JP4336505B2

JP4336505B2 - インクジェット記録装置

Info

Publication number: JP4336505B2
Application number: JP2003036109A
Authority: JP
Inventors: 紀夫鶴井
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-02-14
Filing date: 2003-02-14
Publication date: 2009-09-30
Anticipated expiration: 2023-02-14
Also published as: JP2004243667A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、記録用紙上にインクを吐出し、記録を行うインクジェット記録装置に係り、特にインクジェット記録装置におけるインク供給系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プリンタ等の記録方式のうち、吐出口（ノズル）からインクを吐出させて記録紙上に記録を行うインクジェット記録方式は、低騒音のノンインパクト記録方式で高密度かつ高速の記録動作が可能であるため、近年では広く採用されている。
【０００３】
一般的なインクジェット記録装置は、記録ヘッドを搭載するキャリアを駆動する手段と、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等を備えている。また、記録ヘッドのノズル部分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、ピエゾ素子等の電気機械変換体を用いてインクに加圧するもの、レーザ等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体素子によって液体を加熱し、発泡させるもの等がある。
【０００４】
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のインクジェット記録装置は、ノズルを高密度に配列し得るため高解像度の記録が可能であり、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記録ヘッドは、小型化が容易である。
【０００５】
この小型化には、近年、顕著な進歩とともに著しい信頼性向上を達成している、半導体製造分野におけるＩＣ技術やマイクロ加工技術を効果的に応用でき、実装密度向上、製造コスト低減を実現し得る。
【０００６】
電気熱変換体素子をエネルギー発生素子として用いた記録ヘッドとしては、特開２００２−２３４１８０号記載の構成が一般的である。図９は、特開２００２−２３４１８０号記載の記録ヘッドにおけるインク供給系を示す。
【０００７】
図９において、インクジェット記録装置の記録ヘッド１０１には、インクを吐出する微細な吐出ノズル１０１ｇが設けられ、吐出ノズル１０１ｇ近傍に配置されたヒータ（図示せず。）の膜沸騰エネルギーにより吐出ノズル１０１ｇのインクを押し出し、吐出する。
【０００８】
インク吐出後、吐出ノズル１０１ｇの毛細管力により、チューブ１０６を介して随時メインタンク１０４からインクが吸い上げられ、再び吐出ノズル１０１ｇ内にインクを満たすサイクルが繰り返される。
【０００９】
吐出ノズル１０１ｇには特に弁機構はなく、吐出ノズル１０１ｇ内部を負圧に保つことにより吐出ノズル１０１ｇにインクのメニスカスを張らせ、吐出ノズル１０１ｇからのインクの漏れ、吐出ノズル１０１ｇ内への大気進入を防止している。
【００１０】
記録ヘッド１０１の内部には、チューブ１０６から供給されたインクを一定量蓄えるサブタンク１０１ｂ、サブタンク１０１ｂから吐出ノズル１０１ｇにインクを導く流路１０１ｆ、サブタンク１０１ｂと流路１０１ｆとの間の微細メッシュ構造のフィルタ１０１ｃが設けられ、フィルタ１０１ｃは吐出ノズル１０１ｇにごみがつまることを防止する。
【００１１】
サブタンク１０１ｂにおいては、チューブ１０６等の樹脂材料を透過し、侵入した空気や、インク内から析出した空気が保持される。
【００１２】
メインタンク１０４はインク供給ユニット１０５に装着され、メインタンク１０４の底面の液体コネクタ１０４ａ，１０４ｂが、インク供給ユニット１０５に固定された２本の中空針１０５ａ、１０５ｂに着脱自在に取り付けられる。
【００１３】
チューブ１０６は中空針１０５ａの下流端においてインク供給ユニット１０５に接続され、中空針１０５ａ、チューブ１０６を順次介して、メインタンク１０４からサブタンク１０１ｂ内にインクが供給される。
【００１４】
インク供給ユニット１０５には大気連通室１０５ｆが設けられ、大気連通室１０５ｆは大気口１０５ｇによって大気に開放されている。中空針１０５ｂは大気連通室１０５ｆに接続され、メインタンク１０４内のインク液面を大気圧に保つ。
【００１５】
インクジェット記録装置には、回復ユニット１０７が設けられ、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、吸引キャップ１０７ａで吐出ノズル１０１ｇを覆い、吸引ポンプＰによって吐出ノズル１０１ｇからインクを引き出し、増粘物や泡を除去して、吐出ノズル１０１ｇの機能を回復する。
【００１６】
なおインクジェット記録装置に使用されるインクとしては、一般に不溶性あるいは難溶性の色材を含む染料系や顔料系の水性インクが用いられ、色材は微粒子化し分散材で水中に分散、乳化される。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
