JP2019018413A - 液体吐出ヘッド及び液体吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、液体吐出装置の本体への取り付け姿勢に関わらず、電気部品に液体が接触する前に液体の漏れを検出できる液体吐出ヘッドの提供を目的とする。【解決手段】本発明の液体吐出ヘッドは、下方に向けて液体を吐出する記録素子基板と、前記記録素子基板の上方に配置され、複数の電気部品を有し、前記記録素子基板と電気的に接続される電気基板と、前記電気基板との間で液体を保持可能に、前記電気基板を覆う壁と、前記壁に覆われた領域に配置され、液体の有無を検出するセンサーと、を備え、液体吐出装置の本体に取り付けられた姿勢で、前記センサーは複数の前記電気部品に対し鉛直方向における下方に配置されていることを特徴とする。【選択図】図５

Description

本発明は、液体吐出ヘッド及び液体吐出装置に関する。

例えば、特許文献１には、液体吐出ヘッドの電気基板にインク漏れ検出用の配線パターンを設けて、液体吐出装置の電源投入時及び動作中に常時インク漏れの検出を行う液体吐出装置が開示されている。

特開２００８−２５４３６２号公報

ところで、特許文献１に開示されている液体吐出ヘッドでは、電気基板が有する電気部品と、インク漏れ検出用の配線パターンとの位置関係が明確に開示されていない。そのため、特許文献１に開示されている液体吐出ヘッドの場合、例えば、液体吐出装置の本体への取り付け姿勢によっては、インク漏れ検出用の配線パターンによりインク漏れを検出する前にインクが電気部品に接触する場合がある。

本発明は、液体吐出装置の本体への取り付け姿勢に関わらず、電気部品に液体が接触する前に液体の漏れを検出できる液体吐出ヘッドの提供を目的とする。

本発明の液体吐出ヘッドは、下方に向けて液体を吐出する記録素子基板と、前記記録素子基板の上方に配置され、複数の電気部品を有し、前記記録素子基板と電気的に接続される電気基板と、前記電気基板との間で液体を保持可能に、前記電気基板を覆う壁と、前記壁に覆われた領域に配置され、液体の有無を検出するセンサーと、を備え、液体吐出装置の本体に取り付けられた姿勢で、前記センサーは複数の前記電気部品に対し鉛直方向における下方に配置されている。

本発明の液体吐出ヘッドによれば、液体吐出装置の本体への取り付け姿勢に関わらず、電気部品に液体が接触する前に液体の漏れを検出できる。

第１実施形態の液体吐出装置を示す概略図である。 第１実施形態の液体吐出ヘッドの斜視図及び分解斜視図である。 第１実施形態の液体吐出ヘッドの一部の模式図である。 図３のＡ部の拡大図である。 第１実施形態の液体吐出ヘッドの横断面図である。 第２実施形態の液体吐出ヘッドの一部の模式図である。 第２実施形態の液体吐出ヘッドの取り付け状態の一例を示す模式図である。 第３実施形態の液体吐出ヘッドの一部の模式図である。 第３実施形態の液体吐出ヘッドと、漏れたインクとの関係とを示す模式図である。

＜第１実施形態＞
まず、本実施形態の液体吐出装置１０００の全体構成について説明する。図１は、本実施形態の液体吐出装置１０００の概略図である。液体吐出装置１０００は、液体吐出ヘッド３から被記録媒体２に直接記録を行わず、一度、転写ドラム１００７にインクＩ（液体の一例、図４参照）を吐出して付着させた後（画像を形成した後）に、その画像を被記録媒体２に転写する構成となっている。
液体吐出装置１０００では、ＣＭＹＫの４種類のインクＩにそれぞれ対応した４つの単色用の液体吐出ヘッド３が転写ドラム１００７の外周に沿って円弧状に配置されている。これにより、転写ドラム１００７上にフルカラー画像が形成され、そのフルカラー画像は転写ドラム１００７上で適切な乾燥状態にされた後、転写部１００８で紙搬送ローラー１００９により搬送される被記録媒体２へ転写される。
液体吐出ヘッド３には、液体吐出ヘッド３へ電力及び吐出制御信号を伝送する電気制御部が電気的に接続されている。

