JP2006192758A - インク供給装置およびインクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 インク交換の際、攪拌機構とタンク流路の両方を外すことなくインクの顔料沈降を攪拌可能なインク供給装置およびインクジェット記録装置の提供。
【解決手段】 ヘッドに供給する顔料インクを貯蔵し、２系統の流路を備えた接続口が設けられている着脱自在のインク容器と、ヘッドにインクを供給する第１の流路と、大気連通室および大気連通口を備えた第２の流路とを備え、ヘッドから第１の流路、インク容器、第２の流路を結んだインク経路が１本のインク経路となっているインク供給装置であって、ヘッドから第１の流路、インク容器を結んだインク経路が大気に対して密閉された構成となっており、第１の流路内に内容積を可変とする小室を備え、小室の内容積を駆動手段によって増加または減少させることによって容器内の顔料インクを攪拌することを特徴としたインク供給装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、インク供給装置およびインク供給装置を用いたインクジェット記録装置に関する。

近年、高速・連続プリントの要求から、インクタンク内になるべく多くの容量のインクを保持するタンク機構が提案されている。特許文献１に記載のインクタンク機構では、メインタンク下部に２本の中空管が連通され、一方の中空管からタンク内へ大気の導入が行なわれ、他の中空管からタンク内のインクをヘッドへ供給する構成となっている。このような構成のインクタンクでは、タンク容積分のインクを使用することが可能である。

また、高画質プリントの要求から、耐候性に優れた顔料インクの使用が行なわれるようになっている。顔料インクは放置するとインクタンク内で顔料が沈降し、タンク内の顔料濃度が不均一になり、印字品質の低下を招いていた。インクタンク内のインクを攪拌する機構として特許文献２のようにインクタンクにインクが循環する流路を形成し、直結したポンプによりインクの流れを発生させ攪拌し、顔料沈降を防止する機構が提案されている。
特開２００２−２３４１８０号公報 特開２００３−０８０７２７号公報

しかしながら、インクを消費した後インクタンクの交換をする際、特許文献２のような攪拌機構を備えた構成では、攪拌機構を取り外す必要があり煩雑であった。また、特許文献１のタンク構成のように、多数の流路が接続している場合、攪拌機構とタンク流路の両方を取り外さなければならず交換作業が困難になるという課題があった。

さらにインクとの接液性からインクと接触する部分に使用される材料が限定されたものとなるため、ポンプを形成する部品がコストの高い材料を使わざるをえず、装置のコスト高の要因となっていた。

高速・連続プリントを行なう場合、使用するインクタンクの容量が大きなものになるが、印字を行わない時間が続いた場合、インクタンク内で大量の顔料沈降が発生することになる。沈降した顔料を攪拌するためには充分な攪拌動作が必要になり使用するポンプや駆動源も大型になってしまうという課題があった。

このような課題に鑑み本発明の目的は、インク交換の際インクの攪拌機構やタンク流路を取り外す必要のない、インクの攪拌機構を備えたインク供給装置とインクジェット記録装置の提供である。

さらなる本発明の目的は、画像品質に影響を及ぼすような量の顔料沈降が発生した場合であっても、充分な攪拌効果を得られるインク供給装置およびインクジェット記録装置の提供である。

上記目的を達成するために、本発明は記録ヘッドに供給する顔料インクを貯蔵し、２系統の流路を備えた接続口が設けられているインク容器を装着可能なインク容器受け部と、前記記録ヘッドにインクを供給する第１の流路と、大気連通室および大気連通口を備えた第２の流路とを備え、前記インク容器を装着することによって、前記記録ヘッドから前記第１の流路、前記第２の流路を結んだインク経路が１本のインク経路となっているインク供給装置において、前記記録ヘッドから前記第１の流路、前記インク容器を結んだインク経路が大気に対して密閉された構成となっており、該第１の流路内に内容積を可変とする小室を備え、該小室の内容積を変化させる駆動手段を備えたことを特徴とするインク供給装置である。

以上説明した用に、本発明によれば顔料の攪拌機構を取り外す必要のないインク供給装置およびインクジェット記録装置を得ることができる。また、インクタンク内で沈降した顔料を充分に攪拌可能なインク供給装置およびインクジェット記録装置を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（実施例１）
まず、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明のインクジェット記録装置斜視図、図２はインク供給装置の詳細図、図３、図４はインクタンク内のインク攪拌作用説明図である。

本実施例の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フィルム等各種記録用シートＳが、所定ピッチごとに搬送（副走査）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。

