(57)【要約】【課題】高い粘度を有する液体を噴射させる場合、液体の噴射が円滑に行われない場合がある。このような場合、液体を昇温して、液体の粘性を落として噴射させることが有効となる。この場合に、キャリッジ全体を暖める場合、キャリッジの熱容量が大きいため、液体噴射動作を行えるようになるための待機時間が長く必要となる。また、昇温に要するエネルギーが大きくなり、結果として消費電力の増大を招くという課題がある。【解決手段】液体を蓄える供給流路と、供給流路と連通し、液体が流入する圧力室と、圧力室内に配置され、液体の噴射を行うノズルと、を備え、供給流路と、圧力室と、前記ノズルの少なくとも一つの構成に加熱器を隣接して配置する。必要最小限の領域のみを加熱することで、熱容量を小さく抑えることが可能となり、短い応答時間で液体の温度を制御することが可能となり、液体の温度制御を高精度に行うことができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を蓄える供給流路と、前記供給流路と連通し、前記液体が流入する圧力室と、前記圧力室内に配置され前記液体の噴射を行うノズルと、を備え、
前記供給流路と、前記圧力室と、前記ノズルの少なくとも一つの構成に加熱器が隣接して配置されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載の液体噴射ヘッドであって、
前記加熱器を挟む両脇に、前記供給流路と、前記圧力室と、前記ノズルとのうち、少なくともいずれか一対の構成を有することを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項３】
請求項１または２に記載の液体噴射ヘッドであって、
前記供給流路と、前記圧力室と、前記ノズルの少なくとも一つの構成に温度検出器を備えることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッドを含むことを特徴とする液体噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば機能液やインクなどといった液体を、紙やガラス基板などの対象物に噴射し、所定の図柄や画像を形成する液体噴射装置が存在する。このような装置では、例えば液体としてのインクが流れる流路の途中に圧力室を設け、圧力室のインクに圧電素子の電歪性を利用して圧力を加えることによって、流路の最後端に位置するノズルからインク滴を噴射する液体噴射ヘッドが用いられている。
【０００３】
ここで、粘性の高い液体を用いる場合、液体の噴射が円滑に行われない場合がある。このような場合、液体を昇温して、液体の粘性を落として噴射させることが有効となる。
【０００４】
例えば、特許文献１に示すように、液体噴射ヘッドを含むキャリッジ全体をヒータで暖め、断熱材を用いてヒータから加えられた熱の放散を抑える構成が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１４４２７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
キャリッジ全体を暖める場合、キャリッジの熱容量が大きいため、液体噴射動作を行えるようになるための待機時間が長く必要となる。また、昇温に要するエネルギーが大きくなり、結果として消費電力の増大を招くという課題がある。
【０００７】
また、熱容量の大きな装置を昇温させるため、温度変化に対する応答性が低く、例えば液体噴射量を変動させた場合、液体の温度が不安定になり液体の粘度が変動し、液体の噴射量が不安定になるという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上述の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。
【０００９】
［適用例１］本適用例にかかる液体噴射ヘッドにおいて、液体を蓄える供給流路と、前記供給流路と連通し、前記液体が流入する圧力室と、前記圧力室内に配置され前記液体の噴射を行うノズルと、を備え、前記供給流路と、前記圧力室と、前記ノズルの少なくとも一つの構成に加熱器が隣接して配置されていることを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、加熱される領域は従来技術と比べ小さくなる。そのため、熱容量を小さく抑えることが可能となり、短い応答時間で液体の温度を制御することが可能となり、液体の温度制御を高精度に行うことができる。
