JP4601810B2 - インクジェット記録装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ノズル吐出口よりインク滴を吐出してイメージを記録するインクジェット記録装置に関し、特に大型の記録ヘッドでインク容器が交換可能であるインクジェット記録装置において、取り分けインクの初期充填時、インク容器交換時の吐出不良の防止および改善を容易に行い得るインクジェット記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット記録装置は、記録ヘッド吐出口近傍のインク流路に圧力発生室を形成し、この圧力発生室に圧電素子や発熱素子により圧力を発生させて、ノズル吐出口より微細なインク滴を吐出させるように構成されている。このような構成で画像形成を行うため、インク（液体）に作用する圧力変動への配慮が重要となる。記録ヘッドとインク容器間の流路内、記録ヘッド内に空気／気泡が残留すると、圧力損失が生じ、インク滴の飛翔が不安定となり画像品質が著しく低下する。
【０００３】
新たに購入してインクジェット記録装置を使用する際には、インク容器のインクを記録ヘッドを介して吸引し、インク流路内の空気／気泡、記録ヘッド内の空気／気泡等を排除しながら記録ヘッドにインクを充填させる初期インク充填作業が行われる。
【０００４】
取り分けこの初期インク充填作業に空気／気泡等の残留が発生しやすく、また、一旦発生した空気／気泡の除去が、非常に困難であると言う不都合がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のインクジェット記録装置の初期インク充填においては、下記の問題点がある。
【０００６】
（１）記録ヘッドの形状／ノズル吐出数的にも大きくなるなか、記録ヘッドとキャップ部材との密着安定性が劣化する傾向にあり、微小なリーク等での吸引効率が下がることにより流路内の空気等を排除した初期吸引ができない。
【０００７】
（２）初期インク充填時、一旦、流路内に空気／気泡が残留してしまうと、大量のインクを吸引しても排除が改善されることなく、無用にインクを消費すると言う問題がある。
【０００８】
本発明の目的は、特に初期インク充填時に大量のインクを消費することなく、効率的に空気／気泡の除去を行うことができるインクジェット記録装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記主たる目的を達成するため、本発明のインクジェット記録装置は、記録ヘッドと、前記記録ヘッドのノズル開口部（吐出口）に接離可能に圧接するキャップ部材と、前記キャップ部材に接続する吸引ポンプと、該吸引ポンプによってキャップ部材を介してインクを吸引する手段と、前記記録ヘッドに流路を介してインクを供給する着脱可能なインク容器と、該インク容器内のインクリザーバのインクを所定量流出させる加圧する手段とを備えてなるインクジェット記録装置において、前記加圧手段の加圧を制御する加圧動作制御手段と、前記加圧動作制御手段の制御に基づいて移動する可動部材と、前記可動部材と接圧する前記加圧手段に設けられたスライド面と、を有し、前記加圧手段は前記インクリザーバを収縮させる方向に回転可能に付勢され、前記スライド面と前記可動部材が接圧することで該付勢に抗して前記加圧手段の回転が抑止され、前記可動部材の移動に応じて前記可動部材と前記スライド面との接圧位置が移動し、該接圧位置に応じて前記加圧手段の回転が抑止される位置まで前記加圧手段が前記インクリザーバを付勢して収縮させ、該収縮により前記インクリザーバ内の前記インクが加圧され、前記インク容器から前記流路へ初期インクを充填する場合に、前記加圧動作制御手段によって、前記インクリザーバから予め決められた所定の量のインクを流出させる位置まで前記加圧手段が移動するように前記可動部材の移動を制御し、前記所定の量のインクが流出した後において前記ノズル開口部が所定背圧を維持することを特徴とする。
【００１０】
上記構成において、初期インク充填時にノズル開口部からの効率の悪いインク吸引動作だけでなく、インクリザーバのインクを加圧し、前記インク容器から前記記録ヘッドのノズル開口部までの流路内にインクを導入することを併用することでより効果的に空気／気泡の除去が可能になるものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００１２】
