JP2010023456A - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 一つのインクタンクから複数の記録ヘッドにインクを供給するインクジェットプリンタにおいて、確実に初期充填を行う。
【解決手段】 各流路中の開閉弁の動作において、各開閉弁が、全てが閉じている状態から開放状態となる順に、前記各開閉弁に対応する記録ヘッド及び供給路内からインク充填を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明はインクを吐出することで記録を行うインクジェット記録装置における記録ヘッドへのインク充填方法であって、特にインクの廃棄を低減したことに関するものである。

従来、インクジェット記録装置は、ランニングコストが安く、装置の小型化も可能であり、さらに、複数色のインクを用いてカラー画像記録に対応することも容易であることから、コンピュータ関係の出力機器等に幅広く利用され、商品化されている。

一方、記録ヘッドの吐出口からインクを吐出するためのエネルギーを発生するエネルギー発生素子としては、ピエゾ素子などの電気機械変換体を用いたもの、レーザーなどの電磁波を照射して発熱させ、この発熱による作用でインク滴を吐出させるもの、あるいは、発熱抵抗体を有する電気熱変換素子によって液体を加熱させるもの等がある。

その中でも熱エネルギーを利用してインク滴を吐出させる方式のインクジェット記録方式のヘッドは、吐出口を高密度に配列することができるため、高解像度の記録が可能である。電気熱変換素子をエネルギー発生素子として用いた記録ヘッドは、小型化も容易であり、かつ最近の半導体分野における技術の進歩と信頼性の向上が著しいＩＣ技術やマイクロ加工技術の長所を十二分に活用でき、高密度実装化が容易で製造コストも安価なことから有利である。また最近では、より高精細の印字を行うために、インクを吐出するためのノズルを、フォトリソ技術を用いて高精度に作成する方法等も利用されてきている。

近年、インクジェット記録装置の記録スピードの高速化が益々要求されてきている。

高速化の一つの手法として、ヘッドキャリッジの往復走査の往路と復路の両方で記録を行なう技術がある。さらに、往路記録時と復路記録時の色味の差（色ムラ）をなくすために、例えば、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｂｋのインクを吐出する記録ヘッドを２組備え、これらを左右対称に配置して往路、復路でのインクの打ち込み順の違いをなくす方式が、特に高速化に適している。ここで、装置を小型化あるいは低価格にするためには、これら２組の記録ヘッドに対してインクを供給するためのインクタンクは１個にするのが好ましい。従って、インク色ごとに１個のインクタンクから２個の記録ヘッドに至るインク供給流路を２系統設け、それぞれの記録ヘッドに接続するインク流路構成を採用している。

上記のような流路構成で、記録ヘッド及び供給路へのインク充填する目的で吸引回復を行うと、同一のインクタンクからインク供給を受けているために、２個の記録ヘッドは供給路が連通状態にあるので下記のような不都合が生じてしまう。

一方のみの記録ヘッドにインク充填のため吸引回復を行なおうとすると、インクタンクからのインクの流入のみならず他方の記録ヘッドからも一方の記録ヘッドへの空気の流入が発生し、他方の記録ヘッド内へインク充填できないことがある。

これを回避するために、それぞれの記録ヘッドにつながるインク流路の一方を閉じて空気やインクが流れないようにしておいて他方の記録ヘッドのみを吸引回復しているものがある（例えば特許文献１参照）。本例によれば、流路途中の弁をそれぞれ独立に駆動して、吸引回復を行うヘッドにつながる弁を開け、吸引回復を行わないヘッドにつながる弁を閉じて、吸引回復を行う。
特開平１１−２５４７０１号公報

しかしながら、前記特許文献１の方法では、それぞれの流路途中の弁を完全に独立に駆動している。つまり各流路の両方の弁が閉じている状態と、どちらかの弁が開き、片方の弁が閉じている状態、また逆に開いていた弁が閉じ、閉じていた弁が開いている状態、そして両方の弁が開いている状態、の４つの状態が実現可能となっている。これら４つの状態を実現すべく弁を独立に駆動するため、駆動源や伝達部材が必要となりコストアップとなる。また、それらの駆動源や伝達部材を置くためのスペースも必要となる。

