JP5486191B2 - インクジェットプリンタ - Google Patents
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Description
本発明のインクジェットプリンタは、複数のノズル孔が形成されたノズル面を有し、ノズル孔からインクを吐出するインクヘッドと、貯留されたインクの液面がインクヘッドのノズル面と同等、又は重力方向上方となるように配置された大気と連通、又は遮断可能な第一のタンクと、貯留されたインクの液面がインクヘッドのノズル面より重力方向下方となるように配置された大気と連通、又は遮断可能な第二のタンクと、第二のタンク内のインクを第一のタンクへと送液するポンプと、により構成されたインク循環経路と、第二のタンクを大気に対して遮断した際に、該第二のタンク内の圧力を一定の負圧状態に維持させる圧力調整部と、を備え、インク循環経路は、インクを循環させるインク循環モード時は、第一のタンクを大気に対して連通すると共に第二のタンクを大気に対して遮断し、インクを循環させない非インク循環モード時は、第一のタンクを大気に対して遮断すると共に第二のタンクを前記大気に対して連通し、第一のタンクの液面とノズル面との高低差により生じる正圧の水頭差圧をP1、第二のタンクの液面とノズル面との高低差により生じる負圧の水頭差圧をP2、第二のタンク内部にかかる負圧の圧力をP3、第一のタンクからインクヘッドまでの流路抵抗をR1、インクヘッドから第二のタンクまでの流路抵抗をR2、とすると、インク循環経路が−(P3/(P1−P2))=R2/R1を満たすように構成されていることを特徴とする。
尚、図1には、記録媒体を供給する供給部、供給された記録媒体を搬送する搬送機構、画像形成された記録媒体を搬出する排出部、インクヘッド(以下、記録ヘッドともいう)のメンテナンスを行うメンテナンス部、及びインク吐出制御を始めとして装置全体を制御する装置制御部等の通常のインクジェットプリンタが備えている構成は図示を省略している。
図2はインク循環経路4の構成を模式的に且つ図1よりも拡大して示す図である。尚、図2内の太線の矢印は、インク循環時において、インク経路内をインクが循環する時のインクの流れる方向を示しており、太線は、チューブ等による配管を示している。また、簡明に図示するために、第一のタンク31の配管構成が、図1と図2でやや異なるが、図1と図2ともに同一機能部分には同一の番号を付与して示している。
本実施の形態のインク循環経路4は、第1の経路40と第2の経路41の2つに大きく分けることができる。第1の経路40は、第一のタンク31からインクヘッド2を経由して第二のタンク32へインクが流れる経路である。
液面検出部45は、第二のタンク32内でインクの液面の高さに応じて回動可能に支持軸45dにより軸支されているフロート部材45aと、例えば磁気センサからなる液面位置センサ45bとにより構成される。
反対に、冬の朝などインクが冷えている低温環境では、印字品質を保証する温度範囲を下回るインク温度となり、印字品質が悪くなる可能性がある。このような低温時には、インク熱交換器34は、ヒータ部により、インクの温度を上昇させて、印字品質を保証できる温度まで加熱する。
圧力調整部10は(以下、図1参照)、負圧を発生させるベローズ部51、錘部52及びベローズ昇降機構53で構成される。
図3は、非インク循環時とインク循環時とに動作を切り替えることが可能な構成について説明する図である。尚、図3には、図1及び図2と同一の構成部分において本項の説明に必要な部分にのみ図1又は図2と同一の番号を付与して示している。
さらに、第一のタンク31からインクヘッド2内部のノズル孔近傍に形成されたインク室(図示しない)までの流路抵抗“R1”、インクヘッド2内部のノズル孔近傍に形成されたインク室(図示しない)から第二のタンク32までの流路抵抗“R2”とする。
まず、第二のタンク32にかかる圧力P3について説明する。
大気開放弁54が開いていることにより、圧力調整部10の内部は、第二のタンク共通気室9を介して大気と連通している。 そのため、第二のタンク32の内部は、大気と連通しているため、その内部圧力P3は大気圧(ゲージ圧でゼロ)となる。
