JP2004291656A - インクジェットヘッド接続ユニット及びインクジェットヘッド接続ユニットの組立方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 インク吐出不良のなく、インク漏れの生じない信頼性の高いインクジェットヘッド接続ユニットを提供することにある。
【解決手段】 インク滴を吐出するノズルが形成された第１の面(203)と、該ノズルにインクを供給するための取込口が形成された第２の面(201)とを含むフェースエジェクションタイプのヘッド部材(210)と、前記ヘッド部材を収納する開口部(241)を備えると共に、該ヘッド部材にインクを供給するための供給口(257)が形成されたケース部材(240)とを備えるインクジェットヘッド接続ユニットにおいて、前記ヘッド部材を前記ケース部材の開口部に収納した際に、前記ヘッド部材と前記ケース部材の間に接着剤を充填するための空間(248)を形成し、該空間に連通する孔(243)が、少なくとも前記ヘッド部材もしくは、前記ケース部材の一方に設けられているインクジェットヘッド接続ユニット。
【選択図】 図２

Description

本発明は、インクジェットヘッドからインクを噴射して被記録部材に記録を行うインクジェットプリンタに関し、特にインクジェットヘッドにインクを供給するためのインク供給路を接続するためのインクジェットヘッド接続ユニットに関する。

従来、インクジェットヘッドをインク供給路に連通させる方法として、インクジェットヘッドを構成する基板と、供給路を構成する部材とを接着剤を用いて接合し、インク供給路を形成し、インクジェットヘッドにインクを供給する方法が用いられている。

例えば、実開平４−１０７０４３号には、開口を有するガラスまたはセラミックの基板を、溝及び開口を有するプラスチックの背板の凹所に接着剤を用いて接着することにより、噴出機構（インクに推進力を与えるための機構）にインクを供給するインク供給路が構成される例が開示されている。

この基板の表面には、複数の薄膜熱インクジェット抵抗が形成され、該インクジェット抵抗部分への供給口が、基板を貫通して開口されている。また、背板の凹所には、基板の供給口に対応する位置に溝が設けられ、更に、該溝と弾性体のインク溜めに連通するように、背板にも開口が設けられている。そして、基板と背板を接着することにより、インク溜めからインクジェット抵抗部分にインクを供給する毛細管供給路が形成される。
実開平４−１０７０４３号公報

しかし、前述の従来技術では、次のような問題があった。
適切な量の接着剤を薄く均一にインクジェットヘッドを構成する基板もしくは背板に塗布するのが困難であり、 特に、接着剤塗布量が多い場合、接着剤がインク流路へ流れ込んで毛細管供給路を塞ぎ、吐出機構へのインク供給を阻害し、その結果、インク滴の吐出が行われなくなるおそれがあった。逆に、接着剤の塗布量が少ない場合、接合面に隙間が生じ、その隙間からインク漏れが発生するという機能的な問題が潜在していた。

また、インクジェットの組立の過程で、接着剤が塗布された面が露出するため、埃等が接着面に付着し、前述したように接合面に隙間が生じるおそれがあった。
更に、接着剤が塗布された面に、吐出機構が形成された基板を接着するため、背板に対して正確に位置を決めて、基板を貼着することも難しかった。

本発明はこのような欠点を解決するためになされたものであり、その目的は、インクジェットヘッドを構成する基板を他の部材に接着することにより、該インクジェットヘッドにインクを供給するインク供給路が形成されるインクジェットヘッド接続ユニットにおいて、インク吐出不良のない、またインク漏れの生じない信頼性の高いインクジェットヘッド接続ユニット、もしくはインクジェットカートリッジを提供することにある。
更に、容易に製造可能であり、安価で品質の高いインクジェットヘッド接続ユニットを得ることを目的とする。

本発明のインクジェットヘッド接続ユニットは、インク滴を吐出するノズルが形成された第１の面と、該ノズルにインクを供給するための取込口が形成された第２の面とを含むフェースエジェクションタイプのヘッド部材と、前記ヘッド部材を収納する開口部を備えると共に、該ヘッド部材にインクを供給するための供給口が形成されたケース部材とを備えるインクジェットヘッド接続ユニットにおいて、
前記ヘッド部材を前記ケース部材の開口部に収納した際に、前記ヘッド部材と前記ケース部材の間に接着剤を充填するための空間を形成し、該空間に連通する孔が、少なくとも前記ヘッド部材もしくは、前記ケース部材の一方に設けられていることを特徴とする。

