JP2004358671A - インク供給装置、インク供給機構およびインクジェット記録装置 - Google Patents

インク供給装置、インク供給機構およびインクジェット記録装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2004358671A
JP2004358671A JP2003156192A JP2003156192A JP2004358671A JP 2004358671 A JP2004358671 A JP 2004358671A JP 2003156192 A JP2003156192 A JP 2003156192A JP 2003156192 A JP2003156192 A JP 2003156192A JP 2004358671 A JP2004358671 A JP 2004358671A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ink
ink supply
tank
air
recording head
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2003156192A
Other languages
English (en)
Inventor
Takeshi Kono
健 河野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP2003156192A priority Critical patent/JP2004358671A/ja
Publication of JP2004358671A publication Critical patent/JP2004358671A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Ink Jet (AREA)

Abstract

【課題】▲1▼インクタンクをセットする途中のジョイントが閉塞した状態でインクジェットヘッドのノズル吸引を行うと発生する逆流、混色を防止する。
▲2▼インクタンクをはずした状態でのインク漏れを防止する。
▲3▼インクタンクをはずした状態でインクを抜き取り可能な構成を提供する。
【解決手段】底部に2つのゴム栓によるジョイントを持ったインクタンクに記録ヘッドへインクを供給するインク供給路に連通する中空管と、大気と連通した大気連通室に連通する中空管が挿入連通され、インクタンクを装置にセットするとインクタンクの内部を経由してインク供給路と大気連通室が連通し、インクタンクをはずすとインク供給路と大気連通室間を連通するように、インク供給路と大気連通室間に遮断させる弁及び経路を設る。更にインクタンクをはずすと中空間の先端が閉塞する構造を付加することでインク漏れを防止し、かつ、装置内にインクの抜き取りを可能とする。
【選択図】 図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インク供給装置、インク供給機構およびインクジェット記録装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
プリンタ等の記録方式のうち、吐出口(ノズル)からインクを吐出させて記録紙等の被記録媒体上に記録を行うインクジェット記録方式は、低騒音のノンインパクト記録方式で高密度かつ高速の記録動作が可能であるため、近年では広く採用されている。
【0003】
一般的なインクジェット記録装置は、インクジェットヘッドを搭載するキャリアを駆動する手段と、記録紙を搬送する搬送手段と、これらを制御するための制御手段などを備えている。また、インクジェットヘッドのノズル部分からインクを吐出するためのエネルギーを発生するために、ピエゾ素子などの電気機械変換体を用いてインクに加圧するもの、レーザなどの電磁波を照射して発熱させるもの、発熱により発泡させるもの、あるいは発熱抵抗体を有する電気熱変換体素子によって液体を加熱させ発泡させるものなどがある。その中でも熱エネルギーを利用してインク滴を吐出させる方式のインクジェット記録装置は、ノズルを高密度に配列させることができるため高解像度の記録を行うことが可能である。特に電気熱変換体素子をエネルギー発生素子として用いたインクジェットヘッドは、小型化が容易であり、最近の半導体製造分野において技術の進歩と信頼性の向上が著しいIC技術やマイクロ加工技術を応用して、その長所を十分に活用することにより高密度実装化が容易でかつ製造コストを低くできる。
【0004】
図7に示す、熱エネルギーを利用してインク滴を吐出させる方式の従来のインクジェット記録装置の一例において、記録ヘッド101の吐出ノズル101gは微細な穴であり、ノズルに特に弁機構はなく、ノズル内部を負圧に保つことによりノズルにインクのメニスカスを張らせ、ノズルからのインクの漏れ、大気からの空気の進入をなくしている。インクの吐出は吐出ノズル101g近傍に配置されたヒータの膜沸騰エネルギーにより吐出ノズル101gのインクを押し出すことにより行われ、吐出後吐出ノズル101gの毛細管力により再びノズル内にインクを満たすサイクルが繰り返され、インクはチューブ106、インク供給ユニット105を介して随時水頭差にて負圧を維持しているメインタンク104から吸い上げられる。
【0005】
画像を形成していくには、上記多数の吐出ノズルに対し選択的にエネルギーを与え、各ノズルから吐出したインクを随時メインタンク104から供給していく構成が用いられている。
【0006】
上記インク供給を実現するための詳細構成を以下に記載する。
【0007】
記録ヘッド101の内部には、微細な穴である吐出ノズル101gにごみが詰まるのを防止するための微細なメッシュ構造のフィルタ101cと、フィルタ101cと吐出ノズル101gとを結ぶ流路101fと、フィルタ101cの上流で、インクジェット記録装置本体に設置されたメインタンク104からチューブ106を介して供給されるインクを一定量蓄えるサブタンク101bとが配置されている。
【0008】
メインタンク104は、供給ユニット105に対して着脱可能な構成であり、その底部に、ゴム栓104bで密封されたインク供給口と、ゴム栓104cで密封された大気導入口とを有する。メインタンク104は、単体では気密な容器であり、インク109はメインタンク104内にそのまま収容される。
【0009】
