JP6048000B2 - 流路部材、液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置 - Google Patents

流路部材、液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置 Download PDF

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Description

本発明は流路部材、液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置に関し、特に流路部材に対して着脱可能となっている液体貯留部との間の液密状態を維持するためのシール部材を有するものに適用して有用なものである。
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、インク滴をノズル開口から吐出するヘッド本体と、ヘッド本体が固定されると共に、インクが貯留されたインクカートリッジ(液体貯留部)が着脱可能に設けられて、インクカートリッジからのインクを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)。
この特許文献1によれば、多孔質材料などで形成された圧接体からなる供給部をインクカートリッジに設け、この供給部を流路部材の取付部に設けられたフィルターに圧接することで、インクカートリッジと流路部材とを接続している。ここで、インクから水分が蒸発し、インクの増粘によるインクの吐出への悪影響を防止する必要がある。このため、インクカートリッジの前記供給部とフィルターとの周囲に密閉空間を形成している。すなわち、開口部にフィルターが配設された取付部の周囲に環状のシール部材を配設し、インクカートリッジに環状に突出させて形成された脚部の下端面をシール部材の天面部に当接させることで所定の液密状態を確保している。
特許文献1に開示するシール部材は、前記取付部側の内側脚部と反対側の外側脚部が天面部の両端部からインクカートリッジの反対側に突出した凹形状の横断面形状を有するもであり、天面部と内側脚部および外側脚部との結合部は直角となっている。
特開2007−15272号公報
上述の如く特許文献1では、シール部材においては、シール部材の天面部と内側脚部および外側脚部との結合部が直角となっているので、インクカートリッジの着脱が繰り返された場合、インクカートリッジの脚部を介してシール部材の天面部に作用する押圧力による応力が結合部に集中することにより天面部が落ち込むようにクリープしてインクカートリッジとの密着性が悪化する。
かかるクリープ性はシール部材の肉厚を厚くすることにより、改善されるが、今度はシール部材からインクカートリッジに作用する反力が大きくなり、この点での限界がある。
なお、このような問題はインクジェット式記録ヘッド等の液体噴射ヘッドに用いられる流路部材だけではなく、液体噴射ヘッド以外のデバイスに用いられる流路部材においても同様に存在する。
本発明は、上記従来技術に鑑み、全体的に均一に応力を作用させてクリープ性およびシール性を向上させることができるシール部材を有する流路部材、液体噴射ヘッドおよ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、内部に液体を貯留している液体貯留部と、前記液体を噴射するヘッド本体との間に配設され、一方の開口を介して前記液体貯留部から供給される前記液体が他方の開口を介して前記ヘッド本体に供給されるように、前記液体を流通させる液体流路を有するとともに、前記一方の開口の周囲が、前記液体貯留部を装着する取付部となっている流路部材本体と、前記流路部材本体の前記取付部の周囲に亘って設けられて弾性材料で形成されたシール部材とを具備し、前記シール部材は、前記液体貯留部に環状に形成された脚部の端面が当接することにより前記脚部の内周面と前記取付部の外周面との間で画成される密閉空間を形成する天面部と、該天面部の両端部から前記取付部の軸方向に沿い前記密閉空間の反対側に伸びて端面が前記流路部材本体にそれぞれ当接する前記取付部側の内側脚部と反対側の外側脚部とを有する一体的な部材であり、さらに、前記内側脚部の内周面と前記外側脚部の内周面との間の距離が漸減するように、少なくとも前記内側脚部の肉厚が、前記内側脚部の前記端面から前記天面部に向けて漸増するように形成されている肉厚部を少なくとも一部に有することを特徴とする流路部材にある。
本態様によれば、少なくとも内側脚部の一部には肉厚部が形成されているので、天面部を介して作用する応力が分散される。この結果、シール部材のクリープ性を向上させることができ、内側脚部外周面の取付部材の外周面に対する密着性を長期に亘り安定に維持させることができる。また、前記密閉空間からの水分透過量も可及的に抑制し得る。
ここで、前記シール部材の前記肉厚部は内周面を曲面とするのが望ましい。このことによりシール部材に作用する応力の分散を効果的に図ることができる。また、前記液体貯留部の前記流路部材に対する装着時において、前記液体貯留部の前記脚部が、前記天面部の中心よりも前記外側脚部側にずれた位置に当接するように前記シール部材を形成するのが望ましい。このことにより、シール性を犠牲にすることなく天面部の幅方向に関するシール部材の小形化を実現し得る。
