(57)【要約】【課題】  流体の通過効率向上のために最適な貫通孔の形状を有することにより性能を向上させ、かつノズルやフィルタ等として使用可能な有孔構造体を提供する。【解決手段】  ノズルやフィルタ等として使用される有孔構造体１３の貫通孔８０は、出口側の面として使用される第１の面１３Ａ側が狭くなるテーパ形状であり、第１の面１３Ａ側のテーパ角度は４０度以上である。これにより、貫通孔１つあたりの流体の通過効率を向上させることができる。【選択図】        図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫通孔を有する有孔構造体であって、
前記貫通孔は、前記有孔構造体の出口側の面として使用される第１の面側において狭くなるテーパ形状を有しており、
前記第１の面側における前記貫通孔のテーパ角度は４０度以上である、有孔構造体。
【請求項２】
貫通孔を有する有孔構造体であって、
前記貫通孔は角錐状の形状を有している、有孔構造体。
【請求項３】
貫通孔を有する有孔構造体であって、
前記貫通孔は前記有孔構造体の出口側の面として使用される第１の面側において狭くなるテーパ形状を有しており、
前記貫通孔は前記第１の面側において第１のテーパ角度を有し、かつ前記有孔構造体の入口側の面として使用される第２の面側において前記第１のテーパ角度より小さい第２のテーパ角度を有する中折れした形状を有している、有孔構造体。
【請求項４】
前記貫通孔は中折れした円錐状の形状を有している、請求項３に記載の有孔構造体。
【請求項５】
前記貫通孔は中折れした角錐状の形状を有している、請求項３に記載の有孔構造体。
【請求項６】
前記貫通孔は前記第２のテーパ角度を有する部分において円柱状で、前記第１のテーパ角度を有する部分において円錐状の形状を有している、請求項３に記載の有孔構造体。
【請求項７】
前記貫通孔は前記第２のテーパ角度を有する部分において角柱状で、前記第１のテーパ角度を有する部分において角錐状の形状を有している、請求項３に記載の有孔構造体。
【請求項８】
前記有孔構造体の前記第１の面側における前記貫通孔のテーパ角度は４０度以上である、請求項２〜７のいずれかに記載の有孔構造体。
【請求項９】
前記有孔構造体は格子状の補強構造を有している、請求項１〜８のいずれかに記載の有孔構造体。
【請求項１０】
貫通孔を有する有孔構造体であって、
前記有孔構造体は格子状の補強構造を有している、有孔構造体。
【請求項１１】
樹脂を材料とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の有孔構造体。
【請求項１２】
レーザ加工により加工された構成を有している、請求項１１に記載の有孔構造体。
【請求項１３】
樹脂成形により製造された構成を有している、請求項１１または１２に記載の有孔構造体。
【請求項１４】
インクをノズルを通して微小な液滴として記録媒体に向けて吐出することで前記記録媒体に画像を印刷するインクジェットプリンタに用いられ、かつ前記貫通孔を前記ノズルとして用いることを特徴とする、請求項１から１３のいずれかに記載の有孔構造体。
【請求項１５】
前記貫通孔が流体中の固体異物を通さず前記流体のみを通すことで、フィルタとして用いられることを特徴とする、請求項１から１３のいずれかに記載の有孔構造体。
【請求項１６】
インクタンクに貯蔵されたインクをノズルを通して微小な液滴として記録媒体に向けて吐出することで前記記録媒体に画像を印刷するインクジェットプリンタに用いられ、かつ前記インクタンクと前記ノズルとの間に配置され、前記インク中の前記固体異物を通さず前記インクのみを通すことで、インクフィルタとして用いられることを特徴とする、請求項１５に記載の有孔構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は貫通孔を有する有孔構造体に関し、より特定的には、ノズル、フィルタ等として使用され、かつ流体が通過するための貫通孔を有する有孔構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の流体を取り扱う技術の高度化にともない、流体の噴射および噴霧を精密に制御するためのノズルや流体中の微細な不純物を除去するための高性能なフィルタが求められている。たとえば、インクジェットプリンタの記録ヘッド用ノズル、塗料を噴霧するためのスプレーノズル等ではインクや塗料を微細な液滴にして噴射・噴霧する性能が必要とされる。また、インクジェットプリンタのインクフィルタではインク中に含まれる微細な固形物を除去する性能が必要とされる。
【０００３】
このようなノズルやフィルタとしては、貫通孔を有する構造体（有孔構造体）が使用される。有孔構造体に上述のような性能を付与するためには、貫通孔の径を小さくする必要がある。しかし、単に貫通孔の径を小さくした場合、上述のような性能を付与することはできるものの、流体の通過に対する有孔構造体の抵抗が大きくなり、流体の通過効率が低下する。したがって、有孔構造体の性能を向上させるためには貫通孔の径を小さくするだけでなく、同時に貫通孔の形状を最適化し、十分な流体の通過効率を維持する必要がある。
【０００４】
一方、有孔構造体を薄くすれば流体の通過に対する抵抗は小さくなり、流体の通過効率を向上させることができる。しかしその場合、有孔構造体が十分な剛性を有さなければ構造体そのものがたわんでしまうため、それぞれの貫通孔を満たす流体に十分な圧力をかけることができず、流体の通過効率が低下するおそれがある。したがって、有孔構造体の剛性の確保も、流体の通過効率を向上させるための課題の一つとなっている。
