JP3610308B2 - Inkjet recording device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はインクジェット記録装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、記録媒体に記録を行う記録装置は、種々の記録方式、例えば、ワイヤードット方式、感熱方式、熱転写方式、インクジェット方式等の記録方式のものがある。このうち、微小なノズルから微小なインク滴を吐出させて記録媒体に記録を行うインクジェット記録装置は、いわゆるノンインパクト記録方式の記録装置であり、高密度かつ高速の記録やさまざまな記録媒体への記録が可能であって、記録時の騒音が殆ど生じないといった利点を有し、広く普及している。
【0003】
一般的なインクジェット記録装置は、記録ヘッドと、記録紙を搬送する搬送手段と、これらを制御するための制御手段などを備えている。そして、インクジェット記録ヘッドのノズルからインクを吐出するためのエネルギーを発生するために、ピエゾ素子などの電気機械変換体を用いてインクに加圧するもの、レーザなどの電磁波を照射して発熱させ発熱により発泡させるもの、あるいは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発泡させるものなどがある。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(バブルジェット方式)のインクジェット記録装置は、ノズルを高密度に配列させることができるため高解像度を記録することが可能である。特に電気熱変換体素子をエネルギー発生素子として用いたインクジェット記録ヘッドは、小型化が容易であり、最近の半導体製造分野において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を応用して、その長所を十分に活用することにより高密度実装化が容易でかつ製造コストを低くできる。
【0004】
図6に示されている従来のインクジェット記録装置は、記録ヘッドをキャリッジ(図示せず)に搭載し、このキャリッジを移動させながら記録動作を行うシリアル型であり、記録ヘッドとメインタンクとをチューブで接続したいわゆるチューブ供給方式のものである。そしてこのインクジェット記録装置は、インクを貯蔵するメインタンク(インクタンク)104と、熱エネルギーを利用してインク滴を吐出させる記録ヘッド101と、メインタンク104から記録ヘッド101にインクを供給するためのインク供給ユニット105およびインク供給チューブ106と、記録ヘッド101を大気に開放させるための排気チューブ110aおよび遮断弁110bおよび排気ポンプ110cと、記録ヘッド101の回復処理を行う回復ユニット107とを有している。
【0005】
まず、記録ヘッド101の概略構成について説明する。記録ヘッド101の吐出用ノズル101gは微細な穴である。ノズル101g内に弁機構はなく、ノズル内部を負圧に保ち先端部にインクのメニスカスを形成することにより、ノズル101gからのインクの漏れや大気の進入を防いでいる。この点について詳述すると、ノズル101gは大気に対して開放されており、しかもノズル101gの開口面は下方を向いて配置されているので、ノズル101gからのインクの漏れを防止するために、記録ヘッド101の内部は負圧に保たれている必要がある。一方、負圧が大きすぎるとノズル101g内に空気が侵入し、ノズル101gからインクを吐出することができなくなってしまう。そこで、記録ヘッド101内を適度の負圧状態とするために、ノズル101gの開口面の位置が、後述するインク室105f内のインクの液面に対して高さHだけ高い位置になるように、記録ヘッド101を配置し、記録ヘッド101内が高さHの水頭差分の負圧に保たれた状態とする。これによりノズル101gは、開口面にメニスカスを形成した状態でインクを満たした状態に保たれる。
【0006】
インクの吐出は、ノズル101gの近傍に配置された図示しないヒータ(発熱抵抗体)の膜沸騰エネルギーにより、ノズル101g内のインクを押し出すことによって行われる。吐出後には、ノズル101gの毛細管力により再びノズル内にインクが満たされ、インクはインク供給チューブ106を介して随時メインタンク104から吸い上げられる。このような吐出とインク供給(再充填)とが繰り返される。
【0007】
記録ヘッド101の内部には、ノズル101gの微細な穴にゴミが詰まることを防止する微細なメッシュ構造のフィルタ101cと、フィルタ101cとノズル101gとを結ぶ細く分岐した流路101fと、フィルタ101cの上流でインクを一定量蓄えるサブタンク部101bとが配置されており、インク供給チューブ106より流入したインクはノズル101gへと供給される。
【0008】
次に、メインタンク104およびインク供給ユニット105の概略構成について説明する。これらは、例えば特許登録第2929804号に開示されているのと実質的に同様な構成であり、インク供給ユニット105に固定された中空のインク供給針105aと中空の大気導入針105bが、メインタンク104の底面のコネクタ104bを貫通してメインタンク104内部に入り込む。インク供給ユニット105の内部には、大気連通口105gにより大気に開放されているインク室105fがあり、そのインク室105f中に、両針105a、105bが下端の高さを変えた状態でインクに浸るように配置される。インク室105fの底部はインク供給チューブ106に連通しており、インクを消費していくと、インク室105f内のインクが減り、大気導入針105bの下端がインクから離れて空気中に露出する。そのため、大気導入針105bの下端からメインタンク104内に空気が入り、それに伴ってメインタンク104内のインクがインク室105fへ流れ出す。インクが流れ込んでインク室105f内の液面が上がると、大気導入針105bの下端が再びインク内に浸かり、メインタンク104内への大気の導入およびインク室105fへのインクの流入が終了する。このような方法で、メインタンク104内のインクが徐々に取り出される構成となっている。
【0009】
メインタンク104下部には、電極104eがインクに接するよう設置されており、インク供給ユニット105に設置された接点105jに導通する。接点105jと大気導入針105bとの間に、インクの電気抵抗を測定する検出器105hを含む検出回路が接続されている。この検出回路によりインクの電気抵抗を測定することにより、インクの有無を検出可能である。
【0010】
次に、排気チューブ110a、遮断弁110b、および排気ポンプ110cについて説明する。記録ヘッド101のサブタンク部101bにおいては、インク供給チューブ106などの樹脂材料を透過して侵入する空気や、インク内に溶存していた空気が蓄積してしまうおそれがある。そこで、蓄積した余分な空気を、排気チューブ110aおよび排気ポンプ110cにより、サブタンク部101bの側部から定期的にインクとともに吸引排出する。排出が終了すると、遮断弁110bによりこの経路を密閉する。
【0011】
次に、回復ユニット107について説明する。この回復ユニット107は、吐出ノズル101gにインクの増粘物が詰まった場合や、インク吐出時に発生する余分な泡が詰まった場合に、この増粘物や泡を除去するために、吸引キャップ107aを記録ヘッド101に密着させ、吸引ポンプにてノズル101gからインクを勢いよく吸引し、同時に増粘物や泡を吸引することにより記録ヘッド101を回復する機構となっている。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
前記した従来のインクジェット記録装置においては、記録のためにノズル101gに対応するヒータを加熱しインク内の溶存空気を発泡させインクを吐出させる際に、発泡した泡が分裂しフィルタ101cの下方の流路101fに溜まったり、ヒータ周辺の温度上昇によりインク内に溶存する微細な泡が集まったりして、徐々に流路101f内に気泡が蓄積してしまう現象がある。
【0013】
前記した従来の構成では、流路101fが細く絞られた形状であるため、流路101f内でインクの流れが淀みやすく、気泡が移動しにくい。回復ユニット107により勢いよく吸引すれば、インクの流速が早まって、流路101f内のインクおよび気泡を排出することが可能であるが、気泡が流路101fを寸断するほど大きく成長すると、ノズル101gへのインクの供給を妨げてしまうので、回復ユニット107により頻繁に吸引を行い、気泡があまり大きく成長しないうちに排出する必要がある。従って、吸引の際にその都度無駄に排出してしまうインクの量が増大してしまう。
【0014】
流路101fを、気泡で寸断されないように、すなわち気泡で詰まらないように太く形成すると、気泡は流路101fの上方へと上がり、回復ユニット107によりノズル101gからいくら勢いよく吸引しても、インクを吸引するだけで、気泡を吸引排出することができなくなる。一方、フィルタ101cは微細なメッシュ構造であるため、インクが各孔部に浸み込むと、各孔部にメニスカスが形成され空気を通さなくなってしまうため、気泡はサブタンク部101bに逃げることもできず、流路101fの上部に蓄積する。気泡が蓄積することにより、流路101f内において空気の占める体積が増えることに伴って、インク量が減少する。流路101f中のインク量が減少すると、最終的にはノズル101gの上面のインク供給口となる部分が空気に露出してしまい、ノズル101gへのインク供給が不能になるという致命的問題となってしまうおそれがある。
【0015】
特に近年では、記録の高速化のために、記録ヘッドの多ノズル化および高速駆動(高周波数吐出)が進み、印字時の気泡の発生が多くなる傾向にある。それに伴って時間当たりのインクの消費量が多くなるため、従来のような細い流路では圧力損失が高くなり、吐出不良を起こしてしまう問題がある。
【0016】
そこで本発明の目的は、記録ヘッド内のインク量が大幅に減少することや、記録ヘッド内の流路が気泡で寸断されることを防ぎ、回復処理における記録に寄与しない無駄なインク排出量を低減するインクジェット記録装置を提供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴は、ノズルからインクを吐出して記録を行う記録ヘッドと、記録ヘッド内のインクをノズルから強制排出する吸引手段と、記録ヘッドにインクを供給するインク供給手段とを有するインクジェット記録装置において、記録ヘッドが、インクの流れ方向に関して上流側の第1の液室と下流側の第2の液室とを備え、第1の液室および第2の液室にそれぞれ空気を蓄積可能になっており、第1の液室と第2の液室との間に位置し両者を分離するフィルタを有し、フィルタは、メニスカス強度を備えた多数の孔部を有するメッシュ構造となっており、第1の液室および第2の液室の少なくとも一方は、吸引手段の吸引力と、吸引手段による吸引が行われた後に存在すべき所望のインク量とに基づいて決定された容積を有しており、インク供給手段が、インクを収容するインクタンクと、インクタンクと記録ヘッドとを連通させるインク供給チューブと、インク供給チューブを開閉する遮断弁とを備えると共に、吸引手段が、記録ヘッドを密閉する吸引キャップと、吸引キャップを介して吸引する吸引ポンプとを備えており、吸引手段を用いて、インク供給手段から記録ヘッドに対してインクを充填するにあたり、遮断弁を閉じ、吸引手段により第2の液室を特定の圧力にまで減圧させつつ、フィルタのメニスカス強度によって、第1の液室の圧力を前記特定の圧力とは異なる圧力とし、その後、遮断弁を開くことで減圧を解消して、インクタンク内のインクを、インク供給チューブを介して第1の液室および第2の液室に、それぞれ異なる量だけ充填する動作を1サイクルとし、前記1サイクルでインクの充填を行なうことが可能であるところにある
そして、他の特徴は、一回の充填動作で充填されるインクの量は、減圧されている前記第1の液室および前記第2の液室が、それぞれほぼ大気圧に戻るのに必要な体積であるところにある。
【0018】
これによると、2つに分割された液室のそれぞれにインクが充填されて、適量のインクが存在するようになる。記録ヘッド内の流路を幅広にしても、両液室ともに、空気を抜きインクを充填することができる。また、両液室において長期にわたりインク量が不足することがなく、さほど頻繁な回復吸引は必要なく、インクを無駄に消費する量が減る。さらに、両液室ともにインク充填を必要とする場合にも、1度の充填工程で済むためインクを節約できる。
【0019】
本発明の他の特徴は、第1の液室の容積V1を、吸引時の第1の液室の減圧値をp1[atm](大気圧からの相対値)、第1の液室に存在すべきインク量をS1として、V1=S1/|p1|の関係を実質的に満たすように設定するところにある。また、本発明のさらに他の特徴は、第2の液室の容積V2を、吸引時の第2の液室の減圧値をp2[atm](大気圧からの相対値)、第2の液室に存在すべきインク量をS2として、V2=S2/|p2|の関係を実質的に満たすように設定するところにある。これにより、PV=一定の法則を利用して、充填動作によって、各液室内のインクが適量になるようにインクを充填できる。
【0020】
第1の液室と第2の液室との間に位置し両者を分離するフィルタを有することが好ましい。このフィルタが多数の孔部を有するメッシュ構造であってもよい。その場合、フィルタの各孔部におけるインクのメニスカス強度圧力をpmとし、吸引時の第1の液室の減圧値をp1[atm](大気圧からの相対値)、吸引時の第2の液室の減圧値をp2[atm](大気圧からの相対値)とすると、p1=p2−pmの関係を満たし、第1の液室の容積V1は、第1の液室に存在すべきインク量をS1として、V1=S1/|p1|の関係を実質的に満たすように設定し、第2の液室の容積V2を、第2の液室に存在すべきインク量をS2として、V2=S2/|p2|の関係を実質的に満たすように設定することが好ましい。
【0021】
この点について説明すると、微細なメッシュ構造のフィルタにインクが浸み込むと各孔部に微細なメニスカスが形成され、インクは透過容易であるが空気の流通は困難になる。メッシュが細かいほどそのメニスカス強度が増しさらに空気を通しにくくなり、空気を透過するには圧力pmが必要である。この圧力pmは実験により特定できる。回復ユニットによりノズルから吸引した場合、第2の液室の圧力p2はフィルタを通してサブタンク部内の空気を透過させるために、第1の液室の圧力p1よりもメニスカス強度分の圧力pmだけ低くなる。よって、この関係を液室の容積を決定する際に使用すると、容易に条件を決めることができる。
【0022】
第1の液室および第2の液室にそれぞれ存在すべきインク量は、第1の液室および第2の液室にそれぞれ蓄積する空気量よりも多く、さらに、これらのインク量は、第1の液室および第2の液室にそれぞれ蓄積する空気量と、第1の液室および第2の液室の安定した性能を保証するためにそれぞれ必要な最低インク量との和よりも多いことが好ましい。
【0023】
