JP2023045533A - 液体吐出ヘッドおよび液体充填方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液体を液体吐出部に安定して供給することができる初期充填を行う。【解決手段】液体吐出ヘッド５は、液体を吸収保持可能な液体吸収体１８を内包した液体収容部２５と、液体吸収体１８に保持された液体が供給され、該液体を吐出する液体吐出部８と、液体収容部２５の底面２５ａに設けられ、液体吐出部８と連通する開口２１ａと、を有する。液体吸収体１８は、底面２５ａと対向し、開口２１ａに密着する。液体吐出ヘッド５は、さらに、液体収容部２５の底面２５ａと対向する面に設けられた液体の注入口３３と、液体吸収体１８と底面２５ａとの間に設けられ、開口２１ａを囲む空間４０と、底面２５ａに沿って設けられ、注入口３３と対向する領域から開口２１ａに向かって延び、空間４１ａに連通する液体導入路２２と、を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、液体を吐出する液体吐出ヘッドおよびその液体充填方法に関する。

特許文献１には、液体を吸収保持可能な液体吸収体を内包した液体収容部と、液体吸収体に保持された液体が供給される液体吐出部と、を有する液体吐出ヘッドが記載されている。液体収容部の底面には、液体吐出部と連通する開口が設けられている。液体吸収体は、開口に密着している。液体吸収体に保持された液体が、開口を介して液体吐出部に供給される。
液体を液体吸収体に予め充填する初期充填を行うことで、液体吐出ヘッドを初めて稼働した際の、液体吐出部への液体供給を安定して行うことができる。上記液体吐出ヘッドにおいて、初期充填を行う場合は、液体の注入口を液体収容部の底面と対向する面（以下、上面と称す）に設ける。液体注入針を注入口に挿入して、液体を液体吸収体に充填する。

特開２０１７－８１０８３号公報

液体を液体吐出部に安定して供給するために、初期充填において、少なくとも液体吸収体の開口と密着している領域の近傍に液体を充填する必要がある。しかし、特許文献１に記載の液体吐出ヘッドにおいては、液体吸収体の開口と密着している領域の近傍に液体を充填することは困難である。

本発明の目的は、液体を液体吐出部に安定して供給することができる初期充填を行うことにある。

上記目的を達成するため、本発明の一態様によれば、液体を吸収保持可能な液体吸収体を内包した液体収容部と、前記液体吸収体に保持された液体が供給され、該液体を吐出する液体吐出部と、前記液体収容部の底面に設けられ、前記液体吐出部と連通する開口と、を有し、前記液体吸収体が、前記底面と対向し、前記開口に密着する液体吐出ヘッドであって、前記液体収容部の前記底面と対向する面に設けられた液体の注入口と、前記液体吸収体と前記底面との間に設けられ、前記開口を囲む空間と、前記底面に沿って設けられ、前記注入口と対向する領域から前記開口に向かって延び、前記空間に連通する液体導入路と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、液体を液体吐出部に安定して供給することができる初期充填を行うことができる。

本発明の液体吐出ヘッドを搭載する液体吐出装置の一例を示す概略斜視図である。 図１に示す液体吐出装置の液体供給形態を説明するための模式図である。 本発明の第１の実施形態による液体吐出ヘッドの構成を示す断面図である。 図３に示す液体吐出ヘッドの外観を示す斜視図である。 液体が液体吸収体に浸透する状態を示す模式図である 図４におけるＡ－Ａ線に沿った断面の内部構成を示す斜視図である。 支持部がフィルタよりも高い場合の液体吸収体の弾性変形の状態を示す模式図である。 支持部がフィルタよりも高い場合の液体吸収体に保持した液体の流れを示す模式図である。 支持部がフィルタよりも低い場合の液体吸収体の弾性変形の状態を示す斜視図である。 支持部がフィルタよりも低い場合の液体吸収体に保持した液体の流れを示す模式図である。 図３に示す液体吐出ヘッドの初期充填を説明するための工程図である。 液体の回り込みを説明するための模式図である。 液体導入路の変形例を示す模式図である。 凸部の変形例を示す模式図である。 本発明の第２の実施形態による液体吐出ヘッドの構成を示す模式図である。 図１５に示す液体吐出ヘッドの内部構成を説明するための模式図である。 図１５に示す液体吐出ヘッドの初期充填方法を説明するための工程図である。 本発明の第２の実施形態の液体吐出ヘッドの変形例を示す模式図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。但し、実施形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、本発明の範囲をそれらに限定する趣旨のものではない。

（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態に係る液体吐出ヘッドを搭載する液体吐出装置について説明する。図１は、液体吐出装置の外装を外した状態を示す斜視図である。図２は、液体を液体吐出ヘッドに供給する液体供給形態の概略構成を模式的に示す概略断面図である。

図１に示す液体吐出装置１は、シリアルスキャン方式の記録装置である。液体吐出装置１は、液体吐出ヘッド５と、液体収納容器２と、液体吐出ヘッド５と液体収納容器２とを流体的に連結する、チューブ等の可撓性部材３とを有する。液体吐出ヘッド５は、キャリッジ３１に搭載される。紙等の記録媒体が、搬送ローラによって搬送される。キャリッジ３１は、記録媒体の搬送方向と直交する方向に往復移動する。液体吐出ヘッド５は、記録媒体に向けて液体を吐出する。液体収納容器２は、液体を収容可能な液体タンクであって、キャリッジ３１の外部に設置されている。

図２に示すように、液体吐出ヘッド５は、インク等の液体を吸収保持可能な液体吸収体１８を内包した液体収容部２５と、液体吸収体１８に保持された液体が供給される液体吐出部８と、を有する。液体吸収体１８は、例えば繊維吸収体からなる。液体収容部２５と液体吐出部８とは、液体流路２０を介して連通している。可撓性部材３の一方の端部には、液体収容部２５に連結するためのジョイント６が設けられている。ジョイント６は、キャリッジ３１に取り付けられている。液体吐出ヘッド５をキャリッジ３１に搭載した状態で、液体収容部２５がジョイント６および可撓性部材３を介して液体収納容器２と連通する。

