JP2006256024A - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 密閉、循環系インク供給方式において、流路の空気を排出し、ヘッドの清掃、回復動作を短時間で行うことができ、しかも構造が簡単で、コストの安いインク供給方式のインクジェット記録装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 インク流路にインクタンク、ポンプ、サブタンク及びバルブを設け、サブタンクの可撓性袋の膨らみを３段階に制御しながらインクタンクのインクをポンプで圧送し、記録ヘッドへ供給する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、インクジェット記録装置に関する。

近年、インクジェット記録方式は簡便・安価に画像を作成できるため、写真、各種印刷、マーキング、カラーフィルター等の特殊印刷など、様々な印刷分野に応用されてきている。

そして、インクジェットプリンタには、ヘッドを用紙幅方向に往復移動させ間欠的に用紙を搬送しながら印字を行うシリアル印字方式と、用紙幅方向全域に亘りノズルを配列しヘッドを固定して印字を行うラインヘッド方式がある。記録ヘッドには、インクタンクから直接にまたはインクチューブを通じてインクが供給される。インクタンクから記録ヘッドまでの間にサブタンクを設け、サブタンクは剛体に入った可撓性袋を用い、ヘッドの清掃、回復時にインクタンクよりインクを圧送して可撓性袋がサブタンクの筐体で規制されるまで加圧して記録ヘッドのノズルのゴミや気泡等の異物をノズルからインクと共に噴出させ、印字への移行時にはインクタンクからのインクの圧送を止め、負圧付勢力発現部材で可撓性袋を拡大しようとする力で記録ヘッドを負圧にする方法が提案されている（例えば、特許文献１）。
特開２００１−１６２８３４号公報

しかしながら、以上の従来技術では、可撓性袋に残留する空気を抜く手段に及んでいないため可撓性袋の空気の残量によって記録ヘッドの負圧の大きさが変わったりすることがあった。

しかも、記録ヘッドの加圧状態から負圧状態への移行では、可撓性袋へのインクの圧送停止後、インクが記録ヘッドのノズルからかなりの量が吐出されるまで負圧状態にならなかった。そのため、インクの無駄な消費と負圧状態への移行時間が長く、全体としての印字能力を劣化させ、問題となっていた。

そこで本発明は、密閉、循環系インク供給方式において、流路の空気を排出し、ヘッドの清掃、回復動作を短時間で行うことができ、しかも構造が簡単で、コストの安いインク供給方式のインクジェット記録装置を提供することを目的とする。

本発明の目的は、下記構成により達成することができる。

請求項１に係る発明は、
インク滴を吐出するための複数のノズルを有する記録ヘッドと、
前記記録ヘッドにインクを供給するインク供給手段と、
前記記録ヘッドに供給されたインクを排出するインク排出手段とを有し、
前記インク排出手段によって排出されたインクの少なくとも一部を前記インク供給手段に循環させるインクジェット記録装置において、
前記インク供給手段は、インクを貯留するインクタンクと、
インクタンクに貯留されたインクを前記記録ヘッドに圧送するポンプと、
前記ポンプと前記記録ヘッドの間に設けられて前記ポンプで圧送されたインクを貯留する可撓性袋を有するサブタンクとを有し、
前記インク排出手段は、排出されたインクを前記インクタンクへ流入させる流路にあってインクの流入を制御するバルブを有することを特徴とするインクジェット記録装置である。

請求項２に係る発明は、
前記サブタンクは、インクの初期導入や加圧／循環するときに前記可撓性袋の膨らみを第１の規制量とし、印字を行うときに前記可撓性袋の膨らみを第２の規制量とする規制手段を有す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である。

請求項３に係る発明は、
前記サブタンクは、インクを初期導入するときに前記可撓性袋の膨らみを第３の規制量とし、インクを加圧／循環するときに前記可撓性袋の膨らみを第４の規制量とし、前記第３の規制量は前記第４の規制量より膨らみが小さい規制手段を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のインクジェット記録装置である。

