JP4105135B2 - インクジェットヘッド装置、インクジェット装置、及びインクジェットヘッド装置のインク供給方法 - Google Patents

Description

本発明は、インクを媒体に吐出するインクジェットヘッド装置及びインクジェット装置、並びにインクジェットヘッド装置に用いるインク供給方法に関するものである。より具体的には、インクタンク、インクジェットヘッド及びキャリッジを備えたインクジェットヘッド装置、及び当該インクジェットヘッド装置を用いたインクジェット装置、並びに当該インクジェットヘッド装置に適用する、インクをインクタンクからインクジェットヘッドに供給するための方法に関するものである。なお、上記インクとは、紙等の媒体に対して印字又は描画を行うものに限定されるものではなく、流体一般を指す。

現在、インクジェット技術を利用した装置としては、例えば、記録紙等の記録媒体にインクを吐出して描画（印字を含む。以下同じ。）を行うインクジェットプリンタや基板上に回路を形成する産業用装置等がある。これらのインクジェット装置は、インクを貯蓄するインクタンクと、インクを調節しながら吐出するインクジェットヘッドと、インクジェットヘッドを移動させるキャリッジとを備えている。

そして、一般に用いられている従来のインクジェット装置では、インクタンクは、キャリッジ上のインクジェットヘッドよりも高い位置に備えられている。このような装置において、インクの供給は、インクタンクとインクジェットヘッドとの間の水頭差を利用することによって行われている。

大型のインクジェットプリンタ又はインクジェット技術を利用した大型の生産装置等では、インクの消費量が必然的に大きくなり、それに伴って大容量のインクタンクが用いられている。この場合、インクタンクとインクジェットヘッドとの間の水頭差がインクの残量によって大きく変化し、それによって問題が発生することがある。

例えば、インクの残量が多いときには、インクタンクとインクジェットヘッドとの間の水頭差が大きくなり、それに伴ってインクジェットヘッドに対してかかる圧力も大きくなる。これにより、インクジェットヘッドにおいてインクを漏出させないための充分な負圧が確保できなくなり、その結果、インクがインクジェットヘッドから漏出してしまうおそれがある。また、逆にインクの残量が少ないときには、インクタンクとインクジェットヘッドとの間の水頭差が小さくなり、それに伴ってインクジェットヘッドにおける負圧が大きくなる。これにより、インクジェットヘッドがエアを吸入し、その結果、インクを吐出することができなくなってしまうおそれがある。

これらの問題を解決するために、インクタンクをキャリッジ上に備える代わりに、本体筐体側における、インクジェットヘッドよりも低い位置に備え、これによって水頭差を無くしたインクジェット装置が知られている。このようなインクジェット装置では、インクの供給は、本体筐体側のインクタンクとキャリッジ上のインクジェットヘッドとを接続するたわみ管を経由して行われている。

また、インクタンクを大容量のメインタンクと小容量のサブタンクとの２つに分割し、メインタンクは本体筐体側に配置し、サブタンクはキャリッジ上に配置しているものも知られている。このようなインクジェット装置では、メインタンクとサブタンクとは、たわみ管で接続されている。そして、通常時にはサブタンクからインクヘッドにインクを供給し、サブタンクのインクが少なくなると、メインタンクからサブタンクにインクが充填される。ここで、メインタンクからサブタンクへのインクの充填は、メインタンクに備えられた加圧手段や、サブタンクに備えられた負圧発生手段が用いられている。上記の構成によれば、キャリッジ上のサブタンクは小容量であり、インクジェットヘッドとの水頭差が小さいため、インクの漏出や不吐出の問題を解決することができる。

特許文献１には、このような本体筐体側のメインタンクとキャリッジ上のサブタンクとを有するインクジェット記録装置が記載されている。このインクジェット記録装置では、サブタンクに負圧背圧発生手段を備えており、これを用いてサブタンクに適切な負圧背圧を発生させることによって、インクジェットヘッドからのインクの漏出や不吐出の問題を解決している。
特開２００３−２６６７３４公報（平成１５年(2003)９月２４日公開）

しかしながら、インクタンクを本体筐体側に配置し、たわみ管を経由してキャリッジ上のインクジェットヘッドにインクを供給するという上記従来の構成では、以下の問題が発生する。

上記構成を有するインクジェット記録装置では、本体筐体側のインクタンクからキャリッジ上のインクジェットヘッドにインクを供給するためには、たわみ管がインクで満たされる必要がある。ここで、たわみ管は本体筐体側のインクタンクからキャリッジ上のインクジェットヘッドまで導かれているため、キャリッジ上にインクタンクを備えたインクジェット装置に比べてたわみ管を満たすために必要なインクの量が必然的に多くなる。また、大型の装置ではたわみ管の長さが長くなるために、この問題は一層深刻なものとなる。以上のように、インクタンクをキャリッジ外に備え、たわみ管でインクを供給する従来のインクジェット記録装置では、キャリッジ上にインクタンクを備えたインクジェット装置に比べてインクの消費量が増大するという問題が発生する。

また、特許文献１に記載されているような、メインタンク及びサブタンクの２つのインクタンクを備えるインクジェット装置においても、メインタンクとサブタンクとの間を接続するたわみ管がインクで満たされる必要があるために、同様にインクの消費量が増大するという問題が発生する。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、メインタンク及びサブタンクを備えるインクジェットヘッド装置において、インクジェットヘッドが適切な負圧を確保することができ、かつ、インクの消費量が少ないインクジェットヘッド装置及びインクジェット装置、並びにインク供給方法を実現することにある。

