液体噴射ヘッド、液体吐出方法、メンテナンス方法、およびプリンタ
【課題】所望の体積の液滴を形成することができる液体噴射ヘッドを提供する。
【解決手段】本発明に係る液体噴射ヘッド１００は、ノズルプレート１０と、ノズルプレート１０の上方に形成された圧力室２２と、圧力室２２の上方に形成された振動板３０と、振動板３０の上方に形成された第１圧電素子４０と、を含み、ノズルプレート１０は、 ノズル孔１２が設けられた基板１１と、基板１１の下方に形成され、ノズル孔１２と連通している開口部１４が設けられた第２圧電素子１３と、を有する。
【解決手段】本発明に係る液体噴射ヘッド１００は、ノズルプレート１０と、ノズルプレート１０の上方に形成された圧力室２２と、圧力室２２の上方に形成された振動板３０と、振動板３０の上方に形成された第１圧電素子４０と、を含み、ノズルプレート１０は、 ノズル孔１２が設けられた基板１１と、基板１１の下方に形成され、ノズル孔１２と連通している開口部１４が設けられた第２圧電素子１３と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体噴射ヘッド、液体吐出方法、メンテナンス方法、およびプリンタに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インクジェット技術は、家庭用のプリンタのみならず、工業用、産業用など様々な分野に用いられている。これらの分野に応じて、インクジェット技術では、様々な組成のインクを吐出する必要がある。そのなかでも、特に高分子ポリマーなどからなる高粘度インクは、ノズル孔から吐出されたインク液柱が切れ難く、所望の体積のインク液滴を形成することが困難である。
【０００３】
例えば、特許文献１には、ノズルの内壁に、液体に温度変化を与えるヒータを設け、液柱のくびれ部分と、ノズルの内壁の近傍に位置する部分と、に温度差を生じさせることにより、液柱から液滴を分離する方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００７−２２９９６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示された方法では、ヒータの熱でノズル周辺のインクが乾燥し、ノズル孔が詰まってしまう場合がある。また、高周波数で吐出させる場合、ヒータのＯＮ／ＯＦＦの切り替えが追従できず、吐出安定性が低下する場合がある。さらに、有機系のインクでは、ヒータの熱により引火する可能性があり、安全面においても問題がある。
【０００５】
本発明の目的の１つは、所望の体積の液滴を形成することができる液体噴射ヘッドを提供することにある。また、本発明の目的の１つは、上記液体噴射ヘッドを用いた液体吐出方法、メンテナンス方法、および上記液体噴射ヘッドを有するプリンタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る液体噴射ヘッドは、
ノズルプレートと、
前記ノズルプレートの上方に形成された圧力室と、
前記圧力室の上方に形成された振動板と、
前記振動板の上方に形成された第１圧電素子と、
を含み、
前記ノズルプレートは、
ノズル孔が設けられた基板と、
前記基板の下方に形成され、前記ノズル孔と連通している開口部が設けられた第２圧電素子と、
を有する。
【０００７】
本発明に係る液体噴射ヘッドは、所望の体積の液滴を形成することができる。
【０００８】
なお、本発明に係る記載では、「上方」という文言を、例えば、「特定のもの（以下「Ａ」という）の「上方」に他の特定のもの（以下「Ｂ」という）を形成する」などと用いている。本発明に係る記載では、この例のような場合に、Ａ上に直接Ｂを形成するような場合と、Ａ上に他のものを介してＢを形成するような場合とが含まれるものとして、「上方」という文言を用いている。同様に、「下方」という文言は、Ａ下に直接Ｂを形成するような場合と、Ａ下に他のものを介してＢを形成するような場合とが含まれるものとする。
【０００９】
本発明に係る液体噴射ヘッドにおいて、
前記第２圧電素子は、
第１電極と、
前記第１電極の上方に形成された圧電体層と、
前記圧電体層の上方に形成された第２電極と、
を有することができる。
【００１０】
本発明に係る液体噴射ヘッドにおいて、
前記開口部の開口径の大きさは、前記ノズル孔の開口径の大きさ以上であることができる。
【００１１】
本発明に係る液体噴射ヘッドにおいて、
前記ノズルプレートは、
さらに、前記基板と、前記第２圧電素子と、の間に形成された絶縁層を有することができる。
【００１２】
本発明に係る液体噴射ヘッドにおいて、
１０ｍＰａ・ｓ以上の粘度である液体を吐出することができる。
【００１３】
本発明に係る液体吐出方法は、
本発明に係る液体噴射ヘッドを準備する工程と、
前記第１圧電素子によって前記圧力室内の液体を加圧する工程と、
加圧された前記液体を、前記ノズル孔から前記開口部に向けて吐出する工程と、
前記第２圧電素子から音波を発生する工程と、
前記音波によって、前記開口部内に吐出された前記液体を切断する工程と、
を含む。
【００１４】
本発明に係る液体吐出方法において、
前記開口部内に吐出された前記液体は、液柱形状であり、
前記切断する工程は、液柱形状の前記液体を、液滴形状にすることができる。
【００１５】
本発明に係る液体吐出方法において、
前記音波を発生する工程は、前記液体の種類に応じて、異なる周波数の前記音波を発生することができる。
【００１６】
本発明に係る液体吐出方法において、
前記液体が油系インクである場合に発生する前記音波の周波数は、前記液体が水系インクである場合に発生する前記音波の周波数より高いことができる。
【００１７】
本発明に係るメンテナンス方法は、
本発明に係る液体噴射ヘッドを準備する工程と、
前記第２圧電素子から音波を発生する工程と、
前記音波によって、前記開口部の内壁を洗浄する工程と、
を含む。
【００１８】
本発明に係るプリンタは、
本発明に係る液体噴射ヘッドを有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
１． 液体噴射ヘッド
まず、本実施形態に係る液体噴射ヘッドについて説明する。図１は、本実施形態に係る液体噴射ヘッド１００の要部を模式的に示す断面図である。図２は、本実施形態に係る液体噴射ヘッド１００の要部を模式的に示す平面図である。図３は、本実施形態に係る液体噴射ヘッド１００の分解斜視図であり、通常使用される状態とは上下を逆に示したものである。なお、図１は、図２に示すＡ−Ａ線の断面図である。また、図２は、本実施形態に係る液体噴射ヘッド１００を下方側から見たときの平面図である。
【００２１】
液体噴射ヘッド１００は、図１〜図３に示すように、ノズルプレート１０と、圧力室２２と、振動板３０と、第１圧電素子４０と、を有する。さらに、液体噴射ヘッド１００は、圧力室基板２０と、供給路２４と、リザーバ２６と、筐体５０と、を有することができる。
【００２２】
ノズルプレート１０は、ノズル孔１２が設けられた基板１１と、開口部１４設けられた第２圧電素子１３と、を有する。さらに、ノズルプレート１０は、絶縁層１８を有することができる。
【００２３】
