JP3181138B2 - インクジェット記録装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクジェット記録ヘ
ッドにより記録を行うインクジェット記録装置に関し、
特に、インクジェット記録装置におけるインク供給機構
に関する。

【０００２】

【従来の技術】オンデマンド型インクジェット記録装置
は、小型であり高品位の記録が得られることから、広く
用いられている。記録ヘッドの方式としては、ピエゾ素
子を用いて圧力を発生して吐出するもの、ヒーターによ
り泡を発生してその圧力により吐出するもの、等があ
る。

【０００３】記録ヘッドにインクを供給する方法として
は、（１）記録ヘッドと一体にインクタンクを設けるも
の、（２）チューブによりインクタンクと記録ヘッドを
接続するもの、（３）記録ヘッドと一体に小型のインク
タンクを設け、大型のインクタンクから間欠的に補給す
るもの、等がある。このうち、（１）の方式は、大型の
インクタンクを設けることが困難なので、大量の記録を
行う用途には（２），（３）の方式が適している。

【０００４】いずれの場合でも、記録ヘッドの内部およ
びインクの供給経路内に気泡等が溜ると、不吐出の原因
となる。また、長時間の休止の後では記録ヘッドのノズ
ル内のインクが高粘度化しており、これを取り除く必要
がある。そのため、従来より、吸引ポンプによりノズル
からインクを吸い出す機構、加圧ポンプにより供給経路
内のインクを加圧してノズルからインクを押し出す機
構、等が設けられていた。これらの機構により、高粘度
化したインクと同時に気泡が除かれる。

【０００５】また、移動するキャリッジ上に記録ヘッド
を設け、記録紙に対向して移動しつつ記録を行う装置に
おいては、大型のインクタンクをキャリッジ上に設ける
ことが困難であり、固定して配置したインクタンクと記
録ヘッドをチューブにより固定的に連結する方法が一般
的である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のインク
ジェット記録装置は、固定して配置したインクタンクと
記録ヘッドをチューブにより固定的に連結する方法では
キャリッジを高速度で移動した場合にその加速度および
チューブの屈曲によりインクの圧力が変動して記録ヘッ
ドの吐出性能に悪影響を及ぼし、最悪の場合にはインク
が記録ヘッドのノズルから押し出され、記録紙に付着す
るばかりでなく、長いチューブを用いるので、その中に
溜った気泡を除くことが困難であるという欠点がある。

【０００７】前述の（３）の方法を用いればこのような
問題は少ないが、インクの供給経路を頻繁に着脱する必
要があるため機構が複雑であるばかりでなく、インク洩
れ等のトラブルを生じ易く、また、着脱機構の部分から
微小な塵等の侵入を招き易いという欠点がある。

【０００８】記録紙の記録幅いっぱいに多数のノズルを
並べた、いわゆるフルマルチヘッドを用いる場合等に
は、記録ヘッドを移動せず記録紙を移動して記録を行う
場合もある。このような場合においても、大型のインク
タンクを用いる場合には記録ヘッドの近くにおくことが
困難な場合があり、長いチューブを用いざるを得ないの
で、前述したような問題がある。

【０００９】本発明の目的は、比較的簡単な機構によ
り、インクタンクと記録ヘッドの距離が長い場合におい
ても気泡の除去を確実に行うことができ、さらに、記録
ヘッドを高速度で移動する場合においてもインクの圧力
の変動を生じることの少ないインクジェット記録装置を
提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のインクジェット
記録装置は、インクを収納するメインタンクと、前記記
録ヘッドにインクを送るための往路インク管と、前記往
路インク管を介して前記メインタンクのインクを前記記
録ヘッドに圧送するポンプと、前記ポンプがインクを圧
送するとき前記記録ヘッドの下流となる側に設けられ、
大気に連通する開口を有するサブタンクと、前記サブタ
ンクと前記メインタンクとを結ぶ復路インク管とを有す
る。

