DE69823919T2

DE69823919T2 - Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung

Info

Publication number: DE69823919T2
Application number: DE69823919T
Authority: DE
Inventors: Tsuyoshi Suwa-shi KITAHARA
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1997-06-23
Filing date: 1998-06-23
Publication date: 2005-06-30
Anticipated expiration: 2018-06-24
Also published as: DE69838438D1; US6338554B1; EP1369247A2; JP3484932B2; EP1369247B1; US6190009B1; EP0887190B1; EP1369247A3; DE69823919D1; JPH1110904A; EP0887190A3; EP0887190A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung, welche einen Aufzeichnungskopf zum Ausstoßen von Tintentröpfchen durch Düsenöffnungen in Antwort auf Drucksignale und eine Tintenpatrone zum Zuführen von Tinte zu dem Aufzeichnungskopf umfasst.
Für den Vorgang, bei welchem Druck auf Tinte in einer Druckerzeugungskammer unter Benutzung von Druckerzeugungsmitteln, wie zum Beispiel einem piezoelektrischen Vibrator, ausgeübt und als Tintentröpfchen durch Düsenöffnungen von mehreren 10 μm ausgestoßen wird, weist eine herkömmliche Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung einen Filter auf, welcher in einen Strömungspfad eingefügt ist, welcher eine Tintenpatrone mit einem Auszeichnungskopf verbindet, um zu vermeiden, dass Staub und große Luftblasen in die Druckerzeugungskammer eindringen, so dass das Verstopfen der Düsenöffnungen aufgrund von Staub in der Tinte und das Strömen von Luftblasen in die Druckerzeugungskammer nicht auftritt.
In 12(a) wird ein beispielhafter Aufzeichnungskopf dargestellt, worin ein Filterglied in einen Teil eines Strömungspfades eingefügt ist. Eine Filterkammer E wird durch Abtrennen eines gemeinsam genutzten Bereiches einer Tintenzufuhrnadel B, welche als ein Teil eines Verbindungspfades mit einer Tintenpatrone A dient, und eines Tinten flusspfades D gebildet, welcher mit einem Aufzeichnungskopf C in Verbindung steht. Ein Filterglied F, welches entweder aus einem Vlies-Material oder einem Maschen-Material hergestellt ist, ist bei der Filterkammer E angeordnet, sodass Luftblasen, welche in der Tintenpatrone erzeugt oder dort größer werden, oder Staub, eingefangen werden und nicht in den Aufzeichnungskopf C eindringen können.
Die winzigen Öffnungen in dem Filterglied sind kleiner als der Durchmesser der Düsenöffnung ausgebildet, um zu ermöglichen, die Luftblasen einzufangen, wobei die Strömungsrate für Tinte durch die Erhöhung der Querschnittsfläche der Filterkammer E reduziert ist, um so ein Anwachsen eines Strömungspfadwiderstandes aufgrund der Einfügung des Filtermaterials zu vermeiden. Daher werden Luftblasen, welche im Vergleich zu der Größe der Maschenweite in der Größe anwachsen, durch einen Meniskus gestoppt, welcher auf dem Filterglied F gebildet ist, selbst während eines Tintennachfüllvorgangs oder eines Wiederherstellungsvorgangs, wobei zu diesem Zeitpunkt die Tintenströmungsrate am Filterglied F vergleichsweise hoch ist. Als ein Ergebnis können nicht nur Luftblasen nicht vollständig von dem Filter F ausgestoßen werden, sondern die Luftblasen sammeln sich auch auf der Oberfläche des Filters F an und unterbrechen die Tintenströmung, wobei die Druckleistung drastisch verschlechtert ist.
Die Druckschrift US-A-4719479 offenbart eine Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung, welche ein eine Tinten-hydrophile Eigenschaft aufweisendes Filterglied umfasst.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu umgehen. Diese Aufgabe wird durch die Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung gemäß des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst.
Weitere vorteilhafte Merkmale, Aspekte und Details der Erfindung sind aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung, Beispielen und Figuren ersichtlich.
