JP5034518B2 - フィルタ、液体吐出装置及び液体移送装置 - Google Patents

フィルタ、液体吐出装置及び液体移送装置 Download PDF

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Description

本発明は、液体中の異物や気泡を捕捉するフィルタ、このようなフィルタが設けられた液体吐出装置及び液体移送装置に関する。
ノズルから液体を吐出する液体吐出装置において、ノズルから液体吐出ヘッド内の液体を吸い出すパージを行うことにより、液体吐出ヘッド内の気泡や増粘した液体などを除去するものがある。例えば、特許文献1に記載のインクジェット式プリンタにおいては、クリーニング動作として、キャップ部材によりノズルの吐出口が形成されたノズル面を封止し、封止空部内にインクを供給させてから、吸引ポンプを作動させることにより、記録ヘッド内の気泡、粘度の増加したインク、異物などを吸い出すパージを行っている。
また、ノズルから液体を吐出する液体吐出装置や液体を移送する液体移送装置において、液体流路に液体中の気泡や異物を除去するためのフィルタが設けられているものがある。例えば、特許文献2に記載のインクジェット記録ヘッドにおいては、インク流路を構成するSi基板にエッチングにより複数の貫通孔が形成されることによりフィルタが構成されており、これら複数の貫通孔によって増粘、固化したインクなどの異物が捕捉される。
特開2002−361908号公報 特開2006−168141号公報
ここで、液体流路中に特許文献2に記載されたようなフィルタが配置された液体吐出装置においては、フィルタの貫通孔に液体中の気泡が捕捉されるため、特許文献1に記載されているようなパージを行っても、貫通孔に付着した気泡を十分に除去することができず、気泡による貫通孔の目詰まりにより、フィルタの寿命が短くなってしまう。
本発明の目的は、液体中の異物や気泡を捕捉することができるとともに、捕捉した気泡を除去することが可能なフィルタ、並びに、このようなフィルタを有する液体吐出装置及び液体移送装置を提供することである。
これによると、液体流路を流れる液体が、フィルタプレートに形成された複数の貫通孔を通過する際に、貫通孔を通過できない気泡や異物が貫通孔において捕捉される。また、圧電アクチュエータによりフィルタプレートを振動させることにより、複数の貫通孔に付着した気泡が複数の貫通孔から離れるので、複数の貫通孔の気泡による目詰まりが解消され、フィルタが長寿命なものとなる。
本発明のフィルタは、液体が流れる液体流路に配置されるフィルタであって、液体流路に連通する複数の貫通孔が形成されたフィルタプレートと、フィルタプレートの一表面に配置された圧電層、及び、圧電層の表面に設けられた電極を有し、フィルタプレートを振動させる圧電アクチュエータとを備え、フィルタプレートが、液体流路を画定する壁を越えて液体流路の外側まで延びているとともに、液体流路の壁によって変形可能に支持されており、圧電層が、フィルタプレートの液体流路の前記壁よりも外側の領域に配置されていることが好ましい(請求項1)。これによると、液体流路を流れる液体が、フィルタプレートに形成された複数の貫通孔を通過する際に、貫通孔を通過できない気泡や異物が貫通孔において捕捉される。また、圧電アクチュエータによりフィルタプレートを振動させることにより、複数の貫通孔に付着した気泡が複数の貫通孔から離れるので、複数の貫通孔の気泡による目詰まりが解消され、フィルタが長寿命なものとなる。また、圧電アクチュエータが液体流路の外部に配置されているので、液体流路内の液体が圧電アクチュエータに接触するのを防止することができる。
また、本発明のフィルタにおいては、電極が、圧電層のフィルタプレートと反対側の面に設けられており、フィルタプレートが、導電性材料からなり、電極とフィルタプレートによって、圧電層の電極とフィルタプレートに挟まれた部分に電界が付与されることが好ましい(請求項2)。これによると、フィルタプレートを、圧電層を駆動するための電極の一方としても兼用できるので、フィルタにかかるコストを下げることができる。
本発明の液体吐出装置は、請求項1または2のいずれかに記載のフィルタと、フィルタが配置される液体流路と、液体流路に連通するノズルを有し、ノズルから液体を吐出する液体吐出ヘッドと、ノズルから液体流路内及び液体吐出ヘッド内の液体を排出させる液体排出手段と、圧電アクチュエータ及び液体排出手段の動作を制御する制御手段とを備え、制御手段は、液体排出手段が前記ノズルから流路ユニット内の液体を排出させるときに、圧電アクチュエータがフィルタプレートを振動させるように、圧電アクチュエータ及び液体排出手段を制御する(請求項3)
これによると、液体排出手段によりノズルから液体吐出ヘッド内及び液体流路内の液体を排出させる際に、振動板の複数の貫通孔が形成された部分を振動させることにより、複数の貫通孔に付着した気泡が貫通孔から離れるので、貫通孔に付着した気泡を効率よく外部に除去することができる。
以下、本発明の好適な実施の形態について説明する。本実施の形態は、本発明をノズルからインクを吐出するインクジェットプリンタに適用した一例である。
