JP7322478B2 - ヘッドモジュール、ヘッドユニット、液体吐出ヘッド、液体を吐出する装置 - Google Patents

Description

本発明はヘッドモジュール、ヘッドユニット、液体吐出ヘッド、液体を吐出する装置に関する。

液体を吐出する液体吐出ヘッドとして、ノズルが形成されたノズル面の周縁部を覆うカバー部材を設けるものがある。

従来、ノズル板の周縁部に連続する環状の溝を形成し、溝内に設けた接着剤を介してカバー部材と接合したものが知られている（特許文献１）。また、フレーム部材にノズル板の表面周縁部を覆う保護部を有し、ノズル板の周縁部に複数の貫通穴を設け、保護部を溶かしてノズル板の周縁部に接着したものが知られている（特許文献２）。

特開２００９－０３４８６２号公報 特開２０１３－１６３３０３号公報

しかしながら、ノズル板に連続した環状の溝を形成する構成では、ノズル板の強度が低下して破損し易くなるという課題がある。また、フレーム部材の保護部を溶かしてノズル板の周縁部に設けた貫通穴内に入り込ませて接着する構成では、接着強度が得られてないという課題がある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、ノズル板の破損を防止しつつ、ノズル板とカバー部材との接合信頼性を向上することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明に係るヘッドモジュールは、
吐出面に撥液膜が設けられたノズル板を含むヘッドと、
前記ノズル板の吐出面の全周縁部を覆うカバー部材と、を備え、
前記カバー部材は前記ノズル板に接着剤で接合され、
前記ノズル板の前記カバー部材と接合される領域には前記接着剤を保持する独立した複数の凹部が、前記接合面の全体に設けられ、
前記凹部は、貫通穴を介して、前記吐出面とは反対側の面に通じており、かつ、前記貫通穴の開口面積は前記凹部の開口面積よりも小さく、
前記凹部の内壁面には前記撥液膜がない
構成とした。

本発明によれば、ノズル板の破損を防止しつつ、ノズル板とカバー部材との接合信頼性を向上することができる。

本発明の第１実施形態に係るヘッドモジュールの分解斜視説明図である。 同じく図１の更なる分解斜視説明図である。 同ヘッドモジュールのノズル面側から見た分解斜視説明図である。 同ヘッドモジュールの１つのヘッド分のヘッド短手方向に沿う断面説明図である。 同実施形態におけるカバー部材のうちの１つのノズル板を覆う部分をノズル板に接合した状態での平面説明図である。 図５のＡ１－Ａ１線に沿う断面説明図である。 同実施形態におけるノズル板の平面説明図である。 図７のＡ２－Ａ２線に沿う断面説明図である。 本発明の第２実施形態におけるノズル板の要部断面説明図である。 本発明の第３実施形態におけるカバー部材のうちの１つのノズル板を覆う部分をノズル板に接合した状態での図１１のＡ３－Ａ３線に相当する断面説明図である。 同じくカバー部材を透過状態で示す要部平面説明図である。 同じくカバー部材の接合面側の平面説明図である。 同じくカバー部材をノズル板に接合する前の状態での断面説明図である。 本発明の第４実施形態におけるカバー部材のうちの１つのノズル板を覆う部分をノズル板に接合した状態での図１０と同様な要部断面説明図である。 同じくカバー部材の接合面側の平面説明図である。 本発明の第５実施形態におけるカバー部材の接合面側の平面説明図である。 本発明の第６実施形態におけるノズル板のノズル面側の要部平面説明図である。 本発明の第７実施形態におけるノズル板のノズル面側の要部平面説明図である。 本発明の第８実施形態に係る液体吐出ヘッドの側面説明図である。 本発明の第９実施形態の異なる例に係る１つのヘッドの吐出面部分の平面説明図である。 本発明に係る液体を吐出する装置の一例の概略説明図である。 同装置のヘッドユニットの一例の平面説明図である。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。本発明の第１実施形態について図１ないし図４を参照して説明する。図１は同実施形態に係るヘッドモジュールの分解斜視説明図、図２は同じく図１の更なる分解斜視説明図、図３は同ヘッドモジュールのノズル面側から見た分解斜視説明図である。図４は同ヘッドモジュールの１つのヘッド分のヘッド短手方向に沿う断面説明図である。

