JP2005103856A - 液体供給システム、流体連通構造、インク供給システムおよび前記流体連通構造を用いるインクジェット記録ヘッド - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 負圧発生手段を有するインクタンク10と、インクを記録ヘッド20に導くための液室50とをタンク側開口位置の高さが異なる2つの連通路53,54を介して流体連通させる。そして液室内に気体が存在している状態において、一方の連通路54を介して液室からは気体が、他方の連通路53を介してインクタンクからはインクが移動するようにする。タンク装着に際して、連通路54内で気液が断続し、多重にメニスカスを形成している状態となっていても、連通路54はタンク装着完了に先立って負圧が生じているインクタンクに先に連通するので、流路54を介したエア移動が生じて上記状態を解消できる。
【選択図】 図1
Description
1)プリントヘッドのインク吐出口から進入する、ないしは吐出動作に伴って発生するもの、
2)インク内部に溶存していた気体が分離したもの、
3)供給経路を構成する素材を通して外部から気体透過により進入してくるもの、および、
4)カートリッジ形態のインクタンクを交換する際に進入してくるもの、
である。
インクジェット記録ヘッドは、記録媒体に対向して配置される吐出口から液体であるインクを例えば滴として吐出させて印刷を行う関係上、吐出口からのインク溶媒の蒸発に起因するインク粘度の上昇やインクの固化、吐出口への塵埃の付着、さらには吐出口内方の液路への気泡の混入などにより吐出口に目詰まり等が生じ、印刷不良を起こすことがある。
液体を使用する液体使用部と、
前記液体使用部に連通した液室と、
前記液体を収納する液体収納部であって、大気圧に対する負圧を発生するための手段を有した当該液体収納部と、
前記液室と前記液体収納部とを連通する複数の連通路と、
を具え、
前記液室は、前記液体収納部と前記複数の連通路を介して接続が可能であり、前記複数の連通路と前記液体使用部とを除いて実質的密閉空間を形成するとともに、
前記複数の連通路は、前記液室側に位置づけられる液室側開口および前記液体収納部側に位置づけられる液体収納部側開口をそれぞれ有する少なくとも2つの連通路であり、該2つの連通路は、その一方の連通路の前記液室側開口が他方の連通路の前記液室側開口より前記液体収納部に近い位置に位置づけられ、前記一方の連通路の前記液体収納室側開口が前記他方の連通路の前記液体収納室側開口より前記液体収納部の内方に位置づけられるよう構成されてなることを特徴とする。
前記液体使用部に連通した液室と、
前記液室と前記液体収納部とを連通する複数の連通路であって、前記液体収納部を接続可能な複数の連通路と、
を具え、
前記液室は、前記複数の連通路と前記液体使用部とを除いて実質的密閉空間を形成するとともに、
前記複数の連通路は、前記液室側に位置づけられる液室側開口および前記液体収納部側に位置づけられる液体収納部側開口をそれぞれ有する少なくとも2つの連通路であり、該2つの連通路は、その一方の連通路の前記液室側開口が他方の連通路の前記液室側開口より前記液体収納部に近い位置に位置づけられ、前記一方の連通路の前記液体収納室側開口が前記他方の連通路の前記液体収納室側開口より前記液体収納部の内方に位置づけられるよう構成され、
前記密閉空間内に気体が存在する状態において、前記気体を前記一方の連通路を介して前記液体収納部に移送可能であることを特徴とする。
インクを吐出するための記録ヘッドと、
前記記録ヘッドに連通した液室と、
前記インクを収納するインクタンクであって、大気圧に対する負圧を発生するための手段を有した当該インクタンクと、
前記液室と前記インクタンクとを連通する複数の連通路と、
を具え、
前記液室は、前記インクタンクと前記複数の連通路を介して接続が可能であり、前記複数の連通路と前記インクタンクとを除いて実質的密閉空間を形成するとともに、
前記複数の連通路は、前記液室側に位置づけられる液室側開口および前記液インクタンク側に位置づけられるインクタンク側開口をそれぞれ有する少なくとも2つの連通路であり、該2つの連通路は、その一方の連通路の前記液室側開口が他方の連通路の前記液室側開口より前記インクタンクに近い位置に位置づけられ、前記一方の連通路の前記インクタンク側開口が前記他方の連通路の前記インクタンク側開口より前記インクタンクの内方に位置づけられるよう構成されてなることを特徴とする。
インク供給システムの全体構成
図1は本発明の第1の実施形態による液体(インク)供給システムの模式的断面図である。
ここで本発明の基本をなす接続部51について説明する。接続部51は内部が軸方向に沿って2分割された中空針状の部材であり、それぞれの中空部(流路)の、上側すなわちインク収納室12内に位置づけられる各開口の位置(以下、タンク側開口位置という)、および、下側すなわちヘッドに連結された液室内での各開口の位置(以下、ヘッド側開口位置という)は、鉛直方向に関して高さが異なる構成となっている。すなわち、図中の左側にある流路54のタンク側開口は図中の右側にある流路53のタンク側開口より高い位置にあり、流路53のヘッド側開口は流路54のヘッド側開口より低い位置にある。これらの理由については後述する。
