JP2006239859A - Inkjet head and inkjet recorder - Google Patents

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JP2006239859A JP2005054127A JP2005054127A JP2006239859A JP 2006239859 A JP2006239859 A JP 2006239859A JP 2005054127 A JP2005054127 A JP 2005054127A JP 2005054127 A JP2005054127 A JP 2005054127A JP 2006239859 A JP2006239859 A JP 2006239859A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inkjet head which can stably exert the intended performance at all times regardless of a degassing level of ink supplied from an ink feeding source or how much a time while the ink is left staying in an apparatus passes before the start of working, by solving the instability due to a decrease of the degassing level when the ink is initially introduced or after the ink is left for a long time, and to provide an inkjet recorder. <P>SOLUTION: Stable ejection of ink is achieved also in the ink which is not degassed or whose degassing level is lowered, by setting a degassing mechanism adjacent to an ink pressure chamber of the inkjet head. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、インクジェットヘッド、特に、ヘッド内に設けた圧力室に充填されたインクを圧電素子により加圧してインク滴を吐出するインクジェットヘッドと、それを用いて被記録媒体に何らかの画像を形成するインクジェット記録装置に関するものである。   The present invention relates to an inkjet head, particularly an inkjet head that discharges ink droplets by pressurizing ink filled in a pressure chamber provided in the head with a piezoelectric element, and forms an image on a recording medium using the inkjet head. The present invention relates to an ink jet recording apparatus.

図5に示すように、従来の一般的なインクジェット記録装置は、所望の体積のインク滴を被記録媒体に対して吐出するインクジェットヘッド1に、インクを供給する交換乃至は補充可能なインクタンク2をインク供給路6を介して接続する構成になっている。家庭用インクジェットプリンター等、被印字媒体が比較的小さく印字速度が遅く印字頻度も少ない用途においては、インクの消費量も少ない為、インクタンクのインク容量はそれほど大きくする必要が無く、小型のものを短いインク供給路を介してインクジェットヘッドのごく近傍に配置する場合が多いが、比較的大きな被印字媒体に対して大きな画像形成を頻繁に行う産業用乃至は印刷用途の大型インクジェット記録装置においては、大量のインクを消費するため、インク供給源として大容量のインクタンクを必要とする。特に、シリアルプリンティング方式のインクジェット記録装置においては、主走査方向に往復運動するキャリッジにインクジェットヘッドを搭載し、主走査方向と直行する副走査方向に被記録媒体を搬送する図示しない搬送手段を備え、主走査、副走査及びインク滴吐出のタイミングを同期させて制御する事により、被印字媒体上に所望の画像形成を行う構成となっているが、この往復運動するキャリッジ上に大容量のインクタンクを配置する事は困難である為、インクタンクはキャリッジ上ではないインクジェット記録装置内の固定部分に配置し、それとインクジェットヘッドとの間をキャリッジの往復運動を吸収するだけの十分な余長を持つ、可撓性のチューブからなるインク供給路で接続する。   As shown in FIG. 5, a conventional general ink jet recording apparatus is a replaceable or replenishable ink tank 2 that supplies ink to an ink jet head 1 that ejects ink droplets of a desired volume onto a recording medium. Are connected via an ink supply path 6. In applications such as home inkjet printers where the printing medium is relatively small, printing speed is slow, and printing frequency is low, the ink consumption is small, so the ink capacity of the ink tank does not need to be increased so much. In many cases, it is arranged very close to the inkjet head via a short ink supply path, but in large-scale inkjet recording apparatuses for industrial or printing applications that frequently form large images on relatively large print media, Since a large amount of ink is consumed, a large-capacity ink tank is required as an ink supply source. In particular, in a serial printing type inkjet recording apparatus, an inkjet head is mounted on a carriage that reciprocates in the main scanning direction, and includes a transport unit (not shown) that transports a recording medium in a sub-scanning direction perpendicular to the main scanning direction. By controlling the timing of main scanning, sub-scanning, and ink droplet ejection in synchronization, a desired image is formed on the printing medium. A large-capacity ink tank is mounted on the reciprocating carriage. Since it is difficult to arrange the ink tank, the ink tank is arranged not on the carriage but in a fixed part in the ink jet recording apparatus, and has an extra length sufficient to absorb the reciprocating movement of the carriage between the ink tank and the ink tank. The ink supply path is made of a flexible tube.

インクジェットヘッドを駆動するに当たってその安定動作を確保する為には、インクジェットヘッドの吐出ノズル面に印加される水圧をある範囲内に制御する事が必要であり、ノズルからのインクの、吐出に係わらない意図せぬ流出とぼた落ちを避ける為に負の値であって、同時にインクの吐出を妨げないように負圧が一定以下であるような水圧の適正範囲が、インクジェットヘッドによって決まっている。小容量のインクダンクの場合には、そのインクジェット印字装置内での高さをインクジェットヘッドの高さに対して相対的にある位置に配置する事により、この水圧制御を行う事ができるが、その場合インクタンク内のインク量が最大の場合と空に近くなった場合とで、インクジェットヘッドに加わる水圧は変動する。この圧力変動範囲がインクジェットヘッドの安定駆動の為の適正範囲を超える場合には、図5に示したように、更にこのインクタンクとインクジェットヘッドとを接続するインク供給路の途中にサブタンク8を設けてその内部に一旦インクを溜めて、そこからインクジェットヘッドにインクを供給する構成が採用されている。このような構成では、サブタンクの中のインクの水位を図示しない水位センサーで計測し、水位が下がってインクジェットヘッドに印加される水圧がその適正範囲の下限を下回る前にインクタンクからインクをサブタンクに汲み上げ、インクジェットヘッドに印加される水圧をその適正範囲の上限を上回らない範囲内で制御する。その為に、インクカートリッジとサブタンクの間にインク汲み上げ用の汲み上げポンプ7を配置するが、この汲み上げポンプには、発生圧力、流量、流速などの制御が容易でしかも構成が簡単である、チューブポンプが用いられる事が多い。   In order to ensure the stable operation when driving the inkjet head, it is necessary to control the water pressure applied to the ejection nozzle surface of the inkjet head within a certain range, and it is not related to the ejection of ink from the nozzle. In order to avoid unintentional outflow and dripping, the ink jet head determines an appropriate range of water pressure that is a negative value and at the same time the negative pressure is below a certain level so as not to prevent ink ejection. In the case of a small-capacity ink dunk, this water pressure control can be performed by arranging the height in the inkjet printing apparatus at a position relative to the height of the inkjet head. In this case, the water pressure applied to the inkjet head varies depending on whether the amount of ink in the ink tank is maximum or near the sky. When the pressure fluctuation range exceeds the appropriate range for stable driving of the ink jet head, as shown in FIG. 5, a sub tank 8 is provided in the middle of the ink supply path connecting the ink tank and the ink jet head. A configuration is adopted in which ink is temporarily stored in the interior and then supplied to the inkjet head. In such a configuration, the water level of the ink in the sub tank is measured by a water level sensor (not shown), and the ink is supplied from the ink tank to the sub tank before the water level drops and the water pressure applied to the inkjet head falls below the lower limit of the appropriate range. The water pressure applied to the ink jet head is controlled within a range that does not exceed the upper limit of the appropriate range. For this purpose, a pump 7 for pumping ink is arranged between the ink cartridge and the sub tank. This pump is a tube pump that can easily control the generated pressure, flow rate, flow velocity, etc., and has a simple configuration. Is often used.

また、空のインクジェットヘッドに最初にインクを導入する場合や、何らかの原因でインクジェットヘッドのノズルの何れかのメニスカスが壊れてしまってインクジェットヘッドの内部に空気が侵入した場合などには、ヘッドの内部にインクを流入させて内部の空気を押し出すと同時に内部をインクで完全に充填する必要があるが、この目的でインクタンク乃至はサブタンクとインクジェットヘッドの間に加圧ポンプ9を設けてインク供給路内のインクをインクジェットヘッド内に圧力輸送するか、乃至はインクジェットヘッドのインク吐出面をキャップ11でシールした後にキャップ内の空気を吸引ポンプ12で吸引する事によりインクジェットヘッドのノズル経由で内部の空気を吸い出してインクで充填するかの何れかの構成が使用され、更には図5のようにその両方の機構を備えている場合もある。加圧ポンプを備える場合には、インクの加圧輸送時にはそれを介してインクを供給し、一方インクジェットヘッドの吐出動作により印字を行う場合にはそれに適正範囲の水圧を加えるべくサブタンク乃至はインクタンクにインク供給路が連通し、加圧ポンプはバイパスされるよう、図5に示すようにインク供給路を切り替える三方弁10を配置する。   Also, when ink is first introduced into an empty inkjet head, or when any meniscus of an inkjet head nozzle is broken for some reason and air enters the interior of the inkjet head, etc. It is necessary to inject the ink into the air and push out the air inside. At the same time, the inside needs to be completely filled with the ink. For this purpose, a pressure pump 9 is provided between the ink tank or the sub tank and the ink jet head to provide an ink supply path. The ink inside the ink jet head is transported by pressure, or the ink discharge surface of the ink jet head is sealed with the cap 11, and then the air inside the cap is sucked with the suction pump 12, thereby the air inside the ink jet head via the nozzle of the ink jet head. Any configuration of sucking out and filling with ink is used Furthermore in some cases it has a both mechanisms as shown in FIG. When a pressure pump is provided, ink is supplied through the ink when it is transported under pressure. On the other hand, when printing is performed by the ejection operation of the inkjet head, a sub tank or ink tank is applied to apply an appropriate range of water pressure. As shown in FIG. 5, a three-way valve 10 for switching the ink supply path is disposed so that the ink supply path communicates with the pressure pump.

