JP2008119886A - インク供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】流路に溜まった空気を排出することができるインクジェット記録装置のインク供給システムを提供する。
【解決手段】本発明のインク供給システムは、流路の途中に位置し、吐出ノズルの重力方向上方にてインクを一定量蓄積するサブタンク１ｂと、メインタンク４とサブタンク１ｂとを接続するチューブ６と、サブタンク１ｂ内を、インク上室１ｂａと、重力方向下側となるインク下室１ｂｂとに、チューブ６が接続された接続部６ａの重力方向下側にて仕切る中間壁１ｂｃと、インク上室１ｂａの重力方向上方の部分とインク下室１ｂｂとを連通させるバイパス流路１ｂｄと、中間壁１ｂｃに形成された開口１ｂｅと、吐出ノズル１ｇよりインクを吸引する回復ユニット７と、回復ユニット７で吸引することで発生するサブタンク１ｂ内の負圧により、開口１ｂｅを閉じ、インク上室１ｂａとインク下室１ｂｂとの連通を遮断する弁１ｂｇと、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明はインクジェット記録装置のインク供給システムに関する。

一般的なインクジェット記録装置は、インクジェットヘッドを搭載するキャリアを駆動する手段と、記録紙を搬送する搬送手段と、これらを制御するための制御手段などを備えている。また、インクジェットヘッドのノズル部分からインクを吐出するためのエネルギーを発生するために、発熱抵抗体を有する電気熱変換体素子によって液体を加熱させ発泡させるものがある。このほか、ピエゾ素子などの電気機械変換体を用いてインクに加圧するものなどがある。インクをチューブで記録ヘッドに供給するインクジェット記録装置では（特許文献１の要約、図１参照）、インクは記録ヘッド１０１にて吐出された分を随時メインタンク１０４よりチューブ１０６を介して吸い上げていく構成となっている。

記録ヘッド１０１の吐出ノズル１０１ｇ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ノズルに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１０１ｇ近傍に配置されたヒータの膜沸騰エネルギーにより吐出ノズル１０１ｇのインクを押し出すことにより行われる。吐出後、吐出ノズル１０１ｇ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１０６を介して随時メインタンク１０４から吸い上げられる。

記録ヘッドの内部には吐出ノズルの微細な穴にごみがつまることを防止する微細なメッシュ構造のフィルタ１０１ｃが配置されている。また、記録ヘッドの内部にはフィルタ１０１ｃと吐出ノズル１０１ｇとを結ぶ細い流路１０１ｆ、フィルタの上流でインクを一定量蓄えるサブタンク１０１ｂが配置されている。これらを介して、チューブ１０６からのインクが吐出ノズル１０１ｇへと供給される。

メインタンク１０４についてはいろいろな構成が実施されているが、その一例を挙げる。

メインタンク１０４は供給ベース１０５に対して着脱可能にインク流路を接続する。供給ベース１０５はチューブと連通する中空針１０５ａと、メインタンク１０４の大気連通口を開く突起１０５ｂとを有する。メインタンク１０４はインクを収容するインク室１０４ａを有する。そのインク室１０４ａには、下部に中空針１０５ａが連通接続する液体コネクタ１０４ｂと、上部には突起１０５ｂが当たるとインク室と大気を連通する大気口１０４ｃとが形成されている。メインタンク１０４を供給ベース１０５に装着すると液体コネクタ１０４ｂと大気口１０４ｃが開き、大気解放された容器からチューブでインクが吸い出される。

また、上記記録ヘッドの吐出ノズル１０１ｇは微細な穴であるために、使用を重ねているうちに、インク増粘物やゴミなどが詰まってしまう恐れがある。そのために吐出ノズル１０１ｇの外側を吸引キャップ１０７ａで覆い、吸引ポンプ１０７ｂにてインクを強制吸引する回復ユニット１０７を持たせ、定期的に動作させることでインク増粘物やゴミなどが詰まることを防止している。

