JP2006168144A

JP2006168144A - インク供給装置

Info

Publication number: JP2006168144A
Application number: JP2004362800A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Fukushima; 達弥福嶋
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-12-15
Filing date: 2004-12-15
Publication date: 2006-06-29

Abstract

【課題】色原材料を微粒子化し分散材で水中へ分散、乳化して調整した水性インクを使用した場合、経時的にインク中の色材の凝集、沈降が発生する。インクが消費されるのに従って、薄インクの供給によりプリント濃度に変化が生じ、ムラ、スジの発生、色再現性の低下などの画像品位の低下を防止する。
【解決手段】インクタンク内部に第１の液体コネクタに接続された中空管を設け、該中空管に複数個の孔が中空管軸線方向に沿って所定の間隔で配され、中空管の開口高さはインク満杯位置より上方であって、中空管に設けられた孔とインク比重よりも軽い栓を内蔵し、インクの沈降が発生した場合でもインクタンクの上層部、中層部、下層部の全域より各孔を介してインクがパイプ内に流入し、それらがパイプ内でスクランブルし、濃度均一化した状態でインク供給ができかつインク残量が少なくなったときにも確実なインク充填を行うことが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、被記録材上にインクを吐出して画像を記録するインクジェット記録装置において、インク供給経路に用いるインク供給装置に関する。

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。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たもの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することが可能である。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。一般的には以下に述べるような構成のものが知られている。

特許文献１記載の従来例を、図７をもとに説明する。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を介して随時メインタンク１０４から吸い上げられる。

記録ヘッドの内部は吐出ノズルの微細な穴にごみがつまることを防止する微細なメッシュ構造のフィルタ１０１ｃと吐出ノズル１０１ｇとを結ぶ流路１０１ｆ、フィルタの上流でインクを一定量蓄えるサブタンク１０１ｂが配置され、チューブ１０６からのインクを吐出ノズル１０１ｇへと供給する。

供給ベース１０５に固定された２本の中空針１０５ａ、１０５ｂにメインタンク１０４の底面の液体コネクタ１０４ａ，１０４ｂが着脱自在に取り付けられる。中空針１０５ｂの上流側には、供給ベース１０５の内部にある、大気口１０５ｇにより大気に開放された大気連通室１０５ｆが接続されている。一方、中空針１０５ａの下流側は、チューブ１０６と接続されており、これらを介して、メインタンク１０４からサブタンク１０１ｂ内にインクが供給される。

サブタンク１０１ｂにおいては、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する構成となっている。

また、吐出ノズル１０１ｇにインクの増粘物が詰まった場合や、インク吐出時に発生する余分な泡が詰まった場合は、回復ユニット１０７の吸引キャップ１０７ａ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し回復する機構となっている。

ここで、本装置に使用されるインクとしては、染料系、あるいは顔料系のインクが多く用いられるが、それに含まれる色材は水に対して不溶性あるいは難溶性を有するものである。これらの水に不溶性あるいは難溶性の色材から水性インクを調整するために、色原材料を微粒子化し分散材で水中へ分散、乳化することが行われる。
特開２００２―２３４１８０号公報

上記装置の場合、次に述べるような問題が発生する。上記従来技術のように、インクとして色原材料を微粒子化し分散材で水中へ分散、乳化して調整した水性インクを使用した場合、経時的にインク中の色材が凝集、沈降が発生する。

特に、従来技術のようにインクタンク下部よりインクを供給している場合、インクタンク底部近傍に沈降したインク（濃インク）から供給されるため、印字によりインクが消費されるのに従って、プリントの濃度変化（濃→薄）を生じ、その結果として、ムラ、スジ、色再現性の低下など著しく画像品位を低下させてしまう。

この沈降を解消する手段として、インクタンク内部にプロペラ状の攪拌手段と、これを回転させる駆動手段を設けて、所定速度で定期的に回転させる方法がある。しかしながら、この攪拌機構は構成が非常に高価なものになるばかりでなく、インクタンクの取扱いが困難になる。

本発明は、以上のような問題点を解決するものであり、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ジェット記録装置において、剛性を持つ中空の容器内部にインクを貯蔵するインクタンク下方端部に記録ヘッドへのインク供給路に連通する第１の液体コネクタと、インクタンク端部に大気連通口と連通した第２の液体コネクタの２口の液体コネクタを有し、前記インクタンク内部に前記第１の液体コネクタに接続された中空管を設け、該中空管に、複数個の孔が中空管軸線方向に沿って所定の間隔で配され、前記中空管の開口高さはインク満杯位置より上方であって、中空管に設けられた孔位置は、最上部孔位置を前記インク満杯位置よりも下方近傍に配し、最下部孔位置をインクタンク底面と同高さに配し前記中空管に配された各孔径は、それぞれが同量の流入量となるような大きさに設定され、前記中空管内部の最下部孔から前記第一の液体コネクタ方向に凹状の切り欠きを設け、前記最下部孔位置よりも上部に設けられた孔よりも下部で前記最下部孔位置よりも上部に該中空管内部に段差を設け、前記段差と契合する、インク比重よりも軽い栓を内蔵し前記栓は前記段差上部において中空管内部を自在に動くことが可能とする。