この種のインクジェット印字装置において用いるインクには、内部に溶解している空気を除去する脱気を施す事が一般に行われる。これは第一に、インク中に溶解している空気が圧力・温度などの変動により飽和濃度に達してインク中に析出し、これがインクタンクからインクジェットヘッドのノズルまでの間のどこかに集積・滞留しインク流の隘路となって安定なインク供給を妨げる事を防止する為であり、第二に、インクジェット印字装置にインクタンクからのインクを最初に導入する時に、インク供給路の屈曲部やその汲み上げ乃至加圧ポンプ、サブタンク、インクジェットヘッドなどとの接続部に用いられているチューブコネクター13、更にはインクジェットヘッド内部の凹凸部やコーナー部等に滞留しがちである気泡の発生を妨げ、乃至はたとえ発生したとしても脱気により空気の溶存度が未飽和なインク中に速やかに溶解除去せしめてインク流の隘路となるのを防止する為であり、そして第三に、インクジェットヘッドの吐出時に内部に生じる圧力変動により、インク中に溶存している空気がキャビテーションによりヘッド内の気泡として発生し、インクジェットヘッドの安定な吐出動作を妨げるのを防止する為である。第一、第二の効果は、インクの安定供給を確保するという目的からしてインクジェットヘッドの種別によらずこの種の全てのインクジェット印字装置において期待されるものであるが、特にヘッド内に設けた圧力室に充填されたインクに圧電素子により加圧してインク滴を吐出する、いわゆるピエゾ型インクジェットヘッドを用いる場合においては、圧力室内存在する気泡は圧電素子による加圧を吸収してインクの吐出を妨げる為、第二の効果はますます重要となる。更に、この種のインクジェットヘッドで飽和濃度に近いレベルの溶存空気を含むインクを使用した場合、インクジェットヘッド自身が圧力室内に発生させる圧力変動によりインクのキャビテーションを生じて、自ら圧力室内に気泡を形成してしまう事が起こる為、この種のインクジェットヘッドにとっては第三の効果は非常に重要である。   Ink used in this type of ink jet printing apparatus is generally deaerated to remove the air dissolved therein. First, air dissolved in the ink reaches a saturated concentration due to fluctuations in pressure, temperature, etc. and precipitates in the ink, which accumulates somewhere between the ink tank and the nozzle of the inkjet head. This is to prevent the stagnant ink flow and disturbing the stable ink supply. Secondly, when the ink from the ink tank is first introduced into the ink jet printing apparatus, Prevents the generation of air bubbles that tend to stay in the pump connector, the pump connector, the sub-tank, the tube connector 13 used in the connection part of the ink jet head, etc., and also the concave and convex parts and the corner part inside the ink jet head, Even if it occurs, it quickly dissolves and removes in the ink in which the degree of dissolved air is not saturated by deaeration, which becomes a bottleneck of ink flow Third, due to pressure fluctuations that occur inside the inkjet head during discharge, air dissolved in the ink is generated as bubbles in the head due to cavitation, and the inkjet head is stably ejected. This is to prevent obstruction. The first and second effects are expected in all ink jet printing apparatuses of this type regardless of the type of ink jet head for the purpose of ensuring a stable supply of ink. In the case of using a so-called piezo-type ink jet head that pressurizes ink filled in a pressure chamber with a piezoelectric element and ejects ink droplets, bubbles in the pressure chamber absorb the pressure applied by the piezoelectric element and eject ink. The second effect is increasingly important to prevent Furthermore, when ink containing dissolved air at a level close to saturation is used with this type of inkjet head, ink cavitation occurs due to pressure fluctuations generated in the pressure chamber by the inkjet head itself, forming bubbles in the pressure chamber itself. The third effect is very important for this type of inkjet head.

なお、インクジェットヘッドはインクを吐出する開口部として狭小なノズルを持つ為、このノズルにゴミやインクが劣化した結果として生じる凝集物などが詰まってインクの吐出を妨害する事を防ぐ為に、ノズルを通過できないような大きさの粒子を除去する網目状のフィルターを持つ事が一般的である。このようなフィルターは、インクジェットヘッドの内部、特に圧力室への固体粒子の侵入を防ぐ為に、インクを導入する為の開口部乃至は、インクジェットヘッド内部の圧力室に隣接した流路部分に設けられる事が多いが、微細な粒子の通過を阻止する為に、目の詰まった網目を用いる事から、これらのフィルターの開口率は低くなりがちである。その結果、粘性を持つインクの流れに対するフィルターの流体抵抗とインクの流速で決まる圧力損失が生じる。インクの流量はインクジェットヘッドからの時間当たりのインク吐出量に依存して変動する為、それに連れてこのような圧力損失も変動し、インクジェットヘッドの吐出ノズル面に印加される水圧を適正範囲内に維持する上で障害になる。従って、この圧力低下を極力小さくする為に、フィルターの流体抵抗を下げる事が望ましく、フィルターの面積を増やして全体としての有効な開口面積を拡大する事が多く行われる。しかしながら、このような設計ではフィルターの近傍でインクの流路の断面積を急に拡大する事により、この付近で流れの形状が変化する事が避けられなくなる。そして、フィルターの流体抵抗の為にそこでの単位面積あたりの流速はその前後に比べて小さくなる為、インク中に気泡が含まれている場合には、このようなフィルターの網目に引っかかり、その前後に停留する場合が多くなる。こうして停留した気泡は、やがて複数が結合して次第に大きく成長し、インクの流れの隘路を形成する事が多く、その形状、面積、開口率などは周囲の形状と併せて注意深く設計される事が重要である。   Since the inkjet head has a narrow nozzle as an opening for discharging ink, in order to prevent the nozzle from being clogged with dust or agglomerates generated as a result of deterioration of the ink, the nozzle is prevented. It is common to have a mesh filter that removes particles that cannot pass through the filter. In order to prevent solid particles from entering the interior of the ink jet head, particularly the pressure chamber, such a filter is provided in an opening for introducing ink or in a channel portion adjacent to the pressure chamber inside the ink jet head. In many cases, the aperture ratio of these filters tends to be low because of the use of a closed mesh to prevent the passage of fine particles. As a result, a pressure loss determined by the fluid resistance of the filter with respect to the viscous ink flow and the ink flow velocity occurs. Since the ink flow rate varies depending on the amount of ink discharged per hour from the inkjet head, the pressure loss also varies accordingly, and the water pressure applied to the ejection nozzle surface of the inkjet head is within the appropriate range. It becomes an obstacle to maintain. Therefore, in order to minimize this pressure drop, it is desirable to reduce the fluid resistance of the filter, and the effective opening area as a whole is often increased by increasing the area of the filter. However, in such a design, it is inevitable that the shape of the flow changes in the vicinity of the filter by rapidly expanding the cross-sectional area of the ink flow path in the vicinity of the filter. And because of the fluid resistance of the filter, the flow velocity per unit area there is smaller than before and after that, so if the ink contains bubbles, it will get caught in such a filter mesh, There are many cases where it stops at. In many cases, the bubbles that are retained in this way will gradually grow together to form a bottleneck of ink flow, and the shape, area, aperture ratio, etc. may be carefully designed along with the surrounding shape. is important.

