JP2010142968A - 排気装置及び該排気装置を備えたインクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の小型化を妨げず、かつ、吐出される液体を必要以上に排出しないで排気することが可能な排気装置を提供すること。
【解決手段】吐出される液体とともに気体が貯留されるようにされた容器と、容器の上部で容器と連通している流体排出流路２１と、底面で流体排出流路２１と連通し、容器から流体排出流路２１を通じて導入された気体を排出する排気口２３が上面に形成されているフロート室２５と、比重が液体よりも小さく、フロート室２５における液体の導入による液面の上昇に伴って排気口２３を塞ぐ位置へ移動できるようにフロート室２５に収容されているフロート２７と、を有し、フロート室２５の側面に溝４１が形成され、フロート室２５の底面に溝４１と連通している溝４２が形成され、流体排出流路２１に溝４２と連通している溝４３が形成されている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、排気装置およびインクジェット記録装置に関し、特にインクとともに容器に貯留された気体を排出する排気装置および該排気装置を備えたインクジェット記録装置に関する。

プリンター等の記録方式のうち、吐出口（ノズル）からインクを吐出させて被記録媒体に文字や画像等を形成するインクジェット記録方式は、低騒音のノンインパクト記録方式で高密度かつ高速の記録動作が可能であるため、近年では広く採用されている。

一般的なインクジェット記録装置は、インクジェット記録ヘッドと、これを搭載するキャリッジを駆動する手段と、被記録媒体を搬送する手段と、これらを制御するための制御手段とを備えている。このように、キャリッジを移動させながら記録動作を行うものをシリアルスキャン型という。

シリアルスキャン型のインクジェット記録装置では、インクタンクの交換頻度を少なくするためにインクタンクの容量を大きくすると、インクタンクの重量が増大する。この場合、キャリッジに加わる重量が増大する。このことを考慮すると、大判の記録画像を出力する等、大容量のインクタンクを用いる必要があるシリアルスキャン型のインクジェット記録装置では、長時間の連続記録が可能なチューブ供給方式が多く採用される。チューブ供給方式は、インクジェット記録ヘッドへのインクの供給方式の一つであり、インクタンクとインクジェット記録ヘッドとをチューブで接続した供給方式である。

前述のようなプリンターでは、多量のインクが使用されるため、記録ヘッドを走査させるためのキャリッジの上にインクタンクが搭載されるとインクタンクが小型なものに限られる。そのため、頻繁にインクタンクの交換をおこなわなければならず不便であり、ランニングコストも高くつく。

そこで、このように大量のインクを消費するインクジェット記録装置には、一般に図７に示すようなインク供給システムが用いられている。このシステムでは、記録ヘッド７０１を搭載したキャリッジ７０２のガイドレール７０７、７０８に沿った往復移動と、搬送ローラ７０３による矢印Ａの方向への搬送移動とが行われるときに、記録ヘッド２０１から選択的にインクが吐出される。なお、記録ヘッド７０１は、インク供給ユニット７０５に装着されたメインタンク７０４に、インク供給チューブ７００を介して連結される。また、キャリッジ７０２の往復移動範囲内であって、記録用シートＳの搬送範囲外である領域には、回復ユニット７０６が、配置されている。インク供給チューブ７００は、チューブ、継手などで構成されるが、このチューブには、キャリッジ７０２の往復移動を妨げないように柔軟性のあるチューブが用いられている。メインタンク７０４には、大気連通孔（不図示）が設けられ、メインタンク７０４内は大気と通じている。

記録ヘッド７０１からインクが吐出されると、メインタンク７０４からインク供給チューブ７００を経て、インクが補給されていく。この方法を用いると、非常に簡単な構成によってインク供給を実現できるが、インク供給チューブ７００に用いられている柔軟性のあるチューブは、ゴム製、または樹脂製であるため若干のガス透過性を有する。また、インク供給チューブ７００内も記録ヘッド７０１内と同様、負圧になっている。そのため、インク供給チューブ７００内には大気からインク供給チューブ７００の壁を通して少しずつ空気が侵入し、気泡を発生させる。その気泡が記録ヘッド７０１内に流れ込むと、正常なインク滴を吐出できなくなり、印字不良が発生する。また、仮に大気からインク供給チューブ７００の内への空気の侵入を防止することが可能であっても、インクに溶存した空気がインク供給チューブ７００内、または記録ヘッド７０１に設けられているサブタンク内で気泡に成長することもあり得る。

