(57)【要約】【課題】基準プレートの熱膨張率が取付け板の熱膨張率よりも大きい場合、駆動回路が発熱すると基準プレート内部に発生する応力により基準プレートが変形し、ヘッド本体の位置ずれが発生して印字品質に影響を及ぼす。【解決手段】一実施形態によれば、ノズル配列方向に配列された複数の吐出口およびインク室を有するヘッド本体と、このヘッド本体の前記インク室へインクを供給する供給部と、この供給部に保持され前記ヘッド本体を吐出駆動する駆動回路と、この駆動回路による発熱を放熱するヒートシンクと、これらのヒートシンク、駆動回路、供給部およびヘッド本体を一体化して前記プリンタ本体側の構造体に固定し、このヘッド本体を前記ノズル配列方向が主走査方向に平行に前記プリンタ本体に対して位置決めする基準プレートと、この基準プレートに形成された溝部と、を備えるインクジェットヘッドが提供される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズル配列方向に配列された複数の吐出口およびインク室を有するヘッド本体と、
このヘッド本体の前記インク室へインクを供給する供給部と、
この供給部に保持され前記ヘッド本体を吐出駆動する駆動回路と、
この駆動回路による発熱を放熱するヒートシンクと、
これらのヒートシンク、駆動回路、供給部およびヘッド本体を一体化して前記プリンタ本体側の構造体に固定し、このヘッド本体を前記ノズル配列方向が主走査方向に平行に前記プリンタ本体に対して位置決めする基準プレートと、
この基準プレートに形成された溝部と、
を備えるインクジェットヘッド。
【請求項２】
前記溝部は前記ノズル配列方向に交叉する方向に形成され、前記ノズル配列方向への前記基準プレートの伸びによる応力を吸収する請求項１記載のインクジェットヘッド。
【請求項３】
前記溝部は、前記応力に対してひずみ度が大きい機械的物性値を持つ弱部を有する請求項２記載のインクジェットヘッド。
【請求項４】
前記溝部はその変形により、前記ノズル配列方向に直交する面内での前記基準プレートの断面積に比例する大きさの応力を前記面内の何れかの方向へ分散させる請求項１記載のインクジェットヘッド。
【請求項５】
前記基準プレートはその内部に前記ノズル配列方向への前記基準プレートの伸び量を吸収する空洞を備える請求項１記載のインクジェットヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
一実施形態はインクジェットヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットプリンタ本体にはインクジェットヘッドが設けられており、インクジェットヘッドから用紙に向けてインクを吐出する。従来、複数のヘッド本体を紙幅（用紙長さ又は用紙幅）方向に並べて配置したインクジェット記録装置が知られており、ヘッド本体と別のヘッド本体との隣接する各端部での吐出口の位置が調節される。それぞれ吐出口の列が主走査方向と平行になるようにして複数のヘッド本体がプリンタ本体に対して位置決めされ、画像記録領域が得られる。位置決め固定ではヘッド本体を支持するインクジェット構造体がプリンタ本体側の取付け板に基準プレートを介して取付けられており、この基準プレートの位置を基準に複数個のヘッド本体が並列配置される。基準プレートの熱膨張率は考慮されていないものの、吐出駆動ではドライバＩＣの発熱によりヘッド本体及びインクジェット構造体が熱膨張するため、複数のヘッドを長手方向に並べて配設したときに熱膨張によって隣り合うヘッドの間で相対的な位置ずれの発生や熱ひずみの発生によって低下する印写品質を防止するインクジェットプリンタが知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１４２８４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、基準プレートの熱膨張率が取付け板の熱膨張率よりも大きい場合、基準プレートの長尺方向の伸び量が取付け板の伸び量よりも大きいため、基準プレート内部に応力が発生する。