专利名称：液体蓄留装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种能蓄留液体的液体蓄留装置、以及应用该液体蓄留装置的打印装置。
在将墨水供给到喷墨打印头的场合，由于利用喷墨打印头的喷嘴本身所具有的毛细管力，所以，通常不需要泵等压力输送装置的外力。因此，除了特别的例子之外，不需要将墨水从用于供给墨水的盒子压力输送到喷墨打印头的机构。另一方面，为了使墨滴稳定且连续地从喷墨打印头的喷嘴喷射出去，需要加上极小的负压-100Pa～-2000Pa，这成为设计喷墨打印装置方面的重要的课题。
作为古典的墨水供给方式，众所周知的是
图1所示的串行扫描型的喷墨打印装置使用的方式。
这个例子的打印装置，通过反复交替地进行使搭载有喷墨打印头12的滑架11向箭头A的主扫描方向移动且依据图象数据使墨水从该打印头12喷出的打印动作、和将作为被打印介质的纸张17向与主扫描方向正交的箭头B的副扫描方向输送规定的量的输送动作，依次将图象打印在纸张17上。15是用于引导滑架11在主扫描方向上自如移动的导向轴，16是压纸辊。18是能覆盖打印头12的喷嘴部分(墨水喷口部分)的罩子。打印头12在该罩子18内，为了使墨水保持较好的喷出状态，能通过喷出(预备喷出)对图象的打印无用的墨水来进行复位处理。另外，通过将负压导入到覆盖着打印头12的罩子18内，从打印头12的墨水喷口吸出墨水，能进行为了使打印头12的墨水保持较好的喷出状态的吸出复位处理。
作为打印头12，为了使墨滴从墨水喷口喷出，可以采用具备电热交换体的结构。即，可以采用通过该电热交换体的发热，使墨水沸腾，利用其发泡能，使墨滴从墨水喷口喷出的结构。
作为这种打印装置上的墨水供给方式，如图1所示，有通过管子14从墨水袋等墨水蓄留装置13，对搭载在滑架11上的打印头12提供墨水的方式。该方式为了使供给到打印头12的墨水具有负压，要将墨水蓄留装置13配置在距打印头12的重力高度(水头也称为压头)面低几厘米的距离为H的面上。这样一来，利用水头差的使其带负压的方法，用极简单的结构就能廉价地实现，相反，打印装置的设置场所被限制为桌子上表面等的平坦的场所，或为了确保水头差，打印装置的高度变高了。作为解决这种不相宜情况的对策，人们进行了许多使墨水蓄留装置13具备负压产生机构的尝试。
图2和图3是墨水蓄留装置所具备的负压产生机构的不同的现有例子的示意图。
图2的负压产生机构，在收纳墨水的可变形的袋21设有金属等制的弹簧22，该弹簧22使袋21向图2中的上下的箭头方向膨胀，由此使袋21内的墨水23产生负压。24是从袋21向打印头供给的墨水23的出口。另一方面，图3的负压产生机构，在收纳袋21的框体30上设有调压阀31，通过控制袋21的外侧区域32内的空气压力，使袋21内的墨水22具有负压。即，使调压阀31作开关动作，以使外侧区域32内的压力保持规定的负压，在调压阀31打开时，如箭头33所示的那样，空气从外部流入到外侧区域32内。
但是，如图2和图3所示的那样，由于使柔软的袋21内产生负压的负压产生机构，一般需要有较多的零部件个数，因此招致成本增加。另外，使其产生数百Pa水平的负压，在技术上是很困难的。另外，由于具备这样的负压产生机构，所以，可使用的墨水的蓄留能力下降了。再有，薄袋21透气性差，在长期保存墨水时，外气进入到袋21内，存在袋21会膨胀或墨水蒸发掉的问题。这样一来，使用袋21的墨水的蓄留方式，为了确保其可靠性，且使其附加负压产生机构，需要解决很多问题。
图4是采用现在为主流的墨水蓄留方式——海绵方式的墨水蓄留装置的剖视图。海绵状的多孔质体(墨水吸收体)41，由其本身所具有的毛细管力蓄留墨水，同时，仅选定其密度就能使墨水具有适当的负压。40是框体，42是空气吸入口，43是墨水出口。这样的蓄留方式结构非常简单，另外，作为墨水吸收体41，通过使用市场上出售的海绵状的多孔质体，能廉价地进行制造。而且，墨水蓄留装置体积可以很小，能与其使用时的姿态的变化无关地产生规定的负压。
