JP2007007902A - インクタンク及びインクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 インク袋を使用したインクタンクから供給されるインクの記録ヘッドによる吐出安定性を、より簡便な構成で確保する。
【解決手段】 インクカートリッジ２０は、記録ヘッド１２の上方に配置される。インクカートリッジ２０には、ノズル内圧を負圧に維持するための負圧発生部材２８が収納される負圧発生室２６と、この負圧発生室２６に補給されるインクを貯留する貯留室２５が設けられている。貯留室２５内のインクはインク袋３７に収納されている。このインク袋３７の口は、補給口２７ａに取り付けられており、この補給口２７を通じて、負圧発生室２６内にインクが送り込まれる。負圧発生室２６の上部には、インク減少に伴って大気を導入する第１大気導入口４１が設けられており、貯留室２５の上部には、インク減少に伴って大気を導入する第２大気導入口４７が設けられている。
【選択図】 図４

Description

本発明は、インク吐出方式の記録ヘッドへ供給するインクを収納するインクタンク及びこのインクタンクを用いたインクジェット記録装置に関するものである。

インクを吐出する吐出口が設けられたインク吐出方式の記録ヘッドを備え、この記録ヘッドからインクを液滴として吐出しこれを用紙に付着させて画像を記録する、いわゆるインクジェット記録装置が知られている。インクジェット記録装置には、インクを収納するインクタンクが設けられており、このインクタンクから記録ヘッドへインクが供給される。記録ヘッドは、例えば、吐出口が形成されたノズルと、ピエゾ素子によって駆動される振動板とを備えており、振動板の振動による圧力変化を利用して、インクタンクからインクをノズルへ吸引して吐出口から噴射する。

インクは消耗品であるため、その補充の便宜を考慮して、インクタンクは、インクジェット記録装置に交換可能に取り付けられるカートリッジタイプのものが多い。このカートリッジタイプのインクタンク（以下、インクカートリッジという）は、インクが使い切られて空になると、インクが充填された新しいインクカートリッジに交換される。インクカートリッジが取り付けられるカートリッジ装着部には、記録ヘッドへインクを供給するためのインク供給針が配置されており、インクカートリッジとノズルとは、前記インク供給針を含むインク供給路によって接続される。

このインクカートリッジとして、インクが封入される可撓性のインク袋と、このインク袋を保護するケースとからなるインクカートリッジを使用したインクジェット記録装置が知られている（下記特許文献１）。大気がインクと接触すると、気体がインクに溶解してインク内に気泡が発生したり、酸素とインクに含まれる成分とが反応してインクの変質が生じる。そこで、インクと大気との接触を避けるために、インク袋を使用したインクカートリッジが利用される。

また、インクは記録ヘッドのノズルから吐出されるが、インクの荷重によってノズル先端からインク漏れが生じないように、ノズル内部の圧力（以下、ノズル内圧という）は大気に対して負圧にされる。上記インクカートリッジが記録ヘッドよりも上方にある場合には、そのままでは、インクカートリッジ内のインクの荷重によってノズル内圧が加圧されて負圧を維持できなくなってしまうため、下記特許文献１記載のインクジェット記録装置では、インク袋とケースとの間の隙間空間を吸引ポンプによって負圧にすることにより、ノズル内圧を負圧に維持するようにしている。

このノズル内圧は、インク袋内のインク残量が減少すると、負圧が大きくなり、これにより吐出量が減少して印画濃度が低下してしまう。そこで、下記特許文献１記載のインクジェット記録装置では、ノズル内圧を測定する圧力センサを設けて、その測定値に応じて前記吸引ポンプの吸引量を調節することにより、ノズル内圧が規定範囲に維持されるように制御している。これにより、記録ヘッドの吐出安定性が確保される。
特開２００３−３００３３１号公報

しかしながら、吸引ポンプによりインク袋を収容するケース内圧を調節して、ノズル内圧を負圧に保つ方法は、装置構成が複雑化する傾向があるため、そうした懸念の無いより簡便な方法が望まれていた。

本発明の目的は、インク袋を使用したインクタンクからインク供給を受ける記録ヘッドの吐出安定性を、より簡便な構成で確保することを目的とする。

本発明のインクタンクは、インクを吐出するノズルを有する吐出方式の記録ヘッドへ供給するインクを収納するインク収納室が形成されたケースと、このケースの底部に設けられ前記記録ヘッドの吸引によって前記インク収納室からインク供給路へインクを取り出すインク取出部とを備えており、前記インク収納室には、毛管力によって、インクを吸収して保持するとともに前記インク取出部を介して接続される前記ノズルの内圧を負圧に保つ負圧発生部材を収納する負圧発生室と、この負圧発生室と隔壁によって仕切られており、前記負圧発生室に補給するインクが貯留される貯留室と、前記貯留室から前記負圧発生室へインクを補給するための補給路とが設けられたインクタンクにおいて、前記負圧発生室内のインクの減少に応じて前記負圧発生室内に大気を導入する第１大気導入口と、前記貯留室内に配置され、前記貯留室に貯留されるインクを収容する気密性の袋体と、この袋体に設けられ前記袋体内のインクを外部へ流出させるインク流出口とからなり、このインク流出口が前記補給路へ接続されたインク袋と、前記インク袋内のインクの減少に応じて前記貯留室内に大気を導入する第２大気導入口とを備えたことを特徴とする。

前記ケースは、前記インク収納室の上方を開放する上部開口が形成されたケース本体と、このケース本体の上部に取り付けられ前記上部開口を閉じる上蓋とからなり、前記第１及び第２の各大気導入口は、前記上蓋に設けられることが好ましい。

