JP4670920B2 - 記録ヘッド - Google Patents

Description

本発明はインクジェット記録方法により記録媒体に画像を形成する記録ヘッドに関する。

インクジェット記録方式により記録媒体に対して画像形成を行なうインクジェットプリンタは、インクを記録媒体に向けて吐出するための吐出口を複数個有した記録ヘッドを備えて構成される。

インクジェットプリンタにより形成される画像の解像度の向上は、例えば記録ヘッドに細かいピッチで吐出口を設置し、記録媒体上に形成可能なドットの単位面積あたりの数を増加させることで実現可能である。また、インクジェットプリンタの画像形成速度は、吐出口が配置される列を長くすることにより、記録ヘッド及び記録媒体の移動を伴なわない各吐出口からの１回あたりの吐出によってインクドットを形成可能な領域を拡大することで実現可能である。

インクジェットプリンタの高解像度化、高速化を上述のような方法で実現するため、インクジェットプリンタの記録ヘッド１個あたりに備えられた吐出口の数は近年、大きく増大する傾向がある。

ところで、記録ヘッド内部には、ごみや気泡といった異物に阻害されることなく安定して吐出口からインクが吐出されるよう、外部のインクタンクから導入されたインクから異物をフィルタによって除去して吐出口まで供給するための濾過手段が備えられている。

インクジェットプリンタの高解像度化、高速化のため、多数設置されるようになった吐出口に向けて安定してインクを供給する方法として、例えば濾過手段に広い面積のフィルタを設置して濾過手段における流路抵抗を軽減するという方法がある。しかし、こうしてフィルタの面積を大きくした場合、インク中の気泡がフィルタによって捕捉されたまま、インクの吸引や空吐出を行なう時にも排出されずに内部に滞留するという問題が発生する。

フィルタの面積が小さい場合には、インクの吸引や空吐出といった吐出口近傍からの異物除去のための動作の際、それまでフィルタに捕捉されていた気泡はフィルタのほぼ全体に接するため、インクに押し流される形態で効率的に排出されていた。一方、フィルタの面積を大きくした場合にも、気泡がフィルタと接することから、インクを濾過するための有効面積が減ってしまうため、結果として濾過手段における流路抵抗が大きくなり、吐出口へ安定してインクを供給できないという問題があった。

上述の問題を解決するため、本発明は、記録ヘッドの濾過手段からの気泡の除去を容易にすることで、吐出手段からインクを安定して継続的に吐出することを可能にし、インクジェットプリンタによる高解像度、高速での画像形成を可能にすることを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、インクジェット方式により記録媒体にインクを吐出して画像を形成するための記録ヘッドにおいて、
前記インクを吐出する吐出手段と、
第一濾過領域と、第二濾過領域とに分割して併設され、前記インクに混入している異物を捕捉し、前記異物が除去されたインクを透過させるフィルタと、前記フィルタを収納する本体部と、を有する濾過手段と、を備え、
前記第二濾過領域の前記インクに対する濡れ性は、前記第一濾過領域の前記インクに対する濡れ性よりも高く、
前記濾過手段は、前記インクを前記本体部内へ導入するインク導入管と、前記フィルタを透過したインクを前記吐出手段に向けて送出するインク送出管と、を備え、
前記本体部は、インクの導入管側からインク送出管側へ向かうインクの流路方向に長く形成され、
前記フィルタは、前記本体部の内側を、水平面に対して垂直に、前記インク導入管側の濾過前領域と、前記インク送出管側の濾過後領域と、に分割し、かつ、
前記フィルタは前記インクの前記濾過前領域及び前記濾過後領域におけるインクの流路方向に対してほぼ沿った形態で設けられるとともに、
前記第一濾過領域は、前記フィルタの前記インク送出管側端部に設けられ、
前記濾過手段は、前記濾過前領域に設置され、前記インクを前記第一濾過領域まで誘導するインク誘導路を有するとともに、前記インク誘導路は略鉛直方向に蛇行した形状であることを特徴とする。

本発明によれば、濾過手段においてインクに混入している異物を捕捉するフィルタを、第一濾過領域と、第二濾過領域とに分割して併設し、第二濾過領域のインクに対する濡れ性は、第一濾過領域のインクに対する濡れ性よりも高くする。このことで、インクに対する濡れ性の高い第二濾過領域ではインクの表面張力の作用によって気泡が吐出手段に向けて透過することが防止され、第一濾過領域では反対に気泡が容易に透過できる構成となる。

フィルタの構成を上述の様にすることで、記録ヘッドによる画像形成時に気泡が第二濾過領域と当接していれば、気泡はフィルタを透過せずに濾過手段内部に留まる。よって、気泡により吐出手段からのインク吐出が阻害されることを防止できる。一方、記録ヘッドにメンテナンスを施すため、記録ヘッド内部のインクを吸引するような時に気泡が第一濾過領域に当接していれば、気泡はフィルタを透過して記録ヘッドから排出される。よって、メンテナンスによって、濾過手段内部に気泡が留まってフィルタの有効面積を狭め、インクが流路抵抗を増大する状態を確実に解消することができる。これらのことにより、吐出手段によってインクが安定して吐出される状態を容易に維持することができる。

本発明において、前記フィルタは、第一濾過領域と第二濾過領域とに分割されていて、第二濾過領域の面積が第一濾過領域の面積よりも大きいことを特徴とする。
また、本発明において、前記インク誘導路はＳ字状構造が連続していることを特徴とする。
また、本発明において、前記第一濾過領域は、前記フィルタの略鉛直方向下部に設けられていることを特徴とする。

また、発明によれば、フィルタを濾過前領域及び濾過後領域の少なくとも一方をインクが流れる方向にほぼ沿って設けることで、記録ヘッドによる画像形成時のインク流の強さと、記録ヘッドにメンテナンスを施す時のインク流の強さとの違いによって、気泡のフィルタに対する位置を制御することができる。