以上の構成によって、インクの沈降が発生した場合でも、インクタンクの上層部、中層部、下層部の全域より各孔を介してインクがパイプ内に流入し、それらがパイプ内でスクランブルし、濃度均一化した状態でインク供給ができ、かつインク残量が少なくなったときにも確実なインク充填を行うことが可能となる。

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ジェット記録装置において、中空の容器内部にインクを貯蔵するインクタンク下部に記録ヘッドへのインク供給路に連通する第１の液体コネクタと、インクタンク端部に大気連通口と連通する第２の液体コネクタの２口の液体コネクタを有し、前記インクタンク内部に前記第１の液体コネクタに接続された中空管を設け、該中空管に複数個の孔を配することで、インクタンク内インクの上層、中層、下層より平均的に供給できるため、インクの沈降が発生しても色再現性を低下させることなく濃度ムラのない高品位な画像記録が行える。

更に、前記インクタンク内部の設けられた中空管の開口高さは、インク満杯位置より上方であって、中空管に設けられた孔位置は、最上部孔位置を前記インク満杯位置よりも下方近傍に配し、最下部孔位置をインクタンク底面と同高さに配することで、インクタンク使用開始から使い終りまで、恒常的に濃度均一化が図れるとともにインクを無駄なく使い切ることができる。

また、前記中空管の孔径をそれぞれが同量の流入量となるような大きさに設定することで、より効率的に供給インクの濃度均一化が図れる。

また、前記中空管の内断面積を２０ｍｍ^２以上とすることで、中空管内に気泡がブリッジ（泡詰まり）起こすことなく安定したインク供給ができる。さらに、前記中空管に配された各孔の断面積を該中空管の内断面積より小さく設定することで、前述の濃度均一化の効果を高めることができる。

また、前記中空管内部の、最下部孔とその上部孔の間に段差を設け、段差上部にインク比重よりも小さい比重を持つ素材製ボールが前記中空管内部を自在に移動可能な状態で配することで、過大な負圧が前期中空管内に発生しても確実なインク供給が出来る。

さらに、最下部孔から上部孔と反対方向に中空管内部において凹状の切り欠きを設けることで最下部孔で発生するインクメニスカスによるインク流入阻害を防止することが可能である。

以上のような構成は、駆動源を必要としないため、より安価な構成が実現できるともにインクタンクの良好な取扱性が実現できる。また、この構成は、装置の大小、インク種、インクタンクの容量に関わらず適用できる。

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。

本発明に係るインクジェット記録装置における、チューブを介して記録ヘッドにインクを供給するインク供給システムの第一の実施例について図を用いて説明する。

図１にインク供給概略図、図２にインクジェット記録装置におけるインク供給の基本原理説明図、図３に装置全体の構成配置説明図を示す。

まず最初に、本実施例で用いるインクについて説明する。本実施例に適するインクとしては、水に対して不溶性あるいは難溶性の色材を分散したインクジェット用インクを挙げることができる。色材とは、物体に色を付与する性質のある物質のことである。ここでは、分散染料、金属錯塩染料、顔料などが使用される。

さらに、インクの水性媒体に前記色材を分散させる化合物としては、いわゆる分散剤、界面活性剤、樹脂等を用いることができる。分散剤または界面活性剤としては、アニオン系、ノニオン系等が挙げられる。樹脂分散剤としては、スチレン及び誘導体、ビニルナフタレン及びその誘導体、アクリル酸及びその誘導体等が挙げられ、これらの樹脂は、塩基を溶解させた水溶液に可溶なアルカリ可溶型樹脂であることが望ましい。

また、顔料としては、ウルトラマリン、酸化チタニウム、テナール青など無機顔料のほか、ジアゾイエロー、ジスアゾオレンジ、パーマネントカーミンＦＢ、フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーン、チオインジゴバイオレットなど有機顔料がこれらの顔料に限定されるものではない。この顔料インクは耐光性、耐水性に優れているため、近年、顔料インク搭載のインクジェット記録装置は増加傾向にある。

いずれの調整方法においても程度差はあるものの経時的にインク色材が凝集、沈降が発生する。特に、後者の顔料系インクは染料系インクに比べ沈降しやすい傾向にある。

次に、インクの供給の一般的な基本原理について図２を用いて説明する。記録ヘッド１とメインタンク４とをチューブ６で連通させ流路をインクで満たし、メインタンク４の液面から記録ヘッド１の吐出１ｇはノズルの位置を高さＨに配置し、記録ヘッド１内が高さＨの水頭差分の負圧に保たれた状態とする。

