JP6951891B2 - 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 - Google Patents
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Description
このような構成において、インクタンク内のインクは、マニホールドの流入ポートを通じてインク流路内に流入した後、ヘッドチップに供給される。
しかしながら、上述した構成を採用するにあたって、各ヘッドチップに独立してインクを供給する場合には、各ヘッドチップに対応するマニホールドにそれぞれ流入ポートを設ける必要がある。そのため、ジェットモジュールの小型化を図ることが難しかった。
このように、本態様では、第1液体流路と第2液体流路とが連通流路により連通しているため、2つのヘッドチップに対して1つの流入ポートを通じて液体を供給できる。これにより、それぞれのヘッドチップに対して別々の流入ポートを通じて液体を供給する場合に比べて小型化が可能になる。
第1液体流路を有する第1流路部材にヘッドチップ及び駆動基板の双方が支持される。そのため、例えばヘッドチップを間に挟んで第1方向の両側に駆動基板及び第1流路部材を別々に配置する場合に比べ、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第1流路部材に支持されるので、ヘッドチップや駆動基板で発生した熱が、第1流路部材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、第1液体流路を有する第1流路部材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第1流路部材に伝達された排熱を用いて第1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、優れた印刷特性を得ることができる。
しかも、ヘッドチップに近接した位置に温度センサを配置することができるので、ヘッドチップ内での液体温度を正確に検出できる。
特に、第2流路部材に温度センサが搭載されているので、第1流路部材で支持された駆動基板の熱の影響が温度センサに及ぶのを抑制できる。したがって、より正確に液体温度を検出できる。
本態様によれば、各ヘッドチップとは別に連通流路を設ける場合に比べて、部品点数の増加を抑制できる。また、連通流路の流路長を短縮して、連通流路内での圧力損失を軽減できる。
本態様によれば、ドライバが実装された駆動基板を各ヘッドチップ毎に設ける場合に比べ、構成の簡素化や小型化を図ることができる。
本態様によれば、各液体流路を流通する液体が対応するヘッドチップの液体室を通じて、各ヘッドチップの噴射チャネル内に流入する。この場合、液体流路から噴射チャネルに至る部分(液体室)の容積を各ヘッドチップ間で同等に設定することができるので、各ヘッドチップの噴射特性を均一化することができる。
本態様によれば、小型の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方向は、X方向及びY方向に直交する高さ方向(重力方向)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、+Z方向は重力方向の上方に相当し、−Z方向は重力方向の下方に相当する。
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4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。図3は、インクジェットヘッド5Aにおいて、一部を分解した斜視図である。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、図3に示すように、本実施形態のインクジェットヘッド5Aは、ジェットモジュール30A,30B(図3参照)やダンパ31、ノズルプレート32(図2参照)、ノズルガード33等がベース部材38に搭載されて構成されている。
図4は、インクジェットヘッド5Aにおいて、ベース部材38と第1ジェットモジュール30Aの分解斜視図である。
図4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、各ジェットモジュール30A,30Bを保持するベース本体部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。
ベース本体部41におけるX方向で対向する一対の短辺部45a,45bには、X方向の内側に向けて突出する突出壁47が形成されている。突出壁47は、X方向で対向する突出壁47同士を1組として、各モジュール収容部44A,44B毎に形成されている。
