JP2008055899A - 液体移送装置及びインクジェットプリンタ - Google Patents

Abstract

【課題】ヒータの動作タイミングの自由度を高くすると共に液体の加熱効率を向上させる。
【解決手段】インク供給口３６から複数のノズル孔１８ａまでの流路中に各ノズル孔１８ａに夫々対応する複数の圧力室３３が設けられ、各圧力室３３が一方面において開口する流路ユニット１１と、各圧力室３３の容積を個別に変動させる圧電アクチュエータ１２とを備え、圧電アクチュエータ１２は、振動板１９と、振動板１９の一方面上に設けられた圧電体２３と、圧電体２３に電圧を印加する電極２２，２４とを有し、振動板１９の他方面が圧力室３３の開口３３ｃを塞ぐように流路ユニット１１の一方面に接合され、振動板１９の一方面は圧電体２３に覆われない残部領域１９ａを有し、残部領域１９ａにはヒータ２６が設けられており、ヒータ２６に通電するための電極２８が圧電アクチュエータ１２の電極２２，２４とは独立している。
【選択図】図５

Description

本発明は、液体供給口から複数の液体吐出口まで液体を移送する液体移送装置及びインクジェットプリンタに関するものである。

インクタンクから供給されるインクを移送して、ノズルから記録用紙等に向けてインク液滴を噴射するインクジェットヘッドが既に知られている。このインクジェットの方式は、噴射エネルギーの発生方法の違いにより分類されており、圧電素子の振動力を利用してインク液滴を噴射させるピエゾ方式や、熱エネルギーによる気泡の発生でインク液滴を噴射させるバブルジェット（登録商標）方式などが存在する。それらの中でもピエゾ方式は、機械的動力を噴射エネルギーとして利用しているため、インク種類の選択自由度が高く、インク噴射量が精密に制御されて液滴階調が可能であり、耐久性も高いという利点がある。

例えば、特許文献１（特開２００６−４４２４２号公報）に開示されたピエゾ方式のインクジェットヘッドは、インク供給口から複数のノズルまでの流路中に各ノズルに夫々対応する複数の圧力室が設けられた流路ユニットと、この流路ユニットの上に積層されて圧力室の容積を選択的に変動させる圧電アクチュエータとを備えている。また、圧電アクチュエータは、共通電極を兼ねる振動板と、この振動板の上面に形成された圧電層と、この圧電層の上面に各圧力室に対応して形成された複数の個別電極とを有している。

このようなインクジェットヘッドによれば、圧電アクチュエータの個別電極に対して選択的に駆動電圧が印加されると、その個別電極と共通電極とで挟まれた圧電層の部分（活性部）に電界が作用して厚み方向の変形が生じる。そして、この圧電層の変形が振動板に伝達されて圧力室の容積が変動し、圧力室内のインクに生じた圧力変動によりインク液滴がノズルより噴射されることとなる。
特開２００６−４４２４２号公報 特開２０００−１９８１９２号公報

しかしながら、環境温度が低い時には、インクジェットヘッド内のインクの粘度が大きくなるため、高温時と同様なインク液滴をノズルより噴射しようと思えば、圧電アクチュエータの駆動電圧を大きくすることで圧力室内の圧力変動を大きくする必要がある。そうすると、インクジェットヘッドに接続される電装系部品に高電圧対応のものを使用しなければならず、全体としてコストアップしてしまうこととなる。

特許文献２（特開２０００−１９８１９２号公報）には、圧電アクチュエータの下部の共通電極の一部に、高抵抗部材からなるヒータを設けたインクジェットヘッドが開示されている。このインクジェットヘッドは、結露等による圧電振動子の誤作動を防止することを目的として、ヒータの上に圧電振動子や個別電極（上部電極）が積層されている。このインクジェットヘッドの場合、ヒータが共通電極の一部に形成されており、ヒータを発熱させるためには共通電極自体に電流を流す必要がある。このため、共通電極の電位をゼロに保つ必要がある圧電アクチュエータの駆動と同時にはヒータを発熱させることができない。

本発明は上述のような事情に鑑みてなされたものであり、ヒータの動作タイミングの自由度を高くすると共に、インク（液体）の加熱効率を向上させることを目的としている。

本発明の第１の態様に従えば、液体供給口から複数の液体吐出口まで液体を移送する液体移送装置であって、液体供給口から複数の液体吐出口までの流路中に複数の液体吐出口に夫々対応して形成された複数の圧力室と、複数の圧力室が開口する流路ユニットと、複数の圧力室の容積を個別に変動させる圧電アクチュエータとを備え、圧電アクチュエータは、振動板と、振動板の一方面上に設けられた圧電体と、圧電体の振動板側の面に設けられた第１電極と、圧電体の振動板とは反対側の面に設けられた第２電極とを有し、振動板の他方面が圧力室の開口を塞ぐように流路ユニットに接合され、振動板の前記一方面は、圧電体に覆われない残部領域を有し、残部領域には、通電されることで発熱するヒータが設けられており、ヒータに通電するための電極が圧電アクチュエータの第１電極及び第２電極とは独立して設けられている液体移送装置が提供される。

本発明の液体移送装置によれば、ヒータに通電するための電極は圧電アクチュエータの第１電極及び第２電極と独立しているので、圧電アクチュエータの動作中であってもヒータにより流路内の液体を加熱することが可能となる。したがって、ヒータの動作タイミングの自由度が向上する。また、ヒータは、振動板上の圧電体に覆われない残部領域に設けられているので、ヒータの熱が圧電体に奪われることなく振動板に伝達される。したがって、ヒータの熱が振動板を介して直接的に流路内の液体に効率良く伝達され、液体の加熱効率が向上する。なお、本発明は、振動板と第１電極が個別に形成される形態に限られるものではなく、振動板が導電性を有し第１電極を兼ねる形態をも含むものである。

