JP2006168023A - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】いかなる印字条件においても記録ヘッドへの安定したインクのリフィルを確保しながら、インク循環時にヘッド液室内の泡がヘッド液室外に完全に排出される、いかなる場合でも印字濃度の低下も泡による不吐も発生しない、印字品位の高いインクジェット記録装置の提供。
【解決手段】共通液室に導通する、第１のインク流入口、第２のインク流入口、第３のインク流出入口を備え、サブタンク３と第１のインク流入口を連結する流路を遮断する開閉弁６ｄを設け、印字モードではサブタンク３から第１のインク流入口または第１のインク流入口に加えてインク流出入口を通じてインクが記録ヘッド１に供給され、インク循環モードでは、開閉弁６ｄを閉じてサブタンク３から第２のインク流入口を通じて記録ヘッド１に供給され、インク流出入口を通じて記録ヘッドから流出するインクをサブタンク３に回収するインクジェット記録装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、プリンター、ＦＡＸ、複写機などの画像形成装置に利用されるインク供給・回復機構を有するインクジェット記録装置及び該装置に用いられるインク供給方式に関し、より具体的にはフルラインタイプの記録ヘッドを備えたインクジェット記録装置及び該装置に関し、さらに用いられるインク循環方式にも適用できるものである。

インクジェット記録装置は、記録ヘッドからインクを吐出し被記録媒体に付着させて印字等の画像記録を行うものであり、記録ヘッドのコンパクト化が容易であり、高精細な画像を高速で記録することができ、ランニングコストが安く、ノンインパクト方式であるため騒音が少なく、しかも、多色のインクを使用してカラー画像を記録するのが容易であるなどの利点を有している。中でも、記録媒体の幅方向に多数の吐出ノズルを配列したラインタイプの記録ヘッドを使用したフルライン型のインクジェット記録装置は、記録の一層の高速化が可能である。

ただし、インク滴の吐出に伴って発生する泡が記録ヘッド内部の液室内のインク中に溶け込めずにヘッド液室内に溜まっていくと、サブタンクから吐出ノズルへのインク供給の妨げとなって不吐の原因となる恐れがある。また、加圧回復時にこの泡がダンパーとなって、加圧による圧力が吐出ノズルに十分伝わらずに吐出ノズルの回復が不十分になる恐れがある。従って、この泡をヘッド液室外に排出するための機構として、インクタンクと記録ヘッドとの間でインクを循環させる、いわゆるインク循環方式が採用されることが多い。

そのようなインク循環方式を採用したインク供給装置の一例の概略構成を図７に示す。

同図において、インク流路中には一時的にインクを保有するサブタンク３が配置され、該サブタンク３には大気と連通するための開閉弁６ｂが設けられ、印字待機時には開閉弁６ｂを開いてサブタンク３の内圧を大気圧にすることで、記録ヘッド１内の共通液室１ａは、サブタンク３と記録ヘッド１との水頭差によって、吐出ノズル１ｂのメニスカスを保持するのに適切な負圧に保たれる。

印字が開始されると、吐出ノズル１ｂからの吐出によって減ったインクの分だけ、サブタンク３からインク流路５ｃ、インク流出入口１ｅ、およびフィルタ１ｆを経て、共通液室１ａ内にインクがリフィルされる。

また、インク循環時には、メインポンプ４によってサブタンク３からインク流路５ｂを経て記録ヘッド１のインク流入口１ｃへインクが供給され、フィルタ１ｄおよび１ｆを透過して、記録ヘッドのインク流出入口１ｅからインク流路５ｃを経てサブタンク３にインクが回収される。サブタンク３内のエアバッファ３ｄは、循環流の脈動等の流量変動を吸収し、記録ヘッド１の吐出ノズル１ｂからの泡の引込みを防止するために設けられ、開閉弁６ｂは閉じた状態でインク循環は行われる。なお、フィルタ１ｄおよび１ｆは、ヘッド液室内へのゴミの侵入を防止するために設けられる。