図１は、本発明のインクジェット記録装置の概要を示す説明図を示す。図１において、記録ヘッド部１は、所定位置に配置されたインク容器２とチューブ３で接続されていて、チューブとインク容器の接続は、インク容器２内のインクリザーバ４に設けられた供給口４aにチューブ３端部に設定された中空針３aで結合されている。画像形成で消費した分のインクはインクリザーバ４から供給を受けるかたちとなる。１３は、インクリザーバ４の加圧機構の制御を行う制御装置である。５は、記録ヘッド１の対面に設けられたキャップ部材で記録ヘッド１のノズル開口部１aを覆う形状を有し、図示しない昇降動作によって気密性を保つかたちで圧接し、非画像形成時においてノズル開口部１aの乾燥を防止する。また、キャップ部材５は、チューブ６aとチューブ１０が接続され、チューブ６aを介して吸引ポンプ７に接続され、吸引ポンプ７の排出口は、チューブ６bを介して廃液タンク８に接続され、記録ヘッド１から吸い出したインクを廃液タンク８に排出できるようになっている。
【００１３】
吸引ポンプ７は、制御装置９により吸引動作が管理されるように構成される。本例では、支持体に間隔を設けて同一円周上となるように配置した複数のローラを、円形に配置された弾性チューブに弾接させ、支持体を直流モータで一方向に回転させるチューブポンプを用いた。 一方、チューブ１０は、大気開放弁１１に接続され、制御装置１２により、キャップ部材５の気密性の開放動作を補助するかたちでの弁の開閉動作が管理されるように構成される。本例では、チューブ１０の端部を弾性ゴム材に当接することで弁動作を構成し、弾性ゴム材との離接動作を直流ソレノイドで行うようにした。
【００１４】
図２は、本発明が使用される大型フォーマットプリンタ／プロッタの代表的な形の斜視図である。図３は、本発明インク容器のインク加圧機構の概要を示す斜視図である。図２でインク容器２は、装置のインク装着部３１の所定位置（各色ごとのスロット）に設定され、その際、インク容器２の背面に設置されるインク容器メモリ（図示せず）と本体側の検知回路とが接触結合してインク容器２の状態を検知するようになっている。図３において、インク容器２内には可潰性を有するインクリザーバ４にインクが充填された状態で所定位置に固定され、インクリザーバ４を加圧部材２２を介して加圧し、加圧したインクを記録ヘッド１まで供給するようになっている。
【００１５】
本例のインク容器２は、カバー２０、２１のABS製（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂）の硬い樹脂で形成され、ネジ等で一体固定されており、容器のハンドリング性と内装される可潰性のインクリザーバ４を保護するかたちになっている。可潰性のインクリザーバ４は、基材をPE（ポリエチレン）とした積層フィルムの細長いシートで２枚のシートに供給口を含めて三辺を熱融着したのち、所定量のインクを所定手順に従って充填した後、一辺を熱融着することにより形成される。該インクリザーバ４は、インクを充填した状態で所定の局部的な圧力以下の使用においては問題のない強度を有し、本例での加圧では、全く問題のない使用状況にある。
【００１６】
インクリザーバ４のカバー２１との所定位置の固定は、カバー２１内に形成されたリブ形状との接触で所定位置に位置出しされ、本例ではインクリザーバ４の片側シート面に両面テープで貼付固定した。 加圧部材２２は、L字状の形状で、端部がインクリザーバ４のシート面に面接触するようになっており、他端部は勘合回転動作が可能なように円筒形状が形成され、カバー２１には前記円筒形状が圧入設置可能な穴開口部２１aが設けられ、圧入設置することで部材保持され、穴開口部２１aを回転中心とした回転動作が可能となる。加圧部材２２には、回転動作を抑止するスライド面２２aが回転方向と対向する方向に形成されている。加圧部材２２を介しての加圧力の発生は、インクリザーバ４を収縮させる方向に加圧部材２２が回転するように、加圧部材２２の上面にバネ受け面２２bが形成されており、ケース２０との所定位置の隙間にバネ部材２３が設定され、バネ部材２３の復元力で行われる。本例では、バネ部材２３を圧縮コイルバネで構成したが、加圧部材２２の回転中心に回転バネを構成しても同様の加圧力の発生ができる。
【００１７】
