JP2018149709A - 液体吐出ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】吐出口形成部材へのクラックの発生と吐出口形成部材の基板からの剥離を抑制する。【解決手段】液体吐出ヘッドは基板６と、基板６上に位置し樹脂で形成された吐出口形成部材７と、を有している。吐出口形成部材７は、第１の方向Ｘに配列し液体が吐出する複数の吐出口８を備え、基板６との間に、複数の吐出口８と連通する複数の圧力室１０を形成する。基板６は、吐出口形成部材７との対向面に位置し、第１の方向Ｘに延び、複数の圧力室１０と連通する液体供給口１３を有している。吐出口形成部材７は、液体供給口１３と対向し第１の方向Ｘに延びる複数のスリット１５ａ，１５ｂを有している。【選択図】図３

Description

本発明は、インクなどの液体を吐出する液体吐出ヘッドに関する。

従来、紙などの記録媒体に画像の形成を行う画像形成装置として熱転写方式、ワイヤードット方式、感熱方式、インクジェット方式などの画像形成装置が実用化されている。中でもインクジェット方式はランニングコストが安く、記録音が抑えられる記録方式として注目され、幅広い分野で使用されている。インクジェット方式の画像形成装置では、エネルギー発生素子を駆動することにより、基板上に形成された吐出口形成部材の吐出口から液滴を吐出させ、記録媒体の所望の位置に液滴を着弾させることによって画像の形成が行われる。

吐出口形成部材には多数の吐出口が高密度かつ高精度で配置されている。このため、吐出口形成部材は、基板上に感光性有機樹脂材料を積層し、ステッパー等の露光機で露光し、現像することにより形成される。このような製造プロセスで製造される吐出口形成部材は、製造過程での硬化収縮によって変形を生じることがある。ユーザー使用環境においても、エネルギー発生素子が駆動することで吐出口形成部材に加わる熱や、内部に充填される液体による吐出口形成部材の膨潤などにより、吐出口形成部材と基板が変形することがある。吐出口形成部材や基板に変形が生じると、互いに密着されている吐出口形成部材と基板との接合面に、接合面と平行なせん断力や、接合面と垂直な方向の引っ張り力が加わり、吐出口形成部材が基板から剥離する可能性がある。

特許文献１には、吐出口形成部材の基板からの剥離を防止するため、基板上に形成された吐出口形成部材に液体供給口に面する１本のスリットが形成された液体吐出ヘッドが開示されている。吐出口形成部材の変形がスリットで吸収されるため、吐出口形成部材と基板の接合面における吐出口形成部材の変形が抑制され、吐出口形成部材の基板からの剥離が生じにくい。

特開２０１２−５１２３５号公報

吐出口形成部材の基板からの剥離は特許文献１に記載のスリットによってある程度抑えられるが、樹脂からなる吐出口形成部材が製造工程中に硬化収縮した際、変形による応力がスリットに集中する可能性がある。この場合、スリットの近傍にクラックが生じる可能性がある。また、近年の液体吐出ヘッドは、印刷の高速化のためより長尺化されたり、コストダウンのために基板の端部から吐出口形成部材の吐出口列までの距離を縮小したりすることがある。このような液体吐出ヘッドは基板の剛性が低下し変形しやすくなるため、特許文献１に記載のスリットでは吐出口形成部材の基板からの剥離を十分に抑制できない可能性がある。
本発明は、吐出口形成部材へのクラックの発生と吐出口形成部材の基板からの剥離が生じにくい液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。

本発明の液体吐出ヘッドは基板と、基板上に位置し樹脂で形成された吐出口形成部材と、を有している。吐出口形成部材は、第１の方向に配列し液体が吐出する複数の吐出口を備え、基板との間に、複数の吐出口と連通する複数の圧力室を形成する。基板は、吐出口形成部材との対向面に位置し、第１の方向に延び、複数の圧力室と連通する液体供給口を有している。吐出口形成部材は、液体供給口と対向し第１の方向に延びる複数のスリットを有している。