この応力により基準プレートそのものが変形し、ノズルピッチに対して許容できない量の位置ずれが生じる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このような課題を解決するため、一実施形態によれば、ノズル配列方向に配列された複数の吐出口およびインク室を有するヘッド本体と、このヘッド本体の前記インク室へインクを供給する供給部と、この供給部に保持され前記ヘッド本体を吐出駆動する駆動回路と、この駆動回路による発熱を放熱するヒートシンクと、これらのヒートシンク、駆動回路、供給部およびヘッド本体を一体化して前記プリンタ本体側の構造体に固定し、このヘッド本体を前記ノズル配列方向が主走査方向に平行に前記プリンタ本体に対して位置決めする基準プレートと、この基準プレートに形成された溝部と、を備えるインクジェットヘッドが提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】一実施形態に係るインクジェットヘッドの斜視図である。
【図２】一実施形態に係るインクジェットヘッドの部分的な分解斜視図である。
【図３】一実施形態に係るインクジェットヘッドの締結前の分解斜視図である。
【図４】一実施形態に係るインクジェットヘッドの締結後の分解斜視図である。
【図５】一実施形態に係るインクジェットヘッドの縦断面図である。
【図６】一実施形態に係るインクジェットヘッドに生じる変形の方向を示す図である。
【図７】一実施形態に係るインクジェットヘッドの締結部を拡大して示す縦断面図である。
【図８】一実施形態に係るインクジェットヘッドを複数設けたプリンタ本体の部分斜視図である。
【図９】一実施形態に係るインクジェットヘッドを複数設けたときの複数のヘッド本体の位置決め例を示す図である。
【図１０】実施の形態の変形例に係るインクジェットヘッドの基準プレートの縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、実施の形態に係るインクジェットヘッドについて、図１乃至図１０を参照しながら説明する。尚、各図において同一箇所については同一の符号を付すとともに、重複した説明は省略する。
【０００８】
（一実施形態）
図１は一実施形態に係るインクジェットヘッドの斜視図である。本実施形態に係るインクジェットヘッドは、ノズル配列方向に配列された複数の吐出口５１およびインク室を有するヘッド本体１１と、このヘッド本体１１のインク室へインクを供給するインク供給機構１２（供給部）と、このインク供給機構１２に保持されヘッド本体１１を吐出駆動するドライバＩＣ２１を含む駆動回路１８とを備えている。更にインクジェットヘッドはドライバＩＣ２１による発熱を放熱する一対のヒートシンク１４、１５と、これらのヒートシンク１４、１５、駆動回路１８、インク供給機構１２およびヘッド本体１１を締結部２７、２８により一体化してプリンタ本体側の取付け板上に固定し、このヘッド本体１１をノズル配列方向が主走査方向に平行にプリンタ本体に対して位置決めする基準プレート（データムプレート）１３と、この基準プレート１３にノズル配列方向に直交する方向に形成された溝部（凹部）２９、３０、３１とを備えている。インク供給機構１２、基準プレート１３、ヒートシンク１４、１５、駆動回路１８等はヘッド本体１１を支持するインクジェット構造体１０を構成する。
【０００９】
ヘッド本体１１はインクを吐出するインクジェットヘッド本体であり、２列の吐出口５１を有するオリフィスプレート５２と、枠状のベースプレート５３とを備えている。このベースプレート５３は、その片面側に複数の圧力室と、これらの圧力室の共通液室と、圧力室ごとに室の容積を変化させる複数の圧電素子と、圧電素子ごとに圧力室及び吐出口５１間に設けられたノズルとを有する。
【００１０】
図２は一実施形態に係るインクジェットヘッドの部分的な分解斜視図であり、図１の例とは天地を反対にして表示している。既述の符号はそれらと同じ要素を表す。インク供給機構１２は、ベースプレート５３の他面に貼付けられこのベースプレート５３にインクを供給するためのインク流路が内部に形成されたマニフォールド２２と、マニフォールド２２上に部材２４を介して搭載されインク流路に連通する供給パイプ１６および排出パイプ１７とを備えている。供給パイプ１６および排出パイプ１７はチューブに接続される。
【００１１】
