JP2009214368A - 液体噴射ヘッド、及び、液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シール部材の変形が万一生じた場合においてもシール性を確保することが可能な液体噴射ヘッドを提供する。
【解決手段】ケース流路１１を有するヘッドケース３と、インクをケース流路側に導入するインク導入路を有するインク導入ユニットと、インク導入路とケース流路とを連通する連通口４４を有し、ヘッドケースとインク導入ユニットの間に配置されるシール部材８と、を備えた記録ヘッドにおいて、連通口をシール部材の長手方向における両端部にそれぞれ形成し、ヘッドケースに対する配置位置を規定する第１位置決め穴４６及び第２位置決め穴４７をシール部材の長手方向における各連通口の両側にそれぞれ開設した。
【選択図】図５

Description

本発明は、インクジェット式記録ヘッド等の液体噴射ヘッド、及び、これを備える液体噴射装置に係り、特に、ケース部材の液体供給路と液体導入ユニットの間に配置されるシール部材を備える液体噴射ヘッド、及び、これを備える液体噴射装置に関する。

液体噴射ヘッドの一種であるインクジェット式記録ヘッド（以下、記録ヘッドという。）は、圧電振動子等の液体噴射源を作動させて圧力発生室内の液体に圧力変動を生じさせ、この圧力変動を利用して圧力発生室内のインクをノズル開口から噴射（吐出）可能に構成されている。そして、この記録ヘッドには、インクを噴射するヘッドユニットと、複数の圧電振動子をユニット化した振動子ユニットを収容する収容室（収容空部）が形成されたヘッドケースと、インクカートリッジ等のインク供給源からのインクをヘッドケースのケース流路（液体供給路）を通じてヘッドユニット側に導入するインク導入ユニットと、このインク導入ユニットのインク導入路（液体導入路）およびヘッドケースのケース流路の間を連通する連通口を有し、インク導入路とケース流路とを連通口を介して液密状態で連通させるシール部材と、振動子ユニットに駆動信号を供給するための電子部品やコネクタ等を実装した回路基板と、を備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。

シール部材は、ヘッドケースに突設された位置決めピン等が挿通する位置決め穴が開設されており、この位置決め穴に位置決めピンを嵌入することでヘッドケースに対する配置が規定される。これにより、シール部材の連通口がケース流路とインク導入路との間に位置付けられる。

特開２００３−３９６７１号公報

ところで、上記のシール部材は、例えば、エラストマーやゴムなどの弾性部材によって作製される。このような弾性部材は、経時により収縮が生じる可能性がある。シール部材が収縮してしまうと、連通口の位置ずれが生じてシール性が損なわれてしまう虞がある。特に、近年の液体噴射ヘッドの小型化に伴ってシール部材のサイズも小さくなっているものもあり、シール部材の収縮による連通口の位置ずれが生じやすいという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、シール部材の変形が万一生じた場合においてもシール性を確保することが可能な液体噴射ヘッドを提供することにある。

本発明の液体噴射ヘッドは、上記目的を達成するために提案されたものであり、液体を噴射するノズル開口に通じる液体供給路を有するケース部材と、
液体を前記液体供給路側に導入する液体導入路を有する液体導入ユニットと、
前記液体導入路と前記液体供給路とを連通する連通口を有し、前記ケース部材と前記液体導入ユニットの間に配置されるシール部材と、
を備えた液体噴射ヘッドであって、
前記連通口を前記シール部材の長手方向における両端部にそれぞれ形成し、前記ケース部材に対する配置位置を規定する位置決め穴をシール部材の長手方向における各連通口の両側にそれぞれ開設したことを特徴とする。

上記構成によれば、連通口を前記シール部材の長手方向における両端部にそれぞれ形成し、ケース部材に対する配置位置を規定する位置決め穴をシール部材の長手方向における各連通口の両側にそれぞれ開設したので、シール部材が万一変形した場合においても、液体供給路及び液体導入路に対する連通口の位置ずれを抑制することができる。その結果、液体供給路と液体導入路との間のシール性を確保することができる。

