JP4893752B2

JP4893752B2 - 液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置

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Publication number: JP4893752B2
Application number: JP2009001556A
Authority: JP
Inventors: 嘉平來; 雅大増山
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2009-01-07
Filing date: 2009-01-07
Publication date: 2012-03-07
Anticipated expiration: 2029-01-07
Also published as: JP2010158807A

Description

本発明は、液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置に関する。

液滴吐出装置としては、特許文献１に開示されるインクジェット式記録装置が公知である。特許文献１に開示されるインクジェット式記録装置は、本体ボックス２と、複数のノズルヘッド６を有するヘッドボックス３とを備えたインクジェット式記録装置Ａにおいて、両ユニット２，３の着脱を容易にしてメンテナンス性の向上を図ることを目的とするものであり、以下のように構成されている。

インクジェット式記録装置Ａは、ヘッドボックス３は、複数のノズルヘッド６（ヘッドベース４１）それぞれが、ＦＰＣ４５ａを介して接続された中継基板４７を有し、中継基板４７は、本体ボックス２に着脱自在に接続されるコネクタ４７ａを有している。

特開２００５−７４７６３号公報

本発明は、液滴を吐出する液滴吐出部と、その液滴吐出部に供給する液体供給部と、前記液滴吐出部を駆動する駆動回路部と、を備えた構成において、駆動回路部、液滴吐出部及び液体供給部が一体的に設けられた構成に比べ、液滴吐出部及び液体供給部を高精度に位置決めできるようにすることを課題とする。

本発明の請求項１に係る液滴吐出ヘッドは、記録幅が被記録領域の幅以上とされ、前記記録媒体に液滴を吐出する液滴吐出部と、前記液滴吐出部と一体に設けられ、前記液滴吐出部が液滴として吐出する液体を前記液滴吐出部に供給する液体供給部と、前記液滴吐出部及び前記液体供給部と分割され、前記液滴吐出部及び前記液体供給部に弾性的に結合され、前記液滴吐出部を駆動する駆動回路部と、を備える。

本発明の請求項１に係る液滴吐出ヘッドでは、さらに、前記駆動回路部は、配線が収容される配線収容部と、前記配線収容部の外面に設けられた駆動回路基板と、を備える。

本発明の請求項２に係る液滴吐出ヘッドは、請求項１の構成において、前記配線収容部に形成され、外気を前記液体供給部に導くための通路を備える。

本発明の請求項１に係る液滴吐出ヘッドでは、さらに、前記駆動回路部は、前記液体供給部の外面に設けられた第１処理回路基板と、前記第１処理基板よりも外側に配置されて前記第１処理回路基板との間で段差が形成され、前記駆動回路基板としての第２処理回路基板と、を備える。

本発明の請求項３に係る液滴吐出装置は、請求項１又は２に記載の液滴吐出ヘッドと、前記液滴吐出ヘッドの前記液滴吐出部及び前記液体供給部を支持する第１支持部と、前記液滴吐出ヘッドの前記駆動回路部を支持する第２支持部と、を備える。

本発明の請求項１の構成によれば、駆動回路部、液滴吐出部及び液体供給部が一体的に設けられた構成に比べ、液滴吐出部及び液体供給部を高精度に位置決めできる。

本発明の請求項１の構成によれば、配線が駆動回路基板を覆う構成に比べ、駆動回路基板へのアクセスがしやすい。

本発明の請求項２の構成によれば、通路が形成されていない構成に比べ、駆動回路部で発生した熱による液体供給部の温度上昇を低減できる。

本発明の請求項１の構成によれば、第１処理回路基板と第２処理回路基板との間で段差が形成されていない構成に比べ、駆動回路部で発生した熱による液体供給部の温度上昇を低減できる。

本発明の請求項３の構成によれば、駆動回路部、液滴吐出部及び液体供給部が一体的に設けられた構成に比べ、液滴吐出部及び液体供給部を高精度に位置決めできる。

図１は、本実施形態に係るインクジェット記録装置の全体構成を示す概略図である。図２は、本実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの構成を示す部分断面図である。図３は、本実施形態に係る駆動回路部及びインク吐出部ユニットの支持構造を示す概略図である。図４は、本実施形態に係る駆動回路部の構成を示す概略図である。図５は、本実施形態に係る支持フレームの構成を示す概略図である。図６は、本実施形態に係るインクジェット記録ヘッドにおける外気の流れを示す概略図である。