インクジェット記録方式において、記録ヘッドの吐出ノズル１ｇ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。インクの吐出はノズル近傍に配置した図示せぬヒータの膜沸騰エネルギーによりノズル内のインクを押し出すことにより行われ、吐出後ノズル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、インクは随時メインタンク４から吸い上げられるものである。

本実施例において説明する装置は、上記原理を基本として構成を追加したものである。本実施例において説明する装置全体の斜視図を図３に示す。

本実施形態のインクジェット記録装置は、記録媒体Ｓの搬送方向Ａ（副走査方向）と直行方向Ｂ（主走査方向）に往復移動されるキャリッジ２に記録ヘッド１を搭載し、キャリッジ２の移動に伴う記録ヘッド１の往復移動と、搬送ローラ３による記録媒体Ｓの所定ピッチごとの送りとを交互に繰り返しながら、記録ヘッド１の移動中に記録ヘッド１からインクを吐出して記録媒体に記録を行うシリアルタイプのインクジェット記録装置である。

記録ヘッド１の記録紙に対向した面には主走査と略直交した方向に複数のノズル列を持ち、各ノズル列ごとに異なるインクを吐出する。記録ヘッド１の各色のノズル列に対して各々のインクを収容しているメインタンク４、インク供給ユニット５、インク供給チューブ６からなるインク供給経路によりインクを供給する。

インク供給ユニット５に隣接し、主走査方向において通紙範囲外で、かつ記録ヘッド１のノズル面に対向する位置に配置された回復ユニット７は、記録ヘッド１の吐出ノズル１ｇ表面から強制的にインク又は空気を吸い出し、ノズルのクリーニングや後述するインク充填を行う機構である。

各部構成について図１に示すインク供給経路略図を用いて説明する。

まず、記録ヘッド１内の構成を説明する。記録ヘッド１の内部におけるインクの通過経路は、インク供給チューブ６が気密接続する液体コネクタ挿入口１ａからインクが供給され、インクを一定量蓄えるサブタンク１ｂ、インク中の異物を防ぐフィルタ１ｃ、ノズル部にインクを直接供給する液室１ｆを経て吐出ノズル１ｇへ供給される。また、サブタンク１ｂ上面開口穴には圧力調整室１ｈが連通固定されており、挿入口１ａと吐出ノズル１ｇの間は大気に対して気密な状態に保たれている。

吐出ノズル１ｇは微細なノズルよりインクを噴射し画像を形成していく。ノズル穴径は２０μｍ程度の筒状の構造を持ち、筒内部にＣＰＵの指令により選択的に発熱するヒータを持ち、このヒータを加熱するとこれに接しているインクの溶存空気が膨張、発泡し、ノズル内のインクを押し出しことによりインクを吐出し、吐出後ノズルの毛細管力のよりノズル内にインクが満たされる構造である。通常このインク吐出のサイクルを２０ＫＨｚ以上の高速で繰り返し、微細で高速な画像形成を行っている。

吐出ノズル１ｇ内におけるインクの負圧は、大気圧程度であっても弱すぎると、ノズル先端に汚れやインク滴が付着した場合、吐出ノズル１ｇ内のインクメニスカスが崩れインクが漏れ出してしまうことがある。逆に、負圧が強すぎると、吐出する力より吐出ノズル１ｇ内のインクを引き戻す力が強くなり吐出不良となってしまう。よって、吐出ノズル１ｇにおける負圧は大気圧よりも若干低く一定の範囲に保つ必要がある。この負圧の範囲は、ノズルの形状、ヒータの性能等でノズルタイプ毎に異なるが、本実施例では実験の結果により−４０ｍｍＡｑ（約０．００４ａｔｍ）〜−２００ｍｍＡｑ（約０．０２０ａｔｍ）（インクの比重≒水とする）の範囲としている。

フィルタ１ｃは上記吐出ノズル１ｇを詰まらせるような異物を除去する目的のもので、ノズル径よりも小さい１０μｍ以下のみ透過する金属メッシュで異物を捕集する。

フィルタの面積はインクによる圧力損失を許容値以下とするように設定される。圧力損失はフィルタのメッシュが細かいほど、インクの流量が多いほど高くなる。逆にフィルタの面積に反比例する。近年の高速、多ノズル、小ドットプリンタにおいては圧力損失が高くなる傾向があり、フィルタサイズが１０×２０ｍｍ程度と大きくなっており、フィルタの上流のサブタンク、下流の液室の空間を必要としている。フィルタの上流においてフィルタがインクに浸かっている面積がインク透過におけるフィルタの有効面積となるため、サブタンクの底面にフィルタを水平に配置している。

