【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インク供給装置、インク供給機構およびインクジェット記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プリンタ等の記録方式のうち、吐出口（ノズル）からインクを吐出させて記録紙等の被記録媒体上に記録を行うインクジェット記録方式は、低騒音のノンインパクト記録方式で高密度かつ高速の記録動作が可能であるため、近年では広く採用されている。
【０００３】
一般的なインクジェット記録装置は、インクジェットヘッドを搭載するキャリアを駆動する手段と、記録紙を搬送する搬送手段と、これらを制御するための制御手段などを備えている。また、インクジェットヘッドのノズル部分からインクを吐出するためのエネルギーを発生するために、ピエゾ素子などの電気機械変換体を用いてインクに加圧するもの、レーザなどの電磁波を照射して発熱させるもの、発熱により発泡させるもの、あるいは発熱抵抗体を有する電気熱変換体素子によって液体を加熱させ発泡させるものなどがある。その中でも熱エネルギーを利用してインク滴を吐出させる方式のインクジェット記録装置は、ノズルを高密度に配列させることができるため高解像度の記録を行うことが可能である。特に電気熱変換体素子をエネルギー発生素子として用いたインクジェットヘッドは、小型化が容易であり、最近の半導体製造分野において技術の進歩と信頼性の向上が著しいＩＣ技術やマイクロ加工技術を応用して、その長所を十分に活用することにより高密度実装化が容易でかつ製造コストを低くできる。
【０００４】
図７に示す、熱エネルギーを利用してインク滴を吐出させる方式の従来のインクジェット記録装置の一例において、記録ヘッド１０１の吐出ノズル１０１ｇは微細な穴であり、ノズルに特に弁機構はなく、ノズル内部を負圧に保つことによりノズルにインクのメニスカスを張らせ、ノズルからのインクの漏れ、大気からの空気の進入をなくしている。インクの吐出は吐出ノズル１０１ｇ近傍に配置されたヒータの膜沸騰エネルギーにより吐出ノズル１０１ｇのインクを押し出すことにより行われ、吐出後吐出ノズル１０１ｇの毛細管力により再びノズル内にインクを満たすサイクルが繰り返され、インクはチューブ１０６、インク供給ユニット１０５を介して随時水頭差にて負圧を維持しているメインタンク１０４から吸い上げられる。
【０００５】
画像を形成していくには、上記多数の吐出ノズルに対し選択的にエネルギーを与え、各ノズルから吐出したインクを随時メインタンク１０４から供給していく構成が用いられている。
【０００６】
上記インク供給を実現するための詳細構成を以下に記載する。
【０００７】
記録ヘッド１０１の内部には、微細な穴である吐出ノズル１０１ｇにごみが詰まるのを防止するための微細なメッシュ構造のフィルタ１０１ｃと、フィルタ１０１ｃと吐出ノズル１０１ｇとを結ぶ流路１０１ｆと、フィルタ１０１ｃの上流で、インクジェット記録装置本体に設置されたメインタンク１０４からチューブ１０６を介して供給されるインクを一定量蓄えるサブタンク１０１ｂとが配置されている。
【０００８】
メインタンク１０４は、供給ユニット１０５に対して着脱可能な構成であり、その底部に、ゴム栓１０４ｂで密封されたインク供給口と、ゴム栓１０４ｃで密封された大気導入口とを有する。メインタンク１０４は、単体では気密な容器であり、インク１０９はメインタンク１０４内にそのまま収容される。
【０００９】
インク供給ユニット１０５は、メインタンク１０４からインク１０９を取り出し、記録ヘッド１０１にインクを供給するためのインク供給針２０５ａと、メインタンク２０４内へ大気連通口１０５ｇからの大気を導入させるための大気導入針１０５ｂとを有する。インク供給針１０５ａおよび大気導入針１０５ｂは、メインタンク１０４のインク供給口および大気導入口の位置に対応させて配置されており、メインタンク１０４がインク供給ユニット１０５に装着されることで、インク供給針１０５ａおよび大気導入針１０５ｂがそれぞれゴム栓１０４ｂ、１０４ｃを貫通し、メインタンク１０４の内部に侵入する構成となっている。すなわち、メインタンク１０４がインク供給ユニット１０５に装着されることで、記録ヘッド１０１からインク供給針１０５ａまでの流路と、大気導入針１０５ｂから大気連通口１０５ｇの流路とが１本の流路として連通する。
【００１０】
尚、インク供給針１０５ａおよび大気導入針１０５ｂがそれぞれゴム栓１０４ｂ、１０４ｃを挿入する際に、インクが針穴から漏れ出すことを防止するため、挿入途中でいったん針穴をゴム栓で閉塞させ、挿入が完了すると連通するように、ゴム栓の厚みが針穴の大きさよりも厚く構成することが必要である。
【００１１】
また、周囲環境の温度変化により、記録ヘッド１０１内及び、メインタンク１０４内の空気が膨張した場合に大気連通口１０５ｇからインクがあふれることを防止するために、大気導入針１０５ｂと大気連通口１０５ｇの間にあふれたインクを一時収容するバッファ室１０５ｆを構成している。
【００１２】
以上の構成により、記録ヘッド１０１内のインクが消費されると、その負圧により、インクが随時メインタンク１０４からインク供給ユニット１０５およびインク供給チューブ１０６を介して記録ヘッド１０１へ供給される。その際、メインタンク１０４から供給されたインクと同量の空気が、大気連通口１０５ｇからバッファ室１０５ｆ、大気導入針１０５ｂを経て、メインタンク１０４内に導入される。
【００１３】
しかし、上記構成だけでは、サブタンク１０１ｂ内に、チューブ１０６などの樹脂材料を透過して侵入する空気や、インク内に溶存していた空気が蓄積してしまう問題があり、サブタンク１０１ｂのインクが空になると上記インク供給が不可能になってしまう不都合がある。
【００１４】
このため、記録ヘッド１０１からインク供給針１０５ａまでの流路に遮断弁１１０と、吐出ノズル１０１ｇを吸引する吸引キャップ１０７ａ、吸引ポンプ１０７ｂを含む回復ユニット１０７の連動動作により、蓄積した空気を除去する手段を構成している。
【００１５】
空気の除去動作について説明する。
【００１６】
まず、遮断弁１１０を閉鎖し、吸引キャップ１０７ａを記録ヘッド１０１の吐出ノズル１０１ｇを覆うように押しつける。続いて、吸引ポンプ１０７ｃにより吐出ノズル１０１ｇを吸引する。するとサブタンク１０１ｂ内は減圧し、蓄積した空気は膨張する。吸引ポンプ１０７ｃは記録ヘッド１０１内のインクと、膨張した空気の一部を吸い出す。ここで、遮断弁１１０を開放することで、減圧されていた記録ヘッド１０１内にインクが流れ込み、吸引キャップ１０７ａを開くことで動作は完了する。空気の一部を含む吸引ポンプ１０７ｃで吸引された分のインクが充填されるため、蓄積した空気を減少させることができる。
【００１７】
また、上記構成を利用して、吐出ノズル１０１ｇにインクの増粘物が詰まった場合は、遮断弁１１０を開いたまま、回復ユニット１０７の吸引キャップ１０７ａと吸引ポンプにて吐出ノズル１０１ｇからインクを勢いよく引き出すことでインク吐出特性の回復がなされる。（例えば特許文献１参照。）
【特許文献１】
特開２００２−２３４１８０号公報
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例においては、メインタンク１０４をインク供給ユニット１０５に対し着脱する際に、インクが各針の針穴から漏れ出すことを防止するため、挿入途中でいったん針穴をゴム栓で閉塞させ、挿入が完了すると連通するように、ゴム栓の厚みが針穴の大きさよりも厚く構成しているため、不完全な挿入状態のままでは、インク供給針１０５ａないし大気導入針１０５ｂが閉塞している状態で、記録ヘッドの空気除去動作や、ノズルの回復動作を実施した場合、記録ヘッド内を減圧し、遮断弁１１０を開放後、メインタンク１０４からインクが供給されるべき経路を閉鎖されてしまっているためにインクが供給されず、逆に吐出ノズル１０１ｇからキャップに溜まったインクや空気を吸い込むこととなってしまう。このような状態では、キャップ内で固着しかけていたインクがノズルに詰まり印字障害を起こすことや、複数色の吐出ノズルを１つのキャップで吸引する場合は、他の色のインク記録ヘッド内に逆流し、色の混合を起こしてしまうなど、致命的な不都合を持つ。
【００１９】
また、周囲の温度上昇により、メインタンク１０４のインクがバッファ室１０５ｆに流れ込んだ状態で、メインタンク１０４をインク供給ユニット１０５からはずした状態では、大気導入針１０５ｂからバッファ室１０５ｆ、大気連通口１０５ｇまでの経路は両端を開放したインク容器にインクが入っている状態になってしまうため、本体輸送等本体を傾けるとバッファ室１０５ｆに残っているインクがこぼれ、装置内を汚してしまうという問題もある。
【００２０】
仮に、メインタンク１０４をはずした時に、針穴を閉鎖する機構を付けたとしても、周囲の温度変化によりサブタンク１０１ｂ内の空気が膨張、収縮した場合に、吐出ノズル１０１ｇからインクが漏れることや、空気がノズルから逆流してしまうことになってしまい都合が悪い。
【００２１】
メンテナンス等で本体からインクを抜き取る場合、メインタンク１０４を外した状態で吸引を実施することで、インク供給針１０５ａから記録ヘッド１０１の間はインクを抜くことは可能であるが、バッファ室１０５ｆに残っているインクは独立しているため除去できないという問題もある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明のインク供給装置は、インクタンクから記録ヘッドにインクを供給するインク供給装置において、
内部にインクを貯蔵し、装置に対して着脱自在なインクタンクを有し、前記インクタンクの底部には、インクタンク単体では密閉、中空間を挿入すると連通の状態となる２つのコネクタが設けられ、一方のコネクタには、記録ヘッドへインクを供給するインク供給路に連通する第１の中空管が挿入連通され、他方の前記コネクタには大気と連通した大気連通室に連通する第２の中空管が挿入連通され、インクタンクを装置にセットすると、インクタンクの内部を経由してインク供給路と大気連通室が連通する構成において、前記インクタンク内部を除く部分に、インク供給路と大気連通室間を連通、遮断させる弁及び経路を設け、前記インクタンクを装着している状態では、前記弁を遮断し、前記インクタンクを装着していない状態では、前記弁を連通させることを特徴とする。
【００２３】
上記の通り構成された本発明のインク供給装置は、インクタンクを完全に挿入している場合には従来例と同様の流路構成であり、空気除去動作及びノズルの回復が正常に実行できる。インクタンクの挿入が不完全であり針穴が閉塞されている場合も、針穴が閉塞する挿入高さよりも深い位置で前記弁の遮断、連通が切り替わる位置関係とすることで、常にインク供給路と大気連通室との連通を確保できるため、記録ヘッドの空気除去動作や、ノズルの回復動作を実施した場合、記録ヘッド内を減圧し、遮断弁を開放後、常に、インク供給路方面から圧が開放される。このことにより、吐出ノズル１０１ｇからインクや空気が逆流する問題を解決できる。
【００２４】
更に、インクタンクを取り外すことで前記第１の中空管、第２の中空管の穴を閉塞する構成を付加することにより、インクタンクを外した状態においても、記録ヘッドから大気連通口までのインク供給路間を大気に対して密閉した１本の流路とすることができる。すなわち、大気連通口からインク供給路間を密閉された１本の流路とすることで、流路途中からの空気の流入、インクの漏れをなくすとともに、流路内のインクの動きを止めることができる。また、メンテナンス等で本体からインクを抜き取る場合も、メインタンク１０４を外した状態で吸引を実施することで、インク供給針１０５ａからバッファ室１０５ｆまでインクを抜くことが可能となり、バッファ室１０５ｆのインクが除去できないという問題も解決できる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２６】
図１は、本発明の一実施形態によるインクジェット記録装置の概略の構成を示す斜視図である。
【００２７】
図１に示すインクジェット記録装置は、記録ヘッド２０１の往復移動（主走査）と、一般記録紙、特殊紙、ＯＨＰフィルム等の記録用シートＳの所定ピッチごとの搬送（副走査）とを繰り返しつつ、これらの動きと同期させながら記録ヘッド２０１から選択的にインクを吐出させ、記録用シートＳに付着させることで、文字や記号、画像等を形成するシリアル型の記録装置である。
【００２８】
図１において、記録ヘッド２０１は、２本のガイドレールに摺動自在に支持され不図示のモータ等の駆動手段によりガイドレールに沿って往復移動されるキャリッジ２０２に着脱可能に搭載されている。記録用シートＳは、搬送ローラ２０３により、記録ヘッド２０１のインク吐出面に対面し、かつ、インク吐出面との距離を一定に維持するように、キャリッジ２０２の移動方向と交差する方向（例えば、直交する方向である矢印Ａ方向）に搬送される。
【００２９】
