JP2012218197A - 液体噴射ヘッド、および、液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液体を効率良く加熱することができる液体噴射ヘッド、および、液体噴射装置を提供する。
【解決手段】ノズル２７が開設されたノズルプレート２２、および、圧力室３１を含むインク流路を有する流路ユニット２１と、圧電素子３５と、当該圧電素子の駆動に係る駆動ＩＣ５２と、インク導入路４２を有するユニットケース２６と、を備えたヘッドユニット１６であって、駆動ＩＣは、ノズルプレートおよびユニットケースに接触または熱伝導性部材を介して接合された状態で配置された。
【選択図】図４

Description

本発明は、インクジェット式記録ヘッドなどの液体噴射ヘッド、および、液体噴射装置に関するものであり、特に、液体を加熱して当該液体の粘度を低下させる構成を採用する液体噴射ヘッド、および、液体噴射装置に関する。

液体噴射装置は液体噴射ヘッドを備え、この噴射ヘッドから各種の液体を噴射する装置である。この液体噴射装置としては、例えば、インクジェット式プリンターやインクジェット式プロッター等の画像記録装置があるが、最近ではごく少量の液体を所定位置に正確に着弾させることができるという特長を生かして各種の製造装置にも応用されている。例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターを製造するディスプレイ製造装置，有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイやＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極を形成する電極形成装置，バイオチップ（生物化学素子）を製造するチップ製造装置に応用されている。そして、画像記録装置用の記録ヘッドでは液状のインクを噴射し、ディスプレイ製造装置用の色材噴射ヘッドではＲ（Red）・Ｇ（Green）・Ｂ（Blue）の各色材の溶液を噴射する。また、電極形成装置用の電極材噴射ヘッドでは液状の電極材料を噴射し、チップ製造装置用の生体有機物噴射ヘッドでは生体有機物の溶液を噴射する。

ところで、近年、紫外線などの光のエネルギーの照射によって硬化する光硬化型インクが画像等の印刷の際に用いられることがある。この光硬化型インクは、インク吸収性の乏しい記録媒体に対しても、光を照射することで硬化して定着するので、例えば、樹脂フィルムに対する画像の記録やその他の様々な用途に用いられている。しかしながら、この光硬化型インクは、一般の水系のインクよりも粘度が高い傾向にある。例えば、水系のインクの常温（例えば、２０℃）における粘度が８ｍＰａ・ｓ未満であるのに対して、光硬化型インクの常温における粘度は８ｍＰａ・ｓ以上である。このような所謂高粘度領域のインクを液体噴射ヘッドで噴射するには、インクの粘度を噴射に適した程度（例えば、５ｍＰａ・ｓ）まで低下させる必要がある。このため、ヒーターなどの加熱手段によってインクを加熱することで、当該インクの粘度を低下させる構成を採用した液体噴射ヘッドが提案されている（例えば、特許文献１又は特許文献２参照）。

特開２００９−２３３９０３号公報 特開２０１１−０５０８３７号公報

しかしながら、液体噴射ヘッドの外部に加熱手段を設け、この加熱手段の熱によってインクを加熱しても、インク温度が上昇し難いという問題があった。この場合、常温のインクを噴射に適した温度（例えば、４０℃）まで加熱するには、より高い温度での加熱が必要となり、消費電力が大きくなるばかりでなく、ヘッドの寿命を低下させてしまう虞があった。

また、液体噴射ヘッドの内部に加熱手段を設ける場合、その分のスペースが必要となり、液体噴射ヘッドが大型化するという問題があった。大型化を避けるために加熱手段の配置スペースを小さくした場合には、ヘッド流路を流れるインクを十分に加熱することが困難であった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、液体を効率良く加熱することができる液体噴射ヘッド、および、液体噴射装置を提供する。

本発明は、上記目的を達成するために提案されたものであり、液体を噴射するノズルが開設されたノズルプレート、および、前記ノズルに連通する圧力室を含む液体流路を有する流路ユニットと、
前記圧力室内の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生手段と、
前記圧力発生手段を駆動させる駆動ＩＣと、
前記流路ユニットの液体流路に液体を導入する液体導入路を有し、前記流路ユニット、前記圧力発生手段、および、前記駆動ＩＣが配設されるケース部材と、を備えた液体噴射ヘッドであって、
前記駆動ＩＣは、前記ノズルプレートおよび前記ケース部材に接触または熱伝導性部材を介して接合された状態で配置されたことを特徴とする。

本発明によれば、駆動ＩＣの熱がノズルプレートおよびケース部材に伝達することで、圧力室に供給される前の液体導入路内の液体と、ノズル内および圧力室内の液体との両方が加熱されるので、液体を加熱するための加熱手段を別途設けることなく液体の粘度を効率良く短時間で低下させることができる。これにより、所謂高粘度領域の液体を扱う場合においても安定した噴射特性（液体重量、飛翔速度等）を得ることができる。

