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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクをノズルから吐出させて画像を形成するインクジェット方式の記録装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、液体インクを用いて記録を行なう記録装置においては、プリントヘッドにインクを供給するインクタンクを着脱自在に構成したものが開発されている。このような装置では、インクタンクのみを交換することによってインクを補充することができる。交換するインクタンクは安価に製造でき、記録装置のランニングコストを低減させることができる。
【0003】
このような着脱自在のインクタンクを用いた構成では、プリントヘッドとインクタンクの接続部において、インクタンク側にはインク漏れなどを防ぐためにフィルタが用いられており、一方、プリントヘッド側にもインクタンクが取り外された状態でゴミなどがプリントヘッド内に入らないようにフィルタが装着されている。
【0004】
例えば特開平6−71900号公報に記載されている記録装置では、プリントヘッドのインク導入口に第1のフィルタを設け、インクタンクのインク供給口に第2のフィルタを設けている。このとき、第1のフィルタのメッシュサイズを第2のフィルタのメッシュサイズよりも大きくしている。この構成によって、インクタンクをプリントヘッドに装着した際にインク流路内に残留する気泡をプリントヘッド側に導き、インクタンク内への気泡の侵入を防止している。プリントヘッド側に侵入した気泡は、例えばメンテナンス時にインク吸引などによってプリントヘッドのノズル側から抜く。しかし、十分に抜けきらない場合があり、インク流路内に気泡が残ると、インクの吐出不良による画像欠陥などを生じる可能性がある。
【0005】
例えば特開平8−224884号公報や特開平8−207298号公報には、上述の文献とは逆に、インクタンクをプリントヘッドの装着した際にインク流路内に残留する気泡をインクタンク側に導き、プリントヘッド側には侵入させない旨の記載がある。これらの文献にはフィルタの条件などについての記載はないが、プリントヘッドのインク導入口側のフィルタのメッシュサイズを、インクタンクのインク供給口側のフィルタのメッシュサイズよりも小さくすれば、結合部に残留する気泡はインクタンク側へと移動すると考えられる。これにより、プリントヘッド内に侵入する気泡の量は激減し、気泡による吐出不良を低減することができる。
【0006】
また、これらのフィルタは、インクタンク内の異物を除去し、プリントヘッド側に異物を混入させない機能も有している。図8は、フィルタの濾過粒度と透過効率の関係の一例の説明図である。図8では、フィルタの種類として畳綾織フィルタのメッシュサイズが12μm,13μm,38μmのものについて、それぞれ10μm,20μm,30μm,40μmの異物がどの程度透過するかを示している。例えばメッシュサイズ12μmの畳綾織フィルタでは、40μmの異物はほとんど透過せず、30μmの異物は3%、20μmの異物は10%、10μmの異物は55%透過する。同様に、メッシュサイズ38μmの畳綾織フィルタでは、40μmの異物は50%透過し、30μmの異物は63%、20μmの異物は80%、10μmの異物は96%透過する。このように、メッシュサイズの小さい、高精細なフィルタを使用すれば、インクタンク内の異物の捕集効率が上昇し、プリントヘッド側への供給インク内の異物数を減少させることができる。そのため、ゴミなどの異物によるインクの吐出障害などを減少させ、安定した高品質の画像を得ることができる。
【0007】
しかし、上述のようにフィルタによって異物を捕捉する構成では、長期間使用してインクを消費するにつれて、フィルタが目詰まりする。特に上述のようにプリントヘッド側にメッシュサイズの小さいフィルタを設置した場合、細かい異物はインクタンク側のフィルタを通過してプリントヘッド側のフィルタに捕捉されるため、プリントヘッド側に設置されたフィルタが目づまりしやすい。フィルタが目づまりすることによって、フィルタの流体抵抗値が増加し、印字密度の高い印字を行なうとインクの供給が追いつかず、ノズルから空気を引き込んで白抜けなどの画質欠陥を起こし、正常に印字できなくなるという問題が生じていた。
【0008】
図9は、使用インク量に対するフィルタの流体抵抗値の推移を示すグラフである。使用したプリントヘッド側のフィルタはメッシュサイズ12μmの畳綾織フィルタ、インクタンク側のフィルタはメッシュサイズ38μmの畳綾織フィルタである。ここでの流体抵抗値の定義は、P(Pa)=RQ(m3 /sec)としたときのR(Pa・sec/m3 )の値である。また、測定に使用したインクの粘度は、2.0×10−3Pa・secである。
【0009】
