JP2011046015A - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 印字により発生する泡が液室内に留まった場合、吐出特性の変動や不吐出を引き起こす。
【解決手段】 記録装置本体に着脱可能に固定されたインクタンクからインクを加圧により流体導管を通して記録ヘッドに供給するインクジェット記録装置において、前記記録ヘッドはインクの吐出を行う第一の液室と、負圧発生手段を持つ容積変化可能な第二の液室と、ポンプ室とを備え、前記第一の液室と前記第二の液室はインク供給路を介して接続され、前記ポンプ室は一方向弁を介して前記第一の液室と前記第二の液室とに接続され、前記第一の液室に溜まった気泡を、ポンプ室を介して前記第二の液室へ収集する手段を持つ。
第二の液室の容積とポンプ室の容積を同時に変化させることで、第一の液室に溜まった気泡を効率良く、ポンプ室を介して第二の液室へ収集することを特徴とするインクジェット記録装置。
【選択図】 図１

Description

本発明はインクを吐出することで記録をおこなうインクジェット記録装置およびそれと同等のものに関するもので、特にインク吐出に問題を発生させる空気溜りの除去メカニズムであって、前記メカニズムは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、（用紙のような）記録媒体を横切って往復運動するキャリッジに搭載されるインクジェット記録ヘッドを利用することが多い。記録ヘッドが記録媒体を横切って運動するにつれて、制御電子部品が記録ヘッドの吐出部分を起動して、記録媒体上にイメージまたは文字を形成するため吐出ノズルからインク滴を吐出する。記録ヘッドへのインクの補給はインク補給容器（以下インクタンク）が行う。

一部の記録装置は取り替えることが可能なインクタンクを記録装置本体の一部に収納し、インクタンクに接続された柔軟でしかも中空な流体導管を経由して記録ヘッドにインクを補給する。また、記録媒体に対し重力方向上方の記録ヘッドが下方向にインク滴を吐出する記録装置も見受けられる。その場合記録ヘッド内は微負圧に維持され吐出ノズル内のインクは大気との境界にメニスカスを形成することが良いとされる。

記録ヘッド内の特に、吐出ノズル近傍の気泡はインクジェット記録装置に問題を発生させることがある。記録ヘッドにインクが補給されず、吐出部分に気泡が補給された場合インク滴は吐出されずに記録不良となる。また、気泡は周囲温度の変化により体積変化を起こし、微負圧に維持された圧力は変化し正圧になることがある。下向きにノズル列の形成された記録ヘッドの場合、メニスカスの維持が困難となりノズルからのインク流出になる場合がある。

記録ヘッド内への気泡の混入は以下のような場合に発生する。

・ インクそのものに溶存する空気が周囲条件の変化に伴い集積する場合
・ インク吐出に伴いノズルから空気を抱き込む場合
・ 記録ヘッド内の空気が周囲温度の下降により体積変化を起こし維持された微負圧を越えて大きな負圧がメニスカスを破壊した場合
インク中の溶存空気は吐出に伴う温度変化や圧力変化に伴い、集積して吐出部周辺の泡溜りとなる。

また、こうして集積された記録ヘッド内の気泡は周囲温度の低下により体積変化を起こし、ノズルからさらに空気を取り込むことがある。

従来のインクジェット記録装置において、記録ヘッドに混入した気泡に対する一つの改善策を施したものがある（例えば特許文献１参照）。その方法は記録ヘッドに混入した空気を抜き去る方法が提示されている。本例によればキャリッジに搭載される記録ヘッドにはインクの流入管と流出管とポンプがあり、インクタンクとの間を循環することで記録ヘッド内の気泡をインクタンクに追い流すというものである。

さらに他の従来例（特許文献２参照）によれば、インク流路内の異物除去用のフィルター内の気泡の排出を容易にしたものがある。

さらに他の従来例（特許文献３参照）によれば、記録ヘッド内の空気溜りの状態とインク充填や空気溜りの抜き方が開示されている。

特開平７−２６６５７１号公報（第７項、図２） 特開２００６−１５９４８２号公報（第６項、図２） 特開２００２−２４８７９２号公報（第１４項、図３）

しかしながら、昨今のインクジェット記録においては記録用途の変化により高精細な記録を高速でしかも大判な記録用紙に行うことが求められてきた。高速記録のために吐出ノズルが増えることはさらにノズルからの空気の混入を増大させる結果となった。