図1は、本実施の形態に係るインクジェットプリンタの概略構成図である。図1に示すように、インクジェットプリンタ1(液体吐出装置、液体移送装置)は、インクタンク2、ポンプ3、チューブ4、フィルタ5、インクサブタンク6、キャリッジ7、インクジェットヘッド8(液体吐出ヘッド)、用紙搬送ローラ9及びパージユニット10(液体排出装置)を備えている。
インクタンク2には、インクジェットヘッド8に供給されるインクが充填されている。ポンプ3は、インクタンク2からインクを吸い出し、チューブ4を介してインクサブタンク6にそのインクを移送する。チューブ4は、インクタンク2とインクサブタンク6とを接続しており、その内部にインクタンク2からインクサブタンク6にインクを供給するためのインク流路4a(図3参照)が形成されている。フィルタ5はチューブ4の途中に設けられており、インク流路4a中を流れるインク中の気泡や異物を捕捉する。これにより、インクサブタンク6には、フィルタ5によって異物が除去されたインクが供給される。インクサブタンク6は、インクタンク2から供給されたインクをその下面に形成されたインク供給管6aからインクジェットヘッド8に供給する。
キャリッジ7は、図1の左右方向(走査方向)に往復移動可能に構成されており、その下面にインクジェットヘッド8が設けられている。インクジェットヘッド8は、その下面に形成された複数のノズル46(図4参照)からインクを吐出する。用紙搬送ローラ9は、記録用紙Pを図1の手前方向(用紙搬送方向)に搬送する。そして、インクジェットプリンタ1においては、用紙搬送ローラ9により紙送り方向に搬送される記録用紙Pに、インクジェットヘッド8がキャリッジ7とともに走査方向に往復移動しながらノズル46からインクを吐出することにより、記録用紙Pに印刷が行われる。
パージユニット10は、パージキャップ10a及び吸引ポンプ10b(図8参照)を有しており、インクジェットヘッド8内のインクを吸い出す。具体的には、印刷を行わないときに、パージキャップ10aにより、インクジェットヘッド8の下面を覆い、吸引ポンプにより、パージキャップ10とインクジェットヘッド8の下面とにより画定される空間内の圧力を低下させることにより、インクジェットヘッド8内のインクを吸い出す。これにより、インクジェットヘッド8から気泡や粘度が増加したインクなどが排出される。なお、インクジェットプリンタ1は、後述する制御装置100(図8参照)によってその動作が制御されている。
次に、フィルタ5について詳細に説明する。図2は、図1のフィルタ5及びその周辺部分の平面図である。図3は、図2のIII−III線断面図である。
図2、図3に示すように、フィルタ5は、フィルタプレート11、圧電層13、電極14及び保護膜15を備えており、フィルタプレート11の圧電層13に重なる部分、圧電層13及び電極14により圧電アクチュエータ16が構成されている。なお、圧電アクチュエータ16が本発明に係る圧電アクチュエータに相当する。
フィルタプレート11は、ステンレス鋼等の鉄系合金、ニッケル合金、アルミニウム合金、チタン合金等の金属材料(導電性材料)からなる平面形状が略円形の板状体である。フィルタプレート11には、貫通孔形成部11a、圧電層配置部11b及び固定部11cが設けられている。
貫通孔形成部11aは、フィルタプレート11の略中央部に位置する平面視で略円形の部分である。貫通孔形成部11aにはインク流路4aに連通する複数の貫通孔12が形成されている。複数の貫通孔12は、それぞれ、略円形の平面形状を有しているとともに、流路の下流側(図3の下側)ほどその径が小さくなるようなテーパ状になっている。
圧電層配置部11bは、フィルタプレート11の貫通孔形成部11aに隣接して貫通孔形成部11aを取り囲むように設けられた平面視で略円環状の部分である。ここで、フィルタプレート11において貫通孔形成部11aが占める領域と、フィルタプレート11において圧電層配置部11bとは互いに重なってはいない(貫通孔形成部11aと圧電層配置部11bとは互いに重複しないように設けられている)。
圧電層配置部11bの上面(一表面)には、そのほぼ全域にチタン酸鉛とジルコン酸鉛の重合体であるチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)を主成分とする強誘電性を有する圧電材料からなる圧電層13が配置されている。圧電層13は、予め、その厚み方向に分極されている。ここで、圧電層13は、超微粒子の圧電材料をフィルタプレート11の圧電層配置部11b上面に高速で衝突させて堆積させるエアロゾルデポジション法(AD法)を用いて形成される。この他、圧電層13は、ゾルゲル法、スパッタ法、水熱合成法、あるいは、CVD(化学蒸着)法を用いて形成することもでき、さらには、PZTのグリーンシートを焼成することによって得られた圧電シートをフィルタプレート11の上面に貼り付けることにより形成することもできる。
固定部11cは、フィルタプレート11の圧電層配置部11bに隣接して圧電層配置部11bを取り囲む、平面視で略円環状の部分である。これにより、前述した貫通孔形成部11a及び圧電層配置部11bは、ともに固定部11cに囲まれる領域に位置し、貫通孔形成部11aがその領域の略中央部に、圧電層配置部11bが貫通孔形成部11aを取り囲むように設けられることになる。フィルタプレート11は、固定部11cの両面においてチューブ4に接合されている。
