JP2016083834A - 液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電源投入後、即時に高速印刷をすることができる液体噴射装置を提供する。【解決手段】インクカートリッジＣＴＲとインクジェットヘッドＨとの間を接続するインク供給路２０を加圧する加圧ポンプ２３と、インク供給路２０においてインクを貯溜するサブタンク３０と、インク供給路２０において下流側に向かうインクの流れのみを許容するチェックバルブ２１と、を備え、サブタンク３０は、加圧ポンプ２３による加圧によってインク供給路２０が所定の圧力に達するまでの時間のうち少なくとも一部の時間に、インクジェットヘッドＨが噴射可能な単位時間当たりの最大流量を積算した量の液体を少なくとも収容可能な空間容積を有し、少なくともこの一部の時間において空間容積を減少させる方向にサブタンク３０を加圧し、インクジェットヘッドＨからインクを噴射可能とさせる付勢部材４１を備える、という構成を採用する。【選択図】図２

Description

本発明は、液体噴射装置に関する。

従来から、ノズルからターゲットに対して液体を噴射する液体噴射装置の一つとして、インクジェット式記録装置が知られている。このインクジェット式記録装置は、インクを噴射する記録ヘッドを備え、記録ヘッドと記録媒体とを相対移動させながら、記録ヘッドに形成されたノズルからインクを噴射し、記録媒体に対して印刷を行うようになっている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、インクカートリッジ等のメインタンクのインクを一旦サブタンクに吸引し、このサブタンクからインクジェットヘッドにインクを供給するインクジェットプリンターが記載されている。このインクジェットプリンターでは、ダイヤフラムポンプユニットを駆動させ、インクカートリッジのインクをサブタンクに吸引する。サブタンクに貯溜されたインクは、圧力調整室に供給され、所定の圧力でインクジェットヘッドに供給される。

特開２０１２−１１１０９６号公報

ところで、インクジェットプリンターでは、インクジェットヘッドからインクを噴射するために、電源投入後、ポンプ等の加圧装置を所定時間駆動させ、インク供給圧力を十分に高める必要がある。しかしながら、加圧装置が所定の圧力まで立ち上るまでの立ち上り時間の間は、インクジェットヘッドからインクを噴射することができないため、電源投入後、即時に高速印刷をすることができない、という問題がある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、電源投入後、即時に高速印刷をすることができる液体噴射装置を提供することを目的としている。

上記の課題を解決するために、本発明は、液体を収容する液体収容体から供給される液体を噴射する液体噴射ヘッドと、前記液体収容体と前記液体噴射ヘッドとの間を接続する液体供給路と、前記液体供給路を加圧する加圧装置と、前記液体供給路において液体を貯溜するサブタンクと、前記サブタンクよりも上流側の前記液体供給路において下流側に向かう液体の流れのみを許容する一方向弁と、を備え、前記サブタンクは、前記加圧装置による加圧によって前記液体供給路が所定の圧力に達するまでの時間のうち少なくとも一部の時間に、前記液体噴射ヘッドが噴射可能な単位時間当たりの最大流量を積算した量の液体を少なくとも収容可能な空間容積を有し、少なくとも前記一部の時間において前記空間容積を減少させる方向に前記サブタンクを加圧し、前記液体噴射ヘッドから液体を噴射可能とさせる付勢部材を備える、液体噴射装置を採用する。
このような構成を採用することによって、本発明では、サブタンクの空間容積が、加圧装置による加圧によって液体供給路が所定の圧力に達するまでの時間のうち少なくとも一部の時間に、液体噴射ヘッドが噴射可能な単位時間当たりの最大流量を積算した量の液体を少なくとも収容可能であるため、サブタンクが、加圧装置の加圧途中において液体噴射ヘッドから液体を噴射するための量の液体を収容可能となる。また、本発明では、付勢部材を設け、少なくともこの一部の時間において、サブタンクの空間容積を減少させる方向に加圧することで、加圧装置の加圧途中において液体噴射ヘッドから液体を噴射するための十分な液体供給圧力を確保し、液体噴射ヘッドから液体を噴射可能とさせる。したがって、本発明では、電源投入後、加圧装置の立ち上りを最後まで待つ必要がなく、即時に高速印刷をすることができる。

また、本発明においては、前記付勢部材による圧力をＰｓ、前記加圧装置によって発生させる前記液体収容体の圧力をＰｉ、前記液体噴射ヘッドが液体を噴射するために必要な圧力をＰｈ、前記液体収容体と前記サブタンクとの間における前記液体供給路の圧力損失をΔＰｉｓ、前記サブタンクと前記液体噴射ヘッドとの間における前記液体供給路の圧力損失をΔＰｓｈとしたときに、（Ｐｉ−ΔＰｉｓ）＞Ｐｓ＞（Ｐｈ＋ΔＰｓｈ）の関係が成立する、という構成を採用する。
このような構成を採用することによって、本発明では、付勢部材による圧力が、液体噴射ヘッドが液体を噴射するために必要な圧力とサブタンクよりも下流側の液体供給路で発生する圧力損失との和よりも大きいため、加圧装置が立ち上がっていなくても液体噴射ヘッドに対する十分なインク供給圧力を確保することができる。また、付勢部材による圧力が、加圧装置によって発生させる液体収容体の圧力とサブタンクよりも上流側の液体供給路で発生する圧力損失との差よりも小さいため、付勢部材が加圧装置の液体の供給を妨げることなく、液体供給路の上流側から下流側に向かって液体を使用できる。また、液体収容体の液体を最後まで使用することができ、液体の残量低減が可能となる。

また、本発明においては、前記サブタンクには、空間容積の変位を検出する変位センサが設けられている、という構成を採用する。
このような構成を採用することによって、本発明では、変位センサを設け、サブタンクの空間容積の変位を検出することで、液体収容体の液体の残量の把握が容易になる。また、サブタンクの空間容積の検出後もある程度の印刷またはクリーニングが可能かどうかの判断が容易になる。

