JP2006198979A - フィルタユニット及びインクジェット記録ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】インクジェット記録ヘッドの大型化やコスト増を可能な限り抑制しつつ、フィルタ面積の拡大を可能とする。
【解決手段】インクジェット記録ヘッドにおけるインク供給路に配置されるフィルタユニット１３であって、所定の間隔を置いて対向する上側隔壁１６及び下側隔壁１７と、上側隔壁１６と下側隔壁１７との間の空間をこれら隔壁１６、１７の径方向に二分する中央隔壁１５とを有し、上側隔壁１６には、二分された空間の一方に連通する流入口２２が形成され、下側隔壁１７には、二分された空間の他方に連通する流出口２３が形成され、中央隔壁１５には、二分された空間を連通させる開口部が形成され、該開口部はメッシュフィルタ２１によって覆われている。
【選択図】図２

Description

本発明は、インクジェット記録ヘッドと、インクジェット記録ヘッドのインク供給路に配置されるフィルタとに関するものである。

従来のインクジェット記録ヘッド（以下「記録ヘッド」と称することもある）の一例を図６（ａ）（ｂ）に示す。この記録ヘッド１００は、インク滴が吐出される複数の吐出口が形成されたノズル１０１を備えた基板１０２と、インクカートリッジ１０３を着脱可能なホルダ部１０４とを有する。ホルダ部１０４には、インクカートリッジ１０３のインク導出部１０５に嵌合可能なインク導入部１０６が突設されており、インク導入部１０６の内部にはインク供給路１０７が形成されている。さらに、インク導入部１０６の先にはフィルタ１０８が一体的に設けられ、該フィルタ１０８を介してインク供給路１０７が外部と連通している。

上記構造を有する記録ヘッド１００においては、ホルダ部１０４にインクカートリッジ１０３がセットされると、インク導入部１０６がインクカートリッジ１０３のインク導出部１０５に嵌合し、インク供給路１０７がフィルタ１０８を介してインクカートリッジ１０３の内部と連通する。すると、フィルタ１０８の毛管力によってインクカートリッジ１０３内のインク１０９が吸い出され、吸い出されたインク１０９がインク供給路１０７を通って基板１０２に供給される。このとき、インク１０９に混入している異物はフィルタ１０８によって除去され、インク供給路１０７への侵入が回避される。尚、インクカートリッジ１０３内のインク１０９は、インク保持部材としてのスポンジ１１０によって保持されている。

図６（ａ）（ｂ）に示す記録ヘッド１００の変形例を図７に示す。図７に示す記録ヘッド１２０は、フィルタ１０８とは別の第２のフィルタ１２１がインク供給路１０７の途中に設けられている。尚、図７に示す構成中、図６（ａ）（ｂ）に示す構成と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

図６（ａ）（ｂ）及び図７に示す従来の記録ヘッド１００、１２０が備えるフィルタ１０８、１２１は、インク供給路１０７を含むインク供給経路内におけるインク１０９の流れ方向に対して垂直に配置されている。そこで、図８に、上記フィルタ１０８、１２１とは異なる中空タイプのフィルタ１３１を備えた記録ヘッド１３０を示す。図８に示す中空フィルタ１３１は、図９（ａ）〜（ｃ）に示すようにして作製されたものである。まず、図９（ａ）に示すようなシート状のフィルタ材１３２を同図（ｂ）に示すように蛇腹状に折り曲げる。次に、折り曲げられたフィルタ材１３２を図９（ｃ）に示すように筒状に丸めて側縁１３３同士を接合する。その後、筒状に丸められたシート材１３２の上下の開口部１３４を同図に示す円盤状の蓋部材１３５によって閉塞する。ここで、一方の蓋部材１３５の中央には、穴１３６が開けられており、図８に示すインクカートリッジ１０３から供給されたインク１０９は、穴１３６から当該中空フィルタ１３１の内側に流入し、シート材１３２を通過して基板１０２に供給される。よって、中空フィルタ１３１を通過する際にインク１０９の異物が除去され、当該中空フィルタ１３１よりも下流への異物の侵入が阻止される。尚、図８に示す構成中、図６（ａ）（ｂ）に示す構成と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

以上のように、インクジェット記録装置の分野においては、インク供給経路に設置したフィルタによってインク中の異物を捕捉し、吐出不良を回避することが常套手段となっている。
特開平９−１０９４０５号公報

