JP2004306393A - Liquid conduction structure interconnecting liquid containing section and liquid using section - Google Patents

Liquid conduction structure interconnecting liquid containing section and liquid using section Download PDF

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JP2004306393A
JP2004306393A JP2003102068A JP2003102068A JP2004306393A JP 2004306393 A JP2004306393 A JP 2004306393A JP 2003102068 A JP2003102068 A JP 2003102068A JP 2003102068 A JP2003102068 A JP 2003102068A JP 2004306393 A JP2004306393 A JP 2004306393A
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Nobuyuki Hatasa
延幸 畑佐
Ryoji Inoue
良二 井上
Hidemiki Ogura
英幹 小倉
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To perform recording stable with a desired density over a long term even when ink containing pigment as a coloring matter is used. <P>SOLUTION: An ink tank 10 and a section 50 for supplying ink from the ink tank to a recording head 20 are fluid conducted through two interconnection passages 53 and 54. Under a state where gas is present in the supply section, ink is moved from the ink tank 10 through one interconnection passage 53 and, at the same time, gas is discharged through the other interconnection passage 54 toward the ink tank 10. Furthermore, a mechanism 30 for introducing outer air in order to sustain the negative pressure in the ink supply system in a preferable state is disposed in the ink tank and its introduction passage is connected with the supply section. Ink is stirred as the gas is discharged or introduced and the density is made uniform. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、液体使用部としての記録ヘッドあるいはペンなどに、インクなどの液体を、液体収納部としてのインクタンクなどから無駄なくかつ安定して供給するための液体連通構造に関するものである。ひいては、液体連通構造を用いた液体供給システムおよび該システムを用いるインクジェット記録装置の技術に係るものである。
【0002】
【従来の技術】
液体使用装置、例えばインクジェット記録ヘッドに設けられた微細な吐出口から、液体であるインクを例えば滴として吐出させることで記録媒体へと付与することにより記録媒体上に所望の画像を形成するインクジェット記録装置は、記録時の騒音が比較的小さくしかも小さなドットを高い密度で形成できるため、昨今においてはカラー印刷を含めた多くの印刷に利用されている。
【0003】
かかるインクジェット記録に用いるインクには、これまで主に染料を含有したインクが使用されてきた。しかしながら、染料を含有したインクを使用した記録では、屋外に掲示される記録物や長期保存が望まれる記録物など、耐光性や耐候性が重視される用途に求められる性能が比較的劣るものである。そこで近年では、これに代って顔料を含有するインクを使用する記録が実用化されてきている。
【0004】
しかしながら、顔料は溶剤中に溶解するのではなく分散するものであるため、顔料を使用したインクは、含有成分である顔料粒子の沈降が生じることが避けらない。従って、インクジェット記録装置の使用頻度、使用間隔および印刷枚数等によっては、インク供給源であるインクタンクからインク使用部である記録ヘッドに至るインク供給系において、顔料の沈降現象による影響が無視できないことがある。
【0005】
例えば、インクジェット記録装置に装着された状態でインクタンクが比較的長期間放置されると、インクタンク内部で顔料粒子が徐々に沈降する。その結果、インクタンク内部で底部から上部の方向に顔料粒子の濃度勾配が発生し、底部には顔料粒子濃度が高く過度に色の濃い層が生じる一方、上部には顔料粒子濃度が低く過度に色の薄い層が生じる。
【0006】
従って、例えば収納されたインクを底部より導出する構成のインクタンクからインクを供給すると、最初に顔料粒子濃度の高い層からインクが供給されるので、初期には過度に色の濃い記録物が、後期には過度に色の薄い記録物が得られることになる。すなわち、インクタンクの使用初期と使用後期とでそれぞれ得られた記録物には、目視され得る程度の濃度差が生じてくるという問題がある。この現象は、色の濃淡によって画像を構成するカラー印刷において、特に顕著となる。
【0007】
この問題を解決するため、特許文献1には、インク収納部の底面から内部へと上方に向かって中空のインク供給筒が突設され、そのインク供給筒の頂部および外周部の様々な高さに複数の透孔を設けてなる顔料インク用のインクカートリッジが開示されている。すなわち、インク収納部の底面近くの部分からのみではなく、インク収納部内の上下方向に渡って多数の箇所からインクが吸引されるようにし、さらにその多数の箇所から吸引されたインクを一時的に滞留する箇所を設け、その滞留箇所からインクの供給を行うように構成することによって、長期間に渡る放置によりインク収納部内のインクが高さ(深さ)方向に不均一になっていることに起因した濃度むらを軽減するようにしている。
【0008】
また、特許文献2には、インク収納部の底面から内部へと上方に向かってインク取込用塔部が突設され、そのインク取込用塔部の上方側面に複数のインク取込口を設けてなる顔料インク用のインクカートリッジが開示されている。すなわち、インク収納部の底面近くの部分からではなく、インク収納部内の上方の部分からインクが取り込まれるように構成することによって、良好な濃度範囲のインクが供給可能であるとされている。
【0009】
【特許文献1】
特開2001−270131号公報
【0010】
【特許文献2】
特開2001−293880号公報
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献1に開示された技術では、インク供給筒外の濃度差のあるインクは均等にインク供給筒内に導入されるが、上方の透孔から流入した濃度の低いインクすなわち軽いインクの下に、下方の透孔から流入した濃度の高いインクすなわち重いインクが存在するため、インクの上下対流が発生しずらく、均一に混合されないまま供給されることにより、同じ記録物または同じ記録画像領域内においても濃度むらが生じる恐れがある。
【0012】
また、特許文献2では、インク収納部の底面付近に沈降した顔料粒子が導出されないので、ある程度良好な濃度範囲のインクを供給することができると考えられるが、取込口の位置からインク収納部上部に向かう濃度勾配もしくは段差の影響を完全に排除することはできず、やはり記録の初期と後期とで濃度差が生じ得る。また、沈降した顔料成分が導出されることがないので、これを無駄にしてしまうという問題もある。
【0013】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、着色剤としての顔料を含有するインクを使用する場合にも、長期に渡り所望の濃度で安定した記録を行うことができるようにすることにある。
【0014】
本発明の他の目的は、液体使用部分に対して密閉構造を持つ液体供給システムにおいて、液体使用動作および液体供給動作の障害となる気体の排除や、液体供給系内の負圧を好ましい状態に維持するための外気の導入に伴って、システム内の液体を適切に攪拌できるようにすることにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】
そのために、本発明は、相互に結合することで実質的な密閉空間を形成する、液体を収納する液体収納部と、前記液体を使用する液体使用部とを液体連通する液体連通構造であって、
前記液体連通構造は、それぞれが前記液体収納部と前記液体使用部とを連通する複数の連通路を具え、前記液体使用部内に気体が存在する状態において、前記気体を、前記複数の連通路の一部を介して、前記液体収納部に移送可能であるとともに、
前記液体使用部への前記液体の供給に伴って、前記液体収納部に一体にかつ流体連通しない状態で設けられた弁機構を介して前記液体使用部内に外部から気体を導入可能な気体導入路を具えたことを特徴とする。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明をインクジェット記録装置に適用したいくつかの実施の形態について図面を参照して説明する。
【0017】
なお、本明細書において、「記録」とは、文字、図形等有意の情報を形成する場合のみならず、有意無意を問わず、また人間が視覚で知覚し得るように顕在化したものであるか否かを問わず、広く記録媒体上に画像、模様、パターン等を形成する場合、または記録媒体の加工を行う場合を言うものとする。
【0018】
また、「記録媒体」とは、一般的な記録装置で用いられる紙のみならず、広く、布、プラスチック・フィルム、金属板等、ガラス、セラミックス、木材、皮革等、インクを受容可能な物も言うものとするが、以下では「用紙」または単に「紙」ともいうものとする。
【0019】
なお、本発明の液体供給システムに用いられる液体として、以下の各実施形態ではインクを例にとって説明を行っているが、適用可能な液体としては、インクに限ることなく、例えばインクジェット記録分野にあっては、記録媒体に対する処理液などを含むことは言うまでもない。
【0020】
(第1の実施形態)
構成
図1は本発明の第1の実施形態による液体供給システムの模式的断面図である。
【0021】
図1に示す実施形態のインク供給システムは概して、液体収納容器としてのインクタンク10と、インクジェット記録ヘッド(以下、単に「記録ヘッド」と称する)20と、それらの間を連絡するインク供給路を形成する供給部50とから構成されている。供給部50は、記録ヘッド20と分離可能または分離不能に一体のものでも良く、また、記録ヘッド20を搭載するキャリッジに設けられてその上部からインクタンク10が着脱可能であるとともに、当該装着時においてインクタンク10から記録ヘッド20に至るインク供給経路を閉成するものでもよい。
【0022】
インクタンク10は、概してインク収納空間が画成されるインク収納室12およびバルブ室30の2室からなり、これらは直接流体連通はせず、各別の接続部を介して供給部50に連通している。そして、インク収納室12内には記録ヘッドから吐出させるためのインク(顔料を含有するインク)が収納可能で、吐出動作に伴って記録ヘッドに供給される。
【0023】
インク収納室12には、一部に変形可能な可撓性膜(シート部材)11が配設されており、この部分と不撓性の外装15との間でインクを収納する空間を画成している。インク収納空間内は、下方に設けられている供給部材への接続部を除いて、実質的に密閉空間を形成している。なお、シート部材11から見たインク収納空間に対する外側空間、すなわち図におけるシート部材11に対して上側の空間を、大気連通口を有した部材で覆うようにしてもよい。
【0024】
本例のシート部材11の中央部分は平板状の支持部材である圧力板14によって形状が規制されており、その周縁部分が変形可能となっている。そして、このシート部材11は、予めその中央部分が凸状に形成されていて、側面形状がほぼ台形となっている。このシート部材11は、後述するように、インク収納空間内におけるインク量の変化や圧力変動に応じて変形する。その際に、シート部材11の周辺部分がバランスよく伸縮変形し、そのシート部材11の中央部分がほぼ水平姿勢を保ったまま、図の上下方向に平行移動する。このようにシート部材11がスムーズに変形(移動)するため、その変形に伴う衝撃の発生がなく、衝撃に起因するインク収納空間内に異常な圧力変動が生じることもない。
【0025】
またインク収納空間内には、圧力板14を介してシート部材11を図の上方向に付勢する押圧力を作用することで、記録ヘッドのインク吐出部に形成されるメニスカスの保持力と平衡して記録ヘッドのインク吐出動作が可能な範囲にある負圧を発生させる圧縮ばね形態のばね部材40が設けられている。それとともに、インク収納室内の空気が環境変化(周囲温度や気圧)によって体積変動した場合、ばねとシートの変位で受容し、室内の負圧が大きく変動しないようになっている。
【0026】
なお、図1の状態は、インク収納空間内にほぼ完全にインク(顔料を含むインク)が充填された状態を示しているが、この状態でもばね部材40は圧縮された状態にあり、インク収納空間内に適切な負圧が生じているものとする。また、インク収納空間内に圧縮ばねを設ける代わりに、適切な部材(例えば上記収納空間に対する外側空間を覆う部材)とシート部材11ないし圧力板14との間に引っ張りばねを張架し、これによってインク収納空間内に適切な負圧が生じるようにしてもよい。
【0027】
バルブ室30には、インク供給経路内の負圧が所定値以上に高まったときに外部から気体(エア)を導入するとともに、供給部50からのインク漏出を阻止するための一方向弁が設けられる。この一方向弁は、連通口36を有して弁閉鎖部材となる圧力板34と、バルブ室筐体内壁の連通口36との対向位置に固定されて連通口36を密閉可能なシール部材37と、圧力板と接合されるとともに連通口36が貫通したシート部材31とを有し、バルブ室30内においても供給部50への連通口13および大気への連通口36を除いて実質的に密閉空間を維持している。そしてシート部材31より図中右側の、バルブ室筐体内の空間は、大気連通口32によって大気に開放され、大気圧と等しくされている。
【0028】
