JP3592259B2 - 液体噴射記録ヘッド - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被記録材にインクなどの液体を吐出して記録を行う液体噴射記録ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
記録紙などの被記録材に画像（ここでは、意味の有無を問わず、文字や図形や模様等を含めて画像という）を形成する記録装置の一形態として、微小な吐出口から微小な液滴（インク滴）を噴射する液体噴射記録装置がある。液体噴射記録装置は、一般に、インク滴を吐出するための吐出口を有する記録ヘッド本体と、記録ヘッド本体に供給するインクを保持するタンクとを有している。そして、タンクから記録ヘッド本体にインクが導かれ、記録ヘッドのノズルの吐出口付近に設けられたエネルギー発生体、たとえば発熱素子または圧電素子が、記録信号に基づいて駆動されて、吐出口からインク滴が吐出して被記録材に付着することにより記録が行われる。この液体噴射記録装置は、いわゆるノンインパクト方式の記録装置であり、高速記録や様々な記録媒体への記録が可能であって、記録時の騒音がほとんど生じないなどの利点を有しており、広く普及している。
【０００３】
図８に、従来の液体噴射記録装置に用いられている液体噴射記録ヘッドの一例が示されている。この液体噴射記録ヘッドは、インク流路や液室を内蔵する記録ヘッド本体２０と、記録ヘッド本体２０に接合されてインクを供給するタンク１１とを有している。
【０００４】
記録ヘッド本体２０は、図９に詳細に示すように、シリコン基板からなるヒータボード２と、アルミニウムやセラミックス等からなる支持基板（ベースプレート）１０と、複数のインク流路を形成する天板１と、インク１８（図１０，１１参照）を被記録材へ吐出するための複数の吐出口４を有するオリフィスプレート５と、天板１に接合されるチップタンク７とを有している。
【０００５】
ヒータボード２には、インク１８を吐出するためのエネルギー発生体である電気熱変換体（吐出ヒータ２１）と、吐出ヒータ２１へ電力を供給する配線（図示せず）とが、シリコン成膜プロセスにより形成されており、ベースプレート１０上にダイボンディングされている。
【０００６】
ベースプレート１０は、駆動に伴って生じるヒータボード２の熱を放熱徐冷するヒートシンクとしても機能する。
【０００７】
天板１は、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリプロピレン、変性ポリフェニレンオキサイド、ポリフェニレンサルファイド、液晶ポリマー等の樹脂あるいはセラミックス、シリコン、ニッケル、カーボン等の材料によって形成されている。天板１の底面には、オリフィスプレート５の吐出口４と連通するインク流路となる複数のノズル３と、各ノズル３にインク１８を供給するための共通液室２２とが凹状に形成されており、天板１上面から共通液室２２に連通するインク導入口８がさらに形成されている。この天板１の底面がヒータボード２に接合されることによって、共通液室２２およびノズル３からなるインク流路が構成される。
【０００８】
オリフィスプレート５は、ＳＵＳ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ等の金属プレート、ポリイミド、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンオキサイド、ポリフェニレンサルファイド、ポリプロピレン等の樹脂成形品や樹脂フィルム材、またはシリコンやセラミックス等によって形成されている。
【０００９】
オリフィスプレート５の表面には吐出口４を塞ぐように粘着テープ１４が貼付される。この粘着テープ１４は、液体噴射記録ヘッドの非使用時（特に未使用時）に、インク１８が吐出口４から漏出することを防いだり内部のインク１８が空気に接触して乾燥して固化することを防ぐためのものであり、液体噴射記録ヘッドの使用時に容易に剥離可能である。