さらに、前記シール部材の前記外側脚部および内側脚部の前記端面がそれぞれ曲面となっているのが望ましい。この場合には、シール部材の内側脚部および外側脚部が流路部材本体に傾いた状態で取り付けられた場合でも内側脚部および外側脚部の端面と流路部材本体との間の間隙を除去して良好なシール性を維持し得る。
また、本発明の他の態様は、上記流路部材を具備す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、液体貯留部と流路部材との間で長期に亘り安定したシール性が発揮されることで、液滴の吐出特性を良好に維持し得る。
さらに、本発明の他の態様は、上記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、信頼性を向上して小型化した液体噴射装置を実現できる。
さらに、本発明の他の態様は、上記流路部材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、信頼性を向上して小型化した液体噴射装置を実現できる。
さらに、本発明の他の態様は、液体を貯留する液体貯留部と、前記液体を噴射するヘッド本体との間に設けられ、開口を介して前記液体貯留部から供給される前記液体を前記ヘッド本体に流通させる液体流路を有し、前記開口の周囲が、前記液体貯留部を装着する取付部となる流路部材本体と、前記流路部材本体の前記取付部の周囲に亘って設けられる、弾性材料で形成されたシール部材と、を具備し、前記液体貯留部には、環状に形成され、前記シール部材と当接する脚部が設けられ、前記シール部材は、前記脚部の内周面および前記取付部の外周面とともに密閉空間を形成する天面部と、前記天面部の両端部から前記取付部の軸方向に沿い前記密閉空間の反対側に伸びて端面が前記流路部材本体にそれぞれ当接する前記取付部側の内側脚部と反対側の外側脚部と、を有し、前記内側脚部の肉厚が、前記内側脚部の前記端面から前記天面部に向けて漸増するように形成されている肉厚部を少なくとも一部に有し、前記内側脚部の外周面と前記外側脚部の内周面の間に位置する前記天面部において、前記脚部が当接することを特徴とする流路部材にある。
実施形態に係る記録ヘッドを示す分解斜視図である。 実施形態に係る記録ヘッドを示す断面図である。 上記実施の形態におけるシール部材を示す斜視図である。 インクカートリッジを流路部材に装着する手順を示す断面図である。 インクカートリッジを流路部材に装着する手順を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係る記録装置の概略図である。
以下本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
図1は、本発明の実施の形態に係る液体噴射ヘッドであるインクジェット式記録ヘッドの分解した斜視図、図2はその断面図であり、液体としてインクを貯留した液体貯留部であるインクカートリッジを流路部材から取り外した状態を示している。
両図に示すように、インクジェット式記録ヘッド10は、インクを貯留した液体貯留部であるインクカートリッジ20が着脱される流路部材30と、流路部材30に固定されたヘッド本体40とを具備する。
流路部材30は、流路部材本体310と、フィルター317と、流路部材本体310に設けられたシール部材330とを具備する。流路部材本体310には液体流路311が形成されている。液体流路311は、その一方の開口部であるフィルター室311Aを介してインクカートリッジ20から供給されるインクが、他方の開口部311Bを介してヘッド本体40に供給されるように流通させる。ここで、フィルター室311Aは開口端に向けて径が漸増する円錐状の空間として形成されており、液体流路311のフィルター室311A側には、インクカートリッジ20が装着されるカートリッジ装着部312が設けられている。
カートリッジ装着部312には、本形態の場合、4個のインクカートリッジ20が装着される。また、カートリッジ装着部312は、周囲を壁部313で囲まれており、壁部313の相対向する一対の壁面のうち、一方の壁面には厚さ方向に貫通した第1の係合穴314が設けられている。また、第1の係合穴314が設けられた壁面に相対向する他方の壁面には、厚さ方向に貫通した第2の係合穴315が設けられている。第1の係合穴314および第2の係合穴315にインクカートリッジ20の第1の係合爪24および第2の係合爪25が係合されることで、カートリッジ装着部312にインクカートリッジ20が装着される。
本形態におけるカートリッジ装着部312には4個のインクカートリッジ20が装着されるので、各インクカートリッジ20の間を仕切る仕切り板313Aが設けられている。
また、流路部材本体310のカートリッジ装着部312には、円柱状に突出した取付部316が設けられている。本形態では、カートリッジ装着部312に4個のインクカートリッジ20が固定されるため、取付部316も4個設けられている。本形態における取付部316は、先端面に開口する液体流路311が設けられた円筒形状を有しており、液体流路311が開口する突出した先端面には液体流路311の開口を覆うフィルター317が設けられている。ここで、取付部316は液体流路311の一部を形成しており、その先端部のフィルター室311Aを覆うようにフィルター317が配設されている。フィルター317は、液体であるインク中に含まれる異物や気泡を除去するためのもので、円盤形状を有し、取付部316の先端面(液体流路311のフィルター室311A)とほぼ同じ面積となっている。ここで、フィルター317の周縁部は、取付部316の周縁部とほば同じ位置まで設けられている。また、このようなフィルター317が設けられた取付部316の周囲には円環状のシール用溝部319が設けられており、このシール用溝部319内にシール部材330が配設されている。