【００１１】
［適用例２］上記液体噴射ヘッドであって、前記加熱器を挟む両脇に、前記供給流路と、前記圧力室と、前記ノズルとのうち、少なくともいずれか一対の構成を有することを特徴とする。
【００１２】
上記した適用例によれば、加熱器を挟む位置に供給流路と、圧力室、ノズルの少なくとも一対の構成を有している。そのため、加熱器から供給される熱量の放散を抑えることが可能となり、液体の加熱に用いるエネルギーを低減させることが可能となる。
【００１３】
［適用例３］上記液体噴射ヘッドであって、前記供給流路と、前記圧力室と、前記ノズルの少なくとも一つの構成に温度検出器を備えることを特徴とする。
【００１４】
上記した適用例によれば、より精密に温度制御を行うことができる。温度検出器からの信号が一定値を示すよう加熱器に印加する電力を制御することで、液体の温度を精密に保つことが可能となる。
【００１５】
［適用例４］本適用例にかかる液体噴射装置は、上記記載の液体噴射ヘッドを含むことを特徴とする。
【００１６】
これによれば、液体の温度が精密に制御されることで液体の粘度を精密に制御することができるため、従来技術で構成される液体噴射ヘッドを搭載した液体噴射装置と比べ、高い描画品質を有する液体噴射装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（第１の実施形態：加熱器の両面に独立した液体噴射ヘッドを具備した液体噴射装置）
以下、本実施形態を具体化した第１の実施形態について説明する。図１は本実施形態の液体噴射ヘッドを具備した液体噴射装置の一例について、その概略構造を示したものである。また、図中吹き出し部は、後述するキャリッジ２０を白抜き矢印の方向から見たときの模式図である。なお、説明の便宜上、キャリッジ２０を基準として、この白抜き矢印の方向を正面方向とし、横方向をそれぞれ左右側面方向と呼ぶこととする。また、印刷用紙２５の方向を下方向、その反対方向を上方向として以降説明する。
【００１８】
このインクジェットプリンタ１０は、液体としてのＹ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（ブラック）の各色インクがそれぞれ収納されたインクカートリッジ１１，１２，１３，１４がキャリッジ２０に装着される。そして、各色インクに対応したそれぞれ４つの液体噴射ヘッド１１０，１２０，１３０，１４０がキャリッジ２０の下方向に設けられ、これらの液体噴射ヘッドからインク滴を噴射して、印刷用紙２５に所定の画像などを印刷するものである。
【００１９】
キャリッジ２０は、キャリッジベルト４１に固定され、キャリッジベルト４１がキャリッジモータ４０によって駆動されるのに伴って、フレーム１７に固定されたガイド２１に沿って図面左右方向（主走査方向）に移動する。このとき、各色インクを噴射するため液体噴射ヘッド１１０，１２０，１３０，１４０に、主走査方向に対して直交する方向に直線状に穿設された複数のノズルからなるノズル列から、印刷画像に相応した所定量のインク滴が噴射される。また印刷用紙２５は、プラテン２８によって裏面から支持されつつ、フレーム１７に固定された駆動モータ２６により駆動される図示しない紙送りローラーなどによって、図面上下方向に所定量ずつ移動する。こうして、印刷画像に相応した所定量のインク滴が、印刷用紙２５全体に噴射されることによって画像が形成される。
【００２０】
この液体噴射ヘッド１１０，１２０，１３０，１４０について図２〜図４を用いて詳しく説明する。なお、液体噴射ヘッド１１０，１２０，１３０，１４０は総て同じ構造を有していることから、代表して、液体噴射ヘッド１１０について以降説明する。
【００２１】
図２は、液体噴射ヘッド１１０の概略構成を示した模式図で、（ａ）は、上方向から見た状態を、（ｂ）は右側面方向から見た状態を、（ｃ）は下方向から見た状態を、それぞれ示している。本実施形態の液体噴射ヘッドについて、インクの流路に沿ってその構成を説明する。
【００２２】
