JP2020138423A - 液体吐出ヘッド、及び、液体吐出装置 - Google Patents

液体吐出ヘッド、及び、液体吐出装置 Download PDF

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Abstract

【課題】小型化が可能な液体吐出ヘッド、及び、液体吐出装置を提供する。【解決手段】下流の流路内の圧力に応じて弁体を開閉する弁機構(22)と、ノズルプレート(40)と、収容空間を有するホルダー(23)と、を備え、ノズルは、ノズルプレートに垂直な方向を第1方向とした場合に、第2方向と第3方向とに沿ったノズルプレートに複数並べられ、弁機構は、第3方向に隙間を空けて並べられた第1弁機構(22−1)と第2弁機構(22−2)と、を含み、第1弁機構及び第2弁機構は、下流液室内の圧力に応じて変位する下流側蓋部材(69)を、互いに対向する面に有し、第1方向において、ノズルプレートと第1弁機構の弁体との間隔と、ノズルプレートと第2弁機構の弁体との間隔と、は揃えられ、ホルダーは、第1弁機構と第2弁機構との隙間のうち第3方向から見て下流側蓋部材と重なる領域において壁を有しない。【選択図】図9

Description

本発明は、インクジェット式記録ヘッドなどの液体吐出ヘッド、これを備えた液体吐出装置に関する。
液体吐出装置は液体吐出ヘッドを備え、この液体吐出ヘッドから各種の液体を液滴として吐出(噴射)する装置である。この液体吐出装置としては、例えば、インクジェット式プリンターやインクジェット式プロッター等の画像記録装置があるが、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、画像記録装置用の液体吐出ヘッドでは色材を含む液体を吐出し、ディスプレイ製造装置用の色材吐出ヘッドではR(Red)・G(Green)・B(Blue)などの各色材を含む液体を吐出する。また、電極形成装置用の電極材吐出ヘッドでは電極材料を含む液体を吐出し、チップ製造装置用の生体有機物吐出ヘッドでは生体有機物を含む液体を吐出する。
液体吐出ヘッドとしては、液体供給部材から液体吐出ヘッドのノズルに至るまでの流路に、当該流路を開閉する弁体を有する弁機構を備えたものがある。例えば、特許文献1に開示されている液体吐出装置では、負圧調整弁とも呼ばれる弁ユニットをキャリッジに備え、キャリッジカバーによって弁ユニットが被覆されている。弁ユニットは、一般的には、液体の種類(例えば、インクの色)毎に設けられ、また、上記ノズル列に対応させて当該ノズル列の並ぶ方向に複数設けられている。このキャリッジカバーの内部は、区画壁によってそれぞれの弁ユニットが収容される空間に仕切られている。つまり、キャリッジカバーの内部において隣り合う弁ユニットの間には壁が設けられている。
特開2006−102986号公報
上記構成では、弁ユニット間に壁がある分、弁ユニットの並ぶ方向において液体吐出ヘッドが大型化し、その結果、当該液体吐出ヘッドを備える液体吐出装置も大型化するという問題があった。
本発明の液体吐出ヘッドは、上記目的を達成するために提案されたものであり、弁体よりも下流の流路内の圧力に応じて前記弁体を開閉する弁機構と、
前記弁機構から供給された液体を吐出する複数のノズルが設けられたノズルプレートと、
複数の前記弁機構を収容する収容空間を有するホルダーと、
を備え、
複数の前記ノズルは、互いに直交する3つの方向である第1方向、第2方向、第3方向のうち前記ノズルプレートに垂直な方向を第1方向とした場合に、前記第2方向と前記第3方向とに沿った前記ノズルプレートに複数並べられ、
前記弁機構は、前記第3方向に隙間を空けて並べられた第1弁機構と、第2弁機構と、を含み、
前記第1弁機構及び前記第2弁機構は、前記弁体より下流の下流液室の一部を区画すると共に当該下流液室内の圧力に応じて変位する下流側蓋部材を、互いに対向するようにそれぞれ有し、
前記第1方向において、前記ノズルプレートと第1弁機構の前記弁体との間隔と、前記ノズルプレートと第2弁機構の前記弁体との間隔と、は揃えられ、
前記ホルダーは、前記第1弁機構と前記第2弁機構との前記隙間のうち、前記第3方向から見て前記下流側蓋部材と重なる領域において壁を有しないことを特徴とする(第1の構成)。
本発明の液体吐出ヘッドによれば、第1弁機構と第2弁機構との間に壁が無いので、これらの弁機構を近づけて配置することができ、液体吐出ヘッドの小型化が可能となる。また、各弁機構において、ノズルプレートと弁体との間隔が揃えられているので、弁体より下流、即ち、ノズル側に供給される液体の供給圧が各弁機構の間で揃えられる。これにより、ノズル列間の吐出特性のばらつきを抑制することができる。
また、本発明の液体吐出ヘッドは、弁体よりも下流の流路内の圧力に応じて前記弁体を開閉する弁機構と、
前記弁機構から供給された液体を吐出する複数のノズルが設けられたノズルプレートと、
を備え、
複数の前記ノズルは、互いに直交する3つの方向である第1方向、第2方向、第3方向のうち前記ノズルプレートに垂直な方向を第1方向とした場合に、前記第2方向と前記第3方向とに沿った前記ノズルプレートに複数並べられ、
前記弁機構は、前記第3方向に隙間を空けて並べられた第1弁機構と、第2弁機構と、を含み、
前記第1弁機構及び前記第2弁機構は、前記弁体より下流の下流液室の一部を区画すると共に当該下流液室内の圧力に応じて変位する下流側蓋部材を、互いに対向するようにそれぞれ有し、
前記第1方向において、前記ノズルプレートと第1弁機構の前記弁体との間隔と、前記ノズルプレートと第2弁機構の前記弁体との間隔と、は揃えられ、
第1弁機構の前記下流側蓋部材と、前記第2弁機構の前記下流側蓋部材とは、第3方向における位置が異なり、かつ、第2方向から見て互いに少なくとも一部で重なることを特徴とする(第2の構成)。
本発明の液体吐出ヘッドによれば、第1弁機構と第2弁機構との互いに対向する面に設けられた下流側蓋部材の第3方向における位置がそれぞれ異なり、かつ、第2方向から見て互いに少なくとも一部で重なるので、これらの弁機構を近づけて配置することができ、液体吐出ヘッドの小型化が可能となる。また、各弁機構において、ノズルプレートと弁体との間隔が揃えられているので、弁体より下流、即ち、ノズル側に供給される液体の供給圧が各弁機構の間で揃えられる。これにより、ノズル列間の吐出特性のばらつきを抑制することができる。
