JP5168155B2 - 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、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ヘッド及びインクジェット式記録装置に関する。

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は、インクの流路を有する流路部材を備えており、流路部材には、この流路内の気泡や異物などを取り除くための平板状のフィルターが接合樹脂等で接合されている。このフィルターとしては、例えば、薄板にポ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１参照）。

また、このような複数の貫通孔が設けられたフィルターには反りが発生してしまうという問題がある。このような問題を解決するために、表面に凹凸が設けられたフィルターも提案されている。

特開２００６−２７２６３１号公報

しかしながら、例えば、図７に示すように、平板状のフィルター１１６の流路部材側の面と貫通孔１５２とを接合樹脂１５７でカートリッジケース（流路部材）１１１に接合する場合、衝撃などで流路部材から剥離してしまうことがあった。これは、カートリッジケースが樹脂製であり、フィルターが金属製である場合に、顕著に発生する。

また、凹凸が設けられたフィルターを流路部材に接合樹脂で接合であっても、単にフィルターの凹部に接合樹脂を設けても、フィルターが剥離してしまう虞があった。

このように、接合樹脂でフィルターを流路部材に接合する場合、接合不良によりフィルターが流路部材から剥離してしまい、その剥離した箇所から気泡や異物などが流路に進入してしまうという問題がある。

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、流路部材からフィルターが剥離することを抑止し、異物等の流路への進入を防ぐ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目的とする。

上記課題を解決する本発明の態様は、液体流路を介して供給された液体をノズルから噴射する液体噴射ヘッドであって、樹脂からなり、前記液体流路が形成された流路部材と、凸部が形成された第１の領域と前記第１の領域の凸部の間隔よりも狭い間隔で凸部が形成された第２の領域とを有し、複数の貫通孔が設けられたフィルターと、を備え、前記フィルターは、前記第２の領域において前記流路部材と接合樹脂を介して接合され、前記接合樹脂は、前記流路部材から前記貫通孔を介して前記フィルターの前記流路部材とは反対側まで連続して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。
かかる態様では、第２の領域には、第１の領域に設けられた凸部の間隔よりも狭い間隔で凸部が形成されているので、第１の領域よりも高密度で凸部が第２の領域に設けられている。このため、フィルターの第２の領域は、接合樹脂との接触面積が大きくなるので、接合樹脂のアンカー効果が増大し、フィルターと流路部材とをより確実に接着させることができる。これによりフィルターが流路部材から剥離することが抑止され、異物や気泡が流路に進入することが防止される。一方、第１の領域には第２の領域よりも広い間隔で凸部が形成されているので、フィルターの破断を抑止することができる。

ここで、前記接合樹脂は、前記第２の領域を覆うように設けられていることが好ましい。これによれば、フィルターの流路部材とは反対側の面の接合樹脂は、凸部で分断されることなく連続して設けられることになるので、接合樹脂の剛性が向上し、フィルターをより一層強固に流路部材に接合することができる。

また、前記接合樹脂は、前記フィルターを前記流路部材に溶着することにより形成されていることが好ましい。これによれば、接合樹脂は、流路部材と一体化しているため、接合樹脂が流路部材から剥離してしまうことが防止され、フィルターをさらに確実に流路部材に接合することができる。

また、前記フィルターの前記第２の領域の凸部は、基端側から先端側に向けて幅が狭くなるよう形成されていることが好ましい。これによれば、フィルターの剛性がさらに高まり、カール力によるフィルターの反りが抑制されて平坦状態が維持される。これにより、フィルターの取り扱いが容易になり、組み立て時の生産性が向上する。

また、前記フィルターの前記第１の領域又は第２の領域には、格子状に凸部が配設されていることが好ましい。これによれば、フィルターの全体の剛性がさらに向上するので、特定の方向に反ることなくフィルターの平坦状態を維持できる。

また、本発明の他の態様は、上記態様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。
かかる態様では、液体の流路に異物や気泡が入り込むことを防止して液体の吐出特性に優れた液体噴射装置を実現できる。

本発明の実施形態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。 本発明の実施形態に係る記録ヘッドの断面図である。 本発明の実施形態に係るフィルターの平面図及び断面図である。 本発明の実施形態に係るカートリッジケースとフィルターの断面図である。 本発明の実施形態に係るカートリッジケースとフィルターの断面図である。 従来の記録ヘッドに係るカートリッジケースとフィルターの断面図である。

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〉
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を構成する流路部材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（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。

このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッド１０は、インクカートリッジ２からのインクをインク供給針１５及びインク連通路１３を介してノズル２３に至るまで内部をインクで満たした後、回路基板１８からの記録信号に従い、各圧力発生室２５に対応するそれぞれの圧電素子に電圧を印加し、振動板２７を変形させることにより、各圧力発生室２５内の圧力が高まりノズル２３からインク滴が吐出される。

ここで、フィルター１６について詳細に説明する。なお、図４（ａ）は、フィルターの平面図、図４（ｂ）は（ａ）の要部拡大平面図、図４（ｃ）は、図４（ａ）のＡ−Ａ’線断面図であり、図５は、カートリッジケース及びフィルターの要部断面図である。

図示するように、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金属板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。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、フィルター１６は、インク連通路１３に対向する第１の領域であるフィルター部５３と、カートリッジケース１１に接合される第２の領域である接合部５４とを有している。すなわち、フィルター１６の中央部がフィルター部５３となっており、カートリッジケース１１に接合されるフィルター１６の周縁部が接合部５４となっている。

フィルター部５３及び接合部５４には、凸部５６が設けられている。これにより、フィルター１６全体に凹凸が形成されている。ここで、凸部５６は、カートリッジケース１１に接合されたフィルター１６のカートリッジケース１１とは反対側に突出した部分をいい、凹部５５は、フィルター１６の凸部５６以外の部分をいう。

このように、フィルター１６に凹部５５及び凸部５６が形成されることで、フィルター１６の剛性が高まり、カール力によるフィルター１６の反りが抑制されて平坦状態が維持される。カール力とは、複数の貫通孔５２が穿孔されたことに基づく曲がり方向の残留応力である。フィルター１６の平坦状態が維持されることで、フィルター１６の取り扱いが容易になり、組み立て時の生産性を向上させることが可能になる。なお、凸部５６は、基端側から先端側に向けて幅が狭くなるように形成されているため、フィルター１６はより剛性が向上し、カール力をより確実に抑制することができる。さらに、凸部５６は、フィルター１６の平面視において格子状に配置されるように形成されている。このため、フィルター１６の全体の剛性が向上し、特定の方向に反ることなくフィルター１６の平坦状態を維持できるようになっている。

また、接合部５４に設けられた凸部５６の間隔は、フィルター部５３に設けられた凸部５６の間隔よりも狭くなっている。ここで、凸部５６の間隔とは、各凸部５６同士の間隔をいう。本実施形態では、フィルター１６は、フィルター部５３の凸部５６の間隔が約６０μｍ、接合部５４の凸部５６の間隔が約３０μｍとなるように屈曲されて形成されている。

図５に示すように、フィルター１６は、接合部５４がインク連通路１３の開口の周縁部に設けられた段部１１ａに熱溶着されることによりカートリッジケース１１に接合されている。なお、インク供給針１５は、カートリッジケース１１の段部１１ａのさらに外側に設けられた段部１１ｂに溶着されている。このようにフィルター１６及びインク供給針１５がカートリッジケース１１に設けられることにより、インクカートリッジ２のインクは、インク供給針１５の先端に設けられたインク導入口６０及び貫通孔６１に導入され、フィルター１６により異物や気泡が除去されてインク連通路１３に導入されるようになっている。

ここで、フィルター１６とカートリッジケース１１との接合について詳細に説明する。なお、図６は、カートリッジケース及びフィルターの拡大断面図である。

図示するように、接合樹脂５７は、カートリッジケース１１から貫通孔５２を介して、フィルター１６のカートリッジケース１１とは反対側まで連続して設けられている。すなわち、接合樹脂５７は、フィルター１６の接合部５４の両面のそれぞれに接着しており、各面の接合樹脂５７は貫通孔５２を介して連続している。

前述したように、接合部５４には、フィルター部５３に設けられた凸部５６の間隔よりも狭い間隔で凸部５６が形成されているので、フィルター部５３よりも高密度で凸部５６が第２の領域に設けられていることになる。このため、フィルター１６の接合部５４は、接合樹脂５７との接触面積が大きくなっているので、接合樹脂５７のアンカー効果が増大し、フィルター１６とカートリッジケース１１とをより確実に接着させることができる。