Unter einem Aspekt versucht die vorliegende Erfindung eine Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung bereitzustellen, welche das Ansammeln von Luftblasen an einem Filterglied eliminieren kann, und welche ein adäquates Volumen an Tinte zu einem Aufzeichnungskopf zum Drucken zuführen kann.
Gemäß eines Aspektes der vorliegenden Erfindung umfasst eine Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung:
einen Aufzeichnungskopf zur Aufnahme von entlang eines ersten Tintenzufuhrpfades geführter Tinte und zum Ausstoßen von Tintentröpfchen;
einen zweiten Tintenzufuhrpfad, entlang welchem Tinte von einer Tintenpatrone zu dem ersten Tintenzufuhrpfad zugeführt wird;
ein Filterglied, welches in einem gemeinsam genutzten Bereich zwischen dem ersten Tintenzufuhrpfad und dem zweiten Tintenzufuhrpfad angeordnet ist,
wobei eine Tinten-lyophile Eigenschaft für das Filterglied bereitgestellt wird, sodass Luftblasen, welche in Kontakt mit dem Filtermaterial sind, einen im wesentlichen rechtwinkligen Kontaktwinkel bilden.
Da Luftblasen auf der Oberfläche eines Filtergliedes Kontaktwinkel bilden, welche im wesentlichen rechtwinklig sind, sind Meniskusse, welche an dem Filterglied erzeugt werden, schwach, sodass Luftblasen leicht durch das Filter glied hindurchtreten können und weiter nach stromabwärts fortschreiten.
Das oben Erwähnte und andere Merkmale und Aspekte der vorliegenden Erfindung werden durch die folgenden Zeichnungen illustriert, in denen
1 eine Querschnittsansicht eines Filtergliedes einer Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
2 eine vergrößerte Querschnittsansicht des Filtergliedes gemäß der Ausführungsform der 1 ist;
3 ein Diagramm ist, welches die Bewegung von Luftblasen darstellt, welche an dem Filterglied eingefangen worden sind;
4 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines weiteren Beispiel-Filtergliedes der vorliegenden Erfindung ist;
5(I) bis (III) Diagramme sind, welche die Vorgänge zum Herstellen des Filtergliedes darstellen;
6 ein Diagramm ist, welches die Bewegung von Luftblasen darstellt, welche an dem Filterglied eingefangen worden sind;
7 ein Diagramm ist, welches ein zusätzliches Beispiel-Filterglied der vorliegenden Erfindung darstellt;
8(I) bis (III) Diagramme sind, welche die Bewegung von Luftblasen darstellen, welche an dem Filterglied eingefangen worden sind;
9 eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
10(a) und (b) Diagramme sind, welche die Bewegung von an dem Filterglied eingefangenen Luftblasen darstellen;
11 eine Querschnittsansicht einer zusätzlichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
12(a) ein Diagramm ist, welches ein System zum Zuführen von Tinte zu einem Tintenstrahlaufzeichnungskopf darstellt, und 12(b) ein Diagramm ist, welches die Bewegung einer an einem herkömmlichen Filterglied eingefangenen Luftblase darstellt.
In 1 wird die Struktur in der Nähe eines Filters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Eine Tintenzufuhrnadel 3 ist in eine Basis 4 stromaufwärts von einem ersten Tintenzufuhrpfad 1 eingebettet, welcher in Verbindung mit einem Aufzeichnungskopf C (12(a)) steht. Die Tintenzufuhrnadel 3 steht in Verbindung mit einer Tintenpatrone A und bildet einen zweiten Tintenzufuhrpfad 2. Ein Hohlabschnitt, welcher in einem von den Tintenzufuhrpfaden 1 und 2 gemeinsam genutzten Bereich gebildet ist, bildet Filterkammern 5a und 5b, wobei ein Filterglied 6 senkrecht zu der Richtung angeordnet ist, in welcher Tinte strömt. Der Tinten-lyophile Vorgang wird für die innere Fläche der Stromaufwärts-Filterkammer 5b durchgeführt.
