JP2002178537A - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 記録装置の取り分け初期インク充填におい
て、従来の記録ヘッドに圧接したキャップ部材でのイン
ク吸引では、記録ヘッドの形状／ノズル吐出数的にも大
きくなるなか、記録ヘッドとキャップ部材との密着安定
性が劣化する傾向にあり、微小なリーク等での吸引効率
が下がることにより流路内の空気等を排除した初期吸引
ができず、無用にインクを消費してしまう。 【解決手段】 記録ヘッド1と、前記記録ヘッドのノズ
ル開口部1aに接離可能に圧接するキャップ部材5と、前
記キャップ部材5に接続する吸引ポンプ7と、該吸引ポン
プ7によってキャップ部材5を介してインクを吸引する手
段と、前記記録ヘッド1に流路を介してインクを供給す
る着脱可能なインク容器2と、該インク容器内のインク
リザーバ4のインクを所定量流出させる加圧する手段と
を備えるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ノズル吐出口より
インク滴を吐出してイメージを記録するインクジェット
記録装置に関し、特に大型の記録ヘッドでインク容器が
交換可能であるインクジェット記録装置において、取り
分けインクの初期充填時、インク容器交換時の吐出不良
の防止および改善を容易に行い得るインクジェット記録
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット記録装置は、記録ヘッド
吐出口近傍のインク流路に圧力発生室を形成し、この圧
力発生室に圧電素子や発熱素子により圧力を発生させ
て、ノズル吐出口より微細なインク滴を吐出させるよう
に構成されている。このような構成で画像形成を行うた
め、インク（液体）に作用する圧力変動への配慮が重要
となる。記録ヘッドとインク容器間の流路内、記録ヘッ
ド内に空気／気泡が残留すると、圧力損失が生じ、イン
ク滴の飛翔が不安定となり画像品質が著しく低下する。

【０００３】新たに購入してインクジェット記録装置を
使用する際には、インク容器のインクを記録ヘッドを介
して吸引し、インク流路内の空気／気泡、記録ヘッド内
の空気／気泡等を排除しながら記録ヘッドにインクを充
填させる初期インク充填作業が行われる。

【０００４】取り分けこの初期インク充填作業に空気／
気泡等の残留が発生しやすく、また、一旦発生した空気
／気泡の除去が、非常に困難であると言う不都合があ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来のインクジェット
記録装置の初期インク充填においては、下記の問題点が
ある。

【０００６】（１）記録ヘッドの形状／ノズル吐出数的
にも大きくなるなか、記録ヘッドとキャップ部材との密
着安定性が劣化する傾向にあり、微小なリーク等での吸
引効率が下がることにより流路内の空気等を排除した初
期吸引ができない。

【０００７】（２）初期インク充填時、一旦、流路内に
空気／気泡が残留してしまうと、大量のインクを吸引し
ても排除が改善されることなく、無用にインクを消費す
ると言う問題がある。

【０００８】本発明の目的は、特に初期インク充填時に
大量のインクを消費することなく、効率的に空気／気泡
の除去を行うことができるインクジェット記録装置を提
供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記主たる目的を達成す
るため、本発明のインクジェット記録装置は、記録ヘッ
ドと、前記記録ヘッドのノズル開口部（吐出口）に接離
可能に圧接するキャップ部材と、前記キャップ部材に接
続する吸引ポンプと、該吸引ポンプによってキャップ部
材を介してインクを吸引する手段と、前記記録ヘッドに
流路を介してインクを供給する着脱可能なインク容器
と、該インク容器内のインクリザーバのインクを所定量
流出させる加圧する手段とを備えるようにした。

【００１０】上記構成において、初期インク充填時にノ
ズル開口部からの効率の悪いインク吸引動作だけでな
く、インクリザーバのインクを加圧し、前記インク容器
から前記記録ヘッドのノズル開口部までの流路内にイン
クを導入することを併用することでより効果的に空気／
気泡の除去が可能になるものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。

