JP2772014B2 - 記録液補給機構 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は記録液補給機構に関するものである。

［従来の技術］ 第６図に、従来の記録液を含浸した記録液吸収体を有
する第１の記録液収容部材と、前記収容部材から記録液
の供給を受け、これを記録媒体に対して吐出することに
より記録を行う吐出部とを連結した状態でキャリッジ上
に搭載し、前記キャリッジを前記記録媒体と相対的に移
動させながら記録を行うインクジェット記録装置の本体
図を、第７図（ａ），（ｂ）にインクタンク・ヘッド一
体カートリッジの斜視図とその断面図をそれぞれに示
す。

ここで、100は記録ヘッドチップであり、吐出部102お
よび供給タンク部104等から成る。吐出部102は、記録媒
体との対向面に形成した吐出口102Aと、その内方に延在
する液路と、各液路に配設した電気熱変換体等の吐出エ
ネルギー発生素子と、各液路に連通した共通液室とを有
している。また、供給タンク部104はインクタンク110側
からインクの供給を受け、吐出部102内の共通液室にイ
ンク導くサブタンクとして機能する。

112はインクタンク110内に配設され、インクを含浸さ
せたインク吸収体であり、多孔質体または繊維等を用い
て形成できる。114はインクタンク110の蓋部材である。

以上のような構成のインクジェット記録ヘッドを用い
て第６図のようなインクジェットプリンタ、すなわち、
ディスポーザブルのカートリッジ形態の記録ヘッドを用
いるインクジェットプリンタを構成することができる。

なお、第６図において14は第７図（ａ）および（ｂ）
に示したカートリッジ形態の記録ヘッドであり、この記
録ヘッド14は、押え部材41によりキャリッジ15の上に固
定されており、これらはシャフト21に沿って長手方向に
往復動可能となっている。また、キャリッジ15に対する
位置決めは、例えば記録ヘッドチップ100に設けた穴
と、キャリッジ15側に設けたダボ等により行うことがで
きる。さらに、電気的接続は吐出部102に対する配線基
板に設けた接続パッドに、キャリッジ15上のコネクタを
結合させればよい。

記録ヘッドにより吐出されたインクは、記録ヘッドと
微少間隔をおいて、プラテン19に記録面を規制された記
録媒体18に到達し、記録媒体18上に画像を形成する。

記録ヘッドには、ケーブル16およびこれに結合する端
子を介して適宜データ供給源より画像データに応じた吐
出信号が供給される。カートリッジ14は、用いるインク
色等に応じて、１ないし複数個（図では２個）設けるこ
とができる。

また、第６図において、17はキャリッジ15をシャフト
21に沿って走査させるためのキャリッジモータ、22はモ
ータ17の駆動力をキャリッジ15に伝達するワイヤであ
る。また、20はプラテンローラ19に結合して記録媒体18
を搬送させるためのフィードモータである。

以上のような構成により、それまでのパーマネント記
録ヘッドとインクタンクをチユーブ等の連結手段により
結合した状態で使用するいわゆるパーマネントヘッド型
インクジェット記録装置における信頼性問題（泡混入
等）を改善したディスポーザブルタイプのインクタンク
一体カートリッジを用いたインクジェット記録装置（デ
ィスポーザブルヘッド型インクジェットプリンター）が
構成されていた。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、このような従来のディスポーザブルヘッド型
インクジェットプリンターにおいては次に示す３つの大
きな問題点があった。

1.ランニングコスト低減のため、インクタンク容量を大
きくすると、キャリッジ上に占めるインクタンクの体積
が大きくなり、プリンター本体が大型化し、コストアッ
プにつながる。かつ増したインクの重量分キャリッジ駆
動モータにかかる負荷が大きくなるため、高トルクの出
力できるモータが必要となり、モータのコストが上が
る。すなわち、ランニングコスト低減のためインクタン
クの容量を大きくすると、本体コストが大巾に上がって
しまうという不具合があった。

