以下に本発明の実施形態につき図面を参照して説明する。ただし、以下は本発明の実施形態であって本発明を限定するものではない。
(第1実施形態)
まず図1を参照して、本発明の第1実施形態のインクジェット記録装置の全体構成について説明する。図1は本発明の第1実施形態のインクジェット記録装置の全体構成図である。
インクジェット記録装置1は、記録媒体Pに対してインクを吐出し、記録媒体P上に画像を記録するものである。インクジェット記録装置1には、図示しない搬送手段が備わっており、この搬送手段が記録媒体Pを、図1における記録領域Cを通過させながら主走査方向Aと直交した副走査方向に搬送するようになっている。
記録領域Cの上方には、主走査方向A(水平方向)に沿って延在するキャリッジレール2が配置されていて、このキャリッジレール2には、キャリッジレール2によって案内されるキャリッジ3が移動自在に設けられている。
キャリッジ3は、記録媒体Pに対してインクを吐出するインクジェットヘッド4を搭載し、キャリッジレール2に沿ってホームポジション領域Bからメンテナンス領域Dにかけて矢印A方向に移動するようになっている。
この主走査中にインクジェットヘッド4が、記録媒体Pに向けてインクdを吐出することで記録媒体Pに画像を形成する。本実施形態では、水平方向に主走査を行い、ノズルからのインク吐出方向が鉛直方向下向きとなるようにインクジェットヘッド4が設置される。
本実施形態に係るインクジェット記録装置1では、ブラック(K)、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)の4色のインクを吐出できるよう、合計で4個のインクジェットヘッド4がキャリッジ3に設置されている。図1においては、3個のインクジェットヘッド4,4、4が矢印A方向に1列に配置されていて、この矢印A方向に並んだインクジェットヘッド4,4、4の中央のインクジェットヘッド4の奥側(紙面垂直方向の奥側)にその他の1個のインクジェットヘッド4(不図示)が配置されている。
これら各インクジェットヘッド4には、ブラック、イエロー、マゼンタ、シアンの各色のインクを貯蔵するインクタンク5が、それぞれインク供給管6を介して連結されている。つまり、インクタンク5内のインクは、インク供給管6によって各インクジェットヘッド4に供給されるようになっている。すなわち本実施形態においてインクタンク5は、インク供給源に相当する。
本実施形態におけるインク供給管6は、インクタンク5に接続され主走査方向A(水平方向)とは異なる鉛直方向に延びる第1の直線部分と、主走査方向Aに延びる第2の直線部分と、インクジェットヘッド4に接続され主走査方向Aとは異なる鉛直方向に延びる第3の直線部分(図4参照)とで構成され、図示していないが、第1の直線部分と第2の直線部分の接続部は、キャリッジ3の移動に追従できるように円弧状に形成されている。
メンテナンス領域Dには、インクジェットヘッド4に対してメンテナンスを行うメンテナンスユニット7が設けられている。このメンテナンスユニット7には、インクジェットヘッド4の吐出面41Sを覆って、ノズル内のインクを吸引するための複数の吸引キャップ8と、吐出面41Sに付着したインクを拭き取る清掃ブレード9と、インクジェットヘッド4から空吐出されたインクを受けるインク受器10と、吸引ポンプ11と、廃インクタンク12とが設けられている。
吸引キャップ8は吸引ポンプ11を介して廃インクタンク12と連通しており、メンテナンス動作時には上昇してインクジェットヘッド4の吐出面41Sを覆うようになっている。吸引キャップ8,8,…は、上述のように上昇した時に全てのインクジェットヘッド4の吐出面41Sを覆うことができるよう、各インクジェットヘッド4に対応するように4個配列されている。
吸引ポンプ11はシリンダーポンプやチューブポンプを有して構成されていて、吸引キャップ8が吐出面41Sを覆った状態で作動することにより、ノズルからインクジェットヘッド4内部のインクを異物とともに吸引するための吸引力を発生するようになっている。
ホームポジション領域Bには、インクジェットヘッド4を保湿する保湿ユニット13が設けられている。保湿ユニット13には、インクジェットヘッド4が待機状態にあるとき、吐出面41Sを覆うことでインクジェットヘッド4のインクを保湿する4個の保湿キャップ14が設けられている。これら4個の保湿キャップ14,14,…は、4個のインクジェットヘッド4の吐出面41Sを同時に覆うことができるよう、インクジェットヘッド4の配列に対応して配列される。
制御部は、CPU(中央演算装置)と、メモリとを有して構成され、インクジェット記録装置1の各構成要素を制御するようになっている。メモリには、記録媒体Pに形成する画像のデータや、インクジェット記録装置1の各構成要素を制御するためのプログラムが記憶されており、このメモリ内の画像データやプログラムに基づいて各構成要素に制御信号を送信するようになっている。
次に、図2、図3を参照して本発明に係るインクジェットヘッド4について説明する。
図2は本実施形態のブラック(K)、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)の4色のインクジェットヘッド4のうち、ブラック(K)のインクジェットヘッド4の分解斜視図であり、図3は組み立てた状態の斜視図である。なお、他の色のインクジェットヘッド4についてもそれぞれ同じ構成となっているので、これらの説明については省略する。
