(57)【要約】【課題】  循環泡抜き系を用いたインクジェット記録装置において、流路上で発生した気泡が流路壁面に付着することや、気泡同士が衝突し成長することで、インクの移送効率が低下してしまう。【解決手段】  泡だまりからフィルタを介して重力に対して上向きに接続される流路の内壁と、フィルタの流出開口部の縁が離れるようにフィルタの流出開口部を設ける。【選択図】  図３
2010260205.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路途中に設けられた泡だまりからフィルタを介して気泡を負圧ユニットへ移送する流路を持った、循環泡抜き機構を有するインクジェット記録装置において、
該フィルタに対して、該流路が上向きに設置されており、
該フィルタの開口部の縁と該流路の内壁の間が離れていること
を特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項２】
フィルタの開口部の縁から流路の内壁までの距離が、流路の内径をＤ、流路の内壁からフィルタ開口部の縁までの距離をｄとしたとき、
ｄ＞０．１５Ｄ
の関係を満たす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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、循環泡抜き系を用いたインクジェット記録装置に関し、特に記録ヘッドから流出側フィルタを介して負圧ユニットへインクを移送する流路に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インクを用いて記録を行なうインクジェット記録装置は、パーソナルコンピュータのプリンターや複写機として広く普及してきている。インクジェット記録装置は、安価にフルカラー印刷が可能であるというメリットから、需要が日々拡大している。
【０００３】
最近では、Ａ１版やＡ０版のような、大判の記録媒体に写真画質で印刷を行なうようなプロッターにまで、インクジェット記録装置が利用されるようになってきた。
【０００４】
従来のＡ４版などに対応した小型のインクジェット記録装置では、インクタンクは記録ヘッドと共にキャリッジ上に搭載される。しかしながら、前述したような大版印刷で使用するインクは、小型のものに比較しはるかに多量となる。そのため、インクタンクを大きくする必要があるが、キャリッジの上に搭載しようとする場合はその大きさが制限されてしまう。従って、インクタンクをキャリッジの上に搭載する構造を持った装置であると、インク交換を頻繁に行なわなくてはならず、不便である。
【０００５】
そこで、このように多量のインクを消費するインクジェット記録装置には、インクタンクとインクジェット記録ヘッドとをチューブで接続した、チューブ方式のインク供給方式が用いられる。
【０００６】
チューブ方式では、記録ヘッドとインクタンクを接続する流路が記録ヘッドの搭載されたキャリッジの動きを妨げないようにするため、柔軟性のある流路（例えばシリコンチューブ、ポリエチレンチューブなど）が用いられる。ところが、この柔軟性のある流路は、ゴム製、樹脂製のものを用いるために若干のガス透過性を有する。流路内は、通常、大気に比較し負圧になっているため、流路内には大気から流路壁を通して少しずつ空気が進入し、気泡が発生する。また、流路を介さずとも、インク内に溶けていた空気が時間と共に気泡となって現れることもある。さらには、記録ヘッドに取り付けられたオリフィスプレートの回復動作を行なう際に、オリフィスを介して記録ヘッド内に気泡が混入してしまう場合もある。これら気泡が記録ヘッドに混入し、インク吐出時に残っていると正常なインク滴を吐出できなくなり、印字不良が発生してしまう。
【０００７】
そこで、流路内及びヘッド内に発生した気泡を除去するために、インクを循環させる循環泡抜き系がある。このような系では、通常、メインタンクと記録ヘッドをインクが循環するように二本以上の流路で接続し、その途中に気泡をインク中から除去し、系の外に排出する機能をもった負圧ユニットを持つ。このような循環泡抜き系を持つ装置では、通常の吐出に関わるインク供給工程の他に、インクを循環させることで、流路内に何らかの原因で発生した気泡を押し流し、負圧ユニットへと導入する工程を有している。このとき気泡が除去されたインクは再び記録ヘッドへと供給されることになる。
