JP2008279734A - 液滴吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液滴吐出装置の発熱部分における放熱効果を向上させる。
【解決手段】液滴吐出装置１は、吐出ヘッドユニット２の吐出機能を回復するため吐出ヘッドユニット２から排出された液体の廃液を貯留する廃液タンク７１と、廃液タンク７１から延びて、吐出ヘッドユニット２の発熱部を通り、再び廃液タンク７１に戻るように配置された管路７２と、管路に廃液タンク７１の廃液を循環させる循環手段１８とを備えており、吐出ヘッドユニット２の発熱部から発生した熱を、管路を循環する廃液によって放熱するように構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、液滴を吐出する吐出ヘッドユニットを備えた液滴吐出装置に関し、特に液滴吐出装置における発熱部の冷却構造に関するものである。

液滴吐出装置、例えばインクジェット式の記録装置では、液体の吐出に伴って発熱する部分があると、発熱が吐出動作に影響してこれを不安定化させる。そのため、例えば、特許文献１等には、液滴吐出装置である記録装置において、発熱部分である駆動用の回路素子（ドライバー素子）に、放熱体（ヒートシンク）を接触させて、放熱する構成が記載されている。

また、特許文献２では、発熱により液体を発泡させて吐出する型の液体噴射吐出ヘッドにおいて、ヘッドの発熱体基板を冷却するために液体を用いる構成が記載されている。詳細には、ヘッドの周囲に設けたチューブ状の液体供給管や、あるいは、発熱体基板に設けた穴に、水などの液体を流して、ヘッド全体や発熱体基板そのものを冷却している。また、発熱体基板を多孔質部材で形成し、これに液体を浸透させて、その気化熱で放熱する構成も記載されている。
特開２００４−２９１３４２号公報（図１参照） 特許第２７３８６９７号公報（図１及び図２参照）

記録装置においては、近年、記録の高速化や高密度化が求められ、液体を吐出するノズル数が増加する傾向にある。高速で記録すなわち高い周波数で多数のノズルから吐出を行うと、駆動用の回路素子の発熱量が増加するので、回路素子の熱が吐出ヘッドに伝わって、吐出動作を不安定化させる虞がある。

発熱部分に接触する放熱体の放熱効果を向上させる方法の一つとして、特許文献１のような放熱体に、特許文献２のような液体を用いた冷却の構成を組み合わせることが考えられる。しかしながら、特許文献２には、冷却用の液体の供給源や、供給管の具体的な配置等が示されておらず、吐出ヘッドや放熱体の形状に応じて、どのように冷却用の液体を供給するかが課題であった。

本発明は、上記問題を解消するものであり、液滴吐出装置の発熱部分における放熱効果を向上させることを目的とするものである。

前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明における液滴吐出装置は、液体を吐出する吐出ヘッドユニットを備えた液滴吐出装置において、前記吐出ヘッドユニットの吐出機能を回復するため前記吐出ヘッドユニットから排出された前記液体の廃液を貯留する廃液タンクと、前記廃液タンクから延びて、前記吐出ヘッドユニットの発熱部を通り、再び廃液タンクに戻るように配置された管路と、前記管路に前記廃液タンクの廃液を循環させる循環手段とを備え、前記吐出ヘッドユニットの発熱部から発生した熱を、前記管路を循環する廃液によって放熱するように構成したことを特徴とするものである。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の液滴吐出装置において、前記吐出ヘッドユニットには、前記液体を吐出するノズルを有する吐出ヘッドと、前記吐出ヘッドを駆動するための回路素子が実装された配線材と、前記回路素子の熱を放熱するための放熱体とが備えられ、前記管路は、前記廃液を前記放熱体に熱伝導可能に接触させるように配置されていることを特徴とするものである。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の液滴吐出装置において、前記吐出ヘッドユニットは、吐出した液体を付着させる媒体に沿って移動可能に設けられ、前記廃液タンク及び前記循環手段は、前記吐出ヘッドユニットを移動可能に支持する装置本体に支持され、前記管路において、前記吐出ヘッドユニットと前記廃液タンク及び前記循環手段とを接続する部分は、可撓性を有するチューブで構成されていることを特徴とするものである。

