JP2005161638A

JP2005161638A - インクジェット記録装置のインク供給機構

Info

Publication number: JP2005161638A
Application number: JP2003402377A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kyogoku; 浩京極; Takashi Yanagiura; 敬司柳浦; Shunpei Takenaka; 駿平竹中
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-12-02
Filing date: 2003-12-02
Publication date: 2005-06-23

Abstract

【課題】インクをインク保持部材によって保持せず自由状態で保持しつつ、適正な負圧を維持可能なインク供給機構を提供する。
【解決手段】インクジェット記録装置の記録ヘッド１１０と一体に形成されたサブタンク１０２と、サブタンク１０２に着脱可能なメインタンク１０１とを有し、サブタンク１０２が、インクを収容するインク室１２０と、インク室と外部とを連通させる大気連通路１５１と、大気連通路１５１の途中をインク室１２０に連通させて、インク室１２０内のインクを大気連通路１５１内に導入可能とする導入部１４７とを有するインクジェット記録装置のインク供給機構。
【選択図】図４

Description

本発明は、記録ヘッドからインク液滴を吐出して記録を行なうインクジェット記録装置において、上記記録ヘッドにインクを供給するインク供給機構に関するものである。より具体的には、キャリッジに搭載されている上記記録ヘッドに該記録ヘッドとは別体に設けられているメインタンクからインクを供給するインク供給機構に関するものである。

インクジェット記録装置（インクジェットプリンタ）は、キャリッジに搭載された記録ヘッドを紙やフィルム等といった記録媒体の搬送方向（副走査方向）と交差する方向（主走査方向）に移動させながら上記記録媒体に記録を行なう。より具体的には、記録ヘッドが主走査方向に移動される際に、制御システムが記録ヘッドを作動させて記録媒体上にインク液滴を吐出させ、記録媒体表面に画像や文字等を形成する。記録ヘッドに供給されるインクは、キャリッジに搭載され該キャリッジと共に移動するか、或いはキャリッジと共に移動することのないインク供給源（以下、「メインタンク」と記す）に収容されており、必要に応じて記録ヘッドへ供給される。尚、メインタンクはインクが尽きると交換される。

ここで、メインタンクから記録ヘッドへインクを供給する方法として次の二つが良く知られている。一つは、別体に構成された記録ヘッドとメインタンクとを柔軟なインク供給チューブによって連結し、メインタンク内のインクをインク供給チューブを介して記録ヘッドへ供給する方法である。他の一つは、記録ヘッドに直接連結可能であって、かつ、必要に応じて記録ヘッドから分離可能に構成されたメインタンクをキャリッジに搭載し、記録ヘッドに連結されたメインタンクから直接インクを供給する方法である。

しかし、前者の方法には、記録ヘッドとメインタンクとの間の距離が大きくなる上に、記録ヘッドの移動に伴ってインク供給チューブに発生する撓みを許容するためのスペースが必要になること等からインクジェット記録装置が大型化するといった問題があった。また、柔軟なインク供給チューブほどインクが蒸発し易いといった問題もあった。一方、メインタンクが記録ヘッドに直接連結される後者の方法によれば、以上のような問題は発生しない。しかし、後者の方法には、メインタンクをキャリッジに搭載する関係上、メインタンクの容量に限界があり、メインタンクを頻繁に交換する必要が生じるといった別の問題があった。

以上の問題を解決するための手段として、メインタンクをキャリッジの移動範囲内の片隅に配置すると共に、キャリッジにサブタンクを搭載し、必要に応じてサブタンクをメインタンクに連結させてインク補給を行なうインク補給方式が多数提案されている（例えば、特許文献１〜特許文献４参照）。かかるインク補給方式によれば、メインタンクをキャリッジに搭載する必要がないので、メインタンクを大容量化してタンク交換の頻度を最小限に抑えることができる。また、メインタンクとサブタンク又は記録ヘッドとを連結するインク供給チューブも不要となる。

ここで、記録ヘッドを正常に機能させるためには、メインタンクがインクジェット記録装置内の何処に配置されているかに関わらず、記録ヘッドへ確実にインクが供給される共に、メインタンク及び／又はサブタンク内が負圧状態に維持されていることが必須である。何故なら、メインタンク及び／又はサブタンク内を大気圧よりも低い圧力に保つことによって、記録ヘッドからのインク漏れを防ぐ必要があるからである。従って、メインタンク及び／又はサブタンクには、動作中及び休止中に遭遇する様々な温度環境及び圧力環境において一定の負圧を保持することが要求される。このような要求を満たすインク供給機構の一例が特許文献５〜特許文献７に開示されている。

