JP6057073B2 - 流路部材、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 - Google Patents

流路部材、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 Download PDF

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Description

本発明は、流路部材、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関する。
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は、インクを吐出するヘッド本体と、ヘッド本体の各ノズル開口にインクを供給するインク流路を有する流路部材とを備えたものがある(例えば、特許文献1参照)。ヘッド本体は、例えば、インクが貯留されるマニホールドを有し、該マニホールドに連通する各圧力発生室にインクを取り込み、圧電素子などの圧力発生手段で該圧力発生室を変形させて、ノズルから液体を吐出させる。
流路部材としては、シール部材を挟持した第1部材及び第2部材を備え、第1部材及び第2部材の対向面同士とシール部材とで閉空間が形成されたものがある。該閉空間内においては、第1部材に設けられた第1流路と、第2部材に設けられた第2流路とは連通してインク流路を構成し、該インク流路の周囲は接着剤で接着されている。
特開2007−260948号公報
このような流路部材では、接着剤の硬化や環境温度の変化にともない、閉空間内部の空気が膨張し、接着剤を通過してインク流路内に浸入する虞がある。インク流路内に浸入した空気は気泡となり、インクの吐出不良の原因となり得る。
さらに、流路部材には、ヘッド本体内の空気を外部に排出させる外部開放路が設けられる場合がある。具体的には、ヘッド本体には、マニホールド内の圧力変化を吸収するコンプライアンス基板と、該コンプライアンス基板の変形を阻害しない程度の空間であるコンプライアンス空間とが設けられている。そして、流路部材は、外部に連通した外部開放路を有するものがある。このようなインクジェット式記録ヘッドでは、外部開放路を介してコンプライアンス空間が外部に連通するので、コンプライアンス基板の変形が阻害されない。
外部開放路は、流路部材内で蛇行して形成されている。このように蛇行させて外部開放路の拡散抵抗を増すことで、マニホールドのインク中の水分が過剰に蒸発することが抑制される。
しかしながら、蛇行した外部開放路を形成するためには、一定のスペースが流路部材に必要となる。このため、インクジェット式記録ヘッドが大型化してしまうという問題がある。
なお、このような問題は、インクジェット式記録ヘッドに搭載される流路部材に限定されず、他のデバイスに搭載される流路部材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、液体に気泡が混入することを抑制するとともに小型化することができる流路部材、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、液体を供給する液体供給手段に接続される第1流路を有する第1部材と、前記第1流路の下流の第2流路を有し、前記第1部材と接合する第2部材と、前記第1部材及び前記第2部材の相対向する接合面に配置され、前記第1流路及び前記第2流路の開口を囲む第1接合部と、前記接合面に配置され、前記第1接合部を囲む第2接合部と、前記第1接合部及び前記第2接合部との間に空気がたまっている空気室と、を備え、前記第1部材及び前記第2部材の少なくとも一方の内部には、前記空気室を外部に連通させる連通路が設けられていることを特徴とする流路部材にある。
かかる態様では、流路部材に画成された空気室内の空気は、外部と同じ圧力になり、温度変化等により膨張して高圧となることが抑制される。したがって、空気室内の空気が外部よりも高圧となることで第1接合部に浸透し、液体流路内に進入することを抑制することができる。このように液体流路内に空気が混入しないため、気泡が混ざっていない液体をヘッド本体に供給することができる。また、流路部材には、拡散抵抗を付与するための蛇行した空気の流路が設けられていないため、流路部材を小型化することができる。
ここで、前記第1部材の前記連通路は、前記空気室内の圧力を調整する圧力調整部を有さず、前記第1部材の前記連通路は、前記第1部材に取り付けられる前記液体供給手段に設けられた圧力調整部に連通可能であることが好ましい。これによれば、液体供給手段に空気室内の圧力を調整する圧力調整部を持たせるため、流路部材に圧力調整部を形成しなくてよい。これにより、流路部材を小型化することができる。
また、前記圧力調整部は、外部に空気を開放するとともに、流通する空気に拡散抵抗を与える部分であることが好ましい。これによれば、空気室の圧力を調整することができる。
また、前記第1流路は、前記第1部材の厚さ方向に貫通する垂直流路と前記接合面に設けられて前記垂直流路に連通した水平流路を有することが好ましい。これによれば、液体流路が水平流路を有するので、液体流路の厚さ方向の長さを短くすることができ、流路部材の大きさを厚さ方向に小型化することができる。
また、前記第1接合部は、前記第2接合部、前記第1部材、前記第2部材のいずれよりも空気透過性又は液体の蒸気透過性が高いことが好ましい。これによれば、第1接合部により液体流路の液体が漏れないように耐液体性を確保し、第2接合部、第1部材及び第2部材で水蒸気の透過を抑制することができる。
また、本発明の他の態様は、上記流路部材と、ヘッド本体と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、液体に気泡が混入することを抑制するとともに小型化することができる液体噴射ヘッドを実現できる。
また、前記ヘッド本体は、液体を吐出する複数のノズル、該ノズルに供給される液体の共通の貯留部となるマニホールド、該マニホールドの一部を画成して可撓性を有するコンプライアンス部及び該コンプライアンス部に対向して設けられたコンプライアンス空間を有し、前記コンプライアンス空間は、前記空気室に連通していることが好ましい。これによれば、コンプライアンス空間が連通路及び外部開放路を介して外部に連通している。これにより、コンプライアンス部の変形が良好に保たれるとともに、マニホールド内の液体の水分が過剰に蒸発することを抑制することができる。