このように、ピエゾ型インクジェットヘッドを用いるインクジェット記録装置においては、インクタンクからインクジェットヘッドに至るインク供給路やその他のインク供給にかかわる部品の内部を、インクジェットヘッド自体を含めて全て溶存空気を排除したインクで満たすような構成とする事が、上記第一、第二、第三の効果を遺憾なく発揮する為に重要となる。その為、具体的には、インクタンクとしては、製造過程で十分に脱気したインクを空気の透過を極力抑えたインクバッグ3に封入し、更にそのインクバッグを保護容器内に収納するカートリッジ構造を用いている例が多い。この場合、インクバッグの出口は空気を通さないスパウト4で封止して大気からインク中への空気の溶解を防ぎ、インクジェット記録装置での使用に当たっては、このカートリッジ構造のインクタンクを装置に挿入する際に、装置に取り付けられたニードル5でスパウトを突き破る事により、インクバッグとインク供給路を接続すると同時に、スパウトでニードル外周を密にシールする事でインクバッグ内のインクと大気との接触を防ぐ。乃至は、インクタンクは大気に開放された単なるインクの収容容器とし、そこから汲み上げたインクを脱気装置14に供給し、十分に脱気した後にサブタンクに輸送する構造とする事も出来る。更には、脱気装置をインクタンクとサブタンクの間ではなく、サブタンクとインクジェットヘッドとの間に配置し、常時インク供給路内のインクの溶存酸素量を監視して脱気レベルが低下した場合には複数の三方弁を切替えてインクジェットヘッド内のインクを一旦サブタンクに戻し、それを脱気装置を介して還流させる事により、インク供給路内のインクの脱気レベルを保つ、非常に複雑な構造が、特許文献1に開示されている。このような例で用いる脱気装置は一般に、内部を通過するインクから溶存空気を除去する脱気モジュール15とそれに接続された排気管16、及び排気管を介して脱気モジュールを真空排気する真空排気ポンプ17から構成される。脱気モジュールとしては、液体を通さないが気体の透過性がある気液分離型中空糸膜で出来たチューブを真空室内に配置し、その内部にインクを通過させると同時に外部真空室内を排気する事により、中空糸膜を介してインクから空気を脱気するものが特許文献2に開示されている。   As described above, in the ink jet recording apparatus using the piezo type ink jet head, the dissolved air is excluded from the ink supply path from the ink tank to the ink jet head and other parts related to the ink supply including the ink jet head itself. It is important to make the structure filled with ink in order to fully exhibit the first, second and third effects. Therefore, specifically, as an ink tank, a cartridge structure in which ink that has been sufficiently deaerated in the manufacturing process is enclosed in an ink bag 3 that suppresses air permeation as much as possible, and the ink bag is stored in a protective container. There are many examples using. In this case, the outlet of the ink bag is sealed with a spout 4 that does not allow air to pass through to prevent dissolution of air from the atmosphere into the ink. For use in an ink jet recording apparatus, the ink tank of this cartridge structure is inserted into the apparatus. In doing so, the ink bag and the ink supply path are connected by piercing the spout with the needle 5 attached to the apparatus, and at the same time, the outer periphery of the needle is tightly sealed with the spout to contact the ink in the ink bag with the atmosphere. prevent. Alternatively, the ink tank may be a simple ink container opened to the atmosphere, and the ink pumped from the ink tank may be supplied to the deaeration device 14 and transported to the sub tank after sufficiently deaerated. Furthermore, when the deaeration level is lowered by arranging the deaeration device between the sub tank and the inkjet head, not between the ink tank and the sub tank, and constantly monitoring the amount of dissolved oxygen in the ink supply path. Is a very complicated structure that keeps the deaeration level of ink in the ink supply path by switching multiple three-way valves and returning the ink in the inkjet head to the sub tank once and returning it to the sub tank. However, this is disclosed in Patent Document 1. The deaeration apparatus used in such an example is generally a vacuum that evacuates the deaeration module via the deaeration module 15 that removes dissolved air from the ink passing through the interior, an exhaust pipe 16 connected thereto, and the exhaust pipe. An exhaust pump 17 is included. As a degassing module, a tube made of a gas-liquid separation type hollow fiber membrane that does not allow liquid to pass through but is permeable to gas is arranged in a vacuum chamber, and ink is allowed to pass through the tube and at the same time, the external vacuum chamber is exhausted. For this reason, Patent Document 2 discloses that air is deaerated from ink through a hollow fiber membrane.

特許文献3には、インクジェットヘッドのインク気化室の手前に脱気ステーションを設けた構造が開示されているが、これは前記の脱気により期待される効果のうち第一の効果を狙うものであって、第二、第三の効果は期待されておらず、又、インク圧力室ではなくインク気化室の手前である事から判るように、この文献で開示されている技術はピエゾ型インクジェットヘッドではなく、サーマルインクジェットヘッドと呼ばれる、ヘッド内の気化室に加熱電極を形成してそれに接触するインクを瞬間沸騰させて気泡を生成することにより、その圧力でインクをノズルから吐出させる種類のインクジェットヘッドに対して使用するものである。脱気ステーションの原理も、インクの加熱により空気の溶解度を減少させて過飽和になった溶存空気を気泡として析出させ、浮力により情報に除去するというもので、脱気の効果は局所的であってインク供給路の中から気泡を除去する事は出来ない。また、達成される脱気レベルも低く、ピエゾ型インクジェットヘッドの安定な動作については十分な効果を期待する事が出来ない。   Patent Document 3 discloses a structure in which a deaeration station is provided in front of an ink vaporization chamber of an ink jet head, and this aims at a first effect among the effects expected by the deaeration. Therefore, the second and third effects are not expected, and the technology disclosed in this document is a piezo-type inkjet head, as can be seen from the front of the ink vaporizing chamber, not the ink pressure chamber. Rather than a thermal inkjet head, a type of inkjet head that discharges ink from the nozzle with that pressure by forming a heating electrode in the vaporizing chamber in the head and instantaneously boiling the ink in contact with it to generate bubbles. Is to be used. The principle of the degassing station is to reduce the solubility of the air by heating the ink, precipitate the supersaturated dissolved air as bubbles and remove it as information by buoyancy, and the effect of degassing is local. Bubbles cannot be removed from the ink supply path. Further, the deaeration level achieved is low, and a sufficient effect cannot be expected for the stable operation of the piezo ink jet head.

サブタンクについては、通常大気開放された容器を用いる事が最も簡便な方法であるが、その場合にはインクタンクから汲み上げた脱気インクは、サブタンクに滞留している短時間の間に大気中の空気を溶解して、飽和溶存量に近いレベルの空気を含んでしまう事になり、サブタンク下流のインク供給路、特にインクジェットヘッド内ではもはや脱気インクによる前述の効果は期待できなくなってしまう。これを防ぐ為に、サブタンク内の液面に浮遊してインクと大気との接触面積を極力小さくなるよう制限した構造が特許文献4に開示されている。また、サブタンクとして前述のインクタンクの構造と類似した、空気の透過を抑えたインクバッグにインクの流入口と流出口を別個に設けた構造を用いる事で、内部のインクの脱気レベルの低下を防ぐ例もある。   For sub-tanks, it is usually the simplest method to use a container that is normally open to the atmosphere. In that case, the deaerated ink pumped up from the ink tank will be in the atmosphere for a short period of time staying in the sub-tank. The air is dissolved to contain air at a level close to the saturated dissolved amount, and the above-described effect due to the deaerated ink can no longer be expected in the ink supply path downstream of the sub tank, particularly in the ink jet head. In order to prevent this, Patent Document 4 discloses a structure in which the contact area between the ink and the atmosphere is reduced as much as possible by floating on the liquid surface in the sub tank. In addition, by using a structure in which an ink inlet and an outlet are separately provided in an ink bag that suppresses air permeation, similar to the structure of the ink tank described above, the sub-tank reduces the deaeration level of the ink inside. There are also examples to prevent this.

汲み上げポンプや加圧ポンプとしては、内部にインク流路の凹凸や屈曲部を殆ど持たないチューブポンプを使用する事で、インク導入時の気泡の形成やその後の停留を抑えると同時に、インクタンクから供給されるインクと大気との接触を絶つことが出来る。チューブポンプの一般的な構造は、特許文献5にあるような、弾性チューブを押圧ローラーで押しつぶしながらしごくことで該チューブ内の液体や気体を前方に送るものである。
特開平11−042795号公報 特開平11−209670号公報 特開平08-207312 特開2004−174793号公報 特開平11−190280号公報
As a pumping pump or pressure pump, a tube pump that has almost no ink flow irregularities or bent portions inside is used to suppress the formation of bubbles during ink introduction and subsequent retention, and at the same time from the ink tank. The contact between the supplied ink and the atmosphere can be cut off. The general structure of the tube pump is such that the liquid or gas in the tube is sent forward by squeezing the elastic tube while squeezing it with a pressing roller as in Patent Document 5.
Japanese Patent Laid-Open No. 11-042795 Japanese Patent Laid-Open No. 11-209670 JP 08207312 JP 2004-174793 A Japanese Patent Laid-Open No. 11-190280

以上のように、ピエゾ型インクジェットヘッドを用いるインクジェット記録装置においては従来から、インクタンクからインクジェットヘッドに至るインク供給路やその他のインク供給にかかわる部品の内部を、インクジェットヘッド自体を含めて全て溶存空気を排除したインクで満たすように留意して構成されているが、そのような装置においても、インクの脱気レベルを常に十分高く(即ち、インク中への空気溶存量を十分低く)保つ事は容易ではない。   As described above, in an inkjet recording apparatus using a piezo-type inkjet head, conventionally, all of the interior of the ink supply path from the ink tank to the inkjet head and other parts related to ink supply, including the inkjet head itself, are dissolved air. However, even in such a device, it is always possible to keep the deaeration level of the ink sufficiently high (that is, the amount of dissolved air in the ink is sufficiently low). It's not easy.

