JP5979917B2 - インクジェット記録装置 - Google Patents

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Description

本発明は、インクジェット記録装置に関し、特に、インクタンク内を攪拌するインクジェット記録装置に関する。
インクジェット記録装置では、顔料インクを使用することがある。顔料インクは放置しておくと顔料成分がインクタンク内で沈降し、インクタンク内の濃度分布が不均一になってしまう。濃度分布が不均一になってしまったインクタンクを用いて記録を行うと、記録画像に濃度ムラが生じ、画像品質が低下することがある。
特許文献1には、サブタンクとメインタンクを備えた記録装置であって、顔料インクが充填されたインクタンク内を定期的に攪拌する技術が開示されている。特許文献1に開示された記録装置は、サブタンクに大気に連通する大気連通路が備えられており、大気連通路からインクが漏れないように大気連通路の間に空気室が備えられている。また、大気連通路の大気と連通する開口には大気連通弁が設置されている。このような記録装置において、大気連通弁を遮断し、インク流路の開閉弁を開閉動作させることによってインクタンクおよびサブタンクにインクの流れを起こして攪拌している。
特開2010−208151号公報
特許文献1では、上述のとおり、メインタンクとサブタンクとのインクの流れを利用して、インクタンク内のインクを攪拌して、インクタンク内の濃度分布の不均一による濃度ムラを抑制している。
しかしながら、特許文献1に開示されたインクジェット記録装置では、サブタンクと大気連通弁の間に必ず空気が存在している。したがって、開閉弁を開閉させてメインタンクとサブタンクに流れを起こして攪拌しようとしても、サブタンクと大気連通弁の間の空気がダンパとなって攪拌効率を下げることになる。
その結果、インクタンク内の流れが上手く起こせず、攪拌が不十分になるという課題があった。
本発明は以上の点を鑑みてなされたものであり、メインタンクとサブタンクに流れを起こして攪拌を充分に行うことができるインクジェット記録装置を提供する。
そのために本発明では、インクを吐出する記録ヘッドと、該記録ヘッドに供給されるインクを収容し装置本体に着脱可能なメインタンクと、該メインタンクから前記記録ヘッドへ供給されるインクを一時的に収容し、傾斜面を含む上面部を有するサブタンクと、該サブタンクと前記記録ヘッドの間に配されるインク溜まり部と、を備えるインクジェット記録装置において、前記メインタンクと前記サブタンクを連通し、前記サブタンクの前記上面部における最も高い位置に接続される連通路と、前記インク溜まり部の容量を増やすことにより前記連通路を通じて前記メインタンクから前記サブタンクへインクを供給し、前記インク溜まり部の容量を減らすことにより当該連通路を通じて前記サブタンク内の空気を前記メインタンクへ送ることによって前記サブタンクを充填するサブタンク充填動作を実行する制御手段と、を備えることを特徴とする。
以上の構成によれば、サブタンクに大気連通路を備えることなく、サブタンクから空気を抜くことができる。その結果、サブタンクを備えたストップレス記録を行うことができるインクジェット記録装置であって、インクの漏れを抑制し、スペース効率がよく、大型化しないインクジェット記録装置を提供することができる。
実施形態のインクジェット記録装置を示す斜視図である。 実施形態のインク供給装置の一色の流路を示す概念図である。 従来のインク供給装置の一色の流路を示す概念図である。 実施形態のインクジェット記録装置の内部構成を示すブロック図である。 実施形態のストップレスス記録制御の流れを示すフローチャートである。 実施形態のストップレス記録を行っている状況を示す流路概念図である。 実施形態のサブタンクにインクを充填する動作の流路を示す概念図である。 実施形態の攪拌動を説明するためのインク流路を示す概念図である。 実施形態の攪拌動作の流れを示すフローチャートである。
以下に図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