【０００８】
しかしながら、インクによって移送される気泡は、押し流される途中に気泡同士が衝突し、大きく成長することがある。気泡は、大きさが流路の径に比べて十分に小さければ流体の動きに追従するが、大きくなると追従しなくなり、インクによる移送が困難になってしまう。そのため、衝突による成長をさせずに気泡を移送することが理想的である。また、通常、流路内の流れが層流であれば、流れはポアズイユ流れとなり、流れに垂直な断面ｚにおける流路径方向の流速ｖｒの分布は図１のようになる。図１は流路内の流速分布１が、流路の中央部で最速となり、流路の内壁２へ近づくにつれ流速が遅くなり、流路の内壁２へ接する部分では流速が０となることを表している。そのため、流路の内壁２に近い位置を流れる気泡は流路の壁面に付着しやすくなる。一度付着した気泡は、壁面付近に気泡を押し流すだけの十分な流速がないために、その場に停滞する。そしてさらに、壁面に停滞した気泡に別の気泡が衝突、成長していき、最終的には流路を覆うほどの大きな気泡に成長してしまう。
【０００９】
そのため、このような気泡が流路中にあると、インクを循環させる際に流体抵抗を上昇させ、循環効率が低下する問題があった。また、壁面に付着した気泡や、成長してしまった大きな気泡を除去するために、必要以上に循環動作をしなくてはならず、廃棄するインクの量が増えてしまう課題があった。さらに、気泡を効率良く除去するために専用の機構を設けると、装置の大型化や高コスト化、設計自由度の低下が避けられないという課題があった。
【００１０】
特に、このような気泡による課題は、記録ヘッドからインクを含んだ気泡を負圧ユニットへ移送する流路において良く発生することがわかっている。
【００１１】
記録ヘッドへインクが流入、流出する部分にはそれぞれフィルタが設けられている。これらのフィルタは、流路から記録ヘッド内へゴミが侵入することを防止している。しかしながら、気泡はゴミと異なり不定形であるのでフィルタを通り抜けることが可能である。そのため、インク供給時にインク流入部のフィルタを介して、記録ヘッド内部へ気泡が入ってくることがある。
【００１２】
循環泡抜き系では、通常、記録ヘッド内に発生した気泡を、記録ヘッドと負圧ユニットを結ぶ流路手前のフィルタ上流に貯めるように設計されている。この部分を特に泡だまりと呼ぶ。そして泡だまりに集まった気泡が衝突、成長し、フィルタを覆うほど大きくなったところで、気泡がこのフィルタを通りぬけるようにフィルタの上流と下流の圧力を調整する。すると、気泡はフィルタで小さく分割されながら、負圧ユニットへつながる流路へ流出し、インクによって負圧ユニットまで移送されることになる。
【００１３】
このような設計上、気泡を記録ヘッドから負圧ユニットへ移送する流路は、循環泡抜き系の中で最も気泡が発生する個所であるといえ、気泡対策が重要になる。特に、フィルタから流出した直後のごくわずかな領域では、流れが均一になっていない。そのため、フィルタから流出した気泡が自身の浮力や、インクを移送したい方向とは異なった方向へのわずかな流れによって壁面に付着してしまうこともあった。従って、このような部分では、気泡に対する特別な配慮が必要であった。
【００１４】
気泡を効率良く移送するための方法として、従来は以下のようなものが提案されている。
【００１５】
特許文献１に記載された液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置では、共通液室内の気泡の除去性向上を図り、気泡のノズル内への流入をなくすため、共通液室の上面に傾斜を有する構造を持っている。これによって、共通液室内で発生した気泡及び、気泡を含むインクは傾斜部の上方に設けられた気泡排出口へ誘導され、排出可能なように構成されている。
【００１６】
特許文献２に記載された液体吐出ヘッドでは、共通液室内に発生した気泡の除去性に優れた液体吐出ヘッドを提供するために、流路内に配線部材を配列した構造を有している。この配線部材に通電し、気泡を壁面に付着させずに、気泡を除去する機構へ誘導することで、インクの流れを好適にするように構成されている。
【００１７】
