JP7418130B2 - インクジェット記録装置 - Google Patents

Description

本発明は、ラインヘッドを用いて画像を記録するインクジェット記録装置に関する。

特許文献１には、インクを吐出するフルライン式のインクジェットヘッドとインクジェットヘッドへ供給されるインクを収容するインクタンクとを備えるインクジェット記録装置が開示されている。インクタンクとインクジェットヘッドはインク供給路とインク還流路によって接続されており、インクタンクとインクジェットヘッドの間をインクが循環するように構成されている。

特開２０１０－１５５４４９号公報

しかしながら、特許文献１のようなインク循環構成を採用すると、記録ヘッドから吐出するインク量が多い場合、インクを加圧供給する供給ポンプの供給量が不足して吐出不良が生じる可能性がある。また反対に、記録ヘッドから吐出するインク量が少ない場合は、供給ポンプの供給量が多すぎて記録ヘッドのメニスカス破壊が生じてインクが漏れ出る可能性がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、インクを循環する構成において、記録ヘッドの吐出性能を維持することができるインクジェット記録装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係るインクジェット記録装置は、インクを流す供給ポンプと、インクを貯留するタンクから記録ヘッドへインクが供給されるときに通る供給流路と、前記記録ヘッドから出たインクが通る回収流路と、を含み、前記記録ヘッドから出て、再び前記記録ヘッドへ入るようにインクを循環させるための第１流路と、インクが流れる方向において、前記第１流路に設けられた前記供給ポンプの下流で前記第１流路から分岐し、インクを貯留するタンクを介することなく前記供給ポンプの上流にインクを送るようにインクを循環させるための第２流路と、を有する循環路と、を備え、前記記録ヘッドは、インクを吐出する吐出口と、前記吐出口に対応して設けられ、インクを吐出するために使用されるエネルギーを発生させるためのエネルギー発生素子と、前記エネルギー発生素子と対向する位置にある圧力室を有し、前記供給流路と接続され前記圧力室にインクを供給するための共通供給流路と、前記供給流路及び前記回収流路と接続され前記圧力室からインクを回収するための共通回収流路と、を有し、前記供給流路と前記共通供給流路との間に設けられ圧力を制御する第１の圧力制御手段と、前記供給流路と前記共通回収流路との間に設けられ圧力を制御する、前記第１の圧力制御手段よりも強い負圧を発生させる第２の圧力制御手段とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、インクを循環する構成において、記録ヘッドの吐出性能を維持することができるインクジェット記録装置を提供することができる。

インクジェット記録装置が待機状態にあるときの図である。 インクジェット記録装置の制御構成図である。 インクジェット記録装置が記録状態にあるときの図である。 （ａ）～（ｃ）は、第１カセットから給送された記録媒体の搬送経路図である。 （ａ）～（ｃ）は、第２カセットから給送された記録媒体の搬送経路図である。 （ａ）～（ｄ）は、記録媒体の裏面に記録動作を行う場合の搬送経路図である。 インクジェット記録装置がメンテナンス状態にあるときの図である。 （ａ）および（ｂ）は、メンテナンスユニットの構成を示す斜視図である。 インク供給ユニットを示す図である。 リリーフ弁の構成を示す図である。 記録ヘッドのインク吐出部の構成を示す図である。 記録ヘッドの第１の負圧制御ユニットの構成を示す図である。 記録ヘッドによる記録動作においてインク供給ユニット内のインクの流れを示す図である。

図１は、本実施形態のインクジェット記録装置（以下、記録装置）１の内部構成図である。以降、図においてｘ方向は水平方向、ｙ方向（紙面垂直方向）は後述する記録ヘッド８において吐出口が配列する方向、ｚ方向は鉛直方向をそれぞれ示す。

記録装置１は、プリント部２とスキャナ部３を備える複合機であり、記録動作と読取動作に関する様々な処理を、プリント部２とスキャナ部３で個別にあるいは連動して実行することができる。スキャナ部３は、ＡＤＦ（オートドキュメントフィーダ）とＦＢＳ（フラットベッドスキャナ）を備えており、ＡＤＦで自動給紙される原稿の読み取りと、ユーザによってＦＢＳの原稿台に置かれた原稿の読み取り（スキャン）を行うことができる。なお、本実施形態はプリント部２とスキャナ部３を併せ持った複合機であるが、スキャナ部３を備えない形態であってもよい。図１は、記録装置１が記録動作も読取動作も行っていない待機状態にあるときを示す。

プリント部２において、筐体４の鉛直方向下方の底部には、記録媒体（カットシート）Ｓを収容するための第１カセット５Ａと第２カセット５Ｂが着脱可能に設置されている。第１カセット５ＡにはＡ４サイズまでの比較的小さな記録媒体が、第２カセット５ＢにはＡ３サイズまでの比較的大きな記録媒体が、平積みに収容されている。第１カセット５Ａ近傍には、収容されている記録媒体を１枚ずつ分離して給送するための第１給送ユニット６Ａが設けられている。同様に、第２カセット５Ｂ近傍には、第２給送ユニット６Ｂが設けられている。記録動作が行われる際にはいずれか一方のカセットから選択的に記録媒体Ｓが給送される。

搬送ローラ７、排出ローラ１２、ピンチローラ７ａ、拍車７ｂ、ガイド１８、インナーガイド１９およびフラッパ１１は、記録媒体Ｓを所定の方向に導くための搬送機構である。搬送ローラ７は、記録ヘッド８の上流側と下流側に配され、不図示の搬送モータによって駆動される駆動ローラである。ピンチローラ７ａは、記録ヘッド８の上流側に配され、搬送ローラ７と共に記録媒体Ｓをニップして回転する従動ローラである。排出ローラ１２は、搬送経路における最下流に配され、不図示の搬送モータによって駆動される駆動ローラである。拍車７ｂは、記録ヘッド８の下流側に配され、記録媒体Ｓを所定方向に案内する。拍車７ｂのうち、搬送ローラ７または排出ローラ１２と対向する位置に設けられたものは、搬送ローラ７または排出ローラ１２と記録媒体Ｓを挟持して搬送する。