本形態におけるシール部材330は、特に図2(b)および図2(c)に、この部分を拡大して示すように、天面部330A、内側脚部330Bおよび外側脚部330Cからなり、横断面形状がほぼ凹形に成形された一体的な部材である。ここで、天面部330Aは、インクカートリッジ20に環状に形成された脚部21Aの端面が当接することにより脚部21Aの内周面と取付部316の外周面との間で画成される密閉空間336を形成する。内側脚部330Bは天面部330Aの一方の端部から取付部316の軸方向に沿い密閉空間336の反対側(図2中下方)に伸びて下端面がシール用溝部319において流路部材本体310に当接している。また、外側脚部330Cは天面部330Aの他方の端部から取付部316の軸方向に沿い密閉空間336の反対側(図2中下方)に伸びて下端面がシール用溝部319において流路部材本体310に当接している。かくして、流路部材30にインクカートリッジ20を装着した状態では、シール部材330によって密閉空間336が液密に構成されている。
さらに、内側脚部330Bと天面部330Aとの接合部および外側脚部330Cと天面部330Aとの接合部においては、内側脚部330Bの内周面から天面部330Aの内周面に続く部分、外側脚部330Cの内周面から天面部330Aの内周面に続く部分が曲面部となっており、各曲面部で肉厚部330D,330Eを形成している。
本形態においては、インクカートリッジ20の流路部材30に対する装着時において、インクカートリッジ20の脚部21Aを介して天面部330Aに作用する押圧力の作用点が、図2(c)に明示するように、天面部330Aの図中水平方向の中心よりも外側脚部330C側にずれた位置Pにあるように形成している。このことにより、天面部330Aの水平方向の幅を小さくしてシール部材330の全体的な小形化を図っている。
内側脚部330Bの内周面から天面部330Aの内周面に続く曲面部および外側脚部330Cの内周面から天面部330Aの内周面に続く曲面部の曲線の半径は、例えば内側脚部330Bの下端を通り、位置Pを通る垂線に直交する水平線との交点までの距離Φ1および外側脚部330Cの下端を通り、位置Pを通る垂線に直交する水平線との交点までの距離Φ2とすることにより、応力の集中を良好に分散させる肉厚部330D,330Eを形成することができる。
さらに、内側脚部330Bおよび外側脚部330Cの端面330F,330Gはそれぞれ曲面となっている。この結果、シール部材330の内側脚部330Bおよび外側脚部330Cが流路部材本体310に傾いた状態で取り付けられた場合でも内側脚部330Bおよび外側脚部330Cの端面と流路部材本体310との間の間隙を除去して良好なシール性を維持し得る。
かかるシール部材330の全体形状を、図3に基づき詳細に説明する。なお、図3は、シール部材の全体を示す斜視図である。同図に示すように、シール部材330は、ゴムやエラストマーなどの可撓性材料で形成されており、平板状の天面部330Aと、円筒形状を有する内側脚部330Bと、内側脚部330Bよりも大きな内径を有する円筒形状の外側脚部330Cとを一体的に連続させて形成してある。
内側脚部330Bは、取付部316の外周にほぼ密着する大きさの内径を有する。また、外側脚部330Cは、取付部316の周囲に設けられたシール用溝部319よりも若干小さな外径を有する。かかるシール部材330は、取付部316の外周に嵌合して取り付けられる。このとき、天面部330Aは、内側脚部330Bの上端(インクカートリッジ20側の端部)と外側脚部330Cの上端とに支持されるため、天面部330Aはインクカートリッジ20からの押圧によって内側脚部330Bと外側脚部330Cとの間で流路部材本体310側に向かって凸となるように撓み変形し易くなっている。
インクカートリッジ20は、図1および図2(a)に明示するように、内部にインク(液体)が貯留された中空箱形状を有する。また、インクカートリッジ20の底面には、円筒形状のリブ21が設けられており、リブ21の内部には、インクカートリッジ20の内部のインクを流路部材30に供給する供給口22が設けられている。この供給口22の内部には、供給部23が設けられている。供給部23は、流路部材30のフィルター317に圧接して、インクカートリッジ20内のインクを流路部材30の液体流路311に供給するためのものである。このような供給部23としては、例えば、綿状パルプ、高分子吸水ポリマー、ウレタンフォーム等の多孔質材料や不織布などを用いることができる。ここで、シール部材330の天面部330Aに当接される環状の凸部である脚部21Aはリブ21の下端面から突出させて形成してある。