インク供給ユニット105は、メインタンク104からインク109を取り出し、記録ヘッド101にインクを供給するためのインク供給針205aと、メインタンク204内へ大気連通口105gからの大気を導入させるための大気導入針105bとを有する。インク供給針105aおよび大気導入針105bは、メインタンク104のインク供給口および大気導入口の位置に対応させて配置されており、メインタンク104がインク供給ユニット105に装着されることで、インク供給針105aおよび大気導入針105bがそれぞれゴム栓104b、104cを貫通し、メインタンク104の内部に侵入する構成となっている。すなわち、メインタンク104がインク供給ユニット105に装着されることで、記録ヘッド101からインク供給針105aまでの流路と、大気導入針105bから大気連通口105gの流路とが1本の流路として連通する。
【0010】
尚、インク供給針105aおよび大気導入針105bがそれぞれゴム栓104b、104cを挿入する際に、インクが針穴から漏れ出すことを防止するため、挿入途中でいったん針穴をゴム栓で閉塞させ、挿入が完了すると連通するように、ゴム栓の厚みが針穴の大きさよりも厚く構成することが必要である。
【0011】
また、周囲環境の温度変化により、記録ヘッド101内及び、メインタンク104内の空気が膨張した場合に大気連通口105gからインクがあふれることを防止するために、大気導入針105bと大気連通口105gの間にあふれたインクを一時収容するバッファ室105fを構成している。
【0012】
以上の構成により、記録ヘッド101内のインクが消費されると、その負圧により、インクが随時メインタンク104からインク供給ユニット105およびインク供給チューブ106を介して記録ヘッド101へ供給される。その際、メインタンク104から供給されたインクと同量の空気が、大気連通口105gからバッファ室105f、大気導入針105bを経て、メインタンク104内に導入される。
【0013】
しかし、上記構成だけでは、サブタンク101b内に、チューブ106などの樹脂材料を透過して侵入する空気や、インク内に溶存していた空気が蓄積してしまう問題があり、サブタンク101bのインクが空になると上記インク供給が不可能になってしまう不都合がある。
【0014】
このため、記録ヘッド101からインク供給針105aまでの流路に遮断弁110と、吐出ノズル101gを吸引する吸引キャップ107a、吸引ポンプ107bを含む回復ユニット107の連動動作により、蓄積した空気を除去する手段を構成している。
【0015】
空気の除去動作について説明する。
【0016】
まず、遮断弁110を閉鎖し、吸引キャップ107aを記録ヘッド101の吐出ノズル101gを覆うように押しつける。続いて、吸引ポンプ107cにより吐出ノズル101gを吸引する。するとサブタンク101b内は減圧し、蓄積した空気は膨張する。吸引ポンプ107cは記録ヘッド101内のインクと、膨張した空気の一部を吸い出す。ここで、遮断弁110を開放することで、減圧されていた記録ヘッド101内にインクが流れ込み、吸引キャップ107aを開くことで動作は完了する。空気の一部を含む吸引ポンプ107cで吸引された分のインクが充填されるため、蓄積した空気を減少させることができる。
【0017】
また、上記構成を利用して、吐出ノズル101gにインクの増粘物が詰まった場合は、遮断弁110を開いたまま、回復ユニット107の吸引キャップ107aと吸引ポンプにて吐出ノズル101gからインクを勢いよく引き出すことでインク吐出特性の回復がなされる。(例えば特許文献1参照。)
【特許文献1】
特開2002−234180号公報
【0018】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例においては、メインタンク104をインク供給ユニット105に対し着脱する際に、インクが各針の針穴から漏れ出すことを防止するため、挿入途中でいったん針穴をゴム栓で閉塞させ、挿入が完了すると連通するように、ゴム栓の厚みが針穴の大きさよりも厚く構成しているため、不完全な挿入状態のままでは、インク供給針105aないし大気導入針105bが閉塞している状態で、記録ヘッドの空気除去動作や、ノズルの回復動作を実施した場合、記録ヘッド内を減圧し、遮断弁110を開放後、メインタンク104からインクが供給されるべき経路を閉鎖されてしまっているためにインクが供給されず、逆に吐出ノズル101gからキャップに溜まったインクや空気を吸い込むこととなってしまう。このような状態では、キャップ内で固着しかけていたインクがノズルに詰まり印字障害を起こすことや、複数色の吐出ノズルを1つのキャップで吸引する場合は、他の色のインク記録ヘッド内に逆流し、色の混合を起こしてしまうなど、致命的な不都合を持つ。
【0019】
また、周囲の温度上昇により、メインタンク104のインクがバッファ室105fに流れ込んだ状態で、メインタンク104をインク供給ユニット105からはずした状態では、大気導入針105bからバッファ室105f、大気連通口105gまでの経路は両端を開放したインク容器にインクが入っている状態になってしまうため、本体輸送等本体を傾けるとバッファ室105fに残っているインクがこぼれ、装置内を汚してしまうという問題もある。
【0020】
仮に、メインタンク104をはずした時に、針穴を閉鎖する機構を付けたとしても、周囲の温度変化によりサブタンク101b内の空気が膨張、収縮した場合に、吐出ノズル101gからインクが漏れることや、空気がノズルから逆流してしまうことになってしまい都合が悪い。
【0021】
メンテナンス等で本体からインクを抜き取る場合、メインタンク104を外した状態で吸引を実施することで、インク供給針105aから記録ヘッド101の間はインクを抜くことは可能であるが、バッファ室105fに残っているインクは独立しているため除去できないという問題もある。
【0022】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明のインク供給装置は、インクタンクから記録ヘッドにインクを供給するインク供給装置において、
内部にインクを貯蔵し、装置に対して着脱自在なインクタンクを有し、前記インクタンクの底部には、インクタンク単体では密閉、中空間を挿入すると連通の状態となる2つのコネクタが設けられ、一方のコネクタには、記録ヘッドへインクを供給するインク供給路に連通する第1の中空管が挿入連通され、他方の前記コネクタには大気と連通した大気連通室に連通する第2の中空管が挿入連通され、インクタンクを装置にセットすると、インクタンクの内部を経由してインク供給路と大気連通室が連通する構成において、前記インクタンク内部を除く部分に、インク供給路と大気連通室間を連通、遮断させる弁及び経路を設け、前記インクタンクを装着している状態では、前記弁を遮断し、前記インクタンクを装着していない状態では、前記弁を連通させることを特徴とする。
【0023】