上記構成において、前記シール部材が、両連通口の間の領域に、該連通口が形成された部分よりも弾性力を弱めた変形許容部を有することが望ましい。

この構成によれば、両側の連通口の間の領域に、連通口が形成された部分よりも弾性力を弱めた変形許容部を設けたので、シール部材が万一変形した場合においても、各連通口が形成された部分よりも変形し易い変形許容部で変形分を吸収することができるので、連通口の位置ずれを低減することができる。これにより、シール性をより確実にすることが可能となる。

また、本発明は、液体噴射源を駆動するための駆動信号を中継する駆動基板を備え、
前記ケース部材のノズル形成面とは反対側の基端面に対し、前記駆動基板を起立した状態で配置し、
前記基端面における起立状態の前記駆動基板の基板厚方向両側に前記シール部材をそれぞれ対称に配設する構成に好適である。

上記構成において、前記シール部材の各連通口周縁部に、他の部分よりも肉薄な凹部を形成し、連通口周縁部を凹部の底面より突出させる構成を採用することが望ましい。

この構成によれば、シール部材の各連通口周縁部に、他の部分よりも肉薄な凹部を形成し、連通口周縁部を凹部の底面より突出させるので、連通口の周縁部が液体導入路と密接する際の変形代を確保することができる。これにより、シール性をさらに向上させることができる。

そして、本発明の液体噴射装置は、上記各構成の液体噴射ヘッドを備えることを特徴とする。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、添付図面等を参照して説明する。なお、以下に述べる実施の形態では、本発明の好適な具体例として種々の限定がされているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、以下の説明は、本発明の液体噴射ヘッドとして、インクジェット式記録装置（液体噴射装置の一種。以下、単にプリンタという）に搭載されるインクジェット式記録ヘッド（以下、単に記録ヘッドという）を例に挙げて行う。

図１及び図２は、本発明に係る記録ヘッド１の構成を説明する図であり、図１は記録ヘッド１の分解斜視図、図２は記録ヘッド１の要部断面図である。また、図３は流路ユニット４の流路形成基板の平面図、図４はシール部材８を取り付けていない状態のヘッドケース３の平面図、図５はシール部材８を取り付けた状態のヘッドケース３の平面図である。

本実施形態における記録ヘッド１は、インク導入ユニット２（液体導入ユニットの一種）と、ヘッドケース３（ケース部材の一種）と、流路ユニット４と、振動子ユニット５と、駆動基板６と、シール部材８とを主な構成要素としている。また、ヘッドケース３の先端側には、流路ユニット４を保護する金属製のヘッドカバー９が取り付けられる。

ヘッドケース３は、中空箱体状部材であり、その先端面（下面）には流路ユニット４を固定し、ケース内部に形成された収容空部１０内には振動子ユニット５を収容し、先端面とは反対側の基端面（上面）側には、駆動基板６、シール部材８、基板ホルダ７、及びインク導入ユニット２が配置される。このヘッドケース３は、記録ヘッド１全体の小型化を図るため、平面視においてノズル列に直交する方向（図４及び図５における左右方向）の寸法を可及的に小さくしている。このため、このヘッドケース３の基端面はノズル列方向に細長な長方形状を呈している。

ヘッドケース３の内部には、その高さ方向を貫通してケース流路１１（本発明における液体供給路の一種）が形成されている。このケース流路１１は、インク導入ユニット２側からのインクを流路ユニット４のインク流路に供給するための流路であり、１つのリザーバ２８に対して２本ずつ設けられている。本実施形態における記録ヘッド１は、２条のノズル列（ノズル群の一種）に対応して２つのリザーバ２８を有しており、合計４本のケース流路１１がヘッドケース３内部に形成されている。図４に示すように、各ケース流路１１の上流端は、ヘッドケース３の基端面における長手方向両端部にそれぞれ開口している。

