特許 7494616 ヘッドユニット及び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】2024-05-27

(45)【発行日】2024-06-04

(54)【発明の名称】ヘッドユニット及び液体を吐出する装置

(51)【国際特許分類】

   B41J 2/01 20060101AFI20240528BHJP

【ＦＩ】

B41J2/01 307

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020125420

(22)【出願日】2020-07-22

(65)【公開番号】P2022021678

(43)【公開日】2022-02-03

【審査請求日】2023-05-11

(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】100090527

【弁理士】

【氏名又は名称】舘野 千惠子

(72)【発明者】

【氏名】吉田 悟

【審査官】佐藤 孝幸

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－０８１７１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－２１５４２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２７９６９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１５４８６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－２６７４８５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ４１Ｊ ２／０１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

液滴を吐出するヘッドと、前記ヘッドを保持する保持部と、を備えたヘッドユニットであって、
前記保持部は、前記ヘッドを係合させる係合部と、前記ヘッドを前記係合部へ向かって押圧する押圧手段と、を備え、
前記係合部は、前記ヘッドのヘッド側基準面と当接して前記ヘッドの位置を規制する保持部側基準面と、前記保持部側基準面よりも前記ヘッド側に突出した凸部を有し、
前記係合部は前記凸部を複数有し、
前記保持部側基準面は、前記ヘッドの装着方向と前記押圧手段の押圧方向と直交する方向において、複数の前記凸部の間に配置されていることを特徴とするヘッドユニット。

【請求項2】

液滴を吐出するヘッドと、前記ヘッドを保持する保持部と、を備えたヘッドユニットであって、
前記保持部は、前記ヘッドを係合させる係合部と、前記ヘッドを前記係合部へ向かって押圧する押圧手段と、を備え、
前記係合部は、前記ヘッドのヘッド側基準面と当接して前記ヘッドの位置を規制する保持部側基準面と、前記保持部側基準面よりも前記ヘッド側に突出した凸部を有し、
前記係合部の前記凸部は、前記ヘッド側へ最も突出した頂端面から前記保持部側基準面の方向に傾斜する傾斜部を有し、
前記保持部側基準面は、前記ヘッドの装着方向と前記押圧手段の押圧方向と直交する方向から見て、前記傾斜部の基部よりも前記頂端面側に位置していることを特徴とするヘッドユニット。

【請求項3】

前記保持部側基準面は、前記凸部よりも前記ヘッドの装着方向に長く設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のヘッドユニット。

【請求項4】

前記押圧手段は、前記ヘッドをヘッド取付方向と直交する方向に押圧することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のヘッドユニット。

【請求項5】

前記係合部は前記凸部を複数有し、
前記保持部側基準面は、前記ヘッドの装着方向と前記押圧手段の押圧方向と直交する方向において、複数の前記凸部の間に配置されていることを特徴とする請求項２に記載のヘッドユニット。

【請求項6】

前記係合部の前記凸部は、前記ヘッド側へ最も突出した頂端面から前記保持部側基準面の方向に傾斜する第一傾斜部と、前記ヘッドの装着方向と前記押圧手段の押圧方向と直交する方向から見て、前記第一傾斜部と前記頂端面を介して対称に傾斜する第二傾斜部と、を有し、
前記第一傾斜部の傾斜角度と、前記第二傾斜部の傾斜角度とが異なることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のヘッドユニット。

【請求項7】

前記ヘッド及び前記保持部を複数備えることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のヘッドユニット。

【請求項8】

請求項１から７のいずれかに記載のヘッドユニットを備え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、ヘッドユニット及び液体を吐出する装置に関する。

【背景技術】

【0002】

プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ、これらの複合機等の画像形成装置として、例えばインク液滴を吐出する液体吐出ヘッド（液滴吐出ヘッド）からなる記録ヘッドを用いた液体を吐出する装置、例えばインクジェット記録装置が知られている。

