JP6266433B2 - インクジェットヘッド - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、インクジェットヘッドに関する。

工業用に使用されるインクジェットプリンタは、主走査方向に配列された複数のインクジェットヘッドを備えている。そして、これらのインクジェットヘッドに対して、紙などの記録媒体を、副走査方向へ相対移動しながら、印刷を行う（例えば、特許文献１参照）。

この種のインクジェットプリンタに用いられるインクジェットヘッドは、インクを射出するための圧電素子を有するヘッドと、ヘッドの圧電素子を駆動するための駆動ＩＣを備えている。駆動ＩＣが実装される基板や、電子部品が実装される基板は、インクや異物の付着を防止する観点から、ケーシングに収容されるのが一般的である。

駆動ＩＣなどが収容されるケーシングでは、内部へインクが侵入するのを防ぐために、部材同士の合わせ目に接着剤や樹脂などによるシールが施される。しかしながら、ケーシングにシールを施すと、ヘッドの修理やメンテナンスを行う際に、ケーシングを取り外すことが困難になるという問題がある。

また、駆動ＩＣを収容するケーシングを密閉した場合には、駆動ＩＣから発生する熱を効率的に放熱するための措置を講じる必要もある。

特開２００５−３２９５５１号公報

本発明は、上述の事情の下になされたもので、ケーシングのシール処理を行う箇所を少なくするとともに、ケーシングに収容される機器から発生する熱を効率的に放熱することを課題とする。

上記課題を達成するために、本実施形態に係るインクジェットヘッドは、第１軸方向に配列される複数のノズル及び第１軸と平行な第２軸方向へ配列される複数のノズルを有するプレートと、ノズルごとに設けられ、ノズルからインクを吐出させるためのアクチュエータとを有し、循環するインクを記録媒体へ射出する射出ユニットと、第１軸方向へ配列されるノズルそれぞれに設けられるアクチュエータを駆動する第１駆動回路と、第２軸方向へ配列されるノズルそれぞれに設けられるアクチュエータを駆動する第２駆動回路と、射出ユニットを支持するとともに、第１駆動回路と第２駆動回路とを別々に収容するケーシングと、インクが蓄えられるインクタンクと射出ユニットとの間でインクを循環させる循環系を構成する管路と、を有し、ケーシングは、第１駆動回路と、第２駆動回路と、管路とを別々に収容する。

本実施形態に係るインクジェットヘッドを示す斜視図である。 ケースの斜視図である。 ケースの斜視図である。 循環系、支持ユニット、マスクプレート、及びヘッドの展開斜視図である。 ヘッドの展開斜視図である。 ヘッドとフレキシブル基板の斜視図である。 ヘッド、フレキシブル基板、及びリジッド基板の斜視図である。 循環系の展開斜視図である。 支持ユニットの展開斜視図である。 インクジェットヘッドの組立手順を説明するための図である。 インクジェットヘッドの組立手順を説明するための図である。 インクジェットヘッドの組立手順を説明するための図である。 インクジェットヘッドの組立手順を説明するための図である。 インクジェットヘッドのＹＺ断面を示す図である。

以下、本実施形態を、図面を用いて説明する。説明には、相互に直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなる直交座標系を用いる。

図１は、本実施形態に係るインクジェットヘッド１０を示す斜視図である。インクジェットヘッド１０は、シェアモードシェアードウォール型のインクジェットヘッドである。このインクジェットヘッド１０は、筐体２０、マスクプレート４１、筐体２０に収容される支持ユニット７０及び循環系６０などを備えている。

図１に示されるように、筐体２０は、２つのケース３０_１，３０_２と、２枚のカバー４０_１，４０_２から構成されている。

図２は、ケース３０の斜視図である。また、図３は、図２におけるケース３０を＋Ｙ側から見た図である。ケース３０は、例えばアルミニウムなどの熱伝導率が比較的高い部材からなる。このケース３０は、図２及び図３を見るとわかるように、Ｕ字状のフレーム部３１と、フレーム部３１に囲まれる空間を２つの空間３０ａ，３０ｂに区分する内壁部３２の２部分を有している。

ケース３０を構成するフレーム部３１は、内壁部３２の上側の縁と、Ｘ軸方向両側の縁にわたって形成されている。フレーム部３１の下端部には切欠き３７が形成され、空間３０ｂを区画する部分に切欠き３８が形成されている。

