JP2007137032A - 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液体の圧力損失を低減して気泡の排出を容易に行うことができる液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供する。
【解決手段】液体を貯留する貯留手段から前記液体を吐出するノズルに前記液体を供給する一連の供給流路を備え、前期供給流路の途中に複数の微細孔を有するフィルタ２７と、該フィルタ２７を配設する幅広部としてのフィルタ室３１とを具備し、前記フィルタ２７には、前記液体の上流側に突出して、前記液体の流れ方向に軸方向が設けられた円筒形状の突出部６０を設ける。
【選択図】図４

Description

本発明は、ノズルから液体を噴射する液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関し、特に液体としてインクを吐出するインクジェット式記録装置及びインクジェット式記録装置に関する。

液体噴射ヘッドの代表例であるインクジェット式記録ヘッドでは、一般的に、インクが充填されたインクカートリッジが固定部材から、このインクカートリッジに挿入されるインク供給針及び流路を介してヘッド本体にインクが供給され、ヘッド本体に供給されたインクは圧電素子等を駆動させることによりノズルから吐出される。

このようなインクジェット式記録ヘッドでは、インクカートリッジのインク内に存在する気泡、あるいはインクカートリッジを着脱する際にインク内に混入した気泡がヘッド本体に供給されてしまうと、この気泡によるドット抜け等の吐出不良が発生するという問題がある。このような問題を解決するために、インク供給針とカートリッジとインクジェット式記録ヘッドとの間のインク流路に、インク内の気泡等を除去するためのフィルタを装着するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、特許文献１では、フィルタに半球形状の突起を設けることで、フィルタ上に溜まった気泡を排出させるようにしている。

しかしながら、特許文献１のように、フィルタに半球形状の突起を設けた場合、気泡の排出を行うことができるものの、半球形状の突起によってインクの圧力損失（インクの流動抵抗）が増大してしまうという問題がある。

また、インクの圧力損失が増大してしまうと、高速印刷時にインクの供給を十分に行うことができず、高速印刷を行うことができないという問題がある。

特許第３５８４７７２号公報（第７頁、第８〜９図）

本発明はこのような事情に鑑み、液体の圧力損失を低減して気泡の排出を容易に行うことができる液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決する本発明の第１の態様は、液体を貯留する貯留手段から前記液体を吐出するノズルに前記液体を供給する一連の供給流路を備え、前期供給流路の途中に複数の微細孔を有するフィルタと、該フィルタを配設する幅広部としてのフィルタ室とを具備し、前記フィルタには、前記液体の上流側に突出して、前記液体の流れ方向に軸方向が設けられた円筒形状の突出部が設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第１の態様では、突出部によって、フィルタ上に溜まった気泡を排出させることができると共に、突出部が円筒形状を有し且つ軸方向が液体の流れに沿って設けられているため、液体の圧力損失を増大することがなく液体の高速噴射を実現できる。

本発明の第２の態様は、前記突出部の先端部には先端面を有し、且つ該先端面には複数の微細孔が設けられていることを特徴とする第１の態様記載の液体噴射ヘッドにある。
かかる第２の態様では、突出部に先端面を設け、この先端面をフィルタとすることで、気泡を突出部内を通過させて気泡を良好に排出させることができる。

本発明の第３の態様は、前記突出部の基端部には基端面を有し、且つ該基端面には複数の微細孔が設けられていることを特徴とする第１又は２の態様に記載の液体噴射ヘッドにある。
かかる第３の態様では、突出部に基端面を儲け、この基端面をフィルタとすることで、気泡を突出部内を通過させて気泡を良好に排出させることができる。

本発明の第４の態様は、前記突出部の側面には、複数の微細孔が設けられていることを特徴とする第１〜３の何れかの態様に記載の液体噴射ヘッドにある。
かかる第４の態様では、突出部の側面をフィルタとすることで、突出部の側面を介して気泡を良好に排出させることができる。

