JP5370644B2

JP5370644B2 - インクジェットヘッドユニット及びそれを備えたインクジェット記録装置

Info

Publication number: JP5370644B2
Application number: JP2009007386A
Authority: JP
Inventors: 耕岡田; 洋輔八代
Original assignee: Seiren Co Ltd
Current assignee: Seiren Co Ltd
Priority date: 2009-01-16
Filing date: 2009-01-16
Publication date: 2013-12-18
Anticipated expiration: 2029-01-16
Also published as: JP2010162786A

Description

本発明は、記録媒体にインクを吐出して画像形成を行うインクジェット記録装置に用いられるインクジェットヘッドユニットに関する。

従来、記録媒体に画像を形成する装置として、インクジェットヘッドからインクを記録媒体へ吐出して、所望の画像を形成するインクジェット記録装置が知られている。

インクジェットヘッドは、インクを吐出するためのノズルが吐出面に形成されており、その内部にはノズルに連通するインク流路が形成されている。そして、インクタンクから供給されたインクがインク流路を流通してノズルに充填される。インク流路の一部には圧力室が形成されており、圧力室内のインク圧力を変動させてノズルからインクを所定量吐出するようになっている。

インクジェットヘッドは非常に精密に組み立てられているため、インクジェットヘッドをユニット化しておき、メンテナンス等を行う場合にはヘッド自体を交換することが行われている。こうしたインクジェットヘッドユニットには、インクを吐出するための部品以外にインクの供給に関する部品が取り付けられている。

例えば、特許文献１では、インク保持手段内にフィルタを設けてフィルタを通過して圧力発生手段に供給されるインクから気泡、ゴミ等を除去するようにしたインクジェットヘッドが記載されており、インクがホットメルトタイプの場合には筐体にヒータを取り付ける点についても記載されている。また、特許文献２では、液滴を吐出する液体吐出ヘッドと、この液体吐出ヘッドに供給される液体をろ過するフィルタが内蔵されたフィルタ室を有するフィルタ部とを備え、フィルタ室はフィルタの上流側にフィルタ長手方向に液体の流れを生じさせる空間が形成され、この空間に臨む気泡排出路が設けられている液体吐出ヘッドユニットが記載されている。

特開平２−１３９２４３号公報特開２００８−０３０３３３号公報

上述した特許文献１では、インクの流通方向に対して横切る方向にフィルタを配置しており、インクの流通抵抗を高めるおそれがある。また、ヒータを筐体に設けているが、ヒータにより発生する熱が筐体全体に伝導して全体が均一に加熱されないとインクを均一に加温することが難しいといった課題がある。また、特許文献２では、フィルタの長手方向にインクの流れを生じさせるようにしているが、インクを加温して粘度等の特性を均一にすることは考慮されていない。

そこで、本発明は、インクをスムーズに流通させながらフィルタを通過させるとともにインクを均一に加温することができるインクジェットヘッドユニットを提供することを目的とするものである。

本発明に係るインクジェットヘッドユニットは、インク供給路が内部に形成された供給部と、前記インク供給路と連通するインク液室が内部に形成されるとともに当該インク液室内にシート状のフィルタを収容する液室部と、前記インク液室に連通するインク流路が形成されるとともに当該インク流路に連通するノズルからインクを吐出するインクジェットヘッド部とを備え、前記インク液室は、対向する内壁面の間を全面にわたって区画するように前記フィルタが設けられており、前記フィルタにより区画された一方の区分液室には端部に前記インク供給路に連通する流入口が形成されるとともに他方の区分液室には前記流入口とは反対側の端部に前記インク流路に連通する流出口が形成されて前記フィルタの面方向にインクが流通するように設定されており、前記インク液室内のインクを加温する液室用ヒータが前記フィルタ面に対向配置されて設けられており、前記インク供給路は、前記インク液室に対向配置されて前記インク液室内のインク流通方向とは反対方向にインクを流通させる管路部分を有しており、前記供給部には、前記管路部分に対して前記インク液室とは反対側に配置されて前記管路部分内のインクを加温する管路用ヒータを備えていることを特徴とする。さらに、前記液室部及び前記フィルタは、熱伝導性を有する部材からなることを特徴とする。さらに、前記インクジェットヘッド部は、前記液室用ヒータに密着して設けられた熱伝導性を有する部材に取り付けられていることを特徴とする。