本実施形態のインクジェットヘッド4には、インクを吐出する2枚のインクジェットヘッドチップ(以下「ヘッドチップ」と称す。)41が重ねて設けられている。ヘッドチップ41は長尺な外形をしていて、その吐出面41Sには多数のノズル(図示せず)が配列されている。(以下ノズルの配列を「ノズル列」と称す。)
本実施の形態のインクジェットヘッド4は、ノズル列が2列設けられている。インクジェットヘッド4は矢印X方向(ノズル列方向)と図1に図示された主走査方向Aとが直交するようにキャリッジ3に搭載される。
このように、ヘッドチップ41には、複数のノズルと、複数のノズルに対応して設けられた複数の圧力室が矢印X方向に配列されて設けられている。ヘッドチップ41において、この圧力室の配列方向に沿って延びる面を側面と称する。
また、重ねられた2枚のヘッドチップ41のそれぞれの外側面には略方形状のインク供給口43が設けられていて、インク供給口43とノズルとがヘッドチップ41の内部に形成されたインク吐出流路(図示せず)を介して連通するようになっている。インク吐出流路の一部は圧力室を形成しており、図示しない圧電素子の作用により圧力を変動させて、インク滴をノズルから吐出させる構造になっている。そして、ヘッドチップ41には、各圧電素子に対して制御部からの制御信号を送信する2組のヘッド駆動基板46、コネクタ57のそれぞれが、フレキシブル配線板47を介して各圧電素子に接続されている。
2枚のヘッドチップ41の両側部には、外部からのインクをヘッドチップ41に供給する2組のマニホールド48a,マニホールド48bが取り付けられている。マニホールド48a,マニホールド48bは、耐インク性に優れた材料からなり、共通インク室50a、50bを形成するための凹みが形成されている。マニホールド48a,マニホールド48bの一端部には、共通インク室50a、50bにインクを流入させる注入口481a、481bが設けられている。
60は筐体フレーム54の側部に装着されてインク供給管6に接続されるインク導入口である円筒形状のインク供給用接続部であり、注入口481a、481bに連通している連結部56に接続される。
連結部56は、コの字形状の板状部材で側部にはインク供給用接続部60に接続される円筒形状の接続部が設けられていて、筐体フレーム54の側部に係合し、内部にインク供給路が形成されるようになっている。
図2に示すように、ヘッドチップ41の下部には、ノズル面が露出するようにマニホールド48a,マニホールド48b及びヘッドチップ41を保持する保持板53が取り付けられている。
また、インクジェットヘッド4には、上記したヘッドチップ41、マニホールド48a,マニホールド48b、ヘッド駆動基板46、保持板53などのインクジェットヘッド4の構成要素が取り付けられ固定される筐体フレーム54が設けられており、この筐体フレーム54はカバー52によって覆われている。筐体フレーム54の上部にはコネクタ支持部55が取り付けられる。
次に、インク注入時のインクの流路について説明する。
インクタンク5からインク供給管6を経由してインクが供給されると、インクジェットヘッド4内では先ずインクは、インク供給用接続部60のインク供給路59を通過して、連結部56に流入し、各マニホールド48a,マニホールド48bの注入口481a、481bに分岐し、共通インク室50a,50bに進入する。共通インク室50a,50bに至ったインクは、インク供給口43からヘッドチップ41内に進入する。
次に、インクジェット記録装置1による画像形成時における動作について説明する。
インクジェット記録装置1の電源がONとなると、インクジェット記録装置1の各部に対して給電が行われる。
その後、画像記録の開始指示が入力されると、キャリッジ3の往復走査が開始されると共に、制御部は、画像データを基とした制御信号をヘッド駆動基板46及びその他の駆動部に送信し、画像記録を開始する。搬送手段に搬送される記録媒体P上には、インクジェットヘッド4からインクが吐出されて画像が形成される。
そして、インクジェットヘッド4の吐出状態を回復するためのメンテナンスタイミングになると、制御部は、各部を制御してインクジェットヘッド4のメンテナンスを行わせる。詳細に説明すると、制御部は、メンテナンスタイミングに伴って走査用モータを制御し、インクジェットヘッド4と吸引キャップ8とが対峙する位置までキャリッジ3を移動させる。インクジェットヘッド4と吸引キャップ8とが対峙すると、制御部は、昇降用モータを制御して、インクジェットヘッド4の吐出面41Sと吸引キャップ8とが密着するまでメンテナンスユニット7を上昇させる。
メンテナンスユニット7の上昇完了後、制御部は、所定時間だけ吸引キャップ8内部が吸引されるように吸引ポンプ11を制御する。
吸引ポンプ11の作動により、インクジェットヘッド4内部が負圧になる。インクジェットヘッド4の上流側のインク供給管6も負圧になり、インク供給管6内のインクは、インクジェットヘッド4に流入するようになっている。