記録ヘッド２０１は、それぞれ異なる色のインクを吐出するための複数のノズル列を有する。記録ヘッド２０１から吐出されるインクの色に対応して、複数の独立したメインタンク２０４が、インク供給ユニット２０５に着脱可能に装着される。インク供給ユニット２０５と記録ヘッド２０１とは、それぞれインクの色に対応した複数のインク供給チューブ２０６によって接続され、メインタンク２０４をインク供給ユニット２０５に装着することで、メインタンク２０４内に収納された各色のインクを、記録ヘッド２０１の各ノズル列に独立して供給することが可能となる。
【００３０】
記録ヘッド２０１の往復移動範囲内で、かつ、記録用シートＳの通過範囲外の領域である非記録領域には、回復ユニット２０７が、記録ヘッド２０１のインク吐出面と対面するように配置されている。
【００３１】
次に、このインクジェット記録装置のインク供給系の詳細な構成について図２を参照して説明する。図２は、図１に示すインクジェット記録装置のインク供給経路を説明するための図であり、説明を簡単にするため、１色分の経路についてのみ示している。
【００３２】
まず、記録ヘッド２０１について説明する。
【００３３】
記録ヘッド２０１へは、インク供給チューブ２０６の先端に設けられた液体コネクタが気密接続されるコネクタ挿入口２０１ａからインクが供給される。コネクタ挿入口２０１ａは記録ヘッド２０１の上部に形成されたサブタンク部２０１ｂと連通している。サブタンク部２０１ｂの下には、並列に配列された複数のノズル２０１ｇを有するノズル部にインクを直接供給する液室２０１ｆが形成されている。サブタンク部２０１ｂと液室２０１ｆとはフィルタ２０１ｃによって区画されているが、サブタンク部２０１ｂと液室２０１ｆとの境界には開口部２０１ｄが形成された仕切部２０１ｅを有し、フィルタ２０１ｃはこの仕切部２０１ｅ上に設置されている。
【００３４】
上述の構成により、コネクタ挿入口２０１ａから記録ヘッド２０１に供給されたインクは、サブタンク部２０１ｂ、フィルタ２０１ｃ、液室２０１ｆを経てノズル２０１ｇに供給される。コネクタ挿入口２０１ａからノズル２０１ｇまでの間は大気に対して気密な状態に保たれている。
【００３５】
ノズル２０１ｇは、断面幅が２０μｍ程度の筒状の構造を持ち、ノズル２０１ｇ内のインクに吐出エネルギーを与えることでインクをノズル２０１ｇから吐出させ、インクの吐出後、ノズル２０１ｇの毛管力によりノズル２０１ｇ内にインクが満たされる。通常は、この吐出を２０［ｋＨｚ］以上のサイクルで繰り返し、微細で高速な画像形成を行っている。ノズル２０１ｇ内のインクに吐出エネルギーを与えるために、記録ヘッド２０１は、ノズル２０１ｇごとにエネルギー発生手段を有する。本実施形態では、エネルギー発生手段として、ノズル２０１ｇ内のインクを加熱する発熱抵抗素子を用いており、記録ヘッド２０１の駆動を制御するヘッド制御部（不図示）からの指令により発熱抵抗素子を選択的に駆動し、所望のノズル２０１ｇ内のインクを膜沸騰させ、これにより生じる気泡の圧力を利用してノズル２０１ｇからインクを吐出させている。
【００３６】
ノズル２０１ｇは、インクを吐出する先端を下向きにして配列されているが、その先端を閉鎖する弁機構は設けられておらず、インクはメニスカスを形成した状態でノズル２０１ｇを満たしている。そのため、記録ヘッド２０１の内部、特にノズル２０１ｇ内は負圧の状態に保たれている。ただし、負圧が小さすぎると、ノズル２０１ｇの先端に異物やインクが付着した場合、インクのメニスカスが崩れてインクがノズル２０１ｇから漏れ出てしまうことがある。またこの逆に負圧が大きすぎると、吐出時にインクに与えられるエネルギーよりもノズル２０１ｇ内にインクを引き戻す力が強くなってしまい、吐出不良となってしまう。よって、ノズル２０１ｇ内における負圧は、大気圧よりも若干低い一定の範囲に保たれる。この負圧の範囲は、ノズル２０１ｇの数、断面積、発熱抵抗素子の性能等により異なるが、本発明者らの実験結果によれば、約−０．４［ｋＰａ］〜約−２［ｋＰａ］（ただし、インクの比重≒水の比重とする）の範囲が好ましい。
【００３７】
本実施形態では、インク供給ユニット２０５と記録ヘッド２０１とをインク供給チューブ２０６で接続しており、インク供給ユニット２０５に対する記録ヘッド２０１の位置を比較的に自由に設定できるので、記録ヘッド２０１内を負圧とするために、記録ヘッド２０１をインク供給ユニット２０５よりも高い位置に配置している。この高さについて詳しくは後述する。
【００３８】
フィルタ２０１ｃは、ノズル２０１ｇを詰まらせるような異物がサブタンク部２０１ｂから液室２０１ｆへ流出するのを防止するための、ノズル２０１ｇの断面幅よりも小さい１０μｍ以下の微細孔を有する金属メッシュで構成される。フィルタ２０１ｃは、フィルタ２０１ｃの一方の面のみにインクが接触すると各微細孔に毛管力によるインクのメニスカスが形成され、インクは容易に透過するが空気の流れは困難な性質を持っている。微細孔のサイズが小さいほどメニスカスの強度は強くなり、より空気を通しにくくなる。
【００３９】
本実施形態で用いたようなフィルタ２０１ｃでは、空気を透過させるのに必要な圧力は１０．１［ｋＰａ］程度（実験値）である。そのため、記録ヘッド１内でのインクの移動方向に関してフィルタ２０１ｃの下流に位置する液室２０１ｆに空気が存在すると、空気は空気自身の浮力程度ではフィルタ２０１ｃを通過することができないので、液室２０１ｆ内の空気は液室２０１ｆ内に留まる。本実施形態においてはこの現象を利用しており、液室２０１ｆをインクで満たさず、液室２０１ｆ内のインクとフィルタ２０１ｃとの間に空気の層が存在するように、一定量のインクを液室２０１ｆ内に蓄えている。
【００４０】
液室２０１ｆ内に蓄えられるインクの量は、最低限、ノズル２０１ｇをインクで満たすのに必要な量である。ノズル２０１ｇ内に液室２０１ｆからの空気が侵入すると、インク吐出後のノズル２０１ｇにインクが補充されず吐出不良をおこすため、ノズル２０１ｇ内は常にインクで満たされている必要がある。
【００４１】
フィルタ２０１ｃの上面にはサブタンク部２０１ｂ内のインクが接触しているが、このインクと接触している面積がフィルタ２０１ｃの有効面積となる。従来の技術でも述べたようにフィルタ２０１ｃによる圧力損失はフィルタ２０１ｃの有効面積に依存している。本実施形態では、フィルタ２０１ｃを記録ヘッド２０１の使用状態において水平となるように配置し、フィルタ２０１ｃの上面全体にインクを接触させることによりフィルタの有効面積を最大とし、圧力損失を低くしている。
【００４２】
次に、インク供給ユニット２０５およびメインタンク２０４について説明する。
【００４３】
メインタンク２０４は、供給ユニット２０５に対して着脱可能な構成であり、その底部に、ゴム栓２０４ｂで密封されたインク供給口と、ゴム栓２０４ｃで密封された大気導入口とを有する。メインタンク２０４は、単体では気密な容器であり、インク２０９はメインタンク２０４内にそのまま収容される。
【００４４】
一方、インク供給ユニット２０５は、メインタンク２０４からインク２０９を取り出すためのインク供給針２０５ａと、メインタンク２０４内へ大気を導入させるための大気導入針２０５ｂとを有する。インク供給針２０５ａおよび大気導入針２０５ｂは同形状の中空針であり、針先は閉じ、針側面に針穴を有する。メインタンク２０４のインク供給口および大気導入口の位置に対応させて針先を上方に向けて配置されており、メインタンク２０４がインク供給ユニット２０５に装着されることで、インク供給針２０５ａおよび大気導入針２０５ｂ各々の針穴がそれぞれゴム栓２０４ｂ、２０４ｃを貫通し、メインタンク２０４の内部と連通する構成となっている。ただし、針穴の大きさが各ゴム栓のシールする厚みよりも大きいと、メインタンク２０４を針に挿入する途中過程において、針穴を通してメインタンクの内部と大気とが連通してしまいインクが漏れてしまうため、図３に示すように、ゴム栓２０４ｂ、２０４ｃのシール厚みは針穴の大きさよりも大きくし、挿入過程で一端針穴を塞ぐことで挿入時のインクの漏れを防いでいる。
【００４５】
インク供給針２０５ａ、大気導入針２０５ｂには、おのおの軸方向に摺動可能にリング状のパッキン２０５ｍ、２０５ｎが装着され、パッキンは下方よりバネにより押し上げられている。図２に示すように、タンクがセットされている状態では、メインタンク２０４により押し下げられ、図３のようにメインタンク２０４をはずしかけると、メインタンク２０４に伴いパッキン２０５ｍ、２０５ｎは上昇し、図４に示すように、メインタンク２０４を取り外すと、インク供給針２０５ａ、大気導入針２０５ｂの針穴を密閉する位置でとどまる構成とである。このパッキン２０５ｍ、２０５ｎの構成は、インクの漏れを防ぐ目的であり、特開昭６２−１６１５４４と同様の構成である。
【００４６】
インク供給針２０５ａは、液路２０５ｃ、遮断弁２１０、および液路２０５ｄという経路を経て、インク供給チューブ２０６と接続される。大気導入針２０５ｂは、液路２０５ｅ、バッファ室２０５ｆ、大気連通口２０５ｇを経て大気と連通する。インク供給針２０５ａ根元と大気導入針２０５ｂは液路２０５ｊにより接続され、液路２０５ｊに設けられた連通切替弁２１１により連通、遮断の状態となる。
【００４７】
連通切替弁２１１はゴム材からなるダイアフラム２１１ａから成り、このダイアフラム２１１ａを変位させることにより開閉を行う。
【００４８】
メインタンク２０４を正常にセットしている場合では、メインタンク２０４の底面にてダイアフラム２１１ａを押さえつけ、連通切替弁２１１を閉の状態とし、図３に示すようにタンクをはずしかけると、ダイアフラム２１１ａの弾力により盛り上がり、連通切替弁２１１を開の状態とする作用をする。
【００４９】
すなわち、メインタンク２０４がインク供給ユニット２０５に装着されることで、大気連通口２０５ｇ、バッファ室２０５ｆ、メインタンク２０４、遮断弁２１０、インク供給チューブ２０６、記録ヘッド２０１へと１本の流路として連通する。メインタンク２０４が非装着の状態では、大気連通口２０５ｇ、バッファ室２０５ｆ、連通切替弁２１１、遮断弁２１０、インク供給チューブ２０６、記録ヘッド２０１へと１本の流路として連通する。
【００５０】
インク供給針２０５ａおよび大気導入針２０５ｂは、本実施形態では、インクの流動抵抗を抑えるため、内径が１．６［ｍｍ］の太いものを使用し、また、針穴についても直径を１〜１．５［ｍｍ］とした。
【００５１】
遮断弁２１０は、ゴム材からなるダイアフラム２１０ａを有し、このダイアフラム２１０ａを変位させることにより２つの液路２０５ｃ、２０５ｄ間の開閉を行う。ダイアフラム２１０ａの上面には、押圧ばね２１０ｃを内部に保持する筒状のばねホルダ２１０ｂが取り付けられており、この押圧ばね２１０ｃによりダイアフラム２１０ａを押し潰すことにより、液路２０５ｃ、２０５ｄ間が遮断される。ばねホルダ２１０ｂは、後述する回復ユニット２０７のリンク２０７ｅにより動作されるレバー２１０ｄが係合するフランジを有する。レバー２１０ｄを動作させて、押圧ばね２１０ｃのばね力に抗してばねホルダ２１０ｂを持ち上げることで、液路２０５ｃ、２０５ｄ間が連通する。遮断弁２１０は、記録ヘッド２０１がインクを吐出している状態、待機中および休止中では開かれ、後述するインク充填動作時には、回復ユニット２０７とタイミングを合わせて開閉される。
【００５２】
上述したインク供給ユニット２０５の構成は、レバー２１０ｄを除き、メインタンク２０４ごと、すなわちインクの色ごとに設けられている。レバー２１０ｄは全ての色に共通のものであり、全ての色についての遮断弁２１０を同時に開閉させる。
【００５３】
以上の構成により、記録ヘッド２０１内のインクが消費されると、その負圧により、インクが随時メインタンク２０４からインク供給ユニット２０５およびインク供給チューブ２０６を介して記録ヘッド２０１へ供給される。その際、メインタンク２０４から供給されたインクと同量の空気が、大気連通口２０５ｇからバッファ室２０５ｆ、大気導入針２０５ｂを経て、メインタンク２０４内に導入される。
【００５４】
バッファ室２０５ｆは、メインタンク２０４内の空気の膨張によりメインタンク２０４から流出したインクを一時的に保持する目的の空間であり、大気導入針２０５ｂの下端はバッファ室２０５ｆの底部に位置している。環境温度が上昇する等、サブタンク部２０１ｂ、メインタンク２０４内の空気が膨張した場合は、メインタンク２０４内のインクが大気導入針２０５ｂから液路２０５ｅを経てバッファ室２０５ｆへ流出する。逆に、環境温度が低下する等、メインタンク２０４内の空気が収縮した場合は、バッファ室２０５ｆ内に流出していたインクはメインタンク２０４へ戻る。また、バッファ室２０５ｆにインクが存在している状態で記録ヘッド２０１からインクを吐出させると、まず、バッファ室２０５ｆ内のインクがメインタンク２０４へ戻り、バッファ室２０５ｆ内のインクがなくなった後、メインタンク２０４内に空気が導入される。
【００５５】
ここで、メインタンク２０４の基本水頭と、メインタンク２０４内に空気が導入される際のインク供給ユニット２０５の液路内での空気およびインクの挙動について、図５を用いて説明する。
