JP2012224052A - 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液体噴射ヘッドの液体強制吸引によるメンテナンスにおいて、流路内に存在する気泡の排出を容易にする液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供する。
【解決手段】第２供給路２２の端部２３が、曲がり部１３の端部１４に比べ、下流側方向にずれていることによって、曲がり部１３付近では、流れによるよどみ部が発生しないため、第１供給路１の天井付近等の流路内にある気泡が流れやすくなり、第１供給路１内の気泡をノズル開口から排出できる。特に、インク強制吸引によるメンテナンスの際に気泡が流れやすくなり、ヘッド１００から気泡を好適に排出できる。
【選択図】図２

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として、例えば圧電素子の変位により圧力発生室内のインクに作用する圧力変動を利用してノズル開口からインク滴を吐出するインク噴射ヘッドが知られている。
インク噴射ヘッドでは、圧電素子や発熱素子等の圧力発生手段を駆動させ、圧力発生室内のインクに圧力変動を生じさせることにより、インクが充填されたインクカートリッジ等の液体供給源から供給されるインクをノズル開口から吐出させる。
また、この種のインク噴射ヘッドでは、インクカートリッジ等を交換する際に供給路内に気泡が混入しやすく、インクを吐出できなくなる恐れがある。そのため、この種のインク噴射ヘッドでは、インクをノズル開口側から強制的に吸引するメンテナンスによって、供給路内の気泡を除去している。

この種のインク噴射ヘッドには、インクカートリッジ等の液体供給源からインク噴射ヘッド本体への供給路を、第１部材と第２部材とを接合することによって形成するものがある。こうしたインク噴射ヘッドでは、第１部材には、第１部材と第２部材が接合されることによって供給路の一部を構成する、断面が半円筒状の溝が設けられており、第２部材には第１部材の溝を封止して、この溝とともに供給路を形成する封止面である底面部が設けられている。第１部材に形成された溝の接合面側の開口を第２部材の底面部で封止することにより、供給流路を構成する第１供給路が形成される構造になっている（例えば、特許文献１参照）。

また、インク噴射ヘッドの第１部材に、第１部材の溝に沿う流れを第２部材に向かう流れに屈曲させる曲がり部を形成し、第２部材には第１供給路の曲がり部に連通する第２供給路を形成し、第１部材と第２部材とを接合した状態で第１供給路の曲がり部と第２供給路とを連通するように構成したものがある（例えば、特許文献２参照）。

特開平９−１８３２３０号公報 特開２００４−２１６９１４号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２に記載された液体噴射ヘッドでは、第１部材と第２部材とが接合する面において、第１部材が有する第１供給路の天井（以下、天井とは、重力方向と反対方向の壁をいう）とつながる曲がり部の端部の壁面より、第１供給路の曲がり部の端部に対応する第２部材が有する第２供給路の壁面が、上流側にせりだすようにずれて配置されている。これにより、第１供給路の曲がり部の端部の壁面と第２供給路の壁面との接合面において、第１供給路から第２供給路に向かって流路断面積が減少する段差が形成される構造となっている。こうした構造の流路において、浮力によって第１供給路の天井付近に集まった気泡が天井に沿って流れていくため、第１供給路の天井からつながる曲がり部の端部付近の流れは、段差によって流れのよどみが発生し、液体を強制的に吸引するメンテナンスにより気泡の除去を困難にする恐れがある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、曲がり部の端部における流れのよどみがより生じにくい供給路形状とすることにより、効果的に気泡の除去を行える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。

［適用例１］
本適用例に係る液体噴射ヘッドは、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、前記液体噴射ヘッド本体に液体を供給する液体供給路を有する流路部材とを備える液体噴射ヘッドであって、前記流路部材は、第１溝が形成された第１部材と、前記第１溝の開口部分の一部を封止し、前記液体供給路の一部となる第１供給路を形成する第２部材とを有し、前記第１溝の下流側の一端には、前記第１溝に沿う液体の流れを前記第２部材に向かう方向に屈曲させる曲がり部が形成されており、前記第２部材には、前記曲がり部に連通する第２供給路が形成されており、前記第２供給路の前記第１供給路の下流側にある壁面が、前記曲がり部の前記第１供給路の下流側にある壁面より前記第１供給路の下流側にずれていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
ここで、下流側とは、液体供給路に供給された液体の流れが、液体噴射ヘッド本体に向かう方向の側をいう。

