JP2003326732A

JP2003326732A - インク供給装置

Info

Publication number: JP2003326732A
Application number: JP2002141203A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Kono; 健河野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-05-16
Filing date: 2002-05-16
Publication date: 2003-11-19

Abstract

(57)【要約】【課題】既存のオンキャリッジインクカートリッジタ
イプのＩＪプリンタに対して、容易にインク供給オプシ
ョンユニットを取り付け、インクのランニングコスト低
減を目的とする。【解決手段】インクタンク、チューブ、アタッチメン
トから成り、インクを水頭差方式で供給するインク供給
オプションユニットで、アタッチメント形状をキャリッ
ジに搭載するインクカートリッジと取付形状をコンパチ
とすることによって、既存のプリンタに対して容易に取
付可能とする構成。

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
録装置のオプション装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、記録装置（プリンタ）の分野にお
いてはインクジェット記録方式が主流となりつつある。
インクジェット記録方式は、記録のための機構が小型で
低コスト化が可能であり、カラー化も容易であることか
らプリンタ以外にも複写機やファクシミリなどにも利用
されている。

【０００３】一般的なインクジェットプリンタの構成
は、インクを選択的に吐出するインクジェット記録ヘッ
ドと、前記記録ヘッドと搭載したキャリッジと、キャリ
ッジを往復移動する主走査駆動手段と、記録紙を搬送す
る副走査駆動手段とを持ち、主走査及び副走査、記録ヘ
ッドの吐出を同期させて画像を形成するものである。

【０００４】インク供給手段としては、インクカートリ
ッジより、インクカートリッジと記録ヘッドとを連通さ
せるジョイントを通じて記録ヘッドヘと供給される。

【０００５】インクジェット記録方式の記録ヘッドは、
ヘッドに供給されるインクを微細なノズルより噴射し画
像を形成していくものである。ノズルの穴は径７０μｍ
程度の筒状の構造を持ち、筒内部にＣＰＵの指令により
選択的に発熱するヒータを持つ、ヒータを加熱するとヒ
ータに接しているインクの溶存空気が膨張し発泡し、ノ
ズル内のインクを押し出し、噴射する構造である。通常
このインク噴射のサイクルを１０ＫＨｚ以上の高速で繰
り返し、微細で高速な画像形成を行っている。

【０００６】記録ヘッドはインク内の泡がノズルに入り
込むと噴射不良を起こすため、インクを保持するインク
タンクを上にして記録ヘッドを下向きに配置することが
一般的な構成である。

【０００７】しかし、前述のようにインクの噴射ノズル
は特に弁機構がなく、ノズルの穴に対するインクの表面
張力のみでインクが漏れないように保っているだけであ
る。ノズルに供給されるインクに正圧がかかっていると
ノズルからインクが漏れ出していまう。インクが大気圧
程度であっても、ノズル先端に汚れやインク滴が付着す
ると、表面張力で保っているオリフィスが崩れインクが
漏れ出してしまう。

【０００８】よって、記録ヘッドに供給されるインクに
は負圧がかかっている必要があり、多孔質体を圧縮した
ものにインクをしみ込ませることにより、多孔質体の毛
細管力でインクに負圧を発生させる負圧機構を、インク
カートリッジ内に内蔵させている。

【０００９】インクカートリッジはキャリッジに直接又
は記録ヘッドユニットを介してキャリッジに搭載されて
おり、インクがなくなるとインクカートリッジごと新し
いカートリッジに交換できるようにカートリッジが着脱
可能に、ロック機構、ジョイント機構が構成されてい
る。

【００１０】上記のようにカートリッジをキャリッジ上
に搭載するオンキャリッジ型インクカートリッジ方式に
することで、インクまわりの機構をキャリッジ上にまと
めることができ、プリンタ本体の構成を単純化、低価格
化、小型化を実現している。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
例において、インクカートリッジに収容されるインク量
は、多くすると重量が重くなってしまい、キャリッジが
高速で移動する際の障害となってしまう。また、カート
リッジ内に負圧発生機構を持つためインクの量に対して
体積が大きくなってしまうために、カートリッジの重量
の増加、移動スペースを確保するために本体サイズが大
きくなるなどの障害が発生する。そのためカートリッジ
のインク容量をあまり大きくできず、最大インク量が限
られてしまうという短所がある。