図3に示すように、ジェットモジュール30A,30Bは、Y方向を厚さ方向とする板状に形成されている。ジェットモジュール30A,30B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。ジェットモジュール30A,30Bは、ベース部材38上にY方向に間隔をあけて搭載されている。
図5に示すように、第1ジェットモジュール30Aは、吐出部50と、吐出部50を間に挟んでY方向で対向する第1流路部材51A及び第2流路部材51Bと、を主に備えている。
図6は、吐出部50の分解斜視図である。
図6に示すように、吐出部50は、第1ヘッドチップ52Aと、第1ヘッドチップ52Aに対して+Y方向に積層された第2ヘッドチップ52Bと、を有している。各ヘッドチップ52A,52B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。
図6、図7に示すように、上述した複数のチャネル57,58は、インクが充填される吐出チャネル57、及びインクが充填されない非吐出チャネル58である。吐出チャネル57及び非吐出チャネル58は、X方向に交互に並んで配置されている。各チャネル57,58は、第1アクチュエータプレート55からなる駆動壁61によってそれぞれX方向に仕切られている。なお、チャネル57,58の内面には、駆動電極59が形成されている。駆動電極59は、第1アクチュエータプレート55の+Z方向端部において、第1アクチュエータプレート55の表面に形成された駆動端子(不図示)に接続されている。
共通インク室62は、Z方向において、吐出チャネル57の+Z方向端部に対応する位置に形成されている。共通インク室62は、第1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、上述した第1流路部材51A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。したがって、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8は、第1流路部材51Aにおいて、第1流路板77から+Y方向に展開させた分解斜視図である。
図8に示すように、第1流路部材51Aは、第1マニホールド75と、流入ポート76と、を有している。なお、第1マニホールド75及び流入ポート76は、一体に形成されていても構わない。
第1マニホールド75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。図3に示すように、第1マニホールド75は、−Z方向端部が上述した第1モジュール収容部44A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8、図9に示すように、第1インク流路81は、上流流路83、濾過流路84、下流流路85及び供給流路86(図11参照)が連なって形成されている。
上流流路83は、第1流路板77において+Y方向に開口している。具体的に、上流流路83は、幅狭流路91と、幅狭流路91及び濾過流路84間を接続する接続流路92と、を有している。
図10に示すように、接続流路92は、+X方向から見た断面視において、−Z方向に向かうに従い流路深さが漸次浅くなっている。すなわち、本実施形態の接続流路92は、上流側から下流側に向かうに従い流路幅が広くなる一方、上流側から下流側に向かうに従い流路深さが浅くなっている。本実施形態において、接続流路92の上流端での流路深さは、幅狭流路91の下流端での流路深さと同等になっている。
なお、本実施形態では、流路幅及び流路深さが連続的(直線状)に変化する構成について説明したが、この構成のみに限られない。すなわち、接続流路92は、流路幅及び流路深さが下流側に向かうに従い徐々に変化する構成であれば、例えば階段状や曲線状に形成されていても構わない。また、傾きの異なる複数の直線が連なる構成であっても構わない。
図9、図11に示すように、濾過流路84は、接続流路92における下流端とZ方向で連通するとともに、接続流路92から流入するインクを−Y方向に向けて流通させる。具体的に、濾過流路84は、+Y方向に位置するフィルタ入口流路95と、フィルタ入口流路95に対して−Y方向に連なるフィルタ出口流路96と、を有している。
フィルタ入口流路95は、+Z方向端部(重力方向の上端部)において、接続流路92に連通している。フィルタ入口流路95におけるX方向での幅は、接続流路92における下流端でのX方向の幅と同等になっている。
図10、図12に示すように、下流流路85は、第1流路板77において−Y方向に開口している。具体的に、下流流路85は、ストレート部110と、ストレート部110の下流側に連なる拡大部111と、を有している。
