JP2010076301A - 液体吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液体吐出ヘッドを含む流路内の気体を排出するサブタンクを含む構成において、吐出安定性を確保する。
【解決手段】コントローラ１００は、メインタンク２１から供給ポンプ２２へのインク導入時、及び、供給ポンプ２２の駆動により第１流路４１に沿ってインクを流動させると共に前記サブタンク５０においてインクから分離された気体を第３流路４３に沿って大気へと排出する気体排出時に、一時的に排気弁２５を開放し、インク導入時及び気体排出時以外においては排気弁２５の閉鎖を維持するよう、排気弁２５の開閉を制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、液体吐出ヘッドを含む流路内の気体を排出するサブタンクを有する液体吐出装置に関する。

液体吐出装置の一例であるインクジェットプリンタにおいては、液体吐出ヘッドに供給されるインクを貯留するメインインクに加え、ヘッドを含む流路内の気体を外部に排出するため等に、サブタンクを設ける技術が知られている（特許文献１参照）。サブタンクは、インクが貯留されると共に、その上部において大気と連通している。ヘッドからサブタンク内に気泡混じりのインクが供給されると、サブタンク内において気泡が上昇し、サブタンク上部において大気へと開放される。

特開２００５−３０６００５号公報

上記文献によると、図４、図５、及び図７に示されているように、サブタンクを大気に開放する大気開放弁が、所定の動作時に一時的に閉鎖されるものの、それ以外の時には、サブタンクとヘッドとの圧力差を解消するため、開放されている。したがって、ヘッドを含む流路内のインクは、長時間大気に曝されるため、粘度が上昇し、これにより吐出不安定となる問題が生じ得る。

本発明の目的は、液体吐出ヘッドを含む流路内の気体を排出するサブタンクを含む構成において、吐出安定性を確保することが可能な液体吐出装置を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明の観点によると、吐出口から液体を吐出するヘッドと、前記ヘッドに供給される液体を貯留するメインタンクと、前記メインタンク内の液体を前記ヘッドに供給する供給ポンプと、前記ヘッドに接続する接続口及び大気に連通する排気口が形成された、液体と気体とを分離するサブタンクと、前記供給ポンプから前記ヘッド及び前記接続口を介して前記サブタンクに至る第１流路と、前記サブタンクから前記供給ポンプに至る第２流路と、前記サブタンクの前記排気口から大気に至る第３流路と、前記第３流路に設けられた開閉可能な排気弁と、前記メインタンクから前記供給ポンプへの液体導入時、及び、前記供給ポンプの駆動により前記第１流路に沿って液体を流動させると共に前記サブタンクにおいて液体から分離された気体を前記第３流路に沿って排出する気体排出時に、一時的に前記排気弁を開放し、前記液体導入時及び前記気体排出時以外においては前記排気弁の閉鎖を維持するよう、前記排気弁の開閉を制御するコントローラと、を備えていることを特徴とする液体吐出装置が提供される。

上記構成によると、コントローラの制御により所定時以外においては排気弁が閉鎖を維持するため、ヘッドを含む流路内の液体が長時間大気に曝されることがない。そのため、液体の粘度が上昇して吐出不安定となる問題が生じず、吐出安定性を確保することが可能となる。

前記メインタンクが、少なくとも前記液体導入時に当該メインタンク内の液体が前記供給ポンプに対して正圧を付与するように、配置されていることが好ましい。この場合、供給ポンプへの液体の導入が、供給ポンプの駆動により行われるのではなく、メインタンク内の液体の圧力によって行われる。したがって、供給ポンプ内に液体が存在しない状態での供給ポンプの駆動を回避することができるため、空運転による供給ポンプの磨耗劣化、異物発生等の問題が生じない。さらに、供給ポンプ内に気体と液体とが混在した状態での供給ポンプの駆動を回避することができるため、攪拌による気泡の発生等の問題が生じない。また、供給ポンプの駆動によって液体導入を行う場合に比べ、安定した液体導入を行うことができると共に、必要以上に液体を廃棄するのを防止することができる。しかも、例えばインペラ式、ターボ式のポンプのように通常呼び水を導入する手段が必要な非自給式ポンプを供給ポンプとして採用した場合でも、呼び水を導入する手段を設ける必要がない。また、上記構成によって供給ポンプの選択肢の幅が広がることから、容積変化型ポンプの採用を回避することにより容積変化型ポンプ使用時の摺動による異物発生等の問題が生じず、また、例えばチューブ式ポンプに比べて流路構成等において簡便且つ経済的なインペラ式のポンプを供給ポンプとして採用することができる。

本発明に係る液体吐出装置は、前記メインタンク内の液体に圧力を付加する圧力付加手段をさらに備え、前記コントローラが、前記液体導入時に、前記排気弁を開放すると共に、前記メインタンク内の液体が少なくとも前記供給ポンプへと導入されるように前記圧力付加手段を制御することが好ましい。この場合、コントローラの制御により、液体導入時における上述した効果をより確実に得ることができる。

上記の場合において、前記コントローラが、前記液体導入時に、前記メインタンク内の液体が前記供給ポンプを経て前記排気弁に向けて導入されるように前記圧力付加手段を制御してよい。

前記ヘッドが、前記吐出口が開口した吐出面を有し、前記液体導入時において、前記第１流路、前記第２流路、及び前記第３流路の少なくともいずれかに導入された液体の液面に対する前記吐出面の水頭差が−１００〜−２０ｍｍＡｑであってよい。

本発明に係る液体吐出装置において、前記コントローラが、前記液体導入の間前記排気弁の開放を維持し、液体が前記排気弁の高さに至ったときに前記液体導入が完了したと判断して、その後前記気体排出が行われるように、前記排気弁の開放を維持したまま前記供給ポンプを駆動し且つ前記供給ポンプの駆動を停止した後前記排気弁を閉鎖してよい。また、この場合において、前記ヘッドにおける前記吐出口が開口した吐出面が、前記排気弁よりも上方に位置していることが好ましい。これにより、液体導入時における吐出口からの液体の漏出が防止される。また、上記の場合において、前記ヘッドにおける前記吐出口が開口した吐出面の前記排気弁に対する水頭差が−１００〜−２０ｍｍＡｑであることが好ましい。

