JP2015150755A - 流路構造体、液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】流路形成部を収容する第１筐体部と第２筐体部との位置を正確に選定する。【解決手段】液体噴射ヘッド１６は、シール部材５４を挟んで相互に固定されて内部に収容空間Ｖを形成する第１筐体部５１および第２筐体部５２と、収容空間Ｖに収容され、インクが流通する流路を形成するバルブ組立体６０とを具備し、バルブ組立体６０は、第１筐体部５１に固定されるとともに第２筐体部５２から離間する。【選択図】図２

Description

本発明は、液体が流通する流路を含む構造体の製造に関する。

液体が流通する流路を形成する要素（以下「流路形成部」という）を筐体内に収容した構成が従来から提案されている。例えば特許文献１や特許文献２には、図６に例示される通り、弾性材料で形成されたシール部材９０を挟むようにベース部９２とカバー部９４とを複数のネジ９６で相互に固定し、調整弁やフィルターを包含する流路ユニット９８を内部空間に配置した構成が開示されている。流路ユニット９８は、複数の流路部材９８２を積層した流路形成部である。シール部材９０が充分に潰れるようにベース部９２とカバー部９４とを相互に固定することで、内部空間からの水分蒸発を防止することが可能である。

特開２０１２−２０６４２４号公報 特開２０１２−２１８１９５号公報

特許文献１や特許文献２の技術では、図６に例示される通り、流路ユニット９８の底面がベース部９２に接触するとともに流路ユニット９８の上面がカバー部９４に接触した状態でベース部９２とカバー部９４とが相互に固定される。以上の構成では、ベース部９２とカバー部９４との距離が流路ユニット９８の高さＨに応じて決定される。したがって、流路ユニット９８の高さＨの誤差（複数の流路部材９８２の製造誤差や組立誤差）に起因してベース部９２とカバー部９４との距離（シール部材９０の変形量）に誤差が発生し、結果的にシール部材９０による水分蒸発の機能に個体差が発生するという問題がある。以上の事情を考慮して、本発明は、流路形成部を収容する第１筐体部と第２筐体部との位置を正確に選定することを目的とする。

以上の課題を解決するために、本発明の好適な態様に係る流路構造体は、シール部材を挟んで相互に固定されて内部に収容空間を形成する第１筐体部および第２筐体部と、収容空間に収容され、液体が流通する流路を形成する流路形成部とを具備し、流路形成部は、第１筐体部および第２筐体部の一方に固定され、第１筐体部および第２筐体部の他方とは離間する。以上の構成では、第１筐体部および第２筐体部の一方に固定された流路形成部が、第１筐体部および第２筐体部の他方とは離間するから、流路形成部に影響されずに第１筐体部と第２筐体部との相対的な位置（ひいてはシール部材の変形量）を正確に決定できるという利点がある。なお、流路形成部が第１筐体部や第２筐体部から「離間する」とは、流路形成部および第１筐体部（または第２筐体部）の一方が他方を押圧しない状態を意味する。したがって、流路形成部と第１筐体部または第２筐体部とが所定の間隔をあけて相互に離間する場合はもちろん、流路形成部と第１筐体部または第２筐体部との一方が他方を押圧しない状態で接触する（すなわち間隔がゼロである）場合も、「離間する」の概念に包含される。

ところで、第１筐体部側から第２筐体部側にむけて積層された複数の流路部材を流路形成部が含む構成では、各流路部材の変形（熱変形）および成形誤差や複数の流路部材の接着時の組立誤差が発生し易い。したがって、第１筐体部および第２筐体部の双方に流路形成部が接触する構成では、第１筐体部と第２筐体部との相対的な位置の誤差が顕在化し得る。以上の事情を考慮すると、本発明は、第１筐体部側から第２筐体部側にむけて積層された複数の流路部材を流路形成部が含む構成に格別に好適である。複数の流路部材を樹脂材料で形成して接着剤で相互に固定した構成では流路形成部に起因した第１筐体部および第２筐体部の相対的な位置の誤差が特に顕著となるから、本発明は、複数の流路部材を樹脂材料で形成して接着剤で相互に固定した構成に特に好適である。

