JP7233895B2 - 液体吐出ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、液体を吐出する液体吐出ヘッドに関する。

紙等の被記録媒体に記録を行う液体吐出ヘッドには、液体を吐出する記録素子基板の吐出口側の面に設けられるカバー部材が備えられる。しかしながら、カバー部材の剛性が小さいとカバー部材そのものが反りなどの変形を起こす場合がある。そこで、特許文献１に記載の液体吐出ヘッドにおいては、カバー部材に補強部材を取り付けることによりカバー部材の剛性を大きくし、カバー部材の変形を抑制する構成が開示されている。

特開２０１６－４８９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の補強部材は接着剤によりカバー部材に取り付けられているためカバー部材と補強部材との間に接着層を有することとなり、補強部材によるカバー部材の剛性の向上が限られてしまう。

本発明は上記の課題を鑑みたものであり、カバー部材の剛性がより効果的に向上した液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、液体を吐出する吐出口を有する記録素子基板と、
前記記録素子基板の前記吐出口を露出させる開口を有し、前記記録素子基板と固定されるカバー部材と、を有する液体吐出ヘッドにおいて、前記カバー部材は、前記開口を有し前記記録素子基板の前記吐出口が配される側の面と接する平板状の第１のプレートと、前記第１のプレートの前記記録素子基板と接する側の面に載置され、前記第１のプレートよりも厚さが厚い平板状の第２のプレートと、を有し、前記第１のプレートと前記第２のプレートとの接触部の少なくとも一部は互いに一体となっており、前記吐出口に前記液体を供給するための流路を有する流路部材をさらに有し、前記カバー部材と前記流路部材とが固定部材により固定されており、前記固定部材はボルトとナットであることを特徴とする。

本発明によれば、カバー部材の剛性がより効果的に向上した液体吐出ヘッドを提供することができる。

液体吐出ヘッドの斜視図。 液体吐出ヘッドの分解斜視図。 カバー部材の斜視図。 カバー部材の分解斜視図。 カバー部材の一部拡大図。 カバー部材と流路部材との接合を示す概略図。 カバー部材の一部拡大図。 記録素子基板とカバー部材の断面図。 カバー部材の一部拡大図。 記録素子基板とカバー部材の断面図。

以下、本発明の実施形態に係る液体吐出ヘッドについて、図面を参照しながら説明する。ただし、以下の記載は本発明の範囲を限定するものではない。一例として、本実施形態では液体吐出ヘッドとしてインクを吐出するインクジェットヘッドでの説明を行うが、これに限らず各種液滴を吐出する液体吐出ヘッドへの適用が可能である。また液体吐出ヘッドとして、液体を加熱する発熱素子により気泡を発生させて液体を吐出するサーマル方式が採用されているが、ピエゾ方式およびその他の各種液体吐出方式が採用された液体吐出ヘッドにも本発明を適用することができる。また、本実施形態の液体吐出ヘッドは被記録媒体の幅に対応した長さを有する、所謂ページワイド型ヘッドで説明するが、被記録媒体に対してスキャンを行いながら記録を行う、所謂シリアル型の液体吐出ヘッドにも本発明を適用できる。シリアル型の液体吐出ヘッドとしては、例えばブラックインク用、およびカラーインク用記録素子基板を各１つずつ搭載する構成があげられる。しかしながら、これに限らず、数個の記録素子基板を吐出口列方向に吐出口をオーバーラップさせるよう配置した、被記録媒体の幅よりも短いヘッドを作成し、それを被記録媒体に対してスキャンさせる形態のものであっても良い。