上記の通り構成された本発明のインク供給装置は、インクタンクを完全に挿入している場合には従来例と同様の流路構成であり、空気除去動作及びノズルの回復が正常に実行できる。インクタンクの挿入が不完全であり針穴が閉塞されている場合も、針穴が閉塞する挿入高さよりも深い位置で前記弁の遮断、連通が切り替わる位置関係とすることで、常にインク供給路と大気連通室との連通を確保できるため、記録ヘッドの空気除去動作や、ノズルの回復動作を実施した場合、記録ヘッド内を減圧し、遮断弁を開放後、常に、インク供給路方面から圧が開放される。このことにより、吐出ノズル101gからインクや空気が逆流する問題を解決できる。
【0024】
更に、インクタンクを取り外すことで前記第1の中空管、第2の中空管の穴を閉塞する構成を付加することにより、インクタンクを外した状態においても、記録ヘッドから大気連通口までのインク供給路間を大気に対して密閉した1本の流路とすることができる。すなわち、大気連通口からインク供給路間を密閉された1本の流路とすることで、流路途中からの空気の流入、インクの漏れをなくすとともに、流路内のインクの動きを止めることができる。また、メンテナンス等で本体からインクを抜き取る場合も、メインタンク104を外した状態で吸引を実施することで、インク供給針105aからバッファ室105fまでインクを抜くことが可能となり、バッファ室105fのインクが除去できないという問題も解決できる。
【0025】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【0026】
図1は、本発明の一実施形態によるインクジェット記録装置の概略の構成を示す斜視図である。
【0027】
図1に示すインクジェット記録装置は、記録ヘッド201の往復移動(主走査)と、一般記録紙、特殊紙、OHPフィルム等の記録用シートSの所定ピッチごとの搬送(副走査)とを繰り返しつつ、これらの動きと同期させながら記録ヘッド201から選択的にインクを吐出させ、記録用シートSに付着させることで、文字や記号、画像等を形成するシリアル型の記録装置である。
【0028】
図1において、記録ヘッド201は、2本のガイドレールに摺動自在に支持され不図示のモータ等の駆動手段によりガイドレールに沿って往復移動されるキャリッジ202に着脱可能に搭載されている。記録用シートSは、搬送ローラ203により、記録ヘッド201のインク吐出面に対面し、かつ、インク吐出面との距離を一定に維持するように、キャリッジ202の移動方向と交差する方向(例えば、直交する方向である矢印A方向)に搬送される。
【0029】
記録ヘッド201は、それぞれ異なる色のインクを吐出するための複数のノズル列を有する。記録ヘッド201から吐出されるインクの色に対応して、複数の独立したメインタンク204が、インク供給ユニット205に着脱可能に装着される。インク供給ユニット205と記録ヘッド201とは、それぞれインクの色に対応した複数のインク供給チューブ206によって接続され、メインタンク204をインク供給ユニット205に装着することで、メインタンク204内に収納された各色のインクを、記録ヘッド201の各ノズル列に独立して供給することが可能となる。
【0030】
記録ヘッド201の往復移動範囲内で、かつ、記録用シートSの通過範囲外の領域である非記録領域には、回復ユニット207が、記録ヘッド201のインク吐出面と対面するように配置されている。
【0031】
次に、このインクジェット記録装置のインク供給系の詳細な構成について図2を参照して説明する。図2は、図1に示すインクジェット記録装置のインク供給経路を説明するための図であり、説明を簡単にするため、1色分の経路についてのみ示している。
【0032】
まず、記録ヘッド201について説明する。
【0033】
記録ヘッド201へは、インク供給チューブ206の先端に設けられた液体コネクタが気密接続されるコネクタ挿入口201aからインクが供給される。コネクタ挿入口201aは記録ヘッド201の上部に形成されたサブタンク部201bと連通している。サブタンク部201bの下には、並列に配列された複数のノズル201gを有するノズル部にインクを直接供給する液室201fが形成されている。サブタンク部201bと液室201fとはフィルタ201cによって区画されているが、サブタンク部201bと液室201fとの境界には開口部201dが形成された仕切部201eを有し、フィルタ201cはこの仕切部201e上に設置されている。
【0034】
上述の構成により、コネクタ挿入口201aから記録ヘッド201に供給されたインクは、サブタンク部201b、フィルタ201c、液室201fを経てノズル201gに供給される。コネクタ挿入口201aからノズル201gまでの間は大気に対して気密な状態に保たれている。
【0035】
ノズル201gは、断面幅が20μm程度の筒状の構造を持ち、ノズル201g内のインクに吐出エネルギーを与えることでインクをノズル201gから吐出させ、インクの吐出後、ノズル201gの毛管力によりノズル201g内にインクが満たされる。通常は、この吐出を20[kHz]以上のサイクルで繰り返し、微細で高速な画像形成を行っている。ノズル201g内のインクに吐出エネルギーを与えるために、記録ヘッド201は、ノズル201gごとにエネルギー発生手段を有する。本実施形態では、エネルギー発生手段として、ノズル201g内のインクを加熱する発熱抵抗素子を用いており、記録ヘッド201の駆動を制御するヘッド制御部(不図示)からの指令により発熱抵抗素子を選択的に駆動し、所望のノズル201g内のインクを膜沸騰させ、これにより生じる気泡の圧力を利用してノズル201gからインクを吐出させている。
【0036】
ノズル201gは、インクを吐出する先端を下向きにして配列されているが、その先端を閉鎖する弁機構は設けられておらず、インクはメニスカスを形成した状態でノズル201gを満たしている。そのため、記録ヘッド201の内部、特にノズル201g内は負圧の状態に保たれている。ただし、負圧が小さすぎると、ノズル201gの先端に異物やインクが付着した場合、インクのメニスカスが崩れてインクがノズル201gから漏れ出てしまうことがある。またこの逆に負圧が大きすぎると、吐出時にインクに与えられるエネルギーよりもノズル201g内にインクを引き戻す力が強くなってしまい、吐出不良となってしまう。よって、ノズル201g内における負圧は、大気圧よりも若干低い一定の範囲に保たれる。この負圧の範囲は、ノズル201gの数、断面積、発熱抵抗素子の性能等により異なるが、本発明者らの実験結果によれば、約−0.4[kPa]〜約−2[kPa](ただし、インクの比重≒水の比重とする)の範囲が好ましい。
【0037】
