JP4085100B2 - インクジェット記録装置、インクタンク及びインク充填方法 - Google Patents

Description

本発明は、インク吐出方式の記録ヘッドを備えたインクジェット記録装置、インクタンク及びインク充填方法に関するものである。

インクを吐出する吐出口が設けられたインク吐出方式の記録ヘッドを備え、この記録ヘッドからインクを液滴として吐出しこれを用紙に付着させて画像を記録する、いわゆるインクジェット記録装置が知られている。インクジェット記録装置には、インクを収納するインクタンクが設けられており、このインクタンクから記録ヘッドへインクが供給される。記録ヘッドは、例えば、吐出口が形成されたノズルと、ピエゾ素子によって駆動される振動板とを備えており、振動板の振動による圧力変化を利用して、インクタンクからインクをノズルへ吸引して吐出口から噴射する。

インクは消耗品であるため、その補充の便宜を考慮して、インクタンクは、インクジェット記録装置に交換可能に取り付けられるカートリッジタイプのものが多い。このカートリッジタイプのインクタンク（以下、インクカートリッジという）は、インクが使い切られて空になると、インクが充填された新しいインクカートリッジに交換される。インクカートリッジが取り付けられるカートリッジ装着部には、記録ヘッドへインクを供給するためのインク供給針が配置されており、インクカートリッジとノズルとの間は、前記インク供給針を含むインク供給路によってインクが流通可能に接続される。

このインクカートリッジとして、インクが封入される可撓性のインク袋と、このインク袋を保護するケースとからなるインクカートリッジを使用したインクジェット記録装置が知られている（下記特許文献１）。大気がインクと接触すると、気体がインクに溶解してインク内に気泡が発生したり、酸素とインクに含まれる成分とが反応してインクの変質が生じる。そこで、インクと大気との接触を避けるために、インク袋を使用したインクカートリッジが利用される。

また、インクは記録ヘッドのノズルから吐出されるが、インクの荷重によってノズル先端からインク漏れが生じないように、ノズル内部の圧力（以下、ノズル内圧という）は大気に対して負圧にされる。上記インクカートリッジが記録ヘッドよりも上方にある場合には、そのままでは、インクカートリッジ内のインクの荷重によってノズル内圧が加圧されて負圧を維持できなくなってしまうため、下記特許文献１記載のインクジェット記録装置では、インク袋とケースとの間の隙間空間を吸引ポンプによって負圧することにより、ノズル内圧を負圧に維持するようにしている。

このノズル内圧は、インク袋内の残量が減少すると、負圧が大きくなり、これにより吐出量が減少して印画濃度が低下してしまう。そこで、下記特許文献１記載のインクジェット記録装置では、ノズル内圧を測定する圧力センサを設けて、その測定値に応じて前記吸引ポンプの吸引量を調節することにより、ノズル内圧が規定範囲に維持されるように制御している。
特開２００３−３００３３１号公報

しかしながら、圧力センサによってノズル内圧を測定してノズル内圧を制御する方法は、圧力センサの検出遅れが発生すると、ノズル内圧の調節が間に合わず、安定したインク吐出を行えないという問題がある。吐出が不安定になると、濃度むらなど画質不良を引き起こす。こうした問題は、特に、ベタ画像など印字デューティ（印字比率）が高い場合に顕著になる。

本発明の目的は、インク袋を使用したインクタンクから供給されるインクの記録ヘッドによる吐出安定性を確保することを目的とする。

本発明のインクジェット記録装置は、インクを吐出するノズルを持ち画像データに基づいてその吐出量が制御される記録ヘッドを備えており、インクを貯留するインク袋とこのインク袋を収容し外気と遮断密閉するケースとからなり前記記録ヘッドよりも上方に配置されたインクタンクから、前記記録ヘッドへインクを供給して画像を記録するインクジェット記録装置において、前記ケース内の空気を吸排気することにより、前記インク袋と前記ケース内壁との隙間空間の圧力を調節するケース内圧調節手段と、前記記録ヘッドによる記録中に、前記画像データの中から未記録の画像データを先読みして所定時間後に消費されるインク消費量を予測し、その予測値に基づいて、所定時間後の前記ノズルの吐出口から前記インク袋内のインク液面までの揚水高さを予測する揚水高さ予測手段と、前記ノズル内の圧力が規定範囲に維持されるように、予測した揚水高さに応じて前記ケース内圧調節手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。

前記ケース内圧調節手段は、例えば、マイクロポンプが使用される。

前記インクの温度を測定する温度センサと、測定されたインク温度に基づいてインク粘度を算出するインク粘度算出手段と、算出されたインク粘度に基づいて、前記インク袋から前記記録ヘッドへ至るインク供給路内の圧力損失を算出する圧力損失算出手段とを設け、前記制御手段は、算出された圧力損失に基づいて、前記ケース内圧調節手段を制御することが好ましい。

前記インク供給路には、例えば、前記インクカートリッジと前記記録ヘッドとを接続する中空状のインク供給針と、前記インク袋から流出するインクを濾過するフイルタとが含まれる。

