JP4830628B2 - インク供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、インクを吐出する記録ヘッドにカートリッジからインクを供給するインク供給装置に関する。

従来より、交換可能なインクカートリッジのインクを記録ヘッドに供給すると共に、インクカートリッジが空になったことを警告するインク供給装置として、特許文献１にあるような装置が知られている。この装置では、インクカートリッジと記録ヘッドとの間のインクの供給流路にサブタンクを介装し、インクカートリッジのインクをポンプによりサブタンクに供給できるようにしている。また、サブタンクにインク液面レベルを検出する液面レベルセンサを設けて、液面レベルセンサにより検出されたインク液面レベルが所定レベル以下となったときに、ポンプによりインクカートリッジからインクをサブタンクに供給する。ポンプを駆動しても、液面レベルセンサにより検出されるインク液面レベルが所定レベル以下のときには、インクカートリッジが空であると判断して、使用者にインクカートリッジの交換を促す警告を発するようにしている。
特開平１１−９１１２１号公報

しかしながら、こうした従来のものでは、インクカートリッジと記録ヘッドとの間の供給流路にサブタンクを介装しているので、装置が複雑になり、大型化するという問題があった。

本発明の課題は、構成が簡単で、小型のインク供給装置を提供することにある。

かかる課題を達成すべく、本発明は課題を解決するため次の手段を取った。即ち、交換可能なインクカートリッジと、インクを吐出する記録ヘッドとを接続する供給流路を備えたインク供給装置において、前記供給流路と接続され、内部にインクを貯留可能であると共に、前記供給流路との合流箇所へ向けて貯留したインクを供給可能なポンプと、
前記合流箇所若しくは前記合流箇所よりも前記インクカートリッジ側の前記供給流路の前記インクを検出するインク検出手段と、該インク検出手段によりインク無しが検出されたときにその検出結果を報知する報知手段と、前記インクカートリッジの交換後に、前記ポンプを駆動制御して、前記インクを前記供給流路に供給して前記供給流路の空気を前記インクカートリッジに戻す排出制御手段とを備え、前記ポンプは、その供給圧力が前記記録ヘッドのメニスカスを破壊しない圧力であり、かつ、前記供給流路の前記合流箇所の両側に、前記記録ヘッド側への流れを許容する逆止弁を設けると共に、前記インクカートリッジ側の前記逆止弁は前記供給圧力での逆流を許容することを特徴とするインク供給装置がそれである。

更に、前記ポンプは、容積可変のポンプ室を備え、該ポンプ室は前記インクカートリッジから前記インク検出手段までの前記供給流路の容積以上の前記インクを貯留可能な構成としてもよい。

前記合流箇所は、前記記録ヘッドのノズル面より重力方向の下側に配置することが好ましい。また、前記排出制御手段は、前記ポンプを制御して、前記供給流路の空気を前記インクカートリッジに戻した後、前記インクカートリッジの前記インクを吸引して貯留する構成としてもよい。

本発明のインク供給装置は、合流箇所若しくは合流箇所よりもインクカートリッジ側の供給流路内のインクをインク検出手段により検出して、その検出結果、例えば、インクエンプティを報知するので、インクカートリッジが空になるまで使用できると共に、インクカートリッジの交換後にポンプから供給流路にインクを供給して、空気をインクカートリッジに戻すので、サブタンクが不要となり、構成が簡単で、小型化できるという効果を奏する。

また、メニスカスを破壊しない圧力でインクを供給するので、記録ヘッド側の供給流路に電磁開閉弁等を設けなくても、空気をインクカートリッジに戻すことができ、構造が簡単になる。更に、合流箇所の両側に逆止弁を設け、インクカートリッジ側の逆止弁に供給圧力での逆流を許容することにより、パージ動作等を行なうポンプを兼用できる。請求項２に記載の発明では、インクカートリッジからインク検出手段までの供給流路の容積以上のインクを貯留可能なポンプを設けることにより、供給流路に侵入した空気を確実にインクカートリッジに戻すことができると共に、構成が簡単になる。請求項３に記載の発明では、合流箇所をノズル面より下側に設けることにより、インクカートリッジが空になったときでも、安定して記録ヘッドに背圧をかけることができる。請求項４に記載の発明では、空気を排出した後、ポンプがインクカートリッジのインクを吸引して貯留するので、ベローズ等を用いた簡単な構成のポンプを使用できる。

以下本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、交換可能なインクカートリッジ１と記録ヘッド２とがインクの供給流路４を介して接続されている。記録ヘッド２は、本実施形態では、圧電素子や熱変換素子等を駆動して、供給流路４を介してマニホールド６に供給されたインクをノズル８（図２参照）からインク滴として吐出するインクジェット式のものである。