そこで、記録ヘッド内に空気が入り込まないようにしたインクジェット記録装置が提案され、特許文献１に開示されている。このインクジェット記録装置のインク供給システムについて、図８及び図９を参照しながら説明する。

図８は、特許文献１に開示されたインクジェット記録装置に設けられた記録ヘッド、および記録ヘッドに供給されるインクを貯留するサブタンクの断面図である。サブタンク８００は、記録ヘッド９００の上に配置され、内部が仕切板８０１によってフロート部８０２とエアバッファ部８０３との二つの空間に分けられている。フロート部８０２内にはフロート８０４が封入されている。フロート８０４は、インクより比重が小さく、かつ、インクと反応しにくい材質である。仕切板８０１の上部では、フロート部８０２とエアバッファ部８０３が完全に遮断されている。仕切板８０１の下部には縦方向に連続したスリット８０５が形成され、フロート８０４はエアバッファ部８０３へ移動できないが、インクや空気は自由に通過できるようになっている。

フロート部８０２の上部には、円錐状の形状をした円錐部８０６が形成され、この円錐部８０６の頂点に相当するところに、排気口８０７、および排気チューブ８０８を排気口８０７と連結させるための接続部８０９が形成されている。一方、エアバッファ部８０３の上部には、エアバッファ部８０３へインクを供給する供給チューブ８１０を接続するための接続部８１１が形成され、この接続部８１１からパイプ部８１２が、サブタンク８００の下部まで延びている。

図９は、サブタンク８００内の排気が終了した直後の状態を示す図である。この状態から、印字、放置（スタンバイ状態および電源ＯＦＦ状態）が繰り返されると、供給チューブ８１０内で発生した気泡が少しずつサブタンク８００内に侵入してくる。この時、排気チューブ８０８の途中に設けられた弁（不図示）が閉じているので、インクは、印字、ヘッド回復動作によって、記録ヘッド９００に設けられたノズル９０１から吐出される。しかし、増加した空気はサブタンク８００内に閉じこめられるため、図８に示すようにインク面が下がってくる。

サブタンク８００内に閉じ込められた空気を排出する場合には、ヘッド回復ユニット９０２が上昇し、ノズル９０１を塞いでサブタンク８００内を外気から遮断する。そして、排気チューブ８０８につながれたポンプ（不図示）が作動し、サブタンク８００内の空気を少しずつ吸引し、サブタンク８００内の圧力が徐々に下がりはじめる。ある程度まで圧力が低下すると、メインタンク(不図示)から供給チューブ８１０を通ってインクが供給されてくる。供給されたインクの代わりに、サブタンク８００内に閉じ込められた空気は、排気チューブ８０８を通って出ていく。このとき、図８に示すような状態では、インク面は均一に上昇していくが、インク面がスリット８０５の最上部まで達すると、フロート部８０２に閉じ込められた空気とエアバッファ部８０３に閉じ込められた空気は完全に遮断される。そのため、それ以降はフロート部８０２に閉じ込められた空気だけが排出される。この空気が排出されてインク面が上昇すれば、当然それに応じて、フロート８０４も上昇する。

フロート８０４は、インク面が上昇すると最初は水平方向の位置が定まらないまま上昇していくが、円錐部８０６に達するとその後は排気口８０７に向かって上昇し、最終的には、図９に示すような、排気口８０７を塞ぐ位置で停止する。これにより、排気動作が終了する。
特開２０００−３０１７３７号公報

