JP2011042127A - プリンタ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】追加インクタンクを設けてインク容量を増大させたプリンタ装置を提供する。
【解決手段】プリンタ装置１０は、プリンタヘッド２２よりも下方に位置し、インクパック５８がプリンタヘッド２２と第２供給チューブ７１を介して接続されたインクカートリッジ５４と、内部にインクを貯留するとともにインクパック５８と第１供給チューブ５３を介して接続された追加インクタンク５１とを有し、第１供給チューブ５３に、追加インクタンク５１に貯留されたインクをインクパック５８側へ圧送する供給ポンプ６１と、供給ポンプ６１により圧送されたインクを所定供給圧に減圧してインクパック５８へ供給する減圧弁６２とが配設される。
【選択図】 図４

Description

本発明は、プリンタヘッドからインクを吐出して印刷を施すプリンタ装置に関し、さらに詳細には、プリンタヘッドにインクを供給する供給経路に関する。

上記プリンタ装置（インクジェットプリンタ）は一般的に、プリンタヘッドを印刷媒体に対して相対移動させながら、プリンタヘッドの下面に形成された吐出ノズルからインクを吐出させて、所定のパターンでプラテン上の印刷媒体に付着させて印刷を施すように構成されている。このプリンタヘッドから吐出されるインクは、例えばプリンタ装置に着脱可能に搭載されたインクカートリッジからチューブを介して供給される。例えば特許文献１の図１には、フレーム８に対してインクカートリッジ９Ｂ，９Ｃ，９Ｍ，９Ｙが着脱可能に搭載され、これらに貯留されたインクは、チューブ１０、サブタンク７Ｂ，７Ｃ，７Ｍ，７Ｙを介して記録ヘッドに供給される構成が開示されている。商業用の大判広告やのぼり等を印刷する大型のプリンタ装置では、多量のインクが比較的短時間のうちにプリンタヘッドから吐出されて消費されるため、一般的に大容量のインクカートリッジがプリンタ装置に搭載される。

このように構成されるプリンタ装置において、プリンタヘッドの内圧が大気圧よりも高くなると、吐出ノズルからインクが押し出されて印刷媒体上に滴下し、いわゆる「ぼた落ち」の問題を生じる。この問題を解決するための１つの方法として、プリンタヘッドに対してインクカートリッジを低い位置に搭載し、プリンタヘッドの内圧が大気圧よりもわずかに低い微負圧とすることで、吐出ノズルの先端部にメニスカスを形成する水頭式のインク供給方式がある。

上記水頭式のインク供給方式を採用した従来のプリンタ装置の一例として、図５にプリンタ装置５００の概略図（一部省略し、且つ後述するインクカートリッジ５２０のみ断面図）を示す。プリンタ装置５００には、インクが貯留されたインクパック５４０を、保持容器５３０の内部に備えて構成されたインクカートリッジ５２０が、装置本体５１０の後方から取り付けられている。このインクパック５４０は、インクパック５４０に対して水頭値Ｈ１となるように配設されたプリンタヘッド５８０と、供給チューブ５５０を介して接続されている。このように構成することで、プリンタヘッド５８０の内圧を微負圧に保持しつつインクを吐出させることができる。このプリンタヘッド５８０からの吐出量に応じて、インクパック５４０に貯留されたインクが、供給チューブ５５０を介してプリンタヘッド５８０に供給されるようになっている。そして、インクパック５４０内のインクが全て供給されて空になった場合には、新たなインクカートリッジ５２０と交換される。

国際公開ＷＯ２００３／０４１９６３号公報

最近において、インクパック５４０の容量を大きくして多量のインクを貯留させておき、長期間にわたってインクカートリッジ５２０を交換することなく連続して印刷を行いたいという要求がある。この要求に対して、例えばインクパック５４０（インクカートリッジ５２０）を大型化する方法が考えられる。しかし、インクカートリッジ５２０の大型化に伴い、装置本体５１０におけるインクカートリッジ５２０を搭載するスペースを拡大することは、プリンタ装置５００全体の大型化に繋がる虞があった。