ガイド１８は、記録媒体Ｓの搬送経路に設けられ、記録媒体Ｓを所定の方向に案内する。インナーガイド１９は、ｙ方向に延在する部材で湾曲した側面を有し、当該側面に沿って記録媒体Ｓを案内する。フラッパ１１は、両面記録動作の際に、記録媒体Ｓが搬送される方向を切り替えるための部材である。排出トレイ１３は、記録動作が完了し排出ローラ１２によって排出された記録媒体Ｓを積載保持するためのトレイである。

本実施形態の記録ヘッド８は、フルラインタイプのカラーインクジェット記録ヘッドであり、記録データに従ってインクを吐出する吐出口が、図１におけるｙ方向に沿って記録媒体Ｓの幅に相当する分だけ複数配列されている。記録ヘッド８が図１に示す待機位置にあるとき、記録ヘッド８の吐出口面８ａはキャップユニット１０によってキャップされている。このキャップユニット１０の位置をキャッピング位置とも称する。記録ヘッド８が記録動作を行う際は、後述するプリントコントローラ２０２によって、吐出口面８ａがプラテン９と対向するように記録ヘッド８の向きが変更される。プラテン９は、ｙ方向に延在する平板によって構成され、記録ヘッド８によって記録動作が行われる記録媒体Ｓを背面から支持する。記録ヘッド８の待機位置から記録位置への移動については、後に詳しく説明する。

インクタンクユニット１４は、記録ヘッド８へ供給される４色のインクをそれぞれ貯留する。インク供給ユニット１５は、インクタンクユニット１４と記録ヘッド８を接続する流路の途中に設けられ、記録ヘッド８内のインクの圧力及び流量を適切な範囲に調整する。本実施形態では循環型のインク供給系を採用しており、インク供給ユニット１５は記録ヘッド８へ供給されるインクの圧力と記録ヘッド８から回収されるインクの流量を適切な範囲に調整する。

メンテナンスユニット１６は、キャップユニット１０とワイピングユニット１７を備え、所定のタイミングにこれらを作動させて、記録ヘッド８に対するメンテナンス動作を行う。メンテナンス動作については後に詳しく説明する。

図２は、記録装置１における制御構成を示すブロック図である。制御構成は、主にプリント部２を統括するプリントエンジンユニット２００と、スキャナ部３を統括するスキャナエンジンユニット３００と、記録装置１全体を統括するコントローラユニット１００によって構成されている。プリントコントローラ２０２は、コントローラユニット１００のメインコントローラ１０１の指示に従ってプリントエンジンユニット２００の各種機構を制御する。スキャナエンジンユニット３００の各種機構は、コントローラユニット１００のメインコントローラ１０１によって制御される。以下に制御構成の詳細について説明する。

コントローラユニット１００において、ＣＰＵにより構成されるメインコントローラ１０１は、ＲＯＭ１０７に記憶されているプログラムや各種パラメータに従って、ＲＡＭ１０６をワークエリアとしながら記録装置１全体を制御する。例えば、ホストＩ／Ｆ１０２またはワイヤレスＩ／Ｆ１０３を介してホスト装置４００から印刷ジョブが入力されると、メインコントローラ１０１の指示に従って、画像処理部１０８が受信した画像データに対して所定の画像処理を施す。そして、メインコントローラ１０１はプリントエンジンＩ／Ｆ１０５を介して、画像処理を施した画像データをプリントエンジンユニット２００へ送信する。

なお、記録装置１は無線通信や有線通信を介してホスト装置４００から画像データを取得しても良いし、記録装置１に接続された外部記憶装置（ＵＳＢメモリ等）から画像データを取得しても良い。無線通信や有線通信に利用される通信方式は限定されない。例えば、無線通信に利用される通信方式として、Ｗｉ－Ｆｉ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｆｉｄｅｌｉｔｙ）（登録商標）やＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）が適用可能である。また、有線通信に利用される通信方式としては、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）等が適用可能である。また、例えばホスト装置４００から読取コマンドが入力されると、メインコントローラ１０１は、スキャナエンジンＩ／Ｆ１０９を介してこのコマンドをスキャナ部３に送信する。

操作パネル１０４は、ユーザが記録装置１に対して入出力を行うための機構である。ユーザは、操作パネル１０４を介してコピーやスキャン等の動作を指示したり、印刷モードを設定したり、記録装置１の情報を認識したりすることができる。

プリントエンジンユニット２００において、ＣＰＵにより構成されるプリントコントローラ２０２は、ＲＯＭ２０３に記憶されているプログラムや各種パラメータに従って、ＲＡＭ２０４をワークエリアとしながら、プリント部２が備える各種機構を制御する。コントローラＩ／Ｆ２０１を介して各種コマンドや画像データが受信されると、プリントコントローラ２０２は、これを一旦ＲＡＭ２０４に保存する。プリントコントローラ２０２は画像処理コントローラ２０５に、保存した画像データを記録データへ変換させることで、記録ヘッド８が記録動作に利用できるようにする。

記録データが生成されると、プリントコントローラ２０２は、ヘッドＩ／Ｆ２０６を介して記録ヘッド８に記録データに基づく記録動作を実行させる。この際、プリントコントローラ２０２は、搬送制御部２０７を介して図１に示す第１給送ユニット６Ａ、第２給送ユニット６Ｂ、搬送ローラ７、排出ローラ１２、フラッパ１１を駆動して、記録媒体Ｓを搬送する。プリントコントローラ２０２の指示に従って、記録媒体Ｓの搬送動作に連動して記録ヘッド８による記録動作が実行され、印刷処理が行われる。

ヘッドキャリッジ制御部２０８は、記録装置１のメンテナンス状態や記録状態といった動作状態に応じて記録ヘッド８の向きや位置を変更する。インク供給制御部２０９は、記録ヘッド８へ供給されるインクの圧力が適切な範囲に収まるように、インク供給ユニット１５を制御する。メンテナンス制御部２１０は、記録ヘッド８に対するメンテナンス動作を行う際に、メンテナンスユニット１６におけるキャップユニット１０やワイピングユニット１７の動作を制御する。