個人がデジタル画像を容易に楽しめる環境が整うにつれて、インクジェットプリンタに代表されるインクジェット記録装置には、さらなる高精細化及び高速化が求められている。高精細化の要求に応えるためには、記録ヘッドの吐出口を小径化してインク滴の微小化を図る必要がある。一方、高速化の要求に応えるためには、インク供給経路における流抵抗の低減を図る必要がある。

しかし、インク滴の微小化とインク供給経路の流抵抗低減とを同時に達成することは容易ではない。すなわち、インク供給経路には、上記の通りフィルタが配置されている。インク滴を微小化するために吐出口の径を小さくすれば、従来よりも小さな異物によって吐出口詰まりが発生する可能性が高まり、上記フィルタの目をさらに細かくする必要が生じる。しかし、目の細かなフィルタは、インク供給経路における流抵抗を直接的に増大させる。一般的なフィルタによる流抵抗は、該フィルタが捕捉可能な異物のサイズが小さくなるに従って幾何級数的に増大する。従って、高精細化及び高速化の要求を同時に満たすためには、フィルタの捕捉能力向上に応じて増大した流抵抗分だけフィルタ面積を拡大し、流抵抗の増大を相殺する必要がある。

しかしながら、図６（ａ）（ｂ）に示す記録ヘッド１００では、インクカートリッジ１０３のインク導出部１０５の大きさとの関係でフィルタ１０８の面積（サイズ）が制限され、必要十分なフィルタ面積を確保することは困難である。一方、図７に示す第２のフィルタ１２１は、インク導出部１０５の大きさとの関係によってフィルタ面積が制限を受けることはなく、面積拡大の自由度は高いが、第２のフィルタ１２１の拡大は記録ヘッド１２１全体の大型化を招く。

これに対し、図８に示す中空フィルタ１３１は、コンパクトでありながら大きなフィルタ面積を有する。しかし、記録ヘッド用のフィルタとして許容されるサイズは数ミリから数センチであり、図９（ａ）〜（ｃ）に示すような複雑な加工は非常に困難であることに加え、量産には特別に開発した高額な加工装置を必要とする。この結果、図８に示す中空フィルタ１３１のようなフィルタを採用すると、記録ヘッドの単価、引いてはインクジェット記録装置の単価の大幅な上昇を招いてしまう。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、大型化やコスト増を可能な限り抑制しつつ、インク滴の微小化とインク供給経路の流抵抗低減とを同時に達成可能なフィルタ及び該フィルタを備えた記録ヘッドを提供することを目的とする。

本発明のフィルタユニットは、インクジェット記録ヘッドにおけるインク供給路に配置されるフィルタユニットであって、所定の間隔を置いて対向する第１の壁及び第２の壁と、前記第１の壁と前記第２の壁との間の空間をこれら壁の対向方向と交差する方向に二分する第３の壁とを有し、前記第１の壁には、前記二分された空間の一方に連通する第１開口が形成され、前記第２の壁には、前記二分された空間の他方に連通する第２開口が形成され、前記第３の壁は、前記二分された空間を連通するフィルタ機能を備えていることを特徴とする。

本発明のインクジェット記録ヘッドは、インクが吐出される複数の吐出口を備えたヘッド部にインクを供給するためのインク供給路に前記本発明のフィルタユニットが着脱可能に配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、インクジェット記録ヘッドの大型化やコスト増を可能な限り抑制しつつ、フィルタ面積を拡大することができ、インク滴の微小化とインク供給経路の流抵抗低減とを同時に達成することができる。

（実施形態１）
本発明のインクジェット記録ヘッド（以下「記録ヘッド」）の実施形態の一例について図１〜図３を参照しながら説明する。図１は、本例の記録ヘッドの全体構成を示す模式的断面図である。図２は、本例の記録ヘッドが備えるフィルタユニットの拡大斜視図である。図３は、図１において鎖線で囲まれた部分の拡大断面図である。