また、特許文献５〜特許文献７に開示されているインク供給機構とは異なるインク供給機構として図７に示すインク供給機構がある。図７に示すインク供給機構は、インクジェット記録装置のキャリッジに搭載された交換可能なインクタンクを使用したインク供給機構である。図中の符号Ａは、キャリッジヘッド部を示す。以下同様に、Ｂは記録ヘッド、Ｃはヘッド液室、Ｄはインク通路、Ｅは気泡や異物の通過を阻止するフィルタ、Ｆはインクタンク、ＧはインクタンクＦの着脱時におけるインク漏れを防ぐパッキン部材をそれぞれ示す。インクタンクＦの内部は隔壁Ｈによって幅方向に二分され、第１のインク室Ｉと第２のインク室Ｊが形成されている。また、第１のインク室Ｉと第２のインク室Ｊは、隔壁Ｈの下端とインクタンクＦの底面との間の隙間を介して連通しており、第２のインク室Ｊの底面には、ヘッド液室Ｃにインクを供給するための着脱可能な連結口部Ｋが形成され、天井には大気連通孔Ｌが形成されている。さらに、第２のインク室Ｊ側の隔壁Ｈの表面には、高さ方向に細長なスリット状の溝Ｍが複数形成されている。これら溝Ｍは、第２のインク室Ｊ内における空気の移動をスムーズにする役割を果たしている。加えて、第１のインク室Ｉ内にはインクが自由状態で収容されており、第２のインク室Ｊ内には、インクを保持するための毛細管部材（例えばポリエステルフェルト）Ｎが収容されている。この毛細管部材Ｎは、周囲環境が変化した際に負圧を維持する手段として機能する。例えば、周囲気圧が低下した場合や周囲温度が上昇した際には、インクを自由状態で収容している第１のインク室Ｉ内の空気の圧力が外気圧に対して高くなって膨張する。この際、第１のインク室Ｉ内における空気の膨張分に相当する量のインクが第２のインク室Ｊ内の毛細管部材Ｎに吸収されることによって、キャリッジヘッド部Ａ内が適切な負圧状態に維持される。尚、図中の符号Ｐは、第１のインク室Ｉ内のインクの有無を検出するためのプリズムを示している。このプリズムＰは、第１のインク室Ｉ内のインクが無くなると、不図示のセンサから発せられている光を屈折透過光から反射光に変化させて該センサに戻し、インクの有無の検出を可能とする。
特許第２５６５７４２号公報特開平９−１６９１１９号公報特開平９−２４００２０号公報特開平２００１−１３８５４１号公報特開平２００１−１８７４５９号公報特開平２００１−２４６７６１号公報特開平２００１−１３００２４号公報

上記特許文献１〜特許文献４に開示されているようなインク補給方式では、メインタンク内のインクを如何に漏らさずにサブタンクへ移動させるかということが重要な課題となる。そこで、特許文献１には、メインタンクに中空のインク供給針を設けると共に、ザブタンク内にゴムキャップで栓がされたインク袋を設け、インク供給針の先鋭な一端をゴムキャップに突き刺した状態でサブタンク内の空気を吸引ポンプで吸引してインク袋を膨らませることによって、インク供給針の内部空間を流路としてメインタンクからサブタンクへインクを移動させる実施例が開示されている。しかし、特許文献１に開示されている実施例では、インク供給針がゴムキャップに繰り返し抜き差しされるため、両者の耐久性に問題がある。また、ゴムキャップからのインク漏れに関しても十分な対策が示されていない。さらに、インク供給針をゴムキャップに抜き差した際に発生したゴム片がインク供給針を詰まらせる虞もある。

特許文献２には、サブタンク内にスポンジ部材を配置し、そのスポンジ部材にインクを浸透させて補給する実施例が開示されている。この実施例によれば、液状のインクをスポンジ部材が持つ毛細管力によって移動保持するのでインク漏れは少ない。しかし、スポンジ部材は体積の７０％程度のインクしか保持できず、さらには、スポンジ部材に保持されたインクの２０％は使用されずに該スポンジ部材の内部に残存してしまうといった問題があった。加えて、スポンジ部材自体がゴミ片になる虞やインクへの溶解成分を凝集させる虞もあった。また、インクの移動に毛細管力を利用するため、インクの補給に時間が掛かるといった問題もあった。

特許文献３には、キャリッジに装着されたメインタンクとヘッドとを有し、ヘッドがホーム領域に移動してきた際に、上記メインタンクから延びたインク供給管の一端をヘッド内のインクチャンバに設けられているインク補充用の通孔に連結してインクを補充するインク供給機構の実施例が開示されている。しかし、上記ヘッドに設けられているノズルからのインク漏れを防止するためには、上記インク供給管が上記インクチャンバの通孔に連結されていないときには、該通孔を気密に封止しておく必要がある。さらに、インクチャンバ内のインクが減少するに従って該インクチャンバ内に空気を導入し、一定の負圧状態を維持する必要もある。特許文献３には、オンデマンドインクジェット記録において以上に重要となる上記の点に関して一切開示がされていない。従って、特許文献３に開示されているインク供給機構によっては、実用的なオンデマンドインクジェット記録を実現することはできない。

特許文献４に開示されている実施例では、インク補給のために専用の吸引ポンプ手段を必要とする。また、複雑な構造を有する連通ポートを内気吸引用と外気吸引用に２個必要とする。さらに、サブタンク内の負圧保持手段として大容量のインク吸収部材を必要とするためキャリッジの大型化を招く。