また、フレーム部３１の上部一側には、空間３０ｂに至る半円形の切欠き３３，３４が形成されている。そして、フレーム部３１の上部他側には、空間３０ａに至る切欠き３６と、この切欠き３６を横切る凹部３５が形成されている。

図１に戻り、カバー４０は、四角形板状のプレートである。カバー４０も、ケース３０と同様に、アルミニウムなどの導電率の比較的高い部材からなる。

図４は、インクジェットヘッド１０を構成するマスクプレート４１、循環系６０、支持ユニット７０、及びヘッド５０の展開斜視図である。図４に示されるように、マスクプレート４１は、長手方向をＸ軸方向とする枠状の部材である。マスクプレート４１の下端部には、内側に突出する突出部４１ａが設けられている。

図５は、ヘッド５０の展開斜視図である。図５に示されるように、ヘッド５０は、ベース基板５１、フレーム５２、オリフィスプレート５３を有している。

ベース基板５１は、長手方向をＸ軸方向とする長方形板状の部材である。ベース基板５１は、例えばアルミナからなり、Ｙ軸方向中央部には、Ｘ軸に沿って４つの開口５１ａが形成されている。また、開口５１ａの−Ｙ側及び＋Ｙ側には、Ｘ軸に沿って８つの開口５１ｂが形成されている。

ベース基板５１の上面には、２つの駆動ユニット５４，５５が配置されている。図５に示されるように、駆動ユニット５４，５５は、開口５１ａのＹ軸方向両側に配置されている。

駆動ユニット５４，５５それぞれは、Ｘ軸に沿って配列された台形の圧電素子から構成され、圧電素子に挟まれる空間が圧力室となっている。また、駆動ユニット５４，５５を構成する圧電素子それぞれは、ベース基板５１の−Ｚ側の面に形成される電極パターンと接続されている。

フレーム５２は、長手方向をＸ軸方向とする枠状の部材である。フレーム５２は、例えば、セラミックやアルミナ、又は、表面が絶縁材料によって被覆されたアルミニウム或いはステンレスなどの金属からなる。このフレーム５２は、ベース基板５１よりも一回り小さい。

オリフィスプレート５３は、ポリイミド等を素材とし、長手方向をＸ軸方向とする長方形のシートである。オリフィスプレート５３には、Ｘ軸に沿って等間隔に円形の開口５３ａが形成されている。また、開口５３ａの＋Ｙ側には、Ｘ軸に沿って等間隔に円形の開口５３ｂが形成されている。開口５３ａ，５３ｂは、インクジェットヘッド１０を循環するインクを、紙などの記録媒体に吐出するためのノズルとして機能する。

上述のように構成されるベース基板５１、フレーム５２、オリフィスプレート５３は、ベース基板５１の−Ｚ側の面にフレーム５２が接着され、フレーム５２の−Ｚ側の面にオリフィスプレート５３が接着されることで一体化される。これにより、ヘッド５０が形成される。

図６を参照するとわかるように、ヘッド５０には、フレキシブル基板９１が接続される。フレキシブル基板９１は、例えば絶縁フィルムと導体層からなるフレキシブル基板である。このフレキシブル基板９１は、中央に長手方向をＸ軸方向とする開口９１ａが形成され、開口９１ａの＋Ｙ側及び−Ｙ側には、外縁から中央部に至るＹ軸に平行なスリットが形成されている。また、フレキシブル基板９１の＋Ｚ側の面には、４つの駆動ＩＣ１００が実装されている。

図７に示されるように、フレキシブル基板９１は、開口９１ａにヘッド５０のフレーム５２が挿入された状態で、ベース基板５１に接着される。これにより、ベース基板５１の−Ｚ側の面に形成される電極パターンと、フレキシブル基板９１の導体層とが電気的に接続され、結果的に、駆動ＩＣ１００それぞれと、ヘッド５０を構成する圧電素子それぞれとが接続される。ヘッド５０では、駆動ユニット５５を構成する圧電素子が、駆動ＩＣ１００_１，１００_２によって駆動される。そして、駆動ユニット５４を構成する圧電素子が、駆動ＩＣ１００_３，１００_４によって駆動される。駆動ＩＣ１００_１，１００_２を第1駆動回路とし、駆動ＩＣ１００_３，１００_４を第２駆動回路とする。