このようにすることで、画像形成時のインク流が弱い状態では、気泡はインク送出管側に移動することなく第二濾過領域に当接して濾過前領域にとどまるため、効果的にインク欠を防止することができる。一方、メンテナンス時のインク流が強い状態では、気泡はインク送出管側端部に移動して第一濾過領域に到達し、フィルタを透過して記録ヘッド外部に排出されるため、フィルタにおける流路抵抗を低い値に効果的に回復させることができる。これらのことにより、吐出手段によってインクが安定して吐出される状態をきわめて容易に維持することができる。

また、本発明の濾過手段は、前記濾過前領域に設置され、前記インクを前記第一濾過領域まで誘導するインク誘導路を有するとともに、前記インク誘導路は略鉛直方向に蛇行した形状であり、かつ、前記本体部及びインク誘導路は横向きに配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、濾過手段の本体部の濾過前領域に、略鉛直方向に蛇行したインク誘導路を設けることで、画像形成時のインク流が弱い状態ではインク中の気泡をインク誘導路の上部で捕捉し、メンテナンス時のインク流が強い状態では気泡をインク誘導路によって第一濾過領域まで誘導することで記録ヘッド外部へ排出することができる。これらのことにより、吐出手段によってインクが安定して吐出される状態をきわめて容易に維持することができる。

〔第一の実施形態〕
本発明の第一の実施形態に係る記録ヘッドＨについて、図面を参照して説明する。

図１には、本発明に係る記録ヘッドＨが適用されるインクジェットプリンタ１００の一例を示す。インクジェットプリンタ１００は記録ヘッドＨの他に、メンテナンスユニット４０、キャリッジレール５０、ヘッド保湿ユニット６０、ヘッドキャリッジ７０、メディア搬送手段（非図示）、制御手段（非図示）等を備えて構成される。

画像が形成される記録媒体Ｒはメディア搬送手段によって図１におけるＢ方向に搬送される。記録ヘッドＨ、Ｈ、…は、インクの吐出口１５、１５、…（後述）が配列されたノズル面１５ａを記録媒体Ｒに対向させる形態で、記録媒体Ｒに向けて吐出されるインクの色数に対応した数がヘッドキャリッジ７０に設置される。ヘッドキャリッジ７０はキャリッジレール５０に、図１におけるＡ方向に往復移動自在な形態で設置され、図示しないキャリッジ移動部の動作により記録ヘッドＨ、Ｈ、…をＡ方向に走査させる。

メンテナンスユニット４０は吸引キャップ４１、清掃ブレード４２、空吐出受器４３、吸引ポンプ４４、廃インクタンク４６等を有して構成される。メンテナンスユニット４０は、一連のメンテナンス動作により、記録ヘッドＨ内部にたまった異物を除去して記録ヘッドＨのインク吐出状態を良好に保つ。

吸引キャップ４１は吸引ポンプ４４を介して廃インクタンク４６と連通しており、メンテナンス動作時には記録ヘッドＨのノズル面１５ａを覆う。吸引ポンプ４４はシリンダーポンプやチューブポンプを有して構成される。吸引ポンプ４４は吸引キャップ４１がノズル面１５ａを覆った状態で作動することにより、吐出口１５、１５、…から記録ヘッドＨ内部のインクの吸引力を発生する。

空吐出受器４３は、記録ヘッドＨに対するインクの吸引後、記録ヘッドＨが空吐出したインクを受ける。廃インクタンク４６は吸引ポンプ４４の動作により記録ヘッドＨから吸引されたインクや、記録ヘッドＨから空吐出されたインクを貯留する。清掃ブレード４２は記録ヘッドＨのインク吸引、空吐出後、ノズル面１５ａに付着したインクを除去する。

ヘッド保湿ユニット６０は保湿キャップ６１、６１、…を有して構成される。保湿キャップ６１は、記録ヘッドＨが待機状態にある時、ノズル面１５ａを覆う事で記録ヘッドＨの吐出口１５、１５、…近傍のインクを保湿する。

図２、図３に示すように、記録ヘッドＨはヘッド内供給路１１、インクノズル１２、吐出口１５、インク入口部１７、インク供給スリット１８、濾過手段２０等を備えて構成される。

図２に示すように、記録ヘッドＨは略直方体状の外観を有して形成されている。記録ヘッドＨの一面はノズル面１５ａとして形成され、このノズル面１５ａにはインクを吐出するための吐出口１５、１５、…が複数個、ほぼ直線状に１列又は複数列にわたって配列されている。

図３は、記録ヘッドＨを図２における矢印Ｄ方向に沿って切断した断面図である。以下、図３を参照して記録ヘッドＨの各構成要素を説明する。インク入口部１７は、記録ヘッドＨの上面に向けて開口し、濾過手段２０に接続されている。インク入口部１７は記録ヘッドＨ外部に設置されたインクタンク（非図示）からインク供給路（非図示）を経て供給されるインクを記録ヘッドＨ内部に導入する。

濾過手段２０は内部にフィルタ２３を備えて構成され、インク入口部１７から導入されたインクからゴミや気泡といった異物を除去してインクノズル１２、１２、…に向けて送出する。濾過手段２０の構成の詳細については後述する。ヘッド内供給路１１は濾過手段２０とインク供給スリット１８との間のインク供給路をなす。

インク供給スリット１８は、側面視略矩形状に形成されており、ヘッド内供給路１１を介して濾過手段２０と接続されている。インク供給スリット１８には、吐出口１５、１５、…までインクを導くインクノズル１２、１２、…がノズル面１５ａと対向する下面に接続されている。インク供給スリット１８は濾過手段２０を経て供給されたインクを各インクノズル１２、１２、…に分割して供給するための構成要素である。

