JP2010240925A - 自己封止ユニット、液体噴射ヘッドユニット及び液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 所定の負圧の作用の下で安定して流路を開閉し得る自己封止ユニットを提供する。
【解決手段】 液体源の液体を液体噴射ヘッドに供給するための液体供給路が形成されている自己封止ユニット２１であって、前記液体供給路の途中に形成された圧力室３３と、圧力室３３に前記液体を供給するために前記液体供給路を開放又は閉鎖する弁体３４と、前記液体供給路を閉鎖する方向へ前記弁体３４を付勢する付勢部材と、当該自己封止ユニット１２の本体２２に固着されて圧力室３３を区画するとともに、圧力室３３内に作用する負圧に基づいて圧力室３３側に変位し、この変位を弁体３４に伝達することにより前記付勢部材の付勢力に抗して弁体３４を移動させて開状態とするフィルム２０と、弁体３４と圧力室３３の壁面３３Ａとの間であって、弁体３４と壁面３３Ａとの距離が他の領域よりも近い位置に、弁体３４と壁面３３Ａとから離間させてフィルム２０を支持するように配設された凸部３８とを具備する。
【選択図】図２

Description

本発明は自己封止ユニット、液体噴射ヘッドユニット及び液体噴射装置に関し、特に圧力室の圧力変動に伴い撓むフィルムにより弁体を移動させることにより液体の供給路を開閉する場合に適用して有用なものである。

液体噴射ヘッドの代表例として、例えば圧電素子の変位により圧力発生室内のインクに作用する圧力を利用してノズル開口からインク滴を吐出するインク噴射ヘッドが知られている。従来技術に係るインク噴射ヘッドでは、インクが充填されたインクカートリッジ等の液体源から供給されたインクを圧電素子や発熱素子等の圧力発生手段を駆動させることによりノズルから吐出させている。例えば、インクカートリッジにインク供給針を挿入することでインク供給針の導入孔からインクカートリッジ内のインクを液体噴射ヘッドの共通の液体室であるリザーバーに導入している。

この種のインク噴射ヘッドの中には、インクカートリッジ等の液体供給源からインク噴射ヘッドにインクを供給する流路の途中に設けた自己封止ユニットと組み合わせてインク噴射ヘッドユニットを構成したものもある。かかるインク噴射ヘッドユニットの自己封止ユニットは、ノズル開口からインク滴が吐出されることによりリザーバーの内部が負圧になったとき弁体を開いてインクカートリッジからのインクをインク噴射ヘッドのリザーバーに供給する。このため、自己封止ユニットは、弁体が配設された流路の一部であり、且つ前記負圧が作用する圧力室を、インクの流路が形成された本体に形成している。ここで、圧力室はその開口部をフィルムで覆うことにより形成してある。かくして、圧力室内に作用する負圧によりフィルムが圧力室側に撓むことにより弁体を押圧し、この押圧力により弁体が移動して流路を開くようになっている。

なお、かかる自己封止機能を有する自己封止ユニットを開示する従来技術として特許文献１がある。

特許第３６０６２８２号公報

上述の如き自己封止ユニットの圧力室は通常円形である。したがって、弁体も圧力室の中心に配設するのが最適ではあるが、周辺の部材との関係で弁体の位置を圧力室の中心から偏心させて配設しているのが現状である。一方、圧力室の開口部を覆うフィルムは当該自己封止ユニットの本体における開口部の周縁部に押し込んだ状態で熱溶着している。この結果、圧力室のうち弁体の偏心により相対的に広くなっている部分に対応する領域のフィルムがその反対側の相対的に狭くなっている部分に対応する領域のフィルムに較べ大きな張力で張られてしまう場合を生起している。

このように、フィルムの前述の如き一部の張力が他の部分の張力に較べて大きい場合には予め定めた所定の負圧では弁体を移動させることができなくなる場合が発生する。したがって、この場合には弁体が十分開かず、インク噴射ヘッドに対する円滑なインクの供給が阻害されてしまう。

