JP5402720B2 - 液体噴射ヘッドユニット - Google Patents

Description

本発明は、液体噴射ヘッドと、液体噴射ヘッドに液体を供給するための液体流路を有する流路部材と、液体噴射ヘッドに電気信号を供給するための回路基板と、を備える液体噴射ヘッドユニットに関する。

液滴を吐出する液体噴射ヘッドの代表例としては、例えば、流路基板に形成された圧力発生室内に、圧電素子の圧力発生手段によって圧力変化を生じることで、圧力発生室に連通するノズルからインク滴（液滴の一種）を噴射するインクジェット式記録ヘッド（以下、単に記録ヘッドという）がある。

この記録ヘッドは、インク流路を有する流路部材と組み合わされてインクジェット式記録ヘッドユニットを構成し、この流路部材に形成されたインク供給路を介してインクカートリッジから記録ヘッドにインクが供給されるようになっている。また、流路部材が複数の部材で構成され、これら複数の部材どうしが接合する箇所には、弾性シートが挟持して接合されている。さらに、これら複数の部材間に、圧電素子等を駆動するための回路基板を設けることにより省スペース化を図っている。例えば、インク供給針に連通する液体流路を有するホルダを、液体流路を有する弾性シートを介して、液体流路を凸部に開口するように形成したケースに当接させた状態で固定し、これにより、上記各部材の液体流路を連通させると共に、弾性シートとケースとの間に、回路基板を設けるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−１０７１６２号公報

上記構成では、外部からの押圧や記録ヘッドで発生した熱の伝達によって、弾性シートが変形してしまうことがあった。この場合に、弾性シートとケースの間で良好な密着性を得ることができず、インクが漏れ出してしまうことがあった。そして、このインクが回路基板に付着してしまい、配線の短絡等によって回路基板が損傷してしまう虞があった。

本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、インクが漏れ出すことを防ぐと共に、たとえ、インクが漏れ出したとしても、回路基板にインクが付着するのを防ぐことができ、回路基板が損傷するのを防ぐことができる液体噴射ヘッドユニットを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の液体噴射ヘッドユニットは、ノズルから液滴を噴射する液体噴射ヘッドと、液体が貯留された液体貯留手段から前記液体噴射ヘッドに液体を供給するための液体供給路を有する供給路部材と、前記液体噴射ヘッドに電気信号を送るための回路基板と、を備える液体噴射ヘッドユニットであって、前記供給路部材は、一端側が前記液体貯留手段に連通する第１液体流路を形成した上流部材と、該上流部材の第１液体流路に一端側が連通する第２液体流路を形成した中間部材と、該中間部材の第２液体流路に一端側が連通し、他端側が前記液体噴射ヘッドに連通する第３液体流路を形成した下流部材と、を備え、前記中間部材は、剛性を有する樹脂材から成る板状部材であり、板厚方向に貫通した状態で、前記第２液体流路が形成され、該第２液体流路の一方の開口縁が第１シール部として前記板状部材の一方の面に露出し、第２液体流路の他方の開口縁が第２シール部として板状部材の他方の面に露出した管状のシール部材を一体化してなり、前記回路基板は、前記中間部材と前記下流部材の間に配され、前記シール部材の第２液体流路が板厚方向に貫通可能な貫通部が開設され、前記下流部材は、前記回路基板を配する面から、前記液体噴射ヘッド側に窪んだ窪部を備え、前記窪部の底面に前記第３液体流路の入口を開口し、前記シール部材の第２シール部を窪部の底面に当接することにより、第２液体流路と第３液体流路を連通したことを特徴とする液体噴射ヘッドユニットである。

この構成によれば、上記のように剛性を有する樹脂材から成る中間部材にシール部材を一体化したので、シール部材が樹脂材により支持されて、外部からの押圧や圧電素子が駆動するときに発生する熱の伝達等によって、シール部材が変形するのを防ぐことができる。このため、シール部材の変形によって生ずる第１シール部及び第２シール部での密着性の低下を防ぐことができ、液体が漏れ出すのを防ぐことができる。また、下流部材は、回路基板を配する面から、液体噴射ヘッド側に窪んだ窪部を備え、窪部の底面に第３液体流路の入口を開口し、シール部材の第２シール部を窪部の底面に当接したので、たとえ、当接箇所から液体が漏れ出たとしても、回路基板に液体が付着することがなく、短絡等による回路の破壊を防止することができる。

