(57)【要約】【課題】ゴミの侵入によるノズルの詰まりを防ぐために、成形焼結後のフィルタに表面コーティング処理を施し、フィルタ自身に焼結時に付着したゴミが欠落するのを防ぐ。【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、フィルタ本体を焼結し成形した後に表面コーティング処理を施していることを特徴とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インク液滴を吐出する複数のノズルを有する液滴吐出ヘッドと、この液滴吐出ヘッドにインクを供給するインク供給手段とを有し、これらの間のインク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、繊維を略板状に焼結し、成形した後に表面コーティング処理を施していることを特徴とするインクジェット式記録装置。
【請求項２】
請求項１において、前期フィルタは金属繊維から成り、メッキ処理を施されていることを特徴とするインクジェット式記録装置。
【請求項３】
請求項１において、前期フィルタは金属繊維から成り、蒸着処理を施されていることを特徴とするインクジェット式記録装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの取り付け部と、プリント媒体の搬送手段とを具え、前記液体吐出ヘッドの吐出口から吐出される液体によってプリント媒体に画像を形成することを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット記録ヘッド、該インクジェット記録ヘッドの製造方法及びインクジェット記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット記録装置は、いわゆるノンインパクト記録方式の記録装置である。高速な記録と、様々な記録メディアに対して記録することが可能であり、記録時における騒音がほとんど生じないといった特徴を持つ。このようなことからプリンタ、ワードプロセッサ、ファクシミリ、複写機等の記録機構を担う装置として広く採用されている。
【０００３】
このインクジェット記録の一つに、電気熱変換素子を用いた方法があり、一般に、インクジェットにより記録を行う際の構成要素として、インク滴を吐出するインクジェット記録ヘッドと、このインクジェット記録ヘッドに対してインクを供給する供給系とを少なくとも有する。電気熱変換素子を用いたインクジェット記録ヘッドは、インクの供給系の供給路と連通し、かつ、吐出口の形成された加圧室内に電気熱変換素子を設け、これに記録信号となる電気パルスを与えることによりインクに熱エネルギを与え、そのときのインクの相変化により生じるインクの発泡時（沸騰時）の気泡の圧力を利用してインク滴を吐出させるものである。また、インクジェット記録の別の形態では、インクが充填されたインクカートリッジから、フィルタ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ものもある。
【０００４】
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、記録ヘッドとインクカートリッジの圧接部位に付着等がこすりつけれられることによってインク流路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。
【０００５】
このフィルタとしては、従来から、金属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。したがって、全体の開口率が小さくなるため、インクの流れによる圧力損失が大きく、吐出特性が低下するという問題がある。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
そこで、圧力損失が少なく、ろ過性能の良い小さなフィルタを成形するのに、金属繊維を蜘蛛の巣状（綿状）に加工し、平らに焼結する方法が有効であった。さらには、二種類以上の孔径の異なるフィルタを重ね合わせて一枚の金属フィルタに焼結する方法も有効であった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このような金属フィルタを平らに焼結する工程において、加圧装置とフィルタとの間に、セパレータと呼ばれる剥離材を挿む必要があった。このセパレータの一部がフィルタ表面に付着ゴミの主なものとして残り、インクジェット記録ヘッド内部に欠落して流路内に異物として混入し、印字不良を引き起こしていた。また、焼結の際に金属繊維自身の一部が綻び、欠落することもあった。