インクカートリッジ１と記録ヘッド２との間の供給流路４の途中の合流箇所１０で、ポンプ１２が接続されている。ポンプ１２はインクカートリッジ１に直接接続されるのではなく、供給流路４の途中の合流箇所１０で接続される。合流箇所１０からインクカートリッジ１までの供給流路４は記録ヘッド２のノズル面２ａよりも重力方向の下側に配置されている。これにより、負圧を付与できるようにして、後述するインクカートリッジ１が空になった際にも、安定して記録ヘッド２に背圧をかけることができる。

ポンプ１２は、本実施形態では、ベローズポンプが用いられており、ベローズ１４により形成されたポンプ室１６が合流箇所１０に連通されている。ベローズ１４は伸縮可能に形成されており、ベローズ１４の伸縮によりポンプ室１６の容積が可変されるように構成されている。尚、ポンプ１２は、ベローズ１４に限らず、伸縮性のあるジャバラや風船等を用いてもよい。

ベローズ１４は昇降バー１８上に設けられており、昇降バー１８の両端は、それぞれ回転板２０，２２の側面に回転可能に支持されている。昇降バー１８と対称の位置に、連結バー１９の両端が回転板２０，２２の側面に回転可能に支持されており、両回転板２０，２２が同方向に回転すると、昇降バー１８が昇降するように構成されている。

図１に示すように、回転板２０，２２が１８０度回転すると、昇降バー１８は図１に実線で示す最も低い位置から最も高い位置に上昇され、更に、回転板２０，２２を１８０度回転すると、実線で示す元の最も低い位置に戻る。昇降バー１８が低い位置から高い位置に上昇された際に、ベローズ１４が縮小されてポンプ室１６の容積が変化する。

ポンプ室１６は、少なくとも、インク検出センサ４２が設けられている箇所（本実施形態では合流箇所１０）からインクカートリッジ１に至るまでの供給流路４の容積以上のインクを貯留可能に形成されており、昇降バー１８が最も低い位置から最も高い位置に上昇される間に、インク検出センサ４２が設けられている箇所からインクカートリッジ１に至るまでの供給流路４の容積以上のインクを吐出可能に構成されている。

一方の回転板２０には、モータ等の駆動源２４の回転が歯車機構２６を介して伝達されるように構成されている。尚、駆動源２４は、用紙等の被記録媒体を送給する図示しないプラテン等を回転させる駆動源と共用するようにして、歯車機構２６により切り換えるように構成してもよい。

供給流路４には、合流箇所１０を間にして、その両側にそれぞれ逆止弁２８，３０が介装されている。両逆止弁２８，３０は、インクカートリッジ１から記録ヘッド２へのインクの流れを許容するように配置されている。また、インクカートリッジ１と合流箇所１０との間の逆止弁３０は、図３に示すように、傘状の可撓性を有する弁体３２を備え、供給流路４の途中に形成された弁座３４に着座して、合流箇所１０からインクカートリッジ１側へのインクの流れを規制する。

逆止弁３０は、弁座３４に突起３６が形成されており、弁体３２の一部が突起３６に接触するように構成されている。合流箇所１０側のインク圧力が、ノズル８に形成されるメニスカス４０を破壊しない圧力であるときには、突起３６の近傍には弁体３２と弁座３４との間に隙間が形成され、合流箇所１０側からインクカートリッジ１側にインクが流れるように構成されている。

一方、合流箇所１０には、インク検出センサ４２が設けられている。インク検出センサ４２は、合流箇所１０とインクカートリッジ１との間の供給流路４に設ければよい。インク検出センサ４２は、インク検出センサ４２が設けられた箇所の供給流路４のインク有り・無しを検出するもので、フォト式や電気抵抗式等のものである。

インク検出センサ４２や駆動源２４は制御回路４４に接続されており、制御回路４４は動作内容に関する制御プログラムに従って、駆動源２４等を制御するＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えている。制御回路４４には表示部４６が接続されており、表示部４６はインクエンプティの際に点滅される発光ダイオード等を備えている。

次に、前述した制御回路４４で行われるインク供給制御処理について、図４に示すフローチャートと共に説明する。
まず、記録ヘッド２を画像データに基づいて駆動し、マニホールド６のインクをインク滴としてノズル８から用紙等の被記録媒体に吐出して、インクドットのパターンを記録する。消費されたインクは、インクカートリッジ１から供給流路４、逆止弁３０，２８を介してマニホールド６に補充される。インクが消費されるに従って、インクカートリッジ１のインクが減少し、インクカートリッジ１内のインク液面レベルが低下する。

記録が行われている間に、インク供給制御処理を一定時間毎に繰り返し実行して、まず、インクエンプティか否かを判断する（ステップ１００）。インクエンプティか否かの判断は、インク検出センサ４２によるインク有り・無しの検出に基づいて行われる。

