JP2024020066A - インクジェット装置 - Google Patents

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亨 中川
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【課題】インクジェットヘッドモジュールの位置の信頼性を向上し得るインクジェット装置を提供すること。【解決手段】インクジェット装置は、ノズルを有するインクジェットヘッドモジュールと、当該インクジェットヘッドモジュールと接続するサブプレートと、当該サブプレートが接続するベースプレートと、を有し、サブプレートは、インクジェットヘッドモジュールに締結される締結部と、締結部よりも剛性の低い低剛性部と、を有する。【選択図】図5

Description

本開示は、インクジェット装置に関し、特にインクジェットヘッドモジュールがサブプレートを介してベースプレートに固定されたインクジェット装置に関する。
近年、インクジェットプリンターやインクジェットプロッターなどの、インクジェット装置が広く普及している。インクジェット装置は、一般消費者向けの小型プリンタだけでなく、例えば、電子回路の形成や液晶ディスプレイ用のカラーフィルターの製造、有機ELディスプレイの製造といった工業用途にも、広く利用されている。
インクジェット装置は、複数のノズルを有し、ノズルと印刷対象物との位置関係を制御しながらノズルからインクを吐出することで、印刷対象物にインクを塗布する。
この種のインクジェット装置の一つとして、複数のラインヘッドを備えるものが知られている。各ラインヘッドは、印刷対象物の幅方向に並設された複数のインクジェットヘッドモジュールを備える。各インクジェットヘッドモジュールには、インクを吐出する複数のノズルが設けられている。
このような複数のラインヘッドを、主走査方向に直交する副走査方向に並べて配置することにより、幅の大きい印刷対象物に対して、1回の走査で広い範囲にインクを塗布することができる。さらに、複数のラインヘッドを主走査方向にも並べて配置することにより、例えば色が異なるなどの複数種のインクを、1回の走査で一括して印刷対象物に塗布することができる。
このような構成によれば、例えば、G4サイズ(680mm×880mm)以上の大型の印刷対象物に対しても、1回の走査で複数種のインクを一括で塗布できるので、印刷対象物にインクを塗布するタクトの低減が可能になる。さらに、インク塗布後の乾燥条件等を均一にしやすいために、例えばインク膜厚を均一に制御できるなどの印刷プロセス上の利点がある。
しかしながら、インクジェット装置においては、多数のインクジェットヘッドモジュールを精度良く配置することが困難であるため、大型の印刷対象物に高精細の印刷パターンを形成する装置としては不向きであると言われていた。
このようなインクジェット装置の欠点を補う一つの方法として従来、インクジェットヘッドモジュールをサブプレートを介してベースプレートに固定するようになされたインクジェット装置が提案されている(特許文献1参照)。
特開2016-2672号公報
上述したように、インクジェットヘッドモジュールをサブプレートを介してベースプレートに取り付ける構成を採用すれば、ベースプレートの面性状の影響を低減できるとともに、インクジェットヘッドモジュール交換時の位置の再現性を確保できるようになる。その結果、インクジェットヘッドモジュールの位置の信頼性を向上でき、ひいては印刷精度が向上する。
しかしながら、サブプレートを用いた場合に、インクジェットヘッドモジュールの組み立て時に発生する機械的なストレス等については十分な検討がなされておらず、インクジェットヘッドモジュールの位置を精度良く維持する点で未だ不十分であった。
本開示は、以上の点を考慮してなされたものであり、インクジェットヘッドモジュールの位置の信頼性を向上し得るインクジェット装置を提供する。
本開示のインクジェット装置の一つの態様は、
ノズルを有するインクジェットヘッドモジュールと、
前記インクジェットヘッドモジュールと接続するサブプレートと、
前記サブプレートと接続するベースプレートと、
を備え、
前記サブプレートは、
前記インクジェットヘッドモジュールに締結される締結部と、
前記締結部よりも剛性の低い低剛性部と、
を有する。
本開示によれば、インクジェットヘッドモジュールの位置の信頼性を向上し得るインクジェット装置を実現できる。
