JP2010082901A - 液滴噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】流路ユニット周囲の外気との熱の交換を可能な限り抑制して、液体流路内の液体との熱交換を効率よく行うことで、前記液体の温度調整を速やかに行うことが可能な液滴噴射装置を提供する。
【解決手段】インクジェットヘッド６は、ノズル２８を含む流路ユニット１０と、ノズル２８からインクを噴射するための噴射エネルギーを付与する圧電アクチュエータ３０とを備え、流路ユニット１０に含まれる流路構造体１２には、循環路４０が形成されている。流路ユニット１０に含まれるノズルプレート１１が、上下方向において循環路４０の一部と重なっている。流路構造体１２は、ノズルプレート１１と圧電アクチュエータ３０に比べて熱伝導率が高い。
【選択図】図３

Description

本発明は、噴射用液体の温度を調整することが可能な液滴噴射装置に関する。

従来から、液滴噴射装置として、用紙等の印刷媒体に向けて液滴を噴射する液滴噴射ヘッドを備え、印刷媒体に画像、文字又は配線パターン等を印刷する液滴噴射装置が知られている。液滴噴射ヘッドは、印刷媒体に対して液滴を噴射する際に、ヘッド内に貯留される液体に噴射エネルギーを付与するエネルギー付与部材を有する。

液滴噴射ヘッドが、例えばベタ印刷等のように多数の液滴を連続して噴射し続ける場合では、エネルギー付与部材が連続して駆動されることによって発熱し、液滴噴射ヘッドが熱を持ってしまう。また、気温が非常に低い状況下において、印刷をせずに放置している間は、液滴噴射ヘッドが外気によって冷却される。液滴噴射ヘッドの温度が大きく変動する状況下では、液滴噴射ヘッド内に貯留される噴射用液体が熱せられたり冷却されたりして液体温度が変化し、温度変化に伴って噴射用液体の粘性が変わってしまう。粘性が変化した状態の液体を噴射する場合、正常な液体温度で液滴を噴射した場合に比べて液滴の噴射量が変化したり、噴射エネルギーを付与しても液滴が噴射されなかったりするという問題があった。

そこで、このような問題を解決する為に、特許文献１に記載の液滴噴射装置は、噴射用液体としてインクを噴射するインクジェットヘッドを備え、そのヘッドの内部には、貯留されるインクを冷却して温度を調整可能な水冷機構が設けられている。この水冷機構は、ヘッド内部に形成された隔壁内溝と、この隔壁内溝内に冷媒を供給する供給手段とを有している。この隔壁内溝は、オリフィスプレートに設けられている。オリフィスプレートには、インクを噴射可能なノズルと、このノズルと連通するインク流路とが形成されている。隔壁内溝に供給される冷媒によりオリフィスプレートを冷却することができる為、自然放熱のみで冷却する場合に比べて、インク流路内のインクは効率よく冷却される。また、供給手段によって、冷媒の供給する時間または供給量を調整してオリフィスプレートの冷却調整ができる為、インクの温度を調整することもできる。
特開2006-7498号公報

隔壁内溝は、オリフィスプレートに形成された内壁によってインク流路と区画され、外部とはオリフィスプレートに形成された外壁のみで区切られている。そして、インク流路を区画する内壁と、外部と区切る外壁とは、ほぼ同じ厚さに形成されている為、双方で熱の伝わり方に差がない。その為、隔壁内溝内の冷媒は、インク流路内のインクを冷却すると同時に、オリフィスプレート周囲の外気も冷却してしまう。また、オリフィスプレートは、一表面に隔壁内溝が開口して配置されており、隔壁内溝が開口する一表面にはシリコン基板が接合されている。その為、隔壁内溝内の冷媒がシリコン基板と接触し、シリコン基板も冷却してしまう。

特許文献１に記載された隔壁内溝内の冷媒は、インク流路内のインクのみならず、オリフィスプレート周囲の外気及びシリコン基板も冷却してしまう為、インク流路内のインクを冷却する効率が悪いという問題があった。

そこで本発明の目的は、流路ユニット周囲の外気との熱の交換を可能な限り抑制して、液体流路内の液体との熱交換を効率よく行うことで、前記液体の温度調整を速やかに行うことが可能な液滴噴射装置を提供することである。

第１の発明の液滴噴射装置は、液体流路が形成された流路構造体と、この流路構造体の厚み方向において流路構造体の一方の接続面に接続され、前記液体流路に連通するノズルが形成されたノズルプレートとを有する流路ユニットと、前記流路構造体の他方の接続面に接続され、前記ノズルから液滴を噴射するために前記液体流路内の液体に噴射エネルギーを付与するエネルギー付与部材と、前記流路構造体に形成され、前記厚み方向において前記ノズルプレートと少なくとも一部分が重なる領域に配置された循環路と、前記液体流路内の液体の温度を調整するために前記循環路に前記液体流路内の液体とは異なる循環用流体を供給する供給手段とを備え、前記流路構造体は、前記ノズルプレート及び前記エネルギー付与部材に比べて熱伝導率が高いことを特徴とするものである。

なお、「液体流路」とは、ノズルから噴射される液体の流れる流路を指す。「厚み方向」とは、流路構造体に接続されたノズルプレートに直交する方向を指す。「接続面」とは、流路構造体を画定する面であって、厚み方向と交差する２つの面をいう。「エネルギー付与部材」とは、液体流路内の液体に、熱を加える発熱抵抗体または圧力を加える圧電材料等の噴射エネルギーを付与する部分を有する部材を指す。「循環用流体」とは、循環路内を流れることが可能な気体またはゲル状等の流体全般を指す。