本発明は、上記のような構成を有することで、インク液室内の対向する内壁面の間をフィルタにより全面にわたって区画してフィルタの面方向にインクが流通するように設定しているので、インクは流通しながらフィルタを通過していくようになり、フィルタがインクの流通を妨げるのを抑えることができる。また、液室用ヒータをフィルタ面に対向配置してインク室内のインクを加温するようにしているので、フィルタの面方向に流通するインク全体を均一に加温することができる。

そして、液室部及びフィルタを熱伝導性を有する部材から構成することで、液室用ヒータで発生した熱が液室部からフィルタに熱伝導されて、液室内を流通するインク内に配置されたフィルタによりインク内部からも加温することができる。

また、インク供給路に、インク液室に対向配置されてインク液室内のインク流通方向とは反対方向にインクを流通させる管路部分を設け、供給部に、管路部分に対してインク液室とは反対側に配置されて管路部分内のインクを加温する管路用ヒータを設けることで、管路用ヒータと液室用ヒータとの間でインクが管路部分からインク液室内をＵターンするように流通するようになり、インクを流通させながら均一に加温することが効率よく行うことができる。

また、インクジェットヘッド部を、液室用ヒータに密着して設けられた熱伝導性を有する部材に取り付けることで、液室用ヒータで発生した熱がインクジェットヘッド部に熱伝導されてインクジェットヘッド部の内部のインクを加温することができ、液室用ヒータで発生する熱を効率よくインクの加温に用いることが可能となる。

インクジェット記録装置に関する概略構成図である。インクジェットヘッドユニットに関する概略断面図である。インクジェットヘッドユニットに関する分解斜視図である。インクジェットヘッドユニット内のインクの流通を示す説明図である。マルチヘッドタイプのインクジェットヘッドユニットに関する概略構成図である。

以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明を実施するにあたって好ましい具体例であるから、技術的に種々の限定がなされているが、本発明は、以下の説明において特に本発明を限定する旨明記されていない限り、これらの形態に限定されるものではない。

図１は、インクジェット記録装置に関する概略構成図である。インクジェットヘッドユニット１は、ベース部材２、ベース部材２に支持プレート５を介して取り付けられたフィルタプレート３、フィルタプレート３に補強プレート６を介して取り付けられたヘッドプレート４を備えている。

ベース部材２は供給部に相当し、内部にインク供給路が形成されている。インク供給路は連結チューブ７を介してインクタンク８に連通しており、インクタンク８からインクがベース部材２に供給される。フィルタプレート３は液室部に相当し、内部にフィルタを収容するインク液室が形成されている。ヘッドプレート４はインクジェットヘッド部に相当し、下面にノズルが形成されており、内部にノズルに連通するインク流路が形成されている。インク流路の一部に圧力室が形成されており、圧力室に対応して圧電素子等の駆動体が設けられている。インク流路内にインクが充填した状態で制御装置９から記録信号が駆動体に入力されることにより圧力室が変動してノズルからインクが記録媒体Ｓに吐出されるようになる。

記録媒体Ｓは搬送ベルト１０に載置されており、搬送ベルト１０は駆動ローラ１１及び従動ローラ１２に張架されている。駆動ローラ１１は、図示せぬ駆動モータに連結されており、制御装置９からの駆動信号が駆動モータに入力されることで駆動ローラ１１が回転駆動されて搬送ベルト１０が移動して記録媒体Ｓが搬送されるようになる。

インクジェットヘッドユニット１は、図示せぬキャリッジに支持されて記録媒体Ｓ上を搬送方向と直交する方向に走査するようになっている。そして、インクジェットヘッドユニット１のヘッドプレート４から記録信号に応じてインクを吐出しながら記録媒体Ｓを搬送ベルト１０により搬送することで記録媒体Ｓに画像を記録する。なお、インクジェットヘッドユニット１は、記録媒体Ｓの搬送方向と直交する方向に延設されてインクを吐出するノズルがライン状に配列されることで走査することなく記録動作を行なうようにしてもよい。

