(57)【要約】【課題】インクジェット記録ヘッド内の温度分布のばらつきを低減させ、かつ冷却することのできる、インクジェット記録ヘッドを提供する。【解決手段】本発明のインクジェット記録ヘッドは、一方の面に複数の溝が並んで形成されており、少なくとも溝の側壁１０２の一部が圧電材料からなる基板１０１を有する。複数の溝は、インクを吐出する吐出口１０９と、インクが供給されるインク室１１２とに連通する複数のインク流路１０３を構成している。さらに、複数の溝は、インク流路１０３と交互に配置され、冷却専用流体の供給口または排出口１１２につながっている端部と、連結部１１５を介して互いに接続されている端部とを有する複数の冷却専用流路１０４を構成している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の面に複数の溝が並んで形成されており、少なくとも前記溝の側壁の一部が圧電材料からなる基板を有するインクジェット記録ヘッドであって、
前記複数の溝は、インクを吐出する吐出口と、前記インクが供給されるインク室とに連通する複数のインク流路と、前記インク流路と交互に配置され、冷却専用流体の供給口または排出口につながっている端部と、連結部を介して互いに接続されている端部とを有する複数の冷却専用流路と、を構成している、インクジェット記録ヘッド。
【請求項２】
前記基板は、２枚の互いに反対向きに分極された圧電プレートを貼り合わせたものである、請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項３】
前記インク流路と前記冷却専用流路を分離する前記側壁の両側面には電極が設けられている、請求項１または２に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項４】
前記インク流路と前記冷却専用流体を分離する側壁の両側面の前記電極を、天板側と基板側の２つに分けて、前記天板側と前記基板側の両方、または、前記天板側のみに前記電極が設けられている、請求項３に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項５】
前記インク流路の溝は前記基板の一方の端面から他方の端面まで形成されており、前記冷却専用流路の溝の長手方向の一方の端部は、前記基板の一方の端面まで形成されており、他端部は、溝の深さが徐々に浅くなっており、前記基板の他方の端面まで形成されていない、請求項１から４のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項６】
インクを吐出する吐出口と、前記インクが供給されるインク室とに連通する複数のインク流路と、前記インク流路と交互に配置され、冷却専用流体の供給口または排出口につながっている端部と連結部を介して互いに接続されている端部とを有する複数の冷却専用流路と、を有するインクジェット記録ヘッドの冷却方法であって、
インクの吐出口の配列方向において、インクジェット記録ヘッドを冷却しない状態で最も温度の高くなる位置を基準に、前記冷却専用流路を前記インクジェット記録ヘッドの一方の側部から前記最も温度の高くなる位置までの領域に配置されているグループと、前記インクジェット記録ヘッドの他方の側部から前記最も温度の高くなる位置までの領域に配置されているグループとに分けて
各前記グループの、前記最も温度の高くなる位置に近い位置の前記冷却専用流路と、前記最も温度の高くなる位置から遠い位置の前記冷却専用流路とを、連結部を介して接続し、
前記冷却専用流体を前記最も温度の高くなる位置に近い位置の前記冷却専用流路に供給し、前記連結部を介して、前記最も温度の高くなる位置から遠い位置の前記冷却専用流路へと流れさせる、インクジェット記録ヘッドの冷却方法。
【請求項７】
前記冷却専用流体を前記最も温度の高くなる位置に近い位置の前記冷却専用流路の、前記連結部と接続された端部と反対側の端部から供給し、前記最も温度が高くなる位置から遠い位置の前記冷却専用流路の、前記連結部と接続された端部と反対側の端部から排出する、請求項６に記載のインクジェット記録ヘッドの冷却方法。