第一のタンク31の内部には、第二のタンク32の内部が大気と連通し、且つ第一のタンク31の内部が大気から遮断されているため、第二のタンク32のインク液面62と第一のタンク31のインク液面61との高低差“h1+h2”により生ずる水頭差圧がかかる。すなわち、第一のタンク31にかかる圧力P0は一定の負圧を保った状態となっている。
インクヘッド2のノズル孔にかかる圧力は、第二のタンク32の内部が大気と連通し、且つ第一のタンク31の内部が大気から遮断されているため、ノズル面60と第二のタンク32のインク液面62との高低差h2により生ずる水頭差負圧P2のみである。
まず、第一のタンク31にかかる圧力P0について説明する。
第二のタンク32の内部には、第二のタンク32の内部が大気から遮断されているため、圧力調整部10によって発生させた負圧がかかる。すなわち、第二のタンク32の内部にかかる圧力P3は、負圧となっている。ここで、圧力P3は、圧力調整部10によって常に一定の負圧を保つよう調整されている。
インクヘッド2のノズル孔にかかる圧力は、ノズル面60と第一のタンク31のインク液面61との高低差h1により生ずる水頭差正圧P1と、ノズル面60と第二のタンク32のインク液面62との高低差h2により生ずる水頭差負圧P2と、第一のタンク31内部の圧力P0と、第二のタンク32内部の圧力P3である。
(P0+P1)−(1/(1+R2/R1))*(P0+P1−P2−P3)
第一のタンク31内は、大気と連通していることより、
P1−(1/(1+R2/R1))*(P1―P2−P3)
となる。
P2=P1−(1/(1+R2/R1))*(P1−P2−P3) ・・・ 式1
の関係が成り立つインク経路となっている。
(P1−P2)/(P1−P2−P3)=R1/(R1+R2)
1/(1−(P3/(P1−P2))=1/(1+R2/R1)
となる。よって、
−(P3/(P1−P2))=R2/R1 ・・・・・・・・・・・・・・・・ 式2
の関係が成り立つインク経路となっていればよい。
同図表の例1では、R2よりR1が大きく、R2/R1=0.5の場合の一例を示している。このような場合、例えば、P1を2.0kPa、P3を−1.5kPaとすることで上記式2を満たすことができる。この時、インク循環時にノズル孔にかかる圧力は、“P1−(1/(1+R2/R1))*(P1―P2−P3)”の式から−1.0kPaとなり、非インク循環時にノズル孔にかかる圧力と同一となる。
なお、本実施例では、P2を−1kPaになるよう設定しているが、この値に限らず、インクヘッド2が印字に最適となる圧を設定すればよい。 また、前述した内容では、流路抵抗R1、R2としたが、インク流路を流れる流体の粘度が温度により変化することにより流路抵抗も変動する。しかし、式1では“R2/R1”と流路抵抗比が設定値には影響するが、粘度には影響されない設定となっている。
図5は、本実施の形態におけるインク循環に関わる状態遷移図を示している。図5において、インクジェットプリンタ1(以下、マシンという)に電源が入り、稼動状態に設定されると、図5に示す状態切替処理がスタートする。
STEP500では、マシンがユーザからの印字動作命令や、循環動作を行うか否かの命令を待っている待機状態である。インク経路内は、インクは循環していない非循環状態となっている。
この印字処理動作中は、STEP509で、所定の枚数が印字されて印字を終了するか否かの判断が行われ、未だ終了するときでないなら(STEP509がNO)、STEP508及びSTEP509の処理が繰り返されて印字処理動作が進行する。
他方、上記最初のSTEP500の待機状態から分岐して、上述したSTEP506〜509の印字状態と平行して、STEP501〜504に示す、条件判断処理と、この条件判断処理に応じた状態移行の処理が行われる。
上記STEP502の非循環状態、又はSTEP503のインク循環状態のいずれの場合においても、常にSTEP504で、「循環動作の判断」を終了するか否かの判断がおこなわれる。
図8は、非循環状態から循環状態への切り替え、又は、待機状態から循環状態への切り替えの処理動作の詳細を示すフローチャートである。尚、この処理は、図1において図示を省略した装置制御部によって行われる処理である。また、インク循環経路4の非インク循環状態(待機状態と同様)は、以下のようになっている。
