(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルからインクを吐出して記録を行う記録ヘッドと、前記記録ヘッド内のインクを前記ノズルから強制排出する吸引手段と、前記記録ヘッドにインクを供給するインク供給手段とを有するインクジェット記録装置において、
前記記録ヘッドが、インクの流れ方向に関して上流側の第１の液室と下流側の第２の液室とを備え、前記第１の液室および前記第２の液室にそれぞれ空気を蓄積可能になっており、
前記第１の液室と前記第２の液室との間に位置し両者を分離するフィルタを有し、前記フィルタは、メニスカス強度を備えた多数の孔部を有するメッシュ構造となっており、
前記第１の液室および前記第２の液室の少なくとも一方は、前記吸引手段の吸引力と、前記吸引手段による吸引が行われた後に存在すべき所望のインク量とに基づいて決定された容積を有しており、
前記インク供給手段が、インクを収容するインクタンクと、前記インクタンクと前記記録ヘッドとを連通させるインク供給チューブと、前記インク供給チューブを開閉する遮断弁とを備えると共に、
前記吸引手段が、前記記録ヘッドを密閉する吸引キャップと、前記吸引キャップを介して吸引する吸引ポンプとを備えており、
前記吸引手段を用いて、前記インク供給手段から前記記録ヘッドに対してインクを充填するにあたり、
前記遮断弁を閉じ、前記吸引手段により前記第２の液室を特定の圧力にまで減圧させつつ、前記フィルタのメニスカス強度によって、前記第１の液室の圧力を前記特定の圧力とは異なる圧力とし、その後、前記遮断弁を開くことで減圧を解消して、前記インクタンク内のインクを、前記インク供給チューブを介して前記第１の液室および前記第２の液室に、それぞれ異なる量だけ充填する動作を１サイクルとし、
前記１サイクルでインクの充填を行なうことが可能であることを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項２】
請求項１に記載のインクジェット記録装置において、一回の充填動作で充填されるインクの量は、減圧されている前記第１の液室および前記第２の液室が、それぞれほぼ大気圧に戻るのに必要な体積であることを特徴とするインクジェット記録装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はインクジェット記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、記録媒体に記録を行う記録装置は、種々の記録方式、例えば、ワイヤードット方式、感熱方式、熱転写方式、インクジェット方式等の記録方式のものがある。このうち、微小なノズルから微小なインク滴を吐出させて記録媒体に記録を行うインクジェット記録装置は、いわゆるノンインパクト記録方式の記録装置であり、高密度かつ高速の記録やさまざまな記録媒体への記録が可能であって、記録時の騒音が殆ど生じないといった利点を有し、広く普及している。
【０００３】
一般的なインクジェット記録装置は、記録ヘッドと、記録紙を搬送する搬送手段と、これらを制御するための制御手段などを備えている。そして、インクジェット記録ヘッドのノズルからインクを吐出するためのエネルギーを発生するために、ピエゾ素子などの電気機械変換体を用いてインクに加圧するもの、レーザなどの電磁波を照射して発熱させ発熱により発泡させるもの、あるいは発熱抵抗体を有する電気熱変換素子によって液体を加熱させ発泡させるものなどがある。その中でも、熱エネルギーを利用してインク滴を吐出させる方式（バブルジェット方式）のインクジェット記録装置は、ノズルを高密度に配列させることができるため高解像度を記録することが可能である。特に電気熱変換体素子をエネルギー発生素子として用いたインクジェット記録ヘッドは、小型化が容易であり、最近の半導体製造分野において技術の進歩と信頼性の向上が著しいＩＣ技術やマイクロ加工技術を応用して、その長所を十分に活用することにより高密度実装化が容易でかつ製造コストを低くできる。
【０００４】
図６に示されている従来のインクジェット記録装置は、記録ヘッドをキャリッジ（図示せず）に搭載し、このキャリッジを移動させながら記録動作を行うシリアル型であり、記録ヘッドとメインタンクとをチューブで接続したいわゆるチューブ供給方式のものである。そしてこのインクジェット記録装置は、インクを貯蔵するメインタンク（インクタンク）１０４と、熱エネルギーを利用してインク滴を吐出させる記録ヘッド１０１と、メインタンク１０４から記録ヘッド１０１にインクを供給するためのインク供給ユニット１０５およびインク供給チューブ１０６と、記録ヘッド１０１を大気に開放させるための排気チューブ１１０ａおよび遮断弁１１０ｂおよび排気ポンプ１１０ｃと、記録ヘッド１０１の回復処理を行う回復ユニット１０７とを有している。
【０００５】
まず、記録ヘッド１０１の概略構成について説明する。記録ヘッド１０１の吐出用ノズル１０１ｇは微細な穴である。ノズル１０１ｇ内に弁機構はなく、ノズル内部を負圧に保ち先端部にインクのメニスカスを形成することにより、ノズル１０１ｇからのインクの漏れや大気の進入を防いでいる。この点について詳述すると、ノズル１０１ｇは大気に対して開放されており、しかもノズル１０１ｇの開口面は下方を向いて配置されているので、ノズル１０１ｇからのインクの漏れを防止するために、記録ヘッド１０１の内部は負圧に保たれている必要がある。一方、負圧が大きすぎるとノズル１０１ｇ内に空気が侵入し、ノズル１０１ｇからインクを吐出することができなくなってしまう。そこで、記録ヘッド１０１内を適度の負圧状態とするために、ノズル１０１ｇの開口面の位置が、後述するインク室１０５ｆ内のインクの液面に対して高さＨだけ高い位置になるように、記録ヘッド１０１を配置し、記録ヘッド１０１内が高さＨの水頭差分の負圧に保たれた状態とする。これによりノズル１０１ｇは、開口面にメニスカスを形成した状態でインクを満たした状態に保たれる。
【０００６】
インクの吐出は、ノズル１０１ｇの近傍に配置された図示しないヒータ（発熱抵抗体）の膜沸騰エネルギーにより、ノズル１０１ｇ内のインクを押し出すことによって行われる。吐出後には、ノズル１０１ｇの毛細管力により再びノズル内にインクが満たされ、インクはインク供給チューブ１０６を介して随時メインタンク１０４から吸い上げられる。このような吐出とインク供給（再充填）とが繰り返される。