或いは、本発明に係る液体吐出装置は、前記第３流路において前記排気弁よりも前記サブタンクの前記排気口から離隔した位置に配置された、前記サブタンク内の気体を前記排気口から排出する排気ポンプをさらに備え、前記コントローラが、前記気体排出時において、前記排気弁の開放による前記サブタンクからの気体の排出を行う際に、前記排気ポンプを駆動してよい。この場合、排気ポンプの駆動により、サブタンクからの気体の排出が促進されることで、流路内の気体の存在による不具合をより確実に回避することができる。

上記の場合において、前記コントローラが、前記液体導入の間前記排気弁の開放を維持し、液体が前記サブタンクの高さに至ったときに前記液体導入が完了したと判断して、その後前記気体排出が行われるように、前記排気弁の開放を維持したまま前記供給ポンプを駆動し、且つ、前記供給ポンプの駆動を停止し前記排気ポンプを駆動及び停止した後前記排気弁を閉鎖してよい。また、この場合において、前記ヘッドにおける前記吐出口が開口した吐出面が、前記サブタンクよりも上方に位置していることが好ましい。これにより、液体導入時における吐出口からの液体の漏出が防止される。また、上記の場合において、前記ヘッドにおける前記吐出口が開口した吐出面の前記サブタンク内の液面に対する水頭差が−１００〜−２０ｍｍＡｑであることが好ましい。

或いは、本発明に係る液体吐出装置は、前記第２流路に設けられた開閉弁をさらに備え、前記コントローラが、前記液体導入時に開放されるよう、前記開閉弁を制御してよい。この場合、液体導入時に開閉弁を開放することで、サブタンク内の液体を供給ポンプに導入することができ、経済的である。

上記の場合において、前記気体排出が、前記液体導入の終了後に行われるもので前記第１流路内に液体を導入する第１排出動作と、前記第１流路内に液体が存在した状態において前記第１流路に沿って液体を流動させる第２排出動作とを含み、前記コントローラが、前記第１排出動作時に閉鎖を維持し且つ当該動作終了後に開放されるよう、前記開閉弁を制御することが好ましい。この場合、第１排出動作時に開閉弁の閉鎖を維持することで、供給ポンプはメインタンクのみから液体を導入することとなる。そのため、サブタンクの容量は小さくてよく、サブタンクの小型化が可能となる。また、サブタンクに存在する気泡混じりの液体が供給ポンプに導入されるという不具合を回避することができる。

また、上記の場合において、前記コントローラが、前記第２排出動作時において、前記排気弁の開放による前記サブタンクからの気体の排出を行う前に前記開閉弁を閉鎖し、前記気体の排出後に前記排気弁を閉鎖し且つ前記開閉弁を開放することが好ましい。この場合、サブタンク内の粘度が上昇した液体を、メインタンク内の液体と混合させることなく、気体と共に廃棄することが可能である。

また、上記の場合において、前記コントローラが、前記液体導入の間前記排気弁の開放を維持し、液体が前記開閉弁の高さに至ったときに前記液体導入が完了したと判断して、その後前記気体排出が行われるように、前記排気弁の開放を維持したまま前記供給ポンプを駆動し且つ前記供給ポンプの駆動を停止した後前記排気弁を閉鎖してよい。また、この場合において、前記ヘッドにおける前記吐出口が開口した吐出面が、前記開閉弁よりも上方に位置していることが好ましい。これにより、液体導入時における吐出口からの液体の漏出が防止される。また、上記の場合において、前記ヘッドにおける前記吐出口が開口した吐出面の前記開閉弁に対する水頭差が−１００〜−２０ｍｍＡｑであることが好ましい。

本発明に係る液体吐出装置は、前記サブタンクから前記排気弁までの流路内における液面を検出する検出手段をさらに備え、前記コントローラが、前記検出手段による検出に応じて、前記排気弁の開閉を制御することが好ましい。これにより、検出手段により検出された液面に応じて適切なタイミングで排気弁を介した排気を行うことができる。

本発明に係る液体吐出装置によると、コントローラの制御により所定時以外においては排気弁が閉鎖を維持するため、ヘッドを含む流路内の液体が長時間大気に曝されることがない。そのため、液体の粘度が上昇して吐出不安定となる問題が生じず、吐出安定性を確保することが可能となる。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

先ず、図１を参照し、本発明の一実施形態に係るインクジェットプリンタ１の構成について説明する。

図１に示すように、インクジェットプリンタ１は、直方体形状の筐体１ａを有する。筐体１ａの天板上部には、開口１３０から排出された印刷済みの用紙Ｐを受容する排紙部１３１が形成されている。筐体１ａの内部空間は上から順に空間Ａ，Ｂ，Ｃに区分されており、空間Ａにはマゼンタ、シアン、イエロー、ブラックの各色インクを吐出する４つのインクジェットヘッド１０及び用紙Ｐを搬送する搬送ユニット１２２が配置されている。ヘッド１０は長手方向が主走査方向に沿うように配置され、搬送ユニット１２２は副走査方向に用紙Ｐを搬送する。空間Ｂ及びＣは、それぞれ、共に筐体１ａに対して主走査方向に沿って着脱可能な給紙ユニット１ｂ及びインクタンクユニット１ｃが配置される空間である。

インクタンクユニット１ｃは、４つのヘッド１０に対応する各色インクを貯留する４つのメインタンク２１を含み、メインタンク２１は、それぞれ図２に示すように、対応するヘッド１０とチューブ３２等を介して接続されている。給紙ユニット１ｂは、複数枚の用紙Ｐを収納することが可能な給紙トレイ１２３、及び、給紙トレイ１２３に取り付けられた給紙ローラ１２５を有する。給紙トレイ１２３内の用紙Ｐは、最も上側のものから順に、給紙ローラ１２５によって送り出され、ガイド１２７ａ，１２７ｂによりガイドされ且つ送りローラ対１２６によって挟持されつつ搬送ユニット１２２へと送られる。

