JP3901718B2 - インクジェット記録装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧電式等のインクジェット記録装置の構成に係り、より詳しくは、印字ヘッドとインクタンクとの間でインクを循環させて、その循環経路内の気泡を除去するための装置を備えたものに関するものである。

従来から、入力信号に基づいてインクを被記録媒体に噴射して記録するインクジェット記録装置において、インクタンクからインク流路を介して印字ヘッドの複数の噴射チャンネルにインクを導き、発熱素子、圧電素子等のアクチュエータを選択的に駆動させて噴射チャンネルの先端（ノズル）からインク噴射を行うものが知られている。そのうち、例えば、特許文献１や特許文献２等に開示されているように、印字ヘッドに接続したマニホールド室とインクタンクとの間を、インクの流入側の第１インク流路と排出側の第２インク流路とで接続し、該第２インク流路の中途に循環ポンプを設け、インクを、インクタンク→第１インク流路→マニホールド室→第２インク流路→インクタンクからなる循環経路にて循環させ、その間にインクに含まれた気泡をインクタンクで大気中に放出して除去するという、循環パージを実行することが知られている。

また、前記公報では、前記循環パージの直後に、印字ヘッドの噴射チャンネル内の気泡を除去すべく、第２インク流路を閉止し、吸引キャップで印字ヘッドのノズル面を覆い、吸引ポンプを駆動させて、噴射チャンネル内のインクと共に気泡を吸引除去する吸引パージを実行することも知られている。
特開昭５６−７５８６７号公報 特開２０００−１０３０８４号公報

しかしながら、最近の技術の進歩により、印字ヘッドが小型化しており、それに伴ってマニホールド室も小型化し、その内容積（インク収容体積）が小さくなっているから、インクタンクを交換直後、インクを直接マニホールド室に導入すると、マニホールド室内に溜まる気泡の割合が多くなり、また、インクタンクからマニホールド室ヘインクを導く第１インク流路を構成する可撓性チューブは、空気透過性を有することが避けられず、時間の経過とともにそのチューブ内のインク中に空気が溶存するようになって、それが気泡となってインクと共にマニホールドに流入する。そして、印字ヘッドの噴射チャンネルの直上に前記マニホールド室が位置しているから、噴射チャンネルに気泡が直接引き込まれ、インクの噴射不良をきたすという問題があった。

この不都合を解消するため、前記マニホールド室の前段であって高い位置に容積の大きいバッファタンクを配置し、該バッファタンクとインクタンクとを前記第１インク流路及び第２インク流路とで接続し、第２インク流路に循環ポンプを備えて、これらの間で循環パージを形成することが考えられた。

しかしながら、前記バッファタンクの天井面が略水平状であり、且つその天井面の一部に前記第２インク流路への排出口（出口）が配置されていると、当該バッファタンク内のインク（液体）から除去されるべき気泡が、前記天井面まで浮き上がっても、前記出口方向に移動し難く、気泡の除去が完全にできないという問題があった。

ところで、インクジェット記録装置は一般的には略水平状のテーブルや棚板等載置面に載置しておくが、万一、前記印字ヘッド上のバッファタンクの天井面が前記出口側で低くなるように、若千傾斜した載置面に記録装置が載置されると、前記バッファタンクの天井面のうち最も高い箇所に気泡が集まり、除去不能になるという問題もあつた。

本発明は、このような問題を解消すべくなされたものであって、気泡の排出のための構造が簡単で且つ気泡分離も容易にでき、またキャリッジの移動にともなう圧力変動を吸収できるインクジェット記録装置を提供することを技術的課題とするものである。

この技術的課題を達成するため、請求項１に記載の発明のインクジェット記録装置は、複数の噴射チャンネルを有する印字ヘッドと、この印字ヘッドに供給するインクを貯留するバッファタンクと、インクタンクから前記バッファタンクにインクを供給する第１インク流路と、バッファタンクからインクを回収する第２インク流路とを備え、前記印字ヘッド及びバッファタンクは、移動可能なキャリッジ上に搭載されたインクジェット記録装置において、前記バッファタンクの天井面の略全体を、水平面に対して所定の傾斜角度の傾斜面にて形成し、前記バッファタンクの天井面には、該天井面から上方に突出し、バッファタンク内に開口した空気溜まりを設け、前記第１インク流路の流入口部のうち、前記傾斜した天井面への接続部の高さ位置よりも高い位置の前記天井面に、前記第２インク流路への出口部を設け、前記第１インク流路のバッファタンクヘの流入口部の開口位置は、前記天井面から垂下したインク流入筒の下端において前記第２インク流路への出口部よりも低い位置に配置されているものである。

