JP6856375B2 - 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 - Google Patents
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Description
特許文献1において、ベース部材は、インクジェットヘッドの走査方向に延在する横ベースと、横ベースから立設された縦ベースと、を備えている。
ヘッドチップ及び駆動基板は、例えば縦ベースに支持されている。これにより、ヘッドチップや駆動基板で発生した熱が縦ベース等を通じて放熱されるようになっている。一方、マニホールドは、ベース部材上において、インクジェットヘッドの走査方向でヘッドチップを挟んで縦ベースとは反対側に配置されている。
本発明の一態様に係る第2の液体噴射ヘッドは、第1方向に延びる噴射孔が前記第1方向に直交する第2方向に複数並設された噴射孔列を有する噴射孔プレートと、前記噴射孔プレートに対して前記第1方向の一方に配置され、前記噴射孔に各別に連通するチャネルを有するヘッドチップと、前記ヘッドチップに対して前記第1方向及び前記第2方向に直交する第3方向の一方に配置され、前記第3方向を向く第1面で前記ヘッドチップを支持するとともに、前記チャネルに連通する液体流路を有するマニホールドと、前記マニホールドの前記第1面で支持されるとともに、前記ヘッドチップに電気的に接続された駆動基板と、を備えている。前記マニホールドは、第1流路板及び第2流路板が前記第3方向で重ね合わされて形成され、前記第1流路板と前記第2流路板との間に前記液体流路が画成され、前記第1流路板は、前記第2流路板よりも熱伝導性に優れた材料により形成されるとともに、前記第3方向の厚さが前記第2流路板よりも厚く形成され、前記第2流路板における前記第3方向の他方を向く面は、前記ヘッドチップ及び前記駆動基板が支持された前記第1面を構成している。
また、ヘッドチップ及び駆動基板がマニホールドに支持されるので、ヘッドチップや駆動基板で発生した熱は、マニホールドを介して外部に放熱されることになる。これにより、ヘッドチップ及び駆動基板の放熱性能を確保できる。
さらに、液体流路を有するマニホールドにヘッドチップ及び駆動基板が支持されるので、ヘッドチップや駆動基板で発生してマニホールドに伝達された排熱を用いて液体流路を流れる液体を加熱することもできる。これにより、液体を所望の温度(粘度)でヘッドチップに供給することができ、優れた印字特性を得ることができる。
また、特に、上記第2の液体噴射ヘッドによれば、第1流路板と第2流路板とを重ね合わせてマニホールドを形成することで、マニホールドを一体で形成する構成に比べてマニホールドに液体流路を簡単に形成できる。また、ヘッドチップ及び駆動基板が第2流路板
に支持されるので、ヘッドチップ及び駆動基板を支持するための耐力に関わらず、熱伝導性に優れた材料により第1流路板を形成できる。この場合、第2流路板の厚さが第1流路板に比べて薄く形成されることで、ヘッドチップや駆動基板で発生した熱が第2流路板を介して第1流路板に伝達され易くなる。これにより、ヘッドチップや駆動基板で発生した熱が、マニホールドを介して外部に効果的に放熱され、ヘッドチップ及び駆動基板の放熱性能を確保できる。
上記態様によれば、マニホールドに対して第1方向で噴射孔プレートとは反対側にダンパが配置されているため、ダンパとマニホールドとが第3方向に並んで設けられる構成に比べて液体噴射ヘッドの第3方向での小型化を図ることができる。
上記態様によれば、各ヘッドモジュールに対応する噴射孔列を有する噴射孔プレートをベース部材のプレート配置面上に配置することで、各ヘッドモジュールそれぞれに噴射孔プレートを取り付ける構成に比べて噴射孔の位置精度向上を図ることができる。
上記態様によれば、噴射孔プレートとベース部材との間にスペーサが介在しているため、噴射孔プレートとベース部材との熱膨張係数の違いに起因して噴射孔プレートとベース部材とに作用する応力を緩和できる。これにより、噴射孔プレートがヘッドチップから剥離するのを抑制できる。