ヘッド本体40は、流路部材30に固定される面とは反対側に、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が設けられている。また、ヘッド本体40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30の流路に連通する液体流路と、液体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液体流路の容積を変化させて液体流路内のインクに圧力変化を生じさてノズルからインク滴を吐出させるものや、液体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するものや、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。
このようなインクジェット式記録ヘッド10では、インクカートリッジ20からのインクを流路部材30を介してヘッド本体40に供給し、圧力発生手段によって液体流路内のインクに圧力変化を生じさせることで、ノズルからインク滴が吐出される。
次に、インクカートリッジ20を流路部材30から取り外した状態から流路部材30に装着する方法について図4および図5を参照して説明する。なお、図4および図5は、本形態に係るインクカートリッジを流路部材に装着する手順を示す断面図である。
図4(a)に示すように、インクカートリッジ20を流路部材30から取り外した状態から図4(b)に示すように、インクカートリッジ20の第1の係合爪24側を先に流路部材本体310の壁部313の内部に斜めに挿入し、第1の係合爪24を第1の係合穴314に挿入する。これにより、インクカートリッジ20のリブ21が、第1の係合穴314側のシール部材330に当接する。
次に、図5(a)に示すように、インクカートリッジ20の第1の係合爪24を第1の係合穴314に挿入した状態で、第1の係合爪24を支点としてインクカートリッジ20を回転させることで、インクカートリッジ20を壁部313の内部に挿入する。このとき、第2の係合爪25は、流路部材本体310の壁部313に押圧されて弾性変形するため、インクカートリッジ20を壁部313の内部に挿入するのを阻害することがない。
また、本形態では、インクカートリッジ20は、第2の係合爪25が第2の係合穴315に挿入された状態からさらにインクカートリッジ20を壁部313の内部、すなわちヘッド本体40が取り付けられる面側に押圧する。これにより、インクカートリッジ20のリブ21がシール部材330を流路部材本体310側に向かって凸となるように撓み変形させる。この結果、リブ21の内部が封止される。
かかる状態でインクカートリッジ20を押している力を解除することで、図5(b)に示すように、インクカートリッジ20はシール部材330の反力(弾性力)によって取付部316とは離れる方向に移動する。このとき、流路部材本体310の壁部313に押圧されて弾性変形していた第2の係合爪25は、元に戻ろうとする弾性力によって第2の係合穴315に挿入される。そして、シール部材330の反力と、第2の係合爪25の弾性力とによって、第2の係合爪25は、第2の係合穴315の取付部316とは反対側の壁部に当接して、インクカートリッジ20は、流路部材30のカートリッジ装着部312に固定される。
ここで、本形態におけるシール部材330は内側脚部330Bの肉厚部330Dで天面部330Aを介してインクカートリッジ20から作用する応力が分散される(図2参照)。この結果、シール部材330のクリープ性を向上させることができ、内側脚部330Bの外周面の取付部316の外周面に対する密着性を長期に亘り安定に維持させることができる。また、密閉空間336からの水分透過量も可及的に抑制し得る。
ここで、肉厚部330Dは内周面が曲面となっているので、特に良好にシール部材330に作用する応力の分散を効果的に図ることができる。
以上、本発明の実施の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物に限定されるものではない。例えば、上記実施の形態においては内側脚部330Bの内周面のみならず外側脚部330Cの内周面にも肉厚部330D,330Eとなる曲面部を形成したが、肉厚部330Dは少なくとも内側脚部330Bに形成されていれば良い。内側脚部330Bの内周面が取付部316の外周面に接触されて両者間のシール性が特にシール部材330の寿命に大きな影響を与えるからである。
また、肉厚部は曲面で形成されている必要は必ずしもない。曲面の場合が最も良好に応力の分散を図ることができるが、内側脚部330Bの内周面と外側脚部330Cの内周面との間の距離が漸減するように、少なくとも内側脚部330Bの肉厚が、内側脚部330Bの端面330Fから天面部330Aの内周面に向けて漸増するように形成されていれば良い。したがってテーパー形状等、直線で形成される場合であっても良い。さらに、端面330F,330Gを曲面で形成することも必須ではない。ただ、特にシール部材330が流路部材本体310に傾いて装着されている場合であってもシール性を向上させることはできる。
また、上記実施の形態に係るインクジェット式記録ヘッド10は、インクカートリッジ等と連通するインク流路を具備するインクジェット式記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載される。図6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6に示すインクジェット式記録装置Iにおいて、複数のインクジェット式記録ヘッド10は、インク供給手段を構成するインクカートリッジ20が着脱可能に設けられ、このインクジェット式記録ヘッド10を搭載したキャリッジ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。このインクジェット式記録ヘッド10は、例えば、ブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。