前記水性インクを使用した場合、経時的にインク中の色材が凝集、沈降し、濃インクが生成される。特にメインタンク１０４下部からインクを供給する場合、メインタンク底部の濃インクが最初に供給されるため、連続的なインクジェット記録に際してインク濃度が徐々に薄くなり、記録画像にムラ、スジが生じ、色再現性が低下する等、著しく画像品位が低下する。
【００１８】
色材沈降を解消する手段として、メインタンク１０４内部にプロペラ状の攪拌手段と、これを回転させる駆動手段を設けて、攪拌手段を定期的に所定速度で回転させる方法があるが、攪拌機構は非常に高価である。またインク流路近傍に駆動手段（モータ）を設けた場合、漏洩インクが駆動モータの電源コネクタ部に付着してショート等故障の原因となり、発煙、発火等に繋がる危険性もある。
【００１９】
さらに、インクジェット記録装置の移動時等には、メインタンク１０４を取り外し、中空針１０５ａから記録ヘッド１０１に至る流路内のインクを回復ユニット１０７で除去するが、流路にインクが残留することがある。流路にインクが残留したままインクジェット記録装置を長時間放置すると、溶剤成分が徐々に蒸発して残留インクは増粘し、流路に固着する可能性がある。
【００２０】
インク固着は流路を閉塞し、大気連通が不可となるため、記録ヘッド１０１にインクを供給できず、画像不良が生じる。固着インクの除去は、中空針１０５ｂ側から強力なポンプで吸引する等の方法で行われるが、除去できないときはインク供給ユニット１０５等の交換を要し、一般に補修作業は容易でない。
【００２１】
本発明はこのような従来の問題点を解消すべく創案されたもので、インク濃度を均一化するとこと、及びインク増粘に起因した動作不安定を防止することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、顔料インクを吐出する記録ヘッドと、顔料インクを収容するメインタンクと、前記メインタンクを着脱可能なインク供給ユニットと、一端が前記記録ヘッドに接続され、他端が前記インク供給ユニットに接続されたインク供給チューブとを備え、前記インク供給ユニットは、前記メインタンクが装着されたときに当該メインタンクと連通するインク供給針及び大気導入針と、前記インク供給チューブに連通する第１の流路と、前記インク供給針と連通する第２の流路と、前記第１の流路と前記第２の流路の間に配され前記メインタンクから前記記録ヘッドへのインク供給を遮断可能な遮断弁と、大気連通口と連通する大気連通室と、前記大気導入針から前記大気連通室に至る第３の流路とを有し、前記記録ヘッドから顔料インクを吐出する際は、前記メインタンクから前記記録ヘッドに顔料インクが供給されるインクジェット記録装置であって、前記インク供給ユニットは前記第２の流路中に逆流手段を備え、前記遮断弁を閉じた状態で前記逆流手段を駆動して前記第２の流路内の顔料インクを前記記録ヘッドから顔料インクを吐出するときと逆方向に移動させることにより前記メインタンクから前記大気連通室にインクを流出させることが可能なことを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
次に本発明に係るインクジェット記録装置の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２４】
［第１実施形態］
図１は、本発明に係るインクジェット記録装置の第１実施形態におけるインク供給系を示す縦断面図、図２は、図１のインク供給系のインク供給原理を示す縦断面図、図３は、図１のインクジェット記録装置を示す斜視図、図４は、図１の実施形態におけるインク逆流手段の閉鎖状態を示す縦断面図、図５は、図１の実施形態におけるインク逆流手段の逆流・攪拌状態を示す縦断面図である。
【００２５】
まず、本実施形態で用いるインクについて説明する。
【００２６】
本実施形態に適するインクとしては、水に対して不溶性あるいは難溶性の色材を水性媒体中に分散した水性インクを挙げることができる。色材は、物体に色を付与する性質のある物質であり、分散染料、金属錯塩染料、顔料等が使用される。
【００２７】
水性媒体中に色材を分散させる化合物としては、分散剤、界面活性剤、樹脂分散剤等があり、分散剤、界面活性剤としては、アニオン系、ノニオン系等が挙げられる。樹脂分散剤としては、スチレン及び誘導体、ビニルナフタレン及びその誘導体、アクリル酸及びその誘導体等が挙げられ、これらの樹脂分散剤は、塩基を溶解させた水溶液に可溶なアルカリ可溶型樹脂であることが望ましい。
【００２８】
顔料としては、ウルトラマリン、酸化チタニウム、テナール青等の無機顔料のほか、ジアゾイエロー、ジスアゾオレンジ、パーマネントカーミンＦＢ、フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーン、チオインジゴバイオレット等の有機顔料を挙げることができるが、これらの顔料に限定されるものではない。
【００２９】
顔料インクは耐光性、耐水性に優れているため、近年、顔料インク搭載のインクジェット記録装置が増加傾向にある。
【００３０】
これら水性インクは、調整方法による程度差はあるものの、経時的にインク色材の凝集、沈降が発生する。特に、顔料系インクは染料系インクに比べ沈降しやすい傾向にある。
【００３１】
図２において、インク供給の基本原理について説明する。
【００３２】
