JP2004230668A - Image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクを貯留するインク収納部を備えた画像形成装置に関するものであり、より詳しくは、画像形成装置としてのインクジェット記録装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
インクジェット記録装置は、記録用紙としてのシート上にインクを吐出することにより印刷を行う画像形成装置であり、一般的に、インクタンクを備えたインクカートリッジを備え、該インクカートリッジから、印字ヘッドにインクを供給することにより、該印字ヘッドから上記シート上にインクを吐出するようになっている。
【0003】
このようなインクジェット記録装置を使用する場合、インクエンプティ以前において、インク供給系に空気が混入すると吐出不良の原因となるので、インク吸収体やフィルタ等により空気の混入を防ぐ対策が広く用いられている。
【0004】
例えば特許文献1には、インク吸収体より下流側に実効透過寸法8μmのフィルタを設けて空気を捕獲すると共に、回復手段による吸引力を、空気がフィルタを通過しない圧力に設定することが開示されている。
【0005】
また、このようなインクジェット記録装置を使用する場合、使用者は、インクカートリッジ内のインクが尽きた時点で該インクカートリッジを交換する必要がある。このため、インクジェット記録装置は、インクカートリッジ内のインク残量を検出して使用者に知らせる必要がある。
【0006】
そのため、インク残量を検出することができる様々なインクカートリッジが提案されている。このようなインクカートリッジには、光学式のインクレベルセンサを用いて、インク供給系に空気を吸い込む以前にインクエンプティを使用者に知らせる方法が広く採用されており、コストダウンのために光学センサを電極に置き換えたものが用いられている。例えば、特許文献1には、インクタンク中に、インクを吸収するインク吸収体(フォーム材)を内蔵すると共に、該インクタンクと印字ヘッドとを接続するインク供給経路内にフィルタを備え、該フィルタの下流側、すなわち、インク吐出口側に、上記インク供給経路内のインクの有無を検出する電極を備えているインクカートリッジが開示されている。
【0007】
このようなインクカートリッジを用いたインクジェット記録装置は、インク吐出口側である印字ヘッド側から、上記フィルタを介してインクを吸い出すための負圧をかけることで、インクカートリッジから印字ヘッドにインクを供給するようになっている。そして、上記電極間に流れる電流により、インク供給経路内のインクの有無を検出している。つまり、インクカートリッジ内のインク残量が少なくなると、インク供給経路内にインクが存在しなくなり、上記電極間に電流が流れなくなる。このため、上記電極間に電流が流れなくなった場合を検出してインクエンプティとしている。
【0008】
【特許文献1】
特開2001−219583号公報(公開日:2001年8月14日)
【0009】
【特許文献2】
特開平3−288654号公報(公開日:1991年12月18日)
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献1においては、吐出動作時に気泡がフィルタを通過することを防止することについて何ら考慮されていない。
【0011】
また、上記特許文献1ににおいては、インク吸収体に吸収されるインクの特性が考慮されていない。
【0012】
そして、上記特許文献2に記載の発明においては、N・Rが200を越すインク吸収体を用いることができず、インク吸収体の選択の幅が狭まれていた。
【0013】
また、上記特許文献2に記載の発明においても、上記特許文献1同様、インク吸収体に吸収されるインクの特性が考慮されていない。よって、インクの種類によっては、インクジェット記録装置において、連続排出時にインク供給不足が発生したり、インクカートリッジ着脱時にインク漏れを起こす等の不具合が発生していた。
【0014】
また、上記したようにインク吐出口側である印字ヘッド側からフィルタを介してインクを吸引するための負圧がかかる場合、例えばフィルタの下流側の負圧が高くなりすぎると、印字ヘッドのノズル先端から空気を吸い込み、印字ヘッドが吐出不良を起こす可能性がある。また上記負圧が高くなりすぎることによりフィルタに捕獲された空気がフィルタを通過してしまう可能性があり、この空気が供給路を閉塞したり、印字ヘッドまで達する等して吐出不良を起こすおそれがあり、また、インク残量検出部に達すると、フィルタを通過した空気によって、上記電極間に電流が流れなくなり、誤ってインクエンプティと判断されるおそれがある。このように、インク供給圧力を、上記フィルタにかかる負圧よりも大きくすると、インク残量の低下以外の要因によりインク供給経路内に空気が混入し、インク残量検出の誤動作を招来するおそれがある。
【0015】
しかしながら、上記特許文献1、2では、上記問題点については何ら考慮されていない。
【0016】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、インク残量の低下以外の要因による、インク供給経路内への空気混入を防止することができる画像形成装置を提供することにある。
【0017】
また、本発明のさらなる目的は、インクの連続吐出時に、インクエンプティ以前にインク供給系に空気が混入したり、もしくは、インク供給不足が発生したり、インクカートリッジ着脱時にインク漏れを起こすといった不具合の発生を防止し得るように、インク供給系の設計指針、好適にはインクの特性に応じたインク供給系の設計指針を有する画像形成装置を提供することを目的としている。
【0018】
また、本発明のさらなる目的は、インク吸収体の設計指針の選択の幅を広げることができる画像形成装置を提供することにある。
【0019】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる画像形成装置は、上記課題を解決するために、インクを保持する多孔質のインク収納体(例えばフォーム材)が収納されたインク収納部(例えばインクカートリッジに設けられたインクタンク)と、該インク収納部から印字ヘッドにインクを供給するインク供給経路とを備えた画像形成装置において、上記インク供給経路内部にフィルタ(例えば上記インク収納部側のインク供給経路端部に設けられたフィルタ)を備え、上記フィルタの濾過精度をF(m)、上記インク収納部に収納する前のインク吸収体のセル密度をN(個/m)、上記インク収納部に収納される前に対する上記インク収納部に圧縮されて収納されたときの上記インク吸収体の体積比で示される圧縮比をRとすると
F’<1/(N・R)
(但し、フィルタの開口が円形の場合はF’=F、
その他の場合はF’=√2・F)
を満足することを特徴としている。
【0020】
インクを印字ヘッドに供給するとき、印字ヘッドがインクを吸引するのに必要な圧力、つまり、印字ヘッドのノズルのメニスカスによる圧力(インク吸引圧力)が、上記インク供給経路にかかる。このとき、上記のように設定することにより、インクタンク内で発生する負圧の臨界値はフィルタによって決まる。
【0021】
よって、上記の構成によれば、インクの表面張力によりインク吸収体で発生する負圧の臨界値を、該臨界値が、インクの表面張力により上記フィルタで発生する負圧、つまり、フィルタの開口部(網目)のメニスカスによる圧力(フィルタ圧)の臨界値より小さくなるように調整することができ、インクエンプティになる前にフィルタの網目に形成されたインクのメニスカスが破れ、空気がインク供給経路内に混入してしまうことが防止され、インクの消費に応じてインク吸収体のメニスカスが後退して安定したインク供給動作が可能となる。さらに、インク残量の低下以外の要因、例えば、キャリッジ振動、気圧もしくは周囲温度変化等によりインク収納部のインク中に生じる気泡等はフィルタで捕獲され、インク供給経路中への空気混入を防止し、信頼性の高い印刷を行うことができるとともに、インクを無駄なく消費することができる。
【0022】
よって、上記の構成によれば、インクの連続吐出時に、インクエンプティ以前にインク供給系に空気が混入するといった不具合の発生を防止し得るように、インク供給系の設計指針を有する画像形成装置を提供することができる。
【0023】
また、上記の構成によれば、上記したようにインク供給時(インクエンプティ時を含む)の負圧を、バラツキの小さな濾過精度F(m)で管理することができ、この結果、安定した負圧を得ることができる。
【0024】
本発明にかかる画像形成装置は、上記課題を解決するために、上記印字ヘッドのノズル(インク吐出ノズル)の直径をDN(m)とすると、
DN<F’<1/(N・R)
(但し、フィルタの開口が円形の場合はF’=F、
その他の場合はF’=√2・F)
を満足することを特徴としている。
【0025】
上記の構成によれば、上記印字ヘッドのノズル(ノズル部)におけるインクのメニスカスによるインク吸引圧力の臨界値を、該臨界値が、フィルタの開口部でのインクのメニスカスによる圧力の臨界値よりも小さくなるように調整することができ、ノズル先端より空気を吸入してしまい、印字ヘッドが吐出不良となることを防止することができる。
【0026】
また、上記の構成によれば、フィルタの開口部に形成されたインクのメニスカスが破れて空気がインク供給経路内に混入してしまうことを防止することができると共に、インク収納部からインク供給経路内に不用意に空気を吸い込むことを防止することができ、インク吸収体が保持しているインクを印字ヘッドにより有効に供給することができる。したがって、上記の構成によれば、インク残量の低下以外の要因による、インク供給経路中への空気混入をより一層防止し、インク残量検出の誤動作をより効果的に防止することができる。
【0027】
よって、上記の構成によれば、インクの連続吐出時に、インクエンプティ以前にインク供給系に空気が混入するといった不具合の発生を防止し得るように、インク供給系の設計指針を有する画像形成装置を提供することができる。
【0028】
本発明にかかる画像形成装置は、上記課題を解決するために、インクを保持する多孔質のインク収納体(例えばフォーム材)が収納されたインク収納部(例えばインクカートリッジに設けられたインクタンク)と、該インク収納部から印字ヘッドにインクを供給するインク供給経路とを備えた画像形成装置において、上記インク供給経路内部にフィルタ(例えば上記インク収納部側のインク供給経路端部に設けられたフィルタ)を備え、上記インク吸収体は、上記インク収納部に収納される前に予め圧縮加工が施されており、上記フィルタの濾過精度をF(m)、圧縮加工前の上記インク吸収体のセル密度をN’(個/m)、圧縮加工前に対する圧縮加工後の上記インク吸収体の体積比で示される圧縮比(圧縮率)をR’とすると、
F’<1/(N’・R’)
(但し、フィルタの開口が円形の場合はF’=F、
その他の場合はF’=√2・F)
を満足することを特徴としている。
【0029】
前記したように、インクを印字ヘッドに供給するとき、印字ヘッドがインクを吸引するのに必要な圧力、つまり、印字ヘッドのノズルのメニスカスによる圧力(インク吸引圧力)が、上記インク供給経路にかかる。このとき、上記のように設定することにより、インクタンク内で発生する負圧の臨界値はフィルタによって決まる。
【0030】
よって、上記の構成によれば、インクの表面張力によりインク吸収体で発生する負圧の臨界値を、該臨界値が、インクの表面張力により上記フィルタで発生する負圧、つまり、フィルタの開口部(網目)のメニスカスによる圧力(フィルタ圧)の臨界値よりも小さくなるように調整することができ、インクエンプティになる前にフィルタの網目に形成されたインクのメニスカスが破れ、空気がインク供給経路内に混入してしまうことが防止され、インクの消費に応じてインク吸収体のメニスカスが後退して安定したインク供給動作が可能となる。さらに、インク残量の低下以外の要因、例えば、キャリッジ振動、気圧もしくは周囲温度変化等によりインク収納部のインク中に生じる気泡等はフィルタで捕獲され、インク供給経路中への空気混入を防止し信頼性の高い印刷を行うことができるとともにインクを無駄なく消費することができる。
【0031】
よって、上記の構成によれば、インクの連続吐出時に、インクエンプティ以前にインク供給系に空気が混入するといった不具合の発生を防止し得るように、インク供給系の設計指針を有する画像形成装置を提供することができる。
【0032】
また、上記の構成によれば、上記したようにインク供給時(エンプティ時を含む)の負圧を、バラツキの小さな濾過精度F(m)で管理することができ、この結果、安定した負圧を得ることができる。
【0033】
本発明にかかる画像形成装置は、上記課題を解決するために、上記印字ヘッドのノズル(インク吐出ノズル)の直径をDN(m)とすると、
DN<F’<1/(N’・R’)
(但し、フィルタの開口が円形の場合はF’=F、
その他の場合はF’=√2・F)
を満足することを特徴としている。
【0034】
上記の構成によれば、上記印字ヘッドのノズル(ノズル部)におけるインクのメニスカスによるインク吸引圧力の臨界値を、該臨界値が、上記フィルタの開口部でのインクのメニスカスによる圧力の臨界値より小さくなるように調整することができ、ノズル先端より空気を吸入してしまい、印字ヘッドが吐出不良となることを防止することができる。
【0035】
また、上記の構成によれば、フィルタの開口部に形成されたインクのメニスカスが破れ、インク供給経路内に空気が混入してしまうことを防止することができると共に、インク収納部からインク供給経路内に不用意に空気を吸い込むことを防止することができ、インク吸収体が保持しているインクを印字ヘッドにより有効に供給することができる。したがって、上記の構成によれば、インク残量の低下以外の要因による、インク供給経路中への空気混入をより一層防止し、インク残量検出の誤動作をより効果的に防止することができる。
【0036】
よって、上記の構成によれば、インクの連続吐出時に、インクエンプティ以前にインク供給系に空気が混入するといった不具合の発生を防止し得るように、インク供給系の設計指針を有する画像形成装置を提供することができる。
【0037】
本発明にかかる画像形成装置は、上記課題を解決するために、インクを保持する多孔質のインク収納体(例えばフォーム材)が収納されたインク収納部(例えばインクカートリッジに設けられたインクタンク)と、該インク収納部から印字ヘッドにインクを供給するインク供給経路とを備えた画像形成装置において、上記インク供給経路内部にフィルタ(例えば上記インク収納部側のインク供給経路端部に設けられたフィルタ)を備え、上記フィルタの濾過精度をF(m)、上記インク収納部にインクがフル充填されているときにインクを上記インク供給経路を介して上記印字ヘッドに供給しようとするときに生じるインク収納部の水頭圧をPi(Pa)、上記インク収納部におけるインクの粘性抵抗による圧力損失をPμ(Pa)、上記インクの表面張力をη(N/m)、上記インク収納部に収納する前のインク吸収体のセル密度をN(個/m)、上記インク収納部に収納される前に対する上記インク収納部に圧縮されて収納されたときの上記インク吸収体の体積比で示される圧縮比をR、上記インク収納部に圧縮されて収納されたときのインク吸収体の断面積をS(m2)、上記インク収納部に圧縮されて収納されたときのインク吸収体の高さをL(m)、25℃におけるインクの粘度をμ25(Pa・s)、任意の温度TK(K)における粘度をμTK(Pa・s)とすると、任意の温度TK(K)において、
4・η/F’>|Pμ|+|Pi|
Pμ=(k/A)・[μTK・L・(N・R)2/S]・Q
(但し、係数(k/A)=485)
μTK=α・exp(β/TK)、
α=μ25/exp(β/298)、
β=Ln{0.42・Ln(μ25)+4.71}/(1/273−1/298)
(但し、フィルタの開口が円形の場合はF’=F、
その他の場合はF’=√2・F)
を満足することを特徴としている。
【0038】
上記の構成によれば、インク吸収体で生じる負圧を、該負圧が、フィルタの開口部におけるインクのメニスカスの負圧の臨界値よりも小さくなるように調整することができ、フィルタの開口部に形成されたインクのメニスカスが破れ、インク供給経路内に空気が混入してしまうことを防止することができる。このため、上記の構成によれば、インク残量の低下以外の要因による、インク供給経路中への空気混入を防止し、インク残量検出の誤動作を防止することができ、品位に関して信頼性の高い印刷を行うことができる。
【0039】
よって、上記の構成によれば、インクの連続吐出時に、インクエンプティ以前にインク供給系に空気が混入するといった不具合の発生を防止し得るように、インクの特性に応じたインク供給系の設計指針を有する画像形成装置を提供することができる。
【0040】
また、上記の構成によれば、上記したようにインクエンプティ時の最大負圧を、バラツキの小さな濾過精度F(m)で管理することができ、この結果、安定した負圧を得ることができる。
【0041】
本発明にかかる画像形成装置は、上記課題を解決するために、上記印字ヘッドにおけるノズル(インク吐出ノズル)の直径をDN(m)、該ノズルのインク吐出口と上記インク収納部のインク供給口との間の水頭圧をPh(Pa)とすると
4・η/DN−|Ph|>4・η/F’>|Pμ|+|Pi|
(但し、フィルタの開口が円形の場合はF’=F、
その他の場合はF’=√2・F)
を満足することを特徴としている。
【0042】
上記の構成によれば、インク供給時、特に、インクエンプティ直前におけるインク供給時にフィルタでリークする圧力が、上記印字ヘッドのノズルの臨界圧を越えることなく適宜管理でき、上記ノズルからの空気の吸い込みを防止することができると共に、インク供給経路に向かう異物を効果的に濾過することができ、上記ノズルによる吐出動作の信頼性を高めることができる。
【0043】
よって、上記の構成によれば、インクの連続吐出時に、インクエンプティ以前にインク供給系に空気が混入するといった不具合の発生を防止し得るように、インク供給系の設計指針を有する画像形成装置を提供することができる。
【0044】
本発明にかかる画像形成装置は、上記課題を解決するために、インクを保持する多孔質のインク収納体(例えばフォーム材)が収納されたインク収納部(例えばインクカートリッジに設けられたインクタンク)と、該インク収納部から印字ヘッドにインクを供給するインク供給経路とを備えた画像形成装置において、上記インク供給経路内部にフィルタ(例えば上記インク収納部側のインク供給経路端部に設けられたフィルタ)を備え、上記インク吸収体は、上記インク収納部に収納される前に予め圧縮加工が施されており、上記フィルタの濾過精度をF(m)、上記インク収納部にインクがフル充填されているときにインクを上記インク供給経路を介して上記印字ヘッドに供給しようとするときに生じるインク収納部の水頭圧をPi(Pa)、上記インク収納部におけるインクの粘性抵抗による圧力損失をPμ(Pa)、上記インクの表面張力をη(N/m)、圧縮加工前の上記インク吸収体のセル密度をN’(個/m)、圧縮加工前に対する圧縮加工後の上記インク吸収体の体積比で示される圧縮比(圧縮率)をR’上記インク収納部に圧縮されて収納されたときのインク吸収体の断面積をS(m2)、上記インク収納部に圧縮されて収納されたときのインク吸収体の高さをL(m)、25℃におけるインクの粘度をμ25(Pa・s)、任意の温度TK(K)における粘度をμTK(Pa・s)とすると、任意の温度TK(K)において、
4・η/F’>|Pμ|+|Pi|
Pμ=(k/A)・[μTK・L・(N’・R’)2/S]・Q
(但し、係数(k/A)=485)
μTK=α・exp(β/TK)、
α=μ25/exp(β/298)、
β=Ln{0.42・Ln(μ25)+4.71}/(1/273−1/298)
(但し、フィルタの開口が円形の場合はF’=F、
その他の場合はF’=√2・F)
を満足することを特徴としている。
【0045】
上記の構成によれば、インク供給時、フィルタの開口部におけるメニスカスによる圧力の臨界値を、上記印字ヘッドのノズルのメニスカスによるインク吸引圧力の臨界値を越えることなく適宜管理でき、上記ノズルからの空気の吸い込みを防止することができると共に、フィルタの開口部におけるインクのメニスカスの負圧の臨界値に対してインク吸収体で生じる負圧を小さく調整することができ、フィルタの開口部に形成されたインクのメニスカスが破れ、空気がインク供給経路内に混入してしまうことを防止することができる。このため、上記の構成によれば、インク残量の低下以外の要因による、インク供給経路中への空気混入を防止し、インク残量検出の誤動作を防止することができ、品位に関して信頼性の高い印刷を行うことができる。
【0046】
よって、上記の構成によれば、インクの連続吐出時に、インクエンプティ以前にインク供給系に空気が混入するといった不具合の発生を防止し得るように、インクの特性に応じたインク供給系の設計指針を有する画像形成装置を提供することができる。
【0047】
また、上記の構成によれば、上記したようにインクエンプティ時の最大負圧を、バラツキの小さな濾過精度F(m)で管理することができ、この結果、安定した負圧を得ることができる。
【0048】
本発明にかかる画像形成装置は、上記課題を解決するために、上記印字ヘッドにおけるノズル(インク吐出ノズル)の直径をDN(m)、該ノズルのインク吐出口と上記インク収納部のインク供給口との間の水頭圧をPh(Pa)とすると、
4・η/DN−|Ph|>4・η/F’>|Pμ|+|Pi|
(但し、フィルタの開口が円形の場合はF’=F、
その他の場合はF’=√2・F)
を満足することを特徴としている。
【0049】
上記の構成によれば、インク供給時、フィルタの開口部におけるメニスカスによる圧力の臨界値を、上記印字ヘッドのノズルのメニスカスによるインク吸引圧力の臨界値を越えることなく適宜管理でき、上記ノズルからの空気の吸い込みを防止することができると共に、フィルタの開口部におけるインクのメニスカスの負圧の臨界値に対してインク吸収体で生じる負圧を小さく調整することができ、フィルタの開口部に形成されたインクのメニスカスが破れ、空気がインク供給経路内に混入してしまうことを防止することができる。このため、上記の構成によれば、インク残量の低下以外の要因による、インク供給経路中への空気混入を防止し、インク残量検出の誤動作を防止することができ、品位に関して信頼性の高い印刷を行うことができる。
【0050】
よって、上記の構成によれば、インクの連続吐出時に、インクエンプティ以前にインク供給系に空気が混入するといった不具合の発生を防止し得るように、インク供給系の設計指針を有する画像形成装置を提供することができる。
【0051】
また、上記の構成によれば、上記したようにインクエンプティ時の最大負圧を、バラツキの小さな濾過精度F(m)で管理することができ、この結果、安定した負圧を得ることができる。
【0052】
本発明にかかる画像形成装置は、上記課題を解決するために、上記インク供給経路内のインクの有無を検出する検出器(例えば、電極間に電流が流れなくなることによりインクの有無を検出する検出電極)を備えていることを特徴としている。
【0053】
上記の構成によれば、インク吸収体で生じる負圧を、該負圧が、フィルタの開口部におけるインクのメニスカスの負圧の臨界値よりも小さくなるように調整することができ、フィルタの開口部に形成されたインクのメニスカスが破れ、空気がインク供給経路内に混入してしまうことを防止することができる。このため、上記の構成によれば、インク残量の低下以外、即ち、インクエンプティ時以外の要因による、インク供給経路中への空気混入を防止し、インク残量検出の誤動作を防止することができ、信頼性の高い印刷を行うことができる。
【0054】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態について図1ないし図27に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【0055】
本実施の形態における画像形成装置としてのインクジェット記録装置は、図2に示すように、給紙部、分離部、搬送部、印刷部及び排出部から構成される。
【0056】
給紙部は、印刷を行う際に記録用紙であるシート201を供給するものであり、給紙トレイ101及びピックアップローラ102よりなる。印刷を行わない際には、シート201を保管する機能を果たす。
【0057】
分離部は、給紙部より供給されるシート201を、印刷部へ一枚ずつ供給するためのものであり、図示しない給紙ローラ及び分離装置よりなる。分離装置では、シート201との接触部分であるパッド部分とシート201との摩擦が、シート201・201間の摩擦より大きくなるように設定されている。また、給紙ローラでは、給紙ローラとシート201との摩擦が、パッドとシート201との摩擦や、シート201・201間の摩擦よりも大きくなるように設定されている。そのため、2枚のシート201が分離部まで送られてきたとしても、給紙ローラによって、これらのシート201・201を分離し、上側のシート201のみを搬送部に送ることができる。
【0058】
搬送部は、分離部より一枚ずつ供給されるシート201を、印刷部へと搬送するためのものであり、図示しないガイド板、及び搬送押えローラ111・搬送ローラ112等のローラ対よりなる。ローラ対は、シート201を印字ヘッド1とプラテン113との間に送り込む際に、印字ヘッド1からのインクがシート201の適切な位置に吹き付けられるように、シート201の搬送を調整する部材である。
【0059】
印刷部は、搬送部のローラ対より供給されるシート201へ印刷を行うためのものであり、印字ヘッド1、この印字ヘッド1を搭載したキャリッジ2、キャリッジ2を案内するための部材であるガイドシャフト(キャリッジ保持シャフト)121、印字ヘッド1にインクを供給するインクカートリッジ20、及び印刷時にシート201の台となるプラテン113、インク供給チューブ4からなるインク供給経路3より構成される。インク供給チューブ4からなるインク供給経路3は、上記印字ヘッド1とインクカートリッジ20とを接続し、インク流路として、インクカートリッジ20から印字ヘッド1にインクを供給する。このうち、印字ヘッド1、インク供給チューブ4からなるインク供給経路3、及びインクカートリッジ20は、後述するインク供給装置10を構成する。
【0060】
排出部は、印刷が行われたシート201をインクジェット記録装置の外へ排出するためのものであり、排出ローラ131・132及び排出トレイ134よりなる。
【0061】
上記構成を備えたインクジェット記録装置は、次のような動作によって印刷を行う。
【0062】
まず、図示しないコンピュータ等から、画像情報に基づく印刷要求が、インクジェット記録装置に対してなされる。印刷要求を受信したインクジェット記録装置は、給紙トレイ101上のシート201を、ピックアップローラ102によって給紙部より搬出する。
【0063】
次に、搬出されたシート201は、給紙ローラによって分離部を通過し、搬送部へと送られる。搬送部では、搬送押えローラ111・搬送ローラ112のローラ対によって、シート201を印字ヘッド1とプラテン113との間へと送る。
【0064】
そして、印刷部では、印字ヘッド1におけるインクノズル部である吐出ノズル(インク吐出ノズル)1a(図20参照)よりプラテン113上のシート201へ、画像情報に対応してインクが吹き付けられる。この時、シート201はプラテン113上で一旦停止されている。インクを吹き付けつつ、キャリッジ2は、ガイドシャフト121に案内されて、主走査方向に渡って一ライン分走査される。
【0065】
それが終了すると、シート201は、プラテン113上で副走査方向に一定の幅だけ移動させられる。印刷部において、上記処理が画像情報に対応し継続して実施されることにより、シート201全面に印刷がなされる。
【0066】
印刷が行われたシート201は、インク乾燥部を経て、排出ローラ131・132によって用紙排出口133を通して排出トレイ134に排出される。その後、シート201は印刷物として使用者に提供される。
【0067】
ここで、上記のインクジェット記録装置のインク供給装置10について、図1、図3、および図5に基づいて詳細に説明する。
【0068】
図3に示すように、インク供給装置10は、前述したように、印字ヘッド1、インク供給経路3及びインクカートリッジ20を備えている。
【0069】
図1(a)・(b)に示すように、通常、インクカートリッジ20にはインクを貯留する空間部を有するインク収納部としてのインクタンク21が備えられている。本実施の形態のインクカートリッジ20では、このインクタンク21の内部(空間部)に、例えば、ポリウレタン樹脂製の多孔質保持体であるインク吸収体22が備えられている。
【0070】
そして、インクタンク21の、例えば底面には、印字ヘッド1にインクを供給するためのインク供給チューブ4からなるインク供給経路3が設けられている。
【0071】
該インク供給経路3内、具体的には、上記インクタンク21側のインク供給経路3内の一部、好適には端部には、フィルタ23が設けられ、上記インク供給チューブ4は、フィルタ23形成側の、インク供給経路3端部(インク供給口3a)、すなわち、該インク供給チューブ4端部が、上記インクタンク21の、例えば底面に設けられたインク供給口24に挿し込まれるように上記インクタンク21と接続されている。これにより、上記フィルタ23形成側のインク供給チューブ4端部、すなわち、該インク供給チューブ4における上記フィルタ23が形成されたインク供給経路3端部(インク供給口3a)は、インクタンク21内に位置している。
【0072】
また、図1(a)〜(c)に示すように、上記インクタンク21外のインク供給チューブ4には、該インク供給チューブ4を挟持するように、インク残量検出電極(検出器)としての一対の検出電極(電極部)25・25が設けられている。つまり、上記インクタンク21外のインク供給経路3には、このインク供給経路3を挟持するように一対の検出電極25・25が設けられている。
【0073】
上記インク供給装置10は、印字ヘッド1側から、上記フィルタ23を介してインクを吸い出すための負圧をかけることで、上記インクタンク21内に貯留されているインクを印字ヘッド1に供給する。
【0074】
上記印字ヘッド1は、例えば、全チャンネル連続駆動時に1分間当たり最大0.49cc(0.49×10−6m3)のインクを吐出し、吐出にともなって、同量のインクをインクタンク21より吸引するようになっており、そのときのインク供給経路3にかかる圧力は、図3に示すように圧力ゲージ26にて測定できるようになっている。また、印字ヘッド1とインクカートリッジ20との配置は、例えば、印字ヘッド1の水頭(Ph;ヘッド水頭圧)が50mm、インクタンク21の水頭(Pi;タンク水頭圧)が30mmとなるように配置されている。なお、ここで、ヘッド水頭圧Phは、印字ヘッド1の吐出ノズル1a−インク供給口24間の水頭圧を示す。また、タンク水頭圧Piは、上記インクタンク21にインクがフル充填されているときにインクを上記インク供給口24を介して上記印字ヘッド1に供給しようとするときに生じるインクタンク21の水頭圧を示す。
