JP2009126098A - 液体供給装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化及び低コスト化を図ることができる液体供給装置及びその制御方法を提供する。
【解決手段】インクが貯留されたインクカートリッジ１７と、インクカートリッジ１７からインクを引き込むサブタンク５２と、サブタンク５２からインクが供給されるインクジェットヘッド２１と、インクジェットヘッド２１に密着させたキャップ２７内を減圧してインクジェットヘッド２１のインクノズルからインクを吸引するポンプ６１とを有し、サブタンク５２は、減圧室５５と、減圧室５５の圧力により容量可変となる可撓性を有する可撓膜５３で覆われたインク室５４とを備え、インク室５４には、ポンプ６１による減圧室５５の減圧により、拡張されてインクカートリッジ１７からインクが引き込まれる。
【選択図】図６

Description

本発明は、メインタンクの液体をサブタンクを介してヘッドに供給する液体供給装置及びその制御方法に関するものである。

上記液体供給装置の一例として、パソコン等に接続されるプリンタに組み込まれて、印刷ヘッドに液体としてのインクを供給する装置が挙げられる。このような液体供給装置の中には、ポンプによってサブタンク内を減圧することによって、インクカートリッジからなるメインタンクのインクをサブタンクに吸引して補給するものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−２１２９７２号公報

上記の液体供給装置では、専用のポンプが必要であるため、大型化しコスト高になってしまう。また、この液体供給装置では、サブタンクの剛性の高いケースで囲まれたインク室にインクを補給する構造であるため、この点でも大型化してしまう。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、小型化及び低コスト化を図ることができる液体供給装置及びその制御方法の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の液体供給装置は、液体が貯留されたメインタンクと、前記メインタンクから液体を引き込むサブタンクと、前記サブタンクから液体が供給されるヘッドと、前記ヘッドに密着させたキャップ内を減圧して前記ヘッドのノズルから液体を吸引するポンプとを有する液体供給装置であって、前記サブタンクは、減圧室と、前記減圧室の圧力により容量可変となる可撓性を有する膜で覆われた液室とを備え、前記液室には、前記ポンプによる前記減圧室の減圧により、拡張されて前記メインタンクから液体が引き込まれることを特徴とする。

この構成の液体供給装置によれば、ヘッドのノズルから液体を吸引するポンプによって、サブタンクの減圧室を減圧して液室を拡張し、メインタンクから液体を補給するため、減圧室の減圧専用のポンプが不要になる。よって、装置の小型化及び低コスト化を図ることができる。また、サブタンクが減圧室の圧力により容量可変となる可撓性を有する膜によって覆われた液室を備えた、コンプライアンスを有効利用したタイプであるため、さらなる小型化を図ることができる。

また、前記サブタンクは、前記ヘッドの上方に一体的に設けられていることが好ましい。
この構成の液体供給装置によれば、サブタンクがヘッドの上方に設けられているため、水頭差を利用してサブタンクからヘッドに向けて液体を吐出できる。しかも、ヘッドの上方のスペースを有効利用してサブタンクを配置することができる。

また、前記液室は、ガス透過性を有する膜によって覆われていることが好ましい。
この構成の液体供給装置によれば、サブタンクの液室内に残留する気泡を、膜を介して除去することができる。

また、本発明の液体供給装置の制御方法は、液体が貯留されたメインタンクと、前記メインタンクから液体を引き込むサブタンクと、前記サブタンクから液体が供給されるヘッドと、前記ヘッドに密着させたキャップ内を減圧して前記ヘッドのノズルから液体を吸引するポンプとを有する液体供給装置の制御方法であって、前記ヘッドによる液体の吐出中に、前記ポンプによって前記減圧室を減圧して前記液室を拡張し、前記メインタンクから液体を前記サブタンクに補給することを特徴とする。

この液体供給装置の制御方法によれば、ヘッドのノズルによる液体の吐出中に、ポンプによって減圧室を減圧して液室を拡張し、メインタンクから液体をサブタンクに補給するため、ヘッドのノズルによる液体の吐出を伴う処理のスループットを落とすことなく、液体をサブタンクに補給することができる。