以下に、本発明に係る実施形態の一例を図面に基づき説明する。
本実施形態では、液滴を吐出する液滴吐出装置の一例として、インク滴を吐出して記録媒体に画像を記録するインクジェット記録装置について説明する。

なお、液滴吐出装置としては、インクジェット記録装置に限定されるものではない。液滴吐出装置としては、例えば、フィルムやガラス上にインク等を吐出してカラーフィルタを製造するカラーフィルタ製造装置、有機ＥＬ溶液を基板上に吐出してＥＬディスプレイパネルを形成する装置、溶解状態の半田を基板上に吐出して部品実装用のバンプを形成する装置、金属を含む液体を吐出して配線パターンを形成する装置及び液滴を吐出して膜を形成する各種の成膜装置であってもよく、液滴を吐出するものであればよい。

（本実施形態に係るインクジェット記録装置の構成）
まず、本実施形態に係るインクジェット記録装置の構成を説明する。図１は、本実施形態に係るインクジェット記録装置の構成を示す概略図である。

図１に示すように、インクジェット記録装置１０は、用紙等の記録媒体Ｐが収容される記録媒体収容部１２と、記録媒体Ｐに画像を記録する画像記録部１４と、記録媒体収容部１２から画像記録部１４へ記録媒体Ｐを搬送する搬送手段１６と、画像記録部１４によって画像が記録された記録媒体Ｐが排出される記録媒体排出部１８と、を備えている。

画像記録部１４は、液滴を吐出する液滴吐出ヘッドの一例として、インク滴を吐出して記録媒体に画像を記録するインクジェット記録ヘッド２０Ｙ、２０Ｍ、２０Ｃ、２０Ｋ（以下、２０Ｙ〜２０Ｋと示す）を備えている。

また、インクジェット記録ヘッド２０Ｙ〜２０Ｋは、ノズル（図示省略）が形成されたノズル面２２Ｙ〜２２Ｋをそれぞれ有している。このノズル面２２Ｙ〜２２Ｋは、インクジェット記録装置１０での画像記録が想定される記録媒体Ｐの最大幅と同程度か、又はそれ以上の記録可能領域を有している。

さらに、インクジェット記録ヘッド２０Ｙ〜２０Ｋは、記録媒体Ｐの搬送方向の下流側から、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の色の順で並列に並べられており、その各色に対応したインク滴を、圧電方式によって、複数のノズルから吐出し、画像を記録する構成となっている。なお、インクジェット記録ヘッド２０Ｙ〜２０Ｋにおいて、インク滴を吐出させる構成は、サーマル方式等の他の方式によって吐出させる構成であっても良い。

インクジェット記録装置１０には、液体を貯留する貯留部として、各色のインクを貯留するインクタンク２１Ｙ、２１Ｍ、２１Ｃ、２１Ｋ（以下、２１Ｙ〜２１Ｋと示す）が設けられている。このインクタンク２１Ｙ〜２１Ｋから、各インクジェット記録ヘッド２０Ｙ〜２０Ｋへインクが供給される。なお、インクジェット記録ヘッド２０Ｙ〜２０Ｋへ供給されるインクとしては、水性インク、油性インク、溶剤系インク等、各種インクの使用が可能である。

搬送手段１６は、記録媒体収容部１２内の記録媒体Ｐを１枚ずつ取り出す取出ドラム２４と、画像記録部１４のインクジェット記録ヘッド２０Ｙ〜２０Ｋへ記録媒体Ｐを搬送し、その記録面（表面）をインクジェット記録ヘッド２０Ｙ〜２０Ｋに対面させる搬送体としての搬送ドラム２６と、画像が記録された記録媒体Ｐを記録媒体排出部１８へ送り出す送出ドラム２８と、を有している。そして、取出ドラム２４、搬送ドラム２６、送出ドラム２８は、それぞれ記録媒体Ｐがその周面に静電的吸着手段、或いは吸引や粘着などの非静電的吸着手段によって保持されるように構成されている。

