JP4222078B2

JP4222078B2 - 記録装置

Info

Publication number: JP4222078B2
Application number: JP2003085663A
Authority: JP
Inventors: 智幸久保
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2003-03-26
Filing date: 2003-03-26
Publication date: 2009-02-12
Anticipated expiration: 2023-03-26
Also published as: JP2004291342A; US20040189730A1; US7188922B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、印字面に所望の画像を記録するためのエネルギーを発生するアクチュエータを有するヘッドユニットと、アクチュエータを駆動するドライバー素子を有する基板と、ドライバー素子に対して熱伝導可能に配設されるヒートシンクとを備える記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、印字面に所望の画像を記録するためのエネルギーを発生するアクチュエータを有するヘッドユニットと、アクチュエータを駆動するドライバー素子を有する基板と、ドライバー素子に対して熱伝導可能に配設されるヒートシンクとを備える記録装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
下記特許文献１に記載された記録装置は、インクジェット記録装置であって、そのヘッドユニットは、インクを吐出する複数のノズルと、それに対応して設けられる複数の圧力室と、各圧力室に圧力を発生させて各ノズルからインクを吐出させるアクチュエータ（圧電アクチュエータ）とを備えている。そして、ヘッドユニットは、ノズル部分以外を覆うカバープレートとともに本体フレームの底面に取り付けられている。また、アクチュエータを駆動するドライバー素子（駆動回路のチップ）を搭載したフレキシブルな配線基板が、アクチュエータに接続され、本体フレームの底面から側面に沿って引き出されている。
蓋板が基板を覆って本体フレームに取り付けられ、ドライバー素子が本体フレームの側面に固定したゴムまたはスポンジ状の弾性体により蓋板に接触するように押圧されている。それによって蓋板は、チップの駆動にともなう発熱を放出する、すなわち、ヒートシンクとして機能する。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２４０３０６号公報（第６頁、第１０図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年、ノズル数が増加し、かつ高密度になるのにともない、ドライバー素子とアクチュエータを結ぶ配線も細線化しかつ高密度になって、配線上の信号がノイズの影響を受けやすくなり、このため、ドライバー素子とアクチュエータとを接近させ、基板上の配線をできる限り短くすることが必要になった。
一方、ノズル数の増加にともない、ドライバー素子の発熱量も多くなって、この熱が、アクチュエータの接近にともないまた本体フレームにも吸収されてアクチュエータに伝わりやすくなる。この熱によってアクチュエータが加熱されると、特に圧電素子を用いたアクチュエータでは動作特性が変わり、また、インクが加熱されると物性が変わって、印字画品質の低下を招いてしまう。
【０００６】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、ヒートシンクを介してヘッドユニットが熱影響を受けて印字画品質の低下を招くことを防止できる記録装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の記録装置は、印字画に所望の画像を記録するためのエネルギーを発生するアクチュエータを有するヘッドユニットと、前記アクチュエータを駆動するドライバー素子を有する基板と、前記ドライバー素子に対して熱伝導可能に配設されるヒートシンクと、を備える記録装置において、前記ヒートシンクには、前記ヘッドユニットに対向する位置に空間を形成する開放部分が設けられていることを特徴とする。
