JP2021146573A - 液体吐出ヘッド、液体吐出ユニット及び液体を吐出する装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フレキシブルプリント基板と信号伝達手段との間の位置を調整するための十分なスペースが確保できない場合であっても、位置ずれを解消することができ、接続部位に負荷がかかった状態で実装されるのを防止することができる液体吐出ヘッドを提供する。【解決手段】液体を吐出する圧力を発生させるアクチュエータ１０と、アクチュエータ１０に接続されたフレキシブルプリント基板２０と、信号を伝える信号伝達手段２と、を備えた液体吐出ヘッド１であって、信号伝達手段２は、フレキシブルプリント基板２０と接続されるコネクタ４を備えた第１の剛性部２aと、外部のコネクタと接続されるコネクタ５を備えた第２の剛性部２ｂとが、可撓性を有する屈曲部２ｃを介して連結され、信号伝達手段２が液体吐出ヘッド１に装着されたとき、第１の剛性部２ａは移動可能である。【選択図】図１

Description

本発明は、液体吐出ヘッド、液体吐出ユニット及び液体を吐出する装置に関する。

インク等の液体を吐出する液体吐出ヘッドとして、圧力発生手段を駆動するための信号を伝達する手段としてのフレキシブルプリント基板（以下、「ＦＰＣ」ともいう）と、外部からヘッド本体への信号を伝達する手段としての電気回路基板（以下、「ＰＣＢ」または「信号伝達手段」ともいう）を備える構成が知られている。

液体吐出ヘッドのアクチュエータとＰＣＢとの間に、屈曲性を有するＦＰＣを接続する構成とすることにより、印刷環境に応じて適宜配線部材の長さを選択することができ、またコネクタを介して着脱可能とすることにより、液体吐出ヘッドの交換や取付けを容易に行うことができる。

例えば、特許文献１には、ヘッドの記録装置内への組付け作業性を向上し、作業時に発生する不具合を防止する目的で、第１のリジッド基板と、第２のリジッド基板と、第１のリジッド基板と第２のリジッド基板を電気的に接続するためのフレキシブルプリント基板とを備えた構成が開示されている。

特許文献１の装置において、フレキシブルプリント基板は、第１のリジッド基板と第２のリジッド基板との間に屈曲した状態で配置される。このような構成により、フレキシブルプリント基板の屈曲性により、ＰＣＢとアクチュエータとの間の位置ずれを調整することが可能となる。

しかしながら、液体吐出ヘッドの外装部材により画成される内部空間が狭いと、ＦＰＣが屈曲性を備えていても、信号伝達手段であるＰＣＢとＦＰＣとの位置を調整するための十分なスペースが得られない場合がある。特にＦＰＣはその形状から、上下方向や奥行き方向の調整よりも、幅方向の位置調整が困難となることがある。

このように、液体吐出ヘッドの構造上、ＰＣＢとＦＰＣとの位置調整のための十分なスペースが得られない場合、位置ずれが解消されず、ＰＣＢとアクチュエータのそれぞれの接続部位に負荷がかかったまま実装されてしまうという課題があった。

そこで本発明は、フレキシブルプリント基板と信号伝達手段との間の位置を調整するための十分なスペースが確保できない場合であっても、位置ずれを解消することができ、接続部位に負荷がかかった状態で実装されるのを防止することができる液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の液体吐出ヘッドは、液体を吐出する圧力を発生させるアクチュエータと、前記アクチュエータに接続されたフレキシブルプリント基板と、信号を伝える信号伝達手段と、を備えた液体吐出ヘッドであって、前記信号伝達手段は、前記フレキシブルプリント基板と接続されるコネクタを備えた第１の剛性部と、外部のコネクタと接続されるコネクタを備えた第２の剛性部とが、可撓性を有する屈曲部を介して連結され、前記信号伝達手段が液体吐出ヘッドに装着されたとき、前記第１の剛性部は移動可能であることを特徴とする。