また、本発明においては、前記サブタンクは、前記液体供給路に直列で複数設けられ、前記変位センサは、複数の前記サブタンクのうち、最も上流側に位置するサブタンクに設けられている、という構成を採用する。
このような構成を採用することによって、本発明では、変位センサを直列で並ぶ複数のサブタンクのうち最も上流側のサブタンクに設け、液体収容体に最も近く液体の残量に対する応答性が最も高いサブタンクの変位を検出する。これにより、液体収容体の液体の残量を精度よく検出でき、また、検出後、圧力損失が小さい下流側のサブタンクに貯溜されている液体によって、現在行われているジョブを続行することができる。

また、本発明においては、前記サブタンクは、前記液体供給路に並列で複数設けられ、前記変位センサは、複数の前記サブタンクのうち、いずれか一つに設けられている、という構成を採用する。
このような構成を採用することによって、本発明では、変位センサを並列で並ぶ複数のサブタンクうちいずれか一つに設け、液体収容体の液体の残量を把握する。複数のサブタンクを並列配列することで、直列配列において発生するサブタンク間の流路の圧力損失をなくすことができる。

本発明の実施形態におけるプリンターを示す平面図である。 本発明の実施形態におけるプリンターのインク供給系を示す模式図である。 本発明の実施形態におけるサブタンクの正面側斜視図である。 本発明の実施形態におけるサブタンクの背面側斜視図である。 図３における矢視Ａ−Ａ断面図である。 本発明の実施形態におけるサブタンクの内部を示す斜視図である。 本発明の実施形態におけるサブタンクの内部を示す拡大斜視図である。 本発明の実施形態におけるプリンターのインクの残量とインク供給路における圧力との関係を経時的に示した図である。 本発明の実施形態におけるプリンターのインクの残量とインク供給路における圧力との関係を経時的に示した図である。 本発明の実施形態における電源投入後即時印刷時のサブタンクのインク量変化を示す概念図である。

以下、本発明に係る液体噴射装置の各実施形態について、図を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。本実施形態では、本発明に係る液体噴射装置として、インクジェット式プリンター（以下、プリンターと称する）を例示する。

図１は、本発明の実施形態におけるプリンターＰＲＴを示す平面図である。
図１に示すプリンターＰＲＴは、紙、プラスチックシートなどのシート状の記録媒体Ｍを搬送しつつ印刷処理を行う装置である。プリンターＰＲＴは、筐体ＰＢと、記録媒体Ｍにインクを噴射するインクジェット機構ＩＪと、当該インクジェット機構ＩＪにインクを供給するインク供給機構ＩＳと、記録媒体Ｍを搬送する搬送機構ＣＶと、インクジェット機構ＩＪの保全動作を行うメンテナンス機構ＭＮと、これら各機構を制御する制御装置ＣＯＮＴとを備えている。

以下、ＸＹＺ直交座標系を設定し、当該ＸＹＺ直交座標系を適宜参照しつつ各構成要素の位置関係を説明する。本実施形態では、記録媒体Ｍの搬送方向をＸ軸方向とし、当該記録媒体Ｍの搬送面においてＸ軸方向に直交する方向をＹ軸方向とし、Ｘ軸及びＹ軸を含む平面に垂直な方向をＺ軸方向と表記する。

筐体ＰＢは、Ｙ軸方向を長手とするように形成されている。筐体ＰＢには、上記のインクジェット機構ＩＪ、インク供給機構ＩＳ、搬送機構ＣＶ、メンテナンス機構ＭＮ及び制御装置ＣＯＮＴの各部が取り付けられている。筐体ＰＢには、プラテン１３が設けられている。プラテン１３は、記録媒体Ｍを支持する支持部材である。プラテン１３は、筐体ＰＢのうちＸ軸方向の中央部に配置されている。プラテン１３は、＋Ｚ側に向けられた平坦面１３ａを有している。当該平坦面１３ａは、記録媒体Ｍを支持する支持面として用いられる。

搬送機構ＣＶは、搬送ローラーや当該搬送ローラーを駆動するモーター等（共に不図示）を有している。搬送機構ＣＶは、筐体ＰＢの−Ｘ側から当該筐体ＰＢの内部に記録媒体Ｍを搬送し、当該筐体ＰＢの＋Ｘ側から当該筐体ＰＢの外部に排出する。搬送機構ＣＶは、筐体ＰＢの内部において、記録媒体Ｍがプラテン１３上を通過するように当該記録媒体Ｍを搬送する。搬送機構ＣＶは、制御装置ＣＯＮＴによって搬送のタイミングや搬送量などが制御されるようになっている。

インクジェット機構ＩＪは、インク（液体）を噴射するインクジェットヘッドＨ（液体噴射ヘッド）と、当該インクジェットヘッドＨを保持して移動させるヘッド移動機構ＡＣとを有している。インクジェットヘッドＨは、プラテン１３上に送り出された記録媒体Ｍに向けてインクを噴射する。インクジェットヘッドＨは、インクを噴射するノズルが形成された噴射面Ｈａを有している。噴射面Ｈａは、Ｚ軸方向に向けられており、プラテン１３の支持面に対向するように配置されている。

ヘッド移動機構ＡＣは、キャリッジＣＡを有している。インクジェットヘッドＨは、当該キャリッジＣＡに固定されている。キャリッジＣＡは、筐体ＰＢの長手方向（Ｙ軸方向）に架設されたガイド軸８に沿って移動自在な構成となっている。インクジェットヘッドＨ及びキャリッジＣＡは、プラテン１３に対して＋Ｚ側に配置されている。

ヘッド移動機構ＡＣは、キャリッジＣＡの他、パルスモーター９と、当該パルスモーター９によって回転駆動される駆動プーリー１０と、筐体ＰＢの長手方向において駆動プーリー１０が設けられる側（＋Ｙ側）とは逆側（−Ｙ側）に設けられた従動プーリー１１と、駆動プーリー１０と従動プーリー１１との間に掛け渡されたタイミングベルト１２とを有している。