本発明のインクジェット記録装置は、圧力室内の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の圧力室にインク供給源からのインクを供給するインク供給路と、インクが連通可能な状態でインク供給管の内部に挿入されインク供給管の内面との間に形成される空間の少なくとも一部に空気を保持する空気保持部材とを備え、前記インク供給路は、前記空気保持部材が挿入された第1のインク供給管と、前記第1のインク供給管とは別部材で構成され前記空気保持部材が挿入されていない第2のインク供給管とを有することを特徴とする。詳細は後述するが、本実施形態では、インク供給管6が6A、6B、6Cの3本のインク供給管を連結して構成され、6Bの内部に空気保持部材が挿入されている。
空間の少なくとも一部に保持される空気により、モータやポンプ等の外部振動やキャリッジ走査等によるインクの供給圧力の変動を緩和し、吐出安定性を向上することができると共に、インク供給管に空気保持部材を挿入するだけで良く、インク供給管やインクジェットヘッドをそのまま利用できるのでインクジェット記録装置に大きな構成変更を加えることなく空間を簡便に且つ低コストで設けることができる。
また、内部に空気保持部材が挿入されて空気室が形成された第1のインク供給管と、空気保持部材が挿入されていない第2のインク供給管とを別部材で構成することで、インク供給管を2種類に機能分離して使用することができ、各インク供給管の設計自由度を向上させより安定したインク吐出性能が得られる。
第1のインク供給管と第2のインク供給管は、以下に示す条件(a)〜(c)のうちの少なくとも1つを満足することが好ましい。
(a)第1のインク供給管は、前記空間を大気に連通する大気連通位置と、前記空間を大気と閉鎖する大気閉鎖位置とを移動可能に構成されている(第2のインク供給管はこのような移動機構を有しておらず、実質的に固定的に配設されている)。
(b)第1のインク供給管の空気透過性は第2のインク供給管の空気透過性よりも高い。
(c)第1のインク供給管の内径は第2のインク供給管の内径よりも大きい。
以下に、これらの3つの条件をすべて満足する好ましい形態を示す。
まず、図4を参照して本発明に係る空気保持部材について説明する。
図4(a)は第1の実施形態の空気保持部材20Aの拡大斜視図であり、図4(b)は、空気保持部材20Aが挿入されたインク供給管6をインクジェットヘッド4のインク供給用接続部60に取り付けた後、インク26を供給したところを模式的に示した斜視図である。
インク供給管6は、図4(b)に示すように、インクを貯留するインクタンク5からインクジェットヘッド4までのインク供給路の途中に設けられ空気保持部材20Aが挿入されたインク供給管6Bと、インクタンク5から空気保持部材20Aまでのインク供給路であるインク供給管6Aと、空気保持部材20Aからインクジェットヘッド4までのインク供給路であるインク供給管6Cとが連結されて構成されている。
空気保持部材20Aは、円筒形状の部材で両端部にはインク供給管6Aに接続される円筒形状の接続部33とインク供給管6Cに接続される円筒形状の接続部34が一体的に設けられていて、それぞれ、インク供給管6A、6Cの端部に接合され、内部にインク供給路が形成されるようになっている。
インクタンクからのインク供給管6Aの内径部に、接続部33の外形部を圧入するようにして両者が接続され、インクジェットヘッドからのインク供給管6Cの内径部に、接続部34の外形部を圧入するようにして両者が接続され、インクタンク5内のインクがインク供給管6A、接続部33,空気保持部材20A、接続部34、インク供給管6Cを経由してインクジェットヘッドに供給される。
インク供給管6Bの内部には、空気保持部材20Aが挿入され、インク供給管6Bの内面と空気保持部材20Aとの間には少なくとも一部に空気21を保持することができる空間22が形成されている。
空気保持部材20Aが挿入されていないインク供給管6A及び6Cは、例えば内径が2mmφの空気透過性の低い樹脂チューブで形成されている。本実施形態においてインク供給管6A及び6Cは、第2のインク供給管に相当する。
空気保持部材20Aが挿入されているインク供給管6Bは、例えば内径が4mmφの空気透過性の高い樹脂チューブで形成されており、空気保持部材20Aが挿入されていないインク供給管6A及び6Cよりも内径が大きく、かつ、空気透過性の高い管が用いられている。本実施形態においてインク供給管6Bは、第1のインク供給管に相当する。
本実施形態においては、空気保持部材20Aが挿入されていないインク供給管6A及び6Cの内径は2mmφと、空気保持部材20Aが挿入されているインク供給管6Bの内径4mmφよりも小さくなっている。
インクの初期導入時にインク流路内に存在する空気やインクタンクの交換時にインク流路に入り込んだ空気は、基本的に吸引時に吸引され除去されるが、インク供給管の内径が大きいと管壁に留まって除去できない確率が高くなる。本実施形態では、空気保持部材20Aが挿入されているインク供給管6Bがインクジェットヘッド近傍に配置されており、特に、空気保持部材20Aが挿入されていないインク供給管6Aは、インク供給管の長さが長いので、除去できず留まる空気のうちの大部分がインク供給管6Aに存在することになる。
一方、空気保持部材20Aが挿入されているインク供給管6Bは、空気保持部材20Aの外周を覆う部位のみに配設されており、インク供給管の長さが短いので、除去できず留まる空気は少ない。逆に、インク供給管6Bの内径をインク供給管6A及び6Cの内径と同じかそれよりも小さくしてしまうと、空気保持部材と管内面との間の空間の体積の減少により保持される空気の体積が少なくなってしまい、所望のダンパー性能が得られなくなってしまう虞がある。
