JP3820744B2 - インクジェット式記録装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット式記録ヘッドに用いられ、インク内の異物及び気泡等を除去するためのフィルタを具備するインクジェット式記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、インクジェット式記録ヘッドでは、インクが充填されたインクカートリッジから、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インクが供給され、供給されたインクは圧電振動子等を駆動させることによりノズルから吐出される。
【０００３】
このようなインクジェット式記録ヘッドは、インクカートリッジのインク内に存在する異物、あるいはインクカートリッジを着脱する際に、例えば、インク供給針への付着等によってインク内に混入した異物が供給されると、吐出不良を起こすという問題がある。また、インク内に存在する気泡によっても、同様に、吐出不良を起こすという問題がある。そのため、通常、インク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の流路には、複数の微細な孔を有し、インク内の異物及び気泡を除去するためのフィルタが装着されている。
【０００４】
このフィルタとしては、従来から、繊維を織って織り目をフィルタ孔としたフィルタが用いられ、このフィルタをインクが通過する際に異物及び気泡が除去される。しかし、このタイプのフィルタでは、除去しようとする異物より、かなり小さい目のフィルタ孔としなければならない。したがって、全体の開口率が小さくなるので、インクの流れによる圧力損失が大きくなり、吐出特性が低下するという問題がある。
【０００５】
この問題を解決するために、フィルタ自体の面積を増大する、あるいはインクの流れる孔径を増大して、全体の流路面積を拡大することにより圧力損失を低下させる方法が考えられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前者の場合、ヘッド自体の寸法が大きくなってしまい、ひいては記録装置の長大化を招いてしまうという問題がある。また、後者の場合、異物及び気泡がフィルタを通過してしまい、十分に除去できないという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、このような事情に鑑み、インクが流れる孔径を十分に小さく保ちながら、且つ全体の開口率を向上させたフィルタを具備するインクジェット式記録装置を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、インク滴を吐出する複数のノズルを有するインクジェット式記録ヘッドと、このインクジェット式記録ヘッドにインクを供給するインク供給手段と有し、これらの間の流路にフィルタを具備するインクジェット式記録装置において、前記フィルタは、フィルタ本体の厚さ方向に垂直なすべての水平面において、前記ノズル径よりも小さい内径を有する複数のフィルタ孔を有し、 前記フィルタ本体の前記流路内の有効面積に対する前記フィルタ孔の開口面積の合計の割合である開口率が３０％以上であり、
前記フィルタ本体の厚さが前記フィルタ孔の内径より大きいことを特徴とするインクジェット式記録装置にある。
【０００９】
かかる第１の態様では、フィルタにより圧力損失を最小限に抑え、インク内の異物及び気泡が確実に除去され、常にインクを良好な状態で吐出することのできるインクジェット式記録装置が実現される。
【００１２】
本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記フィルタ孔は、隣接する三つのフィルタ孔が正三角形形状に並ぶように並設されていることを特徴とするインクジェット式記録装置にある。
【００１３】
かかる第２の態様では、フィルタの剛性の低下を抑えて、フィルタ孔を高密度に並設することができ、フィルタの開口率が向上される。
【００１４】
本発明の第３の態様は、第１又は２の態様において、前記フィルタ本体は、前記流路内に配置されて前記フィルタ孔が形成されたフィルタ部が、前記流路内の前記フィルタ本体の厚さ方向下流側に突出するように固定されていることを特徴とするインクジェット式記録装置にある。
【００１５】
かかる第３の態様では、流路内に配置されたフィルタ部の面積を大きくでき、フィルタの開口率が向上される。
【００１６】