【０００７】
記録ヘッド１０１の内部には、ノズル１０１ｇの微細な穴にゴミが詰まることを防止する微細なメッシュ構造のフィルタ１０１ｃと、フィルタ１０１ｃとノズル１０１ｇとを結ぶ細く分岐した流路１０１ｆと、フィルタ１０１ｃの上流でインクを一定量蓄えるサブタンク部１０１ｂとが配置されており、インク供給チューブ１０６より流入したインクはノズル１０１ｇへと供給される。
【０００８】
次に、メインタンク１０４およびインク供給ユニット１０５の概略構成について説明する。これらは、例えば特許登録第２９２９８０４号に開示されているのと実質的に同様な構成であり、インク供給ユニット１０５に固定された中空のインク供給針１０５ａと中空の大気導入針１０５ｂが、メインタンク１０４の底面のコネクタ１０４ｂを貫通してメインタンク１０４内部に入り込む。インク供給ユニット１０５の内部には、大気連通口１０５ｇにより大気に開放されているインク室１０５ｆがあり、そのインク室１０５ｆ中に、両針１０５ａ、１０５ｂが下端の高さを変えた状態でインクに浸るように配置される。インク室１０５ｆの底部はインク供給チューブ１０６に連通しており、インクを消費していくと、インク室１０５ｆ内のインクが減り、大気導入針１０５ｂの下端がインクから離れて空気中に露出する。そのため、大気導入針１０５ｂの下端からメインタンク１０４内に空気が入り、それに伴ってメインタンク１０４内のインクがインク室１０５ｆへ流れ出す。インクが流れ込んでインク室１０５ｆ内の液面が上がると、大気導入針１０５ｂの下端が再びインク内に浸かり、メインタンク１０４内への大気の導入およびインク室１０５ｆへのインクの流入が終了する。このような方法で、メインタンク１０４内のインクが徐々に取り出される構成となっている。
【０００９】
メインタンク１０４下部には、電極１０４ｅがインクに接するよう設置されており、インク供給ユニット１０５に設置された接点１０５ｊに導通する。接点１０５ｊと大気導入針１０５ｂとの間に、インクの電気抵抗を測定する検出器１０５ｈを含む検出回路が接続されている。この検出回路によりインクの電気抵抗を測定することにより、インクの有無を検出可能である。
【００１０】
次に、排気チューブ１１０ａ、遮断弁１１０ｂ、および排気ポンプ１１０ｃについて説明する。記録ヘッド１０１のサブタンク部１０１ｂにおいては、インク供給チューブ１０６などの樹脂材料を透過して侵入する空気や、インク内に溶存していた空気が蓄積してしまうおそれがある。そこで、蓄積した余分な空気を、排気チューブ１１０ａおよび排気ポンプ１１０ｃにより、サブタンク部１０１ｂの側部から定期的にインクとともに吸引排出する。排出が終了すると、遮断弁１１０ｂによりこの経路を密閉する。
【００１１】
次に、回復ユニット１０７について説明する。この回復ユニット１０７は、吐出ノズル１０１ｇにインクの増粘物が詰まった場合や、インク吐出時に発生する余分な泡が詰まった場合に、この増粘物や泡を除去するために、吸引キャップ１０７ａを記録ヘッド１０１に密着させ、吸引ポンプにてノズル１０１ｇからインクを勢いよく吸引し、同時に増粘物や泡を吸引することにより記録ヘッド１０１を回復する機構となっている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
前記した従来のインクジェット記録装置においては、記録のためにノズル１０１ｇに対応するヒータを加熱しインク内の溶存空気を発泡させインクを吐出させる際に、発泡した泡が分裂しフィルタ１０１ｃの下方の流路１０１ｆに溜まったり、ヒータ周辺の温度上昇によりインク内に溶存する微細な泡が集まったりして、徐々に流路１０１ｆ内に気泡が蓄積してしまう現象がある。
【００１３】
前記した従来の構成では、流路１０１ｆが細く絞られた形状であるため、流路１０１ｆ内でインクの流れが淀みやすく、気泡が移動しにくい。回復ユニット１０７により勢いよく吸引すれば、インクの流速が早まって、流路１０１ｆ内のインクおよび気泡を排出することが可能であるが、気泡が流路１０１ｆを寸断するほど大きく成長すると、ノズル１０１ｇへのインクの供給を妨げてしまうので、回復ユニット１０７により頻繁に吸引を行い、気泡があまり大きく成長しないうちに排出する必要がある。従って、吸引の際にその都度無駄に排出してしまうインクの量が増大してしまう。
【００１４】
流路１０１ｆを、気泡で寸断されないように、すなわち気泡で詰まらないように太く形成すると、気泡は流路１０１ｆの上方へと上がり、回復ユニット１０７によりノズル１０１ｇからいくら勢いよく吸引しても、インクを吸引するだけで、気泡を吸引排出することができなくなる。一方、フィルタ１０１ｃは微細なメッシュ構造であるため、インクが各孔部に浸み込むと、各孔部にメニスカスが形成され空気を通さなくなってしまうため、気泡はサブタンク部１０１ｂに逃げることもできず、流路１０１ｆの上部に蓄積する。気泡が蓄積することにより、流路１０１ｆ内において空気の占める体積が増えることに伴って、インク量が減少する。流路１０１ｆ中のインク量が減少すると、最終的にはノズル１０１ｇの上面のインク供給口となる部分が空気に露出してしまい、ノズル１０１ｇへのインク供給が不能になるという致命的問題となってしまうおそれがある。
【００１５】
特に近年では、記録の高速化のために、記録ヘッドの多ノズル化および高速駆動（高周波数吐出）が進み、印字時の気泡の発生が多くなる傾向にある。それに伴って時間当たりのインクの消費量が多くなるため、従来のような細い流路では圧力損失が高くなり、吐出不良を起こしてしまう問題がある。
【００１６】