【００１１】前記サブタンクの復路タンク管が接続され
る出入口は前記記録ヘッドが接続された出入口よりも高
い位置に設けられたものが好ましい。

【００１２】前記ポンプの駆動時に、前記大気に連通す
る開口を閉じる手段を有していてもよい。

【００１３】前記サブタンクの内部に多孔質体を充填し
たものを含む。

【００１４】前記記録ヘッドは、少なくとも２つのイン
ク出入口を有し、前記インク出入口の少なくとも１つに
往路インク管が接続され、他のインク出入口にそれぞれ
サブタンクが接続されたものを含む。

【００１５】前記記録ヘッドは、インク吐出用の熱エネ
ルギーを発生するための電気熱変換体を備えていること
が望ましい。

【００１６】前記記録ヘッドは、前記電気熱変換体によ
って印加される熱エネルギーにより、インクに生ずる膜
沸騰を利用して吐出口よりインクを吐出させることを含
む。

【００１７】

【作用】ポンプがインクを圧送するとき記録ヘッドの下
流となる側に、大気に連通する開口を有するサブタンク
が設けられ、さらに、サブタンクの復路インク管が接続
される出入口は記録ヘッドと接続される出入口よりも高
い位置に設けられているので、記録ヘッドが吐出するイ
ンクの圧力をほぼ大気圧であるか、それよりも僅かに低
く保ちながら、往路チューブ管に溜った気泡を確実に除
去することができる。さらに、記録ヘッドとサブタンク
とをキャリッジに搭載することにより、記録ヘッドを高
速度で移動する場合でも、インクの圧力の変動が少な
く、高品質の記録ができる。

【００１８】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００１９】図１は本発明のインクジェット記録装置の
第１実施例の一部断面側面図である。

【００２０】このインクジェット記録装置はインクジェ
ット記録ヘッド（以下単に記録ヘッドという）１とメイ
ンタンク２とポンプ３と往路インク管４と上流側サブタ
ンク５とサブタンク６と復路インク管７とローラ８，９
を備えている。

【００２１】記録ヘッド１は、多数のノズルを有する、
比較的大型の記録ヘッドであり、移動するキャリッジ
（図示せず）上に設けられ、ノズルよりインク滴１０を
下向きに吐出するように取り付けられ、ローラ８，９に
より繰り出される記録紙１１に記録を行う。記録ヘッド
１には上流側サブタンク５とサブタンク６が接続されて
いる。上流側サブタンク５およびサブタンク６はともに
記録ヘッド１と同様にキャリッジ上に設けられているの
で、キャリッジが高速度で移動するとき、往路インク管
４の運動に伴う圧力変動を吸収する働きをする。上流側
サブタンク５の内部に多孔質体を充填しておくことも、
有効であり、また、内部にインク中の塵を取り除くため
のフィルターを備えてもよい。サブタンク６のインク復
路側の出入口は記録ヘッド１側の出入口より高い位置に
設けられ、この復路側出入口には一部がフレキシブル構
造となっている復路インク管７が接続されていてメイン
タンク２に至っている。サブタンク６の中は、多孔質体
が充填されており、その毛管力により、サブタンク６の
位置がノズルの位置より高いにもかかわらず、メインタ
ンク２とサブタンク６のインクが釣り合っている。サブ
タンク６の中に多孔質体を充填することにより、このよ
うにインクを下向きに吐出する装置において、サブタン
ク６と記録紙１１のレイアウト上の干渉を防止してい
る。また、サブタンク６には大気に連通する開口（以
下、大気連通口と称する）１３が設けられている。ポン
プ３を駆動するとき、記録ヘッド１は記録紙１１の外側
に移動して、廃インク溜めを備えたキャップ（不図示）
に対向するが、このとき、大気連通口１３は装置の側面
に設けられた部材（不図示）に接触して塞がれるように
なっている。ポンプ３と上流側サブタンク５とはフレキ
シブルな往路インク管４により結ばれている。

【００２２】ポンプ３を駆動すると、インクは往路イン
ク管４および上流側サブタンク５を通り、記録ヘッド１
の各ノズルに共通の液室（不図示）に入る。液室には、
２つのインク出入口があり、他方の出入口から押し出さ
れたインクはサブタンク６に入る。これにより、往路イ
ンク管４の気泡は取り除かれる。サブタンク６のインク
復路側は記録ヘッド側よりも高い位置に設けられている
ので、サブタンク６の中はインクで満たされる。このと
き大気連通口１３は塞がれているので、大気連通口１３
からインクが吹き出すことはない。