スキャナエンジンユニット３００においては、メインコントローラ１０１が、ＲＯＭ１０７に記憶されているプログラムや各種パラメータに従って、ＲＡＭ１０６をワークエリアとしながら、スキャナコントローラ３０２のハードウェアリソースを制御する。これにより、スキャナ部３が備える各種機構は制御される。例えば、コントローラＩ／Ｆ３０１を介してメインコントローラ１０１がスキャナコントローラ３０２内のハードウェアリソースを制御することにより、ユーザがＡＤＦに搭載した原稿を、搬送制御部３０４を介して搬送し、センサ３０５によって読み取る。そして、スキャナコントローラ３０２は読み取った画像データをＲＡＭ３０３に保存する。なお、プリントコントローラ２０２は、上述のように取得された画像データを記録データに変換することで、記録ヘッド８に、スキャナコントローラ３０２で読み取った画像データに基づく記録動作を実行させることが可能である。

図３は、記録装置１が記録状態にあるときを示す。図１に示した待機状態と比較すると、キャップユニット１０が記録ヘッド８の吐出口面８ａから離間し、吐出口面８ａがプラテン９と対向している。本実施形態において、プラテン９の平面は水平方向に対して約４５度傾いており、記録位置における記録ヘッド８の吐出口面８ａも、プラテン９との距離が一定に維持されるように水平方向に対して約４５度傾いている。

記録ヘッド８を図１に示す待機位置から図３に示す記録位置に移動する際、プリントコントローラ２０２は、メンテナンス制御部２１０を用いて、キャップユニット１０を図３に示す退避位置まで降下させる。これにより、記録ヘッド８の吐出口面８ａは、キャップ部材１０ａと離間する。その後、プリントコントローラ２０２は、ヘッドキャリッジ制御部２０８を用いて記録ヘッド８の鉛直方向の高さを下降させながら４５度回転させ、吐出口面８ａをプラテン９と対向させる。記録動作が完了し、記録ヘッド８が記録位置から待機位置に移動する際は、プリントコントローラ２０２によって上記と逆の工程が行われる。

次に、プリント部２における記録媒体Ｓの搬送経路について説明する。記録コマンドが入力されると、プリントコントローラ２０２は、まず、メンテナンス制御部２１０およびヘッドキャリッジ制御部２０８を用いて、記録ヘッド８を図３に示す記録位置に移動する。その後、プリントコントローラ２０２は搬送制御部２０７を用い、記録コマンドに従って第１給送ユニット６Ａおよび第２給送ユニット６Ｂのいずれかを駆動し、記録媒体Ｓを給送する。

図４（ａ）～（ｃ）は、第１カセット５Ａに収容されているＡ４サイズの記録媒体Ｓが給送されるときの搬送経路を示す図である。図４以降で、搬送される記録媒体Ｓは点線によって示す。第１カセット５Ａ内で１番上に積載された記録媒体Ｓは、第１給送ユニット６Ａによって２枚目以降の記録媒体から分離され、搬送ローラ７とピンチローラ７ａにニップされながら、プラテン９と記録ヘッド８の間の記録領域Ｐに向けて搬送される。図４（ａ）は、記録媒体Ｓの先端が記録領域Ｐに到達する直前の搬送状態を示す。記録媒体Ｓの進行方向は、第１給送ユニット６Ａに給送されて記録領域Ｐに到達する間に、水平方向（ｘ方向）から、水平方向に対して約４５度傾いた方向に変更される。

記録領域Ｐでは、記録ヘッド８に設けられた複数の吐出口から記録媒体Ｓに向けてインクが吐出される。インクが付与される領域の記録媒体Ｓは、プラテン９によってその背面が支持されており、吐出口面８ａと記録媒体Ｓの距離が一定に保たれている。インクが付与された後の記録媒体Ｓは、排出ローラ１２と拍車７ｂに案内されながら、先端が図４において右側に傾いているフラッパ１１の左側を通り、ガイド１８に沿って記録装置１の鉛直方向上方へ搬送される。図４（ｂ）は、記録媒体Ｓの先端が記録領域Ｐを通過して鉛直方向上方に搬送される状態を示す。記録媒体Ｓの進行方向は、水平方向に対し約４５度傾いた記録領域Ｐを過ぎると、搬送ローラ７と拍車７ｂによって鉛直方向上方に変更されている。

記録媒体Ｓは鉛直方向上方に搬送された後、排出ローラ１２と拍車７ｂによって排出トレイ１３に排出される。図４（ｃ）は、記録媒体Ｓの先端が排出トレイ１３に排出される状態を示す。記録媒体Ｓは、記録ヘッド８によって画像が記録された面を下にした状態で排出され、排出トレイ１３上に保持される。

図５（ａ）～（ｃ）は、第２カセット５Ｂに収容されているＡ３サイズの記録媒体Ｓが給送されるときの搬送経路を示す図である。第２カセット５Ｂ内で１番上に積載された記録媒体Ｓは、第２給送ユニット６Ｂによって２枚目以降の記録媒体から分離され、搬送ローラ７とピンチローラ７ａにニップされながら、プラテン９と記録ヘッド８の間の記録領域Ｐに向けて搬送される。

図５（ａ）は、記録媒体Ｓの先端が記録領域Ｐに到達する直前の搬送状態を示す。第２給送ユニット６Ｂに給送されて記録領域Ｐに到達するまでの搬送経路には、複数の搬送ローラ７とピンチローラ７ａおよびインナーガイド１９が配されることで、記録媒体ＳはＳ字状に湾曲されてプラテン９まで搬送される。

その後の搬送経路は、図４（ｂ）および（ｃ）で示したＡ４サイズの記録媒体Ｓの場合と同様である。図５（ｂ）は、記録媒体Ｓの先端が記録領域Ｐを通過して鉛直方向上方に搬送される状態を示す。図５（ｃ）は、記録媒体Ｓの先端が排出トレイ１３に排出される状態を示す。

図６（ａ）～（ｄ）は、Ａ４サイズの記録媒体Ｓの裏面（第２面）に対して記録動作（両面記録）を行う場合の搬送経路を示す。記録装置１が両面記録を行う場合、第１面（表面）を記録した後に第２面（裏面）に記録動作を行う。第１面を記録する際の搬送工程は図４（ａ）～（ｃ）と同様であるので、ここでは説明を省略する。以後、図４（ｃ）以後の搬送工程について説明する。