請求項１に記載の発明によれば、前記インク供給手段は、インクを貯留するインクタンクと、
インクタンクに貯留されたインクを前記記録ヘッドに圧送するポンプと、
前記ポンプと前記記録ヘッドの間に設けられて前記ポンプで圧送されたインクを貯留する可撓性袋を有するサブタンクとを有し、
前記インク排出手段は、排出されたインクを前記インクタンクへ流入させる流路にあってインクの流入を制御するバルブを有することにより、
密閉系の循環方式のインク供給系を構成するのにバイパスを設ける必要がなく、流路が簡単でジョイント数が減り、インク漏れや空気混入発生の確率が減る。チューブ配管が簡素化しスペースが少なくて済む。さらにポンプやバルブが少なくても済むのでコストが下がる。

請求項２に記載の発明によれば、前記サブタンクは、インクの初期導入や加圧／循環するときに前記可撓性袋の膨らみを第１の規制量とし、印字を行うときに前記可撓性袋の膨らみを第２の規制量とする規制手段を有することにより、インクの初期導入、加圧／循環及び印字準備における流路へのインク供給制御が簡単になり、安価な装置で実現できる。さらに、印字準備においては、前記可撓性袋へのインクの戻りが早く、短時間で記録ヘッドの負圧形成ができるので、加圧／循環動作開始から印字準備完了までの時間が短縮できる。

請求項３に記載の発明によれば、前記サブタンクは、インクを初期導入するときに前記可撓性袋の膨らみを第３の規制量とし、インクを加圧／循環するときに前記可撓性袋の膨らみを第４の規制量とし、前記第３の規制量は前記第４の規制量より膨らみが小さい規制手段を有することにより、インクの初期導入においては、流路に滞留する空気を排出することができ、インクを加圧／循環においては、流路中の気泡を排出することができる。

以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。

本発明に係るインクジェット記録装置の主要部を示す斜視図である図１及びインクジェット記録装置にて使用される記録ヘッドの斜視図である図２を用いて説明する。

インクジェット記録装置１００において、１はキャリッジであり、タイミングベルト２の一部に結合されており、キャリッジモータ３の正逆回転により駆動され、ガイド部材４に案内されて、図の矢印Ｘで示すように、プラテン部５に沿って平行に往復移動できるように構成されている。

７Ｋ、７Ｃ、７Ｍ、７Ｙは、それぞれ、ブラックインク、及び、シアン、マゼンタ、イエローのカラーインクを吐出する記録ヘッドで、記録媒体６の搬送方向と直角方向に形成されたインク吐出用の多数のノズル１３を有し、キャリッジ１と一体的に構成されている。

インクが吐出される多数のノズル１３はプラテン部５に対向して配設され、プラテン部５上の記録媒体６に対して印字を行う。記録ヘッド７Ｋ、７Ｃ、７Ｍ、７Ｙに各種インクは第１のインク連結口９より供給され、記録ヘッド内共通インク室８からインクは、第２のインク供給口１０を通り、各種インクに対応したインクタンク２０（図４参照）に還流される。

記録媒体６は、図示しない搬送ローラ等の回転により、図の矢印Ｙで示す方向に搬送される。

１１は搬送モータで、前記搬送ローラに所定の回転を与える。

１４は、記録ヘッド７Ｋ、７Ｃ、７Ｍ、７Ｙのノズル面１７を被覆するキャッピング手段であり、記録媒体６が搬送される領域よりも外側に設けられている。また、キャッピング手段１４は、記録ヘッド７Ｋ、７Ｃ、７Ｍ、７Ｙから吐出されたインクをキャップ１６で受け、回収するインク回収手段としての機能を有する。

１５はクリーニング手段であり、キャリッジ１が往復移動する際に、記録ヘッド７Ｋ、７Ｃ、７Ｍ、７Ｙのノズル面１７に当接し、清掃をする。また、クリーニング手段１５は、キャッピング手段１４と同様に記録媒体６が搬送される領域よりも外側に設けられており、かつ、キャッピング手段１４よりも記録媒体６の搬送される領域に近い側に配設されている。