【００２３】記録ヘッド１がインクを吐出し記録を行う
ときには、サブタンク６および上流側サブタンク５から
記録ヘッド１にインクが供給される。一回の連続した記
録により消費されるインクは極僅かであるので、記録中
にメインタンク２からサブタンク６に十分なインクが供
給される必要はない。したがって、往路インク管４およ
び復路インク管７は、流路抵抗の大きい細い管であって
もよい。なお、復路インク管７に流路抵抗の小さいもの
を用いれば、ポンプ３を駆動するときに大気連通口１３
を塞がなくてもよいという利点がある。

【００２４】一般に、記録ヘッドがインクを吐出し記録
を行うときには、インクの圧力はほぼ大気圧であるか、
それよりも僅かに低いことが望ましい。本実施例におい
ては、このときの圧力はサブタンク６の圧力により定ま
る。サブタンク６には大気連通口１３が設けられている
ので、サブタンク６の液面が記録ヘッド１のノズルより
も僅かに低い位置となるように配置されている。また、
サブタンク６内には多孔質体を充填してあるので、多孔
質体の毛管力により、サブタンク６の位置が記録ヘッド
１の位置よりも高くてもインクの圧力を最適に保つこと
ができる。

【００２５】本実施例のように、移動するキャリッジ上
に記録ヘッドを設けて記録を行う場合には、サブタンク
を記録ヘッドとともにキャリッジ上に設ければ、サブタ
ンクと記録ヘッドは極めて近い距離に設けることができ
る。

【００２６】本実施例においては、サブタンク６が記録
ヘッド１の下流側に設けてあるが、上流側のみにサブタ
ンクを設けた場合には、その機能を満足しない。上流側
のサブタンクに大気連通口を設けた場合、それを塞がず
にポンプを駆動すると、インクが吹き出してしまう。ま
た、塞いでポンプを駆動した場合には、サブタンク内に
おいてその出口よりも上側いっぱいに、空気が溜り、記
録ヘッドを駆動するときにインクが供給されない。

【００２７】したがって、上流側にサブタンクを設けた
場合においても、下流側にサブタンクを設ける必要があ
る。

【００２８】本実施例のインクジェット記録装置はキャ
リッジを高速度で移動した場合でもインクの圧力が変動
しないので記録ヘッドの吐出性能が悪化せず、かつ、イ
ンクタンクと記録ヘッドの間の気泡の除去を確実に行う
ことができる。

【００２９】図２は本発明のインクジェット記録装置の
第２実施例の一部断面側面図である。

【００３０】このインクジェット記録装置は、図１の記
録ヘッド１に代わって６４ノズル程度の比較的小型の記
録ヘッド２１が使用されており、インクを水平方向に吐
出するように記録ヘッド２１を横向きに取り付けてもノ
ズル間のインクの圧力の差が問題にならない場合の例で
ある。記録ヘッド２１が小型なので液室（不図示）につ
ながるインクの供給路は１つでよく、往路インク管２４
とサブタンク２６に至る途中から分岐したチューブ２５
によって接続されている。サブタンク２６の中には多孔
質体を充填する必要がなく、サブタンク２６の液面はメ
インタンク２２の液面とほぼ等しくなる。サブタンク２
６の大気連通口３３は記録ヘッド２１のフェイス面３０
に隣接して大気に開放されている。記録ヘッド２１が記
録紙１１に対する記録を休止しているときは、フェイス
面３０はキャップ（不図示）に覆われる。このとき、大
気連通口３３はキャップの一部が接触して塞がれるよう
になっている。ポンプ２３、復路インク管２７その他の
構成は図１の場合と同様である。

【００３１】本実施例のインクジェット記録装置は記録
ヘッドのインクの吐出方向が水平とされているが、図１
の実施例と同様に、記録ヘッドの吐出性能を悪化せず、
インクタンクと記録ヘッドとの間の気泡を確実に除去す
るという効果がある。

