JP2006315412A - インクジェットプリンタ及びインクカートリッジの交換方法 - Google Patents

Abstract

【課題】インクジェットヘッドにインクが至る間に脱気の程度が落ちないようにし、長時間連続記録が可能なインク供給系の提供。
【解決手段】インクジェットプリンタ１は、脱気したインクを噴射して記録媒体に記録するインクジェットヘッド３と、インクを貯留する交換可能なインクカートリッジ４と、インクカートリッジ４からインクジェットヘッド３に至るインク通路５と、インク通路５に備えられ、可撓性部材によって密閉して形成された中間インク貯留部６と、インクカートリッジ４から中間インク貯留部側へ加圧してインクを供給するインク加圧供給手段７とを備え、インクカートリッジ４からインクジェット３に至るインク系を空気が混入しない密閉した構造とした。
【選択図】図１

Description

この発明は、インクを記録媒体に噴射して記録を行うインクジェットプリンタ及びインクカートリッジの交換方法に関する。

インクジェットプリンタには、インクカートリッジとサブタンクを持つインク供給系を備えるものがあり、このインク供給系に関する従来技術として、例えば特開昭５７−１２５０７９号公報に開示されるものがある。この技術は、注射器先端部からの気泡を供給系内に混入させないようにし、またインク残量検出をインクカートリッジではなくサブタンクにて行うものである。また、特開昭６０−２６２６５４号公報で提案される技術は、サブタンクに流入するインクの泡立ちを抑えるようにしたサブタンクに関するものである。
特開昭５７−１２５０７９号公報（第１頁〜第７頁、図１〜図１２） 特開昭６０−２６２６５４号公報（第１頁〜第６頁、図１〜図１０）

この発明は、インクジェットヘッドに与える負圧を一定に保つために従来のインクカートリッジを使うインク供給系の改良と脱気したインクを使用するインクジェットプリンタに適用するものであり、インクジェットヘッドにインクが至る間に脱気の程度が落ちないようにしたインク供給系を提案するものである。

また、分散インクのような沈降しやすいインクを使用するインクジェットプリンタに適用するインク供給方式をも提案するものである。分散インクを用いる場合、インクの凝集が生じやすく、凝集したインクが前述のサブタンクの中に沈降して溜まり、インクの流れを妨げることがある。

また、一般にインクを吐出させるためにインクの脱気度は低くする、すなわちインクに溶け込んだ気体の量を少なくする必要があり、このため、脱気したインクが極力空気に触れないよう、インクカートリッジからヘッドに至る系は密閉系である必要がある。

また、インクジェットヘッドにインクカートリッジを直接取り付けるものがあるが、インクカートリッジがインクジェットヘッドと一体に走査して移動するからインクカートリッジのインク容量が小さくなり、配置スペースの確保も容易でない。

さらに、従来のインクジェットプリンタでは、インクジェットヘッドに常に安定した負圧を与えることが困難であり、しかもインク交換時には、記録媒体への記録を一時停止する必要がある等の問題がある。

この発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、インクジェットヘッドにインクが至る間に脱気の程度が落ちないようにし、また沈降しやすいインクの使用を可能とし、かつ長時間連続して広幅、長尺記録が可能で、記録中にもインク交換が可能であり、さらにインクジェットヘッドヘの圧力のより安定化が可能であるインクジェットプリンタ及びインクカートリッジの交換方法を提供することを目的としている。

前記課題を解決し、かつ目的を達成するために、この発明の構成を以下のように構成した。

請求項１記載の発明は、『インクを噴射して記録媒体に記録するインクジェットヘッドと、
前記インクを貯留する交換可能なインクカートリッジと、
前記インクカートリッジから前記インクジェットヘッドに至るインク通路と、
前記インク通路に備えられ、可撓性部材によって形成された前記インクを貯
留する中間インク貯留部と、
前記インクカートリッジから前記中間インク貯留部側へ加圧してインクを供
給するインク加圧供給手段と、
前記インクカートリッジから前記中間インク貯留部への前記インク通路を開
閉する第１の開閉弁と、
前記中間インク貯留部に設けられ、前記インクカートリッジを接続する時に
混入する空気を放出する第２の開閉弁を備えた
ことを特徴とするインクジェットプリンタ。』である。

