JP2015066756A - 液体吐出ヘッドおよびそれを用いた記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】使用する液体の顔料などが沈降し難い液体吐出ヘッドおよびそれを用いた記録装置を提供する。【解決手段】液体吐出ヘッドは、複数の吐出孔８、複数の吐出孔８とそれぞれ繋がっている複数の加圧室１０、および外部から液体が供給され、複数の加圧室１０に液体を供給する共通供給流路５を含んでいる流路ユニット４および６と、複数の加圧室１０内の液体をそれぞれ加圧する複数の加圧部３０と、発熱する温調部５０とを有する液体吐出ヘッド２であって、温調部５０は、複数の吐出孔８が開口している吐出孔面６−１と、共通供給流路５との間に配置されており、温調部５０と共通供給路５との間に、断熱部５２が配置されている。【選択図】図３

Description

本発明は、液滴を吐出させる液体吐出ヘッドおよびそれを用いた記録装置に関するものである。

従来、液体吐出ヘッドとして、例えば、液体を記録媒体上に吐出することによって、各種の印刷を行なうインクジェットヘッドが知られている。液体吐出ヘッドは、例えば、マニホールド（共通流路）およびマニホールドから複数の加圧室をそれぞれ介して繋がる吐出孔を有した平板状の流路部材と、加圧室をそれぞれ覆うように設けられた複数の変位素子を有するアクチュエータ基板とを積層して構成されるヘッド本体と、ヘッド本体に液体を供給するリザーバを含んでいる（例えば、特許文献１を参照。）。

この液体吐出ヘッドでは、リザーバにヒータが取り付けられており、吐出する液体の温度が一定になるようにヒータを加熱している。

特開２０１１−２０６９４５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の液体吐出ヘッドでは、外部から供給された液体が暖められた後、液体吐出ヘッド内を流れることになるので、顔料が沈降し易いインクなどの液体を吐出する場合など、途中で顔料が沈降して流路が詰まるなどの問題があった。

したがって、本発明の目的は、使用する液体の顔料などが沈降し難い液体吐出ヘッドおよびそれを用いた記録装置を提供することにある。

本発明の液体吐出ヘッドは、複数の吐出孔、該複数の吐出孔とそれぞれ繋がっている複数の加圧室、および外部から液体が供給され、前記複数の加圧室に液体を供給する共通供給流路を含んでいる流路部材と、前記複数の加圧室内の液体をそれぞれ加圧する複数の加圧部と、発熱する温調部とを有する液体吐出ヘッドであって、前記温調部は、前記複数の吐出孔が開口している吐出孔面と、前記共通供給流路との間に配置されており、前記温調部と前記共通供給路との間に、断熱部が配置されていること特徴とする。

また、本発明の記録装置は、前記液体吐出ヘッドと、記録媒体を前記液体吐出ヘッドに対して搬送する搬送部と、前記複数の加圧部を制御する制御部とを備えていることを特徴とする。

本発明によれば、吐出孔面付近の液体は、温度が高くなることで吐出され易くできる、あるいは温度がほぼ一定になることで吐出特性を安定させることができるとともに、共通供給路中の液体は、温まり難いか、あるいは冷却されることで温度が低くなるので、液体の粘度が低くなり難く、液体中の顔料などを沈降させ難くできる。

（ａ）は、本発明の一実施形態に係る液体吐出ヘッドを含む記録装置の側面図であり、（ｂ）は平面図である。 図１の液体吐出ヘッドの要部であるヘッド本体の斜視図である。 （ａ）は、図２のヘッド本体の部分縦断面であり、（ｂ）は、（ａ）のＸ−Ｘ方向から見た部分縦断面図である。

図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係る液体吐出ヘッド２を含む記録装置である（カラーインクジェット）プリンタ１の概略の側面図であり、図１（ｂ）は、概略の平面図である。プリンタ１は、記録媒体である印刷用紙Ｐを搬送ローラ８０ａから搬送ローラ８０ｂへと搬送することにより、印刷用紙Ｐを液体吐出ヘッド２に対して相対的に移動させる。制御部８８は、画像や文字のデータに基づいて、液体吐出ヘッド２を制御して、記録媒体Ｐに向けて液体を吐出させ、印刷用紙Ｐに液滴を着弾させて、印刷用紙Ｐに印刷などの記録を行なう。

本実施形態では、液体吐出ヘッド２はプリンタ１に対して固定されており、プリンタ１はいわゆるラインプリンタとなっている。本発明の記録装置の他の実施形態としては、液体吐出ヘッド２を、印刷用紙Ｐの搬送方向に交差する方向、例えば、ほぼ直交する方向に往復させるなどして移動させる動作と、印刷用紙Ｐの搬送を交互に行なう、いわゆるシリアルプリンタが挙げられる。