先ず、内部に未だインクが導入されていない空の状態のインクジェット記録装置にインクを導入する際に、インクはインク供給路やその他のインク供給にかかわる部品の内面全てを濡らしながら前進していく事になるが、その際にその内面に吸着されている空気その他の気体は、インクに接触し溶け込む事になる。特に被印字媒体が大きな装置ではインク供給路の全長も長くなる為、このインクが接触する内面の面積もかなり大きなものになり、たとえ脱気インクが充填されたインクタンクからインクを供給した場合でも、そのインク先端のメニスカスがインクジェットヘッドに到達する頃には、その脱気インクは多くの空気を吸収しており、脱気レベルは有意に低下する。   First, when ink is introduced into an empty inkjet recording apparatus in which ink has not yet been introduced, the ink advances while wetting all the inner surfaces of the ink supply path and other parts related to ink supply. However, air and other gases adsorbed on the inner surface at that time come into contact with the ink and melt. In particular, in an apparatus with a large print medium, the total length of the ink supply path is also long, so the area of the inner surface that comes into contact with the ink becomes considerably large, even if ink is supplied from an ink tank filled with degassed ink. When the meniscus at the tip of the ink reaches the ink jet head, the deaerated ink absorbs a lot of air and the deaeration level is significantly reduced.

この結果、内部が空のインクジェットヘッドに最初にインクを充填してすぐにインク吐出を行った場合には、内部へ停留した気泡により作られるインク隘路の為のインク供給不足、インク圧力室内の停留気泡やキャビテーションにより生成する気泡の為に起こる駆動圧力の吸収などの原因で、インクジェットヘッドの動作が不安定になる場合が多い。   As a result, when ink is ejected immediately after the ink is initially filled in the empty ink jet head, the ink supply is insufficient due to the ink bottleneck created by the air bubbles retained inside, and the ink pressure chamber is retained. In many cases, the operation of the inkjet head becomes unstable due to absorption of driving pressure caused by bubbles or bubbles generated by cavitation.

前述のように、気泡はインクジェットヘッドに設けられたフィルター周辺で成長し易く、その結果その周辺にインク隘路が形成されてインクの供給不足を招いたり、隣接する圧力室に気泡が侵入して不具合を起こす頻度は、インクの脱気レベルが低下している場合には確実に高くなる。これを避ける為には、インク供給路内を濡らしながら前進する事により内面に吸着された空気を吸収し、脱気レベルが低下したインク部分が全てヘッド内を通過し、脱気レベルが低下していないインクがインクジェットヘッド内に充満するまでインクを流す必要がある。それまでの間にインクジェットヘッドを通過したインクは廃棄される事になり、インク利用の経済的効率の大幅な低下を招く。   As described above, bubbles tend to grow around the filter provided in the inkjet head. As a result, an ink bottleneck is formed around the filter, resulting in insufficient supply of ink, or bubbles entering the adjacent pressure chamber. The frequency of occurrence is surely increased when the deaeration level of the ink is lowered. In order to avoid this, the air adsorbed on the inner surface is absorbed by moving forward while wetting the inside of the ink supply path, and all of the ink part where the deaeration level has decreased passes through the head, and the deaeration level decreases. It is necessary to flow the ink until the ink that has not been filled fills the ink jet head. The ink that has passed through the inkjet head until then is discarded, which causes a significant reduction in the economic efficiency of ink use.

図5に示したような、インクジェット記録装置内に脱気装置を備え、それによりインクの脱気レベルを保つような構成を取った場合でも、その脱気装置より下流(インクジェットヘッドに近い部分)の経路の内面を濡らしながら進むことによる脱気レベルの低下は避けられない。
そして、そのような脱気装置がインクジェットヘッドの外部にある限り、インクジェットヘッドの入り口乃至は内部に設置されたフィルターは、常にこの脱気装置の下流に位置する事になる。これを防ぐには、特許文献1にあるような、一旦脱気レベルが低下したインクを複数の三方弁の操作により脱気装置に還流させて再度脱気するような複雑な構成が必要になり、脱気レベルを常時監視するセンサーの設置も不可欠となる。そして、たとえそのような構成を取ったとしても、再三述べたようにフィルター周辺ではインクの単位面積あたりの流速が遅くなりがちである為、一旦そこに停留した気泡をインクジェットヘッドの外に出す事は、通常の還流機構を用いても非常に困難である。
Even when the deaeration device is provided in the ink jet recording apparatus as shown in FIG. 5 and thereby maintains the deaeration level of the ink, it is downstream of the deaeration device (portion close to the ink jet head). The deaeration level is inevitably lowered by advancing while wetting the inner surface of the path.
As long as such a deaeration device is outside the ink jet head, the inlet or the filter installed inside the ink jet head is always located downstream of the deaeration device. In order to prevent this, there is a need for a complicated configuration such as that disclosed in Patent Document 1, in which the deaeration level is once lowered and then returned to the deaerator by operating a plurality of three-way valves. It is also essential to install a sensor that constantly monitors the deaeration level. Even if such a configuration is adopted, since the flow velocity per unit area of the ink tends to be slow around the filter as described above, the air bubbles once retained outside the inkjet head must be taken out of the inkjet head. Is very difficult even using a normal reflux mechanism.

これに加えて、インク供給路内のインクの脱気レベルを保つ上で問題になるのは、インクジェット記録装置を運転せずにある時間放置した場合である。インク供給路を構成するチューブや、汲み上げ乃至は加圧ポンプ、更にはサブタンクやチューブコネクター等の部品類は、内部のインクを極力大気に触れない構成を取ったとしても、使用されている材料を透過して空気が浸透するのを完全に止める事は困難である。   In addition, a problem in maintaining the deaeration level of the ink in the ink supply path is when the ink jet recording apparatus is left for a certain period of time without being operated. Even if the tubes that make up the ink supply path, pumping or pressurizing pumps, sub tanks, tube connectors, etc. are configured so that the ink inside is not exposed to the atmosphere as much as possible, the materials used are not affected. It is difficult to completely stop the penetration of air.

コネクター部等の接続部のシールを確保する為には、弾性を有するゴムやエラストマー材料によるパッキングなりOリングを用いる事が一般的であるが、これら弾性高分子材料は、金属などの無機材料や硬質プラスチックなどの非弾性高分子材料よりも空気の透過性が高くなる事が避け難い。特に、インク供給路を構成するチューブでもインクジェット記録装置の構造上可撓性を確保する事が不可欠な部位には、このような比較的空気の透過性が高い高分子材料を用いざるを得ない。   In order to secure the seal of the connection part such as the connector part, it is common to use packing or O-rings made of elastic rubber or elastomer material, but these elastic polymer materials are made of inorganic materials such as metals, It is difficult to avoid a higher air permeability than inelastic polymer materials such as hard plastics. In particular, such a polymer material having a relatively high air permeability must be used for a portion of the tube constituting the ink supply path where it is indispensable to ensure flexibility in the structure of the ink jet recording apparatus. .

「背景技術」の項で述べたように、シリアルプリンティング方式のインクジェット記録装置においては、キャリッジの主走査方向への往復運動を妨げないように、十分な余長を持つ可撓性のチューブからなるインク供給路をキャリッジ上のインクジェットヘッドへの接続に用いる必要があり、この部分からチューブ材料固有の空気透過率に従って空気が浸透し、内部のインクの脱気レベルを低下させる事は、ある程度の期間放置した場合には避けられない。   As described in the “Background Art” section, the serial printing type inkjet recording apparatus is composed of a flexible tube having a sufficient extra length so as not to prevent the carriage from reciprocating in the main scanning direction. It is necessary to use the ink supply path to connect to the inkjet head on the carriage. Air permeates from this part according to the air permeability specific to the tube material, and the deaeration level of the ink inside is reduced for a certain period of time. Inevitable if left unattended.

又、チューブポンプを構成するチューブも、その動作原理上弾性材料を用いる必要があり、動作時にローラーにより潰された状態で繰り返ししごかれる事に耐えうる耐久性を確保する為には、その弾性材料の選択肢は限られており、空気の透過率を抑える事とこの耐久性を確保する事は往々にして二律背反となり、これらの特性を同時に達成する事は困難である。これら、空気の透過率を十分に下げられない材料や部位を経由して空気がインク中に浸透してくる為、夜間、週末、夏期休暇や正月等、一般に業務が停止する期間の間にインクの脱気レベルが低下し、その結果休業期間が終了して業務を再開した時にインクジェットヘッドの動作が不安定になる事は、産業用途のインクジェット記録装置を用いる業界では広く知られている。これを避ける為には業務再開時にインクジェット記録装置のインク供給路内に滞留して脱気レベルが低下している古いインクを一旦全て抜いて、新たな脱気がきちんとなされているインクに入れ替える事が必要になるが、滞留したインクの廃棄を通じてやはりインク利用の経済的効率の低下をもたらす事になる。   In addition, the tube that constitutes the tube pump also needs to use an elastic material because of its operating principle, and in order to ensure durability that can withstand repeated crushing in a state of being crushed by a roller during operation, its elasticity The choice of materials is limited, and suppressing air permeability and ensuring this durability are often trade-offs, making it difficult to achieve these properties simultaneously. Since air permeates into the ink through materials and parts where the air permeability cannot be lowered sufficiently, the ink is generally used during periods when work is suspended, such as at night, weekends, summer holidays, and New Years. It is well known in the industry that uses an inkjet recording apparatus for industrial use that the deaeration level of the inkjet head decreases, and as a result, the operation of the inkjet head becomes unstable when the closed period ends and the operation is resumed. To avoid this, once all of the old ink that has remained in the ink supply path of the inkjet recording device and the deaeration level has fallen is removed when the job is resumed, it is replaced with new deaerated ink. However, through the disposal of the accumulated ink, the economic efficiency of ink use is also reduced.