以下、本発明に係る一実施形態の液体供給装置及びその制御方法を図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１〜図８は本発明に係る一実施形態の液体供給装置によってインク供給機構が構成されたインクジェットプリンタの関連図であり、図１はインクジェットプリンタの外観斜視図、図２はインクジェットプリンタのプリンタカバーを開いた状態の斜視図、図３はインクジェットプリンタからプリンタケースを取り外した状態の斜視図、図４はインクジェットプリンタのインクカートリッジからキャリッジ上のインクジェットヘッドまでの部品の接続構造を示す要部斜視図、図５はインクカートリッジからキャリッジ上のインクジェットヘッドまでの構成を別の向きから見た斜視図、図６はインクジェットプリンタの要部の概略構成図、図７は自己封止ユニットの構造を説明する断面図、図８は印刷時の制御フローチャートである。

まず、インクジェットプリンタの構造について説明する。
図１に示すように、インクジェットプリンタ１は、複数種のカラーインクを使用してロール紙にカラー印刷するものであり、プリンタ本体を覆うプリンタケース２の前面には、ロール紙カバー５及びインクカートリッジカバー７が開閉自在に装備されている。更に、プリンタケース２の前面には、電源スイッチ３と共にフィードスイッチやインジケータ等も配置されている。

ロール紙カバー５を開くと、図２に示すように、印刷用紙であるロール紙１１を収容した用紙収容部１３が開放状態になって、用紙の交換が可能になる。
また、インクカートリッジカバー７を開くと、カートリッジ装着部１５が開放状態になり、カートリッジ装着部１５へのインクカートリッジ（メインタンク）１７の着脱が可能になる。

この場合、インクカートリッジカバー７を開く動作に連動して、カートリッジ装着部１５の前方にインクカートリッジ１７が所定距離だけ引き出される構成になっている。

プリンタケース２内の用紙収容部１３の上方には、図３及び図４に示すように、インクジェットヘッド（ヘッド）２１を搭載したキャリッジ２３が装備されている。キャリッジ２３は、ロール紙１１の幅方向に沿って延在するガイド部材２５によって用紙幅方向に移動自在に支持されると共に、ロール紙１１の幅方向に延在する無端ベルト２６ａと無端ベルト２６ａを駆動するキャリッジモータ２６ｂとによって、プラテン２８の上方をロール紙１１の幅方向に往復移動可能になっている。

図示のように、カートリッジ装着部１５の上方が、往復移動するキャリッジ２３の待機位置（ホームポジション）となっている。そして、この待機位置の下方には、キャリッジ２３の下面に露出するインクジェットヘッド２１のインクノズルを覆うキャップ２７と、キャップ２７を介してインクジェットヘッド２１の各インクノズル内のインクを吸引廃棄するインク吸引機構２９とが装備されている。

インクカートリッジ１７は、図３に示すカートリッジケース１８内に複数個の図４に示すカラーインクパック１９を収容したものである。インクカートリッジ１７内の各インクパック１９は、インクカートリッジ１７をカートリッジ装着部１５に装着した際に、カートリッジ装着部１５側に装備されたインク供給針がインクパック１９のインク供給口に差込接続される。カートリッジ装着部１５のインク供給針には、図５にも示すように、プリンタケース２内に固定されたインク流路３１が接続され、このインク流路３１には、各色毎に分けられた可撓性のインク供給チューブ３３の一端が接続されている。

インク供給チューブ３３の他端は、図４に示すように、キャリッジ２３上に装備された各色毎のインクポンプ部３４に接続されている。各インクポンプ部３４は、インクジェットヘッド２１に接続された自己封止ユニット３６にそれぞれ接続されている。

即ち、図６に一色分のみを例示するように、キャリッジ２３には、インクジェットヘッド２１の他に、インクポンプ部３４及び自己封止ユニット３６が一体的に搭載された構成になっている。
これにより、インクカートリッジ１７内の各インクパック１９のインクは、カートリッジ装着部１５のインク供給針から、インク流路３１、インク供給チューブ３３、各色毎のインクポンプ部３４及び各色毎の自己封止ユニット３６を経て、インクジェットヘッド２１の各インクノズルに供給されるようになっている。

また、インクジェットプリンタ１は、制御部３８を備えており、この制御部３８は、インクジェットヘッド２１、キャリッジ２３を往復移動させるキャリッジモータ２６ｂなどを制御する。

次に、上記インクジェットプリンタ１のインク供給機構５０について図６に示す一色分の構造を例にとり詳述する。
流路３１のインクカートリッジ１７側における端部には、逆止弁３９が設けられ、インクカートリッジ１７とインクポンプ部３４との間において、逆止弁３９によってインクカートリッジ１７側からインクポンプ部３４側へのみインクが流れるようになっている。
さらに、インクポンプ部３４と自己封止ユニット３６との間の流路５１にも逆止弁４０が設けられ、インクポンプ部３４側から自己封止ユニット３６側へのみインクが流れるようになっている。