カバー２１には、加圧部材２２の回転位置を抑止する可動部材２４及び可動部材２４の可動域を抑止する可動部材２５が設けられている。図４及び図７は、可動部材２４及び２５の動作を示すものである。可動部材２４は、部材中央に形成された小判形状の開口部に、ケース２１側に形成されたバネ性を持ちカエリ形状を有する突起に圧入、保持され、矢印C方向の案内を兼ねた状態でケース２１内壁面からの外れが抑止される。また、可動部材２４の端面にはバネ性を有したフック状の形状２４bが形成されており、ケース２１中央に形成されたトンネル形状の部分に圧入され、フック形状の端部とトンネル形状の端面によって矢印C方向のストッパ的な機能を有し、且つ、ケース２１内壁面に保持される。可動部材２４は、矢印C方向にのみ所定範囲で可動可能となる。該可動部材２４の両端部には、加圧部材２２のスライド面２２aと圧接／摺動する摺動面２４aが形成されている。
【００１８】
摺動面２４aは、矢印C方向の動作でスライド面２２aとのカジリを回避して摺動性を良くするために一部がコブの様に盛り上がった傾斜形状を構成している。バネ部材２６は、バネ端面をカバー２１の内壁面両端部より突起したリブ面を固定側として圧接保持され、片端面が可動部材２４の摺動面下部に形成された穴部に収納され、カバー２１のリブ面と可動部材２４との隙間に圧縮状態で保持される。バネ部材２６は、カバー２１を固定として可動部材２４を可動部材２５の方向に押圧する構成となる。弾性樹脂材料で形成された可動部材２５は、端部近傍に穴部を形成し、ケース２１側に形成されたバネ性を持ちカエリ形状を有した突起部に圧入／保持され、穴部を回転中心とした回転動作が可能な状態でケース２１内壁面からの外れが抑止される。可動部材２５の他端部には、可動部材２４中央の円弧形状端面と線接触する円弧形状端面が、可動部材２５の他端部には、円弧端面と対向する位置に板バネ形状が形成されている。該板バネ形状は、カバー２１内壁面に形成された突起部（円柱）に当接し、板バネ形状の変形の弾性力で可動部材２４のフック形状のストッパ機能で停止した状態の円弧接触面に予圧する状態となり、可動部材２４と２５の変位伝達のガタ取りを行っている。したがって、可動部材２５の角度変位が、連動して可動部材２４の水平方向変位に変換伝達されることになる。また、可動部材２５の回転中心と反対端面（本例では、インク容器２が装置設置状態で下となる側）には、L型の形状が形成され、L型形状の端面がカバー２１に設けられた開口部を介して強制変位させることで回転可動な構成となっている。図４で３０は、本体側の要部概略構成で、インク容器２の装置収納時の底部案内板３０cと半月形状をした稼動カム３０aと稼動カム３０aに連結されるシャフト３０bで構成される。本図では、インク容器１台に対して構成しているが、底部案内版３cは装置に収納されるインク容器２の下部に一様に構成され、可動カム３０aは、個々のインク容器２に個別設定され、一本のシャフト３０bで連結連動されている。シャフト３０bは、制御装置１３の制御のもと図示しないDCモータの回転伝達がなされる構成となっており、位置検出センサでの所定回転角管理のもと双方向に動作が行われる。
【００１９】
上記の構成のもと、インクリザーバ４の加圧動作を説明する。図５は、インクリザーバ４の加圧前の主要部材状態を示し。図６は、図５のA-A断面を示し。図８は、インクリザーバ４の加圧時の主要部材状態を示し。図９は、図８のB-B断面を示す。図４及び図６で、新規のインク容器２が装置に装填され、本体の可動カム３０aが動作する前の状態を示し、可動部材２４と可動部材２５の円弧断面が当接し、可動部材２４のストッパ機能で所定位置に停止している状態にある。可動部材２４の停止状態において、可動部材２４の摺動面２４aのコブ形状頂点に加圧部材２２のスライド面２２aが圧接している状態で、加圧部材２２の回転動作が抑止されている。この状態においては、加圧部材２２とインクリザーバ４は接触しておらず、インクへの加圧は生じていない。図７及び図９で、加圧動作制御手段１３の制御のもと加圧動作が開始されると装置側のシャフト３０bが回転し、可動カム３０aが所定角度回転する。装置の底部案内板３０cの開口部、インク容器２のカバー２１の開口部を介して可動カム３０aの端面が可動部材２５のL型形状端面に接触、可動部材２５が回転動作し矢印D方向に所定角度変位する。可動部材２５の回転変位は、可動部材２５の円弧断面〜可動部材２４の円弧断面と伝達され、可動部材２４が矢印C’方向に所定変位する。可動部材２４が、矢印C’方向に移動することで、摺動面２４aも移動し、加圧部材２２のスライド面２２aとの接圧位置が摺動面２４aのコブ形状の頂点から連続した斜面に沿うかたちで下方に移動し、加圧部材２２がインクリザーバ４側に回転することで加圧部材２２とインクリザーバ４が接触し、シートを介して充填インクに加圧される。一連の動作でインクに加圧することが可能となり、本動作でインクリザーバ４から供給インクを記録ヘッド１のノズル開口部１aまで供給することができる。
