JP2007283606A - インク供給装置およびインクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大気連通室から必要以上にインクが漏洩してしまうのを防止することができるインク供給装置およびインクジェット記録装置を提供する。
【解決手段】本発明のインク供給装置は、大気連通室１７と、第１の中空管１３ａと、第２の中空管１３ｂとを有する。大気連通室１７はメインタンク２０４と連通している。第１の中空管１３ａは、一端が大気連通室１７内に延出しており、大気連通室１７内と外気とを連通させる。大気連通室１７内への第２の中空管１３ｂの延出長は、第１の中空管１３ａの延出長さと異なっている。
【選択図】図２

Description

本発明は、インク供給装置およびインクジェット記録装置に関する。

図４に従来のインクジェット記録装置の一例として、特許文献１に開示されたインクジェット記録装置のインク供給系を示す。

記録ヘッド１０１はサブタンク１０１ｂを有した構成となっている。サブタンク１０１ｂは、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。

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、インク吸収体等に含浸されることなくそのまま収容される。

インク供給ユニット１０５は、インク供給針１０５ａと、大気導入針１０５ｂとを有する。インク供給針１０５ａ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ものである。大気導入針１０５ｂは、メインタンク１０４内へ大気連通口１０５ｇからの大気を導入させるためものである。これらは、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の内部に進入する。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。

上記のヘッドおよびインク供給系の構成において、周囲環境の温度変化により、記録ヘッド１０１内および、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必要がある。このため、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大気連通室１０５ｆを構成している。

大気連通室１０５ｆから大気連通口１０５ｇまでの流路１０５ｋは断面積が一定の流路で構成されており、流路の一部が大気導入針１０５ｂの開口部よりも高い位置に配置している。これは、装置をある程度傾けた場合においても大気連通室１０５ｆ内のインクが外部に漏れないようにするためである。

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から大気連通室１０５ｆ、大気導入針１０５ｂを経て、メインタンク１０４内に導入される。

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る。また、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。

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。
特開２００２？３０７７０９号公報

しかしながら、上記従来例においては、メインタンク側ではなく記録ヘッド側からインクの漏洩が生じてしまうことがあった。周囲の温度上昇により、メインタンクのインクが大気連通室内に流れ込んだ状態で、記録ヘッドを強引に外したり、インク供給チューブが切れたりしてしまうといったトラブルにより以下の問題を生じうる。インクが大気連通室を満たした後、大気連通室と大気とを連通させる流路から外部に一旦流出し始めると、サイフォンの原理が働くことになる。サイフォンの原理が働くと、メインタンク内のインク全てが外部に流出仕切るまでインクの流出が止まらない。サイフォンの原理とは、液体が管内を満水状態で流下する際に、該液体の上流側に吸引作用を生じさせる原理のことをいう。また、一度装置を傾けた場合、記録ヘッドのメニスカスが壊れてしまう。その結果、インクが大気連通室と大気とを連通させる流路１０５ｋ内をすべて満たしながら、大気連通口１０５ｇより外部へインクが排出される。

タンク１０４内の負圧が増し、外部へ流れでたインクと同量のインクが、メニスカスの破れたヘッド等から、流路１０６を経由してタンクに流れ込む。メインタンク１０４から大気導入針１０５ｂにインクが供給され続けると、インクは大気連通口１０５ｇから外部に流出し続ける。メインタンク内のインクが空になってしまう問題が生じる。

そこで、本発明は、大気連通室から必要以上にインクが漏洩してしまうのを防止することができるインク供給装置およびインクジェット記録装置を提供することを目的とする。

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、一端が大気連通室内に延出している第１の中空管と第２の中空管と、を有する。大気連通室は、インクタンクに連通している。本発明のインク供給装置は、第１の中空管を少なくとも１本有し、第１の中空管の一端は大気連通室内に延出している。第２の中空管も一端が大気連通室内に延出しており、各々の中空管の、大気連通室内への延出長さが異なっている。

本発明のインク供給装置によれば、タンク内の負圧の変化を緩和し、大気連通室から必要以上にインクが漏洩することを防止することができる。

また、本発明のインク供給装置によれば、大気連通室が絶えず複数の中空菅で外部と気液交換可能な状態を保つことができ、大気連通室から必要以上にインクが漏洩してしまうのを防止することができる。

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。

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。

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、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る。これにより、記録用シートＳにインクを付着させて文字や記号、画像等を形成する。なお、記録用シートＳとしては一般記録紙、特殊紙、ＯＨＰフィルム等が適用可能である。