ここで、シール部材は、環状の第１シール部及び第２シール部と、両シール部をつなぐ管状の中間部とからなり、該中間部が前記中間部材の樹脂材で覆われていることが望ましい。これにより、回路基板のエッジ等で、シール部材が傷つくのを防ぐことができる。

また、前記第２シール部が中間部材の樹脂部分よりも突出し、該突出部分が窪部の底面に当接することが望ましい。これにより、第２シール部の当接箇所における密着性を上げることができる。

インクジェット式プリンターの構成を説明する斜視図である。 インクジェット式記録ヘッドユニットの断面図である。 インクジェット式記録ヘッドの分解斜視図である。 インクジェット式記録ヘッドの断面図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下に述べる実施の形態では、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、以下においては、液体噴射装置として、図１に示すインクジェット式プリンター１（以下、プリンター１という）を例示する。

プリンター１は、液体噴射ヘッドユニットの一種であるインクジェット式記録ヘッドユニット１１（以下、ヘッドユニット１１と言う）が取り付けられると共に、インクカートリッジ２が着脱可能に取り付けられるキャリッジ３と、ヘッドユニット１１の下方に配設されたプラテン４と、ヘッドユニット１１が搭載されたキャリッジ３を記録紙５（吐出対象物の一種）の紙幅方向に移動させるキャリッジ移動機構６と、紙幅方向に直交する方向である紙送り方向に記録紙５を搬送する紙送り機構７等を備えて概略構成されている。ここで、紙幅方向とは、主走査方向（記録ヘッド１２走査方向）であり、紙送り方向とは、副走査方向（即ち、記録ヘッド１２走査方向に直交する方向）である。なお、インクカートリッジ２としては、キャリッジ３に装着するタイプを採用しても良いし、キャリッジ３とは別の位置（例えば、プリンター１の筐体側）に装着するタイプ（いわゆるオフキャリッジタイプ）を採用することも可能である。オフキャリッジタイプの場合は、インクカートリッジと印刷ヘッドとの間をインク供給チューブで連結し、インク供給チューブを介してインクカートリッジ内のインクをヘッドユニット１１側へ供給する。

キャリッジ３は、主走査方向に架設されたガイドロッド８に軸支された状態で取り付けられており、キャリッジ移動機構６の作動により、ガイドロッド８に沿って主走査方向に移動するように構成されている。キャリッジ３の主走査方向の位置は、リニアエンコーダー９によって検出され、検出信号が位置情報として制御部（図示せず）に送信される。これにより、制御部はこのリニアエンコーダー９からの位置情報に基づいてキャリッジ３（ヘッドユニット１１）の走査位置を認識しながら、ヘッドユニット１１による記録動作（吐出動作）等を制御することができる。

ヘッドユニット１１は、図２に示すように、ノズル５１から液滴を噴射することができる複数の記録ヘッド１２と、記録ヘッド１２に電気信号を送るための回路基板３４と、インクカートリッジ２（液体貯留手段の一種）から、液体導入針１４を介して、インクを記録ヘッド１２に供給するための液体流路を形成した複数の部材で構成される供給路部材１５とを備えている。

まずは、記録ヘッド１２について、図３および図４を用いて詳しく説明する。本実施形態における記録ヘッド１２は、ノズルプレート４１、流路基板４２、保護基板４３、コンプライアンス基板４４、ヘッドケース４５から構成されている。