プリンタ１には、印刷用紙Ｐとほぼ平行するように平板状の（ヘッド搭載）フレーム７０が固定されている。フレーム７０には図示しない２０個の孔が設けられており、２０個の液体吐出ヘッド２がそれぞれの孔の部分に搭載されていて、液体吐出ヘッド２の、液体を吐出する部位が印刷用紙Ｐに面するようになっている。液体吐出ヘッド２と印刷用紙Ｐとの間の距離は、例えば０．５〜２０ｍｍ程度とされる。５つの液体吐出ヘッド２は、１つのヘッド群７２を構成しており、プリンタ１は、４つのヘッド群７２を有している。

液体吐出ヘッド２は、図１（ａ）の手前から奥へ向かう方向、図１（ｂ）の上下方向に細長い長尺形状を有している。この長い方向を長手方向と呼ぶことがある。１つのヘッド群７２内において、３つの液体吐出ヘッド２は、印刷用紙Ｐの搬送方向に交差する方向、例えば、ほぼ直交する方向に沿って並んでおり、他の２つの液体吐出ヘッド２は搬送方向に沿ってずれた位置で、３つ液体吐出ヘッド２の間にそれぞれ一つずつ並んでいる。液体吐出ヘッド２は、各液体吐出ヘッド２で印刷可能な範囲が、印刷用紙Ｐの幅方向に（印刷用紙Ｐの搬送方向に交差する方向に）繋がるように、あるいは端が重複するように配置されており、印刷用紙Ｐの幅方向に隙間のない印刷が可能になっている。

４つのヘッド群７２は、記録用紙Ｐの搬送方向に沿って配置されている。各液体吐出ヘッド２には、図示しない液体タンクから液体（インク）が供給される。１つのヘッド群７２に属する液体吐出ヘッド２には、同じ色のインクが供給されるようになっており、４つのヘッド群で４色のインクが印刷できる。各ヘッド群７２から吐出されるインクの色は、例えば、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）およびブラック（Ｋ）である。このようなインクを、制御部８８で制御して印刷すれば、カラー画像が印刷できる。

プリンタ１に搭載される液体吐出ヘッド２の個数は、単色で、１つの液体吐出ヘッド２で印刷可能な範囲を印刷するのなら１つでもよい。ヘッドの群７２に含まれる液体吐出ヘッド２の個数や、ヘッド群７２の個数は、印刷する対象や印刷条件により適宜変更できる。例えば、さらに多色の印刷をするためにヘッドの群７２の個数を増やしてもよい。また、同色で印刷するヘッド群７２を複数配置して、搬送方向に交互に印刷することで、印刷速度（搬送速度）を速くすることができる。また、同色で印刷するヘッド群７２を複数準
備して、搬送方向と交差する方向にずらして配置して、印刷用紙Ｐの幅方向の解像度を高くしてもよい。

さらに、色の付いたインクを印刷する以外に、印刷用紙Ｐの表面処理をするために、コーティング剤などの液体を印刷してもよい。

プリンタ１は、記録媒体である印刷用紙Ｐに印刷を行なう。印刷用紙Ｐは、給紙ローラ８０ａに巻き取られた状態になっており、２つのガイドローラ８２ａの間を通った後、フレーム７０に搭載されている液体吐出ヘッド２の下側を通り、２つの搬送ローラ８２ｂの間を通り、回収ローラ８０ｂに回収される。印刷する際には、搬送ローラ８２ｂを回転させることで印刷用紙Ｐは、一定速度で搬送され、液体吐出ヘッド２によって印刷される。回収ローラ８０ｂは、搬送ローラ８２ｂから送り出された印刷用紙Ｐを巻き取る。搬送速度は、例えば、７５ｍ／分とされる。各ローラは、制御部８８によって制御されてもよいし、人によって手動で操作されてもよい。

記録媒体は、印刷用紙Ｐ以外に、布などでもよい。また、プリンタ１を、印刷用紙Ｐの代わりに搬送ベルトを搬送する形態にし、記録媒体は、ロール状のもの以外に、搬送ベルト上に置かれた、枚葉紙や裁断された布、木材、タイルなどにしてもよい。さらに、液体吐出ヘッド２から導電性の粒子を含む液体を吐出するようにして、電子機器の配線パターンなどを印刷してもよい。またさらに、液体吐出ヘッド２から反応容器などに向けて所定量の液体の化学薬剤や化学薬剤を含んだ液体を吐出させて、反応させるなどして、化学薬品を作製してもよい。