本発明に係るインクジェットヘッド装置は上記課題を解決するために、インクを吐出するインクジェットヘッドと、前記インクジェットヘッドに供給するインクを貯留するサブタンクと、前記サブタンクに充填するインクを貯留するメインタンクと、移動可能で前記インクジェットヘッドを搭載するキャリッジと、前記サブタンクに接続され、前記インクジェットヘッドに対する負圧を前記サブタンクに発生させる負圧発生手段とを備え、前記メインタンク及び前記サブタンクが、前記インクジェットヘッドと共にキャリッジに搭載されていることを特徴とする。

上記構成によれば、負圧発生手段を備えていることにより、インクジェットヘッドが適切な負圧を確保することができる。また、この場合、インクを貯留するタンクが、サブタンクとメインタンクとに分かれているので、インクジェットヘッドに対する負圧を変化させるサブタンクの容量を小さくすることができ、貯留インク容量の変化に起因するインクジェットヘッドの負圧の変化を小さくして安定化することができる。また、負圧発生手段にて必要な負圧も小さくできる。

そして、上記構成では、前記メインタンク及び前記サブタンクが、前記インクジェットヘッドと共にキャリッジに搭載されているので、インクジェットヘッドとメインタンクとサブタンクとは、お互いの間の距離が短くなる。これによって、インクジェットヘッドをサブタンクと接続するのに必要とされる管の長さは短くて済む。従って、管内に貯留されるインクの量が少なくなり、メインタンクを外部に備える場合に比べてインクの消費量を少なくすることができる。

本発明に係るインクジェットヘッド装置は、前記サブタンクの容量が前記メインタンクの容量よりも小さいことが好ましい。

インクの貯留タンクを、サブタンクとメインタンクとに分けるにあたり、サブタンクの容量を小さくし、メインタンクの容量を大きくすることで、インクジェットヘッドに対して多くのインクを供給可能な構成としながら、インクジェットヘッドが安定的な負圧を確保することができる。

本発明に係るインクジェットヘッド装置は、前記サブタンクが前記インクジェットヘッドよりも高い位置に設置されると共に、前記メインタンクが前記サブタンクよりも高い位置に設置され、かつ、前記サブタンクと前記メインタンクと前記インクジェットヘッドとを互いに接続する三方に分岐された三方分岐流路と、前記三方分岐流路における分岐点に配された、前記インクジェットヘッドと前記メインタンクとを連通させることなく、前記サブタンクの接続先を前記メインタンクと前記インクジェットヘッドとの間で択一的に切替える流路切替え手段と、前記流路切替え手段を制御する流路制御部とを備えているものであってもよい。

上記構成によれば、サブタンク、インクジェットヘッド及びメインタンクは、それぞれ流路切替え手段に接続されている。これによって、サブタンクがインクジェットヘッドと連通することによってインクの供給を行うことができ、また、サブタンクがメインタンクと連通することにより、インクの充填を行うことができる。この際、インクジェットヘッドとサブタンクとの間の水頭差を利用して、サブタンクからインクジェットヘッドにインクを供給することができ、また、サブタンクとメインタンクとの間の水頭差を利用してメインタンクからサブタンクにインクを充填することもできる。従って、インクの供給及び／又は充填を行うための駆動装置を必要とせず、インクジェット装置の構成を簡略化かつ小型化することができる。

また、ここで、インクジェットヘッド及びメインタンクは互いに連通することがないので、インクの供給及び充填の際に、インクジェットヘッドと大容量のインクを貯留しているメインタンクとの間に水頭差による圧力が発生することを防ぐことができる。従って、インクジェットヘッドは常に適切な負圧を確保することができる。

本発明に係るインクジェットヘッド装置は、前記流路切替え手段が、流路が常に確保されるコモンポートと、前記コモンポートに対して択一的に流路が接続される２つの非コモンポートとを備える三方切替え弁を有しており、前記コモンポートに前記サブタンクが接続され、前記２つの非コモンポートのうちの一方に前記メインタンクが接続され、他方に前記インクジェットヘッドが接続されているものであってもよい。

上記構成によれば、コモンポートは２つの非コモンポートのうちの何れかとしか連通しないので、コモンポートに接続されるサブタンクは、インクジェットヘッド及びメインタンクの一方との間の流路を遮断すると同時に、他方との間の流路を開放することができる。従って、流路を切替えるための制御を別々に行う必要がなく、制御は簡略なものとなる。従って、インクジェットヘッド装置を簡略化かつ小型化することができる。

本発明のインクジェットヘッド装置は、前記サブタンクが、伸縮性を有する袋状のインク貯留部材からなり、前記メインタンクの内圧よりも前記サブタンクの内圧を相対的に高くする相対正圧発生手段と、前記相対正圧発生手段を制御する相対正圧制御部とを備え、前記相対正圧制御部は、前記流路制御手段によって前記流路切替え手段が制御されて前記メインタンクから前記サブタンクにインクが充填されると、所定の時間前記相対正圧発生手段を駆動させるものであってもよい。

上記構成によれば、三方流路切替え手段が電圧未印加の状態でサブタンクとメインタンクとを連通させるので、インクジェットヘッド装置の電源を遮断している間、すなわち使用していない時に、自動的にメインタンクからサブタンクにインクを充填することができる。

本発明のインクジェットヘッド装置は、前記サブタンクが、伸縮性を有する袋状のインク貯留部材を備えており、前記メインタンクの内圧よりも前記サブタンクの内圧を相対的に高くする相対正圧発生手段と、前記相対正圧発生手段を制御する相対正圧制御部とを備え、前記相対正圧制御部は、前記流路制御手段によって前記流路切替え手段が制御されて前記メインタンクから前記サブタンクにインクが充填されると、所定の時間前記相対正圧発生手段を駆動させる構成とすることが好ましい。