【００１２】現状のカートリッジの容量はおよそ１色あ
たり２〜１０ｃｃ程度、比較的濃度の薄い５％原稿１枚
を印字するのに使用するインク量はおよそ０．０５ｃｃ
弱で、１カートリッジあたり２００〜３００枚程度の印
字しかできない。従来はこうした濃度の薄い文字原稿が
主流であったが、近年では、パソコンの高性能化、低価
格により、手軽に図形の作成、写真画像の編集が可能に
なり、加えて、インターネットの普及により、高濃度の
印刷の割合が急増している。そのため、オンキャリッジ
型カートリッジでは頻繁にカートリッジの交換が必要と
なり煩わしく、かつランニングコストのかさむ結果とな
っている。

【００１３】よって、本発明は、低価格、小型化を維持
した従来通りのプリンタ本体に対して、簡単なオプショ
ンユニットを装着するだけで、インクの交換頻度を減少
させ、かつ、ランニングコストを抑えることを目的とす
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記問題を解決する手段
として、大容量のインクを貯蔵する据え置き型インクタ
ンクとインクタンクからヘッドへインクを送る流路を構
成するチューブとチューブからのインク流路をヘッドの
供給ジョイントに接続するアタッチメントとからなり、
前記インクカートリッジの取り付け部に前記アタッチメ
ントが装着可能なことを特徴とする。

【００１５】（作用）請求項１の発明によれば、プリン
タ本体のインクカートリッジとアタッチメントの形状を
合わせることにより、既存のプリンタに対して、インク
タンクとチューブとアタッチメントとからなる簡単なイ
ンク供給装置を容易に付加することができ、インクタン
クの大容量化が可能となる。

【００１６】請求項２では、タンクとヘッドの水頭差に
より負圧を発生させ、最もシンプルな構成を実現でき
る。請求項３では、タンクに負圧機能を追加すること
で、タンクとヘッドの位置関係に自由度を持たせること
ができる。

【００１７】請求項４では、インク供給装置装着当初や
インクタンク交換時にチューブ、アタッチメント内が空
の時に容易にインクを充填することができる。

【００１８】請求項５では、請求項４の構成において、
ポンプからのインク漏れを防止できる。

【００１９】請求項６では、チューブ内に空気の泡が溜
まりインクの流れを阻害する場合にインクを循環させ、
泡を除去することができる。

【００２０】請求項７では手動駆動させることで、より
シンプルな構成を実現できる。

【００２１】請求項８では、インク供給装置を本体から
取り外す際に弁を開くことにより、インクが負圧により
インクタンクヘと戻り、サブタンク内のインクを除去す
ることができ、アタッチメントを外す際のインク漏れを
防止する。

【００２２】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）本実施形態
を、全体構成図図１、インク流路の説明図図２から
図５を用いて説明する。

【００２３】まず、プリンタ本体の構成の説明をする。

【００２４】図中Ａがプリンタ本体であり、一般的なイ
ンクジェットプリンタの一例である。

【００２５】記録紙Ｓは一枚ずつＡＳＦユニット１によ
り分離搬送され、搬送ローラ２、排紙ローラ３により排
紙口４へと搬送される。インクジェット記録ヘッド５は
前記記録シートＳと対向する位置に、キャリッジ６に支
持されている。記録ヘッド５の上には各色のインクカー
トリッジ７が各々着脱可能に取り付けられている。記録
ヘッドは多数の吐出ノズル５ａを持ち記録データに従い
選択的に各ノズルよりインクを吐出するものである。キ
ャリッジ６はシャフト８により摺動可能に支持され、記
録シートＳの搬送方向に対して直角に往復動作を行う。

