(57)【要約】【課題】  発熱によるインク粘度のばらつきを防止するインクジェットヘッドを提供する。【解決手段】  インクを吐出するための素子部が駆動に伴って発熱する本発明によるインクジェットヘッドは、横並びに３つ以上のノズル列を有するノズルプレート１２と、ノズルプレート１２に設けられ、発熱に伴って昇温する３つ以上のノズル列の放熱を行う放熱部材１４と、を備え、放熱部材１４は、前記３つ以上のノズル列の温度が均一になるように、横並びの方向において放熱率が異なっている。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを吐出するための素子部が駆動に伴って発熱するインクジェットヘッドであって、
横並びに３つ以上のノズル列を有するノズルプレートと、
前記ノズルプレートに設けられ、前記発熱に伴って昇温する前記３つ以上のノズル列の放熱を行う放熱部材と、を備え、
前記放熱部材は、前記３つ以上のノズル列の温度が均一になるように、前記横並びの方向において放熱率が異なることを特徴とするインクジェットヘッド。  
【請求項２】
前記放熱部材は、同一の材質であって板状に形成され、前記横並びの方向において放熱面積が異なることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
前記放熱部材と前記ノズルプレートとは、一体に成形されていることを特徴とする請求項２に記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
前記放熱部材は、前記横並びの方向に沿う前記ノズルプレートの両側辺に突設された一対の部分放熱板を、有していることを特徴とする請求項２または３に記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】
前記各部分放熱板は、山形形状を為すように突設されていることを特徴とする請求項４に記載のインクジェットヘッド。
【請求項６】
前記各部分放熱板は、前記ノズルプレートに対し反り返るように屈曲して設けられていることを特徴とする請求項４または５に記載のインクジェットヘッド。
【請求項７】
前記各部分放熱板には、放熱促進部材が設けられていることを特徴とする請求項４ないし６のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載のインクジェットヘッドと、
インクを所定の温度に加熱するインク加熱手段と、を備えたことを特徴とするインクジェット記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のノズル列を有すると共に、インクを吐出するための素子部が駆動に伴って発熱するインクジェットヘッドおよびこれを備えたインクジェット記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のインクジェットヘッドとして、複数のノズルにおける温度のばらつきを低減し、粘度が均一なインクを吐出可能としたインクジェットヘッドが知られている（特許文献1参照）。
このインクジェットヘッドにおいては、ヒーターがインクジェットヘッドと、ノズルプレートを枠状に囲むノズルカバーとに接触するように設けられている。ヒーターを駆動し、インクジェットヘッドに加えノズルカバーを加熱することにより、放熱し易いノズルプレートの周縁部が加温され、ノズルプレートが平面内において均一に加温される。これにより、複数のノズルから吐出されるインクが均一に加温され、吐出されるインクのインク粘度が一様に保持されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１４３１０９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、圧電素子（ピエゾ素子）等を駆動源とするインクジェットヘッドでは、圧電素子に電圧を印加してこれを駆動する（インク吐出）と、圧電素子が発熱することが知られている。圧電素子はキャビティーに面して設けられており、圧電素子が発熱すると、伝熱によりキャビティー内のインクが昇温することになる。
上記従来のインクジェットヘッドにおいて、１本または２本のノズル列を有する場合には、ノズルプレートを均一に加熱することで、各ノズル列から吐出されるインクも同一温度（同一粘度）となる。すなわち、圧電素子が発熱しても、１本または２本のノズル列から吐出されるインクを、均一な温度（粘度）に管理することができる。