メインタンクからサブタンクへのインクの充填後、サブタンクのインク貯留部材は、その伸縮性により、収縮しようとする力が働く。その結果、サブタンクの内圧が設定以上に高くなり、これが負圧発生手段にてインクジェットヘッドに対して与える負圧に打ち勝つと、インクジェットヘッドに正圧が係り、インク漏れが発生する惧れがある。

上記構成では、メインタンクからサブタンクにインクが充填されると、相対制圧制御部が所定の時間前記相対正圧発生手段を駆動さてメインタンクの内圧よりもサブタンクの内圧を高くするので、サブタンクからメインタンクへとインクが一部排出される。したがって、サブタンクをインクジェットヘッドと連通させたときに、インク貯留部材の縮小作用にてインクジェットヘッドに余分な正力がかかることを防ぐことができ、インクジェットヘッドは、適切な負圧を確保することができる。

また、上記構成によれば、インクをメインタンクに戻されるので、インクの無駄な消費を抑えて消費量を少なくすることができる。

本発明のインクジェットヘッド装置では、前記相対正圧発生手段は、前記サブタンクを加圧することによって当該サブタンクの内圧を前記メインタンクの内圧よりも相対的に高くするものであってもよい。

このような構成とすることで、メインタンクの内圧よりもサブタンクの内圧を簡単に高くして、インクをサブタンクからメインタンクへと戻すことができる。

本発明のインクジェットヘッド装置は、前記負圧発生手段が、負圧を発生させる真空ポンプと、前記サブタンクと前記真空ポンプとの間に配置され、前記真空ポンプによって発生した負圧を調節するレギュレータと、前記サブタンクと前記真空ポンプとの間に配置され、流路の遮断又は開放を行う切替え弁とを備えているものであってもよい。

上記構成によれば、真空ポンプによって発生した負圧をレギュレータによって所望の圧力に調節することができる。これによって、サブタンクに発生させる負圧を適切なものにすることができる。また、切替え弁によって、サブタンクに負圧を発生させている状態と発生させていない状態との間で切替えることができる。従って、インクジェットヘッドは、適切な負圧を確保することができる。

本発明のインクジェットヘッド装置は、前記負圧発生手段が、切替え弁を備えている真空発生器と、前記サブタンクと前記真空発生器との間に配置され、前記真空発生器によって発生した負圧を調節するレギュレータとを備えているものであってもよい。

上記構成によれば、真空発生器によって発生した負圧をレギュレータによって所望の圧力に調節することができる。これによって、サブタンクに発生させる負圧を適切なものにすることができる。また、真空発生器に備えられた切替え弁によって、サブタンクに負圧を発生させている状態と発生させていない状態との間で切替えることができる。従って、インクジェットヘッドは、適切な負圧を確保することができる。

本発明のインクジェット装置は上記課題を解決するために、上記のインクジェットヘッド装置を備えていることを特徴とする。

上記構成によれば、インクジェットヘッドが適切な負圧を確保することができ、かつ、インクの消費量が少ないインクジェット装置を実現することができる。

本発明のインクジェットヘッド装置のインク供給方法は、上記の課題を解決するために、インクを吐出するインクジェットヘッドと共に、前記インクジェットヘッドに供給するインクを貯留するサブタンクと、前記サブタンクに充填するインクを貯留するメインタンクとをキャリッジに搭載し、上記サブタンクに伸縮性を有する袋状のインク貯留部材が用いられ、インク漏れのないようにインクジェットヘッドが負圧に制御されるインクジェットヘッド装置のインク供給方法であって、メインタンクからサブタンクへとインクを充填した後で、かつ、サブタンクとインクジェットヘッドとを連通させるよりも前に、サブタンクの内圧をメインタンクの内圧よりも相対的に高くして、サブタンク内のインクをメインタンクに戻すステップを含んでいることを特徴とする。

メインタンクからサブタンクへインクを充填した後、サブタンクは、伸縮性を有しているため水頭差によって伸張し、サブタンク内を加圧する。つまり、サブタンク内には、この伸張した量だけ過剰なインクが貯留している。上記構成によれば、サブタンクの内圧をメインタンクの内圧よりも相対的に高くすることによって、サブタンクから過剰なインクを排出する。これによって、サブタンクをインクジェットヘッドと連通させたときに、インクジェットヘッドにサブタンクの伸張による余分な圧力がかかることを防ぐことができる。従って、インクジェットヘッドは、適切な負圧を確保することができる。

また、上記構成によれば、サブタンクから過剰なインクを排出する際に過剰なインクをメインタンクに戻すことができる。これにより、インクの消費量を少なくすることができる。

本発明に係るインクジェットヘッド装置では、以上のように、メインタンク及びサブタンクは、インクジェットヘッドと共にキャリッジに搭載されているので、インクジェットヘッドが適切な負圧を確保することができ、かつ、インクの消費量を少なくできるという効果を奏する。

また、本発明に係るインクジェット装置は、上記のインクジェットヘッド装置を備えているため、インクジェットヘッドが適切な負圧を確保することができ、かつ、インクの消費量が少ないインクジェット装置を実現することができるという効果を奏する。

また、本発明に係るインク供給方法は、以上のように、水頭差を用いてメインタンクからサブタンクへとインクを充填した後で、かつ、サブタンクとインクジェットヘッドとを連通させるよりも前に、サブタンクの圧力をメインタンクの圧力よりも相対的に高くして、サブタンク内のインクをメインタンクに戻すステップを含んでいるので、インクジェットヘッドが適切な負圧を確保することができ、かつ、インクの消費量を少なくできるという効果を奏する。

