JP2010167395A - フィルターの製造方法及び液体噴射ヘッド並びに液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コストを低減したフィルターの製造方法及び液体噴射ヘッド並びに液体噴射装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 被打ち込み部材５８の上に載置された被加工板を、複数のパンチ部５７ａが列設されたパンチにより打ち抜き、打ち抜き片を被打ち込み部材５８の内部に押し込んで被加工板に複数の貫通孔を形成するフィルターの製造方法であって、被打ち込み部材５８は、繊維を含む樹脂材からなり、繊維は、パンチ部５７ａの列設方向に配向している。
【選択図】 図８

Description

本発明は、被加工板に複数の貫通孔が設けられたフィルターの製造方法及びこれを具備する液体噴射ヘッド並びに液体噴射装置に関する。

液体噴射装置は種々な液体を噴射するもので、中でも広く使用されているものに、インクジェット式記録装置がある。インクジェット式記録装置は、複数のノズル開口から液体であるインク滴を吐出するインク噴射ヘッドを備えている。このインク噴射ヘッドによりインク滴を記録媒体である記録紙等の表面に着弾させて画像や文字を印刷するようになっている。

そして、インク噴射ヘッド内に設けられたインクの供給流路には、インク内に混入した異物、即ち、何らかの原因で供給流路内に残留している合成樹脂等の微細片や気泡を取り除くための平板状のフィルターが配置されている。このフィルターとして、薄板にパンチ加工によって複数の貫通孔を設けたものが提案されている（特許文献１等参照）。特許文献１では、下受けダイとパンチとの間に軟質部材を設け、打ち抜き片を軟質部材の内部に押し込むことにより、パンチを受ける凹部を形成する必要がなくなると共にパンチとの位置あわせが不要となる。

特開２００６−２７２６３１号公報

しかしながら、複数のパンチ部が列設されたパンチの場合、パンチの先端のパンチ部を軟質部材内に押し込むと、特に両端のパンチ部に負荷がかかりやすく、長期間に亘って使用するとパンチ部の湾曲や破断などの破損が生じ易いという問題があった。したがって、このようなパンチを長期間に亘って使用すると、所望の貫通孔を形成することができなくなり、歩留まりが低下してしまうという問題がある。

また、パンチ部は、微細な貫通孔を形成するためには高精度な寸法が要求されるものの、湾曲や破断といった破損によって寿命が短くなり、頻繁な交換が必要になってしまうという問題がある。これらの問題により、フィルターのコストが高くなってしまう。

なお、このような問題はインクジェット式記録ヘッド等の液体噴射ヘッドに搭載されるフィルターに限定されず、他の装置に搭載されるフィルターにおいても同様に存在する。

本発明はこのような事情に鑑み、コストを低減したフィルターの製造方法及び液体噴射ヘッド並びに液体噴射装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の態様は、被打ち込み部材の上に載置された被加工板を、複数のパンチ部が列設されたパンチにより打ち抜き、打ち抜き片を前記被打ち込み部材の内部に押し込んで前記被加工板に複数の貫通孔を形成するフィルターの製造方法であって、
前記被打ち込み部材は、繊維を含む樹脂材からなり、前記繊維は、前記パンチ部の列設方向に配向していることを特徴とするフィルターの製造方法にある。

かかる態様では、被打ち込み部材として、繊維を含む樹脂材からなり且つ当該繊維が配向しているものを用い、被打ち込み部材をパンチ部の列設方向に繊維が配向するようにすることで、打ち込みの際、被打ち込み部材の肉寄せがパンチ部の列設方向とは直交する方向に生じるように制御でき、パンチ部の列設方向への肉寄せを抑制することができる。これにより、パンチ部の湾曲や破断などの破損が抑制され、フィルターの歩留まりが向上すると共にパンチの寿命が長くなり、フィルターを低コストで製造することができる。
また、前記被打ち込み部材は、繊維強化プラスチックからなることが好ましい。

被打ち込み部材が繊維強化プラスチックを用いることにより、容易にパンチ部の列設方向に繊維が配向するようにすることができ、パンチ部の列設方向への肉寄せを抑制できる。また、かかる被打ち込み部材は、軽量で硬度が高く、被加工板の打ち抜き片を押し込むのに好適なものであり、フィルターの生産効率を向上させることができる。

本発明の他の態様は、上記の製造方法により製造したフィルターを具備することを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる態様では、液体の吐出不良を防止して、信頼性を向上した液体噴射ヘッドを低コストで実現できる。