また昨今のインクジェット記録装置においては、記録幅が大きくなり、高速供給が必要になったことで、インクタンクからの補給インクは、加圧供給を行わないと間に合わない場合があり、記録ヘッド自体に負圧発生機構を持ちながら混入空気を除去するという必要性も発生してきた。従来提案された記録ヘッドに装着されたポンプにより記録ヘッド内の空気溜りを排出する技術においては、負圧発生機構をもつ記録ヘッドからの混入空気の除去までも実現したものではなかった。

また記録ヘッドからの空気溜りを排出する方法の開示があるが、ノズル側に接する吸引キャップなどから強制吸引するため記録ヘッド内のインクの廃棄は多少なりとも発生していた。

本発明においては記録ヘッド内の特に吐出ノズル近傍に存在する気泡の除去を目的として講じられたものである。すなわち記録装置本体に着脱可能に固定されたインクタンクからインクを加圧により流体導管を通して記録ヘッドに供給するインクジェット記録装置において、前記記録ヘッドはインクの吐出を行う第一の液室と、負圧発生手段を持つ容積変化可能な第二の液室と、ポンプ室とを備え、前記第一の液室と前記第二の液室はインク供給路を介して接続され、前記ポンプ室は一方向弁を介して前記第一の液室と前記第二の液室とに接続され、前記第一の液室に溜まった気泡を、ポンプ室を介して前記第二の液室へ収集する手段を持つことを特徴とする。

また本発明におけるインクジェット記録装置は、前記第二の液室、前記ポンプ室は共にダイヤフラムを備えており、外部駆動されることを特徴とする。

また本発明におけるインクジェット記録装置は、前記第二の液室の容積を変化させると共に、前記ポンプ室の容積を変化させ、第一と第二の液室に流体循環を発生させることで気泡の収集を行うことを特徴とする。

また本発明におけるインクジェット記録装置は、記録ヘッドからのインク吐出回数を記録する手段を持ち、前記記録されたインク吐出回数が所定値に到達する毎に前記収集手段を実施することを特徴とする。

また本発明におけるインクジェット記録装置は、インク吐出回数とインク吐出周波数毎に設定された係数とを乗じた値をインク吐出回数として記録することを特徴とする。

また本発明における記録ヘッドは、インクの量に応じて開閉する弁を備え、第二の液室に収集された気泡を排出する手段を制御することでインクの満タン制御をおこなうことを特徴とする。

また本発明におけるインクジェット記録装置は、インクの量に応じて開閉する弁を備え、前記第二の液室に収集された気泡を排出する手段を制御することでインクの満タン制御をおこなうことを特徴とする。

また本発明におけるインクジェット記録装置は、インクタンクから加圧供給されるインクを必要分だけ供給する供給制御手段をもつことを特徴とする。

本発明によると、負圧発生機構を備えた記録ヘッドにおいて、ノズル側から吸引動作を行うことなく、ノズル近傍の気泡を除去することが可能となる。その為、空気排出時のインクの廃棄を低減することが可能となる。

本発明による記録ヘッドの実施例を示す簡略図 本発明の第一の気泡収集動作を示す概略図 本発明の第二の気泡収集動作を示す概略図

図１は、本発明のインクジェット記録装置５００を示している。インクジェット記録装置５００は流体導管２５０を経由して取り替え可能なインクタンク２００に接続される記録ヘッド１００を含む。記録ヘッド１００は、流体導管２５０からインクを受け取って、記録装置制御基板（不図示）の制御の下に記録媒体（不図示）上へのインクの吐出を選択的におこなうことを可能にする。

インクタンク２００は柔軟部材で形成された袋体２０２とインク導出口を密閉するゴム栓２０１および袋体２０２を密閉するケース２０５で構成される。流体導管２５０の一端は先端が鋭利な中空管であるインク針２０３がゴム栓２０１に差し込まれることで流体導管２５０へのインクの導出を可能とする。インク針２０３のゴム栓への差込と同時に加圧ポンプ２１０がケースと接続する。加圧ポンプ２１０はケース２０５に加圧空気を送ることで袋体２０２の周囲を加圧し、袋体に収容したインクを流体導管および記録ヘッドに送付する。

記録ヘッド１００は下向きに吐出ノズル１０５をもつ重力方向下方の第一の液室１０１と、負圧発生手段をもち重力方向上方にある第二の液室１１０が接続し気密一体的に形成される。

第二の液室１１０は流体導管２５０からのインクを受け取る供給口１１３と第二の液室よりも重力方向下方にある第一の液室と接続する供給フィルター１０２がインクの流路として形成される。