まず、図２（ａ）に示したように、開口部となるインク流入口１１１ａが設けられた供給流路形成部材１１１に、図示しないインクカートリッジから供給されたインクが流入する。そして、供給流路形成部材１１１に流入したインクは、内部に形成された供給流路（以降、「リザーバ」と称す）１１１ｂ，１１１ｃを通って、図中二点鎖線の矢印で示したように、連通孔１１３ａと連通孔１１３ｂへ流れる。
【００２３】
リザーバ１１１ｂ，１１１ｃは、図２（ｂ）に示すように、供給流路形成部材１１１と薄膜材１１２と連通板１１３とによって囲まれて形成され、連通孔１１３ａ，１１３ｂは連通板１１３に貫通開口されている。連通孔１１３ａに流入したインクは、図２（ｂ）に示すように、圧力室形成部材１１４に形成された圧力室１１４ａ，１１４ｂ（１１４ａと対向する側に配置されている）に流入する。そして、圧力室１１４ａ，１１４ｂに流入したインクは、圧電素子１１７の変形駆動によって変位する振動板１１６によって加圧され、ノズルプレート１１５に形成されたノズル１１５ａからインク滴として噴射する。なお、図２（ｂ）では省略しているが、連通孔１１３ｂに流入したインクも、図中裏面側となる左側面において圧力室形成部材１１４に形成された圧力室にて同様に加圧され、図２（ｃ）に示したようにノズルプレート１１５に形成されたノズル１１５ｂから、同じくインク滴として噴射する。
【００２４】
供給流路形成部材１１１、連通板１１３、圧力室形成部材１１４、ノズルプレート１１５は、それぞれ金属板（本実施形態ではステンレス鋼板）からなり、接着剤や溶着などによって互いに積層固着されて形成されている。薄膜材１１２は、インク滴の噴射動作などによってリザーバ１１１ｂ，１１１ｃに生ずるインクの振動バランスをとるために、可撓性を有する樹脂製の薄板（本実施形態ではＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂））からなり、供給流路形成部材１１１の上面に、接着または溶着によって固定されている。
【００２５】
また、振動板１１６はセラミック板（本実施形態ではジルコニア板）からなり、図２（ｂ）に示したように、連通板１１３、圧力室形成部材１１４、ノズルプレート１１５のそれぞれ左右の側壁面に接着固定されている。そして、同じく図２（ｂ）に示したように、振動板１１６の表面には、圧力室１１４ａ，１１４ｂのインクを加圧するための圧電素子１１７が貼り付けられている。圧電素子１１７は、圧力室１１４ａ，１１４ｂの幅（図面左右方向）よりも狭い幅で、圧力室１１４ａ，１１４ｂの長手方向（図面上下方向）に長い形状を有するＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）などの電歪特性を有する圧電材料の薄板からなり、電圧を印加すると幅方向において湾曲するように構成されている。そして、図示しない電極が圧電素子１１７に接続形成され、所定の駆動信号が同じく図示しない結線部材を介して電極に印加されることによって圧電素子１１７が湾曲し、もって振動板１１６を変形させて圧力室１１４ａ，１１４ｂのインクを加圧するように形成されている。
【００２６】
本実施形態の液体噴射ヘッド１１０（図１参照）は、このようにインクの流路が構成される。その結果、図２（ｃ）に示した如く、ほぼ直線状に所定のピッチ間隔で並んだノズル１１５ａとノズル１１５ｂの２つのノズル列が形成される。
【００２７】
加熱器１５０は、半ピッチずらしたノズル１１５ａ，１１５ｂとの間及び、リザーバ１１１ｂ，１１１ｃとの間及び、圧力室１１４ａ，１１４ｂとの間に挿入され、ノズル１１５ａ，１１５ｂと圧力室１１４ａ，１１４ｂ、リザーバ１１１ｂ，１１１ｃを暖める機能を有している。加熱器１５０は、その両面からの熱を液体噴射ヘッド１１０（図１参照）に与えるため、高い熱効率をもってインクを加熱することができる。加熱器１５０は、例えばステンレス薄膜（抵抗体）をマイカ板（絶縁体）で挟んだ薄型ヒータを用いることが可能で、この場合数１０μｍ程度の厚さでヒータを形成することができる。そのため、加熱器１５０の挿入による液体噴射ヘッド１１０を小型に保った状態で加熱を行うことができる。
【００２８】
