JP2009285900A - ライン型ヘッドユニット - Google Patents

Abstract

【課題】配管が単純で低コスト化を図れることができ、ライン方式でもインク吐出に優れ、印刷品質を向上させることのできるライン型ヘッドユニットを提供する。
【解決手段】ヘッド１００が複数設けられてなるライン型ヘッドユニット２００において、インク貯留部５１は、インク貯留部５１内に連通してインクが流通する第１及び第２インクポート５３，５４を有し、インク貯留部５１内には、第１及び第２インクポート５３，５４に連通してインクが流通するインク流通路５１aと、ヘッドチップ１にインクを導入するインク室５１bとに分割するフィルタＦが設けられている。フィルタＦの上面が、インクの流通方向に沿って配されてインク流通路５１aの一面を形成しており、一つのヘッド１００の第２インクポート５４と、他のヘッド１００の第１インクポート５３とがそれぞれ接続されることにより、各ヘッド１００のインク流通路５１aが連通している。
【選択図】図１

Description

本発明は、インクジェットヘッドが複数設けられてなるライン型ヘッドユニットに関する。

従来より、普通紙やプラスチック薄板等の種々の記録媒体に画像を記録することのできる画像記録装置としてインクジェットプリンタが提案され、実用化されている。インクジェットプリンタは、インクを吐出するインク吐出口を有するインクジェットヘッドを備えており、このインクジェットヘッドのインク吐出口から記録媒体に向けて微細な液滴としてインクを吐出することにより、記録媒体に所定の画像を記録するようになっている。
例えばシリアル方式のインクジェットプリンタでは、キャリッジに搭載されたインクジェットヘッドを所定の走査方向に移動させながらインクジェットヘッドから記録媒体に向けてインクを吐出することにより、記録媒体に所定の画像を記録するようになっている。また、ライン方式のインクジェットプリンタでは、所定の搬送方向に搬送される記録媒体上にライン方式のインクジェットヘッドからインクを吐出することにより、記録媒体に所定の画像を記録するようになっている。

インクジェットヘッドは、例えば、電圧を印加することによって変形する圧電素子をインク吐出口にインクを供給するインク流路に配置し、この圧電素子に電圧を印加することによってインク吐出口からインクを吐出させるようになっている。

上述のようなライン方式のインクジェットプリンタは、基本的には共通のインク供給口から各インクジェットヘッドに繋がる分岐配管が設けられており、インクジェットヘッド毎にインクを供給する構成とされている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、上記特許文献１の場合、共通流路と、各インクジェットヘッドに繋がる分岐配管が必要となるので、その配管が複雑で、コンパクト化することが困難であった。また、コスト高となるという問題もあった。
そこで、複数のノズルヘッドが同じ循環経路を介してそれぞれのインク圧力室に連通するインクジェットプリンタが知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００５−２２５０９８号公報 特開２０００−５２５６６号公報

しかしながら、特許文献２の場合、ゴミ等の異物混入に対する対策がなされておらず、異物が混入すると、各ノズルヘッドのノズルに詰まったり、また、インクと一緒にゴミ等が吐出され印刷の品質低下をもたらすことがある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、配管が単純で低コスト化を図れることができ、ライン方式でもインク吐出に優れ、印刷品質を向上させることのできるライン型ヘッドユニットを提供することを目的としている。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、インクを貯留するインク貯留部と、
前記インク貯留部から導入されたインクを吐出するノズルを有するヘッドチップと、を備えたインクジェットヘッドが複数設けられてなるライン型ヘッドユニットにおいて、
前記インク貯留部は、インク貯留部内に連通してインクが流通する二つのインクポートを有し、
前記インク貯留部内には、前記二つのインクポートに連通してインクが流通するインク流通路と、前記ヘッドチップにインクを導入するインク室とに分割するフィルタが設けられ、
前記フィルタの一方の面が、インクの流通方向に沿って配されて前記インク流通路の一面を形成しており、
一つのインクジェットヘッドの一方の前記インクポートと、他のインクジェットヘッドの一方の前記インクポートとがそれぞれ接続されることにより、各インクジェットヘッドの前記インク流通路が連通していることを特徴とする。

