JP2019155616A - 液体吐出ヘッド、液体吐出ユニット、液体を吐出する装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ノズル面の周縁部を覆うカバー部材を安定して保持する。【解決手段】液体吐出ヘッド１００のフレーム部材２０の外周部には、カバー部材５０を保持するカバー保持部６０が接着剤７０で接合固定され、カバー部材５０の接着面５２とカバー保持部６０のカバー接着面６２とが接着剤７１で接合固定され、カバー部材５０を接着するカバー保持部６１のカバー接着面６２は、重力方向で、ノズル面１ａよりも上方に配置され、カバー部材５０の接着面５２には撥液処理が施されていない。【選択図】図３

Description

本発明は液体吐出ヘッド、液体吐出ユニット、液体を吐出する装置に関する。

液体を吐出する液体吐出ヘッドとして、ノズルが形成されたノズル面の周縁部を覆うノズルカバー部材を設けるものがある。

従来、ノズル面の周縁部及びノズル板の外周側面を覆うノズルカバーを備え、ノズルカバーとノズル面の周縁部とは離間させて配置し、ノズルカバーの表面全面に撥水処理を施したものが知られている（特許文献１）。

特開２００９−２２０４２１号公報

ところで、カバー部材をヘッド外面に固定するときには、接着剤や充填剤を使用することになる。この場合、ノズル面から払拭される液体と接着剤や充填剤が接触することで溶出が生じ、接着剤とカバー部材などの間で界面剥離を生じるおそれがある。また、特許文献１に開示されているように、カバー部材の全面に撥水処理を施した場合には、より剥離を生じやすくなるという課題もある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、カバー部材を安定して保持することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明に係る液体吐出ヘッドは、
液体を吐出するノズルが形成されたノズル面と、
前記ノズル面の周縁部を覆うカバー部材と、
前記カバー部材が接着されるカバー接着面と、を備え、
前記カバー接着面は、重力方向で、前記ノズル面よりも上方に配置されている
構成とした。

本発明によれば、カバー部材を安定して保持することができる。

本発明の第１実施形態に係る液体吐出ヘッドの断面説明図である。 同ヘッドの平面説明図である。 同ヘッドにおけるカバー部材の保持構造の説明に供する図１の要部拡大説明図である。 比較例１のノズル板及びカバー部材部分の断面説明図である。 本発明に係る液体を吐出する装置の一例の要部平面説明図である。 同装置の要部側面説明図である。 本発明に係る液体吐出ユニットの他の例の要部平面説明図である。 本発明に係る液体吐出ユニットの更に他の例の正面説明図である。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。本発明の第１実施形態について図１及び図２を参照して説明する。図１は同実施形態に係る液体吐出ヘッドの断面説明図、図２は同ヘッドの平面説明図である。

この液体吐出ヘッド１００は、ノズル板１と、流路板２と、振動板部材３とを積層接合している。そして、振動板部材３の振動領域（振動板）３０を変位させる圧電アクチュエータ１１と、フレーム部材２０と、カバー部材５０を備えている。

ノズル板１は、液体を吐出する複数のノズル４を有している。ノズル板１の表面（液体吐出面側）には撥液膜４０が成膜されている。そして、ノズル板１のノズル面（撥液膜４０の表面）１ａの周縁部はカバー部材５０で覆われている。

流路板２は、ノズル４に連通する個別液室６を形成している。振動板部材３は、流路板２の個別液室６の壁面を形成する変形可能な振動領域３０を有する。そして、振動板部材３の個別液室６とは反対側に、振動板部材３の振動領域３０を変形させる駆動手段（アクチュエータ手段、圧力発生手段）としての電気機械変換素子を含む圧電アクチュエータ１１を配置している。

この圧電アクチュエータ１１は、ベース部材１３上に接合した圧電部材にハーフカットダイシングによって溝加工をして、ノズル配列方向において、所要数の柱状の圧電素子１２を所定の間隔で櫛歯状に形成している。圧電素子１２は振動領域（振動板）３０に接合されている。

この液体吐出ヘッド１００においては、例えば圧電素子１２に与える電圧を基準電位（中間電位）から下げることによって圧電素子１２が収縮し、振動板部材３の振動領域３０が引かれて個別液室６の容積が膨張することで、個別液室６内にフレーム部材２０に設けられる共通液室から液体が流入する。