本適用例によれば、曲がり部の第１供給路の下流側にある壁面より、第２供給路の下流側にある壁面が第１供給路の下流方向にずれているため、第１供給路の流れが、曲がり部に沿って第２供給路へと流れる際に、流れを阻害する段差がない。したがって、流れのよどみを発生させずに液体を流すことができ、液体噴射ヘッドで行われている液体強制吸引によるメンテナンスの際に気泡が流れやすくなり、気泡を好適に排出できる液体噴射ヘッドが得られる。

［適用例２］
上記適用例において、前記第１溝の形状は、前記第１部材と前記第２部材との接合面に対して凹形状であり、前記接合面に対して垂直方向の前記第１溝の深さが、前記接合面に対して水平方向の前記第１溝の幅の半分以下である曲面を有していることを特徴とする液体噴射ヘッド。

この構成によれば、第１溝の形状は接合面に対して凹形状、すなわち第１供給路の天井が凸形状であることによって、液体中に存在する気泡が浮力によって、天井に集まる。このため、天井付近の流れを曲がり部で上述のように制御するだけで気泡排出性を良くすることができる。また、天井の高さを幅の半分以下にすることによって、第１供給路の天井と接合面との距離が小さくなるため、天井付近の流れの速度を大きくすることができ、液体の強制吸引によるメンテナンスの際に、天井付近の気泡を排出するのに有利である。

［適用例３］
上記適用例において、前記第２供給路の下流側にある壁面を、前記曲がり部の下流側にある壁面より前記第１供給路の下流側にずらした量を、前記第１部材、前記第２部材間の取り付け位置のばらつき量より大きくしたことを特徴とする液体噴射ヘッド。

この構成によれば、第１部材と第２部材との取り付け位置にばらつきがあっても、曲がり部の第１供給路の下流側にある壁面より、第２供給路の下流側にある壁面が第１供給路の下流方向にずれるため、液体噴射ヘッドから気泡を好適に排出できる。

［適用例４］
上記適用例において、前記第１部材の前記第１溝の開口部分の一部は、前記第２部材に形成された第２溝により封止されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。

この構成によれば、第２部材に形成された第２溝により第１溝の開口部分を封止するので、第１供給路の断面積がより大きくなり、流路抵抗が低減する。したがって、気泡の排出をより好適に行うことができる。

［適用例５］
本適用例に係る液体噴射装置は、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、前記液体噴射ヘッド本体に液体を供給する液体供給路を有する流路部材とを備える液体噴射装置であって、前記流路部材は、第１溝が形成された第１部材と、前記第１溝の開口部分の一部を封止し、前記液体供給路の一部となる第１供給路を形成する第２部材とを有し、前記第１溝の下流側の一端には、前記第１溝に沿う液体の流れを前記第２部材に向かう方向に屈曲させる曲がり部が形成されており、前記第２部材には、前記曲がり部に連通する第２供給路が形成されており、前記第２供給路の前記第１供給路の下流側にある壁面が、前記曲がり部の前記第１供給路の下流側にある壁面より前記第１供給路の下流側にずれていることを特徴とする液体噴射装置。

本適用例によれば、流れのよどみを発生させずに液体を流すことができるので、液体噴射ヘッドから気泡を好適に排出できる液体噴射装置がえられる。

実施形態に係るインクジェット式記録装置の概略斜視図。 （ａ）はヘッドの概略断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ概略断面図。 ヘッド本体の構成を説明する要部断面図。 比較例の構造を示す断面図。 変形例にかかる流路断面図。

以下に、実施形態に係る液体噴射ヘッド及び液体噴射装置について、図面に基づいて詳しく説明する。
図１は、実施形態に係る液体噴射装置としてのインクジェット式記録装置Ｉの概略斜視図である。重力方向とは逆方向をＺ軸として示した。
図１において、インクジェット式記録装置Ｉ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）１００を有している。ヘッド１００は、液体供給源としてのインクカートリッジ１０２が搭載されるキャリッジ１０３に固定されている。キャリッジ１０３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１００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１０２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１０２からのインクがヘッド１００に供給される。

