JP2002248792A - インクジェット記録装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 記録ヘッド内のインク量を一定に保ち、無駄
なインク排出量を低減する。 【解決手段】 メインタンク204と記録ヘッド201が、イ
ンク供給チューブ206と遮断弁210を介して連結され、吸
引ポンプ207cが、記録ヘッド201を密閉する吸引キャッ
プ207aに連結されている。記録ヘッド201は、フィルタ2
01cで分離されたサブタンク部201bと液室201fとを有
し、これらをそれぞれ所望の圧力に減圧させると、遮断
弁210が開きインク209が充填される。サブタンク部201b
の容積V1は、吸引時のサブタンク部201bの減圧値をp1[a
tm]、サブタンク部201bに存在すべきインク量をS1とし
て、V1=S1/｜p1｜であり、液室201fの容積V2は、吸引時
の液室201fの減圧値をp2[atm]、液室201fに存在すべき
インク量をS2として、V2=S2/｜p2｜である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はインクジェット記録
装置およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、記録媒体に記録を行う記録装置
は、種々の記録方式、例えば、ワイヤードット方式、感
熱方式、熱転写方式、インクジェット方式等の記録方式
のものがある。このうち、微小なノズルから微小なイン
ク滴を吐出させて記録媒体に記録を行うインクジェット
記録装置は、いわゆるノンインパクト記録方式の記録装
置であり、高密度かつ高速の記録やさまざまな記録媒体
への記録が可能であって、記録時の騒音が殆ど生じない
といった利点を有し、広く普及している。

【０００３】一般的なインクジェット記録装置は、記録
ヘッドと、記録紙を搬送する搬送手段と、これらを制御
するための制御手段などを備えている。そして、インク
ジェット記録ヘッドのノズルからインクを吐出するため
のエネルギーを発生するために、ピエゾ素子などの電気
機械変換体を用いてインクに加圧するもの、レーザなど
の電磁波を照射して発熱させ発熱により発泡させるも
の、あるいは発熱抵抗体を有する電気熱変換素子によっ
て液体を加熱させ発泡させるものなどがある。その中で
も、熱エネルギーを利用してインク滴を吐出させる方式
（バブルジェット（登録商標）方式）のインクジェット
記録装置は、ノズルを高密度に配列させることができる
ため高解像度を記録することが可能である。特に電気熱
変換体素子をエネルギー発生素子として用いたインクジ
ェット記録ヘッドは、小型化が容易であり、最近の半導
体製造分野において技術の進歩と信頼性の向上が著しい
ＩＣ技術やマイクロ加工技術を応用して、その長所を十
分に活用することにより高密度実装化が容易でかつ製造
コストを低くできる。

【０００４】図６に示されている従来のインクジェット
記録装置は、記録ヘッドをキャリッジ（図示せず）に搭
載し、このキャリッジを移動させながら記録動作を行う
シリアル型であり、記録ヘッドとメインタンクとをチュ
ーブで接続したいわゆるチューブ供給方式のものであ
る。そしてこのインクジェット記録装置は、インクを貯
蔵するメインタンク（インクタンク）１０４と、熱エネ
ルギーを利用してインク滴を吐出させる記録ヘッド１０
１と、メインタンク１０４から記録ヘッド１０１にイン
クを供給するためのインク供給ユニット１０５およびイ
ンク供給チューブ１０６と、記録ヘッド１０１を大気に
開放させるための排気チューブ１１０ａおよび遮断弁１
１０ｂおよび排気ポンプ１１０ｃと、記録ヘッド１０１
の回復処理を行う回復ユニット１０７とを有している。

【０００５】まず、記録ヘッド１０１の概略構成につい
て説明する。記録ヘッド１０１の吐出用ノズル１０１ｇ
は微細な穴である。ノズル１０１ｇ内に弁機構はなく、
ノズル内部を負圧に保ち先端部にインクのメニスカスを
形成することにより、ノズル１０１ｇからのインクの漏
れや大気の進入を防いでいる。この点について詳述する
と、ノズル１０１ｇは大気に対して開放されており、し
かもノズル１０１ｇの開口面は下方を向いて配置されて
いるので、ノズル１０１ｇからのインクの漏れを防止す
るために、記録ヘッド１０１の内部は負圧に保たれてい
る必要がある。一方、負圧が大きすぎるとノズル１０１
ｇ内に空気が侵入し、ノズル１０１ｇからインクを吐出
することができなくなってしまう。そこで、記録ヘッド
１０１内を適度の負圧状態とするために、ノズル１０１
ｇの開口面の位置が、後述するインク室１０５ｆ内のイ
ンクの液面に対して高さＨだけ高い位置になるように、
記録ヘッド１０１を配置し、記録ヘッド１０１内が高さ
Ｈの水頭差分の負圧に保たれた状態とする。これにより
ノズル１０１ｇは、開口面にメニスカスを形成した状態
でインクを満たした状態に保たれる。

【０００６】インクの吐出は、ノズル１０１ｇの近傍に
配置された図示しないヒータ（発熱抵抗体）の膜沸騰エ
ネルギーにより、ノズル１０１ｇ内のインクを押し出す
ことによって行われる。吐出後には、ノズル１０１ｇの
毛細管力により再びノズル内にインクが満たされ、イン
クはインク供給チューブ１０６を介して随時メインタン
ク１０４から吸い上げられる。このような吐出とインク
供給（再充填）とが繰り返される。

【０００７】記録ヘッド１０１の内部には、ノズル１０
１ｇの微細な穴にゴミが詰まることを防止する微細なメ
ッシュ構造のフィルタ１０１ｃと、フィルタ１０１ｃと
ノズル１０１ｇとを結ぶ細く分岐した流路１０１ｆと、
フィルタ１０１ｃの上流でインクを一定量蓄えるサブタ
ンク部１０１ｂとが配置されており、インク供給チュー
ブ１０６より流入したインクはノズル１０１ｇへと供給
される。

【０００８】次に、メインタンク１０４およびインク供
給ユニット１０５の概略構成について説明する。これら
は、例えば特許登録第２９２９８０４号に開示されてい
るのと実質的に同様な構成であり、インク供給ユニット
１０５に固定された中空のインク供給針１０５ａと中空
の大気導入針１０５ｂが、メインタンク１０４の底面の
コネクタ１０４ｂを貫通してメインタンク１０４内部に
入り込む。インク供給ユニット１０５の内部には、大気
連通口１０５ｇにより大気に開放されているインク室１
０５ｆがあり、そのインク室１０５ｆ中に、両針１０５
ａ、１０５ｂが下端の高さを変えた状態でインクに浸る
ように配置される。インク室１０５ｆの底部はインク供
給チューブ１０６に連通しており、インクを消費してい
くと、インク室１０５ｆ内のインクが減り、大気導入針
１０５ｂの下端がインクから離れて空気中に露出する。
そのため、大気導入針１０５ｂの下端からメインタンク
１０４内に空気が入り、それに伴ってメインタンク１０
４内のインクがインク室１０５ｆへ流れ出す。インクが
流れ込んでインク室１０５ｆ内の液面が上がると、大気
導入針１０５ｂの下端が再びインク内に浸かり、メイン
タンク１０４内への大気の導入およびインク室１０５ｆ
へのインクの流入が終了する。このような方法で、メイ
ンタンク１０４内のインクが徐々に取り出される構成と
なっている。

【０００９】メインタンク１０４下部には、電極１０４
ｅがインクに接するよう設置されており、インク供給ユ
ニット１０５に設置された接点１０５ｊに導通する。接
点１０５ｊと大気導入針１０５ｂとの間に、インクの電
気抵抗を測定する検出器１０５ｈを含む検出回路が接続
されている。この検出回路によりインクの電気抵抗を測
定することにより、インクの有無を検出可能である。

【００１０】次に、排気チューブ１１０ａ、遮断弁１１
０ｂ、および排気ポンプ１１０ｃについて説明する。記
録ヘッド１０１のサブタンク部１０１ｂにおいては、イ
ンク供給チューブ１０６などの樹脂材料を透過して侵入
する空気や、インク内に溶存していた空気が蓄積してし
まうおそれがある。そこで、蓄積した余分な空気を、排
気チューブ１１０ａおよび排気ポンプ１１０ｃにより、
サブタンク部１０１ｂの側部から定期的にインクととも
に吸引排出する。排出が終了すると、遮断弁１１０ｂに
よりこの経路を密閉する。

【００１１】次に、回復ユニット１０７について説明す
る。この回復ユニット１０７は、吐出ノズル１０１ｇに
インクの増粘物が詰まった場合や、インク吐出時に発生
する余分な泡が詰まった場合に、この増粘物や泡を除去
するために、吸引キャップ１０７ａを記録ヘッド１０１
に密着させ、吸引ポンプにてノズル１０１ｇからインク
を勢いよく吸引し、同時に増粘物や泡を吸引することに
より記録ヘッド１０１を回復する機構となっている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】前記した従来のインク
ジェット記録装置においては、記録のためにノズル１０
１ｇに対応するヒータを加熱しインク内の溶存空気を発
泡させインクを吐出させる際に、発泡した泡が分裂しフ
ィルタ１０１ｃの下方の流路１０１ｆに溜まったり、ヒ
ータ周辺の温度上昇によりインク内に溶存する微細な泡
が集まったりして、徐々に流路１０１ｆ内に気泡が蓄積
してしまう現象がある。