【請求項８】
各前記グループ内で、前記最も温度の高くなる位置から数えてＮ番目の前記冷却専用流路には、前記インクジェット記録ヘッドの前記側部から数えてＮ番目の前記冷却専用流路を、前記連結部を介して接続する、請求項６または７に記載のインクジェット記録ヘッドの冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子の変位を利用して吐出口より液体を吐出するインクジェット記録ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット記録ヘッドを有するインクジェット記録装置では、記録信号に応じて、記録ヘッドの基板に作られたエネルギー発生素子、例えば圧電材料に電力を供給して変形させる。そして、圧電材料の変形により記録ヘッドの吐出口内のインクを加圧することによって吐出口からインクを吐出させて記録を行う。
【０００３】
従来、記録ヘッドには、圧電材料の電力供給時の発熱による変位特性の劣化や圧電特性の喪失を防ぎ、記録ヘッド内の温度分布に起因するインク吐出特性のばらつきを低減するため、様々な温度調整手段を備えたものが提案されている。例えば、特許文献１では、インク流路同士の間にエア流路が設けられており、このエア流路内に温度調整したエアを流すことでインク流路とエア流路との間の壁を介してエアの熱がインク流路内のインクに伝わるため、記録ヘッドの温度調整を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１８１８１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、高粘度のインクを高い吐出周波数で吐出させる場合、圧電材料の発熱量が大きくなるため、記録ヘッド内の温度のばらつきが大きくなる。上記の特許文献１では、記録ヘッド内に生じる温度分布のばらつきを低減するためには、各エア流路に流すエアの温度を個別に制御しなければならず、記録ヘッド内の温度分布のばらつきを低減させるのは困難である。
【０００６】
そこで本発明の目的は、インクジェット記録ヘッド内の温度分布のばらつきを容易に低減させつつ、冷却することのできる、インクジェット記録ヘッドを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のインクジェット記録ヘッドは、一方の面に複数の溝が並んで形成されており、少なくとも溝の側壁の一部が圧電材料からなる基板を有する。複数の溝は、インクを吐出する吐出口と、インクが供給されるインク室とに連通する複数のインク流路を構成している。さらに、複数の溝は、インク流路と交互に配置され、冷却専用流体の供給口または排出口につながっている端部と、連結部を介して互いに接続されている端部とを有する複数の冷却専用流路を構成している。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によると、インクジェット記録ヘッド内の温度を下げつつ、インクジェット記録ヘッド内の温度分布のばらつきを低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係るインクジェット記録ヘッドの一実施形態の概略構成図である。
【図２】圧電基板の断面概略図である。
【図３】圧電基板の他の構成の一例である。
【図４】インクジェット記録ヘッドの温度分布の一例である。
【図５】インクジェット記録ヘッド内の温度のばらつきを低減させる構成の一例である。
【図６】インクジェット記録ヘッドの一実施例の概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、添付の図面に基づき、本発明の実施の形態を説明する。なお、同一の機能を有する構成には添付図面中、同一の番号を付与し、その説明を省略することがある。
【００１１】
