JP2010143071A - インク充填方法 - Google Patents

Abstract

【課題】記録ヘッドに記録インクを初期充填する際に、物流インクを記録ヘッドに残さず、廃インクを低減する。
【解決手段】ノズルに記録インクを導入するための第一のインク室５と、第一のインク室の上部に設けられた記録インクを貯留するための第二のインク室６と、第一のインク室と第二のインク室を隔てるフィルタ７と、第二のインク室に設けられた負圧弁とを備えた記録ヘッド１と、記録ヘッドの記録面を覆うキャップ８と、記録ヘッドからインクタンク２にインクを導入するための排気経路１１と、排気経路に設けられた排気ポンプ１２と、インク中の気泡とを分離する気液分離手段１７と、を備えるインクジェット記録装置のインク充填方法であって、第二のインク室に排気ポンプを動作させてインクタンク内の記録インクを充填する第１の工程と、キャップを介して第一のインク室内を吸引し、第一のインク室にインクを導入する第２の工程と、を備える。
【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充填方法に関し、特に、インクジェット記録装置のインクの初期充填方法に関する。

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、コンピュータ関連の出力機器等に幅広く利用されている。インクジェット記録装置は、記録ヘッドの吐出口からインクを吐出させて記録を行なう。インクを吐出させ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等がある。また、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記録ヘッドは、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。エネルギー発生素子に電気熱変換素子を用いた記録ヘッドは、小型化が容易である。また、近年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である。

また最近では、より高精細の記録を行うために、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いる。

図８は、従来のインクジェット記録装置のインク供給系の概略構成図を示している。図８に示すように、記録ヘッド1は装置本体に対して移動可能なキャリッジ（不図示）に搭載されている。インクタンク２は、装置本体に固定され、インクが少なくなったときには、インクタンク２を交換することができる。記録ヘッド１とインクタンク２とは供給チューブ４および継手等で構成されたインク流路により連結されている。インク流路の少なくとも一部には、柔軟性のあるチューブ（例えば、シリコンチューブ、ポリエチレンチューブ等）が用いられている。そのため、キャリッジは記録時には往復移動するが、キャリッジの移動がインク流路により妨げられることはない。インクタンク２には大気連通孔（不図示）が設けられ、インクタンク２の内部は大気中に連通している。したがって、記録ヘッド１からインクが吐出されると、インクはインクタンク２から供給チューブ４を経て、記録ヘッド１に補給される。記録ヘッド１の内部は、第一のインク室５と第二のインク室６が設けられている。第一のインク室５には、供給チューブ４を通って記録インクが充填される。第一のインク室５の下部に、第二のインク室６が設けられている。第二のインク室６は、第一のインク室５からフィルタ７を介してインクが導入され、記録素子チップ３へとインクを導くためのインク保持領域としての役割を果たしている。

記録ヘッド１内の圧力は、吐出口からインクが漏れ出してこないように負圧状態に保たれている。記録ヘッド１内の圧力はインクタンク２のインク液面の位置によって決まる。したがって、インクタンク２内のインク液面の高さは記録ヘッド１の吐出口の高さよりも２０〜１００ｍｍ程度低い位置に設けることが好ましい。

このようなインクジェット記録装置において、記録ヘッドへインクを初期充填するためには、記録装置本体内にある回復ユニットに内蔵されているキャップ８を記録ヘッド１の複数のオリフィス１６（以下、ノズルともいう。）面を覆い密閉状態にする。そして、キャップ８と下流側で連通している吸引ポンプ９を動作させて行われる。ポンプ９が動作することで、記録ヘッド１およびインク流路内が負圧になり、インクタンク２よりインクが記録ヘッド１へと充填される。初期充填では、インクタンク２から記録ヘッド１までの空間を吸引排気しなければならず、ポンプの吸引力バラツキ等によって、インクを記録ヘッド内へ充填するために必要なポンプ駆動時間が変わる。したがって、このような充填方法は、記録ヘッド１へインクを充填することができるが、ポンプの吸引力バラツキ等を考慮し、ある程度過剰に吸引をする必要がある。その結果、多量の廃インクが発生することがある。

また、インク流路に用いている柔軟性のある供給チューブ４は、ゴム製、樹脂製のものが用いられるため、若干のガス透過性を有する。インク充填後は、供給チューブ４内も記録ヘッド1内と同様に負圧になっているため、チューブ内には大気からチューブ壁を通して少しずつ空気が侵入し、気泡が発生することがある。その気泡が記録ヘッド1内の第一のインク室５に流れ込むと、記録ヘッド内部の負圧維持が困難である。また、第二のインク室６へのインク供給が不十分となる結果、正常なインク滴を吐出できなくなり、記録不良が発生することがある。