また、上記第1又は第2の構成において、前記弁機構からの液体を前記ノズルに導入する液体導入部が、複数の前記ノズルがノズル列を形成する前記第2方向に沿って複数並べられてなる液体導入部の組が、前記第3方向に沿って複数組並べられ、
前記第2方向において隣接する前記液体導入部の形成間隔が、前記第3方向において隣接する前記液体導入部の形成間隔以上である構成を採用することが望ましい(第3の構成)。
この構成によれば、第3方向においては、液体導入部に接続される弁機構同士の間隔を近づけることができるので、液体吐出ヘッドの小型化が可能となり、また、第2方向においては、弁体の配置間隔をより離すことができるので、各弁体に対応する流側蓋部材の受圧面積をより大きく確保することができる。これにより、液体吐出ヘッドの小型化と各ノズルにおける吐出特性の均一化を両立することができる。
さらに、本発明の液体吐出ヘッドは、液体を吐出する複数のノズルが設けられたノズルプレートと、
前記ノズル側に液体を導入するための複数の液体導入部と、
を備え、
複数の前記ノズルは、前記ノズルプレートに垂直な第1方向に直交する第2方向に沿って並べられてノズル列を形成し、前記ノズル列は、前記第1方向及び前記第2方向のそれぞれに直交する第3方向に沿って複数並べられ、
前記液体導入部が前記第2方向に沿って複数並べられてなる液体導入部の組が、前記第3方向に沿って複数組並べられ、
前記第2方向において隣接する前記液体導入部の形成間隔が、前記第3方向において隣接する前記液体導入部の形成間隔以上であることを特徴とする(第4の構成)。
この構成によれば、第3方向においては、液体導入部同士の間隔を近づけることにより、液体吐出ヘッドの小型化が可能となり、また、第2方向においては、液体導入部の配置間隔をより離すことにより、各液体導入部から同一列のノズル列に液体が供給される構成において、当該ノズル列を構成する各ノズルへの供給圧をより均一化することが可能となる。これにより、各ノズルにおける吐出特性の均一化が可能となる。
上記第4の構成において、弁体よりも下流の流路内の圧力に応じて前記弁体を開閉して、前記液体導入部への液体の供給を制御する弁機構を複数備え、
複数の前記弁機構は、前記液体導入部の組にそれぞれ接続されて前記第3方向に並べて配置され、
前記第1方向において、前記ノズルプレートと第1弁機構の前記弁体との間隔と、前記ノズルプレートと第2弁機構の前記弁体との間隔と、が揃えられた構成を採用することが望ましい(第5の構成)。
この構成によれば、第3方向においては、液体導入部に接続される弁機構同士の間隔を近づけることができるので、液体吐出ヘッドの小型化が可能となり、また、第2方向においては、弁体の配置間隔をより離すことができるので、各弁体に対応する流側蓋部材の受圧面積をより大きく確保することができる。これにより、液体吐出ヘッドの小型化と各ノズルにおける吐出特性の均一化を両立することができる。
上記第3から第5の何れか一の構成において、前記液体導入部の組を構成する前記液体導入部の数は、前記第3方向に並ぶ前記液体導入部の組の数より少なく、
前記第2方向において隣接する前記液体導入部の形成間隔が、前記第3方向において隣接する前記液体導入部の形成間隔よりも大きい構成を採用することできる(第6の構成)。
この構成によれば、第3方向における液体導入部の数が多い構成においても、各ノズルへの供給圧をより均一化しつつ、液体導入部同士の間隔を近づけることにより、液体吐出ヘッドの小型化が可能とる。
さらに、上記第2から第6の何れか一の構成において、複数の前記弁機構を収容する収容空間を有するホルダーを備え、
前記ホルダーは、前記第1弁機構と前記第2弁機構との前記隙間のうち、前記第3方向から見て前記下流側蓋部材と重なる領域において壁を有しない構成を採用することが望ましい(第7の構成)。
この構成によれば、第1弁機構と第2弁機構との間に壁が無いので、これらの弁機構を近づけて配置することができ、液体吐出ヘッドの小型化が可能となる。
本発明の液体吐出装置は、上記何れか一の構成の液体吐出ヘッドを備えることを特徴とする(第8の構成)。
上記構成によれば、小型化が図られた液体吐出ヘッドを備えるので、液体吐出装置の小型化が可能となる。
液体吐出装置の一形態の構成を説明する平面図である。 液体吐出ヘッドの一形態の構成を説明する断面図である。 液体吐出ヘッドの一形態の構成を説明する平面図である。 ヘッド本体部の構成を説明する断面図である。 流路基板を模式的に示した平面図である。 弁ユニットの構成を説明する斜視図である。 弁ユニットの右側方図である。 弁ユニットの左側方図である。 隣り合う2つの弁ユニットの位置関係を説明する断面図である。
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、以下の説明では、本発明の液体吐出装置として、液体吐出ヘッドの一種であるインクジェット式記録ヘッドを搭載したインクジェット式記録装置を例に挙げる。
図1は、液体吐出装置1の一形態の構成を示す平面図である。本実施形態における液体吐出装置1は、記録用紙、布、あるいは樹脂フィルム等の媒体(液体の着弾対象:図示せず)の表面に液体吐出ヘッド10(図2等参照)から液体状のインク(本発明における液体の一種)を吐出させて画像やテキスト等の記録を行う装置である。この液体吐出装置1は、フレーム2と、印刷時の媒体を支持するプラテン3と、を備えており、図示しない搬送機構によってプラテン3上に媒体が搬送される。また、フレーム2内には、プラテン3と平行にガイド部材4が設けられており、このガイド部材4には、液体吐出ヘッド10を収容したキャリッジ5が移動可能に支持されている。このキャリッジ5は、図示しないキャリッジ移動機構によってガイド部材4に沿って媒体の搬送方向と交差する主走査方向に往復移動するように構成されている。キャリッジ移動機構は、パルスモーター6と、このパルスモーター6の駆動により回転する駆動プーリー7と、この駆動プーリー7とはフレーム2における反対側に設けられた遊転プーリー8と、駆動プーリー7及び遊転プーリー8の間に架け渡されたタイミングベルト9と、を有する。