前記ノズル内圧を測定する圧力センサを設け、前記制御手段は、前記記録ヘッドによる印画開始前に、前記圧力センサの測定値に基づいて前記ケース内圧調節手段を作動させて、前記ノズル内の圧力を前記規定範囲内に調節することが好ましい。

また、本発明の別のインクジェット記録装置は、インクを吐出するノズルを持ち画像データに基づいてその吐出量が制御される記録ヘッドを備えており、インクを貯留するインク袋とこのインク袋を収容し外気と遮断密閉するケースとからなり前記記録ヘッドよりも上方に配置されたインクタンクから、前記記録ヘッドへインクを供給して画像を記録するインクジェット記録装置において、前記ケース内の空気を吸排気することにより、前記インク袋と前記ケース内壁との隙間空間の圧力を調節するケース内圧調節手段と、前記記録ヘッドによる記録中に、前記画像データの中から未記録の画像データを先読みして所定時間後に消費されるインク消費量を予測するインク消費量予測手段と、前記インクの温度を測定する温度センサと、測定されたインク温度に基づいてインク粘度を算出するインク粘度算出手段と、算出されたインク粘度と予測されたインク消費量とに基づいて、前記インク袋から前記記録ヘッドへ至るインク供給路内の圧力損失を算出する圧力損失算出手段と、前記ノズル内の圧力が規定範囲に維持されるように、前記圧力損失に応じて前記ケース内圧調節手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。

本発明のインクタンクは、インク吐出方式の記録ヘッドを持つインクジェット記録装置に用いられ、前記記録ヘッドへ供給するインクを収納するインクタンクにおいて、前記インクを貯留するインク袋と、このインク袋を収容し外気と遮断密閉するケースと、前記インク袋から前記ケース外へインクを取り出すインク取出部とからなり、前記インクジェット記録装置に設けられ、記録すべき画像データの先読みにより予測された前記揚水高さに応じて、前記ケースの内壁と前記インク袋との隙間空間の圧力を調節するためのケース内圧調節手段を接続する接続部を、前記ケースに設けたことを特徴とする。

前記インクジェット記録装置に着脱自在にセットされることが好ましい。

前記インク袋から取り出されるインクを濾過するフイルタが設けられている。

前記フイルタは、前記インク袋の口部付近に、インクが通過するフイルタ面が鉛直方向と略平行になるように縦向きに配置されており、前記インク袋内には、前記フイルタの下方に、前記フイルタに付着した付着物を吸着する吸着部が設けられており、この吸着部は、前記フイルタ面から落下した付着物を吸着できるようにその吸着面が略水平になるように横向きに配置されることが好ましい。

前記接続部には、前記ケース内圧調節手段が接続されていないときに、前記ケース内への外気の流入を阻止する逆流防止弁が設けられていることが好ましい。

前記インク袋は、略直方体形状をしており、その内部のインク残量の減少に伴って上面が略水平状態を保って鉛直方向に下降しながら折り畳まれるように、その側面に蛇腹状の折り目が形成されていることが好ましい。

前記インク袋の鉛直方向の高さは、幅及び奥行きよりも小さいことが好ましい。また、前記インク袋の鉛直方向の高さは、約５０ｍｍ以内であることが好ましい。

本発明のインク充填方法は、インク吐出方式の記録ヘッドへ供給されるインクを貯留するインク袋と、このインク袋を収容し外気と遮断密閉するケースと、このケースに形成され、前記インク袋と前記ケースの内壁との隙間空間の圧力を調節するケース内圧調節手段が接続される接続部と、記記録ヘッドへインクを供給するために前記インク袋からインクを取り出すインク取出部と、からなるインクタンクに対して、インクを充填するインク充填方法において、前記接続部に前記ケース内圧調節手段を接続して前記隙間空間を加圧することにより、前記インク取出部を通じて前記インク袋内の残留物を排出する排出ステップと、前記インク取出部に前記インク袋へ注入するインクが収納されたインク注入容器を取り付ける注入容器取り付けステップと、前記ケース内圧調節手段によって前記隙間空間を減圧することにより、前記インク注入容器から前記インク袋内へインクを吸引して充填する充填ステップとを含むことを特徴とする。

本発明のインクジェット記録装置は、インクを吐出するノズルを持ち画像データに基づいてその吐出量が制御される記録ヘッドを備えており、インクを貯留するインク袋とこのインク袋を収容し外気と遮断密閉するケースとからなり前記記録ヘッドよりも上方に配置されたインクタンクから、前記記録ヘッドへインクを供給して画像を記録するインクジェット記録装置において、前記ケース内の空気を吸排気することにより、前記インク袋と前記ケース内壁との隙間空間の圧力を調節するケース内圧調節手段と、前記記録ヘッドによる記録中に、前記画像データの中から未記録の画像データを先読みして所定時間後に消費されるインク消費量を予測し、その予測値に基づいて、所定時間後の前記ノズルの吐出口から前記インク袋内のインク液面までの揚水高さを予測する揚水高さ予測手段と、前記ノズル内の圧力が規定範囲に維持されるように、予測した揚水高さに応じて前記ケース内圧調節手段を制御する制御手段とを備えたから、インク袋を使用したインクタンクから供給されるインクの記録ヘッドによる吐出安定性を確保することができる。