本発明において、複数の圧力室は、平面視で所定方向に沿って配列されてもよく、ヒータは、平面視で各圧力室の側方において前記所定方向に延在してもよい。このようにすると、液体が存在する各圧力室の配列方向に沿ってヒータが延在するので、ヒータは全圧力室に沿って各流路の液体を万遍なく加熱することとなる。したがって、複数の液体吐出口から吐出される各液体間に粘度差が生じるのを防止することができる。なお、本発明における「平面視」とは、振動板の面に対して直交する方向からの目視を意味するものである。

本発明において、流路ユニットは、液体供給口に連通する共通液室を有してもよい。各圧力室は、その一端部に共通液室と連通する流入孔を有してもよく、その他端部に前記液体吐出口に連通する流出孔を有してもよい。ヒータは、圧力室の他端部よりも一端部に近接して設けられてもよい。圧力室の流出孔から液体吐出口に繋がる流路の液体は、液体移送装置の始動時などのフラッシング（洗浄）により捨てられて加熱が無駄になる場合がある。しかし、本発明によれば、ヒータは、圧力室の液体吐出口に連通する流出孔よりも共通液室に連通する流入孔に近接して設けられているので、液体を効率良く加熱することができる。

本発明において、共通液室は、平面視で、各圧力室の流入孔と重なり且つ流出孔とは重ならないようにヒータ側に偏って配置されていてもよい。このようにすると、ヒータの熱は、液体吐出口へ連通する流出孔を介さずに、流入孔に連通する共通液室の液体に直接的に伝達されるため、加熱効率が向上して加熱時間が短縮できる。また、共通液室が十分に加熱されるので、複数の液体吐出口から吐出される各液体間における粘度差の発生も防止することができる。

本発明において、ヒータは、振動板の一方面側に設けられた通電により発熱する発熱材で形成された発熱体を有してもよく、発熱体に通電するヒータの電極は、発熱体の振動板とは反対側の面に複数設けられてもよい。この場合、発熱体に通電する電極は、発熱体の振動板とは反対側の面に設けられているので、給電用の配線部材の端子を該電極に容易に接続することができる。

本発明において、振動板の表面は、少なくとも発熱体が形成される部分において絶縁性を有してもよい。この場合、ヒータに供給される電力が振動板に及ばないので、効率良くヒータの加熱を行うことができる。

本発明において、振動板は導電性材料からなってもよく、ヒータは、振動板の一方面に接するように通電により発熱する発熱材で形成された発熱体と、発熱体の振動板とは反対側の面上の全体にわたって形成された電極とを備えてもよく、ヒータの電極と振動板との間に電圧が印加されることで発熱体が加熱されてもよい。この場合、振動板がヒータ用の電極を兼ねており、発熱体上の電極と振動板との間で発熱体に大面積で通電されるので、ヒータの加熱効率が向上する。

本発明において、圧電アクチュエータの第２電極と、ヒータの電極とが、同一平面上に配置されてもよい。この場合、ヒータの電極と圧電アクチュエータの第２電極とに対して、給電用の配線部材（例えば、フレキシブルフラットケーブル等）の端子を平面的に容易に接続することができる。したがって、圧電アクチュエータへの配線構造が簡素化されると共にコスト低減を図ることもできる。

本発明において、第１電極に導通する表面電極が、第２電極、及び前記ヒータの電極と同一平面上に配置されてもよい。この場合、ヒータの電極と圧電アクチュエータの第１及び第２電極とに対して、給電用の配線部材の端子を平面的に容易に接続することができる。したがって、圧電アクチュエータへの配線構造が簡素化され、コスト低減を図ることもできる。

本発明において、発熱体は、発熱材を前記振動板の一方面上に付着させることにより形成されてもよく、圧電体は、圧電材を振動板の前記一方面上に付着させることにより形成されてもよく、発熱体を形成する成膜法が、圧電体を形成する成膜法と同一であってもよい。例えば成膜法は、エアロゾルデポジション法であってもよい。この場合、液体移送装置の圧電アクチュエータの製造時に、圧電体とヒータとを同様の成膜装置を用いて形成することができるので、製造ラインが簡素化されて製造効率が向上する。さらに、ヒータは、振動板に対して接着でなく成膜法で直接付着されているので、一般に熱伝導率の低い接着剤を介さずに直接的に振動板が加熱される。したがって、振動板を介した液体の加熱効率が向上する。

本発明において、ヒータは、平面視で流路ユニットの流路全体を挟むように２つ配置されてもよい。この場合、流路ユニットの流路内の液体が均一かつ迅速に加熱されるので、流路ユニットの流路内の液体を万遍なく加熱できると共に加熱時間も短縮される。なお、ヒータは流路ユニットの流路全体を挟んだ両側に少なくとも２つ分かれて配置されておればよく、３つ以上のヒータが設けられていてもよい。

本発明において、振動板は、第１電極を兼ねてもよい。この場合、第１電極を別途設ける必要がないため、圧電アクチュエータの製造工程を低減することができる。

本発明の第２の態様に従えば、第１の態様に従う液体移送装置を２つのヒータの離反方向に走査する走査機構を備えるインクジェットプリンタが提供される。

インクジェットヘッドとなる液体移送装置を走査して往復運動させると、液体移送装置の走査方向の両側部分は移動による風を受けて冷却されやすい。しかし、本発明のインクジェットプリンタによれば、２つのヒータを走査方向の両側に離反させて配置することで、冷却されやすい箇所を効果的に加熱することができる。

