JP5645367B2 - 液体吐出装置および液体吐出装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、インクジェット記録装置等に用いられる液体吐出装置および液体吐出装置の制御方法に関するものである。

従来から液体吐出装置は広く研究開発されており、インクジェット記録装置等として一般に普及している。インクジェット記録装置等の液体吐出装置においては、液体（インク）吐出口（ノズル口）からのインク中溶媒の蒸発によって、ノズル口近傍のインクの粘度が上昇することがある。このようにインク中の溶媒が蒸発すると、インク滴が吐出しない、いわゆる不吐出やインク滴の吐出方向が偏向する、いわゆるヨレが発生することが知られている。

そのため、多くのインクジェット記録装置には、ノズル口からのインク中溶媒の蒸発を抑制するためのキャップや、増粘したインク等をノズル口から吸引排出して吐出状態を回復するための吸引回復手段等が具えられている。

また、記録画像のカラー化等のために異なる種類（色）のインクを吐出するように構成されたインクジェット記録装置においては、装置の小型化、コストダウン等の目的で、共通のキャップを介して異なる色のインクを吸引排出するように構成されているものも多い。

ここで、インクジェット記録装置における、一般的な吸引回復動作について、簡単に説明する。

吸引回復動作を行う場合、一般的なインクジェット記録装置は、まずインクを吐出するインクジェット記録ヘッド（以下、単に記録ヘッドともいう）のノズル口の形成面に、吸引したインクを受けるキャップを当接させる。次に、キャップに接続された吸引ポンプを駆動して、キャップ内を負圧にし、ノズル口から増粘したインク等をキャップ内へと吸い出す。この際、吸い出されたインクは、一般的に、いわゆる廃インクとなるため、必要以上の量のインクを吸い出すことは好ましくない。したがって、一般的なインクジェット記録装置においては、吸引ポンプを一定時間駆動した後、キャップに設けられた大気開放弁を開放する。あるいは、キャップをノズル口から離間させる等の動作を行って、キャップ内を大気圧に戻し、吸い出されるインクの量が必要最低限の量になるように制御している。

しかし、このキャップ内を大気圧に戻す際に、インクジェット記録ヘッド内の負圧の絶対値が大きいと、キャップ内に吸い出されたインクが、再び記録ヘッド内へと戻ってしまうことがある。キャップ内に吸い出されたインクが、再び記録ヘッド内に戻ってしまうと、キャップ内のゴミ等の異物も一緒に記録ヘッド内に戻り吐出不良が発生することがある。また、異なる色のインクを共通のキャップを介して吸引排出するように構成されたインクジェット記録装置においては、吐出時にいわゆる混色が生じてしまう。

そこで特許文献１には、異なる色のインクを共通のキャップを介して吸引排出するように構成されたインクジェット記録装置における、混色防止のための技術が開示されている。特許文献１においては、吸引を行う前に、インクカートリッジからサブタンクにインクを供給して、サブタンクの負圧の絶対値を下げる、あるいは各色同じ負圧にすることで混色を防止している。

特開２００５−１４４９３９号公報

しかしながら、本発明者らの実験によると、サブタンクの負圧を各色同じにしても、キャップ内を大気圧に戻すときの記録ヘッド内の負圧の絶対値が大きいと、混色が発生してしまう。

また一般的には、インクカートリッジからサブタンクにインクを供給することのみでは、サブタンクの負圧の絶対値を下げることはできず、特許文献１に開示されているような、サブタンク内の負圧発生機構等が必要となり装置自体が複雑な構成になってしまう。

よって本発明は、簡単な構成、すなわち低コストで、キャップ内を大気圧に戻すときの、キャップ内インク等の記録ヘッド内への逆流を抑制することができる液体吐出装置および液体吐出装置の制御方法を実現することを目的とする。

