JP5621987B2 - 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体を噴射する液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関し、特にインクを吐出するインクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装置に関する。

液体噴射ヘッドの代表例であるインクジェット式記録ヘッドでは、一般的に、インクが充填されたインクカートリッジ等の貯留手段からヘッド本体にインクが供給され、ヘッド本体に供給されたインクは圧電素子や発熱素子等の圧力発生手段を駆動させることによりノズルから噴射される。

このようなインクジェット式記録ヘッドには、貯留手段とヘッド本体とを繋ぐ液体流路が形成された流路部材を備えている。流路部材の構造は様々提案されているが、例えば、接着剤によって接合された複数の部材で液体流路を画成するようにしたものがある（例えば、特許文献１）。

特開２００２−１７８５４１号公報

このような流路部材を構成する複数の部材を接合する接着剤としては、接着力の高いものを用いることが好ましい。しかしながら、接着力の高い接着剤であってもガス透過率が高ければ（ガスバリア性が低くければ）、外部から液体流路内にガス（空気）が浸透してしまう虞があり、また逆に液体流路内の液体（水分）が透過しまう虞もある。

なお、このような問題は、インクジェット式記録ヘッドに限定されるものではなく、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドにおいても同様に存在する。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、液体のリークを抑制すると共にガスバリア性を高め、信頼性を向上することができる液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明は、液滴を噴射するノズルを備えるヘッド本体と、液体が貯留された貯留手段と前記ヘッド本体とを繋ぐ液体流路が形成された流路部材と、を備える液体噴射ヘッドであって、前記流路部材が、前記液体流路の一部の壁面を構成する第１の部材と、前記液体流路の前記第１の部材とは異なる一部の壁面を構成する第２の部材と、を備え、前記第１の部材と前記第２の部材とが、前記液体流路の周縁部を囲む第１の接合領域と、該第１の接合領域よりも外側の第２の接合領域と、で接合されていると共に、前記第２の接合領域が、前記第１の接合領域よりもガスバリア性を高めた状態で前記第１の部材と前記第２の部材との間隙を封止しており、前記第１の接合領域と前記第２の接合領域とで囲まれる前記第１の部材と前記第２の部材との間の空間を外部と連通する連通孔を備えていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる本発明では、第１の部材と第２の部材とを強固に接合され、且つ上記空間部内のガス（空気）の液体流路内への侵入が抑制される。

ここで、前記連通孔が蛇行して設けられていることが好ましい。液体流路内の液体（水分）が上記空間部に漏れ出したとしても、この水分が連通孔を介して外部に排出されるのを抑制できる。すなわち液体流路内の液体の増粘を抑えることができる。

また前記第１の接合領域が接着剤によって接合されていると共に、前記第２の接合領域が溶着により接合されていることが好ましい。これにより、第１の部材と第２の部材とがより強固に固定される。

また前記第１の部材と前記第２の部材とは、一方が他方に入れ子状態に収容されていることが好ましい。これにより、第１の部材と第２の部材とがさらに強固に固定され、漏れのない液体流路が形成される。

また前記第１の接合領域には、前記第１の部材及び前記第２の部材の少なくとも何れか一方が他方に向かって突出する凸部に設けられているが好ましい。これにより、液体流路の周囲をより確実に封止することができる。

また本発明は、このような構成の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。かかる本発明によれば、信頼性を向上した液体噴射装置の実現が可能となる。

本発明の実施形態１に係る記録装置の概略斜視図である。 本発明の実施形態１に係る流路部材の平面図及び断面図である。 本発明の実施形態１に係るヘッド本体の断面図である。 本発明の実施形態２に係る流路部材の平面図及び断面図である。

以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
まずは、本発明の液体噴射装置の一例であるインクジェット式記録装置（以下、「記録装置」とも言う）１０の概略構成について説明する。記録装置１０は、図１に示すように、液滴を噴射する液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッド（以下、「記録ヘッド」とも言う）２０を備える。記録ヘッド２０はキャリッジ１１に搭載されており、記録ヘッド２０にはインクが貯留された貯留手段である複数のインクカートリッジ１２が着脱可能に固定されている。

キャリッジ１１は、装置本体１３に取り付けられたキャリッジ軸１４に軸方向移動可能に設けられている。そしてキャリッジ１１は、駆動モーター１５の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト１６を介して伝達されることで、キャリッジ軸１４に沿って移動されるようになっている。また装置本体１３にはキャリッジ軸１４に沿ってプラテン１７が設けられており、図示しない給紙装置等により給紙された紙等の被記録媒体Ｓが、このプラテン１７上を搬送されるようになっている。