第1の液室に、最低限必要とされるインク量(フィルタがインク内に確実に浸かるインク量)より多く、所定時間(例えば1ヶ月など長期間)において第1の液室に蓄積する空気量の和より多いインク量S1が存在するようにインクを充填でき、同様に、第2の液室に、最低限必要とされるインク量(ノズルがインク内に確実に浸かるインク量)より多く、前記したのと同じ所定期間において第2の液室に蓄積する空気量の和よりも多いインク量S2が存在するようにインクを充填できれば、その所定期間内に1回の割合で充填動作を実施すればよく、排出するインクを節約できる。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【0025】
図1は、本発明の一実施形態のインクジェット記録装置の概略構成を示す斜視図である。本実施形態のインクジェット記録装置は、記録ヘッド201の往復移動(主走査)と、一般記録紙、特殊紙、OHPフィルム等の記録用シートSの所定ピッチごとの搬送(副走査)とを繰り返しつつ、これらの動きと同期させながら記録ヘッド201から選択的にインクを吐出させ、記録用シートSに付着させることで、文字や記号、画像等を形成するシリアル型の記録装置である。
【0026】
図1において、記録ヘッド201は、2本のガイドレールに摺動自在に支持され不図示のモータ等の駆動手段によりガイドレールに沿って往復移動されるキャリッジ202に着脱可能に搭載されている。記録用シートSは、搬送ローラ203により、記録ヘッド201のインク吐出面に対面し、かつ、インク吐出面との距離を一定に維持するように、キャリッジ202の移動方向と交差する方向(例えば、直交する方向である矢印A方向)に搬送される。
【0027】
記録ヘッド201は、それぞれ異なる色(例えば黒、シアン、マゼンタ、イエローの4色)のインクを吐出する複数のノズル列を有する。このノズル列は主走査方向と実質的に直交する。記録ヘッド201から吐出されるインクの色に対応して、複数の独立したメインタンク(インクタンク)204が、インク供給ユニット205に着脱可能に装着される。インク供給ユニット205と記録ヘッド201とは、それぞれインクの色に対応した複数のインク供給チューブ206によって接続され、メインタンク204をインク供給ユニット205に装着することで、メインタンク204内に収納された各色のインクを、記録ヘッド201の各ノズル列に独立して供給することが可能となる。
【0028】
記録ヘッド201の往復移動範囲内で、かつ、記録用シートSの通過範囲外の領域である非記録領域には、回復ユニット207が、記録ヘッド201のインク吐出面と対面するように配置されている。この回復ユニット207は、記録ヘッド201の吐出用ノズルから強制的にインクや気泡等を吸い出し、ノズルのクリーニングなどを行う機構である。
【0029】
次に、このインクジェット記録装置におけるインク供給の基本原理について、図2を参照して簡単に説明する。
【0030】
記録ヘッド201とメインタンク204とがインク供給チューブ206で連結されて、インク経路が構成されている。このインク経路がインク209で満たされ、記録ヘッド201は、ノズル201gの位置がメインタンク204の液面よりも高さHだけ高くなるように配置され、記録ヘッド201内が高さHの水頭差分の負圧に保たれる。この負圧により、記録ヘッド201のノズル201gの先端部にインクのメニスカスが形成された状態を維持している。これにより、ノズル201gからのインクの漏れや大気の進入を防いでいる。ノズル201gからインクが吐出されると、記録ヘッド201内のインク量が減り一時的に負圧が増大してメニスカスが後退するが、ノズル201gの毛細管力により再びノズル201g内にインクが満たされ、インク209はインク供給チューブ206を介してメインタンク204から吸い上げられることにより、記録ヘッド201内の圧力が元に戻り、ノズル201gの先端部にてメニスカスが安定する。このような吐出とインク供給(再充填)とが繰り返される。本実施形態のインクジェット記録装置は、この基本原理に則ったものである。
【0031】
次に、このインクジェット記録装置のインク供給系の詳細な構成について図3を参照して説明する。図3は、図1に示すインクジェット記録装置のインク供給経路を説明するための図であり、説明を簡単にするため、1色分の経路についてのみ示している。
【0032】
まず、記録ヘッド201について説明する。記録ヘッド201へは、インク供給チューブ206の先端に設けられた液体コネクタが気密接続されるコネクタ挿入口201aからインクが供給される。コネクタ挿入口201aは記録ヘッド201の上部に形成されたサブタンク部(第1の液室)201bと連通している。サブタンク部201bの重力方向下側には、並列に配列された複数のノズル201gを有するノズル部にインクを直接供給する液室(第2の液室)201fが形成されている。サブタンク部201bと液室201fとはフィルタ201cによって区画されているが、サブタンク部201bと液室201fとの境界には開口部201dが形成された仕切部201eを有し、フィルタ201cはこの仕切部201e上に設置されている。
【0033】
上述の構成により、コネクタ挿入口201aから記録ヘッド201に供給されたインクは、サブタンク部201b、フィルタ201c、液室201fを経てノズル201gに供給される。コネクタ挿入口201aからノズル201gまでの間は大気に対して気密な状態に保たれている。
【0034】
サブタンク部201bの上面には開口部が形成され、この開口部はドーム状の弾性部材201hで覆われている。この弾性部材201hで囲まれた空間が圧力調整室201iであり、サブタンク部201b内の圧力に応じて容積が変化し、後述するようにサブタンク部201b内の圧力を調整する機能を有する。
【0035】
ノズル201gは、断面幅が20μm程度の筒状の構造を持ち、ノズル201g内のインクに吐出エネルギーを与えることでインクをノズル201gから吐出させ、インクの吐出後、ノズル201gの毛管力によりノズル201g内にインクが満たされる。通常は、この吐出を20kHz以上のサイクルで繰り返し、微細で高速な画像形成を行っている。ノズル201g内のインクに吐出エネルギーを与えるために、記録ヘッド201は、ノズル201gごとにエネルギー発生手段を有する。本実施形態では、エネルギー発生手段として、ノズル201g内のインクを加熱する発熱抵抗素子を用いており、記録ヘッド201の駆動を制御するヘッド制御部(不図示)からの指令により発熱抵抗素子を選択的に駆動し、所望のノズル201g内のインクを膜沸騰させ、これにより生じる気泡の圧力を利用してノズル201gからインクを吐出させている。
【0036】
ノズル201gは、インクを吐出する先端を下向きにして配列されているが、その先端を閉鎖する弁機構は設けられておらず、インクはメニスカスを形成した状態でノズル201gを満たしている。そのため、記録ヘッド201の内部、特にノズル201g内は負圧の状態に保たれている。ただし、負圧が小さすぎると、ノズル201gの先端に異物やインクが付着した場合、インクのメニスカスが崩れてインクがノズル201gから漏れ出てしまうことがある。また、逆に負圧が大きすぎると、吐出時にインクに与えられるエネルギーよりもノズル201g内にインクを引き戻す力が強くなってしまい、吐出不良となってしまう。よって、ノズル201g内における負圧は、大気圧よりも若干低い一定の範囲に保たれる。この負圧の範囲は、ノズル201gの数、断面積、発熱抵抗素子の性能等により異なるが、本発明者らの実験結果によれば、−40mmAq(約−0.0040atm=−4.053kPa)〜−200mmAq(約−0.0200atm=−2.0265kPa)(ただし、インクの比重≒水の比重とする)の範囲が好ましい。
【0037】
本実施形態では、インク供給ユニット205と記録ヘッド201とをインク供給チューブ206で接続しており、インク供給ユニット205に対する記録ヘッド201の位置を比較的に自由に設定できるので、記録ヘッド201内を負圧とするために、記録ヘッド201をインク供給ユニット205よりも高い位置に配置している。
【0038】
フィルタ201cは、ノズル201gを詰まらせるような異物がサブタンク部201bから液室201fへ流出するのを防止するものである。フィルタ201cの面積は、インクによる圧力損失を許容値以下とするように設定される。圧力損失は、フィルタ201cのメッシュが細かいほど、また、インクの流量が多いほど高くなり、フィルタ201cの面積には反比例する。近年の、高速かつ多ノズルかつ小ドットの記録装置においては、圧力損失が高くなる傾向があり、サイズが10×20mm程度の大きなフィルタ201cが用いられており、それに伴って、フィルタ201cの上流のサブタンク部201bやフィルタ201cの下流の液室201fにも大きな空間が必要になっている。フィルタ201cの上面にはサブタンク部201b内のインクが接触しているが、このインクと接触している面積がフィルタ201cの有効面積となる。フィルタ201cによる圧力損失はフィルタ201cの有効面積に依存している。本実施形態では、フィルタ201cを記録ヘッド201の使用状態において水平となるように配置し、フィルタ201cの上面全体にインクを接触させることによりフィルタの有効面積を最大とし、圧力損失を低くしている。
【0039】
フィルタ201cは、インクに接すると、毛細管力によりインクが各孔部(メッシュ)に浸み込んで微細なメニスカスが形成され、インクの透過は容易であるが、空気の流通は困難になる性質を持つ。メッシュが細かいほどそのメニスカス強度が増し、より空気を通しにくくなる。
【0040】
本実施形態のフィルタ201cにおいて、空気を透過させるのに必要な圧力は0.1atm(10.1325kPa)程度(実験値)である。そのため、記録ヘッド201内でのインクの移動方向に関してフィルタ201cの下流に位置する液室201fに空気が存在すると、空気は空気自身の浮力程度ではフィルタ201cを通過することができないので、液室201f内の空気は液室201f内に留まる。本実施形態においてはこの現象を利用しており、液室201fをインクで満たさず、液室201f内のインクとフィルタ201cとの間に空気の層が存在しこの空気層によって液室201f内のインクとフィルタ201cとが隔てられるように、所定の量のインクを液室201f内に蓄えている。
【0041】
また、ノズル201g内に液室201fからの空気が侵入すると、インク吐出後のノズル201gにインクが補充されず吐出不良をおこすため、ノズル201g内は常にインクで満たされている必要がある。
【0042】
圧力調整室201iは、内部の負圧が高まるにつれてその容積が縮小する部屋であり、圧力調整室201iが本実施形態のように弾性部材201hで構成される場合は、弾性部材201hとしてはゴム材等が好ましく用いられる。
【0043】
圧力調整室201iを設けない場合、サブタンク部201b内の圧力は、インクがメインタンク204、インク供給ユニット205、およびインク供給チューブ206を通過する際の圧力損失による抵抗を直接受ける。そのため、全てのノズル201gよりインクを吐出するなど、高い割合でインクを吐出するいわゆる高デューティーの場合には、吐出されるインクに対して記録ヘッド201に供給されるインクが不足状態となり、負圧が急激に上昇してしまう。ノズル201gの負圧が、前述した限界値である−200mmAq(約−2.0265kPa)を越えると、吐出が不安定になり画像形成の上で不都合な状態となる。
【0044】
本実施形態のような、シリアル型の記録装置においては、高デューティーでの画像形成であってもキャリッジ202(図1参照)の反転の際にインクの吐出を中断する状態が存在する。圧力調整室201iは、インクの吐出中には容積を縮小させてサブタンク部201b内の負圧の上昇を緩和し、反転時に復元するといった、コンデンサのような役割を果たす。
【0045】
次に、インク供給ユニット205およびメインタンク204について説明する。
【0046】
メインタンク204は、インク供給ユニット205に対して着脱可能な構成であり、剛性を有するタンク本体の底部に、ゴム栓204bで密封されたインク供給口と、ゴム栓204cで密封された大気導入口とを有する。メインタンク204は、単体では気密な容器であり、インク209はメインタンク204内に液体のまま収容される。
【0047】
一方、インク供給ユニット205は、メインタンク204からインク209を取り出すためのインク供給針205aと、メインタンク204内へ大気を導入させるための大気導入針205bとを有する。インク供給針205aおよび大気導入針205bはともに中空の針であり、メインタンク204のインク供給口および大気導入口の位置に対応させて針先を上方に向けて配置されており、メインタンク204がインク供給ユニット205に装着されることで、インク供給針205aおよび大気導入針205bがそれぞれゴム栓204b,204cを貫通し、メインタンク204の内部に侵入する構成となっている。
【0048】
インク供給針205aは、液路205c、遮断弁210、および液路205dという経路を経て、インク供給チューブ206と接続される。大気導入針205bは、液路205e、バッファ室205f、大気連通口205gを経て大気と連通する。インク供給針205aおよび大気導入針205bは、本実施形態では、インクの流動抵抗を抑えるため、内径が1.6mmの太いものを使用している。
【0049】
遮断弁210は、ゴム材からなるダイアフラム210aを有し、このダイアフラム210aを変位させることにより2つの液路205c,205d間の開閉を行う。ダイアフラム210aの上面には、押圧ばね210cを内部に保持する筒状のばねホルダ210bが取り付けられており、この押圧ばね210cによりばねホルダ210bを介してダイアフラム210aを押し潰すことにより、液路205c,205d間が遮断される。ばねホルダ210bは、後述する回復ユニット207のリンク207eにより動作されるレバー210dが係合するフランジを有する。レバー210dを動作させて、押圧ばね210cのばね力に抗してばねホルダ210bを持ち上げることで、液路205c,205d間が連通する。遮断弁210は、記録ヘッド201がインクを吐出している状態では開かれ、待機中および休止中は閉じられ、後述するインク充填動作時には、回復ユニット207とタイミングを合わせて開閉される。
【0050】
上述したインク供給ユニット205の構成は、レバー210dを除き、メインタンク204ごと、すなわちインクの色(本実施形態では黒、シアン、マゼンタ、イエローの4色)ごとに設けられている。レバー210dは全ての色に共通のものであり、全ての色についての遮断弁210を同時に開閉させる。
【0051】
以上の構成により、記録ヘッド201内のインクが消費されると、その負圧により、インクが随時メインタンク204からインク供給ユニット205およびインク供給チューブ206を介して記録ヘッド201へ供給される。その際、メインタンク204から供給されたインクと同量の空気が、大気連通口205gからバッファ室205f、大気導入針205bを経て、メインタンク204内に導入される。
【0052】