また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の液滴吐出装置において、前記吐出ヘッドユニットに供給する前記液体を収容したカートリッジが、前記装置本体に支持され、前記吐出ヘッドユニットと前記カートリッジとが、可撓性を有する液体供給チューブで接続され、前記管路を構成するチューブと前記液体供給チューブとが、ほぼ平行に配置されていることを特徴とするものである。

また、請求項５に記載の発明は、請求項２〜４のいずれかに記載の液滴吐出装置において、前記放熱体はその内部に空間を有し、前記空間を前記管路の一部として前記廃液が流通されることを特徴とするものである。

また、請求項６に記載の発明は、請求項２〜４のいずれかに記載の液滴吐出装置において、前記管路は、前記放熱体の外面に接触して配置されていることを特徴とするものである。

また、請求項７に記載の発明は、請求項２〜４のいずれかに記載の液滴吐出装置において、前記吐出ヘッドユニットには、さらに前記吐出ヘッド及び前記放熱体を支持する筐体が備えられ、前記放熱体と前記筐体の壁との間の空間を、前記管路の一部として前記廃液が流通されることを特徴とするものである。

請求項１に記載の発明によれば、廃液タンクから延びた管路が、吐出ヘッドユニットの発熱部を通り、再び廃液タンクに戻るように配置され、管路には、廃液タンクの廃液が循環手段によって循環している。従って、発熱部は、管路を循環する廃液によって冷却されるので、発熱部の熱が吐出ヘッドユニットに伝わってその動作を不安定化させる虞を低減できる。

また、管路を循環する廃液は、吐出ヘッドユニットから吐出させる液体を、吐出機能を回復させるために排出させて貯めたものであるから、循環用に特別に液体を用意する必要がなく、コストの削減が図れる。

請求項２に記載の発明によれば、管路は、配線材に実装された回路素子に設けられた放熱体に、廃液を熱伝導可能に接触させるように配置されている。つまり、回路素子の熱が放熱体に伝わるが、放熱体は廃液の循環によって冷却され続けているから、回路素子の熱が積極的に放熱体に奪われて、回路素子の温度上昇が抑えられ、吐出動作を安定に維持することができる。

請求項３に記載の発明によれば、装置本体に支持された廃液タンク及び循環手段と、移動可能な吐出ヘッドユニットとを接続する管路の部分は、可撓性を有するチューブで構成されている。すなわち、吐出ヘッドユニットの移動にともなって、チューブが撓むから、吐出ヘッドユニットが移動しても、管路における廃液の循環に支障を来たす心配がない。

請求項４に記載の発明によれば、吐出ヘッドユニットに供給する液体を収容したカートリッジと吐出ヘッドユニットとを接続する液体供給チューブと、管路を構成するチューブとがほぼ平行に配置されている。すなわち、管路を構成するチューブを、液体供給チューブに沿って配置でき、これらを結束することも可能になるから、多数のチューブを装置の内部に整然と配置することができる。

請求項５に記載の発明によれば、放熱体の内部の空間が管路の一部となって、廃液が流通されるから、放熱体に直接廃液が接触して循環し、放熱体が効率よく冷却される。

請求項６に記載の発明によれば、管路は、放熱体の外面に接触して配置されているから、放熱体の熱は、放熱体の外面に接触する管路を循環する廃液によって放熱される。特に、請求項５に記載したような空間を、放熱体の内部に形成できない場合には、有効な冷却方法である。

請求項７に記載の発明によれば、放熱体とこの放熱体を支持する筐体との間の空間が、管路の一部となって廃液が流通される。すなわち、空間を循環する廃液に放熱体が直接接触するので、放熱体が効率よく冷却される。

以下に本発明の基本的な実施形態を説明する。図１は、本発明の液滴吐出装置としての記録装置１の概略平面図である。この記録装置１は、単独のプリンタ装置に適用しても、あるいは、ファクシミリ機能やコピー機能等の複数の機能を備えた多機能装置のプリンタ機能（記録部）に適用してもよい。