上記態様によれば、スペーサとベース部材との熱膨張係数の違いに起因してスペーサとベース部材とに作用する応力を確実に緩和できる。これにより、噴射孔プレートがヘッドチップから剥離するのを抑制できる。
上記態様によれば、第3方向の小型化を図った上で、信頼性に優れた液体噴射装置を提供できる。
図1はプリンタ1の概略構成図である。
図1に示すように、本実施形態のプリンタ1は、一対の搬送機構2,3と、インク供給機構4と、インクジェットヘッド5A,5Bと、走査機構6と、を備えている。なお、以下の説明では、必要に応じてX,Y,Zの直交座標系を用いて説明する。この場合、X方向(第2方向)は被記録媒体P(例えば、紙等)の搬送方向(副走査方向)に一致している。Y方向(第3方向)は走査機構6の走査方向(主走査方向)に一致している。Z方向(第1方向)は、X方向及びY方向に直交する高さ方向を示している。以下の説明では、X方向、Y方向及びZ方向のうち、図中矢印方向をプラス(+)方向とし、矢印とは反対の方向をマイナス(−)方向として説明する。
本実施形態において、インクタンク15は、X方向に複数並べられている。各インクタンク15には、例えばイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの四色のインクが各別に収容されている。
インク配管16は、例えば可撓性を有するフレキシブルホースである。インク配管16は、各インクタンク15と各インクジェットヘッド5A,5Bとの間を接続している。
図2は、インクジェットヘッド5Aの斜視図である。なお、インクジェットヘッド5A,5Bは、供給されるインクの色以外は何れも同等の構成である。そのため、以下の説明ではインクジェットヘッド5Aについて説明し、インクジェットヘッド5Bの説明を省略する。
図2に示すように、本実施形態のインクジェットヘッド5Aは、ヘッドモジュール30A〜30Dやダンパ31、ノズルプレート(噴射孔プレート)32、ノズルガード(噴射孔ガード)33等がベース部材38に搭載されて構成されている。なお、図2では、ヘッドモジュール30A〜30Dやダンパ31等を覆うカバー等の図示を省略している。
図3は、インクジェットヘッド5Aの一部を取り外した状態を示す斜視図である。
図3に示すように、ベース部材38は、Z方向を厚さ方向とし、X方向を長手方向とする板状に形成されている。ベース部材38は、各ヘッドモジュール30A〜30Dを保持するモジュール保持部41と、ベース部材38をキャリッジ23(図1参照)に固定するためのキャリッジ固定部42と、を有している。なお、本実施形態において、ベース部材38は、金属材料により一体で形成されている。
図2に示すように、ヘッドモジュール30A〜30Dは、インクタンク15(図1参照)から供給されるインクを被記録媒体Pに向けて吐出可能に構成されている。ヘッドモジュール30A〜30Dは、ベース部材38上にY方向に間隔をあけて複数搭載されている。本実施形態では、第1ヘッドモジュール30A、第2ヘッドモジュール30B、第3ヘッドモジュール30C及び第4ヘッドモジュール30Dの四つのヘッドモジュールがベース部材38上に搭載されている。
図4に示すように、第1ヘッドモジュール30Aは、ヘッドチップ51と、マニホールド52と、駆動基板53と、を主に備えている。
図5は、ヘッドチップ51の分解斜視図である。
図5に示すように、ヘッドチップ51は、後述する吐出チャネル57における延在方向(Z方向)の端部からインクを吐出する、いわゆるエッジシュートタイプのものである。具体的に、ヘッドチップ51は、アクチュエータプレート55及びカバープレート56がY方向に重ね合わされて構成されている。
共通インク室62は、Z方向において、吐出チャネル57の+Z方向端部と同等の位置に形成されている。共通インク室62は、カバープレート56の表面から−Y方向に向けて窪むとともに、X方向に延設されている。共通インク室62には、上述したマニホールド52を通してインクが流入する。
スリット63は、共通インク室62のうち、吐出チャネル57とY方向で対向する位置に形成されている。スリット63は、共通インク室62内と各吐出チャネル57内とを各別に連通している。一方、非吐出チャネル58は、共通インク室62内には連通していない。