本発明によれば、ゴミ等の異物が混入した場合でも、フィルタに遮断されてインク室に異物が流れ込まない。そのため、インク吐出に優れ、かつ、印刷品質を向上させることができる。また、フィルタ上に異物が付着した場合でも、インク流通路内をインクが流通することによって異物も一緒に流れて除去され、フィルタの目詰まりを防止することができる。
さらに、各インクジェットヘッドのインク流通路を共通化することができるので、その構造が単純でコンパクト化及びコスト削減を図ることができる。

以下、図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態について説明する。ただし、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲は以下の実施形態及び図示例に限定されるものではない。

図１は、ライン型ヘッドユニット２００の外観斜視図である。また、以下の説明ではインクジェットヘッド（以下、ヘッドと言う）１００のノズル１１aの並び方向を左右方向とし、左右方向に直交する一方向を前後方向とし、前後方向及び左右方向の双方に直交する方向を上下方向とする。
ライン型ヘッドユニット２００は、インクジェットプリンタ（図示しない）に搭載され、搬送される記録媒体に対してライン方式にて画像の記録を行うものである。ライン型ヘッドユニット２００は、左右方向に長尺な支持部材２０１上に記録媒体の幅方向（記録媒体の搬送方向と直交する方向：左右方向）に沿ってライン型のヘッド１００が前後方向に２列に複数設けられて構成されている。左右方向に沿って互いに隣接するヘッド１００，１００同士は、前後方向における位置がずれるように互い違いに配置されている。ライン型ヘッドユニット２００全体として見ると千鳥状に配置されている。

一列目の複数のヘッド１００，１００，…のうち左端部のヘッド１００の第１インクポート５３は、連結管２０３を介してインクタンク（図示しない）に接続されている。一列目左端部のヘッド１００の第２インクポート５４は連結管２０２を介して一列目中央のヘッド１００の第１インクポート５３に接続され、一列目中央のヘッド１００の第２インクポート５４は連結管２０２を介して一列目右端部のヘッド１００の第１インクポート５３に接続されている。一列目右端部のヘッド１００の第２インクポート５４は連結管２０２を介して二列目右端部のヘッド１００の第１インクポート５３に接続され、二列目右端部のヘッド１００の第２インクポート５４は連結管２０２を介して二列目中央のヘッド１００の第１インクポート５３に接続され、二列目中央のヘッド１００の第２インクポート５４は連結管２０２を介して二列目左端部のヘッド１００の第１インクポート５３に接続されている。二列目左端部のヘッド１００の第２インクポート５４は、連結管２０４を介して廃液部（図示しない）に接続されている。
このようにして、一列目の複数のヘッド１００，１００，…と二列目の複数のヘッド１００，１００，…とは、各第１インクポート５３及び第２インクポート５４が直列に接続されている。

次に、ヘッド１００の構成について説明する。
図２(a)は、ヘッド１００の斜視図、図２(b)は、ヘッド１００の底面図、図３は、ヘッド１００の分解斜視図である。なお、図３では、カバー部材９の図示を省略している。

ヘッド１００は、インクをノズル１１ａ（図５参照）から吐出するヘッドチップ１と、ヘッドチップ１が配設された配線基板２と、配線基板２とフレキシブル基板３を介して接続された駆動回路基板４と、ヘッドチップ１のチャネル１３にフィルタＦを介してインクを導入するマニホールド５と、内部にマニホールド５を収納する筐体６と、筐体６の底面開口６１を塞ぐように取り付けられたキャップ受板７と、筐体６に取り付けられたカバー部材９と、を備えている。

図４(a)は、ヘッドチップ１、配線基板２、フレキシブル基板３及び駆動回路基板４を示す斜視図、図４(b)は、ヘッドチップ１を図４(a)と異なる方向から見た際の斜視図、図５は、ヘッドチップ１及び配線基板２を模式的に示す分解斜視図である。
なお、図５にあっては、図の簡略化のため、ノズル列が１列のヘッドチップ１及び電極部２１が前側にのみ配設された配線基板２を模式的に表している。