本発明の第４の態様は、第１〜３の何れかの態様において、前記フィルタ孔を有する前記フィルタ本体が、エレクトロフォーミングにより形成されたものであることを特徴とするインクジェット式記録装置にある。
【００１７】
かかる第４の態様では、所望の形状のフィルタ孔を容易に形成することができる。
【００１８】
本発明の第５の態様は、第１〜４の何れかの態様において、前記フィルタ孔が、丸形、六角形又は八角形であることを特徴とするインクジェット式記録装置にある。
【００１９】
かかる第５の態様では、複数のフィルタ孔が効率的に並設され、フィルタの開口率が向上される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明の一実施形態に係るインクジェット式記録装置に用いられるフィルタの平面図であり、図２は、フィルタ部の形状を示す図である。
【００２２】
本実施形態のフィルタ１は、図示するように、中央部のインクの流路に対応する領域に、インクが通過する複数のフィルタ孔２が設けられたフィルタ部３を有し、また、フィルタ部３の外側のフィルタ周縁には、フィルタ１を固定するための複数の固定孔４を有する。
【００２３】
このようなフィルタ１に設けられているフィルタ孔２は、本実施形態では、丸形で、開口面積がフィルタ１の厚さ方向の上流側から下流側に向かって徐々に大きくなるテーパ形状を有する。すなわち、上流側の内径ｄ１は下流側の内径ｄ２よりも小さくなるように形成されている。また、フィルタ孔２の内径は、インクジェット式記録ヘッドのインクを吐出するノズルの径よりも小さく、例えば、本実施形態では、ノズル径が約２０〜３０μｍであるのに対し、フィルタ孔の内径は約１／２の１０〜１５μｍに形成されている。
【００２４】
これら複数のフィルタ孔２は、隣接する三つのフィルタ孔２が正三角形形状に並ぶように、フィルタ２の並設方向がそれぞれ互いに略６０°の角度となるように設けられ、また、それぞれのフィルタ孔２が、例えば、本実施形態では、約２０〜２５μｍの間隔で並設されている。さらに、フィルタ孔２全体のパターンとしては、略六角形形状になるようにフィルタ孔２が並設されている。
【００２５】
また、フィルタ１の厚さは、フィルタ孔２の直径よりも厚く形成されることが好ましく、例えば、本実施形態では、フィルタ孔２の直径の約２倍の約２０〜３０μｍで形成されている。これにより、フィルタ１は、十分な剛性を保持することができる。
【００２６】
上述のように、フィルタ部３にノズル径よりも小さな内径を有するフィルタ孔２を高密度で設けることにより、本実施形態では、フィルタ１のインク流路内の有効面積に対するフィルタ孔２の開口面積の合計の割合である開口率が３０％以上になっている。
【００２７】
このように、フィルタ１の開口率を向上させるためには、以下に説明するように、フィルタ１をエレクトロフォーミング（電鋳）で形成することが必要である。そのため、フィルタ１の材質としては、ニッケルを用いるのが好ましい。
【００２８】
ここで、本実施形態のフィルタ１の製造工程について説明する。
【００２９】
まず、図３（ａ）に示すように、例えば、ステンレス鋼等からなる基板１０上にレジスト膜１１を形成する。このレジスト膜１１の厚さは、少なくとも製造するフィルタ１の厚さよりも厚く形成することが好ましい。これは、以下の工程に示すように、所望の形状のフィルタ１を容易に形成するためのものである。
【００３０】
次いで、図３（ｂ）に示すように、レジスト膜１１をフィルタ１の形状に合わせてパターニングする。すなわち、フィルタ孔２及び固定孔４に対応する部分のレジスト膜２０を残して、他の部分のレジスト膜１１を除去する。
【００３１】
次いで、図３（ｃ）に示すように、レジスト膜１１が除去され基板１０上に、フィルタ１となる、例えば、ニッケル等の金属層１２を所定の厚さまでメッキする。このとき、レジスト膜１１は、上述のように、フィルタ１よりも厚く形成されているため、金属層１２をレジスト膜１１の厚さ以上に形成することがない。したがって、フィルタ孔２等は、容易に所望の形状に形成される。
【００３２】
その後、図３（ｄ）に示すように、全てのレジスト膜１１を除去して、基板１０から取り外すことにより、所望の形状のフィルタ孔２及び固定孔４を有するフィルタ１が形成される。
【００３３】