【００５６】
図５（ａ）に、メインタンク２０４から記録ヘッド２０１（図２参照）へインクを供給可能な通常の状態を示す。この状態では、メインタンク２０４内は、バッファ室２０５ｆを除いて気密状態であるためインクタンク２０５内は負圧に保たれ、インクの先端２０９ａは、液路２０５ｅの途中に留まっている。インクの先端２０９ａの圧力は、大気と接しているため大気圧（＝１０１．３［ｋＰａ］）である。インクの先端２０９ａが位置する液路２０５ｃとインク供給チューブ２０６（図２参照）に連通する液路２０５ｅとは同じ高さであり、両液路２０５ｃ、２０５ｅ間はインクのみで連通されているので、液路２０５ｃの圧力も大気圧となる。これはインクの先端２０９ａと液路２０５ｃとの高さの関係で決まるものであり、メインタンク２０４内のインク２０９の量には影響されない。
【００５７】
メインタンク２０４内のインクが消費されると、図５（ｂ）に示すように、インクの先端２０９ａは徐々に大気導入針２０５ｂへ向かって移動し、大気導入針２０５ｂの直下に達した時点で、図５（ｃ）に示すように、気泡となって大気導入針２０５ｂ内を浮上し、メインタンク２０４内に導入される。これと入れ替えに、メインタンク２０４内のインクが大気導入針２０５ｂ内に侵入し、インクの先端２０９ａは図５（ａ）に示した元の状態に戻る。
【００５８】
図５（ｄ）に、バッファ室２０５ｆ内にインクが溜まった状態を示す。この場合、インクの先端２０９ａはバッファ室２０５ｆの高さ方向中間の、液路２０５ｃよりもｈ１［ｍｍ］だけ高い位置に位置しており、液路２０５ｃの圧力が−９．８ｈ１［Ｐａ］となっている。
【００５９】
以上より、本実施形態において、ノズル２０１ｇ（図２参照）にかかる水頭差による圧力は、図６に示すように流路２０５ｃからサブタンク部２０１ｂ内のインク上面２０９ｂまでの高さをｈ２［ｍｍ］、フィルタ２０１ｃからサブタンク部２０１ｂ内のインク上面２０９ｂまでの高さをｈ３［ｍｍ］、ノズル２０１ｇの下端から液室２０１ｆ内のインク上面２０９ｃまでの高さをｈ４［ｍｍ］とすると、ノズル２０１ｇ下端での負圧Ｐｎは、通常の状態では、Ｐｎ≒−９．８（ｈ２−ｈ３−ｈ４）［Ｐａ］となり、バッファ室２０５ｆにインクが溜まった状態では、Ｐｎ≒−９．８（ｈ２−ｈ１−ｈ３−ｈ４）［Ｐａ］となる。Ｐｎの値は、前述した負圧の範囲（−０．４［ｋＰａ］〜−２［ｋＰａ］）の範囲に収まるように設定される。
【００６０】
次に、回復ユニット２０７について説明する。
【００６１】
回復ユニット２０７は、ノズル２０１ｇからのインクや空気の吸引と、遮断弁２１０の開閉を行うものであり、記録ヘッド２０１のインク吐出面（ノズル２０１ｇが開口した面）をキャッピングする吸引キャップ２０７ａと、遮断面２１０のレバー２１０ｄを動作させるリンク２０７ｅとを有する。
【００６２】
吸引キャップ２０７ａは、少なくともインク吐出面と接触する部分がゴム等の弾性部材で構成され、インク吐出面を密閉する位置と記録ヘッド２０１から退避した位置との間を移動可能に設けられている。吸引キャップ２０７ａには、中間部位にチューブポンプ式の吸引ポンプ２０７ｃを有するチューブが接続されており、ポンプモータ２０７ｄによって吸引ポンプ２０７ｃを駆動することで、連続吸引が可能である。また、ポンプモータ２０７ｄの回転量に応じて吸引量を変えることが可能である。本実施形態では、４０．５［ｋＰａ］まで減圧可能な吸引ポンプ２０７ｃを用いている。
【００６３】
カム２０７ｂは吸引キャップ２０７ａを動作させるものであり、カム制御モータ２０７ｇにより、リンク２０７ｅを動作させるカム２０７ｆと同期して回転される。カム２０７ｂのａ〜ｃの位置がそれぞれ吸引キャップ２０１ｇと接触するタイミングは、カム２０７ｆのａ〜ｃの位置がそれぞれリンク２０７ｅと接触するタイミングと一致している。ａの位置では、カム２０７ｂは吸引キャップ２０１ｇを記録ヘッド２０１のインク吐出面から離間させ、カム２０７ｆはリンク２０７ｅを押しつけてレバー２１０ｄを押し上げ、遮断弁２１０を開かせる。ｂの位置では、カム２０７ｂは吸引キャップ２０１ｇをインク吐出面に密着させ、カム２０７ｆはリンク２０７ｅを引き戻して遮断弁を閉じさせる。ｃの位置では、カム２０７ｂは吸引キャップ２０７ａをインク吐出面に密着させ、カム２０７ｆはリンク２０７ｅを押しつけて遮断弁２１０を開かせる。
【００６４】
記録動作の際は、カム２０７ｂ、２０７ｆをａの位置とし、ノズル２０１ｇからのインクの吐出、およびメインタンク２０４から記録ヘッド２０１へのインクの供給を可能とする。待機中および休止中を含む非動作時は、カム２０７ｂ、２０７ｆをｃの位置とし、ノズル２０１ｇの乾燥を防止するとともに、遮断弁２１０を開き、記録ヘッド２０１内の負圧を保つ。また、カム２０７ｂ、２０７ｆのｃの位置は、以下に説明する、記録ヘッド２０１へのインク充填動作時に用いられる。
【００６５】
以上、メインタンク２０４から記録ヘッド２０１までのインク供給経路を説明したが、図２に示したような構成では、長期にわたって見ると、記録ヘッド２０１内に空気が蓄積してしまう。
【００６６】
サブタンク部２０１ｂにおいては、インク供給チューブ２０６を透過して侵入する空気や、インク内に溶存していた空気が蓄積する。インク供給チューブ２０６を透過する空気については、それらを構成する材料としてガスバリア性の高いものを使用すればよいが、ガスバリア性の高い材料は高価であり、大量生産される民生用の機器では、コスト面の都合上、高性能な材料を容易に使用することはできない。本実施形態では、インク供給チューブ２０６には低コストかつ柔軟性が高く使い易いポリエチレンチューブを用いている。
【００６７】
一方、液室２０１ｆにおいては、ノズル２０１ｇからインクを吐出する際にインクの膜沸騰により生じた気泡が分裂して液室２０１ｆに戻ったり、インク中に溶存している微細な気泡がノズル２０１ｇ内のインクの温度上昇により集まって大きな気泡となることにより、徐々に空気が蓄積する。
【００６８】
本発明者らが行った実験によると、本実施形態に示した構成においては、サブタンク部２０１ｂ内での空気の蓄積量は１ヶ月当たり約１［ｍｌ］、液室２０１ｆ内での空気の蓄積量は１ヶ月当たり約０．５［ｍｌ］であった。
【００６９】
サブタンク部２０１ｂ内および液室２０１ｆ内での空気の蓄積量が多いと、サブタンク部２０１ｂおよび液室２０１ｆが各々収納しているインク量が減少してしまう。サブタンク部２０１ｂにおいては、インクが不足すると、フィルタ２０１ｃが空気に露出してフィルタ２０１ｃの有効面積が減少し、その結果としてフィルタ２０１ｃの圧力損失が上昇し、最悪の場合は液室２０１ｆへインクが供給できなくなってしまう。一方、液室２０１ｆにおいては、ノズル２０１ｇの上端が空気に露出すると、ノズル２０１ｇへのインク供給が不能となる。このように、サブタンク部２０１ｂおよび液室２０１ｆのいずれも、一定量以上のインクが収納されていないと致命的な問題が生じる。
【００７０】
そこで、所定の期間ごとにサブタンク部２０１ｂおよび液室２０１ｆの各々に適量のインクを充填することで、ガスバリア性の高い材料を使用しなくてもインクの吐出機能を長期間にわたって安定して維持することができる。例えば本実施形態の場合、１ヶ月当たりに蓄積する空気の量に充填時のばらつきをプラスした量を、サブタンク部２０１ｂおよび液室２０１ｆにそれぞれ１ヶ月ごとに充填すればよい。
【００７１】
サブタンク部２０１ｂおよび液室２０１ｆへのインクの充填は、回復ユニット２０７による吸引動作を利用して行う。すなわち、吸引キャップ２０１ａで記録ヘッド２０１のインク吐出面を密閉した状態で吸引ポンプ２０７ｃを駆動し、記録ヘッド２０１内のインクをノズル２０１ｇから吸引することによって行う。ただし、単にノズル２０１ｇからインクを吸引しただけでは、ノズル２０１ｇから吸引したインクとほぼ同量のインクがサブタンク部２０１ｂから液室２０１ｆへ流れ込み、同様に、サブタンク２０１ｂから流出したインクとほぼ同量のインクがメインタンク２０４からサブタンク部２０１ｂへ流れ込むだけで、吸引前と状況はほとんど変わらない。
【００７２】
したがって、本実施形態では、フィルタ２０１ｃで仕切られたサブタンク部２０１ｂと液室２０１ｆとに各々適量のインクを充填するために、遮断弁２１０を利用してサブタンク部２０１ｂおよび液室２０１ｆを所定の圧力まで減圧し、サブタンク部２０１ｂおよび液室２０１ｆの容積設定を行う。
【００７３】
以下に、サブタンク部２０１ｂと液室２０１ｆとへのインク充填動作、および容積設定について説明する。
【００７４】
インク充填動作は、まず、記録ヘッド２０１が吸引キャップ２０７ａと対向する位置までキャリッジ２０２（図１参照）を移動させ、回復ユニット２０７のカム制御モータ２０７ｇを駆動してカム２０７ｂ、２０７ｅを、それぞれｂの位置が吸引キャップ１０７ａおよびリンク２０７ｅと接触するまで回転させる。これにより、記録ヘッド２０１のインク吐出面が吸引キャップ２０７ａにより密閉され、遮断弁２１０はメインタンク２０４から記録ヘッド２０１までのインク経路を閉じた状態となる。
【００７５】
この状態でポンプモータ２０７ｄを駆動し、吸引ポンプ２０７ｃにより吸引キャップ２０７ａから吸引を行う。この吸引により、記録ヘッド２０１内に残留しているインクおよび空気がノズル２０１ｇを通して吸引され、記録ヘッド２０１内が減圧される。吸引ポンプ２０７ｃによる吸引量が所定の量に達した時点で、吸引ポンプ２０７ｃを停止させ、カム制御モータ２０７ｇを駆動してカム２０７ｂ、２０７ｆをそれぞれｃの位置が吸引キャップ２０７ａおよびリンク２０７ｅと接触するまで回転させる。これにより、吸引キャップ２０７ａによるインク吐出面の密閉状態はそのままで、遮断弁２１０が開かれる。吸引ポンプ２０７ｃによる吸引量は、記録ヘッド２０１内の圧力が、サブタンク部２０１ｂおよび液室２０１ｆ内に適量のインクを充填するのに必要な所定の圧力となる吸引量であり、これは計算や実験等によって求めることができる。
【００７６】
記録ヘッド２０１内が減圧されると、インク供給チューブ２０６を介して記録ヘッド２０１内にインクが流れ込み、サブタンク部２０１ｂおよび液室２０１ｆの各々にインクが充填される。充填されるインクの量は、減圧されているサブタンク部２０１ｂおよび液室２０１ｆがほぼ大気圧に戻るのに必要な体積であり、サブタンク部２０１ｂおよび液室２０１ｆの容積および圧力により決定される。
【００７７】
サブタンク部２０１ｂおよび液室２０１ｆへのインクの充填は、遮断弁２１０が開かれてから約１秒程度で完了する。インクの充填が完了すると、カム制御モータ２０７ｇを駆動してカム２０７ｂ、２０７ｆをｂの位置がそれぞれ吸引キャップ２０７ａおよびリンク２０７ｅと接触する位置まで回転させる。これにより吸引キャップ２０７ａを記録ヘッド２０１から離間させ、再び吸引ポンプ２０７ｃを駆動して吸引キャップ２０７ａ内に残ったインクを吸引する。またこの状態では遮断弁２１０は開いた状態であるので、ノズル２０１ｇからインクを吐出して記録用シートＳ（図１参照）へ文字や画像等を形成可能な状態となる。
【００７８】
サブタンク部２０１ｂおよび液室２０１ｆ内のインクの量が長期間にわたって不足することがなければ、回復ユニット２０７による吸引動作を頻繁に行う必要もなく、インクを無駄にする機会も減る。さらに、サブタンク部２０１ｂおよび液室２０１ｆの両方にインクの充填が必要な場合であっても１回の充填動作で済むのでインクを節約することができる。
【００７９】
ここで、サブタンク部２０１ｂの容積をＶ１、サブタンク部２０１ｂに充填すべきインクの量をＳ１、サブタンク部２０１ｂ内の圧力をＰ１（大気圧からの相対値）とする。ここで、「ＰＶ＝一定」の原理により、これらの関係をＶ１＝Ｓ１／│Ｐ１│となるように設定することにより、充填動作によりサブタンク部２０１ｂに対して適量のインクを充填することができる。同様に、液室２０１ｆの容積をＶ２、液室２０１ｆに充填すべきインクの量をＳ１、液室２０１ｆ内の圧力をＰ２（大気圧からの相対値）としたとき、これらの関係をＶ２＝Ｓ２／│Ｐ２│となるように設定することにより、充填動作により液室２０１ｆに対して適量のインクを充填することができる。
【００８０】
また、サブタンク部２０１ｂと液室２０１ｆとを区画するフィルタ２０１ｃは微細なメッシュ構造であり、前述したようにメニスカスが形成された状態では空気の流れが困難な性質を持っている。ここで、メニスカスが形成されたフィルタ２０１ｃに対して空気を透過させるのに必要な圧力をＰｍとする。回復ユニット２０７によりノズル２０１ｇから吸引した場合、液室２０１ｆ内の圧力Ｐ２は、フィルタ２０１ｃを通してサブタンク部２０１ｂ内の空気を透過させるために、サブタンク部２０１ｂ内の圧力Ｐ１よりも上記圧力Ｐｍ分だけ低くなる。よって、この関係を、サブタンク部２０１ｂおよび液室２０１ｆの容積を決定する際に用いると、充填動作の条件を容易に決定することができる。
【００８１】