本発明の好適な態様において、第１筐体部および第２筐体部の他方と流路形成部との間に配置された弾性体を具備する。以上の態様では、第１筐体部または第２筐体部と流路形成部との間に弾性体が配置されるから、収容空間内での流路形成部の位置を安定的に維持することが可能である。

前述の各形態における流路構造体の機能や構造は任意であるが、流路を経由した液体をノズルから噴射する液体噴射ヘッドが流路構造体の好適例である。本発明の好適な態様に係る液体噴射ヘッドは、シール部材を挟んで相互に固定されて内部に収容空間を形成する第１筐体部および第２筐体部と、収容空間に収容され、液体が流通する流路を形成する流路形成部と、流路を経由した液体をノズルから噴射するヘッドユニットとを具備し、流路形成部は、第１筐体部および第２筐体部の一方に固定され、第１筐体部および第２筐体部の他方とは離間する。本発明の液体噴射ヘッドによれば、前述の流路構造体と同様の作用および効果が実現される。

本発明の好適な態様に係る液体噴射装置は、以上の態様に係る液体噴射ヘッドを具備する。液体噴射装置の好適例は、インクを噴射する印刷装置であるが、本発明に係る液体噴射装置の用途は印刷に限定されない。

本発明の第１実施形態に係る印刷装置の構成図である。 液体噴射ヘッドの断面図である。 液体噴射ヘッドを印刷媒体側からみた平面図である。 第２実施形態における液体噴射ヘッドの断面図である。 第３実施形態における液体噴射ヘッドの断面図である。 背景技術における液体噴射ヘッドの断面図である。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るインクジェット方式の印刷装置１００の部分的な構成図である。印刷装置１００は、液体の例示であるインクを印刷用紙等の印刷媒体２００に噴射して印刷媒体２００の表面に画像を形成する液体噴射装置であり、図１に例示される通り、制御装置１０と搬送機構１２と移動機構１４と液体噴射ヘッド１６とキャリッジ１８とを具備する。

制御装置１０は、印刷装置１００の各要素を統括的に制御する。液体噴射ヘッド１６は、インクが充填された複数のインクカートリッジ３００とともにキャリッジ１８に搭載され、各インクカートリッジ３００から供給されるインクを制御装置１０による制御のもとで複数のノズルから印刷媒体２００に噴射する。搬送機構１２は、制御装置１０による制御のもとで印刷媒体２００をＹ方向（副走査方向）に搬送し、移動機構１４は、制御装置１０による制御のもとでキャリッジ１８をＸ方向（主走査方向）に往復させる。印刷媒体２００の搬送とキャリッジ１８の往復とに並行して液体噴射ヘッド１６が印刷媒体２００にインクを噴射することで印刷媒体２００に所望の画像が形成される。

図２は、液体噴射ヘッド１６の断面図（Ｙ方向に垂直な断面）である。液体噴射ヘッド１６は、第１構造体２１と第２構造体２２と連通部２４とを含んで構成される。第１構造体２１は、複数のノズルＮからインクを噴射し、第２構造体２２は、各インクカートリッジ３００のインクを第１構造体２１に供給する。連通部２４は、第１構造体２１の内部の流路と第２構造体２２の内部の流路とを相互に連通させる。なお、第１構造体２１および第２構造体２２の内部に形成されるインクの流路の具体的な形態については図示を便宜的に省略した。

第１構造体２１は、固定板３０と複数のヘッドユニット３２と複数の支持部３４とケース部材３６と制御基板３８とを具備する。図３は、印刷媒体２００側（インクの噴射側）からみた第１構造体２１の平面図である。図２および図３に例示される通り、複数のヘッドユニット３２の各々は、複数のノズルＮからインクを噴射するヘッドチップである。任意の１個のヘッドユニット３２は、複数のノズルＮが２列に形成されたノズルプレート３２２と、相異なるノズルＮに対応する圧力室および圧電素子の複数組（図示略）とを含んで構成される。駆動信号の供給により圧電素子を振動させて圧力室内の圧力を変動させることで、圧力室に充填されたインクが各ノズルＮから噴射される。なお、各ヘッドユニット３２の構造は任意である。