図3に示すように、マニホールド52は、上述したヘッドチップ51に向けてインクが流通するインク流路71(図6参照)を有している。マニホールド52は、全体としてY方向を厚さ方向とする板状に形成されている。マニホールド52は、上述した差込溝46のうちX方向で対向する一組の差込溝46内に差し込まれることで、+Z方向に起立した状態でベース部材38に保持されている。図4に示すように、マニホールド52の−Z方向端部において、X方向の両端部には、第2付勢部材70が設けられている。第2付勢部材70は、差込溝46内において、差込溝46の内面とマニホールド52との間に介在して、第1ヘッドモジュール30Aを−Y方向に付勢する。本実施形態において、第2付勢部材70は、板ばね状に形成されている。
図6に示すように、マニホールド52は、流路部材72と、流路部材72にY方向で重ね合わされた流路カバー73と、を有している。
流路部材72は、熱伝導性に優れた材料により一体で形成されている。本実施形態において、流路部材72の材料には、金属材料(例えば、アルミニウム等)が好適に用いられている。
流路板75は、Y方向を厚さ方向とする矩形板状に形成されている。流路板75のうち−Y方向を向く面には、インク流路71が形成されている。インク流路71は、+Y方向に窪む溝状に形成されている。具体的に、インク流路71は、蛇行部79と、連通部80と、を有している。
連通部80は、流路板75の−Z方向端部において、X方向に延在している。連通部80は、Y方向から見た正面視で上述した共通インク室62と同等の形状をなしている。
本実施形態では、流路部材72と流路カバー73とが積層されてマニホールド52を形成する構成について説明したが、この構成のみに限らず、マニホールド52を一体で形成しても構わない。
ダンパ31は、ヘッドモジュール30A〜30Dに対して+Z方向に、インクの色に対応して設けられている。すなわち、本実施形態のダンパ31は、二つのヘッドモジュール(例えば、ヘッドモジュール30A,30B)につき、一つ設けられている。各ダンパ31は、Y方向に並んで設けられている。なお、各ダンパ31は、供給されるインクの色以外は何れも同等の構成である。そのため、以下の説明では、一方のダンパ31(ヘッドモジュール30A,30B用のダンパ)について説明し、他方のダンパ31の説明を省略する。
圧力緩衝部101は、箱型に形成されている。圧力緩衝部101は、その内部に可動膜等が収納されて構成されている。圧力緩衝部101は、インクタンク15(図1)とヘッドモジュール30A,30Bとの間に配置されて、入口ポート100を通してダンパ31に供給されるインクの圧力変動を吸収する。
出口ポート102は、圧力緩衝部101から−X方向に突設された筒状に形成されている。出口ポート102内には、圧力緩衝部101内から排出されたインクが流入する。
図7に示すように、上述したベース部材38のうち、モジュール保持部41の−Z方向端面(プレート配置面)には、スペーサ120が固定されている。スペーサ120は、ポリイミドやSUS等により形成されている。スペーサ120は、モジュール保持部41の−Z方向端面に軟質接着剤を用いて接着されている。なお、軟質接着剤としては、シリコーン系接着剤(例えば、スリーボンド社製:1211)等が好適に用いられている。
上述したノズルプレート32は、ポリイミド等の樹脂材料により形成されている。ノズルプレート32は、その+Z方向端面(ベース部材38との対向面)が上述したスペーサ120やヘッドチップ51の−Z方向端面に硬質接着剤により固定されている。硬質接着剤は、上述した軟質接着剤に比べて例えばショア硬度で硬質な材料により形成されている。このような材料としては、エポキシ系接着剤(例えば、エイブルスティック社製:931−1T1N1)等が好適に用いられている。なお、ノズルプレート32は、軟質接着剤を用いてベース部材38に直接接着しても構わない。
各ノズル列(噴射孔列)130A〜130Dは、ノズルプレート32のうち、対応するヘッドモジュール30A〜30Dのヘッドチップ51にZ方向で対向する位置にそれぞれ形成されている。