前記インク袋は、略水平方向に沿った複数の折り目が形成された蛇腹状をしており、その内部のインクの減少に応じて、前記折り目に従って折り畳まれることが好ましい。

前記補給路は、前記補給路を閉じて前記貯留室から前記負圧発生室へのインクの補給を阻止する閉じ状態と、前記補給路を開放して前記貯留室から前記負圧発生室へのインクの補給を許容する開き状態との間で切り替え可能であることが好ましい。

前記補給路の開閉状態の切り替えは、前記補給路上に配置された補給路開閉機構によって行われることが好ましい。

前記補給路開閉機構は、前記補給路を開閉するバルブと、このバルブを駆動するアクチュエーターからなり、前記ケースには、それらのうち少なくとも前記バルブが設けられることが好ましい。

前記補給路開閉機構は、前記開き状態のときに、前記インク袋内からインクを吸引して前記負圧発生室へ強制的に送り込むポンプであることが好ましい。前記ポンプはマイクロポンプであり、これを前記ケースに設けることが好ましい。

前記インク取出部には、前記インク収納室から取り出されるインクを濾過するフイルタが設けられていることが好ましい。

前記インク取出部には、前記ノズルへ通じるインク供給路を構成する中空状のインク供給針が差し込まれる多孔質部材が設けられることが好ましい。

本発明のインクジェット記録装置は、インクをノズルから吐出して画像を記録する吐出方式の記録ヘッドを備え、この記録ヘッドよりも高い位置に配置されたインクタンクから前記記録ヘッドへ前記インクが供給されるインクジェット記録装置において、前記インクタンクは、毛管力によってインクを吸収して保持するとともに前記ノズルの内圧を負圧に保つ負圧発生部材を収納する負圧発生室と、この負圧発生室と隔壁によって仕切られており、前記負圧発生室に補給するインクが貯留される貯留室と、前記貯留室から前記負圧発生室へインクを補給するための補給路とを備えており、この補給路上に配置され、前記補給路を閉じて前記貯留室から前記負圧発生室へのインクの補給を阻止する閉じ状態と、前記補給路を開いて前記貯留室から前記負圧発生室へのインクの補給を許容する開き状態との間で前記補給路の開閉状態を切り替える補給路開閉機構を、制御する制御手段を備えたことを特徴とする。

前記インクタンクは、前記記録ヘッドが設けられた本体に着脱自在にセットされることが好ましい。

前記制御手段は、前記記録ヘッドのインク吐出量に基づいて、それに見合った量のインクが前記負圧発生室に補給されるように、前記補給路開閉機構を制御することが好ましい。

前記制御手段は、前記インク吐出量を検出する吐出量検出手段と、検出されたインク吐出量に基づいて、前記インク袋内のインクの液面高さである袋内液面高さを算出する袋内液面高さ算出部と、算出した袋内液面高さに基づいて前記補給路を通過するインクの単位時間流量を算出する単位時間流量算出部とを備えており、この単位時間流量に基づいて、前記インク吐出量に見合った適切な補給量を得るための前記補給路の開き時間を求めることが好ましい。

前記インク収納室内のインク温度を測定する温度センサと、測定したインク温度に基づいてインク粘度を算出する粘度算出部とが設けられており、前記単位時間流量算出部は、前記インク粘度を加味して前記単位時間流量を算出することが好ましい。

前記負圧発生室内のインクの液面高さである負圧室内液面高さが、予め決められた基準レベル以下になったことを検知する負圧室液面高さ検知手段が設けられており、前記制御手段は、前記負圧室内液面高さが前記基準レベル以下になったときに、前記補給路開閉機構を制御して所定量のインクを補給する補給処理を実行することが好ましい。

前記補給処理を実行した後、前記負圧室内液面高さが前記基準レベルを上回らない場合にインク切れと判定するインク切れ判定手段を設けることが好ましい。

本発明は、インクを貯留するインク袋を設けたインクタンクに、負圧発生部材を収納する負圧発生室を設けたから、記録ヘッドの吐出安定性を、より簡便な構成で確保することができる。さらに、インク袋から負圧発生部材への補給路に開閉機構を設けることで、ノズル内圧変動を抑制するようにしたので、吐出安定性をさらに向上させることができる。

図１に示すインクジェット記録装置１０は、記録媒体である用紙１１に対してインクを吐出して付着させることにより画像を記録する記録ヘッド１２を備えている。記録ヘッド１２は、インクを吐出する吐出口が形成された複数のノズル１２ａを備えており、これら複数のノズル１２ａの吐出口が配列された吐出面が用紙１１の記録面と対面するように配置される。記録ヘッド１２は、用紙１１の幅方向（主走査方向Ｘ）に移動自在なキャリッジ１３に取り付けられており、キャリッジ１３の底面に形成された開口から前記吐出面が露呈される。記録ヘッド１２は、キャリッジ１３の移動に伴って用紙１１の幅方向に沿って往復動しながら、画像をライン記録する。この記録ヘッド１２が１往復動する毎に、図示しない搬送ローラによって用紙１１が副走査方向Ｙへ、記録ヘッド１２の１往復動による記録幅分送られる。こうした動作が繰り返されて、１画面分の画像が記録される。

キャリッジ１３は、ガイド棒１４ａ，１４ｂにスライド自在に取り付けられており、ベルト１６と１対のプーリ１７とからなるベルト機構１８によって駆動される。キャリッジ１３には、記録ヘッド１２の上方に、例えば、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの４色のインクがそれぞれ収納された４つのインクカートリッジ２０が着脱自在に取り付けられる。

キャリッジ１３には、各インクカートリッジ２０が差し込まれる複数のスロットが形成されている。これら各スロットには、記録ヘッド１２へインクを送り込むインク供給路となる中空状のインク供給針３６（図２参照）が設けられており、スロットへインクカートリッジ２０が差し込まれると、インクカートリッジ２０の底部に設けられたインク取出部３１（図２参照）にインク供給針３６が突き刺さる。インクカートリッジ２０に収納されたインクは、このインク供給針３６を通じて記録ヘッド１２へ供給される。記録ヘッド１２には、各ノズル１２ａに対応して圧力室と、ピエゾ素子によって駆動される振動板が設けられており、この振動板の振動による圧力室の体積変化により、インクカートリッジ２０内のインクがノズル１２ａへ吸引され、吐出口から噴射される。