また、取出ドラム２４、搬送ドラム２６、送出ドラム２８には、それぞれ記録媒体Ｐの搬送方向下流側端部を挟んで保持する保持手段としてのグリッパー３０が、例えば２組ずつ備えられており、これら３個のドラム２４、２６、２８は、それぞれその周面に記録媒体Ｐを、この場合は２枚まで保持可能に構成されている。そして、グリッパー３０は、各ドラム２４、２６、２８の周面に２つずつ形成された凹部２４Ａ、２６Ａ、２８Ａ内に設けられている。

具体的には、各ドラム２４、２６、２８の凹部２４Ａ、２６Ａ、２８Ａ内の所定位置に、各ドラム２４、２６、２８の回転軸３２と平行に回転軸３４が支持されており、この回転軸３４には、その軸方向に間隔をおいて複数のグリッパー３０が固定されている。したがって、回転軸３４が、図示しないアクチュエーターによって正逆両方向に回転することにより、グリッパー３０が各ドラム２４、２６、２８の略周方向に沿って正逆両方向に回転し、記録媒体Ｐの搬送方向下流側端部を挟んで保持したり、離したりすることができるようになっている。

つまり、グリッパー３０は、その先端部が各ドラム２４、２６、２８の周面から若干突出するように回転することで、取出ドラム２４の周面と搬送ドラム２６の周面とが対面する受渡位置３６において、取出ドラム２４のグリッパー３０から搬送ドラム２６のグリッパー３０へ記録媒体Ｐを受け渡すことができ、搬送ドラム２６の周面と送出ドラム２８の周面とが対面する受渡位置３８において、搬送ドラム２６のグリッパー３０から送出ドラム２８のグリッパー３０へ記録媒体Ｐを受け渡すことができるようになっている。

また、インクジェット記録装置１０は、インクジェット記録ヘッド２０Ｙ〜２０Ｋをメンテナンスするメンテナンスユニット（図示省略）を備えている。メンテナンスユニットは、インクジェット記録ヘッド２０Ｙ〜２０Ｋのノズル面を覆うキャップ、予備吐出（空吐出）された液滴を受ける受け部材、ノズル面を清掃する清掃部材、ノズル内のインクを吸引するための吸引装置等を有しており、メンテナンスユニットがインクジェット記録ヘッド２０Ｙ〜２０Ｋに対向する対向位置に移動し、各種のメンテナンスを行う。

次に、インクジェット記録装置１０の画像記録動作について説明する。
記録媒体収容部１２から取出ドラム２４のグリッパー３０により１枚ずつ取り出されて保持された記録媒体Ｐは、取出ドラム２４の周面に吸着されつつ搬送され、受渡位置３６において、取出ドラム２４のグリッパー３０から搬送ドラム２６のグリッパー３０へ受け渡される。

搬送ドラム２６のグリッパー３０により保持された記録媒体Ｐは、その搬送ドラム２６に吸着されつつインクジェット記録ヘッド２０Ｙ〜２０Ｋの画像記録位置まで搬送され、そのインクジェット記録ヘッド２０Ｙ〜２０Ｋから吐出されるインク滴により、記録面に画像が記録される。

記録面に画像が記録された記録媒体Ｐは、受渡位置３８において、搬送ドラム２６のグリッパー３０から送出ドラム２８のグリッパー３０へ受け渡される。そして、送出ドラム２８のグリッパー３０により保持された記録媒体Ｐは、その送出ドラム２８に吸着されつつ搬送され、記録媒体排出部１８へ排出される。以上のように、一連の画像記録動作が行われる。

（インクジェット記録ヘッド２０Ｙ〜２０Ｋの構成）
次に、インクジェット記録ヘッド２０Ｙ〜２０Ｋの構成について説明する。
なお、ここでは、インクジェット記録ヘッド２０Ｙの構成を例に挙げて説明するが、インクジェット記録ヘッド２０Ｍ〜２０Ｋにおいても同様に構成されている。図２は、本実施形態に係るインクジェット記録ヘッド２０Ｙの構成を示す部分断面図である。