また、前記コンプライアンス空間と前記空気室とを連通している流路に前記空気室の圧力を調整する圧力調整部を備えないことが好ましい。これによれば、当該流路に圧力調整部を設けないため、流路部材を小型化することができる。
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、液体に気泡が混入することを抑制するとともに小型化することができる液体噴射装置を実現できる。
実施形態1に係るヘッドを示す分解斜視図である。 実施形態1に係る流路部材の要部を示す上面図である。 実施形態1に係る流路部材の要部を示す底面図である。 実施形態1に係る流路部材を示す断面図である。 実施形態1に係る流路部材の要部を示す断面図である。 実施形態1に係るヘッドを示す断面図である。 実施形態1に係る弾性部材を示す斜視図である。 実施形態1に係るヘッド本体の断面図である。 実施形態2に係るヘッドを示す分解斜視図である。 実施形態2に係る流路部材を示す上面図である。 実施形態2に係る流路部材を示す底面図である。 実施形態2に係るヘッドを示す断面図である。 実施形態3に係るヘッドを示す断面図である。 実施形態4に係る流路部材の要部を示す断面図である。 実施形態5に係るヘッドを示す断面図である。 実施形態に係る記録装置の概略図である。
〈実施形態1〉
本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。インクジェット式記録ヘッドは液体噴射ヘッドの一例であり、単にヘッドとも言う。インクジェット式記録装置は液体噴射装置の一例である。
図1は本実施形態に係るヘッドの分解斜視図であり、図2は本実施形態に係る流路部材の要部を示す上面図であり、図3は本実施形態に係る流路部材の要部を示す底面図であり、図4は本実施形態に係る流路部材を示す断面図であり、図5は本実施形態に係る流路部材の要部を示す断面図である。
図1に示すように、ヘッド1は、液体としてインクを貯留した液体貯留手段であるインクカートリッジ100が着脱される流路部材90と、流路部材90に固定されたヘッド本体10とを具備する。
流路部材90は、インクカートリッジ100に接続される第1流路51を有する取付部材50(第1部材)と、ヘッド本体10に接続される第2流路81を有する流路プレート80(第2部材)とを備え、第1流路51及び第2流路81が連通した液体流路95を有するものである。
取付部材50は、インクカートリッジ100が装着されるカートリッジ装着部52(ヘッド本体10とは反対側の面)を有している。本実施形態では、カートリッジ装着部52には、4つのインクカートリッジ100が装着されるようになっている。
カートリッジ装着部52は、周囲を壁部53で囲まれており、壁部53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係合穴54が設けられている。また、第1係合穴54が設けられた壁部53に相対向する他方の壁部53には、厚さ方向に貫通した第2係合穴55が設けられている。これら第1係合穴54及び第2係合穴55には、インクカートリッジ100の第1係合爪104及び第2係合爪105が係合する。
カートリッジ装着部52には4つのインクカートリッジ100が装着される領域を仕切る仕切り板56が設けられている。すなわち、カートリッジ装着部52は、3つの仕切り板56により4つの領域が形成されている。
図2、図4及び図5に示すように、仕切り板56により仕切られたカートリッジ装着部52の各領域には、第1流路51が形成されている。第1流路51は、カートリッジ装着部52の厚さ方向(取付部材50及び流路プレート80の積層方向)に貫通した垂直流路51aと、垂直流路51aに連通して水平な水平流路51bとを備えている。
具体的には、カートリッジ装着部52の表面に凹部57が設けられている。凹部57の内部には、筒形状の取付部58が設けられている。この取付部58の内部に垂直流路51aが形成されている。この取付部58の上部の開口には、垂直流路51aを横断するようにフィルター59が設けられている。
図1、図4及び図5に示すように、第2部材の一例である流路プレート80は、平板状の部材であり、厚さ方向に貫通した第2流路81を有している。
取付部材50及び流路プレート80の相対向する接合面をそれぞれ第1接合面61及び第2接合面82とする。すなわち、取付部材50の流路プレート80が接合される面が第1接合面61であり、流路プレート80の取付部材50が接合される面が第2接合面82である。
具体的には、図3、図4及び図5に示すように、取付部材50には、流路プレート80を収容する凹部である収容部65が設けられている。この収容部65の流路プレート80が接合される面が第1接合面61となっている。
第1接合面61には、垂直流路51aに連続した溝状の凹部51cが形成されている。この第1接合面61に流路プレート80が接合されることで、凹部51cが封止され、凹部51c及び流路プレート80により水平流路51bが形成される。そして、第1流路51(水平流路51b)が、下流となる流路プレート80の第2流路81に連通することで液体流路95が形成されている。
これらの第1接合面61及び第2接合面82には、第1接合部と第2接合部とが形成されている。ここでいう接合部とは、第1接合面61及び第2接合面82が互いに接合する部分をいう。
第1接合部は、第1接合面61及び第2接合面82に配置され、第1流路51及び第2流路81を囲むものである。本実施形態では、第1接合部として接着剤69を用いている。
第2接合部は、第1接合面61及び第2接合面82に配置され、第1接合部を囲むものである。本実施形態では、第2接合部としてシール部材71を用いている。
これらの接着剤69及びシール部材71は、具体的には次のように構成されている。
図3、図4及び図5に示すように、取付部材50の第1接合面61には、第1流路51(凹部51c)の開口縁部に、環状の第1ボス部66、及び第1ボス部66の外側を囲う環状の第2ボス部67が設けられている。第1ボス部66及び第2ボス部67は、何れも頂面が流路プレート80の第2接合面82に当接する。
第1ボス部66と第2ボス部67との間は、第1ボス部66及び第2ボス部67よりも低い底面(第2接合面82には接触しない面)が設けられている。該底面、第1ボス部66及び第2ボス部67とから、環状の第1溝部68が形成されている。
第1溝部68内には接着剤69が設けられており、接着剤69により、取付部材50の第1接合面61と、流路プレート80の第2接合面82とが接着されている。
