(57)【要約】【課題】流路部材のシール面の面精度を上げずとも、小さな付勢力でシールが可能な液体流路構造を提供する。【解決手段】液体を吐出する液体吐出ヘッドに液体を供給する液体流路構造であって、液体が流通する液体流路の一部を形成する第一の液体流路部材と、前記液体流路の別の一部を形成する第二の液体流路部材と、前記第一および第二の液体流路部材の間に挟持され、前記液体流路のさらに別の一部を形成する、第一のエラストマーからなるシール部材と、前記液体流路のさらに別の一部を形成し、前記第一の液体流路部材に密着して設けられ、前記第一の液体流路部材と前記シール部材との間に挟持される、第二のエラストマーからなる弾性体層を含む。【選択図】図５
2018122560.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出する液体吐出ヘッドに液体を供給する液体流路構造であって、
液体が流通する液体流路の一部を形成する第一の液体流路部材と、
前記液体流路の別の一部を形成する第二の液体流路部材と、
前記第一および第二の液体流路部材の間に挟持され、前記液体流路のさらに別の一部を形成する、第一のエラストマーからなるシール部材と、
前記液体流路のさらに別の一部を形成し、前記第一の液体流路部材に密着して設けられ、前記第一の液体流路部材と前記シール部材との間に挟持される、第二のエラストマーからなる弾性体層と、
を含むことを特徴とする液体流路構造。
【請求項２】
前記弾性体層のタイプＡデュロメータ硬さは、前記シール部材のタイプＡデュロメータ硬さより低く、かつ、Ａ２０以上、Ａ６０以下である、請求項１記載の液体流路構造。
【請求項３】
前記弾性体層が、一液熱硬化性のポリイソブチレン骨格を有する接着剤の硬化物からなる、請求項１または２に記載の液体流路構造。
【請求項４】
液体が流通する液体流路の一部を形成する第一の液体流路部材と、
前記液体流路の別の一部を形成する第二の液体流路部材と、
前記第一および第二の液体流路部材の間に挟持され、前記液体流路のさらに別の一部を形成する、第一のエラストマーからなるシール部材と、
前記液体流路のさらに別の一部を形成し、前記第一の液体流路部材に密着して設けられ、前記第一の液体流路部材と前記シール部材との間に挟持される、第二のエラストマーからなる弾性体層と、
を含む、液体を吐出する液体吐出ヘッドに液体を供給する液体流路構造の製造方法であって、
前記第二のエラストマーとして、硬化前は液状であるエラストマーを用い、
前記第一の液体流路部材の前記シール部材を挟持する側の面に、硬化前のエラストマーからなる層を塗布または転写によって設ける工程と、
前記硬化前のエラストマーからなる層を硬化して、前記弾性体層を形成する工程と、
前記弾性体層と第二の液体流路部材との間に前記シール部材を挟み、前記第一および第二の液体流路部材によって前記シール部材を圧縮する工程と、
を含む、液体流路構造の製造方法。
【請求項５】
液体を吐出する吐出口を含み、前記吐出口に液体を供給する前記液体が流通する液体流路構造を含む液体吐出ヘッドであって、
前記液体流路構造は、
前記液体流路の一部を形成する第一の液体流路部材と、
前記液体流路の別の一部を形成する第二の液体流路部材と、
前記第一および第二の液体流路部材の間に挟持され、前記液体流路のさらに別の一部を形成する、第一のエラストマーからなるシール部材と、
前記液体流路のさらに別の一部を形成し、前記第一の液体流路部材に密着して設けられ、前記第一の液体流路部材と前記シール部材との間に挟持される、第二のエラストマーからなる弾性体層と、
を含むことを特徴とする、液体吐出ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット記録装置などの液体吐出記録装置に備わる液体流路の構造に関し、特には、複数の液体流路部材がシール部材を介して接合された液体流路構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットプリンタにおいて、インクは、インクタンク（またはインクカートリッジ）と称するインク容器から、チューブやパイプ形状またはトンネル形状の流路を通り、インクジェットヘッドに供給される。
【０００３】