本実施形態に係るインクジェット記録ヘッド２０Ｙは、図２に示すように、記録媒体に液滴を吐出する液滴吐出部の一例として、記録媒体Ｐにインクを吐出するインク吐出部４０を備えている。

このインク吐出部４０は、記録幅が被記録領域の幅以上とされている。インク吐出部４０は、例えば、記録幅方向に沿って複数配置されたモジュールで構成されている。なお、記録幅方向は、記録媒体搬送方向と交差する方向である。

インク吐出部４０のノズル面２２Ｙには、ノズル（図示省略）が記録幅方向に沿って複数形成されている。ノズルは千鳥状に配置されても、碁盤目状に配置されてもよい。この各ノズルに対応して、そのノズルからインク滴を吐出するための圧力を発生させる圧力発生素子（図示省略）が設けられている。なお、圧力発生素子は、例えば、圧電方式においては圧電素子であり、サーマル方式においては発熱素子となる。

また、インクジェット記録ヘッド２０Ｙは、前記液滴吐出部が液滴として吐出する液体を前記液滴吐出部に供給する液体供給部の一例として、インク吐出部４０が吐出するインクをインク吐出部４０に供給するインク供給部４２を備えている。このインク供給部４２は、インク吐出部４０のノズル面２２Ｙとは反対側である背面側に配置されている。具体的には、ノズル面２２Ｙがインク吐出部４０の下部側に形成されるのに対して、インク供給部４２は、インク吐出部４０の上部側に配置されている。

インク吐出部４０及びインク供給部４２は、一体的に設けられて、インク吐出部ユニット４３を構成し、インク吐出部４０及びインク供給部４２は、一体に移動するようになっている。

インク供給部４２は、インクタンク２１Ｙから供給されたインクを一時貯留する一時貯留タンク４４と、一時貯留タンク４４とインク吐出部４０との間でインクを循環させる循環路４６と、を備えている。

一時貯留タンク４４には、インクタンク２１Ｙからのインクが供給される供給口４４Ａが形成されている。

循環路４６は、一時貯留タンク４４からインク吐出部４０へインクを供給する供給路４６Ａと、インク吐出部４０から一時貯留タンク４４へインクを戻す戻し路４６Ｂを備えて構成されている。

この供給路４６Ａ及び戻し路４６Ｂは、それぞれの一端部が一時貯留タンク４４に接続され、それぞれの他端部がインク吐出部４０に接続されている。また、供給路４６Ａ及び戻し路４６Ｂは、例えば、インク吐出部４０を構成する複数のモジュール毎に設けられている。

また、インクジェット記録ヘッド２０Ｙは、前記液滴吐出部を駆動する駆動回路部として、インク吐出部４０を駆動する駆動回路部５６を備えている。

この駆動回路部５６は、図２及び図３に示すように、インク吐出部４０を駆動するための駆動回路基板４８と、この駆動回路基板４８を支持する支持部としての支持フレーム５４と、を備えている。

この駆動回路基板４８は、複数の処理基板から構成されており、第１処理回路基板としてのアナログ処理基板５２と、第２処理回路基板としてのデジタル処理基板５０とを備えている。

デジタル処理基板５０は、画像信号に応じてインク滴の吐出タイミングと使用するノズルを決定するデジタル処理を行う。アナログ処理基板５２は、デジタル処理基板５０で決定されたノズルに対応する圧力発生素子に駆動信号を印加するアナログ処理を行う。このアナログ処理基板５２には、トランジスタなどの発熱素子５２Ａが配置されている。

デジタル処理基板５０及びアナログ処理基板５２は、配線５３によって電気的に接続されている。アナログ処理基板５２とインク吐出部４０とは、配線５５によって電気的に接続されている。なお、駆動回路基板４８は、単一の基板から構成されていても良い。

支持フレーム５４は、図２及び図４に示すように、フレーム本体部５４Ａと、フレーム本体部５４Ａから伸びる一対のフレーム腕部５４Ｂとを備えて構成されており、側面視（側断面視）にてＵ字（コ字）形状をしている。

