JP4861236B2 - インクジェット式記録装置におけるインク供給装置 - Google Patents

Description

この発明は、インクジェット式記録装置において、インクが空気に触れることによる変質を防ぎ、常に良好な印字と吐出信頼性を高めるために、密閉系のインク供給系を形成し、可撓性を有するインク容器に収納したインクの残量を精度良く検出することができるインクジェット式記録装置におけるインク供給装置に関するものである。

従来、インクジェット式記録装置におけるインク供給方法としては、特許文献１に記載されるような技術内容のものが知られている。この特許文献１に記載の発明は、圧電素子（ＰＺＴ）の駆動により、ノズルからインク滴を吐出して記録紙に記録を行うインクジェット記録装置に関するものであり、ＰＺＴ駆動による高周波の振動により、インク内に含まれる溶存空気が発泡し、ノズルに到るインクの流れを阻害することから生じる吐出不良を防ぎ、インクの吐出信頼性を高め、長時間の印刷が可能となるようなインクジェット記録装置を得るものである。その基本的な構成は、インクジェット記録装置において、主インクタンクおよびサブインクタンクは大気に開放されていない可撓性を有する容器にインクが真空充填され、主インクタンクは、サブインクタンクへインク供給を行う加圧手段を備え、主インクタンクとサブインクタンクを接続するインク配管および前記サブインクタンクとヘッド間を接続するインク配管とに夫々流路封止手段を備えたものである。

この特許文献１になるインク供給方法では、水頭圧調整のためにサブインクタンクが必要であり、吸引パージを行うために吸引ポンプを用いるなど複雑な構造にならざるをえなかった。

一方、従来のインクジェット式記録装置におけるインク残量検出方法あるいはインク残量検出装置としては、特許文献２に記載されるような技術内容のものが知られている。この特許文献２に記載の発明は、ノズルからインクを噴射する記録ヘッドに供給するインクを収納した可撓性を有する袋や容器などのインクカートリッジに収納したインクの残量を精度良く検出するインク残量検出方法並びにインク残量検出装置である。その基本的な考え方は、カートリッジ２を交換した初期時と記録ヘッド３の機能を回復する時に記録ヘッド３のノズルから吸引ポンプ１４で吸引するインクの吸引量を検出し、印字中のインクの吐出量及び記録ヘッド３のノズルを正常な状態に維持するために記録ヘッド３のノズルからインクをパージする時のインクの吐出量を検出し、検出した吸引量と吐出量をカートリッジ２のインク総充填量又は先に算出したインク残量から減算してカートリッジ２内のインク残量を算出するようにしたものである。

この特許文献２になるインク残量を検出する方法は、インク残量をパージ量や印字量から演算で求める方式のものであり必ずしも正確な残量を求めることができない。また、この特許文献２に記載のものは、新品カートリッジからの減算となるため、いくらか使ったカートリッジを再使用する場合には、そのカートリッジのインク残量を測定することができない。

特開２００４−２１６７９７号公報（要約、図１） 特開２００１−２６０３７５号公報（要約、図１）

そこで、この発明では、上記する従来技術の問題点を解消すべくなしたものであって、特に重要な要素は、インクジェット式記録装置において、インクが空気に触れることによる変質を防ぎ、常に良好な印字と吐出信頼性を高めるために、密閉系のインク供給系を形成し、可撓性を有するインク容器に収納したインクの残量を精度良く検出することができるインクジェット式記録装置におけるインク供給装置を提供することにある。

この発明は、上記する目的を達成するにあたって、請求項１に記載の発明は、少なくとも一つのプリントヘッドを備え、前記プリントヘッドのノズルからインクを吐出することにより被記録媒体に印刷を行うインクジェット式記録装置であって、前記インクジェット式記録装置におけるプリントヘッドにインクを供給するためのインク供給装置において、
水頭圧を一定に保つべく扁平袋状に形成された可撓性を有するインク容器と、前記インク容器から該インク容器内のインクをプリントヘッドに送るためのインク供給路と、前記インク容器を収容する容器収容室を有し、前記プリントヘッドに対して低い位置に設置された加圧タンクと、前記加圧タンク内の圧力を制御する圧力制御手段と、前記加圧タンク内に設けられ、前記インク容器を前記加圧タンクに対して水平に寝かせた状態で出し入れ可能なインク容器受けトレー部材とを備え、
前記圧力制御手段は、
前記加圧タンクに空気を送り、前記加圧タンクを加圧する空気ポンプと、
前記加圧タンクの圧力を大気圧に戻す大気開放弁と、
前記加圧タンクの圧力を測定する圧力計と、
前記加圧タンクを第１の所定圧力に加圧した後、前記大気開放弁を開いた際に、前記加圧タンクの圧力が前記第１の所定圧力から第２の所定圧力になるまでの時間を測定する時間測定手段と、
前記インク容器のインク残量を下記式により算出する計算手段とを備えることを特徴とするインクジェット式記録装置におけるインク供給装置を構成するものである。
ｐ２＝ｐ１×ｅ＾Ｋ×〔（−ｔ）／（Ｖ−ｖ）〕
ｐ１：第１の所定圧力、ｐ２：第２の所定圧力、ｔ：時間測定手段により測定された時間、Ｖ：圧力タンク内体積、ｖ：インク残量、Ｋ：装置による係数。

