JP6079961B2 - 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ノズルから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、特に液体として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。
液滴を吐出する液体噴射ヘッドの代表例としては、インク滴を吐出するインクジェット式記録ヘッドが挙げられる。このインクジェット式記録ヘッドとしては、例えば、インク滴をノズルから吐出するヘッド本体と、ヘッド本体に固定されてインクが貯留されたインクカートリッジ等の液体貯留手段からのインクを各ヘッド本体に供給する流路部材と、を具備するものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
このようなインクジェット式記録ヘッドの流路部材は、複数のヘッド本体を保持する第1流路部材と、第1流路部材のヘッド本体を固定した面とは反対面側に固定された第2流路部材とを具備し、シート等の板状の弾性材料からなるシール部材を第1流路部材の流路の開口縁部と第2流路部材の流路の開口縁部との間で挟持させて、接続された流路からインクが漏れないように密封している。
特開2009−6730号公報
しかしながら、第1流路部材の流路と第2流路部材の流路とを2つの部材の間で挟持されたゴムシートなどのシール部材で密封しようとすると、シール部材の弾性変形による反発力によって、第1流路部材と第2流路部材とが互いに離反する方向に圧力が印加されてしまう。これにより、ヘッド本体のインク滴を吐出する液体噴射面に垂直な方向に圧力が印加されて、流路部材からのヘッド本体の剥離、ヘッド本体を構成する積層部材の剥離及びヘッド本体の液体噴射面に反りが生じて、インク滴の被噴射媒体への着弾位置ずれ等の不具合が発生するという問題がある。
また、シール部材の弾性力が小さくなるように設定すると、シール部材の密封性が低下して、流路の接続部分からインク漏れ等が発生する虞があるという問題がある。
なお、このような問題はインクジェット式記録ヘッドだけではなく、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、流路を好適に接続す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の態様は、第1液体流路を有し、該第1液体流路の液体をノズルから吐出する第1部材と、前記第1液体流路に連通する第2液体流路を有する第2部材と、前記第1部材の前記第1液体流路と、前記第2部材の前記第2液体流路との接続部分を密封するシール部材と、前記ノズルが形成されている平面に射影した時に、当該ノズルとは異なる位置に存在する固定領域側で前記第1部材に固定され、前記固定領域で支持され前記接続部分に向かって突出して設けられて、前記接続部分側で前記シール部材の前記第1部材側を支持する支持部材と、を具備し、前記シール部材は、前記第1液体流路の径方向に圧力をかけて密封していることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる態様では、支持部材によってシール部材を支持させることで、シール部材の弾性変形による反発力が液体噴射面に直交する方向に印加されるのを抑制することができる。また、液体貯留手段等を装着する際に圧力が印加されても、支持部材によって接続部分に印加される圧力を固定領域側に分散して、ノズルに印加されるのを抑制することができる。さらに、第1液体流路側をシール部材で密封する圧力を液体流路の径方向とすることで、液体噴射面に直交する方向にシール部材の弾性変形による反発力が印加されるのを抑制することができる。なお、支持部材がシール部材の第1部材側で支持するというのは、シール部材の少なくとも支持部材に支持される部分よりも第1部材側に設けられるというものであり、シール部材の一部に支持部材よりも第1部材側に伸びている部分があっても構わない。
ここで、前記支持部材と、前記第2部材とは、前記支持部材と前記第1部材とが固定された領域よりも内側で固定されていることが好ましい。これによれば、支持部材の剛性を向上することができ、支持部材の変形によってノズルに圧力が印加されるのを抑制することができる。
また、前記シール部材は、前記支持部材と前記第2部材との間で、前記第2液体流路の径方向とは交差する方向に圧力をかけて密封していることが好ましい。これによれば、第2液体流路側を密封するシール部材の圧力を液体流路の径方向とすることで、液体噴射面に直交する方向にシール部材の弾性変形による反発力が印加されるのをさらに抑制することができる。
さらに、本発明の他の態様は、上記態様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。
かかる態様では、液体漏れを抑制して、破壊及び液体の着弾位置ずれを抑制した液体噴射装置を実現できる。
また、他の態様は、第1液体流路を有し、該第1液体流路の液体をノズルから吐出する第1部材と、前記第1液体流路に連通する第2液体流路を有する第2部材と、前記第1部材の前記第1液体流路と、前記第2部材の前記第2液体流路との接続部分を密封するシール部材と、前記ノズルが形成されている平面に射影した時に、当該ノズルとは異なる位置に存在する固定領域側で前記第1部材に固定され、前記固定領域で支持され前記接続部分に向かって突出して設けられて、前記接続部分側で前記シール部材の前記第1部材側で支持する支持部材と、を具備し、前記シール部材は、前記第1液体流路の径方向に圧力をかけて密封していることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる態様では、支持部材によってシール部材を支持させることで、シール部材の弾性変形による反発力が液体噴射面に直交する方向に印加されるのを抑制することができる。また、液体貯留手段等を装着する際に圧力が印加されても、支持部材によって接続部分に印加される圧力を固定領域側に分散して、ノズルに印加されるのを抑制することができる。さらに、第1液体流路側をシール部材で密封する圧力を液体流路の径方向とすることで、液体噴射面に直交する方向にシール部材の弾性変形による反発力が印加されるのを抑制することができる。なお、支持部材がシール部材の第1部材側で支持するというのは、シール部材の少なくとも支持部材に支持される部分よりも第1部材側に設けられるというものであり、シール部材の一部に支持部材よりも第1部材側に伸びている部分があっても構わない。