インクジェット記録装置においては、記録ヘッド１とメインタンク４とをチューブ６よりなる流路で連通し、流路をインクで満たす。記録ヘッド１の吐出ノズル１ｇは、メインタンク４の液面からまでの水頭差Ｈ分の負圧に保たれる。
【００３３】
吐出ノズル１ｇは微細な穴であるが、特に弁機構はなく、水頭差Ｈ分の負圧によりインクのメニスカスを張らせ、吐出ノズルから１ｇのインクの漏れ、大気中からの空気の進入を防ぐ。吐出ノズル１ｇの近傍にはヒータ（図示せず。）が配置され、吐出ノズル１ｇ内の膜沸騰エネルギーにより、ノズル内のインクを押し出す、吐出する。
【００３４】
インク吐出後、吐出ノズル１ｇの毛細管力により、チューブ６を介して、インクは随時メインタンク１０４から吸い上げられ、再びノズル内にインクを満たすサイクルが繰り返される。
【００３５】
本実施形態は、前記原理を基本として構成を追加したものである。
【００３６】
図３において、記録媒体Ｓにインクを吐出し画像を記録するインクジェット記録装置は、インクを吐出する記録ヘッド1をキャリッジ２に搭載し、記録媒体Ｓを搬送ローラ３によって搬送方向Ａ（副走査方向）に搬送するとともに、キャリッジ２を副走査方向に直交する方向Ｂ（主走査方向）に往復動する。記録媒体Ｓは搬送ローラ３によって所定ピッチずつ副走査方向に搬送され、記録媒体Ｓの１ピッチごとに、記録ヘッド１からインクを吐出しつつ、キャリッジ２を主走査方向に走査する。
【００３７】
記録ヘッド１の記録媒体Ｓに対向した面には、副走査方向に直列する吐出ノズル１ｇよりなるノズル列（図示せず。）が複数配列され、各ノズル列ごとに異なるインクを吐出する。各色のノズル列に対して１セットのインク供給系が設けられ、インク供給系は、インクを収容するメインタンク４、メインタンク４を保持するインク供給ユニット５、インク供給ユニット５からノズル列にインクを導くインク供給チューブ６を備える。インク供給ユニット５はメインタンク４からインク供給チューブ６にインクを供給する。
【００３８】
インクジェット記録装置には、主走査方向における通紙範囲外で、ノズル列のノズル面に対向する位置に回復ユニット７が設けられ、回復ユニット７は吐出ノズル１ｇ表面から強制的にインクや空気を吸い出し、吐出ノズル１ｇのクリーニングや後述するインク充填を行う。
【００３９】
図１において、記録ヘッド１は、インク供給チューブ６が気密接続される液体コネクタ挿入口１ａと、インクを一定量蓄えるサブタンク１ｂとを有し、液体コネクタ挿入口１ａから供給されたインクはサブタンク１ｂに保持される。サブタンク１ｂ内のインクはフィルタ１ｃ、液室１ｆを順次通って吐出ノズル１ｇに供給される。
【００４０】
サブタンク１ｂ上面には圧力調整室１ｈが設けられ、サブタンク１ｂと圧力調整室１ｈとは上面開口穴１ｙによって連通されている。
【００４１】
液体コネクタ挿入口１ａから吐出ノズル１ｇに至る流路は大気に対して気密な状態に保たれている。
【００４２】
吐出ノズル１ｇは、ノズル穴径２０μｍ程度の微細な筒状であり、筒内部には、ＣＰＵの指令により選択的に発熱するヒータ（図示せず。）が設けられている。このヒータを加熱すると、ヒータに接しているインクの溶存空気が膨張、発泡し、吐出ノズル１ｇ内のインクを押し出し、インクが吐出される。吐出後には吐出ノズル１ｇの毛細管力により吐出ノズル１ｇ内にインクが満たされる。通常インク吐出のサイクルを２０ＫＨｚ以上の高速で繰り返し、微細な画像形成を高速で行う。
【００４３】
図２に関連して説明したように、吐出ノズル１ｇ内は負圧に保たれるが、負圧が大気圧近くまで弱まると、吐出ノズル１ｇ先端に汚れやインク滴が付着した場合、吐出ノズル１ｇ内のインクメニスカスが崩れ、インクが漏出することがある。
【００４４】
逆に、負圧が強すぎると、吐出圧よりも吐出ノズル１ｇ内にインクを引き戻す力が強くなり吐出不良となる。よって、吐出ノズル１ｇにおける負圧は大気圧よりも若干低い一定の範囲に保つ必要がある。負圧の範囲は、吐出ノズルタイプによって、すなわち吐出ノズル形状、ヒータ性能等によって異なるが、本実施形態では、実験結果により、−４０ｍｍＡｑ（約０．００４ａｔｍ）〜−２００ｍｍＡｑ（約０．０２０ａｔｍ）の範囲としている。実験ではインクの比重を水の比重と略等しいものとした。
【００４５】
フィルタ１ｃは吐出ノズル１ｇを詰まらせるような異物を除去する目的で設けられ、吐出ノズル１ｇのノズル径よりも小さい１０μｍ以下の金属メッシュによって異物を捕集する。
【００４６】
フィルタ１ｃの面積は、インクの圧力損失が許容値以下となるように充分大く設定される。圧力損失は、フィルタ１ｃのメッシュが細かいほど、インクの流量が多いほど高くなり、逆にフィルタの面積に反比例する。近年のインクジェット記録装置における高速化、多ノズル化、ドット微細化は圧力損失を増加させる傾向を生じさせ、フィルタ１ｃのサイズが１０×２０ｍｍ程度と大きくなり、フィルタ１ｃの上流、下流にサブタンク１ｂ、液室１ｆの空間が必要である。インク透過に関して、フィルタ１ｃ上流で、フィルタ１ｃがインクに浸る面積がフィルタ有効面積となるので、充分大きな有効面積を得るため、サブタンク１ｂの底部にフィルタ１ｃを水平配置する。
【００４７】
フィルタ１ｃにインクが染みると各メッシュに微細なメニスカスが張り、空気の流れを阻止しつつインクの透過を可能にする。メッシュが細かい程、メニスカス強度は高く、空気を通しにくくなる。本実施形態のフィルタ１ｃは、前後の圧力差が０．１ａｔｍ程度（実験値）にならなければ、空気はメニスカスを透過しない。これによって、フィルタ１ｃ下流の液室１ｆに空気が存在するとき、空気自身の浮力程度の圧力では、空気がサブタンク１ｂに上がることはできず液室１ｆに留まる。従って、空気の上流方向への侵入が防止される。