【００１０】
そこで、本発明は、このような事情に鑑み、インクの圧力損失を抑え、且つ異物による印字不良を引き起こさないフィルタを備えた、歩留まりと信頼性の高い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。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明では、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、繊維を板状に焼結し、成形した後に表面コーティング処理を施した。このような手段を用いれば、フィルタ表面に付着したゴミ、およびフィルタ自身の綻びが欠落するのを防ぐことができる。本発明の第一の形態では、焼結後のフィルタ表面に厚さ数ミクロンの無電解ニッケルメッキ処理を施し効果を確認した。また、本発明の第二の形態では、焼結後のフィルタ表面に白金蒸着を施し付着したゴミの欠落を防いだ。
【００１２】
本発明の液体吐出装置は、本発明のインクジェット記録ヘッドと、前記インクジェット記録ヘッドから吐出された液体を受ける被記録媒体を搬送する被記録媒体搬送手段とを有する。
【００１３】
また、本発明の液体吐出装置は、インクジェットヘッドからインクを吐出し、被記録媒体にインクを付着させることで記録を行うものであってもよい。
【００１４】
本発明の液体吐出装置は、本発明のインクジェット記録ヘッド製造方法により製造されたインクジェット記録ヘッドと、前記インクジェット記録ヘッドから吐出された液体を受ける被記録媒体を搬送する被記録媒体搬送手段とを有する。
また、本発明の液体吐出装置は、インクジェットヘッドからインクを吐出し、被記録媒体にインクを付着させることで記録を行うものであってもよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１６】
なお、以下の各実施形態で示される数値は一例であり、本発明はこれらに限定されるものではない。また、本発明は、各実施形態に限らず、これらをさらに組み合わせるものであってもよく、この明細書の特許請求の範囲に記載された本発明の概念に包含されるべき他の技術にも応用することができる。
【００１７】
（第１の実施例）
本発明による画像形成装置をインクジェットプリンタに応用した一実施形態について、図１〜図７を参照しながら詳細に説明する。
【００１８】
本実施形態におけるインクジェットプリンタの機構部分の外観を図２に示し、このインクジェットプリンタに用いられるヘッドカートリッジの外観を分解状態で図３に示し、そのプリントヘッドの外観を図４に示す。すなわち、本実施形態におけるインクジェットプリンタのシャシー１０は、所定の剛性を有する複数の板状金属部材により構成され、このインクジェットプリンタの骨格をなす。シャシー１０には、図示しないシート状のプリント媒体をインクジェットプリンタの内部へと自動的に給送する媒体給送部１１と、この媒体給送部１１から１枚ずつ給送されるプリント媒体を所望のプリント位置へ導くと共にこのプリント位置から媒体排出部１２へとプリント媒体を導く媒体搬送部１３と、プリント位置に搬送されたプリント媒体に所定のプリント動作を行うプリント部と、このプリント部に対する回復処理を行うヘッド回復部１４とが組み付けられている。
【００１９】
プリント部は、キャリッジ軸１５に沿って走査移動可能に支持されたキャリッジ１６と、このキャリッジ１６にヘッドセットレバー１７を介して着脱可能に搭載されるヘッドカートリッジ１８とからなる。
【００２０】
ヘッドカートリッジ１８が搭載されるキャリッジ１６には、このヘッドカートリッジ１８のプリントヘッド１９をキャリッジ１６上の所定の装着位置に位置決めするためのキャリッジカバー２０と、プリントヘッド１９のタンクホルダ２１と係合してプリントヘッド１９を所定の装着位置に位置決めするように押圧する前述のヘッドセットレバー１７とが設けられている。ヘッドセットレバー１７は、キャリッジ１６の上部に図示しないヘッドセットレバー軸に対して回動可能に設けられ、またプリントヘッド１９との係合部には、ばね付勢される図示しないヘッドセットプレートが設けられ、このヘッドセットプレートのばね力によってプリントヘッド１９を押圧しながらキャリッジ１６に装着するようになっている。
【００２１】