さらに、この発明において請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のインクジェット式記録装置におけるインク供給装置であって、前記加圧タンクを加圧することによって、前記プリントヘッドに残るインクを前記プリントヘッドから排出するパージの終了後に、前記圧力制御手段は、前記時間測定手段により前記第１の所定圧力から前記第２の所定圧力になるまでの時間を測定し、前記計算手段により前記インク残量を算出することを特徴とする。

この発明になるインクジェット式記録装置におけるインク供給装置は、水頭圧を一定に保つべく扁平袋状に形成された可撓性を有するインク容器と、前記インク容器から該インク容器内のインクをプリントヘッドに送るためのインク供給路と、前記インク容器を前記プリントヘッドの下方位置において水平に寝かせた状態で収容するインク容器収容室を備えた加圧タンクと、前記加圧タンク内の圧力を制御する圧力制御手段とを含むものからなっており、インク容器を可撓性を有する扁平な袋体により構成したことにより、インク量の多少による水頭圧の変化は無視できる程度になっており、所定の水頭圧を得ることができる。さらに、この扁平なインク容器をプリントヘッドの下方位置において水平に寝かせた状態で設置するように構成したことにより、印字に適当な水頭圧が得られ、極めて良好な印字を行うことができる。

さらに、この発明になるインクジェット式記録装置におけるインク供給装置は、インク容器を水平に寝かせた状態で収容するインク容器収容室を備えた加圧タンクと、前記加圧タンク内の圧力を制御する圧力制御手段とを含むものからなり、加圧タンク内では、圧力が均一にかかるように構成されているので、加圧タンク内の圧力を測定することにより、例えば、インク容器内に多くのインクが残留していると、加圧された空気量が少ないので、早く圧力が下がり、逆にインクの残留が少ないと空気量が多いので圧力の低下に時間がかかる。この時間の変化から、インク残量を求めることができる。

さらに、この発明になるインクジェット式記録装置におけるインク供給装置によれば、加圧タンク内に、インク容器を水平に寝かせた状態で出し入れ可能になしたインク容器受けトレー部材を設けたことにより、可撓性のある扁平なインク容器を加圧タンク内に極めて容易に装填することができる。

さらにまた、この発明になるインクジェット式記録装置におけるインク供給装置では、加圧制御手段が、流路部材を介して前記加圧タンクに接続された空気ポンプと大気開放弁と圧力計と時間測定手段を使ってインク残量を測定するように構成したことにより、例えば、パージ終了時に、インク容器とプリントヘッド間を閉じ、空気ポンプによって加圧タンク内を所定の圧力にし、その後、大気開放弁を開いて、圧力計によって第２の所定圧力になる時間を、時間測定手段で測定することにより、該測定時間から計算手段によってインクの残量を算出することができる。

以下、この発明になるインクジェット式記録装置におけるインク供給装置について、図１〜図３に示す具体的な実施例に基づいて詳細に説明する。図１は、この発明になるインクジェット式記録装置におけるインク供給装置の基本的な構成例を示す概略的な斜視図であり、図２は、加圧タンクとインク容器の詳細を示すものであって、図２Ａは、図１におけるＸ−Ｘ線に沿って矢視方向にみた概略的なＸ−Ｘ線断面図であり、図２Ｂは、同様に、図１におけるＹ−Ｙ線に沿って矢視方向にみた概略的なＹ−Ｙ線断面図である。

さらに、図３は、加圧タンクの頂壁を破断した状態で示す斜視図であって、図３Ａは、加圧タンク内にインク容器を収容した状態を示す概略的な斜視図であり、図３Ｂは、インク容器を引き出した状態を示す概略的な斜視図である。

まず、この発明になるインクジェット式記録装置におけるインク供給装置は、水頭圧を一定に保つべく扁平袋状に形成された可撓性を有するインク容器１と、このインク容器１から該インク容器内のインクをプリントヘッド６に送るためのインク供給路２と、インク容器１をプリントヘッド６の下方位置において水平に寝かせた状態で収容するインク容器収容室４を備えた加圧タンク３と、この加圧タンク３内の圧力を制御する圧力制御手段５とを含むものからなっている。