【００２６】記録シートＳの搬送量とキャリッジの移動
と記録ヘッドの吐出を同期制御することにより記録シー
トＳ上に画像を形成していくものである。

【００２７】図２に示すように、インクカートリッジ７
内には圧縮された多孔質体７ａが詰め込まれ、その多孔
質体７ａに１０ｃｃのインクをしみ込ませている。多孔
質体７ａを圧縮することで多孔質体の各セルがつぶれ毛
細管力が高まり、インクを吸い上げる力が働き負圧を発
生させる仕組みになっている。インクカートリッジ７の
上部にはカートリッジ内の負圧が高くなりすぎないよう
に大気連通口７ｂが設けられ、インクカートリッジ７の
下部開口部７ｃと記録ヘッド５の間はパッキン５ｅによ
り気密密閉されている。多孔質体７ａにしみこんだイン
クは、多孔質体７ａに当接するヘッド供給口５ｂによっ
て吸い出される。ヘッド供給口５ｂの先端には、吐出ノ
ズル５ａの目詰まりを保護する目的の微細な穴径のフィ
ルタ５ｃがあり、インクはフィルタ５ｃを通過し、流路
５ｄを経て、吐出ノズル５ａへと至る。上記多孔質体７
ａにしみこんだインクを吸い出す力は吐出ノズル５ａが
インクを吐出するエネルギによるものであり、画像の形
成に伴い、随時インクカートリッジ７よりインクが供給
されるものである。

【００２８】インクがなくなり新しいインクカートリッ
ジを装着した際には、インクの吐出エネルギにたよるこ
とができないので、初期充填動作を行う。記録ヘッドと
対向し、必要な時にヘッド表面に密着する吸引キャップ
９、キャップに連通した吸引ポンプ１０により吐出ノズ
ル５ａより吸引し、カートリッジのインクをヘッドのノ
ズル内に導くものである。この動作が完了すると、画像
の形成に伴い、随時インクカートリッジ７よりインクが
供給されるようになる。

【００２９】また、図３に示すように、インクカートリ
ッジ７はストッパ７ｄを指で押すことにより簡単に記録
ヘッド５から取りはずすことが可能であり、インクが空
になれば新しいインクカートリッジに交換することがで
きる。なお、上記パッキン５ｅは記録ヘッド５側に固定
された状態となる。

【００３０】次に、インク供給ユニットＢについて説明
する。

【００３１】ユニット本体１１はプリンタ本体Ａの全面
に取付可能となっており、大容量の各色のインクタンク
１３、各色のインクを各色の記録ヘッド５へと送るチュ
ーブ１４を支持するものである。チューブ１４の先には
アタッチメント１２が接続されている、アタッチメント
１２は前記インクカートリッジ７と記録ヘッド５に対す
る取付形状がコンパチであり、インクカートリッジ７と
同様に、記録ヘッド５のヘッド供給口５ｂに接続でき
る。図１においては、アタッチメント１２はインクカー
トリッジ７を４つつなげた例を示す。各々個別の構成で
あっても支障ないが、図のように連結することで操作性
を向上させている。

【００３２】１色分のアタッチメント１２の内部及びイ
ンクの流路について図４、図５に示す。まずアタッチメ
ント１２の内部は空洞状のサブタンク１２ｂとなってお
り、チューブ１４がサブタンク内に連通されている。サ
ブタンク下部には下部開口部１２ａがあり、前記インク
カートリッジ７と同様にアタッチメント１２を取り付け
ることで、下部開口部１２ａと記録ヘッド５のパッキン
５ｅが当接し、記録ヘッド５に対して気密接続ができ
る。サブタンク１２ｂの上部には、サブタンク１２ｂ内
の空気を排出するポンプ１２ｃがあり、ポンプ吸引口１
２ｄから排気口１２ｅへと空気を排出する。吸引口１２
ｄ、排気口１２ｅともに一方向弁が設けられ、空気の逆
流はしない構造である。チューブ１４のサブタンクとは
逆の端部は針状のジョイント１４ａとなっており、ユニ
ット本体１１に固定されている。そのジョイント１４ａ
に対してインクタンク１３を差し込むと、インクタンク
１３のゴム栓１３ａにジョイント１４ａが突き刺さり、
インクタンク１３とチューブ１４は流体的に連通する。
インクタンク１３の上部には大気を取り込む大気連通口
１３ｂを有し、内部にはインクカートリッジ７のインク
量の１０倍にあたる大容量のインク約１００ｃｃを収容
する。インクタンク１３内のインクの液面高さは、吐出
ノズル５ａとの高さ関係を一定の範囲とするように考慮
され、ここでは吐出ノズル５ａより−４０ｍｍから−１
００ｍｍの間に設定されている。