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しつつ、キャリッジ２０２の移動方向と交差方向（例えば、直交する方向である矢印Ａ方向）に搬送される。

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から記録ヘッド２０１にインク供給を行うため、まず、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によって接続される。さらにメインタンク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。

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。

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、図３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。図３は大気連通室の拡大断面図である。

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は、メインタンク２０４側から順に、インク供給針４、流路４ｂ、弁３、流路４ａ、インク供給チューブ２０６により構成される。また、メインタンク２０４から大気までの経路は、メインタンク２０４側から順に、大気導入針５、流路５ａ、大気連通室１７、本発明の特徴部分である第１の中空管１３ａおよび第２の中空管１３ｂにより構成される。

以下、各部について説明する。

記録ヘッド２０１は、その内部に、フィルタ２０１ｃと、流路２０１ｆと、サブタンク２０１ｂとを有する。フィルタ２０１ｃは、微細な穴である吐出ノズル２０１ｇ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を有する。流路２０１ｆは、フィルタ２０１ｃと吐出ノズル２０１ｇとを結ぶ。サブタンク２０１ｂは、フィルタ２０１ｃ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２０４からチューブ２０６を介して供給されるインクを一定量蓄積可能である。

メインタンク２０４は、後述のインク供給ユニット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内にインク吸収体等に吸収させて収容されるのではなく、直接収容される。

インク供給ユニット２０５は、遮断弁３と、インク供給針４と、大気導入針５と、大気連通室１７と、第１の中空管１３ａおよび第２の中空管１３ｂと、流路４ａ、４ｂ、５ａを有する。

遮断弁３は、ゴム材からなるダイアフラム３ａを有し、このダイアフラム３ａを変位させることにより２つの液路４ａ、４ｂ間の開閉を行う。遮断弁３は、記録ヘッド２０１がインクを吐出している状態では開かれ、待機中および休止中は閉じられ、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、記録ヘッド２０１内に蓄積した空気を除去する。

通常の記録時は、遮断弁３は開放されており、インク吐出により記録ヘッド２０１内の負圧が高まるとインク供給針４およびインク供給チューブ２０６を介してメインタンク２０４内のインク２０９が記録ヘッド２０１へと供給される。しかしながら、インクが供給されることで記録ヘッド２０１内にはインク供給チューブ２０６内に溜まった気泡が蓄積されていく。そこで、一定条件で遮断弁３を閉じて記録ヘッド２０１内の負圧を高めて気泡を除去するクリーニング動作を実行し、記録ヘッド２０１内に一定量の気泡が溜まるようにしている。

インク供給針４は、メインタンク２０４からインク２０９を取り出し、記録ヘッド２０１にインクを供給するための中空針であり、メインタンク２０４のインク供給口に対応させて配置されている。

大気導入針５は、メインタンク２０４内へ大気を導入させるための中空針であり、大気導入口の位置に対応させて配置されている。大気導入針５の一端はメインタンク２０４内に挿入され、他端は大気連通室１７に連通する流路５ａに接続されている。大気導入針５は、流路５ａ、大気連通室１７、第１の中空管１３ａおよび第２の中空管１３ｂを介して大気に連通している。

大気連通室１７は、記録ヘッド２０１内の圧力を一定に保持する機能を有する。また、大気連通室１７は、周囲環境の温度変化により、記録ヘッド２０１内およびメインタンク２０４内の空気が膨張した場合に各中空管１３ａ、１３ｂからのインク漏れを防止するため、インクを一時収容するバッファ機能も有する。すわなち、温度変化等で記録ヘッド２０１内およびメインタンク２０４内の空気量が増大した場合であってもインクを大気連通室１７へと逃がすことで記録ヘッド２０１内の圧力を一定に保持することができる。なお、空気増大により押し出されたインクは大気連通室１７に蓄積されるが、その量が多く、大気連通室１７から溢れた場合は、第１の中空管１３ａを介して排出され、廃インク吸収体９に吸収される。

第１の中空管１３ａおよび第２の中空管１３ｂは、中空管であり、大気連通室１７の底面１７ａに挿通して設けられている。第１の中空管１３ａは、大気連通室１７を大気に連通させるとともに、大気連通室１７内のインクを外部に排出する機能を有する。第２の中空管１３ｂは、大気連通室１７を大気に連通させる機能を有する。

