(57)【要約】      （修正有）【課題】コスト、消費電力を抑え、高粘度なインクを安定して吐出することができる液体噴射ヘッドおよび液体噴射記録装置を提供する。【解決手段】被記録媒体に液体を吐出するノズルと、前記ノズルに連通し、前記液体に圧力を付与するヘッドチップと、前記ヘッドチップに前記液体を供給するために、当該圧力室に連通する液体流路部材３００と、を備えた液体噴射ヘッドにおいて、液体流路部材３００に形成されるフィルタ９０に電流を流すことで、液体流路部材３００の内部の前記液体を加熱するようにした。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被記録媒体に液体を吐出するノズルと、前記ノズルに連通し、前記液体に圧力を付与するヘッドチップと、前記ヘッドチップに前記液体を供給するために、前記ヘッドチップに連通する液体流路部材と、を備えた液体噴射ヘッドにおいて、
前記液体流路部材に形成されるフィルタに電流を流すことで、前記液体流路部材の内部の前記液体を加熱することを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
前記フィルタは、当該フィルタの一部が前記液体流路部材の外部に露出している露出部を有することを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項３】
前記露出部は、前記フィルタに電流を供給するための外部電極として電流供給装置に、変流器を介し接続されていることを特徴とする請求項２に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項４】
被記録媒体に液体を吐出するノズルと、前記ノズルに連通し、前記液体に圧力を付与するヘッドチップと、前記ヘッドチップに前記液体を供給するために、前記ヘッドチップに連通し、前記液体の圧力変動を緩衝する圧力緩衝室と、を備えた液体噴射ヘッドにおいて、
前記圧力緩衝室の内部にあるダンパプレートに電流を流すことで、前記圧力緩衝室の内部の前記液体を加熱することを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項５】
前記圧力緩衝室のケース開口部に貼り付けられている可撓性フィルムを有するとともに、前記ダンパプレートが前記圧力緩衝室の底部と前記可撓性フィルムとの間に形成されることを特徴とする請求項４に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項６】
被記録媒体に液体を吐出するノズルと、前記ノズルに連通し、前記液体に圧力を付与するヘッドチップと、前記ヘッドチップに前記液体を供給するために、前記ヘッドチップに連通し、前記液体の圧力変動を緩衝する圧力緩衝室と、前記ヘッドチップの端面に接着されるノズルプレートを保護するためのノズルガードと、を備えた液体噴射ヘッドにおいて、
前記ノズルガードに電流を流すことで、前記ヘッドチップの内部の前記液体を加熱することを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッドと、
前記液体噴射ヘッドを往復移動させる移動機構と、
前記液体噴射ヘッドに液体を供給する液体供給管と、
前記液体供給管に前記液体を供給する液体タンクと、を備える液体噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズルから液体を吐出して被記録媒体に画像や文字、あるいは薄膜材料を形成する液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、被記録媒体に液体を噴射する装置として複数のノズルから被記録媒体に向かって液滴を噴射する液体噴射記録装置が利用されている。この方式は、液体や液体材料を液体タンクから供給管を介して液体噴射ヘッドに供給し、液体噴射ヘッドに形成した微小空間にこの液体を充填し、駆動信号に応じて微小空間の容積を瞬間的に縮小し溝に連通するノズルから液滴を吐出させるように構成されている。
【０００３】
従来から、液体噴射記録装置においては、液体の温度が変化して液体の粘度が変化すると、それによって、吐出する液体の速度、周波数特性及び噴出液体量などが変化して良好な記録が得られない場合がある。そのため液体噴射ヘッド１２１ａにヒータを取り付け、液体の温度を一定に保つような構成をとっている。図１０の従来例では、駆動基板２００ａ、液体流路部材３００ａや圧力緩衝機構５０ａ等が取り付けられている本体アルミベース４００ａの裏側に図１１に示すような液体を温めるためのヒータ２０１ａが取り付けられている。ヒータ２０１ａはある程度の大きさを要するため、アルミベース４００ａの裏側にあり、アルミベース４００ａと液体流路部材３００ａを温めることで液体を温めている。ヒータ２０１ａで暖められた液体の温度は、不図示のヘッドチップに取り付けたサーミスタ１２０ａを用いて、検知している。