シート部材31は、中央部分の圧力板34と接合されている部分以外の周縁部分は変形可能となっており、中央部分が凸状とされていて、側面形状がほぼ台形となっている。このような構成をとることによって弁閉鎖部材である圧力板34の、図の左右方向への移動が円滑に行われる。
【0029】
バルブ室30の内部には、弁の開放動作を規制するための弁規制部材として、ばね部材35を設けてある。ここでもばね部材35はやや圧縮された状態としておき、この圧縮の反力によって圧力板34を図の右方に押す構成としている。このばね部材35の伸縮によって、連通口36に対するシール部材37の密着/離間を行うことで弁としての機能をもたせ、さらに大気連通口32から連通口36を介してバルブ室30内部への気体の導入のみを許可する一方向弁機構としている。
【0030】
ここでシール部材37としては、連通口36が確実に密閉されるものであればよい。すなわち、少なくとも連通口36と接触する部位が開口面に対して平坦性を保つ形状を有したもの、あるいは連通口36の周囲に密着可能なリブを有したもの、さらには連通口36内に先端が突入して連通口36を閉塞可能な形状を有するものなど、密着状態が確保できるものであればよく、またその材質も特に限定されない。しかし、この密着はばね部材35の伸長力で達成されるものであるので、この伸長力の作用によって動くシート部材31および圧力板34に追随し易いもの、すなわち収縮性をもつゴムのような弾性体でシール部材を形成することは、より好ましい。
【0031】
かかるインクタンク10の構成では、インクが十分に満たされている初期状態からインク消費が進んで行き、インク収納室12内の負圧と、バルブ室30内における弁規制部材によって作用する力等とがつりあった状態からさらにインク消費が継続されて負圧がさらに強まった瞬間に、連通口36が開放されて大気の流入が生じ、バルブ室連通口13に接続される気体導入路である供給部連通管59を介して供給部50内へ、さらに供給部50を介してインク収納空間内へとエアの取り込みが行われるように各部の設計が行われる。そして、このエアの取り込みによってインク収納室10内の容積はシート部材11ないし圧力板14が図の上方に変位可能であることで逆に増大することができ、同時に、供給部50を介して負圧も弱まることによって連通口36が閉鎖される。
【0032】
また、インクタンクの周囲環境の変化、例えば、温度上昇あるいは減圧等が生じても、シート部材11ないし圧力板14の下方への最大変位位置から初期位置までの間の容積分、収納空間内に取り込まれている空気の膨張が許容されるので、換言すれば当該容積分の空間がバッファ領域として機能するので、周囲環境の変化に伴う圧力の上昇を緩和し、吐出口からのインク漏出を効果的に防止することができる。
【0033】
また、初期充填状態からの液体導出に伴いインク収納空間の内容積が減少し、バッファ領域が確保されるまでは、外気が導入されないので、それまでに周囲環境の急激な変化や振動や落下などが生じてもインク漏れが発生しない。さらに、インク未使用状態から予めバッファ領域を確保しているのではないので、インク収納容器の容積効率も高く、コンパクトな構成とすることができる。
【0034】
なお、図示の例ではインク収納室12内のばね40およびバルブ室30内のばね35をともにコイルばねの形態として模式的に示しているが、他の形態のばねを用い得るのは勿論である。特に、例えば円錐弦巻ばねとすることもできるし、板ばねを用いることもできる。さらに板ばねを用いる場合には、断面略U字形状を有する一対の板ばね部材を、U字形状の開放端同士を対応させた状態で組合せてなるものでもよい。
【0035】
記録ヘッド20とインクタンク10との結合は、図示の例では記録ヘッドに一体に設けられている供給部50の接続部51がインクタンク10内に挿入されることによってなされる。これによって両者が流体的に結合され、記録ヘッド20へ向けてインクが供給可能となる。なお、この接続部51が挿通されるインクタンク側開口にはゴム等の封止部材17が取り付けられ、接続部51の周囲に密着してインクタンク10からのインク漏出を防止するとともに、接続部51とインクタンク10との接続を確実なものにしている。また、この封止部材17には、接続部51の挿通を容易とするために、当該挿通位置に予めスリット等を形成しておいてもよい。そして、接続部51が挿通されないときは、封止部材17自体の弾性力によってスリットが閉じられることにより、インクの漏出を防止しているものである。
【0036】
接続部51は内部が軸方向に沿って2分割された中空針状の部材であり、それぞれの中空部の、上側すなわちインク収納室12内に位置づけられる開口位置(以下、タンク側開口位置という)は鉛直方向に関してほぼ同一の高さである一方、下側すなわちヘッドに連結された供給部内での開口位置(以下、ヘッド側開口位置という)は高さが異なる構成となっている。以下、供給部50内でのヘッド側開口位置が鉛直方向において相対的に下にある方の流路(図中の右の流路)をインク流路53、ヘッド側開口位置が鉛直方向において上にある方の流路(図中の左の流路)をエア流路54と称するが、これは供給部50からの気泡排除過程すなわちインク収納部への気体導入過程において、主としてインク流路53からインクが記録ヘッド側に導出され、エア流路54からはインクタンク側にエアが移送されるからであって、後述するように各流路においてインクおよびエアの両者の移動も行われるものである。すなわち、それら流路の呼称は、それぞれの流体専用であることを意味するものではない。
【0037】
供給部50内におけるインク供給経路は、インクタンク10との接続部(上流)側から徐々に拡大し、そして記録ヘッド20(下流)に向かって縮小する断面を有する。インク供給経路の最大拡大部にはフィルタ23が備えられ、供給されるインク中に混入した不純物が記録ヘッド20内へ流れ込んでいくことを防止している。気体の滞留によって形成される供給部50内の気液界面は、流路53および54の横断面積より大きい。こうすることで、流路53を通してインクタンク10内のインクの水頭差が供給部50内のインクにかかった場合に、供給部50内に存在する気体の圧力がより高まり、エア流路54から容易にインクタンク10に向けて気体を排出ないし導出することが可能となる。
【0038】
記録ヘッド20には、所定方向(例えば後述のようにキャリッジ等の部材に搭載されて記録媒体に対し相対移動しつつ吐出動作を行うシリアル記録方式を採るものにあっては当該移動方向と異なる方向)に配列された複数の吐出口と、各吐出口に連通する液路と、液路に配置されてインクを吐出するために利用されるエネルギを発生する素子とが設けられる。ここで、記録ヘッドにおけるインクの吐出方式すなわちエネルギ発生素子の形態は特に限定されるものではなく、例えば、通電に応じ発熱する電気熱変換体を当該素子として用い、その発生する熱エネルギをインク吐出に利用するものであってもよい。その場合には、電気熱変換体の発熱によってインクに膜沸騰を生じさせ、そのときの発泡エネルギによってインク吐出口からインクを吐出させることができる。また、電圧の印加に応じて変形するピエゾ素子のような電気機械変換素子を用い、その機械的エネルギを利用してインク吐出を行うものでも良い。
【0039】
なお、記録ヘッド20および供給部50は、分離可能または分離不能に一体化されたものでもよく、また別体に構成されて連通路を介し接続されるものでも良い。一体化した場合には、記録装置内の搭載部材(例えばキャリッジ)に着脱可能なカートリッジの形態とすることもできる。
【0040】
インクタンク装着時の動作
比較的長期間静置され、インク内の顔料が沈降したインクタンクにおける気体の取り込みとインクの移送とによるインクの攪拌動作等について説明する。
【0041】
図2は、新しいインクタンク10が供給部50ないし記録ヘッド20に未装着状態である状態を示す。ここで、インクタンク10は完全にインクIが充填されている状態であり、ばね部材40による負圧が発生しているとともに、シート部材11がインクタンク外側へ突出した状態となっている。また、インクタンク10は比較的長期間静置され、インク成分である顔料が沈降して層をなした状態のインクIを示している。なお、図では顔料濃度が高い高濃度層a、元の好ましいインクの濃度をほぼ保っている中濃度層b、および顔料濃度が低い低濃度層cの3層に分離した例を示しているが、顔料濃度が高い高濃度層と顔料濃度が低い低濃度層の2層に分離するインク、あるいは逆に4層以上に分離するインク、あるいはまた明確な層を成さなくても濃度勾配が見られるインクに対しても、本実施形態は同様に効果を発揮するものである。
【0042】
記録ヘッド20側においては、それまで装着されていたインクタンク10が空になっても供給部50に残ったインクを使用して記録が行われていたため、そのインクタンクないし接続部方向からエアが侵入し、供給部50におけるフィルタ23の上流領域において上部に気体が溜まっている状態となっている。
【0043】
図3〜図6を用い、各部の圧力バランスと、その圧力バランスによって引き起されるインクおよびエアの移動とインク攪拌動作とについて説明する。
【0044】
図3はインクタンク10が図2の状態から供給部50に対して装着された直後の状態を示している。図3においては説明のために仮にこの状態で静止しているものとする。
【0045】
フィルタ上流領域内に滞留する気体の圧力を考える。インク収納室12内の気体の圧力をP、インク収納室12のインク界面とフィルタ上流領域のインク界面との水頭差による圧力をHsとすると、フィルタ上流領域内の気体の圧力はインク収納室12の気体の圧力よりHsだけ大きいP+Hsとなる。これは、供給部50ないし記録ヘッド20側が密閉構造であるために生じる圧力増加である。
【0046】
次に、エア流路54のヘッド側開口54hのメニスカス位置における圧力のバランスを考えると、下向きに作用する圧力はP+Ha、上向きに作用する圧力は上述の気体圧力P+Hsであるが、この状態でつりあっていると仮定しているので、上下方向の圧力差と、メニスカスに起因する次式で表される圧力Maとがつりあっていることになる。
Ma = 2γcosθa/Ra (1)
ここで、γはインクの表面張力、θaはエア流路54に対するインクの接触角、Raはエア流路54の管径(内径)である。
【0047】
従って、エア流路54のヘッド側開口54hの位置での圧力バランスは次式で表される。
P+Hs−(P+Ha) = Ma (2)
Hs−Ha = Ma (3)
つまり、エア流路54のメニスカス位置とフィルタ上流領域のインク界面との水頭差による圧力と、エア流路のメニスカスによる圧力とがつりあっている状態である。
【0048】
よって、フィルタ上流領域に残留する気体の容積が大きく、従って
Hs−Ha > Ma (4)
である場合においては、フィルタ上流領域内の気体圧力が高い。
【0049】
よって図4に示すように、フィルタ上流領域に残留する気体がインク収納室側に移動して行く一方、インク収納室12内の高濃度層aのインクが供給部50に移動してくる。ここで、供給部50のインクはほぼインク収納室12内の中濃度層bのインクとほぼ等しい濃度のインクであり、高濃度層aのインクより比重が小さい。そのため高濃度層aのインクはより下に沈みこもうと移動し、供給部50のインクは上昇しようとするため、高濃度のインクが中濃度のインクに拡散し、混合される。
【0050】
さらに、図5に示す通り、エア流路54内のメニスカスが破れ、エアがインク収納室12側に移動する。また、これに伴ってインク収納室12内のインク(高濃度のインク)はインク流路53を介して供給部50内に移動して拡散混合され、供給部50内のインク液位もあがる。インク収納室12では、導入されたエアが上昇するに伴って、比重の大きい高濃度層aのインクが中濃度層bの領域以上に押し上げられ、それと同様に中濃度層bのインクが低濃度層cの領域以上に押し上げられることで、インクIが攪拌される。インクが攪拌されることにより、インク収納室12内ではインク濃度がほぼ均一化され、従って均一な濃度のインクを供給することが可能となる。
【0051】
従来の技術の項で述べた特許文献1および2のようにインクを一方向に供給する方式では、比重の大きい高濃度層aのインクが中濃度層bの領域以上に押し上げられる現象、同じく中濃度層bのインクが低濃度層cの領域以上に押し上げられる現象は発生しない。
【0052】
エア流路の容積は供給部に比較して非常に小さいので、エアが移動し始める初期の段階では、比較的容積の大きい供給部50内のインク液面の上昇はさほど大きくない一方、エア流路54のメニスカス位置はインクタンク側開口54tの位置に向けて素早く移動する。よって、エア流路54タンク側開口位置54tからフィルタ上流領域内のインク界面位置までの水頭差による圧力(Hs−Ha)が、エア流路のメニスカスによる圧力に対してかなり大となり、インク収納室12へのエア排除が促進され、またインクに対する攪拌力も増大する。
【0053】
そして、エア流路長さ分の水頭による圧力Laが次式
La < Ma+Ma’ (5)
(ただしMa’はエア流路タンク側開口位置に形成されるメニスカス圧力)
の関係であるとき、図5の状態までエア排出が行われる。
【0054】
以上では、図3のように、インク流路53のヘッド側開口53hがインクに接している場合について考察したが、インク消費がさらに進み、図6のようにインク流路53のヘッド側開口53hも供給部50内のインクに接していない状態について考察する。
【0055】
図3においては、インク流路53のヘッド側開口がインクに接しているためにエア流路内のメニスカス位置における圧力のバランスだけを考察すれば足りたが、図9の状態ではインク流路53に形成されるメニスカスも考察されなければならない。
【0056】
図6の状態で静止しているとする。供給部50内にある気体の圧力をP’、インク流路53で形成されるメニスカスによる圧力をMiとすると、この状態でエア流路54およびインク流路53の各メニスカス位置での圧力バランスは次式
P’−(P+Ha) = Ma, P’−(P+Hi) = Mi (6)
で表され、インクタンクおよび供給部間で流体の交換は生じない。よってエア排除およびインク移動が行われるためには、
P’−(P+Ha) > Ma, P’−(P+Hi) < Mi
となればよい。これらから、
P’−P > Ha+Ma, P’−P < Hi+Mi
つまり、
Hi+Mi > Ha+Ma
Hi−Ha = H > Ma−Mi (7)
となる。従って、インク流路53およびエア流路54のヘッド側開口位置53hおよび54hの鉛直方向の差に対応した、水頭による圧力差Hと、エア流路54およびインク流路53のメニスカスによる圧力の差との関係によって、インクの移動が生じかつエア排除が行われるか否かが決定されることになるので、インク吐出あるいは吐出口形成面側からのインク吸引等による供給部内の負圧調整を適切に行えばよい。
【0057】
そして図3の状態からの図4および図5について説明したと同様のインクの移動およびエア導入によるインクの攪拌が発生し、より均一な濃度のインクを供給することが可能となる。
【0058】
以上の通り、本実施形態によれば、接続部51の内部を2分割して2つの流路を設け、各流路のヘッド側開口位置の高さに差をつけることで、複雑な構成を必要とすることなく、フィルタ上流領域の滞留気体をインクタンク側に速やかに移送することでインクを攪拌し、均一な濃度のインクを供給することが可能となる。