バッファ室205fは、メインタンク204内の空気の膨張によりメインタンク204から流出したインクを一時的に保持する目的の空間であり、大気導入針205bの下端はバッファ室205fの底部に位置している。インクジェット記録装置の待機中または休止中に環境温度が上昇したり外気圧が低下する等、メインタンク204内の空気が膨張した場合は、遮断弁210は閉じられているため、メインタンク204内のインク209が大気導入針205bから液路205eを経てバッファ室205fへ流出する。逆に、環境温度が低下する等、メインタンク204内の空気が収縮した場合は、バッファ室205f内に流出していたインクはメインタンク204へ戻る。また、バッファ室205fにインクが存在している状態で記録ヘッド201からインクを吐出させると、まず、バッファ室205f内のインクがメインタンク204へ戻り、バッファ室205f内のインクがなくなった後、メインタンク204内に空気が導入される。
【0053】
バッファ室205fの容積Vは、製品の使用環境を満足するように設定する。例えば、5℃(278K)〜35℃(308K)の温度範囲内での使用を前提とする製品であれば、メインタンク204の容量を100mlとすると、V=100×(308−278)/308=9.7ml以上として設定される。
【0054】
ここで、メインタンク204の基本水頭と、メインタンク204内に空気が導入される際のインク供給ユニット205の液路内での空気およびインクの挙動について、図4を用いて説明する。
【0055】
図4(a)に、メインタンク204から記録ヘッド201(図3参照)へインクを供給可能な通常の状態を示す。この状態では、メインタンク204内は、バッファ室205fを除いて気密状態であるためメインタンク204内は負圧に保たれ、インクの先端209aは、液路205eの途中に留まっている。インクの先端209aの圧力は、大気と接しているため大気圧(=0mmAq)である。インクの先端209aが位置する液路205cとインク供給チューブ206(図3参照)に連通する液路205eとは同じ高さであり、両液路205c,205e間はインクのみで連通されているので、液路205cの圧力も大気圧となる。これはインクの先端209aと液路205cとの高さの関係で決まるものであり、メインタンク204内のインク209の量には影響されない。
【0056】
メインタンク204内のインクが消費されると、図4(b)に示すように、インクの先端209aは徐々に大気導入針205bへ向かって移動し、大気導入針205bの直下に達した時点で、図4(c)に示すように、気泡となって大気導入針205b内を浮上し、メインタンク204内に進入する。これと入れ替えに、メインタンク204内のインクが大気導入針205b内に浸入し、インクの先端209aは図4(a)に示した元の状態に戻る。
【0057】
図4(d)に、バッファ室205f内にインクが溜まった状態を示す。この場合、インクの先端209aはバッファ室205fの高さ方向中間の、液路205cよりもh1(mm)だけ高い位置に位置しており、液路205cの圧力が−h1(mmAq)となっている。
【0058】
以上より、本実施形態において、ノズル201g(図3参照)にかかる水頭差による圧力は、図5に示すように流路205cからサブタンク部201b内のインク上面209bまでの高さをh2(mm)、フィルタ201cからサブタンク部201b内のインク上面209bまでの高さをh3(mm)、ノズル201gの下端から液室201f内のインク上面209cまでの高さをh4(mm)とすると、ノズル201g下端での負圧Pは、通常の状態では、P≒−9.8×(h2−h3−h4)Paとなり、バッファ室205fにインクが溜まった状態では、P≒−9.8×(h2−h1−h3−h4)Paとなる。Pの値は、前述した負圧の範囲(−4.053kPa〜−2.0265kPa)の範囲に収まるように設定される。
【0059】
再び図3を参照すると、インク供給針205aと大気連通針205bとにはインクの電気抵抗を測定する回路205hが接続されており、メインタンク204内のインクの有無を検出可能となっている。この回路205hは、メインタンク204内にインクが存在している状態では、メインタンク204内のインクを介して回路205hに電流が流れるため電気的クローズを検出し、インクが存在しないまたはメインタンク204が装着されていない状態では電気的オープンを検出する。検出電流は微弱であるため、インク供給針205aと大気導入針205bとの絶縁は重要であり、本実施形態では、インク供給針205aから記録ヘッド201までの経路と、大気連通針205bから大気連通口205gまでの経路とを完全に独立させ、メインタンク204内のインクのみの電気抵抗を測定可能なように配慮している。
【0060】
次に、回復ユニット207について説明する。回復ユニット207は、ノズル201gからのインクや空気の吸引と、遮断弁210の開閉を行うものであり、記録ヘッド201のインク吐出面(ノズル201gが開口した面)をキャッピングする吸引キャップ207aと、遮断弁210のレバー210dを動作させるリンク207eとを有する。
【0061】
吸引キャップ207aは、少なくともインク吐出面と接触する部分がゴム等の弾性部材で構成され、インク吐出面を密閉する位置と記録ヘッド201から退避した位置との間を移動可能に設けられている。吸引キャップ207aには吸引ポンプ207cが接続され、吸引ポンプ207cはポンプモータ207dに駆動されて吸引キャップ207aを介して吸引を行う。吸引ポンプ207cは複数コロを有するチューブポンプ方式であり、連続吸引が可能で、ポンプモータ207dの回転量に応じて吸引量を変えることができる。本実施形態では、0.4atm(40.53kPa)まで減圧可能な吸引ポンプ207cを用いている。
【0062】
リンク207eはカム207fによりスライドし、遮断弁210のレバー210dを動かし遮断弁210の開閉を行う。カム207bとカム207fは同軸に配置され、カム制御モータ207gにより図中矢印方向に回転可能である。カム207bのa〜cの位置がそれぞれ吸引キャップ207aと接触するタイミングは、カム207fのa〜cの位置がそれぞれリンク207eと接触するタイミングと一致している。aの位置では、カム207bは吸引キャップ207aを記録ヘッド201のインク吐出面から離間させ、カム207fはリンク207eを押しつけてレバー210dを押し上げ、遮断弁210を開かせる。bの位置では、カム207bは吸引キャップ207aをインク吐出面に密着させ、カム207fはリンク207eを引き戻して遮断弁を閉じさせる。cの位置では、カム207bは吸引キャップ207aをインク吐出面に密着させ、カム207fはリンク207eを押しつけて遮断弁210を開かせる。
【0063】
記録動作の際は、カム207b,207fをaの位置とし、ノズル201gからのインクの吐出と、メインタンク204から記録ヘッド201へのインクの供給を可能にする。待機中および休止中を含む非動作時は、カム207b,207fをbの位置とし、吸引キャップ207aが記録ヘッド1のノズル面を覆い、ノズル201gの乾燥を防止するとともに、記録ヘッド201からのインクの流出を防止する(特に装置自身の移動時は、装置が傾けられてインクが流出する場合もある)。カム207b,207fのcの位置は、以下に説明する、記録ヘッド201へのインク充填動作時に用いられる。
【0064】
以上、メインタンク204から記録ヘッド201までのインク供給経路を説明したが、図3に示したような構成では、長期にわたって見ると、記録ヘッド201内に空気が蓄積してしまう。
【0065】
サブタンク部201bにおいては、インク供給チューブ206や弾性部材201hを透過して侵入する空気や、インク内に溶存していた空気が蓄積する。インク供給チューブ206や弾性部材201hを透過する空気については、それらを構成する材料としてガスバリア性の高いものを使用すればよいが、ガスバリア性の高い材料は高価であり、大量生産される民生用の機器では、コスト面の都合上、高性能な材料を容易に使用することはできない。本実施形態では、インク供給チューブ206には低コストかつ柔軟性が高く使い易いポリエチレンチューブを用い、弾性部材201hにはブチルゴムを使用している。
【0066】
一方、液室201fにおいては、ノズル201gからインクを吐出する際にインクの膜沸騰により生じた気泡が分裂して液室201fに戻ったり、インク中に溶存している微細な気泡がノズル201g内のインクの温度上昇により集まって大きな気泡となることにより、徐々に空気が蓄積する。
【0067】
本発明者らが行った実験によると、本実施形態に示した構成においては、サブタンク部201b内での空気の蓄積量は1ヶ月当たり約1ml、液室201f内での空気の蓄積量は1ヶ月当たり約0.5mlであった。
【0068】
サブタンク部201b内および液室201f内での空気の蓄積量が多いと、サブタンク部201bおよび液室201fが各々収納しているインク量が減少してしまう。サブタンク部201bにおいては、インクが不足すると、フィルタ201cが空気に露出してフィルタ201cの有効面積が減少し、その結果としてフィルタ201cの圧力損失が上昇し、最悪の場合は液室201fへインクが供給できなくなってしまう。一方、液室201fにおいては、ノズル201gの上端が空気に露出すると、ノズル201gへのインク供給が不能となる。このように、サブタンク部201bおよび液室201fのいずれも、一定量以上のインクが収納されていないと致命的な問題が生じる。
【0069】
そこで、所定の期間ごとにサブタンク部201bおよび液室201fの各々に適量のインクを充填することで、ガスバリア性の高い材料を使用しなくてもインクの吐出機能を長期間にわたって安定して維持することができる。例えば本実施形態の場合、1ヶ月当たりに蓄積する空気の量に充填時のばらつきをプラスした量を、サブタンク部201bおよび液室201fにそれぞれ1ヶ月ごとに充填すればよい。
【0070】
サブタンク部201bおよび液室201fへのインクの充填は、回復ユニット207による吸引動作を利用して行う。すなわち、吸引キャップ207aで記録ヘッド201のインク吐出面を密閉した状態で吸引ポンプ207cを駆動し、記録ヘッド201内のインクをノズル201gから吸引することによって行う。ただし、単にノズル201gからインクを吸引しただけでは、ノズル201gから吸引したインクとほぼ同量のインクがサブタンク部201bから液室201fへ流れ込み、同様に、サブタンク部201bから流出したインクとほぼ同量のインクがメインタンク204からサブタンク部201bへ流れ込むだけで、吸引前と状況はほとんど変わらず、適量のインクを充填することができない。
【0071】
したがって、本実施形態では、フィルタ201cで仕切られたサブタンク部201bと液室201fとに各々適量のインクを充填するために、遮断弁210を利用してサブタンク部201bおよび液室201fを所定の圧力まで減圧し、サブタンク部201bおよび液室201fの容積設定を行う。
【0072】
以下に、サブタンク部201bと液室201fとへのインク充填動作、および容積設定について説明する。
【0073】
インク充填動作は、まず、記録ヘッド201が吸引キャップ207aと対向する位置までキャリッジ202(図1参照)を移動させ、回復ユニット207のカム制御モータ207gを駆動してカム207b,207eを、それぞれbの位置が吸引キャップ107aおよびリンク207eと接触するまで回転させる。これにより、記録ヘッド201のインク吐出面が吸引キャップ207aにより密閉され、遮断弁210はメインタンク204から記録ヘッド201までのインク経路を閉じた状態となる。
【0074】
この状態でポンプモータ207dを駆動し、吸引ポンプ207cにより吸引キャップ207aから吸引を行う。この吸引により、記録ヘッド201内に残留しているインクおよび空気がノズル201gを通して吸引され、記録ヘッド201内が減圧される。吸引ポンプ207cによる吸引量が所定の量に達した時点で、吸引ポンプ207cを停止させ、カム制御モータ207gを駆動してカム207b,207fをそれぞれcの位置が吸引キャップ207aおよびリンク207eと接触するまで回転させる。これにより、吸引キャップ207aによるインク吐出面の密閉状態はそのままで、遮断弁210が開かれる。吸引ポンプ207cによる吸引量は、記録ヘッド201内が所定の圧力となる吸引量であり、これは計算や実験等によって求めることができる。
【0075】
記録ヘッド201内が減圧されると、インク供給チューブ206を介して記録ヘッド201内にインクが流れ込み、サブタンク部201bおよび液室201fの各々にインクが充填される。充填されるインクの量は、減圧されているサブタンク部201bおよび液室201fがほぼ大気圧に戻るのに必要な体積であり、サブタンク部201bおよび液室201fの容積および圧力により決定される。
【0076】
サブタンク部201bおよび液室201fへのインクの充填は、遮断弁210が開かれてから約1秒程度で完了する。インクの充填が完了すると、カム制御モータ207gを駆動してカム207b,207fをbの位置がそれぞれ吸引キャップ207aおよびリンク207eと接触する位置まで回転させる。これにより吸引キャップ207aを記録ヘッド201から離間させ、再び吸引ポンプ207cを駆動して吸引キャップ207a内に残ったインクを吸引する。またこの状態では遮断弁210は開いた状態であるので、ノズル201gからインクを吐出して記録用シートS(図1参照)へ文字や画像等を形成可能な状態となる。なお、待機中および休止中の場合は、カム制御モータ207gを再び駆動してカム207b,207fをそれぞれbの位置が吸引キャップ207aおよびリンク207eと接触する位置まで回転させ、記録ヘッド201のインク吐出面を吸引キャップ207aで密閉するとともに、遮断弁210を閉じる。
【0077】
サブタンク部201bおよび液室201f内のインクの量が長期間にわたって不足することがなければ、回復ユニット207による吸引動作を頻繁に行う必要もなく、インクを無駄にする機会も減る。さらに、サブタンク部201bおよび液室201fの両方にインクの充填が必要な場合であっても1回の充填動作で済むのでインクを節約することができる。
【0078】
ここで、上述した充填動作および容積設定について説明する。
【0079】
サブタンク部201bの容積をV1、サブタンク部201bに存在すべきインクの量をS1、サブタンク部201b内の圧力をP1(大気圧からの相対値)とすると、「PV=一定」の原理により、これらの関係をV1=S1/│P1│となるように設定することにより、充填動作により、サブタンク部201bに適量のインクが存在するようにインクを充填することができる。同様に、液室201fの容積をV2、液室201fに存在すべきインクの量をS1、液室201f内の圧力をP2(大気圧からの相対値)としたとき、これらの関係をV2=S2/│P2│となるように設定することにより、充填動作により液室201fに適量のインクが存在するようにインクを充填することができる。
【0080】
また、サブタンク部201bと液室201fとを区画するフィルタ201cは微細なメッシュ構造であり、前述したようにメニスカスが形成された状態では空気の流れが困難な性質を持っている。ここで、メニスカスが形成されたフィルタ201cに対して空気を透過させるのに必要な圧力をPmとする。回復ユニット207によりノズル201gから吸引した場合、液室201f内の圧力P2は、フィルタ201cを通してサブタンク部201b内の空気を透過させるために、サブタンク部201b内の圧力P1よりも上記圧力Pm分だけ低くなる。よって、この関係を、サブタンク部201bおよび液室201fの容積を決定する際に用いると、充填動作の条件を容易に決定することができる。