ここで、前記支持部材と、前記第2部材とは、前記支持部材と前記第1部材とが固定された領域よりも内側で固定されていることが好ましい。これによれば、支持部材の剛性を向上することができ、支持部材の変形によってノズルに圧力が印加されるのを抑制することができる。
また、前記シール部材は、前記支持部材と前記第2部材との間で、前記第2液体流路の径方向とは交差する方向に圧力をかけて密封していることが好ましい。これによれば、第2液体流路側を密封するシール部材の圧力を液体流路の径方向とすることで、液体噴射面に直交する方向にシール部材の弾性変形による反発力が印加されるのをさらに抑制することができる。
さらに、本発明の他の態様は、上記態様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。
かかる態様では、液体漏れを抑制して、破壊及び液体の着弾位置ずれを抑制した液体噴射装置を実現できる。
本発明の実施形態1に係る記録ヘッドの断面図である。 本発明の実施形態1に係る記録ヘッドの正面図である。 本発明の実施形態1に係る記録ヘッドの要部を拡大した断面図である。 本発明の実施形態1に係る記録ヘッドの変形例を示す断面図である。 本発明の実施形態1に係る記録ヘッドの変形例を示す断面図である。 本発明の実施形態1に係る記録ヘッドの変形例を示す断面図である。 本発明の実施形態2に係る記録ヘッドの断面図である。 本発明の実施形態2に係る記録ヘッドの正面図である。 本発明の実施形態2に係る記録ヘッドの要部を拡大した断面図である。 本発明の実施形態2に係る記録ヘッドの変形例を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る記録装置の概略構成を表す斜視図である。
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)
図1は、本発明の実施形態1に係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の断面図であり、図2は、記録ヘッドの正面図(第1の方向Xの投影図)であり、図3は、図1の要部を拡大した断面図である。
図示するように、本実施形態の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1は、ノズルからインク滴を吐出する複数のヘッド本体10と、複数のヘッド本体10を保持すると共にヘッド本体10に液体を供給する液体流路が設けられた流路部材20と、を具備する。
ヘッド本体10は、一方面に液体としてインク滴を吐出するノズルが開口する液体噴射面12が設けられている。本実施形態の液体噴射面12には、ノズルが並設されたノズル列が、ノズルの並設方向とは交差する方向に2列設けられている。ここで、本実施形態では、1つのノズル列においてノズルが並設された方向を第1の方向Xと称し、第1の方向Xに交差してノズル列が列設された方向を第2の方向Yと称する。
また、ヘッド本体10の図示しない内部には、ノズルに連通すると共に流路部材20の液体流路に連通する流路と、流路内のインクに圧力変化を生じさせる圧力発生手段等が設けられている。かかる圧力発生手段としては、例えば、電気機械変換機能を呈する圧電材料を有する圧電アクチュエーターの変形によって流路の容積を変化させて流路内のインクに圧力変化を生じさせてノズルからインク滴を吐出させるものや、流路内に発熱素子を配置して、発熱素子の発熱で発生するバブルによってノズルからインク滴を吐出させるものや、振動板と電極との間に静電気力を発生させて、静電気力によって振動板を変形させてノズルからインク滴を吐出させるいわゆる静電式アクチュエーターなどを使用することができる。
このようなヘッド本体10は、液体噴射面12とは反対面側が流路部材20に固定され、インクカートリッジやインクタンクなどの液体貯留手段に貯留されたインクが流路部材20を介して供給される。なお、流路部材20には、ヘッド本体10が複数個、本実施形態では、5個、ノズル列の列設方向である第2の方向Yに並設されて固定されている。また、本実施形態では、流路部材20とヘッド本体10との固定方向を第3の方向Zと称する。すなわち、流路部材20とヘッド本体10との固定方向とは積層方向のことであり、液体噴射面12の面方向(第1の方向X及び第2の方向Yの面方向)に直交する方向のことである。
ちなみに、ヘッド本体10と流路部材20との固定方法は特に限定されず、例えば、接着剤による接着や、ネジ等による固定であってもよい。ただし、ヘッド本体10は小型であり、シール部材を介してネジにより固定するのは困難であるため、接着剤による接着が好ましい。
このようなヘッド本体10が固定される流路部材20は、第1液体流路101が設けられた第1流路部材30と、第1液体流路101に連通する第2液体流路102が設けられた第2流路部材40と、第1流路部材30と第2流路部材40との間に設けられて第1液体流路101と第2液体流路102との接続部分を密封するシール部材50と、を具備する。
第1流路部材30の一方面(第3の方向Z)には、上述のように5個のヘッド本体10が第2の方向Yに沿って並設されている。
また、第1流路部材30のヘッド本体10を固定する面とは反対側の面は、第2流路部材40が固定される第2流路部材装着部33となっている。
さらに、第1流路部材30には、第1液体流路101が設けられている。第1液体流路101は、一端が第2流路部材装着部33に開口し、他端がヘッド本体10の固定された面に開口する。
また、第1液体流路101が開口する第2流路部材装着部33には、円筒状の第1突起部34が設けられており、この第1突起部34の突出した端面に第1液体流路101が開口して設けられている。
なお、図2に示すように、第1流路部材30には、1つのヘッド本体10に対して2つの第1液体流路101が設けられている。本実施形態では、第1流路部材30に5個のヘッド本体10が設けられているため、合計10個の第1液体流路101が設けられている。
また、第1流路部材30には、当該第1流路部材30を厚さ方向に貫通する固定孔37が設けられている。そして、第2流路部材40に設けられた固定部46を固定孔37に挿通させた状態で固定ネジ60を螺合させることで、第2流路部材40は第1流路部材30に固定される。
第1流路部材30に固定される第2流路部材40は、第1流路部材30に固定される面とは反対側に、インクを貯留したインクカートリッジ等の液体貯留手段が接続される液体貯留手段装着部41を有する。
また、第2流路部材40には、第1の方向Xの一端部に第3の方向Zの液体貯留手段装着部41側に延設された壁部45が設けられている。
第2流路部材40には、一端が液体貯留手段装着部41側に開口し、他端が第1流路部材30(第2流路部材装着部33)側に開口する第2液体流路102が設けられている。本実施形態では、第2液体流路102は、第1流路部材30の第1液体流路101に接続されるため、第1液体流路101と同じ数、すなわち、10個設けられている。