キャリッジ１０３はタイミングベルト１０４を介してステッピングモーター１０５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１０３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１０３にインクカートリッジ１０２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１０２がキャリッジ１０３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１００の流路形成部材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（ａ）にヘッド１００の概略断面図を、（ｂ）に（ａ）におけるＡ−Ａ概略断面図を示した。図３には、ヘッド本体２の構成を説明する要部断面図を示した。
ヘッド１００は、図１に示したインクカートリッジ１０２からインクを導入するための液体供給路としてのインク供給路２００が形成された流路部材２１０と、インク供給路２００からのインクが供給されるヘッド本体２とを備える。図２（ａ）中にインクの流れる方向を白抜き矢印で示した。インクは、インクカートリッジ１０２を上流とし、ヘッド本体２を下流として、上流から下流に流れる。

図２（ａ）に示すように、インク供給路２００は、ヘッド本体２とインクが貯留されたインクカートリッジ１０２との間に設けられて、インクカートリッジ１０２からヘッド本体２にインクを供給するインク流路の一部を構成するものである。

次に、インク供給路２００が形成された流路部材２１０の構成について説明する。
流路部材２１０では、インク供給路２００の一部である第１供給路１を形成する第１溝１１を有する第１部材１０と、第１溝１１の開口部の一部を封止する平面状の封止面２１を有する第２部材２０とを有する。第１部材１０と第２部材２０とが、接着剤等によって接合面２１１で接合され、第１部材１０の第１溝１１が第２部材２０の封止面２１に封止されることによって、インク流路の一部である第１供給路１が形成される。

また、第１部材１０において、インクカートリッジ１０２とインク流路によって接続され、インクの流入する端に対して他端側となる第１溝１１の端部１２には、第１溝１１に沿うインクの流れを第２部材２０に向かう方向に屈曲させる曲がり部１３が形成されている。第２部材２０には、曲がり部１３に連通する第２供給路２２が形成されており、第１部材１０と第２部材２０とが接着剤等で接合された状態で、第１供給路１の曲がり部１３に第２供給路２２が連結して、インクカートリッジ１０２からヘッド本体２に至るインク供給路２００が形成される。

図２（ｂ）において、第１部材１０に設けられた第１溝１１の形状は、第２部材２０の封止面２１及び接合面２１１に対して凹形状を有し、第１溝１１の深さＤは、第１溝１１の幅Ｌの半分以下となる曲面を有している。

ここで、第１部材１０及び第２部材２０の接合面２１１において、第２供給路２２のうち第１供給路１の下流側端部に位置する第２供給路の端部２３にある壁面２２０が、第１供給路１の下流側端部に位置する第１供給路１の曲がり部の端部１４にある壁面１４０に比べ、第１供給路１の下流側方向にずれて配置されるように接合されている。そして、第２供給路の端部２３を、第１供給路１の曲がり部の端部１４より第１供給路１の下流側方向にずらしたときのずらし量ｍとしては、第１部材１０と第２部材２０とを接合する際に想定される取り付け位置のばらつきより大きくしている。

ヘッド本体２は、ケース３０、振動子ユニット３１、及び流路ユニット３２等を備えている。ケース３０の内部には振動子ユニット３１を収納するための収納空部３３が形成されている。振動子ユニット３１は、圧力発生手段の一種として機能する圧電振動子２８と、この圧電振動子２８が接合される固定板３５と、圧電振動子２８に駆動信号を供給するためのフレキシブルケーブル３６とを備えている。この圧電振動子２８は、圧電体層と電極層とを交互に積層した圧電板を櫛歯状に切り分けることで作製された積層型であって、積層方向（電界方向）に直交する方向に伸縮可能（電界横効果型）な縦振動モードの圧電振動子である。

流路ユニット３２は、流路形成基板３７の一方の面にノズルプレート３８を、流路形成基板３７の他方の面に振動板３９をそれぞれ接合して構成されている。この流路ユニット３２には、共通液室４０（リザーバー又はマニホールドとも言う。）、インク供給路４１（供給路の一種）、圧力室４２、ノズル連通口４３、及びノズル開口４４が設けられている。そして、流路形成基板３７には、インク供給路４１から圧力室４２及びノズル連通口４３を経てノズル開口４４に至る一連のインク流路が、各ノズル開口４４に対応して複数形成されている。

ノズルプレート３８（ノズル形成部材の一種）は、ドット形成密度に対応したピッチ（例えば１８０ｄｐｉ）で複数のノズル開口４４が列状に開設された板状部材であり、実施形態ではステンレス鋼により作製されている。このノズルプレート３８には、ノズル開口４４を列設してノズル列（ノズル群）が複数設けられており、１つのノズル列は、例えば１８０個のノズル開口４４によって構成される。