本発明の第５の態様は、前記突出部が、前記フィルタと一体的に形成されていることを特徴とする第１〜４の何れかの態様に記載の液体噴射ヘッドにある。
かかる第５の態様では、部品点数を減少させてコストを低減することができる。

本発明の第６の態様は、前記突出部が、環形状を有することを特徴とする第１〜５の何れかの態様に記載の液体噴射ヘッドにある。
かかる第６の態様では、環形状の突出部によって気泡を排出させることができる。

本発明の第７の態様は、前記突出部が複数設けられていると共に、前記フィルタの中心側の当該突出部の高さが、前記フィルタの周辺側の突出部よりも高いことを特徴とする第１〜６の何れかの態様に記載の液体噴射ヘッドにある。
かかる第７の態様では、突出部によって気泡を変形させて、気泡を良好に排出させることができる。

本発明の第８の態様は、第１〜７の何れかの態様に記載の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。
かかる第８の態様では、信頼性を向上して液体の高速噴射が可能な液体噴射装置を実現できる。

以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録装置の概略斜視図である。図１に示すように、本実施形態では、インクジェット式記録ヘッドである記録ヘッド本体を有するインクジェット式記録ヘッド１（１Ａ及び１Ｂ）は、インク供給手段を構成するインクカートリッジ２（２Ａ及び２Ｂ）が着脱可能に設けられ、これらのインクジェット式記録ヘッド１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３は、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられている。これらのインクジェット式記録ヘッド１Ａ及び１Ｂは、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。

そして、駆動モータ６の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることで、インクジェット式記録ヘッド１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動される。一方、装置本体４にはキャリッジ軸５に沿ってプラテン８が設けられており、図示しない給紙ローラなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン８に巻き掛けられて搬送されるようになっている。

このようなインクジェット式記録装置では、キャリッジ３がキャリッジ軸５に沿って移動されると共にインクジェット式記録ヘッド１によってインクが吐出されて記録シートＳに印刷される。

また、キャリッジ３の移動方向の端部であるプラテン８の側方には吸引手段１００が設けられている。吸引手段１００は、インクジェット式記録ヘッド１Ａ及び１Ｂのノズルに相対向するように設けられたキャップ１０１と、キャップ１０１に接続された吸引ポンプ１０２とから構成され、所定のタイミングで、ノズルからインクを吸引する所謂クリーニング操作が行われるようになっている。なお、キャップ１０１は、所定時間以上印刷待機しているインクジェット式記録ヘッド１Ａ及び１Ｂのノズル面をキャッピングしてノズルの乾燥を防止する。

ここで、本実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドについて説明する。なお、図２は、本実施形態に係る記録ヘッドの分解斜視図であり、図３はその断面図である。また、図４はインク供給針の拡大断面図及びフィルタの斜視図である。

図２に示すように、インクジェット式記録ヘッド１（以下、記録ヘッド１と言う）を構成する保持部材であるカートリッジケース２１は、上述したインクカートリッジ２がそれぞれ装着されるカートリッジ装着部２２を有する。また、カートリッジケース２１の底面には、一端が各カートリッジ装着部２２に開口し、他端が後述するヘッドケース側に開口する複数のインク供給路２４がそれぞれ形成された管状の流路形成部２５が突設されている。

また、カートリッジケース２１の上面側、すなわち、各カートリッジ装着部２２のインク供給路２４の開口部分には、インクカートリッジ２に挿入される複数のインク供給針２６が、インク内の気泡や異物を除去するためのフィルタ２７を介して固定されている。

これらの各インク供給針２６は、図４に示すように、カートリッジケース２１の各インク供給路２４に連通する貫通路２８をそれぞれ有すると共にカートリッジケース２１側の端部近傍にフランジ部２９を有する。なお、これらインク供給針２６の貫通路２８及びカートリッジケース２１のインク供給路２４はインクカートリッジ２と後述するヘッド本体とを繋ぐ供給流路を構成するものである。