【０００８】
ドライバー素子に対して熱伝導可能に配設されるヒートシンクによって、ドライバー素子で発生した熱が放熱されるが、ドライバー素子での処理速度が高まると、ドライバー素子での発熱が多くなりヒートシンク自体も高温になる。しかし、上記構成によると、ヘッドユニットに対向する位置に空間を形成する開放部分が設けられているため、ドライバー素子がヘッドユニットの近くに配置されていても、ヒートシンクからの熱によってヘッドユニットが加熱されてしまうことを抑制できる。したがって、ヒートシンクを介してヘッドユニットが熱影響を受けて印字画品質が低下することを抑制できる。
【０００９】
請求項２に記載の記録装置は、請求項１において、前記アクチュエータは、インクを吐出するための圧電アクチュエータであって、前記ヘッドユニットは、前記インクを貯留するためのキャビティと前記圧電アクチュエータとを積層したものであることを特徴とする。
【００１０】
この構成によると、記録装置が、キャビティと圧電アクチュエータとを備えるインクジェットヘッドの場合に、ヒートシンクが高温になるようなときでも、ヒートシンクからの熱によって圧電素子の動作特性やインクの物性が変わってしまうことを抑制できる。したがって、ヒートシンクの熱影響を受けて印字画品質が低下することを抑制できるインクジェットヘッドを提供することができる。
【００１１】
請求項３に記載の記録装置は、請求項１又は２において、前記開放部分は、前記空間が前記ヘッドユニットと平面視で部分的に又は全体的に重なるように、前記ヒートシンクに貫通して形成された開口部として設けられていることを特徴とする。
【００１２】
この構成によると、ヒートシンクにおけるヘッドユニットに近い個所に貫通形成された開口部が設けられるため、ヒートシンクからの熱によりヘッドユニットが加熱されてしまうことを効率よく抑制できる。また、貫通形成された開口部としての開放部分が形成されているため、ヒートシンクにおける開口部以外の部分を、一体的な構造部材として機能させることもできる。
【００１３】
請求項４に記載の記録装置は、請求項１又は２において、前記開放部分は、前記ヒートシンクに複数形成された貫通孔として設けられていることを特徴とする。
【００１４】
この構成によると、複数の貫通孔で形成された開放部分の存在によって、ヒートシンクからの熱によりヘッドユニットが加熱されてしまうことを抑制できる。また、複数の貫通孔で開放部分が形成されるため、貫通孔の配置、大きさ、配設個数等を自由に設計でき、開放部分の設計上の自由度を高めることもできる。
【００１５】
請求項５に記載の記録装置は、請求項１〜４のいずれか１項において、前記開放部分と前記ヘッドユニットとの間には、前記ヘッドユニットと接し、前記ヘッドユニットの熱を吸収して外部に放熱する放熱体が、前記ヒートシンクとは接しないように配設されていることを特徴とする。
【００１６】
この構成によると、開放部分が設けられたヒートシンクとは異なる放熱体が、ヘッドユニットと熱伝導可能に設けられるため、ヘッドユニット自身で発生した熱を放熱して、ヘッドユニットが自身の発熱によって高温になることを抑制できる。また、ヒートシンクとは接しないように配設されているため、放熱体にヒートシンクから熱が伝わってしまうことも防止できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１８】
図１は、本発明の実施形態にかかる記録装置に装着される記録ヘッド部２を示すもので、この記録ヘッド部２は、一般的な記録装置と同様に、記録媒体に沿って移動可能なキャリッジ（図示せず）に搭載され、記録ヘッド部に設けられたヘッドユニットからインク滴を吐出して記録媒体上に印字、画像等の記録を行うものである。
【００１９】
記録ヘッド部２は、ポリプロエチレン、ポリプロピレン等の合成樹脂材料の射出成形品として構成されるにより、上面が開放した箱状に形成された本体フレーム２１を備えている。本体フレーム２１は、底板２４と、その底板２４の左右両側において立ち上がった側板２３と、その両側板２３間において底板２４の後縁から立ち上がった背板２２とから、上面が開放した箱状に形成されている。本体フレーム２１は、内部に、インク供給源としての複数個のインクカートリッジ３を着脱自在に装着できる搭載部２５を備え、この搭載部には、インクカートリッジ３のインク放出部にそれぞれ対応して接続できる複数個のインク供給通路２６が、底板２４を貫通して形成されている。