また、上記構成において、前記ノズルプレートと前記ケース部材とが、金属から作製された構成を採用することができる。

上記構成において、前記熱伝導性部材が、金属を含有する接着剤である構成を採用することができる。
或いは、上記構成において、前記熱伝導性部材が、金属である構成を採用することもできる。

また、本発明の液体噴射装置は、液体を噴射するノズルが開設されたノズルプレート、および、前記ノズルに連通する圧力室を含む液体流路を有する流路ユニットと、
前記圧力室内の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生手段と、
前記圧力発生手段の駆動に係る駆動ＩＣと、
液体供給源からの液体を前記流路ユニットの液体流路側に導入する液体導入路を有し、前記流路ユニット、前記圧力発生手段、および、前記駆動ＩＣが配設されるケース部材と、を備えた液体噴射ヘッドを搭載する液体噴射装置であって、
前記駆動ＩＣは、前記ノズルプレートおよび前記ケース部材に接触または熱伝導性部材を介して接合された状態で配置されたことを特徴とする。

上記構成において、前記圧力発生手段を駆動する駆動パルスを発生する駆動パルス発生手段を備え、
前記液体噴射ヘッドのノズルから液体を噴射する噴射動作に先立って、前記圧力発生手段に対し、前記ノズルから液体が噴射されない程度に当該圧力発生手段を駆動する予備パルスを印加する構成を採用することが望ましい。

上記構成において、前記予備パルスは、電位が第１の極性側に変化する第１の変化部と、電位が前記第１の極性とは反対の第２の極性側に変化する第２の変化部と、を含み、
前記第１の変化部の時間幅が、前記圧力室内の液体に生じる固有振動周期Ｔｃ以下に設定され、
前記第２の変化部の時間幅が、前記Ｔｃの整数倍に設定された構成を採用することができる。

また、前記駆動ＩＣが収容された空部内の温度を検出する温度検出手段を備え、
前記温度検出手段による検出温度に応じて、前記圧力発生手段に対する前記予備駆動パルスの印加数または当該予備パルスの電圧の少なくとも一方が変更される構成を採用することが望ましい。

プリンターの構成を説明する斜視図である。 記録ヘッドを斜め上方から観た分解斜視図である。 ヘッドユニットの分解斜視図である。 ヘッドユニットの断面図である。 プリンターの電気的な構成を説明するブロック図である。 予備パルスの構成の一例を示す波形図である。 プリンターの動作について説明するフローチャートである。 検出温度に対する予備パルスの駆動電圧および印加数を定めた対応表である。

以下、本発明を実施するための形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下に述べる実施の形態では、本発明の好適な具体例として種々の限定がされているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、以下の説明は、本発明の液体噴射装置として、インクジェット式プリンター（本発明の液体噴射装置の一種）を例に挙げて行う。

プリンター１の構成について、図１を参照して説明する。プリンター１は、記録紙等の記録媒体２（着弾対象の一種）の表面に対して液体状のインクを噴射して画像等の記録を行う装置である。このプリンター１は、インクを噴射する記録ヘッド３、この記録ヘッド３が取り付けられるキャリッジ４、キャリッジ４を主走査方向に移動させるキャリッジ移動機構５、記録媒体２を副走査方向に移送するプラテンローラー６（搬送機構１１の一部）等を備えている。ここで、上記のインクは、本発明の液体の一種であり、液体供給源としてのインクカートリッジ７に貯留されている。このインクカートリッジ７は、記録ヘッド３に対して着脱可能に装着される。なお、インクカートリッジ７がプリンター１の本体側に配置され、当該インクカートリッジ７からインク供給チューブを通じて記録ヘッド３に供給される構成を採用することもできる。

上記のキャリッジ移動機構５はタイミングベルト８を備えている。そして、このタイミングベルト８はＤＣモーター等のパルスモーター９により駆動される。従ってパルスモーター９が作動すると、キャリッジ４は、プリンター１に架設されたガイドロッド１０に案内されて、主走査方向（記録媒体２の幅方向）に往復移動する。この他、プリンター１には、図示しない給紙トレイから給紙された記録媒体２を、主走査方向に直交する副走査方向に搬送する搬送機構１１（図５参照）や、キャリッジ３に搭載された記録ヘッド３の走査位置を検出するリニアエンコーダー１２（図５参照）等を備えている。