インク有りのときには（ステップ１００：Ｎｏ）、そのまま待機し、記録ヘッド２による記録を継続して、インクカートリッジ１のインクが消費されると、図５に示すように、インクカートリッジ１が空になる。インクカートリッジ１とインク検出センサ４２との間の供給流路４にはまだインクが残っており、更に、被記録媒体への記録を継続する。

記録を継続して、インクカートリッジ１とインク検出センサ４２との間の供給流路４のインクも消費されて、図６に示すように、インク液面が合流箇所１０に達すると、インク検出センサ４２がインク無しを検出する。これにより、インクが無い、インクエンプティと判断して（ステップ１００：Ｙｅｓ）、一旦、記録ヘッド２の駆動を停止すると共に、インクカートリッジ１の交換を指示するアラーム信号を発信する（ステップ１１０）。このアラーム信号により、表示部４６の発光ダイオードを点滅させたり、あるいは、パソコン等の外部機器にアラーム信号を発信して、インクカートリッジ１が空になり、交換しなければならないことを使用者に報知する。

次に、インクカートリッジ１が交換されたか否かを判断し（ステップ１２０）、交換されるまで待機し（ステップ１２０：Ｎｏ）、図６に示すように、新たなインクカートリッジ１に交換されたときには（ステップ１２０：Ｙｅｓ）、ポンプ１２を駆動する（ステップ１３０）。インクカートリッジ１が交換された際には、インクカートリッジ１とインク検出センサ４２が設けられた合流箇所１０との間には空気４８が残留している。尚、インクカートリッジ１が交換されたか否かは、例えば、インクカートリッジ１の交換の際に、図示しないカバー等が開け閉めされたことを検出して、この検出信号等に基づいて判断すればよい。

ポンプ１２の駆動の際には、制御回路４４により、駆動源２４の回転数を制御して、歯車機構２６を介して回転板２０を回転させる。これにより、昇降バー１８が上昇して、ベローズ１４を縮小させ、ベローズ１４から合流箇所１０を介して供給流路４にインクを供給する。

ベローズ１４を縮小させる際には、ベローズ１４から吐出されるインク圧力が、ノズル８のメニスカス４０を破壊しない圧力となるように、例えば、４ｋＰａ程度の圧力となるように、駆動源２４の回転数を制御する。これにより、メニスカス４０を破壊しない圧力で、インクが合流箇所１０を介して供給流路４に供給される。

記録ヘッド２のノズル８にはメニスカス４０が形成されているので、メニスカス４０を破壊する圧力でインクを供給すると、ノズル８からインクが吐出されてしまう。よって、ポンプ１２から吐出されるインク圧力をメニスカス４０が破壊されない圧力とすることにより、合流箇所１０から供給流路４を介してインクカートリッジ１側にインクが流れ、合流箇所１０から記録ヘッド２側の供給流路４には流入しない。

尚、合流箇所１０と記録ヘッド２との間の供給流路４に電磁開閉弁を介装して、ポンプ１２を駆動する際には、電磁開閉弁を閉弁し、その際には、ポンプ１２から吐出されるインク圧力は、メニスカス４０を破壊する圧力以上とすることができるが、ポンプ１２から吐出されるインク圧力をメニスカス４０が破壊されない圧力とすることにより、電磁開閉弁を設けることなく、空気４８インクカートリッジ１に戻すことができ、構造が簡単になる。

インクは、合流箇所１０からインクカートリッジ１側の供給流路４に流入し、供給流路４に残留している空気４８をインクカートリッジ１に向かって押し出す。逆止弁３０はメニスカス４０を破壊しない圧力であれば、インクカートリッジ１側への流れを許容するので、空気４８やインクは逆止弁３０を通って、インクカートリッジ１に流入する。インクカートリッジ１に流入した空気４８は、図７に示すように、気泡となって上昇し、インクカートリッジ１から大気中に放出される。

これにより、インクカートリッジ１が完全に空になるまで使用できると共に、供給流路４内の空気４８をポンプ１２を駆動してインクカートリッジ１内に排出するので、インクを無駄に捨てることなく、インクカートリッジ１の交換を行うことができる。しかも、サブタンク等を設ける必要がなく、構造が簡単になり、小型化できる。

また、ポンプ１２からは、インク検出センサ４２が設けられている箇所からインクカートリッジ１に至るまでの供給流路４の容積以上のインクを吐出するので、構成が簡単になる。即ち、ベローズ１４を用いて、昇降バー１８を最も低い位置から最も高い位置に上昇する間に、必要な量のインクを吐出するので、ポンプ１２の構成が簡単になる。

次に、ポンプ１２を駆動して、図７に示すように、昇降バー１８を最も高い位置まで上昇させて、所定時間が経過するまで待機してから（ステップ１４０）、ポンプ１２に吸引を行わせる（ステップ１５０）。ポンプ１２による吸引動作は、図８に示すように、駆動源２４を制御して、駆動源２４の回転を歯車機構２６を介して回転板２０に伝達する。