図1は、本実施形態のインクジェット記録装置を示す斜視図である。インクジェット記録装置50は、互いに向き合った2つの脚部55の上端部に跨るように固定されている。キャリッジ60には記録媒体にインクを付与する記録ヘッド1が搭載されている。記録時は、搬送ロールホルダーユニット52にセットされた記録媒体を記録位置まで給紙し、キャリッジ60がキャリッジモータ(不図示)およびベルト伝動手段62より主走査方向に往復移動する。この移動の際に、記録ヘッド1の各ノズルからインク滴が吐出する記録動作を行う。キャリッジ60が記録媒体の一方端まで移動すると、搬送ローラ51が所定量だけ記録媒体を副走査方向へ搬送する。このように記録動作と搬送動作とを交互に繰り返すことにより記録媒体全体に画像を形成する。画像形成後は、不図示のカッターによって記録媒体をカットし、カットされた記録媒体はスタッカ53に積載される。
インク供給ユニット63には、装置本体に着脱可能なインクタンク5であって、黒、シアン、マゼンタ、イエローなどといったインク色ごとに分かれた、インクを収容したメインタンク5が具えられている。また、インクタンク5と供給チューブ2が接続されている。また、供給用チューブ2はキャリッジ60の往復運動の際に暴れることのないように、チューブガイド61によって束ねられている。
記録ヘッド1の記録媒体に対向した面には、主走査方向と略直交した方向に複数のノズル列(不図示)を備え、ノズル列単位で供給チューブ2と接続している。
さらに回復ユニット70は、主走査方向において記録媒体の範囲外に設けられ、また、記録ヘッド1のノズル面に対向可能な位置に設けられている。回復ユニット70は、必要に応じて記録ヘッド1の吐出ノズル表面からインクや空気を吸い出してノズルのクリーニングを行ったり、後述する記録ヘッド内部に溜まった空気を強制的に吸い出す弁閉じ吸引を行ったりしている。
記録装置50の右側には操作パネル54が設けられており、インクタンク5内のインクが空になった際に警告を出して、インクタンク5の交換を促すことができる。
図2は、本実施形態のインク供給装置の一色分の流路を示す概念図である。記録装置に着脱可能な容積が不変のインクタンク5は、底部に2か所のジョイント部を有している。これらのジョイント部は、記録装置に設けられた第1の中空管8および第2の中空管9と連結している。第1の中空管8および第2の中空管9は、金属針で構成されている。インクタンク5内の第2の中空管9の周囲には、インクタンク底面から立ち壁42が形成されている。第1の中空管8および第2の中空管9に微量な電流を流し、この立ち壁42よりもインク残量の高さが低くなった場合に電流の抵抗値が上がることによって、インクタンク5内のインクが少なくなったことを検出することができる。
第2の中空管9は、大気連通室6に連通しており、大気連通室内の大気連通路7を介して、インクタンク5は大気と連通する。また、インクタンク5の底面45と容積が不変のサブタンク4の天面46とを第1の中空管8で連通し、サブタンク4と記録ヘッド1は供給チューブ2を介して連通している。サブタンク4は、天面の略全域を垂直方向下側にいくほど断面積が広がる傾斜面49で構成し、最も高い位置46で第1の中空管8と接続している。そして、サブタンク4内には、金属によって構成された中実管10が設けてある。第1の中空管8と中実管10管に微弱な電流を流した際の抵抗値により、サブタンク内のインクが満タンかどうかを検知している。サブタンク4からのインク流出口は側面47の最も低い位置48に設けている。サブタンク4と供給チューブ2の間には、容積可変な可撓性部材で形成され、供給流路を開放/閉塞することが可能なインク溜まり部(開閉弁3)が設けられている。開閉弁3は圧縮バネ38で常時開放方向に付勢されており、カム37によってレバー39が押され、中心軸40を中心に回転することで閉塞する。カム37はフォトセンサ41によって位置出し可能に構成しており、駆動源であるDCモータ35によりギア36を介して回転制御している。全ての色のレバー39が連結しており、一つのモータ35により全ての色の開閉弁3が同時に開閉制御されている。
次に、記録ヘッド1内部に空気が溜まっているときに、強制的に記録ヘッド1内部の空気を抜き取る、弁閉じ吸引について説明する。供給流路中に設けた開閉弁3によってインク流路を閉塞し、回復ユニット70によってノズルフェイス面にキャップを密着させて、ポンプで吸引する。ある一定時間(本実施形態では約25秒)吸引して記録ヘッド1内部の空気を強制的に抜き取り、その後、開閉弁3でインク流路を開放する。インク流路を開放することで、インクタンク5からインクが供給され、記録ヘッド1の内部が規定量のインクで満たされる。本実施形態では、記録ヘッド1内部の空気を除去するために、インク供給流路を閉塞/開放するための開閉弁3が必要となっている。この弁閉じ吸引は初期充填時にも活用している。初期充填時は、インクタンク5の装着を検知すると、まずは数回弁閉じ吸引を繰り返し(本実施形態では4回)、その後、図6(b)を参照して後述するサブタンク充填制御を行うことで、サブタンク4から記録ヘッド1までをインクで満たすことができる。