なお、このような問題は、インク噴射ヘッドユニットに限らず、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドユニット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、所定の負圧の作用の下で安定して流路を開閉し得る自己封止ユニット、これを有する液体噴射ヘッドユニット及び液体噴射装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の態様は、液体源の液体を液体噴射ヘッドに供給するための液体供給路が形成されている自己封止ユニットであって、前記液体供給路の途中に形成された圧力室と、前記圧力室に前記液体を供給するために前記液体供給路を開放又は閉鎖する弁体と、前記液体供給路を閉鎖する方向へ前記弁体を付勢する付勢部材と、当該自己封止ユニットの本体に固着されて前記圧力室を区画するとともに、前記圧力室内に作用する負圧に基づいて前記圧力室側に変位し、この変位を前記弁体に伝達することにより前記付勢部材の付勢力に抗して前記弁体を移動させて開状態とするフィルムと、前記弁体と前記圧力室の壁面との間であって、前記弁体と前記壁面との距離が他の領域よりも近い位置に、前記弁体と前記壁面とから離間させて前記フィルムを支持するように配設された凸部とを具備することを特徴とする自己封止ユニットにある。

本態様によれば、凸部は弁体と圧力室の壁面との間であって、弁体と壁面との距離が他の領域よりも近い位置に配設してある。この結果、弁体の偏心によりこの弁体に対して圧力室が狭くなっている領域のフィルムの負圧による撓みが凸部により規制されるので、反対側で圧力室が広くなっている領域に有効に作用する。

したがって、広い領域のフィルムの張力が大きくてもフィルムが全体として十分撓み、この撓みに基づき弁体が移動される。この結果、流路の円滑な開動作を行わせることができる。

同時に、凸部は弁体と圧力室の壁面とから離間させてフィルムを支持するように配設してあるので、圧力室内に気泡が発生してもこの気泡は凸部と圧力室の壁面との間の隙間を介して流れ、圧力室に滞留することはない。ちなみに、気泡は壁面に近いと壁面に付着して滞留し易く、また気泡が細かいと下流でも抜けずに残ってしまうのである程度大きい方が好ましい。本態様によれば気泡を壁面から離間させることができ、またある程度の大きさに成長した気泡も凸部と圧力室の壁面との間の隙間を介して下流に排出することができるので気泡排出性の点でも優れたものとなる。

ここで、自己封止ユニットは、前記フィルムに固着された受圧板を有するとともに、前記弁体の移動は前記受圧板を介して行うように構成するのが好ましい。この場合には、フィルムに対する負圧の作用に基づくフィルムの撓みを受圧板を介して弁体に伝達することができるので、フィルムによる押圧力が良好に弁体に伝達されるからである。ここで、前記フィルムの前記圧力室側への変位に伴い前記凸部には前記フィルムが当接するように構成しても良い。また、前記フィルムの前記圧力室側への変位に伴い前記凸部には前記受圧板の端部が当接するように構成することもできる。また、前記凸部には前記フィルムが固着されていても良い。

また、本発明の態様は、圧力発生手段の変位による圧力を利用してノズルプレートのノズル開口から液滴を吐出する液体噴射ヘッドと、前記液体噴射ヘッドに液体を供給するための液体供給路が形成されている自己封止ユニットとを組み合わせた液体噴射ヘッドユニットであって、前記自己封止ユニットは上述の何れか一つであることを特徴とする液体噴射ヘッドユニットにある。

本態様によれば、自己封止ユニットからの円滑な液体の供給が行われるので、液体噴射ヘッドからの液体の吐出特性を向上させることができる。

本発明の他の態様は、上記液体噴射ヘッドユニットを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。

本態様によれば、自己封止ユニットからの円滑な液体の供給が行われる液体噴射ヘッドで高品質の印刷を行うことができる。

インクジェット式記録装置の概略構成図である。 インク噴射ヘッドの主要部の断面図である。 自己封止ユニットの外観図である。 図２の平面図である。 図２中のＩ−Ｉ線矢視図である。 図３の圧力室部分を抽出して概念的に示す概略横断面図である。 図６の変形例を示す概略横断面図である。 図６の他の変形例を示す概略横断面図である。