以上の構成において、メインタンク２０４がインク供給ユニット２０５に装着されることで、大気連通口２０５ｇ、バッファ室２０５ｆ、メインタンク２０４、遮断弁２１０、インク供給チューブ２０６、記録ヘッド２０１へと１本の流路として連通し、メインタンク２０４が非装着の状態では、大気連通口２０５ｇ、バッファ室２０５ｆ、連通切替弁２１１、遮断弁２１０、インク供給チューブ２０６、記録ヘッド２０１へと１本の流路として連通するといった、常に１本の流路を構成することにより、メインタンクをはずした状態で装置を傾けてもインクが漏れることを防止できる。さらに、その状態で、回復ユニット２０７にて吸引すると、バッファタンク２０５ｆや供給チューブ２０６内のインクを除去することができる。また、インクの充填動作中にメインタンク抜いたとしても、常に記録ヘッド２０１のインク供給上流より大気に連通した流路が確保されるため、ノズル２０１ｇからインクが逆流する事故を防止することができる。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のインク供給装置によれば、内部にインクを貯蔵し、装置に対して着脱自在なインクタンクを有し、前記インクタンクの底部には、インクタンク単体では密閉、中空間を挿入すると連通の状態となる２つのコネクタが設けられ、一方のコネクタには、記録ヘッドへインクを供給するインク供給路に連通する第１の中空管が挿入連通され、他方の前記コネクタには大気と連通した大気連通室に連通する第２の中空管が挿入連通され、インクタンクを装置にセットすると、インクタンクの内部を経由してインク供給路と大気連通室が連通する構成において、前記インクタンク内部を除く部分に、インク供給路と大気連通室間を連通、遮断させる弁及び経路を設け、前記インクタンクを装着している状態では、前記弁を遮断し、前記インクタンクを装着していない状態では、前記弁を連通させることを特徴とする。
【００８３】
上記の通り構成された本発明のインク供給装置は、インクタンクを完全に挿入している場合には従来例と同様の流路構成であり、空気除去動作及びノズルの回復が正常に実行できる。インクタンクの挿入が不完全であり針穴が閉塞されている場合も、針穴が閉塞する挿入高さよりも深い位置で前記弁の遮断、連通が切り替わる位置関係とすることで、常にインク供給路と大気連通室との連通を確保できるため、記録ヘッドの空気除去動作や、ノズルの回復動作を実施した場合、記録ヘッド内を減圧し、遮断弁を開放後、常に、インク供給路方面から圧が開放される。このことにより、吐出ノズル１０１ｇからインクや空気が逆流する問題を解決できる。
【００８４】
更に、インクタンクを取り外すことで前記第１の中空管、第２の中空管の穴を閉塞する構成を付加することにより、インクタンクを外した状態においても、記録ヘッドから大気連通口までのインク供給路間を大気に対して密閉した１本の流路とすることができる。すなわち、大気連通口からインク供給路間を密閉された１本の流路とすることで、流路途中からの空気の流入、インクの漏れをなくすとともに、流路内のインクの動きを止めることができる。また、メンテナンス等で本体からインクを抜き取る場合も、メインタンク１０４を外した状態で吸引を実施することで、インク供給針１０５ａからバッファ室１０５ｆまでインクを抜くことが可能となり、バッファ室１０５ｆのインクが除去できないという問題も解決できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態によるインクジェット記録装置の概略の構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態によるインクジェット記録装置のインク供給系の詳細な構成を説明するための図である。
【図３】本発明の一実施形態によるインクジェット記録装置のインク供給系の詳細な構成を説明するための図である。
【図４】本発明の一実施形態によるインクジェット記録装置のインク供給系の詳細な構成を説明するための図である。
【図５】メインタンク内に空気が導入される際のインク供給ユニットの液路内での空気およびインクの挙動について説明するための図である。
【図６】ノズルにかかる水頭差による圧力を説明するための図である。
【図７】従来のインクジェット記録装置におけるインク供給系の一例の構成を説明するための図である。
【符号の説明】
２０１ 記録ヘッド
２０１ａ コネクタ挿入口
２０１ｂ サブタンク
２０１ｃ フィルタ
２０１ｄ 開口部
２０１ｅ 仕切部
２０１ｆ 液室
２０１ｇ ノズル
２０２ キャリッジ
２０３ 搬送ローラ
２０４ メインタンク
２０４ｂ、２０４ｃ ゴム栓
２０５ インク供給ユニット
２０５ａ インク供給針
２０５ｂ 大気導入針
２０５ｃ、２０５ｄ、２０５ｅ、２０５ｊ 液路
２０５ｆ バッファ室
２０５ｇ 大気連通口
２０５ｉ 上部開口
２０５ｍ、２０５ｎ パッキン
２０６ インク供給チューブ
２０７ 回復ユニット
２０７ａ 吸引キャップ
２０７ｂ、２０７ｆ カム
２０７ｃ 吸引ポンプ
２０７ｄ ポンプモータ
２０７ｅ リンク
２０７ｇ カム制御モータ
２０９ インク
２０９ａ 先端
２０９ｂ、２０９ｃ インク上面
２１０ 遮断弁
２１０ａ ダイアフラム
２１０ｂ ホルダ
２１０ｃ 押圧ばね
２１０ｄ レバー
２１１ 連通遮断弁
２１１ａ ダイアフラム[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an ink supply device, an ink supply mechanism, and an inkjet recording device.
[0002]
[Prior art]
Among the recording methods of printers and the like, an ink jet recording method of discharging ink from a discharge port (nozzle) to record on a recording medium such as recording paper is a low-noise non-impact recording method and a high-density and high-speed recording method. Since it can operate, it has been widely adopted in recent years.
[0003]
A general inkjet recording apparatus includes a unit that drives a carrier on which an inkjet head is mounted, a transport unit that transports a recording sheet, and a control unit that controls these components. In addition, in order to generate energy for discharging ink from the nozzle portion of the ink jet head, to press the ink using an electromechanical transducer such as a piezo element, to generate heat by irradiating electromagnetic waves such as a laser, There is a type of foaming by heat generation, or a type of foaming by heating a liquid by an electrothermal transducer element having a heating resistor. Among them, an ink jet recording apparatus of a type in which ink droplets are ejected by using thermal energy can perform high-resolution recording because nozzles can be arranged at a high density. In particular, ink jet heads using electrothermal transducer elements as energy generating elements are easy to miniaturize, and by applying IC technology and microfabrication technology, which have made remarkable progress in technology and reliability in recent semiconductor manufacturing fields. By making full use of its advantages, high-density mounting can be easily achieved and manufacturing costs can be reduced.
[0004]
In an example of a conventional ink jet recording apparatus that ejects ink droplets by using thermal energy as shown in FIG. 7, an ejection nozzle 101g of a recording head 101 is a fine hole, and the nozzle has no particular valve mechanism. By maintaining the interior at a negative pressure, a meniscus of ink is applied to the nozzles, thereby preventing ink leakage from the nozzles and entry of air from the atmosphere. The discharge of the ink is performed by pushing out the ink of the discharge nozzle 101g by the film boiling energy of the heater arranged in the vicinity of the discharge nozzle 101g, and a cycle of filling the ink inside the nozzle again by the capillary force of the discharge nozzle 101g after the discharge is repeated. The ink is sucked up from the main tank 104 which maintains a negative pressure due to the head difference as needed through a tube 106 and an ink supply unit 105.
[0005]
In order to form an image, a configuration is used in which energy is selectively applied to the large number of ejection nozzles and ink ejected from each nozzle is supplied from the main tank 104 as needed.
[0006]
A detailed configuration for realizing the ink supply will be described below.
[0007]
Inside the recording head 101, a filter 101c having a fine mesh structure for preventing the discharge nozzle 101g, which is a fine hole, from being clogged with dust, a flow path 101f connecting the filter 101c and the discharge nozzle 101g, Upstream of 101c, a sub-tank 101b for storing a fixed amount of ink supplied via a tube 106 from a main tank 104 installed in the main body of the inkjet recording apparatus is arranged.
[0008]