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。

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。

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。

次にインク供給装置部分について図２を用いて説明する。

説明を簡単にするため、図２では１色分のインク供給経路についてのみ説明している。

記録ヘッド２０１の吐出ノズル２０１ｇ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２０１ｇ近傍に配置されたヒータの膜沸騰エネルギにより吐出ノズル２０１ｇ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２０１ｇ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２０６を介して随時メインタンク２０４から吸い上げられる。

記録ヘッド２０１の内部には、微細な穴である吐出ノズル２０１ｇ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２０１ｃと、フィルタ２０１ｃと吐出ノズル２０１ｇとを結ぶ流路２０１ｆと、フィルタ２０１ｃ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２０４からチューブ２０６を介して供給されるインクを一定量蓄えるサブタンク２０１ｂとが配置されている。

メインタンク２０４、および供給ベース２０５は特許文献１に開示されているような構造であり、供給ベース２０５に固定された２本の中空針２０５ａ、２０５ｂにメインタンク２０４の底面の液体コネクタ２０４ａ、２０４ｂが取り付けられる。

供給ベース２０５の内部には、大気口２０５ｇにより大気に開放されたインク室２０５ｆが設けられており、中空針２０５ａ、２０５ｂは、中空針２０５ａに対して中空針２０５ｂの下端の高さを変えてインク室２０５ｆの中のインクに浸されている。インク室２０５ｆは、インク室２０５ｆの底部から中空針２０５ｂへと連通する構造となっており、インクの消費によりインク室２０５ｆのインクが減ってインク室２０５ｆの液面が下がることで、中空針２０５ｂの下端がインク室２０５ｆの液面上に現れると、中空針２０５ｂ下端からメインタンク２０４内に空気が入り、メインタンク２０４内のインクがインク室２０５ｆへ流れ出し、インク室２０５ｆ内のインクの液面を上げ、中空管２０５ｂの下端を再びインク内に浸けるという具合に、徐々にメインタンク２０４内のインクを取り出す構成となっている。

中空針２０５ａと中空針２０５ｂとにはインクの電気抵抗を測定する回路２０５ｈが接続されており、メインタンク２０４内のインクの有無を検出可能となっている。この回路２０５ｈは、メインタンク２０４内にインクが存在している状態では、メインタンク２０４内のインクを介して回路２０５ｈに電流が流れるため電気的クローズを検出し、インクが存在しないまたはメインタンク２０４が装着されていない状態では回路２０５ｈに電流が流れないため電気的オープンを検出する。

遮断弁２１０は、ゴム材からなる開閉部２１０ａを有し、この開閉部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。開閉部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により開閉部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では開かれ、待機中および休止中は閉じられる。

上述したインク供給ユニット２０５の構成は、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。

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。

また、吐出ノズル２０１ｇ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２０７の吸引キャップ２０７ａ吸引ポンプにて吐出ノズル２０１ｇ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。

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。

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。

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。

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ｂの位置とし、ノズル２０１ｇの乾燥を防止するとともに、記録ヘッド２０１からのインクの流出を防止する。

３００は、ダイヤフラムで形成された小室であり、その上面部で中空針２０５ａと接続し、その下面部でインク供給路２０５ｃと接続している。ダイヤフラム３００の下部はダイヤフラムホルダ３０１に対し固定されている。ダイヤフラムホルダ３０１の勘合穴３０１ａと、供給ベース２０５上に固定された勘合軸２０５ｋ、２０５ｌとは上下方向に摺動可能に勘合し、支持されている。

ダイヤフラムホルダ３０１の側面にはラック部３０１ｂが形成されており、駆動モータ３０５のピニオンギア３０５ａと係合しており、駆動モータの正逆転に従ってダイヤフラムホルダ３０１が昇降するように構成されている。

図３及び図４は、このダイヤフラムホルダ３０１の昇降動作によるインク攪拌作用を示す。

攪拌動作によるインク流路内の圧変化によるヘッドへの影響を防ぐために、まずカム制御モータ２０７ｇを動作させ、カム２０７ｆを回転させてｂの位相に移動し、遮断弁２１０を閉じさせておく。

次に駆動モータ３０５を時計回りに回転させるとダイヤフラムホルダ３０１は矢印Ｄ方向に下降し、ダイヤフラム３００は引き伸ばされる。このダイヤフラムの体積増加に従って大気連通孔２０５ｇから流入した空気はインク針２０５ｂからインク内へと入る。この際に発生する泡によりインクタンク２０４内部のインクは攪拌される。次に駆動モータ３０５が反時計回りに回転すると、図４のようにダイヤフラムホルダ３０１は矢印Ｕ方向に上昇し、ダイヤフラム３００は圧縮される。このダイヤフラム３００の体積減少に従ってインク針２０５先端から矢印Ａで示す強いインク流が発生する。これに従い、インクタンク内部に矢印Ｂで示すインク流も発生し、インクタンク内部のインクは攪拌される。