そして、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のインクジェット記録装置において、前記天井面の水平面に対する傾斜角度は、５度以上に設定したものである。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のインクジエット記録装置において、前記第１インク流路のバッファタンクヘの流入口部の開口位置は、前記バッファタンクの底板近傍に開口しているものである。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のインクジェット記録装置において、前記バッファタンクは、その底板に、前記複数の噴射チャンネルに連通するマニホールド室と接続するインク流出口を備えるものである。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のインクジェット記録装置において、前記印字ヘッドの噴射チャンネルのインク噴射側からインクを吸引する吸引パージ手段を備えたものである。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のインクジェット記録装置において、前記インクタンクは前記キャリッジ外に設置され、前記第１インク流路及び第２インク流路は、前記バッファタンクとインクタンクとを接続する可撓性チューブであり、前記インクタンクと第１インク流路とバッファタンクと第２インク流路との間でインクを循環させるポンプを備えるものである。

請求項１に記載の発明によれば、バッファタンク内からインク中の気泡を除去するとき、前記第１インク流路の流入口部のうち、前記傾斜した天井面への接続部の高さ位置よりも高い位置の前記天井面に、前記第２インク流路への出口部を設けているから、バッファタンク内に気泡が溜まったままになることがなく、確実に気泡を外部に除去することができるという効果を奏する。

そして、前記バッファタンクの天井面の略全体を第２インク流路への出口部が高い位置になるように、水平面に対して所定角度の傾斜面にて形成したものであるから、バッファタンク内からインク中の気泡を除去するとき、気泡を短時間で排出することができるという効果を奏する。

また、バッファタンクの天井面に空気溜まりを設けているので、印字ヘッドの移動により生じたインクの圧力変動を効果的に吸収することができる。

さらに、前記第１インク流路のバッファタンクヘの流入口部の開口位置は、前記天井面から垂下したインク流入筒の下端において前記第２インク流路今の出口部よりも低い位置に配置されているから、バッファタンク内のインクが前記流入口部より高い位置まで溜まると、前記流入口部からのインクがそのインク液内に噴出するので、バッファタンク内の空気を新たに巻き込むことがなく、気泡の発生を抑え、且つ気泡の除去が迅速にできるという効果を奏する。

また、請求項２に記載の発明によれば、前記天井面の水平面に対する傾斜角度は、５度以上に設定したものである。この程度の傾斜角度に設定しておけば、インクジェット記録装置の通常機能が保証できる程度の傾斜角度の載置部にインクジェット記録装置を載置した状態であっても、バッファタンクにおける天井面が前記第２インク流路への出口が高い位置にあるような傾斜程度を保証することができて、バッファタンク内の気泡の除去を確実に行うことができるという効果を奏する。

請求項３に記載の発明によれば、第１インク流路のバッファタンクヘの流入口部の開口位置は、バッファタンクの底板近傍に開口しているものであるから、上記のように流入口部からのインクが空気を巻き込むことを効果的に抑えて底板近傍に噴出する。

請求項４に記載の発明によれば、前記バッファタンクは、その底板に、前記複数の噴射チャンネルに連通するマニホールド室と接続するインク流出口を備えるものであるから、前記バッファタンク内に溜まったインクは確実にマニホールド室に供給でき、安定したインク噴射を実現することができるのである。

請求項５に記載の発明によれば、前記印字ヘッドの噴射チャンネルのインク噴射側からインクを吸引する吸引パージ手段を備えたものであるので、吸引パージ手段にて印字ヘッドのノズル面を密閉すれば、印字ヘッドの噴射チャンネル内に気泡が入り込んだり、インクが漏れることがなく、バッファタンク内の気泡を除去することができる一方、万一ノズルの詰まりが発生したときには前記吸引パージ手段を作動させることにより迅速にノズル詰まりを解消させることができるという効果を奏する。

請求項６に記載の発明によれば、前記インクタンクは前記キャリッジ外に設置され、前記第１インク流路及び第２インク流路は、前記バッファタンクとインクタンクとを接続する可撓性チューブであるので、可撓性チュープを介して侵入した空気による気泡を、バッファタンクにより、効果的に排出することができ、安定したインク噴射を実現することができる。