図１に、本発明に係るインクジェット記録ヘッドの一実施形態の概略構成図を示す。本発明の記録ヘッドの一部を構成する圧電材料からなる圧電基板１０１は、２枚の互いに反対向きに分極された第１の圧電プレートと第２の圧電プレートとを貼り合わせたものである。流路用の溝加工と電極の形成の後、接着剤を用いて２枚の圧電プレートを貼り合わせ、プレスして熱をかけることにより形成される。圧電基板１０１としては、非金属材料であり、成形や焼成等の工程を経て形成されるチタン酸ジルコン酸鉛（以下、ＰＺＴ）を用いるのが好ましい。
【００１２】
図１に示すように、この圧電基板１０１には所定の間隔で平行に並べられた複数の凹形状の溝が形成され、各溝は、側壁１０２で互いに分離されている。この溝は、吐出口からインクを吐出するためのインク流路１０３と、圧電素子の冷却を行うために冷却専用流体を流す冷却専用流路１０４となる溝であり、インク流路１０３と冷却専用流路１０４となる溝とが交互に配置されている。圧電基板１０１に、後述する天板１０６が接合されることで、インク流路１０３と冷却専用流路１０４が形成される。各インク流路１０３の溝は圧電基板１０１の一方の端面から他方の端面まで延設されている。各冷却専用流路１０４の溝の長手方向の一方の端部は、圧電基板１０１の一方の端面まで延設されており、他端部は、溝の深さが徐々に浅くなっており、圧電基板１０１の他方の端面まで延設されていない。また、各側壁１０２の両側面には、長手方向に亘って、電極１０５が形成されている。
【００１３】
この圧電基板１０１に形成されるインク流路１０３の溝と冷却専用流路１０４の溝は、例えば、円盤状のダイシングブレードを用いて、所定の間隔で切削又は研削することにより凹形状に形成されている。インク流路１０３の溝は、圧電基板１０１の一方の端面から他方の端面まで円盤状のダイシングブレードを同じ深さで貫通移動して形成されている。冷却専用流路１０４の溝は、圧電基板１０１の一方の端面から円盤状のダイシングブレードを移動する途中で溝の深さを徐々に浅くして、他方の端面まで貫通しない形状にする。また、各側壁１０２の両側面に形成される電極１０５は、例えば、無電界メッキなどにより形成される。
【００１４】
圧電基板１０１の上面には、接着剤を介して天板１０６が接合されている。この天板１０６は３枚のプレート１０６Ａ〜１０６Ｃから構成され、冷却専用流体を供給及び排出させる構造を有している。第１のプレート１０６Ａは冷却専用流路１０４の絞り１２３を有し、第２のプレート１０６Ｂは冷却専用流体室１２１を有し、第３のプレート１０６Ｃは冷却専用流体の排出口１２２及び供給口（図示せず）を有している。なお、絞り１２３を介して、冷却専用流体室１２１と冷却専用流路１０４は連通している。天板１０６は、セラミックや金属などで形成することができるが、圧電基板１０１との接合後の変形等を考えると、圧電基板１０１を形成する非金属材料のＰＺＴと同程度の熱膨張率のセラミックを用いるのが好ましい。
【００１５】
圧電基板１０１と天板１０６とが接合されると、一方の端部には、各インク流路１０３や各冷却専用流路にそれぞれ連通する開口が形成される。この圧電基板１０１と天板１０６の接合体の一方の端部には、吐出口１０９と開口部１１７が形成されている吐出口プレート１０８が接合されている。吐出口プレート１０８の各インク流路１０３に対応する位置には吐出口１０９が形成され、吐出口プレート１０８の各冷却専用流路１０４に対応する位置には、開口部１１７が形成されている。この吐出口プレート１０８は、金属や樹脂などに、例えば、ポンチを用いたプレス加工によって、吐出口１０９や開口部１１７を形成したものである。
【００１６】
吐出口プレート１０８には、流路プレート１１４が接合されている。この流路プレート１１４には、吐出口１０９に対応する位置に吐出口１０９よりも大きい開口部１１８が形成されている。また、流路プレート１１４には、２つの冷却専用流路１０４を連結させるように連結部１１５が形成されている。
【００１７】
さらに流路プレート１１４には、カバープレート１１６が接合されており、このカバープレート１１６には、吐出口１０９に対応する位置に吐出口１０９よりも大きい開口部１１９が形成されている。