この構成によれば、流路構造体は、厚み方向において一方の接続面でノズルプレートが接続され、他方の接続面でエネルギー付与部材が接続されている。循環路は、厚み方向においてノズルプレートと少なくとも一部分が重なる領域に配置されている。流路構造体の熱伝導率がノズルプレート、及びエネルギー付与部材の熱伝導率よりも高い為、流路構造体はノズルプレート及びエネルギー付与部材に比べて熱が伝わり易い。その為、循環用流体は、ノズルプレート若しくはエネルギー付与部材を介して外気との間で熱の交換をし難く、流路構造体を介して液体流路内の液体との間で熱の交換をし易くなる。従って、循環用流体が流路ユニット周囲の外気との間で熱の交換をすることが可能な限り抑制され、液体流路内の液体との間で熱の交換が効率よく行われる。その為、液体流路内の液体の温度が所定の温度に速やかに調整される。

第２の発明の液滴噴射装置は、前記第１の発明において、前記ノズルプレートは樹脂材料で構成され、前記エネルギー付与部材は圧電材料を含んで構成されており、前記ノズルプレートは、前記循環路が延びる方向及び前記厚み方向と直交する方向において、前記エネルギー付与部材よりも長いことを特徴とするものである。

圧電材料は、樹脂材料に比べて非常に高価な材料なので、ノズルプレートを直交方向においてエネルギー付与部材よりも長くすることで、エネルギー付与部材を小さくしてもノズルプレート側にて流路構造体の熱が逃げるのを抑制しつつエネルギー付与部材を安価に構成することができる。

第３の発明の液滴噴射装置は、前記第１または第２の発明において、前記エネルギー付与部材は、前記厚み方向において、少なくとも一部が前記循環路と重なるように配置されていることを特徴とするものである。

エネルギー付与部材がノズルプレートとともに厚み方向において循環路と重なって流路構造体に接続される為、流路構造体内の熱は、厚み方向へ伝わり難く、厚み方向と直交する方向に伝わり易くなる。これにより、エネルギー付与部材が厚み方向において循環路と重ならない場合に比べて、循環用流体と液体流路内の液体と間の熱交換を効率よく行うことができる。

第４の発明の液滴噴射装置は、前記第３の発明において、前記ノズルプレート及び前記エネルギー付与部材は、前記厚み方向において、前記循環路の全てと重なるように配置されていることを特徴とするものである。

この構成によれば、循環路全体が厚み方向においてノズルプレート及びエネルギー付与部材と重なる為、循環用流体の熱は、厚み方向と直交する方向に伝わり易くなる。これにより、循環用流体は、ノズルプレート及びエネルギー付与部材との間での熱交換を可能な限り抑えるとともに、循環用流体と液体流路内の液体との間での熱交換を効率よく行うことができる。

第５の発明の液滴噴射装置は、前記第１〜第４のいずれかの発明において、前記流路ユニットが嵌入可能な開口を有し、前記流路ユニットの前記厚み方向に延びる端面が前記開口の内壁面と対向して前記開口内に前記流路ユニットを収納保持する保持部材と、前記端面と前記内壁面とに密着して配置される封止部材とを備え、前記封止部材は、前記流路構造体よりも熱伝導率が低いことを特徴とするものである。

なお、「開口」は、その内壁面と流路ユニットの端面との間に隙間を作って収納可能な大きさである。「封止部材」とは、液状、固体状を問わず、液体流路内の液体が浸透しない部材を指す。

この構成によれば、流路構造体は、厚み方向に延びる端面が封止部材で覆われている。封止部材により、流体構造体の端面から周囲へは放熱し難くなる。これにより、流路構造体の端面が封止部材で覆われていない場合に比べて、流体構造体の端面から周囲へ放熱されるのを防止することができる。

本発明は、流路ユニット周囲の外気との熱の交換を可能な限り抑制して、液体流路内の液体との熱交換を効率よく行うことで、前記液体の温度調整を速やかに行うことができる。

次に、本発明の実施の形態について説明する。本実施形態は、インクジェットヘッドから印刷用紙に対してインクの液滴を噴射することにより、印刷用紙に所望の文字または画像等を印刷するプリンタに、本発明を適用したものである。

（プリンタの概略構成）
図１は、本実施形態に係るプリンタ１の概略構成を示す斜視図である。なお、本明細書及び図面における上下、左右及び前後は、図１の矢印で示す上下方向、左右方向及び上下方向と左右方向とに直交する前後方向である。図１に示すように、プリンタ１は、本体フレーム２と、本体フレーム２に取り付けられ、左右方向に延在する搬送ローラ３とを備える。本体フレーム２は、左右方向に延在するガイド軸４を有しており、ガイド軸４はキャリッジ５に取り付けられている。保持部材７は、キャリッジ５の下面に取り付けられており、インクジェットヘッド６が、保持部材７に取り付けられている。

キャリッジ５が、図示しない無端の走査ベルトと連結しており、無端ベルトは、図示しない駆動モータの駆動軸に取り付けられている。駆動モータは、本体フレームに配設されている。無端ベルトは、駆動軸の回転によって走査ベルトが左右方向に走行する。キャリッジ５は、走査ベルトの走行に追従して、左右方向を往復移動する。