しかし、インクジェットヘッドが、３本以上のノズル列を有する場合には、圧電素子の熱は、外側のノズル列に比して内側のノズル列では熱がこもり易く、均一な温度（粘度）に管理することができなくなる問題が生ずる。すなわち、ノズルプレートの端部側に形成されたノズル列は、放熱しやすいが、中央に向かうにつれ、放熱しにくくなり、ノズルプレートにおける温度が不均一となる。このため、中央にあるノズル列と端部にあるノズル列とで、吐出されるインクの粘度が異なり、吐出量や吐出速度も異なってしまう。従って、印刷品質が悪化するおそれがあった。
【０００５】
本発明は、３つ以上のノズル列を有するノズルプレートにおいて、素子部の発熱があっても、ノズル列の並び方向におけるノズルプレート面の温度を均一化することができるインクジェットヘッドおよびこれを備えたインクジェット記録装置を提供することをその課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のインクジェットヘッドは、インクを吐出するための素子部が駆動に伴って発熱するインクジェットヘッドであって、横並びに３つ以上のノズル列を有するノズルプレートと、ノズルプレートに設けられ、発熱に伴って昇温する３つ以上のノズル列の放熱を行う放熱部材と、を備え、放熱部材は、３つ以上のノズル列の温度が均一になるように、横並びの方向において放熱率が異なることを特徴とするインクジェットヘッド、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、素子部の発熱により、ノズルプレートはその端部から中央へ向かって高い温度となるが、ノズルプレートに、ノズル列の横並びの方向において放熱率が異なる放熱部材が設けられているため、横並びの方向において、ノズルプレートの温度を均一化するができる。これにより、３つ以上のノズル列の温度が均一となり、各ノズル列から吐出されるインクも均一な温度および均一な粘度となる。したがって、３つ以上のノズル列において、インクの吐出量および吐出速度を均一化することができ、印刷品質を向上させることができる。
【０００８】
この場合、放熱部材は、同一の材質であって板状に形成され、横並びの方向において放熱面積が異なるのが好ましい。
【０００９】
この構成によれば、高温となるノズルプレートの中央に形成されたノズル列の放熱面積が大きくなり、中央と比べて低温である端部の放熱面積が小さくなる。これにより、各ノズル列によって放熱率が変化し、極めて簡単な構造で、ノズルプレートを横並びの方向において均一な温度とすることができる。
【００１０】
また、放熱部材とノズルプレートとは、一体に成形されているのが好ましい。
【００１１】
この構成によれば、放熱部材付きのノズルプレートを、容易に製造することができる。
【００１２】
これらの場合、放熱部材は、横並びの方向に沿うノズルプレートの両側辺に突設された一対の部分放熱板を有しているのが好ましい。
【００１３】
また、各部分放熱板は、山形形状を為すように突設されているのが好ましい。
【００１４】
この構成によれば、横並びの方向のみならずノズル列方向においても放熱率を一定にすることができ、全体として、ノズルプレートの温度を均一化することができる。
【００１５】
また、各部分放熱板は、ノズルプレートに対し反り返るように屈曲して設けられているのが好ましい。
【００１６】
この構成によれば、部分放熱板をなす放熱部材を設けるのに必要なスペースを節約できる。
【００１７】
さらに、各部分放熱板には、放熱促進部材が設けられているのが好ましい。
【００１８】
この構成によれば、インクジェットヘッドが発生する熱を、より効率的に放熱することができる。
【００１９】
本発明のインクジェット記録装置は、上記に記載のインクジェットヘッドと、インクを所定の温度に加熱するインク加熱手段と、を備えたことを特徴とする。
【００２０】
この構成によれば、インクジェットヘッド自体の熱を均一に放熱できるとともに、インクジェットヘッドに供給されるインクの粘度を低下させることができるので、吐出不良を回避して正確に描画を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】インクジェット記録装置の平面図である。
【図２】チャンバー内に設けられたインクジェットヘッドを示す図である。
【図３】インクジェットヘッドの斜視図である。
【図４】図４（ａ）および図４（ｂ）は、ノズルプレートの平面図および各ノズルプレートの表面温度に関するグラフである。
【図５】図５（ａ）は第１の変形例を示すノズルプレート部の平面図であり、図５（ｂ）は第２の変形例を示すノズルプレート部の平面図であり、図５（ｃ）は第３の変形例を示すノズルプレート部の平面図である。