図２に示すように、インクカートリッジ２０は、インクを収納するケース２１を備えている。ケース２１は、インクを収納するインク収納室２４が形成されたケース本体２２と、このケース本体２２の上部開口を閉じる上蓋２３とからなる。上蓋２３は、例えば、ケース本体２２にインクを充填した後、上部開口からのインク漏れが生じないようにケース本体２２に溶着される。ケース本体２２は、例えば、透明なプラスチックで形成されており、ケース２１内のインクの残量を目視で確認できるようになっている。

インク収納室２４は、毛管力によって、インクを吸収して保持するとともに負圧を発生してノズル１２ａの内圧を負圧に維持する負圧発生部材２８を収納する負圧発生室２６と、この負圧発生室２６へ補給するインクを貯留する貯留室２５とからなる。負圧発生室２６と、貯留室２５とは、隔壁２７によって仕切られている。

図３に示すように、ケース本体２２は、本体部２２ａと、この本体部２２ａの下部に取り付けられ、インク収納室２４の下部開口を閉じる底蓋２２ｂとからなる。隔壁２７には、インク収納室２４の床面付近に、貯留室２５から負圧発生室２６へインクを補給する補給路を構成する補給口２７ａが一体に形成されている。補給口２７ａは、貯留室２５に向けて管状に突出している。底蓋２２ｂ及び隔壁２７は、溶着によって本体部２２ａに取り付けられる。

負圧発生室２６の床面には、負圧発生室２６内のインクをケース本体２２外へ排出する排出口２６ａが形成されている。この排出口２６ａは、その下方へ延びる排出管２９とともに、インク取出部３１を構成する。排出管２９内には、インクを濾過するフイルタ３３と、インク供給針３６が差し込まれる多孔質部材３４が設けられる。多孔質部材３４は、フイルタ３３を通過したインクを吸収し、インク供給針３６へ導く。

負圧発生部材２８は、毛管力を発生する微細な空隙を含むスポンジ状の部材である。具体的には、ウレタンフォームなどを発泡させた発泡材料やフエルトなどの繊維材料などの多孔質材料が使用される。インクカートリッジ２０がキャリッジ１３に装着されると、負圧発生室２６は、その下方に配置された記録ヘッド１２のノズル１２ａと供給路を通じて連通する。負圧発生部材２８は、毛管力による吸引力を発生して、ノズル１２ａの内圧を負圧に維持する。これにより、ノズル１２ａの吐出口付近でインクのメニスカスが形成され、吐出口から不用意にインクが漏れ出ないようにしている。

フイルタ３３及び多孔質部材３４は、負圧発生部材２８と同様に、毛管力を発生するスポンジ状の部材で形成される。このフイルタ３３の上面は負圧発生部材２８の底面と圧接し、フイルタ３３の底面は、多孔質部材３４の上面と圧接する。フイルタ３３及び多孔質部材３４は、その毛管力によって、負圧発生部材２８からインクを吸収して保持する。インクカートリッジ２０をキャリッジ１３に取り付けると、キャリッジ１３のスロットに設けられたインク供給針３６が、多孔質部材３４に突き刺さる。これにより、インク供給針３６を介して、インク収納室２４から記録ヘッド１２のノズルへ至るインク供給路が形成される。

記録ヘッド１２は、負圧発生室２６のインクの負圧に抗する吸引力を発生して、負圧発生室２６からインクを吸引してノズルの吐出口から噴射する。こうして負圧発生室２６内のインクが消費されて減少する。貯留室２５は、この負圧発生室２６内のインク減少分を補給するインクを貯留する。

貯留室２５には、貯留するインクを収容するインク袋３７が収納される。インク袋３７は、気密性を有する材料で形成された袋体３８と、この袋体３８の下方に設けられインクを流出させるインク流出口３９とからなる。インク流出口３９は、補給口２７ａの突出部分の開放端を包み込むようにして取り付けられ、その開放端の外周とインク流出口３９の内周を溶着することによって隔壁２７に固定される。

インク袋３７は、内部のインクを気密に収納してインクを外気と遮断する。これにより、インク袋３７内部のインクに空気が溶け込んで溶存気体量が増加することが抑制される。インク内の溶存気体量が増えると、気泡が発生したり、酸素との化学反応により変質が生じ、吐出不良の原因となる。インク袋３７にインクを収容することで、こうした不具合を抑制することができる。また、溶存気体量の増加を抑制することで、インクの保存環境が良好に保たれるのでインクの保存期間を長期化することが可能となり、インクカートリッジ２０のインク収容量の大容量化にも寄与する。

また、袋体３８は、可撓性を有する材料で形成されており、インクの減少に伴って収縮する。袋体３８には、略水平方向に沿って蛇腹状の折り目３８ａが形成されている。こうした折り目３８ａを形成することにより、インク袋３７が、その内部のインク残量の減少に伴って、その上面が略水平状態を保ちつつ鉛直方向に下降して、折り畳まれる。これにより、インク減少の際に、袋体３８が無秩序に萎んでその姿勢が乱れることがない。こうすると、インク袋３７の収縮時における内部のインクの流動量が減少するとともに、インクの液面変位を比較的連続的にすることができる。インク袋３７は、補給口２７ａ及び負圧発生室２６を通じてノズル１２ａに連通しているため、インク袋３７内のインク重量は、ノズル１２ａに対して正圧として作用する。インクの流動やインクの液面変位を連続的にすると、その正圧の変動が少なくなり、ノズル１２ａの内圧変動も抑制されるため、吐出安定性が向上する。

