(57)【要約】【課題】工業用途に向けて設計された中空針をフィルタアセンブリに良好に接続する方法を提供すること。【解決手段】液状体が流れる第１の管状流路が貫通しているとともに、液状体が流れる第２の管状流路が貫通している部材に対して、第１の管状流路と第２の管状流路とが１つの流路を構成するように超音波溶着によって接続される中空構造が、互いに対向する上面と底面とを有し、上面に超音波溶着用のホーンが当接されるとともに、底面が部材に対面するフランジ部と、底面上に位置しており、第１の管状流路の断面を囲む環状の形状を有するとともに、ホーンから震動が与えられる場合に溶けて、底面と部材とに密着する溶着層を形成する突起部と、底面に設けられており、第１の管状流路の断面を囲むとともに突起部と断面との間に位置した仮想的な閉曲線に沿った環状溝と、を備えている。そして、環状溝の底部の断面はアーチ状の曲線をなす。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液状体が流れる第１の管状流路が貫通しているとともに、前記液状体が流れる第２の管状流路が貫通している部材に対して、前記第１の管状流路と前記第２の管状流路とが１つの流路を構成するように超音波溶着によって接続される中空構造であって、
互いに対向する上面と底面とを有し、前記上面に前記超音波溶着用のホーンが当接されるとともに、前記底面が前記部材に対面するフランジ部と、
前記底面上に位置しており、前記第１の管状流路の断面を囲む環状の形状を有するとともに、前記ホーンから震動が与えられる場合に溶けて、前記底面と前記部材とに密着する溶着層を形成する突起部と、
前記底面に設けられており、前記第１の管状流路の前記断面を囲むとともに前記突起部と前記断面との間に位置した仮想的な閉曲線に沿った環状溝と、
を備え、
前記環状溝の底部の断面はアーチ状の曲線をなしている、
中空構造。
【請求項２】
液状体が流れる第１の管状流路が貫通しているとともに、前記液状体が流れる第２の管状流路が貫通している部材に対して、前記第１の管状流路と前記第２の管状流路とが１つの流路を構成するように超音波溶着によって接続される中空構造であって、
互いに対向する上面と底面とを有し、前記上面に前記超音波溶着用のホーンが当接されるとともに、前記底面が前記部材に対面するフランジ部と、
前記底面上に位置しており、前記第１の管状流路の断面を囲む環状の形状を有するとともに、前記ホーンから震動が与えられる場合に溶けて、前記底面と前記部材とに密着する溶着層を形成する突起部と、
前記底面に設けられており、前記第１の管状流路の前記断面を囲むとともに、前記突起部と前記断面との間に位置した仮想的な閉曲線に沿って離散的に設けられた複数の溝と、
を備えた中空構造。
【請求項３】
請求項１記載の中空構造であって、
前記複数の溝の少なくとも１つの底部の断面がアーチ状の曲線をなしている、
中空構造。
【請求項４】
インクジェット装置用のヘッドユニットであって、
液状体が流れる第１の管状流路が貫通しているフィルタアセンブリと、
前記液状体が流れる第２の管状流路が貫通しているとともに、前記第１の管状流路と前記第２の管状流路とが１つの流路を構成するように前記フィルタアセンブリに超音波溶着によって接続された中空針と、
を備えており、
前記中空針は、
前記超音波溶着用のホーンが当接される上面と、前記上面に対向するとともに前記フィルタアセンブリに対面する底面と、を有したフランジ部と、
前記底面上に位置しており、前記第２の管状流路の断面を囲む環状の形状を有するとともに、前記ホーンから震動が与えられる場合に溶けて、前記底面と前記フィルタアセンブリとに密着する溶着層を形成する突起部と、
前記底面に設けられており、前記第２の管状流路の前記断面を囲むとともに前記突起部と前記断面との間に位置した閉曲線に沿った環状溝と、を有しており、
前記環状溝の底部の断面がアーチ状の曲線をなしている、
ヘッドユニット。
【請求項５】
インクジェット装置用のヘッドユニットであって、
液状体が流れる第１の管状流路が貫通しているフィルタアセンブリと、