図７に示したような、毛細管部材の毛細管力によってインクを保持するタイプのインク供給機構では、毛細管部材の体積の約２０〜７０％に相当するインクしか保持できない。さらに、毛細管部材に保持されたインクの約２０％は使用されずに無駄となってしまう。そのため、メインタンクの使用寿命を延ばすためにはタンク容量を増大させなくてはならない。しかし、タンク容量が増大すると、インクが消費されるに連れてタンク内に残る空気の量も増加するので、これに応じて毛細管部材の体積も増大させる必要が生じる。この結果、インクタンクの大型化又はインク収容空間の縮小化のいずれかを余儀なくされることとなる。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は上記課題の少なくとも一つを解決することにある。

上記目的を達成する本発明のインクジェット記録装置のインク供給機構は、記録ヘッドと一体に形成されたサブタンクと、サブタンクに着脱又は連結されるメインタンクとを有し、サブタンクにインク室と外部とを連通させる大気連通路を形成すると共に、その大気連通路の一部の区間をインク室内のインクで満たすことによって、インク室を外部から気密状態とすることを特徴の一つとする。かかる特徴を有する本発明のインク供給機構では、大気連通路の一部の区間を満たしているインクが周囲環境や温度の変動時にインク室内の負圧を一定に保持する負圧維持制御手段として機能する。例えば、インク室のインクの消費が進むに従ってインク室内の負圧が徐々に大きくなると、圧力の高い外気が大気連通路内のインクを押しのけてインク室内に進入する。一方、外気圧の低下やサブタンクの温度上昇によってサブタンク内の空気が膨張した場合は、上記とは逆の原理でインク室の空気が外部に排出される。従って、インク室内の圧力は常にほぼ一定に保持される。

上記特徴を具現化する手段の一つとして、本発明のインク供給機構を構成するサブタンクには、インク室と外部とを連通させる大気連通路と、大気連通路の途中をインク室に連通させて、インク室内のインクを大気連通路内に導入可能とする導入部とが設けられている。また、大気連通路の一端が記録ヘッドの近傍に形成された大気連通孔によって外部に連通され、他端側が第１の経路と第２の経路とに枝分かれし、第１の経路はインク室の上部においてインク室内に連通し、第２の経路はインク室の下部（第１の経路の連通位置よりも重力方向下方）においてインク室内に連通している。

さらに、本発明のインク供給機構では、インク室と外部との間の気体の出入りが徐々に、かつ、少量ずつ行なわれるようにすることで、インク室内の圧力変動をなるべく小さくすることも特徴とする。かかる特徴を具現化する手段の一つとして、本発明のインク供給機構では、上記大気連通路をインク室の底部近傍で折り返し、大気連通路に上記折り返し点よりも大気側の区間とインク室側の区間とを設けた。これにより、外気圧がインク室内の圧力に比べて相対的に高くなると、上記折り返し点よりも大気側の区間を満たしているインクの水位が上昇した外気圧によって押し下げられ、インク水位が上記押し返し点に達すると、外気が微細な気泡の形でインク室側の区間内に侵入し、該区間内のインク内を微細な気泡の形で上昇してインク室に侵入する。一方、インク室内の圧力が外気圧に対して相対的に高くなると、上記折り返し点よりもインク室側の区間を満たしているインクの水位が上昇したインク室内の空気の圧力によって押し下げられ、インク水位が上記押し返し点に達すると、インク室内の空気が微細な気泡の形で大気側の区間内に侵入し、該区間内のインク内を微細な気泡の形で上昇して外部に排出される。ここで、大気連通路の全区間のうち、上記折り返し点よりも大気側の区間の容積をインク室側の区間の容積以上としておけば、インク室側の区間内を満たしている全インクが大気側の区間内に押し出されたとしても、インクが大気連通路から溢れ出すことはない。

また、インク室と外部との間の気体の出入りが徐々に、かつ、少量ずつ行なわれるようにすることで、インク室内の圧力変動をなるべく小さくする他の手段として、上記第１の経路の一部を他の部分に比べて細径の毛細管部と、一定量のインクを貯留可能な貯留空間部とから構成し、これら毛細管部及び貯留空間部に上記第２の経路を介してインク室内のインクが導入されようにした。これによって、インク室の内圧が上昇した際には、インク室内の空気が毛細管部内のインクを押し退けて貯留空間部に達し、貯留空間部の上部に微細な気泡の形で上昇した後に外部に出て行く。一方、インク室内の圧力が低下した場合には、貯留空間部に達した外気が貯留空間部の上部に微細な気泡の形で上昇した後にインク室内に侵入する。さらに本発明のインク供給機構では、上記大気連通路を記録ヘッドの近傍において外部と連通させることによって、一つの吸引ポンプで大気連通路と記録ヘッドのノズルの双方を同時に吸引し、インク室内に負圧を発生させてメインタンク内のインクをサブタンク内に導入することができる。例えば、ノズルの回復動作用に従来から備えられている吸引ポンプによってインク室内に負圧を発生させてメインタンク内のインクをサブタンク内に導入することも可能であり、別途吸引ポンプを設ける必要がなくなる。この場合、上記第２の経路の流路抵抗を十分に大きくすることによって、インク補充の際の吸引によってインク室の底部からインクが吸引されることを確実に回避することが望ましい。