続いて、STEP105では、大気開放弁46を開くことによりき、第一のタンク31内を、第一のタンク共通気室8を介して大気と連通させる。
よって第一のタンク31のインク液面61は時間の経過とともに所望の位置より低くなり、やがて液面検出部42がOFFする。その逆に第二のタンク32のインク液面62は時間の経過とともに所望の位置以上となり、やがて液面検出部45がONすることになる。
上記の判断で、インク循環動作を継続すると判断した場合は(STEP115がNO)、STEP108へ戻って、STEP108〜STEP115までの処理が繰り返えされる。
本実施例では、電磁式のピストンポンプを用いているため、上記の待ち時間は短時間(切り替え動作の際、ノズル圧変動が所望の範囲に入っていれば、待ち時間の設定は必要が無い)の設定になっている。
この所定の待ち時間が経過すると、上述したようにSTEP204で大気開放弁46が閉じられ、続いてSTEP205で大気開放弁54が開かれ、第二のタンク32内が第二のタンク共通気室9を介して大気と連通される。
続いて、STEP206で、STEP201〜STEP205で設定した状態を維持しながら、所定の時間の経過を待ち、待ち時間が経過すると、STEP207で、ベローズ昇降機構53を待機位置に移動させて圧力調整部10を待機状態にする。このSTEP207の処理は、次の動作が実行された際、短時間でインク循環動作が実行されるよう圧力調整部10を待機状態にする処理である。
また、補給弁がOFFとは、弁が閉じており、インクが供給されない状態である。補給弁がONとは、弁が開いており、インクがインク経路内に供給される状態である。
インク経路内のインク量が所定の量に達していれば、液面検出部42がON、かつ、液面検出部45がONの状態、又は、面検出部42がON、かつ、液面検出部45がOFFの状態に移行する。
このとき、インク液面61は液面検出部42がONとなる近傍に位置している場合、第一のタンク31内のインクが第二のタンク32に流れ落ちることにより短時間で、液面検出部42がOFF、かつ、液面検出部45がONの状態に移行する。
このときも、インク液面61は液面検出部42がONとなる近傍に位置しているため、第一のタンク31内のインクが第二のタンク32に流れ落ちることにより短時間で、液面検出部42がOFF、かつ、液面検出部45がON、又は、液面検出部42がOFF、かつ、液面検出部45がOFFの状態に移行する。
この際、第一のタンクからインクヘッドに配管される径路や、第二のタンクからインクヘッドに配管される径路を、弾性を有して屈曲可能なチューブ、例えばスパイラルチューブ等で形成し、ヘッド部の走査が移動可能な構成とすると良い。
(P3/P2)=R2/R1 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 式3
の関係が成り立つインク経路となればよい。
同図表の例6では、P3/P2=R2/R1=2の場合を示し、P3、R1、R2の値はそれぞれ表の通りである。
本実施例では、P2を−1kPaになるよう設定しているが、この値に限らず、インクヘッド2が印字に最適となる圧を設定すればよい。なお、非インク循環からインク循環への切り替え、及び、インク循環から非インク循環への切り替え処理については、第1の実施の形態の場合と同様の処理で行われる。
それに伴い、インク循環時のノズルにかかる圧力を所望の圧力になるよう、流路抵抗比(R2/R1)を大きくする必要があり結果的に気泡除去を行うために必要となる循環流量を確保できない虞がある。
P2=(P0+P1)−(1/(1+R2/R1))*(P0+P1−P2−P3)・・・式4
の関係が成り立つインク経路となっている。
(P0+P1−P2)/(P0+P1−P2−P3)=R1/(R1+R2)
1/(1−(P3/(P0+P1−P2))=1/(1+R2/R1)
となる。よって、
−(P3/(P0+P1−P2))=R2/R1 ・・・ 式5
の関係が成り立つインク経路となればよい。
同図表の例8では、第一のタンク31と第二のタンク32の液面高さが同等の場合のそれぞれの値を示し、同図表の例9では、第一のタンク31より第二のタンク32の液面高さを低くした場合のそれぞれの値を示している。
