(57)【要約】【課題】高精度な液滴吐出を行う液滴吐出ヘッドを提供する。特に、溶融金属を液滴として吐出する場合における吐出精度の高い液滴吐出ヘッドを提供する。【解決手段】電極部を有する第１基板と、前記第１基板と接合され、前記電極部に対向して配置された振動部を有するとともに、液体流路の一部を構成する第２基板と、前記第２基板と接合され、前記液体流路の一部を構成するとともに、前記液体流路の一部に設けられたノズルを有する第３基板と、前記液体流路の近傍に設けられた発熱抵抗体層と、を備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極部を有する第１基板と、
前記第１基板と接合され、前記電極部に対向して配置された振動部を有するとともに、液体流路の一部を構成する第２基板と、
前記第２基板と接合され、前記液体流路の一部を構成するとともに、前記液体流路の一部に設けられたノズルを有する第３基板と、
前記液体流路の近傍に設けられた発熱抵抗体層と、を備えたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
前記発熱抵抗体層が、前記第３基板であって、前記液体流路に沿って設けられたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
請求項１または２に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
前記発熱抵抗体層が、前記液体流路に対応する前記第３基板の全面に設けられたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
前記第１〜第３基板の前記液体流路に対応する面に、前記発熱抵抗体層に接続された熱伝導膜を備えたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
前記第１〜第３基板における前記液体流路に対応する面に、耐食性を有する保護膜を備えたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
少なくとも前記第１〜第３基板のいずれかに、前記発熱抵抗体層によって発熱した熱を放熱する放熱部を備えたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項７】
請求項６に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、
前記放熱部は、凹部を有することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッドを備えたことを特徴とする液滴吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体を液滴として吐出する液滴吐出ヘッドとしては、複数のノズルと、当該ノズルのそれぞれに連通する複数の独立した吐出室と、振動板と、振動板に隙間をもって対向する個別電極（電極部）と、を備え、振動板と個別電極との間に電圧を印加して振動板を変位させ、この変位に伴って、吐出室の容積を変化させることにより、ノズルから液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドが知られている。このような液滴吐出ヘッドを用いて、例えば、液状態のはんだ等の溶融金属を液滴として吐出する場合には、溶融金属による吐出室等の溶解や変質等を防止する必要がある。そのため、溶融金属と接触する吐出室の表面等に耐食性材料からなる保護膜が形成されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１７５６００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記のように、液状態のはんだ等の溶融金属を液滴として吐出する場合、吐出室等の液体流路内を溶融金属の融点以上に維持する必要がある。一方、例えば、液体流路内において溶融金属の熱量が損失して、溶融金属の温度が融点以下になってしまうと、溶融金属が固相化し、正確に液滴吐出を行うことができない、という課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００６】
［適用例１］本適用例にかかる液滴吐出ヘッドは、電極部を有する第１基板と、前記第１基板と接合され、前記電極部に対向して配置された振動部を有するとともに、液体流路の一部を構成する第２基板と、前記第２基板と接合され、前記液体流路の一部を構成するとともに、前記液体流路の一部に設けられたノズルを有する第３基板と、前記液体流路の近傍に設けられた発熱抵抗体層と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、液体流路を通じて液体をノズルから液滴として吐出する液滴吐出ヘッドが形成される。ここで、液体流路の近傍には発熱抵抗体層が設けられている。そして、発熱抵抗体を発熱させることにより、液体流路を加熱することが可能となる。例えば、液状態のはんだ等の溶融金属を液滴として吐出する場合、液体流路に充填された溶融金属は、発熱抵抗体層によって加熱される。すなわち、溶融金属の温度を融点以上に維持することが可能となる。従って、液状態の溶融金属が、液体流路内において融点以下になることなく、高精度な液滴吐出を行うことができる。