本発明によれば、吐出口形成部材は、液体供給口と対向し第１の方向に延びる複数のスリットを有している。これにより、吐出口形成部材の変形が複数のスリットで吸収され、吐出口形成部材全体の変形が抑制され、吐出口形成部材の基板からの剥離が抑制される。また、複数のスリットを形成することにより、吐出口形成部材の硬化収縮時にスリットに掛かる応力が分散され、吐出口形成部材へのクラックの発生を抑制できる。よって、本発明によれば、吐出口形成部材へのクラックの発生と吐出口形成部材の基板からの剥離が生じにくい液体吐出ヘッドを提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る液体吐出ヘッドの斜視図である。 図１に示す液体吐出ヘッドの記録素子基板の上面図である。 図２に示す記録素子基板の部分拡大平面図と断面図である。 比較例１の液体吐出ヘッドの記録素子基板の平面図と断面図である。 比較例２の液体吐出ヘッドの記録素子基板の平面図と断面図である。 第２の実施形態の記録素子基板の部分拡大平面図と断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。以下に述べる液体吐出ヘッドは、インクジェットプリンタに搭載されインクを吐出するインクジェットヘッドに関するが、本発明の液体吐出ヘッドはインク以外の液体を吐出する用途にも適用することができる。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る液体吐出ヘッド１を示す斜視図である。図２は図１に示す液体吐出ヘッド１の記録素子基板２の上面図であり、便宜上、記録素子基板２の内部の液体供給口１３も示している。液体吐出ヘッド１はプリンタ本体（図示せず）のキャリッジ（図示せず）に搭載され、記録媒体の幅方向に走査されながら記録媒体にインクを吐出し、記録媒体に画像を形成する。インクは、プリンタ本体に装着されるインクタンク（図示せず）から、プリンタ本体内部の供給経路を介して液体吐出ヘッド１のサブタンク（図示せず）に供給され、内部のインク流路を通じて記録素子基板２に供給される。インクを吐出するための電源電圧や駆動信号は、プリンタ本体から液体吐出ヘッド１のコンタクト基板３と電気配線部材４、さらに記録素子基板２のパッド５を介して記録素子基板２に供給される。

図３（ａ）は図２のＡ部拡大図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。液体吐出ヘッド１の記録素子基板２は、基板６と、基板６上に形成され樹脂材料からなる吐出口形成部材７と、を備えている。
吐出口形成部材７は、インクが吐出する複数の吐出口８からなる吐出口列９を複数備えている（図２参照）。吐出口列９は互いに平行に延び、各吐出口列９の複数の吐出口８は第１の方向Ｘに配列している。吐出口形成部材７は基板６と対向する複数の凹部を有しており、この複数の凹部は基板６との間に複数の圧力室１０を形成する。吐出口形成部材７は感光性有機樹脂材料を基板６上に積層し、ステッパー等の露光機で露光し、現像することにより形成される。

基板６は、第１の方向Ｘに配列しインクに吐出のためのエネルギーを与える複数のエネルギー発生素子１１を備えている。本実施形態のエネルギー発生素子１１は発熱抵抗素子であるが、圧電素子であってもよい。一つの圧力室１０には一つの吐出口８と一つのエネルギー発生素子１１が対応している。基板６は、基板６を厚さ方向に貫通する液体供給路１２を有している。液体供給路１２の吐出口形成部材７との対向部に位置する開口は、第１の方向Ｘに延び、複数の圧力室１０と連通する液体供給口１３となっている。すなわち、基板６は、吐出口形成部材７との対向面に位置し、第１の方向Ｘに延び、複数の圧力室１０と連通する液体供給口１３を有している。図２に示すように、液体供給口１３は２つ設けられ、各液体供給口１３の両側にそれぞれ１列の吐出口列９が配置されている。