【００１２】図１は、本発明のインクジェット記録装置
の概要を示す説明図を示す。図１において、記録ヘッド
部１は、所定位置に配置されたインク容器２とチューブ
３で接続されていて、チューブとインク容器の接続は、
インク容器２内のインクリザーバ４に設けられた供給口
４aにチューブ３端部に設定された中空針３aで結合され
ている。画像形成で消費した分のインクはインクリザー
バ４から供給を受けるかたちとなる。１３は、インクリ
ザーバ４の加圧機構の制御を行う制御装置である。５
は、記録ヘッド１の対面に設けられたキャップ部材で記
録ヘッド１のノズル開口部１aを覆う形状を有し、図示
しない昇降動作によって気密性を保つかたちで圧接し、
非画像形成時においてノズル開口部１aの乾燥を防止す
る。また、キャップ部材５は、チューブ６aとチューブ
１０が接続され、チューブ６aを介して吸引ポンプ７に
接続され、吸引ポンプ７の排出口は、チューブ６bを介
して廃液タンク８に接続され、記録ヘッド１から吸い出
したインクを廃液タンク８に排出できるようになってい
る。

【００１３】吸引ポンプ７は、制御装置９により吸引動
作が管理されるように構成される。本例では、支持体に
間隔を設けて同一円周上となるように配置した複数のロ
ーラを、円形に配置された弾性チューブに弾接させ、支
持体を直流モータで一方向に回転させるチューブポンプ
を用いた。 一方、チューブ１０は、大気開放弁１１に
接続され、制御装置１２により、キャップ部材５の気密
性の開放動作を補助するかたちでの弁の開閉動作が管理
されるように構成される。本例では、チューブ１０の端
部を弾性ゴム材に当接することで弁動作を構成し、弾性
ゴム材との離接動作を直流ソレノイドで行うようにし
た。

【００１４】図２は、本発明が使用される大型フォーマ
ットプリンタ／プロッタの代表的な形の斜視図である。
図３は、本発明インク容器のインク加圧機構の概要を示
す斜視図である。図２でインク容器２は、装置のインク
装着部３１の所定位置（各色ごとのスロット）に設定さ
れ、その際、インク容器２の背面に設置されるインク容
器メモリ（図示せず）と本体側の検知回路とが接触結合
してインク容器２の状態を検知するようになっている。
図３において、インク容器２内には可潰性を有するイン
クリザーバ４にインクが充填された状態で所定位置に固
定され、インクリザーバ４を加圧部材２２を介して加圧
し、加圧したインクを記録ヘッド１まで供給するように
なっている。

【００１５】本例のインク容器２は、カバー２０、２１
のABS製（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹
脂）の硬い樹脂で形成され、ネジ等で一体固定されてお
り、容器のハンドリング性と内装される可潰性のインク
リザーバ４を保護するかたちになっている。可潰性のイ
ンクリザーバ４は、基材をPE（ポリエチレン）とした積
層フィルムの細長いシートで２枚のシートに供給口を含
めて三辺を熱融着したのち、所定量のインクを所定手順
に従って充填した後、一辺を熱融着することにより形成
される。該インクリザーバ４は、インクを充填した状態
で所定の局部的な圧力以下の使用においては問題のない
強度を有し、本例での加圧では、全く問題のない使用状
況にある。

【００１６】インクリザーバ４のカバー２１との所定位
置の固定は、カバー２１内に形成されたリブ形状との接
触で所定位置に位置出しされ、本例ではインクリザーバ
４の片側シート面に両面テープで貼付固定した。 加圧
部材２２は、L字状の形状で、端部がインクリザーバ４
のシート面に面接触するようになっており、他端部は勘
合回転動作が可能なように円筒形状が形成され、カバー
２１には前記円筒形状が圧入設置可能な穴開口部２１a
が設けられ、圧入設置することで部材保持され、穴開口
部２１aを回転中心とした回転動作が可能となる。加圧
部材２２には、回転動作を抑止するスライド面２２aが
回転方向と対向する方向に形成されている。加圧部材２
２を介しての加圧力の発生は、インクリザーバ４を収縮
させる方向に加圧部材２２が回転するように、加圧部材
２２の上面にバネ受け面２２bが形成されており、ケー
ス２０との所定位置の隙間にバネ部材２３が設定され、
バネ部材２３の復元力で行われる。本例では、バネ部材
２３を圧縮コイルバネで構成したが、加圧部材２２の回
転中心に回転バネを構成しても同様の加圧力の発生がで
きる。