図3は、従来のインク供給装置の一色分の流路を示す概念図である。従来の流路では、サブタンク124は、インクタンク125や記録ヘッド121への流路122と連通する他、サブタンク内の空気を除去する際の空気を抜く流路である大気連通路131をサブタンク天面に有している。サブタンク内の空気はなるべく除去したいので、大気連通路とサブタンクとの接続部は、サブタンク天面の一番高い位置に配置されている。そして、サブタンク天面は大気連通路との接続部から垂直方向下側にいくほど断面形状が広がる形状をしている。また、大気連通路131とサブタンク124との接続部は水頭基準である第2の中空管129の底面よりも垂直方向に高い位置に配置している。それによって、サブタンク内の空気を抜く(サブタンクにインクを充填する)とき、必要以上に充填動作を繰り返しても、大気連通路からインクが溢れ漏れることを防止している。
また、サブタンクへ勢い良くインクが流入してきても大気連通路を経由してインクが漏れ出ないように、大気連通路131には、ある一定容量を有する空間室134を設けている。そして、大気連通路131に大気との連通を遮断/開放する大気連通弁132を設けている。メインタンクからサブタンクにインクを充填するときは、流路の開閉弁123と大気連通弁132とを交互に開閉動作させることにより行う。
また、メインタンクとサブタンクを攪拌するときは、大気連通弁132を遮断して、流路の開閉弁123を開閉動作させることによってインクタンクおよびサブタンクにインクの流れを起こして攪拌させている。
しかしながら、従来の記録装置では、サブタンクと大気連通弁の間に必ず空気が存在している。したがって、開閉弁を開閉させてメインタンクとサブタンクに流れを起こして攪拌しようとしても、サブタンクと大気連通弁の間の空気がダンパとなって攪拌効率を下げることになる。その結果、インクタンク内の流れが上手く起こせず、攪拌が不十分になる。そのインクタンク内のインクを使用して記録を行うことにより、記録画像に濃度ムラが生じて、記録品質が低下することになる。
図4は、本実施形態のインクジェット記録装置の内部構成を示すブロック図である。記録装置50は、記録装置を制御するCPU11、ユーザーが操作するキーや情報を表示する操作パネルを含むユーザインターフェース12、制御ソフトウエアを内蔵するROM13、制御ソフトウエアを動作させる際に一時的に使用するRAM14を有している。また、記録装置50は、駆動部I/O15、駆動部分16、インクタンクの残量を検出するインク残量センサ17を備えている。インクタンクの着脱を検出するインクタンク装着センサ18は、インクタンクに装着したEEPROM20の読み値で判断している。インクタンク装着センサ18を用いてEEPROM20の内容の読み書きを行う。
図5は、本実施形態のストップレス記録制御の流れを示すフローチャートである。図5(a)は、ストップレス記録制御全体のシーケンスを示し、図5(b)は、ストップレス記録制御中に必要となるサブタンク充填制御のシーケンスを示している。
インクタンク5内のインクを使い切ったとき、サブタンク4内のインクを用いて記録を継続することができ、サブタンク4内のインクを消費すると、大気連通路7からインクタンク5を経由して空気がサブタンク4に導入される。導入された空気はサブタンク4の上方に溜まり、第1中空管8と中実軸10がインクで接続されなくなるため、電流が流れにくくなる。その結果、サブタンク4内のインクが消費されていることを検知することができる(ステップS201)。サブタンク4内のインクを消費しているということはインクタンク5が空になったことを示しており、ユーザーにインクタンクが空であることを、操作パネルを通じて通知する(ステップS202)。
