JP2019064149A - 液体吐出装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】放熱又は冷却に関する新たな構造を有する液体吐出装置を提供する。【解決手段】本実施の形態に係る液体吐出装置は、流路が形成された流路部材及び前記流路内の液体を吐出させるアクチュエータを支持する金属製の第1フレームと、前記アクチュエータに電気的に接続されるドライバIC(Integrated Circuit)と、対向する2つの側壁を少なくとも有し、且つ、前記2つの側壁に渡って延びる上壁を有する金属製の第2フレームとを備え、前記ドライバICは前記2つの側壁の間に位置し、前記第2フレームは前記第1フレームに熱的に接続され、前記上壁は前記ドライバICと熱的に接続されていることを特徴とする。【選択図】図1

Description

本発明は、液体を吐出する液体吐出装置に関する。
液体吐出装置は、液体の流路及び流路内の液体を吐出させるアクチュエータを有するヘッドと、このアクチュエータを駆動するドライバIC(Integrated Circuit)とを備えている。液体吐出装置が液体を吐出する動作を継続的に行った場合、ヘッド及びドライバICの発熱による温度上昇が懸念される。
上述したドライバICの熱を効率よく放熱することを目的とした液体吐出ヘッドも存在する(例えば特許文献1)。この液体吐出ヘッドは、ドライバICの熱を放出するための放熱板と、ドライバICを放熱板側へ押圧するための押圧部材とを備えている。
特開2016−101720号公報
しかしながら上記の液体吐出ヘッドの構成は、この文献に記載されたヘッド構造に特化したものであり、これ以外の構造のヘッドに適用することは難しい。
本発明は、放熱又は冷却に関する新たな構造を有する液体吐出装置を提供することにある。
本発明に係る液体吐出装置は、流路が形成された流路部材と、積層方向において前記流路部材の一面上に積層され、前記流路内の液体を吐出させるアクチュエータと、前記流路部材の前記一面上に前記積層方向に積層される金属製の第1フレームと、前記アクチュエータに電気的に接続されるドライバIC(Integrated Circuit)と、対向する2つの側壁を少なくとも有し、且つ、前記2つの側壁に渡って延び且つ前記積層方向と直交する上壁を有する金属製の第2フレームとを備え、前記ドライバICは前記2つの側壁の間に位置し、前記第2フレームは前記第1フレームに熱的に接続され、前記上壁は前記ドライバICと熱的に接続されていることを特徴とする。
本発明による場合は、ヘッドを支持する金属製の第1フレームに金属製の第2フレームの側壁を当接させ、第2フレームの上壁をドライバICと熱的に接続することによって、ドライバIC及びヘッドの熱を第2フレームを介して放熱することができる。
本実施の形態に係るプリンタの構成を示す概略図である。 インクジェットヘッドの構成の概略図である。 ヘッドモジュールの全体構成を示す斜視図である。 ヘッドモジュールの全体構成を示す斜視図である。 ヘッドモジュールの分解斜視図である。 ヘッドモジュールの前面図である。 ヘッドモジュールの上面図である。 図7のVIII−VIII線における断面図である。 図7のIX−IX線における断面図である。 第2フレームの斜視図である。 第2フレームの斜視図である。 第2フレームの上面図である。 第2フレームの下面図である。 冷却機構の構成を説明するための模式的断面図である。 流路部材の構成を示す模式的断面図である。 流路部材の上面を示す平面図である。 付勢部材の斜視図である。 第2フレームの貫通孔の閉塞部材の構成を説明するための模式的断面図である。 ヘッドモジュールにおける熱抵抗を説明するための模式図である。
図1は、本実施の形態に係るプリンタの構成を示す概略図である。図1に示すようにプリンタ100は、筐体1と、この筐体1内に配されたプラテン2、4つのインクジェットヘッド3、2つのローラ4、及び、制御装置5とを備えて構成されている。なお、以下の説明において使用する前後、左右及び上下の方向は各図中に示す。
プラテン2上には、プリンタ100による印刷が行われる記録用紙101が通過する。例えば記録用紙101は、プラテン2上を前後方向に搬送される。2つのローラ4は、プラテン2の前方及び後方夫々に設置されており、2つのローラ4の回転により記録用紙101が後方から前方に搬送される。
各インクジェットヘッド3は、外形が左右方向に長い矩形板状をなし、上下方向においてプラテン2に対向配置されており、記録用紙101がプラテン2上に位置している場合、記録用紙101の紙面に対向する。4つのインクジェットヘッド3は、左右方向の両端部を保持体3aにより保持されている。4つのインクジェットヘッド3は、二つのローラ4間に前後方向に位置している。
また、4つのインクジェットヘッド3は、夫々が一色に対応しており、例えばシアン、マゼンタ、イエロー及びブラックに対応する。なお、インクジェットヘッド3の個数は、4つに限られない。
制御装置5は、CPU(Central Processing Unit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)と、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)及びEEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)等とを備える。尚、CPU、FPGA、ROM、RAM、EEPROMの図示を省略する。また、制御装置5は、パーソナルコンピュータ等の外部機器と相互通信が可能である。制御装置5は、外部機器からの指示又はプリンタ100が備える図示しない操作パネルからの指示により、前記ROMに格納されたプログラムに従って4つのインクジェットヘッド3及び二つのローラ4の動作を制御する。
制御装置5は二つのローラ4を駆動する図示しないモータを作動させて、二つのローラ4の動作を制御する。これにより、記録用紙101が搬送される。制御装置5は、記録用紙101がプラテン2上を通過している間に各インクジェットヘッド3を作動させて、インクを吐出させる。
図2は、インクジェットヘッド3の構成の概略図である。図2においては、インクジェットヘッド3を下方向から見ている。図2に示すように、インクジェットヘッド3は、矩形の支持板7と、該支持板7に保持された複数のヘッドモジュール10(図では9個)とを有する。