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10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。
上述した実施の形態では、流路部材30を具備するインクジェット式記録ヘッド10について説明したが、インクジェット式記録ヘッド10以外の部分に流路部材30が設けられたインクジェット式記録装置にも本発明は適用することができる。具体的には、インクが貯留された液体貯留部であるインクタンクが、キャリッジ3に搭載されずに、装置本体4に固定されて、インクタンクとヘッド本体40とをチューブ状の供給管で接続するインクジェット式記録装置の場合、例えば、インクタンクを設置する場所に上述した流路部材30が設けられていてもよい。
また、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10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10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、いわゆるライン式記録装置にも本発明を適用することができる。
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の製造方法にも適用することができる。
また、本発明は液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に搭載される流路部材に限定されず、その他のデバイスに搭載される流路部材についても適用可能である。
I インクジェット式記録装置(液体噴射装置)、 10 インクジェット式記録ヘッド(液体噴射ヘッド)、 20 インクカートリッジ(液体貯留部)、 23 供給部、30 流路部材、 40 ヘッド本体、 310 流路部材本体、 311 液体流路、316 取付部、 330 シール部材、 330A 天面部、 330B 内側脚部、330C 外側脚部、 330D 肉厚部

Claims (8)

  1. 液体を貯留する液体貯留部と、前記液体を噴射するヘッド本体との間に設けられ、開口を介して前記液体貯留部から供給される前記液体を前記ヘッド本体に流通させる液体流路を有し、前記開口の周囲が、前記液体貯留部を装着する取付部となる流路部材本体と、
    前記流路部材本体の前記取付部の周囲に亘って設けられる、弾性材料で形成されたシール部材とを具備し、
    前記液体貯留部には、環状に形成され、前記シール部材と当接する脚部が設けられ、
    前記シール部材は、
    前記脚部の内周面および前記取付部の外周面とともに密閉空間を形成する天面部と、
    前記天面部の両端部から前記取付部の軸方向に沿い前記密閉空間の反対側に伸びて端面が前記流路部材本体にそれぞれ当接する前記取付部側の内側脚部と反対側の外側脚部と、を有し、
    記内側脚部の肉厚が、前記内側脚部の前記端面から前記天面部に向けて漸増するように形成されている肉厚部を少なくとも一部に有し、
    前記内側脚部の外周面と前記外側脚部の内周面の間に位置する前記天面部において、前記脚部が当接する
    とを特徴とする流路部材。
  2. 請求項1に記載する流路部材において、
    前記シール部材の前記肉厚部は内周面を曲面とすることにより形成したことを特徴とする流路部材。
  3. 請求項1または請求項2に記載する流路部材において、
    前記液体貯留部の前記流路部材に対する装着時において、前記液体貯留部の前記脚部が、前記天面部の中心よりも前記外側脚部側にずれた位置に当接するように前記シール部材を形成したことを特徴とする流路部材。
  4. 請求項3において、
    前記外側脚部の肉厚が、前記内側脚部の前記端面から前記天面部に向けて漸増するように形成されている肉厚部を少なくとも一部に有し、
    前記内側脚部の肉厚部は、前記外側脚部の肉厚部よりも厚い
    ことを特徴とする流路部材。
  5. 請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載する流路部材において、
    前記シール部材の前記外側脚部および内側脚部の前記端面がそれぞれ曲面となっていることを特徴とする流路部材。
  6. 請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載する流路部材を具備することを特徴とする液体噴射ヘッド。
  7. 請求項6に記載する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。
  8. 請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載する流路部材を具備することを特徴とする液体噴射装置。
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