ヘッドチップ１は、左右方向に長尺な略四角柱状の部材である。ヘッドチップ１の下面には、インクの吐出口となるノズル１１ａ（図５参照）が形成されたノズルプレート１１が配設されている。
ヘッドチップ１の上面には、その上面開口を上側に露出させるように配線基板２が配設されている。配線基板２の左右方向に沿った両縁部には、駆動回路基板４，４と接続された２つのフレキシブル基板３，３が配設されている。

ヘッドチップ１は、圧電素子からなる駆動壁１２とチャネル１３とが交互に左右方向に沿って並設されている。
ヘッドチップ１の上面及び下面に、それぞれ各チャネル１３の入口と出口とが配置されている。各チャネル１３は、略矩形状の断面を有し、上下方向に沿って形成されている。また、各チャネル１３は、入口から出口に亘る長さ方向（上下方向）で大きさと形状がほぼ変わらないストレートタイプであり、複数のチャネル１３，１３，…が互いに平行となるように配設されている。また、各チャネル１３の出口に各ノズル１１ａを連通させるようにノズルプレート１１が配設されている。

各チャネル１３の内面には、駆動壁１２を駆動させるための駆動電極１４が設けられている。駆動電極１４は、各チャネル１３毎に独立した金属被膜であり、ヘッドチップ１の上面に取り付けられた配線基板２の電極部２１と接続されている。
そして、ヘッドチップ１は、フレキシブル基板３から入力された制御信号に基づいて駆動壁１２が膨張・収縮を繰り返すことにより、ノズル１１ａからインクを吐出するようになっている。

上記構成のヘッドチップ１にあっては、インクの吐出量を調整する場合、チャネル１３及び駆動壁１２の上下方向（延在方向）の長さを調整することにより行うようになっている。
従って、チャネル１３及び駆動壁１２の上下方向の長さを変更することによって、ヘッドチップ１全体の上下方向（インク吐出方向）の長さも変化することとなる。

配線基板２は、左右方向に長尺な略矩形板状に形成されており、ヘッドチップ１に対して左右方向及び前後方向の各幅が大きくなっている。また、配線基板２の略中央部には開口部２２が形成されている。
開口部２２は、左右方向に長尺な略矩形状に形成され、配線基板２にヘッドチップ１が取り付けられた状態で、開口部２２を介してヘッドチップ１の上面のチャネル１３入口が露出されるようになっている。
また、開口部２２の前後方向側の縁部には、ヘッドチップ１の駆動電極１４と接続される電極部２１が所定数配設されている。

配線基板２の前後方向側の両縁部には、フレキシブル基板３が配設されている（図３(a)参照）。
フレキシブル基板３は、駆動回路基板４と電気的に接続される複数の配線３１，３１，…を有している。そして、配線３１と配線基板２の電極部２１とがそれぞれ電気的に接続されている。
これにより、駆動回路基板４からの信号が、フレキシブル基板３の配線３１、配線基板２の電極部２１を介してヘッドチップ１の各チャネル１３内の駆動電極１４に印加される。

配線基板２の外周縁には、マニホールド５の下端部が接着によって固定されている。即ち、マニホールド５は、ヘッドチップ１のチャネル１３の入口側に配置され、配線基板２を介してヘッドチップ１が配設されている。

図６(a)は、マニホールド５の斜視図、図６(b)は、マニホールド５を図６(a)と１８０℃異なる方向から見た際の斜視図、図７は、図１のヘッド１００の側断面図、図８は、マニホールド５及びヘッドチップ１を模式的に示した側断面図である。なお、図７にあっては、カバー部材９の図示を省略しており、図８では、図面の関係上、図７と左右方向が反対の関係となっている。
マニホールド５は、樹脂により成形されてなる部材であり、ヘッドチップ１のチャネル１３に導入するインクを貯留するものである。具体的に、マニホールド５は、左右方向に長尺なインク貯留部５１を構成する中空状の本体部５２と、インク貯留部５１にインクを流通させる第１インクポート５３、第２インクポート５４及び第３インクポート５５と、フィルタＦを通過したインクを洗浄するための洗浄パイパス部５６と、を備えている。