【0081】
以上の関係に基づいて、以下に具体例を示す。本実施形態において、インクの充填は、1ヶ月に1回実施し、1ヶ月間で蓄積する空気の量は、サブタンク部201bで1ml、液室201fで0.5mlとする。また、サブタンク部201bにおいてフィルタ201cを空気に露出させないようにするために必要なインクの量は0.5ml、液室201fにおいてノズル201gを空気に吐出させないようにするために必要なインクの量は0.5ml、インクの充填量のばらつきは、サブタンク部201b、液室201fとも0.2mlとする。これらの数値は、実験によって求められたものである。以上より、1回の充填後に存在すべきインクの量はこれらの合計値であり、サブタンク部201bでは1.7ml、液室201fでは1.2mlという比較的大きな値になる。
【0082】
記録ヘッド201内の減圧圧力は、回復ユニット207の能力を超えない範囲で設定される。本実施形態では吸引ポンプ207cの実力限界が−0.6atm(−60.795kPa)であるため、余裕を持たせて、吸引キャップ207a内の圧力が−0.5atm(−50.6625kPa)となるように、吸引ポンプ207cの吸引量が実験により求められて設定され、ポンプモータ207dの回転量として制御される。
【0083】
ここで、ノズル201gのメニスカスによる空気を透過させるのに必要な圧力は実験値で−0.05atm(−5.06625kPa)であるので、吸引キャップ207a内の圧力と液室201f内の圧力との間にノズル201gの抵抗分の差が生じ、液室201f内の圧力がキャップ207a内の圧力よりも0.05atm(5.06625kPa)だけ高くなる。同様に、フィルタ201cのメニスカスによる空気を透過させるのに必要な圧力は実験値で−0.1atm(−10.1325kPa)なので、液室201f内の圧力とサブタンク部201b内の圧力との間にフィルタ201cの抵抗分の差が生じ、サブタンク部201b内の圧力が液室201f内の圧力よりも0.1atm(10.1325kPa)だけ高くなる。よって、吸引キャップ207a内の圧力を−0.5atm(−50.6625kPa)に設定すると、液室201f内の圧力は−0.45atm(−45.5963kPa)、サブタンク部201b内の圧力は−0.35atm(−35.4638kPa)となる。
【0084】
サブタンク部201bに1.7mlのインクを存在させるためには、内圧がほぼ1atm(101.325kPa)となっているサブタンク部201bから1.7mlだけインクを吸引した時点で内圧が−0.35atm(−35.4638kPa)となるように、サブタンク部201bの容積V1を設定する。すなわち、V1=1.7/0.35=4.85mlとなる。同様にして、液室201fの容積V2についても、V2=1.2/0.45=2.67mlと設定する。
【0085】
以上の条件で記録ヘッド201内を減圧した後、遮断弁210を開くことで、負圧となっている記録ヘッド201内へインクが流れ込む。より詳しく説明すると、まず、サブタンク部201b内にインクが流れ込み、減圧によってV1まで膨張していた空気がほぼ大気圧まで復元する。そのときのサブタンク部201b内での空気の体積をV1とすると、V1=V1×(1−0.35)=3.15mlであり、サブタンク部201bにV1−V1=1.7mlのインクが存在するようになるまでインクが充填された時点で落ち着く。同様に液室201fについても、サブタンク部201bからインクが流れ込み、減圧によってV2まで膨張していた空気がほぼ大気圧まで復元する。そのときの液室201f内での空気の体積をV2とすると、V2=V2×(1−0.45)=1.47mlであり、液室201fにV2−V2=1.2mlのインクが存在するようになるまでインクが充填された時点で落ち着く。
【0086】
以上のように、サブタンク部201bおよび液室201fの各々の容積と減圧する圧力とを設定することにより、1回の充填動作で、フィルタ201cで仕切られたサブタンク部201bと液室201fとに各々適量のインクが存在するようにインクを充填することができ、空気が記録ヘッド201内に蓄積する状況下であってもその吸引動作なしに、長期間にわたって正常に稼働させることができる。
【0087】
なお、フィルタとノズルとの間の流路を気泡が塞いでしまう問題に関しては、本実施形態では、液室201f内に存在し得る気泡の直径に対して液室201fの断面積を十分に大きく構成して、液室201f内の気泡がインクの流れを妨げない構成としている。また、液室内の気泡がノズル内に侵入したり液室とノズルとの間の連通部を塞いでしまう問題に関しては、上述したように液室201fの断面積が十分に大きいので、液室201f内に生じた気泡はその浮力によりインク中を上昇して空気層と合体するので、ノズル201g内に侵入することはなくなる。すなわち、フィルタ201cでサブタンク部201bと仕切られた液室201fを以上のように構成することで、液室201f内に気泡が生じたり、この気泡が移動することが原因となって発生していた吐出不良に対する信頼性を大幅に向上させることができる。
【0088】
サブタンク部と液室とのいずれか一方のみを本実施形態のような構成とし、他方を従来例と同様な構成として場合でも、少なくとも前者に関しては、前記したような機能が成り立つと同時に空気除去が効率的に行え効果がある。
【0089】
以上の説明においては、吸引動作後にサブタンク部201bや液室201f内に僅かでもインクが残留することを想定し、残留するインク量とインクの充填量との和が適量となるように考慮し、すなわち、インクが存在すべき量=残留するインク量+インクを充填する量とした。しかし、吸引動作によりサブタンク部201bや液室201f内のインクが一旦完全に排出されてしまう場合には、サブタンク部201bや液室201f内に存在すべきインク量が、インクを充填する量と一致し、インクが存在すべき量=インクを充填する量と考えられる。
【0090】
【発明の効果】
本発明によると、2つに分割された液室のそれぞれに適量のインクが存在するようにインクが充填される。記録ヘッド内の流路を幅広にしても、両液室ともに、空気を抜きインクを充填することができる。また、両液室において長期にわたりインク量が不足することがなく、さほど頻繁な回復吸引は必要なく、インクを無駄に消費する量が減る。さらに、両液室ともにインク充填を必要とする場合にも、1度の充填工程で済むためインクを節約できる。また、PV=一定の法則を利用して、充填動作によって各液室に適量のインクが存在するようにインクを充填できる。
【0091】
第1の液室に、最低限必要とされるインク量(フィルタがインク内に確実に浸かるインク量)より多く、所定時間(例えば1ヶ月など長期間)において第1の液室に蓄積する空気量の和より多いインク量S1が存在するようにインクを充填でき、同様に、第2の液室に、最低限必要とされるインク量(ノズルがインク内に確実に浸かるインク量)より多く、前記したのと同じ所定期間において第2の液室に蓄積する空気量の和よりも多いインク量S2が存在するようにインクを充填できれば、その所定期間内に1回充填動作を実施すればよいので、排出するインクを節約できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態によるインクジェット記録装置の概略の構成を示す斜視図である。
【図2】図1に示すインクジェット記録装置のインク供給原理の説明図である。
【図3】図1に示すインクジェット記録装置の、1色分についてのインク供給経路を説明するための図である。
【図4】図3に示すインク供給経路での、メインタンク内に空気が導入される際の、インク供給ユニットの液路内での空気およびインクの挙動を説明する図である。
【図5】図3に示すインク供給経路での、ノズルにかかる水頭差による圧力を説明する図である。
【図6】従来のチューブ供給方式のインクジェット記録装置におけるインク供給系の図である。
【符号の説明】
201 記録ヘッド
201a コネクタ挿入口
201b サブタンク部(第1のインク室)
201c フィルタ
201d 開口部
201e 仕切部
201f 液室(第2のインク室)
201g 吐出ノズル
201h 弾性部材
201i 圧力調整室
202 キャリッジ
203 搬送ローラ
204 メインタンク(インクタンク)
204b、204c ゴム栓
205 インク供給ユニット
205a インク供給針
205b 大気導入針
205c、205d、205e 流路
205f バッファ室
205g 大気連通口
205h 回路
206 インク供給チューブ
207 回復ユニット
207a 吸引キャップ
207b カム
207c 吸引ポンプ
207d ポンプモータ
207e リンク
207f カム
207g カム制御モータ
209 インク
210 遮断弁
210a ダイアフラム
210b ばねホルダ
210c 押圧ばね
210d レバー
S 記録用シート
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present inventionThe present invention relates to an ink jet recording apparatus.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, recording apparatuses that perform recording on a recording medium include various recording systems such as a wire dot system, a thermal system, a thermal transfer system, and an inkjet system. Among these, an ink jet recording apparatus that performs recording on a recording medium by discharging minute ink droplets from a minute nozzle is a recording apparatus of a so-called non-impact recording method, and can be used for high-density and high-speed recording and various recording media. Recording is possible, and there is an advantage that noise during recording hardly occurs, and it is widely used.
[0003]
A general ink jet recording apparatus includes a recording head, a conveying unit that conveys recording paper, and a control unit for controlling these. In order to generate energy for ejecting ink from the nozzles of the ink jet recording head, pressure is applied to the ink using an electromechanical transducer such as a piezo element, or heat is generated by irradiating an electromagnetic wave such as a laser. There are those that foam, and those that heat and foam a liquid with an electrothermal conversion element having a heating resistor. Among them, an ink jet recording apparatus of a system (bubble jet system) that ejects ink droplets using thermal energy can record high resolution because the nozzles can be arranged at high density. In particular, an ink jet recording head using an electrothermal transducer element as an energy generating element can be easily miniaturized, and has recently applied IC technology and micro processing technology that have made remarkable progress in technology and improved reliability in the field of semiconductor manufacturing. By fully utilizing the advantages, high-density mounting is easy and the manufacturing cost can be reduced.
[0004]
The conventional ink jet recording apparatus shown in FIG. 6 is a serial type in which a recording head is mounted on a carriage (not shown) and a recording operation is performed while moving the carriage. The recording head and the main tank are connected to a tube. It is a so-called tube supply type connected by the above. The ink jet recording apparatus includes a main tank (ink tank) 104 that stores ink, a recording head 101 that ejects ink droplets using thermal energy, and an ink for supplying ink from the main tank 104 to the recording head 101. An ink supply unit 105 and an ink supply tube 106; an exhaust tube 110a and a shut-off valve 110b and an exhaust pump 110c for opening the recording head 101 to the atmosphere; and a recovery unit 107 that performs recovery processing of the recording head 101. Yes.