The main tank 104 is configured to be detachable from the supply unit 105, and has, at the bottom thereof, an ink supply port sealed with a rubber stopper 104b and an air introduction port sealed with a rubber stopper 104c. The main tank 104 is an airtight container by itself, and the ink 109 is stored in the main tank 104 as it is.
[0009]
The ink supply unit 105 takes out the ink 109 from the main tank 104 and supplies the ink to the recording head 101 with an ink supply needle 205a and an air supply for introducing air into the main tank 204 from the atmosphere communication port 105g. And a needle 105b. The ink supply needle 105a and the air introduction needle 105b are arranged corresponding to the positions of the ink supply port and the air introduction port of the main tank 104. When the main tank 104 is attached to the ink supply unit 105, the ink supply The needle 105a and the air introduction needle 105b penetrate the rubber stoppers 104b and 104c, respectively, and enter the inside of the main tank 104. That is, when the main tank 104 is mounted on the ink supply unit 105, the flow path from the recording head 101 to the ink supply needle 105a and the flow path from the air introduction needle 105b to the air communication port 105g are one flow path. Communicate as
[0010]
When the ink supply needle 105a and the air introduction needle 105b insert the rubber stoppers 104b and 104c, respectively, the needle holes are temporarily closed with rubber stoppers during insertion to prevent the ink from leaking from the needle holes. It is necessary to make the thickness of the rubber stopper thicker than the size of the needle hole so that communication can be established when the insertion is completed.
[0011]
Further, in order to prevent the ink from overflowing from the air communication port 105g when the air in the recording head 101 and the main tank 104 expands due to a temperature change of the surrounding environment, the air introduction needle 105b and the air communication port 105g are prevented. And a buffer chamber 105f for temporarily storing the ink overflowing between them.
[0012]
With the above configuration, when the ink in the recording head 101 is consumed, the ink is supplied from the main tank 104 to the recording head 101 via the ink supply unit 105 and the ink supply tube 106 as needed due to the negative pressure. At this time, the same amount of air as the ink supplied from the main tank 104 is introduced into the main tank 104 from the atmosphere communication port 105g, through the buffer chamber 105f, and the atmosphere introduction needle 105b.
[0013]
However, with the above configuration alone, there is a problem that air that penetrates and penetrates the resin material such as the tube 106 and air dissolved in the ink accumulates in the sub-tank 101b. Then, there is a disadvantage that the ink supply becomes impossible.
[0014]
For this reason, the accumulated air is removed by the interlocking operation of the recovery unit 107 including the shutoff valve 110, the suction cap 107a for sucking the discharge nozzle 101g, and the suction pump 107b in the flow path from the recording head 101 to the ink supply needle 105a. Means.
[0015]
The air removing operation will be described.
[0016]
First, the shutoff valve 110 is closed, and the suction cap 107a is pressed so as to cover the ejection nozzle 101g of the recording head 101. Subsequently, the discharge nozzle 101g is suctioned by the suction pump 107c. Then, the pressure in the sub tank 101b is reduced, and the accumulated air expands. The suction pump 107c sucks the ink in the recording head 101 and a part of the expanded air. Here, by opening the shut-off valve 110, ink flows into the recording head 101 that has been depressurized, and the operation is completed by opening the suction cap 107a. Since the amount of ink sucked by the suction pump 107c containing a part of the air is filled, the accumulated air can be reduced.
[0017]
In addition, when the thickened substance of the ink is clogged in the discharge nozzle 101g using the above configuration, the ink is discharged from the discharge nozzle 101g by the suction cap 107a of the recovery unit 107 and the suction pump while the shut-off valve 110 is opened. By vigorously pulling out the ink, the ink ejection characteristics are restored. (For example, see Patent Document 1)
[Patent Document 1]
JP 2002-234180 A
[0018]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional example, when the main tank 104 is attached to or detached from the ink supply unit 105, the needle holes are temporarily closed with rubber stoppers during insertion to prevent the ink from leaking from the needle holes of the respective needles. The thickness of the rubber stopper is larger than the size of the needle hole so that communication can be established when the insertion is completed. Therefore, the ink supply needle 105a or the air introduction needle 105b is closed when the insertion is incompletely performed. When the air removal operation of the recording head or the recovery operation of the nozzles is performed in the state where the ink is supplied, the pressure inside the recording head is reduced, the shutoff valve 110 is opened, and the path through which the ink is to be supplied from the main tank 104 is closed. As a result, ink is not supplied and ink or air collected in the cap is sucked from the ejection nozzle 101g. In such a state, if the ink that has been stuck in the cap becomes clogged in the nozzle and causes a printing failure, or if a plurality of discharge nozzles are sucked by one cap, the ink flows back into the ink recording head of another color. However, there is a fatal inconvenience such as color mixing.