図6は、本実施形態のインクジェット記録装置のインクタンク5内のインクを使い切り、サブタンク4内のインクを使用して記録(ストップレス記録)を行っている状況を示す流路概念図である。本図に示すように、大気連通路7からインクタンク5を経由して空気がサブタンク4に導入されている。したがって、第1中空管8と中実軸10がインクで接続されなくなるためサブタンク4内のインクを消費していることがわかる。
再び図5を参照して、インクタンク5が交換されるまでの間、サブタンク4内のインク使用許容量(本実施形態では約11ml)までは画像形成を許容し、続行する。
サブタンク4内のインクの消費許容量を予め記録装置に記憶させておき、記録ヘッドからの吐出数をカウントすることでインク消費量を計算する。消費量と許容量を比較して、消費量が許容量以下であれば記録を許容し、消費量が許容量を超えた場合は記録を停止させてインクタンク5が空であることを通知しながらインクタンク5の交換を待つ。本実施形態では、消費量がサブタンク4のインク許容量を超えたか否かをインクの吐出量にて換算する構成であるが、サブタンク4内にインクエンド検知手段を設ける構成としてもよい。
なお、本実施形態では、サブタンクのインク使用許容量を約11mlとしているが、本発明は11mlに限定されるものではない。本記録装置では、最大サイズの記録媒体に100%の濃度で記録を行った場合に最低1枚の記録媒体の記録を行うことができるインクの量である。
サブタンク4内のインク許容量を消費しきる前にインクタンクを交換した場合(ステップS203)、ページ間等記録が停止したときに(ステップS204)次の記録を始める前にサブタンク4内にインクを充填する(ステップS205)。そして、充填したら、次の記録を開始する。サブタンク内のインク許容量を消化しきった場合(ステップS206)、直ちに記録を停止して(ステップS207)、インクタンクの交換を促す(ステップS208)。記録を停止しないと、サブタンク4からインク供給流路を経由して記録ヘッド1へ空気が混入し、その結果、インクの吐出が上手く行えず記録不良が発生するためである。
図7は、本実施形態のインクタンク5からサブタンク4にインクを充填する際の動作を説明するためのインク流路を示す概念図である。すなわち、図7は、インクタンク5を交換した後の状態を示している。図7(a)は、開閉弁を閉塞から開放にした状態を示し、図7(b)は、開閉弁を開放から閉塞にした状態を示している。
開閉弁3の容積をV1(本実施形態では約0.45ml)、第1の中空管8の容積をV2(本実施形態では約0.09ml)とした際にV1>V2の関係が成り立つように構成されている。開閉弁3を閉塞状態から開放状態にすると、容積V1―V2(約0.36ml)分のインクをインクタンク5からサブタンク4へ引き込むことができる。これは、中空管8内にインクが存在しないためである。この容積をV3(=V1−V2)とする。その際、インクタンク5へは大気連通室6から空気が容積V3引き込まれる。
その後、図7(b)に示すように、DCモータ35によってカム37を回転させてレバー39が開閉弁3を押圧し、開放状態から閉塞状態にすることで、サブタンク4内の空気が容積V3分だけサブタンク4からインクタンク5へ押し出される。これは、第1の中空管8内がインクで満たされているためである。このとき、インクタンク5から容積V3分のインクが大気連通室6へ押し出される。
すなわち、開閉弁の空気の量を増やすことによってサブタンク4から記録ヘッドにインクを供給し、開閉弁の空気の量を減らすことによってサブタンク4内の空気をメインタンクに送っている。
開閉弁3から記録ヘッド1までのインク供給流路の圧損が開閉弁3からインクタンク5までの圧損に比べてはるかに大きいため、インクは記録ヘッド1側には殆ど流れない。その後、再びDCモータ35によってカム37を回転させて、圧縮バネ38でレバー39を付勢させ、開閉弁3を閉塞状態から開放状態とする。その際、大気連通室6からインクをV3分インクタンク5へ引き込むと同時にインクタンク5からサブタンク4へV3分インクを引き込む。その後、再びDCモータ35を回転させて開閉弁3を開放状態から閉塞状態にする。その開閉弁の開閉動作を繰り返し制御する(ステップS301)。
その開閉動作毎にサブタンク4がインクで満たされたかどうかを確認する(ステップS302)。満たされてない場合はインクタンク5内にインクがあるかどうかを確認し(ステップS304)、満たされている場合は開閉動作を繰り返す。インクタンク5内にインクが無いと判断した場合は、インクタンクの交換を促す(ステップS305)。インクタンクが交換される(ステップS306)と、再び開閉弁3の開閉動作を繰り返す。インクタンク5内にインクがあるかどうかは中空管1、2に微量な電流を流した際の抵抗値によって予め定められた微量以上にインクがあるかどうか判断する。所定の量以下の場合は、インクタンク5のEEPROM20に記載されている残量によって判断する。所定の量以下の場合の判断手法は次の通りである。