また、第2流路部材40の第1流路部材30に相対向する面には、円筒状に突出した第2突起部42が設けられており、第2液体流路102は、この第2突起部42の突出した先端面に開口して設けられている。すなわち、第2流路部材40の第1流路部材30に相対向する面には、それぞれ内部に第2液体流路102が設けられた管状の第2突起部42が複数突設されている。
また、第2流路部材40の第1流路部材30とは反対面側、すなわち、液体貯留手段装着部41の第2液体流路102の開口部分には、液体貯留手段に接続される針状の接続部材43が、インクに含まれる気泡や異物を除去するためのフィルター44を介して固定されている。
接続部材43は、第2液体流路102に連通する貫通孔103を有する。そして、接続部材43が液体貯留手段に接続されることで、液体貯留手段内のインクは接続部材43の貫通孔103を介して第2流路部材40の第2液体流路102に供給される。なお、本実施形態では、液体貯留手段としてインクカートリッジを用いるため、針状の接続部材43がインクカートリッジに挿入されることで、インクカートリッジの内部と接続部材43の内部の貫通孔103とが接続される。また、接続部材43は、第2液体流路102の数に対応して設けられている。本実施形態では、第2液体流路102が10個設けられているため、接続部材43も第2液体流路102と同数の10個設けられている。
さらに、第2流路部材40には、第1流路部材30の固定孔37に挿入される固定部46が突出して設けられている。本実施形態では、固定部46を四つの角部のそれぞれに1個ずつ設けるようにした。なお、第1流路部材30の固定孔37も固定部46と同様に4個設けられている。
このような第2流路部材40は、第1流路部材30の固定孔37に固定部46を挿入することで位置決めされる。そして、第1流路部材30の固定孔37に第2流路部材40とは反対側から固定ネジ60を挿入し、固定ネジ60を第2流路部材40の固定部46に螺合させることで第2流路部材40は、第1流路部材30に固定される。
なお、本実施形態では、ヘッド本体10と第1流路部材30とが、インクを吐出すると共に第1液体流路101が設けられた第1部材に相当し、第2流路部材40が第1液体流路101に連通する第2液体流路102が設けられた第2部材に相当する。
また、第1流路部材30と第2流路部材40との間には、第1液体流路101と第2液体流路102との接続部分を密封するシール部材50が設けられている。ここで、第1液体流路101と第2液体流路102との接続部分とは、本実施形態では、第1突起部34と第2突起部42とが相対向する部分のことである。ちなみに、第1突起部34と第2突起部42との先端面同士を直接接触させるようにすると、寸法公差等から、第1突起部34と第2突起部42との間に隙間が生じるか、第1突起部34と第2突起部42とが当接してヘッド本体10に第3の方向Zに圧力が印加されてしまう。このため、第1突起部34の先端面と、第2突起部42の先端面とは、予め離れた位置となるように配置されている。なお、第1突起部34と第2突起部42との間に隙間があると、気泡が滞留する虞がある。このため、第1突起部34と第2突起部42との間に充填部材を充填するようにしてもよい。この充填部材としては、インクジェット式記録ヘッド1に用いられるインク等の液体に対して耐液体性を有する多孔質弾性体で、且つ詳しくは後述するシール部材50に比べて弾性力(弾性率)が低い材料を用いることができる。例えば、多孔質弾性体としては、ポリエチレン、メラミン等の樹脂材料、ゴムなどで形成されたスポンジが挙げられる。
シール部材50は、インクジェット式記録ヘッド1に用いられるインク等の液体に対して耐液体性を有し、且つ弾性変形可能な材料、例えば、ゴムやエラストマー等を用いることができる。本実施形態では、シール部材50として、ゴムで形成された板状部材を用いた。
また、シール部材50には、円筒状のシール部51が一体的に設けられている。シール部51には、第1突起部34及び第2突起部42の外径よりも若干小さな内径を有する連通路104が設けられている。そして、シール部51の連通路104を第1突起部34及び第2突起部42の外周に嵌合させることで、第1突起部34に設けられた第1液体流路101と第2突起部42に設けられた第2液体流路102とは、連通路104を介して連通される。すなわち、第1突起部34と第2突起部42との外周には、この第1突起部34と第2突起部42との外周に跨って設けられて、境界の周方向に亘って連続するシール部51が設けられている。そして複数のシール部51は、板状の部材で連続して一体的に設けられている。
なお、連通路104は、第1突起部34及び第2突起部42の外周よりも若干小さな内径を有するため、連通路104の内面が第1突起部34及び第2突起部42の外周面に、第1液体流路101及び第2液体流路102の径方向に圧力を印加した状態で密着される。ちなみに、第1液体流路101及び第2液体流路102の径方向とは、インクの流れる方向を横断する方向であり、本実施形態では、第1の方向X及び第2の方向Yの面方向のことである。ちなみに、第1液体流路101及び第2液体流路102は、本実施形態では、第3の方向Zに沿って設けられているが、特にこれに限定されず、例えば、第1液体流路101及び第2液体流路102の何れか一方又は両方が、第3の方向Zに交差する方向に設けられていてもよい。この場合には、シール部材50は、第1液体流路101及び第2液体流路102の径方向は、流路が設けられた第3の方向Zに交差する方向となる。
このように、第1液体流路101及び第2液体流路102の径方向に圧力を印加して密封するシール部材50によって、第1液体流路101及び第2液体流路102を連通させることで、シール部材50が液体噴射面12の面方向に直交する方向、すなわち、第3の方向Zに弾性変形してその反発力がヘッド本体10を押圧するのを抑制することができる。これにより、流路部材20からのヘッド本体10の剥離、ヘッド本体10を構成する図示しない積層部材(第3の方向Zに積層された部材)の剥離及びヘッド本体10の液体噴射面12に反りが発生するのを抑制して、液体噴射面12の反りによりノズルから吐出されるインク滴の被噴射媒体への着弾位置ずれを抑制することができる。
ちなみに、第1突起部34の先端面と第2突起部42の先端面との間で弾性部材からなるシール部材を挟持させると、シール部材の弾性変形による反発力によってヘッド本体10に液体噴射面12の面方向に直交する方向(第3の方向Z)に圧力が印加されてしまう。そして、ヘッド本体10に第3の方向Zに圧力が印加されると、流路部材20からのヘッド本体10の剥離や、ヘッド本体10を構成する図示しない積層部材(第3の方向Zに積層された部材)の剥離、ヘッド本体10の液体噴射面12が反ることにより被噴射媒体へのインク滴の着弾位置ずれが発生する。