本発明の第３の態様に従えば、第１の態様に従う液体移送装置を含み、ヒータを制御するコントローラと、コントローラと液体移送装置とを電気的に接続する接続ケーブルとをさらに備えるインクジェットプリンタが提供される。

本発明のインクジェットプリンタによれば、コントローラと液体移送装置とが接続ケーブルを介して電気的に接続されることにより、液体移送装置のヒータをコントローラによって制御することができる。

本発明において、接続ケーブルが、残部領域に設けられたヒータに通電するための電極と接続してもよい。この場合、ヒータに通電するための電極は、振動板の残部領域に設けられているので、接続ケーブルを容易に接続することができる。

本発明において、液体移送装置は温度センサをさらに備えてもよく、コントローラは温度センサが測定した温度に基づいてヒータを制御してもよい。この場合、温度センサが測定した温度に応じてヒータを制御することにより、インクの温度を一定に保つことができる。このため、本発明のインクジェットプリンタは、インクの粘度を一定に保つことができ、インクを安定して吐出することができる。

以下、本発明に係る実施形態を図面を参照して説明する。

図１は本発明の第１実施形態に係るインクジェットプリンタ１の概略斜視図である。図１に示すように、インクジェットプリンタ１は、筐体２に架設されたガイドロッド３を有し、そのガイドロッド３にキャリッジ４がスライド可能に支持されている。キャリッジ４の下部にはインクジェットヘッド１０（液体移送装置）が設けられており、その下方で紙送りローラ５により搬送される記録用紙６に向けてインクジェットヘッド１０からインクが噴射される構成となっている。キャリッジ４は、一対のプーリー７に巻き掛けられたタイミングベルト８に接合されており、タイミングベルト８はガイドロッド３の軸線方向と平行に配設されている。一方のプーリー７には正逆回転駆動するモータ９が設けられており、そのプーリー７が正逆回転駆動されることでタイミングベルト８が往復移動し、キャリッジ４に取り付けられたインクジェットヘッド１０がガイドロッド３に沿って走査される。即ち、ガイドロッド３、キャリッジ４、プーリー７、タイミングベルト８及びモータ９によりインクジェットヘッド１０の走査機構が構成されている。

図２は図１に示すインクジェットプリンタ１に用いるインクジェットヘッド１０の分解斜視図である。なお、以下の説明において、「走査方向」はキャリッジ４が走査される方向であり、「列方向」は後述する圧力室３３の配列方向（ノズル孔１８ａの配列方向でもある）であって走査方向と直交する方向である。図２に示すように、インクジェットヘッド１０は、複数枚のプレートが積層された流路ユニット１１と、その流路ユニット１１に対して重ねて接着される圧電アクチュエータ１２とを備えている。流路ユニット１１は、最下層の下面側に開口したノズル孔１８ａ（図３参照）から下向きにインクが噴射される構成となっている。圧電アクチュエータ１２は、流路ユニット１１に対面配置される振動板１９と、振動板１９の上面に形成された後述する共通電極２２（第１電極、図３参照）と、共通電極２２の上面を覆うように設けられた圧電体２３と、圧電体２３の上面に多数配列された個別電極２４（第２電極）とを備えている。圧電体２３の上面の所要箇所には、共通電極２２（図３参照）と導通する表面電極２５が形成されている。

圧電体２３の走査方向の両側の振動板１９上には、発熱体２７の両端部の上面に電極２８が形成されたヒータ２６が列方向に沿って夫々延設されている。圧電アクチュエータ１２の上面には、外部機器との電気的接続を行うためのフレキシブルフラットケーブル１３が重ねて配置され、そのフレキシブルフラットケーブル１３の下面に露出した端子が、圧電アクチュエータ１２の各電極２４，２５とヒータ２６の電極２８に導通接続されている。また、振動板１９にはメッシュ状のフィルタが被せられたインク供給口３５（液体供給口）が形成されており、流路ユニット１１にもそのインク供給口３５と連通するインク供給口３６が形成されている。

図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面の要部拡大図である。図４は図２のＩＶ−ＩＶ線断面の要部拡大図である。図３及び図４に示すように、流路ユニット１１は、圧力室プレート１５と、接続流路プレート１６と、マニホールドプレート１７と、ノズルプレート１８とがそれぞれ接着積層された構成となっている。ノズルプレート１８はポリイミド等の樹脂シートでレーザ加工等により流路を構成する開口が形成されていると共に、それ以外の各プレート１５〜１７はステンレス板等の金属板でエッチング等により流路を構成する開口が形成されている。

圧力室プレート１５は、平面視（振動板１９の面に直交する方向からの目視）で長辺に沿うように２列に並べられた多数の圧力室孔１５ａを有している。圧力室孔１５ａは、平面視で走査方向（列方向と直交する方向）の長軸を有する長円形状となっている（図５参照）。接続流路プレート１６は、圧力室孔１５ａの一端部に連通する連通孔１６ａと、圧力室１５ａの他端部に連通する流出用貫通孔１６ｂとを有している。マニホールドプレート１７は、圧力室孔１５ａの各列にそれぞれ連通孔１６ａを介して連通するように列方向に延在するマニホールド孔１７ａと、流出用貫通孔１６ｂにそれぞれ連通する流出用貫通孔１７ｂとを有している。ノズルプレート１８は、流出用貫通孔１７ｂに連通して外部にインクを噴射するノズル孔（液体吐出口）１８ａを有している。