本実施形態は、インクＩをタンク（図示省略）と吐出モジュール２００との間で循環させる形態であるが、その他の形態であってもよい。例えば、インクＩを循環せずに、液体吐出ヘッド３の上流側と下流側に２つのタンク（図示省略）を設け、一方のタンクから他方のタンクへインクＩを流すことで、圧力室のインクＩを流動させる形態であってもよい。
また、本実施形態の液体吐出ヘッド３は、被記録媒体２の幅に対応した長さを有するページワイド型ヘッドであるが、被記録媒体２に対してスキャンを行いながら記録を行うシリアル型の液体吐出ヘッド３に適用してもよい。シリアル型の液体吐出ヘッド３としては、例えばブラックインク用及びカラーインク用記録素子基板を各１つずつ搭載する構成が挙げられる。しかしながら、これに限らず複数の記録素子基板を吐出口の列方向に吐出口をオーバーラップさせるよう配置した、被記録媒体２の幅よりも短い、短尺のラインヘッドとしてもよい。本実施形態で用いられる被記録媒体２はカット紙に限らず連続したロール紙であってもよく、液体の一例はインク以外の液体であってもよい。
また、インク等の液体を吐出する本発明の液体吐出ヘッド及び液体吐出ヘッドを搭載した液体吐出装置は、プリンタ、複写機、通信システムを有するファクシミリ、プリンタ部を有するワードプロセッサなどの装置に適用可能である。さらには、各種処理装置と複合的に組み合わせた産業記録装置に適用可能である。例えば、バイオチップ作製、電子回路印刷、半導体基板作製、３Ｄプリンタなどの用途としても用いることができる。

次に、本実施形態の液体吐出ヘッド３について説明する。図２（ａ）は液体吐出ヘッド３の斜視図、図２（ｂ）は液体吐出ヘッド３の分解斜視図である。
液体吐出ヘッド３は、その長手方向に直線状（インライン）に配列される複数の（一例として３６個の）記録素子基板５１０を備え、各色のインクにより記録を行うインクジェット式のページワイド型の記録ヘッドである。
液体吐出ヘッド３は、吐出モジュール２００と、流路部３００と、電気構成部４００と、インクＩの有無を検出するセンサー５９７とを備えている（図２（ｂ）、図３〜図５参照）。さらに、液体吐出ヘッド３は、一対のシールド板６３２と、一対のユニット支持部８１と、液体供給ユニット２２０とを備えている（図２（ａ）参照）。
吐出モジュール２００は、複数の記録素子基板５１０と、記録素子基板５１０の対向する縁部それぞれに接続されたフレキシブル基板５４０（電気配線基板の一例）と、カバー部材１３０とを含んで構成されている（図２（ｂ）、図３及び図５参照）。カバー部材１３０には、記録素子基板５１０の吐出口形成面を露出するための開口１３１が形成されている。流路部３００は、複数の第１流路部材５５０と、長尺の第２流路部材５６０とを含んで構成されている（図２（ｂ）参照）。電気構成部４００は、複数（一例として８枚の）の電気基板５９０と、長尺の支持板５８１と、負圧制御ユニット２３０とを含んで構成されている（図２（ａ）及び（ｂ）並びに図５参照）。

本実施形態では、８枚の電気基板５９０は、一対のユニット支持部８１に取り付けられた長尺の支持板５８１の各面側に、それぞれ４枚ずつ取り付けられる（図２（ｂ）参照）。一対のシールド板６３２は、支持板５８１の両面側に取り付けられている複数の電気基板５９０よりも外側に配置されている。一対のシールド板６３２の長手方向の両端には一対のユニット支持部８１が取り付けられ、下側には第２流路部材５６０が取り付けられている。そして、一対のシールド板６３２と、一対のユニット支持部８１と、第２流路部材５６０とは、複数の電気基板５９０を液密に（内側にインクＩを保持可能に）囲む壁７００（図２及び図５参照）を構成している。すなわち、壁７００は、複数の電気基板５９０との間でインクＩを保持可能にしつつ、複数の電気基板５９０を覆っている。なお、壁７００は、その内側に配置されている電気基板５９０を、静電気、ゴミ、水分等から保護するためのものである。