プリントヘッド１９に対するキャリッジ１６の別の係合部には、図示しないコンタクトフレキシブルプリントケーブル（以下、コンタクトＦＰＣと称す）２２の一端部が連結され、このコンタクトＦＰＣ２２の一端部に形成された図示しないコンタクト部と、プリントヘッド１９に設けられた外部信号入力端子であるコンタクト部２３とが電気的に接触し、プリントのための各種情報の授受やプリントヘッド１９への電力の供給などを行い得るようになっている。
【００２２】
コンタクトＦＰＣ２２のコンタクト部とキャリッジ１６との間には、図示しないゴムなどの弾性部材が設けられ、この弾性部材の弾性力とヘッドセットプレートによる押圧力とによって、コンタクトＦＰＣ２２のコンタクト部とプリントヘッド１９のコンタクト部２３との確実な接触を可能とするようになっている。コンタクトＦＰＣ２２の他端部は、キャリッジ１６の背面に搭載された図示しないキャリッジ基板に接続されている。
【００２３】
本実施形態におけるヘッドカートリッジ１８は、インクを貯留するインクタンク２４と、このインクタンク２４から供給されるインクをプリント情報に応じてプリントヘッド１９の吐出口２５（図５参照）から吐出させる前述のプリントヘッド１９とを有する。本実施形態のプリントヘッド１９は、キャリッジ１６に対して着脱可能に搭載される、いわゆるカートリッジ方式を採用している。
【００２４】
また、本実施形態では写真調の高画質なカラープリントを可能とするため、例えば黒色、淡シアン色、淡マゼンタ色、シアン色、マゼンタ色および黄色の各色インクが独立した６個のインクタンク２４を使用可能としている。各インクタンク２４には、ヘッドカードリッジ１８に対して係止し得る弾性変形可能な取り外し用レバー２６が設けられ、この取り外し用レバー２６を操作することにより、図４に示すように、プリントヘッド１９に対してそれぞれ取り外し可能となっている。
【００２５】
プリントヘッド１９は、後述するプリント素子基板２７、前述のタンクホルダ２１などから構成されている。本実施形態におけるプリントヘッド１９のプリント素子基板２７の破断構造を図５に示し、そのＡ−Ａ′断面構造を図６にそれぞれ示す。本実施形態におけるプリント素子基板２７は、厚さが０．５ｍｍ〜１ｍｍのシリコン基板の上に成膜技術を用いて吐出エネルギ発生部、共通インク室３１、インク路３３、吐出口２５などを形成したものである。すなわち、プリント素子基板２７には、これを貫通する長孔状のインク供給口２８が形成されている。このインク供給口２８の両側には、プリント媒体の搬送方向、つまりインク供給口２８の長手方向に沿って所定間隔で２列に並ぶ複数（本実施形態では片側２５６個）の電気熱変換体２９が相互に半ピッチずらした状態で形成されている。そして、それぞれの列の中心間距離は２３３μｍであり、それぞれ吐出エネルギ発生部を構成している。プリント素子基板２７には、これら電気熱変換体２９の他、電気熱変換体２９とプリンタ本体側との電気的接続を行うための電極端子３０およびアルミニウムなどで形成される図示しない電気配線などが成膜技術によって形成されている。
【００２６】
プリント素子基板２７に形成された電極端子３０に対して連結される電気配線基板３６は、プリント素子基板２７にインクを吐出するための電気信号を印加するためのものであり、プリント素子基板２７に対応する電気配線と、この電気配線端部に位置し、プリンタ本体からの電気信号を受け取るための前述のコンタクト部２３とを有しており、このコンタクト部２３はタンクホルダ２１の背面側に位置決め固定されている。この電気配線基板３６を介して図示しない駆動ＩＣから電気熱変換体２９に対する駆動信号が与えられ、同時に駆動電力がこの電気熱変換体２９に供給される。
【００２７】
なお、インクタンク２４を着脱可能に保持するタンクホルダ２１には、インクタンク２４と圧接するようにフィルタ１１５が固定されており、このフィルタ１１５を介してインクタンク２４からプリント素子基板２７のインク供給口２８に亙るインク流路が形成されている。
【００２８】
プリント素子基板２７上には、インク供給口２８に連通する共通インク室３１を介して電気熱変換体２９とそれぞれ正対する複数の吐出口２５を有する上板部材３２が形成される。すなわち、この上板部材３２とプリント素子基板２７との間には、個々の吐出口２５と共通インク室３１とに連通するインク路３３が形成され、隣接するインク路３３の間には仕切り壁３４が形成される。これら共通インク室３１、インク路３３および仕切り壁３４などは、吐出口２５と同様にフォトリソグラフィ技術により上板部材３２と共に形成される。
【００２９】