オンキャリッジのインクポンプ部３４は、図６に示すように、インクジェットヘッド２１の上方にあって、インク供給チューブ３３に連通するサブタンク５２を備えている。このサブタンク５２は、ＡＢＳ等の比較的剛性の高い樹脂材料からなっている。サブタンク５２内は可撓膜５３によって二室に区画されている。可撓膜５３はゴム、エラストマ、樹脂製フィルム等の変形容易な可撓性材料であって、液バリア性が高く且つガス透過性が高い（ガスバリア性が低い）材料からなっている。

一方の室は、インク供給チューブ３３に連通し且つ自己封止ユニット３６側の流路５１に連通することで、インクカートリッジ１７からインクが供給されるとともに自己封止ユニット３６側にインクを供給可能なインク室（液室）５４となっており、このインク室５４は、可撓膜５３の変形により容量可変となっている。

他方の室は、内圧が減圧されることで可撓膜５３を変形させてインク室５４の容量を増大させ、この状態から内圧が増圧されることで可撓膜５３を変形させてインク室５４の容量を減少させる減圧室５５となっている。つまり、減圧室５５が減圧されることでインク室５４の容量が増大すると、逆止弁３９を開きながらインクカートリッジ１７からインク流路３１及びインク供給チューブ３３を介してインクをインク室５４に吸引することになる。また、この状態から減圧室５５が大気開放されて増圧されることでインク室５４の容量が減少すると、逆止弁４０を開きながらインク室５４から流路５１を介して自己封止ユニット３６に、さらには自己封止ユニット３６を介してインク室５４より下方のインクジェットヘッド２１にインクを吐出する。

図７に示すように、自己封止ユニット３６は、ユニット本体８１に、供給路８２、中間路８３及び排出路８４が形成されている。そして、供給路８２に形成された供給口８２ａに、流路５１の下流側端部が接続され、排出路８４に形成された排出口８４ａに、インクジェットヘッド２１が接続されている。
供給路８２と中間路８３とを区画する壁部８５には、流入口８５ａが形成されており、この流入口８５ａにて供給路８２内のインクが中間路８３内へ流入される。また、中間路８３と排出路８４とを区画する壁部８６には、連通口８６ａが形成されており、この連通口８６ａにて中間路８３内のインクが排出路８４内へ流入される。

中間路８３内には、壁部８６に支点部８７が形成されており、この支点部８７には、揺動棒９１が揺動可能に支持されている。この揺動棒９１には、その一端部に、壁部８５側へ向かって屈曲する作動棒部９２が一体に形成されており、この作動棒部９２の先端には、壁部８５に当接して流入口８５ａを閉鎖する閉鎖板９３が形成されている。また、この閉鎖板９３と壁部８６との間には、圧縮バネ９４が設けられ、この圧縮バネ９４の付勢力によって閉鎖板９３が壁部８５側へ向かって付勢されている。また、揺動棒９１の他端部には、壁部８６側へ屈曲され、この壁部８６の連通口８６ａに挿通された押圧棒部９５が形成されている。

また、ユニット本体８１の排出路８４側の側壁８１ａには、開口部９６が形成されている。この開口部９６には、その開口縁部に、液密性及び可撓性を有するフィルム９７が液密的に連結されている。このフィルム９７の排出路８４側における中央部分には、押圧板９８が固定されている。そして、この押圧板９８に、揺動棒９１の押圧棒部９５の先端部が当接されている。また、押圧板９８と壁部８６との間には圧縮バネ９９が取り付けられており、この圧縮バネ９９の付勢力によって押圧板９８が外側へ押し出されている。
そして、この自己封止ユニット３６では、閉鎖板９３が、圧縮バネ９４及び閉鎖板９３に作用する圧力によって壁部８５に押し付けられ、流入口８５ａが閉鎖される。

そして、自己封止ユニット３６では、フィルム９７によって覆われた部分の容積の減少にともない押圧板９８によって揺動棒９１の押圧棒部９５が押圧されると、揺動棒９１が支点部８７による連結箇所を中心として揺動することにより、閉鎖板９３が壁部８５から離間する。これにより、供給路８２から流入口８５ａを通って中間路８３及び排出路８４へインクが流れ込み、インクジェットヘッド２１へ供給される。