以上の理由から、インク供給管6Bの内径をインク供給管6A及び6Cの内径よりも相対的に大きくしている。ここで、「インク供給管の内径」とは、インク供給管の断面積を円に換算したときの直径に相当するものであり、インク供給管の断面は円形に限定されない。
インク供給管6の好ましい内径は、使用するインクの粘度やインクジェットヘッドの吐出能力等によって多少異なってくるが、インク供給管6A及び6Cの内径としては1〜4mmφ、インク供給管6Bの内径としては3〜8mmφが好ましい。
また、本実施形態においては、空気保持部材20Aが挿入されていないインク供給管6A及び6Cの空気透過性は、空気保持部材20Aが挿入されているインク供給管6Bの空気透過性よりも小さくなっている。
これにより、メインの配管となるインク供給管6A及び6Cとして、水分及び空気透過性の低い硬質の樹脂、ゴム又は金属のインク供給管を、無理なく採用できるため、配管の表面を通してのインクの蒸発、インクに配管を透過した空気が溶け込むことを防ぐことができる。
一方、空気保持部材20Aが挿入されているインク供給管6Bとして、空気透過性の高い軟質の樹脂またはゴムのインク供給管を、無理なく採用できるため、空気とインクが接触する気液界面Mにおいて、空気がインクに溶けてしまうことによる空気の減少を、空気透過性の高いインク供給管を透過して空間に供給される空気により、補充することができ、簡便な構造で長期間にわたり圧力変動の吸収効果を維持することができる。
以上の理由から、インク供給管6Bの空気透過性をインク供給管6A及び6Cの空気透過性よりも相対的に大きくしている。ここで、インク供給管6Bの空気透過性は、100(ml/m2・24h・atm)以上1000(ml/m2・24h・atm)以下が好ましく、この空気透過性は40℃の恒温槽内に置かれたインク供給管にHeを流し、He中に透過してくる空気をガスクロマトグラフィーにて酸素と窒素に分離して定量することにより測定する。また、インク供給管6A及び6Cの空気透過性は、10(ml/m2・24h・atm)以下が好ましい。
インク供給管6Bは、空気透過性や耐インク性、弾性などを考慮して、本実施形態例ではポリエチレン、フッ素樹脂やナイロン等の高分子樹脂材料による単層または多層構造チューブを採用しているが、ゴム材料を用いても良い。そして、インク供給管6A及び6Cを構成する材料として、インク供給管6Bよりも空気透過性の低い材料を用いる。
インク供給管6Bは樹脂またはゴムで構成され、インク供給管6A及び6Cは金属で構成されている組み合わせや、インク供給管6Bは空気透過性の高い樹脂またはゴムで構成され、インク供給管6A及び6Cは空気透過性の低い樹脂またはゴムで構成されている組み合わせが好ましい。
インク供給管6の肉厚は、空気透過性と弾性、強度を考慮して、概ね0.5mm〜2mmが好ましい。
そして、インク供給管6Bの空気透過性が、インク供給管6A及び6Cの空気透過性よりも大きくすることから、具体的な構成においては、例えば、インク供給管6Bの空気透過性が、インク供給管6A及び6Cの空気透過性よりも大きくなる肉厚に構成される。例えば、それぞれのインク供給管の材料として同じ材質のものを用いる場合には、インク供給管6Bの肉厚が、インク供給管6A及び6Cの肉厚よりも小さくなるように設計する。
また、インク供給管6Bは、少なくとも保持された空気に接する部分が透明であることが好ましい。空間に空気が残存しているか否かを検出することができるため、残存している空気量が所定量以下である場合は、新たに空気を補充するための機構を設けたり、新しいインクに置換することで空気の再導入をおこなうことで確実に空気が残存している状態を維持できる。
詳細は後述するが、本実施形態では、空気を補充するための機構として、インク供給管6Bは、空間を大気に連通する大気連通位置と、空間を大気と閉鎖する大気閉鎖位置とを移動可能に構成されている。
空気が残存しているか否かを検出するのは、目視による方法でも良いが、たとえば空間の光透過率を測定することで空気が残存しているか否かを検出する機構を設けることにより、自動的に検出する構成にしてもよい。もし、所定量以下になっている場合は、空気の補充や再導入をおこなえばよい。あるいは、その旨を作業者に報知するようにしてもよい。
本実施形態では、インク供給管6Bの全体が透明性を有している材料で構成されている。なお、透明とは空気とインクが判別できる程度でよく、前述の高分子樹脂材料による単層または多層構造チューブを採用することで達成できる。
空気保持部材20Aは、インクの非浸透性、インク供給管6Bの内部への挿入のしやすさ及びインクに対する耐腐食性に優れるステンレススチール等の金属で構成されており、インクに直接接触しても変形、変質等を生じないようになっている。なお、空気保持部材を構成する材料はステンレススチール等の金属に限定されず、インクに直接接触しても変形等を生じないものであればセラミック、樹脂等の他の材料で形成しても構わない。
空気保持部材は、図4(b)に示すように、一端がインクジェットヘッドに接続されたインク供給管6におけるインクジェットヘッド4の近傍に挿入されることが好ましい。前述のように本実施形態では、最も長さが長いメイン配管となるインク供給管6Aがインクタンク5に接続されるとともに、インクジェットヘッド近傍に空気保持部材が挿入されたインク供給管6Bが配設されるので、挿入された位置から上流側のインク供給管6Aにおいて生じる圧力変動をより効果的に緩和できる。