また、このフランジ部２９のカートリッジケース２１との接合面には、融着突起３０が設けられている。そして、各インク供給針２６は、フランジ部２９に設けられた融着突起３０を溶融させることにより、すなわち超音波融着により、カートリッジケース２１に固着されている。

また、インク供給針２６の貫通路２８のインク供給路２４との接続領域には、他の領域よりも内径の広い空間、すなわち、幅広部であるフィルタ室３１が設けられている。このフィルタ室３１は、例えば、本実施形態では、フィルタ２７側ほど内径が広くなるように形成されている。なお、このフィルタ室３１は、フィルタ２７の面積を大きくしてインクが通過する際の抵抗をできるだけ小さくするために、貫通路２８の他の領域よりも広い内径で形成されている。

フィルタ２７は、例えば、金属を細かく編みこむことで複数の微細孔が設けられたものである。また、フィルタ２７には、供給流路の上流側、すなわち、貫通路２８側に突出した筒形状を有する突出部６０が設けられている。突出部６０は、その筒形状の軸方向が、インクの流れに沿って設けられている。

このような突出部６０には、先端面６１が設けられており、この先端面６１にはフィルタ２７の突出部６０以外の領域と同様に微細孔が設けられている。すなわち、突出部６０の先端面６１もフィルタ２７の一部として機能する。また、突出部６０の側面６２には、先端面６１と同様に微細孔が設けられており、突出部６０の側面６２もフィルタ２７として機能する。なお、突出部６０の基端部側は、開口した開口部６３となっている。

このような突出部６０は、フィルタ２７と一体的に形成してもよく、また、突出部６０に相対向する領域に開口部６３を有するフィルタ２７に別体の突出部６０を接着剤等を介して固定するようにしてもよい。本実施形態では、フィルタ２７に突出部６０を一体的に形成した。なお、このような突出部６０を有するフィルタ２７は、例えば、金属を細かく編みこんだシートをプレス加工等により屈曲することで形成することができる。

このように、インク供給針２６のフィルタ２７に突出部６０を設けるようにしたので、吸引手段１００によってインクの吸引動作を行った際に、フィルタ２７上に溜まった気泡を突出部６０により変形させて、変形させた気泡をフィルタ２７を通過させて吸引させることができる。また、突出部６０で気泡を変形するため、インクの流路抵抗（インクの圧力損失）が増大するのを防止して、気泡の吸引を確実に行わせることができる。さらに、印刷動作時にも、筒状体からなる突出部６０の軸方向がインクの流れ方向に沿って設けられているため、印刷動作時にインクの流路抵抗が増大するのを防止して、インクの供給を行うことができる。このため、高速印刷が可能となる。

なお、本実施形態では、突出部６０に複数の微細孔が設けられた先端面６１を設けるようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、突出部６０に先端面を設けずに、先端側を開口し、基端部側に複数の微細孔を有する基端面を設けるようにしてもよい。このような例を図５に示す。なお、図５は、本発明の実施形態１のフィルタの変形例を示すインク供給針部分の拡大断面図及びフィルタの斜視図である。

図５に示すように、突出部６０Ａの先端部には、先端面が設けられておらず、開口部６１Ａを有する。また、突出部６０Ａの基端部側には、開口部が設けられておらず、複数の微細孔が設けられた基端面６２Ａが設けられている。このような構成としても、上述した突出部６０と同様に気泡を除去し易くすることができる。

なお、カートリッジケース２１の下面側には、図２及び図３に示すように、複数の圧電素子３４を有する圧電素子ユニット３５（３５Ａ，３５Ｂ）を保持すると共に、カートリッジケース２１とは反対側の端面に圧電素子３４の駆動によってノズル開口からインク滴を吐出するヘッド本体３６が固定されるヘッドケース３７を有し、これらカートリッジケース２１とヘッドケース３７との間には、シール部材３８及び回路基板３９が挟持されている。