記録ヘッド８による第１面への記録動作が完了し、記録媒体Ｓの後端がフラッパ１１を通過すると、プリントコントローラ２０２は、搬送ローラ７を逆回転させて記録媒体Ｓを記録装置１の内部へ搬送する。この際、フラッパ１１は、不図示のアクチュエータによってその先端が図６において左側に傾くように制御されるため、記録媒体Ｓの先端（第１面の記録動作における後端）はフラッパ１１の右側を通過して鉛直方向下方へ搬送される。図６（ａ）は、記録媒体Ｓの先端（第１面の記録動作における後端）が、フラッパ１１の右側を通過する状態を示す。

その後記録媒体Ｓは、インナーガイド１９の湾曲した外周面に沿って搬送され、再び記録ヘッド８とプラテン９の間の記録領域Ｐに搬送される。この際、記録ヘッド８の吐出口面８ａに、記録媒体Ｓの第２面が対向する。図６（ｂ）は、第２面の記録動作のために、記録媒体Ｓの先端が記録領域Ｐに到達する直前の搬送状態を示す。

その後の搬送経路は、図４（ｂ）および（ｃ）で示した第１面記録の場合と同様である。図６（ｃ）は、記録媒体Ｓの先端が記録領域Ｐを通過して鉛直方向上方に搬送される状態を示す。この際、フラッパ１１は、不図示のアクチュエータにより先端が右側に傾いた位置に移動するように制御される。図６（ｄ）は、記録媒体Ｓの先端が排出ローラ１２を通過して排出トレイ１３に排出される状態を示す。なお、Ａ３サイズの記録媒体Ｓの両面記録においても、同様の搬送が行われる。

次に、記録ヘッド８に対するメンテナンス動作について説明する。図１でも説明したように、メンテナンスユニット１６はキャップユニット１０とワイピングユニット１７とを備え、所定のタイミングにこれらを作動させてメンテナンス動作を行う。

図７は、記録装置１がメンテナンス状態のときの図である。記録ヘッド８を図１に示す待機位置から図７に示すメンテナンス位置に移動する際、プリントコントローラ２０２は、まず記録ヘッド８を鉛直方向において斜め上方に移動させるとともにキャップユニット１０を鉛直方向下方に移動させる。そして、プリントコントローラ２０２は、ワイピングユニット１７を退避位置から図７における右方向に移動させる。その後、プリントコントローラ２０２は、記録ヘッド８を鉛直方向下方に移動させメンテナンス動作が可能なメンテナンス位置に移動させる。

一方、記録ヘッド８を図３に示す記録位置から図７に示すメンテナンス位置に移動する際、プリントコントローラ２０２は、まず記録ヘッド８を約４５度回転させつつ鉛直方向上方に移動させる。そして、プリントコントローラ２０２はワイピングユニット１７を退避位置から右方向に移動させる。その後プリントコントローラ２０２は、記録ヘッド８を鉛直方向下方に移動させて、メンテナンスユニット１６によるメンテナンス動作が可能なメンテナンス位置に移動させる。

図８（ａ）はメンテナンスユニット１６が待機ポジションにある状態を示す斜視図であり、図８（ｂ）はメンテナンスユニット１６がメンテナンスポジションにある状態を示す斜視図である。図８（ａ）は図１に示すメンテナンスユニット１６の位置に対応し、図８（ｂ）は図７に示すメンテナンスユニット１６の位置に対応している。記録ヘッド８が待機位置にあるとき、メンテナンスユニット１６は図８（ａ）に示す待機ポジションにあり、キャップユニット１０はキャッピング位置にあり、ワイピングユニット１７はメンテナンスユニット１６の内部に収納されている。キャップユニット１０はｙ方向に延在する箱形のキャップ部材１０ａを有し、これを記録ヘッド８の吐出口面８ａに密着させることにより、吐出口からのインクの蒸発を抑制することができる。また、キャップユニット１０は、キャップ部材１０ａに予備吐出等で吐出されたインクを回収し、回収したインクを不図示の吸引ポンプに吸引させる機能も備えている。

一方、図８（ｂ）に示すメンテナンスポジションにおいて、キャップユニット１０は鉛直方向下方の退避位置に移動しており、ワイピングユニット１７がメンテナンスユニット１６から引き出されている。ワイピングユニット１７は、ブレードワイパユニット１７１とバキュームワイパユニット１７２の２つのワイパユニットを備えている。

ブレードワイパユニット１７１には、吐出口面８ａをｘ方向に沿ってワイピングするためのブレードワイパ１７１ａが吐出口の配列領域に相当する長さだけｙ方向に配されている。ブレードワイパユニット１７１を用いてワイピング動作を行う際、ワイピングユニット１７は、記録ヘッド８がブレードワイパ１７１ａに当接可能な高さに位置決めされた状態で、ブレードワイパユニット１７１をｘ方向に移動する。この移動により、吐出口面８ａに付着するインクなどはブレードワイパ１７１ａに拭き取られる。

ブレードワイパ１７１ａが収納される際のメンテナンスユニット１６の入り口には、ブレードワイパ１７１ａに付着したインクを除去するとともにブレードワイパ１７１ａにウェット液を付与するためのウェットワイパクリーナ１６ａが配されている。これにより、ブレードワイパ１７１ａはメンテナンスユニット１６に収納される度にウェットワイパクリーナ１６ａによって付着物が除去されウェット液が塗布される。そして、次に吐出口面８ａをワイピングしたときにウェット液を吐出口面８ａに転写し、吐出口面８ａとブレードワイパ１７１ａ間の滑り性を向上させている。

一方、バキュームワイパユニット１７２は、ｙ方向に延在する開口部を有する平板１７２ａと、開口部内をｙ方向に移動可能なキャリッジ１７２ｂと、キャリッジ１７２ｂに搭載されたバキュームワイパ１７２ｃとを有する。バキュームワイパ１７２ｃは、キャリッジ１７２ｂの移動に伴って吐出口面８ａをｙ方向にワイピング可能に配されている。バキュームワイパ１７２ｃの先端には、不図示の吸引ポンプに接続された吸引口が形成されている。このため、吸引ポンプを作動させながらキャリッジ１７２ｂをｙ方向に移動すると、記録ヘッド８の吐出口面８ａに付着したインク等は、バキュームワイパ１７２ｃによって拭き寄せられながら吸引口に吸い込まれる。この際、平板１７２ａと開口部の両端に設けられた位置決めピン１７２ｄは、バキュームワイパ１７２ｃに対する吐出口面８ａの位置合わせに利用される。

