JP2011207180A - 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 シール部材のみで液体の侵入を抑制して、液体の侵入による破壊を抑制した液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供する。
【解決手段】 液体が流通する第１液体流路が形成され、圧力発生手段によりノズル開口から液体を噴射する液体噴射ヘッド本体２０と、液体が貯留される貯留部材に一端側が連通すると共に他端側が前記第１液体流路に連通する第２液体流路を有するヘッドホルダ３０と、ヘッド本体２０とヘッドホルダ３０との間に介装され、第１液体流路と第２液体流路とを連通する連通口６１を有するシール部材６０と、を具備し、シール部材６０は、連通口６１の周縁部に設けられる密着部６２と、液体噴射ヘッド本体２０の外周部に対応して設けられ、液体噴射ヘッド本体２０側に突出して該液体噴射ヘッドと当接する第１当接部６３Ａ及びヘッドホルダ３０側に突出して該ヘッドホルダ３０と当接する第２当接部６３Ｂと、を具備する。
【選択図】 図６

Description

本発明は液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関する。

液体噴射ヘッドの代表例であるインクジェット式記録ヘッドとしては、例えば、インクカートリッジ等の貯留部材から供給されるインクを噴射するノズルと圧力発生室とが形成された流路ユニットと、この流路ユニットに接合され圧電素子が収容されるヘッドケースとを有するヘッド本体と、複数のヘッド本体が固定されるヘッドホルダとを有するものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、このようなインクジェット式記録ヘッドにおいては、一般的に、ヘッド本体とヘッドホルダとの間に、連通口を有するシール部材が挟持されており、ヘッドホルダの流路（ホルダ流路）とヘッド本体の流路（ヘッド流路）とがこの連通口によって連通されている。

上記のようなシール部材を設けただけでは、ヘッド本体やヘッドホルダへインクが侵入してしまうため、シール部材の外周部を接着剤によりモールドして、インクの侵入を封止していた。

特開２００３−３９６７２号公報

しかしながら、モールドにはコストがかかるという問題や、モールドすることにより分解しにくくなり再利用が困難となるという問題があった。

なお、このような問題は、インクを吐出するインクジェット式記録ヘッドだけではなく、インク以外の液体を吐出する液体噴射ヘッドにおいても同様に存在する。

本発明は、このような事情に鑑み、シール部材のみで液体の侵入を抑制して、液体の侵入による破壊を抑制した液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の態様は、液体が流通する第１液体流路が形成され、圧力発生手段によりノズル開口から液体を噴射する液体噴射ヘッド本体と、液体が貯留される貯留部材に一端側が連通すると共に他端側が前記第１液体流路に連通する第２液体流路を有するヘッドホルダと、前記液体噴射ヘッド本体と前記ヘッドホルダとの間に介装され、前記第１液体流路と前記第２液体流路とを連通する連通口を有するシール部材と、を具備し、前記シール部材は、前記連通口の周縁部に設けられる密着部と、前記液体噴射ヘッド本体の外周部に対応して設けられ、前記液体噴射ヘッド本体側に突出して該液体噴射ヘッド本体と当接する第１当接部及び前記ヘッドホルダ側に突出して該ヘッドホルダと当接する第２当接部と、を具備することを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる態様では、密着部により液体流路をシールすると共に、凹部により外部から内側へ液体が侵入するのを抑制することができる。これにより、液体の侵入による破壊を抑制することができる。

本発明の好適な実施態様としては、前記シール部材は、前記連通口を複数備えるものが挙げられる。

前記シール部材は、前記液体噴射ヘッド本体に接続する配線を挿入する開口を有する板状体であり、外周縁部に前記第１当接部及び第２当接部がそれぞれ連続的に設けられているのが好ましい。これによれば、密着部により液体流路をシールすると共に、第１当接部及び第２当接部により外周をシールすることができ、外部からの液体や気流の流入を好適に抑制することができる。

本発明の好適な実施態様としては、前記シール部材は、長手方向両端部の高さが長手方向中央部の高さより高いことが挙げられる。このような構成においても、好適に液体が侵入するのを抑制することができる。

本発明の他の態様は、上記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にある。
かかる態様では、液体の侵入による破壊を抑制した液体噴射装置を実現することができる。

実施形態にかかる液体噴射装置の模式的断面図である。 実施形態にかかるヘッドの分解斜視図である。 実施形態にかかるヘッドの正面図である。 実施形態にかかるヘッド本体の断面図である。 実施形態にかかるシール部材の斜視図である。 実施形態にかかるシール部材の断面図である。 実施形態にかかるシール部材の説明図である。 他の実施形態にかかるシール部材の説明図である。

