JP4849610B2

JP4849610B2 - Liquid filling method, liquid filling apparatus, and droplet discharge head

Info

Publication number: JP4849610B2
Application number: JP2006214342A
Authority: JP
Inventors: 拓也内田; 徹丸山; 研一吉村
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2006-08-07
Filing date: 2006-08-07
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2026-08-07
Also published as: JP2008036963A

Description

本発明は、減圧した充填領域を液体で置換する充填技術に係り、液滴吐出ヘッドへのインク充填に応用可能な液体充填方法、液体充填装置および液滴吐出ヘッドに関するものである。 The present invention relates to a filling technique for replacing a decompressed filling region with a liquid, and relates to a liquid filling method, a liquid filling apparatus, and a droplet discharge head that can be applied to ink filling into a droplet discharge head.

液滴の吐出により画像を形成する記録装置に用いられる液滴吐出ヘッドにおいて、気泡がヘッド内へ残留してしまうと、圧電素子や発熱素子への駆動電圧印加により、インク等の液体に圧力を加えても、加圧液室の体積変化が残留気泡の縮小に費やされることによって、インク吐出口からインク滴を正常に吐出できなくなって良好な画像が得られなくなる問題がある。ヘッド内へ気泡の残留を無くすためには、インクをヘッド内へ充填する前に、インク中の溶存気体を極力除去し、溶存気体の除去後にインクを大気に触れさせることなく、また、吐出ヘッドへのインク充填時に、除去しきれなかったインク中の溶存気体が、発泡しないようにすることが必要である。 In a droplet ejection head used in a recording apparatus that forms an image by ejecting droplets, if bubbles remain in the head, pressure is applied to a liquid such as ink by applying a drive voltage to the piezoelectric element or heating element. Even when the volume change of the pressurized liquid chamber is spent for reducing the residual bubbles, there is a problem that the ink droplets cannot be normally discharged from the ink discharge port and a good image cannot be obtained. To eliminate bubbles remaining in the head, remove the dissolved gas in the ink as much as possible before filling the ink into the head. After removing the dissolved gas, the ink is not exposed to the atmosphere. It is necessary to prevent the dissolved gas in the ink, which could not be removed, from being foamed when filling the ink.

そこで従来は、まず、インクを脱気装置にかけて、溶存気体の脱気をした後、タンク等の容器に蓄積する。次に充填領域を真空にする真空引きを行い、真空引きした充填領域を蓄積したインクにより置換する減圧充填が行われていた。 Therefore, conventionally, the ink is first applied to a degassing device to degas the dissolved gas and then accumulated in a container such as a tank. Next, vacuum filling was performed to evacuate the filling region, and vacuum filling was performed to replace the evacuated filling region with accumulated ink.

例えば、特許文献１には、インクが貯蔵されているインク供給装置からインク通路を介してインクを記録ヘッドに供給し、記録ヘッドのノズル孔からインク粒子を吐出させ、ノズル孔に対向した位置の被記録材上に記録ドットを形成するインクジェット記録装置において、インク供給装置に、記録ヘッドやインク流路内のインクを排出するインク排出手段と、この手段の動作に引き続いて記録ヘッドやインク流路内を真空にする真空引き手段と、この手段の動作に引き続いて真空にされた記録ヘッドやインク流路内に脱気したインクを充填するインク充填手段とを備えた構成が記載されている。 For example, in Patent Document 1, ink is supplied from an ink supply device in which ink is stored to the recording head via an ink passage, and ink particles are ejected from the nozzle hole of the recording head. In an ink jet recording apparatus that forms recording dots on a recording material, an ink supply device that discharges ink in a recording head and an ink flow path to an ink supply device, and a recording head and an ink flow path following the operation of this means A configuration is described that includes a vacuuming means that evacuates the inside, and a recording head that is evacuated following the operation of this means and an ink filling means that fills the ink flow path with degassed ink.

また、特許文献２には、インクを貯留する主インクタンクと、サブインクタンクと、其々を接続してインク滴を吐出するヘッドへインクを供給するインク供給流路と、ノズル開口部よりインクを吸引してパージを行うパージ手段とを備えたインクジェット式記録装置において、主インクタンクおよびサブインクタンクは大気に開放されていない可撓性を有する容器にインクが真空充填され、主インクタンクには、サブインクタンクへインク供給を行う加圧手段を備え、主インクタンクとサブインクタンクを接続するインク配管およびサブインクタンクとヘッド間を接続するインク配管とに夫々流路封止手段を備えた構成が記載されている。 Further, Patent Document 2 discloses a main ink tank that stores ink, a sub ink tank, an ink supply channel that supplies ink to a head that connects each of them and discharges ink droplets, and ink from a nozzle opening. In the ink jet recording apparatus, the main ink tank and the sub ink tank are vacuum-filled with a flexible container that is not open to the atmosphere. Includes a pressurizing unit for supplying ink to the sub ink tank, and an ink pipe connecting the main ink tank and the sub ink tank and an ink pipe connecting the sub ink tank and the head, respectively. The configuration is described.

特許文献３には、一側面側にインクヘッドに連結可能なインク排出口を有するとともに一側面に対向する他側面に大気に連通可能な大気連通口を有し、内部にインクを含浸可能な吸収部材を有する容器を備えたインクカートリッジを準備し、大気連通口から容器内の空気を引き抜いて容器内を真空状態する真空引き工程と、吸収部材が負圧によって保持できる量以下のインクを前記インク排出口から容器内に供給するインク供給工程と、大気連通口を大気に連通して容器内を大気に開放する大気開放工程とを含んで構成したものが記載されている。
特開２００４−９４７５号公報特開２００４−２１６７９７号公報特開２０００−１７７１４２号公報 Patent Document 3 has an ink discharge port that can be connected to an ink head on one side surface, an air communication port that can communicate with the air on the other side surface facing the one side surface, and an absorption that can be impregnated with ink inside. An ink cartridge including a container having a member is prepared, and a vacuuming step of drawing the air in the container from the atmosphere communication port to evacuate the container, and an ink having an amount equal to or less than an amount that the absorbing member can hold by negative pressure An ink supply process for supplying ink into the container from the discharge port and an air release process for connecting the air communication port to the atmosphere to open the container to the atmosphere are described.
JP 2004-9475 A JP 2004-216797 A JP 2000-177142 A

しかしながら、例えば特許文献１では、脱気後のインクが、大気開放状態でタンク内に蓄積されるため、脱気後インクと大気との接触により、インク中への大気の溶け込みが発生してしまうという問題があった。 However, for example, in Patent Document 1, since the ink after deaeration is accumulated in the tank in an open state, the atmosphere is dissolved in the ink due to the contact between the ink and the atmosphere after the deaeration. There was a problem.