キャリッジＣＡは、タイミングベルト１２に接続されている。キャリッジＣＡは、タイミングベルト１２の回転に伴ってＹ軸方向に移動可能に設けられている。Ｙ軸方向へ移動する際、キャリッジＣＡは、ガイド軸８によって案内されるようになっている。

メンテナンス機構ＭＮは、インクジェットヘッドＨのホームポジションに配置されている。このホームポジションは、記録媒体Ｍに対して印刷が行われる領域から外れた領域に設定されている。本実施形態では、プラテン１３の＋Ｙ側にホームポジションが設定されている。ホームポジションは、プリンターＰＲＴの電源がオフである時や、長時間に亘って記録が行われない時などに、インクジェットヘッドＨが待機する場所である。

メンテナンス機構ＭＮは、インクジェットヘッドＨのノズルを覆うキャップ部材ＣＰや、当該噴射面Ｈａを払拭するワイピング部材ＷＰなどを有している。キャップ部材ＣＰには、吸引ポンプなどの吸引装置ＳＣが接続されている。吸引装置ＳＣにより、キャップ部材ＣＰは、インクジェットヘッドＨからインクを吸引できるようになっている。

インク供給機構ＩＳは、インクジェットヘッドＨにインクを供給する。インク供給機構ＩＳは、複数のインクカートリッジＣＴＲ（液体収容体）を有している。本実施形態のプリンターＰＲＴは、インクカートリッジＣＴＲがインクジェットヘッドＨとは異なりキャリッジＣＡに搭載されない構成（オフキャリッジ型）を採用している。

図２は、本発明の実施形態におけるプリンターＰＲＴのインク供給系を示す模式図である。
インク供給機構ＩＳは、インクカートリッジＣＴＲとインクジェットヘッドＨとの間を接続するインク供給路２０（液体供給路）を有する。インク供給路２０には、チェックバルブ２１（一方向弁）、複数のサブタンク３０、自己封止弁２２が設けられている。なお、このインク供給路２０は、複数のインクカートリッジＣＴＲのそれぞれに設けられている（図１参照）。

チェックバルブ２１は、複数のサブタンク３０よりも上流側のインク供給路２０に設けられている。すなわち、チェックバルブ２１は、複数のサブタンク３０のうち最も上流側に位置する第１のサブタンク３０Ａよりも上流側であって、インクカートリッジＣＴＲよりも下流側のインク供給路２０に設けられている。チェックバルブ２１は、インクカートリッジＣＴＲからインクジェットヘッドＨに向かう下流側へのインクの流れのみを許容する弁である。このチェックバルブ２１により、インクカートリッジＣＴＲへのインクの逆流を防止することができる。

自己封止弁２２は、複数のサブタンク３０よりも下流側のインク供給路２０に設けられている。すなわち、自己封止弁２２は、複数のサブタンク３０のうち最も下流側に位置する第２のサブタンク３０Ｂよりも下流側であって、インクジェットヘッドＨよりも上流側のインク供給路２０に設けられている。自己封止弁２２は、インクジェットヘッドＨが設けられた下流側が所定の負圧になったときにインク供給路２０を開く弁である。この自己封止弁２２により、インクの過剰供給が防止され、インクジェットヘッドＨからのインク漏れを確実に防止することができる。

自己封止弁２２の構成は公知なため、その詳細な説明を省略するが、インク供給路２０を開閉する弁体（不図示）と、弁体を閉塞する方向に付勢する付勢部材（不図示）と、大気圧を受け、インク供給路２０が負圧になったときに付勢部材の付勢に抗して弁体を押し開く可撓性部材（不図示）と、を有する。すなわち、自己封止弁２２は、インク供給路２０の圧力と大気圧との差でインク供給路２０を開くものである。この自己封止弁２２へのインク供給圧力を所定の圧力以上確保することにより、インクジェットヘッドＨはインクを正常に噴射することができる。

インクカートリッジＣＴＲは、加圧ポンプ２３（加圧装置）と接続されている。加圧ポンプ２３は、インクカートリッジＣＴＲのインクパック２４を収容する加圧室２５を加圧するものである。加圧ポンプ２３が駆動すると、加圧室２５に空気が送り込まれ、インクパック２４を加圧する。インクパック２４が加圧されると、インク供給路２０のインク供給圧力が高められ、例えばインクジェットヘッドＨからの高速印字が可能となる。なお、インク供給路２０の圧力は、流路内の圧力損失によって、インクカートリッジＣＴＲ側（上流側）が大きく、インクジェットヘッドＨ側（下流側）が小さくなる。

サブタンク３０は、インク供給路２０においてインクを貯溜し、可撓性部材３２の変位によりインクを貯溜する空間容積が変化するものである。このサブタンク３０は、インク供給路２０に複数、本実施形態では第１のサブタンク３０Ａ、第２のサブタンク３０Ｂの２つが直列に設けられている。サブタンク３０は、筐体３１に可撓性部材３２を貼り合せた構成となっており、内部に形成されるインク室３３の空間容積がインクの残量に応じて可変する。可撓性部材３２は、例えば、単層若しくは複層の可撓性樹脂フィルム（例えばＰＥＴ／ＣＰＰ積層フィルム等）から形成されている。

次に、図３〜図７を参照して、サブタンク３０の構成及び配置について詳しく説明する。
図３は、本発明の実施形態におけるサブタンク３０の正面側斜視図である。図４は、本発明の実施形態におけるサブタンク３０の背面側斜視図である。図５は、図３における矢視Ａ−Ａ断面図である。図６は、本発明の実施形態におけるサブタンク３０の内部を示す斜視図である。図７は、本発明の実施形態におけるサブタンク３０の内部を示す拡大斜視図である。