図３は、液体吐出ヘッド３の一部の模式図である。本実施形態の液体吐出ヘッド３の場合、印字幅分の複数の吐出モジュール２００（複数の記録素子基板５１０）を直線状に配列している。すなわち、複数の記録素子基板５１０は、直線方向に並ぶことで、長尺な基板群を構成している。各吐出モジュール２００は、それぞれ、フレキシブル基板５４０を介して電気基板５９０に電気的に接続（電気接続）されている。各記録素子基板５１０にはインクＩを吐出するための複数の吐出口（図示省略）が形成されており、各記録素子基板５１０は、複数の吐出口を下方に向けてインクＩを吐出する。すなわち、本実施形態の液体吐出ヘッド３は、各記録素子基板５１０の吐出口面を下方に向けて配置されている。
なお、記録素子基板５１０には、その長手方向の一端側から他端側に亘って並ぶインクＩの吐出口が形成され、インクＩを吐出するためのエネルギーを発生する記録素子（不図示）、及び、この記録素子を内部に備える圧力室（不図示）が備えられている。そして、本実施形態では、当該圧力室の内部のインクＩは当該圧力室の外部（例えば、タンク）との間で循環される。

各電気基板５９０には、コンデンサ５９３と、コネクタ（信号入力端子５９１及び電力供給端子５９２）と、ＥＥＰＲＯＭ、トランジスタ、パワーＭＯＳＦＥＴ、チップ抵抗等の電気部品５９４とが配置されている。各電気基板５９０は、液体吐出装置本体１０００Ａから信号入力端子５９１を介して受け取った動作信号からインクＩを吐出するための信号を生成して出力する。図３に示すように、各電気基板５９０には複数のフレキシブル基板５４０が接続されており、各フレキシブル基板５４０には各記録素子基板５１０が接続されている。各フレキシブル基板５４０は、電気基板５９０が出力した信号を各記録素子基板５１０に伝達する。すなわち、複数の記録素子基板５１０と、各電気基板５９０とは、フレキシブル基板５４０により連結されている。
複数の第１流路部材５５０は、それぞれ、各記録素子基板５１０の上側で各記録素子基板５１０に接合している。各第１流路部材５５０は、その上側に配置されている第２流路部材５６０の長手方向に沿って並べられた状態で第２流路部材５６０に接合されている。
ここで、フレキシブル基板５４０は、電気基板５９０と、例えば、ワイヤーボンディング等で接続されている。図３中の左から１番目及び２番目のフレキシブル基板５４０はその下の（電気基板５９０にフレキシブル基板５４０が重なった部分の）構成を説明するため、透過した図となっている。ここで、電気基板５９０に設けられているフレキシブル基板５４０との接続部分を、接続部５９６とする。
なお、図３に示されるように、電気基板５９０は、各記録素子基板５１０の上方に配置されている。また、コンデンサ５９３と、コネクタ（信号入力端子５９１及び電力供給端子５９２）と、電気部品５９４とは、接続部５９６よりも上方に位置している。すなわち、電気基板５９０が有する複数の電気部品（好ましくはすべての電気部品）は、接続部５９６よりも上方に位置している。

図４（ａ）及び（ｂ）は、図５中の破線Ａ部で囲まれた部分の拡大図を示す。電気基板５９０におけるフレキシブル基板５４０との接続部５９６よりも下方の部分には、センサー５９７が設けられている。すなわち、センサー５９７は、壁７００内に配置されている。センサー５９７は、一対の検出部５９７ａ、５９７ｂで構成されている。一対の検出部５９７ａ、５９７ｂは、電気基板５９０の長手方向において互いに離間して配置されている。センサー５９７は、一対の検出部５９７ａ、５９７ｂの間にインクＩが到達すると（図４（ｂ）参照）、インクＩの有する導電性としての性質を利用して導通し、インクＩの有無を検出できる。

