特許 7151339 ヘッドモジュール、ヘッドユニット、液体を吐出する装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-10-03

(45)【発行日】2022-10-12

(54)【発明の名称】ヘッドモジュール、ヘッドユニット、液体を吐出する装置

(51)【国際特許分類】

   B41J 2/01 20060101AFI20221004BHJP

   B41J 2/14 20060101ALI20221004BHJP

   B41J 2/165 20060101ALI20221004BHJP

【ＦＩ】

B41J2/01 301

B41J2/14 611

B41J2/165 101

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2018185629

(22)【出願日】2018-09-28

(65)【公開番号】P2020055136

(43)【公開日】2020-04-09

【審査請求日】2021-07-12

(73)【特許権者】

【識別番号】000006747

【氏名又は名称】株式会社リコー

(74)【代理人】

【識別番号】230100631

【弁護士】

【氏名又は名称】稲元 富保

(72)【発明者】

【氏名】時田 寛也

【審査官】亀田 宏之

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－２７９７３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０８３３８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０００９７８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ４１Ｊ ２／０１－２／２１５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ヘッドと、
前記ヘッドを保持するベース部材と、
前記ヘッドに接続された配線部材と、
前記配線部材に搭載された素子と結合する放熱部材と、
少なくとも前記放熱部材を囲むカバー部材と、を備え、
前記放熱部材と前記カバー部材とで重力方向に沿って気体経路を形成し、
前記カバー部材には前記気体経路に通じる気体取り入れ口が設けられ、
前記気体経路は、前記気体取り入れ口の上方で気体排出口に通じており、
前記放熱部材の前記気体経路側と反対側の面に前記配線部材が接続される中継基板が保持されている
ことを特徴とするヘッドモジュール。

【請求項2】

前記カバー部材の上部には開口部が設けられており、前記開口部を介して外部から前記中継基板に設けられたコネクタにアクセス可能であり、
前記開口部が前記気体経路と通じている
ことを特徴とする請求項１に記載のヘッドモジュール。

【請求項3】

前記カバー部材の上部には開口部が設けられ、
前記開口部が前記気体排出口である
ことを特徴とする請求項１に記載のヘッドモジュール。

【請求項4】

ヘッドと、
前記ヘッドを保持するベース部材と、
前記ヘッドに接続された配線部材と、
前記配線部材に搭載された素子と結合する放熱部材と、
少なくとも前記放熱部材を囲むカバー部材と、を備え、
前記放熱部材と前記カバー部材とで重力方向に沿って気体経路を形成し、
前記カバー部材には前記気体経路に通じる気体取り入れ口が設けられ、
前記気体経路は、前記気体取り入れ口の上方で気体排出口に通じており、
前記カバー部材の上部には開口部が設けられ、
前記開口部を覆う着脱可能なキャップ部材を有し、
前記キャップ部材と前記カバー部材との間で、前記気体経路が通じる前記気体排出口を形成している
ことを特徴とするヘッドモジュール。

【請求項5】

ヘッドと、
前記ヘッドを保持するベース部材と、
前記ヘッドに接続された配線部材と、
前記配線部材に搭載された素子と結合する放熱部材と、
少なくとも前記放熱部材を囲むカバー部材と、を備え、
前記放熱部材と前記カバー部材とで重力方向に沿って気体経路を形成し、
前記カバー部材には前記気体経路に通じる気体取り入れ口が設けられ、
前記気体経路は、前記気体取り入れ口の上方で気体排出口に通じており、
前記放熱部材は、重力方向に沿った主面を有する第１板状部と、水平方向に沿った主面を有する第２板状部とを有し、
前記第２板状部に前記配線部材の素子が結合しており、
前記第１板状部の前記主面が前記気体経路を形成し、
前記第２板状部には、前記配線部材が通過する貫通口部を有し、
前記貫通口部の壁面に前記素子が結合されている
ことを特徴とするヘッドモジュール。

【請求項6】

ヘッドと、
前記ヘッドを保持するベース部材と、
前記ヘッドに接続された配線部材と、
前記配線部材に搭載された素子と結合する放熱部材と、
少なくとも前記放熱部材を囲むカバー部材と、を備え、
前記放熱部材と前記カバー部材とで重力方向に沿って気体経路を形成し、
前記カバー部材には前記気体経路に通じる気体取り入れ口が設けられ、
前記気体経路は、前記気体取り入れ口の上方で気体排出口に通じており、
前記カバー部材は、前記気体経路の壁面を形成する第１カバー部材と、前記第１カバー部材で囲む部分以外の部分を囲む第２カバー部材と、を含み、
前記第１カバー部材は、前記第２カバー部材から分離して着脱可能である
ことを特徴とするヘッドモジュール。