図３に示すように、本実施形態の複数のサブタンク３０は、ユニット化され、一体的に設けられている。本実施形態では、一つの筐体３１に第１のサブタンク３０Ａと第２のサブタンク３０Ｂのセットが２つ設けられている。すなわち、筐体３１には、上述したインク供給路２０に設けられた第１のサブタンク３０Ａと第２のサブタンク３０Ｂだけでなく、別のインク供給路２０に設けられた第１のサブタンク３０Ａと第２のサブタンク３０Ｂも設けられている。このように、複数のサブタンク３０をユニット化することは、部品点数やコストの低減に寄与できる。

筐体３１は、第１のプレート３１ａと第２のプレート３１ｂを組み合わせることで形成されている。図５に示すように、第１のプレート３１ａには、インク室３３、インク室３３へのインクの導入口３６や導出口３７が形成されている。一方、第２のプレート３１ｂには、後述する圧力付加手段４０や変位センサ５０が設けられている。図６に示すように、第２のプレート３１ｂ及び可撓性部材３２を取り外すと、インク室３３が露出する。インク室３３は、円形の内壁３４を有している。内壁３４は、図５に示す断面視で、第２のプレート３１ｂ側に開くハの字形状（すり鉢状）となっている。

インク室３３には、溝部３５が設けられている。溝部３５は、図６に示すように、インク室３３の中央部の上下方向に形成されている。この溝部３５は、第１のプレート３１ａに対してより深く形成された領域であり、この領域にインクの導入口３６と導出口３７が形成されている。この溝部３５によって、可撓性部材３２が下死点まで凹んでも、インクの導入口３６と導出口３７との間の流路が確保されるため、インク供給路２０が閉塞されることはない。

図７に示すように、導入口３６は、サブタンク３０の下部に設けられている。この導入口３６は、円形の内壁３４に対して接線方向に開口している。一方、導出口３７は、サブタンク３０の上部に設けられている。この導出口３７は、円形の内壁３４に対して接線方向に開口している。また、導入口３６と導出口３７は、水平方向において同一の向きで開口している。この配置によれば、サブタンク３０の下部から内壁３４の接線方向に流入したインクが、内壁３４に沿って周回し、サブタンク３０の上部から導出口３７を介して排出される。このため、サブタンク３０の下部に沈降したインクの沈降成分を撹拌できると共に、サブタンク３０の上部に溜まった気泡の排出性を向上させることができる。

また、図４に示すように、複数のサブタンク３０は、上流側のものから順に重力方向の下部から上部へと配置されている。本実施形態では、インク供給路２０において、上流側の第１のサブタンク３０Ａが下部に、下流側の第２のサブタンク３０Ｂが上部になるように配置されている。第１のサブタンク３０Ａの導出口３７と第２のサブタンク３０Ｂの導入口３６との間は、略Ｕ字状のインク供給路２０によって接続されている。すなわち、インク供給路２０は、第１のサブタンク３０Ａの導出口３７及び第２のサブタンク３０Ｂの導入口３６と、それぞれ水平方向において同一の向きで接続されている。これにより、上流側の第１のサブタンク３０Ａに溜まった気泡が浮力によって下流側の第２のサブタンク３０Ｂを容易に通過でき、インクジェットヘッドＨから排出され易くなるため、気泡の排出性を向上させることができる。

図２に戻り、プリンターＰＲＴは、複数のサブタンク３０の可撓性部材３２に対し、それぞれ異なる圧力を付加する圧力付加手段４０を有する。圧力付加手段４０は、複数のサブタンク３０の可撓性部材３２をそれぞれ付勢する複数の付勢部材４１を有する。付勢部材４１は、バネ定数、及び、可撓性部材３２を下死点まで変位させるまでのストローク、及び、可撓性部材３２を加圧する加圧面積の少なくとも一つを異ならせることで、複数のサブタンク３０の可撓性部材３２に付加する圧力を簡単に調整することができる。

本実施形態の圧力付加手段４０は、付勢部材４１が可撓性部材３２を加圧する加圧面積を調整する板状の受圧部材４２を有する。受圧部材４２は、比較的柔らかい可撓性部材３２に対する加圧面積を一定に保つものである。本実施形態では、第１のサブタンク３０Ａの可撓性部材３２を加圧する受圧部材４２と、第２のサブタンク３０Ｂの可撓性部材３２を加圧する受圧部材４２とが同一形状であり、加圧面積が同一に設定されている。図５に示すように、受圧部材４２は、可撓性部材３２と接触する板部４３と、板部４３に接続されたシャフト部４４と、を有する。

板部４３は、略円板形状を有し、可撓性部材３２と接触する正面側が平面に形成されている。板部４３の背面側には、付勢部材４１の座となる微小な凹凸が形成され、その中央にはシャフト部４４が設けられている。シャフト部４４は、第２のプレート３１ｂを貫通する貫通穴４５に、その長手方向にスライド自在に係合している。付勢部材４１は、第２のプレート３１ｂと受圧部材４２の板部４３との間に配置され、インク室３３の空間容積を低減させる方向に可撓性部材３２を付勢するようになっている。

図２や図５に示すように、本実施形態の第１のサブタンク３０Ａと第２のサブタンク３０Ｂは同一形状であるため、付勢部材４１の可撓性部材３２を下死点まで変位させるまでのストロークは同一である。このため、本実施形態の圧力付加手段４０は、第１のサブタンク３０Ａの可撓性部材３２を加圧する付勢部材４１Ａと、第２のサブタンク３０Ｂの可撓性部材３２を加圧する付勢部材４１Ｂとのバネ定数を変えており、同一のストローク、同一の加圧面積で異なる圧力を付加する構成となっている。付勢部材４１のバネ定数は、スプリングの素材や巻き数等を変えることで変更することができる。

本実施形態の圧力付加手段４０は、最も上流側に位置する第１のサブタンク３０Ａの可撓性部材３２に対して付加する圧力を最も大きくし、第１のサブタンク３０Ａよりも下流側に位置する第２のサブタンク３０Ｂの可撓性部材３２に対して付加する圧力を小さくし、複数のサブタンク３０に付加する圧力を下流側に向かって小さくしている。

