液体噴射ヘッド及び液体噴射装置

【課題】吐出される液体を所望の温度に加熱して液体吐出特性を向上することができる液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供する。
【解決手段】液体を噴射するノズル開口４７が設けられたノズルプレート４８と、前記ノズル開口４７に連通する圧力発生室４２が設けられた流路形成基板４０と、前記圧力発生室４２内の液体に圧力変化を生じさせる圧力発生手段１１とを具備し、前記流路形成基板４０が、ＰＴＣ特性を有する発熱材料で構成され、前記流路形成基板４０に前記発熱材料に電流を供給する電極８０が設けられている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズル開口から液体を噴射する液体噴射ヘッド及びこれを用いた液体噴射装
置に関し、特に、液体としてインクを吐出するインクジェット式記録ヘッド及びインクジ
ェット式記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液滴を吐出する液体噴射ヘッドの代表例としては、インク滴を噴射するインクジェット
式記録ヘッドが挙げられる。インクジェット式記録ヘッドとしては、例えば、ノズルが穿
設されたノズルプレートと、ノズルに連通する複数の圧力発生室を含む液体流路が形成さ
れた流路形成基板と、この流路形成基板の一方面側に形成される圧力発生手段とを具備す
るものがある。
【０００３】
このような記録ヘッドから吐出する液体には、液体の種類に応じて吐出に適した粘度が
ある。液体の粘度は、温度と相関関係にあるため、温度が低いほど粘度が高くなり、温度
が高いほど粘度が低くなる特性がある。そのため、通常使用する液体の粘度に適するよう
に設計された記録ヘッドが、低温（高温）環境に置かれた場合や、粘度の高い（低い）液
体を吐出する場合などには、液体を加熱（冷却）する必要がある。具体的には、ノズルプ
レートに加熱手段を当接させて設けた構造（例えば、特許文献１参照）や、ヘッド内の金
属積層部にヒーターを設けた構造（例えば、特許文献２参照）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−０２３２５８号公報
【特許文献２】特開２００８−２９６４９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ノズルプレートにヒーターを当接した場合にはノズルプレートとヒータ
ーとの間で熱伝達ロスが生じ、また、ノズルプレート内での温度分布が生じてしまうとい
う問題がある。また、ヘッド内の金属積層にヒーターを設けた場合には、ヒーター設置部
位とインクを吐出するノズルプレートの間で温度分布や熱ロスが生じるという問題がある
。
【０００６】
何れにしても、吐出する際のインクの温度を高精度に制御できないので、所望のインク
吐出特性を得ることができず、印刷品質が低下してしまうという問題がある。
【０００７】
なお、このような問題は、インクを吐出するインクジェット式記録ヘッドに限定されず
、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドにおいても同様に存在する。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑み、吐出される液体を所望の温度に加熱して液体吐出特性
を向上することができる液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成する本発明の第１の態様は、液体を噴射するノズル開口が設けられたノ
ズルプレートと、前記ノズル開口に連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板と、前
記圧力発生室内の液体に圧力変化を生じさせる圧力発生手段とを具備し、前記流路形成基
板が、ＰＴＣ特性を有する発熱材料で構成され、当該流路形成基板に前記発熱材料に電流
を供給する電極が設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる態様では、吐出される直前の液体が発熱材料で構成される流路形成基板により所
定温度に加熱されるので、吐出直前の液体を所望の温度に加熱して液体吐出特性を向上す
ることができる。
【００１０】
ここで、前記電極は、前記流路形成基板の対向する縁部に設けられているのが好ましい
。これによれば、流路形成基板を構成する発熱材料に均一に電流が供給されるので、流路
形成基板全体がより均一に加熱される。
【００１１】
また、前記電極は、前記流路形成基板の対向する縁部の対向する角部に設けられている
のが好ましい。これによれば、流路形成基板を構成する発熱材料に均一に電流が供給され
るので、流路形成基板全体がより均一に加熱される。
【００１２】
また、前記流路形成基板に前記圧力発生室に液体を供給するマニホールドが設けられて