インクノズル１２、１２、…は、インク入口部１７から流れ込むインクの流れ方向に沿うように、等間隔で並んで配置される。インクノズル１２はインクを吐出口１５まで導く構成要素であり、吐出口１５及び図示しない圧力素子とともに吐出手段を形成する。インクノズル１２は１個の吐出口１５に対して１個が設置される。インクノズル１２内部には、圧力素子が設置されている。圧力素子は例えばピエゾ素子であり、インクノズル１２内部のインクに圧力を付与することで吐出口１５からインクを吐出するための原動力を発生させる。圧力素子は記録媒体Ｒに形成する画像のデータに基づく制御手段の制御によって作動することで、吐出口１５からのインクの吐出を行なう。

次に、本発明に係る濾過手段２０の詳細について説明する。図４に示すように、濾過手段２０は、本体部２１、テーパ部２２、フィルタ２３、インク導入管２６、インク送出管２７、駆動部（非図示）等を備えており、内部をインク導入管２６からインク送出管２７に向けて図４（ａ）における矢印Ｆ、Ｆ’の方向にインクが流れる構成となっている。以降、本明細書では、濾過手段２０において、インク導入管２６側を上流側、インク送出管２７側を下流側と呼ぶ。

本体部２１は、濾過手段２０の外形をなす構成要素であり、中空な略直方体として形成され、横向きに設置される。本体部２１内にはフィルタ２３が水平方向に対して垂直に設置されており、このフィルタ２３によって本体部２１内は上流側の濾過前領域２１ａと、下流側の濾過後領域２１ｂと、の２個の領域に分割されている。テーパ部２２は略三角形の中空な板状体であり、内部が濾過後領域２１ｂと連通する形態で本体部２１の１側面に設置されている。

インク導入管２６は本体部２１のテーパ部２２と対向する側面に、濾過前領域２１ａとインク入口部１７とを連通する形態で設置される。インク導入管２６は、インクタンクから供給されたインクを濾過手段２０内部へ導入する。インク送出管２７はテーパ部２２の先端部に、テーパ部２２内部とヘッド内供給路１１とを連通する形態で設置される。インク送出管２７は濾過手段２０で異物が除去されたインクをインク供給スリット１８に送出する。

フィルタ２３は例えば金属メッシュで形成されており、本体部２１内に水平方向に対して垂直に設置される。このような形態でフィルタ２３を設置することにより、フィルタ２３は本体部２１内を濾過前領域２１ａと、濾過後領域２１ｂとの２領域に分割する。また、フィルタ２３は、濾過前領域２１ａ及び濾過後領域２１ｂにおけるインクの流路方向Ｆ、Ｆに対してほぼ沿った形態で設置される。

フィルタ２３はインク導入管２６を介して濾過前領域２１ａへ導入されたインクから、気泡やごみといった異物を捕捉するとともに濾過後領域２１ｂに向けてインクを透過することで、インクに混入している異物を除去し、このインクを下流側に透過させる。

フィルタ２３は、第一濾過領域２３ａと、第二濾過領域２３ｂという、面積の異なり、且つインクの流路に対して互いに平行な２箇所の領域に、分割して併設されている。第一濾過領域２３ａは、フィルタ２３の下流側上部の部位、すなわちインク送出管２７側端部に設けられる。第二濾過領域２３ｂはフィルタ２３の第一濾過領域２３ａを除いた部分であり、第一濾過領域２３ａよりも大きい面積を占める。

フィルタ２３を形成する金属メッシュは本来はインクに対して濡れ性の高い材質である。そこで、本実施形態に係る記録ヘッドＨに適用されるフィルタ２３は、第二濾過領域２３ｂの表面には加工を施さず、第一濾過領域２３ａの表面にはフッ素樹脂によるコーティングを施す。ここで、第一濾過領域２３ａのコーティングに適用するフッ素樹脂は、例えばＦＥＰ（テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＥＴＦＥ（テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体）といった周知のフッ素樹脂が適用可能であり、画像形成に適用されるインクをはじく撥油性又は撥水性を有するものが適宜選定される。

上述の様な構成とすることで、フィルタ２３において、第一濾過領域２３ａにおけるインクに対する濡れ性は第二濾過領域２３ｂにおけるインクに対する濡れ性よりも低くなる。そして、濾過手段２０内において、第一濾過領域２３ａではインクに混入した気泡Ｂの透過は容易となる。一方、第二濾過領域２３ｂでは気泡Ｂの透過は困難となる。

なお、フィルタ２３の具体的な形態は設計事項であり、フィルタ２３のメッシュサイズや第一濾過領域２３ａと第二濾過領域２３ｂの面積比はインクの物性や実験結果等を踏まえて適宜決定される。

駆動部は濾過手段２０の姿勢を制御するための構成要素である。駆動部は記録ヘッドＨが記録媒体Ｒに対して画像形成を行なっている時には図５（ａ）に示すように下流側（インク送出管２７側）よりも上流側（インク導入管２６側）が高い位置となるように濾過手段２０の姿勢を保つ。一方、メンテナンスユニット４０のメンテナンス動作によって濾過手段２０内部のインクを吸引する時には、図５（ｂ）に示すように上流側よりも下流側が高い位置となるように濾過手段２０の姿勢を変える。

時間の経過により、記録ヘッドＨの吐出口１５、１５、…近傍部にはごみ、気泡や固化したインクがたまる。また、濾過手段２０内には、インク入口部１７やインク供給路（非図示）でインクに混入したインクがフィルタ２３によって捕捉されてたまっていく。これらの異物は、吐出口１５、１５、…からの安定したインク吐出の妨げとなるので、メンテナンスユニット４０の先述したメンテナンス動作によって除去する。