（インクジェットヘッドの構成）
次に、インクジェットヘッド６について図２〜図４を用いて詳細に説明する。図２は、図１に示す保持部材７とインクジェットヘッド６とをＩ‐Ｉ線に沿って切断した断面図、図３は、図２において保持部材７を除いたインクジェットヘッド６の断面図、図４は、インクジェットヘッド６の上面図である。

図２に示すように、キャリッジ５は、インクジェットヘッド６と保持部材７とを備えている。保持部材７は、開口８を有している。開口８は、インクジェットヘッド６を嵌入可能な大きさである。インクジェットヘッド６は、ノズル２８を含む流路ユニット１０と、流路ユニット１０の上面１０aに接合される圧電アクチュエータ３０とを備える。インクジェットヘッド６は、開口８に嵌入されており、流路ユニット１０が図示しない固定具により保持固定されている。また、ポッティング材９が、流路ユニット１０の端面１０ｚと開口８の内壁面７aとの間に充填されている。ポッティング材９は、端面１０ｚと内壁面７aとに密着しており、流路ユニット１０と開口８との隙間を塞いでいる。これにより、例えば、プリンタの搬送時にノズル２８からインクが漏れ、流路ユニット１０の下面１０ｂをインクが伝って、流路ユニット１０と開口８との隙間に侵入するのを防ぐ。この結果、キャリッジ５内部の電装部品にインクが付いて短絡するのを防止できる。

流路ユニット１０は、図３に示すように、ノズル２８が形成されたノズルプレート１１と、流路構造体１２とを有する。流路構造体１２は、下面１２ｂにノズルプレート１１が接続されている。また、圧電アクチュエータ３０が流路構造体１２の上面１２aに接続されている。なお、流路構造体１２の上面１２aは、流路ユニット１０の上面１０aでもある。

ノズルプレート１１は、ポリイミド樹脂等の樹脂材料で形成されている。流路構造体１２は、圧力室プレート２１、キャビティプレート２２及びマニホールドプレート２３を備えている。圧力室プレート２１、キャビティプレート２２及びマニホールドプレート２３は、ステンレス鋼等の金属から成る。また、圧力室プレート２１、キャビティプレート２２及びマニホールドプレート２３は、上下方向に積層状態でそれぞれ接合されている。

圧力室プレート２１は、左右方向に延びる圧力室２６を備えている。圧力室２６は、圧力室プレート２１に貫通形成されている。キャビティプレート２２は、貫通するアパーチャー孔２５と、貫通孔２７aとを有している。マニホールドプレート２３は、マニホールド２４と貫通孔２７ｂとを有する。マニホールド２４は、図３に示すように、上下方向において圧力室２６の下方に配置されている。また、マニホールド２４は、キャビティプレート２２に形成されるアパーチャー孔２５を通じて、圧力室２６と連通されている。貫通孔２７aは、マニホールドプレート２３に形成される貫通孔２７ｂとともに、ディセンダ２７を構成する。

圧電アクチュエータ３０は、図３に示すように、圧力室プレート２１の上面２１aに接合されている。圧電アクチュエータ３０は、複数枚の圧電層３１、複数の個別電極３２、共通電極３３及び振動板３４により構成されている。複数枚の圧電層３１は上下方向に積層状態で接合されている。また、複数の個別電極３２と共通電極３３とが、圧電層３１に配置されている。個別電極３２は、圧電アクチュエータ３０の上面３０aに露出する端子３５と繋がっている。

圧電層３１は、チタン酸鉛とジルコン酸鉛との混晶であり、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電材料からなる。振動板３４も同様に圧電材料で形成されている。ただし、振動板３４は、上下方向において個別電極３２と共通電極３３とに挟まれておらず、上下方向への電界は振動板３４に発生しない。

流路ユニット１０は、図４に示すように、圧力室２６が前後方向に複数並んで圧力室列２６a、２６ｂを構成しており、圧力室列２６a、２６ｂは、左右方向に並んでそれぞれ配置されている。また、マニホールド２４が、複数の圧力室２６と重なるように前後方向に延在している。流路構造体１０は、インク供給口２９を有しており、インク供給口２９はマニホールド２４と連通している。また、インク供給口２９は、図示しないインクカートリッジと連通する。

圧電アクチュエータ３０は、図４に示すように、前後方向に並ぶ複数の個別電極３２を有している。複数の個別電極３２は、平面視で複数の圧力室２６に対応して配置されている。個別電極３２は、圧力室２６よりも一回り小さい略楕円形状をしており、平面視で圧力室２６の中央に配置されている。また、端子３５が個別電極３２の先端部３２aに設けられている。端子３５は、図示しないフレキシブルプリント基板等の配線部材に接続されている。フレキシブルプリント基板は、図示しない印刷制御回路とも接続されており、印刷制御回路と個別電極３２とを繋いでいる。印刷制御回路は、複数の個別電極３２に対して、選択した個別電極３２のみに所定の駆動電圧を付与する。なお、印刷制御回路は、プリンタ１に関する印刷動作全ての制御を司る。