【００４８】
吐出ノズル１ｇには空気やインク内の泡が入り込むと、吐出ノズル１ｇにインクが補充されず吐出不良を起こす。そこで、一定量以上のインクを蓄える液室１ｆの底部に、吐出ノズル１ｇを下向きに配置し、吐出ノズル１ｇ上面が常にインク中に浸り、空気に露出しないようになっている。
【００４９】
圧力調整室１ｈは負圧が高まるにつれてその容積を縮小する部屋であり、ゴム材等の弾性部材により構成される。全吐出ノズル１ｇよりインクを吐出する等、単位時間当たり多量のインクを吐出する（以下高デューティという。）と、メインタンク４から、インク供給ユニット５、インク供給チューブ６を通過する際、インクには圧力損失が生じ、サブタンク１ｂ内の圧力が低下する。これによって、インクの吐出必要量に対してインク供給量が不足して、サブタンク１ｂ内の負圧が上昇し、吐出ノズル１ｇの負圧が限界値−２００ｍｍＡｑ(約−０．０２０ａｔｍ)を越すと吐出が不安定になる。
【００５０】
キャリッジ２に記録ヘッド１を搭載し主走査方向Ｂに往復印字させるインクジェット記録装置においては、高デューティ印字後、キャリッジ２の反転を行うので、吐出休止状態が存在する。圧力調整室１ｈは、容積縮小によって、サブタンク１ｂ内の負圧上昇を緩和し、反転時において、負圧を正常値に復元するというコンデンサのような役割をする。
【００５１】
次に、インク供給ユニット５及びメインタンク４について説明する。
【００５２】
メインタンク４は、下部に２口のゴム栓４ｂ、４ｃを設けた剛性のケース４ａを備え、インク供給ユニット５に対して着脱可能である。メインタンク４は単体として密閉された容器であり、インク９を液体のまま収容する。本実施形態においては、メインタンク４満杯でインクを３３０ｃｃ収容する。
【００５３】
インク供給ユニット５には供給針５ａ、大気導入針５ｂが設けられ、メインタンク４装着時には、供給針５ａ、大気導入針５ｂがゴム栓４ｂ、４ｃを貫通し、メインタンク４内と供給針５ａ、大気導入針５ｂの流路が連通される。
【００５４】
インク供給ユニット５には、インク供給チューブ６に連通する流路（第１の流路）５ｄ、流路５ｄへのインク供給を遮断する遮断弁１０、供給針５ａから遮断弁１０に至る流路（第２の流路）５ｃが設けられ、遮断弁１０は選択的に開閉可能である。流路５ｃの途中にはインク逆流手段８が設けられ、インク逆流手段８は、所定信号に基づいて流路５ｃ内のインクをメインタンク４内に逆流させる。インク逆流手段８の構成及び動作については後述する。
【００５５】
大気導入針５ｂは、流路（第３の流路）５ｅ、大気連通室５ｆ、大気連通口５ｇを経て大気へ連通する。
【００５６】
供給針５ａ、大気導入針５ｂは共にインクの流動抵抗を抑えるために内径をφ１．６と大きめに設定している。
【００５７】
遮断弁１０はゴム材質のダイヤフラム１０ａを上下動させることにより流路を開閉する。ダイヤフラム１０ａの中心部は、バネ１０ｃによりバネホルダ１０ｂを介して上方から押圧され、ダイヤフラム１０ａの下面によって流路５ｄの開口を閉じることができる。これによって流路遮断状態となる。
【００５８】
バネホルダ１０ｂの上部にはフランジ１０ｆが設けられ、フランジ１０ｆには回転可能なレバー１０ｄの作用点が係合されている。レバー１０ｄは、後述する回復ユニット７に連結されたリンク７ｂに、力点が当接し、リンク７ｂによって押されたときに、バネ１０ｃの付勢力に抗してダイヤフラム１０ａを持ち上げ、流路５ｃと流路５ｄとを連通状態とする。
【００５９】
遮断弁１０は、記録ヘッドがインクを吐出している状態では開状態、待機及び休止中は閉状態であり、後述するインク充填時には回復ユニット７にタイミングを合わせて開閉動作する。
【００６０】
以上のインク供給ユニット５及びメインタンク４の構成は、黒、シアン、マゼンタ、イエロそれぞれの色のインクごとに設けられ、供給針５ａ、大気導入針５ｂ、流路５ｃ、５ｄ、５ｅ、遮断弁１０、大気連通室５ｆは、インク供給ユニット５内に一体に設けられている。
【００６１】
遮断弁１０のレバー１０ｄは全てのインクに対して共通であり、レバー１０ｄの作用点に、各色インクの遮断弁１０におけるバネホルダ１０ｂのフランジ１０ｆが係合し、各色の遮断弁が同時に開閉する。
【００６２】
記録ヘッド１がインクを消費すると、その負圧によりインクは随時メインタンク４から記録ヘッド１に対して送られる。その際、インクと同量の空気が大気導入口５ｇから大気連通針５ｂを経てメインタンク４に導入される。
【００６３】
大気連通室５ｆは、メインタンク４内の空気の膨張により押し出されたインクを一時保存する。インクジェット記録装置が待機あるいは休止中に、周囲の環境温度が上昇しメインタンク４内の空気が膨張した場合、メインタンク４のインク９は大気連通針５ｂから、流路５ｅを経て、大気連通室５ｆへと流出する。逆に、環境温度が低下するとメインタンク４内の空気が収縮し、大気連通室５ｆ内に流出していたインクがメインタンク４へと戻る。また、大気連通室５ｆにインクが入っている状態で印字を行うと、まず大気連通室５ｆのインクがメインタンク４に戻り、大気連通室５ｆのインクがなくなると、通常通りメインタンク４に空気が導入される。大気連通室５ｆの容積が不十分であると、大気連通口５ｇからインクが漏れ出してしまう。よって、インクジェット記録装置の使用環境温度の範囲で、最大インク流出量を考慮して大気連通室５ｆの容積を確保することで、インクの漏れを防止できる。
【００６４】
メインタンク４内の空気の最大膨張体積は、最高温度時にタンク容積と等しい体積になる膨張体積であり、最大膨張時の体積から、最低温度時のメインタンク４内空気体積を減じた体積が、大気連通室５ｆに要求される容積である。
