JPH021324A - インクジェットプリンタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔１既要〕 インクを、記録ヘッドのノズルオリフィスから噴射させ
、液滴として飛翔させて記録を行うインクジェットプリ
ンタに関し、 圧力室内における気泡の発生によるインク噴射停止を皆
無にすることを目的とし１ 、ポアサイズが０．５μｍ以下のフィルタで濾過された
インクが満たされる圧力室と、 前記圧力室と連通ずるノズルと、 前記圧力室に圧力を与え、圧力室内のインクを前記ノズ
ルより噴出させる圧力発生手段と、前記圧力室と連通す
るインク貯溜器と、前記圧力室と前記インク貯溜器との
間のインク通路中に設けられ、前記インク貯溜器からの
インクを濾過するための、ポアサイズが５μｍ以下のフ
ィルタと、 を有する構成とする。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、インクを、記録ヘッドのノズルオリフィスか
ら噴射させ、液滴として飛翔させて記録を行うインクジ
ェットプリンタに関する。

〔従来の技術〕

インクジェットプリンタは、普通紙に記録ができ、高速
・低騒音、低ランニングコスト、カラー化容易等数々の
長所を有するため、実用化が期待され、その努力が成さ
れてきたが、ノズル孔の目詰まり、インク通路内の気泡
の存在等により、インク噴射が停止するという問題が残
されている。

インク噴射が不能になるという信頼性の低さは、記録時
に印字欠落となり、プリンタ実用化上、最大の障害とな
っている。

ノズル孔の目詰まりは、 ■インク中の染料等が、溶媒の蒸発により、ゲル化や結
晶化・析出し、ノズル孔を塞ぐ場合と、■インク中に存
在する、いわゆる溶媒に溶解しないゴミ等がノズル孔に
詰まる場合、に生しる。

インク通路内の気泡の存在は、 ■ノズル孔からの空気の吸い込み、 ■インク貯溜器からヘッドに至るまでのインク供給路か
らの気泡の流れ込み、 ■インク噴射エネルギーを発生する圧力室内での急激な
加減圧により、インク溶存気体が気泡化するキャビテー
ション現象、等の原因で発生する。

■に対しては、塩類を含まない高純度染料、溶解性の高
い染料の使用、蒸発しにくい溶媒の使用、■に対しては
、インクの濾過、 ■に対しては、駆動波形、流路形状の最適化、■に対し
ては、空気しゃ断性の高い材料の使用、気泡トラップの
設置、 ■に対しては、溶存気体減少のためのインクの　　室内
における気泡の発生によるインク噴射停止を脱気、等の
対策を行なっている。　　　　　　　　　　皆無にする
ことにある。

〔発明が解決しようとする課題］ これまでの調査・検討の結果、■においては、インク製
造時に、ポアサイズ数μｍのフィルタで濾過し、かつイ
ンク供給路途中に、ポアサイズ数十μｍのフィルタを設
けることで十分に対応できることが明らかになっている
（ノズル孔径３０μｍφ〜１００μｍφ程度）。

しかし、■に対しては、インク中の溶存気体を完全に除
去することは不可能であり、十分な効果は得られていな
い。

特にキャビテーション現象は、液中に振動の核となるも
のが存在する場合に顕著となることが周知である（“キ
ャビテーション工学°°山崎卓爾著Ｐ、１０ｅ１１〜１
２　　日刊工業新聞社発行Ｓ５３．７．３０発行初版）
。

本発明の技術的課題は、従来のインクジェットプリンタ
におけるこのような問題を解消し、圧力〔課題を解決す
るための手段］ 第１図は本発明によるインクジェットプリンタの基本原
理を説明する図である。図において、９ａは圧力室であ
り、ポアサイズが０．５μｍ以下のフィルタで濾過され
たインク９ｈが満たされる。８はノズルであり、圧力室
９ａと連通ずるように設けられているもの、１０は圧力
発生手段であり、圧力室９ａに圧力を印加することによ
り、圧力室９ａ内のインク９ｂをノズル８から噴射させ
るためのものである。

■はインク貯溜器であり、流路２１．２２を介して、イ
ンクジェットヘッドＨに接続されている。流路２１．２
２の途中には、濾過部５が配設されている。

濾過部５は、ポアサイズが０．５μｍ以下のフィルタ４
を有している。またこのフィルタ４を通過するインクを
加熱して粘度を低下させるための加熱手段３を有してい
る。

（作用） 従来、インクジェットヘッドのノズルオリフィスは５０
〜１００μｍ程度の大きさのため、ノズルサイズに比べ
てポアサイズの十分に小さい０．８μｍ程度のフィルタ
で濾過して製造したインクを用いると、ノズルメニスカ
スの形状にも影響を及ぼさず、問題がないとされてきた
。