また、特許文献２では、脱気工程の真空度と充填領域の真空引きの真空度を比較し、相対的な真空度のレベル調整をしていなため、充填領域の真空引きの真空度の方が高いことがあり、この場合真空引きした充填領域にインクが接触したときに、インク中の気体の飽和溶解量が低下し、溶存気体が発泡してしまうという問題があった。 Further, in Patent Document 2, the degree of vacuum in the filling area is not adjusted by comparing the degree of vacuum in the deaeration process with the degree of vacuum in the filling area, and the relative degree of vacuum is not adjusted. In this case, when the ink comes into contact with the evacuated filling region, the saturated dissolution amount of the gas in the ink is lowered, and the dissolved gas is foamed.

本発明は、前記従来技術の問題を解決することに指向するものであり、脱気後の液体を大気と接触させず、また、脱気中の真空度よりも液体と置換する充填領域の真空度を低くすることで、液体中の溶存気体の飽和溶解量を低下させずに溶存気体の発泡を防止した液体充填方法、液体充填装置および液滴吐出ヘッドを提供することを目的とする。 The present invention is directed to solving the above-described problems of the prior art, and does not allow the liquid after deaeration to come into contact with the atmosphere, and the vacuum in the filling region replaces the liquid with a degree of vacuum during the deaeration. An object of the present invention is to provide a liquid filling method, a liquid filling apparatus, and a droplet discharge head that prevent foaming of dissolved gas without lowering the saturation dissolution amount of the dissolved gas in the liquid by lowering the degree.

前記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載した液体充填方法は、充填領域を減圧して液体で置換する液体充填方法であって、減圧により液体中の溶存気体を脱気する脱気工程と、前記充填領域を減圧する減圧工程と、前記脱気工程の真空度と前記減圧工程の真空度を比較して真空度の差を調整する調整工程と、前記減圧した充填領域内を前記脱気した液体で置換して充填する充填工程とを有し、前記調整工程が、脱気工程の真空度を減圧工程の真空度よりも高く調整することにより、液体中の溶存気体の発泡を防止できると共に、真空引きした充填領域を液体で置換するときに、脱気により除去しきれなかった溶存気体が発泡することを防止できる。 In order to achieve the above object, a liquid filling method according to claim 1 of the present invention is a liquid filling method in which a filling region is decompressed and replaced with a liquid, and the dissolved gas in the liquid is removed by decompression. A degassing step for degassing, a depressurizing step for depressurizing the filling region, an adjusting step for comparing the degree of vacuum in the degassing step and the degree of vacuum in the depressurizing step, and adjusting the difference in the degree of vacuum, and the depressurized filling A filling step in which the inside of the region is replaced with the degassed liquid and the adjustment step is performed by adjusting the degree of vacuum in the deaeration step to be higher than the degree of vacuum in the depressurization step. It is possible to prevent the foaming of gas and to prevent the dissolved gas, which could not be removed by deaeration, from foaming when the evacuated filling region is replaced with a liquid.

また、請求項２に記載した液体充填方法は、充填領域を減圧して液体で置換する液体充填方法であって、減圧により液体中の溶存気体を脱気する脱気工程と、前記充填領域を減圧する減圧工程と、前記脱気工程の真空度と前記減圧工程の真空度を比較して真空度の差を調整する調整工程と、前記減圧した充填領域内を前記脱気した液体で置換して充填する充填工程とを有し、前記充填工程が、減圧した充填領域と脱気後の液体の蓄積領域との接続を行う接続工程と、液体を減圧した充填領域方向へ加圧する加圧工程とからなることにより、液体中の溶存気体の発泡を防止できると共に、充填領域を液体で置換する速度を高速にすることができる。 The liquid filling method according to claim 2 is a liquid filling method in which the filling region is depressurized and replaced with a liquid, wherein a degassing step of degassing dissolved gas in the liquid by depressurization, and the filling region A depressurization step for depressurization, an adjustment step for comparing the degree of vacuum in the degassing step and the degree of vacuum in the depressurization step, and adjusting the difference in the degree of vacuum, and replacing the depressurized filling region with the degassed liquid. A filling step in which the filling step is connected to the decompressed filling region and the liquid accumulation region after deaeration, and a pressurizing step to pressurize the liquid toward the decompressed filling region. Thus, foaming of the dissolved gas in the liquid can be prevented, and the speed of replacing the filling region with the liquid can be increased.

また、請求項３に記載した液体充填方法は、充填領域を減圧して液体で置換する液体充填方法であって、減圧により液体中の溶存気体を脱気する脱気工程と、前記充填領域を減圧する減圧工程と、前記脱気工程の真空度と前記減圧工程の真空度を比較して真空度の差を調整する調整工程と、前記減圧した充填領域内を前記脱気した液体で置換して充填する充填工程と、充填領域内の圧力を計測する圧力計測工程と、前記計測した圧力が所定圧力以上の場合に前記充填領域に液体の充填が完了したと判断する充填完了検知工程とを有することにより、液体中の溶存気体の発泡を防止できると共に、液体の充填完了を正確に検知できる。 The liquid filling method according to claim 3 is a liquid filling method in which the filling region is depressurized and replaced with the liquid, and a degassing step of degassing the dissolved gas in the liquid by depressurization; and A depressurization step for depressurization, an adjustment step for comparing the degree of vacuum in the degassing step and the degree of vacuum in the depressurization step, and adjusting the difference in the degree of vacuum, and replacing the depressurized filling region with the degassed liquid. A filling step of filling the filling region, a pressure measuring step of measuring a pressure in the filling region, and a filling completion detecting step of determining that the filling of the filling region is completed when the measured pressure is equal to or higher than a predetermined pressure. By having it, foaming of the dissolved gas in the liquid can be prevented and completion of filling of the liquid can be accurately detected.