このようなインク循環を行なうインク供給装置によれば、送液ポンプは１台のみで済むため、２台以上のポンプを使ったインク循環系のように、複数のポンプの同期を取る必要がなく、コストも抑えることができ、またポンプに吸引されるインク流量とポンプから送出されるインク流量が常に一致するため、記録ヘッドのノズルから廃インクがほとんど排
出されず、インクを節約することができる（特許文献１，特許文献２）。
特開平０８―２４４２５０号公報 特開平１１―１７９９３２号公報

上記のインク供給装置では、濃度１００％全面印字のようにインクを大量に消費する印字を行なう場合においても、ヘッド内圧の極度の低下を防ぎつつ共通液室１ａへの安定したインクのリフィルを実現するために、必要十分な面積のフィルタをフィルタ１ｆに用いている。しかしながら、フィルタ１ｆの大面積化によってレジスタンスが低下するのに伴い、フィルタの泡の透過性も低下してしまうため、インク循環時にヘッド液室外に排出されない泡がフィルタ１ｆ下部に大量に残留してしまうという問題があった。そこで、泡の透過性を上げるためにフィルタ１ｆの面積を小さくすると、今度は印字時において、増大したフィルタ１ｆのレジスタンスによってヘッド内圧が極度に低下してしまい、吐出ノズルから吐出されるインク滴の容量が規定値よりも減って印字濃度が低下する恐れがあった。

本発明は、上述の技術課題を解決するために想起されたものであり、本発明の目的は、いかなる印字条件においても記録ヘッドへの安定したインクのリフィルを確保しながら、インク循環時にヘッド液室内の泡がヘッド液室外に完全に排出される、いかなる場合でも印字濃度の低下も泡による不吐も発生しない、印字品位の高いインクジェット記録装置を提供することである。

上記の目的を達成するための本発明のインクジェット記録装置は、インクを複数のノズルから吐出して記録媒体に付着させて画像を形成するインクジェット記録ヘッドと、前記記録ヘッドに供給するインクを一時的に貯蔵するサブタンクと、
前記サブタンク内のインクを前記記録ヘッドへ供給するためのインク供給手段と、を有するインクジェット記録装置において、前記記録ヘッドは前記複数のノズルに供給するインクを貯蔵する共通液室と、該共通液室に第１のフィルタを介して導通する第１のインク流入口、および第２のフィルタを介して導通する第２のインク流入口、および第３のフィルタを介して導通するインク流出入口と、を備えるとともに、前記サブタンクと前記第１のインク流入口とを連結するインク流路を遮断するための開閉弁を設け、前記記録媒体への印字を行なう印字動作モードでは、前記サブタンクから前記第１のインク流入口または該第１のインク流入口に加えて前記インク流出入口を通じて前記記録ヘッドにインクが供給され、インク循環動作モードでは、前記開閉弁を閉じて、前記サブタンクに貯蔵したインクが前記インク供給手段によって前記第２のインク流入口を通じてヘッドに供給され、前記インク流出入口を通じて前記記録ヘッドから流出するインクを再び前記サブタンクに回収することを特徴とする。

さらには、前記第１のフィルタのろ過部材の下面が前記共通液室の上面の一部を形成し、前記インク循環モードにおける前記共通液室のインク流路中に前記第１のフィルタのろ過部材が配置されることを特徴とする。

さらには、１つのろ過部材で、前記第１、第２、第３のフィルタのろ過部材を構成することを特徴とする。

上述のインクジェット記録装置によれば、印字時におけるインクのリフィルには第１のフィルタであるところの低いレジスタンスのフィルタに、インク循環時におけるヘッド液室内の泡の透過には第３のフィルタであるところの高いレジスタンスのフィルタに、記録
ヘッドとサブタンク間のフィルタを切換えることによって、記録ヘッドへの安定したインクのリフィルと、ヘッド液室内の完全な泡抜きとを両立させることができる。

さらに、インク循環時に、第１のフィルタであるところのリフィルフィルタの下面をインクが流れる構成とすることで、リフィルフィルタの下面に泡が滞留するのを防止することができる。