本実施形態では、開閉弁3の一回の開閉動作によりV3の容量(約0.36ml)をインクタンク5からサブタンク4へ導入することができるため、EEPROM20に記載されている量から計算して判断する。
サブタンク4がインクで満たされたかどうかは、第1の中空管8とサブタンク4に設けた中実軸10に微量な電流を流した際の抵抗値によって判別することができる。その満タン検知によりサブタンク4内がインクで満たされたことを検知した後(ステップS302)、マージンとして、開閉弁の開閉動作を3回行う(ステップS303)。一旦サブタンク内がインクで満たされた後は、開閉弁3の容積V1分のインクは、大気連通室6とサブタンク4内を出入りするだけで、インクタンクおよびサブタンク内のインク量が変化することはない。ゆえに、少ない回数でサブタンクがインクで満たされた色がある状態で、未だ満タンでない色のために開閉弁制御をしてもインクが溢れ出るなどの問題は生じない。
サブタンクへのインク充填シーケンスを一色分で説明したが、複数色を充填する時は一番回数のかかる色のサブタンクがインクで満たされるまで開閉弁制御を行う。また、マージンの3回は、一番開閉回数がかかる色に対して行う。開閉弁等の容積によって、この回数は変わってもよい。
図8は、本実施形態の攪拌動を説明するためのインク流路を示す概念図である。図8(a)は、開閉弁を閉塞状態から開放状態に変化させた状態を示す図であり、図8(b)は、開閉弁を開放状態から閉塞状態に変化させた状態を示す図である。
図9は、本実施形態の攪拌動作の流れを示すフローチャートである。
攪拌を行うとき、まずはインクタンクが装着されているかどうかを確認し(ステップS401)、装着されていない場合はインクタンクの装着を促す(ステップS402)。インクタンクが装着されたことを検知した後、サブタンク4内がインクで満たされているかどうかを確認する(ステップS403)。満タンでない場合は、サブタンク充填制御を行う(ステップS404)。サブタンクの充填制御は図6(b)を用いて説明した通りである。
サブタンク4がインクで満タンの場合は、開閉弁3の開閉制御によって攪拌動作を行う(ステップS405)。図8(a)に示すように、開閉弁3を閉塞状態から開放状態にすると、インクタンク5から開閉弁の容積変化分の容量V1のインクは、サブタンク4を経由して開閉弁3まで引き込んでくる。その際、大気連通室6から空気もしくはインクをインクタンク5内にも引き込む。その後、図8(b)に示すように開閉弁3を開放状態から閉塞状態にすると、開閉弁の容積変化分の容量V1のインクがサブタンク4を経由して、インクタンク5内に流れ込む。その際、インクタンク5から大気連通室6へインクが流れ込む。インクタンク5内にインクが流れ込むことにより、インクタンク5内にインクの流れが起きる。同時に、サブタンク4内にもインクの流れが起きる。その開閉動作を繰り返すことにより、流れを継続的に起こし、インクタンク5内およびサブタンク4内のインクを攪拌することができる。
このとき、サブタンク4へのインク充填と同じく、開閉弁3から記録ヘッド1までのインク供給流路の圧損が開閉弁3からインクタンク5までの圧損に比べてはるかに大きいため、殆ど記録ヘッド1側へはインクは流れない。その結果、開閉弁3の容積変化分がインクタンク5へ流入および流出し、殆ど損失なくインクタンク5内のインクを攪拌することができる。
本実施形態では、攪拌タイミングは放置期間に応じて3つ設けている。放置期間が10日以内であれば、約100回の開閉動作を行う。放置期間が10日以上で20日未満であれば、約200回の開閉動作を行う。放置期間が20日以上であれば約400回の開閉動作を行う。
従来の構造では、サブタンクの容積に対して空気が約10%をしめていた。一方、本実施形態の構造では、開閉弁の一回の開閉動作によるインクタンクへのインク流入量が約1.3倍になっている。その結果、従来の構造では、150ml前後のインクタンク内を攪拌することができたが、本実施形態の構造では、300ml前後のインクタンク内を攪拌することができる。
