JP7409605B2 - 液体吐出ヘッドおよび液体吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液体吐出ヘッドおよび液体吐出ヘッドの製造方法に関するものである。

写真や文書、３次元構造体などを形成する手段としての液体吐出ヘッドは、吐出口を有する素子基板から複数種のインク等の液体を記録媒体へ吐出する。多ノズル化により１度の吐出動作で多くの液体が吐出されるようになったり、高速記録を達成するために液体の吐出間隔を短くしたりすると、時間当たりの液体の吐出量が大きくなる。このため、吐出口内部の液体の振動が大きくなりやすい。この液体の振動が十分収束する前に次の吐出を行うと、記録品位に影響が及ぶ恐れがある。

特許文献１に記載の液体吐出ヘッドは、吐出口に液体を供給する液室を有し、素子基板を支持する支持部材の一部（液室の天井（壁面）の一部）に、可撓性のダンパ部を設けた構成としている。ダンパ部は可撓性の材料から構成されているため、液室内の液体の振動に合わせて変形することにより液体の振動を吸収でき、吐出口内部の液体の振動を抑制することができる。

特開２０１５－１０７６３３号公報

しかしながら、特許文献１においては、液室の壁面のダンパ部に関して、液室を有する支持部材とダンパ部とが互いの部材の密着力のみで接合されているため、支持部材とダンパ部との接合部分の密着性があまり高くない。したがって、支持部材とダンパ部との接合部分に液体が接触すると、接合部分を介して液室内の液体が外部に漏洩する恐れがある。

また、液体を吐出する際等に生じる気泡が、液室に侵入することがある。ここで、気泡を貯め込むような凹部が液室内に形成されていると、気泡が凹部内に滞留することがある。凹部内に気泡が存在していると、気泡が吐出口に入りこみ、吐出口からの液体の吐出性能が低下することがある。

本発明は、上記課題を鑑み、気泡が液室の内部に溜まることを抑制しつつ、支持部材とダンパ部との高い密着性を確保することができる液室を有する液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。

上記課題は、以下の本発明によって解決される。即ち本発明は、吐出口から液体を吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子を有する素子基板と、前記素子基板を支持し、前記吐出口に液体を供給する液室が形成されている支持部材と、前記液室内の液体の振動を吸収する可撓性のダンパ部と、を有する液体吐出ヘッドにおいて、液体吐出ヘッドの使用時の姿勢において、前記支持部材には、前記液室よりも鉛直方向の上方向の位置に前記液室と連通する貫通孔が形成されており、前記ダンパ部は、前記鉛直方向の下方向に凸となっており、前記凸の部分が前記貫通孔を塞ぐように前記ダンパ部が配置されており、前記ダンパ部と前記支持部材は、固定部材により互いに接合されていることを特徴とする。

本発明によれば、気泡が液室の内部に溜まることを抑制しつつ、支持部材とダンパ部との高い密着性を確保することができる液室を形成することができる。

液体吐出ヘッドおよび素子基板の構成を示す概略図。 液体吐出ヘッドの正面図。 シール部材を示す斜視図。 図２に示すＡ－Ａ断面における液体吐出ヘッドの断面図。 流路部材を示す概略図。 第２の実施形態における液体吐出ヘッドの断面図。 液体吐出ヘッドの製造工程を示すフローチャート。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。

