インクジェットプリントヘッド
【課題】 ヘッド部の高密度化を図り、インクを安定して飛翔させ、また記録印字、記録品質を向上させることができるインクジェットプリントヘッドを得る。
【解決手段】 熱毛細管現象を利用して、インク液面をＳＡＷ３の伝搬面まで移動させ、そこにＳＡＷを入射させることにより、微小インクを飛翔させる。この時、インク供給部において、画素ごとにインク流路７、加熱手段（ヒーター９）を形成することにより、画像情報に応じて選択的にインク的を飛翔させ、記録媒体上に記録するように構成する。
【解決手段】 熱毛細管現象を利用して、インク液面をＳＡＷ３の伝搬面まで移動させ、そこにＳＡＷを入射させることにより、微小インクを飛翔させる。この時、インク供給部において、画素ごとにインク流路７、加熱手段（ヒーター９）を形成することにより、画像情報に応じて選択的にインク的を飛翔させ、記録媒体上に記録するように構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面弾性波（ＳＡＷ）を利用してインクを飛翔させるインクジェットプリントヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から表面弾性波をインク滴飛翔の駆動源とするインクジェットプリンタヘッドが提案されている。これは、表面弾性波の伝搬面上に液体を付加し、表面弾性波をその液体中に放射させ、その励振出力を大きくすることにより、液体が微小粒子となって飛翔する現象を利用したものである。
【０００３】
このような従来のインクジェットプリントヘッドにおいて、ノズルレス方式は大きく分けて、画素ごとに櫛歯状電極（ＩＤＴ）を１つ設ける場合（例えば、特許文献１参照）と、駆動源として大きな１つのＩＤＴと画素制御用の小さなＩＤＴを設ける場合（例えば、特許文献２参照）とに分類される。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１９３５９２号公報
【特許文献２】特開平４−１８９１４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上述した特許文献１のインクジェットプリントヘッドにおいて、ＩＤＴの交差幅は３波長以上必要といわれており、画素ごとにＩＤＴを１つ持つ場合はこれがネックとなって、高密度化に制限がある。
【０００６】
また、特許文献２のインクジェットプリントヘッドのように、駆動源として大きな１つのＩＤＴと画素制御用の小さなＩＤＴを設ける場合も、画素制御用のＩＤＴの交差幅の最小値に制限があり、これに伴い高密度化に制限が付く。
【０００７】
一般に圧電材として電気機械結合係数の大きなＬｉＮｂ０3 が使用されているが、これの音速は約４０００ｍ/秒であり、５０ＭＨｚの高速で動作させても、波長は８０μｍとなる。よって、交差幅３波長のＩＤＴを考えると２４０μｍピッチ以上となり、これでは１００dpi 相当のプリントヘッドしか実現できない。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、可能な限り簡単な構成により、ヘッド部の高密度化を図り、しかもインクを安定して飛翔させ、所要の記録印字を行えるようにするとともに、記録品質を向上させることができるインクジェットプリントヘッドを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような目的に応えるために本発明（請求項１記載の発明に係るインクジェットプリントヘッドは、熱毛細管現象を利用して、インク液面をＳＡＷ伝搬面まで移動させ、そこにＳＡＷを入射させることにより、微小インクを飛翔させるとともに、インク供給部において画素ごとにインク流路と加熱手段とを形成することにより、画像情報に応じて選択的にインク滴を飛翔させ、記録媒体上に記録するように構成したことを特徴とする。
【００１０】
本発明（請求項２記載の発明）に係るインクジェットプリントヘッドは、請求項１において、インク供給部を構成する部材を、親水性の材質を使用して形成するか、または親水コーティングを施すことにより、インク流路の内壁および天板内面を親水性とするとともに、圧電基板と当接する面には、撥水コーティングを施し、流路を伝搬してきたインクが隣接流路に滲み出さないようすることを特徴とする。
【００１１】
本発明（請求項３記載の発明）に係るインクジェットプリントヘッドは、請求項１または請求項２において、非印字時においてヒーターをＯＦＦしたときには、圧力調整器により各インク流路におけるインク液面が矩形管状流路部の先端近傍に位置するようにインク室の圧力を調整することを特徴とする。
【００１２】