【0075】
上記のフィルタ23は、図4に示すように、帯状の、例えばステンレス材を横糸および縦糸として用いて網状に編み込むようにして作成されている。また、上記の方法に限らず、例えば、エッチングにより、開口部を形成させた板状部材をフィルタ23としてもよい。
【0076】
そして、このインクカートリッジ20では、図1(a)〜(c)に示すように、フィルタ23を介して、インク供給経路3に混入してきた空気によって、上記の検出電極25・25間のインクが押し出されたとき、すなわち、検出電極25・25間にインクがなくなったとき、その検出電極25・25極間には電流が流れないようになることを利用して、インクの残量、つまりインクのなくなり(インクエンプティ)を検出するようになっている。
【0077】
以下に、インク残量を検出する過程における、インク供給経路3にかかる負圧と時間経緯との関係を、図5〜7に基づいて詳細に説明する。図5及び図6は、上記インクカートリッジ20にインクを満たした状態からインクを継続して吐出したときの経過時間とインク供給経路3にかかる負圧との関係を示すグラフであり、図6は、図5に示す関係を模式的に示すグラフである。
【0078】
まず、上記印字ヘッド1を駆動、すなわちインクタンク21内のインクを消費するためにインク供給経路3に負圧をかけていくと、図5及び図6に示すように、インクの使用量の増加に伴って、インク供給経路3にかかる負圧も徐々に上昇していく。
【0079】
ところが、インク残量が少なくなると、インク供給経路3にかかる負圧は、ある時点で急激に上昇し、最大値に達した後、低下する。これは、インク供給経路3に大きな吸引力がかかることによりフィルタ23の開口部23a(図4参照)に形成されていたインクのメニスカスが破れ、空気が吸入されて上記負圧の低下が起きたことを示している。
【0080】
すなわちインク残量が減少するとともにインク吸収体22のセル22a(開口部、図13等参照)に吸収されていたインクのメニスカスが後退し、インクの表面張力によりインク供給経路3にかかる負圧が徐々に増加する。そして、インク供給経路3にかかる負圧が、インク吸収体22のセル22aの臨界圧、つまり、インクエンプティ時におけるインク吸収体22による臨界圧力PEを超えると、インクのメニスカスはフィルタ23に到達し、フィルタ23の開口部23aが、インク供給経路3にかかる負圧を支配するようになる。そして、インクのさらなる消費に伴って、インク吸収体22と同様に、フィルタ23の開口部23aにおけるインクのメニスカスが後退し、インクの表面張力により、インク供給経路3にかかる負圧が増加し、開口部23aの開口径による臨界圧力(フィルタ圧)、すなわち、フィルタ23による臨界圧力(最大負圧)Pmまで急激に上昇する。その後、上記印字ヘッド1からの吸引圧が上記フィルタ23による臨界圧力Pmを越えると、フィルタ23の開口部23aに形成されていたインクメニスカスの表面が破れ、インク供給経路3に空気が吸入される。これにより、インク供給経路3にかかる負圧が低下する。
【0081】
なお、インク供給経路3にかかる負圧の測定には、図7に示すように、インク残量を検出する過程におけるフィルタ23と同条件となるように、インクを浸潤させた網目状のフィルタ(メッシュフィルタ)31を、該フィルタ31が蓋になるように接着したシリンダ32に、インク供給チューブ4を接続してなる測定装置を使用した。
【0082】
そして、上記シリンダ32に接続したインク供給チューブ4を介して、図示しないポンプを用いて、フィルタ31に浸潤させたインクを、インクの粘性抵抗による影響を除外するために、インク供給チューブ4からなるインク供給経路3内を流れるインクの流量(インク供給量)が1分間当たり0.05cc(つまり0.05×10−6m3)となるように吸引し、このときにフィルタ31にかかる負圧を圧力ゲージ26で測定することにより、インク供給チューブ4からなるインク供給経路3にかかる負圧を測定した。
【0083】
また、この測定装置を用いた負圧の測定を、フィルタ23開口部23a(網目)の大きさ(濾過精度F)、つまり、フィルタ31の開口部の大きさを変えて行ってみたところ、図8に示すように、濾過精度Fが小さいほど、インク供給経路3にかかる負圧、すなわち、フィルタ23(上記測定においてはフィルタ31)にかかる負圧が高くなっている傾向がみられた。
【0084】
そこで、次に、この傾向について、フィルタ23(メッシュフィルタ)によるインク負圧の臨界圧力(最大負圧)Pmと、フィルタ23の濾過精度Fとの関係をグラフ(図9)にすることにより検証した。
【0085】
ここで、濾過精度Fは、フィルタ23(メッシュフィルタ)の開口部23aの最短長さ(最小空隙幅)であると解釈できる。
【0086】
表面張力η(N/m)の液体でインクのメニスカスを形成する直径d(m)の円形状の開口部における臨界圧力(表面張力による臨界圧力)Pc(Pa)は、下記一般式(1)
Pc=4η/d ・・・(1)
で広く知られている。
【0087】
なお、本実施の形態において、一般式並びに実験式、関係式等の各式において、同じ記号は同じ物性を示すものとする。また、各式における計算値の算出単位についても、同じ記号は、同じ単位を示すものとする。
【0088】
そこで、上記一般式(1)の直径d(m)にフィルタ23の濾過精度F(m)を代入することにより、臨界圧力Pc(Pa)としてフィルタ23による臨界圧力Pm(Pa)を求めたところ、実測値に対して一般式(1)により得られる計算値が√2倍となり、フィルタ23の濾過精度Fをそのまま代入すると、計算値と実測値との間に大きな齟齬が生じることが判明した。
【0089】
これは、図4に示すように横糸と縦糸とで構成されるフィルタ23の開口形状は円形ではなく、濾過精度Fは、フィルタ23の開口部23aの最小空隙幅に依存するのに対して、フィルタ23による臨界圧力Pmは、フィルタ23の開口部23aの最大空隙幅に依存するためであると考察される。
【0090】
そこで、この考察に基づけば、フィルタ23による臨界圧力Pm(Pa)は、インクの表面張力η(N/m)と、濾過精度F(m)とを用いて、該濾過精度Fを√2倍に補正して、下記実験式(2)
Pm=4η/(√2・F) ・・・(2)
として表される。
【0091】
そこで、縦軸を、フィルタ23による臨界圧力Pm、すなわち、インク供給経路3にかかる負圧とし、横軸を、フィルタ23の濾過精度Fとして、図8に示す実測値並びに上記実験式(2)による計算値を用いて、フィルタ23による臨界圧力Pmと濾過精度Fとの関係をグラフにすると、図9に示す結果が得られる。なお、図9において、「△」は図8に示す実測値を示し、実線は上記実験式(2)による計算値を示す。
【0092】
図9に示す結果から、実測値と実験式(2)による計算値とはほぼ合致し、前記した傾向は正しいことが判った。すなわち、図8および図9に示す結果から、フィルタ23による臨界圧力Pmは、フィルタ23の開口部23aの大きさに依存することが判った。
【0093】
このため、本実施の形態では、図6に示すように、インク供給経路3にかかる負圧がフィルタ23による臨界圧力Pmとなり、フィルタ23の開口部に形成されているインクのメニスカス(インク液面)が破れて検出電極25・25からなる電極部に空気が到達し、該検出電極25・25による検出抵抗値が所定の値以上となったときを、インクタンク21が実質的に空、つまり、インク残量のエンプティとし、インクのメニスカスが破れる臨界圧力である上記フィルタ23による臨界圧力Pmが所定の値を越えないように制御している。
【0094】
本実施の形態では、インク残量のエンプティ時にインク供給経路3にかかる負圧について種々の実験を行った結果、インク供給系の負圧(インク吸収体22もしくはフィルタ23の臨界圧力)を2.0kPa以下とした。
【0095】
これは、例えばインクを連続吐出するときに、インク供給系の負圧(インク吸収体22もしくはフィルタ23の臨界圧力)が2.0kPa以下でなければ、インク供給系に発生する負圧によりフィルタ23の開口部に形成されているインクのメニスカスが破れて空気が電極部に到達してエンプティと判断する前に、図20および図21に示すように、印字ヘッド1の吐出ノズル1aの先端部(ノズル先端)よりインクのメニスカス(インク液面)が後退しすぎて該ノズル先端より空気を吸入してしまうという問題が生じ、インク滴を正常かつ安定して吐出(供給)することができなくなるためである。
【0096】
次に、インクカートリッジ20におけるインク吸収体22の最適化のための設計指針について、以下に説明する。
【0097】
図1(a)〜(c)に示すように、インクカートリッジ20は、インク吸収体22としてのフォーム材が収納されたインクタンク21を備えるインクカートリッジ20を備えている。このフォーム材の多孔質体にはインクが含浸されており、このフォーム材がインクタンク21内に圧縮して収容されている。
【0098】
多孔質内に保持されているインクは、インクカートリッジ20に備えられたインク供給口24である吐出ノズル1a(図20参照)を通して毛管力によって、インクカートリッジ20内から印字ヘッド1側へ排出される。
【0099】
しかしながら、インクタンク21における多孔質保持体に保持されているインクの保持力によっては、連続排出時にインク供給不足が発生したり、インクカートリッジ20着脱時にインク漏れを起こす等の不具合が発生する。
【0100】
この問題を解消するためには、インクの特性に応じたインク吸収体22の設計指針が必要となる。そこで、本実施の形態では、インク並びにインクカートリッジ20として、以下に示すインク並びにインクカートリッジを使用して実験を行い、該インクカートリッジ20における安定負圧Pを測定し、設計指針の検討を行った。この実験の結果を表1に示す。なお、該実験に用いたインク並びにインクカートリッジ20の諸条件は以下の通りである。
【0101】
・インクの表面張力η=0.03(N/m) (=30dyn/cm)
・インクの粘度μ=0.07(Pa・s) (=7cp)
・インク組成:H2O、顔料、ポリエチレングリコール
・インク吸収体22(フォーム材)のセル密度N=1.57×103(個/m) (=40個/inch)
・インク吸収体22(フォーム材)の材質:ポリウレタン
・インクカートリッジ20内寸(幅W×奥行V×高さL)
W×V×L=0.015×0.074×0.030(m)
なお、インクカートリッジ20(インクタンク21)に収納した時のインク吸収体22の外寸は、上記インクカートリッジ20内寸に等しい。
【0102】
また、表1における評価項目は下記の通りである。
【0103】
・圧縮率R:インクカートリッジ20に圧縮されて収納された時のインクカートリッジ20に収納される前に対するインク吸収体22(フォーム材)の体積比率
・セル密度N(個/m):インクカートリッジ20に収納する前のインク吸収体22(フォーム材)のセル密度
・圧縮時のインク吸収体22(フォーム材)の実装セル密度M(個/m):インクカートリッジ20に圧縮されて収納されている時のインク吸収体22(フォーム材)の実装セル密度
・流量Q(m3/s):インクの流量
・効率τ(%):インクカートリッジ20からの総流出量(実際に使用可能なインク体積)÷インク充填量(充填インク体積)
・インク上限時安定負圧Pu(Pa):インクカートリッジ20内のインクが上限まで充填されている時、すなわち満載の状態で所定のインク流量とした時に測定されたインクカートリッジ20における安定負圧の実測値
・インク下限時安定負圧PL(Pa):インクカートリッジ20内のインクが下限までしか充填されていない時、すなわち該インクカートリッジ20内のインクが無くなる直前に所定のインク流量とした時に測定されたインクカートリッジ20における安定負圧の実測値
【0104】
【表1】
【0105】
なお、本実施の形態では、フィルタ23の異物除去能力の点から、インクエンプティ時におけるインク吸収体22による臨界圧力PE(以下、インク吸収体の臨界圧力と記す場合がある)及びフィルタ23による臨界圧力Pm(以下、フィルタの臨界圧力と記す場合がある)が、Pm>PEを満たすように設定されている。そして、本実施の形態では、図6に示すように上記臨界圧力PE、Pm、並びに、インク供給経路3の圧力損失Pμ、タンク水頭圧Piが、Pm>PE>Pμ+Piを満たすように設定されている。但し、本実施の形態はこれに限定されるものではなく、インク供給系の設定の仕方によっては、上記大小関係が逆転する場合、もしくはフィルタ23を用いない場合がある。
【0106】
また、後で詳細説明するが、発生負圧の実測値を流体力学理論に基づき詳細検討した結果、インク上限時安定負圧Puは、インクの粘性抵抗による、流路すなわちインク供給経路3の圧力損失Pμに起因し、またインク下限時安定負圧PLは、インクの表面張力ηに基づくものであることが判明した。
【0107】
なお、上記測定においては、インクの保持力は、インクカートリッジ20の高さ、インク吸収体22(フォーム材)のセル22aのばらつき、及びインクカートリッジ20にかかる振動を考慮して定める必要がある。これは、保持力が足りないと、特にインク上限時にインクカートリッジ20の着脱時にインクが不用意に漏れるといった問題が生じるためである。
【0108】
例えば、インクカートリッジ20の高さが34mmであれば、安全率を2とすると、インクの比重γは約1.0であるため、保持力は、水頭で68(=34×2)mm、つまり0.67kPa必要である。また、一般的に広く用いられているインクカートリッジの高さは概ね40mm以下であり、このことから、0.8kPaのインクの水頭圧に耐えることが必要とされる。
【0109】
インクの保持力は表面張力ηに基づく毛管圧力であり、圧縮時のセル径を、直径d(m)の円形状の開口部とみなすと、圧縮時のインク吸収体22(フォーム材)の実装セル密度M(M=N・R;但し、厳密にはM≒N・R)(個/m)より、圧縮時のセル径d(m)は、以下の関係式(3)
d=1/(N・R) ・・・(3)
で表されることから、その臨界圧力PEと、セル密度N(個/m)及び圧縮率(R)との関係は、インクの表面張力をη(N/m)とすると、前記一般式(1)及び上記関係式(3)から、下記関係式(4)
PE=4・η・(N・R) ・・・(4)
で表される。したがって、インク下限時安定負圧PLは、実装セル密度M(M=N・R)が7.87×103(個/m)以上(すなわち、200個/inch以上)であれば、水頭で0.86kPa、89mm以上の保持力が得られるので、インクカートリッジ20の着脱時にインクが不用意に漏れるといった問題が生じることを防ぐことができる。
【0110】
また、インクを連続吐出するときに、インク供給系の負圧(インク吸収体22もしくはフィルタ23の臨界圧力)は、安全率を考慮すると、2.0kPa以下でなければ、インク供給系に発生する負圧にて、インクが供給不足になり、吐出ノズル1aの先端部(ノズル先端)よりインク液面が後退しすぎて空気を吸入してしまうという問題が生じ、インクの安定供給ができなくなる。
【0111】
そこで、実装セル密度Mが12.6×103(個/m)以下(すなわち、320個/inch以下)であれば、インク供給系の負圧は1.5kPa以下となり、インクを連続吐出するときにも、マージンを持ってインクの安定供給が可能になる。
【0112】
また、インクカートリッジ20内面のインク収納体積(充填インク体積)に対して実際に使用(吐出)可能となるインク容積の比を効率τ(タンク効率)とすると、図10に示すように、効率τ(%)は、Rの値、言い換えればN・Rの値が増加するのに伴って低下し、図11に示すように、実装セル密度M(M=N・R)が12.6×103(個/m)(すなわち320個/inch)になると大きく低下し始める。したがって、インクカートリッジ20の体積を効率よく活用する条件としては、実装セル密度M(M=N・R)が12.6×103(個/m)以下となる。
【0113】
よって、上記インクカートリッジ20を、実装セル密度M(個/m)(M=N・R)が、7.87×103≦M≦12.6×103を満足するように設計することで、インクカートリッジ20の着脱時にインクが不用意に漏れるといった問題が生じることを防ぐことができると共に、インクを連続吐出するときにも、マージンを持ってインクの安定供給が可能になり、かつ、インクカートリッジ20の体積を効率よく活用することができる。さらに、上記の構成によれば7.87×103以上でも12.6×103以下であればよいので、インク吸収体22の設計における選択の幅を広げることができる。
【0114】
なお、これらは理論値であるが、実測値においても、これを満たしていることが、確認された。すなわち、前記表1において、実装セル密度M=N・Rが7.87×103(個/m)のとき、実測安定負圧であるインク下限時安定負圧PLが0.86kPa以上となっているとともに、実装セル密度M(M=N・R)が12.6×103(個/m)以下であれば、インク供給系の負圧は1.5kPa以下となっており、インクを連続吐出するときにも、マージンを持ってインクの安定供給が可能になる。なお、この実測安定負圧であるインク下限時安定負圧PLは、インクのメニスカスがいかなる負圧に耐え得るかを示している。
【0115】
次に、インク下限時安定負圧PL及びインク上限時安定負圧Puに対して考察を加える。なお、インク上限時安定負圧Puとは、インクが流れているときの負圧を表したものである。
【0116】
まず、正規化するために、圧縮率R=5.5、流量Q=8.17nm3/s(0.49cc/min)におけるインク上限時安定負圧Pu=0.62kPaに対して、各データにおけるインク上限時安定負圧Puを正規化した値を、始点比Rsとする。また、R2は、圧縮率R2について、圧縮率R=5.5に対して正規化したものである。
【0117】
一方、圧縮率R=5.5、流量Q=8.17nm3/s(0.49cc/min)におけるインク下限時安定負圧PL=0.99kPaに対して、各データにおけるインク下限時安定負圧PLを正規化した値を、終点比Reとする。また、R1は、圧縮率Rについて、圧縮率R=5.5に対して正規化したものである。
【0118】
ここで、それぞれ、始点においてRs/R2を算出し、終点においてRe/R1を算出すると、表1より、それぞれ略1であることがわかる。したがって、インク上限時安定負圧Puは圧縮率Rの2乗に比例し、インク下限時安定負圧PLは圧縮率Rに比例することがわかる。
【0119】
以上の結果から、さらに、インク及びインク吸収体22(フォーム材)の設計指針を詳しく得るために、これらの理論付けを行い、検討を加えた。以下に、詳細に説明する。
【0120】
先ず、インクカートリッジ20内のインクが上限まで充填されている時の安定負圧(インク上限時安定負圧Pu)と圧縮率Rとの関係について以下に考察する。
【0121】
インクカートリッジ20内のインクが上限まで充填されている時、すなわち、インクカートリッジ20にインクが満載されている時には、インク吸収体22(フォーム材)の各セル22aを円形の管路とみなし、該管路の圧力差ΔP(管路始点の圧力P1−管路終点の圧力P2)、すなわち、粘性抵抗による管路の圧力損失Pμによって管路内の液(インク)が流れていると想定することができる。図12に示すように円形の管路(各セル223aを円形の管路とみなし、該管路の圧力差ΔP(管路始点の圧力P1−管路終点の圧力P2)、すなわち、粘性抵抗による管路の圧力損失Pμによって管路内の液(インク)が流れていると想定することができる。図12に示すように円形の管路(各セル22a)を流れる流量(Q)の理論値、つまり、管路1本当たりを流れるインクの流量の理論値を流量Qi(m3/s)とすると、該流量Qi(m3/s)は、下記一般式(5)
Qi=Pu・π・d4/(128・μ・L) ・・・(5)
によって定義される。ここで、Puはインクの粘性抵抗による管路の圧力損失(Pa)であるインク上限時安定負圧、dは管路直径(m)、μはインクの粘度(Pa・s)、Lは管路の流路長(m)である。
【0122】
ここで、d(m)を圧縮時のセル径とみなすと、圧縮時のインク吸収体22(フォーム材)の実装セル密度M(個/m)(M=N・R)より、圧縮時のセル径d(m)は、前記したように、下記関係式(3)
d=1/(N・R) ・・・(3)
で表される。
【0123】
このとき、インク吸収体22(フォーム材)は圧縮されてインクカートリッジ20内に収容されているので、インク吸収体22(フォーム材)の各セル22aは、図13に示すように、最密状態であると考えられる。したがって、圧縮時のフォーム材下端におけるセル22aは、図13に示すように、最密状態であると考えられる。したがって、圧縮時のフォーム材下端におけるセル22aの総数であるセル総数Nd(個)は、下記関係式(6)
Nd=(2/√3)・S/(d2) ・・・(6)
で表される。なお、式(6)中、Sは、上記インクカートリッ20(インクタンク21)に圧縮されて収納されたときのインク吸収体22(フォーム材)の断面積(幅W×奥行V)を示す。
【0124】
したがって、上記関係式(6)で表される数のセル22aからなる直径一定の円柱状の流路を想定した場合、該円柱状の流路を流れるインクの全流量Qt(m3/s)(Qt=Qi・Nd;理論値)は、上記一般式(5)並びに関係式(3)・(6)より、以下の関係式(7)
(但し、式中、係数A=2.83×10−2を表す)
で表される。従って、上記全流量Qtは圧縮時のインク吸収体22(フォーム材)の実装セル密度M(個/m)(M=N・R)の2乗に反比例していることがわかる。
【0125】
上記関係式(7)により、図14に示す円柱状の流路を想定した理論値である全流量Qtを求めた結果を、表2に示す。
【0126】
【表2】
【0127】
実際のインク吸収体22内(フォーム材内部)では、図14に示すように、球形状又は多面体上のセル22aが数珠状に連通している。このため、この連珠状の流路により、実効の直径は上記理論値よりも小さな値となる。そこで、セル径を用いて求めた上記全流量Qt(理論値)の実際の流量Q(実測流量)に対する平均倍率を求め、これを補正係数kとする。つまり、Qt/Q≒kとすると、表2の場合、補正係数kは13.75である。
【0128】
ここで、図15に示すように、直径をdm、その中心位置をX=0とした球状流路を積分して求めた正規化流路抵抗をRd、円柱状流路の正規化流路抵抗をRmとした抵抗比Rd/Rmを、図16に示す。図16に示すように、Xが0近傍の場合にはrd/Rm≒1であるが、Xがdm/2(図15参照)に近づくに伴ってRd/Rmが上昇することがわかる。この検討より、補正係数k=13.75を考察すると、正規化セル径を1としたとき、X=0.488の位置でRd/Rm=13.75となる。これは流路を、正規化直径0.21で隣接セル22a同士が連通しているモデル化することができることを意味し、この検討からも実測値より決定した補正係数kの値が適切であると言える。
【0129】
よって、上記補正係数kを用いて、算出流量Qc(m3/s)は、下記関係式(8)
Qc=Qt/k ・・・(8)
(但し、式中、係数k=13.75を表す)
或いは、上記関係式(8)に関係式(7)を代入して、下記関係式(9)
Qc=(A/k)・Pu・S/[μ・L・(N・R)2] ・・・(9)
(但し、式中、係数(A/k)=2.06×10−3を表す)
として求めることができる。
【0130】
ここで、表2より、各データにおいて、Q/Qcは略1であるので、補正係数kを用いることにより、
Q=(A/k)・Pu・S・/[μ・L・(N・R)2]
により、精度よく流量Qを求めることができることがわかる。
【0131】
また、粘性抵抗による管路の圧力損失(圧力差ΔP)の理論値Pv(Pa)、は、実測流量Qから、
Pv=(1/A)・[μ・L・(N・R)2/S]・Q
(但し、式中、係数A=2.83×10−2を表す)
で表される。
【0132】
さらに、関係式(8)、(9)と同様に上記の補正係数k=13.75を用いた、粘性抵抗による管路の圧力損失(圧力差ΔP)、つまり、粘性抵抗による管路の圧力損失(圧力差ΔP)の算出値をPμ(算出圧力差)とすると、該Pμ(Pa)は、
Pμ=k・Pv
=(k/A)・[μ・L・(N・R)2/S]・Q ・・・・(10)
(但し、式中、(k/A)=485を表す)
で表される。
【0133】
ここで、上記関係式(10)を用いて、管路の圧力損失(圧力差ΔP)の理論値Pv及び算出値Pμを、実測流量Qより求めた結果を、表3に示す。なお、表3中、流量qは、管路1本当たりの実測流量を示す。
【0134】
【表3】
【0135】
ここで、管路の圧力損失(圧力差ΔP)の算出値Pμ(算出圧力差)とインク上限時安定負圧Puとの比をPμ/Puとすると略1である。
【0136】
また、図17に、表2と表3とをグラフ化して示す。図17に示すように、理論値からの算出値(算出圧力差Pμ)による安定負圧は、実際に測定した安定負圧(インク上限時安定負圧Pu)とよく一致していることがわかる。また、インク上限時安定負圧Puはインクの粘度に基づく圧力損失に起因し、補正係数を用いて精度よくインク上限時安定負圧Puを求めることができることがわかる。
【0137】
次に、インクカートリッジ20内のインクが下限までしか充填されていない時の安定負圧(インク下限時安定負圧PL)と圧縮率Rとの関係について以下に考察する。
【0138】
インクカートリッジ20内のインクが下限までしか充填されていない時、すなわちインクカートリッジ20内のインクが無くなる直前の状態は、インク吸収体22(フォーム材)の下端のセル22aを毛管とみなすことができる。
【0139】
したがって、図18(液体に正圧が印加時)及び図19(液体に負圧が印加時)に示すように、毛管内の液面(インクのメニスカス)の臨界圧力Pt(Pa)はセル22aを毛管とみなすことができる。
【0140】
したがって、図18及び図19に示すように、毛管内の液面(インクのメニスカス)の臨界圧力Pt(Pa)、つまり、インクエンプティ時におけるインク吸収体22による臨界圧力PE(=Pt)は、下記一般式(11)
Pt=2・η・cosθ/(d/2) ・・・(11)
によって定義される。ここで、ηは管内の液(インク)の表面張力(N/m)であり、θは毛管内の液面(インクのメニスカス)の、管との接触角であり、dは毛管の直径(m)である。なお、インク吸収体22はインクに対して濡れ性の良いものが選ばれるので、θは略0とみなすことができる。したがって、上記一般式(11)は、下記一般式(12)
Pt=4・η/d ・・・(12)
(厳密にはPt≒4・η/d)として表すことができる。
【0141】
したがって、前記関係式(3)並びに上記一般式(12)より、インク吸収体22による臨界圧力PE(=Pt)は、前記関係式(4)
PE=4・η・(N・R) ・・・(4)
で表される。
【0142】
この関係式(4)より、インク吸収体22の液面(インクのメニスカス)の臨界圧力Ptを求めた結果を、表4に示す。
【0143】
【表4】
【0144】
上記関係式(4)より求めた理論値臨界圧力Pxの、実際の圧力であるインク下限時安定負圧PLに対する比Px/PLは、略1であるので、インク下限時安定負圧PLはインクの表面張力に基づく毛管の臨界圧力に起因しているという理論の正しさを示すとともに、精度よくインク下限時安定負圧PLを求めることができることがわかる。
【0145】
インクカートリッジ20の着脱時にインクが不用意に漏れるといった問題が生じることを防ぐ条件としては、インク吸収体22(フォーム材)の保持力、つまり、表面張力ηの液体でインクのメニスカスを形成する、圧縮時のセル22aの大きさ(セル径)が1/(N・R)のインク吸収体22(フォーム材)のセル22aにおける臨界圧力である、インク吸収体22(フォーム材)の下端のセル22a(毛管)内の液面(インクのメニスカス)の臨界圧力PE(Pa)が、インクの水頭圧よりも大きいことが要求される。
【0146】
したがって、インクカートリッジ20において、インクの比重をγ、任意の姿勢でとり得るインクタンク21のインク供給口24に対する鉛直方向の最大高さのインクの水頭高さをh(m)とすると、インクの水頭圧は9.8×103・γ・h(Pa)で表されるため、上記関係式(4)における臨界圧力PE(Pa)は、以下の条件
4・η・(N・R)>9.8×103・γ・h
を満足することが要求される。すなわち、インクカートリッジ20の着脱時にインクが不用意に漏れるといった問題が生じることを防ぐためには、下記関係式(13)
η・N・R・B>γ・h ・・・(13)
(但し、式中、係数B=4.08×10−4を表す)
を満足することが必要である。
【0147】
また、インクカートリッジ20内に収納された状態でのインク吸収体22(フォーム材)のセル密度、つまり実装セル密度M(個/m)(M=N・R)は、例えばセル密度N=1575(個/m)(=40個/inch)を圧縮率R=5で圧縮加工して得られたインク吸収体22(フォーム材)をインクカートリッジ20に収納することにより該インク吸収体22(フォーム材)がさらに10%の圧縮を受けるとき、
M=1575×5.5×1.1=9528(個/m) (=242個/inch)
であり、上記関係式(13)に実装セル密度M(個/m)を代入すると、下記関係式(14)
η・M・B>γ・h ・・・(14)
(但し、式中、係数B=4.08×10−4を表す)
となる。なお、実装セル密度Mは、実測値を用いてもよい。
【0148】
インク供給口24に対するインクの水頭高さh(m)、つまり、任意の姿勢でとり得るインクタンク21のインク供給口24に対する鉛直方向の最大高さのインクの水頭高さh(m)は、通常の姿勢においてはインク吸収体22(フォーム材)或いはインクカートリッジ20内壁の高さとすればよい。
【0149】
ハンドリングに配慮する必要がある場合は、インクカートリッジ20を傾けた姿勢も含めてとり得るインク供給口24に対する鉛直方向の最大高さのインクの水頭高さとする。
【0150】
また、セル径の分布等を考慮すると、安全率を2倍程度以上とすることが望ましく、よって、下記関係式(15)
η・N・R・B>2・γ・h ・・・(15)
(但し、式中、係数B=4.08×10−4を表す)
又は、下記関係式(16)
η・M・B>2・γ・h ・・・(16)
(但し、式中、係数B=4.08×10−4を表す)
を満足するように上記インクカートリッジ20を設計することが望ましい。
【0151】