2.また、ランニングコスト低減のため、吸収体のインク
吸収能力を大きくすると、プリンター本体は大型化せ
ず、前述と同様のキャリッジ駆動モータのコストアップ
だけで済む。しかし、インク吸収体のインク吸収能力が
大きい程、インク残量変化による水頭圧変化が大きくな
り、吐出特性が、インク残量により変化してしまうとい
う効果が大きくなり、安定した印字品位が保てなくなっ
てしまうという不具合があった。このインク残量変化に
よる吐出特性の変化は、以下のように説明できる。

インク吸収体を内包するインクタンクが記録用ヘッド
に接続されている時、ヘッド内のインクには吸収体の毛
管吸収による負圧が加わっており、この負圧とインク流
路の毛管吸収による圧力が釣り合うことでメニスカスが
形成されているため、インクの残量が変化する。即ち、
インク吸収能力のある吸収体の体積が変化すると負圧が
変化するため水頭圧が変化してしまう。第８図にインク
残量と水頭圧の関係を示す。図よりインク残量が少なく
なるに従って水頭圧が減少してゆくことがわかる。図
中、ｂはａと較べて大きな吸収性を持つ吸収体を使用し
た場合の曲線であり、吸収性の高いもの程、水頭圧変化
が大きいこともわかる。

第９図に水頭圧とインク吐出量の関係を示す。水頭圧
が減少してゆくに従い、インク吐出量がゆるやかに減少
し、さらに水頭圧が減少してゆくと急激に減少し、最後
には吐出しなくなってしまう。これは、水頭圧が減少す
るに従い、負圧が大きくなるため、インクをインクタン
ク方向に引く力が大きくなり、吐出圧が減少するためで
同一の吐出パワーをヘッドに与えている場合、インク吐
出量が減少する。さらに水頭圧が減少すると、インクノ
ズルの毛管吸収の力と負圧が同じ程度になってくるた
め、インク吐出後、インクノズルにインクが流入しにく
くなり、インクのノフィル時間が長くなり、一定の駆動
周波数ではリフィルが間に合わなくなるためインク吐出
量が急激に減少し最後にはインクが残っているにもかか
わらず、吐出しなくなる。第10図に水頭圧と適正リフィ
ル周波数の関係を示す。

このような理由によりインク吸収体を内包したインク
タンクと記録用ヘッドを連結して使用するインクジェッ
ト記録装置においては、インクタンク内のインク残量に
よってインク吐出量が変化してしまうと考えられる。

3.また、インクタンクと記録用ヘッドを分離して所定の
時期にインクタンクより記録用ヘッドにインクを補給す
る、いわゆるピットイン方式のパーマネントヘッド型イ
ンクジェット記録装置は公知であるが、インク補給時の
泡混入等のため実用性は低かった。

本発明は上記問題点に鑑み、記録液を収容する収容部
材に対して、気泡の混入を防止して安定して記録液を注
入できると共に、記録液の漏れを防止できる記録液補給
機構を提供するものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明によれば内包する記録液吸収体に記録液を含浸
して収容すると共に記録液供給用開口部を有する記録液
収容部材に対し、前記記録液供給用開口部を介して記録
液を補給するための記録液補給機構において、記録液を
収容するフレキシブルな樹脂製記録液容器と、前記記録
液容器内のインクを記録液収容部材に供給するための供
給管と、前記供給管内に設けられてインクを保持するた
めの多孔質体とを有し、前記記録液収容部材の前記開口
部と前記供給管とが接合した状態で前記記録液容器が押
圧されることにより、前記記録液収容部材に対して記録
液の補給が可能にすることにより、従来のディスポーザ
ブルタイプのインクタンク一体カートリッジと異なり、
カートリッジサイズアップ、記録液吸収体の吸収性増
大、本体サイズアップ、コストアップおよびキャリッジ
駆動モータトルクの増大等を伴うことなく、継続的に印
字動作を容易に行うことが可能となり、又、記録液の吐
出特性も安定化できるため、信頼性の高いインクジェッ
ト記録装置とすることができる。