[0019]
When the ink in the main tank 104 flows into the buffer chamber 105f due to a rise in the surrounding temperature, and when the main tank 104 is detached from the ink supply unit 105, the buffer chamber 105f and the air communication port 105g are connected from the air introduction needle 105b to the air communication needle 105b. The path up to this point is in a state in which ink is contained in an ink container having both ends opened. Therefore, when the main body is tilted, such as when the main body is transported, the ink remaining in the buffer chamber 105f spills, and the inside of the apparatus becomes dirty. is there.
[0020]
Even if a mechanism for closing the needle hole is added when the main tank 104 is removed, if air in the sub tank 101b expands or contracts due to a change in ambient temperature, ink may leak from the discharge nozzle 101g, The air flows backward from the nozzle, which is inconvenient.
[0021]
When removing ink from the main body for maintenance or the like, it is possible to remove ink between the ink supply needle 105a and the recording head 101 by performing suction with the main tank 104 removed, There is also a problem that the remaining ink cannot be removed because it is independent.
[0022]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an ink supply device of the present invention is an ink supply device that supplies ink from an ink tank to a recording head,
It has an ink tank that stores ink therein and is detachable from the device. At the bottom of the ink tank, there are provided two connectors that are sealed when the ink tank is alone, and communicate with each other when a middle space is inserted. A first hollow tube communicating with an ink supply path for supplying ink to the recording head is inserted into one connector, and a second hollow tube communicating with an atmosphere communication chamber communicating with the atmosphere is connected to the other connector. When the hollow tube is inserted and communicated, and the ink tank is set in the apparatus, in a configuration in which the ink supply path and the atmosphere communication chamber communicate with each other via the inside of the ink tank, the ink supply path and the portion except for the inside of the ink tank are connected. A valve and a path for communicating and shutting off between the air communication chambers are provided, and when the ink tank is mounted, the valve is shut off, and when the ink tank is not mounted, the valve is closed. Wherein the communicating the valve.
[0023]
The ink supply device of the present invention configured as described above has the same flow path configuration as the conventional example when the ink tank is completely inserted, and the air removal operation and the recovery of the nozzles can be executed normally. Even when the insertion of the ink tank is incomplete and the needle hole is closed, the ink supply path is always set by setting the positional relationship such that the valve is shut off and the communication is switched at a position deeper than the insertion height at which the needle hole is closed. When the air removal operation of the print head and the recovery operation of the nozzle are performed, the pressure inside the print head is reduced, the shut-off valve is opened, and the pressure is always applied from the ink supply path. Is released. This can solve the problem that ink and air flow backward from the ejection nozzle 101g.
[0024]
Further, by adding a configuration for closing the holes of the first hollow tube and the second hollow tube by removing the ink tank, even when the ink tank is removed, the distance between the recording head and the atmosphere communication port can be increased. Between the ink supply paths can be formed as a single flow path that is sealed from the atmosphere. In other words, by forming a closed flow path from the air communication port to the ink supply path, air inflow and ink leakage from the middle of the flow path are eliminated, and ink movement in the flow path is stopped. Can be. Also, when removing ink from the main body for maintenance or the like, by performing suction with the main tank 104 removed, ink can be removed from the ink supply needle 105a to the buffer chamber 105f, and the ink in the buffer chamber 105f can be removed. Can not be removed.
[0025]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0026]
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of an inkjet recording apparatus according to one embodiment of the present invention.
[0027]
The ink jet recording apparatus shown in FIG. 1 repeats reciprocating movement (main scanning) of the recording head 201 and conveyance (sub-scanning) of a recording sheet S such as general recording paper, special paper, OHP film, etc. at a predetermined pitch. This is a serial type recording apparatus that forms characters, symbols, images, and the like by selectively ejecting ink from the recording head 201 in synchronization with these movements and attaching the ink to the recording sheet S.
[0028]
In FIG. 1, a recording head 201 is detachably mounted on a carriage 202 slidably supported by two guide rails and reciprocated along the guide rails by driving means such as a motor (not shown). The recording sheet S faces the ink ejection surface of the recording head 201 by the transport roller 203 and intersects with the moving direction of the carriage 202 (for example, in a direction intersecting the moving direction of the carriage 202 so as to maintain a constant distance from the ink ejection surface). It is conveyed in the direction of arrow A which is a direction orthogonal to the direction.
[0029]
The recording head 201 has a plurality of nozzle rows for ejecting inks of different colors. A plurality of independent main tanks 204 are detachably mounted on the ink supply unit 205 according to the colors of the ink ejected from the recording head 201. The ink supply unit 205 and the recording head 201 are connected by a plurality of ink supply tubes 206 each corresponding to the color of the ink, and are housed in the main tank 204 by mounting the main tank 204 to the ink supply unit 205. Each color ink can be supplied independently to each nozzle row of the recording head 201.
[0030]
A recovery unit 207 is disposed so as to face the ink ejection surface of the recording head 201 in a non-recording area which is an area within the reciprocating movement range of the recording head 201 and outside the passing range of the recording sheet S. I have.
[0031]
Next, a detailed configuration of an ink supply system of the inkjet recording apparatus will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram for explaining an ink supply path of the ink jet recording apparatus shown in FIG. 1, and for simplification of description, only a path for one color is shown.
[0032]
First, the recording head 201 will be described.
[0033]
Ink is supplied to the recording head 201 from a connector insertion port 201 a to which a liquid connector provided at the tip of the ink supply tube 206 is airtightly connected. The connector insertion port 201a communicates with a sub-tank 201b formed above the recording head 201. A liquid chamber 201f for directly supplying ink to a nozzle unit having a plurality of nozzles 201g arranged in parallel is formed below the sub tank unit 201b. The sub-tank portion 201b and the liquid chamber 201f are partitioned by a filter 201c. The sub-tank portion 201b and the liquid chamber 201f have a partition portion 201e having an opening 201d formed at a boundary between the sub-tank portion 201b and the liquid chamber 201f. 201e.
[0034]
With the above-described configuration, the ink supplied from the connector insertion port 201a to the recording head 201 is supplied to the nozzle 201g via the sub tank 201b, the filter 201c, and the liquid chamber 201f. The space from the connector insertion opening 201a to the nozzle 201g is kept airtight with respect to the atmosphere.
[0035]
The nozzle 201g has a cylindrical structure with a cross-sectional width of about 20 μm, and discharges ink from the nozzle 201g by applying discharge energy to the ink in the nozzle 201g. After discharging the ink, the nozzle 201g is formed by the capillary force of the nozzle 201g. Is filled with ink. Normally, this ejection is repeated at a cycle of 20 [kHz] or more to perform fine and high-speed image formation. In order to give ejection energy to the ink in the nozzle 201g, the recording head 201 has an energy generating unit for each nozzle 201g. In the present embodiment, a heating resistor for heating the ink in the nozzle 201g is used as the energy generating means, and the heating resistor is selected by a command from a head control unit (not shown) for controlling the driving of the recording head 201. And the ink in the desired nozzle 201g is film-boiling, and the ink is ejected from the nozzle 201g by utilizing the pressure of the bubble generated thereby.
[0036]
The nozzle 201g is arranged with the tip for discharging ink facing downward, but is not provided with a valve mechanism for closing the tip, and the ink fills the nozzle 201g with a meniscus formed. Therefore, the inside of the recording head 201, particularly the inside of the nozzle 201g, is kept in a negative pressure state. However, if the negative pressure is too small, when foreign matter or ink adheres to the tip of the nozzle 201g, the meniscus of the ink may collapse and the ink may leak from the nozzle 201g. On the other hand, if the negative pressure is too large, the force of pulling the ink back into the nozzle 201g becomes stronger than the energy given to the ink at the time of ejection, resulting in ejection failure. Therefore, the negative pressure in the nozzle 201g is kept in a certain range slightly lower than the atmospheric pressure. The range of the negative pressure varies depending on the number of nozzles 201g, the cross-sectional area, the performance of the heating resistance element, and the like. However, according to the experimental results of the present inventors, from about -0.4 [kPa] to about -2 [kPa]. (However, the specific gravity of the ink / the specific gravity of water) is preferable.
[0037]
In the present embodiment, the ink supply unit 205 and the recording head 201 are connected by the ink supply tube 206, and the position of the recording head 201 with respect to the ink supply unit 205 can be set relatively freely. The recording head 201 is arranged at a position higher than the ink supply unit 205 in order to reduce the pressure. Details of this height will be described later.
[0038]
The filter 201c is formed of a metal mesh having fine holes of 10 μm or less smaller than the cross-sectional width of the nozzle 201g, in order to prevent foreign matter that may clog the nozzle 201g from flowing out of the sub tank 201b into the liquid chamber 201f. You. When the ink contacts only one surface of the filter 201c, a meniscus of the ink is formed in each of the fine holes by the capillary force, and the ink easily penetrates, but the air flow is difficult. The smaller the size of the micropores, the stronger the strength of the meniscus and the more difficult it is to pass air.
[0039]
In the filter 201c used in the present embodiment, the pressure required to transmit air is about 10.1 [kPa] (experimental value). Therefore, if air exists in the liquid chamber 201f located downstream of the filter 201c with respect to the direction of movement of the ink in the recording head 1, the air cannot pass through the filter 201c with the buoyancy of the air itself. The air inside remains in the liquid chamber 201f. In the present embodiment, this phenomenon is utilized, and the liquid chamber 201f is not filled with ink, and a certain amount of ink is supplied so that an air layer exists between the ink in the liquid chamber 201f and the filter 201c. It is stored in the room 201f.
[0040]
The amount of ink stored in the liquid chamber 201f is a minimum amount required to fill the nozzle 201g with ink. When air from the liquid chamber 201f enters the nozzle 201g, the nozzle 201g after ink ejection is not replenished with ink and causes ejection failure. Therefore, the inside of the nozzle 201g needs to be always filled with ink.
[0041]
The ink in the sub tank 201b is in contact with the upper surface of the filter 201c, and the area in contact with the ink is the effective area of the filter 201c. As described in the related art, the pressure loss due to the filter 201c depends on the effective area of the filter 201c. In the present embodiment, the filter 201c is arranged so as to be horizontal when the recording head 201 is used, and the ink is brought into contact with the entire upper surface of the filter 201c to maximize the effective area of the filter and reduce the pressure loss. .
[0042]
Next, the ink supply unit 205 and the main tank 204 will be described.
[0043]
The main tank 204 is configured to be detachable from the supply unit 205, and has, at its bottom, an ink supply port sealed with a rubber stopper 204b and an air introduction port sealed with a rubber stopper 204c. The main tank 204 is an airtight container by itself, and the ink 209 is stored in the main tank 204 as it is.