本発明のインクジェット記録装置のインク供給機構によれば、インクタンク内の負圧を保持するためのインク保持部材を設けなくとも十分な負圧を維持できる。従って、同一サイズのインクタンクにより大量のインクを収容することができる。または、インクタンクを小型化しても従来と同量のインクを収容することができる。また、インク保持部材などから出るごみの発生やインクに悪影響を与える可能性のある化学成分の心配が一切無くなる。さらに、インク保持部材に保持されたまま使われることなく無駄になっていたインクが多くあったが、本発明のインク供給機構では、インクの全てが自由状態でインクタンクに収容されるため、収容されているインクを無駄なく使い切ることが可能となる。

（実施形態１）
以下、本発明のインクジェット記録装置のインク供給機構の第１実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本例のインク供給機構の全体構成を示す模式的断面図である。図１に示すように、本例のインク供給機構は、不図示のインクジェット記録装置内の所定位置に配置されるメインタンク１と、そのメインタンク１と所定ポジションにおいて連結されるメインタンク１とは別体のサブタンク２とを備えている。

サブタンク２は、記録ヘッド１０と一体に形成されており、不図示のキャリッジの移動に伴って記録ヘッド１０と共に移動する。また、サブタンク２の内部空間（インク室２０）と記録ヘッド１０のヘッド液室１１とは、インク流路２１によって連通され、ヘッド液室１１内のインクが消費されると、インク室２０から逐次インクが補充される。

ここで、記録ヘッド１０には図示されていない多数のノズルが高密度で形成されている。例えば、１２８個のノズルが３００dpiの密度で形成されている。また、各ノズルには通電によって気泡を発生させインクを液滴の形で吐出させるための発熱体が設けられており、インク滴は下向きに吐出される。さらに、図示されていないが、記録ヘッド１０には電気信号を供給するプリント配線基板等も存在している。

インク流路２１のインク室２０側端部には、ゴミ、インクの凝集成分、気泡など通過を阻止するためのフィルタ部材２２が設けられている。このフィルタ部材２２は記録ヘッド１０のノズルを詰まらせるような大きさの異物の混入を防ぐ目的で設けられており、この目的からは２０μm程度の濾過精度を有するフィルタ部材が適している。

サブタンク２の筐体は、必要十分な剛性を有し、耐インク性に優れた材料によって形成されている。メインタンク１と対向するサブタンク２の側壁２３には、インク注入連結口２４が形成されている。このインク注入連結口２４は、通常は弾性部材２５によって付勢された封止部材２６によって気密に封止され、メインタンク１との連結時にのみ開口される。

側壁２３と対向する側壁２７の内面上部には、小孔３０が形成され、その小孔３０は該側壁２７の内部に形成された大気連通路３１を介して記録ヘッド１０の近傍に形成されている大気連通孔３２に連通されている。大気連通孔３２は、不図示の吸引ポンプに接続されている吸引キャップ４０によって記録ヘッド１０のノズル群と同時に吸引動作を実行可能な位置に形成されている。

図２に示すように、大気連通路３１は、その中途に設けられた第１毛細管部５０によって、小孔３０に連通する第１経路５１と、大気連通孔３２に連通する第２経路５２とに大別されている。また、第１毛細管部５０の途中からは、第２毛細管部５３が分岐して迷路状に蛇行しながら延在し、インク室２０の底部近傍に形成された開口部５４を介してインク室２０に連通している。さらに、第２毛細管部５３の分岐点から第１経路５１に至る第１毛細管部５０の途中には、少量のインクを貯留可能なタンク側貯留空間部６０が直列に２つ形成されている。また、第２毛細管部５３の分岐点から第２経路５２に至る第１毛細管部５０の途中には、同じく少量のインクを貯留可能な大気側貯留空間部６１が直列に２つ形成されている。

再び図１を参照すると、サブタンク２には、インク残量検出手段７０が設けられている。このインク残量検出手段７０は、インク室２０内に設けられた４５度の２等辺直角三角形状の光学的反射部材（プリズム７１）と、このプリズム７１に向けて光を出射する光学センサ７２からなる。インク室２０内のインク量が所定量以上であるときには、プリズム７１がインクに覆われており、光学センサ７２から出射された光はインクによって屈折され光学センサ７２には戻らない。しかし、インク量が所定量を下回ると、プリズム７１が露出し、光学センサ７２から出射された光はプリズム７１によって反射されて光学センサ７２に戻され、インク量の低下が検出される。