基板１１は、例えば、ニッケル、シリコン、ステンレス鋼、ステンレスなどからなる。基板１１の厚さは、例えば、１０〜１００μｍである。
【００２４】
ノズル孔１２は、基板１１に形成されている。ノズル孔１２は、複数設けられていることができ、その数は特に限定されない。ノズル孔１２は、基板１１の厚み方向（−Ｚ方向）に向けて液体（インク）を吐出することができる。ノズル孔１２から吐出される液体の粘度は、例えば、２５℃において、１０ｍＰａ・ｓ以上、さらには、２０ｍＰａ・ｓ以上である。
【００２５】
第２圧電素子１３は、基板１１の下に形成されている。第２圧電素子は、第１電極１５と、第１電極１５上に形成された圧電体層１６と、圧電体層１６上に形成された第２電極１７と、を有する。第１電極１５および第２電極１７は、例えば、白金、イリジウムなどからなる。第１電極１５および第２電極１７の厚さは、例えば、５０ｎｍ〜５００ｎｍである。第１電極１５および第２電極１７は、図示せぬ外部駆動回路と接続されていることができる。圧電体層１６は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３：ＰＺＴ）からなる。圧電体層１６の厚さは、例えば、３００ｎｍ〜３０００ｎｍである。第２圧電素子１３は、与えられた電気信号によって圧電体層１６が振動し、音波を発生することができる。詳細は後述する。
【００２６】
絶縁層１８は、基板１１と、第２圧電素子１３と、の間に形成されている。絶縁層１８は、例えば、二酸化シリコン、窒化シリコンなどからなる。絶縁層１６の厚さは、例えば、５０ｎｍ〜５００ｎｍである。絶縁層１８は、第１電極１５および第２電極１７と、第１基板１１と、を絶縁することができる。
【００２７】
開口部１４は、第２圧電素子１３および絶縁層１８に形成されている。開口部１４は、ノズル孔１２と連通している。開口部１４の開口径１４Ｌの大きさは、ノズル孔１２の開口径１２Ｌの大きさ以上である。より具体的には、開口部１４の開口径１４Ｌは、ノズル孔１２の開口径１２Ｌより大きい。すなわち、図２に示すように平面的に見て、ノズル孔１２の外周は、開口部１４の外周の内側に位置している。なお、図示の例では、開口部１４の外周は円形だが、その形状は特に限定されず、例えば四角形でもよい。
【００２８】
圧力室基板２０は、図１に示すように、ノズルプレート１０上（図３では下）に形成されている。圧力室基板２０は、例えば、シリコン、ニッケルなどからなる。圧力室基板２０は、圧力室２２、供給路２４およびリザーバ２６を区画することができる。
【００２９】
圧力室２２、供給路２４およびリザーバ２６は、図１に示すように、ノズルプレート１０上（図３では下）に形成されている。圧力室２２は、ノズル孔１２と連通している。圧力室２２は、図３に示すように、供給路２４を介してリザーバ２６と連通している。リザーバ２６は、供給路２４を介して圧力室２２に液体を供給することができる。リザーバ２６には、貫通孔２８が形成されており、貫通孔２８を通って外部からリザーバ２６内に液体が供給される。
【００３０】
振動板３０は、図１に示すように、圧力室２２上および圧力室基板２０上（図３では下）に形成されている。振動板５０は、例えば、二酸化ジルコニウムや二酸化シリコンなどの絶縁膜、ニッケルなどの金属膜、ポリイミドなどの高分子材料膜からなる。
【００３１】
第１圧電素子４０は、圧力室２２の上方であって、振動板３０上に形成されている。第１圧電素子４０は、図示はしないが、ダイヤフラムや接着剤などを介して、振動板３０上に形成されていてもよい。第１圧電素子４０は、与えられる電気信号にしたがって、振動板３０を上下方向（Ｚ方向）に振動させることができる。第１圧電素子４０は、圧電体層を電極で挟んだ構造を有する。第１圧電素子４０の電極の延びる方向は、振動板３０の振動方向に対して垂直（縦モード）であってもよいし、平行（横モード）であってもよい。縦モードの場合は、第１圧電素子４０の上部は、固定基板（図示せず）に固定されている。第１圧電素子４０の電極は、例えばケーブル（図示せず）によって、外部駆動回路と接続されている。第１圧電素子４０の圧電体層は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３：ＰＺＴ）からなる。第１圧電素子４０の電極は、例えば、白金、イリジウムからなる。
【００３２】
筐体５０は、図３に示すように、第１圧電素子４０やノズルプレート１０などを収納することができる。筐体５０は、例えば、各種樹脂材料、各種金属材料からなる。
【００３３】
本実施形態に係る液体噴射ヘッド１００は、例えば、以下の特徴を有する。
【００３４】
液体噴射ヘッド１００では、ノズル孔１２と連通している開口部１４が設けられた第２圧電素子１３を有することができる。第２圧電素子１３は、圧電体層１６が振動することにより、音波を発生することができる。この音波によって、所望の体積（大きさ）の液滴を形成することができる。詳細は後述する。
【００３５】
液体噴射ヘッド１００では、開口部１４の開口径１４Ｌの大きさは、ノズル孔１２の開口径１２Ｌの大きさ以上である。より具体的には、開口部１４の開口径１４Ｌは、ノズル孔１２の開口径１２Ｌより大きい。そのため、ノズル孔１２から吐出された液体は、第２圧電素子１３に接触することなく飛翔することができる。すなわち、第２圧電素子１３によって液体の飛翔が妨げられることはなく、所望の方向に液体を飛翔させることができる。
【００３６】
液体噴射ヘッド１００では、絶縁層１８は、基板１１と、第２圧電素子１３と、の間に形成されていることができる。絶縁層１８は、第１電極１５および第２電極１７と、第１基板１１と、を絶縁することができる。特に、基板１１が導電体からなる場合に、有効である。
【００３７】
液体噴射ヘッド１００では、例えば、２５℃において、１０ｍＰａ・ｓ以上、さらには、２０ｍＰａ・ｓ以上の粘度である高粘度の液体を吐出することができる。すなわち、上述のように、第２圧電素子１３は音波を発生することができるため、該音波によって、たとえ高粘度の液体であっても切断することができ、所望の体積の液滴を形成することができる。
【００３８】
２． 液体噴射ヘッドの製造方法
次に、本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法について、図面を参照しながら説明する。図４〜図７は、本実施形態に係る液体噴射ヘッド１００の要部の製造工程を模式的に示す断面図である。なお、図４および図５は、便宜上、図１と上下を逆に示している。
【００３９】
図４に示すように、基板１１の上に、絶縁層１８、第２電極１７、圧電体層１６および第１電極１５を、この順番で形成する。絶縁層１８は、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により形成される。第１電極１５および第２電極１７は、例えば、スパッタ法、めっき法、真空蒸着法などにより形成される。圧電体層１６は、例えば、ＣＶＤ法、ＭＯＤ（Metal Organic Deposition）法、スパッタ法などにより形成される。各層は、各層の形成ごとに所望の形状にパターニングされることができる。
【００４０】
