JP4852861B2

JP4852861B2 - 液体噴射ヘッドの製造方法

Info

Publication number: JP4852861B2
Application number: JP2005096909A
Authority: JP
Inventors: 功一斉藤; 成光斎藤; 信一礪波; 永光高島; 良治上杉
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2005-03-30
Filing date: 2005-03-30
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2025-03-30
Also published as: JP2006272806A

Description

本発明は、液体噴射ヘッド用フィルタである極薄板に貫通穴である微細穴が穿孔された液体噴射ヘッド用フィルタに関する。

また、本発明は液体噴射ヘッド用フィルタである極薄板に貫通穴である微細穴が穿孔された液体噴射ヘッド用フィルタを具備する液体噴射ヘッドを備えた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。

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が配置されている。このフィルタは、通常、綾たたみフィルタや不織布フィルタ等が採用されている（特許文献１等参照）。

しかし、綾たたみフィルタは、開口率が低く圧力損失（流路抵抗）が大きくなるため、フィルタの面積を大きくすることが行われているが、このようにすると、フィルタ寸法が大きくなりインク噴射ヘッドの小型化が行い難くなっている。また、フィルタ内部の流路の形状が複雑に入り込んでいるため、圧力損失がフィルタ毎にばらつき、このばらつきの範囲を許容範囲内に収めることが困難となり、異物のトラップ能力が不安定になる。更に、フィルタ端縁部がほつれるために、フィルタの組み付け工程等において部品の損傷が発生しやすく、取り扱いが行いにくいものとなっている。また、原価的にも不利である。不織布フィルタは、繊維の細片がフィルタからインクと共に流下する虞があり、信頼性の面において難があった。

特開平１１−１０９０４号公報

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、圧力損失をできるだけ少なくしてインクの流量を充分に確保し、安定した異物のトラップ機能を果たすことができ、しかも、取り扱いが容易な液体噴射ヘッド用フィルタを提供することを目的とする。

また、本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、圧力損失をできるだけ少なくしてインクの流量を充分に確保し、安定した異物のトラップ機能を果たすことができ、しかも、取り扱いが容易な液体噴射ヘッド用フィルタを具備する液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の第１の態様は、圧力発生室とノズル開口を有する液体噴射ヘッドにおいて液体貯留源から圧力発生室に供給される液体中の異物を捕捉するフィルタに複数の貫通穴が形成されると共に、格子状に延びる凹凸線がフィルタ表面に形成されていることを特徴とする液体噴射ヘッド用フィルタにある。
本発明の第１の態様では、貫通穴が複数形成されたフィルタとすることで、圧力損失を減らしてインクの流量を十分に確保し、安定した異物のトラップ機能を持たせることが可能になる。また、凹凸線がフィルタ面に形成されているので、カール力（多数の貫通穴が穿孔されたことに基づく曲がり方向の残留応力）が除去されて平面状態が保持されて取り扱いが容易になる。また、ヘッドに取り付けられた状態でもフィルタが平面状態でうねりが無いため、うねりが原因でおこる貫通穴の形状変化が発生せず、異物を確実に除去できる。

本発明の第２の態様は、第１の態様において、貫通穴の大きさは液体噴射ヘッドのノズル開口の大きさ以下であることを特徴とする液体噴射ヘッド用フィルタ。
本発明の第２の態様では、ノズル開口の異物の詰まりを確実に防止することができる。

上記目的を達成するための本発明の第３の態様は、請求項１又は２に記載の液体噴射ヘッド用フィルタを具備する液体噴射ヘッドを備えたことを特徴とする液体噴射装置にある。
本発明の第３の態様では、圧力損失が減らされてインクの流量が十分に確保され、安定した異物のトラップ機能を有し、しかも、平面状態が保持されて取り扱いが容易なフィルタを備えた液体噴射装置とすることが可能になる。