しかし本発明者らは、かかる基本的な気液交換動作が阻害され、液室内の滞留エアの移送が停滞する現象が生じる場合があることを見出した。
図5はインク収納室12と液室50とが接続部51を通じて連通している状態を示す。ここで、インク流路53においては完全な液体連通状態にあるが、エア流路54内においては部分的にエアが残留し、エア(気体)とインク(液体)とが断続してあたかも虎の尾の模様の如き状態となり、流路53内で多重にメニスカスが形成された状態となっている。以下、このような状態を気液断続状態または多重メニスカス状態と呼ぶ。
よって本発明においては、特にこのようなエア流路内での多重メニスカス状態を解消し、上記基本的な気液交換動作が確実に行われるようになして、滞留エアの移送をより円滑かつ迅速に行うことを可能にするものである。そしてそのために、本実施形態では、両流路のタンク側開口位置においても鉛直方向に高さの差をもたせるものである。
図7〜図12を用い、図1の構成による本実施形態のインクタンクへの気泡除去の過程を詳細に説明する。
図13を用いて各部の圧力バランスについて説明する。この図は、図10について説明したような装着後初期のインク消費により液室内の負圧が高まって各流路内にインクが満ちており、図11のような基本的な気液交換動作が開始される際の状態であるが、説明のために仮にこの状態で静止しているものとする。
Ma = 2γicosθa/Ra (1)
ここで、γiはインクの表面張力、θaはエア流路54に対するインクの接触角、Raはエア流路54の管径(内径)である。
P+Hs−(P+Ha) = Ma (2)
Hs−Ha = Ma (3)
つまり、エア流路54のメニスカス位置とフィルタ23上流領域のインク界面との水頭差による圧力と、エア流路54のメニスカスによる圧力とがつりあっている状態である。 この状態から、フィルタ上流領域に残留する気体の容積が大きなり、
Hs−Ha > Ma (4)
となった場合においては、フィルタ上流領域内の気体圧力が高いので、エア流路54内のメニスカスがインク収納室12側に移動し始め、エアがインク収納室12側に移動することになる。また、これに伴ってインク収納室12内のインクはインク流路53を介して液室50内に移動し、液室内のインク液面位置もあがる。
Hs−Ha’ > Ma’ (5)
という関係である限りエア移動が行われ(ただし、Ma’はエア流路タンク側開口位置に形成されるメニスカス圧力)、フィルタ上流領域のインク界面がエア流路ヘッド側開口の位置に達するまでに、以下の関係
Hs−Ha’ < Ma’ (6)
となった場合には、その時点でエア移動が停止する。
La < Ma+Ma’ (7)
となったときにエア移動は停止する(ただし、エア流路長さ分の水頭差による圧力La)。
La > Ma+Ma’ (8)
である場合にはエア移動は停止せず、さらにインク界面がエア流路内を上昇する。
Hs’−Ha’ > Ma’+Ms’ (9)
という関係式である限り、図12の状態までエア移動が行われる。ただし、Hs’はエア流路内のインク界面とタンク内のインク界面との水頭差圧力、Ms’は、エア流路内のインク界面に発生する動的なメニスカス圧力である。ここで、動的状態と静的状態とでは流路に対するインクの接触角が異なるため、エア移動開始時に考察したMaと、動的なMs’とは管径が同じであっても値は異なり、Ma>Ms’である。
次に、上記実施形態の構成をさらに効果的に機能させるためのインクタンク交換状態について説明する。
図15は、本発明を適用可能なインクジェット記録装置の構成例を説明するための図である。
以上の通り、上記実施形態によれば、接続部51の内部を2分割して2つの流路を設け、各流路のヘッド側開口位置の高さに差をつけることで、複雑な構成を必要とすることなく、フィルタ上流領域の滞留気体をインクタンク側に速やかに移送することが可能となる。さらに、ヘッド側開口位置が鉛直下方に位置している流路はタンク側開口位置も鉛直下方に位置させ、ヘッド側開口位置が鉛直上方に位置している流路はタンク側開口位置も鉛直上方に位置させることで、流路内が多重メニスカス状態になっても新しいタンクを挿入することで、多重メニスカス状態を解消させ、より円滑に残留気体を移送することが可能となる。
11 シート部材
12 インク収納室
13 連通口
14 圧力板
17 封止部
20 記録ヘッド
22 フィルタ
30 バルブ室
31 バルブ室シート部材
34 バルブ室圧力板
35 バルブ室ばね部材
32,36 連通口
37 シール部材
40 ばね部材
50 液室
51 接続部
53 インク流路
54 エア流路
150 インクジェット記録装置
154 液体供給システム
153 キャリッジ
158 回復系ユニット
Claims (11)
- 液体を使用する液体使用部と、
前記液体使用部に連通した液室と、
前記液体を収納する液体収納部であって、大気圧に対する負圧を発生するための手段を有した当該液体収納部と、