図５に示すように、第２圧電素子１３および絶縁層１８をパターニングして、開口部１４を形成する。次に、基板１１をパターニングしてノズル孔１２を形成する。以上により、ノズルプレート１０を形成することができる。なお、開口部１４の形成と、ノズル孔１２の形成とは、その先後を問わない。
【００４１】
図６に示すように、圧力室基板２０上に振動板３０を形成する。振動板３０は、例えば、ＣＶＤ法、スパッタ法、めっき法により形成される。次に、振動板３０上に、第１圧電素子４０を形成する。第１圧電素子４０は、例えば、公知の方法により形成される。
【００４２】
図７に示すように、圧力室基板２０をパターニングして、開口部２０ａを形成する。パターニングは、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて行われ、振動板３０は、エッチングストッパとして機能することができる。
【００４３】
図１に示すように、圧力室基板２２の下に、開口部２０ａとノズル孔１２が連通するように、ノズルプレート１０を形成する。これにより、圧力室２２を形成することができる。同時に、供給路２４およびリザーバ２６を形成することができる。
【００４４】
以上の方法により、液体噴射ヘッド１００を製造することができる。なお、液体噴射ヘッド１００の製造方法は、上述の製造方法に限定されない。
【００４５】
３． 液体吐出方法
次に、本実施形態に係る液体吐出方法について説明する。本実施形態に係る液体吐出方法では、本発明に係る液体噴射ヘッドを準備する。以下、液体噴射ヘッド１００を用いた例について説明する。図８〜図１１は、本実施形態に係る液体吐出方法を説明するための図である。
【００４６】
図８に示すように、第１圧電素子４０によって、圧力室２２内およびノズル孔１２内の液体６０を加圧する。より具体的には、第１圧電素子４０に電気信号を与えることにより振動板３０を振動（変位）させ、振動板３０の変位によって圧力室４０の容積を変化させて、液体６０に圧力を加える。
【００４７】
図９に示すように、加圧された液体６０を、ノズル孔１２から開口部１４に向けて吐出する。上述のように、液体６０は、例えば、２５℃で、１０ｍＰａ・ｓ以上、さらには、２０ｍＰａ・ｓ以上と高粘度である。そのため、例えば、ノズル孔１２から開口部１４内に吐出された液体６０は液柱形状であり（液柱６０ａ）、圧力室２２内およびノズル孔１２内の液体６０と連続している。
【００４８】
図１０に示すように、第２圧電素子１３に電気信号を与え、第２圧電素子１３から液柱６０ａに向けて音波７０を発生する。第２圧電素子１３は、液体の種類に応じて、異なる周波数の音波７０を発生することができる。具体的には、第２圧電素子１３に与える電気信号を変化させることにより、音波７０の周波数を変化させることができる。
【００４９】
液体６０が水系インクである場合には、第２圧電素子１３は、例えば、２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの周波数の音波７０を発生することができる。水系インクは、例えば、２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの周波数の音波によって、キャビテーションが発生し易い。このキャビテーションによって、図１１に示すように、開口部１４内に吐出された液体６０（液柱６０ａ）を切断することができる。切断された液体６０は、液滴６２となり、−Ｙ方向に飛翔する。なお、水系インクとは、主溶媒として水を用いるインクのことである。
【００５０】
液体６０が油系インクである場合には、第２圧電素子１３は、例えば、１ＭＨｚ以上の周波数の音波７０を発生することができる。油系インクは、例えば、水系インクに比べてキャビテーションが発生し難い。そのため、水系インクの場合より高い周波数の音波７０を発生し、油系インク中の分子を振動させる。この振動により、図１１に示すように、液柱６０ａを切断することができる。なお、油系インクとは、主溶媒として有機溶媒を用いるインクのことである。
【００５１】
本実施形態に係る液体吐出方法は、例えば、以下の特徴を有する。
【００５２】
本実施形態に係る液体吐出方法では、上述のように、第２圧電素子１３から発生された音波７０によって、開口部１４内に吐出された液体６０を切断することができる。すなわち、音波７０によって、所望の体積の液滴６２を形成することができる。
【００５３】
本実施形態に係る液体吐出方法では、液体６０の種類に応じて、異なる周波数の音波７０を発生し、開口部１４内に吐出された液体６０を切断することができる。より具体的には、液体６０が油系インクである場合に発生する音波７０の周波数は、液体６０が水系インクである場合に発生する音波７０の周波数より高い。これにより、本実施形態に係る液体吐出方法は、様々な種類の液体６０に対応することができる。
【００５４】
４． メンテナンス方法
次に、本実施形態に係るメンテナンス方法について説明する。本実施形態に係るメンテナンス方法では、本発明に係る液体噴射ヘッドを準備する。以下、液体噴射ヘッド１００を用いた例について説明する。図１２は、本実施形態に係るメンテナンス方法を説明するための図である。
【００５５】
図１２に示すように、液体噴射ヘッド１００の待機時に（例えば、第１圧電素子４０に電気信号を与えていないときに）、第２圧電素子１３に電気信号を与えて、第２圧電素子１３から開口部１４の内壁１４ａに向けて音波７０を発生する。開口部１４の内壁１４ａは、開口部１４を区画する第２圧電素子１３の側面ともいえる。内壁１４ａには、例えば、液体６０を構成する物質が付着している場合がある。このような場合に、音波７０を発生して、内壁１４ａの付着物を除去することができる。すなわち、開口部１４の内壁１４ａを洗浄することができる。このとき発生する音波７０の周波数は、例えば、２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚであることができる。このような周波数の音波７０は、指向性が低いため、広範囲の領域を洗浄することができる。
【００５６】
本実施形態に係るメンテナンス方法では、上述のように、別途、洗浄装置を準備することなく、容易に開口部１４の内壁１４ａを洗浄することができる。
【００５７】
５． プリンタ
次に、本実施形態に係るプリンタについて説明する。本実施形態に係るプリンタは、本発明に係る液体噴射ヘッドを有する。ここでは、本実施形態に係るプリンタ３００がインクジェットプリンタである場合について説明する。図１３は、本実施形態に係るプリンタ３００を模式的に示す斜視図である。
【００５８】
プリンタ３００は、ヘッドユニット３３０と、駆動部３１０と、制御部３６０と、を含む。また、プリンタ３００は、装置本体３２０と、給紙部３５０と、記録用紙Ｐを設置するトレイ３２１と、記録用紙Ｐを排出する排出口３２２と、装置本体３２０の上面に配置された操作パネル３７０と、を含むことができる。
【００５９】
ヘッドユニット３３０は、例えば、上述した液体噴射ヘッド１００から構成されるインクジェット式記録ヘッド（以下単に「ヘッド」ともいう）を有する。ヘッドユニット３３０は、さらに、ヘッドにインクを供給するインクカートリッジ３３１と、ヘッドおよびインクカートリッジ３３１を搭載した運搬部（キャリッジ）３３２と、を備える。
【００６０】