フィルタは、フィルタにインクが染みると各メッシュに微細なメニスカスが張り、インクは透過容易であるが、空気の流れは困難な性質を持つ。メッシュが細かい程そのメニスカス強度が増し更に空気を通しにくくなる。本実施例でのフィルタでは空気を透過させるのに必要な圧力は０．１ａｔｍ程度（実験値）である。そのため、フィルタの下流に位置する液室に空気が存在すると、空気は空気自身の浮力程度ではサブタンクに上がることができず液室に留まる。

吐出ノズル１ｇには空気やインク内の泡が入り込むと、ノズルにインクが補充されず吐出不良を起こすため、一定量以上のインクを蓄える液室の底に吐出ノズル１ｇを下向きに配置し、吐出ノズル１ｇが空気に露出しないように常にインクの中に浸っている状態にする配置としている。

圧力調整室１ｈは負圧が高まるにつれてその容積を縮小する部屋であり、ゴム材等による弾性部材により構成される。

全ノズルよりインクを吐出するなど高い割合でインクを吐出する（以降、高Ｄｕｔｙと表現する）と、サブタンク１ｂ内の圧力はチューブやインク供給ユニット、メインタンクをインクが通過する際の圧力損失による抵抗を受け、吐出されるインクに対して供給されるインクが不足状態になり負圧上昇してしまう。吐出ノズル部１ｇの負圧が前述した限界値−２００ｍｍＡｑ（約−０．０２ａｔｍ）を越すと吐出が不安定になる。

キャリッジ２に記録ヘッド１を搭載し主走査方向Ｂに往復印字させるプリンタにおいては、高Ｄｕｔｙ印字をした後、キャリッジ２の反転を行うため、吐出せず休む状態が存在するため、印字中に圧力調整室１ｈは容積を縮小サブタンク１ｂ内の負圧上昇を緩和し、反転時に復元するといったコンデンサのような役割をするものである。

次に、インク供給ユニット５及びインクタンク４について説明する。インクタンク４はインク供給ユニット５に対して着脱可能な構成であり、剛性をもつケース４ａの下部に２口のゴム栓４ｂ、４ｃを持ち、インクタンク４単体においては密閉された容器である。インクタンク４内にはインク９を液体のまま収容する。

インク供給ユニット５にインクタンク４を装着すると、インク供給ユニット５に配置された中空の供給針５ａ、大気導入針５ｂが前記ゴム栓４ｂ、４ｃを貫通し、インクタンク４内と各針内の流路が連通可能なる。

インクタンク４内部には、供給針５ａ上に複数個の孔４ｅ_１〜４ｅ_７を対向方向に配したパイプ４ｄが接続されている。このパイプ４ｄは後述にて説明する。供給針５ａは、流路５ｃを経て選択的に開閉可能な遮断弁１０、流路５ｄを経てインク供給チューブ６、記録ヘッド１へと連通する。

大気導入針５ｂは、流路５ｅ、大気連通室５ｆ、大気連通口５ｇを経て大気へ連通する。供給針５ａ、大気導入針５ｂ共にインクの流動抵抗を抑えるために内径をφ１．６と大きめに設定している。

弁１０はゴム材質によるダイヤフラム１０ａの上下により流路の開閉が行われる。ダイヤフラム１０ａの中心部をバネホルダ１０ｂを介して押圧するバネ１０ｃによりダイヤフラム１０ａの下面が流路５ｄの開口を押さえると流路遮断状態となる。バネホルダ１０ｂは後述する回復ユニット７からのリンク７ｂによりレバー１０ｄの力点を押されるとダイヤフラム１０ａを伴い持ち上げられ、流路５ｃと流路５ｄが連通可能状態となる。弁は、記録ヘッドがインクを吐出している状態では開、待機及び休止中は閉、後述するインク充填時には回復ユニットとのタイミングを合わせて開閉を行う。

上記構成は黒、シアン、マゼンタ、イエローそれそれの色のインクごとに構成され、流路及び針、弁、大気連通室はインク供給ユニット５内に一体に配置しているが、弁１０のレバー１０ｄは１つであり、レバー１０ｄ作用点に各色の弁１０のバネホルダ１０ｂを系合し、各弁同時に開閉をする。

記録ヘッド１がインクを消費すると、その負圧によりインクは随時インクタンクから記録ヘッド１に対して送られる。その際、インクと同量の空気が大気導入口５ｇから大気連通針５ｂを経てインクタンク４に導入される。

