JP2013169700A

JP2013169700A - 液体噴射ヘッド、および、液体噴射装置

Info

Publication number: JP2013169700A
Application number: JP2012034742A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Eguchi; 雅之江口; Shigeki Suzuki; 繁樹鈴木
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2012-02-21
Filing date: 2012-02-21
Publication date: 2013-09-02
Also published as: US20130215192A1; US8668306B2; CN103252998B; CN103252998A

Abstract

【課題】液体の粘度が従来よりも高くなったとしても、液体をノズル形成面上から払拭し易い液体噴射ヘッド、および、液体噴射装置を提供する。
【解決手段】液体が噴射されるノズル３８が複数列設されたノズル形成面２ａを有し、該ノズル形成面２ａが払拭部材１２によりノズル３８の列設方向に沿って払拭されるヘッドユニット１５と、ヘッドユニット１５を固定する固定部材１６と、を備え、固定部材１６は、ノズル形成面２ａのノズル３８を露出させる露出開口部５５が形成され、当該露出開口部５５内にノズル３８を露出させた状態で上面を固定基準面としてノズル形成面２ａと接合される固定板部５３を有し、露出開口部５５のうち払拭部材１２の払拭方向Ｗの下流側には、露出開口部５５を払拭方向Ｗへ向けて開放してノズル形成面２ａの縁部を露出させる欠截部５８を形成した。
【選択図】図８

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、および、これを備えた液体噴射装置に係り、特に、ノズルが複数列設されたノズル形成面を有するヘッドユニットと、該ヘッドユニットを固定する固定部材と、を備えた液体噴射ヘッド、および、液体噴射装置に関する。

液体をノズルから液滴として噴射させる液体噴射ヘッドとしては、例えば、インクジェット式記録装置などの画像記録装置に用いられるインクジェット式記録ヘッドがあるが、最近ではごく少量の液体を所定位置に正確に着弾させることができるという特長を生かして各種の製造装置にも応用されている。例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターを製造するディスプレイ製造装置，有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイやＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極を形成する電極形成装置，バイオチップ（生物化学素子）を製造するチップ製造装置に応用されている。そして、画像記録装置用の記録ヘッドでは液状のインクを噴射し、ディスプレイ製造装置用の色材噴射ヘッドではＲ（Red）・Ｇ（Green）・Ｂ（Blue）の各色材の溶液を噴射する。また、電極形成装置用の電極材噴射ヘッドでは液状の電極材料を噴射し、チップ製造装置用の生体有機物噴射ヘッドでは生体有機物の溶液を噴射する。

上記のような液体噴射ヘッドには、ノズルが複数列設されたノズル形成面を有するヘッドユニットと、該ヘッドユニットを固定する固定部材と、を備え、固定部材に開設された露出開口部からノズル形成面のノズルを露出させているものがある。また、ノズル形成面を払拭部材で払拭することにより、ノズル形成面上に残留した液体が固化してノズルを塞ぐ不都合を防ぐように構成されたものがある。さらに、ノズル形成面が払拭可能である液体噴射ヘッドにおいては、ノズル形成面と固定部材との間に空洞部を形成し、払拭部材で払拭された液体を空洞部へ通して外部に排出する旨が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−３４８３０号公報

ところで、上記特許文献に記載の液体噴射ヘッドにおいて、従来よりも粘度が高い液体を用いると、ノズル形成面に付着した液体が払拭部材により払拭されたとしても、この液体が空洞部内に停留する虞がある。そして、空洞部内に停留した液体が固化して空洞部を詰まらせてしまうと、この詰まり発生後に払拭部材により払拭された液体が空洞部に進入できずにノズル形成面上に溜まり、ノズルから噴射される液体（液滴）の飛翔不良やノズルの詰まり（液滴噴射不能）が発生する虞がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、液体の粘度が従来よりも高くなったとしても、液体をノズル形成面上から払拭し易い液体噴射ヘッド、および、液体噴射装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の液体噴射ヘッドは、液体が噴射されるノズルが複数列設されたノズル形成面を有し、該ノズル形成面が払拭部材により前記ノズルの列設方向に沿って払拭されるヘッドユニットと、
前記ヘッドユニットを固定する固定部材と、を備え、
前記固定部材は、前記ノズル形成面のノズルを露出させる露出開口部が形成され、当該露出開口部内にノズルを露出させた状態で上面を固定基準面としてノズル形成面と接合される固定板部を有し、
前記露出開口部のうち前記払拭部材の払拭方向の下流側には、前記露出開口部を前記払拭方向へ向けて開放して前記ノズル形成面の縁部を露出させる欠截部を形成したことを特徴とする。