図２は、インクジェットヘッドユニット１に関する概略断面図であり、図３は、インクジェットヘッドユニット１に関する分解斜視図である。

ベース部材２は、金属製の部材で、内部には供給管路２０が長手方向に穿設されている。供給管路２０の一方の端部は連結チューブ７と接続しており、他方の端部は長手方向から支持プレート５側に向かって下方に折れ曲るように形成されている。そして、供給管路２０は、他方の端部が支持プレート５に貫通して形成された連通路５０に接続するように取り付けられている。

ベース部材２の上面には、シート状の管路用ヒータ２１が供給管路２０を覆うように密着して固定されている。ベース部材２は、アルミニウム等の熱伝導性の良好な金属材料からなるため、管路用ヒータ２１で発生した熱はベース部材２を伝導して供給管路２０内で流通するインクを加温するようになる。

フィルタプレート３は、金属製の部材で、内部にインク液室３０が形成されている。インク液室３０は、平面視矩形状で上方から所定の深さまでくり抜くように形成されており、矩形の長辺及び短辺の長さの比率は、短辺を１とすると長辺が１．８〜５の比率にするとよい。

インク液室３０の内部には、長手方向に沿って畝状の凸条部３１が複数配列されている。凸条部３１は、所定の間隔を空けてインク液室３０の内壁面に平行に配列されており、インク液室３０内においてインクを配列方向に沿ってスムーズに流通させる。また、凸条部３１をインク液室３０の長手方向に形成することで、流路抵抗を小さくすることができる。

凸条部３１の両端部はインク液室３０の内壁面との間に間隙が形成されている。そして、インク液室３０内の両端部に形成された間隙の一方には、補強プレート６に向かって穿設された連通路３２が形成されている。また、他方の端部の間隙には支持プレート５の連通路５０が対向配置されるようになっている。なお、両方の間隙の形状を、各連通路が中央部に位置し連通路を要として扇状に末広がりに形成すれば、連通路との間でインクがさらにスムーズに流通するようにできる。

インク液室３０の上方の周囲には、所定幅の段差部３３が形成されており、フィルタプレート３の周壁部の上面には所定幅の溝部３４が形成されている。そして、段差部３３には、平面視矩形状でシート状のフィルタ１３が収容される。フィルタ１３は、金属繊維を織成して微細なメッシュ状に形成されている。フィルタ１３の周囲には、一対の枠状の弾性を有するシール部材１４及び１５が上下に配置されており、フィルタ１３の周囲を段差部３３に載置する際にシール部材１４及び１５により挟持された状態に設定される。溝部３４には枠状の弾性を有するシール部材１６が嵌め込まれており、支持プレート５及びフィルタプレート３が図示せぬクランプ機構により密着固定されると、支持プレート５の下面にシール部材１６が圧接されて両プレート間が水密状態に保持されるようになる。その際に、支持プレート５の下面がシール部材１５に圧接することで、フィルタ１３がシール部材１４及び１５に挟圧されてフィルタ１３の周囲が水密状態に保持される。

また、フィルタ１３の下面には凸条部３１の上面が接触した状態となり、フィルタ１３を通過したインクは凸条部３１の間に形成される条溝に沿って流通するようになる。フィルタ１３の外周は段差部３３の周壁面に接触した状態になり、フィルタプレート３との間で熱伝導が良好な状態に設定される。

インク液室３０は、フィルタプレート３及び支持プレート５が密着固定した状態で上方開口が支持プレート５の下面により密封されて密室空間となる。そして、フィルタ１３により上下の対向する内壁面の間を区画して上下に区分液室が形成され、上の区分液室には支持プレート５の連通路５０が連通し、下の区分液室には連通路３２が連通している。

フィルタプレート３の下面にはシート状の液室用ヒータ３５がフィルタ１３に対向配置されるように密着固定されている。インク液室３０内のインクの流速は数ミリリットル／分程度で、インクがゆっくり流通していくため、インク液室３０の下側から加熱することでインクが加温されながら対流を生じるようになってインク液室３０内のインク全体が均一に加温されるようになる。