【0003】

複数のヘッドを配列して１ラインを構成するライン型ヘッドユニット（ヘッドアレイ）においては、個々のヘッドの位置を高精度に位置決めする必要がある。
位置決めの工程は煩雑となるため、簡単な構成で複数のヘッドを効率的に高精度に位置合わせできるヘッドユニットが求められている。

【0004】

これに対し、特許文献１では、ヘッドが第１プレート部材に保持され、第１プレート部材が第２プレート部材に保持され、第１プレート部材が第２プレート部材に対してヘッドのノズル面に対して垂直方向で、かつヘッドの特定のノズルの中心位置を通るＺ軸を軸心として回転可能であり、第２プレート部材は、アレイベース部材に対してヘッドのノズル面と平行にノズル配列方向であるＸ軸方向に移動可能であり、第１プレート部材と第２プレート部材とが特定のノズルの中心位置を中心とする円弧状の接触部を介して接触しているヘッドユニットが提案されている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１のヘッドユニットの構成では、部品点数が非常に多くなるという課題がある。
一方、個々の部品精度を向上させることにより調整機構そのものを無くすことも考えられるが、部品設計の工数やコストの低減が難しくなり、ヘッドの位置調整の為の工数も増えて煩雑になるという課題がある。

【0006】

ところで、ヘッドを保持部にセットする際、保持部側の基準面とヘッド側の基準面を当接させながらセットするため、摺擦によって基準面が削れてしまい、セットを行う度にヘッドの位置にずれが生じるおそれがある。
これに対し、ヘッドのセット時に基準面の圧接を解除するリリース機構を設ける構成も考えられるが、部品点数の増加や保持部を備える部材のサイズの大型化を招くこととなる。

【0007】

そこで、本発明は、大型化することなく、構成する部品点数を低減し、部品設計の工数及びヘッドの位置調整の工数、並びにコストを削減することができ、ヘッドを繰り返し脱着してもヘッドの位置精度を確保することができるヘッドユニットを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために、本発明のヘッドユニットは、液滴を吐出するヘッドと、前記ヘッドを保持する保持部と、を備えたヘッドユニットであって、前記保持部は、前記ヘッドを係合させる係合部と、前記ヘッドを前記係合部へ向かって押圧する押圧手段と、を備え、前記係合部は、前記ヘッドのヘッド側基準面と当接して前記ヘッドの位置を規制する保持部側基準面と、前記保持部側基準面よりも前記ヘッド側に突出した凸部を有し、前記係合部は前記凸部を複数有し、前記保持部側基準面は、前記ヘッドの装着方向と前記押圧手段の押圧方向と直交する方向において、複数の前記凸部の間に配置されていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、大型化することなく、構成する部品点数を低減し、部品設計の工数及びヘッドの位置調整の工数、並びにコストを削減することができ、ヘッドを繰り返し脱着してもヘッドの位置精度を確保することができるヘッドユニットを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】液体を吐出する装置の一例としての印刷装置の概略説明図である。

【図2】ヘッドユニットの一例を示す平面説明図である。

【図3】ヘッドを１つ装着した状態のヘッドユニットの概略斜視図である。

【図4】ヘッドを１つ装着した状態のヘッドユニットの概略平面図である。

【図5】図３のヘッド部分の拡大図である。

【図6】ヘッドを１つ装着した状態のヘッドユニットの側面図である。

【図7】ヘッドの基準面を含む側面図である。

【図8】ヘッドの基準面を示す説明図である。

【図9】保持部の係合部の一例を示す概略斜視図（Ａ）及び側面図（Ｂ）である。

【図10】ヘッドを保持部に装着する過程を説明する側面図である。

【図11】保持部の係合部の一例を示す概略斜視図である。

【図12】ヘッドを保持部に装着する過程の一部を説明する側面図である。

【図13】ヘッドを保持部に装着する過程を説明する側面図である。

【図14】保持部の係合部の傾斜部を説明する側面図である。

【図15】保持部の係合部の一例を示す概略斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明に係るヘッドユニット及び液体を吐出する装置について図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、修正、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

