JPH11291513A - インクジェット式記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インクが流れる孔径を十分に小さく保ちなが
ら、フィルタ全体の開口率及びフィルタの有効面積を向
上し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。 【解決手段】 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を有
し、これらの間の流路２４ａ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１に複数のフィルタ孔２を有し、前記フィルタ
本体１の前記流路２４ａ内の有効面積に対する前記フィ
ルタ孔２の開口面積の合計の割合である開口率を当該フ
ィルタ本体１の面方向の領域毎に変化させることによ
り、インクの圧力損失を低減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【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】また、インクの流速はフィルタの面方向の
領域毎に異なるため、その領域毎に圧力損失分布が異な
り、実質的にフィルタの有効面積を狭めているという問
題がある。

【０００８】さらに、インクの流速が非常に遅い領域で
は、淀み領域が存在してしまい、フィルタの上流側領域
に体積の大きな気泡が残留してしまい、フィルタの有効
面積を狭めてしまうという問題がある。

【０００９】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、フ
ィルタ全体の開口率及びフィルタの有効面積を向上した
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。

【００１０】

【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
を有し、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
タ本体に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を当該フィルタ本体の面方
向の領域毎に変化させ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。

【００１１】本発明の第２の態様は、第１の態様におい
て、前記開口率が、前記フィルタ本体の面方向外縁領域
と面方向中央領域とで異なることを特徴とするインクジ
ェット式記録装置にある。

【００１２】本発明の第３の態様は、第２の態様におい
て、前記開口率が、前記フィルタ本体の面方向外縁領域
が面方向中央領域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。

【００１３】本発明の第４の態様は、第１の態様におい
て、前記開口率が、前記フィルタ本体の面方向上流側領
域と面方向下流側領域とで異なることを特徴とするイン
クジェット式記録装置にある。

【００１４】本発明の第５の態様は、第３の態様におい
て、前記開口率が、前記フィルタ本体の面方向下流側領
域が面方向上流側領域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。

【００１５】本発明の第６の態様は、第１〜５の何れか
の態様において、前記フィルタ本体の面方向の領域毎
に、少なくとも前記フィルタ孔の密度を変化させること
により、前記開口率を変化させることを特徴とするイン
クジェット式記録装置にある。

【００１６】本発明の第７の態様は、第１〜６の何れか
の態様において、前記フィルタ本体の面方向の領域毎
に、少なくとも前記フィルタ孔の孔径を変化させること
により、前記開口率を変化させ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】

【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。

【００１８】（実施形態１）図１は、本発明の実施形態
１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、フィルタ孔の形状及び配列
を示す図である。

【００１９】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。

【００２０】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２の内径は約１
／２の１０〜１５μｍに形成されている。

【００２１】これら複数のフィルタ孔２は、基本的に
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
°の角度に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２０〜２５μ
ｍ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。

【００２２】このフィルタ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。

【００２３】また、本実施形態では、フィルタ部３の中
央部のフィルタ孔２の密度を外周部よりも小さくするこ
とにより、フィルタ部３の外周部の開口率を中央部より
も相対的に大きくしている。これにより、フィルタ部３
の外周領域でのインクの流速が、中央部とほぼ等しくな
る。したがって、インクの流速の違いによって生じる圧
力損失分布がフィルタ部３の中央部と外周部とで均等化
され、実質的にフィルタの有効面積の向上を図ることが
できる。また、インクの淀み領域がなくなるため、過大
な気泡の残留を防止することができる。

【００２４】このようなフィルタ１の製造方法は、特に
限定されないが、フィルタ１が微小な直径のフィルタ孔
２を多数有するため、本実施形態では、エレクトロフォ
ーミング（電鋳）で形成した。また、フィルタ１の材質
としては、特に限定されないが、フィルタ１をエレクト
ロフォーミングで形成する場合には、ニッケルを用いる
のが好ましい。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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１
１を除去する。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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３
７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３
８が形成されている。

【００３４】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４
４、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。

【００３５】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４６
ａ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。

【００３６】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３
３、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４１
ａからインクを吐出する。

【００３７】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）。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】また、フィルタ１を固定する際、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
出するようにしてもよい。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、フィルタ部３の圧
力損失を低減することができる。

【００４１】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、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。また、
フィルタの中央部と外周部とで開口率を変化させたこと
により、フィルタの面方向での圧力損失分布が均等化さ
れ、実質的にフィルタの有効面積が向上されている。し
たがって、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。