本発明によれば、フレキシブルプリント基板と信号伝達手段との間の位置を調整するための十分なスペースが確保できない場合であっても、位置ずれを解消することができ、接続部位に負荷がかかった状態で実装されるのを防止することができる液体吐出ヘッドを提供することができる。

本実施形態に係る液体吐出ヘッドの一例を示す外観斜視図である。 本実施形態に係る液体吐出ヘッドが備える信号伝達手段の一例を示す外観斜視図である。 本実施形態に係る液体吐出ヘッドの側面説明図である。 本実施形態に係る液体吐出ヘッドが備える信号伝達手段の一例を示す上面図である。 信号伝達手段の第１のねじ挿通孔及び第２のねじ挿通孔の一例を示す説明図である。 本実施形態に係る液体吐出ヘッドのＦＰＣ及び信号伝達手段の接合順序の一例を示す説明図である。 液体吐出ユニットの一例を示す側面図である。 液体吐出ユニットの一例を示す上面図である。 液体吐出ユニットの一例を示す側面図である。 液体を吐出する装置の一例を示す機構部の平面説明図である。

以下、本発明に係る液体吐出ヘッド、液体吐出ユニット及び液体を吐出する装置について図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、修正、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

〔液体吐出ヘッド〕
図１は本実施形態に係る液体吐出ヘッドの一例を示す外観斜視図であり、図２は本実施形態に係る液体吐出ヘッドが備える信号伝達手段の一例を示す外観斜視図である。
図１に示すように、本実施形態に係る液体吐出ヘッド１は、液体を吐出する圧力を発生させるアクチュエータ１０と、アクチュエータ１０に接続されたフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）２０と、液体吐出ヘッド本体に信号を伝える信号伝達手段２と、を備えている。

図２に示すように、信号伝達手段２は、フレキシブルプリント基板２０と接続されるコネクタ４を備えた第１の剛性部２ａと、外部のコネクタと接続されるコネクタ５を備えた第２の剛性部２ｂとが、可撓性を有する屈曲部２ｃを介して連結されている。
第１の剛性部２ａと第２の剛性部２ｂとの連結態様としては、例えば、可撓性を有する屈曲部２ｃを介して略Ｌ字形状をなすように連結されるものが挙げられるが、これに限定されない。

信号伝達手段２は、液体吐出ヘッドに装着されたとき、第１の剛性部２ａは移動可能である。第１の剛性部２ａが移動可能となる要素としては、例えば、屈曲部２ｃの撓みが挙げられる。
また、信号伝達手段２が液体吐出ヘッドに装着されたとき、第２の剛性部２ｂは不動であることが好ましい。

液体吐出ヘッド１は液体を貯留するタンクを備え、該タンクには外部から液体を供給するチューブが着脱可能に接続される供給ポート３０が設けられている。タンク内の液体は、ヘッド内部の供給経路から共通液室に供給され、共通液室から個別液室に供給される。そして、圧力発生手段を駆動することでノズルから液体が吐出される。
なお、図１ではノズルから液体を吐出するヘッド部の図示を省略している。ヘッド部は、複数のノズルが配列されたノズル面を有し、ノズルが通じる個別液室に液体を供給する共通液室を形成する共通液室部材、各個別液室の液体を加圧する圧力発生手段を含む駆動素子部などを有している。
駆動素子部の圧力発生手段として、アクチュエータ１０を備えている。

コネクタ４には、アクチュエータ１０に接続されるＦＰＣ２０が着脱可能に接続される。また、コネクタ５には液体吐出ヘッド１が搭載される装置（後述する液体を吐出する装置）の本体側の駆動回路が接続される。
ＦＰＣ２０がコネクタ４に着脱可能に接続されることで、組み立てが容易となり、また汎用性のあるヘッドとすることができる

また、液体吐出ヘッド１は、液体の供給経路や液室などを構成する部材の外周を覆う図示しないカバー部材を備えている。カバー部材により信号伝達手段２及びＦＰＣ２０が被覆されることにより、液体の侵入を防止することができ、回路基板や部品の破損を防止することができる。

