JP6882888B2 - 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 - Google Patents
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インクジェットヘッドでは、チャネル内の容積が変化することで、チャネル内のインクがノズルプレートに形成されたノズル孔を通して吐出される。
することで、噴射孔プレートの噴射面に撥水処理が施されている場合であっても、噴射孔ガードを接着できる。また、ベースユニットと噴射孔ガードとが接着剤を介して接続されるため、第1噴射孔から噴射される液体と、第2噴射孔から噴射される液体と、が噴射面上で混じり合うのを確実に抑制できる。
上記態様によれば、液体流路を有するマニホールドの支持面にヘッドチップ及び駆動基板が支持される。そのため、例えばマニホールドにおける第1方向の両面でヘッドチップや駆動基板をそれぞれ支持する構成に比べて液体噴射ヘッドの第1方向での小型化が可能になる。
また、ヘッドチップ及び駆動基板がマニホールドに支持されるので、ヘッドチップや駆動基板で発生した熱は、マニホールドを介して外部に放熱されることになる。これにより、ヘッドチップ及び駆動基板の放熱性能を確保できる。
さらに、液体流路を有するマニホールドにヘッドチップ及び駆動基板が支持されるので、ヘッドチップや駆動基板で発生してマニホールドに伝達された排熱を用いて液体流路を流れる液体を加熱することもできる。これにより、液体を所望の温度(粘度)でヘッドチップに供給することができ、優れた印字特性を得ることができる。
上記態様によれば、信頼性に優れた液体噴射装置を提供できる。
図1はプリンタ1の概略構成図である。
図1に示すように、本実施形態のプリンタ1は、一対の搬送機構2,3と、インク供給機構4と、インクジェットヘッド5A,5Bと、走査機構6と、を備えている。なお、以下の説明では、必要に応じてX,Y,Zの直交座標系を用いて説明する。この場合、X方向は被記録媒体P(例えば、紙等)の搬送方向(副走査方向)に一致している。Y方向(第1方向)は走査機構6の走査方向(主走査方向)に一致している。Z方向(法線方向)は、X方向及びY方向に直交する高さ方向を示している。以下の説明では、X方向、Y方向及びZ方向のうち、図中矢印方向をプラス(+)方向とし、矢印とは反対の方向をマイナス(−)方向として説明する。
本実施形態において、インクタンク15は、X方向に複数並べられている。各インクタンク15には、例えばイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの四色のインクが各別に収容されている。
インク配管16は、例えば可撓性を有するフレキシブルホースである。インク配管16は、各インクタンク15と各インクジェットヘッド5A,5Bとの間を接続している。
図2は、インクジェットヘッド5Aの斜視図である。なお、インクジェットヘッド5A,5Bは、供給されるインクの色以外は何れも同等の構成である。そのため、以下の説明ではインクジェットヘッド5Aについて説明し、インクジェットヘッド5Bの説明を省略する。
図2に示すように、本実施形態のインクジェットヘッド5Aは、ヘッドモジュール30A〜30Dやダンパ31、ノズルプレート(噴射孔プレート)32、ノズルガード(噴射孔ガード)33等がベース部材(ベースユニット)38に搭載されて構成されている。なお、図2では、ヘッドモジュール30A〜30Dやダンパ31等を覆うカバー等の図示を省略している。
図3は、インクジェットヘッド5Aの一部を取り外した状態を示す斜視図である。
図3に示すように、ベース部材38は、Z方向を厚さ方向とし、X方向を長手方向とする板状に形成されている。ベース部材38は、各ヘッドモジュール30A〜30Dを保持するモジュール保持部41と、ベース部材38をキャリッジ23(図1参照)に固定するためのキャリッジ固定部42と、を有している。なお、本実施形態において、ベース部材38は、金属材料により一体で形成されている。
図2に示すように、ヘッドモジュール30A〜30Dは、インクタンク15(図1参照)から供給されるインクを被記録媒体Pに向けて吐出可能に構成されている。ヘッドモジュール30A〜30Dは、ベース部材38上にY方向に間隔をあけて複数搭載されている。本実施形態では、第1ヘッドモジュール30A、第2ヘッドモジュール30B、第3ヘッドモジュール30C及び第4ヘッドモジュール30Dの四つのヘッドモジュールがベース部材38上に搭載されている。