駆動回路１８はベースプレート５３を挟んで一対対称に設けられており、電気的にはプリンタ本体側との間で制御信号を送受信し複数の圧電素子を駆動する。片方の駆動回路１８は、リジットプリント配線板（ＰＣＢ）１９と、耐熱性の２枚のフレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）２０と、複数個の駆動制御用のドライバＩＣ（Ｄｒ．ＩＣ）２１とを備えている。リジットプリント配線板１９にはプリンタ本体側のコントローラへのコネクタ３２、受動部品３３類が設けられている。フレキシブルプリント配線板２０は例えばポリイミド製のフィルム配線であり、その一端部がリジットプリント配線板１９に接続され、他端部はベースプレート５３内に配線された各圧力室への信号線パターンに接続されている。ドライバＩＣ２１はＣＯＦ（ｃｈｉｐ ｏｎ ｆｉｌｍ）によりフレキシブルプリント配線板２０にパッケージ化されている。他方の駆動回路１８も一方の駆動回路１８と同じ構成を有する。
【００１２】
図３は一実施形態に係るインクジェットヘッドの締結前の分解斜視図であり、図４は一実施形態に係るインクジェットヘッドの締結後の分解斜視図である。既述の符号はそれらと同じ要素を表す。図３のようにヒートシンク１４はネジ５４やボルト３８、３９類によって基準プレート１３の左側面に固定され、ヒートシンク１５も同様に基準プレート１３の右側面に固定される。これらのヒートシンク１４、１５はネジ５４やボルト３８、３９等によって互いにカシメ合い、ヒートシンク板の内壁面側に、基準プレート１３、インク供給用のチューブ４７及びインク排出用のチューブ４８を覆う。ヒートシンク１４には例えばアルミニウム又はモールドの成型品が用いられる。ヒートシンク１５もヒートシンク１４と同様である。これらのヒートシンク１４、１５が互いに取付けられた状態で、フレキシブルプリント配線板２０がその根元から上方へ折り曲げられ、図４のようにフレキシブルプリント配線板２０上のドライバＩＣ２１がヒートシンク１４、１５の背面下部に密着するようになっている。インクジェットヘッドはケーブル３６、３７によってプリンタ本体側のコントローラと信号を授受する。図３ではチューブ４７、４８の各一端が供給パイプ１６、排出パイプ１７に接続され、チューブ４７、４８の各他端はパイプ３４、３５に連結される。
【００１３】
図５は本実施形態に係るインクジェットヘッドの図４のＡＡ′に沿う縦断面図である。既述の符号はそれらと同じ要素を表す。基準プレート１３は本実施形態に係るインクジェットヘッドをプリンタ本体側の鉄製の取付け板４０に固定し、プリンタ本体に対して位置決めをするための金属プレートである。基準プレート１３には例えばアルミニウム製の成型品が用いられており、取付け板４０の熱膨張率よりも大きい熱膨張率を有する。熱膨張率とは体積膨張率又は線膨張率であり、温度（摂氏）の逆数の次元により表される。基準プレート１３は、プレート両側面部に形成された複数のネジ孔５５と、パイプ３４、３５にそれぞれ挿通される流路２５、２６とを備えており、基準プレート１３の長尺方向両端が締結部（ヘッド取付部）２７、２８を構成している。この締結部２７は、取付け板４０のボルト孔４１と、取付け４０上に起立してスペーサ兼ねスタッド４２と、このスタッド４２に螺合するボルト（ヘッド取付け用ネジ）４４と、このボルト４４のボルト径よりも大きい孔径を有するボルト孔４９とを備える。締結部２８はボルト孔４１、スタッド４３、ボルト４５及びボルト孔４６を備える。
【００１４】
また、溝部２９、３０、３１は締結部２７、２８間に凹設されており、何れもノズル配列方向への基準プレート１３の伸びによる応力を吸収する。溝部２９は、伸びによる応力に対してひずみ度が大きい機械的物性値を持つ弱部を有し、この弱部の変形により応力を吸収する。弱部とは例えば局所的に力に対して変形する領域である。溝部３０、３１も溝部２９と同様である。
【００１５】
次に上述の構成の本実施形態に係るインクジェットヘッドの作用動作について述べると、吐出についてはプリンタ本体からの駆動信号を駆動回路１８が受信し、何れかのドライバＩＣ２１は圧力室へパルス電圧信号を印可して電界を発生させ、この圧力室内の側壁を変形させる。ヘッド本体１１では圧力室の容積が拡張し縮小することにより、インクが加圧され、ヘッド本体１１は液滴を吐出口５１から吐出する。このインクジェットヘッドが吐出時にドライバＩＣ２１にて発生した熱はヒートシンク１４、１５の何れかに伝わり、ヒートシンク１４、１５及び基準プレート１３は放熱する。
【００１６】