以上の構成を有する圧電アクチュエータ３０の動作原理について説明する。共通電極３３は、圧電アクチュエータ３０の図示しないアース端子と繋がれており、グランド電位である。電圧が印加されていない個別電極３２は、共通電極３３との間で電位差が無い。そして、個別電極３２に所定の駆動電圧が付与されると、個別電極３２と共通電極３３との間には電位差が生じる、個別電極３２と共通電極３３との間に電位差が生じると、上下方向の電界が圧電層３１に発生する。圧電層３１の分極方向と電界の向きとが等しい場合には、圧電層３１は上下方向に伸び、上下方向と直交する左右方向に収縮する。この圧電層３１の収縮変形に伴って、振動板３４が上下方向において凸変形する（ユニモルフ変形）。

次に、圧電アクチュエータ３０がインクを噴射する際の動作について説明する。圧電アクチュエータ３０は、インクを噴射しない状態では、個別電極３２に駆動電圧が付与され続ける。その為、圧電層３１及び振動板３４が、圧力室２６側の下方向に凸変形した状態で待機する。そして、インクを噴射するときには、印刷制御回路は、個別電極３２への駆動電圧の付与を停止し、それに伴って、個別電極３２がグランド電位となる。個別電極３２がグランド電位となったとき、振動板３４が前記凸変形した状態から平面形状に変形して圧力室２６内の容積が増大し、圧力室２６内に圧力波が発生する。圧力波は、左右方向において圧力室２６の一方の方向に伝播する。伝播した圧力波は、所定時間経過後に圧力室２６の内壁と衝突し、位相が逆転する。圧力室２６内の圧力は、圧力波の位相の逆転により、負の圧力から正の圧力に変わる。そこで、印刷制御回路は、圧力室２６内の圧力が正になるタイミングで再び個別電極３２へ駆動電位を付与する。圧力室２６の容積増大により発生する圧力波と、振動板３４が圧力室２６側に凸変形する際に生じる圧力波とが合成され、この合成された圧力波が圧力室２６内のインクに噴射エネルギーとして付与されてインクが噴射する。これにより、２つの圧力波を合成して圧力室２６内のインクに付与することができるので、１つの圧力波を圧力室２６内のインクに付与する場合に比べ、非常に大きな圧力を付与できる。

（循環路及び循環機構の構成）
ところで、従来のインクジェットヘッドは、周囲環境または使用状況の変化により、その内部のインクの温度が不均一になる。インクの粘度は、インクの温度変化に伴って、大きく変化する。インクは、粘度が変化すると流路内での流れ方が変わってしまい、インクに噴射エネルギーを付与したとしても正常に流れない。その為、インクジェットヘッドは、インクの粘度が変わった状態では、ノズルからインク滴を噴射できなかったり、所望の噴射量を噴射できなかったりする。しかし、従来のインクジェットヘッドは、インクの温度を調整する温度調整ユニットを備えておらず、インクの温度変化によりインクの噴射性能を調整することができなかった。

本実施形態のインクジェットヘッド６は、インクの温度を調整する温度調整ユニット４１を備える。温度調整ユニット４１について、図３及び図４を参照して説明する。図３及び図４に示すように、温度調整ユニット４１は、マニホールドプレート２３に形成された循環路４０と、循環路４０に形成された供給口４２及び排出口４３と、循環機構４４と、一端が供給口４２、他端が循環機構４４と繋がるチューブ４５aと、一端が排出口４３、他端が循環機構４４と繋がるチューブ４５ｂとを備える。

循環路４０は、図３に示すように、マニホールドプレート２３の上面２３aに開口している。マニホールドプレート２３は、その上面２３aに接合されるキャビティプレート２２とともに、循環路４０を構成する。循環路４０は、図３に示すように、上下方向においてノズルプレート１１と重なっている。

循環路４０は、図４に示すように、流路構造体１０の最外端部と圧電アクチュエータ３０の最外端部との間に、前後及び左右方向に延在して配置されている。

循環機構４４は、一例として、特開２００８−１２３４８８号公報に記載された循環機構の構成を備える。循環機構４４は、循環ポンプ４６と、温度調整部４７と、温度センサ４８と、循環制御回路４９とを備えている。循環ポンプ４６は、供給口４２に循環用流体を供給するとともに、排出口４３から排出された循環用流体を流入して再び供給口４２に供給する。温度調整部４７は、循環用流体を熱するヒータと、循環用流体を冷却するクーラーとを有しており、循環用流体を熱したり冷却したりできる。温度センサ４８は、インクジェットヘッド６に搭載されており、インクジェットヘッド６の温度を計測する。循環制御回路４９は、循環ポンプ４６、温度調整部４７及び温度センサ４８と接続されている。

ここで、循環制御回路４９が循環機構４４を制御する制御動作について説明する。循環制御回路４９は、温度センサ４８により計測されたインクジェットヘッド６の温度に基づいて、インクジェットヘッド６内のインクの温度を推定する。そして、循環制御回路４９は、インクの温度が所望の温度よりも低いと判断した場合には、温度調整部４７に備えられたヒータを作動させて、循環用流体を加熱する。循環制御回路４９は、循環用流体を加熱するとともに、循環ポンプ４６を駆動させる。これにより、加熱された循環用流体は循環路４０内を流れ、インクジェットヘッド６内のインクを温める。

また、循環制御回路４９は、インクの温度が所望の温度よりも高いと判断した場合には、温度調整部４７に備えられたクーラーを作動させて、循環用流体を冷却する。循環制御回路４９は、冷却された循環用流体を循環路４０に流す為に、循環ポンプ４６を駆動させる。これにより、冷却された循環用流体が循環路４０内を流れ、インクジェットヘッド６内のインクを冷却する。