本発明の目的は、上記のようなインクの初期導入時及び長期放置後の脱気レベルの低下による不安定性を解消し、インク供給源から供給されるインクの脱気レベル如何や、業務開始前に装置内にインクが滞留する放置期間がどれだけ経過していたかに係わらず、常に安定して所期の性能を発揮できるインクジェットヘッドならびにインクジェット記録装置を提供する事を目的とする。   The object of the present invention is to solve the instability caused by the decrease in the deaeration level after the initial introduction of the ink and after the ink is left for a long period of time, whether the deaeration level of the ink supplied from the ink supply source, In addition, it is an object of the present invention to provide an ink jet head and an ink jet recording apparatus which can always exhibit their intended performance stably regardless of how long the ink stays in the apparatus.

本発明によるインクジェットヘッドは、外部から印加される電圧によって圧力を発生する圧電素子と、前記圧電素子が発生する圧力が直接乃至は他の部材を介して間接に印加される圧力室と、前記圧力室に隣接して外部に向かって開く少なくとも一つ以上のノズルと、外部からインクを導入する開口部を備え、前記開口部と圧力室の中間に前記開口部及び圧力室双方と連通し前記圧力室に隣接して脱気手段が設けられている。これにより、開口部から導入されたインクに対して、圧力室内に供給される直前で前記脱気手段により脱気が行われ、その結果インクは必ず前記脱気手段の能力で定まる脱気レベルに脱気された状態で圧力室に導入される。ここでいう脱気手段とは、液体であるインク中に溶存している空気その他の気体を除去する為の手段であって、この種の目的に通常用いられる、液体の加熱、振動、直接乃至は気液分離膜を介しての真空排気、ヘリウムガスによるバブリング等の何れも適用可能である。   An ink jet head according to the present invention includes a piezoelectric element that generates pressure by a voltage applied from outside, a pressure chamber to which pressure generated by the piezoelectric element is directly or indirectly applied through another member, and the pressure At least one nozzle that opens toward the outside adjacent to the chamber; and an opening for introducing ink from the outside; and the pressure communicates with both the opening and the pressure chamber between the opening and the pressure chamber. A degassing means is provided adjacent to the chamber. Thus, the ink introduced from the opening is deaerated by the deaeration means immediately before being supplied into the pressure chamber, and as a result, the ink is always at a deaeration level determined by the capability of the deaeration means. It is introduced into the pressure chamber in a deaerated state. The deaeration means here is means for removing air or other gas dissolved in the liquid ink, and is usually used for this kind of purpose, such as heating of liquid, vibration, direct or Either evacuation through a gas-liquid separation membrane, bubbling with helium gas, or the like can be applied.

上記に付随して、前記脱気手段と隣接する圧力室との境界に、インク流路を横切って塞ぐ、個々の開口部の最大寸法がノズル開口部の最小寸法よりも小さなフィルターを、設ける事が出来る。この場合、「インク流路を横切って塞ぐ」とは、外部からインクを導入する開口部を経由してインクジェットヘッド内に導入されたインクが、その流れの経路であるインク流路において、このフィルターを透過する事なしには脱気手段から圧力室に流れ込む事が出来ないように、その流路断面を完全に覆うように配置される状態をいう。フィルターには液体を透過させるように網目状の細かい開口部が設けてある為、配置としてはインク流路を塞ぐ位置にあるとしても、実際にはインクの流れを塞ぐわけではなく、インクはこのフィルターを通過する事が出来る。このフィルターは、ノズルを詰まらせる可能性のある固体粒子がインクに混じって圧力室に侵入するのを防ぐ役割を果たし、そのフィルターには常に、前記脱気手段の能力で定まる脱気レベルに脱気された状態のインクが流れ込む事になる。   Concomitantly with the above, at the boundary between the deaeration means and the adjacent pressure chamber, there is provided a filter having a maximum dimension of each opening smaller than the minimum dimension of the nozzle opening, which is blocked across the ink flow path. I can do it. In this case, “blocking across the ink flow path” means that the ink introduced into the ink jet head via the opening for introducing the ink from the outside passes through this filter in the ink flow path that is the flow path of the ink. It means a state where the flow passage section is completely covered so that it cannot flow into the pressure chamber from the deaeration means without permeating the gas. Since the filter has fine mesh openings to allow liquid to pass through, the arrangement does not actually block the ink flow even if it is positioned to block the ink flow path. You can pass through the filter. This filter serves to prevent solid particles that can clog the nozzles from entering the pressure chamber mixed with ink, and the filter always degasses to a degassing level determined by the capability of the degassing means. The ink in the state of care will flow.

更に、本発明における脱気手段として、前記のインクを導入する開口部及び圧力室と連通する経路を除いては閉じた空間と、その空間の周囲の面の少なくとも一部を構成する気液分離膜と、前記閉じた空間の外側に前記気液分離膜を介して隣接する真空室と、前記真空室と連通し外部に向かって開いた少なくとも一本以上の排気ポートからなる構造を用いる事が出来る。ここでいう気液分離膜とは、液体の透過率がゼロか非常に低く、一方気体の透過率はそれに比して十分に大きい性質を持つ膜のことである。この性質により、前記のインクを導入する開口部及び圧力室と連通する閉じた空間に前記開口部から導入されたインクの成分の内、主成分である液体及び、それに溶解乃至は分散している固体はこの気液分離膜を透過することが出来ないか、たとえ出来たとしてもその透過の過程は非常に遅いものになるのに対して、インクに溶解している空気に代表される気体は、この気液分離膜を透過する事が可能である。気液分離膜を介してインクに隣接する真空室を、その真空室と連通し外部に向かって開いた排気ポートを通じて外部から真空排気を行う事により、気液分離膜の内外に圧力勾配を形成すれば、インクに溶解している空気その他の気体はその圧力勾配により駆動されて、気液分離膜を通過して真空室中に放出され、速やかに外部に排気される。   Further, as the deaeration means in the present invention, the gas-liquid separation that constitutes at least a part of the space surrounding the space closed except for the opening for introducing the ink and the path communicating with the pressure chamber It is possible to use a structure comprising a membrane, a vacuum chamber adjacent to the outside of the closed space via the gas-liquid separation membrane, and at least one exhaust port that communicates with the vacuum chamber and opens outward. I can do it. The gas-liquid separation membrane here refers to a membrane having a property that the liquid permeability is zero or very low, while the gas permeability is sufficiently large. Due to this property, the liquid, which is the main component, of the ink components introduced from the opening in the closed space communicating with the opening and pressure chamber for introducing the ink, and dissolved or dispersed therein. The solid cannot pass through this gas-liquid separation membrane, or even if it can, the permeation process will be very slow, whereas the gas represented by the air dissolved in the ink is It is possible to permeate this gas-liquid separation membrane. A pressure gradient is created inside and outside the gas-liquid separation membrane by evacuating the vacuum chamber adjacent to the ink through the gas-liquid separation membrane from the outside through an exhaust port that communicates with the vacuum chamber and opens to the outside. Then, air or other gas dissolved in the ink is driven by the pressure gradient, passes through the gas-liquid separation membrane, is discharged into the vacuum chamber, and is quickly exhausted to the outside.

上記のような、前記のインクを導入する開口部及び圧力室と連通する経路を除いては閉じた空間と、その空間の周囲の面の少なくとも一部を構成する気液分離膜と、同じくその空間の外側に前記気液分離膜を介して隣接する真空室と、前記真空室と連通し外部に向かって開いた少なくとも一本以上の排気ポートからなる構造を用いた脱気手段においては、その閉じた空間の内部に、インク流路を横切って塞ぐ、個々の開口部の最大寸法がノズル開口部の最小寸法よりも小さなフィルターを設ける事が出来る。ここでのフィルターは、前述の、脱気手段と隣接する圧力室との境界に、インク流路を横切って塞ぐように設けた場合と同様に、ノズルを詰まらせる可能性のある固体粒子がインクに混じって圧力室に侵入するのを防ぐ役割を果たす。「インク流路を横切って塞ぐ」とはインクがフィルターを通過せざるを得ないような配置の説明であって、実際には液体であるインクがフィルターを通過できる事は、前述の説明にあるとおりである。そして、このような構成においては、そのフィルター周辺のインクは常に、前記脱気手段によって脱気される事になる。   A closed space except for the opening for introducing the ink and the path communicating with the pressure chamber as described above, and a gas-liquid separation membrane constituting at least a part of the surface around the space, In the deaeration means using a structure comprising a vacuum chamber adjacent to the outside of the space through the gas-liquid separation membrane and at least one exhaust port communicating with the vacuum chamber and opening outward, Within the closed space, a filter can be provided that blocks across the ink flow path and has the maximum size of each opening smaller than the minimum size of the nozzle opening. In this case, the solid particles that may clog the nozzles are formed in the same way as in the case where the filter is provided at the boundary between the deaeration means and the adjacent pressure chamber so as to cross the ink flow path. It plays a role in preventing the pressure chamber from entering the chamber. “Closing across the ink flow path” is an explanation of the arrangement in which the ink must pass through the filter, and the fact that the liquid ink can actually pass through the filter is as described above. It is as follows. In such a configuration, the ink around the filter is always deaerated by the deaeration means.