本体部５２は、下面が開口した箱形状をなしており、その下面開口の縁部に、下面開口よりも長さ及び幅の大きな配線基板取付部５２１が設けられている。配線基板取付部５２１も下面が開口した箱形状をなし、その下面開口を塞ぐように配線基板２が取り付けられている。これによって、本体部５２及び配線基板取付部５２１の内部にインク貯留部５１が形成されている。

本体部５２の上面の左右２箇所には、上方に突出しインク貯留部５１に連通する第１インクポート５３及び第２インクポート５４が設けられている。さらに、本体部５２の上面で第１インクポート５３の外側には、上方に突出しインク貯留部５１に連通する洗浄パイパス部５６が設けられ、第２インクポート５４の外側には、上方に突出しインク貯留部５１に連通する第３インクポート５５が設けられている。

洗浄バイパス部５６は、ヘッドチップ１のチャネル１３内の異物を洗浄除去するためフィルタＦを通過したインク室５１b内のインクを外部に流す。洗浄バイパス部５６は、チャネル１３内の異物を洗浄除去後、封止やキャップ等で塞がれるようになっている。
第２インクポート５４は、インク流通路５１a内のインクを外部に流すことによって、ゴミや気泡等を除去するとともに連結管２０２を介して他のヘッド１００の第１インクポート５３へインクを供給するようになっている。
第３インクポート５５は、インク室５１b内のインクを外部に流すことによって、気泡等を除去するようになっている。

インク貯留部５１内で本体部５２と配線基板取付部５２１との間には、インク中のゴミ等を除去するためのフィルタＦが設けられている。フィルタＦの上面が、第１インクポート５３から第２インクポート５４へのインクの流通方向に沿って配されて、インク流通路５１aの一面を形成している。具体的には、フィルタＦは、本体部５２を形成する４つの側壁面に対して略垂直で、かつ、本体部５２の上面に対して略水平に配置されている。このようにフィルタＦが配置されることによって、インク貯留部５１内が上下に二分割されており、上側部分がインク流通路５１aとされ、下側部分がインク室５１bとされている。
インク流通路５１aの上流側端部は第１インクポート５３に連通し、下流側端部は第２インクポート５４に連通している。また、インク室５１bは、インク流通路５１aからフィルタＦを通過してヘッドチップ１にインクを導くようになっている。インク室５１bの一端部は、洗浄バイパス部５６に連通し、他端部はフィルタＦを介して第３インクポート５５に連通している。また、インク室５１bは全てのチャネル１３に共通とされている。
そして、図１に示すように、一つのヘッド１００の第２インクポート５４と、他のヘッド１００の第１インクポート５３とがそれぞれ連結管２０２によって連結されており、これによって各ヘッド１００のインク流通路５１aが直列に連通している。

本発明のインク流通路５１aの流路設計にあたっては、使用されるインクの使用時の粘度、密度、ヘッドの駆動周波数、解像度、液滴体積、ノズル径、接続されるヘッド数、接続の形態（ループ状、端部で止めた状態）などによって設計値が変化するが、一般的なインクジェットヘッドの設計に当たっては、この範囲が設計によってどんな値でもとり得る訳ではなく、実際の他の構造設計の制約を考慮して設計されるべきである。
現在の一般的なインク及びヘッドを用いることを想定すれば、インク粘度５〜２０cp、ノズル径２０〜５０マイクロメートル、液滴体積１００pl以下、駆動周波数５０kHz以下、解像度６００dpi以下の値が適用される。この範囲でのヘッド数は経路の最大流量における圧損がノズルのメニスカスブレイク値より低くなる必要があり、一般的なライン型ヘッドユニットの設計では最大５００mm程度となり、解像度３６０dpiではノズル数約７０００ノズルとなる。このノズル数を例えば、１０００ノズル程度のヘッドを繋げた場合には、ヘッド数は７となり、インク循環路を用いた場合、必要な管の断面積は２０平方ミリメートル以上８０平方ミリメートル以下が好ましい。インク循環路の断面積が小さい（２０平方ミリメートル未満）の場合は、流量が最大になる場合に、圧損値がノズルのメニスカス耐圧を超えてしまい、メニスカスブレイクを起こし、インク吐出が不能となる。インク循環路の断面積が大きくなり過ぎた（８０平方ミリメートルを超える）場合、特にインクの導入時等に流路の中の気泡が抜けづらくなる。