一般的に、インクカートリッジの高さは、インクレベルの変動への配慮により、前記したように概ね40mm以下が広く実用化されている。このため、安全率を2とすると、インク吸収体(フォーム材)のセル(開口部)における具体的な臨界圧力は、前記したように0.8kPa(0.08mH2O)を満足することが望ましい。よって、上記インク吸収体22(フォーム材)のセル22aにおける具体的な臨界圧力PE(Pa)は、PE≧800の関係を満足することが望ましい。
【0152】
よって、前記関係式(4)から、下記関係式(17)
4・η・N・R≧800 ・・・(17)
又は、下記関係式(18)
4・η・M≧800 ・・・(18)
の関係を満足することにより、インク吸収体22(フォーム材)のセル22aにおける臨界圧力PE(Pa)、つまり、インク吸収体22(フォーム材)の保持力を、0.8kPa(800Pa)以上に保つことができ、インクカートリッジ20の着脱時にインクが不用意に漏れるといった問題が生じることを防ぐことができる。
【0153】
なお、図17から、上記関係式(4)より求められる理論値(理論値臨界圧力Px)による負圧が、実際に測定した負圧(インク下限時安定負圧PL)とよく一致していることがわかる。また、実装セル密度M(M=N・R)の各設定時における負圧を表4に示す。
【0154】
次に、印字ヘッド1における吐出ノズル(インクノズル部)1aのインク滴出によるオリフィスのインク後退による臨界圧力Pn(以下、ノズルの臨界圧力と記す場合がある)を求める。
【0155】
なお、オリフィスの形状は、図20に示すように、円管の吐出ノズルの径を20μm、長さを20μmとし、吐出ノズル1aの先端部(ノズル先端)から、頂角90度、頂部円径20μmの円錐台形が延出していると仮定する。
【0156】
印字ヘッド1における吐出ノズル1aのインク吐出周波数を8000pps、ノズル数を64本に設定したときのインク流量QがQ=8.17nm3/s(=0.49cc/min)であったとき、インクの1滴は、
(8.17×10−9)/8000/64=1.6×10−14(m3) (=16pL)
となる。
【0157】
この場合にインクを1滴吐出したときの、オリフィス内のインクの後退による液面(インクのメニスカス)位置における円錐部の直径Hを表5に示す。なお、表5において、円錐部の直径H=20μmとは、エキシマレーザ加工等により、ノズル先端のストレート部が充分に長い場合(図20参照)を表している。また、表5は、インク1滴が1.6×10−14(m3)(=16pL)の場合における、ノズル先端でのインクのメニスカスの過渡振動を考慮しない場合と、図21(a)〜(h)に示すようなノズル先端でのインクメニスカスの過渡振動等により、オリフィス内のインクが、インク吐出量に対して2倍後退した場合を示している。なお、図21(a)〜(h)は、インクが吐出ノズル1aから吐出する状態を順に示す断面図である。例えば、600dpiのインクジェットプリンタでは、1.6×10−14〜2.0×10−14(m3)(=16〜20pL)のインク滴が要求される。
【0158】
ノズル(本実施の形態においては吐出ノズル1a)の臨界圧力Pn(Pa)は、前記一般式(12)に上記円錐部の直径H(m)を代入して下記一般式(19)
Pn=4・η/H ・・・(19)
(厳密にはPn≒4・η/H)
により求めることができる。
【0159】
インクの供給不足を起こさない必須条件は(Pμ)<(Pn)であり、吐出ノズル1aの直径をDN(m)とすると、インクの供給不足を起こさないためには、前記関係式(10)並びに上記一般式(19)より、下記関係式(20)
(k/A)・[μ・L・(N・R)2/S]・Q<4・η/DN ・・・(20)
(但し、式中、係数(k/A)=485を表す)
を満足している必要がある。つまり、上記関係式(20)を整理すれば、下記関係式(21)
C・[μ・L・Q・(N・R)2/S]<η/DN ・・・(21)
(但し、式中、C=(k/A)/4=121を表す)
を満足している必要がある。
【0160】
また、実装セル密度M(個/m)(M=N・R)を上記関係式(21)に適合すると、上記の必須条件は、
C・[μ・L・Q・M2/S]<η/DN ・・・(22)
(但し、式中、C=(k/A)/4=121を表す)
となる。
【0161】
上記一般式(19)を用いて算出した、各設定条件における吐出ノズル1aの臨界圧力Pnを表5に示す。
【0162】
【表5】
【0163】
表5から、インクを連続吐出するときに、インク供給系の負圧(インク吸収体22もしくはフィルタ23の臨界圧力)は、安全率、すなわち、過渡振動及び流量の誤差を考慮すると、約2.0kPa以下であれば、インク吐出後にノズル先端のインクのメニスカスが後退した状態でインクのメニスカスにより生じるインクを吸引する上記臨海圧力Pnが、インク供給系の負圧より大きくなり、インクの連続吐出を行った場合でも、必要量のインクを安定供給することが可能となることがわかる。
【0164】
したがって、インク供給系の負圧が2.0kPa以下であれば、インク供給系に発生する負圧にて、インクが供給不足になり、ノズル先端よりインク液面(インクメニスカス)が後退しすぎて空気を吸入してしまうという問題が発生することを防止することができ、インクを連続吐出するときにも、インクの安定供給が可能になる。
【0165】
なお、インク供給系に生じる負圧が2.0kPa以下であれば、インク供給系に発生する負圧に打ち勝ってメニスカスの表面張力によりインクを吸引し、メニスカスが前進してインク補給がなされ、インク供給系の負圧とメニスカスの吸引力とが平衡した時点でインク補給が終了する。逆に、インク供給系に発生する負圧がメニスカスの臨界圧より大きいとメニスカスは後退し、印字ヘッド1内に空気を吸い込み、吐出不良となる。
【0166】
また、インクカートリッジ20における充填インク体積に対する、吐出に用いることができたインク体積の比である効率τ(タンク効率)を考慮すると、実装セル密度Mの上限は、12.6×103(個/m)(=320個/inch)程度であり、インクの臨界圧力、つまり、インクの表面張力ηに基づくインク吸収体22の液面の臨界圧力PEによって決まるインク下限時安定負圧PL(Pa)は、表1から、該セル密度において、1.5kPaであり、印字ヘッド1aの水頭及びインクタンク21の水頭は通常40mm程度に抑えて設定されるので、両者の合計(PE+Pi)からも約2.0kPaの値が導き出される。
【0167】
以上の検討結果を整理すると、インク吸収体22(フォーム材)のセル密度N及び圧縮率Rに要求される条件は以下の通りとなる。まず、前記関係式(13)から、下記関係式(23)
(N・R)>γ・h/(η・B) ・・(23)
(但し、式中、係数B=4.08×10−4を表す)
が得られる。また、前記関係式(21)から、
[η・S/(C・DN・μ・L・Q)]0.5>(N・R) ・・・(24)
(但し、式中、係数C=(k/A)/4=121を表す)
が得られる。したがって、インク吸収体22(フォーム材)のセル密度N及び圧縮率Rに要求される条件は、上記関係式(23)・(24)から、
[η・S/(C・DN・μ・L・Q)]0.5>(N・R)>γ・h/(η・B)・・・(25)
(但し、式中、係数B=4.08×10−4、係数C=121を表す)
となる。
【0168】
また、インク吸収体22(フォーム材)の実装状態の実装セル密度M(M=N・R)(個/m)に要求される条件としては、上記と同様にして、前記関係式(14)・(22)から、
[η・S/(C・DN・μ・L・Q)]0.5>M>γ・h/(η・B)・・・(26)
(但し、式中、係数B=4.08×10−4、係数C=121を表す)
となる。よって、上記関係式(25)又は(26)を満足することにより、インクカートリッジ20着脱時のインクの洩れを防止し、かつ、連続吐出時にインクを安定供給することが可能となる。
【0169】
なお、インクジェット記録装置に用いられるインクは、
・粘度μ=0.015〜0.15(Pa・s)
・インクの表面張力η=0.03〜0.05(N/m)
・インク吸収体22(フォーム材)のセル密度N=1.57×103〜3.94×103(個/m) (=40〜100個/inch)
が一般的である。
【0170】
そこで、例えば、異なる条件として、以下の条件
・粘度μ=0.015(Pa・s)
・インクの表面張力η=0.04(N/m)
・フォーム材のセル密度N=3.15×103(個/m) (=80個/inch)
を採用して検討を行った結果、条件を変更した場合においても上述した各式を満たすことが確認された。
【0171】
このように、フィルタを用いない場合、もしくは、フィルタを用いる場合でもフィルタの開口がインク吸収体22(フォーム材)のセル22aよりも大きい場合には、インク吸収体22におけるセル22a(毛管)内の液面(インクのメニスカス)の臨界圧力PE(Pa)、つまり、インクエンプティ時におけるインク吸収体22の臨界圧力PE(Pa)で、インク供給系に生じる負圧が決定される。
【0172】
しかしながら、フィルタの濾過性能を確保するためフィルタの開口をインク吸収体22のセル22aよりも小さくした場合、あるいは、インク吸収体22(フォーム材)を用いない場合には、フィルタによる臨界圧力Pm(Pa)で、インク供給系に生じる負圧(インク吸収体22もしくはフィルタの臨界圧力)が決定される。
【0173】
このため、フィルタの開口をインク吸収体22のセル22aよりも小さくした場合、インク供給系に生じる負圧を2.0kPa以下とするには、下記関係式(27)
Pm≦2000(Pa) ・・・(27)
を満足する必要がある。
【0174】
また、フィルタによる臨界圧力Pm(Pa)は、前記一般式(1)並びに実験式(2)に示したように、インクの表面張力η(N/m)と、フィルタの開口の大きさ、つまり、フィルタの濾過精度F(m)とで決まる。したがって、Pm≦2000(Pa)とするには、前記一般式(1)並びに実験式(2)より、フィルタの濾過精度をF(m)とすると、下記関係式(28)
Pm=4・η/F’ ・・・(28)
(但し、フィルタの開口が円形の場合はF’=F、
その他の場合はF’=√2・F)
を満足する必要がある。
【0175】
よって、上記関係式(27)・(28)から、インクタンク21側のインク供給経路3内の一部に、下記関係式(29)
F’=4・η/Pm ・・・(29)
(但し、フィルタの開口が円形の場合はF’=F、
その他の場合はF’=√2・F)
並びに前記関係式(27)を満足するフィルタが設けられていることで、インク供給系に発生する負圧、つまり、この場合はインク供給時にフィルタで発生する負圧(フィルタによる臨界圧力Pm)を、印字ヘッド1の吐出ノズル1aにて発生する吸引圧力(ノズルの臨界圧力Pn)未満(Pn>Pm)とすることができる。
【0176】
したがって、インク供給経路3内に上記したフィルタを設けることで、インク供給系に発生する負圧に打ち勝ち、フィルタの開口部に形成されているメニスカスの表面張力に打ち勝ってインクを吸引し、開口部のメニスカスが後退し、この結果、空気が印字ヘッドのノズル先端より混入することなくインクの安定供給(補給)を行うことができる。なお、この場合においても、前記したようにインク供給系の負圧とメニスカスの吸引力とが平衡した時点でインク補給が終了する。なお、逆に、ノズル先端のメニスカスによる臨界圧力が、フィルタの開口部に形成されているメニスカスの臨界圧力以下(つまり、Pn≦Pm)、特に該臨界圧力(Pm)よりも小さいと、ノズル先端のメニスカスは後退し、印字ヘッド1内に空気を吸い込み、吐出不良となる。
【0177】
つまり、インクを印字ヘッド1に供給するとき、印字ヘッド1がインクを吸引するときに必要な圧力、つまり、印字ヘッド1の吐出ノズル1aのメニスカスによる圧力(インク吸引圧力)が、上記インク供給経路3(フィルタ)にかかる。そして、このインク吸引圧力、すなわち、吐出ノズル1aの臨界圧力Pnが、インク供給時に上記フィルタで発生する負圧、つまり、フィルタの開口部のメニスカスによるインク負圧の臨界圧力Pm(フィルタ圧)以下、特に該臨界圧力Pm(フィルタ圧)よりも小さくなると、該フィルタの開口部に形成しているメニスカスを破る前に、空気が印字ヘッド1のノズル先端より混入してしまうことになる。
【0178】
このため、インクを印字ヘッド1に供給するときの吐出ノズル1aのメニスカスによる圧力、すなわちインク吸引圧力(吐出ノズル1aの臨界圧力Pn)を、上記フィルタ圧(フィルタによる臨界圧力Pm)よりも大きい値になるように設定しておけば、上記した問題を抑制することができる。
【0179】
したがって、インク供給時に上記フィルタで発生する負圧が、上記印字ヘッド1の吐出ノズル1aによるインク吸引圧力よりも小さくなるように、上記画像形成装置、より具体的には、上記負圧の要因となる各種条件、特に、フィルタを構成(設計)することで、上記した問題を抑制することができる。
【0180】
つまり、上記構成を満足するために、例えばインク供給経路3内、具体的には、インクタンク21側のインク供給経路3の一部(端部)には、インク供給時に上記フィルタで発生する負圧が、上記印字ヘッド1の吐出ノズル1aによるインク吸引圧力よりも小さくなるフィルタ、具体的には、前記関係式(29)並びに関係式(27)を満足するフィルタ、つまり、下記関係式(30)
F’≧4・η/2000 ・・・(30)
(但し、フィルタの開口が円形の場合はF’=F、
その他の場合はF’=√2・F)
を満足するフィルタが設けられていることが望ましい。
【0181】
なお、液体の表面張力は水の0.072N/mが最大であり、インクの表面張力η(N/m)に関連する吐出エネルギーの低減、吐出ノズル1aにおけるノズル先端からの空気の吸い込み、吐出ノズル1a周辺のインクによる濡れやインクの洩れ等による吐出不良、および、紙面上でのインクの滲みによる画質劣化を防止するためには、インクの表面張力η(N/m)は、0.03〜0.06の範囲内に設定する必要があり、一般的には、0.03〜0.05の範囲内に設定される。
【0182】
したがって、本実施の形態にかかる画像形成装置において、インクの表面張力η(N/m)が0.03であるとき、上記関係式(30)から、前記フィルタ23に、濾過精度F(m)が、42×10−6(m)以上、つまり42μm以上のフィルタ、好適には、表面張力、濾過精度F等の変動等に対するマージンを約20%とすると、F≧50×10−6(m)のフィルタを用いることで、インク供給系にかかる負圧、つまり、フィルタ23にかかる臨界圧力Pmを2000Pa以下とすることができる。なお、このことは、例えば図9において濾過精度Fが50μm、つまり、50×10−6(m)の場合に、フィルタ23(メッシュフィルタ)によるインク負圧の臨界圧力(最大負圧)Pmが2.0kPa以下となることからも確認できる。
【0183】
一方、フィルタ23として円形の開口を有するフィルタを用いる場合には、上記関係式(30)から、濾過精度F(m)が、60×10−6(m)以上、つまり60μm以上のフィルタ、好適には、表面張力、濾過精度F等の変動等に対するマージンを約20%とすると、F≧70×10−6(m)のフィルタを用いることで、インク供給系にかかる負圧、つまり、フィルタ23にかかる臨界圧力Pmを2000Pa以下とすることができる。
【0184】
以上のように、上記インクジェット記録装置のインクカートリッジ20には、インク供給経路3におけるインクタンク21側の端部に、インク供給時に上記インク供給経路3にかかる負圧を2.0kPa以下とするメッシュ状のフィルタ23が設けられている。
【0185】
このため、印字ヘッド1がインク滴を吐出することによりに生じるインク吸引圧力、(インクの供給に必要な圧力)、つまり、インク吸収体22にかかる圧力(インク供給圧力)は、インクタンク21内部にかからず、インク供給圧力は、フィルタ23の開口部23a(網目)にかかるフィルタ圧よりも小さくなる。
【0186】
したがって、上記インクジェット記録装置によれば、フィルタ23の開口部23a(網目)に形成されているインクのメニスカスが破れるまでは、インク供給経路3内への空気の混入を防止することができ、また、メニスカスが破れ、インク供給経路3内に空気が吸入されインクエンプティを検出した際にもノズル先端におけるメニスカスが後退し過ぎてノズル先端より空気が混入することを防止できる。
【0187】
また、このようにインク充填時にインクタンク21内に混入した気泡がフィルタ23前面、つまり、フィルタ23のインクタンク21側端面の一部に捕獲された場合、もしくは、上記インクタンク21が、インクエンプティ直前(近傍)の状態にあり、インク吸収体22の一部分が空の状態でフィルタ23に接触している場合に、フィルタ23に接触している空気(気泡)を吸い込むことなくインク吸収体22が保持しているインクを印字ヘッド1に有効に供給するための条件、言い換えれば、不用意にインク供給口3aにインクタンク21から空気を吸い込まない条件は、Pm>PEである。
【0188】
ここで、前記したように、インクカートリッジ20内のインクが無くなる直前の状態は、インク吸収体22(フォーム材)の下端のセル22aを毛管とみなすことができることから、インクエンプティ時におけるインク吸収体22による臨界圧力PE(Pa)、つまり、セル22a内の液面(インクのメニスカス)の臨界圧力PE(Pa)は、前記関係式(4)によって与えられる。
【0189】
一方、濾過精度F(m)のフィルタ23を用いた場合のフィルタ23による臨界圧力Pmは、前記実験式(2)によって与えられることから、濾過精度F(m)のフィルタ23を用いた場合における上記条件、すなわち、不用意にインク供給口3aにインクタンク21から空気を吸い込まない条件は、前記実験式(2)並びに関係式(4)から、下記関係式(31)
(4・η)/(√2・F)>4・η・(N・R) ・・・(31)
で表される。
【0190】
したがって、上記関係式(31)を濾過精度Fについて整理すると、以下の関係式(32)
√2・F<1/(N・R) ・・・(32)
が得られる。
【0191】
また、前記一般式(1)から、円形状の開口を有するフィルタによる臨界圧力Pm’は、該インクの表面張力η(N/m)と、濾過精度F(m)とを用いて、下記一般式(33)
Pm’=4・η/F ・・・(33)
で表される。
【0192】
したがって、円形状の開口を有する濾過精度F(m)のフィルタを用いた場合、不用意にインク供給口3aにインクタンク21から空気を吸い込まない条件は、上記したフィルタ23を用いた場合と同様に、前記関係式(4)並びに上記一般式(33)から、下記関係式(34)
F<1/(N・R) ・・・(34)
で与えられる。
【0193】
したがって、インク供給経路3内に、濾過精度F(m)のフィルタを用いる場合、インクタンク21に収納する前のインク吸収体22のセル密度をN(個/m)、上記インクタンク21に収納される前に対する上記インクタンク21に圧縮されて収納されたときの上記インク吸収体22の体積比で示される圧縮比をRとすると、以下の関係式(35)
F’<1/(N・R) ・・・(35)
(但し、フィルタの開口が円形の場合はF’=F、
その他の場合はF’=√2・F)
を満足するように上記インクカートリッジ20を設計することで、インク供給圧力を、上記フィルタ23にかかる負圧より小さく調整することができ、空気がフィルタ23の開口部23aに形成されたインクのメニスカスを破り、インク供給経路3内に混入してしまうことを防止することができる。このため、上記の構成によれば、インク残量の低下以外の要因による、インク供給経路3中への空気混入を防止し、インク残量検出の誤動作を防止することができ、品位に関して信頼性の高い印刷を行うことができる。
【0194】
なお、上記条件は、濾過精度F(m)の代わりに、セル径を用いて管理することもできる。しかしながら、上記したようにインク供給時(エンプティ時)の負圧を、バラツキの大きいセル径ではなく、バラツキの小さな濾過精度F(m)、つまり、開口の最短長さ(最小空隙幅)で管理することにより、安定した負圧を得ることができる。
【0195】
また、上述した実施形態においては、上記インクタンク21、つまり、インク収納部に収納する前のインク吸収体(インク吸収体22)のセル密度をN(個/m)、上記インク収納部に収納される前に対する上記インク収納部に圧縮されて収納されたときの上記インク吸収体の体積比で示される圧縮比をRとして説明したが、上記インク吸収体は、上記インク収納部に収容する際に圧縮して収納してもよく、予め圧縮してから収納してもよい。
【0196】
上記インク吸収体としては、例えば、圧縮加工されたスポンジ等、インク吸収体に広く使われる圧縮加工されたフォーム材(圧縮した状態で加熱プレスし、永久圧縮を与えたもの)を用いることができ、この場合、上記セル密度N(個/m)並びに圧縮比Rとしては、圧縮加工前のインク吸収体のセル密度(個/m)並びに圧縮加工前に対する圧縮加工後、つまり、圧縮加工後のフォーム材をインク吸収材としてインクタンクに挿入した際のインク吸収体の体積比で示される圧縮比(圧縮率)を用いることができる。
【0197】
よって、圧縮加工前のインク吸収体のセル密度をN’(個/m)、圧縮加工前に対する圧縮加工後の上記インク吸収体の体積比で示される圧縮比(圧縮率)をR’とすると、前記した各式は、N=N’、R=R’として表すことができる。
【0198】
例えば、前記関係式(35)は、上記フィルタの濾過精度をF(m)、圧縮加工前のインク吸収体のセル密度をN’(個/m)、圧縮加工前に対する圧縮加工後の上記インク吸収体の体積比で示される圧縮比(圧縮率)をR’とすると、下記関係式(36)
F’<1/(N’・R’) ・・・(36)
(但し、フィルタの開口が円形の場合はF’=F、
その他の場合はF’=√2・F)
で表される。なお、前述した各式あるいは、後述する各式についても同様にN=N’、R=R’として表すことができる。勿論、N・RあるいはN’・R’の代わりに、実装セル密度Mを用いることができることは言うまでもない。
【0199】
また、吐出ノズル1aの直径をDN(m)とすると、前記関係式(19)から、吐出ノズル1aのメニスカスの臨界圧力Pn(Pa)は、下記一般式(37)
Pn=4・η/DN ・・・(37)
で表される。
【0200】
ここで、ノズル先端から空気を吸い込まない条件は、
Pn>Pm
であり、前記したように、不用意にインク供給口3aにインクタンク21から空気を吸い込むことなくインク吸収体22が保持しているインクを印字ヘッド1に有効に供給するための条件は
Pm>PE
であるため、インク残量の低下以外の要因による、インク供給経路中への空気混入をより一層防止し、インク残量検出の誤動作をより効果的に防止するためには、以下の条件、
Pn>Pm>PE
を満足すること、つまり、前記関係式(31)および上記一般式(37)から、以下の関係式(38)
(4・η/DN)>(4・η)/F’>4・η・(N・R) ・・・(38)
(但し、フィルタの開口が円形の場合はF’=F、
その他の場合はF’=√2・F)
を満足することがより望ましい。
【0201】
したがって、上記関係式(38)を濾過精度F’(m)について整理すると、以下の関係式(39)
DN<F’<1/(N・R) ・・・(39)
(但し、フィルタの開口が円形の場合はF’=F、
その他の場合はF’=√2・F)
が得られる。
【0202】
次に、インクの消費に伴って変化するインクレベルの影響について考察する。図3に示すようにインク供給口24と吐出ノズル1a先端(ノズル先端)との落差hによるヘッド水頭圧をPhとすると、吐出ノズル1aにおけるインクのメニスカスによる有効保持力Pn’(Pa)は、下記一般式(40)
Pn’=Pn−|Ph| ・・・(40)
で定義される。なお、|Ph|はPhの絶対値を示す。つまり、||は絶対記号を示し、以下、|x|はxの絶対値を示すものとする。
【0203】
このとき、ノズル先端よりインクのメニスカスが後退しすぎて空気を吸い込んでしまわない条件は、インクタンク21へのインクフル充填時で、下記関係式(41)
Pn’>|Pμ|−|Pi| ・・・(41)
を満たすことであり、インクエンプティ時で、下記関係式(42)
Pn’>Pm ・・・(42)
を満たすことである。
【0204】
ヘッド水頭圧Ph(インクの水頭)を考慮しない場合にノズル先端から空気を吸い込まない条件はPn>Pmであるが、ヘッド水頭圧Phを考慮することで、より実使用に則した条件となる。つまり、ヘッド水頭圧Phは、ノズル先端からのインク漏れを防ぐための負の静圧が発生するように設定され、上記インクジェット記録装置は、上記ヘッド水頭圧Phを考慮しない場合よりもノズル先端から空気を吸い込み易い条件において使用される。このため、ヘッド水頭圧Phを考慮することで、より実使用に則した条件とすることができる。
【0205】
ここで、前記したように異物混入を防止するためにフィルタ23を設計すると、通常、
Pm>|Pμ|+|Pi| ・・・(43)
となるので、上記関係式(42)・(43)から、以下の関係
Pn’>Pm>|Pμ|+|Pi| ・・・(44)
が導かれる。
【0206】
したがって、上記関係式(41)・(44)から、以下の関係
Pn’>Pm>|Pμ|+|Pi|>|Pμ|−|Pi|
が成り立つため、上記関係式(44)を満足、つまり、吐出ノズル1aの直径をDN(m)とすると、前記実験式(2)および一般式(37)から、以下の関係式(45)
4・η/DN−|Ph|>4・η/F’>|Pμ|+|Pi|・・・(45)
(但し、フィルタの開口が円形の場合はF’=F、
その他の場合はF’=√2・F)
を満足することで、インク供給時、特に、インクエンプティ直前におけるインク供給時にフィルタ23でリークする圧力を、印字ヘッド1の吐出ノズル1aの臨界圧Pnを越えることなく適宜管理でき、吐出ノズル1aより空気の吸い込みを防止することができると共に、インク供給経路3に向かう異物を効果的に濾過し、吐出ノズル1aによる吐出動作の信頼性を高めることができる。なお、上記した各式、例えば上記関係式(41)並びに(43)〜(45)において、Pμは前記関係式(10)にて与えられる。
【0207】
次に、本願本発明者らは、種々の物質の粘度と温度との関係について検討したので、その結果について説明する。
【0208】
先ず、以下の表6に、種々の物質についての温度T(℃)と粘度μ(Pa・s)との関係を示す。
【0209】
【表6】
【0210】
上記表6のデータに基づいて作成した温度T(℃)と粘度μ(Pa・s)との関係を、図22に示す。図22からは温度T(℃)と粘度μ(Pa・s)との相関関係を見出すことは困難である。
【0211】
さらに、以下の表7に、上記した各物質について、25℃における粘度μ25(Pa・s)に対する各温度T(℃)における粘度μT(Pa・s)、つまり、25℃における粘度μ25を1とした場合の各温度T(℃)における粘度μT/μ25(正規化粘度)を示す。
【0212】
【表7】
【0213】
上記表7のデータに基づいて作成した温度T(℃)と、各温度T(℃)における粘度μT/μ25(正規化粘度)との関係を図23に示す。図23からは温度T(℃)と粘度μ/μ25(正規化粘度)との相関関係を見出すことは困難である。
【0214】
ところで、一般に、任意の温度TK(K)の液体の粘度μTK(Pa・s)は、下記一般式(42)
μTK=α・exp(β/TK) ・・・(46)
で示されるアンドレードの式にて表される。
【0215】
このアンドレードの式を用いて、T25(K)(=25℃)における液体の粘度をμ25(Pa・s)、温度TK(K)における液体の粘度をμTK(Pa・s)とすると、下記一般式(43)
で表される関係が導かれる。よって、上記一般式(47)より、
Ln(μTK/μ25)=(1/TK−1/T25)・β
となり、下記一般式(48)
β=Ln(μTK/μ25)/(1/Tk−1/T25) ・・・(48)
が得られる。
【0216】
そこで、次に、上記した各物質について、表7に示したデータに基づいて、粘度μ25と、粘度μ/μ25(正規化粘度)、ここでは、μ0/μ25,μ50/μ25,μ75/μ25との相関関係について調べた。この結果を図24に示す。
【0217】
図24に示したプロットデータから、粘度μ0/μ25に着目すると、以下の近似式
μ0/μ25=0.42・Ln(μ25)+4.71 ・・・(49)
を得ることができる。
【0218】
よって、25(℃)は絶対温度で298(K)であるから、前記一般式(48)
および上記近似式(49)から、下記関係式(50)
β=Ln[0.42・Ln(μ25)+4.71]/(1/273−1/298)・・・(50)
が得られる。
【0219】
また、前記一般式(46)で示されるアンドレードの式から、25℃における液体の粘度μ25(Pa・s)は、
μ25=α・exp(β/298)
となり、これにより、下記一般式(51)
α=μ25/exp(β/298) ・・・(51)
が成り立つ。
【0220】
そこで、前記した種々の物質について、前記一般式(46)・(51)および関係式(50)によって得られる以下の近似式(52)
μTK=α・exp(β/TK)
(但し、式中、α=μ25/exp(β/298)、
β=Ln[0.42・Ln(μ25)+4.71]/(1/273−1/298)
を示す)・・・(52)
を用いて求められるμTK(Pa・s)にて表される近似式粘度μ’(Pa・s)を、以下の表8に示す。
【0221】
【表8】
【0222】
また、前記一般式(46)・(51)および関係式(50)によって得られる上記近似式(52)により求められる近似式粘度μ’(Pa・s)と、実際の粘度μ(Pa・s)との関係を、図25に示す。なお、図25中、実線は、上記近似式粘度μ’(Pa・s)を示し、各識別マークは実際の粘度μ(Pa・s)を示す。
【0223】
図25に示すように、近似式粘度μ’(Pa・s)と、実際の粘度μ(Pa・s)、つまり、実測値との間にそれほどの差異はなく、上記近似式(52)の精度が良好であることが確認された。
【0224】
さらに、上記近似式(52)を、8種類のインク(インク1〜8)並びに水(H2O)に適用した場合の温度T(℃)と粘度μ(Pa・s)、μ/μ25、μ’/μ(近似式粘度/実測値)との関係を表9に示す。
【0225】
【表9】
【0226】
上記表9のデータに基づいて作成した近似式粘度μ’(Pa・s)と、実際の粘度μ(Pa・s)との関係を、図26に示す。また、図27は上記した各インク並びに水の25℃における粘度μ25と、正規化粘度μ/μ25の実測値及び近似値との関係を示す。なお、図26中、実線は、上記近似式粘度μ’(Pa・s)を示し、各識別マークは、実測値、つまり、実際の粘度μ(Pa・s)を示す。また、図27中、破線は、正規化近似粘度μ’5/μ25、及び、μ’40/μ25を示し、「○」は5℃のときの正規化粘度μ/μ25(すなわち、μ5/μ25)、「△」は40℃のときの正規化粘度μ/μ25(すなわち、μ40/μ25)、各識別マークは、実測値、つまり、実際の粘度μ(Pa・s)を示す。
【0227】