吐出口形成部材７の液体供給口１３と対向する部分（以下、供給口対向部１４という）は第１の方向Ｘに延びる２本のスリット１５ａ，１５ｂを有している。吐出口形成部材７の液体供給口１３と対向する部分には、第１の方向Ｘに延びる第１〜第３の梁１６ａ〜１６ｃが形成されている。第１の梁１６ａと第２の梁１６ｂとの間に第１のスリット１５ａが形成されている。第２の梁１６ｂと第３の梁１６ｃとの間に第２のスリット１５ｂが形成されている。第１〜第３の梁１６ａ〜１６ｃはスリット１５ａ，１５ｂの側壁を形成する。換言すれば、吐出口形成部材７の供給口対向部１４は中央梁部１７を有し、中央梁部１７に２本のスリット１５ａ，１５ｂが設けられている。一例では、中央梁部１７の幅ａ、すなわち第１の梁１６ａの外側側面と第３の梁１６ｃの外側側面との間の距離ａは８２μｍであり、第１のスリット１５ａと第２のスリット１５ｂの幅ｂは１５μｍである。スリットの数は限定されないが、吐出口形成部材７全体の剛性が低下しすぎて吐出口形成部材７が基板６から剥離しやすくならない限り、３つ以上のスリットを形成してもよい。本実施形態では、液体供給口１３の第１の方向Ｘに延びる中心線１３Ａに関し線対称の位置に１本ずつ、合計２本のスリットが設けられている。これによって、供給口対向部１４の剛性が液体供給口１３の中心軸１３Ａに関し両側で均等となり、極端に変形の大きな箇所が生じなくなる。偶数個のスリットを設ける場合は、液体供給口１３の中心線１３Ａに関し対称に配置するのが好ましい。奇数個のスリットを設ける場合は、液体供給口１３の中心線１３Ａに１本のスリットを、そのスリットの中心線が液体供給口１３の中心線１３Ａと一致するように配置し、残りのスリットを液体供給口１３の中心線１３Ａに関し対称に配置することが好ましい。

さらに、吐出口形成部材７は第１の方向Ｘに交互に配置された第１のフィルタ１８ａと第２のフィルタ１８ｂを有する。第１のフィルタ１８ａは液体供給口１３と一部の圧力室１０との間に位置する円柱状の構造体である。第２のフィルタ１８ｂは圧力室１０と対向する第１及び第３の梁１６ａ，１６ｃから他の圧力室１０の前面まで延びる梁状の構造体である。第１のフィルタ１８ａと第２のフィルタ１８ｂはいずれも圧力室１０の前面に位置しており、圧力室１０内部へのゴミ等の異物の流入を防止する。圧力室１０から第１のフィルタ１８ａと第２のフィルタ１８ｂまでの距離は同一である。第１のフィルタ１８ａは吐出口形成部材７の天井部１９のみと接続されており、第１及び第３の梁１６ａ，１６ｃから独立ないし分離している。これに対し、第１のフィルタ１８ａは吐出口形成部材７の天井部１９と接続されているだけでなく、第１の梁１６ａまたは第３の梁１６ｃと一体化されている。このため、吐出口形成部材７全体の剛性が高められ、吐出口形成部材７の基板６からの剥離がさらに生じにくくなる。

インクは液体供給路１２の液体供給口１３と反対側の開口２０から供給され、液体供給路１２の液体供給口１３を通って圧力室１０に供給される。圧力室１０内のエネルギー発生素子１１を駆動することにより、圧力室１０内に気泡が形成される。圧力室１０内のインクは気泡によって吐出口８から吐出し、記録媒体に着弾し、画像形成が行われる。

エネルギー発生素子１１の駆動に伴い発生する熱や、吐出口形成部材７の膨潤などによって、基板６と吐出口形成部材７に変形が生じる場合がある。その際、基板６と吐出口形成部材７の接合面に、ある閾値以上の引っ張り応力やせん断応力が加わると、基板６に密着していた吐出口形成部材７が基板６から剥離する可能性がある。吐出口形成部材７の剥離が発生すると、最悪の場合圧力室１０へインクが供給されなくなり、吐出不良を生じて記録画像の品位が悪化することがある。

図４には、比較例１の液体吐出ヘッド１の図３と同様の図を示している。吐出口形成部材７の基板６からの剥離を防止するため、吐出口形成部材７の液体供給口１３と対向する部位に第１の方向Ｘに延びる１本のスリット１１５が形成されている。吐出口形成部材７の変形をスリット１１５に逃がすことで、吐出口形成部材７の基板６との接合面における変形が抑えられ、吐出口形成部材７の基板６からの剥離が抑制される。しかし比較例１では、製造工程で吐出口形成部材７が硬化収縮した際に、変形により生じる応力がスリット１１５によって肉厚が減少した吐出口形成部材７の天井部１９の薄肉部に集中し、クラックが生じる可能性がある。特に、長尺化された液体吐出ヘッド１など、記録素子基板２の変形がより大きくなる場合にこの現象が生じやすくなる。