但是，用一般的海绵状的多孔质体的制造方法，其密度不十分理想，需要将多孔质体压缩到某种程度进行使用。因此，墨水的使用率不高，在墨水蓄留装置内，一般情况下，墨水仅能填充到海绵状的多孔质体体积的70％。另外，难以将海绵状的多孔质体均匀地配置到墨水蓄留装置内，由于其多孔质体的不均匀配置，墨水的使用率恐怕还会降低。另外，喷墨打印装置的接触墨水的部分，一般情况下，在是金属的情况下，使用不锈钢，在是树脂的情况下，使用聚丙烯、聚乙烯、或氟树脂，因此，由于它们与墨水的接触，有时要溶出极微量的分解物或添加物。市场上出售的多数的海绵状的多孔质体，大多是聚氨酯树脂制成的，其化学稳定性较差。近年来，采用化学性质更加稳定的聚丙烯制的海绵状的多孔质体。但是，海绵状的多孔质体，由于与墨水接触的面积较大，所以，与墨水进行化学反应，或溶出到墨水中，存在大量的生成物会给打印头的喷嘴带来不利的影响的问题。另一方面，由于喷墨打印装置的用途的扩大，要使用各种各样的墨水。但是，由于海绵状的多孔质体的化学稳定性成了问题，所以，不得已改变墨水的配方，以改善其化学稳定性，但是，其物理特性变差了等，这必须研究其对策。
图5是用于说明墨水蓄留装置的其它结构例的剖视图，该结构具有与海绵状的多孔质体相同的功能、也就是具有墨水的蓄留和负压的产生功能。该墨水蓄留装置如在日本专利公报特开平4-179553号或特开平3-139562号所记载的那样，取代海绵状的多孔质体，采用层叠薄板51以尝试墨水的蓄留的形式，在板51和板51之间的狭小的间隙中形成有墨水蓄留部53。50是框体，52是墨水出口，54是用于吸收框体50内的压力变动的缓冲区，55是用于将墨水蓄留部53的墨水引导到墨水出口52的毛细管体。墨水蓄留部53上的墨水的蓄留和负压的产生源是毛细管力。其毛细管力可用古典的式h＝2Tcosθ/ρgr表示。在此，h是管的内外液面的高度差，T是液体的表面张力，θ是接触角，ρ是液体的密度，g是重力加速度，r是管的半径。这样一来，使用层叠的薄板51的墨水蓄留方式，结构比较简单，不用海绵状的多孔质体那样的制法控制，能可靠地进行尺寸控制。
但是，图5的墨水蓄留装置，为了可靠地从墨水蓄留部53取出墨水，必须具备毛细管体55，最好是贯通板51地配置毛细管体55。由于该毛细管体55必须使毛细管力比墨水蓄留部53的大，所以，墨水流道的阻力过大了。其结果是，对于消耗大量的墨水的高频驱动的多喷嘴的喷墨打印头来说，供给墨水的动阻力变大了，会产生供不上墨水的现象的问题。
结果，现有的墨水蓄留装置，无论哪一方面，都存在应解决的问题，特别是，作为喷墨打印装置上的墨水蓄留装置，要求出现一种能廉价制造且性能优良的墨水蓄留装置。
本发明的能将蓄留在液体蓄留室内的液体从出口导出的液体蓄留装置，通过在液体蓄留室内隔规定的间隔配备多个薄板，形成产生规定的毛细管力的蓄留部，通过在蓄留部和出口之间设置规定的间隙，形成产生比蓄留部的毛细管力强的毛细管力的诱导部。
根据本发明，由于由隔规定的间隔配备的多个薄板，形成产生规定的毛细管力的蓄留部，由设置在该蓄留部和液体的出口之间的规定的间隙，形成产生比蓄留部的毛细管力强的毛细管力的诱导部。因此，用简单的结构就能平稳地将蓄留部的液体从诱导部诱导到出口。其结果是，对于墨水等各种液体来说，其化学性质稳定，且不管使用时的姿态的差别如何，都能降低流道阻力，使其产生规定的负压，稳定地供给液体。
另外，在蓄留部收纳墨水，将该墨水供给到打印装置，由此能稳定地供给墨水，稳定地打印高品位的图象。
图2是使用弹性袋的墨水蓄留装置的主要部位的剖视图。
图3是使用带调压阀的袋子的墨水蓄留装置的主要部位的剖视图。
图4是使用海绵的墨水蓄留装置的主要部位的剖视图。
图5是利用毛细管力的墨水蓄留装置的主要部位的剖视图。