また、シール部材50の密封する圧力を第1液体流路101及び第2液体流路102の径方向とすることで、シール部材50が密封する圧力を高くすることができる。ちなみに、第1突起部34の先端面と第2突起部42の先端面との間で弾性部材からなるシール部材を挟持させる場合には、シール部材の弾性変形した際の反発力による圧力がヘッド本体10に印加されてしまうため、シール部材を挟持する圧力を高くすることができない。また、シール部材を挟持する圧力を低くすると、インク漏れが生じる虞がある。本実施形態では、シール部材50の密封する圧力を第1液体流路101及び第2液体流路102の径方向とすることで、シール部材50が密封する圧力を高くしてインクの漏れを抑制しても、ヘッド本体10の破壊や液体噴射面12の反りの発生を抑制することができる。
また、本実施形態では、第1流路部材30には、支持部材38が設けられている。支持部材38は、弾性変形可能な材料、例えば、樹脂や金属などで形成されている。
また、支持部材38は、第1流路部材30と第2流路部材40とを固定する固定領域側で支持されて、第1液体流路101と第2液体流路102との接続部分に向かって突出して設けられており、この接続部分側でシール部材50のヘッド本体10側の面に当接して設けられている。また、支持部材38とシール部材50とは接着剤で接着されることにより、シール部材50が第1突起部34と第2突起部42との間から外れないように固定している。もちろん、支持部材38に嵌合構造を設け、シール部材50と嵌合する等の他の方法でシール部材50を固定してもよい。
ここで、本実施形態では、上述のように第1流路部材30と第2流路部材40とは、第1流路部材30の固定孔37に挿入した固定部46に固定ネジ60を螺合させることで固定されている。したがって、第1流路部材30と第2流路部材40との固定領域とは、固定部46が固定ネジ60に固定された領域のことである。
そして、この固定領域は、ノズルが形成されている平面に射影したときに、ノズルとは異なる位置に設けられている。本実施形態では、固定領域は、液体噴射面を平面に射影した際に、ノズルが開口する液体噴射面12の外側、つまり、ヘッド本体10の外側に配置されている。ちなみに、ノズルは、一般的にノズルプレートに設けられているため、例えば、ヘッド本体10のノズルプレートの面積が小さく、ヘッド本体10のノズルプレートとは反対面側が大きい場合には、固定領域はノズルプレートの外側に配置すれば、ヘッド本体のノズルプレートとは反対面側で重なる位置に配置されていてもよい。また、詳しくは後述するが、固定領域をノズルとは異なる位置とすることで、支持部材38が、シール部材50を支持した際の圧力が、固定領域に印加されたとしても、その圧力が液体噴射面12に印加されるのを抑制することができるが、固定領域が、液体噴射面12内であっても、ノズルとは異なる位置に配置されていれば、ノズルプレート等の端部が剥離することはあっても、ノズルの周囲での剥離を抑制することができる。
したがって、支持部材38は、固定孔37が設けられた側に支持されている。本実施形態では、平板状の支持部材38を用いて、第1の方向X及び第2の方向Yの面内において、第1流路部材30の外周側で周方向に亘って第1流路部材30と支持部材38とを一体化することで支持部材38は第1流路部材30に支持されている。また、支持部材38に第1突起部34が挿通される挿通孔39を設け、支持部材38を第1流路部材30の中央部分で第1流路部材30から離反した状態で配置した。これにより、支持部材38は、シール部材50の第1流路部材30側の面を支持する。つまり、支持部材38は、シール部材50の第1流路部材30側の面に当接する。
このように支持部材38を設けることによって、図3に示すように、液体貯留手段の装着時に第2流路部材40に圧力が印加されたとしても、液体貯留手段の装着による圧力が支持部材38によって分散されて、第1突起部34に印加される圧力を抑制することができる。
すなわち、液体貯留手段を第2流路部材40に装着すると、第2流路部材40には装着による圧力が印加される。この圧力は、シール部材50の連通路104の内面と第1突起部34及び第2突起部42の外周面との摩擦によって第1突起部34に伝わる。しかしながら、シール部材50のヘッド本体10側の面は、弾性変形可能な支持部材38によって支持されているため、支持部材38の接続部分側が弾性変形することによって、第2突起部42がシール部材50を介して第1突起部34を第3の方向Zに押圧する圧力は分散される。つまり、第2突起部42がシール部材50を押圧する力は、支持部材38が弾性変形することによって、第1流路部材30の第2流路部材40が固定される固定領域側に分散する。したがって、第1突起部34に印加される圧力が低減し、第1突起部34が押圧されることにより発生する流路部材20からのヘッド本体10の剥離、ヘッド本体10を構成する積層部材の剥離及び液体噴射面12の反りを抑制することができる。
なお、本実施形態では、第1突起部34と第2突起部42の外周を略同じ外径として、第1突起部34及び第2突起部42の外周にシール部材50を嵌合させるようにしたが、特にこれに限定されるものではない。ここで、第1突起部34、第2突起部42及びシール部材の変形例について図4及び図5を参照して説明する。なお、図4及び図5は、記録ヘッドの変形例を示す断面図及びその拡大図である。
図4に示すように、第2突起部42は、第1突起部34の外径よりも大きな内径を有する。そして、第1突起部34の外周と、第2突起部42の内周との間に管状のシール部材50(シール部51)が設けられている。つまり、第1突起部34は、第2突起部42内に挿入されている。このような構成であっても、シール部材50は、第1液体流路101及び第2液体流路102の径方向に圧力をかけて密封していることになる。そして、シール部材50の第2流路部材40側(ヘッド本体10側)の面は支持部材38によって支持されている。
また、図5に示すように、第1突起部34は、第2突起部42の外径よりも大きな内径を有する。そして、第2突起部42の外周と、第1突起部34の内周との間に管状のシール部材50(シール部51)が設けられている。また、シール部材50は、シール部51の第2流路部材40側の端部から液体噴射面12の面方向(第1の方向X及び第2の方向Y)に向かって屈曲して延設されている。そして、支持部材38は、この延設された面の第1流路部材30側の面を支持(当接)して設けられている。このようなシール部材50であっても、第1液体流路101及び第2液体流路102の径方向に圧力をかけて密封していることになる。