また、フィルタプレート11は、制御装置100の後述するドライバIC63(図8参照)に接続されている。そして、フィルタプレート11は、ドライバIC63により常にグランド電位に保持されている。
電極14は金、銅、銀、パラジウム、白金、チタンなどの導電性材料からなり、圧電層13上面(フィルタプレート11と反対側の面)のほぼ全域にわたって形成されている。電極14は、例えば、スクリーン印刷、スパッタ法、蒸着法等で形成することができる。電極14はドライバIC63に接続されており、電極14にはドライバIC63から駆動電位が付与される。ここで、圧電層13が固定部11cに囲まれる部分の外周側に配置されているので、電極14とチューブ4の外側にあるドライバIC63とを接続するための配線を容易に形成することができる。
ここで、圧電アクチュエータ16を駆動させる方法について説明する。圧電アクチュエータ16においては、電極14にはドライバIC63により予めグランド電位が付与されており、この状態でドライバIC63から電極14に駆動電位が付与されると、電極14と、グランド電位に保持された圧電アクチュエータ16を駆動させるための電極の一方を兼ねるフィルタプレート11との間に電位差が生じ(圧電層13の電極14とフィルタプレート11とに挟まれた部分に圧電アクチュエータ16を駆動する駆動電圧が付与され)、圧電層13にはその厚み方向に電界が発生する。この電界により、圧電層13は、厚み方向と直交する水平方向に収縮し、これにより、フィルタプレート11が図3の一点鎖線で示すように、上に凸になるように変形する。電極14の電位をグランド電位に戻すと、圧電層13の収縮が元に戻ることによりフィルタプレート11の変形も元に戻る。このような、電極14に駆動電位を付与し、その後グランド電位に戻すといった動作を繰り返し行うことにより、フィルタプレート11は振動し、この振動により貫通孔12に付着した気泡がフィルタプレート11から離れる。
保護膜15は、絶縁性材料からなり、圧電層13及電極14を覆うようにフィルタプレート11の上面に形成されている。これにより、インク流路4a内のインクが圧電層13及び電極14に接触し、ショートしてしまうのが防止されている。
次に、インクジェットヘッド8について説明する。図4は図1のインクジェットヘッド8の平面図である。図5は図4の部分拡大図である。図6は図5のVI−VI線断面図である。図7は図5のVII−VII線断面図である。
図4〜図7に示すように、インクジェットヘッド3は、内部に複数の個別インク流路が形成された流路ユニット31と、流路ユニット31の上面に配置された圧電アクチュエータ32とを備えている。
流路ユニット31は、キャビティプレート21、ベースプレート22、マニホールドプレート23、及び、ノズルプレート24を備えており、これらの4枚のプレートが積層状態で接合されている。このうち、キャビティプレート21、ベースプレート22及びマニホールドプレート23は略矩形のステンレス鋼製の板である。また、ノズルプレート24は、例えば、ポリイミド等の高分子合成樹脂材料により形成され、マニホールドプレート22の下面に接着される。なお、ノズルプレート24も他の3枚のプレート21、22、23と同じ金属材料により形成されていてもよい。
キャビティプレート21には、平面に沿って配列された複数の圧力室40が形成されている。各圧力室40は平面視で略楕円形状に形成されており、その長軸方向が走査方向(図4の左右方向)となるように配置されている。圧力室40はキャビティプレート21の上面(一表面)において開口している。また、キャビティプレート21には、図4における下端部付近に平面視で走査方向を長軸方向とする略楕円形状の貫通孔47aが形成されている。貫通孔47aは、キャビティプレート21の上面において開口している。
ベースプレート22の平面視で圧力室40の長軸方向両端部に重なる位置には、それぞれ連通孔42、43が形成されている。また、ベースプレート22には、平面視で貫通孔47aに重なる位置に貫通孔47bが形成されている。
マニホールドプレート22には、紙送り方向(図4の上下方向)に2列に延び、平面視で圧力室40の図4における左端部又は右端部と重なるマニホールド流路44(共通液室)が形成されている。マニホールド流路44の上記紙送り方向に延びた2つの部分は、それぞれ図4における下端部においてそれぞれ走査方向の内側に折れ曲がって互いに接続されている。そして、マニホールド流路44は、この部分において、貫通孔47a、47bに連通している。ここで、マニホールド流路44及び貫通孔47a、47bが本発明に係る共通液室に相当する。マニホールド流路44にはインクサブタンク6から、インク供給管6a、後述する振動板50に形成された貫通孔39及び貫通孔47a、47bを介してインクが供給される。また、マニホールドプレート22には、平面視で圧力室40のマニホールド流路44とは反対側の端部と重なる位置に、連通孔45が形成されている。ノズルプレート23には、平面視で複数の圧力室40のマニホールド流路44とは反対側の端部に重なる位置に、複数のノズル46がそれぞれ形成されている。