この攪拌動作が終了すると、カム制御モータ２０７ｇを動作させ、カム２０７ｆを回転させてａの位相に移動し、遮断弁２１０を開いて印字可能な状態へと戻す。

この沈降という現象は、顔料である色材の分子量が染料などに比べて大きいため、色材が重力の影響を受けて沈降し、これを分散させる液媒体とを含有するインクタンク内インク中において、色材濃度が不均一になる現象である。時間の経過とともにインクタンク２０４底部の顔料濃度が高くなる現象として観察されるが、色材の分子量は各色ごとによって異なるため、各色ごとに単位時間あたりの沈降する量が異なってくる。印字によってインクタンク２０４の底部にあるインク針２０５ａから、インクがヘッドへと供給されて、インクタンク２０４から次第に排出される。タンク内の顔料沈降量よりもタンク外へと供給されるインク供給量が少ない場合、インクタンク内に顔料が堆積する現象が生じてくる。従って、タンク内でこのような現象が生じた場合に攪拌動作を行えばよい。

図５で攪拌制御方法について説明する。

ヘッド制御手段は、吐出駆動信号をヘッドに送りヘッドを駆動するが、一方で吐出情報を印字履歴記憶手段へと送る。吐出情報とは、印字するドット数をカウントするドットカウントデータやあるいは印字する画像情報のデータ量を算出あるいは認知するものでも構わない。吐出駆動素子のＯＮ−ＯＦＦ状態をカウントしても良い。一方、計時手段は前回攪拌してからの経過時間を計時する。攪拌後の経過時間が長くなるほど顔料の沈降量も増えてくる。一定時間ｔにおける顔料沈降量は、使用する顔料の色材ごとの分子量やインク溶媒の種類によってそれぞれ異なってくる。図７で示すように、使用するインク溶媒における色材ごとの顔料沈降量を、予め実験データで入手することができる。

これらの印字履歴記憶手段からの吐出履歴と計時手段からの攪拌履歴とを参照して、一定の経過時間での印字量が経過時間内での顔料沈降量よりも少ないと判断された場合に、攪拌機構制御手段が攪拌駆動モータを駆動し、前記小室を膨張、収縮させて攪拌動作を行うことを特徴とする。

この攪拌動作によって小室３００の体積変化分に見合うインク量が、インク針２０５ｂを通り、バッファタンク２０５ｆへと排出される。この状態から印字を再開すると、印字によるインク消費に従ってヘッド２０１へとインクが供給され、バッファタンク２０５ｆに移動したインクは再びインク針２０５ｂを介してインクタンク２０４へと戻って行く。

次にインクタンク２０４の着脱の動作について図６を用いて説明する。

着脱レバー４０４の軸部４０４ａは、供給ベース２０５上に固定された支持部２０５ｍで軸支されている。タンク挿抜アーム４０５の軸４０５ａは、着脱レバーの係合部４０４ｂと回転可能に軸支されている。

インクタンク２０４内部のインクが減少し、インクタンクの電気抵抗を検出する回路２０５ｈが電気的オープンを検出すると、インクタンクの交換作業に入る。

図６は、着脱レバー４０４の動作によるインクタンク２０４の取り外し操作を示す。着脱レバー４０４を操作し、反時計回りに回転させる。この時、着脱レバー４０４の係合穴４０４ｂを介して回転可能に係合するタンク挿抜アーム４０５は、内側レバー４０４の反時計回りの回転に従い上方向へと移動する。タンク挿抜アームのタンク突き当て部４０５ｂがインクタンク２０４と突き当たり、インクタンクを上方へと押し上げる事でインク針２０５ａ、２０５ｂがインクタンク２０４より離脱する。