图6是作为本发明的第1实施例的蓄留装置的主要部位的剖视图。
图7是沿图6的VII-VII线剖切的剖视图。
图8是沿图6的VIII-VIII线剖切的剖视图。
图9是作为本发明的第2实施例的蓄留装置的主要部位的剖视图。
图10是沿图9的X-X线剖切的剖视图。
图11是沿图6的XI-XI线剖切的剖视图。
图12是用于说明图9的蓄留装置上的薄板间的距离和毛细管力的关系的示意图。
图13是作为本发明的第3实施例的蓄留装置的主要部位的剖视图。
图14是沿图13的XIV-XIV线剖切的剖视图。
图15是沿图13的XV-XV线剖切的剖视图。
图16是沿图13的XVI-XVI线剖切的剖视图。
图17是图13上的薄板的主视图。
图18是图17的箭头XVIII的向视图。
图19是图17的箭头XIX的向视图。
图20是作为本发明的第4实施例的蓄留装置的主要部位的剖视图。
图21是作为本发明的第5实施例的蓄留装置的主要部位的剖视图。
图22是沿图21的XXII-XXII线剖切的剖视图。
图23是图21中的薄板的立体图。
图24是作为本发明的第6实施例的蓄留装置的主要部位的剖视图。
图25是沿图21的XXV-XXV线剖切的剖视图。
(第1实施例)图6至图12是用于说明本发明的第1实施例的图。本实施例的液体蓄留装置是作为上述图1那样的喷墨打印装置所具备的墨水蓄留装置的应用例，将蓄留在内部的墨水供给到喷墨打印头12。
在图6至图8中，在形成有墨水蓄留室的框体61上，设有空气取入口62和墨水出65。本实施例的墨水蓄留装置将墨水从墨水出口65供给到喷墨打印头，并从空气取入口62取入外部的空气以与墨水置换。在框体61的内部，具备多个支承件63，由这些支承件63固定多个薄板64。多个薄板64要选定其材质，或对其进行表面处理，以使其对墨水容易浸润。在多个薄板64之间形成的间隙为墨水蓄留部66。当墨水被填充在墨水蓄留部66中时，产生毛细管力，由该毛细管力将墨水保持在墨水蓄留部66中。
毛细管力可用下式表示h＝2Tcosθ/ρgr在此，h是水头[m]，T是墨水的表面张力[Nm]，θ是墨水的相对薄板64的接触角，ρ是墨水密度[kg/m3]，g是重力加速度[m/s2]，r是毛细管的半径[m]。在长度为L的薄板64相互之间的距离为t的场合，这样的平行平板之间的毛细管力可近似用下式表示h＝4T·Cosθ/ρ·g·t根据本发明人的计算，在T＝0.03、Cosθ＝1、ρ＝1063、g＝9.8、t＝0.0001m(0.1mm)时，为h＝115mm。同样，在将t作为变量计算h的场合，其h为图12所示的值。在图12中，就t为0.5mm、0.3mm、0.2mm、0.1mm、0.05mm这5种情况(情况1至5)，对h进行了计算。
在喷墨打印头，虽然应赋予墨水的负压根据打印头规格的不同而有所不同，但通常是0～-200mm水头左右。由于打印头上的墨水的负压根据打印头和墨水蓄留装置之间的高度差的不同而有所变化，所以，墨水蓄留装置内的墨水的负压相对于打印头内所要求的墨水的负压仅需要偏置该高度差部分。因此，供给到打印头的所要求的墨水的负压希望为负几十mm到负200mm水头。在图12中，满足该要求的h所对应的墨水蓄留部66的间隙尺寸t为0.3mm至0.05mm左右。
另一方面，对于n个薄板64的占有体积的墨水的填充率I[％]，根据与墨水蓄留部66的间隙尺寸t的关系可用下式表示。d是薄板64的厚度。
I＝(n-1)·t/(nd+(n-1)·t)为了提高墨水的填充率I，最好使薄板64的厚度d接近于0。
薄板64的材质必须选择不会相对墨水溶出的、与墨水反应不会产生反应生成物的、并且吸入墨水不会膨胀的物质。另外，薄板64的厚度d，如以上所述，为了提高墨水填充率I，希望尽可能地薄，再有，薄板64即使薄也要有很高的强度。