そこで上記課題を解決するために、記録媒体に複数の色のインクを吐出して記録を行う記録ヘッドと、前記記録ヘッドを吸引する吸引回復手段と、前記記録ヘッドが吐出するインクを貯蔵する複数のインクタンクと、前記インクタンクから複数の記録ヘッドに対し、分岐した供給路によってインクを前記各記録ヘッドに供給するインク流路と、前記分岐したインク流路のそれぞれの途中にインクの流れを遮断する開閉弁を有し、前記分岐したインク流路中の各開閉弁が全て閉じている状態から一つずつ開放状態となる弁機構を有するインクジェット記録装置において、前記各開閉弁が、全てが閉じている状態から開放状態となる順に、前記各開閉弁に対応する記録ヘッド及び供給路内からインク充填を行うことを特徴とする。

本発明によれば、２つに分岐した各インク流路に設けられた第一の開閉弁、第二の開閉弁において、両方の開閉弁が閉じている状態と、第一の開閉弁のみが開いている状態、そして両方の開閉弁が開いている状態の３つの状態を作り出せる駆動構成を有したインクジェット記録装置における初期充填が実現可能となる。つまり、初めに、第一の開閉弁のみが開いている状態で、第一の開放弁に対応する供給路及び記録ヘッド内にインク充填を行う。この時充填していない記録ヘッド及び供給路は第二の開閉弁が閉じている為、充填していない記録ヘッド及び供給路より空気が、充填中の記録ヘッド及び供給路内に流入することがない。片方の記録ヘッド及び供給路のインク充填が終わった後に、両方の開閉弁が開いている状態で、他方の記録ヘッド及び供給路のインク充填動作が実施される。両方の開閉弁が開いており、2個の記録ヘッドは供給路が連通する状態でインク充填されるが、第一の開放弁に対応する記録ヘッド及び供給路は既にインク充填されている為、空気の流入は発生しない。

次に、本発明の詳細を実施例の記述に従って説明する。

以下、添付図面を参照してこの発明の実施形態を説明する。本発明はこれらの実施形態のみに限らず、これらをさらに組み合わせることや、この特許請求の範囲に記載された本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が可能である。従って本発明の精神に帰属する他の技術にも当然応用することができる。

図１は、本実施例におけるインクジェット記録装置１の模式図である。インクジェット記録装置１においては、インクタンク４から供給されたインクが、インク流路２を経由して記録ヘッド３にインクが供給される。記録ヘッド３は、キャリッジ５に搭載されていて、このキャリッジ５が主走査レール６に沿って往復動作することで、非記録材（不図示）に印刷を行う。主走査レール６は用紙搬送方向に対し直行して配置されている。記録ヘッド３は、主走査方向と直交する方向に、インクを吐出する複数のノズル列を有する。各ノズルにはそれぞれインク吐出用の熱エネルギーを発生する電気熱変換体が設けられている。記録ヘッド３内には、ノズルの毛細管現象によりインクが供給され、供給されたインクはノズルの開口面でメニスカスを形成してノズルを満たした状態を保つ。この状態で、電気熱変換体に通電することにより、電気熱変換体上のインクが加熱されて発泡現象が発生し、その発泡エネルギーによりノズルからインク滴が吐出する。この記録ヘッド３は多色形のものであり、１個の記録ヘッドから６色のインクを吐出することができる。本実施例においてはその記録ヘッドを２個使用している。記録ヘッド３を２個使用して、色の配置を左右対称にすることで、印字の高速化を実現する。