他の方法として、大量のインクを貯留した追加インクタンク６００を、装置本体５１０の上面（プリンタヘッド５８０およびインクカートリッジ５２０よりも高い位置）に搭載して、インクパック５４０と接続する方法が考えられる。この構成の場合、プリンタ装置５００全体の大型化に繋がらない反面、インクカートリッジ５２０と追加インクタンク６００との間に水頭値Ｈ２が発生する。このままでは、追加インクタンク６００がプリンタヘッド５８０よりも高い位置にあるため、上記「ぼた落ち」が発生してしまう。そこで、この水頭値Ｈ２を打ち消すために、例えばインクパック５４０に空気穴を設けると、インクパック５４０の内部に空気が存在することになり、インクが空気と接触することによるインクの物性変化、この空気穴からのインクの漏出、およびこの空気がプリンタヘッド５８０に到達して吐出不良を引き起こす虞があった。

さらに別の方法として、追加インクタンク７００を、インクカートリッジ５２０と同一高さに位置させてインクパック５４０と接続する方法が考えられる。この構成では、インクカートリッジ５２０と追加インクタンク７００との間に水頭差が発生しない反面、プリンタ装置５００が前後方向に大型化する虞があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、インクカートリッジを用いた既存のインク供給構成を大きく変えることなく、追加インクタンクを設けてインク容量を増大させることが可能なプリンタ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、本発明に係るプリンタ装置は、印刷媒体（例えば、実施形態における印刷シートＭ）に対してプリンタヘッドを対向させた状態で相対移動させながらインクを吐出させて前記印刷媒体に所定の印刷を施すように構成され、前記プリンタヘッドよりも下方に位置し、インクを貯留するインク貯留部（例えば、実施形態におけるインクパック５８）を内部に備えるとともに前記インク貯留部が前記プリンタヘッドと流出側供給路（例えば、実施形態における第２供給チューブ７１）を介して接続されて前記プリンタヘッドにインクを供給する中継タンク（例えば、実施形態におけるインクカートリッジ５４）と、内部にインクを貯留するとともに前記インク貯留部と流入側供給路（例えば、実施形態における第１供給チューブ５３）を介して接続されて前記インク貯留部にインクを供給する上流側タンク（例えば、実施形態における追加インクタンク５１）とを有し、前記流入側供給路に、前記上流側タンクに貯留されたインクを前記インク貯留部側へ圧送する圧送装置（例えば、実施形態における供給ポンプ６１）と、前記圧送装置により圧送されたインクを所定供給圧に減圧して前記インク貯留部へ供給する減圧装置（例えば、実施形態における減圧弁６２）とが配設されて構成される。

なお、上記プリンタ装置において、前記インク貯留部が、内部に貯留されたインク量に応じて撓む可撓性を備えたインク容器により形成されており、前記インク容器に貯留されたインク量が減少して前記インク容器が撓んだとき、前記インク容器が撓んで変位したことを検出可能な撓み検出手段（例えば、実施形態における検出センサ５９）と、前記撓み検出手段による検出結果に基づいて、前記上流側タンクにインクが貯留されているか否かを検出する残留インク検出手段（例えば、実施形態におけるコントローラ１３ｂ）とを備えた構成が好ましい。

また、前記流入側供給路における前記上流側タンクとの接続部分近傍に、前記流入側供給路を開閉可能な開閉バルブが配設されたことが好ましい。

本発明に係るプリンタ装置は、上流側タンクとインク貯留部とを接続して上流側タンクに貯留されたインクをインク貯留部に供給する流入側供給路に、インクを圧送する圧送装置およびこの圧送されたインクを所定供給圧に減圧する減圧装置が配設されて構成される。この構成より、例えばプリンタヘッドで「ぼた落ち」が発生しないようにインク貯留部を微負圧に保ちながら、上流側タンクのインクをインク貯留部に供給することが可能となる。よって、インクカートリッジを用いた既存のインク供給構成を大きく変えることなく、追加インクタンクを設けてその追加タンクの容量分だけインク容量を増大させることができる。