フレキシブル基板９１の−Ｙ側及び＋Ｙ側には、２枚のリジッド配線基板９２_１，９２_２が接続されている。このリジッド配線基板９２_１，９２_２の表裏面には、コネクタや半導体素子などの電子部品が実装されている。

図８は、循環系６０の展開斜視図である。図８に示されるように、循環系６０は、マニホールド６３、一対のパイプ６２_１，６２_２、及び一対のコネクタ６１_１，６１_２を有している。

コネクタ６１_１，６１_２は、パイプ同士を接続するための部材である。このコネクタ６１_１，６１_２は上端部と下端部が一回り小さくなるように整形されている。これらのコネクタ６１_１，６１_２の上端部は、不図示の配管を介してインクの循環を行う循環ポンプ及びインクが貯留されるインクタンクに接続される。また、コネクタ６１_１，６１_２の下端部には、パイプ６２_１，６２_２が接続される。

パイプ６２_１，６２_２は、長手方向をＺ軸方向とするパイプである。これらのパイプ６２_１，６２_２は、ゴム或いはシリコンゴムなどの弾性を有する素材からなる。

マニホールド６３は、内部に流路が形成されたベース６３ａと、ベース６３ａに接着されるコネクタ６３ｂを有している。

コネクタ６３ｂは、＋Ｚ方向へ突出する一対の接続部６３ｃ，６３ｄを有している。接続部６３ｃ，６３ｄは、上端部が一回り小さくなるように整形されている。

ベース６３ａは、ヘッド５０を構成するベース基板５１に形成された４つの開口５１ａと接続部６３ｃを接続するとともに、ベース基板５１に形成された８つの開口５１ｂと接続部６３ｄを接続する。

上述したコネクタ６１_１，６１_２、パイプ６２_１，６２_２、及びマニホールド６３は、マニホールド６３の接続部６３ｃ，６３ｄに、パイプ６２_１，６２_２の下端が接続され、コネクタ６１_１，６１_２に、パイプ６２_１，６２_２の上端が接続されることで、図４に示されるように一体化される。これにより循環系６０が形成される。

図９は、支持ユニット７０の展開斜視図である。図９に示されるように、支持ユニット７０は、支持プレート７１、シール部材７２、支持部材７３を有している。

支持プレート７１は、長手方向をＸ軸方向とする金属製の部材である。支持プレート７１の両端部７１ｂは、Ｙ軸方向の寸法が少し小さくなるように整形され、Ｚ軸方向に貫通する円形の開口７１ｃが形成されている。また、支持プレート７１の中央部には、Ｚ軸方向に貫通する２つの円形の開口７１ａが形成されている。この２つの開口７１ａは、Ｘ軸方向に所定距離隔てて配置されている。

シール部材７２は、長手方向をＸ軸方向とするシート状の弾性部材である。このシール部材７２は、例えばゴム或いはシリコンゴムからなり、中央部に長手方向をＸ軸方向とする長穴７２ａが形成されている。

支持部材７３は、長手方向をＸ軸方向とする直方体状の部材である。支持部材７３の上面中央部には、上方（＋Ｚ方向）に突出する突出部７３ａが形成されている。突出部７３ａは、シール部材７２に形成された長穴と同じ形状となるように整形されている。そして、支持部材７３には、突出部７３ａの上面から下方に貫通する２つの円形の開口７３ｂが形成されている。これらの２つの開口７３ｂは、Ｘ軸方向に所定距離隔てて配置されている。また、支持部材７３の両端部下方には、切欠き７３ｃが形成されている。

上述した支持部材７３の突出部７３ａがシール部材７２の長穴７２ａに挿入されるように、シール部材７２を支持部材７３の上面に配置する。そして、シール部材７２を介して、支持プレート７１を支持部材７３にボルト等を用いて固定する。これにより、支持プレート７１、シール部材７２、支持部材７３が一体化され、支持ユニット７０が形成される。

次に、ケース３０、マスクプレート４１、ヘッド５０、循環系６０、支持ユニット７０を組み立てる手順を説明する。

まず、図１０に示されるように、フレキシブル基板９１及びリジッド配線基板９２が接続されたヘッド５０のベース基板５１に、循環系６０のマニホールド６３を構成するベース６３ａを接着する。そして、支持ユニット７０を構成する支持プレート７１の開口７１ａから、マニホールド６３の接続部６３ｃ，６３ｄが突出した状態で、支持ユニット７０の支持部材７３を、接続部６３ｃ，６３ｄに接着する。