また、複数のヘッドモジュール10は、支持板7において、前方の列及び後方の列に分かれてそれぞれが配置されている。図2中においては、前方の列において、ヘッドモジュール10は左右方向に4個配置され、後方の列において、左右方向に5個配置されている。なお、ヘッドモジュール10の個数は、図示の個数に限られない。ヘッドモジュール10におけるプラテン2への対向面には、後述するようにインクを吐出する吐出口10aが形成されている。なお、図2は、概略図であり、吐出口10aの個数を省略して記載している。
インクジェットヘッド3には、支持板7の上方にインクを貯留するリザーバ(不図示)が配置されている。リザーバは、図示しないタンクに接続されており、該タンクから供給されたインクを受け、該インクを所定量貯留する。リザーバは、図示しないパイプを介して各ヘッドモジュール10と接続されており、ヘッドモジュール10にインクを供給する。
図3及び図4は、ヘッドモジュール10の全体構成を示す斜視図である。図5は、ヘッドモジュール10の分解斜視図である。図6は、ヘッドモジュール10の前面図である。また図7は、ヘッドモジュール10の上面図である。図8は、図7のVIII−VIII線における断面図である。図9は、図7のIX−IX線における断面図である。
9個のヘッドモジュール10は夫々、同様の構造である。図5に示すように、ヘッドモジュール10は、第1フレーム11、第2フレーム12、ホルダ13、ガスケット14、流路部材15、FPC(Flexible Printed Circuits)16及びCOF(Chip On Film)20を備えている。第1フレーム11の下面には、流路部材15が固定されて支持されている。第1フレーム11の上面には、ガスケット14を介在させて第2フレーム12が重ね合わされている。第1フレーム11、第2フレーム12にて及び流路部材15にて囲まれた空間内にはCOF20が収容されている。COF20は、FPCと、当該FPC上に実装された2つのドライバIC23とを有する。COF20は、FPC16が電気的に接続されている。FPC16は、第2フレーム12に形成された貫通孔12eを通してヘッドモジュール10の外部へ延出している。第2フレーム12の上面にはホルダ13が固定され、これによりホルダ13は第1フレーム11、第2フレーム12及び流路部材15を保持している。ホルダ13が支持板7に固定されることで、ヘッドモジュール10は支持板7に支持される。
第1フレーム11は、金属製であり、左右方向に長い矩形状である。第1フレーム11は、例えばステンレス鋼のように熱伝導率が高い金属を用いて製造される。なお第1フレーム11の素材はステンレス鋼に限らず、強度及び熱伝導率等が適したものであればステンレス鋼以外の素材であってよい。図5に示すように、第1フレームの中央には、上下方向に貫通する大孔11aが形成されている。第1フレーム11には、上下方向に貫通する4つの矩形状の第1小孔11bと、5つの螺子穴11cが形成されている。4つの矩形状の第1小孔11bは、第1フレーム11の右辺部に前後方向に沿って並んでいる。5つの螺子穴11cのうちの4つは第1フレーム11の4つの角部分夫々に位置し、1つは後辺部の長手方向中央部に位置している。
図5に示すように、第2フレーム12は、金属製であり、上壁12a及び4つの側壁12bで囲まれた、下面が解放された箱状をなしている。4つの側壁12bは前後左右の四方に配置され、各側壁12bは上下方向に起立している。上壁12aは、4つの側壁12bの上方において、対向する側壁12bの間に亘って前後左右方向に延びている。上壁12aは、上下方向に対して直交しており、側壁12bに対して直交している。第2フレーム12は、例えばアルミニウムを用いて製造され、熱伝導及び放熱のためのヒートスプレッダとしての機能を兼ね備えている。第2フレーム12の素材は、アルミニウムに限らず、強度及び熱伝導率等が適したものであればアルミニウム以外の素材であってよい。図10及び図11は、第2フレーム12の斜視図である。図12は、第2フレーム12の上面図である。図13は、第2フレーム12の下面図である。
図10に示すように、第2フレーム12には、上下方向に貫通する4つの円形の第2小孔12cと、5つの円形の第1螺子挿入孔12dと、1つの矩形状の貫通孔12eとが形成されている。4つの円形の第2小孔12cは、第2フレーム12の右辺部に前後方向に沿って並んでいる。各第2小孔12cは、第1フレーム11の第1小孔11bにそれぞれ整合している。また5つの第1螺子挿入孔12dのうちの4つは第2フレーム12の4つの角部分夫々に位置し、1つは後辺部の長手方向中央部に位置している。各第1螺子挿入孔12dは、第1フレーム11の螺子穴11cにそれぞれ整合している。矩形状の貫通孔12eは、その長手方向が、第2フレーム12の後辺に沿って形成されている。貫通孔12eは、第2フレーム12の後辺の長手方向中央部に形成された第1螺子挿入孔12dと前後方向に並べて形成され、貫通孔12eが第1螺子挿入孔12dより前方に位置している。貫通孔12eは、FPC16を挿通するためのものである。
図10に示すように、第2フレーム12の上壁12aの上面には、冷却機構30が配置されている。冷却機構30は、冷却液を流通させる液室の一部が内部に形成された容器である。冷却機構30は、上壁30a及び4つの側壁30bを備える。冷却機構30は、4つの側壁30bが第2フレーム12の上壁12aに溶接されることで、第2フレーム12の上壁12a上に固定されている。即ち、冷却機構30の内部の液室は、上壁30a及び4つの側壁30bと、第2フレーム12の上壁12aとにより画定されている。冷却機構30は、溶接の観点から、第2フレーム12と同素材の金属であり、例えばアルミニウムである。ただし、冷却機構30は、第2フレーム12に溶接されるのではなく、第2フレーム12に接着されてもよいし、第2フレーム12と一体的に成形されてもよい。また冷却機構30は、第2フレーム12に溶接されないものであれば、第2フレーム12とは異なる素材であってもよい。冷却機構30の上壁30aは、四辺が第2フレーム12の上壁12aの四辺と略平行な、上壁12aより小さい矩形状をなしている。冷却機構30の上壁30aには、前辺寄りの位置に、2つの開口30cが左右方向に並べて形成されている。2つの開口30cは、冷却機構30の内部の液室に冷却液を出入りさせるための入口及び出口となる。