このように第1溝部68に設けられた接着剤69(第1接合部)は、第1接合面61及び第2接合面82の間に配置され、第1流路51(凹部51c)及び第2流路81の開口を囲んでいる。このような接着剤69を設けることで第1流路51と第2流路81との接続面のシール性が確保されている。
さらに、第1接合面61の第1溝部68の外側には、第1溝部68を囲む環状の第2溝部70が設けられている。第2溝部70内には、環状のシール部材71が嵌合されている。このように第2溝部70に設けられたシール部材71(第2接合部)は、第1接合面61及び第2接合面82の間に配置され、接着剤69を囲んでいる。
このようにシール部材71が接着剤69を囲むことで、第1接合面61及び第2接合面82の間には、空気室85が形成されている。すなわち、空気室85は、第1接合面61と第2接合面82との間であって、第1溝部68内の接着剤69及び第2溝部70内のシール部材71の間に形成された空間をいう。
なお、本実施形態では、第1溝部68及び第2溝部70を形成し、それぞれに接着剤69及びシール部材71を配置したが、必ずしも第1溝部68と第2溝部70を形成しなくてもよい。すなわち、接着剤69及びシール部材71で直接的に空気室85が形成されるようにしてもよい。
一方、取付部材50には厚さ方向に貫通した連通路96が設けられている。連通路96は、空気室85を外部に連通させるものである。具体的には、取付部材50に、空気室85に連通するように貫通孔を形成することで連通路96が形成されている。この空気室85は外部に大気開放されている。この空気室85が大気開放された構成や作用効果の詳細は後述する。
なお、接着剤69(第1接合部)は、シール部材71(第2接合部)、取付部材50(第1部材)及び流路プレート80(第2部材)のいずれよりも空気透過性又は蒸気透過性が高いことが好ましい。ここでいう空気透過性とは、気体を透過させ液体を透過させない性質をいう。また蒸気透過性とは、液体流路95を流れるインク(液体)の水分などの成分が蒸発した蒸気を透過させる性質をいう。
一般に耐インク性のある接着剤は、空気透過性及び蒸気透過性が高い。このような性質のものを接着剤69として用い、接着剤69よりも空気透過性及び蒸気透過性が低いものをシール部材71や取付部材50及び流路プレート80として用いる。このような構成の場合、接着剤69により液体流路95からインクが漏れないように耐インク性を確保し、シール部材71等で水蒸気の透過を抑制することができる。
図6は、インクカートリッジが取り付けられたヘッドを示す断面図である。図6に示すように、上述した流路部材90には、インクカートリッジ100が取り付けられる。
インクカートリッジ100は、中空箱形状を有し、内部にはヘッド本体10に供給するインク(液体)を貯留している。インクカートリッジ100の底面には、円筒形状のリブ101が設けられており、リブ101の内側には、インクカートリッジ100の内部のインクを流路部材90に供給する供給口102が設けられている。この供給口102の内部には、供給部103が設けられている。供給部103は、流路部材90のフィルター59に圧接して、インクカートリッジ100内のインクを流路部材90の液体流路95に供給するためのものである。このような供給部103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。
また、インクカートリッジ100には、取付部材50の壁部53に設けられた第1係合穴54に挿入される第1係合爪104と、第1係合爪104とは反対面側に設けられて取付部材50の壁部53に設けられた第2係合穴55に挿入される第2係合爪105とが設けられている。
第2係合爪105は、インクカートリッジ100の側面の供給部103側に一端部が固定されて、他端部側が自由端となるように、インクカートリッジ100に一体的に形成されたものである。これにより、第2係合爪105は、インクカートリッジ100の側面に向かって弾性変形可能となっている。
このようなインクカートリッジ100は次のようにして取付部材50に取り付けられる。まず、インクカートリッジ100の第1係合爪104側を先に取付部材50の壁部53の内部に斜めに挿入し、第1係合爪104を第1係合穴54に挿入する。次に、インクカートリッジ100の第1係合爪104を第1係合穴54に挿入した状態で、第1係合爪104を支点としてインクカートリッジ100を回転させることで、インクカートリッジ100を壁部53の内部に挿入する。そして、第2係合爪105を第2係合穴55に当接させることで、インクカートリッジ100は、流路部材90のカートリッジ装着部52に固定される。インクカートリッジ100の取り外しは、第2係合爪105をインクカートリッジ100側に弾性変形させて第2係合穴55から外すことにより行う。
インクカートリッジ100が接続される取付部58には、液体流路95(第1流路51)を覆うフィルター59が設けられている。フィルター59は、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あり、例えば、金属や樹脂等の繊維を細かく編むことで複数の微細孔が形成されたシート状のものや、金属や樹脂等の板状部材に複数の微細孔を貫通させたものなどを用いることができる。なお、フィルター59は、不織布等を用いてもよく、その材料は特に限定されるものではない。
また、図2、図5及び図6に示すように、取付部58の外側には、凹部57を区分けする隔壁部62が設けられている。凹部57のうち隔壁部62により区分けされた外側の凹部をシール用溝部63、隔壁部62により区分けされた内側の凹部を大気開放用溝部64とする。シール用溝部63には、環状の弾性部材110が取り付けられる。なお、大気開放用溝部64には、上述した連通路96が開口している。
図7は、弾性部材を示す斜視図である。弾性部材110は、ゴムやエラストマーなどの弾性材料で形成され、断面形状がシール用溝部63の底部側に開口するC字形状を有する。
具体的には、弾性部材110は、平板状かつ環状に形成された第1弾性部111の内周側に、筒形状の第2弾性部112が接続されている。また、第1弾性部111の外周側に、筒形状の第3弾性部113が接続されている。そして、第2弾性部112の内径は、取付部58及び隔壁部62の外周にほぼ密着する大きさとなっている。また、第3弾性部113の内径は、凹部57の内周にほぼ密着する大きさとなっている。
図6に示すように、弾性部材110は、第2弾性部112(図7参照)の内側に取付部58が収容されるようにして、シール用溝部63に取り付けられる。一方、インクカートリッジ100に設けられたリブ101は、弾性部材110に対向して環状に設けられており、その内側に供給部103が位置している。