流路基板４２は、長尺なシリコン単結晶基板からなり、長手方向に沿って細長な連通部５４が二本、エッチングにより形成され、両連通部５４に挟まれた領域に複数の圧力発生室５２が各連通部５４ごとに、長手方向に並んだ状態でエッチングにより形成されている。そして、各圧力発生室５２は、圧力発生室５２よりも狭い幅で形成されたインク供給路５３を介して、連通部５４と連通している。また、流路基板４２の一方の面には、弾性膜６１が形成され、さらにその上には、絶縁体膜６２が形成されている。この絶縁体膜６２上において、それぞれ下電極膜６４、圧電体層６５及び上電極膜６６が順次積層された複数の圧電素子６３が、圧力発生室５２と対向するように２列に並設されている。さらに、上電極膜６６に一端を接続すると共に、他端を圧電素子６３の列と列の間の領域まで延在させたリード電極６７が設けられている。

流路基板４２の圧電素子６３とは反対側の面には、ノズルプレート４１が、接着剤や熱溶着フィルム等を介して固着されている。ノズルプレート４１は、ステンレス鋼（ＳＵＳ）又はシリコン単結晶等で形成されており、各圧力発生室５２のインク供給路５３とは反対側で開口するノズル５１が、例えば、３６０ｄｐｉのピッチで穿設されている。

保護基板４３は、流路基板４２のノズルプレート４１と反対側に、接合されており、保護基板４３を厚さ方向に貫通するように、長尺なリザーバー部５５が二本設けられている。このリザーバー部５５は、各連通部５４と連通し、リザーバー５６を構成している。また、二本のリザーバー部５５の間には、リード電極６７の圧電素子６３に接続していない一端部を露出させるように、厚さ方向に貫通した貫通孔７４が設けられている。さらに、保護基板４３の圧電素子６３に対向する領域には、圧電素子６３の運動を阻害しない程度の空間を有する圧電素子保持部７１が設けられている。そして、このような保護基板４３は、ガラス、セラミック、金属、プラスチック等で好適に形成し得る。

コンプライアンス基板４４は、保護基板４３の流路基板４２と反対側に、接合されており、封止膜６８と固定板６９とから形成されている。封止膜６８は、剛性が低く可撓性を有する部材で形成されており、また固定板６９は、金属等の硬質の部材で形成されている。ここで、図４に明示するように、コンプライアンス基板４４は、リザーバー５６に対向する領域に、リザーバー５６にインクを供給するためのインク導入口５７を、厚さ方向に貫通して形成されている。また、コンプライアンス基板４４のリザーバー５６に対向する領域において、インク導入口５７以外の領域は、固定板６９が除去された封止膜６８からなる封止部７２となっている。そのため、リザーバー５６は、可撓性を有する封止部７２により封止されると共に、コンプライアンスが得られることになる。

ヘッドケース４５は、コンプライアンス基板４４の保護基板４３と反対側に接合されており、供給路部材１５に接続される部材である。また、ヘッドケース４５の中央部には、保護基板４３の貫通孔７４に連通し、リード電極６７を露出させるように配線部材保持孔７５が設けられており、コンプライアンス基板４４の封止部７２に対向するヘッドケース４５の一部には、封止膜６８の可撓変形を阻害しない程度の空間を有する開口部７３を備えている。さらに、供給路部材１５からの液体流路とコンプライアンス基板４４のインク導入口５７を連通するように、インク導入路５８を設けている。このインク導入路５８は、インク導入口５７とは反対側で後述する下流部材１８の第３の流路と連通して、記録ヘッド１２内にインクを供給することができる。

また、ＣＯＦ基板３５が、保持部材３７の側面に接着された状態で、ヘッドケース４５の上部から配線部材保持孔７５に挿通している。ここで、ＣＯＦ基板３５は可撓性を有する配線基板の一種であり、圧電素子６３を駆動するための駆動回路３６が実装されている。そして、ＣＯＦ基板３５の一端部がリード電極６７に電気的に接続された状態で、ＣＯＦ基板３５及び保持部材３７が、配線部材保持孔７５内に充填した接着剤によってヘッドケース４５に固着されている。なお、本実施形態では、ＣＯＦ基板３５を保持部材３７に接着させて固定したが、これに限らず、保持部材３７を用いることなくＣＯＦ基板３５のみを接続しても良い。