図２は、上記記録ヘッド３の構成を示す分解斜視図である。本実施形態における記録ヘッド３は、ケース１５と、複数のヘッドユニット１６と、ユニット固定板１７と、ヘッドカバー１８とにより概略構成されている。
ケース１５は、ヘッドユニット１６や、当該ヘッドユニットへインクを供給する供給流路（図示せず）を収容する箱体状部材であり、上面側に針ホルダー１９が形成されている。この針ホルダー１９は、インク導入針２０を取り付けるための板状部材であり、本実施形態においてはインクカートリッジ７のインク色に対応させて８本のインク導入針２０がこの針ホルダー１９に横並びに配設されている。このインク導入針２０は、インクカートリッジ７内に挿入される中空針状の部材であり、先端部に開設された導入孔（図示せず）からインクカートリッジ７内に貯留されたインクをケース１５内の供給流路を通じてヘッドユニット１６側に導入する。

また、ケース１５の底面側には、４つのヘッドユニット１６が、主走査方向に横並びに位置決めされた状態で各ヘッドユニット１６に対応した４つの開口部１７′を有する金属製のユニット固定板１７に接合されると共に、同じく各ヘッドユニット１６に対応する４つの開口部１８′が開設された金属製のヘッドカバー１８によって固定される。

図３は、ヘッドユニット１６（本発明の液体噴射ヘッドの一種）の構成を示す分解斜視図であり、図４は、ヘッドユニット１６の断面図である。なお、便宜上、各部材の積層方向を上下方向として説明する。本実施形態におけるヘッドユニット１６は、主にノズルプレート２２、流路基板２３、保護基板２４、及び、コンプライアンス基板２５から成る流路ユニット２１と、圧電素子３５（本発明における圧力発生手段の一種）と、を備え、これらの部材が積層された状態でユニットケース２６（本発明におけるケース部材に相当）に取り付けられている。

ノズルプレート２２は、ドット形成密度に対応したピッチで複数のノズル２７を列状に開設した金属製（例えば、ステンレス鋼製）の板材である。本実施形態では、３００ｄｐｉに対応するピッチで３００個のノズル２７を列設することでノズル列（ノズル群の一種）が構成されている。本実施形態においては、当該ノズルプレート２２に２つのノズル列が形成されている。

流路基板２３は、その上面に二酸化シリコンからなる弾性膜３０が熱酸化によって形成されている。また、この流路基板２３には、異方性エッチング処理によって複数の隔壁で区画された圧力室３１が各ノズル２７に対応して複数形成されている。この流路基板２３における圧力室３１の列の外側には、各圧力室３１の共通のインクが導入される室としての共通液室３２（リザーバーあるいはマニホールドとも呼ばれる）の一部を区画する連通空部３３が形成されている。この連通空部３３は、インク供給路３４を介して各圧力室３１と連通している。共通液室３２からインク供給路３４および圧力室３１を介してノズル２７に通じる一連の流路は、本発明における液体流路に相当する。

流路基板２３の中央部には、板厚方向を貫通した状態で、平面視でノズル列方向に沿って長尺な矩形状の開口を有する挿通部４５が開設されている。この挿通部４５は、後述する駆動ＩＣ５２が挿通される貫通穴である。流路基板２３の上面に形成された弾性膜３０上には、金属製の下電極膜（共通素子電極）と、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等からなる圧電体層と、金属からなる上電極膜（個別素子電極）と（何れも図示せず）を順次積層することで形成された圧電素子３５が圧力室３１毎に複数列設されている。本実施形態において、２列のノズル列に対応して２列の圧電素子列が、ノズル列方向で見て圧電素子３５が互い違いとなる状態でノズル列に直交する方向に並設されている。この圧電素子３５は、所謂撓みモードの圧電素子であり、圧力室３１の上部を覆うように形成されている。

圧電素子３５からは、電極配線部４８が弾性膜３０上にそれぞれ延出されており、これらの電極配線部の電極端子４８ａ，４８ｂ（電極パッド）に相当する部分に、フレキシブルケーブル４９の一端部の端子が接続される。このフレキシブルケーブル４９は、例えば、ポリイミド等のベースフィルムの表面に銅箔等で導体パターンを形成し、この導体パターンをレジストで被覆した構成とされる。本実施形態においては、２列の圧電素子列に対応して２枚のフレキシブルケーブル４９ａ，４９ｂが設けられている。これらのフレキシブルケーブル４９ａ，４９ｂの一端側には、圧電素子３５を駆動する駆動ＩＣ５２（５２ａ，５２ｂ）がそれぞれ実装されている。各圧電素子３５は、駆動ＩＣ５２を通じて上電極膜および下電極膜間に駆動信号（後述）が印加されることにより変形するように構成されている。この駆動ＩＣ５２に関し、他端側の略半分がフレキシブルケーブル４９に固定されている一方、残りの一端側の部分はフレキシブルケーブル４９に固定されていない。また、フレキシブルケーブル４９における駆動ＩＣ５２とは反対側の面には、ヘッドユニット１６内部の温度を検出するサーミスター５３（温度検出手段の一種）が実装されている。サーミスター５３の検出温度は、後述するプリンターコントローラー６１のＣＰＵ６４に出力される。