【００２０】
良好な画質を形成するためにノズル開口部１aにおいて、所定背圧（水頭値）を維持する必要がある。前記の加圧されたインクの背圧では、インク滴の吐出不良となってしまう。図１０は、本例のインク容器２にインクリザーバ４が収納された製品状態でのインク流出量と水頭圧の平均特性を示したものである。図中のインクリザーバに加圧なしの状態は、インクリザーバ４に加圧部材２２が接触していない状態（可動カム３０a動作前）の特性で、主にインクリザーバ４の仕様で決められてしまう特性曲線である。したがって、背圧を所定範囲に維持すると言うことは、この特性曲線が所定背圧範囲にあり、平均背圧のポイントをずらすことであり、具体的にはインク容器２を装置に設置されるノズル開口部１aに対しどこに配置（鉛直方向）するかで決定される。
【００２１】
本例のインクリザーバに加圧なしの状態の特性曲線は、記録ヘッド１の吐出可能な背圧特性から見て全く問題のない状態にある。図中のインクリザーバに加圧P=２．９４N（３００ｇｆ）及びP=４．９N（５００ｇｆ）の特性曲線は、本例インク容器２内のバネ部材２３の狙い荷重値２．９４Nと４．９Nを設置し、インクリザーバに加圧（可動カム３０a動作後）した時の特性曲線である。両特性曲線とも所定インク流量を境に水頭圧がインクリザーバ４に加圧なしの曲線から大きく加圧され、バネ部材２３の荷重値で比例的に上昇している。この水頭圧の上昇領域を流路へのインク充填に用いるものである。所定インク流量を流出した後または、加圧動作を解除した時は、問題なくインク吐出ができることを意味し、所定インク流量を流出した後は、加圧機構が加圧状態にあってもインク加圧されないことになる。本例では、装置装填される新規インク容器２を検出した時は、全て一連の初期充填動作を行う設計意図から、動作カム３０aの動作を同一シャフト３０bで連動させても新規に交換となったインク容器２のみにインク加圧が行われることとなる。また、動作カム３０aを装填インク容器２ごとに個別に設定／制御することができれば、より複雑にインク加圧を利用することが可能であることは明白である。前記所定インク流量の境は、加圧部材２２の加圧変位量と連動する本体側の可動カム３０aの角度変位を変えることで変化し、水頭圧の加圧特性もこれに追従する。変位角度を制御することで任意のインク流量の境を選定することが可能である。したがって、初期インクの充填を考えた場合、インク容器２からノズル開口部１aまでの流路容積を踏まえた上でインク流量の境を決定し、本体に配管される流路の配管状態（管径／配管の高低差／インク表面張力等）とインク流速を考慮しバネ部材２３の荷重値を決定することになる。本例では、インク流量の境を１８０mlとしてバネ部材２３の荷重値を４．９Nの設定で構成した。
【００２２】
本例の実機評価において、インクリザーバ４と記録ヘッド１間の距離がある構成で、インク初期充填の方法別のインクリザーバ４から記録ヘッド１までの流路内における空気／気泡の残留量測定を実施してみると、
（１）インクリザーバの加圧＋キャップ部材での吸引
（２）インクリザーバの加圧
（３）キャップ部材での吸引
（１）≧（２）＞（３）の順で、（１）が最も良く、（２）が、（１）より若干悪く、（３）が使用上問題発生するレベルとなった。この傾向は、記録ヘッド１の形状が大きくなるとより顕著であった。また、記録ヘッド１内のノズル開口部１aまでの流路内における空気／気泡の残留量測定では、
（１）インクリザーバの加圧＋キャップ部材での吸引（従来の２０％）
（２）キャップ部材での吸引
（３）インクリザーバの加圧
（１）=（２）＞（３）の順で、（１）と（２）が同レベルで良く、（３）が若干悪いレベルとなった。前記の結果を受け、本発明の初期インク充填時のインク吸引動作は、インクリザーバ４の加圧動作とキャップ部材５での吸引動作を併用する構成とし、但し、キャップ部材５での吸引動作は、補助的な動作でも空気／気泡の残留効果があることから、従来の吸引ポンプによる吸引量を大幅に削減し、吸引量も制御するかたちとした。本例では、併用動作としたが、初期インク充填はインクリザーバ４の加圧動作だけでも装置として問題ないレベルであることは明らかである。
【００２３】
【発明の効果】
前記本発明のインクジェット記録装置によると、次のような効果を奏する。