次に、本実施形態に係る記録ヘッドＨ内部における気泡Ｂの挙動と、記録ヘッドＨ内部から気泡Ｂを除去する手順について、図５を参照して説明する。

先述したように、濾過手段２０は記録ヘッドＨ外部からインク入口部１７を経て導入されたインクをインクノズル１２、１２、…に送出する。ここで、インク入口部１７から導入されたインクには、ごみや気泡Ｂといった異物が混入している。このうち、ごみはフィルタ２３によって捕捉されてインクから濾別され、濾過前領域２１ａに留まる。この時、濾過手段２０は図５（ａ）に示すように上流側の方が高い姿勢をとっているので、気泡Ｂは浮力の作用によってインク導入管２６近傍に位置しており、第二濾過領域２３ｂに当接している。

ここで、フィルタ２３の第二濾過領域２３ｂは表面加工を施さない金属メッシュで構成されているので、インクに対する濡れ性が高くなっている。そのため、第二濾過領域２３ｂはインクで覆われていることとなる。ここで、吐出口１５、１５、…からインクを吐出するとき、圧力素子が作動することで濾過手段２０内部のインクがＦ、Ｆ’方向に流動する。このとき、濾過前領域２１ａにある気泡Ｂはこのインク流によって第二濾過領域２３ｂに押し当てられた状態となる。しかし、インク吐出のために圧力素子により発生するインク流が気泡Ｂに及ぼす力は、インクの表面張力に較べて弱いため、気泡Ｂはフィルタ２３を覆ったインクに阻害されてフィルタ２３を透過することができない。そのためにインク吐出時には気泡Ｂはフィルタ２３により捕捉されて濾過前領域２１ａに留まる。

記録ヘッドＨの老朽化に伴ない、ヘッドキャリッジ７０に設置された記録ヘッドＨの交換を行なったとき、新しい記録ヘッドＨ内部のインクには気泡Ｂが混入する。混入した気泡Ｂはフィルタ２３によって捕捉されるが、この気泡Ｂがフィルタ２３に対して大きい面積で接する場合、フィルタ２３のインクと接触する部位の面積である有効面積が相対的に減少する。こうしてフィルタ２３の有効面積が減少すると、濾過手段２０におけるインクの流路抵抗が増大し、効率的にインクを濾過できなくなるとともに、吐出口１５、１５、…から安定してインクを吐出することができなくなる。

上述の理由でインクの安定した吐出が困難になった場合、メンテナンスユニット４０によるメンテナンス動作によって濾過手段２０の濾過前領域２１ａに滞留した気泡Ｂの除去を行なう。ユーザが制御手段を介してメンテナンス動作の開始のための操作を行なうと、まず吸引キャップ４１が移動し、ノズル面１５ａを覆って吐出口１５、１５、…からインクを吸引可能な状態に移行する。上記移行と併行して、駆動部は濾過手段２０の姿勢を変えて下流側が上流側よりも高い状態に移行する。

濾過手段２０の姿勢を変えて下流側が上流側よりも高くなったところで、引き続いて吸引ポンプ４４が作動することでＦ、Ｆ’方向に圧力が発生し、インク吸引が開始される。この時、濾過手段２０は下流側が上流側よりも高くなっているので、気泡Ｂはフィルタ２３の下流側上部に移動して、第一濾過領域２３ａに当接する。

吸引ポンプ４４がインクを流動させる力は、インクノズル１２、１２、…内部に設置された圧力素子がインクを流動させる力に較べてきわめて大きいものとなっている。このため、第一濾過領域２３ａに当接した気泡Ｂには高い圧力が付与される。さらに、第一濾過領域２３ａは第二濾過領域２３ｂよりもインクに対する濡れ性が低くなっており、インクの表面張力が気泡Ｂに及ぼす作用はきわめて小さくなっている。こうして、気泡Ｂはフィルタ２３を第一濾過領域２３ａで透過する。フィルタ２３を透過したインクはインク送出管２７、インクノズル１２、１２、…を経てメンテナンスユニット４０へ排出される。

このように、フィルタ２３を、第一濾過領域２３ａと、第二濾過領域２３ｂという、インクの流路に対して互いに平行な２箇所の領域に分割して併設し、第二濾過領域２３ｂのインクに対する濡れ性を第一濾過領域２３ａのインクに対する濡れ性よりも高くすることで、記録ヘッドＨを安定してインク吐出可能な状態に容易に維持することができる。

すなわち、記録ヘッドＨによって記録媒体Ｒに画像を形成している時には、例えば濾過手段２０の上流側が、第一濾過領域２３ａの設置された下流側よりも高くなる姿勢に維持するといった方法で、インク中の気泡Ｂが第二濾過領域２３ｂに当接するよう気泡Ｂの位置を制御して気泡Ｂを濾過手段２０内部に留めることができる。よって、画像形成中にインクノズル１２中のインクに気泡Ｂが混入してインク欠が発生するといったことが防止される。

一方、記録ヘッドＨに対してインク吸引を行なうような時には、濾過手段２０の下流側が上流側よりも高くなる姿勢に維持するといった方法で、インク中の気泡Ｂが第一濾過領域２３ａに当接するよう気泡Ｂの位置を制御して気泡Ｂを濾過手段２０外部へ排出することができる。よって、メンテナンス時に気泡Ｂを効率的に排出することで、気泡Ｂの滞留による流路抵抗の増大を防止することができる。これらのことにより、記録ヘッドＨから安定してインクを吐出できる状態を容易に維持することができる。

〔第二の実施形態〕
次に、第二の実施形態に係る記録ヘッドＨについて説明する。なお、以降説明する実施形態において、記録ヘッドＨを適用したインクジェットプリンタ１００の記録ヘッドＨ以外の構成要素については説明を省略する。また、記録ヘッドＨの各構成要素のうち、第一の実施形態と共通の構成要素については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