図９は、記録装置１で採用するインク供給ユニット１５を示す図である。インク供給ユニット１５は、インクタンクユニット１４から記録ヘッド８へインクを供給する構成である。ここでは、１色のインクについての構成を示しているが、実際にはこのような構成が、インク色ごとに用意されている。インク供給ユニット１５は、基本的に図２で示したインク供給制御部２０９によって制御される。以下、ユニットの各構成について説明する。

インクは主にサブタンク（インクタンク）１５１と記録ヘッド８（図９ではヘッドユニット８）の間を循環する。ヘッドユニット８では画像データに基づいてインクの吐出動作が行われ、吐出されなかったインクが再びサブタンク１５１に回収される。

所定量のインクを収容するサブタンク１５１は、ヘッドユニット８へインクを供給するための供給流路Ｃ２とヘッドユニット８からインクを回収するための回収流路Ｃ４に接続されている。すなわち、サブタンク１５１、供給流路Ｃ２、ヘッドユニット８、および回収流路Ｃ４によってインクが循環する循環経路が構成される。

サブタンク１５１には複数のピンで構成される液面検知手段１５１ａが設けられ、インク供給制御部２０９は、これら複数のピン間における導通電流の有無を検知することで、インク液面の高さ、即ちサブタンク１５１内のインク残量を把握することができる。減圧ポンプＰ０は、サブタンク１５１の内部を減圧するための負圧発生源である。大気開放弁Ｖ０は、サブタンク１５１の内部を大気に連通させるか否かを切り替えるための弁である。

メインタンク１４１は、サブタンク１５１へ供給されるインクを収容するタンクである。メインタンク１４１は可撓性部材で構成され、可撓性部材の容積変化によってサブタンク１５１へインクが充填される。メインタンク１４１は、記録装置本体に対して着脱可能な構成である。サブタンク１５１とメインタンク１４１を接続するタンク接続流路Ｃ１の途中には、サブタンク１５１とメインタンク１４１の接続を開閉するためのタンク供給弁Ｖ１が配されている。

以上の構成のもと、インク供給制御部２０９は、液面検知手段１５１ａによってサブタンク１５１内のインクが所定量より少ないことを検知すると、大気開放弁Ｖ０、供給弁Ｖ２、回収弁Ｖ４、リリーフ弁Ｖ３およびヘッド交換弁Ｖ５を閉じる。この状態において、インク供給制御部２０９は、タンク供給弁Ｖ１を開き、減圧ポンプＰ０を作動させる。すると、サブタンク１５１の内部が負圧となりメインタンク１４１からサブタンク１５１へインクが供給される。液面検知手段１５１ａによってサブタンク１５１内のインクが所定量を超えたことを検知すると、インク供給制御部２０９は、タンク供給弁Ｖ１を閉じて減圧ポンプＰ０を停止する。

供給流路Ｃ２は、サブタンク１５１からヘッドユニット８へインクを供給するための流路であり、その途中には供給ポンプＰ１と供給弁Ｖ２が配されている。記録動作中は、供給弁Ｖ２を開いた状態で供給ポンプＰ１を駆動することにより、ヘッドユニット８へインクを供給しつつ循環経路においてインクを循環することができる。ヘッドユニット８によって単位時間あたりに消費されるインクの量は画像データに応じて変動する。このため、供給ポンプＰ１の流量は、ヘッドユニット８における単位時間あたりのインク消費量が最大となる吐出動作を行った場合にも対応できるように決定されている。

リリーフ流路（迂回経路）Ｃ３は、供給弁Ｖ２の上流側であって、供給ポンプＰ１の上流側と下流側を接続する流路であり、リリーフ流路Ｃ３の途中には差圧弁であるリリーフ弁Ｖ３が配される。供給ポンプＰ１からの単位時間あたりのインク供給量がヘッドユニット８の単位時間あたりの吐出量と回収ポンプＰ２における単位時間あたりの流量の合計値よりも多い場合は、リリーフ弁Ｖ３は自身に作用する圧力に応じて開放される。その結果、供給流路Ｃ２の一部とリリーフ流路Ｃ３とで構成される巡回流路が形成される。上記リリーフ流路Ｃ３の構成を設けることにより、ヘッドユニット８に対するインク供給量はヘッドユニット８でのインク消費量に応じて調整され、循環経路内の流圧を画像データによらず安定させることができる。

図１０はリリーフ弁Ｖ３の詳しい構成を示す。図１０（ａ）はリリーフ弁Ｖ３の外観斜視図であり、図１０（ｂ）（ｃ）は、図１０（ａ）におけるＡ－Ａの断面図である。図１０（ｂ）に示すように、リリーフ弁Ｖ３の内部には、シール部材１００１とスライダ１００２とバネ１００３とが設けられている。また、リリーフ弁Ｖ３にインクが流入する流入口１００４と、リリーフ弁Ｖ３からインクが流出する流出口１００５と、が設けられている。

図１０（ｂ）は、スライダ１００２がバネ１００３の付勢によってシール部材１００１に押圧されて、流入口１００４が閉じている様子を示す。リリーフ流路Ｃ３に所定値以上の圧力がかかると、バネ１００３の付勢に抗う方向にスライダ１００２が移動され、シール部材１００１とスライダ１００２によって閉塞されていた流入口１００４が開放される（図１０（ｃ））。図１０（ｃ）に示すように、流入口１００４の開放によってインクが流入口１００４から流入して、流出口１００５から流出し、供給ポンプＰ１よりも上流の供給流路Ｃ２へインクが戻される。

回収流路Ｃ４は、ヘッドユニット８からサブタンク１５１へインクを回収するための流路であり、その途中には回収ポンプＰ２と回収弁Ｖ４が配されている。回収ポンプＰ２は、循環経路内にインクを循環させる際、負圧発生源となってヘッドユニット８よりインクを吸引する。回収ポンプＰ２の駆動により、ヘッドユニット８内のＩＮ流路８０ｂとＯＵＴ流路８０ｃの間に適切な圧力差が生じ、ＩＮ流路８０ｂからＯＵＴ流路８０ｃへインクが移動する。ヘッドユニット８内の流路構成については後に詳しく説明する。