また、インク貯留部がインク量に応じて撓むインク容器により形成され、インク容器のインク量が減少して撓んで変位したことを検出する撓み検出手段と、この撓み検出手段による検出結果に基づいて、上流側タンクにインクが貯留されているか否かを検出する残留インク検出手段とを備えた構成が好ましい。このように構成すると、例えば上流側タンクが空になりインク容器にインクが供給されない状態でプリンタヘッドにおいてインクが吐出されて消費されることで、インク容器のインクが減少してインク容器が撓むことになる。そのため、このインク容器が撓んで変位したことを撓み検出手段で検出することで、上流側タンクにインクが貯留されているか否かを検出可能となり、上流側タンクの交換時期を的確に把握することが可能となる。

なお、上記プリンタ装置において、流入側供給路における上流側タンクとの接続部分近傍に、流入側供給路を開閉可能な開閉バルブが設けられた構成が好ましい。このように構成すると、例えば上流側タンクを交換する際に、この開閉バルブにより流入側供給路を閉じておくことで流入側供給路に空気が流入することを防止でき、そのため、この空気がプリンタヘッドに達して吐出不良等を引き起こすことを防止できる。

本発明を適用したプリンタ装置の正面図である。 上記プリンタ装置の側面図である。 ヘッドユニットの周辺を示した斜視図である。 図１中のＩＶ−ＩＶ部分を示した断面図である。 従来のプリンタ装置の概略図（一部省略し、且つインクカートリッジのみ断面図）である。

以下、図面を参照ながら、本発明の好ましい実施形態について説明する。説明の便宜上、各図面に示す矢印方向を前後、左右および上下と定義して説明を行う。まず、図１〜図４を参照しながら、本発明を適用したインクジェットプリンタの一例としての、プリンタ装置１０の構成について説明する。図１はプリンタ装置１０を前方から見た図を、図２はプリンタ装置１０を左方から見た図を、図３は後述するヘッドユニット２０の周辺を、図４は図１中のＩＶ−ＩＶ部分の断面図（一部省略）をそれぞれ示している。

プリンタ装置１０は、図１に示すように、左右の支持脚１１ａ，１１ｂを有した支持脚１１と、支持脚１１により支持された中央ボディ部１２と、中央ボディ部１２の左側に設けられた左ボディ部１３と、中央ボディ部１２の右側に設けられた右ボディ部１４と、左右ボディ部１３，１４を繋ぐとともに中央ボディ部１２の上側に離間して平行に延びた上ボディ部１５とを備えて構成される。中央ボディ部１２には、その上面に露出して左右に延びたプラテン１２ａが設けられている。

図３に示すように、上ボディ部１５の下部には、複数のクランプ装置１５ａが左右に並んで取り付けられている。このクランプ装置１５ａの前方先端部には、ピンチローラ１５ｃが回転自在に取り付けられている。ピンチローラ１５ｃの下方には、左右に延びる円筒状の送りローラ１２ｂがプラテン１２ａに露出して配設されている。クランプ装置１５ａは、ピンチローラ１５ｃが送りローラ１２ｂに押し付けられた状態のクランプ位置と、送りローラ１２ｂに対して離間した状態のアンクランプ位置とに設定可能となっている。この構成より、印刷対象物であるシート状の印刷シートＭを、ピンチローラ１５ｃと送りローラ１２ｂとの間に挟み、クランプ装置１５ａをクランプ位置に設定した上で、送りローラ１２ｂを回転させることにより、印刷シートＭを所定距離だけ前方または後方に送ることができるようになっている。

図１に示すように、左ボディ部１３の前面側には、操作スイッチ類や表示装置類等から構成された操作部１３ａが設けられている。また、左ボディ部１３の内部には、プリンタ装置１０の各構成部に作動信号を出力して作動制御を行うとともに、後述する検出センサ５９における検出信号を入力可能なコントローラ１３ｂが設けられている。図３に示すように、上ボディ部１５の内部には左右に延びたガイドレール１５ｂが設けられ、このガイドレール１５ｂに沿って左右へ往復移動可能にヘッドユニット２０が取り付けられている。