（１）請求項１のインクジェット記録装置によると、簡単な構成であるインク加圧機構と記録ヘッドに圧接するキャップ部材での吸引動作を併用することにより、取り分け初期インク充填時の空気／気泡の残留を大幅に軽減することができるため、装置としての画質品質の向上が図れる。
（２）請求項４のインクジェット記録装置によると、主にインク加圧機構での初期インク充填を行うことにより、初期インクの流出量が管理できるため初期インク充填時にインクを無駄に消費することなく、画像形成以外でのインク消費を大幅に軽減することができ、画質形成効率の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のインクジェット記録装置の概要を示す説明図である。
【図２】 本発明が使用される大型プリンタ／プロッタの代表的な形の斜視図である。
【図３】 本発明のインク容器のインク加圧機構概要を示す斜視図である。
【図４】 本発明のインク加圧機構動作前の可動部材動作を示す要部構成図である。
【図５】 本発明のインク機構動作前のインク容器要部を示す構成図である。
【図６】 本発明の図５の矢印A-Aに沿ったインク容器要部の断面図である。
【図７】 本発明のインク加圧機構動作後の可動部材動作を示す要部構成図である。
【図８】 本発明のインク機構動作後のインク容器要部を示す構成図である。
【図９】 本発明の図８の矢印B-Bに沿ったインク容器要部の断面図である。
【図１０】 本発明の製品状態でのインク容器内インクリザーバからのインク流出量と水頭圧の平均特性のグラフを示す。
【符号の説明】
１ 記録ヘッド部
２ インク容器
４ インクリザーバ
５ キャップ部材
７ 吸引ポンプ
２２ 加圧部材
２３ バネ部材
２４ 動部材
２５ 可動部材
３０ａ 可動カム
３０ｂ シャフト

Claims (4)

1. インクを吐出飛翔させ、ドットを形成するインクジェット記録ヘッドと、該記録ヘッドのノズル開口部に接離可能に圧接するキャップ部材と、前記キャップ部材に接続する吸引ポンプと、前記記録ヘッドに流路を介してインクを供給する着脱可能なインク容器と、前記インク容器内にインクを収納するインクリザーバと、該インクリザーバ内のインクに圧力を加えるための加圧手段とを備えてなるインクジェット記録装置において、
   前記加圧手段の加圧を制御する加圧動作制御手段と、
   前記加圧動作制御手段の制御に基づいて移動する可動部材と、
   前記可動部材と接圧する前記加圧手段に設けられたスライド面と、
   を有し、
   前記加圧手段は前記インクリザーバを収縮させる方向に回転可能に付勢され、
   前記スライド面と前記可動部材が接圧することで該付勢に抗して前記加圧手段の回転が抑止され、
   前記可動部材の移動に応じて前記可動部材と前記スライド面との接圧位置が移動し、該接圧位置に応じて前記加圧手段の回転が抑止される位置まで前記加圧手段が前記インクリザーバを付勢して収縮させ、該収縮により前記インクリザーバ内の前記インクが加圧され、
   前記インク容器から前記流路へ初期インクを充填する場合に、
   前記加圧動作制御手段によって、前記インクリザーバから予め決められた所定の量のインクを流出させる位置まで前記加圧手段が移動するように前記可動部材の移動を制御し、
   前記所定の量のインクが流出した後において前記ノズル開口部が所定背圧を維持することを特徴とするインクジェット記録装置。
2. 前記加圧手段による前記インクリザーバ内のインクへの加圧と、前記記録ヘッドに圧接した状態で前記キャップ部材に接続された前記吸引ポンプとを同時に作動させて、前記インク容器から前記流路へ初期インクを充填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。
3. 前記インク容器が新規のインク容器であることを検知するインク容器交換検知手段を備え、前記インク容器交換検知手段からの信号により前記インクリザーバへの加圧を実行させ、前記インク容器から前記流路へ初期インクを充填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。
4. 前記インクリザーバは前記インク容器に固定されていることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載のインクジェット記録装置。

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