実施の形態に係るインクジェット装置の概略構成を示す略線的斜視図 ラインヘッドの概略構成を示す略線的斜視図 インク吐出ユニットの断面図 インクジェットヘッドモジュールの平面図 サブプレートの断面図 Z方向から見たサブプレートの平面図 Y方向から見たサブプレートの平面図 他の実施の形態1のサブプレートの断面図 他の実施の形態1のサブプレートをZ方向から見た平面図 他の実施の形態1のサブプレートをY方向から見た平面図 他の実施の形態2のサブプレートの断面図 他の実施の形態2のサブプレートをZ方向から見た平面図 他の実施の形態2のサブプレートをY方向から見た平面図
以下、本開示の実施形態ついて、図を参照しながら説明する。
<1>インクジェット装置の概略構成
図1は、本開示の実施の形態に係るインクジェット装置10の概略構成を示す略線的斜視図である。なお、本開示のインクジェット装置の特徴は、インクジェットヘッドモジュールの取付構造にあるので、図1ではその周辺部分のみを示し、駆動部や制御部などは省略されている。
図2は、1つのラインヘッド20の概略構成を示す略線的斜視図である。図2は、直方体形状のラインヘッド20の一部分を、斜め下方向から見て示した斜視図である。
図中のX方向は走査方向であり、Y方向は副走査方向であり、Z方向はインク50の吐出方向(図では-Z方向)である。
図1から分かるように、インクジェット装置10は、複数のラインヘッド20と、ステージ30と、を有する。図2から分かるように、1つのラインヘッド20は、副走査方向に配列された複数のインクジェットヘッドモジュール120を有する。1つのインクジェットヘッドモジュール120は、走査方向に配列された複数のノズル130を有する。
実際上、1つのラインヘッド20には、1種類のインクが使用されるので、色・粘度・電気的特性の異なる複数種のインク材料が使用される場合は、それに応じた数のラインヘッド20が搭載される。
ステージ30は、印刷対象物40を載置した状態で、ラインヘッド20の直下を走査方向(X方向)に移動する。印刷対象物40は、例えば記録紙等であってよいし、液晶ディスプレイ用のカラーフィルターや有機ELディスプレイ等であってもよい。図1では、印刷対象物40がカラーフィルターである例が示されている。
図1の例では、複数のラインヘッド20が走査方向に配置されているので、ステージ30の1回の走査で印刷対象物40の所望位置に塗布することができるインクの種類を増やすことができる。この結果、走査回数を低減でき、生産性を向上させることができる。
ラインヘッド20には、複数のインク吐出ユニット21-1、21-2、………、21―nが設けられている。インク吐出ユニット21-1、21-2、………、21―nは、ベースプレート22に固定されている。以下の説明では、1つのインク吐出ユニット又は複数のインク吐出ユニットをインク吐出ユニット21と略記することがある。なお、実際には、ラインヘッド20には電気信号を送る配線なども設けられているが、図2では、図を簡単化するために、インク吐出ユニット21の要部構成のみが示されている。
各インク吐出ユニット21は、サブプレート110及びインクジェットヘッドモジュール120を有する。サブプレート110は固定ねじ111によってベースプレート22に固定され、インクジェットヘッドモジュール120は固定ねじ(図示せず)によってサブプレート110に固定されている。換言すれば、インクジェットヘッドモジュール120は、サブプレート110を介してベースプレート22に取り付けられている。
インクジェットヘッドモジュール120には複数のノズル130が設けられており、このノズル130から所定量のインクが吐出される。ノズル130は、インクジェットヘッドモジュール120の長手方向(X方向)に直線的に配列されている。
<2>インク吐出ユニット21の詳細構成
次に、図3-図7を用いて、インク吐出ユニット21の詳細構成を説明する。
図3はインク吐出ユニット21をノズル130を含む位置でXY平面によって切った断面図である。図4はインクジェットヘッドモジュール120をノズル130の表出面の方向から見た平面図である。図5は図3の断面図からサブプレート110を抜き出して示した断面図である。図6は、Z方向から見たサブプレートの平面図である。なお、図5は、図6のA-A´線に沿う断面図と言うこともできる。図7は、Y方向から見たサブプレートの平面図である。
ちなみに、本実施の形態の場合、X方向は、走査方向でありかつインクジェットヘッドモジュール120における複数のノズル130の配列方向と言うことができる。Y方向は、副走査方向でありかつ複数のインク吐出ユニット21の配列方向と言うことができる。Z方向(正確には-Z方向)は、インク50の吐出方向でありかつベースプレート22、サブプレート110及びインクジェットヘッドモジュール120の積層方向と言うことができる。