図9からわかるように、使用したインク量が400ml程度で、フィルタの流体抵抗値は、正常な印字が可能な限界抵抗値を超えてしまうことがわかる。このように、たとえ長寿命のプリントヘッドであっても、フィルタの目詰まりによって使用不能になる場合が発生していた。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、長期の使用に耐えうる記録装置を提供することを目的とするものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、インクタンクに収容されたインクをプリントヘッドへ供給し、供給されたインクをノズルから吐出させて画像を形成する記録装置であって、前記インクタンクが前記プリントヘッドに対して脱着可能に構成された記録装置において、前記インクタンクは、インクを内部に負圧状態で収容可能な第1のインク室と、前記第1のインク室を外部の大気と連通する大気連通口と、前記第1のインク室からインクを供給するための連通孔と、前記連通孔に設けられたメッシュ構造の第1のメニスカス形成部材と、前記連通孔と連通しかつ前記プリントヘッドに連通するジョイント部が設けられた第2のインク室と、前記ジョイント部に設けられメッシュ構造の第2のメニスカス形成部材を備えており、前記プリントヘッドは、前記ジョイント部に接合され、異物を除去するためのメッシュ構造のフィルタを備えており、前記第2のメニスカス形成部材の平均開口径と前記フィルタの平均開口径がほぼ同一であり、前記フィルタから前記ノズルまでの流路抵抗が前記第2のメニスカス形成部材から前記大気連通口までの流路抵抗より高いことを特徴とするものである。
【0012】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の記録装置において、前記フィルタから前記ノズルまでの流路抵抗が前記第2のメニスカス形成部材から前記大気連通口までの流路抵抗より高いことを特徴とするものである。
【0013】
請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の記録装置において、前記第2のインク室は、上方に傾斜面を有し、残留空気を前記第2のインク室の上方に移動可能にしたことを特徴とするものである。
【0014】
請求項4に記載の発明は、請求項1ないし3のいずれか1項に記載の記録装置において、前記フィルタの平均開口径が前記ノズルの径以下であることを特徴とするものである。
【0015】
請求項5に記載の発明は、請求項1ないし4のいずれか1項に記載の記録装置において、前記フィルタのメッシュ構造は、畳綾織状であり、その平均開口径が12μm程度であることを特徴とするものである。
【0016】
請求項6に記載の発明は、請求項1ないし5のいずれか1項に記載の記録装置において、前記第2のメニスカス形成部材のメッシュ構造は、SUSの畳綾織状であることを特徴とするものである。
【0018】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の記録装置の実施の一形態における要部断面図、図2は同じく要部斜視図である。図中、1はインクタンク、2はジョイント部、3はプリントヘッド、4はインク導入部、11は主インク室、12は毛管部材、13は大気連通口、14は第1のメニスカス形成部材、15はインク誘導部材、16は中間室、17は第2のメニスカス形成部材、18はジョイント外周部、19はインク誘導部材押さえ、21は接合部材、22はフィルタ、23はインク流路である。図1および図2では、インクタンク1を装着する前の状態を示している。また、図1,図2では、プリントヘッド3が記録装置に装着されており、プリントヘッド3にインクタンク1を装着する構成を示し、インクタンク1と、プリントヘッド3のインク流路の部分のみを図示している。なお、図2は、インクタンク1の側壁の1面と、毛管部材12を取り除いて示している。インクタンク1は、プリントヘッド3とジョイント部2において接続される。インクタンク1のジョイント部2がプリントヘッド3のインク導入部4に当接することによってインクの流路が接続され、インクタンク1からインクを供給される。
【0019】
インクタンク1の内部には、主インク室11と、その下部に中間室16が設けられている。主インク室11の内部には、毛管部材12が配置されている。この毛管部材12は、毛細管力によりインクを保持し、負圧を保っている。主インク室11の上部には、毛管部材12と大気連通可能な大気連通口13が設けられている。主インク室11の下部には、連通孔が設けられており、中間室16と連通している。毛管部材12は、その上部で大気と連通し、大気圧解放されているので、インク供給時には、毛管部材12内のインクは大気圧により押され、また、毛管部材12の下方から負圧により中間室16側へ引き出される。また、主インク室11の底面は、連通孔を最低部とするような斜面で形成されている。
【0020】
主インク室11の底面に設けられた連通孔には、多数の微細孔を有する第1のメニスカス形成部材14が配置されている。第1のメニスカス形成部材14には、毛管部材12の底部が圧接されて配置される。毛管部材12内にインクが含浸されているときは、インクは第1のメニスカス形成部材14を通過して中間室16に移動する。毛管部材12にインクがなくなった場合、毛管部材12に接した第1のメニスカス形成部材14の微細孔に張っているインクのメニスカスを押し、表面張力に打ち勝ってこれを通過し、気泡となって中間室16へ移動する。これにより、プリントヘッド3へのインクの供給圧を一定に保っている。
【0021】
第1のメニスカス形成部材14の下部には、インク誘導部材15が設けられている。インク誘導部材15は、連通孔の周囲の壁面から突出するインク誘導部材押さえ19によって支持されている。あるいは、第1のメニスカス形成部材14の一部をインク誘導部材15としてもよい。インク誘導部材15は、中間室16の底面まで延在している。第1のメニスカス形成部材14の下面に気泡が溜り、空気の層ができてしまったり、あるいは、中間室16内のインクの液面が低下したとき、インク誘導部材15が中間室16内のインクを吸い上げて第1のメニスカス形成部材14にインクを供給する。これにより、第1のメニスカス形成部材14を常に濡れた状態に保ち、負圧を保つ。また、インクを使いきるまで、インクの供給圧を最良の状態を維持することができる。