（実施形態１）
図１に基づいてインクジェット式記録装置を説明する。同図に示すように、液体噴射装置としてのインクジェット式記録装置１は液体噴射ヘッドとしてのインクジェット式記録ヘッド（以下、ヘッドという）１０を有している。ヘッド１０は、インクカートリッジ２が搭載されるキャリッジ３に固定されている。キャリッジ３は上部に開放する箱型をなし、記録紙Ｓと対面する面（下面）にヘッド１０のノズル面が露呈するよう取り付けられると共に、インクカートリッジ２が収容されるようになっている。そして、このインクカートリッジ２からのインクがヘッド１０に供給される。

キャリッジ３はタイミングベルト４を介してステッピングモーター５に接続され、記録紙Ｓの紙幅方向（主走査方向）に往復移動するようになっている。これにより、キャリッジ３を移動させながら記録紙Ｓの上面にインク滴を吐出させて記録紙Ｓに画像や文字をドットマトリックスにより印刷するようになっている。

なお、図１の例では、キャリッジ３に液体源としてのインクカートリッジ２が収容される例を挙げて説明したが、インクカートリッジ２がキャリッジ３とは別の場所に収容され、供給管を介してインクがヘッド１０の流路形成部に圧送される構成のインクジェット式記録装置であっても本発明を適用することが可能である。

図２、図３を用いてヘッド１０について説明する。ヘッド１０は、ヘッド本体２０と、インクカートリッジ２（図１参照）からインクをヘッド１０に導入するための液体導入路が形成された自己封止ユニット３０とを備える。

ヘッド本体２０は、ヘッドケース２１を備え、ヘッドケース２１には、ヘッド本体２０の下端面を保護するヘッドカバー２２が設けられている。ヘッドカバー２２には、後述するノズル開口を露出する開口（図示せず）が形成されている。

ヘッド本体２０について、図４を用いて説明する。ヘッド本体２０のヘッドケース２１下端側には、流路形成部２００が設けられている。流路形成部２００は、流路基板２０１を備える。具体的には、流路基板２０１には、複数の圧力発生室２０２が並設され、流路基板２０１の一方面側は、各圧力発生室２０２に対応してノズル開口２０３を有するノズルプレート２０４により封止され、他方面側は振動板２０５により封止されている。ノズル開口２０３は、ヘッド本体２０の下端面の長手方向に列設されている。また、流路基板２０１には、圧力発生室２０２毎にインク連通路２０６を介して連通され、複数の圧力発生室２０２の共通のインク室となるマニホールド２０７が形成されている。マニホールド２０７には、ヘッドケース２１に設けられたヘッドケース流路２０８が連通する。このヘッドケース流路２０８を介して自己封止ユニット３０（図２参照）からインクがマニホールド２０７に供給される。本実施形態では、ヘッド本体２０には、圧力発生室２０２、インク連通路２０６、マニホールド２０７及びヘッドケース流路２０８からなる第１液体流路が設けられていることになる。

一方、振動板２０５の圧力発生室２０２とは反対側には、各圧力発生室２０２に対応する領域にそれぞれ圧力発生手段としての圧電素子２０９の先端が当接されて設けられている。これらの圧電素子２０９は、圧電材料と電極形成材料及とを縦に交互にサンドイッチ状に挟んで積層され、振動に寄与しない不活性領域が固定基板２１０に固着されている。また、圧電素子２０９には、配線部材２１１が接続されて、該配線部材２１１より圧電素子２０９の電極形成材料により形成された電極に駆動信号が入力される。

このように構成されたインクジェット式記録ヘッド１０では、自己封止ユニット３０に連通されるヘッドケース流路２０８を介してマニホールド２０７にインクが供給され、インクは各圧力発生室２０２に分配される。これを具体的に説明すれば、圧電素子２０９に配線部材２１１から駆動信号が印加されることにより圧電素子２０９を収縮させる。これにより、振動板２０５が圧電素子２０９と共に変形されて（図中上方向に引き上げられて）圧力発生室２０２の容積が広げられ、圧力発生室２０２内にインクが引き込まれる。そして、ノズル開口２０３に至るまで内部をインクで満たした後、駆動信号に従い、圧電素子２０９に印加していた電圧を解除すると、圧電素子２０９が伸張されて元の状態に戻る。これにより、振動板２０５も変位して元の状態に戻るため圧力発生室２０２が収縮され、内部圧力が高まりノズル開口２０３からインク滴が吐出される。すなわち、本実施形態では、圧力発生室２０２に圧力変化を生じさせる圧力発生手段として縦振動型の圧電素子２０９が設けられている。