【請求項7】

ヘッドと、
前記ヘッドを保持するベース部材と、
前記ヘッドに接続された配線部材と、
前記配線部材に搭載された素子と結合する放熱部材と、
少なくとも前記放熱部材を囲むカバー部材と、を備え、
前記放熱部材と前記カバー部材とで重力方向に沿って気体経路を形成し、
前記カバー部材には前記気体経路に通じる気体取り入れ口が設けられ、
前記気体経路は、前記気体取り入れ口の上方で気体排出口に通じており、
前記カバー部材は、前記気体経路の壁面を形成する第１カバー部材と、前記第１カバー部材で囲む部分以外の部分を囲む第２カバー部材と、を含み、
前記第１カバー部材は、前記第２カバー部材から分離して着脱可能であり、
前記第１カバー部材には、前記第２カバー部材と前記放熱部材との間の開口部を覆うキャップ部が一体に設けられている
ことを特徴とするヘッドモジュール。

【請求項8】

前記放熱部材の前記気体経路側と反対側の面に前記配線部材が接続される中継基板が保持されている
ことを特徴とする請求項４ないし７のいずれかに記載のヘッドモジュール。

【請求項9】

前記カバー部材は、前記気体経路の壁面を形成する第１カバー部材と、前記第１カバー部材で囲む部分以外の部分を囲む第２カバー部材と、を含み、
前記第１カバー部材は、前記第２カバー部材から分離して着脱可能である
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。

【請求項10】

前記カバー部材は、前記気体経路の壁面を形成する第１カバー部材と、前記第１カバー部材で囲む部分以外の部分を囲む第２カバー部材と、を含み、
前記第１カバー部材は、前記第２カバー部材から分離して着脱可能であり、
前記第１カバー部材には、前記第２カバー部材と前記放熱部材との間の開口部を覆うキャップ部が一体に設けられている
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。

【請求項11】

前記気体取り入れ口が複数設けられている
ことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載のヘッドモジュール。

【請求項12】

前記ベース部材には複数の前記ヘッドが保持されている
ことを特徴とする請求項１ないし１１のいずれかに記載のヘッドモジュール。

【請求項13】

請求項１ないし１２のいずれかに記載のヘッドモジュールを共通ベース部材に複数備えている
ことを特徴とするヘッドユニット。

【請求項14】

請求項１ないし１２のいずれかに記載のヘッドモジュール、又は、請求項１３に記載のヘッドユニットを備えている
ことを特徴とする液体を吐出する装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

従来、インク吐出装置として、放熱部材が貼り付けられた駆動素子が搭載された回路部がケース内部に収容され、ケースには、気体供給口、気体流路、気体排出口が形成され、気体流路内に配置された回路部を気体供給口から供給される空気で冷却するようにしたものが知られている（特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１０－１０５３７７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上述した特許文献１に開示されているように放熱部材を使用する場合、より高い放熱効率で放熱を行えるようにすることが求められる。

【0006】

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、放熱効率を向上することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

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、
ヘッドと、
前記ヘッドを保持するベース部材と、
前記ヘッドに接続された配線部材と、
前記配線部材に搭載された素子と結合する放熱部材と、
少なくとも前記放熱部材を囲むカバー部材と、を備え、
前記放熱部材と前記カバー部材とで重力方向に沿って気体経路を形成し、
前記カバー部材には前記気体経路に通じる気体取り入れ口が設けられ、
前記気体経路は、前記気体取り入れ口の上方で気体排出口に通じており、
前記放熱部材の前記気体経路側と反対側の面に前記配線部材が接続される中継基板が保持されている
構成とした。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、放熱効率を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の第１実施形態に係るヘッドモジュールの外観斜視説明図である。

【図2】同じく図１と反対側から見た外観斜視説明図である。

【図3】同じく分解斜視説明図である。

【図4】同じく模式的断面説明図である。

【図5】本発明の第２実施形態に係るヘッドモジュールの模式的断面説明図である。

【図6】本発明の第３実施形態に係るヘッドモジュールの模式的断面説明図である。

【図7】本発明の第４実施形態に係るヘッドモジュールの模式的断面説明図である。

【図8】本発明の第５実施形態に係るヘッドモジュールの模式的断面説明図である。

【図9】本発明の第６実施形態に係るヘッドモジュールの模式的断面説明図である。

【図10】本発明の第７実施形態に係るヘッドモジュールの模式的断面説明図である。

【図11】本発明の第８実施形態に係るヘッドモジュールの模式的断面説明図である。

【図12】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。

【図13】同装置のヘッドユニットの一例の平面説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

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外観斜視説明図、図２は同じく図１と反対側から見た外観斜視説明図、図３は同じく分解斜視説明図、図４は同じく模式的断面説明図である。