ここで、記録ヘッド２０を構成する流路部材３０について説明する。図２に示すように、流路部材３０は、インクカートリッジ１２と後述するヘッド本体５０とを繋ぐインク流路（液体流路）３１を備える。すなわち流路部材３０のインク流路３１は、その一端側がインクカートリッジ１２に接続され、他端側がヘッド本体５０に接続される。

この流路部材３０は、インク流路３１の一部の壁面を構成する第１の部材３２と、インク流路３１の第１の部材３２とは異なる一部の壁面を構成する第２の部材３３と、で構成され、第１の部材３２と第２の部材３３とが接合されてインク流路３１が画成されている。具体的には、第１の部材３２の一方面側には、例えば、各色のインクに対応する複数の凹部３４が形成されている。また第１の部材３２には、一端側が各凹部３４と連通する第１の流路３５が第１の部材３２を厚さ方向に貫通して設けられている。

一方、第２の部材３３は、第１の部材３２を収容可能な収容部３６を備え、一方面側が開口する箱形形状を有する。また第２の部材３３の収容部３６の底面部分には、第２の部材３３を厚さ方向に貫通する第２の流路３７が設けられている。

そしてこのような第２の部材３３の収容部３６内に第１の部材３２が凹部３４側から嵌合され、第１の部材３２が第２の部材３３の収容部３６内に収容された状態で両者が接合されている。このように、第１の部材３２と第２の部材３３とは入れ子状態で接合され、第１の部材３２の凹部３４の一方面が第２の部材３３で封止されることで第３の流路３８が形成されている。つまり、第１の部材３２と第２の部材３３とからなる流路部材３０には、第１の流路３５、第２の流路３７及び第３の流路３８からなるインク流路３１が形成されている。

ここで、第１の部材３２と第２の部材３３とは、インク流路３１の周縁部を囲む第１の接合領域３９と、第１の接合領域３９よりも外側の第２の接合領域４０と、で接合されている。本実施形態では、第１の接合領域３９が第１の部材３２に形成された各凹部３４（第３の流路３８）の周囲部に設けられ、第２の接合領域４０は第１の部材３２の周縁部、すなわち第２の部材３３の収容部３６の開口縁部、に設けられている。

第１の部材３２には、この第１の接合領域３９、つまり各凹部３４の周縁部に、他の部分よりも外側に突出した凸部４１が凹部３４を囲んで設けられている。第１の部材３２は、この凸部４１を第２の部材３３に実質的に当接させた状態で接着層４２によって接合されている。これにより、第１の部材３２と第２の部材３３とを良好に位置決めできると共に、凹部３４の周囲を良好に封止して第３の流路３８を形成することができる。第１の部材３２と第２の部材３３とを接合する接着層４２の材料（接着剤の種類）は、特に限定されないが、エポキシ系の接着剤等の比較的接着性の高い接着剤であることが好ましい。

なお本実施形態では、第１の部材に凸部が設けられているが、第２の部材に凸部が設けられていてもよいし、第１及び第２の部材のそれぞれに凸部が設けられていてもよい。

一方、第２の接合領域４０では、第１の接合領域３９よりもガスバリア性を高めた状態で第１の部材３２と第２の部材３３とが接合され、これら第１の部材３２と第２の部材３３との間隙が封止されている。本実施形態では、第１の接合領域３９が接着層（接着剤）４２によって接合されているのに対し、第２の接合領域４０では第１の部材３２と第２の部材３３とが、例えば、熱や超音波による溶着によって接合され、第１の部材３２と第２の部材３３との間には溶着層４３が形成されている。これにより、第２の接合領域４０は、第１の接合領域３９よりも確実にガスバリア性が高められた状態となっている。

ところで、このように第１の接合領域３９と第２の接合領域４０とで第１の部材３２と第２の部材３３とを接合した構成では、第１の部材３２と第２の部材３３との間に、第１の接合領域３９と第２の接合領域４０とで囲まれる空間４４が必然的に形成されることになる。本発明では、流路部材３０に、この空間４４を外部と連通する微細孔である連通孔４５を設けるようにした。すなわち連通孔４５によって空間４４を大気開放させるようにした。

これにより、例えば、環境温度の上昇に伴って空間４４内のガス（空気）が膨張した場合でも、空間４４内のガスは連通孔４５を介して外部に排出される。したがって、接着層４２からインク流路３１内へガス（空気）の浸透が抑えられ、ドット抜け等の問題の発生を抑制することができる。

このような連通孔４５は、流路部材３０の何れの位置に形成してもよいが、本実施形態では、第２の接合領域４０の溶着層４３に設けられている。また連通孔４５の大きさや数も特に限定されるものではない。ただし連通孔４５があまり大きく或いは多数形成されていると、溶着層４３のガスバリア性が大幅に低下してしまうことになる。したがって連通孔４５は、空間４４内のガスが確実に外部に排出される程度に極力小さく形成されていることが好ましい。