【００６５】
大気連通室５ｆから大気連通口５ｇへの流路には逆Ｕ字部５ｋが設けられ、逆Ｕ字部５ｋは、供給針５ａの上端開口よりも高い位置に配置される。このような逆Ｕ字部５ｋを設けないと、誤って記録ヘッド１を取り付けずにインク９の入ったメインタンク４を装着し、遮断弁１０を開いてしまった場合、供給針５ａからメインタンク４内に空気が導入される。すると、供給針５ａの先端が大気圧となり、インクは低い方へと流れ、大気連通口５ｇから漏出する。すなわち逆Ｕ字部５ｋによって、メインタンク４内が大気圧となる誤操作が生じたときにもインク漏出を防止し得る。
【００６６】
インク供給ユニット５の供給針５ａと大気連通針５ｂにはインク９の電気抵抗を測定する検出回路５ｈが接続され、メインタンク４内のインクの有無を検出する。
【００６７】
メインタンク４内にインク９が存在すると、供給針５ａと大気連通針５ｂとは電気的に導通（クローズ）し、インクが無い、又はタンクが装着されていない状態では電気的に遮断（オープン）される。検出回路５ｈは、オープンを検出したときには制御装置（図示せず。）に所定の信号を送る。検出電流は微少なため、供給針５ａと大気連通針５ｂ間の絶縁性が重要であり、本実施例では供給針５ａから記録ヘッド１に至る流路と、大気連通針５ｂから大気口５ｇに至る流路とを完全に独立させ、メインタンク４内のインクのみの電気抵抗を測定可能とする。
【００６８】
メインタンク４を外した場合は、インクなしの状態と同様に、供給針５ａと大気連通針５ｂとはオープンとなる。このときインクなしと判断し、印字不可能状態であることを示す信号を制御装置に送る。
【００６９】
次に図４および図５に基づいて、インク逆流手段８の構成、動作を説明する。
【００７０】
インク逆流手段８は、流路５ｃの中間よりメインタンク４に近い位置に配置され、かつ、黒、シアン、マゼンタ、イエロそれぞれの色のインクごとに設けられている。
【００７１】
インク逆流手段８は、伸縮により、流路５ｃ内のインクを吸引、排出するベローズ８ａを有し、ベローズ８ａは、ジョイント８ｂによって供給ユニット５に接続されている。
【００７２】
ベローズ８ａの材質としては、ある程度の剛性をもち、屈曲耐久性、耐インク性に優れた材料、例えばポリプロピレン樹脂が用いられる。ベローズ８ａは、後述の回復による負圧でも収縮が生じない程度の保持力（形状維持力）を有し、この保持力を確保し得るように、肉厚、ベローズ角度（ツバ角度）等が定められている。
【００７３】
ベローズ８ａはガイド８ｄに挿入されており、ジョイント８ｂはガイド８ｄ内に設けられている。ベローズ８ａの下部には、ベローズプレート８ｃが溶着されており、ベローズプレート８ｃはガイド８ｄ内周によって上下摺動可能にガイドされている。
【００７４】
ベローズプレート８ｃの底面には、ベローズカム８ｅが摺設され、このベローズカム８ｅは各色インクごとに設けられている。各ベローズカム８ｅは同一のベローズカム軸８ｆに固着され、ベローズカム軸８ｆは、軸端部に設けられたベローズカム駆動モータ８ｇによって回転駆動される。本実施形態では、各インクのベローズカム８ｅは同一位相である。
【００７５】
なお、回転駆動負荷を軽減するために、ベローズカム８ｅを、所定角度づつ位相をずらして取り付けてもよい。これは、インクの種類、すなわちメインタンク個数が多い場合に有効である。
【００７６】
次に、インク逆流手段８の動作について説明する。
【００７７】
インク逆流手段８を作動させるには、所定信号により遮断弁１０のダイアフラム１０ａを閉状態（図４の状態）とする。これによって、インク逆流手段８によって流路５ｃ内のインクを加圧したときに、記録ヘッド１が加圧されることを防止し、かつ逆流させたインクを全てメインタンク４に戻す。
【００７８】
次に、駆動信号によりベローズカム駆動モータ８ｇを回転駆動し、ベローズカム８ｅを矢印８ｒ方向に、位置ａから位置ｂに回転する。これによって、ベローズプレート８ｃが上昇し、ベローズ８ａが収縮（図５の状態）する。この時のベローズ内容積の体積変化量ΔＶがインク逆流量である。
【００７９】
インク逆流量ΔＶのインクは、供給針５ａよりメインタンク４内に流入し、それが噴流となってメインタンク４全体に図中矢印４ｒ方向の流れを生じさせる。この流れによって、インクタンク４内のインク９はスクランブルされて攪拌される。この攪拌によってインクの凝集、固着が防止され、インク増粘による動作不安定が生じることがない。インク逆流にともなって、メインタンク４内への流入量ΔＶと同量のインクが、大気導入針５ｂより大気連通室５ｆ内に流出する。
【００８０】
ここで、前記の流れを起こすためには、所定値Ｖｏ以上の流量（流速ｖ）が必要であり、本実施例においては、
Ｖｏ＝ΔＶ〔ベローズ８ａの１ストローク（伸縮）〕
＝４ｃｃ／２ｓ＝２〔ｃｃ／ｓ〕
である。
【００８１】
流量がＶｏ以下であると、供給針５ａ近傍のみの流れとなるため、インクタンク全体の攪拌はできない。必要インク逆流量Ｖｏは、メインタンク容量、供給針、各流路長さ等の条件により異なるため、これらの条件を加味してベローズ８ａのサイズと、ベローズカム８ｅ回転スピードを設定するのが望ましい。
【００８２】
更に、ベローズカム８ｅが回転し、再びａの位置になると停止して待機状態となる。ベローズ８ａは、形状の自己復元性を持つため、所定時間後に元の状態（図４の状態）へと伸張する。ベローズ８ａの復元にともなって、大気連通室５ｆ内に流出したインク５ｉは、インクタンク４内へと戻る。
【００８３】