上蓋２３には、負圧発生室２６に対応する位置に配置され、負圧発生室２６内のインクの減少に伴って負圧発生室２６内に大気を導入する第１大気導入口４１と、貯留室２５に対応する位置に配置され、インク袋３７内のインクの減少に伴って、貯留室２５内に大気を導入する第２大気導入口４７とが設けられている。

また、上蓋２３の上面には、曲がりくねった溝４２が形成されている。この溝４２の一端４２ａは、第１大気導入口４１と接続されており、そこから他端４２ｂに向かう経路上には液溜め部４３が設けられている。この溝４２のうち、他端４２ｂ以外の部分は、その上方がシール４５によって覆われて、他端４２ｂだけが外部に露呈される。この溝４２は、負圧発生室２６内のインクが第１大気導入口４１から漏れ出た場合に、そのインクを液溜め部４３に導いて、ケース２１の外部へのインク漏れを防止する。大気は、他端４２ｂから進入して第１大気導入口４１に導かれる。

また、上蓋２３の下面には、下方に突出する複数のリブ４６が設けられている。各リブ４６は、負圧発生室２６に対応する位置に配置されている。各リブ４６は、上蓋２３がケース本体２２に取り付けられると、負圧発生室２６内に進入して、負圧発生部材２８の上面と当接して、その底面を負圧発生室２６の床面に押しつける。そして、負圧発生部材２８を押さえつけてその位置決めを行うことで、負圧発生部材２８と上蓋２３との間に空間を確保する。これにより、負圧発生部材２８が位置ずれして第１大気導入口４１を塞ぐことを防止している。

上記構成による作用について、図４を参照しながら説明する。インクカートリッジ２０は、インクジェット記録装置１０に装着されると、インク供給針３６がインク取出部３１に接続され、インクカートリッジ２０から記録ヘッド１２へのインク供給路が確立される。インクカートリッジ２０には、負圧発生室２６が設けられているので、これによりノズル１２ａの内圧が負圧に維持される。このため、ノズル１２ａの吐出口から不用意にインクが漏れ出ることはない。従来のように、負圧を発生させるために吸引ポンプを用いることが不要であるため、構成が簡単である。また、貯留室２５内のインク４９は、インク袋３７に収容されているため、インク４９内の溶存気体量の増加が抑制される。これにより、記録ヘッド１２の吐出安定性も確保される。

プリント指示がなされて、記録ヘッド１２が記録を開始すると、インク供給針３６を通じて負圧発生室２６からインクを吸引する。このインク吸引によって負圧発生室２６の圧力が減少して、第１大気導入口４１から負圧発生室２６に大気が導入されるとともに、補給口２７ａを通じてインク袋３７から負圧発生室２６にインクが補給される。こうしてインクが消費されると、図４（Ａ）に示す満タンの状態から、図４（Ｂ）に示すように、インク袋３７内のインク４９の残量が減少する。インク袋３７内のインク４９の減少によって袋体３８が萎むと、貯留室２５内の圧力が減少するので、第２大気導入口４７から貯留室２５内に大気が取り込まれる。インク袋３７は、蛇腹状になっているので、姿勢が大きく乱れることなく萎む。このため、インク減少に伴うノズル内圧変動が抑制される。

図５に示すフローチャートを参照しながら、このインクカートリッジ２０の組み立て手順を説明する。まず、隔壁２７の補給口２７ａにインク袋３７のインク流出口３８を取り付けて、溶着により固定する。インク袋３７が取り付けられた隔壁２７と底蓋２２ｂとを本体部２２ａに取り付けて、それらを溶着により固定して、ケース本体２２を組み立てる。このケース本体２２の組み立て時に、インク取出部３１にフイルタ３３や多孔質部材３４が取り付けられる。ケース本体２２の組み立て後、上部開口から負圧発生室２６に負圧発生部材２８を収納する。この後、ケース本体２２に上蓋２３を取り付けて、溶着により固定する。

こうしてケース２１が組み立てられた後、インク取出部３１を通じてケース２１内にインクが充填される。インク充填が終了した後、上蓋２３の上面にシール４５が貼り付けられる。さらに、第１大気導入口４１及び第２大気導入口４７がシール等によって封止される。こうした手順でインクカートリッジ２０が組み立てられて出荷される。なお、第２大気導入口４７をシール等によって封止して、出荷してもよい。これら第１及び第２の各大気導入口４１，４７は、製造時にシールなどによって封止されるが、使用時には、シールが剥がされて封止が解除される。

図６に示すフローチャートを参照しながら、インクカートリッジ２０のインク充填手順を説明する。インク充填を行う際には、まず、インク袋３７内の残存空気を排出する。残存空気の排出の際には、第１大気導入口４１をシール５１などの封止部材によって封止する。さらに、排出経路を確保するために、インク取出部３１に、中空状の排出針５２を差し込む。そして、第２大気導入口４７に加圧ポンプ５３を接続し、貯留室２５を大気圧の数倍（例えば、２〜３倍）の圧力で加圧する。これにより、インク袋３７が収縮して、インク袋３７内の空気が、補給口２７ａ，負圧発生室２６及び排出針５２を通じて排出される。新品のケース２１にインクを充填する場合には、インク袋３７にインクが残留していることはないが、ケース２１をリユースしたりリサイクルする場合には、インク袋３７には、空気以外にもインクなどの残留物が残っている場合がある。そのような場合には、空気とともにそうした残留物もインク取出部３１から排出される。