第１の中空管１３ａの一端１３ａ１および第２の中空管１３ｂの一端１３ｂ１が大気連通室１７内に配置され、他端１３ａ２および他端１３ｂ２が大気に開放されている。第２の中空管１３ｂは、その一端１３ｂ１が、第１の中空管１３ａの一端１３ａ１に対して高さｈだけ高くなるように設けられている。すわなち、大気連通室１７内への第１の中空管１３ａの延出長さよりも第２の中空管１３ｂの延出長さのほうが高さｈ分だけ長い。なお、高さｈは、第１の中空管１３ａの一端１３ａ１から溢れ出るインクの表面張力によって盛り上がる高さよりも高くなるように設定し、当該盛り上がりにより第２の中空管１３ｂ側からインクが流出するのを防止している。インクの流出を防止するためには、大気連通室１７内への各中空管１３ａ，１３ｂの延出長さの差である高さｈが大きい程効果がある。しかし、高さｈを大きくすると、大気連通室１７の容量が大きくなってしまう。高さｈは、第１の中空管１３ａの一端１３ａ１から溢れ出るインクの表面張力によって盛り上がる高さよりも高くなるように設定すれば良い。当該盛り上がりにより第２の中空管１３ｂ側からインクが流出するのを防止するために、高さｈはインクの表面張力による第１の中空管１３ａの一端１３ａ１からの盛り上がり以上である１ｍｍ以上であれば良い。本発明の記録装置構成での実験によると、ｈ＝１.５ｍｍにて充分な効果があることが確認されている。

他端１３ａ２および他端１３ｂ２は、廃インク吸収体に対してそれぞれ同じ高さになるように配置されている。各中空管の他端１３a２および１３ｂ２は、各々一端１３ａ１および一端１３ｂ１よりも重力方向下側に配置されている。廃インク吸収体９は、他端１３ａ２および他端１３ｂ２よりも重力方向下側に配置されている。

第１の中空管１３ａの断面積Ｓ₁は、メインタンク２０４から記録ヘッド２０１までのインク供給流路の断面積のうち、最も小さい断面積のものより大きくしている。本実施形態では第１の中空管１３ａの断面積Ｓ₁は、インク供給チューブ２０６の断面積Ｓ₂よりも大きくなるよう構成している。これは以下の理由によるものである。

インク供給チューブ２０６の破断、あるいは記録ヘッド２０１のメニスカスが破れることなどによりインク供給チューブ２０６内に空気が混入した状況を考える。空気混入によりインク供給チューブ２０６内のインクは、メインタンク２０４へと流入し、第１の中空管１３ａから外部へと流出されることとなる。この際の第１の中空管１３ａから流出するインクの流量は、第１の中空管１３ａの断面積Ｓ₁と、インク供給チューブ２０６の断面積Ｓ₂と、漏洩による水頭差とにより決定される。また、管路内抵抗は、管断面積が小さくなるほど大きくなる。

ここで、第１の中空管１３ａの断面積Ｓ₁がインク供給チューブ２０６の断面積Ｓ₂よりも小さいと仮定する。この場合、インク供給チューブ２０６側からメインタンク２０４を介して大気連通室１７内へと流入するインク量が第１の中空管１３ａを介して、大気連通室外部に排出可能なインク量を上回ることとなる。この結果、大気連通室１７内にインクが蓄積されはじめ、インク界面が上昇し始める。インク界面が高さｈ以上上昇すると、第２の中空管１３ｂ内にインクが流入し始め、第２の中空管１３ｂによる大気導入の機能が阻害されてしまう。これにより、大気連通室１７内におけるインク蓄積がさらに促進され、ついには第２の中空管１３ｂ内および大気連通室１７内がインクで満たされてしまう。このような状況になると、サイフォンの原理が働いてしまい、大気連通室１７内のインクが全て流出してしまうまでインクの流出は続いてしまうこととなる。

これに対して、本実施形態では上述の通り、第１の中空管１３ａの断面積Ｓ₁をインク供給チューブ２０６の断面積Ｓ₂よりも大きくしている。つまり、第１の中空管１３ａを介して大気連通室外部に排出可能なインク量が、インク供給チューブ２０６側からメインタンク２０４を介して大気連通室１７内へと流入するインク量よりも上回る。このため、大気連通室１７内における底面１７ａからインク界面までの高さは、第１の中空管１３ａの一端１３ａ１の位置に維持され、第２の中空管１３ｂの一端１３ｂ１にまで達することはない。よって、第２の中空管１３ｂ内がインクで満たされてしまうことがない。その結果、大気連通室１７内へと絶えず空気を供給可能な状態で維持できる。大気連通室１７内がインクで満たされてしまうことがなく、サイフォンの原理が働かないので、メインタンク２０４内のインクが全て流出することを防止できる。