【0059】
また、インクタンクの交換操作後に若干のインク吐出あるいは吐出口形成面側からのインク吸引等を行えば供給部内に滞留していた気体を迅速かつ円滑にインクタンク側に移送して供給経路から排除できることになり、吐出口側から吸引動作を行うことによって気体を排除する場合のような大量のインク浪費が生じることもない。
【0060】
記録時の動作
以上は、インク収納室12は多孔質体などの吸収体を有さずにそのままインクを収納する一方、供給部との間を2つの流路で接続し、各流路のヘッド側開口位置の高さに差をつけることで生じる、インクタンク装着時のインク攪拌動作である。しかし本実施形態の攪拌動作はそれにとどまることなく、装着後の記録時におけるインク消費に伴って、好ましい攪拌動作が生じるものである。すなわち、記録時におけるインクタンク10からのインク供給の過程でインク収納室内の圧力が所定値より小さくなった(負圧が所定値以上に高まったとき)に、バルブ室の作用により外部から気体が供給部さらにはインク収納室内に取り込まれることによる攪拌動作である。
【0061】
図7〜図9を用い、かかる攪拌動作を説明する。なお、これらの図ではインクタンク10が装着された状態で比較的長期間記録動作が行われず、そのためにインク収納室12内でインクの濃度勾配が生じている状態を示しているが、装着時には上述のような攪拌動作が行われるので、装着後から比較的短期間ではインク収納室12内出はほぼ均一な濃度分布となっており、従って均一な濃度のインクを供給できるのは勿論である。つまり、これらの図に示すような濃度勾配が生じている場合にも、以下に述べるように記録に伴う攪拌動作が行われるため、均一な濃度のインクを安定して長く供給できるのである。
【0062】
図7は、記録ヘッド20からインクを例えば滴として吐出させている状態を模式的に示している。インクを吐出させると、記録ヘッド20ないし供給部50内の負圧が高まり、接続部51に形成されるインクのメニスカスを破り、インクタンク10から供給部50に向けてインクが移動する。これに伴い、インク収納室12の内容積が減少し、シート部材11が圧力板14に規制されつつ下方に向けて変形する。これによりばね部材40が圧縮され、インク収納室12内の負圧も高まる。
【0063】
ここで、本実施形態では、インク流路53とエア流路54とは管径をほぼ等しくしてあり、そのため流路の圧力損失は記録ヘッド20ないし供給部50内の負圧に対して大きな差がなく、流路それぞれからインクが供給される。インク流路53のヘッド側開口53hがインクに接している図示の状態では、インク流路53からそのままインクが流れ込む一方、供給部50ないし記録ヘッド20内で生じた気泡はフィルタ上流領域に移動し、既に残存している気体とともに当該領域すなわち供給部50の上部に滞留している。この状態で、エア流路54のヘッド側開口54hの位置において、インクはメニスカスを形成するが、記録ヘッド20ないし供給部50内の負圧が高ければ滴下する。インク収納部12内においてインクの濃度勾配が生じ、各濃度のインクが層を成している場合には、両流路からは高濃度層aのインクが供給されてくるが、上述と同様、高濃度層aのインクはより下に沈みこもうと移動し、供給部50のインクは上昇しようとするため、攪拌されて濃度が均一化される。
【0064】
なお、本実施形態においては、記録動作に伴うインク吐出または記録動作以外の動作として行うインク吐出(予備吐出)により、接続部51内がインクで満たされた状態となるが、記録ヘッド20の吐出口形成面をキャップ部材で封止し、吸引ポンプにより、吐出口からインクを排出することによりこの状態を得ることもできる。
【0065】
さて、インクタンク10内にインクが十分に満たされている図1の初期状態から図7のようにインク消費(記録ヘッドへのインク供給)が進んで行くと、これに追従してシート部材11ないし圧力板14はインク収納空間の内容積を減少させる方向に変位して行き、図8に示す位置に至る。
【0066】
この状態からさらにインク消費が進むと、インクタンク10ないし記録ヘッド20に至るインク供給系内は、内部のインク量が減少した分、圧力が減少(負圧が増大)する。
【0067】
そして、図9に示すように、インク供給系内の負圧と、バルブ室30内における弁規制部材によって作用する力等とがつりあった状態からさらにインク消費が継続されて負圧がさらに強まった瞬間に、連通口36が開放されて大気の流入が生じる。そしてこれが供給部50内に導入されることで、供給部50内のインクが攪拌される。すなわち、かかる供給部50内での攪拌動作によって、記録ヘッド20に供給される直前にもインク濃度がさらに均一化され、良好な濃度のインクをそのまま供給できるようになる。また、インクタンク10から高濃度層aの重いインクが流入してきているような場合でも、これがエアによって持ち上げられることにより、攪拌される。
【0068】
そして供給部50に導入された分に見合うエアが、図5について説明したと同様に供給部50よりインク収容室12内に導入され、ここでも攪拌動作が行われる。また、インク収納室12から供給部50内に取り込まれたインクに対しても攪拌動作が引き続き行われる。
【0069】
エアの導入により供給部50内の負圧が緩和されると、連通口36が閉鎖されて大気の流入が停止する。
【0070】
第1の実施形態の効果等
以上のように、バルブユニット30の作動により、インク供給系ないし記録ヘッド20には、所定の負圧が安定して印加され、記録ヘッド20の吐出特性を良好に保つことができる。また、供給部50内およびインク収納部12内に適宜エアの導入が行われることによって、収納するインクを効率的に攪拌し、濃度勾配を大幅に緩和して、ほぼ均一な濃度のインクを長く安定して供給できる。
【0071】
すなわち、インクに色材として顔料を含むものを用いた場合において、エアがインク収納室12に移送されることによって、沈降した顔料粒子を拡散させ、ほぼ均一な濃度状態のインクとすることができ、インクの保存安定性や吐出の信頼性を確保でき、記録の初期から長く、濃度差のない良好な記録物を安定して得ることができる。さらに、負圧調整時にエアが供給部を介して導入されるので、記録ヘッド20の直近でも攪拌が行われて一層の濃度均一化を図ることができるので、吐出の信頼性等をさらに向上できる。しかも、負圧調整のためのエア導入によって撹拌を同時に行うことができる構造であるので、液体連通構造の簡略化に資するところも大きい。
【0072】
また、インク収納室12側へのエアの移送は、インクタンク装着時や負圧調整時にのみ行われるのではない。ここで、インク供給経路内部に進入してくるエアには、インクタンクを交換する際に進入してくるもののほか、プリントヘッドのインク吐出口から進入する、ないしは吐出動作に伴って発生するもの、インク内部に溶存していた気体が分離したもの、あるいは供給経路を構成する素材を通して外部から気体透過により進入してくるものなどがある。本実施形態では、インク供給不良や混入気泡による吐出口の目詰まり等に起因した記録不良の原因となるそれらエアを、上述したようなインクタンク10および供給部50の内部の圧力のバランスによって接続部51を介しインクタンク10内に適宜移送することで、構造の複雑化を伴うことなくインク供給経路から迅速かつ円滑に排除できる。しかも、これに伴ってインク収納室12内の攪拌動作も行われるのである。また、インクタンク10内に適宜気体の導入が行われることによって、収納するインクを効率的に、ほぼすべてを消費しきることができるようにもなる。
【0073】
さらに、本実施形態の負圧調整はバルブ室30内の連通口36の開閉によって行われている。連通口36を閉塞するためのシール部材にはゴムのような弾性体を用いるのが一般的であろうが、本実施形態のようにインクタンク30側にバルブ室30を設けることにより、シール部材の耐久性はインクタンク10内のインクが消費されるまでの間、すなわちインクタンク30が交換されるまで保たれれば足りることになる。すなわち、バルブ室を供給部50に設ける場合には、シール部材が劣化すれば供給部ないし記録ヘッド側を交換もしくは修理しなければならないので、シール部材ないしバルブ室に十分な耐久性を持たせる必要が生じ、装置の大型化や高価格化が生じるのに対し、本実施形態のようにインクタンク側にバルブ室を設けることで、そのような問題を避けることができるとともに、より高い信頼性を保つことができる。
【0074】
また、バルブ室30をインク収納部12に連通させて直接エア導入を行うのではなく、バルブ室連通口13に挿通される供給部連通管59を介して供給部50内へ、さらに供給部50を介してインク収納空間内へとエアの取り込みが行われるようにした。これにより、上述のような供給部50内での攪拌動作が行われるだけでなく、バルブ室30をインク収納部12に連通させて直接エア導入を行う構成を採用する場合に生じ得る、収納インクのバルブ室を介した漏洩を防止することもできる。
【0075】
(他の実施形態)
なお、第1の実施形態においては、供給部50のインクはほぼインク収納室12内の中濃度層bのインクとほぼ等しい濃度のインクであるとして説明した。これは次の理由による。すなわち、参照される図面では説明のために供給部50ないし記録ヘッド20を大きく描いているが、実際にはインクタンク10に比較すれば内容量も小さく小型であり、特に高さ方向の寸法も小さいものである。従ってインク収納室12において生じ得るような顕著なる濃度勾配は、供給部ないしは記録ヘッド内では生じにくく、かつ上述したような攪拌動作により良好な濃度(中濃度)となったインクがほぼ均一に分布しているからである。
【0076】
しかし供給部50ないし記録ヘッド20においても、比較的長期間静置されたときに濃度勾配が生じるのであれば、記録動作以外の動作として行うインク吐出(予備吐出)や吸引回復により、沈降した顔料成分を多く含むインクを強制排出してから記録動作を行うようにすればよい。
【0077】
また、接続部51がインク収納室12内のより深い位置にまで進入するようにするとともに、側部に高さの異なる複数の孔を形成してインク導出等が行われるようにすることもできる。
【0078】
さらに、上述の第1の実施形態では、インク流路53とエア流路54とに分割した接続部51を設けたが、両流路を各別の接続部に形成してもよい。
【0079】
図10は、かかる液体供給システムの模式的断面図である。本実施形態が第1の実施形態と異なるのは、エア流路54とインク流路53がインク収納室12のほぼ両端に位置するようにしたことである。
【0080】
かかる構成によっても上記第1の実施形態と同様の作用効果が得られることに加え、インク収納室12から供給部50へのインク供給および、供給部50からインク収納室12へのエア導入がインク収納室12の両端で行われることにより、インク収納室12全体をより効果的に攪拌することが可能となる。
【0081】
(インクジェット記録装置の構成例)
図11は、本発明を適用可能なインクジェット記録装置の構成例を説明するための図である。
【0082】
本例の記録装置150はシリアルスキャン方式のインクジェット記録装置であり、ガイド軸151,152によって、キャリッジ153が矢印Aの主走査方向に移動自在にガイドされている。キャリッジ153は、キャリッジモータおよびその駆動力を伝達するベルト等の駆動力伝達機構により、主走査方向に往復動される。キャリッジ153には、上記のいずれかの実施形態を可とし、記録ヘッドないし供給部と、これに装着されてインクを供給するインクタンクとからなる液体供給システム154が搭載される。記録媒体としての用紙Pは、装置の前端部に設けられた挿入口155から挿入された後、その搬送方向が反転されてから、送りローラ156によって矢印Bの副走査方向に搬送される。記録装置150は、記録ヘッドを主走査方向に移動させつつ、プラテン157上の用紙Pの記録領域に向かってインクを吐出させる記録動作と、その記録幅に対応する距離だけ用紙Pを副走査方向に搬送する搬送動作と、を繰り返すことによって、用紙P上に順次画像を記録する。
【0083】
なお、記録ヘッドは、上述のように、インクを吐出するためのエネルギとして、電気熱変換体から発生する熱エネルギを利用するものであってもよい。その場合には、電気熱変換体の発熱によってインクに膜沸騰を生じさせ、そのときの発泡エネルギによって、インク吐出口からインクを吐出することができる。また、記録ヘッドにおけるインクの吐出方式は、このような電気熱変換体を用いた方式のみに限定されず、例えば、圧電素子を用いてインクを吐出する方式等であってもよい。
【0084】
キャリッジ153の移動領域における図11中の左端には、キャリッジ153に搭載された記録ヘッドのインク吐出口の形成面と対向する回復系ユニット(回復処理手段)158が設けられている。回復系ユニット158には、記録ヘッドのインク吐出口のキャッピングが可能なキャップと、そのキャップ内に負圧を導入可能な吸引ポンプなどが備えられており、インク吐出口を覆ったキャップ内に負圧を導入することにより、インク吐出口からインクを吸引排出させて、記録ヘッドの良好なインク吐出状態を維持するための回復処理を行うことができる。また、画像形成とは別に、キャップ内に向かってインク吐出口からインクを吐出させることによって記録ヘッドの良好なインク吐出状態を維持する回復処理(予備吐出処理ともいう)を行うこともできる。
【0085】
(その他)
なお、インクタンクおよび供給部間の気液交換を円滑にするための接続部の構成、特に気体の移送に伴うインク移動の開始を円滑に行わせるためのインク流路の構成は、上述のようにそのヘッド側開口を鉛直方向に関して相対的に低い位置となるようにする構成に限られない。
【0086】
インク流路のヘッド側開口の位置とエア流路のヘッド側開口の位置に高さの差を設けなくても、例えば、上述のように内部を2分割して接続部51に2つの流路を設けるとともに、一方のヘッド側開口の一部が供給部の内壁面に接するようにしたり、あるいは一方の流路に沿って微細な溝を形成する部分を併設し、さらにその溝がヘッド側開口からさらに延長して供給部内方に突出するようにしたりすることで、当該ヘッド側開口部において高い圧力を作用するメニスカスが形成されなくなるようになし、これにより当該流路からインクが供給部内に流れ落ち易くなるようにすることができる。
【0087】
また、当該開口部分を拡大した形状とすること、流路間で径に差をつけること、あるいは材質の適切な選択や表面処理を行うことで流路内面の状態が流路間で異なっているようにすることなどによっても、同様の効果が期待できる。
【0088】
加えて、記録ヘッド側ないしインク供給部側にインク流路およびエア流路を有する接続部を設ける代わりに、インクタンク側にこれを設け、供給部内に突入可能な構成とすることもできる。
【0089】
また、第1の実施形態のように内部を2分割して2つの流路を形成した接続部とするのではなく、図10に示した実施形態のように各流路を形成する別体の部材としてもよい。さらに、流路の数は2つに限られず、3以上設けられるものでもよい。また、内部を複数に分割して複数の流路を形成する接続部とする場合にも、上例のように流路間の隔壁を直線状に形成するのみならず、同心円状に形成することで多重管構成の接続部とすることができる。