【００１３】前記した従来の構成では、流路１０１ｆが
細く絞られた形状であるため、流路１０１ｆ内でインク
の流れが淀みやすく、気泡が移動しにくい。回復ユニッ
ト１０７により勢いよく吸引すれば、インクの流速が早
まって、流路１０１ｆ内のインクおよび気泡を排出する
ことが可能であるが、気泡が流路１０１ｆを寸断するほ
ど大きく成長すると、ノズル１０１ｇへのインクの供給
を妨げてしまうので、回復ユニット１０７により頻繁に
吸引を行い、気泡があまり大きく成長しないうちに排出
する必要がある。従って、吸引の際にその都度無駄に排
出してしまうインクの量が増大してしまう。

【００１４】流路１０１ｆを、気泡で寸断されないよう
に、すなわち気泡で詰まらないように太く形成すると、
気泡は流路１０１ｆの上方へと上がり、回復ユニット１
０７によりノズル１０１ｇからいくら勢いよく吸引して
も、インクを吸引するだけで、気泡を吸引排出すること
ができなくなる。一方、フィルタ１０１ｃは微細なメッ
シュ構造であるため、インクが各孔部に浸み込むと、各
孔部にメニスカスが形成され空気を通さなくなってしま
うため、気泡はサブタンク部１０１ｂに逃げることもで
きず、流路１０１ｆの上部に蓄積する。気泡が蓄積する
ことにより、流路１０１ｆ内において空気の占める体積
が増えることに伴って、インク量が減少する。流路１０
１ｆ中のインク量が減少すると、最終的にはノズル１０
１ｇの上面のインク供給口となる部分が空気に露出して
しまい、ノズル１０１ｇへのインク供給が不能になると
いう致命的問題となってしまうおそれがある。

【００１５】特に近年では、記録の高速化のために、記
録ヘッドの多ノズル化および高速駆動（高周波数吐出）
が進み、印字時の気泡の発生が多くなる傾向にある。そ
れに伴って時間当たりのインクの消費量が多くなるた
め、従来のような細い流路では圧力損失が高くなり、吐
出不良を起こしてしまう問題がある。

【００１６】そこで本発明の目的は、記録ヘッド内のイ
ンク量が大幅に減少することや、記録ヘッド内の流路が
気泡で寸断されることを防ぎ、回復処理における記録に
寄与しない無駄なインク排出量を低減するインクジェッ
ト記録装置およびその製造方法を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、ノズル
からインクを吐出して記録を行う記録ヘッドと、記録ヘ
ッド内のインクをノズルから強制排出する吸引手段と、
記録ヘッドにインクを供給するインク供給手段とを有す
るインクジェット記録装置において、記録ヘッドが、イ
ンクの流れ方向に関して上流側の第１の液室と下流側の
第２の液室とを含み、第１の液室および第２の液室の少
なくとも一方は、吸引手段の吸引力と、吸引手段による
吸引が行われた後に存在すべき所望のインク量とに基づ
いて決定された容積を有しており、インク供給手段が、
インクを収容するインクタンクと、インクタンクと記録
ヘッドとを連通させるインク供給チューブと、インク供
給チューブを開閉する遮断弁とを含み、吸引手段が、記
録ヘッドを密閉する吸引キャップと、吸引キャップを介
して吸引する吸引ポンプとを含み、吸引手段が、第１の
液室および第２の液室をそれぞれ所望の圧力にまで減圧
させた時点で、遮断弁が開き、インクタンク内のインク
がインク供給チューブを介して第１の液室および第２の
液室に充填されるように、インク供給手段と吸引手段と
が連動するところにある。

【００１８】これによると、２つに分割された液室のそ
れぞれにインクが充填されて、適量のインクが存在する
ようになる。記録ヘッド内の流路を幅広にしても、両液
室ともに、空気を抜きインクを充填することができる。
また、両液室において長期にわたりインク量が不足する
ことがなく、さほど頻繁な回復吸引は必要なく、インク
を無駄に消費する量が減る。さらに、両液室ともにイン
ク充填を必要とする場合にも、１度の充填工程で済むた
めインクを節約できる。

【００１９】本発明の他の特徴は、第１の液室の容積Ｖ
１を、吸引時の第１の液室の減圧値をｐ１［ａｔｍ］
（大気圧からの相対値）、第１の液室に存在すべきイン
ク量をＳ１として、Ｖ１＝Ｓ１／｜ｐ１｜の関係を実質
的に満たすように設定するところにある。また、本発明
のさらに他の特徴は、第２の液室の容積Ｖ２を、吸引時
の第２の液室の減圧値をｐ２［ａｔｍ］（大気圧からの
相対値）、第２の液室に存在すべきインク量をＳ２とし
て、Ｖ２＝Ｓ２／｜ｐ２｜の関係を実質的に満たすよう
に設定するところにある。これにより、ＰＶ＝一定の法
則を利用して、充填動作によって、各液室内のインクが
適量になるようにインクを充填できる。

【００２０】第１の液室と第２の液室との間に位置し両
者を分離するフィルタを有することが好ましい。このフ
ィルタが多数の孔部を有するメッシュ構造であってもよ
い。その場合、フィルタの各孔部におけるインクのメニ
スカス強度圧力をｐｍとし、吸引時の第１の液室の減圧
値をｐ１［ａｔｍ］（大気圧からの相対値）、吸引時の
第２の液室の減圧値をｐ２［ａｔｍ］（大気圧からの相
対値）とすると、ｐ１＝ｐ２−ｐｍの関係を満たし、第
１の液室の容積Ｖ１は、第１の液室に存在すべきインク
量をＳ１として、Ｖ１＝Ｓ１／｜ｐ１｜の関係を実質的
に満たすように設定し、第２の液室の容積Ｖ２を、第２
の液室に存在すべきインク量をＳ２として、Ｖ２＝Ｓ２
／｜ｐ２｜の関係を実質的に満たすように設定すること
が好ましい。

【００２１】この点について説明すると、微細なメッシ
ュ構造のフィルタにインクが浸み込むと各孔部に微細な
メニスカスが形成され、インクは透過容易であるが空気
の流通は困難になる。メッシュが細かいほどそのメニス
カス強度が増しさらに空気を通しにくくなり、空気を透
過するには圧力ｐｍが必要である。この圧力ｐｍは実験
により特定できる。回復ユニットによりノズルから吸引
した場合、第２の液室の圧力ｐ２はフィルタを通してサ
ブタンク部内の空気を透過させるために、第１の液室の
圧力ｐ１よりもメニスカス強度分の圧力ｐｍだけ低くな
る。よって、この関係を液室の容積を決定する際に使用
すると、容易に条件を決めることができる。

【００２２】第１の液室および第２の液室にそれぞれ存
在すべきインク量は、第１の液室および第２の液室にそ
れぞれ蓄積する空気量よりも多く、さらに、これらのイ
ンク量は、第１の液室および第２の液室にそれぞれ蓄積
する空気量と、第１の液室および第２の液室の安定した
性能を保証するためにそれぞれ必要な最低インク量との
和よりも多いことが好ましい。

【００２３】第１の液室に、最低限必要とされるインク
量（フィルタがインク内に確実に浸かるインク量）より
多く、所定時間（例えば１ヶ月など長期間）において第
１の液室に蓄積する空気量の和より多いインク量Ｓ１が
存在するようにインクを充填でき、同様に、第２の液室
に、最低限必要とされるインク量（ノズルがインク内に
確実に浸かるインク量）より多く、前記したのと同じ所
定期間において第２の液室に蓄積する空気量の和よりも
多いインク量Ｓ２が存在するようにインクを充填できれ
ば、その所定期間内に１回の割合で充填動作を実施すれ
ばよく、排出するインクを節約できる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００２５】図１は、本発明の一実施形態のインクジェ
ット記録装置の概略構成を示す斜視図である。本実施形
態のインクジェット記録装置は、記録ヘッド２０１の往
復移動（主走査）と、一般記録紙、特殊紙、ＯＨＰフィ
ルム等の記録用シートＳの所定ピッチごとの搬送（副走
査）とを繰り返しつつ、これらの動きと同期させながら
記録ヘッド２０１から選択的にインクを吐出させ、記録
用シートＳに付着させることで、文字や記号、画像等を
形成するシリアル型の記録装置である。

【００２６】図１において、記録ヘッド２０１は、２本
のガイドレールに摺動自在に支持され不図示のモータ等
の駆動手段によりガイドレールに沿って往復移動される
キャリッジ２０２に着脱可能に搭載されている。記録用
シートＳは、搬送ローラ２０３により、記録ヘッド２０
１のインク吐出面に対面し、かつ、インク吐出面との距
離を一定に維持するように、キャリッジ２０２の移動方
向と交差する方向（例えば、直交する方向である矢印Ａ
方向）に搬送される。