図５は、液体吐出ヘッド３（例えば、図１のＫ色の液体吐出ヘッド３）の横断面図（液体吐出ヘッド３の長手方向（吐出モジュール２００の配列方向に交差する断面）を示す。図５に示すように、記録素子基板５１０の両側には各フレキシブル基板５４０の一端が接続され、さらに各フレキシブル基板５４０の他端側は電気基板５９０の接続部５９６に接続されている。また、各電気基板５９０は、第２流路部材５６０に支持された支持板５８１の両面側にビス等で固定され、一例として記録素子基板５１０に対して垂直に配置されている。
図５に示すように、液体吐出ヘッド３が液体吐出装置本体１０００Ａに取り付けられた姿勢で、センサー５９７は、電気基板５９０が有する複数の電気部品（好ましくはすべての電気部品）及び接続部５９６に対し鉛直方向における下方に配置されている。

ここで、液体吐出ヘッド３のシールド板６３２の内側（壁７００に覆われた領域内をいい、本明細書では壁７００内ともいう。）でインクＩの漏えいが起こった場合、インクＩは、壁７００の外側へ漏れずに壁７００内に貯まることになる。そして、さらにインクＩが溜まりインクＩの液面が上昇すると、コンデンサ５９３、コネクタ（信号入力端子５９１及び電力供給端子５９２）、電気部品５９４及び接続部５９６へインクＩが接触し、結果としてショート等の不具合が発生する。
そこで、本実施形態では、液体吐出ヘッド３が液体吐出装置本体１０００Ａに取り付けられた姿勢で、センサー５９７は、電気基板５９０が有するすべての電気部品及び接続部５９６に対し鉛直方向における下方に配置されている（図５参照）。具体的には、図５中の鉛直方向の位置Ｂは、対向して配置された電気基板５９０のうちの、鉛直方向において下方側に配置された電気基板５９０の有するすべての電気部品のうちの最も下方に配置されている電気部品の位置である。また、位置Ｃは接続部５９６が設けられている位置であり、位置Ｄはセンサー５９７が配置されている位置である。そして、本液体吐出ヘッド３のように傾いた配置の場合であっても、位置Ｄは、位置Ｂ及び位置Ｃよりも鉛直方向において下方に位置する。そのため、センサー５９７は、コンデンサ５９３、コネクタ（信号入力端子５９１及び電力供給端子５９２）、電気部品５９４及び接続部５９６へインクＩの液面が到達する前にインクＩを検出する。なお、本実施形態の場合、センサー５９７がインクＩの到達を検出すると、例えば、その旨を報知手段（ユーザーに報知するためのパネル等）により報知し、ユーザーに液体吐出ヘッド３の交換を喚起するようにしてもよい。

以上のとおりであるから、本実施形態の場合、以下の効果を奏する。
本実施形態のセンサー５９７は、すべての電気部品よりも鉛直方向において下方に位置している。そのため、本実施形態の場合、壁７００内に漏れたインクＩがすべての電気部品のうち鉛直方向においても最も下方に配置されている電気部品に接触する前に、インクＩを検出することができる。
本実施形態のセンサー５９７は、すべての電気部品のうち少なくともコンデンサ５９３よりも鉛直方向において下方に位置している。そのため、本実施形態の場合、壁７００内に漏れたインクＩが少なくともコンデンサ５９３に接触する前に、インクＩを検出することができる。コンデンサ５９３は、他の電気部品よりもインクＩに接触した際の影響が大きいため、少なくともコンデンサ５９３がセンサー５９７よりも鉛直方向における上方に位置していることは有効である。
なお、センサー５９７をすべての電気部品よりも鉛直方向において下方に位置させることが有効であるが、電気部品のうちのインクIに接触した際の影響が比較的小さい電気部品をセンサー５９７よりも下方に設けてもよい。
本実施形態のセンサー５９７は、接続部５９６よりも鉛直方向において下方に位置している。そのため、本実施形態の場合、壁７００内に漏れたインクＩが接続部５９６に接触する前に、インクＩを検出することができる。
本実施形態のセンサー５９７は、電気基板５９０に設けられている。そのため、簡単な構成でセンサー５９７を設けることができる。