【００３３】アタッチメント１２を記録ヘッド５に装着
したのち、インクの初期充填を行う。ポンプ１２ｃをユ
ーザが手動で操作させると、サブタンク１２ｂ内が負圧
となり、インクタンク１３内のインクがチューブ１４を
通ってサブタンク１２ｂへと汲み上げられる。図５に示
すような水位までインクを汲み上げたところで、サブタ
ンクのポンプ１２ｃを止め、プリンタ本体Ａの吸引キャ
ップ９を記録ヘッドに密着させポンプ１０により吸引
し、インクを吐出ノズル５ａ内に充填され初期充填は完
了となる。前述のとおり、吐出ノズル５ａの高さに対し
インクタンク１３のインク液面を−４０ｍｍから−１０
０ｍｍの間に設定しているので、吐出ノズル５ａ内のイ
ンクに対して、負圧が−４０〜−１００ｍｍＨ_２Ｏかか
ることとなる。負圧の強さはこのように高さ関係の設定
により調整可能である。前記インクカートリッジの場合
同様に、吐出ノズル５ａがインクを吐出するエネルギに
より、画像の形成に伴い、随時インクタンク１３よりイ
ンクが吐出ノズル５ａへと供給される。このようにイン
ク供給ユニットＢを容易の追加しただけで、インクイン
クタンク１３内の大容量のインクを連続して使用するこ
とができる。

【００３４】尚、サブタンクのポンプ１２ｃを手動とし
たが、より簡素な構成をしめしたものであり、モータ等
駆動源利用することも考えられる。

【００３５】（第２の実施形態）第２の実施形態につい
て、図６を用いて説明する。

【００３６】第１の実施形態に対して、インクタンク１
３、及びチューブ１４の配置のみ異なる。

【００３７】インクタンク１３には変形容易な蛇腹１３
ｃと蛇腹を支持する支持板１３ｅ、支持板を押し上げ、
インクタンク１３の体積を拡張しようとさせるバネ１３
ｄで構成され、チューブ１４、サブタンク１２ｂと連通
し、かつ大気に対して気密な構成である。この構成では
バネ１３ｄでインクタンク１３の体積を拡張させ、負圧
を発生させる。第１の実施形態では、負圧をインク水頭
の高さの差、つまり水頭差によりのみインクの負圧を発
生させるため、インクタンクの位置が限られてしまう
が、この方式のインクタンク１３を利用することによ
り、図６に示すように、バネ１３ｄの強さを調整するこ
とにより、吐出ノズル５ａよりもインクタンク１３を高
い位置に設置することが可能となり、装置の配置の自由
度を広げることができる。

【００３８】（第３の実施形態）第３の実施形態につい
て、図７を用いて説明する。

【００３９】第１の実施形態に対して、サブタンク１２
ｂのポンプ１２のみ異なる。

【００４０】ポンプの吸引口１２ｄの先端に疎水膜１２
ｆを配置する。疎水膜１２ｆは、日本ゴアテックス社製
「ゴアテックス」に代表される材料であって、テフロン
（Ｒ）系樹脂を微細繊維としたものを不織布状にした膜
体であり、繊維間にできる微細な穴径と材質の撥水力の
設定により、気体を透過し液体を通さない性質を持たせ
たものである。