図２、３に戻り、ヘッド本体２０の上端面側、即ちノズルプレートを覆うヘッドカバー２２が設けられた下端面とは逆側に、フランジ部２３が形成されている。ヘッド１０は、このフランジ部２３上に、駆動基板としてのＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔ Ｃａｂｌｅ）４０を備える。

ＦＰＣ４０は、フィルム状の駆動基板であり、折り曲げ可能である。本実施形態では、このＦＰＣ４０は、屈曲されて、保持部材５０によりフランジ部２３に対して起立した状態で保持されている。保持部材５０は、ヘッド本体２０のフランジ部２３上に立設されている。

ＦＰＣ４０は、プリンタ本体側からの図示しない外部配線部材を接続するためのコネクタ４１を備えている。また、ＦＰＣ４０は、上述した圧電素子に信号を送出するための図示しない基板端子部を備え、この基板端子部に各圧電素子に接続された配線部材２１１（図４参照）が半田付け等によって電気的に接続される。即ち、ＦＰＣ４０は、コネクタ４１に接続されたプリンタケーブルを通じてプリンタ本体側から駆動信号を受け、この駆動信号を基板端子部に接続された配線部材２１１を通じて圧電素子に供給するように構成されている。

また、ヘッド本体２０のフランジ部２３上には、自己封止ユニット３０が設けられている。自己封止ユニット３０は、矩形状の盤面を有する直方体ブロック形状とされ、その上部の端部にはインク導入孔３１がそれぞれ設けられ、インク導入孔３１にはインクカートリッジ２（図１参照）からインクがそれぞれ供給される。一方（図２中左側）のインク導入孔３１に供給されたインクは、自己封止ユニット３０内部に設けられたユニット流路３２（図２中、点線で示してある）を経由して、自己封止ユニット３０の盤面に設けられた主流路３３に送られ、他方（図２中右側）のインク導入孔３１に供給されたインクは、ユニット流路３２を経由して図２の紙面の裏側に設けられた主流路３３に送られる。即ち、本実施形態の自己封止ユニット３０においては、対称な二つのユニット流路３２が設けられている。この主流路３３を流通したインクは、盤面の外側から自己封止ユニット３０の内側の下部に送られ、４つの図示しない排出孔からシール部材６０の連通口６１を介してヘッドケース流路２０８（図４参照）に送られる。本実施形態では、自己封止ユニット３０には、ユニット流路３２、主流路３３からなる第２液体流路が設けられていることになる。

また、インク導入孔３１と主流路３３の入口部３４の間のユニット流路３２には図示しない弁体がそれぞれ設けられ、ヘッド本体２０のマニホールドの圧力が低下した際に、即ち、インクが吐出されて主流路３３側の圧力が相対的に低下した際に弁体がインクの流通を許容するように作動する。所定の圧力でインクがインク導入孔３１から供給される状態にある場合、すなわち、ヘッド本体２０のマニホールドにインクが貯留されている場合、弁体は閉状態にされ、インクの吐出により後流側の圧力が低下すると、これに伴い発生する負圧力により弁体が開状態にされてインクがヘッド本体２０に供給される。

また、自己封止ユニット３０の中央部にはＦＰＣ挿通部３５が形成されている。ＦＰＣ挿通部３５は上下が開口した空部であり、その内部に、保持部材５０に保持されたＦＰＣ４０を収容するように構成されている。このＦＰＣ挿通部３５にＦＰＣ４０を収容した状態では、ＦＰＣ挿通部３５の上部開口に、ＦＰＣ４０のコネクタ４１が臨む。

自己封止ユニット３０をヘッド本体２０に設置する場合には、自己封止ユニット３０の左右側面に設けられた位置決め孔３６を、ヘッド本体２０に設けられた位置決めピン２４に挿入して位置決めする。なお、この位置決めピン２４は、ヘッド本体２０のフランジ部２３に下面側から設けられたボルトであり、この位置決めピン２４を位置決め孔３６に挿入して、自己封止ユニット３０をヘッド本体２０上に固定して設置する。

また、ヘッド１０は、ヘッド本体２０と、自己封止ユニット３０との間にシール部材６０を有している。本実施形態では、自己封止ユニット３０がヘッドホルダに該当する。

このシール部材６０は、ヘッド本体２０に自己封止ユニット３０を設置する場合に、ヘッド本体２０と自己封止ユニット３０との間に配置されるもので、ヘッド本体２０に形成されたヘッドケース流路２０８の開口と自己封止ユニット３０内の排出孔との間のシール性を確保するためのものである。すなわち、ヘッドケース流路２０８の開口と自己封止ユニット３０内の排出孔との接続部分は、シール部材６０によって良好に密封されている。このシール部材６０には、ヘッドケース流路２０８の開口と自己封止ユニット３０内の排出孔とにそれぞれ連通する貫通した連通口６１が設けられている。