特許文献３に記載されたインクジェット記録装置では、インク循環回復動作時の気泡の除去効率を向上させ、また弁動作の信頼性を向上させるために、流路中に設けられたフィルタの、インク循環回復動作時のインクの給送方向上流側に、弁が設けられている。この弁は上流側の開口よりも小さい開口を有していて、インクの流れ方によってフィルタにおける流路の断面積を変化させる機構を持つように構成されている。この弁は、通常の印字動作時の圧力では開くように設計されており、フィルタの上流と下流で圧力差は生じず、気泡やゴミはフィルタ上でトラップされる。一方、循環動作時は、流速が速くなるため、弁が閉じる設計になっている。従って循環動作時には、フィルタ上の開口径が通常の流路よりも小さくなり、フィルタの上流と下流で圧力差が発生する。このとき、上流の圧力は下流に比べてはるかに高くなるため、気泡はフィルタを通り抜け易くなり、効率よくフィルタの下流へ押し流されることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開２００２−１４４５７６号公報
【特許文献２】特開２００６−２１８７０３号公報
【特許文献３】特開２００５−２６２４６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかしながら、前述のような構成をもって、記録ヘッドからフィルタを介して負圧ユニットへとインクを移送する流路の壁面への気泡付着を抑制するためには、次のような課題があった。
【００２０】
特許文献１記載の方法のように、流路の形状そのもので気泡を誘導する構成では、壁面への気泡付着という課題は解決されない。また、気泡を誘導するように流路を設計する必要があり、設計の自由度が低下してしまうという課題があった。
【００２１】
特許文献２記載の方法では、流路内に電極部材を配列する必要がある。この構成では電極を効果的に利用するための機構を装置に組み込む必要があり、設計自由度が低下してしまう。また、コストが嵩むという課題があった。
【００２２】
特許文献３記載の方法は、基本的にインク循環時の弁動作を利用するものである。そのため、インクが循環していない時には弁は開いていることになり、フィルタの間に気泡がたまってしまい、期待している効果を得ることができない。従って、記録ヘッドと負圧ユニットを結ぶフィルタ部分には適用が困難である。さらに、弁における開口と流路壁面の位置関係によっては、かえって壁面への気泡付着を促してしまう場合があった。
【００２３】
そこで本発明では、記録ヘッドから負圧ユニットへ気泡を移送する際に、流路に付着する気泡を抑制しようとする場合に発生する課題を鑑み、簡便な構成でインクを効率良く負圧ユニットへと移送することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記目的を達成するために、本発明のインクジェット記録装置は、
流路途中に設けられた泡だまりからフィルタを介して気泡を負圧ユニットへ移送する流路を持った、循環泡抜き機構を有するインクジェット記録装置において、
該フィルタに対して、該流路が上向きに設置されており、
該フィルタの開口部の縁と該流路の内壁の間が離れている
ように構成した。
【発明の効果】
【００２５】
この構成によれば、記録ヘッド内にたまった気泡を記録ヘッドからフィルタを介して負圧ユニットまでインクによって移送する際に、気泡は流路の内径よりも狭い領域のみに流出することになる。前述したように、通常、このような流路内の流れでは、流路の中央が最も流速が早く、壁面に近づくにしたがって流速が遅くなり、壁面では流速が０になる。従って、本発明の構成をとることで、気泡を含むインクは流路内で壁面に比べて流速が早い領域にだけ流出する。そのため、気泡は速やかに流れに乗り、負圧ユニットへ押し流されることになる。さらに、記録ヘッドから流路へ流出する流れの方向を重力と垂直にすることで、気泡が自身の浮力によって壁面へ付着することもない。また、流路の径に比べ、気泡の大きさが十分に小さい場合、流れによって移送されている気泡の挙動は気泡周囲の流体の動きに追従する。そのため、流れ場が乱れない限り、移送されている間に気泡同士が衝突することが極めて少なくなる。本発明においては、気泡が流速の早い領域にのみ存在することをあわせて考えれば、気泡の流路内に留まる時間も少なくなるので、結果として気泡衝突の頻度は減少することになる。
【００２６】