ヘッドモジュール１００は、液体を吐出する複数のヘッド１と、ベース部材１０２と、カバー部材１０３と、放熱部材１０４と、マニホールド１０５と、プリント基板（ＰＣＢ）１０６と、モジュールケース１０７とを備えている。

ヘッド１は、ノズル１１を形成したノズル板１０と、ノズル１１に通じる圧力室２１などを形成する個別流路板２０と、圧電素子４０を含む振動板３０と、振動板３０に積層した中間流路板５０と、中間流路板５０に積層した共通流路部材７０などを備えている。

個別流路板２０は、圧力室２１とともに、圧力室２１に通じる個別供給流路２２、圧力室２１に通じる個別回収流路２４を形成している。

中間流路板５０は、個別供給流路２２に振動板３０の開口３１を介して通じる中間供給流路５１と、個別回収流路２４に振動板３０の開口３２を介して通じる中間回収流路５２とを形成している。

共通流路部材７０は、中間供給流路５１に通じる共通供給流路７１と、中間回収流路５２に通じる共通回収流路７２を形成している。共通供給流路７１はマニホールド１０５の流路１５１を介して供給ポート８１に通じている。共通回収流路７２はマニホールド１０５の流路１５２を介して回収ポート８２に通じている。

プリント基板１０６とヘッド１の圧電素子４０とはフレキシブル配線部材９０を介して接続され、フレキシブル配線部材９０にはドライバＩＣ（駆動回路）９１が実装されている。

複数のヘッド１は、ベース部材１０２の開口部１２１に挿入され、ベース部材１０２に接合固定したカバー部材１０３にヘッド１のノズル板１０の周縁部を接着剤で接合して固定している。カバー部材１０３にはノズル板１０のノズル１１の領域に対応する開口部１２１が設けられ、カバー部材１０３はヘッド１のノズル板１０の周縁部を覆っている。

また、ヘッド１の長手方向では、共通流路部材７０の外部に設けたフランジ部７０ａをベース部材１０２に接合して固定している。

次に、第１実施形態におけるノズル板及びカバー部材並びにそれらの接合について図５ないし図９を参照して説明する。図５は同実施形態におけるカバー部材のうちの１つのノズル板を覆う部分をノズル板に接合した状態での平面説明図、図６は図５のＡ１－Ａ１線に沿う断面説明図である。図７は同実施形態におけるノズル板の平面説明図、図８は図７のＡ２－Ａ２線に沿う断面説明図である。

ノズル板１０と、ノズル板１０の周縁部を覆うカバー部材１０３とは、接着剤１２で接合されている。

ここで、ノズル板１０に形成したノズル１１は、ノズル基材１０Ａの吐出面（ノズル面）１０ａ側の出口側穴部１１ａと、出口側穴部１１ａに通じる入口側穴部１１ｂとで構成している。出口側穴部１１ａの径は入口側穴部１１ｂの径よりも小さくしている。このノズル板１０はノズル基材１０Ａの吐出面１０ａに撥液膜１４を形成している。

そして、ノズル板１０のカバー部材１０３との接合領域にはそれぞれ独立した複数の凹部１３が形成されている。

この凹部１３の内壁面１３ａには撥液膜１４がない構成としている。また、凹部１３の深さは、ノズル１１の出口側穴部１１ａの深さと同じとし、ノズル１１の入口側穴部１１ｂと同じ深さの厚み相当分を残している。

本実施形態では、カバー部材１０３は、ノズル板１０の周縁部の全周に亘って接合され、複数の凹部１３は、カバー部材１０３との接合領域の全周に亘って配置されている。

このように構成したので、ノズル板１０とカバー部材１０３とを接着剤１２で接合するとき、接着剤１２の一部は凹部１３内に入り込む。このとき、凹部１３の内壁面１３ａには撥液膜１４がないので、接着剤１２ははじかれることがない。