ここで、図２、図３は第一の実施形態に係る記録ヘッドＨを例に取って描図したものであるが、濾過手段２０以外の構成要素については以後説明する実施形態の場合と共通であり、以後説明する実施形態に係る記録ヘッドＨと近似することができるので、以後の説明の際にも適宜参照する。

記録ヘッドＨはヘッド内供給路１１、インクノズル１２、吐出口１５、インク入口部１７、インク供給スリット１８、濾過手段２０等を備えて構成される。

インク入口部１７は記録ヘッドＨ外部に設置されたインクタンク（非図示）からインク供給路（非図示）を経て供給されるインクを記録ヘッドＨ内部に導入する。濾過手段２０は内部にフィルタ２３を備えて構成され、インク入口部１７から導入されたインクからゴミや気泡といった異物を除去してインクノズル１２、１２、…に向けて送出する。濾過手段２０の構成の詳細については後述する。ヘッド内供給路１１は図３に示すように、濾過手段２０とインク供給スリット１８との間のインク供給路をなす。

インク供給スリット１８は、ヘッド内供給路１１を介して濾過手段２０と接続されている。インク供給スリット１８には、吐出口１５、１５、…までインクを導くインクノズル１２、１２、…がノズル面１５ａと対向する下面に接続されている。

インクノズル１２はインクを吐出口１５まで導く構成要素であり、吐出口１５及び図示しない圧力素子とともに吐出手段を形成する。インクノズル１２内部には、制御手段の制御によって吐出口１５からインクを吐出するための原動力を発生する圧力素子が設置されている。吐出口１５、１５、…は、図２に示すように、記録ヘッドＨの１面であるノズル面１５ａに配列されている。

次に、本発明に係る濾過手段２０の詳細について説明する。図６に示すように、濾過手段２０は、本体部２１、フィルタ２３、インク導入管２６、インク送出管２７等を備えており、内部をインク導入管２６からインク送出管２７に向けて図６における矢印Ｆの方向すなわち下方向にインクが流れる構成となっている。

本体部２１は、濾過手段２０の外形をなす構成要素であり、直方体の頂点を丸めた形状に形成され、縦向きに設置される。本体部２１内にはフィルタ２３が水平方向に対して垂直となる形態で設置されており、このフィルタ２３によって本体部２１内は上流側（インク導入管２６側）の濾過前領域２１ａと、下流側（インク送出管２７側）の濾過後領域２１ｂと、の２個の領域に分割されている。

インク導入管２６は本体部２１の上面に、濾過前領域２１ａとインク入口部１７とを連通する形態で設置される。インク導入管２６は、インクタンクから供給されたインクを濾過手段２０内部へ導入する。インク送出管２７は本体部２１の下面に、ヘッド内供給路１１とを連通する形態で設置される。インク送出管２７は濾過手段２０で異物が除去されたインクをインク供給スリット１８に送出する。

フィルタ２３は例えば金属メッシュで形成されており、本体部２１内に水平方向対して垂直な方向に設置される。このような形態でフィルタ２３を設置することにより、フィルタ２３は本体部２１内を濾過前領域２１ａと、濾過後領域２１ｂとの２領域に分割して併設される。フィルタ２３は濾過前領域２１ａへ導入されたインクから異物を捕捉、除去するとともに濾過後領域２１ｂに向けてインクを透過する。また、図６（ａ）に示すように、フィルタ２３は、濾過前領域２１ａ及び濾過後領域２１ｂをインクが流れる方向Ｆ、Ｆにほぼ沿う形態で設けられる。

フィルタ２３は、第一濾過領域２３ａと、第二濾過領域２３ｂという、面積の異なり、且つインクの流路に対して互いに平行な２箇所の領域に、分割されている。第一濾過領域２３ａは、フィルタ２３のインク送出管２７側端部に設けられる。第二濾過領域２３ｂはフィルタ２３の第一濾過領域２３ａを除いた部分であり、第一濾過領域２３ａよりも大きい面積を占める。

フィルタ２３を形成する金属メッシュは本来はインクに対して濡れ性の高い材質で形成される。本実施形態に係る記録ヘッドＨに適用されるフィルタ２３は、第二濾過領域２３ｂの表面には加工を施さない。一方、第一濾過領域２３ａの表面にはフッ素樹脂によるコーティングを施してインクに対する濡れ性が第二ろ過領域２３ｂにおけるインクに対する濡れ性よりも低くなるようにする。ここで、第一濾過領域２３ａのコーティングに適用するフッ素樹脂は、第一の実施形態の場合と同様、周知のフッ素樹脂から適宜選定される。

なお、フィルタ２３の具体的な形態は第一の実施形態の場合と同様に設計事項であり、フィルタ２３のメッシュサイズや第一濾過領域２３ａと第二濾過領域２３ｂの面積比はインクの物性や実験結果等を踏まえて適宜決定される。

次に、本実施形態に係る記録ヘッドＨ内部における気泡Ｂの挙動と、記録ヘッドＨ内部から気泡Ｂを除去する手順について、図７を参照して説明する。

インク入口部１７から記録ヘッドＨ内部に導入されたインクには、ごみや気泡Ｂといった異物が混入している。このうち、ごみはフィルタ２３によって捕捉されて濾過前領域２１ａに留まる。また、気泡Ｂは濾過前領域２１ａのインク導入管２６近傍の部位すなわち上側の部位に留まる（図７（ａ））。

ここで、吐出口１５、１５、…からインクを吐出するとき、圧力素子が作動することで濾過手段２０内部のインクが流動する。この時、濾過前領域２１ａ内の気泡Ｂには、圧力素子の作動によって発生するインク流によってインク送出管２７の方向に力が掛けられる。