以上説明したような本発明の構成を用いると、気泡を記録ヘッドから負圧ユニットへ移送する際に、移送流路に特別な機構を設けることなく、気泡の壁面付着や他の気泡との衝突による成長をする頻度を減らすことができる。従って、記録ヘッド内にたまった気泡を除去する工程において、記録ヘッドから負圧ユニットへ気泡を含むインクを、効率良く移送することができる。また、流路途中に特別な機構を設ける必要が減ることから、設計の自由度が低下することもなく、さらには装置全体のコスト向上も抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】層流での流路内の流速分布を説明する図である。
【図２】本発明の一実施形態を示す概略図である。
【図３】本発明における記録ヘッドと流体移送チューブとの関係を説明する為の図である。
【図４】本発明のフィルタと流体移送チューブ内壁の位置関係を表す図である。
【図５】本発明の図３において、請求項２記載の流路の内径Ｄと、流路の内壁からフィルタ開口部の縁までの距離ｄを示したものである。
【図６】本発明の図４において、請求項２記載の流路の内径Ｄと、流路の内壁からフィルタ開口部の縁までの距離ｄを示したものである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２９】
図１は、本発明の一実施形態を用いたインクジェット記録装置のインク供給システムを説明する概略図である。
【００３０】
このシステムは記録ヘッド３、負圧ユニット４、メインタンク６とそれぞれをつなぐチューブ及びポンプ、さらにインクを記録ヘッドに供給する際に利用するキャップ３６から構成される。
【００３１】
図１において、記録ヘッド３は、複数の記録素子とインクを吐出するための複数のオリフィスが配列された記録素子チップ３１と、前記複数のオリフィス３２に共通に接続されたインク室から構成される。記録ヘッド３には負圧ユニット４からインクの供給を受ける際にインクが流れるインク供給チューブ３３と、記録ヘッド３から負圧ユニット４へインクを移送する流体移送チューブ３４が接続されている。そして記録ヘッド３とインク供給チューブ３３の間には流入側フィルタ３８設けられ、記録ヘッド３と流体移送チューブ３４との間には流出側フィルタ５が設けられている。
【００３２】
記録ヘッド３に設けられた流入側フィルタ３８と、流出側フィルタ５はそれぞれ、インク供給チューブ３３と流体移送チューブ３４から記録ヘッド３の内部へゴミが侵入することを防いでいる。ただし、フィルタの前後の圧力差によっては、気泡はフィルタを通り抜けることが可能である。この際、フィルタを通過する気泡は、フィルタのメッシュサイズとインクの粘度、フィルタ前後の圧力差に応じて分割され、より小さな気泡となる。圧力差が生じていない場合、気泡はフィルタを通りぬけず、その手前で留まる。
【００３３】
前記負圧ユニット４は、記録ヘッド３にインクを供給するためのバッファタンク４１と、気泡を排出するための気液交換室４２から構成されている。バッファタンク４１は供給チューブ４４によってメインタンク６に接続されていて、気液交換室４２は排気チューブ３４によってポンプ３５と接続されている。前記負圧ユニット４と記録ヘッド３を接続する流体移送チューブ３４は、記録ヘッド３から流体移送チューブ３４へ流出する流れが、重力に対して垂直上向きに流出するように設置されている。そして流体移送チューブ３４の途中にはポンプＢ４５が設置されている。
【００３４】
記録ヘッド３へのインクの供給は、オリフィス３６を密閉するように設けられたキャップ３６とキャップ３６に接続された吸引手段であるポンプＡ１５により吸引動作を行なうことにより、負圧ユニット４からインクが導入される。また、負圧ユニット４へのインク導入は供給チューブ４４を通ってメインタンク６から導入される場合と、流体移送チューブ３４を通って記録ヘッド３から回収する場合がある。通常はメインタンク６より負圧ユニット４へインクを供給し、さらに記録ヘッド３へと導入する。印字動作によって記録ヘッド３からインクが吐出され、記録ヘッド３内部のインクが減少すると、負圧ユニット４よりインクが供給される。このような通常の印字工程の途中に、流路中に気泡が発生した場合、気泡は流出側フィルタ５の記録ヘッド３側に集まるように設計されている。ここは泡だまり３９と呼ばれる。泡だまり３９に集まった気泡は互いに衝突することで大きく成長し、やがて流出側フィルタ５を覆うほどになる。そこで、泡だまり３９にたまった気泡を抜くために、ポンプＢ４５を稼動させる。すると、気泡は流出側フィルタ５を介して記録ヘッド３から記録ヘッド３内のインクとともに、負圧ユニット４へと移送される。そして負圧ユニット４の内部に構成された気液交換室４２によってインクから気泡が除去される。気泡が除去されたインクは再び記録ヘッド３へと供給される。