上記圧電素子３５が形成された流路基板２３上には、貫通空部３６を有する保護基板２４が配置される。この保護基板２４における貫通空部３６は、流路基板２３の連通空部３３と連通して共通液室３２の一部を区画する。また、保護基板２４には、圧電素子３５に対向する領域に当該圧電素子３５の駆動を阻害しない程度の大きさの圧電素子収容空部３７が形成されている。さらに、保護基板２４において、隣り合う圧電素子列の間には、基板厚さ方向を貫通した配線空部３８が形成されている。この配線空部３８内には、平面視において、圧電素子３５の電極端子４８ａ，４８ｂと、各圧電素子列にそれぞれ対応したフレキシブルケーブル４９ａ，４９ｂの一部が配置されると共に、各フレキシブルケーブル４９ａ，４９ｂに実装された駆動ＩＣ５２ａ，５２ｂがそれぞれ配置される。

保護基板２４の上面側には、コンプライアンス基板２５が配置される。このコンプライアンス基板２５における保護基板２４の貫通空部３６に対向する領域には、インク導入針２０側からのインクを共通液室３２に供給するためのインク導入口４０が厚さ方向に貫通して形成されている。また、このコンプライアンス基板２５の貫通空部３６に対向する領域のインク導入口４０及び後述する貫通口２５ａ以外の領域は、極めて薄く形成された可撓部４１となっており、この可撓部４１によって貫通空部３６の上部開口が封止されることで共通液室３２が区画形成される。そして、この可撓部４１は、共通液室３２内のインクの圧力変動を吸収するコンプライアンス部として機能する。さらに、コンプライアンス基板２５の中央部には、貫通口２５ａが形成されている。この貫通口２５ａは、ユニットケース２６の空部４４（４４ａ，４４ｂ）と連通する。また、貫通口２５ａは、配線空部３８および挿通部４５と一連に連通する。コンプライアンス基板２５とユニットケース２６とが接合された状態において、貫通口２５ａにはユニットケース２６の仕切壁４６（後述）の底面が臨む。挿通部４５に露出したノズルプレート２２と仕切壁４６との間の空間は、駆動ＩＣ５２ａ，５２ｂが収容されるＩＣ収容空部として機能する。そして、ＩＣ収容空部の上下方向の内寸は、駆動ＩＣ５２ａ，５２ｂの幅（図４における上下方向の寸法）よりも僅かに大きく設定されている。

ユニットケース２６は、インク導入針２０側から導入されたインクを、インク導入口４０を通じて共通液室３２側に供給するインク導入路４２（本発明における液体導入路に相当）が形成されると共に、可撓部４１に対向する領域にこの可撓部４１の膨張を許容する凹部４３が形成された部材である。本実施形態におけるユニットケース２６は、ノズルプレート２２と同様にステンレス鋼等の金属から作製されている。このユニットケース２６の中心部には、平面視でノズル列方向に沿って長尺な矩形状の開口を有する空部４４が、各ノズル列に対応して２箇所開設されている。これらの空部４４ａ，４４ｂは、中央部の仕切壁４６によって仕切られている。この仕切壁４６は、ノズル列方向に対応する方向の両端部がユニットケース２６の本体部に繋がる梁状の壁である。そして、この仕切壁４６の両側の空部４４ａ，４４ｂは、コンプライアンス基板２５の貫通口２５ａと連通する。これにより形成される空間内には、フレキシブルケーブル４９ａ，４９ｂがそれぞれ収容される。

ヘッドユニット１６を製造する際には、まず、ノズルプレート２２と流路基板２３とが接着等により接合されて、流路基板２３の上面に弾性膜３０が形成された後、各圧力室３１に対応させて圧電素子３５が焼成により形成される。この上に、保護基板２４およびコンプライアンス基板２５が積層されて流路ユニット２１が組み立てられる。流路ユニット２１が組み立てられたならば、各圧電素子列の電極端子４８ａ，４８ｂに対して、それぞれフレキシブルケーブル４９ａ，４９ｂの配線が行われる。即ち、各圧電素子列の電極端子４８ａ，４８ｂに相当する部分に、フレキシブルケーブル４９ａ，４９ｂの一端部の端子がそれぞれ電気的に接続される。この際、フレキシブルケーブル４９ａ，４９ｂの駆動ＩＣ５２ａ，５２ｂは、挿通部４５に挿通されて、当該挿通部４５内に露出しているノズルプレート２２に一端面（図４における下側の面）を、熱伝導性を有する接着剤Ｂ（本発明における熱伝導性部材の一種）を介して接合される。これにより、駆動ＩＣ５２ａ，５２ｂは、ノズルプレート２２に対して起立した姿勢で配設される。熱伝導性を有する接着剤Ｂとしては、例えば、熱伝導性を高める充填剤として金属やカーボンを含有する接着剤（例えば、放熱用シリコーン接着剤）、或いは、それ自体の（充填剤を含まない状態で）熱伝導率が１以上の接着剤（例えば、熱伝導性エポキシ接着剤など）を用いることができる。