また、請求項４に記載した液体充填装置は、減圧により液体中の溶存気体を脱気するために液体から溶存気体を分離する気液分離手段、および気液分離手段における液体の流量を調整する流量調整手段からなる脱気手段と、液体の充填領域を減圧する減圧手段と、脱気手段の真空度と減圧手段の真空度を比較して真空度の差を調整する調整手段と、減圧した充填領域内を脱気した液体で置換し充填するために充填領域と脱気後の液体を流す配管（蓄積領域）の接続を行う接続手段、および液体を充填領域方向へ加圧する加圧手段からなる充填手段と、充填領域内の圧力を計測する圧力計測手段と、計測した圧力が所定圧力以上の場合に充填領域に液体の充填が完了したと判断する充填完了検知手段とを備えたことにより、充填領域を液体で置換するときに、脱気により除去しきれなかった溶存気体が発泡することなく、また液体流速を制御して必要な脱気能力が得られるとともに、充填領域を液体で置換する速度をより高速にし、かつ充填完了を検知できる。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a liquid filling apparatus that adjusts the flow rate of the liquid in the gas-liquid separation means for separating the dissolved gas from the liquid in order to degas the dissolved gas in the liquid by reducing the pressure. A degassing unit comprising a flow rate adjusting unit, a depressurizing unit for depressurizing the liquid filling region, an adjusting unit for adjusting the difference in the degree of vacuum by comparing the vacuum degree of the deaeration unit and the depressurizing unit, and depressurizing From the connection means for connecting the filling area and the piping (accumulation area) for flowing the liquid after deaeration in order to replace and fill the inside of the filling area with the degassed liquid, and the pressurizing means for pressurizing the liquid toward the filling area A filling means, a pressure measuring means for measuring the pressure in the filling area, and a filling completion detecting means for judging that the filling of the filling area is completed when the measured pressure is equal to or higher than a predetermined pressure. Place the filling area with liquid In this case, the dissolved gas that could not be removed by deaeration does not foam, and the necessary deaeration ability is obtained by controlling the liquid flow rate. And the completion of filling can be detected.

また、請求項５に記載した液体充填装置は、請求項４に記載の液体充填装置であって、液体充填後の充填領域内の圧力を負圧にする負圧形成手段を備えたことにより、液滴を吐出する吐出口からの液体垂れがなく、また吐出口でのメニスカスの破壊のない適正な負圧に維持できる。 Further, the liquid filling device according to claim 5 is the liquid filling device according to claim 4, comprising negative pressure forming means for making the pressure in the filling region after liquid filling negative. It is possible to maintain an appropriate negative pressure without liquid dripping from the discharge port for discharging droplets and without causing meniscus destruction at the discharge port.

また、請求項６に記載した液滴吐出ヘッドは、請求項５に記載の液体充填装置を用いて充填する充填領域を有し、充填領域が液滴を吐出する複数のノズルを形成したノズル板と、複数のノズルに対応して液室を形成した流路板を接合してなることにより、充填状態の良好な液滴吐出ヘッドによって記録用紙に安定した高画質の画像を形成できる。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a liquid droplet ejection head having a filling area that is filled using the liquid filling device according to the fifth aspect, wherein the filling area forms a plurality of nozzles that eject liquid drops. In addition, by joining the flow path plates in which the liquid chambers are formed corresponding to the plurality of nozzles, a stable high-quality image can be formed on the recording paper by the liquid droplet ejection head having a good filling state.

また、請求項７に記載した液滴吐出ヘッドは、請求項６記載の液滴吐出ヘッドにおける液滴の吐出方式が、エッジシューター方式またはサイドシューター方式であることにより、良好な充填状態の液滴吐出ヘッドが得られ、エッジシューター方式にすることにより、各部分の精度良い微細化やオリフィスのマルチ化、あるいはヘッド小型化を極めて容易にでき、またサイドシューター方式にすることにより、液滴の形成とその飛行の運動エネルギーにより効率良く変換できる。 According to a seventh aspect of the present invention, there is provided the liquid droplet ejection head according to the sixth aspect, wherein the liquid droplet ejection system of the liquid droplet ejection head according to the sixth aspect is an edge shooter system or a side shooter system, A discharge head is obtained, and by using the edge shooter method, it is very easy to miniaturize each part with precision, to make multiple orifices, or to miniaturize the head. By using the side shooter method, droplet formation is achieved. And can be converted efficiently by the kinetic energy of the flight.

本発明によれば、液体の充填処理において、脱気後の液体を大気と接触させず、また、脱気中の真空度よりも液体と置換する充填領域の真空度を低くすることで、液体中の溶存気体の飽和溶解量を低下させずに溶存気体の発泡を防止して高速に行い、また充填後の充填領域内の圧力を負圧にすることにより、液体の吐出口からの液体垂れやメニスカスの破壊のない適正負圧に維持した良好な充填状態によって記録用紙に安定した高画質の画像を形成できるという効果を奏する。 According to the present invention, in the liquid filling process, the liquid after deaeration is not brought into contact with the atmosphere, and the degree of vacuum in the filling region that replaces the liquid is lower than the degree of vacuum during the deaeration. Liquid dripping from the liquid discharge port is achieved by preventing foaming of the dissolved gas without lowering the saturated dissolved amount of the dissolved gas in the inside and performing high speed, and by making the pressure in the filling area after filling negative. In addition, it is possible to form a stable high-quality image on the recording paper by a good filling state maintained at an appropriate negative pressure without breaking the meniscus.

以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図１は本発明の実施形態における液体充填装置の概略構成を示す図である。図１に示すように、気体と液体の分離を行う気液分離手段は、一般に“デガッサー”と呼ばれるもので、気体を透過させ液体との分離を行う気液分離膜２２と気液分離膜２２の周囲を減圧状態にする真空ポンプ２４と脱気タンク２３とから構成される。気液分離膜２２内の液体流速を調整する流量調整手段は、流量調整バルブ２７からなる。 FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a liquid filling apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the gas-liquid separation means for separating the gas and the liquid is generally called “degasser”, and the gas-liquid separation membrane 22 and the gas-liquid separation membrane 22 that permeate the gas and separate the liquid from each other. Are constituted by a vacuum pump 24 and a degassing tank 23 for depressurizing the surroundings. The flow rate adjusting means for adjusting the liquid flow rate in the gas-liquid separation membrane 22 includes a flow rate adjusting valve 27.