図９は、６個のヘッド１００，１００，…を直列に接続した際の、インク流通路５１aの断面積と、圧損値との関係を示した図である。図９から明らかなように、インク流通路５１aの断面積を２８．３平方ミリメートル（Φ６）とした場合には圧損値が２０cｍとなり、インク流量が増加した場合でも十分な流路断面積を確保することができ、インク吐出が良好となる。一方、インク流通路５１aの断面積を１２．６平方ミリメートル（Φ４）とした場合には、圧損値が１０８cmとなり、インク流量が増加した場合にヘッドのメニスカス耐圧を超えてしまい、メニスカスがブレイクすることによりインクの吐出不良が生じる。なお、圧損値は、周知の一般的な計算式によって算出したものであり、ここでのメニスカス耐圧は約４０ｃｍである。図９における計算条件としては、液滴体積４２pl、インク粘度２０cp、駆動周波数７．４kHz、管長（ヘッド間）２００mmである。

図２及び図７に示すように、筐体６は、アルミニウムを材料としてダイキャスト法により成形されてなる部材であり、底面が開放された中空状に形成されている。筐体６は、その内部にヘッドチップ１、配線基板２及びフレキシブル基板３が取り付けられたマニホールド５を収納している。
筐体６の上面の左右２箇所で、第１インクポート５３及び第２インクポート５４に対応する位置には、これら第１インクポート５３及び第２インクポート５４が挿通される挿通穴６３，６４が形成されている。また、筐体６の上面の上記挿通孔６３，６４の外側で、第３インクポート５５及び洗浄バイパス部５６に対応する位置にも、これら第３インクポート５５及び洗浄バイパス部５６が挿通される挿通孔６５，６６が形成されている。
そして、各挿通孔６３〜６６に挿通された第１インクポート５３、第２インクポート５４及び第３インクポート５５は、ジョイント８１，８２，８３によって上下にスライド自在に外挿されている。

筐体６の底面開口６１の縁部には、底面開口６１を塞ぐようにキャップ受板７が取り付けられている。
キャップ受板７は、左右方向に長尺な略矩形状に形成され、その略中央部にノズルプレート１１を露出させるノズル用開口７１が形成されている。

筐体６の左右方向略中央部には、マニホールド５に接続された２つの駆動回路基板４，４及びフレキシブル基板３，３を挿通させる基板挿通用開口６２が２つ形成されている。これら基板挿通用開口６２，６２は、筐体６にカバー部材９が取り付けられることで閉塞されるようになっている。

次に、本実施形態の作用について説明する。
上記のように構成されたヘッド１００は、ヘッドチップ１の上面に配線基板２が取り付けられることにより、ヘッドチップ１の各チャネル１３の駆動電極１４と、配線基板２の電極部２１が電気的に接続する。
そして、ヘッド１にインク吐出にかかる信号が送られると、フレキシブル基板３の配線から配線基板２の電極部２１を介してヘッドチップ１の接続電極ひいては駆動電極１４に信号が到達する。すると、第１インクポート５３から供給されたインクはインク流通路５１a、フィルタＦ及びインク室５１bを介してチャネル１３内にインクが導入される。このとき圧電素子によって形成される駆動壁１２がせん断変形し、チャネル１３内のインクに圧力が付与されるため、ノズルプレート１１に形成されたノズル１１aよりインクが吐出される。また、インク流通路５１aを流通するインクは、第２インクポート５４を介して他のヘッド１の第１インクポート５３からインク流通路５１aへと供給され、このようにして直列に接続されたヘッド１の各インク流通路５１aへ順番に供給されていく。