本発明の一実施形態例に係るフィルタを具備した液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置としてのインクジェット式記録装置を図１乃至図３に基づいて説明する。フィルタである穴付き被加工板は、高分子材料の上に載置された被加工板にポンチを貫通させて打ち抜き片を軟質部材の内部に留めることで作製されている。つまり、穴付き被加工板はインク噴射ヘッドの圧力発生室に供給される液体中の異物を捕捉するフィルタとされている。

図１には本発明の一実施形態例にかかる液体噴射ヘッド用フィルタを備えたインクジェット式記録装置の概略構成、図２にはインク噴射ヘッドの主要部の断面、図３にはインク噴射ヘッドの全体を表す断面を示してある。

インクジェット式記録装置（装置本体）１は、インクカートリッジ２が搭載されるキャリッジ３やキャリッジ３に取り付けられた記録ヘッド４等が一体化されたインク噴射ヘッド５を有している。キャリッジ３はタイミングベルト６を介してステッピングモータ７に接続され、ガイドバー８に案内されて記録紙９の紙幅方向（主走査方向）に往復移動するようになっている。キャリッジ３は上部に開放する箱型をなし、記録紙９と対面する面（下面）に記録ヘッド４のノズル面が露呈するよう取り付けられると共に、インクカートリッジ２が収容されるようになっている。

記録ヘッド４にはインクカートリッジ２からインクが供給され、キャリッジ３を移動させながら記録紙９の上面にインク滴を吐出させて記録紙９に画像や文字をドットマトリックスにより印刷するようになっている。図１中の符号で、１０は印刷休止中に記録ヘッド４のノズル開口を封止することによりノズルの乾燥を防止すると共に記録ヘッド４のノズル面に負圧を作用させてクリーニング動作をするキャップであり、１１は記録ヘッド４のノズル面をワイピングするワイパーブレードであり、１２はクリーニング動作で吸引した廃インクを貯留する廃インク貯留部であり、１３は装置本体１の動作を制御する制御装置である。

図２に示すように、インク噴射ヘッド５（図１参照）には制御基板１５が設けられ、制御基板１５を介して制御装置１３（図１参照）からの動作信号を後述する圧電振動子１６に入力する。制御基板１５は流路ユニット１７とは反対側のヘッドケース１８の部位、即ち、ヘッドケース１８の上面に沿った状態で配置されている。

図２に基づいて記録ヘッド４の構造を説明する。
記録ヘッド４には先端部に流路ユニット１７が配置され、流路ユニット１７にはノズル形成面１９ａにノズル開口２０が列設されたノズルプレート１９が設けられている。また、ノズル開口２０に連通し圧電振動子１６によりインクを加圧する圧力発生室２１が設けられ、圧力発生室２１にはインク貯留室２２からインクが供給される。

即ち、流路ユニット１７は、ノズル開口２０が穿設されたノズル形成面１９ａを有するノズルプレート１９と、圧力発生室２１との共通の液体貯留室であるインク貯留室２２並びにこれらを連通させるインク供給路２３とに対応する空間が形成された圧力発生室形成板２４と、圧力発生室２１やインク貯留室２２の開口を封止する封止板、即ち、振動板２５とが積層されている。そして、ノズル形成面１９ａは平坦面とされている。流路ユニット１７は接着剤を用いてヘッドケース１８の先端面１８ａに接合されている。

圧電振動子１６は駆動信号の入力により充電状態で長手方向に収縮し、充電状態から放電する過程で長手方向に伸張する、所謂、縦振動モードの振動子である。圧電振動子１６は、その先端が圧力発生室２１の一部を形成する振動板２５の島部２５ａに固着された状態で他端が基台２６に固定されている。尚、縦振動モードの圧電振動子１６をたわみ振動モードの圧電振動子に変更することも可能である。

ヘッドケース１８にはインク貯留室２２に対応する部分にヘッド流路２７が形成され、ヘッド流路２７を介してインクカートリッジ２（図１参照）のインクがインク貯留室２２に導入される。圧電振動子１６にはフレキシブル回路板２８が接続され、制御基板１５からの駆動信号が入力される。また、装置本体１（図１参照）の全体を動作する制御装置１３（図１参照）からの動作信号を制御基板１５に送るフレキシブル回路板２９は、ターミナル３０を介して制御基板１５に接続されている。