本発明（請求項４記載の発明）に係るインクジェットプリントヘッドは、請求項１、請求項２または請求項３において、インク流路における天板なしインク流路部の長さを、ＳＡＷの波長の８倍以上とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように本発明に係るインクジェットプリントヘッドによれば、ＳＡＷをインク滴飛翔の駆動力とするインクジェット方式において、熱毛細管現象（マランゴニ効果）を利用してインクを画像情報に応じて選択的にＳＡＷ伝搬面に供給して印字を行うようにしているから、簡単な構成であるにもかかわらず、ヘッド部の高密度化を図り、しかもインクを安定して飛翔させ、所要の記録印字を行えるようにするとともに、記録品質を向上させることができる。
【００１４】
特に、本発明によれば、２０Ｖ程度の低電圧でインク供給制御が可能であり、所要の記録印字を可能とし、記録品質を向上させることができる。
【００１５】
また、本発明によれば、エッチング、又は、ＭＥＭＳ技術により容易に微細流路が形成可能であり、さらに個別ヒーターも印刷方式工程で形成可能であるから、容易に高密度化が可能である等の優れた効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１および図２は本発明に係るインクジェットプリントヘッドの一実施形態を示す。
これらの図において、１は伝搬体としての圧電基板（一般的にはＬｉＮｂ０3 が使用される。）で、この圧電基板１上（伝搬面）には、幅広の櫛形交差指電極（ＩＤＴ）２が、１つないしは複数個形成され、基材に端面を合せて貼り付けて構成されている。なお、このＩＤＴ２には、交流発生装置が接続されている。
また、３は弾性表面波（ＳＡＷ）であり、圧電基板１の伝搬面上を伝搬するようになっている。
【００１７】
５は圧電基板１の端部に当接して配置されるインク供給部であり、インク室６を有するとともに、このインク室６から画素に対応した個別インク流路７が矩形管状に形成されている。そして、圧力調整器（図示せず）で調整された圧力がチューブなどを通じてインク室６に伝えられ、各個別インク流路７におけるインク液面が矩形管状部の先端近傍に位置するように調整するようになっている。
【００１８】
８はこのインク供給部５において個別インク流路７のインク室６側の一部を覆うように設けた流路天板であり、この流路天板８の各流路７に対応する部分には、個別にヒーター９が設けられている。１０はこれらのヒーター９を個別にＯＮ／ＯＦＦする個別制御ＳＷである。なお、７ａは矩形管状流路部、７ｂは天板なし流路部である。
【００１９】
ここで、インク供給部５を構成する部材には親水性の材質を使用し、流路７の内壁及び、天板内面は親水性とする。親水コーティングを施して、同様の構成としても良い。ただし、圧電基板１と当接する端面は撥水コーティングを施し、流路７を伝搬してきたインクが隣接流路７に滲み出さないようする。
【００２０】
画像情報に応じてインク滴を飛翔させる場合は、個別制御Ｓｗ１０を短絡しヒーター９で矩形管状流路部７ａを加熱する。すると、加熱された部分の表面張力が低下（熱毛細管現象又は、マランゴニ効果とも言う。）し、天板８のない流路部（７ｂ）へインクが流れ出し、ＳＡＷ伝搬面に到達する。
なお、ヒーター９の加熱は一般的な薄膜ヒーターを用いて２０Ｖ程度の低圧電源で可能である。
【００２１】
そして、例えば５０ＭＨｚ、３０〜５０Vppで励振させたＳＡＷ３をここに入射すると、インク液内部でＳＡＷ３が縦波に変換され、その縦波がインクを微小液滴としてレーリー角方向に飛翔し、その先に置いた記録媒体に記録される。
【００２２】
また、ヒーター９をＯＦＦし、矩形管状流路部７ａの温度が低下すると、表面張力は元に戻り、流れ出したインクは引き戻される。
【００２３】
天板なし流路部７ｂをインクが移動することによりインク滴の飛翔を制御するために、この距離は短い方がよいが、この部分はまた、ＳＡＷ３が縦波にモード変換する領域でもあるために、ＳＡＷ３がインク液内部に十分に侵入する必要があり、８波長以上を確保する必要がある。
【００２４】
よって、ＬｉＮｂ０3 基板１でＳＡＷ発生部を構成し、上記のように５０ＭＨｚで励振させた場合はＳＡＷ３の波長は８０μｍとなるため、天板なし流路部７ｂの長さは６４０μｍ以上とする。
【００２５】
このような構成によるインクジェットプリントヘッドによれば、２０Ｖ程度の低電圧でインク供給制御が可能となる。さらに、エッチング、又は、ＭＥＭＳ技術により容易に微細流路が形成可能であり、個別ヒーターも印刷方式工程で形成可能であるから、容易に高密度化が可能となる。
【００２６】
なお、本発明は上述した実施の形態で説明した構造には限定されず、インクジェットプリントヘッドを構成する各部の形状、構造等を適宜変形、変更し得ることはいうまでもない。
【００２７】