この気泡を除去するために、前述した初期充填と同様に、オリフィス１６の全面を覆い、ポンプ９を駆動させる方式がある。記録ヘッド１のインク流路内を負圧にしてインクをノズルよりキャップへ排出することにより、インクと一緒に気泡をノズルから排出することで気泡処理を行なうことができる。このような吸引回復方式による気泡除去は、回復動作時に廃インクが発生することになる。

そこで、気泡が発生してもその気泡が記録ヘッド内に入り込まず、インク室内部の気泡を循環により除去するために、ポンプを使用したインク循環システムがある（例えば、特許文献１参照）。この方式では、記録ヘッドのインク室内にインク流入口とインク流出口が設けられている。そして、インクタンクは管部材を通じて記録ヘッドのインク流入口、インク流入口と連通しており、またインク流出口とインクタンク間の途中に循環ポンプが設けられてインクタンクへ連通する構成となっている。このような構成の循環システムでは、記録ヘッドへ初期充填するために、まず、循環ポンプを駆動させる。すると、インクはインクタンクから管部材を通じ記録ヘッドのインク流入口へと流れ、記録ヘッドにインクが充填される。インク流出口からインクタンクへ記録ヘッド内のインクが流れて記録ヘッド内の気液交換が行われる。そして、ノズルをキャップすることで、ノズル近傍に残った残留気泡は、ノズルから気泡をインクと共に吸引排出される。また、ノズルから吸引したインクは、切り替え弁により、廃液タンク若しくは、インクタンクへと流れるようになっている。このような方法により、廃インクの発生を抑えた初期充填を行なうことができる。

特開２０００−３１８１８７号公報

ところで、一般に記録ヘッドには、工場出荷前に吐出性能を検査するために、記録インクが充填される。吐出性能検査を合格した記録ヘッドは、物流のために、記録ヘッド内のインクを記録ヘッドの保存に適した物流インクに置換される。物流過程で記録ヘッドに充填される物流用インクは、記録用インクに比べて、記録用インクの中の固着しやすい成分を極力減らし、かつ、水分蒸発を抑制するために水分比率を減らし、溶剤成分を増加させたものが用いられる。物流インクで充填された記録ヘッドは、工場出荷後、物流行程を経てユーザーの元に届けられる。物流用インクを内部に充填することにより、記録ヘッドの輸送中および保管中、記録ヘッドを良好な記録性能を発揮できる状態に維持することができる。

このような物流インクが充填された記録ヘッドに、記録インクを初期充填すると、物流インクと記録インクが混ざることがある。また、物流インクがインクタンク内に混入することがある。また、物流インクが存在している状態でインクが充填されるため、記録インクの初期充填後、暫くの間は薄いインクが記録媒体上に吐出されることがある。さらに、記録ヘッドのノズルのメニスカスを形成するために、記録インクを充填した後、記録を開始するまでに数回のキャップ吸引を行わなければならず、無駄にインクを排出することになる。

本発明は以上の点に鑑みてなされたものであり、記録ヘッドに記録インクを初期充填する際に、物流インクを記録ヘッドに残さず、廃インクを低減することができる、インク充填方法の提供を目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、インクを吐出するためのノズルと、前記ノズルに記録インクを導入するための第一のインク室と、該第一のインク室の上部に設けられた記録インクを貯留するための第二のインク室と、前記第一のインク室と前記第二のインク室を隔てるフィルタと、前記第二のインク室に設けられた負圧弁とを備えた記録ヘッドと、前記記録ヘッドの記録面を覆うキャップと、前記記録ヘッドから前記インクタンクにインクを導入するための排気経路と、前記排気経路に設けられた排気ポンプと、前記インクと該インク中の気泡とを分離する気液分離手段と、を備えるインクジェット記録装置のインク充填方法であって、前記第二のインク室に前記排気ポンプを動作させて前記インクタンク内の記録インクを充填する第１の工程と、前記キャップを介して前記第一のインク室内を吸引し、前記第一のインク室にインクを導入する第２の工程と、を備えることを特徴とする。

以上の構成によれば、第１の工程により記録ヘッドに物流インクが残存したまま、第二のインク室にインクが導入される。そして、第２の工程により、物流インクが排出され、第一のインク室にインクが充填される。その結果、記録インクと物流インクの混色をなくすための吸引回復や、ノズルのメニスカス生成のため数回キャップ吸引手段を行う必要がなく、物流インクを記録ヘッドに残さず、廃インクを低減することができる。