前記液状体が流れる第２の管状流路が貫通しているとともに、前記第１の管状流路と前記第２の管状流路とが１つの流路を構成するように前記フィルタアセンブリに超音波溶着によって接続された中空針と、
を備えており、
前記中空針は、
前記超音波溶着用のホーンが当接される上面と、前記上面に対向するとともに前記フィルタアセンブリに対面する底面と、を有したフランジ部と、
前記底面上に位置しており、前記第２の管状流路の断面を囲む環状の形状を有するとともに、前記ホーンから震動が与えられる場合に溶けて、前記底面と前記フィルタアセンブリとに密着する溶着層を形成する突起部と、
前記底面に設けられており、前記第２の管状流路の前記断面を囲むとともに、前記突起部と前記断面との間に位置した仮想的な閉曲線に沿って離散的に設けられた複数の溝と、を有している、
ヘッドユニット。
【請求項６】
請求項５記載のヘッドユニットであって、
前記複数の溝の少なくとも１つの底部の断面がアーチ状の曲線をなしている、
ヘッドユニット。
【請求項７】
請求項４から６のいずれか一つに記載のヘッドユニットを備えたインクジェット装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は中空構造に関し、特にインクジェット装置のヘッドユニットにおいて好適に用いられる中空構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、民生用途のヘッドユニットが開示されている。ヘッドユニットは、ヘッドと、フィルタアセンブリと、中空針と、を備えている。フィルタアセンブリは、ＳＵＳメッシュからなるフィルタを備えていて、インクは、インクジェットヘッドに供給される前にこのフィルタを通るので、インクジェットヘッドへのゴミの流入が防止される。ここで、中空針とフィルタアセンブリとは、超音波溶着によって、互いに接続されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平６−３３６０３４号公報（図６など）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ヘッドユニットが工業用途で用いられる場合には、民生用途で用いられる場合とは異なり、ヘッドユニット内を流れる液状体は水をベースとしたインクだけとは限らない。このため、たとえ工業用途であってもヘッドユニットが適用されるように、インクが流れる流路を規定する部材の材料として、ＰＰＳ（ポリフェニルスルフィド）が用いられる。ＰＰＳは結晶性の樹脂であり、このため、ヘッドユニット内を流れる工業用途の液状体に対して化学的に安定である。ここで、インクが流れる流路を規定する部材とは、例えば上述の中空針である。
【０００５】
ところが、ＰＰＳから形成された中空針は、超音波溶着の際に比較的に溶けにくい。このことから、中空針とフィルタアセンブリとを超音波溶着によって接続する際に、より大きなエネルギーを中空針に加えることが必要になる。そしてこの結果、超音波溶着のための震動によって、中空針の構造が部分的に破壊されることがある。具体的には中空針には、特許文献１の図６に示すように、超音波溶着の際の余分な溶融成分を収容させる環状溝が設けられていて、超音波溶着の震動によって、環状溝を起点とした亀裂が生じることがある。
【０００６】
本発明は上記課題を鑑みてなされ、その目的の一つは、工業用途に向けて設計された中空針をフィルタアセンブリに良好に接続することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のある態様によれば、液状体が流れる第１の管状流路が貫通しているとともに、前記液状体が流れる第２の管状流路が貫通している部材に対して、前記第１の管状流路と前記第２の管状流路とが１つの流路を構成するように超音波溶着によって接続される中空構造が、互いに対向する上面と底面とを有し、前記上面に前記超音波溶着用のホーンが当接されるとともに、前記底面が前記部材に対面するフランジ部と、前記底面上に位置しており、前記第１の管状流路の断面を囲む環状の形状を有するとともに、前記ホーンから震動が与えられる場合に溶けて、前記底面と前記部材とに密着する溶着層を形成する突起部と、前記底面に設けられており、前記第１の管状流路の前記断面を囲むとともに前記突起部と前記断面との間に位置した仮想的な閉曲線に沿った環状溝と、を備えている。そして、前記環状溝の底部の断面はアーチ状の曲線をなしている。