また、前記ケース部材の開口部には、前記ヘッド部材の側面を挟持する爪部が設けられていることを特徴とする。
また、前記ヘッド部材を構成する材料として、線膨張係数が２．３３×１０^−６／℃以上の材料を使用すると共に、前記ケース部材を構成する材料として、線膨張係数が８．０×１０^−５／℃以下の材料を使用し、前記空間に充填される接着剤の硬化後のヤング率が、１Ｎ／ｍ²以上、３５．３×１０⁵Ｎ／ｍ²以下であることを特徴とする。

本発明のインクジェットヘッド接続ユニットの組立方法は、請求項１乃至３記載のインクジェットヘッド接続ユニットの組立方法において、
前記ヘッド部材を前記ケース部材の開口部に位置決めする工程と、前記ヘッド部材と前記ケース部材の間に形成された空間に、該空間に連通する孔から接着剤を注入する工程とを含むことを特徴とする。

また、前記空間に連通する孔から、注射針を用いて前記接着剤を前記空間に注入することを特徴とする。
また、前記ヘッド部材を前記第１のケース部材の開口部に挿入した後、前記第ヘッド部材を前記第１のケース部材の方向に押圧して、前記空間に該空間に連通する孔から接着剤を注入することを特徴とする。

以上述べたように本発明のインクジェットヘッド接続ユニットによれば、接着剤がインク流路内部へ流れ込んでインク流路を塞ぎ、ヘッド部材へのインクの供給を妨害することで、インク滴の吐出が不能となる不具合が生じるおそれがない。

また、接着剤の塗布が均一に行われないこと、組立の過程で接着剤の塗布面に埃等が付着することに起因する接合不良でインク漏れが発生するおそれもない。

更に、インクジェットヘッド接続ユニットもしくは、インクジェットカートリッジの組立の過程で、それらを構成する部材間を接着するための接着面が外部に露出していないため、非常に組立が容易である。

このように、接合が容易で全般的に信頼性の高いインクジェットヘッド接続ユニット及び該ユニットを備えるインクジェットカートリッジを廉価に作成することができる。
本発明のインクジェットヘッド接続ユニット及び組立方法では、このように、インクジェットヘッド接続ユニットを構成することにより、インクジェットヘッドをケース部材に位置決めした状態で、例えば、注射針を用いて、接着剤を孔から注入すれば、まず、接着剤はヘッド部材とケース部材間に意図的に形成された空間に充填され、その後、ヘッド部材とケース部材との間の隙間にまで良好にまわり込み、ヘッド部材とケース部材を結ぶインク供給路は外界から遮断される。故に、接着剤は外部からケース内部に注入され、組立の過程で接着剤が外部へ露出することがないため、非常に容易に、組立を行うことができる。また、接着剤を用いて組み立てる際に従来常に問題となった接着面への埃等の付着によって生じていた接着不良等の問題も、本発明によれば皆無である。

前記ヘッド部材を構成する材料として、線膨張係数が２．３３×１０^−６ ／℃ 以上の材料を使用すると共に、前記ケース部材を構成する材料として、線膨張係数が８．０×１０^−５／℃以下の材料を使用し、前記空間に充填される接着剤の硬化後のヤング率が、１Ｎ／ｍ²以上、３５．３×１０⁵Ｎ／ｍ²以下とすることによって、クラック等の現象が発生しない。

（第1の実施形態）
図１から図３を用いて、本発明のインクジェットヘッド接続ユニットの第１の実施形態について、インクジェットカートリッジを例にとり、説明する。

図１は第１の実施形態におけるインクジェットカートリッジの構成を示す分解斜視図であり、図２は、同じくインクカートリッジの一部であるインクジェットヘッド接続ユニットの部分断面図である。