（第１の実施形態）
（液体吐出ヘッド）
本実施形態に係る液体吐出ヘッドについて、図１及び図２を用いて説明する。図１は本実施形態に係る液体吐出ヘッド１００を示す斜視図である。本実施形態の液体吐出ヘッド１００は、Ｃ／Ｍ／Ｙ／Ｋの４色のインクを吐出できる記録素子基板１０を直線状に１６個配列（インラインに配置）したページワイド型の液体吐出ヘッドである。液体吐出ヘッド１００は、各記録素子基板１０と、フレキシブルな電気配線部材１２と、板状の電気配線基板９０と、信号入力端子９１と、電力供給端子９２と、を有する。信号入力端子９１及び電力供給端子９２は、被記録媒体（不図示）を搬送する搬送部（不図示）及び液体吐出ヘッド１００を有する記録装置本体（不図示）の制御部と電気的に接続される。そして、吐出駆動信号及び吐出に必要な電力を、電気配線部材１２を介して記録素子基板１０に供給する。電気配線部材１２は、例えば、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔｓ）である。電気配線基板９０の電気回路によって配線を集約することで、信号入力端子９１及び電力供給端子９２の設置数を記録素子基板１０の数と比べて少なくすることができる。これにより、記録装置本体に対して液体吐出ヘッド１００を着脱するときに、取り外しが必要な電気接続部数が少なくて済む。

なお、図１において、記録素子基板１０を液体吐出ヘッドの長手方向に直線状に配置したページワイド型の液体吐出ヘッドを示したが、本発明はこれに限られず、記録素子基板１０を長手方向に千鳥状に配置したページワイド型の液体吐出ヘッドでもよい。

図２は図１に示す液体吐出ヘッド１００の分解図であり、液体吐出ヘッド１００を構成する各部品またはユニットがその機能毎に分割されて表示されている。流路部材２１０は主に第１流路部材１４及び第２流路部材２０を積層したものであり、記録装置本体から供給された液体を記録素子基板１０へと分配する。記録素子基板１０と第１流路部材１４との間には第１シール部材１３が、第１流路部材１４と第２流路部材２０との間には第２シール部材２１がそれぞれ設けられており、外部へ液体が漏洩しないように部材間をシールしている。この際、ゴム等の弾性部材からなる第１シール部材１３及び第２シール部材２１は各部材の交差や組み立て交差を踏まえた量を潰して設けられている。本実施形態においては、シール部材を潰す手段としてナット１７（図３（ｂ））とボルト６（図６）にて行っているが部品交差や組立て交差に対し十分な量シール部材を潰しその状態を維持できるのであればその他の機械的な締結手段、あるいは接着剤等を用いた手段を用いることも可能であり、用途に応じて選択できる。

（カバー部材の構成）
本発明の特徴部であるカバー部材１１の構成について、図３乃至図６を参照しながら説明する。図３はカバー部材１１の全体斜視図であり、図３（ａ）はナット１７がカバー部材１１に挿入される前の状態、図３（ｂ）はナット１７がカバー部材１１に挿入された際の状態をそれぞれ示す。図４は図３で示すカバー部材１１の分解図、図５は図３で示すカバー部材１１の一部を示す拡大図である。図６はカバー部材１１と流路部材２１０とをボルト６とナット１７により固定した際の概略図であり、第２シール部材２１を省略して図示している。

図４に示すように、カバー部材１１は平板状の薄肉部材１１ａ（第１のプレート）、平板状の厚肉部材１１ｂ（第２のプレート）及び平板状のナット挿入部材１１ｃ（第３のプレート）により構成されている。薄肉部材１１ａは記録素子基板１０の吐出口を露出させるための開口３４を有している。ここで、本実施形態における記録素子基板１０はシリコンの基体部５（図６）と吐出口を形成する吐出口形成部材４（図６）とから構成されている。したがって、基体部５の吐出口形成部材４側の面を接着剤により薄肉部材１１ａに接合しても、吐出口形成部材４の吐出口が配される側の面（吐出口面）４に薄肉部材１１ａを接合してもよい。また、吐出口と被記録媒体との距離を小さくするために薄肉部材１１ａは薄い方が好ましく、８０μｍ以下が好ましい。本実施形態においては６０μｍとした。また、薄肉部材１１ａ、すなわちカバー部材１１に記録素子基板１０が取り付けられているため素子基板１０の位置決め基準はカバー部材１１となる。したがって、液体吐出ヘッド１００の種々の構成部品による寸法公差が記録素子基板１０の位置精度に与える影響が小さくなる。

