JP5700975B2 - インクジェットプリンタ - Google Patents

Description

本発明は、インク流路内にフィルタを配置したインクジェットプリンタに関し、より詳細には、フィルタが配置されたインク流路内を流れる気泡の貯留と排出が効率的に実行可能であるインクジェットプリンタに関する。

従来、インクジェットプリンタ（以下、単に、「プリンタ」ともいう。）では、インクジェットノズルから精度良く液体（インク）が吐出されるように、インク流路中の異物や気泡を除去するフィルタがインク流路中に設けられる。このフィルタにより除去された気泡は、インク流路中で貯留され、一定間隔毎の回復動作において、フィルタを通過させ、インクジェットノズルから排出される。

フィルタは、異物や気泡を除去することで良好な印字をもたらす一方、インク物性や流量によっては、フィルタに気泡が付着していることで、フィルタの圧力損失が高まり、印字不良を起こすという問題を抱えている。

また、フィルタで除去した気泡を、回復動作によって排出する際に、同時にインクも排出してしまうため、例えば、回復間隔を延ばす（すなわち、回復動作の回数を少なくする）ことで、排出するインク量を抑制する必要もある。

これらの問題点を解決するために以下のような対策が提案されている。

１つ目の対策としては、フィルタ上流側の重力上方向（垂直方向上方）に退避空間を設けることにある。これにより、インクとともに流れてきた気泡をフィルタによって除去し、気泡を退避空間へ逃がすことが可能になる。

２つ目の対策としては、回復動作時にフィルタ部を減圧し、フィルタ部の変形部材をフィルタに押し付けることにある。これにより気泡の排出効率を高め、回復間隔を延ばし、排出するインク量を抑制するインクジェット記録装置が提案されている。

特開２００６−１６８２２４号公報 特開２００６−０５１８３２号公報

特許文献１は、上記１つ目の対策に対応し、インクと気泡をフィルタで分離し、気泡を退避空間に逃がす構成をとっている。しかしながら、インク導入口とインク排出口が概略一直線上に配置され、気泡を退避空間に誘うインク流による流れがほとんどない。そのため、インク流が連続的である場合、インク物性や気泡のサイズ及びインク流量によって、フィルタに気泡が付着し、フィルタの有効面積を低下させ、それにより圧力損失が高まることで、印字不良を起こす可能性がある。また、退避空間がフィルタの直ぐ上にあるため、インク流量が増大し、フィルタ部分の圧力が低下し、分離した気泡が膨張すると、再度インク流に気泡が巻き込まれる恐れもある。

特許文献２は、上記２つ目の対策に対応し、気泡の排出効率を向上させるために、変形部材をフィルタに押し付ける構成をとっている。このような構成であると、変形部材は柔軟性を必要とし、さらに、柔軟性と変形部材自身の水蒸気やガスの透過性能との両立が難しいため、変形部材からの気体透過で気泡が成長し、回復間隔が延ばせない恐れがある。

本発明の目的は、気泡をインク流から確実に分離し貯留することで、気泡によるフィルタ詰まりを抑制し、効率のよい気泡排出で回復間隔を延ばすことが可能なインクジェットプリンタを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、インクを保持するインクタンクと、インクを吐出し印字を行うインクジェットノズルと、前記インクタンクと前記インクジェットノズルとを接続するインク流路と、該インク流路の途中に設けられ、フィルタが配置されたフィルタ室と、前記インクジェットノズルを介してインクを吸引する吸引手段とを少なくとも備えるインクジェットプリンタにおいて、前記フィルタ室には、前記フィルタの下流側に第１の部屋、上流側に第２の部屋が設けられ、前記第１の部屋には、前記インクジェットノズルにインクを供給するインク排出開口が設けられ、前記第２の部屋には、前記インクタンクからインクが供給されるインク供給開口及び気泡を貯留する気泡貯留部が設けられ、該気泡貯留部は、前記インクジェットプリンタの使用状態において前記インク供給開口より上方に配置されるとともに、前記フィルタを挟んで前記インク排出開口に対向するように配置され、前記インク供給開口と前記インク排出開口は、前記インクジェットプリンタの使用状態において互いに対して水平方向に変位して配置され、前記吸引手段は、前記気泡貯留部に貯留される気泡を前記第２の部屋の容積以上に膨張させることを特徴とする。