これにより、接着剤１２は凹部１３内に保持され、ノズル板１０とカバー部材１０３とは高い接合強度で接合され、接合信頼性が向上する。

このとき、複数の凹部１３はそれぞれ独立しており、ノズル板１０には環状溝を設けた場合のように一律に厚さが薄くなった箇所がないので、ノズル板１０の強度も維持することができ、ノズル板１０の破損を防止することができる。

また、凹部１３の開口形状は、平面形状で円形状に限るものではないが、円形状、楕円形状などの角部がない形状、又は、角部が曲線形状であることが好ましい。これにより、凹部１３の角部から亀裂が生じて破損することを防止できる。

次に、本発明の第２実施形態について図９を参照して説明する。図９は同実施形態におけるノズル板の要部断面説明図である。

本実施形態では、ノズル板１０には、凹部１３の内部を吐出面１０ａとは反対側の面に通じる貫通穴１５を設けている。ここで、貫通穴１５の開口面積は凹部１３の開口面積よりも小さくしている。

このように構成することで、凹部１３の内壁面の撥液膜１４の除去プロセスが簡単になる。

例えば、ノズル板１０のノズル基材１０Ａとしてシリコン材料を使用する場合、ノズル面側から出口側穴部１１ａを形成し、裏面（圧力室側）から入口側穴部１１ｂを形成して貫通させることでノズル１１を形成することができる。

ノズル１１を形成したノズル基材１０Ａには吐出面１０ａに撥液膜１４を形成し、出口側穴部１１ａの開口を塞いだ状態で、入口側穴部１１ｂ（裏面）からプラズマ処理してノズル１１の内壁面の撥液膜１４を除去する。これは、ノズル１１の内壁面に撥液膜１４が形成されていると、メニスカス位置が安定しないためである。

ここで、凹部１３の開口面積よりも貫通穴１５の開口面積を小さくすることで、裏面側からプラズマ処理を行ったときに、プラズマが裏回りして凹部１３の内壁面１３ａに形成されている撥液膜１４を除去することができる。

このように、ノズル板１０のノズル１１内の撥液膜除去プロセスで、凹部１３の内壁面１３ａの撥液膜１４も除去することができ、凹部１３の内壁面に撥液膜１４がない状態を簡単に形成することができる。

次に、本発明の第３実施形態について図１０ないし図１１を参照して説明する。図１０は同実施形態におけるカバー部材のうちの１つのノズル板を覆う部分をノズル板に接合した状態での図１１のＡ３－Ａ３線に相当する断面説明図、図１１は同じくカバー部材を透過状態で示す要部平面説明図、図１２は同じくカバー部材の接合面側の平面説明図、図１３は同じくカバー部材をノズル板に接合する前の状態での断面説明図である。

本実施形態では、カバー部材１０３には開口部１３１の周囲であるノズル板１０との接合領域に、開口部１３１の周囲を取り囲む途切れない連続した環状溝１３２を設けている。

ここで、環状溝１３２はノズル板１０の凹部１３と少なくとも一部が対向する位置に設けている。さらに、本実施形態では、環状溝１３２はノズル板１０の隣り合う複数の凹部１３、１３と対向する位置に設けている。

このように構成することで、接着剤１２によって接合するとき、接着剤１２が環状溝１３２内にも侵入することで、接着剤１２の過不足が調整され、ノズル板１０の吐出面１０ａでの接着剤１２の途切れを防止することができる。

また、ノズル板１０とカバー部材１０３との間に液体が侵入してきた場合、環状溝１３２の方向に侵入経路を変えることで、ノズル板１０や流路板２０の外周部に液体が侵入することを防止できる。

次に、本発明の第４実施形態について図１４及び図１５を参照して説明する。図１４は同実施形態におけるカバー部材のうちの１つのノズル板を覆う部分をノズル板に接合した状態での図１０と同様な要部断面説明図、図１５は同じくカバー部材の接合面側の平面説明図である。