いるのが好ましい。これによれば、吐出直前の液体が効率的に加熱され、吐出される液体
を所望の温度に加熱して液体吐出特性を向上することができる。
【００１３】
また、前記発熱材料は、ＰＴＣ特性を有するセラミックス、又はＰＴＣ特性を有するシ
リコンとステンレス鋼とを含む混合材であるのが好ましい。これによれば、流路形成基板
の所望の剛性を確保することができる。
【００１４】
本発明の他の態様は、上記態様の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射
装置にある。
これによれば、吐出される直前の液体を効率的に加熱できるので、吐出される液体の粘
性が効率的に低減でき、吐出特性が向上したヘッドを具備する液体噴射装置が実現できる
。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの分解斜視図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの上面図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの断面図である。
【図４】本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの断面図である。
【図５】本発明の流路形成基板の概略構成を示す平面図である。
【図６】実施形態１に係る記録装置の概略構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッド
の分解斜視図であり、図２はインクジェット式記録ヘッドの上面図、図３は図２のＡ−Ａ
′線断面図であり、図４は図２のＢ−Ｂ′線断面図である。
【００１７】
図１に示すように、本実施形態のインクジェット式記録ヘッド１（以下、記録ヘッド１
とも言う）は、一対のアクチュエーターユニット２と、アクチュエーターユニット２を内
部に収容可能な収容部３が設けられた樹脂材料からなるケース４と、ケース４の先端面に
接合された流路ユニット５と、流路ユニット５側を覆うカバーヘッド６と、を具備する。
【００１８】
図３及び図４に示すように、本実施形態のアクチュエーターユニット２は、本実施形態
のアクチュエーターである複数の圧電素子１１がその幅方向に並設された圧電素子形成部
材１３と、圧電素子形成部材１３の先端部（一端部）側が自由端となるようにその基端部
（他端部）側が固定端として接合される固定板１４とを有する。
【００１９】
圧電素子形成部材１３は、圧電材料層１５と、圧電素子１１の２つの極を構成する内部
電極、すなわち、隣接する圧電素子１１と電気的に独立する個別電極を構成する個別内部
電極１６と、隣接する圧電素子１１と電気的に共通する共通電極を構成する共通内部電極
１７とを交互に挟んで積層することにより形成されている。
【００２０】
この圧電素子形成部材１３には、例えば、ワイヤーソー等によって複数のスリット１８
が形成され、その先端部側が櫛歯状に切り分けられて圧電素子１１の列が形成されている
。なお、圧電素子１１の列の両外側には、各圧電素子１１よりも広い幅を有する位置決め
部１９が設けられている。この位置決め部１９は、圧電素子１１と同様に、圧電素子形成
部材１３で形成されているが、実質的に駆動されない非駆動振動子であり、アクチュエー
ターユニット２を記録ヘッド１に組み込む際に、位置決め部１９をケース４に設けられた
収容部３の側面に当接させて、アクチュエーターユニット２を高精度に位置決めするため
のものである。
【００２１】
ここで、圧電素子１１の固定板１４に接合される領域は、振動に寄与しない不活性領域
となっており、圧電素子１１を構成する個別内部電極１６及び共通内部電極１７間に電圧
を印加すると、固定板１４に接合されていない先端部側の領域のみが振動する。そして、
圧電素子１１の先端面が、後述する振動板４６の島部４９に接着剤等を介して固定される
。
【００２２】
また、アクチュエーターユニット２の各圧電素子１１には、当該圧電素子１１を駆動す
るための駆動ＩＣ等の駆動回路２９が搭載されたＣＯＦ等の回路基板３０が接続されてい
る。
【００２３】
流路ユニット５は、流路形成基板４０、振動板４６及びノズルプレート４８を具備する
。
【００２４】
流路形成基板４０は、その一方面側の表層部分には、複数の隔壁４１によって画成され
た圧力発生室４２が並設されている（以下、この並設された方向を並設方向又は第１の方
向という）。
【００２５】
また、図３に示すように、各圧力発生室４２の並設方向とはほぼ直交する方向（以下、
この方向を第２の方向という）一端部側には、各圧力発生室４２に液体の一例であるイン
クを供給するためのマニホールド４４が液体供給路の一例であるインク供給路４５を介し
て連通されている。また、流路形成基板４０の圧力発生室４２の開口面側は振動板４６で
封止され、他方面側にはノズル開口４７が穿設されたノズル形成部材の一例であるノズル