以上のように、本実施形態では、インク貯留部５１内にインク流通路５１aとインク室５１bとに分割するフィルタＦが設けられ、フィルタＦの上面がインクの流通方向に沿って配されてインク流通路５１aの一面を形成しているので、ゴミ等の異物が混入した場合でも、フィルタＦに遮断されてインク室５１bに異物が流れ込まない。そのため、インク吐出に優れ、かつ、印刷品質を向上させることができる。また、フィルタＦ上に異物が付着した場合でも、インク流通路５１a内をインクが流通することによって異物も一緒に流れて除去され、フィルタＦの目詰まりを防止することができる。
さらに、一つのヘッド１００の第２インクポート５４と、他のヘッド１００の第１インクポート５３とが接続され、各ヘッド１００のインク流通路５１aが連通しているので、従来のような共通流路及び分岐配管を必要とせずに、各ヘッド１００のインク流通路５１aを共通化してインクを良好に吐出することができる。よって、その構造が単純でコンパクト化及びコスト削減を図ることができる。
また、インク流通路５１aの流路断面積を所定の大きさとすることによって、ヘッド１００のライン化によりインク流量が増加した場合でも十分な流路断面積を確保することができ、インク吐出も良好となる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上述のヘッド１００では、第１インクポート５３からインクを供給し、第２インクポート５４からインクを排出する構成としたが、これに限らず、第２インクポート５４からインクを供給して第１インクポート５３からインクを排出する構成としても良い。そのため、図１の各ヘッド１００同士の接続では、連結管２０４をインクタンクに接続して、連結管２０３を廃液部に接続しても構わない。
また、ヘッド１００の接続方法として、図１では左右方向に隣接するヘッド１００同士を接続するとしたが、図１において前後方向に隣接するヘッド１００同士を互いに接続しても良い。
また、第３インクポート５５及び洗浄バイパス部５６は、必須構成要件ではないので特に設けなくても良い。

本発明を適用した実施形態のライン型ヘッドユニットの斜視図である。 (a)は、インクジェットヘッドの斜視図、(b)はインクジェットヘッドの底面図である。 インクジェットヘッドの分解斜視図である。 (a)は、ヘッドチップ、配線基板、フレキシブル基板及び駆動回路基板を示す斜視図、(b)は、ヘッドチップを図４(a)と異なる方向から見た際の斜視図である。 ヘッドチップ及び配線基板を模式的に示す分解斜視図である。 (a)は、マニホールドの斜視図、(b)は、マニホールドを図６(a)と１８０℃異なる方向から見た際の斜視図である。 図１のインクジェットヘッドの側断面図である。 マニホールド及びヘッドチップを模式的に示した側断面図である。 複数のヘッドを直列に接続した際の、インク循環路の断面積と、圧損値との関係を示した図である

符号の説明

１ ヘッドチップ
１１a ノズル
５１ インク貯留部
５１a インク流通路
５１b インク室
５３ 第１インクポート
５４ 第２インクポート
１００ インクジェットヘッド
２００ ライン型ヘッドユニット
Ｆ フィルタ

Claims (1)

1. インクを貯留するインク貯留部と、
   前記インク貯留部から導入されたインクを吐出するノズルを有するヘッドチップと、を備えたインクジェットヘッドが複数設けられてなるライン型ヘッドユニットにおいて、
   前記インク貯留部は、インク貯留部内に連通してインクが流通する二つのインクポートを有し、
   前記インク貯留部内には、前記二つのインクポートに連通してインクが流通するインク流通路と、前記ヘッドチップにインクを導入するインク室とに分割するフィルタが設けられ、
   前記フィルタの一方の面が、インクの流通方向に沿って配されて前記インク流通路の一面を形成しており、
   一つのインクジェットヘッドの一方の前記インクポートと、他のインクジェットヘッドの一方の前記インクポートとがそれぞれ接続されることにより、各インクジェットヘッドの前記インク流通路が連通していることを特徴とするライン型ヘッドユニット。

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