たとえば上述した実施形態では、流路７の断面の形を矩形としたが、これに限定するものではなく、半円形、半楕円形などでもかまわない。
また、インク流路７において、流路天板８に設けたヒーター９に対応する部分の流路７の流路幅を幅狭に形成するように構成する等の変形例も考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係るインクジェットプリントヘッドの一実施形態を示す概略分解斜視図である。
【図２】図１のインクジェットプリントヘッドの組立状態を示す平面図、正面図および左、右側面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１…圧電基板（伝搬体）、２…交差指電極（ＩＤＴ）、３…弾性表面波（ＳＡＷ）、５…インク供給部、６…インク室、７…個別インク流路、８…流路天板、９…ヒーター、１０…個別制御ＳＷ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面弾性波（ＳＡＷ）を利用してインクを飛翔させるインクジェットプリントヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から表面弾性波をインク滴飛翔の駆動源とするインクジェットプリンタヘッドが提案されている。これは、表面弾性波の伝搬面上に液体を付加し、表面弾性波をその液体中に放射させ、その励振出力を大きくすることにより、液体が微小粒子となって飛翔する現象を利用したものである。
【０００３】
このような従来のインクジェットプリントヘッドにおいて、ノズルレス方式は大きく分けて、画素ごとに櫛歯状電極（ＩＤＴ）を１つ設ける場合（例えば、特許文献１参照）と、駆動源として大きな１つのＩＤＴと画素制御用の小さなＩＤＴを設ける場合（例えば、特許文献２参照）とに分類される。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１９３５９２号公報
【特許文献２】特開平４−１８９１４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上述した特許文献１のインクジェットプリントヘッドにおいて、ＩＤＴの交差幅は３波長以上必要といわれており、画素ごとにＩＤＴを１つ持つ場合はこれがネックとなって、高密度化に制限がある。
【０００６】
また、特許文献２のインクジェットプリントヘッドのように、駆動源として大きな１つのＩＤＴと画素制御用の小さなＩＤＴを設ける場合も、画素制御用のＩＤＴの交差幅の最小値に制限があり、これに伴い高密度化に制限が付く。
【０００７】
一般に圧電材として電気機械結合係数の大きなＬｉＮｂ０3 が使用されているが、これの音速は約４０００ｍ/秒であり、５０ＭＨｚの高速で動作させても、波長は８０μｍとなる。よって、交差幅３波長のＩＤＴを考えると２４０μｍピッチ以上となり、これでは１００dpi 相当のプリントヘッドしか実現できない。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、可能な限り簡単な構成により、ヘッド部の高密度化を図り、しかもインクを安定して飛翔させ、所要の記録印字を行えるようにするとともに、記録品質を向上させることができるインクジェットプリントヘッドを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような目的に応えるために本発明（請求項１記載の発明に係るインクジェットプリントヘッドは、熱毛細管現象を利用して、インク液面をＳＡＷ伝搬面まで移動させ、そこにＳＡＷを入射させることにより、微小インクを飛翔させるとともに、インク供給部において画素ごとにインク流路と加熱手段とを形成することにより、画像情報に応じて選択的にインク滴を飛翔させ、記録媒体上に記録するように構成したことを特徴とする。
【００１０】
本発明（請求項２記載の発明）に係るインクジェットプリントヘッドは、請求項１において、インク供給部を構成する部材を、親水性の材質を使用して形成するか、または親水コーティングを施すことにより、インク流路の内壁および天板内面を親水性とするとともに、圧電基板と当接する面には、撥水コーティングを施し、流路を伝搬してきたインクが隣接流路に滲み出さないようすることを特徴とする。
【００１１】
本発明（請求項３記載の発明）に係るインクジェットプリントヘッドは、請求項１または請求項２において、非印字時においてヒーターをＯＦＦしたときには、圧力調整器により各インク流路におけるインク液面が矩形管状流路部の先端近傍に位置するようにインク室の圧力を調整することを特徴とする。
【００１２】