図4に示すように、第1ヘッドモジュール30Aは、ヘッドチップ51と、マニホールド52と、駆動基板53と、を主に備えている。
図5は、ヘッドチップ51の分解斜視図である。
図5に示すように、ヘッドチップ51は、後述する吐出チャネル57における延在方向(Z方向)の端部からインクを吐出する、いわゆるエッジシュートタイプのものである。具体的に、ヘッドチップ51は、アクチュエータプレート55及びカバープレート56がY方向に重ね合わされて構成されている。
共通インク室62は、Z方向において、吐出チャネル57の+Z方向端部と同等の位置に形成されている。共通インク室62は、カバープレート56の表面から−Y方向に向けて窪むとともに、X方向に延設されている。共通インク室62には、上述したマニホールド52を通してインクが流入する。
スリット63は、共通インク室62のうち、吐出チャネル57とY方向で対向する位置に形成されている。スリット63は、共通インク室62内と各吐出チャネル57内とを各別に連通している。一方、非吐出チャネル58は、共通インク室62内には連通していない。
図3に示すように、マニホールド52は、上述したヘッドチップ51に向けてインクが流通するインク流路71(図6参照)を有している。マニホールド52は、全体としてY方向を厚さ方向とする板状に形成されている。マニホールド52は、上述した差込溝46のうちX方向で対向する一組の差込溝46内に差し込まれることで、+Z方向に起立した状態でベース部材38に保持されている。図4に示すように、マニホールド52の−Z方向端部において、X方向の両端部には、第2付勢部材70が設けられている。第2付勢部材70は、差込溝46内において、差込溝46の内面とマニホールド52との間に介在して、第1ヘッドモジュール30Aを−Y方向に付勢する。本実施形態において、第2付勢部材70は、板ばね状に形成されている。
図6に示すように、マニホールド52は、流路部材72と、流路部材72にY方向で重ね合わされた流路カバー73と、を有している。
流路部材72は、熱伝導性に優れた材料により一体で形成されている。本実施形態において、流路部材72の材料には、金属材料(例えば、アルミニウム等)が好適に用いられている。
流路板75は、Y方向を厚さ方向とする矩形板状に形成されている。流路板75のうち−Y方向を向く面には、インク流路71が形成されている。インク流路71は、+Y方向に窪む溝状に形成されている。具体的に、インク流路71は、蛇行部79と、連通部80と、を有している。
連通部80は、流路板75の−Z方向端部において、X方向に延在している。連通部80は、Y方向から見た正面視で上述した共通インク室62と同等の形状をなしている。
ダンパ31は、ヘッドモジュール30A〜30Dに対して+Z方向に、インクの色に対応して設けられている。すなわち、本実施形態のダンパ31は、二つのヘッドモジュール(例えば、ヘッドモジュール30A,30B)につき、一つ設けられている。各ダンパ31は、Y方向に並んで設けられている。なお、各ダンパ31は、供給されるインクの色以外は何れも同等の構成である。そのため、以下の説明では、一方のダンパ31(ヘッドモジュール30A,30B用のダンパ)について説明し、他方のダンパ31の説明を省略する。
圧力緩衝部101は、箱型に形成されている。圧力緩衝部101は、その内部に可動膜等が収納されて構成されている。圧力緩衝部101は、インクタンク15(図1)とヘッドモジュール30A,30Bとの間に配置されて、入口ポート100を通してダンパ31に供給されるインクの圧力変動を吸収する。
出口ポート102は、圧力緩衝部101から−X方向に突設された筒状に形成されている。出口ポート102内には、圧力緩衝部101内から排出されたインクが流入する。
図7に示すように、上述したベース部材38のうち、モジュール保持部41の−Z方向端面には、スペーサ(ベースユニット)120が固定されている。スペーサ120は、ポリイミド等により形成されている。スペーサ120は、モジュール保持部41の−Z方向端面に軟質接着剤を用いて接着されている。なお、軟質接着剤としては、シリコーン系接着剤(例えば、スリーボンド社製:1211)等が好適に用いられている。