図14は、冷却機構30の構成を説明するための模式的断面図である。第2フレーム12の上壁12aの上面に配置された冷却機構30には、上壁30a、四方の側壁30b及び第2フレーム12の上壁12aに囲まれた空間が形成されている。この空間は、上述のように、冷却液が流通する液室である。当該液室は、前後左右方向において液室の中央部分から前方の側壁30bにかけて、リブ30dにより仕切られている。即ち、リブ30dは、前方の側壁30bから液室の中央部分に向けて、前後方向に沿って延びている。また、リブ30dは、その上面が上壁12aと接している。更にリブ30dは、左右方向において、上壁30aに形成された2つの開口30cの間に位置している。これにより冷却機構30の内部には、上面視でU字状の液室が形成される。例えば図14において左方の開口30cから流入した冷却液は、左方の側壁30bに沿って図中の矢印Aの方向へ流れ、後方の側壁30bに沿って矢印Bの方向へ流れ、右方の側壁30bに沿って矢印Cの方向へ流れて右方の開口30cから流出する。
また詳細は後述するが、第2フレーム12の上壁12aの下面には、COF20上にある2つのドライバIC23が接触する。2つのドライバIC23の位置を図14に破線で示す。ドライバIC23は上面視で矩形状をなし、その長手方向が前後方向となるように第2フレーム12の上壁12aの下方に位置している。2つのドライバIC23は左右方向に並べて配置され、2つのドライバIC23の間に冷却機構30が位置することとなる。なお2つのドライバIC23は、冷却機構30の下方に位置することが好ましい。これにより、左方の開口30cから流入した冷却液は、左方のドライバIC23に沿って矢印Aの方向へ流れ、後方の側壁30bに沿って矢印Bの方向へ流れ、右方のドライバIC23に沿って矢印Cの方向へ流れて右方の開口30cから流出する。
第2フレーム12の下面は、図13に示すように、2つの平面120(120a,120b)と、4つの平面121(121a〜121d)と、2つの平面122(122a,122b)と、4つの平面123(123a〜123d)とを有する。
平面120は、4つの側壁12bの下端の内縁部分に形成された平面である。平面120aは、左方の側壁12bと、前方の側壁12bの左方の部分と、後方の側壁12bの左方の部分とに位置している。平面120aは、前方の側壁12bの後縁に位置する前方部と、後方の側壁12bの前縁に位置する後方部と、左方の側壁12bの右縁に位置し、前方部と後方部とを繋ぐ左方部とを有する。平面120aの前方部及び後方部は、左方部よりも幅広に形成されている。同様に、平面120bは、右方の側壁12bと、前方の側壁12bの右方の部分と、後方の側壁12bの右方部分とに位置している。平面120bは、前方の側壁12bの後縁に位置する前方部と、後方の側壁12bの前縁に位置する後方部と、右方の側壁12bの左縁に位置し、前方部と後方部とを繋ぐ右方部とを有する。平面120bの前方部及び後方部は、右方部よりも幅広に形成されている。
また平面122は、前方の側壁12b及び後方の側壁12bの下端の内縁部分に形成された平面である。平面122aは、後方の側壁12bの中央部分に位置している。平面122aは左右方向に長く、後方の側壁12bの前縁に沿って形成され、平面120aの後方部と、平面120bの後方部との間に位置している。同様に、平面122bは、前方の側壁12bの中央部分に位置している。平面122bは左右方向に長く、前方の側壁12bの後縁に沿って形成され、平面120aの前方部と、平面120bの前方部との間に位置している。また、平面122a,122bは、平面120a,120bよりも上下方向の下方に位置している。
4つの平面123a〜123dは、平面120a,120bよりも下方に位置し、また、平面122a,122bよりも下方に位置している。平面123a〜123dは、第1フレーム11の上面に接する。平面123a〜123dが第1フレーム11の上面に接した状態において、平面120a,120bと第1フレーム11の上面とは接触せず、隙間が形成される。ここで、5つの第1螺子挿入孔12dは、後述する第1溝124、第2溝125及び第3溝126を囲う箇所に位置しており、4つの平面123a〜123dは、第1螺子挿入孔12dに対応して第2フレーム12に形成されている。
平面123aは、前後方向に長く、第2フレーム12の右方の側壁12bにおいて、当該側壁12bの下面の外縁に沿っている。平面123aは、その前端部が第2フレーム12の右前方に形成された第1螺子挿入孔12dを囲い、後端部が第2フレーム12の右後方に形成された第1螺子挿入孔12dを囲っている。平面123bは、左右方向に長く、第2フレーム12の後方の側壁12bにおいて下面の外縁に沿って、左右方向における中央部に位置しており、第1螺子挿入孔12dを後方から囲んでいる。平面123cは、第2フレーム12の下面の左後端部に位置しており、対応する第1螺子挿入孔12dを囲んでいる。平面123dは、第2フレーム12の下面の左前端部に位置しており、対応する第1螺子挿入孔12dを左前方から囲んでいる。
平面121aは、第2フレーム12の左方の側壁12bにおいて下面の外縁に沿って、平面123cと平面123dとの間に位置しており、第2フレーム12の外周面に連なる。平面121bは、後方の側壁12bにおいて下面の外縁に沿って、平面123bと平面123cとの間に位置している。平面121cは、後方の側壁12bにおいて下面の外縁に沿って平面123a及び平面123bの間に形成された後方部と、右方の側壁12bにおいて平面123aに沿って前後方向へ延びる右方部と、前方の側壁12bにおいて下面の外縁に沿って平面123a及び平面123dの間に形成された前方部とが連なっている。平面121dは、平面120bの右方に位置し、平面120bに連なる。4つの平面121は、上下方向において上述の2つの平面120よりも高い位置に位置している。
第2フレーム12の右方において、平面121cと、平面121dとの間には、各第2小孔12cを囲うように4つの矩形環状の第1溝124が形成されている。最も前方に位置する第1溝124の後辺部分は、該第1溝124に隣接する第1溝124の前辺部分と連なっている。最も後方に位置する第1溝124の前辺部分は、該第1溝124に隣接する第1溝124の後辺部分と連なっている。中央の2つの第1溝124は、前方の第1溝124の後辺における左端部分と、後方の第1溝124の前辺における右端部分に連なる第2溝125により、接続されている。