大気連通室５ｆはインクタンク内の空気の膨張により押し出されたインクを一時保存する目的の部屋である。本体が待機及び休止中に、周囲の環境温度が上昇しインクタンク４内の空気が膨張した場合は、インクタンク４のインク９は大気連通針５ｂから、流路５ｅを経て、大気連通室５ｆへと流出する。逆に、周囲温度が低下するとインクタンク４内の空気が収縮し、大気連通室５ｆ内に流出していたインクがインクタンク４へと戻る。また、大気連通室５ｆにインクが入っている状態で印字を行うと、まず大気連通室５ｆのインクがインクタンク４へと戻っていき、大気連通室５ｆのインクがなくなると、通常通りインクタンク４に空気が導入される。大気連通室５ｆの容積が不十分であると、大気連通口からインクが漏れ出してしまう。よって、装置の使用環境温度の範囲で、最大のインクの流出量を考慮して大気連通室の容積を確保することで、インクの漏れを防止できる。

本発明では、最高温度時にタンク内の空気がタンク容積と等しくなることが最大膨張であり、その空気が最低温度にて収縮した容積との差が、大気連通室の容積として必要な容積となる。

また、誤って記録ヘッド１を取り付けずにインク９の入ったインクタンク４を装着し、弁１０を開いてしまった場合、供給針５ａよりインクタンク４内に空気が導入される。この場合、供給針５ａの先端が大気圧となるため、大気連通口５ｇが低い位置にあるとインクは低い方へと流れ漏れだしてしまう。そのため、大気連通室５ｆから大気連通口５ｇへの流路の途中５ｋを、供給針５ａの上部開口よりも高い位置に配置することで問題解決している。

インク供給ユニット５の供給針５ａと大気連通針５ｂにはインク９の電気抵抗を測定する検出回路５ｈが接続されインクの有無を検出する。インクタンク４にインク９が存在すると電気的クローズ、インクが無い、又はタンクが装着されていない状態では電気的オープンを検出し本体制御装置に報告する。検出電流は微少なため、供給針５ａと大気連通針５ｂ間の絶縁性が重要であり、本実施例では供給針５ａから記録ヘッド１を結ぶ流路と、大気連通針５ｂから大気口５ｇを結ぶ流路を完全に独立させ、インクタンク４内のインクのみの電気抵抗が測定可能なように配慮している。

また、インクタンク４を外した場合は、インクなしと同じく、２本の針間はオープンとなるため、インクなしと判断し、印字不可能状態であることを知ることができる。

次に、インクタンク内部の構成について説明する。
インクタンク４の内部のゴム栓４ｂ上に、内径φＤのパイプ４ｄが設けられており、パイプ４ｄには軸線方向に沿って所定ピッチ（Ｌ_１〜Ｌ_６）で複数個の孔４ｅ_１〜４ｅ_７を対向方向かつ千鳥状に配されている。なお、本実施例のピッチとしてはＬ_１〜Ｌ_６が等しくなるよう等ピッチに配置したが、不等であっても良い。

ここで、パイプ４ｄの断面形状は、本実施例では円形としたが、所定の断面積（後述にて説明）以上であれば、楕円、多角形、異形などこれらに限定されるものではない。

各孔４ｅの径は、パイプ内管路摩擦、拡大縮小管圧力損失、孔高さ（水頭）等を考慮して、その各流量が等しくなるように設定されている。また、パイプ開口部の高さはインク満タン位置９ａより上であり、最上部の孔４ｅ_７の位置は、インク９の満タン位置９ａ近傍のやや低い位置に設けられ、最下部の孔４ｅ_１位置はインクタンク底面と同高さに設けられている。この構成により、インクタンク内のインク残りを極力減らし、インクを無駄なく使い切ることができる。

また、パイプの設けた孔４ｅの配置として、前述の千鳥対向配置以外に、片側のみに設けても良いし、パイプ円周に沿ってラセン状に設けてもよい。いずれも、孔個数や孔ピッチＬは、インク９の沈降度（沈降した際の濃インクの体積比）により設定するのが望ましい。

また、最下部の孔４ｅ_１の孔径φｄ１は、インク位置が９ｂ以下となったときに、孔４ｅ_１のみから供給するため、供給不足による泡の発生等、支障をきたさない大きさが必要である。実験により孔４ｅ_１はφ１以上必要であり、本実施例においては、孔４ｅ_１〜４ｅ_７をφ１〜３とした。

パイプ内径φＤは、パイプ内に気泡がブリッジ（泡詰まり）しない大きさが必要であり、このブリッジ特性はインク９の表面張力と粘度に依存する。これは、例えば、ユーザーがインクタンク４を振って装着した時などパイプ内に泡がトラップされることでインク供給が滞ることを防止するためである。実験により、このブリッジを起こさないパイプ内径φＤの断面積としては２０ｍｍ^２以上必要であり、本実施例においてはインク粘度のバラツキ等のマージンを考慮してφ８とした。