对于这样的薄板64的材料来说，即要满足要求，且要便宜，可以考虑墨水的性质或装配性等，在不锈钢或各种塑料等中进行选择。其中，作为塑料，例如，可以采用容易形成薄膜的聚丙烯或聚乙烯以及EVA等烯烃类的塑料、PTFE等聚四氟乙烯类的塑料、或者由于流动性好而能形成薄壁的模型的聚砜类的塑料等。
墨水诱导部67在薄板64和设有墨水出口65的框体61的内壁之间形成。墨水诱导部67的毛细管力设定得比墨水蓄留装置内的任何毛细管力产生部位的毛细管力都高。在薄板64的周围，由支承件63形成不会产生毛细管力的宽度为a或c的缓冲区68。缓冲区68在含水多的墨水在产品流通过程中处于低温环境下冻结膨胀的情况下，为用于吸收其膨胀部分的空间。在这种情况下，在墨水解冻后，为了使缓冲区68内的墨水返回到墨水蓄留部66，缓冲区68的毛细管力必须设定得比墨水蓄留部66的毛细管力小。
在考虑这些墨水诱导部67和缓冲区68的毛细管力的条件的情况下，如果框体61和薄板64的对墨水的浸润性是相同的，则间隙t的尺寸最好使其满足下式的关系b＜t＜(a或c)图9至图11是用于说明本实施例的墨水蓄留装置中的墨水的流向的图。
墨水蓄留部66中的墨水，由于对薄板64的浸润和墨水的表面张力形成弯液面69，产生负压。随着打印头中的墨水的消耗，墨水蓄留装置内的墨水能从墨水出口65供给到打印头。墨水蓄留装置内的墨水根据毛细管力之间的关系，如图9和图10中的箭头所示，能有序地从薄板64之间供给到墨水出口65。由于墨水出口65附近的墨水诱导部67产生比墨水蓄留部66高的毛细管力，所以，墨水对该墨水诱导部67优先进行填充。因此，在向喷墨打印装置供给墨水时，气泡等不会被吸入到其墨水中，能稳定地供给墨水。
另一方面，墨水的流动阻力，相对薄板64的墨水的剪切应力是起主导作用的，并且几乎不会产生其它的阻力成分也是显然的。因此，象本实施例那样的墨水蓄留装置，特别适合用于在短时间内消耗大量墨水的高速喷墨打印装置。
(第2实施例)图13至图19是用于说明本发明的第2实施例的图。在这些图中，与上述第1实施例同样的部分标同一标号，且省略其说明。在本实施例的场合，为了提高可靠性，改变了墨水蓄留部66和墨水诱导部67的形状。
首先，墨水蓄留部66制成向墨水出口65宽度逐渐变窄的楔状。即，如图14和图19所示，薄板64的厚度向上方逐渐减小。因此，在图14那样的墨水蓄留装置的侧视图中，在这些薄板64的相互之间形成的墨水蓄留部66制成向墨水出口65所处的下方逐渐变窄的楔状。图19是薄板64的示意侧视图，在该图中，t1是在薄板64的上侧部位的相互之间形成的墨水蓄留部66的宽度，t2是在薄板64的下侧部位的相互之间形成的墨水蓄留部66的宽度。再有，在图15和图18中，薄板64的左侧部位的厚度向该图中的左侧逐渐减小，且薄板64的右侧部位的厚度向该图中的右侧逐渐减小。因此，在图15和图18那样的墨水蓄留装置的俯视图中，在这些薄板64的相互之间形成的墨水蓄留部66制成向墨水出口65逐渐变窄的楔状。在图18中，t3是在薄板64的左右端部之间形成的墨水蓄留部66的宽度。
这样一来，由于使墨水蓄留部66为楔状，所以，在墨水蓄留部66产生的毛细管力越靠近墨水出口65就越强，因此，能更加可靠地将墨水引导到墨水出口65。
另外，如图16所示，在墨水诱导部67，形成有以墨水出口65为中心放射状延伸的槽70。槽70所具有的毛细管力与墨水诱导部67的相同或在此之上，针对墨水出口65能可靠地引导墨水。槽70的毛细管力能由其宽度t4进行调整。
在本实施例，由于下式的关系成立，所以，能恰到好处地保持各部的毛细管力的关系。
t1、t3＞t2＞h＞t4
(第3实施例)图20是用于说明本发明的第3实施例的图。在图20中，与上述实施例同样的部分标同一标号，且省略其说明。