【０００５】
このような状況のもと、たとえばインクジェットプリンタヘッドに使用される有孔構造体として、貫通孔（ノズル）の形状が円柱状、段付円柱状、擂鉢状等のものが提案されている（たとえば、非特許文献１〜３参照）。一方、たとえばインクフィルタとして使用される有孔構造体として、周囲を補強板で取り囲まれた構成を有するインクフィルタが提案されている（たとえば、非特許文献４参照）。
【非特許文献１】柴田誠、マイクロマシン、２００４年、Ｖｏｌ.４９、ｐ６
【非特許文献２】跡部光朗、マイクロマシン、２００３年、Ｖｏｌ.４５、ｐ７
【非特許文献３】インクジェットプリンター用各種ノズル、〔ｏｎｌｉｎｅ〕、九州日立マクセル、〔平成１７年２月７日検索〕、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｅｆ２．ｅ−ｋｙｕｍａ．ｃｏｍ／ｉｎｋｊｅｔ．ｈｔｍｌ＞
【非特許文献４】精密インクフィルター、〔ｏｎｌｉｎｅ〕、九州日立マクセル、〔平成１７年２月７日検索〕、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｅｆ２．ｅ−ｋｙｕｍａ．ｃｏｍ／ｉｎｋｊｅｔ．ｈｔｍｌ＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記の文献において提案された有孔構造体の貫通孔の形状は、流体の通過効率を向上させるために最適な形状を詳細に検討した結果提案されたものではない。したがって、流体の通過効率を向上させるためには、貫通孔の形状についてさらなる検討が必要であった。
【０００７】
また、有孔構造体においては、これが使用される製品の価格競争力を向上させるために、低価格化も要求されている。
【０００８】
さらに、流体の通過効率を向上させるためには有孔構造体の厚さを小さくする対策がとられる。しかし、厚さの小さい有孔構造体は剛性が不十分となりやすく、剛性が不足すると有孔構造体そのものがたわんでしまうため、それぞれの貫通孔を満たす流体に十分な圧力をかけることができず、流体の通過効率が低下する。したがって、有孔構造体の剛性を確保するための構造を検討する必要があった。特に、低価格化が可能な樹脂製の有孔構造体は剛性が低くなりやすいため、剛性の確保が問題となっていた。
【０００９】
そこで、本発明の一の目的は、流体の通過効率向上のために最適な貫通孔の形状を有することにより性能を向上させた有孔構造体を提供することである。
【００１０】
本発明の他の目的は、有孔構造体が使用される製品の価格競争力向上のために、有孔構造体の製造コストを低減することである。
【００１１】
本発明のさらに他の目的は、有孔構造体を薄くした場合でも十分な剛性を確保可能な構造を有することにより流体の通過効率を向上させることを可能とする有孔構造体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一の局面における有孔構造体は、貫通孔を有する有孔構造体であって、貫通孔は、有孔構造体の出口側の面として使用される第１の面側において狭くなるテーパ形状を有している。第１の面側における貫通孔のテーパ角度は４０度以上である。
【００１３】
本発明者は有孔構造体の貫通孔の形状について鋭意検討した結果、貫通孔の出口側の面として使用される第１の面側におけるテーパ角度を大きくすることで貫通孔１つあたりの流体の通過効率が向上すること、ならびにテーパ角度を４０度以上とすると流体の通過効率が急激に向上することを見出し、本発明に想到したものである。よって、本発明の一の局面における有孔構造体によれば、貫通孔１つあたりの流体の通過効率を向上させることができる。
【００１４】
ここで、テーパ角度とは、貫通孔の出口を通り、吐出方向に平行な有孔構造体の断面において、断面に現れる貫通孔の両側の内壁がなす角度をいう。
【００１５】
また、本発明の他の局面における有孔構造体は、貫通孔を有する有孔構造体であって、貫通孔は角錐状の形状を有している。ここで、角錐状の形状とは角錐の頂点が貫通孔の出口面側であって、有孔構造体の外部に存在し、貫通孔の出口面側および入口面側の開口の形状が多角形となっている角錐台形状をいう。
【００１６】
円錐状のような曲面を含む形状の貫通孔を有する有孔構造体と比較して、平面のみで構成される角錐状の形状の貫通孔を有する有孔構造体は金型の作製等が容易である。そのため、本発明の他の局面における有孔構造体によれば、有孔構造体の製造コストを低下させることができる。
【００１７】
また、円錐に比べて角錐は体積あたりの表面積が大きい。したがって、摩擦による流体の吐出圧力の損失を小さくするため、一般的には有孔構造体の貫通孔の形状は角錐状ではなく円錐状にすべきであると考えられる。しかし、本発明者は角錐状の貫通孔と円錐状の貫通孔とを比較する検討を詳細に行った結果、角錐状の貫通孔を有している有孔構造体における流体の吐出圧力は円錐状の貫通孔を有している有孔構造体における吐出圧力と比較して、ほとんど遜色ないことを見出した。よって、本発明の他の局面における有孔構造体によれば、円錐状の形状の貫通孔を有する有孔構造体と遜色ない流体の通過効率を確保できる安価な有孔構造体を提供することができる。
【００１８】
ここで、円錐状の形状とは円錐の頂点が貫通孔の出口面側であって、有孔構造体の外部に存在し、貫通孔の出口面側および入口面側の開口の形状が円形となっている円錐台形状をいう。
【００１９】
また、本発明のさらに他の局面における有孔構造体は、貫通孔を有する有孔構造体であって、貫通孔は有孔構造体の出口側の面として使用される第１の面側において狭くなるテーパ形状を有している。さらに貫通孔は第１の面側において第１のテーパ角度を有し、かつ有孔構造体の入口側の面として使用される第２の面側において第１のテーパ角度より小さい第２のテーパ角度を有する中折れした形状を有している。
