Search

JP-2026076657-A - 液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置

JP2026076657AJP 2026076657 AJP2026076657 AJP 2026076657AJP-2026076657-A

Abstract

【課題】信頼性が高い液体吐出ヘッドを提供すること。 【解決手段】液体吐出ヘッドは、液体を吐出するための複数の吐出口が配列された複数の吐出口列を有する吐出素子基板と、複数の吐出口列と連通する複数の液体流路を形成する第１流路部材および第２流路部材と、を備え、第１流路部材もしくは第２流路部材が吐出素子基板を支持し、第１流路部材は、樹脂材料を用いて形成されて第２流路部材と接合されており、液体流路の一部を複数の並行する流路に分ける梁部３０１，３０２を有し、複数の液体流路のうち、互いに隣接する液体流路における梁部３０１，３０２がオフセットして配置される。 【選択図】図１０

Inventors

  • 戸田 恭輔
  • 來山 泰明
  • 出田 智士

Assignees

  • キヤノン株式会社

Dates

Publication Date
20260512
Application Date
20241024

Claims (20)

  1. 液体を吐出するための複数の吐出口が配列された複数の吐出口列を有する吐出素子基板と、 前記複数の吐出口列と連通する複数の液体流路を形成する第１流路部材および第２流路部材と、 を備え、 前記第１流路部材もしくは前記第２流路部材が前記吐出素子基板を支持し、 前記第１流路部材は、樹脂材料を用いて形成されて前記第２流路部材と接合されており、前記液体流路の一部を複数の並行する流路に分ける梁部を有し、 複数の前記液体流路のうち、互いに隣接する前記液体流路における前記梁部がオフセットして配置されることを特徴とする液体吐出ヘッド。
  2. 互いに隣接する前記液体流路における前記梁部が、前記吐出口列に沿った方向にオフセットして配置される、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
  3. 前記第１流路部材は、前記液体流路において前記吐出口列に沿った方向に並んで配置される複数の前記梁部を有し、 互いに隣接する前記液体流路における前記梁部のオフセット量は、複数の前記梁部において同じである、請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
  4. 複数の前記液体流路が並ぶ方向に沿った前記梁部の配置は、千鳥配置である、請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
  5. 前記第１流路部材の材料の線膨張係数は、前記第２流路部材の材料の線膨張係数と異なる、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
  6. 前記第１流路部材の材料の線膨張係数と、前記第２流路部材の材料の線膨張係数との差は、６ｐｐｍ／℃以上である、請求項５に記載の液体吐出ヘッド。
  7. 前記梁部と前記液体流路の壁面との接続部に、丸みを帯びるコーナー部が形成される、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
  8. 前記コーナー部の曲率半径は、０．２ｍｍ以上である、請求項７に記載の液体吐出ヘッド。
  9. 前記第２流路部材が前記吐出素子基板を支持する、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
  10. 前記第２流路部材は、アルミナを用いて形成される、請求項９に記載の液体吐出ヘッド。
