JP7331502B2 - ヘッドモジュール、ヘッドユニット、液体を吐出する装置 - Google Patents

Description

本発明はヘッドモジュール、ヘッドユニット、液体を吐出する装置に関する。

例えば液体を吐出するヘッドにおいては、駆動に伴って生じる発熱によって温度が上昇することで吐出特性が変動する。

従来、複数のヘッドチップのそれぞれに設けた個別ヒートシンクと、複数の個別ヒートシンクに熱結合する共通ヒートシンクを有し、個別ヒートシンクの上方に共通ヒートシンクを配置したものが知られている（特許文献１）。

特開平０９－２４０１１０号公報

しかしながら、特許文献１に開示の構成にあっては、ヘッドの上方が共通ヒートシンクで塞がれるために、ヘッド上方におけるレイアウトの自由度が制限されるという課題がある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、ヘッド上方におけるレイアウトの自由度を高めることを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明の請求項１に係るヘッドモジュールは、
複数のヘッドと、
前記複数のヘッドが並べて配置されたベース部材と、を備え、
前記ヘッドにそれぞれ設けられた複数の個別ヒートシンクと、
前記複数の個別ヒートシンクと熱結合する共通ヒートシンクと、を有し、
前記共通ヒートシンクは、前記ベース部材上に立てて設けられおり、
前記共通ヒートシンクは、前記個別ヒートシンクと熱結合する結合部を有し、
前記共通ヒートシンクの前記結合部は、前記ヘッドの並び方向と直交する方向で前記個別ヒートシンクに隣接し、前記ヘッドの並び方向に沿って配置され、
前記ヘッドは駆動ＩＣを搭載した配線部材を有し、
前記個別ヒートシンクは、前記駆動ＩＣと接触する主面部と、前記主面部から折れ曲がる側面部とを有し、
前記共通ヒートシンクと前記個別ヒートシンクの前記側面部とが熱伝導部材を介して熱結合している
構成とした。

本発明によれば、ヘッド上方におけるレイアウトの自由度を高めることができる。

本発明の第１実施形態に係るヘッドモジュールの斜視説明図である。 同じく図１と反対側から見た斜視説明図である。 同じく分解斜視説明図である。 同じく平面説明図である。 個別ヒートシンクの説明に供するヘッドの外観斜視説明図である。 図５と反対側から見たヘッドの外観斜視説明図である。 共通ヒートシンクの斜視説明図である。 図７と反対側から見た共通ヒートシンクの斜視説明図である。 個別ヒートシンクと共通ヒートシンクとの熱結合の説明に供する個別ヒートシンクの側面部と共通ヒートシンクの結合部の部分の拡大説明図である。 共通ヒートシンクとヘッドモジュールのケース部材（外装部材）との関係の説明に供するケース部材を取り付けた状態のヘッドモジュールの外観斜視説明図である。 同じくケース部材を取り付けた状態のヘッドモジュールの外観斜視説明図である。 本発明に係る液体を吐出する装置の一例の概略説明図である。 同装置のヘッドユニットの一例の平面説明図である。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。本発明の第１実施形態について図１ないし図４を参照して説明する。図１は同実施形態に係るヘッドモジュールの斜視説明図、図２は同じく図１と反対側から見た斜視説明図、図３は同じく分解斜視説明図、図４は同じく平面説明図である。

ヘッドモジュール１００は、液体を吐出する液体吐出ヘッドである複数（ここでは４個）のヘッド１を備えている。ヘッド１にはＦＰＣなどの配線部材２０が接続され、配線部材２０には駆動ＩＣ２１が搭載されている。

複数のヘッド１はベース部材１０２に保持されている。ベース部材１０２には複数のヘッド１を挿入する開口部１２１が設けられている。ベース部材１０２へのヘッド１の保持は、ヘッド１のフレーム部材３０のつば部３１をベース部材１０２に接着剤で接合しているが、ねじで締結することもできる。

そして、複数のヘッド１には、それぞれ、配線部材２０に熱結合テープなどの熱結合手段によって結合されたアルミなどの金属材で構成した個別ヒートシンク５０が設けられている。また、ベース部材１０２には、複数の個別ヒートシンク５０と熱結合されるアルミなどの金属材で構成した共通ヒートシンク６０がベース部材１０２の面直方向に立てて設けられている。