本発明の実施の形態について、図１乃至図４に基づいて説明すると以下の通りである。なお、本発明はこれに限定されるものではない。

図１は、本発明に係る実施の一形態を示すものであり、インクジェット装置に搭載されたインクジェットヘッド装置１の主要な構成の概要を示す模式図である。図１に示すように、本実施の形態のインクジェットヘッド装置１は、主としてインクジェットヘッド１１、サブタンク１３、メインタンク１４、三方切替え弁（流路切替え手段）１５、インク管（三方分岐流路）２４ａ・２４ｂ・２４ｃ、キャリッジ１６、相対正圧発生手段１８、負圧発生手段１９、及び制御部（流路制御部、相対正圧制御部、負圧制御部）２８を備えている。

ここで、インクジェットヘッド１１、サブタンク１３、及びメインタンク１４は、移動可能なキャリッジ１６に搭載されている。また、キャリッジ１６において、サブタンク１３はインクジェットヘッド１１よりも高い位置に設置され、メインタンク１４はサブタンク１３よりも高い位置に設置されている。

インクジェットヘッド１１は、記録媒体１０と対向し、キャリッジ１６の移動に伴って記録媒体１０の記録面に対して平行に走査し、走査中にインク１２の量を調節しつつ記録媒体１０に吐出するものである。

サブタンク１３は、インクジェットヘッド１１に対して供給するインク１２を貯留している。また、サブタンク１３はタンクボックス１７に格納されている。タンクボックス１７は、気密性が高く、かつ、伸張及び収縮をしない構成になっている。なお、サブタンク１３は伸縮性を有すると共に袋状に形成されていることが好ましい。

タンクボックス１７には、キャリッジ外に設けられた相対正圧発生手段１８及び負圧発生手段１９がそれぞれ別々のたわみ管を経由して接続されている。

相対正圧発生手段１８は、たわみ管を経由してタンクボックス１７内を加圧することによって、サブタンク１３の内圧をメインタンク１４の内圧に対して正圧にすることができる。

負圧発生手段１９は、たわみ管を経由してタンクボックス１７内を減圧することによって、インクジェットヘッド１１に対する負圧をサブタンク１３に発生させることができる。なお、相対正圧発生手段１８と負圧発生手段１９とは同時に機能することは無い。

メインタンク１４は、サブタンク１３に充填するインク１２を貯留している。なお、本実施の形態のインクジェットヘッド装置１では、サブタンク１３の容量がメインタンク１４の容量よりも小さくなっている。

三方切替え弁１５は電磁弁を有し、コモンポート（ＣＯＭ）２５、ノーマリーオープンポート（ＮＯ）２６、及びノーマリークローズポート（ＮＣ）２７を備えている。ここで、ＮＯ２６及びＮＣ２７は非コモンポートである。

三方切替え弁１５は、電磁弁によって電圧印加時と電圧未印加時とで流路を切替えることができる。通常時、すなわち電圧未印加時において、ＣＯＭ２５はＮＯ２６と連通している。そして、所定の電圧、例えば２４Ｖを印加すると電磁弁が作動し、ＣＯＭ２５はＮＣ２７と連通すると共にＮＯ２６とは不通となる。

インクジェットヘッド１１はインク管２４ａによって三方切替え弁１５のＮＣ２７に接続されており、サブタンク１３はインク管２４ｂによって三方切替え弁１５のＣＯＭ２５に接続されており、メインタンク１４はインク管２４ｃによって三方切替え弁１５のＮＯ２６に接続されている。

ここで、ＣＯＭ２５は常にＮＯ２６又はＮＣ２７の何れか一方と連通しており、また、ＮＯ２６及びＮＣ２７は互いに連通することはない。すなわち、インクジェットヘッド１１とメインタンク１４とは互いに連通することはない。これによって、メインタンク１４とインクジェットヘッド１１との間に水頭差による圧力は発生せず、インクジェットヘッド１１は、安定した負圧を維持することができる。以上の構成によれば、インクジェットヘッド１１とインク容量の大きいメインタンク１４との間の水頭差に起因して、インクジェットヘッドからのインクの漏出を防ぐことができる。

なお、三方切替え弁１５は薬液用のものであり、接液部及びインク管２４ａ・２４ｂ・２４ｃとの接続部は、耐薬品性の高いテフロン（登録商標）樹脂で形成されていることが好ましい。また、インク管２４ａ・２４ｂ・２４ｃは、テフロン（登録商標）チューブ及び／又はカルレッツチューブで形成されていることが好ましい。

制御部２８は、三方切替え弁１５を制御する流路制御部と、相対正圧発生手段１８を制御する相対正圧制御部と、負圧発生手段１９を制御する負圧制御部とを兼ねている。なお、流路制御部と相対正圧制御部と負圧制御部とは、それぞれ個別の制御部であってもよい。

制御部２８は、流路制御部として三方切替え弁１５に電圧を印加し、三方切替え弁における流路の切替えを制御する。サブタンク１３からインクジェットヘッド１１にインクを供給する際には、制御部２８は三方切替え弁１５に電圧を印加することによってＣＯＭ２５とＮＣ２７とを連通させ、サブタンク１３とインクジェットヘッド１１とを連通させる。また、メインタンク１４からサブタンク１３にインクを充填する際には、制御部２８は三方切替え弁１５に電圧を印加しないことによってＣＯＭ２５とＮＯ２６とを連通させ、サブタンク１３とメインタンク１４とを連通させる。

