JP4634224B2 - インクジェット記録装置およびその制御方法 - Google Patents

Description

本発明はインクジェット記録装置およびその制御方法に関するものである。

インクジェット方式の記録装置（インクジェット記録装置）は、記録時の騒音の発生が少ないうえ、高集積ヘッドを使用することで、高解像の記録画像を高速で記録することができるという利点を有している。

ここで、インクジェット記録装置の場合、記録ヘッドの吐出口よりインク（記録液）を常時安定して吐出させるために、使用するインクの物性が極めて重要となってくる。特に、インクの水分が蒸発しインク粘度が上昇すると、記録ヘッド回復動作時に正常なインク循環ができなかったり、あるいはインク吐出時に正常なインク滴を形成できなかったり、さらには、記録ヘッドへの正常なインクリフィルが困難になったりするためである。

このような問題を解決すべく、例えば、特開平０９−１５６１２４号公報や特開平１０−２７８２９０号公報では、カートリッジ或いはインクタンクと大気中との間を細孔で形成することで、インクの水分の蒸発を抑制することとしている。
特開平０９−１５６１２４号公報 特開平１０−２７８２９０号公報

しかしながら、産業用インクジェット記録装置などの場合、消費インク量が多く、記録等により流動するインク量も多い。このため、細孔などの大気連通手段では抵抗が高く、インク流動中の圧力を適性に保持することが困難であり、安定したインクの吐出ができないという問題がある。

一方、インク流動中の圧力を適性に保持すべく抵抗が少なくなるように細孔の径を拡大すると、その分インクの水分の蒸発量も多くなり、インク粘度が上昇してしまう。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、インクジェット記録装置におけるインク吐出の安定化を図ることを目的とする。

上記の目的を達成するために本発明に係るインクジェット記録装置は以下のような構成を備える。即ち、
タンクから供給されたインクを記録ヘッドが吐出することで、記録媒体への記録を行うインクジェット記録装置であって、
前記記録ヘッドのインク吐出状態を回復させるための回復動作時に、前記記録ヘッドから排出されるインクを受けるキャップと、
前記キャップに接続され、前記キャップ内のインクを空気と混合した状態で吸引するポンプと、
前記ポンプにより吸引された、前記空気が混合されたインクを冷却する冷却部と、
前記タンク内部のインク液面の上方に位置し、大気連通口を介して大気に開放された空間と、前記冷却部の上方と、を接続し、前記冷却部において冷却された前記インクに混合された空気を、前記タンク内部の該空間に流入させるための上方流路と、
前記上方流路より下方に配置され、前記冷却部において冷却された前記インクを前記タンクへと戻すための下部流路と、を備え、
前記ポンプにより吸引され前記冷却部において冷却された前記インクに混合された空気は、前記上方流路を介して前記タンク内部の空間へと流入し、前記タンク内部のインク液面の上方を通過した後、前記大気連通口から大気中に放出され、
前記ポンプにより吸引され前記冷却部において冷却された前記インクは、前記下部流路を介して前記タンクに戻されることを特徴とする。

本発明によれば、インクジェット記録装置におけるインク吐出を安定化させることが可能となる。

以下、本発明の各実施形態について、添付図面を参照して説明する。

[第１の実施形態]
＜インクジェット記録装置内部の機器配置＞
図１は本発明の第１の実施形態にかかるインクジェット記録装置（１００）内部の機器配置を示す図である。同図において、１０１はロール状に巻き回され複数のラベルが仮付けされたラベル用紙（記録媒体）であり、搬送モータ１０３により駆動される搬送ベルト１０２によって図中の矢印「用紙搬送方向」に一定速度で搬送される。

１０４Ｋ〜１０４Ｙは記録ヘッドである。ラベル用紙１０１の各ラベル先端部が先端検知センサ１０５により検知されると、当該検知された位置を基準として各記録ヘッド（１０４Ｋ〜１０４Ｙ）が所定の記録タイミングで各ラベルへの画像記録を行う。