以上説明したとおり、サブタンクに大気連通路および空気室を設けないことによって、効率良く攪拌効果を発揮することもでき、インクタンクの大型化にも対応することができる。
なお、本実施形態では、インクタンク5内のインクがほとんどなくなった状態の検知は、電極により検知して、記録ヘッドによる吐出数をカウントするいわゆるドットカウント方式によって行った。しかしながら、インクタンク5内のインクがほとんどなくなった状態の検知は、フロート式や光学式等の他の方式で行ってもよい。サブタンク4の満タン検知およびエンド検知においても同じく、本実施形態では、電極検知とドットカウント方式を用いたが、他の方式により検知してもよい。
また、本実施形態では、インク溜まり部を開閉弁としたが、インク溜まり部と開閉弁を分けてもよい。その場合は、インク溜まり部をサブタンクと開閉弁の間に設けた方が望ましい。インク溜まり部は蛇腹形態でもダイアフラム形態でもよく、容積変化が可能な可撓性部材で形成されたものであってもよい。
本実施形態の構造により、サブタンク内をインクで満たすことができるため、スペース効率がよくなり、必要最小限なサブタンクサイズを装着することもできる。
1 記録ヘッド
3 開閉弁
4 サブタンク
5 インクタンク
6 大気連通室
8 第1の中空管
9 第2の中空管

Claims (8)

  1. インクを吐出する記録ヘッドと、該記録ヘッドに供給されるインクを収容し装置本体に着脱可能なメインタンクと、該メインタンクから前記記録ヘッドへ供給されるインクを一時的に収容し、傾斜面を含む上面部を有するサブタンクと、該サブタンクと前記記録ヘッドの間に配されるインク溜まり部と、を備えるインクジェット記録装置において、
    前記メインタンクと前記サブタンクを連通し、前記サブタンクの前記上面部における最も高い位置に接続される連通路と、
    前記インク溜まり部の容量を増やすことにより前記連通路を通じて前記メインタンクから前記サブタンクへインクを供給し、前記インク溜まり部の容量を減らすことにより当該連通路を通じて前記サブタンク内の空気を前記メインタンクへ送ることによって前記サブタンクを充填するサブタンク充填動作を実行する制御手段と、
    を備えることを特徴とするインクジェット記録装置。
  2. 前記連通路の容積は、前記インク溜まり部の容積よりも小さい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. 前記インク溜まり部は、インク流路を開放および閉塞する開閉弁を備えることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のインクジェット記録装置。
  4. 前記サブタンク内に配置され、前記サブタンク内のインク量を検知する検知手段を備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のインクジェット記録装置。
  5. 前記検知手段によって前記サブタンク内がインクによって満たされた状態でないことが検知されたとき、前記制御手段は、前記サブタンク充填動作を実行することを特徴とする請求項4に記載のインクジェット記録装置。
  6. 前記制御手段は、前記サブタンク内がインクによって満たされた状態になるまで、前記サブタンク充填動作を繰り返して実行することを特徴とする請求項5に記載のインクジェット記録装置。
  7. 前記検知手段によって前記サブタンク内がインクによって満たされた状態であることが検知されたとき、前記制御手段は、前記インク溜まり部の容量を変化させることにより、前記連通路を通じて前記メインタンクと前記サブタンクの間でインクを往復移動させて前記メインタンクおよび前記サブタンク内のインクを撹拌するインク撹拌動作を実行することを特徴とする請求項4に記載のインクジェット記録装置。
  8. 前記メインタンクが装置本体に装着されたことを検知する第2の検知手段を備え、
    前記第2の検知手段によって前記メインタンクが装置本体に装着されたことが検知されたとき、前記制御手段は前記サブタンク充填動作を実行することを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載のインクジェット記録装置。
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