取付部材50に取り付けられたインクカートリッジ100は、供給部103がフィルター59に圧接している。これにより、インクカートリッジ100の供給口102と第1流路51(液体流路95)とが連通して、インクカートリッジ100から液体流路95にインクを供給することが可能となっている。また、リブ101が弾性部材110に圧接している。弾性部材110が弾性変形することで、その反力によりリブ101と弾性部材110との気密性が向上し、供給部103と第1流路51との間のシール性が確保されている。
インクカートリッジ100及び流路部材90によりインクが供給されるヘッド本体10について説明する。図8は、本実施形態に係るヘッド本体の断面図である。
ヘッド本体10は、複数の圧力発生室11を有する流路基板の一例である流路形成基板12と、各圧力発生室11に連通する複数のノズル13が穿設されたノズルプレート14と、流路形成基板12のノズルプレート14とは反対側の面に設けられる振動板15とを具備する流路ユニット16を有する。さらに、振動板15上の各圧力発生室11に対応する領域に設けられる圧電素子17を有する圧電素子ユニット18と、振動板15上に固定されて圧電素子ユニット18が収容される収容部19を有するケースヘッド20とを具備する。
流路形成基板12には、その一方面側の表層部分に、圧力発生室11が隔壁によって区画されてその幅方向で複数並設されている。各圧力発生室11の列の外側には、ケースヘッド20に設けられたインク導入路43を介してインクが供給されるマニホールド22が、流路形成基板12を厚さ方向に貫通して設けられている。そして、マニホールド22と各圧力発生室11とは、インク供給路23を介して連通し、各圧力発生室11には、インク導入路43、マニホールド22及びインク供給路23を介してインクが供給される。また、圧力発生室11のマニホールド22とは反対の端部側には、流路形成基板12を貫通するノズル連通孔24が形成されている。このような流路形成基板12は、本実施形態では、シリコン単結晶基板からなり、流路形成基板12に設けられる上記圧力発生室11等は、流路形成基板12をエッチングすることによって形成されている。
この流路形成基板12の一方面側にはノズル13が穿設されたノズルプレート14が接合され、各ノズル13は、流路形成基板12に設けられたノズル連通孔24を介して各圧力発生室11と連通している。
また、流路形成基板12の他方面側、すなわち、圧力発生室11の開口面側には振動板15が接合され、各圧力発生室11はこの振動板15によって封止されている。
振動板15は、例えば、樹脂フィルム等の弾性部材からなる弾性膜25と、この弾性膜25を支持する、例えば、SUSなどの金属からなる支持板26との複合板で形成されており、弾性膜25側が流路形成基板12に接合されている。
また、振動板15の各圧力発生室11に対向する領域内には、圧電素子17の先端部が当接する島部27が設けられている。この圧電素子17の先端面は、接着剤30によって島部27に接合されている。すなわち、振動板15の各圧力発生室11の周縁部に対向する領域に他の領域よりも厚さの薄い薄肉部28が形成されて、この薄肉部28の内側にそれぞれ島部27が設けられている。また、本実施形態では、振動板15のマニホールド22に対向する領域に、薄肉部28と同様に、支持板26がエッチングにより除去されて実質的に弾性膜のみで構成されるコンプライアンス部29が設けられている。なお、このコンプライアンス部29は、マニホールド22内の圧力変化が生じた時に、このコンプライアンス部29の弾性膜25が変形することによって圧力変化を吸収し、マニホールド22内の圧力を常に一定に保持する役割を果たす。
圧電素子17は、一つの圧電素子ユニット18において一体的に形成されている。すなわち、圧電材料31と電極形成材料32,33とを縦に交互にサンドイッチ状に挟んで積層した圧電素子形成部材34を形成し、この圧電素子形成部材34を各圧力発生室11に対応して櫛歯状に切り分けることによって各圧電素子17が形成されている。すなわち、複数の圧電素子17が一体的に形成されている。そして、この圧電素子17(圧電素子形成部材34)の振動に寄与しない不活性領域、すなわち、圧電素子17の基端部側が固定基板35に固着され、圧電素子17は固定基板35を介してケースヘッド20に固定されている。
また、圧電素子17の基端部近傍には、固定基板35とは反対側の面に、各圧電素子17を駆動するための信号を供給するフレキシブル配線基板37が接続され、これら圧電素子17(圧電素子形成部材34)と固定基板35とフレキシブル配線基板37とで圧電素子ユニット18が構成されている。
ケースヘッド20は、島部27に相対向する領域に厚さ方向に貫通する収容部19が設けられている。圧電素子ユニット18の全体は、この収容部19に収容され、圧電素子17の先端部が上述したように振動板15の島部27に当接された状態で固定され、固定基板35が、ケースヘッド20に接着剤39で固定されている。
ケースヘッド20上には、フレキシブル配線基板37の各配線36がそれぞれ接続される複数の導電パッド40が設けられた配線基板41が固定されており、ケースヘッド20の収容部19は、この配線基板41によって実質的に塞がれている。配線基板41には、ケースヘッド20の収容部19に対向する領域にスリット状の開口部42が形成されており、フレキシブル配線基板37はこの配線基板41の開口部42から収容部19の外側に引き出されている。
フレキシブル配線基板37は、例えば、圧電素子17を駆動するための駆動IC(図示なし)が搭載されたチップオンフィルム(COF)からなる。そして、フレキシブル配線基板37の各配線36は、その基端部側では、例えば、半田、異方性導電材等によって圧電素子17を構成する電極形成材料32,33に接続されている。一方、先端部側では、各配線36は配線基板41の各導電パッド40に接合されている。具体的には、配線基板41の開口部42から収容部19の外側に引き出されたフレキシブル配線基板37の先端部が配線基板41の表面に沿って折り曲げられた状態で、各配線36は配線基板41の各導電パッド40に接合されている。