（第１の実施形態）
（液体吐出ヘッド）
図１（ａ）は、本実施形態の液体吐出ヘッド１００を示す分解斜視図である。図１（ｂ）は、液体を吐出する素子基板１５５の吐出口近傍の断面構成を示す概略図である。液体吐出ヘッド１００は、サブタンク１２０と、筐体１１０と、流路部材１３０と、記録素子ユニット１５０と、から主に構成されており、これらの各部材は固定部材１６０により互いに固定されている。本実施形態においては、固定部材１６０としてネジを用いている。サブタンク１２０は、液体（インク）を貯留しているメインタンク（図示せず）から供給される液体を液体吐出ヘッド１００内で貯留しているタンクである。流路部材１３０は、サブタンク１２０から供給される液体を素子基板１５５に供給するための流路１３１を有する。記録素子ユニット１５０は、液体を吐出する素子基板１５５と、素子基板１５５を支持する支持部材１５１と、素子基板１５５と電気接続されるフレキシブル基板１５７と、から構成されている。支持部材１５１は、接着剤（図示せず）を介して素子基板１５５と接触している。また、支持部材１５１は、例えば、炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）などの鉄、ステンレス鋼材（ＳＵＳ）等の合金やシリコン、セラミックス等の無機材料、エポキシ樹脂などの樹脂材料を挙げることができる。耐腐食性があるものが好ましい。

流路部材１３０と記録素子ユニット１５０との間には、液体の振動を吸収（抑制）するダンパ部１４２と、液体の外部への漏洩を抑制するシール部１１５とを有するシール部材１４０が配されている。ダンパ部１４２は、可撓性の部材から形成されている。具体的には、例えば、エポキシ樹脂、熱可塑性エラストマー、熱硬化性エラストマー、シリコーンゴムなどの樹脂材料が挙げられる。これらの樹脂の少なくともいずれか一つを有すればよい。ダンパ部１４２が液室１０１（図４参照）に設けられていることで、液室１０１内の液体の振動に合わせてダンパ部１４２が変形し、液体の振動を抑制することができる。シール部１１５も同様に可撓性の部材から形成されている。具体的には、例えば、エポキシ樹脂、熱可塑性エラストマー、熱硬化性エラストマー、シリコーンゴムなどの樹脂材料が挙げられる。これらの樹脂の少なくともいずれか一つを有すればよい。シール部１１５は、流路部材１３０の流路１３１から記録素子ユニット１５０の間で液体が外部に漏れるのを抑制している。メインタンクから供給される液体は、流路部材１３０、シール部材１４０のシール部１１５、支持部材１５１の供給口１５２、液室１０１、をこの順に流れ、吐出口に供給される。シール部材１４０のダンパ部１４２とシール部１１５以外の部分１１６は、非可撓性部材（プラスチック、金属）で形成されている。したがって、シール部材１４０は、可撓性部材と非可撓性部材とから構成されている。

図１（ｂ）に示すように、素子基板１５５には、吐出口１２３から液体を吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子１２４が形成されている。エネルギー発生素子１２４として、図１（ｂ）においては発熱素子を図示したが、本実施形態はこれに限られない。即ち、エネルギー発生素子は、ピエゾ素子を用いたものでもよい。エネルギー発生素子１２４を駆動することにより、液体を膜沸騰させ、吐出口１２３から液体を吐出する。

（液体吐出ヘッドの内部構成）
図２は、図１に示す液体吐出ヘッド１００の完成状態の一部における正面図である。図３は、シール部材１４０を示す斜視図である。図４は、図２に示すＡ－Ａ断面の断面図である。液体接続部１２１にチューブ等（不図示）が接続されてメインタンクからの液体が液室１０１に供給される。

図４に示すように、支持部材１５１の素子基板１５５を支持する面１０２（第１の面）の裏面である第２の面１０３上にはシール部材１４０が配置されており、シール部材１４０のダンパ部１４２が貫通孔１５４を塞ぐように形成されている。液室１０１は、鉛直方向の上方向から下方向に向かって（Ｚ方向に向かって）徐々に断面積が大きくなるように、素子基板を支持する第１の面１０２に対して傾くような形状（以下、三角液室と称す）となっている。液室１０１がこのような形状となっていることにより、供給口１５２から液室１０１に供給される液体の流れが液室１０１の壁面付近で乱流になることを抑制することができる。したがって、液室内に侵入してきた気泡が液室の壁面（天井）付近で滞留することを抑制することができる。