図26に示す結果から、インクカートリッジ20に用いるインクについて上記近似式(48)を適用した場合であっても、近似式粘度μ’(Pa・s)と実際の粘度μ(Pa・s)との間にそれほど差が出ないことがわかった。
【0228】
以上の検討結果により、任意の温度TK(K)におけるインクの粘度μ(Pa・s)は、μ=μ’として算出することが可能であり、上記近似式(48)を用いれば、任意の温度TK(K)におけるインクの粘度μ(Pa・s)を精度良く算出できることが確認できた。
【0229】
したがって、上記実験結果に基づけば、前記関係式(10)において、インクの粘度μ(Pa・s)に、上記近似式(52)を用いて求められるμTK(Pa・s)にて表される近似式粘度μ’(Pa・s)を適用すれば、前記関係式(10)は、以下の関係式(53)
Pμ=(k/A)・[μTK・L・(N・R)2/S]・Q ・・・(53)
(但し、係数(k/A)=485)
によって表すことができる。
【0230】
したがって、関係式(43)・(45)・(52)・(53)および実験式(2)より、フィルタの濾過精度をF(m)、インクタンク21にインクがフル充填されているときに、インクを、インク供給経路3を介して印字ヘッド1に供給しようとするときに生じるインクタンク21の水頭圧をPi(Pa)、上記インクタンク21におけるインクの粘性抵抗による圧力損失をPμ(Pa)、上記インクの表面張力をη(N/m)、上記インクタンク21に収納する前のインク吸収体22のセル密度をN(個/m)、上記インクタンク21に収納される前に対する上記インクタンク21に圧縮されて収納されたときの上記インク吸収体22の体積比で示される圧縮比をR、圧縮加工前の上記インク吸収体のセル密度をN’(個/m)、圧縮加工前に対する圧縮加工後の上記インク吸収体の体積比で示される圧縮比(圧縮率)をR’、上記インクタンク21に圧縮されて収納されたときのインク吸収体22の断面積をS(m2)、上記インクタンク21に圧縮されて収納されたときのインク吸収体22の高さをL(m)、25℃におけるインクの粘度をμ25(Pa・s)、任意の温度TK(K)における粘度をμTK(Pa・s)とすると、任意の温度TK(K)において、
4・η/F’>|Pμ|+|Pi|
Pμ=(k/A)・[μTK・L・(N・R)2/S]・Q
(但し、係数(k/A)=485)
μTK=α・exp(β/TK)、
α=μ25/exp(β/298)、
β=Ln[0.42・Ln(μ25)+4.71]/(1/273−1/298)
(但し、フィルタの開口が円形の場合はF’=F、
その他の場合はF’=√2・F)
もしくは
4・η/F’>|Pμ|+|Pi|
Pμ=(k/A)・[μTK・L・(N’・R’)2/S]・Q
(但し、係数(k/A)=485)
μTK=α・exp(β/TK)、
α=μ25/exp(β/298)、
β=Ln[0.42・Ln(μ25)+4.71]/(1/273−1/298)
(但し、フィルタの開口が円形の場合はF’=F、
その他の場合はF’=√2・F)
を満足することで、フィルタの開口部におけるインクのメニスカスの負圧の臨界値よりもインク吸収体で生じる負圧を小さく調整することができ、空気がフィルタの網目に形成されたインクのメニスカスを破り、インク供給経路3内に混入してしまうことを防止することができる。このため、上記の構成によれば、インク残量の低下以外の要因による、インク供給経路3中への空気混入を防止し、インク残量検出の誤動作を防止することができ、品位に関して信頼性の高い印刷を行うことができる。
【0231】
また、上記の構成においても、濾過精度F(m)の代わりに、セル径を用いて管理することもできるが、インク供給時(エンプティ時)の負圧を、バラツキの大きいセル径ではなく、バラツキの小さな濾過精度F(m)、つまり、開口の最短長さ(最小空隙幅)で管理することにより、安定した負圧を得ることができる。
【0232】
また、この場合に前記関係式(45)を満足することで、インク供給時、特に、インクエンプティ直前におけるインク供給時にフィルタでリークする圧力を、印字ヘッド1の吐出ノズル1aの臨界圧Pnを越えることなく適宜管理でき、吐出ノズル1aより空気の吸い込みを防止することができると共に、インク供給経路3に向かう異物を効果的に濾過し、吐出ノズル1aによる吐出動作の信頼性を高めることができる。
【0233】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、上述した各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【0234】
【発明の効果】
本発明にかかる画像形成装置は、以上のように、インクを保持する多孔質のインク収納体が収納されたインク収納部と、該インク収納部から印字ヘッドにインクを供給するインク供給経路とを備えた画像形成装置において、上記インク供給経路内部にフィルタを備え、上記フィルタの濾過精度をF(m)、上記インク収納部に収納する前のインク吸収体のセル密度をN(個/m)、上記インク収納部に収納される前に対する上記インク収納部に圧縮されて収納されたときの上記インク吸収体の体積比で示される圧縮比をRとすると、
F’<1/(N・R)
(但し、フィルタの開口が円形の場合はF’=F、
その他の場合はF’=√2・F)
を満足する構成である。
【0235】
インクを印字ヘッドに供給するとき、印字ヘッドがインクを吸引するのに必要な圧力、つまり、印字ヘッドのノズルのメニスカスによる圧力(インク吸引圧力)が、上記インク供給経路にかかる。このとき、上記のように設定することにより、インクタンク内で発生する負圧の臨界値はフィルタによって決まる。
【0236】
よって、上記の構成によれば、インクの表面張力によりインク吸収体で発生する負圧の臨界値を、該臨界値が、インクの表面張力により上記フィルタで発生する負圧、つまり、フィルタの開口部(網目)のメニスカスによる圧力(フィルタ圧)の臨界値よりも小さくなるように調整することができ、インクエンプティになる前にフィルタの網目に形成されたインクのメニスカスが破れ、空気がインク供給経路内に混入してしまうことが防止され、インクの消費に応じてインク吸収体のメニスカスが後退して安定したインク供給動作が可能となる。さらに、インク残量の低下以外の要因、例えば、キャリッジ振動、気圧もしくは周囲温度変化等によりインク収納部のインク中に生じる気泡等は、フィルタで捕獲され、インク供給経路中への空気混入を防止し、信頼性の高い印刷を行うことができるとともにインクを無駄なく消費することができる。
【0237】
よって、上記の構成によれば、インクの連続吐出時に、インクエンプティ以前にインク供給系に空気が混入するといった不具合の発生を防止し得るように、インク供給系の設計指針を有する画像形成装置を提供することができる。
【0238】
また、上記の構成によれば、上記したようにインク供給時(エンプティ時)の負圧を、バラツキの小さな濾過精度F(m)で管理することができ、安定した負圧を得ることができるという効果を併せて奏する。
【0239】
本発明にかかる画像形成装置は、以上のように、上記印字ヘッドのノズル(インク吐出ノズル)の直径をDN(m)とすると、
DN<F’<1/(N・R)
(但し、フィルタの開口が円形の場合はF’=F、
その他の場合はF’=√2・F)
を満足する構成である。
【0240】
上記の構成によれば、上記印字ヘッドのノズル(ノズル部)におけるインクのメニスカスによるインク吸引圧力の臨界値を、該臨界値が、フィルタの開口部でのインクのメニスカスによる圧力の臨界値よりも小さくなるように調整することができ、ノズル先端より空気を吸入してしまい、印字ヘッドが吐出不良となることを防止することができる。
【0241】
また、上記の構成によれば、フィルタの開口部に形成されたインクのメニスカスが破れ、インク収納部からインク供給経路内に不用意に空気を吸い込むことを防止することができ、インク吸収体が保持しているインクを、印字ヘッドに、より有効に供給することができる。したがって、上記の構成によれば、インク残量の低下以外の要因による、インク供給経路中への空気混入をより一層防止し、インク残量検出の誤動作をより効果的に防止することができるという効果を奏する。よって、上記の構成によれば、インクの連続吐出時に、インクエンプティ以前にインク供給系に空気が混入するといった不具合の発生を防止し得るように、インク供給系の設計指針を有する画像形成装置を提供することができる。
【0242】
本発明にかかる画像形成装置は、以上のように、インクを保持する多孔質のインク収納体が収納されたインク収納部と、該インク収納部から印字ヘッドにインクを供給するインク供給経路とを備えた画像形成装置において、上記インク供給経路内部にフィルタを備え、上記インク吸収体は、上記インク収納部に収納される前に予め圧縮加工が施されており、上記フィルタの濾過精度をF(m)、圧縮加工前の上記インク吸収体のセル密度をN’(個/m)、圧縮加工前に対する圧縮加工後の上記インク吸収体の体積比で示される圧縮比(圧縮率)をR’とすると、
F’<1/(N’・R’)
(但し、フィルタの開口が円形の場合はF’=F、
その他の場合はF’=√2・F)
を満足する構成である。
【0243】
インクを印字ヘッドに供給するとき、印字ヘッドがインクを吸引するのに必要な圧力、つまり、印字ヘッドのノズルのメニスカスによる圧力(インク吸引圧力)が、上記インク供給経路にかかる。このとき、上記のように設定することにより、インクタンク内で発生する負圧の臨界値はフィルタによって決まる。
【0244】
よって、インクの表面張力によりインク吸収体で発生する負圧の臨界値を、該臨界値が、インクの表面張力により上記フィルタで発生する負圧、つまり、フィルタの開口部(網目)のメニスカスによる圧力(フィルタ圧)の臨界値よりも小さくなるように調整することができ、インクエンプティになる前にフィルタの網目に形成されたインクのメニスカスが破れ、空気がインク供給経路内に混入してしまうことが防止され、インクの消費に応じてインク吸収体のメニスカスが後退して安定したインク供給動作が可能となる。さらに、インク残量の低下以外の要因、例えば、キャリッジ振動、気圧もしくは周囲温度変化等によりインク収納部のインク中に生じる気泡等はフィルタで捕獲され、インク供給経路中への空気混入を防止し、信頼性の高い印刷を行うことができるとともにインクを無駄なく消費することができるという効果を奏する。よって、上記の構成によれば、インクの連続吐出時に、インクエンプティ以前にインク供給系に空気が混入するといった不具合の発生を防止し得るように、インク供給系の設計指針を有する画像形成装置を提供することができる。
【0245】
また、上記の構成によれば、上記したようにインク供給時(エンプティ時)の負圧を、バラツキの小さな濾過精度F(m)で管理することができ、安定した負圧を得ることができるという効果を併せて奏する。
【0246】
本発明にかかる画像形成装置は、以上のように、上記印字ヘッドのノズルの直径をDN(m)とすると、
DN<F’<1/(N’・R’)
を満足する構成である。
【0247】
上記の構成によれば、上記印字ヘッドのノズル先端から空気を吸い込むことを防止することができると共に、インク収納部からインク供給経路内に不用意に空気を吸い込むことを防止することができ、インク吸収体が保持しているインクを印字ヘッドにより有効に供給することができる。したがって、上記の構成によれば、インク残量の低下以外の要因による、インク供給経路中への空気混入をより一層防止し、インク残量検出の誤動作をより効果的に防止することができるという効果を奏する。よって、上記の構成によれば、インクの連続吐出時に、インクエンプティ以前にインク供給系に空気が混入するといった不具合の発生を防止し得るように、インク供給系の設計指針を有する画像形成装置を提供することができる。
【0248】
本発明にかかる画像形成装置は、以上のように、インクを保持する多孔質のインク収納体が収納されたインク収納部と、該インク収納部から印字ヘッドにインクを供給するインク供給経路とを備えた画像形成装置において、上記インク供給経路内部にフィルタを備え、上記フィルタの濾過精度をF(m)、上記インク収納部にインクがフル充填されているときにインクを上記インク供給経路を介して上記印字ヘッドに供給しようとするときに生じるインク収納部の水頭圧をPi(Pa)、上記インク収納部におけるインクの粘性抵抗による圧力損失をPμ(Pa)、上記インクの表面張力をη(N/m)、上記インク収納部に収納する前のインク吸収体のセル密度をN(個/m)、上記インク収納部に収納される前に対する上記インク収納部に圧縮されて収納されたときの上記インク吸収体の体積比で示される圧縮比をR、上記インク収納部に圧縮されて収納されたときのインク吸収体の断面積をS(m2)、上記インク収納部に圧縮されて収納されたときのインク吸収体の高さをL(m)、25℃におけるインクの粘度をμ25(Pa・s)、任意の温度TK(K)における粘度をμTK(Pa・s)とすると、任意の温度TK(K)において、
4・η/F’>|Pμ|+|Pi|
Pμ=(k/A)・[μTK・L・(N・R)2/S]・Q
(但し、係数(k/A)=485)
μTK=α・exp(β/TK)、
α=μ25/exp(β/298)、
β=Ln[0.42・Ln(μ25)+4.71]/(1/273−1/298)
(但し、フィルタの開口が円形の場合はF’=F、
その他の場合はF’=√2・F)
を満足する構成である。
【0249】
上記の構成によれば、インク吸収体で生じる負圧を、該負圧が、フィルタの開口部におけるインクのメニスカスの負圧の臨界値よりも小さくなるように調整することができ、フィルタの開口部に形成されたインクのメニスカスが破れ、空気がインク供給経路内に混入してしまうことを防止することができる。このため、上記の構成によれば、インク残量の低下以外の要因による、インク供給経路中への空気混入を防止し、インク残量検出の誤動作を防止することができ、品位に関して信頼性の高い印刷を行うことができるという効果を奏する。よって、上記の構成によれば、インクの連続吐出時に、インクエンプティ以前にインク供給系に空気が混入するといった不具合の発生を防止し得るように、インクの特性に応じたインク供給系の設計指針を有する画像形成装置を提供することができる。
【0250】
また、上記の構成によれば、上記したようにインク供給時(エンプティ時)の最大負圧を、バラツキの小さな濾過精度F(m)で管理することができ、安定した負圧を得ることができるという効果を奏する。
【0251】
本発明にかかる画像形成装置は、以上のように、上記印字ヘッドにおけるノズルの直径をDN(m)、該ノズルのインク吐出口と上記インク収納部のインク供給口との間の水頭圧をPh(Pa)とすると、
4・η/DN−|Ph|>4・η/F’>|Pμ|+|Pi|
(但し、フィルタの開口が円形の場合はF’=F、
その他の場合はF’=√2・F)
を満足する構成である。
【0252】
上記の構成によれば、インク供給時、フィルタの開口部におけるメニスカスによる圧力の臨界値を、上記印字ヘッドのノズルのメニスカスによるインク吸引圧力の臨界値を越えることなく適宜管理でき、上記ノズルからの空気の吸い込みを防止することができると共に、インク供給経路に向かう空気及び異物を効果的に濾過することができ、上記ノズルによる吐出動作の信頼性を高めることができるという効果を奏する。よって、上記の構成によれば、インクの連続吐出時に、インクエンプティ以前にインク供給系に空気が混入するといった不具合の発生を防止し得るように、インク供給系の設計指針を有する画像形成装置を提供することができる。
【0253】
本発明にかかる画像形成装置は、以上のように、インクを保持する多孔質のインク収納体が収納されたインク収納部と、該インク収納部から印字ヘッドにインクを供給するインク供給経路とを備えた画像形成装置において、上記インク供給経路内部にフィルタを備え、上記インク吸収体は、上記インク収納部に収納される前に予め圧縮加工が施されており、上記フィルタの濾過精度をF(m)、上記インク収納部にインクがフル充填されているときにインクを上記インク供給経路を介して上記印字ヘッドに供給しようとするときに生じるインク収納部の水頭圧をPi(Pa)、上記インク収納部におけるインクの粘性抵抗による圧力損失をPμ(Pa)、上記インクの表面張力をη(N/m)、圧縮加工前の上記インク吸収体のセル密度をN’(個/m)、圧縮加工前に対する圧縮加工後の上記インク吸収体の体積比で示される圧縮比(圧縮率)をR’上記インク収納部に圧縮されて収納されたときのインク吸収体の断面積をS(m2)、上記インク収納部に圧縮されて収納されたときのインク吸収体の高さをL(m)、25℃におけるインクの粘度をμ25(Pa・s)、任意の温度TK(K)における粘度をμTK(Pa・s)とすると、任意の温度TK(K)において
4・η/F’>|Pμ|+|Pi|
Pμ=(k/A)・[μTK・L・(N’・R’)2/S]・Q
(但し、係数(k/A)=485)
μTK=α・exp(β/TK)、
α=μ25/exp(β/298)、
β=Ln[0.42・Ln(μ25)+4.71]/(1/273−1/298)
(但し、フィルタの開口が円形の場合はF’=F、
その他の場合はF’=√2・F)
を満足する構成である。
【0254】
上記の構成によれば、インク吸収体で生じる負圧を、該負圧が、フィルタの開口部におけるインクのメニスカスの負圧の臨界値よりも小さくなるように調整することができ、フィルタの開口部に形成されたインクのメニスカスが破れ、空気が、インク供給経路内に混入してしまうことを防止することができる。このため、上記の構成によれば、インク残量の低下以外の要因による、インク供給経路中への空気混入を防止し、インク残量検出の誤動作を防止することができ、品位に関して信頼性の高い印刷を行うことができるという効果を奏する。よって、上記の構成によれば、インクの連続吐出時に、インクエンプティ以前にインク供給系に空気が混入するといった不具合の発生を防止し得るように、インクの特性に応じたインク供給系の設計指針を有する画像形成装置を提供することができる。
【0255】
また、上記の構成によれば、上記したようにインク供給時(エンプティ時)の最大負圧を、バラツキの小さな濾過精度F(m)で管理することができ、安定した負圧を得ることができるという効果を奏する。
【0256】
本発明にかかる画像形成装置は、以上のように、上記印字ヘッドにおけるノズルの直径をDN(m)、該ノズルのインク吐出口と上記インク収納部のインク供給口との間の水頭圧をPh(Pa)とすると、
4・η/DN−|Ph|>4・η/F’>|Pμ|+|Pi|
(但し、フィルタの開口が円形の場合はF’=F、
その他の場合はF’=√2・F)
を満足する構成である。
【0257】
上記の構成によれば、インク供給時、フィルタの開口部におけるメニスカスによる圧力の臨界値を、上記印字ヘッドのノズルのメニスカスによるインク吸引圧力の臨界値を越えることなく適宜管理でき、上記ノズルからの空気の吸い込みを防止することができると共に、インク供給経路に向かう空気及び異物を効果的に濾過することができ、上記ノズルによる吐出動作の信頼性を高めることができるという効果を奏する。よって、上記の構成によれば、インクの連続吐出時に、インクエンプティ以前にインク供給系に空気が混入するといった不具合の発生を防止し得るように、インク供給系の設計指針を有する画像形成装置を提供することができる。
【0258】
本発明にかかる画像形成装置は、以上のように、上記インク供給経路内のインクの有無を検出する検出器を備えている構成である。
【0259】
上記の構成によれば、上記インク供給経路内のインクの有無を検出することにより、インクエンプティを確実に検出することができる。したがって、上記の構成によれば、上記インク供給経路内に空気が混入してしまうことをより確実に防止することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明の実施の一形態にかかる要部の構成を示す断面図であり、(b)は(a)に示すインクカートリッジからインク供給経路を抜いた状態を示す断面図であり、(c)は検出電極の構成を示す断面図である。
【図2】上記インクジェット記録装置の全体構成を一部切り欠いて示す斜視図である。
【図3】上記インクジェット記録装置におけるインク供給装置の概略構成図である。
【図4】上記インク供給装置のフィルタの構成を示す正面図である。
【図5】上記インクカートリッジにインクを満たした状態からインクを継続して吐出したときの時間とインクカートリッジの負圧との関係を示すグラフである。
【図6】図5を模式的に示すグラフである。
【図7】上記インクジェット記録装置のインク供給経路にかかる負圧の測定実験に用いた測定装置の概略構成図である。
【図8】図7に示す測定装置を用いて実際に測定したフィルタの濾過精度とインク供給経路にかかる負圧との関係を示すグラフである。
【図9】フィルタの濾過精度とフィルタによるインク負圧の臨界圧力との関係を示すグラフである。
【図10】セル密度と効率との関係を示すグラフである。
【図11】実装セル密度と効率との関係を示すグラフである。
【図12】インクカートリッジのフォーム材の各セルを円形管路とみなしたとき、円形管路を流れる流量と管路の圧力差とを示す模式図である。
【図13】最密充填されているセルを示す構成図である。
【図14】インクカートリッジにおける実際のフォーム材内では、球形状又は多面体上のセルが数珠状に連通している状態を示す断面図である。
【図15】実際のフォーム材内ではセルは連珠状の流路となっているとしたときの、実効直径の求め方を示す説明図である。
【図16】セルの直径をdm、その中心位置をX=0とした球状流路を積分して求めた正規化流路抵抗をRd、円柱状流路の正規化流路抵抗をRmとしたときの、Xと抵抗比Rd/Rm及びセル直径dとの関係を示すグラフである。
【図17】圧縮率と負圧との関係を示すグラフである。
【図18】インクカートリッジ内のインクが無くなる直前の状態ではフォーム材の下端のセルを毛管とみなすことができるとしたときの、毛管内の液面(インクのメニスカス)の臨界圧力を示す模式図である。
【図19】毛管内の液面(インクのメニスカス)の臨界圧力を示す模式図である。
【図20】供給口の端部の構成を拡大して示す断面図である。
【図21】(a)〜(h)はインクがノズルから吐出する状態を順に示す断面図である。
【図22】表6のデータに基づいて作成した温度T(℃)と粘度μ(Pa・s)との関係を、示すグラフである。
【図23】表7のデータに基づいて作成した温度T(℃)と、各温度T(℃)におけるμT/μ25との関係を示すグラフである。
【図24】表7に示したデータに基づいて作成した、μ25とμ/μ25との相関関係を示すグラフである。
【図25】近似式粘度μ’(Pa・s)と、実際の粘度μ(Pa・s)との関係を示すグラフである。
【図26】表9のデータに基づいて作成した近似式粘度μ’(Pa・s)と、実際の粘度μ(Pa・s)との関係を示すグラフである。
【図27】各インク並びに水の25℃におけるμ25とμ/μ25との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1 印字ヘッド
3 インク供給経路
3a インク供給経路
4 インク供給チューブ
10 インク供給装置
20 インクカートリッジ
21 インクタンク(インク収納部)
22 インク吸収体
23 フィルタ
24 インク供給口
25 検出電極(検出器)
31 フィルタ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an image forming apparatus having an ink storage unit for storing ink, and more particularly, to an ink jet recording apparatus as an image forming apparatus.
[0002]
[Prior art]
An ink jet recording apparatus is an image forming apparatus that performs printing by ejecting ink onto a sheet as recording paper, and generally includes an ink cartridge having an ink tank. , The ink is ejected from the print head onto the sheet.
[0003]
When such an ink jet recording apparatus is used, before air becomes empty, if air enters the ink supply system, it may cause a discharge failure. Therefore, measures to prevent air from being mixed by an ink absorber or a filter are widely used. I have.
[0004]
For example,
[0005]
In addition, when using such an ink jet recording apparatus, the user needs to replace the ink cartridge when the ink in the ink cartridge runs out. For this reason, the ink jet recording apparatus needs to detect the remaining amount of ink in the ink cartridge and notify the user.
[0006]
Therefore, various ink cartridges capable of detecting the remaining amount of ink have been proposed. In such ink cartridges, a method of using an optical ink level sensor to notify a user of the ink empty before sucking air into an ink supply system has been widely adopted. An electrode replaced with an electrode is used. For example,
[0007]
An ink jet recording apparatus using such an ink cartridge supplies ink from the ink cartridge to the print head by applying a negative pressure from the print head side, which is the ink discharge port side, to suck out the ink through the filter. It is supposed to. Then, the presence or absence of ink in the ink supply path is detected based on the current flowing between the electrodes. That is, when the remaining amount of the ink in the ink cartridge becomes small, the ink does not exist in the ink supply path, and the current stops flowing between the electrodes. For this reason, the case where the current stops flowing between the electrodes is detected and the ink is empty.
[0008]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-219584 (Published date: August 14, 2001)
[0009]
[Patent Document 2]
JP-A-3-288654 (publication date: December 18, 1991)
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However,
[0011]
Further, in
[0012]
In the invention described in
[0013]
Also, in the invention described in
[0014]
Further, as described above, when a negative pressure for sucking ink from the print head side which is the ink discharge port side through the filter is applied, for example, if the negative pressure on the downstream side of the filter becomes too high, the nozzle of the print head Air may be sucked in from the leading end, and the print head may cause ejection failure. Further, if the negative pressure becomes too high, air trapped by the filter may pass through the filter, and this air may block the supply path or reach the print head to cause a discharge failure. In addition, when the ink reaches the ink remaining amount detection unit, the air passing through the filter stops the current from flowing between the electrodes, and there is a possibility that the ink may be erroneously determined to be empty. As described above, when the ink supply pressure is higher than the negative pressure applied to the filter, air may be mixed into the ink supply path due to a factor other than a decrease in the remaining amount of ink, and a malfunction of the remaining ink amount detection may be caused. is there.