シール部材３８は、流路形成部２５とヘッドケース３７に設けられる複数のインク導入路４０が開口する突出部４１との間に挟持されることにより、インク供給路２４とインク導入路４０との接続部分を密封してこの接続部分からのインクの漏れを防止している。回路基板３９は、圧電素子３４を駆動するための信号を供給するためのものであり、回路基板３９の一端部には、外部配線（図示なし）を接続するためのコネクタ４３が固定されている。また、回路基板３９には、圧電素子３４に接続されたＦＰＣ等の接続配線４４が挿通される挿通孔４５が設けられており、この挿通孔４５を介して回路基板３９と接続配線４４とが接続される。さらに、この挿通孔４５の両側には各インク導入路４０に対応して、各インク導入路４０が開口する突出部４１が係合する貫通孔４６が設けられている。

なお、カートリッジケース２１の一方の側面、すなわち、回路基板３９のコネクタ４３が配置される側の側面には、回路基板３９のコネクタ４３が露出される露出口４７を有し、この露出口４７を介して外部配線（図示なし）がコネクタ４３に接続されるようになっている。

また、回路基板３９及びシール部材３８を介してカートリッジケース２１の下面側に固定されるヘッドケース３７には、複数の圧電素子３４を有する圧電素子ユニット３５（３５Ａ，３５Ｂ）を収容して圧電素子３４を位置決め固定するための収容室４８が並設されている。例えば、本実施形態の記録ヘッド１は、ブラックインクを吐出するための圧電素子ユニット３５Ａと、カラーインクを吐出するための圧電素子ユニット３５Ｂとを有するため、ヘッドケース３７には、これらの圧電素子ユニット３５Ａ，３５Ｂを収容する２つの収容室４８が並設されている。

なお、上述した記録ヘッド１は、カートリッジケース２１の下面側に、シール部材３８、回路基板３９、ヘッドケース３７及びヘッド本体３６の順で積層され、その外側にヘッド本体３６のノズル開口を露出する窓部５０を有する枠体５１を填め込み、ネジ５２によってカートリッジケース２１に固定することで形成される（図２参照）。

以上説明したように、本実施形態では、インク供給針２６のフィルタ２７に突出部６０を設けるようにしたので、吸引手段１００によってインクの吸引動作を行った際に、フィルタ２７上に溜まった気泡を突出部６０により変形させて、変形させた気泡をフィルタ２７を通過させて吸引させることができる。また、突出部６０で気泡を変形するため、インクの流路抵抗（インクの圧力損失）が増大するのを防止して、気泡の吸引を確実に行わせることができる。さらに、印刷動作時にも、筒形状を有する突出部６０の軸方向がインクの流れ方向に沿って設けられているため、印刷動作時にインクの流路抵抗が増大するのを防止して、インクの供給を行うことができる。このため、高速印刷が可能となる。

さらに、吸引動作時のインクの流速は、インク吐出時のインク流速よりも大幅に速いため、フィルタに突出部が設けられていても、従来通りの吸引動作によってフィルタ室３１内に溜まった気泡を良好に排出することができる。

（実施形態２）
図６は、本発明の実施形態２に係るインク供給針部分の拡大断面図及びフィルタの斜視図である。なお、上述した実施形態１と同様の部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

図６に示すように、本実施形態のフィルタ２７Ａには、貫通路２８側に突出する２つの突出部６０及び６０Ｂが設けられている。

突出部６０Ｂは、突出部６０の周囲に環形状に突出して形成されている。このような突出部６０Ｂは、突出部６０よりも突出量が少なく形成されている。

また、突出部６０Ｂの先端部には、突出部６０と同様に、複数の微細孔が設けられた先端面６１Ｂが設けられている。さらに、突出部６０Ｂの側面６２にも複数の微細孔が設けられている。また、突出部６０Ｂの基端部は開口した開口部６３Ｂとなっている。