搬送ユニット１２２は、２つのベルトローラ６，７、両ローラ６，７間に架け渡されるように巻回されたエンドレスの搬送ベルト８、搬送ベルト８の下側ループの内周面に接触しつつ下方に付勢されることで搬送ベルト８に張力を付加するテンションローラ９、及び、ローラ６，７，９を回転可能に支持する支持フレーム１１を有する。駆動ローラであるベルトローラ７が図１中時計回りに回転すると、搬送ベルト８が走行し、ベルトローラ８も図１中時計回りに回転する。

搬送ベルト８の上側ループは、ベルト表面が４つのヘッド１０の下面（インクを吐出する吐出口が多数開口した吐出面）１０ａと所定距離離隔しつつ当該下面１０ａと平行に延在するよう、プラテン１９により支持されている。４つのヘッド１０は、副走査方向に並設され、フレーム３を介して筐体１ａに支持されている。

搬送ユニット１２２の下方には、くの字状に屈曲された落下防止プレート１２が配置されており、当該落下防止プレート１２によって、搬送ベルト８等から落下した異物が保持されるようになっている。

搬送ベルト８の表面には、弱粘着性のシリコン層が形成されている。搬送ユニット１２２に送られた用紙Ｐは、押さえローラ４によって搬送ベルト８の表面に押え付けられた後、搬送ベルト８表面の粘着力によって当該表面に保持されつつ、黒塗り矢印に沿って副走査方向に搬送されていく。このとき４つのヘッド１０のすぐ下方を通過する際に、各ヘッド１０の吐出面１０ａから用紙Ｐの上面に向けて各色のインクが順に吐出されることで、用紙Ｐ上に所望のカラー画像が形成される。そして用紙Ｐは、剥離プレート５によって搬送ベルト８表面から剥離され、ガイド１２９ａ，１２９ｂによりガイドされ且つ二組の送りローラ対１２８によって挟持されつつ上方に搬送され、筐体１ａ上部に形成された開口１３０から排紙部１３１へと排出される。

次に、図２を参照し、図１のインクジェットプリンタ１におけるインク供給系について説明する。インク供給系は、４つのヘッド１０のそれぞれに対して設けられており、１のヘッド１０について、メインタンク２１、メインタンク２１内のインクを対応するヘッド１０に供給する供給ポンプ２２、ヘッド１０、及び、インクと気体とを分離するサブタンク５０を有する。以下、１のヘッド１０に対応するインク供給系について説明するが、当該説明の内容はどのヘッド１０のインク供給系にも共通するものである。

メインタンク２１及び供給ポンプ２２、供給ポンプ２２及びヘッド１０、ヘッド１０及びサブタンク５０、サブタンク５０及び供給ポンプ２２は、それぞれチューブ３１，３２，３３，３４を介して接続されている。図２は図１のプリンタ１を副走査方向に沿った方向から見たものである。サブタンク５０、供給ポンプ２２、チューブ３１，３２，３３，３４、コントローラ１００等は、筐体１ａ（図１参照）内において図２に示すような鉛直方向の位置関係を有して配置されている。

メインタンク２１は、インクが充填されたインク袋２１ａ、インク袋２１ａの上部においてインク袋２１ａを押圧可能に配置された圧力付加板２１ｂ、及び、圧力付加板２１ｂを下方に付勢する付勢部材２１ｃを有し、これら各部材はタンクケース内に配置されている。コントローラ１００の制御によって圧力付加板２１ｂが下方に移動すると、圧力付加板２１ｂによる押圧によって、インク袋２１ａに圧力が付加され、インク袋２１ａ内のインクが供給ポンプ２２に導入される。つまりメインタンク２１は、後述する「インク導入」時にインク袋２１ａ内のインクが供給ポンプ２２に対して正圧を付与するように、配置されている。

付勢部材２１ｃは、図２ではバネとして表されているが、ソレノイドを用いたアクチュエータ、リンク機構を用いた押圧機構等であってもよい。いずれの場合においても、付勢部材２１ｃの変位量はコントローラ１００によって制御される。

サブタンク５０は、中空円筒状であり、その側面下方にヘッド１０に接続する接続口５１、上端に大気に連通する排気口５２、及び、下端に供給ポンプ２２に接続する循環口５３がそれぞれ形成されている。また、サブタンク５０の側面には、サブタンク５０内における液面を検出するセンサ５５が設けられている。

サブタンク５０の排気口５２は、チューブ３５の一端と接続されている。チューブ３５の他端には大気開放口３５ａが形成されており、チューブ３５に設けられた排気ポンプ８０の駆動により、サブタンク５０内の気体が排気口５２から大気開放口３５ａへと排出される。また、万一サブタンク５０内の気体の排出時にサブタンク５０内のインクが少量排出された場合に、当該インクがプリンタ１内に飛散しないよう、大気開放口３５ａ近傍に廃インク受け９０が設けられている。

プリンタ１内には、供給ポンプ２２からチューブ３２、ヘッド１０、及びチューブ３３を介してサブタンク５０に至る第１流路４１、サブタンク５０からチューブ３４を介して供給ポンプ２２に至る第２流路４２、及び、サブタンク５０からチューブ３５及び大気開放口３５ａを介して大気に至る第３流路４３が形成されている。第２流路４２を構成するチューブ３４及び第３流路４３を構成するチューブ３５にはそれぞれ開閉弁２４及び排気弁２５が設けられている。

ヘッド１０は、多数のインク吐出口が開口した吐出面１０ａを有し、当該吐出面１０ａが水平に延在すると共に排気弁２５、サブタンク５０、及び開閉弁２４よりも上方に位置するように、配置されている。また、本実施形態では、吐出面１０ａの開閉弁２４に対する水頭差Ｈ１が−１００〜−２０ｍｍＡｑである。

次に、図３、図４、及び図５を参照しつつ、プリンタ１各部の動作を制御するコントローラ１００による制御のうち、メインタンク２１から供給ポンプ２２への「インク導入」時の制御（図３に対応）、及び、供給ポンプ２２の駆動により第１流路４１に沿ってインクを流動させると共にサブタンク５０においてインクから分離された気体を第３流路４３に沿って大気開放口３５ａから大気へと排出する「気体排出」時の制御（図４及び図５に対応）について、説明する。