最も前方に位置する第1溝124の前辺部分と、最も後方に位置する第1溝124の後辺部分は、第3溝126により接続されている。第3溝126は、第2フレーム12の平面120a,120bを囲うように、第2フレーム12の前辺、左辺及び後辺に沿って延びている。したがって、第1溝124、第2溝125及び第3溝126は、全体として平面120a,120b及び平面122a,122bを囲う。上述のように第2フレーム12は上壁12a及び4つの側壁12bで囲まれた、下面が解放された箱状をなしており、当該開放部分は矩形状の開口となっている。換言すれば、第1溝124、第2溝125及び第3溝126は、全体として、第2フレーム12の開口を囲うように、第2フレーム12に形成されている。尚、第1溝124の底面、第2溝125の底面及び第3溝126の底面は、上下方向において、4つの平面121の位置よりも高い位置にある。
平面123a〜123dは、第1フレーム11の上面に接している。平面123a〜123dは、上下方向において、平面120a,120b及び第1フレーム11の距離を維持する。
第1溝124、第2溝125及び第3溝126には、ガスケット14が収容されている。即ち、ガスケット14は、第1溝124、第2溝125及び第3溝126内に位置している。ガスケット14は、例えばゴムなどで成形された部材である。平面120a,120b,122a,122bは、第1溝124、第2溝125及び第3溝126及びガスケット14に囲われる。ガスケット14は、第1フレーム11に上下方向において接することにより、第1フレーム11及び第2フレーム12間を封止する。これにより、インク等の異物が、第1フレーム11及び第2フレーム12間に侵入することを防止できる。
図5に示すように、ホルダ13は、ステンレス鋼等により形成され、左右方向に長い形状である。ホルダ13は、その中央部において、上下方向に貫通する矩形状の大孔13aが形成されている。ホルダ13は、上下方向に貫通する2つの第3小孔13bと、5つの第2螺子挿入孔13cとが形成されている。2つの第3小孔13bは、前後方向に長い長円形であり、ホルダ13の右辺部に前後方向に沿って並んでいる。4つの第2螺子挿入孔13cは、ホルダ13の4つの角部分夫々と、後辺側の長手方向中央部に位置している。各第2螺子挿入孔13cは、第1フレーム11の螺子穴11c及び第2フレーム12の第1螺子挿入孔12dに整合している。ホルダ13は、第2フレーム12の上面に載置され、支持板7(図2参照)に固定されることで支持されている。
ホルダ13の前方の第3小孔13bは、第2フレーム12の前方の2つの第2小孔12cに整合する位置に形成されている。後方の第3小孔13bは、第2フレーム12の後方の2つの第2小孔12cに整合する位置に形成されている。第2フレーム12の4つの第2小孔12cには、インクを供給するためのパイプ(図示は省略する)がそれぞれ嵌合される。このパイプは、ホルダ13の第3小孔13bから上面へ突出し、その上端部分に取り付けられたチューブを介して、プリンタ100が備えるリザーバと連通する。リザーバ内のインクは、パイプを介して第2小孔12cに連なる第1小孔11bから、第1小孔11bに連なる流路部材15に供給される。また、流路部材15内のインクが、第1小孔11bから、各パイプを介して、リザーバに戻される。
図8に示すように、第1フレーム11と、第2フレーム12と、ホルダ13とは、5本の螺子13dにより、互いに固定されている。各螺子13dは、ホルダ13の第2螺子挿入孔13c及び第2フレーム12の第1螺子挿入孔12dを挿通し、第1フレーム11の螺子穴11cに結合している。
ホルダ13が第2フレーム12に固定された状態において、ホルダ13の大孔13aから、第2フレーム12の上部に位置した冷却機構30が上方へ突出する。またホルダ13の大孔13aは、第2フレーム12の後方に形成された貫通孔12eと連通する。
流路部材15は、上下方向に互いに積層された複数の金属板により構成されている。従って、複数の金属板のその積層方向は、上下方向に沿う。なお流路部材15の金属板の積層方向は、ヘッドモジュール10において流路部材15、第1フレーム11、第2フレーム12及びホルダ13の積層方向でもある。第2フレーム12の上壁12aは、この積層方向に対して直交する方向に延びている。
図15は、流路部材15の構成を示す模式的断面図である。図16は、流路部材15の上面を示す平面図である。流路部材15は左右方向に長い矩形板状をなし、上面が第1フレーム11の下面に接着剤により固定されている。流路部材15は、ノズルプレート15a、振動板15bを備える。ノズルプレート15aには、複数の吐出口10aが左右方向(図15の紙面垂直方向)に並んでいる。複数の吐出口10aそれぞれの上方に圧力室15cが形成されている。圧力室15cは後述する共通流路15gに連通する。振動板15bは圧力室15cの上方に位置しており、圧力室15cの上部を画定する。流路部材15は、後述するように、アクチュエータに通電されることで、吐出口10aからインクを吐出する。
流路部材15は、液体が供給される二つの供給口15eを備える。二つの供給口15eは流路部材15の右縁部において前後方向に並んでいる。流路部材15の右縁部において、二つの供給口15eの間に液体を排出する二つの排出口15fが前後方向に並んでいる。一方の供給口15eと、この供給口15eに隣り合う一方の排出口15fとは、平面視U状をなす共通流路15gによって連結されている。共通流路15gは流路部材15の内部に形成されており、各圧力室15cに連なる。また、共通流路15gは、供給口15e及び排出口15fを介して、第1フレーム11の第1小孔11bに連なる。インクタンクからパイプ及び第1小孔11b等を介して供給口15eに供給されたインクは共通流路15gを通って圧力室15cに至る。また他方の供給口15eと、この供給口15eに隣り合う他方の排出口15fとは、平面視U状をなす共通流路15gによって連結されている。共通流路15gは流路部材15の内部に形成されており、各圧力室15cに連なる。
図8に示すように、第1フレーム11、第2フレーム12及び流路部材15で囲まれた空間内には、COF20が位置している。第1フレーム11の大孔11a内において、流路部材15の上面には、アクチュエータ21が重ねて配されている。即ちヘッドモジュール10において、流路部材15、アクチュエータ21、第1フレーム11、第2フレーム12及びホルダ13は積層構造であり、上下方向が積層方向である。第2フレーム12の上壁12aは、この積層方向に対して直交する方向に延びている。