ヘッド本体とカバー部材により画成される空間内において、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）２０と信号伝達手段２との位置調整を行うことができるが、この空間が狭いと十分な調整を行うことが困難である。これに対し、本実施形態の液体吐出ヘッド１は、以下に説明する構成により、狭い空間内であっても位置調整を行い、位置ずれを解消することができる。

図３は、本実施形態に係る液体吐出ヘッドの側面説明図である。
図３中、符号２１は信号伝達手段２の第１の剛性部２ａに設けられたコネクタ４の幅を示し、符号２２はその幅方向の中心線を示している。また、符号１１はアクチュエータの幅を示し、符号１２はその幅方向の中心線を示している。
信号伝達手段２の第１の剛性部２ａはコネクタの幅方向（ＦＰＣ２０の幅方向）に移動可能である。そのため、第１の剛性部２ａはＦＰＣ２０と接続することとで、ＦＰＣ２０の位置に追従し、第１の剛性部２ａの中心線２２をアクチュエータ１０の中心線１２に対してそろえることができる。

なお、信号伝達手段２はねじ挿通孔３（３ａ、３ｂ、３ｃ）を備え、信号伝達手段２がヘッド本体に装着されるとき、固定用ねじ１３によりヘッド本体に固定される。
信号伝達手段２がヘッド本体に装着されたとき、第２の剛性部２ｂは不動であるため、コネクタ５の位置は移動せず、Ｉ／Ｆに影響しない。

図４は、信号伝達手段２の一例を示す上面図である。
図４に示すように、第１の剛性部２ａは、屈曲部２ｃの撓みにより図中矢印で示す方向に移動可能である。

図５は、信号伝達手段２の第１の剛性部２ａが備えるねじ挿通孔３（３ａ、３ｂ）の一例を示す説明図である。
図５に示すように、第１の剛性部２ａは、固定用ねじ１３が挿通される第１のねじ挿通孔３ｂ及び第２のねじ挿通孔３ａを備える。第１のねじ挿通孔３ｂはフレキシブルプリント基板２０の幅方向に長い長円形である。長円形の第１のねじ挿通孔３ｂは、上下方向（鉛直方向）の位置決め手段として機能する。
第２のねじ挿通孔３ａはバカ穴であることが好ましい。
固定用ねじ１３の径よりも大きく形成されたねじ挿通孔３（３ａ、３ｂ）を備えることにより、第１の剛性部２ａがＦＰＣ２０の位置に追従して移動した後、位置ずれを解消した状態で固定することが可能となる。

図６は、本実施形態に係る液体吐出ヘッド１のＦＰＣ２０及び信号伝達手段２の接合順序を示す説明図である。
図６（Ａ）はＦＰＣ２０及び信号伝達手段２が装着される前の液体吐出ヘッド１を示した図である。

まず、図６（Ｂ）に示すように、アクチュエータ１０に対し、ＦＰＣ２０をはんだ接合する。

次に、図６（Ｃ）に示すように、信号伝達手段２をヘッド本体に装着し、第１の剛性部２ａのコネクタ４を介してＦＰＣ２０と接合する。
そして、第２の剛性部２ｂのねじ挿通孔３ｃ及び第１の剛性部２ａの第１のねじ挿通孔３ｂに固定用ねじ１３を挿通し、少なくとも第２の剛性部２ｂをねじ締結により固定する。
この時点で、第１の剛性部２ａは、屈曲部２ｃの可撓性と長円形の第１のねじ挿通孔３ｂの幅方向の遊びにより移動可能となっている。
ＦＰＣ２０と信号伝達手段２の第１の剛性部２ａの中心線は、装着時には一致しないが、コネクタ４を介して接合することにより第１の剛性部２ａがＦＰＣ２０の幅方向に追従移動し、位置ずれが緩衝される。

次に、図６（Ｄ）に示すように、第１の剛性部２ａの第２のねじ挿通孔３ａに固定用ねじ１３ａを挿通し、締結する。
固定用ねじ１３（１３ａ、１３ｂ）の頭部外径はねじ挿通孔３（３ａ、３ｂ）の孔径よりも大きいため、固定用ねじ１３の挿通時には遊びがあっても、完全に締結することにより第１の剛性部２ａはヘッド本体に固定される。