  11. 互いに隣接する前記液体流路における前記梁部が、前記吐出口列に沿った方向にオフセットして配置され、 前記液体流路における短辺側の流路幅と、互いに隣接する前記液体流路の間の壁部の厚さとの関係は、以下の式で表され、 Ｗ０≧Ｗ１ 但し、Ｗ０：前記液体流路における短辺側の流路幅 Ｗ１：互いに隣接する前記液体流路の間の壁部の厚さ 互いに隣接する前記液体流路における前記梁部のオフセット量と、互いに隣接する前記液体流路の中心間距離との関係は、以下の式で表される、請求項９に記載の液体吐出ヘッド。 Ｓ≧Ｐ 但し、Ｓ：互いに隣接する前記液体流路における前記梁部のオフセット量 Ｐ：互いに隣接する前記液体流路の中心間距離
  12. 互いに隣接する前記液体流路における前記梁部が、前記吐出口列に沿った方向にオフセットして配置され、 前記液体流路における短辺側の流路幅と、互いに隣接する前記液体流路の間の壁部の厚さとの関係は、以下の式で表され、 Ｗ０＜Ｗ１ 但し、Ｗ０：前記液体流路における短辺側の流路幅 Ｗ１：互いに隣接する前記液体流路の間の壁部の厚さ 互いに隣接する前記液体流路における前記梁部のオフセット量と、互いに隣接する前記液体流路の中心間距離との関係は、以下の式で表される、請求項９に記載の液体吐出ヘッド。 Ｓ≧Ｐ×（Ｗ２／Ｗ１） 但し、Ｓ：互いに隣接する前記液体流路における前記梁部のオフセット量 Ｐ：互いに隣接する前記液体流路の中心間距離 Ｗ２：前記梁部の厚さ
  13. 前記第１流路部材が前記液体流路の上流側を形成し、前記第２流路部材が前記液体流路の下流側を形成し、 前記液体流路の一部は、前記液体流路の上流側であり、 前記第２流路部材は、前記液体流路の下流側を複数の並行する流路に分ける下流側梁部を有し、 前記第１流路部材は、前記液体流路の上流側において前記吐出口列に沿った方向に並んで配置される複数の前記梁部を有し、 前記第２流路部材は、前記液体流路の下流側において前記吐出口列に沿った方向に並んで配置される複数の前記下流側梁部を有し、 複数の前記下流側梁部は、複数の前記梁部から前記液体流路の下流側に延びる延長線を挟んで配置される、請求項９に記載の液体吐出ヘッド。
  14. 複数の前記液体流路のうち、一部の前記液体流路において前記梁部が配置されていない、請求項９に記載の液体吐出ヘッド。
  15. 前記第１流路部材は、前記液体流路において前記吐出口列に沿った方向に並んで配置される複数の前記梁部を有し、 複数の前記液体流路のうち、一部の前記液体流路における前記梁部の数は、当該一部の前記液体流路を除く他の前記液体流路における前記梁部の数よりも少ない、請求項９に記載の液体吐出ヘッド。
  16. 前記第１流路部材が前記吐出素子基板を支持する、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
  17. 前記第２流路部材は、樹脂材料を用いて形成され、 前記第１流路部材の材料の線膨張係数は、前記第２流路部材の材料の線膨張係数よりも小さい、請求項１６に記載の液体吐出ヘッド。
  18. 前記第１流路部材が前記液体流路の下流側を形成し、前記第２流路部材が前記液体流路の上流側を形成し、 前記液体流路の一部は、前記液体流路の下流側であり、 前記第２流路部材は、前記液体流路の上流側を複数の並行する流路に分ける上流側梁部を有し、 前記第１流路部材は、前記液体流路の下流側において前記吐出口列に沿った方向に並んで配置される複数の前記梁部を有し、 前記第２流路部材は、前記液体流路の上流側において前記吐出口列に沿った方向に並んで配置される複数の前記上流側梁部を有し、 複数の前記梁部は、複数の前記上流側梁部から前記液体流路の下流側に延びる延長線を挟んで配置される、請求項１６に記載の液体吐出ヘッド。
  19. 前記第１流路部材は、熱硬化型接着剤を用いて前記第２流路部材と接合される、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
  20. 前記第１流路部材は、フィラーが添加された樹脂材料を用いて形成される、請求項１に記載の液体吐出ヘッド。