記録装置１には、図１に示すように、キャリッジを構成する吐出ヘッドユニット２が備えられ、この吐出ヘッドユニット２には、吐出ヘッド３がそのノズル７を吐出ヘッドユニット２の下面に露出させて搭載されている。第１ガイド部材５及び第２ガイド部材６は、キャリッジである吐出ヘッドユニット２を主走査方向（Ｙ軸方向）に移動可能に支持する部材である。吐出ヘッドユニット２はキャリッジモータ８に連結された駆動プーリ９と、従動プーリ１０とに掛け渡されたタイミングベルト１１によってＹ軸方向に沿って往復移動する。

記録媒体（請求項の液体を付着させる媒体に相当）である用紙は、吐出ヘッドユニット２の下方において、主走査方向（Ｙ軸方向）に直交する副走査方向（Ｘ軸方向）に搬送される。

装置本体１２内には、交換式のインクカートリッジ１３が静置されており、ここではインク色の数に応じて、ブラックインク用、シアンインク用、マゼンタインク用、イエローインク用の４つのインクカートリッジ１３が備えられている。各インクカートリッジ１３のインクは、供給管を介して、それぞれ独立して吐出ヘッドユニット２に供給される。ここでは、供給管として、可撓性を有する樹脂製のインク供給チューブ（請求項の液体供給チューブに相当）１５を用いている。

図１に示すように、記録装置１の装置本体１２内で、用紙のＹ軸方向の幅（記録領域）よりも外側における一方の側（図１の右側）には、メンテナンスユニット１７が設けられている。メンテナンスユニット１７は、キャリッジ２の待機位置（ホームポジション）に対応して設けられており、吐出ヘッド３の吐出機能を回復させるための回復動作（パージング）を行う。

メンテナンスユニット１７には、図１に示すように、キャップ体１９が設けられている。キャップ体１９は、図示しない昇降手段により、キャリッジ２の移動方向に直交する方向（上下方向）に沿って、ノズル７の開口面に接触する位置と離隔する位置との間で変位できるように設けられている。

キャップ体１９は、ゴム状の弾性材で形成されている。キャップ体１９には、ノズル７の開口面側に向かって突出するリブ１９ａが、前記開口面に接触したときにノズル群の外周を囲むように形成されており、リブ１９ａの弾性変形でキャップ体１９は前記開口面に密着する。キャップ体１９の底部には排出口７０が形成され、排出口７０はキャップ体１９の下方に配置された吸引ポンプ（図示せず）にチューブで接続されている。

回復動作では、キャップ体１９がノズル７の開口面に密着し、図示しない吸引ポンプによる吸引力で、吐出ヘッド３のノズル７からキャップ体１９の内側にインクが強制的に排出され、このインクが、排出口７０から排出されて、装置本体１２に静置された廃液タンク７１に貯められるように構成されている。

廃液タンク７１に隣接して、ポンプ１８（請求項の循環手段に相当）が配置されている。ポンプ１８に繋がれた管路７２は、廃液タンク７１から、吐出ヘッドユニット２の発熱部を通って、廃液タンク７１に戻るように構成されており、廃液タンク７１の廃液が、ポンプ１８によって管路７２を循環する。ポンプ１８にはチューブポンプ等が好適である。

管路７２のうち、少なくとも、ポンプ１８と吐出ヘッドユニット２とを接続する部分と、吐出ヘッドユニット２と廃液タンク７１とを接続する部分は、可撓性を有する樹脂性の廃液チューブ（請求項の管路を構成するチューブに相当）７３で構成されている。また、廃液チューブ７３の上記両部分は、少なくとも吐出ヘッドユニット２の走行に伴い撓む箇所において、図１（ｂ）に示すようにインク供給チューブ１５と平行状に重ねられて、相互に接着またはバンド部材（図示せず）等により結束されている。これによって、装置本体１２の内部において、多数のチューブを整然と配置することができる。

吐出ヘッドユニット２には、図２に示すように、上面を開放した略箱状のヘッドホルダ（請求項の筐体に相当する）２０が備えられ、ヘッドホルダ２０の底板２１の下面側には、補強フレーム２４を介在させて、吐出ヘッド３が固着される。補強フレーム２４の下面側には、ヘッドホルダ２０の下面側における段差（凹凸）を緩和させるために、吐出ヘッド３を囲むようにフロントフレーム２８が貼着されている（図３参照）。