本実施形態における液体吐出装置1は、媒体に対してキャリッジ5を相対的に往復移動させながら液体吐出ヘッド10のノズル47(図4参照)から媒体に向けてインクを吐出させて記録動作を行う。以下においては、互いに直交するX方向、Y方向、及びZ方向のうち、媒体の搬送方向、即ち、媒体と液体噴射ヘッド10との相対移動方向をY方向(本発明における第2方向に相当)とし、当該搬送方向に直交する方向をX方向(本発明における第3方向に相当)とし、XY平面に垂直な方向をZ方向(本発明における第1方向に相当)とする。
フレーム2の一側には、液体を貯留した液体貯留容器の一種であるインクカートリッジ13を着脱可能に搭載するカートリッジホルダー14が設けられている。インクカートリッジ13は、図示しないエアーポンプ16からの空気が各インクカートリッジ13内に供給され、この加圧空気によって内部が加圧されることにより、当該インクカートリッジ13内のインクがインク供給チューブ17を通じて液体吐出ヘッド10側に供給されるように構成されている。インクカートリッジ13からインク供給チューブ17から送られてくるインクは、まずキャリッジ5に搭載された弁ユニット22(本発明における弁機構の一種)に導入される。弁ユニット22に導入されたインクは、後述するように供給圧が一定となるように調整されて液体吐出ヘッド10内部のインク流路に供給される。なお、液体貯留容器としては、例示したものには限られず、カートリッジ型、パック型、タンク型等、種々の構成のものを採用することができる。また、液体貯留容器と液体吐出ヘッド10との間でポンプの駆動によりインクが循環する構成を採用することも可能である。
インク供給チューブ17は、例えば、合成樹脂で作製された可撓性を有する中空部材であり、このインク供給チューブ17の内部には、各インクカートリッジ13に対応するインク流路が形成されている。また、液体吐出装置1本体側と液体吐出ヘッド10側との間には、液体吐出装置1本体側の制御部(図示せず)から液体吐出ヘッド10側に駆動信号等を伝送するFFC(フレキシブルフラットケーブル)18が配線されている。
フレーム2の内側において、液体吐出ヘッド10の移動範囲における一側(本実施形態においては、カートリッジホルダー14側)に設けられたホームポジションには、液体吐出ヘッド10のノズル47が形成されたノズル面を封止するキャッピング機構11が配設されている。キャッピング機構11は、ホームポジションで待機状態にある液体吐出ヘッド10のノズル面をキャップ12により封止してノズル47からインクの溶媒が蒸発することを抑制する。また、キャッピング機構11は、液体吐出ヘッド10のノズル面を封止した状態で封止空部内を吸引ポンプ等の吸引手段よって負圧化し、ノズル47からインクや気泡を強制的に吸引するクリーニング動作を行うことができる。
次に、本実施形態における液体吐出ヘッド10の構成について説明する。
図2は、液体吐出ヘッド10の断面図である。また、図3は、液体吐出ヘッドの平面図である。なお、図3において、弁ユニット22及びホルダー23の図示は省略されており、各弁ユニット22が配置される領域が破線で示されている。本実施形態における液体吐出ヘッド10は、ヘッド本体部20、液体導入部材21、弁ユニット22、及びホルダー23等を備えている。
液体導入部材21は、弁ユニット22側から供給されるインクをヘッド本体部20側に導入する図示しないインク導入路が内部に形成された部材である。図3に示されるように、液体導入部材21の上面には、弁ユニット22の装着領域24が区画されている。装着領域24には、上記インク導入路の上流側開口部が開設され、当該開口部には、図示しないフィルターを介在させて複数の液体導入針25(本発明における液体導入部の一種)が取り付けられている。本実施形態においては、各弁ユニット22が配置される領域に液体導入針25がY方向に沿って複数並べられて設けられており、これらのY方向に並ぶ複数の液体導入針25の組が、各弁ユニット22の配置領域に対応してX方向に沿って複数組並べて配置されている。本実施形態においては、Y方向に並設された2本の液体導入針25の組がX方向に5組並べて配置されており、これにより、合計10本の液体導入針25が装着領域24に設けられている。
これらの液体導入針25は、装着領域24に装着された弁ユニット22の下面に設けられた液体導出部27の内部に挿入され、当該弁ユニット22から供給されるインクをヘッド本体部20側に導入する。各液体導入針25は、中空針状で先端部には導入穴が開設されている。また、液体導入針25の根本側は、先端部から下流側開口に向かうほど拡径する裾広がり形状となっている。なお、液体導入針25がインクを導入する構成としては、このような針状の液体導入針25を用いた構成に限られず、例えば、液体導入部材21のインク導入部分に不織布やスポンジ等の多孔質材が配設され、これに対応して弁ユニット22のインクの導出部27にも同様な多孔質材が設けられ、両者の多孔質部材同士が接触して毛細管現象により液体の授受を行う所謂フォーム形式の構成を採用することもできる。
このように、装着領域24における液体導入針25の配置に関し、Y方向において隣接する液体導入針25の形成間隔を、X方向において隣接する液体導入針25の形成間隔以上に設定することにより、X方向においては、液体導入針25同士の間隔を近づけることにより、液体吐出ヘッド10の小型化が可能となる。また、Y方向においては、液体導入針25の配置間隔をより離すことにより、後述するように各液体導入部25から同一列または複数列のノズル列48にインクが供給される構成において、当該ノズル列48を構成する各ノズル47への供給圧を偏りなくより均一化することが可能となる。これにより、各ノズル47における吐出特性の均一化が可能となる。また、Y方向において隣接する液体導入針25の形成間隔を、X方向において隣接する液体導入針25の形成間隔よりも大きく設定することにより、X方向に並ぶ液体導入針25の数が多い、即ち、X方向に並ぶ弁ユニット22の数が多い構成においても、各ノズル47への供給圧をより均一化しつつ、X方向において隣接する液体導入針25同士の間隔を近づけることにより、液体吐出ヘッド10の小型化が可能とる。