また、制御部２８は、相対正圧制御部として相対正圧発生手段１８を制御し、相対正圧発生手段１８が所定の時期に所定の圧力で所定の時間加圧するよう制御している。その詳細については後述する。

また、制御部２８は、負圧制御部として、負圧制御手段１９が所定の時期に所定の負圧を発生させるよう制御している。その詳細については後述する。

次にインクジェットヘッド装置１の動作について説明する。

まず、インクジェットヘッド装置１が描画を行う場合について説明する。

インクジェットヘッド装置１が描画を行うに先立って、制御部２８によって三方切替え弁１５に所定の電圧が印加される。これによって、ＣＯＭ２５とＮＣ２７とが連通する。即ち、サブタンク１３とインクジェットヘッド１１とが連通する。ここで、サブタンク１３は、インクジェットヘッド１１よりも高い位置に設置されているので、水頭差による圧力によって、サブタンク１３からインクジェットヘッド１１にインク１２が供給される。

また上記の状態、すなわちサブタンク１３とインクジェットヘッド１１とが連通している状態においては、インクジェットヘッド１１とサブタンク１３との間の水頭差によって、インクジェットヘッド１１から外部にインク１２が漏出するおそれがある。これを防ぐために、制御部２８は、負圧発生手段１９がタンクボックス１７内に負圧を発生させるよう制御する。以下にその詳細について述べる。

本実施の形態のインクジェットヘッド装置１において、インクジェットヘッド１１とサブタンク１３との間の水頭差は１０ｃｍである。水頭差１０ｃｍは１ｋＰａの圧力を発生させるので、仮にサブタンク１３にかかる圧力、すなわちタンクボックス１７内の圧力が大気圧と等しく、キャリッジ１６が静止している状態であれば、インクジェットヘッド１１には、大気圧よりも１ｋＰａ大きい圧力がかかることになる。すなわち、インクジェットヘッド１１は、外部に対して１ｋＰａ正圧になる。この１ｋＰａがインク漏れの原因となる。また、キャリッジ１６が移動している間は、キャリッジ１６の加減速によってインクジェットヘッド１１がさらに大きい正圧となる場合もある。

そこで、本実施の形態のインクジェットヘッド装置１では、負圧発生手段１９がサブタンク１３に負圧を発生させることにより、この水頭差及びキャリッジ１６の加減速による正圧を打ち消している。具体的には、負圧発生手段１９は、気密性の高いタンクボックス１７内を吸引することによって減圧している。減圧の際の圧力は、サブタンク１３とインクジェットヘッド１１との間の水頭差によって発生する圧力及びキャリッジ１６の走査時の加減速に伴う圧力を考慮した圧力である。即ち、減圧する圧力は、サブタンク１３とインクジェットヘッド１１との間の水頭差によって発生する圧力と、キャリッジ１６の加減速に伴ってインクジェットヘッド１１に発生する最大正圧とを加算した圧力よりも大きければよい。本実施の形態のインクジェットヘッド装置１では、水頭差による圧力が１ｋＰａであるので、キャリッジ１６の移動に伴う圧力変化を考慮して、さらに１ｋＰａ加えた２ｋＰａで減圧している。

以上のように、本実施の形態のインクジェットヘッド装置１において、制御部２８は、サブタンク１３とインクジェットヘッド１１とが連通している状態において、負圧発生手段１９がタンクボックス１７内を２ｋＰａで減圧するよう制御している。これによって、インクジェットヘッド１１は、サブタンク１３との間の水頭差や、キャリッジ１６の加減速に伴う圧力変化に打ち勝ち、インクジェットヘッドを安定的に負圧に保つことができる。

また、サブタンク１３は容量が小さいため、インク１２の残量が多い状態と少ない状態との間で水頭差に大きな変化はなく、水頭差による圧力にも大きな変化はない。従って、負圧発生手段１９が一定の圧力で減圧するものであっても、インク１２の残量が少なくなったときにインクジェットヘッド１１において過剰な負圧が発生することはない。以上のことから、インク残量が少ないときにインクジェットヘッド１１がエアを吸入することによって発生するインク不吐出の問題を回避することができる。

次に、サブタンク１３にメインタンク１４からインク１２を充填する場合について説明する。なお、インク１２の充填は、インクジェットヘッド装置１が大量に描画を行った後やメンテナンス作業後等においてインク１２が所定量よりも減少したとき、及び電源が遮断されているときに行われる。

サブタンク１３内のインク１２が所定の量以下に減少したり、インクジェットヘッド装置１の電源が遮断されると、三方切替え弁１５に印加されていた電圧が解除され、三方切替え弁１５は電圧未印加状態となる。これによって、ＣＯＭ２５とＮＯ２６とが連通する。即ち、サブタンク１３とメインタンク１４とが連通する。ここで、メインタンク１４は、サブタンク１３よりも高い位置に設置されているので、水頭差による圧力によってメインタンク１４からサブタンク１３にインク１２が充填される。なお、インク充填の間、制御部２８は負圧発生手段１９が減圧するのを停止するよう制御する。

本実施の形態のインクジェットヘッド装置１では、サブタンク１３とメインタンク１４との間の水頭差は２０ｃｍから３０ｃｍの間であり、これによって生じる圧力は２ｋＰａから３ｋＰａの間である。また、サブタンク１３の容量は２０ｃｃである。なお、上記の水頭差による圧力によってサブタンク１３が空の状態から満杯の状態になるまでに、約４０秒を要することを確認している。

上述したインク１２の充填後、仮に他の操作を行うことなく三方切替え弁１５に電圧を印加して、インクジェットヘッド１１とサブタンク１３とを連通させると、以下の問題が発生する。