また、プリンタ１に、位置センサ、速度センサ、温度センサなどを取り付け、制御部８８が、各センサからの情報から分かるプリンタ１各部の状態に応じて、プリンタ１の各部を制御してもよい。特に、液体吐出ヘッド２から吐出される液体の吐出特性（吐出量や吐出速度など）が外部の影響を受けるようであれば、液体吐出ヘッド２の温度や液体タンクの液体の温度、液体タンクの液体が液体吐出ヘッド２に加えている圧力に応じて、液体吐出ヘッド２において液体を吐出させる駆動信号を変えるようにしてもよい。

次に、本発明の一実施形態の液体吐出ヘッド２について説明する。図２は、液体吐出ヘッド２の下端に位置する、液体を吐出する機能の主要部を含むヘッド本体２ａの斜視図である。図３（ａ）は、図２のヘッド本体２ａの部分縦断面であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＸ−Ｘ方向から見た部分縦断面図である。図３（ｂ）においては、図を分かり分かり易くするため、透視して見ていて、鎖線で表すべき加圧室１０、しぼり１４などを実線で描いている。また、詳細な構造を描いてあるのは、共通供給流路５の手前側の構造（流路や電極）だけであり、共通供給流路５の奥側の構造については、加圧室１０だけを鎖線で描いて、位置関係が分かるようにした。

液体吐出ヘッド２の下端は、液体を吐出するヘッド本体２ａを有している。ヘッド本体２ａの下面は、液体を吐出する多数の吐出孔８が開口している吐出孔面６−１となっている。液体吐出ヘッド２は、ヘッド本体２ａ以外に、液体を吐出させる駆動信号を生成するドライバＩＣを含む電装部材や、電装部材および吐出孔面６−１以外の部分を覆う筐体を含んでいる。

ヘッド本体２ａは、吐出孔８が開口している吐出孔面６−１を一方の主面とする平板状のノズルモジュール６と、ノズルモジュール６の吐出孔面６−１と反対側の主面上に配置されている、４つの直方体状の吐出ユニット３とを含んでいる。吐出ユニット３は、ノズルモジュール２上にほぼ平行に、間を開けて配置されている。

吐出ユニット３には、共通供給流路（省略して供給流路と呼ぶことがある）５の開口５ａが２カ所開口しており、さらに、共通排出流路１６（省略して排出流路と呼ぶことがある）の開口１６ａが開口している。詳細は後述するが、吐出される液体は、外部から供給流路の開口５ａの一方を通じて供給され、一部の液体は、供給流路５を通って、他方の供給流路の開口５ａから排出され、一部の液体は、吐出孔８から吐出され、残りの液体は、排出流路の開口１６ａから外部に排出される。液体の供給および排出は、ポンプなどによって外部から加圧、減圧、もしくはその両方を行なうことで行なわれる。外部に排出された液体はフィルタなどを通した後、再度使用することもできる。つまり、液体吐出ヘッド２は、吐出する液体が通り抜け可能な構造になっており、プリンタ１内で液体を循環させるができる。

ヘッド本体２ａが、液体が通り抜けることができる構造になっているので、ヘッド本体２ａには、吐出される量以上の液体を流すことができる。このようにすることで、ヘッド本体２ａ内の液体の流速が速くなり、沈降しやすい含有物を含む液体を使用する際にも、沈降による問題が生じ難い。また、あらかじめ外部で冷却した液体を流すことで、ヘッド本体２ａ内で沈降による問題を生じさせ難くすることができる。

まず、液体の循環構造について説明する。吐出ユニット３は、ヘッド本体２ａの長手方向に長い直方体形状をしており、ほぼヘッド本体２ａと同じ長さを有する。吐出ユニット３の一面は、ノズルモジュール６に接合されている。吐出ユニット３は、流路ユニット（吐出ユニットの流路部材）４とアクチュエータユニット２１とを含んでいる。流路ユニット４は、ヘッド本体２ａの長手方向に長い直方体形状をしており、形状としては、吐出ユニット３の大部分を占める。流路ユニット４の長手方向に沿った面で、ノズルモジュール６とほぼ直交している２つの面には、平面形状が長方形状のアクチュエータユニット２１が、それぞれ１つずつ接合されている。液体の吐出は、アクチュエータユニット２１内に作り込まれている変位素子３０を駆動することで行なわれる。