Description

本開示は、液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置に関する。 液体吐出装置には、液体吐出ヘッドからインク等の液体を吐出して印刷を行うインクジェットプリンタがある。近年、印刷に限らず、液体吐出装置の用途が多岐になりつつある。例えば、電極の形成、バイオチップの製造等に対する液体吐出装置の応用が期待されている。このため、色材を含有するインクだけでなく、様々な材料を含有する機能性インクを安定して吐出することが可能な液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置が求められている。印刷分野においても、多種多様なインクおよびメディアに対応した、長寿命で信頼性が高い液体吐出ヘッドが求められている。また、印刷速度の高速化に対応した、安価で生産性が高い液体吐出ヘッドが求められている。 特許文献１には、液体を吐出するための吐出素子基板を備えた液体吐出ヘッドが開示されている。吐出素子基板は、印刷速度の高速化に対応した比較的長い吐出口列を有する。液体吐出ヘッドには、吐出素子基板の吐出口列に対して多量かつ均一に液体を供給可能な長穴状の液体流路が設けられる。液体流路には、液体流路の変形を防止するための梁部（梁状部材）が設けられる。 特開２０１６－２２１６９２号公報 液体吐出装置を模式的に示す斜視図である。第１の液体吐出ヘッドの斜視図である。第１の液体吐出ヘッドの分解斜視図である。インクの定常状態での循環経路を示す模式図である。吐出素子基板の断面を示す斜視図である。循環ユニットの内部を示す模式図である。第１の液体吐出ヘッドの側面図である。第１の液体吐出ヘッドの断面図である。第１の液体吐出ヘッドの側断面図である。第１の液体吐出ヘッドの平断面図である。第２の液体吐出ヘッドの平断面図である。インクの供給経路を示す模式図である。吐出素子基板の断面を示す斜視図である。第２の液体吐出ヘッドの部分断面図である。第２の液体吐出ヘッドの側断面図である。第２の液体吐出ヘッドの平断面図である。第２の液体吐出ヘッドの平断面図である。フィラーの配向を示す模式図である。 以下、添付図面を参照して本開示の好適な実施の形態を詳しく説明する。尚、以下の実施の形態は本開示事項を限定するものでなく、また以下の実施の形態で説明されている特徴の組み合わせすべてが本開示の解決手段に必須のものとは限らない。尚、同一の構成については、同じ符号を付して説明する。 ＜＜第１実施形態＞＞ 本実施形態における液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置は、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等の各種装置に適用することが可能である。液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置は、各種処理装置と複合的に組み合わされた産業機器に適用することが可能である。また、液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置は、例えば、バイオチップの製造、電子回路の印刷、非吸収メディアに対する印刷等にも用いることができる。 ＜液体吐出装置の構成＞ 図１は、液体吐出装置１を模式的に示す斜視図である。図１に示すように、本実施形態の液体吐出装置１は、キャリッジ１０と、供給ユニット２０と、供給チューブ３０と、第１の液体吐出ヘッド５０と、第２の液体吐出ヘッド６０とを備える。液体吐出装置１は、第１の液体吐出ヘッド５０および第２の液体吐出ヘッド６０からインク等の液体を吐出して印刷媒体ＭＤに画像を印刷する。キャリッジ１０には、第１の液体吐出ヘッド５０および第２の液体吐出ヘッド６０が搭載される。キャリッジ１０は、ガイド軸１１に沿って主走査方向（Ｘ方向）に往復移動する。