次に上記構成を有するインク供給機構の動作について説明する。初期状態においては、サブタンク２のインク室２０内に９分目程度までインクが充填されており、図２に示す第１毛細管部５０及び第２毛細管部５３は、開口部５４から導入されたインクによって満たされている。この状態で記録が開始され、インク室２０内のインクの水位が鎖線Ａで示す上限水位（満タン時の水位）から次第に低下し、鎖線Ｂで示す下限水位に達すると、インク残量検出手段７０（図１）によってインク量の低下が検出され、メインタンク１からサブタンク２へインクが補充される。すなわち、インク室２０内のインク水位は、図２に示す鎖線Ａと鎖線Ｂの間を上下し、鎖線Ｂよりも下がることはない。従って、第１毛細管部５０内には常にインクが存在し、そのインクによってインク室２０は外気から遮断された状態に維持される。

次いで、図１を参照しながら、メインタンク１からサブタンク２へのインク補充動作について具体的に説明する。上記のようにインク残量検出手段７０によってインク量の低下が検出されると、記録ヘッド１０及びこれと一体のサブタンク２が所定ポジションに移動し、吸引キャップ４０が記録ヘッド１０に押し付けられる。その後、記録ヘッド１０及びサブタンク２がメインタンク１に接近して両者がドッキングする。具体的には、インク注入連結口２４の周縁部によって、メインタンク１の側壁から突出したインク導出部８２に設けられているインク出口８１を塞いでいるＯリング８０が押され、インク出口８１が開口し、インク出口８１とインク注入連絡口２４とが連通する。この時、Ｏリング８０はインク注入連結口２４の周縁部と密着しながらインク導出部８２の外周面に沿って摺動し、最終的にインク注入連結口２４の周縁部とメインタンク１の側壁との間に挟まれる。この結果、連通したメインタンク１とサブタンク２がＯリング８０によって密閉状態となり、連通部分からのインク漏れが防止される。ドッキング終了後、不図示の吸引ポンプが作動してインク室２０内のインクが記録ヘッド１０のノズルを介して吸引される。このとき、記録ヘッド１０の近傍にある大気連通孔３２も吸引キャップ４０に覆われており、大気連通路３１内に存在する少量のインクに続いて、インク室２０の上部に存在する空気も大気連通路３１を介して吸引される。ここで、空気の粘性係数はインクに比べ約２桁低いので、吸引開始当初は圧倒的に空気が吸引され、インク室２０内の内圧が下がり、メインタンク１に接続されたインク注入連結口２４からインクが導入されインク水位が上昇する。その後、インク室２０内に補充されたインクの水位が満杯を決める小孔３０に達すると（図２に鎖線Ａで示す水位に達すると）、大気連通路３１を通過する物質が気体から液体（インク）に代わり流路抵抗が急激に上昇し、ノズルからのインク吸引が支配的となる。以上のようにしてメインタンク１からサブタンク２へインクの充填が行われ、次いでノズル内のインクの入れ替え（回復動作）が行われる。この場合、回復動作がインク補充の終了後に実行されるので、より良好な記録を実現することができる。

ここで、インクによって満たされた第１毛細管部５０や貯留空間部６０、６１は、周囲環境が変動した際の負圧維持制御手段として機能する。例えば、周囲気圧が低下した場合やキャリッジの温度が上昇した際には、インクを保持するインク室２０内の空気の体積が膨張し空気圧が上昇する。この膨張した空気は、図２に示すインク室２０の小孔３０から第１経路５１内に侵入する。内外の圧力差が増え続けると、第１経路５１内に侵入した空気は少しずつ第１毛細管部５０内のインクを押し退けて大気側貯留空間部６１に達する。さらに、大気側貯留空間部６１に達した空気は、該空間部６１の上部に微細な気泡の形で上昇し、第２経路５２を通って大気連通孔３２から外部に出て行く。逆に、記録行為によりインク室２０内のインクが消費され内部圧が低下した際は、圧力が高い第２経路５２内の空気が第１毛細管部５０内のインクを押し退けてタンク側貯留空間部６０に達し、該空間部６０の上部に微細な気泡の形で上昇し、小孔３０からインク室２０内に微細な気泡の形で侵入して行く。このように第１毛細管部５０及び貯留空間部６０、６１は、大気連通路３１の途中をインクで満たし、そのインクによって内外気の連通を防いで実質的にインク室２０を密閉状態に維持しつつ、上記気液交換の作用によってインク室２０内の圧力をほぼ一定に維持する機能を果たす。インク室２０内の圧力を調整する程度は第１毛細管部５０の径や長さに依存する。第１毛細管部５０の径や長さを最適にする事によってインク室２０内の圧力を最適に保持する事ができる。通常、記録ヘッドのノズルは３[kPa]程度の正圧に耐え、インク滴の吐出には５[kPa]以上の負圧に耐えるので、第１毛細管部５０でのインク保持力を１[kPa]程度に設定すれば、インク室２０内の圧力は±１[kPa]の範囲で変動することとなる。記録は概ね０〜−１[kPa]の負圧下で行われることとなり、従来の０〜−３[kPa]に比べてメニスカスの変動がより少なく、インク液滴の大きさの変動も少ない安定した記録が可能となる。