さらに、全フィルタのろ過部材を一枚構成とすることで、ろ過部材の貼付け工程が簡略化され、記録ヘッドのコストを下げることができる。

請求項１記載の発明によれば、印字時におけるインクのリフィルには第１のフィルタであるところの低いレジスタンスのフィルタに、インク循環時におけるヘッド液室内の泡の透過には第３のフィルタであるところの高いレジスタンスのフィルタに、記録ヘッドとサブタンク間のフィルタを切換えることによって、記録ヘッドへの安定したインクのリフィルと、ヘッド液室内の完全な泡抜きとを両立させることができる。

さらに、請求項２記載の発明によれば、インク循環時に、第１のフィルタであるところのリフィルフィルタの下面をインクが流れる構成とすることで、リフィルフィルタの下面に泡が滞留するのを防止することができる。

また、請求項３記載の発明によれば、全フィルタのろ過部材を一枚構成とすることで、ろ過部材の貼付け工程が簡略化され、記録ヘッドのコストを下げることができる。

以下本発明を実施するための最良の形態を、実施例により詳しく説明する。

図１は発明の第１実施例の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説明図である。本実施例は主に、記録ヘッド１と、メインタンク２と、サブタンク３と、メインポンプ４とにより構成されたインク供給装置である。

インクの入った可撓性のインク袋から成るメインタンク２のインク供給口には、インク供給針２ａが突き刺されて、メインポンプ４の正転によってメインタンク２からメインタンクの開閉弁６ａ、インク流路５ａを通じ、流量計７を介してサブタンク３へインク供給可能になっている。メインタンク２のインク供給口は、インク供給針２ａが突き刺されて接続される構成であるため、インク供給針を抜き差しする時にインクが漏れないように、不図示のゴム等の弾性材が設けられている。

ここで、サブタンク３は、大気とサブタンク内部とを連通させるための大気連通口を開閉するための開閉弁６ｂと、サブタンク内のインクが満タンになったことを検知する満タン検知センサ３ａと、空になったことを検知する空検知センサ３ｂと、を備えている。開閉弁６ｂの一方には、サブタンク内部に塵が侵入するのを防止するためのエアフィルタ３ｃが設けられている。

サブタンク内には、インクが満タンになった場合でも所定容量のエアバッファ３ｄが残るように、満タン検知センサ３ａを設ける位置が定められている。空検知センサ３ｂと満タン検知センサ３ａは、例えばＬＥＤと光学プリズムとフォトセンサとで構成される光学検知式のタイプのものが考えられる。

記録ヘッド１は、ヘッド内への塵の侵入を防止するためのフィルタ１ｄ，１ｆ，１ｈを介して、それぞれインク流路５ｂ，５ｃ，５ｄと繋がっている。これらのうち、インク流路５ｃ，５ｄを通じて、サブタンク３内のインクは記録ヘッド１内のインクとのインク交換が可能になっており、インク流路５ｃ，５ｄにそれぞれ設けられた開閉弁６ｃ，６ｄによって、そのインク交換を遮断することもできる。サブタンク３から記録ヘッド１へのインクのリフィルは、主として、面積が大きくレジスタンスの小さいフィルタ１ｆを介して行なわれ、記録ヘッド１内の泡をサブタンク３に回収する際には、開閉弁６ｃを閉じてインク流路５ｃを遮断し、レジスタンスが高く泡抜け性の良いフィルタ１ｈのみを介して行なわれる。

一方、サブタンク３内のインクは、メインポンプ４を逆転することによって、インク流路５ａから分岐したインク流路５ｂを通じ、フィルタ１ｄを介して、記録ヘッド１への供給が可能となっている。

この場合、インク流路５ｂ中に設けられた開閉弁６ｅは開放され、メインタンクの開閉弁６ａは閉じられる。開閉弁６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅは、ソレノイドのプランジャーにシール機能をもたすことにより弁機能を備えたソレノイド開閉弁などが考えられる。