そして、前記インクタンクと第１インク流路とバッファタンクと第２インク流路との間でインクを循環させるポンプを備えるものであるから、このポンプを定期的に運転して、インクを循環させ、気泡を排出することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面について説明する。図１は参考例のインクジェット記録装置の概路を示し、図２は本発明の第１実施形態としてのインクジェット記録装置の概路を示す。大部分の構成が参考例と第１実施形態とで共通するので、まず参考例について説明し、異なる部分については第１実施形態として別途後述する。

ヘッドユニット１には、その下部側に図示しない複数の噴射チャンネルを有する印字ヘッド２が配置され、上部側には前記全ての噴射チャンネルに連通するマニホールド室３a を備えたマニホールド体３が配置されて、両者が接着固定されてユニット化されたものである。

前記ヘッドユニット１はキャリッジ４の下面側に接着剤等により固定装着され、その上面側にバッファタンク５が取付けネジ６にて着脱自在可能に固定されている。インク供給源としてのインクカートリッジ３０は可撓性のチューブ３１を介してサブタンク３２の底面に接続され、第１ポンプ３３の駆動により、インクカートリッジ３０内のインクがサブタンク３２に補充供給される。サブタンク３２の底面には可撓性チューブ製の第１インク流路３４が前記バッファタンク５のインク流入口８にインクを供給すべく接続されている。また、可撓性チューブ製の第２インク流路３５がバッファタンク５の排出目９から前記サブタンク３２にインクを回収すべく接続されており、その途中部分にインク循環用ポンプ３６が配置されている。その場合、サブタンク３２はその上面に大気開放部３２ａを備え、前記バッファタンク５から回収されるインクに混じった気泡もサブタンク３２に回収されて、大気に排出されることになる。

インクカートリッジ３０とサブタンク３２とは、キャリッジ外の静止部分に設置されている。サブタンク３２内のインク液面は印字ヘッド２のノズル開口面よりも低く配置され、印字動作時にはポンプ３６が停止され、ノズル開口面に負圧が作用するようにしている。

次に、印字ヘッド２について説明すると、特開２０００−１０３０８４号公報等に開示されているような公知の構造であるので図示しないが、下面に複数の噴射チャンネルに連通するノズルが列状に開口し、アクチュエータの駆動によりノズルからインク滴を噴射する構成であり、この印字ヘッド２が２個（一方のみ図示）並列に設けられている。各印字ヘッド２の上面には、マニホールド室３a が前記各噴射チャンネルにわたって連通するように配置されたマニホールド体３が設けられている。前記各マニホールド室３a 、３a （図１では一方のみ示す）の上面に突出した導入管１２、１２は後述するバッファタンク５の底板５a に開口したインク流出日１０にシール管１８、１８を介して接続されている。なお、アクチュェータの構成としては、噴射チャンネル近傍の側壁を圧電材料で構成して、その圧電材料の変形によりインクを噴出させることが好ましい。

バッファタンク５の天井壁７には、インク流入筒８が垂下し、バッファタンク５の底板５a の近傍にて開口している。また、前記インク流入筒８の上端は天井壁７から上向きに突出している。さらに、前記天井壁７の一側寄り部位には、インク及び気泡を排出するための出口部としての排出口９が開口され、前記天井壁７の内面（天井面）７a は、図１から理解できるように、略全体として一方で低く前記排出口９側で高い位置となるように、水平面に対して適宜傾斜角度θの傾斜面に形成されている。この傾斜角度θは、本発明のインクジェット記録装置を搭載したプリンタの本体（図示せず）をテーブル等の載置面に載せるときの許容される傾き角度（装置許容傾き角度）に略５度加えた値とし、実施形態では５度〜１５度程度であり、より好ましくは１０度程度とする。

なお、バッファタンク５の底板５a から下向きに突出した一対のインク流出口１０、１０には、その各々の上面側（バッファタンク５の内部）にてフィルタ１１を張設し、インク内の気泡や異物を捕捉できるようにしている。

前記バッファタンク５におけるインク流入筒８に一端を接続した第１可撓性チューブ１３の他端は前記キヤリッジ４の基板に設けた接続部材１４に接続され、この可撓性チューブ１３は前記第１インク流路３４の一部を構成している。また、バッファタンク５におけるインク及び気泡の出口部としての排出口９に一端を接続した第２可撓性チユーブ１５の他端は前記キャリッジ４の基板に設けた接続部材１６に接続され、この可撓性チューブ１５は前記第２インク流路３５の一部を構成している。前記第１可撓性チューブ１３及び可撓性チューブ１５の中途部は、キャリッジ４に取付けられたカバー体１７により保護されている。