流路を、複数の部材によって形成する場合、流路部材同士を力学的に結合するのと同時に、インクの漏れがないように流路同士を結合させることが行われる。このために、異なる流路部材同士を、シール部材を介して結合することが多い。シール部材としては、ゴムで代表される弾性部材からなるＯリングなどのパッキンが用いられる。そのとき、パッキンを流路部材に圧接するための機械的付勢力をパッキンに加える。
【０００４】
近年、流路の数の増加により、シール部材が大型化する傾向にある。シール部材が大型化しても確実にシールするためにシール部材に対する付勢力を大きくする場合、この力に耐えうる部材と構造の強度が必要になる。このような点に鑑み、特許文献１では、インクジェットヘッドに補強フレームを設けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５―１６１７６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
補強フレームを設けることは、部品点数の増加や大型化につながる。したがって、補強フレームを設けるのではなく、シールのための付勢力を小さくすることが望まれる。
【０００７】
一方、装置の小型化要求に伴い、各部品も小型化し、これによってシール部を形成する流路部材の設計自由度の制約と同時にそのサイズもが微細化し、シール部の剛性が弱くなり、その結果シールの欠陥が生じやすくなる懸念が生じてきた。
【０００８】
研磨などによって流路部材のシール面の平面精度を上げると、小さな付勢力でもシールできるので、シール部の剛性が低くてもシールが可能になる。しかしこの場合、シール面の品質管理が重要で、傷やゴミなどのわずかな欠陥でもリークが発生することがわかっている。
【０００９】
本発明の目的は、流路部材のシール面の面精度を上げずとも、比較的小さな付勢力でシールが可能な液体流路構造とその製造方法を提供することである。
【００１０】
本発明の別の目的は、このような液体流路構造を含む液体吐出ヘッドを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様によれば、
液体を吐出する液体吐出ヘッドに液体を供給する液体流路構造であって
液体が流通する液体流路の一部を形成する第一の液体流路部材と、
前記液体流路の別の一部を形成する第二の液体流路部材と、
前記第一および第二の液体流路部材の間に挟持され、前記液体流路のさらに別の一部を形成する、第一のエラストマーからなるシール部材と、
前記液体流路のさらに別の一部を形成し、前記第一の液体流路部材に密着して設けられ、前記第一の液体流路部材と前記シール部材との間に挟持される、第二のエラストマーからなる弾性体層と、
を含むことを特徴とする液体流路構造が提供される。
【００１２】
本発明の別の態様によれば、
液体が流通する液体流路の一部を形成する第一の液体流路部材と、
前記液体流路の別の一部を形成する第二の液体流路部材と、
前記第一および第二の液体流路部材の間に挟持され、前記液体流路のさらに別の一部を形成する、第一のエラストマーからなるシール部材と、
前記液体流路のさらに別の一部を形成し、前記第一の液体流路部材に密着して設けられ、前記第一の液体流路部材と前記シール部材との間に挟持される、第二のエラストマーからなる弾性体層と、
を含む、液体を吐出する液体吐出ヘッドに液体を供給する液体流路構造の製造方法であって、
前記第二のエラストマーとして、硬化前は液状であるエラストマーを用い、
前記第一の液体流路部材の前記シール部材を挟持する側の面に、硬化前のエラストマーからなる層を塗布または転写によって設ける工程と、
前記硬化前のエラストマーからなる層を硬化して、前記弾性体層を形成する工程と、
前記弾性体層と第二の液体流路部材との間に前記シール部材を挟み、前記第一および第二の液体流路部材によって前記シール部材を圧縮する工程と、
を含む、液体流路構造の製造方法が提供される。
【００１３】
本発明のさらに別の態様によれば、
液体を吐出する吐出口を含み、前記吐出口に液体を供給する前記液体が流通する液体流路構造を含む液体吐出ヘッドであって、
前記液体流路構造は、
前記液体流路の一部を形成する第一の液体流路部材と、
前記液体流路の別の一部を形成する第二の液体流路部材と、