更にまた、本発明の脱気手段として、前記のインクを導入する開口部及び圧力室と連通する閉じた空間と、その空間の中に配置された少なくとも一本以上の気液分離膜中空糸と、前記気液分離膜中空糸と連通し外部に向かって開いた少なくとも一本以上の排気ポートからなる構造を用いる事が出来る。ここでいう気液分離膜中空糸とは、中心部が中空であって、それを囲む外周壁が前述の気液分離膜で構成された、糸乃至は管状の構造を持つ構造体を指す。このような構造においては、インクを導入する開口部及び圧力室と連通する閉じた空間の内部を流れるインクは、気液分離膜中空糸を浸す事になる。気液分離膜中空糸の内部を外部に向かって開いた排気ポートを介して真空排気する事により、気液分離膜に生じる圧力勾配により、インクの内部に溶存する空気その他の気体が駆動されて、気液分離膜中空糸の内部に移動し、排気ポートを通ってインクジェットヘッドの外部に速やかに排気される過程を通じてインクは脱気される事になる。   Furthermore, as a deaeration means of the present invention, a closed space communicating with the opening for introducing the ink and the pressure chamber, and at least one gas-liquid separation membrane hollow fiber disposed in the space; A structure comprising at least one exhaust port that communicates with the gas-liquid separation membrane hollow fiber and opens outward can be used. The term “gas-liquid separation membrane hollow fiber” as used herein refers to a structure having a thread or tubular structure in which a central portion is hollow and an outer peripheral wall surrounding the hollow portion is composed of the gas-liquid separation membrane. In such a structure, the ink flowing in the closed space communicating with the opening for introducing the ink and the pressure chamber immerses the gas-liquid separation membrane hollow fiber. By evacuating the inside of the gas-liquid separation membrane hollow fiber through an exhaust port opened to the outside, the pressure gradient generated in the gas-liquid separation membrane drives air and other gases dissolved in the ink. The ink is deaerated through the process of moving into the gas-liquid separation membrane hollow fiber and quickly exhausting it to the outside of the inkjet head through the exhaust port.

本発明によるインクジェット記録装置では、以上のようなインクジェットヘッドを有する事により、常に一定以上の脱気レベルのインクを当該インクジェットヘッドの圧力室に供給する事を可能とするものである。脱気手段の主要な要素として気液分離膜乃至はそれにより形成された中空糸を用いる場合には、それらを介してインク中の溶存気体を除去する為の真空排気を行う為に、当該インクジェットヘッドの排気ポートに接続された、外付けではなくインクジェット記録装置内部の真空排気ポンプを有する事により、付加部品なしにインクジェット記録装置単体で、一定以上の脱気レベルのインクを当該インクジェットヘッドの圧力室に供給する事を可能とする。   In the ink jet recording apparatus according to the present invention, by having the ink jet head as described above, it is possible to always supply a deaeration level ink of a certain level or more to the pressure chamber of the ink jet head. In the case of using a gas-liquid separation membrane or a hollow fiber formed thereby as a main element of the deaeration means, the ink jet is used in order to evacuate the dissolved gas in the ink through them. By having a vacuum exhaust pump inside the ink jet recording apparatus connected to the exhaust port of the head, rather than externally attached, the ink jet recording apparatus alone supplies ink with a deaeration level above a certain level without any additional parts. It can be supplied to the room.

上記のように構成された本発明のインクジェットヘッド及びそれを有するインクジェット記録装置によれば、インクジェット記録装置へのインクの初期導入に当たっても、乃至はインクジェット記録装置が一定期間稼動せず、その間に内部に放置されたインクが空気の浸透により脱気レベルの低下を来たしているとしても、インクジェットヘッドの圧力室の直前でインクを脱気する事により、圧力室には常に一定以上の脱気レベルのインクを供給する事が可能となり、その動作の安定性、信頼性が格段に向上する。また、その結果として、脱気レベルが低下したインクをインク供給路、サブタンク、インクジェットヘッド等の中から一旦除去して廃棄する必要が無くなる為、インク利用における経済性も向上する。また、インク中の気泡がしばしば停留し、成長してインクの流れの隘路となるフィルター周辺部が脱気手段の直後か、乃至はその内部に配置される事によって、そこで気泡が停留したとしても脱気手段によって速やかに除去される為、複数の気泡が集合し成長する事が無く、また、隣接する圧力室に侵入してインクジェットヘッドの安定動作を妨害する事も無くなる。   According to the ink jet head of the present invention configured as described above and the ink jet recording apparatus having the same, even if the ink is initially introduced into the ink jet recording apparatus, or the ink jet recording apparatus does not operate for a certain period of time, Even if the ink left in the air has decreased in the deaeration level due to the permeation of air, by degassing the ink just before the pressure chamber of the inkjet head, the deaeration level always exceeds a certain level in the pressure chamber. Ink can be supplied, and the stability and reliability of the operation are remarkably improved. As a result, it is not necessary to remove and discard the ink whose deaeration level is lowered from the ink supply path, the sub tank, the ink jet head, etc., so that the economical efficiency in using the ink is improved. Even if air bubbles in the ink often stop and grow and become a bottleneck for the flow of ink immediately after the deaeration means or inside the filter, even if the air bubbles stay there Since it is quickly removed by the deaeration means, a plurality of bubbles do not collect and grow, and it does not enter the adjacent pressure chamber and disturb the stable operation of the ink jet head.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1は、本発明の実施形態に係わるインクジェット記録装置のインク供給に係る基本的な構成について模式的に示す図である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram schematically showing a basic configuration relating to ink supply of an ink jet recording apparatus according to an embodiment of the present invention.

図2は、本発明のインクジェットヘッドの実施の形態を模式的に描いた断面図である。本発明のインクジェットヘッドは、インクを吐出するノズル20と、それに隣接した圧力室21と、外部からインクを導入する開口部25と、前記開口部と圧力室の中間に前記圧力室に隣接して配置された脱気手段24を有している。この実施形態では、圧力室の主要部分が圧電素子22で構成されており、この圧電素子が外部から印加される電圧によって発生する圧力は、直接圧力室に印加されて内部のインクをノズルを通して吐出する駆動力となる。圧力室内部のインクは、開口部23を介して脱気手段に接触しており、インクジェットヘッド外部のインク供給路6からインク導入開口部を経由して供給されるインクは、圧力室に入る直前に必ず隣接する脱気手段を通過するため、圧力室内のインクは常に一定以上の脱気レベルに保たれる。ここではインクジェット脱気手段として、特別な構造を明示していないが、インクの加熱、振動、直接乃至は気液分離膜を介しての真空排気、ヘリウムガスによるバブリング等の何れも適用可能である。   FIG. 2 is a cross-sectional view schematically illustrating an embodiment of the inkjet head of the present invention. The inkjet head of the present invention includes a nozzle 20 that ejects ink, a pressure chamber 21 adjacent to the nozzle 20, an opening 25 that introduces ink from the outside, and an intermediate portion between the opening and the pressure chamber. It has deaeration means 24 arranged. In this embodiment, the main part of the pressure chamber is composed of the piezoelectric element 22, and the pressure generated by the voltage applied from the outside to the piezoelectric element is directly applied to the pressure chamber to discharge the ink inside through the nozzle. Driving force. The ink in the pressure chamber is in contact with the deaeration means via the opening 23, and the ink supplied from the ink supply path 6 outside the inkjet head via the ink introduction opening immediately before entering the pressure chamber. Therefore, the ink in the pressure chamber is always kept at a deaeration level above a certain level. Here, a special structure is not clearly shown as the ink jet deaeration means, but any of ink heating, vibration, evacuation directly or through a gas-liquid separation film, and bubbling with helium gas can be applied. .