このように、レジスト膜１１を製造するフィルタ１の厚さよりも厚く形成して、エレクトロフォーミングによりフィルタ１を形成すれば、所望の形状のフィルタ１を容易に形成することができる。しかし、エレクトロフォーミングを用いても、従来のように、レジスト膜１１の厚さを製造するフィルタ１の厚さと同一あるいは薄く形成する方法では、図４に示すように、レジスト膜１１の上部にまで金属層１２がメッキされてしまい、所望の形状のフィルタ１を形成するのが困難である。したがって、本実施形態のフィルタ１を形成するためには、上述の製造方法を用いることが最も好ましい。
【００３４】
このように形成されたフィルタは、図５の断面図に示すような記録ユニット２０に組み込まれる。この記録ユニット２０は、記録ユニット２０を構成するフレーム２１と、インクカートリッジ２２のインク供給孔２２ａに挿入されるインク供給針２３と、インクジェット式記録ヘッド３０とインク供給針２３とを連通する流路２４ａを有するヘッドケース２４とを有する。
【００３５】
ここで、このような記録ユニットに用いられるインクジェット式記録ヘッドの一例を示す。図６は、インクジェット式記録ヘッドの一例を示す断面図である。
【００３６】
このようなインクジェット式記録ヘッドでは、例えば、図６に示すように、圧力発生室３１が形成された流路形成基板３２の一方面には、弾性膜３３が形成されている。この弾性膜３３上には、下電極膜３４、圧電体膜３５及び上電極膜３６が積層及びパターニングされ、各圧力発生室３１毎に圧電体能動部３００を構成している。この圧電体能動部３００上には、電気絶縁性を備えた絶縁体層３７が形成され、さらに、絶縁体層３７の各圧電体能動部３００に対応する部分には、リード電極３８と接続するために上電極膜３６の一部を露出させるコンタクトホール３７ａが形成されている。このコンタクトホール３７ａを介して、各上電極膜３６に一端が接続し、また他端が接続端子部に延びるリード電極３８が形成されている。
【００３７】
一方、流路形成基板３２の他方面側には、ノズル４１ａが穿設されたノズル形成基板４１が設けられ、このノズル４１ａと圧力発生室３１とを連通するノズル連通孔４２が封止板４３、共通インク室形成基板４４、薄肉板４５、及びインク室側板４６を貫通するように配されている。
【００３８】
また、封止板４３、共通インク室形成基板４４及び薄肉板４５により、共通インク室４７が形成されている。この共通インク室４７と各圧力発生室３１とは封止板４３に形成されたインク供給連通孔４８を介して連通されており、また、封止板４３には、外部からインク供給を受けるインク導入口４９が形成されている。また、この共通インク室４７に対向する部分のインク室側板４６に開口４６ａが形成されている。この開口４６ａ部分の薄肉壁４５により、インクを吐出する際に発生するノズル４１ａと反対側に向かう圧力が吸収され、他の圧力発生室３１に、共通インク室４７を経由して不要な正又は負の圧力が加わるのを防止している。
【００３９】
このようなインクジェット式記録ヘッドでは、インク導入口４９から共通インク室４７にインクが供給され、インク供給連通孔４８を介して各圧力発生室３１に分配される。そして、ノズル４１ａに至るまで内部をインクで満たした後、図示しない外部の駆動回路からの記録信号に従い、リード電極３８を介して下電極膜３４と上電極膜３６との間に電圧を印加し、弾性膜３３、下電極膜３４及び圧電体膜３５を撓み変形させることにより、圧力発生室３１内の圧力が高まりノズル４１ａからインクを吐出する。
【００４０】
また、このようなインクジェット式記録ヘッドにインクを供給する流路２４ａを有するヘッドケース２４とインクカートリッジ２２に挿入されるインク供給針２３との間に、フィルタ１は、後述するように、熱溶着により固定される（図５参照）。
【００４１】
図７は、フィルタ１の固定部分を模式的に示した図である。
【００４２】
フィルタ１は、ヘッドケース２４とインク供給針２３との間に、フィルタ部３が流路内に位置するように固定される。すなわち、図７（ａ）に示すように、フィルタ１は、ヘッドケース２４の流路２４ａの周縁部に設けられたリブ２４ｂと、フィルタ１の固定孔４とが対向するように配置される。このとき、フィルタ孔２を有するフィルタ部３は、流路２４ａに対向する領域に位置することになる。そして、インク供給針６は、上部から図示しないヒートツールにより加熱及び加圧しながらヘッドケース２４に嵌合される。これにより、図７（ｂ）に示すように、リブ２４ｂが溶融され、フィルタ１は、ヘッドケース５とインク供給針６との間に熱溶着される。また、溶融されたリブ２４ｂが固定孔４に流れ込むことにより、フィルタ１は面方向にズレることがない。
【００４３】