駆動部３１０は、ヘッドユニット３３０を往復動させることができる。駆動部３１０は、ヘッドユニット３３０の駆動源となるキャリッジモータ３４１と、キャリッジモータ３４１の回転を受けて、ヘッドユニット３３０を往復動させる往復動機構３４２と、を有する。
【００６１】
往復動機構３４２は、その両端がフレーム（図示せず）に支持されたキャリッジガイド軸３４４と、キャリッジガイド軸３４４と平行に延在するタイミングベルト３４３と、を備える。キャリッジガイド軸３４４は、キャリッジ３３２が自在に往復動できるようにしながら、キャリッジ３３２を支持している。さらに、キャリッジ３３２は、タイミングベルト３４３の一部に固定されている。キャリッジモータ３４１の作動により、タイミングベルト３４３を走行させると、キャリッジガイド軸３４４に導かれて、ヘッドユニット３３０が往復動する。この往復動の際に、ヘッドから適宜インクが吐出され、記録用紙Ｐへの印刷が行われる。
【００６２】
制御部３６０は、ヘッドユニット３３０、駆動部３１０および給紙部３５０を制御することができる。
【００６３】
給紙部３５０は、記録用紙Ｐをトレイ３２１からヘッドユニット３３０側へ送り込むことができる。給紙部３５０は、その駆動源となる給紙モータ３５１と、給紙モータ３５１の作動により回転する給紙ローラ３５２と、を備える。給紙ローラ３５２は、記録用紙Ｐの送り経路を挟んで上下に対向する従動ローラ３５２ａおよび駆動ローラ３５２ｂを備える。駆動ローラ３５２ｂは、給紙モータ３５１に連結されている。制御部３６０によって供紙部３５０が駆動されると、記録用紙Ｐは、ヘッドユニット３３０の下方を通過するように送られる。
【００６４】
ヘッドユニット３３０、駆動部３１０、制御部３６０および給紙部３５０は、装置本体３２０の内部に設けられている。
【００６５】
プリンタ３００では、本発明に係る液体噴射ヘッドを有することができる。本発明に係る液体噴射ヘッドは、上述のように、所望の体積の液滴を形成することができる。そのため、所望の体積の液滴を形成することができるプリンタ３００を得ることができる。
【００６６】
なお、上述した例では、プリンタ３００がインクジェットプリンタである場合について説明したが、本発明のプリンタは、工業的な液体吐出装置として用いられることもできる。この場合に吐出される液体（液状材料）としては、各種の機能性材料を溶媒や分散媒によって適当な粘度に調整したものなどを用いることができる。
【００６７】
上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本実施形態に係る液体噴射ヘッドを模式的に示す断面図。
【図２】本実施形態に係る液体噴射ヘッドを模式的に示す平面図。
【図３】本実施形態に係る液体噴射ヘッドを模式的に示す分解斜視図。
【図４】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造工程を模式的に示す断面図。
【図５】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造工程を模式的に示す断面図。
【図６】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造工程を模式的に示す断面図。
【図７】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造工程を模式的に示す断面図。
【図８】本実施形態に係る液体吐出方法を説明するための図。
【図９】本実施形態に係る液体吐出方法を説明するための図。
【図１０】本実施形態に係る液体吐出方法を説明するための図。
【図１１】本実施形態に係る液体吐出方法を説明するための図。
【図１２】本実施形態に係るメンテナンス方法を説明するための図。
【図１３】本実施形態に係るプリンタを模式的に示す斜視図。
【符号の説明】
【００６９】
１０ ノズルプレート、１１ 基板、１２ ノズル孔、１３ 第２圧電素子、
１４ 開口部、１５ 第１電極、１６ 圧電体層、１７ 第２電極、１８ 絶縁層、
２０ 圧力室基板、２２ 圧力室、２４ 供給路、２６ リザーバ、２８ 貫通孔、
３０ 振動板、４０ 第１圧電素子、５０ 筐体、６０ 液体、６２ 液滴、
７０ 音波、１００ 液体噴射ヘッド、３００ プリンタ、３１０ 駆動部、
３２０ 装置本体、３２１ トレイ、３２２ 排出口、３３０ ヘッドユニット、
３３１ インクカートリッジ、３３２ キャリッジ、３４１ キャリッジモータ、
３４２ 往復動機構、３４３ タイミングベルト、３４４ キャリッジガイド軸、
３５０ 給紙部、３５１ 給紙モータ、３５２ 給紙ローラ、３６０ 制御部、
３７０ 操作パネル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体噴射ヘッド、液体吐出方法、メンテナンス方法、およびプリンタに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インクジェット技術は、家庭用のプリンタのみならず、工業用、産業用など様々な分野に用いられている。これらの分野に応じて、インクジェット技術では、様々な組成のインクを吐出する必要がある。そのなかでも、特に高分子ポリマーなどからなる高粘度インクは、ノズル孔から吐出されたインク液柱が切れ難く、所望の体積のインク液滴を形成することが困難である。
【０００３】
例えば、特許文献１には、ノズルの内壁に、液体に温度変化を与えるヒータを設け、液柱のくびれ部分と、ノズルの内壁の近傍に位置する部分と、に温度差を生じさせることにより、液柱から液滴を分離する方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００７−２２９９６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示された方法では、ヒータの熱でノズル周辺のインクが乾燥し、ノズル孔が詰まってしまう場合がある。また、高周波数で吐出させる場合、ヒータのＯＮ／ＯＦＦの切り替えが追従できず、吐出安定性が低下する場合がある。さらに、有機系のインクでは、ヒータの熱により引火する可能性があり、安全面においても問題がある。
【０００５】
本発明の目的の１つは、所望の体積の液滴を形成することができる液体噴射ヘッドを提供することにある。また、本発明の目的の１つは、上記液体噴射ヘッドを用いた液体吐出方法、メンテナンス方法、および上記液体噴射ヘッドを有するプリンタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る液体噴射ヘッドは、
ノズルプレートと、
前記ノズルプレートの上方に形成された圧力室と、
前記圧力室の上方に形成された振動板と、
前記振動板の上方に形成された第１圧電素子と、
を含み、
前記ノズルプレートは、
ノズル孔が設けられた基板と、
前記基板の下方に形成され、前記ノズル孔と連通している開口部が設けられた第２圧電素子と、
を有する。
【０００７】
本発明に係る液体噴射ヘッドは、所望の体積の液滴を形成することができる。
【０００８】