上述したノズルプレート32は、ポリイミド等の樹脂材料により形成されている。ノズルプレート32は、その+Z方向端面(ベース部材38との対向面)が上述したスペーサ120やヘッドチップ51の−Z方向端面に硬質接着剤により固定されている。硬質接着剤は、上述した軟質接着剤に比べて例えばショア硬度で硬質な材料により形成されている。このような材料としては、エポキシ系接着剤(例えば、エイブルスティック社製:931−1T1N1)等が好適に用いられている。なお、ノズルプレート32は、軟質接着剤を用いてベース部材38に直接接着しても構わない。
各ノズル列130A〜130Dは、ノズルプレート32のうち、対応するヘッドモジュール30A〜30Dのヘッドチップ51にZ方向で対向する位置にそれぞれ形成されている。
図8に示すように、各ノズル列130A〜130Dは、ノズルプレート32をZ方向に貫通するノズル孔(第1ノズル孔131A〜第4ノズル孔131D)を有している。例えば、第1ノズル孔131Aは、ノズルプレート32のうち、第1ヘッドモジュール30Aにおけるヘッドチップ51の吐出チャネル57にZ方向で対向する位置に各別に形成されている。すなわち、複数の第1ノズル孔131AがX方向に間隔をあけて直線状に形成されることで、第1ノズル列130Aを構成している。
なお、第2ノズル孔(第1噴射孔)131B、第3ノズル孔(第2噴射孔)131C及び第4ノズル孔131Dは、上述した第1ノズル孔131Aと同様に、ノズルプレート32のうち、対応するヘッドモジュール30B〜30Dにおけるヘッドチップ51の吐出チャネル57にZ方向で対向する位置に各別に形成されている。
ノズルガード33は、例えばステンレス等の板材にプレス加工が施されて形成されている。ノズルガード33は、ノズルプレート32やスペーサ120を間に挟んだ状態で、モジュール保持部41を−Z方向から覆っている。
次に、上述したプリンタ1を利用して、被記録媒体Pに情報を記録する方法について説明する。
図1に示すように、プリンタ1を作動させると、搬送機構2,3のグリットローラ11,13が回転することで、これらグリットローラ11,13及びピンチローラ12,14間を被記録媒体Pが+X方向に搬送される。また、これと同時に駆動モータ28がプーリ26を回転させて無端ベルト27を走行させる。これにより、キャリッジ23がガイドレール21,22にガイドされながらY方向に往復移動する。
この間に、各インクジェットヘッド5A,5Bにおいて、ヘッドチップ51の駆動電極に駆動電圧を印加する。これにより、駆動壁61に厚みすべり変形を生じさせ、吐出チャネル57内に充填されたインクに圧力波を発生させる。この圧力波により、吐出チャネル57の内圧が高まり、インクがノズル孔131A〜131Dを通して吐出される。そして、インクが被記録媒体P上に着弾することで、各種情報が被記録媒体P上に記録される。
この構成によれば、ヘッドチップ51及び駆動基板53を支持する部材と、インク流路71と、がヘッドチップ51に対してY方向の一方に配置されたマニホールド52に一体化されている。これにより、従来のようにヘッドチップに対してY方向の一方にヘッドチップ及び駆動基板を支持する部材を配置し、ヘッドチップに対してY方向の他方にインク流路を有する部材を別々に配置する構成に比べて第1ヘッドモジュール30AのY方向(主走査方向)での小型化を図ることができる。これにより、インクジェットヘッド5AのY方向での小型化が可能になる。
また、ヘッドチップ51や駆動基板53で発生した熱は、マニホールド52を介して外部に放熱されることになる。これにより、ヘッドチップ51及び駆動基板53の放熱性能を確保できる。
さらに、インク流路71を有するマニホールド52にヘッドチップ51及び駆動基板53が支持されているので、ヘッドチップ51や駆動基板53で発生してマニホールド52に伝達された排熱を用いてインク流路71を流れるインクを加熱(保温)することもできる。これにより、インクを所望の温度(粘度)でヘッドチップ51に供給することができ、優れた印字特性を得ることができる。
しかも、本実施形態では、ヘッドモジュール30A〜30DのY方向での小型化が可能になるので、各ヘッドチップ51それぞれにマニホールド52を設けることができる。そのため、高密度記録化を図るために、一つのヘッドモジュール30A〜30Dに複数のヘッドチップ51を搭載する構成に比べて各ヘッドチップ51の放熱性能を確保できる。