請求項２記載の発明は、『前記第２の開閉弁は、前記インクジェットヘッドより下方に設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリンタ。』である。

請求項３記載の発明は、『インクを噴射して記録媒体に記録するインクジェットヘッドと、
前記インクを貯留する交換可能なインクカートリッジと、
前記インクカートリッジから前記インクジェットヘッドに至るインク通路と、
前記インク通路に備えられ、可撓性部材によって形成された前記インクを貯
留する中間インク貯留部と、
前記インクカートリッジから前記中間インク貯留部側へ加圧してインクを供
給するインク加圧供給手段と、
前記インクカートリッジから前記中間インク貯留部への前記インク通路を開
閉する第１の開閉弁と、
前記中間インク貯留部に設けられ第２の開閉弁を、
備えたインクジェットプリンタにおける前記インクカートリッジの交換方法
において、
前記インクを有する前記インクカートリッジを前記インク通路に接続し、
前記第１の開閉弁を開にするとともに前記インク加圧供給手段によって前記
インクを前記中間インク貯留部に供給し、
前記第２の開閉弁を開くことにより前記インクカートリッジを前記インク通
路に接続した時に混入する空気を放出する
ことを特徴とするインクカートリッジの交換方法。』である。

請求項４記載の発明は、『前記第２の開閉弁は、前記インクジェットヘッドより下方に設けられている
ことを特徴とする請求項３に記載のインクカートリッジの交換方法。』である。

前記構成により、この発明は、以下のような効果を有する。

請求項１及び請求項３記載の発明では、インクを有するインクカートリッジをインク通路に接続し、第１の開閉弁を開にするとともにインク加圧供給手段によってインクを中間インク貯留部に供給し、第２の開閉弁を開くことによりインクカートリッジをインク通
路に接続した時に混入する空気を放出し、初期のインク導入時中間インク貯留部内に残る少量の気泡を取り除くことにより、脱気されたインクに再び溶け込む空気の量を減ずることができる。また、インクジェットヘッドヘの圧力をより安定化することができ、インクジェットヘッドにインクが至る間に脱気の程度が落ちないようにし、また沈降しやすいインクの使用を可能とし、かつ長時間連続して広幅、長尺記録が可能で、記録中にもインク交換が可能である。

請求項２及び請求項４記載の発明では、第２の開閉弁は、インクジェットヘッドより下方に設けられていることで、簡単な構造でインクジェットヘッド側へ脱気されたインクを供給することができる。

以下、この発明のインクジェットプリンタ及びインクカートリッジの交換方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明するが、この発明は、この実施の形態に限定されるものではないことは勿論である。

先ず、第１の実施の形態を図１及び図２に示す。図１はインクジェットプリンタの概略構成図、図２は中間インク貯留部のインク量を制御する状態を示す図である。

インクジェットプリンタ１は、脱気したインクを噴射して記録媒体２に記録するインクジェットヘッド３と、インクを貯留する交換可能なインクカートリッジ４と、このインクカートリッジ４からインクジェットヘッド３に至るインク通路５と、このインク通路５に備えられる可撓性部材で密閉して形成された中間インク貯留部６と、インクカートリッジ４からインク貯留部側へ加圧して供給するインク加圧供給手段７とを備えている。

このインクジェットプリンタ１では、脱気したインクを用いており、インクカートリッジ４からインクジェットヘッド３に至るインク供給系は、空気が混入しない密閉した構造になっている。記録媒体２としては、紙、フィルム等があるが特に限定されない。脱気インクとしては、インク中の溶存気体量が１ｐｐｍ程度のものが好ましい。

インク加圧供給手段７は、中間インク貯留部６よりインクカートリッジ４をＨ１高い位置に配置してインクの自然落差による供給構造であり、簡単な構造でインクカートリッジ４のインクを中間インク貯留部側に供給することができる。インクカートリッジ４は、樹脂で形成した密閉袋が好ましく用いられる。インクカートリッジ４の口栓４ａに、インク通路５を形成する可撓性チューブのインク針５ａの先端部が差し込まれ、これによりインク漏れなく接続可能な構造になっており、インクカートリッジ４の交換が容易である。