なお、循環用流体は、水等の液体、空気等の気体に限らず、ゲル状の流体等、温度調整が可能で且つ循環路４０を流れる流体であればよい。

ところで、循環路４０は、上下方向において、ノズルプレート１１及びキャビティプレート２２に挟まれて配置されている。ノズルプレート１１、キャビティプレート２２及びマニホールドプレート２３は、上下方向における厚みが５０〜１５０μｍと非常に薄い為、上下方向に熱が伝わり易く、上下方向に伝熱して外部に放熱し易い。同時に、外気によって循環用流体が温められたり冷やされたりもする。その為、循環用流体がインクジェットヘッド６内のインクの温度を調整する妨げとなり効率が悪い。

本実施形態のインクジェットヘッド６は、循環用流体が外気との間で熱の交換をし難いように、各構成部品の熱伝導率が一定の関係となるように、選定された材料の構成部品により構成されている。

インクジェットヘッド６を構成する構成部品の熱伝導率について説明する。図５は、各構成部品に用いる材料の熱伝導率を示した表である。圧力室プレート２１、キャビティプレート２２、マニホールドプレート２３は、ステンレス鋼を用いて形成されている。なお、ステンレス鋼としては、流路構造体１２に用いられる代表的なSUS４０３とSUS３０４を例示する。両者はユーザーがニーズに併せて適宜使い分けているもので、何れか一方を用いて流路構造体１２を構成する。ノズルプレート１１は、ポリイミド樹脂で形成されている。圧電アクチュエータ３０については、圧電層３１と振動板３４がチタン酸ジルコン酸鉛（PZT）で形成されている。また、図２に示すポッティング材９は、シリコン樹脂性のものを用いる。なお、圧電アクチュエータ３０に配置される個別電極３２と共通電極３３とは、上下方向において圧力室プレート２１と直接接触しない為、圧力室プレート２１からの熱伝達には影響を及ぼさない。

図５に示すように、圧力室プレート２１、キャビティプレート２２、マニホールドプレート２３は、SUS３０４製では熱伝導率が１６[Ｗ／M・ｍ]、SUS４３０製では熱伝導率が２６[Ｗ／M・ｍ]となる。ノズルプレート１１の熱伝導率は、０．２９[Ｗ／M・ｍ]である。また、圧電層３１及び振動板３４の材料であるチタン酸ジルコン酸鉛の熱伝導率は１．５[Ｗ／M・ｍ]〜２．０[Ｗ／M・ｍ]である。前記圧力室プレート２１などが構成されるステンレス鋼の熱伝導率が、ノズルプレート１１の熱伝導率に対して約５０〜１００倍程度大きく、圧電アクチュエータ３０の熱伝導率に対しては約５〜１０倍程度大きい。ノズルプレート１１が上下方向において循環路４０と重なって流路構造体１２に接合されている為、循環用流体の熱はノズルプレート１１側の下方に伝わり難くなる。また、ノズルプレート１１は、マニホールド２４内及び圧力室２６内のインクが外気との間で熱の交換をするのを防ぐこともできる。圧電アクチュエータ３０は上下方向において循環路４０とは重なっておらず、循環用流体の熱が圧電アクチュエータ３０側の上方から放熱する。しかし、圧電アクチュエータ３０は、上下方向においてマニホールド２４及び圧力室２６と重なって流路構造体１２に接合されている。圧電アクチュエータ３０は、マニホールド２４内及び圧力室２６内のインクが外気に放熱するのを防ぐことができる。これにより、循環用流体がノズルプレート１１側から外気との間で熱の交換を行い難くすることができる為、インクジェットヘッド６内のインクとの間で熱の交換を行うことができる。併せて、マニホールド２４内及び圧力室２６内のインクがノズルプレート１１及び圧電アクチュエータ３０側から外気との間で熱の交換を行い難くして、循環用流体とインクジェットヘッド６内のインクとが、効率よく熱の交換を行うことができるようにする。

また、インクジェットヘッド６をキャリッジ５に搭載する際には、図２に示すように、ポッティング材９が、上下方向におけるインクジェットヘッド６の端面６aと、保持部材７の開口８の内壁面７aとの隙間に充填される。ポッティング材９は、図５に示すように熱伝導率が０．２[Ｗ／M・ｍ]であり、前記圧力室プレート２１などが構成されるステンレス鋼の熱伝導率は、ポッティング材９の熱伝導率より約８０〜１００倍程度大きい。その為、循環用流体の熱が保持部材７及び保持部材７の周囲へ伝わるのを防ぐ。

（製造・組立）
次に、本実施形態のインクジェットヘッド６の製造方法について説明する。特開２００６−３０５９４８号公報に開示される製造方法と同様の製造方法により、アパーチャー孔２５又は圧力室２６等が、圧力室プレート２１、キャビティプレート２２及びマニホールドプレート２３にそれぞれ形成される。製造時には、まず、循環路４０に対応するマスクパターンが、マニホールド２４及び貫通孔２７ｂとともにマニホールドプレート２３に形成される。次に、マスクパターンが形成されていない箇所がエッチングで除去されて、マニホールド２４、貫通孔２７ｂ及び循環路４０がマニホールドプレート２３に形成される。また、特開２００６−３０５９４８号公報に開示される製造方法と同様の製造方法により、ノズル２８がノズルプレート１１に形成される。