【0022】
中間室16は、連通孔よりも上方に延在する部分を有している。図1では、中間室16の周辺部の方が連通孔の部分よりも高くなるように、中間室16の上壁を斜めにしている。中間室16は、第1のメニスカス形成部材14および第2のメニスカス形成部材17を通過して侵入してきた気泡を周辺部の連通孔よりも高い部分に集積し、ジョイント部2からプリントヘッド3への気泡の混入を防止し、また、結合部に残留する空気を除去している。
【0023】
中間室16の底部には、プリントヘッド3との接続を行なうためのジョイント部2が設けられている。ジョイント部2には、インクタンク1側のフィルタとなる多数の微細孔が設けられたメッシュ構造の第2のメニスカス形成部材17が設けられている。インクタンク1が取り外されて放置された状態においては、この第2のメニスカス形成部材17に設けられた微細孔に形成されるインクの表面張力によって、中間室16内のインクがジョイント部2から漏れ出すことはなく、また、大気がジョイント部から中間室に浸入することを防止している。また、インクタンク1が装着されている状態では、インクタンク1にかかる振動および衝撃、加速度による圧力変動を防止する。この第2のメニスカス形成部材17としては、主インク室11と中間室16の間に設けられた第1のメニスカス形成部材14よりも平均開口径が小さく、また、後述するプリントヘッド3側に設けられているフィルタ22とほぼ等しい平均開口径のものを用いる。
【0024】
ジョイント部2のジョイント外周部18は、プリントヘッド3に設けられている接合部材21が当接しやすいように、平坦な面が形成されている。
【0025】
一方、プリントヘッド3は、インク導入部4においてインクタンク1のジョイント部2と接続される。インク導入部4の周囲には、接合部材21が配置されている。この接合部材21は、インクタンク1が装着されたとき、インクタンク1のジョイント外周部18の面に当接変形し、接合部を密閉する。これにより、接合部からのインクの漏れなどを防ぐことができる。接合部材21の材料としては、例えば、シリコンゴムやブチルゴムなどを用いることができる。この接合部材21を設けずに構成することも可能である。
【0026】
また、インク導入部4にはフィルタ22が配置されている。このフィルタ22は、インクタンク1が取り外された状態でインク導入部4に付着するゴミ等や、インクタンク1内からインクとともに流れてくる異物を、インク流路23内に混入させないために設けられている。また、フィルタ22の微小孔に形成されるインクのメニスカスによってインクを保持し、ノズルからのインクの流出を防いでいる。このフィルタ22は、平均開口径がインクタンク1側に設けられている第2のメニスカス形成部材17とほぼ同等のものが用いられる。
【0027】
図3は、本発明の記録装置の実施の一形態における使用インク量に対するフィルタの流体抵抗値の推移を示すグラフである。ここでは、第2のメニスカス形成部材17およびフィルタ22として、メッシュサイズが12μmの畳綾織フィルタを用いた。図3からわかるように、この構成の場合にはインク使用量が800mlまで、良好に印字を行なうことができる。図9に示した従来の例と比べ、印字限界抵抗値に達するまでのインク使用量を約2倍程度にすることができた。
【0028】
従来は、フィルタ22の目づまり対策のために、インクタンク1内の異物発生源である部品の洗浄を丹念に行なったり、プリントヘッド3側のフィルタ22を大口径化するなどで対処していたが、本発明のように第2のメニスカス形成部材17の平均開口径をフィルタ22と同等とし、フィルタ機能を向上させることによって、大きな変更なしで長寿命、高信頼性を有する記録装置を実現することができる。
【0029】
なお、第2のメニスカス形成部材17およびフィルタ22としては、上述のステンレス(SUS)などによる畳綾織フィルタや、セラミックフィルタやエレクトロフォーミングフィルタなど、種々の構造、材質のフィルタを用いることができる。もちろん、第2のメニスカス形成部材17とフィルタ22の材質が異なってもかまわない。
【0030】
図4は、本発明の記録装置の実施の一形態におけるインクタンク取り外し時のジョイント部付近の拡大断面図、図5は、同じくインクタンク装着時のジョイント部付近の拡大断面図である。図中の符号は図1と同様である。図4に示す状態からインクタンク1とプリントヘッド3を近接させてゆくと、インク導入部4の周囲に配置されている接合部材21は、ジョイント外周部18の平面に当接し、さらに圧接されて、その先端部分が弾性変形する。これにより、気密性を保持して、インクの流路を外気と遮断する。この閉塞されたジョイント部2およびインク導入部4の間の空間をインクが流れ、インクタンク1内のインクがプリントヘッド3へ供給される。
【0031】
このインクタンク1の装着の際に、接合部材21が押圧されて変形することによって、接合部分は大気圧よりも高い高圧状態になる。そのとき、接合部分に残された余剰空気は、インクタンク1側の第2のメニスカス形成部材17とプリントヘッド3側のフィルタ22を押す。通常は平均開口径の大きい側から空気が抜けるが、本発明では、プリントヘッド3側のフィルタ22の平均開口径と、インクタンク1側の第2のメニスカス形成部材17の平均開口径が同程度であるため、他の要因により、どちらかから抜けることになる。