【００１０】
チップタンク７には、後述するタンク１１（図８参照）等からインク導入口８にインク１８を導くためのインク通路９が形成されている。また、チップタンク７には前面プレート部６が設けられている。前面プレート部６は、オリフィスプレート５の吐出口４の外側の領域と接合されてこれを保持するとともに、記録装置本体に配設されているキャップ部材（図示せず）からキャッピング動作時に加えられる脱着力や押圧保持力に対してオリフィスプレート５が十分に耐え得るようにオリフィスプレート５を支持する。
【００１１】
天板１の各ノズル３とオリフィスプレート５の各吐出口４とが位置合わせされ、オリフィスプレート５の吐出口４の外側の背面領域と前面プレート部６との間に形成された隙間に流し込まれた接着剤または封止剤等により、天板１とオリフィスプレート５とが固定されている。
【００１２】
チップタンク７の接合口９ａを覆うように、フィルター１５が、接着剤や封止剤等を用いて、または熱溶着によって、接合口９ａの周囲に固着されている。
【００１３】
この記録ヘッド本体２０に、図８に示すタンク１１が接合されている。タンク１１に設けられた接合口１１ａが、チップタンク７に設けられた接合口９ａに、接着剤や封止剤等を用いて、または熱溶着によって接合されている。また、タンク１１とタンクフタ１２とは、接着剤や封止剤等を用いて、または超音波溶着によって接合されている。そして、タンク１１には、記録装置本体に固定されているメインタンク（図示せず）と接続するためのジョイント３０が設けられている。通常はジョイント３０により液体供給口１１ｂが塞がれているが、必要に応じて図示しないメインタンクのニードルがジョイント３０に差し込まれることにより、メインタンクからタンク１１へのインク補充等が可能になる。
【００１４】
前記のように、一般に液体噴射記録ヘッドは微細な吐出口４を有するオリフィスプレート５を備えている。このような液体噴射記録ヘッドを製造した後、実際に使用者が使用するまでの間、オリフィスプレート５を外界に開放した状態に置いておくと、吐出口４およびノズル３内部のインクに含まれる水分や溶剤成分が蒸発し、インク１８がノズル３内で固化し、その後の吐出が不可能となるおそれがある。そこで、オリフィスプレート５の表面に粘着テープ１４を貼って密封することによって、インク１８を外気に触れないようにしてその水分や溶剤成分の蒸発を防ぎ、液体噴射記録ヘッドの機能を維持することができる。この粘着テープ１４は、使用者が記録装置の使用を開始する時に剥離される。さらに、必要であれば、粘着テープ１４をよりオリフィスプレート５に押し付けて密着させるキャップ部材（不図示）などを取り付け、さらなる信頼性向上を図ることもできる。
【００１５】
このようにオリフィスプレート５に粘着テープ１４が貼付されるなどして、吐出口４が封止されると、液体噴射記録ヘッドの内部は外界と切り離され実質的に密閉状態となる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
図１０に示すように液体噴射記録ヘッドがインク１８で満たされているか、またはインク１８に加えて少量の気体で満たされている場合に、前記した通り液体噴射記録ヘッドが密閉状態になると、環境変化に伴うインク１８の状態変化の影響が大きい。すなわち、オリフィスプレート５に粘着シート１４が貼付されて液体噴射記録ヘッドが密閉された状態で、例えば寒冷地に搬送されて保管されると、温度低下によりインク１８が凍結するおそれがある。この場合、インク１８に含まれている水の体積が膨張する結果、液体噴射記録ヘッドの構造的に一番弱い部分からインク１８が漏れ出すおそれがあり、最悪の場合には液体噴射記録ヘッドが破壊されるおそれがある。
【００１７】