次に、ヘッドの個別ヒートシンクについて図５及び図６も参照して説明する。図５はヘッドの外観斜視説明図、図６は図５と反対側から見たヘッドの外観斜視説明図である。

個別ヒートシンク５０は、駆動ＩＣ２１が搭載された配線部材２０と結合されるヘッド１の長手方向に沿う主面部５１と、主面部５１の両端部からヘッド１の短手方向に折れ曲がった側面部５２とを有する。なお、ヘッド１の長手方向は複数のヘッド１の並び方向と直交する方向であり、ヘッド１の短手方向は複数のヘッド１の並び方向である。

個別ヒートシンク５０はヘッド１のフレーム部材３０上に配置されている。フレーム部材３０には個別ヒートシンク５０を嵌め込む溝部３２が形成されている。個別ヒートシンク５０とヘッド１とは、エポキシ系接着剤などの接着剤で接合している。

また、個別ヒートシンク５０の形状を、主面部５１の両端部に側面部５２を設けた形状とすることで、共通ヒートシンク６０との接触面積を広くすることができるとともに、倒れを防止してヘッド１との固定強度を確保することができる。

個別ヒートシンク５０の主面部５１の下端縁及び主面部５１と側面部５２の折り曲げ部分には、それぞれ切欠部５３を設けている。

これにより、個別ヒートシンク５０とヘッド１のフレーム部材３０との接触面積を減少させて、駆動ＩＣ２１から伝わる熱がヘッド１のフレーム部材３０に伝熱することを低減している。

次に、共通ヒートシンクについて図７及び図８も参照して説明する。図７は共通ヒートシンクの斜視説明図、図８は図７と反対側から見た共通ヒートシンクの斜視説明図である。

共通ヒートシンク６０は、ベース部材１０２のヘッド１のつば部７１を保持する取り付け面１０２ａ上に固定され、取り付け面１０２ａに対して垂直方向に起立して設置されている。

共通ヒートシンク６０は、複数の個別ヒートシンク５０と熱結合する結合部６１と、結合部６１に繋がる主面部６２とを有し、主面部６２にはベース部材１０２に取付ける取付け部６３が一体に設けられている。

共通ヒートシンク６０の結合部６１は、ヘッド１の並び方向（個別ヒートシンク５０の並び方向でもある。）に沿って配置され、ヘッド１の並び方向と直交する方向で、個別ヒートシンク５０の一方の側面部５２に隣接して配置されている。

この場合、共通ヒートシンク６０の結合部６１は、ヘッド１のフレーム部材３０の液体供給ポート３３（図１）が設けられる側と反対側に配置される。これにより、共通ヒートシンク６０の結合部６１からの熱によってヘッド１に供給する液体が影響を受けないようにしている。

共通ヒートシンク６０の主面部６２は、ヘッド１の並び方向と直交する方向に配置されている。共通ヒートシンク６０の取付け部６３には開口部６３ａが設けられている。この開口部６３ａがベース部材１０２の取付け面１０２ａに設けられた凸部に嵌め込まれ、取り付け部６３とベース部材１０２の取付け面１０２ａとはエポキシ系接着剤などの接着剤で接合している。

また、共通ヒートシンク６０の結合部６１は、図７にも示すように、下端側に切欠部６１ａを設けて、取付け部６３の底面（ベース部材１０２の取付け面１０２ａに設置される面）から距離ａだけ浮き上がった位置にしている。

これにより、共通ヒートシンク６０の結合部６１は、ヘッド１のフレーム部材３０から浮いた状態で、複数のヘッド１に跨って配置される。

また、共通ヒートシンク６０の結合部６１には、主面部６２と反対側の一端部に、個別ヒートシンク５０に覆いかぶさり、個別ヒートシンク５０から離間しているひさし部６４が設けられている。

これにより、共通ヒートシンク６０の取り付け作業性が向上する。

つまり、共通ヒートシンク６０の組み付けは、個別ヒートシンク５０を備えるヘッド１をベース部材１０２に組み付け後に行う。また、個別ヒートシンク５０の側面部５２と共通ヒートシンク６０の結合部６１とはそれぞれ面同士が対向している。さらに、共通ヒートシンク６０は、複数のヘッド１（個別ヒートシンク５０）に跨って配置されるので、自重での姿勢が安定しない。

そのため、共通ヒートシンク６０の組付け作業を行うときに、共通ヒートシンク６０がベース部材１０２から落下してしまうおそれがある。

そこで、本実施形態のように、共通ヒートシンク６０に個別ヒートシンク５０の側面部５２に覆い被さるひさし部６４を設けることで、個別ヒートシンク５０が共通ヒートシンク６０を受け止めて落下を防止することができるので、組み立て作業性が向上する。

次に、個別ヒートシンクと共通ヒートシンクとの熱結合について図９も参照して説明する。図９は個別ヒートシンクの側面部と共通ヒートシンクの結合部の部分の拡大説明図である。