インクの充填は、サブタンク１３とメインタンク１４との間の水頭差に基づいて行われるため、充分な時間をかけてインクを充填した後、伸縮性を有するサブタンク１３は伸張し、上記水頭差によって生じる圧力と等しい圧力でタンク内を加圧している。ここで、三方切替え弁１５に電圧を印加してＣＯＭ２５とＮＣ２７とを連通させると、負圧発生手段１９が２ｋＰａの負圧を発生させても、サブタンク１３の伸張による加圧によって、インクジェットヘッド１１における圧力が外部に対して正圧となってしまう。これによって、インクジェットヘッド１１からインク１２が漏出してしまうという問題が発生する。

そこで、本実施の形態のインクジェットヘッド装置１では、インクを充填した後に、ＣＯＭ２５とＮＣ２７とを連通させる前に、以下に説明するインク戻し操作のステップを含んでいる。なお、電源を遮断している間にインク１２を充填した場合、インク戻し操作は、電源投入直後に行われることとなる。

図４に手順を示すように、まず、メインタンクとサブタンクとを連通させ、水頭差を利用してメインタンクからサブタンクにインクを充填させる（ステップＳ１）。本実施の形態において、このステップは、制御部２８が流路切替え手段１５への印加電圧を解除することによって行われる。

次に、タンクボックス１７内を所定の圧力で所定の時間加圧し、過剰なインクをサブタンク１３からメインタンク１４に戻す（ステップＳ２）。本実施の形態において、このステップは、制御部２８が相対正圧発生手段１８を制御してタンクボックス１７内を加圧することによって行われる。このとき、サブタンク１３とメインタンク１４とは連通し、サブタンク１３とインクジェットヘッド１１とは連通していない。これによって、加圧されたサブタンク内のインクは、インクジェットヘッド１１から排出される代わりに、メインタンク１４に戻される。従ってインクの消費を少なくすることができる。

ここで加圧する圧力は、サブタンク１３とメインタンク１４との間の水頭差による圧力を上回る圧力であればよい。また、加圧する時間は、サブタンクの容量、伸縮性、及びサブタンクとメインタンクとの間の水頭差に基づいて設定すればよい。本実施の形態では、
、相対正圧発生手段１８がタンクボックス１７内を１０ｋＰａで５秒間加圧することによって行う。上記の条件下でインク戻し操作を行うことによって、過剰なインク１２をメインタンク１４に戻すことができる。

次に、サブタンク１３とメインタンク１４とを遮断する（ステップＳ３）。続いて、サブタンク１３とインクジェットヘッド１１とを連通させる（ステップＳ４）。本実施の形態において、ステップＳ３及びステップＳ４は同時に行われ、制御部２８が流路制御手段１５へ電圧を印加し、流路制御手段１５がＣＯＭ２５とＮＯ２６とを遮断すると共にＣＯＭ２５とＮＣ２７とを連通させることによって行われる。

以上のステップＳ２からステップＳ４がインク戻し操作に相当する。

ステップＳ４終了後、過剰なインク１２はメインタンク１４に戻されている。従って、本発明のインクジェットヘッド装置では、インクジェットヘッド１１からのインクの漏出を防ぐことができる。

そして、制御部２８は、負圧発生手段を制御してタンクボックス１７内を減圧することにより、インクジェットヘッド１１に対する負圧をサブタンク１３に発生させ、描画等を行う。

次に、サブタンク１３に負圧を発生させる負圧発生手段１９について説明する。

図２は、本発明に係る実施の一形態を示すものであり、負圧発生手段１９の主要な構成の概要を示す模式図である。図２に示すように、本実施の形態の負圧発生手段１９は、真空ポンプ２０、レギュレータ２１及び切替え弁を備え、サブタンク１３に接続されている。これらの部材は、サブタンク１３側から、切替え弁２２、レギュレータ２１、真空ポンプ２０の順で直列に配管されている。

本実施の形態において、負圧発生手段１９は、真空ポンプ２０によって負圧を発生させる。また、真空ポンプ２０で発生した負圧は、レギュレータ２１によって適切な圧力に調節される。切替え弁２２は、流路の開放及び遮断を切替える電磁弁であり、レギュレータ２１によって適切な圧力に調節された負圧を用いてサブタンク１３を減圧するか否かを制御している。切替え弁２２は、電圧未印加時には流路を遮断し、電圧印加時には流路を開放する。従って負圧発生手段１９は、切替え弁２２が電圧未印加時には減圧を行わず、電圧印加時において減圧を行う構成となっている。

なお、本実施の形態の負圧発生手段１９において、レギュレータ２１の位置と二方切替え弁２２の位置とは入れ替わっていてもよい。すなわち、サブタンク１３側から、レギュレータ２１、二方切替え弁２２、真空ポンプ２０の順に直列に配管されていてもよい。

また、負圧発生手段１９は以下に説明する構成であってもよい。

図３は、本発明に係る実施の別の形態を示すものであり、負圧発生手段１９の主要な構成の概要を示す模式図である。図３に示すように、本実施の形態の負圧発生手段１９は、レギュレータ２１及び真空発生器２３を備え、サブタンク１３に接続されている。これらの部材は、サブタンク１３側から、レギュレータ２１、真空発生器２３の順で直列に配管されている。

真空発生器２３は、圧縮空気を供給することによって負圧を発生する。そして、真空発生器２３で発生した負圧は、レギュレータ２１によって適切な圧力に調節される。そして、レギュレータ２１によって調節された適切な圧力によって、タンクボックス１７内を減圧する。なお、真空発生器２３は、流路の開放及び遮断を切替える図示しない電磁弁を備えており、レギュレータ２１に負圧を供給するか否かを制御している。真空発生器２３に備えられた電磁弁は、電圧未印加時には流路を遮断し、電圧印加時には流路を開放する。従って負圧発生手段１９は、電圧未印加時には減圧を行わず、電圧印加時において減圧を行う構成となっている。