キャビティプレート２２は、図３に示す圧力室プレート２１の下面２１ｂとマニホールドプレート２３の上面２３aとが接するように配置されて接合される。また、ノズルプレート１１は、マニホールドプレート２３の下面２３ｂに接合される。これにより、流路ユニット１０が構成される。また、圧電アクチュエータ３０は、流路ユニット１０が形成された後に、圧力室プレート２１の上面２１aに接合される。その後、チューブ４５aとチューブ４５ｂとが、圧力室プレート２１に開口する供給口４２と排出口４３とにそれぞれ接続される。そして、チューブ４５aとチューブ４５ｂとが、循環機構４４にそれぞれ接続される。

（印刷動作と循環動作との関係）
次に、本実施形態のインクジェットヘッド６の印刷動作と、循環機構４４の循環動作との関係について説明する。循環制御回路４９は、ユーザーが、プリンタ１と接続される外部入力装置（ＰＣ等）を操作したり、プリンタ１に設けられた印刷スイッチを押したりして印刷指令を印刷制御回路に出したときには、循環機構４４を駆動して、印刷実行前にインクの温度の調整を行う。具体的には、循環制御回路４９は、印刷指令を受けた後、温度センサ４８が計測する温度を確認し、確認時点でのインクの温度と所望の温度とを比較する。確認時点でのインクの温度が所望の温度に対して低いと判断した場合には、循環制御回路４９は、温度調整部４７により循環用流体を加熱し、加熱された循環用流体を循環ポンプ４６により循環路４０に供給する。循環用流体を循環路４０に供給している間、循環制御回路４９は、インクジェットヘッド６内のインクの温度を確認する。インクの温度が所望の温度となったことを確認したときには、循環制御回路４９は、循環ポンプ４６を停止させるとともに、温度調整部４７も停止させる。その後、循環制御回路４９が印刷制御回路に温度調整終了の信号を入力すると、印刷制御回路は、インクジェットヘッド６を駆動して印刷動作を実行する。

また、循環制御回路４９は、温度センサ４８が計測する温度が所望の温度に対して高いと判断した場合には、温度調整部４７により循環用流体を冷却して、冷却された循環用流体を循環ポンプ４６により循環路４０に供給する。そして、循環制御回路４９は、インクの温度が所望の温度となったことを確認したとき、循環ポンプ４６を停止するとともに、温度調整部４７も停止する。その後、循環制御回路４９が制御回路に温度調整終了の信号を入力すると、印刷制御回路は、インクジェットヘッド６を駆動して印刷動作を実行する。

（循環用流体とインク及び外気との間の熱交換）
循環用流体とインクとの間の熱の交換、及び循環用流体と外気との間の熱の交換について図６を参照して説明する。図６は、マニホールド２４及び圧力室２６の一部を含む循環路４０の周囲を拡大した図である。図６に示すように、マニホールドプレート２３の内壁２３cは、循環用流体とマニホールド２４との間に存在する。また、上方向において、循環用流体とインクジェットヘッド６の周囲の外気との間は、キャビティプレート２２と圧力室プレート２１とが存在する。さらに、下方向において、循環用流体とインクジェットヘッド６の周囲の外気との間は、ノズルプレート１１が存在する。

図６に示すように、循環用流体がマニホールド２４内のインクとの間で熱の交換を行うときには、循環用流体の熱Ｊ１は、マニホールドプレート２３の内壁２３ｃを介して、マニホールド２４内のインクに伝わる。循環用流体の熱Ｊ２は、マニホールドプレート２３の内壁２３ｄを介して外気に伝わる。循環用流体の熱Ｊ３、Ｊ４が、圧力室プレート２１、ディセンダプレート２２及びノズルプレート１１を介して、インクジェットヘッド６の周囲の外気に伝わる。マニホールドプレート２３の熱伝導率は、ノズルプレート１１に比べて約１００倍程度大きい。その為、マニホールドプレート２３の内壁２３ｃ、２３ｄは、ノズルプレート１１に比べて、熱が伝わり易い。循環用流体の熱Ｊ３は、ノズルプレート１１側に伝わり難くなる。また、図２に示すポッティング材９が流路ユニット１０の端面１０ｚに密着する場合、マニホールドプレート２３の熱伝導率がポッティング材９に比べて約８０〜１６０倍程度大きいので、循環用流体の熱Ｊ２が内壁２３ｄを介して図２に示す保持部材７及び保持部材７の周囲に伝わり難い。また、圧電アクチュエータ３０が循環路４０とは重なっておらず、循環用流体の熱Ｊ４は圧力室プレート２１及びキャビティプレート２２を介して外気に伝わる。その為、循環用流体の熱Ｊ４がインクジェットヘッド６周囲の外気との間で熱の交換をするのは避けられない。しかし、圧電アクチュエータ３０が圧力室２６と重なっている為、圧力室内のインクが圧電アクチュエータ３０を介して外気との熱の交換をするのを防ぐことができる。その為、循環用流体がノズルプレート１１側及び流路ユニット１０の端面１０ｚ側から外気との間で熱交換をすることが極力避けられ、循環用流体とマニホールド２４内のインクとの間で効率よく熱の交換を行うことができる。