図１に示すインクジェット記録装置１０は、用紙１１に対してインクを吐出して付着させることにより画像を記録する記録ヘッド１２を備えている。記録ヘッド１２は、インクを吐出する吐出口が形成された複数のノズル１２ａ（図２参照）を備えており、これら複数のノズルの吐出口が配列された吐出面が用紙１１の記録面と対面するように配置される。記録ヘッド１２は、用紙１１の幅方向（主走査方向Ｘ）に移動自在なキャリッジ１３に取り付けられており、キャリッジ１３の底面に形成された開口から前記吐出面が露呈される。記録ヘッド１２は、キャリッジ１３の移動に伴って用紙１１の幅方向に沿って往復動しながら、画像をライン記録する。この記録ヘッド１２が１往復動する毎に、図示しない搬送ローラによって用紙１１が副走査方向Ｙへ、記録ヘッド１２の１往復動による記録幅分送られる。こうした動作が繰り返されて、１画面分の画像が記録される。

キャリッジ１３は、ガイド棒１４ａ，１４ｂにスライド自在に取り付けられており、ベルト１６と１対のプーリ１７とからなるベルト機構１８によって駆動される。キャリッジ１３には、記録ヘッド１２の上方に、例えば、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの４色のインクがそれぞれ収納された４つのインクカートリッジ２１が着脱自在に取り付けられる。

キャリッジ１３には、各インクカートリッジ２１が差し込まれる複数のスロットが形成されている。スロットへインクカートリッジ２１が差し込まれると、インクカートリッジ２１と記録ヘッド１２との間の流路が接続されて、インクの供給が可能になる。記録ヘッド１２には、各ノズルに対応してピエゾ素子によって駆動される振動板が設けられており、この振動板の振動による圧力変化により、インクカートリッジ２１内のインクがノズル１２ａ（図２参照）へ吸引され、吐出口から噴射される。また、キャリッジ１３には、後述する複数のマイクロポンプ４１（図２参照）からなるポンプユニット１５が設けられている。各マイクロポンプ４１は、各インクカートリッジ２１にそれぞれ接続される。

図２に示すように、インクカートリッジ２１は、インク３１を収納して貯留するインク袋３２と、このインク袋３２を収容して前記インク袋３２を外気と遮断密閉するケース３３とからなる。インク袋３２は、可撓性を有しており、インクを気密に収納する。このインク袋３２にインクを封入することで、インクが外気と接触することが防止され、気泡の発生やインクの変質が抑制される。

ケース３３は、例えば、プラスチックで形成されており、インク袋３２を保護する。ケース３３の底部には、インク袋３２内のインクを、記録ヘッド１２に向けて供給するためのインク取出部３４が設けられている。インク取出部３４は、その一部が下方に突出しており、この突出部分がキャリッジ１３の接続部１３ａと嵌合する。インク取出部３４には、インクを流通させることが可能な多孔質部材３７が設けられている。この多孔質部材３７には、インク供給路の一部を構成する中空状のインク供給針３６が差し込まれる。

インク袋３２の口部には、インク袋３２から流出するインクを濾過するフイルタ３８が設けられている。インク袋３２内のインクは、経時により分散していた顔料が凝集する場合があり、そのインク凝集物がインク供給路に流れると、ノズル１２ａの詰まりの原因となる。インク凝集物は、フイルタ３８に付着して捕獲されて、インク供給路への流出が阻止される。

このフイルタ３８は、インクが通過するフイルタ面３８ａが鉛直方向と略平行になるように縦向きに配置されている。このフイルタ３８の下方には、インク凝集物を吸着する吸着部材３９が設けられている。この吸着部材３９は、その吸着面３９ａが略水平方向になるように横向きに配置される。この吸着部材３９は、ケース３３の床面に位置するので、ケース３３の床面に向かって下降してくるインク凝集物を吸着する。また、吸着部材３９は、フイルタ面３８ａにいったん接触した後、落下したインク凝集物を吸着する。こうしてインク凝集物を捕獲することにより、それらが再度インク内で浮遊することが防止される。

また、この吸着部材３９の底面は、インク袋３２の内面に接着されるとともに、その接着位置に対応するインク袋３２の外面は、ケース３３の内壁に接着される。こうして、吸着部材３９の位置が固定される。これにより、インクの消費によってインク袋３２が萎んだ場合でも、例えば、インク袋３２が底面から浮き上がって、吸着部材３９がフイルタ面３８ａに貼り付いたり、吸着部材３９がインク袋３２内で暴れるなど、吸着部材３９の位置が不用意に移動しないようにしている。

インク袋３２は、このフイルタ３８と多孔質部材３７とを当接させた状態でケース３３に取り付けられる。インク袋３２内のインクは、フイルタ３８，多孔質部材３７，インク供給針３６を通過してインクカートリッジ２１の外に送り出される。