液体収納容器２は、液体収納部１０と、バッファ室１１とを有する。液体収納部１０は、連通路１５を介してバッファ室１１と連通している。連通路１５は、バッファ室１１側に連通開口１２を有する。液体収納部１０は、連通開口１２を除き、内部の密閉が確保されている。液体収納部１０には、連結管１３が取り付けられている。連結管１３は、液体収納部１０の内部と連通している。連結管１３は、液体収納部１０の重力方向の最も下方の位置に近接して設けられている。
バッファ室１１には、外気連通孔１４が設けられている。バッファ室１１の内部は、外気と連通している。液体収納容器２の環境温度が高くなった場合や、環境圧力が低くなった場合（低気圧になった場合）に、液体収納部１０の内部または液体吐出ヘッド５内のエアが膨張した分の液体をバッファ室１１に逃がすことができる。

液体吐出部８は、複数の吐出口と、これら吐出口にそれぞれ連通する複数の圧力室と、これら圧力室にそれぞれ連通する複数の流路と、を有する。液体は、液体収容部２５から液体吐出部８の各圧力室に供給される。各圧力室の内部には、液体を吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子が設けられている。エネルギー発生素子として、例えば発熱素子（電気熱変換体）や圧電素子等を用いることができる。例えば、エネルギー発生素子として発熱素子を用いた場合、発熱素子を通電して熱エネルギーを発生させることにより、圧力室内の液体が発泡する。この発泡を利用して吐出口から液滴を吐出させる。

液体収納容器２と液体吐出ヘッド５との間の液体供給経路において、液体吐出部８の吐出口と液体収納容器２の連通開口１２のみが外気と接する。液体吐出ヘッド５をキャリッジ３１に搭載した状態において、液体吐出部８は、液体収納容器２の液面よりも高い位置に配置される。したがって、水頭差によって、液体吐出部８の内部に負圧が生じる。この負圧によって、液体吐出部８の吐出口から液体が落下することなく、液体吐出部８の内部に液体を保持することが可能である。なお、本実施形態では、水頭差は、液体吐出部８の吐出口と液体収納容器２の連通開口１２との間で高低差によって生じる。この場合、液体収納容器２における液体収納部１０の内部で液体の液面がどのような位置にあっても、液体吐出部８の内部において一定の負圧を保つことが可能である。

また、液体吐出部８が液体を吐出する動作を継続すると、液体吐出部８の内部の負圧が大きくなる。液体吐出部８の内部の負圧が、液体収納容器２から液体吐出ヘッド５までの液体供給経路の流抵抗と連通開口１２におけるメニスカス力との和よりも大きくなると、連通開口１２から液体収納部１０へ外気が取り込まれる。これにより、可撓性部材３を介して液体収納容器２から液体吐出ヘッド５に液体が供給される。その結果、液体吐出部８の内部の負圧が緩和される。このような一連の動作により、液体収納容器２から液体吐出ヘッド５への液体の供給が行われる。

次に、液体吐出ヘッド５の構成を詳細に説明する。図３は、液体吐出ヘッド５の構成を模式的に示す断面図である。図４は、液体吐出ヘッド５の外観を示す斜視図である。
図３および図４を参照すると、液体吐出ヘッド５は、液体収容部２５と、液体吐出部８と、液体流路２０とを備えたケース１６を有する。液体流路２０は、液体収容部２５と液体吐出部８とを連通する。液体収容部２５は、底面２５ａから突出した凸部２１を有する。凸部２１は、液体吸収体１８側に液体吐出部８と連通する開口２１ａを備える。開口２１ａは、液体流路２０の開口端であり、凸部２１の頂部に設けられている。液体吐出部８にゴミが混入しないようにフィルタ１９が開口２１ａに設けられている。液体吸収体１８は、底面２５ａと対向し、凸部２１の開口２１ａに密着している。

液体収容部２５の上面は開口しており、この開口を塞ぐように、蓋部材１７が溶着されている。蓋部材１７は、液体収容部２５の底面２５ａと対向する面を備え、この面に、液体吸収体１８を底面２５ａに向けて付勢する付勢部材が設けられている。具体的には、付勢部材である複数の押えリブ２９が蓋部材１７の内側の面（底面２５ａ側の面）に設けられている。蓋部材１７が溶着された状態において、押さえリブ２９が、液体吸収体１８を底面２５ａに向けて付勢する。液体吐出ヘッド５をキャリッジに搭載した状態において、押さえリブ２９の付勢方向は、重力方向下方である。この付勢により、液体吸収体１８の底面２５ａと対向する面（以下、下面１８ａと記す）が弾性変形し、液体吸収体１８のフィルタ１９と密着した部分が圧縮される。その結果、液体吸収体１８とフィルタ１９とが確実に密着する。

蓋部材１７には、液体供給管７が設けられている。液体供給管７は、蓋部材１７を貫通するパイプ状の流路である。液体供給管７の一方の開口端７ａは、蓋部材１７の外側の面（底面２５ａとは反対側の面）から突出しており、この突出した開口端７ａがジョイント６と連結可能に構成されている。液体吐出ヘッド５において、液体吐出部８の吐出口及び液体供給管７の開口端７ａを除き、内部は密閉状態になっている。
ジョイント６は、供給路２６および弾性部材９を有する。供給路２６は、可撓性部材３に連通している。弾性部材９は、供給路２６の内壁に設けられている。供給路２６の内径は、液体供給管７の開口端７ａの外径よりも大きい。液体供給管７の開口端７ａを供給路２６に挿入することで、液体供給管７とジョイント６を連結する。弾性部材９は、液体供給管７とジョイント６との連結部をシールする役割を持つ。これにより、連結部から液漏れすることなく、ジョイント６を介して液体を液体収容部２５に供給することができる。

蓋部材１７とジョイント６との互いの対向する面に、位置決め手段として、突出部２７および位置決め口２８が設けられている。突出部２７は、ピン形状であり、蓋部材１７の外側の面（底面２５ａとは反対側の面）から突出している。ジョイント６の突出部２７と対向する位置には、位置決め口２８が形成されている。突出部２７が位置決め口２８に挿入されることにより、蓋部材１７とジョイント６との間の位置決めを適切に行うことができる。これにより、ジョイント６をヘッド５に精度良く取り付けることが可能になる。