【００１７】カバー２１には、加圧部材２２の回転位置
を抑止する可動部材２４及び可動部材２４の可動域を抑
止する可動部材２５が設けられている。図４及び図７
は、可動部材２４及び２５の動作を示すものである。可
動部材２４は、部材中央に形成された小判形状の開口部
に、ケース２１側に形成されたバネ性を持ちカエリ形状
を有する突起に圧入、保持され、矢印C方向の案内を兼
ねた状態でケース２１内壁面からの外れが抑止される。
また、可動部材２４の端面にはバネ性を有したフック状
の形状２４bが形成されており、ケース２１中央に形成
されたトンネル形状の部分に圧入され、フック形状の端
部とトンネル形状の端面によって矢印C方向のストッパ
的な機能を有し、且つ、ケース２１内壁面に保持され
る。可動部材２４は、矢印C方向にのみ所定範囲で可動
可能となる。該可動部材２４の両端部には、加圧部材２
２のスライド面２２aと圧接／摺動する摺動面２４aが形
成されている。

【００１８】摺動面２４aは、矢印C方向の動作でスライ
ド面２２aとのカジリを回避して摺動性を良くするため
に一部がコブの様に盛り上がった傾斜形状を構成してい
る。バネ部材２６は、バネ端面をカバー２１の内壁面両
端部より突起したリブ面を固定側として圧接保持され、
片端面が可動部材２４の摺動面下部に形成された穴部に
収納され、カバー２１のリブ面と可動部材２４との隙間
に圧縮状態で保持される。バネ部材２６は、カバー２１
を固定として可動部材２４を可動部材２５の方向に押圧
する構成となる。弾性樹脂材料で形成された可動部材２
５は、端部近傍に穴部を形成し、ケース２１側に形成さ
れたバネ性を持ちカエリ形状を有した突起部に圧入／保
持され、穴部を回転中心とした回転動作が可能な状態で
ケース２１内壁面からの外れが抑止される。可動部材２
５の他端部には、可動部材２４中央の円弧形状端面と線
接触する円弧形状端面が、可動部材２５の他端部には、
円弧端面と対向する位置に板バネ形状が形成されてい
る。該板バネ形状は、カバー２１内壁面に形成された突
起部（円柱）に当接し、板バネ形状の変形の弾性力で可
動部材２４のフック形状のストッパ機能で停止した状態
の円弧接触面に予圧する状態となり、可動部材２４と２
５の変位伝達のガタ取りを行っている。したがって、可
動部材２５の角度変位が、連動して可動部材２４の水平
方向変位に変換伝達されることになる。また、可動部材
２５の回転中心と反対端面（本例では、インク容器２が
装置設置状態で下となる側）には、L型の形状が形成さ
れ、L型形状の端面がカバー２１に設けられた開口部を
介して強制変位させることで回転可動な構成となってい
る。図４で３０は、本体側の要部概略構成で、インク容
器２の装置収納時の底部案内板３０cと半月形状をした
稼動カム３０aと稼動カム３０aに連結されるシャフト３
０bで構成される。本図では、インク容器１台に対して
構成しているが、底部案内版３cは装置に収納されるイ
ンク容器２の下部に一様に構成され、可動カム３０a
は、個々のインク容器２に個別設定され、一本のシャフ
ト３０bで連結連動されている。シャフト３０bは、制御
装置１３の制御のもと図示しないDCモータの回転伝達が
なされる構成となっており、位置検出センサでの所定回
転角管理のもと双方向に動作が行われる。

【００１９】上記の構成のもと、インクリザーバ４の加
圧動作を説明する。図５は、インクリザーバ４の加圧前
の主要部材状態を示し。図６は、図５のA-A断面を示
し。図８は、インクリザーバ４の加圧時の主要部材状態
を示し。図９は、図８のB-B断面を示す。図４及び図６
で、新規のインク容器２が装置に装填され、本体の可動
カム３０aが動作する前の状態を示し、可動部材２４と
可動部材２５の円弧断面が当接し、可動部材２４のスト
ッパ機能で所定位置に停止している状態にある。可動部
材２４の停止状態において、可動部材２４の摺動面２４
aのコブ形状頂点に加圧部材２２のスライド面２２aが圧
接している状態で、加圧部材２２の回転動作が抑止され
ている。この状態においては、加圧部材２２とインクリ
ザーバ４は接触しておらず、インクへの加圧は生じてい
ない。図７及び図９で、加圧動作制御手段１３の制御の
もと加圧動作が開始されると装置側のシャフト３０bが
回転し、可動カム３０aが所定角度回転する。装置の底
部案内板３０cの開口部、インク容器２のカバー２１の
開口部を介して可動カム３０aの端面が可動部材２５のL
型形状端面に接触、可動部材２５が回転動作し矢印D方
向に所定角度変位する。可動部材２５の回転変位は、可
動部材２５の円弧断面〜可動部材２４の円弧断面と伝達
され、可動部材２４が矢印C’方向に所定変位する。可
動部材２４が、矢印C’方向に移動することで、摺動面
２４aも移動し、加圧部材２２のスライド面２２aとの接
圧位置が摺動面２４aのコブ形状の頂点から連続した斜
面に沿うかたちで下方に移動し、加圧部材２２がインク
リザーバ４側に回転することで加圧部材２２とインクリ
ザーバ４が接触し、シートを介して充填インクに加圧さ
れる。一連の動作でインクに加圧することが可能とな
り、本動作でインクリザーバ４から供給インクを記録ヘ
ッド１のノズル開口部１aまで供給することができる。