前記第一および第二の液体流路部材の間に挟持され、前記液体流路のさらに別の一部を形成する、第一のエラストマーからなるシール部材と、
前記液体流路のさらに別の一部を形成し、前記第一の液体流路部材に密着して設けられ、前記第一の液体流路部材と前記シール部材との間に挟持される、第二のエラストマーからなる弾性体層と、
を含むことを特徴とする、液体吐出ヘッドが提供される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、流路部材のシール面の面精度を上げずとも、比較的小さな付勢力でシールが可能な液体流路構造とその製造方法が提供される。
【００１５】
また本発明によれば、このような液体流路構造を含む液体吐出ヘッドが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】液体吐出ヘッドの一例の外観図である。
【図２】図１に示した液体吐出ヘッドの分解斜視図である。
【図３】図１に示した液体吐出ヘッドのジョイントゴムと、チップ基板に密着配置されている弾性シートとを、Ｚ方向の上側から鳥瞰して示す図である。
【図４】従来の液体流路構造を示す模式的断面図である。（ａ）は付勢力を加える前のジョイントゴムを、（ｂ）は付勢力が加わっている段階の液体流路構造を示す。
【図５】本発明による液体流路構造を示す模式的断面図である。（ａ）は付勢力を加える前のジョイントゴムを、（ｂ）は付勢力が加わっている段階の液体流路構造を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の流路構造は、インクジェットプリンタなどの液体吐出記録装置に備わる液体流路に採用することができる。液体吐出記録装置は、プリンタの他にも、複写機、通信システムを有するファクシミリ、プリンタ部を有するワードプロセッサなどの装置、更には各種処理装置と複合的に組み合わせた産業記録装置であってよい。なお、インク等の液体を吐出する本発明の液体吐出ヘッドおよび液体吐出ヘッドを搭載した液体吐出装置は、プリンタ、複写機、通信システムを有するファクシミリ、プリンタ部を有するワードプロセッサなどの装置に適用可能である。これら液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置は、さらには各種処理装置と複合的に組み合わせた産業記録装置に適用可能である。例えば、バイオチップ作製や電子回路印刷や半導体基板作製などの用途としても用いることができる。
【００１８】
インクジェット記録装置において、本発明の流路構造は、例えばインクジェットヘッド、インクを供給するためのホルダー、あるいはキャリッジ等のインクタンク装着部に備わる液体流路、あるいはこれらの間を結ぶ液体流路に利用することができる。
【００１９】
本発明の液体流路構造は、第一の液体流路部材、第二の液体流路部材、シール部材および弾性体層を含む。第一の液体流路部材は、液体が流通する液体流路の一部を形成する。第二の液体流路部材は、液体流路の別の一部を形成する。シール部材は、第一のエラストマーからなり、第一および第二の液体流路部材の間に挟持され、液体流路のさらに別の一部を形成する。弾性体層は、第二のエラストマーからなり、液体流路のさらに別の一部を形成する。弾性体層は、第一の液体流路部材に密着して設けられている。また、弾性体層は、第一の液体流路部材とシール部材との間に挟持される。
【００２０】
このような構成によって、第一の液体流路部材と第二の液体流路部材との接合部がシールされる。また、第一の液体流路部材、弾性体層、シール部材および第二の液体流路部材によって、一続きの液体流路が形成される。典型的には、第一および第二の液体流路部材、弾性体層およびシール部材がそれぞれ、液体流路となる貫通孔を有する。これらの部材によって形成された液体流路は、インクジェット記録装置に備わるインク流路の一部を構成することができる。
【００２１】
シール部材の形状としては、液体流路を取り囲むことのできるリング状あるいは、液体流路となる貫通孔を有する平板状など、パッキンやガスケットとして知られるシール部材の形状を適宜採用することができる。弾性体層の形状は、典型的には、液体流路となる貫通孔を有する平板状である。
【００２２】