その後、圧電素子１２に印加する電圧を上げて圧電素子１２を積層方向に伸長させ、振動板部材３の振動領域３０をノズル４に向かう方向に変形させて個別液室６の容積を収縮させることにより、個別液室６内の液体が加圧され、ノズル４から液体が吐出される。

なお、ヘッドの駆動方法については上記の例（引き−押し打ち）に限るものではなく、駆動波形の与えた方によって引き打ちや押し打ちなどを行なうこともできる。

次に、この液体吐出ヘッド１００におけるカバー部材５０の保持構造について図３も説明する。図３は同説明に供する図１の要部拡大説明図である。

フレーム部材２０の外周部には、カバー部材５０を保持するカバー保持部６０が接着剤７０で接合固定されている。カバー部材５０の接着面５２とカバー保持部６０のカバー接着面６２とが接着剤７１で接合固定されている。

ここで、カバー部材５０を接着するカバー保持部６０のカバー接着面６２は、重力方向で、ノズル面（撥液膜４０の表面）１ａよりも上方に配置されている。

カバー部材５０は、ノズル板１のノズル面１ａの周縁部に隙間ｇを置いて対向し、隙間周縁部を覆う対向部５１を有している。隙間ｇの間隔は１μｍ〜５０μｍの範囲内にあることが好ましい。この範囲内にあることでノズル面１ａの廃液８１（図３参照）を容易に払拭除去できる。

そして、カバー部材５０の対向部５１の表面を含む外表面に撥液膜４０を成膜する撥液処理を施している。

一方、カバー部材５０のノズル板１の外側面１ｂに対向する面５３及びカバー保持部６０のカバー接着面６２と接着接合する接着面５２には撥液膜４０の成膜などの撥液処理を施していない。つまり、カバー部材５０は、カバー接着面６２と接着する部分である接着面５２の撥液性が、カバー接着面６２と接しない部分の撥液性よりも低い。

このように、カバー保持部６０のカバー接着面６２と接着接合するカバー部材５０の接着面５２に撥液処理を施していない、撥液性を低くしていることで、カバー保持部６０に剥離などを生じることなく、カバー部材５０を安定して接合することができる。

次に、この液体吐出ヘッドに作用について説明する。

図３に示すように、払拭部材８０でノズル面１ａを払拭することで、ノズル面１ａに残留している廃液８１がノズル面１ａの周縁部に掻き集められる。掻き集められた廃液８１は、カバー部材５０の対向部５１とノズル面１ａとの隙間ｇに押し込まれようとされる。

このとき、カバー部材５０の対向部５１の表面にも撥液膜４０が形成されているので、廃液８１が滴の状態では撥液され、隙間ｇに入り込むことができない。したがって、廃液８１は払拭部材８０に付着したままノズル面４ａから除去される。

ここで、カバー部材５０を接着するカバー保持部６０のカバー接着面６２は、重力方向において、ノズル面１ａよりも上方に配置されている。したがって、図３に示すように、仮に、廃液８１ａがノズル板１の外側面１ｂとカバー部材５０の内周面５３との間に侵入しても、重力により、カバー部材５０とカバー接着面６２とを接合している接着剤７１まで到達することはない。

これにより、カバー部材５０とカバー接着面６２を接着している接着剤７１が廃液８１によって溶かされるなどして、接着剤７１と接着面５２、６２との間で界面剥離が生じることが防止され、カバー部材５０を安定して保持することができる。

また、カバー部材５０の接着剤７１で接合する接着面５２には撥液膜４０の成膜など、撥液処理を施していない。これにより、撥液膜によるカバーの剥離性（剥がれやすさ）の低減することができる。

また、カバー部材５０の接着面５２は、ノズル面１ａの端部から、液体吐出方向と直交する方向（図３の左右方向）において離間して設けられている。

これにより、廃液８１がノズル板１の外側面１ｂとカバー部材５０の内周面５３の間に侵入してきたとしても、液体が接着剤７１まで到達することをより確実に防ぐことができる。