さらに本発明の他の態様は、このような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。
かかる態様では、液体の吐出不良を防止して、信頼性を向上した液体噴射装置を低コストで実現できる。

本発明の実施形態１に係る記録装置の概略構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの分解斜視図である。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの断面図である。 本発明の実施形態１に係るフィルターの平面図である。 本発明の実施形態１に係るフィルターの製造方法を示す断面図である。 本発明の実施形態１に係るパンチを示す斜視図である。 本発明の実施形態１に係るフィルターの製造方法を示す断面図である。 打ち込みの際の被打ち込み部材を示す断面図である。 本発明の実施形態１に係るフィルターの製造方法を示す断面図である。 本発明の実施形態１に係るパンチ部の他の例を示す断面図である。

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）
ここで本発明のフィルターの製造方法により製造したフィルターを具備する液体噴射装置の一例であるインクジェット式記録装置について説明する。なお、図１は、本発明の液体噴射装置の一例であ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、本実施形態の液体噴射装置であるインクジェット式記録装置１は、例えば、ブラック（Ｂ）、シアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）等の複数の異なる色のインクが貯留される貯留室を有するインクカートリッジ（液体貯留手段）２が装着されたインクジェット式記録ヘッド１０（以下、記録ヘッド）を具備する。記録ヘッド１０はキャリッジ３に搭載されており、記録ヘッド１０が搭載されたキャリッジ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。そして、駆動モーター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、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、図示しない給紙装置等により給紙された紙等の被記録媒体Ｓがプラテン８上を搬送されるようになっている。

次に、本実施形態に係る記録ヘッド１０について説明する。なお、図２は、実施形態１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。

図２及び図３に示すように、インクジェット式記録ヘッド１０を構成するヘッドホルダーの一例であるカートリッジケース１１は、上述したインクカートリッジ（図示なし）が装着されるカートリッジ装着部１２を有する。例えば、本実施形態では、このカートリッジ装着部１２に、ブラックインク及び複数色のカラーインクが充填された各インクカートリッジがそれぞれ装着されるようになっている。また、カートリッジケース１１の底面には、一端が各カートリッジ装着部１２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連通路（第１の液体流路）１３がそれぞれ形成された管状の流路形成部１４が突設されている（図３参照）。

カートリッジケース１１の上面側、すなわち、カートリッジ装着部１２のインク連通路１３の開口部分には、インクカートリッジに挿入される複数のインク供給針１５が、インク内の気泡や異物を除去するためのフィルター１６を介して固定されている。

カートリッジケース１１の下面側には、シール部材１７及び回路基板１８を挟んで、ヘッド部材１９が固定されている。本実施形態に係るヘッド部材１９は、複数の圧電素子を有する圧電素子ユニット２０を収容するための中空箱体状の部材であるヘッドケース２１と、このヘッドケース２１のカートリッジケース１１とは反対側の端面に固定されるヘッド本体２２とで構成されている。ヘッド本体２２は、複数のノズル２３が穿設されたノズルプレート２４と、ノズル２３に連通する圧力発生室２５を含む流路が形成された流路形成基板２６と、流路形成基板２６のノズルプレート２４とは反対面側に配される振動板２７とで構成されている。これらノズルプレート２４及び振動板２７と流路形成基板２６とはそれぞれ接着剤によって接合されている。またヘッドケース２１には、一端側が圧力発生室２５に連通すると共に他端側がカートリッジケース１１のインク連通路１３に連通するインク供給路２８が設けられている。インク連通路１３とインク供給路２８との接続部分は、シール部材１７によって密封されている。

このようにカートリッジケース１１の下面側に、シール部材１７、回路基板１８、ヘッド部材１９を構成するヘッドケース２１及びヘッド本体２２の順で配し、これら各部材の外側にヘッド本体２２のノズル２３を露出する窓部２９を有する枠体３０をはめ込み、ネジ３１によってカートリッジケース１１に固定することで、インクジェット式記録ヘッド１０が形成される。

ここで、フィルター１６について詳細に説明する。なお、図４は、フィルターの平面図である。
図４に示すように、フィルター１６は、ステンレス（ＳＵＳ）等の金属材料からなる平坦な被加工板５１（例えば、厚さ１５μｍ）に多数の微細な貫通孔５２（例えば、内径が１５μｍの穴が１ｃｍ^２に数万穴）を穿設して円形に切断したものであり、フィルター１６の直径は例えば、８〜９ｍｍ程度とされている。貫通孔５２の内径は、ノズル２３よりも小さく設定されている。なお、フィルター１６の貫通孔５２としては、正方形や六角形の穴とすることも可能であり、この場合、対角線の長さがノズル２３よりも小さく設定されていればよい。異物がフィルター１６を通過してもノズル２３から排出されるからである。また、本実施形態では、貫通孔５２は、隣接する貫通孔５２のピッチが、例えば、４μｍ程度に設定されている。