また、インクジェットヘッドは所定方向に往復移動可能であり、空気保持部材は、一端がインクジェットヘッドに接続されたインク供給管における一端から前記所定方向とは異なる方向に延びる部分に挿入されることが好ましい。
本実施形態においては、インクジェットヘッドは主走査方向A(水平方向)に往復移動可能であるので、一端がインクジェットヘッド4に接続されたインク供給管6における主走査方向A(水平方向)とは異なる鉛直方向に延びる第3の直線部分に空気保持部材20Aが挿入されている。
本実施形態のインク供給系において、キャリッジ3の主走査方向Aの往復運動(往復走査)及びこれに伴うインク供給管6の運動によりこの供給管内のインクに圧力変動が生じるわけだが、この圧力変動は、主として主走査方向Aに延びる第2の直線部分で生じるため、キャリッジ3と共に移動し主走査方向Aとは異なる鉛直方向に延びる第3の直線部分に空気保持部材を挿入することにより、その圧力変動がインクジェットヘッド4の内部に伝達されることによりインクの安定した吐出を妨げる現象の発生をより効果的に緩和できる。
また、一端がインクジェットヘッドに接続されたインク供給管をインクジェットヘッドあるいはインクジェットヘッドが搭載される搭載部に固定する固定部を有し、空気保持部材が、インク供給管における一端から固定部により固定される部分までの間に挿入されることが好ましい。インクジェットヘッドに接続された一端と固定部との間のインク供給管は、キャリッジ3の移動に伴う動きが規制され、振動等が抑えられるため、より効果的に圧力変動を緩和できる。
本実施形態においては、図4(b)における27が、一端がインクジェットヘッド4のインク供給用接続部60に接続されたインク供給管6をインクジェットヘッド4に取り外し可能な状態で固定する固定部であり、固定部27とインク供給用接続部60の間のインク供給管6は、キャリッジ3の移動に伴う動きが規制される。尚、インク供給管6をインクジェットヘッド4が搭載される搭載部であるキャリッジ3に固定する様にしてもよい。
キャリッジ3と共に移動し走査方向Aとは異なる鉛直方向に延びる第3の直線部分が固定部27により固定されており、この固定部27と一端との間に位置するインク供給管6Bに空気保持部材20Aが挿入されている。
また、空気保持部材は、インク供給管の内面に当接する当接部を有し、インク供給管及び空気保持部材の少なくとも一方は、空気保持部材の挿入に伴い変形可能な材料で構成されていることが好ましく、その弾性変形を利用して容易にインク供給管の内部に空気保持部材を挿入して保持できる。
本実施形態においては、インク供給管の内面に当接する当接部としての大径部23を有し、空気保持部材20Aは、ステンレススチール等の金属で構成され、インク供給管6Bは樹脂あるいはゴム等の伸縮可能な弾性体で構成されている。空気保持部材20Aは、大径部23をインク供給管6Bの一方の開口から挿入されることによってインク供給管6Bの内部に保持される。インク供給管6Bは弾性を有しているため、大径部23をインク供給管6Bの開口に挿入するとき、開口がスムーズに膨張して弾性変形するので容易に挿入することができる。そして、インク供給管6Bが弾性復元して大径部23の外周面に密着しインク供給管6Bの弾性により空気保持部材20Aのインク供給管6Bの軸方向に沿った変位を規制することができるため、インク供給管6Bに固定用の溝等を設けなくても空気保持部材20Aをインク供給管の内部に簡便且つ確実に保持することができる。
このように、両端部が開口され内部にインク供給路が形成されたインク供給管6Bの一方の開口に大径部23の先端を押圧し、その押圧力により、インク供給管6Bの内部に空気保持部材20Aを挿入する。次いで、インク供給管6Aを接続部33とインクタンク5に接続し、インク供給管6Cを接続部34とインクジェットヘッド4のインク供給用接続部60に接続する。
また、空気保持部材は、インク供給管の内面に当接する大径部と、大径部よりも径の小さい小径部とを有し、インク供給管の内面と小径部との間に空間が形成されることが好ましい。大径部により空気保持部材を保持することができるとともに、より簡単に空間を形成することができる。
ここで、内径、外径とは、その形状が円の場合は、その直径を意味し、形状が円でない場合は、面積を円に換算したときの直径に相当するものであり、インク供給管あるいは小径部、大径部の形状は円形に限定されない。
本実施形態では、小径部24の外径d6、接続部33の外径d5,接続部34の外径d2をすべて同じに設定しているが、これに限定されず、接続部33,34の外径は、接続されるインク供給管6A、6Cの内径に合わせて適宜変更すればいい。
また、空気保持部材は、インク供給管の軸方向に沿って延び、且つ、インクが連通可能な貫通穴を有することが好ましい。貫通穴により、インクジェットヘッドへの十分なインク供給が可能となる。
本実施形態においては、空気保持部材20Aは、一体形成された接続部33の端面と接続部34の端面とを貫通してインク供給管6の軸方向に沿って延び、且つインクが連通可能な貫通穴25が形成されている断面形状が略円形の中空筒状体を用いている。
なお、貫通穴25の径d3は、大径部23と小径部24とで異ならせてもよいし、同じにしても良い、本実施形態においては、大径部23の貫通穴25の径を小径部24の貫通穴25の径よりも大きくしてインクジェットヘッド4へのより一層十分なインク供給を達成している。