また、中間インク貯留部６は、インクジェットヘッド３に対してＨ２だけ下方位置に配置され、インクジェットヘッド３には水頭による負圧が与えられている。インクジェットヘッド３は、例えばピエゾ素子を用いて脱気したインクに圧力を与えて記録媒体２に噴射するものが好ましく用いられるが、特にピエゾ素子を用いたものに限定されない。

中間インク貯留部６は、例えば樹脂、ゴム等の可撓性部材で密閉して形成され、中間インク貯留部６の最上部には、混入する空気を抜くチューブ８が設けられている。

この実施の形態では、インクカートリッジ４のセットや交換に際し、インクカートリッジ４の口栓４ａにインク針５ａを差し込んでいるが、このときインク針５ａの先端部から空気がインク通路５内に混入することがあるため、混入する空気を抜くチューブ８が設けられている。空気を抜くチューブ８には、開閉弁１３が設けられ、インクカートリッジ４の交換等の初期時に開閉弁１３を開き、インクカートリッジ４からインクを開閉弁１３より高い位置まで供給して空気を抜き、この空気抜きが終了すると、開閉弁１３を閉じて中間インク貯留部６を密閉する。

このように、チューブ８が空気抜き手段を構成しているが、空気抜き手段は、中間インク貯留部６に設けられるチューブ８に限定されず、インクカートリッジ４とインクジェットヘッド３との間に設けられ、密閉系のインク通路に混入する初期導入時の混入する空気を抜くものである。

このように、インクカートリッジ４からインクジェットヘッド３に至るインク供給系に密閉して形成された中間インク貯留部６を配置して密閉されており、脱気したインクに空気が混入することが防止され、脱気したインクを用いて記録媒体２に噴射して安定した記録を行うことができる。また、インクジェットヘッド３に対して中間インク貯留部６を下方位置に配置して水頭による負圧を与えることで、長時間連続して広幅、長尺記録が可能であり、さらにインクジェットヘッド３ヘの圧力のより安定化が可能である。

また、この実施の形態では、インクカートリッジ４と中間インク貯留部６との間に、開閉弁１０を配置している。インクカートリッジ４をインク通路５に接続し、開閉弁１０を開いてインクを中間インク貯留部側に供給し、インク供給系にインクカートリッジ４を接続する初期時に混入する空気抜き後に閉じる。

また、インクジェットプリンタ１は、中間インク貯留部６に貯留されるインク量を検出するインク量検出手段１１と、このインク量に基づき開閉弁１０を制御する制御手段１２とを備えている。インク量検出手段１１の上検出部１１ａと下検出部１１ｂが、中間インク貯留部６の上部６ａに乗せた移動体１１ｃの上限位置と下限位置とを検出するように構成される。移動体１１ｃは、ガイド１１ｄにより支持され、 自重により中間インク貯留部６の上部に乗せてある。

中間インク貯留部６内のインク量が少なくなると、中間インク貯留部６の上部の６ａ位置が下がり、移動体１１ｃが下がるため、インク量検出手段１１の下検出部１１ｂが上部６ａの下限位置を検出し、この検出信号に基づき制御手段１２が開閉弁１０を開き、インクカートリッジ４からインクが中間インク貯留部側へ供給される。このインクの供給により中間インク貯留部６内のインク量が多くなると、中間インク貯留部６の上部６ａの位置が上り、移動体１１ｃが連動して上がりインク量検出手段１１の上検出部１１ａが上部６ａの上限位置を検出すると、この検出信号に基づき制御手段１２が開閉弁１０を閉じ、インクカートリッジ４からのインクの供給が停止される。

このように、中間インク貯留部６に貯留されるインク量を検出し、このインク量に基づき開閉弁１０を制御することで、中間インク貯留部側へのインクの供給を適切に行うことができ、インクジェットヘッド３ヘの圧力をより安定化することができる。なお、インク量検出手段１１は、中間インク貯留部６の重量からインク量を検出するようにしてもよい。

また、分散インクを用いる場合には凝集が生じ易く、凝集したインクが中間インク貯留部６の中に沈降して溜まり、インクの流れを妨げる場合がある。このような事態が生じても、中間インク貯留部６を可撓性部材で形成することで、中間インク貯留部６を手でもみほぐすことにより、凝集したインクの沈降をほぐし、インクの流れをスムーズにすることが可能となる。さらに、中間インク貯留部６ごと新品と交換することも安価にできる。