Für das Filterglied 6 ist eine Basis 6a aus Stoff, welcher aus Köper-gebundenem Metall oder synthetischen Kunstharzfasern oder Vliesstoff hergestellt ist, welches durch Annealen von Metallfasern hergestellt ist, und aus einer Metallfolienplatte gebildet, in welcher winzige Durchgangslöcher durch Ätzen erzeugt sind, oder aus einer Metallfolienplatte, in welcher kleine Löcher durch Elektroformen gebildet sind. Zusätzlich wird die exponierte Seite, in welcher sich kleine Löcher 6b befinden, mit einem Elektronenstrahl beschossen, um Tinten-lyophile Schichten 6c zu bilden, mit welchen Luftblasen in der Tinte Kontaktwinkel θ von 70° bis 90° bilden werden.
In dieser Ausführungsform, wenn die Tintenzufuhrnadel 3 in die Tintenpatrone eingeführt wird, und der Aufzeichnungskopf durch ein Abdeckglied abgedichtet ist, um so die Tintenzufuhrpfade 2 und 1 einem negativen Druck auszusetzen, strömt Tinte in der Tintenpatrone zu dem Aufzeichnungskopf. In diesem Vorgang ist, da, wie in 3 dargestellt ist, Luftblasen B, welche stromaufwärts vom Filterglied 6 angeordnet sind, in Kontakt mit dem Filterglied 6 sind und Winkel θ von 70° bis 90° bilden, die Rückhaltekraft der Meniskusse M, welche in den kleinen Löchern 6b gebildet sind, wenn die Luftblasen B anhaften, schwach, wobei die Luftblasen B daher durch die kleinen individuellen Löcher 6b in dem Filterglied 5 hindurchtreten können.
Wenn Tinte mit einer Viskosität von (3*10)^–3 Pa·s bei 0,3 Gramm/s durch ein Filterglied mit einem Maschendurchmesser von 20 μm und einer Fläche von 50 mm² hindurchtritt, wird eine Druckdifferenz von 200 bis 300 Pa erzeugt. Der Druck, welcher für Luftblasen erforderlich ist, welche durch ein Filterglied mit einem Maschendurchmesser von 20 μm durchtreten sollen, wird als etwa 600 N*cosθ dargestellt, wenn der bei Kontakt der Luftblasen an dem Filterglied erzeugte Winkel als θ bezeichnet wird.
Daher wird, wenn die Oberfläche des Filtergliedes derart bearbeitet ist, dass der Winkel θ, welcher bei Kontakt der Luftblasen an dem Filterglied gebildet wird, 70° bis 90° beträgt, der Druck, welcher erforderlich ist, um eine Luftblase durch das Filterglied hindurchtreten zu lassen, auf einen Wert zwischen 600 N * 0,342 und 0 reduziert. Als ein Ergebnis können Luftblasen nach außen über den Aufzeichnungskopf ausgestossen werden.
Für einen Filter, für welchen der obige Vorgang nicht durchgeführt wird, ist, da die gebildeten Kontaktwinkel θ' kleiner als 70° sind, wie in 12(b) dargestellt ist, die Rückhaltekraft der Meniskusse M', welche durch die Luftblasen erzeugt werden, größer als der Druckunterschied zwischen dem Stromaufwärts- und dem Stromabwärts-Bereich des Filtergliedes, und daher ist es äußerst schwierig für die Luftblasen B', durch die keinen Löcher zu hindurchzutreten.
4 ist ein Diagramm, welches ein weiteres Beispiel des Filtergliedes darstellt. In diesem Beispiel wird eine Tinten abstoßende Schicht 10c auf den Stromaufwärts-Flächen der Basen 10a des Filtergliedes und auf den Innenflächen der kleinen Löcher 10b gebildet, und ein Tinten-lyophile Schicht 10d wird auf den Stromabwärts-Flächen gebildet.