そこで本発明の目的は、記録ヘッド内のインク量が大幅に減少することや、記録ヘッド内の流路が気泡で寸断されることを防ぎ、回復処理における記録に寄与しない無駄なインク排出量を低減するインクジェット記録装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴は、ノズルからインクを吐出して記録を行う記録ヘッドと、記録ヘッド内のインクをノズルから強制排出する吸引手段と、記録ヘッドにインクを供給するインク供給手段とを有するインクジェット記録装置において、記録ヘッドが、インクの流れ方向に関して上流側の第１の液室と下流側の第２の液室とを備え、第１の液室および第２の液室にそれぞれ空気を蓄積可能になっており、第１の液室と第２の液室との間に位置し両者を分離するフィルタを有し、フィルタは、メニスカス強度を備えた多数の孔部を有するメッシュ構造となっており、第１の液室および第２の液室の少なくとも一方は、吸引手段の吸引力と、吸引手段による吸引が行われた後に存在すべき所望のインク量とに基づいて決定された容積を有しており、インク供給手段が、インクを収容するインクタンクと、インクタンクと記録ヘッドとを連通させるインク供給チューブと、インク供給チューブを開閉する遮断弁とを備えると共に、吸引手段が、記録ヘッドを密閉する吸引キャップと、吸引キャップを介して吸引する吸引ポンプとを備えており、吸引手段を用いて、インク供給手段から記録ヘッドに対してインクを充填するにあたり、遮断弁を閉じ、吸引手段により第２の液室を特定の圧力にまで減圧させつつ、フィルタのメニスカス強度によって、第１の液室の圧力を前記特定の圧力とは異なる圧力とし、その後、遮断弁を開くことで減圧を解消して、インクタンク内のインクを、インク供給チューブを介して第１の液室および第２の液室に、それぞれ異なる量だけ充填する動作を１サイクルとし、前記１サイクルでインクの充填を行なうことが可能であるところにある。
そして、他の特徴は、一回の充填動作で充填されるインクの量は、減圧されている前記第１の液室および前記第２の液室が、それぞれほぼ大気圧に戻るのに必要な体積であるところにある。
【００１８】
これによると、２つに分割された液室のそれぞれにインクが充填されて、適量のインクが存在するようになる。記録ヘッド内の流路を幅広にしても、両液室ともに、空気を抜きインクを充填することができる。また、両液室において長期にわたりインク量が不足することがなく、さほど頻繁な回復吸引は必要なく、インクを無駄に消費する量が減る。さらに、両液室ともにインク充填を必要とする場合にも、１度の充填工程で済むためインクを節約できる。
【００１９】
本発明の他の特徴は、第１の液室の容積Ｖ１を、吸引時の第１の液室の減圧値をｐ１［ａｔｍ］（大気圧からの相対値）、第１の液室に存在すべきインク量をＳ１として、Ｖ１＝Ｓ１／｜ｐ１｜の関係を実質的に満たすように設定するところにある。また、本発明のさらに他の特徴は、第２の液室の容積Ｖ２を、吸引時の第２の液室の減圧値をｐ２［ａｔｍ］（大気圧からの相対値）、第２の液室に存在すべきインク量をＳ２として、Ｖ２＝Ｓ２／｜ｐ２｜の関係を実質的に満たすように設定するところにある。これにより、ＰＶ＝一定の法則を利用して、充填動作によって、各液室内のインクが適量になるようにインクを充填できる。
【００２０】
第１の液室と第２の液室との間に位置し両者を分離するフィルタを有することが好ましい。このフィルタが多数の孔部を有するメッシュ構造であってもよい。その場合、フィルタの各孔部におけるインクのメニスカス強度圧力をｐｍとし、吸引時の第１の液室の減圧値をｐ１［ａｔｍ］（大気圧からの相対値）、吸引時の第２の液室の減圧値をｐ２［ａｔｍ］（大気圧からの相対値）とすると、ｐ１＝ｐ２−ｐｍの関係を満たし、第１の液室の容積Ｖ１は、第１の液室に存在すべきインク量をＳ１として、Ｖ１＝Ｓ１／｜ｐ１｜の関係を実質的に満たすように設定し、第２の液室の容積Ｖ２を、第２の液室に存在すべきインク量をＳ２として、Ｖ２＝Ｓ２／｜ｐ２｜の関係を実質的に満たすように設定することが好ましい。
【００２１】
この点について説明すると、微細なメッシュ構造のフィルタにインクが浸み込むと各孔部に微細なメニスカスが形成され、インクは透過容易であるが空気の流通は困難になる。メッシュが細かいほどそのメニスカス強度が増しさらに空気を通しにくくなり、空気を透過するには圧力ｐｍが必要である。この圧力ｐｍは実験により特定できる。回復ユニットによりノズルから吸引した場合、第２の液室の圧力ｐ２はフィルタを通してサブタンク部内の空気を透過させるために、第１の液室の圧力ｐ１よりもメニスカス強度分の圧力ｐｍだけ低くなる。よって、この関係を液室の容積を決定する際に使用すると、容易に条件を決めることができる。
【００２２】
第１の液室および第２の液室にそれぞれ存在すべきインク量は、第１の液室および第２の液室にそれぞれ蓄積する空気量よりも多く、さらに、これらのインク量は、第１の液室および第２の液室にそれぞれ蓄積する空気量と、第１の液室および第２の液室の安定した性能を保証するためにそれぞれ必要な最低インク量との和よりも多いことが好ましい。
【００２３】
第１の液室に、最低限必要とされるインク量（フィルタがインク内に確実に浸かるインク量）より多く、所定時間（例えば１ヶ月など長期間）において第１の液室に蓄積する空気量の和より多いインク量Ｓ１が存在するようにインクを充填でき、同様に、第２の液室に、最低限必要とされるインク量（ノズルがインク内に確実に浸かるインク量）より多く、前記したのと同じ所定期間において第２の液室に蓄積する空気量の和よりも多いインク量Ｓ２が存在するようにインクを充填できれば、その所定期間内に１回の割合で充填動作を実施すればよく、排出するインクを節約できる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２５】
図１は、本発明の一実施形態のインクジェット記録装置の概略構成を示す斜視図である。本実施形態のインクジェット記録装置は、記録ヘッド２０１の往復移動（主走査）と、一般記録紙、特殊紙、ＯＨＰフィルム等の記録用シートＳの所定ピッチごとの搬送（副走査）とを繰り返しつつ、これらの動きと同期させながら記録ヘッド２０１から選択的にインクを吐出させ、記録用シートＳに付着させることで、文字や記号、画像等を形成するシリアル型の記録装置である。
【００２６】
図１において、記録ヘッド２０１は、２本のガイドレールに摺動自在に支持され不図示のモータ等の駆動手段によりガイドレールに沿って往復移動されるキャリッジ２０２に着脱可能に搭載されている。記録用シートＳは、搬送ローラ２０３により、記録ヘッド２０１のインク吐出面に対面し、かつ、インク吐出面との距離を一定に維持するように、キャリッジ２０２の移動方向と交差する方向（例えば、直交する方向である矢印Ａ方向）に搬送される。
