JP2009056445A - フィルタユニット - Google Patents

Abstract

【課題】インクが滞留することを抑制しつつ、インクに含まれる成分の分離や沈殿を抑制できるフィルタユニットを提供する。
【解決手段】本発明のフィルタユニット１００は、フィルタハウジング１２０およびフィルタプレート１１０を備える。フィルタハウジング１２０は、流入口１３１および流出口１３２を有する。フィルタプレート１１０は、フィルタハウジング１２０内に配置され、微小な開口部を多数有する。流入口１３１と流出口１３２とは、フィルタプレート１１０を挟んで位置している。フィルタプレート１１０の開口率を流入口１３１および流出口１３２に近い部分ほど低くし、フィルタプレート１１０を通過する流体の速度を流入口１３１および流出口１３２に近い部分ほど小さくした。
【選択図】図３

Description

本発明は、主にインクジェットヘッドに内蔵され、流体から異物を取り除くフィルタユニットに関する。

フィルタユニットをインクジェットヘッドに適用すると、フィルタユニット内を流れるインクの速度が小さいため、フィルタユニットの周縁部分ではインクがほとんど流れず、滞留してしまうことがある。インクが経時劣化する場合、フィルタユニット内に滞留したインクは徐々に劣化し、少しずつ流れ出すので、フィルタユニットから出てくるインクに、劣化インクが混じってしまうことがある。

そこで、インクの最短流路がフィルタプレートの中央部分を通過する場合において、フィルタプレートの中央部分から周縁部分に向けて開口径を大きくし、フィルタユニットを通過するインク速度を均一にする方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００１−２９７１０号公報

特許文献１では、インクの滞留という課題は解決できるが、フィルタユニット内を流れるインクの速度が小さいため、インクに含まれる成分が分離・沈殿してしまうという課題がある。

本発明の目的は、インクが滞留することを抑制しつつ、インクに含まれる成分の分離や沈殿を抑制できるフィルタユニットを提供することにある。

本発明のフィルタユニットは、フィルタハウジングおよびフィルタプレートを備える。フィルタハウジングは、流入口および流出口を有する。フィルタプレートは、フィルタハウジング内に配置され、微小な開口部を多数有する。流入口と流出口とは、フィルタプレートを挟んで略同じ高さに位置している。フィルタプレートの開口率を流入口および流出口に近い部分ほど低くし、フィルタプレートを通過する流体の速度を流入口および流出口に近い部分ほど小さくした。

この構成では、フィルタプレートを通過する流体の速度分布を不均一とすることにより、さまざまな速度の流体同士が混ざり合い、攪拌が起きる。攪拌が起きることによって、流体の成分の分離や沈殿を抑制できる。流体の速度が小さいと流体の滞留が起こりやすいが、流入口および流出口に近い部分の流体の速度を小さくすることにより、速度の小さな流体は流入口から流出口までの短い経路を通ることになるので、流体の滞留が起こりにくい。

この構成において、フィルタプレートは、開口面が鉛直方向となるように配置され、流入口および流出口は、フィルタハウジングの下端部に設けられてもよい。この構成は、流体が液体と微粒子とからなり、微粒子の密度が液体の密度より大きい場合に用いられると好ましい。微粒子は、流入口から入ると、フィルタハウジングの上部にはあまり上がらず、フィルタハウジングの下部からフィルタプレートを通過する。フィルタハウジングの下部におけるフィルタプレートの開口率は低いため、微粒子がフィルタプレートを通過する速度は小さい。液体は、フィルタハウジングの下部から上部にかけてフィルタプレートを通過し、さまざまな速度分布をもつ。それぞれ速度が異なる微粒子と液体とが合流すると、そこで攪拌が起き、流体中における微粒子の分布度が均一となって流出口から排出される。