以下に図面を参照して本発明における実施形態を詳細に説明する。

（第１の実施形態）
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１から図４は、本実施形態のインク供給系の概略構成を示す図である。図１は、記録ヘッド全体に記録インクが充填されている状態を示している。図２は、記録ヘッドに記録インクを充填する前の状態を示している。図３および図４は、記録ヘッドに記録インクを充填する過程を示している。

記録ヘッド１は、インクジェット記録装置本体に対して移動可能なキャリッジに搭載され、記録ヘッド１から記録媒体に対して記録インクを吐出することにより画像を形成する。記録ヘッド１は、複数の記録素子と、インクを吐出するための複数のオリフィス１６（以下、ノズルともいう。）が配列された記録素子チップ３と、第一のインク室５および第二のインク室６を備えている。また、記録ヘッド１の記録素子チップ３の記録面と対向して、記録装置本体内にある回復ユニットに内蔵されているキャップ８が備えられている。そして、キャップ８の下流側には吸引排気ポンプ９が設けられている。キャップ８を記録ヘッド１の記録面を覆い密閉状態にし、吸引廃棄ポンプ９を動作させて、記録ヘッド内を負圧にすることができる。

記録ヘッド1とインクタンク２とは、供給チューブ４および継手等で構成された２本のインク流路、すなわち、インク供給路１０および排気経路１１により連結されている。インクタンク２に収容されたインク１３は、インクタンク２からインク供給路１０を経てインク流入口１４から第二のインク室６にインクが充填される。第二のインク室６の下方部には、フィルタ７を介して第一のインク室５が設けられている。第一のインク室５は、複数のオリフィス１６に共通に接続されており、インクをチップ３に導くためのインク保持領域としての役割を果たすものである。

第一のインク室５には、排気口１７ａおよび排気弁１５ａが設けられている。第二のインク室６には、排気口１７ｂおよび排気弁１５ｂが設けられている。第二のインク室６には、記録ヘッド１内が負圧になることにより開く負圧弁１４が設けられたインク流出口が設けられている。排気弁１５ａと排気弁１５ｂは、それぞれ個別に開閉制御される。

インクタンク２内に収容された記録インク１３は、インク供給路１０を通り、第二のインク室６に設けられたインク流入口を通じて記録ヘッド１へ導入される。排気口１７ａおよび排気口１７ｂに接続された排気経路１１は、インクタンク２に連結されている。

排気経路１１の途中には、排気ポンプ１２が設けられている。排気ポンプは、例えばピストンタイプもしくは複数のコロを回転させることにより、インク流れを作っている。記録ヘッド１内の圧力は、記録ヘッド１からインク１３が漏れ出してこないように負圧状態に保たれている。本実施形態の記録ヘッド１内の圧力は、インクタンク２の液面レベルにより決まることから、インクタンク２は、記録ヘッド（吐出口面）の高さよりも２０〜１００ｍｍ程度低い位置に設けることが好ましい。記録ヘッド１のインク１３は、ポンプ１２によってインクタンク２に移送される。インクタンク２には大気連通孔（不図示）が設けられている。この大気連通孔により、インクタンク２の内部は大気中に連通されているが、記録ヘッドは密閉構造になっているため大気中に連通されていない。

なお、ここでは1色のインク供給系について説明をしたが、複数色を使用する記録装置の場合、各色毎にインク供給系が備えられている。

次に、本実施形態のインク供給系における記録ヘッドへのインクの初期充填方法について説明をする。

図５は、本実施形態の初期充填の工程を示すフローチャートである。初期充填は２つの工程ステップS５１およびステップS５２からなる。

記録ヘッドにインク１３を充填する前は、図２に示すように、記録ヘッド１の第二のインク室６の内部には、記録ヘッド１の保存に適した物流インク１３´が充填されている。

まず、ステップS５１では、記録ヘッド１の第二のインク室６にインク１３を充填することを目的として第１の工程が行なわれる。第１の工程では、キャップ８で記録ヘッド１のノズルフェイス面を覆い、かつ、第一のインク室５の排気口１７ａの排気弁１５ａを閉状態にして密閉状態する。そして、第二のインク室６の排気口１６aの排気弁１５ｂを開状態にして、排気経路１１にある排気ポンプ１２を動作させる。吸気ポンプ１２を作動させることで、記録ヘッド１内が負圧状態になる。すると、第二のインク室６に設けられた負圧弁１４が開き、インク流入口から第二のインク室６にインク１３が充填される。このとき、まだ、物流インク１３´は第一のインク室内５に残ったままである。すなわち本工程では、インク供給路１０および第二のインク室６まで、インクタンク１３に収容された記録インク１３を充填する。