特許文献１に開示されたインク供給システムの構成には、次のような問題がある。

フロート部８０２に少量のインクが残った場合、このインクが乾燥し、粘度が上がることによってフロート８０４がフロート部８０２の側面や底面に張り付いてしまう。この状態で、排気口８０７から吸引手段(ポンプ)によって吸引が行われると、液面が上昇してもフロート８０４は上昇できない。これにより、フロート８０４で排気口８０７を塞ぐことができないので、サブタンク８００内の空気が排出されるとともに、印字に使用されないインクが必要以上に排出されてしまう。この場合、特に、装置全体を小型化するためにインクタンクの容量を小さくしたインクジェット記録装置では、インクタンクの交換を頻繁に行わなければならない。すなわち、このインク供給システムは、印字に使用されないインクが必要以上に排出されてしまうので、インクタンクの交換回数を抑えようとすると容量の大きなインクタンクが必要になる。したがって、装置全体の小型化が妨げられることになる。

以上のような問題に鑑み、本発明は、装置の小型化を妨げず、かつ、吐出される液体を必要以上に排出しないで排気することが可能な排気装置、および該排気装置を備えるインクジェット記録装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の排気装置は、
吐出される液体とともに気体が貯留されるようにされた容器と、
前記容器の上部で前記容器と連通している流体排出流路と、
底面で前記流体排出流路と連通し、前記容器から前記流体排出流路を通じて導入された前記気体を排出する排気口が上面に形成されているフロート室と、
比重が前記液体よりも小さく、前記フロート室における前記液体の導入による液面の上昇に伴って前記排気口を塞ぐ位置へ移動できるように前記フロート室に収容されているフロートと、を有し、
前記フロート室の側面に第１の溝が形成され、前記フロート室の前記底面に前記第１の溝と連通している第２の溝が形成され、前記流体排出流路に前記第２の溝と連通している第３の溝が形成されている。

また、上記目的を達成するための本発明によるインクジェット記録装置は、
前記液体としてインクを吐出する記録ヘッドと、
前記記録ヘッドと連通する上記の排気装置と、
を有する。

以上説明した通り、本発明の排気装置は、装置の小型化を妨げることなく、かつ、吐出される液体を必要以上に排出することなく排気できるようになる。また、この排出装置を備えたインクジェット記録装置は、気体混入によるドットの欠落や乱れによる画像の劣化がなくなるので、安定した高画質の記録を行えるようになる。

本発明のインクジェット記録装置の実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態のインクジェット記録装置におけるインク供給システムの一構成例を示す図である。

本実施形態のインクジェット記録装置は、図１に示すように、インクを吐出する記録ヘッド１と、記録ヘッド１と連通した排気装置４とを有する。記録ヘッド１は、インクを吐出させるための複数の記録素子と複数のオリフィスとが配列されたチップと、複数のオリフィスが共通に接続された液室２と、メインタンク１１から供給チューブ１０、フィルターを介してインクが導入されるサブタンク３を有する。

排気装置４は、サブタンク３の上面と連通し、メインタンク１１または供給チューブ１０からサブタンク３に取り込まれて貯留した気体を排出する。また、排気装置４は、液室２の上面にも連通し、複数のオリフィスによるインクの吐出に伴って液室２に発生して貯留した気泡を排出する。

記録ヘッド１では、キャップ１２がオリフィスを密閉し、キャップ１２に接続された吸引手段であるポンプ１３が吸引動作を行うことで、メインタンク１１から供給チューブ１０を介してサブタンク３にインクが導入される。

サブタンク３には、供給チューブ１０に侵入した気体や、メインタンク１１の交換時に取り込まれた気体が貯留されていく。これらの貯留された気体が一定量を超えると、インクに接しているフィルター面積が小さくなって、フィルターを通るインクの流抵抗が大きくなるので、画像不良に繋がる。それを防止するために排気チューブ１４を介して排気装置４がポンプ１３と連通され、ある一定量の気体がサブタンク３に貯留した時点のポンプ１３の駆動にて貯留した気体が排出される。