最後に、流路ユニット２１とユニットケース２６が接着剤により接合される。この際、ユニットケース２６の仕切壁４６の底面と各駆動ＩＣ５２ａ，５２ｂの他端面とは、熱伝導性を有する接着剤Ｂにより接合される。これにより、各駆動ＩＣ５２ａ，５２ｂは、ノズルプレート２２とユニットケース２６とに接着剤Ｂを介して間接的に接触する状態でＩＣ収容空部に配置される。接着剤Ｂは、熱伝導性を有し、また、駆動ＩＣ５２とノズルプレート２２およびユニットケース２６との密着性を高めるので、駆動ＩＣ５２の熱をノズルプレート２２およびユニットケース２６側に効率良く伝達させることができる。また、ＩＣ収容空部の上下方向の内寸は、駆動ＩＣ５２の幅よりも僅かに大きく設定すると共に、駆動ＩＣ５２と、ノズルプレート２２およびユニットケース２６との間に接着剤Ｂを介在させることで、駆動ＩＣ５２とＩＣ収容空部との間の寸法誤差が吸収される。

図５は、プリンター１の電気的な構成を説明するブロック図である。外部装置６０は、例えばコンピューターやデジタルカメラなどの電子機器である。この外部装置６０は、プリンター１と通信可能に接続されており、プリンター１において記録紙等の記録媒体に画像やテキストを印刷させるため、その画像等に応じた印刷データをプリンター１に送信する。

本実施形態におけるプリンター１は、搬送機構１１、キャリッジ移動機構５、リニアエンコーダー１１、記録ヘッド３（ヘッドユニット１６）、及び、プリンターコントローラー６１を有する。プリンターコントローラー６１は、プリンターの各部の制御を行うための制御ユニットである。プリンターコントローラー６１は、インターフェース（Ｉ／Ｆ）部６３と、ＣＰＵ６４と、記憶部６５と、駆動信号生成部６６（本発明における駆動パルス生成手段に相当）と、を有する。インターフェース部６３は、外部装置からプリンター１へ印刷データや印刷命令を送ったり、外部装置がプリンター１の状態情報を受け取ったりする等プリンターの状態データの送受信を行う。ＣＰＵ６４は、プリンター全体の制御を行うための演算処理装置である。記憶部６５は、ＣＰＵ６４のプログラムや各種制御に用いられるデータを記憶する素子であり、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＮＶＲＡＭ（不揮発性記憶素子）を含む。ＣＰＵ６４は、記憶部６５に格納されているプログラムに従って、各ユニットを制御する。

ＣＰＵ６４は、リニアエンコーダー１１から出力されるエンコーダーパルスＥＰからタイミングパルスＰＴＳを生成するタイミングパルス生成手段として機能する。このタイミングパルスＰＴＳは、駆動信号生成部６６が発生する駆動信号の発生開始タイミングを定める信号である。つまり、駆動信号生成部６６は、このタイミングパルスを受信する毎に駆動信号を出力する。そして、ＣＰＵ６４は、このタイミングパルスＰＴＳに同期させて印刷データの転送や、駆動信号生成部６６による駆動信号の生成等を制御する。また、ＣＰＵ６４は、タイミングパルスＰＴＳに基づいて、ラッチ信号ＬＡＴ等のタイミング信号を生成してヘッドユニット１６に出力する。ヘッドユニット１６の駆動ＩＣ５２は、プリンターコントローラー６１からのヘッド制御信号（印刷データおよびタイミング信号）に基づき、ヘッドユニット１６の圧電素子３５に対する駆動信号の駆動パルスの印加制御を行う。

駆動信号生成部６６は、プリンターコントローラー６１から送られた駆動信号の波形に関する波形データに基づいて、アナログの電圧信号を生成する。また、駆動信号生成部６６は、上記の電圧信号を増幅して駆動信号を生成する。この駆動信号は、記録媒体２に対する印刷処理（記録処理或いは噴射処理）時、或いは、印刷処理を行う前の発熱処理時（後述）に圧電素子３５に印加されるものであり、インクの噴射に用いられる噴射駆動パルスや、ノズル２７からインクが噴射されない程度に圧力室３１内のインクに圧力変動を生じさせる予備パルス等を含む。