本実施形態において、物流インク１３´は、第一のインク室５と第二のインク室６を隔てるフィルタ７より下位の水位量である。このため、第二のインク室６に記録インク１３を充填しても、第二のインク室６は第一のインク室５より上部にあるので、第二のインク室６で記録インク１３と物流インク１３´が混ざることはない。また、物流インク１３´が第二のインク室６へ流れ込むことはない。

図３は、第１の工程を行なった結果を示している。本図に示されたように、第１の工程により、第一のインク室５には、物流インク１３´が残されたままであり、第二のインク室６には、記録インク１３が満たされた状態である。

次に、ステップS５２では、記録ヘッド１内の物流インク１３´を除去して、第一のインク室５に記録インク１３を充填することを目的として第２の工程が行なわれる。第２の工程では、キャップ８で記録ヘッド１のノズルフェイス面を覆う。また、第一のインク室５の排気口１７ａの排気弁１５ａおよび第二のインク室６の排気口１６aの排気弁１５ｂを閉状態にする。そして、キャップ８と下流側で連通している吸気ポンプ９を動作させる。吸引ポンプ９を動作させることで、記録ヘッド1のノズルを介して記録ヘッド１内の物流インク１３´が吸引される。ポンプ９による吸引は、物流インクの容積の量行なう。吸引された物流インク１３´は、不図示の廃インク容器へと収納される。また、記録ヘッド１内が負圧になることから第二のインク室６の負圧弁１４が開き、第二のインク室６にインクタンク２の記録インク１３が流れ込む。その結果、第一のインク室５にインク１３が充填され、記録ヘッド1へのインク１３の充填は終了する。

図４は、第２の工程を行なった結果を示している。本図に示されたように、第２の工程により、第一のインク室５および第二のインク室６には、記録インク１３が満たされている。

第２の工程では、記録ヘッド１のノズルには、物流インク１３´と入れ替えで１３インクを充填している。このため、ノズルにはメニスカスが形成されており、本実施形態では、キャップ８でノズルフェイス面を覆い、数回にわたり吸引ポンプ９を動作してメニスカスを形成する必要はない。また、物流インク１３´と記録インク１３の混色による記録インク１３の希薄はほとんどない。このため、従来のように過度に混色を回避する吸引動作を入れる必要はなく廃インクの低減を図ることができる。

また、第二の工程後に吐出性能の安定化のため、排気弁１５ａを開き、第一のインク室５にたまった気泡を除去することにより、従来のように吸引回復により、ノズルから記録インク１３と共に気泡を除去する必要がなく、廃インクを低減することができる。

以上のように、第二のインク室に排気ポンプを動作させてインクタンク内の記録インクを充填する第１の工程と、キャップを介して第一のインク室内を吸引し、第一のインク室にインクを導入する第２の工程とを行なう。これにより、記録インクと物流インクの混色をなくすための吸引回復や、ノズルのメニスカス生成のため数回キャップ吸引手段を行う必要がなく、物流インクを記録ヘッドに残さず、廃インクを低減することができる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態ではインク供給系として、インク循環系について説明をした。しかしながら本発明は、インク循環系のみに適用されるものではない。第１の実施形態では、第二のインク室６のインク流路が排気経路として機能し、インクタンクがインク中の気泡を除去するための気液分離手段として機能を果たしたが、気液分離手段として別の方法を用いても良い。

図６および図７は、本実施形態のインク供給系の概略構成を示す図である。本実施形態では、気液分離手段としてフロートを用いたインク供給系である。

本実施形態のインク供給系では、第一のインク室５および第二のインク室６それぞれに排気口１７ａ、排気口１７ｂが設けられている。排気口１７ａおよび１７ｂの上部にそれぞれ気液分離手段２４が設けられている。気液分離手段２４は、円錐状のシール部１８、球状のフロート部材１９およびフロート部材１９が移動可能なフロート室２０により構成されている。球状のフロート部材１９は、記録インク等の液体よりも比重の小さい部材により形成されている。フロート部材１９は、シール部１８と接触することにより流路を遮断する。

インク流入口１４はインクタンク（不図示）とチューブ等により接続されている。また、切り替え弁２１により、キャップ８とポンプ２２が連通した状態と、排気経路１１とポンプ２２が連通した状態をそれぞれ作り出せる構成となっている。つまり、ポンプ２２は、キャップ８から記録ヘッド１を吸引する吸引排気ポンプと、排気経路１１から記録ヘッド１を排気する排気ポンプの両方の機能を備えている。また、排気経路１１中には、排気経路を大気開放する為の大気開放弁２３が設けられている。