ここで、「インク導入」はプリンタ１の初期設定時に行われるものであり、「気体排出」は、プリンタ１の初期設定時にインク導入の後に行われる「第１排出動作」、及び、初期設定後に所定条件を満たしたとき等に行われる動作であって第１流路４１内にインクが存在した状態において第１流路４１に沿ってインクを流動させる「第２排出動作」を含む。初期設定は、例えば、プリンタ１に初めてインクを導入するとき、メインタンク２１を交換したとき等に行われる。また、所定条件とは、初期設定からの経過時間、前回の気体排出処理からの経過時間、温度変化等に基づいて、流路４１，４２内の気体量が規定量を超えており気体排出が必要であるとされる条件をいう。この条件を検出するにあたって、プリンタ１内に設けられたタイマや温度センサ、サブタンク５０のセンサ５５等を用いてよい。

図３に示すように、「インク導入」時において、コントローラ１００は、先ず閉鎖された排気弁２５を開放し（Ｓ１）、その後排気弁２５及び開閉弁２４が開放された状態で圧力付加板２１ｂを駆動する（Ｓ２）。これにより、メインタンク２１のインク袋２１ａ内のインクが供給ポンプ２２に導入される。このとき排気弁２５の抵抗を調整することで、インクの導入速度が調整され、急激な導入による気泡の発生等を防止することができる。また、このときサブタンク５０内にインクが貯留されていれば、当該インクはサブタンク５０の循環口５３からチューブ３４を介して供給ポンプ２２に導入される。インクは供給ポンプ２２のみではなく、供給ポンプ２２からさらにチューブ３２，３４へと排気弁２５に向かう流路にも導入される。コントローラ１００は、例えば、第２流路４２において液面を検出するセンサ等からの信号に基づいて、インクが開閉弁２４の高さに至ったと検出したとき（Ｓ３：ＹＥＳ）に「インク導入」が完了したと判断し（Ｓ４）、開閉弁２４を閉鎖した後（Ｓ５）、当該インク導入を終了する。そして引き続き、「第１排出動作」が行われる。

図４に示すように、「第１排出動作」において、コントローラ１００は、先ず、開閉弁２４の閉鎖及び排気弁２５の開放を維持しつつ供給ポンプ２２を駆動する（Ｓ１１）ことにより、図２の黒塗矢印に沿って、ヘッド１０及びサブタンク５０を含む第１流路４１内にインクを導入する（Ｓ１２）。このとき開閉弁２４が閉鎖されているため、供給ポンプ２２はサブタンク５０内のインクを使用することなくメインタンク２１内のインクを使用し、当該インクを第１流路４１内に導入する。つまり、供給ポンプ２２はメインタンク２１内のインクのみを第１流路４１に導入することになり、これにより、気体（気泡）を含まない状態でのインク導入が可能となる。サブタンク５０においては、インクの液面が上昇すると共に、インクと気体とが分離され、気体はチューブ３５を介して大気開放口３５ａから大気へと排出される。ここで、接続口５１がサブタンク５０下方に設けられているため、サブタンク５０内のインク液面よりも下方からインクが流入することになるため、サブタンク５０内へのインク流入時に、不要な気泡が発生しない。コントローラ１００は、センサ５５からサブタンク５０内の液面高さに関する検出信号を受信し、当該信号に基づいて、サブタンク５０内のインクの液面高さが所定値（例えば、サブタンク５０の上端の高さ）に達したとき（Ｓ１３：ＹＥＳ）に、供給ポンプ２２の駆動を停止する（Ｓ１４）。そして、排気弁２５を閉鎖し、開閉弁２４を開放した後（Ｓ１５）、当該動作を終了する。

上記プリンタ１の初期設定に係る動作の後、後述の「第２排出動作」における所定時以外において、コントローラ１００は、閉鎖を維持するよう排気弁２５を制御する。つまり、本実施形態におけるヘッド１０等を含む流路４１，４２は、所定の動作時以外は大気から遮断される、所謂密閉型のものである。

図５に示すように、「第２排出動作」において、コントローラ１００は、先ず、開閉弁２４の開放及び排気弁２５の閉鎖を維持しつつ供給ポンプ２２を駆動する（Ｓ２１）ことにより、図２の黒塗矢印に沿った第１流路４１と、サブタンク５０からチューブ２４を介して供給ポンプ２２に至る第２流路４２とに沿って、インクを循環させる。これにより、サブタンク５０において、インクと気体とが分離され、気体がサブタンク５０上方に溜まる。コントローラ１００は、センサ５５からサブタンク５０内の液面高さに関する検出信号を受信し、当該信号に基づいて、サブタンク５０内のインクの液面高さが第１の所定時間内に所定値（例えば、接続口５１よりも若干高い位置）に達したとき（Ｓ２２：ＹＥＳ）に、供給ポンプ２２の駆動を停止する（Ｓ２３）。ここで、Ｓ２２における液面高さの所定値を接続口５１よりも若干高い位置に設定することで、サブタンク５０内へのインクの流入中における不要な気泡の発生を防止することができる。

そしてＳ２３の後、開閉弁２４を閉鎖し（Ｓ２４）、排気弁２５を開放して排気ポンプ８０を駆動する（Ｓ２５）。これにより、当該溜まった気体が、図２の白塗矢印に沿ってチューブ３５を介して大気開放口３５ａから大気へと排出される。その後、コントローラ１００は、排気ポンプ８０の駆動を開始してから第２の所定時間（排気ポンプ８０による排気速度と、Ｓ２２：ＹＥＳと判断した時点でのサブタンク５０内のインク液面からサブタンク５０の上端までの被排気容積とによって決められる時間）が経過したと判断したとき（Ｓ２６：ＹＥＳ）、排気ポンプ８０の駆動を停止する（Ｓ２７）。さらにその後、排気弁２５を閉鎖し、開閉弁２４を開放した後（Ｓ２８）、Ｓ２１に戻って、当該動作を再開する。