【0012】

［液体を吐出する装置］
まず、本発明に係るヘッドユニットを備える液体を吐出する装置の一例について図１及び図２を参照して説明する。
図１は液体を吐出する装置の概略説明図、図２は同装置のヘッドユニットの一例の平面説明図である。

【0013】

液体を吐出する装置の一実施態様である印刷装置５００は、連続体５１０を搬入する搬入手段５０１と、搬入手段５０１から搬入された連帳紙、シート材などの連続体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。

【0014】

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。

【0015】

この連続体５１０は、印刷手段５０５において、搬送ガイド部材５５９上をヘッドユニット５５０及びヘッドユニット５５５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形成され、ヘッドユニット５５５から吐出される処理液で後処理が行われる。

【0016】

ここで、本発明に係るヘッドユニット５５０には、例えば、搬送方向上流側から、４色分のフルライン型ヘッドアレイ５５１Ａ、５５１Ｂ、５５１Ｃ、５５１Ｄ（以下、色の区別しないときは「ヘッドアレイ５５１」という。）が配置されている。

【0017】

各ヘッドアレイ５５１は、液体吐出手段であり、それぞれ、搬送される連続体５１０に対してブラックＫ、シアンＣ、マゼンタＭ、イエローＹの液体を吐出する。なお、色の種類及び数はこれに限るものではない。

【0018】

ヘッドユニット５５０を構成するヘッドアレイ５５１は、例えば、ヘッド（液体吐出ヘッド）２を保持部１上に千鳥状に並べて配置したものであるが、これに限らない。

【0019】

［ヘッドユニット］
本発明に係るヘッドユニット５５０の一実施形態を図３～図６に示す。図３は、保持部１にヘッド２を１つ装着した状態の概略斜視図であり、図４はその概略平面図であり、図６はその側面図（断面図）である。図５は、図４のヘッド部分の拡大図である。
また、保持部１に装着されるヘッド２の側面図を図７に、ヘッド側基準面の部分拡大図を図８に示す。
さらに、保持部１が備える係合部１１の一実施形態を図９に示す。図９（Ａ）は係合部１１の斜視図であり、図９（Ｂ）はヘッド２の装着方向Ｄ１と押圧手段１２の押圧方向Ｄ２と直交する方向から見た側面図である。

【0020】

本実施形態のヘッドユニットは、液滴を吐出するヘッド２と、ヘッド２を保持する保持部１と、を備えたヘッドユニット５５０であって、保持部１は、ヘッド２を係合させる係合部１１と、ヘッド２を係合部１１へ向かって押圧する押圧手段１２と、を備え、係合部１１は、ヘッド２のヘッド側基準面２０と当接してヘッド２の位置を規制する保持部側基準面１３と、保持部側基準面１３よりもヘッド２側に突出した凸部１４を有する。
また、本実施形態のヘッドユニット５５０は、ヘッド２及び保持部１がそれぞれ複数設けられた態様であってもよい。

【0021】

係合部１１及び押圧手段は、ヘッド２を保持する保持部１の凹部１０に複数設けられていることが好ましい。
例えば、図５に示すように１つの凹部１０に対し、３つの係合部１１と対応する３つの押圧手段１２を備える態様が好ましい。
押圧手段１２は、ヘッド２を、ヘッド２の取付方向と直交する方向に押圧する。
押圧手段１２としては、ヘッド２を付勢できるものであれば特に限定されず、例えば、バネ等が挙げられる。

【0022】

（第一の実施形態）
図１０に、第一の実施形態のヘッドユニットにおけるヘッド２を保持部１に装着する過程を示す。
図１０は、ヘッド２の装着方向Ｄ１と押圧手段１２の押圧方向Ｄ２と直交する方向から見た側面図である。
図１０（Ａ）は、ヘッド２を保持部１の保持部に装着する直前の状態を示している。
図１０（Ｂ）及び図１０（Ｃ）はこの順にヘッド２を保持部１の係合部１１に対して係合させる流れにおいて、ヘッド側基準面２０（摺擦部２１）と凸部１４とが当接している状態を示している。
図１０（Ｄ）は、ヘッド２を係合部１１に対して引っ掛けて係合させた状態（ヘッド２を保持部１の保持部に装着した状態）を示している。この状態において、保持部側基準面１３とヘッド側基準面２０とが当接している。