次いで、流路ユニット１１内におけるインク流路を説明すると、図３に示すように、マニホールド孔１７ａの上下が接続流路プレート１６とノズルプレート１８とで閉鎖されることで共通液室３１が形成されている。この共通液室３１は、インクタンク（図示せず）からインクが供給されるインク供給口３５，３６（図２参照）に連通している。共通液室３３は、接続流路プレート１６の連通孔１６ａにより形成された接続流路３２を介して上方の圧力室孔１５ａの一端部に連通している。この圧力室孔１５ａの上下が振動板１９及び接続流路プレート１６で閉鎖されることで圧力室３３が形成されている。即ち、圧力室３３の一端部には共通液室３１と連通する流入孔３３ａが設けられ、圧力室３３の上部の開口３３ｃが振動板１９で塞がれている。ここで、共通液室３１は圧力室３３及び接続流路３２よりもヒータ２６側の側方に突出する位置関係となっている。圧力室３３の他端部には、流出用貫通孔１６ｂ，１７ｂにより形成されたディセンダ３４が連通している。即ち、圧力室３３の他端部には、ノズル孔１８ａに連通する流出孔３３ｂが設けられている。ディセンダ３４は、下方のノズル孔１８ａに向けて段階的に縮径するように垂設されている。

圧電アクチュエータ１２は、流路ユニット１１の上面に重ねて接着された振動板１９を有している。振動板１９は、ステンレス板などの金属板からなる振動板本体２０と、振動板本体２０の上面に成膜されたアルミナ等からなる絶縁層２１とを有している。振動板１９の上面には、多数の圧力室孔１５ａに対応して連続配置された共通電極（第１電極）２２が印刷形成されている。共通電極２２の上面には、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）のセラミックス材料からなるシート状の圧電体２３が形成されている。圧電体２３は、エアロゾルデポジション法、スパッタ法、蒸着法又はゾルゲル法などの成膜法により、接着剤を用いずに振動板１９及び共通電極２２上に形成されている。また、図４に示すように、圧電体２３は、共通電極２２を全体的に覆い、かつ、振動板１９の走査方向の両側に沿って圧電体２３で覆われない残部領域１９ａが設けられるような範囲に形成されている。圧電体２３の上面には、各圧力室孔１５ａの夫々に対応するよう配置された多数の個別電極（第２電極）２４が２列に印刷形成されている。振動板１９の残部領域１９ａには、ヒータ２６が圧電体２３と間隔をあけた状態で圧力室孔１５ａの列方向に沿って延在している。

図５は図２に示すインクジェットヘッド１０の平面図である。（なお、図５では見易さのために個別電極２４や圧力室３３を実際より大きく表示している。）図５に示すように、振動板１９は平面視で略矩形状であり、圧電体２３は平面視で振動板１９よりも小面積の略矩形状であり、振動板１９上には走査方向の両側に圧電体２３で覆われない残部領域１９ａが形成されている。その残部領域１９ａにヒータ２６が圧電体２３と略同一厚さで列方向に延設されている。ヒータ２６は、通電により発熱する帯状の発熱体２７と、発熱体２７の両端部の上面に形成された電極２８とを有している。発熱体２７は、グラファイト、カーボン、ＰＧ／ＰＢＮ（高純度カーボン／パイロリティックボロンナイトライド）、窒化アルミニウム又はタングステン等からなる発熱材をエアロゾルデポジション法、スパッタ法、蒸着法又はゾルゲル法などの成膜法で振動板１９に直接付着して形成されている。本実施形態では、ヒータ２６の発熱体２７を形成する成膜法は、圧電体２３を形成する成膜法と同一のものを用いている。

個別電極２４は、平面視で圧力室３３と相似形状で圧力室３３よりも面積の小さい本体部２４ａと、本体部２４ａからヒータ２６側の両側に向けて圧力室３３の外まで延出された端子部２４ｂとを有している。２列の圧力室３３には、互いに離反する側、即ち、ヒータ２６に近接する側の一端部に流入孔３３ａが配置されている。また、２列の圧力室３３には、互いに近接する側、即ち、ヒータ２６から離反する側の他端部に流出孔３３ｂが配置されている。そして、共通液室３１は、平面視で圧力室３３の流入孔３３ａと重なり且つ流出孔３３ｂと重ならないようにヒータ２６側に偏った位置で列方向に延在しており、共通液室３１は平面視で圧力室３３よりもヒータ２６側に突出して配置されている。また、圧電体２３の上面には表面電極２５が印刷形成されており、その表面電極２５は圧電体２３のスルーホール２３ａに設けた中継導電体（図示せず）を介して共通電極２２（図３参照）に導通されている。

図６は図３に示すインクジェットヘッド１０にフレキシブルフラットケーブル１３を接続した状態の断面図である。図６に示すように、フレキシブルフラットケーブル１３は、その下面の所要箇所で露出した端子１３ａ，１３ｂを有している。そのフレキシブルフラットケーブル１３の端子１３ａ，１３ｂは半田等の導電性接合材３７，３８を介して、個別電極２４の端子部２４ｂ、ヒータ２６の電極２８及び表面電極２５（図５参照）に導通接続されている。即ち、個別電極２２の端子部２２ｂ、ヒータ２６の電極２８及び表面電極２５は同一平面状に配置されているため、１枚のフレキシブルフラットケーブル１３で容易かつ安定的に接合されることとなる。