ヘッドケース３の基端面は、その長手方向の両縁部から側方に向けてフランジ部１３を延出している。このフランジ部１３には、インク導入ユニット２、基板ホルダ７、及びヘッドカバー９を位置決めした状態で取り付けるための取付ボス１４が形成されている。また、ヘッドケース３の基端面には、この基端面に対するシール部材８の配置位置を規定するための位置決めピンが複数突設されている。この位置決めピンは、対となった第１位置決めピン１６及び第２位置決めピン１７から構成されている。これらの位置決めピン１６，１７は、基端面の長手方向における各ケース流路１１の開口部１１´の両側に、当該開口部１１´を間に挟む状態で形成されている。したがって、これらの位置決めピン１６，１７は、基端面上において各ケース流路１１の開口部１１´に対応して合計４組設けられている。第１位置決めピン１６は、基端面長手方向において開口部１１´に対して外側に位置する位置決めピンである。また、第２位置決めピン１７は、基端面長手方向において開口部１１´に対して内側に位置する位置決めピンであり、第１位置決めピンの外径よりも少し小さい外径に設定されている。

振動子ユニット５は、櫛歯状に列設された複数の圧電振動子２０（液体噴射源の一種）と、この圧電振動子２０に駆動基板６からの駆動信号を供給するためのフレキシブルケーブル２１（配線部材）と、圧電振動子２０を固定する固定板２２とから構成される。この振動子ユニット５は、ノズル列毎に設けられており、本実施形態においては、２条のノズル列に対応して２つの振動子ユニット５がヘッドケース３の収容空部１０にそれぞれ収容されている。振動子ユニット５の圧電振動子２０は、圧力発生室３０の一部を区画する振動板２７に接合されている。そして、この圧電振動子２０は、駆動基板６からフレキシブルケーブル２１を通じて駆動信号が印加されることにより伸縮駆動して振動板２７の一部を変位させ、圧力発生室３０の容積を膨張又は収縮させる。この膨張・収縮により圧力発生室３０内のインクに圧力変動を生じ、この圧力変動の制御によりノズル開口２４からインクを噴射させることができる。

流路ユニット４は、ノズル開口２４が開設されたノズル形成基板２５、インク流路を形成する流路形成基板２６、流路形成基板２６の開口面を封止する振動板２７を積層した状態で接合して一体化することにより作製されており、リザーバ２８（液体室）からインク供給口２９及び圧力発生室３０を通りノズル開口２４に至るまでの一連のインク流路（液体流路）を形成するユニット部材である。リザーバ２８から分岐する圧力発生室３０は、ノズル開口２４毎に形成されており、インク導入ユニット２側からケース流路１１及びリザーバ２８を介してインクが供給されるように構成されている。この流路ユニット４は、ノズル形成基板２５を下側に向けた姿勢でヘッドケース３の先端面に接合される。したがって、このノズル形成基板２５のインク噴射側の面が記録ヘッド１におけるノズル形成面となる。

そして、図３に示すように、１つのリザーバ２８に対応する２つのケース流路１１のうち、一方のケース流路１１（図３において上側のケース流路１１）は、リザーバ２８の長手方向（ノズル列方向）の一端部でこのリザーバ２８と連通し、他方のケース流路１１（図３において下側のケース流路１１）は、一端部とは異なる端部（リザーバ２８の長手方向の他端部）で当該リザーバ２８に連通するようになっている。このようにリザーバ２８に対して長手方向の両側からインクを導入する構成とすることにより、リザーバ２８に連通する各圧力発生室３０に関し、リザーバの長手方向の中央部のみからインクを供給する構成と比較して、インクの供給圧力の損失を低減することができる。これにより、各圧力発生室２８における噴射特性を可及的に揃えることが可能となる。