【００１８】
吐出口プレート１０８が接合された圧電基板１０１の一方の端部とは反対側の端部には、後方プレート１１０が接合されている。後方プレート１１０の各インク流路１０３に対応する位置には、天板１０６とインク流路１０３とで形成される開口よりも小さい開口部１２０が形成されている。
【００１９】
また、この後方プレート１１０には共通インク室プレート１１１が接合されている。この共通インク室プレート１１１には、共通インク室１１２とインク供給口１１３とが設けられている。共通インク室１１２は、後方プレート１１０の開口部１２０を介してインク流路１０３とつながっており、また、インク供給口１１３を介して不図示のインクタンクともつながっている。インクタンクからインク供給口１１３を介して共通インク室１１２にインクが供給され、開口部１２０を介して各インク流路１０３にインクが供給される。
【００２０】
次に、インクを吐出させる方法について説明する。図２は、圧電基板１０１の断面概略図であり、（ａ）は電極１０５に電圧を印加していない状態、（ｂ）は電極１０５に電圧を印加した状態である。
【００２１】
図２（ａ）に示すように、インク流路１０３を挟むように側壁１０２が形成されており、側壁１０２の両側面には電極１０５が設けられている。また、上述したように、貼り合わされた２枚の圧電プレートの分極方向は、互いに反対向きである。図２（ｂ）に示すように、電極１０５間に電圧を印加することで、側壁１０２にはインク流路１０３方向の駆動電界が作用する。この駆動電界が側壁１０２の分極方向と直交することで、側壁１０２がインク流路１０３の方向に変形する。これにより、インク流路１０３内の容積が変化し、各インク流路内１０３に充填されたインクが吐出口１０９から吐出される。吐出口１０９から吐出したインク滴は、流路プレート１１４の大きい開口部１１８、および、カバープレート１１６の開口部１１９を通って、被記録媒体まで飛翔する。
【００２２】
なお、上記の構成では、圧電基板１０１は互いに反対向きに分極した圧電プレートを貼り合わせたものと説明したが、これに限ったものではない。圧電基板１０１の他の構成の一例を図３に示す。例えば、２枚の圧電プレートを貼り合わせるのではなく、１枚の圧電プレートを用い、分極方向を１方向としてもよい。この場合、図３（ａ）のように側壁１０２の両側面の天板側に電極１０５を設ける形態や、図３（ｂ）のように側壁１０２の両側の天板側と圧電基板側の両方に、２つの電極１０５Ａ、１０５Ｂを設け、互いに異なる電界を加えるようにする形態などが考えられる。
【００２３】
次に本実施形態のインクジェット記録ヘッドにおいて、インクジェット記録ヘッド内の温度分布のばらつきを低減できる理由について以下に説明する。
【００２４】
図４は、横軸が吐出口の並び方向の位置、すなわち記録ヘッドの幅方向での位置、縦軸を温度とした際の温度分布の一例である。図４の曲線Ｘは従来の記録ヘッドの温度分布である。従来の記録ヘッドの温度分布は、記録ヘッドの中心部では温度が高く、側部では中心部ほど温度が高くない状態となる。この記録ヘッド全体を冷却すると、温度の高い記録ヘッドの中心部だけではなく、中心部に比べて温度の高くない側部も冷却されるので、記録ヘッド全体の温度が下がる（図４の曲線Ｙ）。したがって、この方法では、記録ヘッド全体の温度の均一化は達成されない。
【００２５】
本実施形態では、まず、記録ヘッドを冷却しない状態で最も温度の高い位置を点Ｔとして、点Ｔに近い高温側の冷却専用流路１０４と、点Ｔから遠い低温側の冷却専用流路１０４とを連結部１１５によって連結する。そして、高温側の冷却専用流路１０４から連結部１１５を介して、低温側の冷却専用流路１０４に向かって冷却専用流体を流すようにしている。こうすることで、高温側の冷却専用流路１０４には温度の低い冷却専用流体が流れ、低温側の冷却専用流路１０４には温められた冷却専用流体が流れるようにでき、記録ヘッドの中央部と側部の温度差が小さくなる（図４の曲線Ｚ）。
【００２６】
図５の吐出口プレート１０８と流路プレート１１４の概略構成図を用いて、記録ヘッド内の温度のばらつきを低減させる構成の一例を説明する。