次に、インクジェットヘッド１０の作用について説明する。図６に示すように、個別電極２４に選択的に電圧が印加されて共通電極２２との間に電位差が生じることで、圧電体２３の各電極２２，２４間に位置する活性部に電界が作用して積層方向と直交する方向に活性部が収縮する。この収縮によって振動板１９は圧力室３３内に向けて凸となるように変形し、この振動板１９の変形により圧力室３３内のインクに圧力が付与され、該インクがディセンダ３４を通ってノズル孔１８ａより噴射される。しかし、低温時には流路ユニット１１内のインクの粘度が上昇して噴射特性が変化してしまうため、フレキシブルフラットケーブル１３からヒータ２６に給電して流路ユニット１１の加熱が行われる。

具体的には、ヒータ２６の発熱体２７が通電により発熱して、振動板１９を直接加熱する。振動板１９は、例えば、振動板本体２０がステンレス板などの金属板からなり、絶縁層がアルミナ等からなることで、熱伝導性が良好となっている。そして、振動板１９からの熱が金属板である圧力室プレート１５、接続流路プレート２６、マニホールドプレート１７などを介して圧力室３３や接続流路３２や共通液室３１のインクが加熱されることとなる。

その際、ヒータ２６の発熱体２７に通電するための電極２８は、圧電アクチュエータ１２の各電極２２，２４と独立しているので、圧電アクチュエータ１２の動作中であってもヒータ２６により流路ユニット１１内のインクを加熱することができ、ヒータ２６の動作タイミングの自由度が向上する。また、ヒータ２６は、振動板１９上の圧電体２３に覆われない残部領域１９ａに設けられているので、ヒータ２６の熱が圧電体２３に奪われることなく振動板１９に伝達され、流路ユニット１１内のインクに対する伝熱効率が向上する。

さらに、ディセンダ３４内のインクは、プリンタ始動時などのフラッシング（洗浄）により捨てられて加熱が無駄になる場合があるが、ヒータ２６はディセンダ３４よりも共通液室３１に近接した位置に設けられているので、インクを有効に加熱することができる。さらに、共通液室３１は、平面視で、圧力室３３の流入孔３３ａと重なり且つ流出孔３３ｂとは重ならないようにヒータ２６側に偏って配置されている。このため、ヒータ２６の熱は、金属板よりも熱伝導率の低いインクのあるディセンダ３４を介さずに振動板１９から共通液室３１のインクに直接的に伝達され、加熱効率が向上する。

また、図５に示すように、ヒータ２６は、インクが存在する各圧力室３３の配列方向に沿って延在しているので、ヒータ２６は全流路のインクを万遍なく加熱し、各ノズル孔１８ａから噴射される各インク間に粘度差が発生するのを防止することができる。さらに、ヒータ２６は、平面視で流路ユニット１１の流路全体を挟む両側に分かれて２つ配置されているので、流路ユニット１１の流路内のインクが均一かつ迅速に加熱され、インク全体を万遍なく加熱できると共に加熱時間を短縮することができる。また、インクジェットヘッド１０を走査して往復運動させると、インクジェットヘッド１０の走査方向の両側部分には移動による風を受けて冷却されやすい。そこで、２つのヒータ２６を走査方向の両側に離反させて配置することで、冷却されやすい箇所を効果的に加熱することができる。

さらに、ヒータ２６の発熱体２７は、振動板１９に対して接着でなくエアロゾルデポジション法などの成膜法で直接付着させられているので、一般に熱伝導率の低い接着剤を介さずに直接的に振動板１９が加熱され、加熱効率が向上する。また、ヒータ２６の発熱体２７を形成する成膜法が、圧電体２３を形成する成膜法と同一であるので、圧電体２３と発熱体２７とを同一の成膜装置を用いて形成でき、製造効率が向上する。

次に、インクジェットプリンタ１における、ヒータ２６の動作タイミングの制御手順について、図１４のフローチャートを参照して説明する。まず、ユーザによりプリンタの電源が入れられると（ステップＳ１）、インクジェットプリンタ１の内部に設けられた温度センサにより、温度が測定される（ステップＳ２）。温度センサはフレキシブルフラットケーブル１３上の電子基板（不図示）に設けられていてもよいが、フレキシブルフラットケーブル１３との接続を容易にするため、例えば、図１３に示すように圧電体２３上に設けられてもよい。この場合、フレキシブルフラットケーブル１３と温度センサ９０とを接続するための電極９１が、個別電極２２の端子部２２ｂ、ヒータ２６の電極２８、及び表面電極２５と同一平面上に配置されるように、温度センサ９０を配置するのが好ましい。こうすることにより、これらの電極を１枚のフレキシブルフラットケーブル１３で容易かつ安定的に接合することができる。

温度センサ９０が温度を測定すると、インクジェットプリンタ１に設けられ、温度センサ９０と接続されたコントローラｃｏｎｔが、その結果に基づいてヒータ２６を動作させるか判断する（ステップＳ３）。具体的には、温度センサ９０が測定した温度Ｔが、コントローラｃｏｎｔに予め設定された所定の温度Ｔ_０未満であるかコントローラｃｏｎｔが判断する。所定の温度Ｔ_０未満である場合は（ステップＳ３：Ｙ）、インクの温度を所定の温度Ｔ_０まで上げる必要があるため、コントローラｃｏｎｔは電位付与部（不図示）を制御してヒータ２６の電極２８に電位を付与することにより、ヒータ２６の動作を開始させる（ステップＳ４）。一方、温度センサが測定した温度Ｔが所定の温度Ｔ_０以上である場合（ステップＳ３：Ｎ）、測定した温度Ｔが所定の温度Ｔ_０未満となるまで、上記ステップＳ２、及びステップＳ３を繰り返す。