また、平坦な被加工板５１には格子状に延びる凹凸線５３が形成され、カール力（多数の微細な貫通孔５２が穿設されたことに基づく曲がり方向の残留応力）が除去されて平坦状態が維持されている。凹凸線５３を設けたことにより、極薄のフィルター１６であってもカールが除去されて平坦状態が維持され、取り扱いが容易になって組み立て時の生産性を向上させることが可能になる。凹凸線５３は、山の高さが、例えば、２０μｍ〜５０μｍ程度に設定され、隣接する凹凸線５３同士のピッチが、例えば、６０μｍ程度に設定されている。

ここで、本実施形態のフィルター１６の製造方法について図５〜８を用いて説明する。
まず、図５に示す金型装置５４に被加工板５１を載置する。
ここで、金型装置５４について説明する。図５に示すように、金型装置５４は、平盤状の基台５５、平盤状の被打ち込み部材５８を有しており、パンチ５７が基台５５の上部にストリッパー５６を介して設けられている。

このパンチ５７は、図６に示すように、矩形体状の本体の端面に複数本（本実施形態では５本）の角型のパンチ部５７ａが列設されている。複数のパンチ部５７ａが列設されたパンチ５７を使用することにより、一度の打ち抜きで一列に並んだ複数（本実施形態では５個）の貫通孔を形成することができる。パンチ５７のパンチ部５７ａの一辺は、例えば、１３μｍに形成されている。このパンチ部５７ａで被加工板５１を打ち抜くことにより、被加工板５１（フィルター１６）の貫通孔の対角線の長さが約１５μｍとなるようになっている。なお、パンチ５７のパンチ部５７ａの形状は円形であってもよい。

また、被打ち込み部材５８は、繊維を含む樹脂材からなり且つ繊維が所定の方向に配向したものであり、繊維の配向がパンチ部５７ａの列設方向となるように基台５５上に配置されている。被打ち込み部材５８は、被加工板５１をパンチ部５７ａで打ち抜いた際に、パンチ部５７ａの先端と打ち抜き片とが内部に押し込まれるものである。

かかる被打ち込み部材５８は、強化材となる繊維と、プラスチックとを複合化させた繊維強化プラスチックからなるのが好ましい。軽量で硬度が高く、被加工板５１の打ち抜き片を押し込むのに好適なものであるためである。繊維としては、ガラス繊維、炭素繊維、樹脂繊維、金属繊維、植物繊維、鉱物繊維などが挙げられ、繊維強化プラスチックのマトリックスとしては、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、フェノール樹脂等の熱可塑性樹脂、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＯＭ（ポリアセタール）、ＡＢＳ（ＡＢＳ樹脂）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、メチルアクリレート等の熱可塑性樹脂が挙げられる。本実施形態では、ガラス繊維を含有する繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）を用いた。なお、繊維強化プラスチックは、カップリング剤や、充填材などを含んでいてもよい。

また、被打ち込み部材５８の厚さは、少なくとも被加工板５１の厚さの２倍以上であることが好ましい。例えば、本実施形態では、被加工板５１の厚さが１５μｍであるのに対し、被打ち込み部材５８の厚さを０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ程度としている。被打ち込み部材５８をこのような厚さとすることで、被打ち込み部材５８の内部に打ち抜き片を確実に留めることができると共に、被加工板５１は完全に貫通させることができるので、貫通不良などによる貫通孔５２の周縁部のバリ発生を抑制できる。

なお、被打ち込み部材５８の硬さは、被加工板５１の厚さや貫通孔５２の大きさ、ピッチ等により適宜調整する。硬さの調整は、繊維の種類、配合割合、樹脂の種類を選択することにより行う。

次に、このような金型装置５４のパンチ５７のパンチ部５７ａを、被加工板５１に貫通させて貫通孔５２を形成する。このとき、図７（ａ）に示すように、パンチ５７のパンチ部５７ａの先端は、被加工板５１を貫通して、被打ち込み部材５８に挿入される。これにより、打ち抜き片６２が被打ち込み部材５８の内部に押し込まれる。