本実施例では、開閉弁６ａは、ソレノイド電源がオンのとき開放し、オフのとき閉じる構成に、開閉弁６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅは、ソレノイド電源がオンのとき閉じ、オフのとき開放する構成にそれぞれなっている。また、メインポンプ４には、駆動源（モータ）を正逆転させることにより双方向にポンピングが可能なチューブポンプ、シリンダーポンプなどが最適である。

後述の加圧回復動作や循環動作で記録ヘッド１のノズル１ｂから排出されたインクは、キャップ８で一旦受けた後、サブポンプ９によって廃インク回収タンク１０に回収される。

次に、本発明の第１実施例のインクジェット記録装置の各種インク供給動作について、図２および図３のフローチャートを用いて説明する。

（１）サブタンク３へのインク充填動作
サブタンク３にインクを充填する場合、図２に示すように、まずサブタンク３のインク容量をチェックする。

すなわち、満タン検知センサ３ａにより満タンであることが検知されれば（ステップＳ１）、空検知センサ３ｂの状態をチェックし（ステップＳ２）、空であることが検知されれば、満タン検知センサ３ａと空検知センサ３ｂのどちらか一方または両方が誤検知していると考えられるため、使用者にセンサが異常であることを知らせて（ステップＳ３）インクジェット記録装置を停止する。

一方、ステップＳ１でサブタンク３が満タンでないことが検知されれば、以下の手順でメインタンク２からサブタンク３へのインク充填を行う。

まず、開閉弁６ｅを閉じて開閉弁６ａを開けることでメインタンク２とサブタンク３の間の流路を開放する（ステップＳ４）。

このとき開閉弁６ｃ，６ｄを閉じてインク流路５ｃ，５ｄをそれぞれ遮断するかどうかは、モードによって選択可能（ＳＷ＝ＯＮ／ＯＦＦ）とする。

次にメインポンプ４の流量を設定し、メインポンプ４を駆動開始する（ステップＳ５）。サブタンク３が満タンになったら、メインポンプ４を停止して流量設定をデフォルト値に戻す（ステップＳ７）。

ここですぐに開閉弁６ｅを開けると、インク供給針２ａの圧損により流路５ａの圧力が大気圧まで回復していない場合、流路５ｂを通じて記録ヘッド１のノズル１ｂより泡を記録ヘッド内に引込む恐れがあるため、流路５ａの圧力が大気圧まで回復するまで待機してから（ステップＳ８）開閉弁６ａ，６ｅ，６ｃ，６ｄをデフォルト状態に戻して（ステップＳ９）サブタンク３へのインク充填動作を完了する。

（２）加圧回復動作
印刷を繰り返すにつれて、昇温によるノズル１ｃからの水分の蒸発等によって、記録ヘッド１のノズル１ｃ内部のインクは次第に増粘していき、そのまま放置するとやがてインクが吐出しない不吐現象が発生する。また、ノズル１ｃからインクに混入した気泡がノズル内に溜まっていっても不吐現象が発生する。この不吐現象を未然に防止するために、図３に示すような手順で加圧回復動作を行って不吐出現象の解消を図る。

まず、前述の動作であるサブタンク３の充填を行なって（ステップＳ１１）加圧回復にあたって十分なインク量をサブタンク内に確保する。

次に、開閉弁６ｃ，６ｄを閉じて（ステップＳ１２）フィルタ１ｆ，１ｈ側から記録ヘッド１内のインクが流出するのを遮断し、メインポンプ４の送液方向を逆転（流路５ｂ方向）にセットして、メインポンプ４を駆動開始する（ステップＳ１３）。すると、サブタンク３からインク流路５ａ，５ｂを通じて、フィルタ１ｄからインクが記録ヘッド１内に送り込まれ、送り込まれた分のインクは全てノズル１ｂからキャップ８に排出される。

こうしてＴ秒間加圧回復を行なった後（ステップＳ１４）、メインポンプ４を停止して送液方向をデフォルト（正転）に戻す（ステップＳ１５）。そして、開閉弁６ｃ，６ｄを開いて記録ヘッド１内のインクの圧力をサブタンク３との水頭差分の負圧に戻してから（ステップＳ１６）、加圧回復で減った分のインクをサブタンク３に補充して（ステップＳ１８）加圧回復動作を完了する。