本実施形態では、インク供給ユニット205と記録ヘッド201とをインク供給チューブ206で接続しており、インク供給ユニット205に対する記録ヘッド201の位置を比較的に自由に設定できるので、記録ヘッド201内を負圧とするために、記録ヘッド201をインク供給ユニット205よりも高い位置に配置している。この高さについて詳しくは後述する。
【0038】
フィルタ201cは、ノズル201gを詰まらせるような異物がサブタンク部201bから液室201fへ流出するのを防止するための、ノズル201gの断面幅よりも小さい10μm以下の微細孔を有する金属メッシュで構成される。フィルタ201cは、フィルタ201cの一方の面のみにインクが接触すると各微細孔に毛管力によるインクのメニスカスが形成され、インクは容易に透過するが空気の流れは困難な性質を持っている。微細孔のサイズが小さいほどメニスカスの強度は強くなり、より空気を通しにくくなる。
【0039】
本実施形態で用いたようなフィルタ201cでは、空気を透過させるのに必要な圧力は10.1[kPa]程度(実験値)である。そのため、記録ヘッド1内でのインクの移動方向に関してフィルタ201cの下流に位置する液室201fに空気が存在すると、空気は空気自身の浮力程度ではフィルタ201cを通過することができないので、液室201f内の空気は液室201f内に留まる。本実施形態においてはこの現象を利用しており、液室201fをインクで満たさず、液室201f内のインクとフィルタ201cとの間に空気の層が存在するように、一定量のインクを液室201f内に蓄えている。
【0040】
液室201f内に蓄えられるインクの量は、最低限、ノズル201gをインクで満たすのに必要な量である。ノズル201g内に液室201fからの空気が侵入すると、インク吐出後のノズル201gにインクが補充されず吐出不良をおこすため、ノズル201g内は常にインクで満たされている必要がある。
【0041】
フィルタ201cの上面にはサブタンク部201b内のインクが接触しているが、このインクと接触している面積がフィルタ201cの有効面積となる。従来の技術でも述べたようにフィルタ201cによる圧力損失はフィルタ201cの有効面積に依存している。本実施形態では、フィルタ201cを記録ヘッド201の使用状態において水平となるように配置し、フィルタ201cの上面全体にインクを接触させることによりフィルタの有効面積を最大とし、圧力損失を低くしている。
【0042】
次に、インク供給ユニット205およびメインタンク204について説明する。
【0043】
メインタンク204は、供給ユニット205に対して着脱可能な構成であり、その底部に、ゴム栓204bで密封されたインク供給口と、ゴム栓204cで密封された大気導入口とを有する。メインタンク204は、単体では気密な容器であり、インク209はメインタンク204内にそのまま収容される。
【0044】
一方、インク供給ユニット205は、メインタンク204からインク209を取り出すためのインク供給針205aと、メインタンク204内へ大気を導入させるための大気導入針205bとを有する。インク供給針205aおよび大気導入針205bは同形状の中空針であり、針先は閉じ、針側面に針穴を有する。メインタンク204のインク供給口および大気導入口の位置に対応させて針先を上方に向けて配置されており、メインタンク204がインク供給ユニット205に装着されることで、インク供給針205aおよび大気導入針205b各々の針穴がそれぞれゴム栓204b、204cを貫通し、メインタンク204の内部と連通する構成となっている。ただし、針穴の大きさが各ゴム栓のシールする厚みよりも大きいと、メインタンク204を針に挿入する途中過程において、針穴を通してメインタンクの内部と大気とが連通してしまいインクが漏れてしまうため、図3に示すように、ゴム栓204b、204cのシール厚みは針穴の大きさよりも大きくし、挿入過程で一端針穴を塞ぐことで挿入時のインクの漏れを防いでいる。
【0045】
インク供給針205a、大気導入針205bには、おのおの軸方向に摺動可能にリング状のパッキン205m、205nが装着され、パッキンは下方よりバネにより押し上げられている。図2に示すように、タンクがセットされている状態では、メインタンク204により押し下げられ、図3のようにメインタンク204をはずしかけると、メインタンク204に伴いパッキン205m、205nは上昇し、図4に示すように、メインタンク204を取り外すと、インク供給針205a、大気導入針205bの針穴を密閉する位置でとどまる構成とである。このパッキン205m、205nの構成は、インクの漏れを防ぐ目的であり、特開昭62−161544と同様の構成である。
【0046】
インク供給針205aは、液路205c、遮断弁210、および液路205dという経路を経て、インク供給チューブ206と接続される。大気導入針205bは、液路205e、バッファ室205f、大気連通口205gを経て大気と連通する。インク供給針205a根元と大気導入針205bは液路205jにより接続され、液路205jに設けられた連通切替弁211により連通、遮断の状態となる。
【0047】
連通切替弁211はゴム材からなるダイアフラム211aから成り、このダイアフラム211aを変位させることにより開閉を行う。
【0048】
メインタンク204を正常にセットしている場合では、メインタンク204の底面にてダイアフラム211aを押さえつけ、連通切替弁211を閉の状態とし、図3に示すようにタンクをはずしかけると、ダイアフラム211aの弾力により盛り上がり、連通切替弁211を開の状態とする作用をする。
【0049】
すなわち、メインタンク204がインク供給ユニット205に装着されることで、大気連通口205g、バッファ室205f、メインタンク204、遮断弁210、インク供給チューブ206、記録ヘッド201へと1本の流路として連通する。メインタンク204が非装着の状態では、大気連通口205g、バッファ室205f、連通切替弁211、遮断弁210、インク供給チューブ206、記録ヘッド201へと1本の流路として連通する。
【0050】
インク供給針205aおよび大気導入針205bは、本実施形態では、インクの流動抵抗を抑えるため、内径が1.6[mm]の太いものを使用し、また、針穴についても直径を1〜1.5[mm]とした。
【0051】