なお、本実施の形態の負圧発生手段１９は、真空発生器２３に備えられた電磁弁を機能させずに、すなわち常時開放とし、切替え弁をさらに備える構成であってもよい。この場合、切替え弁は、レギュレータ２１とサブタンク１３との間に設置させるか、又は、レギュレータ２１と真空発生器２３との間に設置されていればよい。

また、相対正圧発生手段１８は特に限定されるものではないが、上述した負圧発生手段１９における真空ポンプ２０又は真空発生器２３の代わりに、公知の圧縮機を用いたものであってもよい。また、相対正圧発生手段１８は、本実施の形態ではサブタンク１３を加圧する構成となっているが、メインタンク１４に接続され、メインタンク１４を減圧するものであってもよい。後者の場合、相対正圧発生手段１８は、上述した負圧発生手段と同様な部材が用いられ、メインタンク１４に接続される。

また、本発明のインクジェットヘッド装置は、記録媒体との間に一定のギャップを有し、前記記録媒体に対してインクを吐出するインクジェットヘッドと、所定容量のインクを貯留し、前記インクジェットヘッドに印字に使用するインクを供給する小容量のサブタンクと、前記サブタンクにインクを充填する大容量のメインタンクとを有し、前記インクジェットヘッドと前記サブタンクと前記メインタンクとが前記記録媒体と前記インクジェットヘッドとのギャップを一定に保ったまま水平方向に走査するキャリッジ上に搭載されたインクジェットヘッド装置において、前記サブタンクを前記インクジェットヘッドよりも高い位置に設置し、かつ前記メインタンクを前記サブタンクよりも高い位置に設置し、前記サブタンクにはヘッドに対して負圧を発生させる負圧発生手段と前記サブタンクを加圧する正圧発生手段とが接続されていてもよい。

また、本発明のインクジェットヘッド装置では、前記メインタンクと前記サブタンクと前記インクジェットヘッドとは、互いに互いに連結部より三方に分岐したチューブにより連結され、前記連結部には三方の切替弁が接続され、少なくとも装置の電源が遮断されている場合は、前記メインタンクと前記サブタンクとが連通しているものであってもよい。

また、本発明のインクジェットヘッド装置では、インク吐出時には前記サブタンクと前記インクジェットヘッドとが連通し、前記負圧発生手段により前記インクジェットヘッドに対して負圧を発生させ、その際には前記メインタンクと前記インクジェットヘッドとが連通することがないものであってもよい。

また、本発明のインクジェットヘッド装置では、前記メインタンクから前記サブタンクへのインク供給は、前記メインタンクを前記サブタンクよりも高い位置に設置することにより生じる水頭差により行うものであってもよい。

また、本発明のインクジェットヘッド装置では、前記サブタンクは伸縮性を有した袋状の部材により構成され、前記メインタンクよりインクが充填された場合には、以後に前記正圧発生手段を用いて前記サブタンクを加圧することにより前記メインタンクに所定量のインクを戻すものであってもよい。

また、本発明のインクジェットヘッド装置では、前記負圧発生手段は、負圧を発生させる真空ポンプと、前記真空ポンプと前記サブタンクとの間に位置し、前記真空ポンプにより発生した負圧を所定の圧力に調整するレギュレータと、同じく前記真空ポンプと前記サブタンクとの間に位置し、前記サブタンクへの負圧印加・未印加を切り替える切替弁を有するものであってもよい。

また、本発明のインクジェットヘッド装置では、前記負圧発生手段は、負圧の発生をコントロールできる電磁弁を内蔵した真空発生器と、前記真空発生器と前記サブタンクとの間に位置し、前記真空発生器により発生した負圧を所定の圧力に調整するレギュレータを有するものであってもよい。

また、本発明のインク供給方法は、記録媒体との間に一定のギャップを有し、前記記録媒体に対してインクを吐出するインクジェットヘッドと、所定容量のインクを貯留し、前記インクジェットヘッドに印字に使用するインクを供給する小容量のサブタンクと、前記サブタンクにインクを充填する大容量のメインタンクとを有し、前記インクジェットヘッドと前記サブタンクと前記メインタンクとが前記記録媒体と前記インクジェットヘッドとのギャップを一定に保ったまま水平方向に走査するキャリッジ上に搭載されたインクジェットヘッド装置のインク供給方法であって、前記サブタンクを前記インクジェットヘッドよりも高い位置に設置し、かつ前記メインタンクを前記サブタンクよりも高い位置に設置し、前記サブタンクには前記インクジェットヘッドに対して負圧を発生させる負圧発生手段と前記サブタンクを加圧する正圧発生手段とが接続され、前記メインタンクと前記サブタンクとの水頭差により前記メインタンクから前記サブタンクへとインクを供給する工程と、伸縮性を有した袋状の部材により構成された前記サブタンクを前記正圧発生手段により加圧することにより前記メインタンクに所定量のインクを戻す工程を有したものであってもよい。

なお、本発明において「インクジェットヘッド装置」とは、インクを貯蓄するインクタンクと、インクを調節しながら吐出するインクジェットヘッドと、インクジェットヘッドを移動させるキャリッジとを備え、キャリッジに備えられたインクジェットヘッドが走査を行うと共に媒体に対してインクを吐出するものを指し、その他の構成については特に限定されるものではない。ここで「インク」とは、紙等の記録媒体に対して印字又は描画を行うものに限定されるものではなく、流体一般を指す。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明のインクジェットヘッド装置、インクジェット装置、及びインク供給方法は、紙等の記録媒体に記録を行うインクジェット記録装置や基板上の配線を行う産業装置を含む生産装置等に適用できる。