【０００８】
上記構成によれば、底面の環状溝の断面がアーチ状の曲線をなしている。このため、底面に対向する上面にホーンが当接されてフランジ部に震動が加えられても、環状溝を起点とした亀裂が生じにくい。
【０００９】
本発明のある態様によれば、液状体が流れる第１の管状流路が貫通しているとともに、前記液状体が流れる第２の管状流路が貫通している部材に対して、前記第１の管状流路と前記第２の管状流路とが１つの流路を構成するように超音波溶着によって接続される中空構造が、互いに対向する上面と底面とを有し、前記上面に前記超音波溶着用のホーンが当接されるとともに、前記底面が前記部材に対面するフランジ部と、前記底面上に位置しており、前記第１の管状流路の断面を囲む環状の形状を有するとともに、前記ホーンから震動が与えられる場合に溶けて、前記底面と前記部材とに密着する溶着層を形成する突起部と、前記底面に設けられており、前記第１の管状流路の前記断面を囲むとともに、前記突起部と前記断面との間に位置した仮想的な閉曲線に沿って離散的に設けられた複数の溝と、を備えている。
【００１０】
上記構成によれば、底面に複数の溝が離散的に配置されている。このため、底面に対向する上面にホーンが当接されてフランジ部に震動が加えられても、これら複数の溝を起点とした亀裂が生じにくい。
【００１１】
本発明の他の態様によれば、前記複数の溝の少なくとも１つの底部の断面がアーチ状の曲線をなしている。
【００１２】
上記構成によれば、複数の溝の少なくとも１つの底部の断面がアーチ状の曲線をなしている。このため、底面に対向する上面にホーンが当接されてフランジ部に震動が加えられても、複数の溝を起点とした亀裂がさらに生じにくくなる。
【００１３】
さらに本発明の他の態様によれば、インクジェット装置用のヘッドユニットが、液状体が流れる第１の管状流路が貫通しているフィルタアセンブリと、前記液状体が流れる第２の管状流路が貫通しているとともに、前記第１の管状流路と前記第２の管状流路とが１つの流路を構成するように前記フィルタアセンブリに超音波溶着によって接続された中空針と、を備えている。そして、前記中空針は、前記超音波溶着用のホーンが当接される上面と、前記上面に対向するとともに前記フィルタアセンブリに対面する底面と、を有したフランジ部と、前記底面上に位置しており、前記第２の管状流路の断面を囲む環状の形状を有するとともに、前記ホーンから震動が与えられる場合に溶けて、前記底面と前記フィルタアセンブリとに密着する溶着層を形成する突起部と、前記底面に設けられており、前記第２の管状流路の前記断面を囲むとともに前記突起部と前記断面との間に位置した閉曲線に沿った環状溝と、を有している。さらに、前記環状溝の底部の断面がアーチ状の曲線をなしている。
【００１４】
さらに本発明のある態様によれば、インクジェット装置用のヘッドユニットが、液状体が流れる第１の管状流路が貫通しているフィルタアセンブリと、前記液状体が流れる第２の管状流路が貫通しているとともに、前記第１の管状流路と前記第２の管状流路とが１つの流路を構成するように前記フィルタアセンブリに超音波溶着によって接続された中空針と、を備えている。そして、前記中空針は、前記超音波溶着用のホーンが当接される上面と、前記上面に対向するとともに前記フィルタアセンブリに対面する底面と、を有したフランジ部と、前記底面上に位置しており、前記第２の管状流路の断面を囲む環状の形状を有するとともに、前記ホーンから震動が与えられる場合に溶けて、前記底面と前記フィルタアセンブリとに密着する溶着層を形成する突起部と、前記底面に設けられており、前記第２の管状流路の前記断面を囲むとともに、前記突起部と前記断面との間に位置した仮想的な閉曲線に沿って離散的に設けられた複数の溝と、を有している。
【００１５】