ステップＳ４でヒータ２６が動作を開始した後も、温度センサ９０は継続して温度を測定する（ステップＳ５）。コントローラｃｏｎｔはステップＳ５で温度センサ９０が測定した温度に基づいて、ヒータ２６の動作を継続するか判断する（ステップＳ６）。具体的には、温度センサ９０が測定した温度Ｔが、所定の温度Ｔ_０未満であるかコントローラｃｏｎｔが判断する。所定の温度Ｔ_０未満である場合は（ステップＳ６：Ｙ）、コントローラｃｏｎｔは引き続き電位付与部（不図示）を制御してヒータ２６の電極２８に電位を付与することにより、ヒータ２６の動作を継続させる。インクの温度が所定の温度Ｔ_０以上となるまで、上記ステップＳ５、及びステップＳ６を繰り返す。一方、温度センサが測定した温度Ｔが所定の温度Ｔ_０以上である場合（ステップＳ６：Ｎ）、コントローラｃｏｎｔは電位付与部を制御して、ヒータ２６の電極２８に対する電位の付与を中止することにより、ヒータ２６の動作を停止させる（ステップＳ７）。その後も、温度センサ９０は温度測定を継続し、ユーザによりプリンタの電源が切られるまで、ステップＳ２からの処理が繰り返される。

上記手順でヒータ２６を制御すれば、環境温度の変化によりインクジェットプリンタ１の動作中にインク粘度が大きくなったとしても、プリンタ１を動作させながら、ヒータ２６によってインクを加熱することができる。なお、温度センサ９０による温度測定は、プリンタの電源が入れられてから、切られるまで随時ではなく、所定時間ごとに行われてもよい。

次に図７〜図１０を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。図７は第２実施形態のインクジェットヘッド５０の平面図である。図８は図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面の要部拡大図である。図９は図７のＩＸ−ＩＸ線断面図である。図１０は図７のＸ−Ｘ線断面の一部破断した断面図である。なお、流路ユニット１１及び振動板１９は第１実施形態と同様であるので同一符号を付して詳細な説明を省略する。図７〜図９に示すように、圧電アクチュエータ５１は、振動板１９の上面に各圧力室３３の夫々に対応するよう２列に印刷形成された多数の個別電極（第１電極）５２を有している。個別電極５２は、平面視で圧力室３３と相似形状で圧力室３３よりも面積の小さい本体部５２ａと、本体部５２ａから振動板１９の走査方向の両端まで延出された端子部５２ｂとを有している。また、振動板１９上には、端子部５２ｂと並んだ所要箇所で後述する共通電極（第２電極）５４のための端子部５５が印刷形成されている。さらに、振動板１９上には、端子部５２ｂと並んだ列方向の両側かつ走査方向の両側の所要箇所で後述するヒータ５６のための電極５８が印刷形成されている。即ち、端子部５２ｂ，５５及び電極５８は同一平面状に形成されている。

個別電極５２の上面にはシート状の圧電体５３が形成されている。圧電体５３は、個別電極５２の本体部５２ａを覆うと共に、個別電極５２の端子部５２ｂの端部側を覆わないように形成されている。かつ、圧電体５３は、振動板１９の列方向の両側に沿った部位を覆わないように形成されており、この振動板１９の圧電体５３に覆われない部位が残部領域１９ｂとなっている。圧電体５３の上面には、多数の圧力室３３に対応して連続配置された共通電極５４が印刷形成されている。共通電極５４は、ペースト状の導電部材５９により振動板１９上に予め形成された端子部５５と導通されている。

振動板１９の列方向の両側の残部領域１９ｂには、帯状の発熱体５７が圧電体５３と間隔をあけた状態で走査方向に沿って延在しており、発熱体５７の両端部が振動板１９上に予め形成された電極５８上に形成されている。即ち、発熱体５７と電極５８とによりヒータ５６が形成され、電極５８に給電されることで発熱体５７が通電により発熱する構成となっている。

図９及び図１０に示すように、個別電極５２の端子部５２ｂ、共通電極５４の端子部５５及びヒータ５６の電極５８には、一対のフレキシブルフラットケーブル６０，６１の端子６０ａ，６０ｂ，６１ａ，６１ｂが半田等の導電性接合材６２〜６５を介して導通接続されている。さらに、本実施形態においても、第１実施形態と同様に、例えば圧電体５３上に温度センサが設けられてもよい。個別電極５２の端子部５２ｂ、共通電極５４の端子部５５、ヒータ５６の電極５８、及び温度センサの電極を同一平面上に配置することにより、平坦なフレキシブルフラットケーブル６０，６１で容易かつ安定的に、これらの電極を接合することができる。なお、ヒータ５６の動作タイミングの制御手順は、第１実施形態と同様である。

以上の構成によれば、ヒータ５６の発熱体５７が通電により発熱して振動板１９を直接加熱する。そして、振動板１９からの熱が金属板である圧力室プレート１５、接続流路プレート２６、マニホールドプレート１７などを介して圧力室３３や接続流路３２や共通液室３１のインクが加熱されることとなる。その際、発熱体５７に通電するための電極５８は、圧電アクチュエータ５１の各電極５２，５４と独立しているので、圧電アクチュエータ５１の動作中であってもヒータ５６により流路ユニット１１内のインクを加熱することができる。また、ヒータ５６は、振動板１９上の圧電体５３に覆われない残部領域１９ｂに設けられているので、ヒータ５６の熱が圧電体５３に奪われることなく振動板１９に伝達され、流路ユニット１１内のインクに対する伝熱効率が向上する。