しかしながら、実際に０．８μｍのフィルタで濾過した
インクを記録ヘッドに供給し、噴射させると、噴射停止
となることがあった。

そこで、０．５　μｍのフィルタで濾過したインクを製
造し、記録ヘッドに供給し噴射させ続けたところ、噴射
停止となる現象は皆無となった。

インクジェットヘッドでは、圧電素子の駆動により、圧
電素子直下の圧力室に圧力波が発生し、ノズルに達して
、インク滴の噴射が行われる。そのため、圧力波（超音
波振動）は、圧力室で最も強い。０．８μｍのフィルタ
で濾過したインクでは、濾過されたインク中に、０．８
μｍ以下の大きさを有する不純物が存在しており、この
不純物が圧力波（超音波振動）の強い所（圧力室）を通
過する際、不純物に吸着しているガスが気泡となって成
長する。つまり、不純物自身が核となり、気泡が生成す
る。この気泡が、圧電素子で生じさせた圧力波を吸収す
るため、圧力波がノズルに到達できず、噴射不能となる
。

これに対し、０．５　μｍのフィルタで濾過したインク
では、精製されたインクに含まれる不純物が小さく、噴
射不能となる程には気泡が成長せず、成長しないまま、
あるいは消滅し、ノズルからインク滴として噴射される
。そのため、０．５μｍのフィルタで濾過して製造され
たインクでは、噴射停止となるようなことはない。

なお、さらにポアサイズの小さいｏ、ｌ　μｍ以下のフ
ィルタで濾過してもよいが、流路抵抗が増大し、インク
濾過速度が遅くなるため、製造性に劣るほか、インクジ
ェットヘッドへのインク供給不可となる。

インクジェットプリンタが始動し、インク貯溜器１中の
インクが、フィルタ４を通過するとき、加熱手段３によ
って加熱され、粘度を低下させることにより、インクは
容易にフィルタ４のボアを通過できる。そして流路２２
を通じて、ヘッド１１に供給され、インクが加圧される
ことで、液滴が記録媒体に向かって飛翔し、印字が行な
われる。

［第一実施例］ インクが含む不純物サイズ量の分布を調べた。

第２図に、その結果を示す。横軸はフィルタポアサイズ
である。継軸はインクの濾過できる■であり、値が大き
ければ、不純物が少なく、フィルタボアを塞がず、イン
ク量を多く濾過できることを示し、逆にインク濾過率が
小さければ、不純物が多く、フィルタボアを塞ぐため、
少量のインクしか濾過できないことを意味する。

実験は、フィルタサイズは一定（φ２５μｍ）で、ポア
サイズをまず５μｍとし、インクを濾過し、この濾過量
を基準に１００％とした。５μｍのフィルタで濾過した
インクを、ポアサイズ２．５μｍのフィルタで濾過し濾
過量を測定し、５μｍでの濾過量に対する割合を求めた
。

以下順に、フィルタポアサイズ０．８μｍ、０．６５μ
ｍ、０．４５μｍ、０．２μｍのフィルタで濾過し、５
μｍフィルタによるインク濾過量に対する割合を求めた
。

この実験で用いるインクの組成は、次のとおりである。

染料　　　　　　　　　　　　　２ｗｔ％トリエタノー
ルアミン　　　　　　２ｗｔ％エチレングリコール　　
　　　　２制御計％ポリエチレングリコール１ｔ２００
　　１０ｗｔ％グリセリン　　　　　　　　　１０ｗｔ
％蒸留水　　　　　　　　　　　　５５ガｔ％そして、
上記の各成分を、容器の中で十分混合溶解した後、前述
の各サイズのフィルタ毎に得られたインクを加圧濾過す
ることで、６種類のインクを用意した。その後、各イン
クを、真空ポンプを用いて脱気処理した。

第２図の結果より、不純物サイズが０．４５〜０．６５
μｍ間のものが最も多いことがわかる。すなわち、不純
物量のピークは、０．４５〜０．６５μｍ間にあり、こ
の不純物をポアサイズ０．４５μｍのフィルタで除去す
ると、不純物量も大幅に減少し、噴射安定性も問題ない
ことがわかる。

