JPH09141890A

JPH09141890A - インクジェット記録装置

Info

Publication number: JPH09141890A
Application number: JP7306195A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Hara; 和彦原
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1995-11-24
Filing date: 1995-11-24
Publication date: 1997-06-03

Abstract

(57)【要約】【課題】インク経路中、特に異物捕捉用フィルターに
滞留した気泡を簡単な構造で確実に排出させることで、
気泡の印字ヘッドへの流入、気泡の経時変化に伴う悪影
響を抑え、信頼性の高いインクジェット記録装置を提供
する。【解決手段】インクを吐出して記録媒体上に記録を行
うインクジェット記録装置の異物捕捉用フィルターユニ
ットに、滞留した気泡を優先的に流す、断面積が０．０
０２ｍｍ²以上、０．２ｍｍ²以下、または、フィルタ
ー４２の２０倍以上の流路抵抗を有するフィルターバイ
パス流路４５を形成することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インク滴を飛翔さ
せて記録媒体上に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。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット記録装置においては、印
字ヘッドへインクカートリッジからインクを供給する経
路中に、インク内の異物を捕捉、除去し、異物の印字ヘ
ッドへの流入を抑えるためにフィルターを設置する。フ
ィルターは、該フィルターをインクが通過する際の動圧
を抑えるため、また構成上の問題から、インク供給チュ
ーブの断面積より大きくする必要がある。このため、フ
ィルターの直前に位置するフィルター室では流速が低下
し、乱流が発生するため、異物のみならず気泡もトラッ
プされる。また、フィルターの構造は、ナイロンあるい
はステンレス等の糸を織ることで形成されており、その
構造上、織り目の部分で大きな毛細管力がはたらく。し
たがってトラップされた気泡をその毛細管力を打ち破っ
てフィルターを通過させるには、非常に大きな圧力が必
要であり、また実際には気泡を避けた流線でインクが流
れてしまうため困難となる。

【０００３】特開昭６２−２５７８５７号公報では、図
９で示すとおり、フィルター４２を縦方向に配置し、片
側に入口孔４８、他側に出口孔４４を有するフィルター
室４９、４３を備え、前記入口孔４８を出口孔４４より
高い位置に設けることで、充填時に前記フィルター室４
３上部に残った気泡ａが供給チューブ３へ流出すること
を抑えている。

【０００４】また、特開昭６２−１０９６４７号公報で
は、図１０で示すとおり、三方切り換え弁１０２により
インク供給チューブ３から分岐する分岐流路１０１を設
け、流路抵抗の大きいノズル１５を介さずに、該分岐流
路１０１を介してインクを導出することによりインク供
給経路中の異物、気泡を確実に除去している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
６２−２５７８５７号公報では入口孔側フィルター室に
必ず気泡が滞留するため、環境温度の変化に伴い気泡が
成長し、吐出異常に陥る問題がある。特に、フィルター
ユニットを印字ヘッドの近接に設置する構成の場合はそ
の影響が顕著となる。

【０００６】また、特開昭６２−１０９６４７号公報で
報告されている技術では、構成が複雑で装置の大型化を
招く、制御が煩雑になる等の問題があり、インクジェッ
ト記録装置の小型化には不適である。本発明はこのよう
な課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところ
は、インク経路に進入した、特には異物トラップ用フィ
ルターに滞留した気泡を確実に除去することであり、ひ
いては信頼性の高いインクジェット記録装置を提供する
ことにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このような問題を解決す
るために本発明においては、フィルター構成部に気泡を
優先的に流す構成及び寸法のバイパス流路を設ける。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下に本発明の詳細を図示した実
施例に基づいて説明する。

【０００９】図１は、インクジェットプリンタの一実施
例を示すものであって、ガイド軸５に案内されてプラテ
ン６の軸方向に移動するキャリッジ７に搭載された印字
ヘッド１へは、インクカートリッジ２からインク供給チ
ューブ３、フィルターユニット４を経てインクが供給さ
れる。フィルターユニット４を印字ヘッド１の近傍に密
接して配置しているため、印字ヘッドを常にフィルター
ユニットと一体で製造、輸送、取付けできるため、異物
の浸入に対し有効である。

【００１０】８はキャップ部材で印字ヘッド１のホーム
ポジションに配置されて印字ヘッド１の前面に気密的に
当接する。そしてインクの充填動作や気泡等の除去のた
めのクリーニング動作は吸引ポンプ９によって、強制的
にインクを排出させて、前記キャップ部材８を通じて、
実施される。