図１には本発明の一実施形態例に係るインク噴射ヘッドを備えたインクジェット式記録装置の概略構成、図２にはインク噴射ヘッドの主要部の断面、図３には自己封止ユニットの外観、図４には図２の平面視、図５には図２中のＩ−Ｉ線矢視を示してある。

図１に基づいてインクジェット式記録装置を説明する。同図に示すように、液体噴射装置としてのインクジェット式記録装置１は、インクカートリッジ２が搭載されるキャリッジ３やキャリッジ３に取り付けられた記録ヘッド４等が一体化された液体噴射ヘッドとしてのインク噴射ヘッド５を有している。キャリッジ３はタイミングベルト６を介してステッピングモーター７に接続され、ガイドバー８に案内されて記録紙９の紙幅方向（主走査方向）に往復移動するようになっている。キャリッジ３は上部に開放する箱型をなし、記録紙９と対面する面（下面）に記録ヘッド４のノズル面が露呈するよう取り付けられると共に、インクカートリッジ２が収容されるようになっている。

記録ヘッド４にはインクカートリッジ２からインクが供給され、キャリッジ３を移動させながら記録紙９の上面にインク滴を吐出させて記録紙９に画像や文字をドットマトリックスにより印刷するようになっている。図１中の符号で、１０は印刷休止中に記録ヘッド４のノズル開口を封止することによりノズルの乾燥を防止すると共に記録ヘッド４のノズル面に負圧を作用させてクリーニング動作をするキャップであり、１１は記録ヘッド４のノズル面をワイピングするワイパーブレードであり、１２はクリーニング動作で吸引した廃インクを貯留する廃インク貯留部であり、１３は装置本体１の動作を制御する制御装置である。

図示のインク噴射ヘッド５には、インクカートリッジ２からインクを記録ヘッド４に供給するための流路が形成された流路形成部材を兼用する自己封止ユニット（図１には図示せず）が備えられている。なお、図１の例では、キャリッジ３に液体源としてのインクカートリッジ２が収容される例を挙げて説明したが、インクカートリッジ２がキャリッジ３とは別の場所に収容され、供給管を介してインクが記録ヘッド４の流路形成部材に圧送される構成のインクジェット式記録装置であっても本発明を適用することが可能である。

次に、図２に基づいてインク噴射ヘッド５を説明する。同図に示すように、インク噴射ヘッド５は、例えば、圧電素子等の圧力発生手段が備えられ、圧電素子の変位による圧力を利用してノズルプレート１５のノズル開口からインク滴を吐出するようになっている。インク噴射ヘッド５にはリザーバー室が設けられると共に、インク噴射ヘッド５の上部には自己封止ユニット２１が固定されている。インク噴射ヘッド５のヘッド流路には自己封止ユニット２１から流体としてのインクが供給され、ヘッド流路からリザーバー室にインクが送られる。そして、自己封止ユニット２１にはインクカートリッジ２からインクが供給されるようになっている。例えば、供給管やインク供給針を介してインクカートリッジ２から自己封止ユニット２１にインクが供給される。

図２〜図６に基づいて自己封止ユニット２１を具体的に説明する。これらの図に示すように、自己封止ユニット２１は矩形状の盤面を有する直方体ブロック形状とされ、樹脂製の本体２２の両方の盤面にフィルム２０を押し込んだ状態で熱溶着することで主流路２４（流路）及び圧力室３３がそれぞれ形成されている。主流路２４は、入口部２５から出口部２６に向けて（インクの流れ方向に向けて）幅広状態とされ（幅広部）、出口部２６には第一のフィルター２７が備えられている。第一のフィルター２７は、幅広状態の出口部２６を包含する面積で盤面の広い部分に配され、大面積が確保されている。第一のフィルター２７では、主に、後述する弁体３４（機械的構成部材）を流通したインクに含まれる異物がトラップされる。