サブプレート110には、その厚みを貫通する座繰り孔111が形成されている。インクジェットヘッドモジュール120には、ねじ孔121が形成されている。固定ねじ(図示せず)を座繰り孔111に挿通させた後に、ねじ孔121にねじ込むことにより、サブプレート110とインクジェットヘッドモジュール120とが締結される。この結果、インクジェットヘッドモジュール120がサブプレート110に固定され、サブプレート110とインクジェットヘッドモジュール120が一体とされる。
ここで、座繰り孔111は、固定ねじ(図示せず)を挿通した際に、サブプレート110に対してインクジェットヘッドモジュール120を面方向に若干スライドさせることができるように、径方向に余裕が持たせてある(換言すれば、クリアランスを持たせてある)。これにより、この径方向の余裕の範囲内でインクジェットヘッド120のサブプレート110への取り付け位置を調整できるようになっている。
また、サブプレート110の両端近傍には、その厚みを貫通する基準孔112が形成されている。基準孔112に対応するベースプレート22の位置には、基準孔22aが形成されている。基準孔112、22aを連通するように基準ピン(図示せず)を挿通することにより、ベースプレート22の所定位置にサブプレート110が位置決めされる。
さらに、サブプレート110の両端近傍には、その厚みを貫通する挿通孔113が形成されている。挿通孔113に対応するベースプレート22の位置には、ねじ孔22bが形成されている。基準ピン(図示せず)によってベースプレート22の所定位置にサブプレート110を位置決めした後に、固定ねじ(図示せず)を挿通孔113に挿通させねじ孔22bにねじ込むことにより、ベースプレート22の所定位置にサブプレート110が位置決めされた状態で固定される。
なお、位置決めのために用いた基準ピン(図示せず)は、固定ねじ(図示せず)による固定後に残置しても構わないし、抜去して他のサブプレートの位置決めのために共用しても構わない。ただし、同一の基準ピンを複数のサブプレートの位置決めで共用すれば、異なる基準ピンを用いるのと比較して、基準ピンの誤差に起因する位置決め精度の低下を抑制できるので、基準ピンを抜去して同一の基準ピンを複数のサブプレートの位置決めで共用することが好ましい。
ベースプレート22にサブプレート110を介してインクジェットヘッドモジュール120を取り付けたことにより、サブプレート110とインクジェットヘッドモジュール120との位置関係を個別に調整すれば、ベースプレート22とインクジェットヘッドモジュール120との位置関係を調整できるようになるので、ベースプレート22の面性状の影響を低減できるとともに、インクジェットヘッドモジュール120交換時の位置の再現性を確保できるようになり、その結果、インクジェットヘッドモジュール120の位置の信頼性を向上できる。
ここで、サブプレート110を用いた、ベースプレート22とインクジェットヘッドモジュール120との位置調整について具体的に説明する。
先ず、組み立てられたラインヘッド20を対象に、各インクジェットヘッドモジュール120の位置ずれであるアライメント誤差を求めるアライメント検査工程を実行する。このアライメント検査工程の結果においてアライメント誤差が仕様を外れているインクジェットヘッドモジュール120を、サブプレート110とインクジェットヘッドモジュール120とが固定された状態でベースプレート22から取外す。
次いで、アライメント誤差を解消するように、サブプレート110に対してインクジェットヘッドモジュール120の位置をシフトさせることにより、サブプレート110とインクジェットヘッドモジュール120の相対位置を調整する。
次いで、サブプレート110とインクジェットヘッドモジュール120を再びベースプレート22に取り付けることによって、ラインヘッド20を再構成する。
ここで、ベースプレート22に対するサブプレート110の取り付け位置の再現性は、基準ピン(図示せず)により担保される。一方、ベースプレート22に対するインクジェットヘッドモジュール120の取り付け位置の再現性は、サブプレート110とインクジェットヘッドモジュール120の相対位置の調整により担保される。。