液室１０１の天井に相当する面１５９（以下、単に天井１５９と称す）に、支持部材１５１と高い密着性でダンパ部１４２を形成する。このために、液体吐出ヘッド１００の使用時の姿勢（図４に示す姿勢）において、液室よりも鉛直方向の上方向の位置に液室と連通するように貫通孔を形成する。そして、支持部材１５１の上面である流路部材側の面（第２の面）１０３に、ダンパ部１４２と同一材料で一体的に形成されている当接部１２５を配置（当接）し、固定部材１６０（図１参照）を用いて、支持部材１５１とダンパ部１４２とを固定する。これにより、液室１０１の天井１５９にダンパ部１４２が配置されながら、支持部材１５１とダンパ部１４２は固定部材１６０により互いに応力を加えられて固定されることとなる。このため、支持部材１５１とダンパ部１４２との高い密着性を有した液室１０１を形成することができる。

さらに、ダンパ部１４２の形状を、図４に示す姿勢において鉛直方向の下方向に凸となるような形状とする。これにより、ダンパ部１４２が支持部材１５１の貫通孔１５４を塞ぐように配置されるため、液室１０１内に気泡を保持してしまうような凹部が形成されることを抑制することができる。したがって、本発明によれば、支持部材１５１とダンパ部１４２との高い密着性を確保しつつ、液室１０１内に気泡を留まることを抑制できる液室１０１を形成することができる。

次に、図７を参照しながら、液体吐出ヘッド１００の製造方法について説明する。図７は、液体吐出ヘッド１００の製造工程を示すフローチャートである。まず、貫通孔１５４が形成されている支持部材１５１を用意する（工程１）。次に、鉛直方向の下方向に凸となっているダンパ部１４２を用意する（工程２）。次に、ダンパ部１４２の下に凸の部分が支持部材１５１の貫通孔１５４を塞ぐように、ダンパ部１４２を支持部材１５１の鉛直方向の上方向に配置する（工程３）。次に、固定部材１６０を用いて、支持部材１５１とダンパ部１４２を互いに接合し、液体吐出ヘッド１００を製造する。これにより、支持部材１５１とダンパ部１４２は互いに応力を加えられながら固定されることとなるため、支持部材とダンパ部との高い密着性を確保することができる。また、ダンパ部１４２の形状が下に凸となっていることで、ダンパ部１４２が貫通孔１５４を塞ぐ。このため、気泡が溜まるような不必要な凹部（隙間）が液室１０１内に形成されることを抑制することができ、気泡が液室内に留まることを抑制することができる。

（大気連通路）
図５（ａ）は、流路部材１３０の上面図を示す図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す流路部材１３０の変形例を示す図である。ダンパ部１４２の液室側に面する面の裏面側には、大気と連通している空間部１０６が形成されており、これによりダンパ部１４２が容易に変形しやすいようになっている。流路部材１３０には、この空間部１０６と連通し、大気と連通している大気連通路１１３が形成されており、図５（ａ）及び図５（ｂ）においては、第１の大気連通路１１３ａと第２の大気連通路１１３ｂの２つが形成されている。第１の大気連通路１１３ａは、図４に示す２つのダンパ部１４２のうち図中右側のダンパ部１４２（第１のダンパ部）の裏面側の空間部１０６（第１の空間部）と接続されている大気連通路である。第２の大気連通路１１３ｂは、図４に示す２つのダンパ部１４２のうち図中左側のダンパ部１４２（第２のダンパ部）の裏面側の空間部１０６（第２の空間部）と接続されている大気連通路である。即ち、ダンパ部１４２の裏面側の空間部１０６は、大気連通路１１３を介して大気開放されている。ダンパ部１４２が上述したような樹脂材料で形成されていると、液室１０１内の液体の揮発成分が時間の経過とともに徐々にダンパ部１４２を透過し、大気連通路１１３に移動する。そして、大気連通路１１３は大気と連通しているため、大気連通路１１３を介して液室１０１内の液体の揮発成分は徐々に蒸発する。この液体の蒸発量は、大気連通路１１３の断面積が増すほど増大し、大気連通路１１３の長さが長くなるほど減少する関係にある。そこで、液体の蒸発量を低減するために、大気連通路１１３を複数回屈曲させ、大気連通路１１３の長さを長くしている。図５（ａ）においては、第１の大気連通路１１３ａと第２の大気連通路１１３ｂは、互いに流路は合流している。これにより、少ない領域で長い大気連通路１１３を形成することができる。