【００２７】記録ヘッド２０１は、それぞれ異なる色
（例えば黒、シアン、マゼンタ、イエローの４色）のイ
ンクを吐出する複数のノズル列を有する。このノズル列
は主走査方向と実質的に直交する。記録ヘッド２０１か
ら吐出されるインクの色に対応して、複数の独立したメ
インタンク（インクタンク）２０４が、インク供給ユニ
ット２０５に着脱可能に装着される。インク供給ユニッ
ト２０５と記録ヘッド２０１とは、それぞれインクの色
に対応した複数のインク供給チューブ２０６によって接
続され、メインタンク２０４をインク供給ユニット２０
５に装着することで、メインタンク２０４内に収納され
た各色のインクを、記録ヘッド２０１の各ノズル列に独
立して供給することが可能となる。

【００２８】記録ヘッド２０１の往復移動範囲内で、か
つ、記録用シートＳの通過範囲外の領域である非記録領
域には、回復ユニット２０７が、記録ヘッド２０１のイ
ンク吐出面と対面するように配置されている。この回復
ユニット２０７は、記録ヘッド２０１の吐出用ノズルか
ら強制的にインクや気泡等を吸い出し、ノズルのクリー
ニングなどを行う機構である。

【００２９】次に、このインクジェット記録装置におけ
るインク供給の基本原理について、図２を参照して簡単
に説明する。

【００３０】記録ヘッド２０１とメインタンク２０４と
がインク供給チューブ２０６で連結されて、インク経路
が構成されている。このインク経路がインク２０９で満
たされ、記録ヘッド２０１は、ノズル２０１ｇの位置が
メインタンク２０４の液面よりも高さＨだけ高くなるよ
うに配置され、記録ヘッド２０１内が高さＨの水頭差分
の負圧に保たれる。この負圧により、記録ヘッド２０１
のノズル２０１ｇの先端部にインクのメニスカスが形成
された状態を維持している。これにより、ノズル２０１
ｇからのインクの漏れや大気の進入を防いでいる。ノズ
ル２０１ｇからインクが吐出されると、記録ヘッド２０
１内のインク量が減り一時的に負圧が増大してメニスカ
スが後退するが、ノズル２０１ｇの毛細管力により再び
ノズル２０１ｇ内にインクが満たされ、インク２０９は
インク供給チューブ２０６を介してメインタンク２０４
から吸い上げられることにより、記録ヘッド２０１内の
圧力が元に戻り、ノズル２０１ｇの先端部にてメニスカ
スが安定する。このような吐出とインク供給（再充填）
とが繰り返される。本実施形態のインクジェット記録装
置は、この基本原理に則ったものである。

【００３１】次に、このインクジェット記録装置のイン
ク供給系の詳細な構成について図３を参照して説明す
る。図３は、図１に示すインクジェット記録装置のイン
ク供給経路を説明するための図であり、説明を簡単にす
るため、１色分の経路についてのみ示している。

【００３２】まず、記録ヘッド２０１について説明す
る。記録ヘッド２０１へは、インク供給チューブ２０６
の先端に設けられた液体コネクタが気密接続されるコネ
クタ挿入口２０１ａからインクが供給される。コネクタ
挿入口２０１ａは記録ヘッド２０１の上部に形成された
サブタンク部（第１の液室）２０１ｂと連通している。
サブタンク部２０１ｂの重力方向下側には、並列に配列
された複数のノズル２０１ｇを有するノズル部にインク
を直接供給する液室（第２の液室）２０１ｆが形成され
ている。サブタンク部２０１ｂと液室２０１ｆとはフィ
ルタ２０１ｃによって区画されているが、サブタンク部
２０１ｂと液室２０１ｆとの境界には開口部２０１ｄが
形成された仕切部２０１ｅを有し、フィルタ２０１ｃは
この仕切部２０１ｅ上に設置されている。

【００３３】上述の構成により、コネクタ挿入口２０１
ａから記録ヘッド２０１に供給されたインクは、サブタ
ンク部２０１ｂ、フィルタ２０１ｃ、液室２０１ｆを経
てノズル２０１ｇに供給される。コネクタ挿入口２０１
ａからノズル２０１ｇまでの間は大気に対して気密な状
態に保たれている。

【００３４】サブタンク部２０１ｂの上面には開口部が
形成され、この開口部はドーム状の弾性部材２０１ｈで
覆われている。この弾性部材２０１ｈで囲まれた空間が
圧力調整室２０１ｉであり、サブタンク部２０１ｂ内の
圧力に応じて容積が変化し、後述するようにサブタンク
部２０１ｂ内の圧力を調整する機能を有する。

【００３５】ノズル２０１ｇは、断面幅が２０μｍ程度
の筒状の構造を持ち、ノズル２０１ｇ内のインクに吐出
エネルギーを与えることでインクをノズル２０１ｇから
吐出させ、インクの吐出後、ノズル２０１ｇの毛管力に
よりノズル２０１ｇ内にインクが満たされる。通常は、
この吐出を２０ｋＨｚ以上のサイクルで繰り返し、微細
で高速な画像形成を行っている。ノズル２０１ｇ内のイ
ンクに吐出エネルギーを与えるために、記録ヘッド２０
１は、ノズル２０１ｇごとにエネルギー発生手段を有す
る。本実施形態では、エネルギー発生手段として、ノズ
ル２０１ｇ内のインクを加熱する発熱抵抗素子を用いて
おり、記録ヘッド２０１の駆動を制御するヘッド制御部
（不図示）からの指令により発熱抵抗素子を選択的に駆
動し、所望のノズル２０１ｇ内のインクを膜沸騰させ、
これにより生じる気泡の圧力を利用してノズル２０１ｇ
からインクを吐出させている。

【００３６】ノズル２０１ｇは、インクを吐出する先端
を下向きにして配列されているが、その先端を閉鎖する
弁機構は設けられておらず、インクはメニスカスを形成
した状態でノズル２０１ｇを満たしている。そのため、
記録ヘッド２０１の内部、特にノズル２０１ｇ内は負圧
の状態に保たれている。ただし、負圧が小さすぎると、
ノズル２０１ｇの先端に異物やインクが付着した場合、
インクのメニスカスが崩れてインクがノズル２０１ｇか
ら漏れ出てしまうことがある。また、逆に負圧が大きす
ぎると、吐出時にインクに与えられるエネルギーよりも
ノズル２０１ｇ内にインクを引き戻す力が強くなってし
まい、吐出不良となってしまう。よって、ノズル２０１
ｇ内における負圧は、大気圧よりも若干低い一定の範囲
に保たれる。この負圧の範囲は、ノズル２０１ｇの数、
断面積、発熱抵抗素子の性能等により異なるが、本発明
者らの実験結果によれば、−４０ｍｍＡｑ（約−０．０
０４０ａｔｍ＝−４．０５３ｋＰａ）〜−２００ｍｍＡ
ｑ（約−０．０２００ａｔｍ＝−２．０２６５ｋＰａ）
（ただし、インクの比重≒水の比重とする）の範囲が好
ましい。

【００３７】本実施形態では、インク供給ユニット２０
５と記録ヘッド２０１とをインク供給チューブ２０６で
接続しており、インク供給ユニット２０５に対する記録
ヘッド２０１の位置を比較的に自由に設定できるので、
記録ヘッド２０１内を負圧とするために、記録ヘッド２
０１をインク供給ユニット２０５よりも高い位置に配置
している。

【００３８】フィルタ２０１ｃは、ノズル２０１ｇを詰
まらせるような異物がサブタンク部２０１ｂから液室２
０１ｆへ流出するのを防止するものである。フィルタ２
０１ｃの面積は、インクによる圧力損失を許容値以下と
するように設定される。圧力損失は、フィルタ２０１ｃ
のメッシュが細かいほど、また、インクの流量が多いほ
ど高くなり、フィルタ２０１ｃの面積には反比例する。
近年の、高速かつ多ノズルかつ小ドットの記録装置にお
いては、圧力損失が高くなる傾向があり、サイズが１０
×２０ｍｍ程度の大きなフィルタ２０１ｃが用いられて
おり、それに伴って、フィルタ２０１ｃの上流のサブタ
ンク部２０１ｂやフィルタ２０１ｃの下流の液室２０１
ｆにも大きな空間が必要になっている。フィルタ２０１
ｃの上面にはサブタンク部２０１ｂ内のインクが接触し
ているが、このインクと接触している面積がフィルタ２
０１ｃの有効面積となる。フィルタ２０１ｃによる圧力
損失はフィルタ２０１ｃの有効面積に依存している。本
実施形態では、フィルタ２０１ｃを記録ヘッド２０１の
使用状態において水平となるように配置し、フィルタ２
０１ｃの上面全体にインクを接触させることによりフィ
ルタの有効面積を最大とし、圧力損失を低くしている。

【００３９】フィルタ２０１ｃは、インクに接すると、
毛細管力によりインクが各孔部（メッシュ）に浸み込ん
で微細なメニスカスが形成され、インクの透過は容易で
あるが、空気の流通は困難になる性質を持つ。メッシュ
が細かいほどそのメニスカス強度が増し、より空気を通
しにくくなる。