【0032】
まず、プリントヘッド3側にインクが存在しない場合には、プリントヘッド3に設置されたフィルタ22にインクのメニスカスが形成されているか否かにかかわらず、インクタンク1を装填したときの高圧状態で、フィルタ22のメニスカスが破壊されると同時に大気解放される。そのため、余剰空気の大部分はプリントヘッド3側に大気解放される。余剰空気が大気解放されてしまえば、気泡などの状態で残留しないので、プリントヘッド3の流路内での気泡の問題は生じない。
【0033】
次に、プリントヘッド3側にインクが存在する場合には、インクタンク1側の第2のメニスカス形成部材17、および、プリントヘッド3側のフィルタ22の両方でバブルポイント圧力を超えるので、気泡の流入が始まる。ただし、気泡流入の速度は、その先の流体抵抗比によって支配される。インクタンク1側の流体抵抗はインクタンク1の第2のメニスカス形成部材17までの流体抵抗であり、プリントヘッド3側の流体抵抗はフィルタ22からノズルまでの流体抵抗である。
【0034】
図6は、ヘッドチップ部の一例を示す構成図であり、(A)は斜視図、(B)は断面図である。図中、31はチャネル基板、32はヒータ基板、33は共通液室、34はノズル、35はダミーノズル、36はヒータである。プリントヘッド3は、フィルタ22が設けられているインク導入部4から、インク流路23を介して図6に示すようなヘッドチップ部へとインクを導いている。図6に示したヘッドチップ部は、共通液室33や各ノズル34、ダミーノズル35などが形成されたチャネル基板31と、少なくとも各ノズル34に対応してヒータ36が形成されたヒータ基板32とを接合して構成している。インク流路23から供給されるインクは、共通液室33から各ノズル34、ダミーノズル35へと供給される。ダミーノズル35は、実際の印字時には用いられず、例えばメンテナンス時などで空吐出や吸引動作時に気泡を抜くため等に用いられる。
【0035】
具体的なヘッドチップでは、ノズル34を160ノズル、ダミーノズル35を34ノズル有する構成とすることができる。また、ノズル34は、高さが約29μm、底角が約55゜の二等辺三角形である。ダミーノズル35は、ノズル34よりも大きく、流路抵抗を減らして気泡やゴミなどの排出を促進している。
【0036】
また、図6に示すような構造のヘッドチップでは、ノズル34やダミーノズル35に至るインクの流路は、ヒータ36で発生する圧力を有効に利用するため、屈曲した構造を有している。このような流路構造やノズルの断面積などから、ヘッドチップ部の流路抵抗は非常に大きくなっている。
【0037】
実際の記録装置において、インクタンク1側の流体抵抗と、プリントヘッド3側の流体抵抗を比較すると、
R(インクタンク)=1.6×109 (Pa・sec/m3 )
R(プリントヘッド)=3.0×1011(Pa・sec/m3 )
となっていた。上述のように、プリントヘッド3側では流路抵抗が非常に大きくなっている。このとき、インクタンク1とプリントヘッド3との接合部に残留した余剰空気の挙動を考えると、インクタンク1側と、プリントヘッド3側の気泡混入速度は、100倍以上インクタンク1側が早いことが分かる。つまり、余剰空気の99%はインクタンク1側の中間室16内に逃がされることになる。よって、結合部の余剰空気は、プリントヘッド3のインク流路23内に気泡としてほとんど混入しない。
【0038】
実際には、流路抵抗成分以外にも、流体キャパシタンス、流体インダクタンス成分が作用すると考えられるが、流体キャパシタンスは圧倒的にインクタンク1側が大きく、また流体インダクタンスについても圧倒的にプリントヘッド3側が大きいため、気泡混入速度比はさらに大きくなるはずである。
【0039】
以上述べたように、本発明の、プリントヘッド3側のフィルタ22の平均開口径と、インクタンク1側の第2のメニスカス形成部材17の平均開口径を同程度にすることによって、フィルタ22の目づまりによる圧損増加を抑制して、信頼性の高い、長寿命の記録装置を実現することができる。さらに、本発明は、インクタンク1の装着時における気泡は、インクタンク1の中間室16内に逃がすことができる。
【0040】
中間室16内に侵入した気泡は、中間室16の上部に移動し、中間室16上部の斜面に沿って連通孔よりも上方の部分に集積される。そのため、中間室16内に侵入した気泡によってインクタンク1内のインクの流れが阻害されることはなく、良好なインク供給が行なわれる。
【0041】
なお、フィルタ22および第2のメニスカス形成部材17の平均開口径は、なるべく小さい方が異物のプリントヘッド3への混入を防止できる。しかし、平均開口径が小さいと流路抵抗が増大し、初期状態でも印字限界抵抗値に近づいてしまう。フィルタ22を通過した気泡や異物は、インク23を介して図6に示したようなヘッドチップに到達するが、ノズル34の径よりも十分小さい異物であれば、インクの流れを大きく阻害することはないし、例えば通常の印字時やメンテナンス時にノズル34やダミーノズル35から外部へ放出されてしまうため、記録画像にはほとんど影響しない。このようなことから、フィルタ22および第2のメニスカス形成部材17の平均開口径は、全体の流路抵抗やノズル径などを勘案して最適なサイズに設定すればよい。
【0042】