画像記録は例えば、記録ヘッド１０４Ｋ（ブラックインク用の記録ヘッド）、１０４Ｃ（シアンインク用の記録ヘッド）、１０４Ｍ（マゼンタインク用の記録ヘッド）、１０４Ｙ（イエローインク用の記録ヘッド）の計４色に対応した記録ヘッドを用いてカラーで行う。なお、本実施形態の各記録ヘッド（１０４Ｋ〜１０４Ｙ）には、使用されるラベルの最大幅相当の記録幅を有するラインヘッドが用いられるものとする。

インクジェット記録装置１００下部には各々の記録ヘッド１０４Ｋ〜１０４Ｙに対応したインクカートリッジ１０６Ｋ〜１０６Ｙ、サブタンク１０７Ｋ〜１０７Ｙ、及び冷却トラップ１０８Ｋ〜１０８Ｙが備えられている。

また、記録ヘッド１０４Ｋ〜１０４Ｙの下部には各々の記録ヘッドに対応してキャッピング機構１０９Ｋ〜１０９Ｙが備えられている。なお、図１では６個のキャッピング機構が図示されているが、これは、例えば淡シアン、淡マゼンタ、或いは特別な色のインクが追加された場合を想定した予備機構である。

インクカートリッジ１０６Ｋ〜１０６Ｙ、サブタンク１０７Ｋ〜１０７Ｙ、記録ヘッド１０４Ｋ〜１０４Ｙ、冷却トラップ１０８Ｋ〜１０８Ｙ、及びキャッピング機構１０９Ｋ〜１０９Ｙの間は各インク毎に独立したインクチューブで接続されている（詳細は後述）。

＜インクジェット記録装置のハードウェア構成＞
次に、図２を用いてインクジェット記録装置１００のハードウェア構成を説明する。なお、図２に示す各機器のうち、図１に対応する機器については同一の参照番号を付している。

２００はホストコンピュータであり、当該ホストコンピュータ２００から送信された記録データはインクジェット記録装置１００のインターフェイスコントローラ２０２にて受信される。

また、画像記録する記録媒体であるラベル用紙１０１に関するデータ（例えばラベルの枚数、種類やサイズ等）はインターフェイスコントローラ２０２で受信される。

２０１はＣＰＵ（中央演算処理装置）であり、記録データの受信、画像記録動作、記録媒体のハンドリング等、インクジェット記録装置１００全般の制御を司る。

インターフェイスコントローラ２０２を介して受信した記録データはＣＰＵ２０１にて解析された後、各色成分ごとにイメージデータとしてイメージメモリ２０４にビットマップ展開される。

画像記録前の動作処理としてＣＰＵ２０１は入出力ポート（Ｉ／Ｏ）２１０、モータ駆動部２１１を介してキャッピングモータ（不図示）、及びヘッドモータ（不図示）を相互に駆動させ、記録ヘッド１０４Ｋ〜１０４Ｙをキャッピング位置（待機位置）から記録位置（画像記録時の記録ヘッドの位置）へ移動させる。

ほぼ同時に記録媒体であるラベル用紙１０１を給紙するための給紙モータ（不図示）及び搬送モータ１０３を駆動させ、ラベル紙１０１を連続的に搬送する。

さらに、一定速度で搬送されるラベル用紙１０１への記録タイミングを決定するために先端検知センサ１０５でラベルの先端が検出されると、当該検出信号がＩ／Ｏ２０８を介してＣＰＵ２０１に取り込まれる。

搬送モータ１０３によるラベル用紙１０１の搬送に同期して、ＣＰＵ２０１はイメージメモリ２０４から対応する色のイメージデータを順次読み出し、記録ヘッド制御回路２０９を介して、対応する記録ヘッド１０４Ｋ〜１０４Ｙに当該イメージデータを転送し、カラー画像記録する。

ＣＰＵ２０１の動作はプログラムＲＯＭ２０３に記憶された各種制御プログラムに基づき実行され、これによりインクジェット記録装置１００全体が制御される。

かかる制御プログラムには、例えば後述のフローチャート（図３）に示された手順に対応する制御プログラムが含まれる（これらの制御プログラムは実行時の作業用メモリとして、ワークＲＡＭ２０５を使用する）。