次に図２によりインク供給路及び吸引回復機構について説明する。

図２はある一色についての説明図であるが、他の色についてもその構成は同様である。

まず、インクタンク４に貯留されたインクが記録ヘッド３に供給されるインク供給路について説明する。インクタンク４内のインクは、共通流路１１を通り、分岐部１２にて第一流路１４aと第二流路１４ｂに分岐される。ここで、共通流路１１は、流路の断面積が大きく、かつ、流路の全長も短いため、流路抵抗による圧損値が非常に小さい。分岐した流路はそれぞれ左右の記録ヘッド３ａ、３ｂに接続される。第一流路１４aと第二流路１４ｂの一部分は、記録ヘッド３の往復動作を妨げないようにチューブ等により構成されている。また、これら第一流路１４aと第二流路１４ｂは、記録ヘッド３の往復動作に追従するための長さを有している。第一流路１４ａと第二流路１４ｂにはそれぞれに第一の開閉弁１３ａ、第二の開放弁１３ｂが設置されている。開閉弁１３ａ、１３ｂは不図示の駆動機構により弁の開閉を行い、記録ヘッド３ａ、３ｂへのインクの流入の開始あるいは閉止することができる。

次に、記録ヘッドの吸引回復機構について説明する。

インクジェット記録装置１の印字領域外には、記録ヘッド３及びインク流路１１、１４のインク充填や、記録ヘッド３を良好な吐出状態に保つために、吸引回復装置４が設置されている。この吸引回復装置９は、吸引キャップ７と回復ポンプ８を持つ。吸引キャップ７は、ゴム状の弾性部材で構成されており、非印刷時に記録ヘッド３のノズル面を密閉することで、記録ヘッド３のノズル面を保護・保湿する。その他、印刷開始前や印刷中の予備吐出を受けたり、記録ヘッド３のノズル面を吸引回復したりするときに使われる。回復ポンプ８は吸引キャップ７に行った予備吐出を不図示の廃インクタンクへと送ったり、記録ヘッド３のノズル面を密閉した上で回復ポンプを作動させて、吸引回復したりするときに使われる。

次に、開閉弁機構について説明する。

図３、図４、図５は本発明に用いる開閉弁を説明するための図であり、開閉弁並びに共通流路からの分岐部の概略断面図を示している。図３は第一の開閉弁１３ａ、第二の開閉弁１３ｂ両方の弁が閉じている状態を示している。図４は第一の開閉弁１３ａのみが開いている状態を示している。図５は両方の開閉弁が閉じている状態を示している。

本発明における開閉弁はシート状のゴム弁体１５及びインク供給路ベース１６にて構成されるインク分岐部１２にて、ゴム弁体１５が第一流路１４a、第二流路１４ｂと当接、離間することで弁の機能を実現している。ゴム弁体１５が第一流路１４a、第二流路１４ｂと当接している時は、共通流路１１と第一及び第二流路とが遮断される。またゴム弁体１５が供給路ベース１６と離間した時は、共通流路１１と第一及び第二流路が連通状態となる。

開閉弁１３はゴム弁体１５に設けられた突起部２０を覆うように設けられた略円筒状の弁ホルダ１７と弁ホルダ１７内に設けられたばね１９、及びレバー１８により構成される。ばね２１はインクジェット記録装置内に設けられた、ばね押さえ材２１と弁ホルダ１７間に設けられ、ばね力により弁ホルダ１７を下側に付勢している。レバー１８は不図示のカムにより上下動可能となっており、カムによりレバー１８が所定量上昇した時、レバー１８と弁ホルダ１７ａ、１７ｂが迎合する。またカムにより、レバー１８は、最下段位置をｈ０として、ｈ１、ｈ２の３つのポジションを取ることができる。ポジション間の移動はカム動作によってｈ０からｈ１の高さに上昇する第一の動作、ｈ１からｈ２に上昇する第二の動作、ｈ２からｈ０に戻る第三の動作からなる。

また弁ホルダ１７は略円筒部材であるが、筒長の異なる弁ホルダ１７ａ、１７ｂがそれぞれ設けられ、１７ｂに対して１７ａは筒長が短くなっている。

図３において、レバー１８はｈ０に位置している。この時レバー１８は弁ホルダ１７ａ、１７ｂいずれとも迎合していない。ばね１９ａ、１９ｂの付勢力により弁ホルダ１７ａ、１７ｂは下向きに荷重がかかり弁ホルダ１７ａ、１７ｂが弁体１５を押さえつけることで第一流路１４ａ及び第二流路１４ｂと共通流路１１とが遮断され、開閉弁１３ａ、１３ｂが閉じた状態が実現される。