遮断弁210は、ゴム材からなるダイアフラム210aを有し、このダイアフラム210aを変位させることにより2つの液路205c、205d間の開閉を行う。ダイアフラム210aの上面には、押圧ばね210cを内部に保持する筒状のばねホルダ210bが取り付けられており、この押圧ばね210cによりダイアフラム210aを押し潰すことにより、液路205c、205d間が遮断される。ばねホルダ210bは、後述する回復ユニット207のリンク207eにより動作されるレバー210dが係合するフランジを有する。レバー210dを動作させて、押圧ばね210cのばね力に抗してばねホルダ210bを持ち上げることで、液路205c、205d間が連通する。遮断弁210は、記録ヘッド201がインクを吐出している状態、待機中および休止中では開かれ、後述するインク充填動作時には、回復ユニット207とタイミングを合わせて開閉される。
【0052】
上述したインク供給ユニット205の構成は、レバー210dを除き、メインタンク204ごと、すなわちインクの色ごとに設けられている。レバー210dは全ての色に共通のものであり、全ての色についての遮断弁210を同時に開閉させる。
【0053】
以上の構成により、記録ヘッド201内のインクが消費されると、その負圧により、インクが随時メインタンク204からインク供給ユニット205およびインク供給チューブ206を介して記録ヘッド201へ供給される。その際、メインタンク204から供給されたインクと同量の空気が、大気連通口205gからバッファ室205f、大気導入針205bを経て、メインタンク204内に導入される。
【0054】
バッファ室205fは、メインタンク204内の空気の膨張によりメインタンク204から流出したインクを一時的に保持する目的の空間であり、大気導入針205bの下端はバッファ室205fの底部に位置している。環境温度が上昇する等、サブタンク部201b、メインタンク204内の空気が膨張した場合は、メインタンク204内のインクが大気導入針205bから液路205eを経てバッファ室205fへ流出する。逆に、環境温度が低下する等、メインタンク204内の空気が収縮した場合は、バッファ室205f内に流出していたインクはメインタンク204へ戻る。また、バッファ室205fにインクが存在している状態で記録ヘッド201からインクを吐出させると、まず、バッファ室205f内のインクがメインタンク204へ戻り、バッファ室205f内のインクがなくなった後、メインタンク204内に空気が導入される。
【0055】
ここで、メインタンク204の基本水頭と、メインタンク204内に空気が導入される際のインク供給ユニット205の液路内での空気およびインクの挙動について、図5を用いて説明する。
【0056】
図5(a)に、メインタンク204から記録ヘッド201(図2参照)へインクを供給可能な通常の状態を示す。この状態では、メインタンク204内は、バッファ室205fを除いて気密状態であるためインクタンク205内は負圧に保たれ、インクの先端209aは、液路205eの途中に留まっている。インクの先端209aの圧力は、大気と接しているため大気圧(=101.3[kPa])である。インクの先端209aが位置する液路205cとインク供給チューブ206(図2参照)に連通する液路205eとは同じ高さであり、両液路205c、205e間はインクのみで連通されているので、液路205cの圧力も大気圧となる。これはインクの先端209aと液路205cとの高さの関係で決まるものであり、メインタンク204内のインク209の量には影響されない。
【0057】
メインタンク204内のインクが消費されると、図5(b)に示すように、インクの先端209aは徐々に大気導入針205bへ向かって移動し、大気導入針205bの直下に達した時点で、図5(c)に示すように、気泡となって大気導入針205b内を浮上し、メインタンク204内に導入される。これと入れ替えに、メインタンク204内のインクが大気導入針205b内に侵入し、インクの先端209aは図5(a)に示した元の状態に戻る。
【0058】
図5(d)に、バッファ室205f内にインクが溜まった状態を示す。この場合、インクの先端209aはバッファ室205fの高さ方向中間の、液路205cよりもh1[mm]だけ高い位置に位置しており、液路205cの圧力が−9.8h1[Pa]となっている。
【0059】
以上より、本実施形態において、ノズル201g(図2参照)にかかる水頭差による圧力は、図6に示すように流路205cからサブタンク部201b内のインク上面209bまでの高さをh2[mm]、フィルタ201cからサブタンク部201b内のインク上面209bまでの高さをh3[mm]、ノズル201gの下端から液室201f内のインク上面209cまでの高さをh4[mm]とすると、ノズル201g下端での負圧Pnは、通常の状態では、Pn≒−9.8(h2−h3−h4)[Pa]となり、バッファ室205fにインクが溜まった状態では、Pn≒−9.8(h2−h1−h3−h4)[Pa]となる。Pnの値は、前述した負圧の範囲(−0.4[kPa]〜−2[kPa])の範囲に収まるように設定される。
【0060】
次に、回復ユニット207について説明する。
【0061】
回復ユニット207は、ノズル201gからのインクや空気の吸引と、遮断弁210の開閉を行うものであり、記録ヘッド201のインク吐出面(ノズル201gが開口した面)をキャッピングする吸引キャップ207aと、遮断面210のレバー210dを動作させるリンク207eとを有する。
【0062】
吸引キャップ207aは、少なくともインク吐出面と接触する部分がゴム等の弾性部材で構成され、インク吐出面を密閉する位置と記録ヘッド201から退避した位置との間を移動可能に設けられている。吸引キャップ207aには、中間部位にチューブポンプ式の吸引ポンプ207cを有するチューブが接続されており、ポンプモータ207dによって吸引ポンプ207cを駆動することで、連続吸引が可能である。また、ポンプモータ207dの回転量に応じて吸引量を変えることが可能である。本実施形態では、40.5[kPa]まで減圧可能な吸引ポンプ207cを用いている。
【0063】
カム207bは吸引キャップ207aを動作させるものであり、カム制御モータ207gにより、リンク207eを動作させるカム207fと同期して回転される。カム207bのa〜cの位置がそれぞれ吸引キャップ201gと接触するタイミングは、カム207fのa〜cの位置がそれぞれリンク207eと接触するタイミングと一致している。aの位置では、カム207bは吸引キャップ201gを記録ヘッド201のインク吐出面から離間させ、カム207fはリンク207eを押しつけてレバー210dを押し上げ、遮断弁210を開かせる。bの位置では、カム207bは吸引キャップ201gをインク吐出面に密着させ、カム207fはリンク207eを引き戻して遮断弁を閉じさせる。cの位置では、カム207bは吸引キャップ207aをインク吐出面に密着させ、カム207fはリンク207eを押しつけて遮断弁210を開かせる。
【0064】