在本实施例的场合，对在上述实施例中具有简单的平滑的面的薄板64，形成有多个孔71。该孔71的直径φe必须比在薄板64的相互之间形成的墨水蓄留部66的宽度要大。在使墨水蓄留部66为上述第2实施例那样的楔状的场合，孔71的直径最好比配置孔的墨水蓄留部66部分的宽度大。通过形成这样的孔71，能大幅提高墨水的蓄留率。孔71的形状并不仅限于本实施例那样的简单的圆形，能满足其功能就可以。
(第4实施例)图21至图23是用于说明本发明的第4实施例的图。在这些图中，与上述实施例同样的部分标同一标号，且省略其说明。
在本实施例中，作为薄板使用波纹板状的薄板90。这种形状的薄板90，由于特别增加了纵向的强度，所以，即使使其极薄，也能确保其形状。其结果是，能提高墨水的蓄留率。
(第5实施例)图24和图25是用于说明本发明的第5实施例的图。在这些图中，与上述实施例同样的部分标同一标号，且省略其说明。
在本实施例的场合，在框体61内，在同心圆上配备有圆筒状的多个薄板64，使它们位于等间隔的位置上。由相互邻接的圆筒状的薄板64的相互之间的间隙形成墨水蓄留部66。例如，由在半径r1的壁面和半径r2的壁面之间形成的间隙t形成墨水蓄留部66。各部的功能和尺寸关系与上述第1实施例的相同。象本实施例那样，由于使薄板64为圆筒形，所以，大幅度地提高了其强度。因此，即使使薄板64极薄，也能确保其形状。其结果是，能提高墨水的蓄留率。薄板64除了圆筒形状之外，也可以制成矩形的筒状或螺旋形状等。
(其它实施例)作为用于蓄留墨水以外的各种液体的装置，能在很广的范围内应用本发明的液体蓄留装置。
另外，本发明的打印装置，除了上述那样的串行扫描方式之外，还可以采用各种方式。例如，也可以构成使用横跨被打印介质的打印区域的全长延伸的长尺寸的打印头的、所谓满线式的打印装置。
权利要求
1.一种能将蓄留，在液体蓄留室内的液体从出口导出的液体蓄留装置，其特征是通过在上述液体蓄留室内隔规定的间隔配备多个薄板，形成产生规定的毛细管力的蓄留部，通过在上述蓄留部和上述出口之间设置规定的间隙，形成产生比上述蓄留部的毛细管力强的毛细管力的诱导部。
2.根据权利要求1的液体蓄留装置，其特征是在形成上述蓄留部的上述薄板的一部分和上述液体蓄留室的内壁之间形成上述诱导部。
3.根据权利要求1的液体蓄留装置，其特征是设置能将外部的空气导入到上述液体蓄留室的空气取入口。
4.根据权利要求1的液体蓄留装置，其特征是在上述诱导部和上述出口之间形成产生比上述诱导部的毛细管力强的毛细管力的槽。
5.根据权利要求4的液体蓄留装置，其特征是在上述液体蓄留室的内壁上形成上述槽。
6.根据权利要求1的液体蓄留装置，其特征是上述蓄留部，越靠近上述出口，毛细管力越大。
7.根据权利要求6的液体蓄留装置，其特征是形成上述蓄留部的多个薄板之间的间隔，离上述出口越远间隔越大。
8.根据权利要求1的液体蓄留装置，其特征是形成上述蓄留部的多个薄板之间的间隔，在0.05mm以上且在0.5mm以下。
9.根据权利要求1的液体蓄留装置，其特征是上述蓄留部的毛细管力在50Pa以上且在2000Pa以下。
10.根据权利要求1的液体蓄留装置，其特征是在形成上述蓄留部的多个薄板上设有多个孔。
11.根据权利要求1的液体蓄留装置，其特征是上述液体是墨水。
全文摘要
本发明提供了一种能廉价制造、而且对墨水等各种液体化学性质稳定，不管使用时的姿态的差别如何，都能降低流道阻力、使其产生规定的负压、稳定地供给液体的液体蓄留装置，以及使用该液体蓄留装置的打印装置。因此，由隔规定的间隔配备的多个薄板(64)形成产生规定的毛细管力的蓄留部(66)，而且还由设置在该蓄留部(66)和液体的出口(65)之间的规定的间隙形成产生比蓄留部(66)的毛细管力强的毛细管力的诱导部(67)。
文档编号B41J2/175GK1429709SQ02153689
公开日2003年7月16日 申请日期2002年12月3日 优先权日2002年1月4日
发明者氏田敏彦, 下田准二, 根津祐志, 冈本英明 申请人:佳能株式会社