負圧発生手段は柔軟部材であるダイヤフラム１１１とダイヤフラム１１１を変形させるダイヤフラムバネ１１２である。ダイヤフラム１１１は片面が第二の液室内に面し他面が大気に露出されて形成され、第二の液室１１０が体積増となる大気側へダイヤフラム１１１を変形させるダイヤフラムバネ１１２により第二の液室１１０内の微負圧を実現する。前記第二の液室内に発生させた微負圧は気密一体的に接続された第一の液室１０１もほぼ同一の微負圧を発生し、記録ヘッド１００の下方にある記録媒体に向けて下向きに開口したノズル１０５に良好なメニスカスを形成する。

供給制御手段は前記負圧発生手段と連動する供給制御弁１６０である。供給口１１３は弾性部材で形成された供給制御弁１６０で間欠的に開閉される。ダイヤフラム１１１とアーム１６１を介して一体的に動作する供給制御弁１６０はダイヤフラムバネ１１２によって付与されたバネ力を受け供給口１１３を閉塞する。インクの吐出により記録ヘッド内の負圧は変動する。所定微負圧を越えた圧力で供給制御弁１６０は開放し、供給口１１３よりインクが流入する。記録ヘッド内は圧力が増加し、再び所定の微負圧となる。連続記録動作は供給制御弁の間欠的な開閉動作によりインクは記録ヘッドに供給される。

第一の液室１０１と第二の液室１１０はポンプ室１２０を経由して循環路を形成する。

第一の液室１０１は複数のノズル列１０５に沿って長手方向両端にインクの入り口側に供給フィルター１０２とインク出口側に排出フィルター１０３をもつ一方向流路を形成している。ノズル１０５の上方は傾斜面１０４をもつ流路を形成し、重力方向で傾斜面下側が供給フィルター１０２であり、上側に位置するのが排出フィルター１０３である。

第一の液室に溜まった気泡を収集するポンプ手段はダイヤフラム１１１とポンプ室１２０である。ポンプ室１２０は第一の液室１０１と第二の液室１１０とで循環経路を形成する小部屋であり、接続流路をそれぞれ一方向に開閉する開閉弁A１３０と開閉弁B１３１と、ポンプ室を体積変化させる柔軟部材で形成されたダイヤフラム１２１で形成する。開閉弁A１３０はポンプ室内に、開閉弁B１３１は第二の液室内に開放する一方向弁である。回復系からの駆動によりアーム４００が昇降することでダイヤフラム１２１の体積が変化し、アーム４０１が昇降することでダイヤフラム１１１の体積変化が実現する。

第二の液室１１０から空気を除去する手段は排出口１１４である。排出口１１４のさらに下流には空気抜き流路１８１を経由して傘バルブ１８０があり記録ヘッド内の第一と第二の液室を大気から隔絶している。排出口１１４は満タン制御弁150で間欠的に開閉される。満タン制御弁１５０の動作はフロート１４０の浮力によっておこなう。第二の液室１１０にインクが充填されフロート１４０が浮き上がった状態で回転軸１４５を回転中心に満タン制御弁は排出口１１４を閉塞する。記録動作により第二の液室内からインクが減った場合満タン制御弁１５０は開放する。傘バルブ１８０の下流側には空気抜き口１８２が大気に開口する。

記録ヘッド１００のノズル詰まりなどの問題を改善するのが回復系３００である。回復系３００は吸引負圧発生部３３０とノズルキャップ３１０、空気抜きキャップ３２０前記キャップと吸引負圧発生部をそれぞれ接続する流路３１１，３２１および開閉弁３１２と３２２で構成される。アーム４０１は記録ヘッドがノズルキャップ３１０にキャッピングされた時、ダイヤフラム１１１と負圧発生部は不図示のチューブポンプと駆動モーターおよぶ駆動制御基板で構成される。

次に記録動作におけるインクの流れと各部の動作を説明する。

（初期充填動作）
初期充填時に流体導管２５０、第一の液室１０１、第二の液室１１０にインクはない。インクタンク２００をインク針２０３に接続する。加圧ポンプ２１０により袋体周囲を加圧し、インク供給状態にする。