蓋部材１７の開口２１ａと対向する領域から離れた部分に、液体注入針３７が挿入される注入口３３が設けられている。注入口３３は、蓋部材１７の溶着後に行われる初期充填において、液体吸収体１８に液体を充填する際に用いられる。注入口３３の直径を大きくすることで、直径の大きな液体注入針３７を使用でき、液体の注入速度を上げることができる。ここでは、注入口３３の直径は、液体供給管７の直径よりも大きい。初期充填後、テープ等のシール材３５を用いて注入口３３を塞ぐ。シール材３５に代えて、注入口３３を塞ぐように弾性部材を付設し、液体注入針３７で弾性部材を貫通する構成としてもよい。ただし、シール材３５を用いた方が、液漏れを確実に防止することができる。

液体収容部２５は、液体吸収体１８と底面２５ａとの間に設けられ、凸部２１（開口２１ａ）を囲む空間４０と、底面２５ａに沿って設けられ、注入口３３と対向する領域から開口２１ａに向かって延び、空間４０に連通する液体導入路２２を有する。液体吸収体１８の下面１８ａのうち、開口２１ａ（フィルタ１９）に密着した密着領域１８ｂに隣接する領域は、空間４０に露出している。液体注入針は、注入口３３から液体導入路２２まで挿入可能な長さを有する。初期充填では、液体注入針を注入口３３から液体導入路２２まで挿入し、液体注入針の先端から液体導入路２２に所定量の液体を注入する。液体は、液体導入路２２から空間４０に流入し、液体吸収体１８に吸収保持される。

図３中、領域３０ａが初期充填領域である。液体は、液体吸収体１８の密着領域１８ｂの近傍に充填されている。さらに、液体は、密着領域１８ｂから液体供給管７側の面の近くまで浸透している。この初期充填は、液体吐出ヘッド５を稼働する前に行われる前処理（例えば、製品出荷前に行われる前処理）である。
初期充填が完了した液体吐出ヘッド５において、液体吐出部８が液体吐出を開始すると、初期充填領域３０ａに保持されている液体が消費される。液体の消費に応じて、液体が液体供給管７を介して液体収容部２５に補給される。

図５は、液体供給管７から供給された液体が液体吸収体１８に浸透する状態を示す模式図である。図５に示すように、液体供給管７から供給された液体は、液体吸収体１８の上面側から浸透する。図５中、領域３０ｂが、液体供給管７から供給された液体の浸透領域である。浸透領域３０ｂは、液体吸収体１８の繊維方向に広がりながら初期充填領域３０ａに達する。その結果、液体吸収体１８は、液体供給管７側から開口２１ａ（フィルタ１９）側までの領域全体に液体が浸透している状態となる。このように、液体吐出を開始すると、初期充填領域３０ａの液体がなくなる前に、浸透領域３０ｂが初期充填領域３０ａに達することで、液体を液体吐出部８に安定して供給することができる。

次に、液体収容部２５の構成を詳細に説明する。図６は、図４におけるＡ－Ａ線に沿って液体吐出ヘッド５を切断した場合の内部構成を模式的に示す斜視図である。
図６に示すように、凸部２１は、底面２５ａから突出して設けられており、その上面にフィルタ１９が配置されている。液体収容部２５には、液体吸収体１８の下面１８ａを支持する支持部３６が設けられている。支持部３６は、凸部２１と同程度の高さになるように設けられている。ここで、支持部３６と凸部２１の高さは、底面２５ａからの高さを意味する。また、凸部２１の高さは、フィルタ１９の高さと同義である。

支持部３６は、凸部２１側が開口したＵ字形状であり、液体収容部２５の側壁２５ｂの内周面に沿って形成されている。支持部３６の中央部には、注入口３３と対向する領域から凸部２１に向かって延在する溝部３４が設けられている。溝部３４は、断面形状が凹状であって、液体導入路２２の一部を構成する。溝部３４の底面は、液体収容部２５の底面２５ａと同じ高さである。溝部３４の凸部２１側の端部が溝部先端３４ａであり、溝部３４の凸部２１とは反対側の端部が溝部後端３４ｂである。溝部先端３４ａは空間４０まで達し、溝部後端３４ｂは液体収容部２５の内壁２５ｂには達していない。なお、溝部３４の底面は、注入口３３と対向する領域から凸部２１に向かって傾斜した下り傾斜を有していてもよい。

液体吸収体１８の下面１８ａは、凸部２１と支持部３６に当接する。押えリブ２９の付勢によって、液体吸収体１８が弾性変形する。液体吸収体１８のうち、凸部２１および支持部３６のそれぞれの上部に位置する部分が圧縮される。圧縮された部分（圧縮部分）の繊維密度は、圧縮されていない部分（非圧縮部分）の繊維密度よりも高い。繊維密度が高いほど、液体の毛管力が増大する。液体は、毛管力の弱い部分から毛管力の強い部分へ流れる。液体吸収体１８のフィルタ１９上に位置する部分の毛管力を高めることで、液体吸収体１８に保持された液体をフィルタ１９との密着領域１８ｂの近傍に集めることができる。その結果、フィルタ１９を介した液体流路２０への液体供給を効率的に行うことができる。毛管力を利用した液体の流れの詳細については、後述する。

空間４０は、凸部２１の側壁２１ｂの外周面を囲むように形成されている。液体吸収体１８の下面１８ａの一部が、空間４０の上面（底面２５ａとは反対側の面）を構成する。液体吸収体１８の弾性変形によって、液体吸収体１８の下面１８ａのうちの空間４０の上面を構成する部位が、底面２５ａ側に張出している。この空間４０の上面の変形は、凸部２１と支持部３６の高さの関係と、凸部２１と支持部３６の段差距離ｄ１（空間４０の幅）とに依存する。空間４０の上面の変形が小さいと、液体吸収体１８が空間４０に流入した液体を十分に吸収することができず、一部の液体が空間４０の底面２５ａに残る場合がある。このため、空間４０に流入した液体が底面２５ａに残ることなく液体吸収体１８に吸収されるように、凸部２１と支持部３６の高さの関係と段差距離ｄ１を適宜に設定することが好ましい。