これにより、昇降バー１８が最も高い位置から最も低い位置にまで移動し、その間にベローズ１４は拡張して容積が増大する。よって、ベローズ１４のポンプ室１６にインクカートリッジ１からインクが供給流路４、逆止弁３０を介して吸引されて、ポンプ室１６がインクで満たされる。空気４８を排出した後、ポンプ室１６にインクを吸引することにより、ベローズ１４を用いた簡単な構成のポンプ１２を用いることができる。

ポンプ１２による吸引の際には、記録ヘッド２側からポンプ室１６側にインクが流れようとしても、他方の逆止弁２８が閉弁して流れを規制する。ポンプ１２による吸引を終了した後、本制御処理を一旦終了する。尚、本実施形態では、ステップ１００，１１０の処理の実行が報知手段として働き、ステップ１２０〜１４０の処理の実行が排出制御手段として働く。

本実施形態では、図９に示すように、ポンプ１２を駆動して、パージ動作を行なうパージ手段も兼用している。即ち、ポンプ１２を駆動して、ベローズ１４を縮小してポンプ室１６からインクを合流箇所１０を介して供給流路４に供給し、逆止弁２８を介して記録ヘッド２に供給することにより、ノズル８からインクを吐出して、廃液フォーム５０に吸収させることができる。その際、逆止弁３０によりインクカートリッジ１にはインクが逆流しない。これにより、乾燥したインク等を適切に排出でき、ノズル８の目詰まりを防止できる。合流箇所１０の両側に逆止弁２８，３０を設けることにより、パージ動作を兼用できる。

本発明の一実施形態としてのインク供給装置の概略構成図である。 本実施形態の記録ヘッドのノズルに形成されるメニスカスを示す説明図である。 本実施形態の逆止弁の概略構成図である。 本実施形態の制御回路において行われるインク供給制御処理の一例を示すフローチャートである。 本実施形態のインク供給装置における記録状態を示す概略構成図である。 本実施形態のインク供給装置におけるインクカートリッジを交換したときの状態を示す概略構成図である。 本実施形態のインク供給装置におけるポンプを駆動して空気を排出するときの状態を示す概略構成図である。 本実施形態のインク供給装置におけるインクカートリッジからポンプにインクを吸引するときの状態を示す概略構成図である。 本実施形態のインク供給装置によるパージ動作のときの状態を示す概略構成図である。

符号の説明

１…インクカートリッジ
２…記録ヘッド
２ａ…ノズル面
４…供給流路
６…マニホールド
８…ノズル
１０…合流箇所
１２…ポンプ
１４…ベローズ
１６…ポンプ室
１８…昇降バー
２０，２２…回転板
２４…駆動源
２６…歯車機構
２８，３０…逆止弁
４０…メニスカス
４２…インク検出センサ
４４…制御回路
４６…表示部
４８…空気
５０…廃液フォーム

Claims (5)

1. 交換可能なインクカートリッジと、インクを吐出する記録ヘッドとを接続する供給流路を備えたインク供給装置において、
   前記供給流路と接続され、内部にインクを貯留可能であると共に、前記供給流路との合流箇所へ向けて貯留したインクを供給可能なポンプと、
   前記合流箇所若しくは前記合流箇所よりも前記インクカートリッジ側の前記供給流路の前記インクを検出するインク検出手段と、
   該インク検出手段によりインク無しが検出されたときにその検出結果を報知する報知手段と、
   前記インクカートリッジの交換後に、前記ポンプを駆動制御して、前記インクを前記供給流路に供給して前記供給流路の空気を前記インクカートリッジに戻す排出制御手段とを備え、
   前記ポンプは、その供給圧力が前記記録ヘッドのメニスカスを破壊しない圧力であり、かつ、前記供給流路の前記合流箇所の両側に、前記記録ヘッド側への流れを許容する逆止弁を設けると共に、前記インクカートリッジ側の前記逆止弁は前記供給圧力での逆流を許容することを特徴とするインク供給装置。
2. 前記ポンプは、容積可変のポンプ室を備え、該ポンプ室は前記インクカートリッジから前記インク検出手段までの前記供給流路の容積以上の前記インクを貯留可能なことを特徴とする請求項１に記載のインク供給装置。
3. 前記合流箇所は、前記記録ヘッドのノズル面より重力方向の下側に配置したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインク供給装置。
4. 前記排出制御手段は、前記ポンプを制御して、前記供給流路の空気を前記インクカートリッジに戻した後、前記インクカートリッジの前記インクを吸引して貯留することを特徴とする請求項１ないし請求項３に記載のインク供給装置。
5. 前記排出制御手段は、前記インクカートリッジが交換されたか否かを判断することを特徴とする請求項１ないし請求項４に記載のインク供給装置。

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