回収弁Ｖ４は、記録動作を行っていないとき、すなわち循環経路内にインクを循環させていないときに、回収流路Ｃ４を介してサブタンク１５１からヘッドユニット８へインクが流れることを防止するための弁である。本実施形態の循環経路では、サブタンク１５１はヘッドユニット８よりも鉛直方向において上方に配置されている（図１参照）。このため、供給ポンプＰ１や回収ポンプＰ２を駆動していないとき、サブタンク１５１とヘッドユニット８の水頭差によって、サブタンク１５１からヘッドユニット８へインクが逆流してしまうおそれがある。このような逆流を防止するため、本実施形態では回収流路Ｃ４に回収弁Ｖ４を設けている。

同様に供給弁Ｖ２も、記録動作を行っていないとき、すなわち循環経路内にインクを循環させていないときに、サブタンク１５１からヘッドユニット８へのインクの供給を防止するための弁としても機能する。

ヘッド交換流路Ｃ５は、供給流路Ｃ２とサブタンク１５１の空気層（インクが収容されていない部分）を接続する流路であり、その途中にはヘッド交換弁Ｖ５が配されている。ヘッド交換流路Ｃ５の一端は供給流路Ｃ２におけるヘッドユニット８の上流に接続され、他端はサブタンク１５１の上方に接続されて内部の空気層と連通する。ヘッド交換流路Ｃ５は、ヘッドユニット８を交換する際や記録装置１を輸送する際など、使用中のヘッドユニット８からインクを回収するときに利用される。

ヘッド交換弁Ｖ５は、記録装置１にインクを初期充填するときとヘッドユニット８からインクを回収するとき以外は閉じるように、インク供給制御部２０９によって制御される。ヘッド交換流路Ｃ５は、供給弁Ｖ２よりも下流側で供給流路Ｃ２と接続される。すなわち、上述した供給弁Ｖ２は供給流路Ｃ２において、ヘッド交換流路Ｃ５との接続部と、リリーフ流路Ｃ３との接続部の間に設けられている。

次に、ヘッドユニット８内の流路構成について説明する。供給流路Ｃ２よりヘッドユニット８に供給されたインクは、フィルタ８３を通過した後、弱い負圧を発生する第１の負圧制御ユニット（第１の圧力制御手段）８１と、強い負圧を発生する第２の負圧制御ユニット（第２の圧力制御手段）８２とに供給される。第１の負圧制御ユニット８１によって発生する圧力の絶対値に対して、第２の負圧制御ユニット８２によって発生する圧力の絶対値は小さい。これら第１の負圧制御ユニット８１と第２の負圧制御ユニット８２における圧力は、回収ポンプＰ２の駆動によって生成される。

インク吐出部８０には、複数の吐出口が配列された記録素子基板８０ａが複数配置され、長尺の吐出口列が形成されている。記録素子基板８０ａには、インクを熱エネルギーにより発泡させるための発熱素子である記録素子２３２３（図１１（ｂ）参照）が形成されている。第１の負圧制御ユニット８１より供給されるインクを導くための共通供給流路８０ｂ（ＩＮ流路）と、第２の負圧制御ユニット８２より供給されるインクを導くための共通回収流路８０ｃ（ＯＵＴ流路）も、記録素子基板８０ａの配列方向に延在している。共通供給流路８０ｂは、供給流路Ｃ２と接続されている。共通回収流路８０ｃは、供給流路Ｃ２及び回収流路Ｃ４の両方と接続されている。

図１１（ａ）は記録素子基板８０ａの一部を拡大した平面模式図であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）の断面線Ｘ－Ｘにおける断面模式図である。記録素子基板８０ａには、インクが充填される圧力室２４０２とインクを吐出する吐出口２３１１が設けられている。圧力室２４０２において、吐出口２３１１と対向する位置には記録素子２３２３が設けられている。また、記録素子基板８０ａには、共通供給流路８０ｂと接続する個別供給流路２３２１と、共通回収流路８０ｃと接続する個別回収流路２３２２とが吐出口２３１１毎に複数形成されている。

上述した構成により、記録素子基板８０ａでは、相対的に負圧の弱い（圧力の高い）共通供給流路８０ｂより流入し、相対的に負圧の強い（圧力の低い）共通回収流路８０ｃへ流出するインクの流れが生成される。より詳しくは、共通供給流路８０ｂ→個別供給流路２３２１→圧力室２４０２→個別回収流路２３２２→共通回収流路８０ｃの順にインクが流れる。記録素子２３２３によってインクが吐出されると、共通供給流路８０ｂから共通回収流路８０ｃへ移動するインクの一部は吐出口２３１１から吐出されることによってヘッドユニット８の外部へ排出される。一方、吐出口２３１１から吐出されなかったインクは、共通回収流路８０ｃを経て回収流路Ｃ４へ回収される。

図１２はヘッドユニット８に設けられた第１の負圧制御ユニット８１を示す。図１２（ａ）（ｂ）は外観斜視図であり、特に図１２（ｂ）は、第１の負圧制御ユニット８１の内部を示すために可撓性フィルム２３２を不図示にした様子を示す。図１２（ｃ）は、図１２（ａ）におけるＸＩＶＣ－ＸＩＶＣの断面を示す。第１の負圧制御ユニット８１と第２の負圧制御ユニット８２は差圧弁であり、制御圧（バネの初期荷重）の差異以外は同一の構成のため、第２の負圧制御ユニット８２の説明は省略する。

第１の負圧制御ユニット８１は、図１２（ｂ）に示される受圧板２３１とその周囲の空間を密閉する可撓性フィルム２３２によって、第１圧力室２３３が内部に形成されている。可撓性フィルム２３２は、図１２（ｂ）で示す円形状の縁及び受圧板２３１に対して溶着されている。第１圧力室２３３内のインクの増減に応じて、可撓性フィルム２３２と可撓性フィルム２３２に溶着された受圧板２３１とが上下に変位する。

第１圧力室２３３のインク供給方向における上流側には、供給ポンプＰ１と接続される第２圧力室２３８と、受圧板２３１と連結されたシャフト２３４と、シャフト２３４と連結された弁２３５と、弁２３５に嵌合するオリフィス２３６と、が設けられている。本実施形態のオリフィス２３６は、第１圧力室２３３と第２圧力室２３８との境界に設けられている。弁２３５とシャフト２３４と受圧板２３１はさらに、付勢部材（バネ）２３７によって鉛直上方へ向けて付勢されている。