【0090】
さらに、内部を複数に分割して複数の流路を形成する接続部とする場合、気体の移送とインクの移動とが相互に干渉して円滑かつ迅速な気液交換を阻害しない限り、各流路が完全に区画されていなくても良い。
【0091】
上述のインク供給システムの諸実施形態では、基本的にいずれも吸収体等にインクを保持させずにそのまま貯留ないし供給されるようにした構成を採用する一方、可動部材(シート部材、圧力板)とこれを付勢するばね部材とにより負圧発生手段を構成するとともに供給システム内を密閉構造とすることで、記録ヘッドに対して適切な負圧を作用するようにした。
【0092】
かかる構成は、吸収体により負圧を発生させる従来技術の構成に対して、容積効率が高く、かつインク選定の自由度も向上できるものである。また、そればかりでなく、近年の記録の高速化に伴って求められるインク供給の高流量化や安定化の要望にも好ましく応え得るものである。しかし、インクタンクの一部に吸収体が設けられている構成であっても、本願発明を適用できることは勿論である。
【0093】
また、供給経路に滞留する気体を排除する目的に対しては、記録ヘッドから最も離れた最上流位置であるインクタンクにこれを移送するものとし、そのために複数の流路を介してインクタンクとインク供給経路とを連結するとともに、両者の圧力のバランスを利用することでインクタンクからのインク導出とインクタンクへの気体導入とが並行して行われるようにした。
【0094】
かかる構成によれば、供給経路内の滞留気体を、複雑な装置を必要とせず、部品点数の増加が少なく簡単な構造でありながら、円滑かつ迅速にインクタンク側に排除することができる。また、排除のタイミングも、気体がある程度蓄積すると圧力のバランスに従って自ずと行われるため、気体排除の信頼性が高いものである。また、かかる構成は、インク供給経路すなわち供給部に外気を導入することで負圧維持を行うための弁機構を設けた場合にも、導入された気体が多くなれば自ずと排除されるために有利な構成であり、これはインクタンクによって負圧を発生する場合より一層構成の簡略化および低廉化に資することができる構成である。
【0095】
また、気体排除の過程において、常にインクタンクの負圧を維持しているのでインクジェット記録ヘッドのインク吐出口などからの液体漏洩を確実に防止することができる。さらには、気体をインクタンク側に排除することによって、記録ヘッドの吐出口側からインク吸引を行うことで気体を排除する方法に比較してインク消費量を格段に減少させることができ、インク浪費を抑えて、ランニングコストの低減にも貢献するものである。
【0096】
加えて、供給経路に対して着脱可能に構成されたインクタンクを用いる場合において、従来は、交換操作時に供給経路側に気体が侵入することを防止するために、供給経路がインクで満たされている状態で、すなわちインクを完全に消費しきる前にインクタンクの交換を行っている場合が多かった。しかし上記構成によれば、交換操作時に供給経路内に気体が侵入しても、新たなインクタンクを装着すればそのインクタンクに対して容易に排除できるので、インクが完全に消費された後に交換を行うことができ、またこれにより、ランニングコストのさらなる低減できるのみならず、環境問題に対しても資するところが大きい。
【0097】
さらに、上述の実施形態においてはいずれも、通常の使用時の姿勢においてインクタンクを最も高所に配置し、供給部ないし記録ヘッドが低所に配置されている。これは、気液交換を迅速かつ円滑に、かつ簡単な構成で行う上で非常に好ましい配置である。
【0098】
なお、インクタンクの構成にもよるが、インクタンクに導入された気体は、これがインク供給経路に戻らず、インク供給が阻害されない位置であれば、インクタンク内のどこに貯留されてもよい。しかし、インクを吸収体などに含浸させずにそのまま貯留するようにした上記実施形態の構成は、導入された気体がそのままインクタンク内の最上部に位置することになるので、好ましいものである。
【0099】
そしてこのように、インクタンク内に吸収体が存在しない場合には、タンクの容積そのものがインクの容量となりうるので、必要以上にインクタンクを大きくする必要がなく、またタンクの形状も比較的自由に設計できるのである。
【0100】
また、以上の説明では本実施形態の記録方式として、シリアル型のインクジェット記録装置を適用してきたが、本発明および本実施形態はこれに限定されるものではない。また、シリアル型でなくライン走査型の記録装置であっても本発明および本実施形態を適用することは可能である。さらに、液体供給システムは、インクの色調(色や濃度など)に対応して複数設けることができるのは言うまでもない。
【0101】
加えて、本発明は、顔料を含むインクを使用するインクジェット記録装置ないしシステムのみならず、成分が均一に分布した状態で使用することが望まれる液体を取り扱う装置ないしシステムにも適用できるものである。
【0102】
本発明の実施態様を以下に列挙する。
【0103】
[実施態様1] 相互に結合することで実質的な密閉空間を形成する、液体を収納する液体収納部と、前記液体を使用する液体使用部とを液体連通する液体連通構造であって、
前記液体連通構造は、それぞれが前記液体収納部と前記液体使用部とを連通する複数の連通路を具え、前記液体使用部内に気体が存在する状態において、前記気体を、前記複数の連通路の一部を介して、前記液体収納部に移送可能であるとともに、
前記液体使用部への前記液体の供給に伴って、前記液体収納部に一体にかつ流体連通しない状態で設けられた弁機構を介して前記液体使用部内に外部から気体を導入可能な気体導入路を具えたことを特徴とする液体連通構造。
【0104】
[実施態様2] 前記複数の連通路の少なくとも一部の前記液体使用部側付近に気体が存在する状態において、前記複数の連通路の一部の連通路を介して前記液体収納部から前記液体使用部に前記液体が移動すると同時に、前記複数の連通路の他の一部の連通路を介して前記気体が前記液体収納部に移送されることを特徴とする実施態様1に記載の液体連通構造。
【0105】
[実施態様3] 前記複数の連通路の少なくとも一部の前記液体使用部側付近に気体が存在する状態において、前記複数の連通路の一部の連通路を介して前記液体収納部から前記液体使用部に前記液体が移動して前記液体使用部内の前記気体圧力が増加することで、前記複数の連通路の他の一部の連通路の連通路を介して前記気体が前記液体収納部に移送されることを特徴とする実施態様2に記載の液体連通構造。
【0106】
[実施態様4] 液体使用時の姿勢において、鉛直方向に関し、前記液体連通構造は、前記液体収納部より実質的に下位に位置し、さらに前記液体使用部より実質的に上位に位置することを特徴とする実施態様1ないし3のいずれかに記載の液体連通構造。
【0107】
[実施態様5] 実施態様1ないし4のいずれかに記載の前記液体連通構造を用い、前記液体収納部から前記液体使用部に前記液体を供給可能であるとともに、前記液体収納部が有する前記弁機構から前記気体導入路を介して前記液体使用部に外気を導入可能な液体供給システム。
【0108】
[実施態様6] 前記液体収納部は、液体の収納空間を画成するとともに、前記液体使用部への前記液体の供給に伴って前記収納空間の内容積を減少する方向に変位可能な可動部材を少なくとも一部に有することを特徴とする実施態様5に記載の液体供給システム。
【0109】
[実施態様7] 前記液体収納部は、前記変位の方向とは反対の方向に前記可動部材を付勢する付勢部材を有することを特徴とする実施態様6に記載の液体供給システム。
【0110】
[実施態様8] 前記弁機構は、前記液体供給経路内の負圧が所定値以上に高まったときに前記液体使用部に対し外気の導入を行うことを特徴とする実施態様5ないし7のいずれかに記載の液体供給システム。
【0111】
[実施態様9] 前記弁機構は、前記液体使用部内への前記外気の導入は許可し、反対方向への流体の移動を阻止することを特徴とする実施態様9に記載の液体供給システム。
【0112】
[実施態様10] 前記液体収納部が前記複数の連通路および前記液気体導入路を介して前記液体使用部に着脱可能であることを特徴とする実施態様5ないし9のいずれかに記載の液体供給システム。
【0113】
[実施態様11] 前記液体使用部は前記液体としてのインクを吐出することにより記録を行うためのインクジェット記録ヘッドを有し、該インクジェット記録ヘッドに前記インクを導くことを特徴とする実施態様5ないし10のいずれかに記載の液体供給システム。
【0114】
[実施態様12] 前記インクは、含有成分が沈降し得るインクであることをことを特徴とする実施態様11に記載の液体供給システム。
【0115】
[実施態様13] 前記インクは顔料を含むインクであることを特徴とする実施態様12に記載の液体供給システム。
【0116】
[実施態様14] 前記記録ヘッドが分離可能に一体に構成されてなることを特徴とする実施態様13に記載の液体供給システム。
【0117】
[実施態様15] 実施態様11ないし14のいずれかに記載の液体供給システムを用い、使用時の姿勢において、鉛直方向に関し、前記液体供給経路より前記複数の連通路が実質的に上位に位置し、さらに前記液体収納部が前記複数の連通路より実質的に上位に位置するよう前記液体供給システムを保持して記録を行うことを特徴とするインクジェット記録装置。
【0118】
[実施態様16] 液体としてのインクを吐出することにより記録を行うためのインクジェット記録ヘッドであって、実施態様1ないし4のいずれかに記載の液体連通構造を一体に有することを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【0119】
[実施態様17] インクジェット記録装置に対し着脱可能なカートリッジの形態を有することを特徴とする実施態様16に記載のインクジェット記録ヘッド。
【0120】
[実施態様18] 実施態様1ないし4のいずれかに記載の液体連通構造に接続され、直接流体連通しない状態で前記弁機構が設けられてなる前記液体収納部をなし、前記複数の連通路および前記気体導入路を介して前記液体連通構造に接続可能なカートリッジの形態を有することを特徴とする液体タンク。
【0121】
[実施態様19] 実施態様16または17に記載のインクジェット記録ヘッドが有する前記液体連通構造に対して、前記複数の連通路および前記気体導入路を介して接続可能なカートリッジの形態を有することを特徴とする液体タンク。
【0122】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、液体使用部分に対して密閉構造を持つ液体供給システムにおいて、液体使用動作および液体供給動作の障害となる気体を、構造の複雑化を伴うことなく液体供給経路から迅速かつ円滑に移送させるとともに、またその移送性能を活用し、液体供給系内の負圧を好ましい状態に維持するために液体供給経路側を介して外気を導入するようにしたことにより、気体の排除や導入に伴ってシステム内の液体を攪拌できるようになる。
【0123】
特に、本発明をインクジェット記録装置に適用した場合、密閉構造のインク供給経路内に残留する気体を円滑かつ迅速にインクタンク側に移送させると共に、記録装置の実使用時においても、滞留気泡に起因する問題点、すなわちインク供給の不良や混入気泡による吐出口の目詰まり等に起因した記録不良を防止できる。またその移送性能を活用することにより、インク供給系内の負圧を好ましい状態に維持するためにインク供給経路側にから外気を導入することで、インクタンクの構成の簡略化および低廉化を図ることができる。これらに加え、着色剤として顔料を使用したインクを使用する場合にも、気体の移送ないし導入に伴ってインクを攪拌できるので、長期に渡り所望の濃度で安定した記録を行うことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態による液体供給システムの模式的断面図である。
【図2】第1の実施形態におけるインクタンク装着時の気体除去ないしインク攪拌過程を説明するための図であり、新しいインクタンクが供給部ないし記録ヘッドに未装着である状態を示す模式的断面図である。
【図3】第1の実施形態におけるインクタンク装着時の気体除去ないしインク攪拌過程を説明するための図であり、図2の状態から、新たなインクタンクを装着した瞬間の状態を示す模式的断面図である。
【図4】第1の実施形態におけるインクタンク装着時の気体除去ないしインク攪拌過程を説明するための図であり、図3の状態からインク移動が生じている状態を示す模式的断面図である。
【図5】第1の実施形態におけるインクタンク装着時の気体除去ないしインク攪拌過程を説明するための図であり、図4の状態からさらにインク移動と気体排出とが同時に進行している状態を示す模式的断面図である。
【図6】第1の実施形態において、異なるインク収納状態からの気体除去ないしインク攪拌過程を説明するための模式的断面図である。
【図7】第1の実施形態における記録時の気体導入ないしインク攪拌過程を説明するための図であり、インクの吐出によりインクタンク内のインクが減少している状態を示す模式的断面図である。
【図8】第1の実施形態における記録時の気体導入ないしインク攪拌過程を説明するための図であり、インクの吐出によりインクタンク内のインクがさらに減少している状態を示す模式的断面図である。
【図9】第1の実施形態における記録時の気体導入ないしインク攪拌過程を説明するための図であり、負圧調整のための外気取入れ動作が行われている状態を示す模式的断面図である。
【図10】本発明の他の実施形態による液体供給システムの模式的断面図である。
【図11】本発明を適用可能なインクジェット記録装置の構成例を示す斜視図である。
【符号の説明】
10 インクタンク
11 シート部材
12 インク収納室
14 圧力板
17 封止部
20 記録ヘッド
22 フィルタ
30 バルブ室
31 バルブ室シート部材
34 バルブ室圧力板
35 バルブ室ばね部材
32,36 連通口
37 シール部材
40 ばね部材
50 供給部
51 接続部
53 インク流路
54 エア流路
59 供給部連通管
150 インクジェット記録装置
154 液体供給システム
153 キャリッジ
158 回復系ユニット
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid communication structure for stably supplying a liquid such as ink to a recording head or a pen as a liquid using unit from an ink tank or the like as a liquid storage unit without waste. . Further, the present invention relates to a liquid supply system using a liquid communication structure and an ink jet recording apparatus using the liquid supply system.