【００１１】以上にフィルターユニットの配設箇所につ
いて記したが、次に、本発明の特徴部分であるフィルタ
ーユニットの実施例について述べる。

【００１２】図２は一実施例を示すフィルターユニット
の断面図である。

【００１３】フィルターユニットを構成しているフィル
ターベース部材４１、出口孔部材４６、入口孔部材４７
は、耐インク性能を備えていればどの様な材料でも使用
できる。たとえば、ポリアセタール、ナイロン、ポリサ
ルフォン、環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）等の樹
脂材料やステンレス等の金属材料である。そしてこれら
の射出成形、ダイキャスト、及び切削によって作ること
ができる。インク中の水分の蒸発、脱気インクへの外界
からの空気透過量に関して、各材料厚を２ｍｍ以上にす
ればほぼ問題ないが、望ましくは、金属材料、プラスチ
ック材料ではポリアセタール、ナイロン、ＣＯＣが適す
る。

【００１４】本実施例では、ＣＯＣ樹脂を用いて試作、
実験を行った。フィルターベース部材４１には、ステン
レス製メッシュフィルター４２が熱融着により接合され
ている。印字ヘッドのノズル及び供給口絞り部の寸法が
φ３０〜５０μｍの面積相当であるから、フィルターの
孔径は、φ２０μｍ以下の円孔及び２０μｍ以下の辺を
持つ四角形孔相当が適当である。フィルター４２からテ
ーパ形状の出口孔側フィルター室４３、出口孔４４へと
連なり、これと平行してフィルターバイパス流路４５が
形成されており、出口孔部材４６が接合されることで出
口孔４４へ連なる。入口孔部材４７には、入口孔４８か
らフィルター径へ向かうテーパ部が形成されており、フ
ィルターベース部材４１と接合されることで入口孔側フ
ィルター室４９となる。そして該入口孔側フィルター室
４９は前記フィルターベース部材４１のフィルターバイ
パス流路４５に対向する部位まで開口している。

【００１５】出口孔部材４６、フィルターベース部材４
１、入口孔部材４７を超音波溶着、接着剤による接合あ
るいはゴムパッキンを介し、ボルト、ナットで接合する
ことにより実際のフィルターユニットは構成される。

【００１６】図２に示すように、入口孔に至る流路と出
口孔に至る流路がフィルターの面を横切るように設置さ
れている。

【００１７】図示しない吸引ポンプあるいは加圧ポンプ
によりインクを新たに充填する場合、インクは入口孔４
８から入ると、入口孔側フィルター室４９を充填しよう
とする一方、先に流れたインクは出口孔フィルター室４
３に入り、さらに出口孔４４から出ていく。

【００１８】入口孔側フィルター室４９は入口孔４８に
対して断面積が大きいため、インク流速は小さくなり乱
流が発生する。初期的にはフィルターバイパス流路４５
にはインクが満たされていないため、流体抵抗が発生せ
ず優先的に流れる。これにより気泡を取り残すことなく
インク充填することができる。小気泡が取り残された場
合でも、いったん充填動作を止めると、気泡は浮力によ
り上昇する。再び充填することで、フィルターバイパス
流路４５に確実に案内されて、出口孔４４へ入り排出さ
れる。

【００１９】インク供給チューブ前方から流れてきた気
泡についても同様に、浮力により入口孔フィルター室４
９の上方へ向かうため、容易に排出することができる。

【００２０】フィルターユニット内にインクが充填され
た状態で、フィルターバイパス流路のインク流量が大き
いとフィルターの本来の目的である異物トラップが機能
しなくなる。

【００２１】図３で示す実験装置を用い可撓性のあるチ
ューブを用いたフィルターバイパス流路４５の長さをふ
って、該フィルターバイパス流路４５へ流れる流量を変
え、約５０μｍ以上の異物を混合させた評価インクを、
前記実験装置を介して総インク量０．１〜０．３ｇ／ｓ
ｅｃでヘッドへ供給する試験を行った。その結果、バイ
パス流路の流量をフィルターを流れる流量の１／２０以
下にすることで、異物はバイパス流路を流れてへッド内
へ流入し、ヘッドの細管流路、すなわち供給口絞り部及
びノズルで異物詰まりを発生させることなく、フィルタ
ーでトラップされた。