駆動基板６は、その中央部分に各振動子ユニット５に対応した２列の基板端子部３３（図１）を備え、この基板端子部３３に各振動子ユニット５のフレキシブルケーブル２１が半田付け等によって電気的に接続される。また、この駆動基板６は、プリンタ本体側からの配線部材を接続するためのコネクタ３４を備え、このコネクタ３４に接続された配線部材を通じてプリンタ本体側から駆動信号を受け、この駆動信号をフレキシブルケーブル２１を通じて圧電振動子側へ供給するように構成されている。即ち、駆動基板６は、液体噴射源としての圧電振動子２０を駆動するための駆動信号を中継する。

上記駆動基板６に関し、基板端子部３３が形成された中央部の両側には、この基板端子部３３に沿って折り曲げ線ＢＬ（図１参照）が設定されている。そして、駆動基板６における折り曲げ線ＢＬよりも外側の部分（基板本体部６´）は、折り曲げ線ＢＬで上方（インク導入ユニット２側）に略直角に屈曲され、この屈曲状態で基板ホルダ７に取り付けられて保持されるようになっている。したがって、駆動基板６の基板本体部６´は、ヘッドケース３の基端面に対して起立すると共に基板の面がノズル列方向に平行となる状態で配置されている。これにより、駆動基板６のサイズに左右されずに記録ヘッド１の平面のサイズ、特に、ノズル列に直交する方向のサイズを縮小することが可能となる。

基板ホルダ７は、駆動基板６の基板本体部６´を保持するための保持板３５と、この保持板３５のノズル列方向両側に設けられ、挿通穴３６が開設された取付脚部３７とから構成されている。この基板ホルダ７は、駆動基板６をヘッドケース３の基端面に先に載置した後、基端面に設けられた取付ボス１４を取付脚部３７の挿通穴３６に挿通して取付脚部３７を基端面に配置することで、基端面に対して位置決めされると共に保持板３５が基端面に対して起立した状態でヘッドケース３に取り付けられる。そして、駆動基板６の基板本体部６´が、それぞれ上記の折り曲げ線ＢＬで折り曲げられ、基板ホルダ７の保持板３５の両面に取り付けられて保持される。

ヘッドケース３の基端面には、上記駆動基板６及び基板ホルダ７の他、インク導入ユニット２が配置される。このインク導入ユニット２は、プリンタ本体側に配置されたインクカートリッジからのインクがインク供給チューブを通じて供給される部材である。図１に示すように、このインク導入ユニット２の上面には、インク供給チューブが接続される接続部３９が形成されている。本実施形態におけるインク導入ユニット２には、２条のノズル列に対応して２つの接続部３９が設けられている。インク導入ユニット２の内部には、これらの２つの接続部３９に対応した２つのインク導入路（液体導入路の一種。図示せず）が個別に形成されている。このインク導入路の下流端はシール部材８の連通口４４（図５等参照）を介してヘッドケース３のケース流路１１と連通する。また、インク導入ユニット２の中央部には基板挿通部４０が形成されている。基板挿通部４０は上下が開口した空部であり、その内部に、基板ホルダ７に保持された駆動基板６を収容するように構成されている。この基板挿通部４０に駆動基板６を収容した状態では、基板挿通部４０の上部開口に、駆動基板６のコネクタ３４が臨むようになっている。

さらに、インク導入ユニット２は、流路内の圧力変動に応じて弁を開閉する自己封止弁機構を備えており、この自己封止弁機構によってヘッドケース３側へのインクの供給状態と非供給状態を切り替えるようになっている。このインク導入ユニット２には、止着ネジ或いはカシメ用ピン等から構成される止着部材４１が挿通される止着穴４２が合計２つ開設されている。各止着穴４２は、ヘッドケース３の基端面に突設された取付ボス１４にそれぞれ対応している。そして、インク導入ユニット２は、基板ホルダ７に保持された駆動基板６と、インク導入路とケース流路１１とを液密状態で連通するシール部材８を覆い隠す状態でヘッドケース３の基端面に配置され、止着部材４１によって固定される。