上述したようにヘッド本体２０と自己封止ユニット３０との間には、シール部材６０とが介装されており、第１液体流路と第２液体流路との接続部分、具体的には、ヘッドケース流路２０８の開口と自己封止ユニット３０の排出孔とがシール部材６０によって良好に封止されている。より詳細には、本実施形態では、シール部材６０は、自己封止ユニット３０内の排出孔が開口する突出部と、ヘッド本体２０に設けられるヘッドケース流路２０８が開口する突出部との間に挟持されていることで、ヘッドケース流路２０８の開口と自己封止ユニット３０の排出孔との接続部分を密封してこの接続部分からのインクの漏れを防止している。

ここで、本実施形態に係るシール部材６０について、図５〜７を用いて説明する。図５は、シール部材の斜視図、図６は、図５のＡ−Ａ´断面図、図７はシール部材の説明図である。

図５に示すように、シール部材６０は、ヘッド本体２０を挿入する開口６５を有する板状体である。本実施形態では、シール部材６０の開口６５には、ヘッド本体２０のＦＰＣ４０及びその保持部材５０が挿入されるようになっている。

また、シール部材６０は、ヘッド本体２０のフランジ部２３の形状に合わせて、長手方向両端部の高さが長手方向中央部の高さより高くなるように構成されている。

シール部材６０の長手方向には、厚さ方向に貫通する連通口６１がそれぞれ４つずつ設けられており、ヘッドケース流路２０８の開口及び自己封止ユニット３０の排出孔に対応する位置に設けられている。

また、シール部材６０の長手方向には、厚さ方向に貫通する位置決め孔６６が設けられている。この位置決め孔６６はヘッド本体２０に設けられた図示しない位置決めピンを挿入できるようになっている。この各位置決め孔６６に各位置決めピンが挿通されることにより、シール部材６０の連通口６１がヘッドケース流路２０８の開口と自己封止ユニット３０の排出孔を密封される。

ここで、図６を用いて、シール部材６０の連通口６１の周縁部について説明する。
図６に示すように、シール部材６０の連通口６１の周縁部には、密着部６２が設けられている。この密着部６２は、ヘッド本体２０と自己封止ユニット３０と圧接することにより潰されて、第１流路と第２流路との接続部分を密封できるようになっている。

また、シール部材６０には、ヘッド本体２０の外周部に対応するように、ヘッド本体２０側に突出してヘッド本体２０と当接する第１当接部６３Ａ及び自己封止ユニット３０側に突出して自己封止ユニット３０と当接する第２当接部６３Ｂとが設けられている。本実施形態では、シール部材６０の開口６５とは反対側に、第１当接部６３Ａ及び第２当接部６３Ｂが設けられている。本実施形態では、図５に示すように、シール部材６０の外周縁部に連続的に設けられている。本実施形態では、第１当接部６３Ａ及び第２当接部６３Ｂは、シール部材６０の外周縁部に連続的に設けられている。この第１当接部６３Ａ及び第２当接部６３Ｂにより、外周をシールすることができ、外部からの液体の侵入や気流の侵入を抑制することができる。

突出する第１当接部６３Ａ及び第２当接部６３Ｂが設けられている、言い換えれば、シール部材６０の両面に凹部６４（凹部６４Ａ，凹部６４Ｂ）が設けられている。このように、凹部６４がシール部材６０の厚さ方向両側に形成されていることにより、シール部材６０の上下両側において、外部から内部への液体の侵入を抑制することができる。凹部６４の形状は特に限定されるものではなく、本実施形態では、図６に示すように、凹部６４Ａと凹部６４Ｂが異なる形状とした。

図７を用いて、外部からインクが侵入した場合のシール部材６０について説明する。
図７に示すように、シール部材６０は、外部からヘッド本体２０側、すなわち、シール部材６０の開口６５側へインクが侵入しても、凹部６４（６４Ａ，６４Ｂ）においてインクの表面張力によりメニスカスが形成されて、内部へインクが流入しないようになっている。これにより、ヘッド本体２０のＦＰＣ４０の配線にインクが付着して短絡したりするのを抑制することができる。また、密着部６２のシール性の低下を抑制することができる。なお、図７では、説明上、シール部材６０が圧接されて（潰されて）いない状態を図示したが、実際は、シール部材６０はヘッド本体２０と自己封止ユニット３０に圧接されて密着部６２及び当接部６３（第１当接部６３Ａ及び第２当接部６３Ｂ）が潰された状態となる。