この後、再び次のインク逆流動作が開始される。なお、本実施例においては確実に攪拌できるよう、この逆流動作を、例えばｎ＝５回繰り返す。
【００８４】
ここで攪拌効果は、ΔＶ×ｎに依存するため、ΔＶを大きくして、ｎを少なくしても同様の攪拌効果が得られる。例えば、ΔＶ＝（２０ｃｃ／１０ｓ）、ｎ＝１回に設定される。
【００８５】
ΔＶが大きくなるほど、ベローズ８ａは大型化し、ベローズカム駆動モータ８ｇの動力が増大する。一方、ｎを増大すると、１サイクルの逆流の所要時間が増える。従って、前述のように、先ずΔＶ、ｎの必要条件を決定し、この条件に見合うカム形状、駆動モータ仕様、ベローズサイズ等を設定するのが望ましい。
【００８６】
上記のインク逆流動作は、例えばインクジェット記録装置の電源投入ごとに実行され、あるいは、インクの沈降が発生する放置時間以内の所定時間ごとに実行される。この所定時間は、例えばタイマー手段によって設定される。
【００８７】
一連のインク逆流動作が終了すると、遮断弁１０は開状態とされ、記録ヘッド１へのインク供給が開始される。
【００８８】
再び図１おいて、回復ユニット７は、吐出ノズル１ｇに対向する位置で吐出ノズル１ｇに向かって上昇し得る吸引キャップ７ａを有し、吸引キャップ７ａはカム７ｂにより上下駆動される。吸引キャップ７ａはゴム材質よりなり、上昇時に吐出ノズル１ｇのノズル面を覆って密閉し、下降時に記録ヘッド１から待避した位置に移動可能である。カム７ｂはカム制御モータ７ｇにより駆動される。
【００８９】
吸引キャップ７ａには吸引ポンプ７ｃが接続され、ポンプモータ７ｄを駆動することにより吸引キャップ７ａ内からインクや空気を吸引する。吸引ポンプ７ｃは、複数のコロを有するチューブポンプ方式であり、連続吸引が可能であるとともに、ポンプモータ７ｄの回転速度により吸引量を調節し得る。吸引ポンプ７ｃの最大吸引圧力は例えば０．４ａｔｍに設定される。
【００９０】
カム制御モータ７ｇには、リンク７ｅを駆動するカム７ｆが連結され、吸引キャップ７ａの上下動に連動してリンク７ｅが駆動されて、レバー１０ｄが回転される。これによって遮断弁１０は吸引キャップ７ａに連動して開閉される。
【００９１】
カム制御モータ７ｇは同軸で矢印Ｃｄ方向にカム７ｂ、７ｆを回転駆動し、カム７ｂ、７ｆは図１のポジションａ、ｂ、ｃにおいて吸引キャップ７ａ、遮断弁１０を所定の状態に設定する。ポジションａでは、吸引キャップ７ａ、遮断弁１０の両者が開状態、ポジションｂでは、吸引キャップ７ａ、遮断弁１０の両者が閉状態、ポジションｃでは、吸引キャップ７ａが閉状態、遮断弁１０が開状態となる。
【００９２】
画像記録動作に際しては、カム７ｂ、７ｆはポジションａに設定され、吸引キャップ７ａ、遮断弁１０を開き、インク吐出、インク供給を可能とする。
【００９３】
装置停止待機中は、カム７ｂ、７ｆはポジションｂに設定され、吸引キャップ７ａによって記録ヘッド１のノズル面を覆い、吐出ノズル１ｇの乾燥を防ぐ。このとき、遮断弁１０を閉じ、装置移動、装置傾き等によるインクの流出を防止する。
【００９４】
カム７ｂ、７ｆのポジションｂの状態において、回復ユニット７によってインク充填が行われる。インク充填動作に際しては、キャリッジ２を主走査方向に移動して、記録ヘッド１を、吸引キャップ７ａに対向する位置まで移動する。次に回復ユニット７のカム制御モータ７ｇを駆動し、カム７ｂとカム７ｆをポジションｂまで回転する。すると吸引キャップ７ａは記録ヘッド１のノズル面を覆い密閉した状態となり、遮断弁１０はインク流路を閉じる。次にポンプモータ７ｄを駆動し、吸引ポンプ７ｃの吸引動作を行うと、吐出ノズル１ｇを通して、記録ヘッド１内に残留しているインク、空気が吸い出され、記録ヘッド１内が減圧される。吸引ポンプ７ｃの吸引動作は、計算や実験で求められた、所定の圧力に達するまで（所定吸引量）続行される。吸引ポンプ７ｃを停止した時点で、カム制御モータ７ｇを駆動し、カム７ｂとカム７ｆをポジションｃまで回転させ、遮断弁１０を開く。すると、減圧されている記録ヘッド１内にインクが流れ込み、インクがサブタンク１ｂ、液室１ｆの各々に充填される。充填されるインク量は減圧されている各室の圧力がほぼ大気圧に戻る際に必要な体積であり、各室の体積と圧力により決定される。インク充填は遮断弁１０を開いてから約１秒程度で完了する。
【００９５】
インク充填が完了すると、カム制御モータ７ｇを駆動し、カム７ｂ、７ｆをポジションａまで回転させ、吸引キャップ７ａを開き、吸引ポンプ７ｃによって吸引キャップ７ａ内に残ったインクを排出する。この時点では遮断弁１０は開状態であるので、画像記録が可能であるが、画像記録命令が無ければ、再びカム制御モータ７ｇを駆動し、カム７ｂ、７ｆをポジションｂまで回転させ、待機状態とする。
【００９６】
次に、インクジェット記録装置の移動／再設置作業について説明する。
【００９７】
インクジェット記録装置の移動に際しては、先ず、ユーザーが装置の操作パネル（図示せず。）により「装置移動モード」に設定する。この信号を受けて、前述のインク逆流動作が開始され、大気連通室５ｆにインクが逆流した状態（図５の状態）で停止する。ここで、インクタンク４をインク供給ユニット５から取り外し、供給針５ａから記録ヘッド１までの流路内のインクを回復ユニット７により回収除去し、その後インクジェット記録装置の移動を行う。
【００９８】
仮に、装置移動モードの状態でインクジェット記録装置が長時間放置された場合でも、大気導入針５ｂから大気連通室５ｆに至る空間内に多くの残留インクが存在し、その増粘が抑えられ、固着が発生することはない。
【００９９】