【００２７】
記録ヘッド２０１は、それぞれ異なる色（例えば黒、シアン、マゼンタ、イエローの４色）のインクを吐出する複数のノズル列を有する。このノズル列は主走査方向と実質的に直交する。記録ヘッド２０１から吐出されるインクの色に対応して、複数の独立したメインタンク（インクタンク）２０４が、インク供給ユニット２０５に着脱可能に装着される。インク供給ユニット２０５と記録ヘッド２０１とは、それぞれインクの色に対応した複数のインク供給チューブ２０６によって接続され、メインタンク２０４をインク供給ユニット２０５に装着することで、メインタンク２０４内に収納された各色のインクを、記録ヘッド２０１の各ノズル列に独立して供給することが可能となる。
【００２８】
記録ヘッド２０１の往復移動範囲内で、かつ、記録用シートＳの通過範囲外の領域である非記録領域には、回復ユニット２０７が、記録ヘッド２０１のインク吐出面と対面するように配置されている。この回復ユニット２０７は、記録ヘッド２０１の吐出用ノズルから強制的にインクや気泡等を吸い出し、ノズルのクリーニングなどを行う機構である。
【００２９】
次に、このインクジェット記録装置におけるインク供給の基本原理について、図２を参照して簡単に説明する。
【００３０】
記録ヘッド２０１とメインタンク２０４とがインク供給チューブ２０６で連結されて、インク経路が構成されている。このインク経路がインク２０９で満たされ、記録ヘッド２０１は、ノズル２０１ｇの位置がメインタンク２０４の液面よりも高さＨだけ高くなるように配置され、記録ヘッド２０１内が高さＨの水頭差分の負圧に保たれる。この負圧により、記録ヘッド２０１のノズル２０１ｇの先端部にインクのメニスカスが形成された状態を維持している。これにより、ノズル２０１ｇからのインクの漏れや大気の進入を防いでいる。ノズル２０１ｇからインクが吐出されると、記録ヘッド２０１内のインク量が減り一時的に負圧が増大してメニスカスが後退するが、ノズル２０１ｇの毛細管力により再びノズル２０１ｇ内にインクが満たされ、インク２０９はインク供給チューブ２０６を介してメインタンク２０４から吸い上げられることにより、記録ヘッド２０１内の圧力が元に戻り、ノズル２０１ｇの先端部にてメニスカスが安定する。このような吐出とインク供給（再充填）とが繰り返される。本実施形態のインクジェット記録装置は、この基本原理に則ったものである。
【００３１】
次に、このインクジェット記録装置のインク供給系の詳細な構成について図３を参照して説明する。図３は、図１に示すインクジェット記録装置のインク供給経路を説明するための図であり、説明を簡単にするため、１色分の経路についてのみ示している。
【００３２】
まず、記録ヘッド２０１について説明する。記録ヘッド２０１へは、インク供給チューブ２０６の先端に設けられた液体コネクタが気密接続されるコネクタ挿入口２０１ａからインクが供給される。コネクタ挿入口２０１ａは記録ヘッド２０１の上部に形成されたサブタンク部（第１の液室）２０１ｂと連通している。サブタンク部２０１ｂの重力方向下側には、並列に配列された複数のノズル２０１ｇを有するノズル部にインクを直接供給する液室（第２の液室）２０１ｆが形成されている。サブタンク部２０１ｂと液室２０１ｆとはフィルタ２０１ｃによって区画されているが、サブタンク部２０１ｂと液室２０１ｆとの境界には開口部２０１ｄが形成された仕切部２０１ｅを有し、フィルタ２０１ｃはこの仕切部２０１ｅ上に設置されている。
【００３３】
上述の構成により、コネクタ挿入口２０１ａから記録ヘッド２０１に供給されたインクは、サブタンク部２０１ｂ、フィルタ２０１ｃ、液室２０１ｆを経てノズル２０１ｇに供給される。コネクタ挿入口２０１ａからノズル２０１ｇまでの間は大気に対して気密な状態に保たれている。
【００３４】
サブタンク部２０１ｂの上面には開口部が形成され、この開口部はドーム状の弾性部材２０１ｈで覆われている。この弾性部材２０１ｈで囲まれた空間が圧力調整室２０１ｉであり、サブタンク部２０１ｂ内の圧力に応じて容積が変化し、後述するようにサブタンク部２０１ｂ内の圧力を調整する機能を有する。
【００３５】
ノズル２０１ｇは、断面幅が２０μｍ程度の筒状の構造を持ち、ノズル２０１ｇ内のインクに吐出エネルギーを与えることでインクをノズル２０１ｇから吐出させ、インクの吐出後、ノズル２０１ｇの毛管力によりノズル２０１ｇ内にインクが満たされる。通常は、この吐出を２０ｋＨｚ以上のサイクルで繰り返し、微細で高速な画像形成を行っている。ノズル２０１ｇ内のインクに吐出エネルギーを与えるために、記録ヘッド２０１は、ノズル２０１ｇごとにエネルギー発生手段を有する。本実施形態では、エネルギー発生手段として、ノズル２０１ｇ内のインクを加熱する発熱抵抗素子を用いており、記録ヘッド２０１の駆動を制御するヘッド制御部（不図示）からの指令により発熱抵抗素子を選択的に駆動し、所望のノズル２０１ｇ内のインクを膜沸騰させ、これにより生じる気泡の圧力を利用してノズル２０１ｇからインクを吐出させている。
【００３６】
ノズル２０１ｇは、インクを吐出する先端を下向きにして配列されているが、その先端を閉鎖する弁機構は設けられておらず、インクはメニスカスを形成した状態でノズル２０１ｇを満たしている。そのため、記録ヘッド２０１の内部、特にノズル２０１ｇ内は負圧の状態に保たれている。ただし、負圧が小さすぎると、ノズル２０１ｇの先端に異物やインクが付着した場合、インクのメニスカスが崩れてインクがノズル２０１ｇから漏れ出てしまうことがある。また、逆に負圧が大きすぎると、吐出時にインクに与えられるエネルギーよりもノズル２０１ｇ内にインクを引き戻す力が強くなってしまい、吐出不良となってしまう。よって、ノズル２０１ｇ内における負圧は、大気圧よりも若干低い一定の範囲に保たれる。この負圧の範囲は、ノズル２０１ｇの数、断面積、発熱抵抗素子の性能等により異なるが、本発明者らの実験結果によれば、−４０ｍｍＡｑ（約−０．００４０ａｔｍ＝−４．０５３ｋＰａ）〜−２００ｍｍＡｑ（約−０．０２００ａｔｍ＝−２．０２６５ｋＰａ）（ただし、インクの比重≒水の比重とする）の範囲が好ましい。
【００３７】