以下に、凸部２１と支持部３６との高さの関係と段差距離ｄ１について具体的に説明する。
液体吸収体１８のフィルタ１９上に位置する部分の毛管力を高めるために、凸部２１の高さは１ｍｍから２ｍｍ程度の範囲が好ましい。なお、凸部２１の高さが１ｍｍ未満の場合は、保持部材１８の圧縮の程度が低いため、液体が密着領域１８ｂの近傍に集中し難く、要求される毛管力を利用した液体供給性能を得ることができない場合がある。

凸部２１の高さが３ｍｍ以上の場合は、一部の液体が液体吸収体１８に吸収されずに空間４０に残る場合がある。この場合は、液体吸収体１８の初期充填状態（初期充填領域３０ａの範囲）が変化し、液体吐出が不安定になる可能性がある。液体の安定供給を行うためには、液体吸収体１８の初期密度にもよるが、例えば、段差距離ｄ１が３ｍｍの場合に、支持部３６の高さは１ｍｍ程度が好ましい。ここで、初期密度は、圧縮なしの状態の密度であり、液体吸収体１８を所定の寸法で切断したときの重量で定義できる。

図７は、支持部３６がフィルタ１９よりも高い場合の液体吸収体１８の弾性変形の状態を示す。図７（ａ）は図４のＣ－Ｃ線に沿った断面の構成を模式的に示し、図７（ｂ）は図４のＢ－Ｂ線に沿った断面の構成を模式的に示す。図７（ａ）および図７（ｂ）には、便宜上、初期充填前の状態が示されている。この例では、支持部３６は、フィルタ１９よりも１．５ｍｍ高い。
図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、支持部３６がフィルタ１９よりも高い場合、液体吸収体１８の下面１８ａは支持部３６で持ち上げられた状態となる。液体吸収体１８の下面１８ａは、フィルタ１９に密着しているが、空間４０の上面を構成する部位４０ａは、支持部３６の角を起点に弾性変形して底面２５ａ側に張出している（図７中の丸枠で示した個所）。上面の部位４０ａと底面２５ａとの距離が大きいため、空間４０に流入した液体の一部が、液体吸収体１８に吸収されずに残ってしまう。

図８は、支持部３６がフィルタ１９よりも高い場合の液体吸収体１８に保持した液体の流れを説明するための模式図である。液体吸収体１８において、支持部３６の上方に位置する領域５０の繊維密度は、フィルタ１９の上方に位置する領域５１の繊維密度よりも高い。換言すると、支持部３６の上方の領域５０の毛管力は、フィルタ１９の上方の領域５１の毛管力よりも高い。この場合、液体吸収体１８に保持された液体をフィルタ１９の上方の領域５１（密着領域１８ｂの近傍）に集め難いため、液体吐出が不安定になる場合がある。

具体的に説明すると、液体吐出部８が液体吐出を開始すると、フィルタ１９の上方の領域５１に保持された液体が消費される。液体の消費に応じて、領域５１に隣接する領域のうち、繊維密度の低い領域５２から領域５１に向かって液体が流れる（図８中の線幅が大きい方の矢印）。さらに、繊維密度の低い領域の液体が消費されると、支持部３６の上方の領域５０から領域５１に向かって液体が流れる（図８中の線幅が小さい方の矢印）。しかし、領域５０の毛管力が強いため、液体の流れが遅い。このため、液体吐出部８の液体消費に対して、液体吸収体１８からの液体供給が間に合わなくなり、液体の不吐出等が生じる。

図９は、支持部３６がフィルタ１９よりも低い場合の液体吸収体１８の弾性変形の状態を示す。図９（ａ）は図４のＣ－Ｃ線に沿った断面の構成を模式的に示し、図９（ｂ）は図４のＢ－Ｂ線に沿った断面の構成を模式的に示す。図９（ａ）および図９（ｂ）には、便宜上、初期充填前の状態が示されている。
図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、支持部３６がフィルタ１９よりも低い場合は、液体吸収体１８の下面１８ａはフィルタ１９に密着し、空間４０の上面を構成する部位４０ａは、凸部２１の角を起点に弾性変形して底面２５ａ側に張出している。この場合、上面の部位４０ａと底面２５ａとの距離は、図７に示した場合と比較して小さい。したがって、空間４０に流入した液体のほとんどを、液体吸収体１８に吸収することができる。

図１０は、支持部３６がフィルタ１９よりも低い場合の液体吸収体１８に保持した液体の流れを説明するための模式図である。液体吸収体１８において、フィルタ１９の上方の領域５１の繊維密度は、支持部３６の上方の領域５０の繊維密度よりも高い。換言すると、フィルタ１９の上方の領域５１の毛管力は、支持部３６の上方の領域５０の毛管力よりも高い。この場合、液体吸収体１８に保持された液体をフィルタ１９の上方の領域５１（密着領域１８ｂの近傍）に集め易いため、液体吐出を安定して行うことができる。

なお、支持部３６がフィルタ１９よりも低い場合、溝部３４の幅にもよるが、支持部３６の高さは１ｍｍ以上にすることが好ましい。支持部３６の高さが１ｍｍ未満の場合は、液体吸収体１８が弾性変形して溝部３４を塞ぐ場合がある。液体吸収体１８が溝部３４を塞ぐと、液体の流れをせき止めてしまい、液体が空間４０の方向に流れなくなる。その結果、液体吸収体１８のフィルタ１９との密着領域１８ｂの近傍への液体注入状態にムラが生じ、液体吐出が不安定になる。

次に、液体吐出ヘッド５の液体充填方法について説明する。図１１は、初期充填工程を説明するための工程図を示す。図１１の（ａ）～（ｃ）、（ｅ）、（ｆ）には、図４におけるＢ－Ｂ線に沿った断面の構成が模式的に示されている。図１１（ｄ）には、図４におけるＡ－Ａ線に沿った断面の構成が模式的に示されている。
図１１（ａ）は、液体注入針３７を注入口３３に挿入する前の状態を示す。図１１（ａ）に示すように、蓋部材１７が溶着された液体吐出ヘッド５において、液体吸収体１８の下面１８ａと液体収容部２５の底面２５ａとの間には、空間４０および液体導入路２２が形成されている。注入口３３は、液体導入路２２の後端部である溝部後端３４ｂの上方に位置する。