再設置時には、ユーザーが電源を投入し、インクタンクを装着するとインク流路内にインク供給が行われると同時に、インク逆流手段８も初期状態（図４の状態）になる。
【０１００】
［第２実施形態］
次に本発明に係るインクジェット記録装置の第２実施形態を図面に基づいて説明する。
【０１０１】
図６は、本発明に係るインクジェット記録装置の第２実施形態におけるインク逆流手段の閉鎖状態を示す縦断面図、図７は、図６のインク逆流手段の逆流・攪拌状態を示す縦断面図である。なお第１実施形態と同一若しくは相当部分には同一符号を付し、説明を省略する。
【０１０２】
第２実施形態は、第１実施形態のベローズ８ａに替えて、インク逆流手段をピストンによって構成している。
【０１０３】
第１実施形態と同様、流路５ｃの中間に、インク逆流手段１１が各インク色毎に設けられる。
【０１０４】
インク逆流手段１１は、中空円筒状のピストンホルダ１１ａと、ピストンホルダ１１ａに嵌合して上下動するピストン軸１１ｃとを有し、ピストンホルダ１１ａはジョイント１１ｂによって供給ユニット５に接続されている。ピストン軸１１ｃの外周には、ピストンホルダ１１ａに接するＯリング１１ｄが装着され、ピストン軸１１ｃとピストンホルダ１１ａの間隙がシールされている。これによって、ピストン軸１１ｃは密閉性を保ちながらピストンホルダ１１ａ内を上下摺動する。
【０１０５】
ピストン軸１１ｃの最下部にはピストンフランジ１１ｆが形成され、ピストンフランジ１１ｆはピストンカム１１ｈによって上下駆動される。ピストンフランジ１１ｆの底面とピストンカム１１ｈの間にはピストンコロ１１ｅが配設され、ピストンカム１１ｈはピストンコロ１１ｅを介してピストンフランジ１１ｆを駆動する。これによって、ピストンカム１１ｈ、ピストンフランジ１１ｆ間に生じる摩擦力が軽減され、伝達効率が高められている。
【０１０６】
ピストンホルダ１１ａの底部には、ピストンフランジ１１ｆを下方に付勢する、圧縮バネよりなるピストンバネ１１ｇが設けられ、これによってピストンフランジ１１ｆは常にピストンコロ１１ｅをピストンカム１１ｈに当接させる。
【０１０７】
ピストンフランジ１１ｆがピストンコロ１１ｅによって上下動されると、ピストン軸１１ｃはピストンフランジ１１ｆとともに上下動する。
【０１０８】
ピストンホルダ１１ａの内部空間はピストン軸１１ｃの上下動によって変化し、第１実施形態のベローズ８ａ同様にインクを吸引、圧送し得る。
【０１０９】
ピストンカム１１ｈは、前述のように各インク色毎に設けられ、各ピストンカム１１ｈは同一のピストンカム軸１１ｉに取り付けられている。ピストンカム軸１１ｉは、軸端部に設けられたピストンカム駆動モータ１１ｊにより回転される。各ピストンカム１１ｈは、第１実施形態と同様、同一位相とされ、あるいは所定角度づつ位相をずらして取り付けられる。
【０１１０】
次に、インク逆流手段１１の動作について説明する。
【０１１１】
第１実施形態同様、遮断弁１０を閉状態（図６の状態）とした後、ピストンカム１１ｈの回転によりピストン１１ｃを上下動し、図７に示すように、インク逆流状態とする。
【０１１２】
ここでのインク逆流量ΔＶは、実施例１と同様、ピストン１１ｃの１ストローク＝４ｃｃ／２ｓの流量であり、本実施形態においてもこの動作を５回繰り返す。
【０１１３】
インク逆流量ΔＶは、ピストンホルダ１１ａの内断面積と、ピストン軸１１ｃのストローク量およびスピードとにより決定され、必要なインク逆流量ΔＶに応じてピストン内断面積、ストローク量、駆動モータ仕様等の条件を設定するのが望ましい。
【０１１４】
［第３実施形態］
次に本発明に係るインクジェット記録装置の第３実施形態を図面に基づいて説明する。
【０１１５】
図８は、本発明に係るインクジェット記録装置の第３実施形態におけるインク逆流手段を示す縦断面図である。なお図中第１実施形態と同一若しくは相当部分には同一符号を付し、説明を省略する。
【０１１６】
第１、第２実施形態ではメインタンク２０は上方からインク供給ユニットに装着されたが、第３実施形態ではメインタンク２０は、インク供給ユニット２２に対して図中矢印方向（水平）にスライドして、インク供給ユニット２２に装着される。
【０１１７】
インクタンク２０は剛性をもつケース２０ａを有し、ケース２０ａにおいてインク２１を液体のまま収容する。ケース２０ａの上端面に２口のゴム栓２０ｂ、２０ｃが設けられ、ゴム栓２０ｂの底面にはメインタンク２０ａ内で垂直下方に延びるパイプ２０ｄが取り付けられている。パイプ２０ｄはメインタンク２０の底面近傍において開口している。
【０１１８】
インク供給ユニット２２には、メインタンク２０の上面の沿う位置から上方に回転し得るタンクアーム２３が、回転可能に設けられ、タンクアーム２３にはインク供給針２３ｂ、および大気導入針２３ｃが装着されている。インク供給針２３ｂ、大気導入針２３ｃは、ゴム栓２０ｂ、２０ｃをそれぞれ貫通し、大気導入針２３ｃはメインタンク２０内を大気に連通する。
【０１１９】
インク供給針２３ｂは供給チューブ２３ｄに接続され、供給チューブ２３ｄは流路２２ａ、チューブ６を介して記録ヘッド１に接続される。
【０１２０】
本実施形態は第２実施形態と同様のピストンよりなるインク逆流手段２４を有し、インク逆流手段２４は流路２２ａの中途に設けられている。流路２２ａとチューブ６の間には第２実施形態同様遮断弁１０が設けられている。
【０１２１】
メインタンク２０をインク供給ユニット２２に装着する際には、このタンクアーム２３を上方に回転させ（２点鎖線の状態）、メインタンク２０を所定位置までスライドした後、タンクアーム２３を下げる。このときインク供給針２３ｂ、大気導入針２３ｃがゴム栓２０ｂ、２０ｃを貫通し、インクタンク２０内と各針内の流路が連通可能される。