本発明は、このような構成を備えることにより、インク供給開口から流入した気泡は、インク流から受ける重力下方向（垂直方向下方）の力と正反対の方向に浮力が生じるため、インク流によってフィルタに押し付けられ、これに張り付くことが抑制される。また、インク流から気泡貯留部に向う力も受けるため、気泡は気泡貯留部へ容易に貯留されることが可能となる。さらに、気泡貯留部をインク供給開口より垂直方向上方に設けてあるため、気泡貯留部に貯留された気泡は、インク流に巻き込まれてフィルタへ付着することも防止される。

この結果、フィルタへの気泡の付着をより一層抑制することが可能となるため、フィルタの有効面積を損なうことなくインクをインクジェットノズルに供給し、好適な印字を行うことが可能となる。

さらに、回復時には、貯留している気泡を第２の部屋以上に減圧膨張させ気泡を排出するため、第２の部屋の材料には柔軟性が求められず、水蒸気やガスの透過性能が低い材料を選択することができる。それにより、第２の部屋からのインクの蒸発や該部屋への気体の透過を抑えることができ、気泡の成長を抑制することが可能となり、回復期間を延ばすことが可能となる。

本発明は、また、気泡貯留部の容積を回復終了時の残留気泡の体積と、次の回復までに流入してくる流入気泡の体積との合計体積よりも大きくなるように設定している。

この構成によれば、気泡貯留部に貯留する残留気泡や流入気泡が、インク供給開口よりも重力上方向（垂直方向上方）に位置するため、インク流に巻き込まれ難く、フィルタに一層付着し難くなる。それにより、現回復と次の回復の間、気泡がフィルタに付着することが抑制されるため、フィルタの有効面積を損なわずにインクをインクジェットノズルに供給し、好適な印字を行うことが可能となる。

本発明は、さらに、インク供給開口とインク排出開口とを結ぶ直線と、水平に配置されているフィルタとのなす角を４５°以下となるように構成している。

この構成によれば、インク供給開口から流入してきた流入気泡をフィルタへ押し付ける力よりも、気泡貯留部へと向わせる力のほうが大きくなる。この結果、さらに高速なインク流においても、フィルタの有効面積を損なわずにインクをインクジェットノズルに供給し、好適な印字を行うことが可能となる。

以上の構成によれば、気泡によるフィルタの張り付きによる詰まりを抑制できるとともに、それにより、フィルタの有効面積の低下を抑制するため、インク物性やインク流量への対応範囲を拡大させることが可能となる。また、気泡貯留部での気泡の成長を抑制できるため、回復間隔を延ばすことが可能となり、廃インク量を削減することが可能となる。

本発明に係る第１の実施形態としてのインクジェットプリンタの構成を説明するための模式図である。 図１のプリンタのフィルタ室での気泡の動きを説明するための模式図である。 図１のプリンタのフィルタ室における気泡の排出を説明するための模式図である。 本発明に係る第２の実施形態としてのインクジェットプリンタであって、上記図２と同様の模式図として示されている。 本発明を適用したインクジェットプリンタヘッドの斜視図である。 図５のＡ−Ａ断面図である。

以下、本発明に係る実施態様について、添付図面を参照して説明する。図１には、本発明に係る第１の実施態様としてのインクジェットプリンタの構成を説明するための模式図が示されている。