【００２０】
本発明者は貫通孔の断面形状について詳細に検討した結果、流体の通過効率は貫通孔の第１の面側におけるテーパ角度に依存し、第２の面側におけるテーパ角度を小さくしてもほとんど変化しないことを見出した。よって、本発明のさらに他の局面における有孔構造体によれば、貫通孔の第１の面側におけるテーパ角度を十分に確保しながら貫通孔の入口径を小さくすることができるため、貫通孔同士のピッチを小さくすることができ、全体として流体の通過効率を向上させることが可能となる。
【００２１】
上記さらに他の局面における有孔構造体において好ましくは、貫通孔は中折れした円錐状の形状を有している。
【００２２】
これにより、円錐状の貫通孔は表面積が小さいため、摩擦による流体の吐出圧力の損失を小さくすることが可能である。
【００２３】
上記さらに他の局面における有孔構造体において好ましくは、貫通孔は中折れした角錐状の形状を有している。
【００２４】
これにより、有孔構造体の製造コストを低下させながら、円錐状とほとんど遜色ない流体の通過効率を確保することができる。
【００２５】
上記さらに他の局面における有孔構造体において好ましくは、第２のテーパ角度を有する部分において円柱状で、第１のテーパ角度を有する部分において円錐状の形状を有している。
【００２６】
これにより、有孔構造体の貫通孔の表面積を小さくすることができるため、摩擦による流体の吐出圧力の損失を小さくすることが可能である。また、円柱部分においては吐出方向と有孔構造体の貫通孔側壁が平行となり、摩擦による流体の吐出圧力の損失を小さくすることができる。
【００２７】
上記さらに他の局面における有孔構造体において好ましくは、第２のテーパ角度を有する部分において角柱状で、第１のテーパ角度を有する部分において角錐状の形状を有している。
【００２８】
これにより、有孔構造体の製造コストを低下させながら、第二の面側が円柱状で、第１の面側が円錐状の場合とほとんど遜色ない流体の通過効率を確保することができる。また、角柱部分においては吐出方向と有孔構造体の貫通孔側壁が平行となり、摩擦による流体の吐出圧力の損失を小さくすることができる。
【００２９】
上記他の局面およびさらに他の局面における有孔構造体において好ましくは、有孔構造体の第１の面側における貫通孔のテーパ角度は４０度以上である。これにより、貫通孔１つあたりの流体の通過効率を向上させることができる。
【００３０】
上述の各局面における有孔構造体において好ましくは、有孔構造体は格子状の補強構造を有している。
【００３１】
流体の吐出抵抗を小さくするためには有孔構造体の厚さを薄くする対策がとられる。しかし、厚さの薄い有孔構造体は剛性が不十分となりやすく、剛性が不足すると有孔構造体そのものがたわんでしまうため、それぞれの孔を満たす流体に十分な圧力をかけることができず、流体の通過効率が低下する。本発明者は鋭意検討の結果、有孔構造体に格子状の補強構造を付加することで、有孔構造体の厚さを増加させることなく、剛性を向上させ、流体の通過効率を向上させることができることを見出し、本発明に想到したものである。よって、この有孔構造体によれば、流体の通過効率を向上させることができる。
【００３２】
本発明のさらに他の局面における有孔構造体は、貫通孔を有する有孔構造体であって、有孔構造体は格子状の補強構造を有している。
【００３３】
これにより、上述と同様、有孔構造体の剛性が向上し、流体の通過効率を向上させることができる。
【００３４】
上述の各局面における有孔構造体において好ましくは、樹脂を材料としている。これにより、金属製などの有孔構造体に比べて、製造コストを低く抑えることができる。そのため、安価な有孔構造体を提供することができる。
【００３５】
ここで、樹脂としては、たとえばポリアミド系樹脂、ポリエステル、シンジオ型ポリスチレン、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ＰＰＳ（poly(phenylene sulfide)）、エポキシ、フェノール、ポリイミド、アクリル、ポリカーボネート、ポリスチレンなどが挙げられる。
【００３６】
上述の各局面における有孔構造体において好ましくは、有孔構造体はレーザ加工により加工された構成を有している。これにより、高い精度で加工された有孔構造体を提供することができる。
【００３７】
上述の各局面における有孔構造体において好ましくは、有孔構造体は樹脂成形により製造された構成を有している。これにより、有孔構造体を低コストで製造することが可能となり、安価な有孔構造体を提供することができる。
【００３８】
なお、樹脂成形における加工性の観点から、樹脂の中でも、たとえばポリサルフォン、ポリエーテルエーテルケトン、ＰＰＳ（poly(phenylene sulfide)）を材料とすることが好ましい。
【００３９】
上述の各局面における有孔構造体において、有孔構造体はインクをノズルを通して微小な液滴として記録媒体に向けて吐出することで記録媒体に画像を印刷するインクジェットプリンタに用いることができる。さらに、貫通孔をノズルとして用いることができる。
【００４０】
これにより、上記優れた特性を有するノズルを備えたインクジェットプリンタを提供することができる。
【００４１】
上述の各局面における有孔構造体において、貫通孔が流体中の固体異物を通さず流体のみを通すことで、フィルタとして用いることができる。これにより、上記優れた特性を有するフィルタを提供することができる。