このような液体流路構造を製造するために、第二のエラストマーとして、硬化前は液状であるエラストマーを用いて、次の工程を行うことができる。
第一の液体流路部材の、前記シール部材を挟持する側の面に、硬化前のエラストマーからなる層を塗布または転写によって設ける工程。
硬化前のエラストマーからなる層を硬化して、弾性体層を形成する工程。この段階で、弾性体層は、液体流路となる貫通孔を有する。
弾性体層と第二の液体流路部材との間に前記シール部材を挟み、第一および第二の液体流路部材によって前記シール部材を圧縮する工程。この圧縮のために、適宜の部材を使用して、第一および第二の液体流路部材が互いに近づく方向に力を加えることができる。
【００２３】
以下に、図面を参照しつつ、液体吐出記録装置としてインクジェット記録装置を例にして説明するが、本発明はこれによって限定されるものではない。まず、本発明を適用可能な、インクジェット記録装置における液体吐出ヘッドの一例について説明する。
【００２４】
図１および２に示す液体吐出ヘッド１において、ホルダー部８に装着されたインクタンク９から供給されるインクは、インク供給ユニット３内部にあるインク供給部４１と供給路形成部材４２を通過する。インク供給部４１は、インクタンク９からインクを記録ユニット２に供給する部品である。供給路形成部材４２は、インク供給部４１と記録ユニット２との間に、インクの供給路を形成するための部品である。インク供給部４１と供給路形成部材４２は別個の部品であるが、超音波溶着によって一体化されている。
【００２５】
供給路形成部材４２は前記第二の液体流路部材に該当し、チップ基板４５は前記第一の液体流路部材に該当する。またジョイントゴム４０が前記シール部材に該当し、弾性シート４６が前記弾性体層に該当する。
【００２６】
次いでインクは、供給路形成部材４２からジョイントゴム４０および弾性シート４６を介してチップ基板４５に至る液体流路を通過する。さらにインクはチップ基板４５に接着されているカラー用記録チップ４とブラック用記録チップ５に至る。最終的にインクは記録チップ内に形成されているノズル（吐出口）まで到達し、ノズルから吐出される。
【００２７】
記録ユニット２は、チップ基板４５と、チップ基板４５に接着されているカラー用記録チップ４とブラック用記録チップ５を有する。さらに各チップは、フレキシブル配線板７によって電気的に実装されている。フレキシブル配線板７には、インクジェット記録装置本体（不図示）と電気的に接続するための電気接続部６が接続される。
【００２８】
記録ユニット２は、インク供給部４１に設けられているねじボス４４に、ビス４３によって固定されている。このビスはまた、チップ基板４５と供給路形成部材４２との間に形成される流路にリークがないように、ジョイントゴム４０を付勢する。
【００２９】
供給路形成部材４２のジョイントゴム４０との接触面の平面精度として、算術平均粗さＲａ（ＪＩＳ  Ｂ０６０１：２００１）が０．２μｍ程度であってよい。これは、通常の樹脂成形技術で容易に達成できる樹脂成形面の面精度である。
【００３０】
一方、チップ基板４５は、典型的には、熱膨張が少ないセラミック製である。セラミックは微粒子の集まりであるため、平面性を高くすることが困難であり、研磨されたものでもＲａは数μｍレベルである。
【００３１】
図３は、図１に示すジョイントゴム４０と、チップ基板４５に密着配置されている弾性シート４６とを、Ｚ方向の上側から鳥瞰して詳細に示している。
【００３２】
ここで図４に、従来技術による液体流路構造を示す。図４（ａ）に示すジョイントゴム４０を強く圧縮することによって、図４（ｂ）に示すチップ基板面４７（チップ基板４５の、ジョイントゴムに接する面）の粗面を埋め、リークを無くす。チップ基板面４７の面精度は粗いため、ジョイントゴム４０でこの基板面の凹凸を埋めてシールするには、ビス４３による高い付勢力が必要である。
【００３３】
一方、図５（ａ）に示す本発明に係る例のように、チップ基板面４７に弾性シート４６を配置することで、ジョイントゴム４０に当接するチップ基板側のシール面を平坦にすることができる。さらに弾性シート４６は、それ自身がゴムなどのエラストマーである弾性体で、ジョイントゴム４０へも密着することでシール性を向上させる作用がある。その結果、リークに対する品質が向上するとともに、ビス４３を使ってジョイントゴム４０を強く付勢する必要がなくなるので、付勢力を受け止めるインク供給部４１の剛性を減らすことができる。