また、第１の大気連通路１１３ａおよび第２の大気連通路１１３ｂは、図５（ｂ）に示すように、独立して（互いに合流しないで）形成されていてもよい。図５（ｂ）に示すような形態とすることにより、一方の空間部１０６（第１の空間部）の圧力変動が他方の空間部１０６（第２の空間部）の圧力に影響を及ぼすことを抑制し、ダンパ部１４２が安定して液体の振動を抑制することができる。

なお、上記の説明において、空間部１０６は大気と連通しているものとして説明をしたが、空間部１０６は大気と連通していなくともよい。即ち、空間部１０６が密閉空間となっていてもよい。空間部１０６がある程度の体積であれば、空間部１０６が密閉空間となっていても、ダンパ部１４２は液体の振動に合わせて変形し、ダンパとして機能する。しかしながら、空間部１０６が密閉空間であると、ダンパ部１４２が液体の振動に合わせて振動した際に、ダンパ部の変形を妨げるように空間部１０６の圧力が変動してしまう。そのため、空間部１０６内の圧力の変動によりダンパ部１４２の変形が妨げられることを抑制するため、空間部１０６内の圧力は常に一定に保たれるようにすることが好ましい。したがって、空間部１０６が大気と連通していることがより好ましい。

（第２の実施形態）
第２の実施形態について、図６を参照しながら説明する。図６は、第２の実施形態におけるダンパ部１４３を液室１０１の天井１５９に設けた場合の概略図である。図６に示すように、第２の実施形態におけるダンパ部１４３は、ダンパ部１４３の凸となっている面（下面）１０４が、三角液室１０１の天井１５９の斜面に沿うように傾いて配置されている。ここで、沿うように傾いているとは、天井１５９の素子基板１５５に対する傾斜角度とダンパ部１４３の下面１０４の素子基板１５５に対する傾斜角度とが略同じ角度であって、天井１５９の面の延長線上に下面１０４が位置していることをいう。なお、略同じ角度とは、天井１５９を平面と見なした際の傾斜角度と、下面１０４を平面と見なした際の傾斜角度との差が１０度以内であることをいう。ダンパ部１４３の下面１０４が三角液室１０１の天井１５９に沿うように傾いて配置されていることにより、貫通孔１５４とダンパ部１４３との隙間を最小限に抑えることができる。このため、液室内に侵入した気泡が、ダンパ部１４３と貫通孔１５４との隙間に引っ掛かって液室内に留まり、吐出口に気泡が侵入してしまうことをより抑制することができる。

１００ 液体吐出ヘッド
１０１ 液室
１２３ 吐出口
１２４ エネルギー発生素子
１４２ ダンパ部
１５１ 支持部材
１５４ 貫通孔
１５５ 素子基板
１６０ 固定部材

Claims (18)