図１に示すように、本例の記録ヘッド１は、インクカートリッジ２から供給されたインクが吐出される多数の吐出口が形成されたノズル３を備えた基板５と、インクカートリッジ２が着脱されるホルダ部６とを有する。基板５は、ノズル３の他に、インクが供給されるインク供給口、インク供給口から供給されたインクを各吐出口に導く流路、各流路内のインクを吐出口から吐出させるためのエネルギーを発生する吐出エネルギー発生素子（本例では電気熱変換素子の一つであるヒータ）、吐出エネルギー発生素子に電気信号を入力するための電気配線等も備えている。上記構造を有する基板５は、ホルダ部６の底面に接合され該ホルダ部６と一体化されている。

ホルダ部６は、インクカートリッジ２を受入れ可能なセット空間７を有し、該セット空間７の底面には、インクカートリッジ２のインク導出部８の内側に嵌合可能な円筒状のインク導入部１０が突設されている。さらに、インク導入部１０の内側には、インクカートリッジ２から導出されたインクを基板５へ供給するためのインク供給路１１が形成され、インク導入部１０の先端には、毛管体１２が一体に設けられている。すなわち、インク供給路１１は、一端において毛管体１２を介して外部と連通し、他端において基板２（より正確には、基板２に形成されている上記インク供給口）に連通している。

さらに、インク供給路１１内にはフィルタユニット１３が設置されている。フィルタユニット１３の構造及びインク供給路１１内における設置状態について、図２及び図３を参照しながら詳細に説明する。まず、主に図２を参照しながらフィルタユニット１３の構造について説明する。フィルタユニット１３は、第１の壁１６、第２の壁１７、第３の壁１５が組み合わされて骨格が構成される。第３の壁は、幅Ｗよりも長さＬの方が大きい略長方形を有している。第１の壁１６及び第２の壁１７は、第３の壁１５の長さＬの間隔を置いて対向配置された結果、第１の壁１６と第２の壁１７との間の空間をこれら壁の対向方向と交差する方向に第３の壁１５が二分している。なお、以下の説明では、構造を理解しやすくするために、フィルタユニット１３の装着状態を加味して、便宜的に第１の壁を上側隔壁と、第２の壁１７を下側隔壁と、第３の壁１５を中央隔壁（第３の壁は空間を二分している壁であればよく、壁が中央にあることは必然ではない）とそれぞれ称して示す。換言すれば、中央隔壁１５の長手方向両側に、上側隔壁１６と下側隔壁１７とが対向状態で配置され、全体として略Ｈ形の断面形状（図３参照）を呈している。さらに、中央隔壁１５には、該中央隔壁１５をその厚み方向に貫通する矩形の開口（以下、開口部と称する）１８が形成されると共に、該中央隔壁１５の一面（表面２０）には、少なくとも開口部１８を覆うSUS製のメッシュフィルタ２１が設けられている。一方、上側隔壁１６及び下側隔壁１７は、インク供給路１１内に隙間無く収まる直径Ｒ（＝幅Ｗ）を有し、上側隔壁１６には第１開口（以下、フィルタユニットの配置構成が理解しやすいように流入口と便宜的に表現する）２２が、下側隔壁には第２開口（以下、フィルタユニットの配置構成が理解しやすいように流出口と便宜的に表現する）２３が設けられている。但し、流入口２２は中央隔壁１５を挟んで上下の隔壁１６、１７の径方向一方側に、流出口２３は径方向他方側に設けられている。より具体的には、流入口２２は中央隔壁１５の表面２０側に、流出口２３は、中央隔壁１５の裏面２４側に設けられている。

次に、図３を参照しながらインク供給路１１内におけるフィルタユニット１３の設置状態について説明する。上記構造を有するフィルタユニット１３は、上側隔壁１６及び下側隔壁１７がインク供給路１１に対して垂直に、中央隔壁１５（メッシュフィルタ２１）がインク供給路１１に対して平行になる向きでインク供給路１１内に圧入固定されている。より具体的には、上側隔壁１６及び下側隔壁１７がインク供給路１１の径方向と平行になり、中央隔壁１５（メッシュフィルタ２１）がインク供給路１１の径方向と直交する向きでインク供給路１１内に配置されている。換言すれば、上下の隔壁１６、１７は、インク供給路１１内におけるインクの全体的な流れに対して略垂直にインクの流れを止め、中央隔壁１５は、略水平にインクの流れを止めるように配置されている。尚、上側隔壁１６が相対的にインクカートリッジ２に近い側（上流側）に配置され、下側隔壁１７が相対的に基板５に近い側（下流側）に配置されていることは図１より明らかである。