供給ポンプ２２の駆動を再開した後（Ｓ２１）、第１の所定時間内にサブタンク５０内のインクの液面高さが所定値に達したとき（Ｓ２２：ＹＥＳ）は、上述と同様の動作を繰り返す。一方、第１の所定時間を経過してもサブタンク５０内のインクの液面高さが所定値に達しなかったとき（Ｓ２２：ＮＯ及びＳ２９：ＹＥＳ）は、第１の所定時間が経過した時点で供給ポンプ２２の駆動を停止する（Ｓ３０）。ここで、第１の所定時間は、第２の所定時間以上に設定されている。次に、閉鎖弁２４を閉鎖し、排気弁２５を開放して（Ｓ３１）、排気ポンプ８０を駆動する（Ｓ３２）。その後、コントローラ１００は、排気ポンプ８０の駆動開始後に第３の所定時間が経過したとこのときの排気ポンプ８０の駆動を開始してから第３の所定時間（排気ポンプ８０による排気速度と、Ｓ２２：ＮＯと判断した時点でのサブタンク５０内のインク液面から排気弁２５までの被排気容積とによって決められる時間）が経過したと判断したとき（Ｓ３３：ＹＥＳ）、排気ポンプ８０の駆動を停止すると共に、排気弁２５を閉鎖し、開閉弁２４を開放する（Ｓ３４）。Ｓ３４の時点において、第３流路４３内のインクの先端は、排気弁２５の位置、或いは、排気弁２５よりも若干大気開放口３５ａに近い位置に達している。これにより、第１流路４１、第２流路４２、及び排気弁２５までの第３流路４３には、流路内に気体（気泡）が存在しない、所謂密閉型のインク供給系が形成される。

本実施形態では、排気ポンプ８０の駆動を開始する前のＳ２４，Ｓ３１において開閉弁２５を閉鎖するが、これに限定されず、開閉弁２５を開放したままとしてよい。本実施形態のようにＳ２４，Ｓ３１で開閉弁２５を閉鎖した後排気ポンプ８０を駆動すると、第１流路４１からサブタンク５０を介して第３流路４３へとインクが供給される。一方、開閉弁２５を開放したまま排気ポンプ８０を駆動すると、サブタンク５０に対して第２流路４２が第１流路４１に並列に連通した状態となるため、第２流路４２内に気体が残留していても、当該気体はサブタンク５０を介して確実に排出される。さらにこの場合、メインタンク２１からサブタンク５０までの流路抵抗が低下するので、排気ポンプ８０によってヘッド１０に加わる負圧が低くなり、ヘッド１０の吐出口のメニスカスが破壊されにくく、その分排気ポンプ８０による排気速度を高めることができるという利点がある。

本実施形態では、ヘッド１０の吐出面１０ａの開閉弁２４に対する水頭差Ｈ１をー１００〜―２０ｍｍＡｑとしているが、これに限定されず、例えば、ヘッド１０の吐出面１０ａのサブタンク５０内のインクの液面に対する水頭差、ヘッド１０の吐出面１０ａの排気弁２５に対する水頭差をー１００〜―２０ｍｍＡｑとしてもよい。

なお、コントローラ１００は、上記各動作において、ヘッド１０の吐出口に形成されたメニスカスが破壊されないよう、各構成要素を制御する。

以上に述べたように、本実施形態によると、コントローラ１００の制御により所定時以外においては排気弁２５が閉鎖を維持するため、ヘッド１０を含む流路４１，４２内のインクが長時間大気に曝されることがない。そのため、インクの粘度が上昇して吐出不安定となる問題が生じず、吐出安定性を確保することが可能となる。

メインタンク２１が「インク導入」時に当該メインタンク２１内のインクが供給ポンプ２２に対して正圧を付与するように配置されており、供給ポンプ２２へのインクの導入が、供給ポンプ２２の駆動により行われるのではなく、メインタンク２１内のインクの圧力によって行われる。したがって、供給ポンプ２２内にインクが存在しない状態での供給ポンプ２２の駆動を回避することができるため、空運転による供給ポンプ２２の磨耗劣化、異物発生等の問題が生じない。さらに、供給ポンプ２２内に気体とインクとが混在した状態での供給ポンプ２２の駆動を回避することができるため、攪拌による気泡の発生等の問題が生じない。また、供給ポンプ２２の駆動によって「インク導入」を行う場合に比べ、安定したインク導入を行うことができると共に、必要以上にインクを廃棄するのを防止することができる。しかも、例えばインペラ式、ターボ式のポンプのように通常呼び水を導入する手段が必要な非自給式ポンプを供給ポンプ２２として採用した場合でも、呼び水を導入する手段を設ける必要がない。また、上記構成によって供給ポンプの選択肢の幅が広がることから、容積変化型ポンプの採用を回避することにより容積変化型ポンプ使用時の摺動による異物発生等の問題が生じず、また、例えばチューブ式ポンプに比べて流路構成等において簡便且つ経済的なインペラ式のポンプを供給ポンプ２２として採用することができる。

メインタンク２１内のインクに圧力を付加する圧力付加板２１ｂが設けられており、コントローラ１００が、インク導入時に、排気弁２５を開放すると共に、メインタンク２１内のインクが供給ポンプ２２へと導入されるように圧力付加板２１ｂを制御する。このようなコントローラ１００の制御により、インク導入時における上述した効果をより確実に得ることができる。

プリンタ１がサブタンク５０内の気体を排気口５２から排出する排気ポンプ８０を備えており、コントローラ１００が、図４及び図５に示す気体排出時において、排気弁２５の開放によるサブタンク５０からの気体の排出を行う際に、排気ポンプ８０を駆動する（Ｓ１５及びＳ２６）。当該排気ポンプ８０の駆動により、サブタンク５０からの気体の排出が促進されることで、流路内の気体の存在による不具合をより確実に回避することができる。

プリンタ１が第２流路４２に設けられた開閉弁２４を備えており、コントローラ１００がインク導入時に開放されるよう開閉弁２４を制御する。これにより、サブタンク５０内のインクを供給ポンプ２２に導入することができ、経済的である。