第一のフィルター２７はインクの流れ方向に沿った面（盤面と平行な面）を有し、主流路２４を流通したインクは盤面の外側から第一のフィルター２７を通って本体２２の内側の下部に送られ、２つの排出孔２８からインク噴射ヘッド５（図２参照）に送られる。主流路２４に送られたインクは、狭い流路から広い流路に広がって（出口部の幅方向に広がって）端部の排出孔２８からインク噴射ヘッド５（図２参照）の一つのリザーバー室に送られる。つまり、それぞれの主流路２４に対して一つのリザーバー室につながる２つの排出孔２８が設けられ、一つの自己封止ユニット２１には４つの排出孔２８が設けられている（図４参照）。

自己封止ユニット２１の上部の端部にはインク導入孔３１がそれぞれ設けられ、インク導入孔３１にはインクカートリッジ２からインクがそれぞれ供給される。一方（図４中左側）のインク導入孔３１に供給されたインクは、所定の流路３０を経由して図２に示した主流路２４の入口部２５に送られ、他方（図４中右側）のインク導入孔３１に供給されたインクは、所定の流路３０を経由して図２の紙面の裏側に設けられた主流路２４の入口部２５に送られる。

インク導入孔３１につながる流路３０は、図４中矢印Ａで示すように、一方（図４中左側）のインク導入孔３１に供給されたインクが、図４、図５中上側に流通した後下側に向かい、第二のフィルター３２を流通して図２に示した圧力室３３に送られるように形成されている。また、流路３０は、図４中矢印Ｂで示すように、他方（図４中右側）のインク導入孔３１に供給されたインクが、図４、図５中下側に流通した後、図２に示した第二のフィルター３２を流通して図４、図５中上側に向かい、図２の紙面の裏側に存在する圧力室３３に送られるように形成されている。第二のフィルター３２は盤面と平行な面を有し、第一のフィルター２７と平行な状態で配されている。

インク導入孔３１（第二のフィルター３２）と圧力室３３（主流路２４の入口部２５）の間の流路３０には弁体３４がそれぞれ設けられ、インク噴射ヘッド５（図２参照）のリザーバー室の圧力が低下した際に、即ち、インクが吐出されて主流路２４側の圧力が相対的に低下した際に弁体３４がインクの流通を許容するように作動する。

すなわち、所定の圧力でインクがインク導入孔３１から供給される状態にある場合に、インク噴射ヘッド５（図２参照）のリザーバー室にインクが貯留されている際、弁体３４は閉状態にされ、インクの吐出により後流側の圧力が低下すると、これに伴い発生する負圧力により弁体３４が開状態にされてインクが供給される。換言すれば、このときフィルム２０が圧力室３３内に作用する負圧に基づいて圧力室３３側に変位し、この変位を弁体３４に伝達する。このことにより弁体３４に作用するバネ（図２乃至図５には図示せず）の付勢力に抗し、受圧板３７を介して弁体３４を移動させることにより流路３０と圧力室３３との間を開状態とする。ここで、受圧板３７はフィルム２０に一体的に固着された円形部材であり、前述の如き負圧の発生に伴いフィルム２０が圧力室３３側に変位した場合に弁体３４に当接してこれを移動させる。また、圧力室３３は円形であるが、弁体３４及び受圧板３７は圧力室３３の中心から偏心させて配設してある。

また、本形態における圧力室３３にはフィルム２０に向けて突出する凸部３８が設けられている。この凸部３８は、弁体３４と圧力室３３の壁面３３Ａとの間であって、弁体３４と壁面３３Ａとの距離が他の領域よりも近い位置、すなわち圧力室３３のうち弁体３４の偏心により相対的に狭くなっている領域に設けられている。図２の場合には弁体３４と壁面３３Ａとの距離が最も短い圧力室３３の上部に設けられている。したがって、本形態において負圧の作用によりフィルム２０が圧力室３３側に変位した場合には、フィルム２０が凸部３８の先端に当接してこの部分での移動が規制される。