[0005]
First, a schematic configuration of the recording head 101 will be described. The ejection nozzle 101g of the recording head 101 is a fine hole. There is no valve mechanism in the nozzle 101g, and the inside of the nozzle is kept at a negative pressure and an ink meniscus is formed at the tip, thereby preventing ink leakage from the nozzle 101g and entry of the atmosphere. This point will be described in detail. Since the nozzle 101g is open to the atmosphere, and the opening surface of the nozzle 101g is arranged facing downward, the recording is performed in order to prevent ink leakage from the nozzle 101g. The inside of the head 101 needs to be maintained at a negative pressure. On the other hand, if the negative pressure is too high, air will enter the nozzle 101g and ink cannot be ejected from the nozzle 101g. Therefore, in order to set the inside of the recording head 101 to an appropriate negative pressure state, the position of the opening surface of the nozzle 101g is set to a position higher by a height H than the liquid level of ink in the ink chamber 105f described later. The recording head 101 is disposed, and the inside of the recording head 101 is maintained at a negative pressure of a head differential of height H. As a result, the nozzle 101g is kept in a state of being filled with ink while a meniscus is formed on the opening surface.
[0006]
Ink is ejected by pushing out the ink in the nozzle 101g by the film boiling energy of a heater (heating resistor) (not shown) disposed in the vicinity of the nozzle 101g. After ejection, the nozzle is filled with ink again by the capillary force of the nozzle 101g, and the ink is sucked up from the main tank 104 through the ink supply tube 106 as needed. Such ejection and ink supply (refilling) are repeated.
[0007]
Inside the recording head 101, a filter 101c having a fine mesh structure that prevents clogging of fine holes in the nozzle 101g, a thinly branched channel 101f that connects the filter 101c and the nozzle 101g, and a filter 101c A sub-tank portion 101b that stores a certain amount of ink upstream is disposed, and the ink flowing from the ink supply tube 106 is supplied to the nozzle 101g.
[0008]
Next, schematic configurations of the main tank 104 and the ink supply unit 105 will be described. These have substantially the same configuration as that disclosed in, for example, Japanese Patent No. 2929804, and a hollow ink supply needle 105a and a hollow air introduction needle 105b fixed to the ink supply unit 105 are connected to the main tank. It penetrates through the connector 104 b on the bottom surface of 104 and enters the main tank 104. Inside the ink supply unit 105, there is an ink chamber 105f that is opened to the atmosphere by an atmosphere communication port 105g. In the ink chamber 105f, the two needles 105a, 105b are used for ink with the lower end height changed. Arranged to soak. The bottom of the ink chamber 105f communicates with the ink supply tube 106. As the ink is consumed, the ink in the ink chamber 105f decreases, and the lower end of the air introduction needle 105b is separated from the ink and exposed to the air. Therefore, air enters the main tank 104 from the lower end of the air introduction needle 105b, and ink in the main tank 104 flows out to the ink chamber 105f accordingly. When the ink flows and the liquid level in the ink chamber 105f rises, the lower end of the atmosphere introduction needle 105b is immersed again in the ink, and the introduction of the atmosphere into the main tank 104 and the inflow of the ink into the ink chamber 105f are completed. In this way, the ink in the main tank 104 is gradually taken out.
[0009]
Under the main tank 104, an electrode 104e is installed in contact with the ink and is electrically connected to a contact 105j installed in the ink supply unit 105. A detection circuit including a detector 105h that measures the electrical resistance of the ink is connected between the contact 105j and the air introduction needle 105b. The presence or absence of ink can be detected by measuring the electrical resistance of the ink with this detection circuit.
[0010]
Next, the exhaust tube 110a, the shutoff valve 110b, and the exhaust pump 110c will be described. In the sub-tank portion 101b of the recording head 101, there is a possibility that air that penetrates through a resin material such as the ink supply tube 106 or air dissolved in the ink accumulates. Therefore, the accumulated excess air is periodically sucked and discharged together with ink from the side portion of the sub tank portion 101b by the exhaust tube 110a and the exhaust pump 110c. When the discharge is completed, this path is sealed by the shutoff valve 110b.
[0011]
Next, the recovery unit 107 will be described. The recovery unit 107 has a suction cap 107a for removing the thickened material and bubbles when the ejected nozzle 101g is clogged with ink thickened material or when extra bubbles generated during ink ejection are clogged. Is in close contact with the recording head 101, and the ink is vigorously sucked from the nozzle 101g by a suction pump, and at the same time, the thickening material and bubbles are sucked to recover the recording head 101.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional ink jet recording apparatus described above, when the heater corresponding to the nozzle 101g is heated for recording to foam the dissolved air in the ink and discharge the ink, the foamed bubbles break up and flow below the filter 101c. There is a phenomenon that bubbles are gradually accumulated in the flow path 101f due to accumulation in the path 101f or collection of fine bubbles dissolved in the ink due to temperature rise around the heater.
[0013]
In the conventional configuration described above, the flow path 101f has a narrowed shape, so that the ink flow tends to stagnate within the flow path 101f and bubbles do not easily move. If suction is performed vigorously by the recovery unit 107, the ink flow velocity is increased and the ink and bubbles in the channel 101f can be discharged. However, if the bubbles grow large enough to break the channel 101f, the nozzle 101g Therefore, it is necessary to perform suction frequently by the recovery unit 107 and discharge the bubbles before the bubbles grow so large. Accordingly, the amount of ink that is wasted in each case during suction increases.
[0014]
If the flow path 101f is formed thick so as not to be clogged with bubbles, that is, not clogged with bubbles, the bubbles rise above the flow path 101f, and no matter how much the recovery unit 107 sucks the ink from the nozzle 101g, The air bubbles cannot be sucked and discharged simply by sucking. On the other hand, since the filter 101c has a fine mesh structure, if ink soaks into each hole, a meniscus is formed in each hole and air cannot pass therethrough, so that bubbles can escape to the sub tank 101b. Instead, it accumulates in the upper part of the flow path 101f. By accumulating bubbles, the amount of ink decreases as the volume of air in the flow path 101f increases. When the amount of ink in the flow path 101f decreases, the portion that becomes the ink supply port on the upper surface of the nozzle 101g is eventually exposed to the air, which becomes a fatal problem that the ink supply to the nozzle 101g becomes impossible. There is a risk that.
[0015]
Particularly in recent years, in order to increase the recording speed, the number of nozzles of the recording head and the high-speed driving (high-frequency ejection) have progressed, and there is a tendency that bubbles are generated during printing. As a result, the amount of ink consumed per hour increases, and there is a problem that pressure loss increases in a conventional narrow flow path, resulting in ejection failure.
[0016]
Therefore, an object of the present invention is to prevent the ink amount in the recording head from being significantly reduced and the flow path in the recording head from being cut off by bubbles, thereby reducing the amount of wasted ink discharged that does not contribute to recording in the recovery process. ReduceInkjet recording deviceIt is to provide.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
A feature of the present invention is an ink jet recording having a recording head that performs recording by discharging ink from nozzles, a suction unit that forcibly discharges ink from the nozzles from the nozzles, and an ink supply unit that supplies ink to the recording head In the apparatus, the recording head includes a first liquid chamber on the upstream side and a second liquid chamber on the downstream side with respect to the ink flow direction.The first liquid chamber and the second liquid chamber can store air, respectively, and have a filter that is located between the first liquid chamber and the second liquid chamber and separates them. The filter has a mesh structure having a large number of holes with meniscus strength,At least one of the first liquid chamber and the second liquid chamber has a volume determined based on the suction force of the suction means and a desired amount of ink that should exist after suction by the suction means. An ink supply means for containing ink, an ink supply tube for communicating the ink tank and the recording head, and a shutoff valve for opening and closing the ink supply tubeAnd withA suction cap that seals the recording head, and a suction pump that sucks through the suction capWhen filling ink from the ink supply means to the recording head using the suction means, the shut-off valve is closed and the second liquid chamber is reduced to a specific pressure by the suction means, Depending on the meniscus strength of the filter, the pressure in the first liquid chamber is set to a pressure different from the specific pressure, and then the pressure is released by opening the shut-off valve, and the ink in the ink tank is passed through the ink supply tube. Thus, the first liquid chamber and the second liquid chamber are filled with different amounts respectively in one cycle, and the ink can be filled in the one cycle..
Another feature is that the amount of ink to be filled in one filling operation is necessary for the first liquid chamber and the second liquid chamber, which have been depressurized, to return to almost atmospheric pressure, respectively. It is in the volume.
[0018]
According to this, each of the liquid chambers divided into two is filled with ink so that an appropriate amount of ink is present. Even if the flow path in the recording head is wide, both the liquid chambers can be evacuated and filled with ink. In addition, the amount of ink does not become insufficient in both liquid chambers over a long period of time, so frequent recovery suction is not necessary, and the amount of wasteful consumption of ink is reduced. Further, when both the liquid chambers need to be filled with ink, the ink can be saved because only one filling step is required.
[0019]
Another feature of the present invention is that the volume V1 of the first liquid chamber, the reduced pressure value of the first liquid chamber at the time of suction is p1 [atm] (relative value from atmospheric pressure), and exist in the first liquid chamber. The amount of ink to be set is S1, and is set so as to substantially satisfy the relationship of V1 = S1 / | p1 |. Still another feature of the present invention is that the volume V2 of the second liquid chamber, the reduced pressure value of the second liquid chamber during suction is p2 [atm] (relative value from atmospheric pressure), and the second liquid chamber The amount of ink that should exist in the chamber is set to S2, and is set so as to substantially satisfy the relationship of V2 = S2 / | p2 |. Thus, ink can be filled so that the amount of ink in each liquid chamber becomes an appropriate amount by the filling operation using the law of PV = constant.
[0020]
It is preferable to have a filter that is located between the first liquid chamber and the second liquid chamber and separates them. The filter may have a mesh structure having a large number of holes. In that case, the ink meniscus strength pressure in each hole of the filter is pm, the reduced pressure value of the first liquid chamber at the time of suction is p1 [atm] (relative value from the atmospheric pressure), and the second liquid at the time of suction. If the reduced pressure value of the chamber is p2 [atm] (relative value from atmospheric pressure), the relationship of p1 = p2-pm is satisfied, and the volume V1 of the first liquid chamber is the ink that should exist in the first liquid chamber. The volume is set to be S1, so that the relationship of V1 = S1 / | p1 | is substantially satisfied, the volume V2 of the second liquid chamber is set to S2, and the amount of ink to be present in the second liquid chamber is set to S2. = S2 // p2 | is preferably set so as to substantially satisfy the relationship.
[0021]
Explaining this point, if the ink soaks into a filter having a fine mesh structure, a fine meniscus is formed in each hole, and the ink can easily pass through, but air circulation becomes difficult. The finer the mesh, the greater the meniscus strength and the more difficult it is to pass air, and pressure pm is required to permeate the air. This pressure pm can be specified by experiment. When suctioned from the nozzle by the recovery unit, the pressure p2 of the second liquid chamber is lower than the pressure p1 of the first liquid chamber by a pressure pm corresponding to the meniscus strength in order to allow the air in the sub tank portion to pass through the filter. Therefore, if this relationship is used when determining the volume of the liquid chamber, the conditions can be easily determined.
[0022]
The amount of ink that should be present in each of the first liquid chamber and the second liquid chamber is larger than the amount of air accumulated in each of the first liquid chamber and the second liquid chamber. More than the sum of the amount of air accumulated in each of the one liquid chamber and the second liquid chamber and the minimum amount of ink required to guarantee stable performance of the first liquid chamber and the second liquid chamber, respectively. It is preferable.
[0023]
The amount of ink accumulated in the first liquid chamber is larger than the minimum required amount of ink (the amount of ink in which the filter is surely immersed in the ink) in the first liquid chamber, and accumulates in the first liquid chamber for a predetermined time (for example, for a long period such as one month) Ink can be filled so that there is an ink amount S1 greater than the sum of the amounts, and similarly, the second liquid chamber is larger than the minimum required ink amount (the amount of ink that the nozzle is surely immersed in the ink). If the ink can be filled so that there is an ink amount S2 larger than the sum of the air amounts accumulated in the second liquid chamber in the same predetermined period as described above, the filling operation is performed once in the predetermined period. This can be done and can save ink to be discharged.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0025]
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of an ink jet recording apparatus according to an embodiment of the present invention. The inkjet recording apparatus of the present embodiment repeats the reciprocating movement (main scanning) of the recording head 201 and the conveyance (sub-scanning) of the recording sheet S such as general recording paper, special paper, and OHP film at a predetermined pitch. This is a serial type recording apparatus that forms characters, symbols, images, and the like by selectively ejecting ink from the recording head 201 and making it adhere to the recording sheet S in synchronization with these movements.
[0026]
In FIG. 1, a recording head 201 is detachably mounted on a carriage 202 that is slidably supported by two guide rails and is reciprocated along the guide rails by driving means such as a motor (not shown). The recording sheet S is opposed to the ink ejection surface of the recording head 201 by the conveying roller 203 and intersects the moving direction of the carriage 202 so as to maintain a constant distance from the ink ejection surface (for example, It is conveyed in the direction of arrow A, which is a direction orthogonal to each other.