充填領域を減圧する減圧手段は、真空ポンプ３４と真空タンク３３とからなる。脱気手段と減圧手段の真空度のレベルを調整する調整手段は、脱気タンク２３内の圧力を測定する圧力センサ２５と真空タンク３３内の圧力を測定する圧力センサ３５と、真空ポンプ２４と真空ポンプ３４の運転制御を行うコントローラ（図示せず）からなる。 The decompression means for decompressing the filling region includes a vacuum pump 34 and a vacuum tank 33. The adjusting means for adjusting the vacuum level of the deaeration means and the decompression means includes a pressure sensor 25 for measuring the pressure in the deaeration tank 23, a pressure sensor 35 for measuring the pressure in the vacuum tank 33, a vacuum pump 24, It comprises a controller (not shown) that controls the operation of the vacuum pump 34.

減圧した充填領域と脱気後の液体の蓄積領域との接続を行う接続手段は、三方バルブ３７からなり、充填領域と真空タンク３３の配管接続Ａ（真空引き）と、充填領域と流量調整バルブ２７の配管接続Ｂ（インク置換）を、切換えられる構成となっている。 The connecting means for connecting the decompressed filling area and the degassed liquid accumulation area is composed of a three-way valve 37, a pipe connection A (evacuation) between the filling area and the vacuum tank 33, a filling area and a flow rate adjusting valve. 27 pipe connections B (ink replacement) can be switched.

液体を減圧した充填領域方向へ加圧する加圧手段は、インクタンク１３とインクタンク１３内を加圧する加圧ポンプ１４とインクタンク１３内の圧力を計測する圧力センサ１５からなる。 The pressurizing means for pressurizing the liquid in the direction of the reduced filling area includes an ink tank 13, a pressurizing pump 14 for pressurizing the inside of the ink tank 13, and a pressure sensor 15 for measuring the pressure in the ink tank 13.

充填領域内の圧力を計測する圧力計測手段は圧力センサ４５からなる。真空引きした充填領域を液体で置換しているときに圧力センサ４５に所定圧力以上の圧力が計測された場合に、充填領域に液体の充填が完了したと判断する充填完了検知手段は、コントローラ（図示せず）からなる。 The pressure measuring means for measuring the pressure in the filling area includes a pressure sensor 45. When the pressure sensor 45 measures a pressure equal to or higher than a predetermined pressure when the evacuated filling area is replaced with a liquid, the filling completion detecting means for judging that the filling of the filling area is completed is performed by a controller ( (Not shown).

充填後の充填領域内の圧力を負圧にする負圧形成手段は、インクタンク１３と大気開放バルブ１７とインクタンク１３を上下に移動させるアクチュエータ（図示せず）より構成される。 The negative pressure forming means for making the pressure in the filling region after filling a negative pressure includes an ink tank 13, an air release valve 17, and an actuator (not shown) that moves the ink tank 13 up and down.

また、印字ヘッド５０のインク吐出口（図示せず）をキャッピングするキャップ５３には、キャッピング動作をさせるアクチュエータ（図示せず）が備えられており、キャップ５３は印字ヘッド５０のインク吐出口（図示せず）をキャップする位置や、印字ヘッド５０から離れた位置へ移動できる構成となっている。 The cap 53 for capping the ink discharge port (not shown) of the print head 50 is provided with an actuator (not shown) for performing the capping operation. The cap 53 is provided with the ink discharge port (not shown) of the print head 50. (Not shown) can be moved to a capping position or a position away from the print head 50.

キャップ５３には配管５２が接続され、配管５２の先には、配管内の圧力を測定する圧力センサ４５，開閉をするバルブ４６，キャップ５３から配管５２の方向にインク１１を吸引する吸引ポンプ４４の順に接続され、配管５２の終端部は下向きに大気開放され、廃液タンク４３内に配設されている。さらに、装置の制御を行うコントローラ（図示せず）が備えられている。 A pipe 52 is connected to the cap 53. A pressure sensor 45 that measures the pressure in the pipe, a valve 46 that opens and closes, and a suction pump 44 that sucks the ink 11 from the cap 53 toward the pipe 52 are connected to the cap 53. Are connected in this order, and the terminal end of the pipe 52 is opened downward to the atmosphere and disposed in the waste liquid tank 43. Further, a controller (not shown) for controlling the apparatus is provided.

また、図２は配管領域を説明する図、図３は液体充填装置の基本動作を示すフローチャートである。図１〜図３を参照しながら液体充填装置におけるインク溶存気体の脱気動作について説明する。液体充填装置の自動運転が開始されるとコントローラ（図示せず）は、バルブ１６が「閉」、大気開放バルブ１７が「開」、三方バルブ３７が「配管接続Ａ」側の状態に切り換えられて（Ｓ１）、真空ポンプ２４により脱気タンク２３内を真空引きすると、配管領域５５内は真空度が上昇する（Ｓ２）。 FIG. 2 is a diagram for explaining the piping region, and FIG. 3 is a flowchart showing the basic operation of the liquid filling apparatus. An ink degassing operation in the liquid filling apparatus will be described with reference to FIGS. When the automatic operation of the liquid filling apparatus is started, the controller (not shown) switches the valve 16 to “closed”, the atmosphere release valve 17 to “open”, and the three-way valve 37 to the “pipe connection A” side. (S1) When the inside of the deaeration tank 23 is evacuated by the vacuum pump 24, the degree of vacuum in the piping region 55 increases (S2).

一般に液体中に飽和溶解している気体は、接触する気体の圧力が下がると気泡になってでてくることから、圧力センサ２５の検出値があらかじめ実験等で求めてある真空度以上に上がった後（Ｓ３）、バルブ１６を開くと（Ｓ４）、配管領域５５がインク１１により置換される。インク１１が気液分離膜２２を通過するときに、インク１１内に溶存する気体は、気液分離膜２２を通過し、気液分離膜２２の外側へ排出される。 In general, a gas that is saturated and dissolved in a liquid becomes a bubble when the pressure of the gas in contact with it decreases, so that the detection value of the pressure sensor 25 has risen above the degree of vacuum that has been previously determined by experiments or the like. Later (S3), when the valve 16 is opened (S4), the piping region 55 is replaced with the ink 11. When the ink 11 passes through the gas-liquid separation film 22, the gas dissolved in the ink 11 passes through the gas-liquid separation film 22 and is discharged to the outside of the gas-liquid separation film 22.