ここで、比較例１について図４を参照して説明する。図４は同比較例１のノズル板及びカバー部材部分の断面説明図である。

この比較例１では、カバー部材５０をノズル板１の周縁部に充填剤７２で固定している。

この構成では、廃液８１が充填剤７２と接触することになり、充填剤７２の耐液性が低いと、カバー部材５０が剥離するなどの不都合が生じることになる。

なお、上記実施形態では、フレーム部材２０の外周面にカバー保持部６０を固定した例で説明したが、フレーム部材２０がカバー保持部を兼ねることもできる。少なくとも、カバー保持部のカバー接着面が、ノズル面よりも重力方向において上方に配置されていればよい。

また、液体吐出ヘッドは、個別液室循環型の液体吐出ヘッドとすることもできる。

次に、本発明に係る液体を吐出する装置の一例について図５及び図６を参照して説明する。図５は同装置の要部平面説明図、図６は同装置の要部側面説明図である。

この装置は、シリアル型装置であり、主走査移動機構４９３によって、キャリッジ４０３は主走査方向に往復移動する。主走査移動機構４９３は、ガイド部材４０１、主走査モータ４０５、タイミングベルト４０８等を含む。ガイド部材４０１は、左右の側板４９１Ａ、４９１Ｂに架け渡されてキャリッジ４０３を移動可能に保持している。そして、主走査モータ４０５によって、駆動プーリ４０６と従動プーリ４０７間に架け渡したタイミングベルト４０８を介して、キャリッジ４０３は主走査方向に往復移動される。

このキャリッジ４０３には、本発明に係る液体吐出ヘッド４０４及びヘッドタンク４４１を一体にした液体吐出ユニット４４０を搭載している。液体吐出ユニット４４０の液体吐出ヘッド４０４は、例えば、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の各色の液体を吐出する。また、液体吐出ヘッド４０４は、複数のノズルからなるノズル列を主走査方向と直交する副走査方向に配置し、吐出方向を下方に向けて装着している。

液体吐出ヘッド４０４の外部に貯留されている液体を液体吐出ヘッド４０４に供給するための供給機構４９４により、ヘッドタンク４４１には、液体カートリッジ４５０に貯留されている液体が供給される。

供給機構４９４は、液体カートリッジ４５０を装着する充填部であるカートリッジホルダ４５１、チューブ４５６、送液ポンプを含む送液ユニット４５２等で構成される。液体カートリッジ４５０はカートリッジホルダ４５１に着脱可能に装着される。ヘッドタンク４４１には、チューブ４５６を介して送液ユニット４５２によって、液体カートリッジ４５０から液体が送液される。

この装置は、用紙４１０を搬送するための搬送機構４９５を備えている。搬送機構４９５は、搬送手段である搬送ベルト４１２、搬送ベルト４１２を駆動するための副走査モータ４１６を含む。

搬送ベルト４１２は用紙４１０を吸着して液体吐出ヘッド４０４に対向する位置で搬送する。この搬送ベルト４１２は、無端状ベルトであり、搬送ローラ４１３と、テンションローラ４１４との間に掛け渡されている。吸着は静電吸着、あるいは、エアー吸引などで行うことができる。

そして、搬送ベルト４１２は、副走査モータ４１６によってタイミングベルト４１７及びタイミングプーリ４１８を介して搬送ローラ４１３が回転駆動されることによって、副走査方向に周回移動する。

さらに、キャリッジ４０３の主走査方向の一方側には搬送ベルト４１２の側方に液体吐出ヘッド４０４の維持回復を行う維持回復機構４２０が配置されている。

維持回復機構４２０は、例えば液体吐出ヘッド４０４のノズル面（ノズルが形成された面）をキャッピングするキャップ部材４２１、ノズル面を払拭するワイパ部材４２２などで構成されている。

主走査移動機構４９３、供給機構４９４、維持回復機構４２０、搬送機構４９５は、側板４９１Ａ，４９１Ｂ、背板４９１Ｃを含む筐体に取り付けられている。

このように構成したこの装置においては、用紙４１０が搬送ベルト４１２上に給紙されて吸着され、搬送ベルト４１２の周回移動によって用紙４１０が副走査方向に搬送される。

そこで、キャリッジ４０３を主走査方向に移動させながら画像信号に応じて液体吐出ヘッド４０４を駆動することにより、停止している用紙４１０に液体を吐出して画像を形成
する。