上述のとおり、本実施形態の液体吐出ヘッド１は、ＦＰＣ２０と信号伝達手段２との間の位置ずれをわずかなスペースで調整して容易に解消することができ、接続部位に負荷がかかった状態で実装されるのを防止することができる。

〔液体吐出ユニット〕
本実施形態に係る液体吐出ユニットは、上述の本発明に係る液体吐出ヘッドを備えている。
図７〜図９に、本実施形態に係る液体吐出ユニットの一例を示す。
「液体吐出ユニット」とは、液体吐出ヘッドに他の機能部品、機構が一体化したものであり、液体を吐出する機能に関連する部品の集合体である。例えば、「液体吐出ユニット」は、ヘッドタンク、キャリッジ、供給機構、維持回復機構、主走査移動機構の構成の少なくとも一つを液体吐出ヘッドと組み合わせたものなどが含まれる。
ここで、一体化とは、例えば、液体吐出ヘッドと機能部品、機構が、締結、接着、係合などで互いに固定されているもの、一方が他方に対して移動可能に保持されているものを含む。また、液体吐出ヘッドと、機能部品、機構が互いに着脱可能に構成されていても良い。

例えば、液体吐出ユニット４４０として、図７に示すように液体吐出ヘッド４０４とヘッドタンク４４１が一体化されているものがある。
図７に示す液体吐出ユニット４４０はキャリッジ４０３に搭載されている。キャリッジ４０３は、主走査移動機構を構成するガイド部材４０１により保持され、主走査方向に往復移動する。

図７には、後述する液体を吐出する装置を構成している部材のうち、被記録媒体（例えば、用紙等）を搬送するための手段である搬送ベルト４１２を示している。この搬送ベルト４１２は、無端状ベルトであり、搬送ローラ４１３と、テンションローラ４１４との間に掛け渡されている。

また、チューブなどで互いに接続されて、液体吐出ヘッドとヘッドタンクが一体化されているものがある。ここで、これらの液体吐出ユニットのヘッドタンクと液体吐出ヘッドとの間にフィルタを含むユニットを追加することもできる。
また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドとキャリッジが一体化されているものがある。
また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッド４０４を主走査移動機構の一部を構成するガイド部材４０１に移動可能に保持させて、液体吐出ヘッド４０４と主走査移動機構４９３が一体化されているものがある。

また、図８に示すように、液体吐出ヘッド４０４とキャリッジ４０３と主走査移動機構４９３が一体化されているものがある。
図８に示す液体吐出ユニットは、後述する液体を吐出する装置を構成している部材のうち、側板４９１Ａ、４９１Ｂ及び背板４９１Ｃで構成される筐体部分と、主走査移動機構４９３と、キャリッジ４０３と、液体吐出ヘッド４０４とで構成されている。図中矢印Ｄ１は主走査方向を示す。

また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドが取り付けられたキャリッジに、維持回復機構の一部であるキャップ部材を固定させて、液体吐出ヘッドとキャリッジと維持回復機構が一体化されているものがある。

また、液体吐出ユニットとして、図９に示すように流路部品４４４が取付けられた液体吐出ヘッド４０４にチューブ４５６が接続されて、液体吐出ヘッド４０４と供給機構が一体化されているものがある。このチューブ４５６を介して、液体貯留源の液体が液体吐出ヘッド４０４に供給される。
流路部品４４４はカバー４４２の内部に配置されている。流路部品４４４に代えてヘッドタンク４４１を含むこともできる。また、流路部品４４４の上部には液体吐出ヘッド４０４と電気的接続を行うコネクタ４４３が設けられている。

主走査移動機構は、ガイド部材単体も含むものとする。また、供給機構は、チューブ単体、装填部単体も含むものする。

〔液体を吐出する装置〕
本実施形態に係る液体を吐出する装置は、上述の本発明に係る液体吐出ヘッドを備えている。
本実施形態の液体を吐出する装置の一例としてのシリアル型の画像形成装置を図１０に示す。図１０は、同装置の機構部の平面説明図である。