本発明に係るプリンター１では、圧電素子３５を駆動する際に駆動ＩＣ５２から発せられる熱を利用して、ヘッドユニット１６内の流路のインクを加熱することに特徴を有している。上述したように、駆動ＩＣ５２（５２ａ，５２ｂ）は、ノズルプレート２２とユニットケース２６とに接着剤Ｂを介して接触する状態で配置されているので、当該駆動ＩＣ５２から発生した熱は、ノズルプレート２２とユニットケース２６の両方にそれぞれ伝達される。これにより、これらの部材を介してヘッドユニット１６内の流路のインクが加熱される。より具体的には、インク導入口４０内のインクがヘッドユニット１６を介して加熱されると共に、ノズル２７内および圧力室３１内のインクがノズルプレート２２を介して加熱される。本実施形態においては、例えば、常温（２０℃前後）における粘度が１０ｍＰａ・ｓ以上の光硬化型インク等の高粘度インクを、所定の温度（例えば、４０℃）まで加熱することにより、粘度を５〜６ｍＰａ・ｓまで低下させる。そして、プリンター１では、ノズル２７からインクが噴射されない程度に圧電素子３５を駆動する予備パルス（図６）を全ての圧電素子３５に対して所定回数だけ連続的に印加することで駆動ＩＣ５２を発熱させる発熱処理を、印刷処理を開始する前に実行し、印刷処理を開始する時点でヘッドユニット１６内のインクの粘度が上記の値となるようにしている。

図６は、発熱処理で用いられる予備パルスＶＰの構成の一例を説明する波形図である。本実施形態における予備パルスＶＰは、基準電位ＶＢから膨張電位ＶＬまでマイナス側（第１の極性側）に電位が変化して圧力室３１を膨張させる第１の変化部ｐ１と、膨張電位ＶＬを一定時間維持するホールド部ｐ２（ホールド部）と、膨張電位ＶＬから基準電位ＶＢまでプラス側（第１の極性側とは逆の第２の極性側）に電位を緩やかに変化させて圧力室３１を収縮させる第２の変化部ｐ３と、から構成される。この予備パルスＶＰの第１の変化部ｐ１の時間幅ｔ１および第２の変化部ｐ３の時間幅ｔ３に関し、時間幅ｔ１は、インクの攪拌効果を得るべくＴｃ以下に設定される。急激な膨張に対して反動で吐出することを避けるため、Ｔｃの０．５倍以上の値が望ましい。また、時間幅ｔ３は、圧力室３１内のインクに生じる振動のヘルムホルツ周期（固有振動周期）Ｔｃの整数倍に設定されている。これにより、圧力室３１を膨張又は収縮させたときに、固有振動モードの励振を抑制することができ、ノズル２７からインクが噴射されることが防止される。本実施形態においては、ｔ１＝Ｔｃ、ｔ３＝２×Ｔｃに設定されている。なお、Ｔｃは、一般的には次式（１）で表すことができる。
Ｔｃ＝２π√〔（Ｍｎ＋Ｍｓ）／（Ｍｎ×Ｍｓ×（Ｃｃ＋Ｃｉ））〕…（１）
上記式（１）において、Ｍｎはノズル２７におけるイナータンス（単位断面積あたりのインクの質量）、Ｍｓはインク供給路３４におけるイナータンス、Ｃｃは圧力室３１のコンプライアンス（単位圧力あたりの容積変化、柔らかさの度合いを示す。）、Ｃｉはインクのコンプライアンス（Ｃｉ＝体積Ｖ／〔密度ρ×音速ｃ^２〕）である。

この予備パルスＶＰが圧電素子３５に印加されると、まず、第１の変化部ｐ１によって圧電素子３５は圧力室３１から離隔する方向に撓み、これにより圧力室３１が基準電位ＶＢに対応する収縮容積から膨張電位ＶＬに対応する膨張容積まで膨張する。この膨張により、ノズル２７におけるメニスカスが圧力室３１側に引き込まれる。そして、この圧力室３１の膨張状態は、ホールド部ｐ２の供給期間中に亘って維持される。その後、第２の変化部ｐ３が印加されることで圧電素子３５が圧力室３１側に撓む。この圧電素子３５の変位により、圧力室３１は膨張容積から収縮容積まで収縮される。この一連の圧力室３１の膨張・収縮により、圧力室３１内のインクにはノズル２７からインクが噴射されない程度の圧力変動が生じる。これにより、ノズル２７内や圧力室３１内のインクが攪拌される。即ち、予備パルスＶＰは、所謂微振動パルスとしても機能する。

図７は、本実施形態におけるプリンター１の動作を説明するフローチャートである。まず、ステップＳ１において、プリンター１の電源が投入される（電源ＯＮ）。或いは、プリンター１にインクカートリッジ７が新たに装着された場合、インクカートリッジ７のインクがヘッドユニット１６内部に充填される（初期充填）。このように、プリンター１の電源が投入された後や初期充填の後であって発熱処理が行われる前においては、ヘッドユニット１６のインク流路内に満たされているインクの温度は比較的低い温度（例えば、１５℃）となっている。続いて、プリンターコントローラー６１は、サーミスター５３からヘッドユニット１６内部の温度を取得する（ステップＳ２）。