図１に示されるように、本実施態様に係るインクジェットプリンタは、インクを保持するインクタンク１とインクを吐出し印字するインクジェットノズル２とを備え、インクタンク１とインクジェットノズル２はインク流路３で接続されている。インクタンク１とインクジェットノズル２とを接続するインク流路３の途中には、上流側（すなわち、インクタンク１側）から、インク流路３を開閉する開閉手段５及びフィルタ４が水平に配置されたフィルタ室１５が設けられる。インクジェットプリンタは、さらに、回復時、インクジェットノズル２に密着しこれを封印し、インクジェットノズル２を介してインクを吸引する吸引手段１１を備える。開閉手段５、フィルタ室１５及び吸引手段１１は、本発明に係る気泡貯留排出機構を構成する。

フィルタ室１５に水平に配置されたフィルタ４の下流側には、該フィルタ室１５からインクジェットノズル２にインクを供給するインク排出開口８を備える第１の部屋６が設けられる。本実施態様では、フィルタ室１５からインクジェットノズル２へ供給されるインクは、重力下方向（垂直方向下方）に流れる。また、フィルタ室１５に水平に配置されたフィルタ４の上流側には、インクタンク１からインクが供給されるインク供給開口９及び気泡を貯留する気泡貯留部１０を備える第２の部屋７が設けられる。

図１、２の模式図に良く示されるように、フィルタ室１５のインク供給開口９とインク排出開口８とは、フィルタ４を挟んで互いに対して水平方向に変位した位置で、フィルタ室１５に対して開口する。すなわち、インク供給開口９とインク排出開口８は、それぞれの中心を結ぶ直線（Ｆ）、あるいは、フィルタ室１５を流れるインクの流線（矢印Ｌ）が、水平に配置されたフィルタ４に対して傾斜する（角度θをなす）ように、配置される。

本実施態様では、フィルタ室１５の第２の部屋７に開口するインク供給開口９は、その開口面が水平に配置され、その水平断面積Ｓ１は、フィルタ４の水平断面積Ｓ２より小さく設定されている（Ｓ２>Ｓ１）。なお、本実施態様では、フィルタ室１５の第２の部屋６に開口するインク排出開口８も、水平に配置され、その水平断面積は、インク供給開口７と同じＳ１である。しかしながら、インク排出開口８の水平断面積は、インク供給開口７の水平断面積と異なっていてもよい。

第２の部屋７の気泡貯留部１０は、フィルタ４を挟んで第１の部屋６に開口するインク排出開口８に対向する位置に設けられる。該気泡貯留部１０は、また、図２に良く示されるように、フィルタ室１５の第２の部屋７に水平方向に開口しているインク供給開口９より重力上方向（垂直方向上方）に位置するように形成されている。

このように構成されたフィルタ室１５における気泡の動きを図２及び３を用いて説明する。図２は、インク使用中、気泡貯留部１０に流入気泡１３が貯留される様子を示す模式図である。

図２に示されるように、本実施態様において、気泡１３は、インク流路３を通って供給されるインクとともにインク供給開口９から第２の部屋７内に重力下方向（垂直方向下方）に向って流入してくる。流入した気泡１３は、インク供給開口９の断面積Ｓ１がフィルタ４の断面積Ｓ２より小さいため、インク供給開口９を過ぎ、第２の部屋７内に入ると、その速度を落とすことになる。加えて、流入気泡１３は、水平に対して角度θで傾斜している流線Ｌに沿い、インク排出開口８に向って流れの方向を変えることになる。このことから、気泡１３に対して、垂直方向及び水平方向それぞれの方向に分力が働くことが理解される。気泡１３自身にはさらに重力上方向（垂直方向上方）に向って浮力が働く。気泡１３は、該気泡１３に作用する水平方向の分力及び浮力により、気泡貯留部１０に案内される。