そして、流路ユニット31においては、図4〜図7に示すように、マニホールド流路44が連通孔42を介して圧力室40に連通し、さらに、圧力室40が連通孔43、45を介してノズル46に連通している。このように、流路ユニット31内には、マニホールド流路44の出口から圧力室40を経てノズル46に至る複数の個別インク流路が形成されている。
次に、圧電アクチュエータ32について説明する。図4〜図7に示すように、圧電アクチュエータ32は、キャビティプレート21の表面に配置され、導電性を有する振動板50と、この振動板50の上面に複数の圧力室40に跨って連続的に形成された圧電層51と、この圧電層51の表面に複数の圧力室40にそれぞれ対応して形成された複数の個別電極52とを有している。
振動板50は、ステンレス鋼等の鉄系合金、ニッケル合金、アルミニウム合金、チタン合金等の金属材料からなり、図4〜図7に示すように、複数の圧力室40を覆うようにキャビティプレート21に接合されている。この振動板50は、複数の個別電極52に対向して個別電極52と振動板50との間の圧電層51に電界を作用させる共通電極を兼ねており、ドライバIC66(図8参照)に接続されて常にグランド電位に保持されている。
振動板50の上面には、PZTを主成分とする圧電層51が形成されている。圧電層51は、複数の圧力室40に跨って振動板50の上面の全域にわたって連続的に形成されている。圧電層51は、予めその厚み方向に分極されている。なお、圧電層51は、圧電層13と同様、AD法等によって形成される。
圧電層51の上面には、図4〜図7に示すように、平面形状が圧力室10よりも一回り小さい略楕円形状である複数の個別電極52が形成されている。複数の個別電極52は、平面視で対応する圧力室40の中央部に重なるようにそれぞれ形成されている。個別電極52は金、銅、銀、パラジウム、白金、チタンなどの導電性材料からなる。さらに、圧電層51の上面には、複数の個別電極52の一端部(マニホールド流路44側の端部)から、それぞれ、平面視で圧力室40に対向しない部分まで延びた、複数の接点部52aが形成されている。個別電極52及び接点部52aは、例えば、スクリーン印刷、スパッタ法、蒸着法等で形成することができる。また、接点部52aは、図示しないフレキシブルプリント配線板(FPC)を介してドライバIC66(図8参照)に接続されている。
次に、圧電アクチュエータ32の動作について説明する。ドライバIC66からFPCを介して個別電極52に選択的に駆動電位が付与されると、駆動電位が付与された個別電極52と、共通電極を兼ねており、グランド電位に保持された振動板50との間に挟まれている部分の圧電層51に上下方向の電界が生じる。すると、圧電層51のうち、駆動電位が付与された個別電極52の真下の部分が分極方向である厚み方向と垂直な水平方向に収縮する。そして、この収縮に伴い、圧力室40に対向する領域の圧電層51及び振動板50が圧力室40側に凸になるように変形する。これにより、圧力室40の体積が減少し、インクの圧力が上昇するので、圧力室40に連通するノズル46からインクが吐出される。
次に、制御装置100について詳細に説明する。図8は、図1の制御装置100の機能ブロック図である。
図8に示すように、制御装置100は、用紙搬送ローラ制御部61、キャリッジ制御部62、ドライバIC63、66、パージユニット制御部64及び動作指示部65を有している。用紙搬送ローラ制御部61は用紙搬送ローラ9の動作を制御する。キャリッジ制御部62はキャリッジ7の動作を制御する。ドライバIC63は圧電アクチュエータ16の動作を制御する。ドライバIC66は圧電アクチュエータ32の動作を制御する。パージユニット制御部64はパージユニット10のパージキャップ10a及び吸引ポンプ10bの動作を制御する。動作指示部65はパージユニット制御部64、及び、上記用紙搬送ローラ制御部61、キャリッジ制御部62、ドライバIC63、66及びパージユニット制御部64に、印刷及びパージを行うことを指示する信号を送信する。
ここで、インクジェットプリンタ1において印刷及びパージを行う場合の、制御装置100の動作について説明する。
インクジェットプリンタ1により記録用紙Pに印刷を行う場合、制御装置100においては、動作制御部65が、用紙搬送ローラ制御部61、キャリッジ制御部62及びドライバIC66に印刷を行うことを指示する信号を送信する。この信号を受けて、用紙搬送ローラ制御部61が用紙搬送ローラ9を制御して、記録用紙Pを用紙搬送方向に搬送させ、キャリッジ制御部62がキャリッジ7の動作を制御して、キャリッジ7を走査方向に往復移動させ、ドライバIC66が印刷指令に対応して個別電極52に駆動電位を付与する。これにより、用紙搬送方向に搬送された記録用紙Pに、キャリッジ7とともに走査方向に往復移動するインクジェットヘッド8のノズル46からインクが吐出され、記録用紙Pに印刷が行われる。