図４において、レバー１８はｈ１の高さに位置している。この時レバー１８は弁ホルダ１７ａと迎合している。レバー１８がｈ０位置からｈ１の高さへと上昇する途中でレバー１８と弁ホルダ１７ａが迎合し、弁ホルダ１７ａが持ち上げられる。また弁ホルダ１７ａが持ち上げられる途中で、弁ホルダ１７ａと突起部２０ａが迎合し、突起部２０ａが持ち上げられる。突起部２０ａが持ち上げられたことで、ゴム弁体１５の一部と供給路ベース１５が離間し、共通流路１１と第一流路１４ａとが連通する。尚、レバー１８がｈ１の高さに位置している時、レバー１８と弁ホルダ１７ｂとは迎合していない為、共通流路１１と第二流路１４ｂとは遮断されている。つまり、開閉弁１３ａのみが開き、開閉弁１３ｂは閉じている状態が実現される。

図５において、レバー１８はｈ２の高さに位置している。この時レバー１８は弁ホルダ１７ａと１７ｂ両方と迎合している。レバー１８がｈ１の高さからｈ２の高さへと上昇する途中でレバー１８と弁ホルダ１７ｂが迎合し、弁ホルダ１７ｂが持ち上げられる。また弁ホルダ１７ｂが持ち上げられる途中で、弁ホルダ１７ｂと突起部２０ｂが迎合し、突起部２０ｂが持ち上げられる。突起部２０ｂが持ち上げられたことで、ゴム弁と供給路ベース１５が離間し、共通流路１１と第二流路１４ｂとが連通する。つまり図５では両方の開閉弁が開いている状態が実現されている。

次に図２、図３、図４、図５を用いて充填方法を説明する。まず第一の充填動作として、第一流路１４ａ及び記録ヘッド３ａの充填を行う。具体的にはレバー１８をカム動作により、ｈ１の状態にして開閉弁１３ａのみが開いている状態にする。そして記録ヘッド３ａを吸引キャップ７により密閉した後、回復ポンプ８を作動させる。回復ポンプ８は、吸引キャップ７内の空気を吸引する（負圧にする）方向に動作する。吸引キャップ７は記録ヘッド３aのノズル面を密閉しているので、記録ヘッド３のノズル及びそれと繋がる第一流路１４aが吸引される。回復ポンプが作動することでインクタンク４より、共通流路１１、第一流路１４ａ及び記録ヘッド３ａ内のインク充填を行う。

第二の充填動作として第一流路１４ａ及び記録ヘッド３ａのインク充填が完了した後、第二流路１４ｂ及び記録ヘッド３ｂのインク充填を行う。具体的には、レバー１８をカム動作により、ｈ２の状態にして、開閉弁１３ａ、１３ｂを開いている状態にする。そして記録ヘッド３ｂを吸引キャップ７により密閉した後、回復ポンプ８を作動させることで第二流路１４ｂ及び記録ヘッド３ｂ内のインク充填を行う。開閉弁１３ａ、１３ｂ共に開いている為、記録ヘッド１３ａと１３ｂは供給路が連通した状態でインク充填されるが既に第一流路１４ａはインクで充填されるため、第二流路１４ｂ及び記録ヘッド３ｂに空気の流入は発生しない。

また、記録ヘッド３ａ、３ｂの充填動作において、回復ポンプ８を作動させた後、必要に応じて不図示のワイパーブレードにて記録ヘッド３ａ、３ｂのノズル表面を拭いても良い。ノズ表面を拭くことで、充填されたインクはノズルの開口面でメニスカスを形成してノズルを満たした良好な状態を保つことができる。

