JP2015171791A - 液体吐出装置、液体吐出ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】ヘッドの駆動で生じる熱を簡単な構成で効率的に放熱することができない。【解決手段】液滴を吐出する圧力を発生させる複数の駆動柱１２Ａを有し、駆動柱１２Ａには駆動ＩＣ５０９からの駆動信号を伝達する第１配線部材１５が接続され、第１配線部材１５に接続される第２配線部材１６を備え、第２配線部材１６は金属シールド部材付き配線部材であり、第１配線部材１５には熱伝導可能な配線パターン１５１が設けられ、第１配線部材１５の配線パターン１５１と第２配線部材１６の金属シールド部材とが熱伝導用接続パッド部１５３で熱伝導可能に接続されている。【選択図】図４

Description

本発明は液体吐出装置、液体吐出ヘッドに関する。

プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ、これらの複合機等の画像形成装置である液体吐出装置として、例えば液滴を吐出する液体吐出ヘッド（液滴吐出ヘッド）からなる記録ヘッドを用いた液体吐出記録方式の画像形成装置としてインクジェット記録装置などが知られている。

液体吐出ヘッドとしては、アクチュエータに接続した回路基板に、アクチュエータの配列に沿った領域の両端部及び中央部には伝熱用配線部が設けられ、中央部の伝熱用配線部は両端部の伝熱用配線部の少なくとも一方と接続されているものが知られている（特許文献１）。

また、液体吐出ヘッドとして、複数の記録素子を駆動するための信号を供給する基板と、複数の記録素子と駆動装置及び駆動装置と基板とをそれぞれ電気的に接続する配線部材と、駆動装置から発生した熱を放散する放熱器とを備え、配線部材は駆動装置の近傍部以外の部分において放熱器の表面に接触している構成としたものが知られている（特許文献２）。

特開２０１３−１５８９１０号公報 特開２００５−２８８９５７号公報

液体吐出ヘッドにおいては、駆動素子（アクチュエータ、記録素子などとも称される）を連続駆動したときに、駆動素子で発生する熱が吐出する液体に伝導して液体の粘度が変化し、滴吐出特性が変動する。

そこで、特許文献１、２に開示されているようにヘッドに放熱手段を設けることが行われるが、未だ十分な放熱を行うことができないという課題がある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で効率的な放熱を行うことを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明に係る液体吐出装置は、
液滴を吐出する圧力を発生させる複数の駆動素子を有し、前記駆動素子には駆動信号を伝達する第１配線部材が接続された液体吐出ヘッドと、
前記液体吐出ヘッドの前記第１配線部材に接続される第２配線部材と、を備え、
前記第２配線部材は、金属シールド部材付き配線部材であり、
前記第１配線部材には熱伝導可能なパターンが設けられ、
前記第１配線部材の前記熱伝導可能なパターンと前記第２配線部材の前記金属シールド部材とが熱伝導可能に接続されている
構成とした。

本発明によれば、簡単な構成で効率的な放熱を行うことができる。

本発明に係る液体吐出ヘッドの一例の外観斜視説明図である。 同ヘッドのノズル配列方向と直交する方向（液室長手方向）の断面説明図である。 同ヘッドのノズル配列方向（液室短手方向）の断面説明図である。 本発明の第１実施形態の説明に供する正面説明図である。 同じく側面説明図である。 同じく第２配線部材を取り外した状態の正面説明図である。 同じく電気回路図である。 本発明に係る液体吐出装置である画像形成装置の一例の機構部の側面説明図である。 同機構部の要部平面説明図である。 ヘッドユニットの一例を示す正面説図である。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。まず、本発明に係る液体吐出ヘッドの一例について図１ないし図３を参照して説明する。図１は同液体吐出ヘッドの外観斜視説明図、図２は同ヘッドのノズル配列方向と直交する方向（液室長手方向）の断面説明図、図３は同ヘッドのノズル配列方向（液室短手方向）の断面説明図である。

この液体吐出ヘッドは、ノズル板１と、流路板２と、振動板部材３とを積層接合している。そして、振動板部材３を変位させる圧電アクチュエータ１１と、共通液室部材としてのフレーム部材２０とを備えている。