第１圧力室２３３内の圧力の絶対値が第１閾値以上であるとき（第１閾値より負圧が弱い場合）は、付勢部材２３７の付勢力によって弁２３５がオリフィス２３６と嵌合し、第１圧力室２３３と第２圧力室２３８との接続を遮断している。一方、第１圧力室２３３内の圧力の絶対値が第１閾値未満となったとき、つまり第１圧力室２３３に第１閾値より強い負圧がかかったとき、可撓性フィルム２３２が収縮して下方へ変位する。これにより、受圧板２３１と弁２３５が付勢部材２３７の付勢に抗って下方へ変位して、弁２３５とオリフィス２３６が離間して、第１圧力室２３３と第２圧力室２３８とが接続される。この接続によって、供給ポンプＰ１によって供給されたインクが第１圧力室２３３へ向けて流入する。

第１の負圧制御ユニット８１は上述した差圧弁の構成になっており、これにより流入圧力と流出圧力を一定に制御する。第２の負圧制御ユニット８２は、第１の負圧制御ユニット８２より強い負圧を発生させるために、付勢部材２３７の付勢力が第１の負圧制御ユニットより大きいものを採用している。

図１３は、ヘッドユニット８による記録動作中のインク供給ユニット１５を示す図である。実線で示した流路に設けられたバルブは開放しておりインクの流れが形成されているが、点線で示した流路に設けられたバルブは閉塞してインクや空気が流れていない。まずヘッドユニット８による記録動作を行うとき、インク供給制御部２０９は、タンク供給弁Ｖ１とヘッド交換弁Ｖ５を閉じ、大気開放弁Ｖ０、供給弁Ｖ２、および回収弁Ｖ４を開き、供給ポンプＰ１および回収ポンプＰ２を駆動する。これにより、サブタンク１５１→供給流路Ｃ２→ヘッドユニット８→回収流路Ｃ４→サブタンク１５１の循環経路が確立する。

ここで、供給ポンプＰ１による単位時間あたりのインク供給量は、ヘッドユニット８が単位時間あたりに吐出可能な最大のインク量（以下、所定吐出量）に対応できるように設定されている。吐出可能な最大のインク量とは、例えば、各吐出口の吐出量×単位時間あたりの吐出周波数×吐出口数によって定義される。また、本実施形態においては、供給流路Ｃ２からヘッドユニット８を介して回収流路Ｃ４へインクを循環させているため、循環のために回収ポンプＰ２によって回収流路Ｃ４に回収されるインク量（以下、循環流量）の分も供給ポンプＰ１から供給する必要がある。回収流路Ｃ４を流れる循環流量は、循環させるインク量に応じて定められ、本実施形態では一定の循環流量を保つように構成されている。そのため回収ポンプＰ２は、ほぼ一定の流量を回収可能なように一定量で駆動されている。

以上のことから、供給ポンプＰ１による単位時間あたりのインク供給量は、所定吐出量と回収流路Ｃ４を流れる循環流量との合計値に対応可能に設定されており、駆動量はほぼ一定に定められている。すなわち、供給ポンプＰ１と回収ポンプＰ２のいずれも、ほぼ一定の駆動量で駆動されることでインクの供給や回収を行い、循環経路でインクを循環させている。

図１３（ａ）はヘッドユニット８からのインクの吐出量が多い記録動作を行っているときのインクの流れを示す。このとき、供給ポンプＰ１から供給される所定吐出量のインクのほとんどをヘッドユニット８から吐出して排出する。そのため、負圧制御ユニットには吐出動作によって発生する負圧と回収ポンプＰ２による負圧がかかり、差圧弁が開いた状態を維持する。すなわち、供給ポンプＰ１が供給する所定吐出量と循環流量の合計値以上のインクがヘッドユニット８に供給される状態を維持する。このような場合はリリーフ弁Ｖ３に対して所定値以上の圧力がかからず、リリーフ弁Ｖ３が開放されない。そのため、リリーフ流路Ｃ３においてリリーフ弁Ｖ３の手前でインクの流れは遮断され、リリーフ流路Ｃ３の全体にはインクが流れない状態となる。

図１３（ｂ）はヘッドユニット８からのインクの吐出量が少ない記録動作を行っているときのインクの流れを示す。このとき、供給ポンプＰ１から供給される所定吐出量のインクの多くは吐出されない。そのため、負圧制御ユニットには吐出動作によって発生する小さい負圧と回収ポンプＰ２による負圧のみがかかり、差圧弁が開いた状態は維持されにくくなる。これにより、供給ポンプＰ１から過剰なインクが供給される状態が形成され、リリーフ弁Ｖ３には所定値以上の圧力がかかる。すると、図１０（ｃ）に示したようにリリーフ弁Ｖ３の流入口１００４が開放され、供給流路Ｃ２に過剰供給されたインクがリリーフ流路Ｃ３を流れることで圧力を逃がすことができる。

仮にリリーフ流路Ｃ３とリリーフ弁Ｖ３を設けない場合、負圧制御ユニットと供給ポンプＰ１の間でインクの圧力が増大し、流路破壊やインク漏れなどが発生する場合がある。本実施形態のようにリリーフ流路Ｃ３とリリーフ弁Ｖ３を設けることで、ヘッドユニット８における吐出量によらずに、インク循環構成における流路内の圧力を適正に保つことができる。また、供給ポンプＰ１や回収ポンプＰ２ではほぼ一定の駆動を保つことができ、吐出量に応じた複雑な制御を行う必要もなくなり、簡易な構成で安定した吐出性能を維持することができる。

なお、本実施形態では記録ヘッド８の圧力室２４０２内のインクも循環する構成を採用したが、これに限らず、記録ヘッド８の共通液室内のインクのみを循環する構成にも適用することができる。

１ インクジェット記録装置
８ 記録ヘッド（ヘッドユニット）
１５１ サブタンク（インクタンク）
Ｃ２ 供給流路
Ｃ３ リリーフ流路（迂回経路）
Ｃ４ 回収流路
Ｐ１ 供給ポンプ
Ｐ２ 回収ポンプ
Ｖ３ リリーフ弁（差圧弁）