次に、このような流路部材３０と共に記録ヘッド２０を構成するヘッド本体５０の一例について説明する。図３に示すように、ヘッド本体５０は、複数の圧力発生室５１が形成された流路形成基板５２を備える。本実施形態では、流路形成基板５２には、幅方向に並設された圧力発生室５１の列が２列形成されている。圧力発生室５１は、流路形成基板５２を厚さ方向に貫通して設けられており、その一方面側は、流路形成基板５２上に形成された弾性膜５３によって構成されている。流路形成基板５２には、各列の圧力発生室５１の長手方向外側に連通部５４が形成されている。この連通部５４は、供給部５５を介して各圧力発生室５１の長手方向一端部とそれぞれ連通されている。

弾性膜５３上には、例えば、一対の電極とこれら一対の電極間に設けられる圧電材料からなる圧電体層とで構成される圧電素子５６が形成されている。一方、流路形成基板５２の弾性膜５３とは反対側の面には、各圧力発生室５１に対応する複数のノズル５７が形成されたノズルプレート５８が接合されている。

また流路形成基板５２の圧電素子５６側の面には、圧電素子５６を保護するための圧電素子保持部５９を備えた保護基板６０が接合されている。また保護基板６０には、連通部５４に対向する位置にマニホールド部６２が設けられている。マニホールド部６２は、連通部５４と連通して各圧力発生室５１の共通のインク室であるマニホールド６３を構成している。

保護基板６０上には、コンプライアンス基板６４が接合されている。コンプライアンス基板６４には、マニホールド６３にインクを供給するためのインク導入口６５がマニホールド６３に対向して設けられている。またコンプライアンス基板６４のマニホールド６３に対向する領域は、インク導入口６５部分を除いて、他の部分よりも厚さが薄い可撓部６６となっている。

コンプライアンス基板６４上には、ヘッドケース６７が固定されている。ヘッドケース６７は、インク導入口６５に連通すると共に、上述のように流路部材３０に連通するインク供給連通路６８が設けられている。

また保護基板６０上には、各圧電素子５６を駆動するための半導体集積回路（ＩＣ）等からなる駆動回路６９が設けられており、ヘッドケース６７には、この駆動回路６９に対向する領域に厚さ方向に貫通した駆動回路保持部７０が設けられている。駆動回路６９には、駆動回路保持部７０に挿通された駆動配線（図示なし）が接続されている。

なお各ヘッド本体５０では、インク導入口６５を介してマニホールド６３からノズル５７に至るまで内部をインクで満たされた状態で、駆動回路６９からの記録信号に従い各圧力発生室５１に対応するそれぞれの圧電素子５６に電圧が印加され、圧電素子５６がたわみ変形することで、各圧力発生室５１内の圧力が高まりノズル５７からインク滴が噴射される。

（実施形態２）
図４は、実施形態２に係る流路部材を示す平面図及び断面図である。

本実施形態は、連通孔の変形例であり、他の構成は実施形態１と同様である。以下同一部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

図４に示すように、本実施形態に係る連通孔４５は、第１の部材３２を厚さ方向に貫通して設けられ空間４４に繋がる貫通孔４５ａと、第１の部材３２の表面に設けられた溝部４５ｂとを含む。この溝部４５ｂは、その一端が貫通孔４５ａに接続され、第１の部材３２の第２の部材３３とは反対側の表面に蛇行して設けられている。この溝部４５ｂの一方面側は、ガスバリア性フィルムからなる封止フィルム８０によって覆われている。封止フィルム８０は、例えば、ポリプロピレン或いはポリエチレンフィルムと、シリカ膜或いはアルミニウム膜とで構成され、熱や超音波による溶着によって第１の部材３２に接合されている。この封止フィルム８０には開口部８１が形成されており、溝部４５ｂの他端はこの開口部８１に連通している。

つまり本実施形態では、第１の部材３２と第２の部材３３との間に形成された空間４４が、貫通孔４５ａ、溝部４５ｂ及び開口部８１で構成される連通孔４５を介して大気開放されている。

勿論、このような構成としても、実施形態１の場合と同様、第１の部材３２と第２の部材３３とを良好に接合することができる。また空間４４内のガスは連通孔４５介して外部に排出されるため、接着層４２からインク流路３１内へガス（空気）の浸透が抑えられ、ドット抜け等の問題の発生を抑制することができる。