また、空間が環状に形成されている部分を有することが好ましい、環状の空間によりインク供給管の内部のスペースを有効に活用できる。
本実施形態においては、空気保持部材20Aは、外周面がインク供給管6Bの内周面に当接する大径部23と、大径部23と一体かつ略同軸に形成されインク供給管6Bの内周面との間に形成される環状の空間22の少なくとも一部に空気21を保持することができる小径部24を有し、インク供給管6の軸方向の回りに形成された環状の空間22の少なくとも一部に空気21が保持される。
また、空間のインク供給源側の面は閉鎖され、圧力室側の面は開口していることが好ましい。空間の圧力室側の開口している面からインクが進入するが、空間のインク供給源側の面は閉鎖されて袋小路になっているため空間のインク供給源側に空気が封じ込められ、インクが進入しない空間が容易に確保できる。
空間への上流からの直接的なインクの進入は遮蔽されるので、空気が保持される空間の位置はインクの流れの少ない部分であり、従来のようなインクの流れによる空気の流出を抑えることができ、安定して圧力変動を緩和することができる。即ち、従来技術のインクジェットヘッドにおいては、通常の使用状態で共通インク室にインクが充填されていると共に隣接した空気室に空気が保持されており、ノズルからインクを吸引するメンテナンス動作時には、空気室に保持されている空気までが排出されてインクに置換されることがあり、かかる場合、圧力変動を吸収できなくなり、安定吐出に支障を斉らす虞がある。
本実施形態においては、大径部23は、小径部24よりもインクタンク5側に位置し、空間のインクタンク5側の面を閉鎖しているので、より簡単に空間のインク供給源側の面は閉鎖することができる。
さらに、インクジェット記録装置の使用時の姿勢においてインク供給源側の面は圧力室側の面よりも上方に位置することが好ましい。空間の上部に保持された空気を移動しにくくすることができ、メンテナンスプロセスにおけるノズルからのインクの吸引時等における、空間からの空気の流出を、簡便な構造で有効に防止することができる。
本実施形態のインクジェット記録装置1では、略水平状態に設置されて使用される。空気保持部材20Aにより形成される空間22のインク供給源側の面は閉鎖され、圧力室側の面は開口しているとともに、空気保持部材20Aが挿入されている部分のインク供給管6Bをその軸方向がインクジェットヘッド4のインク供給用接続部60から上方に向かって略鉛直方向になるように設けている。このようにインクジェット記録装置の使用時の姿勢において空間22の閉鎖されている側の面が開口している側の面よりも上方に位置するようにするようにしている。
具体的には、実使用状態において、インクタンク5からインクが供給されると、インク供給管6の上流からのインクは貫通穴25を通過し、インク供給用接続部60のインク供給路59に進入する。また、空間22の下側の開口している側の面からインクが進入するが大径部23により袋小路になっているため空間22の上部に空気21が封じ込められ、インクが進入しない空間が確保される。
また、インク供給管6Bの内周面に当接する大径部23により、小径部24の外周面とこの外周面に対向するインク供給管6Bの内周面との空間22への上流からの直接的なインクの進入は遮蔽され、インク供給時におけるインクの流れは、貫通穴25を通過し、上から下へ向く方向である。そのため、空気21が保持される空間22の位置はインクの流れの少ない部分であり、従来のようなインクの流れによる空気の流出を抑えることができ、安定して圧力変動を緩和することができる。
このように初期のインク導入時の動作により、空間22の少なくとも一部(上部)に空気21が封じ込められた状態で、インクタンク5からインクジェットヘッド4の圧力室までのインク供給路にインクが満たされることになる。
実使用状態においては、図4(b)に示すように、ノズルを下側とした場合、空間22の所定高さまでインク26が充填され、その上部には空気21が閉じ込められている。
空間22の流路断面積(インク供給管の軸方向に直交する断面の断面積)を大きくすることによって、空間22の体積を大きくし、内部に保持される空気21の量を多くすることができる。そのため、圧力変動を緩和する機能を増大させることができる。前述の様にインク供給管6Bの内径を大きくして空気の量を多くすることもできる。また、小径部24の長さL2を長くして空気の量を多くすることもできる。空間22の体積は、圧力変動を緩和してノズル内のインクメニスカスの位置ずれ(体積変化)を抑えられるように、圧力変動の大きさ等に応じて適宜変更すればよい。
また、空間22は、第1の領域と、第1の領域よりもインクジェットヘッド側(圧力室側)に位置し流路断面積が第1の領域よりも小さい第2の領域を有することが好ましい。
図4(a)に示すように、小径部24よりも圧力室側に位置しインク供給管6Bの内面に当接する第2の大径部29を有し、第2の大径部29は、インク供給管6Bの内面に当接する外周面の一部にインク供給管6Bの軸方向に沿って延びる溝部30と、溝部30と貫通穴25を連通させるインク供給口31を有し、インク供給管6Bの内面と小径部24の間に第1の領域が形成され、溝部30との間に第2の領域が形成されている。流路断面積(インク供給管の軸方向に直交する断面の断面積)は、第1の領域の方が第2の領域よりも大きい。