【０００８】
［適用例２］上記適用例にかかる液滴吐出ヘッドでは、前記発熱抵抗体層が、前記第３基板であって、前記液体流路に沿って設けられたことを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、効率よく液体流路を加熱することができる。
【００１０】
［適用例３］上記適用例にかかる液滴吐出ヘッドでは、前記発熱抵抗体層が、前記液体流路に対応する前記第３基板の全面に設けられたことを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、さらに、効率よく液体流路を加熱することができる。
【００１２】
［適用例４］上記適用例にかかる液滴吐出ヘッドでは、前記第１〜第３基板の前記液体流路に対応する面に、前記発熱抵抗体層に接続された熱伝導膜を備えたことを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、発熱抵抗体層から生じた熱が熱伝導膜を介して液体流路全体に行き渡る。従って、液体流路全体が加熱され、充填された液体を均一に加熱することができる。
【００１４】
［適用例５］上記適用例にかかる液滴吐出ヘッドでは、前記第１〜第３基板における前記液体流路に対応する面に、耐食性を有する保護膜を備えたことを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、例えば、使用される液体に腐食性があったとしても、保護膜によって液体流路の溶解や変質の発生を防止することができる。
【００１６】
［適用例６］上記適用例にかかる液滴吐出ヘッドでは、少なくとも前記第１〜第３基板のいずれかに、前記発熱抵抗体層によって発熱した熱を放熱する放熱部を備えたことを特徴とする。
【００１７】
この構成よれば、発熱抵抗体層によって発熱した熱を放熱することができ、液体流路の温度を安定した温度に維持することができる。
【００１８】
［適用例７］上記適用例にかかる液滴吐出ヘッドでは、前記放熱部は、凹部を有することを特徴とする。
【００１９】
この構成によれば、凹部によって、効率よく熱を放熱させることができる。
【００２０】
［適用例８］本適用例にかかる液滴吐出装置は、上記の液滴吐出ヘッドを備えたことを特徴とする。
【００２１】
この構成によれば、液滴吐出性能に優れた液滴吐出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】液滴吐出ヘッドの構成を示し、（ａ）は、全体構成を示す断面図、（ｂ）は、一部断面図。
【図２】液滴吐出装置の構成を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。なお、各図面における各部材は、各図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各部材ごとに縮小を異ならせて図示している。
【００２４】
（液滴吐出ヘッドの構成）
まず、液滴吐出ヘッドの構成について説明する。図１は、液滴吐出ヘッドの構成を示す断面図であり、同図（ａ）は、液滴吐出ヘッドの全体を示す断面図であり、同図（ｂ）は、同図（ａ）においてＡ−Ａ’方向における一部断面図である。
【００２５】
液滴吐出ヘッド１は、電極部１１を有する第１基板１０と、第１基板１０と接合され、電極部１１に対向して配置された振動部２１を有するとともに、液体流路４０の一部を構成する第２基板２０と、第２基板２０と接合され、液体流路４０の一部を構成するとともに、液体流路４０の一部に設けられたノズル３１を有する第３基板３０とを備えている。
【００２６】
本実施形態の液滴吐出ヘッド１の液体流路４０は、第１基板１０と第２基板２０との接合、及び、第２基板２０と第３基板３０との接合によって構成される。具体的には、液体流路４０は、第１基板１０に設けられた液体供給孔１３と第２基板２０に設けられた液体供給孔１３とで形成された第１液体流路４０ａと、第２基板２０と第３基板３０との接合によって構成されたリザーバー２４で形成された第２液体流路４０ｂと液体供給路２５で形成された第３液体流路４０ｃと液体吐出室２６で形成された第４液体流路４０ｄと、第３基板３０に設けられたノズル３１によって形成された第５液体流路４０ｅと、で構成されている。そして、液滴吐出ヘッド１は、液体供給孔１３から液体を供給して、液体流路４０を液体で充填させ、振動部２１と振動部２１に対して所定の間隔で対向配置された電極部１１とからなる電気機械変換素子６０を有する静電アクチュエーター７０によって振動部２１を変位させて、液体が充填された第４液体流路４０ｄ（液体吐出室２６）の容積を変化させることにより、ノズル３１から液体を液滴として吐出するものである。
【００２７】
なお、液滴吐出ヘッド１には、複数のノズル３１が備えられ、ノズル３１に連通する第４液体流路４０ｄ（液体吐出室２６）と静電アクチュエーター７０とが、各ノズル３１に対応して各第１〜第３基板１０，２０，３０に複数区画形成されている。