ケース部材２４０（以下単にヘッドケースと呼ぶ）とヘッド部材２１０とからなるインクジェットヘッド接続ユニットと、インク袋５０及びインクケース６０とからなるインク供給部とから構成されている。

ヘッドケース２４０はＰＳＦ（ポリサルフォン）、ＰＣ（ポリカーボネイト）、ＡＢＳ等の透明部材から構成されており、その正面のほぼ中央には、ヘッド部材が挿入される開口部２４１が形成されており、その開口部の底部には後述する接着剤を充填する空間を形成するための凹部２４３とヘッド部材へインクを供給するためのインク供給口２５７が設けられている。
また、ヘッドケース２４０の背面には接着剤注入口２３４が設けられ、その接着剤注入口２３４は接着剤を充填する凹部２４３に連通している。
また、ヘッドケース２４０の開口部２４１の内側には、ヘッド部材を挟み込む爪２３７が設けられており、これらは、ヘッド挿入に際し、ケースに対して、ヘッド部材２１０の位置を決め、ヘッド部材２１０をケース内部に支持する機能を有している。

本実施形態に適用されるヘッド部材２１０は次に詳述する構造を持つ３枚の基板１、基板２、基板３を重ねて接合した積層構造となっている。

中間の第１の基板２０１は、シリコン基板であり、上面に第３の基板２０３が接合されることにより底壁を振動板２０５とする圧力発生部である吐出室２０６と、吐出室２０６の後部に設けられるオリフィス２０７と、各々の吐出室２０６にインクを供給するためインク供給部であるリザーバ２０８とを構成することになる溝を有する。

第１の基板２０１の下面に接合される下側の第２の基板にはホウ珪酸系ガラスを使用し、第１の基板２０１のリザーバ２０８へインクを供給するインク取込口３２７が設けられている。
また、振動板２０５は圧力発生手段であり、後述するノズル２０４よりインク液滴２１４が吐出される。

第１の基板２０１の上面に接合される上面の第３の基板２０３（ノズルプレート）は、第１の基板２０１と同じくシリコン基板を用い、インクを吐出するためのノズル２０４を有する。

このように、本実施形態のヘッド部材２１０の表面にはノズル２０４が形成され、裏面にはインク取込口２２７が形成されている。
本実施形態は、基板表面にノズルを形成したいわゆるフェースエジェクションタイプのヘッド部材に適したものである。

ヘッド部材２１０及びヘッド部材内に列状に配置された圧力発生素子に信号を送出するためのヘッドＦＰＣ２１１の端子部２１２は、インクケース６０の下面に固着される。
インクカートリッジがキャリッジ（不図示）に装着されたとき、キャリッジに設けられている端子とＦＰＣの端子２１２は、電気的に接続される。
図２に示すように、ヘッドが挿入されたケース内部には、ヘッドケース２４０の開口部２４１の底部に設けられた凹部２４３とヘッド部材２１０の裏面によりヘッドケース２４０のインク供給口２５７にほど近い外周部の一周にわたり帯状に空間（接着剤溝２４８）が形成される。

ヘッドケース２４０には、接着剤注入口２３４と、注入管２３５が設けられており、この接着剤溝２４８には、注入管２３５を介して、接着剤注入口２３４から、例えば、注射針が装着されたディスペンサーを用いて、接着剤が注入・充填される。
これにより、ヘッドケース２４０のインク供給口２５７の周囲が接着剤で封止され、ヘッド部材２１０がケース２４０に固着される。

図３は、接着剤溝２４８に接着剤が充填された状態を示すノズル方向からみた平面図である。

接着剤が充填される接着剤溝２４８の領域は、図３に示す斜線部分であり、ヘッドケース２４０のインク供給口２５７の外周をとりまくように充填される。
接着剤溝２４８に充填された接着剤は毛細管力によりヘッド部材２１０とヘッドケース２４０の隙間に導かれ、均一に浸透する。

ヘッド挿入時、もしくは接着剤充填時に、治具（不図示）でヘッドのノズル２０４が形成された面を適度な圧力で押圧することにより、より確実にヘッドのインク取込口２２７側の面を、ケースの開口部２４１の底面に密着させ、接着剤が、インク取込口２２７とインク供給口２５７内に浸透することを防止することができる。