【００４０】本実施形態のフィルタ２０１ｃにおいて、
空気を透過させるのに必要な圧力は０．１ａｔｍ（１
０．１３２５ｋＰａ）程度（実験値）である。そのた
め、記録ヘッド２０１内でのインクの移動方向に関して
フィルタ２０１ｃの下流に位置する液室２０１ｆに空気
が存在すると、空気は空気自身の浮力程度ではフィルタ
２０１ｃを通過することができないので、液室２０１ｆ
内の空気は液室２０１ｆ内に留まる。本実施形態におい
てはこの現象を利用しており、液室２０１ｆをインクで
満たさず、液室２０１ｆ内のインクとフィルタ２０１ｃ
との間に空気の層が存在しこの空気層によって液室２０
１ｆ内のインクとフィルタ２０１ｃとが隔てられるよう
に、所定の量のインクを液室２０１ｆ内に蓄えている。

【００４１】また、ノズル２０１ｇ内に液室２０１ｆか
らの空気が侵入すると、インク吐出後のノズル２０１ｇ
にインクが補充されず吐出不良をおこすため、ノズル２
０１ｇ内は常にインクで満たされている必要がある。

【００４２】圧力調整室２０１ｉは、内部の負圧が高ま
るにつれてその容積が縮小する部屋であり、圧力調整室
２０１ｉが本実施形態のように弾性部材２０１ｈで構成
される場合は、弾性部材２０１ｈとしてはゴム材等が好
ましく用いられる。

【００４３】圧力調整室２０１ｉを設けない場合、サブ
タンク部２０１ｂ内の圧力は、インクがメインタンク２
０４、インク供給ユニット２０５、およびインク供給チ
ューブ２０６を通過する際の圧力損失による抵抗を直接
受ける。そのため、全てのノズル２０１ｇよりインクを
吐出するなど、高い割合でインクを吐出するいわゆる高
デューティーの場合には、吐出されるインクに対して記
録ヘッド２０１に供給されるインクが不足状態となり、
負圧が急激に上昇してしまう。ノズル２０１ｇの負圧
が、前述した限界値である−２００ｍｍＡｑ（約−２．
０２６５ｋＰａ）を越えると、吐出が不安定になり画像
形成の上で不都合な状態となる。

【００４４】本実施形態のような、シリアル型の記録装
置においては、高デューティーでの画像形成であっても
キャリッジ２０２（図１参照）の反転の際にインクの吐
出を中断する状態が存在する。圧力調整室２０１ｉは、
インクの吐出中には容積を縮小させてサブタンク部２０
１ｂ内の負圧の上昇を緩和し、反転時に復元するといっ
た、コンデンサのような役割を果たす。

【００４５】次に、インク供給ユニット２０５およびメ
インタンク２０４について説明する。

【００４６】メインタンク２０４は、インク供給ユニッ
ト２０５に対して着脱可能な構成であり、剛性を有する
タンク本体の底部に、ゴム栓２０４ｂで密封されたイン
ク供給口と、ゴム栓２０４ｃで密封された大気導入口と
を有する。メインタンク２０４は、単体では気密な容器
であり、インク２０９はメインタンク２０４内に液体の
まま収容される。

【００４７】一方、インク供給ユニット２０５は、メイ
ンタンク２０４からインク２０９を取り出すためのイン
ク供給針２０５ａと、メインタンク２０４内へ大気を導
入させるための大気導入針２０５ｂとを有する。インク
供給針２０５ａおよび大気導入針２０５ｂはともに中空
の針であり、メインタンク２０４のインク供給口および
大気導入口の位置に対応させて針先を上方に向けて配置
されており、メインタンク２０４がインク供給ユニット
２０５に装着されることで、インク供給針２０５ａおよ
び大気導入針２０５ｂがそれぞれゴム栓２０４ｂ，２０
４ｃを貫通し、メインタンク２０４の内部に侵入する構
成となっている。

【００４８】インク供給針２０５ａは、液路２０５ｃ、
遮断弁２１０、および液路２０５ｄという経路を経て、
インク供給チューブ２０６と接続される。大気導入針２
０５ｂは、液路２０５ｅ、バッファ室２０５ｆ、大気連
通口２０５ｇを経て大気と連通する。インク供給針２０
５ａおよび大気導入針２０５ｂは、本実施形態では、イ
ンクの流動抵抗を抑えるため、内径が１．６ｍｍの太い
ものを使用している。

【００４９】遮断弁２１０は、ゴム材からなるダイアフ
ラム２１０ａを有し、このダイアフラム２１０ａを変位
させることにより２つの液路２０５ｃ，２０５ｄ間の開
閉を行う。ダイアフラム２１０ａの上面には、押圧ばね
２１０ｃを内部に保持する筒状のばねホルダ２１０ｂが
取り付けられており、この押圧ばね２１０ｃによりばね
ホルダ２１０ｂを介してダイアフラム２１０ａを押し潰
すことにより、液路２０５ｃ，２０５ｄ間が遮断され
る。ばねホルダ２１０ｂは、後述する回復ユニット２０
７のリンク２０７ｅにより動作されるレバー２１０ｄが
係合するフランジを有する。レバー２１０ｄを動作させ
て、押圧ばね２１０ｃのばね力に抗してばねホルダ２１
０ｂを持ち上げることで、液路２０５ｃ，２０５ｄ間が
連通する。遮断弁２１０は、記録ヘッド２０１がインク
を吐出している状態では開かれ、待機中および休止中は
閉じられ、後述するインク充填動作時には、回復ユニッ
ト２０７とタイミングを合わせて開閉される。

【００５０】上述したインク供給ユニット２０５の構成
は、レバー２１０ｄを除き、メインタンク２０４ごと、
すなわちインクの色（本実施形態では黒、シアン、マゼ
ンタ、イエローの４色）ごとに設けられている。レバー
２１０ｄは全ての色に共通のものであり、全ての色につ
いての遮断弁２１０を同時に開閉させる。

【００５１】以上の構成により、記録ヘッド２０１内の
インクが消費されると、その負圧により、インクが随時
メインタンク２０４からインク供給ユニット２０５およ
びインク供給チューブ２０６を介して記録ヘッド２０１
へ供給される。その際、メインタンク２０４から供給さ
れたインクと同量の空気が、大気連通口２０５ｇからバ
ッファ室２０５ｆ、大気導入針２０５ｂを経て、メイン
タンク２０４内に導入される。

【００５２】バッファ室２０５ｆは、メインタンク２０
４内の空気の膨張によりメインタンク２０４から流出し
たインクを一時的に保持する目的の空間であり、大気導
入針２０５ｂの下端はバッファ室２０５ｆの底部に位置
している。インクジェット記録装置の待機中または休止
中に環境温度が上昇したり外気圧が低下する等、メイン
タンク２０４内の空気が膨張した場合は、遮断弁２１０
は閉じられているため、メインタンク２０４内のインク
２０９が大気導入針２０５ｂから液路２０５ｅを経てバ
ッファ室２０５ｆへ流出する。逆に、環境温度が低下す
る等、メインタンク２０４内の空気が収縮した場合は、
バッファ室２０５ｆ内に流出していたインクはメインタ
ンク２０４へ戻る。また、バッファ室２０５ｆにインク
が存在している状態で記録ヘッド２０１からインクを吐
出させると、まず、バッファ室２０５ｆ内のインクがメ
インタンク２０４へ戻り、バッファ室２０５ｆ内のイン
クがなくなった後、メインタンク２０４内に空気が導入
される。

【００５３】バッファ室２０５ｆの容積Ｖ_bは、製品の
使用環境を満足するように設定する。例えば、５℃（２
７８Ｋ）〜３５℃（３０８Ｋ）の温度範囲内での使用を
前提とする製品であれば、メインタンク２０４の容量を
１００ｍｌとすると、Ｖ_b＝１００×（３０８−２７
８）／３０８＝９．７ｍｌ以上として設定される。

【００５４】ここで、メインタンク２０４の基本水頭
と、メインタンク２０４内に空気が導入される際のイン
ク供給ユニット２０５の液路内での空気およびインクの
挙動について、図４を用いて説明する。

【００５５】図４（ａ）に、メインタンク２０４から記
録ヘッド２０１（図３参照）へインクを供給可能な通常
の状態を示す。この状態では、メインタンク２０４内
は、バッファ室２０５ｆを除いて気密状態であるためメ
インタンク２０４内は負圧に保たれ、インクの先端２０
９ａは、液路２０５ｅの途中に留まっている。インクの
先端２０９ａの圧力は、大気と接しているため大気圧
（＝０ｍｍＡｑ）である。インクの先端２０９ａが位置
する液路２０５ｃとインク供給チューブ２０６（図３参
照）に連通する液路２０５ｅとは同じ高さであり、両液
路２０５ｃ，２０５ｅ間はインクのみで連通されている
ので、液路２０５ｃの圧力も大気圧となる。これはイン
クの先端２０９ａと液路２０５ｃとの高さの関係で決ま
るものであり、メインタンク２０４内のインク２０９の
量には影響されない。

【００５６】メインタンク２０４内のインクが消費され
ると、図４（ｂ）に示すように、インクの先端２０９ａ
は徐々に大気導入針２０５ｂへ向かって移動し、大気導
入針２０５ｂの直下に達した時点で、図４（ｃ）に示す
ように、気泡となって大気導入針２０５ｂ内を浮上し、
メインタンク２０４内に進入する。これと入れ替えに、
メインタンク２０４内のインクが大気導入針２０５ｂ内
に浸入し、インクの先端２０９ａは図４（ａ）に示した
元の状態に戻る。