次に、第２の実施の形態を図３に示す。図３はインクジェットプリンタの概略構成図である。この実施の形態では、図１及び図２の実施の形態と同じように構成されるものは同じ符号を付して説明を省略する。

この実施の形態では、インク加圧供給手段７が、一対の絞りローラ２０を制御手段１２の制御により回転し、インクカートリッジ４をつぶして絞り出しによる供給であり、インクカートリッジ４の配置位置にかかわらず中間インク貯留部側へのインクの供給を適切に行うことができる。また、インクカートリッジ４をつぶして絞り出しによる簡単な構造で、中間インク貯留部側にインクを供給することができる。

次に、第３の実施の形態を図４に示す。図４はインクジェットプリンタの概略構成図である。この実施の形態では、図１及び図２の実施の形態と同じように構成されるものは同じ符号を付して説明を省略する。

この実施の形態では、インク加圧供給手段７が、チューブポンプ３０による供給であり、インクカートリッジ４の配置位置にかかわらず中間インク貯留部側へのインクの供給を適切に行うことができる。チューブポンプ３０は、中間インク貯留部６とインクカートリッジ４との間に備えられ、チューブポンプ３０の位置は特に限定されない。

この実施の形態では、インクカートリッジ４の配置位置にかかわらず中間インク貯留部側へのインクの供給を適切に行うことができ、しかも中間インク貯留部６とインクカートリッジ４との間に備えられるチューブポンプ３０による簡単な構造で中間インク貯留部側にインクを供給することができる。

さらに、この発明の中間インク貯留部の形状と材質、インクの導入方法、中間インク貯留部の内圧力、インクカートリッジ、分散インクに適用する場合の実施例についてより具体的に説明する。
［中間インク貯留部の形状と材質］
中間インク貯留部の形状は、図５及び図６に示すように丸袋１００、角袋２００等色々あるが、２枚のシートを貼り合わせた平袋がよい。図５では２枚のシート１０１を、図６では２枚のシート２０１をヒートシール１０１ａ，２０１ａにより貼り合わせた平袋で示している。

そして形状は、丸形より四角が高さ方向の変位量が多く従って容量が多く中間袋として有効である。材質は空気透過率の低いアルミニウム、ナイロン、ＰＥＴ等のラミネートしたシートを用いるとよい。特に、アルミニウム層の厚さは７ミクロン以上が空気透過率のために効果がある。袋の内側にはヒートシール性のあるポリエチレン（ＰＥ）を用いる。

使用した袋に用いたシートのラミネート層構成の一例を示す。又大きさは１辺が１００ｍｍを使用した。ナイロン１５ミクロン、アルミニウム７ミクロン、ポリエチレン（ＰＥ）６０ミクロンとし、この使用した袋の形状は、図５及び図６に示す。
［インクの導入方法］
インクの初期導入の注意点は、中間インク貯留部の袋内の気泡を完全に取り除くことにある。即ち、完全な気液置換であり、この場合、予め中間インク貯留部の袋を完全にインクで満たされたものを取り付けることも可能であるが、一般には空の状態においてインクを導入することが多い。初期導入時に中間インク貯留部の袋に残る気泡は泡抜き作業にてヘッド側に抜き出す。又は上部に気泡をためて泡抜きパイプに付く弁を開いて泡を抜き出す。そして、中間インク貯留部の袋内はインクで完全に満たされる。