このような突出部６０、６０Ｂが設けられたフィルタ２７Ａでは、吸引手段１００によってインクの吸引動作を行った際に、フィルタ２７Ａ上に溜まった気泡を複数の突出部６０、６０Ｂによって複雑に変形させて、さらに容易にフィルタ２７Ａを通過させることができる。また、フィルタ２７Ａの中心側に設けられた突出部６０の方が、周囲側に設けられた突出部６０Ｂよりも高く突出しているため、突出部６０、６０Ａ上に気泡が溜まるのを防止することができる。

（他の実施形態）
以上、本発明の各実施形態を説明したが、本発明の基本的構成は上述したものに限定されるものではない。例えば、上述した実施形態１ではフィルタ２７に１つの突出部６０を設け、実施形態２ではフィルタ２７Ａに２つの突出部６０及び６０Ｂを設けるようにしたが、突出部の数及び位置は特にこれに限定されるものではない。

また、上述した実施形態１では、圧電素子３００を有するヘッド本体３６を例示したが、ヘッド本体３６は特にこれに限定されず、例えば、成膜及びリソグラフィ法を応用して製造される薄膜型のインクジェット式記録ヘッド、グリーンシートを貼付する等の方法により形成される厚膜型のインクジェット式記録ヘッド、電材料と電極形成材料とを交互に積層させて軸方向に伸縮させる縦振動型のインクジェット式記録ヘッド、発熱素子等の発熱で発生するバブルによってインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッド等、種々の構造のインクジェット式記録ヘッドが挙げられる。

さらに、上述した実施形態１では、液体噴射装置の一例としてインクジェット式記録装置を挙げて説明したが、本発明は広く液体噴射装置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装置にも勿論適用することができる。その他の液体噴射装置としては、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる各種の記録装置、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射装置、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（面発光ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材料噴射装置、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射装置等が挙げられる。

実施形態１に係るインクジェット式記録装置の概略斜視図。 実施形態１に係る記録ヘッドの分解斜視図。 実施形態１に係る記録ヘッドの断面図。 実施形態１に係るインク供給針の拡大断面図及びフィルタの斜視図。 実施形態１の他の例を示すインク供給針の拡大断面図及びフィルタの斜視図。 実施形態２に係るインク供給針の拡大断面図及びフィルタの斜視図。

符号の説明

１、１Ａ、１Ｂ インクジェット式記録ヘッド、 ２Ａ、２Ｂ インクカートリッジ、 ３ キャリッジ、 ４ 装置本体、 ２１ カートリッジケース、 ２４ インク供給路、 ２６ インク供給針、 ２７ フィルタ、 ２８ 貫通路、 ３１ フィルタ室、 ３２ 溝、 ３３ 凹部、 ３６ ヘッド本体、 ６０、６０Ａ、６０Ｂ 突出部

Claims (8)

1. 液体を貯留する貯留手段から前記液体を吐出するノズルに前記液体を供給する一連の供給流路を備え、前期供給流路の途中に複数の微細孔を有するフィルタと、該フィルタを配設する幅広部としてのフィルタ室とを具備し、
   前記フィルタには、前記液体の上流側に突出して、前記液体の流れ方向に軸方向が設けられた円筒形状の突出部が設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
2. 前記突出部の先端部には先端面を有し、且つ該先端面には複数の微細孔が設けられていることを特徴とする請求項１記載の液体噴射ヘッド。
3. 前記突出部の基端部には基端面を有し、且つ該基端面には複数の微細孔が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体噴射ヘッド。
4. 前記突出部の側面には、複数の微細孔が設けられていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の液体噴射ヘッド。
5. 前記突出部が、前記フィルタと一体的に形成されていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の液体噴射ヘッド。
6. 前記突出部が、環形状を有することを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の液体噴射ヘッド。
7. 前記突出部が複数設けられていると共に、前記フィルタの中心側の当該突出部の高さが、前記フィルタの周辺側の突出部よりも高いことを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の液体噴射ヘッド。
8. 請求項１〜７の何れかに記載の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置。

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