インク袋３７の残存空気を排出した後、充填用のインクを貯蔵するタンク５５に接続されたインク充填ポンプ５６をインク取出部３１に接続してインク充填を行う。インクカートリッジ２０は、負圧発生室２６と貯留室２５の２室構造になっており、負圧発生室２６には、負圧発生部材２８が収納されている。負圧発生部材２８がインクをまったく吸収していない初期状態でインクを浸透させる際のインクの流動抵抗は大きいため、インク取出部３１からインクを注入すると、より流動抵抗の低い補給口２７ａを通じてインク袋３７に流れやすい。そのため、インク充填を行う際には、貯留室２５を加圧した状態で第２大気導入口４７をシール５７などの封止部材で封止して貯留室２５を密閉することにより、インク取出部３１から注入したインクがインク袋３７へ流入することを阻止する。この状態で、第１大気導入口４１の封止を解除して、インク充填ポンプ５６を始動してインク充填を開始する。貯留室２５は加圧されているので、インク充填ポンプ５６から注入されたインクは、インク袋３７に流入することなく、負圧発生部材２８に浸透しながら負圧発生室２６に充填される。

負圧発生室２６にインク４９が所定量（例えば、約１／２）充填された時点で、いったんインク充填ポンプ５６を停止する。そして、第１大気導入口４１を封止するとともに、第２大気導入口４７の封止を解除して開放する。この後、インク充填ポンプ５６を再始動して、インクの注入を再開する。第２大気導入口４７が開放されたことで、貯留室２５内の圧力が減圧されるので、注入されたインクは補給口２７ａを通じてインク袋３７内に流れ込む。負圧発生部材２８にはすでにインクが吸収されているので、初期状態と比較してインクの流動抵抗は低下しているため、負圧発生部材２８にもインクの吸収が進む。こうして、負圧発生室２６及び貯留室２５が満タンになるまでインクが充填される。インクが満タンになった後、インク充填ポンプ５６を取り外すとともに、貯留室２５の第２大気導入口４７を封止してインク充填が完了する。

上記第１実施形態のインクカートリッジ２０は、負圧発生室２６と貯留室２５とが常時連通しているので、貯留室２５から負圧発生室２６へのインクの流入が常に可能な状態となっている。ノズル内圧を負圧に維持するためには、負圧発生室２６が発生する負圧よりも、貯留室２５のインク重量に起因する正圧を小さくしておかなければならない。そのため、負圧発生室２６及び貯留室２５のインク容量には、そうした関係を維持するための制約が生じる。

図７に示すインクカートリッジ６１は、隔壁６５で分割される貯留室６２と負圧発生室６３とを繋ぐ補給路６４上に、その補給路６４を閉じて貯留室６２から負圧発生室６３へのインク４９の補給を阻止する閉じ状態と、補給路６４を開放して貯留室６２から負圧発生室６３へのインク４９の補給を許容する開き状態との間で切り替え可能な補給路開閉機構を構成するバルブ機構６６を設けている。このようなバルブ機構６６を設けることで、貯留室６２のインク重量に起因する正圧がノズル１２ａに対して常時作用することを阻止することができるので、第１実施形態で生じる負圧発生室と貯留室のインク容量の制約を解消することができるので、貯留室６２内のインク容量を、負圧発生室６３のインク容量と比較して、大きくすることが可能となる。

負圧発生室６３は、負圧発生部材６７を収納しなければならないため、その分、インク容量が減少するので、容積に対するインク収容量であるインク収納率が貯留室６２と比較して低い。このため、バルブ機構６６を設けたことにより、負圧発生室６３よりも、貯留室６２を大きく（例えば、高さを高く）することが可能となり、ケース６８全体としてインク収納率を向上させることができる。

バルブ機構６６によって負圧発生室６３と貯留室６２とを遮断すると、ノズル内圧は、負圧発生室６３内のインク量によって決まる。したがって、この負圧発生室６３内のインク量が大きく変動することがないように、貯留室６２内のインク袋６９からのインク補給量をインク消費量に応じて適切に制御すれば、ノズル内圧変動を抑えることができる。

コントローラ７１は、インクジェット記録装置１０の各部を制御する。コントローラ７１は、フレームメモリ７２から読み出した画像データに基づいて、ヘッド駆動部７３を制御する。記録ヘッド１２は、ヘッド駆動部７３によって駆動され、画像データに応じてノズル１２ａからインクを吐出する。コントローラ７１には、吐出回数カウンタ７４が設けられており、各ノズル１２ａの吐出回数をカウントする。ノズル１２ａの１回の吐出量は決まっているので、これによりインク吐出量が求められる。コントローラ７１は、タイマ７６で時間を計測して所定時間経過する毎にインク吐出量を求める。

なお、本例では、インク吐出回数をカウントしてインク吐出量を検出するようにしているが、コントローラ７１が画像データに基づいてインク吐出量を予測してインク吐出量を検出するようにしてもよい。

バルブ制御部７８は、バルブ機構６６を制御する。バルブ制御部７８は、前記インク吐出量に見合った分の補給量を算出し、インク袋６９から負圧発生室６３に算出した補給量が補給されるように、バルブ機構６６の開閉時間を制御する。

図８及び図９に示すように、バルブ機構６６は、補給路６４が形成された補給路ユニット８１と、この補給路６４上に配置されこれを開閉するバルブ８２と、このバルブ８２を駆動するアクチュエータ８３とからなる。補給路６４は、インク袋６９に接続される管状の導入路６４ａ，円形のチャンバ６４ｂ，このチャンバ６４ｂの底面に形成された第１開口６４ｃ，この第１開口６４ｃと略直交する姿勢で形成され、隔壁６５に形成された第２開口６４ｄからなる。ケース６８の底部は、第１及び第２の各開口６４ｃ，６４ｄに対応する位置に開口が形成されており、この開口を塞ぐようにバルブ８２が取り付けられている。