記録ヘッド１２には、ノズル１２ａが設けられており、このノズル１２ａと、インク供給針３６とは供給管によって接続される。これにより、フイルタ３８，多孔質部材３７，インク供給針３６を通ってノズル１２ａに至るインク供給路が確立される。アクチュエータ１２ｂは、ピエゾ素子，振動板，圧力室からなり、インク供給路を通じて、インクカートリッジ２１からインクを吸引し、吸引したインクをノズル１２ａから吐出させる。

コントローラ４６は、インクジェット記録装置１０の各部を統括的に制御する。画像メモリ４７は、例えば、メモリーカードやデジタルカメラなどからインクジェット記録装置１０に取り込んだ画像データを記憶する。コントローラ４６には、画像データに基づいて記録ヘッド１２を駆動するヘッドドライバ４８が接続されている。ヘッドドライバ４８は、アクチュエータ１２ｂを駆動して、画像データに応じた量のインクをノズル１２ａから吐出させる。

マイクロポンプ４１は、インク袋３２とケース３３の内壁との隙間空間４４の圧力（以下、ケース内圧という）を調節するケース内圧調節手段である。インクジェット記録装置１０は、このマイクロポンプ４１を制御して、ケース内圧を調節することにより、ノズル１２ａ内の圧力（ノズル内圧）を負圧に維持する。マイクロポンプ４１としては、例えば、圧電素子とダイヤフラムを使用した小型のものが使用される。インクカートリッジ２１は、ノズル１２ａの上方に配置されるため、そのインクの重量によってノズル１２ａには、大気に対して正の圧力（正圧）が作用し、そのままでは、ノズル１２ａの吐出口から外部にインクが漏れ出てしまう。

そこで、マイクロポンプ４１によって、隙間空間４４を負圧にすることでインク袋３２を膨張させ、これにより、ノズル１２ａ内に、インク重量に起因する正圧に対抗する圧力を発生させることで、ノズル内圧が大気に対して負圧になるように維持される。これにより、インク漏れが防止される。しかし、負圧が大きすぎると、ノズル１２ａ内のインクのメニスカスが破壊されてしまうので、ノズル径が約２０μｍ〜４０μｍの場合のノズル内圧Ｐｎの規定範囲は、次の条件式（１）
−２０００Ｐａ＜Ｐｎ＜−２００Ｐａ・・・・・・・（１）
で表わされる。

インク重量によってノズル１２ａ内に作用する圧力Ｐｗは、ノズル１２ａの吐出口からインク袋３２内のインクの液面までの高さ（揚水高さ）をＨ、インクの密度をρ、重力加速度をｇとすると、ρｇＨとなる。この圧力Ｐｗは、インクの消費によってインク袋３２内のインク残量が減少すると、揚水高さＨが低くなり、それに応じて減少する。コントローラ４６には、マイクロポンプ４１を制御するポンプ制御部４９が接続されている。このポンプ制御部４９は、この圧力Ｐ１の変化に応じて隙間空間４４の圧力が変化するように、マイクロポンプ４１を制御する。

ポンプ制御部４９は、インク流量予測部５０，揚水高さ予測部５１，ＲＯＭ５２，ケース内圧調整値算出部５３，インク粘度算出部５４，圧力損失算出部５６からなる。インク流量予測部５０は、記録ヘッド１２による印画中に、画像メモリ４７から、未記録の画像データを先読みして、所定時間経過後に記録ヘッド１２に向けてインク供給路内を流れるインク流量Ｑを予測する。このインク流量Ｑは、所定時間後のインク消費量に相当するから、揚水高さ予測部５１は、インク流量Ｑに基づいて、所定時間経過後の揚水高さＨを予測する。インク流量Ｑは、画像データに応じて決まる。そのため、図３に示すように、画像データが分かれば、それに基づいて、単位時間ｔ（例えば、１秒）毎のインク流量Ｑ１〜Ｑｎを予め求めることができる。揚水高さ予測部５１は、画像データに基づいて各インク流量Ｑ１〜Ｑｎを求める。そして、これら各インク流量Ｑ１〜Ｑｎは、単位時間当たりのインク消費量であるから、揚水高さ予測部５１は、インク袋３２内の満タン時のインク量からそれらを順次減算してインク残量を求め、それに応じた揚水高さＨを予測する。

ケース内圧調整値算出部５３は、揚水高さ予測部５１によって予測された揚水高さＨに基づいて、印画中に、所定時間経過後の正圧Ｐｗ（ρｇＨ）を求める。正圧Ｐｗは、インク袋３２内のインク残量の減少に応じて、減少する。ケース内圧調整値算出部５３は、正圧Ｐｗの変化によって、ノズル内圧Ｐｎが、上記式（１）の規定範囲（−２０００Ｐａ＜Ｐｎ＜−２００Ｐａ）から外れないように、正圧Ｐｗの変化分に見合うケース内圧Ｐｃの調整値を算出する。ポンプ制御部４９は、この調整値に基づいて、ポンプドライバ５７を介してマイクロポンプ４１を制御する。例えば、インク消費によって正圧Ｐｗが減少するので、それに見合うケース内圧Ｐｃになるように、マイクロポンプ４１は、ケース３３内に外気を取り込み、隙間空間４４の圧力を上昇させる。