そして、STEP305で、ポンプ77を駆動する。これにより、第一のタンク31内の圧が、定圧弁76で設定した圧まで上昇する。
説明を省略した最後のSTEP315で、インク循環が終了する判断が行われると、先ず、STEP401で補給弁63を閉じ(既に閉じている場合はその状態を維持し)、更に、STEP402でポンプ33の動作を停止させる(既に停止している場合はその状態を維持させる)。
ポンプ33停止後(STEP402)、待ち時間(STEP403)を設けているが、これはポンプ33が慣性により、停止の指示を行った後でも動きが急には止まらないことを考慮したものである。
続いて、更に、STEP406で、大気開放弁54を開き、第二のタンク32内を、第二のタンク共通気室9を介して大気と連通させる。大気開放弁54が開くと、圧力調整部10のベローズ部51内部も第二のタンク共通気室9を介して大気と連通するため、ベローズ部51は錘部52の重さにより、下方に位置するベローズ昇降機構53に支持される非インク循環位置まで伸長する。
2 インクヘッド
3 画像記録部(画像記録部)
4 インク循環経路
5 インクカートリッジ
5a 供給口
6 インクカートリッジホルダ部
7 廃液タンク部
8 第一のタンク共通気室
9 第二のタンク共通気室
10 圧力調整部
11、12 インクバス
13 ジョイント部
14 カートリッジ判断部
21 タンクトレイ
22 廃液タンク
23 廃インク量検知部
24 タンク装着検知部
31 第一のタンク
31a インク入口ポート
31b インク出口ポート
31c 大気ポート
32 第二のタンク
32a インク入口ポート
32b インク出口ポート
32c 大気ポート
32d 補給ポート
33 ポンプ
34 インク熱交換器
35 フィルタ部
40 第1の経路
41 第2の経路
42 液面検出部
42a フロート部材
42b 液面位置センサ
42c 磁石
42d 支持軸
44 オーバーフロータンク
45 液面検出部
45a フロート部材
45b 液面位置センサ
45c 磁石
45d 支持軸
46 大気開放弁
47 温度センサ
51 ベローズ部
52 錘部
53 ベローズ昇降機構
54 大気開閉弁
60 ノズル面60
61、62 インク液面
63 補給弁
66 一方向弁
70 マシン待機状態
71 移行処理
72 循環状態
74 非循環状態
75 移行処理
76 定圧弁
77 ポンプ
Claims (3)
- 複数のノズル孔が形成されたノズル面を有し、前記ノズル孔からインクを吐出するインクヘッドと、
貯留されたインクの液面が前記インクヘッドのノズル面と同等、又は重力方向上方となるように配置された大気と連通、又は遮断可能な第一のタンクと、
貯留されたインクの液面が前記インクヘッドのノズル面より重力方向下方となるように配置された大気と連通、又は遮断可能な第二のタンクと、
前記第二のタンク内のインクを前記第一のタンクへと送液するポンプと、により構成されたインク循環経路と、
前記第二のタンクを前記大気に対して遮断した際に、該第二のタンク内の圧力を一定の負圧状態に維持させる圧力調整部と、を備え、
前記インクを循環させない非インク循環モード時において、前記第一のタンクを前記大気に対して遮断すると共に前記第二のタンクを前記大気に対して連通し、かつ、前記ポンプの駆動動作を停止した場合に、前記第二のタンクの液面と前記ノズル面との高低差により生じる負圧の水頭差圧がP2とし、
前記インクを循環させるインク循環モード時において、前記第一のタンクを前記大気に対して連通すると共に前記第二のタンクを前記大気に対して遮断し、かつ、前記ポンプの駆動動作を行った場合に、
前記第一のタンクの液面と前記ノズル面との高低差により生じる正圧の水頭差圧をP1、前記第二のタンク内部にかかる負圧の圧力をP3、
前記第一のタンクから前記インクヘッドまでの流路抵抗をR1、前記インクヘッドから 前記第二のタンクまでの流路抵抗をR2とし、
前記非インク循環モード時にインクヘッドのノズル孔にかかる圧力「P2」と、前記インク循環モード時にインクヘッドのノズル孔にかかる圧力「P1−(1/(1+R2/R1))*(P1−P2−P3)」とが等しくなるように前記インク循環経路が構成されている、