【００２０】
本体フレーム２１の底板２４の下面から背板２２の側面に外方に開放した、Ｌ字状に連続した凹部２７が形成され、この凹部２７内にＬ字状のヒートシンク３１が収納され、接着等により固定されている（図３参照）。ヒートシンク３１は、アルミニウム等の熱伝導性のよい金属によって構成されるが、熱伝導性のよい金属粒子を含んだ樹脂、あるいはグラファイトシート（高分子フィルムを熱分解（グラファイト化）することによって作られた単結晶に近い構造を持つ高配合性グラファイトで、高い熱伝導性、フレキシブル性等の特徴を備えている）等を用いることもできる。
【００２１】
底板２４の下面に対応するヒートシンク３１の水平辺３１ａの下方には、ヘッドユニット４０が配置され、さらに、そのヘッドユニット４０を覆うカバープレート５０が配置されている。
【００２２】
ヘッドユニット４０は、公知の構成と同様に、下面に多数の吐出ノズル孔４１を有するキャビティユニット４２と、インクに吐出圧力を付与する圧電アクチュエータ４３とからなる。例えば、特開２００１−２４６７４４号公報に記載されたものと同様に、キャビティユニット４２は、吐出ノズル孔４１と対応した多数のキャビティを有し、そのキャビティに対応した圧電アクチュエータ４３の電極に選択的に電圧を印加することにより、キャビティ内のインクに圧力を与えて吐出ノズル孔４１からインク滴を吐出するものである。
【００２３】
圧電アクチュエータ４３の上面には、フレキシブルな配線基板４４の一端が重ねて固定されている。基板４４上には、圧電アクチュエータ４３を駆動するためのドライバー素子（駆動回路チップ）４５が搭載されている。ドライバー素子４５は、本体側の制御回路からシリアル転送されてきた駆動波形信号を、圧電アクチュエータ４３の電極に対応したパラレル信号に変換しかつ所定の電圧値に変換して各電極に接続した配線パターンに出力するものである。
【００２４】
各ヘッドユニット４０は、図２に示すように、２つのインクカートリッジに対応した吐出ノズル孔４１の列を２つ備え、そのノズル孔列が平行に並ぶように、２つのヘッドユニット４０が平行に配置される。
【００２５】
ヒートシンク３１の水平辺３１ａは、２つのヘッドユニット４０に対向する２つの開放部分すなわち開口３２を上下方向に貫通して備える。開口３２は、圧電アクチュエータ４３を平面視において全体的にほぼ重なる大きさであることが好ましいが、圧電アクチュエータ４３またはキャビティユニット４２の外周に重なる大きさでも差し支えない。２つのヘッドユニット４０は、上記のように相互に平行に配置されかつ各開口３２と対向した状態で、ヒートシンク３１の水平辺３１ａに接着等で固定される。より具体的には、開口３２の周囲とヘッドユニット４０の外周との間に充填した接着剤で固定される。
【００２６】
上記のようにヘッドユニット４０を固定した状態で、インク供給通路２６を内包した筒状部２４ａが、底板２４の下面から突出し、ヒートシンク３１の開口３２を貫通してキャビティユニット４２の上面に当接している。それにより、インク供給通路２６がキャビティユニット４２内の多数のキャビティにインク供給可能に連通している。
【００２７】
また、上記のようにヘッドユニット４０を固定した状態で、２つのヘッドユニット４０のフレキシブルな配線基板４４は、それぞれヘッドユニット４０から反対の側板２３に向けヒートシンク３１の水平辺３１ａに沿って引き出される。この状態で、基板４４上のドライバー素子４５は、ヒートシンク３１の水平辺３１ａの下面に対向して位置する。
【００２８】
基板４４の先端は、側板２３の側面に固定された剛体製の回路基板４６に接続され、その回路基板４６は、記録装置本体側の制御回路にフレキシブルケーブル（図示せず）を介して接続される。
【００２９】
カバープレート５０は、ヘッドユニット４０及び配線基板４４の底板２４に沿う部分を覆って、本体フレーム２１に接着等で固定される。カバープレート５０はステンレス鋼等の金属材料により、外周が立ち上がった箱状に形成され、その内周部分と本体フレーム２１との間にシール剤５１が介挿されている。また、ヘッドユニット４０と対向するカバープレート５０の位置にはノズル孔４１を外部に露出させる開口５２が形成され、開口５２の周囲とヘッドユニット４０の下面との間にもシール剤（図示せず）が介挿され、インクが圧電アクチュエータ４３や基板４４等の電気系統部分に侵入しないようにしている。