【００３２】図３は本発明のインクジェット記録装置の
第３の実施例の一部断面正面図である。

【００３３】このインクジェット記録装置は、記録ヘッ
ドが記録すべき幅いっぱいに多数のノズルを並べたいわ
ゆるフルマルチヘッドの場合の例である。記録ヘッド４
１は、記録を行わないときには廃インク溜めを備えたキ
ャップ（不図示）に対向する。記録を行っているときに
は記録ヘッド４１は動かず、記録紙１１が送られる。

【００３４】このような記録装置では、極めて高速で記
録が行われるので、大量のインクを消費する。そこで、
大容量のインクボトルをメインタンク４２として用い、
その中にはポンプ４３を入れてモーター５１により駆動
してインクを汲み上げるようになっている。ポンプ４３
としては、ギヤポンプ、弁を備えたポンプ等の、停止中
に逆流しない構造のものを用いる。それによりメインタ
ンク４２の液面が記録ヘッド４１の位置よりはるかに低
くてもよく、メインタンク４２の液面が変動しても影響
がない。

【００３５】ポンプ４３を駆動すると、インクは往路イ
ンク管４４を通って記録ヘッド４１の一方の端から記録
ヘッド４１の液室に入り、他方の端から出てサブタンク
４６に溜る。サブタンク４６の出口５３は、大気に開放
された形で復路インク管４７につながっている。したが
って、サブタンク４６の出口５３は、大気連通口を兼ね
ている。復路インク管４７はサブタンク４６の出口５３
において大気に連通しているので、サブタンク４６のイ
ンクを必要以上にメインタンク４２に戻すことはない。

【００３６】記録を行っているときには、インクはサブ
タンク４２から供給される。したがって、サブタンク４
２は一回の連続した記録を行うのに十分な容量を備える
必要がある。

【００３７】連続して大量の記録を行う場合には、記録
を行っているときにポンプ４３をゆっくりと駆動しても
よい。その場合、ポンプ４３の動作によるインクの圧力
変動が無視し得る程度に、極めてゆっくりと駆動する必
要がある。また、ポンプ４３としては、脈動の少ないも
のを用いる必要がある。

【００３８】本実施例のインクジェット記録装置は、フ
ルマルチヘッドを用いた場合の例で、大型のインクタン
クを用いるので長いチューブを使用せざるを得ないが、
大気連通口を兼ねた出口を備えたサブタンクがあるの
で、図１の場合と同様に、記録ヘッドの吐出性能を安定
して保持するとともに、インクタンクと記録ヘッドとの
間の気泡を確実に除去する効果がある。

【００３９】以上述べた実施例ではいずれもサブタンク
の出口が、入口よりも高い位置に設けられているが、サ
ブタンクの内部に多孔質体を充填し、インク復路として
流路抵抗の小さいものを用い、大気連通口を塞ぐことな
くポンプを駆動すれば、サブタンクの出口が低い位置に
あっても効果を挙げることができる。また、記録ヘッド
に接続される往路インク管およびサブタンクは１つずつ
であるが、必要によっては、複数個の往路インク管が接
続され、複数個の出入口にそれぞれサブタンクが接続さ
れていても同様の効果が得られる。

【００４０】また、各実施例における記録ヘッドはイン
クジェット記録方式の中でも熱エネルギーを利用して飛
翔的液滴を形成し、記録を行うインクジェット方式の記
録ヘッドであって、その代表的な構成や原理について
は、例えば、米国特許第４７２３１２９号明細書、同第
４７４０７９６号明細書に開示されている基本的な原理
を用いて行うものが好ましい。この方式はいわゆるオン
デマンド型、コンティニュアス型のいずれにも適用可能
であるが、特に、オンデマンド型の場合には、液体（イ
ンク）が保持されているシートや液路に対応して配置さ
れている電気熱変換体に、記録情報に対応していて核沸
騰を越える急速な温度上昇を与える少なくとも一つの駆
動信号を印加することによって、電気熱変換体に熱エネ
ルギーを発生せしめ、記録ヘッドの熱作用面に膜沸騰を
生じさせて、結果的にこの駆動信号に一対一で対応した
液体（インク）内の気泡を形成できるので有効である。
この気泡の成長、収縮により吐出用開口を介して液体
（インク）を吐出させて、少なくとも一つの滴を形成す
る。この駆動信号をパルス形状とすると、即時適切に気
泡の成長収縮が行われるので、特に応答性に優れた液体
（インク）の吐出が達成でき、より好ましい。