同時に、凸部３８は弁体３４と壁面３３Ａとから離間させて設けてある。この結果圧力室３３内の凸部３８の近傍部分に気泡が発生しても弁体３４と凸部３８との間及び凸部３８と壁面３３Ａとの間を抜けて良好に排出される。

かかる圧力室３３及びこれに関連する部分のさらに詳細な構造をこの部分を抽出・拡大して概念的に示す概略横断面図である図６に基づき説明する。同図に示すように弁体３４及び受圧板３７は円形の圧力室３３の中心から偏心させて配設してあり、凸部３８は弁体３４と圧力室３３の壁面３３Ａとの間であって、弁体３４と壁面３３Ａとの距離が最も短い位置に、弁体３４と壁面３３Ａとから離間させて配設してある。すなわち、前記偏心により弁体３４と壁面３３Ａとの間が狭くなっている領域に凸部３８が設けられている。

ここで、特に図６（ａ）に示すように、圧力室３３に負圧が作用していない状態では、本体２２の流路３０と圧力室３３との間に配設した弁体３４で流路３０が閉じられている。これは、受圧板３７の軸３４Ａに嵌装した付勢部材であるバネ３９の付勢力により弁体３４を図中右方向に付勢しているからである。ここで、軸３４Ａの先端は受圧板３７に固着されている。

かかる状態で圧力室３３に負圧が作用するとフィルム２０が圧力室３３側に変位するが、偏心により狭くなっている領域でフィルム２０の一部が凸部３８に当接して変位が規制される。この結果、フィルム２０は凸部３８を支点とする片持ち構造となり、偏心により広くなっている反対側の領域のフィルム２０が図中に矢印で示すように反時計方向に回動しつつ変位する。すなわち、偏心により広くなっている領域に効果的に負圧力を作用させることができる。この結果、広い領域のフィルム２０の張力が大きくてもフィルム２０が全体として十分撓み、この撓みに基づき弁体３４が移動される。この結果、流路３０の円滑な開動作を行わせることができる。

同時に凸部３８は弁体３４と圧力室３３の壁面３３Ａとから離間させてフィルム２０を支持するように配設してあるので、圧力室３３内に気泡が発生してもこの気泡は凸部３８と圧力室３３の壁面３３Ａとの間の隙間を介して流れ、圧力室３３に滞留することはない。

さらに、本実施形態例の自己封止ユニット２１の主流路２４にはインクの搬送方向（図２中上下方向）に延びる段差部としての棚部３６が形成されている。棚部３６は主流路２４の端部（幅広部の両側端部）に形成され、深さが浅くされた状態になっている。主流路２４の端部に棚部３６を設けたことにより、主流路２４に気泡が混入した際に、入口部２５寄りの狭い流路に気泡が浮遊して深さが浅くされた棚部３６に気泡が侵入することが阻止される。このため、主流路２４に気泡が混入しても、インクは棚部３６を流通してインク噴射ヘッド５（図２参照）に供給される。

かかる本形態のインク噴射ヘッドユニットにおいては、インク噴射ヘッド５がノズル開口を介してインク滴を吐出させることによりそのリザーバーが負圧になる。この負圧は自己封止ユニット２１の圧力室３３に作用するので、フィルム２０が圧力室３３側に変位する。このとき、偏心により狭くなっている領域に対応するフィルム２０は凸部３８に当接するので、このフィルム２０が片持ち構造となり、偏心により広くなっている領域に対応するフィルム２０に負圧力を集中させることができる。この結果、所定の負圧力で弁体３４を良好に開状態として流路３０を介してインクをインク噴射ヘッド５に供給することができる。

また、このとき圧力室３３内の偏心により狭くなった領域に気泡が発生してもこの気泡は弁体３４と凸部３８との間、及び凸部３８と壁面３３Ａとの間を介して良好に排出される。