図4は、ヘッド本体部20の構成を説明する断面図である。また、図5は、流路基板39を模式的に示した平面図である。本実施形態におけるヘッド本体部20は、ヘッドケース29と流路ユニット30とを有している。ヘッドケース29は、アクチュエーターユニット31を収容した収容室32と、液体導入部材21から供給されるインクを流路ユニット30に導入する導入流路33と、が形成された合成樹脂製の部材である。ヘッドケース29のZ方向における下面には、流路ユニット30が接合されている。また、ヘッドケース29のZ方向における上面には、図2に示されるように、液体導入部材21が積層されている。
アクチュエーターユニット31は、駆動素子(或は圧力発生素子又はアクチュエーターとも言える)として機能する圧電素子35と、この圧電素子35が接合される固定板36と、圧電素子35に駆動信号を供給する配線部材37と、を備えている。なお、本実施形態における圧電素子35は、電界方向に交差する方向に変位する所謂縦振動モードの圧電素子であり、駆動信号が供給されると圧電体及び電極の積層方向とは交差する方向に変位、即ち、伸縮する。この圧電素子35の先端部分は、流路ユニット30のダイヤフラム51に接合されている。
流路ユニット30は、流路基板39のZ方向における一方の面にノズルプレート40が接合されると共に、流路基板39のZ方向における他方の面に振動板41が接合されて構成されている。この流路ユニット30には、共通液室43と、個別供給路44と、圧力室45と、ノズル連通口46と、ノズル47と、が設けられている。本実施形態において、ノズル47はノズルプレート40に形成され、共通液室43、個別供給路44、圧力室45、及びノズル連通口46は流路基板39に形成されている。なお、流路基板39は、複数の基板が積層されて構成されても良い。また、圧力室45は、共通液室43、個別供給路44及びノズル連通口46とは別の基板に形成されても良い。
上記ノズルプレート40は、複数のノズル47がY方向に沿って所定のピッチで並べて形成された板材であり、例えば、シリコン単結晶基板やステンレス鋼等の金属板から作製されている。このノズルプレート40には、Y方向に並ぶ複数のノズル47から構成されたノズル列48(ノズル群)が複数設けられている。ノズル列48は、液体噴射装置1で扱うインクの種類(即ち、色)の数等に応じてノズルプレート40に複数列設けられる。
流路基板39は、例えば、シリコン単結晶基板から作製された板材である。この流路基板39には、複数の圧力室45が、上記ノズル47にそれぞれ対応させてY方向に並べて形成されている。図5に示されるように、流路基板39において、圧力室45が形成された領域からX方向の外側に外れた領域には共通液室43が形成され、共通液室43と各圧力室45とが、圧力室45毎に設けられた個別供給路44を介して連通されている。共通液室43は、複数の圧力室45に共通に設けられた液室であり、ヘッドケース29の導入流路33を通じて供給されるインクを貯留する。本実施形態において、ヘッドケース29には、弁ユニット22の2つの導出部27にそれぞれ連通された2本の導入流路33が共通液室43に対応して設けられており、これらの導入流路33は、共通液室43におけるY方向の両端部とそれぞれ連通している。これにより、共通液室43には、Y方向における両端部からインクが導入されるので、例えば共通液室43に1つの導入流路33からインクが導入される構成と比較して、共通液室43から各圧力室45へのインクの供給圧が偏ることなくより均一化することが可能となる。その結果、ノズル47から噴射されるインクの量や飛翔速度等の吐出特性がばらつくことが抑制される。
個別供給路44のYZ平面における流路断面積は、圧力室45のYZ平面における断面積よりも小さく設定されている。圧力室45において個別供給路44側とは反対側には、流路基板39の厚さ方向であるZ方向を貫通したノズル連通口46が形成されている。このノズル連通口46は、圧力室45とノズルプレート40のノズル47とを1対1で連通させる流路である。なお、流路基板39におけるこれらの圧力室45、個別供給路44、および、ノズル連通口46は、例えば異方性エッチングにより形成されている。
上記振動板41は、支持板49と弾性膜50とが積層された二重構造である。本実施形態では、例えば金属板の一種であるステンレス板が支持板49とされ、この支持板49の表面に樹脂フィルムが弾性膜50として接合された複合板材により振動板41が構成されている。この振動板41には、圧力室45の容積を変化させるダイヤフラム51が設けられている。ダイヤフラム51は、エッチング加工等によって支持板49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51は、圧電素子35の先端面が接合される部分が島部52として残された状態で、その周囲の支持板49が環状に除去されて弾性膜50のみをされることで構成されている。そして、この島部52に圧電素子35の先端面が接合されているので、この圧電素子35が伸縮すると、これに応じてダイヤフラム51が変位し、これにより圧力室45の容積が変動する。この容積変動に伴って圧力室45内のインクに圧力変動(換言すると、圧力変化)が生じる。
そして、上記構成の液体吐出ヘッド10では、共通液室43から圧力室45を通ってノズル47に至るまでの流路内がインクで満たされた状態で、配線部材37を通じて印加される駆動信号に応じて圧電素子35が駆動されることにより、圧力室45内のインクに圧力変動が生じ、この圧力振動によって所定のノズル47からインクが噴射される。
次に、弁ユニット22について説明する。