ここで、前記複数の溝の少なくとも１つの底部の断面がアーチ状の曲線をなしていてもよい。また、インクジェット装置が上述のヘッドユニットを備えていてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１のヘッドユニット１は、２つの中空針２と、フィルタアセンブリ３と、インクジェットヘッド４と、基板５と、２つのブッシュ５１と、を備えている。２つの中空針２のそれぞれはフィルタアセンブリ３に接続されている。一方、２つのブッシュ５１は、フィルタアセンブリ３と基板５との間に位置している。ここで、基板５は、フィルタアセンブリ３とインクジェットヘッド４との間に位置していて、フィルタアセンブリ３とインクジェットヘッド４とを支えている。そして、後に詳述するように、ヘッドユニット１において、フィルタアセンブリ３と、２つのブッシュ５１のそれぞれと、基板５とを貫いて、２つの中空針２からインクジェットヘッド４に至る２つの流路が形成されている。
【００１７】
後述するように、このような構成のヘッドユニット１へ、２つのチューブ７のそれぞれから液状体が供給されることになる。また、中空針は本明細書の最後で述べる「中空構造」の一例である。
【００１８】
ところで、本実施形態のヘッドユニット１は、インクジェット装置に含まれている。インクジェット装置は、例えば、民生用のインクジェットプリンタ、医療用のインクジェット装置、または工業用のインクジェット装置に対応する。そして、インクジェット装置において、用途に応じた異なる液状体が、中空針２へ供給されてインクジェットヘッド４から吐出され得る。なお、図８には、例として、工業用のインクジェット装置１００が模式的に図示されている。
【００１９】
以下では、フィルタアセンブリ３と、中空針２と、をこの順番で説明する。
【００２０】
（Ａ．フィルタアセンブリ）
図２（ａ）および（ｂ）に示すように、フィルタアセンブリ３は、上面３ａと、下面３ｂと、上面３ａと下面３ｂとの間を包囲する側面３ｃと、後述するフィルタ３１と、を備えている。そして、フィルタアセンブリ３は、フィルタアセンブリ３自体を貫通する管状流路３３を縁取っている。さらに上面３ａの一部は、中空針２のフランジ部２１ａ（図３参照）を受け入れる凹部３０を構成している。凹部３０はその内部に、フランジ部２１ａの底面２１ｃ（図３参照）に対応した円周帯状の段差部３０ａを有しており、しかもこの段差部３０ａは管状流路３３の入口部３４を縁取っている。
【００２１】
フィルタ３１はＳＵＳ製のメッシュであり、入口部３４を覆うように位置している。フィルタ３１は、液状体を通すがゴミを通さない。このフィルタ３１のおかげで、中空針２に接続されたチューブ７（図１）の内部に存在するゴミが止められる。インクジェットヘッド４へのゴミの流入を防ぐためには、本実施形態のように、インクジェットヘッド４により近い部位にフィルタ３１が位置することが好ましい。そうすれば、インクジェットヘッド４へゴミが流入する確率が減少する。
【００２２】
フィルタアセンブリ３の下面３ｂの一部は、管状流路３３の出口部３５を縁取っている。管状流路３３の出口部３５には、ブッシュ５１（図１）が接している。ブッシュ５１は、基板５を貫通してインクジェットヘッド４の内部に通じる管状流路の入口部として機能する。本実施形態のブッシュ５１は、ゴムまたは弾性を有する樹脂から構成されている。このようなブッシュ５１は、液状体をフィルタアセンブリ３からインクジェットヘッド４側へ流すだけでなく、フィルタアセンブリ３側から加えられた衝撃や震動を緩和してインクジェットヘッド４を保護する働きをする。
【００２３】
（Ｂ．中空針）
図３の中空針２は、基本的に漏斗の形状を有している。つまり、中空針２は、中空針２を貫いて液状体が流れるように構成されている。ただし、通常の漏斗とは異なり、径が小さい側から径が大きい側へ液状体が流れるように中空針２が用いられる。
【００２４】
本実施形態では、中空針２は、樹脂と、樹脂を強化する強化材と、を含有した材料からなる。本実施形態での上記樹脂は結晶性の樹脂であり、具体的にはＰＰＳ（ポリフェニルスルフィド）である。一方、強化材はガラス繊維である。このような材料からなる中空針２は、印刷用の液状体、すなわちインクに対して安定なだけでなく、工業用途の液状体に対しても安定している。