ヘッドユニット２０は、キャリッジ２１、プリンタヘッド２２およびサブタンク２３を主体に構成される。キャリッジ２１は、その後面がガイドレール１５ｂと嵌合して、ガイドレール１５ｂに沿って左右に往復移動自在であり、また、プリンタヘッド２２およびサブタンク２３の取り付けベースとなっている。プリンタヘッド２２は、例えばマゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）およびブラック（Ｋ）の各色のプリンタヘッド２２Ｍ，２２Ｙ，２２Ｃ，２２Ｋから構成される。これらプリンタヘッド２２Ｍ，２２Ｙ，２２Ｃ，２２Ｋの下面には、それぞれ下方に向けてインクを吐出する複数の吐出ノズル（図示せず）が形成されている。サブタンク２３は、上記４色に対応したサブタンク２３Ｍ，２３Ｙ，２３Ｃ，２３Ｋから構成され、内部に所定量のインクが貯留可能となっている。これらサブタンク２３の各々は、対応するプリンタヘッド２２の真上に配設されており、貯留したインクをプリンタヘッド２２へ供給可能に接続されている。

図１および図２に示すように、右ボディ部１４の上部には、例えば略直方体に形成され内部に大量のインクが貯留された色毎の（４つの）追加インクタンク５１が搭載される。また、右ボディ部１４の後面には、色毎に（４つの）インクカートリッジ５４が後方から着脱可能に取り付けられている。

インクカートリッジ５４は、図４に示すように、収容ケース５５、保持容器５６、貼り付け板５７、インクパック５８および検出センサ５９を主体に構成される。インクパック５８は、可撓性を有した例えば樹脂材料を用いて袋状に形成されており、内部に貯留されたインクの容量に応じて膨張および収縮自在となっている。貼り付け板５７は、上記インクパック５８の例えば右側面に貼り付けられており、インクパック５８の膨張および収縮に伴って左右に移動されるようになっている。この貼り付け板５７の前端下部には、左右（紙面の奥から手前）に延びる検出爪部５７ａが取り付けられている。保持容器５６は、略直方体に形成されており、インクパック５８および貼り付け板５７を内部に収容している。収容ケース５５は、上記インクカートリッジ５４の各構成部材を内部に収容するとともに、右ボディ部１４の後面に対して着脱可能な略直方体に形成されている。

検出センサ５９は、例えば検査光を発射する発光部（図示せず）およびこの検査光を受光する受光部（図示せず）を備えて、保持容器５６の下部における検出爪部５７ａと対向可能な位置に配設されている。上記受光部における検出結果は、コントローラ１３ｂに出力されるようになっている。この構成から、インクパック５８内のインクが減少して収縮し、貼り付け板５７（検出爪部５７ａ）が所定距離だけ左方に移動されて、検出爪部５７ａと検出センサ５９とが対向すると、検出センサ５９が例えばＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替わり、コントローラ１３ｂにおいて、インクパック５８内のインクが減少したことを検出できるようになっている。インクパック５８内のインクが減少するということは、追加インクタンク５１からのインク供給が何らかの原因で途絶えたということであり、後述する第１供給チューブ５３に異常が発生したり、または追加インクタンク５１が空になったことを検出可能となっている。

上記の追加インクタンク５１の下部とインクカートリッジ５４内のインクパック５８とが、第１供給チューブ５３を介して接続される。この第１供給チューブ５３には、追加インクタンク５１との接続側から順に、開閉バルブ５２、供給ポンプ６１および減圧弁６２が取り付けられている。開閉バルブ５２としては、例えば追加インクタンク５１の交換時等に自動で開閉可能ないわゆるカプラや、手動式開閉バルブを用いることが可能である。供給ポンプ６１は、追加インクタンク５１のインクを吸い出して減圧弁６２に圧送可能なポンプであり、例えばチューブポンプやダイアフラムポンプが用いられる。