この場合、気泡１３は、流線Ｌが垂直方向下方に向って形成されている（すなわち、流線Ｌの水平となす角θが９０°である）場合に比べて、重力下方向（垂直方向下方）に向って作用する分力（フィルタ４方向に引っ張られる力）が小さくなる。他方、気泡１３は、流線Ｌの角度θが小さくなるにつれ、水平方向に向かう分力（気泡貯留部１０方向への引っ張り力）が大きくなる。したがって、第２の部屋７に流入してきた気泡１３は、流線Ｌの角度θが小さいほど、水平方向に向かう分力及び浮力により、インク供給開口９より垂直方向上方に形成されている気泡貯留部１０内に容易に誘導され得る。なお、流線Ｌの水平に配置されるフィルタ４（すなわち、水平）に対する角度θは、水平方向の分力が垂直方向の分力より大きくなることから、４５°以下であることが好ましい。

結果として、フィルタ室１５の第２の部屋７内に流入する気泡１３は、気泡貯留部１０の下方でインク流から離脱し、フィルタ４に張り付くことなしに気泡貯留部１０内に貯留され得る。

図３は、回復動作中、気泡貯留部１０に溜まった気泡が排出される様子を示す模式図である。本実施態様において、気泡貯留部１０に溜められた気泡１２は、所定の期間ごとに実施される回復動作に伴って、インクジェットノズル２を介して排出される。

気泡貯留部１０に貯留された気泡１２、１３を排出させるためには、気泡１２、１３がフィルタ４を通過する必要がある。そのためには、先ず、開閉手段５でインク流路３を閉じ、次いで、インクジェットノズル２に密着しこれを封印している吸引手段１１を介して開閉手段５より下流のインク流路３内の内圧が下げられる。インク流路３内の圧力降下に伴い、気泡貯留部１０内に貯留している気泡１２、１３が膨張し、第２の部屋７内に充満するとともに、フィルタ４に接触する。さらに、インク流路３内の圧力を下げ、フィルタ４に張られたインクのメニスカスを破ることで、気泡１２、１３は、第２の部屋７の大きさ以上に膨張し、フィルタ１４を通過し、インクジェットノズル２、吸引手段１１を通って外部に排出される。

本実施態様における気泡排出方法では、回復終了時に、インク使用時の内圧に戻すことにより、フィルタ４の上流側に残った気泡１２は収縮するとともに、浮力により気泡貯留部１０内に残留気泡１２として戻る。このことから、残留気泡１２と次の回復動作までに流入してくる流入気泡１３とが、インク流に巻き込まれ、フィルタ４に押し付けられないようにするためには、気泡貯留部１０の容積は、以下の関係式（１）、（２）で規定されるように設定される。

気泡貯留部の容積≧（回復作動後に気泡貯留部に残留する気泡の体積＋回復間隔間に気泡貯留部に流入してくる気泡の体積）・・・式（１）
気泡貯留部の容積≧（回復動作時における第２の部屋の到達絶対圧／インク使用時の第２の部屋の絶対圧）×（第２の部屋の容積）・・・式（２）

本実施態様は、このように構成されることで、気泡１２、１３がフィルタ４に張り付くことでフィルタ４の有効面積を損なうということがなく、インクをインクジェットノズル２に必要且つ十分に供給し、好適な印字を行うことが可能となる。また、本実施態様においては、気泡貯留部１０に貯留している気泡（気泡貯留部に残留する気泡と次の回復動作時までに気泡貯留部に流入してくる気泡）１２、１３は、回復動作時に、第２の部屋７の隅々まで膨張し、充満する。それにより、フィルタ４に張られたインクのメニスカスを破ることで少なくとも流入気泡１３の体積分を排出する。このように、本実施態様では、気泡１２、１３を排出するために、第２の部屋７を柔軟性とものする必要がないので、第２の部屋７の材料選択性が高くなり、材料の気体透過による気泡の成長を小さく抑えることも可能となる。

結果として、本実施態様では、気泡を排出するための回復間隔をより長く設定することが可能となり、それにより廃インク量を削減することが可能となる。

なお、本実施態様では、フィルタ４を水平に、すなわち、重力方向に対して垂直に配置しているが、これに限られるものではなく、フィルタ４は若干傾斜していてもよい。要は、フィルタ４がインク供給開口９より下方に配置されるとともに、気泡貯留部１０がインク供給開口９より上方に配置されることで、フィルタ４と気泡貯留部１０が重力方向（垂直方向）に対して間隔を有して配置されていればよい。