次に、供給路部材１５について、図２を用いて詳しく説明する。供給路部材１５は、上流部材１６、中間部材１７及び下流部材１８から構成されており、中間部材１７及び下流部材１８の間には回路基板３４が配置されている。また、供給路部材１５の上面（上流部材１６の上面）は、キャリッジ３に接合され、インクカートリッジ２が装着されるカートリッジ装着部１３の底部を成しており、インクカートリッジ２に挿入される液体導入針１４が装着されている。一方、供給路部材１５の下面（下流部材１８の下面）には、上記した記録ヘッド１２が複数固定されており、各記録ヘッド１２から延設されたＣＯＦ基板３５の一端部を回路基板３４に接続している。

上流部材１６は、供給路部材１５の上部に位置する板状の部材であり、一端側がインクカートリッジ２に連通する第１液体流路３１を形成している。より詳しくは、インクカートリッジ２が装着される面とは逆側の面において、液体導入針１４に対向する位置に突出部２１を形成しており、この突出部２１内には、フィルター１９を介して液体導入針１４の連通孔３０と連通することで、インクカートリッジ２と連通可能とする第１液体流路３１が形成されている。なお、フィルター１９はインク内の気泡や異物を、インクと共に供給路部材１５に供給されないようにするための部材である。

中間部材１７は、剛性のある樹脂材からなる板状の部材であり、板状部分の側縁に立設した外壁部に、下流部材１８と係合するための係合凹部２２と、板厚方向に貫通した状態で形成された第２液体流路３２とを有し、図示しないネジ等により上流部材１６に取り付けられている。この中間部材１７は、上側で上流部材１６と、下側で下流部材１８と、それぞれ接合することで、前記第２液体流路３２の上流側に第１液体流路３１が、下流側に後述する第３液体流路３３が、それぞれ連通する。この第２液体流路３２は、可撓性を有する管状のシール部材２３によって構成されており、中間部材１７の樹脂材と一体化されている。本実施形態に示す、シール部材２３は、環状の第１シール部２５及び第２シール部２６と、両シール部をつなぐ管状の中間部２４とからなり、中間部２４は、下流部材１８側に延設された中間部材１７の筒状樹脂材で覆われている。これに対し、第１シール部２５は、第２液体流路３２の一方の開口縁を構成するフランジ状に成形され、このフランジ状部分の表面が中間部材１７の一方の面に露出し、第２シール部２６は、第２液体流路３２の他方の開口縁を構成する拡径テーパー部状に成形され、このテーパー部が中間部材１７の他方の面に露出し、これら露出した部分がそれぞれ上流部材１６及び下流部材１８と当接して両部材の流路同士の接続部を液密状態で密着させている。

また、第１シール部２５及び第２シール部２６は、第２液体流路３２の当接箇所（開口縁）で露出していればシール機能を発揮できるが、本実施形態では、第１シール部２５においてはフランジ状部分の外周縁近傍を中間部材１７の上面と面一となる厚さに設定し、この部分よりも内側の部分の厚みを増大させて中間部材１７の上面よりも突出する厚肉部とし、第２シール部２６においては、前記テーパー部が中間部材１７の筒状樹脂部分よりも突出し、突出部分がそれぞれ上流部材１６、下流部材１８の当接箇所に当接するように構成している。この様に、シール部材２３が中間部材１７の樹脂部分よりも突出するように構成すると、図２に示すように、第１シール部２５及び第２シール部２６が樹脂部分の拘束を受けることなく弾性変形し易くなり、確実なシール機能を期待でき、また、中間部２４よりも太径に形成しておくことで、シール部材２３の上下へのずれを防ぐことができる。

ここで、シール部材２３は、エラストマーやゴムなどの弾性体からなり、中間部材１７に二色成型機等を用いて一体成型することができる。あるいは、あらかじめ所定の形に成型したシール部材２３を、中間部材１７の成型時に挿入しても良いし（インサート成型）、中間部材１７の成型後に挿入するようにしても良い。さらに、中間部材１７の樹脂材は、シール部よりも剛性があればよくＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等で好適に形成される。