このようなヘッド本体10は、流路部材90(図1、4参照)に取り付けられ、インク導入路43が液体流路95に接続されている。すなわち、インクカートリッジ100から流路部材90の液体流路95及びインク導入路43を介してマニホールド22にインクが供給される。そして、ヘッド本体10では、インク供給路23を介して各圧力発生室11にインクが分配される。実際には、圧電素子17に電圧を印加することにより圧電素子17を収縮させる。これにより、振動板15が圧電素子17と共に変形されて圧力発生室11の容積が広げられ、圧力発生室11内にインクが引き込まれる。ノズル13に至るまで内部にインクが満たされた後、配線基板41を介して供給される記録信号に従い、圧電素子17の電極形成材料32,33に印加していた電圧を解除する。これにより、圧電素子17が伸張されて元の状態に戻ると共に振動板15も変位して元の状態に戻る。結果として圧力発生室11の容積が収縮して圧力発生室11内の圧力が高まりノズル13からインク滴が吐出される。
また、ケースヘッド20のコンプライアンス部29に対向する領域にはコンプライアンス空間45が設けられている。コンプライアンス空間45は、ケースヘッド20に設けられた貫通孔である接続路44に連通している。そして、接続路44は、ヘッド本体10と取付部材50との間の隙間を介して外部に連通している。
このように、コンプライアンス空間45が外部に連通していることで、コンプライアンス部29がマニホールド22の圧力変化に伴って良好に変形することができる。
ここで、図6を用いて、流路部材90に画成された空気室85が連通路96を介して外部に連通された構成について詳細に説明する。
インクカートリッジ100には、圧力調整部が設けられている。圧力調整部とは、空気室85の圧力を調整する機能を有する部分である。詳細には、空気室85に連通することで空気室85の空気を外部に開放し、空気室85内部の気圧を大気圧に調整するとともに、当該空気に対する拡散抵抗を有する部分である。
本実施形態では、圧力調整部の一例として、インクカートリッジ100の内部に外部開放路106が設けられている。
外部開放路106の一方の開口は流路部材90の大気開放用溝部64に対向する位置に設けられ、他方の開口はインクカートリッジ100の上面側(カートリッジ装着部52とは反対側)に設けられている。すなわち、外部開放路106は、リブ101及び弾性部材110が圧接してことで形成された空間86(リブ101及び弾性部材110の接合面よりも内側であって、インクカートリッジ100と取付部材50との間の空間)に連通し、該空間86を外部に接続させている。
また、外部開放路106は、細長く、一部が蛇行するように形成してある。外部開放路106をこのような形状とすることで、外部開放路106を流通する空気に対する拡散抵抗を高めることができる。外部開放路106の形状を調整して拡散抵抗を適宜設定することで、空気室85の圧力を任意に設定することができる。なお、外部開放路106は、圧力調整部を有している必要はなく、単に、空気室85を外部に連通させる流路であってもよい。
このようにインクカートリッジ100が取付部材50に取り付けられると、外部開放路106は、流路部材90の大気開放用溝部64に開口した連通路96に連通する。すなわち、空気室85は、連通路96、大気開放用溝部64、外部開放路106を順に介して外部に連通している。
このように本実施形態に係るヘッド1では、空気室85は、連通路96及び外部開放路106を介して外部と連通し、その内部圧力が調整可能である。したがって、温度変化等により空気室85内が大気圧に比して極端に高圧又は低圧となることを抑制し、一定圧力に維持することできる。これにより、空気室85内の空気が外部よりも高圧となることで接着剤69に浸透し、液体流路95内に進入することを抑制することができる。
このように液体流路95内のインクには、空気室85からの空気が混入しないため、インクに気泡が混ざることが抑制され、インクの吐出不良が抑制される。本実施形態に係る流路部材90としては、複数の部材で形成した液体流路95に、それらの部材の接合面に形成された空気室85から空気を混入させずにインクを他の部材(本実施形態ではヘッド本体10)に供給することができる。
また、本実施形態に係るヘッド1では、インクカートリッジ100に外部開放路106を設けた。これにより、流路部材90側に外部開放路106に相当する長大な流路を設ける必要がなく、流路部材90を小型化することができる。本実施形態に係る流路部材90としては、他の部材(本実施形態ではヘッド本体10)から排出される気体の流路(外部開放路106に相当)を設けないので、その分小型化することができる。
さらに、流路部材90は、液体流路95の一部を垂直流路51a、水平流路51bとしたものである。すなわち、インクカートリッジ100の供給部103からインクを垂直流路51aで受け取り、水平流路51bにより水平な任意の方向に流通させ、第2流路81を介してヘッド本体10に供給することができる。これにより、インクカートリッジ100の供給部103が接続される位置(本実施形態では取付部58)に関わらず、任意の位置にヘッド本体10を流路部材90に取り付けることができる。
また、取付部材50と流路プレート80との間に水平流路51bを設けたことで、流路部材90の厚さを薄くすることができる。仮に、一体的な流路部材に液体流路を設ける場合、インクカートリッジ100の供給部103が接続される取付部58から、水平な任意の方向に液体を流通させるためには、液体流路を流路部材の厚さ方向に対して斜めにしなければならない。しかし、この場合、液体流路を斜めにした分、流路部材の厚さが増してしまう。
一方、液体流路95は水平流路51bを有するので液体流路95の厚さ方向の長さを短くすることができ、本実施形態に係るヘッド1及び流路部材90の大きさを厚さ方向において小型化することができる。
〈実施形態2〉
実施形態1では、各インクカートリッジ100に外部開放路106が形成され、各外部開放路106には、各液体流路95の周りに形成された空気室85に連通していた。実施形態2では、空気室85を液体流路95ごとに形成するのではなく、複数の液体流路95に共通した空気室85とし、一つのインクカートリッジ100に設けた外部開放路106に該空気室85を連通させた流路部材90Aを備えるヘッド1Aについて説明する。
図9は本実施形態に係るヘッドの分解斜視図であり、図10は本実施形態に係る流路部材を示す上面図であり、図11は本実施形態に係る流路部材を示す底面図であり、図12は本実施形態に係るヘッドの断面図である。なお、実施形態1と同一のものには同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
図9に示すように、取付部材50には、1つのインクカートリッジ100と、3つのインクカートリッジ100Aとが取り付けられる。インクカートリッジ100Aは、外部開放路106が設けられていないこと以外は、インクカートリッジ100と同一の構成である。すなわち、4つのうち1つのインクカートリッジ100のみに外部開放路106が設けられている。