ノズル板１、流路板２及び振動板部材３によって、液滴を吐出する複数のノズル４に連なって通じる個別液室６、個別液室６に液体を供給する流体抵抗部７と、流体抵抗部７に通じる液導入部８とを形成している。

そして、フレーム部材２０の共通液室１０から振動板部材３に形成したフィルタ部９を通じて、液導入部８、流体抵抗部７を経て複数の個別液室６に液体を供給する。

ここで、ノズル板１は、各個別液室６に対応して例えば直径１０〜３５μｍのノズル４を形成し、流路板２と接着剤接合している。また、このノズル板１の液滴吐出側面（吐出方向の表面：吐出面、又は液室６側と反対の面）には撥水層を設けている。

流路板２は、単結晶シリコン基板をエッチングして、個別液室６、流体抵抗部７、液導入部８などを構成する溝部を形成している。なお、流路板２は、例えばＳＵＳ基板などの金属板を酸性エッチング液でエッチングし、あるいはプレスなどの機械加工を行って形成することもできる。

振動板部材３は、流路板２の個別液室６の壁面を形成する壁面部材及びフィルタ部９を形成するフィルタ部材を兼ねている。この振動板部材３は個別液室６側から第１層３Ａ、第２層３Ｂ、第３層３Ｃの３層（２層又は４層以上でもよい。）からなる複層構造としている。そして、第１層３Ａで個別液室６に対応する部分に変形可能な振動領域３０を形成している。

この振動板部材３の個別液室６とは反対側に、振動板部材３の振動領域３０を変形させる駆動素子（アクチュエータ手段、圧力発生手段）としての電気機械変換素子を含む圧電アクチュエータ１１を配置している。

この圧電アクチュエータ１１は、金属部材からなるベース部材１３上に接着剤接合した複数の積層型圧電部材１２を有し、圧電部材１２にはハーフカットダイシングによって溝加工して１つの圧電部材１２に対して所要数の圧電柱１２Ａ、１２Ｂを所定の間隔で櫛歯状に形成している。

圧電部材１２の圧電柱１２Ａ、１２Ｂは、同じものであるが、駆動波形を与えて駆動させる圧電柱を駆動圧電柱（駆動柱、以下「駆動素子」ともいう。）１２Ａ、駆動波形を与えないで単なる支柱として使用する圧電柱を非駆動圧電柱（非駆動柱）１２Ｂとして区別している。

そして、駆動柱１２Ａを振動板部材３の振動領域３０に形成した島状の厚肉部である凸部３０ａに接合している。また、非駆動柱１２Ｂを振動板部材３の厚肉部である凸部３０ｂに接合している。

この圧電部材１２は、圧電層と内部電極とを交互に積層したものであり、内部電極がそれぞれ端面に引き出されて外部電極が設けられ、駆動柱１２Ａの外部電極に駆動信号を伝達するための撓むことができるフレキシブル配線基板としてのＦＰＣなどからなる第１配線部材１５が接続されている。第１配線部材１５には、電磁波によるノイズの影響除去等のために用いられる金属シールド部材付きのＦＦＣなどからなるフレキシブル配線基板としての第２配線部材１６が接続されている。

フレーム部材２０は、例えばエポキシ系樹脂或いは熱可塑性樹脂であるポリフェニレンサルファイト等で射出成形により形成し、図示しないヘッドタンクや液体カートリッジから液体が供給される共通液室１０が形成されている。

このように構成した液体吐出ヘッドにおいては、例えば駆動柱１２Ａに印加する電圧を基準電位から下げることによって駆動柱１２Ａが収縮し、振動板部材３の振動領域３０が下降して個別液室６の容積が膨張することで、個別液室６内に液体が流入する。

その後、駆動柱１２Ａに印加する電圧を上げて駆動柱１２Ａを積層方向に伸長させ、振動板部材３の振動領域３０をノズル４方向に変形させて個別液室６の容積を収縮させることにより、個別液室６内の液体が加圧され、ノズル４から液滴が吐出（噴射）される。

そして、駆動柱１２Ａに印加する電圧を基準電位に戻すことによって振動板部材３の振動領域３０が初期位置に復元し、個別液室６が膨張して負圧が発生するので、このとき、共通液室１０から個別液室６内に液体が充填される。そこで、ノズル４のメニスカス面の振動が減衰して安定した後、次の液滴吐出のための動作に移行する。

