JP2023100510A - 液体吐出ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】接地部材によって流路部材及び放熱部材の双方を静電気から保護する。
【解決手段】ヘッドは、ノズルを先端に有する流路が形成された導電材料からなる流路部材１０と、流路内の液体にノズルから液体を吐出させるエネルギーを付与するアクチュエータを有するアクチュエータ部材２０と、アクチュエータと電気的に接続された、アクチュエータを駆動するドライバＩＣ３０と、ドライバＩＣ３０と熱的に接続された放熱部材４０と、電気的に接地された接地部材５０とを備えている。接地部材５０は、接続部５３を介して流路部材１０と電気的に接続され、かつ、延在部５２を介して放熱部材４０と電気的に接続されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、流路部材、放熱部材及び接地部材を備えた液体吐出ヘッドに関する。

特許文献１には、ヘッドチップ（流路部材）、放熱部材及びアース用端子部（接地部材）を備えた記録ヘッド（液体吐出ヘッド）が開示されている。放熱部材は、ヘッドチップの駆動回路と熱的に接続されており、アース用端子部と電気的に接続されている。これにより、放熱部材に静電気が放電しても、アース用端子部を通してアースに放電し、駆動回路を保護することができる。

特開平７－２２３３１３号公報

特許文献１において、アース用端子部（接地部材）は、放熱部材と電気的に接続されているが、ヘッドチップ（流路部材）とは電気的に接続されていない。したがって、接地部材によって、放熱部材を静電気から保護することはできるものの、流路部材を静電気から保護することはできない。

本発明の目的は、接地部材によって流路部材及び放熱部材の双方を静電気から保護することが可能な液体吐出ヘッドを提供することにある。

本発明に係る液体吐出ヘッドは、ノズルを先端に有する流路が形成された導電材料からなる流路部材と、前記流路内の液体に前記ノズルから液体を吐出させるエネルギーを付与するアクチュエータと、前記アクチュエータと電気的に接続された、前記アクチュエータを駆動する駆動回路と、前記駆動回路と熱的に接続された放熱部材と、電気的に接地された接地部材と、を備え、前記接地部材は、前記流路部材及び前記放熱部材の双方と電気的に接続されていることを特徴とする。

本発明の第１実施形態に係るヘッド１を備えたプリンタ１００の平面図である。 ３つのヘッド１を含むヘッドユニット１ｕの斜視図である。 ヘッド１の斜視図である。 ホルダ９０を省略したヘッド１の斜視図である。 図４のＶ－Ｖ線に沿った断面図である。 接地部材５０の斜視図である。 流路部材１０に形成された流路１０ｘを示す断面図である。

＜第１実施形態＞
先ず、図１を参照し、本発明の第１実施形態に係るヘッド１を備えたプリンタ１００の全体構成について説明する。

プリンタ１００は、３つのヘッド１を含むヘッドユニット１ｕと、プラテン３と、搬送機構４と、制御部５とを備えている。

ヘッドユニット１ｕは、紙幅方向（鉛直方向と直交する方向）に長尺であり、位置が固定された状態でノズル１５（図７参照）から用紙９に対してインクを吐出するライン式である。３つのヘッド１は、それぞれ紙幅方向に長尺であり、紙幅方向に千鳥状に配置されている。各ヘッド１の下面には、複数のノズル１５（図７参照）が開口している。制御部５の制御により各ヘッド１のドライバＩＣ３０（図５参照）が駆動されると、各ヘッド１の複数のノズル１５から選択的にインクが吐出される。

プラテン３は、ヘッドユニット１ｕ下方に配置され、鉛直方向と直交する方向に延びる平板部材である。プラテン３の上面に、用紙９が支持される。

搬送機構４は、搬送方向（鉛直方向及び紙幅方向と直交する方向）にプラテン３を挟んで配置された２つのローラ対４ａ，４ｂと、ローラ対４ａ，４ｂを回転させる搬送モータ（図示略）とを有する。制御部５の制御により搬送モータが駆動されると、ローラ対４ａ，４ｂが用紙９を挟持した状態で回転し、用紙９が搬送方向に搬送される。

制御部５は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）及びＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）を有する。ＲＯＭには、ＡＳＩＣが各種動作を制御するためのプログラムやデータが格納されている。ＲＡＭは、ＡＳＩＣがプログラムを実行する際に用いるデータを一時的に記憶する。ＡＳＩＣは、ＲＯＭに格納されたプログラムに従い、記録処理を実行する。