この供給ポンプ６１が駆動されることで、後述する減圧弁６２の流出圧力よりも高い圧力となったインクが減圧弁６２に圧送されるようになっている。減圧弁６２は定圧弁とも称され、一次側（供給ポンプ６１側）から流入したインクが、設定された流出圧力に減圧されて二次側（インクパック５８側）に送り出される構成となっており、この流出圧力は、減圧弁６２に設けられた例えばハンドル（図示せず）を回動操作することで調整可能である。一方で、インクパック５８とサブタンク２３とが、第２供給チューブ７１を介して接続される。プリンタヘッド２２とインクカートリッジ５４とは、水頭値Ｈ１となるように配設されている。

以上ここまでは、プリンタ装置１０の構成について説明したが、以下に、プリンタ装置１０を用いて印刷シートＭに印刷を施すときの各部材の作動について説明する。

印刷時においては、図２に示すように、ロール状に巻かれた印刷シートＭが繰り出され、図３に示すようにプラテン１２ａ上に送られる。このプラテン１２ａ上に位置した印刷シートＭに対して、ガイドレール１５ｂに沿ってキャリッジ２１を左右に往復移動させながら、プリンタヘッド２２の下面の吐出ノズルから下方に向けてインクを吐出させ、所定のパターンで付着させて印刷を施す。そして、送りローラ１２ｂを回転させて、印刷シートＭを所定距離だけ前方に送った後、再びキャリッジ２１を左右に往復移動させながら、印刷シートＭにインクを付着させる。この作動を繰り返して行うことで印刷が施された印刷シートＭは、図２に示すように、プリンタ装置１０の前側においてロール状に巻き取られるようになっている。

印刷時には、上記のようにプリンタヘッド２２からインクが吐出され、その吐出されたインク量に対応するインクが、インクパック５８から第２供給チューブ７１およびサブタンク２３を経由してプリンタヘッド２２に供給される。インクパック５８内のインクは、プリンタヘッド２２へ供給されることでその分減少するが、供給ポンプ６１の駆動により追加インクタンク５１内のインクが減圧弁６２を介してインクパック５８へ供給される。そのため、追加インクタンク５１内に貯留されたインク量に関わらず、インクパック５８内には常時所定量（満杯）のインクが貯留されて、その内圧が約−５〜０kPaの微負圧に維持できる。

このように、インクパック５８の内圧が微負圧に維持されているため、プリンタヘッド２２の内部を微負圧として吐出ノズルに形成されたメニスカスを維持可能であるとともに、例えば吐出インク径の変化に伴う色彩変化や、吐出ノズルからの空気の吸引等の不具合が発生することなく、安定して吐出ノズルからインクを吐出させることができる。

以上、印刷シートＭに印刷を施すときの作動について説明した。上述のようにして、追加インクタンク５１のインクをインクパック５８に一時貯留させた後、プリンタヘッド２２に供給して印刷を長期間行うと、ある時点で追加インクタンク５１内のインクが無くなる。この、追加インクタンク５１内のインクが無くなった場合について、以下に説明する。

追加インクタンク５１内のインクが無くなると、供給ポンプ６１を駆動させても減圧弁６２にインクが供給されなくなるため、減圧弁６２を介してインクパック５８にインクが供給されなくなる。この状態で印刷が継続されることで、インクパック５８内のインクは、プリンタヘッド２２へ供給されて徐々に減少していき、インクの減少に伴ってインクパック５８が収縮していく。このとき、貼り付け板５７が左方に移動されて、検出爪部５７ａと検出センサ５９とが対向することで検出センサ５９においてＯＮ状態が検出されて、この検出結果がコントローラ１３ｂに出力される。これにより、例えば操作部１３ａに警告を表示させて、追加インクタンク５１の交換を促すことが可能である。この追加インクタンク５１の交換時、開閉バルブ５２を閉状態としておくことで、第１供給チューブ５３内に空気が流入することを防止できるので、プリンタヘッド２２内に空気が混在することがなく、安定して吐出ノズルからインクを吐出させることができる。