なお、アライメント検査工程で得られたアライメント誤差を記録しておき、インクジェットヘッドモジュール120が故障した場合に、新しいインクジェットヘッドモジュール120を、当該アライメント誤差を解消するように、サブプレート110に対してシフトさせれば、ベースプレート22に対するインクジェットヘッドモジュール120の相対位置の再現性が確保される。かくして、ラインヘッド20全体を改めて調整する必要なく、簡便で再現性の良いインクジェットヘッドモジュール120の交換が可能となる。
かかる構成に加えて、図5-図7から分かるように、サブプレート110の長手方向の中央部分には、サブプレート110を厚み方向(図における上下方向(Z方向))に貫通する開口部114aと、サブプレート110の上部を切り欠いた切欠部114bと、サブプレート110の下部を切り欠いた切欠部114cと、が形成されている。サブプレート110の長手方向の中央部分は、この開口部114aと、切欠部114b、114cによる薄肉部と、によって低剛性部114となっている。なお、開口部は、サブプレート110を厚み方向に貫通する場合に限らず、他の方向に貫通していてもよい。例えば、開口部はサブプレート110の一部をY方向に貫通するものであってもよい。
本実施の形態のサブプレート110は低剛性部114を有することにより、固定ねじによってサブプレート110とインクジェットヘッドモジュール120を締結したときに発生する締結に起因するストレスを、低剛性部114が変形することで緩和できる。この結果、締結による締結部の変形を抑制でき、位置合わせの精度を維持できるようになる。なお、本明細書において「ストレス」は、固定ねじが締結されることにより生じる軸応力及びせん断応力等である。
より具体的に説明する。従来の低剛性部114を有しないサブプレートを用いた場合には、締結によるストレスを、サブプレート全体で受け止めていた。その結果、締結によるストレスは、サブプレート全体に及ぶので、位置合わせに重要な締結部もこのストレスにより変形し、その結果、位置合わせの精度が低下するおそれがある。
特に、締結によるストレスに起因する変形が締結時に発生するのであれば、この変形を相殺する位置でサブプレート110とインクジェットヘッドモジュール120とを締結することで、ストレスによる悪影響を抑制できる。しかし、この変形が締結後に徐々に発生する場合には、インクジェット装置10の使用時間が経過するにつれてインクジェットヘッドモジュール120が徐々にずれていき、その結果、印刷精度が低下する原因ともなり得る。
これに対して、本実施の形態の構成によれば、低剛性部114の変形によって、締結に起因して経時的に生じるストレスを緩和できるので、締結部(高剛性部と言うこともできる)115の変形を抑制できる。これにより、位置合わせで最も重要な、締結部115の締結によるストレスが緩和され、結果として締結部115の位置の精度を維持することができる。ここで、サブプレート110の中央部での変形は生じるものの、締結部115から離れた位置での変形なので、締結部115への影響は小さく、結果として、位置合わせ精度は確保される。
上述したように低剛性部114は、開口部114aと、切欠部114b、114cによる薄肉部と、を形成することにより実現されている。
実際上、開口部114aのY方向の幅は、サブプレート110のY方向の全幅の1/10以上であれば、その効果を十分に発揮し得る。開口部114aのY方向の幅は、サブプレート110のY方向の全幅の4/5程度であることがより好ましい。ただし、開口部114aのY方向の幅があまり大き過ぎると、サブプレート110全体としての強度が小さくなり過ぎるので、開口部114aのY方向の幅は、サブプレート110のY方向の全幅の1/10以上でかつ9/10以下であることが好ましい。
開口部114aのX方向の長さは、インクジェットヘッドモジュール120との締結を担う2つの座繰り孔111の間の距離の1/3以上であれば、その効果を十分に発揮し得る。また、開口部114aのX方向の長さは、座繰り孔111の孔加工が可能な範囲で、座繰り孔111の近傍まで延ばすことができる。
切欠部114b、114cの深さ(つまりZ方向への切欠の深さ)は、切欠部114b、114cの合計でサブプレート110の厚さの1/2以上、すなわち、残り厚さ(つまり締結部115よりも薄肉化されたサブプレート110の薄肉部の厚さ)が1/2以下であれば、その効果を十分に発揮し得る。切欠部114b、114cの合計の深さは、サブプレート110の厚さの4/5程度であることがより好ましい。ただし、切欠部114b、114cの合計の深さがあまり深すぎると、サブプレート110全体としての強度が小さくなり過ぎるので、切欠部114b、114cの合計の深さは、サブプレート110の厚さの1/10以上でかつ1/2以下(=残りの厚さがサブプレート110の厚さの1/2以上でかつ9/10以下)であることが好ましい。すなわち、切欠部深さ<残り部厚さ、であることが好ましい。