【００２０】良好な画質を形成するためにノズル開口部
１aにおいて、所定背圧（水頭値）を維持する必要があ
る。前記の加圧されたインクの背圧では、インク滴の吐
出不良となってしまう。図１０は、本例のインク容器２
にインクリザーバ４が収納された製品状態でのインク流
出量と水頭圧の平均特性を示したものである。図中のイ
ンクリザーバに加圧なしの状態は、インクリザーバ４に
加圧部材２２が接触していない状態（可動カム３０a動
作前）の特性で、主にインクリザーバ４の仕様で決めら
れてしまう特性曲線である。したがって、背圧を所定範
囲に維持すると言うことは、この特性曲線が所定背圧範
囲にあり、平均背圧のポイントをずらすことであり、具
体的にはインク容器２を装置に設置されるノズル開口部
１aに対しどこに配置（鉛直方向）するかで決定され
る。

【００２１】本例のインクリザーバに加圧なしの状態の
特性曲線は、記録ヘッド１の吐出可能な背圧特性から見
て全く問題のない状態にある。図中のインクリザーバに
加圧P=２．９４N（３００ｇｆ）及びP=４．９N（５００
ｇｆ）の特性曲線は、本例インク容器２内のバネ部材２
３の狙い荷重値２．９４Nと４．９Nを設置し、インクリ
ザーバに加圧（可動カム３０a動作後）した時の特性曲
線である。両特性曲線とも所定インク流量を境に水頭圧
がインクリザーバ４に加圧なしの曲線から大きく加圧さ
れ、バネ部材２３の荷重値で比例的に上昇している。こ
の水頭圧の上昇領域を流路へのインク充填に用いるもの
である。所定インク流量を流出した後または、加圧動作
を解除した時は、問題なくインク吐出ができることを意
味し、所定インク流量を流出した後は、加圧機構が加圧
状態にあってもインク加圧されないことになる。本例で
は、装置装填される新規インク容器２を検出した時は、
全て一連の初期充填動作を行う設計意図から、動作カム
３０aの動作を同一シャフト３０bで連動させても新規に
交換となったインク容器２のみにインク加圧が行われる
こととなる。また、動作カム３０aを装填インク容器２
ごとに個別に設定／制御することができれば、より複雑
にインク加圧を利用することが可能であることは明白で
ある。前記所定インク流量の境は、加圧部材２２の加圧
変位量と連動する本体側の可動カム３０aの角度変位を
変えることで変化し、水頭圧の加圧特性もこれに追従す
る。変位角度を制御することで任意のインク流量の境を
選定することが可能である。したがって、初期インクの
充填を考えた場合、インク容器２からノズル開口部１a
までの流路容積を踏まえた上でインク流量の境を決定
し、本体に配管される流路の配管状態（管径／配管の高
低差／インク表面張力等）とインク流速を考慮しバネ部
材２３の荷重値を決定することになる。本例では、イン
ク流量の境を１８０mlとしてバネ部材２３の荷重値を
４．９Nの設定で構成した。