図8に示すように、各ノズル列130A〜130Dは、ノズルプレート32をZ方向に貫通するノズル孔(第1ノズル孔131A〜第4ノズル孔131D)を有している。例えば、第1ノズル孔(噴射孔)131Aは、ノズルプレート32のうち、第1ヘッドモジュール30Aにおけるヘッドチップ51の吐出チャネル57にZ方向で対向する位置に各別に形成されている。すなわち、複数の第1ノズル孔131AがX方向に間隔をあけて直線状に形成されることで、第1ノズル列130Aを構成している。
なお、第2ノズル孔131B、第3ノズル孔131C及び第4ノズル孔131Dは、上述した第1ノズル孔131Aと同様に、ノズルプレート32のうち、対応するヘッドモジュール30B〜30Dにおけるヘッドチップ51の吐出チャネル57にZ方向で対向する位置に各別に形成されている。
ノズルガード33は、例えばステンレス等の板材にプレス加工が施されて形成されている。ノズルガード33は、ノズルプレート32やスペーサ120を間に挟んだ状態で、モジュール保持部41を−Z方向から覆っている。
次に、上述したプリンタ1を利用して、被記録媒体Pに情報を記録する方法について説明する。
図1に示すように、プリンタ1を作動させると、搬送機構2,3のグリットローラ11,13が回転することで、これらグリットローラ11,13及びピンチローラ12,14間を被記録媒体Pが+X方向に搬送される。また、これと同時に駆動モータ28がプーリ26を回転させて無端ベルト27を走行させる。これにより、キャリッジ23がガイドレール21,22にガイドされながらY方向に往復移動する。
この間に、各インクジェットヘッド5A,5Bにおいて、ヘッドチップ51の駆動電極に駆動電圧を印加する。これにより、駆動壁61に厚みすべり変形を生じさせ、吐出チャネル57内に充填されたインクに圧力波を発生させる。この圧力波により、吐出チャネル57の内圧が高まり、インクがノズル孔131A〜131Dを通して吐出される。そして、インクが被記録媒体P上に着弾することで、各種情報が被記録媒体P上に記録される。
この構成によれば、ヘッドチップ51及び駆動基板53を支持する部材と、インク流路71と、がヘッドチップ51に対してY方向の一方に配置されたマニホールド52に一体化されている。これにより、従来のようにヘッドチップに対してY方向の一方にヘッドチップ及び駆動基板を支持する部材を配置し、ヘッドチップに対してY方向の他方にインク流路を有する部材を別々に配置する構成に比べて第1ヘッドモジュール30AのY方向(主走査方向)での小型化を図ることができる。これにより、インクジェットヘッド5AのY方向での小型化が可能になる。
また、ヘッドチップ51や駆動基板53で発生した熱は、マニホールド52を介して外部に放熱されることになる。これにより、ヘッドチップ51及び駆動基板53の放熱性能を確保できる。
さらに、インク流路71を有するマニホールド52にヘッドチップ51及び駆動基板53が支持されているので、ヘッドチップ51や駆動基板53で発生してマニホールド52に伝達された排熱を用いてインク流路71を流れるインクを加熱(保温)することもできる。これにより、インクを所望の温度(粘度)でヘッドチップ51に供給することができ、優れた印字特性を得ることができる。
しかも、本実施形態では、ヘッドモジュール30A〜30DのY方向での小型化が可能になるので、各ヘッドチップ51それぞれにマニホールド52を設けることができる。そのため、高密度記録化を図るために、一つのヘッドモジュール30A〜30Dに複数のヘッドチップ51を搭載する構成に比べて各ヘッドチップ51の放熱性能を確保できる。
また、ヘッドモジュール30A〜30DのY方向での小型化を図ることができるので、小型のインクジェットヘッド5A,5Bを提供できる。
この構成によれば、インク流路71内を流通するインクが、ヘッドチップ51や駆動基板53の排熱に加え、ヒータ85によっても加熱できるので、インクを所望の温度で確実にヘッドチップ51に供給できる。
また、絶縁シート86にポリイミド等の耐インク性を有する材料を用いることで、絶縁シート86がインクによって溶出するのを抑制し、吐出不良を抑制できる。