本発明（請求項４記載の発明）に係るインクジェットプリントヘッドは、請求項１、請求項２または請求項３において、インク流路における天板なしインク流路部の長さを、ＳＡＷの波長の８倍以上とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように本発明に係るインクジェットプリントヘッドによれば、ＳＡＷをインク滴飛翔の駆動力とするインクジェット方式において、熱毛細管現象（マランゴニ効果）を利用してインクを画像情報に応じて選択的にＳＡＷ伝搬面に供給して印字を行うようにしているから、簡単な構成であるにもかかわらず、ヘッド部の高密度化を図り、しかもインクを安定して飛翔させ、所要の記録印字を行えるようにするとともに、記録品質を向上させることができる。
【００１４】
特に、本発明によれば、２０Ｖ程度の低電圧でインク供給制御が可能であり、所要の記録印字を可能とし、記録品質を向上させることができる。
【００１５】
また、本発明によれば、エッチング、又は、ＭＥＭＳ技術により容易に微細流路が形成可能であり、さらに個別ヒーターも印刷方式工程で形成可能であるから、容易に高密度化が可能である等の優れた効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１および図２は本発明に係るインクジェットプリントヘッドの一実施形態を示す。
これらの図において、１は伝搬体としての圧電基板（一般的にはＬｉＮｂ０3 が使用される。）で、この圧電基板１上（伝搬面）には、幅広の櫛形交差指電極（ＩＤＴ）２が、１つないしは複数個形成され、基材に端面を合せて貼り付けて構成されている。なお、このＩＤＴ２には、交流発生装置が接続されている。
また、３は弾性表面波（ＳＡＷ）であり、圧電基板１の伝搬面上を伝搬するようになっている。
【００１７】
５は圧電基板１の端部に当接して配置されるインク供給部であり、インク室６を有するとともに、このインク室６から画素に対応した個別インク流路７が矩形管状に形成されている。そして、圧力調整器（図示せず）で調整された圧力がチューブなどを通じてインク室６に伝えられ、各個別インク流路７におけるインク液面が矩形管状部の先端近傍に位置するように調整するようになっている。
【００１８】
８はこのインク供給部５において個別インク流路７のインク室６側の一部を覆うように設けた流路天板であり、この流路天板８の各流路７に対応する部分には、個別にヒーター９が設けられている。１０はこれらのヒーター９を個別にＯＮ／ＯＦＦする個別制御ＳＷである。なお、７ａは矩形管状流路部、７ｂは天板なし流路部である。
【００１９】
ここで、インク供給部５を構成する部材には親水性の材質を使用し、流路７の内壁及び、天板内面は親水性とする。親水コーティングを施して、同様の構成としても良い。ただし、圧電基板１と当接する端面は撥水コーティングを施し、流路７を伝搬してきたインクが隣接流路７に滲み出さないようする。
【００２０】
画像情報に応じてインク滴を飛翔させる場合は、個別制御Ｓｗ１０を短絡しヒーター９で矩形管状流路部７ａを加熱する。すると、加熱された部分の表面張力が低下（熱毛細管現象又は、マランゴニ効果とも言う。）し、天板８のない流路部（７ｂ）へインクが流れ出し、ＳＡＷ伝搬面に到達する。
なお、ヒーター９の加熱は一般的な薄膜ヒーターを用いて２０Ｖ程度の低圧電源で可能である。
【００２１】
そして、例えば５０ＭＨｚ、３０〜５０Vppで励振させたＳＡＷ３をここに入射すると、インク液内部でＳＡＷ３が縦波に変換され、その縦波がインクを微小液滴としてレーリー角方向に飛翔し、その先に置いた記録媒体に記録される。
【００２２】
また、ヒーター９をＯＦＦし、矩形管状流路部７ａの温度が低下すると、表面張力は元に戻り、流れ出したインクは引き戻される。
【００２３】
天板なし流路部７ｂをインクが移動することによりインク滴の飛翔を制御するために、この距離は短い方がよいが、この部分はまた、ＳＡＷ３が縦波にモード変換する領域でもあるために、ＳＡＷ３がインク液内部に十分に侵入する必要があり、８波長以上を確保する必要がある。
【００２４】
よって、ＬｉＮｂ０3 基板１でＳＡＷ発生部を構成し、上記のように５０ＭＨｚで励振させた場合はＳＡＷ３の波長は８０μｍとなるため、天板なし流路部７ｂの長さは６４０μｍ以上とする。
【００２５】
このような構成によるインクジェットプリントヘッドによれば、２０Ｖ程度の低電圧でインク供給制御が可能となる。さらに、エッチング、又は、ＭＥＭＳ技術により容易に微細流路が形成可能であり、個別ヒーターも印刷方式工程で形成可能であるから、容易に高密度化が可能となる。
【００２６】
なお、本発明は上述した実施の形態で説明した構造には限定されず、インクジェットプリントヘッドを構成する各部の形状、構造等を適宜変形、変更し得ることはいうまでもない。
【００２７】
たとえば上述した実施形態では、流路７の断面の形を矩形としたが、これに限定するものではなく、半円形、半楕円形などでもかまわない。