なお、本発明に係る記載では、「上方」という文言を、例えば、「特定のもの（以下「Ａ」という）の「上方」に他の特定のもの（以下「Ｂ」という）を形成する」などと用いている。本発明に係る記載では、この例のような場合に、Ａ上に直接Ｂを形成するような場合と、Ａ上に他のものを介してＢを形成するような場合とが含まれるものとして、「上方」という文言を用いている。同様に、「下方」という文言は、Ａ下に直接Ｂを形成するような場合と、Ａ下に他のものを介してＢを形成するような場合とが含まれるものとする。
【０００９】
本発明に係る液体噴射ヘッドにおいて、
前記第２圧電素子は、
第１電極と、
前記第１電極の上方に形成された圧電体層と、
前記圧電体層の上方に形成された第２電極と、
を有することができる。
【００１０】
本発明に係る液体噴射ヘッドにおいて、
前記開口部の開口径の大きさは、前記ノズル孔の開口径の大きさ以上であることができる。
【００１１】
本発明に係る液体噴射ヘッドにおいて、
前記ノズルプレートは、
さらに、前記基板と、前記第２圧電素子と、の間に形成された絶縁層を有することができる。
【００１２】
本発明に係る液体噴射ヘッドにおいて、
１０ｍＰａ・ｓ以上の粘度である液体を吐出することができる。
【００１３】
本発明に係る液体吐出方法は、
本発明に係る液体噴射ヘッドを準備する工程と、
前記第１圧電素子によって前記圧力室内の液体を加圧する工程と、
加圧された前記液体を、前記ノズル孔から前記開口部に向けて吐出する工程と、
前記第２圧電素子から音波を発生する工程と、
前記音波によって、前記開口部内に吐出された前記液体を切断する工程と、
を含む。
【００１４】
本発明に係る液体吐出方法において、
前記開口部内に吐出された前記液体は、液柱形状であり、
前記切断する工程は、液柱形状の前記液体を、液滴形状にすることができる。
【００１５】
本発明に係る液体吐出方法において、
前記音波を発生する工程は、前記液体の種類に応じて、異なる周波数の前記音波を発生することができる。
【００１６】
本発明に係る液体吐出方法において、
前記液体が油系インクである場合に発生する前記音波の周波数は、前記液体が水系インクである場合に発生する前記音波の周波数より高いことができる。
【００１７】
本発明に係るメンテナンス方法は、
本発明に係る液体噴射ヘッドを準備する工程と、
前記第２圧電素子から音波を発生する工程と、
前記音波によって、前記開口部の内壁を洗浄する工程と、
を含む。
【００１８】
本発明に係るプリンタは、
本発明に係る液体噴射ヘッドを有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
１． 液体噴射ヘッド
まず、本実施形態に係る液体噴射ヘッドについて説明する。図１は、本実施形態に係る液体噴射ヘッド１００の要部を模式的に示す断面図である。図２は、本実施形態に係る液体噴射ヘッド１００の要部を模式的に示す平面図である。図３は、本実施形態に係る液体噴射ヘッド１００の分解斜視図であり、通常使用される状態とは上下を逆に示したものである。なお、図１は、図２に示すＡ−Ａ線の断面図である。また、図２は、本実施形態に係る液体噴射ヘッド１００を下方側から見たときの平面図である。
【００２１】
液体噴射ヘッド１００は、図１〜図３に示すように、ノズルプレート１０と、圧力室２２と、振動板３０と、第１圧電素子４０と、を有する。さらに、液体噴射ヘッド１００は、圧力室基板２０と、供給路２４と、リザーバ２６と、筐体５０と、を有することができる。
【００２２】
ノズルプレート１０は、ノズル孔１２が設けられた基板１１と、開口部１４設けられた第２圧電素子１３と、を有する。さらに、ノズルプレート１０は、絶縁層１８を有することができる。
【００２３】
基板１１は、例えば、ニッケル、シリコン、ステンレス鋼、ステンレスなどからなる。基板１１の厚さは、例えば、１０〜１００μｍである。
【００２４】
ノズル孔１２は、基板１１に形成されている。ノズル孔１２は、複数設けられていることができ、その数は特に限定されない。ノズル孔１２は、基板１１の厚み方向（−Ｚ方向）に向けて液体（インク）を吐出することができる。ノズル孔１２から吐出される液体の粘度は、例えば、２５℃において、１０ｍＰａ・ｓ以上、さらには、２０ｍＰａ・ｓ以上である。
【００２５】
第２圧電素子１３は、基板１１の下に形成されている。第２圧電素子は、第１電極１５と、第１電極１５上に形成された圧電体層１６と、圧電体層１６上に形成された第２電極１７と、を有する。第１電極１５および第２電極１７は、例えば、白金、イリジウムなどからなる。第１電極１５および第２電極１７の厚さは、例えば、５０ｎｍ〜５００ｎｍである。第１電極１５および第２電極１７は、図示せぬ外部駆動回路と接続されていることができる。圧電体層１６は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３：ＰＺＴ）からなる。圧電体層１６の厚さは、例えば、３００ｎｍ〜３０００ｎｍである。第２圧電素子１３は、与えられた電気信号によって圧電体層１６が振動し、音波を発生することができる。詳細は後述する。
【００２６】
絶縁層１８は、基板１１と、第２圧電素子１３と、の間に形成されている。絶縁層１８は、例えば、二酸化シリコン、窒化シリコンなどからなる。絶縁層１６の厚さは、例えば、５０ｎｍ〜５００ｎｍである。絶縁層１８は、第１電極１５および第２電極１７と、第１基板１１と、を絶縁することができる。
【００２７】
開口部１４は、第２圧電素子１３および絶縁層１８に形成されている。開口部１４は、ノズル孔１２と連通している。開口部１４の開口径１４Ｌの大きさは、ノズル孔１２の開口径１２Ｌの大きさ以上である。より具体的には、開口部１４の開口径１４Ｌは、ノズル孔１２の開口径１２Ｌより大きい。すなわち、図２に示すように平面的に見て、ノズル孔１２の外周は、開口部１４の外周の内側に位置している。なお、図示の例では、開口部１４の外周は円形だが、その形状は特に限定されず、例えば四角形でもよい。
【００２８】
圧力室基板２０は、図１に示すように、ノズルプレート１０上（図３では下）に形成されている。圧力室基板２０は、例えば、シリコン、ニッケルなどからなる。圧力室基板２０は、圧力室２２、供給路２４およびリザーバ２６を区画することができる。
【００２９】
圧力室２２、供給路２４およびリザーバ２６は、図１に示すように、ノズルプレート１０上（図３では下）に形成されている。圧力室２２は、ノズル孔１２と連通している。圧力室２２は、図３に示すように、供給路２４を介してリザーバ２６と連通している。リザーバ２６は、供給路２４を介して圧力室２２に液体を供給することができる。リザーバ２６には、貫通孔２８が形成されており、貫通孔２８を通って外部からリザーバ２６内に液体が供給される。
【００３０】
振動板３０は、図１に示すように、圧力室２２上および圧力室基板２０上（図３では下）に形成されている。振動板５０は、例えば、二酸化ジルコニウムや二酸化シリコンなどの絶縁膜、ニッケルなどの金属膜、ポリイミドなどの高分子材料膜からなる。
【００３１】