（作用効果）
以上のように構成されたプリンタ１では、以下の作用効果を得ることができる。インクジェットヘッド６は、インクとは別の温度調整が可能な循環用流体を流す循環路４０を有している。循環路４０は、マニホールドプレート２３に形成されている。また、ノズルプレート１１が、上下方向において循環路４０の全てと重なるようにマニホールドプレート２３に積層して接合される。マニホールドプレート２３は圧力室プレート２１及びキャビティプレート２２に積層状態で接合される。そして、圧電アクチュエータ３０が圧力室プレート２１に接合される。マニホールドプレート２３の熱伝導率は、ノズルプレート１１及び圧電アクチュエータ３０の熱伝導率よりも高い。この為、循環用流体の熱は、ノズルプレート１１または圧電アクチュエータ３０に比べてマニホールドプレート２３に伝わり易い。従って、循環用流体がノズルプレート１１を介して外気との間で熱の交換が行われ難くするとともに、循環用流体とマニホールド２４内のインクとの間で熱の交換が行われ易い。その為、循環用流体がノズルプレート１１を介して外気との間で熱の交換がされることが限りなく抑制され、インクとの間で熱の交換が効率よく行われる。その為、インクの温度を所定の温度に速やかに調整できる。

また、流路ユニット１０の端面１０ｚが、ポッティング材９で覆われている為、循環用流体の熱が端面１０ｚから保持部材７及び保持部材７の周囲に伝わるのを抑えることができる。

（本実施形態と本発明との対応関係）
本実施形態と、本発明との対応関係について説明する。図３に示す本実施形態のマニホールド２４、アパーチャー孔２５、圧力室２６、及びディセンダ２７は、本発明の「液体流路」の一例である。本実施形態の上下方向は、本発明の「厚み方向」に相当する。また、本実施形態の流路構造体１２の上面１２a、及び圧力室プレート２１の上面２１aは、本発明の「一方の接続面」の一例である。また、流路構造体１２の下面１２ｂ、及びマニホールドプレート２３の下面２３ｂは、本発明の「他方の接続面」の一例である。本実施形態の圧電アクチュエータ３０は、本発明の「エネルギー付与部材」の一例である。また、本実施形態の前後方向は、本発明の「循環路が延びる方向」に相当し、左右方向は、本発明の「直交する方向」に相当する。本実施形態の温度調整ユニット４１は、本発明の「供給手段」の一例である。また、ポッティング材９は、本発明の「封止部材」の一例である。

（変更形態）
次に、前記実施形態に種々の変更を加えた変更形態について説明する。但し、前記実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。

（変更形態１）
前記実施形態では、圧電アクチュエータ３０が上下方向において循環路４０と重ならないように構成していたが、図７に示す圧電アクチュエータ１３０のように、圧電アクチュエータ１３０が上下方向において循環路４０と重なるように構成してもよい。

圧電アクチュエータ１３０を用いることで、循環路４０は、上下方向においてノズルプレート１１と圧電アクチュエータ１３０とに挟まれて配置される。その為、循環用流体の熱が、上下方向に伝わり難くなり、インクジェットヘッド６の周囲の外気との間で熱の交換を行うのを防ぐことができる。従って、循環用流体は、インクとの間での熱の交換をさらに効率よく行うことができる。

（変更形態２）
また、変更形態１の圧電アクチュエータ１３０では、上下方向において循環路４０全てと重なるように構成したが、図８に示す圧電アクチュエータ２３０のように、圧電アクチュエータ２３０が循環路４０の一部のみと重なるように構成してもよい。

圧電層３１の材料であるチタン酸ジルコン酸鉛は、樹脂またはステンレス鋼に比べて非常に高価な為、最低限の使用に留めることで、インクジェットヘッド６の周囲への放熱を防ぎつつ安価に構成することができる。

（変更形態３）
また、前記実施形態では、図４に示すように循環路４０が前後方向において直線状に延在するが、図９に示すように、循環路４４０は、平面視で圧電アクチュエータ３０と重ならない本流路４４０aと、本流路４４０aに繋がる突出部４４０ｂとを備える。

図９に示すように、複数の突出部４４０ｂは、平面視で前後方向において、複数の端子３５の間に配置されている。また、突出部４４０ｂは、左右方向において、マニホールド２４側に突出して配置されている。その為、本実施形態の循環路４４０は、本流路４４０aのみで循環路を構成する場合に比べて、マニホールド２４との間を区画する区画部分２４eを薄くすることができる。これにより、循環用流体の熱が、区画部分２４eを伝ってマニホールド２４内のインクに伝わり易くなるので、区画部分２４eよりも左右方向に厚い区画部分で区切られている場合に比べて、循環用流体とインクとは熱の交換を行い易くする。

変更形態１〜３においても、インクジェットヘッド６を保持部材７に収納保持する場合には、ポッティング材９が、流路ユニット１０の端面１０ｚと開口８の内壁面７aとの間に充填される。この為、前記実施形態と同様に、流路ユニット１０の端面１０ｚから保持部材７及び保持部材７の周囲に循環用流体の熱が逃げるのを防止できる。

（その他の変更形態）
前述の変更形態１〜３とは別に、本実施形態のインクジェットヘッド６の一部構成を変えた変更形態を例示する。

循環路は、マニホールドプレートのみに限らず、キャビティプレートにも形成してよい。キャビティプレートに形成される循環路は、キャビティプレートを貫通して形成されていてもよいし、凹状に形成されていてもよい。