[0027]
The recording head 201 has a plurality of nozzle rows that eject inks of different colors (for example, four colors of black, cyan, magenta, and yellow). This nozzle row is substantially orthogonal to the main scanning direction. A plurality of independent main tanks (ink tanks) 204 are detachably attached to the ink supply unit 205 corresponding to the color of ink ejected from the recording head 201. The ink supply unit 205 and the recording head 201 are connected to each other by a plurality of ink supply tubes 206 corresponding to the colors of the ink, and the main tank 204 is mounted on the ink supply unit 205 so that the ink is stored in the main tank 204. Each color ink can be independently supplied to each nozzle row of the recording head 201.
[0028]
A recovery unit 207 is disposed so as to face the ink ejection surface of the recording head 201 in a non-recording area that is within the reciprocal movement range of the recording head 201 and outside the passing range of the recording sheet S. Yes. The recovery unit 207 is a mechanism that forcibly sucks out ink, bubbles, and the like from the ejection nozzles of the recording head 201 and cleans the nozzles.
[0029]
Next, the basic principle of ink supply in this ink jet recording apparatus will be briefly described with reference to FIG.
[0030]
The recording head 201 and the main tank 204 are connected by an ink supply tube 206 to form an ink path. This ink path is filled with the ink 209, and the recording head 201 is arranged such that the position of the nozzle 201g is higher than the liquid level of the main tank 204 by the height H, and the inside of the recording head 201 is the water head difference of the height H. The negative pressure is maintained. Due to this negative pressure, the state where the ink meniscus is formed at the tip of the nozzle 201g of the recording head 201 is maintained. This prevents ink leakage from the nozzle 201g and entry of air. When ink is ejected from the nozzle 201g, the amount of ink in the recording head 201 decreases, the negative pressure temporarily increases and the meniscus moves backward, but the nozzle 201g fills the nozzle 201g again by the capillary force of the nozzle 201g, The ink 209 is sucked up from the main tank 204 via the ink supply tube 206, whereby the pressure in the recording head 201 returns to the original state, and the meniscus is stabilized at the tip of the nozzle 201g. Such ejection and ink supply (refilling) are repeated. The ink jet recording apparatus according to this embodiment conforms to this basic principle.
[0031]
Next, the detailed configuration of the ink supply system of the ink jet recording apparatus will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram for explaining the ink supply path of the ink jet recording apparatus shown in FIG. 1, and only the path for one color is shown to simplify the explanation.
[0032]
First, the recording head 201 will be described. Ink is supplied to the recording head 201 from a connector insertion opening 201a to which a liquid connector provided at the tip of the ink supply tube 206 is airtightly connected. The connector insertion port 201a communicates with a sub tank portion (first liquid chamber) 201b formed at the top of the recording head 201. A liquid chamber (second liquid chamber) 201f that directly supplies ink to a nozzle portion having a plurality of nozzles 201g arranged in parallel is formed on the lower side in the gravity direction of the sub tank portion 201b. The sub-tank portion 201b and the liquid chamber 201f are partitioned by the filter 201c. The boundary between the sub-tank portion 201b and the liquid chamber 201f has a partition portion 201e in which an opening 201d is formed. It is installed on 201e.
[0033]
With the above-described configuration, the ink supplied from the connector insertion port 201a to the recording head 201 is supplied to the nozzle 201g through the sub tank 201b, the filter 201c, and the liquid chamber 201f. The space from the connector insertion port 201a to the nozzle 201g is kept airtight with respect to the atmosphere.
[0034]
An opening is formed on the upper surface of the sub tank 201b, and this opening is covered with a dome-shaped elastic member 201h. A space surrounded by the elastic member 201h is a pressure adjusting chamber 201i, and its volume changes according to the pressure in the sub tank 201b, and has a function of adjusting the pressure in the sub tank 201b as described later.
[0035]
The nozzle 201g has a cylindrical structure with a cross-sectional width of about 20 μm, and discharges ink from the nozzle 201g by applying discharge energy to the ink in the nozzle 201g. After the ink is discharged, the nozzle 201g is driven by the capillary force of the nozzle 201g. The ink is filled inside. Usually, this discharge is repeated at a cycle of 20 kHz or more, and fine and high-speed image formation is performed. In order to give ejection energy to the ink in the nozzle 201g, the recording head 201 has energy generating means for each nozzle 201g. In this embodiment, a heating resistor element that heats the ink in the nozzle 201g is used as the energy generating means, and the heating resistor element is selected by a command from a head control unit (not shown) that controls the driving of the recording head 201. The ink in the desired nozzle 201g is boiled, and ink is ejected from the nozzle 201g using the pressure of the bubbles generated thereby.
[0036]
The nozzle 201g is arranged with the tip for discharging ink facing downward, but no valve mechanism for closing the tip is provided, and the ink fills the nozzle 201g in a state where a meniscus is formed. For this reason, the inside of the recording head 201, particularly the inside of the nozzle 201g, is kept in a negative pressure state. However, if the negative pressure is too small, if foreign matter or ink adheres to the tip of the nozzle 201g, the ink meniscus may collapse and the ink may leak out of the nozzle 201g. On the other hand, if the negative pressure is too large, the force that pulls the ink back into the nozzle 201g becomes stronger than the energy applied to the ink during ejection, resulting in ejection failure. Therefore, the negative pressure in the nozzle 201g is kept in a certain range slightly lower than the atmospheric pressure. The negative pressure range varies depending on the number of nozzles 201g, the cross-sectional area, the performance of the heating resistance element, and the like, but according to the results of experiments by the present inventors, −40 mmAq (about −0.0040 atm = −4.053 kPa) The range of ˜−200 mmAq (about −0.0200 atm = −2.0265 kPa) (however, the specific gravity of ink≈the specific gravity of water) is preferable.
[0037]
In this embodiment, the ink supply unit 205 and the recording head 201 are connected by the ink supply tube 206, and the position of the recording head 201 with respect to the ink supply unit 205 can be set relatively freely. In order to obtain a negative pressure, the recording head 201 is arranged at a position higher than the ink supply unit 205.
[0038]
The filter 201c prevents foreign matter that clogs the nozzle 201g from flowing out from the sub tank 201b to the liquid chamber 201f. The area of the filter 201c is set so that the pressure loss due to the ink is less than the allowable value. The pressure loss increases as the mesh of the filter 201c becomes finer and the flow rate of ink increases, and is inversely proportional to the area of the filter 201c. In recent high-speed, multi-nozzle and small dot recording devices, pressure loss tends to increase, and a large filter 201c having a size of about 10 × 20 mm is used, and accordingly, upstream of the filter 201c. A large space is also required in the liquid chamber 201f downstream of the sub tank 201b and the filter 201c. The ink in the sub tank 201b is in contact with the upper surface of the filter 201c. The area in contact with this ink is the effective area of the filter 201c. The pressure loss due to the filter 201c depends on the effective area of the filter 201c. In this embodiment, the filter 201c is disposed so as to be horizontal in the usage state of the recording head 201, and ink is brought into contact with the entire upper surface of the filter 201c to maximize the effective area of the filter and reduce the pressure loss. .
[0039]
When the filter 201c comes into contact with the ink, the ink soaks into each hole (mesh) by capillary force to form a fine meniscus, which allows easy ink permeation, but makes air circulation difficult. Have. The finer the mesh, the greater the meniscus strength, making it more difficult for air to pass through.
[0040]
In the filter 201c of the present embodiment, the pressure required to transmit air is about 0.1 atm (10.1325 kPa) (experimental value). Therefore, if air is present in the liquid chamber 201f located downstream of the filter 201c with respect to the ink moving direction in the recording head 201, the air cannot pass through the filter 201c with the buoyancy of the air itself. The air inside remains in the liquid chamber 201f. In this embodiment, this phenomenon is utilized, the liquid chamber 201f is not filled with ink, and an air layer exists between the ink in the liquid chamber 201f and the filter 201c. A predetermined amount of ink is stored in the liquid chamber 201f so that the ink and the filter 201c are separated from each other.
[0041]
Further, when air from the liquid chamber 201f enters the nozzle 201g, ink is not replenished to the nozzle 201g after ink discharge, and discharge failure occurs. Therefore, the nozzle 201g needs to be always filled with ink.
[0042]
The pressure adjustment chamber 201i is a chamber whose volume decreases as the internal negative pressure increases. When the pressure adjustment chamber 201i is configured by the elastic member 201h as in the present embodiment, the elastic member 201h is a rubber material. Etc. are preferably used.
[0043]
When the pressure adjusting chamber 201i is not provided, the pressure in the sub tank 201b directly receives resistance due to pressure loss when ink passes through the main tank 204, the ink supply unit 205, and the ink supply tube 206. For this reason, in the case of a so-called high duty that ejects ink at a high rate, such as ejecting ink from all the nozzles 201g, the ink supplied to the recording head 201 becomes insufficient with respect to the ejected ink, resulting in a negative pressure. Will rise rapidly. If the negative pressure of the nozzle 201g exceeds -200 mmAq (about -2.0265 kPa), which is the above-mentioned limit value, the ejection becomes unstable, resulting in an inconvenient state in image formation.
[0044]
In the serial type recording apparatus as in the present embodiment, there is a state in which the ejection of ink is interrupted when the carriage 202 (see FIG. 1) is reversed even in the case of image formation at a high duty. The pressure adjustment chamber 201i plays a role like a capacitor by reducing the volume during ink ejection to relieve the increase in the negative pressure in the sub-tank portion 201b and restore at the time of inversion.
[0045]
Next, the ink supply unit 205 and the main tank 204 will be described.
[0046]
The main tank 204 is detachable from the ink supply unit 205, and has an ink supply port sealed with a rubber plug 204b and an air introduction port sealed with a rubber plug 204c at the bottom of a rigid tank body. And have. The main tank 204 is an airtight container by itself, and the ink 209 is stored in the main tank 204 as a liquid.
[0047]
On the other hand, the ink supply unit 205 includes an ink supply needle 205 a for taking out the ink 209 from the main tank 204 and an air introduction needle 205 b for introducing the atmosphere into the main tank 204. The ink supply needle 205a and the air introduction needle 205b are both hollow needles, and are arranged with the needle points upward corresponding to the positions of the ink supply port and the air introduction port of the main tank 204. By being mounted on the ink supply unit 205, the ink supply needle 205a and the air introduction needle 205b penetrate the rubber plugs 204b and 204c, respectively, and enter the main tank 204.
[0048]
The ink supply needle 205a is connected to the ink supply tube 206 through a path of a liquid path 205c, a shutoff valve 210, and a liquid path 205d. The atmosphere introduction needle 205b communicates with the atmosphere via the liquid path 205e, the buffer chamber 205f, and the atmosphere communication port 205g. In this embodiment, the ink supply needle 205a and the air introduction needle 205b are thick with an inner diameter of 1.6 mm in order to suppress the flow resistance of the ink.
[0049]
The shut-off valve 210 has a diaphragm 210a made of a rubber material, and opens and closes the two liquid paths 205c and 205d by displacing the diaphragm 210a. A cylindrical spring holder 210b that holds a pressing spring 210c is attached to the upper surface of the diaphragm 210a. By crushing the diaphragm 210a via the spring holder 210b by the pressing spring 210c, a liquid path 205c, Between 205d is interrupted. The spring holder 210b has a flange with which a lever 210d operated by a link 207e of the recovery unit 207 described later is engaged. By operating the lever 210d and lifting the spring holder 210b against the spring force of the pressing spring 210c, the liquid paths 205c and 205d communicate with each other. The shut-off valve 210 is opened when the recording head 201 is ejecting ink, is closed during standby and during rest, and is opened and closed in synchronization with the recovery unit 207 during an ink filling operation described later.
[0050]
The configuration of the ink supply unit 205 described above is provided for each main tank 204, that is, for each ink color (four colors of black, cyan, magenta, and yellow in this embodiment), except for the lever 210d. The lever 210d is common to all colors, and simultaneously opens and closes the shut-off valves 210 for all colors.
[0051]
With the above configuration, when ink in the recording head 201 is consumed, the negative pressure causes ink to be supplied from the main tank 204 to the recording head 201 via the ink supply unit 205 and the ink supply tube 206 as needed. At that time, the same amount of air as the ink supplied from the main tank 204 is introduced into the main tank 204 from the atmosphere communication port 205g through the buffer chamber 205f and the atmosphere introduction needle 205b.
[0052]
The buffer chamber 205f is a target space for temporarily holding ink that has flowed out of the main tank 204 due to expansion of air in the main tank 204, and the lower end of the air introduction needle 205b is located at the bottom of the buffer chamber 205f. . When the air in the main tank 204 expands, such as when the environmental temperature rises or the external air pressure drops during standby or rest of the inkjet recording apparatus, the shut-off valve 210 is closed, so the inside of the main tank 204 The ink 209 flows out from the air introduction needle 205b through the liquid path 205e to the buffer chamber 205f. Conversely, when the air in the main tank 204 contracts, such as when the environmental temperature decreases, the ink that has flowed into the buffer chamber 205f returns to the main tank 204. Further, when ink is ejected from the recording head 201 in a state where the ink is present in the buffer chamber 205f, first, the ink in the buffer chamber 205f returns to the main tank 204, and after the ink in the buffer chamber 205f runs out, Air is introduced into the main tank 204.