【００４１】このパルス形状の駆動信号としては、米国
特許第４４６３３５９号明細書、同第４３４５２６２号
明細書に記載されているようなものが適している。な
お、上記熱作用面の温度上昇率に関する発明の米国特許
第４３１３１２４号明細書に記載されている条件を採用
すると、さらに優れた記録を行うことができる。

【００４２】記録ヘッドの構成としては、上述の各明細
書に開示されているような吐出口、液路、電気熱変換体
の組み合わせ構成（直線状液流路または直角液流路）の
他に、熱作用部が屈曲する領域に配置されている構成を
開示する米国特許第４５５８３３３号明細書、米国特許
第４４５９６００号明細書を用いた構成も含まれるもの
である。

【００４３】また、複数の電気熱変換体に対して、共通
するスリットを電気熱変換体の吐出部とする構成を開示
する特開昭５９−１２３６７０号公報や熱エネルギーの
圧力波を吸収する開孔を吐出部に対応させる構成を開示
する特開昭５９−１３８４６１号公報に基づいた構成と
してもよい。

【００４４】さらに、記録装置が記録できる最大記録媒
体の幅に対応した長さを有するフルラインタイプの記録
ヘッドとしては、上述した明細書に開示されているよう
な複数記録ヘッドの組み合わせによってその長さを満た
す構成や、一体的に形成された１個の記録ヘッドとして
の構成のいずれでもよい。

【００４５】加えて、装置本体に装着されることで、装
置本体との電気的な接続や装置本体からのインクの供給
が可能になる交換自在のチップタイプの記録ヘッド、あ
るいは記録ヘッド自体に一体的にインクタンクが設けら
れたカートリッジタイプの記録ヘッドとしても用いた場
合にも含まれる。

【００４６】また、記録装置の構成として設けられる、
記録ヘッドに対しての回復手段、予備的な補助手段等を
付加することは効果を一層安定できるので好ましいもの
である。これらを具体的に挙げれば、記録ヘッドに対し
てのキャッピング手段、クリーニング手段、加圧あるい
は吸引手段、電気熱変換体あるいはこれとは別の加熱素
子あるいはこれらの組み合わせによる予備加熱手段、記
録とは別の吐出を行う予備吐出モードを行うことも安定
した記録を行うために有効である。

【００４７】さらに、記録装置の記録モードとしては黒
色等の主流色のみを記録モードだけではなく、記録ヘッ
ドを一体的に構成するか複数個を組み合わせによってで
もよいが、異なる色の複色カラー、または混色によるフ
ルカラーの少なくとも一つを備えた装置にも使用され
る。

【００４８】インクは液体に限らず室温やそれ以下で固
化するインクであって、室温で軟化するもの、もしくは
液体であるもの、あるいは上述のインクジェット方式で
はインク自体を３０℃以上７０℃以下の範囲内で温度調
整を行ってインクの粘性を安定吐出範囲にあるように温
度制御するものが一般的であるから、使用記録信号付与
時にインクが液状をなすものであればよい。