1. 吐出口から液体を吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子を有する素子基板と、
   前記素子基板を支持し、前記吐出口に液体を供給する液室が形成されている支持部材と、
   前記液室内の液体の振動を吸収する可撓性のダンパ部と、
   を有する液体吐出ヘッドにおいて、
   液体吐出ヘッドの使用時の姿勢において、前記支持部材には、前記液室よりも鉛直方向の上方向の位置に前記液室と連通する貫通孔が形成されており、
   前記ダンパ部は、前記鉛直方向の下方向に凸となっており、前記凸の部分が前記貫通孔を塞ぐように前記ダンパ部が配置されており、
   前記ダンパ部と前記支持部材は、固定部材により互いに接合されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記ダンパ部は、エポキシ樹脂、熱可塑性エラストマー、熱硬化性エラストマーおよびシリコーンゴムの少なくともいずれか１つを含む樹脂材料から形成されている請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記液室に液体を供給する流路を有する流路部材を有し、
   前記ダンパ部は、前記流路部材と前記支持部材との間に配され、
   前記ダンパ部と前記支持部材は、前記ダンパ部と接続している当接部が前記支持部材の前記流路部材側の面に当接している状態で前記固定部材により互いに接合されている請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記液室には、前記流路部材の前記流路と連通する供給口が形成されており、
   前記流路と前記供給口とをシールしながら接続するシール部を有するシール部材が前記流路部材と前記支持部材との間に配されており、
   前記ダンパ部および前記当接部は、前記シール部材に形成されている請求項３に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記当接部は、エポキシ樹脂、熱可塑性エラストマー、熱硬化性エラストマーおよびシリコーンゴムの少なくともいずれか１つを含む樹脂材料から形成されている請求項３または４に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記液室は、前記鉛直方向の上方向から下方向に向かって徐々に断面積が大きくなる形状である請求項１ないし５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
7. 前記液室の前記鉛直方向の上方向の壁を形成している面は、前記支持部材の前記素子基板を支持する面に対して傾いている請求項６に記載の液体吐出ヘッド。
8. 前記ダンパ部の前記凸の面は、前記支持部材の前記素子基板を支持する面に対して傾いている請求項７に記載の液体吐出ヘッド。
9. 前記ダンパ部の前記凸の面は、前記液室の前記鉛直方向の上方向を形成する面の延長線上に位置している請求項８に記載の液体吐出ヘッド。
10. 前記ダンパ部の前記凸の面は、前記支持部材の前記素子基板を支持する面に沿っている請求項１ないし６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
11. 前記固定部材は、ネジである請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
12. 前記支持部材は、前記素子基板と接触している請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
13. 前記ダンパ部の前記液室側の面の裏面には、空間部が形成されている請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
14. 前記空間部は、大気と連通している請求項１３に記載の液体吐出ヘッド。
15. 前記空間部は、大気と連通している大気連通路と接続されており、
    前記大気連通路は、複数回屈曲している請求項１３に記載の液体吐出ヘッド。
16. 前記ダンパ部は、第１のダンパ部と、第２のダンパ部と、を有し、
    前記空間部は、前記第１のダンパ部の前記液室側の面の裏面に形成されている第１の空間部と、前記第２のダンパ部の前記液室側の面の裏面に形成されている第２の空間部と、を有し、
    前記第１の空間部に接続している第１の大気連通路と、前記第２の空間部に接続している第２の大気連通路は、互いに合流しない請求項１５に記載の液体吐出ヘッド。
17. 前記ダンパ部は、第１のダンパ部と、第２のダンパ部と、を有し、
    前記空間部は、前記第１のダンパ部の前記液室側の面の裏面に形成されている第１の空間部と、前記第２のダンパ部の前記液室側の面の裏面に形成されている第２の空間部と、を有し、
    前記第１の空間部に接続している第１の大気連通路と、前記第２の空間部に接続している第２の大気連通路は、互いに合流する請求項１５に記載の液体吐出ヘッド。
18. 吐出口から液体を吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子を有する素子基板と、
    前記素子基板を支持し、前記吐出口に液体を供給する液室が形成されている支持部材と、
    前記液室内の液体の振動を吸収する可撓性のダンパ部と、
    を有する液体吐出ヘッドの製造方法において、
    液体吐出ヘッドの使用時の姿勢において、前記液室よりも鉛直方向の上方向の位置に前記液室と連通する貫通孔が形成されている支持部材を用意する工程と、
    前記鉛直方向の下方向に凸となっているダンパ部を用意する工程と、
    前記ダンパ部の前記凸の部分が前記貫通孔を塞ぐように、前記ダンパ部を前記支持部材の前記鉛直方向の上方向に配置する工程と、
    前記支持部材および前記ダンパ部を固定部材により互いに接合する工程と、
    を有することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。

Images