また、加熱する領域は液体噴射ヘッド１１０のみであるため、従来のキャリッジ２０（図１参照）全体を暖める方法と比べ、短い時間で昇温することが可能となる。また、インク通過量が変動した場合では、例えば圧力室１１４ａ，１１４ｂの温度が局所的に変動する。この影響を受けて、インクの噴射量が変調され、画質の低下を招いてしまうが、液体噴射ヘッド１１０の温度を局所的に制御する場合、インク通過量の変動に追随して加熱器１５０を制御して液体噴射ヘッド１１０の温度を一定に保つことが可能となるため、画質の低下を抑制することが可能となる。
【００２９】
また、加熱器１５０の近傍に温度検出器１５１を配置しても良い。温度検出器１５１は、例えば半導体センサなどを用いることが好適である。そして、温度検出器１５１からの出力を一定に保つようフィードバック制御を行うことで、一定の温度に保つことができるため好適である。また、温度検出器１５１の設置に代えて、加熱器１５０の電気抵抗変化などを検出して一定の温度に保つよう制御しても良い。この場合、加熱器１５０と温度検出器１５１が等価的に同一の場所に配置されるため、高い制御性を持って温度制御を行うことができる。また、この場合温度検出器１５１の設置を省略することができるため、より少ない工程で液体噴射ヘッド１１０を組み立てることができる。また、温度検出器１５１を省略することで、コスト的に優位性を持つことが可能となる。
【００３０】
また、本実施形態では、加熱器１５０は液体噴射ヘッド１１０の全域に配置しているが、これは部分的に配置するようにしても良い。特に、液体噴射ヘッド１１０を電鋳法を用い、ニッケルなどの金属を用いる場合や、半導体シリコンをＭＥＭＳ加工して用いる場合には、液体噴射ヘッド１１０の熱伝導性が高いため、部分的な加熱を行っても大きな温度分布を発生させることなくインクを加熱することが可能である。この場合、加熱器１５０の構成に自由度が生じるため、液体噴射ヘッド１１０のレイアウトを任意性を持って配置することが可能となる。
【００３１】
（第２の実施形態：加熱器の片面に液体噴射ヘッドを配置する場合）
以下、第２の実施形態について図面を用いて説明する。
図３（ａ）は液体噴射ヘッド２１０の平面図、図３（ｂ）、図３（ｃ）はそれぞれ液体噴射ヘッド２１０の断面図である。図３に示す液体噴射ヘッド２１０は、圧力室２１４、圧力室２１４と一体化されたノズルプレート２１５、圧力室２１４と一体化されたリザーバ２１１に生ずるインクの振動バランスをとるために、可撓性を有する樹脂製の薄板からなる薄膜材２１２、薄膜材２１２と協働して圧力室２１４に圧力を印加する圧電素子２１７、ノズルプレート２１５に穿孔されたノズル２１８と、を含む。
【００３２】
加熱器１５０は、液体噴射ヘッド２１０のノズル２１８が穿孔されている側に配置されている。
【００３３】
一体化された圧力室２１４、リザーバ２１１、ノズルプレート２１５は例えば材質としてニッケルなどを用い、電鋳法を用いて形成することができる。
【００３４】
薄膜材２１２は、インク滴の噴射動作などによってリザーバ２１１に生ずるインクの振動バランスをとるために、可撓性を有する樹脂製の薄板（本実施形態ではＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂））からなり、リザーバ２１１の上面に、接着または溶着によって固定されている。
リザーバ２１１は、図示せぬ外部から供給される液体を蓄える機能を有している。
圧力室２１４は、リザーバ２１１から液体の供給を受け、液体で満たされた状態に保持される。
ノズルプレート２１５は、液体を描画対象に噴射する機能を有している。
薄膜材２１２は、インク滴噴射に伴う圧力変動を緩和する機能を有している。
そして、圧電素子２１７は振動板２１６と協働して圧力室２１４の断面積を変化させ、ノズルプレート２１５より液体を噴射する機能を有している。
【００３５】