図１１（ｂ）に示すように、液体注入針３７を注入口３３に挿入する。液体注入針３７は、液体吸収体１８を貫通し、その先端が液体導入路２２に達する。液体注入針３７は、その先端が液体導入路２２の底面に当たる前に止める。
図１１（ｃ）および図１１（ｄ）は、液体注入針３７から液体導入路２２への液体注入を開始した直後の状態を示す。不図示のバルブを開き、不図示のポンプまたはシリンダーを用いて加圧することで、液体注入針３７の先端から液体を流出させる。所定量の液体が、液体注入針３７の先端から液体導入路２２に供給される。液体は、溝部後端３４ｂから溝部先端３４ａに流れ、その後、空間４０に流入する。

図１１（ｅ）は、液体が液体吸収体１８に注入される状態を示す。液体導入路２２及び空間４０が液体で満たされると、液体吸収体１８の下面１８ａの、液体導入路２２および空間４０に露出した部分から、液体が液体吸収体１８内に徐々に侵入する。液体注入針３７からの液体注入により、液体導入路２２内および空間４０内の圧力が増大する。液体の流れは、液体導入路２２の溝部後端３４ｂでせき止められており、凸部２１の側壁２１ｂを乗り上げる。その結果、液体吸収体１８のフィルタ１９との密着領域１８ｂの近傍における液体の侵入量が、それ以外の領域における液体の侵入量よりも増大する。

図１１（ｆ）は、液体吸収体１８への液体注入が完了した状態を示す。液体吸収体１８において、初期充填領域３０ａは、密着領域１８ｂの近傍から上面（下面１８ａとは反対側の面）の液体供給管７と対向する領域付近まで広がっている。このように、液体を液体吸収体１８に予め馴染ませることで、液体を液体供給管７から供給した際に、液体を液体吐出部８に安定して供給することができる。
液体注入完了後、注入口３３に挿入されていた液体注入針３７を抜き、テープ３５を用いて注入口３３を塞ぐ。テープ３５を用いたシールに代えて、ピン等の部材を注入口３３に挿入して加締めることで、注入口３３を塞いでもよい。

上述した本実施形態の液体吐出ヘッド５によれば、図１１（ｆ）に示したように、初期充填において、液体吸収体１８の開口２１ａ（フィルタ１９）との密着領域１８ｂの近傍に液体を充填することができる。よって、初期充填後、液体吐出部８が液体吐出を開始した際に、液体を液体吐出部８に安定して供給することができる。
また、液体導入路２２を構成する溝部３４は、支持部３６の中央に設けられており、液体収容部２５の側壁２５ｂの内面に接していない。これにより、液体導入路２２に注入された液体が、側壁２５ｂの内面に沿って液体吸収体１８の上面側に回り込むことを抑制している。なお、溝部３４が側壁２５ｂの内面に接している場合は、液体導入路２２に注入された液体の一部が、側壁２５ｂの内面と液体吸収体１８との隙間を通って液体吸収体１８の上面側に回り込む。

図１２は、溝部後端３４ｂと壁２５との間に支持部３６が存在しない場合の液体の回り込みを示す模式図である。初期充填を行うと、液体の一部が、側壁２５ｂの内面と液体吸収体１８との隙間を通って液体吸収体１８の上面側に回り込む。上面側に回り込んだ液体は、初期充填領域３０ａの形成に寄与しない。よって、初期充填領域３０ａを形成するための液体が不足し、初期充填領域３０ａは、液体供給管７の近傍まで到達しない。この場合、初期充填後に液体吐出部８が液体吐出を開始すると、液体供給管７から供給された液体の浸透領域３０ｂが初期充填領域３０ａに到達する前に、初期充填領域３０ａに保持された液体が消費されてしまう。その結果、液体吐出部８の液体吐出が不安定になる。

また、液体吸収体１８の上面側に回り込んだ液体は、液体吸収体１８と蓋部材１７との間の空間を自由に移動する。この場合、輸送時の振動等によって、液体が液体供給管７を通って液体収容部２５の外部に漏れることがある。図４に示したように、蓋部材１７の外側の面には、液体供給管７の開口端７ａが配置されており、この開口端７ａの近傍には、輸送時の気圧による液体収容部２５内の圧力を逃がすための溝１７ａが設けられている。溝１７ａの端部を除く部分には、ラベルが貼り付けられている。溝１７ａとラベルとで流路が形成されている。ラベルは、開口端７ａも覆っている。この場合、液体吸収体１８の上面側に回り込んだ液体は、溝１７ａとラベルとで形成された流路を通って外部へ漏れる。

本実施形態の液体吐出ヘッド５によれば、液体導入路２２（溝部３４の部分）の断面積（深さと幅）が大きいほど、液体の注入速度を上げることができる。ただし、液体吸収体１８が溝部３４を塞ぐことがないように、溝部３４の深さと幅を設定する必要がある。
また、溝部３４は、注入口３３と対向する領域から複数に分岐し、それぞれが凸部２１に向かって延在する複数の分岐溝を有していてもよい。これにより、液体の注入速度を上げることができる。

図１３は、複数の分岐溝を含む液体導入路２２の変形例を示す模式図である。図１３（ａ）に第１の変形例、図１３（ｂ）に第２の変形例を示す。
図１３（ａ）に示す第１の変形例において、Ｕ字形状の支持部３６ａが液体収容部２５の側壁２５ｂの内周面に沿って設けられている。支持部３６ａの中央部には、支持部３６ｂと、支持部３６ｂによって隔てられた２つの分岐溝３４１ａ、３４１ｂが設けられている。支持部３６ｂは、注入口３３と対向する領域近傍から凸部２１に向かって延在する。分岐溝３４１ａ、３４１ｂは、注入口３３と対向する領域から分岐しており、それぞれ凸部２１に向かって延びている。
液体が流れる際の抵抗（流抵抗）を軽減するために、支持部３６ｂの凸部２１とは反対側の端部は、先端に向かって徐々に幅が狭くなるように形成されている。ここでは、支持部３６ｂの端部は、鋭角な形状になっている。