また、フィルタ22と第2のメニスカス形成部材17の平均開口径は全く同一でなくてもよく、ある程度の相違は許容される。図8には、上述のように、畳綾織のメッシュサイズ(12〜38μm)による異物の大きさ(10〜40μm)ごとの透過率を示しており、例えばメッシュサイズ12μmの畳綾織のフィルタでは10μmの異物は55%が透過する。例えばフィルタ22にメッシュサイズが12μm、第2のメニスカス形成部材17にメッシュサイズが13μmの畳綾織フィルタを用いたとしても、従来のメッシュサイズが38μmの場合に比べてフィルタ22に到達する異物の量を、40μmの異物で約4%、30μmの異物で約24%に減少させることができるので、フィルタ22の目詰まりを低減することが可能である。また、この場合にも結合部の余剰空気をインクタンク1側に逃がし、プリントヘッド3側への気泡の混入を低減することができるので、気泡による画質欠陥などはほとんど発生しない。
【0043】
図7は、フィルタ22および第2のメニスカス形成部材17の平均開口径の組み合わせによる使用インク量および寿命の判定結果の一例の説明図である。図7に示すようにフィルタ22と第2のメニスカス形成部材17として種々の平均開口径のものを用い、記録実験を行なった。ここで、インクタンク1側の第2のメニスカス形成部材17の直径は5mm、プリントヘッド3側のフィルタ22の直径は4mmである。記録用紙としてA4の大きさのものを用い、カバレッジ約2.0%相当の記録を行なった。このときの使用インク量は、解像度が400×400dpiの場合で0.029ml/枚、400×800dpiの場合で0.033ml/枚である。
【0044】
印字限界抵抗値を1×1010Pa/sec・m3 とし、各メッシュサイズの組み合わせごとに、この流体抵抗値が印字限界抵抗値に達するまで記録を行なった。このときの評価結果として、流体抵抗値が印字限界抵抗値に達するまでの使用インク量と、解像度400×400dpiのときの印字枚数、解像度400×800dpiのときの印字枚数、判定結果を示している。判定結果は、寿命目標をA4サイズで20000枚と設定し、解像度400×400dpi、400×800dpiともこの寿命目標を達成した組み合わせに○印、そのうちで寿命目標をはるかに上回る結果を示した組み合わせに◎印を施している。また、解像度400×400dpiの場合のみ寿命目標を達成した組み合わせには△印、両者とも寿命目標に達しなかった組み合わせには×印を施して示している。
【0045】
図7からわかるように、第2のメニスカス形成部材17とフィルタ22の平均開口径が大きく異なると寿命目標は達成できず(×)、ほぼ同じ平均開口径において寿命目標が達成(○または◎)できている。このとき、多少、平均開口径が異なっていても、ほぼ寿命目標を達成することができる。例えばフィルタ22の平均開口径が12μmのとき、解像度が400×400dpiの記録装置では第2のメニスカス形成部材17の平均開口径が16〜12μmで寿命目標を達成することができる。また、第2のメニスカス形成部材17の平均開口径が12μmのときには、解像度が400×400dpiの記録装置ではフィルタ22の平均開口径が12〜5μm程度まで寿命目標を達成することができる。
【0046】
なお、図7には示していないが、第2のメニスカス形成部材17の平均開口径をフィルタ22の平均開口径よりも細かくしすぎると、上述のようにプリントヘッド3側への気泡の混入が増加し、そのままでは気泡による画質欠陥が増大する。これを回避するため、頻繁にメンテナンスによるインク吸引を行ない、気泡を排除する必要が生じるという不具合が発生する。そのため、第2のメニスカス形成部材17の平均開口径がフィルタ22の平均開口径よりも細かい場合においても、その平均開口径の差異は許容される範囲が存在し、その範囲内とすることが望ましい。
【0047】
このように、インクタンク1側の第2のメニスカス形成部材17とプリントヘッド3側のフィルタ22の平均開口径の差異は、ある程度の範囲内で許容され、ほぼ同一の範囲内で両者の平均開口径を設定すればよい。
【0048】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、インクタンク側の結合部に設けられた第2のメニスカス形成部材のメニスカスの平均開口径と、プリントヘッド側の結合部に設けられたフィルタの平均開口径をほぼ同一としたことにより、フィルタの目詰まりを低減して長期の使用に耐えうる記録装置を提供することができるという効果がある。なお、フィルタの開口径は、請求項4に記載の発明のように、ノズルの径以下とすることによって、フィルタを通過した異物がノズルを閉塞することはない。フィルタとしては、例えば請求項5に記載の発明のように、畳綾織状で、その平均開口径が12μm程度とすることができる。また、第2のメニスカス形成部材は、例えば請求項6に記載の発明のように、SUSの畳綾織フィルタとすることができる。
【0049】
また、請求項2に記載の発明のように、プリントヘッド側のフィルタからノズルまでの流路抵抗が、インクタンク側の第2のメニスカス形成部材までの流路抵抗より高いことにより、プリントヘッドとインクタンクの接合時に、第2のメニスカス形成部材とフィルタの間に残留し、圧縮された空気を、第2のメニスカス形成部材を介してインクタンク内の第2のインク室へ導くことができる。そのため、気泡がプリントヘッド内に侵入することによる画質欠陥を低減することができる。なお、第2のインク室に導かれた気泡は、請求項3に記載の発明のように、第2のインク室中の上部の傾斜面に従って上方に移動するため、気泡によってインクタンク内のインクの流れが阻害されることはない。このように、本発明によれば種々の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の記録装置の実施の一形態における要部断面図である。