【００４１】前記疎水膜１２ｆを設置することにより、
サブタンク１２ｂ内のインク量に係わらず、ポンプを連
続的に操作することで、サブタンク内の空気は排出さ
れ、インクが疎水膜１２ｆに達した時点で、ポンプ吸引
口１２ｄは閉じられた状態となるため、インクがポンプ
排気口１２ｅからあふれだすことはない。

【００４２】図７に示すような蛇腹式の手動ポンプで
は、ポンプ吸引口１２ｄ閉塞することで、蛇腹部が縮ま
った状態のままとなることで、ユーザにインク充填が完
了したことを認識させることができる。また、電動駆動
ポンプの場合は吸引時間を長めに設定することで、毎回
適正なインク充填を行うことができる。

【００４３】なお、疎水膜１２ｆの設置高さを図７に示
すように、サブタンク１２ｂ内のインク設定高さに配置
することで、インクの液面高さを設定することができ
る。

【００４４】（第４の実施形態）第４の実施形態につい
て、図８を用いて説明する。第１の実施形態に対して、
サブタンク１２ｂのポンプ排気口１２ｅからインクタン
ク１３へ循環チューブ１５を接続したことを特徴とする
構成である。

【００４５】この構成により、インクはインクタンク１
３からチューブ１４、サブタンク１３ｂ、ポンプ１３
ｃ、循環チューブ１５を経てインクタンク１３へ戻る経
路を持つ。

【００４６】インクの初期充填は第１の実施形態と同様
にポンプ１２ｃを駆動してサブタンク１２ｂ内の空気を
排出し、サブタンク内にインクを充填する。インクの液
面がポンプ吸引口１２ｄに達するとインクはポンプ１２
ｃ、排気口１２ｅ、循環チューブ１５へまわりインクタ
ンクヘと戻る。第３の実施形態と同様にインクのあふれ
出しの危険性なしに、容易にインク充填が完了できる。
また、コストや機構上の都合により、チューブ１４に分
子最の低い樹脂材質のチューブを使用する場合はガスバ
リア性が劣り、インクを充填したまま長時間放置してお
くと、チューブ内に泡が溜まってしまう現象が発生する
ことがある。この泡が成長するとチューブ内の壁面にメ
ニスカスを張り、インクの流れの抵抗となってしまう。
この状況に対しても、本実施形態では、長期使用しなか
った場合にポンプ１２ｃを駆動してインクを循環するこ
とで、チューブ内の泡を一掃することができる。

【００４７】（第５の実施形態）第５の実施形態につい
て、図９を用いて説明する。第１の実施形態に対して、
サブタンク１２ｂの上部に大気連通弁１２ｇを、チュー
ブ１４をサブタンク１２ｂの下部近傍に設けたことを特
徴とする構成である。

【００４８】インク充填時および使用中は大気連通弁１
２ｇは気密状態とし、インク供給ユニットＢをプリンタ
本体Ａから取りはずす前にサブタンク１２ｂ内のインク
を抜く時に大気連通弁１２ｇは大気連通状態とする。サ
ブタンク１２ｂを大気連通状態とすることで、インクは
チューブ１４のサイフォン効果によりインクタンク１３
へと戻る。チューブ１４に先端をサブタンク１２ｂの下
部近傍に接続することで、サブタンク１２ｂ内のインク
をほとんど戻すことができる。サブタンク１２ｂ内のイ
ンクが抜ければアタッチメント１２を安全に取り外すこ
とができる。

【００４９】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、プリンタ本体
のインクカートリッジとアタッチメントの形状を合わせ
ることにより、既存のプリンタに対して、インクタンク
とチューブとアタッチメントとからなる簡単なインク供
給装置を容易に付加することができ、インクタンクの大
容量化が可能となる。これにより、低価格、小型で、多
量の印刷に対応出来ないプリンタを所有しているユーザ
であっても、オプションユニットを付加するだけで、カ
ートリッジ交換の頻度が減り、ランニングコストを下げ
る事が出来る。