本発明によれば、液体の粘度が従来よりも高くなったとしても、液体をノズル形成面上から払拭し易い。したがって、液体がノズル形成面上に溜まってしまう不都合を抑制することができる。

また、上記構成において、前記固定部材は、金属板材により成形され、前記払拭方向の下流側に位置する固定板部を切除することにより欠截部が形成されるように構成することが望ましい。

この構成によれば、欠截部が形成された固定部材を簡単に作製することができる。

また、上記構成において、前記固定部材は、前記欠截部の両側に位置する部分を液体噴射方向とは反対側に屈曲し、この屈曲部同士を連結部で連結した構成を採用することが望ましい。

この構成によれば、欠截部が設けられたとしても固定部材が変形し難くなり、ヘッドユニットを設計どおりの位置に固定することができる。

また、本発明の液体噴射装置は、上記何れかの構成の液体噴射ヘッドと、前記払拭部材とを備えたことを特徴とする。

プリンターの構成を説明する斜視図である。記録ヘッドの斜視図である。記録ヘッドの分解斜視図である。記録ヘッドの断面図である。図４における領域Ａの拡大図である。露出開口部にノズルを露出させた状態の固定部材の底面図である。固定部材の斜視図である。図６におけるＢ−Ｂ線の要部断面図である。

以下、本発明を実施するための形態を、添付図面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、本発明の液体噴射装置として、インクジェット式プリンター１（本発明の液体噴射装置の一種）を例に挙げて行う。

図１はプリンター１の構成を示す斜視図である。このプリンター１は、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２（以下、記録ヘッド）が取り付けられると共に、内部に液体を貯留した液体貯留部材の一種であるインクカートリッジ３が着脱可能に取り付けられるキャリッジ４を備えている。このキャリッジ４の後部には、キャリッジ４を記録紙５（記録媒体および着弾対象の一種）の紙幅方向、即ち、主走査方向に往復移動させるキャリッジ移動機構６を備えている。また、記録動作時における記録ヘッド２の下方には、間隔を空けてプラテン７を備えている。このプラテン７上には、プリンター１の後方に備えた搬送機構８によって、記録紙５が主走査方向に直交する副走査方向に搬送される。

キャリッジ４は、主走査方向に架設されたガイドロッド９に軸支された状態で取り付けられており、キャリッジ移動機構６の作動により、ガイドロッド９に沿って主走査方向に移動する。キャリッジ４の主走査方向の位置は、位置情報検出手段の一種であるリニアエンコーダー１０によって検出され、その検出信号、即ち、エンコーダーパルス（位置情報の一種）をプリンター１の制御部に送信する。

また、キャリッジ４の移動範囲内における記録領域よりも外側の端部領域には、キャリッジ４の走査の基点となるホームポジションが設定されている。ホームポジションには、後述する記録ヘッド２のノズル形成面（記録紙５側を向いてインクを噴射する面）２ａを封止する封止部材（キャッピング部材）１１と、副走査方向に沿った一方向である払拭方向（図１および図８中に矢印Ｗで示す方向）に移動してノズル形成面２ａを払拭する払拭部材（ワイパー部材）１２とが配置されている。そして、プリンター１は、このホームポジションから反対側の端部へ向けてキャリッジ４が移動する往動時と、反対側の端部からホームポジション側にキャリッジ４が戻る復動時との双方向で記録紙５上に文字や画像等を記録する所謂双方向記録を行う。

なお、封止部材１１は、記録ヘッド２のノズル形成面２ａと対向する上面側に開口したトレイ状の部材であり、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ている。そして、ホームポジションに位置する記録ヘッド２のノズル形成面２ａに対して進退させることが可能に構成されている。さらに、封止部材１１の内部空間は、図示しない吸引ポンプなどの吸引手段に連通しており、キャッピング状態（ノズル形成面２ａの封止状態）で吸引手段が作動されることによって負圧化されるように構成されている。また、払拭部材１２は、主走査方向に沿って延在し、且つ上端部がノズル形成面２ａに接触可能な起立板状の部材であり、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ている。そして、上端部をノズル形成面２ａに接触させた上昇状態で払拭部材１２が払拭方向Ｗに移動してノズル形成面２ａを払拭でき、非作動時には下降した状態で静止しているように構成されている。