[0044]
On the other hand, the ink supply unit 205 has an ink supply needle 205a for taking out the ink 209 from the main tank 204 and an air introduction needle 205b for introducing the atmosphere into the main tank 204. The ink supply needle 205a and the air introduction needle 205b are hollow needles having the same shape, the needle tip is closed, and a needle hole is provided on the side surface of the needle. The tip of the ink supply port 205 and the air supply port of the main tank 204 are arranged with their needle tips facing upward. When the main tank 204 is mounted on the ink supply unit 205, the ink supply needle 205a and the air supply The needle holes of the introduction needles 205b penetrate the rubber stoppers 204b and 204c, respectively, and communicate with the inside of the main tank 204. However, if the size of the needle hole is larger than the sealing thickness of each rubber plug, the inside of the main tank communicates with the atmosphere through the needle hole during the process of inserting the main tank 204 into the needle, and ink leaks. Therefore, as shown in FIG. 3, the seal thickness of the rubber plugs 204b and 204c is made larger than the size of the needle hole, and the needle hole is closed at one end in the insertion process to prevent ink leakage at the time of insertion.
[0045]
Ring-shaped packings 205m and 205n are attached to the ink supply needle 205a and the air introduction needle 205b so as to be slidable in the axial direction, and the packings are pushed up from below by springs. As shown in FIG. 2, when the tank is set, it is pushed down by the main tank 204, and when the main tank 204 is removed as shown in FIG. 3, the packings 205m and 205n rise with the main tank 204. As shown in FIG. 4, when the main tank 204 is removed, the ink supply needle 205a and the air introduction needle 205b remain at the positions where the needle holes are closed. The structures of the packings 205m and 205n are for the purpose of preventing ink from leaking, and are the same as those in JP-A-62-161544.
[0046]
The ink supply needle 205a is connected to the ink supply tube 206 via a path including a liquid path 205c, a shutoff valve 210, and a liquid path 205d. The atmosphere introduction needle 205b communicates with the atmosphere via the liquid path 205e, the buffer chamber 205f, and the atmosphere communication port 205g. The base of the ink supply needle 205a and the air introduction needle 205b are connected by a liquid path 205j, and are in a state of communication or cutoff by a communication switching valve 211 provided in the liquid path 205j.
[0047]
The communication switching valve 211 includes a diaphragm 211a made of a rubber material, and opens and closes by displacing the diaphragm 211a.
[0048]
When the main tank 204 is normally set, the diaphragm 211a is pressed down on the bottom surface of the main tank 204, the communication switching valve 211 is closed, and the tank is removed as shown in FIG. It rises due to elasticity and acts to open the communication switching valve 211.
[0049]
That is, by attaching the main tank 204 to the ink supply unit 205, the air communication port 205g, the buffer chamber 205f, the main tank 204, the shutoff valve 210, the ink supply tube 206, and the recording head 201 are formed as one flow path. Communicate. When the main tank 204 is not mounted, the main tank 204 communicates with the atmosphere communication port 205g, the buffer chamber 205f, the communication switching valve 211, the shutoff valve 210, the ink supply tube 206, and the recording head 201 as one flow path.
[0050]
In the present embodiment, the ink supply needle 205a and the air introduction needle 205b have a large diameter of 1.6 [mm] in order to suppress the flow resistance of the ink. 0.5 [mm].
[0051]
The shutoff valve 210 has a diaphragm 210a made of a rubber material, and opens and closes the two liquid paths 205c and 205d by displacing the diaphragm 210a. A cylindrical spring holder 210b that holds the pressing spring 210c inside is attached to the upper surface of the diaphragm 210a, and the liquid passages 205c and 205d are shut off by crushing the diaphragm 210a by the pressing spring 210c. . The spring holder 210b has a flange with which a lever 210d operated by a link 207e of the recovery unit 207 described later is engaged. By operating the lever 210d and lifting the spring holder 210b against the spring force of the pressing spring 210c, the liquid paths 205c and 205d communicate with each other. The shut-off valve 210 is opened while the recording head 201 is ejecting ink, during standby and during rest, and is opened and closed in synchronization with the recovery unit 207 during an ink filling operation described later.
[0052]
The configuration of the ink supply unit 205 described above is provided for each main tank 204, that is, for each color of ink, except for the lever 210d. The lever 210d is common to all colors, and simultaneously opens and closes the shutoff valves 210 for all colors.
[0053]
With the above configuration, when the ink in the recording head 201 is consumed, the ink is supplied from the main tank 204 to the recording head 201 via the ink supply unit 205 and the ink supply tube 206 as needed due to the negative pressure. At this time, the same amount of air as the ink supplied from the main tank 204 is introduced into the main tank 204 from the air communication port 205g through the buffer chamber 205f and the air introduction needle 205b.
[0054]
The buffer chamber 205f is a space for temporarily holding ink flowing out of the main tank 204 due to expansion of air in the main tank 204, and the lower end of the air introduction needle 205b is located at the bottom of the buffer chamber 205f. . When the air in the sub tank 201b and the main tank 204 expands, for example, when the environmental temperature rises, the ink in the main tank 204 flows out from the air introduction needle 205b to the buffer chamber 205f via the liquid path 205e. Conversely, when the air in the main tank 204 contracts, such as when the environmental temperature decreases, the ink that has flowed into the buffer chamber 205f returns to the main tank 204. When ink is ejected from the print head 201 in a state where ink is present in the buffer chamber 205f, first, the ink in the buffer chamber 205f returns to the main tank 204, and after the ink in the buffer chamber 205f is exhausted, Air is introduced into the main tank 204.
[0055]
Here, the basic head of the main tank 204 and the behavior of air and ink in the liquid path of the ink supply unit 205 when air is introduced into the main tank 204 will be described with reference to FIG.
[0056]
FIG. 5A shows a normal state in which ink can be supplied from the main tank 204 to the recording head 201 (see FIG. 2). In this state, since the inside of the main tank 204 is airtight except for the buffer chamber 205f, the inside of the ink tank 205 is kept at a negative pressure, and the leading end 209a of the ink remains in the middle of the liquid path 205e. The pressure at the tip 209a of the ink is atmospheric pressure (= 101.3 [kPa]) because it is in contact with the atmosphere. Since the liquid path 205c where the tip 209a of the ink is located and the liquid path 205e communicating with the ink supply tube 206 (see FIG. 2) have the same height, the liquid paths 205c and 205e are communicated only with ink. , The pressure in the liquid path 205c also becomes the atmospheric pressure. This is determined by the relationship between the height of the ink tip 209a and the liquid path 205c, and is not affected by the amount of the ink 209 in the main tank 204.
[0057]
When the ink in the main tank 204 is consumed, as shown in FIG. 5B, the leading end 209a of the ink gradually moves toward the air introduction needle 205b, and when the ink reaches just below the air introduction needle 205b. As shown in FIG. 5C, the air bubbles float in the air introduction needle 205 b and are introduced into the main tank 204. Instead, the ink in the main tank 204 enters the air introduction needle 205b, and the leading end 209a of the ink returns to the original state shown in FIG.
[0058]
FIG. 5D shows a state where ink is accumulated in the buffer chamber 205f. In this case, the front end 209a of the ink is located at the middle of the buffer chamber 205f in the height direction, at a position higher than the liquid path 205c by h1 [mm], and the pressure of the liquid path 205c is -9.8h1 [Pa]. Has become.
[0059]
As described above, in the present embodiment, the pressure due to the head difference applied to the nozzle 201g (see FIG. 2) is such that the height from the flow path 205c to the ink upper surface 209b in the sub tank 201b is h2 [mm], as shown in FIG. If the height from the filter 201c to the ink upper surface 209b in the sub tank 201b is h3 [mm], and the height from the lower end of the nozzle 201g to the ink upper surface 209c in the liquid chamber 201f is h4 [mm], the lower end of the nozzle 201g is obtained. Is Pn ≒ -9.8 (h2-h3-h4) [Pa] in a normal state, and PnＰ-9.8 (h2-h) in a state where ink is accumulated in the buffer chamber 205f. h1-h3-h4) [Pa]. The value of Pn is set to fall within the above-described range of the negative pressure (−0.4 [kPa] to −2 [kPa]).
[0060]
Next, the recovery unit 207 will be described.
[0061]
The recovery unit 207 sucks ink and air from the nozzle 201g and opens and closes the shutoff valve 210. The recovery unit 207 includes a suction cap 207a that caps an ink ejection surface of the recording head 201 (a surface where the nozzle 201g is open). And a link 207e for operating the lever 210d of the blocking surface 210.
[0062]
At least a portion of the suction cap 207a in contact with the ink ejection surface is made of an elastic member such as rubber, and is provided so as to be movable between a position for sealing the ink ejection surface and a position retracted from the recording head 201. A tube having a tube pump type suction pump 207c is connected to an intermediate portion of the suction cap 207a, and continuous suction is possible by driving the suction pump 207c by a pump motor 207d. Further, the suction amount can be changed according to the rotation amount of the pump motor 207d. In the present embodiment, the suction pump 207c capable of reducing the pressure to 40.5 [kPa] is used.
[0063]
The cam 207b operates the suction cap 207a, and is rotated by the cam control motor 207g in synchronization with the cam 207f that operates the link 207e. The timing at which the positions a to c of the cam 207b contact the suction cap 201g respectively coincides with the timing at which the positions a to c of the cam 207f contact the link 207e. At the position a, the cam 207b separates the suction cap 201g from the ink ejection surface of the recording head 201, and the cam 207f pushes the link 207e to push up the lever 210d to open the shutoff valve 210. At the position b, the cam 207b brings the suction cap 201g into close contact with the ink ejection surface, and the cam 207f pulls back the link 207e to close the shutoff valve. At the position c, the cam 207b brings the suction cap 207a into close contact with the ink ejection surface, and the cam 207f presses the link 207e to open the shutoff valve 210.
[0064]
At the time of the printing operation, the cams 207b and 207f are set at the position a, and the ink can be ejected from the nozzle 201g and the ink can be supplied from the main tank 204 to the printing head 201. At the time of non-operation including standby and suspension, the cams 207b and 207f are set to the position c to prevent the nozzle 201g from drying and open the shutoff valve 210 to maintain the negative pressure in the recording head 201. The position c of the cams 207b and 207f is used at the time of the operation of filling the recording head 201 with ink, which will be described below.
[0065]
The ink supply path from the main tank 204 to the print head 201 has been described above. However, with the configuration shown in FIG. 2, air is accumulated in the print head 201 over a long period of time.
[0066]
In the sub tank 201b, air that penetrates and penetrates the ink supply tube 206 and air that has dissolved in the ink accumulate. As for the air passing through the ink supply tube 206, a material having a high gas barrier property may be used as a material forming the air supply tube 206. However, a material having a high gas barrier property is expensive. Due to surface limitations, high performance materials cannot be easily used. In the present embodiment, a polyethylene tube that is low in cost, flexible and easy to use is used as the ink supply tube 206.
[0067]
On the other hand, in the liquid chamber 201f, when the ink is ejected from the nozzle 201g, the bubbles generated by the film boiling of the ink break up and return to the liquid chamber 201f, or fine bubbles dissolved in the ink form inside the nozzle 201g. The air gradually accumulates as large bubbles are collected by the rise in the temperature of the ink.