誘導部121は、第1流路板77において+Y方向に開口している。誘導部121は、上述した接続流路92及びフィルタ入口流路95に対して+X方向に連なっている。具体的に、誘導部121は、+X方向に向かうに従いZ方向の幅が漸次縮小するテーパ状に形成されている。具体的に、誘導部121の内面のうち、+Z方向に位置する+Z方向内側面は、X方向に沿って直線状に延在している。但し、+Z方向内側面は、+X方向に向かうに従い+Z方向や−Z方向に向けて傾斜して延在しても構わない。
フロントカバー78のうち、Y方向から見て上流流路83の上流端(+Z方向端部)と重なり合う位置には、上流流路83を開放させる流入口133が形成されている。流入口133は、フロントカバー78をY方向に貫通している。
図8に示すように、フロントカバー78における+Y方向を向く面には、第1絶縁シート135が設けられている。第1絶縁シート135は、Y方向から見た正面視で−Z方向に開口するU字状に形成されている。第1絶縁シート135は、フロントカバー78において連通口132の周囲を取り囲んでいる。具体的に、第1絶縁シート135は、連通口132に対してX方向の両側に位置する一対の外側台座部136と、外側台座部136の+Z方向端部同士を接続するブリッジ部137と、を有している。なお、本実施形態において、第1絶縁シート135は、例えばポリイミドが好適に用いられている。但し、第1絶縁シート135の材料は、絶縁性や耐インク性(耐溶出性)を有し、かつ比較的軟質な材料(例えば、樹脂材料やゴム材料)により形成されていれば適宜変更が可能である。
外側台座部136において、露出口140よりも+Z方向に位置する部分には、外側台座部136をY方向に貫通する位置決め孔142が形成されている。位置決め孔142は、第1流路部材51Aから+Y方向に突出する係合ピン143を収容している。なお、位置決め孔142は、ブリッジ部137に形成しても構わない。
図5に示すように、第2流路部材51Bは、第2マニホールド150と、第2付勢部材151と、を有している。
第2マニホールド150は、全体としてY方向を厚さ方向とし、Z方向の長さが第1マニホールド75よりも短い板状に形成されている。図3に示すように、第2マニホールド150は、−Z方向端部が上述した第1モジュール収容部44A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。
第2流路板152は、第1流路板77と同様に、金属材料(例えば、アルミニウム等)等により形成されている。第2流路板152には、第2ヘッドチップ52Bに向けてインクが流通する第2インク流路155が形成されている。
図13に示すように、第2インク流路155は、第2流路板152をY方向に貫通するとともに、X方向に帯状に延在している。第2インク流路155は、Y方向から見た正面視外形が共通インク室62と同等の形状に形成されている。したがって、吐出部50の連通孔73は、第2インク流路155におけるX方向の両端部において、第2インク流路155にY方向で対向している。なお、本実施形態において、第2インク流路155及び第2ヘッドチップ52Bの共通インク室62の合計容積は、上述した供給流路86及び第1ヘッドチップ52Aの共通インク室62の合計容積と同等に設定されていることが好ましい。
排出部161は、第2流路板152において+Y方向に開口している。排出部161は、第2流路板152のうち、第2インク流路155に対して+Z方向に位置する部分をX方向に延在している。排出部161の上流端は、第2インク流路155の内面における+Z方向(重力方向の上方)に位置する+Z方向内側面のうち、X方向の中央部で開口している。すなわち、上述した一対の連通孔73と排出部161の上流端とのX方向での距離は、それぞれ同等に設定されている。なお、一対の連通孔73と排出部161の上流端とのX方向での距離は、適宜変更が可能である。また、連通孔73の数や位置は、適宜変更が可能である。
図5に示すように、第2流路板152における−Y方向を向く面には、第2絶縁シート170が設けられている。第2絶縁シート170は、上述した第1絶縁シート135と同様に、外側台座部171及びブリッジ部172有している。
ブリッジ部172において、X方向の両端部には、ブリッジ部172をY方向に貫通する位置決め孔173が形成されている。位置決め孔173は、第2流路部材51Bから−Y方向に突出する係合ピン(不図示)を収容している。なお、位置決め孔173は、外側台座部171に形成しても構わない。
図5に示すように、第1マニホールド75のフロントカバー78には、FPCユニット180が支持されている。FPCユニット180は、駆動基板181及び配線基板182を備えている。駆動基板181及び配線基板182は、それぞれフレキシブルプリント基板であって、ベースフィルムに配線パターンが形成されて構成されている。