１８は、ＣＰＵ（中央処理装置）、ワークメモリ等からなる制御手段で、インクジェット記録装置１００の一連の動作、例えば、搬送ローラの回転、記録ヘッド７Ｋ、７Ｃ、７Ｍ、７Ｙの移動並びにインク滴の吐出、キャッピング手段１４によるキャッピング動作等を制御する。更に、制御手段１８は、本発明に係わるインク初期導入、長期休止インク循環モード等の制御をも含んだ構成となっている。

１９はケーブルで、記録ヘッド７Ｋ、７Ｃ、７Ｍ、７Ｙのコネクタ１２と制御手段１８との電気的結合を達成している。

２１は、記録ヘッド７Ｋ、７Ｃ、７Ｍ、７Ｙから予備吐出されキャッピング手段１４で回収されたインクを貯溜するための廃インクタンクである。

２２は、光電センサ等からなるホームポジションセンサで、キャリッジ１の側面を感知し、キャリッジ１の待機位置、即ち、キャッピング手段１４により記録ヘッド７Ｋ、７Ｃ、７Ｍ、７Ｙのノズル面１７が被覆される位置を検出する。

装置が印字開始されると、制御手段１８からの印字開始を示す制御信号に基づいて、キャッピング位置にある記録ヘッド７Ｋ、７Ｃ、７Ｍ、７Ｙは、キャリッジモータ３により印字領域のスタート位置に移動し位置を固定する。制御手段１８からの画像データに基づく電気信号が記録ヘッド７Ｋ、７Ｃ、７Ｍ、７Ｙに付与されると、所定の各色のインク滴を適宜ノズルから吐出し、プラテン部５上の記録媒体６に印字する。記録媒体６は、記録ヘッド７Ｋ、７Ｃ、７Ｍ、７Ｙからのインクの吐出に合わせて矢印Ｙ方向に送り出され、所定の画像データに伴う処理が終了するまで、上記の印字動作がすすめられる。

次に、本発明に係る制御手段について図３のブロック図を用いて説明する。

制御手段１８には、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１８ａ、各種プログラムを格納するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）１８ｂと、ＣＰＵが取得した情報を展開する作業領域及び記憶領域を有するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１８ｃとが備えられている。また、制御手段１８には、入力部５９、記録ヘッド７Ｋ，７Ｃ，７Ｍ，７Ｙ、キャリッジ駆動源５１、記録媒体搬送機構５２、メンテナンスユニット５３、インク供給／排出手段５４が、それぞれインターフェース（図示せず）を介して接続されている。
ＣＰＵ１８ａは、取得した情報及びＲＯＭ１８ｂに格納されたプログラムに従って接続されている各種ユニットの制御を行うようになっている。
例えば、
記録ヘッド７Ｋ〜７Ｙでは、入力部５９を介して外部に接続されているＰＣ（パーソナルコンピュータ）等から送られてきた画像データに基づく電気信号によりインク液滴を吐出させ記録媒体上に印字する。

キャリッジ駆動源５１では、キャリッジモータ３を駆動してキャリッジ１を往復運動させる。

記録媒体搬送機構５２では、搬送モータ１１を駆動させて記録媒体を搬送させる。

メンテナンスユニット５３では、キャッピング手段１４やクリーニング手段１５を動作させ記録ヘッドの清掃、回復動作を実行させる。

インク供給／排出手段５４では、図６における、規制手段であるカム４３や規制板４４、流路に接続されているポンプ２４やバルブ２６等を制御して適切なインクの流通を行わせる。

次に、図４〜９を用いて本発明に係る実施の形態について説明する。図４は本発明に係るインクジェット記録装置に適用されるインク流路を示す概念図である。

なお、インク流路は、ブラック、シアン、マゼンタ、イエロー各色インクともに同様であるので、以下、ブラックインクを例にとって説明する。

ブラックインク用のインクタンク２０Ｋから記録ヘッド７Ｋのインク導入口９までインクを供給するインク供給流路である第１の流路２３には、インクを記録ヘッド７Ｋに圧送する送液手段として機能するポンプ２４と、インクを一時貯留して記録ヘッドＫへ供給するインクの圧力を調整して記録ヘッド７Ｋの背圧を負圧に設定するサブタンク３０が設けられている。すなわち、インクタンク２０Ｋ、第１の流路２３、ポンプ２４及びサブタンク３０が協働してインク供給手段として機能するものである。