次に、図１１に示されるように、マニホールド６３の接続部６３ｃ，６３ｄにそれぞれパイプ６２_１，６２_２を接続し、パイプ６２_１，６２_２にそれぞれコネクタ６１_１，６１_２を接続する。

次に、図１２を参照するとわかるように、ケース３０_１，３０_２それぞれに設けられた凹部３５に、長手方向をＸ軸方向とする長方形のシール部材９７を挿入する。

次に、図１２に示されるように、支持ユニット７０を構成する支持部材７３に＋Ｙ側の面と−Ｙ側の面に、ゴム或いはシリコンゴムからなるシール部材９５を介して、ケース３０_１，３０_２それぞれを、ボルトを用いて固定する。これにより、図１３に示されるように、ケース３０_１，３０_２が密着する。こときには、コネクタ６１_１，６１_２が、ケース３０_１，３０_２にそれぞれ設けられた半円状の切欠き３３，３４からなる円形の開口を貫通した状態になる。また、支持ユニット７０の＋Ｘ側端部と−Ｘ側端部が、ケース３０_１，３０_２にそれぞれ設けられた切欠き３８からなる矩形の開口部から露出した状態になる。

次に、図１３に示されるように、リジッド配線基板９２_１，９２_２に実装されたコネクタ９２ａに、それぞれフレキシブルケーブル９８_１，９８_２を接続し、フレキシブル基板９１と、このフレキシブル基板９１に接続されたリジッド配線基板９２_１，９２_２とを、ケース３０_１，３０_２それぞれの空間３０ａに収容する。

次に、フレキシブルケーブル９８_１，９８_２が、ケース３０_１，３０_２に位置した状態で、図１に示されるように、ケース３０_１，３０_２それぞれに、カバー４０_１，４０_２を、ボルトを用いて取り付ける。そして、マスクプレート４１を下方からヘッド５０及びマニホールド６３にかぶせ、マスクプレート４１の突出部４１ａを、ヘッド５０のベース基板５１の下面に接着する。マスクプレート４１は、突出部４１ａがヘッド５０のベース基板５１に当接することで位置決めされ、マスクプレート４１の上端部は、ケース３０_１，３０_２に形成された切欠きに位置した状態になる。ケース３０_１，３０_２、カバー４０_１，４０_２の総称をケーシングと定義する。

図１４は、図１に示されるインクジェットヘッド１０のＹＺ断面を示す図である。以上のようにケース３０、マスクプレート４１、ヘッド５０、循環系６０、支持ユニット７０が組み立てられた場合には、図１４に示されるように、ケース３０_１，３０_２が密着することによって、ケース３０_１，３０_２それぞれの空間３０ａからなる新たな空間に循環系６０が収容される。そして、ケース３０_１，３０_２、カバー４０_１，４０_２、及びマスクプレート４１によって規定される空間に、フレキシブル基板９１とリジッド配線基板９２_１，９２_２が収容される。

インクジェットヘッド１０では、ケース３０とカバー４０が接触する面が平面になっている。このため、図１４の白抜き矢印に示されるカバー４０とマスクプレート４１の隙間に例えば接着剤やシリコン等を用いてシール処理を施す。これにより、フレキシブル基板９１とリジッド配線基板９２_１，９２_２が収容される空間が密閉され、図１に示されるインクジェットヘッド１０が完成する。

以上説明したように、本実施形態に係るインクジェットヘッド１０では、カバー４０とマスクプレート４１との隙間がシール処理されることにより、フレキシブル基板９１とリジッド配線基板９２_１，９２_２が収容される空間が密閉される。これにより、ヘッド５０から射出されるインクが、フレキシブル基板９１やリジッド配線基板９２に付着することがなく、電気回路のショートなどに起因する誤動作を防止することができる。

本実施形態に係るインクジェットヘッド１０では、図１４に示されるように、ノズルとしての開口５３ａから吐出されるインクの制御を行う駆動ＩＣ１００_１，１００_２と、ノズルとしての開口５３ｂから吐出されるインクの制御を行う駆動ＩＣ１００_３，１００_４とが別々に収容される。このため、４つの駆動ＩＣ１００をまとめて収容する場合に比較して、１つの駆動ＩＣ１００に対する放熱効率が向上し、各駆動ＩＣ１００から発生する熱を効率的に放熱することが可能となる。