また、図１１のように、液体噴射記録ヘッド内にインク１８と気体（空気）１７とが存在する場合に、環境温度が高くなると、液体噴射記録ヘッド内部の気体１７の体積が膨張して、液体噴射記録ヘッドの構造的に一番弱い部分からインク１８が漏れ出すおそれがあり、最悪の場合には、ヘッドを破壊するおそれがある。
【００１８】
このように、環境変化によってインク１８または気体１７が膨張することにより、液体噴射記録ヘッドからのインク１８の漏出や、液体噴射記録ヘッドの破壊などが生じるおそれがある。
【００１９】
そこで本発明の目的は、インクの吐出口を粘着テープにて塞ぐことによりインクの乾燥を防ぐことが可能で、かつ環境変化に伴う液体または気体の膨張によって液体の漏れや破損が生じることを防止できる液体噴射記録ヘッドを提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明の液体噴射記録ヘッドは、液体を吐出する複数の吐出口を備える記録ヘッド本体と、記録ヘッド本体に接合されて液体を供給するタンクと、複数の吐出口を密閉するように貼付される剥離可能なテープと、記録ヘッドと前記タンクとの接合部に設けられているフィルターと、タンクに設けられている液体供給口と、液体供給口に設けられており、スリットを有する弾性ジョイントと、を有し、タンク内には気体が満たされ、複数の吐出口とフィルターとの間の領域には液体が満たされており、弾性ジョイントは、タンク内の気体の膨張および収縮に対応して弾性変形可能であり、スリットはタンク内の気体の膨張および収縮に対応して開口可能なものである。
【００２２】
タンクには、複数の液体供給口および弾性ジョイントが設けられており、複数の弾性ジョイントのうちの少なくとも１つにスリットが設けられていればよい。複数の弾性ジョイントの全てに前記スリットが設けられていてもよいし、複数の弾性ジョイントのうちの、フィルターから最も遠い位置にある弾性ジョイントのみにスリットが設けられていてもよい。
【００２３】
環境の変化によりインクが凍結して、吐出口からフィルターまで充填されたインクに含まれている水分の体積が膨張した場合、吐出口は粘着テープで密閉されているので、フィルターを通してタンク内に向けて膨張する。しかし、その膨張は、タンク内の充分な大きさの空間にて吸収できる。逆に環境温度が高くなった場合、タンク内部の気体の体積が膨張しても、液体供給口に設けられたジョイントのスリットが、ある一定の圧力以上で開き、気体が外部に流出して圧力が一定に保たれる。
【００２４】
このような作用により、あらゆる環境変化に対して液体噴出記録ヘッドを保護することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、従来例と同様な構成については、重複する説明を一部省略する。
【００２６】
本実施形態の液体噴射記録ヘッドは、図１に分解して示すように、記録ヘッド本体２０とタンク１１とを有している。記録ヘッド本体２０は、図２に示すように、従来例と実質的に同様に、シリコン基板からなるヒータボード２と、アルミニウムやセラミックス等からなりヒートシンクとしても機能するベースプレート１０と、複数のインク流路を形成する天板１と、複数の吐出口４を有するオリフィスプレート５と、天板１に接合されるチップタンク７とを有している。ヒータボード２には、インク１８（図４，５参照）を吐出するためのエネルギーを発生する吐出ヒータ２１と配線（図示せず）とが形成されており、このヒータボード２はベースプレート１０上にダイボンディングされている。
【００２７】
天板１は、従来例と同様な材料からなり、複数のノズル３と共通液室２２とインク導入口８とを有している。この天板１がヒータボード２に接合されてインク流路が構成されている。
【００２８】