また、インク１１が気液分離膜２２を通過する流速が速くなるにつれ脱気能力が低下するので、所望の脱気能力を確保できるあらかじめ実験等で求めた流速を超えないように、装置の自動運転を開始する前に、流量調整バルブ２７を調節しておく。 In addition, since the deaeration capability decreases as the flow rate of the ink 11 passing through the gas-liquid separation membrane 22 increases, the automatic operation of the apparatus does not exceed the flow rate obtained in advance through experiments or the like that can ensure the desired deaeration capability. Before starting the operation, the flow rate adjusting valve 27 is adjusted.

次に、図１〜図３を参照しながら液体充填装置におけるインク充填領域の真空引き動作について説明する。液体充填装置の自動運転が開始されるとコントローラ（図示せず）は、キャップ５３を印字ヘッド５０のノズル吐出口（図示せず）にアクチュエータ（図示せず）により移動させキャッピングする。また、バルブ４６を閉じる（Ｓ５）。この後、真空ポンプ３４を運転する（Ｓ６）と配管領域５６，５７内の真空度が上昇し、また、圧力センサ３５の検出値も上昇をはじめる。圧力センサ３５の検出値が圧力センサ２５の検出値に近づくかあるいはほぼ同一になったときに（Ｓ７）、真空ポンプ３４を停止する（Ｓ８）。 Next, the evacuation operation of the ink filling region in the liquid filling apparatus will be described with reference to FIGS. When the automatic operation of the liquid filling apparatus is started, a controller (not shown) moves the cap 53 to a nozzle discharge port (not shown) of the print head 50 by an actuator (not shown) and performs capping. Further, the valve 46 is closed (S5). Thereafter, when the vacuum pump 34 is operated (S6), the degree of vacuum in the piping regions 56 and 57 increases, and the detection value of the pressure sensor 35 also starts increasing. When the detected value of the pressure sensor 35 approaches or becomes substantially the same as the detected value of the pressure sensor 25 (S7), the vacuum pump 34 is stopped (S8).

さらに、液体充填装置における充填領域のインク置換動作について説明する。前述の脱気動作およびインク充填領域の真空引き動作の完了後、脱気手段の脱気能力に余裕があり流量調整バルブ２７を全開にした場合に限って、配管領域５７内のインクによる置換速度の高速化のため、大気開放バルブ１７を閉じてインクタンク１３の圧力センサ１５の測定値が、あらかじめ実験等で求めてある圧力値を維持するように加圧ポンプ１４を運転制御する。設定の圧力値に到達するのを待つ。 Further, the ink replacement operation in the filling area in the liquid filling apparatus will be described. After completion of the deaeration operation and the evacuation operation of the ink filling area, the replacement speed by the ink in the piping area 57 is only when the deaeration means has a sufficient deaeration capability and the flow rate adjustment valve 27 is fully opened. In order to increase the speed, the pressure release pump 17 is closed and the pressure pump 14 is operated and controlled so that the measured value of the pressure sensor 15 of the ink tank 13 maintains the pressure value obtained in advance through experiments or the like. Wait for the set pressure value to be reached.

三方バルブ３７をインク供給側の配管接続Ｂへ切換えると、真空引きされた配管領域５７内に配管領域５５よりインク１１が流入し、配管領域５７がインク１１により置換される（Ｓ９）。このとき、置換するインク１１を脱気するため、脱気タンク２３内は充填領域より真空度が高くなる。そして、圧力センサ４５の検出値が、あらかじめ実験等で求めてある真空度以下になると充填完了となる（Ｓ１０）。なお、充填品質をより確実なものにするために、この後バルブ４６を開き吸引ポンプ４４によりキャップ５３側から廃液タンク４３側へ吸引を行っても良い。この後、加圧ポンプ１４を運転の場合は停止させて大気開放バルブ１７を開いた上、アクチュエータ（図示せず）によりキャップ５３を印字ヘッド５０から離れた位置に移動させる。 When the three-way valve 37 is switched to the piping connection B on the ink supply side, the ink 11 flows from the piping region 55 into the evacuated piping region 57, and the piping region 57 is replaced with the ink 11 (S9). At this time, since the ink 11 to be replaced is deaerated, the degree of vacuum in the deaeration tank 23 is higher than that in the filling region. Then, when the detected value of the pressure sensor 45 is equal to or lower than the degree of vacuum obtained in advance through experiments or the like, filling is completed (S10). In order to make the filling quality more reliable, the valve 46 may be opened after that, and the suction pump 44 may perform suction from the cap 53 side to the waste liquid tank 43 side. Thereafter, when the pressure pump 14 is in operation, the air release valve 17 is opened, and the cap 53 is moved to a position away from the print head 50 by an actuator (not shown).

次に、印字ヘッド５０内の負圧生成動作について、図１および図４を参照しながら説明する。図４は本実施形態の水等差を説明する図であり、充填完了し負圧を生成する際には、大気開放バルブ１７を開き、あらかじめ実験等で求めてある水頭差５８になるように、アクチュエータ（図示せず）によりインクタンク１３を上下動作させる。 Next, the negative pressure generating operation in the print head 50 will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a diagram for explaining the water difference of the present embodiment. When the negative pressure is generated after the filling is completed, the air release valve 17 is opened so that the water head difference 58 obtained in advance through experiments or the like is obtained. The ink tank 13 is moved up and down by an actuator (not shown).

図５は実施形態におけるＰＺＴ方式の印字ヘッドの概要構造を示す図である。図５に示すように、ＰＺＴ方式の印字ヘッド５０は、駆動ユニット５９と、この駆動ユニット５９に接合した液室ユニット６０とを備えている。まず、駆動ユニット５９は、基板６１上に複数の圧電素子駆動部（以下、駆動部という）６２および圧電素子支柱部（以下、支柱部という）６３を交互に配設してなり、これらの駆動部６２および支柱部６３は所定の間隔をおいて、基板６１に接合される。 FIG. 5 is a diagram showing a schematic structure of a PZT type print head in the embodiment. As shown in FIG. 5, the PZT type print head 50 includes a drive unit 59 and a liquid chamber unit 60 joined to the drive unit 59. First, the drive unit 59 includes a plurality of piezoelectric element drive units (hereinafter referred to as drive units) 62 and piezoelectric element support units (hereinafter referred to as support units) 63 that are alternately disposed on a substrate 61. The part 62 and the column part 63 are joined to the substrate 61 at a predetermined interval.