前記構成のインクジェット記録装置が搭載されたキャリッジ４は、被記録媒体としての用紙（図示せず）の表面に沿い、且つ該用紙の送り方向と直交するキャリッジ移動方向に沿って往復移動であり、キャリッジ移動方向の一端部には、吸引パージのための吸引キャップ３７が、前記印字ヘッド２と対向するように配置されており、吸引パージ時には、吸引キャップ３７が印字ヘッド２の前面（下面）のノズル開口面を覆うように接近密着し、吸引パイプ３８及び吸引ポンプ３９を介してドレンタンク４０に排出される。

前記構成により、例えば、プリンタに最初に、インクカートリッジ３０を搭載して印字ヘッド２にインクを充填する場合や、インクカートリッジ３０を交換した場合には、まず第１ポンプ３３を駆動させてサブタンク３２に所定量のインクを溜める。次いで、吸引キャップ３７で印字ヘッド２のノズル開口面を覆った状態で、インク循環用ポンプ３６を駆動させてバッファタンク５内を負圧にして、サブタンク３２内のインクを第１インク流路３４を介して、インク流入筒８からバッファタンク５内へ供給する。その後、吸引ポンプ３９を駆動させることにより、バッファタンク５内のインクを、インク流出口１０から導入管１２、マニホールド室３a を介して、印字ヘッド２の噴射チャンネルに充填する。

印字動作中は循環ポンプ３６の駆動を停止する。印字ヘッド２からのインク吐出に伴い、バッファタンク５内のインクが減少すると、バッファタンク５内の圧力低下によりサブタンク３から第１インク流路３４を通ってインクが補給される。

バッファタンク５内には、インク流入筒８の下端がインク液面よりも下にあるようにインクが貯留されている。

第１インク流路３４を構成する可撓性チュープの壁面から空気がインク中に溶解し、それが時間の経過とともに気泡となってバッファタンク５内に流入する。バッファタンク５内で重力によりインクと気泡とを分離する。大部分の気泡は浮上してその天井部分に溜まる。さらに、気泡がインク中に浮遊したり、バッファタンク５の内面や前記フィルタ１１の箇所に捕捉される等して存在するので、定期的に循環ポンプ３６を所定時間だけ駆動して、循環パージを実行する。

つまり、サブタンク３２→第１インク流路３４→バッファタンク５→第２インク流路３５→サブタンク３２の循環路により、インクを循環させると、サブタンク３２内でインクが流速を落とし、気泡をその浮力により分離し、大気開放部３２ａから大気に放出する（循環パージ）。

その場合は、吸引キャップ３７で印字ヘッド２のノズル部を覆って、密閉状態とするが、吸引ポンプ３９は作動させない。なお、印字ヘッド２における噴射チャンネルまたはノズルがインクの乾燥等により詰まりが発生した場合に、吸引キャップ３７で印字ヘッド２のノズル開口面を覆って、吸引ポンプ３９による吸引パージにより、その詰まりを除去することができる。

前記循環パージにより、バッファタンク５内の気泡を除去するとき、当該バッファタンク５の天井壁７の内面７a が傾斜面であり、その天井壁７の内面７a の最も高い箇所に排出口９を設けることにより、当該バッファタンク５の内部全体がインクで満たされた状態になるときは、気泡は前記傾斜面を伝って最も高い位置の出口部としての排出口９に確実に移行し、第２可撓性チュープ１５や接続部材１６等の第２インク流路３５を介してサブタンク３２に回収されて確実に排出できるのである。

なお、インク流入管８の開口がバッファタンク５の底面に近い位置に有ることにより、当該バッファタンク５内に溜まったインクの液面が前記開口を越えて高い位置になると、インクの流入時にバッファタンク５の空気を巻き込まず、気泡の発生を極力抑えることができるという効果を奏する。

印字ヘッド２は、上記構成の代わりに、公知の発熱部によりインクを局部的に沸騰させて噴射するもの、平面状に並んだ噴射チャンネルに圧電素子等の電気一機械的変位変換手段を対向させたものなどが適用できる。これらの場合も、複数の噴射チャンネルにインクを分配するマニホールド室に、バッファタンクのインク流出口を接続する。