記録ヘッド４では、圧電振動子１６の収縮・伸張を受けて圧力発生室２１が拡張・伸張し、圧力発生室２１の圧力変動によりインクの吸引とインク滴の吐出とが行われる。ノズルプレート１９には２列のノズル列が一対となり、複数対のものが形成されている。ノズル形成面１９ａを保護するヘッドカバー１４が設けられ、ノズル形成面１９ａをワイピングする時に流路ユニット１７の角部にワイパーブレード１１（図１参照）が擦れて滑らかに動作しないことや流路ユニット１７の角部に傷が付くことがヘッドカバー１４により防止されている。

インクカートリッジ（図１参照）から送られてきたインクは、ヘッド流路２７からインク貯留室２２に流入し、その後、圧力発生室２１において圧電振動子１６の動作で加圧され、ノズル開口２０から記録紙９（図１参照）に向かってインク滴の状態で吐出され印刷が進行する。

図３に基づいてインク噴射ヘッド５の全体構成を説明する。
図３に示すように、キャリッジ３（図１参照）に相当するヘッドホルダ４１に記録ヘッド４が結合された状態でインク噴射ヘッド５が構成されている。ヘッドホルダ４１の上部には板状部材４１ａが配置され、板状部材４１ａにはインクカートリッジ２（図１参照）に進入するインク供給針３１が取り付けられている。インク供給針３１の内部通路はフィルタ３２を介して導入流路３３に連通し、導入流路３３は板状部材４１ａの下側に設けた導入管３４により形成されている。

制御基板１５にはヘッドケース１８の上部の環状突起４２が貫通し、ヘッド流路２７と導入流路３３は同軸状に配置されている。ヘッド流路２７と導入流路３３はパッキン部材３５によりシールされた状態で接続され、パッキン部材３５はエラストマー等の弾性材料で構成されている。パッキン部材３５を介してヘッドケース１８をヘッドホルダ４１に取り付けることにより、導入管３４の端面と環状突起４２の端面との間でパッキン部材３５は圧縮された状態となる。このような流路構造により、流体供給源であるインクカートリッジ２にインク供給針３１が相対的に差し込まれると、インクが流路ユニット１７に供給される。

上述した装置本体１に設けられているフィルタ３２が本発明の一実施形態例に係る穴付き被加工板の製造方法により製造される。そして、製造には高分子材料の上に載置された被加工板にポンチを貫通させて打ち抜き片を軟質部材の内部に留めることができる装置が用いられる。

図４に基づいてフィルタ３２を説明する。
図４（ａ）にはフィルタ３２の全体を表す平面視、図４（ｂ）には要部拡大状態を示してある。

図に示すように、フィルタ３２はステンレス製（ＳＵＳ製）の平坦な被加工板（例えば、厚さ１０〜２０μｍ）５１に多数の貫通穴である微細穴５２（例えば、径が１５μｍの穴が１ｃｍ^２に数万穴）を穿孔して円形に切断したものであり、直径は、例えば８〜９ｍｍ程度とされている。微細穴５２の径はノズル開口２０（図２参照）よりも小さく設定されている。尚、フィルタ３２の穴としては、正方形や六角形の穴にすることも可能であり、この場合、対角線の長さがノズル開口２０（図２参照）よりも小さく設定されていればよい。

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（多数の貫通穴である微細穴５２が穿孔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、被加工のフィルタ３２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。また、インク噴射ヘッド５（図１参照）に取り付けられた状態でもフィルタ３２が平面状態でうねりが無いため、うねりが原因でおこる微細穴５２の形状変化が発生せず、インク中の異物を確実に除去できる。

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。

図５乃至図８に基づいてフィルタ３２の製造に用いられる装置を説明する。
図５（ａ）には本発明の一実施形態例に係る装置により打ち抜きを行っている状態の断面、図５（ｂ）には打ち抜き後の被加工板と軟質部材の断面、図５（ｃ）には打ち抜き後の被加工板と軟質部材の平面、図６（ａ）,（ｂ）には打ち抜き工程の動作説明、図７にはカール取り工程の動作説明、図８には凹凸線の形成状況を示してある。