[0015]
However,
[0016]
SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to provide an image forming apparatus that can prevent air from entering an ink supply path due to factors other than a decrease in the amount of remaining ink. Is to do.
[0017]
Further, a further object of the present invention is to prevent problems such as air being mixed into the ink supply system before the ink becomes empty, ink supply shortage occurring, and ink leakage occurring when the ink cartridge is attached / detached, during continuous ink ejection. An object of the present invention is to provide an image forming apparatus having an ink supply system design guideline, preferably an ink supply system design guide according to the characteristics of the ink, so as to prevent the occurrence.
[0018]
A further object of the present invention is to provide an image forming apparatus capable of expanding the range of selection of a design guide for an ink absorber.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, an image forming apparatus according to the present invention has an ink storage unit (for example, an ink tank provided in an ink cartridge) that stores a porous ink storage body (for example, a foam material) that holds ink. And an ink supply path for supplying ink from the ink storage section to the print head, wherein a filter (for example, provided at an end of the ink supply path on the ink storage section side) is provided inside the ink supply path. Filter), the filtering accuracy of the filter is F (m), the cell density of the ink absorber before being stored in the ink storage unit is N (cells / m), When a compression ratio represented by a volume ratio of the ink absorber when compressed and stored in the ink storage unit is R,
F '<1 / (NR)
(However, when the opening of the filter is circular, F ′ = F,
In other cases, F '= √2 · F)
It is characterized by satisfying.
[0020]
When the ink is supplied to the print head, a pressure required for the print head to suck the ink, that is, a pressure (ink suction pressure) by the meniscus of the nozzle of the print head is applied to the ink supply path. At this time, by setting as described above, the critical value of the negative pressure generated in the ink tank is determined by the filter.
[0021]
Therefore, according to the above configuration, the critical value of the negative pressure generated in the ink absorber by the surface tension of the ink is determined by the negative pressure generated by the filter by the surface tension of the ink, that is, the opening of the filter. It can be adjusted to be smaller than the critical value of the pressure (filter pressure) due to the meniscus of the portion (mesh), the ink meniscus formed in the mesh of the filter is broken before the ink becomes empty, and the air is supplied to the ink supply path. The ink is prevented from being mixed into the ink absorber, and the meniscus of the ink absorber retreats in accordance with the consumption of the ink, thereby enabling a stable ink supply operation. Furthermore, factors other than a decrease in the remaining amount of ink, such as bubbles generated in the ink in the ink storage unit due to carriage vibration, atmospheric pressure, or a change in ambient temperature, are captured by the filter to prevent air from entering the ink supply path. In addition, highly reliable printing can be performed, and ink can be consumed without waste.
[0022]
Therefore, according to the above configuration, an image forming apparatus having a design guideline for an ink supply system is provided so that it is possible to prevent occurrence of a problem that air is mixed into the ink supply system before the ink is empty during continuous ejection of ink. Can be provided.
[0023]
Further, according to the above configuration, as described above, the negative pressure at the time of ink supply (including at the time of ink empty) can be controlled with a small variation in filtration accuracy F (m). Pressure can be obtained.
[0024]
In order to solve the above-described problems, the image forming apparatus according to the present invention is configured such that the diameter of the nozzle (ink ejection nozzle) of the print head is D.N(M)
DN<F '<1 / (NR)
(However, when the opening of the filter is circular, F ′ = F,
In other cases, F '= √2 · F)
It is characterized by satisfying.
[0025]
According to the above configuration, the critical value of the ink suction pressure due to the ink meniscus in the nozzle (nozzle portion) of the print head is set to be larger than the critical value of the pressure due to the ink meniscus at the opening of the filter. It can be adjusted to be smaller, and it is possible to prevent the air from being sucked in from the tip of the nozzle and the printing head from becoming defective in ejection.
[0026]
Further, according to the above configuration, it is possible to prevent the meniscus of the ink formed in the opening of the filter from being broken, and to prevent air from being mixed into the ink supply path. Inadvertent inhalation of air into the inside can be prevented, and the ink held by the ink absorber can be effectively supplied by the print head. Therefore, according to the above configuration, it is possible to further prevent air from entering the ink supply path due to factors other than a decrease in the remaining amount of ink, and to more effectively prevent malfunction in detecting the remaining amount of ink.
[0027]
Therefore, according to the above configuration, an image forming apparatus having a design guideline for an ink supply system is provided so that it is possible to prevent occurrence of a problem that air is mixed into the ink supply system before the ink is empty during continuous ejection of ink. Can be provided.
[0028]
In order to solve the above problems, an image forming apparatus according to the present invention has an ink storage unit (for example, an ink tank provided in an ink cartridge) that stores a porous ink storage body (for example, a foam material) that holds ink. And an ink supply path for supplying ink from the ink storage section to the print head, wherein a filter (for example, provided at an end of the ink supply path on the ink storage section side) is provided inside the ink supply path. The ink absorber is pre-compressed before being stored in the ink storage unit, and the filtering accuracy of the filter is F (m). Assuming that the cell density is N ′ (cells / m) and the compression ratio (compression ratio) indicated by the volume ratio of the ink absorber after compression processing before compression processing is R ′,
F '<1 / (N'R')
(However, when the opening of the filter is circular, F ′ = F,
In other cases, F '= √2 · F)
It is characterized by satisfying.
[0029]
As described above, when the ink is supplied to the print head, the pressure required for the print head to suck the ink, that is, the pressure (ink suction pressure) due to the meniscus of the nozzle of the print head is applied to the ink supply path. . At this time, by setting as described above, the critical value of the negative pressure generated in the ink tank is determined by the filter.
[0030]
Therefore, according to the above configuration, the critical value of the negative pressure generated in the ink absorber by the surface tension of the ink is determined by the negative pressure generated by the filter by the surface tension of the ink, that is, the opening of the filter. Can be adjusted to be smaller than the critical value of the pressure (filter pressure) due to the meniscus in the portion (mesh), and the ink meniscus formed in the mesh of the filter is broken before the ink becomes empty, and the air is supplied to the ink. The ink is prevented from being mixed into the path, and the meniscus of the ink absorber retreats in accordance with the consumption of the ink, thereby enabling a stable ink supply operation. Furthermore, factors other than a decrease in the remaining amount of ink, such as bubbles generated in the ink in the ink storage unit due to carriage vibration, atmospheric pressure, or a change in ambient temperature, are captured by the filter to prevent air from entering the ink supply path. Reliable printing can be performed, and ink can be consumed without waste.
[0031]
Therefore, according to the above configuration, an image forming apparatus having a design guideline for an ink supply system is provided so that it is possible to prevent occurrence of a problem that air is mixed into the ink supply system before the ink is empty during continuous ejection of ink. Can be provided.
[0032]
Further, according to the above configuration, as described above, the negative pressure at the time of ink supply (including at the time of emptying) can be managed with a small variation in filtration accuracy F (m). Can be obtained.
[0033]
In order to solve the above-described problems, the image forming apparatus according to the present invention is configured such that the diameter of the nozzle (ink ejection nozzle) of the print head is D.N(M)
DN<F '<1 / (N'R')
(However, when the opening of the filter is circular, F ′ = F,
In other cases, F '= √2 · F)
It is characterized by satisfying.
[0034]
According to the above configuration, the critical value of the ink suction pressure due to the ink meniscus in the nozzle (nozzle portion) of the print head is defined as the critical value of the pressure due to the meniscus of the ink at the opening of the filter. It can be adjusted to be smaller, and it is possible to prevent the air from being sucked in from the tip of the nozzle and the printing head from becoming defective in ejection.
[0035]
Further, according to the above configuration, it is possible to prevent the meniscus of the ink formed in the opening of the filter from being broken, and to prevent air from being mixed into the ink supply path, and also to prevent the ink supply path from passing through the ink supply path. Inadvertent inhalation of air into the inside can be prevented, and the ink held by the ink absorber can be effectively supplied by the print head. Therefore, according to the above configuration, it is possible to further prevent air from entering the ink supply path due to factors other than a decrease in the remaining amount of ink, and to more effectively prevent malfunction in detecting the remaining amount of ink.
[0036]
Therefore, according to the above configuration, an image forming apparatus having a design guideline for an ink supply system is provided so that it is possible to prevent occurrence of a problem that air is mixed into the ink supply system before the ink is empty during continuous ejection of ink. Can be provided.
[0037]
In order to solve the above problems, an image forming apparatus according to the present invention has an ink storage unit (for example, an ink tank provided in an ink cartridge) that stores a porous ink storage body (for example, a foam material) that holds ink. And an ink supply path for supplying ink from the ink storage section to the print head, wherein a filter (for example, provided at an end of the ink supply path on the ink storage section side) is provided inside the ink supply path. Filter), the filtering accuracy of the filter is F (m), and this occurs when ink is to be supplied to the print head via the ink supply path when the ink container is fully filled with ink. The head pressure of the ink storage unit is Pi (Pa), the pressure loss due to the viscous resistance of the ink in the ink storage unit is Pμ (Pa), The surface tension of the ink is η (N / m), the cell density of the ink absorber before being stored in the ink storage unit is N (cells / m), The compression ratio represented by the volume ratio of the ink absorber when compressed and stored is R, and the cross-sectional area of the ink absorber when compressed and stored in the ink storage unit is S (m2), The height of the ink absorber when compressed and stored in the ink storage unit is L (m), and the viscosity of the ink at 25 ° C. is μ.25(Pa · s), arbitrary temperature TKThe viscosity at (K) is μTK(Pa · s), an arbitrary temperature TKIn (K),
4 · η / F ′> | Pμ | + | Pi |
Pμ = (k / A) · [μTK・ L ・ (N ・ R)2/ S] ・ Q
(However, coefficient (k / A) = 485)
μTK= Αexp (β / TK),
α = μ25/ Exp (β / 298),
β = Ln {0.42 · Ln (μ25) + 4.71 ° / (1 / 273-1 / 298)
(However, when the opening of the filter is circular, F ′ = F,
In other cases, F '= √2 · F)
It is characterized by satisfying.
[0038]
According to the above configuration, the negative pressure generated in the ink absorber can be adjusted so that the negative pressure is smaller than the critical value of the negative pressure of the ink meniscus in the opening of the filter. It can be prevented that the meniscus of the ink formed in the portion is broken and air is mixed into the ink supply path. For this reason, according to the above-described configuration, it is possible to prevent air from entering the ink supply path due to factors other than a decrease in the remaining amount of ink, to prevent a malfunction in detecting the remaining amount of ink, and to improve reliability in terms of quality. High printing can be performed.