本実施形態では、インク供給ユニット２０５と記録ヘッド２０１とをインク供給チューブ２０６で接続しており、インク供給ユニット２０５に対する記録ヘッド２０１の位置を比較的に自由に設定できるので、記録ヘッド２０１内を負圧とするために、記録ヘッド２０１をインク供給ユニット２０５よりも高い位置に配置している。
【００３８】
フィルタ２０１ｃは、ノズル２０１ｇを詰まらせるような異物がサブタンク部２０１ｂから液室２０１ｆへ流出するのを防止するものである。フィルタ２０１ｃの面積は、インクによる圧力損失を許容値以下とするように設定される。圧力損失は、フィルタ２０１ｃのメッシュが細かいほど、また、インクの流量が多いほど高くなり、フィルタ２０１ｃの面積には反比例する。近年の、高速かつ多ノズルかつ小ドットの記録装置においては、圧力損失が高くなる傾向があり、サイズが１０×２０ｍｍ程度の大きなフィルタ２０１ｃが用いられており、それに伴って、フィルタ２０１ｃの上流のサブタンク部２０１ｂやフィルタ２０１ｃの下流の液室２０１ｆにも大きな空間が必要になっている。フィルタ２０１ｃの上面にはサブタンク部２０１ｂ内のインクが接触しているが、このインクと接触している面積がフィルタ２０１ｃの有効面積となる。フィルタ２０１ｃによる圧力損失はフィルタ２０１ｃの有効面積に依存している。本実施形態では、フィルタ２０１ｃを記録ヘッド２０１の使用状態において水平となるように配置し、フィルタ２０１ｃの上面全体にインクを接触させることによりフィルタの有効面積を最大とし、圧力損失を低くしている。
【００３９】
フィルタ２０１ｃは、インクに接すると、毛細管力によりインクが各孔部（メッシュ）に浸み込んで微細なメニスカスが形成され、インクの透過は容易であるが、空気の流通は困難になる性質を持つ。メッシュが細かいほどそのメニスカス強度が増し、より空気を通しにくくなる。
【００４０】
本実施形態のフィルタ２０１ｃにおいて、空気を透過させるのに必要な圧力は０．１ａｔｍ（１０．１３２５ｋＰａ）程度（実験値）である。そのため、記録ヘッド２０１内でのインクの移動方向に関してフィルタ２０１ｃの下流に位置する液室２０１ｆに空気が存在すると、空気は空気自身の浮力程度ではフィルタ２０１ｃを通過することができないので、液室２０１ｆ内の空気は液室２０１ｆ内に留まる。本実施形態においてはこの現象を利用しており、液室２０１ｆをインクで満たさず、液室２０１ｆ内のインクとフィルタ２０１ｃとの間に空気の層が存在しこの空気層によって液室２０１ｆ内のインクとフィルタ２０１ｃとが隔てられるように、所定の量のインクを液室２０１ｆ内に蓄えている。
【００４１】
また、ノズル２０１ｇ内に液室２０１ｆからの空気が侵入すると、インク吐出後のノズル２０１ｇにインクが補充されず吐出不良をおこすため、ノズル２０１ｇ内は常にインクで満たされている必要がある。
【００４２】
圧力調整室２０１ｉは、内部の負圧が高まるにつれてその容積が縮小する部屋であり、圧力調整室２０１ｉが本実施形態のように弾性部材２０１ｈで構成される場合は、弾性部材２０１ｈとしてはゴム材等が好ましく用いられる。
【００４３】
圧力調整室２０１ｉを設けない場合、サブタンク部２０１ｂ内の圧力は、インクがメインタンク２０４、インク供給ユニット２０５、およびインク供給チューブ２０６を通過する際の圧力損失による抵抗を直接受ける。そのため、全てのノズル２０１ｇよりインクを吐出するなど、高い割合でインクを吐出するいわゆる高デューティーの場合には、吐出されるインクに対して記録ヘッド２０１に供給されるインクが不足状態となり、負圧が急激に上昇してしまう。ノズル２０１ｇの負圧が、前述した限界値である−２００ｍｍＡｑ（約−２．０２６５ｋＰａ）を越えると、吐出が不安定になり画像形成の上で不都合な状態となる。
【００４４】
本実施形態のような、シリアル型の記録装置においては、高デューティーでの画像形成であってもキャリッジ２０２（図１参照）の反転の際にインクの吐出を中断する状態が存在する。圧力調整室２０１ｉは、インクの吐出中には容積を縮小させてサブタンク部２０１ｂ内の負圧の上昇を緩和し、反転時に復元するといった、コンデンサのような役割を果たす。
【００４５】
次に、インク供給ユニット２０５およびメインタンク２０４について説明する。
【００４６】
メインタンク２０４は、インク供給ユニット２０５に対して着脱可能な構成であり、剛性を有するタンク本体の底部に、ゴム栓２０４ｂで密封されたインク供給口と、ゴム栓２０４ｃで密封された大気導入口とを有する。メインタンク２０４は、単体では気密な容器であり、インク２０９はメインタンク２０４内に液体のまま収容される。
【００４７】
一方、インク供給ユニット２０５は、メインタンク２０４からインク２０９を取り出すためのインク供給針２０５ａと、メインタンク２０４内へ大気を導入させるための大気導入針２０５ｂとを有する。インク供給針２０５ａおよび大気導入針２０５ｂはともに中空の針であり、メインタンク２０４のインク供給口および大気導入口の位置に対応させて針先を上方に向けて配置されており、メインタンク２０４がインク供給ユニット２０５に装着されることで、インク供給針２０５ａおよび大気導入針２０５ｂがそれぞれゴム栓２０４ｂ，２０４ｃを貫通し、メインタンク２０４の内部に侵入する構成となっている。
【００４８】
インク供給針２０５ａは、液路２０５ｃ、遮断弁２１０、および液路２０５ｄという経路を経て、インク供給チューブ２０６と接続される。大気導入針２０５ｂは、液路２０５ｅ、バッファ室２０５ｆ、大気連通口２０５ｇを経て大気と連通する。インク供給針２０５ａおよび大気導入針２０５ｂは、本実施形態では、インクの流動抵抗を抑えるため、内径が１．６ｍｍの太いものを使用している。
【００４９】
遮断弁２１０は、ゴム材からなるダイアフラム２１０ａを有し、このダイアフラム２１０ａを変位させることにより２つの液路２０５ｃ，２０５ｄ間の開閉を行う。ダイアフラム２１０ａの上面には、押圧ばね２１０ｃを内部に保持する筒状のばねホルダ２１０ｂが取り付けられており、この押圧ばね２１０ｃによりばねホルダ２１０ｂを介してダイアフラム２１０ａを押し潰すことにより、液路２０５ｃ，２０５ｄ間が遮断される。ばねホルダ２１０ｂは、後述する回復ユニット２０７のリンク２０７ｅにより動作されるレバー２１０ｄが係合するフランジを有する。レバー２１０ｄを動作させて、押圧ばね２１０ｃのばね力に抗してばねホルダ２１０ｂを持ち上げることで、液路２０５ｃ，２０５ｄ間が連通する。遮断弁２１０は、記録ヘッド２０１がインクを吐出している状態では開かれ、待機中および休止中は閉じられ、後述するインク充填動作時には、回復ユニット２０７とタイミングを合わせて開閉される。