なお、このヘッドの駆動方法については上記の例（引き−押し打ち）に限るものではなく、駆動波形の与えた方によって引き打ちや押し打ちなどを行なうこともできる。

次に、本発明の第１実施形態について図４ないし７も参照して説明する。図４は同実施形態の説明に供する正面説明図、図５は同じく側面説明図、図６は同じく第２配線部材を取り外した状態の正面説明図、図７は同じく電気回路図である。

第１配線部材１５には、圧電アクチュエータ１１の駆動素子１２Ａに与える駆動信号を出力する駆動ＩＣ５０９が実装され、駆動ＩＣ５０９からの信号を各駆動素子１２Ａの個別電極に伝達するための配線（個別配線）とともに、共通電極となるＧＮＤを接続するＧＮＤ配線パターンである配線パターン１５１が形成されている。配線パターン１５１は銅線で形成され熱伝導可能なパターンである。

配線パターン１５１は、第１配線部材１５に第２配線部材１６が接続される側の部分１５１ａの幅が、他の部分１５１ｂよりも広く形成されている。

第２配線部材１６は、金属シールド部材付きのＦＦＣなどの配線部材である。この第２配線部材１６と第１配線部材１５とは電気的接続パッド１５２で電気的に接続される。

また、この第２配線部材１６の金属シールド部材は、第１配線部材１５の配線パターン１５１と伝熱用接続部１５３で熱伝導可能に接続されている。

したがって、圧電アクチュエータ１１を駆動することによって生じる熱は、第１配線部材１５の配線パターン１５１を介して第２配線部材１６の金属シールド部材に伝達されて放熱される。

ここで、第１配線部材１５として使用するＦＰＣにおける配線パターン１５１は数μｍ厚と非常に薄いために熱容量が小さく、配線パターン１５１だけで放熱することは難しい。これに対し、第１配線部材１６は、配線部材を覆っている金属シールド部材の厚みが数ｍｍあり、第１配線部材１５よりも遥かに熱容量が大きく、多くの熱を吸収して放熱する作用を発揮する。

そして、第２配線部材１６の金属シールド部材は大気に露出する部分である。

これにより、圧電アクチュエータ１１側から伝わる熱を効率的に放熱することができ、安定した滴吐出特性で液滴を吐出することができる。

また、本実施形態では、圧電アクチュエータ１１のベース部材１３を金属部材で形成し、第１配線部材１５とベース部材１３とを熱伝導可能に接続している。

これにより、圧電アクチュエータ１１の駆動によって発生した熱は、ベース部材１３も介して第１配線部材１５の配線パターン１５１に伝わり、第２配線部材１６の金属シールド部材に伝達されて、より効率的な放熱を行うことができる。

また、本実施形態では、熱伝導可能なパターンは配線パターン１５１とし、配線パターン１５１はＧＮＤ配線パターンとしている。

ＧＮＤ配線パターンは、他の配線パターンに比べて幅が広く、他の配線パターンよりも熱容量が高いので、より効率的に金属シールド部材への熱伝達を行うことができる。なお、熱伝導可能なパターンは、配線パターンと別に設けることもできる。

また、本実施形態では、図６に示すように、配線パターン１５１の熱伝導接続パッド部１５３が剥き出しの状態で、第２配線部材１６の金属シールド部材と接続されている。

すなわち、第１配線部材１５の配線パターンは、通常は感電やショート防止のために絶縁皮膜で覆われているが、絶縁皮膜で覆われることにより放熱効果が低減することになる。そこで、放熱用の第２配線部材１６の金属シールド部材との接続部（熱伝導接続パッド１５３の部分）では、銅線が剥き出しの状態で金属シールド部材と接合することにより、効率よく熱を伝導できるようにしている。

次に、本発明に係る液体吐出装置である画像形成装置の一例について図８ないし図１０を参照して説明する。図８は同装置の機構部の側面説明図、図９は同機構部の要部平面説明図、図１０はヘッドユニットの一例の正面説明図である。