印刷媒体ＭＤは、不図示の搬送ローラによって、主走査方向と交差（本実施形態では直交）する副走査方向（Ｙ方向）に搬送される。液体吐出装置１は、第１の液体吐出ヘッド５０および第２の液体吐出ヘッド６０を主走査方向に移動させながらインクを吐出して印刷媒体ＭＤへの印刷を行うシリアル型のインクジェット印刷装置を構成する。尚、以下で参照する各図において、Ｚ方向は鉛直方向を示しており、Ｘ方向及びＹ方向によって規定されるＸ－Ｙ平面と交差（本例の場合は、直交）している。 第１の液体吐出ヘッド５０および第２の液体吐出ヘッド６０は、キャリッジ１０に設けられた位置決め機構および電気接点によって、キャリッジ１０の上部に主走査方向（Ｘ方向）に並んで固定される。第１の液体吐出ヘッド５０は、３種類のインクを吐出可能であり、第２の液体吐出ヘッド６０は、６種類のインクを吐出可能である。第１の液体吐出ヘッド５０および第２の液体吐出ヘッド６０には、供給チューブ３０を介して供給ユニット２０の９種類の貯留タンク２１～２９が接続される。 例えば、第１の液体吐出ヘッド５０には、第１の貯留タンク２１と、第２の貯留タンク２２と、第３の貯留タンク２３とが接続される。第２の液体吐出ヘッド６０には、第４の貯留タンク２４と、第５の貯留タンク２５と、第６の貯留タンク２６と、第７の貯留タンク２７と、第８の貯留タンク２８と、第９の貯留タンク２９とが接続される。第１～第３の貯留タンク２１～２３には、第１の液体吐出ヘッド５０から吐出される３種類のインクが貯留される。第４～第９の貯留タンク２４～２９には、第２の液体吐出ヘッド６０から吐出される６種類のインクが貯留される。尚、インクに含まれる溶剤の比率は、例えば、２０％以上２５％以下である。第１の液体吐出ヘッド５０または第２の液体吐出ヘッド６０から吐出される液体（インク）に含まれる溶剤の比率は、５％以上であることが望ましい。第１の液体吐出ヘッド５０または第２の液体吐出ヘッド６０から吐出される液体に含まれる溶剤の比率は、１００％以下であってもよく、８０％以下であってもよい。 また、供給ユニット２０には、９種類の貯留タンク２１～２９に貯留されたインクを第１の液体吐出ヘッド５０および第２の液体吐出ヘッド６０に加圧供給するための供給ポンプが搭載されている。第１～第３の貯留タンク２１～２３に貯留されたインクは、供給ユニット２０の供給ポンプにより、供給チューブ３０を介して第１の液体吐出ヘッド５０に加圧供給される。第４～第９の貯留タンク２４～２９に貯留されたインクは、供給ユニット２０により供給チューブ３０を介して第２の液体吐出ヘッド６０に加圧供給される。 尚、第１の液体吐出ヘッド５０が１種類のインクを吐出するように設定されることで、第１の液体吐出ヘッド５０および第２の液体吐出ヘッド６０に７種類の貯留タンクが接続されるようにしてもよい。第１の液体吐出ヘッド５０が２種類のインクを吐出するように設定されることで、第１の液体吐出ヘッド５０および第２の液体吐出ヘッド６０に８種類の貯留タンクが接続されるようにしてもよい。また、少なくとも３種類のインクを吐出可能な第３の液体吐出ヘッド（不図示）がキャリッジ１０に搭載されることで、第１～第３の液体吐出ヘッドに１２種類以上の貯留タンクが接続されるようにしてもよい。例えば、第１の液体吐出ヘッド５０と同様に構成された第３の液体吐出ヘッドがキャリッジ１０に搭載されることで、第１～第３の液体吐出ヘッドに１２種類の貯留タンクが接続されるようにしてもよい。第２の液体吐出ヘッド６０と同様に構成された第３の液体吐出ヘッドがキャリッジ１０に搭載されることで、第１～第３の液体吐出ヘッドに１５種類の貯留タンクが接続されるようにしてもよい。 また、第１の液体吐出ヘッド５０は、第２の液体吐出ヘッド６０から吐出されるインクと反応する反応液を吐出可能であってもよい。この場合、第１の液体吐出ヘッド５０が１種類の反応液を吐出するように設定されることで、第１の液体吐出ヘッド５０および第２の液体吐出ヘッド６０に７種類の貯留タンクが接続されるようにしてもよい。