[0039]
Therefore, according to the above configuration, at the time of continuous ejection of ink, the design guideline of the ink supply system according to the characteristics of the ink can be prevented so that a problem such as air entering the ink supply system before the ink is empty can be prevented. An image forming apparatus having:
[0040]
Further, according to the above configuration, as described above, the maximum negative pressure at the time of ink emptying can be managed with the small filtering accuracy F (m), and as a result, a stable negative pressure can be obtained. .
[0041]
In order to solve the above-mentioned problems, the image forming apparatus according to the present invention is configured such that the diameter of a nozzle (ink ejection nozzle) in the print head is D.N(M), when the head pressure between the ink discharge port of the nozzle and the ink supply port of the ink storage unit is Ph (Pa),
4 · η / DN− | Ph |> 4 · η / F ′> | Pμ | + | Pi |
(However, when the opening of the filter is circular, F ′ = F,
In other cases, F '= √2 · F)
It is characterized by satisfying.
[0042]
According to the above configuration, the pressure that leaks through the filter during ink supply, particularly when ink is supplied immediately before the ink is empty, can be appropriately controlled without exceeding the critical pressure of the nozzles of the print head. Can be prevented, and foreign substances heading toward the ink supply path can be effectively filtered, and the reliability of the ejection operation by the nozzles can be improved.
[0043]
Therefore, according to the above configuration, an image forming apparatus having a design guideline for an ink supply system is provided so that it is possible to prevent occurrence of a problem that air is mixed into the ink supply system before the ink is empty during continuous ejection of ink. Can be provided.
[0044]
In order to solve the above problems, an image forming apparatus according to the present invention has an ink storage unit (for example, an ink tank provided in an ink cartridge) that stores a porous ink storage body (for example, a foam material) that holds ink. And an ink supply path for supplying ink from the ink storage section to the print head, wherein a filter (for example, provided at an end of the ink supply path on the ink storage section side) is provided inside the ink supply path. The ink absorber is pre-compressed before being stored in the ink storage unit, the filtering accuracy of the filter is F (m), and the ink storage unit is fully filled with ink. When the ink is supplied to the print head via the ink supply path while the ink is being supplied, the water head pressure of the ink storage unit is represented by Pi (Pa). The pressure loss due to the viscous resistance of the ink in the ink storage section is Pμ (Pa), the surface tension of the ink is η (N / m), and the cell density of the ink absorber before compression processing is N ′ (pcs / m). ), The compression ratio (compression rate) indicated by the volume ratio of the ink absorber after compression processing before compression processing is R ′, and the cross-sectional area of the ink absorber when compressed and stored in the ink storage unit is S ′. (M2), The height of the ink absorber when compressed and stored in the ink storage unit is L (m), and the viscosity of the ink at 25 ° C. is μ.25(Pa · s), arbitrary temperature TKThe viscosity at (K) is μTK(Pa · s), an arbitrary temperature TKIn (K),
4 · η / F ′> | Pμ | + | Pi |
Pμ = (k / A) · [μTK・ L ・ (N ′ ・ R ′)2/ S] ・ Q
(However, coefficient (k / A) = 485)
μTK= Αexp (β / TK),
α = μ25/ Exp (β / 298),
β = Ln {0.42 · Ln (μ25) + 4.71 ° / (1 / 273-1 / 298)
(However, when the opening of the filter is circular, F ′ = F,
In other cases, F '= √2 · F)
It is characterized by satisfying.
[0045]
According to the above configuration, at the time of ink supply, the critical value of the pressure due to the meniscus at the opening of the filter can be appropriately managed without exceeding the critical value of the ink suction pressure due to the meniscus of the nozzle of the print head. The suction of air can be prevented, and the negative pressure generated in the ink absorber can be adjusted to be smaller than the critical value of the negative pressure of the ink meniscus in the opening of the filter. It is possible to prevent the meniscus of the broken ink from being broken and air from being mixed into the ink supply path. For this reason, according to the above-described configuration, it is possible to prevent air from entering the ink supply path due to factors other than a decrease in the remaining amount of ink, to prevent a malfunction in detecting the remaining amount of ink, and to improve reliability in terms of quality. High printing can be performed.
[0046]
Therefore, according to the above configuration, at the time of continuous ejection of ink, the design guideline of the ink supply system according to the characteristics of the ink can be prevented so that a problem such as air entering the ink supply system before the ink is empty can be prevented. An image forming apparatus having:
[0047]
Further, according to the above configuration, as described above, the maximum negative pressure at the time of ink emptying can be managed with the small filtering accuracy F (m), and as a result, a stable negative pressure can be obtained. .
[0048]
In order to solve the above-mentioned problems, the image forming apparatus according to the present invention is configured such that the diameter of a nozzle (ink ejection nozzle) in the print head is D.N(M), when the head pressure between the ink discharge port of the nozzle and the ink supply port of the ink storage unit is Ph (Pa),
4 · η / DN− | Ph |> 4 · η / F ′> | Pμ | + | Pi |
(However, when the opening of the filter is circular, F ′ = F,
In other cases, F '= √2 · F)
It is characterized by satisfying.
[0049]
According to the above configuration, at the time of ink supply, the critical value of the pressure due to the meniscus at the opening of the filter can be appropriately managed without exceeding the critical value of the ink suction pressure due to the meniscus of the nozzle of the print head. The suction of air can be prevented, and the negative pressure generated in the ink absorber can be adjusted to be smaller than the critical value of the negative pressure of the ink meniscus in the opening of the filter. It is possible to prevent the meniscus of the broken ink from being broken and air from being mixed into the ink supply path. For this reason, according to the above-described configuration, it is possible to prevent air from entering the ink supply path due to factors other than a decrease in the remaining amount of ink, to prevent a malfunction in detecting the remaining amount of ink, and to improve reliability in terms of quality. High printing can be performed.
[0050]
Therefore, according to the above configuration, an image forming apparatus having a design guideline for an ink supply system is provided so that it is possible to prevent occurrence of a problem that air is mixed into the ink supply system before the ink is empty during continuous ejection of ink. Can be provided.
[0051]
Further, according to the above configuration, as described above, the maximum negative pressure at the time of ink emptying can be managed with the small filtering accuracy F (m), and as a result, a stable negative pressure can be obtained. .
[0052]
In order to solve the above-mentioned problem, an image forming apparatus according to the present invention includes a detector for detecting the presence or absence of ink in the ink supply path (for example, a detector for detecting the presence or absence of ink by stopping the flow of current between electrodes). Electrodes).
[0053]
According to the above configuration, the negative pressure generated in the ink absorber can be adjusted so that the negative pressure is smaller than the critical value of the negative pressure of the meniscus of the ink at the opening of the filter. It is possible to prevent the meniscus of the ink formed in the portion from being broken and the air from being mixed into the ink supply path. For this reason, according to the above configuration, it is possible to prevent air from entering the ink supply path due to factors other than a decrease in the remaining amount of ink, that is, a factor other than when the ink is empty, and prevent malfunction of the remaining ink amount detection. And highly reliable printing can be performed.
[0054]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
One embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
[0055]
As shown in FIG. 2, the ink jet recording apparatus as an image forming apparatus according to the present embodiment includes a sheet feeding unit, a separating unit, a conveying unit, a printing unit, and a discharging unit.
[0056]
The paper supply unit supplies a
[0057]
The separation unit is for supplying
[0058]
The transport unit is for transporting the
[0059]
The printing unit is for printing on the
[0060]
The discharge unit discharges the printed
[0061]
The ink jet recording apparatus having the above configuration performs printing by the following operation.
[0062]
First, a printing request based on image information is made to the inkjet recording apparatus from a computer (not shown) or the like. The inkjet recording apparatus that has received the print request transports the
[0063]
Next, the conveyed
[0064]
In the printing unit, ink is sprayed from a discharge nozzle (ink discharge nozzle) 1a (see FIG. 20), which is an ink nozzle unit of the
[0065]
When this is completed, the
[0066]
The printed
[0067]
Here, the
[0068]
As shown in FIG. 3, the
[0069]
As shown in FIGS. 1A and 1B, the
[0070]
An
[0071]
A
[0072]
As shown in FIGS. 1A to 1C, an ink remaining amount detection electrode (detector) is provided on the
[0073]
The
[0074]
The
[0075]
As shown in FIG. 4, the
[0076]
Then, in the
[0077]
Hereinafter, the relationship between the negative pressure applied to the
[0078]
First, when the
[0079]
However, when the amount of remaining ink decreases, the negative pressure applied to the
[0080]
That is, as the remaining amount of ink decreases, the meniscus of the ink absorbed in the
[0081]
In order to measure the negative pressure applied to the
[0082]
The ink that has been infiltrated into the
[0083]
The measurement of the negative pressure using this measuring device was performed by changing the size of the
[0084]
Then, next, this tendency is verified by making a graph (FIG. 9) the relationship between the critical pressure (maximum negative pressure) Pm of the ink negative pressure by the filter 23 (mesh filter) and the filtration accuracy F of the
[0085]
Here, the filtration accuracy F can be interpreted as the shortest length (minimum gap width) of the
[0086]
The critical pressure (critical pressure due to surface tension) Pc (Pa) at a circular opening having a diameter d (m) that forms a meniscus of ink with a liquid having a surface tension η (N / m) is represented by the following general formula (1).
Pc = 4η / d (1)
Widely known for.
[0087]
Note that, in the present embodiment, the same symbol indicates the same physical property in each of the general formula, the experimental formula, the relational formula, and the like. Also, the same symbols indicate the same units for the calculation units of the calculated values in each equation.
[0088]
Then, by substituting the filtration accuracy F (m) of the
[0089]
This is because, as shown in FIG. 4, the opening shape of the
[0090]
Therefore, based on this consideration, the critical pressure Pm (Pa) by the
Pm = 4η / (√2 · F) (2)
It is expressed as
[0091]
Thus, the vertical axis represents the critical pressure Pm of the
[0092]
From the results shown in FIG. 9, the measured values and the calculated values according to the empirical formula (2) almost matched, and it was found that the above tendency was correct. That is, from the results shown in FIGS. 8 and 9, it was found that the critical pressure Pm by the
[0093]
For this reason, in the present embodiment, as shown in FIG. 6, the negative pressure applied to the
[0094]
In the present embodiment, as a result of performing various experiments on the negative pressure applied to the
[0095]
For example, when the negative pressure of the ink supply system (the critical pressure of the
[0096]
Next, design guidelines for optimizing the
[0097]
As shown in FIGS. 1A to 1C, the
[0098]
The ink held in the porous body is discharged from the inside of the
[0099]
However, depending on the holding power of the ink held by the porous holding member in the
[0100]
In order to solve this problem, it is necessary to design guidelines for the
[0101]
・ Ink surface tension η = 0.03 (N / m) (= 30 dyn / cm)
Ink viscosity μ = 0.07 (Pa · s) (= 7 cp)
-Ink composition: H2O, pigment, polyethylene glycol
-Cell density N of ink absorber 22 (foam material) = 1.57 x 103(Pcs / m) (= 40 / inch)
-Material of the ink absorber 22 (foam material): polyurethane
・ Inner size of ink cartridge 20 (width W x depth V x height L)
W x V x L = 0.015 x 0.074 x 0.030 (m)
The outer dimensions of the
[0102]
The evaluation items in Table 1 are as follows.
[0103]
-Compression ratio R: volume ratio of the ink absorber 22 (foam material) when stored in the
Cell density N (cells / m): cell density of ink absorber 22 (foam material) before housed in
-Mounting cell density M of ink absorber 22 (foam material) at the time of compression: mounting cell density of ink absorber 22 (foam material) when compressed and stored in
・ Flow rate Q (m3/ S): Ink flow rate
Efficiency τ (%): Total outflow amount from the ink cartridge 20 (actually usable ink volume) / ink filling amount (filled ink volume)
Ink upper limit stable negative pressure Pu (Pa): The stable negative pressure in the
Ink lower limit stable negative pressure PL (Pa): measured when ink in
[0104]
[Table 1]
[0105]
In the present embodiment, from the viewpoint of the ability of the
[0106]
As will be described in detail later, as a result of detailed examination of the actually measured value of the generated negative pressure based on the fluid dynamics theory, the stable negative pressure Pu at the time of the ink upper limit is determined by the viscosity of the ink due to the viscosity resistance of the ink. It has been found that the stable negative pressure PL at the time of the lower limit of the ink is based on the surface tension η of the ink.
[0107]
In the above measurement, it is necessary to determine the ink holding force in consideration of the height of the
[0108]
For example, if the height of the
[0109]
The ink holding force is a capillary pressure based on the surface tension η, and if the cell diameter at the time of compression is regarded as a circular opening having a diameter d (m), the mounting of the ink absorber 22 (foam material) at the time of compression From the cell density M (M = N · R; strictly speaking, M ≒ N · R) (cells / m), the cell diameter d (m) at the time of compression is represented by the following relational expression (3).
d = 1 / (N · R) (3)
, The critical pressure PEAnd the cell density N (cells / m) and the compression ratio (R), assuming that the surface tension of the ink is η (N / m), from the general formula (1) and the relational expression (3), The following relational expression (4)
PE= 4 · η · (N · R) (4)
Is represented by Accordingly, the stable negative pressure PL at the ink lower limit is such that the mounting cell density M (M = N · R) is 7.87 × 103If it is not less than (pieces / m) (ie, not less than 200 pieces / inch), a holding force of 0.86 kPa and 89 mm or more can be obtained at the water head. Can be prevented.
[0110]
In addition, when ink is continuously discharged, a negative pressure of the ink supply system (critical pressure of the
[0111]
Therefore, the mounting cell density M is 12.6 × 103(M / m) or less (that is, 320 m / inch or less), the negative pressure of the ink supply system becomes 1.5 kPa or less, and even when ink is continuously ejected, a stable supply of ink with a margin is provided. Will be possible.
[0112]
If the ratio of the ink volume that can be actually used (discharged) to the ink storage volume (filled ink volume) on the inner surface of the
[0113]
Therefore, when the mounting cell density M (cells / m) (M = N · R) of the
[0114]
Although these are theoretical values, it was confirmed that the measured values also satisfied these values. That is, in Table 1, the mounting cell density M = N · R is 7.87 × 103(Pcs / m), the ink lower limit stable negative pressure PL, which is the actually measured stable negative pressure, is 0.86 kPa or more, and the mounting cell density M (M = N · R) is 12.6 × 103(M / m) or less, the negative pressure of the ink supply system is 1.5 kPa or less, and a stable supply of ink with a margin becomes possible even when ink is continuously ejected. The actually measured stable negative pressure, that is, the ink lower limit stable negative pressure PL indicates what negative pressure the meniscus of the ink can withstand.
[0115]
Next, consideration is given to the stable negative pressure PL at the lower limit of the ink and the stable negative pressure Pu at the upper limit of the ink. Note that the ink upper limit stable negative pressure Pu indicates a negative pressure when ink is flowing.
[0116]
First, for normalization, a compression ratio R = 5.5 and a flow rate Q = 8.17 nm3The value obtained by normalizing the stable negative pressure Pu at the upper limit of the ink in each data with respect to the stable negative pressure Pu at the upper limit of the ink at / s (0.49 cc / min) is defined as the starting point ratio Rs. R2 is the compression ratio R2Are normalized with respect to the compression ratio R = 5.5.
[0117]
On the other hand, compression ratio R = 5.5, flow rate Q = 8.17 nm3The value obtained by normalizing the stable negative pressure PL at the lower limit of the ink in each data with respect to the stable negative pressure PL at the lower limit of the ink at / s (0.49 cc / min) is defined as the end point ratio Re. R1 is a value obtained by normalizing the compression ratio R with respect to the compression ratio R = 5.5.
[0118]
Here, when Rs / R2 is calculated at the start point and Re / R1 is calculated at the end point, Table 1 shows that each is approximately 1. Therefore, it can be seen that the stable negative pressure Pu at the upper limit of the ink is proportional to the square of the compression ratio R, and the stable negative pressure PL at the lower limit of the ink is proportional to the compression ratio R.
[0119]
From the above results, in order to obtain more detailed design guidelines for the ink and the ink absorber 22 (foam material), these theories were added, and studies were conducted. The details will be described below.
[0120]
First, the relationship between the stable negative pressure when the ink in the
[0121]
When the ink in the
Qi = Pu · π · d4/ (128 μL) (5)
Defined by Here, Pu is a pressure drop (Pa) of the pipe due to the viscous resistance of the ink, a stable negative pressure at the upper limit of the ink, d is the pipe diameter (m), μ is the viscosity of the ink (Pa · s), and L is the pipe. The path length (m) of the road.
[0122]
Here, assuming that d (m) is the cell diameter at the time of compression, from the mounting cell density M (cells / m) (M = N · R) of the ink absorber 22 (foam material) at the time of compression, As described above, the cell diameter d (m) is determined by the following relational expression (3).
d = 1 / (N · R) (3)
Is represented by
[0123]
At this time, since the ink absorber 22 (foam material) is compressed and accommodated in the
Nd = (2 / √3) · S / (d2・ ・ ・ ・ ・ ・ (6)
Is represented by In the expression (6), S represents a cross-sectional area (width W × depth V) of the ink absorber 22 (foam material) when compressed and stored in the ink cartridge 20 (ink tank 21).
[0124]
Therefore, assuming a columnar flow path having a constant diameter composed of the number of
(However, in the formula, coefficient A = 2.83 × 10-2Represents)
Is represented by Therefore, it can be seen that the total flow rate Qt is inversely proportional to the square of the mounting cell density M (cells / m) (M = N · R) of the ink absorber 22 (foam material) during compression.
[0125]
Table 2 shows the result of calculating the total flow rate Qt, which is a theoretical value, assuming the cylindrical flow path shown in FIG.
[0126]
[Table 2]
[0127]
Inside the actual ink absorber 22 (inside the foam material), spherical or
[0128]
Here, as shown in FIG. 15, the normalized flow path resistance obtained by integrating a spherical flow path whose diameter is dm and the center position is X = 0 is Rd, and the normalized flow path resistance of the cylindrical flow path is Rd. FIG. 16 shows the resistance ratio Rd / Rm where is Rm. As shown in FIG. 16, when X is near 0, rd / Rm ≒ 1, but it can be seen that Rd / Rm increases as X approaches dm / 2 (see FIG. 15). Considering the correction coefficient k = 13.75 from this study, when the normalized cell diameter is 1, Rd / Rm = 13.75 at the position of X = 0.488. This means that the flow path can be modeled such that the
[0129]
Accordingly, the calculated flow rate Qc (m3/ S) is expressed by the following relational expression (8):
Qc = Qt / k (8)
(However, in the equation, the coefficient k represents 13.75.)
Alternatively, by substituting the relational expression (7) into the relational expression (8), the following relational expression (9) is obtained.
Qc = (A / k) · Pu · S / [μ · L · (N · R)2] ... (9)
(Where, coefficient (A / k) = 2.06 × 10-3Represents)
Can be obtained as
[0130]
Here, from Table 2, Q / Qc is approximately 1 in each data, and therefore, by using the correction coefficient k,
Q = (A / k) · Pu · S · / [μ · L · (N · R)2]
Thus, it can be understood that the flow rate Q can be accurately obtained.
[0131]
The theoretical value Pv (Pa) of the pressure loss (pressure difference ΔP) of the pipe due to the viscous resistance is calculated from the actually measured flow rate Q as follows:
Pv = (1 / A) · [μ · L · (N · R)2/ S] ・ Q
(However, in the formula, coefficient A = 2.83 × 10-2Represents)
Is represented by
[0132]
Further, the pressure loss (pressure difference ΔP) of the pipe due to the viscous resistance, that is, the pressure of the pipe due to the viscous resistance, using the correction coefficient k = 13.75 as in the relational expressions (8) and (9). Assuming that the calculated value of the loss (pressure difference ΔP) is Pμ (calculated pressure difference), the Pμ (Pa) is
Pμ = kPv
= (K / A) · [μ · L · (N · R)2/ S] · Q (10)
(Where, (k / A) = 485 is represented)
Is represented by
[0133]
Here, Table 3 shows the results of calculating the theoretical value Pv and the calculated value Pμ of the pressure loss (pressure difference ΔP) of the pipeline from the actually measured flow rate Q using the relational expression (10). In Table 3, the flow rate q indicates an actually measured flow rate per pipe.
[0134]
[Table 3]
[0135]
Here, when the ratio of the calculated value Pμ (calculated pressure difference) of the pressure loss (pressure difference ΔP) of the pipeline to the stable negative pressure Pu at the time of the ink upper limit is Pμ / Pu, it is approximately 1.
[0136]
FIG. 17 is a graph showing Tables 2 and 3. As shown in FIG. 17, the stable negative pressure based on the calculated value (calculated pressure difference Pμ) from the theoretical value is in good agreement with the actually measured stable negative pressure (stable negative pressure Pu at the ink upper limit). . Further, it is understood that the stable negative pressure Pu at the time of ink upper limit can be accurately obtained by using the correction coefficient because the stable negative pressure Pu at the time of ink upper limit is caused by the pressure loss based on the viscosity of the ink.
[0137]
Next, the relationship between the stable negative pressure when the ink in the
[0138]
When the ink in the
[0139]
Therefore, as shown in FIG. 18 (when a positive pressure is applied to the liquid) and FIG. 19 (when a negative pressure is applied to the liquid), the critical pressure Pt (Pa) of the liquid surface (ink meniscus) in the capillary is the
[0140]
Therefore, as shown in FIGS. 18 and 19, the critical pressure Pt (Pa) of the liquid surface (ink meniscus) in the capillary, that is, the critical pressure Pt by the
Pt = 2 · η · cos θ / (d / 2) (11)
Defined by Here, η is the surface tension (N / m) of the liquid (ink) in the tube, θ is the contact angle of the liquid surface (ink meniscus) in the capillary with the tube, and d is the diameter of the capillary ( m). Since the
Pt = 4 · η / d (12)
(Strictly speaking, Pt ≒ 4 · η / d).
[0141]
Therefore, from the relational expression (3) and the general expression (12), the critical pressure P by the
PE= 4 · η · (N · R) (4)
Is represented by
[0142]
Table 4 shows the result of obtaining the critical pressure Pt of the liquid surface (ink meniscus) of the
[0143]
[Table 4]
[0144]
The ratio Px / PL of the theoretical critical pressure Px obtained from the above relational expression (4) to the actual negative pressure stable negative pressure PL at the lower limit of the ink is substantially 1, so that the stable negative pressure PL at the lower limit of the ink is It is shown that the theory is based on the critical pressure of the capillary based on the surface tension of the ink, and that the stable negative pressure PL at the time of the ink lower limit can be accurately obtained.
[0145]
Conditions for preventing the problem of inadvertent leakage of ink when attaching / detaching the
[0146]
Therefore, in the
4 · η · (N · R)> 9.8 × 103・ Γ ・ h
Must be satisfied. That is, in order to prevent a problem that ink is inadvertently leaked when the
η · N · R · B> γ · h (13)
(However, in the equation, coefficient B = 4.08 × 10-4Represents)
It is necessary to satisfy
[0147]
The cell density of the ink absorber 22 (foam material) in the state of being housed in the
M = 1575 × 5.5 × 1.1 = 9528 (pieces / m) (= 242 pieces / inch)
Substituting the mounting cell density M (pieces / m) into the above relational expression (13), the following relational expression (14) is obtained.
η ・ MB ・ γ > h (14)
(However, in the equation, coefficient B = 4.08 × 10-4Represents)
Becomes Note that an actual measurement value may be used as the mounting cell density M.
[0148]
The head height h (m) of the ink with respect to the
[0149]
When handling needs to be considered, the head height of the ink in the vertical direction with respect to the
[0150]
In consideration of the distribution of cell diameters and the like, it is preferable that the safety factor be about twice or more. Therefore, the following relational expression (15)
η · N · R · B> 2 · γ · h (15)
(However, in the equation, coefficient B = 4.08 × 10-4Represents)
Or, the following relational expression (16)
η ・ M ・ B> 2 ・ γ ・ h (16)
(However, in the equation, coefficient B = 4.08 × 10-4Represents)
It is desirable to design the
[0151]
In general, the height of an ink cartridge is generally 40 mm or less, as described above, in consideration of fluctuations in the ink level. Therefore, assuming that the safety factor is 2, the specific critical pressure in the cell (opening) of the ink absorber (foam material) is 0.8 kPa (0.08 mH) as described above.2O) is preferably satisfied. Therefore, the specific critical pressure P in the
[0152]
Therefore, from the relational expression (4), the following relational expression (17) is obtained.
4 · η · N · R ≧ 800 (17)
Or the following relational expression (18)
4 · η · M ≧ 800 (18)
Is satisfied, the critical pressure P in the
[0153]
In addition, from FIG. 17, the negative pressure based on the theoretical value (theoretical value critical pressure Px) obtained from the above relational expression (4) is in good agreement with the actually measured negative pressure (the stable negative pressure PL at the lower limit of the ink). You can see that. Table 4 shows the negative pressure at each setting of the mounting cell density M (M = N · R).