また、その不純物量（０，４５〜０．６５μｍ）は、サ
イズ２．５〜５μｍの不純物量の１０倍程度であること
がわかる。

このインクを、インクジェットヘッドに供給し、噴射安
定性を調査した。この実験に使用したインクジェットヘ
ッドは、第３図に示す通りである。

このインクジェットヘッドは、インク供給ロアと各ノズ
ル８・・・間が、圧力室であるインク通路９・・・を介
して連通しており、各インク通路９・・・ごとに設けら
れた圧電素子１０・・・がパルス駆動されて、圧力波が
印加されることにより、ノズル８・・・から液滴１１が
記録媒体に向かって飛翔する型式のドロップオンデマン
ド型のインクジェットヘッドである。

ノズル８・・・の数は２４（千鳥２列配列）であり、イ
ンク供給ロアはインクカートリッジ等のインク貯溜器に
接続されている。従って、前述の方法で製造したインク
は、各インク毎にインクカートリッジに注入し、インク
カートリッジの交換によってインクの交換を行なった。

実験の結果、第４図に示すように、ポアサイズ０．４５
μｍまたは０．２μｍのフィルタで濾過したインクでは
、噴射停止は発生せず、０．８μｍのポアサイズでは噴
射停止が発生した。３μｍのポアサイズでは、さらに噴
射停止率が高い。

また、０．６５μｍのポアサイズのフィルタのものでは
、噴射停止するものが見られた。従って、少なくとも０
．５μｍのポアサイズのものであれば、実用上問題ない
と判断できる。

このように、インク中に０．４５〜０．６５μｍの大き
さの不純物が有ると、圧電素子の駆動により生じるイン
ク中の圧力変動により、インクと不純物との間に動きの
違いが生じ、不純物表面付近に気泡が生じたり、不純物
に吸着した気体が成長したりする（キャビテーション）
。

この気泡が、圧電素子の駆動で生じた圧力を吸収するた
め、この圧力がノズルに達せず、インク滴を噴射できな
くなる。

従って、フィルタポアサイズを小さくすると、インク中
に残留する不純物サイズを小さくすることができ、不純
物の存在により生じる気泡も小さく、発生した圧力も気
泡に吸収されにくくなり、インク滴の噴射速度はやや低
下するものの、インクの噴射を継続させることができる
。また、この気泡は、不純物を含むインク滴と一緒に噴
射されることになるため、圧力室内に累積することもな
く、噴射上の問題を発生させない。

〔第二実施例〕

このように、本発明者らは、鋭意検討の結果、インクジ
ェット記録方式においても、インク中に存在する一定径
以上のゴミが、キャビテーションによる気泡発生に多大
なる影響を与え、その径の限界点が０．２μｍ−０，４
５μｍ程度であることを発見し、濾過後のインクにおい
ては、気泡の発生がないことを確かめた。

しかしながら、さらなる検討の結果、ポアサイズ０．２
μｍ〜０．４５μｍのフィルタで濾過したインクでも、
濾過後２週間〜１ケ月程度経過すると、気泡の発生が見
られ、噴射停止するノズルがあることも明らかになった
。

この原因を調査した結果、インク内の不純物の微粒子や
カートリッジ内の染料が凝集して、直径が０．５μｍよ
りも大きくなった微粒子の影響であることが判明した。

そこで、その対策として、濾過直後のインクをヘッドに
供給できるよう、インク供給路に、ポアサイズ０．４５
μｍ以下のフィルタを有する濾過部を設けることが有効
である。

しかしながら、ポアサイズの小さいフィルタはど、イン
クが通過する際の流路抵抗が太き（なり、噴射に必要な
インク量を供給できなくなる。

本実施例においては、濾過部５に設けるフィルタ４とし
て、前記のような目詰まり防止の観点から、ポアサイズ
０．４５μｍ以下のものを用いるに際し、加熱手段３を
作動させて濾過部５内のインクを加熱し、インクを低粘
度化してフィルタ４に送るよう構成することで、インク
が容易にフィルタ４を通過して、ノズルに到達できるよ
うにしている。

すなわち、第５図に示すインク温度とインク粘度の関係
図から明らかなように、インク温度が上昇するに伴ない
、インクの粘度は低下している。

また第６図に示される、インク粘度とフィルタ部のイン
ク濾過速度との関係を示す図から明らかなように、イン
ク粘度が低下するほど流動抵抗が低下してフィルタを通
過し易くなり、濾過速度が速くなっている。

この実施例によれば、インクを５０°Ｃに加熱した場合
、インク粘度を、室温（２３°Ｃ前後）の場合に比べて
約半分（４，５−＞　２．２Ｘ１０−”Ｐａ　−ｓ）に
できるため、濾過時の抵抗が小さくなって、濾過速度が
２倍となり、十分なインク供給が行なえる。