バルブ８２は、例えば、ゴムなどで形成された弾性膜であり、開き状態では、実線で示すように、第１及び第２の各開口６４ｃ，６４ｄをそれぞれ開放し、第１開口６４ｃから第２開口６４ｄへのインクの流入を許容する。このバルブ８２は、アクチュエータ８３の押圧部８３ｃによって下方か押圧されると、二点鎖線で示すように弾性変形して、閉じ状態に移行する。閉じ状態では、バルブ８２は、各開口６４ｃ，６４ｄを塞いで、第１開口６４ｃから第２開口６４ｄへのインクの流入を遮断する。こうしてバルブ８２によって補給路６４が開き状態と閉じ状態との間で切り替えられる。アクチュエータ８３は、例えば、その本体８３ｂに、コイルと鉄芯とからなるソレノイドが収容されており、このソレノイドに給電することによってバルブ８２を駆動する。

補給路６４の単位時間流量は、最も流路抵抗が大きい導入路６４ａの流路長Ｌとその管径Ｄに応じて決まるとともに、図１０のグラフに示すように、インク袋６９内のインク液面高さＨ１と正比例する。すなわち、補給路６４の単位時間流量をＱ、インク密度をρ、インク粘度をμ、重力加速度をｇとすると、単位時間流量Ｑは、以下の式によって求められる。
Ｑ＝ρ×ｇ×Ｈ１×（π×Ｄ⁴）／（１２８×μ×Ｌ）・・・・・式１

この式１からわかるように、インク液面高さＨ１が高いときは、単位時間流量Ｑも大きくなるので、同じ補給量を得るためのバルブ８２の開き時間は、インク液面高さＨ１が低いときよりも、短くなる。実験によれば、インク粘度μを一定とした場合に、インク液面高さＨ１が５０ｍｍのときと、１１ｍｍのときとを比較すると、Ｈ１＝５０ｍｍのときは圧力が約４．５倍になり、バルブ開き時間は、約１／４になるという結果を得ている。

コントローラ７１には、不揮発性メモリとして、例えば、ＥＥＰＲＯＭ８５が接続されている。ＥＥＰＲＯＭ８５には、インク液面高さＨ１が記憶されている。製造時には、ここにインク袋６９が満タンのときのインク液面高さＨ１の値が記憶されている。この値は、インク消費に伴って更新される。コントローラ７１は、このインク液面高さＨ１が所定値を下回った場合にインク切れ（残量切れ）を判定し、表示器８９にその旨を表示してユーザーに警告する。バルブ制御部７８は、コントローラ７１を通じて、インク液面高さＨ１をＥＥＰＲＯＭ８５から読み出す。

バルブ制御部７８は、上記式１に基づいて、単位時間流量Ｑを求め、インク吐出量に応じたバルブ８２の開き時間を算出する。なお、こうした演算式に基づいて算出する代わりに、ＬＵＴ（ルックアップテーブル）をメモリに記憶して単位時間流量Ｑを求めるようにしてもよい。

また、図１１に示すように、インク粘度μは、インク温度Ｔｈに反比例する。すなわち、インク温度Ｔｈが低いほど、インク粘度μは高くなる。実験によれば、インク温度Ｔｈが３５℃から１５℃に下降すると、インク粘度μは約２倍になる。これにより、単位時間流量Ｑが半減するため、バルブ８２の開き時間は約２倍となる。インクジェット記録装置１０には、インクカートリッジ２０のインク温度を測定する温度センサ８６が設けられている。温度センサ８６は、例えば、キャリッジに設けられる。バルブ制御部７８は、コントローラ７１を介して温度センサ８６が測定したインク温度を読み出して、インク粘度μを求める。

図１２及び図１３のフローチャートを参照しながら、インクカートリッジ６１を用いた場合のプリント手順を説明する。プリント指示がなされると、コントローラ７１は、ＥＥＰＲＯＭ８５からインク液面高さＨ１を読み出して、インク切れか否かを判定する。インク液面高さＨ１が所定値以下の場合には、インク切れと判定して、表示器７８を通じて警告を発する。インク切れでない場合には、１画面分の画像のプリントを開始する。記録ヘッド１２は、画像データに基づいて駆動され、インクを吐出する。プリント開始時には、補給路６４は閉じられているので、インク袋６９内のインク残量に関わらず、安定したインク吐出が行われる。

インク吐出を開始した後、所定時間が経過すると、コントローラ７１は、インク吐出量に応じた補給を開始することをバルブ制御部７８に指令する。バルブ制御部７８は、これに基づいて、補給路６４の単位時間流量Ｑを算出する。図１３に示すように、バルブ制御部７８は、温度センサから温度を読み出して、インク粘度μを算出するとともに、ＥＥＰＲＯＭ８５から読み出したインク液面高さＨ１を読み出して、上記式１に従って、単位時間流量Ｑを求める。

バルブ制御部７８は、この単位時間流量Ｑに基づいて、コントローラ７１が算出した補給量（インク吐出量）を得るためのバルブ開き時間を求める。アクチュエータ８３が、バルブ８２を開き状態にすると、補給路６４が開かれる。これにより、インク袋６９から負圧発生室６３にインクが流れ込む。バルブ８２は、算出されたバルブ開き時間だけ開かれた後、閉じられる。これにより、インク吐出量に見合った分だけ、負圧発生室６３にインクが補充される。このように補給量を制御するので、負圧発生室６３のインク量の変動が抑制され、ノズル内圧の変動が少なくなり、吐出安定性が確保される。

コントローラ７１は、補充によって変化したインク液面高さＨ１により、ＥＥＰＲＯＭ８５のインク液面高さＨ１の値を更新する。こうした手順が１画面分のプリントが終了するまで繰り返される。

なお、本例では、バルブ機構の一部（バルブ）をインクカートリッジに設け、アクチュエータをインクジェット記録装置に設けた例で説明したが、アクチュエータをインクカートリッジに設けてもよい。