【図６】図６（ａ）は第４の変形例を示すノズルプレート部の平面図であり、図６（ｂ）および図６（ｃ）はその側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、添付した図面を参照して、本発明の一実施形態に係るインクジェットヘッドが搭載されたインクジェット記録装置について説明する。
【００２３】
図１に示すように、インクジェット記録装置１は、機台２と、機台２上の全域に広く載置され、インクジェットヘッド１１を搭載した描画装置３と、機台２上で描画装置３に添設されたメンテナンス装置４とを備え、メンテナンス装置４によりインクジェットヘッド１１のメンテナンス処理（機能維持・回復）を行うと共に、描画装置３によりワークＷ上に例えばＵＶインクを吐出させる描画動作を行うようにしている。
【００２４】
描画装置３は、Ｘ軸テーブル２２およびＸ軸テーブル２２に直交するＹ軸テーブル２３（ヘッド移動手段）から成るＸＹ移動機構２１と、Ｙ軸テーブル２３に移動自在に取り付けられたキャリッジユニット１５と、を有している。そして、キャリッジユニット１５には、インクジェットヘッド１１と後述する加熱装置５０が搭載されている。一方、ワークＷは、Ｘ軸テーブル２２に位置決めされた状態で搭載されている。なお、本実施形態では、単一のインクジェットヘッド１１を搭載しているが、その個数は任意である。
【００２５】
Ｘ軸テーブル２２は、Ｘ軸方向の駆動系を構成するモータ駆動のＸ軸スライダー２４を有し、これに吸着テーブル２６および基板θテーブル２７等から成るセットテーブル２５を移動自在に搭載して構成されている。同様に、Ｙ軸テーブル２３は、Ｙ軸方向の駆動系を構成するモータ駆動のＹ軸スライダー２８を有し、これに上記のキャリッジユニット１５を移動自在に搭載して、構成されている。そして、Ｙ軸テーブル２３は、これに搭載したキャリッジユニット１５を、Ｘ軸テーブル２２の直上部に位置する描画エリア３１と、メンテナンス装置４の直上部に位置するメンテナンスエリア３２との相互間で、適宜移動させる。
【００２６】
このように構成されたインクジェット記録装置１は、メンテナンス装置４によりインクジェットヘッド１１に対し適宜メンテナンス処理を行うと共に、描画装置３によりワークＷに描画動作を行うようにしている。すなわち、描画装置３は、制御装置による制御を受けながら、ワークＷをＸ軸テーブル２２によりＸ軸方向に間欠的に送り（副走査）、これに同期してＹ軸テーブル２３によりインクジェットヘッド１１をＹ軸方向に往復動させる（主走査）と共にインクジェットヘッド１１を選択的に駆動して、ワークＷに描画を行うようになっている。
【００２７】
図２は、キャリッジユニット１５の模式図である。同図に示すように、キャリッジユニット１５は、キャリッジプレート１５ａと、キャリッジプレート１５ａに下向きに搭載したインクジェットヘッド１１と、インクジェットヘッド１１を加熱するチャンバー形式の加熱装置（インク加熱手段）５０と、を備えている。本実施形態のインクジェットヘッド１１には、粘度の高いＵＶインクが導入されるため、加熱装置５０によりインクジェットヘッド１１を加熱（加温）し、ＵＶインクの粘度を低下させて吐出するようになっている。
【００２８】
加熱装置５０は、インクジェットヘッド１１を内包するようにキャリッジプレート１５ａの上側空間を覆うチャンバー５１と、チャンバ−５１内に配設したファン５２およびヒーター５３と、を有している。図示しないがチャンバー５１には温度センサが設けられており、この温度センサの検出結果に基づいて、ヒーター５３がＯＮ−ＯＦＦ制御されるようになっている。ファン５２およびヒーター５３が駆動されると、チャンバ−５１内で温風が循環しチャンバ−５１内の雰囲気が一定の温度に維持される。これにより、インクジェットヘッド１１およびこれに接続されているインクチューブ５４（実際には、色別で８本のインクチューブ５４）が加熱され、インクジェットヘッド１１およびインクチューブ５４に導入されたインクが所定の温度に加熱（加温）される。すなわち、インクジェットヘッド１１から吐出されるインクが温められ、その粘度が低下する。
【００２９】