（３）印字中の動作
印字中、インク供給系は図４に示すように待機状態となって、サブタンク３が空になったときのみ印字中のインク充填を行なう。まずインクジェット記録装置が印字中であって（ステップＳ２１）空検知センサ３ｂによりサブタンク３が空であることが検知されれば（ステップＳ２２）、印字しながらサブタンク充填を行なう（ステップＳ２３）。すなわち、図２のサブタンク充填動作のステップＳ４において、開閉弁６ｃ，６ｄは開いたままにして、印字に使用したインク分をサブタンク３からインク流路５ｃ，５ｄを通じてリフィルしながら、メインタンク２からサブタンク３へのインク充填を行なう。

印字が終了すれば、印字で減った分のインクをサブタンク３に補充して（ステップＳ２４）印字モード動作を完了する。

（４）循環動作
印字に伴って発熱する記録ヘッド１を非印字中に冷却する場合や、印字のためのインク滴の吐出に伴って発生する泡で、記録ヘッド１の共通液室１ａ内のインク中に溶け込めずに溜まっていく泡を記録ヘッド１外に排出する場合に、図５に示すような循環動作を行なう。

まず、エアバッファ３ｄを所定容量にするため、サブタンク３を満タンまで充填する（ステップＳ３１）。

次に、開閉弁６ｂを閉じることで循環中のサブタンク３へのエアの流入を遮断し、開閉弁６ｃを閉じることで記録ヘッド１からリフィル用のフィルタ１ｆを通じてサブタンク３へとインクが流入するのを遮断する（ステップＳ３２）。

こうすることで、メインポンプ４の吸引によるサブタンク３内の負圧がインク流路５ｄを経てレジスタンスが高く泡抜け性の良いフィルタ１ｈのみに伝わるようになる。そして、メインポンプ４の送液方向を逆転（流路５ｂ方向）にセットして、メインポンプ４を駆動開始する（ステップＳ３３）。

すると、メインポンプ４の流量は、フィルタ１ｄに直接伝わるのに対して、フィルタ１ｈへは、エアバッファ３ｄの緩衝作用（エアバッファ３ｄの膨張）により循環開始当初はそのままの流量が伝わらずに、記録ヘッド１内のインクの収支は流入過多となってノズル１ｂからインクが排出される。

このときの廃インク量を抑えるためにはエアバッファ３ｄの容量と循環流量を必要最小限に抑える必要がある。エアバッファ３ｄの膨張が収まるにつれて、記録ヘッド１から流出するインクもメインポンプ４の流量とほぼ同等になり、ノズル１ｂを通じて大気と連通状態にあるヘッド液室の内圧は、ノズル１ｂからのインクの流出に伴って次第に大気圧に漸近していき、ノズル１ｂから排出されるインクも次第に無くなっていく。

こうしてＴ秒間のインク循環を行なうが、その間にインクジェット記録装置のホストからの循環命令が取り下げられれば（ステップＳ３６）、メインポンプ４を停止して送液方向をデフォルト（正転）に戻す（ステップＳ３７）。

このとき、サブタンク３内を負圧にしたままだと、ほぼ大気圧となる記録ヘッド１の内圧との圧力差によって記録ヘッド１からインクがサブタンク３に流出してしまい、ノズル１ｂから泡を記録ヘッド１内部に引込んでしまう恐れがあるため、開閉弁６ｂを開けてサブタンク３に外気を取り込み、エアバッファ３ｄの圧力を大気圧まで回復させるとともに、開閉弁６ｄを閉じてインク流路５ｄも遮断する（ステップＳ３８）。

エアバッファ３ｄの圧力が大気圧に落ち着くまでに十分な時間（数秒間）待った後（ステップＳ３９）、開閉弁６ｃ，６ｄを開放して（ステップＳ４０）記録ヘッド１内の圧力がサブタンク３との水頭差分の負圧に戻るまで待った後（ステップＳ４１）、循環でノズル１ｃから排出された分のインクをサブタンク３に補充して（ステップＳ４２）循環動作を完了する。