図２に示すように、複数のサブタンク３０のうち、少なくとも一つには、可撓性部材３２の変位を検出する変位センサ５０が設けられている。変位センサ５０は、複数のサブタンク３０のうち、最も上流側に位置する第１のサブタンク３０Ａに設けられている。一方、変位センサ５０は、最も下流側に位置する第２のサブタンク３０Ｂには設けられていない。変位センサ５０は、受圧部材４２と共に移動するレバー部材５１と、レバー部材５１の移動経路を挟んで設けられたフォトインタラプタ５２と、を有する。

レバー部材５１は、図５に示すように、第２のプレート３１ｂに対し回転軸５３を中心に回転自在に設けられている。また、レバー部材５１は、付勢部材５４によって付勢されており、受圧部材４２のシャフト部４４に対する接触状態を維持するようになっている。なお、付勢部材５４のバネ力は、付勢部材４１のバネ力に対して無視できるほど小さい。フォトインタラプタ５２は、レバー部材５１の先端の移動経路を挟んで配置された投光部と受光部を有し、光軸の遮断若しくは開通によって、可撓性部材３２の変位を検出する構成となっている。

続いて、図８、図９を参照して、上記構成のプリンターＰＲＴの動作について説明する。
図８、図９は、本発明の実施形態におけるプリンターＰＲＴのインクの残量とインク供給路２０における圧力との関係を経時的に示した図である。なお、以下に記載された圧力等の数値は一例であって、印刷ジョブの種類や機種等に応じて適宜変更されるものである。

図８、図９に示す一例では、サブタンク３０を２つ使用で最大Ａ［ｇ］のインクを収容可能な構成となっている。また、付勢部材４１のバネ力は、インク供給路２０に混入した所定量の気泡をインク供給路２０を形成するチューブや可撓性部材３２を介して大気中に追い出せる加圧力を発生するように設定されている。また、インクジェットヘッドＨは、自己封止弁２２へのインク供給圧力が３．０［ｋＰａ］（キロパスカル）以上を確保することで、印刷ジョブを継続できる構成となっている。

図８（ａ）は、通常印刷時のインク供給路２０の圧力を示す。加圧ポンプ２３は、３５．０［ｋＰａ］でインクカートリッジＣＴＲを加圧するように駆動している。インクカートリッジＣＴＲにインクが十分にある場合、インクパック２４の圧力は、加圧ポンプ２３と同じ３５．０［ｋＰａ］となる。インクパック２４が加圧されると、内部のインクが、チェックバルブ２１を介して複数のサブタンク３０に供給される。インクパック２４が十分に加圧されていると、複数のサブタンク３０の内部容積も最大となる。

このときの第１のサブタンク３０Ａの圧力は圧力損失により、２８．０［ｋＰａ］となり、第２のサブタンク３０Ｂの圧力も、ほぼ２８．０［ｋＰａ］となる。インク供給路２０の下流側では、圧力損失の影響を受けるが、圧力付加手段４０から受ける圧力よりも、インク室３３の圧力の方が大きく、第１のサブタンク３０Ａの可撓性部材３２と、第２のサブタンク３０Ｂの可撓性部材３２は、それぞれインク室３３の空間容積を低減させる方向に変位しない。複数のサブタンク３０よりも下流側の自己封止弁２２へのインク供給圧力は、このとき圧力損失により２２．４［ｋＰａ］となり、インクジェットヘッドＨが正常に動作できる３．０［ｋＰａ］以上が確保される。

図８（ｂ）は、印字中におけるニアインクエンド検出時のインク供給路２０の圧力を示す。印字中、インクカートリッジＣＴＲのインク残量が減ってくると、加圧ポンプ２３を３５．０［ｋＰａ］で駆動させても、インクパック２４の圧力が３５．０［ｋＰａ］まで上がらなくなる。インクパック２４の圧力が２５．０［ｋＰａ］まで下がると、インクパック２４よりも下流側の複数のサブタンク３０の圧力が圧力損失により１３．１［ｋＰａ］まで下がる。このとき、第１のサブタンク３０Ａでは、圧力付加手段４０（付勢部材４１Ａ）から受ける圧力の方が、インク室３３の圧力よりも大きくなり、可撓性部材３２がインク室３３の空間容積を低減させる方向に変位する。

変位センサ５０は、インクパック２４の圧力が２５．０［ｋＰａ］以下になったときにニアインクエンドを検出するようになっており、第１のサブタンク３０Ａの可撓性部材３２と共にレバー部材５１が下がり、フォトインタラプタ５２の光軸が開通することで、ニアインクエンドを検出する。このとき、もう一方の第２のサブタンク３０Ｂでは、圧力付加手段４０（付勢部材４１Ｂ）から受ける圧力よりも、インク室３３の圧力の方が大きく、可撓性部材３２はインク室３３の空間容積を低減させる方向に変位しない。

第２のサブタンク３０Ｂは、印刷中にニアインクエンドが検出されても、現在実行されているジョブが完了するまでに必要なインクを収容しており、そのインクの残量で必要分を賄う。例えば、第２のサブタンク３０Ｂのインク（Ａ／２［ｇ］）を用いることで、プリンターＰＲＴが印刷可能な最大サイズの用紙に対してベタ印字できるようになっている。変位センサ５０においてニアインクエンドが検出されたとき、自己封止弁２２での圧力は圧力損失により、７．５［ｋＰａ］となり、インクジェットヘッドＨが正常に動作できる３．０［ｋＰａ］以上が確保される。なお、ニアインクエンドが検出されると、制御装置ＣＯＮＴが不図示の表示部に、インクカートリッジＣＴＲの交換要求等を表示させる。