そして、この自己封止ユニット３６をインクジェットヘッド２１の上流側に設けることにより、例えば、キャリッジ２３の加減速などによって供給側におけるインクの圧力変動が発生したとしても、この圧力変動のインクジェットヘッド２１への伝達が自己封止ユニット３６にて遮断される。
これにより、圧力変動が伝達されることによるインクジェットヘッド２１での意図しないインクの吐出、インクだれあるいは吐出不良による印字抜けなどの不具合が防止される。

インクジェットヘッド２１のメンテナンス用のインク吸引機構２９は、図６に示すように、キャップ２７を介してインクジェットヘッド２１の各インクノズル内を減圧し、インクノズルに残留している気泡や増粘状態のインクを吸引してクリーニングするもので、キャップ２７に連通する吸引流路６０と、この吸引流路６０上に設けられ、吸引流路６０を介してキャップ２７内を減圧してインクジェットヘッド２１からインクを吸引するポンプ６１とを有している。

このポンプ６１は、吸引流路６０の一部を構成する可撓性の吸引チューブ６２と、図示略のモータで駆動されてこの吸引チューブ６２を押し潰しながら回転するプーリ６３とを有しており、このプーリ６３の回転でキャップ２７側から吸引流路６０を介してインクを吸引し、この吸引流路６０の端末から吐出する。このポンプ６１には、図示略の大気開放弁が設けられ、この大気開放弁を開くことにより、キャップ２７側を大気圧に戻すレリース動作が可能となっている。

そして、吸引流路６０におけるポンプ６１とキャップ２７との間位置から分岐する分岐流路６５が設けられており、この分岐流路６５はインクポンプ部３４のサブタンク５２内の減圧室５５に連通している。ここで、図示は略すが分岐流路６５は端末側でさらに分岐して四色すべてのインクポンプ部３４の減圧室５５に連通している。

分岐流路６５の分岐位置には、切替バルブ６６が設けられている。この切替バルブ６６は、吸引流路６０を介してポンプ６１とキャップ２７とを連通させ且つ分岐流路６５を閉じるキャップ連通状態と、吸引流路６０のポンプ６１側と分岐流路６５とを介してポンプ６１と減圧室５５とを連通させ且つ吸引流路６０のキャップ２７側を閉じる減圧室連通状態とに切り替えられる。

これにより、一つのポンプ６１によって、インクジェットヘッド２１のインクノズル内のインクの吸引と、全色のインクポンプ部３４の減圧室５５からの空気の吸引とが可能となっている。ここで、切替バルブ６６を減圧室連通状態としポンプ６１を駆動してインクポンプ部３４の減圧室５５から空気を吸引すると、インクポンプ部３４の可撓膜５３が変形してインク室５４を拡張することになり、その結果、インクカートリッジ１７からインクをインク室５４に補給することになる。このとき、ガス透過性の高い可撓膜５３を用いているため、インク室５４内のインクにエアが気泡の状態で混入していても、このエアを可撓膜５３を介して減圧室５５側に吸引して除去することができる。

また、上記状態から、大気開放すると、減圧室５５が大気圧に増圧されて、可撓膜５３が元に戻ってインク室５４が縮小することになり、その結果、インク室５４から自己封止ユニット３６にインクを供給する力が発生する。なお、インク室５４とインクジェットヘッド２１とには水頭差があるため、水頭差による圧力も併せてインク室５４からインクジェットヘッド２１にインクを供給する力が発生する。

以上に述べた本実施形態のインク供給機構５０によれば、インクジェットヘッド２１のインクノズルからインクを吸引してクリーニングするインク吸引機構２９のポンプ６１によって、減圧室５５を減圧しインク室５４を拡張してインクカートリッジ１７からインクをサブタンク５２に補給するため、減圧室５５の減圧専用のポンプが不要になる。よって、小型化及び低コスト化を図ることができる。また、サブタンク５２が減圧室５５の圧力により容量可変となるインク室５４を備えた、コンプライアンスを有効利用したタイプであるため、さらなる小型化を図ることができる。しかも、インクカートリッジ１７からインクをほぼゼロまで使い切ることができる。

また、サブタンク５２がインクジェットヘッド２１の上方に設けられているため、水頭差を利用してサブタンク５２からインクジェットヘッド２１に向けてインクを吐出できる。しかも、キャリッジ２３におけるインクジェットヘッド２１の上方のスペースを有効利用してサブタンク５２を配置することができ、さらなるコンパクト化を図ることができる。