【００４２】
上記有孔構造体において、有孔構造体はインクタンクに貯蔵されたインクをノズルを通して微小な液滴として記録媒体に向けて吐出することで記録媒体に画像を印刷するインクジェットプリンタに用いることができる。さらにインクタンクとノズルとの間に配置され、インク中の固体異物を通さずインクのみを通すことで、インクフィルタとして用いることができる。
【００４３】
これにより、上記優れた特性を有するインクフィルタを備えたインクジェットプリンタを提供することができる。
【発明の効果】
【００４４】
以上の説明から明らかなように、本発明の有孔構造体によれば、流体の通過効率を向上させるために最適な貫通孔の形状を有する有孔構造体を提供することができる。また、本発明の有孔構造体によれば、製造コストが低減された有孔構造体を提供することができる。さらに、十分な剛性を確保可能な構造を有することにより流体の通過効率を向上させることができる。さらに、上記有孔構造体を有することにより、上記優れた特性を有するインクジェットノズルを備えたインクジェットプリンタを提供することができる。さらに、上記優れた特性を有するフィルタを提供することができる。さらに、上記優れた特性を有するインクフィルタを備えたインクジェットプリンタを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
以下、本発明の一実施の形態について、図に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施の形態における有孔構造体が配置されたインクジェットプリンタのインク供給部の構造を示す概略断面図である。図１を参照して、本実施の形態における有孔構造体が配置されたインクジェットプリンタについて説明する。
【００４６】
図１を参照して、インクジェットプリンタ１はインク供給部２として、インクタンク２１と、インク補給弁２２と、中間タンク２３と、インク供給遮断弁２４と、インク流路２５と、記録ヘッド１０とを備えている。インクタンク２１とインク補給弁２２、インク補給弁２２と中間タンク２３、中間タンク２３とインク供給遮断弁２４、インク供給遮断弁２４と記録ヘッド１０とはそれぞれインク流路２５により連結されている。
【００４７】
インクタンク２１はインクを貯蔵する機能を有している。インク補給弁２２はインクタンク２１と中間タンク２３とを連結するインク流路２５に配置され、供給されるインクの量を調節する機能を有している。中間タンク２３は、インクタンク２１から供給されたインクを一時的に貯蔵する機能を有している。インク供給遮断弁２４は開閉可能な弁であり、中間タンク２３から記録ヘッド１０へのインクの供給量を調節する機能を有している。記録ヘッド１０はインクをノズルを通して微小な液滴として記録媒体に向けて吐出することで記録媒体に画像を印刷する機能を有している。
【００４８】
次にインクジェットプリンタ１による印刷の手順を説明する。インクタンク２１に貯蔵されたインクはインク補給弁２２の作用により供給量を調節されながら、中間タンク２３に一時的に貯蔵される。さらに中間タンク２３に貯蔵されたインクはインク供給遮断弁２４の作用により供給量を調節されながら、記録ヘッド１０に供給される。記録ヘッド１０は供給されたインクをノズルを通して微小な液滴として記録媒体に向けて吐出することで記録媒体に画像を印刷する。なお、インク供給部２はプリンタが出力可能な色数と同数備えられる。
【００４９】
次に、記録ヘッド１０について詳細に説明する。図１を参照して、記録ヘッド１０はフィルタ通過部１１とインク室３０とを含んでいる。インク流路２５と、フィルタ通過部１１とはフィルタ通過部１１に設けられたインク供給口１２において連結されている。フィルタ通過部１１は複数のインク室３０に連結されている。
【００５０】
図２は図１に示したインクジェットプリンタのうち、記録ヘッド１０のフィルタ通過部１１およびインク室３０付近を拡大して示した部分拡大図である。また、図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う概略部分断面図である。図２および図３を参照して、インク室３０について説明する。
【００５１】
図２に示すように、フィルタ通過部１１には複数のインク室３０が連結されている。図３（ａ）に示すように、インク室３０はインク室３０の外壁３１と、圧電素子３２とを有している。外壁３１は貫通孔８０を有する有孔構造体である。圧電素子３２は外壁３１に接触して配置されている。
【００５２】
次に、図３（ａ）および図３（ｂ）を参照して、インクの吐出の手順を説明する。図３（ａ）を参照して、フィルタ通過部１１から供給されたインクはインク室の開口３３を通ってインク室３０に貯蔵される。その後、圧電素子３２に電圧が加えられると圧電素子３２は図３（ｂ）に示すように変形し、インク室３０の容積は減少する。これにより、インク室３０内のインクが貫通孔８０を通って吐出される。
【００５３】
以上のように、本実施の形態では貫通孔８０を有する有孔構造体はインク室３０の外壁３１として使用されている。さらに、貫通孔８０はインクを吐出するためのノズルとして使用されている。
【００５４】
次に、フィルタ通過部１１について詳細に説明する。図４は、図１のＩＶ−ＩＶ線に沿う概略部分断面図である。図４を参照して、フィルタ通過部１１について説明する。
【００５５】
フィルタ通過部１１はインクフィルタ４０により仕切られており、インク供給口１２を有する側である入口側１１Ｂとインク供給口１２を有さない側である出口側１１Ａとに分割されている。インクフィルタ４０は貫通孔８０を有する有孔構造体である。