図１０に示す液体を吐出する装置は、主走査移動機構４９３によって、キャリッジ４０３は主走査方向に往復移動する。主走査移動機構４９３は、ガイド部材４０１、主走査モータ４０５、タイミングベルト４０８等を含む。ガイド部材４０１は、左右の側板４９１Ａ、４９１Ｂに架け渡されてキャリッジ４０３を移動可能に保持している。そして、主走査モータ４０５によって、駆動プーリ４０６と従動プーリ４０７間に架け渡したタイミングベルト４０８を介して、キャリッジ４０３は主走査方向に往復移動される。

このキャリッジ４０３には、本発明に係る液体吐出ヘッド１００及びヘッドタンク４４１を一体にした液体吐出ユニット４４０を搭載している。液体吐出ユニット４４０の液体吐出ヘッド１００は、例えば、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の各色の液体を吐出する。また、液体吐出ヘッド１００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置し、吐出方向を下方に向けて装着している。

液体吐出ヘッド１００は、前述した液体循環装置６００と接続されて、所要の色の液体が循環供給される。

この印刷装置５００は、用紙４１０を搬送するための搬送機構４９５を備えている。搬送機構４９５は、搬送手段である搬送ベルト４１２、搬送ベルト４１２を駆動するための副走査モータ４１６を含む。

搬送ベルト４１２は用紙４１０を吸着して液体吐出ヘッド１００に対向する位置で搬送する。この搬送ベルト４１２は、無端状ベルトであり、搬送ローラ４１３と、テンションローラ４１４との間に掛け渡されている。吸着は静電吸着、あるいは、エアー吸引などで行うことができる。

そして、搬送ベルト４１２は、副走査モータ４１６によってタイミングベルト４１７及びタイミングプーリ４１８を介して搬送ローラ４１３が回転駆動されることによって、副走査方向に周回移動する。

さらに、キャリッジ４０３の主走査方向の一方側には搬送ベルト４１２の側方に液体吐出ヘッド１００の維持回復を行う維持回復機構４２０が配置されている。

維持回復機構４２０は、例えば液体吐出ヘッド１００のノズル面（ノズルが形成された面）をキャッピングするキャップ部材４２１、ノズル面を払拭するワイパ部材４２２などで構成されている。

主走査移動機構４９３、維持回復機構４２０、搬送機構４９５は、側板４９１Ａ，４９１Ｂ、背板４９１Ｃを含む筐体に取り付けられている。

このように構成したこの印刷装置５００においては、用紙４１０が搬送ベルト４１２上に給紙されて吸着され、搬送ベルト４１２の周回移動によって用紙４１０が副走査方向に搬送される。

そこで、キャリッジ４０３を主走査方向に移動させながら画像信号に応じて液体吐出ヘッド１００を駆動することにより、停止している用紙４１０に液体を吐出して画像を形成する。

なお、本願において「液体を吐出する装置」は、液体吐出ヘッド又は液体吐出ユニットを備え、液体吐出ヘッドを駆動させて、液体を吐出させる装置である。上述の例の他、液体を吐出する装置には、液体が付着可能なものに対して液体を吐出することが可能な装置だけでなく、液体を気中や液中に向けて吐出する装置も含まれる。
この「液体を吐出する装置」は、液体が付着可能なものの給送、搬送、排紙に係わる手
段、その他、前処理装置、後処理装置なども含むことができる。

例えば、「液体を吐出する装置」として、インクを吐出させて用紙に画像を形成する装
置である画像形成装置、立体造形物（三次元造形物）を造形するために、粉体を層状に形成した粉体層に造形液を吐出させる立体造形装置（三次元造形装置）がある。
また、「液体を吐出する装置」は、吐出された液体によって文字、図形等の有意な画像が可視化されるものに限定されるものではない。例えば、それ自体意味を持たないパターン等を形成するもの、三次元像を造形するものも含まれる。