第１圧電素子４０は、圧力室２２の上方であって、振動板３０上に形成されている。第１圧電素子４０は、図示はしないが、ダイヤフラムや接着剤などを介して、振動板３０上に形成されていてもよい。第１圧電素子４０は、与えられる電気信号にしたがって、振動板３０を上下方向（Ｚ方向）に振動させることができる。第１圧電素子４０は、圧電体層を電極で挟んだ構造を有する。第１圧電素子４０の電極の延びる方向は、振動板３０の振動方向に対して垂直（縦モード）であってもよいし、平行（横モード）であってもよい。縦モードの場合は、第１圧電素子４０の上部は、固定基板（図示せず）に固定されている。第１圧電素子４０の電極は、例えばケーブル（図示せず）によって、外部駆動回路と接続されている。第１圧電素子４０の圧電体層は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３：ＰＺＴ）からなる。第１圧電素子４０の電極は、例えば、白金、イリジウムからなる。
【００３２】
筐体５０は、図３に示すように、第１圧電素子４０やノズルプレート１０などを収納することができる。筐体５０は、例えば、各種樹脂材料、各種金属材料からなる。
【００３３】
本実施形態に係る液体噴射ヘッド１００は、例えば、以下の特徴を有する。
【００３４】
液体噴射ヘッド１００では、ノズル孔１２と連通している開口部１４が設けられた第２圧電素子１３を有することができる。第２圧電素子１３は、圧電体層１６が振動することにより、音波を発生することができる。この音波によって、所望の体積（大きさ）の液滴を形成することができる。詳細は後述する。
【００３５】
液体噴射ヘッド１００では、開口部１４の開口径１４Ｌの大きさは、ノズル孔１２の開口径１２Ｌの大きさ以上である。より具体的には、開口部１４の開口径１４Ｌは、ノズル孔１２の開口径１２Ｌより大きい。そのため、ノズル孔１２から吐出された液体は、第２圧電素子１３に接触することなく飛翔することができる。すなわち、第２圧電素子１３によって液体の飛翔が妨げられることはなく、所望の方向に液体を飛翔させることができる。
【００３６】
液体噴射ヘッド１００では、絶縁層１８は、基板１１と、第２圧電素子１３と、の間に形成されていることができる。絶縁層１８は、第１電極１５および第２電極１７と、第１基板１１と、を絶縁することができる。特に、基板１１が導電体からなる場合に、有効である。
【００３７】
液体噴射ヘッド１００では、例えば、２５℃において、１０ｍＰａ・ｓ以上、さらには、２０ｍＰａ・ｓ以上の粘度である高粘度の液体を吐出することができる。すなわち、上述のように、第２圧電素子１３は音波を発生することができるため、該音波によって、たとえ高粘度の液体であっても切断することができ、所望の体積の液滴を形成することができる。
【００３８】
２． 液体噴射ヘッドの製造方法
次に、本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法について、図面を参照しながら説明する。図４〜図７は、本実施形態に係る液体噴射ヘッド１００の要部の製造工程を模式的に示す断面図である。なお、図４および図５は、便宜上、図１と上下を逆に示している。
【００３９】
図４に示すように、基板１１の上に、絶縁層１８、第２電極１７、圧電体層１６および第１電極１５を、この順番で形成する。絶縁層１８は、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により形成される。第１電極１５および第２電極１７は、例えば、スパッタ法、めっき法、真空蒸着法などにより形成される。圧電体層１６は、例えば、ＣＶＤ法、ＭＯＤ（Metal Organic Deposition）法、スパッタ法などにより形成される。各層は、各層の形成ごとに所望の形状にパターニングされることができる。
【００４０】
図５に示すように、第２圧電素子１３および絶縁層１８をパターニングして、開口部１４を形成する。次に、基板１１をパターニングしてノズル孔１２を形成する。以上により、ノズルプレート１０を形成することができる。なお、開口部１４の形成と、ノズル孔１２の形成とは、その先後を問わない。
【００４１】
図６に示すように、圧力室基板２０上に振動板３０を形成する。振動板３０は、例えば、ＣＶＤ法、スパッタ法、めっき法により形成される。次に、振動板３０上に、第１圧電素子４０を形成する。第１圧電素子４０は、例えば、公知の方法により形成される。
【００４２】
図７に示すように、圧力室基板２０をパターニングして、開口部２０ａを形成する。パターニングは、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて行われ、振動板３０は、エッチングストッパとして機能することができる。
【００４３】
図１に示すように、圧力室基板２２の下に、開口部２０ａとノズル孔１２が連通するように、ノズルプレート１０を形成する。これにより、圧力室２２を形成することができる。同時に、供給路２４およびリザーバ２６を形成することができる。
【００４４】
以上の方法により、液体噴射ヘッド１００を製造することができる。なお、液体噴射ヘッド１００の製造方法は、上述の製造方法に限定されない。
【００４５】
３． 液体吐出方法
次に、本実施形態に係る液体吐出方法について説明する。本実施形態に係る液体吐出方法では、本発明に係る液体噴射ヘッドを準備する。以下、液体噴射ヘッド１００を用いた例について説明する。図８〜図１１は、本実施形態に係る液体吐出方法を説明するための図である。
【００４６】
図８に示すように、第１圧電素子４０によって、圧力室２２内およびノズル孔１２内の液体６０を加圧する。より具体的には、第１圧電素子４０に電気信号を与えることにより振動板３０を振動（変位）させ、振動板３０の変位によって圧力室４０の容積を変化させて、液体６０に圧力を加える。
【００４７】
図９に示すように、加圧された液体６０を、ノズル孔１２から開口部１４に向けて吐出する。上述のように、液体６０は、例えば、２５℃で、１０ｍＰａ・ｓ以上、さらには、２０ｍＰａ・ｓ以上と高粘度である。そのため、例えば、ノズル孔１２から開口部１４内に吐出された液体６０は液柱形状であり（液柱６０ａ）、圧力室２２内およびノズル孔１２内の液体６０と連続している。
【００４８】
図１０に示すように、第２圧電素子１３に電気信号を与え、第２圧電素子１３から液柱６０ａに向けて音波７０を発生する。第２圧電素子１３は、液体の種類に応じて、異なる周波数の音波７０を発生することができる。具体的には、第２圧電素子１３に与える電気信号を変化させることにより、音波７０の周波数を変化させることができる。
【００４９】
液体６０が水系インクである場合には、第２圧電素子１３は、例えば、２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの周波数の音波７０を発生することができる。水系インクは、例えば、２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの周波数の音波によって、キャビテーションが発生し易い。このキャビテーションによって、図１１に示すように、開口部１４内に吐出された液体６０（液柱６０ａ）を切断することができる。切断された液体６０は、液滴６２となり、−Ｙ方向に飛翔する。なお、水系インクとは、主溶媒として水を用いるインクのことである。
【００５０】