図５に基づいて装置の構成を説明する。
図５（ａ）に示すように、装置５４は、凹凸が形成されていない平盤状の下受けダイ５５の上部にはストリッパ５６を介してポンチとしての丸パンチ５７が設けられ、下受けダイ５５の上面には軟質材としてのＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート：高分子材料）５８が設けられている。丸パンチ５７の先端５７ａの径はフィルタ３２の微細穴５２の径に対応しており、ＰＥＴ５８には丸パンチ５７の先端５７ａが挿入されるようになっている。尚、下受けダイ５５のＰＥＴ５８側の表面が凹凸が無く平坦であるため、ＰＥＴ５８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が均一になるため、多数の打ち抜き片６２を確実にＰＥＴ５８の内部に留めることができる。

尚、軟質材の高分子材料としてはＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＯＭ（ポリアセタール）、ＡＢＳ（ＡＢＳ樹脂）、ＰＰＳ（ポリフェニンサルファイド）等を用いることも可能であり、硬さは、被加工板の厚さや微細穴の大きさ、ピッチ等により種々選択することが可能である。

上述した装置５４においては、ＰＥＴ５８の上に被加工板５１を載置し、被加工板５１に丸パンチ５７の先端５７ａを貫通させて微細穴５２を打ち抜く。この時、被加工板５１を貫通した丸パンチ５７の先端５７ａはＰＥＴ５８に挿入され、打ち抜き片６２はＰＥＴ５８の内部に留まる。つまり、図５（ｂ）,（ｃ）に示すような状態となる。このため、ダイ側に丸パンチ５７の先端５７ａを受けるための凹部を設けることなく微細穴５２を打ち抜くことが可能になる。

ＰＥＴ５８の厚さは少なくとも被加工板５１の厚さの２倍以上であり、０.１ｍｍ〜０.２ｍｍ程度が好ましい。０.１ｍｍ〜０.２ｍｍ程度にすることにより、必要以上に厚さを厚くすることなくＰＥＴ５８の内部に打ち抜き片６２を確実に留めることができると共に、被加工材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微細穴５２の周縁部のバリ発生がない。

従って、打ち抜き片６２をＰＥＴ５８の内部に留めて微細穴５２を穿孔することで丸パンチ５７の先端５７ａを受ける凹部を形成する必要がなくなると共に丸パンチ５７の先端５７ａとの位置合わせが不要になり、微細穴５２が形成された被加工板５１を容易に作製することができる。

図６に基づいて打ち抜き工程の動作を説明する。
図６（ａ）に示すように、ストリッパ５６を下受けダイ５５側に移動させることで丸パンチ５７の先端５７ａが被加工板５１に打ち込まれて丸パンチ５７の先端５７ａ及び打ち抜き片６２がＰＥＴ５８に挿入される。ストリッパ５６を上昇させ打ち抜き片６２がＰＥＴ５８内に留まった状態で、ＰＥＴ５８と共に被加工板５１を１ピッチ分移動させ、図６（ｂ）に示すように、再び丸パンチ５７の先端５７ａを被加工板５１に打ち込む。この動作を繰り返すことで多数の微細穴５２を被加工板５１に形成する。

ＰＥＴ５８と共に被加工板５１を１ピッチ分移動させて丸パンチ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。因みに、下側に丸パンチ５７の先端５７ａが挿入される凹部を備えたダイを用いた場合、被加工板を移動させると、凹部以外のダイの上面とストリッパ５６の端面との間でかえりが潰され微細穴５２が変形する虞がある。上述した装置５４を用いることで、微細穴５２が変形する虞は生じない。

ＰＥＴ５８を用いた場合、４μｍ〜５μｍ程度のかえりが確認され、丸パンチ５７の破損がほとんど生じないことが確認された。また、ＰＥＴ５８よりも硬いＰＣを用いた場合、２μｍ〜３μｍ程度のかえりが確認された。このため、ＰＥＴ５８を用いることでかえりを抑えて丸パンチ５７の破損を最小限に抑えることができることが判る。また、硬い軟質材を用いることでかえりを小さくすることができる。