流路ユニット４は、（流路ユニットの）プレート４ａ〜ｄを積層して構成されている。プレート４ｄの厚さ（図３（ａ）の左右方向の厚さ）は１〜１０ｍｍ程度であり、プレート４ａ〜ｃの厚さは１０〜５００μｍ程度である。プレート４ｄは、例えば樹脂を成形して作製することができる。プレート４ａ〜ｃは、例えば、金属製であり、流路となる孔や溝が、エッチングや打ち抜きなどで形成されている。

流路ユニット４に配置されている流路には、加圧室１０、ディセンダ（部分流路）１２の一部、しぼり１４、（共通）供給流路５、および（共通）排出流路１６がある。加圧室１０、ディセンダ１２、およびしぼり１４については後で詳述する。供給流路５および排出流路１６は、吐出ユニット３内に、長手方向に沿って設けられており、流路ユニット４のノズルモジュール６に近い側に排出流路１６が配置されており、ノズルモジュール６から遠い側に供給流路５が配置されている。プレート４ｄに開口している孔の左右をそれぞれプレート４ｃで封函することで、吐出ユニット３の長手方向の一端部から他端部まで伸びている細長い形状の供給流路５および排出流路１６が構成される。左右のプレート４ｃには、さらにプレート４ｂ、プレート４ａがそれぞれ、この順で積層されている。プレート４ｃにはしぼり１４の一部である孔が開口しており、しぼり１４と供給流路５とは繋がっている。供給流路５は、両端部のそれぞれの開口５ａで外部に開口しており、一方の開口５ａから液体を供給され、しぼり１４を通じて加圧室１０に液体を供給し、残りの液体は他方の開口５ａから外部に排出される。

排出流路１６は、ノズルモジュール６側の複数個所で開口しており、複数のディセンダ１２と繋がっている。排出流路１６は、一方の端部の開口１６ａで外部に開口しており、ディセンダ１２から流れてきた液体は、排出流路１６に集められて、外部に排出される。
排出流路の開口１６ａを両端部に作り、両方から排出するようにしてもよい。

ノズルモジュール６は、平板状のノズルモジュールプレート６ａ〜ｆを積層して構成されている。ノズルモジュールプレート６ａ〜ｆには孔や溝が設けられており、これらが繋がって流路を構成している。ノズルモジュールプレート６ａ〜ｄは、厚さ１０〜５００μｍ程度であり、ノズルモジュール６の厚さは２００μｍ〜３ｍｍ程度である。ノズルモジュールプレート６ａ〜ｆは、例えば、金属製であり、前述の孔や溝は、エッチングや打ち抜きなどで加工できる。また、吐出孔８の開口しているノズルモジュールプレート６ｆだけを金属製にして、他の部分はアルミナなどのセラミックスで作製してもよい。その場合、前述の孔や溝は、焼成前のグリーンシートの状態で加工され、グリーンシートを積層して焼成することでノズルモジュールプレート６ａ〜ｅの積層体を作製することができる。

ノズルモジュール６の下面である吐出孔面６−１には、多数の吐出孔８が開口しており、ノズルモジュール６の内部には、吐出孔８とそれぞれ繋がっている多数のディセンダ１２が配置されている。さらに、各ディセンダ１２の途中から分岐して、排出流路１６に繋がる接続流路１８が配置されている。なお、ディセンダ１２全体は、ノズルモジュール６に形成されている部分と吐出ユニット３に形成されている部分とが合わさって構成されているため、正確には、ノズルモジュール６に配置されているのは、ディセンダ１２の一部である。ディセンダ１２は、ノズルモジュール６を上下に貫通する形状を有している。接続流路１８は、ヘッド本体２ａの長手方向と交差する方向（ほぼ直交する方向であるのが好ましい）で、ノズルモジュール６の平面方向に伸びている、ほぼ直線状の流路である。吐出孔８およびディセンダ１２については、後で詳述する。

以上のような構成により、ヘッド本体２ａを通り抜ける液体の流れは、外部から、供給流路の開口５ａ、供給流路５、しぼり１４、加圧室１０、ディセンダ１２の一部、接続流路１８、排出流路１６、排出流路の開口１８ａを順に通って、外部に出る流れとなっている。なお、一端部にある複数ある供給流路の開口５ａ、他端部にある複数ある供給流路の開口５ａ、排出流路の開口１６ａを、それぞれをまとめるような流路を設ければ、外部との接続を容易にできるので好ましい。