図９（ａ）は、ニアインクエンド検出後、第１のサブタンク３０Ａのインクを使い切った時のインク供給路２０の圧力を示す。インクカートリッジＣＴＲのインク残量がさらに減ると、インクパック２４の圧力が１０．５［ｋＰａ］まで下がる。インクパック２４の圧力が下がると、インクパック２４から下流側にインクが流れなくなり、下流側のインクが消費される。そうすると、先ず、付勢部材４１Ａによって最も大きな圧力を付加されている第１のサブタンク３０Ａの可撓性部材３２が、下死点近傍まで変位し、インク室３３に貯溜されたインクのほとんど全てが消費される。

また、このとき、第２のサブタンク３０Ｂでは、可撓性部材３２がインク室３３の空間容積を低減させる方向に変位し始める。すなわち、第１のサブタンク３０Ａの可撓性部材３２が下死点に到達する圧力近傍で、第２のサブタンク３０Ｂでは、圧力付加手段４０（付勢部材４１Ｂ）から受ける圧力の方が、インク室３３の圧力よりも大きくなり、可撓性部材３２がインク室３３の空間容積を低減させる方向に変位する。このときの第１のサブタンク３０Ａの圧力は、１０．５［ｋＰａ］となり、第２のサブタンク３０Ｂの圧力も、ほぼ１０．５［ｋＰａ］となる。自己封止弁２２での圧力は圧力損失により４．９［ｋＰａ］となり、インクジェットヘッドＨが正常に動作できる３．０［ｋＰａ］以上が確保される。

図９（ｂ）は、第２のサブタンク３０Ｂのインクを使い切った時のインク供給路２０の圧力を示す。可撓性部材３２が下死点まで変位したとき、第２のサブタンク３０Ｂの圧力は、８．９［ｋＰａ］となる。また、第１のサブタンク３０Ａの圧力も、ほぼ８．９［ｋＰａ］となり、インクパック２４の圧力も、同じくほぼ８．９［ｋＰａ］となる。このとき、自己封止弁２２での圧力は圧力損失により、３．３［ｋＰａ］となり、インクジェットヘッドＨが正常に動作できる３．０［ｋＰａ］以上が確保される。すなわち、付勢部材４１のうち、最も付勢力に小さい付勢部材４１Ｂによる加圧力は、インクジェットヘッドＨがインクを噴射するのに必要な圧力よりも大きくなっている。したがって、インクカートリッジＣＴＲのインクの残量が少なくなっても、第２のサブタンク３０Ｂに付加される圧力によって、インクジェットヘッドＨからインクを噴射できるため、インク供給路２０のインクがなくなるまで安定したインク供給が可能となる。

続いて、図１０を参照して、上記構成のプリンターＰＲＴの電源投入後、インクカートリッジＣＴＲの加圧途中の動作（電源投入後即時印刷）について説明する。
図１０は、本発明の実施形態における電源投入後即時印刷時のサブタンク３０のインク量変化を示す概念図である。

本実施形態のプリンターＰＲＴは、電源投入後、加圧ポンプ２３が所定の圧力（Ｐ［ｋＰａ］）まで立ち上るまでの立ち上り時間の間、インクジェットヘッドＨからインクを噴射可能とするべく、サブタンク３０の空間容積を以下のように設定している。なお、図１０に示すWorst条件とは、変位センサ５０がニアインクエンドを検出する直前の状態でプリンターＰＲＴの電源が切られ、その状態で、電源投入後即時印刷を開始することを意味する。

図１０に示すように、プリンターＰＲＴに電源が投入されると、各構成機器に電力が供給される（エレキ系統イニシャライズ）。電源投入後、ｔ１［ｓｅｃ］後に加圧ポンプ２３の駆動が開始する。そして、インクカートリッジＣＴＲ内にインクが十分ある際には加圧ポンプ２３の駆動開始後、Ｔ１［ｓｅｃ］後（電源投入後、ｔ２［ｓｅｃ］後）にインクジェットヘッドＨからインクの噴射が可能となる。ただし、本実施形態のようにWorst条件では、Ｐ［ｋＰａ］になるまでにさらにＴ２［ｓｅｃ］の加圧時間が必要となる。Worst条件（ニアインクエンド検出直前）では、Full時と比べて、サブタンク３０の初期の圧力条件が小さく、加圧に時間がかかるからである。そうすると、本来このＴ２［ｓｅｃ］の間は、印刷することができないということになる。

しかし、本実施形態のプリンターＰＲＴは、サブタンク３０を加圧する付勢部材４１を有しており、付勢部材４１によって、たとえインクカートリッジＣＴＲからインクが供給されなくなっても、サブタンク３０のインクがなくなるまで安定したインク供給が可能となっている。このため、このＴ２［ｓｅｃ］の間は、付勢部材４１による加圧によってインクジェットヘッドＨからインクを噴射させることができる。

Full Duty印刷したときの流量（インクジェットヘッドＨから噴射可能な単位時間当たりの最大流量）をＣ［ｇ／ｓｅｃ］とすると、Full Duty印刷によるサブタンク３０からのインク流出量Ｑ１は、Ｃ×Ｔ２［ｇ］となる。また、このＴ２［ｓｅｃ］間の加圧ポンプ２３によるサブタンク３０へのインク流入量をＱ２［ｇ］とすると、Worst条件におけるＴ２［ｓｅｃ］後に、サブタンク３０が所定の圧力（Ｐ［ｋＰａ］）になるためには、このインクカートリッジＣＴＲの加圧途中の使用インク量（I/C加圧中使用インク量）Ａ２として、インク流出量とインク流入量の差分であるＱ１−Ｑ２［ｇ］分をサブタンク３０が収容している必要がある。よって、Ａ２は、Ａ２≧Ｑ１−Ｑ２の関係が成立するように設定してある。