この画像形成装置はシリアル型画像形成装置であり、左右の側板２２１Ａ、２２１Ｂに横架したガイド部材である主従のガイドロッド２３１、２３２でキャリッジ２３３を主走査方向に摺動自在に保持している。そして、図示しない主走査モータによってタイミングベルトを介して矢示方向（キャリッジ主走査方向）に移動走査する。

このキャリッジ２３３には、図９にも示すように、本発明に係る液体吐出ヘッドからなる記録ヘッド２３４と同ヘッド２３４に供給するインクを収容するタンク２３５を一体化したヘッドユニットを搭載している。記録ヘッド２３４は、複数のノズルからなるノズル列を主走査方向と直交する副走査方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。

記録ヘッド２３４は、それぞれ２つのノズル列を有する。そして、一方の記録ヘッド２３４ａの一方のノズル列はブラック（Ｋ）の液滴を、他方のノズル列はシアン（Ｃ）の液滴を吐出する。また、他方の記録ヘッド２３４ｂの一方のノズル列はマゼンタ（Ｍ）の液滴を、他方のノズル列はイエロー（Ｙ）の液滴を吐出する。なお、ここでは２ヘッド構成で４色の液滴を吐出する構成としているが、１ヘッド当たり４ノズル列配置とし、１個のヘッドで４色の各色を吐出させることもできる。

また、記録ヘッド２３４のタンク２３５には各色の供給チューブ２３６を介して、供給ユニットによって各色のインクカートリッジ２１０から各色のインクが補充供給される。

一方、給紙トレイ２０２の用紙積載部（圧板）２４１上に積載した用紙２４２を給紙するための給紙部として、用紙積載部２４１から用紙２４２を１枚ずつ分離給送する半月コロ（給紙コロ）２４３及び給紙コロ２４３に対向する分離パッド２４４を備えている。

そして、この給紙部から給紙された用紙２４２を記録ヘッド２３４の下方側に送り込むために、用紙２４２を案内するガイド２４５と、カウンタローラ２４６と、搬送ガイド部材２４７と、先端加圧コロ２４９を有する押さえ部材２４８とを備えている。さらに、給送された用紙２４２を静電吸着して記録ヘッド２３４に対向する位置で搬送するための搬送手段である搬送ベルト２５１を備えている。

この搬送ベルト２５１は、無端状ベルトであり、搬送ローラ２５２とテンションローラ２５３との間に掛け渡されて、ベルト搬送方向（副走査方向）に周回するように構成している。また、この搬送ベルト２５１の表面を帯電させるための帯電ローラ２５６を備えている。この帯電ローラ２５６は、搬送ベルト２５１の表層に接触し、搬送ベルト２５１の回動に従動して回転するように配置されている。この搬送ベルト２５１は、図示しない副走査モータによってタイミングを介して搬送ローラ２５２が回転駆動されることによってベルト搬送方向に周回移動する。

さらに、記録ヘッド２３４で記録された用紙２４２を排紙するための排紙部として、搬送ベルト２５１から用紙２４２を分離するための分離爪２６１と、排紙ローラ２６２及び排紙コロ２６３とを備え、排紙ローラ２６２の下方に排紙トレイ２０３を備えている。

また、装置本体の背面部には両面ユニット２７１が着脱自在に装着されている。この両面ユニット２７１は搬送ベルト２５１の逆方向回転で戻される用紙２４２を取り込んで反転させて、再度、カウンタローラ２４６と搬送ベルト２５１との間に給紙する。また、この両面ユニット２７１の上面は手差しトレイ２７２としている。

さらに、キャリッジ２３３の走査方向一方側の非印字領域には、記録ヘッド２３４のノズルの状態を維持し、回復するための維持回復機構２８１を配置している。

この維持回復機構２８１には、記録ヘッド２３４の各ノズル面をキャピングするための各キャップ２８２ａ、２８２ｂを備えている。また、維持回復機構２８１は、ノズル面をワイピングするためのワイパ部材２８３を備えている。また、維持回復機構は２８１は、増粘した記録液を排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行うときの液滴を受ける空吐出受け２８４などを備えている。

また、キャリッジ２３３の走査方向他方側の非印字領域には、記録中などに増粘した記録液を排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行うときの液滴を受ける空吐出受け２８８を配置している。この空吐出受け２８８には記録ヘッド２３４のノズル列方向に沿った開口部２８９などを備えている。