固定板３０は、例えば高剛性の金属（例えばステンレス鋼）で形成された平板材であり、各ヘッドユニット３２に対応する複数の開口部３０２が形成される。図３に例示される通り、複数のヘッドユニット３２の各々は、開口部３０２の内側にノズルプレート３２２が位置する状態で、例えば接着剤を利用して固定板３０の表面に固定される。図３に例示される通り、各ヘッドユニット３２の複数のノズルＮがＹ方向に沿って配列するように複数のヘッドユニット３２はＸ方向に沿って並列される。複数の支持部３４の各々は、例えば樹脂材料で形成されてヘッドユニット３２を支持する。ヘッドユニット３２に供給されるインクを貯留する貯留室（リザーバー）や貯留室にインクを供給するための流路が支持部３４の内部に形成される。ケース部材３６は、複数の支持部３４（複数のヘッドユニット３２）と制御基板３８とを支持するとともに各ヘッドユニット３２にインクを供給するための流路を形成する。

制御基板３８は、駆動信号や電源電位を各ヘッドユニット３２に供給する配線や駆動信号を生成する駆動回路が実装された配線基板である。各ヘッドユニット３２と制御基板３８とにわたる可撓性の配線基板（図示略）を介して駆動信号や電源電位が制御基板３８から各ヘッドユニット３２に供給される。連通部２４の内部の流路は、制御基板３８に形成された貫通孔（図示略）を介してケース部材３６の内部の流路に連通する。

図２の第２構造体２２は、筐体５０とバルブ組立体６０とを具備する流路構造体である。筐体５０は、第１筐体部５１と第２筐体部５２とシール部材５４とで構成される中空のケースである。シール部材５４は、第１筐体部５１または第２筐体部５２の外形に対応する矩形枠状の弾性体である。第１筐体部５１は、第２筐体部５２に対して鉛直方向の下側（第２筐体部５２と第１構造体２１との間）に位置する。第２筐体部５２は、第１筐体部５１の開口を閉塞する蓋部材としても把握される。第１筐体部５１と第２筐体部５２とは、両者間にシール部材５４を挟んた状態で相互に固定されることで内部の空間（以下「収容空間」という）Ｖを形成する。第１実施形態では、複数のネジＳ1を利用して第１筐体部５１と第２筐体部５２とが相互に固定される。

第１筐体部５１は、平面部５１２と側面部５１４とを含む形状の構造体であり、例えば樹脂材料の射出成形で一体に形成される。平面部５１２は、略矩形状に成形された平板状の部分である。側面部５１４は、平面部５１２の表面から第２筐体部５２側に突起した壁状の部分であり、平面視（平面部５１２に垂直な方向からみて）で略矩形枠状に形成される。第１構造体２１のケース部材３６と第２構造体２２の第１筐体部５１（平面部５１２）とは複数のネジＳ2を利用して相互に固定される。第１構造体２１と第２構造体２２とが相互に固定されると、連通部２４は、ケース部材３６と第１筐体部５１とにより両側から押圧された状態で両者間に挟持される。

バルブ組立体６０は、インクが流通する流路を形成する流路形成部（流路ユニット）であり、第１筐体部５１と第２筐体部５２とシール部材５４とで包囲された収容空間Ｖに収容および支持される。第１実施形態のバルブ組立体６０は、第１筐体部５１側から第２筐体部５２側にむけて積層された複数（４個）の流路部材６２（６２１〜６２４）を含んで構成される。各流路部材６２は、例えば樹脂材料の射出成形で形成された平板状の部材である。複数の流路部材６２の積層によりインクの流路や調整弁がバルブ組立体６０の内部に形成される。調整弁は、例えばインクカートリッジ３００から供給されるインクの圧力を制御する要素（例えば自己封止弁や背圧制御弁）である。インクカートリッジ３００に充填されたインクが筐体５０の開口（図示略）を介してバルブ組立体６０に供給され、バルブ組立体６０の流路を通過したインクが第１構造体２１（各ヘッドユニット３２）に供給される。