プレート４８が接着剤や熱溶着フィルムを介して接着されている。ノズルプレート４８の
ノズル開口４７と圧力発生室４２とは、流路形成基板４０を貫通して設けられたノズル開
口連通孔４３を介して連通している。
【００２６】
ここで、流路形成基板４０は、ＰＴＣ（ＰｏｓｉｔｉｖｅＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ：正温度係数）特性を有する材料からなるＰＴＣ発熱体で構成さ
れている。ＰＴＣ発熱体は、好ましくは、所望の剛性を確保することができる材料、具体
的にはＰＴＣ特性を有するセラミックス、又はＰＴＣ特性を有するシリコンとステンレス
鋼（ＳＵＳ）とを含む混合材等が挙げられる。ＰＴＣ発熱体は、カーボンなどの伝導性粒
子を含有した材料であり、伝導性粒子を介して導電性を示す材料であるが、所定の温度に
なると伝導性粒子の連鎖が断ち切られて電流が流れ難くなる（抵抗が大きくなる）材料で
ある。ＰＴＣ発熱体は、そのキューリー温度を適宜調整することにより、所定の一定温度
に発熱するように設定できるので、サーモスタットなどの温度制御手段を設ける必要がな
いという利点がある。
【００２７】
このように、流路形成基板４０をＰＴＣ発熱体で構成して流路形成基板４０自体を発熱
体としたので、流路形成基板４０に接触する吐出直前の液滴を所定温度に加熱して所定の
粘性を保つようにすることができ、吐出特性の向上を図ることができる。
【００２８】
なお、流路形成基板４０の相対向する縁部には、図１及び図５（ａ）に示すように、Ｐ
ＴＣ発熱体に電流を供給するための電極８０が辺に沿って設けられ、図示しない電源から
電流が供給されるようになっている。このように相対向する辺に電極８０を設けることに
より、ＰＴＣ発熱体に均一に電流が供給でき、より均一に流路形成基板４０を加熱するこ
とができる。なお、流路形成基板４０や電極８０の表面は、カバーヘッド６や液体などと
電気的に導通しないように、絶縁処理が施されている。
【００２９】
また、電極８０は必ずしも辺に沿って設ける必要はなく、例えば、図５（ｂ）に示すよ
うに、相対向する角度に配置された電極８０Ａとしてもよい。これによっても、ＰＴＣ発
熱体に均一に電流が供給でき、より均一に流路形成基板４０を加熱することができる。
【００３０】
振動板４６は、例えば、樹脂フィルム等の弾性部材からなる第１の部材である弾性膜４
６ａと、この弾性膜４６ａを支持する、例えば、金属材料等からなる第２の部材である支
持板４６ｂとの複合板で形成されており、弾性膜４６ａ側が流路形成基板４０に接合され
ている。例えば、本実施形態では、第１の部材である弾性膜４６ａは、厚さが数μｍ程度
のＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）フィルムからなり、第２の部材である支持板４
６ｂは、厚さが数十μｍ程度のステンレス鋼板（ＳＵＳ）からなる。
【００３１】
また、振動板４６の各圧力発生室４２に対向する領域内には、圧電素子１１の先端部が
当接する島部４９が設けられている。すなわち、振動板４６の各圧力発生室４２の周縁部
に対向する領域に他の領域よりも厚さの薄い薄肉部５０が形成され、この薄肉部５０の内
側にそれぞれ島部４９が設けられている。このような島部４９には、上述したアクチュエ
ーターユニット２の圧電素子１１の先端部が例えば、接着剤等を介して固定される。
【００３２】
また、振動板４６のマニホールド４４に対向する領域には、薄肉部５０と同様に、支持
板４６ｂがエッチングにより除去されて実質的に弾性膜４６ａのみで構成されるコンプラ
イアンス部５４が設けられている。なお、このコンプライアンス部５４は、マニホールド
４４内に圧力変化が生じた時に、このコンプライアンス部５４の弾性膜４６ａが変形する
ことによって圧力変化を吸収し、マニホールド４４内の圧力を常に一定に保持する役割を
果たす。
【００３３】
なお、本実施形態では、振動板４６を弾性膜４６ａと支持板４６ｂとで構成し、島部４
９の周辺部及びコンプライアンス部５４を弾性膜４６ａのみで構成したが、特にこれに限
定されず、例えば、振動板として、１枚の板状部材を用いて、板状部材の厚さ方向の一部
を除去した凹形状の薄肉部５０、５２等を設けることで、島部４９及びコンプライアンス
部５４を形成するようにしてもよい。
【００３４】
ケース４は、流路形成基板４０の振動板４６上に固定されたものであり、図示しないイ
ンクを貯留するインク収容部に接続されるインク供給管が接続されて、マニホールド４４
にインクを供給するインク供給路４５が設けられている。
【００３５】
また、ケース４には、厚さ方向に貫通する２つの収容部３が設けられており、各収容部
３にアクチュエーターユニット２が位置決めされて固定されている。
【００３６】
このようなケース４の収容部３は、図１に示すように、固定板１４が固定される側に固
定板１４の幅よりも幅広に設けられた固定板保持部３ａと、圧電素子形成部材１３側に固