図10に示すように、取付部材50には、連通路96が一つ設けられている。連通路96は、インクカートリッジ100が取り付けられる取付部58の大気開放用溝部64内に開口している。
一方、インクカートリッジ100Aが取り付けられる3つの取付部58については、大気開放用溝部64内に連通路96が開口していない。
図11及び図12に示すように、取付部材50の第1接合面61には、第1流路51(凹部51c)ごとに第1ボス部66及び第2ボス部67とで形成された第1溝部68が4つ形成されている。これらの第1溝部68には、実施形態1と同様に接着剤69(第1接合部)が設けられる。すなわち、接着剤69は、第1流路51及び第2流路81を囲むように形成されている。
そして、各色のインクに対応した第1接合部の周りの空気室は互いに連通して、1つの空気室85Aを形成している。一方、第2溝部70Aは、第1接合面61に全ての第1溝部68及び空気室85Aを囲うように形成されている。この第2溝部70Aには、シール部材71(第2接合部)が設けられる。すなわち、シール部材71は、各接着剤69を囲むように形成されている。
第1溝部68に接着剤69が設けられ、第2溝部70Aにシール部材71が設けられた第1接合面61には、第2接合面82を有する流路プレート80が接合されている。これにより、取付部材50と流路プレート80との間には、接着剤69の外側であってシール部材71の内側に一つの空気室85Aが形成されている。
また、連通路96は、取付部材50の第1接合面61において、接着剤69の外側であってシール部材71の内側に開口している。したがって、空気室85Aは、連通路96及びインクカートリッジ100の外部開放路106を介して外部に連通している。
以上に説明したように、本実施形態に係るヘッド1Aでは、空気室85Aは、各液体流路95の周囲に共通して1つ形成されている。このような態様の空気室85Aにおいても、実施形態1と同様に、外部に連通しているので、その内部の圧力が調整可能である。したがって、温度変化等により空気室85A内が大気圧に比して極端に高圧又は低圧となることを抑制し、一定圧力に維持することできる。これにより、空気室85A内の空気が外部よりも高圧となることで接着剤69に浸透し、液体流路95内に進入することを抑制することができる。
このように液体流路95内のインクには、空気室85Aからの空気が混入しないため、インクに気泡が混ざることが抑制され、インクの吐出不良が抑制される。本実施形態に係る流路部材90としては、複数の部材で形成した液体流路95に、それらの部材の接合面に形成された空気室85Aから空気を混入させずにインクを他の部材(本実施形態ではヘッド本体10)に供給することができる。
また、各液体流路95の周囲に共通して空気室85Aを形成したので、液体流路95ごとに空気室を形成するよりも簡易な構造とすることができ、加工などに要する手間やコストを低減することができる。
〈実施形態3〉
実施形態1では、ヘッド本体10のコンプライアンス空間45は、接続路44を介して外部に開放されていた(図8参照)。実施形態3では、コンプライアンス空間45が空気室85に連通したヘッド1Bについて説明する。
図13は本実施形態に係るヘッドの断面図である。なお、実施形態1と同一のものには同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
本実施形態に係るヘッド1Bは、流路部材90と、流路板120と、ヘッド本体10とを備える。流路板120は、流路部材90とヘッド本体10との間に配置され、これらを接合する部材である。
流路板120のヘッド本体10側の面には、ヘッド本体10の配線基板41が接合されている。また、当該面には、配線基板41に設けられた導電パッド40、及び導電パッド40に接続された配線36を収容する凹部121が形成されている。
流路板120は、液体流路122が形成されている。液体流路122は、流路板120の両面に開口した貫通孔であり、一方の開口は、液体流路95(第2流路81)に連通し、他方の開口はヘッド本体10のインク導入路43に連通している。すなわち、インクは、液体流路95から液体流路122及びインク導入路43を介してマニホールド22(図8参照)に供給されるようになっている。
また、流路プレート80には第1大気開放路83が設けられ、流路板120には第2大気開放路123が設けられている。第1大気開放路83は流路プレート80の両面に開口した貫通孔であり、第2大気開放路123は流路板120の両面に開口した貫通孔である。
第1大気開放路83の一方の開口は空気室85に連通し、第2大気開放路123の一方の開口はヘッド本体10の接続路44に連通している。このように、第1大気開放路83、第2大気開放路123及び接続路44から、コンプライアンス空間45と空気室85とを連通する流路が形成されている。
このような流路を介して、コンプライアンス空間45(図8参照)は、空気室85に連通し、さらに連通路96、空間86及び外部開放路106を順に経由して大気開放されている。
コンプライアンス空間45が外部に大気開放されていることで、実施形態1と同様に、コンプライアンス部29がマニホールド22の圧力変化に伴って良好に変形することができる。
ここで、マニホールド22(図7参照)内のインクに含まれる水分は、蒸発してコンプライアンス部29を透過し、空気室85等を介して外部に排出され、インクが増粘してしまう虞がある。
しかしながら、外部開放路106は、空気室85の圧力調整が可能な構成とし、空気に対して拡散抵抗を有している。このため、コンプライアンス部29から過剰な水分の蒸発が抑制されている。
また、流路プレート80には、第3大気開放路84が設けられ、流路板120には第4大気開放路124が設けられている。第3大気開放路84は流路プレート80の両面に開口した貫通孔であり、第4大気開放路124は流路板120の両面に開口した貫通孔である。
第3大気開放路84の一方の開口は空気室85に連通し、第4大気開放路124の一方の開口は流路板120の凹部121に連通している。凹部121は、配線基板41の開口部42を介してヘッド本体10の収容部19に連通している。すなわち、収容部19は、これらの第3大気開放路84、第4大気開放路124及び凹部121を介して空気室85に連通している。
このように収容部19は、空気室85や外部開放路106を介して大気開放されている。これにより、圧電素子17による弾性膜25の変形を良好なものとすることができる。ちなみに、収容部19が密閉空間とされていると、収容部19の圧力により弾性膜25の変形が阻害される虞がある。