そのため本発明の液体吐出装置は、液体を吐出する記録ヘッドと、該記録ヘッドへ供給される液体を貯留する第１の貯留手段と、該第１の貯留手段と前記記録ヘッドとの間の流路に配され前記第１の貯留手段から供給された液体を貯留する第２の貯留手段と、該第２の貯留手段に配された大気連通口と、該大気連通口によって前記第２の貯留手段内が大気と連通しない第１の状態と大気と連通する第２の状態とに切り替える切替手段と、前記記録ヘッドの吐出口面と当接可能なキャップと、該キャップ内を負圧にすることにより前記記録ヘッドから液体を吸引する吸引ポンプを備える液体吐出装置において、前記記録ヘッドから液体を吐出するときは前記切替手段によって前記第１の状態とし、前記吸引ポンプによって前記記録ヘッドから液体を吸引するときは前記切替手段によって前記第２の状態とすることを特徴とする。

本発明によれば、簡単な構成、すなわち低コストで、キャップ内を大気圧に戻す時の、キャップ内インク等の記録ヘッド内への逆流を抑制することができる液体吐出装置および液体吐出装置の制御方法を実現することができた。

第１の実施形態の液体吐出装置における要部を模式的に示した断面図である。 第２の実施形態の液体吐出装置における要部を模式的に示した断面図である。

（第１の実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第１の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態の液体吐出装置における要部を模式的に示した断面図である。図１では、１種類の液体についての構成を示しているが、同様の構成が複数種類の液体に対応して、複数設けられていてもよい。インクジェット記録ヘッド（以下、単に記録ヘッドともいう）１０００は、液体（インク）を吐出する液体吐出口（ノズル口）が形成されたノズル口形成面１００１を備えており、ノズル口の内部には電気熱変換体が備えられている。この電気熱変換体に電気信号を印加することによって、インクに気泡を生ぜしめ、その気泡の圧力によってインクをノズル口から吐出させる。このような電気熱変換体およびノズルを主構成要素として、液体吐出手段は形成される。メインタンク（第１の貯留手段）１０１０には、スリットの入ったゴム栓１０１１、１０１２が備えられている。そして、メインタンク１０１０が液体吐出装置に装着される際には、バッファ室１０２０に備えられた供給針１０２１および第２の液体貯留手段（サブタンク）１０３０に備えられた供給針１０３１が、ゴム栓１０１１および１０１２を貫通するように構成されている。また、バッファ室１０２０には、第２の大気連通口１０２２が設けられている。第１の液体貯留手段は、メインタンク１０１０、供給針１０２１、バッファ室１０２０を主構成要素として形成されている。また、サブタンク１０３０には、開閉に応じて大気連通と非連通との切れ替えが可能な大気連通弁１０３３を備えた、大気と連通可能な第１の大気連通口１０３２が設けられている。

サブタンク１０３０と記録ヘッド１０００との間には、インク供給チューブ１０４０が設けられており、サブタンク１０３０内に貯留されているインクを記録ヘッド１０００へと供給する。液体供給手段は、これらの供給針１０３１、インク供給チューブ１０４０、記録ヘッド１０００の一部を主構成要素として形成されている。さらに、液体吐出装置には、キャップ１０５０、吸引チューブ１０５１、吸引ポンプ１０５２、大気開放チューブ１０５３、大気開放弁１０５４を主構成要素とする、液体吸引手段が備えられている。

以下に、第１の実施形態の液体吐出装置における、液体吸引動作について説明する。ノズル内の増粘したインクや、ゴミ等を吸引して取り除くことで、吐出状態を回復する。そのため、液体吐出口（ノズル口）から液体（インク）を吸引する際には、まず、キャップ１０５０を記録ヘッド１０００のノズルが形成された部分であるノズル口形成面１００１に当接させ、その後、大気開放弁１０５４を閉じる。次に、大気連通弁１０３３を開き、吸引ポンプ１０５２を駆動する。吸引ポンプ１０５２の駆動によって、キャップ１０５０の内部が負圧になり記録ヘッド１０００のノズル口からインクがキャップ１０５０内へと吸い出される。吸引されたインク等は、不図示の廃インクタンクへと導かれる。また、大気連通弁１０３３を開いた状態でインクを吸引するので、第１の大気連通口１０３２からは大気が進入してくる。