【００５６】
次に、インクフィルタ４０によるインク中の固体異物の除去について説明する。インク供給口１２を通して供給されたインクはフィルタ通過部１１の入口側１１Ｂに貯蔵される。貯蔵されたインクは貫通孔８０を有するインクフィルタ４０の入口側の面として用いられる第２の面側から出口側の面として用いられる第１の面側に向けて（矢印ａの向きに）インクフィルタ４０を通過する。これにより、インク中に含まれる固体異物のうち第１の面４０Ａ側における貫通孔８０の開口の径よりも大きな固体異物は貫通孔８０を通過することができず、除去される。そして、固体異物が除去されたインクは矢印ｂの向きに流れ、インク室３０に到達する。
【００５７】
以上のように、本実施の形態では貫通孔８０を有する有孔構造体はインクフィルタ４０として使用されている。
【００５８】
次に、図１のインクジェットプリンタ１に用いられる本実施の形態の有孔構造体について説明する。
【００５９】
図５は本実施の形態の有孔構造体（図４に示すインクフィルタ４０）の貫通孔８０を有する部位を示す斜視図（ａ）および部分拡大図（ｂ）である。図５（ａ）を参照して、本実施の形態の有孔構造体１３の貫通孔８０を有する部位は板状の形状を有している。また、図５（ｂ）を参照して、本実施の形態の有孔構造体１３は複数の貫通孔８０を有している。
【００６０】
また、図１〜図３に示した本実施の形態の有孔構造体１３としてのインク室３０の外壁３１では、その底壁に図５に示した貫通孔８０と同様の貫通孔８０が各インク室３０ごとに形成されている。
【００６１】
なお、本実施の形態のインクフィルタ４０は、たとえば樹脂成形により作製された図５（ａ）の有孔構造体１３から切り出して、必要な形状とすることにより製造することができる。また、たとえば樹脂成形により当初から必要な形状になるように製造することもできる。一方、本実施の形態のインク室３０の群は、たとえば樹脂成形により図５（ａ）の有孔構造体１３を作製し、その後貫通孔８０ごとにインク室３０を形成するように樹脂成形により作成された側壁および上壁を有する部材を貼り合わせることにより、製造することができる。
【００６２】
以下、本実施の形態の有孔構造体１３について詳細に説明する。図６は有孔構造体の貫通孔の出口を通り、吐出方向に平行な断面を示す概略部分断面図である。また、図７および図８は貫通孔の形状を示した概略斜視図である。
【００６３】
図６を参照して、本発明の有孔構造体１３の貫通孔８０は有孔構造体の出口側の面として用いられる第１の面１３Ａ側において狭くなるテーパ形状を有している。貫通孔８０の第１の面１３Ａ側におけるテーパ角度θ１は４０度以上である。貫通孔８０の形状はたとえば図７に示すように円錐状の形状とすることができる。これにより、貫通孔８０において１つあたりのインク（流体）の通過効率を向上させることができる。
【００６４】
貫通孔８０の形状は、図８に示すように角錐状であってもよい。これにより、有孔構造体１３の製造コストを低下させることができる。なお、図８の貫通孔８０は入口径Ｌ１、出口径Ｌ２を有する。また、第１の面１３Ａ側におけるテーパ角度θ１は底面の向い合う辺の中点をそれぞれａおよびｂとし、頂点をＰとして∠ａＰｂである。図８は入口および出口が正方形の場合について示しているが、一般的な多角形においては多角形の重心を通り、重心と重心に最も近い辺の中点とを通る直線が多角形の辺と交わる２点間の距離でＬ１およびＬ２は定義される。また、テーパ角度θ１は上記の直線が多角形の辺と交わる２点を上記ａおよびｂとし、頂点をＰとして∠ａＰｂで定義される。
【００６５】
図９は有孔構造体の貫通孔の出口を通り、吐出方向に平行な断面を示す概略部分断面図である。また、図１０〜１３は貫通孔の形状を示した概略斜視図である。
【００６６】
図６では有孔構造体１３の貫通孔８０の壁面が入口から出口まで直線状である場合について説明したが、図９に示すように貫通孔８０の断面形状は第１の面１３Ａ側において第１のテーパ角度θ１を有し、かつ有孔構造体１３の入口側の面として使用される第２の面１３Ｂ側において第１のテーパ角度θ１より小さい第２のテーパ角度θ２を有する中折れした形状を有していてもよい。これにより、貫通孔８０同士のピッチを小さくすることができ、その結果、有孔構造体１３の表面の単位面積当たりの貫通孔８０の開口の数を増やすことが可能となり、インクの通過効率を向上させることができる。
【００６７】
この中折れした貫通孔８０の形状は図１０に示すように中折れした円錐状であってもよい。つまり、第１のテーパ角度θ１を有する部分と第２のテーパ角度θ２を有する部分との双方が円錐状である。これにより、摩擦によるインクの吐出圧力の損失を小さくすることができる。また、中折れした貫通孔８０の形状は、図１１に示すように中折れした角錐状であってもよい。つまり、第１のテーパ角度θ１を有する部分と第２のテーパ角度θ２を有する部分との双方が角錐状である。これにより、有孔構造体１３の製造コストを低下させながら、円錐状とほとんど遜色ないインクの通過効率を確保することができる。
【００６８】
さらに、この中折れした貫通孔８０の形状は図１２に示すように第２のテーパ角度を有する部分において円柱状で、かつ第１のテーパ角度を有する部分において円錐状の形状を有していてもよいし、図１３に示すように第２のテーパ角度を有する部分において角柱状で、かつ第１のテーパ角度を有する部分において角錐状の形状を有していてもよい。これにより、円柱または角柱の部分において、吐出方向と貫通孔８０の壁面が平行となり、摩擦による吐出圧力の損失を小さくすることができる。上記の図８〜図１３に示す各貫通孔８０におけるテーパ角度θ１は適宜選択することができるが、４０度以上であることが好ましい。なお、図１１および図１３に示す貫通孔８０の角錐部の入口径および出口径の各々は図８と同様、図中の寸法Ｌ１およびＬ２により決定される。また、図１１に示す貫通孔８０のテーパ角度θ１、θ２と図１３に示す貫通孔８０のテーパ角度θ１とは、図８と同様、底面の向い合う辺の中点をそれぞれａおよびｂとし、頂点をＰとしたとき、∠ａＰｂで決定される。