液室用ヒータ３５は、フィルタ１３とほぼ同じ大きさの矩形状に形成されている。液室用ヒータ３５の加熱面積は、フィルタ１３の面積の７０％から１３０％に設定するのが好ましい。面積が７０％より小さいとインク液室内のインクを加温するのに時間がかかるようになり、面積が１３０％を超えるとインク液室内のインクの温度が上昇しやすくなって安定した温度状態に制御するのが難しくなる。フィルタプレート３としてアルミニウム等の熱伝導性の高い金属材料を用いることで、液室用ヒータ３５から発生した熱をインク液室３０内のインクに伝導して加熱しやすく、またインク液室内のインクから熱を奪って冷めやすくするといった即応性を実現できるが、インク液室３０の全面にわたって設けられたフィルタ１３とほぼ同じ加熱面積となる液室用ヒータ３５を対向配置することで、こうした即応性とともにインクの加温を安定して行うことができるようになる。

液室用ヒータ３５は、図示せぬヒータ押え部材により押さえ付けられて密着固定されており、必要に応じてヒータを交換できるようになっている。また、フィルタ１３についてもフィルタプレート３及び支持プレート５を分解することで簡単に取り外して交換できるようになっており、インクの特性に合ったフィルタ及びヒータに交換可能となっている。

液室用ヒータ３５は、フィルタ１３と対向配置されていればよく、ヒータ押え部材により支持プレート５や補強プレート６に取り付けてもよい。

補強プレート６は、フィルタプレート３の連通路３２に合致するように連通路６０がノズルプレート４に向かって穿設されている。また、補強プレート６の上面には、液室用ヒータ３５を収容する矩形状の段差部６１が形成されており、補強プレート６をフィルタプレート３の下面に密着固定することで、段差部６１の内面に液室用ヒータ３５が密着した状態になる。

ヘッドプレート４は、複数枚の金属板を積層して形成されており、下面に複数のノズル孔４０が配列され、内部にノズル孔４０に連通するインク流路４１が形成されている。また、ヘッドプレート４の上面にはインク流路４１に連通する開口部４２が形成されている。ヘッドプレート４は、補強プレート６の下面に密着固定されており、その際に開口部４２が連通路６０に合致するように設定されている。

図４は、インクジェットヘッドユニット１内のインクの流通を示す説明図である。図中、実線の矢印でインクの流通を示し、点線の矢印でヒータで発生する熱の伝導を示している。供給管路２０内に供給されたインクは、連通路５０を通りインク液室３０の上の区分液室３０Ａの一方の端部に流入する。

区分液室３０Ａに流入したインクは、フィルタ１３の面方向に流通していきながらフィルタ１３を通過して下の区分液室３０Ｂに流入していく。区分液室３０Ｂに流入したインクは、凸条部３１の間の溝に沿って流通していく。そして、凸条部３１の間を流通するインクは、区分液室３０Ｂの他方の端部から連通路３２に流出し、連通路６０を通ってヘッドプレート４に流入する。

以上のようにインクが流通することで、インク液室３０内ではインクが滞留することなくフィルタ１３の面方向にスムーズに流れながらフィルタ１３により異物等を除去することができる。

液室用ヒータ３５で発生する熱は、上方及び下方に伝導していき、インク液室３０の下面からインクを加温する。さらに、インク液室３０内に形成された凸条部３１にも熱伝導するとともにフィルタプレート３に嵌め込まれたフィルタ１３にも熱伝導してインク液室３０内の中心部からもインクを加温するようになる。凸条部３１及びフィルタ１３はインクの流通方向に延設されているため、インク全体を流通しながら均一に加温することができる。さらに、インクとともに気泡が流入した場合でも凸条部３１の整流作用により気泡の排出が容易になる。

また、フィルタ１３を通過する際にインクが十分加温されるので、インクの粘度が低下してフィルタ１３を通過する際の抵抗を小さくすることができる。ヒータでインクを温めることによりインクの粘度を下げることができるので、粘度の高いインクをインクジェットヘッドから吐出して記録動作を行う場合に特に効果的である。

管路用ヒータ２１及び液室用ヒータ３５との間ではインクが供給管路２０から折り返すようにインク液室３０内を流れるようになっており、供給管路２０内を流通する間に管路用ヒータ２１により上方から加温されたインクはインク液室３０内で反対方向に流通する間に液室用ヒータ３５により下方から加温されるようになる。こうして、２つのヒータに囲まれるように加熱されて、効率よく加温することができる。