[0002]
[Prior art]
Ink jet recording in which a desired image is formed on a recording medium by applying a liquid ink, for example, as droplets from a fine ejection port provided in a liquid using apparatus, for example, an ink jet recording head, to the recording medium. Since the apparatus has relatively low noise at the time of recording and can form small dots at a high density, the apparatus is used in many printings including color printing in recent years.
[0003]
Until now, inks mainly containing dyes have been used as inks for such ink jet recording. However, recording using an ink containing a dye has relatively poor performance required for applications where light resistance and weather resistance are important, such as recorded materials posted outdoors or recorded materials for which long-term storage is desired. is there. Therefore, in recent years, recording using an ink containing a pigment has been put to practical use instead.
[0004]
However, since the pigment is dispersed rather than dissolved in the solvent, the ink using the pigment inevitably causes sedimentation of the pigment particles as a contained component. Therefore, depending on the use frequency, use interval, number of printed sheets, and the like of the ink jet recording apparatus, the influence of the sedimentation phenomenon of the pigment cannot be ignored in the ink supply system from the ink supply source ink tank to the ink use recording head. There is.
[0005]
For example, if the ink tank is left for a relatively long time in a state where the ink tank is mounted on the ink jet recording apparatus, the pigment particles gradually settle inside the ink tank. As a result, a concentration gradient of pigment particles is generated from the bottom to the top inside the ink tank, and a pigment layer concentration is high and an excessively dark layer is formed at the bottom, while a pigment particle concentration is low and excessive at the top. A pale layer results.
[0006]
Therefore, for example, when ink is supplied from an ink tank configured to lead stored ink from the bottom, ink is first supplied from a layer having a high pigment particle concentration. In the latter period, an extremely light-colored recording will be obtained. That is, there is a problem in that the recorded matter obtained at the beginning of use and at the end of use of the ink tank have a density difference that can be visually observed. This phenomenon is particularly remarkable in color printing in which an image is formed by shading of colors.
[0007]
In order to solve this problem, Patent Literature 1 discloses a method in which a hollow ink supply cylinder is protruded upward from the bottom of the ink storage unit to the inside, and various heights of the top and the outer periphery of the ink supply cylinder are provided. Discloses an ink cartridge for pigment ink in which a plurality of through holes are provided. That is, ink is suctioned not only from the portion near the bottom surface of the ink storage unit but also from a number of locations in the vertical direction in the ink storage unit, and the ink sucked from the number of locations is temporarily removed. By providing a stagnation point and supplying the ink from the stagnation point, the ink in the ink storage unit becomes non-uniform in the height (depth) direction due to long-term storage. The resulting uneven density is reduced.
[0008]
In Patent Document 2, an ink intake tower protrudes upward from the bottom of the ink storage unit to the inside, and a plurality of ink intake ports are formed on an upper side surface of the ink intake tower. An ink cartridge for pigment ink provided is disclosed. In other words, it is described that ink in a good density range can be supplied by configuring so that ink is taken in not from a portion near the bottom surface of the ink storage portion but from an upper portion in the ink storage portion.
[0009]
[Patent Document 1]
JP 2001-270131 A
[0010]
[Patent Document 2]
JP 2001-293880 A
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the technique disclosed in Patent Document 1, ink having a density difference outside the ink supply cylinder is uniformly introduced into the ink supply cylinder, but low-density ink flowing from the upper through hole, that is, light ink is used. Since there is ink of high concentration, that is, heavy ink, which has flowed through the lower through-hole below, the upper and lower convection of the ink is unlikely to occur, and the ink is supplied without being uniformly mixed. Density unevenness may occur even in the region.
[0012]
Further, according to Patent Document 2, it is considered that the pigment particles settled near the bottom surface of the ink storage unit are not led out, so that it is possible to supply the ink in a somewhat favorable concentration range. The effect of a density gradient or a step toward the upper part cannot be completely eliminated, and a density difference may also occur between the early and late stages of recording. Further, there is also a problem that the precipitated pigment component is wasted since it is not led out.
[0013]
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problem, and an object of the present invention is to stably maintain a desired concentration for a long time even when an ink containing a pigment as a colorant is used. The purpose of the present invention is to make it possible to perform a recorded operation.
[0014]
Another object of the present invention is to provide a liquid supply system having a closed structure with respect to a liquid use part, to eliminate a gas that hinders the liquid use operation and the liquid supply operation, and to reduce the negative pressure in the liquid supply system to a preferable state. The object of the present invention is to enable the liquid in the system to be appropriately stirred with the introduction of outside air for maintenance.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
For this purpose, the present invention provides a liquid communication structure that liquid-connects a liquid storage unit that stores a liquid and a liquid use unit that uses the liquid to form a substantially sealed space by being connected to each other. ,
The liquid communication structure includes a plurality of communication paths each communicating the liquid storage section and the liquid use section, and in a state where a gas exists in the liquid use section, the gas communicates with the plurality of communication paths. Through a part, it can be transferred to the liquid storage unit,
A gas introduction path through which a gas can be introduced from the outside into the liquid use unit via a valve mechanism provided integrally with the liquid storage unit and not in fluid communication with the supply of the liquid to the liquid use unit. It is characterized by having.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, some embodiments in which the present invention is applied to an inkjet recording apparatus will be described with reference to the drawings.
[0017]
In this specification, the term “record” refers to not only a case where significant information such as characters and figures are formed, but also a matter that is significant or insignificant, and is also manifested so that humans can perceive it visually. Regardless of whether or not the image, pattern, pattern, or the like is formed on a recording medium widely, or when the recording medium is processed.
[0018]
In addition, the “recording medium” includes not only paper used in general recording apparatuses but also a wide range of materials that can accept ink, such as cloth, plastic films, metal plates, glass, ceramics, wood, and leather. It should be noted that, hereinafter, it is also referred to as “paper” or simply “paper”.
[0019]
In the following embodiments, ink is described as an example of the liquid used in the liquid supply system of the present invention. However, the applicable liquid is not limited to ink, and is applicable to, for example, the inkjet recording field. Needless to say, it includes a processing liquid for the recording medium.
[0020]
(1st Embodiment)
Constitution
FIG. 1 is a schematic sectional view of a liquid supply system according to a first embodiment of the present invention.
[0021]
The ink supply system of the embodiment shown in FIG. 1 generally includes an ink tank 10 as a liquid container, an ink jet recording head (hereinafter, simply referred to as a “recording head”) 20, and an ink supply path communicating between them. And a supply unit 50 to be formed. The supply unit 50 may be integral with the recording head 20 so as to be separable or non-separable. The supply unit 50 is provided on a carriage on which the recording head 20 is mounted. In the above, the ink supply path from the ink tank 10 to the recording head 20 may be closed.
[0022]
The ink tank 10 generally includes two chambers, an ink storage chamber 12 and a valve chamber 30, in which an ink storage space is defined. These two chambers do not directly communicate with each other, but communicate with the supply section 50 through separate connection sections. are doing. The ink (ink-containing ink) to be discharged from the recording head can be stored in the ink storage chamber 12, and is supplied to the recording head along with the discharging operation.
[0023]
In the ink storage chamber 12, a deformable flexible film (sheet member) 11 is provided in a part, and a space for storing ink is defined between this part and the inflexible exterior 15. ing. The inside of the ink storage space forms a substantially closed space except for a connection portion to a supply member provided below. The outer space with respect to the ink storage space as viewed from the sheet member 11, that is, the space above the sheet member 11 in the drawing may be covered with a member having an air communication port.
[0024]
The shape of the central portion of the sheet member 11 of this example is regulated by a pressure plate 14 which is a flat support member, and the peripheral portion thereof is deformable. The central portion of the sheet member 11 is formed in a convex shape in advance, and the side surface shape is substantially trapezoidal. As will be described later, the sheet member 11 is deformed according to a change in the amount of ink in the ink storage space or a change in pressure. At this time, the peripheral portion of the sheet member 11 expands and contracts in a well-balanced manner, and the central portion of the sheet member 11 moves in a vertical direction in the drawing while maintaining a substantially horizontal posture. As described above, since the sheet member 11 is smoothly deformed (moved), no shock is generated due to the deformation, and no abnormal pressure fluctuation occurs in the ink storage space due to the shock.
[0025]
Further, by applying a pressing force for urging the sheet member 11 upward in the drawing via the pressure plate 14 in the ink storage space, the holding force of the meniscus formed in the ink discharge portion of the recording head is balanced. A spring member 40 in the form of a compression spring for generating a negative pressure within a range in which the ink ejection operation of the recording head is possible is provided. At the same time, when the volume of the air in the ink storage chamber fluctuates due to environmental changes (ambient temperature and atmospheric pressure), it is received by the displacement of the spring and the sheet, so that the negative pressure in the chamber does not fluctuate greatly.
[0026]
Although the state of FIG. 1 shows a state in which the ink (ink containing pigment) is almost completely filled in the ink storage space, the spring member 40 is also in a compressed state even in this state, and It is assumed that an appropriate negative pressure is generated in the space. Further, instead of providing a compression spring in the ink storage space, a tension spring is stretched between an appropriate member (for example, a member covering an outer space with respect to the storage space) and the sheet member 11 or the pressure plate 14, thereby forming a tension spring. An appropriate negative pressure may be generated in the ink storage space.
[0027]
The valve chamber 30 is provided with a one-way valve for introducing gas (air) from the outside when the negative pressure in the ink supply path becomes higher than a predetermined value, and for preventing ink leakage from the supply unit 50. Can be The one-way valve is provided with a pressure plate 34 having a communication port 36 and serving as a valve closing member, and a sealing member 37 fixed at a position facing the communication port 36 on the inner wall of the valve chamber housing and capable of sealing the communication port 36. And a sheet member 31 joined to the pressure plate and having the communication port 36 penetrated therethrough. Even in the valve chamber 30, the communication port 13 to the supply unit 50 and the communication port 36 to the atmosphere are substantially excluded. Maintains a closed space. The space in the valve chamber housing on the right side of the figure from the seat member 31 is opened to the atmosphere by the atmosphere communication port 32 and is made equal to the atmospheric pressure.
[0028]
The sheet member 31 is deformable at a peripheral portion other than a portion joined to the pressure plate 34 at a central portion, has a convex central portion, and has a substantially trapezoidal side shape. With such a configuration, the movement of the pressure plate 34 as the valve closing member in the left-right direction in the figure is smoothly performed.
[0029]
Inside the valve chamber 30, a spring member 35 is provided as a valve regulating member for regulating the opening operation of the valve. Also in this case, the spring member 35 is in a slightly compressed state, and the pressure plate 34 is pushed rightward in the drawing by the reaction force of the compression. Due to the expansion and contraction of the spring member 35, the sealing member 37 is brought into close contact with and separated from the communication port 36, thereby providing a function as a valve. Further, gas from the atmosphere communication port 32 to the inside of the valve chamber 30 through the communication port 36 is provided. It has a one-way valve mechanism that allows only introduction.
[0030]
Here, as the seal member 37, any material may be used as long as the communication port 36 is securely sealed. That is, at least a portion that is in contact with the communication port 36 has a shape that maintains flatness with respect to the opening surface, or has a rib that can be in close contact with the periphery of the communication port 36, and further has a tip inside the communication port 36. Any shape may be used as long as it can secure the close contact state, such as a shape having a shape that allows the communication port 36 to enter and close the communication port 36, and the material is not particularly limited. However, since the close contact is achieved by the extension force of the spring member 35, it is easy to follow the sheet member 31 and the pressure plate 34 which move by the action of the extension force, that is, elasticity such as rubber having contractility. It is more preferred to form the sealing member with the body.
[0031]
In the configuration of the ink tank 10, the ink consumption proceeds from the initial state where the ink is sufficiently filled, the negative pressure in the ink storage chamber 12, the force applied by the valve regulating member in the valve chamber 30, and the like. At the moment when the ink pressure is further increased and the negative pressure is further increased from the balanced state, the communication port 36 is opened to cause the inflow of the air, and the supply section is a gas introduction path connected to the valve chamber communication port 13. Each part is designed so that air is taken into the supply part 50 through the communication pipe 59 and further into the ink storage space through the supply part 50. By taking in the air, the volume in the ink storage chamber 10 can be increased conversely because the sheet member 11 or the pressure plate 14 can be displaced upward in the drawing. The communication port 36 is closed by reducing the pressure.
[0032]
Further, even if a change in the surrounding environment of the ink tank, for example, a rise in temperature or a decrease in pressure, occurs, the amount of space between the maximum displacement position below the sheet member 11 or the pressure plate 14 and the initial position is equal to or less than the initial position. Since the expansion of the entrapped air is allowed, in other words, the space corresponding to the volume functions as a buffer area, so that the rise in pressure due to a change in the surrounding environment is reduced, and the ink leaks from the discharge ports. Can be prevented.