また、連通口６１からインクが外部側、すなわち、シール部材６０の開口６５とは反対側へインクが流出しても、凹部６４においてインクがメニスカスを形成し、当接部６３へのインクの流出を抑制することができる。これにより、シール部材６０の外周のシール性の低下を抑制することができる。

本実施形態では、上述したように、シール部材６０の密着部６２により液体流路をシールすると共に、凹部６４によりシール部材６０の開口６５側へインクが侵入するのを抑制することができる。すなわち、シール部材のみで液体の侵入を抑制して、液体の侵入による破壊を抑制することができる。これにより、シール部材６０を接着剤によりモールドする必要がなく、工程数が減ると共に材料費を削減でき、コストを低下させることができる。また、接着剤を使用していないため、ヘッド本体２０や自己封止ユニット３０に不良等の不具合が見つかったときに、容易に分解することができ、再利用することができる。

また、外周縁部に第１当接部６３Ａ及び第２当接部６３Ｂがそれぞれ連続的に設けられていることにより、外周をシールすることができ、外部からの液体の侵入及び外部からの気流の流入を好適に抑制することができる。したがって、シール部材６０の開口６５側へインクが侵入するのをより効果的に抑制することができる。

（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態に基づいて詳細に説明したが、勿論、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態では、シール部材６０として、ヘッド本体２０を挿入する開口６５を有する板状体を例示したが、複数のシール部材を組み合わせることにより、本実施形態のシール部材６０のような形状となるものであってもよい。

また、シール部材６０の凹部６４の形状は上述したものに限定されるものではなく、例えば、図８に示す凹部６４Ｃのように、テーパー部を有するものであってもよい。

本実施形態では、シール部材６０の開口６５とは反対側に第１当接部６３Ａ及び第２当接部６３Ｂを設けたが、シール部材６０の開口６５側にも当接部を設けるようにしてもよい。

また、本実施形態では、自己封止ユニット３０を例示したが、ユニット流路等は限定されない。例えば、本実施形態では弁体が設けられた自己封止ユニットを例示したが、弁体が設けられていない液体流路を備えたものであってもよい。

本実施形態では、ヘッドホルダの一例である自己封止ユニットと、ヘッド本体との間にシール部材が配された構成について説明したが、これはあくまで一例に過ぎず、インクカートリッジとヘッド本体との間にシール部材が配された構成であれば、シール部材の位置に拘わらず、本発明を適用することができる。すなわち、インクカートリッジとヘッド本体との間の何れの部分に配されるシール部材にも本発明の技術を適用することができる。

さらに、上述した実施形態においては、液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッドを挙げて説明したが、本発明は、広く液体噴射ヘッド全般を対象としたものであり、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドにも勿論適用することができる。その他の液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンター等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（電界放出ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。

１ インクジェット式記録装置、 １０ インクジェット式記録ヘッド、 ２０ ヘッド本体、 ２１ ヘッドケース、 ２３ フランジ部、 ３０ 自己封止ユニット、 ４０ ＦＰＣ、 ６０ シール部材、 ６１ 連通口、 ６２ 密着部、 ６３ 当接部、 ６４，６４Ａ，６４Ｂ，６４Ｃ 凹部

Claims (5)

1. 液体が流通する第１液体流路が形成され、圧力発生手段によりノズル開口から液体を噴射する液体噴射ヘッド本体と、
   液体が貯留される貯留部材に一端側が連通すると共に他端側が前記第１液体流路に連通する第２液体流路を有するヘッドホルダと、
   前記液体噴射ヘッド本体と前記ヘッドホルダとの間に介装され、前記第１液体流路と前記第２液体流路とを連通する連通口を有するシール部材と、を具備し、
   前記シール部材は、前記連通口の周縁部に設けられる密着部と、
   前記液体噴射ヘッド本体の外周部に対応して設けられ、前記液体噴射ヘッド本体側に突出して該液体噴射ヘッド本体と当接する第１当接部及び前記ヘッドホルダ側に突出して該ヘッドホルダと当接する第２当接部と、を具備することを特徴とする液体噴射ヘッド。
2. 前記シール部材は、前記連通口を複数備え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. 前記シール部材は、前記液体噴射ヘッド本体に接続する配線を挿入する開口を有する板状体であり、外周縁部に前記第１当接部及び第２当接部がそれぞれ連続的に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の液体噴射ヘッド。
4. 前記シール部材は、長手方向両端部の高さが長手方向中央部の高さより高いことを特徴とする請求項３に記載の液体噴射ヘッド。
5. 請求項１〜４いずれか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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