尚、図２には、タンク側貯留空間部６０及び大気側貯留空間部６１をそれぞれ２つ設けた場合を図示したが、これら貯留空間部６０、６１の数には特に制限はない。もっとも、貯留空間部６０、６１を２以上とした場合は、気液交換が複数回行われることになり、よりきめ細かい内外気の呼吸が可能となる。

また、第１毛細管部５０内にインクを導入するための第２毛細管部５３は、その経路長を十分に長く設定し、流路抵抗を十分に大きくすることが望ましい。その理由は、第１毛細管部５０と第２毛細管部５３との分岐点からインク室２０の上部において開口する小孔３０に至る区間の大気連通路３１の流路抵抗に比べて、第２毛細管部５３の流路抵抗を十分に大きくすることによって、インク補充のための上記吸引動作時に、インク室２０の底部からインクが吸引されることを確実に回避するためである。

図３は、図１に示すメインタンク１のインク導出部８２の変形例を示す拡大図である。同図に示すインク導出部８３は、先端側に他の部分に比べて径がやや大きい大径部８４が形成されると共に、大径部８４の縁にＯリング８０の抜けを防止するための凹溝８５が形成されている。凹溝８５は、断面形状が円形のＯリング８０がぴったりと嵌るように、半円弧状の断面形状を有する。ここで、Ｏリング８０はその一部によってインク出口８１を閉塞しており、全周がインク出口８１の閉塞に関わっているわけではない。従って、Ｏリング８０の全周のうち、インク出口８１を閉塞していない部分については多少の位置ずれが許容される。そこで、インク出口８１の閉塞に関係しない部分が嵌る凹溝８３の深さを浅目に形成するか、凹溝８３を省略するかして、Ｏリング８０の移動を容易にし、メインタンク１とサブタンク２のドッキングに要する駆動力の低減を図ることもできる。又、カラー記録のためにインク色が異なる複数のメインタンクを装備する場合は、無くなった色のインクが収容されているメインタンクにのみサブタンクをドッキングさせることによってもドッキングに要する駆動力を低減させることができる。

（実施形態２）
以下、本発明のインクジェット記録装置のインク供給機構の第２実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図４は、本例のインク供給機構の全体構成を示す模式的断面図である。本例のインク供給機構は、不図示のインクジェット記録装置のキャリッジに搭載された記録ヘッド１１０と一体に形成されたサブタンク１０２と、そのサブタンク１０２に連結されて一体化するメインタンク１０１とを備えている。

サブタンク１０２の内部空間（インク室１２０）と記録ヘッド１１０のヘッド液室１１１とは、インク流路１２１によって連通され、ヘッド液室１１１内のインクが消費されると、インク室１２０から逐次インクが補充される。

ここで、記録ヘッド１１０には図示されていない多数のノズルが高密度で形成されている。例えば、１２８個のノズルが３００dpiの密度で形成されている。また、各ノズルには通電によって気泡を発生させインクを液滴の形で吐出させるための発熱体が設けられており、インク滴は下向きに吐出される。さらに、図示されていないが、記録ヘッド１０には電気信号を供給するプリント配線基板等も存在している。

インク流路１２１のインク室１１８側端部には、ゴミ、インクの凝集成分、気泡など通過を阻止するためのフィルタ部材１２２が設けられている。このフィルタ部材１２２は記録ヘッド１１０のノズルを詰まらせるような大きさの異物の混入を防ぐ目的で設けられており、この目的からは２０μm程度の濾過精度を有するフィルタ部材が適している。また、フィルタ部材１２２の下（インク液室１１１側）には、インク保持部材１３０が設けられている。このインク保持部材１３０は、毛細管力によってインクを保持する微細なポリエステル不織布で構成されており、キャリッジの移動によって発生するインクの揺れが上記ノズル内のインクのメニスカスに及ぶことを阻止する。

サブタンク１０２の筐体は、必要十分な剛性を有し、耐インク性に優れた材料によって形成されている。メインタンク１０１と対向するサブタンク２の天井１２３には、インク注入連結口１２４が形成されている。このインク注入連結口１２４には、弾性部材１２５によって付勢された封止部材１２６が設けられている。一方、メインタンク１０１の筐体も必要十分な剛性を有し、耐インク性に優れた材料によって形成され、内部にはインクが自由状態で収容されている。メインタンク１０１の底面には、管状のインク導出部１８２が突設されている。インク導出部１８２の周壁には、インク出口１８１が形成され、インク出口１８１はＯリング１８０によって気密に封止されている。そして、図５に示すように、メインタンク１０１のインク導出部１８２をサブタンク１０２のインク注入連結口１２４に差し込むと、弾性部材１２５の付勢に抗して封止部材１２６が押し下げられてインク注入連結口１２４が開口すると共に、インク注入連結口１２４の周縁によってＯリング１８０が押し上げられてインク出口１８１が開口する。以上によって、メインタンク１０１とサブタンク１０２が連通し、メインタンク１０１内のインクをサブタンク１０２へ供給可能となる。尚、インク導出部１８２をインク注入連結口１２４から引き抜くと、弾性部材１２５の付勢によって封止部材１２６が元の位置に復帰し、インク注入連結口１２４は気密に封止される。