【０１２２】
以上の構成により、インク２１はパイプ２０ｄを介してインク供給針２３ｂから吸い上げてられて記録ヘッド１へ供給される。
【０１２３】
本実施形態においても遮断弁１０を閉じ、インクを逆流することで、メインタンク２０内に、図中のような矢印の流れが生じ、インクが攪拌される。
【０１２４】
近年、高速印字、記録紙サイズの大判化、連続操業性等から、メインタンクの大容量化が求められている。このような大容量のメインタンクはその重量の増加から操作性が低下する可能性があるが、第３実施形態のようにメインタンク２０をスライドして装着する構成とすれば、少ない操作力で装着可能であり、その操作性が高い。
【０１２５】
なお以上の実施形態では遮断弁をインク逆流手段とは別個に設けたが、記録ヘッド側へのインク流出を防止し得る弁機構を含むインク逆流手段を採用することも可能である。
【０１２６】
また本発明の趣旨と範囲は、本発明の特定の説明と図に限定されるものではなく、以下の実施態様に示すように、本願特許請求の範囲に述べられた内容の様々な修正および変更に及ぶことは当業者にとって理解されるであろう。
【０１２７】
［実施態様１］インクを保持するメインタンクと、記録用紙に対してインクを吐出する記録ヘッドと、前記メインタンクから前記記録ヘッドにインクを導くインク流路とを備えたインクジェット記録装置であって、前記インク流路に設けられ、前記インク流路内のインクを前記メインタンクに戻し得るインク逆流手段を備えたインクジェット記録装置。
【０１２８】
［実施態様２］前記戻し得るインク逆流手段がインクをメインタンクに逆流させるときにインクの記録ヘッド方向への流出を防止し得る遮断弁をさらに備えることを特徴とする実施態様１記載のインクジェット記録装置。
【０１２９】
［実施態様３］前記インク逆流手段は、ベローズ式のポンプ手段であることを特徴とする実施態様１または２に記載のインクジェット記録装置。
【０１３０】
［実施態様４］前記インク逆流手段は、ピストン式のポンプ手段であることを特徴とする実施態様１または２に記載のインクジェット記録装置。
【０１３１】
［実施態様５］前記インク逆流手段は、少なくとも1回以上連続して、インクをメインタンクに逆流させることを特徴とする実施態様１または２に記載のインクジェット記録装置。
【０１３２】
【発明の効果】
本発明によればインク濃度を均一化し、また、インク増粘に起因した動作不安定を防止し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るインクジェット記録装置の第１実施形態におけるインク供給系を示す縦断面図である。
【図２】図１のインク供給系のインク供給原理を示す縦断面図である。
【図３】図１のインクジェット記録装置を示す斜視図である。
【図４】図１の実施形態におけるインク逆流手段の閉鎖状態を示す縦断面図である。
【図５】図１の実施形態におけるインク逆流手段の逆流・攪拌状態を示す縦断面図である。
【図６】本発明に係るインクジェット記録装置の第２実施形態におけるインク逆流手段の閉鎖状態を示す縦断面図である。
【図７】図６のインク逆流手段の逆流・攪拌状態を示す縦断面図である。
【図８】本発明に係るインクジェット記録装置の第３実施形態におけるインク逆流手段を示す縦断面図である。
【図９】従来のインクジェット記録装置におけるインク供給系を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１記録ヘッド
４、２０メインタンク
６インク供給チューブ
９インク
１０遮断弁

Claims

顔料インクを吐出する記録ヘッドと、顔料インクを収容するメインタンクと、前記メインタンクを着脱可能なインク供給ユニットと、一端が前記記録ヘッドに接続され、他端が前記インク供給ユニットに接続されたインク供給チューブとを備え、前記インク供給ユニットは、前記メインタンクが装着されたときに当該メインタンクと連通するインク供給針及び大気導入針と、前記インク供給チューブに連通する第１の流路と、前記インク供給針と連通する第２の流路と、前記第１の流路と前記第２の流路の間に配され前記メインタンクから前記記録ヘッドへのインク供給を遮断可能な遮断弁と、大気連通口と連通する大気連通室と、前記大気導入針から前記大気連通室に至る第３の流路とを有し、前記記録ヘッドから顔料インクを吐出する際は、前記メインタンクから前記記録ヘッドに顔料インクが供給されるインクジェット記録装置であって、
前記インク供給ユニットは前記第２の流路中に逆流手段を備え、前記遮断弁を閉じた状態で前記逆流手段を駆動して前記第２の流路内の顔料インクを前記記録ヘッドから顔料インクを吐出するときと逆方向に移動させることにより前記メインタンクから前記大気連通室にインクを流出させることが可能なことを特徴とするインクジェット記録装置。
前記逆流手段を駆動することにより、前記メインタンク内の顔料インクを攪拌する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。
前記逆流手段は、伸縮することにより前記第２の流路内の顔料インクを吸引、排出するベローズを有す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。
前記逆流手段は、ピストンホルダと、当該ピストンホルダ内を摺動可能なピストンを有す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。