この液体噴射記録ヘッドにおいて、記録ヘッドの非使用時（特に未使用時）にインク１８が吐出口４から漏出することを防いだり内部のインクが空気に接触して乾燥して固化することを防ぐために、オリフィスプレート５の表面には、吐出口４を塞ぐように粘着テープ１４が貼付される。この粘着テープ１４は、使用者が記録動作を開始する前に剥離される。こうしてオリフィスプレート５に粘着テープ１４が貼付されて吐出口４が封止されると、液体噴射記録ヘッドの内部は外界と切り離され実質的に密閉状態となる。
【００２９】
チップタンク７には、後述するタンク１１（図１参照）等からインク導入口８にインク１８を導くためのインク通路９と、従来と同様な材質からなるオリフィスプレート５を支持する前面プレート部６とが形成されている。天板１とオリフィスプレート５とは、ノズル３と吐出口４とが位置合わせされた状態で固定されている。
【００３０】
チップタンク７の接合口９ａを覆うように、フィルター１５が、接着剤や封止剤等を用いて、または熱溶着によって、接合口９ａの周囲に固着されている。
【００３１】
この記録ヘッド本体２０に、図１に示すタンク１１が接合されている。タンク１１は合成樹脂等からなる中空の筐体であり、タンクフタ１２が接合されている。タンク１１に設けられた接合口１１ａは、チップタンク７に設けられた接合口９ａに接合されている。そして、タンク１１には、記録装置本体に固定されているメインタンク（図示せず）と接続するためのジョイント１３が設けられている。
【００３２】
本実施形態のジョイント１３は、塩素化ブチルゴムやエラストマーなどの弾性材料からなる円筒体であり、スリット１６が設けられている。図３（ａ）に示すように、ジョイント１３の直径Ｄ１は、タンク１１に設けられた液体供給口１１ｂの直径Ｄ２よりも大きい。ジョイント１３は、製造時に液体供給口１１ｂに組み込まれる際に圧縮されて圧入され、図３（ｂ）に示すように組み込まれた後では、常に中心方向に圧縮力が働く。通常状態では、この圧縮力によりスリット１６は完全に閉じられている（図４（ａ），（ａ’）参照）。なお、図４（ａ），（ｂ），（ｃ）は、図４（ａ’）（ｂ’），（ｃ’）において円に囲まれた要部を拡大して示している。
【００３３】
しかし、外界の温度環境が上昇して、タンク１１内の空気が膨張し、タンク１１内の圧力が気体（空気）１７の膨張体積分だけ上昇して所定の圧力に達すると、図４（ｂ），（ｂ’）に示すように、ジョイント１３が弾性変形してスリット１６が開く。これにより、タンク１１内の空気１７がスリット１６を通して外界に逃がされる。タンク１１内の空気１７が放出されてタンク１１内の圧力が低下し、所定の圧力以下になると、ジョイント１３が弾性変形状態から復帰してスリット１６が閉じる（図４（ａ），（ａ’）参照）。
【００３４】
外界の環境温度が常温に戻った場合、タンク１１内の空気１７が収縮を起こし、タンク１１内の圧力がさらに低下する。その場合、図４（ｃ），（ｃ’）に示すように、図４（ｂ），（ｂ’）に示す状態とは逆にジョイント１３が弾性変形する。そして、スリット１６が開き、外界の空気１７がタンク１１内に流入して、タンク１１内の圧力が外界と同一となって、再びジョイント１３が弾性変形状態から復帰してスリット１６が閉じる（図４（ａ），（ａ’）参照）。
【００３５】
このように、温度変化に伴いタンク１１内の空気１７の膨張および収縮が生じても、それに対応してジョイント１３のスリット１６が適宜開閉して、空気１７の流出入が行われることにより、タンク１１の内圧は一定に保たれる。したがって、タンク１１からのインク１８の漏れや、タンク１１の破壊等が防止される。
【００３６】