[0033]
In addition, since the internal volume of the ink storage space decreases as the liquid is drawn from the initial filling state and the outside air is not introduced until the buffer area is secured, sudden changes in the surrounding environment, vibrations, No ink leakage occurs even if the ink is leaked. Further, since the buffer area is not reserved in advance from the state where the ink is not used, the volume efficiency of the ink container is high, and a compact configuration can be achieved.
[0034]
In the illustrated example, the spring 40 in the ink storage chamber 12 and the spring 35 in the valve chamber 30 are both schematically shown as coil springs, but it is a matter of course that other forms of springs can be used. . In particular, for example, a conical spring may be used, or a leaf spring may be used. Further, when a leaf spring is used, a pair of leaf spring members having a substantially U-shaped cross section may be combined with the U-shaped open ends corresponding to each other.
[0035]
The connection between the recording head 20 and the ink tank 10 is made by inserting the connecting portion 51 of the supply section 50 provided integrally with the recording head in the illustrated example into the ink tank 10. As a result, the two are fluidly connected, and ink can be supplied to the recording head 20. A sealing member 17 made of rubber or the like is attached to the opening on the ink tank side through which the connection portion 51 is inserted. The sealing member 17 is in close contact with the periphery of the connection portion 51 to prevent ink from leaking from the ink tank 10, and The connection between the ink tank 51 and the ink tank 10 is secured. In addition, a slit or the like may be formed in advance in the sealing member 17 at the insertion position in order to facilitate the insertion of the connection portion 51. When the connection portion 51 is not inserted, the slit is closed by the elastic force of the sealing member 17 itself, thereby preventing leakage of ink.
[0036]
The connection portion 51 is a hollow needle-like member whose inside is divided into two parts along the axial direction, and an opening position (hereinafter, referred to as a tank-side opening position) of each of the hollow portions that is positioned on the upper side, that is, in the ink storage chamber 12. Have substantially the same height in the vertical direction, but have a different height at the opening position on the lower side, that is, in the supply unit connected to the head (hereinafter referred to as the head-side opening position). Hereinafter, the flow path (right flow path in the drawing) in which the head side opening position in the supply unit 50 is relatively lower in the vertical direction is the ink flow path 53, and the head side opening position is the upper side in the vertical direction. Is referred to as an air flow path 54, which is mainly used in the process of eliminating bubbles from the supply unit 50, that is, in the process of introducing gas into the ink storage unit. This is because ink is led out to the recording head side, and air is transferred from the air flow path 54 to the ink tank side, and both ink and air are moved in each flow path as described later. is there. That is, the names of these flow paths do not mean that they are dedicated to each fluid.
[0037]
The ink supply path in the supply unit 50 has a cross section that gradually expands from the connection (upstream) side with the ink tank 10 and decreases toward the recording head 20 (downstream). A filter 23 is provided at the maximum enlargement portion of the ink supply path to prevent impurities mixed in the supplied ink from flowing into the recording head 20. The gas-liquid interface in the supply section 50 formed by the stagnation of the gas is larger than the cross-sectional area of the flow paths 53 and 54. By doing so, when the head difference of the ink in the ink tank 10 is applied to the ink in the supply unit 50 through the flow path 53, the pressure of the gas existing in the supply unit 50 is further increased, and It is possible to easily discharge or draw out the gas toward the ink tank 10.
[0038]
The recording head 20 has a predetermined direction (for example, a direction different from the moving direction in the case of a serial recording method in which the recording head 20 is mounted on a member such as a carriage and performs a discharging operation while relatively moving with respect to the recording medium). 2), a plurality of discharge ports, a liquid path communicating with each discharge port, and an element which is disposed in the liquid path and generates energy used for discharging ink. Here, the method of ejecting ink in the recording head, that is, the form of the energy generating element is not particularly limited. For example, an electrothermal converter that generates heat in accordance with energization is used as the element, and the generated thermal energy is used for ink ejection. It may be used for. In this case, the heat generated by the electrothermal transducer causes film boiling in the ink, and the foaming energy at that time allows the ink to be ejected from the ink ejection port. Alternatively, an electromechanical conversion element such as a piezo element that deforms in response to application of a voltage may be used, and ink may be ejected using the mechanical energy.
[0039]
The recording head 20 and the supply unit 50 may be integrated so as to be separable or inseparable, or may be configured separately and connected via a communication path. When integrated, a cartridge that can be attached to and detached from a mounting member (for example, a carriage) in the recording apparatus can be used.
[0040]
Operation when ink tank is installed
A description will be given of an ink stirring operation and the like by taking in gas and transferring ink in an ink tank that has been left still for a relatively long time and in which pigment in ink has settled.
[0041]
FIG. 2 shows a state in which a new ink tank 10 is not mounted on the supply unit 50 or the recording head 20. Here, the ink tank 10 is completely filled with the ink I, a negative pressure is generated by the spring member 40, and the sheet member 11 projects outside the ink tank. Further, the ink I is shown in a state where the ink tank 10 has been allowed to stand for a relatively long period of time, and the pigment as an ink component has settled down to form a layer. In the figure, an example is shown in which the high-density layer a having a high pigment concentration, the medium-density layer b which substantially maintains the original preferable ink concentration, and the low-density layer c having a low pigment concentration are separated into three layers. Ink that separates into two layers, a high-concentration layer with a high pigment concentration and a low-concentration layer with a low pigment concentration, or ink that separates into four or more layers. The present embodiment also exerts the same effect on the obtained ink.
[0042]
On the recording head 20 side, even if the ink tank 10 that has been mounted is empty, recording is performed using the ink remaining in the supply unit 50. Thus, the gas enters and the upper portion of the upstream region of the filter 23 in the supply unit 50 is in a state where gas is accumulated.
[0043]
The pressure balance of each part, the movement of ink and air caused by the pressure balance, and the ink stirring operation will be described with reference to FIGS.
[0044]
FIG. 3 shows a state immediately after the ink tank 10 is mounted on the supply unit 50 from the state of FIG. In FIG. 3, for the sake of explanation, it is assumed that this state is stationary.
[0045]
Consider the pressure of the gas remaining in the upstream region of the filter. Assuming that the pressure of the gas in the ink storage chamber 12 is P and the pressure due to the head difference between the ink interface of the ink storage chamber 12 and the ink interface in the upstream area of the filter is Hs, the pressure of the gas in the upstream area of the filter is P + Hs which is larger than the pressure of the gas by Hs. This is an increase in pressure that occurs because the supply unit 50 or the recording head 20 side has a closed structure.
[0046]
Next, considering the pressure balance at the meniscus position of the head side opening 54h of the air flow passage 54, the pressure acting downward is P + Ha, and the pressure acting upward is the gas pressure P + Hs described above. Therefore, the pressure difference in the up-down direction and the pressure Ma caused by the meniscus and represented by the following equation are balanced.
Ma = 2γcosθa / Ra (1)
Here, γ is the surface tension of the ink, θa is the contact angle of the ink with the air flow path 54, and Ra is the pipe diameter (inner diameter) of the air flow path 54.
[0047]
Therefore, the pressure balance at the position of the head side opening 54h of the air flow path 54 is expressed by the following equation.
P + Hs- (P + Ha) = Ma (2)
Hs−Ha = Ma (3)
That is, the pressure due to the head difference between the meniscus position in the air flow path 54 and the ink interface in the upstream region of the filter and the pressure due to the meniscus in the air flow path are in balance.
[0048]
Therefore, the volume of gas remaining in the upstream region of the filter is large, and
Hs-Ha> Ma (4)
In this case, the gas pressure in the upstream region of the filter is high.
[0049]
Therefore, as shown in FIG. 4, the gas remaining in the upstream region of the filter moves toward the ink storage chamber, while the ink in the high concentration layer a in the ink storage chamber 12 moves to the supply unit 50. Here, the ink in the supply unit 50 has substantially the same density as the ink in the medium density layer b in the ink storage chamber 12, and has a lower specific gravity than the ink in the high density layer a. Therefore, the ink of the high-concentration layer a moves to sink below, and the ink of the supply unit 50 tends to rise, so that the high-concentration ink is diffused into the medium-concentration ink and mixed.
[0050]
Further, as shown in FIG. 5, the meniscus in the air flow path 54 is broken, and the air moves to the ink storage chamber 12 side. Along with this, the ink (high-concentration ink) in the ink storage chamber 12 moves into the supply section 50 via the ink flow path 53 and is diffused and mixed, and the ink level in the supply section 50 also rises. In the ink storage chamber 12, as the introduced air rises, the ink of the high-density layer a having a large specific gravity is pushed up above the region of the medium-density layer b. The ink I is agitated by being pushed up above the area of the layer c. By stirring the ink, the ink concentration in the ink storage chamber 12 is made substantially uniform, so that it is possible to supply ink with a uniform concentration.
[0051]
In the method of supplying the ink in one direction as in Patent Documents 1 and 2 described in the section of the prior art, the phenomenon that the ink of the high-density layer a having a large specific gravity is pushed up to the area of the medium-density layer b or more, similarly to the medium There is no phenomenon that the ink in the density layer b is pushed up more than the area of the low density layer c.
[0052]
Since the volume of the air flow path is very small as compared with the supply section, at the initial stage when the air starts to move, the rise of the ink liquid level in the supply section 50 having a relatively large volume is not so large, The meniscus position of the path 54 moves quickly toward the position of the ink tank side opening 54t. Accordingly, the pressure (Hs-Ha) due to the head difference from the tank-side opening position 54t of the air flow passage 54 to the ink interface position in the upstream region of the filter becomes considerably larger than the pressure due to the meniscus of the air flow passage. Air removal to the ink 12 is promoted, and the agitation force for the ink is also increased.
[0053]
Then, the pressure La due to the head of the air flow path length is given by the following equation.
La <Ma + Ma '(5)
(However, Ma 'is the meniscus pressure formed at the opening position on the air flow path tank side)
In this case, the air is discharged up to the state shown in FIG.
[0054]
In the above, the case where the head side opening 53h of the ink flow path 53 is in contact with the ink as shown in FIG. 3 has been considered. However, the ink consumption further proceeds, and the head side opening 53h of the ink flow path 53 as shown in FIG. Also, a state where the ink is not in contact with the ink in the supply unit 50 will be considered.
[0055]
In FIG. 3, since the head side opening of the ink flow path 53 is in contact with the ink, it is sufficient to consider only the pressure balance at the meniscus position in the air flow path. The meniscus formed on the surface must also be considered.
[0056]
Suppose that it is stationary in the state of FIG. Assuming that the pressure of the gas in the supply unit 50 is P ′ and the pressure of the meniscus formed by the ink flow path 53 is Mi, the pressure balance at each meniscus position of the air flow path 54 and the ink flow path 53 in this state is as follows. Next formula
P '-(P + Ha) = Ma, P'-(P + Hi) = Mi (6)
No fluid exchange occurs between the ink tank and the supply unit. Therefore, in order to perform air removal and ink movement,
P '-(P + Ha)> Ma, P'-(P + Hi) <Mi
It should just be. From these,
P'-P> Ha + Ma, P'-P <Hi + Mi
That is,
Hi + Mi> Ha + Ma
Hi-Ha = H> Ma-Mi (7)
Becomes Therefore, the difference between the pressure difference H due to the water head and the pressure due to the meniscus of the air flow passage 54 and the ink flow passage 53 corresponding to the vertical difference between the head-side opening positions 53h and 54h of the ink flow passage 53 and the air flow passage 54. In this case, it is determined whether or not ink movement occurs and whether or not air is eliminated. Therefore, it is appropriate to adjust the negative pressure in the supply unit by ink ejection or ink suction from the ejection port forming surface side. You can go to
[0057]
Then, the same movement of the ink and the stirring of the ink by the introduction of air occur as described with reference to FIGS. 4 and 5 from the state of FIG.
[0058]
As described above, according to the present embodiment, the inside of the connection part 51 is divided into two to provide two flow paths, and the height of the head-side opening position of each flow path is made different, so that a complicated configuration is achieved. It is possible to stir the ink by quickly transferring the stagnant gas in the upstream region of the filter to the ink tank side without requiring it, and to supply the ink with a uniform concentration.
[0059]
In addition, if a small amount of ink is ejected or the ink is sucked from the ejection port forming side after the ink tank replacement operation, the gas remaining in the supply section is quickly and smoothly transferred to the ink tank side and removed from the supply path. That is, a large amount of ink is not wasted as in the case of removing gas by performing a suction operation from the ejection port side.
[0060]
Operation during recording
As described above, while the ink storage chamber 12 stores ink without having an absorber such as a porous body, the ink storage chamber 12 is connected to the supply unit by two flow paths, and the head side opening position of each flow path is determined. This is an ink stirring operation at the time of mounting the ink tank, which is caused by providing a difference in height. However, the stirring operation according to the present embodiment is not limited to this, and a preferable stirring operation occurs with the consumption of ink during printing after mounting. That is, when the pressure in the ink storage chamber becomes smaller than a predetermined value (when the negative pressure rises to a predetermined value or more) in the process of supplying ink from the ink tank 10 during recording, gas from the outside is actuated by the action of the valve chamber. The stirring operation is performed by being taken into the supply unit and the ink storage chamber.
[0061]
The stirring operation will be described with reference to FIGS. Note that these figures show a state in which a recording operation is not performed for a relatively long time in a state where the ink tank 10 is mounted, and a concentration gradient of the ink is generated in the ink storage chamber 12. Since the above-described stirring operation is performed, the inside of the ink storage chamber 12 has a substantially uniform density distribution in a relatively short period of time after the mounting, so that it is of course possible to supply ink with a uniform density. . In other words, even when the density gradient shown in these figures occurs, the stirring operation accompanying the recording is performed as described below, so that the ink having the uniform density can be supplied stably for a long time.