ノズルモジュール６には、さらに、発熱する温調部５０および空隙である断熱部５２が配置されている。温調部５０および断熱部５２は、ヘッド本体２ａの長手方向にわたって連続的、あるいは断続的に配置されている。ノズルモジュールプレート６ａ〜ｆが金属製の場合、温調部５０としては、例えば、フィルムヒータを用いることができる。ノズルモジュールプレート６ａ〜ｅがアルミナなどのセラミック製の場合、温調部５０としては、抵抗体を配置して、それらに通電することで発熱させればよい。そのようにすれば、温調部５０の配置の自由度が高くなり好ましい。本実施形態では、温調部５０は吐出ユニット３の直下のみに配置されているが、ノズルモジュール６の他の位置にも配置してよい。

断熱部５２は、温調部５０の上に、温調部５０と共通供給路５との間に配置されている。より具体的には、温調部５０とノズルモジュールプレート６ｃとの間に配置されている。断熱部５２は、さらに、温調部５０の左右（ヘッド本体２ａの短手方向）両側に配置してもよい。断熱部５２は、空隙以外に、ノズルモジュール６の主な構成部材より熱伝導性の低いものを、例えば熱伝導性の低い樹脂や、その樹脂にさらに気泡を含ませたもので構成してもよい。

続いて、液体を吐出させる構造について説明する。吐出ユニット３の流路ユニット４の左右方向の両面には、それぞれ複数の加圧室１０が開口している。両面に開口している加圧室１０は、それぞれの面にアクチュエータユニット２１が接合されることで封函されている。加圧室１０はそれぞれの面において、例えば５０ｄｐｉに相当する等間隔で、吐出
ユニット３の長手方向のほぼ全体にわたって配置されている。ノズルモジュール６における、加圧室１０のほぼ直下の部分には吐出孔８が設けられており、吐出ユニット３の片側の面の加圧室１０で５０ｄｐｉの印刷が可能になる。吐出ユニット３の両側の加圧室１０は、長手方向に交互に配置されている。例えば、両面の加圧室１０を、長手方向に１００ｄｐｉに相当する距離ずらして配置すれば、両面の加圧室１０で１００ｄｐｉの印刷が可能になる。さらに、そのような吐出ユニット３を、長手方向に４００ｄｐｉに相当する距離ずらして４つ配置すれば、液体吐出ヘッド２全体で４００ｄｐｉの印刷が可能になる。

なお、吐出ユニット３の長手方向の端部に位置する加圧室１０からの吐出特性と、他の加圧室１０の吐出特性との差が小さくなるように、さらに外側にダミーの加圧室を設けて、周囲の剛性の差が小さくなるようにしてもよい。

加圧室１０は、吐出ユニット３の積層方向に直交する方向に広がっている形状をしている。すなわち、吐出孔面６−１と略直交する方向および吐出ユニット３の長手方向に広がっている形状をしている。このような形状をしていることで、ヘッド本体２ａの短手方向（図２の左右方向）の大きさを小さくできる。また、加圧室１０は、吐出孔面６−１に直交する方向に長くなっている。これは、加圧室１０の吐出孔面６−１と直交する方向の大きさが、その方向と直交する平面（すなわち吐出孔面６−１と平行な平面）における大きさよりも大きいということである。具体的な加圧室１０の平面形状は、例えば、角部にアールが施されている長方形状である。

加圧室１０から、吐出ユニット３とノズルモジュール６とが接合される部分に向かってディセンダ１２（正確にはディセンダ１２の一部）が伸びている。ディセンダ１２は、加圧室１０の長手方向の端部のうちで吐出孔面６−１に近い側の端部で繋がっている。ディセンダ１２は、吐出孔面６−１と略直交する方向に伸びている。吐出ユニット３に配置されているディセンダ１２と、ノズルモジュール６に配置されているディセンダ１２とは繋がって、加圧室１０と吐出孔８とを繋いでいるディセンダ１２となっている。

加圧室１０と重なる位置のアクチュエータ基板２１に設けられている変位素子３０を変位させると、加圧室１０の体積が変わり、その中の液体に圧力が加わる。この圧力は、ディセンダ１２を伝わり、吐出孔８に到達して、液体が吐出される。具体的な駆動方法については、後で詳述する。

アクチュエータ基板２１は、圧電体である２枚の圧電セラミック層２１ａ、２１ｂからなる積層構造を有している。これらの圧電セラミック層２１ａ、２１ｂはそれぞれ２０μｍ程度の厚さを有している。アクチュエータ基板２１の圧電セラミック層２１ａの上面から圧電セラミック層２１ｂの下面までの厚さは４０μｍ程度である。圧電セラミック層２１ａ、２１ｂのいずれの層も複数の加圧室１０を跨ぐように延在している。これらの圧電セラミック層２１ａ、２１ｂは、例えば、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミックス材料からなる。なお、圧電セラミック層２１ｂは、振動板として働いており、必ずしも圧電体である必要はなく、代わりに、圧電体でない他のセラミック層や金属板を用いてもよい。