さらに、図4や図5では、第1液体流路101及び第2液体流路102の双方が突起の中に設けられているが、図4の第2突起部42や図5の第1突起部34のようにシール部51の外側に位置する突起部は用いないようにしてもよい。図4の場合は、第2流路部材40の中に第2液体流路102が突起なしに設けられ、第2液体流路102の内側に第1突起部34とシール部51とが設けられているようにしてもよい。同様に、図5の場合は、第1流路部材30の中に第1液体流路101が突起なしに設けられ、第1液体流路101の内側に第2突起部42とシール部51とが設けられているようにしてもよい。
また、本実施形態では、シール部材50は、第1突起部34と第2突起部42との間で連続する板状部分を有するものであるが、特にこれに限定されるものではない。ここで、シール部材の他の例を図6に示す。
図6に示すように、シール部材50は、第1突起部34と第2突起部42との間ではなく、シール部51の第1突起部34側の端部で複数のシール部51を接続する板状の接続部52が設けられている。このような構成では、筒状のシール部51の第1突起部34と第2突起部42との間の空間部分に相対向する領域に接続部52が設けられていないことから、シール部51が第1突起部34と第2突起部42との間で弾性変形し易い。したがって、第1流路部材30、第2流路部材40及びシール部材50の組立が容易となる。また、第1突起部34と第2突起部42との位置(第1の方向X及び第2の方向Yの面内の位置)に誤差が生じたとしても、シール部51が弾性変形し易いため、位置決めを容易に行うことができると共に、インクの漏出を抑制することができる。また、第2流路部材40への液体貯留手段の着脱時に、第1突起部34と第2突起部42との間の領域でシール部51が弾性変形することによって、液体貯留手段の着脱時の圧力が緩和されて、第2流路部材40に伝わり難い。
(実施形態2)
図7は、本発明の実施形態2に係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の断面図であり、図8は、インクジェット式記録ヘッドの正面図であり、図9は、図7の要部を拡大した断面図である。なお、上述した実施形態1と同一の部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
図示するように、本実施形態の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1は、ノズルからインク滴を吐出する複数のヘッド本体10と、複数のヘッド本体10を保持すると共に、ヘッド本体10に液体を供給する液体流路が設けられた流路部材20と、を具備する。
流路部材20は、第1液体流路101が設けられた第1流路部材30と、第1液体流路101に連通する第2液体流路102が設けられた第2流路部材40と、第1流路部材30と第2流路部材40との間に設けられて第1液体流路101と第2液体流路102との接続部分を密封するシール部材50と、シール部材50と第2流路部材40との間に設けられた支持部材38と、を具備する。
第1流路部材30には、複数のヘッド本体10、本実施形態では、5個のヘッド本体10が第2の方向Yに沿って並設されている。
また、第1流路部材30には、第1液体流路101が設けられている。第1液体流路101は、一端がヘッド本体10が固定された面に開口し、他端がヘッド本体10とは反対側(第3の方向Z)の面に開口する。
また、第1液体流路101が開口する面には、円筒状の第1突起部34が設けられており、この第1突起部34の突出した端面に第1液体流路101が開口して設けられている。
なお、本実施形態では、図8に示すように、第1流路部材30には、1つのヘッド本体10に対して2つの第1液体流路101が設けられている。本実施形態では、第1流路部材30に5個のヘッド本体10が設けられているため、合計10個の第1液体流路101が設けられている。
また、第1流路部材30には、当該第1流路部材30を厚さ方向に貫通する固定孔37が設けられている。そして、固定ネジ60を固定孔37に挿通し、さらに後述する支持部材38の貫通孔38aに挿通した状態で、第2流路部材40に螺合させることで、第1流路部材30は、第2流路部材40に固定される。なお、本実施形態では、固定孔37を第1流路部材30の4つの角部のそれぞれに1個ずつ設け、固定ネジ60によって流路部材20の4つの角部が固定されるようにした。
第2流路部材40は、第1流路部材30側とは反対側に、インクを貯留したインクカートリッジ等の液体貯留手段が接続される液体貯留手段装着部41を有する。
また、第2流路部材40には、第1の方向Xの一端部に第3の方向Zの液体貯留手段装着部41側に延設された壁部45が設けられている。
第2流路部材40には、一端が液体貯留手段装着部41側に開口し、他端が第1流路部材30側に開口する第2液体流路102が設けられている。本実施形態では、第2液体流路102は、第1流路部材30の第1液体流路101に接続されるため、第1液体流路101と同じ数、すなわち、10個設けられている。
また、本実施形態では、第2液体流路102が開口する第2流路部材40の第1流路部材30側の面は、平坦面となっている。
さらに、第2流路部材40の第1流路部材30とは反対面側、すなわち、液体貯留手段装着部41の第2液体流路102の開口部分には、液体貯留手段に接続される針状の接続部材43が固定されている。また、接続部材43と第2流路部材40との間には、インクに含まれる気泡や異物を除去するためのフィルター44が設けられている。
接続部材43は、第2液体流路102に連通する貫通孔103を有する。そして、接続部材43が液体貯留手段に接続されることで、液体貯留手段内のインクは接続部材43の貫通孔103を介して第2流路部材40の第2液体流路102に供給される。なお、本実施形態では、液体貯留手段としてインクカートリッジを用いるため、針状の接続部材43がインクカートリッジに挿入されることで、インクカートリッジの内部と接続部材43の内部の貫通孔103とが接続される。また、接続部材43は、第2液体流路102の数に対応して設けられている。本実施形態では、第2液体流路102が10個設けられているため、接続部材43も第2液体流路102と同数の10個設けられている。
なお、本実施形態では、ヘッド本体10と第1流路部材30とが、インクを吐出すると共に第1液体流路101が設けられた第1部材に相当する。また、第2流路部材40が第1液体流路101に連通する第2液体流路102が設けられた第2部材に相当する。