コントローラ１００は、図４に示す第１排出動作時に閉鎖を維持し且つ当該動作終了後に開放されるよう（Ｓ１６）、開閉弁２４を制御する。このように第１排出動作時に開閉弁２４の閉鎖を維持することで、供給ポンプ２２はメインタンク２１のみからインクを導入することとなる。そのため、サブタンク５０の容量は小さくてよく、サブタンク５０の小型化が可能となる。また、サブタンク５０に存在する気泡混じりのインクが供給ポンプ２２に導入されるという不具合を回避することができる。また、異なる色のインクに置換する場合等、流路中の液体を別の液体に置換する場合、不必要な液体の混合を防止することができ、短時間での置換が実現される。

コントローラ１００は、図５に示す第２排出動作時において、排気弁２５の開放によるサブタンク５０からの気体の排出を行う前に開閉弁２４を閉鎖し（Ｓ２４及びＳ３１）、気体の排出後に排気弁２５を閉鎖し且つ開閉弁２４を開放する（Ｓ２８及びＳ３４）。ここで、Ｓ２６における第２の所定時間及びＳ３３における第３の所定時間の少なくとも一方を、サブタンク５０内のインクの少なくとも一部が大気開放口３５ａから大気に排出される時間に設定することができる。これにより、サブタンク５０内の粘度が上昇したインクを、メインタンク２１内のインクと混合させることなく、気体と共に廃棄することが可能である。

本実施形態のように開閉弁２４の高さにインクが至ったときに「インク導入」が完了したと判断される場合において、ヘッド１０の吐出面１０ａが開閉弁２４よりも上方に位置していることから、インク導入時における吐出口からのインクの漏出が防止される。

プリンタ１がサブタンク５０内における液面を検出するセンサ５５を備えており、コントローラ１００がセンサ５５による検出に応じて排気弁２５の開閉を制御する（図４のＳ１３及び図５のＳ２３参照）。これにより、センサ５５により検出された液面に応じて適切なタイミングで排気弁２５を介した排気を行うことができる。

以上、本発明の好適な実施の形態及び変形例について説明したが、本発明は上述の実施形態及び変形例に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。

例えば、上述の実施形態では、サブタンク５０内における液面を検出するセンサ５５を設けているが、サブタンク５０内のみを検出するセンサに限定されず、サブタンク５０から排気弁２５までの流路における液面を検出するセンサを設けてよい。なお、当該センサは本発明における必須構成要素ではなく、省略可能である。

開閉弁２４及び／又は排気ポンプ８０を省略し、コントローラ１００による当該各構成要素の制御を省略してよい。図６及び図７には、上述の実施形態に係るインクジェットプリンタ１の変形例として、開閉弁２４を省略したインクジェットプリンタ２０１、並びに、開閉弁２４及び排気ポンプ８０を省略したインクジェットプリンタ３０１が示されている。

図６の変形例に係るプリンタ２０１において、コントローラ２００は、液面を検出するセンサ等からの信号に基づいて、インクがサブタンク５０の高さに至ったと検出したときに「インク導入」が完了したと判断する。インク導入に続く第１排出動作及び第２排出動作は、上述の実施形態と同様であるが、開閉弁２４の開閉動作を行わない点において異なる。本変形例において、第１流路４１と第２流路４２とがサブタンク５０に対して並列に連通する関係にあるため、第２流路４２内に気体が残留しにくい。さらに、メインタンク２１からサブタンク５０までの流路抵抗が低下するので、排気ポンプ８０によってヘッド１０に加わる負圧が低くなり、ヘッド１０の吐出口のインクのメニスカスが破壊されにくく、その分排気ポンプ８０による排気速度を高めることができるという利点がある。また、図６の例では、ヘッド１０の吐出面１０ａのサブタンク５０内の液面に対する水頭差Ｈ２が−１００〜−２０ｍｍＡｑである。なお、水頭差の設定に関しては、ヘッド１０の吐出面１０ａの排気弁２５に対する水頭差をー１００〜−２０ｍｍＡｑとしてもよい。

図７の変形例に係るプリンタ３０１において、コントローラ３００は、液面を検出するセンサ等からの信号に基づいて、インクが排気弁２５の高さに至ったと検出したときに「インク導入」が完了したと判断する。また、図７の例では、ヘッド１０の吐出面１０ａの排気弁２５に対する水頭差Ｈ３が−１００〜−２０ｍｍＡｑである。ここで、インク導入に続く第１排出動作及び第２排出動作は、上述の実施形態と異なり、簡略な動作となる。具体的には、当該排出動作においては、先ず排気弁２５を閉鎖し、その後供給ポンプ２２を駆動してインク循環を開始する。このとき、ヘッド１０内の気体はインクと共にサブタンク５０内に流れ込んで溜まる。本変形例では、サブタンク５０の接続口５１より上方の容積が、排気弁２５よりも上方の流路（ヘッド１０を含む）の容積より大きい。そのため、所定時間が経過すれば、サブタンク５０内での気体の増加が停止する。この状態で排気弁２５を開放すると、サブタンク５０内のインクの液面が上昇し、排気弁２５の高さに到達する。このとき、液面を検出するセンサ等からの信号に基づいて、インクが排気弁２５の高さに到達したと判断され、排気弁２５を閉鎖する。これにより、密閉型のインク供給系が形成される。なお、水頭差の設定に関しては、ヘッド１０の吐出面１０ａのサブタンク５０内のインクの液面に対する水頭差をー１００〜−２０ｍｍＡｑとしてもよい。

図６又は図７に示す変形例に係る構成において、上記の水頭差を上記の値に設定することで、排気弁２５の故障、センサの誤動作等が生じても、必要以上にインクが排出されることが防止される。

本発明は、上述の実施形態及び各変形例の構成に限定されず、インク導入時において第１流路４１、第２流路４２、及び第３流路４３の少なくともいずれかに導入されたインクの液面に対する吐出面１０ａの水頭差が−１００〜−２０ｍｍＡｑであってよいし、或いは、このような水頭差が形成されなくてもよい。