次に、本発明の第３実施形態について、図１１及び図１２を参照して説明する。図１１は第３実施形態のインクジェットヘッドの平面図である。図１２は図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線断面の要部拡大図である。なお、流路ユニット１１は第１実施形態と同様であるので同一符号を付して詳細な説明を省略する。図１１及び図１２に示すように、圧電アクチュエータ７１は、圧力室３３の上部開口を塞ぐように流路ユニット１１の上面に重ねられた振動板７２を有している。振動板７２はステンレス板などの導電板からなり圧電アクチュエータ７１の共通電極（第１電極）を兼ねている。振動板７２の上面には、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）のセラミックス材料からなるシート状の圧電体７３が形成されている。圧電体７３は、エアロゾルデポジション法、スパッタ法、蒸着法又はゾルゲル法などの成膜法により、振動板７２の走査方向の両側に沿って圧電体７３で覆われない残部領域７２ａが設けられるような範囲に形成されている。圧電体７３の上面には、各圧力室３３の夫々に対応するよう配置された多数の個別電極（第２電極）７４が２列に印刷形成されている。個別電極７４は、平面視で圧力室３３と相似形状で圧力室３３よりも面積の小さい本体部７４ａと、本体部７４ａから残部領域７２ａ側の両側に向けて圧力室３３の外まで延出された端子部７４ｂとを有している。

振動板７２の残部領域７２ａには、ヒータ７５が圧電体７３と間隔をあけた状態で圧力室３３の列方向に沿って延在している。ヒータ７５は、通電により発熱する帯状の発熱体７６と、発熱体７６の上面全体に形成された電極７７とを有している。発熱体７６は、グラファイト、カーボン、ＰＧ／ＰＢＮ（高純度カーボン／パイロリティックボロンナイトライド）、窒化アルミニウム又はタングステン等からなる発熱材をエアロゾルデポジション法、スパッタ法、蒸着法又はゾルゲル法などの成膜法で振動板７２に直接付着させることで、圧電体７３と略同一厚さに形成されている。また、圧電体７３の上面には表面電極８０が印刷形成されており、その表面電極８０は圧電体７３のスルーホール７３ａに設けた中継導電体（図示せず）を介して振動板７２に導通されている。

個別電極７４の端子部７４ｂ、ヒータ７５の電極７７及び表面電極８０には、１枚のフレキシブルフラットケーブル７８の端子７８ａ，７８ｂが半田等の導電性接合材７９ａ，７９ｂを介して導通接続されている。さらに、本実施形態においても、第１実施形態と同様に、例えば圧電体７３上に温度センサが設けられてもよい。個別電極７４の端子部７４ｂ、ヒータ７５の電極７７、表面電極８０、及び温度センサの電極を同一平面状に配置することにより、１枚のフレキシブルフラットケーブル７８でこれらの電極を容易かつ安定的に接合することができる。なお、ヒータ７５の動作タイミングの制御手順は、第１実施形態と同様である。

以上の構成とすると、振動板７２がヒータ７５用の電極を兼ねており、発熱体７６の上面全体に形成された電極７７と振動板７２との間で発熱体７６に大面積で通電されるので、ヒータ７５の加熱効率が向上する。また、振動板７２は、圧電アクチュエータ７１の共通電極も兼ねているので、製造工程を低減することができる。

以上のように、本発明に係る液体移送装置及びインクジェットプリンタは、ヒータの動作タイミングの自由度が向上すると共にヒータによる液体の加熱効率が向上する優れた効果を有し、インクジェットプリンタ等に適用すると有益である。例えば、通常のインクと比べて粘度の高いＵＶインクを用いるインクジェットプリンタに適用すると、ヒータの加熱によりＵＶインクの粘度を低下させることができるので、安定してインクを吐出させることができる。

前述した各実施形態ではヒータは流路ユニット１１の流路全体を挟んだ両側に２つ配置されているが、それ以外のヒータがさらに設けられていてもよい。ヒータの発熱体はエアロゾルデポジション法、スパッタ法、蒸着法又はゾルゲル法などの成膜法で振動板に形成したが、スクリーン印刷によって形成してもよく、又は発熱体を振動板に直接接着してもよい。また、前述した各実施形態では振動板に金属板を用いているが、ポリイミド等の樹脂板や、上面に酸化層を形成したシリコン板や、アルミナ板などを用いてもよい。

以上、本発明をインクジェットヘッドに適用した実施形態について説明した。しかし、液体供給口から液体吐出口までの流路中に形成された圧力室と、圧力室が開口する流路ユニットと、圧力室の容積を個別に変動させる圧電アクチュエータとを備える液体移送装置であって、圧電アクチュエータが、振動板と、振動板の一方面上に設けられた圧電体と、圧電体の振動板側の面に設けられた第１電極と、圧電体の振動板とは反対側の面に設けられた第２電極とを有し、振動板の他方面が圧力室の開口を塞ぐように流路ユニットに接合され、振動板の一方面において圧電体に覆われない領域にヒータが設けられ、ヒータの電極が第１電極及び第２電極とは独立して設けられている液体移送装置であれば、任意の液体移送装置に適用することができる。この場合、移送する液体はインクに限られない。例えば、本発明を、試薬、生体溶液、配線材料溶液、電子材料溶液、冷媒用、燃料用などインク以外の液体を移送する液体移送装置に適用することも可能である。