複数の個別ヒートシンク５０の側面部５２と共通ヒートシンク６０の結合部６１の主面との間には、隙間７０が設けられている。そして、この隙間７０にグリスなどの熱伝導部材７１を介在させ、熱伝導部材７１を介して複数の個別ヒートシンク５０と共通ヒートシンク６０とを熱的に結合している。

つまり、各個別ヒートシンク５０の位置関係には公差バラつきがあるので、共通ヒートシンク６０と各個別ヒートシンク５０とを物理的に接触させて熱的結合を行うと、熱的に接触しない個別ヒートシンク５０が生じるおそれがある。

そこで、共通ヒートシンク６０の結合部６１と各個別ヒートシンク５０の側面部５２との間に隙間７０を設けて、隙間７０には共通ヒートシンク６０と各個別ヒートシンク５０とを熱的に接合するための熱伝導部材７１を配置する。

このように、隙間７０に設けた熱伝導部材７１によって共通ヒートシンク６０と各個別ヒートシンク５０とを熱的に結合するため、複数の個別ヒートシンク５０間で、共通ヒートシンク６０との間の距離がバラついても、両者を確実に熱結合することができる。

ここで、熱伝導部材７１としては粘性を有するものを使用することができる。つまり、個別ヒートシンク５０の側面部５２と共通ヒートシンク６０の結合部６１との隙間７０にはばらつきが生じる。そのため、高剛性の熱伝導部材、例えばアルミ板を使用すると、各隙間７０に対応した厚みのものを複数個分個別に選定しなければならなくなる。

これに対し、隙間７０に粘性を有する熱伝導部材７１を充填することで、大きさが異なるそれぞれの隙間７０に対して厚み選択しないで、共通ヒートシンク６０と各個別ヒートシンク５０との間で確実に熱伝導ができるようになる。

また、熱伝導部材７１としては弾性を有するものを使用することができる。弾性を有する熱伝導部材７１を介在させることでも、大きさが異なるそれぞれの隙間７０に対して１種類の厚みだけで、共通ヒートシンク６０と各個別ヒートシンク５０との間で確実に熱伝導ができるようになる。弾性を有する熱伝導部材７１としては、高熱伝導性のゴム材料や弾性接着剤などがある。

次に、共通ヒートシンクとヘッドモジュールのケース部材（外装部材）との関係について図１０及び図１１を参照して説明する。図１０及び図１１はカバー部材を取り付けた状態のヘッドモジュールの外観斜視説明図である。

ここでは、ヘッドモジュール１００にはケース部材（外装部材）１０５を装着している。なお、ベース部材１０２には各ヘッド１の吐出面の周縁部を覆うノズルカバー部材１１１を取り付けている。

この場合、図１０に示すように、ケース部材１０５に、共通ヒートシンク６０の主面部６２が臨む開口部１５１を設けることで、外部に放熱することができる。

また、図１１に示すように、共通ヒートシンク６０の結合部６１が臨む開口部１５１を設けることもできる。

本実施形態においては、駆動ＩＣ２１によって生じる熱は、それぞれ個別ヒートシンク５０に伝わり、個別ヒートシンク５０から熱伝導部材７１を介して共通ヒートシンク６０の結合部６１に伝わり、結合部６１から主面部６２に伝わって放熱される。

なお、共通ヒートシンク６０の主面部６２に更に大きなヒートシンクを熱的に結合することもでき、主面部６２から直接外気等に放熱される構成に限るものではない。また、共通ヒートシンク６０は、結合部６１の主面部６２を設けた側と反対側の端部（上記実施形態ではひさし部６４を設けた端部）にもヘッド長手方向に沿う主面部を設けて、２つの主面部から外気や別のヒートシンクに放熱する構成などとすることもできる。

ここで、本実施形態のようにヘッド毎の個別ヒートシンク５０と、複数の個別ヒートシンク５０と熱的に結合する共通ヒートシンク６０とを備えることで、各ヘッド毎の個別ヒートシンクを備える場合に比べて、次のような利点がある。

（１）部品点数、組付工数の削減、省レイアウト化、ヒートシンクの剛性や強度の向上。（２）各ヘッドの個別ヒートシンクの体積（面積）を小さくすることができる。
（３）すべてのヘッドの熱分布を平均化でき、近接するヘッドの流路への熱分布も平均化できる。これにより、吐出特性のばらつきが低減し、温度に依存する駆動波形の選択を各ヘッド共通化でき、結果として、ヘッド温度を検出する温度検出手段の共通化を図れる。