この構成によれば、インク流路71内を流通するインクが、ヘッドチップ51や駆動基板53の排熱に加え、ヒータ85によっても加熱できるので、インクを所望の温度で確実にヘッドチップ51に供給できる。
また、絶縁シート86にポリイミド等の耐インク性を有する材料を用いることで、絶縁シート86がインクによって溶出するのを抑制し、吐出不良を抑制できる。
さらに、絶縁シート86にポリイミド等の軟質な材料を用いることで、ヘッドチップ51とマニホールド52との熱膨張係数の違いに起因してヘッドチップ51とマニホールド52とに作用する応力を緩和できる。これにより、例えばヘッドチップ51の割れや、ヘッドチップ51がマニホールド52から剥離するのを抑制できる。
この構成によれば、各ヘッドモジュール30A〜30Dそれぞれにノズルプレート32を取り付ける構成に比べてノズル孔131A〜131Dの位置精度向上を図ることができる。
さらに、本実施形態では、スペーサ120が軟質接着剤によりベース部材38に接着されているので、スペーサ120とベース部材38との熱膨張係数の違いに起因してスペーサ120とベース部材38とに作用する応力を確実に緩和できる。
これにより、ノズルプレート32がヘッドチップ51から剥離するのを抑制できる。
この構成によれば、ノズルプレート32やノズルガード33の−Z方向端面上に付着したインクがノズルプレート32とノズルガード33との隙間を通ってインクジェットヘッド5A内に進入しようとした場合に、第1接着領域150でインクを塞き止めることができる。これにより、インクがインクジェットヘッド5Aの内部に進入するのを抑制できる。
この構成によれば、ノズルプレート32の−Z方向端面上等に付着した異色のインクが、第2接着領域151で遮られることになる。これにより、異色のインク(ノズル列130B,130Cから吐出されたインク)が、ノズルプレート32の−Z方向端面上で混じり合ってインクジェットヘッド5Aの外部に漏れるのを抑制できる。
この構成によれば、ノズルプレート32をヘッドチップ51やスペーサ120に貼り付けた後、接着剤のキュア時における温度変化に伴ってノズルプレート32が膨張収縮した際、スリット135が拡縮することで、ノズルプレート32の変形を吸収できる。これにより、ヘッドチップ51に対するノズルプレート32の位置精度を確保できるとともに、ノズルプレート32の剥離等を抑制できる。
この構成によれば、ヘッドモジュール30A〜30DがX方向及びY方向の一方に押さえ付けられた状態で、ベース部材38に保持される。そのため、ベース部材38に対してヘッドモジュール30A〜30Dを高精度に位置決めできる。これにより、その後、ステー等を介してヘッドモジュール30A〜30Dをベース部材38に固定する際の、組付性を向上させることができる。
特に、本実施形態では、温度センサ94とアクチュエータプレート55との間に、各チャネル57,58の全域を覆うように伝熱板65が設けられている。そのため、全吐出チャネル57での平均的なインク温度を検出できる。
次に、上述した実施形態の変形例について説明する。図9は、変形例に係るインクジェットヘッド205の断面図である。
図9に示すインクジェットヘッド205では、上述した実施形態と同様に、ノズルプレート32と各ヘッドチップ51とが硬質接着剤B1により接着され、スペーサ120とベース部材38とが軟質接着剤B2により接着されている。ノズルガード33は、上述した第1接着領域150において、軟質接着剤B3によってスペーサ120及びノズルプレート32に接着されている。さらに、ノズルガード33は、上述した第2接着領域151において、軟質接着剤B4によってスリット135を通してノズルプレート32に接着されている。但し、接着剤の組み合わせは、適宜変更が可能である。
この構成によれば、スペーサ120の剛性を確保できるので、例えばスペーサ120とベース部材38との接着時や、スペーサ120とノズルガード33との接着時において、スペーサ120の撓み変形を抑制できる。これにより、組付性を向上させることができる。
また、上述した実施形態では、スリット135が二列形成された構成について説明したが、本変形例のようにスリット135は一列であっても構わない。