図2に示すように、ベース部材38には、ベース部材38への搭載部品を支持するステーユニット200が設けられている。ステーユニット200は、ベース部材38から+Z方向に起立するとともに、各ジェットモジュール30A,30Bの周囲をまとめて取り囲んでいる。
図3、図14に示すように、モジュール保持機構210は、第1流路部材51Aに設けられた位置決めピン212と、第1ステー201に形成された第1収容部214と、位置決めピン212と第1ステー201との間を連結するサポート片216と、を有している。
第2収容部220は、位置決めピン212が挿入可能であれば、サポート片216を貫通していなくても構わない。
第1収容部214や第2収容部220は、内径が徐々に変化する構成であっても構わない。
図2に示すように、ダンパ31は、ジェットモジュール30A,30Bに対して+Z方向に、各ジェットモジュール30A,30Bに対応して(インクの色に対応して)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(第1ジェットモジュール30Aのダンパ31)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231は、箱型に形成されている。圧力緩衝部231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231は、インクタンク15(図1)と第1ジェットモジュール30Aとの間に配置されて、入口ポート230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。
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、ベース本体部41の−Z方向端面や吐出部50の−Z方向端面(モジュール収容部44A,44Bから露出した部分)に接着剤等を介して固定されている。ノズルプレート32は、各ジェットモジュール30A,30Bの吐出部50を−Z方向からまとめて覆っている。
図2に示すように、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を間に挟んだ状態で、ベース本体部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52A,52Bの駆動電極59(図7参照)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240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。
本実施形態において、インクタンク15からインクジェットヘッド5Aに供給されるインクは、図3に示すように、ダンパ31を通過した後、流入ポート76を通してジェットモジュール30Aの第1マニホールド75内に流入する。
この構成によれば、2つのヘッドチップ52A,52Bに対して1つの流入ポート76を通じてインクを供給できる。これにより、それぞれのヘッドチップ52A,52Bに対して別々の流入ポートを通じてインクを供給する場合に比べて小型化が可能になる。
この構成によれば、各ヘッドチップ52A,52Bとは別に連通流路を設ける場合に比べて、部品点数の増加を抑制できる。また、連通流路の流路長を短縮して、連通流路内での圧力損失を軽減できる。
この構成によれば、第1インク流路81を有する第1流路部材51Aに吐出部50及び駆動基板181の双方が支持される。そのため、例えば吐出部50を間に挟んでY方向の両側に駆動基板181及び第1流路部材51Aを別々に配置する場合に比べ、インクジェットヘッド5A,5BのY方向での小型化(薄型化)が可能になる。
また、吐出部50及び駆動基板181が第1流路部材51Aに支持されるので、吐出部50や駆動基板181で発生した熱が、第1流路部材51Aを介して外部に放熱されることになる。これにより、吐出部50及び駆動基板181の放熱性能を確保できる。
さらに、第1流路部材51Aに吐出部50及び駆動基板181が支持されるので、吐出部50や駆動基板181で発生して第1流路部材51Aに伝達された排熱を用いて第1インク流路81を流れるインクを加熱することもできる。これにより、インクを所望の温度(粘度)で吐出部に供給することができ、優れた印刷特性を得ることができる。
この構成によれば、ドライバが実装された駆動基板を各ヘッドチップ52A,52B毎に設ける場合に比べ、構成の簡素化や小型化を図ることができる。
この構成によれば、吐出部50に近接した位置に温度センサ191を配置することができるので、吐出部50内でのインク温度を正確に検出できる。