本発明に係る実施の一形態を示すものであり、インクジェットヘッド装置の主要な構成の概要を示す模式図である。 上記インクジェットヘッド装置に搭載される一負圧発生手段の主要な構成の概要を示す模式図である。 上記インクジェットヘッド装置に搭載される他の負圧発生手段の主要な構成の概要を示す模式図である。 本発明に係る実施の一形態を示すものであり、インクジェットヘッド装置のインク供給方法を示すフロー図である。

符号の説明

１ インクジェットヘッド装置
１１ インクジェットヘッド
１２ インク
１３ サブタンク
１４ メインタンク
１５ 三方切替え弁（流路切替え手段）
１６ キャリッジ
１８ 相対正圧発生手段
１９ 負圧発生手段
２０ 真空ポンプ
２１ レギュレータ
２２ 切替え弁
２３ 真空発生器
２４ａ・２４ｂ・２４ｃ インク管（三方分岐流路）
２５ コモンポート
２６ ノーマリーオープンポート（非コモンポート）
２７ ノーマリークローズポート（非コモンポート）
２８ 制御部（流路制御部・相対正圧制御部・負圧制御部）

Claims (10)

1. インクを吐出するインクジェットヘッドと、
   前記インクジェットヘッドに供給するインクを貯留するサブタンクと、
   前記サブタンクに充填するインクを貯留するメインタンクと、
   移動可能で前記インクジェットヘッドを搭載するキャリッジと、
   前記サブタンクに接続され、前記インクジェットヘッドに対する負圧を前記サブタンクに発生させる負圧発生手段とを備え、
   前記メインタンク及び前記サブタンクが、前記インクジェットヘッドと共にキャリッジに搭載されており、
   前記サブタンクが前記インクジェットヘッドよりも高い位置に設置されると共に、前記メインタンクが前記サブタンクよりも高い位置に設置され、かつ、
   前記サブタンクと前記メインタンクと前記インクジェットヘッドとを互いに接続する三方に分岐された三方分岐流路と、
   前記三方分岐流路における分岐点に配された、前記インクジェットヘッドと前記メインタンクとを連通させることなく、前記サブタンクの接続先を前記メインタンクと前記インクジェットヘッドとの間で択一的に切替える流路切替え手段と、
   前記流路切替え手段を制御する流路制御部とを備えていることを特徴とするインクジェットヘッド装置。
2. 前記流路切替え手段が、流路が常に確保されるコモンポートと、前記コモンポートに対して択一的に流路が接続される２つの非コモンポートとを備える三方切替え弁を有しており、
   前記コモンポートに前記サブタンクが接続され、
   前記２つの非コモンポートのうちの一方に前記メインタンクが接続され、他方に前記インクジェットヘッドが接続されていることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド装置。
3. 前記流路切替え手段は、印加される電圧に応じて前記サブタンクの接続先を切替えるものであり、電圧を印加されていない状態においては前記サブタンクの接続先を前記メインタンクとし、前記サブタンクと前記メインタンクとを互いに連通させることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド装置。
4. 前記サブタンクが、伸縮性を有する袋状のインク貯留部材からなり、
   前記メインタンクの内圧よりも前記サブタンクの内圧を相対的に高くする相対正圧発生手段と、
   前記相対正圧発生手段を制御する相対正圧制御部とを備え、
   前記相対正圧制御部は、前記流路制御手段によって前記流路切替え手段が制御されて前記メインタンクから前記サブタンクにインクが充填されると、所定の時間前記相対正圧発生手段を駆動させることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド装置。
5. 前記相対正圧発生手段は、前記サブタンクを加圧することによって当該サブタンクの内圧を前記メインタンクの内圧よりも相対的に高くすることを特徴とする請求項４に記載のインクジェットヘッド装置。
6. 前記サブタンクの容量が前記メインタンクの容量よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド装置。
7. 前記負圧発生手段が、負圧を発生させる真空ポンプと、前記サブタンクと前記真空ポンプとの間に配置され、前記真空ポンプによって発生した負圧を調節するレギュレータと、前記サブタンクと前記真空ポンプとの間に配置され、流路の遮断又は開放を行う切替え弁とを備えていることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド装置。
8. 前記負圧発生手段が、切替え弁を備えている真空発生器と、前記サブタンクと前記真空発生器との間に配置され、前記真空発生器によって発生した負圧を調節するレギュレータとを備えていることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド装置。
9. 請求項１乃至８の何れか１項に記載のインクジェットヘッド装置を備えていることを特徴とするインクジェット装置。
10. インクを吐出するインクジェットヘッドと共に、前記インクジェットヘッドに供給するインクを貯留するサブタンクと、前記サブタンクに充填するインクを貯留するメインタンクとをキャリッジに搭載し、上記サブタンクに伸縮性を有する袋状のインク貯留部材が用いられ、インク漏れのないようにインクジェットヘッドが負圧に制御されるインクジェットヘッド装置のインク供給方法であって、
    メインタンクからサブタンクへとインクを充填した後で、かつ、サブタンクとインクジェットヘッドとを連通させるよりも前に、サブタンクの内圧をメインタンクの内圧よりも相対的に高くして、サブタンク内のインクをメインタンクに戻すステップを含んでいることを特徴とするインクジェットヘッド装置のインク供給方法。

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