吸引ポンプ１０５２を一定時間駆動させたら、大気開放弁１０５４を開く。その結果、キャップ１０５０内は大気と連通し、大気開放チューブ１０５３を通って大気がキャップ１０５０内へと流入してくる。この際、記録ヘッド１０００の内部には、多少の負圧が残っているが、大気連通弁１０３３を閉じた状態で同様の吸引動作を行った場合に比べると、負圧の絶対値は小さくなる。なぜならば、第１の大気連通口１０３２からノズル口までの流抵抗が、第２の大気連通口１０２２からノズル口までの流抵抗に比べて小さいからである。吸引ポンプ１０５２の駆動によってキャップ１０５０内部の負圧の絶対値が大きくなるにしたがって記録ヘッド１０００内部の負圧の絶対値は大きくなるが、インク供給チューブ１０４０からインクが供給されてくるにしたがって小さくなる。すなわち、大気連通口１０３２から記録ヘッド１０００までの流抵抗が小さければ小さいほど、大気開放弁１０５４開放時の記録ヘッド１０００内部の負圧の絶対値は小さくなる。

第１の大気連通口１０３２から第２の大気連通口１０２２までの間のインク流路には、径が極めて小さい２本の供給針１０２１、１０３１が配されている。そのため、第２の大気連通口１０２２からノズル口までの流抵抗は、第１の大気連通口１０３２からノズル口までの流抵抗に比べて大きくなっている。大気開放弁１０５４開放時に、記録ヘッド１０００内部の負圧の絶対値が小さければ、キャップ１０５０内に吸い出されたインクが再び記録ヘッド１０００内に逆流することはほとんどない。したがって、逆流インクと共に異物が記録ヘッド１０００内に混入することもほとんどなく、吐出不良の発生頻度も極めて低くなる。

このように、大気連通弁１０３３を開いた状態でインクを吸引することにより、記録ヘッド１０００内へのインクの逆流がほとんどなくなり、記録ヘッド１０００内に異物が混入することによる吐出不良の発生頻度を極めて低くすることができた。なお、大気連通弁１０３３を開いた状態としてから吸引ポンプ１０５２を駆動させる構成を説明したが、吸引ポンプ１０５２の駆動中に大気連通弁１０３３を開く構成としてもよい。このような構成においても、吸引動作後の記録ヘッド１０００内部の負圧の絶対値を小さくすることができるからである。

なお、大気開放弁１０５４を開いた後には、周知の、ワイピング、予備吐出、キャップ１０５０内の空吸引等の動作を実施することが好ましい。

本実施形態の液体吐出装置においては、大気連通弁１０３３を開いた状態で放置しておけば、重力の作用によって、自然にメインタンク１０１０内に貯留されているインクがサブタンク１０３０内に落下してくる。しかしながら、長時間を要するため、以下の方法で、メインタンク１０１０内に貯留されているインクを強制的にサブタンク１０３０内に移動させてもよい。

インク供給チューブ１０４０に開閉弁を設ける。更に第１の大気連通口１０３２に吸引ポンプを設ける。そして、開閉弁を閉じた状態で吸引ポンプを駆動して、サブタンク１０３０内の空気を吸引することにより、メインタンク１０１内に貯留されているインクをサブタンク１０３０内に移動させることができる。その際には、サブタンク１０３０内に、サブタンク１０３０内の貯留インク量を検知する検知手段を設け、その検知結果に応じて、吸引ポンプの駆動開始や駆動終了を制御するようにするとよい。

一方、本実施形態の液体吐出装置において、ノズル口からインクを吐出させる際には、大気連通弁１０３３を閉じた状態で行う。このようにすることで、インク吐出によってインクが消費されると共に、メインタンク１０１０内に貯留されているインクがサブタンク１０３０やインク供給チューブ１０４０等を経由して記録ヘッド１０００へと供給されるようになる。その結果、ポンプを駆動してメインタンク１０１０からサブタンク１０３０へインクを移動させる必要がない。