そして、ストリッパー５６を上昇させ打ち抜き片６２が被打ち込み部材５８内に留まった状態で、図７（ｂ）に示すように、被打ち込み部材５８と共に被加工板５１を１ピッチ分移動させて、再び被加工板５１にパンチ５７のパンチ部５７ａを貫通させて貫通孔５２を形成する。この動作を繰り返すことで、多数の貫通孔５２を被加工板５１に形成する。

パンチ５７のパンチ部５７ａを被打ち込み部材５８内に打ち込むと、パンチ部５７ａの打ち込みによる変形で被打ち込み部材５８に肉寄せが発生するが、本発明では、図８に示すように、被打ち込み部材５８をパンチ部５７ａの列設方向に繊維が配向するように配置していることにより、主にパンチ部５７ａの列設方向とは直交する方向（図８の矢印方向）に肉寄せが生じる。これは、被打ち込み部材５８の繊維は、繊維の配向方向に広がり難いが、繊維の配向方向とは直交する方向には広がり易く、打ち込みによって排除される部分（図８のパンチ部５７ａの部分）の肉が、繊維の配向方向よりも、繊維の配向方向とは直交する方向（図８の矢印方向）に移動しやすいためである。したがって、パンチ部５７ａの列設方向の負荷が低減される。特に、複数のパンチ部５７ａが列設されたパンチ５７を用いた場合、列設方向の端部のパンチ部５７ａに大きな応力がかかるが、本発明では、上述したように、主にパンチ部５７ａの列設方向とは直交する方向に肉寄せが生じて、パンチ部５７ａの横方向への押圧力が抑制される。したがって、列設方向の端部のパンチ部５７ａに応力が集中することがなく、各パンチ部５７ａに生じる負荷は均一となり、パンチ部５７ａの湾曲や破断などの破損が抑制され、フィルターの歩留まりが向上すると共にパンチ５７の寿命が長くなり、フィルターを低コストで製造することができる。

上述した被打ち込み部材５８を用いることで、基台５５側にパンチ５７のパンチ部５７ａを受けるための凹部を設けることなく、貫通孔５２を打ち抜くことが可能になる。また、パンチ５７のパンチ部５７ａと凹部との位置合わせが不要になり、被加工板５１に貫通孔を容易に形成することができる。

また、基台５５及び被打ち込み部材５８として、表面は凹凸がなく平坦のものを用いることにより、被打ち込み部材５８に多数の被加工板５１の打ち抜き片６２を押し込む際に、押し込み量を均一にすることができ、多数の打ち抜き片６２を確実に被打ち込み部材５８の内部に留めることができる。

また、被打ち込み部材５８と共に被加工板５１を１ピッチ分移動させてパンチ５７による打ち込みが繰り返されるため、かえりが発生してもストリッパー５６の端面につぶされる等の横かえりが発生する虞が全くない。ちなみに、下側にパンチ５７のパンチ部５７ａが挿入される凹部を備えたダイを使用した場合、被加工板５１を移動させると、凹部以外のダイの上面とストリッパー５６の端面との間でかえりが潰されて貫通孔５２が変形する虞がある。上述した金型装置５４を用いることで、貫通孔５２が変形する虞が生じない。

なお、フィルター１６は、一枚の被加工板５１に複数個一体的に形成された後、１枚のフィルター１６のサイズに打ち抜く（切り抜く）ことで形成する。具体的には、図９に示すように、貫通孔５２が多数形成された被加工板５１は小判抜き型６５により抜かれてフィルター１６の形状に打ち抜かれる。小判抜き型６５の上型６５ａと下型６５ｂの対向面にはそれぞれ凹凸線５３を形成するための凹凸部６６が設けられ、フィルター１６の形状に打ち抜かれると同時に、表面に凹凸線５３が形成される。なお、フィルター１６の周囲に溶着代を残した状態で凹凸線５３を形成するようにしてもよい。凹凸部６６が設けられた小判抜き型６５を用いることにより小判抜き時に加圧矯正によるカール取りが同時に行える。