また、液室２には、上述したオリフィスによるインクの吐出に伴い発生する気泡が貯留されていく。この貯留された気泡が一定値を超えると、インクの流抵抗が大きくなって、オリフィスへのインクの供給が追いつかなくなるので、画像不良に繋がる。それを防止するために、ある一定量の気泡が液室２に貯留された時点（一定量の印字が行われた時点）のポンプ１３の駆動にて貯留した気泡が排出される。

ポンプ１３の駆動により、液室２へのインクの供給と、液室２およびサブタンク３の排気とが可能になるが、これらの切り替えは、キャップ１２とポンプ１３の間に設けられた切替弁１５によって行なわれる。

次に、図２、図３、図４、および図５を参照して排気装置４についてより詳しく説明する。

図２は、排気装置４の構成を示す図である。排気装置４は、図２に示すように、流体排出流路２１、２２と、フロート室２５、２６と、フロート２７、２８と、押圧弁２９、３０と、を有する。

流体排出流路２１は、一端がサブタンク３の上部と連通し、他端がフロート室２５の底面と連通している。フロート室２５は、サブタンク３から流体排出流路２１を通じて導入された空気または気泡３１を排出するための排気口２３が上面に形成され、内部にフロート２７が収容されている。フロート２７は、インクよりも比重が小さく、かつ、インクと反応しにくい材質を球状に成形したものである。そして、フロート２７は、フロート室２５へのインクの導入による液面の上昇に伴って排気口２３へ移動できるようにフロート室２５に収容されている。排気口２３は、押圧弁２９によって常時閉じた状態となっている。これにより、排気口２３がフロート２７で塞がれていない状態であっても、フロート室２５の内部圧力は、大気圧の影響を受けることなく一定に保たれる。

流体排出流路２２は、一端が液室２の上部と連通し、他端がフロート室２６の底面と連通している。フロート室２６は、液室２から流体排出流路２２を通じて導入された気泡を排出するための排気口２４が上面に形成され、内部にフロート２８が封入されている。フロート２８は、フロート２７と同様な形状であって、フロート室２６へのインクの導入による液面の上昇に伴って排気口２４へ移動できるようにフロート室２６に収容されている。排気口２４は、押圧弁３０によって常時閉じた状態となっている。これにより、排気口２４がフロート２８で塞がれていない状態であっても、フロート室２６の内部圧力は、大気圧の影響を受けることなく一定に保たれる。

次に、流体排出流路２１および流体排出流路２２、ならびにフロート室２５およびフロート室２６の形状について、図３を参照しながら説明する。なお、流体排出流路２１と流体排出流路２２は同様な形状であり、かつ、フロート室２５およびフロート室２６は同様な形状であるため、流体排出流路２２およびフロート室２５の形状について説明する。

図３は、流体排出流路２２およびフロート室２５の形状を示す図である。図３（ａ）は全体図を示す。図３（ｂ）は、図３（ａ）に記載の切断線Ｘ−Ｘに沿った断面図および該断面図のうち溝が形成されている部分の拡大図を示す。図３（ｃ）は、図３（ａ）に記載の切断線Ｙ−Ｙに沿った断面図および該断面図のうち溝が形成されている部分の拡大図を示す。図３（ｄ）は、図３（ａ）に記載の切断線Ｚ−Ｚに沿った断面図および該断面図のうち溝が形成されている部分の拡大図を示す。

図３（ｂ）に示すように、フロート室２５の側面には稜線部に溝４１(第１の溝)が形成されている。また、図３（ｃ）に示すように、フロート室２５の底面には、稜線部に溝４２(第２の溝)が形成され、この溝４２は溝４１と連通している。また、図３（ｄ）に示すように、流体排出流路６２の側面にも稜線部に溝４３(第３の溝)が形成され、この溝４３は溝４２と連通している。なお、図３（ｂ）、図３（ｃ）、および図３（ｄ）に記載されたＡ、ＢおよびＣは、それぞれ溝４１の幅、溝４２の幅、溝４３の幅を示す。Ａ、Ｂ、Ｃの間には、Ａ＞Ｂ＞Ｃの関係が成り立つように溝４１〜４３が形成されている。これにより、溝４１、４２、４３によって働く毛管力の大きさをそれぞれＦ（Ａ）、Ｆ（Ｂ）、Ｆ（Ｃ）とすると、Ｆ（Ａ）＜Ｆ（Ｂ）＜Ｆ（Ｃ）の関係が成り立つ。