インク排出口１０からインクタンク２０Ｋへインクが還流するインク排出流路である第２の流路２５の途中には開閉機能を持つバルブ２６があり、インクタンク２０Ｋへの還流を行ったり、止めたりする。すなわち、第２の流路２５，バルブ２６が協働してインク排出手段として機能するものである。

また、キャップ１６は、記録ヘッド７Ｋから吐出したインクを受ける。

図５と８は、インクジェット記録装置により実行されるインク供給処理のフローチャートである。

インク供給処理は、機能的に１．インクジェット記録装置を設置したときやインクタンクのインクが空になったとき、新しいインクタンクをインク流路に接続してインクを供給する初期導入、２．インク流路内に気泡が発生した場合に気泡を排出する加圧／循環、３．ポンプでインクをインク流路に供給した後、記録ヘッドの背圧を負圧に戻す印字準備の３種類がある。

（実施の形態１）
新しいインクタンクをインク流路に接続したとき、インクの初期導入→印字準備の順にインク供給処理を行い、印字に備える。この一連の処理について図５のフローチャートを用いて説明する。

ステップＳ１では、バルブ２６を開の状態にしてインク排出口１０とインクタンク２０Ｋ間を連通状態にする。

ステップＳ２では、図７（ａ）に示す状態に可撓性袋４０の膨らみを第１の規制量になるように規制板４４を強く押さえて規制する。

ここで、サブタンク３０について図６、７を用いて説明する。

サブタンク３０は、インクを一時貯留する可撓性袋４０と、可撓性袋４０の膨らみを押さえて規制する規制手段とからなる。可撓性袋４０は、規制手段からの規制がかからない状態では記録ヘッドに対して負圧になるように、記録ヘッドより低い位置に設置されている。

図６は、本発明の可撓性袋の膨らみを押さえて規制する規制手段の概略を示す模式図である。

規制手段は、カム４３、規制板４４及びバネ４５、４６からなる。
前記ポンプ２４に接続されてインクタンクのインクを流入させるインク流入口４１からインクが流入され、可撓性袋４０にインクが一時貯留される。貯留されたインクは、インク流入口４２を介して記録ヘッド７Ｋに送られる。規制板４４は、可撓性袋４０を押さえて袋内のインク量を規制する。カム４３は、回転して規制板４４を押さえ、インク量を変化させる。バネ４５，４６は、規制板４４の両端に取り付けられていて規制板４４をカム４３で押さえる方向と逆の方向に引っ張っている。

図７は、本発明の規制手段によって３段階に規制された状態を示す模式図である。

図７（ａ）は、インクの初期導入時に可撓性袋４０内に残留する空気を最少にするため、可撓性袋４０の膨らみを規制板４４で強く押さえている状態である（第１の規制量又は第３の規制量）。ただしインクの流路を確保するため可撓性袋４０内にはパイプ（不図示）が内蔵されている。図６及び７では、インク流出口４２が上、インク流入口４１が下に位置する。残留空気は可撓性袋４０内上方に溜まっており、インク流入口４１からのインクの流入により、インクより先にインク流出口４２から排出される。

図７（ｂ）は、インクの加圧／循環時に可撓性袋４０を図７（ａ）と図７（ｃ）との中間の膨らみになるように規制板４４で弱く押さえた状態である（第１の規制量又は第４の規制量）。

図７（ｃ）は、印字準備の可撓性袋４０の状態で、規制板４４で押さえていない（規制解除と言う）状態である（第２の規制量）。

図５に戻って、
ステップＳ３では、ポンプ２４でインクタンク２０Ｋからインクを圧送する。インクはサブタンク３０→記録ヘッド７Ｋ→バルブ２６を経由してインクタンク２０Ｋに循環する。その際、流路に残留している空気もインクタンク２０Ｋに押し出される。