また、第３の液体吐出ヘッドがキャリッジ１０に搭載される場合、第１の液体吐出ヘッド５０は、第２の液体吐出ヘッド６０から吐出される６種類のインクのうち、３種類のインクと反応する３種類の反応液を吐出可能であってもよい。第３の液体吐出ヘッドは、第１の液体吐出ヘッド５０と同様に構成されて、第２の液体吐出ヘッド６０から吐出される６種類のインクのうち、他の３種類のインクと反応する３種類の反応液を吐出可能であってもよい。この場合、第１～第３の液体吐出ヘッドに１２種類の貯留タンクが接続されるようにしてもよい。このように、複数の液体吐出ヘッドのうち、一部の液体吐出ヘッドは、当該一部の液体吐出ヘッドを除く他の液体吐出ヘッドから吐出される液体と反応する反応液を吐出可能であってもよい。 また、インクは、アニオン性基の作用によって分散される色材を含有する水性インクであってもよい。反応液は、４級アンモニウム塩の構造を有する水溶性のカチオン性樹脂、および多価金属塩を含有する水性反応液であってもよい。反応液は、インクと接触することでインクと反応し、インク中の成分（樹脂、界面活性剤、自己分散顔料などのアニオン性基を有する成分）を凝集させるものであり、反応剤として、特定の水溶性のカチオン性樹脂、および多価金属塩を含有する。 ＜液体吐出ヘッドの構成＞ 次に、第１実施形態における第１の液体吐出ヘッド５０について説明する。図２は、第１の液体吐出ヘッド５０の斜視図である。図３は、第１の液体吐出ヘッド５０の分解斜視図である。図２および図３に示すように、第１の液体吐出ヘッド５０は、吐出素子ユニット１００と、循環ユニット２００と、ヘッド筐体ユニット３００と、カバー３５０とを備える。 図３に示すように、吐出素子ユニット１００は、吐出素子基板１１０と、支持部材１０２と、電気配線テープ１０３と、電気コンタクト基板１０４とを備える。吐出素子基板１１０には、インクを吐出するための複数の吐出口１１５（図５を参照）が配列された吐出口列が形成される。吐出素子基板１１０の詳細については、後で述べる。 支持部材１０２は、吐出素子基板１１０を支持してヘッド筐体ユニット３００の下部に接着固定される。支持部材１０２は、吐出素子基板１１０と接合した状態で、吐出素子基板１１０を支持する。支持部材１０２は、例えばアルミナを用いて板状に形成される。アルミナの熱伝導率は高く、アルミナの線膨張係数は低い。これにより、支持部材１０２に支持される吐出素子基板１１０に生じる応力を低減することができ、吐出素子基板１１０内の温度を均一にすることができる。支持部材１０２には、吐出素子基板１１０の吐出口１１５と連通する供給側接続流路４２１および回収側接続流路４２２が形成される。 電気配線テープ１０３は、吐出素子基板１１０と電気コンタクト基板１０４とに電気的に接続される。電気コンタクト基板１０４は、キャリッジ１０との電気接点を有している。電気コンタクト基板１０４は、インクを循環させるための駆動信号および電気エネルギーを、循環ユニットコネクタ１０５およびポンプ配線（不図示）を介して循環ユニット２００の循環ポンプ２０３に送る。また、電気コンタクト基板１０４は、インクを吐出するための駆動信号および電気エネルギーを、電気配線テープ１０３を介して吐出素子基板１１０に送る。 電気的な接続を行う方法として、異方性導電フィルム（不図示）、ワイヤーボンディング、半田実装等が用いられるが、これに限られるものではない。本実施形態において、吐出素子基板１１０と電気配線テープ１０３との電気的な接続は、ワイヤーボンディングを用いて行われる。吐出素子基板１１０と電気配線テープ１０３との電気的な接続部は、封止材（図示せず）により封止され、インクによる腐食および外的衝撃から保護される。 循環ユニット２００は、液体供給口３２と、第１圧力調整機構２０１と、第２圧力調整機構２０２（図４を参照）と、循環ポンプ２０３とを備える。循環ユニット２００（液体供給口３２、第１圧力調整機構２０１、第２圧力調整機構２０２、および循環ポンプ２０３）は、３種類のインクに対応して３つ設けられる。液体供給口３２は、ヘッド筐体ユニット３