図3は、本発明のインクジェットヘッドの第1の実施例を模式的に描いた断面図である。図1において、インクジェットヘッド1は脱気手段として、図3に示すように、インクを導入する開口部25及び圧力室21と連通する経路を除いては閉じた閉空間26を構成する気液分離膜27と、その外側に隣接する真空室28と、その真空室と連通し外部に向かって開いた排気ポート29を備えている。その他の部分の構造は、図2に示したものと共通である。この排気ポートに排気管16を介して接続された真空排気ポンプ17を備える事により、この真空排気ポンプによって前記真空室の内部を真空排気する事が可能である。これにより、閉空間のインク中に溶存する空気などの気体は、気液分離膜を通過して真空室中に移動した後、速やかに排気されるため、前記インクジェットヘッド内のインクを導入する開口部及び圧力室と連通する経路を除いては閉じた空間に存在するインクを常に一定以上の脱気レベルを維持する事が可能になる。更にこの実施例においては、閉空間の中にインク流路を横切って塞ぐ、個々の開口部の最大寸法がノズル開口部の最小寸法よりも小さなフィルターを設けている。   FIG. 3 is a cross-sectional view schematically illustrating a first embodiment of the inkjet head of the present invention. In FIG. 1, the inkjet head 1 serves as a degassing means, as shown in FIG. 3, as shown in FIG. 3, a gas-liquid separation that forms a closed space 26 except for an opening 25 for introducing ink and a path communicating with the pressure chamber 21. A membrane 27, a vacuum chamber 28 adjacent to the outside of the membrane 27, and an exhaust port 29 communicating with the vacuum chamber and opened to the outside are provided. The structure of other parts is the same as that shown in FIG. By providing the evacuation pump 17 connected to the evacuation port via the evacuation pipe 16, the inside of the vacuum chamber can be evacuated by the evacuation pump. As a result, gas such as air dissolved in the ink in the closed space passes through the gas-liquid separation membrane and moves into the vacuum chamber, and then is quickly exhausted. Therefore, the opening for introducing the ink in the ink jet head It is possible to always maintain a deaeration level above a certain level for the ink existing in the closed space except for the path communicating with the section and the pressure chamber. Furthermore, in this embodiment, a filter is provided in which the maximum dimension of each opening is smaller than the minimum dimension of the nozzle opening, which is blocked in the closed space across the ink flow path.

このようなフィルターは、その流体抵抗によりインク中に気泡が含まれている場合には、それが停留し、複数の気泡が結合し成長する事により、インクの流れの隘路を形成し易い部署となるが、この実施例においてはフィルターが設置されている閉空間内のインクは、常に脱気されている為、たとえ何らかの理由でインク導入開口部から気泡が閉空間内に進入したとしても、その気泡は気液分離膜を通過して速やかに真空室に移動し排気される為、複数の気泡が結合成長してインクの流れの隘路を形成する事はない。従って、インク中の固体粒子が圧力室に侵入することを防ぐ目的で挿入するフィルターの設置箇所は、この部位である事が望ましいが、これはフィルターを他の部位で使用したり、使用しないような構成を本発明から排除するものではない。   When such a filter contains bubbles in the ink due to its fluid resistance, it stops, and a plurality of bubbles combine to grow, so that it is easy to form a bottleneck for ink flow. However, in this embodiment, since the ink in the closed space where the filter is installed is always deaerated, even if a bubble enters the closed space for some reason, Since the bubbles pass through the gas-liquid separation membrane and quickly move to the vacuum chamber and are exhausted, a plurality of bubbles do not grow together to form a bottleneck of ink flow. Therefore, it is desirable that this filter should be installed for the purpose of preventing the solid particles in the ink from entering the pressure chamber, but this may prevent the filter from being used at other sites. Such a configuration is not excluded from the present invention.

なお、真空排気ポンプは図1に示したように、インクジェット記録装置の内部に搭載されている事が望ましいが、インクジェット記録装置の外部に別個の装置として存在していたとしても問題ではない。その他のインクジェットヘッド外部のインク供給経路の構成は、図5に示した従来のインクジェット記録装置のそれらに類似しているが、インクの脱気がインクジェットヘッドの内部で行われる為、そこに至る以前にインクが経由する部品については、その大気のシール性や、空気の透過率や、インクが接触する内面に吸着する空気の量といったようなインクの脱気レベルを低下させる性質に対して、もはや留意する必要が無くなる。その結果、インクタンク2は単なるインクを収容する容器であれば良く、内部のインクは大気開放されたインクタンク内で空気に触れていても構わない。   As shown in FIG. 1, the evacuation pump is preferably mounted inside the ink jet recording apparatus, but it does not matter if it exists as a separate apparatus outside the ink jet recording apparatus. Other ink supply path configurations outside the ink jet head are similar to those of the conventional ink jet recording apparatus shown in FIG. 5, but since the ink is degassed inside the ink jet head, before reaching that point For parts through which ink passes, the properties of reducing the deaeration level of the ink, such as the sealing performance of the atmosphere, the air permeability, and the amount of air adsorbed on the inner surface with which the ink contacts, are no longer No need to pay attention. As a result, the ink tank 2 may be a container that simply stores ink, and the ink inside may be in contact with air in an ink tank that is open to the atmosphere.

また、インクタンクとインク供給路6との接続部も、大気へのシールに考慮する必要が無い為、一般にチューブ類の接続に用いられるカプラー18を使用する事が出来る。インク供給路のうち可撓性が要求される部分は、空気の透過率や内壁への空気の吸着量などに留意する必要が無く、その取扱いの容易さや耐久性に考慮して最適の材料を選択する事が出来る。汲み上げポンプ7や加圧ポンプ9にはチューブポンプを使用するが、そこで使用するチューブは、空気の透過率には留意する必要が無く、そのポンプ性能や耐久性のような品質、信頼性から最も適した材料を選択する事が可能になる。   Further, since it is not necessary to consider the connection between the ink tank and the ink supply path 6 for sealing to the atmosphere, a coupler 18 that is generally used for connecting tubes can be used. For the parts that require flexibility in the ink supply path, there is no need to pay attention to the air permeability and the amount of air adsorbed to the inner wall. You can choose. Tube pumps are used for pumping pump 7 and pressurizing pump 9, but the tubes used there do not need to pay attention to the air permeability, and are the best in terms of quality and reliability such as pump performance and durability. It is possible to select a suitable material.

サブタンク8は、図示しない内部のインク水位を感知する水位センサーを備える容器であって、インクタンク同様に大気に開放された簡単な構造とする事が出来る。三方弁10やチューブコネクター13等も、インクと大気との接触を遮断する為の材料選択や構造に留意する必要が無くなり、品質、耐久性、価格などから最適なものを選択する事が出来る。なお、この実施形態においては、汲み上げポンプ、サブタンク、加圧ポンプを含む一般的な構成を用いているが、これらの存在は不可欠なものではなく、インクタンクとインクジェットヘッドとを直結し、インクタンク内の水位を一定範囲に制御する事によりインクジェットの吐出ノズル面に印加される水圧をある範囲内に保つような他の実施形態を排除するものではない。   The sub-tank 8 is a container including a water level sensor that senses the ink level inside (not shown), and can have a simple structure that is open to the atmosphere like the ink tank. As for the three-way valve 10 and the tube connector 13, it is not necessary to pay attention to the material selection and structure for blocking the contact between the ink and the atmosphere, and the optimum one can be selected from the quality, durability and price. In this embodiment, a general configuration including a pumping pump, a sub-tank, and a pressurizing pump is used. However, these existences are not indispensable, and the ink tank and the inkjet head are directly connected to each other. It does not exclude other embodiments in which the water pressure applied to the ejection nozzle surface of the inkjet is kept within a certain range by controlling the water level within a certain range.

図4は、本発明の第2の実施例実施例を模式的に描いた断面図である。この実施例においては、脱気手段として、インクを導入する開口部25及び圧力室21と連通する経路を除いては閉じた閉空間26と、その空間の中に配置された一本の気液分離膜中空糸31と、その気液分離膜中空糸と連通し外部に向かって開いた二本の排気ポート29を備えている。その他の部分の構造は、図2に示したものと共通である。インク導入開口部を介して外部のインク供給路6から供給されたインクは、閉空間の中を充たす事により、気液分離膜中空糸と広い接触面積を持つ事になるが、この気液分離膜中空糸の内部を二本の排気ポートを介して外部の真空排気ポンプにより真空排気する事で、気液分離膜に圧力勾配が生じる為、閉空間内部のインク中に溶存する空気その他の気体は、気液分離膜を通過して中空糸の内部に移動し、排気ポートを通過して速やかに排気される。その結果、閉空間内部のインクを常に一定以上の脱気レベルに保つ事が可能となる。インク中への溶存空気だけではなく、何らかの理由でインク導入開口部から気泡が閉空間内に進入したとしても、その気泡は気液分離膜を通過して速やかに中空糸の内部に移動し排気される為、この構造は気泡の除去にも多大な効果を発揮する。   FIG. 4 is a cross-sectional view schematically illustrating a second embodiment of the present invention. In this embodiment, as a deaeration means, a closed space 26 except for an opening 25 for introducing ink and a path communicating with the pressure chamber 21 is closed, and a single gas-liquid disposed in the space. A separation membrane hollow fiber 31 and two exhaust ports 29 that communicate with the gas-liquid separation membrane hollow fiber and open to the outside are provided. The structure of other parts is the same as that shown in FIG. The ink supplied from the external ink supply path 6 through the ink introduction opening has a large contact area with the gas-liquid separation membrane hollow fiber by filling the closed space. The inside of the membrane hollow fiber is evacuated by an external evacuation pump through two exhaust ports, creating a pressure gradient in the gas-liquid separation membrane, so air or other gas dissolved in the ink inside the closed space Passes through the gas-liquid separation membrane, moves into the hollow fiber, passes through the exhaust port, and is quickly exhausted. As a result, it is possible to always keep the ink inside the closed space at a deaeration level above a certain level. In addition to dissolved air in the ink, even if bubbles enter the closed space for some reason from the ink introduction opening, the bubbles quickly pass through the gas-liquid separation membrane and move into the hollow fiber to be exhausted. Therefore, this structure exerts a great effect on the removal of bubbles.