【００５０】
上述したインク供給ユニット２０５の構成は、レバー２１０ｄを除き、メインタンク２０４ごと、すなわちインクの色（本実施形態では黒、シアン、マゼンタ、イエローの４色）ごとに設けられている。レバー２１０ｄは全ての色に共通のものであり、全ての色についての遮断弁２１０を同時に開閉させる。
【００５１】
以上の構成により、記録ヘッド２０１内のインクが消費されると、その負圧により、インクが随時メインタンク２０４からインク供給ユニット２０５およびインク供給チューブ２０６を介して記録ヘッド２０１へ供給される。その際、メインタンク２０４から供給されたインクと同量の空気が、大気連通口２０５ｇからバッファ室２０５ｆ、大気導入針２０５ｂを経て、メインタンク２０４内に導入される。
【００５２】
バッファ室２０５ｆは、メインタンク２０４内の空気の膨張によりメインタンク２０４から流出したインクを一時的に保持する目的の空間であり、大気導入針２０５ｂの下端はバッファ室２０５ｆの底部に位置している。インクジェット記録装置の待機中または休止中に環境温度が上昇したり外気圧が低下する等、メインタンク２０４内の空気が膨張した場合は、遮断弁２１０は閉じられているため、メインタンク２０４内のインク２０９が大気導入針２０５ｂから液路２０５ｅを経てバッファ室２０５ｆへ流出する。逆に、環境温度が低下する等、メインタンク２０４内の空気が収縮した場合は、バッファ室２０５ｆ内に流出していたインクはメインタンク２０４へ戻る。また、バッファ室２０５ｆにインクが存在している状態で記録ヘッド２０１からインクを吐出させると、まず、バッファ室２０５ｆ内のインクがメインタンク２０４へ戻り、バッファ室２０５ｆ内のインクがなくなった後、メインタンク２０４内に空気が導入される。
【００５３】
バッファ室２０５ｆの容積Ｖｂは、製品の使用環境を満足するように設定する。例えば、５℃（２７８Ｋ）〜３５℃（３０８Ｋ）の温度範囲内での使用を前提とする製品であれば、メインタンク２０４の容量を１００ｍｌとすると、Ｖｂ＝１００×（３０８−２７８）／３０８＝９．７ｍｌ以上として設定される。
【００５４】
ここで、メインタンク２０４の基本水頭と、メインタンク２０４内に空気が導入される際のインク供給ユニット２０５の液路内での空気およびインクの挙動について、図４を用いて説明する。
【００５５】
図４（ａ）に、メインタンク２０４から記録ヘッド２０１（図３参照）へインクを供給可能な通常の状態を示す。この状態では、メインタンク２０４内は、バッファ室２０５ｆを除いて気密状態であるためメインタンク２０４内は負圧に保たれ、インクの先端２０９ａは、液路２０５ｅの途中に留まっている。インクの先端２０９ａの圧力は、大気と接しているため大気圧（＝０ｍｍＡｑ）である。インクの先端２０９ａが位置する液路２０５ｃとインク供給チューブ２０６（図３参照）に連通する液路２０５ｅとは同じ高さであり、両液路２０５ｃ，２０５ｅ間はインクのみで連通されているので、液路２０５ｃの圧力も大気圧となる。これはインクの先端２０９ａと液路２０５ｃとの高さの関係で決まるものであり、メインタンク２０４内のインク２０９の量には影響されない。
【００５６】
メインタンク２０４内のインクが消費されると、図４（ｂ）に示すように、インクの先端２０９ａは徐々に大気導入針２０５ｂへ向かって移動し、大気導入針２０５ｂの直下に達した時点で、図４（ｃ）に示すように、気泡となって大気導入針２０５ｂ内を浮上し、メインタンク２０４内に進入する。これと入れ替えに、メインタンク２０４内のインクが大気導入針２０５ｂ内に浸入し、インクの先端２０９ａは図４（ａ）に示した元の状態に戻る。
【００５７】
図４（ｄ）に、バッファ室２０５ｆ内にインクが溜まった状態を示す。この場合、インクの先端２０９ａはバッファ室２０５ｆの高さ方向中間の、液路２０５ｃよりもｈ１（ｍｍ）だけ高い位置に位置しており、液路２０５ｃの圧力が−ｈ１（ｍｍＡｑ）となっている。
【００５８】
以上より、本実施形態において、ノズル２０１ｇ（図３参照）にかかる水頭差による圧力は、図５に示すように流路２０５ｃからサブタンク部２０１ｂ内のインク上面２０９ｂまでの高さをｈ２（ｍｍ）、フィルタ２０１ｃからサブタンク部２０１ｂ内のインク上面２０９ｂまでの高さをｈ３（ｍｍ）、ノズル２０１ｇの下端から液室２０１ｆ内のインク上面２０９ｃまでの高さをｈ４（ｍｍ）とすると、ノズル２０１ｇ下端での負圧Ｐｎは、通常の状態では、Ｐｎ≒−９．８×（ｈ２−ｈ３−ｈ４）Ｐａとなり、バッファ室２０５ｆにインクが溜まった状態では、Ｐｎ≒−９．８×（ｈ２−ｈ１−ｈ３−ｈ４）Ｐａとなる。Ｐｎの値は、前述した負圧の範囲（−４．０５３ｋＰａ〜−２．０２６５ｋＰａ）の範囲に収まるように設定される。
【００５９】
再び図３を参照すると、インク供給針２０５ａと大気連通針２０５ｂとにはインクの電気抵抗を測定する回路２０５ｈが接続されており、メインタンク２０４内のインクの有無を検出可能となっている。この回路２０５ｈは、メインタンク２０４内にインクが存在している状態では、メインタンク２０４内のインクを介して回路２０５ｈに電流が流れるため電気的クローズを検出し、インクが存在しないまたはメインタンク２０４が装着されていない状態では電気的オープンを検出する。検出電流は微弱であるため、インク供給針２０５ａと大気導入針２０５ｂとの絶縁は重要であり、本実施形態では、インク供給針２０５ａから記録ヘッド２０１までの経路と、大気連通針２０５ｂから大気連通口２０５ｇまでの経路とを完全に独立させ、メインタンク２０４内のインクのみの電気抵抗を測定可能なように配慮している。
【００６０】
次に、回復ユニット２０７について説明する。回復ユニット２０７は、ノズル２０１ｇからのインクや空気の吸引と、遮断弁２１０の開閉を行うものであり、記録ヘッド２０１のインク吐出面（ノズル２０１ｇが開口した面）をキャッピングする吸引キャップ２０７ａと、遮断弁２１０のレバー２１０ｄを動作させるリンク２０７ｅとを有する。