また、フィルタプレートは、開口面が鉛直方向となるように配置され、流入口および流出口は、フィルタハウジングの上端部に設けられてもよい。この構成は、流体が液体と微粒子とからなり、微粒子の密度が液体の密度より小さい場合に用いられると好ましい。微粒子は、流入口から入ると、フィルタハウジングの下部にはあまり下がらず、フィルタハウジングの上部からフィルタプレートを通過する。フィルタハウジングの上部におけるフィルタプレートの開口率は低いため、微粒子がフィルタプレートを通過する速度は小さい。液体は、フィルタハウジングの上部から下部にかけてフィルタプレートを通過し、さまざまな速度分布をもつ。それぞれ速度が異なる微粒子と液体とが合流すると、そこで攪拌が起き、流体中における微粒子の分布度が均一となって流出口から排出される。

本発明におけるフィルタユニットは、流体が滞留することを抑制しつつ、流体に含まれる成分の分離や沈殿を抑制できる。

以下、本発明の最良の実施形態に係るフィルタユニットを、図面を参照にしつつ詳細に説明する。

本発明の第１の実施形態について説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るフィルタユニットを備えたインクジェット装置の構成を示す図である。インクジェット装置６００は、インクタンク２００、フィルタユニット１００およびインクジェットヘッド３００を備える。インクタンク２００とフィルタユニット１００とは、インク供給管４１０を通じて連結されている。フィルタユニット１００とインクジェットヘッド３００とは、インク供給管４２０を通じて連結されている。

インクタンク２００は、インクを貯蔵する。フィルタユニット１００は、インク中の異物をろ過する。インクジェットヘッド３００は、インクを吐出する。インクタンク２００に貯蔵されたインクは、フィルタユニット１００によりろ過されて、インクジェットヘッド３００へと供給され、インク滴５００として吐出される。なお、インクのろ過部分から吐出部分までの経路長を短くするため、フィルタユニット１００とインクジェットヘッド３００とを一体で構成し、インク供給管４２０をなくしてもよい。

図２は、本発明の第１の実施形態に係るフィルタユニットの構成を示す図である。フィルタユニット１００は、フィルタプレート１１０、フィルタハウジング１２１，１２２およびパッキン１４１，１４２を備える。

フィルタプレート１１０は、ポリイミドのシートに、エキシマレーザで直径数１０μｍの微小な開口を多数開けたものである。フィルタハウジング１２１は、流入口１３１および溝１５１が設けられている。フィルタハウジング１２２は、流出口１３２および溝１５２が設けられている。フィルタハウジング１２１，１２２は、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）による樹脂成型で形成されている。パッキン１４１，１４２は、フィルタユニット１００内部の密閉性を高めるための部材である。パッキン１４１，１４２は、フッ素ゴムで形成されている。パッキン１４１は、溝１５１に合うように、パッキン１４２は、溝１５２に合うように形成されている。フィルタプレート１１０を、パッキン１４１，１４２を介してフィルタハウジング１２１，１２２で挟み込むことで、フィルタユニット１００内部の空間が分割される。

第１の実施形態に用いられるインクは、水とエチレングリコールとの混合液に、粒径数μｍの樹脂製ビーズを含む。水とエチレングリコールとの混合比は、その密度が樹脂製ビーズの密度と同程度になるように調整することが望ましいが、使用するビーズの材料や、インクジェットでの吐出に適したインクの粘度などのインク用途上の制約から、それぞれの密度を完全に一致させることは難しい。一致させることができない場合、静置すると混合液とビーズは分離する。第１の実施形態では、混合液の密度よりビーズの密度のほうが大きく、静置するとビーズが沈殿するインクを用いる。

図３（Ａ）は、本発明の第１の実施形態に係るフィルタユニットの断面図である。矢印１７０の方向が鉛直上向きである。流入口１３１、流出口１３２は、フィルタハウジング１２０の下底付近に設けられている。インクは流入口１３１から入り、フィルタプレート１１０でろ過されたあと、流出口１３２から出る。

図３（Ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係るフィルタユニットに備えられるフィルタプレートを示す図である。フィルタプレート１１０の開口率は、均一ではない。図３（Ｂ）に示すように、開口の孔径は下方ほど小さくなっているので、開口率は下方ほど低くなっている。