【００３４】
またジョイントゴム４０の変形を小さくすることができるため、ジョイントゴム４０の設計自由度が上がる。
【００３５】
ジョイントゴム４０の材料は、例えば、ＥＰＤＭ（エチレン・プロピレン・ジエンゴム）、ＩＩＲ（イソブチレン・イソプレンゴム）、ＨＮＢＲ（水素化ニトリルゴム）などの架橋ゴムから選ぶことができる。
【００３６】
ジョイントゴム４０のみによって、面粗さＲａが数十μｍレベルの凹凸を埋めるには、ジョイントゴムのＤｕｒｏＡ硬度がＡ５０未満、望ましくはＡ４０以下で、かつゴム変形量を大きくする必要がある。なお、「ＤｕｒｏＡ硬度」はタイプＡデュロメータ硬さ（ＪＩＳ  Ｋ６２５３−３：２０１２）を意味する。
【００３７】
しかし、本発明によれば弾性シート４６の存在により、ジョイントゴム４０のＤｕｒｏＡ硬度が例えＡ５０以上であっても、ジョイントゴムと弾性シートとの間に十分な相互密着を得ることができる。さらにジョイントゴム４０は、弾性シート４６より硬度の高い材質を選定すると、クリープが低くかつシール耐圧の高い流路が形成できる。
【００３８】
ジョイントゴム４０は、流路部材同士を空間的につなぐことで流路を確保する繋ぎ部材であるために、弾性反発による付勢力とともに形状を維持する能力が必要である。この観点から、ジョイントゴムのＤｕｒｏＡ硬度は好ましくはＡ２０以上、より好ましくはＡ３０以上である。一方、流路部材の表面粗さに良好に追従してリークを防止する観点から、一般的な樹脂の表面粗さに追従するためには、ジョンとゴムのＤｕｒｏＡ硬度は好ましくはＡ７０以下、より好ましくはＡ６０以下である。
【００３９】
弾性シートとジョイントゴムはともに弾性体であるために、相互に密着しやすい。弾性シートはジョイントゴムのように形状に対する制約が少なく、より硬度が低い部材を選ぶことができ、弾性シートのＤｕｒｏＡ硬度（硬化後）は好ましくはＡ６０以下、より好ましくはＡ５０以下、さらに好ましくはＡ４０以下である。また、永久歪の影響を回避する観点から、弾性シートのＤｕｒｏＡ硬度（硬化後）は好ましくはＡ２０以上である。
【００４０】
より具体的には、弾性シート４６の材料としては、ＤｕｒｏＡ硬度（硬化後）がＡ５０以下かつジョイントゴム４０と同等以下のエラストマーが好ましい。エラストマーとしては、チップ基板面４７の凹凸を埋めるために、硬化前は液状で、チップ基板面に配置された後に、硬化可能なエラストマーが好ましい。このようなエラストマー（硬化前の液状の状態）は、チップ基板面に塗布または転写法で配置することができる。硬化方式としては例えば、ＲＴＶ（Room Temperature Vulcanizing）系反応、熱または紫外線、またはそれらの併用を挙げることができる。エラストマーとして、たとえば、一液性ＲＴＶ型シリコーンゴム、一液性ポリイソブチレン系接着封止材すなわち一液熱硬化性のポリイソブチレン骨格を有する接着剤、架橋前の架橋ゴム練り物質（通称Ｂ練り）などがあげられる。
【００４１】
このうち一液性ポリイソブチレン系接着封止材は、その硬化後の硬化物の物性が、耐水耐インク性、耐無機物溶出性、耐有機物溶出性、ガスバリア性、耐環境性、耐低温脆化性、耐熱性、低温硬化性の観点でインクジェットのインク流路用途に優れている。このような接着封止材として、例えば市販品であるスリーボンド製のＴＢ１１５２、ＴＢ１１５３シリーズ（商品名）があげられる。
【符号の説明】
【００４２】
１  液体吐出ヘッド
２  記録ユニット
３  インク供給ユニット
４  カラー用記録チップ
５  ブラック用記録チップ
６  電気接続部
７  フレキシブル配線板
８  ホルダー部
９  インクタンク
４０  ジョイントゴム
４１  インク供給部
４２  供給路形成部材
４３  ビス
４４  ねじボス
４５  チップ基板
４６  弾性シート
４７  チップ基板面
【図１】
2018122560.tif 000003
【図２】
2018122560.tif 000004
【図３】
2018122560.tif 000005
【図４】
2018122560.tif 000006
【図５】
2018122560.tif 000007