<3>効果
以上説明したように、本実施の形態によれば、ノズル130有するインクジェットヘッドモジュール120と、インクジェットヘッドモジュール120と接続するサブプレート110と、サブプレート110と接続するベースプレート22と、備え、サブプレート110は、インクジェットヘッドモジュール120に締結される締結部115と、締結部115よりも剛性の低い低剛性部114と、を有する。
これにより、低剛性部114の変形によって、締結に起因して経時的に生じるストレスを緩和できるので、締結部115の変形を抑制できるようになり、締結部115の位置の精度を維持することができる。この結果、インクジェットヘッドモジュール120の位置の信頼性を向上し得るインクジェット装置10を実現できる。
<4>他の実施の形態
<4-1>他の実施の形態1
図5-7との対応部分に同一符号を付して示す図8-図10は、他の実施の形態1のサブプレート110の構成を示す図である。図8は他の実施の形態1のサブプレート110の断面図であり、図9は他の実施の形態1のサブプレート110をZ方向から見た平面図であり、図10は他の実施の形態1のサブプレート110をY方向から見た平面図である。
他の実施の形態1のサブプレート110が上述の実施の形態のサブプレート110と異なる点は、切欠部214b、214cの深さがサブプレート110の中央方向に向かって深くなっている点である。これにより、低剛性部214は、端部方向から中央方向に向かって徐々に肉薄になるので、端部方向から中央方向に向かって徐々に剛性が低くなる。換言すれば、低剛性部214は、締結部115よりも離れるに従って剛性が低くなる剛性特性を有する。さらに換言すれば、低剛性部214は、第1の低剛性部と、第1の低剛性部よりも締結部115から離れている第2の低剛性部とを有し、第2の低剛性部は、第1の低剛性部部よりも剛性が低い。
この結果、上述の実施の形態と比較して、締結によるストレスが、締結部115からより離れた位置での変形によって緩和されるので、締結部115のストレスによる位置ずれがより生じにくくなり、結果として締結部115の位置の精度をより確実に維持することができるようになる。
<4-2>他の実施の形態2
図5-7との対応部分に同一符号を付して示す図11-図13は、他の実施の形態2のサブプレート110の構成を示す図である。図11は他の実施の形態2のサブプレート110の断面図であり、図12は他の実施の形態2のサブプレート110をZ方向から見た平面図であり、図13は他の実施の形態2のサブプレート110をY方向から見た平面図である。
他の実施の形態2のサブプレート110が上述の実施の形態のサブプレート110と異なる点は、開口部314aが座繰り孔111の位置まで延びている点である。これにより、開口部314aと座繰り孔111とを一括して形成できるので、工具交換回数を削減し、加工時間を短縮することができる。
開口部314aは、上述の実施の形態の開口部114aと同形状の開口部314a1と、その両側に形成された開口部314a2と、からなる。開口部314a2は、開口部314aよりも幅が狭い。本実施の形態の開口部314aは、上述の実施の形態の開口部114aと比較して全長が長く、本実施の形態の低剛性部314は、上述の実施の形態の低剛性部114と比較して全長が長い。
これにより、締結によるストレスを緩和できる範囲がより広くなるので、ストレスをより確実に解消し得、締結部115へのストレスの影響をより小さくできる。なお、開口部314aが座繰り孔111まで延びているので、ストレスによる変形は位置決めにとって重要な締結部115にまで及ぶことになる。しかし、締結時に変形を見越した位置でサブプレート110とインクジェットヘッドモジュール120とを締結すればよい。
<4-3>さらなる実施の形態、
上述の実施の形態は、本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することの無い範囲で、様々な形で実施することができる。
上述の実施の形態では、低剛性部114を、開口部114aと切欠部114b、114cを形成することで実現する場合について述べたが、低剛性部114を、例えば、開口部114aのみ、切欠部114bのみ、或いは切欠部114cのみを形成することで実現してもよい。他の実施の形態1についても同様に、低剛性部214を、例えば、開口部114aのみ、切欠部214bのみ、或いは切欠部214cのみを形成することで実現してもよい。他の実施の形態2についても同様に、例えば、低剛性部314を、開口部314aのみ、切欠部114bのみ、或いは切欠部114cのみを形成することで実現してもよい。