また、記録ヘッド１２には、ノズル内圧Ｐｎを測定する圧力センサ６３が設けられている。この圧力センサ６３の測定値（実測内圧）は、コントローラ４６を経由して、ケース内圧調整値算出部５３に送られる。圧力センサ６３による測定は、印画開始前に行われる。ケース内圧調整値算出部５３は、印画開始前に、この測定値に基づいて、ノズル内圧Ｐｎが上記規定範囲内に収まるように、ケース内圧Ｐｃの調整値を算出する。そして、ポンプ制御部４９は、この調整値に基づいてマイクロポンプ４１を作動させて、ケース内圧Ｐｃを調節する。こうした圧力制御がノズル内圧Ｐｎが適正値になるまで繰り返される。そして、ケース内圧調整値算出部５３は、印画開始前に調節されたケース内圧Ｐｃを、印画中の調整値算出の基準値として使用する。

圧力センサ６３による制御は、正確な制御が実行できる反面、圧力センサの検出遅れや演算処理の遅れなどに起因する制御遅れの懸念がある。しかし、印画開始前であれば、制御に多少時間がかかっても問題はない。

また、ノズル内圧Ｐｎは、印画時に、インクカートリッジ２１から記録ヘッド１２へ向けてインクがインク供給路内を流れるときの圧力損失ΔＰの影響を受ける。圧力損失ΔＰは、単位時間当たりのインク流量をＱ、インク粘度をμ、圧力損失部の等価直径をＤ、圧力損失部の等価長さをＬとすると、次式（２）で求められる。
ΔＰ＝（１２８・Ｑ・μ・Ｌ）／（πｄ⁴ ）・・・・・・（２）

この圧力損失ΔＰは、特に、インク供給路内にフイルタ３８や多孔質部材３７などが配置されている場合には、無視できない大きさとなる。しかも、図４に示すように、インク粘度μはインク温度によって変化するため、印画中にインク温度変化が生じると、ノズル内圧Ｐｎが変動して、吐出量が不安定になる原因となる。例えば、インク粘度μが上昇すると、吐出量は減少し、濃度が低下する。

そこで、インクジェット記録装置１０は、ノズル内圧Ｐｎを制御するに当たって、この圧力損失ΔＰも考慮するようにしている。キャリッジ１３には、温度センサ６２が設けられており、この温度センサ６２によって、インクカートリッジ２１内のインク温度が測定される。インク粘度算出部５４は、温度センサ６２の実測温度に基づいてインク粘度μを算出する。圧力損失算出部５６は、算出されたインク粘度μに基づいて、上記式（２）に従って、圧力損失ΔＰを求める。ケース内圧調整値算出部５３は、上記インク重量による正圧Ｐｗに加えて、この圧力損失ΔＰも考慮して、調整値を求める。このように、圧力損失ΔＰを考慮することにより、インク温度によるノズル内圧Ｐｎの変動を補正し、温度変化によらず吐出量を安定させることができる。

インク重量による正圧Ｐｗとインク粘度による圧力損失ΔＰを考慮して、上記ノズル内圧Ｐｎの条件式（１）を変形すると、次式（３）になる。
−２０００Ｐａ＜Ｐｎ＝Ｐｗ−Ｐｃ−ΔＰ＜−２００Ｐａ・・・・・・（３）
ケース内圧調整値算出部５３は、ノズル内圧Ｐｎが、この式（３）の条件を満たすように、基準圧力値に対するケース内圧Ｐｃの調整値を算出する。ＲＯＭ５２には、ポンプ制御部４９が演算を実行する際に参照する各種のデータが記憶される。

このように、ポンプ制御部４９は、印画開始前に、圧力センサ６３でノズル内圧Ｐｎを実測し、そのノズル内圧Ｐｎが上記規定範囲に収まるようにケース内圧Ｐｃを調節するとともに、印画中には、所定時間後に記録すべき画像データを先読みしてケース内圧Ｐｃを調節することで、ノズル内圧Ｐｎを制御する。そのため、印画中に圧力センサの測定値に基づいてノズル内圧を制御する従来の方法と比較して、制御遅れの懸念がないので、吐出安定性が改善される。

マイクロポンプ４１の吸排気管４１ａは、ケース３３に設けられた接続部６４に接続される。接続部６４には、空気の出入り口６４ａの奥に、空気の逆流を防止する逆流防止弁６４ｂが取り付けられている。逆流防止弁６４ｂは、マイクロポンプ４１がインクカートリッジ２１から取り外されているときに、出入り口６４ａからケース３３内に外気が進入することを防止する。そして、インクカートリッジ２１がキャリッジ１３に装着されると、吸排気管４１ａが接続部６４に接続され、例えば、吸排気管４１ａの先端に設けられた図示しないピンによって弁が開き出入り口６４ａが開放されて、空気の流入及び流出が可能になる。