そして、本実施形態では、共通ヒートシンク６０は、ベース部材１０２上に立てて設けられおり、個別ヒートシンク５０と熱結合する結合部６１を有し、結合部６１は、ヘッドの並び方向と直交する方向で個別ヒートシンク５０に隣接し、ヘッドの並び方向に沿って配置されている構成としている。

つまり、本実施形態のように、ヘッド１の配線部材２０は、構造上、ヘッド１の上方に引き出して延伸する構成とする場合、配線部材２０の延伸方向に共通ヒートシンクが配置されると、配線部材２０と干渉することになる。これを避けるためには、共通ヒートシンクを避けて配線部材２０をクランク状に這い回すと、配線部材２０の総延長が長くなり、コストが高くなる。

そこで、共通ヒートシンク６０はベース部材１０２上に立てて設け、個別ヒートシンク５０の並び方向に沿って、起立した結合部６１を配置することで、ヘッド１の上方のレイアウト自由度が増し、さらには狭い領域にも共通ヒートシンク６０を配置できる。

次に、本発明に係る液体を吐出する装置の一例について図１２及び図１３を参照して説明する。図１２は同装置の概略説明図、図１３は同装置のヘッドユニットの一例の平面説明図である。

この液体を吐出する装置である印刷装置５００は、連帳紙、ロール紙などの連続体５１０を搬入する搬入手段５０１と、搬入手段５０１から搬入された連続体５１０を印刷手段５０５に案内搬送する案内搬送手段５０３と、連続体５１０に対して液体を吐出して画像を形成する印刷を行う印刷手段５０５と、連続体５１０を乾燥する乾燥手段５０７と、連続体５１０を搬出する搬出手段５０９などを備えている。

連続体５１０は搬入手段５０１の元巻きローラ５１１から送り出され、搬入手段５０１、案内搬送手段５０３、乾燥手段５０７、搬出手段５０９の各ローラによって案内、搬送されて、搬出手段５０９の巻取りローラ５９１にて巻き取られる。

この連続体５１０は、印刷手段５０５において、ヘッドユニット５５０に対向して搬送され、ヘッドユニット５５０から吐出される液体によって画像が印刷される。

ここで、ヘッドユニット５５０には、本発明に係る３つのヘッドモジュール１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃを共通ベース部材５５２に備えている。

本願において、ヘッドが液体吐出ヘッドであるとき、吐出される液体は、ヘッドから吐出可能な粘度や表面張力を有するものであればよく、特に限定されないが、常温、常圧下において、または加熱、冷却により粘度が３０ｍＰａ・ｓ以下となるものであることが好ましい。より具体的には、水や有機溶媒等の溶媒、染料や顔料等の着色剤、重合性化合物、樹脂、界面活性剤等の機能性付与材料、ＤＮＡ、アミノ酸やたんぱく質、カルシウム等の生体適合材料、天然色素等の可食材料、などを含む溶液、懸濁液、エマルジョンなどであり、これらは例えば、インクジェット用インク、表面処理液、電子素子や発光素子の構成要素や電子回路レジストパターンの形成用液、３次元造形用材料液等の用途で用いることができる。

また、液体を吐出する装置には、ヘッドモジュール、ヘッドユニットなどを備え、ヘッドを駆動させて液体を吐出させる装置が含まれる。液体を吐出する装置には、液体が付着可能なものに対して液体を吐出することが可能な装置だけでなく、液体を気中や液中に向けて吐出する装置も含まれる。

この「液体を吐出する装置」は、液体が付着可能なものの給送、搬送、排紙に係わる手段、その他、前処理装置、後処理装置なども含むことができる。

例えば、「液体を吐出する装置」として、インクを吐出させて用紙に画像を形成する装置である画像形成装置、立体造形物（三次元造形物）を造形するために、粉体を層状に形成した粉体層に造形液を吐出させる立体造形装置（三次元造形装置）がある。

また、「液体を吐出する装置」は、吐出された液体によって文字、図形等の有意な画像が可視化されるものに限定されるものではない。例えば、それ自体意味を持たないパターン等を形成するもの、三次元像を造形するものも含まれる。

上記「液体が付着可能なもの」とは、液体が少なくとも一時的に付着可能なものであって、付着して固着するもの、付着して浸透するものなどを意味する。具体例としては、用紙、記録紙、記録用紙、フィルム、布などの被記録媒体、電子基板、圧電素子などの電子部品、粉体層（粉末層）、臓器モデル、検査用セルなどの媒体であり、特に限定しない限り、液体が付着するすべてのものが含まれる。

上記「液体が付着可能なもの」の材質は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックスなど液体が一時的でも付着可能であればよい。