図４は、フロート室２５内の状態を示す図である。図４(ａ）は、フロート室２５へのインクの導入によりフロート２７が排気口２３を塞ぐ位置に移動した状態を示す。図４(ｂ）は、図４(ａ）に示す状態後インクの吐出によりフロート室２５からインクが排出された状態を示す。図４（ｃ）は、図４(ｂ）に示す状態後、少し時間が経過した状態を示す。

フロート室２５内が図４(ａ）に示す状態になった後、記録ヘッド１からインクが吐出され、供給チューブ１０からサブタンク３に気体が導入されてくると、その気体が流体排出流路２１を通じてフロート室２５に徐々に導入される。すると、フロート室２５に貯留されたインクはサブタンク５３に徐々に流出していく。このとき、図４（ｂ）に示すように、インクの表面張力によりインク滴３２がフロート室２５の稜線部、隅部、および流体排出流路２１に残留する。しかし、図３に示すように、フロート室２５の側面及び底面、ならびに流体排出流路２２に溝４１、溝４２、および溝４３が連通して形成されているため、溝の毛管力によりインク滴３２は、各溝へ流れる。そして、インク滴３２は、毛管力の大きな溝の方へ流れる。すなわち、フロート室２５の側面に残留したインク滴３２は、溝４１、溝４２を流れて溝４３へ流出していく。

また、サブタンク３には、図５に示すように溝４４(第４の溝)が形成され、この溝４４は、溝４３と連通している。図５（ｂ）は図５（ａ）に記載の切断線Ｗ−Ｗに沿った断面図であり、図５（ｂ）に記載のＤは、溝４４の幅を示し、溝４３の幅であるＣとの関係はＣ＞Ｄである。ゆえに、溝４４の毛管力の大きさをＦ（Ｄ）とすると溝４３の毛管力との関係はＦ（Ｃ）＜Ｆ（Ｄ）が成り立つ。そのため、フロート室２５に残留していたインク滴３２は、フロート室２５から流体排出流路６２を経由してサブタンク３に流出していく。これにより、フロート室２５に長期間残留して固着（粘度の増加）したインクによって、フロート２７がフロート室２５に張り付いてインク面を浮遊できなくなる（排気口２３を塞げなくなる）ことを、防止しやすくなる。

また、フロート室２６にはフロート室２５と同様な溝が形成され、流体排出流路２２には流体排出流路２１と同様な溝が形成されている。そのため、フロート室２６に長期間残留して固着したインクによって、フロート２８が排気口２４を塞げなくなることを防止しやすくなる。

本実施形態では、フロート室２５の側面に溝４１が形成され、フロート室２５の側面に溝４１と連通する溝４２が形成され、流体排出流路２１に溝４２と連通する溝４３が形成されている。これにより、サブタンク３に貯留された気体の排出に伴いフロート室２５でインクの流入および流出が繰り返されても、フロート室２５の側面および底面に残留したインクは、各溝を通じて流出されるので固着しない。また、溝４２の毛管力は、溝４１よりも大きく、かつ溝４３よりも小さいので、フロート室２５の側面や底面に残留したインク滴が、毛管力によって、確実に流体排出流路２１へ流出されることとなる。

また、本実施形態では、フロート室２６にはフロート室２７と同様な溝が形成され、流体排出流路２２には流体排出流路２１と同様な溝が形成されている。これにより、液室２に貯留された気泡の排出に伴いフロート室２６でインクの流入および流出が繰り返されても、フロート室２６の側面および底面に残留したインクは、各溝を通じて流出されるので固着しない。