前記インク容器１は、可撓性を有する素材によって形成されており、平面視が略長方形形状をなし、扁平袋状のものからなっている。前記インク容器１は、インク流出口７を有していて、前記インク供給路２を介して前記プリントヘッド６に接続されるようになっていて、前記インク容器１内のインクをプリントヘッド６に供給するようになっている。前記インク容器１と前記プリントヘッド６との間のインク供給路２中に、液体弁８が接続されている。

一方、前記加圧タンク２は、内部に、前記扁平なインク容器１を収容するに適したインク容器収容室３を規定する筒状部材９と、この筒状部材９の一方の開口端部９ａを気密的に封閉する封閉部材１０と、前記筒状部材９の他方の開口端部９ｂを気密的に封閉し、前記インク容器１の出し入れ口を形成する封閉蓋部材１１とによって構成されている。前記封閉蓋部材１１は、前記筒状部材９に対して、開閉ロック手段１２によって接続されるようになっており、接続時には、前記筒状部材９の開口端部９ｂを気密的に封閉するものからなっている。

図に示す実施例において、前記封閉部材１０側に圧力制御手段５が接続されるようになっている。前記圧力制御手段５は、空気ポンプ１４と、大気開放弁１５および圧力計１６とを含むものからなっている。空気ポンプ１４は、岐流路部材１７および流路部材１３を介して加圧タンク３に接続されており、前記大気開放弁１５は、岐流路部材１８および流路部材１３を介して加圧タンク３に接続されており、前記圧力計１６は、岐流路部材１９および流路部材１３を介して加圧タンク３に接続されている。

前記加圧タンク２には、別の流路部材２１を介して安全弁２０が接続されている。この安全弁２０は、前記空気ポンプ１４の駆動回路や圧力計１６の故障で、前記圧力タンク２内の圧力が上がり過ぎないようにするためのものである。

さらに、この発明では、前記加圧タンク２内に、前記インク容器１を水平に寝かせた状態で出し入れ可能になしたインク容器受けトレー部材２２を含むものからなっている。前記インク容器受けトレー部材２２は、図２および図３に示すように、可撓性のある扁平袋状のインク容器１を当該インク容器受けトレー部材２２の平板２３上に載せた状態で、加圧タンク２内に出し入れするためのものである。前記インク容器受けトレー部材２２は、前記加圧タンク２の筒状部材９に案内されて、前記加圧タンク２内にスムースに装填できるようになっている。前記インク容器受けトレー部材２２には、引き出し用のハンドル２４が設けてある。

この発明において、前記インク容器１を収容する加圧タンク２は、図２Ａに示すように、例えば、段差距離Ｌを隔てて、前記プリントヘッド６の下方に位置するように設置されている。

上記する構成になるインク供給装置の作動態様について説明する。この装置において、パージまたは充填の際には、加圧タンク３に空気ポンプ１４で空気を送り、インク容器１全体に圧力をかけて圧力パージまたは充填をする。加圧タンク３内は、パージの際に圧力センサを使って一定圧に保たれるように空気ポンプ１４を制御する。パージ終了後、大気開放弁１５で大気圧に戻す。このとき、時間に対する加圧タンク３内の測定する。もし、インク容器内に多くのインクが残留していると、加圧された空気量が少ないので、早く圧力が下がり、逆にインクの残留が少ないと空気量が多いので圧力の低下に時間がかかる。この時間の変化から、インク残量を求めることができる。インク加圧でのインク体積の変化は微小で無視できることから、
圧力タンク内体積：Ｖ
インク量：ｖ
現在の圧力：ｐ
加圧したときの圧力：Ｐ
時間：ｔ
装置による係数（配管の摩擦、形状など）：Ｋ とすれば、

ｐ＝Ｐ×ｅ＾Ｋ×〔（−ｔ）／（Ｖ−ｖ）〕 ……（１）

の関係があり、装置による係数が一定であるとすれば、時間計測からインク量（ｖ）が計算できる。
圧力は分子量に比例するので初期状態の容器圧力（Ｐ）により存在する分子量（Ｎ）は、 気体定数：Ｒ、 絶対温度：Ｔ とすれば、