上記の第1の変形例によれば、２つの支持部３６ａ、３６ｂが液体吸収体１８を支持するので、液体吸収体１８の弾性変形を抑制することができる。また、液体導入路２２を２つの分岐溝３４１ａ、３４１ｂで構成したことで、液体導入路２２の断面積を増加することができる。
図１３（ｂ）に示す第２の変形例において、Ｕ字形状の支持部３６ａが液体収容部２５の側壁２５ｂの内周面に沿って設けられている。支持部３６ａの中央部には、２つの支持部３６ｂ、３６ｃと、これら支持部３６ｂ、３６ｃによって隔てられた３つの分岐溝３４２ａ、３４２ｂ、３４２ｃが設けられている。支持部３６ｂ、３６ｃはそれぞれ、注入口３３と対向する領域近傍から凸部２１に向かって延在する。分岐溝３４２ａ、３４２ｂ、３４２ｃは、注入口３３と対向する領域から分岐しており、それぞれ凸部２１に向かって延びている。
上記の第２の変形例においても、第１の変形例と同様に、液体吸収体１８の弾性変形を抑制することができ、液体導入路２２の断面積を増加することができる。

また、本実施形態の液体吐出ヘッド５において、凸部２１の側面２１ｂは、液体収容部２５の底面２５ａに対して傾斜した傾斜面を備えていてもよい。傾斜面を設けることで、初期充填における液体吸収体１８への液体の侵入が容易となる。
図１４は、傾斜面を備えた凸部２１の変形例を示す模式図である。図１４（ａ）に第１の変形例、図１４（ｂ）に第２の変形例を示す。

図１４（ａ）に示す第１の変形例において、凸部２１は、底面２５ａに対して傾斜した傾斜面２１ｃする。傾斜面２１ｃは、液体導入路２２側に位置する。ここでは、傾斜面２１ｃは、溝部３４の延長線上に位置し、液体導入路２２から空間４０に流入する液体の流れが傾斜面２１ｃにぶつかる。液体は、傾斜面２１ｃを乗り上げて液体吸収体１８に侵入する。側壁が垂直な面である場合に比べて、傾斜面２１ｃの方が、液体吸収体１８への液体の侵入が容易である。

図１４（ｂ）に示す第２の変形例において、傾斜面２１ｃは、凸部２１の側壁の全周に亘って設けられている。この構成によれば、第１の変形例と比較して、液体吸収体１８への液体の侵入がさらに容易となる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態による液体吐出ヘッドは、型内組立と称される方法を用いて製造する場合に有効な構成を有する。
図１５は、本発明の第２の実施形態による液体吐出ヘッドの構成を説明するための模式図である。図１５（ａ）は、型内組立品の概略構成を示す図である。図１５（ｂ）は、型内組立工程における第１部品組立図である。図１５（ｃ）は、型内組立工程における第２部品組立図である。図１５（ｄ）は、第２部品組立後の液体収容部と液体注入部との接合部分を示す模式図である。図１５（ｅ）は、液体吐出ヘッドに液体注入針を挿入した状態を示す模式図である。

図１５（ａ）に示すように、液体吐出ヘッド１００は、中空の容器部品１１０と、液体吸収体１８と、蓋部材１２０と、注入部品１３０と、を有する。容器部品１１０、蓋部材１２０および注入部品１３０はそれぞれ、接合部品である。容器部品１１０は、液体吸収体１８を収容可能であり、壁部１０１と底部１０２を有する。液体吸収体１８は直方体形状である。容器部品１１０も直方体形状であり、直方体の上面が開口している。壁部１０１は、直方体の４つの側壁からなる。直方体の下面の一部は開口しており、底部１０２は下面の開口を除く部分を構成する。底部１０２には、針孔４０が設けられている。

注入部品１３０の上面は、凸部１３２と、凸部１３２に隣接する傾斜面４２とを有する。傾斜面４２は、凸部１３２に向かって下り傾斜になるように設けられている。凸部１３２は開口１３１を備え、フィルタ１９が開口１３１に取り付けられている。凸部１３２の側壁は傾斜面からなる。
容器部品１１０と蓋部材１２０と注入部品１３０を接合することで、液体吸収体１８を内包した液体収容部６０を構成する。注入部品１３０の上面が液体収容部の底面であり、この底面と液体吸収体１８との間に、板状部材である底部１０２が設けられている。蓋部材１２０には、初期充填の際に用いる液体の注入口３３が設けられている。図示はされていなが、第１の実施形態で説明した液体供給管７等の液体供給系に関連する部材も蓋部材１２０に設けられている。

液体吐出ヘッド１００は、さらに、それぞれが接合用樹脂からなる第１形状部１４１、第２形状部１４２および第３形状部１４３を有する。第１形状部１４１は、蓋部材１２０と壁部１０１とを接合する。第３形状部１４３は、壁部１０１と注入部品１３０とを接合する。第２形状部１４２は、第１形状部１４１と第３形状部１４３とを繋ぐ。
図１５（ｂ）に示す第１部品組立では、容器部品１１０を注入部品１３０の上に配置し、液体吸収体１８を容器部品１１０に収容する。液体吸収体１８を容器部品１１０に収容した状態で、蓋部材１２０で容器部品１１０の上部の開口を塞ぐ。

図１５（ｃ）に示す第２部品組立では、蓋部材１２０と容器部品１１０を第１形状部１４１で接合し、第２形状部１４２の形成を経て、容器部品１１０と注入部品１３０を第３形状部１４３で接合する。
具体的には、型内組立において、蓋部品１２０と容器部品１１０と注入部品１３０を接合するために、液状の接合樹脂が通る通路が予め彫り込まれている。通路には、入り口と出口が設けられている。蓋部品１２０と容器部品１１０と注入部品１３０を組付けた状態で、液状の接合樹脂を入り口から通路内に注入する。液状の接合樹脂が通路全体に充填されると、出口から液状の接合樹脂が排出される。出口への樹脂到達を確認することで、接合が完了する。この通路内の接合樹脂が、第１形状部１４１、第２形状部１４２および第３形状部１４３を構成する。