【０００４】
また、図１２は、従来技術における液体噴射ヘッドの構成の一例を示すものである（特許文献１）。図１２に示す構成は、ノズル数の増加による液体流量の大容量化や高粘度の液体の使用による、異物をトラップするフィルタ面積の損失を課題として、フィルタに加熱部を設けることでフィルタ通過時の液体の粘度による圧力損失を低減し大容量や高粘度の液体を使用することができるというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２３８４３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、先行技術では新たに加熱部を設けるため、手間とコストがかかってしまう。つまり、フィルタの加熱部とフィルタの液体通過部が離れているので液体を加温する効率が悪いことや、フィルタ自体に熱伝導率の高いものを使用しなくてはならないなどの部材制限がでてしまうという課題があった。
【０００７】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、液体を効率的に温める事ができ、それにより高粘度な液体を安定して吐出することができる液体噴射ヘッドおよび液体噴射記録装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、本発明による液体噴射ヘッドは、液体流路部材に形成されるフィルタがステンレスなどの導電性部材によって構成され、当該フィルタに電流を流すことで、前記液体流路部材の内部の前記液体を加熱する点を特徴としている。
この態様を採用することによって、液体を直接温めることができるとともに、金属部分に直接電流を流すため、電気エネルギーのロスがない。熱量が電力量と等しいため、流す電流値を管理するだけで容易に熱量の管理も行うことができる。熱量が管理できることにより、温度管理が簡単で、温度コントロールが正確にできる。また、熱伝導率を気にしなくて良いため、材料選びの幅が広がる。
【０００９】
さらに、本発明による液体噴射ヘッドは、フィルタの一部が液体流路部材の外部に露出している露出部を有するという構成を備えている。
この態様を採用することにより、組み立て工程を簡略化することができる。
【００１０】
さらに、前記の露出部は、前記フィルタに電流を供給するための外部電極として電流供給装置に、  変流器を介し接続されている構成を備えている。
この態様を採用することによって、小電圧で大電流を前記フィルタに流すことができる。
【００１１】
また、上記の課題を解決するため、本発明による液体噴射ヘッドは、圧力緩衝室に形成されるダンパプレートはステンレスのような導電性部材によって構成され、当該ダンパプレートに電流を流すことで、前記圧力緩衝室の内部の前記液体を加熱する点を特徴としている。
この態様を採用することによって、前記圧力緩衝室は、液体噴射ヘッドの駆動基板の近傍に形成されているため、電流供給装置への接続が容易である。液体を直接温めることができるとともに、金属部分に直接電流を流すため、電気エネルギーのロスがない。熱量が電力量と等しいため、流す電流値を管理するだけで容易に熱量の管理も行うことができる。熱量が管理できることにより、温度管理が簡単で、温度コントロールが正確にできる。また、熱伝導率を気にしなくて良いため、材料選びの幅が広がる。
【００１２】
さらに、本発明による液体噴射ヘッドは、前記圧力緩衝室に接続される可撓性フィルムを有するとともに、前記ダンパプレートが前記圧力緩衝室と前記可撓性フィルムとの間に形成される点を特徴としている。
この態様を採用することによって、前記ダンパプレートは広い面積を持つため、多くの液体に触れることができる。そのため多量の液体をより効率的に加温することができる。
【００１３】
また、上記の課題を解決するため、本発明による液体噴射ヘッドは、ヘッドチップの端面に接着されるノズルプレートを保護するためのノズルガードを備え、ノズルガードに電流を流すことで、ヘッドチップの内部の液体を加熱することを特徴としている。
この態様を採用することによって、吐出直前の液体を加温することができるため、より理想温度で  の吐出が可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の液体噴射ヘッドは、被記録媒体に液体を吐出するノズルと、ノズルに連通し液体に圧力を付与するヘッドチップと、ヘッドチップに液体を供給するためにヘッドチップに連通する液体流路部材と、ヘッドチップに連通し液体の圧力変動を緩衝する圧力緩衝室と、ヘッドチップの端面に接着されるノズルプレートを保護するためのノズルガードと、を備え、液体流路部材に形成されるフィルタ、圧力緩衝室の内部にあるダンパプレートおよびノズルガードのいずれかの構成に電流を流す。これにより、液体流路部材の内部、圧力緩衝室の内部およびヘッドチップの内部のいずれかの液体をそれぞれ加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る液体噴射ヘッドを模式的に示す正面図である。