図15に示すように、アクチュエータ21は流路部材15の振動板15bの上に位置している。アクチュエータ21には二つの圧電層21aが積層されている。二枚の圧電層21aの間に共通電極21bが形成されている。共通電極21bは常にグランド電位に保持されている。アクチュエータ21は左右方向に並んだ複数の個別電極21cを備える。複数の個別電極21cは上方の圧電層21a上に形成されており、複数の圧力室15cの上方にそれぞれ配置されている。複数の個別電極21cはCOF20とそれぞれ接続されている。
図8に示すように、COF20は、可撓性を有するシート状であり、載置部20aと、一対の折返し部20bとを含む。載置部20aは、アクチュエータ21の上面に載置されており、接合部材を介して接合されている。接合部材としては、両面テープやシート状の接着剤等が挙げられる。載置部20aは、複数の接点を有する。アクチュエータ21の上面には複数の個別電極21cに対応する複数の接点と共通電極21bに対応する複数の接点とが形成されている。載置部20aの各接点は、アクチュエータ21の上面に形成された個別電極21cの接点とそれぞれバンプで電気的に接続されている。
一対の折返し部20bは、載置部20aの両端からそれぞれ上方に延出して互いに近づく方向に折り返された部分であり、アクチュエータ21の上面に対向している。一対の折返し部20bの上面に、一対のドライバIC23がそれぞれ位置している。
図8に示すように、FPC16は、下板部16aと、延出部16bとを有する。延出部16bは、下板部16aの一面から上方に延出した部分であり、制御装置5(図1参照)と電気的に接続される。下板部16aの下面には、コネクタ等の複数の回路部品が実装されている。延出部16bは、第2フレーム12の上壁12aに形成された矩形状の貫通孔12eと、ホルダ13の大孔13aとを通してヘッドモジュール10の外部へ延出し、制御装置5に電気的に接続される。
COF20の一対の折返し部20bの互いに対向する先端部は、FPC16の下板部16aと接続されている。下板部16aの上面には、複数の接点(図示略)が形成されている。一対の折返し部20bの先端部には、下板部16aの複数の接点に対応して、複数の接点が形成されている。下板部16aの各接点は、一対の折返し部20bの各接点と電気的に接続されている。
制御装置5からの制御信号は、FPC16及びCOF20を介して一対のドライバIC23に入力される。各ドライバIC23は、上記制御信号に基づいて駆動信号を生成し、当該駆動信号をアクチュエータ21に出力する。
図8に示すように、ヘッドモジュール10は、更に、押え部材24と、付勢部材25とを備える。押え部材24は、矩形板状をなし、COF20の載置部20aの上面に配置され、下面から突出する脚部が載置部20aの周縁上に位置している。載置部20aは、押え部材24とアクチュエータ21との間に位置する。押え部材24の上面には、2つの突起24aが形成されている。押え部材24によって、載置部20aがアクチュエータ21から剥がれることが防止される。
図17は、付勢部材25の斜視図である。付勢部材25は、金属等で形成されたバネ性を有する弾性部材である。付勢部材25は、左右方向に長い矩形状の平板部25aと、平板部25aの四方の各角部から延びる4つの平板状の小板部25bと、小板部25bから斜め上方にそれぞれ延びる4つの弾性部25cとを有する。平板部25a、小板部25b及び弾性部25cは、一枚の板により形成されている。
平板部25aには、前辺側及び後辺側において、当該平板部25aの厚み方向(上下方向)に貫通する二つの孔25d,25eが形成されている。孔25dは円形孔であり、孔25eは孔25dよりも前後方向に長い長孔である。小板部25bは、平板部25aの各角部から左右方向に延びる。弾性部25cは、小板部25bから前後方向の中央部へ向けて、斜め上方に突出している。各弾性部25cは、平板部25aに対して折り曲げられることによって形成されている。また、各弾性部25cの先端部は、下方へ折り曲げられている。また付勢部材25には、平板部25aの前後辺をそれぞれ中央側へ凹ませた凹部25fが形成されている。
図8に示すように、付勢部材25は、弾性部25cをCOF20の折返し部20b側に向けて、FPC16の下板部16aと押え部材24との間に配置される。付勢部材25は、小板部25bが第1フレーム11の上面と第2フレーム12の下面とに挟持される。付勢部材25の小板部25bは、第2フレーム12の下面の平面120a,120bの幅広部分に配置されている。したがって、第2フレーム12の平面120a,120bは付勢部材25の周囲を囲うこととなり、付勢部材25は上下方向に関して位置決めがなされ、固定される。また、付勢部材25の左右方向に並ぶ2つの小板部25bが、第2フレーム12の平面122aが平面120a,120bに連なる部分を挟み、且つ、付勢部材25の他の2つの小板部25bが、第2フレーム12の平面122bが平面120a,120bに連なる部分を挟んでいる。これにより、付勢部材25の左右方向への移動が規制される。
付勢部材25の孔25d,25eには、押え部材24の2つの突起24aが夫々挿通する。これにより、付勢部材25の、押え部材24に対する前後左右方向の位置ずれが抑えられる。また、孔25eが長孔であるので、付勢部材25の前後方向における位置の誤差を吸収できる。また付勢部材25は、FPC16の下板部16aに形成された回路部品に対応する位置に、凹部25fが位置するように配される。これにより、付勢部材25とFPC16の回路部品との干渉を防止することができる。