【００３５】
負圧ユニット４内部の気液交換室４２は、前述した通り、インクに含まれる気体を系の外部に排出する役割を持つ。図２では、気液交換室４２からの排気に、ポンプＡ３５を用いる構成をとっている。このポンプＡ３５は記録ヘッド３へのインク供給時にも用いることが可能で、動作は切替弁３７によって切替える。
【００３６】
図３は図２における、記録ヘッド３と流体移送チューブ３４をつなぐ接合部分をより詳しく説明するための図である。
【００３７】
図３は流体移送チューブ３４上に設けられたポンプ４５部分を省略した図である。記録ヘッド３と、記録ヘッド３から流体移送チューブ３４へ接続する部分には流出側フィルタ５が設けられている。記録ヘッド３内にたまった気泡８は図のように流出側フィルタ５の前で成長する。この気泡が大きく成長したところで、ポンプＢ４５によって記録ヘッド３から流体移送チューブ３４へ気泡を流出させると、流出側フィルタ５で気泡は分割され、小さな気泡７群となる。本発明では、流出側フィルタ５の流出開口部１０が、流体移送チューブ３４の内径よりも小さい径を持つように取り付けられている。
【００３８】
図４は本発明における、記録ヘッド３の上部に設けられた流出側フィルタ５を流体移送チューブ３４側から見た断面図である。図のようにこの流出側フィルタ５は、記録ヘッド３からの流出開口部１０が流体移送チューブ３４の内径よりも小さく、かつ流体移送チューブ３４の内壁に流出開口部１０の縁が一個所も触れないように設置されている。このような構成をとることで、記録ヘッド３から流出側フィルタ５を通って、負圧ユニット４へ気泡を導入する際に、気泡は、流体移送チューブ３４の中心近辺の領域にだけに流出することになる。一般的に、流体移送チューブ３４内を流れる流れは、流体移送チューブ３４中央で流速が最も早くなり、また壁面で０となる。そのため、流体移送チューブ３４の中央領域へ流入した気泡は、壁面に比べてはるかに早い流速でインクによって押し流されることになる。
【００３９】
この結果、気泡が壁面付近に存在しないため、壁面へ付着する可能性は極めて少なくなる。さらに、記録ヘッド３から流体移送チューブ３４へ流出する流れが、重力に対して垂直上向きに流出するように設置されていることから、流出直後でも、気泡は自身の浮力によって壁面に付着することがない。また、気泡は流出側フィルタ５によって流路の径に比べ十分に小さな気泡となっていることから、インクの流れに追従し速やかに押し流される。そのため、流路内に留まる時間が短くなり、気泡が壁面に付着する頻度も、気泡同士が衝突する頻度も減少する。従って気泡を含んでいるインクの回収が効率良く行なわれる。
【実施例１】
【００４０】
本例では、図２記載の実施形態によるインクジェット記録装置を用いた。この装置構成において、記録ヘッド３から流体移送チューブ３４へと繋がる接合部で、流体移送チューブ３４の内径は５ｍｍであった。これに対して、流出側フィルタ５の流出開口部１０を流体移送チューブ３４の内壁から０．７５ｍｍよりも内側になるように設置した。その結果、流出側フィルタ５の流出開口部１０を流体移送チューブ３４の内径と同じにした場合と比較し、流体移送チューブ３４の壁面への気泡付着量が低減されていることを確認した。
【符号の説明】
【００４１】
１  流速ｖｒの分布曲線
２  流路の内壁
３  記録ヘッド
４  負圧ユニット
５  流出側フィルタ
６  メインタンク
７  気泡
８  記録ヘッド内にたまった気泡
９  インク
１０  流出開口部
３１  記録素子チップ
３２  オリフィス
３３  インク供給チューブ
３４  流体移送チューブ
３５  ポンプＡ
３６  キャップ
３７  切替弁
３８  流入側フィルタ
３９  泡だまり
４１  バッファタンク
４２  気液交換室
４３  排気チューブ
４４  供給チューブ
４５  ポンプＢ
Ｄ  流路の内径
ｄ  流路の内壁からフィルタ開口部の縁までの距離
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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