特に本実施形態では、連通孔４５を構成する溝部４５ｂが蛇行して形成され、連通孔４５の全長が比較的長くなっていると共に、溝部４５ｂの開口面が封止フィルム８０によって封止されている。したがって、インク流路３１内の水分が接着層４２を介して空間４４内に漏れ出したとしても、この水分が連通孔４５から外部に排出される量を極力抑えることができる。つまりインク流路３１内のインクの増粘を抑制することができる。

なお本実施形態では、連通孔４５を構成する溝部４５ｂを第１の部材３２の表面に設けるようにしたが、この溝部４５ｂの形成位置は特に限定されるものではない。例えば、溝部４５ｂを第２の部材３３の表面に設けるようにしてもよい。

（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の基本的構成は上述したものに限定されるものではない。例えば、上述の実施形態では、第１の部材３２と第２の部材３３との第１の接合領域３９を接着層４２によって接合し、第２の接合領域４０を溶着層４３によって接合するようにしたが、これら第１及び第２の接合領域３９，４０の接合方法は特に限定されるものではない。例えば、第２接合領域４０がガスバリア性の高い接着剤によって接合されていてもよい。

また上述の実施形態では、第３の流路３８となる凹部３４を第１の部材３２に設けた例を説明したが、この凹部３４は第２の部材３３に設けられていてもよい。

また、上述した実施形態では、記録装置１０として、インクカートリッジ１２がキャリッジ１１に搭載された構成を例示したが、記録装置１０の構成はこれに限定されるものではない。記録装置は、例えば、インクカートリッジ等の貯留手段が装置本体に固定され、貯留手段のインクが供給管等を介して各ヘッド本体に供給されるタイプの装置であってもよい。この場合、流路部材は、供給管の途中やインクカートリッジと供給管との間などに設けられていてもよい。

また、上述した記録装置１０として、記録ヘッド２０がキャリッジ１１に搭載されて主走査方向に移動されるものを例示したが、記録装置は、例えば、記録ヘッドが固定されて、紙等の被記録媒体を副走査方向に移動させるだけで印刷を行う、いわゆるライン式の記録装置であってもよい。

さらに本発明は、広く液体噴射ヘッド全般を対象としたものであり、例えば、プリンター等の画像記録装置に用いられる各種のインクジェット式記録ヘッド等の記録ヘッドの他、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噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（電界放出ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等にも適用することができる。また、液体噴射装置の一例としてインクジェット式記録装置を挙げて説明したが、本発明は、上述した他の液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置にも適用することができるものである。

１０ インクジェット式記録装置、 １１ キャリッジ、 １２ インクカートリッジ、 １３ 装置本体、 １４ キャリッジ軸、 １５ 駆動モーター、 １６ タイミングベルト、 １７ プラテン、 ２０ 記録ヘッド、 ３０ 流路部材、 ３１ インク流路、 ３２ 第１の部材、 ３３ 第２の部材、 ３４ 凹部、 ３５ 第１の流路、 ３６ 収容部、 ３７ 第２の流路、 ３８ 第３の流路、 ３９ 第１の接合領域、 ４０ 第２の接合領域、 ４１ 凸部、 ４２ 接着層、 ４３ 溶着層、 ４４ 空間、 ４５ 連通孔、 ４５ａ 貫通孔、 ４５ｂ 溝部、 ５０ ヘッド本体、 ８０ 封止フィルム、 ８１ 開口部

Claims (6)

1. 液滴を噴射するノズルを備えるヘッド本体と、
   液体が貯留された貯留手段と前記ヘッド本体とを繋ぐ液体流路が形成された流路部材と、を備える液体噴射ヘッドであって、
   前記流路部材が、
   前記液体流路の一部の壁面を構成する第１の部材と、前記液体流路の前記第１の部材とは異なる一部の壁面を構成する第２の部材と、を備え、
   前記第１の部材と前記第２の部材とが、前記液体流路の周縁部を囲む第１の接合領域と、該第１の接合領域よりも外側の第２の接合領域と、で接合されていると共に、前記第２の接合領域が、前記第１の接合領域よりもガスバリア性を高めた状態で前記第１の部材と前記第２の部材との間隙を封止しており、
   前記第１の接合領域と前記第２の接合領域とで囲まれる前記第１の部材と前記第２の部材との間の空間を外部と連通する連通孔を備えていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
2. 前記連通孔が蛇行して設けられていることを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
3. 前記第１の接合領域が接着剤によって接合されていると共に、前記第２の接合領域が溶着により接合されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体噴射ヘッド。
4. 前記第１の部材と前記第２の部材とは、一方が他方に入れ子状態に収容されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
5. 前記第１の接合領域には、前記第１の部材及び前記第２の部材の少なくとも何れか一方が他方に向かって突出する凸部に設けられていることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
6. 請求項１〜５の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置。

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