本発明のインクジェット記録装置には、第１の記録液
収容部材（以下第１インクタンクと略称）と、これに記
録液（以下インクと略称）を補給する記録液補給機構
（以下インク補給機構と略称）が設けられている。該補
給機構は基本的に第１インクタンク、インク補給孔及び
第２の記録液収容部材（以下第２インクタンクと略称）
から成り、インク補給孔はキャリッジ上に搭載されてい
る第１インクタンク上に設けられており、該補給孔はキ
ャリッジ上に搭載されていない第２インクタンクと接続
され、かつ挿脱可能な形状を有している。すなわち、補
給されるインクは第２インクタンクからインク補給孔を
通って第１インクタンク中へ供給される。

第２インクタンクはキャリッジ上に搭載されていない
が、インクジェット記録装置本体に組み込まれていなく
てもよく、独立した扱いの出来る単独容器でもよいが、
装置本体に組み込んでもよい。

インク補給孔は第２インクタンクからのインクを有効
に第１インクタンク中のインク吸収体に供給できるよう
な形状、構造を有していればよく、通常は第１インクタ
ンクの上面、すなわち重力によりインクがもれない位置
に設ければよく、単に孔でもよいし、孔にもれ防止のヒ
ダを設けてもよい。第２インクタンクは、インク補給孔
と接続できる接続管を有しており、該接続管は通常該補
給孔を通って第１インクタンク中へ挿入されるものであ
る。

本発明においては、インク吸収体中に設けられている
残量検出手段としては、基本的に電極間抵抗により残量
検出けいるものでよく、たとえば１組のピン電極等で構
成することができる。電極を設置する位置は残量を最も
よく検出できる位置であればどこでもよい。又、一方の
電極を第１インクタンク内の連結部ヘッド側の内側（イ
ンク吸収体から記録ヘッドチップへインクが吐出する
口）の部分にかぶせるように設けたメッシュ電極とする
と、インク供給の際、泡混入防止フィルターの役割もは
たすため好ましい。

該検出手段は単に補給時期を表示するだけでなく、供
給中に満杯時点を表示させることもできる。表示手段と
しては光信号や音信号に変換して出力させることによ
り、目視等により認知させることができる。さらに、第
２インクタンクからの接続管部に自動に作動する弁を設
け、該検出手段と該弁を電気的に接続し、検出手段から
の信号を直接弁へ送り、自動的にインクの補給を行う
（自動インク補給機構）こともできる。

インクを第１インクタンクへ供給するタイミングとし
ては、リフィルが適度に行ないえる程度までインクが減
少した時点であるが、前記自動インク補給機構を用いた
場合には、インク吸収体中のインク水頭圧をある一定の
範囲にするよう供給量を制御することもできる。インク
の供給タイミングは、インクジェット記録装置の使用状
況、第２インクタンクの形態、インク供給の手段等によ
り適宜設定すればよい。

以上説明した構成の他はインクジェット記録装置に用
いられる公知の構造、機構、インク等を用いることがで
きる。

［実施例］ 以下に実施例によりさらに本発明を詳しく説明する。

実施例１ 次にインク補給を手動で行なう本発明の実施の態様を
示す。

従来の第６図に示したようなディスポーザブルヘッド
型インクジェットプリンターに第１図に示すような構成
の第１インクタンクを従来のインクタンクに代えてセッ
トし、本発明のインクジェット記録装置を構成する。第
１インクタンク上面にはインク補給孔として第２インク
タンク接合部113が設けられており、該接合部にはヒダ
が着けられている。又、吸収体内残量検出用ピン電極が
１組、図に示した位置に固定されている。インク補給用
の第２インクタンクは第１インクタンクとほぼ同等の大
きさで第２図に示したような構成であり、フレキシブル
な樹脂製インク容器兼加圧袋202及び挿入管201から成
り、挿入管201にはインク保持用吸収体203が該管を封ぐ
ように固着されている。該インク保持用吸収体はインク
タンク振動時のインク漏れ防止及びインク注入時の気泡
混入防止のために有効なものである。

インク補給は以下の様に行なった。

残量検出手段…吸収体内に１組の残量検出用ピン電極を
設け電極間抵抗を検出 補給時間…残量検出による空警告信号を本体に表示又は
音発生 補給方法…ユーザが手動によって第２インクタンクから
吸収体部に注入補給する 補給停止時…残量検出による満杯警告信号を本体に表示
又は音発生 第11図に残量検出用ピン電極間抵抗値とインク残量の
関係を示す。インクが満杯の時は抵抗値が小さく残量が
減少するにつれて抵抗値は増加するので、補給時期に相
当する抵抗値に達した時、及び補給を実施し満杯になり
抵抗値が最小になった時に空警告及び満杯信号をそれぞ
れ発するように電気信号系統を設定する。