【００２２】本例の実機評価において、インクリザーバ
４と記録ヘッド１間の距離がある構成で、インク初期充
填の方法別のインクリザーバ４から記録ヘッド１までの
流路内における空気／気泡の残留量測定を実施してみる
と、 （１）インクリザーバの加圧＋キャップ部材での吸引 （２）インクリザーバの加圧 （３）キャップ部材での吸引 （１）≧（２）＞（３）の順で、（１）が最も良く、
（２）が、（１）より若干悪く、（３）が使用上問題発
生するレベルとなった。この傾向は、記録ヘッド１の形
状が大きくなるとより顕著であった。また、記録ヘッド
１内のノズル開口部１aまでの流路内における空気／気
泡の残留量測定では、 （１）インクリザーバの加圧＋キャップ部材での吸引
（従来の２０％） （２）キャップ部材での吸引 （３）インクリザーバの加圧 （１）=（２）＞（３）の順で、（１）と（２）が同レ
ベルで良く、（３）が若干悪いレベルとなった。前記の
結果を受け、本発明の初期インク充填時のインク吸引動
作は、インクリザーバ４の加圧動作とキャップ部材５で
の吸引動作を併用する構成とし、但し、キャップ部材５
での吸引動作は、補助的な動作でも空気／気泡の残留効
果があることから、従来の吸引ポンプによる吸引量を大
幅に削減し、吸引量も制御するかたちとした。本例で
は、併用動作としたが、初期インク充填はインクリザー
バ４の加圧動作だけでも装置として問題ないレベルであ
ることは明らかである。

【００２３】

【発明の効果】前記本発明のインクジェット記録装置に
よると、次のような効果を奏する。 （１）請求項１のインクジェット記録装置によると、簡
単な構成であるインク加圧機構と記録ヘッドに圧接する
キャップ部材での吸引動作を併用することにより、取り
分け初期インク充填時の空気／気泡の残留を大幅に軽減
することができるため、装置としての画質品質の向上が
図れる。 （２）請求項４のインクジェット記録装置によると、主
にインク加圧機構での初期インク充填を行うことによ
り、初期インクの流出量が管理できるため初期インク充
填時にインクを無駄に消費することなく、画像形成以外
でのインク消費を大幅に軽減することができ、画質形成
効率の向上が図れる。

【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概要を示す
説明図である。

【図２】本発明が使用される大型プリンタ／プロッタの
代表的な形の斜視図である。

【図３】本発明のインク容器のインク加圧機構概要を示
す斜視図である。

【図４】本発明のインク加圧機構動作前の可動部材動作
を示す要部構成図である。

【図５】本発明のインク機構動作前のインク容器要部を
示す構成図である。

【図６】本発明の図５の矢印A-Aに沿ったインク容器要
部の断面図である。

【図７】本発明のインク加圧機構動作後の可動部材動作
を示す要部構成図である。

【図８】本発明のインク機構動作後のインク容器要部を
示す構成図である。

【図９】本発明の図８の矢印B-Bに沿ったインク容器要
部の断面図である。

【図１０】本発明の製品状態でのインク容器内インクリ
ザーバからのインク流出量と水頭圧の平均特性のグラフ
を示す。

【符号の説明】

１ 記録ヘッド部 ２ インク容器 ４ インクリザーバ ５ キャップ部材 ７ 吸引ポンプ ２２ 加圧部材 ２３ バネ部材 ２４ 動部材 ２５ 可動部材 ３０ａ 可動カム ３０ｂ シャフト

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インクを吐出飛翔させ、ドットを形成す
   るインクジェット記録ヘッドと、該記録ヘッドのノズル
   開口部に接離可能に圧接するキャップ部材と、前記キャ
   ップ部材に接続する吸引ポンプと、前記記録ヘッドに流
   路を介してインクを供給する着脱可能なインク容器と、
   前記インク容器内にインクを収納するインクリザーバ
   と、該インクリザーバ内のインクに圧力を加えるための
   加圧手段とを備えてなるインクジェット記録装置。
2. 【請求項２】 前記インクリザーバ内のインクに圧力を
   加える前記加圧手段と、前記記録ヘッドに圧接した状態
   でキャップ部材に接続された前記吸引ポンプとを同時に
   作動させて、インクの吸引を行う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】 前記インク容器が新規のインク容器であ
   ることを検知するインク容器交換検知手段を備え、前記
   インク容器交換検知手段からの信号により前記インクリ
   ザーバ内のインクに圧力を加える前記加圧手段を実行さ
   せ、初期インクの前記流路への充填を行うことを特徴と
   する請求項１に記載のインクジェット記録装置
4. 【請求項４】 前記インクリザーバ内のインクに圧力を
   加える前記加圧手段での初期インクの充填が、前記イン
   ク容器から前記記録ヘッドの吐出口までの流路の容積以
   上の能力をもち、インク所定量の流出を管理する手段を
   備えることを特徴とする請求項３に記載のインクジェッ
   ト記録装置。