図6は、弁ユニット22の斜視図、図7は、弁ユニット22の右側方図、図8は、弁ユニット22の左側方図である。また、図9は、液体導入部材21の装着領域24に配置された複数の弁ユニット22のうちの隣り合う2つの弁ユニット22の位置関係について説明する図であり、Z方向に直交する方向における断面図である。なお、図6から図8においては、主にユニット本体56の構成が図示されており、圧力調整弁57や可撓フィルム65等の図示は省略されている。また、図9において、隣り合う2つの弁ユニット22のうちのX方向における一方(図9中、左側)に配置された弁ユニット22を、適宜、第1弁ユニット22−1(本発明における第1弁機構に相当)と称し、X方向における他方(図9中、右側)に配置された弁ユニット22を、適宜、第2弁ユニット22−2(本発明における第2弁機構に相当)と称する。したがって、液体導入部材21の装着領域24に3つ以上の弁ユニット22が装着される構成において、X方向に隣り合う弁ユニット22同士の配置関係はそれぞれ図9に示されたものと同様となる。
本実施形態における弁ユニット22は、ユニット本体56を有している。このユニット本体56のY方向における一方の面には、2つの導入部26a,26bがZ方向における位置を異ならせて設けられている。この導入部26には、それぞれ一端がインクカートリッジ13に接続されたインク供給チューブ17の他端が接続される。また、ユニット本体56のZ方向における下面には、上述したように、液体導入部材21の装着領域24に設けられた液体導入針25が挿入される2つの導出部27a,27bがY方向における位置を異ならせて設けられている。つまり、弁ユニット22の導出部27a,27bには、装着領域24においてY方向に並ぶ液体導入針25の組がそれぞれ接続される。
ユニット本体56には、第1導入部26aから第1導出部27aに至る第1供給経路と、第2導入部26bから第2導出部27bに至る第2供給経路と、の2つのインク供給経路が設けられている。これらの供給経路は互いに独立した流路を構成しており、それぞれに圧力調整弁57a,57bが設けられている。即ち、1つの弁ユニット22は、2つの圧力調整弁57a,57bをそれぞれ備えている。これらの圧力調整弁57a,57bは、ユニット本体56において、Y方向の位置を異ならせて配置されており、また、Z方向の位置は揃えられている。なお、圧力調整弁57a,57bのZ方向の位置が揃えられているときに、XY平面上の少なくとも1つの方向から見て、圧力調整弁57aの少なくとも一部と圧力調整弁57bの少なくとも一部とが重なっていればよく、さらにそれぞれの連通口60が重なっていてもよい。このため、弁ユニット22が液体導入部材21の装着領域24に装着された状態(換言すると、装着領域24に設けられた液体導入針25が導出部27a,27bに挿入された状態)では、ノズルプレート40から各圧力調整弁57a,57bまでの間隔、より詳しくは、ノズルプレート40から各圧力調整弁57a,57bの圧力調整弁57a,57bまでの間隔が揃えられている。つまり、ノズルプレート40に対する水頭が、各圧力調整弁57a,57bで揃えられている。このため、各圧力調整弁57a,57bより下流、即ち、ノズル47側に供給されるインクの供給圧が揃えられるので、ノズル列48における各ノズル47の吐出特性のばらつきを抑制することができる。
ユニット本体56の両側面には、圧力調整弁57a,57bを収容する弁収容室58a,58b(換言すると、上流液室)がY方向における位置を異ならせて設けられている。即ち、第1導入部26aから第1導出部27aに至る第1供給経路に対応する圧力調整弁57aを収容する第1弁収容室58aが、本実施形態においてはユニット本体56の右側面であって、Y方向における導入部26側に偏らせて設けられている。また、第2導入部26bから第2導出部27bに至る第2供給経路に対応する圧力調整弁57bを収容する第2弁収容室58bが、本実施形態においてはユニット本体56の左側面であって、Y方向における導入部26側とは反対側に偏らせて設けられている。これらの弁収容室58a,58bは、ユニット本体56の側面から反対側の側面に向けて窪ませて形成された、略円形の開口形状を有する凹部である。ユニット本体56において弁収容室58a,58bとは反対側の側面には、それぞれ圧力調整室59a,59b(本発明における下流液室の一種)が形成されている。これらの圧力調整室59a,59bは、弁収容室58a,58bの開口面積よりも大きい開口面積に設定された略円形の開口形状を有する凹部であり、それぞれ対応する弁収容室58a,58bと連通口60を通じて連通している。
上記ユニット本体56の両側面には、例えば、ポリフェニレンサルファイドフィルムまたはポリイミドフィルム等の合成樹脂製フィルムで構成された可撓フィルム65が、熱溶着または接着剤により接合されている。これにより、ユニット本体56の両側面に開口している圧力調整室59a,59bや弁収容室58a,58b等の流路は、可撓フィルム65によって閉鎖されている。この可撓フィルム65において、圧力調整室59の開口部分を塞いで当該圧力調整室59の一部を区画している部分(換言すると、圧力調整室59の圧力変化に応じて変位する部分)と、後述する受圧板67とが、下流側蓋部材69として機能する。同様に、可撓フィルム65において、弁収容室58の開口部分を塞いで当該弁収容室58の一部を区画している部分は、上流側蓋部材70として機能する。
2つの導入部26a,26bのうち、Z方向における上側の第1導入部26aから導入されたインクは、ユニット本体56の右側面に形成された第1連通路61を介して弁収容室58aに流入する。弁収容室58aに流入したインクは、後述する圧力調整弁57aが連通口60を開くと、当該連通口60を介して圧力調整室59aに流入し、当該圧力調整室59aに開口した導出口63を通じて第1導出部27aに送り出される。同様に、Z方向における下側の第2導入部26bから導入されたインクは、ユニット本体56の右側面に形成された第2連通路62aと、当該第2連通路62aと連通孔64を介して連通しユニット本体56の左側面に形成された第2連通路62bと、を通じて弁収容室58bに流入する。そして、後述する圧力調整弁57bが連通口60を開くと、連通口60を介して圧力調整室59bに流入し、当該圧力調整室59bに開口した導出口63を通じて導出部27bに送り出される。