また、第1流路部材30と第2流路部材40との間には、第1液体流路101と第2液体流路102との接続部分を密封するシール部材50が設けられている。ここで、第1液体流路101と第2液体流路102との接続部分とは、本実施形態では、第1突起部34と第2流路部材40の第2液体流路102が開口する面とが相対向する部分のことである。ちなみに、第1突起部34と第2流路部材40とを直接接触させるようにすると、寸法公差等から、第1突起部34と第2流路部材40との間に隙間が生じるか、第1突起部34と第2流路部材40とが当接してヘッド本体10に第3の方向Zに圧力が印加されてしまう。このため、第1突起部34の先端面と、第2流路部材40とは、予め離れた位置となるように配置されている。なお、本実施形態では、第2液体流路102とシール部材50の連通路104とが同じ内径となるように図示しているが、第2液体流路102の内径を連通路104の内径よりも小さくしてもよい。この場合には、第1突起部34と第2流路部材40との間に隙間が画成されるが、この隙間に気泡が滞留する虞がある。このため、第1突起部34と第2流路部材40との間に隙間が形成される場合には、充填部材を充填するようにしてもよい。この充填部材としては、インクジェット式記録ヘッド1に用いられるインク等の液体に対して耐液体性を有する多孔質弾性体で、且つ詳しくは後述するシール部材50に比べて弾性力(弾性率)が低い材料を用いることができる。例えば、多孔質弾性体としては、ポリエチレン、メラミン等の樹脂材料、ゴムなどで形成されたスポンジが挙げられる。
シール部材50は、インクジェット式記録ヘッド1に用いられるインク等の液体に対して耐液体性を有し、且つ弾性変形可能な材料、例えば、ゴムやエラストマー等を用いることができる。
このようなシール部材50は、円筒状のシール部51と、複数のシール部51を接続する平板状の接続部52とを具備する。この接続部52とシール部51とは、シール部51の一端部(第3の方向Z)で接続されている。
また、シール部51には、第1突起部34よりも若干小さな内径を有する連通路104が設けられている。そして、シール部51の連通路104を第1突起部34の外周に嵌合させることで、第1突起部34に設けられた第1液体流路101と連通路104とが連通する。
また、接続部52が第2流路部材40の第2液体流路102が開口する面に当接することで、第2液体流路102と連通路104とが連通する。
なお、連通路104は、第1突起部34の外周よりも若干小さな内径を有するため、連通路104の内面が第1突起部34の外周面に、第1液体流路101の径方向に圧力を印加した状態で密着される。ちなみに、第1液体流路101の径方向とは、インクの流れる方向を横断する方向であり、本実施形態では、第1の方向X及び第2の方向Yの面方向のことである。なお、第1液体流路101は、本実施形態では、第3の方向Zに沿って設けられているが、特にこれに限定されず、例えば、第1液体流路101が、第3の方向Zに交差する方向に設けられていてもよい。この場合には、シール部材50は、第1液体流路101の径方向は、流路が設けられた第3の方向Zに交差する方向となる。
また、第1流路部材30と第2流路部材40との間には、シール部材50の第1流路部材30側を支持する、すなわち、シール部材50の第1流路部材30側に当接する支持部材38が設けられている。
支持部材38は、本実施形態では、第1流路部材30とは別部材で設けられており、第1流路部材30と第2流路部材40とを固定する固定領域側で支持されて、第1液体流路101と第2液体流路102との接続部分に向かって突出して設けられている。
ここで、上述のように、第1流路部材30と第2流路部材40とは、第1流路部材30の固定孔37に挿入した固定ネジ60を第2流路部材40に螺合させることで固定されている。したがって、第1流路部材30と第2流路部材40との固定領域とは、固定ネジ60によって固定された部分、つまり、固定ネジ60が設けられた領域のことである。
そして、この固定領域は、ノズルが形成されている平面に射影したときに、ノズルとは異なる位置に設けられている。本実施形態では、固定領域は、液体噴射面12を平面に射影した際に、ノズルが開口する液体噴射面12の外側、つまり、ヘッド本体10の外側に配置されている。ちなみに、ノズルは、一般的にノズルプレートに設けられているため、例えば、ヘッド本体10のノズルプレートの面積が小さく、ヘッド本体10のノズルプレートとは反対面側が大きい場合には、固定領域をノズルプレートの外側に配置すれば、ヘッド本体10のノズルプレートとは反対面側で重なる位置に配置されていてもよい。
なお、支持部材38には、上述したように、第1流路部材30の固定孔37に連通する貫通孔38aが設けられている。そして、固定ネジ60は、第1流路部材30の固定孔37と支持部材38の貫通孔38aとに挿入されて第2流路部材40に螺合されている。これにより、第1流路部材30と第2流路部材40との間に、第1流路部材30と第2流路部材40とが固定される固定領域において、支持部材38が挟持されている。
このような支持部材38は、シール部材50のシール部51が挿入される挿通孔39が設けられている。そして、支持部材38の挿通孔39内にシール部材50のシール部51の第1流路部材30側を挿入することで、支持部材38はシール部材50の接続部52の第1流路部材30側を支持(当接)する。
また、本実施形態の支持部材38は、挿通孔39から固定領域側、すなわち、固定ネジ60側に向かって厚さ(第3の方向Z)が徐々に厚くなるように形成されている。本実施形態では、支持部材38の第1流路部材30側の面が曲面状となるようにした。これにより、支持部材38は、当該支持部材38とシール部材50との間の空間を確保した状態で、支持部材38の剛性を向上して、シール部材50に当接する領域の弾性変形が生じ難くなっている。すなわち、支持部材38は、剛性が高く弾性変形し難い材料及び形状であるのが好ましい。もちろん、支持部材38が弾性変形したとしても、上述した実施形態1のように支持部材38で支持する圧力は固定領域に分散されるため、ノズルに圧力が印加されるのを抑制することができる。
このような支持部材38と、第2流路部材40との間には、シール部材50の接続部52が第3の方向Zに圧力が印加された状態で保持されている。これにより、第2流路部材の第2液体流路102とシール部51の連通路104とが密封された状態で連通する。すなわち、シール部材50は、第2液体流路102との接続部分においては、第1流路部材30と第2流路部材40との積層方向、つまりインクの流れる方向に圧力をかけて密封している。