振動板３９は、支持板４５の表面に可撓性を有する弾性体膜４６を積層した二重構造である。実施形態では、ステンレス板を支持板４５とし、この支持板４５の表面に樹脂フィルムが弾性体膜４６としてラミネートされた複合板材により振動板３９が作製されている。この振動板３９には、圧力室４２の容積を変化させるダイヤフラム部４７が設けられている。また、この振動板３９には、共通液室４０の一部を封止するコンプライアンス部４８が設けられている。

ダイヤフラム部４７は、エッチング加工等によって支持板４５を部分的に除去することで作製される。即ち、このダイヤフラム部４７は、圧電振動子２８の自由端部の先端面が接合される島部４９と、この島部４９を囲む薄肉弾性部５０とから成る。コンプライアンス部４８は、共通液室４０の開口面に対向する領域の支持板４５がエッチング加工等によって除去されることにより作製される。このコンプライアンス部４８は、共通液室４０に貯留されたインクの圧力変動を吸収するダンパーとして機能する。

そして、島部４９には圧電振動子２８の先端面が接合されているので、この圧電振動子２８の自由端部が伸縮することで圧力室４２の容積が変動する。この容積変動に伴って圧力室４２内のインクに圧力変動が生じる。そして、ヘッド本体２は、この圧力変動を利用してノズル開口４４からインク滴を噴射させる。

（比較例）
実施形態の比較例として、図４に第２供給路の端部２３にある壁面２２０が、曲がり部の端部１４にある壁面１４０に比べ、上流側に配置させるように接合された場合の流路構造を示す。これによると、インク強制吸引によるメンテナンスによってインク供給路２００に流れが発生した場合には、曲がり部１３付近においてよどみ部１５が発生してしまう。第１供給路１の天井１６付近に集まっている気泡が流れによってよどみ部１５に流入すると、停滞してしまい、ノズル開口４４から気泡を排出できない。

一方、実施形態では第２供給路の端部２３が、曲がり部の端部１４に比べ、下流側方向にずれていることによって、曲がり部１３付近では、流れによるよどみ部１５が発生しないため、第１供給路１の天井１６付近等の流路内にある気泡が流れやすくなり、第１供給路１内の気泡をノズル開口４４から排出できる。特に、インク強制吸引によるメンテナンスの際に気泡が流れやすくなり、ヘッド１００から気泡を好適に排出できる。

また、上述したように第１部材１０に設けられた第１溝１１の形状は、第１部材１０と第２部材２０の接合面２１１に対して凹形状であり、第１溝１１の深さＤは、第１溝１１の幅Ｌの半分以下となる曲面を有している。したがって、第１供給路１の天井１６と封止面２１及び接合面２１１との距離が小さくなるため、天井１６付近の流れの速度を大きくすることができ、インク強制吸引によるメンテナンスの際に、天井１６付近の気泡を排出するのに有利である。

なお、第２供給路の端部２３を、第１供給路１の曲がり部の端部１４より第１供給路の下流側方向にずらしたときのずらし量ｍとしては、第１部材１０と第２部材２０とを接合する際に想定される取り付け位置のばらつきより大きくした。これにより、第１部材１０と第２部材２０とを接合する際に、第１部材１０、第２部材２０間の取り付け位置がばらついたとしても、第２供給路の端部２３の壁面２２０が第１供給路１の曲がり部の端部１４の壁面１４０より、第１供給路の下流側方向にずれて配置された状態となる。したがって、第１部材１０、第２部材２０間の取り付け位置のばらつきに関わらずに、図４に示したよどみ部１５の発生を確実に抑制できる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良などを加えることが可能である。変形例を以下に述べる。

（変形例）
実施形態では、図２（ｂ）に示す第１供給路１の断面形状となるように第２部材２０の封止面２１の形状を平面としているが、封止する部分の形状は平面でなくてもよい。たとえば、第１供給路１の断面形状が図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、第２部材２０に第２溝２４，２５を設け、第２溝２４，２５により第１部材１０の第１溝１１を封止し、第１溝１１と第２溝２４，２５によって第１供給路１を構成するようにしてもよい。