【００５７】図４（ｄ）に、バッファ室２０５ｆ内にイ
ンクが溜まった状態を示す。この場合、インクの先端２
０９ａはバッファ室２０５ｆの高さ方向中間の、液路２
０５ｃよりもｈ１（ｍｍ）だけ高い位置に位置してお
り、液路２０５ｃの圧力が−ｈ１（ｍｍＡｑ）となって
いる。

【００５８】以上より、本実施形態において、ノズル２
０１ｇ（図３参照）にかかる水頭差による圧力は、図５
に示すように流路２０５ｃからサブタンク部２０１ｂ内
のインク上面２０９ｂまでの高さをｈ２（ｍｍ）、フィ
ルタ２０１ｃからサブタンク部２０１ｂ内のインク上面
２０９ｂまでの高さをｈ３（ｍｍ）、ノズル２０１ｇの
下端から液室２０１ｆ内のインク上面２０９ｃまでの高
さをｈ４（ｍｍ）とすると、ノズル２０１ｇ下端での負
圧Ｐ_nは、通常の状態では、Ｐ_n≒−９．８×（ｈ２−ｈ
３−ｈ４）Ｐａとなり、バッファ室２０５ｆにインクが
溜まった状態では、Ｐ_n≒−９．８×（ｈ２−ｈ１−ｈ
３−ｈ４）Ｐａとなる。Ｐ_nの値は、前述した負圧の範
囲（−４．０５３ｋＰａ〜−２．０２６５ｋＰａ）の範
囲に収まるように設定される。

【００５９】再び図３を参照すると、インク供給針２０
５ａと大気連通針２０５ｂとにはインクの電気抵抗を測
定する回路２０５ｈが接続されており、メインタンク２
０４内のインクの有無を検出可能となっている。この回
路２０５ｈは、メインタンク２０４内にインクが存在し
ている状態では、メインタンク２０４内のインクを介し
て回路２０５ｈに電流が流れるため電気的クローズを検
出し、インクが存在しないまたはメインタンク２０４が
装着されていない状態では電気的オープンを検出する。
検出電流は微弱であるため、インク供給針２０５ａと大
気導入針２０５ｂとの絶縁は重要であり、本実施形態で
は、インク供給針２０５ａから記録ヘッド２０１までの
経路と、大気連通針２０５ｂから大気連通口２０５ｇま
での経路とを完全に独立させ、メインタンク２０４内の
インクのみの電気抵抗を測定可能なように配慮してい
る。

【００６０】次に、回復ユニット２０７について説明す
る。回復ユニット２０７は、ノズル２０１ｇからのイン
クや空気の吸引と、遮断弁２１０の開閉を行うものであ
り、記録ヘッド２０１のインク吐出面（ノズル２０１ｇ
が開口した面）をキャッピングする吸引キャップ２０７
ａと、遮断弁２１０のレバー２１０ｄを動作させるリン
ク２０７ｅとを有する。

【００６１】吸引キャップ２０７ａは、少なくともイン
ク吐出面と接触する部分がゴム等の弾性部材で構成さ
れ、インク吐出面を密閉する位置と記録ヘッド２０１か
ら退避した位置との間を移動可能に設けられている。吸
引キャップ２０７ａには吸引ポンプ２０７ｃが接続さ
れ、吸引ポンプ２０７ｃはポンプモータ２０７ｄに駆動
されて吸引キャップ２０７ａを介して吸引を行う。吸引
ポンプ２０７ｃは複数コロを有するチューブポンプ方式
であり、連続吸引が可能で、ポンプモータ２０７ｄの回
転量に応じて吸引量を変えることができる。本実施形態
では、０．４ａｔｍ（４０．５３ｋＰａ）まで減圧可能
な吸引ポンプ２０７ｃを用いている。

【００６２】リンク２０７ｅはカム２０７ｆによりスラ
イドし、遮断弁２１０のレバー２１０ｄを動かし遮断弁
２１０の開閉を行う。カム２０７ｂとカム２０７ｆは同
軸に配置され、カム制御モータ２０７ｇにより図中矢印
方向に回転可能である。カム２０７ｂのａ〜ｃの位置が
それぞれ吸引キャップ２０７ａと接触するタイミング
は、カム２０７ｆのａ〜ｃの位置がそれぞれリンク２０
７ｅと接触するタイミングと一致している。ａの位置で
は、カム２０７ｂは吸引キャップ２０７ａを記録ヘッド
２０１のインク吐出面から離間させ、カム２０７ｆはリ
ンク２０７ｅを押しつけてレバー２１０ｄを押し上げ、
遮断弁２１０を開かせる。ｂの位置では、カム２０７ｂ
は吸引キャップ２０７ａをインク吐出面に密着させ、カ
ム２０７ｆはリンク２０７ｅを引き戻して遮断弁を閉じ
させる。ｃの位置では、カム２０７ｂは吸引キャップ２
０７ａをインク吐出面に密着させ、カム２０７ｆはリン
ク２０７ｅを押しつけて遮断弁２１０を開かせる。

【００６３】記録動作の際は、カム２０７ｂ，２０７ｆ
をａの位置とし、ノズル２０１ｇからのインクの吐出
と、メインタンク２０４から記録ヘッド２０１へのイン
クの供給を可能にする。待機中および休止中を含む非動
作時は、カム２０７ｂ，２０７ｆをｂの位置とし、吸引
キャップ２０７ａが記録ヘッド１のノズル面を覆い、ノ
ズル２０１ｇの乾燥を防止するとともに、記録ヘッド２
０１からのインクの流出を防止する（特に装置自身の移
動時は、装置が傾けられてインクが流出する場合もあ
る）。カム２０７ｂ，２０７ｆのｃの位置は、以下に説
明する、記録ヘッド２０１へのインク充填動作時に用い
られる。

【００６４】以上、メインタンク２０４から記録ヘッド
２０１までのインク供給経路を説明したが、図３に示し
たような構成では、長期にわたって見ると、記録ヘッド
２０１内に空気が蓄積してしまう。

【００６５】サブタンク部２０１ｂにおいては、インク
供給チューブ２０６や弾性部材２０１ｈを透過して侵入
する空気や、インク内に溶存していた空気が蓄積する。
インク供給チューブ２０６や弾性部材２０１ｈを透過す
る空気については、それらを構成する材料としてガスバ
リア性の高いものを使用すればよいが、ガスバリア性の
高い材料は高価であり、大量生産される民生用の機器で
は、コスト面の都合上、高性能な材料を容易に使用する
ことはできない。本実施形態では、インク供給チューブ
２０６には低コストかつ柔軟性が高く使い易いポリエチ
レンチューブを用い、弾性部材２０１ｈにはブチルゴム
を使用している。

【００６６】一方、液室２０１ｆにおいては、ノズル２
０１ｇからインクを吐出する際にインクの膜沸騰により
生じた気泡が分裂して液室２０１ｆに戻ったり、インク
中に溶存している微細な気泡がノズル２０１ｇ内のイン
クの温度上昇により集まって大きな気泡となることによ
り、徐々に空気が蓄積する。

【００６７】本発明者らが行った実験によると、本実施
形態に示した構成においては、サブタンク部２０１ｂ内
での空気の蓄積量は１ヶ月当たり約１ｍｌ、液室２０１
ｆ内での空気の蓄積量は１ヶ月当たり約０．５ｍｌであ
った。

【００６８】サブタンク部２０１ｂ内および液室２０１
ｆ内での空気の蓄積量が多いと、サブタンク部２０１ｂ
および液室２０１ｆが各々収納しているインク量が減少
してしまう。サブタンク部２０１ｂにおいては、インク
が不足すると、フィルタ２０１ｃが空気に露出してフィ
ルタ２０１ｃの有効面積が減少し、その結果としてフィ
ルタ２０１ｃの圧力損失が上昇し、最悪の場合は液室２
０１ｆへインクが供給できなくなってしまう。一方、液
室２０１ｆにおいては、ノズル２０１ｇの上端が空気に
露出すると、ノズル２０１ｇへのインク供給が不能とな
る。このように、サブタンク部２０１ｂおよび液室２０
１ｆのいずれも、一定量以上のインクが収納されていな
いと致命的な問題が生じる。

【００６９】そこで、所定の期間ごとにサブタンク部２
０１ｂおよび液室２０１ｆの各々に適量のインクを充填
することで、ガスバリア性の高い材料を使用しなくても
インクの吐出機能を長期間にわたって安定して維持する
ことができる。例えば本実施形態の場合、１ヶ月当たり
に蓄積する空気の量に充填時のばらつきをプラスした量
を、サブタンク部２０１ｂおよび液室２０１ｆにそれぞ
れ１ヶ月ごとに充填すればよい。