ヘッドホルダ２０の底板２１の上面側には、インクカートリッジ１３から供給されたインクを一旦貯留するインク貯留部２２と、回路基板２３とが搭載されている。回路基板２３は、装置本体１２に静置された制御装置（図示せず）からフレキシブルな配線ケーブル（図示せず）を介して駆動信号を受け、コネクタ２３ａに接続されたフレキシブル配線材３３を介して、吐出ヘッド３のアクチュエータ３２に駆動信号を供給する。

ヘッドホルダ２０の底板２１には開口部２１ａが貫通形成されており、この開口部２１ａの内側では、インク貯留部２２のインク流出口２２ａと、吐出ヘッド３のインク取入口３１ａとが、補強フレーム２４の接続穴２４ａを介して接続され、インク貯留部２２から吐出ヘッド３にインクが色毎に独立して供給される。

底板２１には、ヘッドホルダ２０の一方の側壁７７寄りの位置に、フレキシブル配線材３３を挿通させるスリット孔２５が穿設されている。また、底板２１には、その下面側に吐出ヘッド３を固着させるための接着剤２６を流し込むための貫通孔２７が、側壁７７とこれに対向する側壁の両方に沿って、それぞれ複数個ずつ穿設されている。また、底板２１には、後述する放熱体４１を位置決め固定するためのピン２１ｂが、２本立設されている。

吐出ヘッド３は、特開２００５−３２２８５０号公報に記載の公知のものと同様で、図４に示すように、下面側にノズル７を開口し且つ上面側に圧力室３５を有するキャビティ部３１と、プレート型のアクチュエータ３２と、フレキシブル配線材３３とを積層して構成されている。

キャビティ部３１は、複数の薄いプレートを積層して形成されており、その内部には、インク貯留部２２からキャビティ部３１のインク取入口３１ａへ導入されたインクを、多数の圧力室３５に分配するインク供給路３４が構成されている。

アクチュエータ３２は、図４に示すように、全ての圧力室３５にわたる大きさを有する扁平形状で且つその扁平な方向と直交する方向に積層された複数のセラミックス層３６と、この複数のセラミックス層３６間に配置された複数の電極とから構成されている。

電極は、圧力室３５毎に形成された個別電極３７と、複数の圧力室３５に跨って形成されたコモン電極３８とを含み、セラミックス層３６間に交互に配置されている。積層方向の各個別電極３７は相互に一体に接続して表面に導き出され、また積層方向の各コモン電極３８も相互に一体に接続して表面に導き出され、それぞれフレキシブル配線材３３の配線パターンに接続されている。

このように電極が設けられたアクチュエータ３２では、公知のように個別電極３７とコモン電極３８との間に電圧を印加することで、両電極に挟まれたセラミックス層３６の部分が伸長し対応する圧力室３５内のインクに圧力を加え、ノズル７からインクを吐出することができる。

フレキシブル配線材３３の中途部には、アクチュエータ３２を駆動するための回路素子３９が実装されている。回路素子３９は、回路基板２３からシリアル伝送された駆動信号を、多数の個別電極３７に対応したパラレル信号に変換し、セラミックス層３６の駆動に適した電圧として出力する。従って、回路素子３９は、記録時には、高い周波数で多数のノズルからインクを吐出するように駆動信号を出力することで発熱する。

回路素子３９の熱を放熱するために、放熱体４１が底板２１の上面側にピン２１ｂに固定されている。フレキシブル配線材３３は、回路素子３９を底板２１と放熱体４１との間に位置させるように引き回されており、放熱体４１と回路素子３９を挟んで対向する位置に、ゴム状の弾性部材４０が配置されている。これにより、回路素子３９を弾性部材４０の弾性力によって放熱体４１に熱伝導可能に密着させるようにしている。