【００４９】加えて、積極的に熱エネルギーによる昇温
をインクの固形状態から液体状態への状態変化のエネル
ギーとして使用せしめることで防止するか、またはイン
クの蒸発防止を目的として放置状態で固化するインクを
用いるかして、いずれにしても熱エネルギーの記録信号
に応じた付与によってインクが液化し、液状インクとし
て吐出するものや、記録媒体に到達する時点では既に固
化し始めるもの等のような、熱エネルギーによって初め
て液化する性質のインクの使用も可能である。このよう
な場合インクは、特開昭５４−５６８４７号公報あるい
は特開昭６０−７１２６０号公報に記載されるような、
多孔質シート凹部または貫通孔に液状または固形物とし
て保持された状態で、電気熱変換体に対して対向するよ
うな形態としてもよい。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、ポンプが
インクを圧送するとき記録ヘッドの下流となる側に、大
気に連通する開口を有するサブタンクを設け、さらに、
サブタンクの復路インク管が接続される出入口を記録ヘ
ッドと接続される出入口よりも高い位置に設けることに
より、往路チューブ管に溜った気泡を確実に除去するこ
とができる。さらに、記録ヘッドとサブタンクとをキャ
リッジに搭載することにより、記録ヘッドを高速度で移
動する場合でも、インクの圧力の変動が少ないので、安
定した高品質の記録ができるという効果がある。また、
サブタンクの中に多孔質体を充填することにより、サブ
タンクの位置がノズルの位置より高くても、メインタン
クとサブタンクのインクが釣り合うので、インクを下向
きに吐出する場合に、サブタンクと記録紙の干渉が防止
できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェット記録装置の第１実施例
の一部断面側面図である。

【図２】本発明のインクジェット記録装置の第２実施例
の一部断面側面図である。

【図３】本発明のインクジェット記録装置の第３実施例
の一部断面正面図である。

【符号の説明】

１，２１，４１ 記録ヘッド ２，２２，４２ メインタンク ３，２３，４３ ポンプ ４，２４，４４ 往路インク管 ５ 上流側サブタンク ６，２６，４６ サブタンク ７，２７，４７ 復路インク管 ８，９ ローラ １０ インク滴 １１ 記録紙 １２ インクボトル １３，３３ 大気連通口 ２５ チューブ ３０ フェイス面 ５１ モーター ５３ 出口

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクジェット記録ヘッドにより記録を
   行うインクジェット記録装置において、 インクを収納するメインタンクと、 前記メインタンクから前記記録ヘッドにインクを送るた
   めの往路インク管と、 前記往路インク管を介して前記メインタンクのインクを
   前記記録ヘッドに圧送するポンプと、 インク流れ方向に関して前記記録ヘッドより下流側に設
   けられ、大気に連通する開口を有するサブタンクと、 前記サブタンクと前記メインタンクとを結ぶ復路インク
   管と、 を有しており、 前記サブタンクの復路インク管が接続される出入口は前
   記記録ヘッドと接続される出入口よりも高い位置に設け
   られたことを特徴とするインクジェット記録装置。
2. 【請求項２】 前記記録ヘッドと前記サブタンクとは、
   キャリッジに搭載されて走査されることを特徴とする請
   求項１に記載のインクジェット記録装置。
3. 【請求項３】 インクの流れ方向に関して前記記録ヘッ
   ドの上流側に第２のサブタンクが配されていることを特
   徴とする請求項１または２に記載のインクジェット記録
   装置。
4. 【請求項４】 前記ポンプの駆動時に、前記大気に連通
   する開口を閉じる手段を有することを特徴とする請求項
   １から３のいずれか１項に記載のインクジェット記録装
   置。
5. 【請求項５】 前記サブタンクあるいは第２のサブタン
   クの内部に多孔質体を充填したことを特徴とする請求項
   １から４のいずれか１項に記載のインクジェット記録装
   置。
6. 【請求項６】 前記記録ヘッドは、少なくとも２つのイ
   ンク出入口を有し、前記インク出入口の少なくとも１つ
   に往路インク管が接続され、他のインク出入口にそれぞ
   れサブタンクが接続されたことを特徴とする請求項１か
   ら５のいずれか１項に記載のインクジェット記録装置。
7. 【請求項７】 前記記録ヘッドは、インク吐出用の熱エ
   ネルギーを発生するための電気熱変換体を備えているこ
   とを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の
   インクジェット記録装置。
8. 【請求項８】 前記記録ヘッドは、前記電気熱変換体に
   よって印加される熱エネルギーにより、インクに生ずる
   膜沸騰を利用して吐出口よりインクを吐出させることを
   特徴とする請求項７に記載のインクジェット記録装置。