図７に基づいてカール取り工程の動作を説明する。
微細穴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３２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（図４参照）を形成するための凹凸部６６が設けられ、フィルタ３２の形状に打ち抜かれると同時にフィルタ３２の表面に凹凸線５３（図４参照）が形成される。

図８（ａ）に示すように、フィルタ３２の全面に凹凸線５３を形成することができる。また、図８（ｂ）に示すように、フィルタ３２の周囲に溶着代６７を残した状態で凹凸線５３を形成することができる。

凹凸部６６（図７参照）が設けられた小判抜き型６５（図７参照）を用いることにより小判抜き時に加圧矯正が同時に行える。

従って、上述したフィルタ３２は、圧力損失をできるだけ少なくしてインクの流量を充分に確保し、安定した異物のトラップ機能を果たすことができ、しかも、取り扱いが容易になる。このため、圧力発生室２１とノズル開口２０を有するインク噴射ヘッド５の圧力発生室２１に供給されるインク中の異物を捕捉するインク噴射ヘッド用のフィルタ３２として用いることができる。

図９、図１０に基づいてポンチの他の形態例を説明する。
図９（ａ）に示したポンチ７１は、立方体状の本体７２の端面に複数本（図示例では１６本）の角型の先端部７３が設けられている（剣山型）。先端部７３の一辺は、例えば、１３μｍに形成され、図９（ｂ）に示すように、被加工板５１の微細穴７４の対角線の長さが約１５μｍにされている。尚、先端部７３の形状は円形であってもよい。

図９に示したポンチ７１を用いることにより、一度の打ち抜きで複数（図示例では１６個）の微細穴７４を形成することができる。

図１０（ａ）に示したポンチ８１は、矩形体状の本体８２の端面に複数本（図示例では５本）の角型の先端部８３が設けられている（櫛刃型）。先端部８３の一辺は、図９に示したものと同様に、例えば、１３μｍに形成され、図１０（ｂ）に示すように、被加工板５１の微細穴８４の対角線の長さが約１５μｍにされている。尚、先端部８３の形状は円形であってもよい。

図１０に示したポンチ８１を用いることにより、一度の打ち抜きで一列に並んだ複数（図示例では５個）の微細穴８４を形成することができる。

従って、図９、図１０に示したポンチ７１、８１を用いることにより、一度の打ち抜きで複数の微細穴を形成することができ、打ち抜き装置の速度を上げることなく生産効率を向上させることが可能になる。

インクジェット式記録装置の概略構成図である。インク噴射ヘッドの主要部の断面図である。インク噴射ヘッドの全体を表す断面図である。フィルタの説明図である。打ち抜き状態説明図である。打ち抜き工程の動作説明図である。カール取り工程の動作説明図である。凹凸線の形成状況説明図である。他の実施形態例に係るポンチの説明図である。他の実施形態例に係るポンチの説明図である。

符号の説明

１インクジェット式記録装置、４記録ヘッド、５インク噴射ヘッド、１６圧電振動子、１７流路ユニット、１９ノズルプレート、２０ノズル開口、２１圧力発生室、２３インク供給路、２５振動板、３１インク供給針、３２フィルタ、５１被加工板、５２微細穴、５３凹凸線、５４装置、５５下受けダイ、５６ストリッパ、５７丸パンチ、５８ＰＥＴ、６１被加工金属板、６２打ち抜き片、小判抜き型、６６凹凸部

Claims

高分子材料からなる軟質材上に設けられた被加工板にパンチを打ち込み、打ち抜き片を前記軟質材の内部に留まらせて前記被加工板に貫通穴を形成する打ち抜き工程と、
前記貫通穴形成工程後、凹凸部が形成された型により前記被加工板の表面に格子状の凹凸線を形成する工程と、
前記格子状の凹凸線を形成する工程により得られた液体噴射ヘッド用フィルタを流路に設ける工程と
を有することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。