[0068]
According to experiments performed by the present inventors, in the configuration shown in the present embodiment, the amount of accumulated air in the sub tank 201b is about 1 [ml] per month, and the amount of accumulated air in the liquid chamber 201f is one month. The amount was about 0.5 [ml] per month.
[0069]
If the amount of accumulated air in the sub tank 201b and the liquid chamber 201f is large, the amount of ink stored in each of the sub tank 201b and the liquid chamber 201f decreases. In the sub tank 201b, when the ink is insufficient, the filter 201c is exposed to the air and the effective area of the filter 201c is reduced. As a result, the pressure loss of the filter 201c is increased, and in the worst case, the ink is discharged to the liquid chamber 201f. It cannot be supplied. On the other hand, in the liquid chamber 201f, when the upper end of the nozzle 201g is exposed to air, ink supply to the nozzle 201g becomes impossible. As described above, a critical problem occurs if neither the sub-tank portion 201b nor the liquid chamber 201f contains a predetermined amount or more of ink.
[0070]
Accordingly, by filling each of the sub tank 201b and the liquid chamber 201f with an appropriate amount of ink at predetermined intervals, the ink discharge function can be stably maintained for a long period of time without using a material having high gas barrier properties. be able to. For example, in the case of the present embodiment, the sub-tank portion 201b and the liquid chamber 201f may be filled with the amount of air accumulated per month plus the variation at the time of filling each month.
[0071]
The filling of the ink into the sub tank 201b and the liquid chamber 201f is performed by using the suction operation of the recovery unit 207. That is, the suction pump 207c is driven while the ink ejection surface of the recording head 201 is sealed by the suction cap 201a, and the ink in the recording head 201 is sucked from the nozzle 201g. However, by simply sucking the ink from the nozzle 201g, substantially the same amount of ink as the ink sucked from the nozzle 201g flows into the liquid chamber 201f from the sub tank 201b, and similarly, substantially the same amount of ink as the ink flowing out from the sub tank 201b. Only the flow of the ink from the main tank 204 into the sub tank 201b is almost the same as before suction.
[0072]
Therefore, in the present embodiment, in order to fill the sub-tank portion 201b and the liquid chamber 201f separated by the filter 201c with an appropriate amount of ink, the shut-off valve 210 is used to apply a predetermined pressure to the sub-tank portion 201b and the liquid chamber 201f. Then, the volumes of the sub tank 201b and the liquid chamber 201f are set.
[0073]
Hereinafter, the operation of filling the sub tank 201b and the liquid chamber 201f with ink and setting the volume will be described.
[0074]
In the ink filling operation, first, the carriage 202 (see FIG. 1) is moved to a position where the recording head 201 faces the suction cap 207a, and the cam control motor 207g of the recovery unit 207 is driven to set the cams 207b and 207e to b respectively. Is rotated until the position contacts the suction cap 107a and the link 207e. As a result, the ink ejection surface of the recording head 201 is sealed by the suction cap 207a, and the shutoff valve 210 is in a state where the ink path from the main tank 204 to the recording head 201 is closed.
[0075]
In this state, the pump motor 207d is driven, and suction is performed from the suction cap 207a by the suction pump 207c. By this suction, ink and air remaining in the print head 201 are sucked through the nozzle 201g, and the pressure inside the print head 201 is reduced. When the suction amount of the suction pump 207c reaches a predetermined amount, the suction pump 207c is stopped, and the cam control motor 207g is driven to bring the cams 207b and 207f into contact with the suction cap 207a and the link 207e. Rotate until As a result, the shut-off valve 210 is opened while keeping the state of the ink discharge surface sealed by the suction cap 207a. The suction amount by the suction pump 207c is a suction amount at which the pressure in the recording head 201 becomes a predetermined pressure necessary for filling the sub-tank portion 201b and the liquid chamber 201f with an appropriate amount of ink. Etc.
[0076]
When the pressure inside the recording head 201 is reduced, ink flows into the recording head 201 via the ink supply tube 206, and the sub tank 201b and the liquid chamber 201f are filled with ink. The amount of ink to be filled is a volume required for the depressurized sub-tank portion 201b and liquid chamber 201f to return to substantially the atmospheric pressure, and is determined by the volume and pressure of the sub-tank portion 201b and liquid chamber 201f.
[0077]
The filling of the ink into the sub tank 201b and the liquid chamber 201f is completed in about one second after the shut-off valve 210 is opened. When the ink filling is completed, the cam control motor 207g is driven to rotate the cams 207b and 207f until the positions of the b contact the suction cap 207a and the link 207e, respectively. Thereby, the suction cap 207a is separated from the recording head 201, and the suction pump 207c is driven again to suck the ink remaining in the suction cap 207a. In this state, since the shut-off valve 210 is open, ink and ink are ejected from the nozzle 201g to form a state in which characters, images, and the like can be formed on the recording sheet S (see FIG. 1).
[0078]
If the amount of ink in the sub tank 201b and the liquid chamber 201f does not become insufficient for a long period of time, the suction operation by the recovery unit 207 does not need to be performed frequently, and the chance of wasting ink is reduced. Furthermore, even when both the sub tank 201b and the liquid chamber 201f need to be filled with ink, only one filling operation is required, so that ink can be saved.
[0079]
Here, it is assumed that the volume of the sub tank 201b is V1, the amount of ink to be filled in the sub tank 201b is S1, and the pressure in the sub tank 201b is P1 (a relative value from the atmospheric pressure). Here, by setting these relationships so that V1 = S1 / │P1│ based on the principle of “PV = constant”, the sub tank 201b can be filled with an appropriate amount of ink by the filling operation. . Similarly, assuming that the volume of the liquid chamber 201f is V2, the amount of ink to be filled in the liquid chamber 201f is S1, and the pressure in the liquid chamber 201f is P2 (relative value from the atmospheric pressure), these relations are expressed as V2 = By setting S2 / │P2│, the liquid chamber 201f can be filled with an appropriate amount of ink by the filling operation.
[0080]
In addition, the filter 201c that partitions the sub tank 201b and the liquid chamber 201f has a fine mesh structure, and has a property that air flow is difficult when a meniscus is formed as described above. Here, let Pm be the pressure required to allow air to pass through the filter 201c on which the meniscus is formed. When suction is performed from the nozzle 201g by the recovery unit 207, the pressure P2 in the liquid chamber 201f is lower than the pressure P1 in the sub tank 201b by the pressure Pm in order to allow the air in the sub tank 201b to pass through the filter 201c. Become. Therefore, if this relationship is used when determining the volumes of the sub tank 201b and the liquid chamber 201f, the conditions of the filling operation can be easily determined.
[0081]
In the above configuration, by attaching the main tank 204 to the ink supply unit 205, one air communication port 205g, the buffer chamber 205f, the main tank 204, the shutoff valve 210, the ink supply tube 206, and the recording head 201 are connected to one. When the main tank 204 is not mounted, the air passage 205 g, the buffer chamber 205 f, the communication switching valve 211, the shutoff valve 210, the ink supply tube 206, and the recording head 201 are connected as a single flow passage when the main tank 204 is not mounted. By always forming one flow path such as communication, it is possible to prevent ink from leaking even if the apparatus is tilted with the main tank removed. Further, in this state, when suction is performed by the recovery unit 207, the ink in the buffer tank 205f and the supply tube 206 can be removed. Further, even if the main tank is pulled out during the ink filling operation, a flow path communicating with the atmosphere from the upstream of the ink supply of the recording head 201 is always secured, so that an accident that the ink flows backward from the nozzle 201g can be prevented. .
[0082]
【The invention's effect】
As described above, according to the ink supply device of the present invention, the ink is stored therein, and the ink supply device has an ink tank that is detachable from the device. Two connectors that are in communication with each other when the middle space is inserted are provided, and one of the connectors is provided with a first hollow tube that communicates with an ink supply path that supplies ink to a recording head. A second hollow tube communicating with the atmosphere communicating chamber communicating with the atmosphere is inserted into the connector, and when the ink tank is set in the device, the ink supply path communicates with the atmosphere communicating chamber via the inside of the ink tank. In the configuration, a valve and a path for communicating and shutting off the ink supply path and the atmosphere communication chamber are provided in a portion except for the inside of the ink tank, and the valve is installed in a state where the ink tank is mounted. Cross and, in the state where no mounting the ink tank, characterized in that communicating the valve.
[0083]
The ink supply device of the present invention configured as described above has the same flow path configuration as the conventional example when the ink tank is completely inserted, and the air removal operation and the recovery of the nozzles can be executed normally. Even when the insertion of the ink tank is incomplete and the needle hole is closed, the ink supply path is always set by setting the positional relationship such that the valve is shut off and the communication is switched at a position deeper than the insertion height at which the needle hole is closed. When the air removal operation of the print head and the recovery operation of the nozzle are performed, the pressure inside the print head is reduced, the shut-off valve is opened, and the pressure is always applied from the ink supply path. Is released. This can solve the problem that ink and air flow backward from the ejection nozzle 101g.
[0084]
Further, by adding a configuration for closing the holes of the first hollow tube and the second hollow tube by removing the ink tank, even when the ink tank is removed, the distance between the recording head and the atmosphere communication port can be increased. Between the ink supply paths can be formed as a single flow path that is sealed from the atmosphere. In other words, by forming a closed flow path from the air communication port to the ink supply path, air inflow and ink leakage from the middle of the flow path are eliminated, and ink movement in the flow path is stopped. Can be. Also, when removing ink from the main body for maintenance or the like, by performing suction with the main tank 104 removed, ink can be removed from the ink supply needle 105a to the buffer chamber 105f, and the ink in the buffer chamber 105f can be removed. Can not be removed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of an inkjet recording apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a detailed configuration of an ink supply system of the inkjet recording apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating a detailed configuration of an ink supply system of the inkjet recording apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating a detailed configuration of an ink supply system of the inkjet recording apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram for explaining the behavior of air and ink in the liquid path of the ink supply unit when air is introduced into the main tank.
FIG. 6 is a diagram for explaining a pressure due to a head difference applied to a nozzle.
FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of an example of an ink supply system in a conventional inkjet recording apparatus.
[Explanation of symbols]
201 Recording head
201a Connector insertion slot
201b Sub tank
201c filter
201d opening
201e partition
201f liquid chamber
201g nozzle
202 carriage
203 transport roller
204 main tank
204b, 204c rubber stopper
205 ink supply unit
205a Ink supply needle
205b Air introduction needle
205c, 205d, 205e, 205j Fluid path
205f buffer room
205g atmosphere communication port
205i top opening
205m, 205n packing
206 Ink supply tube
207 Recovery Unit
207a Suction cap
207b, 207f Cam
207c suction pump
207d pump motor
207e link
207g cam control motor
209 ink
209a Tip
209b, 209c Ink upper surface
210 shut-off valve
210a diaphragm
210b holder
210c pressure spring
210d lever
211 Communication shut-off valve
211a diaphragm