空気抜きキャップ３２０を空気抜き口１８２に、ノズルキャップ３１０をノズル１０５のある記録ヘッドフェイス面（ノズル同一面）に係合する。開閉弁３１２は閉じ、開閉弁３２２は開放する。負圧発生部３３０の発生負圧はチューブポンプを連続的に動作することで、第二の液室内を微負圧にするダイヤフラム１１１とダイヤフラムバネ１１２による発生負圧よりも高い負圧を発生する。前記高い発生負圧により空気抜きキャップ部が負圧状態となり流路接続する傘バルブ１８０が開放状態となる。インクのない第二の液室内でフロート１４０は下がった状態にあり満タン制御弁１５０は排出口１１４を開放する。傘バルブ１８０の開放により空気抜き流路１８１は負圧状態となりやがて第二の液室内も微負圧よりも高い負圧となり供給制御弁１６０を開放する。流体導管２５０内も負圧になることでインクタンク２００のインクは第二の液室内に導かれる。第二の液室に導かれたインクは重力方向下方に位置する第一の液室に流れ込む。第二の液室のインク量の増加に伴いフロート１４０が浮き上がりやがて満タン制御弁１５０が排出口１１４を閉塞する。

（空気の混入）
インク吐出による記録動作においてノズル１０５からの空気の抱き込みやインク内の溶存空気が第一の液室１０１内に気泡となって発生した場合、傾斜面１０４を通って排出フィルター１０３の下方に泡溜りとなって集積する。

（気泡収集動作）
第一の液室の気泡収集動作は、第一の液室１０１と第二の液室１１０とポンプ室１２０の循環により行う。循環が行われるときノズル１０５のメニスカスが破壊しないようにノズルキャップ３１０は閉塞して行われる。

ポンプ室１２０の体積変化はダイヤフラム１２１の変形により実現する。回復系から駆動されるアーム４００の往復動作により、ダイヤフラム１２１は一部が上下に変形し、ポンプ室１２０の体積変化とともに圧力変化をもたらす。また、回復系から駆動されるアーム４０１の往復動作により、ダイヤフラム１１１の一部が上下に変形し、第二の液室の体積変化をもたらす。

空気抜き動作は、外部駆動により、ダイヤフラム１１１とダイヤフラム１２１を変形させることで実現させる。

図２は第一の気泡収集動作を示す概略図である。図２に表されるように、アーム４００の下降動作によりポンプ室の圧力が増加し、開閉弁A１３０は閉塞し、開閉弁B１３１は開放する。この時、ポンプ室１２０内の空気が第二の液室へと導かれる。また、アーム４００の下降動作と共に、アーム４０１の上昇動作をさせる事で、ダイヤフラム１１１の体積が増加する。その為、ポンプ室の体積変化分、つまりポンプ室１２０から第二の液室１１０へ導かれた空気の体積を、ダイヤフラム１１１の体積変化分で吸収することで、ポンプ室１２０並びに第二の液室１１０の圧力が過度に上昇するのを抑えることが可能となる。また、アーム４００の下降動作に必要な駆動力を低くすることが可能となる。

図３は第二の気泡除去動作を示す概略図である。第二の気泡除去動作は、第一の気泡除去動作の後に実施される。図３に表されるように、アーム４００の上昇動作によりポンプ室１２０の圧力が低下し、開閉弁B１３１は閉塞し、開閉弁A１３０は開放する。また、アーム４００の上昇動作と共に、アーム４０１の下降動作をさせる事で、ダイヤフラム１１１の体積が減少する。その為、ポンプ室の体積変化分をダイヤフラム１１１の体積変化分で吸収することで、ポンプ室１２０並びに第二の液室１１０の圧力が過度に下降するのを抑えると同時に、アーム４００の上昇動作に必要な駆動力を低くすることが可能となる。ポンプ室１２０は微負圧よりも圧力低下があるため、排出フィルター１０３の下方の気泡はポンプ室１２０に移動する。また、同時に、第二の液室１１０に溜まっていたインクが、第一の液室１０１へ移動する。

尚、本実施例では、アーム４００、４０１の上下動作によりダイヤフラム１２１、１１１の体積変化を実現したが、アームによる動作以外の方法でダイヤフラム１２１、１１１の体積変化を図ることも可能である。

尚、前述したように、インク吐出に伴いノズルから気泡を抱き込むことがあるため、インクジェット記録装置本体にインク吐出回数を記録し、所定のインク吐出回数毎に本気泡収集動作が実行される。また、吐出周波数によってノズルからの気泡の抱き込む確率が変わり、具体的には吐出周波数が高い程、気泡の抱き込み易くなる。この為、インク吐出回数と、吐出周波数毎に設定した係数とを乗じた値をインク吐出回数として記録し、この吐出周波数による重み付けされたインク吐出回数が、所定回数に到達する毎に気泡収集動作をすることで、気泡収集動作タイミングを最適化することが可能となる。