【0023】

図１０（Ｂ）及び図１０（Ｃ）に示したように、保持部１にヘッド２をセットするとき、凸部１４とヘッド側基準面２０を当接させながらセットする。また、ヘッド２は押圧手段１２により保持部１の係合部１１へ向かって押圧されるため、セットを行う度にヘッド側基準面２０の摺擦部２１は凸部１４との摺擦によって削られてしまう。

【0024】

しかしながら、本実施形態のヘッドユニットは、図８に示すヘッド２のヘッド側基準面２０の摺擦部２１が図９に示す係合部１１の凸部１４との摺擦によって削られてしまっても、図８に示すヘッド２のヘッド側基準面２０の非摺擦部２２は凸部１４とは当接せず、削られることなく維持される。そのため、ヘッド側基準面２０の損傷を受けていない非摺擦部２２と保持部側基準面１３との当接によって位置の調整が達成される。

【0025】

図９に示すように、係合部１１の保持部側基準面１３は、凸部１４よりもヘッド２の装着方向Ｄ１に長く設けられていることが好ましい。これにより、ヘッド側基準面２０との確実な当接を実現できるため、ヘッド２の位置を高精度に調整することができる。

【0026】

また、図９に示すように、係合部１１は凸部１４を複数有し、保持部側基準面１３は、ヘッド２の装着方向と押圧手段１２の押圧方向と直交する方向において、複数の凸部１４の間に配置されていることが好ましい。
このような構成により、保持部側基準面１３を損傷から確実に保護することができる。

【0027】

さらに、図９（Ｂ）に示すように、係合部１１の凸部１４は、ヘッド２側へ最も突出した頂端面１５から保持部側基準面１３の方向に傾斜する傾斜部１４を有し、保持部側基準面１３は、ヘッド２の装着方向Ｄ１と押圧手段１２の押圧方向Ｄ２と直交する方向から見て、傾斜部の基部１４ｃよりも頂端面１５側に位置していることが好ましい。
このような構成により、ヘッド側基準面２０の凸部１４から保持部側基準面への当接位置の移動を円滑かつ確実に実現することができる。

【0028】

以上のような構成により、ヘッド２のメンテナンス時や交換時にヘッド２を保持部１に対して繰り返し脱着しても、ヘッド側基準面２０の非摺擦部２２は損傷を受けることがない。
なお、保持部１は液体を吐出する装置の本体寿命まで交換されることはなく、凸部１４はヘッド２の着脱の度に繰り返し摺擦されるが、位置の調整にかかわる保持部側基準面１３はヘッド２との摺擦は発生せず、損傷を受けることがない。

【0029】

本実施形態のヘッドユニット５５０は、ヘッド２のセット時に保持部側基準面１３とヘッド側基準面２０との圧接を解除するためのリリース機構等を設けることなく、損傷を防止することができる。
また、本実施形態のヘッドユニット５５０は、大型化することなく、構成する部品点数を低減し、部品設計の工数及びヘッド２の位置調整の工数、並びにコストを削減することができ、ヘッド２を繰り返し脱着してもヘッド２の位置精度を確保することができる。

【0030】

（第二の実施形態）
本実施形態に係るヘッドユニットの保持部１が備える係合部１１の斜視図を図１１に示す。
図１１に示すように、保持部側基準面１３は、凸部１４よりもヘッド２の装着方向に長く設けられていることが好ましいが、ヘッド２の装着方向全長にわたって形成されていなくてもよい。