定板保持部３ａよりも幅狭で且つ圧電素子形成部材１３よりも若干幅広に設けられた圧電
素子保持部３ｂとを有する。なお、ここで言う幅は、圧電素子１１（圧力発生室４２）の
並設方向のことである。また、図３に示すように、収容部３の固定板保持部３ａには、貫
通方向において振動板４６側が幅狭となるように段差部３ｃが設けられており、固定板１
４は、圧電素子１１が突出する端面が段差部３ｃに当接して固定される。
【００３７】
また、ケース４には、コンプライアンス部５４に対向する領域に開口する凹形状を有す
るコンプライアンス空間５５が設けられている。このコンプライアンス空間５５によって
コンプライアンス部５４は変形可能に保持される。
【００３８】
このようなケース４は、樹脂材料によって形成されている。また、ケース４は、成形す
ることで、低コストで製造することができると共に、容易に量産することができる。
【００３９】
さらに、ケース４には、補強板６０が埋設されている。本実施形態では、補強板６０は
、ケース４の２つの収容部３の間に設けられて収容部３を区画する区画壁６１内に埋設さ
れている。
【００４０】
一方、図１、図３〜図４に示すように、記録ヘッド１には、ノズル開口４７が開口する
面側に、ノズル開口４７を露出した状態で、吐出面側を覆うカバーヘッド６が設けられて
いる。
【００４１】
カバーヘッド６は、ノズル開口４７を露出する開口部７０と、開口部７０を画成する枠
部７１とを具備する。
【００４２】
枠部７１は、本実施形態では、吐出面の周囲に亘って設けられたものであり、枠部７１
には、吐出面の外周縁部に亘って屈曲するように延設された側壁部７２が設けられている
。
【００４３】
また、側壁部７２には、ノズル開口４７の並設方向両側に延設された固定部７３が設け
られている。この固定部７３は、側壁部７２から屈曲されて設けられており、ケース４の
側面から突出したフランジ部７４に固定ネジ７５を介して固定されている。これにより、
カバーヘッド６は、記録ヘッド１に一体化されている。
【００４４】
なお、カバーヘッド６としては、例えば、ステンレス鋼等の金属材料を用いることがで
きる。また、カバーヘッド６は、金属板をプレス加工により形成してもよく、また、成形
により形成するようにしてもよい。
【００４５】
このような記録ヘッド１では、インク滴を吐出する際に、圧電素子１１及び振動板４６
の変形によって各圧力発生室４２の容積を変化させて所定のノズル開口４７からインク滴
を吐出させるようになっている。具体的には、図示しないインクカートリッジからケース
４に設けられたインク導入孔５６を介してマニホールド４４にインクが供給されると、イ
ンク供給路４５を介して各圧力発生室４２にインクが分配される。実際には、圧電素子１
１に電圧を印加することにより圧電素子１１を収縮させる。これにより、振動板４６が圧
電素子１１と共に変形されて圧力発生室４２の容積が広げられ、圧力発生室４２内にイン
クが引き込まれる。そして、ノズル開口４７に至るまで内部にインクを満たした後、回路
基板３０を介して供給される記録信号に従い、圧電素子１１の電極１６，１７に印加して
いた電圧を解除する。これにより、圧電素子１１が伸張されて元の状態に戻ると共に振動
板４６も変位して元の状態に戻る。結果として圧力発生室４２の容積が収縮して圧力発生
室４２内の圧力が高まりノズル開口４７からインク滴が吐出される。
【００４６】
これら各実施形態のインクジェット式記録ヘッド１は、インクカートリッジ等と連通す
るインク流路を具備するインクジェット式記録ヘッドユニットの一部を構成して、インク
ジェット式記録装置に搭載される。図６は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す
概略図である。
【００４７】
図６に示すように、インクジェット式記録装置２００は、装置本体２０１と、複数のイ
ンクジェット式記録ヘッドユニット２０２（液体噴射ヘッドユニット）と、この複数のイ
ンクジェット式記録ヘッドユニット２０２が相対的に位置決めされた状態で保持されるキ
ャリッジ２０３と、フレキシブルチューブからなるインク供給管２０４を介してインクを
供給するインク収容部２０５とを具備する。そして、インク収容部２０５には、内部に貯
留されたインクを加熱する図示しない加熱手段が設けられている。
【００４８】
キャリッジ２０３は、装置本体２０１に取り付けられた一対のキャリッジ軸２０６上の
軸方向に移動可能に設けられている。また、キャリッジ軸２０６の一端側には駆動モータ
ー２０７が設けられており、この駆動モーター２０７による駆動力が、キャリッジ軸２０
６の両端部側に設けられた一対のプーリー２０８、２０９の間に掛け渡されたタイミング
ベルト２１０を介してキャリッジ２０３に伝達されることで、複数のインクジェット式記
録ヘッドユニット２０２を搭載したキャリッジ２０３はキャリッジ軸２０６に沿って移動
される（主走査方向）。
【００４９】
一方、装置本体２０１にはキャリッジ軸２０６に沿ってプラテン２１１が設けられてお