【００３０】
なお、ドライバー素子４５は、カバープレート５０内面との間に圧縮して介挿したスポンジ等の弾性体（図示せず）によってヒートシンク３１の下面に常に熱伝導可能に接触するように押圧されている。また、カバープレート５０内とヒートシンク３１との間に絶縁性の樹脂を充填してドライバー素子４５がヒートシンク３１の下面に当接するようにするようにすることもできる。この場合、充填する樹脂は、熱伝導性のよいものを用いることで、ドライバー素子４５が発生する熱をカバープレート５０を通しても放出することができる。
【００３１】
以上のように、上記実施の形態では、ドライバー素子４５が発生する熱は、ヒートシンク３１の水平辺３１ａから背板２２と平行な垂直辺部分３１ｂに伝導され、その垂直辺部分３１ｂの側面に、キャリッジの走行にともなって生じる相対的な空気の流れによって外部に放出される。この場合、ヒートシンク３１の垂直辺部分３１ｂは、背板２２のキャリッジの走行方向のほぼ全長にわたって、かつ背板２２の高さ方向ほぼ全体にわたって設けられるから、放熱面積が大きく確保され、効果的な放熱を行うことができる。
【００３２】
このとき、ヘッドユニット４０の上方には、ヒートシンク３１の開口３２によって空間が形成されているため、ドライバー素子４５の熱はヒートシンク３１を介してヘッドユニット４０には伝わりにくい。したがって、ドライバー素子４５の発熱によってヒートシンク３１が高温になるような場合でも、圧電アクチュエータ４３が熱によって動作特性を大きく変えたり、インクが物性を変えたりすることによる印字画品質の低下を抑制し、安定した高品質の印字画記録をすることができる。
【００３３】
上記実施の形態においてヒートシンク３１の大きさは、ドライバー素子４５の発熱の程度によって任意に設計されるものである。例えば、ヒートシンク３１の水平辺３１ａを外部に露出させるのみで十分な放熱効果が得られる場合には、平板型のヒートシンクでよい。また、実施形態よりも一層大きな放熱効果を必要とするときには、ヒートシンク３１の垂直辺部分３１ｂにさらにフィン状のリブを形成することもできる。
【００３４】
なお、図３において、ヒートシンクの開口３２と対向する底板２４に貫通孔を設けて、ヘッドユニット４０の上方を外部に開放し、ヘッドユニットの昇温を防止することもできる。この場合、底板２４の貫通孔の上方に間隔を置いた蓋板を設けて、インクがヘッドユニットに侵入することを防止することが好ましい。
また、ヘッドユニットが１つの場合には、ヒートシンクは１つの開口３２を有するもので構成できる。
【００３５】
また、ヒートシンク３１を本体フレーム２１と間隔を置いて設置し、その間隔にキャリッジの移動にともなう放熱用の空気が流動するようにすることもできる。
【００３６】
また、図４に示すように、ヒートシンクのヘッドユニット４０と対向する開口は、複数個の開口３２ａからなるもの、あるいは図５に示すように、ヒートシンク３１の水平辺３１ａにスリット状に設けたものでも構成できる。
【００３７】
さらに、図６に示すように、ヘッドユニットのアクチュエータがある程度発熱するものの場合、ヒートシンク３１の開口部３２とヘッドユニット４０との間に、ヘッドユニット４０の熱を吸収して外部に放熱する放熱体３４が設けられているものであってもよい。この放熱体３４は、ヘッドユニット４０に接して熱伝導可能に配設されるとともに、ヒートシンク３１とは接しないように配設されている。
【００３８】
このように、開口部３２が設けられたヒートシンク３１とは異なる放熱体３４が、ヘッドユニット４０と熱伝導可能に設けられることで、ヘッドユニット４０自体で発生した熱を放熱して、ヘッドユニット４０が自身の発熱によって高温になることを抑制できる。また、ヒートシンク３１とは接しないように配設されているため、放熱体３４にヒートシンク３１からの熱が伝わってしまうことも防止できる。
【００３９】
【発明の効果】