ここで、収容部19の下方には、弾性膜25を隔てて圧力発生室11がある(図8参照)。収容部19内の圧力によっては、圧力発生室11内のインクに含まれる水分は、蒸発して弾性膜25を透過し、空気室85等を介して外部に排出される。この水分の蒸発が進むとインクが増粘してしまう虞がある。
しかしながら、外部開放路106は、空気室85の圧力調整が可能な構成とし、空気に対して拡散抵抗を有している。このため、弾性膜25から過剰な水分の蒸発が抑制され、インクの増粘が抑制されている。
以上に説明した本実施形態に係るヘッド1Bでは、コンプライアンス空間45及び収容部19を空気室85を介して大気開放させた。これにより、コンプライアンス部29及び弾性膜25の変形を良好なものとすることができる。そして、外部開放路106が圧力調整部として機能するため、コンプライアンス部29及び弾性膜25から水分が過剰に蒸発してしまうことを抑制し、インクの増粘を抑制することができる。
また、ヘッド1Bは、空気室85、連通路96及び外部開放路106を、コンプライアンス空間45を外部に連通させるための流路としても兼用した。このため、コンプライアンス空間45を大気開放させるための構成を簡略化することができ、ヘッド1Bのコスト低減を図ることができる。
〈実施形態4〉
実施形態1では、第1接合部を接着剤69とし、第2接合部をシール部材71とした(図5参照)。実施形態4では、第1接合部及び第2接合部をともに接着剤としたヘッド1Cについて説明する。
図14は本実施形態に係る流路部材の要部を示す断面図である。なお、実施形態1と同一のものには同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
同図に示すように、第1接合面61及び第2接合面82の間には、第1流路51(凹部51c)及び第2流路81の開口を囲む第1接合部として接着剤69が設けられている。さらに、接着剤69を囲む第2接合部として接着剤72が第2溝部70内に設けられている。
このように、第1接合部及び第2接合部の双方を接着剤で構成する場合は、第1接合部の接着剤69としてシリコーン系接着剤などの耐インク(耐液)性が高い接着剤を用い、第2接合部の接着剤72としてエポキシ系接着剤などの空気や水蒸気の透過性が低い接着剤を用いることが好ましい。
耐インク(耐液)性が高い接着剤を用いることは、液体流路95を囲む第1接合部として適しているからである。また、空気や水蒸気の透過性が低い、空気室85の気密性を確保できるからである。
なお、特に図示しないが、第1接合部及び第2接合部の双方をシール部材71で構成してもよい。また、第1接合部をシール部材71で構成し、第2接合部を接着剤で構成してもよい。
〈実施形態5〉
実施形態1では、圧力調整部として細長く蛇行した外部開放路106を用いた(図6参照)。実施形態5では、圧力調整部としてフィルターを用いたヘッド1Dについて説明する。
図15は本実施形態に係るヘッドを示す断面図である。なお、実施形態1と同一のものには同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
インクカートリッジ100には、流路108が形成されている。流路108は、インクカートリッジ100の取付部材50側に開口し、当該開口は、リブ101及び弾性部材110が圧接することで形成された空間86に連通している。また、インクカートリッジ100の上面(取付部材50とは反対側の上面)には、流路108よりも幅広の開口を有する凹部107が形成され、その凹部107内に流路108が開口している。
本実施形態に係る圧力調整部としてフィルター106Dが凹部107の開口を塞ぐように設けられている。具体的には、凹部107を覆うようにフィルター106Dが接着され、そのフィルター106Dの上に接合基板109が接合されることでフィルター106Dがインクカートリッジ100に固定されている。なお、接合基板109には、凹部107の開口と略同形状の開口を有しており、当該開口と凹部107とはフィルター106Dにより隔てられている。
このようなフィルター106Dは、空気透過性を有している。材料に特に限定はないが、例えば、フィルム状の樹脂、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。
このようにフィルター106Dが空気透過性を有しているので、空気室85は、連通路96、流路108及びフィルター106Dを介して外部と連通している。
また、フィルター106Dは、流路108から外部に流通する空気に対して拡散抵抗として作用する。したがって、フィルター106Dの空気透過性の程度を適宜設計することにより、例えば、材料を適宜選択することなどにより、空気室85の圧力を任意に調節することができる。
このように本実施形態に係るヘッド1Dでは、実施形態1と同様に、空気室85は、連通路96、流路108及びフィルター106Dを介して外部と連通し、その内部圧力が調整可能である。したがって、温度変化等により空気室85内が大気圧に比して極端に高圧又は低圧となることを抑制し、一定圧力に維持することできる。これにより、空気室85内の空気が外部よりも高圧となることで接着剤69に浸透し、液体流路95内に進入することを抑制することができる。
このように液体流路95内のインクには、空気室85からの空気が混入しないため、インクに気泡が混ざることが抑制され、インクの吐出不良が抑制される。本実施形態に係る流路部材90としては、複数の部材で形成した液体流路95に、それらの部材の接合面に形成された空気室85から空気を混入させずにインクを他の部材(本実施形態ではヘッド本体10)に供給することができる。
〈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物に限定されるものではない。例えば、上述の実施形態1〜5の構成を組み合わせてもよいし、これらと以下の変形例を組み合わせてもよい。
実施形態1〜5に係る流路部材90は、空気室85が、連通路96及びインクカートリッジ100に設けられた圧力調整部としての外部開放路106(フィルター106D)を介して外部に連通していたが、このような態様に限定されない。すなわち、連通路96は、インクカートリッジ100の外部開放路106やフィルター106Dに連通することなく、任意の位置に開口していてもよい。例えば、カートリッジ装着部52など取付部材50の表面に開口していてもよい。この場合においても、液体流路95に空気室85の空気が進入することを抑制することができる。