なお、インク吐出の際には、ノズル口から吐出される単位時間あたりのインク量が、インク吸引の際にノズル口から吸引される単位時間あたりのインク量に比べて僅かである。そのため、第２の大気連通口１０２２からノズル口までの流抵抗が大きくても、不具合が発生することはない。

また、本実施形態の液体吐出装置は、記録媒体の搬送方向と交差する方向にインクジェット記録ヘッドを移動させて記録を行う、いわゆるシリアルタイプの記録装置に適用することが可能である。その場合には、記録ヘッド１０００をキャリッジに搭載して移動可能とし、移動するキャリッジに対してインク供給チューブ１０４０によってインクを供給するように構成することが好ましい。また、本実施形態の液体吐出装置は、記録ヘッドは移動することなく記録媒体を搬送方向へ移動させて記録を行うフルラインタイプのインクジェット記録装置にも適用することが可能である。

（第２の実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第２の実施形態を説明する。
第１の実施形態においては、１種類のインクのみを吐出するように構成された液体吐出装置の例を挙げて本発明を説明したが、本実施形態においては、異なる種類（色）のインクを吐出するように構成された液体吐出装置を例に挙げて説明する。

図２は、本実施形態の液体吐出装置における要部を模式的に示した断面図である。なお、第１の実施形態と共通の部品に対しては同じ符号を用いている。本実施形態の液体吐出装置は、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの４色のインクを吐出するように構成されており、各色に対応したメインタンクやインク供給チューブ等を４系統備えている。この４系統の構成は全て同じであるため図２には１系統のみを示した。

図２において、インクジェット記録ヘッド（以下、単に記録ヘッドともいう）２０００は、４色のインクを吐出するための複数のノズル口を備えており、ノズル口の内部には、それぞれ電気熱変換体が備えられている。

また、各色用のメインタンク２０１０は、液体吐出装置に対して着脱自在に構成されており、ハウジング２０１３の内部に備えられた可撓性を有するインク袋２０１４内にインクを貯留している。そのインク袋２０１４には、それぞれスリットの入ったゴム栓２０１１が設けられている。そして、メインタンク２０１０が液体吐出装置に装着される際に、第１インク供給チューブ２０４０の端部に接続された供給針２０４１が、ゴム栓２０１１を貫通するように構成されている。

また、ハウジング２０１３には、それぞれＯリング２０１５が備えられており、メインタンク２０１０が液体吐出装置に装着される際には、各色用の加圧チューブ２０６１が、Ｏリング２０１５を貫通するように構成されている。各色用の加圧チューブ２０６１には、各色用の加圧チューブ押圧コロを有するチューブポンプ方式の加圧ポンプ２０６０が備えられており、加圧チューブ２０６１のＯリング２０１５を貫通する端部と反対側の端部は大気と連通している。

さらに、各色用の第１インク供給チューブ２０４０の、供給針２０４１接続端と反対側の端部には、それぞれ各色用のサブタンク２０３０が接続されている。そして、各色用のサブタンク２０３０と記録ヘッド２０００との間には、各色用の第２インク供給チューブ２０４２が備えられている。

なお、各色用の第２インク供給チューブ２０４２には、供給弁２０４３が備えられている。さらに、各色用のサブタンク２０３０には、それぞれ、大気連通弁２０３３を備えた第１の大気連通口２０３２が設けられている。そしてさらに、各色用のサブタンク２０３０には、サブタンク２０３０内のインク量を検知するための２本の検知ピン２０３４および２０３５が備えられている。この２本の検知ピン２０３４、２０３５間の電気的導通の有無によって、各色用のサブタンク２０３０内のインク液面が、検知ピン２０３４下端部よりも上であるか下であるかが検知される。