Dieser Filter kann leicht wie folgt herstellt werden. Eine Tinten-lyophile Schicht 12 wird, wie oben beschrieben, auf den Stromabwärts-Seiten der Basen 11 gebildet, und wird mit einem Film abgedichtet, wie zum Beispiel einem Trockenfilm 13, welcher leicht abgezogen werden kann, aber dicht an der Schichte 12 (5(I)) anhaftet. Dann wird eine Tintenabstoßende Schicht 14 durch Anwenden eines Fluorenthaltenden Silizium-Kupplungsvorgangs gebildet, welcher in der nicht-examinierten japanischen Patentveröffentlichung Nummer Sho. 56-89569 beschreiben ist, oder durch Anwenden eines in der nicht-examinierten japanischen Patentveröffentlichung Nummer Sho. 57-157765 beschriebenen Ver fahrens zum Anwenden von Fluor-Kohlenstoffmittels einer Haftmittelschicht, oder durch Anwenden eines Vorgangs, welcher in der nicht-examinierten japanischen Patentveröffentlichung Nummer Sho. 60-183161 beschrieben ist, und zwar zum Erzeugen einer Fluorkohlenstoff-Kunstharzschicht durch eutectoides Metallisieren oder Plasmapolimerisation, oder durch Anwenden von Dampfabscheidung eines Titanat-Kopplungsmittels, wie in der nicht-examinierten japanischen Patentveröffentlichung Nummer Hei. 7-205428 (5(II)) beschrieben worden ist. Schließlich wird der Trockenfilm 13 entfernt (5(III)).
Gemäß dieser Ausführungsform wird eine Luftblase B2, welche die Stromaufwärts-Seite des Filtergliedes erreicht, durch den Tintenstrom angetrieben, und tritt durch die kleinen Löcher 10b des Filtergliedes hindurch und erreicht die Stromabwärts-Seite (6). Da die Tinten-lyophile-Schicht auf der Stromabwärts-Seite gebildet ist, beträgt der Kontaktwinkel θ einer Luftblase B3 auf dieser Fläche 70° bis 90°, sodass sie leicht entfernt werden kann, strömt weiter stromabwärts, und wird mittels des Aufzeichnungskopfes nach außen ausgestoßen.
In 7 ist eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Eine tintenabstoßende Schicht 15a wird nur auf der Stromaufwärts-Zentralfläche eines Filtergliedes 15 gebildet, und eine Tinten-lyophile-Schicht 15b wird über die gesamte Stromabwärts-Seite und auf der Stromabwärts-Umfangsfläche gebildet.
In dieser Ausführungsform wird, wenn Tinte hineingesogen wird und durch die Filterkammern 5a und 5b bei einer hohen Strömungsrate hindurchtritt, eine vergrößerte Luftblase B4 (8(I)) durch die tintenabstoßende Schicht 15a hindurchgeführt, wobei eine kleine Luftblase B5 stromabwärts (8(II)) gebildet wird. Wenn eine Luftblase B6 durch das Filterglied 15 hindurchgeführt und seine Größe vermindert wird, wird sie von der Tinten-lyophilen Schicht stromabwärts abgestoßen, und wird entlang des Tintenflusspfades getragen und über den Aufzeichnungskopf (8(III)) ausgestoßen.
In 9 ist eine zusätzliche Tinten-lyophile Schicht der vorliegenden Erfindung dargestellt. In dieser Ausführungsform ist ein Filterglied 21 im wesentlichen senkrecht zu den Filterkammern 20a und 20b angeordnet, wobei ein Tinteneinlass 22 höher als ein Auslass 23 angeordnet ist, sodass die Tinte in schiefer Richtung strömt, und zwar von oben nach unten. Für das Filterglied 21 wird eine Tinten-lyophile Schicht 21a auf seiner oberen Fläche gebildet, während eine Tinten-lyophile Schicht 21b auf seiner unteren Fläche gebildet ist.
Gemäß dieser Ausführungsform werden, wenn es eine geringe Tintenströmungsrate gibt, wie zum Beispiel während des Druckens, Luftblasen B7 bei der Tinten-lyophilen Schicht 21a auf der oberen Fläche des Filtergliedes 21 eingefangen, und können nicht durch den Filter 21 hindurchgeführt werden.