矢印１６１，１６２は、インクの代表的な流れを示す。矢印１６１で示す流れは、インクが流入口１３１から入り、フィルタプレート１１０の下方を通って流出口１３２から出て行く流れである。フィルタプレート１１０の下方は孔径が小さく開口率が低いので、この流れのインクの速度は小さい。矢印１６２で示す流れは、インクが流入口１３１から入り、フィルタプレート１１０の上方を通って流出口１３２から出て行く流れである。フィルタプレート１１０の上方は孔径が大きく開口率が高いので、この流れのインクの速度は大きい。

流出口１３２付近では、これら流速の異なる流れが合流するので、攪拌が起こりやすい。よって、インク内のビーズの沈殿を抑制することができる。

矢印１６１で示す流れは、インクの速度は小さいが流入口１３１から流出口１３２までの経路が短いため滞留しにくい。よって、フィルタユニット１００内に古いインクが長期間残っていることを低減することができる。

流入口１３１と流出口１３２とがフィルタハウジング１２０の下底付近に設けられているため、ビーズが沈殿しようとしても、堆積させず流すことが可能である。

図４は、インクジェット装置から吐出されたインク１滴に含まれるビーズの数の経時変化をプロットした図である。従来の構成のフィルタユニットを用いたときのデータと本発明の第１の実施形態に係るフィルタユニット１００を用いたときのデータとを比較している。

インクジェット装置から毎秒１０００滴のインクを連続吐出させるものとする。ビーズの計数は１時間おきに、１分間に吐出されるインクを捕集して、乾燥後に残るビーズの総重量を測定し、それを１分間に吐出される滴数（６００００滴）とビーズ１つの重量で割ることで算出した。

従来の構成のフィルタユニットを用いた場合には、時間が経過するにしたがって１滴に含まれるビーズの数が減少していくのに対し、フィルタユニット１００を用いた場合には、ビーズの数の変化がほとんどない。フィルタユニット１００を用いることで、長期間にわたってフィルタユニット１００内でのビーズの沈殿を抑制し、安定したビーズ濃度のインクをインクジェットヘッド３００へ供給できることがわかった。

図５は、本発明の第１の実施形態に係るフィルタユニットに用いることのできるフィルタプレートを示す図である。

図５（Ａ）は、メッシュ数の異なる金網を組み合わせたフィルタプレートである。フィルタプレート１１０は、上方ほど開口率が大きくなっている。この場合、開口率の変化は不連続となるが、フィルタプレート１１０全体として開口率が変化していれば、図３（Ｂ）と同様の効果を奏することができる。

図５（Ｂ）は、フィルタプレートの開口の分布を模式的に示した図である。開口の孔径は均一であるが、上方ほど開口の分布密度が高いので開口率が高い。よってフィルタプレート１１０全体として開口率が変化しているので、図３（Ｂ）と同様の効果を奏することができる。また、孔径が均一であるため、フィルタプレート１１０内で均一なろ過精度とすることができる。

図６は、本発明の第１の実施形態に係るフィルタユニットにおける流入口と流出口の方向を示す図である。図３（Ａ）では、流入口と流出口の方向がフィルタプレート１１０の開口面に垂直になるように設けられているが、特にこれに限定されるものではなく、図６（Ａ）に示すように、フィルタプレート１１０の開口面に平行になるように設けられてもよい。また、流入口と流出口が同じ方向ではなく、図６（Ｂ）や図６（Ｃ）のように異なっていてもよい。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。

本発明の第２の実施形態に係るフィルタユニットを備えたインクジェット装置の構成および第２の実施形態に係るフィルタユニットの構成は、第１の実施形態と同様の構成であるため、説明を割愛する。

第２の実施形態に用いられるインクは、第１の実施形態に用いられるインクと同様に、水とエチレングリコールとの混合液に粒径数μｍの樹脂製ビーズを含む。第１の実施形態に用いられるインクと異なる点は、混合液の密度よりビーズの密度のほうが小さく、インクを静置するとビーズは浮上し、上部に滞留するインクを用いる点である。

図７（Ａ）は、本発明の第２の実施形態に係るフィルタユニットの断面図である。矢印１７０Ａの方向が鉛直上向きである。流入口１３１Ａ、流出口１３２Ａは、フィルタハウジング１２０Ａの上底付近に設けられている。インクは流入口１３１Ａから入り、フィルタプレート１１０Ａでろ過されたあと、流出口１３２Ａから出る。