このとき、印刷を行うためのインクは、インクタンク2からフィルタ5を通過してインクジェットヘッド8に供給されるため、インクジェットヘッド8にはフィルタ5の貫通孔12においてインク中の気泡や異物が捕捉された後のインクが供給される。一方、ドライバIC63は、電極14の電位を変化させずにグランド電位に保持し続けており、このときフィルタプレート11は振動せず、貫通孔12は気泡及び異物が捕捉された状態が保持される。これにより、インクジェットヘッド8内のインクには気泡や異物が混入しにくく、インク中の気泡や異物によりノズル46からのインクの吐出特性が変動してしまうのを防止することができる。したがって、インクジェットプリンタ1において印刷品質が保たれる。
一方、パージを行う場合、動作指示部65は、キャリッジ制御部62、ドライバIC63及びパージユニット制御部64にパージを行うことを指示する信号を送信する。これを受けて、キャリッジ制御部62がキャリッジ7の動作を制御して、キャリッジ7をパージキャップ10aに対向する位置まで移動させ、キャリッジ7がパージキャップ10aに対向する位置まできたときに、パージユニット制御部64がパージキャップ10aを上方に移動させてインクジェットヘッド8の下面に密着させた後、吸引ポンプ10bにより、パージキャップ10aとインクジェットヘッド8の下面とによって囲まれる空間内の圧力を低下させることによって、インクジェットヘッド8からインクを吸い出す。これと同時に、ドライバIC63が電極14の電位を前述したように変化させ、フィルタプレート11を振動させる。
ここで、インクジェットヘッド8からインクを吸い出すと、インクジェットヘッド8には吸い出された分だけインクタンク2からチューブ4、フィルタ5、インクサブタンク6を介してインクが供給されるが、チューブ4内の気泡が貫通孔12に捕捉されているため、フィルタプレート11が振動していないと、インクジェットヘッド8内のインクを吸い出しても、貫通孔12から気泡が離れず、貫通孔12に気泡が残ったままになってしまう。そして、貫通孔12に残留した気泡により貫通孔12が目詰まりし、フィルタ5の寿命が短くなってしまう。
これに対して、本実施形態では、パージを行う際にフィルタプレート11を振動させているため、フィルタプレート11の振動により貫通孔12から気泡が離れ、この気泡がインクとともにノズル46から吸い出される。これにより、気泡による貫通孔12の目詰まりが解消され、フィルタ5は長寿命なものとなる。
以上に説明した実施の形態によると、インクジェットヘッド8により記録用紙Pに印刷を行う場合には、インクジェットヘッド8には、フィルタプレート11に形成された複数の貫通孔12を通過することによりインク中の気泡や異物が捕捉されたインクが供給される。したがって、インク中の気泡や異物により、インクジェットヘッド8のインクの吐出特性が変動してしまうのを防止することができる。
一方、パージを行う際には、フィルタプレート11を振動させているので、複数の貫通孔12に付着した気泡が複数の貫通孔12から離れる。したがって、複数の貫通孔12に付着していた気泡が確実に吸い出される。これにより複数の貫通孔12の気泡による目詰まりが解消され、フィルタ5が長寿命なものとなる。
また、フィルタプレート11は環状の固定部11cにおいてチューブ4に固定されているとともに、固定部11cにより囲まれる領域の略中央部に位置する貫通孔形成部11aに複数の貫通孔12が形成されており、貫通孔形成部11aを取り囲む圧電層配置領域11bの上面に圧電層13が配置されているため、圧電アクチュエータ16を駆動させたときに、フィルタプレート11の貫通孔12が形成された部分が振動しやすく、貫通孔12に付着した気泡が確実に貫通孔12から離れる。また、圧電層13が固定部11cに囲まれた部分の外側に設けられているので、圧電層13の表面に配置される電極14とドライバIC63とを接続するための配線を容易に形成することができる。
また、圧電層13及び電極14が、保護膜15により覆われているため、圧電層13及び電極14がインクと接触し、ショートしてしまうのを防止することができる。また、圧電層13及び電極14が、保護膜15により覆われているとともに、フィルタプレート11がドライブIC63により常に定電位(グランド電位)に保持されているので、液体(インク)に電位差が作用して電気分解することがない。よって、液体(インク)が水溶液であったとしても変質するおそれがない。
また、フィルタプレート11が圧電層13を駆動するための電極の一方を兼ねているため、フィルタ5にかかるコストを低減することができる。
次に、本実施の形態に種々の変更を加えた変形例について説明する。ただし、本実施の形態と同様の構成を有するものについては同じ符号を付し、適宜その説明を省略する。
本実施の形態では、圧電層形成部11bの上面全域に圧電層13が配置されていたが、一変形例では、図9に示すように、圧電層形成部11bの一部分(図9における圧電層形成部11bの左端部)の上面にのみ圧電層73が形成されている(変形例1)。この場合には、フィルタプレート11の圧電層73に重なる部分、圧電層73及び電極74により圧電アクチュエータ76が構成されている。