前記液室と前記液体収納部とを連通する複数の連通路と、
を具え、
前記液室は、前記液体収納部と前記複数の連通路を介して接続が可能であり、前記複数の連通路と前記液体使用部とを除いて実質的密閉空間を形成するとともに、
前記複数の連通路は、前記液室側に位置づけられる液室側開口および前記液体収納部側に位置づけられる液体収納部側開口をそれぞれ有する少なくとも2つの連通路であり、該2つの連通路は、その一方の連通路の前記液室側開口が他方の連通路の前記液室側開口より前記液体収納部に近い位置に位置づけられ、前記一方の連通路の前記液体収納室側開口が前記他方の連通路の前記液体収納室側開口より前記液体収納部の内方に位置づけられるよう構成されてなることを特徴とする液体供給システム。 - 前記複数の連通路が前記液室に設けられ、当該複数の連通路に対して前記液体収納部が着脱可能であることを特徴とする請求項1に記載の液体供給システム。
- 前記液体収納部は、前記液体使用部を大気圧に対して負圧状態とする手段と、該負圧状態を調整するために、前記液室を介さず前記液体収容部内に直接大気導入を行う手段とを有することを特徴とする請求項1または2に記載の液体供給システム。
- 液体を収納する液体収納部と、前記液体を使用する液体使用部とを液体連通する流体連通構造であって、
前記液体使用部に連通した液室と、
前記液室と前記液体収納部とを連通する複数の連通路であって、前記液体収納部を接続可能な複数の連通路と、
を具え、
前記液室は、前記複数の連通路と前記液体使用部とを除いて実質的密閉空間を形成するとともに、
前記複数の連通路は、前記液室側に位置づけられる液室側開口および前記液体収納部側に位置づけられる液体収納部側開口をそれぞれ有する少なくとも2つの連通路であり、該2つの連通路は、その一方の連通路の前記液室側開口が他方の連通路の前記液室側開口より前記液体収納部に近い位置に位置づけられ、前記一方の連通路の前記液体収納室側開口が前記他方の連通路の前記液体収納室側開口より前記液体収納部の内方に位置づけられるよう構成され、
前記密閉空間内に気体が存在する状態において、前記気体を前記一方の連通路を介して前記液体収納部に移送可能であることを特徴とする流体連通構造。 - 液体使用時の姿勢において、鉛直方向に関し、前記流体連通構造は、前記液体収納部より実質的に下位に位置し、さらに前記液体使用部より実質的に上位に位置することを特徴とする請求項4に記載の流体連通構造。
- 前記2つの連通路の、前記液室側開口の鉛直方向の高さの差に対応した、前記液体の水頭による圧力差と、それぞれの前記連通路において前記液体が形成するメニスカスによる圧力の差との関係に応じて、前記一方の連通路を介して前記密閉空間内の気体が前記液体収納部に移動すると共に、前記他の連通路を介して前記液体収納部から前記液体使用部に前記液体が移送される動作が行われることを特徴とする請求項5に記載の流体連通構造。
- インクを吐出するための記録ヘッドと、
前記記録ヘッドに連通した液室と、
前記インクを収納するインクタンクであって、大気圧に対する負圧を発生するための手段を有した当該インクタンクと、
前記液室と前記インクタンクとを連通する複数の連通路と、
を具え、
前記液室は、前記インクタンクと前記複数の連通路を介して接続が可能であり、前記複数の連通路と前記インクタンクとを除いて実質的密閉空間を形成するとともに、
前記複数の連通路は、前記液室側に位置づけられる液室側開口および前記液インクタンク側に位置づけられるインクタンク側開口をそれぞれ有する少なくとも2つの連通路であり、該2つの連通路は、その一方の連通路の前記液室側開口が他方の連通路の前記液室側開口より前記インクタンクに近い位置に位置づけられ、前記一方の連通路の前記インクタンク側開口が前記他方の連通路の前記インクタンク側開口より前記インクタンクの内方に位置づけられるよう構成されてなることを特徴とするインク供給システム。 - 前記複数の連通路が前記液室に設けられ、当該複数の連通路に対して前記インクタンクが着脱可能であることを特徴とする請求項7に記載のインク供給システム。
- 前記インクタンクは、前記記録ヘッドを大気圧に対して負圧状態とする手段と、該負圧状態を調整するために、前記液室を介さず前記インクタンク内に直接大気導入を行う手段とを有することを特徴とする請求項7または8に記載のインク供給システム。
- インクを吐出することで記録を行うインクジェット記録ヘッドであって、請求項4ないし請求項6のいずれかに記載の流体連通構造を一体的に有することを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
- 請求項7ないし請求項9のいずれかに記載のインク供給システムを用い、使用時の姿勢において、鉛直方向に関し前記記録ヘッドより前記液室が実質的に上位に位置し、さらに前記インクタンクが前記液室より実質的に上位に位置するよう前記インク供給システムを保持して記録を行うことを特徴とするインクジェット記録装置。
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