また、図１および図３に示すように、インクジェットヘッド１１は、インクが導入されるケースヘッド４１と、ケースヘッド４１の先端に設けられ圧電素子（素子部：図示省略）を内蔵したポンプ部１６と、ポンプ部１６の先端に設けられたノズルプレート１２と、ケースヘッド４１の側面に取り付けられた駆動基板４２およびフレキシブルプリント基板４３と、を有している。また、ノズルプレート１２には、Ｘ軸方向に延び、１列が複数の吐出ノズル１３からなる色別の８列のノズル列１３ａ〜１３ｈが形成されている（図１参照）。各吐出ノズル１３は、ポンプ部１６のキャビティーに連通しており、キャビティーに面して設けられた圧電素子に、駆動基板４２およびフレキシブルプリント基板４３を介して、所定電圧の駆動波形が印加されることにより、圧電素子が変形し（ポンプ作用）各吐出ノズル１３からインクが吐出される。
【００３０】
一方、本実施形態のインクジェットヘッド１１では、圧電素子（ピエゾ素子）が駆動（駆動波形を印加）すると、圧電素子が発熱する。上述のように、加熱装置５０により、インクジェットヘッド１１（ノズルプレート１２）を均一に加熱しているが、圧電素子が発熱すると、放熱し易い両外側に位置するノズル列１３ａおよび１３ｈに対し、放熱し難い中央に位置するノズル列１３ｄおよび１３ｅの温度が高くなり、吐出するインクの粘度がノズル列１３ａ〜１３ｈの位置により異なるものとなる。すなわち、ノズル列１３ａ〜１３ｈがノズルプレート１２の外側に位置するか中央に位置するかで、インクの吐出量や吐出速度が異なるものとなってしまう。そこで、本実施形態では、圧電素子の発熱を加味した上で、ノズルプレート１２が均一な温度となるように、ノズルプレート１２に放熱部材１４を設けるようにしている。
【００３１】
図３に示すように、８列のノズル列１３ａ〜１３ｈを有するノズルプレート１２には、Ｘ軸方向両側辺に突設させた一対の部分放熱板１４ａ，１４ａから成る放熱部材１４が設けられている。一対の部分放熱板１４ａ，１４ａは、それぞれ三角形を為し、ノズルプレート１２と同一の材質で板状に一体形成（一体に成形）されている。
【００３２】
三角形の各部分放熱板１４ａは、Ｘ軸方向において、ノズルプレート１２の中央に頂点が位置するように設けられている。つまり、ノズルプレート１２と一対の部分放熱板１４ａ，１４ａとを合わせたＸ軸方向の長さは、ノズルプレート１２の中央から端部へ向かうに従って短くなっている。そのため、中央に形成されたノズル列１３ｄおよび１３ｅの放熱率は大きくなり、端部へ向かうに従って放熱率は小さくなっていく。このようにしてノズル列１３ａ〜１３ｈ毎に放熱面積を異ならせることにより、ノズルプレート１２全体では温度が均一になる。そして、三角形の各部分放熱板１４ａの高さは、圧電素子の発熱量に基づいて決定される。なお、この実施形態では、ノズルプレート１２と一対の部分放熱板１４ａ，１４ａとを一体形成したが、これらを別体とし、ノズルプレート１２に一対の部分放熱板１４ａ，１４ａを取り付ける構成としてもよい。また、図示省略したが、各部分放熱板１４ａに、これと相似的な形状のヒートシンク（放熱促進部材）を設け、放熱を促進するようにしてもよい。
【００３３】
図４は、ノズルプレート１２の平面図とノズルプレート１２におけるノズル列１３ａ〜１３ｈ単位のノズル表面温度を測定したグラフである。なお、各グラフにおいて、横軸はノズルプレート１２における各ノズル列１３ａ〜１３ｈの位置を示し、縦軸は温度（ｔ）を示している。各グラフ中の１３ａは、インクジェットヘッド１１に設けられたノズルプレート１２の一方の外端部に形成された１列目のノズル列（図３に示す左端のノズル列）に対応しており、１３ｈは、他方の外端部に形成された８列目のノズル列（図３に示す右端のノズル列）に対応している。
【００３４】
そして、図４（ａ）は、上記の加熱装置５０により加熱された放熱部材１４の無い従来のノズルプレート１２を、図４（ｂ）は、加熱装置５０により加熱された放熱部材１４のある本実施形態のノズルプレート１２を示している。また、図４（ａ）および図４（ｂ）は、インクジェットヘッド１１が駆動している描画時の状態である。
【００３５】
図４（ａ）に示すように、従来型のインクジェットヘッド１１では、ノズルプレート１２の中央は熱がこもり易い一方、その端部は放熱しやすいので、加熱装置５０による加熱量と圧電素子の発熱量とにより、中央に形成されたノズル列１３ｄおよび１３ｅの温度が最も高くなり（温度Ｔ４）、端部のノズル列１３ａおよび１３ｈへ向かって、ノズルプレート１２の温度は漸進的に低下する。ノズル列１３ａおよび１３ｈの温度が最低温度（温度Ｔ２）となり、最高温度と最低温度との温度差は、２〜３℃である。
【００３６】
図４（ｂ）に示すように、描画時の本実施形態のインクジェットヘッド１１では、ノズルプレート１２の表面温度は、端部側にあるノズル列１３ａおよび１３ｈで温度Ｔ２である。一方、中央に形成されたノズル列１３ｄおよび１３ｅの温度も温度Ｔ２である。このように、本発明では、Ｘ軸方向において各ノズル列１３ａ〜１３ｈの放熱率が異なるように部分放熱板１４ａ，１４ａを設けたので、一方の端部から他方の端部にわたって形成された複数のノズル列の温度を一定にすることができる。