加熱器１５０は、ノズル２１８を避けるように配置され、液体噴射ヘッド２１０を加熱する。ノズル２１８を避けるように配置することで、ノズル２１８より噴射されるインクの着弾点に影響を及ぼさぬよう加熱することが可能となる。この場合でも上述した第１の実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。また、上述した第１の実施形態と同様に温度検出器１５１を取り付けることでフィードバック制御を行うことが可能となり、より高い温度制御性を獲得することができる。また、加熱器１５０は必ずしも液体噴射ヘッド２１０の全域に分布していなくとも良い。例えば液体噴射ヘッド２１０を電鋳法や半導体シリコンのＭＥＭＳで形成する場合、液体噴射ヘッド２１０の熱伝導性が高いため、部分的な加熱を行っても大きな温度分布を発生させることなくインクを加熱することが可能である。この場合、加熱器１５０の構成に自由度が生じるため、液体噴射ヘッド２１０のレイアウトを任意性を持って配置することが可能となる。また、液体噴射ヘッド２１０の設計を変えなくとも加熱器１５０を配置することができるため、開発要素を抑えることができる。例えば同じ構成を有する液体噴射ヘッド２１０を用いて、一つは加熱器１５０がない通常のヘッドとして扱い、もう一つは加熱器１５０を搭載し、高粘度インク用のヘッドとして供給することが可能となり、わずかな変更で別の機能を有する商品を提供することが可能となる。
【００３６】
（第３の実施形態：加熱器が圧力室に挟まれて配置される場合）
以下、第３の実施形態について図面を用いて説明する。
図４（ａ）は、液体噴射ヘッド２１０の平面図、図４（ｂ）、図４（ｃ）はそれぞれ液体噴射ヘッド２１０の断面図である。液体噴射ヘッド２１０の構造は加熱器１５０のレイアウトが異なること以外は同じ機能を有しているため、同一の番号を与え、説明は省略する。
【００３７】
圧力室２１４は、隣の圧力室２１４との間に間隙を持って形成されており、圧力室２１４と、隣の圧力室２１４との間に加熱器１５０が挟まれている。また、隣接するノズル２１８とにも挟まれるように形成されている。この場合、圧力室２１４の温度制御が極めて精密に行えるため、生物試料など極めて温度に敏感な液体に対しても適用可能な液体噴射ヘッド２１０を提供することが可能となる。また、この場合でも液体噴射ヘッド２１０の温度制御性をさらに高めるべく温度検出器１５１を設けたり、加熱器１５０の温度特性（例えば電気抵抗の温度依存性）などを用いて温度制御することが可能である。
【００３８】
（変形例）
上記した構成では、液体としてインクを例に取り説明してきたが、これは扱える液体をインクに限定する主旨ではなく、例えば液晶や、有機ＥＬ材料液、圧電素子材料液、高い粘度特性を有する紫外線効果溶液など、工業的応用に対しても適用することができる。特に高温で変質し、低温で粘性が高い、精密な温度制御すべき用途に対して好適な動作を行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】液体噴射ヘッドを具備した液体噴射装置の概略構造図。
【図２】液体噴射ヘッド概略構成を（ａ）は、上方向から見た状態を、（ｂ）は右側面方向から見た状態を、（ｃ）は下方向から見た状態を示した概略構造図。
【図３】（ａ）は液体噴射ヘッドの平面図、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ液体噴射ヘッドの断面図。
【図４】（ａ）は液体噴射ヘッドの平面図、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ液体噴射ヘッドの断面図。
【符号の説明】
【００４０】
１０…インクジェットプリンタ、１１，１２，１３，１４…インクカートリッジ、１７…フレーム、２０…キャリッジ、２１…ガイド、２５…印刷用紙、２６…駆動モータ、２８…プラテン、４０…キャリッジモータ、４１…キャリッジベルト、１１０，１２０，１３０，１４０…液体噴射ヘッド、１１０ａ…液体噴射ヘッド、１１１…供給流路形成部材、１１１ａ…インク流入口、１１１ｂ，１１１ｃ…リザーバ、１１２…薄膜材、１１３…連通板、１１３ａ…連通孔、１１３ｂ…連通孔、１１４…圧力室形成部材、１１４ａ，１１４ｂ…圧力室、１１５…ノズルプレート、１１５ａ…ノズル、１１５ｂ…ノズル、１１６…振動板、１１７…圧電素子、１５０…加熱器、１５１…温度検出器、２１０…液体噴射ヘッド、２１１…リザーバ、２１２…薄膜材、２１４…圧力室、２１５…ノズルプレート、２１６…振動板、２１７…圧電素子、２１８…ノズル。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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