Ｔ２［ｓｅｃ］後にサブタンク３０が再びFullにならなかったとき（インクカートリッジＣＴＲにインクがなかったとき）、図１０に示すように、サブタンク３０のインク量は、ＮＧ領域まで低減する（ＮＧの例（サブタンク３０への供給が無い場合、サブタンク３０への供給があるが回復が遅い場合））。ＮＧ領域とは、変位センサ５０がニアインクエンドを検出した後、現在実行しているジョブを終了させるまでに必要なインク量（ニアインクエンド検出後必要インク量）Ａ３［ｇ］を規定している。このＡ３［ｇ］は、例えばプリンターＰＲＴが印刷可能な最大サイズの用紙に対してFull Duty印刷でベタ印字できる量である。なお、このニアインクエンド検出後必要インク量は、インクジェットヘッドＨのクリーニングができる量としてもよい。また、サブタンク３０の一つ当たりの空間容積Ａ／２［ｇ］をこのＡ３［ｇ］と等しくなるように設定してもよい。

また、サブタンク３０の空間容積は、変位センサ５０がニアインクエンドを検出するための、ばらつき用マージンも必要である（図８（ｂ）、図１０参照）。このニアインクエンド検出ばらつき用マージンは、Ａ１［ｇ］となっている。
さらに、サブタンク３０の空間容積には、上記以外のマージン等も必要である。このマージン等には、サブタンク３０の溝部３５による可撓性部材３２の下死点近傍のインク量（供給不可分）が含まれる。このマージン等は、Ａ４［ｇ］となっている。

したがって、サブタンク３０の空間容積は、ニアインクエンド検出ばらつき用マージンＡ１［ｇ］と、I/C加圧中使用インク量Ａ２［ｇ］と、ニアインクエンド検出後必要インク量Ａ３［ｇ］と、マージン等Ａ４［ｇ］と、の和でＡ［ｇ］となる。すなわち、Ａ＝Ａ１＋Ａ２＋Ａ３＋Ａ４の関係が成立する。

上記のように、本実施形態のサブタンク３０は、インクジェットヘッドＨが噴射可能な単位時間当たりの最大流量に、加圧ポンプ２３が所定の圧力まで立ち上るまでの立ち上がり時間を積算した量のインクを少なくとも収容可能な空間容積を有する。したがって、インクジェットヘッドＨからインクが噴射可能となった後、加圧ポンプ２３が立ち上るまで（インクジェットヘッドＨのイニシャライズ完了後における加圧ポンプ２３の駆動時間のＴ２［ｓｅｃ］間）においてインクジェットヘッドＨからインクを噴射し続けることが可能である。また、本実施形態のサブタンク３０は、ニアインクエンド検出後必要インク量Ａ３［ｇ］以上の空間容積を備えているため、サブタンク３０が再びFullにならなかったときでも、途中でインク切れとならず、現在実行しているジョブを終了させることができる。

また、本実施形態では、付勢部材４１を設け、少なくとも加圧ポンプ２３の立ち上がり時間において、サブタンク３０の空間容積を減少させる方向に加圧する。これにより、加圧ポンプ２３の立ち上り時間においてインクジェットヘッドＨからインクを噴射し続けるための十分なインク供給圧力を確保し、インクジェットヘッドＨからインクを噴射可能とさせる。したがって、本実施形態では、電源投入後、加圧ポンプ２３の立ち上りを待つ必要がなく、即時に高速印刷をすることができる。

具体的に、付勢部材４１による圧力をＰｓ、加圧ポンプ２３によって発生させるインクカートリッジＣＴＲの圧力をＰｉ、インクジェットヘッドＨがインクを噴射するために必要な圧力をＰｈ、インクカートリッジＣＴＲとサブタンク３０との間におけるインク供給路２０の圧力損失をΔＰｉｓ、サブタンク３０とインクジェットヘッドＨとの間におけるインク供給路２０の圧力損失をΔＰｓｈとしたときに、（Ｐｉ−ΔＰｉｓ）＞Ｐｓ＞（Ｐｈ＋ΔＰｓｈ）の関係が成立するようにする。付勢部材４１による圧力が、インクジェットヘッドＨがインクを噴射するために必要な圧力とサブタンク３０よりも下流側のインク供給路２０で発生する圧力損失との和よりも大きいと、加圧ポンプ２３が立ち上がっていなくてもインクジェットヘッドＨに対する十分なインク供給圧力を確保することができる。また、付勢部材による圧力が、加圧ポンプ２３によって発生させるインクカートリッジＣＴＲの圧力とサブタンク３０よりも上流側のインク供給路２０で発生する圧力損失との差よりも小さいと、付勢部材４１が加圧ポンプ２３のインクの供給を妨げることなく、インク供給路２０の上流側から下流側に向かってインクを使用できる。また、インクカートリッジＣＴＲのインクを最後まで使用することができ、インクの残量低減が可能となる（図８、図９参照）。

また、本実施形態では、変位センサ５０を設け、サブタンク３０の空間容積の変位を検出することで、インクカートリッジＣＴＲのインクの残量の把握が容易になる。また、サブタンク３０のニアインクエンド検出後もある程度の印刷またはクリーニングが可能かどうかの判断が容易になる。
また、本実施形態では、変位センサ５０を直列で並ぶ複数のサブタンク３０のうち最も上流側の第１のサブタンク３０Ａに設け、インクカートリッジＣＴＲに最も近くインクの残量に対する応答性が最も高い第１のサブタンク３０Ａの変位を検出する。これにより、インクカートリッジＣＴＲのインクの残量を精度よく検出でき、また、検出後、圧力損失が小さい下流側の第２のサブタンク３０Ｂに貯溜されているインクによって、現在行われているジョブを続行することができる。