厚肉部材１１ｂは薄肉部材１１ａの剛性を確保するための部材であり、薄肉部材１１ａ上に載置されている。したがって、厚肉部材１１ｂは十分な剛性を得られる厚みが好ましく、本実施形態においては８００μｍである。また、厚肉部材１１ｂには、カバー部材１１と第２流路部材２０とを固定（締結）するために用いるナット１７（図６）が挿入される穴部であるナット挿入孔９（図５）が形成されている。

ナット挿入部材１１ｃは、厚肉部材１１ｂに挿入されたナット１７が厚肉部材１１ｂから抜けないようにナットのフランジを覆うための部材であり、厚肉部材１１ｂの薄肉部材１１ａが配される側の裏面側に配される。ナット挿入部材１１ｃの厚さは本実施形態においては８００μｍである。図６に示すように、カバー部材１１と流路部材２１０とは、第２流路部材２０に挿入されたボルト６（固定部材）とカバー部材１１に挿入されたナット１７（固定部材）とを締結することにより固定される。この際、固定部材により第１シール部材１３を所定量変形させることにより流路部材２０と記録素子基板１０との間において液体が流動する領域をシールし、液体の漏洩を抑制する。

また、薄肉部材１１ａと厚肉部材１１ｂとの接触部の少なくとも一部は互いに一体となっており、例えば、熱圧着や溶着といった接合方法（以下、単に直接接合と称す）で一体となる部分（熱圧着部、溶着部）が形成されている。薄肉部材１１ａと厚肉部材１１ｂとを接着剤を用いて接合（以下、単に接着接合と称す）すると、薄肉部材１１ａと厚肉部材１１ｂとの間には接着層が設けられることとなるため、薄肉部材１１ａは厚肉部材よりも剛性が小さい接着層に固定されることになる。したがって、薄肉部材１１ａは大きな剛性を有する部材に固定されないため、薄肉部材１１ａの変形を抑制する効果が限定されてしまう。しかしながら、本実施形態のように薄肉部材１１ａと厚肉部材１１ｂとを直接接合により接合する領域を少なくとも一部設けることで、変形のしやすい薄肉部材１１ａが剛性の大きな厚肉部材１１ｂに直接固定されることとなる。ゆえに、接着接合の場合と比較して、薄肉部材１１ａの反り等の変形をより抑制させることができる。また、カバー部材１１と流路部材２１０とを締結をするためにカバー部材１１には締結に耐えうる剛性が必要であるが、本発明に係る直接接合によりその剛性も得ることができる。

本実施形態は薄肉部材１１ａと厚肉部材１１ｂとの接触領域のうち少なくとも一部が一体となっていれば、接着接合による薄肉部材１１ａと厚肉部材１１ｂとの接合領域が併存してもよい。しかしながら、接着接合は用いず、接触領域の実質的に全領域が直接接合されていることが好ましい。このようにすることで、経時的又は温度変化等の環境的な影響で劣化しやすいとされる接着剤を使用することなく両部材間の接合ができ、薄肉部材１１ａと厚肉部材１１ｂとの接合部の劣化を抑制することができる。

なお、図４においてカバー部材１１は、薄肉部材１１ａ、厚肉部材１１ｂ及びナット挿入部材１１ｃの３層構造として図示しているが本実施形態はこれに限ることはない。すなわち、カバー部材１１としては、記録素子基板１０と接する薄肉部材１１ａと、この薄肉部材１１ａの剛性を確保するための厚肉部材１１ｂを少なくとも有していればよく、ナット挿入部材１１ｃ等の他の部材は複数個適宜組み合わせてもよい。