フレーム本体部５４Ａは、インク供給部４２から見てインク吐出部４０とは反対側に配置されている。具体的には、フレーム本体部５４Ａは、インク供給部４２の上方に配置されている。

フレーム腕部５４Ｂは、フレーム本体部５４Ａからインク供給部４２側（具体的には、下方側）に延び出ており、インク供給部４２の側方に配置されている。

なお、フレーム腕部５４Ｂは、インク吐出部４０の側方まで延び出ていてもよい。フレーム腕部５４Ｂは、インク供給部４２の側方に配置されず、支持フレーム５４が覆うようになっていなくても良い。

また、フレーム本体部５４Ａの側面には、デジタル処理基板５０が配置され、フレーム腕部５４Ｂの側面には、アナログ処理基板５２が配置されている。

フレーム本体部５４Ａ及び一対のフレーム腕部５４Ｂで囲まれる空間に下側から差し込まれるようにインク吐出部ユニット４３（インク供給部４２）が配置されている。インク吐出部ユニット４３（インク供給部４２）は、一対のフレーム腕部５４Ｂに挟まれており、側面視（側断面視）にて、３方から支持フレーム５４に囲まれている。

なお、フレーム本体部５４Ａには、デジタル処理基板５０及びアナログ処理基板５２を覆うためのカバー体７２が設けられている。

支持フレーム５４及び駆動回路基板４８を備えて構成される駆動回路部５６は、インク吐出部ユニット４３とは、分割されており、別体で構成されている。駆動回路部５６及びインク吐出部ユニット４３は、図５に示すように、インクジェット記録装置１０の装置内に設けられた支持部材６０に支持されている。

支持部材６０は、駆動回路部５６及びインク吐出部ユニット４３の幅方向両端部にそれぞれ配置されており、インク吐出部ユニット４３は、支持部材６０に固定されている。具体的には、インク吐出部ユニット４３は、例えば、ねじ７０によりねじ止めされることで固定される。

一方、駆動回路部５６は、支持部材６０の上部に載せられ、下から支持部材６０に支持されている。駆動回路部５６は、固定されておらず、インクジェット記録装置１０の装置内において、インク吐出部ユニット４３よりも粗く位置決めされている。

このように、支持部材６０は、インク吐出部ユニット４３を支持する第１支持部及び駆動回路部５６を支持する第２支持部として機能する。なお、第１支持部及び第２支持部は別体で構成されていてもよい。

なお、支持部材６０は、昇降装置（図示省略）により昇降するようになっており、支持部材６０が昇降することにより、インク吐出部ユニット４３及び駆動回路部５６を含むインクジェット記録ヘッド２０Ｙが昇降される。インクジェット記録ヘッド２０Ｙを上昇させてできた空間に、例えば、メンテナンスユニットをインクジェット記録ヘッド２０Ｙ〜２０Ｋに対向する対向位置に移動させて、メンテナンスが行われる。

ここで、本実施形態では、駆動回路部５６及びインク吐出部ユニット４３は、弾性的に結合されている。弾性的に結合されている状態とは、少なくとも一部で結合しているものの、駆動回路部５６及びインク吐出部ユニット４３の一方の振動（移動力）は、その間で吸収されて、駆動回路部５６及びインク吐出部ユニット４３の他方に直接伝達しないか、伝達された場合でも、小さくなって伝達される状態をいう。

本実施形態では、駆動回路部５６及びインク吐出部ユニット４３は、インク吐出部４０と駆動回路基板４８とを接続する配線５５のみで結合されている。この配線５５には、たるみが設けられている。また、支持フレーム５４とインク供給部４２の間には、隙間Ｓが形成されている。

従って、本実施形態では、駆動回路部５６及びインク吐出部ユニット４３の一方が外力により振動（移動）した場合でも、その振動（移動力）は隙間Ｓで吸収され、駆動回路部５６及びインク吐出部ユニット４３の他方は、振動（移動）しないか、配線５５を通じて振動（移動）したとしても、駆動回路部５６及びインク吐出部ユニット４３の一方の振動量（移動量）よりも小さくなって伝達されるようになっている。