また、管路用ヒータ２１で発生する熱量を多くし、一気にインクの温度を高め、液室用ヒータ３５で発生する熱量を細かく制御してインクの温度の微調整を行うようにすれば、ヘッドプレート４に流入する直前のインクを安定した温度状態に保持することができるようになる。

また、液室用ヒータ３５で発生した熱は下方に伝導してヘッドプレート４の上方から加熱するようになるため、ヘッドプレート４内に流通するインクを加温してインクの吐出動作を安定して行うことができるようになる。

図５は、マルチヘッドタイプのインクジェットヘッドユニットに関する概略構成図である。共通ベース部材２００の下面に、上述した支持プレート、フィルタプレート、補強プレート及びヘッドプレートからなるユニットブロック１００が複数個取り付けられている。共通ベース部材２００の上面には、ユニットブロック１００の対向する位置に管路用ヒータ２０１が密着固定されている。共通ベース部材２００の内部には、ユニットブロック１００に対応して複数の供給管路が形成されており、各供給管路に連結チューブ３０２が接続されている。連結チューブ３０２全体は、ヒータカバー３０３で被覆されており、連結チューブ３０２内を流通するインクを加温するようにしている。連結チューブ３０２は切換弁３０１を介してインクタンク３００に接続されている。

インクタンク３００から供給されるインクは、連結チューブ３０２、共通ベース部材２００及びユニットブロック１００を流通していく間にヒータで加温されるようになり、ノズルからインクが吐出される直前まで所定の温度状態に保持されて安定した吐出動作を行うことができる。

以上説明した例では、管路用ヒータ及び液室用ヒータとしてシート状のヒータを用いているが、こうしたシート状のヒータ以外にも同じような加熱面積で発熱することができるものであれば用いることができる。例えば、複数の棒状ヒータを配列したものを用いてもよい。

また、上述した例では、インク液室を構成するフィルタプレート３及び支持プレート５が液室部に相当し、ヘッドプレート４がインクジェットヘッド部に相当する。これらのプレートは、複数枚のシート部材を積層して構成することができ、その場合でもインク液室を構成するシート部材が液室部に相当するものとなる。

１インクジェットヘッドユニット
２ベース部材
３フィルタプレート
４ヘッドプレート
５支持プレート
６補強プレート
７連結チューブ
８インクタンク
９制御装置
10 搬送ベルト
11 駆動ローラ
12 従動ローラ
13 フィルタ
14 シール部材
15 シール部材
16 シール部材
20 供給管路
21 管路用ヒータ
30 インク液室
31 凸条部
32 連通路
33 段差部
34 溝部
35 液室用ヒータ
40 ノズル
41 インク流路
42 開口部
50 連通路
60 連通路
61 段差部
100 ユニットブロック
200 共通ベース部材
201 管路用ヒータ
300 インクタンク
301 切換弁
302 連結チューブ
303 ヒータカバー

Claims

インク供給路が内部に形成された供給部と、前記インク供給路と連通するインク液室が内部に形成されるとともに当該インク液室内にシート状のフィルタを収容する液室部と、前記インク液室に連通するインク流路が形成されるとともに当該インク流路に連通するノズルからインクを吐出するインクジェットヘッド部とを備え、
前記インク液室は、対向する内壁面の間を全面にわたって区画するように前記フィルタが設けられており、前記フィルタにより区画された一方の区分液室には端部に前記インク供給路に連通する流入口が形成されるとともに他方の区分液室には前記流入口とは反対側の端部に前記インク流路に連通する流出口が形成されて前記フィルタの面方向にインクが流通するように設定されており、
前記インク液室内のインクを加温する液室用ヒータが前記フィルタ面に対向配置されて設けられており、
前記インク供給路は、前記インク液室に対向配置されて前記インク液室内のインク流通方向とは反対方向にインクを流通させる管路部分を有しており、前記供給部には、前記管路部分に対して前記インク液室とは反対側に配置されて前記管路部分内のインクを加温する管路用ヒータを備えている
ことを特徴とするインクジェットヘッドユニット。
前記液室部及び前記フィルタは、熱伝導性を有する部材からなることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッドユニット。
前記インクジェットヘッド部は、前記液室用ヒータに密着して設けられた熱伝導性を有する部材に取り付けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のインクジェットヘッドユニット。
請求項１から３のいずれかに記載のインクジェットヘッドユニットを備えたインクジェット記録装置。