なお、パンチは、上述したパンチ５７に限定されるものではない。図１０にパンチ部の他の例を示す。例えば、図１０（ａ）に示すように、パンチ５７Ｂは、断面視においてパンチ部５７ｂの先端が凹となって端部が鋭角となっていてもよい。このとき、パンチ部５７ｂの端部が、被打ち込み部材５８の繊維の配向方向とは直交するようにしてパンチ５７Ｂを用いるのが好ましい。また、図１０（ｂ）に示すように、パンチ５７Ｃは、断面視においてパンチ部５７ｃの先端部の幅が漸小する片刃状となっていてもよい。このとき、パンチ部５７ｃの片刃部分が、被打ち込み部材５８の繊維の配向方向とは直交するようにしてパンチ５７Ｃを用いるのが好ましい。また、図１０（ｃ）に示すように、パンチ５７Ｄは、断面視においてパンチ部５７ｄの先端部の幅が中央部に向かって漸小するようになっていてもよい。このとき、パンチ部５７ｄの先端部が、被打ち込み部材５８の繊維の配向方向とは直交するようにしてパンチ５７Ｄを用いるのが好ましい。このようなパンチを用いることにより、被打ち込み部材５８の繊維を切断しやすく、繊維を含む樹脂材からなる被打ち込み部材５８に、より打ち込みやすくなり、パンチ部への負荷を低減させることができる。

また、パンチは、一列を構成するパンチ部が５本未満であっても５本より多くてもよく、パンチ部が２列以上あってもよい。ただし、パンチ部が２列以上ある場合は、パンチ部の列数が一列を構成するパンチ部の数よりも少ないものが好適である。これは、パンチ部の列数が一列を構成するパンチ部の数よりも多いと、並列方向（ここでいう一列とは直交する方向）の肉寄せが問題となるからである。

（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態について説明したが、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、カートリッジケース１１とインク供給針１５との間に設けられたフィルター１６について説明したが、本発明のフィルターは、インクジェット式記録ヘッド１０に代表される液体噴射ヘッドに用いられたフィルターであれば、その設置場所等については特に限定されるものではない。もちろん、フィルター１６は、インクジェット式記録ヘッド１０以外に、インクジェット式記録装置１に代表される液体噴射装置に搭載されるものであってもよい。液体噴射装置に搭載されるフィルターとしては、例えば、インク等の液体を貯留する貯留タンクなどの貯留手段が、キャリッジ３に搭載されず、装置本体４に固定されるものにおいて、貯留手段とインクジェット式記録ヘッド１０との間に設けられたフィルターなどであってもよい。

もちろん、上述したインクジェット式記録装置１では、インクジェット式記録ヘッド１０がキャリッジ３に搭載されて主走査方向に移動するものを例示したが、特にこれに限定されず、例えば、インクジェット式記録ヘッド１０が固定されて、紙等の記録シートＳを副走査方向に移動させるだけで印刷を行う、所謂ライン式記録装置にも本発明を適用することができる。

また、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、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インクジェット式記録ヘッド等の記録ヘッド、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にも適用することができる。

また、本発明は、インクジェット式記録ヘッドに代表される液体噴射ヘッドに搭載されるフィルターの製造方法に限られず、他の装置に搭載されるフィルターの製造方法にも適用することができる。

１ インクジェット式記録装置、 １６ フィルター、 １７ シール部材、 １８ 回路基板、 １９ ヘッド部材、 ２０ 圧電素子ユニット、 ２１ ヘッドケース、 ２２ ヘッド本体、 ２３ ノズル、 ２４ ノズルプレート、 ２５ 圧力発生室、 ２６ 流路形成基板、 ２７ 振動板、 ２８ インク供給路、 ２９ 窓部、 ３０ 枠体、 ３１ ネジ、 ５１ 被加工板、 ５２ 貫通孔、 ５３ 凹凸線、 ５４ 金型装置、 ５５ 基台、 ５６ ストリッパー、 ５７ パンチ、 ５８ 被打ち込み部材、 ６２ 打ち抜き片、 ６５ 小判抜き型、 ６６ 凹凸部

Claims (4)

1. 被打ち込み部材の上に載置された被加工板を、複数のパンチ部が列設されたパンチにより打ち抜き、打ち抜き片を前記被打ち込み部材の内部に押し込んで前記被加工板に複数の貫通孔を形成するフィルターの製造方法であって、
   前記被打ち込み部材は、繊維を含む樹脂材からなり、
   前記繊維は、前記パンチ部の列設方向に配向していることを特徴とするフィルターの製造方法。
2. 前記被打ち込み部材は、繊維強化プラスチックからなることを特徴とする請求項１に記載のフィルターの製造方法。
3. 請求項１又は２に記載の製造方法によって製造されたフィルターを具備することを特徴とする液体噴射ヘッド。
4. 請求項３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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