【００６１】
吸引キャップ２０７ａは、少なくともインク吐出面と接触する部分がゴム等の弾性部材で構成され、インク吐出面を密閉する位置と記録ヘッド２０１から退避した位置との間を移動可能に設けられている。吸引キャップ２０７ａには吸引ポンプ２０７ｃが接続され、吸引ポンプ２０７ｃはポンプモータ２０７ｄに駆動されて吸引キャップ２０７ａを介して吸引を行う。吸引ポンプ２０７ｃは複数コロを有するチューブポンプ方式であり、連続吸引が可能で、ポンプモータ２０７ｄの回転量に応じて吸引量を変えることができる。本実施形態では、０．４ａｔｍ（４０．５３ｋＰａ）まで減圧可能な吸引ポンプ２０７ｃを用いている。
【００６２】
リンク２０７ｅはカム２０７ｆによりスライドし、遮断弁２１０のレバー２１０ｄを動かし遮断弁２１０の開閉を行う。カム２０７ｂとカム２０７ｆは同軸に配置され、カム制御モータ２０７ｇにより図中矢印方向に回転可能である。カム２０７ｂのａ〜ｃの位置がそれぞれ吸引キャップ２０７ａと接触するタイミングは、カム２０７ｆのａ〜ｃの位置がそれぞれリンク２０７ｅと接触するタイミングと一致している。ａの位置では、カム２０７ｂは吸引キャップ２０７ａを記録ヘッド２０１のインク吐出面から離間させ、カム２０７ｆはリンク２０７ｅを押しつけてレバー２１０ｄを押し上げ、遮断弁２１０を開かせる。ｂの位置では、カム２０７ｂは吸引キャップ２０７ａをインク吐出面に密着させ、カム２０７ｆはリンク２０７ｅを引き戻して遮断弁を閉じさせる。ｃの位置では、カム２０７ｂは吸引キャップ２０７ａをインク吐出面に密着させ、カム２０７ｆはリンク２０７ｅを押しつけて遮断弁２１０を開かせる。
【００６３】
記録動作の際は、カム２０７ｂ，２０７ｆをａの位置とし、ノズル２０１ｇからのインクの吐出と、メインタンク２０４から記録ヘッド２０１へのインクの供給を可能にする。待機中および休止中を含む非動作時は、カム２０７ｂ，２０７ｆをｂの位置とし、吸引キャップ２０７ａが記録ヘッド１のノズル面を覆い、ノズル２０１ｇの乾燥を防止するとともに、記録ヘッド２０１からのインクの流出を防止する（特に装置自身の移動時は、装置が傾けられてインクが流出する場合もある）。カム２０７ｂ，２０７ｆのｃの位置は、以下に説明する、記録ヘッド２０１へのインク充填動作時に用いられる。
【００６４】
以上、メインタンク２０４から記録ヘッド２０１までのインク供給経路を説明したが、図３に示したような構成では、長期にわたって見ると、記録ヘッド２０１内に空気が蓄積してしまう。
【００６５】
サブタンク部２０１ｂにおいては、インク供給チューブ２０６や弾性部材２０１ｈを透過して侵入する空気や、インク内に溶存していた空気が蓄積する。インク供給チューブ２０６や弾性部材２０１ｈを透過する空気については、それらを構成する材料としてガスバリア性の高いものを使用すればよいが、ガスバリア性の高い材料は高価であり、大量生産される民生用の機器では、コスト面の都合上、高性能な材料を容易に使用することはできない。本実施形態では、インク供給チューブ２０６には低コストかつ柔軟性が高く使い易いポリエチレンチューブを用い、弾性部材２０１ｈにはブチルゴムを使用している。
【００６６】
一方、液室２０１ｆにおいては、ノズル２０１ｇからインクを吐出する際にインクの膜沸騰により生じた気泡が分裂して液室２０１ｆに戻ったり、インク中に溶存している微細な気泡がノズル２０１ｇ内のインクの温度上昇により集まって大きな気泡となることにより、徐々に空気が蓄積する。
【００６７】
本発明者らが行った実験によると、本実施形態に示した構成においては、サブタンク部２０１ｂ内での空気の蓄積量は１ヶ月当たり約１ｍｌ、液室２０１ｆ内での空気の蓄積量は１ヶ月当たり約０．５ｍｌであった。
【００６８】
サブタンク部２０１ｂ内および液室２０１ｆ内での空気の蓄積量が多いと、サブタンク部２０１ｂおよび液室２０１ｆが各々収納しているインク量が減少してしまう。サブタンク部２０１ｂにおいては、インクが不足すると、フィルタ２０１ｃが空気に露出してフィルタ２０１ｃの有効面積が減少し、その結果としてフィルタ２０１ｃの圧力損失が上昇し、最悪の場合は液室２０１ｆへインクが供給できなくなってしまう。一方、液室２０１ｆにおいては、ノズル２０１ｇの上端が空気に露出すると、ノズル２０１ｇへのインク供給が不能となる。このように、サブタンク部２０１ｂおよび液室２０１ｆのいずれも、一定量以上のインクが収納されていないと致命的な問題が生じる。
【００６９】
そこで、所定の期間ごとにサブタンク部２０１ｂおよび液室２０１ｆの各々に適量のインクを充填することで、ガスバリア性の高い材料を使用しなくてもインクの吐出機能を長期間にわたって安定して維持することができる。例えば本実施形態の場合、１ヶ月当たりに蓄積する空気の量に充填時のばらつきをプラスした量を、サブタンク部２０１ｂおよび液室２０１ｆにそれぞれ１ヶ月ごとに充填すればよい。
【００７０】
サブタンク部２０１ｂおよび液室２０１ｆへのインクの充填は、回復ユニット２０７による吸引動作を利用して行う。すなわち、吸引キャップ２０７ａで記録ヘッド２０１のインク吐出面を密閉した状態で吸引ポンプ２０７ｃを駆動し、記録ヘッド２０１内のインクをノズル２０１ｇから吸引することによって行う。ただし、単にノズル２０１ｇからインクを吸引しただけでは、ノズル２０１ｇから吸引したインクとほぼ同量のインクがサブタンク部２０１ｂから液室２０１ｆへ流れ込み、同様に、サブタンク部２０１ｂから流出したインクとほぼ同量のインクがメインタンク２０４からサブタンク部２０１ｂへ流れ込むだけで、吸引前と状況はほとんど変わらず、適量のインクを充填することができない。
【００７１】
したがって、本実施形態では、フィルタ２０１ｃで仕切られたサブタンク部２０１ｂと液室２０１ｆとに各々適量のインクを充填するために、遮断弁２１０を利用してサブタンク部２０１ｂおよび液室２０１ｆを所定の圧力まで減圧し、サブタンク部２０１ｂおよび液室２０１ｆの容積設定を行う。
【００７２】
以下に、サブタンク部２０１ｂと液室２０１ｆとへのインク充填動作、および容積設定について説明する。
【００７３】