サブタンク１０２のインク室１２０の片隅には、３枚の隔壁（第１隔壁１４０、第２隔壁１４１、第３隔壁１４２）が平行に形成されている。図６（ａ）に示すように、第１隔壁１４０と第２隔壁１４１との間の空間は、第１隔壁１４０をオーバーフローしたインクが貯留される第２インク室１４３となっている。ここで、インク室１２０内は平常時においてインク注入連結口１２４のすぐ下までインクが満たされている（図４）。第１隔壁１４０の上端は、上記平常時のインク水位よりも若干低く形成されており、平常時には第２インク室１４３内に第１隔壁１４０をオーバーフローしたインクが常に存在するようになっている。

次に、第２隔壁１４１は、第３隔壁１４２との間に第１空間部１４４を形成し、第３隔壁１４２は、サブタンク１０２の側壁との間に第２空間部１４５を形成している。さらに、第１空間部１４４は、第２隔壁１４１とインク室１２０の天井面との間に形成された連通部１４６を介してインク室１２０の上部空間に連通すると共に、第２隔壁１４１とインク室１２０の底面との間に形成された導入部１４７を介して第２インク室１４３の底部に連通している。また、第１空間部１４４と第２空間部１４５とは、第３隔壁１４２とインク室１２０の底面との間に形成された空隙１４８を介して互いに連通している。加えて、インク室１２０の天井１２３の内部には、第３空間部１４９が形成されており、この第３空間部１４９は一方で第２空間部１４５に連通し、他方で天井１２３に形成された大気連通孔１５０（図４）によって大気に開放されている。

すなわち、第１空間部１４４、第２空間部１４５及び第３空間部１４９は、互いに連通してインク室１２０を大気に開放する大気連通路１５１を形成している。換言すれば、大気連通路１５１は、第１空間部１４４からなる区間と、第２空間部１４５からなる区間と、第３空間部１４９からなる区間を有し、第３隔壁１４２の下端は第１空間部１４４からなる区間と第２空間部１４５からなる区間との間の折り返し点となっている。もっとも、平常時は、図６（ａ）に示すように、第２インク室１４３内のインクが導入部１４７を介して第１空間部１４５及び第２空間部１４５に導入されており、大気連通路１５１の途中はインクによって満たされている。この結果、平常時におけるインク室１２０は実質的に気密状態とされている。さらに、インク室１２０のインクが消費されると、メインタンク１０１（図４）からインクが逐次補充されるので、インク室１２０のインク水位が第１隔壁１４０の上端を下回ることはない。従って、大気連通路１５１の途中には常にインクが存在しており、インク室１２０の気密状態が常に維持される。

ここで、大気連通路１５１内に存在するインクは、周囲環境や周囲温度が変動した際に、インク室１２０内の負圧を調整する負圧維持制御手段として機能する。例えば、周囲気圧が低下した場合や周囲温度が上昇した際には、インク室１２０内の空気の体積が膨張し空気圧が上昇する。膨張した空気は、図６（ｂ）に示すように、第１空間部１４４内のインクを徐々に第２空間部１４５に押し出す。インク室１２０内の圧力がさらに上昇し、第１空間部１４４内のインク水位が第３隔壁１４２の下端に達すると、インク室１２０内の空気が微細な気泡の形で第２空間部１４５内のインク内を上昇し、大気連通孔１５１（図１）から外部へ出て行く。これによって、インク室１２０内の圧力がある程度以上に上昇することが回避される。ここで、第２空間部１４５の容積を第１空間部１４４の容積以上としておけば、第１空間部１４４内の全インクが第２空間部１４５内に押し出されたとしても（移行したとしても）、インクが第３空間部１４９に至り、引いては大気連通孔１５０から溢れ出すことが防止される。一方、記録行為によってインク室１２０内のインクが消費され、インク室１２０内の圧力が低下すると、図６（ｃ）に示すように、相対的に圧力の高い外部の空気が第２空間部１４５内のインクを第１空間部１４４に押し出す。インク室１２０内の圧力がさらに低下し、第２空間部１４５内のインク水位が第３隔壁１４２の下端に達すると、外気が微細な気泡の形で第１空間部１４４内のインク内を上昇し、連通部１４６から徐々にインク室１２０に侵入する。以上によって、周囲環境や周囲温度が変動してもインク室１２０内の圧力はほぼ一定に維持される。