また、インク流路７において、流路天板８に設けたヒーター９に対応する部分の流路７の流路幅を幅狭に形成するように構成する等の変形例も考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係るインクジェットプリントヘッドの一実施形態を示す概略分解斜視図である。
【図２】図１のインクジェットプリントヘッドの組立状態を示す平面図、正面図および左、右側面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１…圧電基板（伝搬体）、２…交差指電極（ＩＤＴ）、３…弾性表面波（ＳＡＷ）、５…インク供給部、６…インク室、７…個別インク流路、８…流路天板、９…ヒーター、１０…個別制御ＳＷ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱毛細管現象を利用して、インク液面をＳＡＷ伝搬面まで移動させ、そこにＳＡＷを入射させることにより、微小インクを飛翔させるとともに、
インク供給部において画素ごとにインク流路と加熱手段とを形成することにより、画像情報に応じて選択的にインク滴を飛翔させ、記録媒体上に記録するように構成したことを特徴とするインクジェットプリントヘッド。
【請求項２】
請求項１記載のインクジェットプリントヘッドにおいて、
インク供給部を構成する部材を、親水性の材質を使用して形成するか、または親水コーティングを施すことにより、インク流路の内壁および天板内面を親水性とするとともに、
圧電基板と当接する面には、撥水コーティングを施し、流路を伝搬してきたインクが隣接流路に滲み出さないようすることを特徴とするインクジェットプリントヘッド。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載のインクジェットプリントヘッドにおいて、
非印字時においてヒーターをＯＦＦしたときには、圧力調整器により各インク流路におけるインク液面が矩形管状流路部の先端近傍に位置するようにインク室の圧力を調整することを特徴とするインクジェットプリントヘッド。
【請求項４】
請求項１、請求項２または請求項３記載のインクジェットプリントヘッドにおいて、
インク流路における天板なしインク流路部の長さを、ＳＡＷの波長の８倍以上とすることを特徴とするインクジェットプリントヘッド。
【請求項１】
熱毛細管現象を利用して、インク液面をＳＡＷ伝搬面まで移動させ、そこにＳＡＷを入射させることにより、微小インクを飛翔させるとともに、
インク供給部において画素ごとにインク流路と加熱手段とを形成することにより、画像情報に応じて選択的にインク滴を飛翔させ、記録媒体上に記録するように構成したことを特徴とするインクジェットプリントヘッド。
【請求項２】
請求項１記載のインクジェットプリントヘッドにおいて、
インク供給部を構成する部材を、親水性の材質を使用して形成するか、または親水コーティングを施すことにより、インク流路の内壁および天板内面を親水性とするとともに、
圧電基板と当接する面には、撥水コーティングを施し、流路を伝搬してきたインクが隣接流路に滲み出さないようすることを特徴とするインクジェットプリントヘッド。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載のインクジェットプリントヘッドにおいて、
非印字時においてヒーターをＯＦＦしたときには、圧力調整器により各インク流路におけるインク液面が矩形管状流路部の先端近傍に位置するようにインク室の圧力を調整することを特徴とするインクジェットプリントヘッド。
【請求項４】
請求項１、請求項２または請求項３記載のインクジェットプリントヘッドにおいて、
インク流路における天板なしインク流路部の長さを、ＳＡＷの波長の８倍以上とすることを特徴とするインクジェットプリントヘッド。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００９−２２６８０７（Ｐ２００９−２２６８０７Ａ）
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−７６４８３（Ｐ２００８−７６４８３）
【出願日】平成２０年３月２４日（２００８．３．２４）
【出願人】（０００００１４４３）カシオ計算機株式会社 (8,748)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月２４日（２００８．３．２４）
【出願人】（０００００１４４３）カシオ計算機株式会社 (8,748)
【Ｆターム（参考）】
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