カバー部材１１ａ～１１ｃに用いる好ましい材料として、液体（インク）に対する十分な耐食性や高い機械強度を有し、記録素子基板１０の基材となるシリコンとの線膨張係数差が小さい材料が適している。そのような材料として例えばＳＵＳ３０４やＳＵＳ４３０等のステンレス鋼が挙げられ、本実施形態においてはシリコンとの線膨張係数差が小さいＳＵＳ４３０を用いた。ステンレス鋼以外にもチタンやシリコンカーバイト（Ｓｉｃ）、アルミナ等の材料を用いることも可能であるが、ステンレス鋼であれば比較的流通量が多く、製造コストを抑える事が出来る。

また、薄肉部材１１ａの厚さを極力薄くすることで被記録媒体と吐出口面３０（図７）との距離（紙間）をより近づけることができる。これにより、吐出口から吐出された液滴の着弾位置ずれや、記録時の吐出口－被記録媒体間の気流による影響を抑制することができる。また、吐出口面３０とカバー部材１１との段差８を小さくすることができるので、段差８においてインクが溜まることや、吐出口から記録素子基板内の液体を吸引するための回復部材（不図示）が損傷すること等を抑制することができる。このように薄肉部材１１ａは可能な限り薄くし、薄肉部材１１ａに対して相対的に厚みの厚い厚肉部材１１ｂを一体的に薄肉部材１１ａに設けることで、紙間の増大を抑制しつつ強度を確保したカバー部材の提供が可能となる。

（記録素子基板とカバー部材）
記録素子基板１０とカバー部材１１との関係について、図７乃至図１０を参照しながら説明する。図７はカバー部材１１に記録素子基板１０が固定された様子を吐出口の反対側から見たときの概略図、図８は図６に示すＡ－Ａ断面における概略図である。図９は記録素子基板１０の周囲に封止材４０を充填した際の様子を吐出口側から見たときの概略図、図１０は図９に示すＢ－Ｂ断面における概略図である。説明を容易にするために電気配線部材１２等は省略している。

図８に示すように、薄肉部材１１ａと記録素子基板１０の吐出口（不図示）が配される側の面（吐出口面）３０とは、接着剤４２を介して接続されている。また、薄肉部材１１ａは記録素子基板１０の長さ３６より小さい開口３４を有し、厚肉部材１１ｂ及びナット挿入部材１１ｃは記録素子基板１０の長さ３６より大きい開口３５を有する。さらに図８に示すように、記録素子基板１０の周囲に封止材４０を充填することが好ましい。封止材４０を充填することにより記録素子基板１０の側面や端部を保護することができる。また、インク等の液体が記録素子基板１０とカバー部材１１との僅かな隙間に侵入することを抑制することができる。

また、封止材４０は接着剤４２よりも低弾性であることが好ましい。低弾性の封止材４０を使用することで液体吐出ヘッドの組立工程における熱や使用時の温度変化等によるカバー部材１１と記録素子基板１０の線膨張係数差に起因する位置ズレや記録素子基板の割れを抑制することが出来る。硬化後の封止材４０の好ましい弾性率は５０ＭＰａ以下である。また封止材４０の硬化温度としては低いことが好ましく、例えば常温で硬化するものや、１００℃程度までで硬化する材料が好適である。

また、接着剤４２の厚さは５０μｍ以下とすることが好ましい。接着剤４２を薄くすることにより被記録媒体と吐出口面３０とを近づけることができる。これにより、吐出口から吐出された液滴の着弾位置ずれや、記録時の吐出口－被記録媒体間の気流による影響を抑制することができる。また、吐出口面３０とカバー部材１１との段差８を小さくすることができるので、段差８においてインクが溜まることや、吐出口から記録素子基板内の液体を吸引するための回復部材（不図示）が損傷すること等を抑制することができる。

なお上記説明において、カバー部材１１を構成する各部材を直接接合による手段を用いて接合しカバー部材１１を形成したが、機械加工や両面エッチング加工によるいわゆる一体加工で同様の形状のカバー部材１１を形成してもよい。また、記録素子基板１０の吐出口が配される側の面（吐出口面）３０と薄肉部材１１ａとが接着剤４２により接合されているとしたが本実施形態はこれに限らない。すなわち、吐出口面３０又は薄肉部材１１ａのどちらか一方若しくは両方に形成された突起等を接合箇所として接合してもよい。