【0011】

ヘッドモジュール１００は、ヘッド１と、ヘッド１に接続されたＦＰＣなどの配線部材２と、配線部材２に搭載された駆動ＩＣなどの素子３で構成されるサブヘッドモジュール１０１を複数（ここでは４個）備えている。

【0012】

ヘッド１は、本実施形態では、液体を吐出する複数のノズルが配置されたノズル面１ａを有する液体吐出ヘッドであるが、これに限るものではない。

【0013】

そして、サブヘッドモジュール１０１を保持するベース部材１０２と、サブヘッドモジュール１０１の配線部材２に搭載された素子３に熱的に結合する放熱部材１０４と、少なくとも放熱部材１０４を囲むカバー部材１０５とを備えている。

【0014】

なお、「結合」とは、素子３と放熱部材１０４が熱伝導性を有する部材（例．熱伝導テープ）を介して結合している構成、バネなどの弾性部材によって素子３が放熱部材１０４に押し付けられることで直接接触して結合している構成などが挙げられる。また、素子３を搭載した配線部材２の基材が熱伝導性を有する部材を介して放熱部材１０４に結合される構成でも良い。

【0015】

ベース部材１０２の液体吐出側の面にはサブヘッドモジュール１０１のノズルカバー部材１０７が取付けられている。また、放熱部材１０４には配線部材２が接続される中継基板としてのリジッド基板１０８が取付けられている。

【0016】

ここで、放熱部材１０４は、熱伝導率が高い金属材料（金属部材）が好ましく、アルミ、銀、銅、金を含む金属を挙げることができる。

【0017】

放熱部材１０４は、重力方向に沿った主面を有する第１板状部１４１と、水平方向に沿った主面を有する第２板状部１４２とを有している。ここで、第１板状部１４１は、ノズル面１に対し面直方向に沿う方向の板状部であり、第２板状部１４２は、ノズル面１ａの面内方向に沿う板状部である。放熱部材１０４は、これらの第１板状部１４１と第２板状部１４３で略Ｌ字形状をなす部材である。

【0018】

放熱部材１０４の第２板状部１４２には、配線部材２を通す貫通口部１４２ａが設けられ、貫通口部１４２ａの壁面と配線部材２上の素子３とを結合している。

【0019】

放熱部材１０４の第１板状部１４１の一方の主面とカバー部材１０５とで重力方向に沿って気体経路１２１を形成している。本実施形態では、金属部材である放熱部材１０４の第１板状部１４１の一方の主面とカバー部材１０５とで、ノズル面１ａに対して面直方向に沿って気体経路１２１を形成していることになる。

【0020】

なお、本明細書において、気体経路１２１が「重力方向に沿って」、あるいは、「面直方向に沿って」とは、直線経路に限定するものではなく、折り曲げ部、傾斜部、湾曲部などを有する場合でも、気体経路１２１の入口側が下方で、出口側が入口側より上方にあれば「沿って」いる状態にあるものとする。

【0021】

カバー部材１０５の下方には気体経路１２１に通じる気体取り入れ口１２２が設けられている。本実施形態では、気体取り入れ口１２２は、図２に示すように、ヘッド１の長手方向に沿って形成された溝状開口部としている。

【0022】

気体経路１２１の上方は気体排出口１２３に通じている。本実施形態では、カバー部材１０５の上部に設けた開口部１５３の一部によって気体排出口１２３を形成している。カバー部材１０５の開口部１５３は、リジッド基板１０８に設けたコネクタ１８１などに対して外部からアクセスできるようにする開口部である。

【0023】

放熱部材１０４の第２板状部１４２の他方の主面にはリジッド基板１０８が固定されている。

【0024】

このように構成したので、ヘッド１の駆動に伴って素子３が発熱すると、素子３の熱が放熱部材１０４の第２板状部１４２に伝わり、第１板状部１４１から放熱される。

【0025】

このとき、放熱部材１０４の第２板状部１４２とカバー部材１０５との間の気体経路１２１の空気が温められることで、温められた空気は気体経路１２１内を矢印で示すように上昇して上方の気体排出口１２３から排出される。それとともに、下方の気体取り入れ口１２２を通じて外部の温められていない空気が気体経路１２１に取り込まれて温まった空気と置換される。

【0026】

このように、外部から取り入れた空気で放熱部材１０４を冷却することにより、放熱部材１０４に伝わった熱は、気体経路１２１に放熱されるので、放熱効率を向上することができる。