この実施例においては、個々の開口部の最大寸法がノズル開口部の最小寸法よりも小さなフィルターを圧力室への開口部23を塞ぐように設けてあるが、このフィルターに流れ込むインクは、既に前記の気液分離膜中空糸を用いた脱気手段により脱気され気泡が除去されている為、この部位で気泡が停留し、複数の気泡が結合成長してインクの流れの隘路を形成する事はない。なお、この実施例においては一本の気液分離膜中空糸が二本の排気ポートに連通しているが、排気ポートを一本として、気液分離膜中空糸の片端を塞ぐ構造とすることも出来る。また、気液分離膜中空糸の本数を増やして、それぞれに一本乃至は二本ずつの排気ポートを設けたり、一本乃至は二本の排気ポートを複数の気液分離膜中空糸で並列に共有して用いる事も勿論可能である。   In this embodiment, a filter in which the maximum dimension of each opening is smaller than the minimum dimension of the nozzle opening is provided so as to close the opening 23 to the pressure chamber. The air bubbles are removed by the deaeration means using the gas-liquid separation membrane hollow fiber, so that the air bubbles are retained at this part, and a plurality of air bubbles grow and form a bottleneck of ink flow. There is no. In this embodiment, one gas-liquid separation membrane hollow fiber communicates with two exhaust ports, but the structure is such that one end of the gas-liquid separation membrane hollow fiber is closed with one exhaust port. You can also. In addition, the number of gas-liquid separation membrane hollow fibers is increased, and one or two exhaust ports are provided for each, or one or two exhaust ports are arranged in parallel with a plurality of gas-liquid separation membrane hollow fibers. Of course, it is also possible to share and use.

このような実施例に示したインクジェットヘッド及びそれを用いたインクジェット記録装置により、インクジェットヘッドの圧力室に流れ込むインクの脱気レベルを常に一定以上に保つ事が可能となり、初期にインクを導入した時点で即座に安定に動作し、また長期間インクを内部に滞留させたままで放置した後も即座に安定に動作するインクジェットヘッド及びインクジェット記録装置を提供する事が出来る。   With the ink jet head shown in the embodiment and the ink jet recording apparatus using the ink jet head, the deaeration level of the ink flowing into the pressure chamber of the ink jet head can always be kept above a certain level, and the ink is introduced at the initial stage. Thus, it is possible to provide an ink jet head and an ink jet recording apparatus that can operate immediately and stably, and that can operate immediately and stably even after the ink is left in the interior for a long period of time.

本発明の実施形態に係わるインクジェット記録装置のインク供給に係る基本的な構成について模式的に示す図The figure which shows typically the basic composition which concerns on the ink supply of the inkjet recording device concerning embodiment of this invention. 本発明のインクジェットヘッドの基本的な構成について模式的に示す図The figure which shows typically the basic composition of the inkjet head of this invention 本発明のインクジェットヘッドの第1の実施例の模式図Schematic diagram of the first embodiment of the inkjet head of the present invention 本発明のインクジェットヘッドの第2の実施例の模式図Schematic diagram of the second embodiment of the inkjet head of the present invention 従来のインクジェット記録装置の基本的な構成について模式的に示す図The figure which shows typically the basic composition of the conventional inkjet recording device

符号の説明Explanation of symbols

1 インクジェットヘッド
2 インクタンク
6 インク供給路
7 汲み上げポンプ
8 サブタンク
9 加圧ポンプ
10 三方弁
12 チューブコネクター
14 脱気装置
17 真空排気ポンプ
20 ノズル
21 圧力室
22 圧電素子
24 脱気手段
25 インク導入開口部
26 閉空間
27 気液分離膜
28 真空室
29 排気ポート
30 フィルター
31 気液分離膜中空糸
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Inkjet head 2 Ink tank 6 Ink supply path 7 Pumping pump 8 Sub tank 9 Pressure pump 10 Three-way valve 12 Tube connector 14 Deaeration device 17 Vacuum exhaust pump 20 Nozzle 21 Pressure chamber 22 Piezoelectric element 24 Deaeration means 25 Ink introduction opening 26 closed space 27 gas-liquid separation membrane 28 vacuum chamber 29 exhaust port 30 filter 31 gas-liquid separation membrane hollow fiber

Claims (7)

外部から印加される電圧によって圧力を発生する圧電素子と、前記圧電素子が発生する圧力が直接乃至は他の部材を介して間接に印加される圧力室と、前記圧力室に隣接して外部に向かって開く少なくとも一つ以上のノズルと、外部からインクを導入する開口部と、前記開口部と圧力室の中間に前記圧力室に隣接して脱気手段を持つ事を特徴とするインクジェットヘッド。 A piezoelectric element that generates pressure by a voltage applied from the outside, a pressure chamber to which the pressure generated by the piezoelectric element is directly or indirectly applied through another member, and an outside adjacent to the pressure chamber An ink jet head comprising: at least one or more nozzles opening toward the outside; an opening for introducing ink from the outside; and a deaeration unit adjacent to the pressure chamber between the opening and the pressure chamber. 前記脱気手段と隣接する圧力室との境界に、インク流路を横切って塞ぐフィルターを設けた事を特徴とする、請求項1記載のインクジェットヘッド。 2. The ink jet head according to claim 1, wherein a filter for closing the ink flow path is provided at a boundary between the deaeration means and the adjacent pressure chamber. 前記脱気手段が、前記のインクを導入する開口部と圧力室とを連通する閉じた空間と、その空間の外周面の少なくとも一部を構成する気液分離膜と、前記閉じた空間の外側に前記気液分離膜を介して隣接する真空室と、前記真空室と連通し外部に向かって開いた少なくとも一本以上の排気ポートからなる事を特徴とする、請求項1または2記載のインクジェットヘッド。 The deaeration means includes a closed space that communicates the opening for introducing the ink and the pressure chamber, a gas-liquid separation membrane that forms at least a part of the outer peripheral surface of the space, and an outer side of the closed space. 3. The inkjet according to claim 1, further comprising: a vacuum chamber adjacent through the gas-liquid separation membrane; and at least one exhaust port communicating with the vacuum chamber and opening outward. head. 前記閉じた空間の内部に、インク流路を横切って塞ぐフィルターを設けた事を特徴とする、請求項3記載のインクジェットヘッド。 The inkjet head according to claim 3, wherein a filter for closing the ink flow path is provided inside the closed space. 前記脱気手段が、前記のインクを導入する開口部及び圧力室と連通する空間と、前記空間の中に配置された少なくとも一本以上の気液分離膜中空糸と、前記気液分離膜中空糸と連通し外部に向かって開いた少なくとも一本以上の排気ポートからなる事を特徴とする、請求項1または2記載のインクジェットヘッド。 The deaeration means includes an opening for introducing the ink and a space communicating with the pressure chamber, at least one gas-liquid separation membrane hollow fiber disposed in the space, and the gas-liquid separation membrane hollow 3. The ink jet head according to claim 1, further comprising at least one exhaust port communicating with the yarn and opening toward the outside. 記録手段からインクを吐出して被記録材に記録するインクジェット記録装置において、インクを被記録材に記録する手段として請求項1乃至5のうち何れか1に記載のインクジェットヘッドを有することを特徴とするインクジェット記録装置。 An ink jet recording apparatus for recording ink on a recording material by discharging ink from a recording means, comprising the ink jet head according to any one of claims 1 to 5 as means for recording ink on a recording material. Inkjet recording apparatus. 記録手段からインクを吐出して被記録材に記録するインクジェット記録装置において、インクを被記録材に記録する手段として請求項3乃至5のうち何れか1に記載のインクジェットヘッド及び、その排気ポートに接続された真空排気ポンプを有することを特徴とするインクジェット記録装置。 6. An ink jet recording apparatus that records ink on a recording material by ejecting ink from the recording means. The ink jet head according to any one of claims 3 to 5 and an exhaust port thereof as means for recording ink on the recording material. An ink jet recording apparatus comprising a vacuum exhaust pump connected thereto.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008213314A (en) * 2007-03-05 2008-09-18 Seiko Epson Corp Liquid jet apparatus

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