１０ 記録素子基板
１１ カバー部材
１１ａ 第１のプレート
１１ｂ 第２のプレート
３４ 開口
１００ 液体吐出ヘッド

Claims (12)

1. 液体を吐出する吐出口を有する記録素子基板と、
   前記記録素子基板の前記吐出口を露出させる開口を有し、前記記録素子基板と固定されるカバー部材と、
   を有する液体吐出ヘッドにおいて、
   前記カバー部材は、前記開口を有し前記記録素子基板の前記吐出口が配される側の面と接する平板状の第１のプレートと、前記第１のプレートの前記記録素子基板と接する側の面に載置され、前記第１のプレートよりも厚さが厚い平板状の第２のプレートと、を有し、
   前記第１のプレートと前記第２のプレートとの接触部の少なくとも一部は互いに一体となっており、
   前記吐出口に前記液体を供給するための流路を有する流路部材をさらに有し、
   前記カバー部材と前記流路部材とが固定部材により固定されており、
   前記固定部材はボルトとナットであることを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 液体を吐出する吐出口を有する記録素子基板と、
   前記記録素子基板の前記吐出口を露出させる開口を有し、前記記録素子基板と固定されるカバー部材と、
   を有する液体吐出ヘッドにおいて、
   前記カバー部材は、前記開口を有し前記記録素子基板の前記吐出口が配される側の面と接する平板状の第１のプレートと、前記第１のプレートの前記記録素子基板と接する側の面に載置され、前記第１のプレートよりも厚さが厚い平板状の第２のプレートと、を有し、
   前記第１のプレートと前記第２のプレートとの接触部の少なくとも一部は互いに一体となっており、
   前記吐出口に前記液体を供給するための流路を有する流路部材と、前記記録素子基板と前記流路部材との間に配置される弾性を有する弾性部材と、をさらに有し、
   前記カバー部材と前記流路部材とが固定部材により固定されており、
   前記固定部材により前記弾性部材を変形させ、前記記録素子基板と前記流路部材との間において前記液体が流動する領域をシールすることを特徴とする液体吐出ヘッド。
3. 液体を吐出する吐出口を有する記録素子基板と、
   前記記録素子基板の前記吐出口を露出させる開口を有し、前記記録素子基板と固定されるカバー部材と、
   を有する液体吐出ヘッドにおいて、
   前記カバー部材は、前記開口を有し前記記録素子基板の前記吐出口が配される側の面と接する平板状の第１のプレートと、前記第１のプレートの前記記録素子基板と接する側の面に載置され、前記第１のプレートよりも厚さが厚い平板状の第２のプレートと、を有し、
   前記第１のプレートと前記第２のプレートとの接触部の少なくとも一部は互いに一体となっており、
   前記吐出口に前記液体を供給するための流路を有する流路部材をさらに有し、
   前記カバー部材と前記流路部材とが固定部材により固定されており、
   前記第２のプレートは、前記固定部材が挿入される穴部を有し、
   前記カバー部材は、前記穴部の開口よりも小さい開口を有し前記第２のプレートの前記第１のプレートが配される側の裏面側に配される第３のプレートをさらに有することを特徴とする液体吐出ヘッド。
4. 前記接触部の全体は互いに一体となっていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記一体となっている領域は、熱圧着部又は溶着部であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記第１のプレート又は前記第２のプレートの少なくとも一方はステンレス鋼であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
7. 前記第１のプレートの厚さは８０μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
8. 前記一体となっている領域は熱圧着部又は溶着部であることを特徴とする請求項７に記載の液体吐出ヘッド。
9. 前記記録素子基板は、前記液体を吐出するために前記液体を加熱する発熱素子を有することを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
10. 複数の前記記録素子基板が前記液体吐出ヘッドの長手方向に直線状に配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
11. 複数の前記記録素子基板が前記液体吐出ヘッドの長手方向に千鳥状に配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
12. 複数の前記記録素子基板が配列されるページワイド型の液体吐出ヘッドであることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。

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