以上説明したように、追加インクタンク５１とインクパック５８とを、第１供給チューブ５３を介して接続することで、インクパック５８内を微負圧に維持しながら、プリンタ装置１０全体のインク容量を飛躍的に増大させることができる。そのため、一度追加インクタンク５１を交換することで、追加インクタンク５１に貯留された大量のインクが消費されるまでの間、長期間にわたって連続して印刷を行うことが可能となり、例えばインクの消費に応じて頻繁にインクカートリッジを交換する必要がなくなり、インクカートリッジ交換作業の手間を大幅に省くことができる。

上述の実施形態において、追加インクタンク５１を右ボディ部１４の上部（インクカートリッジ５４の上方）に搭載することで、プリンタ装置１０を大型化させることなくコンパクトに構成した例を示したが、この構成に限定されない。例えば、追加インクタンク５１を右ボディ部１４の下方（インクカートリッジ５４の下方）に搭載することも可能である。また、プリンタ装置１０の周囲に十分スペースがあるような場合、追加インクタンク５１を載置させるための載置台を別途設けることで、大型の追加インクタンク５１を用いることが可能となる。

上述の実施形態において、サブタンク２３をプリンタヘッド２２に接続した構成を例示したが、この構成に限定されない。プリンタヘッド２２からの単位時間あたりインクの吐出量が比較的少ないプリンタ装置においては、例えばサブタンク２３を搭載せず第２供給チューブ７１を直接プリンタヘッド２２に接続して構成しても良い。

上述の実施形態では、本発明を適用したプリンタ装置の一例として、一軸印刷媒体移動、一軸プリンタヘッド移動タイプのプリンタ装置１０に適用した構成例について説明したが、本発明はこの構成に限定して適用されるものではない。例えば、二軸プリンタヘッド移動タイプのプリンタ装置や、二軸印刷媒体移動タイプのプリンタ装置にも適用することができ、また使用するインクについても、紫外線硬化型インクなど他の種類のインクを用いたプリンタ装置にも適用することが可能である。

Ｍ 印刷シート（印刷媒体）
１０ プリンタ装置
１３ｂ コントローラ（残留インク検出手段）
２２ プリンタヘッド
５１ 追加インクタンク（上流側タンク）
５２ 開閉バルブ
５３ 第１供給チューブ（流入側供給路）
５４ インクカートリッジ（中継タンク）
５８ インクパック（インク貯留部、インク容器）
５９ 検出センサ（撓み検出手段）
６１ 供給ポンプ（圧送装置）
６２ 減圧弁（減圧装置）
７１ 第２供給チューブ（流出側供給路）

Claims (3)

1. 印刷媒体に対してプリンタヘッドを対向させた状態で相対移動させながらインクを吐出させて前記印刷媒体に所定の印刷を施すプリンタ装置であって、
   前記プリンタヘッドよりも下方に位置し、インクを貯留するインク貯留部を内部に備えるとともに前記インク貯留部が前記プリンタヘッドと流出側供給路を介して接続されて前記プリンタヘッドにインクを供給する中継タンクと、
   内部にインクを貯留するとともに前記インク貯留部と流入側供給路を介して接続されて前記インク貯留部にインクを供給する上流側タンクとを有し、
   前記流入側供給路に、
   前記上流側タンクに貯留されたインクを前記インク貯留部側へ圧送する圧送装置と、
   前記圧送装置により圧送されたインクを所定供給圧に減圧して前記インク貯留部へ供給する減圧装置とが配設されたことを特徴とするプリンタ装置。
2. 前記インク貯留部が、内部に貯留されたインク量に応じて撓む可撓性を備えたインク容器により形成されており、
   前記インク容器に貯留されたインク量が減少して前記インク容器が撓んだとき、前記インク容器が撓んで変位したことを検出可能な撓み検出手段と、
   前記撓み検出手段による検出結果に基づいて、前記上流側タンクにインクが貯留されているか否かを検出する残留インク検出手段とを備えたことを特徴とする請求項１に記載のプリンタ装置。
3. 前記流入側供給路における前記上流側タンクとの接続部分近傍に、前記流入側供給路を開閉可能な開閉バルブが配設されたことを特徴とする請求項１または２に記載のプリンタ装置。

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