このように構成したこの画像形成装置においては、給紙トレイ２０２から用紙２４２が１枚ずつ分離給紙されてガイド２４５で案内され、搬送ベルト２５１とカウンタローラ２４６との間に挟まれて搬送される。更に、用紙２４２は、先端を搬送ガイド２３７で案内されて先端加圧コロ２４９で搬送ベルト２５１に押し付けられ、略９０°搬送方向を転換される。

そして、帯電した搬送ベルト２５１上に用紙２４２が給送されると、用紙２４２が搬送ベルト２５１に吸着され、搬送ベルト２５１の周回移動によって用紙２４２が副走査方向に搬送される。

そこで、キャリッジ２３３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド２３４を駆動することにより、停止している用紙２４２にインク滴を吐出して１行分を記録し、用紙２４２を所定量搬送後、次の行の記録を行う。記録終了信号又は用紙２４２の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了して、用紙２４２を排紙トレイ２０３に排紙する。

このように、この画像形成装置では、本発明に係る液体吐出ヘッドを記録ヘッドとして備えるので、高画質画像を安定して形成することができる。

なお、本願において、「用紙」とは材質を紙に限定するものではなく、被記録媒体、記録媒体、記録紙、記録用紙などと称されるものを含む。また、画像形成、記録、印字、印写、印刷はいずれも同義語とする。また、「液体吐出装置」は画像形成装置を含み、媒体に液体を吐出する装置を意味する。

また、「画像」とは平面的なものに限らず、立体的に形成されたものに付与された画像、また立体自体を三次元的に造形して形成された像も含まれる。

また、画像形成装置には、特に限定しない限り、シリアル型画像形成装置及びライン型画像形成装置のいずれも含まれる。

また、駆動素子は、圧電アクチュエータに限らず、振動板と対向電極からなる静電アクチュエータなどを使用することもできる。

１ ノズル板
２ 流路板
３ 振動板部材
４ ノズル
６ 個別液室
１０ 共通液室
１２ 圧電部材
１５ 第１配線部材
１６ 第２配線部材
２０ フレーム部材
２３３ キャリッジ
２３４、２３４ａ、２３４ｂ 記録ヘッド

Claims (6)

1. 液滴を吐出する圧力を発生させる複数の駆動素子を有し、前記駆動素子には駆動信号を伝達する第１配線部材が接続された液体吐出ヘッドと、
   前記液体吐出ヘッドの前記第１配線部材に接続される第２配線部材と、を備え、
   前記第２配線部材は、金属シールド部材付き配線部材であり、
   前記第１配線部材には熱伝導可能なパターンが設けられ、
   前記駆動素子が形成された部材と前記第１配線部材の前記熱伝導可能なパターン、及び前記第１配線部材の前記熱伝導可能なパターンと前記第２配線部材の前記金属シールド部材とがそれぞれ熱伝導可能に接続されている
   ことを特徴とする液体吐出装置。
2. 前記駆動素子を保持する保持部材を有し、
   前記第１配線部材は前記保持部材に熱伝導可能に接続されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
3. 前記保持部材は金属部材である
   ことを特徴とする請求項２に記載の液体吐出装置。
4. 前記第１配線部材の前記熱伝導可能なパターンはＧＮＤ配線パターンである
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の液体吐出装置。
5. 前記第１配線部材の前記熱伝導可能なパターンと前記第２配線部材の前記金属シールド部材とは、前記熱伝導可能なパターンを形成する銅線が剥き出しの状態で接続されている
   ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の液体吐出装置。
6. 液滴を吐出する圧力を発生させる複数の駆動素子を有し、前記駆動素子には駆動信号を伝達する第１配線部材が接続された液体吐出ヘッドであって、
   前記第１配線部材には金属シールド部材付き配線部材からなる第２配線部材が接続可能であり、
   前記第１配線部材には熱伝導可能なパターンが設けられ、
   前記駆動素子が形成された部材と前記第１配線部材の前記熱伝導可能なパターン、及び前記第１配線部材の前記熱伝導可能なパターンに前記第２配線部材の前記金属シールド部材とがそれぞれ熱伝導可能に接続される
   ことを特徴とする液体吐出ヘッド。

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