このように、この装置では、本発明に係る液体吐出ヘッドを備えているので、高画質画像を安定して形成することができる。

次に、本発明に係る液体吐出ユニットの他の例について図７を参照して説明する。図７０は同ユニットの要部平面説明図である。

この液体吐出ユニットは、前記液体を吐出する装置を構成している部材のうち、側板４９１Ａ、４９１Ｂ及び背板４９１Ｃで構成される筐体部分と、主走査移動機構４９３と、キャリッジ４０３と、液体吐出ヘッド４０４で構成されている。

なお、この液体吐出ユニットの例えば側板４９１Ｂに、前述した維持回復機構４２０、及び供給機構４９４の少なくともいずれかを更に取り付けた液体吐出ユニットを構成することもできる。

次に、本発明に係る液体吐出ユニットの更に他の例について図８を参照して説明する。図８は同ユニットの正面説明図である。

この液体吐出ユニットは、流路部品４４４が取付けられた液体吐出ヘッド４０４と、流路部品４４４に接続されたチューブ４５６で構成されている。

なお、流路部品４４４はカバー４４２の内部に配置されている。流路部品４４４に代えてヘッドタンク４４１を含むこともできる。また、流路部品４４４の上部には液体吐出ヘッド４０４と電気的接続を行うコネクタ４４３が設けられている。

本願において、吐出される液体は、ヘッドから吐出可能な粘度や表面張力を有するものであればよく、特に限定されないが、常温、常圧下において、または加熱、冷却により粘度が３０ｍＰａ・ｓ以下となるものであることが好ましい。より具体的には、水や有機溶媒等の溶媒、染料や顔料等の着色剤、重合性化合物、樹脂、界面活性剤等の機能性付与材料、ＤＮＡ、アミノ酸やたんぱく質、カルシウム等の生体適合材料、天然色素等の可食材料、などを含む溶液、懸濁液、エマルジョンなどであり、これらは例えば、インクジェット用インク、表面処理液、電子素子や発光素子の構成要素や電子回路レジストパターンの形成用液、３次元造形用材料液等の用途で用いることができる。

液体を吐出するエネルギー発生源として、圧電アクチュエータ（積層型圧電素子及び薄膜型圧電素子）、発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いるサーマルアクチュエータ、振動板と対向電極からなる静電アクチュエータなどを使用するものが含まれる。

「液体吐出ユニット」は、液体吐出ヘッドに機能部品、機構が一体化したものであり、液体の吐出に関連する部品の集合体が含まれる。例えば、「液体吐出ユニット」は、ヘッドタンク、キャリッジ、供給機構、維持回復機構、主走査移動機構の構成の少なくとも一つを液体吐出ヘッドと組み合わせたものなどが含まれる。

ここで、一体化とは、例えば、液体吐出ヘッドと機能部品、機構が、締結、接着、係合などで互いに固定されているもの、一方が他方に対して移動可能に保持されているものを含む。また、液体吐出ヘッドと、機能部品、機構が互いに着脱可能に構成されていても良い。

例えば、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドとヘッドタンクが一体化されているものがある。また、チューブなどで互いに接続されて、液体吐出ヘッドとヘッドタンクが一体化されているものがある。ここで、これらの液体吐出ユニットのヘッドタンクと液体吐出ヘッドとの間にフィルタを含むユニットを追加することもできる。

また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドとキャリッジが一体化されているものがある。

また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドを走査移動機構の一部を構成するガイド部材に移動可能に保持させて、液体吐出ヘッドと走査移動機構が一体化されているものがある。また、液体吐出ヘッドとキャリッジと主走査移動機構が一体化されているものがある。

また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドが取り付けられたキャリッジに、維持回復機構の一部であるキャップ部材を固定させて、液体吐出ヘッドとキャリッジと維持回復機構が一体化されているものがある。

また、液体吐出ユニットとして、ヘッドタンク若しくは流路部品が取付けられた液体吐出ヘッドにチューブが接続されて、液体吐出ヘッドと供給機構が一体化されているものがある。このチューブを介して、液体貯留源の液体が液体吐出ヘッドに供給される。

主走査移動機構は、ガイド部材単体も含むものとする。また、供給機構は、チューブ単体、装填部単体も含むものする。

「液体を吐出する装置」には、液体吐出ヘッド又は液体吐出ユニットを備え、液体吐出ヘッドを駆動させて液体を吐出させる装置が含まれる。液体を吐出する装置には、液体が付着可能なものに対して液体を吐出することが可能な装置だけでなく、液体を 気中や液中に向けて吐出する装置も含まれる。