この構成によって、タンク放置により前述のような沈降が発生した場合でも、インクタンクの上層部、中層部、下層部の全域より各孔４ｅを介してインクが等量パイプ内に流入し、それらがパイプ内でスクランブルして濃度均一化がはかれた状態でインク供給ができる。少ない流量でも先のスクランブルを起こさせる為、パイプ内径φＤは、極力小さい方が望ましい。従って、パイプ内径としては、気泡ブリッジが発生しない、マージンを加味した下限値とすることが好ましい。

ここで、パイプ４ｄによる濃度均一化の効果を確認するために図４に示す装置にて簡易実験を行った。なお、パイプとしては内径φＤはφ８、φｄ_１〜７はφ１〜３、Ｌ_１〜Ｌ_６は１５〜２０ｍｍである。

実験は下記の方法にて行った。
（１）インクタンク４内に純水２５０ｃｃを満たし、インク針５ｂ側より注射器等で生インク２０（ブラックインク）１０ｃｃをゆっくりと注入する。
（２）（１）を沈降状態を加速させた状態として、吸引ポンプ２１で実機上と同条件の所定流量にて吸引する。
（３）（２）を各タイミングにてサンプリングする。
（４）（３）でサンプリングしたインクを試験紙２２上に適量滴下し、放置乾燥後その着色面２３のＯＤ値（濃度）を測定する。

このＯＤ値の変化を示したものが、図５の濃度変化グラフである。パイプなし（レファレンス（１）、リファレンス（２））とパイプ有り（パイプ有り（１）、パイプ有り（２））と比較してみると、濃度変化は前者が著しく低下しているのに対し、後者はあまり変化は見られない。これにより、パイプは濃度均一化の効果が有ると言える。なお、本実験は沈降加速状態を想定した過酷な条件で行ったので、実使用上では、沈降インクと上澄みインクが本実験ほどの濃度差がない為、この結果より良好である。

回復ユニット７は、吐出ノズル１ｇよりインクや空気の吸引と、弁１０の開閉を行う。吸引キャップ７ａはゴム材質により構成され、上昇させると記録ヘッド１のノズル面を覆い密閉し、下げると記録ヘッド１から待避した位置に移動可能であり、カム７ｂにより上下移動する。吸引キャップ７ａには吸引ポンプ７ｃが接続され、ポンプモータ７ｄを駆動することにより吸引キャップ７ａ内から吸引を行う。吸引ポンプ７ｃは複数コロを有するチューブポンプ方式であり、連続吸引が可能で、モータを回転量に応じて吸引量を替えることができる。また、吸引能力は０．４ａｔｍまで減圧可能なものである。リンク７ｅはカム７ｆによりスライドし、弁１０のレバー１０ｄを動かし弁１０の開閉を行う。

カム７ｂとカム７ｆは同軸に配置され、カム制御モータ７ｇにより図中矢印方向に回転、図中ａ，ｂ，ｃの各位置で、吸引キャップ７ａ、リンク７ｅに当接するよう制御される。ａの位置は図に示すように、吸引キャップ７ａが開、弁１０も開の状態、ｂの位置では吸引キャップ７ａが閉、弁１０も閉の状態、ｃの位置では吸引キャップ７ａが閉、弁１０は開の状態となる。

印字動作の際は、カム７ｂ、７ｆをａの位置とし、吸引キャップ７ａ、弁１０を開き、吐出、インク供給を可能とする。装置停止待機中は、カム７ｂ、７ｆをｂの位置とし、吸引キャップ７ａは記録ヘッド１のノズル面を覆い、吐出ノズル１ｇの乾燥を防ぐともに、弁１０を閉じ、装置移動時の傾けによるインクの流出を防止する。

また、インク充填はこの回復ユニット７により行われる。インク充填動作は、まず記録ヘッド１が吸引キャップと対向する位置までキャリッジ２を主走査方向に移動し、回復ユニット７のカム制御モータ７ｇを駆動しカム７ｂとカム７ｆをｂの位置まで回転させる。するとキャップ７ａは記録ヘッド１のノズル面を覆い密閉した状態となり、弁１０はインク流路を閉じた状態となる。この状態でポンプモータ７ｄを駆動し、吸引ポンプ７ｃによりキャップ７ａ内から吸引を行う。

吸引により、吐出ノズル１ｇを通して、記録ヘッド１内に残留しているインクと空気を吸い出し、記録ヘッド１内を減圧する。所定の吸引量（所定の圧力に達する吸引量。計算や実験より求め値）時点で、吸引ポンプ７ｃを停止し、カム制御モータ７ｇを駆動しカム７ｂとカム７ｆをｃの位置まで回転させ、弁１０を開く。