また、本実施形態に係るインクジェット記録ヘッド２０Ｙでは、フレーム本体部５４Ａの側板と側板の間の中央部には、配線６４を収容する配線収容部６２が形成されている。この配線収容部６２は、デジタル処理基板５０の間である内側に配置されている。配線６４が配線収容部６２に配置されることにより、配線６４がデジタル処理基板５０を覆うように、デジタル処理基板５０の外側に配置されることは無くなる。

配線収容部６２には、外気をインク供給部４２に導くための通路６６が形成されている。

フレーム本体部５４Ａの上部には、図６に示すように、通路６６に外気を流入させるための開口６８が形成されている。フレーム本体部５４Ａの下部には、通路６６に流入した外気を流出させるための開口６９が形成されている。

開口６８から流入した外気は、通路６６を通過して、開口６９から排出され、インク供給部４２に到達するようになっている。

フレーム本体部５４Ａの側面は、フレーム腕部５４Ｂの側面よりも横方向外側に張り出しており、段差が形成されている。このため、フレーム本体部５４Ａの側面に配置されたデジタル処理基板５０と、フレーム腕部５４Ｂの側面に配置されたアナログ処理基板５２との間にも、段差が形成されている。

これにより、デジタル処理基板５０側からアナログ処理基板５２側への外気の流通がしやすくなる。

（本実施形態に係るインクジェット記録装置１０の作用）
次に、本実施形態に係るインクジェット記録装置１０の作用を説明する。

本実施形態に係るインクジェット記録装置１０では、駆動回路部５６と、インク供給部４２及びインク吐出部４０とは、弾性的に結合されている。このため、駆動回路部５６と、インク吐出部ユニット４３とは、異なる精度で、インクジェット記録装置１０の装置内に位置決めした場合でも、駆動回路部５６及びインク吐出部ユニット４３の一方から他方へ与える振動等の影響が抑制される。

また、駆動回路部５６と、インク供給部４２及びインク吐出部４０とは、弾性的に結合されていることにより、駆動回路部５６と、インク供給部４２及びインク吐出部４０とが一体的に設けられた構成よりも、インク吐出部ユニット４３は、質量及び容積が低減される。

本発明は、上記の実施形態に限るものではなく、種々の変形、変更、改良が可能である。

１０インクジェット記録装置（液滴吐出装置）
２０Ｙインクジェット記録ヘッド
４０インク吐出部（液滴吐出部）
４２インク供給部（液体供給部）
４８駆動回路基板
５０デジタル処理基板（第２処理回路基板）
５２アナログ処理基板（第１処理回路基板）
５６駆動回路部
６０支持部材(第１支持部、第２支持部)
６２配線収容部
６６通路

Claims

記録幅が被記録領域の幅以上とされ、前記記録媒体に液滴を吐出する液滴吐出部と、
前記液滴吐出部と一体に設けられ、前記液滴吐出部が液滴として吐出する液体を前記液滴吐出部に供給する液体供給部と、
前記液滴吐出部及び前記液体供給部と分割され、前記液滴吐出部及び前記液体供給部に弾性的に結合され、前記液滴吐出部を駆動する駆動回路部と、
を備え、
前記駆動回路部は、配線が収容される配線収容部と、前記配線収容部の外面に設けられた駆動回路基板と、を備え、
さらに、前記駆動回路部は、前記液体供給部の外面に設けられた第１処理回路基板と、前記第１処理基板よりも外側に配置されて前記第１処理回路基板との間で段差が形成された前記駆動回路基板としての第２処理回路基板と、を備える
液滴吐出ヘッド。
前記配線収容部に形成され、外気を前記液体供給部に導くための通路を備える請求項１に記載の液滴吐出ヘッド。
請求項１又は２に記載の液滴吐出ヘッドと、
前記液滴吐出ヘッドの前記液滴吐出部及び前記液体供給部を支持する第１支持部と、
前記液滴吐出ヘッドの前記駆動回路部を支持する第２支持部と、
を備える液滴吐出装置。