この「液体を吐出する装置」は、液体が付着可能なものの給送、搬送、排紙に係わる手段、その他、前処理装置、後処理装置なども含むことができる。

例えば、「液体を吐出する装置」として、インクを吐出させて用紙に画像を形成する装置である画像形成装置、立体造形物（三次元造形物）を造形するために、粉体を層状に形成した粉体層に造形液を吐出させる立体造形装置（三次元造形装置）がある。

また、「液体を吐出する装置」は、吐出された液体によって文字、図形等の有意な画像が可視化されるものに限定されるものではない。例えば、それ自体意味を持たないパターン等を形成するもの、三次元像を造形するものも含まれる。

上記「液体が付着可能なもの」とは、液体が少なくとも一時的に付着可能なものであって、付着して固着するもの、付着して浸透するものなどを意味する。具体例としては、用紙、記録紙、記録用紙、フィルム、布などの被記録媒体、電子基板、圧電素子などの電子部品、粉体層（粉末層）、臓器モデル、検査用セルなどの媒体であり、特に限定しない限り、液体が付着するすべてのものが含まれる。

上記「液体が付着可能なもの」の材質は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックスなど液体が一時的でも付着可能であればよい。

また、「液体を吐出する装置」は、液体吐出ヘッドと液体が付着可能なものとが相対的に移動する装置があるが、これに限定するものではない。具体例としては、液体吐出ヘッドを移動させるシリアル型装置、液体吐出ヘッドを移動させないライン型装置などが含まれる。

また、「液体を吐出する装置」としては、他にも、用紙の表面を改質するなどの目的で用紙の表面に処理液を塗布するために処理液を用紙に吐出する処理液塗布装置、原材料を溶液中に分散した組成液を、ノズルを介して噴射させて原材料の微粒子を造粒する噴射造粒装置などがある。

なお、本願の用語における、画像形成、記録、印字、印写、印刷、造形等はいずれも同義語とする。

１ ノズル板
２ 流路板
３ 振動板部材
４ ノズル
６ 個別液室
４０ 撥液膜
５０ カバー部材
６０ カバー保持部
６１ カバー接着面
７１ 接着剤
１００ 液体吐出ヘッド
４０３ キャリッジ
４０４ 液体吐出ヘッド
４４０ 液体吐出ユニット

Claims (10)

1. 液体を吐出するノズルが形成されたノズル面と、
   前記ノズル面の周縁部を覆うカバー部材と、
   前記カバー部材が接着されるカバー接着面と、を備え、
   前記カバー接着面は、重力方向で、前記ノズル面よりも上方に配置されている
   ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記カバー部材は、前記カバー接着面と接着する部分の撥液性が、前記カバー接着面と接しない部分の撥液性よりも低い
   ことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記カバー部材の前記カバー接着面と接着する部分には撥液処理が施されていない
   ことを特徴とする請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記カバー部材は、前記カバー接着面に接着されて、前記ノズル面の周縁部から離間した状態で保持されている
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記カバー部材と前記ノズル面との隙間が１μｍ〜５０μｍの範囲内である
   ことを特徴とする請求項４に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記カバー接着面を有するカバー保持部を備えている
   ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
7. 前記ノズル面及び前記カバー部材の各々の対向領域に撥液処理が施されている
   ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載の液体吐出ヘッドを含むことを特徴とする液体吐出ユニット。
9. 前記液体吐出ヘッドに供給する液体を貯留するヘッドタンク、前記液体吐出ヘッドを搭載するキャリッジ、前記液体吐出ヘッドに液体を供給する供給機構、前記液体吐出ヘッドの維持回復を行う維持回復機構、前記液体吐出ヘッドを主走査方向に移動させる主走査移動機構の少なくともいずれか一つと前記液体吐出ヘッドとを一体化した
   ことを特徴とする請求項８に記載の液体吐出ユニット。
10. 請求項１ないし７のいずれかに記載の液体吐出ヘッド、又は、請求項８若しくは９に記載の液体吐出ユニットを備えていることを特徴とする液体を吐出する装置

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