【図2】本発明の記録装置の実施の一形態における要部斜視図である。
【図3】本発明の記録装置の実施の一形態における使用インク量に対するフィルタの流体抵抗値の推移を示すグラフである。
【図4】本発明の記録装置の実施の一形態におけるインクタンク取り外し時のジョイント部付近の拡大断面図である。
【図5】本発明の記録装置の実施の一形態におけるインクタンク装着時のジョイント部付近の拡大断面図である。
【図6】ヘッドチップ部の一例を示す構成図である。
【図7】フィルタ22および第2のメニスカス形成部材17のメッシュサイズの組み合わせによる使用インク量および寿命の判定結果の一例の説明図である。
【図8】フィルタの濾過粒度と透過効率の関係の一例の説明図である。
【図9】使用インク量に対するフィルタの流体抵抗値の推移を示すグラフである。
【符号の説明】
1…インクタンク、2…ジョイント部、3…プリントヘッド、4…インク導入部、11…主インク室、12…毛管部材、13…大気連通口、14…第1のメニスカス形成部材、15…インク誘導部材、16…中間室、17…第2のメニスカス形成部材、18…ジョイント外周部、19…インク誘導部材押さえ、21…接合部材、22…フィルタ、23…インク流路、31…チャネル基板、32…ヒータ基板、33…共通液室、34…ノズル、35…ダミーノズル、36…ヒータ。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an ink jet recording apparatus that forms an image by discharging ink from nozzles.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, a recording apparatus that performs recording using liquid ink has been developed in which an ink tank that supplies ink to a print head is detachably configured. In such an apparatus, ink can be replenished by replacing only the ink tank. The ink tank to be replaced can be manufactured at low cost, and the running cost of the recording apparatus can be reduced.
[0003]
In such a configuration using a detachable ink tank, a filter is used on the ink tank side at the connection portion between the print head and the ink tank in order to prevent ink leakage or the like. A filter is mounted so that dust and the like do not enter the print head when the tank is removed.
[0004]
For example, in a recording apparatus described in JP-A-6-71900, a first filter is provided at an ink inlet of a print head, and a second filter is provided at an ink supply port of an ink tank. At this time, the mesh size of the first filter is larger than the mesh size of the second filter. With this configuration, air bubbles remaining in the ink flow path when the ink tank is mounted on the print head are guided to the print head side, thereby preventing air bubbles from entering the ink tank. Air bubbles that have entered the print head side are removed from the nozzle side of the print head by, for example, ink suction during maintenance. However, the ink may not be sufficiently removed, and if bubbles remain in the ink flow path, an image defect or the like due to a defective ink ejection may occur.