なお、キャリッジ１３には、複数のインクカートリッジ２１が装着されており、これら各インクカートリッジ２１に対応するノズル１２ａが設けられる。上記ノズル内圧調節処理は、各ノズル１２ａ毎に行われる。

以下、図５に示すフローチャートに従って、上記構成の作用を説明する。インクカートリッジ２１をキャリッジ１３に装着した状態で、インクジェット記録装置１０の電源がオンされると、ポンプ制御部４９は、圧力センサ６３の測定値に基づいて、マイクロポンプ４１を作動させて、ノズル内圧Ｐｎが規定範囲になるようにケース内圧Ｐｃを調節する。このケース内圧Ｐｃの初期調節が終了して、印画指示がなされると、画像データに基づくノズル内圧調節処理が開始される。コントローラ４６は、画像メモリ４７から、所定時間後に記録すべき所定ラインの画像データを読み出し、その画像データがポンプ制御部４９に送られる。

インク流量予測部５０は、画像データに基づいて、所定時間後にインク供給路を流れるインク流量Ｑを予測する。インク粘度算出部５４は、温度センサ６２によって測定されたインク温度に基づいてインク粘度μを算出し、圧力損失算出部５６は、そのインク粘度μと予測されたインク流量Ｑに基づいて、所定時間後のインク供給路内の圧力損失ΔＰを算出する。また、揚水高さ予測部５１は、予測されたインク流量Ｑに基づいて、所定時間後の揚水高さＨを予測する。ケース内圧調整値算出部５３は、揚水高さＨに基づいて、インク重量による正圧Ｐｗを求め、ノズル内圧Ｐｎが式（３）の条件を満たすように、ケース内圧Ｐｃの調整値を算出する。ポンプ制御部４９は、この調整値に基づいて、マイクロポンプ４１を駆動して、ケース内圧Ｐｃを調節する。これにより、ノズル内圧Ｐｎが前記規定範囲内に維持される。

このノズル内圧Ｐｎの制御は、前記調整値を算出するために先読みされた画像データに基づく印画のタイミングに合わせて実行される。こうしたノズル内圧制御を実行しながら印画が行われる。印画が終了すると、ノズル内圧制御も終了する。ノズル内圧制御は、画像データに基づいて行われるから、制御遅れがないため、印画中、吐出動作が安定し、濃度むらの無い良好なプリント画像が得られる。

図６は、上記インクカートリッジ２１へのインク充填方法の説明図である。まず、接続部６４に充填用ポンプ７１が取り付けられる。この充填用ポンプ７１によってケース３３内に空気を送り込み、ケース内圧Ｐｃを大気圧の数倍で加圧することにより、インク袋３２を萎ませて、インク袋３２内の残留物（気体など）をインク取出部３４から排出する。

次に、インク取出部３４にインク充填用タンク７３が取り付けられる。インク充填用タンク７３は、収納されているインクの吸い出しに応じて萎むように、可撓性を有する材料で形成されている。インク充填用タンク７３の口には、例えば、ゴム栓７３ａが取り付けられており、このゴム栓をインク供給針３６に挿入するとともに、その上面が多孔質部材３７の底面に圧接される。これにより、インク充填用タンク７３の口とインク取出部３４の接続部分の気密性が確保される。

そして、このインク充填用タンク７３を取り付けた状態で、充填用ポンプ７１によってケース３３内の空気を吸い込み、ケース内圧Ｐｃを減圧する。これにより、インク袋３２が膨張し、インク充填用タンク７３内のインクがインク取出部３４を通じてインク袋３２内に吸い込まれて、インクが充填される。インクが充填された後、充填用ポンプ７１によって、インク供給針３６内のインクのメニスカスが維持されるように、ケース内圧Ｐｃの圧力が調節される。

図７に示すように、インク充填時には、インク取出部３４をインクが印画時とは逆方向に流れて、フイルタ３８を通過して、インク袋３２内に注入される。インクカートリッジ２１が一度使用された後回収されて、再充填が行われるような場合には、フイルタ面３８ａにインク凝集物が付着している場合がある。そのような場合には、インク充填時のインクの流入圧力によって、フイルタ面３８ａに付着したインク凝集物７６がフイルタ面３８ａから剥がれて、下方に向けて落下する。しかし、フイルタ３８の下方には、吸着部材３９が設けられているので、この吸着部材３９によって、フイルタ面３８ａから落下したインク凝集物を吸着して捕獲することができる。

図８は、上記実施形態とは別のインクカートリッジ８１を示す。インクカートリッジ８１は、上記実施形態のインクカートリッジ２１と同様に、インク袋８２と、これを収容するケース８３とからなり、インク取出部８４と接続部８５が設けられている。インク袋８２は、略直方体形状をしている。インク袋８２の鉛直方向の高さＺは、その幅Ｘ及び奥行きＹよりも小さい。