また、支持部材38の挿通孔39に挿入されたシール部51の連通路104内には、第1流路部材30の第1突起部34が挿入されて、連通路104と第1液体流路101とが連通する。これにより、第1液体流路101と第2液体流路102とが連通路104によって連通し、且つ第1液体流路101と第2液体流路102との接続部分がシール部材50によって密封される。
ここで、第1液体流路101と第2液体流路102との接続方法について、図9を参照して説明する。
まず、図9(a)に示すように、第1流路部材30上に支持部材38を配置した状態で、支持部材38上にシール部材50を配置する。このとき、第1流路部材30の第1突起部34をシール部51の連通路104内に挿入することで、第1液体流路101と連通路104とを連通させる。
次に、図9(b)に示すように、第2流路部材40と支持部材38との間でシール部材50の接続部52を所定の圧力で保持させる。これにより、第2流路部材40の第2液体流路102とシール部51の連通路104とが連通する。なお、シール部材50の連通路104は、接続部52に開口しているため、第1流路部材30のシール部51(支持部材38)に対する相対位置を調整することにより、第2液体流路102と連通路104との位置決めを容易に行うことができる。
ちなみに、第2流路部材40の第2液体流路102を、円筒状の突起部(第2突起部)内に設け、第2突起部の外周にシール部51を嵌合させることで第2液体流路102と連通路104とを接続する場合、複数の第2突起部を同時にシール部51に挿入しなくてはならず、作業性が悪い。また、シール部51が挿入方向にずれてしまう虞があるため、装着するのが困難である。さらに、複数の第2突起部の位置と複数のシール部51の位置とに誤差が生じた場合、シール部51を屈曲させるように変形させる必要があり、密封不良によるインクの漏出等の不具合が発生する虞がある。本実施形態では、接続部52と第2流路部材40との平面同士を当接させて、連通路104と第2液体流路102とを連通させることができるので、互いの位置決めが容易となる。また、複数の第2液体流路102に対する各シール部51の位置に誤差が生じたとしても、シール部51に屈曲する方向への力が印加されるのを低減することができ、密封不良によるインクの漏出を抑制することができる。
また、第2流路部材40と支持部材38との間でシール部材50を挟むことで、シール部材50が第3の方向Zに弾性変形することにより、反発する力が生じるが、この反発する力は支持部材38によって支持されるため、支持部材38の第1流路部材30に支持された部分に分散される。つまり、支持部材38は、ノズルが形成されている平面に射影した時に、当該ノズルとは異なる位置に存在する固定領域側で第1流路部材30に固定されているため、ノズルと重なる位置の反発力は、支持部材38の第1流路部材30に支持された領域(固定された領域)に分散される。したがって、シール部材50の反発力が、ノズル及びその周辺を押圧するのを抑制することができる。これにより、流路部材20からのヘッド本体10の剥離、ヘッド本体10を構成する図示しない積層部材(第3の方向Zに積層された部材)の剥離及びヘッド本体10の液体噴射面12に反りが発生するのを抑制して、液体噴射面12の反りによりノズルから吐出されるインク滴の被噴射媒体への着弾位置ずれを抑制することができる。
このように、本実施形態では、支持部材38が支持される領域(固定領域)をノズルとは異なる位置とすることで、支持部材38が、シール部材50を支持した際の圧力が、固定領域に印加されたとしても、その圧力が液体噴射面12に印加されるのを抑制することができる。ただし、支持部材38が支持される領域(固定領域)が液体噴射面12内、つまり固定領域を液体噴射面12に射影した際に重なる位置であったとしても、固定領域がノズルとは異なる位置、つまり射影した際に重ならない位置に配置されていればよい。つまり、支持部材38が支持される固定領域が、液体噴射面12内でノズルに重ならない位置の場合、シール部材50の反発力(弾性力)や液体貯留手段の装着時の圧力によって、固定領域を介してノズルプレートに圧力が印加されたとしても、ノズルに直接圧力が印加されていなければ、ノズルの周囲での反りや剥離を抑制することができる。したがって、インク滴の着弾位置ずれ等の不具合が生じるのを抑制することができる。
また、本実施形態では、シール部材50は、シール部51によって第1液体流路101を当該第1液体流路101の径方向に圧力をかけて密封しているため、シール部材50の密封する圧力を高くすることができる。これにより、インクの漏れを抑制すると共に、ヘッド本体10(液体噴射面12)に反りが発生するのを抑制することができる。
なお、本実施形態では、第2流路部材40と支持部材38とは、第1流路部材30と第2流路部材40とが固定された固定領域だけで固定されるようにしたが、特にこれに限定されない。ここで、その他の例を図10に示す。なお、図10は、インクジェット式記録ヘッドの他の例を示す断面図である。
図10に示すように、第2流路部材40と支持部材38とは、第2固定ネジ61によって固定されている。第2固定ネジ61が固定する領域は、本実施形態では、ノズルが設けられた面(本実施形態では、液体噴射面12)に射影した際に、液体噴射面12に重なる位置となっている。なお、第2固定ネジ61が固定する領域は、第1流路部材30と第2流路部材40とを固定する固定領域よりも内側(ノズル側)であれば、特に限定されず、ノズルが設けられた面に射影した際に、ノズルと重なる位置であってもよい。
このように第2流路部材40と支持部材38とを第1流路部材30と第2流路部材40との固定領域よりも内側で固定することで、支持部材38が第2流路部材40によって補強されて、支持部材38の剛性が向上する。これにより、シール部材50の反発力による支持部材38の弾性変形を低減することができる。
なお、図10に示す例では、第2流路部材40と支持部材38とを第2固定ネジ61によって固定するようにしたが、特にこれに限定されず、割ピンや、クリップ等によって固定してもよい。ただし、第2流路部材40と支持部材38とを着脱可能にすることで、流路部材20の洗浄等のメンテナンスや消耗部品の交換などを容易に行うことができる。
(他の実施形態)
以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明の基本的な構成は上述したものに限定されるものではない。
例えば、上述した実施形態1では、複数のシール部51が一体的に設けられたシール部材50を例示したが、特にこれに限定されず、管状のシール部51を単体で設けてシール部51自体がシール部材としてもよい。この場合には支持部材は、シール部51の第1流路部材30側の端面を支持するように当接すればよい。
また、上述した実施形態2においても、同様に、接続部52が複数のシール部51を接続するようにしたが、特にこれに限定されず、シール部51とその端部に連続する板状の接続部とを各流路毎に独立して設けてもよい。