本実施形態では、カバー部材１０３にはノズル板１０との接合領域に２本の環状溝１３２（１３２ａ、１３２ｂ）を同心状に設けている。つまり、カバー部材１０３の開口部１３１を囲む連続する途切れない環状溝１３２ａを設け、この環状溝１３２ａを囲む連続する途切れない環状溝１３２ｂを設けている。

このように、環状溝１３２の本数を多くすることで、ノズル板１０とカバー部材１０３との間に液体が侵入してきた場合、ノズル板１０や流路板２０の外周部に液体が侵入することをより確実に防止できる。

次に、本発明の第５実施形態について図１６を参照して説明する。図１６は同実施形態におけるカバー部材の接合面側の平面説明図である。

本実施形態では、カバー部材１０３にはノズル板１０との接合領域に３本の環状溝１３２（１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃ）を同心状に設けている。つまり、カバー部材１０３の開口部１３１を囲む連続する途切れない環状溝１３２ａを設け、この環状溝１３２ａを囲む連続する途切れない環状溝１３２ｂを設け、更に環状溝１３２ｂを囲む連続する途切れない環状溝１３２ｃを設けている。

このように、環状溝１３２の本数を更に多くすることで、ノズル板１０とカバー部材１０３との間に液体が侵入してきた場合、ノズル板１０や流路板２０の外周部に液体が侵入することをより確実に防止できる。

次に、本発明の第６実施形態について図１７を参照して説明する。図１７は同実施形態におけるノズル板のノズル面側の要部平面説明図である。

本実施形態では、ノズル板１０には、平面形状で楕円形状の凹部１３を設けている。

これにより、凹部１３が円形状である場合に比べて、貫通穴１５の数を減らしつつ、撥液膜１４を除去した凹部１３の面積を大きくすることができる。貫通穴１５の数が少ないことで、ノズル板１０の強度低下を抑制することができる。

次に、本発明の第７実施形態について図１８を参照して説明する。図１８は同実施形態におけるノズル板のノズル面側の要部平面説明図である。

本実施形態では、ノズル板１０には、平面形状で、円形状の凹部１３（１３Ａ）と楕円形状の凹部１３（１３Ｂ）とを交互に設けている。

これにより、すべての凹部１３が円形状である場合に比べて、貫通穴１５の数を減らしつつ、撥液膜１４を除去した凹部１３の面積を大きくすることができる。貫通穴１５の数が少ないことで、ノズル板１０の強度低下を抑制することができる。

なお、上記第６実施形態、第７実施形態では、貫通穴１５を設けた例で説明しているが、第１実施形態と同様に貫通穴を有しない構成とすることもできる。また、その他、開口面積の異なる円形状或いは楕円形状の凹部１３を組み合わせたりすることもできる。

次に、本発明の第８実施形態について図１９を参照して説明する。図１９は同実施形態に係る液体吐出ヘッドの側面説明図である。

本実施形態は、１つのヘッド１に１つのカバー部材１０３が接合されている例であり、ヘッド１は、ノズル板１０の周縁部を覆うカバー部材１０３が接着剤１２で接合されている。ノズル板１０及びカバー部材１０３は前記各実施形態で説明したと同様な構成を適用することができるので、説明を省略する。

次に、本発明の第９実施形態について図２０を参照して説明する。図２０は同実施形態に係る第１例及び第２例の１つのヘッドの吐出面部分の平面説明図である。

図２１（ａ）に示す第１例は、ノズル板１０の短辺１０ｂ、１０ｂの周縁部を覆うカバー部材１０３を設けている。

図２１（ｂ）に示す第２例は、ノズル板１０の長辺１０ｃ、１０ｃの周縁部を覆うカバー部材１０３を設けている。

つまり、本実施形態では、カバー部材１０３は、ノズル板１０の吐出面１０ａの対向する一対の辺の周縁部を覆う構成としている。

次に、本発明に係る液体を吐出する装置の一例について図２１及び図２２を参照して説明する。図２１は同装置の概略説明図、図２２は同装置のヘッドユニットの一例の平面説明図である。