シール部材８は、例えば、エラストマーやゴムなどの弾性材によって作製された板状体であり、ヘッドケース３とインク導入ユニット２との間に配置される。本実施形態におけるシール部材８は、ノズル列方向に細長い２つのシール部材８ａ，８ｂから構成されており、図５に示すように、起立状態で配置された駆動基板６を両側から挟む状態でノズル列方向に直交する方向に対称な姿勢（後述する切欠部４９側を互いに向き合わせた姿勢）でヘッドケース３の基端面上に配置される。

図６は、シール部材８の構成を説明する平面図であり、図７は、図６におけるＡ−Ａ線断面図である。同図に示すように、このシール部材８の長手方向の両端部には、連通口４４がそれぞれ開設されている。各連通口４４は、ヘッドケース３のケース流路１１およびインク導入ユニット２のインク導入路に対応する位置に設けられている。この連通口４４の上面側（インク導入ユニット２側）の開口部の周囲には、シール部材８の一部を下面側に窪ませることでシール部材８の他の部分よりも肉薄な凹部４５が、連通口４４の開口部を囲繞する状態に形成されている。これにより、連通口４４の開口部が凹部４５の底面に対して突出した状態に設けられている。そして、この突出部分が、その弾性によりインク導入路の下端開口の周縁部（図７においてＪで示す部分）と圧接することで、インク導入路との液密性を確保することができるようになっている。即ち、この凹部４５を設けることによって、連通口４４の周縁部がインク導入路と密接する際の変形代を確保することができる。

このシール部材８には、ケース部材３の基端面に対する配置位置を規定する位置決め穴４６，４７をシール部材８の長手方向における各連通口４４の両側にそれぞれ開設している。連通口４４よりもシール部材長手方向の外側に位置する第１位置決め穴４６は、ヘッドケース３に突設された第１位置決めピン１６に対応して形成されている。この第１位置決め穴４６は、第１位置決めピン１６の外径よりも少し大きい内径に設定された円形の貫通穴であり、この第１位置決めピン１６がガタつきなく挿通可能となっている。また、連通口４４よりもシール部材長手方向の内側に位置する第２位置決め穴４７は、ヘッドケース３に突設された第２位置決めピン１７に対応して形成されている。この第２位置決め穴４７は、第２位置決めピン１７が挿通可能な内寸に設定され、シール部材長手方向に長尺な長穴となっている。この第２位置決め穴４７をシール部材長手方向に長尺な長穴とすることにより、シール部材８を製造した後、ヘッドケース３に対する組み付け時までに、シール部材８が万一変形することで第１位置決め穴４６と第２位置決め穴４７との間隔が製造時から変わってしまった場合においても、この変形分を長穴で吸収することができるので、ヘッドケース３に対するシール部材８の組み付け容易性を確保することができる。

このシール部材８は、第１位置決め穴４６に第１位置決めピン１６を挿通し、第２位置決め穴４７に第２位置決めピン１７を挿通することで、位置決めされた状態でヘッドケース３の基端面に配置される。この際、各第１位置決め穴４６に第１位置決めピン１６がそれぞれ挿通することで、シール部材８の基端面に対する全体的な位置が規定される。また、第２位置決め穴４７に第２位置決めピン１７が挿通することで、特にシール部材８の幅方向（ノズル列方向に直交する方向）の位置ずれが防止される。そして、上記の位置決め状態により、連通口４４は、ヘッドケース３にインク導入ユニット２を位置決めして積層した状態においてインク導入路とケース流路１１との間に介在し、これらの流路同士を液密状態で連通するようになっている。このように、位置決め穴４６，４７をシール部材８の長手方向における各連通口４４の両側に近接させて開設したので、シール部材８が万一変形した場合においても、インク導入路及びケース流路１１に対する連通口４４の位置ずれを抑制することができる。