フィルタユニット１３が上記のように配置されると、インク供給路１１内には、上下の隔壁１６及び１７、中央隔壁１５の表面２０（メッシュフィルタ２１）及びインク供給路１１の内壁によって囲まれたインク流入空間２５と、上下の隔壁１６及び１７、中央隔壁１５の裏面２４及びインク供給路１１の内壁によって囲まれたインク排出空間２６とが形成される。そして、インク流入空間２５は、上側隔壁１６に形成されている流入口２２を介してそれより上流側と連通し、インク排出空間２６は、下側隔壁１７に形成されている流出口２３を介してそれより下流側と連通する。

従って、図１に示すインクカートリッジ２から供給されたインクは、流入口２２からインク流入空間２５に流入し、メッシュフィルタ２１及び開口部１８を順次通過してインク排出空間２６に流入する。さらに、インク排出空間２６に流入したインクは、流出口２３から下流側へ排出される。そして、メッシュフィルタ２１を通過する際に、該メッシュフィルタ２１によってインク中に混入している異物が除去される。

以上のように、メッシュフィルタ２１は、インク供給路１１に対して平行に配置される。よって、メッシュフィルタ２１を流路方向に拡張させて全体の面積を拡大することによって、インク供給路１１内におけるインクの流抵抗を低減することができる。さらに、同一面積のメッシュフィルタをインク供給路１１に対して垂直に配置した場合に比べて記録ヘッド１のサイズを小さくすることができる。これは、記録ヘッドの大型化を可能な限り抑制しつつ、インク滴の微小化とインク流路の流抵抗低減とを同時に達成可能であることを意味する。また、フィルタユニット単体での品質管理が可能であり、記録ヘッドの組み立てに際しては、フィルタユニット自体の弾性反発力を利用した圧入固定が可能である。これは、高品質で低価格な記録ヘッドを実現可能であることを意味する。

（実施形態２）
以下、本発明の記録ヘッドの実施形態の他例について図４及び図５を参照しながら説明する。もっとも、本例の記録ヘッドの基本構成は、実施形態１の記録ヘッドと同一である。そこで、実施形態１で既に説明した構成と同一の構成については、図４及び図５中に同一の符号を付して説明を省略する。

図４は、本例の記録ヘッド３０が備えるフィルタユニット３１を示す斜視図である。本例におけるフィルタユニット３１は、上側隔壁（第１の壁）１６の表面に毛管部材３２が設けられている点を除いて実施形態１におけるフィルタユニット１３と同一の構成を有する。図５に示すように、フィルタユニット３１は、上側隔壁１６及び毛管部材３２がインク供給路１１の上流側端部から突出する位置（高さ）に、実施形態１で説明した向きと同一の向きで設置されている。従って、インクカートリッジ２を記録ヘッド３０のホルダ部６にセットすると、インクカートリッジ２のインク導出部８の内側に配置されている毛管部材３３に、上側隔壁１６に設けられている毛管部材３２が当接する。この結果、毛管部材３３の毛管力によって保持されているインクカートリッジ２内のインクが毛管部材３２の毛管力によって導出され、上側隔壁１６の流入口（第１開口）２２（図４）からインク流入空間２５へ流入する。インク流入空間２５内に流入した後のインクの流れは実施形態１において説明した通りである。

毛管部材３２としてはSUS製のメッシュフィルタが適している。もっとも、インク供給路１１へのインク導入を目的とする毛管部材３２としてのメッシュフィルタは、毛管部材３３よりも高い毛管力を有していれば必要十分であり、メッシュフィルタ２１のような異物除去性能を備えている必要はない。

従来の記録ヘッドでは、毛管部材３２の上記機能は、インク中の異物を除去するためのフィルタが兼ねていた。本例の記録ヘッド３０に例えれば、メッシュフィルタ２１が毛管部材３２の機能も兼ねていた。さらに、本例の記録ヘッド３０ではフィルタユニット３１をインク供給路１１に着脱可能であるが、従来の記録ヘッドが備える異物除去用のフィルタは記録ヘッドに一体的に設けられており、フィルタのみを単独で着脱することはできなかった。従って、最終印字検査において偶発的に吐出口に異物が詰まって吐出不良が発生した場合、吐出口を逆洗浄して異物を除去することは不可能であり、記録ヘッドを破棄する以外になかった。何故なら、逆洗浄によって吐出口に詰まった異物を吐出口から押し出すことができたとしても、フィルタを取り外さない限り、押し出された異物を除去することはできないからである。