図２に戻る。ＥＥＰＲＯＭ２０６は、例えば前回の記録ヘッド回復動作（詳細は後述）を実施した時刻を記憶したり、複数の記録ヘッド相互の幅及び用紙搬送方向の記録位置を微調整（レジストレーション）する為の補正値等を記憶したり、あるいはインクジェット記録装置１００固有のパラメータを記憶したりする為の、書き換え可能な不揮発性メモリである。

なお、ＣＰＵ２０１はインク供給時や記録ヘッド１０４Ｋ〜１０４Ｙの回復動作時には、インク検知センサ２１６の検出結果をＡ／Ｄコンバータ２０７を介して受け取り、後述する加圧ポンプモータ２１２、サブポンプモータ２１３を入出力ポート（Ｉ／Ｏ）２１０、モータ駆動部２１１を介して駆動制御する。また、操作パネル２１５より入力された各種情報は、入出力ポート（Ｉ／Ｏ）２１４を介してＣＰＵ２０１にて処理される一方、ＣＰＵ２０１において処理された各種情報は、Ｉ／Ｏ２１４を介して操作パネル２１５に表示される。

＜インクジェット記録装置におけるインクの流れ＞
次にインクジェット記録装置１００におけるインクの主な流れについて説明する。ここでは、特に、（１）非記録時に、新たにインクカートリッジ１０６を装着しインク供給を行う場合において、インクカートリッジ１０６内のインクをサブタンク１０７に供給する際のインクの流れと、（２）記録ヘッド１０４の吐出ノズルを健全な状態に回復させるための動作（記録ヘッド回復動作）時におけるインクの流れと、について図３Ａ、図３Ｂ、図４を用いて説明する。

なお、図３Ａはインクジェット記録装置１００において、インクカートリッジ１０６内のインクをサブタンク１０７に供給する際の動作の流れを示すフローチャートであり、図３Ｂは、記録ヘッド１０４の吐出ノズルを健全な状態に回復させるための動作（記録ヘッド回復動作）の流れを示すフローチャートである。また、図４は、インクの流れを示す流路図である。なお、上述のように本実施形態にかかるインクジェット記録装置１００は、４色のインクカートリッジ（１０６Ｋ〜１０６Ｙ）が装着されているが、図４に示す流路図は、そのうちの特定の１色について示したものであり（ここでは、便宜上、参照番号末尾のＹ、Ｍ、Ｃ、Ｋを外した参照番号を用いて説明する）、他の色についても同様に構成されているものとする。

＜（１）新たにインクカートリッジ１０６を装着しインク供給を行う場合において、インクカートリッジ１０６内のインクをサブタンク１０７に供給する際のインクの流れ＞
はじめに、図３Ａ及び図４を用いて、新たに装着されたインクカートリッジ１０６内のインクをサブタンク１０７に供給する際のインクの流れについて説明する。

ＣＰＵ２０１はプログラムＲＯＭ２０３に記憶された制御プログラムに基づき次のようにインク供給動作を実行する。

ステップＳ３０１では、リサイクル弁４１５をクローズし、続いてステップＳ３０２では、インク供給弁４０２をオープンにし、ステップＳ３０３では、サブポンプ２１３を駆動する。

これにより、インクカートリッジ１０６内部のインクは、針４１６、インク供給フィルタ４０１、インク供給弁４０２、サブポンプ２１３、冷却トラップ１０８を経由し、サブタンク１０７に供給される。この際閉鎖されたインクカートリッジ１０６から供給されるインクには空気が含まれないので冷却トラップ１０８は稼動しない。

ステップＳ３０４において、サブタンク１０７内のインク検知センサ２１６が全色共満量検知すると、ステップＳ３０５では、サブポンプ２１３の駆動をストップする。なお、全色共満量であるか否かを検出するにあたってはタイマー監視し、一定時間経過しても満量にならなかったら（ステップＳ３０８で「Ｎｏ」の場合には）、警告を出力し（ステップＳ３０９）、処理を終了する。

続いてステップＳ３０６にてインク供給弁４０２を閉じた後、ステップＳ３０７にてリサイクル弁４１５を開き、処理を終了する。なお、各々の弁の開閉は図示しないソレノイドコイル等を印加することにより制御されるものとする。