[0154]
Next, a critical pressure Pn (hereinafter, sometimes referred to as a critical pressure of the nozzle) due to ink retreat of the orifice due to ejection of ink from the discharge nozzle (ink nozzle portion) 1a in the
[0155]
As shown in FIG. 20, the shape of the orifice is as follows: the diameter of the discharge nozzle of the circular tube is 20 μm, the length is 20 μm, the apex angle is 90 degrees, the apex diameter is Assume that a 20 μm frustoconical shape extends.
[0156]
When the ink ejection frequency of the
(8.17 × 10-9) /8000/64=1.6×10-14(M3) (= 16pL)
Becomes
[0157]
Table 5 shows the diameter H of the conical portion at the liquid surface (ink meniscus) position due to the receding of the ink in the orifice when one drop of ink is ejected in this case. In Table 5, the diameter H of the conical portion is 20 μm when the straight portion at the tip of the nozzle is sufficiently long by excimer laser processing or the like (see FIG. 20). Table 5 shows that one drop of ink is 1.6 × 10-14(M3) (= 16 pL) when the transient vibration of the meniscus of the ink at the nozzle tip is not taken into consideration and the transient vibration of the ink meniscus at the nozzle tip as shown in FIGS. This shows a case where the ink in the orifice retreats twice as much as the ink ejection amount. FIGS. 21A to 21H are cross-sectional views sequentially showing a state in which ink is ejected from the
[0158]
The critical pressure Pn (Pa) of the nozzle (the
Pn = 4 · η / H (19)
(Strictly speaking, Pn ≒ 4 · η / H)
Can be obtained by
[0159]
An essential condition that does not cause the ink supply shortage is (Pμ) <(Pn), and the diameter of the
(K / A) · [μ · L · (N · R)2/ S] · Q <4 · η / DN ... (20)
(However, in the equation, coefficient (k / A) = 485 is represented)
Must be satisfied. That is, if the above relational expression (20) is arranged, the following relational expression (21) is obtained.
C ・ [μ ・ L ・ Q ・ (N ・ R)2/ S] <η / DN ... (21)
(Where C = (k / A) / 4 = 121 in the formula)
Must be satisfied.
[0160]
When the mounting cell density M (pieces / m) (M = N · R) conforms to the above relational expression (21), the above essential condition is as follows:
C ・ [μ ・ L ・ Q ・ M2/ S] <η / DN ... (22)
(Where C = (k / A) / 4 = 121 in the formula)
Becomes
[0161]
Table 5 shows the critical pressure Pn of the
[0162]
[Table 5]
[0163]
From Table 5, when ink is continuously ejected, the negative pressure of the ink supply system (the critical pressure of the
[0164]
Therefore, if the negative pressure of the ink supply system is 2.0 kPa or less, ink supply becomes insufficient due to the negative pressure generated in the ink supply system, and the ink liquid surface (ink meniscus) retreats too far from the nozzle tip. It is possible to prevent the problem of inhaling air from occurring, and it is possible to supply ink stably even when ink is continuously ejected.
[0165]
If the negative pressure generated in the ink supply system is 2.0 kPa or less, ink is sucked by the surface tension of the meniscus by overcoming the negative pressure generated in the ink supply system, the meniscus advances, and ink is supplied. The ink supply ends when the negative pressure of the supply system and the meniscus suction force are balanced. Conversely, if the negative pressure generated in the ink supply system is larger than the critical pressure of the meniscus, the meniscus retreats, sucks air into the
[0166]
Considering the efficiency τ (tank efficiency), which is the ratio of the volume of ink used for ejection to the volume of ink filled in the
[0167]
Summarizing the above examination results, the conditions required for the cell density N and the compression ratio R of the ink absorber 22 (foam material) are as follows. First, from the relational expression (13), the following relational expression (23)
(N · R)> γ · h / (η · B) (23)
(However, in the equation, coefficient B = 4.08 × 10-4Represents)
Is obtained. Also, from the relational expression (21),
[Η · S / (C · DN・ Μ ・ L ・ Q)]0.5> (N · R) (24)
(However, in the formula, the coefficient C = (k / A) / 4 = 121 is represented)
Is obtained. Therefore, the conditions required for the cell density N and the compression ratio R of the ink absorber 22 (foam material) are obtained from the above relational expressions (23) and (24).
[Η · S / (C · DN・ Μ ・ L ・ Q)]0.5> (N · R)> γ · h / (η · B) (25)
(However, in the equation, coefficient B = 4.08 × 10-4, Coefficient C = 121)
Becomes
[0168]
The condition required for the mounting cell density M (M = N · R) (pieces / m) of the mounting state of the ink absorber 22 (foam material) is the same as that described above in the relational expression (14).・ From (22)
[Η · S / (C · DN・ Μ ・ L ・ Q)]0.5> M> γ · h / (η · B) (26)
(However, in the equation, coefficient B = 4.08 × 10-4, Coefficient C = 121)
Becomes Therefore, by satisfying the relational expression (25) or (26), it is possible to prevent ink leakage when the
[0169]
The ink used in the ink jet recording apparatus is
・ Viscosity μ = 0.015 to 0.15 (Pa · s)
-Ink surface tension η = 0.03 to 0.05 (N / m)
-Cell density N of ink absorber 22 (foam material) = 1.57 x 103~ 3.94 × 103(Pcs / m) (= 40-100pcs / inch)
Is common.
[0170]
Therefore, for example, as different conditions, the following conditions
・ Viscosity μ = 0.015 (Pa · s)
・ Ink surface tension η = 0.04 (N / m)
・ Cell density N of foam material = 3.15 × 103(Pcs / m) (= 80 / inch)
As a result, it was confirmed that the above-described equations were satisfied even when the conditions were changed.
[0171]
As described above, when the filter is not used, or even when the filter is used, when the opening of the filter is larger than the
[0172]
However, when the opening of the filter is made smaller than the
[0173]
For this reason, if the opening of the filter is made smaller than the
Pm ≦ 2000 (Pa) (27)
Needs to be satisfied.
[0174]
Further, as shown in the general formula (1) and the experimental formula (2), the critical pressure Pm (Pa) of the filter is determined by the surface tension η (N / m) of the ink and the size of the filter opening, that is, , And the filtering accuracy F (m) of the filter. Therefore, in order to satisfy Pm ≦ 2000 (Pa), from the general formula (1) and the empirical formula (2), if the filtering accuracy of the filter is F (m), the following relational expression (28) is obtained.
Pm = 4 · η / F ′ (28)
(However, when the opening of the filter is circular, F ′ = F,
In other cases, F '= √2 · F)
Needs to be satisfied.
[0175]
Therefore, from the above-mentioned relational expressions (27) and (28), the following relational expression (29) is partially added to the
F ′ = 4 · η / Pm (29)
(However, when the opening of the filter is circular, F ′ = F,
In other cases, F '= √2 · F)
In addition, by providing a filter that satisfies the relational expression (27), the negative pressure generated in the ink supply system, that is, in this case, the negative pressure (critical pressure Pm by the filter) generated by the filter during ink supply is reduced. The suction pressure generated at the
[0176]
Therefore, by providing the above-described filter in the
[0177]
That is, when the ink is supplied to the
[0178]
Therefore, the pressure due to the meniscus of the
[0179]
Therefore, the image forming apparatus, more specifically, the factor of the negative pressure is set so that the negative pressure generated by the filter during ink supply is smaller than the ink suction pressure by the
[0180]
In other words, in order to satisfy the above-described configuration, for example, a part (end) of the
F ′ ≧ 4 · η / 2000 (30)
(However, when the opening of the filter is circular, F ′ = F,
In other cases, F '= √2 · F)
It is desirable that a filter satisfying the following condition be provided.
[0181]
The maximum surface tension of the liquid is 0.072 N / m of water, so that the discharge energy related to the surface tension η (N / m) of the ink can be reduced, and air can be sucked and discharged from the nozzle tip of the
[0182]
Therefore, in the image forming apparatus according to the present embodiment, when the surface tension η (N / m) of the ink is 0.03, the filtering accuracy F (m) Is 42 × 10-6(M) or more, that is, a filter of 42 μm or more, preferably, a margin for fluctuation of surface tension, filtration accuracy F and the like is about 20%, F ≧ 50 × 10-6By using the filter (m), the negative pressure applied to the ink supply system, that is, the critical pressure Pm applied to the
[0183]
On the other hand, when a filter having a circular opening is used as the
[0184]
As described above, the
[0185]
For this reason, the ink suction pressure (pressure required for ink supply) generated by the
[0186]
Therefore, according to the ink jet recording apparatus, it is possible to prevent air from entering the
[0187]
Further, when the air bubbles mixed into the
[0188]
Here, as described above, in the state immediately before the ink in the
[0189]
On the other hand, the critical pressure Pm of the
(4 · η) / (√2 · F)> 4 · η · (N · R) (31)
Is represented by
[0190]
Therefore, when the above relational expression (31) is arranged for the filtering accuracy F, the following relational expression (32) is obtained.
√2 · F <1 / (N · R) (32)
Is obtained.
[0191]
Further, from the general formula (1), the critical pressure Pm ′ by a filter having a circular opening can be calculated by using the surface tension η (N / m) of the ink and the filtration accuracy F (m) as follows. Equation (33)
Pm ′ = 4 · η / F (33)
Is represented by
[0192]
Therefore, when a filter having a filtration accuracy of F (m) having a circular opening is used, the condition under which air is not inadvertently sucked from the
F <1 / (NR) (34)
Given by
[0193]
Therefore, when a filter having a filtration accuracy of F (m) is used in the
F '<1 / (NR) (35)
(However, when the opening of the filter is circular, F ′ = F,
In other cases, F '= √2 · F)
By designing the
[0194]
Note that the above conditions can be managed by using the cell diameter instead of the filtration accuracy F (m). However, as described above, the negative pressure at the time of ink supply (at the time of emptying) is controlled not by a cell diameter having a large variation but by a filtration accuracy F (m) having a small variation, that is, a shortest length of an opening (minimum gap width). By doing so, a stable negative pressure can be obtained.
[0195]
In the above-described embodiment, the cell density of the
[0196]
As the ink absorber, for example, a compressed foam material widely used for an ink absorber, such as a compressed sponge, which is heated and pressed in a compressed state and subjected to permanent compression can be used. In this case, the cell density N (cells / m) and the compression ratio R are the cell density (cells / m) of the ink absorber before compression processing and after compression processing before compression processing, that is, after compression processing. A compression ratio (compression ratio) indicated by the volume ratio of the ink absorber when the foam material is inserted into the ink tank as the ink absorber can be used.
[0197]
Therefore, assuming that the cell density of the ink absorber before compression processing is N ′ (cells / m), and the compression ratio (compression ratio) indicated by the volume ratio of the ink absorber after compression processing before compression processing is R ′. , Each of the above equations can be represented as N = N ′, R = R ′.
[0198]
For example, the relational expression (35) indicates that the filtering accuracy of the filter is F (m), the cell density of the ink absorber before compression is N ′ (cells / m), and the ink after compression with respect to the ink before compression. Assuming that the compression ratio (compression ratio) indicated by the volume ratio of the absorber is R ', the following relational expression (36)
F ′ <1 / (N ′ · R ′) (36)
(However, when the opening of the filter is circular, F ′ = F,
In other cases, F '= √2 · F)
Is represented by Note that each of the above-described equations or each of the following equations can be similarly represented as N = N ′ and R = R ′. Of course, it is needless to say that the mounting cell density M can be used instead of NR or N'R '.
[0199]
Further, the diameter of the
Pn = 4 · η / DN ... (37)
Is represented by
[0200]
Here, the condition that air is not sucked in from the nozzle tip is
Pn> Pm
As described above, the conditions for effectively supplying the ink held by the
Pm> PE
Therefore, in order to further prevent air from being mixed into the ink supply path due to factors other than a decrease in the remaining amount of ink, and to more effectively prevent malfunction in detecting the remaining amount of ink, the following conditions must be satisfied.
Pn> Pm> PE
That is, from the relational expression (31) and the general expression (37), the following relational expression (38) is satisfied.
(4 · η / DN)> (4 · η) / F ′> 4 · η · (N · R) (38)
(However, when the opening of the filter is circular, F ′ = F,
In other cases, F '= √2 · F)
It is more desirable to satisfy the following.
[0201]
Therefore, when the above relational expression (38) is rearranged for the filtering accuracy F ′ (m), the following relational expression (39) is obtained.
DN<F '<1 / (NR) (39)
(However, when the opening of the filter is circular, F ′ = F,
In other cases, F '= √2 · F)
Is obtained.
[0202]
Next, the effect of the ink level that changes with the consumption of ink will be considered. As shown in FIG. 3, when the head water pressure due to the head h between the
Pn '= Pn- | Ph | (40)
Is defined by | Ph | indicates the absolute value of Ph. That is, || indicates an absolute symbol, and | x | indicates the absolute value of x.
[0203]
At this time, the condition that the meniscus of the ink retreats too far from the nozzle tip and does not suck the air is the condition when the
Pn ′> | Pμ | − | Pi | (41)
Is satisfied, and at the time of ink empty, the following relational expression (42) is satisfied.
Pn '> Pm (42)
It is to satisfy.
[0204]
The condition that air is not sucked in from the nozzle tip when the head water pressure Ph (ink head) is not taken into account is Pn> Pm. However, by taking the head water pressure Ph into consideration, the condition becomes more practical. That is, the head head pressure Ph is set so that a negative static pressure for preventing ink leakage from the nozzle tip is generated, and the ink jet recording apparatus is closer to the nozzle tip than when the head head pressure Ph is not considered. Used in conditions where air is easily sucked. For this reason, by considering the head hydraulic pressure Ph, it is possible to make the conditions more suitable for actual use.
[0205]
Here, when the
Pm> | Pμ | + | Pi | (43)
From the above relational expressions (42) and (43), the following relation
Pn ′> Pm> | Pμ | + | Pi | (44)
Is led.
[0206]
Therefore, from the above relational expressions (41) and (44), the following relation
Pn ′> Pm> | Pμ | + | Pi |> | Pμ | − | Pi |
Is satisfied, the above relational expression (44) is satisfied, that is, the diameter of the
4 · η / DN− | Ph |> 4 · η / F ′> | Pμ | + | Pi | (45)
(However, when the opening of the filter is circular, F ′ = F,
In other cases, F '= √2 · F)
Is satisfied, it is possible to appropriately manage the pressure leaking from the
[0207]
Next, the present inventors have studied the relationship between the viscosity and temperature of various substances, and the results will be described.
[0208]
First, Table 6 below shows the relationship between the temperature T (° C.) and the viscosity μ (Pa · s) for various substances.
[0209]
[Table 6]
[0210]
FIG. 22 shows the relationship between the temperature T (° C.) and the viscosity μ (Pa · s) created based on the data in Table 6 above. From FIG. 22, it is difficult to find a correlation between the temperature T (° C.) and the viscosity μ (Pa · s).
[0211]
Table 7 below shows the viscosity μ at 25 ° C. for each of the above substances.25(Pa · s) to viscosity μT (Pa · s) at each temperature T (° C.), that is, viscosity μ at 25 ° C.25ΜT / μ at each temperature T (° C) where25(Normalized viscosity).
[0212]
[Table 7]
[0213]
Temperature T (° C.) created based on the data in Table 7 above, and viscosity μT / μ at each temperature T (° C.)25(Normalized viscosity) is shown in FIG. From FIG. 23, the temperature T (° C.) and the viscosity μ / μ25It is difficult to find a correlation with (normalized viscosity).
[0214]
By the way, in general, any temperature TKViscosity μ of liquid of (K)TK(Pa · s) is represented by the following general formula (42)
μTK= Αexp (β / TK) (46)
And is represented by the Andrade equation shown below.
[0215]
Using this Andrade equation, T25(K) The viscosity of the liquid at (= 25 ° C.)25(Pa · s), temperature TKThe viscosity of the liquid in (K) is μTK(Pa · s), the following general formula (43)
Is derived. Therefore, from the above general formula (47),
Ln (μTK/ Μ25) = (1 / TK−1 / T25) ・ Β
And the following general formula (48)
β = Ln (μTK/ Μ25) / (1 / Tk−1 / T25・ ・ ・ ・ ・ ・ (48)
Is obtained.
[0216]
Then, based on the data shown in Table 7, the viscosity μ25And viscosity μ / μ25(Normalized viscosity), where μ0/ Μ25, Μ50/ Μ25, Μ75/ Μ25The correlation with was examined. The result is shown in FIG.
[0217]
From the plot data shown in FIG.0/ Μ25Focusing on
μ0/ Μ25= 0.42 · Ln (μ25) +4.71 (49)
Can be obtained.
[0218]
Therefore, since 25 (° C.) is 298 (K) in absolute temperature, the above general formula (48)
From the above approximate expression (49), the following relational expression (50)
β = Ln [0.42 · Ln (μ25) +4.71] / (1 / 273-1 / 298) (50)
Is obtained.
[0219]
From the Andrade equation shown in the general formula (46), the viscosity μ of the liquid at 25 ° C.25(Pa · s) is
μ25= Αexp (β / 298)
By this, the following general formula (51)
α = μ25/ Exp (β / 298) (51)
Holds.
[0220]
Therefore, for the various substances described above, the following approximate expression (52) obtained by the general formulas (46) and (51) and the relational expression (50)
μTK= Αexp (β / TK)
(Where α = μ25/ Exp (β / 298),
β = Ln [0.42 · Ln (μ25) +4.71] / (1 / 273-1 / 298)
(52)
Μ usingTKThe approximate viscosity μ ′ (Pa · s) represented by (Pa · s) is shown in Table 8 below.
[0221]
[Table 8]
[0222]
Further, the approximate viscosity μ ′ (Pa · s) obtained by the above-described approximate expression (52) obtained by the general formulas (46) and (51) and the relational expression (50), and the actual viscosity μ (Pa · s) 25) are shown in FIG. In FIG. 25, the solid line indicates the approximate viscosity μ ′ (Pa · s), and each identification mark indicates the actual viscosity μ (Pa · s).
[0223]
As shown in FIG. 25, there is no significant difference between the approximate viscosity μ ′ (Pa · s) and the actual viscosity μ (Pa · s), that is, the actually measured value. It was confirmed that the accuracy was good.
[0224]
Further, the above approximation formula (52) is converted to eight kinds of inks (
[0225]
[Table 9]
[0226]
FIG. 26 shows the relationship between the approximate viscosity μ ′ (Pa · s) created based on the data in Table 9 and the actual viscosity μ (Pa · s). FIG. 27 shows the viscosity μ of each ink and water at 25 ° C.25And normalized viscosity μ /
[0227]
From the results shown in FIG. 26, even when the above-described approximate expression (48) is applied to the ink used in the
[0228]
From the above examination results, the arbitrary temperature TKThe viscosity μ (Pa · s) of the ink in (K) can be calculated as μ = μ ′, and if the approximate expression (48) is used, an arbitrary temperature TKIt was confirmed that the viscosity μ (Pa · s) of the ink in (K) can be accurately calculated.
[0229]
Therefore, based on the above experimental results, in the above-mentioned relational expression (10), the viscosity μ (Pa · s) of the ink is calculated by using the above-mentioned approximate expression (52).TKIf the approximate expression viscosity μ ′ (Pa · s) represented by (Pa · s) is applied, the relational expression (10) becomes the following relational expression (53).
Pμ = (k / A) · [μTK・ L ・ (N ・ R)2/ S] · Q (53)
(However, coefficient (k / A) = 485)
Can be represented by
[0230]
Therefore, from the relational expressions (43), (45), (52), (53) and the empirical expression (2), the filtering accuracy of the filter is F (m), and when the
4 · η / F ′> | Pμ | + | Pi |
Pμ = (k / A) · [μTK・ L ・ (N ・ R)2/ S] ・ Q
(However, coefficient (k / A) = 485)
μTK= Αexp (β / TK),
α = μ25/ Exp (β / 298),
β = Ln [0.42 · Ln (μ25) +4.71] / (1 / 273-1 / 298)
(However, when the opening of the filter is circular, F ′ = F,
In other cases, F '= √2 · F)
Or
4 · η / F ′> | Pμ | + | Pi |
Pμ = (k / A) · [μTK・ L ・ (N ′ ・ R ′)2/ S] ・ Q
(However, coefficient (k / A) = 485)
μTK= Αexp (β / TK),
α = μ25/ Exp (β / 298),
β = Ln [0.42 · Ln (μ25) +4.71] / (1 / 273-1 / 298)
(However, when the opening of the filter is circular, F ′ = F,
In other cases, F '= √2 · F)
By satisfying the above condition, the negative pressure generated in the ink absorber can be adjusted to be smaller than the critical value of the negative pressure of the ink meniscus in the opening of the filter, and the air reduces the ink meniscus formed in the mesh of the filter. It is possible to prevent breakage and mixing in the
[0231]
Also, in the above configuration, it is also possible to manage using the cell diameter instead of the filtration accuracy F (m). However, the negative pressure at the time of supplying the ink (at the time of emptying) is not controlled by the cell diameter having large variation, A stable negative pressure can be obtained by controlling the filtration accuracy F (m) with small variation, that is, the shortest length of the opening (minimum gap width).
[0232]
Further, in this case, by satisfying the relational expression (45), the pressure leaked by the filter at the time of ink supply, particularly at the time of ink supply immediately before the ink empty, exceeds the critical pressure Pn of the
[0233]
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various changes can be made within the scope shown in the claims, and the technical means disclosed in each of the above-described embodiments can be appropriately combined. Such embodiments are also included in the technical scope of the present invention.
[0234]
【The invention's effect】
As described above, the image forming apparatus according to the present invention includes an ink storage unit that stores a porous ink storage body that holds ink, and an ink supply path that supplies ink from the ink storage unit to the print head. In the image forming apparatus, a filter is provided inside the ink supply path, the filtering accuracy of the filter is F (m), and the cell density of the ink absorber before being stored in the ink storage unit is N (number / m). When a compression ratio represented by a volume ratio of the ink absorber when compressed and stored in the ink storage unit before being stored in the ink storage unit is R,
F '<1 / (NR)
(However, when the opening of the filter is circular, F ′ = F,
In other cases, F '= √2 · F)
It is a configuration that satisfies the following.
[0235]
When the ink is supplied to the print head, a pressure required for the print head to suck the ink, that is, a pressure (ink suction pressure) by the meniscus of the nozzle of the print head is applied to the ink supply path. At this time, by setting as described above, the critical value of the negative pressure generated in the ink tank is determined by the filter.
[0236]
Therefore, according to the above configuration, the critical value of the negative pressure generated in the ink absorber by the surface tension of the ink is determined by the negative pressure generated by the filter by the surface tension of the ink, that is, the opening of the filter. Can be adjusted to be smaller than the critical value of the pressure (filter pressure) due to the meniscus in the portion (mesh), and the ink meniscus formed in the mesh of the filter is broken before the ink becomes empty, and the air is supplied to the ink. The ink is prevented from being mixed into the path, and the meniscus of the ink absorber retreats in accordance with the consumption of the ink, thereby enabling a stable ink supply operation. In addition, factors other than a decrease in the remaining amount of ink, such as bubbles generated in the ink in the ink storage unit due to carriage vibration, atmospheric pressure, or a change in ambient temperature, are captured by the filter to prevent air from entering the ink supply path. In addition, highly reliable printing can be performed, and ink can be consumed without waste.
[0237]
Therefore, according to the above configuration, an image forming apparatus having a design guideline for an ink supply system is provided so that it is possible to prevent occurrence of a problem that air is mixed into the ink supply system before the ink is empty during continuous ejection of ink. Can be provided.
[0238]
Further, according to the above configuration, as described above, the negative pressure at the time of supplying the ink (at the time of emptying) can be controlled with the filtering accuracy F (m) having a small variation, and a stable negative pressure can be obtained. The effect is also achieved.
[0239]
As described above, in the image forming apparatus according to the present invention, the diameter of the nozzle (ink ejection nozzle) of the print head is set to D.N(M)
DN<F '<1 / (NR)
(However, when the opening of the filter is circular, F ′ = F,
In other cases, F '= √2 · F)
It is a configuration that satisfies the following.
[0240]
According to the above configuration, the critical value of the ink suction pressure due to the ink meniscus in the nozzle (nozzle portion) of the print head is set to be larger than the critical value of the pressure due to the ink meniscus at the opening of the filter. It can be adjusted to be smaller, and it is possible to prevent the air from being sucked in from the tip of the nozzle and the printing head from becoming defective in ejection.
[0241]
Further, according to the above configuration, it is possible to prevent the meniscus of the ink formed in the opening of the filter from being broken, and to prevent the air from being carelessly sucked into the ink supply path from the ink storage section. The retained ink can be more effectively supplied to the print head. Therefore, according to the above configuration, it is possible to further prevent air from entering the ink supply path due to factors other than a decrease in the remaining amount of ink, and to more effectively prevent malfunction in detecting the remaining amount of ink. It works. Therefore, according to the above configuration, an image forming apparatus having a design guideline for an ink supply system is provided so that it is possible to prevent occurrence of a problem that air is mixed into the ink supply system before the ink is empty during continuous ejection of ink. Can be provided.