また、図５（ａ），（ａ’）に示すように、記録ヘッド本体２０内にインク１８が満たされ、タンク１１内にはインク１８が存在せず空気１７のみが満たされている状態で、環境温度が低下し、インク１８が凍結した場合、図５（ｂ），（ｂ’）に示すように、記録ヘッド本体２０内（吐出口３からフィルター１５まで）に充填されたインク１８の水分が膨張する。このとき、吐出口３は粘着テープ１４で密封されているため、インク１８は吐出口３側に膨張できず、フィルター１５方向に膨張する。したがって、インク１８の膨張によって、液体噴射記録ヘッドの外部にインク１８が漏れ出ることはない。そして、インク１８の膨張が、タンク１１内の空気１７が温度低下に伴って収縮することによって相殺されると、液体噴射記録ヘッド内部の圧力は上昇しない。なお、図５（ａ），（ｂ），（ｃ）は、図５（ａ’）（ｂ’），（ｃ’）において円により囲まれた要部を拡大して示している。
【００３７】
また、本実施形態の構成では、インク１８の膨張と空気１７の収縮とが平衡せず、インク１８の体積膨張が著しく大きく液体噴射記録ヘッド内の圧力が上昇した場合には、図４（ｂ），（ｂ’）に示すようにジョイント１３のスリット１６が開いて空気１７が外界に逃がされることによって、液体噴射記録ヘッド内の圧力が調整される。逆に、空気１７の収縮体積に比べてインク１８の膨張体積が小さく、液体噴射記録ヘッド内の圧力が低下した場合には、図４（ｃ），（ｃ’）に示すようにジョイント１３のスリット１６が開いて空気１７が外界から導入されることによって、液体噴射記録ヘッド内の圧力が調整される。
【００３８】
凍結寸前のインク１８は非常に粘度が高く、流れにくくなる。しかも、フィルター１５に形成されたメニスカスの表面張力によってインク１８が保持されるため、図５（ｂ），（ｂ’）に示すように、インク１８が膨張してフィルター１５よりはみ出しても、吐出口３からフィルター１５間に充填されたインク１８とは分離しない。このため、環境温度が常温に戻った場合には、図５（ｃ），（ｃ’）に示すように、フィルター１５外にはみ出していたインク１８が速やかにフィルター１５より内側に引き込まれ、図５（ａ），（ａ’）に示す定常状態に戻る。
【００３９】
図１０に示す従来例と同様に記録ヘッド本体２０およびタンク１１の全体がインク１８で満たされている場合、温度変化等によりインク１８が膨張すると、インク１８の圧力により図４（ｂ），（ｂ’）と同様にジョイント１３が弾性変形してスリット１６が開き、インク１８がスリット１６を通って外界へ流出して、液体噴射記録ヘッドの圧力は一定に保たれる。逆に、温度変化によりインク１８が収縮すると、負圧に伴う吸引力により図４（ｃ），（ｃ’）と同様にジョイント１３が弾性変形してスリット１６が開き、液体または気体がスリット１６を通ってタンク１１内に流入して、液体噴射記録ヘッドの圧力は一定に保たれる。
【００４０】
以上説明した通り、本発明によると、温度変化等に伴って液体噴射記録ヘッド内の液体（インク）１８または気体（空気）１７の膨張や収縮が生じても、速やかにジョイント１３が弾性変形してスリット１６が開くことにより、定常状態に復帰することができ、定常状態に復帰した後は、ジョイント１３が復帰してスリット１６が閉じる。したがって、本発明の液体噴射記録ヘッドは、様々な環境変化が生じても内部の圧力が一定に保たれ、液体噴出記録ヘッドを保護することができる。
【００４１】
前記した第１の実施形態では、２個の液体供給口１１ｂが設けられており、それぞれにジョイント１３が嵌め込まれているが、液体供給口１１ｂが１個または３個以上設けられている場合でも同様の効果が得られる。
【００４２】
また複数の液体供給口１１ｂおよびジョイント１３が設けられている場合に、図６に示すように、ジョイント１３の全てにスリット１６が設けられていてもよい。また、図７に示すように、複数のジョイント２３が設けられている場合に、そのうちの１つのジョイント２３ａのみにスリット１６が設けられ、その他のジョイント２３ｂにはスリット１６が設けられていない構成であってもよい。その場合、フィルター１５から最も遠い位置に設けられたジョイント２３ａのみにスリット１６が設けられていることが、インク漏れ防止の信頼性をより向上するために好ましい。