アクチュエータ基板２１は、Ａｇ−Ｐｄ系などの金属材料からなる共通電極２４およびとＡｕ系などの金属材料からなる個別電極２５を有している。個別電極２５はアクチュエータ基板２１の上面における加圧室１０と対向する位置にそれぞれ配置されている。個別電極２５は、加圧室１０と重なっている個別電極本体と、そこから引き出された引出電極とを含んでいる。引出電極には、駆動信号を供給される配線が接続されている。個別電極２５には、制御部８８から送られる駆動信号が供給される。駆動信号は、制御部８８から送られる制御信号に基づき、液体吐出ヘッド２内に設けられたドライバＩＣなどが生成し
たものを個別電極２５に送ってもよい。駆動信号は、印刷媒体Ｐの搬送速度と同期して一定の周期で供給される。

共通電極２４は、圧電セラミック層２１ａと圧電セラミック層２１ｂとの間の領域に面方向のほぼ全面にわたって形成されている。すなわち、共通電極２４は、アクチュエータ基板２１に対向する領域内の全ての加圧室１０を覆うように延在している。共通電極２４の厚さは２μｍ程度である。共通電極２４は、圧電セラミック層２１ａ上に個別電極２５からなる電極群を避ける位置に形成されている共通電極用表面電極に、圧電セラミック層２１ａを貫通して形成されたビアホールを介して繋がっていて、接地され、グランド電位に保持されている。共通電極用表面電極は、多数の個別電極２５と同様に、制御部８８と直接あるいは間接的に接続されている。

圧電セラミック層２１ａの個別電極２５と共通電極２４とに挟まれている部分は、厚さ方向に分極されており、個別電極２５に電圧を印加すると変位する、ユニモルフ構造の変位素子３０となっている。より具体的には、個別電極２５を共通電極２４と異なる電位にして圧電セラミック層２１ａに対してその分極方向に電界を印加したとき、この電界が印加された部分が、圧電効果により歪む活性部として働く。この構成において、電界と分極とが同方向となるように、制御部８８により個別電極２５を共通電極２４に対して正または負の所定電位にすると、圧電セラミック層２１ａの電極に挟まれた部分（活性部）が、面方向に収縮する。一方、非活性層の圧電セラミック層２１ｂは電界の影響を受けないため、自発的には縮むことがなく活性部の変形を規制しようとする。この結果、圧電セラミック層２１ａと圧電セラミック層２１ｂとの間で分極方向への歪みに差が生じて、圧電セラミック層２１ｂは加圧室１０側へ凸となるように変形（ユニモルフ変形）する。

続いて、液体の吐出動作について、説明する。制御部８８からの制御でドライバＩＣなどを介して、個別電極２５に供給される駆動信号により、変位素子３０が駆動（変位）させられる。本実施形態では、様々な駆動信号で液体を吐出させることができるが、ここでは、いわゆる引き打ち駆動方法について説明する。

あらかじめ個別電極２５を共通電極２４より高い電位（以下高電位と称す）にしておき、吐出要求がある毎に個別電極２５を共通電極２４と一旦同じ電位（以下低電位と称す）とし、その後所定のタイミングで再び高電位とする。これにより、個別電極２５が低電位になるタイミングで、圧電セラミック層２１ａ、２１ｂが元の（平らな）形状に戻り（始め）、加圧室１０の容積が初期状態（両電極の電位が異なる状態）と比較して増加する。これにより、加圧室１０内の液体に負圧が与えられる。そうすると、加圧室１０内の液体が固有振動周期で振動し始める。具体的には、最初、加圧室１０の体積が増加し始め、負圧は徐々に小さくなっていく。次いで加圧室１０の体積は最大になり、圧力はほぼゼロとなる。次いで加圧室１０の体積は減少し始め、圧力は高くなっていく。その後、圧力がほぼ最大になるタイミングで、個別電極２５を高電位にする。そうすると最初に加えた振動と、次に加えた振動とが重なり、より大きい圧力が液体に加わる。この圧力がディセンダ１２内を伝搬し、吐出孔８から液体を吐出させる。