なお、壁７００内のインクＩの検出のタイミングを早めるために、例えば、壁７００内かつセンサー５９７の下方に、多孔質体等で構成されているインクＩを吸収する部材（液体吸収材）を配置してもよい。この変形例の場合、液体吸収材がない場合に比べて、壁７００内にインクＩが漏れていることを早く検出することが可能となる。

なお、本実施形態では、例えば、液体供給ユニット２２０から第２流路部材５６０へと供給される過程でインクIの漏えいが生じる恐れが想定される。すなわち、液体吐出ヘッド３の長手方向における両端部においてインクIの漏えいが懸念される。このようにインクIの漏えいが生じると、本実施形態のように液体吐出ヘッド３が傾いて配置される場合（図５）、互いに対向する電気基板５９０のうちの下方に配置された電気基板５９０と、これに対向するシールド板６３２との間にインクIが溜まりやすい。したがって、少なくとも互いに対向する電気基板５９０のうちの下方に配置された電気基板５９０にセンサー５９７が設けられていることが好ましい。

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態について説明する。本実施形態については第１実施形態と異なる部分のみを説明する。図６は、本実施形態の液体吐出ヘッド３Ａの一部の模式図である。本実施形態の場合、各電気基板５９０の長手方向の両端側に、それぞれセンサー５９７、センサー５９９が配置されている。センサー５９９は、センサー５９７と同じ構成である。すなわち、本実施形態では、２個のセンサー（センサー５９７及びセンサー５９９）は、複数の記録素子基板５１０（基板群）の長手方向に離れて位置している。
図７（ａ）及び（ｂ）は、液体吐出装置本体１０００Ａに取り付けられている液体吐出ヘッド３Ａの長手方向の姿勢を例示している。液体吐出ヘッド３Ａは、液体吐出装置本体１０００Ａへの搭載時には各部材の加工公差や製造公差等の部品精度、液体吐出装置１０００の設置場所等により、図７（ａ）及び（ｂ）のように傾いていることが想定される。

本実施形態の液体吐出ヘッド３Ａは、図７（ａ）及び（ｂ）のように液体吐出ヘッド３Ａが長手方向に傾いていても、壁７００内のインクＩの液面がＥ位置及びＦ位置の少なくとも一方に到達した時点で検出することが可能である。ここで、Ｅ位置及びＦ位置とは、液体吐出ヘッド３Ａの長手方向における傾き姿勢により、センサー５９７及びセンサー５９９のうちより下方に位置するセンサーの鉛直方向の位置である。

以上の構成により、本実施形態の液体吐出ヘッド３Ａ、自身が長手方向に傾いている場合であっても、インクＩの検出の精度が高い。

＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態について説明する。本実施形態については第１及び第３実施形態と異なる部分のみを説明する。図８は、本実施形態の液体吐出ヘッド３Ｂの一部の模式図である。
本実施形態の場合、各電気基板５９０には、その長手方向に沿って、３つ以上のセンサー５９７、センサー５９９、センサー６００等が配置されている。センサー６００は、センサー５９７と同じ構成である。すなわち、本実施形態では、複数のセンサー（センサー５９７、５９９、６００）は、各記録素子基板５１０の長手方向に沿って並べられている。別の見方をすると、複数のセンサー（センサー５９７、５９９、６００）は、複数の記録素子基板５１０（基板群）の長手方向に沿って並べられている。