バルブ組立体６０は、第１筐体部５１に固定される。第１実施形態では、第１筐体部５１の平面部５１２にバルブ組立体６０が固定される。バルブ組立体６０と第１筐体部５１との固定には接着およびカシメが利用される。具体的には、図２に例示される通り、第１筐体部５１の平面部５１２にピン（カシメピン）Ｐが形成され、ピンＰが挿入される貫通孔Ｈがバルブ組立体６０の複数の流路部材６２（６２１〜６２４）に形成される。バルブ組立体６０と第１筐体部５１とは、最下層の流路部材６２１と平面部５１２との間の接着剤による接着に加えて、貫通孔Ｈに挿入されたピンＰの先端部を変形させるカシメ（例えば熱カシメ）により相互に固定される。また、バルブ組立体６０の各流路部材６２も、両部材間の接着剤による接着とピンＰを利用したカシメとにより相互に固定される。

筐体５０の第２筐体部５２は、平面部５２２と側面部５２４とを含む形状の構造体であり、例えば樹脂材料の射出成形で一体に形成される。第２筐体部５２（または第１筐体部５１）とシール部材５４とを２色成型により一体に形成することも可能である。平面部５２２は、バルブ組立体６０を挟んで第１筐体部５１の平面部５１２に対向する部分である。側面部５２４は、平面部５２２の周縁から第１筐体部５１側に突起した壁状の部分であり、平面視で第１筐体部５１の側面部５１４と同様の略矩形枠状に形成される。第１筐体部５１の側面部５１４の端面（頂面）と第２筐体部５２の側面部５２４の端面（底面）との間にシール部材５４を介在させた状態で、第２筐体部５２の側面部５２４の固定孔と第１筐体部５１の側面部５１４の固定孔とに挿入されたネジＳ1により第１筐体部５１と第２筐体部５２とは相互に固定される。第１筐体部５１と第２筐体部５２とが固定された状態では、両者間のシール部材５４は変形した状態（押し潰された状態）に維持される。具体的には、収容空間Ｖ内からの水分蒸発が充分に防止される程度にシール部材５４は適度に変形する。

第１実施形態では、第１筐体部５１と第２筐体部５２とが相互に固定された状態において、第１筐体部５１に固定されたバルブ組立体６０は第２筐体部５２からは離間する。具体的には、図２から把握される通り、バルブ組立体６０のうち第２筐体部５２の平面部５２２側（最上層）の流路部材６２４の表面は、第２筐体部５２の平面部５２２のうち第１筐体部５１側の表面に対して間隔（隙間）δをあけて対向する。すなわち、第２筐体部５２がバルブ組立体６０に密着しない状態で第１筐体部５１と第２筐体部５２とが相互に固定される。

以上に説明した通り、第１実施形態では、第１筐体部５１と第２筐体部５２とで形成される収容空間Ｖに収容されたバルブ組立体６０が、第１筐体部５１に固定されるとともに第２筐体部５２からは離間する。以上の構成では、第２筐体部５２がバルブ組立体６０に接触しないから、バルブ組立体６０の存在に影響されることなく、第１筐体部５１と第２筐体部５２との相対的な位置を正確に決定することが可能である。したがって、第１筐体部５１と第２筐体部５２との間のシール部材５４の変形量を、筐体５０内の水分蒸発の機能が充分に確保されるように正確に選定できるという利点がある。

なお、図２の例示のように第１筐体部５１から第２筐体部５２にむけて積層された複数の流路部材６２でバルブ組立体６０を形成する構成では、流路部材６２毎の製造誤差が複数層の積層により累積されるから、バルブ組立体６０の高さの誤差が特に顕在化し易いという傾向がある。したがって、第２筐体部５２がバルブ組立体６０に接触する構成では、第１筐体部５１と第２筐体部５２との距離の誤差が特に顕著となる。第１実施形態では、第２筐体部５２がバルブ組立体６０に接触しないから、バルブ組立体６０が複数の流路部材６２の積層で形成される構成にも関わらず、第１筐体部５１と第２筐体部５２との距離の誤差を有効に低減できるという効果がある。以上の説明から理解される通り、第２筐体部５２をバルブ組立体６０に接触させない構成は、バルブ組立体６０（流路形成部）が複数の流路部材６２の積層で形成される構成のもとで格別に有効である。