また、液室ユニット６０は、図６に示すように、インク滴を吐出する複数のノズル孔６８を有するノズル板６６と、図７に示すように、ノズル孔６８に対応した液室６９が形成された流路板６５と、液室６９に対応し、かつ駆動ユニット５９の駆動部６２の振動を液室に伝える振動板６４から形成されている。液室ユニット６０を構成するノズル板６６、流路板６５、振動板６４は、流路板６５上面に接着剤６７を塗布し、接着剤６７を介して高い精度で接合される。 The liquid chamber unit 60 includes a nozzle plate 66 having a plurality of nozzle holes 68 for discharging ink droplets as shown in FIG. 6 and a liquid chamber 69 corresponding to the nozzle holes 68 as shown in FIG. The flow path plate 65 and the vibration plate 64 corresponding to the liquid chamber 69 and transmitting the vibration of the drive unit 62 of the drive unit 59 to the liquid chamber are formed. The nozzle plate 66, the flow channel plate 65, and the vibration plate 64 configuring the liquid chamber unit 60 are bonded with high accuracy via the adhesive 67 by applying an adhesive 67 on the upper surface of the flow channel plate 65.

液室ユニット６０には本発明の液体充填装置（図１参照）によりインクが充填され、液室６９にインクが充填される。そして、駆動ユニット５９の各駆動部６２および支柱部６３の上面に接着剤６７を介して液室ユニット６０を高い精度で接着接合している。よって、圧電素子を選択的に駆動することにより、液室ユニット６０のノズル孔６８からインク滴が吐出される。 The liquid chamber unit 60 is filled with ink by the liquid filling device of the present invention (see FIG. 1), and the liquid chamber 69 is filled with ink. The liquid chamber unit 60 is bonded and bonded to the upper surfaces of the drive units 62 and the support columns 63 of the drive unit 59 with an adhesive 67 with high accuracy. Therefore, ink droplets are ejected from the nozzle holes 68 of the liquid chamber unit 60 by selectively driving the piezoelectric elements.

本発明において用いることができるインクジェットヘッドは、電歪素子に電圧を印加して電歪素子を変形させることでインクを吐出する、いわゆるピエゾ方式であっても良いし、電熱変換素子に電流を流すことで発熱させて、発熱によりインクを発泡させることでインクを吐出する、いわゆるサーマル方式であっても良い。 The ink jet head that can be used in the present invention may be of a so-called piezo method in which ink is ejected by applying a voltage to the electrostrictive element and deforming the electrostrictive element, or a current is passed through the electrothermal conversion element. A so-called thermal method may be employed in which the ink is discharged by causing the ink to generate heat and causing the ink to foam by the generated heat.

また、インクジェットヘッドのエッジシューター方式の記録ヘッドの例を図８（ａ），（ｂ）に示す。図８（ａ），（ｂ）に示すように、記録ヘッドは、吐出エネルギー発生体７４を有する基板６１に、流路７５の側壁およびオリフィス７３を構成する壁材７１と、流路７５の覆いを構成する天板７２を積層した構成を有する。なお、吐出エネルギー発生体７４に吐出信号を印加する電極、および吐出エネルギー発生体７４に必要に応じて設けられる保護層などは省略してある。 Further, an example of an edge shooter type recording head of an ink jet head is shown in FIGS. As shown in FIGS. 8A and 8B, the recording head covers the substrate 61 having the ejection energy generator 74, the wall material 71 constituting the side wall of the flow path 75 and the orifice 73, and the flow path 75. The top plate 72 constituting the structure is laminated. Note that an electrode for applying a discharge signal to the discharge energy generator 74 and a protective layer provided on the discharge energy generator 74 as necessary are omitted.

この記録ヘッドにおいては、インクが貯えられている液室（図示せず）から流路７５にインクが充填された状態で、不図示の電極を介して記録信号を吐出エネルギー発生体７４に印加すると、吐出エネルギー発生体７４から発生した吐出エネルギーが流路７５内のインクに吐出エネルギー発生体７４の吐出エネルギー作用部である上方に作用し、その結果インクがオリフィス７３から液滴として吐出される。吐出されたインク滴はオリフィス７３前方に送り込まれた紙などの被記録材に付着することにより画像が形成される。 In this recording head, when a recording signal is applied to the ejection energy generator 74 via an electrode (not shown) in a state where the ink is filled in the flow path 75 from a liquid chamber (not shown) in which ink is stored. The discharge energy generated from the discharge energy generator 74 acts on the ink in the flow path 75 upward, which is the discharge energy operating portion of the discharge energy generator 74, and as a result, the ink is discharged from the orifice 73 as droplets. The ejected ink droplets adhere to a recording material such as paper sent to the front of the orifice 73 to form an image.

図８（ａ），（ｂ）に示したようなエッジシューター方式の記録ヘッドにおいては、各部分の精度良い微細化やオリフィス７３のマルチ化、あるいは小型化が極めて容易であり、また量産性に富むという利点を有する。その一方で、インク滴吐出の際の応答周波数やインク滴の飛行速度に限界がある。また、電熱変換素子が発熱することでインク中に気泡が発生するが、この気泡が温度低下により収縮し、吐出エネルギー発生体７４近辺で消滅する際の衝撃により吐出エネルギー発生体７４が徐々に破壊される。この現象はいわゆるキャビテーション現象と呼ばれ、エッジシューター方式において顕著である。そのため、エッジシューター方式の記録ヘッドは寿命が比較的短い。 In the edge shooter type recording head as shown in FIGS. 8A and 8B, it is very easy to miniaturize each part accurately, to make the orifice 73 multi-sized or to be miniaturized, and to achieve mass productivity. Has the advantage of being rich. On the other hand, there is a limit to the response frequency and ink droplet flight speed when ejecting ink droplets. In addition, bubbles are generated in the ink due to the heat generated by the electrothermal conversion element. The bubbles contract due to a decrease in temperature, and the discharge energy generator 74 is gradually destroyed by an impact when the bubbles disappear in the vicinity of the discharge energy generator 74. Is done. This phenomenon is called a cavitation phenomenon and is remarkable in the edge shooter system. Therefore, the life of the edge shooter type recording head is relatively short.