FPC16の下板部16aは、COF20の折返し部20bと付勢部材25との間に挟まれて配置されている。また、付勢部材25の弾性部25cの折れ曲がり部分は、FPC16の下板部16aの下面に接し、弾性部25cの基端側の部分の弾性によって、下板部16aを押し上げる。付勢部材25は、第1フレーム11及び第2フレーム12に挟まれて既定の位置に固定された状態で、弾性部25cがCOF20のドライバIC23の下方に位置する。これにより弾性部25cは、FPC16の下板部16aを介してドライバIC23を上方(即ち、ドライバIC23が第2フレーム12の上壁12aに近づく方向)に付勢する。ドライバIC23は、付勢部材25によって第2フレーム12の上壁12aへ付勢され、上壁12aの下面に押し付けられる。即ち、ドライバIC23は、第2フレーム12の上壁12aと熱的に接続されている。これにより、ドライバIC23で発生した熱は、ヒートスプレッダとして機能する第2フレーム12の上壁12aを介して冷却機構30へ伝達される。なお付勢部材25の小板部25bは、第1フレーム11及び第2フレーム12により固定されているため、付勢部材25の反力は第1フレーム11に受け止められる。
なお本実施の形態においては、ドライバIC23が第2フレーム12の上壁12aに接触することによって、ドライバIC23及び第2フレーム12の上壁12aが熱的に接続される構成であるが、熱的な接続は直接的に接触する構成に限らない。例えば、ドライバIC23及び第2フレーム12の上壁12aの間には、熱伝導性のグリスなどが挟まれていてもよい。即ちドライバIC23及び第2フレーム12の上壁12aは、熱を伝達する物質を介して、熱的に接続される構成であってもよい。ただし、ドライバIC23及び第2フレーム12の上壁12aが接触せずに近接しているのみの状態、即ちドライバIC23及び第2フレーム12の上壁12aの間に空気のみが存在する状態は、熱的に接続されているとはみなさないものとする。
FPC16は、第1フレーム11、第2フレーム12及び流路部材15にて囲まれた空間内に位置するCOF20に対し、下板部16aにて電気的に接続される。COF20に接続されたFPC16は、延出部16bが第2フレーム12の貫通孔12e及びホルダ13の大孔13aを通して、前記空間の内部から外部へと延出する。ヘッドモジュール10は、FPC16の延出部16bが挿通した貫通孔12eを閉塞するための閉塞部材を有している。図18は、第2フレーム12の貫通孔12eの閉塞部材の構成を説明するための模式的断面図である。図示の例は、第2フレーム12の上壁12aに樹脂17を盛る(いわゆるポッティング)ことにより、FPC16の延出部16bが挿通した貫通孔12eを閉塞した構成である。ただし貫通孔12eの閉塞は、ポッティングに限らず、例えば貫通孔12eを覆う蓋部材、又は、貫通孔12eに挿入する嵌合部材等を用いるなど、種々の構成で実現してよい。貫通孔12eを閉塞することによって、第1フレーム11、第2フレーム12及び流路部材15にて囲まれた空間は外部から隔離され、ヘッドモジュール10の内部にインク又は塵埃等が侵入することを防止できる。
上述の如く構成されたプリンタ100は、外部装置からの作動の指示又はプリンタ100の操作パネルからの作動の指示を受け付けた場合、ROMに格納されたプログラムを実行し、次の動作を行う。制御装置5は、二つのローラ4,4を作動させ、プラテン2上において記録用紙101を搬送する。また、制御装置5は、FPC16を介してCOF20のドライバIC23に制御信号を送信し、ドライバIC23は該制御信号を受信する。
ドライバIC23は、受信した制御信号に基づいて生成した駆動信号を、アクチュエータ21に出力する。これにより、共通電極21b及び個別電極21cの間に電圧が印加され、圧電層21aが駆動し、振動板15bを振動させる。振動板15bの振動によって、圧力室15c内の圧力が正圧となって、吐出口10aからインクが吐出され、また圧力室15c内の圧力が負圧となって、共通流路15gから圧力室15cにインクが供給される。
圧力室15cに供給されなかったインクは、共通流路15gを通って、流路部材15の前縁部又は後縁部に沿って移動し、その後、左縁部にてUターンし、流路部材15の前後方向中央部を右方向に移動し、排出口15fに至る。排出口15fから排出されたインクはパイプ等を介してインクタンクに戻り、再び供給口15eに供給される。
制御装置5は、各インクジェットヘッド3における各ヘッドモジュール10の流路部材15に対して、圧力変化を生じさせ、所定量の各色のインクを吐出する。これにより、インクジェットヘッド3の下方を通過する記録用紙101に所望の画像が印刷される。
プリンタ100が上記のような動作を行うことによって、COF20に接続された2つのドライバIC23が発熱する可能性がある。ヘッドモジュール10においては、2つのドライバIC23は付勢部材25により第2フレーム12の上壁12aに押し当てられている。第2フレーム12は熱伝導率の高いアルミニウム等の金属製であり、第2フレーム12の上壁12aはヒートスプレッダとして機能する。このため、第2フレーム12の上壁12aに押し当てられたドライバIC23の熱は、上壁12aに伝達され、冷却機構30へと伝達されて冷却される。
またプリンタ100の動作に伴って、アクチュエータ21が発熱し、流路部材15が高温になる可能性がある。本実施の形態に係るヘッドモジュール10において、流路部材15は第1フレーム11に固定され、第1フレーム11は第2フレーム12の側壁12bに固定されている。第1フレーム11は熱伝導率の高いステンレス鋼等の金属製である。これにより流路部材15の熱は、第1フレーム11へ伝達され、第1フレーム11から第2フレーム12へ伝達されて冷却機構30へと至り、冷却される。
図19は、ヘッドモジュール10における熱抵抗を説明するための模式図である。熱抵抗[K/W]は熱の伝達し難さを表す値であり、熱を伝達する物体の熱伝導率[W/(m2 K)]と、この物体の面積[m2]とに応じて定まる値である。図示のように、冷却液を収容する液室を有する冷却機構30から第2フレーム12の上壁12aまでの熱抵抗をR11とし、第2フレーム12の上壁12aからドライバIC23までの熱抵抗をR12とする。また冷却機構30から第2フレーム12の側壁12bまでの熱抵抗をR21とし、第2フレーム12の側壁12bから第1フレーム11までの熱抵抗をR22とし、第1フレーム11から流路部材15までの熱抵抗をR23とする。
第2フレーム12は、矩形状の上壁12aの上面の中央に冷却機構30が位置し、上壁12aの下面の周縁から側壁12bが下方へ延びる形状である。第2フレーム12及び第1フレーム11の厚みが一定であるとすれば、熱抵抗は距離に依存するため、R11<R21の関係が成立し、更にR11+R12<R21+R22+R23の関係が成立する。即ち、冷却機構30へはドライバIC23からの熱が優先的に伝達され、冷却機構30に収容された冷却液によって冷却される。またドライバIC23の熱が第2フレーム12の側壁12b及び第1フレーム11を介して流路部材15に伝達されることが防止される。