なお、図６に示す場合は、フィルム２０が凸部３８に当接するように構成したが、これに限るものではない。図７に示すように、フィルム２０の圧力室３３側への変位に伴い凸部３８には受圧板３７の端部が当接するように構成しても良く、また図８に示すように、凸部３８にはフィルム２０が固着されていても同様の作用・効果を得ることができる。すなわち、何れの場合もフィルム２０の片持ち構造により、偏心により広くなっている領域へ効果的に負圧力を作用させることができるばかりでなく、良好な気泡排出性を保証することができる。ここで、図７及び図８中、図６と同一部分には同一番号を付している。

また、上記実施の形態において凸部３８は圧力室３３側から突出させたが、逆にフィルム２０側から突出させても良い。

さらに、上述した実施形態においては、液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッドを挙げて説明したが、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、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドにも勿論適用することができる。その他の液体噴射ヘッドとしては、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記録ヘッド、液晶ディスプレー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ディスプレー、ＦＥＤ（電界放出ディスプレー）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が挙げられる。

１ インクジェット式記録装置、 ２ インクカートリッジ、 ４ 記録ヘッド、 ５ インク噴射ヘッド、 １５ ノズルプレート、 ２０ フィルム、 ２１ 自己封止ユニット、 ２２ 本体、 ２４ 主流路、 ２５ 入口部、 ２６ 出口部、 ２７ 第一のフィルター、 ２８ 排出孔、 ３０ 流路、 ３１ インク導入孔、 ３２ 第二のフィルター、 ３３ 圧力室、 ３３Ａ 壁面、 ３４ 弁体、 ３６ 棚部、 ３７ 受圧板、 ３８ 凸部、 ３９ バネ

Claims (7)

1. 液体源の液体を液体噴射ヘッドに供給するための液体供給路が形成されている自己封止ユニットであって、
   前記液体供給路の途中に形成された圧力室と、
   前記圧力室に前記液体を供給するために前記液体供給路を開放又は閉鎖する弁体と、
   前記液体供給路を閉鎖する方向へ前記弁体を付勢する付勢部材と、
   当該自己封止ユニットの本体に固着されて前記圧力室を区画するとともに、前記圧力室内に作用する負圧に基づいて前記圧力室側に変位し、この変位を前記弁体に伝達することにより前記付勢部材の付勢力に抗して前記弁体を移動させて開状態とするフィルムと、
   前記弁体と前記圧力室の壁面との間であって、前記弁体と前記壁面との距離が他の領域よりも近い位置に、前記弁体と前記壁面とから離間させて前記フィルムを支持するように配設された凸部とを具備することを特徴とする自己封止ユニット。
2. 請求項１に記載する自己封止ユニットにおいて、
   前記フィルムに固着された受圧板を有するとともに、前記弁体の移動は前記受圧板を介して行うように構成したことを特徴とする自己封止ユニット。
3. 請求項２に記載する自己封止ユニットにおいて、
   前記フィルムの前記圧力室側への変位に伴い前記凸部には前記フィルムが当接するように構成したことを特徴とする自己封止ユニット。
4. 請求項２に記載する自己封止ユニットにおいて、
   前記フィルムの前記圧力室側への変位に伴い前記凸部には前記受圧板の端部が当接するように構成したことを特徴とする自己封止ユニット。
5. 請求項２に記載する自己封止ユニットにおいて、
   前記凸部には前記フィルムが固着されていることを特徴とする自己封止ユニット。
6. 圧力発生手段の変位による圧力を利用してノズルプレートのノズル開口から液滴を吐出する液体噴射ヘッドと、前記液体噴射ヘッドに液体を供給するための液体供給路が形成されている自己封止ユニットとを組み合わせた液体噴射ヘッドユニットであって、
   前記自己封止ユニットは請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載するものであることを特徴とする液体噴射ヘッドユニット。
7. 請求項６に記載する液体噴射ヘッドユニットを具備することを特徴とする液体噴射装置。

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