記録処理において、制御部５は、外部装置（ＰＣ等）から受信した記録指令に基づき、搬送モータを制御して、ヘッド１の下方を通るように用紙９を搬送する搬送処理と、各ヘッド１のドライバＩＣ３０を制御して、各ヘッド１の複数のノズル１５から選択的にインクを吐出させる吐出処理と、を実行する。これにより、用紙９上に画像が記録される。

次いで、ヘッドユニット１ｕ、及び、ヘッドユニット１ｕに含まれる各ヘッド１の構成について説明する。

ヘッドユニット１ｕは、図２に示すように、キャリッジ１ｃと、３つのヘッド１とを含む。

キャリッジ１ｃは、３つのヘッド１を保持しており、本発明の「保持部材」に該当する。キャリッジ１ｃは、金属等の導電材料からなる矩形板状の部材であり、電気的に接地されている。

３つのヘッド１は、それぞれ、キャリッジ１ｃに形成された開口に嵌合するホルダ９０と、ホルダ９０に支持された流路部材１０、アクチュエータ部材２０、ドライバＩＣ３０及び放熱部材４０（図２～図５参照）と、接地部材５０と、インクタンク（図示略）とを含む。

流路部材１０及び放熱部材４０は金属等の導電材料からなる一方、ホルダ９０は樹脂等の非導電材料からなる。流路部材１０及び放熱部材４０は、キャリッジ１ｃとの間にホルダ９０が介在することで、キャリッジ１ｃと電気的に絶縁されている。

接地部材５０は、ステンレス鋼からなり、ネジ６１を介して、ホルダ９０の縁に取り付けられ、キャリッジ１ｃに固定されている。ネジ６１は、金属等の導電材料からなる。接地部材５０は、ネジ６１を介してキャリッジ１ｃと電気的に接続され、電気的に接地されている。

流路部材１０は、図４及び図５に示すように、第１流路部材１１と、第２流路部材１２とを含む。第１流路部材１１及び第２流路部材１２は、共に金属（ＳＵＳ等）の導電材料からなるが、樹脂等の非導電接着剤を介して互いに接続され、互いに電気的に絶縁されている。

第１流路部材１１は、矩形枠状の部材であり、枠内に第２流路部材１２を収容し、第２流路部材１２を保持している。第１流路部材１１には、インクタンクから第２流路部材１２へと流れるインクの流路（図示略）が形成されている。

第２流路部材１２は、図７に示すように、９枚のプレート１０１～１０９で構成されている。プレート１０１～１０９は、鉛直方向に積層され、接着剤を介して互いに接着されている。各プレート１０１～１０９には、流路１０ｘを構成する貫通孔が形成されている。流路１０ｘは、複数のノズル１５に共通の共通流路１３と、ノズル１５毎に個別の個別流路とを含み、共通流路１３から各個別流路の圧力室１４を経てノズル１５に至る流路（ノズル１５を先端に有する流路）である。第２流路部材１２の下面には、複数のノズル１５が開口している。

アクチュエータ部材２０は、図７に示すように、２つの圧電層２１，２２と、複数の個別電極２３と、共通電極２４とを含む。圧電層２１，２２及び共通電極２４は、第２流路部材１２の上面全体に亘って設けられている。一方、個別電極２３は、圧力室１４毎に設けられており、圧力室１４と鉛直方向に重なっている。

アクチュエータ部材２０と第２流路部材１２との間には、封止部材１９が配置されている。封止部材１９は、第２流路部材１２の上面に形成された複数の圧力室１４を覆っている。封止部材１９は、インク透過性の低い材料（ステンレス鋼等）からなり、後述するアクチュエータ２０ｘとして機能する部分を有していない。

アクチュエータ部材２０の上面には、図５に示すように、ＣＯＦ（Chip On Film）２５が配置されている。ＣＯＦ２５は、個別電極２３及び共通電極２４と電気的に接続された中央部と、中央部の紙幅方向両端から上方に延びた両端部とを有する。ＣＯＦ２５の両端部に、ドライバＩＣ３０が実装されている。ドライバＩＣ３０は、ＣＯＦ２５を介して個別電極２３及び共通電極２４と電気的に接続されている。

ドライバＩＣ３０は、共通電極２４の電位をグランド電位に維持する一方、個別電極２３の電位を所定の駆動電位とグランド電位との間で変化させる。具体的には、ドライバＩＣ３０は、制御部５からの制御信号に基づいて駆動信号を生成し、当該駆動信号を個別電極２３に供給する。これにより、個別電極２３の電位が所定の駆動電位とグランド電位との間で変化する。このとき、圧電層２１において個別電極２３と共通電極２４とで挟まれた部分（アクチュエータ２０ｘ）が、圧電横効果により面方向に収縮する。これに伴い、アクチュエータ部材２０及び封止部材１９において圧力室１４と鉛直方向に重なる部分が圧力室１４に向かって凸となるように変形することにより、圧力室１４の容積が減少し、圧力室１４内のインクに圧力が付与され、ノズル１５からインクが吐出される。このように、アクチュエータ２０ｘは、流路１０ｘ内のインクにノズル１５からインクを吐出させるエネルギーを付与する。ドライバＩＣ３０は、アクチュエータ２０ｘを上記のように駆動するものであり、本発明の「駆動回路」に該当する。