下流部材１８は、外周端で垂直に起立した外周壁２９と、各記録ヘッド１２から延設されたＣＯＦ基板３５が挿通可能な開口部と、記録ヘッド１２に向けて傾斜した流路形成部２７とを備えており、上面には、回路基板３４が配置される。流路形成部２７は、記録ヘッド１２の各インク導入路５８に対応して設けられ、この流路形成部２７内には、上記のように第２液体流路３２に連通し、反対側で記録ヘッド１２のインク導入路５８に連通するように、第３液体流路３３が斜めに形成されている。また、下流部材１８の上面、即ち、回路基板３４が配置される面には、記録ヘッド１２側に窪んだ窪部２８が形成され、この窪部２８の底面に、第３液体流路３３の入口が開口している。そして、この窪部２８の底面に中間部材１７の第２シール部２６を当接すると、第２シール部２６が底面に対して密着して、第２液体流路３２と第３液体流路３３が連通することとなる。なお、本実施形態では、窪部２８の径は、後述する回路基板３４に設けられた貫通部３８の径よりも大きくなるように、形成されている。さらに、中間部材１７と下流部材１８が当接した状態で、係合凹部２２を外周壁２９に係合することができ、加えて、接着剤等を用いることで中間部材１７と下流部材１８を強固に接合することができる。

前記した下流部材１８の上面に配置する回路基板３４は、各記録ヘッド１２から延設されたＣＯＦ基板３５を介して電気的に接続され、圧力発生手段である各圧電素子６３に駆動信号を送るための基板であり、中間部材１７の第２液体流路３２を板厚方向に貫通可能な貫通部３８が設けられている。そして、回路基板３４を下流部材１８の上面に配置した状態で下流部材１８と中間部材１７を接合すると、各貫通部３８内を、第２液体流路３２を形成しているシール部材２３とその周りの筒状樹脂部分が、それぞれ挿通すると共に、回路基板３４が中間部材１７に覆われて中間部材１７と下流部材１８との間に保持されることになる。なお、貫通部３８は、挿通した中間部材１７の筒状樹脂部分の外周面との間に隙間が形成される充分な大きさに設定することが望ましい。

このように、供給路部材１５はインクカートリッジ２から第１液体流路３１、第２液体流路３２、第３液体流路３３を介して記録ヘッド１２にインクを供給することができる。そして、記録ヘッド１２に供給されたインクは、圧電素子６３の駆動により発生する圧力発生室５２の圧力変動によって、ノズル５１からインク滴として吐出される。

ところで、本発明のヘッドユニット１１は、上記のように剛性を有する樹脂材から成る中間部材１７にシール部材２３を一体化したので、シール部材２３が樹脂材により支持されて、外部からの押圧や圧電素子６３が駆動するときに発生する熱の伝達等によって、シール部材２３が変形するのを防ぐことができる。このため、シール部材２３の変形によって生ずる第１シール部２５及び第２シール部２６での密着性の低下を防ぐことができ、インクが漏れ出すのを防ぐことができる。よって、回路基板３４にインクが付着することを防ぎ、短絡等による回路の破壊を防止することができる。また、シール部材２３を別部材とするのではなく、中間部材１７に一体的に形成したので、組立時の部品点数を減らすことができる。

さらに、下流部材１８は、回路基板３４を配する面から、液体噴射ヘッド側に窪んだ窪部２８を備え、窪部２８の底面に第３液体流路３３の入口を開口し、シール部材２３の第２シール部２６を窪部２８の底面に当接したので、たとえ、当接箇所からインクが漏れ出たとしても、インクを窪部２８内に溜めておくことができ、回路基板３４にインクが付着することがなく、短絡等による回路の破壊を防止することができる。また、回路基板３４は、その上面を中間部材１７で覆われているので、例えば、上流部材１６を交換のために取り外す場合において、上流部材１６と中間部材１７の当接箇所からインクが漏れ出したとしても、回路基板３４にインクが付着することがない。

さらに、本実施形態のように、シール部材２３の中間部２４を中間部材１７の樹脂材で覆うことが望ましい。これにより、筒状の中間部２４が座屈することを防止でき、また、回路基板３４のエッジ等で、シール部材２３が傷つくトラブルを防ぐことができる。