【００７０】サブタンク部２０１ｂおよび液室２０１ｆ
へのインクの充填は、回復ユニット２０７による吸引動
作を利用して行う。すなわち、吸引キャップ２０７ａで
記録ヘッド２０１のインク吐出面を密閉した状態で吸引
ポンプ２０７ｃを駆動し、記録ヘッド２０１内のインク
をノズル２０１ｇから吸引することによって行う。ただ
し、単にノズル２０１ｇからインクを吸引しただけで
は、ノズル２０１ｇから吸引したインクとほぼ同量のイ
ンクがサブタンク部２０１ｂから液室２０１ｆへ流れ込
み、同様に、サブタンク部２０１ｂから流出したインク
とほぼ同量のインクがメインタンク２０４からサブタン
ク部２０１ｂへ流れ込むだけで、吸引前と状況はほとん
ど変わらず、適量のインクを充填することができない。

【００７１】したがって、本実施形態では、フィルタ２
０１ｃで仕切られたサブタンク部２０１ｂと液室２０１
ｆとに各々適量のインクを充填するために、遮断弁２１
０を利用してサブタンク部２０１ｂおよび液室２０１ｆ
を所定の圧力まで減圧し、サブタンク部２０１ｂおよび
液室２０１ｆの容積設定を行う。

【００７２】以下に、サブタンク部２０１ｂと液室２０
１ｆとへのインク充填動作、および容積設定について説
明する。

【００７３】インク充填動作は、まず、記録ヘッド２０
１が吸引キャップ２０７ａと対向する位置までキャリッ
ジ２０２（図１参照）を移動させ、回復ユニット２０７
のカム制御モータ２０７ｇを駆動してカム２０７ｂ，２
０７ｅを、それぞれｂの位置が吸引キャップ１０７ａお
よびリンク２０７ｅと接触するまで回転させる。これに
より、記録ヘッド２０１のインク吐出面が吸引キャップ
２０７ａにより密閉され、遮断弁２１０はメインタンク
２０４から記録ヘッド２０１までのインク経路を閉じた
状態となる。

【００７４】この状態でポンプモータ２０７ｄを駆動
し、吸引ポンプ２０７ｃにより吸引キャップ２０７ａか
ら吸引を行う。この吸引により、記録ヘッド２０１内に
残留しているインクおよび空気がノズル２０１ｇを通し
て吸引され、記録ヘッド２０１内が減圧される。吸引ポ
ンプ２０７ｃによる吸引量が所定の量に達した時点で、
吸引ポンプ２０７ｃを停止させ、カム制御モータ２０７
ｇを駆動してカム２０７ｂ，２０７ｆをそれぞれｃの位
置が吸引キャップ２０７ａおよびリンク２０７ｅと接触
するまで回転させる。これにより、吸引キャップ２０７
ａによるインク吐出面の密閉状態はそのままで、遮断弁
２１０が開かれる。吸引ポンプ２０７ｃによる吸引量
は、記録ヘッド２０１内が所定の圧力となる吸引量であ
り、これは計算や実験等によって求めることができる。

【００７５】記録ヘッド２０１内が減圧されると、イン
ク供給チューブ２０６を介して記録ヘッド２０１内にイ
ンクが流れ込み、サブタンク部２０１ｂおよび液室２０
１ｆの各々にインクが充填される。充填されるインクの
量は、減圧されているサブタンク部２０１ｂおよび液室
２０１ｆがほぼ大気圧に戻るのに必要な体積であり、サ
ブタンク部２０１ｂおよび液室２０１ｆの容積および圧
力により決定される。

【００７６】サブタンク部２０１ｂおよび液室２０１ｆ
へのインクの充填は、遮断弁２１０が開かれてから約１
秒程度で完了する。インクの充填が完了すると、カム制
御モータ２０７ｇを駆動してカム２０７ｂ，２０７ｆを
ｂの位置がそれぞれ吸引キャップ２０７ａおよびリンク
２０７ｅと接触する位置まで回転させる。これにより吸
引キャップ２０７ａを記録ヘッド２０１から離間させ、
再び吸引ポンプ２０７ｃを駆動して吸引キャップ２０７
ａ内に残ったインクを吸引する。またこの状態では遮断
弁２１０は開いた状態であるので、ノズル２０１ｇから
インクを吐出して記録用シートＳ（図１参照）へ文字や
画像等を形成可能な状態となる。なお、待機中および休
止中の場合は、カム制御モータ２０７ｇを再び駆動して
カム２０７ｂ，２０７ｆをそれぞれｂの位置が吸引キャ
ップ２０７ａおよびリンク２０７ｅと接触する位置まで
回転させ、記録ヘッド２０１のインク吐出面を吸引キャ
ップ２０７ａで密閉するとともに、遮断弁２１０を閉じ
る。

【００７７】サブタンク部２０１ｂおよび液室２０１ｆ
内のインクの量が長期間にわたって不足することがなけ
れば、回復ユニット２０７による吸引動作を頻繁に行う
必要もなく、インクを無駄にする機会も減る。さらに、
サブタンク部２０１ｂおよび液室２０１ｆの両方にイン
クの充填が必要な場合であっても１回の充填動作で済む
のでインクを節約することができる。

【００７８】ここで、上述した充填動作および容積設定
について説明する。

【００７９】サブタンク部２０１ｂの容積をＶ１、サブ
タンク部２０１ｂに存在すべきインクの量をＳ１、サブ
タンク部２０１ｂ内の圧力をＰ１（大気圧からの相対
値）とすると、「ＰＶ＝一定」の原理により、これらの
関係をＶ１＝Ｓ１／│Ｐ１│となるように設定すること
により、充填動作により、サブタンク部２０１ｂに適量
のインクが存在するようにインクを充填することができ
る。同様に、液室２０１ｆの容積をＶ２、液室２０１ｆ
に存在すべきインクの量をＳ１、液室２０１ｆ内の圧力
をＰ２（大気圧からの相対値）としたとき、これらの関
係をＶ２＝Ｓ２／│Ｐ２│となるように設定することに
より、充填動作により液室２０１ｆに適量のインクが存
在するようにインクを充填することができる。

【００８０】また、サブタンク部２０１ｂと液室２０１
ｆとを区画するフィルタ２０１ｃは微細なメッシュ構造
であり、前述したようにメニスカスが形成された状態で
は空気の流れが困難な性質を持っている。ここで、メニ
スカスが形成されたフィルタ２０１ｃに対して空気を透
過させるのに必要な圧力をＰｍとする。回復ユニット２
０７によりノズル２０１ｇから吸引した場合、液室２０
１ｆ内の圧力Ｐ２は、フィルタ２０１ｃを通してサブタ
ンク部２０１ｂ内の空気を透過させるために、サブタン
ク部２０１ｂ内の圧力Ｐ１よりも上記圧力Ｐｍ分だけ低
くなる。よって、この関係を、サブタンク部２０１ｂお
よび液室２０１ｆの容積を決定する際に用いると、充填
動作の条件を容易に決定することができる。

【００８１】以上の関係に基づいて、以下に具体例を示
す。本実施形態において、インクの充填は、１ヶ月に１
回実施し、１ヶ月間で蓄積する空気の量は、サブタンク
部２０１ｂで１ｍｌ、液室２０１ｆで０．５ｍｌとす
る。また、サブタンク部２０１ｂにおいてフィルタ２０
１ｃを空気に露出させないようにするために必要なイン
クの量は０．５ｍｌ、液室２０１ｆにおいてノズル２０
１ｇを空気に吐出させないようにするために必要なイン
クの量は０．５ｍｌ、インクの充填量のばらつきは、サ
ブタンク部２０１ｂ、液室２０１ｆとも０．２ｍｌとす
る。これらの数値は、実験によって求められたものであ
る。以上より、１回の充填後に存在すべきインクの量は
これらの合計値であり、サブタンク部２０１ｂでは１．
７ｍｌ、液室２０１ｆでは１．２ｍｌという比較的大き
な値になる。

【００８２】記録ヘッド２０１内の減圧圧力は、回復ユ
ニット２０７の能力を超えない範囲で設定される。本実
施形態では吸引ポンプ２０７ｃの実力限界が−０．６ａ
ｔｍ（−６０．７９５ｋＰａ）であるため、余裕を持た
せて、吸引キャップ２０７ａ内の圧力が−０．５ａｔｍ
（−５０．６６２５ｋＰａ）となるように、吸引ポンプ
２０７ｃの吸引量が実験により求められて設定され、ポ
ンプモータ２０７ｄの回転量として制御される。

【００８３】ここで、ノズル２０１ｇのメニスカスによ
る空気を透過させるのに必要な圧力は実験値で−０．０
５ａｔｍ（−５．０６６２５ｋＰａ）であるので、吸引
キャップ２０７ａ内の圧力と液室２０１ｆ内の圧力との
間にノズル２０１ｇの抵抗分の差が生じ、液室２０１ｆ
内の圧力がキャップ２０７ａ内の圧力よりも０．０５ａ
ｔｍ（５．０６６２５ｋＰａ）だけ高くなる。同様に、
フィルタ２０１ｃのメニスカスによる空気を透過させる
のに必要な圧力は実験値で−０．１ａｔｍ（−１０．１
３２５ｋＰａ）なので、液室２０１ｆ内の圧力とサブタ
ンク部２０１ｂ内の圧力との間にフィルタ２０１ｃの抵
抗分の差が生じ、サブタンク部２０１ｂ内の圧力が液室
２０１ｆ内の圧力よりも０．１ａｔｍ（１０．１３２５
ｋＰａ）だけ高くなる。よって、吸引キャップ２０７ａ
内の圧力を−０．５ａｔｍ（−５０．６６２５ｋＰａ）
に設定すると、液室２０１ｆ内の圧力は−０．４５ａｔ
ｍ（−４５．５９６３ｋＰａ）、サブタンク部２０１ｂ
内の圧力は−０．３５ａｔｍ（−３５．４６３８ｋＰ
ａ）となる。

