず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更や改良したものにも適用できる。例えば、上述の実施形態では、最初に液体加圧室１０の体積を小さくすることで、液体吐出孔８付近にあるメニスカスを引き込んだ後、反射した圧力に合わせて液体加圧室１０の体積を大きくして液滴を吐出する、いわゆる引き打ちの吐出方式について説明したが、最初に液体加圧室１０の体積を大きくし、液体吐出孔８付近にあるメニスカスを液体吐出孔８から液柱として押し出し、反射した圧力に合わせて液体加圧室１０の体積を小さくすることで液柱の後端を切る、いわゆる押し打ちの吐出方式を用いてもよい。
【符号の説明】
【００７７】
１・・・液体塗布装置
２・・・液体塗布ヘッド
４・・・液体流路部材
５・・・マニホールド
５ａ・・・副マニホールド
５ｂ・・・（マニホールドの）開口
６・・・個別供給流路
７・・・ディセンダ
８・・・液体吐出孔
９・・・液体加圧室群
１０・・・液体加圧室
１１ａ、ｂ、ｃ、ｄ・・・液体加圧室列
１２・・・しぼり
１５ａ、ｂ、ｃ、ｄ・・・液体吐出孔列
２１・・・圧電アクチュエータユニット
２１ａ・・・圧電セラミック層（振動板）
２１ｂ・・・圧電セラミック層
２２〜３１・・・プレート
３２・・・個別流路
３４・・・共通電極
３５・・・個別電極
３６・・・接続電極
５０・・・変位素子
７０・・・液体分配流路部材
７１ｂ・・・液体導入孔
８０・・・気体流路部材
８１・・・気体流路
８１ｂ・・・（気体流路の）開口
８５、８６、８７・・・プレート
８８・・・気体噴出孔
９０・・・筐体
９１・・・孔
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の液体加圧室、該複数の液体加圧室内の液体に対してそれぞれ圧力を加える複数の加圧部、前記複数の液体加圧室にそれぞれ繋がっている複数の液体吐出孔、および気体を噴出させるための複数の気体噴出孔を有し、前記複数の気体噴出孔が前記複数の液体吐出孔と同一方向側で、かつ前記複数の液体吐出孔から吐出される液体を前記複数の液体吐出孔から離すべく気体を噴出するように開口していることを特徴とする液体塗布ヘッド。
【請求項２】
前記複数の液体吐出孔の開口側から見て、前記複数の液体吐出孔からなる液体吐出孔群が一方方向に延びており、前記複数の気体噴出孔が前記液体吐出孔群を挟んでその両側に前記一方方向に沿って設けられていることを特徴とする請求項１に記載の液体塗布ヘッド。
【請求項３】
前記複数の液体吐出孔の開口側から見て、前記複数の気体噴出孔が複数の前記液体吐出孔からなる液体吐出孔群を囲むように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の液体塗布ヘッド。
【請求項４】
前記複数の液体吐出孔の開口側から見て、前記複数の液体吐出孔のそれぞれに対して前記複数の気体噴出孔が、１つの前記液体吐出孔を中心とする円の円周上に等間隔に複数設けられていることを特徴とする請求項１に記載の液体塗布ヘッド。
【請求項５】
前記円の円周上に設けられている複数の前記気体噴出孔の軸線が、前記円の中心側に傾いていることを特徴とする請求項４に記載の液体塗布ヘッド。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の液体塗布ヘッドと、前記液体塗布ヘッドの駆動を制御する制御部とを備えることを特徴とする液体塗布装置。
【請求項１】
複数の液体加圧室、該複数の液体加圧室内の液体に対してそれぞれ圧力を加える複数の加圧部、前記複数の液体加圧室にそれぞれ繋がっている複数の液体吐出孔、および気体を噴出させるための複数の気体噴出孔を有し、前記複数の気体噴出孔が前記複数の液体吐出孔と同一方向側で、かつ前記複数の液体吐出孔から吐出される液体を前記複数の液体吐出孔から離すべく気体を噴出するように開口していることを特徴とする液体塗布ヘッド。
【請求項２】
前記複数の液体吐出孔の開口側から見て、前記複数の液体吐出孔からなる液体吐出孔群が一方方向に延びており、前記複数の気体噴出孔が前記液体吐出孔群を挟んでその両側に前記一方方向に沿って設けられていることを特徴とする請求項１に記載の液体塗布ヘッド。
【請求項３】
前記複数の液体吐出孔の開口側から見て、前記複数の気体噴出孔が複数の前記液体吐出孔からなる液体吐出孔群を囲むように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の液体塗布ヘッド。
【請求項４】
前記複数の液体吐出孔の開口側から見て、前記複数の液体吐出孔のそれぞれに対して前記複数の気体噴出孔が、１つの前記液体吐出孔を中心とする円の円周上に等間隔に複数設けられていることを特徴とする請求項１に記載の液体塗布ヘッド。
【請求項５】
前記円の円周上に設けられている複数の前記気体噴出孔の軸線が、前記円の中心側に傾いていることを特徴とする請求項４に記載の液体塗布ヘッド。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の液体塗布ヘッドと、前記液体塗布ヘッドの駆動を制御する制御部とを備えることを特徴とする液体塗布装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−５４２２（Ｐ２０１１−５４２２Ａ）
【公開日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１５１３５３（Ｐ２００９−１５１３５３）
【出願日】平成２１年６月２５日（２００９．６．２５）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月２５日（２００９．６．２５）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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