り、図示しない給紙ローラーにより給紙された記録用紙等の被記録媒体Ｓがプラテン２１
１上に搬送される。
【００５０】
さらに、インクジェット式記録装置２００の非印刷領域には、記録ヘッドユニット２０
２の吐出面を覆うキャップ部材２１２と、キャップ部材２１２に吸引管２１３を介して接
続された例えば真空ポンプ等の吸引手段２１４とが設けられている。
【００５１】
このような構成のキャップ部材２１２は、記録ヘッドユニット２０２の吐出面に当接さ
せて、吸引手段２１４に吸引動作を行わせることでキャップ部材２１２の内部を負圧とし
て、記録ヘッドユニット２０２のノズル開口から流路内のインクを気泡と共に吸引して吸
引動作（クリーニング動作）を行う。また、本実施形態のキャップ部材２１２は、詳細は
後述するが、非印刷時に、記録ヘッドユニット２０２の吐出面を加熱する加熱手段を備え
る。
【００５２】
なお、キャップ部材２１２は、所望のタイミングで、記録ヘッドユニット２０２の吐出
面の外縁部に当接して、吐出面を覆うため、キャップ部材２１２は、本実施形態では、鉛
直方向に移動自在に設けられている。そして、キャップ部材２１２の移動は、例えば、図
示しない駆動モーターや電磁石等の移動手段によって行うことができる。
【００５３】
また、上述した例では、複数の記録ヘッド１を有するヘッドユニット２０２をインクジ
ェット式記録装置２００に搭載するようにしたが、ヘッドユニット２０２には、それぞれ
１つの記録ヘッド１が搭載されていてもよく、また、単数又は複数の記録ヘッド１が直接
インクジェット式記録装置２００に搭載されていてもよい。
【００５４】
なお、上述した実施形態においては、液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記
録ヘッドを挙げて説明したが、本発明は、広く液体噴射ヘッド全般を対象としたものであ
り、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドにも勿論適用することができる。その他
の液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンター等の画像記録装置に用いられる各種の記
録ヘッド、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ディスプレイ、ＦＥＤ（電界放出ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極
材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる
。
【符号の説明】
【００５５】
１インクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッド）、２アクチュエーターユニッ
ト、３収容部、４ケース、５流路ユニット、１１圧電素子（アクチュエ
ーター）、１３圧電素子形成部材、１４固定板、１６個別内部電極、１７
共通内部電極、１８スリット、１９位置決め部、３０回路基板、４０
流路形成基板、４２圧力発生室、４６振動板、４７ノズル開口、４８ノ
ズルプレート、８０，８０Ａ電極、２００インクジェット式記録装置（液体噴射
装置）、２０２インクジェット式記録ヘッドユニット（液体噴射ヘッドユニット）

【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を噴射するノズル開口が設けられたノズルプレートと、
前記ノズル開口に連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板と、
前記圧力発生室内の液体に圧力変化を生じさせる圧力発生手段と、
を具備し、
前記流路形成基板が、ＰＴＣ特性を有する発熱材料で構成され、前記流路形成基板に前
記発熱材料に電流を供給する電極が設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載の液体噴射ヘッドにおいて、
前記電極は、前記流路形成基板の対向する縁部に設けられていることを特徴とする液体
噴射ヘッド。
【請求項３】
請求項１に記載の液体噴射ヘッドにおいて、
前記電極は、前記流路形成基板の対向する縁部の対向する角部に設けられていることを
特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドにおいて、
前記流路形成基板に、前記圧力発生室に液体を供給するマニホールドが設けられている
ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドにおいて、
前記発熱材料が、ＰＴＣ特性を有するセラミックス、又はＰＴＣ特性を有するシリコン
とステンレス鋼とを含む混合材であることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴
射装置。

【図１】