この液体を吐出する装置である印刷装置５００は、連続体５１０を搬入する搬入手段５０１と、搬入手段５０１から搬入された連帳紙や連続シートなどの連続体５１０を印刷手段５０５に案内搬送する案内搬送手段５０３と、連続体５１０に対して液体を吐出して画像を形成する印刷を行う印刷手段５０５と、連続体５１０を乾燥する乾燥手段５０７と、連続体５１０を搬出する搬出手段５０９などを備えている。

連続体５１０は搬入手段５０１の元巻きローラ５１１から送り出され、搬入手段５０１、案内搬送手段５０３、乾燥手段５０７、搬出手段５０９の各ローラによって案内、搬送されて、搬出手段５０９の巻取りローラ５９１にて巻き取られる。

この連続体５１０は、印刷手段５０５において、ヘッドユニット５５０に対向して搬送され、ヘッドユニット５５０から吐出される液体によって画像が印刷される。

ここで、ヘッドユニット５５０には、図２２に示すように、本発明に係る３つのヘッドモジュール１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃを共通ベース部材５５２に備えている。

本願において、ヘッドが液体吐出ヘッドであるとき、吐出される液体は、ヘッドから吐出可能な粘度や表面張力を有するものであればよく、特に限定されないが、常温、常圧下において、または加熱、冷却により粘度が３０ｍＰａ・ｓ以下となるものであることが好ましい。より具体的には、水や有機溶媒等の溶媒、染料や顔料等の着色剤、重合性化合物、樹脂、界面活性剤等の機能性付与材料、ＤＮＡ、アミノ酸やたんぱく質、カルシウム等の生体適合材料、天然色素等の可食材料、などを含む溶液、懸濁液、エマルジョンなどであり、これらは例えば、インクジェット用インク、表面処理液、電子素子や発光素子の構成要素や電子回路レジストパターンの形成用液、３次元造形用材料液等の用途で用いることができる。

また、液体を吐出する装置には、ヘッドモジュール、ヘッドユニットなどを備え、ヘッドを駆動させて液体を吐出させる装置が含まれる。液体を吐出する装置には、液体が付着可能なものに対して液体を吐出することが可能な装置だけでなく、液体を気中や液中に向けて吐出する装置も含まれる。

この「液体を吐出する装置」は、液体が付着可能なものの給送、搬送、排紙に係わる手段、その他、前処理装置、後処理装置なども含むことができる。

例えば、「液体を吐出する装置」として、インクを吐出させて用紙に画像を形成する装置である画像形成装置、立体造形物（三次元造形物）を造形するために、粉体を層状に形成した粉体層に造形液を吐出させる立体造形装置（三次元造形装置）がある。

また、「液体を吐出する装置」は、吐出された液体によって文字、図形等の有意な画像が可視化されるものに限定されるものではない。例えば、それ自体意味を持たないパターン等を形成するもの、三次元像を造形するものも含まれる。

上記「液体が付着可能なもの」とは、液体が少なくとも一時的に付着可能なものであって、付着して固着するもの、付着して浸透するものなどを意味する。具体例としては、用紙、記録紙、記録用紙、フィルム、布などの被記録媒体、電子基板、圧電素子などの電子部品、粉体層（粉末層）、臓器モデル、検査用セルなどの媒体であり、特に限定しない限り、液体が付着するすべてのものが含まれる。

上記「液体が付着可能なもの」の材質は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックスなど液体が一時的でも付着可能であればよい。

また、「液体を吐出する装置」は、液体吐出ヘッドと液体が付着可能なものとが相対的に移動する装置があるが、これに限定するものではない。具体例としては、液体吐出ヘッドを移動させるシリアル型装置、液体吐出ヘッドを移動させないライン型装置などが含まれる。

また、「液体を吐出する装置」としては、他にも、用紙の表面を改質するなどの目的で用紙の表面に処理液を塗布するために処理液を用紙に吐出する処理液塗布装置、原材料を溶液中に分散した組成液を、ノズルを介して噴射させて原材料の微粒子を造粒する噴射造粒装置などがある。