Claims (15)

1. インクを流す供給ポンプと、
   インクを貯留するタンクから記録ヘッドへインクが供給されるときに通る供給流路と、前記記録ヘッドから出たインクが通る回収流路と、を含み、前記記録ヘッドから出て、再び前記記録ヘッドへ入るようにインクを循環させるための第１流路と、インクが流れる方向において、前記第１流路に設けられた前記供給ポンプの下流で前記第１流路から分岐し、インクを貯留するタンクを介することなく前記供給ポンプの上流にインクを送るようにインクを循環させるための第２流路と、を有する循環路と、
   を備え、
   前記記録ヘッドは、インクを吐出する吐出口と、前記吐出口に対応して設けられ、インクを吐出するために使用されるエネルギーを発生させるためのエネルギー発生素子と、前記エネルギー発生素子と対向する位置にある圧力室を有し、前記供給流路と接続され前記圧力室にインクを供給するための共通供給流路と、前記供給流路及び前記回収流路と接続され前記圧力室からインクを回収するための共通回収流路と、を有し、
   前記供給流路と前記共通供給流路との間に設けられ圧力を制御する第１の圧力制御手段と、
   前記供給流路と前記共通回収流路との間に設けられ圧力を制御する、前記第１の圧力制御手段よりも強い負圧を発生させる第２の圧力制御手段とを備えることを特徴とするインクジェット記録装置。
2. 前記第１流路には、記録ヘッドへ供給するためのインクを貯留するタンクから前記記録ヘッドへインクを流す前記供給ポンプと、前記記録ヘッドから出たインクを流す回収ポンプが設けられてい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. 前記第１流路は前記タンクから前記記録ヘッドへインクが供給されるときに通る供給流路と、前記記録ヘッドから出たインクが通る回収流路を含み、
   前記記録ヘッドから吐出されるインク量によらず、前記供給ポンプは前記供給流路においてほぼ一定のインク量が流れるように駆動し、前記回収ポンプは前記回収流路においてほぼ一定のインク量が流れるように駆動することを特徴とする請求項２に記載のインクジェット記録装置。
4. 前記回収ポンプは、前記回収流路にほぼ一定の循環流量が流れるように駆動し、前記供給ポンプは、前記記録ヘッドから吐出される所定吐出量と前記循環流量の合計値以上の流量が流れるように駆動することを特徴とする請求項３に記載のインクジェット記録装置。
5. 前記所定吐出量は、前記記録ヘッドから単位時間あたりに吐出可能な最大のインク量であることを特徴とする請求項４に記載のインクジェット記録装置。
6. 前記第２流路には差圧弁が設けられ、
   前記差圧弁は、前記記録ヘッドから吐出されるインク量が前記所定吐出量よりも少ない場合に開き、前記第２流路にインクが流れることを特徴とする請求項４または５に記載のインクジェット記録装置。
7. 前記供給ポンプが駆動することにより、圧力室の内部を通るようにインクが循環することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のインクジェット記録装置。
8. 前記第１の圧力制御手段と前記第２の圧力制御手段は、前記記録ヘッド内に設けられることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のインクジェット記録装置。
9. 前記記録ヘッドは前記吐出口毎に、前記共通供給流路と接続する個別供給流路と、前記共通回収流路と接続する個別回収流路と、を有し、前記供給ポンプによって前記共通供給流路と前記個別供給流路を介して前記圧力室へインクが供給され、前記個別回収流路から前記共通回収流路へインクが回収されることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のインクジェット記録装置。
10. 前記第２流路には差圧弁が設けられ、
    前記差圧弁は、インクが流入する流入口と、インクが流出する流出口と、シール部材と、前記シール部材に接続されたスライダと、前記スライダ及び前記シール部材を前記流入口に対して付勢する付勢部材と、を有し、前記供給ポンプによって生じる圧力が所定値以上になると前記付勢部材の付勢に抗って前記スライダが移動することで前記流入口が開放されることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のインクジェット記録装置。
11. インクを吐出する吐出口と、前記吐出口に対応して設けられ、インクを吐出するために使用されるエネルギーを発生させるためのエネルギー発生素子と、前記エネルギー発生素子と対向する位置にある圧力室と、供給流路に接続され、前記圧力室にインクを供給するための共通供給流路と、前記供給流路に接続され、前記圧力室からのインクが流れる共通回収流路と、を有する記録ヘッドに、インクを貯留するタンクからのインクを供給する前記供給流路と、
    前記供給流路と前記共通供給流路との間に設けられ圧力を制御する第１の圧力制御手段と、
    前記供給流路と前記共通回収流路との間に設けられ圧力を制御する第２の圧力制御手段と、
    前記供給流路のインクを流すための供給ポンプと、
    前記供給ポンプの下流側の前記供給流路のインクを、前記供給ポンプの上流側に流し、再び前記供給流路に流すためのリリーフ流路と、
    を備え、
    前記第２の圧力制御手段は前記第１の圧力制御手段よりも強い負圧を発生させ、
    前記供給ポンプは、前記共通供給流路から前記共通回収流路にインクが流れるようにインクが流れることにより、前記圧力室の外側から前記圧力室の内部に、前記圧力室の内部から前記圧力室の外部にインクを循環させることができ、前記共通供給流路に供給されたインクの一部は、前記圧力室を通らずに前記共通回収流路に流れることを特徴とするインクジェット記録装置。
12. 前記第１の圧力制御手段と前記第２の圧力制御手段は、前記記録ヘッド内に設けられることを特徴とする請求項１１に記載のインクジェット記録装置。
13. 前記供給流路で前記記録ヘッドに供給され、前記記録ヘッドから出たインクが流れる回収流路を有することを特徴とする請求項１１または１２に記載のインクジェット記録装置。
14. 前記回収流路に配された回収ポンプを有し、
    前記供給ポンプと前記回収ポンプによって、前記供給流路、前記記録ヘッド、前記回収流路を含む循環路でインクを循環させることを特徴とする請求項１３に記載のインクジェット記録装置。
15. 前記リリーフ流路には弁が設けられることを特徴とする請求項１１から１４のいずれか１項に記載のインクジェット記録装置。

Images