ここで、図９は、壁７００内に漏れたインクＩの液面が均一な面ではない場合、例えば、フレキシブル基板５４０の縁や隣接するフレキシブル基板５４０同士の隙間を伝ってインクＩの一部が早く上昇するような場合を示している。

以上の構成により、本実施形態の液体吐出ヘッド３Ｂは、図９のように壁７００内に漏れたインクＩの液面が均一な面ではない場合であっても、前述の第１実施形態の液体吐出ヘッド３に比べて、インクＩの漏れの検出の精度が高い。

以上のとおり、本発明について前述の実施形態を例として説明したが、本発明の技術的範囲は本実施形態に限定されるものではない。
例えば、本実施形態では一例として発熱素子により気泡を発生させてインクを吐出するサーマル方式が採用されているが、ピエゾ方式およびその他の各種液体吐出方式が採用された液体吐出ヘッドにも本発明を適用することができる。

３ 液体吐出ヘッド
５１０ 記録素子基板
５４０ フレキシブル基板（電気配線基板の一例）
５９０ 電気基板
５９４ 電気部品
５９６ センサー
７００ 壁
１０００ 液体吐出装置

Claims (11)

1. 下方に向けて液体を吐出する記録素子基板と、
   前記記録素子基板の上方に配置され、複数の電気部品を有し、前記記録素子基板と電気的に接続される電気基板と、
   前記電気基板との間で液体を保持可能に、前記電気基板を覆う壁と、
   前記壁に覆われた領域に配置され、液体の有無を検出するセンサーと、
   を備え、
   液体吐出装置の本体に取り付けられた姿勢で、前記センサーは複数の前記電気部品に対し鉛直方向における下方に配置されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 下方に向けて液体を吐出する記録素子基板と、
   前記記録素子基板の上方に配置され、コンデンサを含む複数の電気部品を有し、前記記録素子基板と電気的に接続される電気基板と、
   前記電気基板との間で液体を保持可能に、前記電気基板を覆う壁と、
   前記壁に覆われた領域に配置され、液体の有無を検出するセンサーと、
   を備え、
   液体吐出装置の本体に取り付けられた姿勢で、前記センサーは前記コンデンサに対し鉛直方向における下方に配置されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
3. 前記記録素子基板と、前記電気基板とは、電気配線基板により連結されており、
   前記電気基板には、前記電気配線基板と電気接続される接続部が設けられており、
   前記センサーは、前記接続部に対し鉛直方向における下方に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記記録素子基板は、複数とされ、直線方向に沿って並べられ、
   複数の前記記録素子基板は、長尺な基板群を構成し、
   前記センサーは、複数とされ前記基板群の長手方向に沿って並べられていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記記録素子基板は、複数とされ、直線方向に沿って並べられ、
   複数の前記記録素子基板は、長尺な基板群を構成し、
   前記センサーは、少なくとも２個とされ前記基板群の長手方向に離れて位置していることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記センサーは、前記電気基板に設けられていることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の液体吐出ヘッド。
7. 複数の前記電気基板が前記長手方向に沿って並べられ、
   前記センサーは前記複数の電気基板のそれぞれに設けられていることを特徴とする請求項４又は５に記載の液体吐出ヘッド。
8. 前記壁は、前記電気部品を保護するためのシールド板を含んでいることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の液体吐出ヘッド。
9. 前記壁に覆われた領域かつ前記センサーの下方に配置され、前記領域の内側の液体を吸収する液体吸収材を備えたことを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の液体吐出ヘッド。
10. エネルギーを発生する記録素子を内部に有する圧力室を備え、前記圧力室の内部の液体は前記圧力室の外部との間で循環されることを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載の液体吐出ヘッド。
11. 請求項１〜１０の何れか１項に記載の液体吐出ヘッドと、
    前記液体吐出ヘッドが下方に向けて液体を吐出する姿勢となるように、前記液体吐出ヘッドを支持する本体と、
    を備えていることを特徴とする液体吐出装置。

Images