本実施態様では、また、図１〜３に示されるように、インク供給開口９とインク排出開口８は、それぞれの開口面がフィルタ４に対して平行になるように形成されているがこれに限られるものではない。本発明に係る気泡貯留排出機構の作用効果は、開口面の向きにはよらないことが明白であり、したがって、インク供給開口９は、図４に本発明の第２の実施態様として示されるように、その開口面がフィルタ４に対して垂直となるように開口していてもよい。

さらに、図１に示されたプリンタの構成では、インクジェットノズル２に対して、インクタンク１が重力下方向（垂直方向下方）に配置され、水頭差でインクジェットノズル２の負圧を保つように構成されている。しかしながら、本発明が適用されるプリンタはこれに限られるものではなく、例えば、圧力調整機能を有するサブタンクが搭載され、インクジェットノズル２の負圧を保ち、インクタンク１を自由に配置する構成であってもよい。

ここで、図４を用いて本発明に係る第２の実施態様について簡単に触れておく。図４に示される本発明に係る第２の実施態様は、フィルタ室１５へ導入されるインクの流れが水平方向であることを除いて、その余の構成は、上記図１〜３を用いて説明された第１の実施態様と全く同じである。図４に示される実施態様においても、フィルタ室１５のインク供給開口９とインク排出開口８とは、フィルタ４を挟んで互いに対して水平方向に変位した位置でフィルタ室１５に対して開口する。すなわち、インク供給開口９とインク排出開口８は、該インク供給開口９とインク排出開口８とを結ぶ直線が、水平に配置されたフィルタ４に対して角度θをなすように、配置されている。また、フィルタ室１５の第２の部屋７に開口するインク供給開口９は、その開口面が垂直に配置されているが、その垂直断面積は、フィルタ４の水平断面積より小さく設定されている。さらに、フィルタ４がインク供給開口９より下方に配置され、気泡貯留部１０がインク供給開口９より上方に配置されることで、フィルタ４と気泡貯留部１０とは、重力方向（垂直方向）に対して間隔を有して配置される。したがって、図４に示される本発明に係る第２の実施態様においても、上記第１の実施態様と同じ作用効果を奏することが理解され得る。

次に、図５及び６を用いて、本発明が適用されているインクジェットプリントヘッドについて説明する。

図５、６に示されるインクジェットプリントヘッド２０は、インクタンク１からインクの供給を受け、インクをインクジェットノズル２から吐出することで印字を行う。インクジェットプリントヘッド２０には、インク流路３を接続するジョイント２１、印字を最適に行うために圧力を調整するサブタンク２２及びインクを吐出し印字を行うインクジェットノズル２が設けられている。また、サブタンク２２とインクジェットノズル２との間には本発明の上記第１の実施態様に係る気泡貯留排出機構を構成するフィルタ室１５が設けられる。なお、開閉手段５はジョイント２１よりも上流側（不図示）に設けられている。

上述したように、フィルタ室１５には、フィルタ４が、水平に、すなわち、重力方向に対して垂直に配置される。フィルタ４の上流側には、インク供給開口９と気泡貯留部１０を有する第２の部屋７が、下流側には、インク排出開口８を有する第１の部屋６が設置される。また、気泡貯留部１０は、インク供給開口９より垂直方向上方（重力上方向）に配置されている。

ジョイント２１から供給されるインクとともに、サブタンク２２に流入してきた流入気泡やサブタンク１６を透過してきた気泡１３（図２参照）は、インク供給開口９から第２の部屋７に流入する。第２の部屋７に流入してきた流入気泡１３は、インク排出開口８に向かうインク流Ｌ（図２参照）から受ける力と浮力によって、インク流Ｌから離れ、既に貯留されている残留気泡１２とともに気泡貯留部１０に貯留される。気泡貯留部１０に貯留された気泡１２は、式（１）の関係から、インク供給開口９よりも重力上方向（垂直方向上方）に貯留されるため、インク流Ｌに巻き込まれ、フィルタ４に押し付けられることがない。その結果、フィルタ４の有効面積を減ずることなく好適な印字を行うことができる。