また、フィルタ１を固定する際、本実施形態では、フィルタ孔２を有するフィルタ部３を流路２４ａ内で下流側に突出するようにした。これにより、流路２４ａ内のフィルタ部３の有効面積を増加させ、流路２５ａ内のフィルタ部３の開口率増加を図っている。
【００４４】
このように、本発明に係るフィルタをインクの流路に設けることにより、インク内に存在する異物及び気泡等を確実に除去することができる。また、フィルタの開口率が向上され、インクの圧力損失を抑えることができるので、インクの吐出特性を良好な状態に保持することができる。
【００４５】
なお、本実施形態では、外形が略円形のフィルタについて説明したが、これに限定されず、例えば、図８に示すように、ヘッドケース２４とインク供給針２３とにより水平方向に延びる水平流路２４ｃが形成されている場合には、フィルタ１Ａを、水平流路２４ｃを覆う大きさの長円形状に形成し、上述と同様に、ヘッドケース２４とインク供給針２３との間に固定するようにしてもよい。この場合には、フィルタ１Ａに、少なくとも水平流路２４ｃを長手方向に覆う領域に複数のフィルタ孔２を有するフィルタ部３Ａを設けることが好ましい。これにより、さらにフィルタ部３の有効面積を増加することができ、インクの圧力損失を抑えることができる
また、本実施形態では、フィルタ孔を断面が丸形で、下流側が大きくなるテーパ形状に形成するようにしたが、これに限定されず、例えば、図９に示すように、フィルタ孔２Ａを六角形形状に形成するようにしてよいし、あるいは八角形形状等の多角形状に形成するようにしてもよい。また、厚さ方向の形状は、ストレート形状に形成するようにしてもよい。何れにしても、複数のフィルタ孔を高密度に併設することができるため、上述のように、インクの吐出特性を良好な状態に保持することができる。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、インクの流路でのフィルタの開口率を向上することができるので、インクの圧力損失の増大が抑えられ、また、インク内の異物及び気泡も確実に除去されるため、インクの吐出特性を向上することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るインクジェット式記録装置に用いられるフィルタの平面図である。
【図２】図１のフィルタ部の平面図及び断面図である。
【図３】本発明に係るフィルタの製造工程を示す図である。
【図４】従来のフィルタの製造工程を示す図である。
【図５】本発明に係るフィルタを有する記録ユニットの断面図である。
【図６】インクジェット式記録ヘッドの一例を示す断面図である。
【図７】本発明に係るフィルタの固定部分を示す断面図である。
【図８】本発明に係るフィルタの変形例を示す平面図である。
【図９】本発明に係るフィルタの変形例を示す平面図である。
【符号の説明】
１ フィルタ
２ フィルタ孔
３ フィルタ部
４ 固定孔

Claims (5)

1. インク滴を吐出する複数のノズルを有するインクジェット式記録ヘッドと、このインクジェット式記録ヘッドにインクを供給するインク供給手段と有し、これらの間の流路にフィルタを具備するインクジェット式記録装置において、
   前記フィルタは、フィルタ本体の厚さ方向に垂直なすべての水平面において、前記ノズル径よりも小さい内径を有する複数のフィルタ孔を有し、
   前記フィルタ本体の前記流路内の有効面積に対する前記フィルタ孔の開口面積の合計の割合である開口率が３０％以上であり、
   前記フィルタ本体の厚さが前記フィルタ孔の内径より大きいことを特徴とするインクジェット式記録装置。
2. 請求項１のインクジェット式記録装置において、前記フィルタ孔は、隣接する三つのフィルタ孔が正三角形形状に並ぶように並設されていることを特徴とするインクジェット式記録装置。
3. 請求項１または請求項２のインクジェット式記録装置において、前記フィルタ本体は、前記流路内に配置されて前記フィルタ孔が形成されたフィルタ部が、前記流路内の前記フィルタ本体の厚さ方向下流側に突出するように固定されていることを特徴とするインクジェット式記録装置。
4. 請求項１〜３の何れかのインクジェット式記録装置において、前記フィルタ孔を有する前記フィルタ本体が、エレクトロフォーミングにより形成されたものであることを特徴とするインクジェット式記録装置。
5. 請求項１〜４の何れかのインクジェット式記録装置において、前記フィルタ孔が、丸形、六角形又は八角形であることを特徴とするインクジェット式記録装置。

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