次に、記録ヘッド２について説明する。
図２は本実施形態の記録ヘッド２の斜視図、図３は記録ヘッド２の分解斜視図、図４は記録ヘッド２の断面図である。また、図５は、図４における領域Ａの拡大図である。本実施形態における記録ヘッド２は、ホルダー１４、ヘッドユニット１５、および固定部材１６により構成されている。また、記録ヘッド２には、複数（本実施形態では４つ）のヘッドユニット１５が主走査方向に沿って間隔を空けて並設されている。

ホルダー１４は、インクカートリッジ３が装着されるカートリッジ装着部１８と、カートリッジ装着部１８の下方においてヘッドユニット１５が接続されるヘッド接続部１９とから構成される。カートリッジ装着部１８には、複数の液体導入針２０が上方（インクカートリッジ３側）向けて突設されている。また、ホルダー１４の内部には、図４等に示すように、液体導入針２０からカートリッジ装着部１８の内部を通ってヘッド接続部１９の下面に開口する液体導入流路２１が形成されている。そして、インクカートリッジ３を記録ヘッド２に装着すれば、液体導入針２０がインクカートリッジ３の内部に挿入される。これにより、インクカートリッジ３からのインクが、液体導入流路２１を通じてヘッドユニット１５側に導入される。また、ヘッド接続部１９の下端には、ヘッドユニット１５が接着剤２４により接合されている。

次にヘッドユニット１５について説明する。
ヘッドユニット１５は、図５に示すように、流路基板２８、ノズルプレート２９、圧電素子３０、保護基板３１、コンプライアンス基板３２、およびヘッドケース３３を備えている。

流路基板２８は、副走査方向に沿って長尺なシリコン単結晶基板からなり、長手方向に沿って細長な連通部３５が２本形成されている。これらの連通部３５に挟まれた領域には、複数の圧力室３６が、副走査方向（言い換えると、後述するノズル３８の列設方向）に並んだ状態で、連通部３５ごとに合計２列形成されている。各圧力室３６は、圧力室３６よりも狭い幅で形成されたインク供給路３７を介して、連通部３５と連通している。

流路基板２８の下面（圧電素子３０とは反対側の面）には、ノズルプレート２９が、接着剤や熱溶着フィルム等を介して固着されている。ノズルプレート２９は、ステンレス鋼（ＳＵＳ）又はシリコン単結晶等で形成されており、各圧力室３６のインク供給路３７とは反対側で連通するノズル３８が複数穿設されている。これらのノズル３８は、例えば、３６０ｄｐｉのピッチで副走査方向および払拭方向Ｗに沿って列設されたノズル列を構成する。なお、ノズルプレート２９の下面がノズル形成面２ａとして記録紙５に対向する。また、ノズル形成面２ａは、ノズル列方向に沿って移動する払拭部材１２により払拭される。

流路基板２８の上面（ノズルプレート２９とは反対側の面）には、弾性膜４０が積層されている。この弾性膜４０上には、例えば下電極膜、圧電体層及び上電極膜が順次積層された圧電素子３０が、各圧力室３６に対向した状態で２列並設されている。この圧電素子３０の一側（中央側）の端部には、上電極膜と導通するリード電極（図示せず）の一端が接続されている。このリード電極の他端は、絶縁体膜上においてヘッドユニット１５の中央部側に延在し、フレキシブルケーブル４１の一端と電気的に接続されている。なお、フレキシブルケーブル４１の他端は、図示しない制御部と接続されている。

また、弾性膜４０上には、圧電素子３０に対向する領域にその変位を阻害しない程度の大きさの空間となる圧電素子保持空間４２を有する保護基板３１が接合されている。この保護基板３１には、連通部３５に対向する位置に厚さ方向に貫通した長尺なリザーバー部４３が２本設けられると共に、フレキシブルケーブル４１とリード電極を接続可能な配置空間４５が中央部に設けられている。なお、リザーバー部４３は各連通部３５と連通し、圧力室３６にインクを供給するリザーバー（共通液室）４４を構成している。