ここで、インクタンク２０Ｋについて図９を用いて説明する。

図９は、インクタンク２０Ｋの一例として可撓性袋を用いた場合である。フタ２１Ｋはゴム製で、インクタンク２０Ｋは大気から密閉されている。第１の流路２３は、先が注射針の形状であり、フタ２１Ｋを突き破りインクタンク２０Ｋの底からインクを流出させる。第２の流路２５は、同様にフタ２１Ｋを突き破りインクタンク２０Ｋに空気又はインクを流入させる構造になっている。フタ２１Ｋは、注射針形状の第１，第２の流路が挿入されても大気からの密閉は保つ。インクの初期導入では、まず、流路中の空気が第２の流路２５を経由してインクタンク２０Ｋに流入されると同時に、インクが第１の流路２３から流出して流路が満たされ、循環して第２の流路２５を経由してインクタンク２０Ｋに戻される。インクの加圧／循環では、インクがインクタンク２０Ｋから流路を循環して再びインクタンク２０Ｋに戻されるが、その際、流路中に発生した気泡もインクタンク２０Ｋへ戻される。

図５に戻って、
ステップ４では、流路がインクで満たされたかを判断する。流路がインクで満たされた場合（ステップＳ４：ＹＥＳ）はステップＳ５へ進む。満たされていない場合（ステップＳ４：ＮＯ）はステップＳ４で待つ。この判断はタイマーを使ってインク供給に要する時間管理で判断してもよい。

ステップＳ５では、ポンプを停止する。

ステップＳ６では、バルブ２６を閉の状態にする。

ステップＳ７では、図７（ｂ）に示す状態に可撓性袋４０の膨らみを第４の規制量になるように規制板４４を弱く押さえて規制する。

ステップＳ８では、ポンプ２４でインクタンク２０Ｋからインクを圧送する。バルブ２６は閉の状態になっているので、インクはサブタンク３０→記録ヘッド７Ｋ→記録ヘッドのノズル（図２の１３）→キャップ１６へ吐出される。

このステップで記録ヘッドの共通インク室（図２の８）からノズルまでの空気はノズルから排出されてインクが満たされる。

ステップＳ９では、タイマーを使って設定時間を管理する。設定時間が経過した場合（ステップＳ９：ＹＥＳ）はステップＳ１０へ、経過していない場合（ステップＳ９：ＮＯ）はステップＳ９で時間経過を待つ。ここで、設定時間とは、ステップＳ８においてインク圧送によってノズルから空気が吐出され、続いてインクが吐出され始めるまでの時間を言う。

ステップＳ１０では、ポンプ２４を停止する。

ステップＳ１１では、規制板４４で可撓性袋４０を押さえない状態（第２の規制量）にする。

インク流路の圧縮されたインクは、規制解除された可撓性袋４０に戻り、可撓性袋４０及び規制手段は図７（ｃ）に示すようになる。本実施の形態はインク供給系が、密閉系であるので記録ヘッドのノズルと可撓性袋４０との位置関係はノズルが負圧になる構成になっている。そのためインクが可撓性袋４０に戻った状態で記録ヘッドの背圧は負圧になる。

ステップＳ１２では、ステップＳ１１の動作で記録ヘッドが負圧になったかを判断する。記録ヘッドが負圧になった場合（ステップＳ１２：ＹＥＳ）は本処理が終了し、印字に備える。記録ヘッドが負圧でない場合（ステップＳ１２：ＮＯ）は負圧になるまでこのステップで待つ。この判断はタイマーを使って記録ヘッドが負圧になる時間より大きい時間を設定しておき、その時間を越えたことを監視すればよい。

ステップＳ７〜１０の間はバルブ２６までのインク流路には圧力がかかった状態であり、記録ヘッドの背圧は正圧になっている。従来技術ではノズルからの吐出によりインクが吐き出されて記録ヘッドが負圧になるまで待って、印字動作に移る。しかしノズルからのインク吐出によるので時間がかかるし、吐出したインクを廃インクとする場合インクの浪費が大きいなどの問題があった。

ステップＳ１〜Ｓ１０はインクの初期導入、ステップＳ１１〜Ｓ１２は印字準備の処理である。

（実施の形態２）
インク流路内に気泡が発生したとき、インクの加圧／循環→印字準備の順にインク供給処理を行い、印字に備える。この一連の処理について図８のフローチャートを用いて説明する。