【0031】

図１２は、保持部側基準面１３がヘッド２の装着方向全長にわたって形成されている態様において、ヘッド２を保持部１の係合部１１に係合させる途中、ヘッド側基準面２０（摺擦部２１）と凸部１４とが当接している状態を示している。
この場合、図１２に示すように、ヘッド２の一部（図中破線の円で囲んだ下端部）が、傾斜して保持部側基準面１３に接触してしまうことがある。

【0032】

これに対し本実施形態のように、保持部側基準面１３を、傾斜したヘッド２と接触しない範囲にのみ設けることにより、保持部側基準面１３の損傷を防止することができる。

【0033】

図１３は、本実施形態のヘッドユニットにおけるヘッド２を保持部１に装着する過程を示したもので、ヘッド２の装着方向と押圧手段１２の押圧方向と直交する方向から見た側面図である。
図１３（Ａ）に示すように、ヘッド２は保持部側基準面１３と接触することなく装着される。図１３（Ｂ）は、ヘッド２を保持部１に装着した状態であり、ヘッド２を係合部１１に対して引っ掛けて係合させた状態を示している。この状態において、保持部側基準面１３とヘッド側基準面２０（非摺擦部２２）とが当接する。

【0034】

（第三の実施形態）
本実施形態に係るヘッドユニットの保持部１が備える係合部１１の側面図を図１４に示す。
図１４に示すように、係合部１１の凸部１４は、ヘッド２側へ最も突出した頂端面１５から保持部側基準面１３の方向に傾斜する第一傾斜部１４ａと、ヘッド２の装着方向Ｄ１と押圧手段１７の押圧方向Ｄ２と直交する方向から見て、第一傾斜部１４ａと頂端面１５を介して対称に傾斜する第二傾斜部１４ｂと、を有し、第一傾斜部１４ａの傾斜角度θ１は、第二傾斜部１４ｂの傾斜角度θ２と異なっている。

【0035】

具体的には、第一傾斜部１４ａの傾斜角度θ１が、第二傾斜部１４ｂの傾斜角度θ２よりも大きい角度であることが好ましい。
ヘッド２を保持部１にセットするとき、第一傾斜部１４ａが緩やかな傾斜であることにより頂端面１５を乗り越えやすくなる。
一方、第二傾斜部１４ｂが厳しい傾斜であることにより、頂端面１５を乗り越えた直後、ヘッド２は押圧手段１７からの押圧を受けてヘッド側基準面２０が保持部側基準面１３に圧接され、装着過程におけるヘッド側基準面２０と保持部側基準面１３との不要な接触や摺擦を回避することができる。

【0036】

（第四の実施形態）
本実施形態に係るヘッドユニットの保持部１が備える係合部１１の斜視図を図１５に示す。
上述のように、保持部側基準面１３の確実な保護の観点からは、係合部１１が凸部１４を複数有し、保持部側基準面１３がヘッド２の装着方向と押圧手段１２の押圧方向と直交する方向において、複数の凸部１４の間に配置された態様とすることが好ましいが、部品の小型化や設計の工数、及びコストの観点から、図１５に示すように、凸部１４を一つのみとすることも可能である。

【0037】

本発明に係るヘッドユニット５５０が備えるヘッド２は、複数のノズルから液体を吐出する。
吐出される液体としては、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。

【0038】

液体を吐出するエネルギー発生源としては、圧電アクチュエータ（積層型圧電素子及び薄膜型圧電素子）、発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いるサーマルアクチュエータ、振動板と対向電極からなる静電アクチュエータなどを使用するものが含まれる。

【0039】

また、「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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

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】

【0047】

１ 保持部
２ ヘッド
１０ 凹部
１１ 係合部
１２ 押圧手段
１３ 保持部側基準面
１４ 凸部
１５ 頂端面
２０ ヘッド側基準面
２１ 摺擦部
２２ 非摺擦部
５５０ ヘッドユニット

【先行技術文献】

【特許文献】

【0048】

【文献】特開２０１４－１４９７２号公報

【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】

【図14】

【図15】