＜（２）記録ヘッド１０４の吐出ノズルを健全な状態に回復させるための動作（記録ヘッド回復動作）におけるインクの流れ＞
次に、図３Ｂ及び図４を用いて、記録ヘッド１０４の吐出ノズルを健全な状態に回復させるための記録ヘッド回復動作におけるインクの流れについて説明する。

先ず内壁に冷媒を封入した冷却トラップ１０８を駆動すると同時にインク供給弁４０２を閉じ（ステップＳ３５２）、サブポンプ２１３の駆動を開始する（ステップＳ３５３）。すると、キャッピング機構１０９内のインク溜まり４１３からリサイクルフィルタ４１４、リサイクル弁４１５、サブポンプ２１３を介してインクの吸引動作が開始される。

続いて回復弁４１１を閉じ（ステップＳ３５４）、加圧ポンプ２１２を駆動する（ステップＳ３５５）。すると、サブタンク１０７内のインクは、加圧ポンプ２１２、チューブ４１８を介して記録ヘッド１０４の共通液室４０７に送られるが、回復弁４１１が閉じているので内部は加圧され、記録ヘッド１０４の各吐出ノズルから比較的大量のインクが押し出され、吐出ノズルは健全な状態に回復する。

吐出ノズル面４０８へ押し出されたインクはキャッピング機構１０９内のインク溜まり４１３に一時的に溜まるが、予めリサイクル弁４１５をオープンし、インク供給弁４０２をクローズした状態で、サブポンプ２１３を駆動しておくことによってインク溜まり４１３のインクはリサイクルフィルタ４１４でフィルタリングされた後、リサイクル弁４１５、サブポンプ２１３、及び冷却トラップ１０８を経由してサブタンク１０７に強制的に戻され、回復動作に使用したインクは無駄なくリサイクルされる。

この際、インク溜まり４１３からインクが溢れるのを防ぐため、サブポンプ２１３による流量はインク溜まり４１３に落ちるインクの量を上回るように設定されている。

従ってサブポンプ２１３は空気と共にインクを吸引することになる。この時点でインクと空気が激しく混合されることにより無数の気泡を含むことになり、一時的にインクの表面積が急増し、混合された空気中の湿度も急増する。

ここで冷却トラップ１０８が作動しているので混合された高湿の空気を冷却して飽和水蒸気圧を落し、混合された空気からインクへ、水分が回収される。

このとき、水分を回収したインクは冷却トラップ１０８下部流路からサブタンク１０７へ戻り、冷却されて湿度が下がった空気は冷却トラップ上方流路からサブタンク１０７へ流入し、サブタンク１０７の液面積よりも小さい面積で且つインクの密度よりも小さい部材で成っている浮き板４２１の上を通過して大気連通口から大気中へ放出される。
以上の加圧状態を続け一定時間経過したら（ステップＳ３５６）、加圧ポンプ２１２を停止し（ステップＳ３５７）、回復弁を開く（ステップＳ３５８）。その後、一定時間経過したら（ステップＳ３５９）、サブポンプ２１３、冷却トラップ１０８も停止し（ステップＳ３６０、Ｓ３６１）、処理を終了する。

以上の説明から明らかなように、本実施形態によれば、記録ヘッド回復動作時に、キャップを介して空気とともに吸引されたインクを冷却し、空気中に含まれる水分をインクに与えたうえでサブタンクに戻す構成とすることにより、インクの粘度上昇を回避し、長期にわたり安定したインクの吐出を実現することが可能となる。

[第２の実施形態]
上記浮き板４２１は中空の板状のものにしてインクの液面上に浮くようにしたものでも良い。また、上記冷却トラップ１０８の冷却部はサブタンク１０７毎にある必要は無く、トラップと分離して１つの冷却部により各色のトラップを囲み、纏めて冷却するようにしたものでも良い。

さらに、上記冷却トラップ１０８の冷却部として、封入した液体冷媒を用いるのではなく、ペルチェ素子等を用いるようにしても良い。

本発明の一実施形態にかかるインクジェット記録装置における内部構成を示す図である。 本発明の一実施形態にかかるインクジェット記録装置のブロック構成を示す図である。 インクジェット記録装置において、インクカートリッジよりサブタンクにインクを供給する際の処理の流れを示すフローチャートである。 インクジェット記録装置における、記録ヘッド回復動作時の処理の流れを示すフローチャートである。 インクジェット記録装置におけるインクの流れを示す図である。