【００８４】サブタンク部２０１ｂに１．７ｍｌのイン
クを存在させるためには、内圧がほぼ１ａｔｍ（１０
１．３２５ｋＰａ）となっているサブタンク部２０１ｂ
から１．７ｍｌだけインクを吸引した時点で内圧が−
０．３５ａｔｍ（−３５．４６３８ｋＰａ）となるよう
に、サブタンク部２０１ｂの容積Ｖ１を設定する。すな
わち、Ｖ１＝１．７／０．３５＝４．８５ｍｌとなる。
同様にして、液室２０１ｆの容積Ｖ２についても、Ｖ２
＝１．２／０．４５＝２．６７ｍｌと設定する。

【００８５】以上の条件で記録ヘッド２０１内を減圧し
た後、遮断弁２１０を開くことで、負圧となっている記
録ヘッド２０１内へインクが流れ込む。より詳しく説明
すると、まず、サブタンク部２０１ｂ内にインクが流れ
込み、減圧によってＶ１まで膨張していた空気がほぼ大
気圧まで復元する。そのときのサブタンク部２０１ｂ内
での空気の体積をＶ１_aとすると、Ｖ１_a＝Ｖ１×（１−
０．３５）＝３．１５ｍｌであり、サブタンク部２０１
ｂにＶ１−Ｖ１_a＝１．７ｍｌのインクが存在するよう
になるまでインクが充填された時点で落ち着く。同様に
液室２０１ｆについても、サブタンク部２０１ｂからイ
ンクが流れ込み、減圧によってＶ２まで膨張していた空
気がほぼ大気圧まで復元する。そのときの液室２０１ｆ
内での空気の体積をＶ２_aとすると、Ｖ２_a＝Ｖ２×（１
−０．４５）＝１．４７ｍｌであり、液室２０１ｆにＶ
２−Ｖ２_a＝１．２ｍｌのインクが存在するようになる
までインクが充填された時点で落ち着く。

【００８６】以上のように、サブタンク部２０１ｂおよ
び液室２０１ｆの各々の容積と減圧する圧力とを設定す
ることにより、１回の充填動作で、フィルタ２０１ｃで
仕切られたサブタンク部２０１ｂと液室２０１ｆとに各
々適量のインクが存在するようにインクを充填すること
ができ、空気が記録ヘッド２０１内に蓄積する状況下で
あってもその吸引動作なしに、長期間にわたって正常に
稼働させることができる。

【００８７】なお、フィルタとノズルとの間の流路を気
泡が塞いでしまう問題に関しては、本実施形態では、液
室２０１ｆ内に存在し得る気泡の直径に対して液室２０
１ｆの断面積を十分に大きく構成して、液室２０１ｆ内
の気泡がインクの流れを妨げない構成としている。ま
た、液室内の気泡がノズル内に侵入したり液室とノズル
との間の連通部を塞いでしまう問題に関しては、上述し
たように液室２０１ｆの断面積が十分に大きいので、液
室２０１ｆ内に生じた気泡はその浮力によりインク中を
上昇して空気層と合体するので、ノズル２０１ｇ内に侵
入することはなくなる。すなわち、フィルタ２０１ｃで
サブタンク部２０１ｂと仕切られた液室２０１ｆを以上
のように構成することで、液室２０１ｆ内に気泡が生じ
たり、この気泡が移動することが原因となって発生して
いた吐出不良に対する信頼性を大幅に向上させることが
できる。

【００８８】サブタンク部と液室とのいずれか一方のみ
を本実施形態のような構成とし、他方を従来例と同様な
構成として場合でも、少なくとも前者に関しては、前記
したような機能が成り立つと同時に空気除去が効率的に
行え効果がある。

【００８９】以上の説明においては、吸引動作後にサブ
タンク部２０１ｂや液室２０１ｆ内に僅かでもインクが
残留することを想定し、残留するインク量とインクの充
填量との和が適量となるように考慮し、すなわち、イン
クが存在すべき量＝残留するインク量＋インクを充填す
る量とした。しかし、吸引動作によりサブタンク部２０
１ｂや液室２０１ｆ内のインクが一旦完全に排出されて
しまう場合には、サブタンク部２０１ｂや液室２０１ｆ
内に存在すべきインク量が、インクを充填する量と一致
し、インクが存在すべき量＝インクを充填する量と考え
られる。

【００９０】

【発明の効果】本発明によると、２つに分割された液室
のそれぞれに適量のインクが存在するようにインクが充
填される。記録ヘッド内の流路を幅広にしても、両液室
ともに、空気を抜きインクを充填することができる。ま
た、両液室において長期にわたりインク量が不足するこ
とがなく、さほど頻繁な回復吸引は必要なく、インクを
無駄に消費する量が減る。さらに、両液室ともにインク
充填を必要とする場合にも、１度の充填工程で済むため
インクを節約できる。また、ＰＶ＝一定の法則を利用し
て、充填動作によって各液室に適量のインクが存在する
ようにインクを充填できる。

【００９１】第１の液室に、最低限必要とされるインク
量（フィルタがインク内に確実に浸かるインク量）より
多く、所定時間（例えば１ヶ月など長期間）において第
１の液室に蓄積する空気量の和より多いインク量Ｓ１が
存在するようにインクを充填でき、同様に、第２の液室
に、最低限必要とされるインク量（ノズルがインク内に
確実に浸かるインク量）より多く、前記したのと同じ所
定期間において第２の液室に蓄積する空気量の和よりも
多いインク量Ｓ２が存在するようにインクを充填できれ
ば、その所定期間内に１回充填動作を実施すればよいの
で、排出するインクを節約できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態によるインクジェット記録
装置の概略の構成を示す斜視図である。

【図２】図１に示すインクジェット記録装置のインク供
給原理の説明図である。

【図３】図１に示すインクジェット記録装置の、１色分
についてのインク供給経路を説明するための図である。

【図４】図３に示すインク供給経路での、メインタンク
内に空気が導入される際の、インク供給ユニットの液路
内での空気およびインクの挙動を説明する図である。

【図５】図３に示すインク供給経路での、ノズルにかか
る水頭差による圧力を説明する図である。

【図６】従来のチューブ供給方式のインクジェット記録
装置におけるインク供給系の図である。

【符号の説明】

２０１ 記録ヘッド ２０１ａ コネクタ挿入口 ２０１ｂ サブタンク部（第１のインク室） ２０１ｃ フィルタ ２０１ｄ 開口部 ２０１ｅ 仕切部 ２０１ｆ 液室（第２のインク室） ２０１ｇ 吐出ノズル ２０１ｈ 弾性部材 ２０１ｉ 圧力調整室 ２０２ キャリッジ ２０３ 搬送ローラ ２０４ メインタンク（インクタンク） ２０４ｂ、２０４ｃ ゴム栓 ２０５ インク供給ユニット ２０５ａ インク供給針 ２０５ｂ 大気導入針 ２０５ｃ、２０５ｄ、２０５ｅ 流路 ２０５ｆ バッファ室 ２０５ｇ 大気連通口 ２０５ｈ 回路 ２０６ インク供給チューブ ２０７ 回復ユニット ２０７ａ 吸引キャップ ２０７ｂ カム ２０７ｃ 吸引ポンプ ２０７ｄ ポンプモータ ２０７ｅ リンク ２０７ｆ カム ２０７ｇ カム制御モータ ２０９ インク ２１０ 遮断弁 ２１０ａ ダイアフラム ２１０ｂ ばねホルダ ２１０ｃ 押圧ばね ２１０ｄ レバー Ｓ 記録用シート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 蔵田 満 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 但馬 裕基 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 蔭山 徹人 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 島 丈明 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 佐々木 俊博 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 渡部 格生 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 Ｆターム(参考） 2C056 EA14 EA25 EB20 EB21 EB34 EC18 EC24 EC57 EC62 JA13 JC06 KB04 KB08 KB37