また、本実施形態のように、第２シール部２６が中間部材１７の樹脂部分よりも突出し、突出部分が窪部２８の底面に当接することが望ましい。これにより、第２シール部２６の当接箇所における密着性を上げることができる。

また、本実施形態では、第３液体流路３３を斜めに形成しているが、これに限らず、回路基板３４の配置面から垂直に形成しても良い。本実施形態のように第３液体流路３３を斜めにした場合は、液体導入針１４の間隔とインク導入路５８の間隔が異なる場合にも適用できるため、例えば、インク導入路５８の配置間隔が狭い小型の記録ヘッド１２等にも適用でき、設計の自由度が増し、この場合に、窪部２８を形成して、第３液体流路３３の上部入口を下流部材１８の平面（回路基板３４の載置面）よりも低く配置することができ、これにより第３液体流路３３の流路形成部２７の肉厚を無駄なく均一化できる。

さらに、本実施形態では、圧力発生手段として、所謂撓み振動型の圧電素子６３を例示したが、これには限らず、例えば、所謂縦振動型の圧電素子を採用することも可能である。

そして、本実施形態においては、液体噴射ヘッドユニットの一例としてインクジェット式記録ヘッドユニット１１を挙げて説明したが、本発明は、広く液体噴射ヘッドを具備する液体噴射ヘッドユニット全般を対象としたものであり、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドユニットや、液体噴射装置にも適用することができる。その他の液体噴射ヘッドユニットとしては、プロッター、ファクシミリ装置、コピー機等、各種のインクジェット式記録装置や、記録装置以外の液体吐出装置、例えば、液晶ディスプレイ等に用いられるカラーフィルター製造装置、電極製造装置、チップ製造装置等にも適用することができる。

１…インクジェット式プリンター，１１…インクジェット式記録ヘッドユニット，１２…インクジェット式記録ヘッド，１５…供給路部材，１６…上流部材，１７…中間部材，１８…下流部材，２３…シール部材，２４…中間部，２５…第１シール部，２６…第２シール部，２８…窪部，３１…第１液体流路，３２…第２液体流路，３３…第３液体流路，３４…回路基板，３８…貫通部

Claims (3)

1. ノズルから液滴を噴射する液体噴射ヘッドと、液体が貯留された液体貯留手段から前記液体噴射ヘッドに液体を供給するための液体供給路を有する供給路部材と、前記液体噴射ヘッドに電気信号を送るための回路基板と、を備える液体噴射ヘッドユニットであって、
   前記供給路部材は、一端側が前記液体貯留手段に連通する第１液体流路を形成した上流部材と、該上流部材の第１液体流路に一端側が連通する第２液体流路を形成した中間部材と、該中間部材の第２液体流路に一端側が連通し、他端側が前記液体噴射ヘッドに連通する第３液体流路を形成した下流部材と、を備え、
   前記中間部材は、剛性を有する樹脂材から成る板状部材であり、板厚方向に貫通した状態で、前記第２液体流路が形成され、該第２液体流路の一方の開口縁が第１シール部として前記板状部材の一方の面に露出し、第２液体流路の他方の開口縁が第２シール部として板状部材の他方の面に露出した管状のシール部材を一体化してなり、
   前記回路基板は、前記中間部材と前記下流部材の間に配され、前記シール部材の第２液体流路が板厚方向に貫通可能な貫通部が開設され、
   前記下流部材は、前記回路基板を配する面から、前記液体噴射ヘッド側に窪んだ窪部を備え、
   前記窪部の底面に前記第３液体流路の入口を開口し、前記シール部材の第２シール部を窪部の底面に当接することにより、第２液体流路と第３液体流路を連通したことを特徴とする液体噴射ヘッドユニット。
2. 前記シール部材は、環状の第１シール部及び第２シール部と、両シール部をつなぐ管状の中間部とからなり、該中間部が前記中間部材の樹脂材で覆われていることを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッドユニット。
3. 前記第２シール部が中間部材の樹脂部分よりも突出し、該突出部分が窪部の底面に当接することを特徴とする請求項２に記載の液体噴射ヘッドユニット。

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