[0053]
Volume V of buffer chamber 205fbSet to satisfy the usage environment of the product. For example, if the product is assumed to be used within a temperature range of 5 ° C. (278 K) to 35 ° C. (308 K), if the capacity of the main tank 204 is 100 ml, Vb= 100 * (308-278) / 308 = Set as 9.7 ml or more.
[0054]
Here, the basic head of the main tank 204 and the behavior of air and ink in the liquid path of the ink supply unit 205 when air is introduced into the main tank 204 will be described with reference to FIG.
[0055]
FIG. 4A shows a normal state in which ink can be supplied from the main tank 204 to the recording head 201 (see FIG. 3). In this state, the inside of the main tank 204 is airtight except for the buffer chamber 205f, so the inside of the main tank 204 is kept at a negative pressure, and the leading end 209a of the ink remains in the middle of the liquid path 205e. The pressure at the leading end 209a of the ink is atmospheric pressure (= 0 mmAq) because it is in contact with the atmosphere. The liquid path 205c where the ink tip 209a is located and the liquid path 205e communicating with the ink supply tube 206 (see FIG. 3) have the same height, and the two liquid paths 205c and 205e are communicated only with ink. The pressure in the liquid path 205c is also atmospheric pressure. This is determined by the relationship between the height of the ink tip 209a and the liquid path 205c, and is not affected by the amount of ink 209 in the main tank 204.
[0056]
When the ink in the main tank 204 is consumed, as shown in FIG. 4B, the leading end 209a of the ink gradually moves toward the atmosphere introduction needle 205b and reaches the point immediately below the atmosphere introduction needle 205b. As shown in FIG. 4 (c), the air bubbles become air bubbles and rise inside the air introduction needle 205 b and enter the main tank 204. In exchange for this, the ink in the main tank 204 enters the atmosphere introduction needle 205b, and the leading end 209a of the ink returns to the original state shown in FIG.
[0057]
FIG. 4D shows a state where ink has accumulated in the buffer chamber 205f. In this case, the front end 209a of the ink is located at a position h1 (mm) higher than the liquid path 205c in the middle of the buffer chamber 205f in the height direction, and the pressure of the liquid path 205c is -h1 (mmAq). Yes.
[0058]
As described above, in the present embodiment, the pressure due to the water head difference applied to the nozzle 201g (see FIG. 3) indicates that the height from the flow path 205c to the ink upper surface 209b in the sub tank 201b is h2 (mm) as shown in FIG. If the height from the filter 201c to the ink upper surface 209b in the sub tank 201b is h3 (mm) and the height from the lower end of the nozzle 201g to the ink upper surface 209c in the liquid chamber 201f is h4 (mm), the lower end of the nozzle 201g Negative pressure P atnIs normally Pn≈−9.8 × (h2−h3−h4) Pa, and in a state where ink is accumulated in the buffer chamber 205f, Pn≈−9.8 × (h 2 −h 1 −h 3 −h 4) Pa PnIs set to fall within the above-described negative pressure range (−4.053 kPa to −2.0265 kPa).
[0059]
Referring to FIG. 3 again, the ink supply needle 205a and the atmosphere communication needle 205b are connected to a circuit 205h for measuring the electrical resistance of the ink, so that the presence or absence of ink in the main tank 204 can be detected. This circuit 205h detects an electrical close because an electric current flows to the circuit 205h via the ink in the main tank 204 when ink is present in the main tank 204, and no ink is present or the main tank 204 An electrical open is detected when is not attached. Since the detection current is weak, insulation between the ink supply needle 205a and the atmosphere introduction needle 205b is important. In this embodiment, the path from the ink supply needle 205a to the recording head 201 and the atmosphere communication needle 205b to the atmosphere communication are important. Consideration is made so that the electrical resistance of only the ink in the main tank 204 can be measured by making the path to the mouth 205g completely independent.
[0060]
Next, the recovery unit 207 will be described. The recovery unit 207 sucks ink and air from the nozzle 201g and opens and closes the shut-off valve 210, and a suction cap 207a for capping the ink discharge surface (the surface on which the nozzle 201g is opened) of the recording head 201; And a link 207e for operating the lever 210d of the shut-off valve 210.
[0061]
The suction cap 207a is formed of an elastic member such as rubber at least in contact with the ink ejection surface, and is provided so as to be movable between a position where the ink ejection surface is sealed and a position where the ink ejection surface is retracted. A suction pump 207c is connected to the suction cap 207a, and the suction pump 207c is driven by a pump motor 207d to perform suction through the suction cap 207a. The suction pump 207c is a tube pump system having a plurality of rollers, can perform continuous suction, and can change the suction amount according to the rotation amount of the pump motor 207d. In the present embodiment, the suction pump 207c capable of reducing pressure to 0.4 atm (40.53 kPa) is used.
[0062]
The link 207e is slid by the cam 207f and moves the lever 210d of the shut-off valve 210 to open and close the shut-off valve 210. The cam 207b and the cam 207f are arranged coaxially and can be rotated in the direction of the arrow in the figure by a cam control motor 207g. The timing at which the positions a to c of the cam 207b come into contact with the suction cap 207a coincides with the timing at which the positions a to c of the cam 207f come into contact with the link 207e, respectively. At the position a, the cam 207b moves the suction cap 207a away from the ink ejection surface of the recording head 201, and the cam 207f pushes the link 207e to push up the lever 210d to open the shut-off valve 210. At the position b, the cam 207b brings the suction cap 207a into close contact with the ink discharge surface, and the cam 207f pulls back the link 207e to close the shut-off valve. At the position c, the cam 207b brings the suction cap 207a into close contact with the ink discharge surface, and the cam 207f presses the link 207e to open the shut-off valve 210.
[0063]
During the recording operation, the cams 207b and 207f are set to the position a, so that ink can be ejected from the nozzle 201g and ink can be supplied from the main tank 204 to the recording head 201. During non-operation including standby and rest, the cams 207b and 207f are set to the position b, and the suction cap 207a covers the nozzle surface of the recording head 1 to prevent the nozzle 201g from drying and ink from the recording head 201. (Especially when the apparatus itself moves, the apparatus may be tilted to cause ink to flow out). The position c of the cams 207b and 207f is used during the ink filling operation to the recording head 201, which will be described below.
[0064]
The ink supply path from the main tank 204 to the recording head 201 has been described above. However, in the configuration shown in FIG. 3, air accumulates in the recording head 201 when viewed over a long period of time.
[0065]
In the sub-tank portion 201b, air that permeates through the ink supply tube 206 and the elastic member 201h and air dissolved in the ink accumulate. As the air that permeates the ink supply tube 206 and the elastic member 201h, it is sufficient to use a material having a high gas barrier property as a material constituting them. However, a material having a high gas barrier property is expensive and is used for mass-produced consumer products. In equipment, high-performance materials cannot be easily used due to cost considerations. In this embodiment, a low-cost, flexible and easy-to-use polyethylene tube is used for the ink supply tube 206, and butyl rubber is used for the elastic member 201h.
[0066]
On the other hand, in the liquid chamber 201f, when the ink is ejected from the nozzle 201g, the bubbles generated by the boiling of the ink film break up and return to the liquid chamber 201f, or the fine bubbles dissolved in the ink are in the nozzle 201g. As the temperature of the ink rises, the air bubbles gradually accumulate by forming large bubbles.
[0067]
According to the experiments conducted by the present inventors, in the configuration shown in the present embodiment, the accumulated amount of air in the sub-tank portion 201b is about 1 ml per month, and the accumulated amount of air in the liquid chamber 201f is 1. It was about 0.5 ml per month.
[0068]
If the accumulated amount of air in the sub tank 201b and the liquid chamber 201f is large, the amount of ink stored in each of the sub tank 201b and the liquid chamber 201f decreases. In the sub-tank portion 201b, when the ink is insufficient, the filter 201c is exposed to the air and the effective area of the filter 201c is reduced. As a result, the pressure loss of the filter 201c increases, and in the worst case, the ink enters the liquid chamber 201f. It becomes impossible to supply. On the other hand, in the liquid chamber 201f, when the upper end of the nozzle 201g is exposed to the air, ink supply to the nozzle 201g becomes impossible. As described above, both the sub tank 201b and the liquid chamber 201f have a fatal problem unless a certain amount or more of ink is stored.
[0069]
Therefore, by filling each sub tank 201b and liquid chamber 201f with an appropriate amount of ink every predetermined period, the ink ejection function can be stably maintained over a long period of time without using a material having a high gas barrier property. be able to. For example, in the case of this embodiment, the sub tank unit 201b and the liquid chamber 201f may be filled every month with an amount of air accumulated per month plus a variation during filling.
[0070]
The sub tank unit 201b and the liquid chamber 201f are filled with ink by using a suction operation by the recovery unit 207. That is, the suction pump 207c is driven with the suction cap 207a sealing the ink discharge surface of the recording head 201, and the ink in the recording head 201 is sucked from the nozzle 201g. However, if the ink is simply sucked from the nozzle 201g, almost the same amount of ink as the ink sucked from the nozzle 201g flows into the liquid chamber 201f from the sub tank 201b, and similarly, almost the same amount as the ink flowing out from the sub tank 201b. The ink just flows into the sub tank 201b from the main tank 204, and the situation is almost the same as before the suction, and an appropriate amount of ink cannot be filled.
[0071]
Therefore, in the present embodiment, in order to fill the sub-tank portion 201b and the liquid chamber 201f partitioned by the filter 201c with appropriate amounts of ink, respectively, the sub-tank portion 201b and the liquid chamber 201f are set to a predetermined pressure using the shutoff valve 210. The volume of the sub tank 201b and the liquid chamber 201f is set.
[0072]
Hereinafter, the ink filling operation and the volume setting to the sub tank 201b and the liquid chamber 201f will be described.
[0073]
In the ink filling operation, first, the carriage 202 (see FIG. 1) is moved to a position where the recording head 201 faces the suction cap 207a, and the cam control motor 207g of the recovery unit 207 is driven to set the cams 207b and 207e to b. Is rotated until the position comes into contact with the suction cap 107a and the link 207e. As a result, the ink ejection surface of the recording head 201 is sealed by the suction cap 207a, and the shutoff valve 210 is in a state where the ink path from the main tank 204 to the recording head 201 is closed.
[0074]
In this state, the pump motor 207d is driven, and suction is performed from the suction cap 207a by the suction pump 207c. By this suction, the ink and air remaining in the recording head 201 are sucked through the nozzle 201g, and the inside of the recording head 201 is decompressed. When the amount of suction by the suction pump 207c reaches a predetermined amount, the suction pump 207c is stopped and the cam control motor 207g is driven to bring the cams 207b and 207f into contact with the suction cap 207a and the link 207e, respectively. Rotate until As a result, the shutoff valve 210 is opened while the sealed state of the ink ejection surface by the suction cap 207a remains unchanged. The suction amount by the suction pump 207c is a suction amount at which the inside of the recording head 201 becomes a predetermined pressure, and can be obtained by calculation, experiment, or the like.
[0075]
When the pressure in the recording head 201 is reduced, ink flows into the recording head 201 via the ink supply tube 206, and the sub tank portion 201b and the liquid chamber 201f are filled with ink. The amount of ink to be filled is a volume necessary for the sub-tank part 201b and the liquid chamber 201f that have been decompressed to return to almost atmospheric pressure, and is determined by the volume and pressure of the sub-tank part 201b and the liquid chamber 201f.
[0076]
Filling the sub tank 201b and the liquid chamber 201f with ink is completed in about 1 second after the shutoff valve 210 is opened. When the ink filling is completed, the cam control motor 207g is driven to rotate the cams 207b and 207f to the positions where the positions of b come into contact with the suction cap 207a and the link 207e, respectively. As a result, the suction cap 207a is separated from the recording head 201, and the suction pump 207c is driven again to suck the ink remaining in the suction cap 207a. In this state, since the shutoff valve 210 is open, ink is ejected from the nozzle 201g so that characters, images, and the like can be formed on the recording sheet S (see FIG. 1). In the standby and inactive states, the cam control motor 207g is driven again to rotate the cams 207b and 207f to positions where the positions of b are in contact with the suction cap 207a and the link 207e, respectively. The surface is sealed with the suction cap 207a, and the shutoff valve 210 is closed.
[0077]
If the amount of ink in the sub-tank portion 201b and the liquid chamber 201f does not become insufficient for a long period of time, it is not necessary to frequently perform the suction operation by the recovery unit 207, and the opportunity for wasting ink is reduced. Furthermore, even when both the sub tank 201b and the liquid chamber 201f need to be filled with ink, the ink can be saved because only one filling operation is required.
[0078]
Here, the above-described filling operation and volume setting will be described.
[0079]
Assuming that the volume of the sub tank 201b is V1, the amount of ink that should exist in the sub tank 201b is S1, and the pressure in the sub tank 201b is P1 (relative value from atmospheric pressure), these are based on the principle of “PV = constant”. Is set so that V1 = S1 / | P1 | is satisfied, the ink can be filled so that an appropriate amount of ink exists in the sub-tank portion 201b by the filling operation. Similarly, when the volume of the liquid chamber 201f is V2, the amount of ink that should be present in the liquid chamber 201f is S1, and the pressure in the liquid chamber 201f is P2 (relative value from atmospheric pressure), these relationships are expressed as V2 = By setting so as to be S2 / | P2 |, ink can be filled so that an appropriate amount of ink exists in the liquid chamber 201f by the filling operation.