上記「液体が付着可能なもの」とは、液体が少なくとも一時的に付着可能なものであって、付着して固着するもの、付着して浸透するものなどを意味する。具体例としては、用紙、記録紙、記録用紙、フィルム、布などの被記録媒体、電子基板、圧電素子などの電子部品、粉体層（粉末層）、臓器モデル、検査用セルなどの媒体であり、特に限定しない限り、液体が付着するすべてのものが含まれる。

上記「液体が付着可能なもの」の材質は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックスなど液体が一時的でも付着可能であればよい。

また、「液体」は、ヘッドから吐出可能な粘度や表面張力を有するものであればよく、特に限定されないが、常温、常圧下において、または加熱、冷却により粘度が３０ｍＰａ・ｓ以下となるものであることが好ましい。より具体的には、水や有機溶媒等の溶媒、染料や顔料等の着色剤、重合性化合物、樹脂、界面活性剤等の機能性付与材料、ＤＮＡ、アミノ酸やたんぱく質、カルシウム等の生体適合材料、天然色素等の可食材料、などを含む溶液、懸濁液、エマルジョンなどであり、これらは例えば、インクジェット用インク、表面処理液、電子素子や発光素子の構成要素や電子回路レジストパターンの形成用液、３次元造形用材料液等の用途で用いることができる。

また、「液体を吐出する装置」は、液体吐出ヘッドと液体が付着可能なものとが相対的に移動する装置があるが、これに限定するものではない。具体例としては、液体吐出ヘッドを移動させるシリアル型装置、液体吐出ヘッドを移動させないライン型装置などが含まれる。

また、「液体を吐出する装置」としては他にも、用紙の表面を改質するなどの目的で用紙の表面に処理液を塗布するために処理液を用紙に吐出する処理液塗布装置、原材料を溶液中に分散した組成液をノズルを介して噴射させて原材料の微粒子を造粒する噴射造粒装置などがある。

１、１００、４０４ 液体吐出ヘッド
２ 信号伝達手段
２ａ 第１の剛性部
２ｂ 第２の剛性部
２ｃ 屈曲部
３ ねじ挿通孔
３ａ 第２のねじ挿通孔
３ｂ 第１のねじ挿通孔
３ｃ 第３のねじ挿通孔
４ コネクタ
５ コネクタ
１０ アクチュエータ
１３ 固定用ねじ
２０ フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）

特許第６０４４０８０号公報

Claims (8)

1. 液体を吐出する圧力を発生させるアクチュエータと、前記アクチュエータに接続されたフレキシブルプリント基板と、信号を伝える信号伝達手段と、を備えた液体吐出ヘッドであって、
   前記信号伝達手段は、前記フレキシブルプリント基板と接続されるコネクタを備えた第１の剛性部と、外部のコネクタと接続されるコネクタを備えた第２の剛性部とが、可撓性を有する屈曲部を介して連結され、
   前記信号伝達手段が液体吐出ヘッドに装着されたとき、前記第１の剛性部は移動可能であることを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記信号伝達手段が前記液体吐出ヘッドに装着されたとき、前記第２の剛性部は不動である請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記信号伝達手段が前記液体吐出ヘッドに装着されたとき、前記第１の剛性部は前記フレキシブルプリント基板の幅方向に沿って移動可能であることを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記信号伝達手段はねじ挿通孔を備え、固定用ねじにより前記液体吐出ヘッドに固定されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記第１の剛性部は、固定用ねじが挿通される第１のねじ挿通孔及び第２のねじ挿通孔を備え、前記第１のねじ挿通孔は前記フレキシブルプリント基板の幅方向に長い長円形であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記第１の剛性部と、前記第２の剛性部とが、可撓性を有する前記屈曲部を介して略Ｌ字形状をなすように連結されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
7. 請求項１から６のいずれかに記載の液体吐出ヘッドを備えたことを特徴とする液体吐出ユニット。
8. 請求項１から６のいずれかに記載の液体吐出ヘッドを備えたことを特徴とする液体を吐出する装置。

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