また、必要に応じ、第二の充填動作にて記録ヘッド３ｂの充填が完了した後、レバー１８をｈ１の状態にした上で、記録ヘッド３ａをキャップ７と当接させ、回復ポンプ８を作動させてインク充填を行っても良い。記録ヘッド３ｂへのインク充填時に、第一流路１４ａ内のインクが分岐部１２を通り第二流路１４ｂへ流れ込んだ場合、記録ヘッド３ａのメニスカス形成が破れる可能性がある。その場合、再度記録ヘッド３ａのインク充填動作を行うことで確実にノズル開口面でのメニスカス形成が行われる。

また各ヘッドに充填を行う際、記録ヘッド３ａ、３ｂそれぞれに対応する開閉弁を開けた状態で回復ポンプ８を作動させることで充填を行う方法を述べたが、別の方法で充填を行うことも可能である。具体的には、記録ヘッド３ａを充填する場合、レバー１８をｈ０の状態にした上で、記録ヘッド３ａをキャップ７で密閉した後、回復ポンプ８を作動させる。開閉弁１３aを閉じて第一流路１４aを閉止状態としているので、記録ヘッド３a及び第一流路１４aは負圧状態となる。記録ヘッド３a及び第一流路１４a内の負圧値がある一定値（例えば、−７０kPa）に達した時に、レバー１８をｈ１の状態に変化させて開閉弁１３aを開けると、インクタンク１０内のインクが一気に第一流路１４ａ及び記録ヘッド３a内に流入する。また同様に記録ヘッド３ｂを充填する場合、レバー１８をｈ０の状態にした上で、記録ヘッド３ｂをキャップ７で密閉した後、回復ポンプ８を作動させる。記録ヘッド３ｂ及び第二流路１４ｂ内の負圧値がある一定値に達した時に、レバー１８をｈ２の状態に変化させ、開閉弁１３ａ、１３ｂを開けることで記録ヘッド３ｂへのインク充填が可能となる。また必要に応じて上記充填動作を複数回行っても良い。

本発明のインクジェット記録装置の模式図 本発明のインクジェット記録装置のインク供給系及び吸引回復機構の概略構成図 本発明に用いる開閉弁機構及び初期充填方法を説明する為の、概略断面図 本発明に用いる開閉弁機構及び初期充填方法を説明する為の、概略断面図 本発明に用いる開閉弁機構及び初期充填方法を説明する為の、概略断面図

符号の説明

１ インクジェット記録装置
２ インク流路
３ 記録ヘッド
４ インクタンク
５ キャリッジ
６ 主走査レール
７ 吸引キャップ
８ 回復ポンプ
９ 吸引回復装置
１１ 共通流路
１２ 分岐部
１３ａ 第一の開閉弁
１３ｂ 第二の開閉弁
１４ａ 第一流路
１４ｂ 第二流路
１５ ゴム弁体
１６ インク供給路ベース
１７ 弁ホルダ
１７ａ 第一の開閉弁を構成する弁ホルダ
１７ｂ 第二の開閉弁を構成する弁ホルダ
１８ レバー
１９ ばね
２０ ゴム弁体に設けられた突起部
２１ ばね押さえ材

Claims (1)

1. 記録媒体に複数の色のインクを吐出して記録を行う記録ヘッドと、
   前記記録ヘッドを吸引する吸引回復手段と、
   前記記録ヘッドが吐出するインクを貯蔵する複数のインクタンクと、
   前記インクタンクから複数の記録ヘッドに対し、分岐した供給路によってインクを前記各記録ヘッドに供給するインク流路と、
   前記分岐したインク流路のそれぞれの途中にインクの流れを遮断する開閉弁を有し、
   前記分岐したインク流路中の各開閉弁が全て閉じている状態から一つずつ開放状態となる弁機構を有するインクジェット記録装置において、
   前記各開閉弁が、全てが閉じている状態から開放状態となる順に、前記各開閉弁に対応する記録ヘッド及び供給路内からインク充填を行うことを特徴とするインクジェット記録装置。

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