ステップＳ１３では、バルブ２６を開にする。

ステップＳ１４では、図７（ｂ）に示す状態に可撓性袋４０の膨らみを第４の規制量になるように規制板４４を弱く押さえて規制する。

ステップＳ１５では、ポンプ２４でインクタンク２０Ｋからインクを圧送する。バルブ２６は開の状態になっているので、インクはサブタンク３０→記録ヘッド７Ｋ→バルブ２６→インクタンク２０Ｋへ循環される。

ステップＳ１６では、タイマーを使ってインク循環時間を管理し、時間が来ればステップＳ１７へ進む。

ステップＳ１７では、ポンプ２４を停止し、インク循環を止める。

ステップＳ１８では、バルブ２６を閉にする。

ステップＳ１９では、規制板４４で可撓性袋４０を押さえない状態（第２の規制量）にする。

ステップＳ２０では、ステップＳ１９の動作で記録ヘッドが負圧になったかを判断する。記録ヘッドが負圧になった場合（ステップＳ２０：ＹＥＳ）は印字準備が終わり、印字に備える。記録ヘッドが負圧でない場合（ステップＳ２０：ＮＯ）は負圧になるまでこのステップで待つ。この判断はタイマーを使って記録ヘッドが負圧になる時間より大きい時間を設定しておき、その時間を越えたことを監視すればよい。

以上に示したようにインクの初期導入、加圧／循環及び印字準備の機能が簡単な構成によって実現できるので安価で、確実で、短時間で実行できるインク供給系を備えたインクジェット記録装置が提供できる。

その他、インクジェット記録装置を構成する各構成の細部構成及び細部動作に関しても、本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。

本発明のインクジェット記録装置の主要部を示す斜視図である。 本発明のインクジェット記録装置に使用される記録ヘッドの斜視図である。 本発明の制御に関するブロック図である。 本発明のインク供給系の概略を示す構成図である。 本発明のインクの初期導入から印字準備までのインク供給処理手順を示すフローチャートである。 本発明の規制手段の概略を示す構成図である。 本発明の規制手段のインクの初期導入、加圧／循環、印字準備の状態を示す概略構造図である。 本発明のインクの加圧／循環から印字準備までのインク供給処理手順を示すフローチャートである。 本発明のインクタンクの一例を示す概略構造図である。

符号の説明

７Ｋ 記録ヘッド
９ インク導入口
１０ インク排出口
２０Ｋ インクタンク
２３ 第１の流路
２４ ポンプ
２５ 第２の流路
２６ バルブ
３０ サブタンク
４０ 可撓性袋
４１ インク流入口
４２ インク流出口
４３ カム
４４ 規制板
４５ バネ
４６ バネ

Claims (3)

1. インク滴を吐出するための複数のノズルを有する記録ヘッドと、
   前記記録ヘッドにインクを供給するインク供給手段と、
   前記記録ヘッドに供給されたインクを排出するインク排出手段とを有し、
   前記インク排出手段によって排出されたインクの少なくとも一部を前記インク供給手段に循環させるインクジェット記録装置において、
   前記インク供給手段は、インクを貯留するインクタンクと、
   インクタンクに貯留されたインクを前記記録ヘッドに圧送するポンプと、
   前記ポンプと前記記録ヘッドの間に設けられて前記ポンプで圧送されたインクを貯留する可撓性袋を有するサブタンクとを有し、
   前記インク排出手段は、排出されたインクを前記インクタンクへ流入させる流路にあってインクの流入を制御するバルブを有することを特徴とするインクジェット記録装置。
2. 前記サブタンクは、インクの初期導入や加圧／循環するときに前記可撓性袋の膨らみを第１の規制量とし、印字を行うときに前記可撓性袋の膨らみを第２の規制量とする規制手段を有す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. 前記サブタンクは、インクを初期導入するときに前記可撓性袋の膨らみを第３の規制量とし、インクを加圧／循環するときに前記可撓性袋の膨らみを第４の規制量とし、前記第３の規制量は前記第４の規制量より膨らみが小さい規制手段を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のインクジェット記録装置。

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