[0242]
As described above, the image forming apparatus according to the present invention includes an ink storage unit that stores a porous ink storage body that holds ink, and an ink supply path that supplies ink from the ink storage unit to the print head. In the image forming apparatus provided with a filter, a filter is provided inside the ink supply path, the ink absorber is subjected to compression processing before being stored in the ink storage unit, and the filtering accuracy of the filter is F ( m), the cell density of the ink absorber before compression processing is N ′ (cells / m), and the compression ratio (compression rate) represented by the volume ratio of the ink absorber after compression processing before compression processing is R ′. Then
F '<1 / (N'R')
(However, when the opening of the filter is circular, F ′ = F,
In other cases, F '= √2 · F)
It is a configuration that satisfies the following.
[0243]
When the ink is supplied to the print head, a pressure required for the print head to suck the ink, that is, a pressure (ink suction pressure) by the meniscus of the nozzle of the print head is applied to the ink supply path. At this time, by setting as described above, the critical value of the negative pressure generated in the ink tank is determined by the filter.
[0244]
Therefore, the critical value of the negative pressure generated in the ink absorber due to the surface tension of the ink is determined by the negative pressure generated by the filter due to the surface tension of the ink, that is, by the meniscus of the opening (mesh) of the filter. The pressure (filter pressure) can be adjusted so as to be smaller than the critical value, and the ink meniscus formed in the mesh of the filter before the ink becomes empty breaks, causing air to enter the ink supply path. Is prevented, and the meniscus of the ink absorber recedes in accordance with the consumption of the ink, thereby enabling a stable ink supply operation. Furthermore, factors other than a decrease in the remaining amount of ink, such as bubbles generated in the ink in the ink storage unit due to carriage vibration, atmospheric pressure, or a change in ambient temperature, are captured by the filter to prevent air from entering the ink supply path. In addition, it is possible to perform printing with high reliability and to consume ink without waste. Therefore, according to the above configuration, an image forming apparatus having a design guideline for an ink supply system is provided so that it is possible to prevent occurrence of a problem that air is mixed into the ink supply system before the ink is empty during continuous ejection of ink. Can be provided.
[0245]
Further, according to the above configuration, as described above, the negative pressure at the time of supplying the ink (at the time of emptying) can be controlled with the filtering accuracy F (m) having a small variation, and a stable negative pressure can be obtained. The effect is also achieved.
[0246]
As described above, the image forming apparatus according to the present invention sets the diameter of the nozzle of the print head to DN(M)
DN<F '<1 / (N'R')
It is a configuration that satisfies the following.
[0247]
According to the configuration, it is possible to prevent suction of air from the nozzle tip of the print head, and to prevent careless suction of air from the ink storage unit into the ink supply path. The ink held by the absorber can be effectively supplied by the print head. Therefore, according to the above configuration, it is possible to further prevent air from entering the ink supply path due to factors other than a decrease in the remaining amount of ink, and to more effectively prevent malfunction in detecting the remaining amount of ink. It works. Therefore, according to the above configuration, an image forming apparatus having a design guideline for an ink supply system is provided so that it is possible to prevent occurrence of a problem that air is mixed into the ink supply system before the ink is empty during continuous ejection of ink. Can be provided.
[0248]
As described above, the image forming apparatus according to the present invention includes an ink storage unit that stores a porous ink storage body that holds ink, and an ink supply path that supplies ink from the ink storage unit to the print head. In the image forming apparatus, a filter is provided inside the ink supply path, the filtering accuracy of the filter is set to F (m), and the ink is supplied through the ink supply path when the ink container is fully filled with ink. The head pressure of the ink storage unit that occurs when the ink is to be supplied to the print head is Pi (Pa), the pressure loss due to the viscous resistance of the ink in the ink storage unit is Pμ (Pa), and the surface tension of the ink is η ( N / m), the cell density of the ink absorber before being stored in the ink storage unit is N (cells / m), The compression ratio represented by the volume ratio of the ink absorber when compressed and stored is R, and the cross-sectional area of the ink absorber when compressed and stored in the ink storage unit is S (m2), The height of the ink absorber when compressed and stored in the ink storage unit is L (m), and the viscosity of the ink at 25 ° C. is μ.25(Pa · s), arbitrary temperature TKThe viscosity at (K) is μTK(Pa · s), an arbitrary temperature TKIn (K),
4 · η / F ′> | Pμ | + | Pi |
Pμ = (k / A) · [μTK・ L ・ (N ・ R)2/ S] ・ Q
(However, coefficient (k / A) = 485)
μTK= Αexp (β / TK),
α = μ25/ Exp (β / 298),
β = Ln [0.42 · Ln (μ25) +4.71] / (1 / 273-1 / 298)
(However, when the opening of the filter is circular, F ′ = F,
In other cases, F '= √2 · F)
It is a configuration that satisfies the following.
[0249]
According to the above configuration, the negative pressure generated in the ink absorber can be adjusted so that the negative pressure is smaller than the critical value of the negative pressure of the meniscus of the ink at the opening of the filter. It is possible to prevent the meniscus of the ink formed in the portion from being broken and the air from being mixed into the ink supply path. For this reason, according to the above configuration, it is possible to prevent air from being mixed into the ink supply path due to factors other than a decrease in the remaining amount of ink, to prevent a malfunction in detecting the remaining amount of ink, and to improve the reliability of the quality. This produces an effect that high printing can be performed. Therefore, according to the above configuration, at the time of continuous ejection of ink, the design guideline of the ink supply system according to the characteristics of the ink can be prevented so that a problem such as air entering the ink supply system before the ink is empty can be prevented. An image forming apparatus having:
[0250]
Further, according to the above configuration, as described above, the maximum negative pressure at the time of supplying the ink (at the time of emptying) can be controlled with the small filtering accuracy F (m), and a stable negative pressure can be obtained. It has the effect of being able to do it.
[0251]
As described above, the image forming apparatus according to the present invention sets the diameter of the nozzle in the print head to DN(M), when the head pressure between the ink discharge port of the nozzle and the ink supply port of the ink storage unit is Ph (Pa),
4 · η / DN− | Ph |> 4 · η / F ′> | Pμ | + | Pi |
(However, when the opening of the filter is circular, F ′ = F,
In other cases, F '= √2 · F)
It is a configuration that satisfies the following.
[0252]
According to the above configuration, at the time of ink supply, the critical value of the pressure due to the meniscus at the opening of the filter can be appropriately managed without exceeding the critical value of the ink suction pressure due to the meniscus of the nozzle of the print head. In addition to preventing air from being sucked in, it is possible to effectively filter air and foreign substances heading toward the ink supply path, thereby improving the reliability of the ejection operation by the nozzles. Therefore, according to the above configuration, an image forming apparatus having a design guideline for an ink supply system is provided so that it is possible to prevent occurrence of a problem that air is mixed into the ink supply system before the ink is empty during continuous ejection of ink. Can be provided.
[0253]
As described above, the image forming apparatus according to the present invention includes an ink storage unit that stores a porous ink storage body that holds ink, and an ink supply path that supplies ink from the ink storage unit to the print head. In the image forming apparatus provided with a filter, a filter is provided inside the ink supply path, the ink absorber is subjected to compression processing before being stored in the ink storage unit, and the filtering accuracy of the filter is F ( m) The water head pressure of the ink storage unit, which is generated when the ink is to be supplied to the print head via the ink supply path when the ink storage unit is fully filled with ink, is Pi (Pa); The pressure loss due to the viscous resistance of the ink in the ink storage unit is Pμ (Pa), the surface tension of the ink is η (N / m), and the cell density of the ink absorber before compression processing is N ′. (Pieces / m), the compression ratio (compression rate) indicated by the volume ratio of the ink absorber after compression processing before compression processing is R ′ of the ink absorber when compressed and stored in the ink storage unit. The cross-sectional area is S (m2), The height of the ink absorber when compressed and stored in the ink storage unit is L (m), and the viscosity of the ink at 25 ° C. is μ.25(Pa · s), arbitrary temperature TKThe viscosity at (K) is μTK(Pa · s), an arbitrary temperature TKIn (K)
4 · η / F ′> | Pμ | + | Pi |
Pμ = (k / A) · [μTK・ L ・ (N ′ ・ R ′)2/ S] ・ Q
(However, coefficient (k / A) = 485)
μTK= Αexp (β / TK),
α = μ25/ Exp (β / 298),
β = Ln [0.42 · Ln (μ25) +4.71] / (1 / 273-1 / 298)
(However, when the opening of the filter is circular, F ′ = F,
In other cases, F '= √2 · F)
It is a configuration that satisfies the following.
[0254]
According to the above configuration, the negative pressure generated in the ink absorber can be adjusted so that the negative pressure is smaller than the critical value of the negative pressure of the meniscus of the ink at the opening of the filter. It is possible to prevent the meniscus of the ink formed in the portion from being broken and the air from being mixed into the ink supply path. For this reason, according to the above configuration, it is possible to prevent air from being mixed into the ink supply path due to factors other than a decrease in the remaining amount of ink, to prevent a malfunction in detecting the remaining amount of ink, and to improve the reliability of the quality. This produces an effect that high printing can be performed. Therefore, according to the above configuration, at the time of continuous ejection of ink, the design guideline of the ink supply system according to the characteristics of the ink can be prevented so that a problem such as air entering the ink supply system before the ink is empty can be prevented. An image forming apparatus having:
[0255]
Further, according to the above configuration, as described above, the maximum negative pressure at the time of supplying the ink (at the time of emptying) can be controlled with the small filtering accuracy F (m), and a stable negative pressure can be obtained. It has the effect of being able to do it.
[0256]
As described above, the image forming apparatus according to the present invention sets the diameter of the nozzle in the print head to DN(M), when the head pressure between the ink discharge port of the nozzle and the ink supply port of the ink storage unit is Ph (Pa),
4 · η / DN− | Ph |> 4 · η / F ′> | Pμ | + | Pi |
(However, when the opening of the filter is circular, F ′ = F,
In other cases, F '= √2 · F)
It is a configuration that satisfies the following.
[0257]
According to the above configuration, at the time of ink supply, the critical value of the pressure due to the meniscus at the opening of the filter can be appropriately managed without exceeding the critical value of the ink suction pressure due to the meniscus of the nozzle of the print head. In addition to preventing air from being sucked in, it is possible to effectively filter air and foreign substances heading toward the ink supply path, thereby improving the reliability of the ejection operation by the nozzles. Therefore, according to the above configuration, an image forming apparatus having a design guideline for an ink supply system is provided so that it is possible to prevent occurrence of a problem that air is mixed into the ink supply system before the ink is empty during continuous ejection of ink. Can be provided.
[0258]
As described above, the image forming apparatus according to the present invention is configured to include the detector that detects the presence or absence of ink in the ink supply path.
[0259]
According to the configuration, it is possible to reliably detect the ink empty by detecting the presence or absence of the ink in the ink supply path. Therefore, according to the above configuration, an effect is obtained that it is possible to more reliably prevent air from being mixed into the ink supply path.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a cross-sectional view illustrating a configuration of a main part according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view illustrating a state where an ink supply path is removed from an ink cartridge illustrated in FIG. It is a figure and (c) is sectional drawing which shows the structure of a detection electrode.
FIG. 2 is a perspective view showing the entire configuration of the inkjet recording apparatus with a part cut away.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of an ink supply device in the ink jet recording apparatus.
FIG. 4 is a front view showing a configuration of a filter of the ink supply device.
FIG. 5 is a graph showing a relationship between a time when ink is continuously ejected from a state where the ink cartridge is filled with ink and a negative pressure of the ink cartridge.
FIG. 6 is a graph schematically showing FIG. 5;
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a measuring device used in a measurement experiment of a negative pressure applied to an ink supply path of the ink jet recording apparatus.
8 is a graph showing the relationship between the filtration accuracy of the filter actually measured using the measuring device shown in FIG. 7 and the negative pressure applied to the ink supply path.
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the filtration accuracy of the filter and the critical pressure of the ink negative pressure by the filter.
FIG. 10 is a graph showing the relationship between cell density and efficiency.
FIG. 11 is a graph showing a relationship between mounting cell density and efficiency.
FIG. 12 is a schematic diagram showing a flow rate flowing through a circular pipe and a pressure difference between the pipes when each cell of the foam material of the ink cartridge is regarded as a circular pipe.
FIG. 13 is a configuration diagram showing cells that are closest packed.
FIG. 14 is a cross-sectional view showing a state in which cells on a spherical shape or a polyhedron communicate in a bead shape in an actual foam material in the ink cartridge.
FIG. 15 is an explanatory diagram showing how to determine the effective diameter when it is assumed that cells form a continuous flow path in an actual foam material.
FIG. 16 shows a normalized flow path resistance obtained by integrating a spherical flow path where the cell diameter is dm, the center position is X = 0, and Rd is a normalized flow path resistance of a cylindrical flow path. 6 is a graph showing a relationship between X, a resistance ratio Rd / Rm, and a cell diameter d at the time.
FIG. 17 is a graph showing a relationship between a compression ratio and a negative pressure.
FIG. 18 is a schematic view showing a critical pressure of a liquid surface (ink meniscus) in a capillary when a cell at a lower end of a foam material can be regarded as a capillary in a state immediately before the ink in the ink cartridge runs out. It is.
FIG. 19 is a schematic diagram illustrating a critical pressure of a liquid surface (ink meniscus) in a capillary.
FIG. 20 is an enlarged cross-sectional view showing the configuration of the end of the supply port.
FIGS. 21A to 21H are cross-sectional views sequentially showing states in which ink is ejected from nozzles.
FIG. 22 is a graph showing a relationship between a temperature T (° C.) and a viscosity μ (Pa · s) prepared based on data in Table 6.
FIG. 23 shows temperature T (° C.) created based on the data in Table 7 and μT / μ at each temperature T (° C.)256 is a graph showing a relationship with the graph.
FIG. 24 shows μ, which is created based on the data shown in Table 7.25And μ /
FIG. 25 is a graph showing the relationship between approximate viscosity μ ′ (Pa · s) and actual viscosity μ (Pa · s).
FIG. 26 is a graph showing a relationship between an approximate viscosity μ ′ (Pa · s) created based on data in Table 9 and an actual viscosity μ (Pa · s).
FIG. 27 shows μ of each ink and water at 25 ° C.25And μ /
[Explanation of symbols]
1 print head
3 Ink supply route
3a Ink supply path
4 Ink supply tube
10 Ink supply device
20 ink cartridge
21 Ink tank (ink storage section)
22 Ink absorber
23 Filter
24 Ink supply port
25 Detection electrode (detector)
31 Filter
Claims (9)
上記インク供給経路内部にフィルタを備え、
上記フィルタの濾過精度をF(m)、上記インク収納部に収納する前のインク吸収体のセル密度をN(個/m)、上記インク収納部に収納される前に対する上記インク収納部に圧縮されて収納されたときの上記インク吸収体の体積比で示される圧縮比をRとすると、
F’<1/(N・R)
(但し、フィルタの開口が円形の場合はF’=F、
その他の場合はF’=√2・F)
を満足することを特徴とする画像形成装置。An image forming apparatus comprising: an ink storage section in which a porous ink storage body that holds ink is stored; and an ink supply path that supplies ink from the ink storage section to the print head.
A filter is provided inside the ink supply path,
The filtering accuracy of the filter is F (m), the cell density of the ink absorber before being stored in the ink storage unit is N (cells / m), and the filter is compressed into the ink storage unit before being stored in the ink storage unit. When the compression ratio indicated by the volume ratio of the ink absorber when stored and stored is R,
F '<1 / (NR)
(However, if the filter opening is circular, F '= F,
In other cases, F '= √2 · F)
An image forming apparatus characterized by satisfying the following.
DN<F’<1/(N・R)
(但し、フィルタの開口が円形の場合はF’=F、
その他の場合はF’=√2・F)
を満足することを特徴とする請求項1記載の画像形成装置。When the diameter of the nozzle of the print head is D N (m),
DN <F '<1 / (NR)
(However, if the filter opening is circular, F '= F,
In other cases, F '= √2 · F)
The image forming apparatus according to claim 1, wherein the following condition is satisfied.
上記インク供給経路内部にフィルタを備え、
上記インク吸収体は、上記インク収納部に収納される前に予め圧縮加工が施されており、
上記フィルタの濾過精度をF(m)、圧縮加工前の上記インク吸収体のセル密度をN’(個/m)、圧縮加工前に対する圧縮加工後の上記インク吸収体の体積比で示される圧縮比(圧縮率)をR’とすると、
F’<1/(N’・R’)
(但し、フィルタの開口が円形の場合はF’=F、
その他の場合はF’=√2・F)
を満足することを特徴とする画像形成装置。An image forming apparatus comprising: an ink storage section in which a porous ink storage body that holds ink is stored; and an ink supply path that supplies ink from the ink storage section to the print head.
A filter is provided inside the ink supply path,
The ink absorber is pre-compressed before being stored in the ink storage unit,
The filtering accuracy of the filter is F (m), the cell density of the ink absorber before compression is N '(cells / m), and the compression is expressed by the volume ratio of the ink absorber after compression to that before compression. When the ratio (compression ratio) is R ′,
F '<1 / (N'R')
(However, if the filter opening is circular, F '= F,
In other cases, F '= √2 · F)
An image forming apparatus characterized by satisfying the following.
DN<F’<1/(N’・R’)
を満足することを特徴とする請求項3記載の画像形成装置。When the diameter of the nozzle of the print head is D N (m),
DN <F '<1 / (N'R')
The image forming apparatus according to claim 3, wherein the following is satisfied.
上記インク供給経路内部にフィルタを備え、
上記フィルタの濾過精度をF(m)、上記インク収納部にインクがフル充填されているときにインクを上記インク供給経路を介して上記印字ヘッドに供給しようとするときに生じるインク収納部の水頭圧をPi(Pa)、上記インク収納部におけるインクの粘性抵抗による圧力損失をPμ(Pa)、上記インクの表面張力をη(N/m)、上記インク収納部に収納する前のインク吸収体のセル密度をN(個/m)、上記インク収納部に収納される前に対する上記インク収納部に圧縮されて収納されたときの上記インク吸収体の体積比で示される圧縮比をR、上記インク収納部に圧縮されて収納されたときのインク吸収体の断面積をS(m2)、上記インク収納部に圧縮されて収納されたときのインク吸収体の高さをL(m)、25℃におけるインクの粘度をμ25(Pa・s)、任意の温度TK(K)における粘度をμTK(Pa・s)とすると、任意の温度TK(K)において、
4・η/F’>|Pμ|+|Pi|
Pμ=(k/A)・[μTK・L・(N・R)2/S]・Q
(但し、係数(k/A)=485)
μTK=α・exp(β/TK)、
α=μ25/exp(β/298)、
β=Ln[0.42・Ln(μ25)+4.71]/(1/273−1/298)
(但し、フィルタの開口が円形の場合はF’=F、
その他の場合はF’=√2・F)
を満足することを特徴とする画像形成装置。An image forming apparatus comprising: an ink storage section in which a porous ink storage body that holds ink is stored; and an ink supply path that supplies ink from the ink storage section to the print head.
A filter is provided inside the ink supply path,
The filtering accuracy of the filter is F (m), and the water head of the ink storage portion which is generated when the ink is to be supplied to the print head via the ink supply path when the ink storage portion is fully filled with ink. The pressure is Pi (Pa), the pressure loss due to the viscous resistance of the ink in the ink storage unit is Pμ (Pa), the surface tension of the ink is η (N / m), and the ink absorber before being stored in the ink storage unit Is the cell density of N (cells / m), R is the compression ratio represented by the volume ratio of the ink absorber when compressed and stored in the ink storage section before storage in the ink storage section, and R The sectional area of the ink absorber when compressed and stored in the ink storage unit is S (m 2 ), and the height of the ink absorber when compressed and stored in the ink storage unit is L (m). At 25 ° C The viscosity of the ink μ 25 (Pa · s), the viscosity at any temperature T K (K) and μ TK (Pa · s), at any temperature T K (K),
4 · η / F '> | Pμ | + | Pi |
Pμ = (k / A) · [μT KL · (N · R) 2 / S] · Q
(However, coefficient (k / A) = 485)
μ TK = α · exp (β / T K ),
α = μ 25 / exp (β / 298),
β = Ln [0.42 · Ln (μ 25 ) +4.71] / (1 / 273-1 / 298)
(However, if the filter opening is circular, F '= F,
In other cases, F '= √2 · F)
An image forming apparatus characterized by satisfying the following.
4・η/DN−|Ph|>4・η/F’>|Pμ|+|Pi|
(但し、フィルタの開口が円形の場合はF’=F、
その他の場合はF’=√2・F)
を満足することを特徴とする請求項5記載の画像形成装置。When the diameter of the nozzle in the print head is D N (m), and the head pressure between the ink discharge port of the nozzle and the ink supply port of the ink storage unit is Ph (Pa),
4 · η / D N − | Ph |> 4 · η / F ′> | Pμ | + | Pi |
(However, if the filter opening is circular, F '= F,
In other cases, F '= √2 · F)
6. The image forming apparatus according to claim 5, wherein the following condition is satisfied.
上記インク供給経路内部にフィルタを備え、
上記インク吸収体は、上記インク収納部に収納される前に予め圧縮加工が施されており、
上記フィルタの濾過精度をF(m)、上記インク収納部にインクがフル充填されているときにインクを上記インク供給経路を介して上記印字ヘッドに供給しようとするときに生じるインク収納部の水頭圧をPi(Pa)、上記インク収納部におけるインクの粘性抵抗による圧力損失をPμ(Pa)、上記インクの表面張力をη(N/m)、圧縮加工前の上記インク吸収体のセル密度をN’(個/m)、圧縮加工前に対する圧縮加工後の上記インク吸収体の体積比で示される圧縮比(圧縮率)をR’上記インク収納部に圧縮されて収納されたときのインク吸収体の断面積をS(m2)、上記インク収納部に圧縮されて収納されたときのインク吸収体の高さをL(m)、25℃におけるインクの粘度をμ25(Pa・s)、任意の温度TK(K)における粘度をμTK(Pa・s)とすると、任意の温度TK(K)において、
4・η/F’>|Pμ|+|Pi|
Pμ=(k/A)・[μTK・L・(N’・R’)2/S]・Q
(但し、係数(k/A)=485)
μTK=α・exp(β/TK)、
α=μ25/exp(β/298)、
β=Ln{0.42・Ln(μ25)+4.71}/(1/273−1/298)
(但し、フィルタの開口が円形の場合はF’=F、
その他の場合はF’=√2・F)
を満足することを特徴とする画像形成装置。An image forming apparatus comprising: an ink storage section in which a porous ink storage body that holds ink is stored; and an ink supply path that supplies ink from the ink storage section to the print head.
A filter is provided inside the ink supply path,
The ink absorber is pre-compressed before being stored in the ink storage unit,
The filtering accuracy of the filter is F (m), and the water head of the ink storage portion which is generated when the ink is to be supplied to the print head via the ink supply path when the ink storage portion is fully filled with ink. The pressure is Pi (Pa), the pressure loss due to the viscous resistance of the ink in the ink storage unit is Pμ (Pa), the surface tension of the ink is η (N / m), and the cell density of the ink absorber before compression processing is N ′ (pieces / m), the compression ratio (compression rate) indicated by the volume ratio of the ink absorber after compression processing before compression processing is R ′ the ink absorption when compressed and stored in the ink storage unit. The cross-sectional area of the body is S (m 2 ), the height of the ink absorber when compressed and stored in the ink storage section is L (m), and the viscosity of the ink at 25 ° C. is μ 25 (Pa · s). , any temperature T K (K) When the definitive viscosity and μ TK (Pa · s), at any temperature T K (K),
4 · η / F '> | Pμ | + | Pi |
Pμ = (k / A) · [μ TK · L · (N ′ · R ′) 2 / S] · Q
(However, coefficient (k / A) = 485)
μ TK = α · exp (β / T K ),
α = μ 25 / exp (β / 298),
β = Ln {0.42 · Ln (μ 25 ) +4.71} / (1 / 273-1 / 298)
(However, if the filter opening is circular, F '= F,
In other cases, F '= √2 · F)
An image forming apparatus characterized by satisfying the following.
4・η/DN−|Ph|>4・η/F’>|Pμ|+|Pi|
(但し、フィルタの開口が円形の場合はF’=F、
その他の場合はF’=√2・F)
を満足することを特徴とする請求項7記載の画像形成装置。When the diameter of the nozzle in the print head is D N (m), and the head pressure between the ink discharge port of the nozzle and the ink supply port of the ink storage unit is Ph (Pa),
4 · η / D N − | Ph |> 4 · η / F ′> | Pμ | + | Pi |
(However, if the filter opening is circular, F '= F,
In other cases, F '= √2 · F)
The image forming apparatus according to claim 7, wherein the following condition is satisfied.
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CN102343720A (en) * | 2010-08-06 | 2012-02-08 | 北京美科艺数码科技发展有限公司 | Automatic detection method of ink-jet-printer negative pressure system |
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2003
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102343720A (en) * | 2010-08-06 | 2012-02-08 | 北京美科艺数码科技发展有限公司 | Automatic detection method of ink-jet-printer negative pressure system |
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