[0005]
For example, in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. Hei 8-224848 and Hei 8-207298, contrary to the above-mentioned documents, bubbles remaining in the ink flow path when the ink tank is mounted on the print head are directed to the ink tank side. There is a statement that the print head side will not be guided. Although these documents do not describe filter conditions, etc., if the mesh size of the filter on the ink inlet side of the print head is made smaller than the mesh size of the filter on the ink supply side of the ink tank, the connection portion It is considered that the bubbles remaining in the ink tank move to the ink tank side. As a result, the amount of bubbles entering the print head is drastically reduced, and ejection failure due to bubbles can be reduced.
[0006]
These filters also have a function of removing foreign matter in the ink tank and preventing foreign matter from entering the print head. FIG. 8 is an explanatory diagram of an example of the relationship between the filtration particle size of the filter and the transmission efficiency. FIG. 8 shows the degree to which a 10 μm, 20 μm, 30 μm, and 40 μm foreign matter is transmitted through a tatami twill filter having a mesh size of 12 μm, 13 μm, and 38 μm, respectively. For example, in a tatami twill filter having a mesh size of 12 μm, foreign matter having a size of 40 μm hardly transmits, foreign matter having a size of 30 μm transmits 3%, foreign matter having a size of 20 μm transmits 10%, and foreign matter having a size of 10 μm transmits 55%. Similarly, in a tatami twill filter having a mesh size of 38 μm, foreign substances of 40 μm transmit 50%, foreign substances of 30 μm transmit 63%, foreign substances of 20 μm transmit 80%, and foreign substances of 10 μm transmit 96%. As described above, if a high-definition filter having a small mesh size is used, the efficiency of collecting foreign matters in the ink tank is increased, and the number of foreign matters in the ink supplied to the print head can be reduced. For this reason, it is possible to reduce an ink ejection failure due to foreign matter such as dust and obtain a stable high-quality image.
[0007]
However, in the configuration in which the foreign matter is captured by the filter as described above, the filter is clogged as the ink is consumed for a long time. In particular, when a filter having a small mesh size is installed on the print head side as described above, since fine foreign matter passes through the filter on the ink tank side and is captured by the filter on the print head side, the filter installed on the print head side Is easy to be clogged. When the filter is clogged, the fluid resistance of the filter increases, and when printing at a high printing density, the ink supply cannot catch up, and air is drawn in from the nozzles, causing image defects such as white spots and normal printing. There was a problem that it could not be done.
[0008]
FIG. 9 is a graph showing the transition of the fluid resistance value of the filter with respect to the used ink amount. The filter on the side of the print head used was a tatami twill filter having a mesh size of 12 μm, and the filter on the ink tank side was a tatami twill filter having a mesh size of 38 μm. The definition of the fluid resistance value here is P (Pa) = RQ (m 3 / Sec) and R (Pa · sec / m) 3 ). The viscosity of the ink used for the measurement was 2.0 × 10 -3 Pa · sec.
[0009]
As can be seen from FIG. 9, when the used ink amount is about 400 ml, the fluid resistance value of the filter exceeds the limit resistance value that allows normal printing. As described above, even if the print head has a long life, the filter may become unusable due to clogging of the filter.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a recording apparatus that can withstand long-term use.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to
[0012]
According to a second aspect of the present invention, in the recording apparatus according to the first aspect, a flow path resistance from the filter to the nozzle is higher than a flow path resistance from the second meniscus forming member to the atmosphere communication port. It is characterized by the following.
[0013]
According to a third aspect of the present invention, in the recording apparatus according to the first or second aspect, the second ink chamber has an inclined surface on an upper side, and moves residual air above the second ink chamber. It is characterized by being made possible.
[0014]
According to a fourth aspect of the present invention, in the recording apparatus according to any one of the first to third aspects, an average opening diameter of the filter is equal to or smaller than a diameter of the nozzle.
[0015]
According to a fifth aspect of the present invention, in the recording apparatus according to any one of the first to fourth aspects, the mesh structure of the filter is a tatami-woven structure, and has an average opening diameter of about 12 μm. It is a feature.