【図２】本発明の液体噴射ヘッドの要部を示す側面からの模式的な断面図である。
【図３】本発明の液体流路部材を示す正面からの模式的な断面図である。
【図４】本発明の圧力緩衝機構を示す模式的な構成図である。
【図５】本発明の圧力緩衝機構の要部を示す側面からの模式的な断面図である。
【図６】本発明の実施形態１に係るインク加熱機構の模式図である。
【図７】本発明の実施形態２に係るインク加熱機構の模式図である。
【図８】本発明の実施形態３に係るインク加熱機構の模式図である。
【図９】本発明の実施形態４に係る液体噴射装置の模式的な斜視図である。
【図１０】従来の実施形態に係る液体噴射ヘッドを模式的に示す正面図である。
【図１１】従来の実施形態に係る液体噴射ヘッドを模式的に示す背面図である。
【図１２】従来の加熱機構を備えるフィルタユニットをもつ液体噴射ヘッドの断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態に関わる液体噴射ヘッドおよび液体噴射記録装置について、図面を参照して説明する。なお、従来技術を示す図１０及び図１１で使用した構成と同様の構成については、同じ符号を付して説明する。
【００１７】
図１は、液体噴射ヘッド１２１の正面図である。図２は、図１で示した液体噴射ヘッド１２１の要部を示す部分ＡＡ’の断面図であり、図３は、図２で示した液体噴射ヘッド１２１の要部を示す部分ＢＢ’の断面図である。また、図４は、圧力緩衝機構５０の内部を示す図である。図５は、図４で示した圧力緩衝機構５０の要部を示す部分ＣＣ’の断面図である。
【００１８】
図１及び図２に示すように、液体噴射ヘッド１２１はヘッドチップ６０と、ヘッドチップ６０の液体供給口と連通するように設けられる液体流路部材３００と、ヘッドチップ６０を駆動するための駆動回路等が搭載された配線基板２００と、ヘッドチップ６０内の圧力変化を緩衝する圧力緩衝機構５０を有し、これらの各部材はそれぞれベースプレート４００に固定されている。また、液体の温度を計測するためのサーミスタ１２０がヘッドチップ６０に備えられている。
【００１９】
また、ヘッドチップ６０は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等の圧電体からなるアクチュエータ基板と、アクチュエータ基板の一表面に接着されたカバープレート基板と、アクチュエータ基板およびカバープレート基板の端面に接着されたノズルプレート７０とを備えている。また、そのノズルプレート７０を保護するため、ノズルプレート７０の外表面にノズルガード１００が備えられている。このノズルガード１００は、ノズルプレート７０の外表面に塗布された図示しない撥水膜が、被記録媒体などとの接触によって破壊されることを防止するために構成されている。
【００２０】
図３に示すように、液体流路部材３００内には液体溜まり８０が形成され、液体溜まり８０の上流にはフィルタ９０が設置されている。つまり、液体流路部材３００内において、フィルタ９０の上流に上流液体溜まり８０ａが形成され、フィルタ９０の下流に下流液体溜まり８０ｂが形成されている。フィルタ９０はメッシュの最小開口面積の一辺が５〜１５マイクロメートル程度のフィルタであり、ヘッドチップ６０にゴミ等が進入するのを防ぐように構成されている。フィルタ９０は、耐久性やコスト、製造工程における量産性などから金属フィルタを用いることが多い。
【００２１】
図４、図５に示すように、圧力緩衝機構５０は、圧力緩衝機構５０本体の一方面に設けられて液体貯留部１４０を封止する弾性部材からなるフィルム体１１３と、液体貯留部１４０内に保持されてフィルム体１１３が液体貯蔵留部の底部に当接するのを防止するダンパプレート１１２と、そのダンパプレート１１２の変動を緩衝するためのスプリング１１１と、液体を導入する導入口１２３を有する。
【００２２】
液体噴射ヘッド１２１内を通る液体は、導入口１２３から液体貯留部１４０へ供給され、排出口１２４から排出される。排出口１２４から排出された液体は、流路流入口３１０を通過して液体流路部材３００内へ入る。液体流路部材３００内の液体溜まり８０に入った液体はその後、フィルタ９０を通過する。液体流路部材３００内にある液体は液体流路部材３００が連通するヘッドチップ６０へ流れる。そして、液体は、ヘッドチップ６０の駆動により、ノズルプレート７０を通り外へ噴射される。
以下に、上記のような液体噴射ヘッドを例に本発明の構造を説明する。
【００２３】
（第一実施形態）