【００６９】
上記のような有孔構造体において、以下に説明するような補強構造を設けてもよい。図１４は有孔構造体１３の概略平面図である。また、図１５は図１４のＸＶ−ＸＶ線に沿う有孔構造体の概略断面図である。図１４および図１５を参照して、本実施の形態の有孔構造体１３は、複数個の貫通孔（図示せず）を有するたとえば円盤状のメッシュ部１３Ｃと、補強構造１３Ｄとを有している。補強構造１３Ｄは有孔構造体１３の第２の面１３Ｂ側において外縁に沿って形成されたリブ１３Ｄ１と、格子状に配置されたリブ１３Ｄ２とを有している。有孔構造体１３のメッシュ部１３Ｃと補強構造１３Ｄとは一体に作製されてもよいし、別個に作製して貼り合わせられてもよい。また、上記補強構造は必ずしも必要なものではなく、有孔構造体の剛性が不足する場合に必要に応じて設けることができる。この補強構造はたとえば、有孔構造体を板状の形状を有するインクフィルタとして使用する場合等において有効である。
【００７０】
また、本実施の形態の有孔構造体は樹脂を材料としており、たとえばポリイミド樹脂を材料として作製されている。ただし、有孔構造体はポリアミド系樹脂、ポリエステル、シンジオ型ポリスチレン、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ＰＰＳ（poly(phenylene sulfide)）、エポキシ、フェノール、アクリル、ポリカーボネート、ポリスチレンなどの樹脂を材料として作製してもよい。
【００７１】
また、本実施の形態の有孔構造体は樹脂成形により製造された構成を有している。なお、有孔構造体は樹脂成形に代えて、または樹脂成形に加えてレーザ加工により加工された構成を有していてもよい。
【実施例１】
【００７２】
以下、本発明の実施例１について説明する。樹脂板に多数の貫通孔を形成して有孔構造体を作製し、貫通孔のテーパ角度と流体の通過効率との関係を調べる実験を行った。ここで流体の通過効率としては貫通孔１つあたりの噴霧粒子数を測定した。
【００７３】
微細孔の形成に優れているエキシマレーザ加工（波長３４８ｎｍ）により厚さ５０μｍのポリイミド樹脂板に円錐状の貫通孔を形成し、有孔構造体を作製した。有孔構造体は貫通孔の出口径が３μｍで、テーパ角度のみが異なる４種類とした。
【００７４】
図１６（ａ）〜（ｄ）は上記により作製したテーパ角度が異なる４種類の有孔構造体の貫通孔部分を示す写真であり、特に貫通孔の出口を通り吐出方向に平行な有孔構造体の断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。図１６（ａ）〜（ｄ）を参照して、（ａ）〜（ｄ）の有孔構造体にはテーパ角度がそれぞれ２２、３０、４３、７０度である円錐状の貫通孔が形成されていた。
【００７５】
作製した有孔構造体の入口面側を振動体に接触させ、振動体をホーン振動子により振動させた。また、振動体と有孔構造体とが接触している領域に水を供給して霧化させ、噴霧粒子数を測定した。
【００７６】
図１７は上記実験の結果得られた、貫通孔のテーパ角度と噴霧粒子数との関係を示す図である。図１７を参照して、貫通孔のテーパ角度が大きくなると、貫通孔１つあたりにおける一秒あたりの噴霧粒子数が多くなる、すなわち流体の通過効率が向上する傾向があった。また、特に４０度付近において急激に流体の通過効率が向上する傾向があった。
【００７７】
このことから、貫通孔１つあたりの流体の通過効率を向上させるためには、貫通孔のテーパ角度を大きくすることが有効であり、特に４０度以上とすることが有効であることが分かる。
【００７８】
一方、形状の異なる円錐状の貫通孔について、入口に一定圧力で水を供給した場合の吐出圧力についてシミュレーションを行った。
【００７９】
図１８はシミュレーションの対象とした貫通孔の出口を通り吐出方向に平行な貫通孔の断面の形状を示す概略部分断面図である。また、図１９はシミュレーションの結果得られた、貫通孔の出口面側におけるテーパ角度と吐出圧力との関係を示す図である。
【００８０】
図１８を参照して、（ａ）〜（ｅ）に示す円錐状または中折れした円錐状の貫通孔を想定し、それぞれの貫通孔の入口に水圧５０ＭＰａを負荷した場合の吐出圧力についてシミュレーションを行った。
【００８１】
その結果、図１９を参照して、貫通孔の出口面側におけるテーパ角度が大きくなると貫通孔の出口における吐出圧力は大きくなることが分かった。これは上述の実験の結果と一致するものである。また、吐出圧力は貫通孔の出口面側におけるテーパ角度にのみ依存し、貫通孔の入口の大きさや入口面側におけるテーパ角度には依存しないとの結果が得られた。
【００８２】
以上より、貫通孔の入口側の面として使用される第２の面側におけるテーパ角度を出口側の面として使用される第１の面側におけるテーパ角度よりも小さくすることで、吐出圧力を保持しながら貫通孔の入口を小さくすることができることが分かった。これにより、貫通孔１つあたりの流体の通過効率を維持しながら有孔構造体表面における貫通孔の開口の数を増やし、全体として流体の通過効率を向上させることが可能なことが分かる。
【実施例２】
【００８３】