また、接合樹脂５７は、フィルター１６をヒートツールなどの熱によりカートリッジケース１１に溶着することにより形成されたものである。すなわち、ヒートツール等の熱により、カートリッジケース１１の段部１１ａ近傍の樹脂が溶け、その溶けた樹脂が貫通孔５２及びフィルター１６のカートリッジケース１１とは反対側の面（以下、この面をフィルター１６の上面と称する。）まで達し、硬化したものである。すなわち、接合樹脂５７は、カートリッジケース１１と一体化しているため、接合樹脂５７がカートリッジケース１１から剥離してしまうことが防止され、フィルター１６をさらに確実にカートリッジケース１１に接着することができる。

さらに、接合樹脂５７は、接合部５４を覆うように設けられている。接合樹脂５７が接合部５４を覆うとは、カートリッジケース１１の接合部５４に対向する領域に亘って接合樹脂５７が設けられ、かつ、接合部５４の凹部５５及び凸部５６全体を覆っていることをいう。これにより、フィルター１６の上面側の接合樹脂５７は、凸部５６で分断されることなく、当該上面側に連続して設けられることになるので、接合樹脂５７の剛性が向上し、フィルター１６をより一層強固にカートリッジケース１１に接合することができる。

また、仮にフィルター部５３に凸部５６を狭い間隔で多数設けると、インクの圧力によりフィルター１６が破断しやすくなってしまうが、本発明に係る記録ヘッド１０では、フィルター部５３の凸部５６は、接合部５４の凸部５６の間隔ほど狭くする必要がないため、フィルター１６の破断を防止することができる。すなわち、フィルター部５３には適度な間隔で凸部５６を設けることでフィルター１６の破断を防止すると共に、接合部５４にはフィルター部５３の凸部５６の間隔よりも狭い間隔で凸部５６を設けることで接合部５４をカートリッジケース１１に確実に接合することができる。

なお、接合部５４に形成した凸部５６は、必ずしも基端側から先端側に向けて幅が狭くなっている必要はない。接合部５４に形成した凸部５６は、フィルター部５３に形成した凸部５６同士の間隔よりも狭く形成されていれば、接合樹脂５７によりフィルター１６をカートリッジケース１１に接合できるからである。

また、フィルター１６は、凹部５５がカートリッジケース１１に接触するようにカートリッジケース１１に接合されていたが、表裏反転させて凸部５６の先端がカートリッジケース１１に接触するようにフィルター１６をカートリッジケース１１に接合させてもよい。表裏反転させても接合部５４の接合樹脂５７との接触面積に変わりはないからである。

また、フィルター１６とカートリッジケース１１との接合は、溶着で形成した接合樹脂５７によるものに限定されない。例えば、カートリッジケース１１とは別の樹脂からなる接合樹脂でフィルター１６とカートリッジケース１１とを接合してもよい。この場合であっても、フィルター１６がカートリッジケース１１から剥離してしまうことを抑止できる。

（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、紙等の被記録媒体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。

１ インクジェット式記録装置（液体噴射装置）、 １０ インクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッド）、 １１ カートリッジケース、 １２ カートリッジ装着部、 １３ インク連通路、 １４ 流路形成部、 １５ インク供給針、 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 金属板、 ５２ 貫通孔、 ５３ フィルター部、 ５４ 接合部、 ５５ 凹部、 ５６ 凸部、 ５７ 接合樹脂

Claims (6)

1. 液体流路を介して供給された液体をノズルから噴射する液体噴射ヘッドであって、
   樹脂からなり、前記液体流路が形成された流路部材と、
   凸部が形成された第１の領域と前記第１の領域の凸部の間隔よりも狭い間隔で凸部が形成された第２の領域とを有し、複数の貫通孔が設けられたフィルターと、を備え、
   前記フィルターは、前記第２の領域において前記流路部材と接合樹脂を介して接合され、
   前記接合樹脂は、前記流路部材から前記貫通孔を介して前記フィルターの前記流路部材とは反対側まで連続して設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
2. 請求項１に記載する液体噴射ヘッドにおいて、
   前記接合樹脂は、前記第２の領域を覆うように設けられている
   ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
3. 請求項１又は請求項２に記載する液体噴射ヘッドにおいて、
   前記接合樹脂は、前記フィルターを前記流路部材に溶着することにより形成されている
   ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
4. 請求項１〜請求項３の何れか一項に記載する液体噴射ヘッドにおいて、
   前記フィルターの前記第２の領域の凸部は、基端側から先端側に向けて幅が狭くなるよう形成されている
   ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
5. 請求項１〜請求項４の何れか一項に記載する液体噴射ヘッドにおいて、
   前記フィルターの前記第１の領域又は第２の領域には、格子状に凸部が配設されている
   ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
6. 請求項１〜請求項５の何れか一項に記載する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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