記録動作の際は、カム207b、207fをaの位置とし、ノズル201gからのインクの吐出、およびメインタンク204から記録ヘッド201へのインクの供給を可能とする。待機中および休止中を含む非動作時は、カム207b、207fをcの位置とし、ノズル201gの乾燥を防止するとともに、遮断弁210を開き、記録ヘッド201内の負圧を保つ。また、カム207b、207fのcの位置は、以下に説明する、記録ヘッド201へのインク充填動作時に用いられる。
【0065】
以上、メインタンク204から記録ヘッド201までのインク供給経路を説明したが、図2に示したような構成では、長期にわたって見ると、記録ヘッド201内に空気が蓄積してしまう。
【0066】
サブタンク部201bにおいては、インク供給チューブ206を透過して侵入する空気や、インク内に溶存していた空気が蓄積する。インク供給チューブ206を透過する空気については、それらを構成する材料としてガスバリア性の高いものを使用すればよいが、ガスバリア性の高い材料は高価であり、大量生産される民生用の機器では、コスト面の都合上、高性能な材料を容易に使用することはできない。本実施形態では、インク供給チューブ206には低コストかつ柔軟性が高く使い易いポリエチレンチューブを用いている。
【0067】
一方、液室201fにおいては、ノズル201gからインクを吐出する際にインクの膜沸騰により生じた気泡が***して液室201fに戻ったり、インク中に溶存している微細な気泡がノズル201g内のインクの温度上昇により集まって大きな気泡となることにより、徐々に空気が蓄積する。
【0068】
本発明者らが行った実験によると、本実施形態に示した構成においては、サブタンク部201b内での空気の蓄積量は1ヶ月当たり約1[ml]、液室201f内での空気の蓄積量は1ヶ月当たり約0.5[ml]であった。
【0069】
サブタンク部201b内および液室201f内での空気の蓄積量が多いと、サブタンク部201bおよび液室201fが各々収納しているインク量が減少してしまう。サブタンク部201bにおいては、インクが不足すると、フィルタ201cが空気に露出してフィルタ201cの有効面積が減少し、その結果としてフィルタ201cの圧力損失が上昇し、最悪の場合は液室201fへインクが供給できなくなってしまう。一方、液室201fにおいては、ノズル201gの上端が空気に露出すると、ノズル201gへのインク供給が不能となる。このように、サブタンク部201bおよび液室201fのいずれも、一定量以上のインクが収納されていないと致命的な問題が生じる。
【0070】
そこで、所定の期間ごとにサブタンク部201bおよび液室201fの各々に適量のインクを充填することで、ガスバリア性の高い材料を使用しなくてもインクの吐出機能を長期間にわたって安定して維持することができる。例えば本実施形態の場合、1ヶ月当たりに蓄積する空気の量に充填時のばらつきをプラスした量を、サブタンク部201bおよび液室201fにそれぞれ1ヶ月ごとに充填すればよい。
【0071】
サブタンク部201bおよび液室201fへのインクの充填は、回復ユニット207による吸引動作を利用して行う。すなわち、吸引キャップ201aで記録ヘッド201のインク吐出面を密閉した状態で吸引ポンプ207cを駆動し、記録ヘッド201内のインクをノズル201gから吸引することによって行う。ただし、単にノズル201gからインクを吸引しただけでは、ノズル201gから吸引したインクとほぼ同量のインクがサブタンク部201bから液室201fへ流れ込み、同様に、サブタンク201bから流出したインクとほぼ同量のインクがメインタンク204からサブタンク部201bへ流れ込むだけで、吸引前と状況はほとんど変わらない。
【0072】
したがって、本実施形態では、フィルタ201cで仕切られたサブタンク部201bと液室201fとに各々適量のインクを充填するために、遮断弁210を利用してサブタンク部201bおよび液室201fを所定の圧力まで減圧し、サブタンク部201bおよび液室201fの容積設定を行う。
【0073】
以下に、サブタンク部201bと液室201fとへのインク充填動作、および容積設定について説明する。
【0074】
インク充填動作は、まず、記録ヘッド201が吸引キャップ207aと対向する位置までキャリッジ202(図1参照)を移動させ、回復ユニット207のカム制御モータ207gを駆動してカム207b、207eを、それぞれbの位置が吸引キャップ107aおよびリンク207eと接触するまで回転させる。これにより、記録ヘッド201のインク吐出面が吸引キャップ207aにより密閉され、遮断弁210はメインタンク204から記録ヘッド201までのインク経路を閉じた状態となる。
【0075】
この状態でポンプモータ207dを駆動し、吸引ポンプ207cにより吸引キャップ207aから吸引を行う。この吸引により、記録ヘッド201内に残留しているインクおよび空気がノズル201gを通して吸引され、記録ヘッド201内が減圧される。吸引ポンプ207cによる吸引量が所定の量に達した時点で、吸引ポンプ207cを停止させ、カム制御モータ207gを駆動してカム207b、207fをそれぞれcの位置が吸引キャップ207aおよびリンク207eと接触するまで回転させる。これにより、吸引キャップ207aによるインク吐出面の密閉状態はそのままで、遮断弁210が開かれる。吸引ポンプ207cによる吸引量は、記録ヘッド201内の圧力が、サブタンク部201bおよび液室201f内に適量のインクを充填するのに必要な所定の圧力となる吸引量であり、これは計算や実験等によって求めることができる。
【0076】
記録ヘッド201内が減圧されると、インク供給チューブ206を介して記録ヘッド201内にインクが流れ込み、サブタンク部201bおよび液室201fの各々にインクが充填される。充填されるインクの量は、減圧されているサブタンク部201bおよび液室201fがほぼ大気圧に戻るのに必要な体積であり、サブタンク部201bおよび液室201fの容積および圧力により決定される。
【0077】
サブタンク部201bおよび液室201fへのインクの充填は、遮断弁210が開かれてから約1秒程度で完了する。インクの充填が完了すると、カム制御モータ207gを駆動してカム207b、207fをbの位置がそれぞれ吸引キャップ207aおよびリンク207eと接触する位置まで回転させる。これにより吸引キャップ207aを記録ヘッド201から離間させ、再び吸引ポンプ207cを駆動して吸引キャップ207a内に残ったインクを吸引する。またこの状態では遮断弁210は開いた状態であるので、ノズル201gからインクを吐出して記録用シートS(図1参照)へ文字や画像等を形成可能な状態となる。
【0078】