具体的には図１を用いて説明する。インクカートリッジ４は容量１リットルの空気バリヤー性のある可撓性の長方形の平袋を用いた。口栓４ａはゴム、インク通路５を形成する可撓性チューブの先端のインク針５ａに接続する。可撓性チューブの太さは表面張力の影響で液が押し止まる力を小さくするため、内径３ｍｍを用いた。開閉弁１０を開にするとインクは下方に流出し中間インク貯留部の袋にたまる。この時空気は中間インク貯留部の袋内上部に溜まる。この空気を開閉弁ｌ３を開いて放出し、そして開閉弁１３を閉じ中間インク貯留部の袋を密閉する。開閉弁１３の位置はインクジェットヘッド３より下側であることが望まししい。他の空気抜きの方法は、インクの出側口を最も高い位置に置きインクと共にインクジェットヘッド３側に流出させる場合もある。この作業は通常のインクジェットプリンタで行うインク吸引作業と全く同じである。
［中間インク貯留部の内圧力］
インクカートリッジ４の袋より開閉弁１０を開いて中間インク貯留部の袋にインクを供給している時も、閉でインク供給が無いときも圧力の変化は無視できるほど小きい。通常のインク袋からのインク供給方式の圧力変化以下であった。更に詳しく言えばインクカートリッジ４はインク供給の無いときはインクジェットヘッド３よりもち出されるインクで収縮する方向に圧力が働く、またインクが流入することにより膨張する方向に圧力を生じる。この圧力は中間インク貯留部の袋の形状か満タンにならない範囲では小さい。通常の使用範囲は、中間インク貯留部の袋の満タンに対して６〜８割の範囲で使用するのがインクジェットヘッド３のインク使用から好都合である。
［インクカートリッジ］
上部に置いたインクカートリッジ４は絞り出しをしないでも使用上問題にならないくらいにインクは中間インク貯留部の袋に流出した。インクカートリッジ４のインク残量検知は開閉弁１０が開になってから１分以内に満タンにならない時は、インク切れと判断する方法、またインクカートリッジ４にインク残量検知機を取り付けることもよい。
［分散インクに適用する場合］
分散インクを用いるときは、中間インク貯留部の袋にインクの沈降物が溜まる場合がある。この時中間インク貯留部の袋を手で押し揉みすることにより内部のインクを撹拌し長期間の使用が可能になる。さらに、沈降が激しく堆積した様な場合は、中間インク貯留部の袋を新品と交換してもコスト的に従来のインクタンクより安価である。

次に、この発明の優位性を従来の技術と比較して表に示す。

この表に明らかなように、この発明は、インクの使用始めから終わりまでの圧力変化が２０ｍｍ以内であり、従来のインク袋で供給し、負圧を設定する従来技術１のものより圧力変化を小さくすることができた。また、この発明は、インクの連続供給が可能であり、連続供給が不可能な従来技術１及びスポンジを挿入したインクカートリッジの従来技術２より優れている。

また、この発明は、インクカートリッジとインク針で接続する時に空気が混入して泡が生じることがあるが、従来技術１と同様に脱気インクで溶かし込むことができる。これに対して、従来技術２、サブパック供給の特開昭５７−１２５０７９号の従来技術３及びサブパック供給の特開昭５７−１２５０７９号の従来技術４は、インク供給系が開放されており、脱気インクを使用することができない。

さらに、この発明は、空気抜き手段を設けて中間インク貯留部の泡抜きを行うことができ、従来技術３より優れている。また、分散インクを用いるときに、中間インク貯留部の袋にインクの沈降物が溜まる場合があっても、中間インク貯留部の袋を手で押し揉みすることにより使用が可能になり、従来技術２乃至従来技術４より優れ、かつ安価である。

また、インクカートリッジからインクジェットヘッドに至るインク供給系に密閉して形成された中間インク貯留部を配置して密閉されており、インクジェットヘッドにインクが至る間に脱気の程度が落ちないようにし、脱気したインクを用いて記録媒体に噴射して安定した記録を行うことができる。また、分散インクを用いる場合、インクの沈降のために中間インク貯留部の中に凝集したインクが沈降して溜ることがあっても、この時間インク貯留部を手でもみ沈降をほぐすことができ、さらに間インク貯留部ごと新品と交換することも安価にできる。

また、インクジェットヘッドに対して中間インク貯留部を下方位置に配置して水頭による負圧を与えることで、インクカートリッジを任意の位置に配置することが可能であり、インクジェットプリンタ設計上の制約が軽減され、かつ長時間連続して広幅、長尺記録が可能で、記録中にもインク交換が可能であり、さらにインクジェットヘッドヘの圧力のより安定化が可能である。

また、開閉弁を開いて中間インク貯留部にインクを供給し、その後開閉弁の制御により中間インク貯留部の形状をほぼ一定の範囲に保ちインクジェットヘッドヘの圧力をより安定化することができる。

また、中間インク貯留部に貯留されるインク量を検出し、このインク量に基づき開閉弁及び／またはインク加圧供給手段を制御するから、インクカートリッジの配置位置にかかわらず中間インク貯留部側へのインクの供給を適切に行うことができる。