一方、本例の記録ヘッド３０では、フィルタユニット３１を取り外し、異物で詰まった吐出口を逆洗浄して異物を除去してからフィルタユニット３１を再度組み付けることができる。

なお、上述したフィルタユニットは、中央隔壁１５にフィルタ２１を配した構成に代えて、フィルタ自体で壁を構成したものであってもよく、機能的な面ではフィルタ効率が向上する。この場合、フィルタ自体が硬質なものであると製造の点で好ましい。もちろん硬質なものでなくても枠体を利用するなどして対応が可能である。

本発明の記録ヘッドの実施形態の一例を示す模式的断面図である。 図１の記録ヘッドが備えるフィルタユニットの拡大斜視図である。 図１において鎖線で囲まれた部分の拡大断面図である。 本発明の記録ヘッドが備えるフィルタユニットの他例を示す拡大斜視図である。 本発明の記録ヘッドの実施形態の他例を示す模式的断面図である。 （ａ）（ｂ）は、従来の記録ヘッドの一例を示す模式的断面図である。 図６に示す記録ヘッドの変形例を示す模式的断面図である。 従来の記録ヘッドの他例を示す模式的断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、図８に示す中空フィルタの製造工程を示す説明図である。

符号の説明

１、３０、１００ 記録ヘッド
２、１０３ インクカートリッジ
３、１０１ ノズル
６、１０４ ホルダ部
８、１０５ インク導出部
１０、１０６ インク導入部
１１、１０７ インク供給路
１３、３１ フィルタユニット
１５ 中央隔壁
１６ 上側隔壁
１７ 下側隔壁
１８ 開口部
２１ メッシュフィルタ
２２ 流入口
２３ 流出口
２５ インク流入空間
２６ インク排出空間
３２、３３ 毛管部材

Claims (6)

1. インクジェット記録ヘッドにおけるインク供給路に配置されるフィルタユニットであって、
   所定の間隔を置いて対向する第１の壁及び第２の壁と、
   前記第１の壁と前記第２の壁との間の空間をこれら壁の対向方向と交差する方向に二分する第３の壁と、を有し、
   前記第１の壁には、前記二分された空間の一方に連通する第１開口が形成され、前記第２の壁には、前記二分された空間の他方に連通する第２開口が形成され、
   前記第３の壁は、前記二分された空間を連通するフィルタ機能を備えていることを特徴とするフィルタユニット。
2. 前記第３の壁は、その一部に開口を有しており、該開口を覆うようにフィルタが配されていることを特徴とする請求項１記載のフィルタユニット。
3. インク供給路に配された状態でインクの流れ方向上流側に位置する前記第１の壁又は前記第２の壁に毛管部材が設けられ、該毛管部材を介して前記第１開口又は前記第２開口から前記空間内にインクが流入されることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載のフィルタユニット。
4. インクが吐出される複数の吐出口を備えたヘッド部にインクを供給するためのインク供給路にフィルタユニットが着脱可能に配置されたインクジェット記録ヘッドであって、
   前記フィルタユニットは、所定の間隔を置いて対向する第１の壁及び第２の壁と、前記第１の壁と前記第２の壁との間の空間をこれら壁の対向方向と交差する方向に二分する第３の壁と、を有し、
   前記第１の壁には、前記二分された空間の一方に連通する第１開口が形成され、前記第２の壁には、前記二分された空間の他方に連通する第２開口が形成され、
   前記第３の壁は、前記二分された空間を連通するフィルタ機能を備えていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
5. 前記フィルタユニットの前記第３の壁は、その一部に開口を有しており、該開口を覆うようにフィルタが配されていることを特徴とする請求項４記載のインクジェット記録ヘッド。
6. 前記インク供給路に配された状態でインクの流れ方向上流側に位置する前記フィルタユニットの前記第１の壁又は前記第２の壁に毛管部材が設けられ、該毛管部材を介して前記第１開口又は前記第２開口から前記空間内にインクが流入されることを特徴とする請求項４又は請求項５のいずれかに記載のインクジェット記録ヘッド。

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