コンプライアンス基板３２は、可撓性を有する封止膜４６と金属等の硬質の部材からなる固定基板４７とを積層した基板であり、保護基板３１の上側（流路基板２８とは反対側）に接合されている。このコンプライアンス基板３２には、リザーバー４４にインクを導入するインク導入口４８が厚さ方向に貫通して形成されている。また、コンプライアンス基板３２のリザーバー４４に対向する領域のうちインク導入口４８以外の領域は、固定基板４７が除去された封止膜４６のみからなる封止部４９となっている。これにより、リザーバー４４は可撓性を有する封止部４９により封止され、コンプライアンスが得られることになる。

ヘッドケース３３は、コンプライアンス基板３２の上側（保護基板３１とは反対側）に接合された中空箱体状部材である。ヘッドケース３３の内部には、保護基板３１の配置空間４５と連通する挿通空間５０、およびケース流路５１がその高さ方向に貫通して形成されている。この挿通空間５０内には、フレキシブルケーブル４１が挿通されている。ケース流路５１は、ホルダー１４側からのインクをリザーバー４４に供給するための流路であり、上端が液体導入流路２１に連通され、下端がインク導入口４８と連通されている。なお、液体導入流路２１とケース流路５１との連通部分の周囲には接着剤２４が充填され、これにより液体導入流路２１とケース流路５１との連通部分がシールされている。また、ヘッドケース３３の下面のうち封止部４９に対向する部分には、封止膜４６の可撓変形を阻害しない程度の封止空間が備えられている。

このように構成されたヘッドユニット１５は、インクカートリッジ３からのインクを液体導入流路２１を通じてケース流路５１内に取り込んでいる。ケース流路５１内に取り込まれたインクは、リザーバー４４、インク供給路３７を介して圧力室３６に供給される。そして、ヘッドユニット１５は、圧電素子３０を駆動させることで圧力室３６内のインクに圧力変動を生じさせ、この圧力変動を利用することでノズル３８からインクを噴射している。

次に、固定部材１６について説明する。
図６はノズル３８を露出させた状態の固定部材１６の底面図、図７は固定部材１６の斜視図、図８は図６におけるＢ−Ｂ線の要部断面図である。
固定部材１６は、複数（本実施形態では４つ）のヘッドユニット１５が固定されてヘッドユニット１５同士の相対位置を位置決めする部材であり、金属板材（詳しくはステンレス鋼板）を折曲して成形されている。具体的に説明すると、固定部材１６は、図６および図７に示すように、下面が記録紙５に対向する矩形状の固定板部５３を有し、該固定板部５３の上面をヘッドユニット１５の固定基準面としてノズル形成面２ａと接着剤５４により接合している（図４および図５参照）。また、固定板部５３には、固定基準面に接合されたノズル形成面２ａを露出させる露出開口部５５がヘッドユニット１５の並設方向（すなわち主走査方向）に沿って並ぶ状態で複数（本実施形態では４つ）開設されている。なお、各露出開口部５５は、固定板部５３の厚さ方向に貫通し、ノズル列方向に沿って長尺な矩形の開口部であり、少なくともノズル形成面２ａに形成されるノズル列の全体を露出可能な大きさに設定されている（図６参照）。また、固定板部５３の周縁には、上方のホルダー１４側に屈曲された側壁部５６が成形され、該側壁部５６とヘッドユニット１５の側面とが接着剤５４を介して接合されている。さらに、側壁部５６には、図示しない回路基板のグラウンド電極や、回路基板のグラウンド電極と接続された板金等が接続されて固定部材１６をグラウンドに導通（接地）し（図４および図５参照）、これにより、ノズル形成面２ａから入る静電気をグラウンドに逃がしてフレキシブルケーブル４１上に実装された回路等を保護することができるように構成されている。

そして、図７および図８に示すように、露出開口部５５のうち払拭部材１２の払拭方向Ｗの下流側（図８中、左側）には、固定板部５３および払拭方向Ｗの下流側に位置する側壁部５６を切除することにより欠截部５８が形成されており、この欠截部５８により露出開口部５５を払拭方向Ｗへ向けて開放するとともに、この欠截部５８からノズル形成面２ａの縁部を露出させている。また、固定部材１６は、欠截部５８の両側に位置する部分を液体噴射方向（記録紙５側に向かう方向）とは反対側（上側）に屈曲し、この屈曲部同士を側壁部５６の上縁部となる連結部５９で連結している。さらに、連結部５９がノズル形成面２ａよりも上方のホルダー１４側に位置し、接着剤５４を介してヘッドユニット１５の側面に接合している。