以下、本発明の実施例２について説明する。四角錐状の貫通孔を有する有孔構造体と円錐状の貫通孔を有する有孔構造体とを作製し、流体の通過効率を比較する実験を行った。
【００８４】
実施例１と同様の方法でポリイミド樹脂板に、多数の四角錐状の貫通孔を形成した有孔構造体と、多数の円錐状の貫通孔を形成した有孔構造体とを作製した。この２種類の有孔構造体に形成された貫通孔の入口径、出口径およびテーパ角度はそれぞれ同一である。作製した有孔構造体の入口面側から水圧をかけ、水の通過効率を測定した。
【００８５】
その結果、四角錐状の貫通孔を有する有孔構造体の水の通過効率は円錐状の貫通孔を有する有孔構造体の通過効率の約９２％であった。このことから、四角錐状の貫通孔を有する有孔構造体は円錐状の貫通孔を有する有孔構造体と比較して、ほとんど遜色ない流体の通過効率を有することがわかった。
【００８６】
ここで図８を参照して、四角錐状の貫通孔における入口径および出口径はそれぞれ貫通孔の入口および出口の開口となる正方形の一辺の長さＬ１およびＬ２と定義する。また、四角錐状の貫通孔におけるテーパ角度は底面の向かい合う辺の中点をａおよびｂとし、頂点をＰとして∠ａＰｂと定義する。
【００８７】
次に、入口径と、出口径と、テーパ角度とが同一の四角錐状の貫通孔と円錐状の貫通孔の入口に、一定圧力で水を供給した場合の吐出圧力および吐出流速について比較するシミュレーションを行った。
【００８８】
図２０はシミュレーションの結果得られた、円錐状の貫通孔を１００とした場合の四角錐状の貫通孔の吐出圧力および吐出流速の大きさを示す図である。図２０を参照して、円錐状の貫通孔に対する四角錐状の貫通孔の吐出圧力および吐出流速はそれぞれ９０％および９５％であった。以上より、四角錐状の貫通孔を有する有孔構造体は円錐状の貫通孔を有する有孔構造体と比較して、ほとんど遜色ない流体の通過効率を有するという上記実験の結果がこのシミュレーション結果により確認された。
【００８９】
一方、ポリサルフォン樹脂を材料として樹脂成形により有孔構造体を作製し、流体の通過効率を調べる実験を行った。
【００９０】
図２１は作製された有孔構造体の外観を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。図２１を参照して、有孔構造体の厚みは７０μｍ、貫通孔は出口が４μｍ角、入口が８０μｍ角の四角錐状の形状を有している。なお、写真の上側が有孔構造体の貫通孔の入口側、下側が出口側である。
【００９１】
作製した有孔構造体の入口側から水圧をかけ、通過水量を測定した。その結果、通過水量は０．２５ｍｌ／分であった。このことから、角錐状の貫通孔を有する有孔構造体でも水（流体）を十分効率よく通過できることがわかった。
【実施例３】
【００９２】
以下、本発明の実施例３について説明する。円錐状の貫通孔を有する有孔構造体と、中折れした円錐状の貫通孔を有する有孔構造体とを作製し、流体の通過効率を比較する実験を行った。
【００９３】
図２２は作製された有孔構造体の貫通孔の出口を通り、吐出方向に平行な断面の形状を示す概略部分断面図である。また、図２３は有孔構造体の入口側の面における貫通孔の開口の配置を示す図である。
【００９４】
図２２を参照して、双方の貫通孔とも、貫通孔の出口径は３μｍ、出口面側におけるテーパ角度は７２度、有孔構造体の厚さは５０μｍである。そして、円錐状の貫通孔は７５μｍの入口径を有している。一方、中折れした円錐状の貫通孔は貫通孔出口側の面から厚み２０μｍの位置でテーパ角度が変えられており、５５μｍの入口径を有している。
【００９５】
図２３を参照して、隣接する貫通孔の入口の縁同士の最短距離を５μｍとして貫通孔は形成されている。その結果、入口側の面における貫通孔の開口の中心同士の距離（ピッチ）は円錐状の貫通孔では８０μｍ、中折れした円錐状の貫通孔では６０μｍとなった。
【００９６】
作製した有孔構造体の入口側から水圧をかけ、通過水量を測定した。その結果、中折れした円錐状の形状の貫通孔を有する有孔構造体は、円錐状の形状の貫通孔を有する有孔構造体に対して、通過水量が７０％多かった。ここで、貫通孔のピッチの違いに起因して、有孔構造体表面の単位面積当たりの貫通孔の開口の数は約７８％多くなっている。したがって、貫通孔の数の比率に対応して、通過水量は多くなったものと考えられる。このことから、貫通孔を中折れ形状として貫通孔の数を増やすことは、流体の通過効率の向上に有効であることが確認された。
【実施例４】
【００９７】
以下、本発明の実施例４について説明する。入口面側が円柱状で、出口面側が円錐状の形状を有している貫通孔を有する有孔構造体と、円錐状の貫通孔を有している有孔構造体とを作製し、流体の通過効率を比較する実験を行った。
【００９８】
図２４は作製された有孔構造体の貫通孔の出口を通り、吐出方向に平行な断面の形状を示す概略部分断面図である。図２４を参照して、入口面側が円柱状で、出口面側が円錐状の形状である貫通孔を有する有孔構造体（ｂ）は、円錐状の貫通孔を有する有孔構造体（ａ）に同一の厚さの円柱状の貫通孔を有する有孔構造体を組み合わせた構成となっている。なお、有孔構造体はポリサルフォン樹脂を材料として作製されている。
【００９９】
作製した有孔構造体の入口側から水圧をかけ、通過水量を測定した。その結果、入口面側が円柱状で、出口面側が円錐状の形状である貫通孔を有する有孔構造体（ｂ）の通過水量は円錐状の貫通孔を有する有孔構造体（ａ）の３倍となった。これは厚みが増加して吐出抵抗が大きくなった効果よりも、有孔構造体の剛性が向上した効果の方が大きいことを示している。このことから、有孔構造体の剛性の向上を目的として厚みを大きくする場合、貫通孔の形状は出口面側が狭くなるテーパ形状で中折れした形状、望ましくは入口面側が円柱状で、出口面側が円錐状とすることで、流体の通過効率の向上が期待できることが分かる。