符号の説明

１００ インクジェット記録装置
１０１ ラベル用紙
１０２ 搬送ベルト
１０３ 搬送モータ
１０４ 記録ヘッド
１０５ ラベル先端検知センサ
１０６ インクカートリッジ
１０７ サブタンク
１０８ 冷却トラップ
１０９ キャッピング機構
２００ ホストコンピュータ
２０１ ＣＰＵ（中央演算処理装置）
２０２ インターフェイスコントローラ
２０３ プログラムＲＯＭ
２０４ イメージメモリ
２０５ ワークＲＡＭ
２０６ ＥＥＰＲＯＭ
２０７ Ａ／Ｄコンバータ
２０８ Ｉ／Ｏ
２０９ 記録ヘッド制御回路
２１１ モータ駆動部
２１２ 加圧ポンプ／モータ
２１３ サブポンプ／モータ
２１４ Ｉ／Ｏ
２１５ 操作パネル
２１６ インク検知センサ
４０１ 供給フィルタ
４０２ 供給弁
４０７ 共通液室
４０８ 吐出フェイス（ノズル）面
４１０ キャップ
４１１ 回復弁
４１２ 大気連通口
４１３ インク溜まり
４１４ リサイクルフィルタ
４１５ リサイクル弁
４１６ 針
４１８ チューブ
４１９ チューブ
４２１ 浮き板

Claims (3)

1. タンクから供給されたインクを記録ヘッドが吐出することで、記録媒体への記録を行うインクジェット記録装置であって、
   前記記録ヘッドのインク吐出状態を回復させるための回復動作時に、前記記録ヘッドから排出されるインクを受けるキャップと、
   前記キャップに接続され、前記キャップ内のインクを空気と混合した状態で吸引するポンプと、
   前記ポンプにより吸引された、前記空気が混合されたインクを冷却する冷却部と、
   前記タンク内部のインク液面の上方に位置し、大気連通口を介して大気に開放された空間と、前記冷却部の上方と、を接続し、前記冷却部において冷却された前記インクに混合された空気を、前記タンク内部の該空間に流入させるための上方流路と、
   前記上方流路より下方に配置され、前記冷却部において冷却された前記インクを前記タンクへと戻すための下部流路と、を備え、
   前記ポンプにより吸引され前記冷却部において冷却された前記インクに混合された空気は、前記上方流路を介して前記タンク内部の空間へと流入し、前記タンク内部のインク液面の上方を通過した後、前記大気連通口から大気中に放出され、
   前記ポンプにより吸引され前記冷却部において冷却された前記インクは、前記下部流路を介して前記タンクに戻されることを特徴とするインクジェット記録装置。
2. 前記タンク内には、貯留されたインクの液面位置に応じて上下する板状部材が設けられてい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. タンクから供給されたインクを記録ヘッドが吐出することで、記録媒体への記録を行うインクジェット記録装置における制御方法であって、
   キャップを用いて、前記記録ヘッドのインク吐出状態を回復させるための回復動作時に、前記記録ヘッドから排出されるインクを受ける工程と、
   前記キャップに接続されたポンプを用いて、前記キャップ内のインクを空気と混合した状態で吸引する工程と、
   冷却部を用いて、前記ポンプにより吸引された、前記空気が混合されたインクを冷却する工程と、
   前記タンク内部のインク液面の上方に位置し、大気連通口を介して大気に開放された空間と、前記冷却部の上方と、を接続する上方流路を介して、前記冷却部において冷却された前記インクに混合された空気を、前記タンク内部の該空間に流入させる工程と、
   前記上方流路より下方に配置された下部流路を介して、前記冷却部において冷却された前記インクを、前記タンクへと戻す工程と、を備え、
   前記ポンプにより吸引され前記冷却部において冷却された前記インクに混合された空気は、前記上方流路を介して前記タンク内部の空間へと流入し、前記タンク内部のインク液面の上方を通過した後、前記大気連通口から大気中に放出され、
   前記ポンプにより吸引され前記冷却部において冷却された前記インクは、前記下部流路を介して前記タンクに戻されることを特徴とするインクジェット記録装置における制御方法。

Images