コントローラ１００は、上記以外の背圧設定位置又は圧力バランスが取れる位置までインクが至ったときに、「インク導入」が完了したと判断してよい。この場合、インク導入完了時のインクの液面高さは供給ポンプ２２の能力等により決定され、コントローラは、上述の実施形態や各変形例のようにインクの液面高さを検出する処理（Ｓ３等）を行うことなく、例えば供給ポンプ２２の駆動電流の変化に基づいて、「インク導入」の完了を判断してよい。

「インク導入」「気体排出」における動作は上述のものに限定されず、様々に変更可能である。例えば「インク導入」時に、メインタンク２１内のインクは、供給ポンプ２２からさらにチューブ３２，３４へと排気弁２５に向かう流路にも導入されることに限定されず、供給ポンプ２２にのみ導入されてよい。また、「気体排出」時に、サブタンク５０内の気体を排気口５２から排出するにあたり、コントローラ１００は、排気ポンプ８０ではなく、供給ポンプ２１とメインタンク２１の圧力付加板２１ｂとのいずれか一方の駆動を制御してよい。この場合、排気ポンプ８０等を設けずに、サブタンク５０内の気体排出を行うことができるため、構成の簡略化が可能である。

メインタンク２１内のインクに圧力を付加する手段として、上述の実施形態では圧力付加板２１ｂを採用しているが、その他の部材、機構等を採用してよい。また、当該手段を設けなくてもよい。

メインタンク２１は、「インク導入」時に当該メインタンク２１内のインクが供給ポンプ２２に対して正圧を付与するように配置されなくてもよい。

上述の実施形態における「第２排出動作」は、１回の排出動作では十分排気できない場合に対応したものである。これに対し、１回の排出動作で十分排気できる構成であれば、排出動作の手順を簡略化してよい。この場合の手順について、図８を参照して説明する。

図８に示すように、「第２排出動作」において、コントローラ１００は、開閉弁２４の開放及び排気弁２５の閉鎖を維持しつつ、供給ポンプ２２を駆動する（Ｓ４０）。そしてコントローラ１００は、供給ポンプ２２の駆動開始後に第４の所定時間（供給ポンプ２２によってインクが循環されたとき、循環流路内に残留する気体が全てサブタンク５０内に溜まる時間）が経過したと判断したとき（Ｓ４１：ＹＥＳ）、供給ポンプ２２の駆動を停止する（Ｓ４２）。その後、開閉弁２４を閉鎖し、排気弁２５を開放する（Ｓ４３）。次に、サブタンク５０内のインクの液面の高さをセンサ５５によって検出する（Ｓ４４）。コントローラ１００は、センサ５５からの信号に基づいて、サブタンク５０内のインクの液面から排気弁２５までの被排気容量を算出し、当該容量と排気ポンプ８０による排気速度とに基づいて、排気ポンプ８０の駆動時間（第５の所定時間）を算出する。その後、コントローラ１００は、排気ポンプ８０の駆動を開始し（Ｓ４５）、排気ポンプ８０の駆動開始から第５の所定時間が経過したと判断したとき（Ｓ４６：ＹＥＳ）、排気ポンプ８０の駆動を停止すると共に、排気弁２５を閉鎖し、開閉弁２４を開放する（Ｓ４７）。この時点で、第３流路４３内のインクの先端は、排気弁２５の位置、或いは、排気弁２５よりも若干大気開放口３５ａに近い位置に達している。これにより、第１流路４１、第２流路４２、及び排気弁２５までの第３流路４３には、流路内に気体（気泡）が存在しない、所謂密閉型のインク供給系が形成される。

上述したいずれの実施形態及び変形例においても、排出動作が終了した後に吐出面１０ａをワイパーにより払拭する払拭処理を行ったり、或いは、排出動作が終了した後に強制的に吐出口からインクを吐出させるパージ処理を行い、その後払拭処理を行ったりしてよい。インク導入及び気体排出の各動作中に吐出面１０ａからインクが漏出する可能性があるが、上記のような処理を行うことで、吐出面１０ａを清浄に保つことができ、インクの吐出不良の発生を未然に防止することができる。さらに、その後用紙Ｐに対する画像形成の要求がなければ、吐出面１０ａをキャップにより覆うことで、吐出口近傍におけるインクの増粘が防止される。一方、画像形成の要求があれば、供給ポンプ２２の駆動停止及び開閉弁２４の開放を維持しつつ、画像データに基づく用紙Ｐへの画像形成処理に移行する。

本発明に係る液体吐出装置は、ライン式・シリアル式のいずれにも適用可能であり、また、プリンタに限定されず、ファクシミリやコピー機等にも適用可能である。さらに、インク以外の液体を吐出する装置であってもよい。

本発明の一実施形態に係るインクジェットプリンタの側面図である。 図１のインクジェットプリンタにおけるインク供給系を示す概略構成図である。 インク導入時におけるコントローラによる制御を示すフローチャートである。 気体排出の第１排出動作時におけるコントローラによる制御を示すフローチャートである。 気体排出の第２排出動作時におけるコントローラによる制御を示すフローチャートである。 本発明の一変形例に係るインクジェットプリンタを示す概略構成図である。 本発明の他の変形例に係るインクジェットプリンタを示す概略構成図である。 気体排出の第２排出動作時におけるコントローラによる制御についての変形例を示すフローチャートである。

符号の説明

１；２０１；３０１ インクジェットプリンタ（液体吐出装置）
１０ ヘッド
１０ａ 吐出面
２１ メインタンク
２１ｂ 圧力付加板（圧力付加手段）
２２ 供給ポンプ
２４ 開閉弁
２５ 排気弁
４１ 第１流路
４２ 第２流路
４３ 第３流路
５０ サブタンク
５１ 接続口
５２ 排気口
５５ センサ（検出手段）
８０ 排気ポンプ
１００；２００；３００ コントローラ

Claims (19)