液体６０が油系インクである場合には、第２圧電素子１３は、例えば、１ＭＨｚ以上の周波数の音波７０を発生することができる。油系インクは、例えば、水系インクに比べてキャビテーションが発生し難い。そのため、水系インクの場合より高い周波数の音波７０を発生し、油系インク中の分子を振動させる。この振動により、図１１に示すように、液柱６０ａを切断することができる。なお、油系インクとは、主溶媒として有機溶媒を用いるインクのことである。
【００５１】
本実施形態に係る液体吐出方法は、例えば、以下の特徴を有する。
【００５２】
本実施形態に係る液体吐出方法では、上述のように、第２圧電素子１３から発生された音波７０によって、開口部１４内に吐出された液体６０を切断することができる。すなわち、音波７０によって、所望の体積の液滴６２を形成することができる。
【００５３】
本実施形態に係る液体吐出方法では、液体６０の種類に応じて、異なる周波数の音波７０を発生し、開口部１４内に吐出された液体６０を切断することができる。より具体的には、液体６０が油系インクである場合に発生する音波７０の周波数は、液体６０が水系インクである場合に発生する音波７０の周波数より高い。これにより、本実施形態に係る液体吐出方法は、様々な種類の液体６０に対応することができる。
【００５４】
４． メンテナンス方法
次に、本実施形態に係るメンテナンス方法について説明する。本実施形態に係るメンテナンス方法では、本発明に係る液体噴射ヘッドを準備する。以下、液体噴射ヘッド１００を用いた例について説明する。図１２は、本実施形態に係るメンテナンス方法を説明するための図である。
【００５５】
図１２に示すように、液体噴射ヘッド１００の待機時に（例えば、第１圧電素子４０に電気信号を与えていないときに）、第２圧電素子１３に電気信号を与えて、第２圧電素子１３から開口部１４の内壁１４ａに向けて音波７０を発生する。開口部１４の内壁１４ａは、開口部１４を区画する第２圧電素子１３の側面ともいえる。内壁１４ａには、例えば、液体６０を構成する物質が付着している場合がある。このような場合に、音波７０を発生して、内壁１４ａの付着物を除去することができる。すなわち、開口部１４の内壁１４ａを洗浄することができる。このとき発生する音波７０の周波数は、例えば、２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚであることができる。このような周波数の音波７０は、指向性が低いため、広範囲の領域を洗浄することができる。
【００５６】
本実施形態に係るメンテナンス方法では、上述のように、別途、洗浄装置を準備することなく、容易に開口部１４の内壁１４ａを洗浄することができる。
【００５７】
５． プリンタ
次に、本実施形態に係るプリンタについて説明する。本実施形態に係るプリンタは、本発明に係る液体噴射ヘッドを有する。ここでは、本実施形態に係るプリンタ３００がインクジェットプリンタである場合について説明する。図１３は、本実施形態に係るプリンタ３００を模式的に示す斜視図である。
【００５８】
プリンタ３００は、ヘッドユニット３３０と、駆動部３１０と、制御部３６０と、を含む。また、プリンタ３００は、装置本体３２０と、給紙部３５０と、記録用紙Ｐを設置するトレイ３２１と、記録用紙Ｐを排出する排出口３２２と、装置本体３２０の上面に配置された操作パネル３７０と、を含むことができる。
【００５９】
ヘッドユニット３３０は、例えば、上述した液体噴射ヘッド１００から構成されるインクジェット式記録ヘッド（以下単に「ヘッド」ともいう）を有する。ヘッドユニット３３０は、さらに、ヘッドにインクを供給するインクカートリッジ３３１と、ヘッドおよびインクカートリッジ３３１を搭載した運搬部（キャリッジ）３３２と、を備える。
【００６０】
駆動部３１０は、ヘッドユニット３３０を往復動させることができる。駆動部３１０は、ヘッドユニット３３０の駆動源となるキャリッジモータ３４１と、キャリッジモータ３４１の回転を受けて、ヘッドユニット３３０を往復動させる往復動機構３４２と、を有する。
【００６１】
往復動機構３４２は、その両端がフレーム（図示せず）に支持されたキャリッジガイド軸３４４と、キャリッジガイド軸３４４と平行に延在するタイミングベルト３４３と、を備える。キャリッジガイド軸３４４は、キャリッジ３３２が自在に往復動できるようにしながら、キャリッジ３３２を支持している。さらに、キャリッジ３３２は、タイミングベルト３４３の一部に固定されている。キャリッジモータ３４１の作動により、タイミングベルト３４３を走行させると、キャリッジガイド軸３４４に導かれて、ヘッドユニット３３０が往復動する。この往復動の際に、ヘッドから適宜インクが吐出され、記録用紙Ｐへの印刷が行われる。
【００６２】
制御部３６０は、ヘッドユニット３３０、駆動部３１０および給紙部３５０を制御することができる。
【００６３】
給紙部３５０は、記録用紙Ｐをトレイ３２１からヘッドユニット３３０側へ送り込むことができる。給紙部３５０は、その駆動源となる給紙モータ３５１と、給紙モータ３５１の作動により回転する給紙ローラ３５２と、を備える。給紙ローラ３５２は、記録用紙Ｐの送り経路を挟んで上下に対向する従動ローラ３５２ａおよび駆動ローラ３５２ｂを備える。駆動ローラ３５２ｂは、給紙モータ３５１に連結されている。制御部３６０によって供紙部３５０が駆動されると、記録用紙Ｐは、ヘッドユニット３３０の下方を通過するように送られる。
【００６４】
ヘッドユニット３３０、駆動部３１０、制御部３６０および給紙部３５０は、装置本体３２０の内部に設けられている。
【００６５】
プリンタ３００では、本発明に係る液体噴射ヘッドを有することができる。本発明に係る液体噴射ヘッドは、上述のように、所望の体積の液滴を形成することができる。そのため、所望の体積の液滴を形成することができるプリンタ３００を得ることができる。
【００６６】
なお、上述した例では、プリンタ３００がインクジェットプリンタである場合について説明したが、本発明のプリンタは、工業的な液体吐出装置として用いられることもできる。この場合に吐出される液体（液状材料）としては、各種の機能性材料を溶媒や分散媒によって適当な粘度に調整したものなどを用いることができる。
【００６７】
上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本実施形態に係る液体噴射ヘッドを模式的に示す断面図。
【図２】本実施形態に係る液体噴射ヘッドを模式的に示す平面図。
【図３】本実施形態に係る液体噴射ヘッドを模式的に示す分解斜視図。
【図４】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造工程を模式的に示す断面図。
【図５】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造工程を模式的に示す断面図。
【図６】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造工程を模式的に示す断面図。
【図７】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造工程を模式的に示す断面図。
【図８】本実施形態に係る液体吐出方法を説明するための図。
【図９】本実施形態に係る液体吐出方法を説明するための図。
【図１０】本実施形態に係る液体吐出方法を説明するための図。