ここでは、第１形状部１４１によって、壁部１０１の上部側の端部が蓋部材１２０の内側の面に接合される。第３形状部１４３によって、壁部１０１の下部側の端部が注入部品１３０の上面に接合される。第１形状部１４１と第３形状部１４３は、いずれも長方形の枠形状である。第２形状部１４２は、第１形状部１４１（長方形）の一方の短辺の両端部と第３形状部１４３（長方形）の一方の短辺の両端部とを互い繋いでいる。

図１５（ｄ）に示すように、第２部品組立において、注入部品１３０の上面（開口１３１側の面）が液体吸収体１８を内包した液体収容部６０の底面を構成する。容器部品１１０の底部１０２と注入部品１３０の傾斜面４２とによって液体導入路４１が形成されている。傾斜面４２は液体収容部６０の底面の一部を構成しており、液体導入路４１は、その底面に沿って設けられ、注入口３３と対向する領域から開口１３１に向かって延びている。針孔４０は、底部１０２の注入口３３と対向する位置に設けられている。
注入部品１３０の開口１３１は、容器部品１１０の底部１０２と同じ高さになるように配置されている。開口１３１が設けられた凸部１３２の側壁（傾斜面）は、容器部品１１０の底部１０２よりも低いため、液体吸収体１８の下面と液体収容部６０の底面との間に、開口１３１を囲む空間４３が形成されている。液体導入路４１は、空間４３に連通している。

図１５（ｅ）に示すように、初期充填の際は、液体注入針３７を注入口３３に挿入して、液体吸収体１８に液体を充填する。注入口３３に挿入した液体注入針３７の先端は、底部１０２の針孔４０を通過して液体導入路４１の傾斜面４２に達する。液体注入針３７の先端から液体を液体導入路４１に注入する。なお、液体注入針３７を針孔４０に挿入した状態で、針孔４０から空間４５ｂに液体が侵入しないように、液体注入針３７の外径に合わせて針孔４０の径を設定することが好ましい。

図１６は、開口１３１と液体吸収体１８と液体導入路４１との具体的な構造を示す。図１６（ａ）は、図１５（ｅ）におけるＫ－Ｋ線に沿った断面の構成を示す模式図である。図１６（ｂ）は、図１５（ｅ）におけるＣ－Ｃ線に沿った断面の構成を示す模式図である。

図１６（ａ）および図１６（ｂ）に示すように、注入部品１３０の下部には、液体吐出部８が設けられている。開口１３１は、液体吐出部８に連通している。図示はされていないが、蓋部材１２０には、液体吸収体１８を開口１３１が設けられた面に向かって付勢する付勢部材が設けられている。付勢によって、液体吸収体１８はフィルタ１９に密着するとともに、液体吸収体１８が弾性変形し、液体吸収体１８の一部が空間４３の内側に張出している。ここでは、液体吸収体１８の張出し部が、空間４３の底面に達している。すなわち、空間４３の全体が、液体吸収体１８の張出し部によって塞がれている。
底部１０２は、液体導入路４１の上面を形成する。底部１０２が液体吸収体１８を支持しているため、液体吸収体１８が液体導入路４１の内部に露出することはない。液体注入針３７を液体導入路４１まで挿入し、液体注入針３７の先端から液体を注入する。液体は、液体導入路４１を開口１３１に向かって流れ、液体吸収体１８に吸収される。

図１７は、液体を液体吸収体１８に充填する液体充填方法を説明するための図である。図１７（ａ）～図１７（ｃ）は、初期充填の各工程を示す工程図である。図１７（ａ）～図１７（ｃ）には、図１５（ｅ）におけるＫ－Ｋ線に沿った断面の構成が示されている。
図１７（ａ）に示すように、液体注入針３７を注入口３３から挿入する。液体注入針３７は液体吸収体１８を貫通し、液体注入針３７の先端が針孔４０を通過する。液体注入針３７の先端が、針孔４０から所定の深さに達したところで、液体注入針３７を停止する。ここで、所定の深さは、例えば針孔４０から１ｍｍ～３ｍｍの範囲である。

液体注入針３７の先端は、保持部材１８を容易に貫通することができるようにテーパー状の鋭利な形状になっている。液体注入針３７は、テーパーの向きが傾斜面４２の下り側と反対向きとなるように挿入する。すなわち、液体注入針３７の開口がフィルタ１９とは反対の向きになるように、液体注入針３７を挿入する。
図１７（ｂ）に示すように、加圧により液体４４を液体注入針３７の先端から液体導入路４１に注入する。液体導入路４１において、圧損はないので、液体４４は傾斜面４２に沿ってフィルタ１９の方向へ流れる。液体導入路４１と液体吸収体１８とは底部１０２によって分離されているため、液体導入路４１の内部の液体４４が液体吸収体１８に浸透することがない。よって、液体４４は、液体吸収体１８に浸透することなく液体導入路４１を流れて空間４３に達する。

フィルタ１９を囲む空間４３の内側は、付勢によって弾性変形した液体吸収体１８の張出し部で塞がれている。液体導入路４１を通過した液体４４は、液体吸収体１８の張出し部のうち、フィルタ１９の手前側の部分から浸透し、その後、張出し部の全体に浸透する。その後、液体４４は、凸部１３２の傾斜面を乗り越えてフィルタ１９に達する。
図１７（ｃ）に示すように、液体注入針３７の先端から液体をさらに注入する。フィルタ１９の周囲に到達した液体４４は、液体吸収体１８のフィルタ１９の上方の領域に浸透する。
初期充填後、テープ等のシール材を用いて注入口３３を塞ぐ。第１の実施形態と同様、シール材に代えて、弾性部材を用いてもよい。

本実施形態の液体吐出ヘッド１００においても、第1の実施形態と同様、初期充填において、液体を液体吸収体１８の開口１３１（フィルタ１９）との密着領域の近傍に充填することができる。よって、初期充填後、液体吐出部８が液体吐出を開始した際に、液体を液体吐出部８に安定して供給することができる。
また、液体吸収体１８において、空間４３内の張出し部の圧縮の程度は、フィルタ１９および底部１０２の上方の領域の圧縮の程度よりも低い。圧縮の程度が大きいほど、繊維密度が高くなり、液体の毛管力が増大する。よって、液体吸収体１８に保持された液体をフィルタ１９との密着領域の近傍に集めることができ、液体吐出部８への液体供給を効率的に行うことができる。