（実施例２）
本発明のインクジェット記録装置の第２の実施例について，説明する。

図７で説明したように、一定時間内におけるインクタンク内の顔料沈降量は、使用するインク溶媒や色材の分子量によって異なることがわかっている。

図８において、インクタンク内のある色がインク溶媒α＋色材Ａを使用している場合、顔料沈降量がある一定量ａを越えると画像品質が劣化することがわかる。従ってこのインクを含んだインクタンクでは、顔料沈降量がａとなった時にタンク内の攪拌を行なえば良い。顔料沈降量がａとなる時間は、図７のように予め実験データでわかっているので、その時間毎にタンク内の攪拌動作を行なえば良い。このように各色ごとに最適な攪拌時間を決め、それぞれ異なったタイミングで攪拌動作を行なうことが可能である。また、最も少ない顔料沈降量で画像が劣化する色に合わせて、その他の色のインクタンクの攪拌動作を行なった場合でも効果がある。この場合、最も少ない顔料沈降量のインクタンクで攪拌動作を行なう際に一斉にその他のタンクの攪拌動作を行なっても構わないし、数色分のインクタンクのみの攪拌動作を行なっても構わない。あるいは、最も少ない顔料沈降量のインクタンクの攪拌タイミングをトリガーとして、その他のインクタンクの攪拌タイミングを決定する方法でも良い。

（実施例３）
本発明の図１および図２においては使用する色ごとに複数の異なったインクタンクを使用し、そのそれぞれが異なった駆動手段を備えた例を記載したが、１つの駆動手段を共有して各色タンクに作用させても構わない。

本発明のインクジェット記録装置全体図 本発明のインク供給装置の説明図 大気による攪拌動作の説明図 インク流による攪拌動作の説明図 攪拌動作シーケンス タンク着脱説明図 タンク内インク種類による顔料沈降量説明図 タンク内インク種類による顔料沈降量と画像品質説明図

符号の説明

２０１ 記録ヘッド
２０２ キャリッジ
２０４ メインタンク
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
２０６ インク供給チューブ
２０７ 回復ユニット
２０９ インク
２１０ 遮断弁
３００ 小室
３０５ 駆動モータ

Claims (7)

1. 記録ヘッドに供給する顔料インクを貯蔵し、２系統の流路を備えた接続口が設けられているインク容器を装着可能なインク容器受け部と、前記記録ヘッドにインクを供給する第１の流路と、大気連通室および大気連通口を備えた第２の流路とを備え、前記インク容器を装着することによって、前記記録ヘッドから前記第１の流路と第２の流路を結んだインク経路が１本のインク経路となっているインク供給装置において、前記記録ヘッドから前記第１の流路、前記インク容器を結んだインク経路が大気に対して密閉された構成となっており、該第１の流路内に内容積を可変とする小室を備え、該小室の内容積を変化させる駆動手段を備えたことを特徴とするインク供給装置。
2. 前記駆動手段によって前記小室の体積を増加または減少させることによって、前記インク容器内の顔料インクが攪拌されることを特徴とした請求項1に記載されたインク供給装置。
3. 前記インク容器内の顔料インク攪拌は、前記接続口のうち一方を介して前記インク容器内に顔料インクを流入させるか、または該接続口とは異なる他の接続口を介して前記インク容器内に大気を導入させることである請求項２に記載されたインク供給装置。
4. 前記インク容器受け部が、異なった色の顔料インクをそれぞれ含んだ、複数のインク容器を装着可能な複数の受け部になっており、前記複数のインク容器内の顔料インクを攪拌するための駆動手段が１つであることを特徴とした請求項１から３に記載されたインク供給装置。
5. インクを吐出して画像形成を行なうインクジェット記録ヘッドと、インクが付着して画像が形成される被記録媒体を搬送する搬送手段と、記録ヘッドに供給する顔料インクを貯蔵し、２系統の流路を備えた接続口が設けられているインク容器を装着可能なインク容器受け部と、前記記録ヘッドにインクを供給する第１の流路と、大気連通室および大気連通口を備えた第２の流路とを備え、前記インク容器を装着することによって、前記記録ヘッドから前記第１の流路と第２の流路を結んだインク経路が1本のインク経路となっており、前記第1の流路内に内容積を可変とする小室を備え、該小室の内容積を変化させる駆動手段を備えたインク供給機構と、を備えたことを特徴とするインクジェット記録装置。
6. 前記インクジェット記録装置が計時手段と印字履歴記憶手段とを備えており、前記計時手段と前記印字履歴記憶手段とを参照して前記小室の体積を変化させることを特徴とする請求項５に記載のインクジェット記録装置。
7. インクジェット記録装置に装着されたインク容器内に貯蔵された顔料インクを攪拌するインクジェット記録装置であって、特定色のインク容器内に貯蔵された顔料インクの攪拌動作タイミングをトリガーとして、他の異なった色のインク容器内に貯蔵された顔料インクの攪拌動作を行なうことを特徴とした請求項５に記載のインクジェット記録装置。
   

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