すると、減圧されている記録ヘッド１内にインクが流れ込み、インクがサブタンク１ｂ、液室１ｆの各々に充填される。充填されるインク量は減圧されている各室の圧力がほぼ大気圧に戻る際に必要な体積であり、各室の体積と圧力により決定するものである。

インク充填は弁１０を開いてから約１秒程度で完了する。インク充填が完了すると、カム制御モータ７ｇを駆動しカム７ｂとカム７ｆをａの位置まで回転させ、吸引キャップ７ａを開き、吸引ポンプ７ｃにて吸引キャップ内に残ったインクを排出する。弁１０も開いた状態であるので、印字可能な状態となる。印字命令が無ければ、再びカム制御モータ７ｇを駆動しカム７ｂとカム７ｆをｂの位置まで回転させ、待機状態となる。

次にインクが印字動作や回復動作によって消費され、タンク４内のインク９が減った状態の説明する。

図８はパイプ４ｄの一部の概略断面斜視図である。パイプ４ｄの孔４ｅ_１と孔４ｅ_２の間に段差４ｆを設けている。図１において段差４ｆより上方とパイプ４ｄ内部を自在に移動が可能な大きさのボール４ｇが存在する。この時の段差４ｆの高さは、気泡がブリッジ（泡詰まり）しない大きさが必要である。

ボール４ｇはポリプロピレン製であり、ポリプロピレンの比重は０．９１である。インクの比重は１．０から１．１程度であるので、ボール４ｇはパイプ４ｄ内部のインク上面に浮く形となり、インク消費によるインク上面の下降に伴いパイプ４ｄ内部を動くことが出来る。

図６で示すようにインクが消費され、インク上面９ｂが段差４ｆよりも下がったときには、ボール４ｇは段差４ｆに乗る形になる。この時のパイプ４ｄの上面方向の開口は無くなり、パイプ４ｄの開口部は孔４ｅ_１のみとなる。ボール４ｇは段差４ｆと契合する。

段差４ｆとボール４ｇが無い状態で、前述したインク充填動作を行うと、パイプ４ｄ内部は負圧となり、仮に孔４ｅ_１からのインク流入速度でまかなえない負圧が発生した場合は、パイプ４ｄ内部のインクは枯渇し、供給針５ａから大気が進入してしまう。しかしながら、本実施例に記載のボール４ｇと段差４ｆ設けることによって、パイプ４ｄはボール４ｇと段差４ｆによって密閉されるために、インク供給は孔４ｅ_１のみによって確実に行われ、パイプ４ｄ内部のインクは枯渇すること無く、確実なインク充填行為を行うことが可能となる。

さらにパイプ４ｄの内側で孔４ｅ_１の下部から段差４ｆと反対方向へ凹状切り欠き４ｉを設けている。インク上面９ｂが孔４ｅ_２付近になった時に記録装置使用者の手によってタンク４が取り外され、該タンク４を装着時とは反対の方向に置いてしまうとパイプ４ｄ内のインクは一旦重力によってタンク４内に流れ込んでしまい、パイプ４ｄ内のインクは無くなってしまう。その後記録装置使用者によって該タンクが再装着されたときには往々にして孔４ｅ_１にインクによるメニスカスが発生し、パイプ４ｄ内へのインクの流入が阻害されてしまう。この時に前記切り欠き４ｉを設けることによって、孔４ｅ_１のパイプ４ｄ内側でのインクメニスカスが重力により切り欠き４ｉをつたって変形することによってメニスカスが壊れやすくなり、パイプ４ｄ内へのインク流入が確実に行われるようになる。
段差４ｆの形状は図８で示されるようなテーパ形状以外にインク面に対して平行であってもかまわない。

以上の構成によって、インクの沈降が発生した場合でも、インクタンクの上層部、中層部、下層部の全域より各孔４ｅを介してインクがパイプ内に流入し、それらがパイプ内でスクランブルし、濃度均一化した状態でインク供給ができ、かつインク残量が少なくなったときにも確実なインク充填を行うことが可能となる。

次に、本発明に係るインクジェット記録装置のインク供給システムの第二の実施例について説明する。図９は、本実施例に係るインク供給システムのインクタンクを説明する図であって、上記の第一の実施例と説明する部分については同一の符号を付して説明を省略する。

図１０はパイプ４０ｄの一部の概略断面斜視図である。ボール４０ｇはポリプロピレン製であり、ポリプロピレンの比重は０．９１である。インクの比重は１．０から１．１程度であるので、ボール４０ｇはパイプ４０ｄ内部のインク上面に浮く形となり、インク消費によるインク上面の下降に伴いパイプ４０ｄ内部を動くことが出来る。

インク上面９ｂが段差４０ｈよりも下がったときには、ボール４０ｇは段差４０ｈに乗る形になる。この時のパイプ４０ｄの上面方向の開口は無くなり、パイプ４０ｄの開口部は孔４ｅ_１のみとなる。ボール４ｇは段差４ｆと契合する。