また、上述した各実施形態では、ヘッド本体10と第1流路部材30とを第1部材とし、第2流路部材40を第2部材としたが、特にこれに限定されず、例えば、ヘッド本体10を第1部材とし、流路部材20(第1流路部材30及び第2流路部材40)を第2部材としてもよい。すなわち、シール部材50及び支持部材38をヘッド本体10と流路部材20との接続部分に設けるようにしてもよい。
さらに、上述した各実施形態では、支持部材38がシール部材50の板状の部分(接続部52等)の第1流路部材30側の面を支持するように当接する構成としたが、特にこれに限定されず、例えば、シール部材50が、シール部51の第1流路部材30側の端面に当接して支持するようにしてもよい。これにより、さらにシール部材50の弾性変形による圧力が支持部材38によって支持されて、ノズルに印加されるのを抑制することができる。
また、上述した実施形態1では、支持部材38を第1流路部材30と一体的に形成するようにしたが、特にこれに限定されず、支持部材38を第1流路部材30と別体としてもよい。支持部材38を第1流路部材30と別部材とする場合には、支持部材38を第1流路部材30の外周側で当接させて、第1流路部材30の中央部側で第1流路部材30から離した状態で配置すればよい。
また、流路やシール部の断面形状は、円形に限られず、楕円や多角形などいろいろな形状とすることができる。
さらに、上述した実施形態1及び実施形態2の構成は、各種組み合わせることができる。例えば、実施形態2のシール部材50の第1液体流路101を密封する構造として、上述した実施形態1の図5に示す構成を用いてもよい。すなわち、実施形態2のシール部材50は、第1突起部34の外周に嵌合して、シール部材50の連通路104の内面と第1突起部34の外周とを密着させて密封しているが、これを第1突起部34の内面(第1液体流路101)とシール部材50(シール部51)の外周面とを密着させて密封してもよい。また、上述した実施形態2では、シール部材50の第2液体流路102側を密封する構造として、液体噴射面12に直交する方向に圧力が印加されるようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、上述した実施形態1と同様に、第2液体流路102の径方向に圧力をかけて密封するようにしてもよい。この場合には、例えば、上述した実施形態1の図1、図4、図5及び図6に示す何れの構造を採用してもよい。
また、これら各実施形態のインクジェット式記録ヘッド1は、インクジェット式記録装置に搭載される。図11は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。
図11に示すインクジェット式記録装置Iにおいて、インクジェット式記録ヘッド1には、液体貯留手段であるインクカートリッジ2A及び2Bが着脱可能に設けられる。そして、インクカートリッジ2A、2Bを搭載したインクジェット式記録ヘッド1は、キャリッジ3に搭載されている。キャリッジ3は、装置本体4に取り付けられたキャリッジ軸5に軸方向移動可能に設けられている。
そして、駆動モーター6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7を介してキャリッジ3に伝達されることで、インクジェット式記録ヘッド1を搭載したキャリッジ3はキャリッジ軸5に沿って移動される。一方、装置本体4にはキャリッジ軸5に沿ってプラテン8が設けられており、図示しない給紙ローラーなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートSがプラテン8に巻き掛けられて搬送されるようになっている。
なお、上述したインクジェット式記録装置Iでは、インクジェット式記録ヘッド1がキャリッジ3に搭載されて主走査方向に移動するものを例示したが、特にこれに限定されず、例えば、インクジェット式記録ヘッド1が固定されて、紙等の記録シートSを副走査方向に移動させるだけで印刷を行う、所謂ライン式記録装置にも本発明を適用することができる。
また、上述した例では、液体貯留手段としてインクカートリッジ2A、2Bを例示したが、特にこれに限定されず、例えば、インクタンク等の液体貯留手段を装置本体4に固定して、液体貯留手段とインクジェット式記録ヘッド1とをチューブ等の供給管を介して接続してもよい。すなわち、接続部材43に直接液体貯留手段が接続されるものに限定されず、接続部材43には供給管等を介して液体貯留手段が接続されていてもよい。また、液体貯留手段が、インクジェット式記録装置に搭載されていなくてもよい。
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、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。
1 インクジェット式記録ヘッド(液体噴射ヘッド)、 10 ヘッド本体、 20 流路部材、 30 第1流路部材、 38 支持部材、 40 第2流路部材(第2部材)、 50 シール部材、 60 固定ネジ、 101 第1液体流路、 102 第2液体流路、 104 連通路、 X 第1の方向、 Y 第2の方向、 Z 第3の方向

Claims (4)

  1. 第1液体流路を有し、該第1液体流路の液体をノズルから吐出する第1部材と、
    前記第1液体流路に連通する第2液体流路を有する第2部材と、
    前記第1部材の前記第1液体流路と、前記第2部材の前記第2液体流路との接続部分を密封するシール部材と、
    前記ノズルが形成されている平面に射影した時に、当該ノズルとは異なる位置に存在する固定領域側で前記第1部材に固定され、前記固定領域で支持され前記接続部分に向かって突出して設けられて、前記接続部分側で前記シール部材の前記第1部材側支持する支持部材と、を具備し、
    前記シール部材は、前記第1液体流路の径方向に圧力をかけて密封していることを特徴とする液体噴射ヘッド。
  2. 前記支持部材と、前記第2部材とは、前記支持部材と前記第1部材とが固定された領域よりも内側で固定されていることを特徴とする請求項1記載の液体噴射ヘッド。
  3. 前記シール部材は、前記支持部材と前記第2部材との間で、前記第2液体流路の径方向とは交差する方向に圧力をかけて密封していることを特徴とする請求項1又は2記載の液体噴射ヘッド。
  4. 請求項1〜3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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