図６のように、液体流路部材３００に設置されているフィルタ９０の両端の露出部１１４ａ、１１４ｂの周りを液体が漏れないように封止剤で封止した。電線１１５ａ，１１５ｂの一方をそれぞれ露出部１１４ａ、１１４ｂに接続し、電線１１５ａ，１１５ｂの他方をそれぞれ変流器１１９の２次側に接続した。図１に示す配線基板２００に接続された駆動回路を変流器１１９の１次側に接続し、電流を供給することにより、フィルタ９０に直流の電流を流すこととした。
【００２４】
またこの時、変流器１１９は１次側の巻数が２次側の巻数より多くなることとすることにより、小電圧で大電流を流せるようにした。フィルタ９０には抵抗率の高い材料を使用するか、表面を抵抗率の高い物質でコーティングすることにより、多くのジュール熱を発生することができ、より早く液体を加温することができる。フィルタ９０の表面を抵抗率の高い物質でコーティングする場合は、フィルタ９０の材質は、ステンレスのような導電性部材によって構成することも可能である。なお、抵抗率の高い材料とは、アルミニウムなどがある。また、導電率の高い液体を使用する場合は、フィルタの表面を電気絶縁性が高い材料でコーティングすることにより、液体に電気を流さなくすることが可能である。なお、電気絶縁性が高い材料とはアルミナ（酸化アルミニウム）などがある。
【００２５】
電流がフィルタ９０に流れることにより、フィルタ９０からジュール熱が発生する。その熱により、液体流路部材３００内を通る液体が加温される。また、この液体の温度はヘッドチップ６０のアクチュエータ基板に取り付けられたサーミスタ１２０により温度検出される。随時温度を検出し、その温度により変流器１１９の１次側に流れる電流を制御することによって液体温度を最適な温度に保ち、良好な液体粘度が実現できる。
【００２６】
なお、本実施形態は、液体流路部材３００の中間位置にフィルタ９０を設けているため、効果的に液体を加熱することができる。つまり、フィルタ９０の上流および下流に上流液体溜まり８０ａと下流液体溜まり８０ｂを設けたことによって、流路流入口３１０の開口面積に比べて、広範囲で液体を加熱することができる。
【００２７】
（第二実施形態）
第一実施形態のフィルタ９０によって液体を加熱する構成に代えて、第二の実施形態として、ダンパプレート１１２によって液体を加熱する構成を説明する。本実施形態においては、図７のように、圧力緩衝機構５０に設置されているダンパプレート１１２に電極１１６ａ、１１６ｂを取り付け、液体が漏れないように封止剤で封止した。電線１１７ａ、１１７ｂの一方をそれぞれ電極１１６ａ、１１６ｂに接続し、電線１１７ａ、１１７ｂの他方をそれぞれ変流器１１９の２次側に接続した。図１に示す配線基板２００に接続された駆動回路を変流器１１９の１次側に接続し、電流を供給することにより、ダンパプレート１１２に直流の電流を流すこととした。
【００２８】
またこの時、変流器１１９は１次側の巻数が２次側の巻数より多くなることにより、小電圧で大電流を流せるようにした。ダンパプレート１１２には抵抗率の高い材料を使用するか、表面を抵抗率の高い物質でコーティングすることにより、多くのジュール熱を発生することができ、より早く液体を加温することができる。本実施形態における発熱材料については、前述した第一実施形態における材料と同様の材料を選定することができる。また、導電率の高い液体を使用する場合は、フィルタの表面を電気絶縁性が高い材料でコーティングすることにより、液体に電気を流さなくすることが可能である。なお、電気絶縁性が高い材料とはアルミナ（酸化アルミニウム）などがある。
【００２９】
電流がダンパプレート１１２に流れることにより、ダンパプレート１１２からジュール熱が発生する。その熱により、圧力緩衝機構５０ａ内を通る液体が加温される。また、この液体の温度はヘッドチップ６０のアクチュエータ基板に取り付けられたサーミスタにより温度検出さる。随時温度を検出し、その温度により変流器１１９の１次側に流れる電流を制御することによって液体温度を最適な温度に保ち、良好な液体粘度が実現できる。
【００３０】
（第三実施形態）
第一実施形態のフィルタ９０によって液体を加熱する構成に代えて、第三の実施形態として、ノズルガード１００によって液体を加熱する構成を説明する。図８は液体噴射ヘッドのノズルガード１００に変流器１１９を接続した図である。図８のように、ノズルプレート７０を保護するために備えられているノズルガード１００に、電極１１８ａ、１１８ｂのような凸部を生成した。電極１１８ａ、１１８ｂに電線２０１ａ、２０１ｂの一方をそれぞれ接続し、電線２０１ａ、２０１ｂの他方をそれぞれ変流器１１９の２次側に接続した。図１に示す配線基板２００に接続された駆動回路を変流器１１９の１次側に接続し、電流を供給することにより、ノズルガード１００に直流の電流を流すこととした。
【００３１】