インク供給口２８から各インク路３３内に供給される液体は、対応するインク路３３に臨む電気熱変換体２９に駆動信号が与えられることにより、電気熱変換体２９の発熱に伴って沸騰し、これにより発生する気泡の圧力によって吐出口２５から吐出される。この場合、液室３１内で発生する気泡は、その成長に伴って吐出口２５から大気連通状態となる。
【００３０】
本実施例で用いたフィルタ１１５は、以下のようなものである。
【００３１】
プリントヘッド１９とインクタンク２４とを互いに着脱自在とした形態のものにあって、インクタンク２４には供給インクを保持させるための多孔質部材を装填すると共に、このようなインクタンク２４のインク供給口に嵌着される記録ヘッド側の筒状をなすインク供給筒には、図７に示すように、その突出した先端部のインク供給口にフィルタ１１５を設けるようにしたものであり、フィルタ１１５は、ステンレス製細線の焼結フィルタからなるろ過機能を有するものであって、フィルタ１１５の目の粗さ、すなわち、インクが通過するための開口の最大面積は、図６に示す各吐出口２５の最も狭い部分である領域Ｃの断面積よりも小さい。これにより、ノズルを詰まらせるサイズのごみ１０３の補集が可能となる。フィルタ１１５は、吐出口径が約１０〜３０μｍであるのに対し、ステンレス細線径１２μｍ程度でフィルタ孔の内径が約５〜１５μｍになるように形成されているものと、ステンレス細線径４μｍ程度でフィルタ孔の内径が約２〜５に成形されているものとを重ねて焼結し、一体のフィルタとした。このときのフィルタ表面の様子を電子顕微鏡で観察したのが図５（ａ）である。ステンレス繊維１０２表面に異物１００が確認できる。また、焼結したフィルタの表面を元素分析したところ、表面の異物１００からセパレータの成分が検出された。この表面に露わになっている異物がプリントヘッドの実使用中に徐々にフィルタと解離し、ついにはインクジェット記録ヘッド内部に欠落して流路内に異物として混入し、印字不良を引き起こしていた。また、フィルタを平らに焼結する際に金属繊維自身がほころんでしまうこともあった。従来から、バブル洗浄等でこれらの付着したゴミを取り除くための努力が続けられているが、完全ではない。
【００３２】
そこで、本発明では金属繊維フィルタをおおよそ平らに焼結したあと表面コーティング処理、すなわち本実施例では無電解ニッケルメッキを施すことによって表面の異物をニッケルメッキと共にフィルタと一体化し、欠落しにくくすることができた。
【００３３】
ここで、無電解メッキについて述べる。無電解メッキとは、湿式メッキのうち金属イオンを還元剤によって化学的に還元し、素地上に任意の厚さのメッキ皮膜を析出させる方法のことをいい、電流によって金属イオンを還元する電気メッキと対比して呼んでいる。電流を用いないことから以下のような利点を持つ、
１）電源、電極が不用で、単にメッキ浴中に素材を浸漬するだけで密着力に優れた均一厚さの均質な皮膜が得られる。
【００３４】
２）いかなる形状の素材にも、つきまわり良くメッキができ、かつ、非伝導性基体上にも直接メッキができる。
【００３５】
３）メッキ膜の物性が浴条件によってコントロールしやすく、したがって優れた物性のメッキが得られる。
【００３６】
本実施例では、メッキ素材となるステンレス繊維に、そのフィルタとしての機能を損なわないように膜厚１μｍ程度の精度良い均質な皮膜が求められることから、無電解ニッケルメッキを採用した。メッキ工程は概略以下のようである。
【００３７】
▲１▼浄脱脂処理
▲２▼電解脱脂処理
▲３▼酸活性
▲４▼バイアス表面処理
▲５▼メッキ浴浸漬
無電解ニッケルメッキ浴には、ニッケルイオンと次亜リン酸塩を主成分とし、これに錯化剤、ｐＨ緩衝材、反応促進剤などの補助成分などで構成した複雑な配合溶液を用いた。今回は、このメッキ浴に数分間浸漬することで、ステンレス繊維上にニッケルを主成分とする薄い皮膜を得ることができた。メッキ後のステンレス繊維を様子を、図５（ｂ）に図５（ａ）中のＢ‐Ｂ´断面図として示すように、電子顕微鏡で詳細に観察した結果、チタン系付着物はメッキ材料によって覆われ、フィルタ表面にはほとんど見られなくなり、表面状態は平滑で良好であった。さらに、表面の元素分析を行ったところメッキコーティング材料であるニッケル元素やリン元素が一様に分布して検出された。
【００３８】
以上の説明したように、本実施形態によれば、フィルタ１１５は、ステンレス繊維を板状に焼結した後に無電解ニッケルメッキ処理を施したため、フィルタ自体の表面についている異物をニッケルメッキと共にフィルタと一体化し、欠落しにくくすることができた。よって、フィルタ表面に付着した異物がインクジェット記録ヘッド内部に欠落して流路内に混入しにくくなり、印字歩留りと信頼性が高まる。インクジェット記録ヘッドの製造コストを下げることもできる。