さらに、連通路96は、流路部材90を構成する取付部材50側に形成されていたが、流路プレート80側に形成されていてもよい。
また、液体流路95は、水平流路51bを有していたが、必ずしもこのような態様に限定されない。すなわち、取付部材50の厚さ方向に貫通した第1流路(垂直流路51aに相当)と、流路プレート80の第2流路81とを直接的に接続して液体流路95を形成してもよい。この場合においても、当該第1流路及び第2流路との開口を囲むように設けた接着剤(第1接合部)、その接着剤の外側のシール部材71(第2接合部。接着剤でもよい)と、第1接合面61、第2接合面82とで空気室85が画成される。当該空気室85を連通路96で外部に連通させることで実施形態1と同様の作用効果を奏する。
圧力発生室11のインクに圧力変化を生じさせる圧力発生手段としては、実施形態1に説明したものに限定されない。例えば、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。
また、上述した一実施形態のヘッド1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16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16に示すインクジェット式記録装置Iにおいて、ヘッド1は、インク供給手段を構成するインクカートリッジ100が着脱可能に設けられ、このヘッド1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。このヘッド1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、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。
さらに、上述した例では、流路部材90を具備するヘッド1について説明したが、ヘッド1以外の部分に流路部材90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手段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10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90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、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、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。
さらに、本発明は、広く液体噴射ヘッド全般の製造方法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)、 1 ヘッド(液体噴射ヘッド)、 10 ヘッド本体、 29 コンプライアンス部、 45 コンプライアンス空間、 50 取付部材、 51 第1流路、 51a 垂直流路、 51b 水平流路、 61 第1接合面、 69 接着剤(第1接合部)、 71 シール部材(第2接合部)、 80 流路プレート(第2部材)、 81 第2流路、 82 第2接合面、 85 空間部、 90 流路部材、 95 液体流路、 96 連通路、 100 インクカートリッジ、 106 外部開放路(圧力調整部)

Claims (9)

  1. 液体を供給する液体供給手段に連通される第1流路を有する第1部材と、
    前記第1流路の下流の第2流路を有し、前記第1部材と接合する第2部材と、
    前記第1部材及び前記第2部材の相対向する接合面に配置され、前記第1流路及び前記第2流路の開口を囲む第1接合部と、
    前記接合面に配置され、前記第1接合部を囲む第2接合部と、
    前記第1接合部及び前記第2接合部との間に空気がたまっている空気室と、
    を備え、
    前記第1部材及び前記第2部材の少なくとも一方の内部には、前記空気室を外部に連通させる連通路が設けられている
    こ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、
    前記第1部材の前記連通路は、前記空気室内の圧力を調整する圧力調整部を有さず、
    前記第1部材の前記連通路は、前記第1部材に取り付けられる前記液体供給手段に設けられた圧力調整部に連通可能である
    ことを特徴とする流路部材。
  3. 請求項2に記載する流路部材において、
    前記圧力調整部は、外部に空気を開放するとともに、流通する空気に拡散抵抗を与える部分である
    ことを特徴とする流路部材。
  4. 請求項1〜請求項3の何れか一項に記載する流路部材において、
    前記第1流路は、前記第1部材の厚さ方向に貫通する垂直流路と前記接合面に設けられて前記垂直流路に連通した水平流路を有する
    ことを特徴とする流路部材。
  5. 請求項1〜請求項4の何れか一項に記載する流路部材において、
    前記第1接合部は、前記第2接合部、前記第1部材、前記第2部材のいずれよりも空気透過性又は液体の蒸気透過性が高い
    ことを特徴とする流路部材。
  6. 請求項1〜請求項5の何れか一項に記載する流路部材と、ヘッド本体と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において、
    前記ヘッド本体は、液体を吐出する複数のノズル、該ノズルに供給される液体の共通の貯留部となるマニホールド、該マニホールドの一部を画成して可撓性を有するコンプライアンス部及び該コンプライアンス部に対向して設けられたコンプライアンス空間を有し、
    前記コンプライアンス空間は、前記空気室に連通している
    ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
  8. 請求項7に記載する液体噴射ヘッドにおいて、
    前記コンプライアンス空間と前記空気室とを連通している流路に前記空気室の圧力を調整する圧力調整部を備えない
    ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
  9. 請求項6〜請求項8の何れか一項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。
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