また、ガス透過性の高い可撓膜５３でサブタンク５２内をインク室５４と減圧室５５とに区画しているため、インク室５４内のインクにエアが混入していても、このエアを減圧室５５の減圧時に可撓膜５３を介して減圧室５５側に吸引して除去することができる。

なお、以上のように、インク供給機構５０が、キャップ２７を介してインクジェットヘッド２１の各インクノズル内のインクを吸引してクリーニングするインク吸引機構２９のポンプ６１を利用してインクカートリッジ１７からインクをインク室５４に補給するものであるため、インク吸引機構２９によるインクジェットヘッド２１のメンテナンス時以外であれば、基本的にいつでもインクをインク室５４に補給することができる。

つまり、図８に示すフローチャートのように、インクジェットヘッド２１により印刷を開始すると（ステップＳＰ１）、サブタンク５２のインク室５４にインクを補給するタイミングであるか否かを判断し（ステップＳＰ２）、インクを補給するタイミングになったら、印刷が終了する（ステップＳＰ３）前の時点、つまりインクジェットヘッド２１によるインクの吐出中であっても、上記のように切替バルブ６６を減圧室連通状態としポンプ６１によって減圧室５５を減圧しインク室５４を拡張してインクカートリッジ１７からインクをサブタンク５２に補給することになる（ステップＳＰ４）。

このように制御すれば、インクジェットヘッド２１によるインクの吐出を伴う印刷処理のスループットを落とすことなく、インクカートリッジ１７からインクをサブタンク５２に補給することができる。

なお、上記したインクを補給するタイミングは、例えば、インク室５４内にインク量を検出するセンサを設けて、インク量が所定量まで減少したことをセンサが検出したタイミングとしたり、印刷の一枚あるいは所定枚数毎のタイミングとしたり、印刷の制御値に基づくインク消費推定量の所定量毎のタイミングとしたりすることができる。

また、サブタンク５２をキャリッジ２３以外の場所に設けることも可能である。その場合も、サブタンク５２のインク室５４とインクジェットヘッド２１とに上記のような水頭差を設けるのが良い。

また、各色毎に分岐流路６５及び切替バルブ６６を設けて、各色毎にインク補給を個別制御するようにしても良い。

インクジェットプリンタの外観斜視図である。 インクジェットプリンタのプリンタカバーを開いた状態の斜視図である。 インクジェットプリンタからプリンタケースを取り外した状態の斜視図である。 インクジェットプリンタのインクカートリッジからキャリッジ上のインクジェットヘッドまでの部品の接続構造を示す要部斜視図である。 インクカートリッジからキャリッジ上のインクジェットヘッドまでの構成を別の向きから見た斜視図である。 インクジェットプリンタの要部の概略構成図である。 自己封止ユニットの構造を説明する断面図である。 印刷時の制御フローチャートである。

符号の説明

１７…インクカートリッジ（メインタンク）、２１…インクジェットヘッド（ヘッド）、５０…インク供給機構（液体供給装置）、５２…サブタンク、５４…インク室（液室）、５５…減圧室、６１…ポンプ。

Claims (4)

1. 液体が貯留されたメインタンクと、前記メインタンクから液体を引き込むサブタンクと、前記サブタンクから液体が供給されるヘッドと、前記ヘッドに密着させたキャップ内を減圧して前記ヘッドのノズルから液体を吸引するポンプとを有する液体供給装置であって、
   前記サブタンクは、減圧室と、前記減圧室の圧力により容量可変となる可撓性を有する膜で覆われた液室とを備え、
   前記液室には、前記ポンプによる前記減圧室の減圧により、拡張されて前記メインタンクから液体が引き込まれることを特徴とする液体供給装置。
2. 前記サブタンクは、前記ヘッドの上方に一体的に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の液体供給装置。
3. 前記液室は、ガス透過性を有する膜によって覆われていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液体供給装置。
4. 液体が貯留されたメインタンクと、前記メインタンクから液体を引き込むサブタンクと、前記サブタンクから液体が供給されるヘッドと、前記ヘッドに密着させたキャップ内を減圧して前記ヘッドのノズルから液体を吸引するポンプとを有する液体供給装置の制御方法であって、
   前記ヘッドによる液体の吐出中に、前記ポンプによって前記減圧室を減圧して前記液室を拡張し、前記メインタンクから液体を前記サブタンクに補給することを特徴とする液体供給装置の制御方法。

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