したがって、フロート２７、２８がインク面の上昇に伴って排気口２３、２４をそれぞれ確実に塞げるようになるので、サブタンク３および液室２に貯留されたインクを必要以上に排出させることなく、排気することが可能となる。また、フロート室２５、２６および流体排出流路２１、２２に上述した溝を形成するために装置を大型化する必要はないので、本実施形態のインクジェット記録装置は、装置の小型化を妨げない。

なお、本発明では、吐出されるインクを貯留する容器である液室２およびサブタンク３は、排気装置４の構成に含まれることとしてもよい。

また、本発明では、サブタンク３に溝４４を形成する代わりに、図６に示すように、吸収体５０を設けることとしてもよい。吸収体５０は、毛管力が溝４３の毛管力よりも大きい特性を有し、溝４３と連通するようにサブタンク３の上部に設けられる。吸収体５０がサブタンク５３の上部に設けられることで、サブタンク３に貯留されたインクがある一定量以上消費されると、吸収体５０はインクに接しなくなり、再度、インクを吸収できる状態となる。これで、フロート室２５に残留しているインク滴３２を吸収体５０に導くことが可能となる。

本実施形態のインクジェット記録装置におけるインク供給システムの一構成例を示す図である。 本実施形態のインクジェット記録装置に設けられた排気装置の構成を示す図である。 流体排出路およびフロート室の形状の一例を示す図である。 フロート室内の状態を示す図である。 サブタンクの形状の一例を示す図である。 本発明の流体排出装置について、他の実施形態の構成を示す図である。 一般的なインクジェット記録装置のインク供給システムの構成を示す図である。 特許文献１に開示されたインクジェット記録装置に設けられた記録ヘッド、および記録ヘッドに供給されるインクを貯留するサブタンクの断面図である。 特許文献１に開示されたインクジェット記録装置において、排気が終了した直後のサブタンク内の状態を示す図である。

符号の説明

１ 記録ヘッド
２ 液室
３ サブタンク
４ 排気装置
２１、２２ 流体排出流路
２３、２４ 排気口
２５、２６ フロート室
２７、２８ フロート
４１、４２、４３、４４ 溝
５０ 吸収体

Claims (7)

1. 吐出される液体とともに気体が貯留されるようにされた容器と、
   前記容器の上部で前記容器と連通している流体排出流路と、
   底面で前記流体排出流路と連通し、前記容器から前記流体排出流路を通じて導入された前記気体を排出する排気口が上面に形成されているフロート室と、
   比重が前記液体よりも小さく、前記フロート室における前記液体の導入による液面の上昇に伴って前記排気口を塞ぐ位置へ移動できるように前記フロート室に収容されているフロートと、を有し、
   前記フロート室の側面に第１の溝が形成され、前記フロート室の前記底面に前記第１の溝と連通している第２の溝が形成され、前記流体排出流路に前記第２の溝と連通している第３の溝が形成されていることを特徴とする排気装置。
2. 請求項１に記載の排気装置において、
   前記第２の溝の幅は、前記第１の溝よりも狭く、かつ、前記第３の溝よりも広いことを特徴とする排気装置。
3. 請求項２に記載の排気装置において、
   前記第３の溝と連通し、前記第３の溝よりも幅が狭い第４の溝が前記容器に形成されていることを特徴とする排気装置。
4. 請求項１に記載の排気装置において、
   前記第２の溝の毛管力は、前記第１の溝の毛管力よりも大きく、かつ、前記第３の溝の毛管力よりも小さいことを特徴とする排気装置。
5. 請求項４に記載の排気装置において、
   前記第３の溝と連通し、前記第３の溝よりも毛管力が大きな第４の溝が前記容器に形成されていることを特徴とする排気装置。
6. 請求項２または請求項４に記載の排気装置において、
   前記第３の溝と連通し、前記第３の溝よりも毛管力が大きな吸収体を有することを特徴とする排気装置。
7. 前記液体としてインクを吐出する記録ヘッドと、
   前記記録ヘッドと連通する請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載する排気装置と、
   を有することを特徴とするインクジェット記録装置。

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