図4(b)に示すように、貫通孔25を流れるインクが、インク供給口31、溝部30を経由して空間22の一部に満たされる。
第2の大径部29の外径d4は、大径部23の外径d1と略同一に形成されている。
この溝部30の流路抵抗により、インク供給管の上流から移動してきた溶存ガス濃度の低い新たなインク26と空間22の空気21との接触が妨げられる。即ち、溝部30を介して空間22に進入したインク26は、入れ替わることなく溶存ガス濃度が飽和した状態で滞留し、このインク26と空気21とが接触する気液界面Mにおいて、空気21がインク26に溶けてしまうことによる空気の減少を抑制できる。
ここで、気液界面Mのメニスカス保持力は、インクの表面張力に比例し、その気液界面の径(接触面積に相当)に反比例する。溝部30内にメニスカスを形成させ接触面積を小さくすることでメニスカス保持力を高めることができるので、振動や傾斜に対して気液界面が動きにくく、強い構造とすることができる。
また、前述のように、インク供給管6Bが膨張した状態で空気保持部材が挿入されるので、大径部23と当接している近傍のインク供給管6Bが小径部24に向けて若干傾斜して対向する。このため、大径部23の外径d1と小径部の外径d6の差が小さすぎる場合や小径部の長さが長い場合、インク供給管の内周面が小径部の外周面に接触してインク26と空気21の気液界面Mの形成が妨げられることが懸念されるが、本実施形態では、大径部23に加えて第2の大径部29により、インク供給管が支持されるので、より簡単な構成で、このような接触が生じないようにすることができる。
ここで空気保持部材の大きさは、用途やインク供給管の内径等により適宜に決めれば良い。第1実施形態である空気保持部材20Aでは、インク供給管6Bの内径をDmmとしたとき、例えば、大径部23は外径d1がD+0.1mm〜D+0.5mm程度、長さL1が1mm〜3mm程度、貫通穴25の径d3がd1−1.0mm〜d1−0.5mm程度、小径部24外径d6がd1−2.0mm〜d1−0.8mm程度、長さL2が2mm〜20mm程度、貫通穴25の径d3がd2−1.0mm〜d2−0.5mm程度、第2の大径部29は外径d4がD+0.1mm〜D+0.5mm、長さL3が1mm〜3mm程度、貫通穴25の径d3がd1−1.0mm〜d1−0.5mm程度、溝部30は幅が0.2mm〜0.5mm程度、深さが0.2mm〜0.5mm程度である。
また、インク供給管6Bは、空間22を大気に連通する大気連通位置と、空間22を大気と閉鎖する大気閉鎖位置とを移動可能に構成されている。具体的には、図5に示すように、インク供給管6Bは空気保持部材20Aの大径部23(当接部)に対して着脱可能に装着され、インク供給管6Bが大径部23に装着されることで空間22を大気と閉鎖する大気閉鎖位置(図5(a)参照)と、インク供給管6Bが大径部23から抜かれることで空間22が大気と連通する大気連通位置(図5(b)参照)との間をインク供給管の軸方向に移動可能に構成されている。
インク供給管6Bが大気閉鎖位置にある状態において、インク供給管6Bの内周部と大径部23の外周部が隙間なく密着されることで空間22内に大気が流入するのが防止される。さらに、この状態では、空間22からインクが漏れるのが防止される。
次に、インク供給管6Bの動作について説明する。
まず、図5(a)に示すように、通常時、即ち、空間22に空気を導入する必要のないときには、インク供給管6Bは空間22を閉鎖する大気閉鎖位置にある。インク供給管6Bの弾性による付勢力によりンク供給管6Bが径方向内側に付勢されて、インク供給管6Bの内周部が大径部23の外周部に当接しており、空間22が閉鎖されている。
そして、空間22に空気を導入するときには、インク供給管6Bが大径部23に対して引き抜かれた状態になるまでインク供給管6Bを下方へ移動させる。このとき、図5(b)に示すように、インク供給管6Bが図5(a)の大気閉鎖位置から図5(b)の大気連通位置まで移動するため、空間22の上部の空気保持部分が外部の大気と連通する。つまり、図5(b)で示されるように、空間22内の上部の空気保持部分に外部の空気が補充される。
この大気連通位置をインクジェットヘッドのノズル面に対して相対的に高い位置に設定することにより、インクジェットヘッドのノズル内のインク背圧が負圧になるように適宜設定することで、空間22内のインク液面とインクジェットヘッドのノズルのインク液面との間の水頭差を利用して、容易に外部の空気を空間22内に吸い込むことができる。
以上説明したインクジェット記録装置によれば、空間22の空気21が所定量以下になってしまった場合に、手動または自動により、インク供給管6Bを移動させて空間22を大気に対して連通することにより簡便且つ早急に空気を補充できる。自動の場合は、空気の残存量を検出する手段を設け、前述の制御部の制御下で、その検出動作に連動してインク供給管6Bを移動させ大気に連通するようにすればよい。
また、インク供給管6Bの装着動作及び引き抜き動作により空間22を大気に対して閉鎖及び連通することができるため、別途に大気開閉する部材等を設ける必要がなく、部品数を減らして構造を簡略化でき、製造コストを低減できる。
さらに、インク供給管6A及び6Cとは別部材で構成されたインク供給管6Bは比較的軟質の高分子樹脂材料による単層または多層構造チューブを無理なく採用することができ、インク供給管6Bの挿着動作及び引き抜き動作が容易となる点で有利である。