放熱体４１は、底板２１に略平行で回路素子３９と密着する底部４２と、ヘッドホルダ２０の側壁７７と略平行でフレキシブル配線材３３を回路基板２３側に案内する側部４３とが側面視Ｌ字状をなすように形成された金属製部材である。放熱体４１の底部４２及び側部４３は、回路素子３９の長手方向（Ｘ軸方向）と同じ方向に長く形成されている。底部４２には、取付穴４１ａが２箇所穿設されており、底板２１に立設されたピン２１ｂを取付穴４１ａに挿通して溶着等を行うことで、放熱体４１がヘッドホルダ２０に固定される。

側部４３の内部には、前述した管路７２の一部を構成する空間（通路）４４が、側部４３の長手方向（Ｘ軸方向）に長く形成されている。側部４３の上面には、廃液チューブ７３からの廃液をコネクタを介して空間４４に流入させるための入口７５と、廃液を空間４４からコネクタを介して廃液チューブ７３に流出させるための出口７６とが形成されている。すなわち、ポンプ１８によって、廃液タンク７１のインク廃液が放熱体４１の内部の空間４４を通って、再び廃液タンク７１に戻るように循環する。管路７２は、廃液を放熱体４１の内部において当該放熱体４１に熱伝導可能に接触させている。

このように構成すると、記録動作に伴って、回路素子３９が発熱すると、その熱が放熱体４１、ひいては放熱体４１の内部の空間４４の廃液に伝わるが、この廃液が循環しているから、放熱体４１が効率よく冷却される。すなわち、放熱体４１は、金属製で表面積が大きいため、その表面から放熱されるとともに、その内部を循環する廃液によっても冷却される。従って、回路素子３９の熱が、放熱体４１に積極的に伝わるので、吐出ヘッド３への熱の伝わりが大幅に低減される。また、放熱体４１からの熱が伝わった廃液は、管路７２および廃液タンク７１を循環している間に、室温に戻るから、再び放熱体４１に流入するときには、冷えた状態になっている。

さらに、管路７２を循環する液体として、吐出ヘッド３の回復処理に伴って排出されたインク廃液を利用しているから、循環用の液体を別途用意する必要がなく、コストの上昇も抑制できる。

以下に、第１実施形態を応用した複数の実施形態について説明する。これらの説明において、第１実施形態と同様の構成には、同一符号を付して説明を省略する。

まず、第２実施形態を、図５を用いて説明する。なお、図５では、底板２１の上面側に配置されている部品の図示を一部省略している。第２実施形態では、廃棄チューブ７３を、放熱体４１の外面に密着させるべく、放熱体４１の底部４２と側部４３に沿わせて湾曲させている。図５では、廃液チューブ７３をＵの字状に湾曲させて放熱体４１に接触させた状態を図示しているが、廃液チューブ７３を側部４３の長手方向に沿って配置したり、底部４２と側部４３の両方に接触するようなコイル状に形成して、放熱体４１の長手方向に延びるように配置し、廃液チューブ７３と放熱体４１との接触面積の増加によって、放熱の効率を向上させてもよい。

放熱体４１の形状によっては、第１実施形態のように、放熱体４１の内部に空間４４を形成できない場合があるが、このような場合には、放熱体４１の外面を利用する前記第２実施形態が好適である。

次に、第３実施形態について、図６を用いて説明する。なお、図６では、底板２１の上面側に配置されている部品の図示を一部省略している。この実施形態では、側面視Ｌ字状の放熱体４１をヘッドホルダ２０の底板２１と側壁７７の両方に重なるように固着し、且つ、放熱体４１とヘッドホルダ２０との間に空間７８を形成している。空間７８は、放熱体４１の長手方向（Ｘ軸方向）に長く形成されている。

空間７８は、管路７２の一部を構成しており、側壁７７の外面に、廃液チューブ７３からの廃液をコネクタを介して空間７８に流入させるための入口７９と、空間７８から廃液をコネクタを介して廃液チューブ７３に流出させるための出口８０とが形成されている。もちろん、空間７８の廃液が漏出しないように、放熱体４１の周囲とヘッドホルダ２０との間を、シール剤８１で封止している。なお、第３実施形態では、回路素子３９は、ヘッドホルダ２０に固着された放熱体４１に対向すべく、フレキシブル配線材３３の下面側に実装されており、ピン２１ｂには、フレキシブル配線材３３を放熱体４１へ押圧するための締付部材４５を取り付けている。