このように、インク袋８２の高さＺを低く形成することにより、揚水高さＨを低くすることができるので、正圧Ｐｗを小さくすることができる。正圧Ｐｗが小さくなれば、それに対抗するためのケース８３内の負圧も小さくすることができるので、マイクロポンプの能力を小さくすることができる。ケース８３内に発生させる負圧が小さい場合には、ケース８３の密閉度を高めなくて済むので、比較的安価な材料を使用することが可能となり、インクカートリッジ８１の部品コストが抑えられる。また、インク袋８２の高さを低くすれば、インクジェット記録装置本体の高さも抑えられる。

また、インク袋８２の側面には、その全周に渡って蛇腹状の折り目８２ａが形成されている。この折り目８２ａを形成することにより、インク袋８２が、その内部のインク残量の減少に伴って上面が略水平状態を保って鉛直方向に下降しながら折り畳まれるようにしている。インク袋８２をこのように形成することで、内部のインク液面の変位、すなわち、揚水高さＨの変位を比較的連続的にすることができる。このため、インク重量による正圧Ｐｗの変化に対するノズル内圧制御の精度が向上する。

また、インク袋８２の高さＺは、約５０ｍｍ以内であることが好ましい。高さＺは、揚水高さＨの変位量に関係するので、その値がこの程度の大きさであれば、正圧Ｐｗの変動幅が小さくなるので、上記条件式（３）を前提にしたノズル内圧制御においては、正圧Ｐｗを考慮せずに済む可能性もある。

上記実施形態では、ノズル内圧を、インク重量に起因する正圧と、圧力損失の両方に基づいて制御した例で説明したが、どちらか一方のみに基づいて制御するようにしてもよい。

なお、上記実施形態では、インクタンクと記録ヘッドとが分離可能に別体で構成されたインクカートリッジの例で説明したが、インクタンクと記録ヘッドとを一体に構成してもよい。また、インクタンクを、インクジェット記録装置に着脱自在に装着されるインクカートリッジの例で説明したが、着脱自在でなくてもよい。

インクジェット記録装置の概略構成を示す説明図である。 インクカートリッジの断面図である。 単位時間当たりのインク流量の変化を示すグラフである。 インク温度とインク粘度の関係を示すグラフである。 ノズル圧力制御手順を示すフローチャートである。 インク充填方法を示すフローチャートである。 インク充填時の吸着部材へのインク凝集物の吸着状況を示す説明図である。 別のインクカートリッジの説明図である。

符号の説明

１０ インクジェット記録装置
１１ 用紙
１２ 記録ヘッド
１２ａ ノズル
１３ キャリッジ
２１ インクカートリッジ
３２ インク袋
３３ ケース
３４ インク取出部
３６ インク供給針
４１ マイクロポンプ
４６ コントローラ
４９ ポンプ制御部
５１ 揚水高さ予測部
５４ インク粘度算出部
５６ 圧力損失算出部
５３ ケース内圧調整値算出部

Claims (15)