図9に示されるように、ユニット本体56の側面における各弁収容室58(58a,58b)の開口部よりも少し反対の側面側に窪んだ位置には、当該弁収容室58を塞ぐ状態でバネ受け座72がそれぞれ嵌め込まれている。このバネ受け座72には、インクが流通可能な流通孔75が形成されている。弁収容室58を閉鎖している可撓フィルム65とバネ受座72との間には隙間が形成されており、当該隙間には、さらにフィルター73が、弁収容室58の開口部を覆う状態で設けられている。このフィルター73は、導入部26側から弁収容室58側に流入するインクを濾過する。
上記弁収容室58a,58bは、それぞれ圧力調整弁57a,57b(本発明における弁体の一種)を収容している。圧力調整弁57は、連通口60に軸部54を挿通して、当該軸部54の先端部を圧力調整室59内に突出させている。また、圧力調整弁57は、連通口60の開口面積よりも広い面積を有する円盤状のシール部55を弁収容室58内に備えている。シール部55は、連通口60の開口周縁部に対して進退することにより連通口60を開閉する部分である。シール部55の連通口60の開口周縁部に対向する面には、突起状の弾性材が通口60の開口周縁部に対応させて環状に設けられており、当該弾性材を連通口60の開口周縁部に接触させることで連通口60をシールする。シール部55の背面、即ち、フィルター73と対向する側の面には、弁付勢部材74の一端が接続されており、この弁付勢部材74の他端は、バネ受け座72に接続されている。この弁付勢部材74は、圧力調整弁57を閉弁側、即ち、圧力調整室59側に付勢している。
圧力調整室59において連通口60の開口周縁部には、円筒状の隆起部76が突設されている。圧力調整室59内に突出した軸部54の先端部には、コイルバネ等から構成される受圧板付勢部材66を介して円盤状の受圧板67が設けられている。この受圧板付勢部材66は、隆起部76の頂面に取り付けられており、下流側蓋部材69を構成している受圧板67及び可撓フィルム65を圧力調整室59の外側に付勢している。このため、圧力調整弁57が連通口60を閉じ、圧力調整室59内にインクが十分に満たされた状態では、下流側蓋部材69は、ユニット本体56における圧力調整室59の開口面よりも外側に膨出する。即ち、可撓フィルム65の受圧板67に対応する部分が、可撓フィルム65とユニット本体56との溶着位置よりも外側(弁収容室58とは反対側)に位置する。この状態では、受圧板67は、圧力調整弁57の軸部54の先端には接触せず、両者の間には所定の間隙が形成される。
上記の構成において、弁ユニット22の導入部26(26a,26b)には、インクカートリッジ13側からインク供給チューブ17を通じてインクが供給される。ここで、液体吐出ヘッド10がノズル47からインクを吐出しない非記録状態、すなわちインクを消費しない状態においては、弁付勢部材74による付勢力が、圧力調整弁57におけるシール部55に作用する。また、シール部55には導入部26側から弁収容室58に供給されるインクの圧力も加わっている。これにより、圧力調整弁57のシール部55は、連通口60の開口周縁部に接触して当該連通口60を閉鎖し、閉弁状態となる。
一方、液体吐出ヘッド10が記録状態、つまり、ノズル47からインクが吐出されることでインクを消費する状態においては、圧力調整室59内のインクの減少に伴い、当該圧力調整室59の内部の圧力が大気圧よりも低下すると、下流側蓋部材69である可撓フィルム65が受圧板67を伴って弁収容室58側(換言すると、圧力調整室59の底部側)に変位する。可撓フィルム65がある程度、より具体的には、受圧板67と、圧力調整弁57の軸部54の先端との間隙に相当する距離だけ弁収容室58側に変位すると、受圧板67が圧力調整弁57の軸部54の先端部に接触する。この状態から圧力調整室59の内部の圧力がさらに低下し、その負圧が、受圧板付勢部材66、弁付勢部材74、インクの供給圧、及び可撓フィルム65の変位による反力の和(以下、適宜、バルブ閉成力ともいう。)よりも大きくなると、受圧板67が当該バルブ閉成力に抗しながら軸部54を押圧し、圧力調整弁57を弁収容室58側に向けて変位させる。これにより、シール部55による連通口60の周縁部への接触状態が解かれ、圧力調整弁57は閉弁状態から開弁状態に変換する。
開弁状態に変換されると、弁収容室58内におけるインクは、連通口60を通じて圧力調整室59内に供給され、これにより圧力調整室59内部の圧力が上昇する。これに伴い、圧力調整弁57は、上記のバルブ閉成力によって閉成方向(即ち、圧力調整室59側)に移動して再び閉弁状態に切り換えられる。その結果、弁収容室58から圧力調整室59へのインクの供給が停止される。上記構成において、下流側蓋部材69の面積、即ち、圧力調整室59の圧力変化に応じて変位する部分の受圧面積は、上流側蓋部材70の面積よりも大きく設定されることにより、圧力調整室59の圧力変化に応じた圧力調整弁57の開閉動作の精度を向上させることができる。即ち、受圧面積が広いほど、ユニット本体56や可撓フィルム65の形状や厚み等の製造誤差の影響を小さくすることができるので、圧力調整弁57の開閉動作をより安定させることができる。
本実施形態における液体導入部材21の装着領域24には、合計5つの弁ユニット22がX方向に並べて装着され、さらに、図2に示されるように、これらの弁ユニット22を収容空間53に収容した状態で、ホルダー23が取り付けられている。ホルダー23は、下部が開放された箱体状の部材であり、装着領域24を囲む四方の側壁78と、これらの側壁78の上部に設けられた天井面79とから構成されている。この天井面79には、収容空間53に配置された各弁ユニット22の導入部26に接続されるインク供給チューブ17が挿通される挿通口80が各弁ユニット22に対応する位置にそれぞれ形成されている。そして、これらの挿通口80にインク供給チューブ17が挿通されて、対応する弁ユニット22の導入部26に接続される。
ここで、本発明に係る液体吐出ヘッド10では、各ノズル47の吐出特性を揃えつつ、液体吐出ヘッド10の小型化が図られている。本実施形態においては、各弁ユニット22が配置される装着領域24における液体導入針25の配列に関し、図3に示されるように、Y方向において隣接する液体導入針25の形成間隔(即ち、中心間距離)P1は、X方向において隣接する液体導入針25の形成間隔P2以上に設定されている。したがって、装着領域24に装着される弁ユニット22のX方向における配置間隔、即ち、隣り合う弁ユニット22の導出部27同士の中心間距離はP2となり、また、各弁ユニット22の下面にY方向に並ぶ導出部27a,27bの中心間距離はP1に設定されている。
