JP2006256087A - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
メインタンク内の高価なインクを無駄にすることなく使い切ることが可能なインクジェット記録装置を提供する。
【解決手段】
メインタンク（１０）からサブタンク（５）へのインク補給は、インク補充ポンプ（２１）を使用し、サブタンク（５）内に設けた複数のインクレベルセンサ（３６）の出力とインク補充ポンプ（２１）の動作回数から、メインタンク（１０）のインク残量を検出する
【選択図】 図１

Description

本発明は、インク残量検出手段を備えたインクジェット記録装置に関する。

図４に、従来のインク供給系の構成を示した。図を参照しながら各機構部を説明する。従来のインクジェット記録装置は、ノズルよりインク滴を吐出して記録ドットを形成する記録ヘッド１と記録ヘッド１へインクを供給するためのインク供給系に大別できる。一般的に、インク供給系は、メインタンク１０とサブタンク５を設けている。記録ヘッド１との水頭差hを一定に保つために固定されたサブタンク５は、サブタンク５内のインク量をセンサ（図示なし）により検出して、必要時にメインタンク１０からインクを補給するように構成されている。メインタンク１０は、サブタンク５より高い位置に設置し、水頭差による加圧でメインタンク１０からサブタンク５にインクを補給する。このとき、電磁弁７と電磁弁１１を駆動制御する。電磁弁１１を閉じた状態で電磁弁７を開かないと、メインタンク１０と記録ヘッド１の水頭差が大きいため、記録ヘッド１からインクが漏れ出してしまう。これを防止するため、サブタンク５へのインク補給時は、電磁弁７を開き電磁弁１１を閉じてインクの補充を行う。このように２種のインクタンクの構成で、インクの補充はメインタンク１０を交換することで行っていた。
サブタンク５よりインクの流れの下流側には、インクを濾過するためのフィルタ４ａを搭載したフィルタユニット４を配設している。フィルタ４ａは、記録ヘッド１のノズル詰まりを発生させるゴミやインク凝集物などの流入を防止する。フィルタユニット４の下流側には、記録ヘッド１を単一又は複数個配設している。フィルタユニット４とインレット１ａをチューブで連結して記録ヘッド１にインクを供給していた。
また、円弧状の内壁面を持つケーシングに軟質チューブを沿わせ、ロータに取り付けたローラでチューブを押しつぶしながらインクを下流側に送るポンプ機構により、ロータの回転数からインク消費量を求め、インクタンクのインク残量を検知する方法が提案されていた（例えば、特許文献1参照）。

特開平８−２３８７８３号公報

しかし、上記したような従来の構成においては、印刷中はメインタンク１０からサブタンク５へインクの補給ができないため、一定時間経過後に印刷を止めてインクを補給しなければならなかった。インクはメインタンク１０とサブタンク５の水頭差により補給するため、同一量のインクを補給する場合でもメインタンク１０のインク残量が少なくなるにつれ、補給終了までの時間が長くなる。メインタンク１０は、一定時間内にサブタンク５へのインク補給が終了しない場合にインク残量が少ないと判断するため、インク補給用に設けた一定時間を長めに設定したり、メインインク袋を可撓性の材料で構成しても、メインタンク１０のインクをすべて使い切ることは困難であった。
また、特許文献１のプリンタに適用されているポンプ機構は、ロータの回転数からインク消費量をカウントしてインクタンクのインク残量を検知すると記載されている。しかしながら、インクタンクの初期のインク量が一定であっても、ポンプ機構は性能にばらつきがあり、経時変化を考慮するとインク残量がゼロになるまでインクを使い切ることは困難であった。具体的には、インク残量がゼロになるまで使用する設定にすると、インク残量がゼロの状態においてもインク供給動作を続けてしまい、記録ヘッド１が吐出不良を起こしてしまう可能性がある。このため、一定量のインクが残っている間にメインタンク１０を交換せざるを得ず、インクを使い切ることは困難であった。

本発明は、インクを吐出して記録媒体に記録を行う記録ヘッドと、該記録ヘッドに供給するインクを保持するメインタンクと、該メインタンクから前記記録ヘッドへインクを供給するためのインク供給路と、該インク供給路の途中に設けられたインクを一時的に保持するサブタンクと、該サブタンク内のインク量を検出する複数のインクレベルセンサと、前記サブタンクを密閉保持する密閉容器と、該密閉容器内を負圧に調整する負圧調整機構とを備えたインクジェット記録装置において、前記メインタンクと前記サブタンク間の前記インク供給路に第一の電磁弁を設け、該電磁弁の下流で二つの流路に分岐した第一の流路にインク補充ポンプを設け、第二の流路に第二の電磁弁を設け、前記サブタンクと前記記録ヘッド間の前記インク供給路に第三の電磁弁を設けるとともに、前記複数のインクレベルセンサの出力と前記インク補充ポンプの動作回数から、前記メインタンクのインク残量ゼロを検出することを特徴とする。