ＣＯＦ２５は、図５に示すように、支持部材７０の下面及び側面に沿って配置されている。支持部材７０は、樹脂等の非導電材料からなる部材であり、図４及び図５に示すように、放熱部材４０を下方から支持している。ＣＯＦ５０の中央部は、支持部材７０の下面に押圧されている。ＣＯＦ５０の両端部は、支持部材７０の側面に沿って延び、支持部材７０の側面の上端において内側に折り曲げられている。

ドライバＩＣ３０は、図５に示すように、放熱部材４０の下面と接触し、放熱部材４０と熱的に接続されている。なお、ドライバＩＣ３０と放熱部材４０とは、両者の間に非導電材料が介在することで、互いに電気的に絶縁されている。

接地部材５０は、図６に示すように、搬送方向に長尺な基部５１と、基部５１の長手方向（搬送方向）の中央に設けられた延在部５２と、基部５１の長手方向（搬送方向）の一端及び他端に設けられた一対の接続部５３とを有する。一対の接続部５３のうち、一方が本発明の「第１接続部」に該当し、他方が本発明の「第２接続部」に該当する。

基部５１の長手方向の中央には、図６に示すように、ネジ６１（図２～図５参照）を取り付けるための孔５１ｙが設けられている。接地部材５０は、基部５１の中央においてネジ６１を介してキャリッジ１ｃに固定されることにより、キャリッジ１ｃと電気的に接続され、電気的に接地されている。

基部５１には、さらに、図６に示すように、２つの位置決め用孔５１ｘが設けられている。２つの位置決め用孔５１ｘは、基部５１の長手方向において中央を挟む位置に配置されている。接地部材５０は、各位置決め用孔５１ｘにホルダ９０の凸部９１を挿入することで（図３参照）、ホルダ９０、ひいてはキャリッジ１ｃに対し、位置決めされる。

延在部５２は、図５に示すように、基部５１の紙幅方向の一端から、放熱部材４０の側面に向かって、斜め下方に延びている。延在部５２は、放熱部材４０の側面に対し、傾斜している。上述のように接地部材５０はステンレス鋼からなるため、延在部５２は、可撓性を有し、その先端５２ｔにおいて放熱部材４０の側面と点接触している。接地部材５０は、延在部５２が放熱部材４０と接触することで、放熱部材４０と電気的に接続され、放熱部材４０を電気的に接地している。

延在部５２には、図６に示すように、延在部５２が基部５１から延びる方向に沿って細長い、貫通孔５２ｘが形成されている。また、延在部５２の先端５２ｔを含む部分は、丸みを帯びている。

一対の接続部５３には、それぞれ、図６に示すように、ネジ６３（図４及び図５参照）を取り付けるための貫通孔５３ｘが設けられている。ネジ６３は、金属等の導電材料からなり、接続部５３と接続された上端と、第１流路部材１１と接続された下端とを有し、接続部５３と第１流路部材１１とを接続している。接地部材５０は、一対の接続部５３がネジ６３を介して第１流路部材１１に固定されることにより、第１流路部材１１と電気的に接続され、第１流路部材１１を電気的に接地している。

なお、第２流路部材１２は、上述のように第１流路部材１１と電気的に絶縁されているが、第１流路部材１１と第２流路部材１２とを流れる導電性のインクを介して電気的に接地される。

以上に述べたように、本実施形態によれば、接地部材５０は、一対の接続部５３及び導電性のインクを介して流路部材１０と電気的に接続され（図４及び図５参照）、かつ、延在部５２を介して放熱部材４０と電気的に接続されている（図５参照）。これにより、接地部材５０によって流路部材１０及び放熱部材４０の双方を静電気から保護することができる。

接地部材５０は、放熱部材４０と点接触している（図５参照）。この場合、接地部材５０と放熱部材４０との接触面積を小さくし、両者の接触強度を大きくできる。これにより、接地部材５０と放熱部材４０との間において、電気抵抗が小さくなり、電気が流れ易くなるため、放熱部材４０を確実に電気的に接地できる。