インクジェットヘッドのサイドシューター方式の記録ヘッドの例を図９に示す。図９に示すように、記録ヘッドは、天板７２にオリフィス７３を設け、一点鎖線で示されたように流路７５内の吐出エネルギー発生体７４の作用部へのインクの流れ方向とオリフィス７３の開口中心軸とを直角となした構成を有する。 An example of a side shooter type recording head of an inkjet head is shown in FIG. As shown in FIG. 9, the recording head is provided with an orifice 73 in the top plate 72, and the direction of ink flow to the action portion of the ejection energy generator 74 in the flow path 75 and the orifice 73 as indicated by the one-dot chain line. The central axis of the opening is a right angle.

このような構成とすることによって、吐出エネルギー発生体７４からのエネルギーをより効率良くインク滴の形成とその飛行の運動エネルギーへと変換でき、またインクの供給によるメニスカスの復帰も速いという構造上の利点を有し、吐出エネルギー発生体７４に発熱素子を用いた場合に特に効果的である。 With such a configuration, the energy from the ejection energy generator 74 can be more efficiently converted into the formation of ink droplets and the kinetic energy of the flight, and the meniscus can be quickly restored by supplying ink. This is advantageous and is particularly effective when a heating element is used for the discharge energy generator 74.

また、エッジシューター方式において問題となる気泡が消滅する際の衝撃により吐出エネルギー発生体７４を徐々に破壊する、いわゆるキャビテーション現象をサイドシューター方式であれば回避することができる。つまり、サイドシューター方式において気泡が成長し、その気泡がオリフィス７３に達すれば気泡が大気に通じることになり温度低下による気泡の収縮が起こらない。そのため、記録ヘッドの寿命が長いという長所を有する。 Further, the side shooter method can avoid the so-called cavitation phenomenon in which the discharge energy generator 74 is gradually destroyed by the impact when bubbles that are problematic in the edge shooter method disappear. That is, in the side shooter system, when bubbles grow and the bubbles reach the orifice 73, the bubbles communicate with the atmosphere, and the bubbles do not contract due to a temperature drop. Therefore, there is an advantage that the life of the recording head is long.

本発明に係る液体充填方法、液体充填装置および液滴吐出ヘッドは、液体の充填処理において、脱気後の液体を大気と接触させず、また、脱気中の真空度よりも液体と置換する充填領域の真空度を低くすることで、液体中の溶存気体の飽和溶解量を低下させずに溶存気体の発泡を防止して高速に行い、また充填後の充填領域内の圧力を負圧にすることにより、液体吐出口からの液体垂れやメニスカスの破壊のない適正負圧に維持した良好な充填状態によって記録用紙に安定した高画質の画像を形成でき、減圧した充填領域を液体で置換する充填技術に係り、液滴吐出ヘッドへのインク充填として有用である。 In the liquid filling method, the liquid filling apparatus, and the liquid droplet ejection head according to the present invention, in the liquid filling process, the liquid after deaeration is not brought into contact with the atmosphere, and the liquid is replaced with a liquid that is less than the degree of vacuum during the deaeration. By lowering the degree of vacuum in the filling area, the dissolved gas is prevented from foaming without decreasing the saturated dissolution amount of the dissolved gas in the liquid, and is performed at a high speed, and the pressure in the filling area after filling is set to a negative pressure. By doing so, a stable high-quality image can be formed on the recording paper with a good filling state maintained at an appropriate negative pressure without liquid dripping from the liquid discharge port or meniscus destruction, and the decompressed filling area is replaced with liquid. It relates to a filling technique and is useful as ink filling to a droplet discharge head.

本発明の実施形態における液体充填装置の概略構成を示す図The figure which shows schematic structure of the liquid filling apparatus in embodiment of this invention. 液体充填装置の配管領域を説明する図The figure explaining the piping field of a liquid filling device 液体充填装置の基本動作を示すフローチャートFlow chart showing basic operation of liquid filling apparatus 液体充填装置の水等差を説明する図The figure explaining the water etc. difference of a liquid filling device ＰＺＴ方式の印字ヘッドの概要構造を示す図Diagram showing the general structure of a PZT print head ノズル板を示す平面図Plan view showing nozzle plate 流路板を示す平面図Plan view showing flow path plate エッジシューター方式の記録ヘッドを示す（ａ）は部分斜視図、（ｂ）は断面図(A) is a partial perspective view showing an edge shooter type recording head, and (b) is a sectional view. サイドシューター方式の記録ヘッドを示す断面図Sectional view showing a side shooter type recording head

符号の説明Explanation of symbols

１１インク
１２，３２，４２，５２配管
１３インクタンク
１４加圧ポンプ
１５，２５，３５，４５圧力センサ
１６，４６バルブ
１７大気開放バルブ
２２気液分離膜
２３脱気タンク
２４，３４真空ポンプ
２７流量調整バルブ
３１，４１インク廃液
３３真空タンク
３７三方バルブ
４３廃液タンク
４４吸引ポンプ
５０印字ヘッド
５３キャップ
５５，５６，５７配管領域
５８水頭差
５９駆動ユニット
６０液室ユニット
６１基板
６２駆動部
６３支柱部
６４振動板
６５流路板
６６ノズル板
６７接着剤
６８ノズル孔
６９液室
７１壁材
７２天板
７３オリフィス
７４吐出エネルギー発生体
７５流路 11 Ink 12, 32, 42, 52 Piping 13 Ink tank 14 Pressure pump 15, 25, 35, 45 Pressure sensor 16, 46 Valve 17 Air release valve 22 Gas-liquid separation membrane 23 Deaeration tank 24, 34 Vacuum pump 27 Flow rate Adjustment valve 31, 41 Ink waste liquid 33 Vacuum tank 37 Three-way valve 43 Waste liquid tank 44 Suction pump 50 Print head 53 Cap 55, 56, 57 Piping area 58 Water head difference 59 Drive unit 60 Liquid chamber unit 61 Substrate 62 Drive part 63 Prop part 64 Vibrating plate 65 Channel plate 66 Nozzle plate 67 Adhesive 68 Nozzle hole 69 Liquid chamber 71 Wall material 72 Top plate 73 Orifice 74 Discharge energy generator 75 Channel