また、インク残量ゼロの検出後一時的に、前記負圧調整機構により前記密閉容器内を加圧することを特徴とする。

また、前記インク補充ポンプは、インクが搬送方向と逆方向に逆流することを防止する逆止弁を内蔵し、該逆止弁は前記インク補充ポンプが液体を搬送する方向に−３０００Ｐａの負圧が付加されてもインク漏れがない状態にインクを塞き止めて保持することができる液体定量ポンプであることを特徴とする。

本発明によれば、サブタンク内に設けたインクレベルセンサの出力とインク補充ポンプの動作回数を元に、メインタンクのインク残量ゼロを検出することができる。

これにより、メインタンク内の高価なインクを無駄にすることなく使い切ることが可能なインクジェット記録装置を提供することができる。

図１を参照して本発明のインクジェット記録装置の全体構成について説明する。

インクの流れ方向を、メインタンク１０を上流、記録ヘッド１側を下流側として説明する。

メインタンク１０はオペレータが容易に脱着可能に保持する。インク流路は、メインタンク１０から第一の電磁弁２０を通り、その下流でインクを輸送するインク補充ポンプ２１を配置する第一の流路２３と、第二の電磁弁２２を配置する第二の流路２４とに分岐する。第一の流路２３と第二の流路２４はともに負圧リザーバ３０に連結する。負圧リザーバ３０のインク導入部材３１は第一の流路２３と第二の流路２４を連結し、単一の流路に統合する。インク導入部材３１には、アルミ樹脂をラミネートしたサブタンク５が単一の口部で接続してある。サブタンク５は口部外周に形成されたネジ部にてインク導入部材３１に固定される。このため、サブタンク５のインク導入口は単一となる。サブタンク５は密閉容器３２により密閉保持される構成となっている。密閉容器３２には、負圧を発生させるための負圧調整機構４０と接続する開口部３３を設置する。負圧調整機構４０は、チューブポンプなどを使用した空気吸引ポンプ４１、空気補充ポンプ４２、大気開放の切替えを行う電磁三方弁４３及び圧力センサ４４を備えている。負圧調整は、図示していない制御回路が圧力センサ４４の信号に従い、空気吸引ポンプ４１と空気補充ポンプ４２の動作を制御することにより行う。

負圧リザーバ３０の下流には、第三の電磁弁３５および記録ヘッド１が配設されている。メインタンク１０から記録ヘッド１までのインク流路は、全てステンレス製のパイプと継ぎ手を使用し、インクの脱気状態を長期間確保するようにすることが望ましい。

通常、記録ヘッド1のノズル部のインクに最適となる負圧は、−１００〜−３００Ｐa程度である。この負圧を発生させるために、密閉容器３２内の空気を吸引し、サブタンク５内のインクに適正な負圧を与えるようにする。

記録ヘッド１がインクを消費すると、サブタンク５内のインクが減少し、サブタンク５が収縮する。このため、インク消費に応じてメインタンク１０からインクを補充する。密閉容器３２内にはサブタンク５のインクレベルを検出するレベルセンサ３６を設置し、インク量を検出する。

また、メインタンク１０からサブタンク５へのインク補充は、インク補充ポンプ２１で行う。負圧リザーバ３０が負圧になった時に、インク補充ポンプ２１内のインクにも同等の負圧がかかるため、インク補充ポンプ２１は負圧に対抗しインクを塞き止め保持できるポンプであることが好ましい。保持できない場合は、負圧によりメインタンク１０のインクを負圧リザーバ３０が吸入しつづけることになり、負圧発生及び調整ができなくなってしまう。