図６は本発明の第２実施例のインクジェット記録装置のインク供給経路の構成を表した図である。

図１に示した第１実施例のインクジェット記録装置のインク供給経路の構成では、循環時に、共通液室１ａに滞留した泡の一部がフィルタ１ｈを透過する前に、フィルタ１ｆの下部に入り込んで、そのまま滞留してしまい、それが繰り返されると、大量のエアが排出できずにフィルタ１ｆの下部に溜まってしまう恐れがあった。

そこで図６に表すように、本実施例では、フィルタ１ｆの下面が共通液室１ａの上面の一部を形成する構造とした。

また、フィルタ１ｄ，１ｆ，１ｈを同一面となるようにし、一枚のフィルタから成り、パーティションで区切ることにより３つのフィルタに分割する構造とした。記録ヘッド１以外の構成要素の構造は図１に同じである。また、本実施例における各種インク供給動作のシーケンスも、第１実施例の各種インク供給動作を表す図２〜図５に同じであるため説明は割愛する。

上記のようなフィルタ構造とすることで、循環時にインクがフィルタ１ｆの下面に接して滞留した泡も巻き込みながら、フィルタ１ｄからフィルタ１ｈに向けて流れ、フィルタ１ｆの下面に泡が滞留するのを防止することができる。

また、フィルタ１ｄ，１ｆ，１ｈを一枚構成とすることで、フィルタの貼付け工程が簡略化され、記録ヘッドのコストを下げることができる。

本発明の一実施例を示すインクジェット記録装置のインク供給経路の説明断面図 フローチャートを示す図 フローチャート示す図 フローチャート示す図 フローチャート示す図 本発明の他の実施例を示すインクジェット記録装置のインク供給経路の説明断面図 本発明のさらに他の実施例を示すインクジェット記録装置のインク供給経路の説明断面図

符号の説明

１ 記録ヘッド
２ メインタンク
３ サブタンク
４ メインポンプ
７ 流量計
８ キャップ
９ サブキャップ
１０ 廃インク回収タンク

Claims (4)

1. インクを複数のノズルから吐出して記録媒体に付着させて画像を形成するインクジェット記録ヘッドと、
   前記記録ヘッドに供給するインクを一時的に貯蔵するサブタンクと、
   前記サブタンク内のインクを前記記録ヘッドへ供給するためのインク供給手段と、を有するインクジェット記録装置において、
   前記記録ヘッドは前記複数のノズルに供給するインクを貯蔵する共通液室と、該共通液室に第１のフィルタを介して導通する第１のインク流入口、および第２のフィルタを介して導通する第２のインク流入口、および第３のフィルタを介して導通するインク流出入口と、を備えるとともに、前記サブタンクと前記第１のインク流入口とを連結するインク流路を遮断するための開閉弁を設け、前記記録媒体への印字を行なう印字動作モードでは、前記サブタンクから前記第１のインク流入口または該第１のインク流入口に加えて前記インク流出入口を通じて前記記録ヘッドにインクが供給され、インク循環動作モードでは、前記開閉弁を閉じて、前記サブタンクに貯蔵したインクが前記インク供給手段によって前記第２のインク流入口を通じてヘッドに供給され、前記インク流出入口を通じて前記記録ヘッドから流出するインクを再び前記サブタンクに回収することを特徴とするインクジェット記録装置。
2. 前記第１のフィルタのろ過部材の下面が前記共通液室の上面の一部を形成し、前記インク循環モードにおける前記共通液室のインク流路中に前記第１のフィルタのろ過部材が配置されることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録装置。
3. １つのろ過部材で、前記第１、第２、第３のフィルタのろ過部材を構成することを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェット記録装置。
4. 前記第１のフィルタの面積は前記第２のフィルタの面積、および前記第３のフィルタの面積よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録装置。

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