また、「液体を吐出する装置」は、液体吐出ヘッドと液体が付着可能なものとが相対的に移動する装置があるが、これに限定するものではない。具体例としては、液体吐出ヘッドを移動させるシリアル型装置、液体吐出ヘッドを移動させないライン型装置などが含まれる。

また、「液体を吐出する装置」としては、他にも、用紙の表面を改質するなどの目的で用紙の表面に処理液を塗布するために処理液を用紙に吐出する処理液塗布装置、原材料を溶液中に分散した組成液を、ノズルを介して噴射させて原材料の微粒子を造粒する噴射造粒装置などがある。

なお、本願の用語における、画像形成、記録、印字、印写、印刷、造形等はいずれも同義語とする。

１ ヘッド
２０ 配線部材
２１ 駆動ＩＣ
３０ フレーム部材
５０ 個別ヒートシンク
５１ 主面部
５２ 側面部
６０ 共通ヒートシンク
６１ 結合部
６２ 主面部
６３ 取付け部
７０ 隙間
７１ 熱伝導部材
１００ ヘッドモジュール
１０１ サブヘッドモジュール
１０２ ベース部材
１０５ ケース部材
１１１ カバー部材
５００ 印刷装置（液体を吐出する装置）
５０１ 搬入手段
５０５ 印刷手段
５１０ 連続体
５０７ 乾燥手段
５０９ 搬出手段
５５０ ヘッドユニット

Claims (8)

1. 複数のヘッドと、
   前記複数のヘッドが並べて配置されたベース部材と、を備え、
   前記ヘッドにそれぞれ設けられた複数の個別ヒートシンクと、
   前記複数の個別ヒートシンクと熱結合する共通ヒートシンクと、を有し、
   前記共通ヒートシンクは、前記ベース部材上に立てて設けられおり、
   前記共通ヒートシンクは、前記個別ヒートシンクと熱結合する結合部を有し、
   前記共通ヒートシンクの前記結合部は、前記ヘッドの並び方向と直交する方向で前記個別ヒートシンクに隣接し、前記ヘッドの並び方向に沿って配置され、
   前記ヘッドは駆動ＩＣを搭載した配線部材を有し、
   前記個別ヒートシンクは、前記駆動ＩＣと接触する主面部と、前記主面部から折れ曲がる側面部とを有し、
   前記共通ヒートシンクと前記個別ヒートシンクの前記側面部とが熱伝導部材を介して熱結合している
   ことを特徴とするヘッドモジュール。
2. 複数のヘッドと、
   前記複数のヘッドが並べて配置されたベース部材と、を備え、
   前記ヘッドにそれぞれ設けられた複数の個別ヒートシンクと、
   前記複数の個別ヒートシンクと熱結合する共通ヒートシンクと、を有し、
   前記共通ヒートシンクは、前記ベース部材上に立てて設けられおり、
   前記共通ヒートシンクは、前記個別ヒートシンクと熱結合する結合部を有し、
   前記共通ヒートシンクの前記結合部は、前記ヘッドの並び方向と直交する方向で前記個別ヒートシンクに隣接し、前記ヘッドの並び方向に沿って配置され、
   前記個別ヒートシンクは、前記ヘッドが備えるフレーム部材上に配置されており、
   少なくとも前記個別ヒートシンクの主面部の下端縁には、切欠部が設けられている
   ことを特徴とするヘッドモジュール。
3. 前記共通ヒートシンクの前記結合部と前記個別ヒートシンクとは粘性を有する熱伝導部材を介して熱結合している
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のヘッドモジュール。
4. 前記共通ヒートシンクの前記結合部と前記個別ヒートシンクとは弾性を有する熱伝導部材を介して熱結合している
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のヘッドモジュール。
5. 前記共通ヒートシンクの前記結合部の一端部には、前記個別ヒートシンクに覆いかぶさり、前記個別ヒートシンクから離間しているひさし部が設けられている
   ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のヘッドモジュール。
6. 前記ベース部材上には、前記複数のヘッド、前記複数の個別ヒートシンク及び前記共通ヒートシンクを覆うケース部材を備え、
   前記ケース部材には、前記共通ヒートシンクの結合部に繋がる主面部が臨む開口部が設けられている
   ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のヘッドモジュール。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載のヘッドモジュールが共通ベース部材に複数並べられてなる
   ことを特徴とするヘッドユニット。
8. 請求項１ないし６のいずれかに記載のヘッドモジュール又は請求項７に記載のヘッドユニットを備え、
   前記ヘッドが液体を吐出する液体吐出ヘッドである、
   ことを特徴とする液体を吐出する装置。

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