上述の実施の形態及び他の実施の形態1、2では、低剛性部114、214、314を、開口部114a、314a、切欠部114b、114c、214により実現する場合について述べたが、これに限らず、低剛性部を、例えば締結部よりも剛性の低い材料を用いることで実現してもよい。このようにした場合でも、上述の実施の形態と同様に、締結部の締結によりサブプレートに生じるストレスを変形により緩和することができ、上述の実施の形態と同様の効果を得ることができる。ただし、上述の実施の形態のように、低剛性部114、214、314が締結部115の締結によりサブプレート110に生じるストレスを緩和する形状(開口部114a、314a、切欠部114b、114c、214)を有するようにすれば、低剛性部114、214、314を有するサブプレート110を同一材料で形成でき、この結果、低剛性部を別材料で実現するよりも、低剛性部114、214、314を有するサブプレート110を容易に実現できるといったメリットがある。
上述の実施の形態及び他の実施の形態1、2では、締結部115がサブプレート110の2つの位置に形成されている場合について述べたが、締結部の数はこれに限らず、本開示は締結部が3つ以上の場合にも適用できる。要は、複数の締結部以外の位置であり、複数の締結部の間の位置に、締結部よりも剛性の低い低剛性部を形成すればよい。ただし、実施の形態及び他の実施の形態1、2で示したように、低剛性部を締結部の間の位置に形成すると、複数の締結部のストレスを共通の低剛性部で緩和できるようになるので、少ない数或いは小さい範囲の低剛性部で効率的にストレスを緩和できるようになる。
上述の実施の形態及び他の実施の形態1、2における、ノズル130の数及び配置、吐出ユニット21の数及び配置、締結部115の数及び配置、低剛性部114、214、314の数及び配置、開口部114a、314aの数及び配置、切欠部114b、114c、214の数及び配置、などは、例示であって、これらは例えばインクジェット装置に要求される仕様などに応じてその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することの無い範囲で変更可能である。
本開示のインクジェット装置は、ノズルを有するインクジェットヘッドモジュールをサブプレートを介してベースプレートに取り付けるようになされたインクジェット装置に広く適用可能である。
10 インクジェット装置
20 ラインヘッド
21(21-1、21-2、………、21―n) インク吐出ユニット
22 ベースプレート
22a、112 基準孔
30 ステージ
40 印刷対象物
50 インク
110 サブプレート
111 座繰り孔
113 挿通孔
114、214、314 低剛性部
114a、314a、314a1、314a2 開口部
114b、114c、214b、214c 切欠部
115 締結部
120 インクジェットヘッドモジュール
121、22b ねじ孔
130 ノズル

Claims (6)

  1. インクジェット装置であって、
    ノズルを有するインクジェットヘッドモジュールと、
    前記インクジェットヘッドモジュールと接続するサブプレートと、
    前記サブプレートと接続するベースプレートと、
    を備え、
    前記サブプレートは、
    前記インクジェットヘッドモジュールに締結される締結部と、
    前記締結部よりも剛性の低い低剛性部と、
    を有する、
    インクジェット装置。
  2. 前記低剛性部は、前記締結部の締結により前記サブプレートに生じるストレスを緩和する形状を有する、
    請求項1に記載のインクジェット装置。
  3. 前記サブプレートは、複数の前記締結部を有し、
    前記低剛性部は、前記複数の締結部の間に配置される、
    請求項1に記載のインクジェット装置。
  4. 前記低剛性部は、前記サブプレートを貫通する開口部を含む、
    請求項1から3のいずれか一項に記載のインクジェット装置。
  5. 前記低剛性部は、前記締結部より薄肉化された薄肉部を含む、
    請求項1から3のいずれか一項に記載のインクジェット装置。
  6. 前記低剛性部は、前記締結部よりも離れるに従って剛性が低くなる剛性特性を有する、
    請求項1に記載のインクジェット装置。
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