また、循環制御回路は、印刷動作中に循環ポンプを駆動させてもよい。例えば、長時間連続して印刷する場合、圧電アクチュエータが発熱する為、インクジェットヘッドの温度が上昇してしまう。循環制御回路は、インクジェットヘッドを冷却する為に印刷中であっても循環ポンプを駆動させる。これにより、インクジェットヘッドが冷却されて、インクジェットヘッドの温度を下げることができる。また、循環制御回路は、前回印刷後からの経過時間を計測するタイマーが接続されていてもよい。循環制御回路は、タイマーが計測する経過時間に基づいて、循環ポンプの駆動するタイミングを変えることができる。

ノズルプレートは、上下方向において循環路の全てと重なるように配置されているが、循環路の一部のみに重なるように配置してもよい。また、本実施形態では、流路構造体は、複数枚のプレートが積層状態で接合されたものを例示したが、本発明の流路構造体はこれに限られない。例えば、流路構造体は、その内部に液体流路が形成された１個体の樹脂部材で構成されていてもよいし、表面に開口する凹状溝により液体流路を構成する１枚のプレートで構成されていてもよい。

本実施形態の圧電アクチュエータ３０は、インクを噴射する際に、印刷制御回路が個別電極３２に印加する駆動電圧を停止して、圧力室２６内のインクに噴射エネルギーを付与する噴射動作をしていたが、例えば、印刷制御回路が個別電極に駆動電圧を付与して、圧力室内のインクに噴射エネルギーを付与する噴射動作を行うものも本発明に含まれる。

本実施形態では、循環用流体は、インクとは別の流体を用いていたが、インクを用いてもよい。

また、本実施形態では、キャリッジ３がガイド軸５に沿って左右方向を往復移動するシリアル方式のインクジェットヘッドについて説明したが、例えば、左右方向において、用紙全てと重なるように延在するライン方式のインクジェットヘッドであっても、本発明は適用できる。

以上説明した実施形態は、本発明を、用紙にインクを噴射して印刷を行うインクジェット方式のプリンタに適用したものであるが、本発明の適用対象はインクジェット方式のプリンタに限られない。即ち、様々な液滴を用途に応じて対象に噴射する種々の液滴噴射装置においても、本発明を適用することができる。

本発明の実施の形態に係る概略斜視図である。 図１に示す保持部材７とインクジェットヘッド６とをＩ−Ｉ線に従って切断した断面図である。 図２において、保持部材７を除いたインクジェットヘッド６の断面図である。 図１のインクジェットヘッド６の上面図である。 各部品に用いる材料の熱伝導率を示した表である。 循環用流体とインク及び外気との間での熱の交換を説明するための説明図である。 図３に示すインクジェットヘッド６の断面図に相当する変更形態１の断面図である。 図３に示すインクジェットヘッド６の断面図に相当する変更形態２の断面図である。 図３に示すインクジェットヘッド６の断面図に相当する変更形態３の断面図である。

符号の説明

１ プリンタ
３ キャリッジ
６ インクジェットヘッド
７ 保持部材
７a 内壁面
８ 開口
９ ポッティング材
１０ 流路ユニット
１０a 端面
１１、３１１ ノズルプレート
１２ 流路構造体
１２a 上面
１２ｂ 下面
２１ 圧力室プレート
２２ キャビティプレート
２３ マニホールドプレート
２４ マニホールド
２５ アパーチャー孔
２６ 圧力室
２７ ディセンダ
２８ ノズル
３０、１３０、２３０ 圧電アクチュエータ
４０、４４０ 循環路
４１ 温度調整ユニット
４２ 供給口
４３ 排出口
４４１ 突出路

Claims (5)

1. 液体流路が形成された流路構造体と、この流路構造体の厚み方向において流路構造体の一方の接続面に接続され、前記液体流路に連通するノズルが形成されたノズルプレートとを有する流路ユニットと、
   前記流路構造体の他方の接続面に接続され、前記ノズルから液滴を噴射するために前記液体流路内の液体に噴射エネルギーを付与するエネルギー付与部材と、
   前記流路構造体に形成され、前記厚み方向において前記ノズルプレートと少なくとも一部分が重なる領域に配置された循環路と、
   前記液体流路内の液体の温度を調整するために前記循環路に前記液体流路内の液体とは異なる循環用流体を供給する供給手段とを備え、
   前記流路構造体は、前記ノズルプレート及び前記エネルギー付与部材に比べて熱伝導率が高いことを特徴とする液滴噴射装置。
2. 前記ノズルプレートは樹脂材料で構成され、前記エネルギー付与部材は圧電材料を含んで構成されており、
   前記ノズルプレートは、前記循環路が延びる方向及び前記厚み方向と直交する方向において、前記エネルギー付与部材よりも長いことを特徴とする請求項１に記載の液滴噴射装置。
3. 前記エネルギー付与部材は、前記厚み方向において、少なくとも一部が前記循環路と重なるように配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の液滴噴射装置。
4. 前記ノズルプレート及び前記エネルギー付与部材は、前記厚み方向において、前記循環路の全てと重なるように配置されていることを特徴とする請求項３に記載の液滴噴射装置。
5. 前記流路ユニットが嵌入可能な開口を有し、前記流路ユニットの前記厚み方向に延びる端面が前記開口の内壁面と対向して前記開口内に前記流路ユニットを収納保持する保持部材と、
   前記端面と前記内壁面とに密着して配置される封止部材とを備え、
   前記封止部材は、前記流路構造体よりも熱伝導率が低いことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の液滴噴射装置。

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