また、バッファタンク５はマニホールド体３を介することなく直接印字ヘッド２に接続するようにしても良い。

循環ポンプ３６は、第２インク流路３５に設けているが、第１インク流路３４に設けることもできる。いずれの場合も、吸引パージ手段で印字ヘッド２のノズル面を密閉することで、循環ポンプを第２インク流路３５に設けた場合には、循環ポンプ３６の動作開始時に印字ヘッド２の噴射チャンネルに負圧が作用するが、噴射チャンネルに気泡が入り込むことがなく、また、循環ポンプを第１インク流路３４に設けた場合には、循環ポンプ３６の動作開始時に印字ヘッド２の噴射チャンネルに正圧が作用するが、噴射チャンネルからインクが漏れることはない。

図２に示す第１実施形態では、バッファタンク５の天井面には、該天井面７ａよりも上方へ突出した所定容量の空間の空気溜まり５ｂを形成する。この空気溜まり５ｂは、上面及び側面を閉塞され、下面をバッファタンク５内へのみ開口している。なお、第２実施形態における他の構成は上記参考例と同じであるので、同じ部品、構造については同じ符号を付して、詳細な説明は省略する。前記のように構成すれば、上記循環ポンプ３６でのバッファタンク５へのインクの供給、循環パージによっても、空気溜まり５ｂには空気が常に存在することになるので、印字（記録）動作において、キャリッジ４に搭載された印字ヘッド２の移動に伴い、第１及び第２インク流路３４、３５内のインクが慣性により移動して、バッファタンク５内のインクに圧力変動を与えても、バッファタンク５内の最上部に位置する空気溜まり５ｂに残留している空気によって、その圧力変動が吸収され、印字ヘッド内の噴射チャンネルには影響を与えない。

また、この第１実施形態においても、傾斜した天井面７ａの上部に、排出口９があるので、前記循環パージの実行により、インク中から発生した気泡を効果的に除去でき、噴射チャンネルに気泡が入り込むことを防止できるのである。

なお、空気溜まり５ｂは、図２のように傾斜した天井面７ａの最も高い位置に設けても良いが、低い位置に設けても同様の効果を奏する。

参考例によるインクジェット記録装置の図である。 本発明の第１実施形態によるインクジェット記録装置の図である。

符号の説明

２ 印字ヘッド
４ キャリッジ
５ バッファタンク
５ａ 底板
５ｂ 空気溜まり
７ 天井壁
８ インク流入筒
９ 排出口
１０ インク流出口
１１ フィルタ
１３ 第１可撓性チューブ
１４、１６ 接続部材
１５ 第２可撓性チューブ
３０ インクカートリッジ
３１ チューブ
３２ サブタンク
３３ 第１ポンプ
３４ 第１インク流路
３５ 第２インク流路
３６ インク循環用ポンプ

Claims (6)

1. 複数の噴射チャンネルを有する印字ヘッドと、この印字ヘッドに供給するインクを貯留するバッファタンクと、インクタンクから前記バッファタンクにインクを供給する第１インク流路と、バッファタンクからインクを回収する第２インク流路とを備え、前記印字ヘッド及びバッファタンクは、移動可能なキャリッジ上に搭載されたインクジェット記録装置において、
   前記バッファタンクの天井面の略全体を、水平面に対して所定の傾斜角度の傾斜面にて形成し、前記バッファタンクの天井面には、該天井面から上方に突出し、バッファタンク内に開口した空気溜まりを設け、
   前記第１インク流路の流入口部のうち、前記傾斜した天井面への接続部の高さ位置よりも高い位置の前記天井面に、前記第２インク流路への出口部を設け、
   前記第１インク流路のバッファタンクヘの流入口部の開口位置は、前記天井面から垂下したインク流入筒の下端において前記第２インク流路への出口部よりも低い位置に配置されていることを特徴とするインクジェット記録装置。
2. 前記天井面の水平面に対する傾斜角度は、５度以上に設定したことを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録装置。
3. 前記第１インク流路のバッファタンクヘの流入口部の開口位置は、前記バッファタンクの底板近傍に開口していることを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェット記録装置。
4. 前記バッファタンクは、その底板に、前記複数の噴射チャンネルに連通するマニホールド室と接続するインク流出口を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
5. 前記印字ヘッドの噴射チャンネルのインク噴射側からインクを吸引する吸引パージ手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
6. 前記インクタンクは前記キャリッジ外に設置され、前記第１インク流路及び第２インク流路は、前記バッファタンクとインクタンクとを接続する可撓性チューブであり、前記インクタンクと第１インク流路とバッファタンクと第２インク流路との間でインクを循環させるポンプを備えることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のインクジェット記録装置。

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