【００２２】気泡の流れを観察したところ、フィルター
バイパス流路の断面積は、０．００２ｍｍ²以上、０．
２ｍｍ²以下であること、例えば径０．０５ｍｍ以上、
０．５ｍｍ以下の円管流路が望ましい。これ以下である
と、インク供給チューブ前方から流れてきた気泡が、フ
ィルターバイパス流路にインクメニスカスを形成し、そ
の強さにより後退させにくくなり、全体のインク流量を
上げないと排出されなくなる。また、必要以上にフィル
ターバイパス流路の断面積を大きくすることは、印字ヘ
ッドとフィルターユニットを一体でハンドリングする際
に、異物がそこより浸入し、本来の機能を損なう結果に
なる。

【００２３】ステンレス製でメッシュ径＃２３００、綾
畳織りのフィルターは、通過流球径は５μｍであり、異
物トラップの機能は十分である。径３．４ｍｍのフィル
ターを採用したとき、粘度２．５ｍＰａ・ｓのインクで
フィルター前後での動圧を測定し、フィルター部の流路
抵抗を算出すると４．０５×１０⁹Ｎ・ｓｅｃ・ｍ^-5と
なる。バイパス流路は、内径０．２ｍｍ、長さ１．５ｍ
ｍの流路とすることで、約２４倍の流路抵抗となる。

【００２４】図４は本発明の第２の実施例を示すもので
ある。フィルター４２は、縦方向に配置し、その重力方
向の上側にフィルターバイパス流路が形成されている。
入口孔フィルター室４９上側から、前記バイパス流路の
入口に向かって滑らかなテーパ形状で断面積が絞ってあ
る流路を通ってフィルターバイパス流路４５へ連通す
る。入口孔フィルター室４９に滞留した気泡は浮力によ
り、該入口孔フィルター室４９の直上にあるフィルター
バイパス流路４５へ容易に案内される。このとき、滑ら
かな形状で断面積が絞られておりエッジ部がないため、
気泡のインクメニスカスによる毛細管力が働きにくくな
り、気泡は移動しやすくなる。また、フィルターバイパ
ス流路４５は水平方向で直線流路に形成されており、さ
らに出口孔４４へ直線的に連通する。この一連の構造に
より、気泡は積極的にフィルターバイパス流路４５へ案
内され、案内された気泡はストレートに出口孔４４に排
出されるため、気泡の排出性はより良好となる。

【００２５】図５は本発明の第３の実施例を示すもので
ある。

【００２６】バイパス流路形成板５０には流路溝４５’
が図５（ｂ）及び（ｃ）で示すとおりに形成されてい
る。図（ｂ）は図（ａ）におけるａ−ａ断面図、（ｃ）
はｂ−ｂ断面図である。フィルターベース部材４１に出
口孔側フィルター室４３と平行に形成されたフィルター
バイパス流路４５は、前記バイパス形成部材５０と接合
されることで実際の流路になる。そしてこの出口孔側フ
ィルター室４３の重力方向の下側に案内される。フィル
ターバイパス流路４５の出口が、重力方向の下部に位置
するため、出口から出た気泡は滞留することなく、確実
に排出されるため気泡排出性はより良好となる。

【００２７】図６は本発明の第４の実施例を示すもので
ある。

【００２８】フィルターバイパス流路４５は、入口孔側
フィルター室４９では、入口孔４８と最も遠い位置で、
重力方向で最も上位置に構成されている。フィルターベ
ース部材４１の出口孔側フィルター室４３の絞り構造
は、図６で示すとおり主たるインク流を上向き方向にす
る。それとともに、前記フィルターバイパス流路４５及
び出口孔側フィルター室４３のそれぞれの出口は、出口
孔部材４６により、最も近い位置で合流し、出口孔４４
となる。主たるインク流は滑らかに入口孔４８から出口
孔４４へ連なっており、気泡が滞留することもなく、ま
たインク中の異物も主たるインク流から逸脱することは
ない。フィルター４２とフィルターバイパス流路４５の
間に隔離壁５１を設けると一層効果がある。該隔離壁５
１は浮力によって移動できる傾斜を有するため隔離壁下
部に気泡が滞留することはない。これにより、構造及び
基材により気泡排出性が悪いヘッドで、気泡を排出する
ために大きな流量を流す必要がある場合においても、異
物がバイパス流路を経由してフィルターユニットを通過
することはない。

【００２９】図７（ａ）、（ｂ）は本発明の第５の実施
例を示すものである。

【００３０】インクジェット記録装置の構成上、フィル
ター４２を水平方向に配置しなければならないこともあ
る。図７（ｃ）で示すとおり、インク流が重力方向と逆
方向であり、フィルターバイパス流路４５の入口を川上
に配置すると、該フィルターバイパス流路４５を通過
し、フィルター４２に滞留した気泡は、インク流を逆流
して前記フィルターバイパス流路４５へ戻ることはでき
ない。