なお、上述した説明では、第１の中空管１３ａおよび第２の中空管１３ｂがそれぞれ１本ずつ設けられた構成を例に説明したが、中空管の数に制限はなく、３本以上設ける構成としてもよい。３本以上の中空管を設ける場合、各中空管の、大気連通室１７内への延出長さを３種類以上としてもよい。この場合、延出長さが最長のものを第２の中空管１３ｂとし、他の中空管の全てを第１の中空管１３ａとして取り扱う。つまりこの場合は、複数の第１の中空管１３ａが設けられることになる。そして、この場合、第１の中空管１３ａの断面積Ｓ₁とは、複数設けられた第１の中空管１３ａの断面積の総和とし、この総断面積Ｓ₁がインク供給チューブ２０６の断面積Ｓ₂より大きいものとする。つまり、最長の中空管を大気導入管とし、他の中空管は全てインクを排出させるための管とするものであってもよい。

また、第１の中空管１３ａおよび第２の中空管１３ｂの断面形状は円形とするのが好適であるが、これに限定されるものではなく、楕円、矩形等でもよい。

以上、本実施形態によれば、大気連通室１７は第１の中空管１３ａおよび第２の中空管１３ｂによって絶えず気液交換可能な状態を保つことができる。ヘッドのメニスカスが破れたとしても、メインタンク内の負圧変化を、大気連通室１７内で吸収することが可能となる。ゆえに、サイフォンの原理（液体が管内を満水状態で流下する際に、該液体の上流側に吸引作用を生じさせる）が発生しない。インクは大気連通室１７から一部溢れ出て、その後インクの流出は自然と止まるのでメインタンク２０４内のインクがすべて流れ出る等の問題が生じることはない。

また、従来、大気連通路は流路の一部が大気導入針の開口部よりも高い位置に配置されていた。そのため、大気連通路の分だけ装置が大型化していたが、本実施形態によれば、大気連通路が大気連通室１７内に位置することとなり、従来の構成に比べて小型化を図ることができる。本構成は、大気連通室１７と第１および第２の中空菅１３ａ、１３ｂとを一体化した構成としても良い。

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１に示すインクジェット記録装置のインク供給経路を示す図である。 本発明のインクジェット記録装置の大気連通室の拡大断面図である。 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示す図である。

符号の説明

１７ 大気連通室
１３ａ 第１の中空管
１３ｂ 第２の中空管
２０１ 記録ヘッド
２０４ メインタンク

Claims (9)

1. 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、
   前記インクタンクと連通する大気連通室と、
   前記大気連通室内と外気とを連通し、一端が前記大気連通室内に延出した、第１の中空管と、
   前記大気連通室内と外気とを連通し、一端が前記大気連通室内に延出し、該延出した長さが前記第１の中空管の延出した長さと異なっている第２の中空管と、
   を有することを特徴とするインク供給装置。
2. 前記第２の中空管の一端が前記大気連通室内に延出した長さが、前記第１の中空管が前記大気連通室内に延長した長さよりも長く構成されている、請求項１に記載のインク供給装置。
3. 前記第１の中空管の断面積は、前記インクタンクから前記記録ヘッドまでのインク流路のうちの最も断面積が小さい前記インク流路の断面積よりも大きい、請求項１または２に記載のインク供給装置。
4. 複数の前記第１の中空管を有する、請求項１または２に記載のインク供給装置。
5. 前記第１の中空管の断面積の総和は、前記インクタンクから前記記録ヘッドまでのインク流路のうちの最も断面積が小さい前記インク流路の断面積よりも大きい、請求項４に記載のインク供給装置。
6. 前記第１の中空管が前記大気連通室内に延長した長さと、前記第２の中空管が前記大気連通室内に延出した長さとの差が１ｍｍ以上である、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。
7. 前記第１および第２の中空管が、前記大気連通室内に延出した側の一端に対して、各々の他端は、それぞれ重力方向下側に配置されている、請求項１ないし６のいずれか１項に記載のインク供給装置。
8. 前記第１および第２の中空管の断面形状は円形である、請求項１ないし７のいずれか１項に記載のインク供給装置。
9. 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８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。

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