図１４に示すインクカートリッジ９１には、負圧発生室６３内のインクの液面高さＨ２が、予め決められた基準レベル以下になったことを検知する水位センサ９２が設けられている。インクジェット記録装置は、この水位センサ９２によってインク液面高さＨ２を検知して、それが基準レベル以下になったときに、インク袋６９から負圧発生室６３へのインク補給を行う。これにより、負圧発生室６３内のインク量を所定のレベルに保たれるので、ノズル内圧の変動が抑制されて、吐出安定性が確保される。水位センサ９２は、例えば、導電性を有する一対の金属片からなる。各金属片は、インクの高さ方向に沿って上下に並べて配列されている。各金属片がインク中にある場合には、各金属片間がインクを介して導通する。インクの液面高さＨ２が下降して、一方の金属片よりも下がると、各金属片間の導通が絶たれる。これにより、インクの液面高さＨ２が基準レベル以下になったことが検知される。

このインクカートリッジ９１の補給路９４を開閉する補給路開閉機構としては、バルブ機構の代わりに吸引ポンプ９６が使用される。吸引ポンプ９６は、バルブ機構とは異なり、インク袋６９内のインクを吸引して強制的に負圧発生室６３に送り込むことができるので、インク袋６９内の残留インク量を低減させることができる。

コントローラ７１は、ポンプ駆動部９７を通じて吸引ポンプ９６を制御する。吸引ポンプ９６を作動させると、補給路９４が開き状態となり、停止させると、補給路９４が閉じ状態となる。吸引ポンプ９６の動作時間によって補給路９４の開き時間が決まる。吸引ポンプ９６は、インクカートリッジ９１のケースに取り付けてもよいし、インクジェット記録装置に設けてもよい。このうち、特に、インクカートリッジ９１に設ける場合には、小型のマイクロポンプを使用することが好ましい。

図１５のフローチャートに示すように、プリント指示がなされると、１画面のプリントが開始される。記録ヘッド１２は、画像データに基づいてインクを吐出する。タイマ７６よって時間経過が計測され、所定時間が経過する毎に、コントローラ７１は、インク吐出量に応じた吸引ポンプ９６による補給処理を実行するか否かを判定する。コントローラ７１は、水位センサ９２を通じて、インク液面高さＨ２を調べ、それが基準レベルを上回っている場合には、補給処理を実行せずに記録を継続する。他方、インク液面高さＨ２が基準レベル以下である場合には、吸引ポンプ９６を所定時間作動させて、補給処理を実行して、インク補給を行う。このインク補給量は、例えば、インク吐出量の５倍程度など、単位時間に計測したインク吐出量を基準に算出される。

このインク補給後、再度、インク液面高さＨ２を調べて、それが基準レベルを上回ったことを確認して記録を継続する。こうして１画面分の記録を行う。１回の補給処理を行っても、インク液面高さＨ２が基準レベル以下の場合には、再度、補給処理を実行する。コントローラ７１は、こうした補給処理を数回行っても、インク液面高さＨ２が基準レベルを超えない場合には、インク袋６９内のインク残量が無くなったと判定して、その旨を表示器７８に表示して警告する。

上記第２及び第３の実施形態の各インクカートリッジ６１，９１の組み立て手順は、第１実施形態のインクカートリッジ２１の組み立て手順とほぼ同様であり、バルブ，吸引ポンプ，水位センサなど追加されたパーツの取り付け工程が適宜追加される。

インク充填については、バルブや吸引ポンプによる補給路開閉機構を設けた場合には、これらを適宜開閉させることにより行われる。すなわち、補給路を通じて残存空気を排出する工程及びインク袋へインクを送り込む工程では、補給路が開かれる。また、インク袋へインクを送り込む前に、負圧発生室へインクを注入する工程では、補給路が閉じられる。

なお、上記実施形態では、インクタンクと記録ヘッドとが分離可能に別体で構成されたインクカートリッジの例で説明したが、インクタンクと記録ヘッドとを一体に構成してもよい。また、インクタンクを、インクジェット記録装置に着脱自在に装着されるインクカートリッジの例で説明したが、着脱自在でなくてもよい。

インクジェット記録装置の概略構成を示す説明図である。 インクカートリッジの分解斜視図である。 ケース本体の分解斜視図である。 インクカートリッジの断面図である。 インクカートリッジの組み立て手順を示すフローチャートである。 インク充填方法を示すフローチャートである。 補給路開閉機構を設けたインクカートリッジの説明図である。 バルブ機構の説明図である。 補給路の斜視図である。 補給路の単位時間流量とインク液面高さの関係を示すグラフである。 インク粘度と温度の関係を示すグラフである。 図７に示すインクカートリッジのプリント手順を示すフローチャートである。 補給路の単位時間流量の算出手順を示すフローチャートである。 水位センサを設けたインクカートリッジの説明図である。 図１４に示すインクカートリッジのプリント手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ インクジェット記録装置
１１ 用紙
１２ 記録ヘッド
１２ａ ノズル
１３ キャリッジ
２０，６１，９１ インクカートリッジ
２１ ケース
２２ ケース本体
２５ 貯留室
２６ 負圧発生室
２７ 隔壁
２７ａ，６４，９４ 補給路
２８ 負圧発生部材
３１ インク取出部
３６ インク供給針
３７ インク袋
４１ 第１大気導入口
４７ 第２大気導入口
６６ バルブ機構
７１ コントローラ
７８ バルブ制御部
８２ バルブ
８３ アクチュエータ
９２ 水位センサ

Claims (19)