(第2実施形態)
第2実施形態のインクジェット記録装置は、第1実施形態の空気保持部材20Aの代わりに、図6に示す空気保持部材20Bによって構成し、インク供給管6Bが大径部23に装着された状態で空間22を大気に連通する点が第1実施形態との相違点であり、以下相違点のみ説明する。
第2実施形態のインクジェット記録装置は、図6に示すように、空気保持部材20Bの大径部23において、インク供給管6Bの内面に当接する外周部には、空間22に連通する溝部70が形成されている。また、インク供給管6Bは、溝部70に対応する位置に移動して溝部70を介して空間22を大気に連通させる。この溝部70は、大径部23の下端から上端に至る途中まで伸びており、外部から導入される空気を空間22の上部へ導くためのものである。
図6に示すように、インク供給管6Bは空気保持部材20Aの大径部23(当接部)に対して相対移動可能に装着され、インク供給管6Bが溝部70を大気と閉鎖することで空間22を大気と閉鎖する大気閉鎖位置(図6(a)参照)と、インク供給管6Bが溝部70に対応する位置、即ち、溝部70を大気に連通することで空間22が大気と連通する大気連通位置(図6(b)参照)との間をインク供給管の軸方向に移動可能に構成されている。
以上説明した第2の実施形態のインクジェット記録装置によれば、インク供給管6Bを空気保持部材の当接部(大径部23)に装着したままの状態で空間22を大気に対して閉鎖及び連通することができるため、当接部をインク供給管6Bの移動を案内する案内部として機能させることができ、第1の実施形態の効果に加えて、インク供給管6Bの移動をより確実にかつ容易に行うことができるという効果を奏する。
実施形態では1つの溝部70が設けられているが、その数は特に問わない。
(第3実施形態)
第3実施形態のインクジェット記録装置は、第1実施形態の空気保持部材20Aの代わりに、図7に示す突出部71,72が一体形成された空気保持部材20Cによって構成し、インク供給管6Bが大径部23に装着された状態で空間22を大気に連通する点が第1実施形態との相違点であり、以下相違点のみ説明する。
第3実施形態のインクジェット記録装置は、図7に示すように、空気保持部材20Cと接続部33及び接続部34との間にインク供給管6Bの軸方向の移動を規制する突出部71,72が設けられている。
突出部71,72は、大径部23よりも大径に形成されており、突出部71の下側側面及び突出部72の上側側面は、移動してきたインク供給管6Bの上側端面及び下側端面が当接することで、インク供給管6Bの移動を規制している。
以上説明した第3の実施形態のインクジェット記録装置によれば、突出部71,72により規制されるインク供給管6Bの移動距離を、インク供給管6Bがインク充填位置まで移動してインク漏れが生じないように設定することにより、第1の実施形態の効果に加えて、インク供給管6Bを移動させる際に、誤ってインク漏れを生じさせることなく、より確実にかつ容易に移動を行うことができるという効果を奏する。
なお、実施形態では溝部70が設けられているが、設けなくても良い。
以上の上記各実施の形態では、インク供給管6Bの移動を容易にするため、インク供給管6Cを介してインクジェットヘッドの接続部60に接続するようにしたが、これに限られるものではない。例えば、インク供給管6Cと接続部34をなくして、インク供給管6Bを直接、インクジェットヘッドの接続部60に接続しても良く、このようにしても、インク供給管6Aを第2のインク供給管としてインク供給管6Bと別部材で構成することで、インク供給管6Bの移動は可能となる。
また、上記各実施の形態では、インク供給管のうち、空気保持部材の外周を覆う部位のみをインク供給管6Bによって形成し、その他のインク供給管6Aと6Cを第2のインク供給管として、インク供給管6Bに対して内径や空気透過率を変更するようにしたが、これに限られるものではなく、インク供給路内への空気の混入の影響を抑え、インクの吸引が十分に行えれば良い。そのため、本実施形態のように空気保持部材がインクジェットヘッド近傍に設置される場合には、インク供給管6Aがメインの配管になりその他のインク供給管よりも長さが長くなるため、インク供給管6Aのみを第2のインク供給管として内径や空気透過率を変更するようにしても良い。
また、実施形態では1つのインク供給管6に1つの空気保持部材20Aが設けられているが、その数は特に問わない。
また、実施形態ではメインのインクタンクのみが設けられたインクジェット記録装置に適用したが、サブタンクが設けられているインクジェット記録装置にも適用可能である。
また、実施形態ではシリアル方式のインクジェット記録装置に適用したが、ライン方式のインクジェット記録装置にも適用可能である。インクジェットヘッドを静止させた状態で記録するライン方式の場合においても、ポンプやモータ等の外部振動の影響によりインク供給圧力が変動することがあり、本発明のインクジェット記録装置によれば、インクの供給圧力の変動を緩和し、吐出安定性を向上させることができる。
また、実施形態ではインクジェットヘッドは、ヘッドチップに圧電素子を備える構成とは限らず、例えばヒータを備える構成としてもよい。
また、空気保持部材の形状や位置関係等も適宜変更して実施可能である。例えば、第2の大径部29を設けない構成、溝部30を直線ではなく螺旋状にした構成なども可能である。