【0027】

さらに、本実施形態では、気体経路１２１内には発熱する素子３が配置されていないので、一層効率的な放熱を行うことができる。

【0028】

次に、本発明の第２実施形態について図５を参照して説明する。図５は同実施形態に係るヘッドモジュールの模式的断面説明図である。

【0029】

本実施形態では、カバー部材１０５に複数（ここでは２個）の気体取り入れ口１２２を設けている。

【0030】

次に、本発明の第３実施形態について図６を参照して説明する。図６は同実施形態に係るヘッドモジュールの模式的断面説明図である。

【0031】

本実施形態では、カバー部材１０５に多数の小さな気体取り入れ口１２２を設けている。多数の小さな気体取り入れ口１２２を設けることでフィルタとして機能し、異物が気体経路１２１内に混入することを低減できる。

【0032】

次に、本発明の第４実施形態について図７を参照して説明する。図７は同実施形態に係るヘッドモジュールの模式的断面説明図である。

【0033】

本実施形態では、ベース部材１０２に１つのヘッド１を保持している。サブヘッドモジュール１０１のように複数のヘッド１を搭載しない場合にも本発明は適用できる。

【0034】

次に、本発明の第５実施形態について図８を参照して説明する。図８は同実施形態に係るヘッドモジュールの模式的断面説明図である。

【0035】

本実施形態では、カバー部材１０５は、放熱部材１０４の第１板状部１４１との間で気体経路１２１を形成する第１カバー部材１５１と、第１カバー部材１５１で囲まれる部分以外の部分を覆う第２カバー部材１５２とで構成している。第１カバー部材１５１は、第２カバー部材１５２から分離して着脱することができる。

【0036】

これにより、第１カバー部材１５１を取り外して、第１カバー部材１５１及び放熱部材１０４の壁面に付着するミストや埃などの異物を清掃除去することが容易になる。

【0037】

次に、本発明の第６実施形態について図９を参照して説明する。図９は同実施形態に係るヘッドモジュールの模式的断面説明図である。

【0038】

本実施形態では、カバー部材１０５の開口部１５３を覆うキャップ部材１１０を着脱可能に備えている。キャップ部材１１０は、カバー部材１０５の側面まで延びる延出部１１０ａを有している。このキャップ部材１１０の延出部１１０ａにより、キャップ部材１１０に付着した液体がキャップ部材１１０をつたって開口部１５３内に侵入することを防止できる。

【0039】

そして、リジッド基板１０８と外部の回路とを接続する配線部材１１１はカバー部材１０５とキャップ部材１１０との隙間を通じて這い回される。

【0040】

また、キャップ部材１１０とカバー部材１０５との間で気体経路１２１に通じる気体排出口１２３を形成している。ただし、気体排出口１２３はカバー部材１０５に設けることもできる。

【0041】

キャップ部材１１０を備えることで、カバー部材１０５の開口部１５３からのミストなどの混入を防止し、コネクタ１８１などにミストが付着することを防止できる。

【0042】

次に、本発明の第７実施形態について図１０を参照して説明する。図１０は同実施形態に係るヘッドモジュールの模式的断面説明図である。

【0043】

本実施形態では、キャップ部材１１０に気体経路１２１側とリジッド基板１０８側とを仕切る仕切り壁部１１０ｂを設けている。

【0044】

これにより、気体経路１２１を通じて排出される温まった空気がリジッド基板１０８側に侵入することを低減できる。

【0045】

次に、本発明の第８実施形態について図１１を参照して説明する。図１１は同実施形態に係るヘッドモジュールの模式的断面説明図である。

【0046】

本実施形態では、カバー部材１０５を第１カバー部材１５１と第２カバー部材１５２とに分割するとともに、第１カバー部材１５１に開口部１５３を覆うキャップ部材１１０を一体に設けている。

【0047】

これにより、キャップ部材１１０を取り外すことで第１カバー部材１５１も外れるので、気体経路１２１内に異物が侵入しても容易に除去することができる。

【0048】

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。

【0049】

この液体を吐出する装置である印刷装置５００は、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。

【0050】

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。

【0051】

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。

【0052】

ここで、ヘッドユニット５５０には、図１３に示すように、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。

【0053】

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。

【0054】

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。

【0055】

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。

【0056】

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。

【0057】

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。

【0058】

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。

【0059】

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。

【0060】

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。

【0061】

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。

【0062】

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。

【符号の説明】

【0063】

１ ヘッド
２ 配線部材
３ 素子
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
１０４ 放熱部材（金属部材）
１０５ カバー部材
１０８ リジッド基板
１１０ キャップ部材
１２１ 気体経路
１２２ 気体取り入れ口
１２３ 気体排出口
１４１ 第１板状部
１４２ 第２板状部
１５１ 第１カバー部材
１５２ 第２カバー部材
１５３開口部
５００ 印刷装置（液体を吐出する装置）
５５０ ヘッドユニット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】