さらに、絶縁シート86にポリイミド等の軟質な材料を用いることで、ヘッドチップ51とマニホールド52との熱膨張係数の違いに起因してヘッドチップ51とマニホールド52とに作用する応力を緩和できる。これにより、例えばヘッドチップ51の割れや、ヘッドチップ51がマニホールド52から剥離するのを抑制できる。
この構成によれば、各ヘッドモジュール30A〜30Dそれぞれにノズルプレート32を取り付ける構成に比べてノズル孔131A〜131Dの位置精度向上を図ることができる。
さらに、本実施形態では、スペーサ120が軟質接着剤によりベース部材38に接着されているので、スペーサ120とベース部材38との熱膨張係数の違いに起因してスペーサ120とベース部材38とに作用する応力を確実に緩和できる。
これにより、ノズルプレート32がヘッドチップ51から剥離するのを抑制できる。
この構成によれば、ノズルプレート32やノズルガード33の−Z方向端面上に付着したインクがノズルプレート32とノズルガード33との隙間を通ってインクジェットヘッド5A内に進入しようとした場合に、第1接着領域150でインクを塞き止めることができる。これにより、インクがインクジェットヘッド5Aの内部に進入するのを抑制できる。
この構成によれば、ノズルプレート32の−Z方向端面上等に付着した異色のインクが、第2接着領域151で遮られることになる。これにより、異色のインクが混じり合ってインクジェットヘッド5Aの外部に漏れるのを抑制できる。
この構成によれば、ヘッドモジュール30A〜30DがX方向及びY方向の一方に押さえ付けられた状態で、ベース部材38に保持される。そのため、ベース部材38に対してヘッドモジュール30A〜30Dを高精度に位置決めできる。これにより、その後、ステー等を介してヘッドモジュール30A〜30Dをベース部材38に固定する際の、組付性を向上させることができる。
特に、本実施形態では、温度センサ94とアクチュエータプレート55との間に、各チャネル57,58の全域を覆うように伝熱板65が設けられている。そのため、全吐出チャネル57での平均的なインク温度を検出できる。
上述した実施形態では、二つのヘッドモジュールで一色のインクを吐出する構成について説明したが、この構成のみに限らず、3つ以上の複数のヘッドモジュールで一色のインクを吐出してもよく、一つのヘッドモジュールで一色のインクを吐出してもよい。
また、インクに加わる圧力の方向と、インク滴の吐出方向と、を同一方向とした、いわゆるルーフシュートタイプのヘッドチップに本発明を適用しても構わない。
5A,5B…インクジェットヘッド(液体噴射ヘッド)
30A…第1ヘッドモジュール(ヘッドモジュール)
30B…第2ヘッドモジュール(ヘッドモジュール、第1ヘッドモジュール)
30C…第3ヘッドモジュール(ヘッドモジュール、第2ヘッドモジュール)
30D…第4ヘッドモジュール(ヘッドモジュール)
31…ダンパ
32…ノズルプレート(噴射孔プレート)
33…ノズルガード(噴射孔ガード)
38…ベース部材
44…取付開口部
51…ヘッドチップ
52…マニホールド
53…駆動基板
57…吐出チャネル
70…第2付勢部材(付勢部材)
71…インク流路
72…流路部材(第1流路板)
73…流路カバー(第2流路板)
79…蛇行部
85…ヒータ
86…絶縁シート
120…スペーサ
130A…第1ノズル列(噴射孔列)
130B…第2ノズル列(噴射孔列)
130C…第3ノズル列(噴射孔列)
130D…第4ノズル列(噴射孔列)
131A…第1ノズル孔(噴射孔)
131B…第2ノズル孔(噴射孔)
131C…第3ノズル孔(噴射孔)
131D…第4ノズル孔(噴射孔)
141…露出孔
150…第1接着領域(接着部分)
Claims (10)
- 第1方向に延びる噴射孔が前記第1方向に直交する第2方向に複数並設された噴射孔列を有する噴射孔プレートと、
前記噴射孔プレートに対して前記第1方向の一方に配置され、前記噴射孔に各別に連通するチャネルを有するヘッドチップと、
前記ヘッドチップに対して前記第1方向及び前記第2方向に直交する第3方向の一方に配置され、前記第3方向を向く第1面で前記ヘッドチップを支持するとともに、前記チャネルに連通する液体流路を有するマニホールドと、