この場合、第２溝２４，２５を有することによって、第１供給路１の断面積を大きくすることができるため、流路抵抗の低減が可能となる。

上記実施形態では、圧力発生手段として、所謂縦振動型の圧電振動子２８を例示したが、これには限られず、例えば、所謂撓み振動型の圧電振動子を採用することも可能である。

そして、本発明は、上記実施形態で例示した記録ヘッド及びこれを搭載したプリンターには限られず、液晶や電極材などの他の液体を噴射する場合にも好適である。共通液室から供給路を通じて圧力室に液体が導入され、圧力発生手段によって圧力室内の液体に圧力変動を生じさせ、この圧力振動を利用してノズル開口から液体を噴射する液体噴射装置であれば、プリンターに限らず、プロッター、ファクシミリ装置、コピー機等、各種のインクジェット式記録装置や、記録装置以外の液体噴射装置、例えば、ディスプレイ製造装置、電極製造装置、チップ製造装置等の他の機器にも適用することができる。

１…第１供給路、２…ヘッド本体、１０…第１部材、１１…第１溝、１２…端部、１３…曲がり部、１４…曲がり部の端部、１５…よどみ部、１６…天井、２０…第２部材、２１…封止面、２２…第２供給路、２３…第２供給路の端部、２４，２５…第２溝、２８…圧電振動子、３０…ケース、３１…振動子ユニット、３２…流路ユニット、３３…収納空部、３５…固定板、３６…フレキシブルケーブル、３７…流路形成基板、３８…ノズルプレート、３９…振動板、４０…共通液室、４１…インク供給路、４２…圧力室、４３…ノズル連通口、４４…ノズル開口、４５…支持板、４６…弾性体膜、４７…ダイヤフラム部、４８…コンプライアンス部、４９…島部、５０…薄肉弾性部、１００…ヘッド、１０２…インクカートリッジ、１０３…キャリッジ、１０４…タイミングベルト、１０５…ステッピングモーター、１４０…壁面、２００…インク供給路、２１０…流路部材、２１１…接合面、２２０…壁面。

Claims (5)

1. 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、前記液体噴射ヘッド本体に液体を供給する液体供給路を有する流路部材とを備える液体噴射ヘッドであって、
   前記流路部材は、
   第１溝が形成された第１部材と、
   前記第１溝の開口部分の一部を封止し、前記液体供給路の一部となる第１供給路を形成する第２部材とを有し、
   前記第１溝の下流側の一端には、前記第１溝に沿う液体の流れを前記第２部材に向かう方向に屈曲させる曲がり部が形成されており、
   前記第２部材には、前記曲がり部に連通する第２供給路が形成されており、
   前記第２供給路の前記第１供給路の下流側にある壁面が、前記曲がり部の前記第１供給路の下流側にある壁面より前記第１供給路の下流側にずれている
   ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
2. 請求項１に記載の液体噴射ヘッドにおいて、
   前記第１溝の形状は、前記第１部材と前記第２部材との接合面に対して凹形状であり、前記接合面に対して垂直方向の前記第１溝の深さが、前記接合面に対して水平方向の前記第１溝の幅の半分以下である曲面を有している
   ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
3. 請求項１又は請求項２に記載の液体噴射ヘッドにおいて、
   前記第２供給路の下流側にある壁面を、前記曲がり部の下流側にある壁面より前記第１供給路の下流側にずらした量を、前記第１部材、前記第２部材間の取り付け位置のばらつき量より大きくした
   ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッドにおいて、
   前記第１部材の前記第１溝の開口部分の一部は、前記第２部材に形成された第２溝により封止されている
   ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
5. 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、前記液体噴射ヘッド本体に液体を供給する液体供給路を有する流路部材とを備える液体噴射装置であって、
   前記流路部材は、第１溝が形成された第１部材と、前記第１溝の開口部分の一部を封止し、前記液体供給路の一部となる第１供給路を形成する第２部材とを有し、
   前記第１溝の下流側の一端には、前記第１溝に沿う液体の流れを前記第２部材に向かう方向に屈曲させる曲がり部が形成されており、
   前記第２部材には、前記曲がり部に連通する第２供給路が形成されており、
   前記第２供給路の前記第１供給路の下流側にある壁面が、前記曲がり部の前記第１供給路の下流側にある壁面より前記第１供給路の下流側にずれている
   ことを特徴とする液体噴射装置。

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