温度を取得したならば、プリンターコントローラー５１は、発熱処理を実行する（ステップＳ３）。この発熱処理において、プリンターコントローラー５１は、駆動信号生成部６６から発生される予備パルスＶＰを圧電素子３５に連続的に印加することで、駆動ＩＣ５２を発熱させる。この発熱処理では、サーミスター５３からの検出温度に応じて、予備パルスＶＰの駆動電圧Ｖｄと圧電素子３５への連続印加数が増減されるように構成されている。即ち、検出温度が比較的低いときは、駆動電圧Ｖｄをより高く設定して、印加数もより多くする。逆に検出温度が比較的高いときは、駆動電圧Ｖｄをより低く設定して、印加数もより少なくする。本実施形態においては、例えば、図８の対応表に示すように、検出温度が１５℃の場合、駆動電圧Ｖｄは３５（Ｖ）に設定され、印加数は１００００発に設定される。検出温度１５℃のときのインクの粘度は１５ｍＰａ・ｓ程度である。また、検出温度が２５℃の場合、駆動電圧Ｖｄは２５（Ｖ）に設定され、印加数は５０００発に設定される。検出温度２５℃のときのインクの粘度は１０ｍＰａ・ｓ程度である。そして、検出温度が４０℃の場合、駆動電圧Ｖｄは２０（Ｖ）に設定され、印加数は３０００発に設定される。検出温度４０℃のときのインクの粘度は５ｍＰａ・ｓ程度であり、この粘度がインクを噴射する際の目標とされる。なお、本実施形態においては、検出温度に応じて、予備パルスＶＰの駆動電圧Ｖｄと圧電素子３５への連続印加数の両方を変化させた構成を例示したが、これには限られず、予備パルスＶＰの駆動電圧Ｖｄまたは圧電素子３５への印加数の少なくとも一方を変化させるようにすれば良い。

上記の発熱処理を実行することで駆動ＩＣ５２が発熱し、当該熱によりノズルプレート２２とユニットケース２６を介してヘッドユニット１６内の流路のインクが加熱され、当該インクの粘度が低下する。本実施形態においては、ユニットケース１６とノズルプレート２２が同じ材質（ステンレス鋼）であり、両者の熱伝導率が同じだとしても、ユニットケース１６と比較してノズルプレート２２は薄く重量も小さいため先に温まる。即ち、ノズル２７に近いインクがより早く温まるため、より早い段階で噴射に適した状態とすることが可能となる。また、本実施形態においては、サーミスター５７によって検出された温度に応じて予備パルスＶＰの駆動電圧Ｖｄと圧電素子３５への連続印加数とが変更されるので、発熱処理の実行時間をより最適化することができ、印刷処理を開始するまでの時間をできるだけ短縮することが可能となる。また、圧力室３１に供給される前のインク導入路４２内のインクと、インクが噴射されるノズル２７内および圧力室３１内のインクの両方が加熱されるので、インクの粘度をより効率良く低下させることができる。そして、検出温度が４０℃を超えると発熱処理が終了され、記録用紙等の記録媒体２に対して画像等を記録する印刷処理に移行する（Ｓ４）。

このように、本発明に係るプリンター１では、駆動ＩＣ５２の発熱を利用してインクを加熱するので、インクを加熱するための加熱手段を別途設けることなくインクの粘度を効率良く短時間で低下させることができる。これにより、所謂高粘度領域のインクを扱う場合においても安定した噴射特性（インク重量、飛翔速度等）を得られることができる。また、圧電素子３５を駆動して圧力室３１内のインクを攪拌しつつ（つまり、微振動させながら）加熱するので、加熱ムラが低減される。その結果、インクの粘度をさらに効率良く低下させることが可能となる。さらに、駆動ＩＣ５２の放熱も兼ねるため、より高負荷での駆動、即ち、より高い周波数での駆動にも対応することができ、また、放熱手段も不要となる。なお、本発明に係るプリンター１は、光硬化型インク以外の水系及び溶剤系インクにおける高粘度のインクにも対応することができる。

ところで、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて種々の変形が可能である。

例えば、上記実施形態では、ノズルプレート２２とユニットケース２６が、何れもステンレス鋼等の金属から作製された構成を例示したが、これには限られず、その他の材料を用いる構成を採用することも可能である。但し、これらの材料はできるだけ熱伝導性が良好であることが望ましく、例えば、熱伝導率が１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが望ましい。

また、上記実施形態では、駆動ＩＣ５２が、ノズルプレート２２とユニットケース２６に対して接着剤Ｂを介して間接的に接触する状態で配置された構成を例示したが、これには限られず、駆動ＩＣ５２が、ノズルプレート２２とユニットケース２６に対して接着剤Ｂを介さずに直接的に接触する構成を採用することも可能である。