つまり、高電位を基準として、一定期間低電位とするパルスの駆動信号を個別電極２５に供給することで、液滴を吐出できる。このパルス幅は、圧力室１０の液体の固有振動周期の半分の時間であるＡＬ（Acoustic Length）とすると、原理的には、液体の吐出速度
および吐出量を最大にできる。圧力室１０の液体の固有振動周期は、液体の物性、圧力室１０の形状の影響が大きいが、それ以外に、アクチュエータ基板２１の物性や、加圧室１０に繋がっている流路の特性からの影響も受ける。

なお、パルス幅は、吐出される液滴を１つにまとめるようにするなど、他に考慮する要
因もあるため、実際は、０．５ＡＬ〜１．５ＡＬ程度の値にされる。また、パルス幅は、ＡＬから外れた値にすることで、吐出量を少なくすることができるため、吐出量を少なくするためにＡＬから外れた値にされる。

また、階調印刷においては、吐出孔８から連続して吐出される液滴の数、つまり液滴吐出回数で調整される液滴量（体積）で階調表現が行なわれる。このため、指定された階調表現に対応する回数の液滴吐出を、指定されたドット領域に対応する吐出孔８から連続して行なう。一般に、液体吐出を連続して行なう場合は、液滴を吐出させるために供給するパルスとパルスとの間隔をＡＬとすることが好ましい。これにより、先に吐出された液滴を吐出させるときに発生した圧力の残余圧力波と、後に吐出させる液滴を吐出させるときに発生する圧力の圧力波との周期が一致し、これらが重畳して液滴を吐出するための圧力を増幅させることができる。なお、この場合後から吐出される液滴の速度が速くなると考えられるが、その方が複数の液滴の着弾点が近くなり、好ましい。

上述したような本実施形態の液体吐出ヘッド２では、ノズルモジュール６に配置された温調部５０が発熱することで、ディセンダ１２（の特に吐出孔８側）内の液体が加熱され、粘度が低くなることで吐出されやくなったり、温度をほぼ一定に保つことで吐出特性を安定させたりすることができる。そのために、必要に応じてヘッド２に温度センサなどを設け、その情報に基づいて、制御部８８で温調部５０を制御してもよい。

一方、温調部５０の熱が供給流路５内の液体に伝わり、その温度が高くなり、粘度が低くなると、液体内の顔料などが沈降するおそれが高くなってしまう。供給流路５で沈降が生じる以外にも、暖められた液体は続いてしぼり１４や加圧室１０へと供給されるので、そのような部分で沈降が生じて流路を詰まらせるおそれがある。そこで、温調部５０と共通流路５の間に断熱部５２を配置することで、供給流路５内の液体に熱が伝わり難くすることができる。断熱部５２は、温調部５０の直上以外に、温調部５０と供給流路５との間のいずれの場所に配置してもよい。温調部５０の左右に断熱部５２を設けることで、さらに供給流路５に熱を伝えにくくすることができる。

また、排出流路１６を、温調部５０と供給流路５との間に配置することで、温調部５０の熱が、さらに供給流路５に伝わり難くできる。排出流路１６内の液体は、その後、外部に排出されるだけなので、沈降が生じても問題とはなり難い。

本実施形態では、ヘッド本体２ａは、平板状のノズルモジュール６に、直方体状の吐出ユニット３（流路ユニット４）が接合されて構成されている。換言すれば、ヘッド本体２ａの流路部材は、ノズルモジュール６と流路ユニット４で構成されている。吐出ユニット３内に供給流路５が配置されていることにより、直方体の短手方向（図３（ａ）の左右）に排熱することができるので、供給流路５内の液体の温度を上がり難くできる。さらに、温調部５０をノズルモジュール６内に配置すれば、供給流路５からの距離が離れるうえ、ノズルモジュール６の上面からも排熱できるので、供給流路５内の液体の温度をより上がり難くできる。

その場合、さらに、加圧室１０およびしぼり１４を吐出ユニット３内に設けることで、それらの内の液体の温度も上がり難くなり、沈降をより抑制できる。またさらに、ノズルモジュール６と吐出ユニット３との間に、ディセンダ１２および接続流路１８の部分を液体が通過できる弾性断熱部材を配置してもよい。そのようにすれば、熱が伝わり難くできるうえ、ノズルモジュール６と吐出ユニット３との間での液体の漏れを抑制できる。

さらに、液体吐出ヘッド２の解像度を上げるために、吐出ユニット３（流路ユニット４）を、複数離間して配置すれば、各吐出ユニット間から排熱が可能になる、各供給流路内
の温度が高くなり難いので好ましい。