なお、その他のジョイント２３ｂは、従来例と同様に、必要に応じて図示しないメインタンクのニードルが差し込まれることにより、メインタンクからタンク１１へのインク補充等を可能にする。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によると、液体の固化を防ぐために吐出口を粘着テープで塞ぐ構成でありながら、温度変化等に伴う液体噴射記録ヘッド内の液体または気体の膨張や収縮による液体の漏れや液体噴出記録ヘッドの破壊を防ぐことができる。すなわち、液体または気体の膨張や収縮により液体噴射記録ヘッド内の圧力の変動があった場合、速やかにジョイントが弾性変形してスリットが開くことにより、定常状態に復帰することができ、定常状態に復帰した後は、ジョイントが復帰してスリットが閉じる。したがって、本発明の液体噴射記録ヘッドは、様々な環境変化が生じても内部の圧力が一定に保たれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の液体噴射記録ヘッドの構成を示す分解斜視図である。
【図２】第１の実施形態の記録ヘッド本体の分解斜視図である。
【図３】第１の実施形態のジョイントおよび液体供給口の拡大図である。
【図４】第１の実施形態のジョイントの弾性変形を示す説明図である。
【図５】第１の実施形態のフィルター付近の液体の移動を示す説明図である。
【図６】本発明の第２の実施形態の液体噴射記録ヘッドの概略断面図である。
【図７】本発明の第３の実施形態の液体噴射記録ヘッドの概略断面図である。
【図８】従来の液体噴射記録ヘッドの構成を示す分解斜視図である。
【図９】従来の記録ヘッド本体の分解斜視図である。
【図１０】従来の液体噴射記録ヘッドの概略断面図である。
【図１１】従来の液体噴射記録ヘッドの他の例の概略断面図である。
【符号の説明】
１ 天板
２ ヒータボード（支持基板）
３ ノズル
４ 吐出口
５ オリフィスプレート
６ 前面プレート部
７ チップタンク
８ インク導入口
９ インク通路
９ａ 接合口
１０ ベースプレート
１１ タンク
１１ａ 接合口
１１ｂ 液体供給口
１２ タンクフタ
１３ ジョイント
１４ 粘着テープ（テープ）
１５ フィルター
１６ スリット
１７ 空気（気体）
１８ インク（液体）
２０ 記録ヘッド本体
２１ 吐出ヒータ（電気熱変換体）
２２ 共通液室
２３，２３ａ，２３ｂ ジョイント
Ｄ１ ジョイントの直径
Ｄ２ 液体供給口の直径

Claims (4)

1. 液体を吐出する複数の吐出口を備える記録ヘッド本体と、
   前記記録ヘッド本体に接合されて液体を供給するタンクと、
   前記複数の吐出口を密閉するように貼付される剥離可能なテープと、
   前記記録ヘッドと前記タンクとの接合部に設けられているフィルターと、
   前記タンクに設けられている液体供給口と、
   前記液体供給口に設けられており、スリットを有する弾性ジョイントと、を有し、
   前記タンク内には気体が満たされ、前記複数の吐出口と前記フィルターとの間の領域には液体が満たされており、
   前記弾性ジョイントは、前記タンク内の気体の膨張および収縮に対応して弾性変形可能であり、
   前記スリットは、前記タンク内の気体の膨張および収縮に対応して開口可能である液体噴射記録ヘッド。
2. 前記タンクには、複数の前記液体供給口および前記弾性ジョイントが設けられており、前記複数の弾性ジョイントのうちの少なくとも１つに前記スリットが設けられている、請求項１に記載の液体噴射記録ヘッド。
3. 前記複数の弾性ジョイントの全てに前記スリットが設けられている、請求項２に記載の液体噴射記録ヘッド。
4. 前記複数の弾性ジョイントのうちの、前記フィルターから最も遠い位置にある前記弾性ジョイントのみに前記スリットが設けられている、請求項２に記載の液体噴射記録ヘッド。

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