このため、輸液方向に対しある程度の負圧がかかってもインクを塞き止め保持する逆止弁（チェックバルブ）を搭載した液体定量ポンプを使用するとよい。このタイプの液体定量ポンプの逆止弁としてはダックビルタイプを使用しているものが多い。液体定量ポンプの塞き止め保持する負圧としては約−３０００Ｐａ程度であればよく、インク消費に連動してインクを輸送するようにするとよい。また、インク補充ポンプ２１の圧力脈動が±１００Ｐａ程度と小さくできる場合には、記録ヘッド１が印刷している間でも連続してインク補充を行うことができる。なお、インク補充ポンプ２１は、定量吐出型の液体ポンプ、例えばダイアフラムポンプを使用することが好ましい。
通常、印刷時においては、記録ヘッド１が消費したインクの量を常時補うようにインク補充ポンプ２１を作動し、第一の流路２３のみをインクが流れるようにする。

しかしながら、記録ヘッド１の定期的な吐出回復操作として、記録ヘッド１より図示していない吸引機構にてインクを吸い出すパージ動作が行われる。記録ヘッド１のノズルは連続吐出したり、一定時間吐出が行われず放置された場合、ノズル部のインク濡れや乾燥によりインクの吐出が十分に行われなくなる場合がある。この場合の吐出状態を回復させる保全動作としてパージ動作を設けている。このパージ動作で記録ヘッド１から吸引されるインク量は、通常印刷時に吐出にて消費されるインク量に比べ、単位時間あたりにするとはるかに多量である。このため、1回のパージ動作にてサブタンク５内のインクが多量に減少してしまう。この状態からインク補充ポンプ２１のみで再び元のインクレベルに戻す場合時間を要する。

このため、パージ動作後は短時間で元のインクレベル、すなわち印刷スタンバイ状態に戻す必要があり、この時間を短縮するために負圧リザーバ３０にインクを流すためのバイパス経路として第二の流路２４を設ける構成にするとよい。第二の流路２４は第二の電磁弁２２を開けることで開通し、負圧リザーバ３０の負圧及び負圧リザーバ３０とメインタンク１０との水頭差により流量が多く短時間にインクをサブタンク５に補充できる。

次に、メインタンク１０のインク残量ゼロの検出方法について、図２及び図３を参照して説明する。
図２は、サブタンク５内のインクレベルセンサ３６の配列を示す概略図である。一般的にインクレベルセンサ３６には、サブタンク５の膨らみをレバーを使用してインク量の変位に変換しレバー位置を検知するフォトインタラプタが使用される。また、インクレベルセンサ３６は、Ｓ１、Ｓ２およびＳ３の３個のセンサから構成される。サブタンク５の適正インク量はセンサＳ２の信号で管理する。制御手段５０によりサブタンク５のインクレベルが図２に示すＳ２とＳ３間のＦＵＬＬ状態になるようにメインタンク１０よりインクを補給する。なお、センサＳ１は、印刷中にインク補充が間に合わない場合に動作する。図中に示すＥＭＥＲ（１）となった場合には、制御手段５０により印刷を停止する。一方センサＳ３は、規定量以上にインクが補給された場合に動作する。図中に示すＥＭＥＲ（２）となった場合には、制御手段５０によりインク補充ポンプ２１を強制的に停止する。

図３は、インク補給動作におけるメインタンク１０のインク残量ゼロを検出するブロック図である。図において、インク補充ポンプ２１は、Ｎ１回動作で、インクレベルセンサ３６のＳ１からＳ２のセンサまでのインクを補給できる性能である。また、Ｎ２回はＮ１回よりも小さい値である。なお、インク補給動作中においては、メインタンク１０のインク残量がゼロになった場合にもインク補充ポンプ２１は動作を続け、圧力差により動作できなくなった場合にも動作タイミング時に電流は流れるため、インク補充ポンプ２１は制御上動作しているとみなすことができる。

インク補給動作において印刷が可能なインクレベルがＥＭＰＴＹ（１０１）の場合について説明する。インクジェット記録装置が印刷中（１０２）、インクレベルがＥＭＰＴＹとＦＵＬＬ領域に交互になる場合、インク補充ポンプ２１は間欠動作（１０５）により、サブタンク５内のインク量が適切になるようにメインタンク１０からインクを補給する。また、インクレベルが常にＥＭＰＴＹ領域にある場合に、インク補充ポンプ２１は連続動作（１０３）となる。印刷の続行によりインクレベルがＥＭＥＲ（１）に低下すると印刷を停止（１０４）する。

印刷停止中（１０６）においては、インク補充ポンプ２１は連続動作（１０７）を続け、Ｎ１回の動作においてもインクレベルがＦＵＬＬにならない場合は、メインタンク１０のインク残量がゼロ（１０８）と判断する。