ここで、フィルタ２３の第二濾過領域２３ｂは表面加工を施さない金属メッシュで構成されているので、インクに対する濡れ性が高くなっており、第二濾過領域２３ｂはインクで覆われていることとなる。そのため、気泡Ｂはフィルタ２３周囲のインクの表面張力によって阻害され、フィルタ２３を透過することができない。また、インク流が気泡Ｂに掛ける力のうち、フィルタ２３とは平行な方向すなわち下方向に向かう成分も、気泡Ｂがインク中で受ける浮力に較べて小さい。そのため、気泡Ｂは記録媒体Ｒに対する画像形成時にはフィルタ２３を透過してインクノズル１２、１２、…へ移行することなく濾過前領域２１ａに留まる。

記録ヘッドＨの交換により、インクに気泡Ｂが混入した場合には、メンテナンスユニット４０によるメンテナンス動作によって気泡Ｂを濾過手段２０から除去する。メンテナンス動作は、まず吸引キャップ４１が移動し、ノズル面１５ａを覆って吐出口１５、１５、…からインクを吸引可能な状態に移行する動作から開始される。

上記移行後、引き続いて吸引ポンプ４４が作動することでＦ方向に圧力が発生し、インク吸引が開始される。吸引ポンプ４４がインクを流動させる力は、インクノズル１２、１２、…内部に設置された圧力素子がインクを流動させる力に較べてきわめて大きいとともに、気泡Ｂがインク中で受ける浮力よりも大きい。このため、気泡Ｂは下向きに移動して本体部２１のインク送出管２７側端部に到達し、第一濾過領域２３ａと当接する。

第一濾過領域２３ａに当接した気泡Ｂには引き続き高い圧力が付与される。ここで、第一濾過領域２３ａは第二濾過領域２３ｂよりもインクに対する濡れ性が低くなっており、インクの表面張力が気泡Ｂに及ぼす作用はきわめて小さくなっている。こうして、気泡Ｂはフィルタ２３を第一濾過領域２３ａで透過する。フィルタ２３を透過したインクはインク送出管２７、インクノズル１２、１２、…を経てメンテナンスユニット４０へ排出される。

このように、フィルタ２３を濾過前領域２１ａ及び濾過後領域２１ｂにおけるインクの流路にほぼ沿って設けるとともに第一濾過領域２３ａをインク送出管２７側端部に設けることで、記録ヘッドＨによる画像形成時の本体部２１内におけるインク流の強さと、記録ヘッドＨにメンテナンスを施す時の本体部２１内におけるインク流の強さとの違いによって、気泡Ｂが濾過手段２０内部に滞留するか、濾過手段２０から排出されるかを制御することができる。よって、インクが安定して吐出される状態をきわめて容易に維持することができる。

〔第三の実施形態〕
次に、第三の実施形態に係る記録ヘッドＨについて説明する。記録ヘッドＨはヘッド内供給路１１、インクノズル１２、吐出口１５、インク入口部１７、インク供給スリット１８、濾過手段２０等を備えて構成される。

インク入口部１７はインクを記録ヘッドＨ内部に導入する。濾過手段２０はインク入口部１７から導入されたインクからゴミや気泡といった異物を除去してインクノズル１２、１２、…に向けて送出する。濾過手段２０の構成の詳細については後述する。ヘッド内供給路１１は濾過手段２０とインク供給スリット１８との間のインク供給路をなす。インク供給スリット１８には、吐出口１５、１５、…までインクを導くインクノズル１２、１２、…がノズル面１５ａと対向する下面に接続されている。

インクノズル１２はインクを吐出口１５まで導く構成要素であり、吐出口１５及び圧力素子（非図示）とともに吐出手段を形成する。インクノズル１２内部には、インクを吐出するための原動力を発生する圧力素子が設置されている。吐出口１５、１５、…は、図２に示すように、記録ヘッドＨの１面であるノズル面１５ａに配列されている。

次に、本発明に係る濾過手段２０の詳細について説明する。図８に示すように、濾過手段２０は、本体部２１、テーパ部２２、フィルタ２３、インク導入管２６、インク送出管２７、インク誘導路２８等を備えており、内部をインク導入管２６からインク送出管２７に向けて矢印Ｆ、Ｆ’の方向にインクが流れる構成となっている。

本体部２１は、濾過手段２０の外形をなす構成要素であり、略直方体として形成され、横向きに設置される。本体部２１内はフィルタ２３によって水平方向に対して垂直に２箇所の領域に分割される。上記２箇所の領域のうち、上流側の領域は濾過前領域２１ａであり、下流側の領域は濾過後領域２１ｂである。テーパ部２２は内部が濾過後領域２１ｂと連通する形態で本体部２１の１側面に設置される。

インク導入管２６は本体部２１のテーパ部２２と対向する側面に、濾過前領域２１ａとインク入口部１７とを連通する形態で設置される。インク導入管２６は、インクを濾過手段２０内部へ導入する。インク送出管２７はテーパ部２２の先端部に、テーパ部２２内部とヘッド内供給路１１とを連通する形態で設置される。インク送出管２７は濾過手段２０で異物が除去されたインクを送出する。

インク誘導路２８は濾過前領域２１ａ内に設置される構成要素であり、濾過前領域２１ａ内のインク及び気泡Ｂ、Ｂ、…を誘導する。インク誘導路２８はＳ字状構造物が連続し、鉛直方向に蛇行した形態を有して形成される。インク誘導路２８の側壁の一方は本体部２１の内壁で構成され、他方はフィルタ２３で構成される。

フィルタ２３は記録ヘッドＨ内部に導入されたインクから気泡やごみといった異物を除去するための構成要素であり、インク誘導路２８の側壁を形成するよう、インク誘導路２８の側断面形状に対応した形状に形成される。フィルタ２３は本体部２１内に設置され、本体部２１内を濾過前領域２１ａと、濾過後領域２１ｂとの２領域に分割する。また、フィルタ２３は、図８（ａ）に示すように濾過前領域２１ａにおいてインクが流れる方向Ｆに対してほぼ沿った形態で設置される。