本実施形態のインク供給系では、第１の工程では切り替え弁２１により、排気経路１１とポンプ２２を連通した状態でポンプ２２を動作させる。このとき、排気口１６ａは制御弁（図示せず）により封しされており、連通はしていない。記録ヘッド１内の空気が排気されると共に、第二のインク室６に設けられた負圧弁１４が開き、インクタンク（図示せず）から記録インク１３が第二のインク室６に充填される。そして、第二のインク室６のインク液面は気液分離手段２４まで上昇する。インク液面の上昇と共に、フロート部材１９も上昇していく。フロート部材１９は、最初はフロート室２０内で水平方向の位置が定まらないまま上昇してくるが、シール部１８に達するとその後はシール部１８の仮想頂点に近づくように上昇する。そして最後には、シール部１８に全周が接触する位置で停止し、排気経路１１への経路を塞ぐことで、第二のインク室６への充填が実現する。

図７は、第１の工程を行なった結果を示している。すなわち、記録ヘッド１、インク供給路および排気経路１１がインク１３で充填された状態を示している。

次に、第二の工程では、切り替え弁２１によりキャップ８とポンプ２２とを連通させた状態でポンプ２２を動作させる。その結果、記録ヘッド１内の物流インク１３´が吸引廃棄される。このとき、排気経路１１と排気口１７ａ、排気口１７ｂの制御弁（図示せず）は閉じた状態である。したがって、物流インク１３´が吸引廃棄されると同時に、第二のインク室６から第一のインク室５へインクが充填される。そして、新たにインクタンク（図示せず）から第二のインク室５に記録インク１３が充填される。

そして、第二の工程の後、吐出性能の安定化のために、排気口１７aの制御弁（図示せず）を開き、第一のインク室５にたまった気泡を排気する。その結果、第一のインク室５側のフロート部材１９は第二のインク室６側のフロート部材１９と同様に上昇し排気経路を塞ぐ。

なお、フロート部材１９は、それ自体の比重がインクより小さいものであればよい。すなわち、フロート部材１９の材質は、例えばポリプロピレンを用いた部材のように、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ってもよい。また、インクより比重の大きい材質でも、中空等であり、部品そのもののみかけ比重がインクより小さければよい。

本発明の第１の実施形態のインク供給系の概略構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態のインク供給系の概略構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態のインク供給系の概略構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態のインク供給系の概略構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態の初期充填の工程を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態のインク供給系の概略構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態のインク供給系の概略構成を示す図である。 従来のインク供給系の概略構成を示す図である。

符号の説明

１ 記録ヘッド
２ インクタンク
３ 記録素子チップ
４ 供給チューブ
５ 第一のインク室
６ 第二のインク室
７ フィルタ
８ キャップ
９ 吸引排気ポンプ
１０ インク供給路
１１ 排気経路
１２ 排気ポンプ
１３ 記録インク
１３´ 物流インク
１４ 流入口
１５ 流出口
１７ 気液分離手段
２２ ポンプ
２３ 大気開放弁

Claims (5)

1. インクを吐出するためのノズルと、前記ノズルに記録インクを導入するための第一のインク室と、該第一のインク室の上部に設けられた記録インクを収容するための第二のインク室と、前記第一のインク室と前記第二のインク室を隔てるフィルタと、前記第二のインク室に設けられた負圧弁とを備えた記録ヘッドと、
   前記記録ヘッドの記録面を覆うキャップと、前記記録ヘッドから前記インクタンクにインクを導入するための排気経路と、前記排気経路に設けられた排気ポンプと、前記インクと該インク中の気泡とを分離する気液分離手段と、を備えるインクジェット記録装置のインク充填方法であって、
   前記第二のインク室に前記排気ポンプを動作させて前記インクタンク内の記録インクを充填する第１の工程と、
   前記キャップを介して前記第一のインク室内を吸引し、前記第一のインク室にインクを導入する第２の工程と、
   を備えることを特徴とするインク充填方法。
2. 前記第２の工程は、前記第一のインク室に収容された前記記録ヘッドを保存するための物流インクを除去することを特徴とする請求項１に記載のインク充填方法。
3. 前記物流インクは、前記フィルタよりも下位に満たされていることを特徴とする請求項２に記載のインク充填方法。
4. 前記第２の工程は、前記物流インクの容積の量を吸引することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のインク充填方法。
5. 前記第２の工程の後に、前記第一のインク室を前記排気ポンプにより吸引することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のインク充填方法。

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