記録ヘッド１のノズル回復用の保全動作であるパージ中およびパージ直後（１０９）において、インク補充ポンプ２１が連続動作（１１０）を続け、Ｎ１回の動作においてもインクレベルがＦＵＬＬにならない場合は、メインタンク１０のインク残量がゼロ（１１１）と判断する。

次に、インク補給動作において印刷が不能なインクレベルがＥＭＥＲ（１）（１１２）の場合について説明する。インクジェット記録装置が印刷できない状態であっても、インク補充ポンプ２１は連続動作（１１３）を続け、Ｎ２回の動作においてもインクレベルがＥＭＰＴＹにならない場合は、メインタンク１０のインク残量がゼロ（１１４）と判断する。

なお、メインタンク１０のインク残量ゼロを検出後に、以下に示す動作を追加することにより装置の信頼性は向上する。メインタンク１０の剛性や定量吐出型液体ポンプ（ダイアフラムポンプ）の吐出性能によっては、インク残量ゼロの検出時にメインタンク内が負圧になり、メインタンク１０の交換時にインク配管内にエアーが混入する恐れがある。インク配管内へのエアー混入対策として、記録ヘッド１側の第三の電磁弁３５を閉じ、負圧リザーバ３０からメインタンク１０に通じる第二の電磁弁２２と第一の電磁弁２０を開けた後、空気補充ポンプ４２にて負圧リザーバ３０を加圧にして、メインタンク１０に少量のインクを流し込む。実際には、メインタンク１０にインクを流し込む必要はなく、メインタンク１０の負圧を解消する程度で良い。

これらの動作の後に、メインタンク１０の交換についての情報を表示手段５１に表示する。
本発明は、このような従来の技術的課題を鑑みてなされたものであり、インクの吐出性能に影響を与えずにサブタンクにインクを供給し、メインタンクのインク残量ゼロを監視できる手段を備えたインクジェット記録装置を提供することを目的とする。

さらに、各種容器から流体を取り出し、容器内流体の有無の検知が必要な装置にも適用できる。

本発明のインクジェット記録装置の一実施例を示す概略図。 サブタンク内のインクレベルセンサの配列を示す概略図。 メインタンクのインク残量ゼロを検出するブロック図。 従来のインクジェット記録装置の一実施例を示す概略図。

符号の説明

１ 記録ヘッド
１ａ インレット
４ フィルタユニット
４ａ フィルタ
５ サブタンク
７ 電磁弁
１０ メインタンク
１１ 電磁弁
２０ 第一の電磁弁
２１ インク補充ポンプ
２２ 第二の電磁弁
２３ 第一の流路
２４ 第二の流路
３０ 負圧リザーバ
３１ インク導入部材
３２ 密閉容器
３３ 開口部
３５ 第三の電磁弁
３６ インクレベルセンサ
４０ 負圧調整機構
４１ 空気吸引ポンプ
４２ 空気補充ポンプ
４３ 電磁三方弁
４４ 圧力センサ
５０ 制御手段
５１ 表示手段

Claims (3)

1. インクを吐出して記録媒体に記録を行う記録ヘッドと、該記録ヘッドに供給するインクを保持するメインタンクと、該メインタンクから前記記録ヘッドへインクを供給するためのインク供給路と、該インク供給路の途中に設けられたインクを一時的に保持するサブタンクと、該サブタンク内のインク量を検出する複数のインクレベルセンサと、前記サブタンクを密閉保持する密閉容器と、該密閉容器内を負圧に調整する負圧調整機構とを備えたインクジェット記録装置において、前記メインタンクと前記サブタンク間の前記インク供給路に第一の電磁弁を設け、該電磁弁の下流で二つの流路に分岐した第一の流路にインク補充ポンプを設け、第二の流路に第二の電磁弁を設け、前記サブタンクと前記記録ヘッド間の前記インク供給路に第三の電磁弁を設けるとともに、前記複数のインクレベルセンサの出力と前記インク補充ポンプの動作回数から、前記メインタンクのインク残量ゼロを検出することを特徴とするインクジェット記録装置。
2. インク残量ゼロの検出後一時的に、前記負圧調整機構により前記密閉容器内を加圧することを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録装置。
3. 前記インク補充ポンプは、インクが搬送方向と逆方向に逆流することを防止する逆止弁を内蔵し、該逆止弁は前記インク補充ポンプが液体を搬送する方向に−３０００Ｐａの負圧が付加されてもインク漏れがない状態にインクを塞き止めて保持することができる液体定量ポンプであることを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録装置。
   

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