またこの時、変流器１１９は１次側の巻数が２次側の巻数より多くなることにより、小電圧で大電流を流せるようにした。ノズルガード１００には抵抗率の高い材料を使用するか、表面を抵抗率の高い物質でコーティングすることにより、多くのジュール熱を発生することができ、より早く液体を加温することができる。本実施形態における発熱材料については、前述した第一実施形態における材料と同様の材料を選定することができる。また、導電率の高い液体を使用する場合は、フィルタの表面を電気絶縁性が高い材料でコーティングすることにより、液体に電気を流さなくすることが可能である。なお、電気絶縁性が高い材料とはアルミナ（酸化アルミニウム）などがある。
【００３２】
電流がノズルガード１００に流れることにより、ノズルガード１００からジュール熱が発生する。その熱により、アクチュエータ基板の中にある、吐出直前の液体が加温される。
また、この液体の温度はヘッドチップ６０のアクチュエータ基板に取り付けられたサーミスタにより温度検出される。随時温度を検出し、その温度により変流器１１９の１次側に流れる電流を制御することによって液体温度を最適な温度に保ち、良好な液体粘度が実現できる。
【００３３】
（第四実施形態）
図９は、本発明の第四実施形態に係る液体噴射装置３０の模式的な斜視図である。液体噴射装置３０は、上記本発明に係る液体噴射ヘッド１２１、１２１’を往復移動させる移動機構４３と、液体噴射ヘッド１２１、１２１’に液体を供給する液体供給管３３、３３’と、液体供給管３３、３３’に液体を供給する液体タンク３１、３１’を備えている。各液体噴射ヘッド１２１、１２１’は本発明に係る液体噴射ヘッド１２１、１２１’から構成される。即ち、基板表面に並列する複数の溝と、隣接する溝を離隔する隔壁を有するアクチュエータ基板と、溝を覆い、アクチュエータ基板の基板表面に接合するカバープレートと、溝に連通するノズルを有し、アクチュエータ基板の端面に接合するノズルプレートと、を備えている。
【００３４】
具体的に説明する。液体噴射装置３０は、紙等の被記録媒体３４を主走査方向に搬送する一対の搬送手段４１、４２と、被記録媒体３４に液体を吐出する液体噴射ヘッド１２１、１２１’と、液体タンク３１、３１’に貯留した液体を液体供給管３３、３３’に押圧して供給するポンプ３２、３２’と、液体噴射ヘッド１２１を主走査方向と直交する副走査方向に走査する移動機構４３等を備えている。液体噴射ヘッド１２１、１２１’は図示しない駆動部から供給される駆動信号により駆動される。
【００３５】
一対の搬送手段４１、４２は副走査方向に延び、ローラ面を接触しながら回転するグリッドローラとピンチローラを備えている。図示しないモータによりグリッドローラとピンチローラを軸周りに移転させてローラ間に挟み込んだ被記録媒体３４を主走査方向に搬送する。移動機構４３は、副走査方向に延びた一対のガイドレール３６、３７と、一対のガイドレール３６、３７に沿って摺動可能なキャリッジユニット３８と、キャリッジユニット３８を連結し副走査方向に移動させる無端ベルト３９と、この無端ベルト３９を図示しないプーリを介して周回させるモータ４０を備えている。
【００３６】
キャリッジユニット３８は、複数の液体噴射ヘッド１２１、１２１’を載置し、例えばイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４種類の液滴を吐出する。液体タンク３１、３１’は対応する色の液体を貯留し、ポンプ３２、３２’、液体供給管３３、３３’を介して液体噴射ヘッド１２１、１２１’に供給する。各液体噴射ヘッド１２１、１２１’は駆動信号に応じて各色の液滴を吐出する。液体噴射ヘッド１２１、１２１’から液体を吐出させるタイミング、キャリッジユニット３８を駆動するモータ４０の回転及び被記録媒体３４の搬送速度を制御することにより、被記録媒体３４上に任意のパターンを記録することできる。
【００３７】
上記の一〜四の実施形態によれば、液体を直接加温することにより、無駄な電力消費がなくなり、大量な液体に対しても早急な温度変化が可能であり、微小な温度調節が可能となることにより、安定的に吐出可能な粘度の液体を供給することができる。また、外部にヒータ機構を取り付けない分、液体噴射ヘッドの軽量化も期待できる。
【符号の説明】
【００３８】
１２１  ・・・液体噴射ヘッド
２００  ・・・配線基板
２０１  ・・・ヒータ
３００  ・・・液体流路部材
４００  ・・・アルミベース
５０    ・・・圧力緩衝機構
９０    ・・・フィルタ
１００  ・・・ノズルガード
１１２  ・・・ダンパプレート
１１９  ・・・変流器
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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