【００２８】
第１基板１０は、ホウ珪酸系の耐熱硬質ガラス基板であり、厚みがおよそ１ｍｍである。そして、第１基板１０に形成された凹部１２の底面に電極部１１が形成されている。電極部１１は、厚みがおよそ０．１ｕｍであり、透明性を有する導電膜、例えば、ＩＴＯ（I n d i u m  T i n  O x i d e）である。ＩＴＯは、例えば、スパッタ法等で形成される。また、液体を外部の液体貯留部（図示省略）から供給するための液体供給孔１３が設けられている。
【００２９】
第２基板２０は、面方位（１１０）の単結晶シリコン基板であり、厚みがおよそ１４０ｕｍである。第２基板２０には、電気機械変換素子６０の一部を構成する振動部２１と、リザーバー２４と、液体供給路２５と、液体吐出室２６とが形成されている。リザーバー２４、液体供給路２５及び液体吐出室２６は、異方性エッチングによって形成される。また、第１基板１０に形成された液体供給孔１３に連通するとともに、リザーバー２４に連通する液体供給孔２３が形成されている。また、第２基板２０には、各振動部２１に共通する共通電極２２が形成されている。
【００３０】
また、図１に示すように、第１基板１０と第２基板２０とが接合されるとともに、振動部２１と電極部１１との間に形成される空間の一部が封止剤８０で封止されている。これにより、振動部２１と電極部１１との間に形成された空間が密閉状態となる。
【００３１】
第３基板３０は、シリコン基板であり、厚みがおよそ１８０μｍである。第３基板３０には、複数のノズル３１が形成され、各ノズル３１が、液体吐出室２６に連通している。なお、第３基板３０は、第１基板１０と同様にホウ珪酸系の硬質ガラスやステンレス等の鋼板、プラスチック等の樹脂板等も材料として用いることができる。
【００３２】
次に、液滴吐出ヘッド１の駆動方法について説明する。図１（ａ）に示すように、電極部１１と第２基板２０に設けられた共通電極２２との間に発振回路９０が接続されており、当該発振回路９０から、例えば、２４ｋＨｚで電極部１１と共通電極２２との間に駆動電圧３０Ｖの電圧パルスを印加する。すると、電極部１１が正に帯電した場合、電極部１１に対向する振動部２１は負に帯電し、振動部２１が、静電気力により電極部１１に引き付けられる。電圧パルスの印加が解除され蓄えられた電荷が放電されると、振動部２１は元の位置に戻る。このような振動部２１の変位により液体吐出室２６（第４液体流路４０ｄ）の容積が変化して、液体吐出室２６に充填された液体が加圧され、ノズル３１から液滴として吐出される。
【００３３】
さて、液滴吐出ヘッド１は、さらに、液体流路４０の近傍に発熱抵抗体層５０が設けられている。本実施形態にかかる液滴吐出ヘッド１では、発熱抵抗体層５０が、第３基板３０であって、第２〜第５液体流路４０ｂ〜４０ｅに沿って設けられている。さらに、具体的には、発熱抵抗体層５０が、第２〜第５液体流路４０ｂ〜４０ｅに沿った第３基板３０の全面に設けられている。発熱抵抗体層５０は、電極部と、Ｓｉ−Ｔａ系やＡｇ−Ｐａ系等で形成された抵抗体とで構成されている。そして、駆動部１００から電極部に電流を流すことにより、抵抗体が発熱するように構成されている。
【００３４】
さらに、第１〜第３基板１０，２０，３０の液体流路４０（４０ａ〜４０ｅ）に対応する面に、発熱抵抗体層５０に接続された熱伝導膜５１が形成されている。換言すれば、液体供給孔１３，２３から液体が供給され、リザーバー２４、液体供給路２５、液体吐出室２６を通ってノズル３１から液滴吐出されるまでの液体流路４０（４０ａ〜４０ｅ）に対応する第１〜第３基板１０，２０，３０の面が、熱伝導膜５１によって被覆されている。熱伝導膜５１は、酸化物系、炭化物系、窒化物系を原料とする材料から形成される。例えば、ＳｉＣ、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｓｉ3Ｎ4等から適宜選択することができる。中でも、ＳｉＣは、熱伝導率が高いため好適である。このように、液体流路４０に熱伝導膜５１を形成することにより、発熱抵抗体層５０から発熱した熱を液体流路４０全体に伝えることができる。そして、例えば、液状態のはんだ等の溶融金属を使用して液滴吐出する場合には、液体流路４０における溶融金属の温度を融点以上に維持することが可能となる。これにより、高精度な液滴吐出を行うことができる。
【００３５】
また、上記の熱伝導膜５１は、上記の通り熱を伝導するとともに、耐食性を有する保護膜の機能を有することが好ましい。例えば、液状態のはんだ等の溶融金属を使用して液滴吐出する場合に、液体流路４０の溶解や変質を防止する必要があるからである。保護膜の材料としては、酸化物系、炭化物系、窒化物系を原料とする材料を用いることができる。例えば、ＳｉＣ、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｓｉ3Ｎ4等から適宜選択することができる。中でも、ＳｉＣは、熱伝導率が良好であるとともに、耐食性にも優れるため好適である。
【００３６】