[0062]
FIG. 7 schematically shows a state in which ink is ejected from the recording head 20 as, for example, droplets. When the ink is ejected, the negative pressure in the recording head 20 or the supply unit 50 increases, breaking the meniscus of the ink formed in the connection unit 51, and moving the ink from the ink tank 10 toward the supply unit 50. Accordingly, the inner volume of the ink storage chamber 12 decreases, and the sheet member 11 is deformed downward while being regulated by the pressure plate 14. Thereby, the spring member 40 is compressed, and the negative pressure in the ink storage chamber 12 is also increased.
[0063]
Here, in the present embodiment, the diameters of the ink flow path 53 and the air flow path 54 are substantially equal to each other, so that the pressure loss in the flow path is large with respect to the negative pressure in the recording head 20 or the supply unit 50. There is no difference, and ink is supplied from each of the flow paths. In the illustrated state where the head side opening 53h of the ink flow path 53 is in contact with the ink, the ink flows from the ink flow path 53 as it is, while bubbles generated in the supply unit 50 or the recording head 20 move to the filter upstream area. , And stay in the region, that is, the upper portion of the supply unit 50 together with the gas that has already remained. In this state, the ink forms a meniscus at the position of the head side opening 54h of the air flow path 54, but drops if the negative pressure in the recording head 20 or the supply unit 50 is high. When a concentration gradient of the ink occurs in the ink storage unit 12 and the inks of each concentration form a layer, the ink of the high concentration layer a is supplied from both the flow paths. The ink in the high-concentration layer a moves to sink below, and the ink in the supply unit 50 tends to rise.
[0064]
In the present embodiment, the connection portion 51 is filled with ink by ink ejection accompanying the printing operation or ink ejection (preliminary ejection) performed as an operation other than the printing operation. This state can be obtained by sealing the outlet forming surface with a cap member and discharging the ink from the discharge port by a suction pump.
[0065]
When ink consumption (ink supply to the recording head) proceeds as shown in FIG. 7 from the initial state of FIG. 1 in which the ink tank 10 is sufficiently filled with ink, the sheet member 11 follows this. Alternatively, the pressure plate 14 is displaced in a direction to reduce the internal volume of the ink storage space, and reaches the position shown in FIG.
[0066]
As the ink consumption further progresses from this state, the pressure in the ink supply system from the ink tank 10 to the recording head 20 decreases (the negative pressure increases) by the reduced amount of ink inside.
[0067]
Then, as shown in FIG. 9, the ink consumption is further continued from the state where the negative pressure in the ink supply system and the force acting by the valve regulating member in the valve chamber 30 are balanced, and the negative pressure further increases. At the moment, the communication port 36 is opened, and the inflow of air occurs. When the ink is introduced into the supply unit 50, the ink in the supply unit 50 is stirred. That is, by the stirring operation in the supply unit 50, the ink density is further uniformed immediately before the ink is supplied to the recording head 20, so that the ink having a good density can be supplied as it is. Further, even when the heavy ink of the high concentration layer a is flowing from the ink tank 10, the heavy ink is stirred by being lifted by the air.
[0068]
Then, air corresponding to the amount introduced into the supply unit 50 is introduced into the ink storage chamber 12 from the supply unit 50 in the same manner as described with reference to FIG. 5, and the stirring operation is performed here as well. In addition, the stirring operation is continuously performed on the ink taken into the supply unit 50 from the ink storage chamber 12.
[0069]
When the negative pressure in the supply unit 50 is reduced by the introduction of the air, the communication port 36 is closed, and the inflow of the atmosphere is stopped.
[0070]
Effects and the like of the first embodiment
As described above, by operating the valve unit 30, a predetermined negative pressure is stably applied to the ink supply system or the recording head 20, and the ejection characteristics of the recording head 20 can be kept good. In addition, by appropriately introducing air into the supply section 50 and the ink storage section 12, the stored ink is efficiently stirred, the density gradient is greatly reduced, and the ink having a substantially uniform density is prolonged. Can be supplied stably.
[0071]
That is, in the case where the ink containing a pigment as a coloring material is used, the air is transferred to the ink storage chamber 12, so that the settled pigment particles are diffused, and the ink can be made into a substantially uniform concentration state. As a result, it is possible to secure the storage stability of the ink and the reliability of the ejection, and it is possible to stably obtain a good printed matter having a long density from the initial recording and having no density difference. Further, since air is introduced through the supply unit at the time of adjusting the negative pressure, agitation is performed even in the immediate vicinity of the recording head 20 and the density can be made more uniform, so that the reliability of ejection can be further improved. . In addition, since the stirring can be performed simultaneously by introducing air for adjusting the negative pressure, it greatly contributes to the simplification of the liquid communication structure.
[0072]
Further, the transfer of the air to the ink storage chamber 12 is not performed only when the ink tank is mounted or the negative pressure is adjusted. Here, in addition to the air that enters when the ink tank is replaced, the air that enters the inside of the ink supply path, the air that enters from the ink ejection port of the print head, or the air that is generated with the ejection operation, The gas dissolved inside the ink may be separated, or the gas may enter from outside by gas permeation through the material constituting the supply path. In the present embodiment, the air that causes a recording failure due to a defective ink supply or clogging of an ejection port due to a mixed bubble is connected by the above-described pressure balance between the ink tank 10 and the supply unit 50. By appropriately transferring the ink into the ink tank 10 via the section 51, the ink can be quickly and smoothly removed from the ink supply path without complicating the structure. In addition, the stirring operation in the ink storage chamber 12 is performed accordingly. In addition, by appropriately introducing gas into the ink tank 10, almost all of the stored ink can be efficiently consumed.
[0073]
Further, the negative pressure adjustment in the present embodiment is performed by opening and closing the communication port 36 in the valve chamber 30. An elastic body such as rubber may be generally used as a seal member for closing the communication port 36, but by providing the valve chamber 30 on the ink tank 30 side as in the present embodiment, the seal member Is sufficient until the ink in the ink tank 10 is consumed, that is, until the ink tank 30 is replaced. That is, when the valve chamber is provided in the supply section 50, if the seal member deteriorates, the supply section or the recording head side must be replaced or repaired. Therefore, it is necessary to provide the seal member or the valve chamber with sufficient durability. However, such a problem can be avoided by providing a valve chamber on the ink tank side as in this embodiment, and higher reliability can be achieved. Can be kept.
[0074]
Further, the air is not directly introduced by connecting the valve chamber 30 to the ink storage section 12, but is supplied into the supply section 50 through the supply section communication pipe 59 inserted into the valve chamber communication port 13. The air is taken into the ink storage space via. Thereby, not only the stirring operation in the supply unit 50 as described above is performed, but also the storage ink that can be generated when the configuration in which the valve chamber 30 is communicated with the ink storage unit 12 and air is directly introduced is adopted. Can be prevented from leaking through the valve chamber.
[0075]
(Other embodiments)
In the first embodiment, the description has been made on the assumption that the ink in the supply unit 50 has substantially the same density as the ink in the middle density layer b in the ink storage chamber 12. This is for the following reason. That is, in the drawings to be referred to, the supply unit 50 or the recording head 20 is drawn large for the sake of explanation. However, in actuality, the internal capacity is small and small as compared with the ink tank 10, and especially the dimension in the height direction is small It is small. Therefore, a remarkable density gradient which may occur in the ink storage chamber 12 is hardly generated in the supply unit or the recording head, and the ink having a good density (medium density) due to the above-described stirring operation is distributed almost uniformly. Because they do.
[0076]
However, if a density gradient also occurs in the supply unit 50 or the recording head 20 when the recording head is left still for a relatively long time, the pigment that has settled due to ink ejection (preliminary ejection) or suction recovery performed as an operation other than the recording operation The recording operation may be performed after forcibly discharging the ink containing many components.
[0077]
In addition, the connection portion 51 can be made to enter a deeper position in the ink storage chamber 12, and a plurality of holes having different heights can be formed on the side portions so that ink ejection or the like can be performed. .
[0078]
Further, in the above-described first embodiment, the connection portion 51 divided into the ink flow passage 53 and the air flow passage 54 is provided, but both the flow passages may be formed in separate connection portions.
[0079]
FIG. 10 is a schematic sectional view of such a liquid supply system. This embodiment is different from the first embodiment in that the air flow path 54 and the ink flow path 53 are located at substantially both ends of the ink storage chamber 12.
[0080]
With this configuration, the same operation and effect as those of the first embodiment can be obtained. In addition, the ink supply from the ink storage chamber 12 to the supply unit 50 and the air introduction from the supply unit 50 to the ink storage chamber 12 By performing the process at both ends of the storage chamber 12, the entire ink storage chamber 12 can be more effectively agitated.
[0081]
(Structural example of inkjet recording device)
FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration example of an inkjet recording apparatus to which the present invention can be applied.
[0082]
The recording device 150 of this example is a serial scan type ink jet recording device, and a carriage 153 is guided by guide shafts 151 and 152 movably in the main scanning direction indicated by the arrow A. The carriage 153 is reciprocated in the main scanning direction by a driving force transmission mechanism such as a carriage motor and a belt for transmitting the driving force. In the carriage 153, a liquid supply system 154 including any of the above-described embodiments and a recording head or a supply unit and an ink tank mounted on the carriage and supplying ink is mounted. After the paper P as a recording medium is inserted from an insertion slot 155 provided at the front end of the apparatus, its transport direction is reversed, and then transported by a feed roller 156 in the sub-scanning direction of arrow B. The recording device 150 performs a recording operation of ejecting ink toward a recording area of the sheet P on the platen 157 while moving the recording head in the main scanning direction, and moving the sheet P in the sub-scanning direction by a distance corresponding to the recording width. The image is sequentially recorded on the sheet P by repeating the transport operation of transporting the image to the paper P.
[0083]
Note that, as described above, the recording head may use the thermal energy generated from the electrothermal converter as the energy for ejecting the ink. In such a case, the heat generated by the electrothermal transducer causes film boiling in the ink, and the ink can be ejected from the ink ejection port by the foaming energy at that time. Further, the method of ejecting ink in the recording head is not limited to the method using such an electrothermal transducer, and may be, for example, a method of ejecting ink using a piezoelectric element.
[0084]
A recovery system unit (recovery processing unit) 158 facing the surface of the recording head mounted on the carriage 153 on which the ink ejection ports are formed is provided at the left end in FIG. The recovery system unit 158 is provided with a cap capable of capping the ink discharge port of the recording head, a suction pump capable of introducing a negative pressure into the cap, and the like. By applying the pressure, the ink can be sucked and discharged from the ink discharge port, and a recovery process for maintaining a good ink discharge state of the recording head can be performed. In addition to the image formation, a recovery process (also referred to as a preliminary discharge process) for maintaining a good ink discharge state of the recording head by discharging ink from the ink discharge ports toward the inside of the cap can be performed.
[0085]
(Other)
Note that the configuration of the connection part for smooth gas-liquid exchange between the ink tank and the supply part, particularly the configuration of the ink flow path for smoothly starting the ink movement accompanying the gas transfer, is as described above. However, the present invention is not limited to the configuration in which the head side opening is located at a relatively low position in the vertical direction.
[0086]
Even if the height difference is not provided between the position of the head side opening of the ink flow path and the position of the head side opening of the air flow path, for example, as described above, And one part of the opening on the head side is in contact with the inner wall surface of the supply unit, or a part that forms a fine groove along one flow path is additionally provided. To protrude inward from the supply section, so that a meniscus that applies high pressure is not formed at the head-side opening, whereby ink flows down from the flow path into the supply section. Can be made easier.
[0087]
In addition, the shape of the opening portion is enlarged, the diameter of the flow path is made different, or the state of the inner surface of the flow path is different between the flow paths by appropriately selecting a material or performing a surface treatment. The same effect can be expected by doing so.
[0088]
In addition, instead of providing a connection part having an ink flow path and an air flow path on the recording head side or the ink supply part side, the connection part may be provided on the ink tank side so as to be able to enter the supply part.
[0089]
Also, instead of a connection part in which the inside is divided into two to form two flow paths as in the first embodiment, a separate part that forms each flow path as in the embodiment shown in FIG. 10 is used. It may be a member. Furthermore, the number of channels is not limited to two, and three or more channels may be provided. Also, in the case where the inside is divided into a plurality of portions to form a connection portion that forms a plurality of flow channels, not only the partition between the flow channels is formed linearly but also concentrically as in the above example. Can be used as a connecting portion having a multi-pipe configuration.
[0090]
Further, in the case where the inside is divided into a plurality of sections to form a plurality of flow paths, each flow path is not limited as long as the transfer of gas and the movement of ink do not interfere with each other and hinder smooth and rapid gas-liquid exchange. The road does not have to be completely partitioned.
[0091]
In the above-described embodiments of the ink supply system, basically, any structure is adopted in which the ink is stored or supplied as it is without holding the ink in the absorber or the like, while the movable member (sheet member, pressure plate) And a spring member for urging the negative pressure, the negative pressure generating means is constituted, and the supply system has a closed structure so that an appropriate negative pressure is applied to the recording head.
[0092]
Such a configuration has a higher volumetric efficiency and a higher degree of freedom in ink selection as compared with the conventional configuration in which a negative pressure is generated by the absorber. In addition, the present invention can preferably respond to demands for a higher flow rate and stabilization of ink supply, which are required with the recent increase in printing speed. However, it goes without saying that the present invention can be applied to a configuration in which the absorber is provided in a part of the ink tank.