ことを特徴とするインクジェットプリンタ。 - 複数のノズル孔が形成されたノズル面を有し、前記ノズル孔からインクを吐出するインクヘッドと、
貯留されたインクの液面が前記インクヘッドのノズル面と同等、又は重力方向上方となるように配置された大気と連通、又は遮断可能な第一のタンクと、
貯留されたインクの液面が前記インクヘッドのノズル面より重力方向下方となるように配置された大気と連通、又は遮断可能な第二のタンクと、
前記第二のタンク内のインクを前記第一のタンクへと送液するポンプと、により構成されたインク循環経路と、
前記第二のタンクを前記大気に対して遮断した際に、該第二のタンク内の圧力を一定の負圧状態に維持させる圧力調整部と、を備え、
前記インクを循環させない非インク循環モード時において、前記第一のタンクを前記大気に対して遮断すると共に前記第二のタンクを前記大気に対して連通し、かつ、前記ポンプの駆動動作を停止した場合に、前記第二のタンクの液面と前記ノズル面との高低差により生じる負圧の水頭差圧がP2とし、
前記インクを循環させるインク循環モード時において、前記第一のタンクを前記大気に対して連通すると共に前記第二のタンクを前記大気に対して遮断し、かつ、前記ポンプの駆動動作を行った場合に、
前記第一のタンクの液面と前記ノズル面との高低差により生じる正圧の水頭差圧をP1、前記第二のタンク内部にかかる負圧の圧力をP3、
前記第一のタンクから前記インクヘッドまでの流路抵抗をR1、前記インクヘッドから 前記第二のタンクまでの流路抵抗をR2とし、
前記インク循環モード時と前記非インク循環モード時の切り替えにおいて、前記第一のタンク及び前記第二のタンクを前記大気に対して連通または遮断する動作を所定の短時間の中で連続的に行う場合において、前記非インク循環モード時にインクヘッドのノズル孔にかかる圧力「P2」と、前記インク循環モード時にインクヘッドのノズル孔にかかる圧力「P1−(1/(1+R2/R1))*(P1−P2−P3)」とが等しくなるように前記インク循環経路が構成されている、
ことを特徴とするインクジェットプリンタ。 - 複数のノズル孔が形成されたノズル面を有し、前記ノズル孔からインクを吐出するインクヘッドと、
貯留されたインクの液面が前記インクヘッドのノズル面より重力方向下方となるように配置された大気と連通、又は遮断可能な第一のタンクと、
貯留されたインクの液面が前記インクヘッドのノズル面、且つ前記第一のタンクのインク液面より重力方向下方となるように配置された大気と連通、又は遮断可能な第二のタンクと、
前記第二のタンク内のインクを前記第一のタンクへと送液すると共に前記第一のタンク内の圧力を一定の正圧状態に維持するポンプと、
により構成されたインク循環経路と、
前記第二のタンクを前記大気に対して遮断した際に、該第二のタンク内の圧力を一定の負圧状態に維持させる圧力調整部と、
を備え、
前記インク循環経路は、
前記インクを循環させない非インク循環モード時において、前記第一のタンクを前記大気に対して遮断すると共に前記第二のタンクを前記大気に対して連通し、かつ、前記ポンプの駆動動作を停止し、
前記インクを循環させるインク循環モード時において、前記第一のタンク及び前記第二のタンクを前記大気に対して遮断することと、前記ポンプを駆動することを、同時又は短時間の中で連続して行い、
前記第一のタンク内部にかかる正圧の圧力をP0、
前記第一のタンクの液面と前記ノズル面との高低差により前記ノズル面に生じる負圧の水頭差圧をP1、
前記第二のタンクの液面と前記ノズル面との高低差により前記ノズル面に生じる負圧の水頭差圧をP2、
前記第二のタンク内部にかかる負圧の圧力をP3、
前記第一のタンクから前記インクヘッドまでの流路抵抗をR1、
前記インクヘッドから前記第二のタンクまでの流路抵抗をR2、
としたとき、
前記非インク循環モード時にインクヘッドのノズル孔にかかる圧力「P2」と、前記インク循環モード時にインクヘッドのノズル孔にかかる圧力「(P0+P1)−(1/(1+R2/R1))*(P0+P1−P2−P3)」とが等しくなるように前記インク循環経路が構成されている、
ことを特徴とするインクジェットプリンタ。
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