ここで締結部２７、２８が強い力でボルト締めされており駆動回路１８の駆動期間が短い場合、発熱によりボルト４４、４５の軸芯の位置が基準プレート１３の長尺方向外方へ変位しても冷却により元に戻り、ヘッド本体１１が印字品質に影響を及ぼす程度に変形することはない。基準プレート１３は長尺方向と直交する印字送り方向にも伸びるが、この送り方向のプレート寸法が伸びても冷却によりこのプレート寸法は元に戻る。あるいは印字ずれに実質的に寄与しない程度のずれにとどまる。
【００１７】
図６は本実施形態に係るインクジェットヘッドに生じる変形の方向例を示す図である。既述の符号はそれらと同じ要素を表す。駆動回路１８による発熱量の増大によりドライバＩＣ２１が放熱すると、ヒートシンク材質はアルミニウム製であるため高い熱伝導効率によって基準プレート１３（同図では両側のボルト取付け部が表示されている）と取付け板４０とがヒートシンク１４、１５からの伝熱によって同図左右（矢印参照）へと膨張する。締結部２７、２８が強い力でボルト締めされた状態では基準プレート１３は長尺方向外方へ向かって取付け板４０よりも大きく膨張する。ヘッド本体１１の吐出口５１の位置が長尺方向外方にずれる。
【００１８】
図７（ａ）は本実施形態に係るインクジェットヘッドの一方の締結部２８を拡大して示す縦断面図である（螺合溝は省略している）。ボルト孔４６はボルト径よりも大きい孔径を有し、スタッド４３による締結によりボルト４５はボルト軸心下半分において固定されている。図７（ｂ）、図７（ｃ）はそれぞれ図７（ａ）の要部を示す図であり、図７（ｂ）のように、基準プレート１３は取付け板４０へミクロン単位の調整によってボルト固定される。図７（ｃ）のように、発熱及び冷却の繰返しによって、基準プレート１３の伸び量が取付け板４０の伸び量よりも大きく上回る。基準プレート１３のボルト孔４６の中心線とボルト軸芯とがずれる。ボルト孔４６の長尺方向の位置が基準位置よりも外方にずれる。また他方の締結部２７も同様にして締結部２８のずれ方向と反対方向に長尺方向にずれる。締結部２７、２８間においては、それぞれ同じ材質を持つ基準プレート１３及びヒートシンク１４、１５が熱膨張し、基準プレート１３及び取付け板４０の各伸び量の差による応力が基準プレート１３内部に発生する。
【００１９】
本実施形態に係るインクジェットヘッドは、この応力の長尺方向成分が溝部２９、３０、３１に作用させ、溝部２９、３０、３１の全て又は一部を変形させるため、基準プレート１３内部の応力を減少させ、あるいは緩和することによりヘッド取付けネジ部である締結部２７、２８でのずれを防止することができる。
【００２０】
図８は本実施形態に係るインクジェットヘッドを複数設けたプリンタ本体の部分斜視図である。それぞれ主走査方向に配置された２又は３個のインクジェットヘッド１が副走査方向に配列されている。カラープリンタでは、取付け板４０に、用紙Ｐに対して色ごとに例えば５個の本実施形態に係るインクジェットヘッド１が千鳥状に配列して設けられる。前列（又は後列）の２つのインクジェットヘッド１のヘッド中心線間の等分位置に、後列（又は前列）のインクジェットヘッド１のヘッド中心線が合致するように、各インクジェットヘッド１が配置されている。
【００２１】
図９は複数のヘッド本体の位置決め例を示す図である。同図中小円は吐出口５１を表し、それ以外の既述の符号はそれらと同じ要素を表す。隣接する２つのヘッド本体１１どうしでは、一方のヘッド本体１１と別のヘッド本体１１との隣接する各端部での吐出口５１の位置が合うように調節されている。ヘッド本体１１を数μｍの精度でプリンタ本体側に対して調節固定した場合であっても、溝部２９、３０、３１が変形することによって、インクジェットヘッド１ごとに、０．１ｍｍ又はそれ以上の大きさを持つ位置ずれを実質的に除去することができる。複数のヘッド本体１１を配置した場合でも位置ずれを個別に防止でき、何れかのインクジェットヘッド１から他のインクジェットヘッド１へ位置ずれが伝播することはない。
【００２２】
上記のように、熱膨張時に発生する取付け板４０によるずれをなくすために、図１〜図９に示すように、基準プレート１３の２か所のプリンタ本体ヘの取付け部間に直交する方向に溝部２９、３０、３１を設け、応力的に弱い部分を作成しておき、伸びによる応力がかかった場合、その部分が変形するようにすることにより、締結部（ヘッド取付ネジ部）２７、２８でのずれを防止する。従ってプリンタ本体への取付け部とヘッド本体１１との間での、ドライバＩＣ２１の発熱による収縮によって生じるヘッド本体１１の取付け位置の微小移動による印字位置ずれを溝部２９、３０、３１の変形で吸収することができる。近年、インクジェットヘッドの使用環境が高温あるいは低温の状況下で使用される場面が増えてきているが、その場合でも、本実施形態に係るインクジェットヘッドによる構造により対応することが可能である。