[0080]
Further, the filter 201c that divides the sub-tank portion 201b and the liquid chamber 201f has a fine mesh structure. As described above, the air flow is difficult in a state where the meniscus is formed. Here, let Pm be the pressure required to allow air to pass through the filter 201c on which the meniscus is formed. When suctioned from the nozzle 201g by the recovery unit 207, the pressure P2 in the liquid chamber 201f is lower than the pressure P1 in the sub tank 201b by the pressure Pm in order to allow the air in the sub tank 201b to pass through the filter 201c. Become. Therefore, when this relationship is used when determining the volumes of the sub-tank portion 201b and the liquid chamber 201f, the conditions for the filling operation can be easily determined.
[0081]
A specific example is shown below based on the above relationship. In the present embodiment, ink filling is performed once a month, and the amount of air accumulated in one month is 1 ml in the sub tank 201b and 0.5 ml in the liquid chamber 201f. In addition, the amount of ink necessary to prevent the filter 201c from being exposed to air in the sub-tank portion 201b is 0.5 ml, and the amount of ink necessary to prevent the nozzle 201g from being ejected to air in the liquid chamber 201f is The variation in the ink filling amount is 0.5 ml for both the sub tank 201b and the liquid chamber 201f, and is 0.2 ml. These numerical values are obtained by experiments. From the above, the amount of ink that should be present after one filling is the sum of these values, which is a relatively large value of 1.7 ml for the sub tank 201b and 1.2 ml for the liquid chamber 201f.
[0082]
The reduced pressure in the recording head 201 is set within a range not exceeding the capacity of the recovery unit 207. In this embodiment, since the capability limit of the suction pump 207c is −0.6 atm (−60.795 kPa), the pressure in the suction cap 207a becomes −0.5 atm (−50.6625 kPa) with a margin. As described above, the suction amount of the suction pump 207c is obtained by experiment and set, and is controlled as the rotation amount of the pump motor 207d.
[0083]
Here, since the pressure required to allow air to pass through the meniscus of the nozzle 201g is an experimental value of −0.05 atm (−5.06625 kPa), the pressure between the pressure in the suction cap 207a and the pressure in the liquid chamber 201f. A difference in resistance of the nozzle 201g occurs between them, and the pressure in the liquid chamber 201f becomes higher by 0.05 atm (5.06625 kPa) than the pressure in the cap 207a. Similarly, since the pressure necessary for permeating air by the meniscus of the filter 201c is an experimental value of −0.1 atm (−10.1325 kPa), the pressure between the pressure in the liquid chamber 201f and the pressure in the sub tank 201b is between A difference in resistance of the filter 201c occurs, and the pressure in the sub tank 201b becomes higher by 0.1 atm (10.1325 kPa) than the pressure in the liquid chamber 201f. Therefore, when the pressure in the suction cap 207a is set to −0.5 atm (−50.6625 kPa), the pressure in the liquid chamber 201f is −0.45 atm (−45.5963 kPa), and the pressure in the sub tank portion 201b is −0. .35 atm (−35.4638 kPa).
[0084]
In order for 1.7 ml of ink to be present in the sub-tank portion 201b, when the ink is sucked from the sub-tank portion 201b whose internal pressure is approximately 1 atm (101.325 kPa) by 1.7 ml, the internal pressure is -0.35 atm ( The volume V1 of the sub-tank portion 201b is set to be −35.4638 kPa). That is, V1 = 1.7 / 0.35 = 4.85 ml. Similarly, the volume V2 of the liquid chamber 201f is set to V2 = 1.2 / 0.45 = 2.67 ml.
[0085]
After depressurizing the inside of the recording head 201 under the above conditions, the ink flows into the recording head 201 having a negative pressure by opening the shutoff valve 210. More specifically, first, ink flows into the sub-tank portion 201b, and the air expanded to V1 by decompression is restored to almost atmospheric pressure. At this time, the volume of air in the sub tank 201b is V1.aThen, V1a= V1 × (1−0.35) = 3.15 ml, and the sub-tank portion 201b has V1−V1.a= Calm down when ink is filled until 1.7 ml of ink is present. Similarly, also in the liquid chamber 201f, ink flows from the sub tank 201b, and the air that has been expanded to V2 by decompression is restored to almost atmospheric pressure. The volume of air in the liquid chamber 201f at that time is V2aThen V2a= V2 × (1−0.45) = 1.47 ml, and the liquid chamber 201f has V2−V2a= Calm down when ink is filled until 1.2 ml of ink is present.
[0086]
As described above, by setting the volume of each of the sub-tank portion 201b and the liquid chamber 201f and the pressure to be reduced, each of the sub-tank portion 201b and the liquid chamber 201f partitioned by the filter 201c can be obtained in one filling operation. Ink can be filled so that an appropriate amount of ink is present, and even in a situation where air accumulates in the recording head 201, it can be operated normally for a long period of time without the suction operation.
[0087]
As for the problem that air bubbles block the flow path between the filter and the nozzle, in this embodiment, the cross-sectional area of the liquid chamber 201f is sufficiently larger than the diameter of the air bubbles that may exist in the liquid chamber 201f. In this configuration, the bubbles in the liquid chamber 201f do not hinder the flow of ink. Further, regarding the problem that bubbles in the liquid chamber enter the nozzle or block the communication portion between the liquid chamber and the nozzle, the liquid chamber 201f has a sufficiently large cross-sectional area as described above. The bubbles generated inside rise in the ink by the buoyancy and merge with the air layer, so that they do not enter the nozzle 201g. That is, by configuring the liquid chamber 201f separated from the sub tank portion 201b by the filter 201c as described above, bubbles are generated in the liquid chamber 201f or the bubbles are generated due to movement. The reliability with respect to ejection failure can be greatly improved.
[0088]
Even if only one of the sub-tank part and the liquid chamber is configured as in the present embodiment and the other is configured in the same manner as the conventional example, at least with respect to the former, the above-described functions can be achieved and air removal can be performed at the same time. Effective and effective.
[0089]
In the above description, it is assumed that even a small amount of ink remains in the sub tank 201b and the liquid chamber 201f after the suction operation, and the sum of the remaining ink amount and the ink filling amount is considered to be an appropriate amount, That is, the amount of ink to be present = the amount of ink remaining + the amount of ink filled. However, if the ink in the sub tank 201b or the liquid chamber 201f is once completely discharged by the suction operation, the amount of ink that should be present in the sub tank 201b or the liquid chamber 201f is equal to the amount of ink filled. Then, it is considered that the amount of ink to be present = the amount of ink to be filled.
[0090]
【The invention's effect】
According to the present invention, ink is filled so that an appropriate amount of ink exists in each of the two liquid chambers. Even if the flow path in the recording head is wide, both the liquid chambers can be evacuated and filled with ink. In addition, the amount of ink does not become insufficient in both liquid chambers over a long period of time, so frequent recovery suction is not necessary, and the amount of wasteful consumption of ink is reduced. Further, when both the liquid chambers need to be filled with ink, the ink can be saved because only one filling step is required. In addition, by using a constant law, PV can be filled with an appropriate amount of ink in each liquid chamber by a filling operation.
[0091]
The amount of ink accumulated in the first liquid chamber is larger than the minimum required amount of ink (the amount of ink in which the filter is surely immersed in the ink) in the first liquid chamber, and accumulates in the first liquid chamber for a predetermined time (for example, for a long period such as one month) Ink can be filled so that there is an ink amount S1 greater than the sum of the amounts, and similarly, the second liquid chamber is larger than the minimum required ink amount (the amount of ink that the nozzle is surely immersed in the ink). If the ink can be filled so that there is an ink amount S2 larger than the sum of the air amounts accumulated in the second liquid chamber in the same predetermined period as described above, the filling operation is performed once in the predetermined period. Since it is good, it can save ink to be discharged.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of an ink jet recording apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of an ink supply principle of the ink jet recording apparatus shown in FIG.
3 is a view for explaining an ink supply path for one color of the ink jet recording apparatus shown in FIG. 1; FIG.
4 is a diagram illustrating the behavior of air and ink in the liquid path of the ink supply unit when air is introduced into the main tank in the ink supply path shown in FIG. 3;
FIG. 5 is a diagram illustrating a pressure due to a water head difference applied to a nozzle in the ink supply path shown in FIG. 3;
FIG. 6 is a diagram of an ink supply system in a conventional tube supply type inkjet recording apparatus.
[Explanation of symbols]
201 Recording head
201a Connector insertion slot
201b Sub tank (first ink chamber)
201c filter
201d opening
201e partition
201f Liquid chamber (second ink chamber)
201g discharge nozzle
201h elastic member
201i Pressure adjustment chamber
202 Carriage
203 Conveying roller
204 Main tank (ink tank)
204b, 204c Rubber stopper
205 Ink supply unit
205a Ink supply needle
205b Air introduction needle
205c, 205d, 205e flow path
205f Buffer room
205g Air communication port
205h circuit
206 Ink supply tube
207 Recovery Unit
207a Suction cap
207b cam
207c Suction pump
207d Pump motor
207e link
207f cam
207g Cam control motor
209 ink
210 Shut-off valve
210a Diaphragm
210b Spring holder
210c Pressing spring
210d lever
S Recording sheet

Claims (2)

ノズルからインクを吐出して記録を行う記録ヘッドと、前記記録ヘッド内のインクを前記ノズルから強制排出する吸引手段と、前記記録ヘッドにインクを供給するインク供給手段とを有するインクジェット記録装置において、
前記記録ヘッドが、インクの流れ方向に関して上流側の第1の液室と下流側の第2の液室とを備え、前記第1の液室および前記第2の液室にそれぞれ空気を蓄積可能になっており、
前記第1の液室と前記第2の液室との間に位置し両者を分離するフィルタを有し、前記フィルタは、メニスカス強度を備えた多数の孔部を有するメッシュ構造となっており、
前記第1の液室および前記第2の液室の少なくとも一方は、前記吸引手段の吸引力と、前記吸引手段による吸引が行われた後に存在すべき所望のインク量とに基づいて決定された容積を有しており、
前記インク供給手段が、インクを収容するインクタンクと、前記インクタンクと前記記録ヘッドとを連通させるインク供給チューブと、前記インク供給チューブを開閉する遮断弁とを備えると共に、
前記吸引手段が、前記記録ヘッドを密閉する吸引キャップと、前記吸引キャップを介して吸引する吸引ポンプとを備えており、
前記吸引手段を用いて、前記インク供給手段から前記記録ヘッドに対してインクを充填するにあたり、
前記遮断弁を閉じ、前記吸引手段により前記第2の液室を特定の圧力にまで減圧させつつ、前記フィルタのメニスカス強度によって、前記第1の液室の圧力を前記特定の圧力とは異なる圧力とし、その後、前記遮断弁を開くことで減圧を解消して、前記インクタンク内のインクを、前記インク供給チューブを介して前記第1の液室および前記第2の液室に、それぞれ異なる量だけ充填する動作を1サイクルとし、
前記1サイクルでインクの充填を行なうことが可能であることを特徴とするインクジェット記録装置。
In an ink jet recording apparatus comprising: a recording head that performs recording by discharging ink from a nozzle; a suction unit that forcibly discharges ink in the recording head from the nozzle; and an ink supply unit that supplies ink to the recording head.
The recording head includes a first liquid chamber on the upstream side and a second liquid chamber on the downstream side with respect to the ink flow direction, and can store air in the first liquid chamber and the second liquid chamber, respectively. And
The filter is located between the first liquid chamber and the second liquid chamber and separates both, and the filter has a mesh structure having a large number of holes having meniscus strength,
At least one of the first liquid chamber and the second liquid chamber is determined based on the suction force of the suction means and a desired ink amount that should exist after the suction by the suction means. Has a volume,
The ink supply means includes an ink tank for storing ink, an ink supply tube for communicating the ink tank and the recording head, and a shut-off valve for opening and closing the ink supply tube .
The suction means includes a suction cap that seals the recording head, and a suction pump that sucks through the suction cap ;
In filling the recording head from the ink supply means with the suction means,
The pressure of the first liquid chamber is different from the specific pressure by the meniscus strength of the filter while closing the shutoff valve and reducing the second liquid chamber to a specific pressure by the suction means. After that, the decompression is eliminated by opening the shutoff valve, and the amount of ink in the ink tank is changed to the first liquid chamber and the second liquid chamber via the ink supply tube, respectively. The operation of filling only 1 cycle,
An ink jet recording apparatus, wherein ink can be filled in one cycle .
請求項1に記載のインクジェット記録装置において、一回の充填動作で充填されるインクの量は、減圧されている前記第1の液室および前記第2の液室が、それぞれほぼ大気圧に戻るのに必要な体積であることを特徴とするインクジェット記録装置。 2. The ink jet recording apparatus according to claim 1, wherein the amount of ink to be filled in one filling operation is such that the first liquid chamber and the second liquid chamber, which are decompressed, return to substantially atmospheric pressure, respectively. An ink jet recording apparatus characterized by having a volume necessary for the above .
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