図７（Ｂ）は、本発明の第２の実施形態にかかるフィルタユニットに備えられるフィルタプレートを示す図である。フィルタプレート１１０Ａの開口率は、均一ではない。図７（Ｂ）に示すように、開口の孔径は上方ほど小さくなっているので、開口率は上方ほど低くなっている。

矢印１６１Ａ，１６２Ａは、インクの代表的な流れを示す。矢印１６１Ａで示す流れは、インクが流入口１３１Ａから入り、フィルタプレート１１０Ａの上方を通って流出口１３２Ａから出て行く流れである。フィルタプレート１１０Ａの上方は孔径が小さく開口率が低いので、この流れのインクの速度は小さい。矢印１６２Ａで示す流れは、インクが流入口１３１Ａから入り、フィルタプレート１１０Ａの下方を通って流出口１３２Ａから出て行く流れである。フィルタプレート１１０Ａの下方は孔径が大きく開口率が高いので、この流れのインクの速度は大きい。

流出口１３２Ａ付近では、これら流速の異なる流れが合流するので、攪拌が起こりやすい。よって、インク内のビーズの滞留を抑制することができる。

矢印１６１Ａで示す流れは、インクの速度は小さいが流入口１３１Ａから流出口１３２Ａまでの経路が短いため滞留しにくい。よって、フィルタユニット１００Ａ内に古いインクが長期間残っていることを低減することができる。

流入口１３１Ａと流出口１３２Ａとがフィルタハウジング１２０Ａの上底付近に設けられているため、ビーズが滞留しようとしても、堆積させず流すことが可能である。

図８は、本発明の第２の実施形態に係るフィルタユニットに用いることのできるフィルタプレートを示す図である。

図８（Ａ）は、メッシュ数の異なる金網を組み合わせたフィルタプレートである。フィルタプレート１１０Ａは、下方ほど開口率が大きくなっている。この場合、開口率の変化は不連続となるが、フィルタプレート１１０Ａ全体として開口率が変化していれば、図７（Ｂ）と同様の効果を奏することができる。

図８（Ｂ）は、フィルタプレートの開口の分布を模式的に示した図である。開口の孔径は均一であるが、下方ほど開口の分布密度が高いので開口率が高い。よってフィルタプレート１１０Ａ全体として開口率が変化しているので、図７（Ｂ）と同様の効果を奏することができる。また、孔径が均一であるため、フィルタプレート１１０Ａ内で均一なろ過精度とすることができる。

図９は、本発明の第２の実施形態に係るフィルタユニットにおける流入口と流出口の方向を示す図である。図７（Ａ）では、流入口と流出口の方向がフィルタプレート１１０Ａの開口面に垂直になるように設けられているが、特にこれに限定されるものではなく、図９（Ａ）に示すように、フィルタプレート１１０Ａの開口面に平行になるように設けられてもよい。また、流入口と流出口が同じ方向ではなく、図９（Ｂ）や図９（Ｃ）のように異なっていてもよい。

次に、本発明の第３の実施形態について説明する。

本発明の第３の実施形態に係るフィルタユニットを備えたインクジェット装置の構成および第３の実施形態に係るフィルタユニットの構成は、第１の実施形態と同様の構成であるため、説明を割愛する。

図１０（Ａ）は、本発明の第３の実施形態に係るフィルタユニットの断面図である。矢印１７０Ｂの方向が鉛直上向きである。インクは流入口１３１Ｂから入り、フィルタプレート１１０Ｂでろ過されたあと、流出口１３２Ｂから出る。

図１０（Ｂ）は、本発明の第３の実施形態に係るフィルタユニットに備えられるフィルタプレートを示す図である。フィルタプレート１１０Ｂの開口率は、均一ではない。図１０（Ｂ）に示すように、開口の孔径は中間ほど小さくなっているので、開口率は中間ほど低くなっている。