バルブ組立体６０の複数の流路部材６２を樹脂材料で形成して接着剤で相互に固定する構成では、各流路部材６２の変形（典型的には熱変形）および成形誤差や複数の流路部材６２の接着時の組立誤差が発生し易く、バルブ組立体６０の高さの誤差が特に顕在化し易いという傾向がある。したがって、第２筐体部５２がバルブ組立体６０に接触する構成では、第１筐体部５１と第２筐体部５２との距離の誤差が特に顕著となる。第１実施形態では、第２筐体部５２がバルブ組立体６０に接触しないから、バルブ組立体６０の複数の流路部材６２を樹脂材料で形成して接着剤で相互に固定する構成にも関わらず、第１筐体部５１と第２筐体部５２との距離の誤差が有効に低減できるという効果がある。以上の説明から理解される通り、第２筐体部５２をバルブ組立体６０に接触させない構成は、樹脂材料で形成された複数の流路部材６２を接着剤で相互に固定する構成のもとで格別に有効である。

＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態を説明する。なお、以下に例示する各構成において作用や機能が第１実施形態と同様である要素については、第１実施形態の説明で参照した符号を流用して各々の詳細な説明を適宜に省略する。

図４は、第２実施形態における液体噴射ヘッド１６の断面図であり、第１実施形態で参照した図２に対応する。図４に例示される通り、第２実施形態の液体噴射ヘッド１６は、第１実施形態と同様の構成に弾性体５６を追加した構成である。弾性体５６は、弾性材料（例えばエラストマー）で形成された膜状（シート状）または板状の部材であり、第２筐体部５２とバルブ組立体６０との間に配置される。具体的には、弾性体５６の一方の表面（上面）は、第２筐体部５２の平面部５２２の表面に接触し、弾性体５６の他方の表面（下面）は、バルブ組立体６０のうち第２筐体部５２側の流路部材６２４に接触する。

第２実施形態においても第１実施形態と同様の効果が実現される。また、第２実施形態では、第２筐体部５２とバルブ組立体６０との間に弾性体５６が介在する。すなわち、バルブ組立体６０が弾性体５６により第１筐体部５１側に押圧（付勢）される。したがって、第１実施形態と比較して収容空間Ｖ内でのバルブ組立体６０の位置を安定的に維持できるという利点がある。なお、以上に説明した通り、第２実施形態では弾性体５６によりバルブ組立体６０の位置が保持されるから、ピンＰを利用したカシメの構造を省略することも可能である。

＜第３実施形態＞
図５は、第３実施形態における液体噴射ヘッド１６の断面図である。第１実施形態では、筐体５０の第１筐体部５１と第２筐体部５２とを複数のネジＳ1で固定した。第３実施形態では、第１筐体部５１と第２筐体部５２とを相互に固定する手段が第１実施形態とは相違する。

図５に例示される通り、第１筐体部５１の側面部５１４の外周面には複数の突起部５１６が形成され、第２筐体部５２の側面部５２４の外周面には、各突起部５１６に対応する複数の係合部（フック）５２６が形成される。各係合部５２６を回転させて突起部５１６に係合させることで第１筐体部５１と第２筐体部５２とが相互に固定される。なお、各突起部５１６を第２筐体部５２に形成するとともに各係合部５２６を第１筐体部５１に形成することも可能である。第３実施形態においても第１実施形態と同様の効果が実現される。

＜変形例＞
前述の形態は多様に変形され得る。具体的な変形の態様を以下に例示する。以下の例示から任意に選択された２以上の態様は、相互に矛盾しない範囲で適宜に併合され得る。

（１）前述の形態では、第１筐体部５１と第２筐体部５２とで形成される収容空間Ｖにバルブ組立体６０を収容したが、収容空間Ｖに収容される要素は以上の例示に限定されない。例えば、インクを通過させて気泡や異物を除去するフィルターを複数の流路部材の間に介在させたフィルター組立体を、前述の各形態のバルブ組立体６０に代えて（またはバルブ組立体６０とともに）収容空間Ｖに収容することも可能である。前述の各形態のバルブ組立体６０と同様に、フィルター組立体は、第１筐体部５１に固定されるとともに第２筐体部５２からは離間する。以上の例示から理解される通り、第１筐体部５１と第２筐体部５２とが形成する収容空間Ｖに収容される対象は、液体が流通する流路を形成する要素（流路形成部）として包括的に表現される。流路形成部の具体的な機能や構造は任意であり、前述の各形態で例示したバルブ組立体６０やフィルター組立体は流路形成部の好適例として位置付けられる。