1. インクを吐出するノズルを有する吐出方式の記録ヘッドへ供給するインクを収納するインク収納室が形成されたケースと、このケースの底部に設けられ前記記録ヘッドの吸引によって前記インク収納室からインク供給路へインクを取り出すインク取出部とを備えており、前記インク収納室には、毛管力によって、インクを吸収して保持するとともに前記インク取出部を介して接続される前記ノズルの内圧を負圧に保つ負圧発生部材を収納する負圧発生室と、この負圧発生室と隔壁によって仕切られており、前記負圧発生室に補給するインクが貯留される貯留室と、前記貯留室から前記負圧発生室へインクを補給するための補給路とが設けられたインクタンクにおいて、
   前記負圧発生室内のインクの減少に応じて前記負圧発生室内に大気を導入する第１大気導入口と、
   前記貯留室内に配置され、前記貯留室に貯留されるインクを収容する気密性の袋体と、この袋体に設けられ前記袋体内のインクを外部へ流出させるインク流出口とからなり、このインク流出口が前記補給路へ接続されたインク袋と、
   前記インク袋内のインクの減少に応じて前記貯留室内に大気を導入する第２大気導入口とを備えたことを特徴とするインクタンク。
2. 前記ケースは、前記インク収納室の上方を開放する上部開口が形成されたケース本体と、このケース本体の上部に取り付けられ前記上部開口を閉じる上蓋とからなり、前記第１及び第２の各大気導入口は、前記上蓋に設けられることを特徴とする請求項１記載のインクタンク。
3. 前記インク袋は、略水平方向に沿った複数の折り目が形成された蛇腹状をしており、その内部のインクの減少に応じて、前記折り目に従って折り畳まれることを特徴とする請求項１又は２記載のインクタンク。
4. 前記補給路は、前記補給路を閉じて前記貯留室から前記負圧発生室へのインクの補給を阻止する閉じ状態と、前記補給路を開放して前記貯留室から前記負圧発生室へのインクの補給を許容する開き状態との間で切り替え可能であることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載のインクタンク。
5. 前記補給路の開閉状態の切り替えは、前記補給路上に配置された補給路開閉機構によって行われることを特徴とする請求項４記載のインクタンク。
6. 前記補給路開閉機構は、前記補給路を開閉するバルブと、このバルブを駆動するアクチュエーターからなり、前記ケースには、それらのうち少なくとも前記バルブが設けられることを特徴とする請求項５記載のインクタンク。
7. 前記補給路開閉機構は、前記開き状態のときに、前記インク袋内からインクを吸引して前記負圧発生室へ強制的に送り込むポンプであることを特徴とする請求項５記載のインクタンク。
8. 前記ポンプはマイクロポンプであり、これを前記ケースに設けたことを特徴とする請求項７記載のインクタンク。
9. 前記インク取出部には、前記インク収納室から取り出されるインクを濾過するフイルタが設けられていることを特徴とする請求項１〜８いずれか記載のインクタンク。
10. 前記インク取出部には、前記ノズルへ通じるインク供給路を構成する中空状のインク供給針が差し込まれる多孔質部材が設けられることを特徴とする請求項１〜９いずれか記載のインクタンク。
11. インクをノズルから吐出して画像を記録する吐出方式の記録ヘッドを備え、この記録ヘッドよりも高い位置に配置されたインクタンクから前記記録ヘッドへ前記インクが供給されるインクジェット記録装置において、
    前記インクタンクは、毛管力によってインクを吸収して保持するとともに前記ノズルの内圧を負圧に保つ負圧発生部材を収納する負圧発生室と、この負圧発生室と隔壁によって仕切られており、前記負圧発生室に補給するインクが貯留される貯留室と、前記貯留室から前記負圧発生室へインクを補給するための補給路とを備えており、この補給路上に配置され、前記補給路を閉じて前記貯留室から前記負圧発生室へのインクの補給を阻止する閉じ状態と、前記補給路を開いて前記貯留室から前記負圧発生室へのインクの補給を許容する開き状態との間で前記補給路の開閉状態を切り替える補給路開閉機構を、制御する制御手段を備えたことを特徴とするインクジェット記録装置。
12. 前記インクタンクは、前記記録ヘッドが設けられた本体に着脱自在にセットされることを特徴とする請求項１１記載のインクジェット記録装置。
13. 前記記録ヘッドのインク吐出量を検出する吐出量検出手段を設け、前記制御手段は、前記インク吐出量に見合った量のインクが前記負圧発生室に補給されるように、前記補給路開閉機構を制御することを特徴とする請求項１１又は１２記載のインクジェット記録装置。
14. 前記吐出量検出手段は、前記記録ヘッドのインク吐出回数をカウントして前記インク吐出量を検出することを特徴とする請求項１３記載のインクジェット記録装置。
15. 前記吐出量検出手段は、画像データに基づいて前記記録ヘッドのインク吐出量を予測して検出することを特徴とする請求項１３記載のインクジェット記録装置。
16. 前記制御手段は、前記インク吐出量に基づいて前記インク袋内のインクの液面高さである袋内液面高さを算出する袋内液面高さ算出部と、算出した袋内液面高さに基づいて前記補給路を通過するインクの単位時間流量を算出する単位時間流量算出部とを備えており、この単位時間流量に基づいて、前記インク吐出量に見合った適切な補給量を得るための前記補給路の開き時間を求めることを特徴とする請求項１３〜１５いずれか記載のインクジェット記録装置。
17. 前記インク収納室内のインク温度を測定する温度センサと、測定したインク温度に基づいてインク粘度を算出する粘度算出部とが設けられており、前記単位時間流量算出部は、前記インク粘度を加味して前記単位時間流量を算出することを特徴とする請求項１６記載のインクジェット記録装置。
18. 前記負圧発生室内のインクの液面高さである負圧室内液面高さが、予め決められた基準レベル以下になったことを検知する負圧室液面高さ検知手段が設けられており、前記制御手段は、前記負圧室内液面高さが前記基準レベル以下になったときに、前記補給路開閉機構を制御して所定量のインクを補給する補給処理を実行することを特徴とする請求項１１記載のインクジェット記録装置。
19. 前記補給処理を実行した後、前記負圧室内液面高さが前記基準レベルを上回らない場合にインク切れと判定するインク切れ判定手段を設けたことを特徴とする請求項１８記載のインクジェット記録装置。

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