この場合でも、実施の形態と同様、チューブ4に固定された固定部11cに囲まれる部分に複数の貫通孔12及び圧電層13が形成されているため、電極14の電位を変化させることにより、フィルタプレート11の複数の貫通孔12が形成されている部分を大きく振動させることができ、これにより、貫通孔12に付着した気泡が貫通孔12から確実に離れる。
別の一変形例では、図10に示すように、フィルタプレート11の固定部11cの上面にチューブ4とほぼ同じ径を有する筒状部材80が接合されており、筒状部材80の上端がチューブ4に接合されている。また、保護膜81が、圧電層13及び電極14とともに、圧電層13に隣接した筒状部材80の内壁面及びチューブ4と接合される筒状部材80の上端、並びに、フィルタプレート11の上面全体を覆っている(変形例2)。
この場合には、圧電層13及び電極14が、圧電層13に隣接する筒状部材80及びフィルタプレート11の、圧電層13に隣接する部分とともに広く保護膜81により覆われているため、筒状部材80と保護膜81との隙間又はフィルタプレート11の保護膜81との隙間からインクが浸入して圧電層13及び電極14に接触してしまうのを確実に防止することができる。
さらに、フィルタプレート11の上面の全域が保護膜81により覆われているため、フィルタプレート11の耐食性が高くなり、フィルタが長寿命なものとなる。また、保護膜81は、表面に圧電層13、電極14及び筒状部材80が配置されたフィルタプレート11に一方向(図10の上方)からAD法等により保護膜81を構成する材料を堆積させる等して容易に形成することができる。
なお、フィルタプレート11の腐食はインク中の異物が接触することの多いインク流路の上流側の表面、すなわち、図10のフィルタプレート11の上面において発生しやすいので、フィルタプレート11の上面全域に保護膜81を形成することにより、フィルタプレート11の腐食を十分に防止することができるが、当然、フィルタプレート11の上面に加えて、フィルタプレート11の下面にも保護膜が形成されていてもよい。
別の一変形例では、図11に示すように、圧電層83の内側の側面(圧電層83の側面のうちの、貫通孔形成部11aと隣接する部分)が図11の下方ほど、フィルタプレート11の内側に位置するように(フィルタプレート11の一表面に近づくほど、貫通孔形成部11aに近づくように)傾斜している。圧電層83の上面には実施の形態と同様、電極14が形成されており、圧電層83及び電極14が保護膜85により覆われている(変形例3)。この場合には、フィルタプレート11の圧電層83に重なる部分、圧電層83及び電極84により圧電アクチュエータ86が構成されている。
この場合には、インク流路4a中のインクは、圧電層83の傾斜した側面に沿って貫通孔12に向かって流れやすくなる。これにより、圧電層83の側面に隣接する部分に気泡が滞留しにくくなり、パージの際にインク中の気泡が確実に外部に排出される。
別の一変形例では、図12、図13に示すように、フィルタプレート91の固定部91cに取り囲まれる部分のうち、略中央部が圧電層配置部91bとなっており、圧電層配置領域91bを取り囲むように貫通孔形成部91aが設けられている。すなわち、貫通孔形成部91aが固定部91cに囲まれる領域の外周側に設けられており、圧電層配置部91bが貫通孔形成部91aよりも内側に設けられている。そして、圧電層配置部11bの上面に圧電層93が配置され、圧電層93の上面に電極94が形成されている。さらに、圧電層93の上面には、圧電層93及び電極94を覆うように保護膜95が形成されている。貫通孔形成部91aには、複数の貫通孔92が形成されている(変形例4)。この場合には、フィルタプレート91の圧電層93に重なる部分、圧電層93及び電極94により圧電アクチュエータ96が構成されている。
一般に、インク流路においては、その中央部よりもその外周部のほうがインクの流速が遅く、インク流路の外周側には気泡がたまりやすいが、変形例3の場合には、複数の貫通孔92がチューブ4により構成されるインク流路4aの外周側に形成されるため、インク流路4aの外周側を流れるインク中の気泡を貫通孔92により効率よく捕捉することができる。そして、電極94の電位を実施の形態の電極14(図3参照)と同様に変化させて圧電アクチュエータ96を駆動させると、フィルタプレート91が振動する。これにより、貫通孔92により付着した気泡が貫通孔92から離れるため、パージを行う際にフィルタプレート91を振動させることによって、インク中の気泡を確実に外部に排出することができる。
また、別の一変形例では、図14、図15に示すように、フィルタプレート111が、固定部111cにおいて、その両面がそれぞれ弾性部材117を介してチューブ4に接合されており(インク流路4aを画定する壁に変形可能に支持されており)、フィルタプレート111の固定部111cに囲まれた部分のほぼ全域が貫通孔形成部111aとなっており、貫通孔形成部111aのほぼ全域にわたって複数の貫通孔112が形成されている。また、フィルタプレート111の、固定部111cよりも外側の、チューブ4を越えてチューブ4の外側まで延びた部分には固定部111cを取り囲むように圧電層配置部111bが設けられており、圧電層配置部111bの上面に固定部111cを取り囲むように圧電層113が配置されている。圧電層113の上面には電極114が形成されている(変形例5)。この場合には、フィルタプレート111の圧電層113に重なる部分、圧電層113及び電極114により圧電アクチュエータ116が構成されている。