本発明の第１実施形態に係るインクジェットプリンタの概略斜視図である。 図１に示すインクジェットプリンタに用いるインクジェットヘッドの分解斜視図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面の要部拡大図である。 図２のＩＶ−ＩＶ線断面の要部拡大図である。 図２に示すインクジェットヘッドの平面図である。 図３に示すインクジェットヘッドにフレキシブルフラットケーブルを接続した状態の断面図である。 第２実施形態のインクジェットヘッドの平面図である。 図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面の要部拡大図である。 図７のＩＸ−ＩＸ線断面図である。 図７のＸ−Ｘ線断面の一部破断した断面図である。 第３実施形態のインクジェットヘッドの平面図である。 図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線断面の要部拡大図である。 第１実施形態のインクジェットヘッドに温度センサを設けた変形例を示す平面図である。 本発明のインクジェットプリンタによるヒータの動作タイミングの制御手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ インクジェットプリンタ
１０，５０，７０ インクジェットヘッド
１１ 流路ユニット
１２，５１，７１ 圧電アクチュエータ
１８ａ ノズル孔（液体流出口）
１９，７２ 振動板
１９ａ，１９ｂ，７２ａ 残部領域
２２，５４ 共通電極
２３，５３ 圧電体
２４，５２，７４ 個別電極
２６，５６，７５ ヒータ
２７，５７，７６ 発熱体
２８，５８，７７ 電極
３１ 共通液室
３３ 圧力室
３３ａ 流入孔
３３ｂ 流出孔
３３ｃ 開口
３６ インク供給口（液体流入口）

Claims (17)

1. 液体供給口から複数の液体吐出口まで液体を移送する液体移送装置であって、
   液体供給口から複数の液体吐出口までの流路中に複数の液体吐出口に夫々対応して形成された複数の圧力室と、
   複数の圧力室が開口する流路ユニットと、
   複数の圧力室の容積を個別に変動させる圧電アクチュエータとを備え、
   圧電アクチュエータは、振動板と、振動板の一方面上に設けられた圧電体と、圧電体の振動板側の面に設けられた第１電極と、圧電体の振動板とは反対側の面に設けられた第２電極とを有し、振動板の他方面が圧力室の開口を塞ぐように流路ユニットに接合され、
   振動板の前記一方面は、圧電体に覆われない残部領域を有し、
   残部領域には、通電されることで発熱するヒータが設けられており、ヒータに通電するための電極が圧電アクチュエータの第１電極及び第２電極とは独立して設けられていることを特徴とする液体移送装置。
2. 前記複数の圧力室は、平面視で所定方向に沿って配列されており、前記ヒータは、平面視で各圧力室の側方において前記所定方向に延在することを特徴とする請求項１に記載の液体移送装置。
3. 前記流路ユニットは、前記液体供給口に連通する共通液室を有し、前記各圧力室は、その一端部に共通液室と連通する流入孔を有し、その他端部に前記液体吐出口に連通する流出孔を有し、前記ヒータは、圧力室の前記他端部よりも前記一端部に近接して設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体移送装置。
4. 前記共通液室は、平面視で、前記各圧力室の前記流入孔と重なり且つ前記流出孔とは重ならないように前記ヒータ側に偏って配置されていることを特徴とする請求項３に記載の液体移送装置。
5. 前記ヒータは、前記振動板の一方面側に設けられた通電により発熱する発熱材で形成された発熱体を有し、発熱体に通電するヒータの電極は、発熱体の振動板とは反対側の面に複数設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の液体移送装置。
6. 前記振動板の表面は、少なくとも前記発熱体が形成される部分において絶縁性を有していることを特徴とする請求項５に記載の液体移送装置。
7. 前記振動板は導電性材料からなり、前記ヒータは、振動板の一方面に接するように通電により発熱する発熱材で形成された発熱体と、発熱体の振動板とは反対側の面上の全体にわたって形成された電極とを備え、ヒータの電極と振動板との間に電圧が印加されることで発熱体が加熱されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の液体移送装置。
8. 第２電極と、前記ヒータの電極とが、同一平面上に配置されていることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の液体移送装置。
9. 第１電極に導通する表面電極が、第２電極、及び前記ヒータの電極と同一平面上に配置されていることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の液体移送装置。
10. 前記発熱体は、発熱材を前記振動板の一方面上に付着させることにより形成されており、前記圧電体は、圧電材を振動板の前記一方面上に付着させることにより形成されており、発熱体を形成する成膜法が、圧電体を形成する成膜法と同一であることを特徴とする請求項５〜９のいずれかに記載の液体移送装置。
11. 前記成膜法は、エアロゾルデポジション法であることを特徴とする請求項１０に記載の液体移送装置。
12. 前記ヒータは、平面視で前記流路ユニットの流路全体を挟むように２つ配置されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の液体移送装置。
13. 前記振動板は、第１電極を兼ねることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の液体移送装置。
14. 請求項１０に記載の液体移送装置を前記２つのヒータの離反方向に走査する走査機構をさらに備えることを特徴とするインクジェットプリンタ。
15. 請求項１に記載の液体移送装置を含み、前記ヒータを制御するコントローラと、コントローラと液体移送装置とを電気的に接続する接続ケーブルとをさらに備えることを特徴とするインクジェットプリンタ。
16. 前記接続ケーブルが、前記残部領域に設けられたヒータに通電するための電極と接続していることを特徴とする請求項１５に記載のインクジェットプリンタ。
17. 前記液体移送装置は温度センサをさらに備え、前記コントローラは温度センサが測定した温度に基づいて前記ヒータを制御することを特徴とする請求項１５又は１６に記載のインクジェットプリンタ。

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