【００３９】
（第２の実施例）
本発明による画像形成装置をインクジェットプリンタに応用した第一の実施形態では、ステンレス繊維フィルタの焼結後に表面コーティング処理として無電解ニッケルメッキを行って、インクジェット記録ヘッドの印字歩留りと信頼性を高めることができたが、さらには、化学的に非常に安定な貴金属、金や白金をメッキあるいは蒸着することで、耐久性やインク接液安定性を高めることができる。
【００４０】
第二の実施形態では、ステンレス繊維フィルタの焼結後に白金合金を真空プラズマ蒸着（イオンプレーティング法）することで第一の実施例で得られた効果に加えて、インク接液安定性を高めることができた。一般的にイオンプレーティングによって得られた薄膜は、通常の蒸着に比べて体積密度を高めることができ、気孔率はより低くなる。そのために薄膜の耐食性や絶縁性も優れるという利点がある。対磨耗性についても硬さや弾性などの機械的性質の向上した皮膜を得ることができる。本実施例では、素材であるステンレス繊維から成るフィルタと蒸発源である白金合金との間に２０００〜３０００ボルトの電圧を印可し、アルゴンガスを導入することにより、蒸発源と素材の間にガス放電プラズマを持続させる。アルゴンガス圧力は約１〜５×１０−２Ｔｏｒｒで主として中性白金合金蒸発分子と不活性アルゴンガスが素材に衝突する。なお、集積速度が速いため数十秒間で十分な厚さを持った被服をすることができた。
【００４１】
以上の説明したように、本実施形態によれば、フィルタ１１５は、ステンレス繊維を板状に焼結した後に白金合金イオンプレーティング処理を施したため、フィルタ自体の表面についている異物を白金合金蒸着皮膜と共にフィルタと一体化し、欠落しにくくすることができた。よって、フィルタ表面に付着した異物がインクジェット記録ヘッド内部に欠落して流路内に混入しにくくなり、印字歩留りと信頼性が高まる。インクジェット記録ヘッドの製造コストを下げることもできる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、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、フィルタ本体を形成焼結した後に表面コーティング処理を施し、フィルタに付着したゴミが欠落するのを防ぎ、ノズルのインク流路へと侵入することを防止することによって、インクの圧力損失を抑え、且つ異物による印字不良を引き起こさないフィルタを備えた、歩留まりと信頼性の高いインクジェット式記録装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による繊維フィルタがメッキされ、表面に付着していた異物がメッキ材料によって覆われていることを表す模式図である。図１（ａ）中のＢ−Ｂ´断面図である。
【図２】本発明による画像形成装置をインクジェットプリンタに応用した一実施形態の概略構造を表す斜視図である。
【図３】本発明によるヘッドカートリッジを図２に示すインクジェットプリンタに適用した一実施形態の外観を分解状態で表す斜視図である。
【図４】図３に示したヘッドカートリッジにおけるプリントヘッドの部分の斜視図である。
【図５】図３に示したプリントヘッドの主要部の概略構造を表す破断斜視図である。
【図６】図５中のＡ−Ａ′断面図である。
【図７】図４に示したフィルタの概略構造を表す断面図である。
【符号の説明】
１０  シャシー
１１  媒体給送部
１２  媒体排出部
１３  媒体搬送部
１４  ヘッド回復部
１５  キャリッジ軸
１６  キャリッジ
１７  ヘッドセットレバー
１８  ヘッドカートリッジ
１９  プリントヘッド
２０  キャリッジカバー
２１  タンクホルダ
２２  コンタクトフレキシブルプリントケーブル（コンタクトＦＰＣ）
２３  コンタクト部
２４  インクタンク
２５  吐出口
１００  ステンレス繊維に付着した異物
１０１  ステンレス繊維にコーティングされたメッキ
１０２  ステンレス繊維
１０３  ノズルを詰まらせるサイズのごみ
１１５  フィルタ
【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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