[0093]
Further, for the purpose of eliminating gas remaining in the supply path, the ink is transferred to the ink tank at the most upstream position farthest from the recording head, and for this purpose, the ink tank is connected to the ink tank through a plurality of flow paths. The ink supply path is connected, and the derivation of ink from the ink tank and the introduction of gas into the ink tank are performed in parallel by utilizing the balance between the two pressures.
[0094]
According to this configuration, the gas remaining in the supply path can be smoothly and promptly removed from the ink tank side without using a complicated device and having a simple structure with a small increase in the number of parts. In addition, the timing of the elimination is naturally performed in accordance with the balance of the pressure when the gas is accumulated to some extent, so that the reliability of the elimination of the gas is high. In addition, such a configuration is advantageous in that, even when a valve mechanism for maintaining a negative pressure by introducing outside air into the ink supply path, that is, the supply unit, is provided, if the amount of introduced gas increases, it is automatically eliminated. This is a configuration that can further contribute to the simplification and cost reduction of the configuration as compared with the case where a negative pressure is generated by the ink tank.
[0095]
Further, since the negative pressure of the ink tank is constantly maintained in the process of removing gas, it is possible to reliably prevent liquid leakage from the ink discharge port of the ink jet recording head. Furthermore, by eliminating gas to the ink tank side, ink consumption can be significantly reduced compared to a method in which gas is eliminated by suctioning ink from the ejection port side of the recording head. This contributes to reducing running costs.
[0096]
In addition, in the case of using an ink tank configured to be detachable with respect to the supply path, conventionally, the supply path is filled with ink to prevent gas from entering the supply path during the replacement operation. In many cases, the ink tank is replaced in a state where the ink is completely consumed, that is, before the ink is completely consumed. However, according to the above configuration, even if gas enters the supply path during the replacement operation, it can be easily removed from the ink tank by installing a new ink tank. This can not only further reduce running costs, but also greatly contribute to environmental problems.
[0097]
Further, in each of the above-described embodiments, the ink tank is disposed at the highest position in a normal use posture, and the supply unit or the recording head is disposed at a low position. This is a very preferable arrangement for performing gas-liquid exchange quickly, smoothly, and with a simple configuration.
[0098]
Depending on the configuration of the ink tank, the gas introduced into the ink tank may be stored anywhere in the ink tank as long as the gas does not return to the ink supply path and the ink supply is not hindered. However, the configuration of the above embodiment in which the ink is stored without being impregnated into the absorber or the like is preferable because the introduced gas is located at the uppermost portion in the ink tank as it is.
[0099]
When the absorber is not present in the ink tank, the volume of the tank itself can be the capacity of the ink. Therefore, it is not necessary to enlarge the ink tank more than necessary, and the shape of the tank is relatively free. It is possible to design.
[0100]
In the above description, a serial type ink jet recording apparatus has been applied as the recording method of the present embodiment, but the present invention and the present embodiment are not limited to this. Further, the present invention and the present embodiment can be applied to a line scanning type recording apparatus instead of a serial type recording apparatus. Further, it goes without saying that a plurality of liquid supply systems can be provided corresponding to the color tone (color, density, etc.) of the ink.
[0101]
In addition, the present invention can be applied not only to an ink jet recording apparatus or system using an ink containing a pigment, but also to an apparatus or system for handling a liquid that is desired to be used in a state where components are uniformly distributed. .
[0102]
Embodiments of the present invention are listed below.
[0103]
[Embodiment 1] A liquid communication structure that liquid-connects a liquid storage unit that stores a liquid and a liquid use unit that uses the liquid to form a substantially closed space by being mutually connected,
The liquid communication structure includes a plurality of communication paths each communicating the liquid storage section and the liquid use section, and in a state where a gas exists in the liquid use section, the gas communicates with the plurality of communication paths. Through a part, it can be transferred to the liquid storage unit,
A gas introduction path through which a gas can be introduced from the outside into the liquid use unit via a valve mechanism provided integrally with the liquid storage unit and not in fluid communication with the supply of the liquid to the liquid use unit. A liquid communication structure comprising:
[0104]
[Embodiment 2] In a state where a gas is present near at least a part of the plurality of communication paths near the liquid use part side, the liquid is transferred from the liquid storage unit through a part of the plurality of communication paths. The liquid communication according to claim 1, wherein the gas is transferred to the liquid storage unit via another part of the plurality of communication paths at the same time that the liquid moves to the use unit. Construction.
[0105]
[Embodiment 3] In a state in which gas is present near at least a part of the plurality of communication paths near the liquid use part, the liquid is transferred from the liquid storage unit through a part of the plurality of communication paths. As the liquid moves to the use section and the gas pressure in the liquid use section increases, the gas is transferred to the liquid storage section through the communication path of another part of the plurality of communication paths. The liquid communication structure according to the second embodiment, wherein the liquid communication structure is transferred.
[0106]
[Embodiment 4] In a posture when a liquid is used, in the vertical direction, the liquid communication structure is located substantially lower than the liquid storage portion, and is further positioned substantially higher than the liquid usage portion. The liquid communication structure according to any one of Embodiments 1 to 3, which is characterized by the following.
[0107]
[Embodiment 5] Using the liquid communication structure according to any one of Embodiments 1 to 4, the liquid can be supplied from the liquid storage unit to the liquid use unit, and the valve included in the liquid storage unit is provided. A liquid supply system capable of introducing outside air from a mechanism to the liquid using section via the gas introduction path.
[0108]
[Sixth Embodiment] A movable member that defines a liquid storage space and that can be displaced in a direction that reduces the internal volume of the storage space with the supply of the liquid to the liquid use unit, while the liquid storage unit defines the liquid storage space. The liquid supply system according to the fifth embodiment, wherein the liquid supply system has at least a part thereof.
[0109]
[Seventh Embodiment] The liquid supply system according to the sixth embodiment, wherein the liquid storage unit includes an urging member for urging the movable member in a direction opposite to the direction of the displacement.
[0110]
[Embodiment 8] The valve mechanism according to any one of Embodiments 5 to 7, wherein the valve mechanism introduces outside air into the liquid use part when the negative pressure in the liquid supply path becomes higher than a predetermined value. Or a liquid supply system.
[0111]
[Ninth Embodiment] The liquid supply system according to the ninth embodiment, wherein the valve mechanism permits the introduction of the outside air into the liquid use part and prevents the movement of the fluid in the opposite direction.
[0112]
[Embodiment 10] The liquid according to any one of Embodiments 5 to 9, wherein the liquid storage section is detachable from the liquid use section via the plurality of communication paths and the liquid gas introduction path. Feeding system.
[0113]
[Embodiment 11] The liquid ejecting apparatus according to any one of Embodiments 5 to 5, wherein the liquid using unit has an ink jet recording head for performing recording by discharging ink as the liquid, and guides the ink to the ink jet recording head. The liquid supply system according to any one of claims 10 to 13.
[0114]
[Embodiment 12] The liquid supply system according to Embodiment 11, wherein the ink is an ink whose contained components can settle.
[0115]
[Thirteenth Embodiment] The liquid supply system according to the twelfth embodiment, wherein the ink is an ink containing a pigment.
[0116]
[Embodiment 14] The liquid supply system according to Embodiment 13, wherein the recording head is integrally configured to be separable.
[0117]
[Embodiment 15] Using the liquid supply system according to any one of Embodiments 11 to 14, the plurality of communication paths are positioned substantially higher than the liquid supply path in the vertical direction in a posture during use. An ink jet recording apparatus for performing recording while holding the liquid supply system such that the liquid storage section is positioned substantially higher than the plurality of communication paths.
[0118]
[Embodiment 16] An ink jet recording head for performing recording by discharging ink as a liquid, wherein the liquid communication structure according to any one of Embodiments 1 to 4 is integrally provided. Recording head.
[0119]
[Embodiment 17] The ink jet recording head according to Embodiment 16, which has a form of a cartridge detachable from the ink jet recording apparatus.
[0120]
[Embodiment 18] The liquid storage portion, which is connected to the liquid communication structure according to any one of Embodiments 1 to 4, and is provided with the valve mechanism in a state of not directly communicating with the fluid, forms the liquid storage section, A liquid tank having a form of a cartridge connectable to the liquid communication structure via the gas introduction path.
[0121]
[Embodiment 19] A cartridge which can be connected to the liquid communication structure of the inkjet recording head according to Embodiment 16 or 17 via the plurality of communication paths and the gas introduction path is provided. And liquid tank.
[0122]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in a liquid supply system having a closed structure with respect to a liquid use part, a gas that hinders a liquid use operation and a liquid supply operation can be dispensed with a liquid without complicating the structure. By transferring the air quickly and smoothly from the supply path, and utilizing the transfer performance, to introduce outside air through the liquid supply path side to maintain the negative pressure in the liquid supply system in a favorable state. In addition, the liquid in the system can be agitated as the gas is removed or introduced.
[0123]
In particular, when the present invention is applied to an ink jet recording apparatus, the gas remaining in the ink supply path of the closed structure is smoothly and promptly transferred to the ink tank side, and even when the recording apparatus is actually used, the residual air bubbles are generated. In other words, it is possible to prevent recording problems caused by defective ink supply, clogging of the ejection openings due to mixed bubbles, and the like. Further, by utilizing the transfer performance, external air is introduced from the ink supply path side to maintain the negative pressure in the ink supply system in a preferable state, thereby simplifying the configuration of the ink tank and reducing the cost. be able to. In addition to these, even when using an ink using a pigment as a colorant, the ink can be stirred with the transfer or introduction of gas, so that stable recording can be performed at a desired density over a long period of time. Become.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view of a liquid supply system according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining a process of removing gas or stirring the ink when the ink tank is mounted in the first embodiment, and is a schematic cross-sectional view showing a state where a new ink tank is not mounted on a supply unit or a recording head. FIG.
FIG. 3 is a diagram for explaining a gas removal or ink stirring process when an ink tank is mounted in the first embodiment, and is a schematic diagram showing a state at the moment when a new ink tank is mounted from the state of FIG. 2; It is sectional drawing.
4 is a view for explaining a process of removing gas or stirring the ink when the ink tank is mounted in the first embodiment, and is a schematic cross-sectional view showing a state in which ink movement has occurred from the state of FIG. 3; .
FIG. 5 is a diagram for explaining a process of removing gas or stirring the ink when the ink tank is mounted in the first embodiment, and illustrates a state in which the movement of ink and the discharge of gas are simultaneously proceeding from the state of FIG. 4; It is a typical sectional view shown.
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view for explaining a gas removal or ink stirring process from different ink storage states in the first embodiment.
FIG. 7 is a diagram for explaining a gas introduction or ink stirring process at the time of recording in the first embodiment, and is a schematic cross-sectional view showing a state where ink in an ink tank is reduced due to ejection of ink. is there.
FIG. 8 is a diagram for explaining a gas introduction or ink stirring process at the time of recording in the first embodiment, and is a schematic cross-sectional view showing a state in which the ink in the ink tank is further reduced by discharging the ink. It is.
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view illustrating a state in which an outside air intake operation for adjusting a negative pressure is being performed, illustrating a gas introduction or ink stirring process during printing according to the first embodiment. is there.
FIG. 10 is a schematic sectional view of a liquid supply system according to another embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a perspective view illustrating a configuration example of an inkjet recording apparatus to which the present invention can be applied.
[Explanation of symbols]
10 Ink tank
11 Seat members
12 Ink storage room
14 Pressure plate
17 Sealing part
20 Recording head
22 Filter
30 Valve room
31 Valve chamber seat member
34 Valve chamber pressure plate
35 Valve chamber spring member
32,36 communication port
37 Sealing member
40 spring member
50 Supply unit
51 Connection
53 Ink channel
54 Air flow path
59 Supply unit communication pipe
150 inkjet recording device
154 Liquid supply system
153 carriage
158 Recovery unit

Claims (1)

相互に結合することで実質的な密閉空間を形成する、液体を収納する液体収納部と、前記液体を使用する液体使用部とを液体連通する液体連通構造であって、
前記液体連通構造は、それぞれが前記液体収納部と前記液体使用部とを連通する複数の連通路を具え、前記液体使用部内に気体が存在する状態において、前記気体を、前記複数の連通路の一部を介して、前記液体収納部に移送可能であるとともに、
前記液体使用部への前記液体の供給に伴って、前記液体収納部に一体にかつ流体連通しない状態で設けられた弁機構を介して前記液体使用部内に外部から気体を導入可能な気体導入路を具えたことを特徴とする液体連通構造。
Forming a substantially sealed space by being connected to each other, a liquid storage structure for storing liquid, and a liquid communication structure for liquid communication with a liquid using unit using the liquid,
The liquid communication structure includes a plurality of communication paths each communicating the liquid storage section and the liquid use section, and in a state where a gas exists in the liquid use section, the gas communicates with the plurality of communication paths. Through a part, it can be transferred to the liquid storage unit,
A gas introduction path through which a gas can be introduced from the outside into the liquid use unit via a valve mechanism provided integrally with the liquid storage unit and not in fluid communication with the supply of the liquid to the liquid use unit. A liquid communication structure comprising:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007055126A (en) * 2005-08-25 2007-03-08 Canon Inc Ink tank
US7883170B2 (en) 2006-12-27 2011-02-08 Seiko Epson Corporation Liquid droplet ejection apparatus and method for manufacturing device

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