さらに、チューブ１０６などの樹脂材料を透過して侵入する空気がサブタンク１０１ｂに蓄積してしまう現象が発生してしまう。このため、サブタンク１０１ｂの側壁上方から排気チューブ１１０ａ、排気ポンプ１１０ｃを用いて一定期間おきに蓄積した余分な空気をインクと共に吸引排出する。排出が終了すると排気チューブ１１０ａ途中の弁１１０ｂを閉じ密閉する泡抜き機構を付加している。

こうした泡抜き機構において上記サブタンク上方より吸引する方式の他に、インクの供給側に正圧を加え、サブタンク上方の排出経路の弁を開き、排出経路より泡とインクを押し出す方式のものもある（特許文献２の要約、図２０参照）。
特開２００３−０８０７３１号公報 特開２００４−２５５８６１号公報

しかしながら上記構成において、チューブ１０６の材料として安価で可撓性を有し扱い易い素材である例えばポリエチレン樹脂などを使用すると、以下のような問題を生じる場合がある。樹脂材料のガスバリア性が完璧ではない。このため、１〜４週間程度経過すると、チューブ１０６などの樹脂材料を透過して侵入する空気や、メインタンク１０４の中で大気に連通させる方式ではインク内に溶存した空気がサブタンク１０１ｂに蓄積する現象が発生しうる。

このまま使用を続けると空気の量が徐々に増し、フィルタ１０１ｃの上のインクが枯渇してしまい吐出ノズル１０１ｇへインクを供給することができず印字を続行することができなくなってしまう。回復ユニット１０７を動作させ、吸引キャップ１０７ａと吸引ポンプ１０７ｂにて吐出ノズル１０１ｇからインクを吸引してやっても、インクはチューブ１０６から出た途端にフィルタ１０１ｃへ吸い込まれ、サブタンクに溜まった空気を吸い出すことは困難である。その対策として以下の方法がある。サブタンク１０１ｂの側壁から排気チューブ１１０ａ、排気ポンプ１１０ｃを用いて一定期間おきに蓄積した余分な空気をインクと共に吸引排出し、排出が終了すると排気チューブ１１０ａ途中の弁１１０ｂを閉じ密閉する構成を付加する方法である。しかしながら、この方法は排気チューブ１１０ａ、排気ポンプ１１０ｃ、弁１１０ｂという空気除去機構が必要となってしまう。

こうした機構が例えば６色のインクを扱う記録装置においては、６組必要となりコスト高になる問題がある。チューブをガスバリア性の高いフッ素樹脂などとするとチューブのコスト高と、チューブが固く扱いにくいという問題が残る。タンクにおいてもインクと空気を接触させない構造が必要となってしまう。更にフッ素樹脂などでもガスバリア性が完璧ではなく、結局空気が溜まってしまうので空気除去機構が必要となってしまう。

そこで、本発明は、流路に溜まった空気を排出することができるインクジェット記録装置のインク供給システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明のインク供給システムは、記録ヘッドの吐出ノズルからインクを吐出して記録を行うインクジェット記録装置における、インクを貯留するインクタンクから吐出ノズルに対して流路を介してインクを供給するインク供給システムにおいて、流路の途中に位置し、吐出ノズルの重力方向上方にてインクを一定量蓄積するサブタンクと、インクタンクとサブタンクとを接続する流路の一部である接続管と、サブタンク内を、インク上室と、インク上室に対して重力方向下側となるインク下室とに、接続管が接続されたサブタンクの接続部の重力方向下側にて仕切る中間壁と、インク上室の重力方向上方の部分とインク下室とを連通させるバイパス流路と、中間壁に形成された開口と、吐出ノズルよりインクを吸引する吸引手段と、吸引手段で吸引することで発生するサブタンク内の負圧により、開口を閉じ、インク上室の重力方向下方の部分とインク下室との連通を遮断する遮断手段と、を有する。

本発明によればもともと吐出ノズルの詰まり防止に必要な回復ユニット以外に、排気チューブ、排気ポンプ、弁といった空気除去機構設けるといった複雑かつ高価な構成を設けることなく、混入した空気の除去が可能となる。