サブタンク部201bおよび液室201f内のインクの量が長期間にわたって不足することがなければ、回復ユニット207による吸引動作を頻繁に行う必要もなく、インクを無駄にする機会も減る。さらに、サブタンク部201bおよび液室201fの両方にインクの充填が必要な場合であっても1回の充填動作で済むのでインクを節約することができる。
【0079】
ここで、サブタンク部201bの容積をV1、サブタンク部201bに充填すべきインクの量をS1、サブタンク部201b内の圧力をP1(大気圧からの相対値)とする。ここで、「PV=一定」の原理により、これらの関係をV1=S1/│P1│となるように設定することにより、充填動作によりサブタンク部201bに対して適量のインクを充填することができる。同様に、液室201fの容積をV2、液室201fに充填すべきインクの量をS1、液室201f内の圧力をP2(大気圧からの相対値)としたとき、これらの関係をV2=S2/│P2│となるように設定することにより、充填動作により液室201fに対して適量のインクを充填することができる。
【0080】
また、サブタンク部201bと液室201fとを区画するフィルタ201cは微細なメッシュ構造であり、前述したようにメニスカスが形成された状態では空気の流れが困難な性質を持っている。ここで、メニスカスが形成されたフィルタ201cに対して空気を透過させるのに必要な圧力をPmとする。回復ユニット207によりノズル201gから吸引した場合、液室201f内の圧力P2は、フィルタ201cを通してサブタンク部201b内の空気を透過させるために、サブタンク部201b内の圧力P1よりも上記圧力Pm分だけ低くなる。よって、この関係を、サブタンク部201bおよび液室201fの容積を決定する際に用いると、充填動作の条件を容易に決定することができる。
【0081】
以上の構成において、メインタンク204がインク供給ユニット205に装着されることで、大気連通口205g、バッファ室205f、メインタンク204、遮断弁210、インク供給チューブ206、記録ヘッド201へと1本の流路として連通し、メインタンク204が非装着の状態では、大気連通口205g、バッファ室205f、連通切替弁211、遮断弁210、インク供給チューブ206、記録ヘッド201へと1本の流路として連通するといった、常に1本の流路を構成することにより、メインタンクをはずした状態で装置を傾けてもインクが漏れることを防止できる。さらに、その状態で、回復ユニット207にて吸引すると、バッファタンク205fや供給チューブ206内のインクを除去することができる。また、インクの充填動作中にメインタンク抜いたとしても、常に記録ヘッド201のインク供給上流より大気に連通した流路が確保されるため、ノズル201gからインクが逆流する事故を防止することができる。
【0082】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のインク供給装置によれば、内部にインクを貯蔵し、装置に対して着脱自在なインクタンクを有し、前記インクタンクの底部には、インクタンク単体では密閉、中空間を挿入すると連通の状態となる2つのコネクタが設けられ、一方のコネクタには、記録ヘッドへインクを供給するインク供給路に連通する第1の中空管が挿入連通され、他方の前記コネクタには大気と連通した大気連通室に連通する第2の中空管が挿入連通され、インクタンクを装置にセットすると、インクタンクの内部を経由してインク供給路と大気連通室が連通する構成において、前記インクタンク内部を除く部分に、インク供給路と大気連通室間を連通、遮断させる弁及び経路を設け、前記インクタンクを装着している状態では、前記弁を遮断し、前記インクタンクを装着していない状態では、前記弁を連通させることを特徴とする。
【0083】
上記の通り構成された本発明のインク供給装置は、インクタンクを完全に挿入している場合には従来例と同様の流路構成であり、空気除去動作及びノズルの回復が正常に実行できる。インクタンクの挿入が不完全であり針穴が閉塞されている場合も、針穴が閉塞する挿入高さよりも深い位置で前記弁の遮断、連通が切り替わる位置関係とすることで、常にインク供給路と大気連通室との連通を確保できるため、記録ヘッドの空気除去動作や、ノズルの回復動作を実施した場合、記録ヘッド内を減圧し、遮断弁を開放後、常に、インク供給路方面から圧が開放される。このことにより、吐出ノズル101gからインクや空気が逆流する問題を解決できる。
【0084】
更に、インクタンクを取り外すことで前記第1の中空管、第2の中空管の穴を閉塞する構成を付加することにより、インクタンクを外した状態においても、記録ヘッドから大気連通口までのインク供給路間を大気に対して密閉した1本の流路とすることができる。すなわち、大気連通口からインク供給路間を密閉された1本の流路とすることで、流路途中からの空気の流入、インクの漏れをなくすとともに、流路内のインクの動きを止めることができる。また、メンテナンス等で本体からインクを抜き取る場合も、メインタンク104を外した状態で吸引を実施することで、インク供給針105aからバッファ室105fまでインクを抜くことが可能となり、バッファ室105fのインクが除去できないという問題も解決できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態によるインクジェット記録装置の概略の構成を示す斜視図である。
【図2】本発明の一実施形態によるインクジェット記録装置のインク供給系の詳細な構成を説明するための図である。
【図3】本発明の一実施形態によるインクジェット記録装置のインク供給系の詳細な構成を説明するための図である。
【図4】本発明の一実施形態によるインクジェット記録装置のインク供給系の詳細な構成を説明するための図である。
【図5】メインタンク内に空気が導入される際のインク供給ユニットの液路内での空気およびインクの挙動について説明するための図である。
【図6】ノズルにかかる水頭差による圧力を説明するための図である。
【図7】従来のインクジェット記録装置におけるインク供給系の一例の構成を説明するための図である。
【符号の説明】
201 記録ヘッド
201a コネクタ挿入口
201b サブタンク
201c フィルタ
201d 開口部
201e 仕切部
201f 液室
201g ノズル
202 キャリッジ
203 搬送ローラ
204 メインタンク
204b、204c ゴム栓
205 インク供給ユニット
205a インク供給針
205b 大気導入針
205c、205d、205e、205j 液路
205f バッファ室
205g 大気連通口
205i 上部開口
205m、205n パッキン
206 インク供給チューブ
207 回復ユニット
207a 吸引キャップ