段差４０ｈとボール４０ｇが無い状態で、前述したインク充填動作を行うと、パイプ４０ｄ内部は負圧となり、仮に孔４ｅ_１からのインク流入速度でまかなえない負圧が発生した場合は、パイプ４０ｄ内部のインクは枯渇し、供給針５ａから大気が進入してしまう。しかしながら、本実施例に記載のボール４０ｇと段差４０ｈ設けることによって、パイプ４０ｄはボール４０ｇと段差４０ｈによって密閉されるために、インク供給は孔４ｅ_１のみによって確実に行われ、パイプ４０ｄ内部のインクは枯渇すること無く、確実なインク充填行為を行うことが可能となる。

さらに孔４ｅ_１においてパイプ４０ｄの外部を大きくするようにテーパ状にし、パイプ４０ｄの内側で孔４ｅ_１の下部から段差４０ｈと反対方向へ凹状切り欠き４０ｉを設けている。インク上面９ｂが孔４ｅ_２付近になった時に記録装置使用者の手によってタンク４が取り外され、該タンク４を装着時とは反対の方向に置いてしまうとパイプ４０ｄ内のインクは一旦重力によってタンク４内に流れ込んでしまい、パイプ４０ｄ内のインクは無くなってしまう。その後記録装置の使用者によって該タンクが再装着されたときには往々にして孔４ｅ_１にインクによるメニスカスが発生し、パイプ４０ｄ内へのインクの流入が阻害されてしまう。この時に孔４ｅ_１においてパイプ４０ｄの外部を大きくするようにテーパ状にすることと前記切り欠き４０ｉを設けることによって、メニスカスが壊れやすくなり、パイプ４０ｄ内へのインク流入が確実に行われるようになる。テーパ角４０ｒは本実施例の発明者による実験では６０度以下であることが望ましく、その頂点はパイプ内側と同位置にあることが望ましい。パイプ４ｄはインクとの接液性と経済性からポリプロピレンやポリエチレン等で作られる事が望ましいが、よりインクとの接触角を向上させる為に、母材よりも大きな接触角を持つテフロン(登録商標)、フッ素系の物質で孔４ｅ_１の周辺でパイプ４０ｄ外側をコーティングすることによって、さらにメニスカスの発生を抑制することが可能となる。

段差４０ｈの形状は図８で示されるようなテーパ形状以外にインク面に対して平行であってもかまわない。

実施例説明図（インク供給概略図）実施例説明図（インク供給原理説明図）実施例説明図（装置概略斜視図）実施例説明図（実験装置説明図）実施例説明図（濃度変化グラフ）実施例説明図（インクタンク断面図）従来例説明図実施例説明図第二の実施例説明図第二の実施例説明図

符号の説明

Ｌ孔ピッチ
Ｈヘッド水頭高さ
Ｄパイプ内径
１記録ヘッド
１ｂサブタンク
１ｃフィルタ
１ｆ液室
１ｇ吐出ノズル
２キャリッジ
３搬送ローラ
４インクタンク
４ｅ_１〜４ｅ_７孔
５インク供給ユニット
５ａ供給針
５ｂ大気導入針
５ｃ，５ｄ，５ｅ流路
６インク供給チューブ
７回復ユニット
９インク
１０弁

Claims

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ジェット記録装置において、
中空の容器内部にインクを貯蔵するインクタンク下方端部に記録ヘッドへのインク供給路に連通する第１の液体コネクタと、インクタンク端部に大気連通口と連通した第２の液体コネクタの２口の液体コネクタを有し、
前記インクタンク内部に前記第１の液体コネクタに接続された中空管を設け、該中空管に、複数個の孔が中空管軸線方向に沿って所定の間隔で配され、
前記中空管の開口高さは、インク満杯位置より上方であって、中空管に設けられた孔位置は、最上部孔位置を前記インク満杯位置よりも下方近傍に配し、最下部孔位置をインクタンク底面と同高さに配し、
前記中空管内部の最下部孔から前記第一の液体コネクタ方向に凹状の切り欠きを設け、
前記中空管に配された各孔径は、それぞれが同量の流入量となるような大きさに設定され、
前記最下部孔位置よりも上部に該中空管内部に段差を設け、前記段差と契合する、インク比重よりも軽い栓を内蔵し、前記栓は前記段差上部において中空管内部を自在に動くことが可能であることを特徴とするインク供給装置。
前記最下部孔を前記中間管外部での径を大きくしたテーパ状とした事を特徴とする請求項１に記載のインク供給装置。
前記最下部孔の周辺を純水との接触角が前記中空管の母材よりも大きい物質でコーティングしたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のインク供給装置。