図５には、比較例２の液体吐出ヘッド１の図３と同様の図を示している。比較例２は比較例１に対してスリット２１５の幅が拡大されている。このため、応力がスリット２１５内で分散されて緩和され、吐出口形成部材７のクラックが発生しにくい。しかし、吐出口形成部材７の薄肉部が拡大したため、吐出口形成部材７の剛性が低下し、応力が加わった際の変形量が大きくなる。すなわち、ユーザー使用環境において、エネルギー発生素子１１の駆動による熱や、吐出口形成部材７の膨潤等が生じた際、吐出口形成部材７に大きな変形が生じやすくなる。その結果、比較例１よりも吐出口形成部材７の基板６からの剥離が発生しやすくなる可能性がある。

これに対し、図３に示す実施形態では、供給口対向部１４に比較例１と同等の幅のスリットを２本設けている。スリットを２本設けたことにより、吐出口形成部材７が硬化収縮した際に吐出口形成部材７の天井部１９の薄肉部に集中する応力が分散される。その結果、比較例１と比べて吐出口形成部材７の天井部１９の薄肉部にクラックが生じにくくなる。供給口対向部１４の薄肉部以外の部位は比較例１，２と同等の厚さが維持され、かつ複数のスリット１５が分散配置されているため、吐出口形成部材７の剛性低下が抑制される。このため、吐出口形成部材７の基板６からの剥離も生じにくい。

このように、本実施形態の液体吐出ヘッドは、長尺の記録素子基板など、より変形しやすい記録素子基板で顕在化しやすいクラックと吐出口形成部材７の基板６からの剥離を、吐出口形成部材７の構成変更だけで抑制することができる。従って、本実施形態によれば、コストへの影響を抑えながら液体吐出ヘッドの信頼性を向上させることができる。

（第２の実施形態）
図６には、第２の実施形態に係る液体吐出ヘッド１の図３と同様の図を示している。ここでは第１の実施形態と異なる点のみ説明する。本実施形態では、すべてのフィルタが上述した柱状の第１のフィルタ１８ａで構成されており、第２のフィルタ１８ｂは設けられていない。本実施形態でも、吐出口形成部材７の供給口対向部１４に第１の実施形態と同じ幅の２本のスリット１５ａ，１５ｂが設けられている。本実施形態でも、第１の実施形態同様、クラックと吐出口形成部材７の基板６からの剥離を抑制することができ、コストへの影響を防止しながら液体吐出ヘッド１の信頼性を向上させることができる。

１ 液体吐出ヘッド
６ 基板
７ 吐出口形成部材
８ 吐出口
１０ 圧力室
１１ エネルギー発生素子
１３ 液体供給口
１５ａ，１５ｂ スリット

Claims (5)

1. 基板と、
   前記基板上に位置し樹脂で形成された吐出口形成部材であって、第１の方向に配列し液体が吐出する複数の吐出口を備え、前記基板との間に、前記複数の吐出口と連通する複数の圧力室を形成する吐出口形成部材と、を有し
   前記基板は、前記吐出口形成部材との対向面に位置し、前記第１の方向に延び、前記複数の圧力室と連通する液体供給口を有し、
   前記吐出口形成部材は、前記液体供給口と対向し前記第１の方向に延びる複数のスリットを有する、液体吐出ヘッド。
2. 前記スリットは２本設けられている、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記複数のスリットは、前記液体供給口の前記第１の方向に延びる中心線に関し線対称に設けられている、請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記第１の方向に延び前記スリットの側壁を形成する梁と、一部の前記圧力室の前面に位置し前記梁と分離された第１のフィルタと、前記梁から他の前記圧力室の前面まで延びる梁状の第２のフィルタと、を有する、請求項１から３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記第１の方向に延び前記スリットの側壁を形成する梁と、前記複数の圧力室のそれぞれの前面に位置し前記梁と分離された複数の第１のフィルタと、を有する、請求項１から３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。

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