本実施形態に係るインクジェットヘッド１０では、ケース３０とカバー４０との接触面が平面になっているため、ケース３０とカバー４０とを組み付けるだけで、ケース３０とカバー４０の隙間からのインクの侵入を防ぐことができる。そのため、カバー４０とマスクプレート４１との隙間をシールするだけで、駆動ＩＣ１００やリジッド配線基板９２を密閉することができる。このため、シール処理に要する工数を削減することができ、結果的に装置の製造コストを削減することができる。

本実施形態に係るインクジェットヘッド１０では、支持ユニット７０の支持部材７３と、マニホールド６３を構成するコネクタ６３ｂの接続部６３ｃ，６３ｄとが接着される際に、図１４に示されるように、支持部材７３の内部に、接着剤９９が充填される。その結果、接着剤９９によって、支持部材７３と接続部６３ｃ，６３ｄとの隙間がシールされる。このため、循環系６０を支持するとともに、駆動ＩＣ１００が収容される空間と、循環系６０が収容される空間とを確実に区画することができる。

本実施形態に係るインクジェットヘッド１０では、図１４に示されるように、駆動ＩＣ１００が、ケース３０に接触している。このため、駆動ＩＣ１００から発生する熱を、効率的にケース３０に伝えることができる。したがって、ケース３０とカバー４０からなる筐体２０をヒートシンクとして利用することにより、駆動ＩＣ１００から発生する熱を外部へ効率的に放熱することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態によって限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、図１４に示されるように、フレキシブルケーブル９８とケース３０に設けられた切欠き３６との隙間が、シール部材９７によってシールされる。これに限らず、フレキシブルケーブル９８とケース３０に設けられた切欠き３６との隙間を、接着剤やシリコンなどを用いてシールしてもよい。

上記実施形態では、ケース３０とカバー４０とが固定されることで、ケース３０とカバー４０との隙間がシールされる。これに限らず、ケース３０とカバー４０との隙間を、接着剤やシリコンなどを用いてシールし、密閉性を向上させることとしてもよい。

上記実施形態に係るインクジェットヘッド１０は一例であり、ヘッド５０に設けられる開口５３ａ，５３ｂの数や、ヘッド５０の大きさは、インクジェットヘッド１０の用途や解像度に応じて、適宜変更することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施しうるものであり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０ インクジェットヘッド
２０ 筐体
３０ ケース（ケーシングの一部）
４０ カバー（ケーシングの一部）
５０ ヘッド（射出ユニット）
６０ 循環系
１００ 駆動ＩＣ
１００_１，１００_２ 第1駆動回路
１００_３，１００_４ 第2駆動回路

Claims (4)

1. 第１軸方向に配列される複数のノズル及び前記第１軸と平行な第２軸方向へ配列される複数のノズルを有するプレートと、前記ノズルごとに設けられ、前記ノズルからインクを吐出させるためのアクチュエータとを有し、循環するインクを記録媒体へ射出する射出ユニットと、
   前記第１軸方向へ配列される前記ノズルそれぞれに設けられる前記アクチュエータを駆動する第１駆動回路と、
   前記第２軸方向へ配列される前記ノズルそれぞれに設けられる前記アクチュエータを駆動する第２駆動回路と、
   前記射出ユニットを支持するとともに、前記第１駆動回路と前記第２駆動回路とを別々に収容するケーシングと、
   前記インクが蓄えられるインクタンクと前記射出ユニットとの間で前記インクを循環させる循環系を構成する管路と、
   を有し、
   前記ケーシングは、前記第１駆動回路と、前記第２駆動回路と、前記管路とを別々に収容するインクジェットヘッド。
2. 前記ケーシングは、金属からなり、ヒートシンクとして機能する請求項１に記載のインクジェットヘッド。
3. 前記第１駆動回路及び前記第２駆動回路は、前記アクチュエータを駆動する駆動ＩＣを含む請求項１又は２に記載のインクジェットヘッド。
4. 前記ケーシングは、
   前記射出ユニットを支持する支持部材と、
   前記支持部材とともに、前記管路が収容される空間を形成する第１ケース及び第２ケースと、
   前記第１ケースとともに前記第１駆動回路を収容する空間を形成する第１カバーと、
   前記第２ケースとともに前記第２駆動回路を収容する空間を形成する第２カバーと、
   を有する請求項１から３の何れか一項に記載のインクジェットヘッド。

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