一般的なインクジェット記録装置は、インクジェットヘッドを搭載するキャリアを駆動する手段と、記録紙を搬送する搬送手段と、これらを制御するための制御手段などを備えている。インクジェット記録装置でインクをチューブにて記録ヘッドに供給する本実施形態のインク供給システムの一例を図１に示す。インクは記録ヘッド１にて吐出された分を随時インクタンクとしてのメインタンク４より接続管であるチューブ６介して吸い上げていく構成となっている。

記録ヘッド１の吐出ノズル１ｇは微細な穴であり、ノズルに特に弁機構はない。メインタンク４は吐出ノズル１ｇよりも低い位置とし、吐出ノズル１ｇ内部を水頭差分負圧に保つことにより吐出ノズル１ｇにインクのメニスカスを張らせ、吐出ノズル１ｇ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１ｇ近傍に配置されたヒータの膜沸騰エネルギーにより吐出ノズル１ｇのインクを押し出すことにより行われる。吐出後、吐出ノズル１ｇの毛細管力により再び吐出ノズル１ｇ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６を介して随時インクを貯留したメインタンク４から吸い上げられる。

メインタンク４についてはいろいろな構成が実施されているが、その一例を挙げる。

メインタンク４は供給ベース５に対して着脱可能にインク流路を接続する。

供給ベース５はチューブ６と連通する中空針５ａとメインタンク４の大気連通口を開く突起５ｂとを有する。また、メインタンク４はインクを収容するインク室４ａと、そのインク室４ａには、下部に中空針５ａが連通接続する液体コネクタ４ｂと、上部には突起５ｂが当たるとインク室と大気を連通する大気口４ｃとを有する。メインタンク４を供給ベース５に装着すると液体コネクタ４ｂと大気口４ｃとが開き、大気解放された容器からチューブ６でインクが吸い出される。

また、記録ヘッド１の吐出ノズル１ｇは微細な穴であるために、使用を重ねているうちに、インク増粘物やゴミなどが詰まってしまうおそれがある。このため、吐出ノズル１ｇの外側を吸引キャップ７ａで覆い、吸引ポンプ７ｂにてインクを強制的に吸引する回復ユニット７を定期的に動作させ、インク増粘物やゴミなどが詰まるのを防止している。

記録ヘッド１は内部に、フィルタ１ｃと、細い流路１ｆと、サブタンク１ｂとを有する。フィルタ１ｃは、吐出ノズル１ｇの微細な穴にごみが詰まるのを防止する微細なメッシュ構造を有する。流路１ｆは、フィルタ１ｃと吐出ノズル１ｇとを結ぶ。サブタンク１ｂは、フィルタ１ｃの上流でインクを一定量蓄え、チューブ６からのインクを吐出ノズル１ｇへと供給する。

さらにサブタンク１ｂは、その内部に、中間壁１ｂｃと、バイパス流路１ｂｄと、開口１ｂｅと、可撓膜１ｂｆとを有する。中間壁１ｂｃは、サブタンク１ｂを、チューブ６の接続部６ａの重力方向下側で、サブタンク上室１ｂａ（インク上室）とサブタンク下室１ｂｂ（インク下室）とに仕切る隔壁である。サブタンク下室１ｂｂはサブタンク上室１ｂａの重力方向下方に位置する。バイパス流路１ｂｄは、サブタンク下室１ｂｂとサブタンク上室１ｂａの重力方向上方の部分とを連通させる流路である。開口１ｂｅは中間壁１ｂｃに空けられており、サブタンク下室１ｂｂとサブタンク上室１ｂａとを連通させる。

可撓膜１ｂｆは、サブタンク下室１ｂｂ内であって開口１ｂｅの下に配置されており、サブタンク１ｂ内の負圧が高まるとその表面が開口１ｂｅに接近する。可撓膜１ｂｆは、サブタンク１ｂ内の負圧がさらに高まると開口１ｂｅに接触し、開口１ｂｅを閉じる遮断手段である弁１ｂｇを構成する。