また、第１の実施形態と比較して、液体導入路４１の断面積を大きくすることができるので、液体の注入速度を上げることができる。
さらに、液体導入路４１と液体吸収体１８とは底部１０２によって分離されているので、液体導入路４１内の液体４４が液体吸収体１８に浸透することがなく、圧損も軽減される。よって、第１の実施形態と比較して、液体導入路４１内の液体４４をフィルタ１９の方向へ効率的に流すことできる。
加えて、液体吸収体１８の底部１０２の上方の領域への液体の侵入がないため、液体４４が液体吸収体１８と容器部品１１０の内壁との間を通って液体吸収体１８の上面側に回り込むことを抑制することができる。

なお、本実施形態の液体吐出ヘッド１００において、液体吸収体１８が板状部材である底部１０２上に存在するが、これに代えて、液体吸収体１８が底部１０２上に存在しないように構成することも可能である。
図１８は、本発明の第２の実施形態の液体吐出ヘッドの変形例を示す図である。本変形例の液体吐出ヘッド１００Ａは、液体吸収体１８が底部１０２上に存在しない点で、上述した液体吐出ヘッド１００と異なる。
容器部品１１０は直方体形状であって、直方体の下面の一部が開口しており、底部１０２は下面の開口を除く部分を構成している。仕切り板１０３は、直方体を開口側の空間４５ａと底部１０２の側の空間４５ｂとに分離する。空間４５ａがフィルタ１９の上方に位置し、空間４５ｂが液体導入路４１の上方に位置する。液体吸収体１８は、空間４５ａに収容される。

本変形例の液体吐出ヘッド１００Ａによれば、液体吐出ヘッド１００と同様の作用効果を奏することに加えて、液体吐出ヘッド１００と比較して、液体吸収体１８のサイズを小さくすることができる。これにより、低コスト化が可能である。
また、液体吸収体１８のサイズを小さくすることで、初期充填に必要な液体量を削減することが可能である。

５ 液体吐出ヘッド
８ 液体吐出部
１８ 液体吸収体
２１ａ 開口
２２ 液体導入路
２５ 液体収容部
２５ａ 底面
３３ 注入口
４０ 空間

Claims (20)

1. 液体を吸収保持可能な液体吸収体を内包した液体収容部と、前記液体吸収体に保持された液体が供給され、該液体を吐出する液体吐出部と、前記液体収容部の底面に設けられ、前記液体吐出部と連通する開口と、を有し、前記液体吸収体が、前記底面と対向し、前記開口に密着する液体吐出ヘッドであって、
   前記液体収容部の前記底面と対向する面に設けられた液体の注入口と、
   前記液体吸収体と前記底面との間に設けられ、前記開口を囲む空間と、
   前記底面に沿って設けられ、前記注入口と対向する領域から前記開口に向かって延び、前記空間に連通する液体導入路と、を有することを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記液体収容部の前記底面から突出した凸部を有し、前記開口が前記凸部の頂部に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記液体吸収体を前記底面に向けて付勢する付勢部材を有し、
   前記付勢部材が前記液体吸収体を付勢することで、前記液体吸収体の前記開口の上方の領域が圧縮されることを特徴とする、請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記凸部の側壁は傾斜面を備えることを特徴とする、請求項２または３に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記傾斜面は、前記液体導入路の側に位置す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. 前記傾斜面は、前記凸部の側壁の全周に亘って設けられていることを特徴とする、請求項４に記載の液体吐出ヘッド。
7. 前記液体吸収体の前記底面と対向する面を支持する支持部と、
   前記支持部に隣接して設けられ、前記注入口と対向する領域から前記開口に向かって延在する溝部と、を有し、
   該溝部は、断面形状が凹状であって、前記液体導入路の一部を構成することを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。
8. 前記溝部は、前記注入口と対向する領域から複数に分岐した複数の分岐溝を有し、各分岐溝が前記開口に向かって延在することを特徴とする、請求項７に記載の液体吐出ヘッド。
9. 前記支持部は、Ｕ字形状の部分を含むことを特徴とする、請求項７または８に記載の液体吐出ヘッド。
10. 前記Ｕ字形状の部分は、前記液体収容部の内周面に沿って形成されていることを特徴とする、請求項９に記載の液体吐出ヘッド。
11. 前記支持部の前記底面からの高さは、前記開口の前記底面からの高さ以下であることを特徴とする、請求項７乃至１０のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。
12. 前記注入口が設けられた面と前記底面との間に設けられた板状部材を有し、該板状部材は、前記注入口と対向する位置に針孔を備え、前記底面と前記板状部材とが前記液体導入路を構成することを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。
13. 前記液体吸収体の前記底面と対向する面が、前記板状部材に当接することを特徴とする、請求項１２に記載の液体吐出ヘッド。
14. 前記板状部材と前記開口が同じ高さに設けられていることを特徴とする、請求項１３に記載の液体吐出ヘッド。
15. 前記液体吸収体が、前記板状部材の上に存在しないことを特徴とする、請求項１２に記載の液体吐出ヘッド。
16. 前記液体導入路は、前記注入口と対向する領域から前記開口に向かう下り傾斜を有することを特徴とする、請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。
17. 前記開口にフィルタを備え、前記液体吸収体が前記フィルタに密着していることを特徴とする、請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。
18. 前記注入口が設けられた面を形成する蓋部材を有し、該蓋部材は、外部から液体が供給される液体供給管を有し、該液体供給管は、前記注入口よりも前記開口と対向する領域に近い位置に設けられていることを特徴とする、請求項１乃至１７のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。
19. 液体注入針が前記注入口から前記液体導入路まで挿入可能であることを特徴とする、請求項１乃至１８のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッド。
20. 請求項１乃至１８のいずれか一項に記載の液体吐出ヘッドの液体充填方法であって、
    液体注入針を前記注入口から前記液体導入路まで挿入し、前記液体注入針の先端から前記液体導入路に液体を注入することで、前記液体吸収体に液体を充填することを特徴とする液体充填方法。

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