このように、上述した本実施形態によれば、インクを収容するインクカートリッジＣＴＲから供給されるインクを噴射するインクジェットヘッドＨと、インクカートリッジＣＴＲとインクジェットヘッドＨとの間を接続するインク供給路２０と、インク供給路２０を加圧する加圧ポンプ２３と、インク供給路２０においてインクを貯溜するサブタンク３０と、サブタンク３０よりも上流側のインク供給路２０において下流側に向かうインクの流れのみを許容するチェックバルブ２１と、を備え、サブタンク３０は、加圧ポンプ２３による加圧によってインク供給路２０が所定の圧力に達するまでの時間のうち少なくとも一部の時間に、インクジェットヘッドＨが噴射可能な単位時間当たりの最大流量を積算した量の液体を少なくとも収容可能な空間容積を有し、少なくともこの一部の時間において空間容積を減少させる方向にサブタンク３０を加圧し、インクジェットヘッドＨからインクを噴射可能とさせる付勢部材４１を備える、という構成を採用することによって、電源投入後、即時に高速印刷をすることができるプリンターＰＲＴが得られる。

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上述の実施形態においては、サブタンク３０を２つ設ける構成について説明したが、サブタンク３０を１つ設ける構成を採用してもよいし、サブタンク３０を３つ以上設ける構成を採用してもよい。

また、例えば、上述の実施形態においては、付勢部材４１としてバネ部材を用いてサブタンク３０を加圧する構成について説明したが、外部から圧力を付加できる他のもので代用する構成であってもよい。例えば、ゴム部材を用いて加圧する構成を採用してもよい。

また、例えば、上述の実施形態においては、変位センサ５０が直列配列された複数のサブタンク３０のうち、最も上流側に位置する第１のサブタンク３０Ａに設ける構成について説明したが、サブタンク３０はインク供給路２０に並列で複数設けてもよいし、また、変位センサ５０を並列で並ぶ複数のサブタンク３０うちいずれか一つに設けてもよい。この構成によっても問題なくインクカートリッジＣＴＲのインクの残量を把握できる。また、複数のサブタンク３０を並列配列することで、直列配列において発生するサブタンク３０間の流路の圧力損失をなくすことができる。

また、上述の実施形態における液体噴射装置は、サーマルジェットプリンターであってもよいし、ラインインクジェットプリンターであってもよい。また、プリンターに限られず、複写機及びファクシミリ等の装置であってもよい。

また、液体噴射装置としては、インク以外の他の液体を噴射したり吐出したりする構成を採用してもよい。本発明は、例えば微小量の液滴を吐出させる液体噴射ヘッド等を備える各種の液体噴射装置に流用可能である。なお、液滴とは、上記液体噴射装置から吐出される液体の状態をいい、粒状、涙状、糸状に尾を引くものも含むものとする。また、ここでいう液体とは、液体噴射装置が噴射させることができるような材料であればよい。例えば、物質が液相であるときの状態のものであればよく、粘性の高い又は低い液状体、ゾル、ゲル水、その他の無機溶剤、有機溶剤、溶液、液状樹脂、液状金属（金属融液）のような流状態、また物質の一状態としての液体のみならず、顔料や金属粒子などの固形物からなる機能材料の粒子が溶媒に溶解、分散又は混合されたものなどを含む。また、液体の代表的な例としては上記実施形態で説明したようなインクが挙げられる。ここで、インクとは一般的な水性インク及び油性インク並びにジェルインク、ホットメルトインク等の各種液体組成物を包含するものとする。

ＣＴＲ インクカートリッジ（液体収容体）
Ｈ インクジェットヘッド（液体噴射ヘッド）
ＰＲＴ プリンター（液体噴射装置）
２０ インク供給路（液体供給路）
２１ チェックバルブ（一方向弁）
２２ 自己封止弁
２３ 加圧ポンプ（加圧装置）
３０ サブタンク
３０Ａ 第１のサブタンク（上流側のサブタンク）
３０Ｂ 第２のサブタンク（下流側のサブタンク）
３２ 可撓性部材
３６ 導入口
３７ 導出口
４０ 圧力付加手段
４１ 付勢部材
４１Ａ 付勢部材（上流側の付勢部材）
４１Ｂ 付勢部材（下流側の付勢部材）
４２ 受圧部材
５０ 変位センサ

Claims (5)

1. 液体を収容する液体収容体から供給される液体を噴射する液体噴射ヘッドと、
   前記液体収容体と前記液体噴射ヘッドとの間を接続する液体供給路と、
   前記液体供給路を加圧する加圧装置と、
   前記液体供給路において液体を貯溜するサブタンクと、
   前記サブタンクよりも上流側の前記液体供給路において下流側に向かう液体の流れのみを許容する一方向弁と、を備え、
   前記サブタンクは、前記加圧装置による加圧によって前記液体供給路が所定の圧力に達するまでの時間のうち少なくとも一部の時間に、前記液体噴射ヘッドが噴射可能な単位時間当たりの最大流量を積算した量の液体を少なくとも収容可能な空間容積を有し、
   少なくとも前記一部の時間において前記空間容積を減少させる方向に前記サブタンクを加圧し、前記液体噴射ヘッドから液体を噴射可能とさせる付勢部材を備える、
   ことを特徴とする液体噴射装置。
2. 前記付勢部材による圧力をＰｓ、前記加圧装置によって発生させる前記液体収容体の圧力をＰｉ、前記液体噴射ヘッドが液体を噴射するために必要な圧力をＰｈ、前記液体収容体と前記サブタンクとの間における前記液体供給路の圧力損失をΔＰｉｓ、前記サブタンクと前記液体噴射ヘッドとの間における前記液体供給路の圧力損失をΔＰｓｈとしたときに、
   （Ｐｉ−ΔＰｉｓ）＞Ｐｓ＞（Ｐｈ＋ΔＰｓｈ）
   の関係が成立する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の液体噴射装置。
3. 前記サブタンクには、空間容積の変位を検出する変位センサが設けられている、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の液体噴射装置。
4. 前記サブタンクは、前記液体供給路に直列で複数設けられ、
   前記変位センサは、複数の前記サブタンクのうち、最も上流側に位置するサブタンクに設けられている、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の液体噴射装置。
5. 前記サブタンクは、前記液体供給路に並列で複数設けられ、
   前記変位センサは、複数の前記サブタンクのうち、いずれか一つに設けられている、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の液体噴射装置。

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