なお、キャップ１０５０は、記録ヘッド２０００の４色のインクを吐出するための複数のノズル口全てを、キャップするように構成されている。

以下に、本実施形態の液体吐出装置におけるインク吸引動作について説明する。ノズル口からインクを吸引する際には、まず供給弁２０４３を開ける。次に、キャップ１０５０を記録ヘッド２０００のノズル口形成面１００１に当接させて、各色の大気連通弁２０３３を開く。その後、吸引ポンプ１０５２を駆動することにより、キャップ１０５０の内部が負圧となり複数のノズル口からインクがキャップ内へと吸い出される。

吸引ポンプ１０５２を一定時間駆動させた後、キャップ１０５０をノズル口形成面１００１から離間させる。このとき、記録ヘッド２０００の内部には、第１の実施形態と同様に多少の負圧が残っているが、大気連通弁２０３３を閉じた状態で同様の吸引動作を行った場合に比べると負圧の絶対値は大幅に小さくなる。なぜなら、各色の第１の大気連通口２０３２から各色のノズル口までの流抵抗が、各色のメインタンク２０１０から各色のノズル口までの流抵抗に比べて小さいからである。

各色のメインタンク２０１０とサブタンク２０３０の間を連結する第１インク供給チューブ２０４０は長く、第１インク供給チューブ２０４０の端部に接続された供給針２０４１の径は小さい。また、大気連通弁２０３３を閉じた状態で吸引動作を行う場合には、加圧ポンプ２０６０の各色用の加圧チューブ押圧コロを解除する。すなわち、各色用のメインタンク２０１０のハウジング２０１３とインク袋２０１４との間の空間を大気と連通させて吸引を行うことになり、インク袋２０１４の収縮時の抵抗も加わる。そのため、各色のメインタンク２０１０から各色のノズル口までの流抵抗は、各色の第１の大気連通口２０３２から各色のノズル口までの流抵抗に比べて大きくなる。

このように、大気連通弁２０３３を開いた状態でインクを吸引することにより、記録ヘッド２０００内へのインクの逆流がほとんどなくなり、混色が発生することがない。なお、大気連通弁２０３３を開いた状態としてから吸引ポンプ１０５２を駆動させる構成を説明したが、吸引ポンプ１０５２の駆動中に大気連通弁２０３３を開く構成としてもよい。このような構成においても、吸引動作後の記録ヘッド２０００内部の負圧の絶対値を小さくすることができるからである。

また、キャップ１０５０をノズル口形成面１００１から離間させた後には、周知のワイピング、予備吐出、キャップ１０５０内の空吸引等の動作を実施することが好ましい。ワイピング、および少ない量の予備吐出を行うことで、いわゆる混色を防止することができるようになった。なお、吸引されたインクは、吸引チューブ１０５１を通って、不図示の廃インクタンクへと導かれる。

ところで、大気連通弁２０３３を開いた状態でインクを吸引するので、各色の第１の大気連通口２０３２からは大気が進入してくる。そこで、本実施形態の液体吐出装置においては、ノズル口からインクを吸引した後に、メインタンク２０１０内に貯留されているインクをサブタンク２０３０内へ移動させてもよい。最初に、各色のサブタンク２０３０内の検知ピン２０３４及び２０３５が電気的に導通しているかを検知する。検知ピン２０３４及び２０３５が非導通であるときは、当該サブタンク２０３０のインク量が減少している。以下、インク量が減少していると検知された色についてのみ行う。まず、供給弁２０４３を閉じる。次に、加圧ポンプ２０６０の加圧チューブ押圧コロを押圧させ、大気連通弁２０３３を開ける。その後、加圧ポンプ２０６０を駆動して、メインタンク２０１０内からサブタンク２０３０内へインクを移動させる。サブタンク２０３０内の検知ピン２０３４および２０３５間が電気的に導通になったら、加圧ポンプ２０６０を停止させる。その後、大気連通弁２０３３を閉じ、加圧ポンプ２０６０の加圧チューブ押圧コロを解除し、供給弁２０４３を開ける。

一方、本実施形態の液体吐出装置において、ノズル口からインクを吐出させる際には、加圧ポンプ２０６０の加圧チューブ押圧コロを全色解除する。すなわち、各色のハウジング２０１３とインク袋２０１４との間の空間を大気と連通させて、各色の大気連通弁２０３３を閉じた状態で吐出を行う。