この場合には、フィルタプレート111は固定部111cにおいて、弾性部材117を介してチューブ4に接合されており固定部111cにおいて変形可能であるため、実施の形態と同様にして電極114の電位を変化させると、フィルタプレート111は、固定部111c、貫通孔形成部111aを含めて振動する。これにより、貫通孔112に付着した気泡は確実に貫通孔112から離れる。
そして、この場合には、圧電層113及び電極114がチューブ4の外側に位置しており、圧電層113及び電極114にインク流路4a中のインクが付着することがないため、実施の形態のような保護膜は形成されていない。また、フィルタプレート111のインク流路4aの内部に位置する部分に圧電層113を配置していないので、その分だけ多くの貫通孔112を形成することができ、フィルタがさらに長寿命なものとなる。
また、フィルタはチューブ4の途中に設けられることには限られず、インクタンク2からインクジェットヘッド8にインクを供給するインク流路のいずれかの部分に配置されていればよい。この一例として、別の一変形例では、図16、図17に示すように、振動板120が、複数の圧力室40のキャビティプレート21上面における開口及び貫通孔47aのキャビティプレート21上面における開口(共通液室の開口)を塞ぐように配置されている。振動板120は、貫通孔47aのキャビティプレート21の上面における開口を塞ぐ部分に複数の貫通孔122が形成されている。振動板120の上面(流路ユニット31と反対側の表面)には、複数の貫通孔122が形成されている領域を除く全域にわたって圧電層123が形成されており、圧電層123の上面には、平面視で複数の圧力室40に重なる位置に実施の形態と同様の複数の個別電極52(第1駆動電極)が形成されているのに加えて、圧電層123上面の平面視で複数の貫通孔112を取り囲む領域(貫通孔112の近傍)に電極124(第2駆動電極)が形成されている(個別電極52と電極134とが同じ面上に形成されている)。(変形例6)。
なお、振動板120のうち、複数の圧力室40の開口を覆っている部分が本発明に係る圧力室閉塞部に相当し、貫通孔47aの開口を塞いでいる部分が本発明に係るフィルタ部に相当する。また、圧電層123の平面視で複数の圧力室40に重なる部分が、本発明に係る複数の第1圧電素子に相当し、圧電層123の振動板120と電極124とに挟まれた部分が、本発明に係る第2圧電素子に相当する。さらに、振動板120の貫通孔47aの開口を覆う部分、圧電層123の振動板120と電極124とに挟まれた部分、及び電極124が本発明に係るフィルタに相当する。
この場合には、1つの図示しないドライバICにより、振動板120はグランド電位に保持されるとともに、このドライバICにより個別電極52及び電極124にそれぞれ駆動電位が付与される。そして、個別電極52に駆動電位を付与することにより、実施の形態と同様、ノズル46からインクを吐出させることができる。このとき、マニホールド流路44には、振動板120に形成された複数の貫通孔122を通過したインクが供給されるが、この際、貫通孔122を通過できない気泡や異物が貫通孔122において捕捉される。このため、マニホールド流路44及びマニホールド流路44の出口から圧力室40を経てノズル46に至る個別インク流路内に気泡や異物が流れ込みにくく、異物や気泡によってノズル46からのインクの吐出特性が変動してしまうのを防止することができる。
一方、電極124の電位を実施の形態の電極14(図3参照)と同様に変化させることにより、振動板120の複数の貫通孔122が形成された部分を振動させることができる。これにより、貫通孔122に付着した気泡が貫通孔122から離れる。したがって、実施の形態と同様、パージを行う際に振動板120の複数の貫通孔122が形成された部分を振動させることにより、インクジェットヘッド中のインクとともに貫通孔122に付着した気泡が確実に外部に排出される。したがって、貫通孔122の気泡による目詰まりが解消され、フィルタが長寿命なものとなる。
また、この場合には、振動板120がフィルタを構成するフィルタプレートを兼ねるため、フィルタを構成するために別途フィルタプレートを必要とせず、プリンタ全体の構成が簡略化される。さらに、振動板120の上面に圧電層123を一度に形成し(第1圧電素子と第2圧電素子とを一度に形成し)、圧電層123の上面に複数の個別電極52及び電極124を一度に形成することにより、ノズル46からインクを吐出させるための圧電アクチュエータと振動板120(フィルタプレート)を振動させるための圧電アクチュエータ126とを同時に形成することができるため、プリンタの製造工程が簡略化される。
以上の説明では、フィルタプレート(振動板)が圧電アクチュエータを駆動させるための電極の一方を兼ねていたが、これには限られず、例えば、金属材料からなるフィルタプレート(振動板)の上面に絶縁膜を形成し、絶縁膜の上面に電極が形成されているなど、フィルタプレート(振動板)とは別に電極が設けられていてもよい。