このため、図9に示されるように、隣り合う弁ユニット22は、下流側蓋部材69が最も外側に膨出した際に、対向する弁ユニット22に接触しない範囲内においてできるだけ互いに近づけて配置されている。本実施形態では、X方向に並ぶ一方の第1弁ユニット22−1において他方の第2弁ユニット22−2側の面(本実施形態では右側面)に設けられた下流側蓋部材69bは、第2弁ユニット22−2の上流側蓋部材70bと対向し、他方の第2弁ユニット22−2において一方の第1弁ユニット22−1側の面(本実施形態では左側面)に設けられた下流側蓋部材69aは、第1弁ユニット22−1の上流側蓋部材70aと対向している。つまり、X方向から見たときに、第2弁ユニット22−2の上流側蓋部材70bは、第1弁ユニット22−1の下流側蓋部材69bと重なる位置に配置されている。Y方向から見たときに、これらの下流側蓋部材69bと上流側蓋部材70bとはユニット本体56の外側に最大限に膨出した状態においても接触することなく、両者の間には隙間Gが生じる。同様に、X方向から見たとき、第1弁ユニット22−1の上流側蓋部材70aは、第2弁ユニット22−2の下流側蓋部材69aと重なる位置に配置されており、Y方向から見たときに、両者はユニット本体56の外側に最大限に膨出した状態においても互いに接触することなく隙間Gが生じる。
本実施形態の構成によれば、各弁ユニット22の下流側蓋部材69が変位する際に、隣り合う弁ユニット22の上流側蓋部材70と接触することが無いので、圧力調整室59の圧力変化に応じた圧力調整弁57の開閉動作を支障なく行うことができる。そして、第1弁ユニット22−1において第2弁ユニット22−2側の面に設けられた下流側蓋部材69bと、第2弁ユニット22−2において第1弁ユニット22−1側の面に設けられた下流側蓋部材69aとは、互いにY方向における位置を異ならせて配置されているが、Y方向から見たときに、両者はユニット本体56の外側に最大限に膨出した状態において互いに重なる位置関係及び間隔で配置されている。
このように、下流側蓋部材69が最も外側に膨出した状態で対向する弁ユニット22に接触しない範囲内で隣り合う弁ユニット22同士ができるだけ近づけて配置されているため、ホルダー23における各弁ユニット22の間には、壁が設けられていない。即ち、少なくとも、第1弁ユニット22−1と第2弁ユニット22−2との間の隙間Gのうち、X方向から見て下流側蓋部材69(69a,69b)と重なる領域において壁を有しない。但し、例えば、ホルダー23における各弁ユニット22の間に、X方向から見て下流側蓋部材69と重なる領域における弁ユニット22間の隙間Gに影響の無い(つまり、当該隙間Gを広げない)程度の厚さのリブ等のように、弁ユニット22の配置位置を規定する部分が、上記領域から外れた位置にあっても良い。
本発明に係る液体吐出ヘッド10によれば、ホルダー23においてX方向に隣り合う弁ユニット22の間に壁が無く、弁ユニット22同士が可及的に近づけて配置されているので、X方向において液体吐出ヘッド10の小型化が可能となる。そして、液体吐出ヘッド10を搭載する液体噴射装置1では、液体吐出ヘッド10がX方向に小型化された分だけ、当該液体吐出ヘッド10の走査範囲を縮小できるので、X方向において装置全体としての小型化が可能となる。また、上述したように、各弁ユニット22において、ノズルプレート40から圧力調整弁57までの間隔が揃えられているので、圧力調整弁57より下流、即ち、ノズル47側に供給されるインクの供給圧が各弁ユニット22の間で揃えられる。これにより、ノズル列48間の吐出特性のばらつきを抑制することができる。さらに、弁ユニット22は、Y方向に並ぶ2つの圧力調整弁57a,57bを備え、それぞれに対応する下流側蓋部材69a,69b同士をY方向において互いに離れた位置に配置しているので、これらの受圧面積をより大きく確保することができる。これにより、上述したように、圧力調整室59の圧力変化に応じた圧力調整弁57の開閉動作の精度を向上させることができる。本実施形態においては、さらに、下流側蓋部材69a,69bが、X方向における互いに反対側の面に設けられており、また、弁ユニット22におけるノズルプレート40から各圧力調整弁57a,57bまでの間隔が揃えられているので、各圧力調整弁57a,57bより下流のインクの供給圧が揃えられ、これにより、ノズル列48における各ノズル47の吐出特性のばらつきを抑制することができる。
なお、上記実施形態では、液体吐出ヘッド10が媒体の幅方向に走査しながらインクの吐出を行う構成を例示したが、これには限られず、媒体の搬送方向に交差する方向に単位ヘッドを複数配列した単位ヘッド群を有し、この単位ヘッド群によって形成されるノズル群の全長が媒体の最大記録幅に対応し、媒体の幅方向への走査が行われない所謂ライン型液体吐出ヘッドにも本発明を適用することができる。
また、上記実施形態では、共通液室43に2つの導入流路33が設けられていたが、1つの導入流路33が設けられるだけでもよく、3つ以上の導入流路33が設けられるのでもよい。
また、上記実施形態では、液体導入針25に弁ユニット22を装着したが、液体貯留容器を装着してもよい。
この他、本発明は、弁ユニットを複数備えた構成を採用する液体吐出ヘッド、これを備える液体吐出装置にも適用することができる。例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材吐出ヘッド、有機EL(Electro Luminescence)ディスプレイ、FED(面発光ディスプレイ)等の電極形成に用いられる電極材吐出ヘッド、バイオチップ(生物化学素子)の製造に用いられる生体有機物吐出ヘッド等を複数備える液体吐出ヘッド、及び、これを備える液体吐出装置にも本発明を適用することができる。