（２）前述の各形態では、ピンＰを利用したカシメ（熱カシメ）によりバルブ組立体６０を第１筐体部５１に固定したが、バルブ組立体６０（流路形成部）を第１筐体部５１に固定する方法は任意である。例えば、接着剤のみでバルブ組立体６０を第１筐体部５１に固定する構成や、複数のネジを利用してバルブ組立体６０を第１筐体部５１に固定する構成も採用され得る。

（３）前述の各形態では、バルブ組立体６０を第１筐体部５１に固定するとともに第２筐体部５２からは離間させた構成を例示したが、バルブ組立体６０を第２筐体部５２に固定するとともに第１筐体部５１から離間させた構成も採用され得る。以上の説明から理解される通り、前述の各形態は、バルブ組立体６０等の流路形成部を、第１筐体部５１および第２筐体部５２の一方に固定し、第１筐体部５１および第２筐体部５２の他方とは離間させた構成として包括的に表現される。

（４）液体噴射ヘッド１６がインクを噴射する方式は、圧電素子を利用した前述の方式（ピエゾ方式）に限定されない。例えば、加熱により圧力室内に気泡を発生させて圧力室内の圧力を変化させる発熱素子を利用した方式（サーマル方式）の液体噴射ヘッド１６にも本発明は適用され得る。また、前述の形態では、液体噴射ヘッド１６をキャリッジ１８に搭載して往復させるシリアル型の印刷装置１００を例示したが、印刷媒体２００の幅方向（Ｙ方向）に複数の液体噴射ヘッド１６を配列したライン型の印刷装置にも本発明は適用される。

（５）前述の各形態で例示した印刷装置１００は、印刷に専用される機器のほか、ファクシミリ装置やコピー機等の各種の機器にも採用され得る。もっとも、本発明の液体噴射装置の用途は印刷に限定されない。例えば、色材の溶液を噴射する液体噴射装置は、液晶表示装置のカラーフィルターを形成する製造装置として利用される。また、導電材料の溶液を噴射する液体噴射装置は、配線基板の配線や電極を形成する製造装置として利用される。

１００……印刷装置（液体噴射装置）、２００……印刷媒体、３００……インクカートリッジ、１０……制御装置、１２……搬送機構、１４……移動機構、１６……液体噴射ヘッド、１８……キャリッジ、２１……第１構造体、２２……第２構造体、２４……連通部、３０……固定板、３２……ヘッドユニット、３２２……ノズルプレート、３４……支持部、３６……ケース部材、３８……制御基板、５０……筐体、５１……第１筐体部、５２……第２筐体部、５４……シール部材、６０……バルブ組立体、６２（６２１〜６２４）……流路部材、Ｓ1，Ｓ2……ネジ、Ｎ……ノズル。

Claims (6)

1. シール部材を挟んで相互に固定されて内部に収容空間を形成する第１筐体部および第２筐体部と、
   前記収容空間に収容され、液体が流通する流路を形成する流路形成部とを具備し、
   前記流路形成部は、前記第１筐体部および前記第２筐体部の一方に固定され、前記第１筐体部および前記第２筐体部の他方とは離間する
   流路構造体。
2. 前記流路形成部は、前記第１筐体部側から前記第２筐体部側にむけて積層された複数の流路部材を含む
   請求項１の流路構造体。
3. 前記複数の流路部材は、樹脂材料で形成されて接着剤で相互に固定される
   請求項２の流路構造体。
4. 前記第１筐体部および前記第２筐体部の他方と前記流路形成部との間に配置された弾性体
   を具備する請求項１から請求項３の何れかの流路構造体。
5. シール部材を挟んで相互に固定されて内部に収容空間を形成する第１筐体部および第２筐体部と、
   前記収容空間に収容され、液体が流通する流路を形成する流路形成部と、
   前記流路を経由した前記液体をノズルから噴射するヘッドユニットとを具備し、
   前記流路形成部は、前記第１筐体部および前記第２筐体部の一方に固定され、前記第１筐体部および前記第２筐体部の他方とは離間する
   液体噴射ヘッド。
6. 請求項５の液体噴射ヘッドを具備する液体噴射装置。
   

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