このようにすることで、インク吐出によって各色のインクが消費されると共に、各色のメインタンク２０１０内に貯留されているインクが各色の第１インク供給チューブ２０４０や各色のサブタンク２０３０を経由して記録ヘッド２０００へと供給される。これによって、ポンプを駆動してメインタンク２０１０からサブタンク２０３０へインクを移動させる必要がない。

なお、インク吐出の際には、ノズル口から吐出される単位時間あたりのインク量が、インク吸引の際にノズル口から吸引される単位時間あたりのインク量に比べて僅かである。そのため、メインタンク２０１０からノズル口までの流抵抗が大きくても不具合が発生するようなことはない。

なお、第１の実施形態および第２の実施形態の液体吐出装置において、記録ヘッドのノズル口内部には、電気熱変換体が備えられていたが、本発明はそのような例に限られるものではなくピエゾ素子等が備えられていてもよい。

１００１ ノズル口形成面
１０１０ メインタンク
１０３０ サブタンク
１０３２ 第１の大気連通口
１０５０ キャップ
１０５２ 吸引ポンプ
１０５４ 大気開放弁

Claims (7)

1. 液体を吐出する記録ヘッドと、該記録ヘッドへ供給される液体を貯留する第１の貯留手段と、該第１の貯留手段と前記記録ヘッドとの間の流路に配され前記第１の貯留手段から供給された液体を貯留する第２の貯留手段と、該第２の貯留手段に配された大気連通口と、該大気連通口によって前記第２の貯留手段内が大気と連通しない第１の状態と大気と連通する第２の状態とに切り替える切替手段と、前記記録ヘッドの吐出口面と当接可能なキャップと、該キャップ内を負圧にすることにより前記記録ヘッドから液体を吸引する吸引ポンプを備える液体吐出装置において、
   前記記録ヘッドから液体を吐出するときは前記切替手段によって前記第１の状態とし、前記吸引ポンプによって前記記録ヘッドから液体を吸引するときは前記切替手段によって前記第２の状態とすることを特徴とする液体吐出装置。
2. 前記液体は種類の異なる複数の液体であり、前記複数の液体に対応して前記記録ヘッド、前記第１の貯留手段、および前記第２の貯留手段がそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
3. 前記吸引ポンプによって前記記録ヘッドから液体を吸引した後に、前記第１の貯留手段から前記第２の貯留手段へ液体を移動させることを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出装置。
4. 前記大気連通口に第２の吸引ポンプを設け、該第２の吸引ポンプを駆動することによって前記第１の貯留手段から前記第２の貯留手段へ液体を移動させることを特徴とする請求項３に記載の液体吐出装置。
5. 前記第１の貯留手段を加圧する加圧手段を備え、該加圧手段を駆動することによって前記第１の貯留手段から前記第２の貯留手段へ液体を移動させることを特徴とする請求項３に記載の液体吐出装置。
6. 液体を吐出する記録ヘッドと、該記録ヘッドへ供給される液体を貯留する第１の貯留手段と、該第１の貯留手段と前記記録ヘッドとの間の流路に配され前記第１の貯留手段から供給された液体を貯留する第２の貯留手段と、該第２の貯留手段に配された大気連通口と、前記記録ヘッドの吐出口面と当接可能なキャップと、該キャップ内を負圧にすることにより前記記録ヘッドから液体を吸引する吸引ポンプを備える液体吐出装置の制御方法において、
   前記大気連通口によって前記第２の貯留手段内が大気と連通しない状態として、前記記録ヘッドから液体を吐出する吐出工程と、
   前記大気連通口によって前記第２の貯留手段内が大気と連通する状態として、前記吸引ポンプによって前記記録ヘッドから液体を吸引する吸引工程と、
   を有することを特徴とする制御方法。
7. 前記吸引工程の後に、前記第１の貯留手段から前記第２の貯留手段へ液体を移動させる工程を有することを特徴とする請求項６に記載の制御方法。

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