さらに、駆動ＩＣ５２に金属製の板材などを取り付け、この金属板をノズルプレート２２とユニットケース２６に接触（接合）させるようにしても良い。この場合、金属板が、本発明における熱伝導性部材として機能し、駆動ＩＣ５２の熱をノズルプレート２２およびユニットケース２６に伝達する。

また、本発明における予備パルスＶＰの一例として、図６に示す予備パルスＶＰを挙げて説明したが、予備パルスＶＰの形状はこれには限られず、任意の波形のものを用いることができる。要は、ノズル２７からインクが噴射されない程度に圧電素子３５を駆動させることが可能な波形であれば良い。

また、上記各実施形態では、圧力発生手段として、所謂撓み振動型の圧電素子３５を例示したが、これには限られず、例えば、所謂縦振動型の圧電素子を採用することも可能である。この場合、例示した駆動信号に関し、電位の変化方向、つまり上下が反転した波形となる。さらに、発熱素子や静電アクチュエーターなど他の圧力発生手段を採用することも可能である。

そして、以上では、液体噴射ヘッドの一種であるインクジェット式記録ヘッド３（ヘッドユニット１６）を例に挙げて説明したが、本発明は、駆動ＩＣを実装したフレキシブルケーブルを通じて圧力発生手段に駆動電圧を供給する構成の他の液体噴射ヘッドにも適用することができる。例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材噴射ヘッド、バイオチップ（生物化学素子）の製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等にも本発明を適用することができる。

１…プリンター，３…記録ヘッド，１６…ヘッドユニット，２２…ノズルプレート，２３…流路基板，２４…保護基板，２６…ユニットケース，２７…ノズル，３１…圧力室，３２…共通液室，３５…圧電素子，４２…インク導入路，４６…仕切壁，４９…フレキシブルケーブル，５２ａ，５２ｂ…駆動ＩＣ，５３…サーミスター，６１…プリンターコントローラー，６６…駆動信号生成部

Claims (8)

1. 液体を噴射するノズルが開設されたノズルプレート、および、前記ノズルに連通する圧力室を含む液体流路を有する流路ユニットと、
   前記圧力室内の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生手段と、
   前記圧力発生手段を駆動させる駆動ＩＣと、
   前記流路ユニットの液体流路に液体を導入する液体導入路を有し、前記流路ユニット、前記圧力発生手段、および、前記駆動ＩＣが配設されるケース部材と、を備えた液体噴射ヘッドであって、
   前記駆動ＩＣは、前記ノズルプレートおよび前記ケース部材に接触または熱伝導性部材を介して接合された状態で配置されたことを特徴とする液体噴射ヘッド。
2. 前記ノズルプレートと前記ケース部材とが、金属から作製されたことを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
3. 前記熱伝導性部材が、金属を含有する接着剤であることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
4. 前記熱伝導性部材が、金属であることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
5. 液体を噴射するノズルが開設されたノズルプレート、および、前記ノズルに連通する圧力室を含む液体流路を有する流路ユニットと、
   前記圧力室内の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生手段と、
   前記圧力発生手段の駆動に係る駆動ＩＣと、
   液体供給源からの液体を前記流路ユニットの液体流路側に導入する液体導入路を有し、前記流路ユニット、前記圧力発生手段、および、前記駆動ＩＣが配設されるケース部材と、を備えた液体噴射ヘッドを搭載する液体噴射装置であって、
   前記駆動ＩＣは、前記ノズルプレートおよび前記ケース部材に接触または熱伝導性部材を介して接合された状態で配置されたことを特徴とする液体噴射装置。
6. 前記圧力発生手段を駆動する駆動パルスを発生する駆動パルス発生手段を備え、
   前記液体噴射ヘッドのノズルから液体を噴射する噴射動作に先立って、前記圧力発生手段に対し、前記ノズルから液体が噴射されない程度に当該圧力発生手段を駆動する予備パルスを印加することを特徴とする液体噴射装置。
7. 前記予備パルスは、電位が第１の極性側に変化する第１の変化部と、電位が前記第１の極性とは反対の第２の極性側に変化する第２の変化部と、を含み、
   前記第１の変化部の時間幅が、前記圧力室内の液体に生じる固有振動周期Ｔｃ以下に設定され、
   前記第２の変化部の時間幅が、前記Ｔｃの整数倍に設定されたことを特徴とする請求項７に記載の液体噴射装置。
8. 前記駆動ＩＣが収容された空部内の温度を検出する温度検出手段を備え、
   前記温度検出手段による検出温度に応じて、前記圧力発生手段に対する前記予備駆動パルスの印加数または当該予備パルスの電圧の少なくとも一方が変更されることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の液体噴射装置。

Images