前記マニホールドの前記第1面で支持されるとともに、前記ヘッドチップに電気的に接続された駆動基板と、
を備え、
前記ヘッドチップ、前記マニホールド及び前記駆動基板は、ヘッドモジュールを構成し、
複数の前記ヘッドモジュールが前記第3方向に並んだ状態でベース部材に搭載され、
前記ベース部材には、前記ベース部材を前記第1方向に貫通するとともに、前記ヘッドモジュールが挿入された取付開口部が形成され、
前記ヘッドモジュールと前記ベース部材との間には、前記第2方向及び前記第3方向のうち、少なくとも何れかの方向で前記ヘッドモジュールと前記ベース部材とを付勢する、付勢部材が介在している
ことを特徴とする液体噴射ヘッド。 - 前記噴射孔プレートは、複数の前記ヘッドモジュールにおける前記ヘッドチップに対応して複数の前記噴射孔列を有するとともに、前記ベース部材のうち前記第1方向の他方を向くプレート配置面上に配置されている
ことを特徴とする請求項1に記載の液体噴射ヘッド。 - 前記ベース部材の前記プレート配置面と、前記噴射孔プレートのうち前記第1方向を向く前記ベース部材の前記プレート配置面との対向面と、の間には、スペーサが介在してい
る
ことを特徴とする請求項2に記載の液体噴射ヘッド。 - 前記スペーサは、軟質接着剤で前記ベース部材に接着され、
前記噴射孔プレートは、前記軟質接着剤に比べて硬質な材料により形成された硬質接着剤で前記スペーサに接着されている
ことを特徴とする請求項3に記載の液体噴射ヘッド。 - 前記マニホールドは、第1流路板及び第2流路板が前記第3方向で重ね合わされて形成され、
前記第1流路板と前記第2流路板との間に前記液体流路が画成されている
ことを特徴とする請求項1から請求項4の何れか1項に記載の液体噴射ヘッド。 - 前記第1流路板は、前記第2流路板よりも熱伝導性に優れた材料により形成されるとともに、前記第3方向の厚さが前記第2流路板よりも厚く形成され、
前記第2流路板における前記第3方向の他方を向く面は、前記ヘッドチップ及び前記駆動基板が支持された前記第1面を構成している
ことを特徴とする請求項5に記載の液体噴射ヘッド。 - 第1方向に延びる噴射孔が前記第1方向に直交する第2方向に複数並設された噴射孔列を有する噴射孔プレートと、
前記噴射孔プレートに対して前記第1方向の一方に配置され、前記噴射孔に各別に連通するチャネルを有するヘッドチップと、
前記ヘッドチップに対して前記第1方向及び前記第2方向に直交する第3方向の一方に配置され、前記第3方向を向く第1面で前記ヘッドチップを支持するとともに、前記チャネルに連通する液体流路を有するマニホールドと、
前記マニホールドの前記第1面で支持されるとともに、前記ヘッドチップに電気的に接続された駆動基板と、
を備え、
前記マニホールドは、第1流路板及び第2流路板が前記第3方向で重ね合わされて形成され、
前記第1流路板と前記第2流路板との間に前記液体流路が画成され、
前記第1流路板は、前記第2流路板よりも熱伝導性に優れた材料により形成されるとともに、前記第3方向の厚さが前記第2流路板よりも厚く形成され、
前記第2流路板における前記第3方向の他方を向く面は、前記ヘッドチップ及び前記駆動基板が支持された前記第1面を構成している
ことを特徴とする液体噴射ヘッド。 - 前記ヘッドチップ、前記マニホールド及び前記駆動基板は、ヘッドモジュールを構成し、
複数の前記ヘッドモジュールが前記第3方向に並んだ状態でベース部材に搭載されている
ことを特徴とする請求項7に記載の液体噴射ヘッド。 - 前記マニホールドに対して前記第1方向で前記噴射孔プレートとは反対側には、前記液体流路に接続されるとともに、前記液体流路に供給される液体の圧力変動を吸収するダンパが配設されている
ことを特徴とする請求項1から請求項8の何れか1項に記載の液体噴射ヘッド。 - 請求項1から請求項9の何れか1項に記載の液体噴射ヘッドを備えている
ことを特徴とする液体噴射装置。
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