一方、少なくとも第１〜第３基板１０，２０，３０のいずれかに、発熱抵抗体層５０によって発熱した熱を放熱する放熱部５５を備えている。本実施形態にかかる液滴吐出ヘッド１では、放熱部５５が、第２基板２０の端部に形成されている。具体的には、図１（ｂ）に示すように、第２基板２０の端部に複数の凹部５５ａ（フィン構造）が形成されている。放熱部５５は、凹部５５ａによって外気との接触面を有するため、発熱抵抗体層５０によって発熱した熱を放熱することができ、液体流路４０内の温度を所望の温度に維持することができるとともに、静電アクチュエーター７０を安定して駆動させることができる。
【００３７】
（液滴吐出装置の構成）
次に、液滴吐出装置の構成について説明する。図２は、液滴吐出装置の構成を示す概略図である。
【００３８】
図２に示すように、液滴吐出装置４００は、記録紙４０１等を搬送するための送りローラー４０２，４０５と、送りローラー４０２，４０５に対向配置された記録紙４０１を押さえる押さえローラー４０３，４０４と、液滴吐出ヘッド１と、液体供給管４１０と、液体タンク部材４０９とで構成されている。
【００３９】
液滴吐出ヘッド１は、ノズル面３３が記録紙４０１の印字面と所定の間隔で平行となるようにベース部材４３０を介してキャリッジ４０６に固定されている。また、液滴吐出ヘッド１の第１基板１０の面に液体タンク部材４０９に繋がった液体供給管４１０が接合されている。
【００４０】
液滴吐出ヘッド１を移動させるキャリッジ４０６は、キャリッジ軸４０８に軸支され、図示しない駆動機構と連結してキャリッジ４０６を移動させるベルト４０７を有している。
【００４１】
液滴吐出装置４００は、フェイスインクジェット方式の液滴吐出ヘッド１を搭載しており、液滴吐出ヘッド１の第１基板１０に接合された液体供給管４１０を通じて液体タンク部材４０９からインクが供給される。すなわち、インク供給方向Ｋと液滴吐出方向Ｌが同一方向となるように構成されている。従って、液滴吐出ヘッド１が駆動すると、液滴Ｄがノズル面３３と平行に位置した記録紙４０１に吐出され、キャリッジ４０６の走査と記録紙４０１の送りによって印刷される。
【００４２】
従って、上記の実施形態によれば、以下に示す効果がある。
【００４３】
（１）第３基板３０に、第２〜第５液体流路４０ｂ〜４０ｅに沿って発熱抵抗体層５０を設けた。これにより、液体流路４０が加熱されるため、特に、液状態のはんだ等の溶融金属を使用して液滴吐出する場合に、液体流路４０内での溶融金属の温度を融点以上に維持し、液滴吐出精度を向上させることができる。
【００４４】
（２）液体流路４０（４０ａ〜４０ｅ）面は、発熱抵抗体層５０に接続された熱伝導膜５１で被覆されているため、発熱抵抗体層５０によって発熱した熱が、熱伝導膜５１に伝わって液体流路４０内の全体の温度を均一に高めることができる。
【００４５】
（３）熱伝導膜５１は、耐食性を有する材料で形成されるため、例えば、使用される液体に腐食性があったとしても、液体流路４０の溶解や変質を防止することができる。
【００４６】
（４）第２基板２０の端部に凹部５５ａを有する放熱部５５を形成した。これにより、液滴吐出ヘッド１内部に熱が放熱され、液体流路４０内の温度を安定させることができる。
【００４７】
なお、上記の実施形態に限定されるものではなく、以下のような変形例が挙げられる。
【００４８】
（変形例１）上記実施形態では、第３基板３０に発熱抵抗体層５０を設けたが、これに限定されない。例えば、第１基板１０や第２基板２０に設けてもよい。さらには、第１〜第３基板１０，２０，３０のうち、複数の基板に発熱抵抗体層５０を設けてもよい。このようにしても、上記同様の効果を得ることができる。
【００４９】
（変形例２）上記実施形態では、第３基板３０の全面に発熱抵抗体層５０を設けたが、これに限定されない。例えば、部分的に発熱抵抗体層５０を設けてもよい。この場合、液体流路４０のうち、液体の温度が下がりやすい部分を適宜選択して発熱抵抗体層５０を設ければよい。このようにすれば、発熱抵抗体層５０の使用材料量を削減することができる。
【００５０】
（変形例３）上記実施形態では、熱伝導膜５１は、熱伝導性と耐食性の２つの機能を備えたが、熱伝導性を有する膜と耐食性を有する膜を別個にし、熱伝導性を有する膜上に耐食性を有する膜を設けてもよい。このようにしても、上記同様の効果を得ることができる。
【００５１】
（変形例４）上記実施形態では、第２基板２０に放熱部５５を設けたが、これに限定されない。例えば、第１基板１０や第３基板３０に設けてもよいし、複数の基板に設けてもよい。このようにしても、上記同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００５２】
１…液滴吐出ヘッド、１０…第１基板、１１…電極部、１３…液体供給孔、２０…第２基板、２１…振動部、２２…共通電極、２３…液体供給孔、２４…リザーバー、２５…液体供給路、２６…液体吐出室、３０…第３基板、３１…ノズル、４０…液体流路、４０ａ〜４０ｅ…第１〜第５液体流路、５０…発熱抵抗体層、５１…熱伝導膜、５５…放熱部、５５ａ…凹部、６０…電気機械変換素子、７０…静電アクチュエーター、８０…封止剤、９０…発振回路、１００…駆動部、４００…液滴吐出装置。
【図１】
2011050989.tif 000003
【図２】
2011050989.tif 000004