なおインクは、毛細管力により、ノズル先端まで供給さ
れるが、インク貯溜器内に圧力発生手段を設け、インク
をやや加圧することにより、供給がより容易になる。

〔第三実施例〕

第７図においてこの実施例を詳述する。この実施例では
、インクカートリッジ１ａとフィルタ４との間において
、インク加圧装置６が、供給チューブ２１に接続されて
いる。

フィルタ４は、ポアサイズを０．１μｍ〜０．４５μｍ
とする。

またフィルタ４部は、供給チューブ２１．２２に比較し
て大面積にしてあり、インクの通過抵抗を下げるととも
に、目詰まりが生じても充分な開口率が確保されるよう
にしている。このフィルタ４は、容易に着脱できる構造
となっているため、定期保守の際に交換することもでき
る。

フィルタ４部は流路抵抗が大きいので、それを相殺する
ために、インク加圧装置６が設けられている。前記のよ
うに、加熱手段３を設けるなどの手法により、不必要に
なれば、省くこともできる。

第４図に示される、フィルタ４のポアサイズとノズルの
連続噴射時間との関係図のように、ポアサイズ３μｍあ
るいは０．８μｍのフィルタを用いると、数時間でノズ
ルが噴射不能となるが、ポアサイズ０．４５μｍ以下の
フィルタを用い、インク加圧装置６を付加することで、
連続噴射率１００％が維持され、しかもノズルの噴射停
止は発生しなくなる。

なお、ポアサイズを必要以上に小さくすると、流路抵抗
がいたずらに大きくなるだけで、実用的でない。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、不純物の存在に起因する
圧力室内の気泡の発生を皆無にでき、安定なインク噴射
を実現できる。また、インクジェットヘッドへのインク
供給路の途中に設ける濾過部５に、加熱手段３を設けて
、濾過部５を通過するインクを加熱することにより、イ
ンクの粘度が低下して濾過が容易になる。そのため、ポ
アサイズの小さなフィルタを用いても、インクが噴射不
能とならず、高速でインクを供給することができ、かつ
ノズルの目詰まりも防止でき、信頼性の高いインクジェ
ットプリンタを実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるインクジェットプリンタの基本原
理を説明する断面図、第２図はフィルタポアサイズとイ
ンク濾過量の関係を示す図、第３図はインクジェットヘ
ッドの説明図、第４図は連続噴射安定性の説明図、第５
図はインク温度とインク粘度の関係を示す図、第６図は
インク粘度とインク濾過速度の関係を示す図、第７図は
第三実施例の説明図である。 図において、１はインク貯溜器、１ａはインクカートリ
ッジ、２１．２２はインク供給路、３は加熱手段、４は
フィルタ、５は濾過部、Ｈはインクジェットヘッド、６
はインク加圧装置、７はインク供給口、８・・・はノズ
ル、９・・・はインク通路、９ａは圧力室、９ｂはイン
ク、１０は圧力発生手段をそれぞれ示す。 特許出願人　　　　　富士通株式会社 復代理人　弁理士　　福　島　康　文 フィルタボアサイス゛ヒインク濾旦量の関係を示すｍ第
２図 四排克噴射安定・匹の説糊■Ｚ 躬三′欠施例の言桑日月図 第７図 インＶＪａ＆　（ｘ／θ−’Ｐａ　ｓ）（ｎ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ポアサイズが０．５μｍ以下のフィルタで濾過され
   たインクが満たされる圧力室（９ａ）と、前記圧力室（
   ９ａ）と連通するノズル（８）と、前記圧力室（９ａ）
   に圧力を与え、圧力室内のインク（９ｂ）を前記ノズル
   （８）より噴出させる圧力発生手段（１０）と、 を有することを特徴とするインクジェットプリンタ。 ２、前記圧力室（９ａ）と連通するインク貯溜器（１）
   と、 前記圧力室と前記インク貯溜器との間のインク通路中に
   設けられ、前記インク貯溜器からのインクを濾過するた
   めの、ポアサイズが５μｍ以下のフィルタ（４）と、 を有することを特徴とする請求項１記載のインクジェッ
   トプリンタ。 ３、前記フィルタ（４）を通過するインクを加熱するこ
   とで、その粘性を低下せしめる加熱手段（３）と、を有
   することを特徴とする請求項２記載のインクジェットプ
   リンタ。 ４、前記フィルタを通過するインクに圧力を与える手段
   と、 を有することを特徴とする請求項２記載のインクジェッ
   トプリンタ。