第３実施形態は、第１実施形態と同様に、廃液が直接放熱体４１に接触するから、冷却効果も高められる。また、第２実施形態と同様に、放熱体４１の内部に空間を形成できない場合に有効である。

なお、上述した第１〜第３実施形態では、吐出ヘッドユニットにおける発熱部が、フレキシブル配線材３３の回路素子３９である場合について説明したが、吐出ヘッド自体が発熱するなど、その他の部分が発熱部である場合にも、本発明は適用できる。もちろん、放熱体４１を介さずに直接発熱部（回路素子３９）に管路７２を接触させるように構成してもよい。

また、上述した実施形態では、記録装置を例示して説明したが、本発明は、インク以外の液体、例えば液晶表示装置のカラーフィルタなどを着色する着色液を吐出する液滴吐出装置に適用できることは言うまでもない。

（ａ）は本発明の液滴吐出装置としての記録装置の概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線矢視断面図である。 記録装置の吐出ヘッドユニットの分解斜視図である。 第１実施形態における図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面図である。 図２のＩＶ−ＩＶ線矢視断面図である。 第２実施形態における図３に相当する断面図である。 第３実施形態における図３に相当する断面図である。

符号の説明

１ 記録装置
２ 吐出ヘッドユニット
３ 吐出ヘッド
７ ノズル
１３ インクカートリッジ
１５ インク供給チューブ
１８ ポンプ
１９ キャップ体
３３ フレキシブル配線材
３９ 回路素子
４１ 放熱体
４４ 空間
７１ 廃液タンク
７２ 管路
７３ 廃液チューブ
７８ 空間

Claims (7)

1. 液体を吐出する吐出ヘッドユニットを備えた液滴吐出装置において、
   前記吐出ヘッドユニットの吐出機能を回復するため前記吐出ヘッドユニットから排出された前記液体の廃液を貯留する廃液タンクと、
   前記廃液タンクから延びて、前記吐出ヘッドユニットの発熱部を通り、再び廃液タンクに戻るように配置された管路と、
   前記管路に前記廃液タンクの廃液を循環させる循環手段とを備え、
   前記吐出ヘッドユニットの発熱部から発生した熱を、前記管路を循環する廃液によって放熱するように構成したことを特徴とする液滴吐出装置。
2. 前記吐出ヘッドユニットには、前記液体を吐出するノズルを有する吐出ヘッドと、前記吐出ヘッドを駆動するための回路素子が実装された配線材と、前記回路素子の熱を放熱するための放熱体とが備えられ、
   前記管路は、前記廃液を前記放熱体に熱伝導可能に接触させるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の液滴吐出装置。
3. 前記吐出ヘッドユニットは、吐出した液体を付着させる媒体に沿って移動可能に設けられ、前記廃液タンク及び前記循環手段は、前記吐出ヘッドユニットを移動可能に支持する装置本体に支持され、
   前記管路において、前記吐出ヘッドユニットと前記廃液タンク及び前記循環手段とを接続する部分は、可撓性を有するチューブで構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の液滴吐出装置。
4. 前記吐出ヘッドユニットに供給する前記液体を収容したカートリッジが、前記装置本体に支持され、前記吐出ヘッドユニットと前記カートリッジとが、可撓性を有する液体供給チューブで接続され、
   前記管路を構成するチューブと前記液体供給チューブとが、ほぼ平行に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の液滴吐出装置。
5. 前記放熱体はその内部に空間を有し、前記空間を前記管路の一部として前記廃液が流通されることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の液滴吐出装置。
6. 前記管路は、前記放熱体の外面に接触して配置されていることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の液滴吐出装置。
7. 前記吐出ヘッドユニットには、さらに前記吐出ヘッド及び前記放熱体を支持する筐体が備えられ、前記放熱体と前記筐体の壁との間の空間を、前記管路の一部として前記廃液が流通されることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の液滴吐出装置。

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