1. 吐出口から液体を吐出するヘッドと、
   前記ヘッドに供給される液体を貯留するメインタンクと、
   前記メインタンク内の液体を前記ヘッドに供給する供給ポンプと、
   前記ヘッドに接続する接続口及び大気に連通する排気口が形成された、液体と気体とを分離するサブタンクと、
   前記供給ポンプから前記ヘッド及び前記接続口を介して前記サブタンクに至る第１流路と、
   前記サブタンクから前記供給ポンプに至る第２流路と、
   前記サブタンクの前記排気口から大気に至る第３流路と、
   前記第３流路に設けられた開閉可能な排気弁と、
   前記メインタンクから前記供給ポンプへの液体導入時、及び、前記供給ポンプの駆動により前記第１流路に沿って液体を流動させると共に前記サブタンクにおいて液体から分離された気体を前記第３流路に沿って排出する気体排出時に、一時的に前記排気弁を開放し、前記液体導入時及び前記気体排出時以外においては前記排気弁の閉鎖を維持するよう、前記排気弁の開閉を制御するコントローラと、
   を備えていることを特徴とする液体吐出装置。
2. 前記メインタンクが、少なくとも前記液体導入時に当該メインタンク内の液体が前記供給ポンプに対して正圧を付与するように、配置されていることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
3. 前記メインタンク内の液体に圧力を付加する圧力付加手段をさらに備え、
   前記コントローラが、前記液体導入時に、前記排気弁を開放すると共に、前記メインタンク内の液体が少なくとも前記供給ポンプへと導入されるように前記圧力付加手段を制御することを特徴とする請求項２に記載の液体吐出装置。
4. 前記コントローラが、前記液体導入時に、前記メインタンク内の液体が前記供給ポンプを経て前記排気弁に向けて導入されるように前記圧力付加手段を制御することを特徴とする請求項３に記載の液体吐出装置。
5. 前記ヘッドが、前記吐出口が開口した吐出面を有し、
   前記液体導入時において、前記第１流路、前記第２流路、及び前記第３流路の少なくともいずれかに導入された液体の液面に対する前記吐出面の水頭差が−１００〜−２０ｍｍＡｑであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の液体吐出装置。
6. 前記コントローラが、前記液体導入の間前記排気弁の開放を維持し、液体が前記排気弁の高さに至ったときに前記液体導入が完了したと判断して、その後前記気体排出が行われるように、前記排気弁の開放を維持したまま前記供給ポンプを駆動し且つ前記供給ポンプの駆動を停止した後前記排気弁を閉鎖することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の液体吐出装置。
7. 前記ヘッドにおける前記吐出口が開口した吐出面が、前記排気弁よりも上方に位置していることを特徴とする請求項６に記載の液体吐出装置。
8. 前記ヘッドにおける前記吐出口が開口した吐出面の前記排気弁に対する水頭差が−１００〜−２０ｍｍＡｑであることを特徴とする請求項６又は７に記載の液体吐出装置。
9. 前記第３流路において前記排気弁よりも前記サブタンクの前記排気口から離隔した位置に配置された、前記サブタンク内の気体を前記排気口から排出する排気ポンプをさらに備え、
   前記コントローラが、前記気体排出時において、前記排気弁の開放による前記サブタンクからの気体の排出を行う際に、前記排気ポンプを駆動することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の液体吐出装置。
10. 前記コントローラが、前記液体導入の間前記排気弁の開放を維持し、液体が前記サブタンクの高さに至ったときに前記液体導入が完了したと判断して、その後前記気体排出が行われるように、前記排気弁の開放を維持したまま前記供給ポンプを駆動し、且つ、前記供給ポンプの駆動を停止し前記排気ポンプを駆動及び停止した後前記排気弁を閉鎖することを特徴とする請求項９に記載の液体吐出装置。
11. 前記ヘッドにおける前記吐出口が開口した吐出面が、前記サブタンクよりも上方に位置していることを特徴とする請求項１０に記載の液体吐出装置。
12. 前記ヘッドにおける前記吐出口が開口した吐出面の前記サブタンク内の液面に対する水頭差が−１００〜−２０ｍｍＡｑであることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の液体吐出装置。
13. 前記第２流路に設けられた開閉弁をさらに備え、
    前記コントローラが、前記液体導入時に開放されるよう、前記開閉弁を制御することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の液体吐出装置。
14. 前記気体排出が、前記液体導入の終了後に行われるもので前記第１流路内に液体を導入する第１排出動作と、前記第１流路内に液体が存在した状態において前記第１流路に沿って液体を流動させる第２排出動作とを含み、
    前記コントローラが、前記第１排出動作時に閉鎖を維持し且つ当該動作終了後に開放されるよう、前記開閉弁を制御することを特徴とする請求項１３に記載の液体吐出装置。
15. 前記コントローラが、前記第２排出動作時において、前記排気弁の開放による前記サブタンクからの気体の排出を行う前に前記開閉弁を閉鎖し、前記気体の排出後に前記排気弁を閉鎖し且つ前記開閉弁を開放することを特徴とする請求項１４に記載の液体吐出装置。
16. 前記コントローラが、前記液体導入の間前記排気弁の開放を維持し、液体が前記開閉弁の高さに至ったときに前記液体導入が完了したと判断して、その後前記気体排出が行われるように、前記排気弁の開放を維持したまま前記供給ポンプを駆動し且つ前記供給ポンプの駆動を停止した後前記排気弁を閉鎖することを特徴とする請求項１３〜１５のいずれか一項に記載の液体吐出装置。
17. 前記ヘッドにおける前記吐出口が開口した吐出面が、前記開閉弁よりも上方に位置していることを特徴とする請求項１６に記載の液体吐出装置。
18. 前記ヘッドにおける前記吐出口が開口した吐出面の前記開閉弁に対する水頭差が−１００〜−２０ｍｍＡｑであることを特徴とする請求項１６又は１７に記載の液体吐出装置。
19. 前記サブタンクから前記排気弁までの流路内における液面を検出する検出手段をさらに備え、
    前記コントローラが、前記検出手段による検出に応じて、前記排気弁の開閉を制御することを特徴とする請求項１〜１８のいずれか一項に記載の液体吐出装置。

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