【００３７】
次に、図５および図６を参照して、インクジェットヘッド１１の変形例について説明する。これらの変形例では、ノズルプレート１２廻りの構成のみ異なるため、この異なる部分についてのみ説明する。なお、以降の説明では、ノズルプレート１２と放熱部材１４とを合わせた概念（部材）として、「ノズルプレート部１８」という語を用いることとする。
【００３８】
図５は、ノズルプレート部１８（インクジェットヘッド１１）の変形例を示す図である。図５（ａ）は、第１の変形例を示すノズルプレート部１８の平面図である。ノズルプレート１２には、部分放熱板１４ａ，１４ａの代わりに、例えばアルミニウム製のヒートシンク１４ｂ，１４ｂがそれぞれ設けられている。各ヒートシンク１４ｂは、矩形且つ薄手の小片で形成され、熱伝導率の高い接着剤等により、Ｘ軸方向に沿って吐出ノズル１３から外れたノズルプレート１２の端部に固定されている。このような構成では、放熱部材１４がノズルプレート１２から突出しないので、それらを設けるのに必要なスペースを節約できる。また、ヒートシンク１４ｂ，１４ｂにより、より効率的に放熱することができる。なお、ペースト状のヒートシンクをノズルプレート１２に設けるようにしてもよい。
【００３９】
図５（ｂ）は、第２の変形例を示すノズルプレート部１８の平面図である。このノズルプレート部１８は、第１実施形態と同様に、ノズルプレート１２と放熱部材１４が一体に形成されたものであり、放熱部材１４を構成する一対の部分放熱板１４ｃ，１４ｃは、それぞれ階段状の山形形状となるようにノズルプレート１２に突設されている。この場合も、ノズルプレート１２の中央付近に形成されたノズル列に対しては放熱率が最大となり、端部へ向かって段階的に放熱率が小さくなっている。山形形状とすることにより、Ｙ軸方向のみならずＸ軸方向においても、放熱率が一定となる。
【００４０】
図５（ｃ）は、第３の変形例を示すノズルプレート部１８の平面図である。このノズルプレート部１８は、第１実施形態と略同じ形態を有しており、ノズルプレート１２と部分放熱板１４ｄ，１４ｄとの接合部や、各部分放熱板１４ｄの頂部がＲ形状に形成されている。この場合も、第１実施形態と略同じ作用・効果を奏する。
【００４１】
図６（ａ）は、第４の変形例を示すノズルプレート部１８の平面図であり、図６（ｂ）および図６（ｃ）はその側面図である。このノズルプレート部１８では、部分放熱板１４ｅ，１４ｅが、ノズルプレート１２に対し反り返り且つ蛇腹状に折り曲げて形成されている。すなわち、部分放熱板１４ｅ，１４ｅを展開した状態が、第１実施形態と同一の形態となる。部分放熱板１４ｅ，１４ｅを蛇腹形状とすることにより、放熱性能を損なうことなく、それらを設けるためのスペースを節約することができる。
なお、上記のように蛇腹形状とする代わりに、図６（ｃ）に示すように、両部分放熱板１４ｆ，１４ｆを、ノズルプレート１２対し反り返るように単純に折り曲げて形成してもよい。この場合も、部分放熱板１４ｆ，１４ｆを展開した状態が、第１実施形態と同一の形態となる。
【００４２】
以上のように、本実施形態によれば、ノズルプレート１２に形成された各ノズル列によって放熱率が異なる放熱部材１４を設けるようにしているため、圧電素子が発熱してノズルプレート１２の表面温度にばらつきがでても、Ｘ軸方向においてノズルプレート１２の温度を均一化できる。それにより、各吐出ノズル１３から吐出されるインクの温度および粘度を均一化できる。
なお、本実施形態では、８列のノズル列が形成されたノズルプレート１２を有するインクジェットヘッド１１について説明したが、本発明は３つ以上のノズル列を有するインクジェットヘッドに適用可能なものである。
【符号の説明】
【００４３】
１…インクジェット記録装置  １１…インクジェットヘッド  １２…ノズルプレート  １３…ノズル  １３ａ〜１３ｈ…ノズル列  １４ａ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆ…部分放熱板  １４ｂ…ヒートシンク  １８…ノズルプレート部    ５１…チャンバー  ５２…ファン  ５３…ヒーター
【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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