【００２３】
（変形例）
上記実施形態では、溝部２９、３０、３１は基準プレート１３の長尺方向に直交する方向に形成されており、溝部２９、３０、３１の変形によりこの長尺方向の伸び量を吸収するものであったが、基準プレート１３は、この基準プレート１３の断面積に比例する大きさの応力を減少させてもよい。断面積とは基準プレート１３のノズル配列方向に直交する面である。
【００２４】
図１０は変形例に係るインクジェットヘッドの基準プレート１３の縦断面図であり図６のＢＢ′に沿うものである。既述の符号はそれらと同じである。基準プレート１３の内部のうち、締結部２８の部位に空洞５６が形成されている。空洞５６により長尺方向外方への内部応力の大きさが減少又は緩和するため、溝部２９、３０、３１の変形によりずれが吸収されるという効果に重畳する。
【００２５】
長尺方向外方へ板断面方向の応力成分を、この断面内と異なる別方向へ分散させるよう応力に対して弱く変形しやすい部位を基準プレート１３内部の締結部２８付近に予め形成しておいてもよい。
【００２６】
以上のように、インクジェットヘッドのうちのヘッド本体以外の部分に相当するインクジェットヘッド構造体の熱膨張率と、プリンタ本体側構造体の熱膨張率とが異なる材質で作成されている場合において、基準プレート１３の上面中央に溝部３０を設け、取付け２か所の締結部２７、２８に対して長尺方向に直交する方向に基準プレート１３上に溝部２９、３１を形成することによって、基準プレート１３に応力的に弱い部分が生成される。この基準プレート１３へ伸びによる応力が作用した場合、その部分が変形することにより、ヘッド取付けネジ部でのずれを防止することができるようになる。
【００２７】
上記実施形態では、溝部２９、３０、３１の弱部は例えば溝部２９等の近傍に温度処理あるいは物理的処理により形成される。溝部２９、３０、３１の溝長さ、溝幅、溝深さ、溝断面形状は種々変更可能である。溝の数は４本あるいは５本以上であってもよい。また、溝は基準プレート１３の底面、左側面及び右側面に形成されてもよい。底面、両側面に形成される溝は上面の溝部２９、３０、３１とは別個に設けられてもよく、あるいは溝部２９等とともに設けられてもよい。溝は基準プレート１３に対して凹状に形成された凹部でもよい。溝岸どうしが平行な溝部２９に限らず溝幅は一定でなくてもよく、上面溝形状は種々変形できる。例えば基準プレート１３の上面を上面視した状態で、一つの溝を挟んで一方の上面部の一端部に複数の凸状の突起部が形成され、対向する他方の上面部の対向端部に複数の凹状のへこみ部が形成され、これらの凹凸を入れ子状に組寄せて全体として溝形状が方形ギザギザ状に見えるようにしてもよい。
【００２８】
プリンタ本体側の取付け部材はプレート（取付け板）であったが、取付け部材としては、プリンタ本体側のフレーム、枠体、ホルダ、取付け具あるいは棒状や片状又はこれらの組合わせなどを用いても良い。溝部２９、３０、３１は基準プレート１３の上面に長尺方向に直交する方向に形成されていたが、この上面において長尺方向に対して角度をもって傾斜する方向に形成されてもよい。インク供給、排出用のチューブ４７、４８の位置は互いに逆に設計されることもある。ヒートシンク１４、１５にはフィンを設けてもよく、又は表面積を拡大させるための表面処理を施しても良いことは言うまでも無い。これらの変更をして実施をしたに過ぎない実施品に対して実施形態に係るインクジェットヘッドの優位性は何ら損なわれるものではない。
【００２９】
いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００３０】
１１…ヘッド本体、１２…インク供給機構（供給部）、１３…基準プレート（データムプレート）、１４，１５…ヒートシンク、１８…駆動回路、２１…ドライバＩＣ、２７，２８…締結部、２９，３０，３１…溝部、４０…プリンタ本体側の取付け板。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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