【００５０】請求項２では、タンクとヘッドの水頭差に
より負圧を発生させ、最もシンプルな構成を実現でき
る。

【００５１】請求項３では、タンクに負圧機構を追加す
ることで、タンクとヘッドの位置関係に自由度を持たせ
ることができる。

【００５２】請求項４では、インク供給装置装着当初や
インクタンク交換時にチューブ、アタッチメント内が空
の時に容易にインクを充填することができる。

【００５３】請求項５では、請求項４の構成において、
ポンプからのインク漏れを防止できる。

【００５４】請求項６では、チューブ内に空気の泡が溜
まりインクの流れを阻害する場合にインクを循環させ、
泡を除去することができる。

【００５５】請求項７では手動駆動させることで、より
シンプルな構成を実現できる。

【００５６】識求項８では、インク供給装置を本体から
取り外す際に弁を開くことにより、インクが負圧により
インクタンクヘと戻り、サブタンク内のインクを除去す
ることができ、アタッチメントを外す際のインク漏れを
防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態の説明図。

【図２】第１の実施形態の説明図。

【図３】第１の実施形態の説明図。

【図４】第１の実施形態の説明図。

【図５】第１の実施形態の説明図。

【図６】第２の実施形態の説明図。

【図７】第３の実施形態の説明図。

【図８】第４の実施形態の説明図。

【図９】第５の実施形態の説明図。

【符号の説明】

Ａプリンタ本体Ｂインク供給ユニット１ＡＳＦ２搬送ローラ３排紙ローラ４排紙口５記録ヘッド６キャリッジ７インクカートリッジ８シャフト９吸引キャップ１０吸引ポンプ１１ユニット本体１２アタッチメント１３インクタンク１４チューブ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インクを選択的に吐出するインクジェッ
ト記録ヘッドと、前記記録ヘッドと搭載したキャリッジと、キャリッジ又
は記録ヘッドに着脱可能に搭載され、インクを所定量収
容し、前記ヘッドにインク供給ジョイントを介してイン
クを供給するオンキャリッジ型インクカートリッジと、キャリッジを往復移動する主走査駆動手段と、記録紙を
搬送する副走査駆動手段とを有し、主走査及び副走査、
記録ヘッドの吐出を同期させて画像を形成するインクジ
ェット記録装置において、インクを貯蔵する据え置きインクタンクと、インクタンクからヘッドへインクを送る流路を構成する
チューブと、チューブからのインク流路をヘッドへの供給ジョイント
に接統するアタッチメントとからなり、前記インクカー
トリッジの取り付け部に前記アタッチメントが装着可能
なことを特徴とするインク供給装置。
【請求項２】前記請求項１において、記録ヘッドに対
して、据え置きインクタンクの位置を下げて水頭差によ
り記録ヘッドに供給されるインクに負圧を生じさせるこ
とを特徴とするインク供給装置。
【請求項３】前記請求項１において、据え置きインク
タンク容積を拡張するバネ機構を有し、前記バネ力によ
りインクタンク内のインク及び、記録ヘッドに供給され
るインクに負圧を生じさせることを特徴とするインク供
給装置。
【請求項４】前記請求項１から３において、前記アタ
ッチメント内の前記インク供給ジョイントとチューブの
間にサブタンクを有し、サブタンク上部よりサブタンク
内の空気を排気するポンプを有することを特徴とするイ
ンク供給装置。
【請求項５】前記請求項４において、サブタンクとポ
ンプの間に、気体を通し液体を通さない疎水膜を配置す
ることを特徴とするインク供給装置。
【請求項６】前記請求項４において、ポンプ排気口を
据え置きインクタンクに接続することを特徴とするイン
ク供給装置。
【請求項７】前記請求項４から６において、ポンプを
手動駆動とすることを特徴とするインク供給装置。
【請求項８】前記請求項１から７において、サブタン
クに大気と連通させる弁と、サブタンク下部近傍にチュ
ーブを接続することを特徴とするインク供給装置。