フィルタ２３は、第一濾過領域２３ａと、第二濾過領域２３ｂという、面積の異なり、且つインクの流路に対して互いに平行な２箇所の領域に、分割して併設される。第一濾過領域２３ａは、フィルタ２３の下流側の、インク誘導路２８の終点部分であり、インク送出管２７側端部となる部位に設けられる。第二濾過領域２３ｂはフィルタ２３の第一濾過領域２３ａを除いた部分であり、第一濾過領域２３ａよりも大きい面積を占める。

フィルタ２３を形成する金属メッシュは本来はインクに対して濡れ性の高い材質である。本実施形態に係る記録ヘッドＨに適用されるフィルタ２３は、第二濾過領域２３ｂの表面には加工を施さず、第一濾過領域２３ａの表面にはフッ素樹脂によるコーティングを施す。第一濾過領域２３ａに適用されるフッ素樹脂は、周知のフッ素樹脂のうち、画像形成に適用されるインクをはじく撥油性又は撥水性を有するものが適宜選定される。

上述の様な構成とすることで、フィルタ２３において、第一濾過領域２３ａにおけるインクに対する濡れ性は第二濾過領域２３ｂにおける濡れ性よりも低くなる。そして、濾過手段２０内において、第一濾過領域２３ａではインクに混入した気泡Ｂの透過は容易となる。一方、第二濾過領域２３ｂでは気泡Ｂの透過は困難となる。

なお、フィルタ２３の具体的な形態は設計事項であり、フィルタ２３のメッシュサイズや第一濾過領域２３ａと第二濾過領域２３ｂの面積比はインクの物性や実験結果等を踏まえて適宜決定される。

次に、本実施形態に係る記録ヘッドＨ内部における気泡Ｂの挙動と、記録ヘッドＨ内部から気泡Ｂを除去する手順について、図８を参照して説明する。

インク入口部１７から記録ヘッドＨ内部に導入されたインクには、ごみ等の異物が混入しており、これらの異物はフィルタ２３によって捕捉される。記録ヘッドＨの交換によってインクに混入した気泡Ｂ、Ｂ、…はインク中での浮力によりインク誘導路２８の上部に留まる（図８（ｂ））。

ここで、吐出口１５、１５、…からインクを吐出するとき、圧力素子が作動することで濾過手段２０内部のインクが流動する。この時、濾過前領域２１ａ内の気泡Ｂには、圧力素子の作動によって発生するインク流によって濾過後領域２１ｂの方向やインク誘導路２８に沿った方向に力が掛けられる。

ここで、フィルタ２３の第二濾過領域２３ｂは表面加工を施さない金属メッシュで構成されているので、インクに対する濡れ性が高くなっている。そのため、第二濾過領域２３ｂはインクで覆われていることとなる。そのため、気泡Ｂはフィルタ２３を覆ったインクの表面張力によって阻害され、フィルタ２３を透過することができない。また、インク流が気泡Ｂに掛ける力の、インク誘導路２８に沿った方向の成分も、気泡Ｂがインク中で受ける浮力に較べて小さい。そのため、気泡Ｂは隣接したＳ字構造に移動することなくインク誘導路２８上部に留まる。

気泡Ｂによってフィルタ２３における流路抵抗が高くなる場合には、メンテナンスユニット４０によるメンテナンス動作によって気泡Ｂを濾過手段２０から除去する。メンテナンス動作は、まず吸引キャップ４１が移動し、ノズル面１５ａを覆って吐出口１５、１５、…からインクを吸引可能な状態に移行する動作から開始される。

上記移行後、引き続いて吸引ポンプ４４が作動することでＦ、Ｆ’方向に圧力が発生し、インク吸引が開始される。吸引ポンプ４４がインクを流動させる力は、インクノズル１２、１２、…内部に設置された圧力素子がインクを流動させる力に較べてきわめて大きいとともに、気泡Ｂがインク中で受ける浮力よりも大きい。このため、気泡Ｂはインク流の作用によって順次隣接するＳ字構造へ移動し、インク誘導路２８に沿って蛇行してインク誘導路２８の終点に到達する。そして気泡Ｂは第一濾過領域２３ａと当接する。

第一濾過領域２３ａに当接した気泡Ｂには引き続き高い圧力が付与される。ここで、第一濾過領域２３ａは第二濾過領域２３ｂよりもインクに対する濡れ性が低くなっており、インクの表面張力が気泡Ｂに及ぼす作用はきわめて小さくなっている。こうして、気泡Ｂはこの第一濾過領域２３ａを透過する。フィルタ２３を透過したインクはインク送出管２７、インクノズル１２、１２、…を経てメンテナンスユニット４０へ排出される。

この様に、濾過前領域２１ａに、鉛直方向に蛇行するインク誘導路２８を設けることで、画像形成時のインクの流れが弱い状態では、気泡Ｂはインク誘導路２８の上部で第二濾過領域２３ｂにより捕捉して、インク欠を防止することができる。また、こうしてインク誘導路２８上部で捕捉された気泡Ｂはインク吸引時のインクの流れが強い状態では、効率よく濾過手段２０から排出される。インク誘導路２８は濾過前領域２１ａを鉛直方向に細長く区切っているため、フィルタ２３の面積を大きくした場合、インク吸引時に濾過前領域２１ａ内でインクの渦が発生して気泡Ｂの排出の能率を低下させるといったことが防止される。よって、よりフィルタ２３の面積が大きい場合でも効率的に気泡Ｂを排出できるようにして濾過手段２０内でのインクの流路抵抗を低く保つことができる。これらのことより、第三の実施形態に係る記録ヘッドＨでは、安定してインクを吐出できる状態をきわめて容易に維持することができる。