さらに、メインタンク１０１からサブタンク１０２のインク室１２０へインクが補充される際の気液交換によってメインタンク１０１内の空気量が増加する。さらに、メインタンク１０１内の空気の圧力も外気圧に対して高くなったり低くなったりし、メインタンク１０１内の空気の圧力が外気に対して高くなると、メインタンク１０１内のインクがインク室１２０へ押し出され、インク室１２０内のインク量が平常時よりも増加する。しかし、図６（ｄ）に示すように、インク室１２０内のインク水位が連通部１４６に達するまでは、インク量の増加は許容される。すなわち、平常時のインク水位から連通部１４６までの間の空間は、インク室１２０内のインク量が増加した際に、インクを一時的に貯留するバッファ空間として機能する。尚、インク室１２０内のインク量が増加することによってインク室１２０から押し出された空気は、インク室１２０内の圧力が上昇した際と同様の原理によって大気連通孔１５０から排出される。

実施形態１で説明したインクジェット記録装置のインク供給機構の概略を示す模式的断面図である。図１に示す大気連通路の模式的拡大図である。図１に示すインク導出部の模式的拡大断面図である。実施形態２で説明したインクジェット記録装置のインク供給機構の概略を示す模式的断面図である。図４に示すメインタンクを同図に示すサブタンクに装着した状態を示す模式的断面図である。（ａ）〜（ｄ）は、大気連通路内に満たされたインクによる負圧制御動作の説明図である。従来のインク供給機構の概略を示す模式的断面図である。

符号の説明

１、１０１メインタンク
２、１０２サブタンク
１０、１１０記録ヘッド
１１、１１１ヘッド液室
２０、１２０インク室
２１、１２１インク流路
２２、１２２フィルタ部材
３０小孔
３１、１５１大気連通路
３２、１５０大気連通孔
５０第１毛細管部
５１第１経路
５２第２経路
５３第２毛細管部
５４開口部
６０タンク側貯留空間部
６１大気側貯留空間部
１４０第１隔壁
１４１第２隔壁
１４２第３隔壁
１４３第２インク室
１４４第１空間部
１４５第２空間部
１４６連通部
１４７導入部
１４８空隙
１４９第３空間部

Claims

記録ヘッドからインク液滴を吐出して記録を行なうインクジェット記録装置に備えられるインク供給機構であって、
前記記録ヘッドと一体に形成されたサブタンクと、前記サブタンクに着脱可能なメインタンクとを有し、
前記サブタンクが、インクを収容するインク室と、前記インク室と外部とを連通させる大気連通路と、前記大気連通路の途中を前記インク室に連通させて、前記インク室内のインクを前記大気連通路内に導入可能とする導入部とを有するインクジェット記録装置のインク供給機構。
前記サブタンクの前記インク室は、平常時のインク水位よりも低い隔壁によって第１のインク室と、第２のインク室とに分離され、前記導入部は前記第２のインク室と前記大気連通路とを連通させ、前記第２のインク室内のインクを前記大気連通孔に導入させる請求項１記載のインクジェット記録装置のインク供給機構。
前記大気連通路は、前記インク室の上部に形成された連通部から重力方向下方に向かって下った後に重力方向上方に向けて折り返されて、前記連通部よりも重力方向上方に形成された大気連通孔に至り、前記大気連通路の折り返し点よりも前記大気連通孔側の容積は、前記折り返し点よりも前記連通部側の容積以上である請求項１又は請求項２記載のインクジェット記録装置のインク供給機構。
前記大気連通路の折り返し点は、前記導入部よりも重力方向上方に位置する請求項３記載のインクジェット記録装置のインク供給機構。
記録ヘッドからインク液滴を吐出して記録を行なうインクジェット記録装置に備えられるインク供給機構であって、
メインタンクと、前記記録ヘッドと一体に形成され、所定位置において前記メインタンクに連結されるサブタンクとを有し、
前記サブタンクが、インクを収容するインク室と、前記インク室と外部とを連通させる大気連通路とを有し、前記大気連通路の一端は前記記録ヘッドの近傍に形成された大気連通孔によって外部に連通され、他端側は第１の経路と第２の経路とに枝分かれし、前記第１の経路は前記インク室の上部において前記インク室内に連通され、前記第２の経路は前記インク室の下部において前記インク室内に連通されているインクジェット記録装置のインク供給機構。
前記第１の経路の一部が、他の部分に比べて細径の毛細管部と、一定量のインクを貯留可能な貯留空間部とから構成され、これら毛細管部及び貯留空間部には、前記第２の経路を介して前記インク室内のインクが導入される請求項５記載のインクジェット記録装置のインク供給機構。
前記第１の経路と前記第２の経路との分岐点よりも前記大気連通孔側の前記大気連通路の一部が、他の部分に比べて細径の毛細管部と、一定量のインクを貯留可能な貯留空間部とから構成され、これら毛細管部及び貯留空間部には、前記第２の経路を介して前記インク室内のインクが導入される請求項６記載のインクジェット記録装置のインク供給機構。
前記第２の経路の流路抵抗が、前記第１の経路の流路抵抗よりも大きい請求項５乃至請求項７のいずれかに記載のインクジェット記録装置のインク供給機構。