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ノズルからインクを吐出して記録を行う
   記録ヘッドと、前記記録ヘッド内のインクを前記ノズル
   から強制排出する吸引手段と、前記記録ヘッドにインク
   を供給するインク供給手段とを有するインクジェット記
   録装置において、 前記記録ヘッドが、インクの流れ方向に関して上流側の
   第１の液室と下流側の第２の液室とを含み、 前記第１の液室および前記第２の液室の少なくとも一方
   は、前記吸引手段の吸引力と、前記吸引手段による吸引
   が行われた後に存在すべき所望のインク量とに基づいて
   決定された容積を有しており、 前記インク供給手段が、インクを収容するインクタンク
   と、前記インクタンクと前記記録ヘッドとを連通させる
   インク供給チューブと、前記インク供給チューブを開閉
   する遮断弁とを含み、 前記吸引手段が、前記記録ヘッドを密閉する吸引キャッ
   プと、前記吸引キャップを介して吸引する吸引ポンプと
   を含み、 前記吸引手段が、前記第１の液室および前記第２の液室
   をそれぞれ所望の圧力にまで減圧させた時点で、前記遮
   断弁が開き、前記インクタンク内のインクが前記インク
   供給チューブを介して前記第１の液室および前記第２の
   液室に充填されるように、前記インク供給手段と前記吸
   引手段とが連動することを特徴とするインクジェット記
   録装置。
2. 【請求項２】 ノズルからインクを吐出して記録を行う
   記録ヘッドと、前記記録ヘッド内のインクを前記ノズル
   から強制排出する吸引手段と、前記記録ヘッドにインク
   を供給するインク供給手段とを有するインクジェット記
   録装置において、 前記記録ヘッドが、インクの流れ方向に関して上流側の
   第１の液室と下流側の第２の液室とを含み、 前記第１の液室の容積Ｖ１は、吸引時の前記第１の液室
   の減圧値をｐ１［ａｔｍ］（大気圧からの相対値）、前
   記第１の液室に存在すべきインク量をＳ１として、Ｖ１
   ＝Ｓ１／｜ｐ１｜の関係を実質的に満たすように設定さ
   れることを特徴とするインクジェット記録装置。
3. 【請求項３】 ノズルからインクを吐出して記録を行う
   記録ヘッドと、前記記録ヘッド内のインクを前記ノズル
   から強制排出する吸引手段と、前記記録ヘッドにインク
   を供給するインク供給手段とを有するインクジェット記
   録装置において、 前記記録ヘッドが、インクの流れ方向に関して上流側の
   第１の液室と下流側の第２の液室とを含み、 前記第２の液室の容積Ｖ２は、吸引時の前記第２の液室
   の減圧値をｐ２［ａｔｍ］（大気圧からの相対値）、前
   記第２の液室に存在すべきインク量をＳ２として、Ｖ２
   ＝Ｓ２／｜ｐ２｜の関係を実質的に満たすように設定さ
   れることを特徴とするインクジェット記録装置。
4. 【請求項４】 前記第１の液室と前記第２の液室との間
   に位置し両者を分離するフィルタを有する請求項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. 【請求項５】 前記フィルタが多数の孔部を有するメッ
   シュ構造である請求項４に記載のインクジェット記録装
   置。
6. 【請求項６】 前記フィルタの前記各孔部におけるイン
   クのメニスカス強度圧力をｐｍとし、吸引時の前記第１
   の液室の減圧値をｐ１［ａｔｍ］（大気圧からの相対
   値）、吸引時の前記第２の液室の減圧値をｐ２［ａｔ
   ｍ］（大気圧からの相対値）とすると、ｐ１＝ｐ２−ｐ
   ｍの関係を満たし、 前記第１の液室の容積Ｖ１は、前記第１の液室に存在す
   べきインク量をＳ１すると、Ｖ１＝Ｓ１／｜ｐ１｜の関
   係を実質的に満たすように設定され、 前記第２の液室の容積Ｖ２は、前記第２の液室に存在す
   べきインク量をＳ２とすると、Ｖ２＝Ｓ２／｜ｐ２｜の
   関係を実質的に満たすように設定される請求項５に記載
   のインクジェット記録装置。
7. 【請求項７】 前記第１の液室および前記第２の液室に
   それぞれ存在すべきインク量は、前記第１の液室および
   前記第２の液室にそれぞれ蓄積する空気量よりも多い、
   請求項１〜６のいずれか１項に記載のインクジェット記
   録装置。
8. 【請求項８】 前記第１の液室および前記第２の液室に
   それぞれ存在すべきインク量は、前記第１の液室および
   前記第２の液室にそれぞれ蓄積する空気量と、前記第１
   の液室および前記第２の液室の安定した性能を保証する
   ためにそれぞれ必要な最低インク量との和よりも多い、
   請求項７に記載のインクジェット記録装置。
9. 【請求項９】 ノズルからインクを吐出して記録を行う
   記録ヘッドと、前記記録ヘッド内のインクを前記ノズル
   から強制排出する吸引手段と、前記記録ヘッドにインク
   を供給するインク供給手段とを有するインクジェット記
   録装置の製造方法において、 前記記録ヘッド内に、インクの流れ方向に関して上流側
   の第１の液室と下流側の第２の液室とを形成し、 前記第１の液室および前記第２の液室の少なくとも一方
   は、前記吸引手段の吸引力と、前記吸引手段による吸引
   が行われた後に存在すべき所望のインク量とに基づいて
   決定された容積を有するように形成し、 前記インク供給手段を、少なくとも、インクを収容する
   インクタンクと、前記インクタンクと前記記録ヘッドと
   を連通させるインク供給チューブと、前記インク供給チ
   ューブを開閉する遮断弁とから構成し、 前記吸引手段を、少なくとも、前記記録ヘッドを密閉す
   る吸引キャップと、前記吸引キャップを介して吸引する
   吸引ポンプとから構成し、 前記吸引手段が、前記第１の液室および前記第２の液室
   をそれぞれ所望の圧力にまで減圧させた時点で、前記遮
   断弁が開き、前記インクタンク内のインクが前記インク
   供給チューブを介して前記第１の液室および前記第２の
   液室に充填されるように、前記インク供給手段と前記吸
   引手段とが連動するように構成することを特徴とするイ
   ンクジェット記録装置の製造方法。
10. 【請求項１０】 ノズルからインクを吐出して記録を行
    う記録ヘッドと、前記記録ヘッド内のインクを前記ノズ
    ルから強制排出する吸引手段と、前記記録ヘッドにイン
    クを供給するインク供給手段とを有するインクジェット
    記録装置の製造方法において、 前記記録ヘッド内に、インクの流れ方向に関して上流側
    の第１の液室と下流側の第２の液室とを形成し、 前記第１の液室の容積Ｖ１を、吸引時の前記第１の液室
    の減圧値をｐ１［ａｔｍ］（大気圧からの相対値）、前
    記第１の液室に存在すべきインク量をＳ１として、Ｖ１
    ＝Ｓ１／｜ｐ１｜の関係を実質的に満たすように設定す
    ることを特徴とするインクジェット記録装置の製造方
    法。
11. 【請求項１１】 ノズルからインクを吐出して記録を行
    う記録ヘッドと、前記記録ヘッド内のインクを前記ノズ
    ルから強制排出する吸引手段と、前記記録ヘッドにイン
    クを供給するインク供給手段とを有するインクジェット
    記録装置の製造方法において、 前記記録ヘッド内に、インクの流れ方向に関して上流側
    の第１の液室と下流側の第２の液室とを形成し、 前記第２の液室の容積Ｖ２を、吸引時の前記第２の液室
    の減圧値をｐ２［ａｔｍ］（大気圧からの相対値）、前
    記第２の液室に存在すべきインク量をＳ２として、Ｖ２
    ＝Ｓ２／｜ｐ２｜の関係を実質的に満たすように設定す
    ることを特徴とするインクジェット記録装置の製造方
    法。
12. 【請求項１２】 前記第１の液室と前記第２の液室との
    間にフィルタを介在させ、前記フィルタにより前記第１
    の液室と前記第２の液室とを分離させる請求項９〜１１
    のいずれか１項に記載のインクジェット記録装置の製造
    方法。
13. 【請求項１３】 前記フィルタを、多数の孔部を有する
    メッシュ構造とする請求項１２に記載のインクジェット
    記録装置の製造方法。
14. 【請求項１４】 前記フィルタの前記各孔部におけるイ
    ンクのメニスカス強度圧力ｐｍを、吸引時の前記第１の
    液室の減圧値をｐ１［ａｔｍ］（大気圧からの相対
    値）、吸引時の前記第２の液室の減圧値をｐ２［ａｔ
    ｍ］（大気圧からの相対値）とすると、ｐ１＝ｐ２−ｐ
    ｍの関係を満たすように設定し、 前記第１の液室の容積Ｖ１は、前記第１の液室に存在す
    べきインク量をＳ１とすると、Ｖ１＝Ｓ１／｜ｐ１｜の
    関係を実質的に満たすように設定し、 前記第２の液室の容積Ｖ２は、前記第２の液室に存在す
    べきインク量をＳ２とすると、Ｖ２＝Ｓ２／｜ｐ２｜の
    関係を実質的に満たすように設定する請求項１３に記載
    のインクジェット記録装置の製造方法。
15. 【請求項１５】 前記第１の液室および前記第２の液室
    にそれぞれ存在すべきインク量を、前記第１の液室およ
    び前記第２の液室にそれぞれ蓄積する空気量よりも多く
    なるように設定する、請求項９〜１４のいずれか１項に
    記載のインクジェット記録装置の製造方法。
16. 【請求項１６】 前記第１の液室および前記第２の液室
    にそれぞれ存在すべきインク量を、前記第１の液室およ
    び前記第２の液室にそれぞれ蓄積する空気量と、前記第
    １の液室および前記第２の液室の安定した性能を保証す
    るためにそれぞれ必要な最低インク量との和よりも多く
    なるように設定する、請求項１５に記載のインクジェッ
    ト記録装置の製造方法。