なお、本発明に係る記録ヘッドＨは上述の実施形態に限らない。例えば、本発明に係る記録ヘッドＨの濾過手段２０に適用されるフィルタ２３は、第一濾過領域２３ａと第二濾過領域２３ｂとが一体に形成されるものとは限らない。フィルタ２３は、例えば第一濾過領域２３ａにインクに対する濡れ性の低い材質を適用し、第二濾過領域２３ｂにインクに対する濡れ性の高い材質を適用するといった構成としてもよい。フィルタ２３の材質や形状は設計事項であり、画像形成に適用されるインクの物性や経済性等を考慮して適宜設定される。

なお、上述の実施形態では、吐出口１５、１５、…側からインクを吸引する場合を例に取って濾過手段２０からの気泡Ｂの除去の手順を説明したが、本発明に係る記録ヘッドＨは、インク入口部１７側から加圧することで気泡Ｂを除去する構成としてもよい。

また、濾過手段２０内部の形状は、設計事項であり、図５〜図８に描図された形状に限らない。濾過手段２０形状は、内部に気泡Ｂが留まらないよう適宜決定される。

本発明によれば、濾過手段に備えられ、インクに混入した異物を捕捉するフィルタを、インクに対する濡れ性の異なる２箇所の領域に分割して併設することで、画像形成中の弱い圧力で濾過手段内をインクが流れている状態ではインク中の気泡を濾過手段内部に留め、インク吸引中の強い圧力で濾過手段内をインクが流れている状態では、インク中の気泡を濾過手段外部に排出することができる。このことで、気泡によるインク欠を確実に防止できるとともに、濾過手段内部に留まっている気泡による流路抵抗の増大を容易に防止することができる。

よって、吐出手段を多数備えたタイプの記録ヘッドにおいても、安定してインクを吐出できる状態を容易に維持することができる。よって、インクジェットプリンタによって画像形成を高解像度、高速で行なうことができる。

本発明に係る記録ヘッドＨが適用されるインクジェットプリンタ１００の構成の一例を示す正面図である。 本発明に係る記録ヘッドＨの外観を示す斜視図である。 本発明に係る記録ヘッドＨを図２における矢印Ｄ方向に沿って切断した断面図である。 本発明の第一の実施形態に係る記録ヘッドＨに適用される濾過手段２０の構成を示す透視斜視図（ａ）、側断面図（ｂ）、及び平断面図（ｃ）である。 第一の実施形態に係る記録ヘッドＨに適用される濾過手段２０の画像形成時の状態（ａ）、及びインク吸引時の状態（ｂ）を示す側断面図である。 本発明の第二の実施形態に係る記録ヘッドＨに適用される濾過手段２０の構成を示す側断面図（ａ）及び側断面図（ｂ）である。 第二の実施形態に係る記録ヘッドＨに適用される濾過手段２０の画像形成時の状態（ａ）、及びインク吸引時の状態（ｂ）を示す側断面図である。 本発明の第三の実施形態に係る記録ヘッドＨに適用される濾過手段２０の平断面図（ａ）、画像形成時の側断面図（ｂ）、及びインク吸引時の側断面図（ｃ）である。

符号の説明

１２ インクノズル（吐出手段）
１５ａ ノズル面
１５ 吐出口（吐出手段）
２０ 濾過手段
２１ 本体部
２１ａ 濾過前領域
２１ｂ 濾過後領域
２３ フィルタ
２３ａ 第一濾過領域
２３ｂ 第二濾過領域
２６ インク導入管
２７ インク送出管
２８ インク誘導路
４０ メンテナンスユニット
４１ 吸引キャップ
１００ インクジェットプリンタ
Ｈ 記録ヘッド
Ｒ 記録媒体

Claims (4)

1. インクジェット方式により記録媒体にインクを吐出して画像を形成するための記録ヘッドにおいて、
   前記インクを吐出する吐出手段と、
   第一濾過領域と、第二濾過領域とに分割して併設され、前記インクに混入している異物を捕捉し、前記異物が除去されたインクを透過させるフィルタと、前記フィルタを収納する本体部と、を有する濾過手段と、を備え、
   前記第二濾過領域の前記インクに対する濡れ性は、前記第一濾過領域の前記インクに対する濡れ性よりも高く、
   前記濾過手段は、前記インクを前記本体部内へ導入するインク導入管と、前記フィルタを透過したインクを前記吐出手段に向けて送出するインク送出管と、を備え、
   前記本体部は、インク導入管側からインク送出管側へ向かうインクの流路方向に長く形成され、
   前記フィルタは、前記本体部の内側を、水平面に対して垂直に、前記インク導入管側の濾過前領域と、前記インク送出管側の濾過後領域と、に分割し、かつ、
   前記フィルタは前記インクの前記濾過前領域及び前記濾過後領域におけるインクの流路方向に対してほぼ沿った形態で設けられるとともに、
   前記第一濾過領域は、前記フィルタの前記インク送出管側端部に設けられ、
   前記濾過手段は、前記濾過前領域に設置され、前記インクを前記第一濾過領域まで誘導するインク誘導路を有するとともに、前記インク誘導路は略鉛直方向に蛇行した形状であることを特徴とする記録ヘッド。
2. 前記フィルタは、第一濾過領域と第二濾過領域とに分割されていて、第二濾過領域の面積が第一濾過領域の面積よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の記録ヘッド。
3. 前記インク誘導路はＳ字状構造が連続していることを特徴とする請求項１又は２に記載の記録ヘッド。
4. 前記第一濾過領域は、前記フィルタの略鉛直方向下部に設けられていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の記録ヘッド。

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