【００３１】図７（ａ）、（ｂ）で示すとおり、フィル
ターバイパス流路４５をフィルター４２の先に配置する
ことで、気泡はフィルターバイパス流路４５へ向かって
移動が可能となる。また、（ａ）の場合は多少なりとも
フィルター４２が傾斜をもって配設されており、浮力に
よって気泡がフィルターバイパス流路４５へ案内される
構造であることが望ましい。

【００３２】この場合は、図７（ｄ）で示すとおり、フ
ィルター４２の川上側にフィルターバイパス流路４５が
位置することは可能である。

【００３３】図８は本発明の第６の実施例を示すもので
ある。

【００３４】インクジェット記録装置において、高印字
品質、速乾性の達成、さらにはあらゆる紙に高印字品質
で印字できるよう、インク及び印字プロセスの検討がさ
れている。インク染料濃度のアップ、あるいは顔料イン
クの採用、印字媒体を加熱する等もその一つである。こ
のような技術の場合、インクは水分の蒸発により、粘度
が上昇して、印字ヘッドのインク吐出性能の低下、目詰
まり等の問題が発生する。この対策として、印字ヘッド
の流路構造においてヘッドバイパス流路を設け、インク
を循環させることでインク粘度上昇を押さえ、信頼性を
得る方法がある。

【００３５】図８で示すとおり、図示しないインクカー
トリッジからインク供給チューブ３を介して、インクが
フィルターユニット４ａへ入り、ここで異物がトラップ
されて印字ヘッド１へ送られる。印字ヘッド１にはリザ
ーバ部１１、供給口絞り部１２、キャビティ１３、ヘッ
ドバイパス流路１４が形成されている。キャビティ１３
の中央にはノズル１５が配設されており、図示しない圧
電素子、発熱体等の圧力発生素子により前記ノズル１５
からインクが吐出され、記録媒体に画像が形成される。
印字ヘッド１からフィルターユニット４ｂへインク流路
は連なり、さらにサブタンク２０へと至る。

【００３６】サブタンク２０は袋状の可撓性のあるフィ
ルムで形成されている。また、サブタンク２０の上部に
は、空気は通すがインクは通さない撥水性の布状のベン
ト２１が備わっている。インクカートリッジはサブタン
ク２０より重力方向の低い位置に設置されており、加圧
装置により、前述したインクの流れでインクがサブタン
ク２０に充填される。インクＩが満杯になると加圧動作
が止まり、水頭差により今度は逆方向にインクが流れ
る。

【００３７】このような構成のインクジェット記録装置
においても印字ヘッド１のインク入口と出口をフィルタ
ーで覆うフィルターユニットと一体で構成することが、
製造、輸送、取付けする上で異物の浸入に対し有効であ
る。

【００３８】この場合、フィルターバイパス流路４５を
インクカートリッジからみて川下のフィルターユニット
４ｂに設けることでフィルター４２の川上部に気泡が滞
留することはない。フィルターバイパス流路４５を通っ
てサブタンクへ達した気泡はベント２１から外部へ排出
される。したがって、インク循環動作により２個フィル
ター４２間を抜けない気泡が往復することはなく、気泡
の存在による吐出特性の劣化、あるいは経時変化で成長
した気泡により吐出安定性等の信頼性が悪化する心配も
ない。

【００３９】また、フィルターバイパス流路４５の開口
穴の面積は０．２ｍｍ²以下と小さいため、そこより異
物が入る確率も低く、異物対策としても保護フィルム貼
布程度の簡易な方策で問題ない。

【００４０】印字ヘッドの川下及び川上両側のフィルタ
ーユニット４ａ、４ｂにフィルターバイパス流路を設け
た場合は、印字ヘッド１の川上側のフィルターユニット
４ａの入口項側フィルター室にも気泡が滞留することが
ない。したがって、特にフィルターユニットを印字ヘッ
ドに近接して設置する場合及び供給流路の断面積が小さ
い場合には、滞留した気泡が経時変化で成長して流路を
閉塞し、吐出異常になることはなく信頼性をさらに向上
させることが可能となる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、フ
ィルター構成部にフィルター面に滞留する気泡を優先的
に流すフィルターバイパス流路を設け、その構造及び寸
法の最適化を果たしたため、気泡が滞留することがな
く、これによる信頼性の低下を抑えることが可能となっ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるフィルターユニットを用いたイン
クジェット記録装置の実施例説明図である。