Wenn der Aufzeichnungskopf einem negativen Druck ausgesetzt ist, um Tinte durch die Filterkammer 20a und 20b bei einer hohen Strömungsrate hindurchzuführen, wird eine vergrößerte Luftblase B8, stromabwärts durch dynamischen Druck angetrieben, durch die Tinten-abstoßende Schicht 21b, welche in diesem Bereich gebildet ist, hindurch- und in den Aufzeichnungskopf hineingeführt, und schließlich davon nach außen ausgestoßen.
In der obigen Ausführungsform ist ein Einlass horizontal angeordnet. Wenn jedoch, wie in 11 dargestellt ist, ein Einlass 24 vertikal in einem oberen Bereich angeordnet ist, kann der selbe Effekt erzielt werden.
Wie oben beschrieben worden ist, umfasst gemäß der vorliegenden Erfindung eine Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung einen Aufzeichnungskopf zur Aufnahme von entlang eines ersten Tintenzufuhrpfades geführter Tinte und zum Ausstoßen von Tintentröpfchen; einen zweiten Tintenzufuhrpfad, entlang welchem Tinte von einer Tintenpatrone zu dem ersten Zufuhrpfad geführt wird; und ein Filterglied, welches bei einem gemeinsam genutzten Bereich zwischen dem ersten Tintenzufuhrpfad und dem zweiten Tintenzufuhrpfad angeordnet ist, wobei für das Filterglied eine Tinten-lyophile Eigenschaft bereitgestellt ist, so dass eine Luftblase, welche in Kontakt mit dem Filtermaterial steht, einen im wesentlichen rechtwinkligen Kontaktwinkel bildet.
Da die Rückhaltekraft der an dem Filterglied gebildeten Meniskusse schwach ist, können Luftblasen leicht zu dem Stromabwärts-Tintenströmungspfad übertragen werden.

Claims

Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung, umfassend: einen Aufzeichnungskopf (C), welcher entlang eines ersten Tintenzufuhrpfades (1) geführte Tinte aufnimmt, und welcher Tintentröpfchen ausstößt; einen zweiten Tintenzufuhrpfad (2), entlang welchem Tinte von einer Tintenpatrone (a) zu dem ersten Tintenzufuhrpfad (1) geführt wird; und ein Filterglied (6; 15; 21) in einem zwischen dem ersten Tintenzufuhrpfad (1) und dem zweiten Tintenzufuhrpfad (2) angeordneten Bereich; wobei das Filterglied (6; 15; 21) eine Tinten-lyophile Eigenschaft aufweist, so dass eine Luftblase, welche in Kontakt mit dem Filterglied (6; 15; 21) steht, einen im wesentlichen rechtwinkligen Kontaktwinkel bildet; wobei der Kontaktwinkel zwischen einer Filteroberfläche und einer Außenfläche der Blase definiert ist.
Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Kontaktwinkel 70° bis 90° beträgt.
Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Tinten-lyophile Eigenschaft für die Gesamtoberfläche des Filtergliedes (6; 15; 21) bereitgestellt ist.
Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Tinten-lyophile Eigenschaft für die Oberfläche des Filtergliedes (6; 15; 21) bereitgestellt ist, welche dem ersten Tintenzufuhrpfad (1) nahe ist.
Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei eine Oberfläche des Filtergliedes (6; 15; 21), welche dem zweiten Tintezufuhrpfad (2) gegenübersteht, die Tinten-lyophile Eigenschaft aufweist.
Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Hohlbereich in dem Bereich für den ersten Tintenzufuhrpfad (1) und den zweiten Tintenzufuhrpfad (2) gebildet ist.
Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Filterglied (6; 15; 21) im wesentlichen senkrecht zu dem Pfad einer Tintenströmung angeordnet ist.
Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Filterglied (6; 15; 21) umfasst: eine Basis (6a; 10a; 11) mit darin ausgebildeten Löchern (6b; 10b); und Tinten-lyophile Schichten (6c; 10d; 12), welche auf einer exponierten Fläche des Filtergliedes (6; 15; 21) gebildet sind.
Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei die Tinten-lyophilen Schichten (6c) weiterhin auf Innenflächen der Löcher (6b) gebildet sind.