弁１ｂｇの機構においては後述するように種々の構成が考えられるが、ここでは代表例として可撓性を有する膜（可撓膜１ｂｆ）について説明する。可撓膜１ｂｆは弾力性を有するゴム風船状の形態で、風船の内部は大気に連通している。なお、他の構成については後述する。

通常の状態では、サブタンク１ｂ内の圧力はメインタンク４が低い位置にあることで水頭差分の負圧状態にある。そうすると、袋形状の可撓膜１ｂｆは内側よりも外側の圧力が低いため負圧は可撓膜１ｂｆを伸ばそうとし、一方、可撓膜１ｂｆはその弾力により元の状態に戻そうとするために、やや膨らんだ状態で釣り合うこととなる。この状態で、中間壁に開けた開口１０１ｂｅと可撓膜１ｂｆとは触れない位置関係に設定されている。

このことで通常の印字の際は、インクは、チューブ６、サブタンク上室１ｂａ、中間壁１ｂｃの開口１ｂｅ、サブタンク下室１ｂｂ、フィルタ１ｃ、吐出ヘッド１ｇの順で供給される。

一方、回復ユニット７により吐出ノズル１ｇからインクが強制吸引されると、図２に示すように、インクの流速によりチューブ６内に圧力損失が発生しサブタンク１ｂ内の負圧が高まる。負圧が高まると可撓膜１ｂｆを伸ばす力が増加し、可撓膜１ｂｆは通常の状態よりも膨らんだ状態になり、その結果中間壁１ｂｃに開けた開口１ｂｅと可撓膜１ｂｆとが密着して弁１ｂｇが閉じ、サブタンク上室１ｂａとサブタンク下室１ｂｂの連通が遮断される。そうするとサブタンク１ｂ内でのインクの流れが、チューブ６、サブタンク上室１ｂａ、バイパス流路１ｂｄ、サブタンク下室１ｂｂ、フィルタ１ｃ、吐出ヘッド１ｇの順となる。

この時サブタンク１ｂ上方の空気から吸引することができるようになるのでサブタンク上室１ｂａのバイパス流路１ｂｄの上側までインクを充填できる。サブタンク１ｂ上方の空気はフィルタ１ｃ、吐出ノズル１ｇを経て回復ユニット７により吸引排出される。吸引充填か完了したところで吸引を中止すると、チューブ６内の流速が下がり、圧力損失による負圧上昇が解消される。そうすると、サブタンク１ｂ内の負圧が通常の状態に戻り、図３のように可撓膜１ｂｆがしぼみ、弁１ｂｇが開く。弁１ｂｇが開くと、サブタンク上室１ｂａに充填されたインクの一部が開いた弁１ｂｇを通り、サブタンク上室１ｂａとサブタンク下室１ｂｂとのインク液面高さが同じになるまで移動する。吸引中に吸引排出された空気の分だけサブタンク１ｂ内の空気は減少するため、その分のインクがサブタンク１ｂ内に増えることとなる。これで空気除去動作が完了する。

このような空気除去動作を定期的に実行することでサブタンク１ｂ内のインク量を許容値の範囲に保つことができる。実行時期については、サブタンク１ｂの容積、チューブ６の材質、タンクの形態、脱気インク使用の有無、インクの消費量によって変わるため、装置の構成が決まり次第空気の蓄積状態を評価し適正値を決めていく必要がある。この頻度については、従来技術においても同様に実験にて求め運用されている。

以上、本実施形態はサブタンクを中間壁でサブタンク上室とサブタンク下室に上下に仕切り、バイパス流路でサブタンク下室とサブタンク上室上方の部分とを連通させた。さらに、中間壁に形成した開口の下にサブタンク内の負圧が高まると開口に近接する可撓膜を配置し、その可撓膜が接触すると開口を閉じる弁となる構成とした。