このような構造の固定部材１６を備えた記録ヘッド２においては、露出開口部５５のうち払拭部材１２の払拭方向Ｗの下流側に、固定板部５３の板厚によって露出開口部５５の開口縁に生じる段差部分（詳しくは、払拭方向Ｗの上流側を向いた段差部分）が存在しない。したがって、払拭部材１２を上端部がノズル形成面２ａに接触した状態で払拭方向Ｗへ移動してノズル形成面２ａを払拭した後に、この払拭部材１２が欠截部５８から露出しているノズル形成面２ａの縁部を何ら引っ掛かることなく円滑に通過することができ、インクをノズル形成面２ａ上から拭き取ることができる。このため、インクの粘度が従来よりも高くなったとしても、インクをノズル形成面２ａ上から払拭し易い。このことから、インクがノズル形成面２ａ上に溜まってしまう不都合を抑制することができる。

さらに、欠截部５８の両側に位置する屈曲部分を連結部５９で連結したので、欠截部５８が設けられたとしても固定部材１６が変形し難くなり、ヘッドユニット１５を設計どおりの位置に固定することができる。また、固定部材１６は、金属板材により成形され、払拭方向Ｗの下流側に位置する固定板部５３を切除することにより欠截部５８が形成されるので、欠截部５８が形成された固定部材１６を簡単に作製することができる。

ところで、上記実施形態では、金属板材を屈曲する等して作製された固定部材を例示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、露出開口部および欠截部が開設された状態で射出成型された合成樹脂製の固定部材を記録ヘッド（液体噴射ヘッド）に適用してもよい。さらに、上記実施形態では、圧力発生手段として所謂撓み振動型の圧電素子を例示したが、これには限られず、例えば、所謂縦振動型の圧電素子を採用することも可能である。その他、発熱により気泡を発生させることで圧力変動を生じさせる発熱素子や、静電気力により圧力室の作動面を変位させることで圧力変動を生じさせる静電アクチュエーターなどの圧力発生手段を採用する構成においても本発明を適用することが可能である。

また、本発明は、ノズル形成面が払拭部材によりノズルの列設方向に沿って払拭されるヘッドユニットと、板材により成形され、ヘッドユニットを固定する固定部材と、を備えた液体噴射ヘッド、および前記液体噴射ヘッドと前記払拭部材とを備えた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、チップ製造装置等にも適用することができる。

１…プリンター，２…記録ヘッド，２ａ…ノズル形成面，１４…ホルダー，１５…ヘッドユニット，１６…固定部材，１８…カートリッジ装着部，１９…ヘッド接続部，２０…液体導入針，２１…液体導入流路，２８…流路基板，２９…ノズルプレート，３０…圧電素子，３３…ヘッドケース，３６…圧力室，３８…ノズル，５３…固定板部，５…露出開口部，５６…側壁部，５８…欠截部，５９…連結部

Claims

液体が噴射されるノズルが複数列設されたノズル形成面を有し、該ノズル形成面が払拭部材により前記ノズルの列設方向に沿って払拭されるヘッドユニットと、
前記ヘッドユニットを固定する固定部材と、を備え、
前記固定部材は、前記ノズル形成面のノズルを露出させる露出開口部が形成され、当該露出開口部内にノズルを露出させた状態で上面を固定基準面としてノズル形成面と接合される固定板部を有し、
前記露出開口部のうち前記払拭部材の払拭方向の下流側には、前記露出開口部を前記払拭方向へ向けて開放して前記ノズル形成面の縁部を露出させる欠截部を形成したことを特徴とする液体噴射ヘッド。
前記固定部材は、金属板材により成形され、前記払拭方向の下流側に位置する固定板部を切除することにより欠截部が形成されることを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
前記固定部材は、前記欠截部の両側に位置する部分を液体噴射方向とは反対側に屈曲し、この屈曲部同士を連結部で連結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。
前記請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッドと、前記払拭部材と、を備えたことを特徴とする液体噴射装置。