【図１１】本実施形態に係る液体吐出方法を説明するための図。
【図１２】本実施形態に係るメンテナンス方法を説明するための図。
【図１３】本実施形態に係るプリンタを模式的に示す斜視図。
【符号の説明】
【００６９】
１０ ノズルプレート、１１ 基板、１２ ノズル孔、１３ 第２圧電素子、
１４ 開口部、１５ 第１電極、１６ 圧電体層、１７ 第２電極、１８ 絶縁層、
２０ 圧力室基板、２２ 圧力室、２４ 供給路、２６ リザーバ、２８ 貫通孔、
３０ 振動板、４０ 第１圧電素子、５０ 筐体、６０ 液体、６２ 液滴、
７０ 音波、１００ 液体噴射ヘッド、３００ プリンタ、３１０ 駆動部、
３２０ 装置本体、３２１ トレイ、３２２ 排出口、３３０ ヘッドユニット、
３３１ インクカートリッジ、３３２ キャリッジ、３４１ キャリッジモータ、
３４２ 往復動機構、３４３ タイミングベルト、３４４ キャリッジガイド軸、
３５０ 給紙部、３５１ 給紙モータ、３５２ 給紙ローラ、３６０ 制御部、
３７０ 操作パネル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルプレートと、
前記ノズルプレートの上方に形成された圧力室と、
前記圧力室の上方に形成された振動板と、
前記振動板の上方に形成された第１圧電素子と、
を含み、
前記ノズルプレートは、
ノズル孔が設けられた基板と、
前記基板の下方に形成され、前記ノズル孔と連通している開口部が設けられた第２圧電素子と、
を有する、液体噴射ヘッド。
【請求項２】
請求項１において、
前記第２圧電素子は、
第１電極と、
前記第１電極の上方に形成された圧電体層と、
前記圧電体層の上方に形成された第２電極と、
を有する、液体噴射ヘッド。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記開口部の開口径の大きさは、前記ノズル孔の開口径の大きさ以上である、液体噴射ヘッド。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかにおいて、
前記ノズルプレートは、
さらに、前記基板と、前記第２圧電素子と、の間に形成された絶縁層を有する、液体噴射ヘッド。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかにおいて、
１０ｍＰａ・ｓ以上の粘度である液体を吐出する、液体噴射ヘッド。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の液体噴射ヘッドを準備する工程と、
前記第１圧電素子によって前記圧力室内の液体を加圧する工程と、
加圧された前記液体を、前記ノズル孔から前記開口部に向けて吐出する工程と、
前記第２圧電素子から音波を発生する工程と、
前記音波によって、前記開口部内に吐出された前記液体を切断する工程と、
を含む、液体吐出方法。
【請求項７】
請求項６において、
前記開口部内に吐出された前記液体は、液柱形状であり、
前記切断する工程は、液柱形状の前記液体を、液滴形状にする、液体吐出方法。
【請求項８】
請求項６または７において、
前記音波を発生する工程は、前記液体の種類に応じて、異なる周波数の前記音波を発生する、液体吐出方法。
【請求項９】
請求項８において、
前記液体が油系インクである場合に発生する前記音波の周波数は、前記液体が水系インクである場合に発生する前記音波の周波数より高い、液体吐出方法。
【請求項１０】
請求項１ないし５のいずれかに記載の液体噴射ヘッドを準備する工程と、
前記第２圧電素子から音波を発生する工程と、
前記音波によって、前記開口部の内壁を洗浄する工程と、
を含む、メンテナンス方法。
【請求項１１】
請求項１ないし５のいずれかに記載の液体噴射ヘッドを有する、プリンタ。
【請求項１】
ノズルプレートと、
前記ノズルプレートの上方に形成された圧力室と、
前記圧力室の上方に形成された振動板と、
前記振動板の上方に形成された第１圧電素子と、
を含み、
前記ノズルプレートは、
ノズル孔が設けられた基板と、
前記基板の下方に形成され、前記ノズル孔と連通している開口部が設けられた第２圧電素子と、
を有する、液体噴射ヘッド。
【請求項２】
請求項１において、
前記第２圧電素子は、
第１電極と、
前記第１電極の上方に形成された圧電体層と、
前記圧電体層の上方に形成された第２電極と、
を有する、液体噴射ヘッド。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記開口部の開口径の大きさは、前記ノズル孔の開口径の大きさ以上である、液体噴射ヘッド。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかにおいて、
前記ノズルプレートは、
さらに、前記基板と、前記第２圧電素子と、の間に形成された絶縁層を有する、液体噴射ヘッド。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかにおいて、
１０ｍＰａ・ｓ以上の粘度である液体を吐出する、液体噴射ヘッド。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の液体噴射ヘッドを準備する工程と、
前記第１圧電素子によって前記圧力室内の液体を加圧する工程と、
加圧された前記液体を、前記ノズル孔から前記開口部に向けて吐出する工程と、
前記第２圧電素子から音波を発生する工程と、
前記音波によって、前記開口部内に吐出された前記液体を切断する工程と、
を含む、液体吐出方法。
【請求項７】
請求項６において、
前記開口部内に吐出された前記液体は、液柱形状であり、
前記切断する工程は、液柱形状の前記液体を、液滴形状にする、液体吐出方法。
【請求項８】
請求項６または７において、
前記音波を発生する工程は、前記液体の種類に応じて、異なる周波数の前記音波を発生する、液体吐出方法。
【請求項９】
請求項８において、
前記液体が油系インクである場合に発生する前記音波の周波数は、前記液体が水系インクである場合に発生する前記音波の周波数より高い、液体吐出方法。
【請求項１０】
請求項１ないし５のいずれかに記載の液体噴射ヘッドを準備する工程と、
前記第２圧電素子から音波を発生する工程と、
前記音波によって、前記開口部の内壁を洗浄する工程と、
を含む、メンテナンス方法。
【請求項１１】
請求項１ないし５のいずれかに記載の液体噴射ヘッドを有する、プリンタ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１０−１０５１６４（Ｐ２０１０−１０５１６４Ａ）
【公開日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２６６１７１（Ｐ２００８−２６６１７１）
【出願日】平成２０年１０月１５日（２００８．１０．１５）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月１５日（２００８．１０．１５）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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