回復時には、開閉手段５を閉じ、インク流路３内の内圧を下げる。インク流路３内の圧力降下に伴い、気泡貯留部１０内に貯留している気泡１２、１３が膨張し、第２の部屋７内に充満するとともに、フィルタ４に接触する。さらに、インク流路３内の圧力を下げ、フィルタ４に張られたインクのメニスカスを破ることで、気泡１２、１３は、第２の部屋７の大きさ以上に膨張し、フィルタ４を通過し、インクジェットノズル２、吸引手段１１を通って外部に排出される。このインクのメニスカスを破る圧力は、フィルタ４の目の細かさやインク物性などにより決まる。

上述したように、回復後にインク流路３の内圧が戻ると同時に、膨張していた気泡１２が収縮するため、気泡貯留部１０には残留気泡１２が残り、回復動作の度に膨張と収縮を繰り返す。残留気泡１２の膨張で、現回復と次の回復との間に流入してきた流入気泡１３が排出されることになるため、第２の部屋７は、その形状や弾力性を必要とすることなく、第２の部屋７の気泡貯留部１０から流入気泡１３を排出しきることが可能となる。この結果、気泡を排出するための回復間隔をより長く設定でき、廃インク量を削減することができる。

１ インクタンク
２ インクジェットノズル
３ インク流路
４ フィルタ
５ 開閉手段
６ 第１の部屋
７ 第２の部屋
８ インク排出開口
９ インク供給開口
１０ 気泡貯留部
１１ 吸引手段
１２ 残留気泡または貯留気泡
１３ 流入気泡
１５ フィルタ室
２０ インクジェットプリントヘッド
２１ ジョイント
２２ サブタンク

Claims (4)

1. インクを保持するインクタンクと、インクを吐出し印字を行うインクジェットノズルと、前記インクタンクと前記インクジェットノズルとを接続するインク流路と、該インク流路の途中に設けられ、フィルタが配置されたフィルタ室と、前記インクジェットノズルを介してインクを吸引する吸引手段とを少なくとも備えるインクジェットプリンタにおいて、
   前記フィルタ室には、前記フィルタの下流側に第１の部屋、上流側に第２の部屋が設けられ、
   前記第１の部屋には、前記インクジェットノズルにインクを供給するインク排出開口が設けられ、前記第２の部屋には、前記インクタンクからインクが供給されるインク供給開口及び気泡を貯留する気泡貯留部が設けられ、
   該気泡貯留部は、前記インクジェットプリンタの使用状態において前記インク供給開口より上方に配置されるとともに、前記フィルタを挟んで前記インク排出開口に対向するように配置され、
   前記インク供給開口と前記インク排出開口は、前記インクジェットプリンタの使用状態において互いに対して水平方向に変位して配置され、
   前記吸引手段は、前記気泡貯留部に貯留される気泡を前記第２の部屋の容積以上に膨張させることを特徴とするインクジェットプリンタ。
2. 前記気泡貯留部の容積は、以下の関係式（１）及び（２）を満たすことを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリンタ。
   気泡貯留部の容積≧（回復動作後に気泡貯留部に残留する気泡の体積＋回復間隔間に気泡貯留部に流入してくる気泡の体積）・・・（１）
   気泡貯留部の容積≧（回復動作時における第２の部屋の到達絶対圧／インク使用時の第２の部屋の絶対圧）×（第２の部屋の容積）・・・（２）
3. 前記インク供給開口と前記インク排出開口を結ぶ直線と前記フィルタのなす角度が４５°以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェットプリンタ。
4. 前記フィルタの面積は、前記インク供給開口の面積よりも大きいことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のインクジェットプリンタ。

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