Ｎ＝Ｐ×（Ｖ−ｖ）／（Ｒ×Ｔ） ……（２）

同様に圧力（ｐ）では、

ｎ＝ｐ×（Ｖ−ｖ）／（Ｒ×Ｔ） ……（３）

（２）、（３）式を（１）式に代入して整理すると、

ｎ＝Ｎ×ｅ＾Ｋ×〔（−ｔ）／（Ｖ−ｖ）〕 ……（４）
したがって、加圧時と減圧時の容器内温度が同じであれば季節により変動する外気温の影響は無視できる。

さらに、上記する構成になるインク供給装置の具体的な作動態様によれば、印字の際は、大気開放弁１５、液体弁８を閉にしておき、このとき、可撓性のあるインク容器１には大気圧がかかるが、インク容器１がプリントヘッド６の開口部より下方に配置されているため、印字時に適当な水頭圧が得られ、良好な印字を行うことができる。一方、パージの際は、大気開放弁１５、液体弁８を閉にして空気ポンプ１４を駆動して加圧する。圧力計１６によって所定の圧力に到達したら、液体弁８を開く。プリントヘッド６などに残る劣化したインクなどは、前記プリントヘッド６より排出される。前記プリントヘッド６から漏出したインクは、ワイピング機構によって清掃される。パージ終了時には、液体弁８を閉にし、空気ポンプ１４によって加圧タンク３内を所定の圧力にし、その後、大気開放弁１５を開いて、圧力計１６によって第２の所定圧力になる時間を測定する。この測定した時間から計算手段によってインクの残量を算出する。このインク残量の算出は、上記式（１）を基本にするものであるが、実験による適当な補正を行うことにより、更に精度を上げることができる。上記説明では、減圧時に測定する方法を述べているが、加圧時に加圧時間を測定することによっても同様の測定は可能である。

図１は、この発明になるインクジェット式記録装置におけるインク供給装置の基本的な構成例を示す概略的な斜視図である。 図２は、加圧タンクとインク容器の詳細を示すものであって、図２Ａは、図１におけるＸ−Ｘ線に沿って矢視方向にみた概略的なＸ−Ｘ線断面図であり、図２Ｂは、同様に、図１におけるＹ−Ｙ線に沿って矢視方向にみた概略的なＹ−Ｙ線断面図である。 図３は、加圧タンクの頂壁を破断した状態で示す斜視図であって、図３Ａは、加圧タンク内にインク容器を収容した状態を示す概略的な斜視図であり、図３Ｂは、インク容器を引き出した状態を示す概略的な斜視図である。

符号の説明

１ インク容器
２ インク供給路
３ 加圧タンク
４ インク容器収容室
５ 圧力制御手段
６ プリントヘッド
７ インク流出口
８ 液体弁
９ 筒状部材
１０ 封閉部材
１１ 封閉蓋部材
１２ 開閉ロック手段
１３ 流路部材
１４ 空気ポンプ
１５ 大気開放弁
１６ 圧力計
２０ 安全弁
２２ インク容器受けトレー部材

Claims (2)

1. 少なくとも一つのプリントヘッドを備え、前記プリントヘッドのノズルからインクを吐出することにより被記録媒体に印刷を行うインクジェット式記録装置であって、前記インクジェット式記録装置におけるプリントヘッドにインクを供給するためのインク供給装置において、
   水頭圧を一定に保つべく扁平袋状に形成された可撓性を有するインク容器と、前記インク容器から該インク容器内のインクをプリントヘッドに送るためのインク供給路と、前記インク容器を収容する容器収容室を有し、前記プリントヘッドに対して低い位置に設置された加圧タンクと、前記加圧タンク内の圧力を制御する圧力制御手段と、前記加圧タンク内に設けられ、前記インク容器を前記加圧タンクに対して水平に寝かせた状態で出し入れ可能なインク容器受けトレー部材とを備え、
   前記圧力制御手段は、
   前記加圧タンクに空気を送り、前記加圧タンクを加圧する空気ポンプと、
   前記加圧タンクの圧力を大気圧に戻す大気開放弁と、
   前記加圧タンクの圧力を測定する圧力計と、
   前記加圧タンクを第１の所定圧力に加圧した後、前記大気開放弁を開いた際に、前記加圧タンクの圧力が前記第１の所定圧力から第２の所定圧力になるまでの時間を測定する時間測定手段と、
   前記インク容器のインク残量を下記式により算出する計算手段とを備えることを特徴とするインクジェット式記録装置におけるインク供給装置。
   ｐ２＝ｐ１×ｅ＾Ｋ×〔（−ｔ）／（Ｖ−ｖ）〕
   ｐ１：第１の所定圧力、ｐ２：第２の所定圧力、ｔ：時間測定手段により測定された時間、Ｖ：圧力タンク内体積、ｖ：インク残量、Ｋ：装置による係数。
2. 前記加圧タンクを加圧することによって、前記プリントヘッドに残るインクを前記プリントヘッドから排出するパージの終了後に、前記圧力制御手段は、前記時間測定手段により前記第１の所定圧力から前記第２の所定圧力になるまでの時間を測定し、前記計算手段により前記インク残量を算出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式記録装置におけるインク供給装置。

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