ここで、シール部材８において両連通口４４の間の領域、即ち、長手方向中央部分には、各連通口４４が形成された部分よりも弾性力（剛性）を弱めた変形許容部４８が形成されている。本実施形態における変形許容部４８は、シール部材８の短尺方向の一辺側から他片側に向けて切欠部４９を形成することで各連通口４４が形成された部分よりも幅狭に形成されている。即ち、この変形許容部４８は、連通口４４が形成された部分よりもシール部材８の長手方向に変形し易くなっている。このような変形許容部４８を設けることで、シール部材８が万一変形（伸張又は収縮）した場合においても、各連通口４４が形成された部分よりも変形し易い変形許容部４８で変形分を吸収することができるので、シール部材８の長手方向両端部に形成された連通口４４の、インク導入路及びケース流路１１に対する位置ずれを低減することができる。これにより、シール性をより確実にすることが可能となる。

なお、上記実施形態においては、シール部材８の変形許容部４８を、各連通口４４が形成された部分よりも幅狭に形成した例を示したが、これには限られない。例えば、図８に示す第２実施形態のように、変形許容部４８の幅を連通口４４が形成された部分の幅に揃えつつ、シール部材８の長手方向中央部分にスリット５０を設けることで各連通口４４が形成された部分よりも弾性力を弱めた変形許容部４８を形成することも可能である。また、シール部材８の長手方向中央部分の肉厚を、各連通口４４が形成された部分の肉厚よりも薄くすることで弾性力を弱める構成を採用することもできる。

また、以上では、液体噴射ヘッドとして、インクジェット式記録ヘッド１を例に挙げて説明したが、本発明は他の液体噴射ヘッドにも適用することができる。例えば、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレー、ＦＥＤ（面発光ディスプレー）等の電極やカラーフィルタの形成に用いられる噴射ヘッド、バイオチップ（生物化学素子）の製造に用いられる噴射ヘッド等にも本発明を適用することができる。

記録ヘッドの分解斜視図である。 記録ヘッドの要部断面図である。 流路形成基板の平面図である。 シール部材が取り付けられていない状態のヘッドケースの平面図である。 シール部材が取り付けられた状態のヘッドケースの平面図である。 シール部材の構成を説明する正面図である。 図６におけるＡ−Ａ線断面図である。 第２実施形態におけるシール部材の構成を説明する正面図である。

符号の説明

１…記録ヘッド，２…インク導入ユニット，６…駆動基板，７…基板ホルダ，８…シール部材，１１…ケース流路，１６…第１位置決めピン，１７…第２位置決めピン，２４…ノズル開口，４４…連通口，４５…凹部，４６…第１位置決め穴，４７…第２位置決め穴，４８…変形許容部，４９…切欠部，５０…スリット

Claims (5)

1. 液体を噴射するノズル開口に通じる液体供給路を有するケース部材と、
   液体を前記液体供給路側に導入する液体導入路を有する液体導入ユニットと、
   前記液体導入路と前記液体供給路とを連通する連通口を有し、前記ケース部材と前記液体導入ユニットの間に配置されるシール部材と、
   を備えた液体噴射ヘッドであって、
   前記連通口を前記シール部材の長手方向における両端部にそれぞれ形成し、前記ケース部材に対する配置位置を規定する位置決め穴をシール部材の長手方向における各連通口の両側にそれぞれ開設したことを特徴とする液体噴射ヘッド。
2. 前記シール部材は、両連通口の間の領域に、該連通口が形成された部分よりも弾性力を弱めた変形許容部を有することを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
3. 液体噴射源を駆動するための駆動信号を中継する駆動基板を備え、
   前記ケース部材のノズル形成面とは反対側の基端面に対し、前記駆動基板を起立した状態で配置し、
   前記基端面における起立状態の前記駆動基板の基板厚方向両側に前記シール部材をそれぞれ対称に配設したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液体噴射ヘッド。
4. 前記シール部材の各連通口周縁部に、他の部分よりも肉薄な凹部を形成したことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
5. 請求項１から請求項４の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドを備えることを特徴とする液体噴射装置。

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