インクジェットヘッド接続ユニットは、このように接合され、インク供給部からノズルまで完全な連通状態が得られる。
即ち、ヘッドケース２４０の背面に形成されているインク供給管２４７から供給されたインクが、フィルタ２５５を通過し、インク供給口２５７を経て、他に漏れることなく、また、はみ出した接着剤等に妨害されることなく、ヘッド部材２１０のインク取込口２２７へ供給され、ヘッド内部の圧力発生手段２０５を駆動することによりノズル２０４からインク液滴２１４として吐出される。

このように構成された本発明のインクジェットヘッド接続ユニットは、接着剤を数ヶ所（本実施形態では１ヶ所とした）の注入口から一定量注入するだけで良好なヘッド部材とヘッド部材を保持しインクを供給するヘッドケースとの接合が得られる。
それにより、インク漏れのない、強固で安定な接着接合が達成される。

（第２の実施形態）
図４は、本発明のインクジェットヘッド接続ユニットの第２の実施形態を示す部分断面図である。
本実施形態のインクジェットヘッド接続ユニットは、図１から図３で示したインクジェットヘッド接続ユニットと同じく、フェイスエジェクションタイプのヘッド部材に適用したものであるが、接着剤注入口を、ヘッド部材側に設けたものである。

第１の実施形態同様、ヘッド部材２１０は、３枚の基板３０１、基板３０２、基板３０３を重ねて接合した積層構造となっているが、ヘッド部材３１０の端部近傍には、接着剤注入口３３４と、注入管３３５が設けられている。
ヘッド部材３１０が、ヘッドケース３４０の開口部に挿入されると、ヘッドケース３４０に設けられた凹部３４３により、接着剤溝３４８が形成され、接着剤注入口３３４と、注入管３３５が接着剤溝３４８に連通する。

注入管３３５を介して、接着剤注入口３３４から、接着剤溝３４８に、例えば、注射針が装着されたディスペンサーを用いて、接着剤が注入・充填される。
これにより、ヘッドケース３４０のインク供給口３５７の周囲が接着剤で封止され、ヘッド部材３１０がケースに固着される。

本実施形態のインクジェットヘッド接続ユニットは、このように接合され、インク供給部３４７からノズル３０４まで完全な連通状態が得られる。尚、その他の構造に関しては、第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。

ここで、図１から図４で示した本発明のインクカートリッジの第１及び第２の実施形態とも、接着剤溝を形成する凹部をケース部材の開口部の底部の設けているが、ケース部材の設けることに限定されるものではない。
例えば、ヘッド部材のインク取込口が形成されている面に凹部を設けても良い。

また、第１及び２の実施形態では、インク滴を吐出するための圧力発生手段として、電気信号を振動板の振動に変換してインク滴を吐出させる電気−機械変換手段の一種である静電アクチュエータを用いたものを例示したが、本発明の主旨を鑑みれば、これに限定されるものでない。
例えば、圧力発生手段として、圧電素子を用いて電気−機械変換手段を構成しても良いし、インクに熱を与え、インク内に発生する気泡によりインク滴を吐出するいわゆる電気−熱変換素子を用いても良い。

〔接着剤の好ましい特性について〕
以下に本発明のインクジェットヘッド接続ユニットを構成する部材の好ましい材料及びその線膨張係数を示す。

（１）ヘッドケース部材用材
料材料名 線膨張係数（／℃）
ＰＳＦ（ポリサルフォン） ５．５×１０^−５
ＡＢＳ ８．０×１０^−５
（２）ヘッド部材用材料
材料名 線膨張係数（／℃）
ホウ珪酸ガラス ３．２５×１０^−６
Ｓｉ（シリコン） ２．３３×１０^−６

ヘッド部材とヘッドケースの接合を行う場合、インクに直接接触する部位に接着剤が露出するが、このようにインクに直接触れる場所に使用する接着剤の特性としては、耐インク性、ガスバリア性が優れることが求められる。
このような特性を満たす接着剤として一般的に熱硬化のエポキシ接着剤が挙げられる。