補給の手順は次の要領で行なう。

空警告表示 印字中止、ホームポジョンに戻る ユーザーが本体のフタを開け、第１インクタンクに
第２インクタンクを挿入 第２インクタンクの加圧袋を指で押しつぶし中のイ
ンクを第１インクタンクへ注入 満杯警告が表示された場合、インク注入を中止する 又第２インクタンクを複数個用意し、順次第１インク
タンクに挿入してインク注入を行なっても良い。

以上説明した態様によれば、インクジェットプリンタ
の本体の大型化、インクタンクの大型化等によらず、容
易にインク補給が可能となる。

実施例２ 次にインク補給を自動で行なう本発明の実施の態様を
示す。この場合第１インクタンク内のインク残量を水頭
圧変動として検知することによりインク補給の機構を構
成する。

第３図（ａ）及び（ｂ）に用いる第１インクタンクの
構成を示す。第１インクタンク上面にはインク補給窓11
5が設けられている。又、吸収体内残量検出用電極とし
て、一方にピン電極111、他方に連結部ヘッド側に設け
たメッシュ電極116を用いた、メッシュ電極はインクの
出口を覆うように固定されており、泡フィルター的効果
を有し泡混入防止効果を兼ねるものである。残量検出電
極間抵抗と水頭圧の関係は第12図のようであった。これ
により水頭圧変動警告点Ｃ及びインク補給中止点Ｂを抵
抗値により所望の水頭圧範囲内に設定することができ
る。

インクジェット記録装置本体に組み込んだ補給装置の
構成は第４図に示したようであり、第２インクタンク23
（ＡとＢの２本ついている）は第１インクタンクより高
い位置に設置され接続管26により第１インクタンクへ接
続されている。接続管26の途中にはメカニカル弁装置24
が設けられており、該メカニカル弁装置は前記残量検出
用電極からの電気信号を受け作動するようになってい
る。メカニカル弁装置は第５図に示したようなカム27の
回転により接続管26を密閉、開放する機構を有してい
る。前記電極からの信号によるカムの作動を水頭圧が常
にほぼ一定範囲内になるように設定する。

自動補給は次のように行なう。

水頭圧検出手段（残量検出手段兼用）…吸収体内に残量
検出ピン、連結部を覆うようにメッシュ電極を設け、電
極間抵抗値を検出 補給時期…水頭圧が所定値以上になったならば、自動的
に開始 補給方法…第１インクタンクより高い位置にある第２イ
ンクタンクよりメカニカル弁を通して自動的に補給（第
２タンク＞第１タンク） 補給停止時…水頭圧が所定値以上になったならば自動的
に中止 自動補給手順は次のようである。

水頭圧変動警告点を残量検出電極が検出 印字を中止し、ホームポジョンに戻る メカニカル弁のカムが回転、警告を受けたインクタ
ンクに接続されているチーブ（接続管）が開放され、イ
ンクが第２インクタンクより第１インクタンクに補給さ
れる 補給中止点を残量検出電極が検出したメカニカル弁
によりチーブが密閉、補給が中止される 以上説明した態様によれば、キャリッジの第１インク
タンクを小さくできるため、キャリッジを小さくでき、
キャリッジ駆動モータへの負担も減らせるのでロスとダ
ウンがはかれ、又、メッシュ電極が泡混入防止フィルタ
ーの役割を果たすため泡混入によるインク吐出量の不安
定化が防止でき、信頼性を向上させることができる。さ
らに、水頭圧を常にある一定の範囲に制御できるためイ
ンク吐出量が安定し、印字品位が安定する効果がある。

又、上記の構成において、インク補給を残量検出電極
がインク満杯点を超えて検知するまで行い、その後イン
ク吸引を残量検出電極がインク補給中止点を検知するま
で行った後停止するような補給シーケンスにしても良
く、この場合、メカニカル弁の精度があまり要求されな
いので、コストダウンがはかれる。