1…液体噴射装置,2…フレーム,3…プラテン,4…ガイド部材,5…キャリッジ,6…パルスモーター,7…駆動プーリー,8…遊転プーリー,9…タイミングベルト,10…液体吐出ヘッド,11…キャッピング機構,12…キャップ,13…インクカートリッジ,14…カートリッジホルダー,17…インク供給チューブ,18…FFC,20…ヘッド本体部,21…液体導入部材,22…弁ユニット,23…ホルダー,24…装着領域,25…液体導入針,26…導入部,27…導出部,29…ヘッドケース,30…流路ユニット,31…アクチュエーターユニット,32…収容室,33…導入流路,35…圧電素子,36…固定板,37…配線部材,39…流路基板,40…ノズルプレート,41…振動板,43…共通液室,44…個別供給路,45…圧力室,46…ノズル連通口,47…ノズル,48…ノズル列,49…支持板,50…弾性膜,51…ダイヤフラム,52…島部,53…収容空間,54…軸部,55…シール部,56…ユニット本体,57…圧力調整弁,58…弁収容室,59…圧力調整室,60…連通口,61…第1連通路,62…第2連通路,63…導出口,64…連通路,65…可撓フィルム,66…受圧板付勢部材,67…受圧板,69…下流側蓋部材,70…上流側蓋部材,72…バネ受座,73…フィルター,74…弁付勢部材,75…流通孔,76…隆起部,78…側壁,79…天井面,80…挿通口

Claims (8)

  1. 弁体よりも下流の流路内の圧力に応じて前記弁体を開閉する弁機構と、
    前記弁機構から供給された液体を吐出する複数のノズルが設けられたノズルプレートと、
    複数の前記弁機構を収容する収容空間を有するホルダーと、
    を備え、
    複数の前記ノズルは、互いに直交する3つの方向である第1方向、第2方向、第3方向のうち前記ノズルプレートに垂直な方向を第1方向とした場合に、前記第2方向と前記第3方向とに沿った前記ノズルプレートに複数並べられ、
    前記弁機構は、前記第3方向に隙間を空けて並べられた第1弁機構と、第2弁機構と、を含み、
    前記第1弁機構及び前記第2弁機構は、前記弁体より下流の下流液室の一部を区画すると共に当該下流液室内の圧力に応じて変位する下流側蓋部材を、互いに対向するようにそれぞれ有し、
    前記第1方向において、前記ノズルプレートと第1弁機構の前記弁体との間隔と、前記ノズルプレートと第2弁機構の前記弁体との間隔と、は揃えられ、
    前記ホルダーは、前記第1弁機構と前記第2弁機構との前記隙間のうち、前記第3方向から見て前記下流側蓋部材と重なる領域において壁を有しないことを特徴とする液体吐出ヘッド。
  2. 弁体よりも下流の流路内の圧力に応じて前記弁体を開閉する弁機構と、
    前記弁機構から供給された液体を吐出する複数のノズルが設けられたノズルプレートと、
    を備え、
    複数の前記ノズルは、互いに直交する3つの方向である第1方向、第2方向、第3方向のうち前記ノズルプレートに垂直な方向を第1方向とした場合に、前記第2方向と前記第3方向とに沿った前記ノズルプレートに複数並べられ、
    前記弁機構は、前記第3方向に隙間を空けて並べられた第1弁機構と、第2弁機構と、を含み、
    前記第1弁機構及び前記第2弁機構は、前記弁体より下流の下流液室の一部を区画すると共に当該下流液室内の圧力に応じて変位する下流側蓋部材を、互いに対向するようにそれぞれ有し、
    前記第1方向において、前記ノズルプレートと第1弁機構の前記弁体との間隔と、前記ノズルプレートと第2弁機構の前記弁体との間隔と、は揃えられ、
    第1弁機構の前記下流側蓋部材と、前記第2弁機構の前記下流側蓋部材とは、第3方向における位置が異なり、かつ、第2方向から見て互いに少なくとも一部で重なることを特徴とする液体吐出ヘッド。
  3. 前記弁機構からの液体を前記ノズルに導入する液体導入部が、複数の前記ノズルがノズル列を形成する前記第2方向に沿って複数並べられてなる液体導入部の組が、前記第3方向に沿って複数組並べられ、
    前記第2方向において隣接する前記液体導入部の形成間隔が、前記第3方向において隣接する前記液体導入部の形成間隔以上であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の液体吐出ヘッド。
  4. 液体を吐出する複数のノズルが設けられたノズルプレートと、
    前記ノズル側に液体を導入するための複数の液体導入部と、
    を備え、
    複数の前記ノズルは、前記ノズルプレートに垂直な第1方向に直交する第2方向に沿って並べられてノズル列を形成し、前記ノズル列は、前記第1方向及び前記第2方向のそれぞれに直交する第3方向に沿って複数並べられ、
    前記液体導入部が前記第2方向に沿って複数並べられてなる液体導入部の組が、前記第3方向に沿って複数組並べられ、
    前記第2方向において隣接する前記液体導入部の形成間隔が、前記第3方向において隣接する前記液体導入部の形成間隔以上であることを特徴とする液体吐出ヘッド。
  5. 弁体よりも下流の流路内の圧力に応じて前記弁体を開閉して、前記液体導入部への液体の供給を制御する弁機構を複数備え、
    複数の前記弁機構は、前記液体導入部の組にそれぞれ接続されて前記第3方向に並べて配置され、
    前記第1方向において、前記ノズルプレートと第1弁機構の前記弁体との間隔と、前記ノズルプレートと第2弁機構の前記弁体との間隔と、が揃えられたことを特徴とする請求項4に記載の液体吐出ヘッド。
  6. 前記液体導入部の組を構成する前記液体導入部の数は、前記第3方向に並ぶ前記液体導入部の組の数より少なく、
    前記第2方向において隣接する前記液体導入部の形成間隔が、前記第3方向において隣接する前記液体導入部の形成間隔よりも大きいことを特徴とする請求項3から請求項5の何れか一項に記載の液体吐出ヘッド。
  7. 複数の前記弁機構を収容する収容空間を有するホルダーを備え、
    前記ホルダーは、前記第1弁機構と前記第2弁機構との前記隙間のうち、前記第3方向から見て前記下流側蓋部材と重なる領域において壁を有しないことを特徴とする請求項2から請求項6の何れか一項に記載の液体吐出ヘッド。
  8. 請求項1から請求項7の何れか一項に記載の液体吐出ヘッドを備えることを特徴とする液体吐出装置。
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