【００４２】なお、本実施形態では、フィルタ部３の中
央部のフィルタ孔２を外周部よりも少なくすることによ
り、フィルタの面方向の開口率を変化させているが、こ
れに限定されない。例えば、図８に示すように、フィル
タ部３の外周部から中央部に向かうにつれて、フィルタ
孔２の内径を小さくすることにより、開口率を変化させ
るようにしてもよい。

【００４３】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２を六角形形状に形成するようにして
もよいし、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、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。

【００４４】（実施形態２）図１０は、実施形態２に係
るフィルタを用いたヘッドの一部を示す断面図及びフィ
ルタの断面図である。

【００４５】実施形態２のフィルタ１Ａは、図１０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
合に用いられ、この水平流路２４ｃを覆う大きさの長円
形状を有し、上述の実施形態と同様に、ヘッドケース２
４とインク供給針２３との間に固定されている。

【００４６】この実施形態２のフィルタ１Ａでは、フィ
ルタ１Ａを固定した状態でインクの流れの上流側となる
領域のフィルタ孔２Ａの密度を下流側よりも小さくする
ことにより、下流側の開口率が相対的に向上されてい
る。これにより、フィルタ１Ａの面方向のインクの流速
の分布が均等化される。

【００４７】したがって、このような構造とすることに
より、フィルタの上流部と下流部との圧力損失の分布が
均等化され、上述の実施形態と同様に、実質的にフィル
タの有効面積を向上することができる。

【００４８】また、インクの流速が不均等である場合に
は、フィルタ上の流速の遅い場所に気泡が残留してしま
うが、上述にように、インクの流速が均等化されること
により、フィルタ上に残留する気泡を低減することがで
きる。

【００４９】なお、本実施形態では、インクの流れの上
流側のフィルタ孔を少なくすることにより開口率を変化
させているが、これに限定されるわけではない。例え
ば、図１１に示すように、実施形態１の場合と同様、イ
ンクの流れの下流側から上流側に向かうにつれて、フィ
ルタ孔の内径を小さくすることにより開口率を変化させ
るようにしてもよい。

【００５０】また、上述の実施形態では、エレクトロフ
ォーミング法によりフィルタ孔を形成しているが、本発
明はこれに限定されるものではなく、例えば、エッチン
グ法、プレス法、あるいはレーザ照射法等によってフィ
ルタ孔を形成するようにしてもよい。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
フィルタの面方向の開口率を変化させることにより、圧
力損失分布の均等化を図るようにした。これにより、実
質的にフィルタの開口率が向上され、インクの圧力損失
を低減することができる。また、特に、長円形のフィル
タにおいては、フィルタ上に残留する気泡を低減するこ
とができる。これにより、常に良好な状態でインクを吐
出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】本発明の実施形態１に係るインクジェット式記
録装置に用いるフィルタの平面図である。

【図２】図１のフィルタ部の一部を示す平面図及び断面
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】本発明の実施形態１係るフィルタを用いた記録
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】実施形態１に係るフィルタの固定部分を示す断
面図である。

【図８】実施形態１に係るフィルタの変形例を示す平面
図である。

【図９】実施形態１に係るフィルタの変形例を示す平面
図である。

【図１０】実施形態２に係るフィルタを示す断面図及び
平面図である。

【図１１】実施形態２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】

１，１Ａ フィルタ ２，２Ａ フィルタ孔 ３ フィルタ部 ４ 固定孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 片倉 孝浩 長野県諏訪市大和３丁目３番５号 セイコ ーエプソン株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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を有
   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、フィルタ本体に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を
   当該フィルタ本体の面方向の領域毎に変化させているこ
   とを特徴とするインクジェット式記録装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記開口率が、前記
   フィルタ本体の面方向外縁領域と面方向中央領域とで異
   な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３】 請求項２において、前記開口率が、前記
   フィルタ本体の面方向外縁領域が面方向中央領域より大
   きいことを特徴とするインクジェット式記録装置。
4. 【請求項４】 請求項１において、前記開口率が、前記
   フィルタ本体の面方向上流側領域と面方向下流側領域と
   で異な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５】 請求項４において、前記開口率が、前記
   フィルタ本体の面方向下流側領域が面方向上流側領域よ
   り大きいことを特徴とするインクジェット式記録装置。
6. 【請求項６】 請求項１〜５の何れかにおいて、前記フ
   ィルタ本体の面方向の領域毎に、少なくとも前記フィル
   タ孔の密度を変化させることにより、前記開口率を変化
   させることを特徴とするインクジェット式記録装置。
7. 【請求項７】 請求項１〜６の何れかにおいて、前記フ
   ィルタ本体の面方向の領域毎に、少なくとも前記フィル
   タ孔の孔径を変化させることにより、前記開口率を変化
   させることを特徴とするインクジェット式記録装置。