又、インク補給位置をキャリッジの折り返し位置に設
けて、印字動作中にインク補給を行っても良く、この場
合、印字を中断せずにインク補給ができるため画像のス
リープットを高くできる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、記録液を収容
すると共に記録液供給用開口部を有する記録液収容部材
に対し、気泡の混入を防止して安定して記録液を注入で
きると共に、振動による記録液の漏れを防止できる記録
液補給機構を提供することができる。

本発明の記録液補給機構により、記録液収容部材を用
いるインクジェット記録装置に対しては、本体のサイズ
アップ、コストアップ及びキャリッジ駆動モータのトル
クの増大等を伴うことがなく、また、安定した状態でイ
ンクの補給を行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１において用いた第１インクタンクヘッ
ド一体型カートリッジの構成を示す模式斜視図（一部透
視図）、 第２図は実施例１において用いた第２インクタンクの構
成を示す模式斜視図（透視図）、 第３図は実施例２において用いた第１インクタンクヘッ
ド一体型カートリッジの構成を示す模式図であり、
（ａ）は一部透視斜視図、（ｂ）は断面図、 第４図は実施例２において用いたインクジェット記録装
置の構成を示す模式図（一部略） 第５図は第４図のメカニカル弁装置の作動状態を示す説
明図、 第６図は従来のディスポーザブルヘッド型インクジェッ
トプリンター本体の構成を示す模式斜視図、 第７図は従来のディスポーザブルタイプのインクタンク
一体カートリッジの構成を示す模式図であり、（ａ）は
一部遠視斜視図、（ｂ）は断面図、 第８図は従来のディスポーザブルタイプのインクタンク
におけるインク残量と水頭圧との関係を示す図（ｂはａ
よりも吸収性が大きい吸収体の場合）、 第９図は第８図と同様のインクタンクにおける水頭圧と
インク吐出量の関係を示す図、 第10図は第８図と同様のインクタンクにおける水頭圧と
リフィル周波数の関係を示す図、 第11図は実施例１において用いた残量検出電極の残量検
出ピン（残検ピン）間抵抗値とインク残量との関係を示
す図、 第12図は実施例２において用いた残量検出電極（残検電
極）の電極間抵抗と水頭圧との関係を示す図である。 14……記録ヘッド、15……キャリッジ 16……ケーブル、17……キャリッジモータ 18……記録媒体、19……プラテン 20……フィードモータ 21……シャフト、22……ワイヤ 23……第２インクタンクＡ（不図示のＢ有） 24……メカニカル弁装置 25……補給ステーション（カートリッジ交換時移動可） 26……接続管、27……カム、28……インク 41……押え部材、100……記録ヘッドチップ 102……吐出部、102A……吐出口 104……供給タンク部、110……インクタンク（記録液収
容部材） 111……インク残量検出用電極ピン 112……インク吸収体 113……第２インクタンク接合部（開口部） 114……蓋部材、115……インク補給窓 116……メッシュ電極 200……第２インクタンク（記録液補給機構）、201……
挿入管（供給管） 202……インク容器兼加圧袋 203……インク保持用吸収体（多孔質体） Ａ……インク満杯点（イニシヤル） Ｂ……インク満杯中止点 Ｃ……水頭圧変動警告点

フロントページの続き (72)発明者 小板橋 規文 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 池田 雅実 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−273856（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−41147（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B41J 2/175

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内包する記録液吸収体に記録液を含浸して
   収容すると共に記録液供給用開口部を有する記録液収容
   部材に対し、前記記録液供給用開口部を介して記録液を
   補給するための記録液補給機構において、記録液を収容
   するフレキシブルな樹脂性記録液容器と、前記記録液容
   器内のインクを記録液収容部材に供給するための供給管
   と、前記供給管内に設けられてインクを保持するための
   多孔質体とを有し、前記記録液収容部材の前記開口部と
   前記供給管とが接合した状態で前記記録液容器が押圧さ
   れることにより、前記記録液収容部材に対して記録液の
   補給が可能なことを特徴とする記録液補給機構。