本実施形態によれば、もともと吐出ノズルの詰まり防止に必要な回復ユニット以外に、排気チューブ、排気ポンプ、弁といった空気除去機構設けるといった複雑かつ高価な構成を設けることなく、空気を除去することができる。よって、装置の小型化、コストダウンが可能となった。

また、本実施形態によれば、空気が混入しても除去可能であるために、チューブ材料の樹脂材料において安価で柔軟性を持たせることや、インクと空気を接触させてインクを貯蔵させるようなメインタンクの構造など選択の幅を広く考えられる効果もある。

次に、遮断手段である弁１ｂｇの機構において、応用例を挙げる。

図４に示す例は、可撓膜１ｂｆは風船状ではあるものの、内部を大気に連通させずに気体を封入した状態としたものである。可撓膜１ｂｆの変形が少なくても弁１ｂｇの開閉が可能な構成ならば、気体のバネ力を利用できる可能性がある。

図５に示す例は、可撓膜１ｂｆは風船状ではなくシート状であり、大気とサブタンク１ｂ内部との境界に設置する。可撓膜１ｂｆと中間壁１ｂｃの開口１ｂｅとは対向して設けられ、負圧が高まると開口１ｂｅが閉じ、上述した風船形状の可撓膜１ｂｆと同じ機能を得られる。この構成では、サブタンク１ｂをコンパクトに構成することができる。

図６に示す例は、可撓膜１ｂｆに板バネ１ｂｈをあてがった構成である。板バネ１ｂｈは、図５で示した可撓膜１ｂｆが撓むが伸縮性を有しない場合に、負圧に対抗して可撓膜１ｂｆを外側に付勢するものである。板バネ１ｂｈは、両端部分を同一方向に折り曲げて形成されたコ字形状をしている。この板バネ１ｂｈはサブタンク下室１ｂｂ内に配置されており、両端部は中間壁１ｂｃに当接しており、主面部分は開口１ｂｅに面するように設けられている。なお、板バネ１ｂｈの開口１ｂｅ側には開口１ｂｅに接触するとサブタンク上室１ｂａとサブタンク下室１ｂｂとを気密に隔てる密閉材を設けるものであってもよい。また、図６に示す可撓膜１ｂｆはシート状のものを例に示したが、内部が大気に連通した風船形状、あるいは内部を大気に連通させずに気体を封入した形状のものであってもよい。

図６に示す構成は、通常の印字状態では、板バネ１ｂｈは開口１ｂｅには接触しておらず、可撓膜１ｂｆを下方に押し下げており、開口１ｂｅは開いている。一方、回復ユニット７により吐出ノズル１ｇからインクが強制吸引されると、可撓膜１ｂｆは、板バネ１ｂｈの付勢力に抗して板バネ１ｂｈの主面部分を押し上げる。押し上げられた板バネ１ｂｈの主面部分は開口１ｂｅに接触し、開口１ｂｅを閉じる。

図６に示す構成は、可撓膜１ｂｆの選定条件の幅を広げることができることと、金属の板ばね１ｂｈを使用することでより安定した負圧と弁の動作を設定することができる点で有効である。

図７に示す例は、開口１ｂｅを可撓膜１ｂｆで直接閉じるのではなく、可撓膜１ｂｆの変形を別部品のレバー部材１ｂｊに伝え、レバー部材１ｂｊが開口１ｂｅを閉じる構成である。可撓膜１ｂｆおよびレバー部材１ｂｊはサブタンク下室１ｂｂ内に設けられている。レバー部材１ｂｊはヒンジ１ｂｊ１を支点として回動可能に設けられている。レバー部材１ｂｊのヒンジ１ｂｊ１の反対側の端部は、中間壁１ｂｃ側にはバネ１ｂｊ２が配置されており、バネ１ｂｊ２が設けられた面と反対側には可撓膜１ｂｆが配置されている。図７に示す可撓膜１ｂｆは内部が大気に連通した風船形状のものを示しているが、シート形状のものや気体を密封した形態のものであってもよい。レバー部材１ｂｊの開口１ｂｅに対向する部分には、開口１ｂｅに接触するとサブタンク上室１ｂａとサブタンク下室１ｂｂとを気密に隔てる密閉材１ｂｊ３が設けられている。