【００２５】
中空針２の構造をより詳細に説明する。中空針２は、先端部２０と、底部２１と、先端部２０と底部２１との間を隙間無く包囲する側壁部２２と、突起部２６と、環状溝２７と、を有している。また、中空針２は、先端部２０から底部２１へ向かって中空針２自体を貫通する１つの管状流路２３を縁取っている。以下では、管状流路２３が伸びる方向を「流路方向」とも表記する。
【００２６】
管状流路２３の流路方向に垂直な断面は、ほぼ円である。そして、先端部２０から底部２１へ、管状流路２３の断面の面積が段階的にまたは徐々に大きくなる。本実施形態では、管状流路２３の底部２１での径は、先端部２０に圧着されることになるチューブ７（図１）の内径よりも大きい。しかも、中空針２がフィルタアセンブリ３に接続される場合には、中空針２の底部２１がフィルタ３１側を向く。このため、フィルタ３１の面積をチューブ７の内径よりも大きくすることができ、かつ、フィルタ３１のほぼ全域を使って液状体を通過させることができる。そしてこの結果、液状体がフィルタ３１を通過する際に生じる流動抵抗を低下させることができる。
【００２７】
中空針２の先端部２０は、１つの共通な管状流路２３への入口部として機能する４つの導入孔２４（図３では１つ）を縁取っている。また、底部２１は、管状流路２３の出口部として機能する開口部２５を縁取っている。チューブ７から供給された液状体は、先端部２０の４つの導入孔２４から管状流路２３に導入される。そして、液状体は、開口部２５から管状流路２３を出て行くことになる。なお、管状流路２３を出た液状体は、上述の管状流路３３におけるフィルタ３１を通過することになる。
【００２８】
中空針２の底部２１は、フランジ部２１ａを有している。フランジ部２１ａとは、流路方向に対してほぼ垂直な方向に突出した部分であって、流路方向に関してほぼ回転対称の形状を有した部分である。図５に示すように、フランジ部２１ａは、フィルタアセンブリ３の凹部３０によって縁取られる範囲にちょうど収まる寸法を有しているので、フランジ部２１ａを凹部３０に嵌めればフィルタアセンブリ３に対する中空針２の位置が決まる。また、中空針２がフィルタアセンブリ３に対して位置決めされた場合には、管状流路２３と、管状流路３３とは互いに繋がることになる。
【００２９】
図３に戻って、フランジ部２１ａは、上面２１ｂと、上面２１ｂに対向する底面２１ｃと、上面２１ｂと底面２１ｃとを繋ぐ側面２１ｄと、を有している。上面２１ｂには、超音波溶着を行うホーン８（図５）が当接することになる。一方で、底面２１ｃは、中空針２がフィルタアセンブリ３に溶着される際に、フィルタアセンブリ３の段差部３０ａ側を向く部分である。そして、このような底面２１ｃ上に突起部２６が位置している。さらに、このような底面２１ｃに環状溝２７が設けられている。
【００３０】
図４に示すように、突起部２６は、管状流路２３の断面を囲む環状の形状を有している。また、図６に示すように、突起部２６は、上面２１ｂに当接されたホーン８（図５）から震動が与えられる場合に溶けて、底面２１ｃと、段差部３０ａと、を密着する溶着層６を形成することになる。そして、この溶着層６によって、中空針２がフィルタアセンブリ３に接続されるとともに、管状流路２３と管状流路３３とが封止された一つの流路を構成するようになる。
【００３１】
図４に戻って、環状溝２７は、管状流路２３の断面を囲む仮想的な閉曲線であって、突起部２６と、管状流路２３の断面との間に位置した仮想的な閉曲線、に沿った形状を有している。また、環状溝２７の底部の断面は、アーチ状の曲線をなしている。ここで、アーチ状の曲線は上面２１ｂ側に凸である。なお、アーチ状の曲線とは、円弧の一部、放物線の一部、懸垂曲線の一部、およびそれらの組合せの少なくとも一つに対応している。
【００３２】
超音波溶着時には、突起部２６が溶けることで生じる溶融物のうち余った分が環状溝２７に流れ込む。このため、環状溝２７のおかげで、超音波溶着時に溶融物が外に流れ出す可能性が少ない。
【００３３】