[0016]
According to a sixth aspect of the present invention, in the recording apparatus according to any one of the first to fifth aspects, the mesh structure of the second meniscus forming member is a SUS tatami twill shape. Things.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a sectional view of a main part of an embodiment of the recording apparatus of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view of the same main part. In the figure, 1 is an ink tank, 2 is a joint portion, 3 is a print head, 4 is an ink introduction portion, 11 is a main ink chamber, 12 is a capillary member, 13 is an air communication port, 14 is a first meniscus forming member,
[0019]
Inside the
[0020]
A first
[0021]
An
[0022]
The
[0023]
A joint 2 for connecting to the
[0024]
The joint outer
[0025]
On the other hand, the
[0026]
Further, a
[0027]
FIG. 3 is a graph showing the transition of the fluid resistance value of the filter with respect to the used ink amount in one embodiment of the printing apparatus of the present invention. Here, a tatami twill filter having a mesh size of 12 μm was used as the second
[0028]
Conventionally, in order to prevent the
[0029]
As the second
[0030]
FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of the joint when the ink tank is removed according to the embodiment of the recording apparatus of the present invention, and FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of the joint when the ink tank is mounted. Reference numerals in the figure are the same as those in FIG. When the
[0031]
When the
[0032]
First, when ink is not present on the
[0033]
Next, when ink is present on the
[0034]
6A and 6B are configuration diagrams illustrating an example of a head chip unit, where FIG. 6A is a perspective view and FIG. 6B is a cross-sectional view. In the figure, 31 is a channel substrate, 32 is a heater substrate, 33 is a common liquid chamber, 34 is a nozzle, 35 is a dummy nozzle, and 36 is a heater. The
[0035]
In a specific head chip, the configuration may be such that the
[0036]
In the head chip having the structure shown in FIG. 6, the ink flow path to the
[0037]
In an actual printing apparatus, when the fluid resistance on the
R (ink tank) = 1.6 × 10 9 (Pa · sec / m Three )
R (print head) = 3.0 × 10 11 (Pa · sec / m Three )
It was. As described above, the flow path resistance is very large on the
[0038]
Actually, it is thought that the fluid capacitance and the fluid inductance component act in addition to the flow path resistance component. However, the fluid capacitance is overwhelmingly large on the
[0039]
As described above, by making the average opening diameter of the
[0040]
The air bubbles that have entered the
[0041]
The smaller the average opening diameter of the
[0042]
Further, the average opening diameter of the
[0043]
FIG. 7 is an explanatory diagram of an example of the determination result of the used ink amount and the life based on the combination of the average opening diameters of the
[0044]
Printing limit resistance value is 1 × 10 10 Pa / sec · m 3 Recording was performed until the fluid resistance reached the printing limit resistance for each combination of mesh sizes. As the evaluation result at this time, the used ink amount until the fluid resistance value reaches the printing limit resistance value, the number of printed sheets at a resolution of 400 × 400 dpi, the number of printed sheets at a resolution of 400 × 800 dpi, and the determination result are shown. . Judgment results are as follows. The life target is set to 20,000 sheets in A4 size, and the
[0045]
As can be seen from FIG. 7, when the average opening diameter of the second
[0046]
Although not shown in FIG. 7, if the average opening diameter of the second
[0047]
As described above, the difference between the average opening diameter of the second
[0048]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the present invention, the average opening diameter of the meniscus of the second meniscus forming member provided at the connection portion on the ink tank side and the filter provided at the connection portion on the print head side are provided. By making the average opening diameters substantially the same, it is possible to provide a recording apparatus capable of reducing clogging of the filter and enduring long-term use. By setting the opening diameter of the filter to be equal to or smaller than the diameter of the nozzle as in the invention described in
[0049]
Further, as in the second aspect of the invention, the flow path resistance from the filter on the print head side to the nozzle is higher than the flow path resistance from the ink tank side to the second meniscus forming member. When the ink tank is joined, the compressed air remaining between the second meniscus forming member and the filter can be guided to the second ink chamber in the ink tank via the second meniscus forming member. Therefore, it is possible to reduce image quality defects due to bubbles entering the print head. Since the air bubbles guided to the second ink chamber move upward in accordance with the upper inclined surface in the second ink chamber as in the third aspect of the invention, the air bubbles in the ink tank are moved by the air bubbles. Flow is not impeded. As described above, the present invention has various effects.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of a main part of an embodiment of a recording apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view of a main part of an embodiment of the recording apparatus of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing a transition of a fluid resistance value of a filter with respect to a used ink amount in an embodiment of the recording apparatus of the present invention.
FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of a joint when an ink tank is removed in an embodiment of the recording apparatus of the present invention.
FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of a joint when an ink tank is mounted in an embodiment of the recording apparatus of the present invention.
FIG. 6 is a configuration diagram illustrating an example of a head chip unit.
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a determination result of a used ink amount and a life based on a combination of mesh sizes of a
FIG. 8 is an explanatory diagram of an example of a relationship between a filter particle size and a transmission efficiency of a filter.
FIG. 9 is a graph showing a transition of a fluid resistance value of a filter with respect to a used ink amount.
[Explanation of symbols]
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