矢印１６１Ｂ，１６２Ｂ，１６３Ｂは、インクの代表的な流れを示す。矢印１６１Ｂで示す流れは、インクが流入口１３１Ｂから入り、フィルタプレート１１０Ｂの中間を通って流出口１３２Ｂから出て行く流れである。フィルタプレート１１０Ｂの中間は孔径が小さく開口率が低いので、この流れのインクの速度は小さい。矢印１６２Ｂで示す流れは、インクが流入口１３１Ｂから入り、フィルタプレート１１０Ｂの上方を通って流出口１３２Ｂから出て行く流れである。フィルタプレート１１０Ｂの上方は孔径が大きく開口率が高いので、この流れのインクの速度は大きい。矢印１６３Ｂで示す流れは、インクが流入口１３１Ｂから入り、フィルタプレート１１０Ｂの下方を通って流出口１３２Ｂから出て行く流れである。フィルタプレート１１０Ｂの下方は孔径が大きく開口率が高いので、この流れのインクの速度は大きい。

矢印１６１Ｂで示す流れは、インクの速度は小さいが流入口１３１Ｂから流出口１３２Ｂまでの経路が短いため滞留しにくい。よって、フィルタユニット１００Ｂ内に古いインクが長期間残っていることを低減することができる。

本発明の第３の実施形態に係るフィルタユニット１００Ｂに用いることのできるフィルタプレート１１０Ｂは、第１の実施形態や第２の実施形態で示したように、メッシュ数の異なる金網を組み合わせたフィルタプレートや開口の孔径が一定であるフィルタプレートであって、中間ほど開口の分布密度が小さいフィルタプレートでもよい。フィルタプレート１１０Ｂ全体として開口率が変化していれば、図１０（Ｂ）と同様の効果を奏することができる。

なお、第１の実施形態から第３の実施形態まで、フィルタユニット内を流れる流体についてインクを例にとって説明しているが、これに限定されるものではない。例えば、密度の異なる、混和しにくい複数の溶媒を混和した流体であっても、本発明のフィルタユニットで流体が滞留することを抑制しつつ、流体に含まれる成分の分離や沈殿を抑制できる。

最後に、上述の実施形態の説明は、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、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、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。

本発明の第１の実施形態に係るフィルタユニットを備えたインクジェット装置の構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係るフィルタユニットの構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係るフィルタユニットの断面図および本発明の第１の実施形態に係るフィルタユニットに備えられるフィルタプレートを示す図である。 インクジェット装置から吐出されたインク１滴に含まれるビーズの数の経時変化をプロットした図である。 本発明の第１の実施形態に係るフィルタユニットに用いることのできるフィルタプレートを示す図である。 本発明の第１の実施形態に係るフィルタユニットにおける流入口と流出口の方向を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るフィルタユニットの断面図および本発明の第２の実施形態に係るフィルタユニットに備えられるフィルタプレートを示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るフィルタユニットに用いることのできるフィルタプレートを示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るフィルタユニットにおける流入口と流出口の方向を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係るフィルタユニットの断面図および本発明の第３の実施形態に係るフィルタユニットに備えられるフィルタプレートを示す図である。

符号の説明

１００−フィルタユニット
１１０−フィルタプレート
１２０−フィルタハウジング
１３１−流入口
１３２−流出口

Claims (4)

1. 流入口および流出口を有するフィルタハウジングと、
   前記フィルタハウジング内に配置され、微小な開口部を多数有するフィルタプレートと、
   を備え、
   前記流入口と前記流出口とは、前記フィルタプレートを挟んで略同じ高さに位置しており、
   前記フィルタプレートの開口率を前記流入口および前記流出口に近い部分ほど低くし、前記フィルタプレートを通過する流体の速度を前記流入口および前記流出口に近い部分ほど小さくしたフィルタユニット。
2. 前記フィルタプレートは、開口面が鉛直方向となるように配置され、
   前記流入口および前記流出口は、前記フィルタハウジングの下端部に設けられる請求項１に記載のフィルタユニット。
3. 前記フィルタプレートは、開口面が鉛直方向となるように配置され、
   前記流入口および前記流出口は、前記フィルタハウジングの上端部に設けられる請求項１に記載のフィルタユニット。
4. 前記開口部は、全て略同径であり、前記流入口および前記流出口に近い部分ほど単位面積当たりの数が少ない請求項１〜３のいずれか１項に記載のフィルタユニット。

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