図７に示す構成は、通常の印字状態では、バネ１ｂｊ２がレバー部材１ｂｊを押し下げることで開口１ｂｅは開いている。一方、回復ユニット７により吐出ノズル１ｇからインクが強制吸引されると、可撓膜１ｂｆは膨張し、バネ１ｂｊ２の付勢力に抗してレバー部材１ｂｊを押し上げる。押し上げられたレバー部材１ｂｊはヒンジ１ｂｊ１を回転中心として回動して密閉材１ｂｊ３が開口１ｂｅに接触し、開口１ｂｅを閉じる。

図７に示すこの構成は弁を開閉する機能と、圧力に反応し変形する機能を分けることができるため、各々の部分に最適な材料、構造を採用することができる。さらに、レバーの形状、ヒンジの位置を変えることで、可撓膜と弁の位置関係を自由に設定することが可能となる。

本発明のインク供給システムの一例を示す模式図である。 回復ユニットによる吸引動作時における可撓膜の挙動、サブタンク上方の空気の吸引排出、およびインクの流れを説明するための図である。 回復ユニットによる吸引動作時終了後の可撓膜の挙動およびインクの流れを説明するための図である。 本発明のインク供給システムにおける、他の構成の弁機構を有する記録ヘッドの断面図である。 本発明のインク供給システムにおける、他の構成の弁機構を有する記録ヘッドの断面図である。 本発明のインク供給システムにおける、他の構成の弁機構を有する記録ヘッドの断面図である。 本発明のインク供給システムにおける、他の構成の弁機構を有する記録ヘッドの断面図である。 従来のインク供給システムの一例を示す模式図である。

符号の説明

１ 記録ヘッド
１ｂ サブタンク
１ｂａ サブタンク上室
１ｂｂ サブタンク下室
１ｂｃ 中間壁
１ｂｄ バイパス流路
１ｂｅ 開口
１ｂｆ 可撓膜
１ｂｇ 弁
１ｇ 吐出ノズル
４ メインタンク

Claims (4)

1. 記録ヘッドの吐出ノズルからインクを吐出して記録を行うインクジェット記録装置における、インクを貯留するインクタンクから前記吐出ノズルに対して流路を介してインクを供給するインク供給システムにおいて、
   前記流路の途中に位置し、前記吐出ノズルの重力方向上方にてインクを蓄えるサブタンクと、
   前記インクタンクと前記サブタンクとを接続する前記流路の一部である接続管と、
   前記サブタンク内を、インク上室と、前記インク上室に対して重力方向下側となるインク下室とに、前記接続管が接続された前記サブタンクの接続部の重力方向下側にて仕切る中間壁と、
   前記インク上室の重力方向上方の部分と前記インク下室とを連通させるバイパス流路と、
   前記中間壁に形成された開口と、
   前記吐出ノズルよりインクを吸引する吸引手段と、
   前記吸引手段で吸引することで発生する前記サブタンク内の負圧により、前記開口を閉じ、前記インク上室の重力方向下方の部分と前記インク下室との連通を遮断する遮断手段と、を有することを特徴とするインク供給システム。
2. 前記遮断手段は、前記インク下室側の前記開口に対応する位置に配置された、前記サブタンク内の圧力の変化により変形し、前記サブタンク内と大気とを気密に隔てる可撓性を有する膜を有する、請求項１に記載のインク供給システム。
3. 前記遮断手段は、前記インク下室内に、前記サブタンク内の圧力の変化により変形する可撓性を有する膜と、変形した前記膜が作用することで前記開口を閉じる部材とを有する、請求項１に記載のインク供給システム。
4. 前記膜は、外側が前記インク下室内のインクに接触し、内側が大気と接触する袋形状を有する、請求項２または３に記載のインク供給システム。

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