特に、第2流路部材51Bに温度センサ191が搭載されているので、第1流路部材51Aで支持された駆動基板181の熱の影響が温度センサ191に及ぶのを抑制できる。したがって、より正確にインク温度を検出できる。
この構成によれば、各インク流路81,155を流通するインクが対応するヘッドチップ52A,52Bの共通インク室62を通じて、各ヘッドチップ52A,52Bの吐出チャネル57内に流入する。この場合、インク流路81,155から吐出チャネル57に至る部分(共通インク室62)の容積を各ヘッドチップ52A,52B間で同等に設定することができるので、各ヘッドチップ52A,52Bの吐出特性を均一化することができる。
例えば、上述した実施形態では、液体噴射装置の一例として、インクジェットプリンタ1を例に挙げて説明したが、プリンタに限られるものではない。例えば、ファックスやオンデマンド印刷機等であっても構わない。
また、インクに加わる圧力の方向と、インクの吐出方向と、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、Z方向が重力方向に一致する構成について説明したが、この構成のみに限らず、Z方向を水平方向に一致させても構わない。
5A,5B…インクジェットヘッド(液体噴射ヘッド)
15…インクタンク(供給源)
51A…第1流路部材
51B…第2流路部材
52A…第1ヘッドチップ
52B…第2ヘッドチップ
55…第1アクチュエータプレート
56…第1カバープレート
57…吐出チャネル(噴射チャネル)
62…共通インク室(液体室)
71…第2アクチュエータプレート
72…第2カバープレート
73…連通孔(連通流路)
76…流入ポート
81…第1インク流路(第1液体流路)
155…第2インク流路(第2液体流路)
181…駆動基板
182…配線基板
190A…第1ドライバ
190B…第2ドライバ
190B…ドライバ
191…温度センサ
Claims (5)
- 第1方向に積層されるとともに、液体を噴射する第1ヘッドチップ及び第2ヘッドチップと、
前記第1方向において、前記第1ヘッドチップに対して前記第2ヘッドチップとは反対側に配置されるとともに、液体の供給源に連通する流入ポート、及び前記流入ポートと前記第1ヘッドチップとの間を連通させる第1液体流路を有する第1流路部材と、
前記第1方向において、前記第2ヘッドチップに対して前記第1ヘッドチップとは反対側に配置されるとともに、前記第2ヘッドチップに連通する第2液体流路を有する第2流路部材と、
前記第1流路部材と前記第2流路部材との間に位置するとともに、前記第1液体流路と前記第2液体流路とを連通させる連通流路と、を備え、
前記第1流路部材には、前記第1ヘッドチップ及び前記第2ヘッドチップの何れかを駆動するための駆動基板が支持され、
前記第2流路部材には、液体の温度を検出する温度センサが搭載されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。 - 前記連通流路は、前記第1ヘッドチップ及び前記第2ヘッドチップを前記第1方向に貫通する貫通孔であることを特徴とする請求項1に記載の液体噴射ヘッド。
- 前記駆動基板には、前記第1ヘッドチップを駆動させる第1ドライバ、及び前記第2ヘッドチップを駆動させる第2ドライバが搭載され、
前記第1ヘッドチップ及び前記第1ドライバは、前記駆動基板を介して電気的に接続され、
前記第2ヘッドチップ及び前記第2ドライバは、前記駆動基板から分岐する配線基板を介して電気的に接続されていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の液体噴射ヘッド。 - 前記第1ヘッドチップは、
液体が流入する噴射チャネルが形成された第1アクチュエータプレートと、
前記第1アクチュエータプレートに前記第1方向で積層されるとともに、前記噴射チャネルと前記第1液体流路との間を接続する液体室が形成された第1カバープレートと、を有し、
前記第2ヘッドチップは、
液体が流入する噴射チャネルが形成されるとともに、前記第1アクチュエータプレートに対して前記第1方向における前記第1カバープレートとは反対側に積層された第2アクチュエータプレートと、
前記第2アクチュエータプレートに前記第1方向で積層されるとともに、前記噴射チャネルと前記第2液体流路との間を接続する液体室が形成された第2カバープレートと、を有していることを特徴とする請求項1から請求項3の何れか1項に記載の液体噴射ヘッド。 - 請求項1から請求項4の何れか1項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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