さて、フランジ部２１ａの環状溝２７に対応する部分の厚さは、フランジ部２１ａの他の部分の厚さより小さい。ここで、従来の中空針の場合には、超音波溶着時に、溝に対応する部分が超音波溶着の震動に耐えられずに、溝を起点にした亀裂が生じることがある。これに対して本実施形態によれば、環状溝２７の底部の断面が、アーチ状の曲線をなしている。このため、超音波溶着の震動が加えられても、環状溝２７の底部によって力が分散されるので、環状溝２７を起点とする亀裂は生じにくい。そして、この結果、ホーン８からの震動のエネルギーを増加させることができて、震動によって溶けにくい材料からなる中空針２であっても、良好にフィルタアセンブリ３に接続され得る。
【００３４】
図３の例では、環状溝２７の底部の断面のみがアーチ状の曲線をなしているが、環状溝２７の断面の全体がアーチ状の曲線をなしていてもよい。そうすれば、震動に対する強度がより向上する。
【００３５】
さらに、他の実施形態の中空針によれば、環状溝２７に代えて、離散的な複数の溝が設けられていてもよい。そして、離散的な複数の溝の場合には、これら溝の底部の断面が、アーチ状の曲線をなしていることは必須でない。
【００３６】
例えば、図７に示すように、管状流路２３の断面を囲む仮想的な閉曲線であって、突起部２６と、管状流路２３の断面と、の間に位置した仮想的な閉曲線、に沿って複数の溝２８が離散的に設けられていてもよい。図７の場合、複数の溝２８のそれぞれの底部の断面は、直線である。このような場合でも、超音波溶着時の溶融物が流れ込む余地を残しつつも、フランジ部２１ａの厚さが小さい部分が離散的なので、上面２１ｂに当接されたホーン８からの震動に抵抗することが可能である。そしてこの結果、複数の溝２８を起点とする亀裂の発生を防止できる。この結果、ホーン８からの震動のエネルギーを増加させることができる。このため、震動によって溶けにくい材料からなる中空針２であっても、良好にフィルタアセンブリ３に接続できる。
【００３７】
もちろん、図７の複数の溝２８の少なくとも１つの底部の断面がアーチ状の曲線をなしていれば、震動に対する強度がより向上する。
【００３８】
以上では、中空構造の例として、インクジェット装置用のヘッドユニットに適用される中空針に本発明が適用された例を説明したが、本発明は、このような例に限定されない。具体的には、超音波溶着が可能な材料から構成されており、かつ、管状流路が設けられた他の部材に超音波溶着によって接続される中空構造であれば、本発明は適用し得る。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本実施形態のヘッドユニットを示す模式図。
【図２】（ａ）は本実施形態のフィルタアセンブリを示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のフィルタアセンブリの一部の断面を示す模式図。
【図３】本実施形態の中空針の断面を示す模式図。
【図４】図３の中空針の底部を示す模式図。
【図５】図２のフィルタアセンブリに対して図３の中空針が位置決めされた状態を示す模式図。
【図６】図２のフィルタアセンブリに図３の中空針が接続された状態を示す模式図。
【図７】本実施形態の中空針の溝の変形例を示す模式図。
【図８】本実施形態のインクジェット装置を示す模式図。
【符号の説明】
【００４０】
１…ヘッドユニット、２…中空針、３…フィルタアセンブリ、３ａ…上面、３ｂ…下面、３ｃ…側面、４…インクジェットヘッド、５…基板、６…溶着層、７…チューブ、８…ホーン、２０…先端部、２１…底部、２１ａ…フランジ部、２１ｂ…上面、２１ｃ…底面、２１ｄ…側面、２６…突起部、２７…環状溝、２８…複数の溝、２２…側壁部、２３，３３…管状流路、２４…導入孔、２５…開口部、３０…凹部、３０ａ…段差部、３１…フィルタ、３３…管状流路、３４…入口部、３５…出口部、５１…ブッシュ、１００…インクジェット装置。
【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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