温調部５０としては、発熱だけするもの以外に、ペルチェ素子のように、一部で発熱し、他の一部で吸熱するものを用いてよい。その場合、温調部５０は吐出孔面６−１側で発熱して、ディセンダ１２を加熱し、供給流路５側で吸熱して、供給流路５を冷却できるように配置される。具体的には、平板状で、一方の面で発熱し、他方の面で吸熱する温調部５０を発熱する側を吐出孔面６−１に向けてノズルモジュールプレート６ｃと６ｅの間に積層すればよい。その場合、断熱部５２は設ける必要はない。逆に、積層方向に空隙が生じる場合は、熱伝導性の高い材料を充填して、吐出孔面６−１側の発熱、および供給流路５側の吸熱の両方の熱が伝わるようにするのが好ましい。

なお、上述の実施形態以外にプレートを積層した平板状の流路部材を用い、下面を吐出孔面とし、上面に変位素子を配置し、流路部材内に、供給流路、温調部、断熱部、および排出流路を配置して、液体吐出ヘッドを構成してもよい。吐出孔面、供給流路、温調部、断熱部、および排出流路の配置は上述の実施形態で示したのと同様の関係を満たせば、温調部の熱が供給流路内に液体に伝わり難いなどの同様の効果が得られる。

１・・・（カラーインクジェット）プリンタ
２・・・液体吐出ヘッド
２ａ・・・ヘッド本体
３・・・吐出ユニット
４・・・流路ユニット（吐出ユニットの流路部材）
４ａ〜ｄ・・・（流路ユニットの）プレート
５・・・（共通）供給流路
５ａ・・・（共通排出流路の）開口
６・・・ノズルモジュール
６ａ〜ｆ・・・ノズルモジュールプレート
８・・・吐出孔
１０・・・加圧室
１２・・・ディセンダ（部分流路）
１４・・・しぼり
１６・・・（共通）排出流路
１６ａ・・・（共通排出流路の）開口
１８・・・接続流路
２１・・・（圧電）アクチュエータ基板
２１ａ・・・圧電セラミック層
２１ｂ・・・圧電セラミック層（振動板）
２４・・・共通電極
２５・・・個別電極
３０・・・変位素子（加圧部）
５０・・・温調部
５２・・・断熱部（空隙）
７０・・・（ヘッド搭載）フレーム
７２・・・ヘッド群
８０ａ・・・給紙ローラ
８０ｂ・・・回収ローラ
８２ａ・・・ガイドローラ
８２ｂ・・・搬送ローラ
８８・・・制御部
Ｐ・・・印刷用紙

Claims (6)

1. 複数の吐出孔、該複数の吐出孔とそれぞれ繋がっている複数の加圧室、および外部から液体が供給され、前記複数の加圧室に液体を供給する共通供給流路を含んでいる流路部材と、前記複数の加圧室内の液体をそれぞれ加圧する複数の加圧部と、発熱する温調部とを有する液体吐出ヘッドであって、
   前記温調部は、前記複数の吐出孔が開口している吐出孔面と、前記共通供給流路との間に配置されており、
   前記温調部と前記共通供給路との間に、断熱部が配置されていること特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 複数の吐出孔、該複数の吐出孔とそれぞれ繋がっている複数の加圧室、および外部から液体が供給され、前記複数の加圧室に液体を供給する共通供給流路を含んでいる流路部材と、前記複数の加圧室内の液体をそれぞれ加圧する複数の加圧部と、温調部とを有する液体吐出ヘッドであって、
   前記温調部は、前記複数の吐出孔が開口している吐出孔面と、前記共通供給流路との間に、前記吐出孔面側を加熱可能に、前記共通供給流路側を冷却可能に配置されていること特徴とする液体吐出ヘッド。
3. 前記流路部材は、前記複数の加圧室と前記複数の吐出孔との間をそれぞれ繋いでいる複数の部分流路、および該複数の部分流路と繋がっている共通排出流路を有しており、
   該共通排出流路は、前記温調部と前記共通供給流路との間に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記流路部材は、前記吐出孔面を一方の主面とする平板状のノズルモジュールと、該ノズルモジュールの他方の主面に接合されている直方体状の流路ユニットとを含んでおり、前記共通供給流路が前記流路ユニット内に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記流路ユニットを複数有するともに、該流路ユニットが、前記ノズルモジュール上に離間して配置されていることを特徴とする請求項４に記載の液体吐出ヘッド。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の液体吐出ヘッドと、記録媒体を前記液体吐出ヘッドに対して搬送する搬送部と、前記複数の加圧部を制御する制御部とを備えていることを特徴とする記録装置。

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