以上のヘッドモジュール10は、インクの流路が形成された流路部材15及び流路内の液体を吐出させるアクチュエータ21を支持する金属製の第1フレーム11と、アクチュエータ21にCOF20を介して電気的に接続されるドライバIC23と、4つの側壁12b及びこの側壁12bに渡って延びるヒートスプレッダとして機能する上壁12aを有する金属製の第2フレーム12とを備えている。ドライバIC23は側壁12bの間に位置し、第2フレーム12は側壁12bの下面にて第1フレーム11に当接し、第2フレーム12の上壁12aは下面にてドライバIC23と熱的に接続されている。この構成によりヘッドモジュール10は、ドライバIC23が発する熱を第2フレーム12の上壁12aへ放熱することができると共に、流路部材15の熱を第1フレーム11及び第2フレーム12を介して放熱することができる。
また第2フレーム12には、上壁12aの下面にドライバIC23が熱的に接続され、その反対側の上面に冷却液を収容する液室が形成された冷却機構30が位置している。冷却機構30の液室は、第2フレーム12の上壁12aのドライバIC23と熱的に接続される下面側の反対側である上面と、上壁12aの上面から起立する側壁30bとにより画定されている。この構成により、ドライバIC23が発する熱は、第2フレーム12の上壁12aを介して冷却機構30へ伝達され、冷却機構30にて冷却される。また流路部材15の熱は、第1フレーム11及び第2フレーム12を介して冷却機構30へ伝達され、冷却機構30にて冷却される。
換言すれば、ヘッドモジュール10は、インクの流路が形成された流路部材15及び流路内の液体を吐出させるアクチュエータ21を支持する金属製の第1フレーム11と、アクチュエータ21にCOF20を介して電気的に接続されるドライバIC23と、第1フレーム11に熱的に接続された金属製の第2フレーム12とを備えている。第2フレーム12は、ドライバIC23を囲む形状である。ドライバIC23は、第2フレーム12に囲まれ、且つ、第2フレーム12と熱的に接続されている。第2フレーム12の上壁12aの上面には、冷却液を流通させる液室を有する冷却機構30が配置されている。この構成により、ドライバIC23が発する熱は、第2フレーム12を介して冷却機構30へ伝達され、冷却機構30にて冷却される。また流路部材15の熱は、第1フレーム11及び第2フレーム12を介して冷却機構30へ伝達され、冷却機構30にて冷却される。
またヘッドモジュール10は、ドライバIC23を2つ備えている。2つのドライバIC23は、左方の側壁12bと右方の側壁12bとの間で左右方向(第1方向)に並んでいる。第2フレーム12の冷却機構30には、液室へ冷却液を出入りさせる2つの開口30cが左右方向に並べて形成されている。冷却機構30の液室内には、2つの開口30cの間に、左右方向と交差する前後方向(第2方向)に沿って延びるリブ30dが位置している。また2つのドライバIC23は直方体状であり、長手方向が前後方向に沿った状態でヘッドモジュール10内に配置されている。これらの構成により、一方の開口30cから液室内に注入された冷却液は、リブ30dにより一方のドライバIC23に沿って液室内を流れた後、逆方向へ他方のドライバIC23に沿って液室内を流れて他方の開口30cへと至る。よって冷却機構30は、2つのドライバIC23が発した熱を効率的に冷却することができる。
またヘッドモジュール10は、ドライバIC23と電気的に接続されたFPC16を備える。第2フレーム12の上壁12aには、FPC16を挿通させる貫通孔12eが形成されている。貫通孔12eは、左右方向に長い形状である。第2フレーム12には、貫通孔12eが上壁12aの前後方向の後方側に形成され、冷却機構30の2つの開口30cが前後方向の前方側に形成されている。これらの構成により、ヘッドモジュール10から延びるFPC16と、冷却機構30へ冷却液を出入りさせるための給水管及び排水管等の部材とが干渉することを防止できる。
ヘッドモジュール10は、FPC16が挿通された貫通孔12eを、樹脂17のポッティングにより、つまりポッティング剤により閉塞してある。またヘッドモジュール10は、第1フレーム11及び第2フレーム12の当接部分を閉塞するガスケット14を備えている。これらの構成により、第1フレーム11、第2フレーム12及び流路部材15で囲まれた空間内にインク又は塵埃等の異物が侵入することを防止できる。
またヘッドモジュール10は、第2フレーム12の上壁12aから冷却機構30の液室までの熱抵抗R11が、側壁30bから液室までの熱抵抗R21より小さい。これにより、第2フレーム12の上壁12aの下面に当接するドライバIC23の熱を優先的に冷却することができる。
なお本実施の形態においては、第1フレーム11をステンレス鋼などの金属製とし、第2フレーム12をアルミニウム等の金属製としたが、これに限るものではない。第1フレーム11及び第2フレーム12の素材は、アルミニウム以外の金属を採用してよく、強度及び熱伝導率等を考慮して適宜の素材を選択することができる。また第2フレーム12は、上壁12aの上面に、冷却機構30を溶接により固定する構成としたが、これに限るものではない。冷却機構30は、上壁12a及び側壁12b等と共に一体的に成形されてもよい。
またホルダ13は、ステンレス鋼の金属製としたが、これに限るものではなく、ステンレス鋼以外の金属を採用してもよく、金属以外の素材を採用してもよい。またガスケット14をゴム製の部材としたが、これに限るものではなく、ゴム以外の材質のものを採用してもよい。また、付勢部材25に代えて、周縁部にゴム部材を配した平板を配してもよく、ゴム部材は、弾性部25cに対応する箇所に配置すればよい。さらに前記ゴム部材に代えて、板バネ又はスポンジを配してもよい。
またヘッドモジュール10の第1フレーム11、第2フレーム12、ホルダ13、ガスケット14、流路部材15及びFPC16等の形状は、図示された形状に限るものではなく、様々な形状を採用し得る。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。即ち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態も本開示の技術的範囲に含まれる。