上述した実施形態では、二つのヘッドモジュールで一色のインクを吐出する構成について説明したが、この構成のみに限らず、3つ以上の複数のヘッドモジュールで一色のインクを吐出してもよく、一つのヘッドモジュールで一色のインクを吐出してもよい。
また、インクに加わる圧力の方向と、インク滴の吐出方向と、を同一方向とした、いわゆるルーフシュートタイプのヘッドチップに本発明を適用しても構わない。
上述した実施形態では、仕切部がX方向に連続的に配置された構成について説明したが、この構成のみに限らず、X方向に間欠的に配置してもよい。また、仕切部は、直線状に限られない。
上述した実施形態では、異色のインクを吐出するヘッドチップ51間を仕切部により仕切る構成について説明したが、この構成のみに限らず、同色のインクを吐出するヘッドチップ51間を仕切部により仕切っても構わない。
なお、ノズルプレート32やノズルガード33、スペーサ120等の接着に用いる接着剤は、インクに対する耐食性を有していれば、熱硬化型に限らず、感圧型等であっても構わない。
上述した実施形態では、スペーサ120を介してベース部材38にノズルプレート32が固定された構成について説明したが、この構成のみに限らず、ベース部材38にノズルプレート32を直接固定しても構わない。
5A,5B…インクジェットヘッド(液体噴射ヘッド)
32…ノズルプレート(噴射孔プレート)
33…ノズルガード(噴射孔ガード)
38…ベース部材(ベースユニット)
51…ヘッドチップ(第1ヘッドチップ、第2ヘッドチップ)
52…マニホールド(第1マニホールド、第2マニホールド)
53…駆動基板(第1駆動基板、第2駆動基板)
57…吐出チャネル
71…インク流路(液体流路)
120…スペーサ(ベースユニット)
131B…第2ノズル孔(第1噴射孔)
131C…第3ノズル孔(第2噴射孔)
135…スリット
141…露出孔
151…第2接着領域(仕切部)
B4…軟質接着剤(仕切部)
Claims (3)
- 液体が充填されるチャネルがそれぞれ形成されるとともに、第1方向に並設された第1ヘッドチップ及び第2ヘッドチップと、
前記第1ヘッドチップ及び前記第2ヘッドチップにまとめて固定されるとともに、前記第1ヘッドチップの前記チャネルに連通する第1噴射孔、及び前記第2ヘッドチップの前記チャネルに連通する第2噴射孔が形成された噴射孔プレートと、
前記噴射孔プレートのうち前記第1ヘッドチップ及び前記第2ヘッドチップとは反対側を向く噴射面上に位置し、前記第1噴射孔及び前記第2噴射孔との間を仕切る仕切部と、
前記第1ヘッドチップ及び前記第2ヘッドチップを支持するとともに、前記噴射孔プレートが接着固定されたベースユニットと、
前記第1噴射孔及び前記第2噴射孔を露出させる露出孔が形成され、前記噴射孔プレートを間に挟んで前記ベースユニットの反対側から前記噴射孔プレートを覆う噴射孔ガードと、
を備え、
前記噴射孔プレートは、前記第1ヘッドチップ及び前記第2ヘッドチップに接着固定され、
前記噴射孔プレートのうち、前記第1噴射孔と前記第2噴射孔との間に位置する部分には、前記噴射面の法線方向に前記噴射孔プレートを貫通するスリットが形成され、
前記仕切部は、前記スリットを通して前記ベースユニットと前記噴射孔ガードとを固定する接着剤である
ことを特徴とする液体噴射ヘッド。 - 前記第1ヘッドチップに対して前記第1方向に隣接して配置され、前記第1方向を向く支持面で前記第1ヘッドチップを支持するとともに、前記チャネルに連通する液体流路を有する第1マニホールドと、
前記第1マニホールドの前記支持面で支持されるとともに、前記第1ヘッドチップに電気的に接続された第1駆動基板と、
前記第2ヘッドチップに対して前記第1方向に隣接して配置され、前記第1方向を向く
支持面で前記第2ヘッドチップを支持するとともに、前記チャネルに連通する液体流路を有する第2マニホールドと、
前記第2マニホールドの前記支持面で支持されるとともに、前記第2ヘッドチップに電気的に接続された第2駆動基板と、
を備えている
ことを特徴とする請求項1に記載の液体噴射ヘッド。 - 請求項1または請求項2に記載の液体噴射ヘッドを備えている
ことを特徴とする液体噴射装置。
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