しかしながら、ヘッド部材を構成する部材にホウ珪酸ガラス等の耐応力の低い材料を使用する場合には、ケース部材との接合部において熱膨張の差によりヘッドが応力を受け、ヘッド部材を構成する部材にクラックが発生することがある。

上記の材料を用い、更に、例えばシリコーン変性樹脂等の硬化後のヤング率が低い接着剤を使用した場合、前述のクラック発生という現象は生じない。

これは、軟らかい接着剤がヘッド部材とケース部材の熱膨張の差で発生する応力を減少させ、クラック発生を防いでいるためである。詳細な実験の結果、硬化後のヤング率が３５．３×１０⁵Ｎ／ｍ^２（３６．０kgｆ／mm^２）の接着剤であれば、ホウ珪酸ガラスを使用したヘッド部材のおいて、クラック等の現象は発生しないことがわかった。
また、硬化後の接着剤が柔らかすぎると、組み立て後に、ノズルの位置がずれるおそれがあるため、硬化後のヤング率が、１Ｎ／ｍ^２以上であることが望ましい。

本発明のインクジェットカートリッジの第１の実施形態の構成を示す分解斜視図。 図１に示すインクジェットカートリッジの部分断面図。 図１に示すインクジェットカートリッジにおいて、接着剤溝２４８に接着剤が充填された状態を示す平面図。 本発明のインクジェットカートリッジの第２の実施形態を示す断面図。

符号の説明

２０４、３０４ ノズル、２１０、３１０ ヘッド部材、２２７、３２７ インク取込口、２４０、３４０ ヘッドケース、２４８、３４８ 接着剤溝、２１１ ヘッドＦＰＣ、５０ インク袋、６０ インクケース

Claims (6)

1. インク滴を吐出するノズルが形成された第１の面と、該ノズルにインクを供給するための取込口が形成された第２の面とを含むフェースエジェクションタイプのヘッド部材と、
   前記ヘッド部材を収納する開口部を備えると共に、該ヘッド部材にインクを供給するための供給口が形成されたケース部材とを備えるインクジェットヘッド接続ユニットにおいて、
   前記ヘッド部材を前記ケース部材の開口部に収納した際に、前記ヘッド部材と前記ケース部材の間に接着剤を充填するための空間を形成し、該空間に連通する孔が、少なくとも前記ヘッド部材もしくは、前記ケース部材の一方に設けられていることを特徴とするインクジェットヘッド接続ユニット。
2. 請求項１のインクジェットヘッド接続ユニットにおいて、前記ケース部材の開口部には、前記ヘッド部材の側面を挟持する爪部が設けられていることを特徴とするインクジェットヘッド接続ユニット。
3. 前記ヘッド部材を構成する材料として、線膨張係数が２．３３×１０^−６ ／℃ 以上の材料を使用すると共に、前記ケース部材を構成する材料として、線膨張係数が８．０×１０^−５ ／℃ 以下の材料を使用し、前記空間に充填される接着剤の硬化後のヤング率が、１Ｎ／ｍ²以上、３５．３×１０⁵Ｎ／ｍ²以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載のインクジェットヘッド接続ユニット。
4. 請求項１乃至３のうち１に記載のインクジェットヘッド接続ユニットの組立方法において、
   前記ヘッド部材を前記ケース部材の開口部に位置決めする工程と、
   前記ヘッド部材と前記ケース部材の間に形成された空間に、該空間に連通する孔から接着剤を注入する工程と、
   を含むことを特徴とするインクジェットヘッド接続ユニットの組立方法。
5. 請求項４記載のインクジェットヘッド接続ユニットの組立方法において、前記空間に連通する孔から、注射針を用いて前記接着剤を前記空間に注入することを特徴とするインクジェットヘッド接続ユニットの組立方法。
6. 請求項４又は５記載のインクジェットヘッド接続ユニットの組立方法において、
   前記ヘッド部材を前記第１のケース部材の開口部に挿入した後、前記第ヘッド部材を前記第１のケース部材の方向に押圧して、前記空間に該空間に連通する孔から接着剤を注入することを特徴とするインクジェットヘッド接続ユニットの組立方法。

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