接地部材５０における放熱部材４０と点接触する部分（延在部５２の先端５２ｔを含む部分）は、丸みを帯びている（図６参照）。この場合、丸みを帯びた部分の先端５２ｔで放熱部材４０と点接触させることができ、点接触をより実効的に実現できる。

接地部材５０において、基部５１から放熱部材４０に向かって延びる延在部５２は、可撓性を有する（図６参照）。この場合、接地部材５０と放熱部材４０との間で多少の位置ズレが生じても、接地部材５０と放熱部材４０との点接触を実現できる。

延在部５２に、貫通孔５２ｘが形成されている（図６参照）。この場合、延在部５２の可撓性を高めることができ、接地部材５０と放熱部材４０との間の位置ズレに対する接触の信頼性を高めることができる。

延在部５２は、ステンレス鋼からなる。ステンレス鋼は弾性が高いため、延在部５２の可撓性を高めることができる。

延在部５２は、放熱部材４０の側面（放熱部材４０における延在部５２の先端５２ｔと点接触する部分を含む面）に対し、傾斜している（図５参照）この場合、延在部５２が当該面に対して垂直である場合に比べ、適度な接触強度が得られると共に、接地部材５０と放熱部材４０との間の位置ズレに対する接触の信頼性を高めることができる。

基部５１の長手方向両端に設けられた一対の接続部５３が、流路部材１０と接続されている（図４及び図５参照）。この場合、基部５１の長手方向両端に設けられた一対の接続部５３によって接地部材５０と流路部材１０とが電気的に接続されることで、両者の電気的接続の信頼性を高めることができる。

接地部材５０は、基部５１の中央においてキャリッジ１ｃに固定されることにより、キャリッジ１ｃと電気的に接続されている（図２及び図３参照）。この場合、基部５１の中央がキャリッジ１ｃに固定されることで、基部５１の一端がキャリッジ１ｃに固定される場合に比べ、バランスよく固定され、キャリッジ１ｃと接地部材５０との安定的な電気的接続を実現できる。

基部５１の長手方向において中央を挟む位置に、２つの位置決め用孔５１ｘが設けられている（図６参照）。この場合、キャリッジ１ｃと接地部材５０との位置決めを確実に行うことができる（図２及び図３参照）。

＜第２実施形態＞
次いで、本発明の第２実施形態に係るヘッドについて説明する。

第１実施形態では、流路部材１０のうち第１流路部材１１のみがネジ６３（本発明の「接続部材」）を介して接地部材５０と電気的に接続され（図４及び図５参照）、第２流路部材１２は第１流路部材１１と第２流路部材１２とを流れる導電性のインクを介して電気的に接地される。

第２実施形態では、第１流路部材１１と第２流路部材１２とを流れるインクが非導電性のインク（例えば、ＵＶインク）であり、ネジ６３（図４及び図５参照）の下端（他端）に、導電性接着剤が設けられている。ネジ６３は、下端が第１流路部材１１に取り付けられることで、第１流路部材１１と電気的に接続されると共に、下端に設けられた導電性接着剤を介して、第２流路部材１２と電気的に接続されている。

本実施形態によれば、ネジ６３の下端と第２流路部材１２との間に介在する導電性接着剤により、ネジ６３と第２流路部材１２とが互いに電気的に接続される。これにより、非導電性のインク（例えば、ＵＶインク）を用いる場合にも、流路部材１０（第１流路部材１１及び第２流路部材１２の双方）の電気的接地を実現できる。

＜変形例＞
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。

上述の実施形態（図５参照）において、延在部５２は、基部５１から斜め下方に延びているが、基部５１から斜め上方に延びてもよい。また、延在部５２は、直線状に限定されず、蛇腹状（即ち、斜め上方に延びる部分と斜め下方に延びる部分とをそれぞれ少なくとも１つ有する構成）であってもよい。また、延在部５２は、放熱部材４０の側面に対して垂直であってもよい。

接地部材５０における放熱部材４０と点接触する部分（図６参照：延在部５２の先端５２ｔを含む部分）は、丸みを帯びなくてもよい。例えば、先端５２ｔは、鋭角で構成されてもよいし、水平面で構成されてもよい。

延在部５２に貫通孔５２ｘ（図６参照）が形成されなくてもよい。

延在部５２は、可撓性を有さなくてもよい。延在部５２は、ステンレス鋼からなることに限定されず、鉄、その他任意の材料からなってよい。

接地部材５０は、放熱部材４０と点接触すること（図５参照）に限定されず、放熱部材４０と線接触してもよい。

接地部材５０は、上述の実施形態（図５及び図６参照）では、流路部材１０と２か所（一対の接続部５３）で接続され、放熱部材４０と１か所（延在部５２の先端５２ｔ）で接続されているが、これに限定されない。例えば、接地部材５０は、流路部材１０及び放熱部材４０のそれぞれと、１か所で接続されてもよい。