【実施例５】
【０１００】
以下、本発明の実施例５について説明する。格子状の補強構造を有する有孔構造体と、有さない有孔構造体とを作製し、流体の通過効率を比較する実験を行った。
【０１０１】
図２５（ａ）（ｂ）は実験に供した有孔構造体の概略平面図である。また、図２６（ａ）（ｂ）は図２５（ａ）（ｂ）のＸＸＶＩ−ＸＸＶＩに沿う有孔構造体の概略断面図である。図２５、２６を参照して、補強部材を有する有孔構造体（ａ）は入口面の縁を取り囲むリブと、格子状のリブとを有している。双方の有孔構造体とも一辺４．３ｍｍ角の正方形の形状を有しており、メッシュ部分の厚さは５０μｍである。また、リブの幅は１００μｍ、厚さは２００μｍである。
【０１０２】
作製した有孔構造体の入口側から水圧をかけ、通過水量を測定した。その結果、補強構造を有する有孔構造体の通過水量は、補強構造を有さない有孔構造体の噴霧量の３倍となった。ここで、補強構造を有する有孔構造体の剛性は補強構造を有さない有孔構造体の１０倍となっている。したがって、補強構造による剛性の向上に起因して、流体の通過効率が向上したものと考えられえる。
【０１０３】
なお、本実施の形態および実施例においては、樹脂製の有孔構造体について説明したが、本発明の有孔構造体はこれに限定されるものではなく、たとえば金属製、セラミック製であってもよい。
【０１０４】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１０５】
本発明の有孔構造体は、流体の噴射を制御するためのノズルや流体中の不純物を除去するためのフィルタ等として使用される有孔構造体に特に有利に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】本発明の一実施の形態における有孔構造体が配置されたインクジェットプリンタのインク供給部の構造を示す概略断面図である。
【図２】図１に示したインクジェットプリンタのうち、記録ヘッド１０のフィルタ通過部１１およびインク室３０付近を拡大して示した部分拡大図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う概略部分断面図である。
【図４】図１のＩＶ−ＩＶ線に沿う概略部分断面図である。
【図５】本実施の形態の有孔構造体の貫通孔を有する部位の一部を示す斜視図（ａ）および部分拡大図（ｂ）である。
【図６】有孔構造体の貫通孔の出口を通り、吐出方向に平行な断面を示す概略部分断面図である。
【図７】貫通孔の形状を示した概略斜視図である。
【図８】貫通孔の形状を示した概略斜視図である。
【図９】有孔構造体の貫通孔の出口を通り、吐出方向に平行な断面を示す概略部分断面図である。
【図１０】貫通孔の形状を示した概略斜視図である。
【図１１】貫通孔の形状を示した概略斜視図である。
【図１２】貫通孔の形状を示した概略斜視図である。
【図１３】貫通孔の形状を示した概略斜視図である。
【図１４】有孔構造体の概略平面図である。
【図１５】図１４のＸＶ−ＸＶ線に沿う有孔構造体の概略断面図である。
【図１６】テーパ角度が異なる４種類の有孔構造体の貫通孔部分を示す写真であり、特に貫通孔の出口を通り吐出方向に平行な有孔構造体の断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
【図１７】貫通孔のテーパ角度と噴霧粒子数との関係を示す図である。
【図１８】シミュレーションの対象とした貫通孔の出口を通り吐出方向に平行な貫通孔の断面の形状を示す概略部分断面図である。
【図１９】シミュレーションの結果得られた、貫通孔の出口面側におけるテーパ角度と吐出圧力との関係を示す図である。
【図２０】シミュレーションの結果得られた、円錐状の貫通孔を１００とした場合の四角錐状の貫通孔の吐出圧力および吐出流速の大きさを示す図である。
【図２１】作製された有孔構造体の外観を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
【図２２】作製された有孔構造体の貫通孔の出口を通り、吐出方向に平行な断面の形状を示す概略部分断面図である。
【図２３】有孔構造体の入口側の面における貫通孔の開口の配置を示す図である。
【図２４】作製された有孔構造体の貫通孔の出口を通り、吐出方向に平行な断面の形状を示す概略部分断面図である。
【図２５】実験に供した有孔構造体の概略平面図である。
【図２６】図２５（ａ）（ｂ）のＸＸＶＩ−ＸＸＶＩに沿う有孔構造体の概略断面図である。
【符号の説明】
【０１０７】
１  インクジェットプリンタ、２  インク供給部、１０  記録ヘッド、１１  フィルタ通過部、１１Ａ  フィルタ通過部の出口側、１１Ｂ  フィルタ通過部の入口側、１２  インク供給口、１３  有孔構造体、１３Ａ  第１の面（有孔構造体出口面）、１３Ｂ  第２の面（有孔構造体入口面）、１３Ｃ  メッシュ部、１３Ｄ  補強構造、１３Ｄ１  外縁に沿って形成されたリブ、１３Ｄ２  格子状に配置されたリブ、２１  インクタンク、２２  インク補給弁、２３  中間タンク、２４  インク供給遮断弁、２５  インク流路、３０  インク室、３１  インク室外壁、３２  圧電素子、３３  インク室開口、４０  インクフィルタ、４０Ａ  第１の面、８０  貫通孔。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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