また、初期のインク導入時中間インク貯留部内に残る少量の気泡を取り除くことにより、脱気されたインクに再び溶け込む空気の量を減ずることができる。また、インクジェットヘッドヘの圧力をより安定化することができる。

また、中間インク貯留部よりインクカートリッジを高い位置に配置してインクの自然落差による供給であり、簡単な構造で中間インク貯留部側にインクを供給することができる。

また、インクカートリッジの配置位置にかかわらず中間インク貯留部側へのインクの供給を適切に行うことができ、しかもインクカートリッジをつぶして絞り出しによる簡単な構造で中間インク貯留部側にインクを供給することができる。

また、インクカートリッジの配置位置にかかわらず中間インク貯留部側へのインクの供給を適切に行うことができ、しかも中間インク貯留部とインクカートリッジとの間に備えられるチューブポンプによる簡単な構造で中間インク貯留部側にインクを供給することができる。

この発明は、インクを記録媒体に噴射して記録を行うインクジェットプリンタ及びインクカートリッジの交換方法に適用でき、インクジェットヘッドにインクが至る間に脱気の程度が落ちないようにし、また沈降しやすいインクの使用を可能とし、かつ長時間連続して広幅、長尺記録が可能で、記録中にもインク交換が可能であり、さらにインクジェットヘッドヘの圧力のより安定化が可能である。

第１の実施の形態のインクジェットプリンタの概略構成図である。 中間インク貯留部のインク量を制御する状態を示す図である。 第２の実施の形態のインクジェットプリンタの概略構成図である。 第３の実施の形態のインクジェットプリンタの概略構成図である。 ２枚のシートを用いて形成した丸袋を示す図である。 ２枚のシートを用いて形成した角袋を示す図である。

符号の説明

１ インクジェットプリンタ
２ 記録媒体
３ インクジェットヘッド
４ インクカートリッジ
５ インク通路
６ 中間インク貯留部
７ インク加圧供給手段

Claims (4)

1. インクを噴射して記録媒体に記録するインクジェットヘッドと、
   前記インクを貯留する交換可能なインクカートリッジと、
   前記インクカートリッジから前記インクジェットヘッドに至るインク通路と、
   前記インク通路に備えられ、可撓性部材によって形成された前記インクを貯
   留する中間インク貯留部と、
   前記インクカートリッジから前記中間インク貯留部側へ加圧してインクを供
   給するインク加圧供給手段と、
   前記インクカートリッジから前記中間インク貯留部への前記インク通路を開
   閉する第１の開閉弁と、
   前記中間インク貯留部に設けられ、前記インクカートリッジを接続する時に
   混入する空気を放出する第２の開閉弁を備えた
   ことを特徴とするインクジェットプリンタ。
2. 前記第２の開閉弁は、前記インクジェットヘッドより下方に設けられている
   ことを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリンタ。
3. インクを噴射して記録媒体に記録するインクジェットヘッドと、
   前記インクを貯留する交換可能なインクカートリッジと、
   前記インクカートリッジから前記インクジェットヘッドに至るインク通路と、
   前記インク通路に備えられ、可撓性部材によって形成された前記インクを貯
   留する中間インク貯留部と、
   前記インクカートリッジから前記中間インク貯留部側へ加圧してインクを供
   給するインク加圧供給手段と、
   前記インクカートリッジから前記中間インク貯留部への前記インク通路を開
   閉する第１の開閉弁と、
   前記中間インク貯留部に設けられ第２の開閉弁を、
   備えたインクジェットプリンタにおける前記インクカートリッジの交換方法
   において、
   前記インクを有する前記インクカートリッジを前記インク通路に接続し、
   前記第１の開閉弁を開にするとともに前記インク加圧供給手段によって前記
   インクを前記中間インク貯留部に供給し、
   前記第２の開閉弁を開くことにより前記インクカートリッジを前記インク通
   路に接続した時に混入する空気を放出する
   ことを特徴とするインクカートリッジの交換方法。
4. 前記第２の開閉弁は、前記インクジェットヘッドより下方に設けられている
   ことを特徴とする請求項３に記載のインクカートリッジの交換方法。