1. インクを吐出するノズルを持ち画像データに基づいてその吐出量が制御される記録ヘッドを備えており、インクを貯留するインク袋とこのインク袋を収容し外気と遮断密閉するケースとからなり前記記録ヘッドよりも上方に配置されたインクタンクから、前記記録ヘッドへインクを供給して画像を記録するインクジェット記録装置において、
   前記ケース内の空気を吸排気することにより、前記インク袋と前記ケース内壁との隙間空間の圧力を調節するケース内圧調節手段と、
   前記記録ヘッドによる記録中に前記画像データの中から未記録の画像データを先読みして、前記画像データに応じて決まる前記記録ヘッドに向けて流れるインク流量を予測することで、前記インク流量に相当する所定時間後に消費される単位時間当たりのインク消費量を予測し、その予測値に基づいて、所定時間後の前記ノズルの吐出口から前記インク袋内のインク液面までの揚水高さを予測する揚水高さ予測手段と、
   前記ノズル内の圧力が規定範囲に維持されるように、予測した揚水高さに応じて前記ケース内圧調節手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とするインクジェット記録装置。
2. 前記ケース内圧調節手段は、マイクロポンプであることを特徴とする請求項１記載のインクジェット記録装置。
3. 前記インクの温度を測定する温度センサと、測定されたインク温度に基づいてインク粘度を算出するインク粘度算出手段と、算出されたインク粘度に基づいて、前記インク袋から前記記録ヘッドへ至るインク供給路内の圧力損失を算出する圧力損失算出手段とを設け、前記制御手段は、算出された圧力損失に基づいて、前記ケース内圧調節手段を制御することを特徴とする請求項１又は２記載のインクジェット記録装置。
4. 前記インク供給路には、前記インクカートリッジと前記記録ヘッドとを接続する中空状のインク供給針と、前記インク袋から流出するインクを濾過するフイルタとが含まれることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載のインクジェット記録装置。
5. 前記ノズル内圧を測定する圧力センサを設け、前記制御手段は、前記記録ヘッドによる印画開始前に、前記圧力センサの測定値に基づいて前記ケース内圧調節手段を作動させて、前記ノズル内の圧力を前記規定範囲内に調節することを特徴とする請求項１〜４いずれか記載のインクジェット記録装置。
6. インクを吐出するノズルを持ち画像データに基づいてその吐出量が制御される記録ヘッドを備えており、インクを貯留するインク袋とこのインク袋を収容し外気と遮断密閉するケースとからなり前記記録ヘッドよりも上方に配置されたインクタンクから、前記記録ヘッドへインクを供給して画像を記録するインクジェット記録装置において、
   前記ケース内の空気を吸排気することにより、前記インク袋と前記ケース内壁との隙間空間の圧力を調節するケース内圧調節手段と、
   前記記録ヘッドによる記録中に前記画像データの中から未記録の画像データを先読みして、前記画像データに応じて決まる前記記録ヘッドに向けて流れるインク流量を予測することで、前記インク流量に相当する所定時間後に消費される単位時間当たりのインク消費量を予測するインク消費量予測手段と、
   前記インクの温度を測定する温度センサと、
   測定されたインク温度に基づいてインク粘度を算出するインク粘度算出手段と、
   算出されたインク粘度と予測されたインク消費量とに基づいて、前記インク袋から前記記録ヘッドへ至るインク供給路内の圧力損失を算出する圧力損失算出手段と、
   前記ノズル内の圧力が規定範囲に維持されるように、前記圧力損失に応じて前記ケース内圧調節手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とするインクジェット記録装置。
7. インク吐出方式の記録ヘッドによる記録中に前記画像データの中から未記録の画像データを先読みして、前記画像データに応じて決まる前記記録ヘッドに向けて流れるインク流量を予測することで、前記インク流量に相当する所定時間後に消費される単位時間当たりのインク消費量を予測するインク消費量予測手段を備えたインクジェット記録装置に用いられ、前記記録ヘッドへ供給するインクを収納するインクタンクであって、
   前記インクを貯留するインク袋と、
   このインク袋を収容し外気と遮断密閉するケースと、
   前記インク袋から前記ケース外へインクを取り出すインク取出部と、
   前記ケースに設けられ、前記インク消費量予測手段で予測される前記インク消費量に基づいて、前記ケースの内壁と前記インク袋との隙間空間の圧力を調節する前記インクジェット記録装置のケース内圧調節手段を接続する接続部とを備えたことを特徴とするインクタンク。
8. 前記インクジェット記録装置に着脱自在にセットされることを特徴とする請求項７記載のインクタンク。
9. 前記インク袋から取り出されるインクを濾過するフイルタを設けたことを特徴とする請求項７又は８記載のインクタンク。
10. 前記フイルタは、前記インク袋の口部付近に、インクが通過するフイルタ面が鉛直方向と略平行になるように縦向きに配置されており、前記インク袋内には、前記フイルタの下方に、前記フイルタに付着した付着物を吸着する吸着部が設けられており、この吸着部は、前記フイルタ面から落下した付着物を吸着できるようにその吸着面が略水平になるように横向きに配置されることを特徴とする請求項７〜９いずれか記載のインクタンク。
11. 前記接続部には、前記ケース内圧調節手段が接続されていないときに、前記ケース内への外気の流入を阻止する逆流防止弁が設けられていることを特徴とする請求項７〜１０いずれか記載のインクタンク。
12. 前記インク袋は、略直方体形状をしており、その内部のインク残量の減少に伴って上面が略水平状態を保って鉛直方向に下降しながら折り畳まれるように、その側面に蛇腹状の折り目が形成されていることを特徴とする請求項７〜１１いずれか記載のインクタンク。
13. 前記インク袋の鉛直方向の高さは、幅及び奥行きよりも小さいことを特徴とする請求項７〜１２いずれか記載のインクタンク。
14. 前記インク袋の鉛直方向の高さは、約５０ｍｍ以内であることを特徴とする請求項７〜１３記載のインクタンク。
15. インク吐出方式の記録ヘッドによる記録中に前記画像データの中から未記録の画像データを先読みして、前記画像データに応じて決まる前記記録ヘッドに向けて流れるインク流量を予測することで、前記インク流量に相当する所定時間後に消費される単位時間当たりのインク消費量を予測するインク消費量予測手段を備えたインクジェット記録装置に用いられ、前記記録ヘッドへ供給されるインクを貯留するインク袋と、このインク袋を収容し外気と遮断密閉するケースと、このケースに形成され、前記インク消費量予測手段で予測される前記インク消費量に基づいて、前記インク袋と前記ケースの内壁との隙間空間の圧力を調節するケース内圧調節手段が接続される接続部と、前記記録ヘッドへインクを供給するために前記インク袋からインクを取り出すインク取出部とからなるインクタンクに対して、インクを充填するインク充填方法であって、
    前記接続部に前記ケース内圧調節手段を接続して前記隙間空間を加圧することにより、前記インク取出部を通じて前記インク袋内の残留物を排出する排出ステップと、
    前記インク取出部に前記インク袋へ注入するインクが収納されたインク注入容器を取り付ける注入容器取り付けステップと、
    前記ケース内圧調節手段によって前記隙間空間を減圧することにより、前記インク注入容器から前記インク袋内へインクを吸引して充填する充填ステップとを含むことを特徴とするインク充填方法。

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