また、上記実施の形態においては、吸引ポンプ10bによりパージキャップ10aとインクジェットヘッド8の下面とにより囲まれる空間内の圧力を低下させることにより、インクジェットヘッド8内のインクを吸い出すことによりパージを行ったが、パージユニット10に吸引ポンプ10bが設けられておらず、パージキャップ10aをインクジェットヘッド8の下面に密着させた状態で、ポンプ3によりインク流路内のインクの圧力を増加させてノズル46からパージキャップ10aにインクを排出することによりパージを行ってもよい。この場合には、ポンプ3とパージユニット10とが本発明に係る液体排出手段に相当する。
また、以上の説明では、フィルタがインクジェットヘッドにインクを供給するインク流路に設けられていたが、これには限られず、インク以外の液体を供給するための液体流路に設けることも可能である。例えば、図18に示すように、燃料となる液体が充填された燃料カートリッジ131と燃料電池132とを接続し、ポンプ133により燃料カートリッジ131から燃料電池132に燃料となる液体を供給するためのチューブ134(液体流路)にフィルタ135が設けられていてもよい。また、微小化学分析システム(μ−TAS)などへ応用することも可能である。
本発明における実施の形態に係るプリンタの概略構成図である。 図1のフィルタ部分の平面図である。 図2のIII−III線断面図である。 図1のインクジェットヘッドの平面図である。 図4の部分拡大図である。 図5のVI−VI線断面図である。 図5のVII−VII線断面図である。 図1の制御装置の機能ブロック図である。 変形例1の図2相当の平面図である。 変形例2の図3相当の断面図である。 変形例3の図3相当の断面図である。 変形例4の図2相当の平面図である。 変形例4の図3相当の断面図である。 変形例5の図2相当の平面図である。 変形例5の図3相当の断面図である。 変形例6の図4相当の平面図である。 図16のXVII−XVII線断面図である。 本発明に係るフィルタを燃料電池に燃料カートリッジ内の燃料を供給するためのチューブに配置した一例を示す図である。
符号の説明
3 ポンプ
4 チューブ
4a インク流路
5 フィルタ
10 パージユニット
11 フィルタプレート
11a 貫通孔形成部
11b 圧電層配置部
11c 固定部
12 貫通孔
13 圧電層
14 電極
15 保護膜
16 圧電アクチュエータ
40 圧力室
44 マニホールド流路
46 ノズル
52 個別電極
72 貫通孔
73 圧電層
74 電極
75 保護膜
76 圧電アクチュエータ
80 筒状部材
81 保護膜
83 圧電層
85 保護膜
86 圧電アクチュエータ
91 フィルタプレート
91a 貫通孔形成部
91b 圧電層配置部
91c 固定部
92 貫通孔
93 圧電層
94 電極
95 保護膜
96 圧電アクチュエータ
100 制御装置
111 フィルタプレート
111a 貫通孔形成部
111b 圧電層配置部
111c 固定部
112 貫通孔
113 圧電層
114 電極
116 圧電アクチュエータ
117 弾性部材
120 振動板
122 貫通孔
123 圧電層
124 電極
126 圧電アクチュエータ
135 フィルタ

Claims (3)

  1. 液体が流れる液体流路に配置されるフィルタであって、
    前記液体流路に連通する複数の貫通孔が形成されたフィルタプレートと、
    前記フィルタプレートの一表面に配置された圧電層、及び、前記圧電層の表面に設けられた電極を有し、前記フィルタプレートを振動させる圧電アクチュエータとを備え、
    前記フィルタプレートが、前記液体流路を画定する壁を越えて前記液体流路の外側まで延びているとともに、前記液体流路の壁によって変形可能に支持されており、
    前記圧電層が、前記フィルタプレートの前記液体流路の前記壁よりも外側の領域に配置されていることを特徴とするフィルタ。
  2. 前記電極が、前記圧電層の前記フィルタプレートと反対側の面に設けられており、
    前記フィルタプレートが、導電性材料からなり、
    前記電極と前記フィルタプレートによって、前記圧電層の前記電極と前記フィルタプレートに挟まれた部分に電界が付与されることを特徴とする請求項1に記載のフィルタ。
  3. 請求項1または2のいずれかに記載のフィルタと、
    前記フィルタが配置される前記液体流路と、
    前記液体流路に連通するノズルを有し、前記ノズルから液体を吐出する液体吐出ヘッドと、
    前記ノズルから前記液体流路内及び前記液体吐出ヘッド内の液体を排出させる液体排出手段と、
    前記圧電アクチュエータ及び前記液体排出手段の動作を制御する制御手段とを備え、
    前記制御手段は、
    前記液体排出手段が前記ノズルから前記流路ユニット内の液体を排出させるときに、前記圧電アクチュエータが前記フィルタプレートを振動させるように、前記圧電アクチュエータ及び前記液体排出手段を制御することを特徴とする液体吐出装置。
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