なお、本願の用語における、画像形成、記録、印字、印写、印刷、造形等はいずれも同義語とする。

１ ヘッド
１０ ノズル板
１１ ノズル
１２ 接着剤
１３ 凹部
１４ 撥液膜
１５ 貫通穴
２０ 流路板
３０ 振動板
７０ 共通流路部材
１００ ヘッドモジュール
１０１ サブヘッドモジュール
１０２ ベース部材
１０３ カバー部材
５００ 印刷装置（液体を吐出する装置）
５０１ 搬入手段
５０５ 印刷手段
５１０ 連続体
５０７ 乾燥手段
５０９ 搬出手段
５５０ ヘッドユニット

Claims (13)

1. 吐出面に撥液膜が設けられたノズル板を含むヘッドと、
   前記ノズル板の吐出面の全周縁部を覆うカバー部材と、を備え、
   前記カバー部材は前記ノズル板に接着剤で接合され、
   前記ノズル板の前記カバー部材と接合される領域には前記接着剤を保持する独立した複数の凹部が、前記接合面の全体に設けられ、
   前記凹部は、貫通穴を介して、前記吐出面とは反対側の面に通じており、かつ、前記貫通穴の開口面積は前記凹部の開口面積よりも小さく、
   前記凹部の内壁面には前記撥液膜がない
   ことを特徴とするヘッドモジュール。
2. 前記凹部は、平面形状で、円形状又は楕円形状、若しくは角部が曲線形状である
   ことを特徴とする請求項１に記載のヘッドモジュール。
3. 前記カバー部材は、前記ノズル板の周縁部の全周に亘って接合され、
   前記複数の凹部は、前記カバー部材との接合領域の全周に亘って配置されている
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のヘッドモジュール。
4. 前記カバー部材には、前記ノズル板との接合領域に溝が形成されている
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のヘッドモジュール。
5. 前記溝は環状の途切れていない環状溝である
   ことを特徴とする請求項４に記載のヘッドモジュール。
6. 前記環状溝は同心状に複数配置されている
   ことを特徴とする請求項５に記載のヘッドモジュール。
7. 前記環状溝と前記凹部とは少なくとも一部が対向し、前記環状溝及び前記凹部に跨って前記接着剤が入り込んでいる
   ことを特徴とする請求項５又は６に記載のヘッドモジュール。
8. 前記環状溝は、隣接する２つの前記凹部に跨って対向している
   ことを特徴とする請求項７に記載のヘッドモジュール。
9. 複数の前記ヘッドと、
   １つの前記カバー部材と、を備えている
   ことを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載のヘッドモジュール。
10. 吐出面に撥液膜が設けられたノズル板を含むヘッドと、
    前記ノズル板の吐出面の少なくとも一部の周縁部を覆うカバー部材と、を備え、
    前記カバー部材は前記ノズル板に接着剤で接合され、
    前記ノズル板の前記吐出面には、前記カバー部材との接合領域を含めて前記撥液膜が設けられており、
    前記ノズル板の前記接合領域内には、前記撥液膜が設けられた面に開口する複数の凹部が設けられ、
    前記凹部の内壁面には前記撥液膜がない
    ことを特徴とするヘッドモジュール。
11. 請求項１ないし１０のいずれかに記載のヘッドモジュールを共通ベース部材に複数備えている
    ことを特徴とするヘッドユニット。
12. 吐出面に撥液膜が設けられたノズル板と、
    前記ノズル板の吐出面の全周縁部を覆うカバー部材と、を備え、
    前記カバー部材は前記ノズル板に接着剤で接合され、
    前記ノズル板の前記カバー部材と接合される領域には前記接着剤を保持する独立した複数の凹部が、前記接合面の全体に設けられ、
    前記凹部は、貫通穴を介して、前記吐出面とは反対側の面に通じており、かつ、前記貫通穴の開口面積は前記凹部の開口面積よりも小さく、
    前記凹部の内壁面には前記撥液膜がない
    ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
13. 請求項１ないし１０のいずれかに記載のヘッドモジュール、又は、請求項１１に記載のヘッドユニット、若しくは、請求項１２に記載の液体吐出ヘッドを備えている
    ことを特徴とする液体を吐出する装置。

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