【００２７】
例えば、図５（ａ）のような吐出口プレート１０８を有する記録ヘッドにおいて、図４の曲線Ｘのような、記録ヘッドの中心部と側部とで温度差が生じるのを抑制する場合について説明する。
【００２８】
まず、吐出口１０９の配列方向において、記録ヘッドを冷却しない状態で最も温度の高い点Ｔの位置（本実施例では記録ヘッドの中心部）を基準として、記録ヘッドの一方の側部から中心部までの領域にある冷却専用流路１０４Ａ〜１０４Ｄをａグループとする。記録ヘッドの他方の側部から中心部までの領域にある冷却専用流路１０４Ｅ〜１０４Ｈをｂグループとする。このように２つのグループに分ける。なお、各グループａ、ｂの冷却専用流路１０４の総数は、偶数であることが好ましい。
【００２９】
次に、グループａ内の冷却専用流路１０４Ａ〜１０４Ｄで、基準である点Ｔに最も近い冷却専用流路１０４Ｄと、最も遠い冷却専用流路１０４Ａとを連結路１１５を介して連結する。次に、基準である点Ｔに２番目に近い冷却専用流路１０４Ｃと、２番目に遠い冷却専用流路１０４Ｂとを連結路１１５を介して連結する。同様の作業をグループｂでも行ない、冷却専用流路１０４Ｅと冷却専用流路１０４Ｈ、冷却専用流路１０４Ｆと冷却専用流路１０４Ｇとを、連結路１１５を介して連結する。
【００３０】
つまり、各グループ内で、基準である点Ｔから数えてＮ番目（Ｎは１以上の整数）の冷却専用流路１０４と、記録ヘッドの側部から数えてＮ番目の冷却専用流路１０４を、連結部１１５を介して連結する。例えばＮが１の時、ａグループでは冷却専用流路１０４Ａと冷却専用流路１０４Ｄとが連結部１１５を介して接続され、ｂグループでは冷却専用流路１０４Ｈと冷却専用流路１０４Ｅとが連結部１１５を介して接続される。このようにして、流路プレート１１４に連結部１１５が形成される（図５（ｂ）参照）。
【００３１】
このようにして、各流路プレート１１４と連結部１１５とが連結される（図５（ｂ）参照）。
【００３２】
この連結部１１５によって連結された冷却専用流路１０４内に流れる冷却専用流体の流れについて、図６を用いて以下に説明する。図６はインクジェット記録ヘッドの一実施例の概略斜視図であり、矢印の方向は、点線がインクの流れる方向であり、実線が冷却専用流体の流れる方向である。
【００３３】
温度調整手段（図示せず）により冷却専用流体の温度が調整され、圧力発生手段（図示せず）により、供給口（図示せず）へ供給される。供給された冷却専用流体は、連結部１１５によって連結された２つの冷却専用流路１０４のうち、冷却していない状態では高温になっている側に位置する冷却専用流体１０４の集まりである冷却専用流路群５０１へと流れる。そして、圧電素子を冷却した冷却専用流体は、連結部１１５を介して、冷却していない状態では高温になっている側とは離れた位置にある冷却専用流体１０４の集まりである冷却専用流路群５０２へと流れ込む。その後、冷却専用流体は、共通冷却流体室１２１を通って排出口１２２から排出される。
【００３４】
なお、ここで用いる冷却専用流体は、インク流路１０３に流れるインクよりも熱伝達率が高い純水などを用いるのが好ましい。
【００３５】
このように記録ヘッド内で冷却専用流体を循環させることにより、圧電素子の発熱量の違いによる各冷却専用流路１０４の温度差が低減する。そのため、記録ヘッド内に生じる温度分布ばらつきを低減させることができる。
【００３６】
本発明は、主に高粘度の液滴を高周波数で吐出する印刷装置、塗布装置あるいは造形装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１０１  圧電基板
１０２  側壁
１０３  インク流路
１０４、１０４Ａ〜Ｈ  冷却専用流路
１０９  吐出口
１１２  共通インク室
１１５  連結部
【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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