207b、207f カム
207c 吸引ポンプ
207d ポンプモータ
207e リンク
207g カム制御モータ
209 インク
209a 先端
209b、209c インク上面
210 遮断弁
210a ダイアフラム
210b ホルダ
210c 押圧ばね
210d レバー
211 連通遮断弁
211a ダイアフラム

Claims (6)

  1. 内部にインクを貯蔵し、装置に対して着脱自在なインクタンクを有し、前記インクタンクの底部には、インクタンク単体では密閉、中空間を挿入すると連通の状態となる2つのコネクタが設けられ、一方のコネクタには、記録ヘッドへインクを供給するインク供給路に連通する第1の中空管が挿入連通され、他方の前記コネクタには大気と連通した大気連通室に連通する第2の中空管が挿入連通され、インクタンクを装置にセットすると、インクタンクの内部を経由してインク供給路と大気連通室が連通する構成において、前記インクタンク内部を除く部分に、インク供給路と大気連通室間を連通、遮断させる弁及び経路を設け、前記インクタンクを装着している状態では、前記弁を遮断し、前記インクタンクを装着していない状態では、前記弁を連通させることを特徴とするインク供給装置。
  2. 前記請求項1において、インクタンクを挿入する力により、直接、又は、部品を介して、前記弁を遮断させる機構を有することを特徴とするインク供給装置。
  3. 前記請求項1、2において、インクタンクを取り外すことで前記第1の中空管、第2の中空管の穴を閉塞する構成を有することを特徴とするインク供給装置。
  4. 前記請求項1、2、3において、インクタンクのコネクタに中空管が挿入される途中において、インク供給路と大気との連通が閉塞する状態を有するコネクタを持つ構成において、中空管が閉塞する挿入高さよりも深い位置で前記弁の遮断、連通が切り替わる位置関係を有することを特徴とするインク供給装置。
  5. 前記請求項1、2、3、4において、インク供給路の先に微細な吐出ノズルを持つ記録ヘッドと、吐出ノズルよりインク又は空気を吸引する吸引装置を有することを特徴とするインク供給装置。
  6. 被記録媒体を搬送する搬送手段を有し、記録ヘッドからインクを吐出して前記被記録媒体に記録を行うインクジェット記録装置において、
    請求項1ないし5のいずれか1項に記載のインク供給装置を有することを特徴とするインクジェット記録装置。
JP2003156192A 2003-06-02 2003-06-02 インク供給装置、インク供給機構およびインクジェット記録装置 Withdrawn JP2004358671A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003156192A JP2004358671A (ja) 2003-06-02 2003-06-02 インク供給装置、インク供給機構およびインクジェット記録装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003156192A JP2004358671A (ja) 2003-06-02 2003-06-02 インク供給装置、インク供給機構およびインクジェット記録装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2004358671A true JP2004358671A (ja) 2004-12-24

Family

ID=34050353

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003156192A Withdrawn JP2004358671A (ja) 2003-06-02 2003-06-02 インク供給装置、インク供給機構およびインクジェット記録装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2004358671A (ja)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1232870B1 (en) Ink supply mechanism and ink jet recording apparatus
JP4741761B2 (ja) インクジェット記録ヘッド、該インクジェット記録ヘッドを用いたインクジェット記録装置、およびインクジェット記録ヘッドの製造方法
US6752493B2 (en) Fluid delivery techniques with improved reliability
JP3801003B2 (ja) 液体供給システム、インクジェット記録ヘッド、および液体充填方法
US7150519B2 (en) Ink jet recording apparatus
JP2009279901A (ja) 液体吐出装置及び画像投射装置
JP2002307712A (ja) 圧力調整室およびこれを有するインクジェット記録ヘッド、これを用いたインクジェット記録装置
JP5073596B2 (ja) 画像形成装置
JP4944566B2 (ja) インクジェット記録装置
US7806520B2 (en) Ink supply apparatus and ink jet recording apparatus
JP3610308B2 (ja) インクジェット記録装置
JP2004358671A (ja) インク供給装置、インク供給機構およびインクジェット記録装置
JP2002248782A (ja) インクジェット記録装置
JP2005014397A (ja) インクジェット記録装置
JP2013173255A (ja) 液体吐出装置及び画像形成装置
JP7362701B2 (ja) インクタンク、液体収容体、液体吐出装置
JP2004330484A (ja) インク供給装置、およびインクジェット記録装置
JP2004237595A (ja) インク供給装置、およびインクジェット記録装置
JP2003089216A (ja) インクジェット記録装置およびインクジェット記録装置の操作方法
JP2002248779A (ja) インクジェット記録装置
JP2006015761A (ja) インクジェット記録装置
JP2006110900A (ja) インクジェット記録装置
JP2005212175A (ja) インクジェット記録装置
JP2007105907A (ja) インクジェット記録装置
JP2004262035A (ja) インクジェット記録ヘッドを保護するキャップユニット

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20060905