1 筐体
2 プラテン
3 インクジェットヘッド
3a 保持体
4 ローラ
5 制御装置
7 支持板
10 ヘッドモジュール
10a 吐出口
11 第1フレーム
11a 大孔
11b 第1小孔
11c 螺子穴
12 第2フレーム
12a 上壁
12b 側壁
12c 第2小孔
12d 第1螺子挿入孔
12e 貫通孔
13 ホルダ
13a大孔
13b 第3小孔
13c 第2螺子挿入孔
13d 螺子
14 ガスケット
15 流路部材
15a ノズルプレート
15b 振動板
15c 圧力室
15e 供給口
15f 排出口
15g 共通流路
16 FPC
16a 下板部
16b 延出部
17 樹脂(閉塞部材)
20 COF
20a 載置部
20b 折返し部
21 アクチュエータ
21a 圧電層
21b 共通電極
21c 個別電極
23 ドライバIC
24 押え部材
24a 突起
25 付勢部材
25a 平板部
25b 小板部
25c 弾性部
25d,25e 孔
25f 凹部
30 冷却機構(液室)
30a 上壁
30b 側壁
30c 開口
30d リブ
100 プリンタ
101 記録用紙

Claims (17)

  1. 流路が形成された流路部材と、
    積層方向において前記流路部材の一面上に積層され、前記流路内の液体を吐出させるアクチュエータと、
    前記流路部材の前記一面上に前記積層方向に積層される金属製の第1フレームと、
    前記アクチュエータに電気的に接続されるドライバIC(Integrated Circuit)と、
    対向する2つの側壁を少なくとも有し、且つ、前記2つの側壁に渡って延び且つ前記積層方向と直交する上壁を有する金属製の第2フレームと
    を備え、
    前記ドライバICは前記2つの側壁の間に位置し、
    前記第2フレームは前記第1フレームに熱的に接続され、
    前記上壁は前記ドライバICと熱的に接続されていること
    を特徴とする液体吐出装置。
  2. 前記第2フレームには、前記上壁の前記ドライバICと熱的に接続される側の反対側に、液室が形成されていること
    を特徴とする請求項1に記載の液体吐出装置。
  3. 前記ドライバICを2つ備え、
    2つの前記ドライバICは、前記2つの側壁の間で第1方向に並び、
    前記第2フレームには、前記第1方向に並べて、前記液室へ冷却液を出入させる2つの開口が形成されていること
    を特徴とする請求項2に記載の液体吐出装置。
  4. 前記液室内には、前記2つの開口の間に、前記第1方向と交差する第2方向に沿ってリブが位置していること
    を特徴とする請求項3に記載の液体吐出装置。
  5. 前記ドライバICは、直方体状であり、長手方向が前記第2方向に沿っていること
    を特徴とする請求項4に記載の液体吐出装置。
  6. 前記ドライバICと電気的に接続されたFPC(Flexible Printed Circuits)を備え、
    前記第2フレームの前記上壁には、前記FPCを挿通させる貫通孔が形成されていること
    を特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1つに記載の液体吐出装置。
  7. 前記ドライバICと電気的に接続されたFPCを備え、
    前記第2フレームの前記上壁には、前記FPCを挿通させる貫通孔が形成されており、
    前記貫通孔は、前記第1方向に長い形状であること
    を特徴とする請求項3乃至請求項5のいずれか1つに記載の液体吐出装置。
  8. 前記貫通孔は、前記第2フレームの前記第1方向と交差する第2方向の一方側に形成され、
    前記2つの開口は、前記第2方向の他方側に形成されていること
    を特徴とする請求項7に記載の液体吐出装置。
  9. 前記FPCが挿通された前記貫通孔を閉塞する閉塞部材を備えること
    を特徴とする請求項6乃至請求項8のいずれか1つに記載の液体吐出装置。
  10. 前記液室は、前記上壁の前記ドライバICと熱的に接続される側の反対側の面と、前記反対側の面から起立する側壁とにより画定されていること
    を特徴とする請求項2乃至請求項5のいずれか1つに記載の液体吐出装置。
  11. 前記第1フレーム及び前記第2フレームの当接部分を閉塞するガスケットを備えること
    を特徴とする請求項1乃至請求項10のいずれか1つに記載の液体吐出装置。
  12. 前記上壁から前記液室までの熱抵抗が、前記2つの側壁から前記液室までの熱抵抗より小さいこと
    を特徴とする請求項2乃至請求項5のいずれか1つに記載の液体吐出装置。
  13. 流路が形成された流路部材と、
    積層方向において前記流路部材の一面上に積層され、前記流路内の液体を吐出させるアクチュエータと、
    前記流路部材の前記一面上に前記積層方向に積層される金属製の第1フレームと、
    前記アクチュエータに電気的に接続されるドライバICと、
    前記第1フレームに熱的に接続された金属製の第2フレームと
    を備え、
    前記第2フレームは、前記ドライバICを囲む形状であり、
    前記ドライバICは、前記第2フレームに囲まれ、且つ、前記第2フレームと熱的に接続され、
    前記第2フレームには、液室が形成されていること
    を特徴とする液体吐出装置。
  14. 前記ドライバICを2つ備え、
    2つの前記ドライバICは、前記第2フレーム内で第1方向に並び、
    前記第2フレームには、前記第1方向に並べて、前記液室へ冷却液を出入させる2つの開口が形成されていること
    を特徴とする請求項13に記載の液体吐出装置。
  15. 前記液室内には、前記2つの開口の間に、前記第1方向と交差する第2方向に沿ってリブが位置していること
    を特徴とする請求項14に記載の液体吐出装置。
  16. 前記ドライバICは、直方体状であり、長手方向が前記第2方向に沿っていること
    を特徴とする請求項15に記載の液体吐出装置。
  17. 前記液室は、前記第2フレームの前記ドライバICと熱的に接続される側の反対側の面と、前記反対側の面から起立する側壁とにより画定されていること
    を特徴とする請求項14乃至請求項16のいずれか1つに記載の液体吐出装置。
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