【図２】（ａ）、（ｂ）は本発明によるインクジェット
記録装置のフィルターユニットの第１の実施例を示す断
面図である。

【図３】本発明による第一の実施例における実験装置を
示す模式図である。

【図４】本発明の第２の実施例におけるインクジェット
記録装置のフィルターユニットを示す断面図である。

【図５】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本発明の第３の実施
例におけるインクジェット記録装置のフィルターユニッ
トを示した断面図である。

【図６】本発明の第４の実施例におけるインクジェット
記録装置のフィルターユニットを示す断面図である。

【図７】（ａ）、（ｂ）、（ｄ）は本発明の第５の実施
例におけるインクジェット記録装置のフィルターユニッ
トを示す断面図、（ｃ）は本発明と差のあるフィルター
ユニットを示す断面図である。

【図８】本発明の第６の実施例におけるインクジェット
記録装置のフィルターユニットを示す断面図である。

【図９】従来のフィルターユニットを示す断面図であ
る。

【図１０】従来の技術を示す流路構成を示す模式図であ
る。

【符号の説明】

１印字ヘッド２インクカートリッジ３インク供給チューブ４，４ａ，４ｂフィルターユニット５ガイド軸６プラテン７キャリッジ８キャップ部材９ポンプ１１リザーバ部１２供給口絞り部１３キャビティ１４ヘッドバイパス流路１５ノズル２０サブタンク２１ベント４１フィルターベース部材４２フィルター４３出口孔側フィルター室４４出口孔４５フィルターバイパス流路４５’流路溝４６出口孔部材４７入口孔部材４８入口孔４９入口孔フィルター室５０バイパス流路形成板５１隔離壁１０１分岐流路１０２三方切り換え弁１０３キャップ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インクを吐出して記録媒体上に記録を行
うインクジェット記録装置において、インク供給経路中にフィルターを配し、該フィルターの
片側に入口孔、他側に出口孔を有するフィルター室を備
え、前記入口孔側のフィルター室の一部から前記フィル
ターを通過せずに他側の出口孔に至る、重力方向の上側
に位置するフィルターバイパス流路を具備していること
を特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項２】前記フィルターバイパス流路の断面積が
０．００２ｍｍ²以上０．２ｍｍ²以下であることを特徴
とする請求項１記載のインクジェット記録装置。
【請求項３】前記フィルターバイパス流路抵抗がフィ
ルター部の流路抵抗の２０倍以上であることを特徴とす
る請求項１または２記載のインクジェット記録装置。
【請求項４】前記フィルターを縦方向に配置し、前記
フィルターバイパス流路が重力方向の直上にあり、該バ
イパス流路の入口部は上流から下流へ向かって、滑らか
に流路断面積が絞ってあり、さらに前記フィルターバイ
パス流路の出口部が前記出口側のフィルター室に直線流
路状に連通することを特徴とする請求項１、２または３
記載のインクジェット記録装置。
【請求項５】前記フィルターバイパス流路の出口部が
前記出口側のフィルター室の重力方向の下側に連通して
いることを特徴とする請求項１、２または３記載のイン
クジェット記録装置。
【請求項６】前記入口側のフィルター室に連通する入
り口孔とフィルターバイパス流路を最も遠い距離をおい
て配置し、出口孔側フィルター室により連通する出口孔
は前記フィルターバイパス流路に近い位置に配し、主た
るインクの流線がフィルター中央部を通過することを特
徴とする請求項１、２、３または４記載のインクジェッ
ト記録装置。
【請求項７】前記フィルターを横方向に配置し、フィ
ルター通過前でインクの流れ方向に対し、フィルターバ
イパス流路の入口がフィルターの川下に位置することを
特徴とする請求項１、２または３記載のインクジェット
記録装置。
【請求項８】前記フィルターを横方向に配置した場
合、該フィルター面に付着した気泡が、少なくとも浮力
により移動できる角度をもって前記フィルターが配設さ
れ、フィルターが上がっている側にバイパス流路の入口
が形成され、インク流の方向が重力方向と逆方向である
ことを特徴とする請求項１、２または３に記載のインク
ジェット記録装置。
【請求項９】異物捕捉用のフィルターを２個有し、該
フィルター間にインクをノズルより吐出する印字ヘッド
を配したインクジェット記録装置において、前記フィル
ターの少なくととも一つ以上が、請求項１乃至８のいず
れかに記載のフィルターであることを特徴とするインク
ジェット記録装置。