流路部材１０やキャリッジ１ｃ（保持部材）を構成する材料は、導電材料であればよく、金属以外にも、グラファイト、導電材高分子材料等であってもよい。

ヘッド１は、ライン式に限定されず、シリアル式（紙幅方向と平行な走査方向に移動しつつノズルから記録媒体に対して液体を吐出する方式）であってもよい。

記録媒体は、用紙９に限定されず、布、基板等であってもよい。

アクチュエータ２０ｘは、圧電素子を用いたピエゾ方式のものに限定されず、その他の方式（例えば、発熱素子を用いたサーマル方式、静電力を用いた静電方式等）のものであってもよい。

ノズル１５から吐出される液体は、インクに限定されず、任意の液体（例えば、インク中の成分を凝集又は析出させる処理液等）であってよい。

プリンタ１００は、上述の実施形態（図１参照）では３つのヘッド１を含むが、１、２又は４以上のヘッド１を含んでもよい。

本発明は、プリンタに限定されず、ファクシミリ、コピー機、複合機等にも適用可能である。また、本発明は、画像の記録以外の用途で使用される液体吐出装置（例えば、基板に導電性の液体を吐出して導電パターンを形成する液体吐出装置）にも適用可能である。

１ ヘッド
１ｃ キャリッジ（保持部材）
１０ 流路部材
１５ ノズル
１０ｘ 流路
２０ アクチュエータ部材
２０ｘ アクチュエータ
３０ ドライバＩＣ（駆動回路）
４０ 放熱部材
５０ 接地部材
５１ 基部
５１ｘ 位置決め用孔
５２ 延在部
５２ｔ 先端
５２ｘ 貫通孔
５３ 接続部（第１接続部，第２接続部）
６３ ネジ（接続部材）

Claims (11)

1. ノズルを先端に有する流路が形成された導電材料からなる流路部材と、
   前記流路内の液体に前記ノズルから液体を吐出させるエネルギーを付与するアクチュエータと、
   前記アクチュエータと電気的に接続された、前記アクチュエータを駆動する駆動回路と、
   前記駆動回路と熱的に接続された放熱部材と、
   電気的に接地された接地部材と、を備え、
   前記接地部材は、前記流路部材及び前記放熱部材の双方と電気的に接続されていることを特徴とする、液体吐出ヘッド。
2. 前記接地部材は、前記放熱部材と点接触していることを特徴とする、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記接地部材における前記放熱部材と点接触する部分は、丸みを帯びていることを特徴とする、請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記接地部材は、基部と、前記基部から前記放熱部材に向かって延びる延在部であって、先端に前記点接触する部分を有する延在部と、を含み、
   前記延在部は可撓性を有することを特徴とする、請求項２又は３に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記延在部に貫通孔が形成されていることを特徴とする、請求項４に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記延在部はステンレス鋼からな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。
7. 前記延在部は、前記放熱部材における前記延在部の先端と点接触する部分を含む面に対し、傾斜していることを特徴とする、請求項４～６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
8. 前記延在部は、前記基部の長手方向の中央に設けられ、
   前記接地部材は、前記基部の前記長手方向の一端に設けられた第１接続部と、前記基部の前記長手方向の他端に設けられた第２接続部と、をさらに含み、
   前記第１接続部及び前記第２接続部は、それぞれ、前記流路部材と接続されていることを特徴とする、請求項４～７のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
9. 前記第１接続部及び前記第２接続部は、それぞれ、接続部材を介して前記流路部材と接続されており、
   前記接続部材は、前記第１接続部又は前記第２接続部と接続された一端と、前記流路部材と接続された他端とを有し、
   前記接続部材は、前記他端と前記流路部材との間に介在する導電性接着剤により、前記流路部材と電気的に接続されていることを特徴とする、請求項８に記載の液体吐出ヘッド。
10. 前記流路部材及び前記放熱部材を保持し、前記流路部材及び前記放熱部材と電気的に絶縁された導電材料からなる保持部材をさらに備え、
    前記保持部材は、電気的に接地されており、
    前記接地部材は、前記基部の前記中央において前記保持部材に固定されることにより、前記保持部材と電気的に接続されていることを特徴とする、請求項８又は９に記載の液体吐出ヘッド。
11. 前記基部の前記長手方向において前記中央を挟む位置に、２つの位置決め用孔が設けられていることを特徴とする、請求項１０に記載の液体吐出ヘッド。

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