ドライバー素子に対して熱伝導可能に配設されるヒートシンクによって、ドライバー素子で発生した熱が放熱されるが、ドライバー素子での処理速度が高まると、ドライバー素子での発熱が多くなりヒートシンク自体も高温になる。しかし、請求項１に記載の発明によると、ヘッドユニットに対向する位置に空間を形成する開放部分が設けられているため、ドライバー素子がヘッドユニットの近くに配置されていても、ヒートシンクからの熱によってヘッドユニットが加熱されてしまうことを抑制できる。したがって、ヒートシンクを介してヘッドユニットが熱影響を受けて印字画品質が低下することを抑制できる。
【００４０】
請求項２の記載の発明によると、記録装置が、キャビティと圧電アクチュエータとを備えるインクジェットヘッドの場合に、ヒートシンクが高温になるようなときでも、ヒートシンクからの熱によって圧電素子の動作特性やインクの物性が変わってしまうことを抑制できる。したがって、ヒートシンクを介してヘッドユニットが熱影響を受けて印字画品質が低下することを抑制できるインクジェットヘッドを提供することができる。
【００４１】
請求項３に記載の発明によると、ヒートシンクにおけるヘッドユニットに近い個所に貫通形成された開口部が設けられるため、ヒートシンクからの熱によりヘッドユニットが加熱されてしまうことを効率よく抑制できる。また、貫通形成された開口部としての開放部分が形成されているため、ヒートシンクにおける開口部以外の部分を、一体的な構造部材として機能させることもできる。
【００４２】
請求項４に記載の発明によると、複数の貫通孔で形成された開放部分の存在によって、ヒートシンクからの熱によりヘッドユニットが加熱されてしまうことを抑制できる。また、貫通孔で開放部分が形成されるため、貫通孔の配置、大きさ、配設個数等を自由に設計でき、開放部分の設計上の自由度を高めることもできる。
【００４３】
請求項５に記載の発明によると、開放部分が設けられたヒートシンクとは異なる放熱体が、ヘッドユニットと熱伝導可能に設けられるため、ヘッドユニット自身で発生した熱を放熱して、ヘッドユニットが自身の発熱によって高温になることを抑制できる。また、ヒートシンクとは接しないように配設されているため、放熱体にヒートシンクから熱が伝わってしまうことも防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る記録装置に装着される記録ヘッド部の正面断面図である。
【図２】図１に示す記録ヘッド部の底面図である。
【図３】図１に示す記録ヘッド部の側断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る記録装置に装着されるヒートシンクの第１の変形例を示す図である。
【図５】図１に示す記録装置に装着されるヒートシンクの第２の変形例を示す図である。
【図６】ヘッドユニットに放熱体を設けた場合のヒートシンク近傍の側断面図である。
【符号の説明】
２記録ヘッド部
４０ヘッドユニット
３１ヒートシンク
４３圧電アクチュエータ
４４基板
３２開放部分
４５ドライバー素子

Claims

印字面に所望の画像を記録するためのエネルギーを発生するアクチュエータを有するヘッドユニットと、
前記アクチュエータを駆動するドライバー素子を有する基板と、
前記ドライバー素子に対して熱伝導可能に配設されるヒートシンクと、
を備える記録装置において、
前記ヒートシンクには、前記ヘッドユニットに対向する位置に空間を形成する開放部分が設けられていることを特徴とする記録装置。
前記アクチュエータは、インクを吐出するための圧電アクチュエータであって、前記ヘッドユニットは、前記インクを貯留するためのキャビティと前記圧電アクチュエータとを積層したものであることを特徴とする請求項１に記載の記録装置。
前記開放部分は、前記空間が前記ヘッドユニットと平面視で部分的に又は全体的に重なるように、前記ヒートシンクに貫通して形成された開口部として設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の記録装置。
前記開放部分は、前記ヒートシンクに複数形成された貫通孔として設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の記録装置。
前記開放部分と前記ヘッドユニットとの間には、前記ヘッドユニットと接し、前記ヘッドユニットの熱を吸収して外部に放熱する放熱体が、前記ヒートシンクとは接しないように配設されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の記録装置。