（記録ヘッドからの空気抜き動作）
そして、第二の液室１１０では空気の移動によりインクの液位が下がり、フロート１４０の下降に伴い満タン制御弁１５０の開放する。ここで空気抜きキャップ３２０が空気抜き口１８２に接合し、回復系３００の駆動により負圧が発生すれば傘バルブ１８０を経て第二の液室の空気が排出されるのは明らかである。その為、収集した気泡を溜め込むスペースを必要とせず、記録ヘッドの小型化を実現することが可能となる。

長期保存により流体導管２５０を透過した空気やインクタンクの交換により混入した中空管の空気は記録動作の再開により第二の液室１１０上方に蓄積され、満タン制御弁１５０の開放により空気抜きは実現される。

以上説明したように記録装置本体に着脱可能に固定されたインクタンクからインクを加圧により流体導管を通して記録ヘッドに供給するインクジェット記録装置において、前記記録ヘッドはインクの吐出を行う第一の液室と、負圧発生手段を持つ容積変化可能な第二の液室と、ポンプ室とを備え、前記第一の液室と前記第二の液室はインク供給路を介して接続され、前記ポンプ室は一方向弁を介して前記第一の液室と前記第二の液室とに接続され、前記第一の液室に溜まった気泡を、ポンプ室を介して前記第二の液室へ収集する手段を持つことで空気排出時のインクの廃棄を低減することが可能となった。

また本発明における記録ヘッドはインクの吐出をおこなう第一の液室と負圧発生手段をもつ第二の液室から構成され、インクタンクから加圧供給されるインクを必要分だけ供給する供給制御手段をもつ記録ヘッドに対しても有効な空気排出構成であることにより、高速で大判サイズの記録紙にも十分対応した構成といえる。

100 記録ヘッド
101 第一の液室
102 供給フィルター
103 排出フィルター
104 傾斜面
105 ノズル列
110 第二の液室
111 ダイヤフラム
112 ダイヤフラムバネ
113 排出口
120 ポンプ室
121 ダイヤフラム
130 開閉弁A
131 開閉弁B
140 フロート
150 満タン制御弁
160 供給制御弁
161 アーム
180 傘バルブ
200 インクタンク
201 ゴム栓
202 袋体
210 加圧ポンプ
250 流体導管
310 ノズルキャップ
320 空気抜きキャップ
330 吸引負圧発生部
400、401 アーム
500 インクジェット記録装置

Claims (8)

1. 記録装置本体に着脱可能に固定されたインクタンクからインクを加圧により流体導管を通して記録ヘッドに供給するインクジェット記録装置において、前記記録ヘッドはインクの吐出を行う第一の液室と、負圧発生手段を持つ容積変化可能な第二の液室と、ポンプ室とを備え、前記第一の液室と前記第二の液室はインク供給路を介して接続され、前記ポンプ室は一方向弁を介して前記第一の液室と前記第二の液室とに接続され、前記第一の液室に溜まった気泡を、ポンプ室を介して前記第二の液室へ収集する手段を持つことを特徴とするインクジェット記録装置。
2. 前記第二の液室、前記ポンプ室は共にダイヤフラムを備えており、外部駆動されることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録装置。
3. 前記収集手段は、前記第二の液室の容積を変化させると共に、前記ポンプ室の容積を変化させ、第一と第二の液室に流体循環を発生させることで気泡の収集を行うことを特徴とする請求項２に記載のインクジェット記録装置。
4. 請求項１に記載のインクジェット記録装置において、記録ヘッドからのインク吐出回数を記録する手段を持ち、前記記録されたインク吐出回数が所定値に到達する毎に前記収集手段を実施することを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録装置。
5. インク吐出回数とインク吐出周波数毎に設定された係数とを乗じた値をインク吐出回数として記録することを特徴とする請求項４に記載のインクジェット記録装置。
6. 前記記録ヘッドは前記第二の液室に収集された気泡を排出する手段を持つことを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録装置。
7. 前記記録ヘッドはインクの量に応じて開閉する弁を備え、前記第二の液室に収集された気泡を排出する手段を制御することでインクの満タン制御をおこなうことを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録装置。
8. 前記記録ヘッドは、インクタンクから加圧供給されるインクを必要分だけ供給する供給制御手段をもつことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載のインクジェット記録装置。

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