Claims

充填領域を減圧して液体で置換する液体充填方法であって、減圧により液体中の溶存気体を脱気する脱気工程と、前記充填領域を減圧する減圧工程と、前記脱気工程の真空度と前記減圧工程の真空度を比較して真空度の差を調整する調整工程と、前記減圧した充填領域内を前記脱気した液体で置換して充填する充填工程とを有し、前記調整工程が、脱気工程の真空度を減圧工程の真空度よりも高く調整することを特徴とする液体充填方法。 A liquid filling method in which a filling region is depressurized and replaced with a liquid, wherein a degassing step of degassing a dissolved gas in the liquid by depressurization, a depressurization step of depressurizing the filling region, and a vacuum degree of the degassing step And adjusting the difference in degree of vacuum by comparing the degree of vacuum in the depressurization step, and the filling step of filling the depressurized filling region with the degassed liquid for filling. However, the liquid filling method is characterized in that the degree of vacuum in the deaeration process is adjusted to be higher than the degree of vacuum in the decompression process.

充填領域を減圧して液体で置換する液体充填方法であって、減圧により液体中の溶存気体を脱気する脱気工程と、前記充填領域を減圧する減圧工程と、前記脱気工程の真空度と前記減圧工程の真空度を比較して真空度の差を調整する調整工程と、前記減圧した充填領域内を前記脱気した液体で置換して充填する充填工程とを有し、前記充填工程が、減圧した充填領域と脱気後の液体の蓄積領域との接続を行う接続工程と、液体を減圧した充填領域方向へ加圧する加圧工程とからなることを特徴とする液体充填方法。 A liquid filling method in which a filling region is depressurized and replaced with a liquid, wherein a degassing step of degassing a dissolved gas in the liquid by depressurization, a depressurization step of depressurizing the filling region, and a vacuum degree of the degassing step And adjusting the difference in vacuum by comparing the degree of vacuum in the depressurization step, and a filling step of substituting and filling the depressurized filling region with the degassed liquid. A liquid filling method comprising: a connecting step of connecting the decompressed filling region and the degassed liquid accumulation region; and a pressurizing step of pressurizing the liquid toward the decompressed filling region.

充填領域を減圧して液体で置換する液体充填方法であって、減圧により液体中の溶存気体を脱気する脱気工程と、前記充填領域を減圧する減圧工程と、前記脱気工程の真空度と前記減圧工程の真空度を比較して真空度の差を調整する調整工程と、前記減圧した充填領域内を前記脱気した液体で置換して充填する充填工程と、充填領域内の圧力を計測する圧力計測工程と、前記計測した圧力が所定圧力以上の場合に前記充填領域に液体の充填が完了したと判断する充填完了検知工程とを有することを特徴とする液体充填方法。 A liquid filling method in which a filling region is depressurized and replaced with a liquid, wherein a degassing step of degassing a dissolved gas in the liquid by depressurization, a depressurization step of depressurizing the filling region, and a vacuum degree of the degassing step And adjusting the difference in vacuum by comparing the degree of vacuum in the depressurization step, the filling step of replacing the depressurized filling region with the degassed liquid and filling, and the pressure in the filling region A liquid filling method comprising: a pressure measuring step for measuring; and a filling completion detecting step for determining that the filling of the filling region is completed when the measured pressure is equal to or higher than a predetermined pressure.

減圧により液体中の溶存気体を脱気するために前記液体から前記溶存気体を分離する気液分離手段、および前記気液分離手段における前記液体の流量を調整する流量調整手段からなる脱気手段と、前記液体の充填領域を減圧する減圧手段と、前記脱気手段の真空度と前記減圧手段の真空度を比較して真空度の差を調整する調整手段と、前記減圧した充填領域内を前記脱気した液体で置換し充填するために前記充填領域と脱気後の前記液体を流す配管の接続を行う接続手段、および前記液体を前記充填領域方向へ加圧する加圧手段からなる充填手段と、前記充填領域内の圧力を計測する圧力計測手段と、前記計測した圧力が所定圧力以上の場合に前記充填領域に液体の充填が完了したと判断する充填完了検知手段とを備えたことを特徴とする液体充填装置。 Degassing means comprising gas-liquid separation means for separating the dissolved gas from the liquid in order to degas the dissolved gas in the liquid under reduced pressure, and flow rate adjusting means for adjusting the flow rate of the liquid in the gas-liquid separation means; A pressure reducing means for depressurizing the liquid filling area, an adjusting means for comparing a vacuum degree of the degassing means and a vacuum degree of the pressure reducing means to adjust a difference in vacuum degree, A connecting means for connecting the filling area and a pipe for flowing the liquid after degassing in order to replace and fill with degassed liquid, and a filling means comprising a pressurizing means for pressurizing the liquid in the direction of the filling area; A pressure measuring means for measuring the pressure in the filling area; and a filling completion detecting means for judging that the filling of the filling area is completed when the measured pressure is equal to or higher than a predetermined pressure. Liquid Filling device.

前記請求項４に記載の液体充填装置であって、液体充填後の充填領域内の圧力を負圧にする負圧形成手段を備えたことを特徴とする液体充填装置。 5. The liquid filling apparatus according to claim 4, further comprising negative pressure forming means for making the pressure in the filling region after filling the liquid negative.

請求項５に記載の液体充填装置を用いて充填する充填領域を有し、前記充填領域が液滴を吐出する複数のノズルを形成したノズル板と、前記複数のノズルに対応して液室を形成した流路板を接合してなることを特徴とする液滴吐出ヘッド。 A nozzle plate having a filling region to be filled using the liquid filling apparatus according to claim 5, wherein the filling region forms a plurality of nozzles for discharging droplets, and a liquid chamber corresponding to the plurality of nozzles. A droplet discharge head, comprising: a formed flow path plate joined to the droplet discharge head.

請求項６に記載の液滴吐出ヘッドにおける液滴の吐出方式が、エッジシューター方式またはサイドシューター方式であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。 7. A droplet discharge head according to claim 6, wherein the droplet discharge method of the droplet discharge head is an edge shooter method or a side shooter method.