インク充填動作は、まず、記録ヘッド２０１が吸引キャップ２０７ａと対向する位置までキャリッジ２０２（図１参照）を移動させ、回復ユニット２０７のカム制御モータ２０７ｇを駆動してカム２０７ｂ，２０７ｅを、それぞれｂの位置が吸引キャップ１０７ａおよびリンク２０７ｅと接触するまで回転させる。これにより、記録ヘッド２０１のインク吐出面が吸引キャップ２０７ａにより密閉され、遮断弁２１０はメインタンク２０４から記録ヘッド２０１までのインク経路を閉じた状態となる。
【００７４】
この状態でポンプモータ２０７ｄを駆動し、吸引ポンプ２０７ｃにより吸引キャップ２０７ａから吸引を行う。この吸引により、記録ヘッド２０１内に残留しているインクおよび空気がノズル２０１ｇを通して吸引され、記録ヘッド２０１内が減圧される。吸引ポンプ２０７ｃによる吸引量が所定の量に達した時点で、吸引ポンプ２０７ｃを停止させ、カム制御モータ２０７ｇを駆動してカム２０７ｂ，２０７ｆをそれぞれｃの位置が吸引キャップ２０７ａおよびリンク２０７ｅと接触するまで回転させる。これにより、吸引キャップ２０７ａによるインク吐出面の密閉状態はそのままで、遮断弁２１０が開かれる。吸引ポンプ２０７ｃによる吸引量は、記録ヘッド２０１内が所定の圧力となる吸引量であり、これは計算や実験等によって求めることができる。
【００７５】
記録ヘッド２０１内が減圧されると、インク供給チューブ２０６を介して記録ヘッド２０１内にインクが流れ込み、サブタンク部２０１ｂおよび液室２０１ｆの各々にインクが充填される。充填されるインクの量は、減圧されているサブタンク部２０１ｂおよび液室２０１ｆがほぼ大気圧に戻るのに必要な体積であり、サブタンク部２０１ｂおよび液室２０１ｆの容積および圧力により決定される。
【００７６】
サブタンク部２０１ｂおよび液室２０１ｆへのインクの充填は、遮断弁２１０が開かれてから約１秒程度で完了する。インクの充填が完了すると、カム制御モータ２０７ｇを駆動してカム２０７ｂ，２０７ｆをｂの位置がそれぞれ吸引キャップ２０７ａおよびリンク２０７ｅと接触する位置まで回転させる。これにより吸引キャップ２０７ａを記録ヘッド２０１から離間させ、再び吸引ポンプ２０７ｃを駆動して吸引キャップ２０７ａ内に残ったインクを吸引する。またこの状態では遮断弁２１０は開いた状態であるので、ノズル２０１ｇからインクを吐出して記録用シートＳ（図１参照）へ文字や画像等を形成可能な状態となる。なお、待機中および休止中の場合は、カム制御モータ２０７ｇを再び駆動してカム２０７ｂ，２０７ｆをそれぞれｂの位置が吸引キャップ２０７ａおよびリンク２０７ｅと接触する位置まで回転させ、記録ヘッド２０１のインク吐出面を吸引キャップ２０７ａで密閉するとともに、遮断弁２１０を閉じる。
【００７７】
サブタンク部２０１ｂおよび液室２０１ｆ内のインクの量が長期間にわたって不足することがなければ、回復ユニット２０７による吸引動作を頻繁に行う必要もなく、インクを無駄にする機会も減る。さらに、サブタンク部２０１ｂおよび液室２０１ｆの両方にインクの充填が必要な場合であっても１回の充填動作で済むのでインクを節約することができる。
【００７８】
ここで、上述した充填動作および容積設定について説明する。
【００７９】
サブタンク部２０１ｂの容積をＶ１、サブタンク部２０１ｂに存在すべきインクの量をＳ１、サブタンク部２０１ｂ内の圧力をＰ１（大気圧からの相対値）とすると、「ＰＶ＝一定」の原理により、これらの関係をＶ１＝Ｓ１／│Ｐ１│となるように設定することにより、充填動作により、サブタンク部２０１ｂに適量のインクが存在するようにインクを充填することができる。同様に、液室２０１ｆの容積をＶ２、液室２０１ｆに存在すべきインクの量をＳ１、液室２０１ｆ内の圧力をＰ２（大気圧からの相対値）としたとき、これらの関係をＶ２＝Ｓ２／│Ｐ２│となるように設定することにより、充填動作により液室２０１ｆに適量のインクが存在するようにインクを充填することができる。
【００８０】
また、サブタンク部２０１ｂと液室２０１ｆとを区画するフィルタ２０１ｃは微細なメッシュ構造であり、前述したようにメニスカスが形成された状態では空気の流れが困難な性質を持っている。ここで、メニスカスが形成されたフィルタ２０１ｃに対して空気を透過させるのに必要な圧力をＰｍとする。回復ユニット２０７によりノズル２０１ｇから吸引した場合、液室２０１ｆ内の圧力Ｐ２は、フィルタ２０１ｃを通してサブタンク部２０１ｂ内の空気を透過させるために、サブタンク部２０１ｂ内の圧力Ｐ１よりも上記圧力Ｐｍ分だけ低くなる。よって、この関係を、サブタンク部２０１ｂおよび液室２０１ｆの容積を決定する際に用いると、充填動作の条件を容易に決定することができる。
【００８１】
以上の関係に基づいて、以下に具体例を示す。本実施形態において、インクの充填は、１ヶ月に１回実施し、１ヶ月間で蓄積する空気の量は、サブタンク部２０１ｂで１ｍｌ、液室２０１ｆで０．５ｍｌとする。また、サブタンク部２０１ｂにおいてフィルタ２０１ｃを空気に露出させないようにするために必要なインクの量は０．５ｍｌ、液室２０１ｆにおいてノズル２０１ｇを空気に吐出させないようにするために必要なインクの量は０．５ｍｌ、インクの充填量のばらつきは、サブタンク部２０１ｂ、液室２０１ｆとも０．２ｍｌとする。これらの数値は、実験によって求められたものである。以上より、１回の充填後に存在すべきインクの量はこれらの合計値であり、サブタンク部２０１ｂでは１．７ｍｌ、液室２０１ｆでは１．２ｍｌという比較的大きな値になる。
【００８２】
記録ヘッド２０１内の減圧圧力は、回復ユニット２０７の能力を超えない範囲で設定される。本実施形態では吸引ポンプ２０７ｃの実力限界が−０．６ａｔｍ（−６０．７９５ｋＰａ）であるため、余裕を持たせて、吸引キャップ２０７ａ内の圧力が−０．５ａｔｍ（−５０．６６２５ｋＰａ）となるように、吸引ポンプ２０７ｃの吸引量が実験により求められて設定され、ポンプモータ２０７ｄの回転量として制御される。
【００８３】
ここで、ノズル２０１ｇのメニスカスによる空気を透過させるのに必要な圧力は実験値で−０．０５ａｔｍ（−５．０６６２５ｋＰａ）であるので、吸引キャップ２０７ａ内の圧力と液室２０１ｆ内の圧力との間にノズル２０１ｇの抵抗分の差が生じ、液室２０１ｆ内の圧力がキャップ２０７ａ内の圧力よりも０．０５ａｔｍ（５．０６６２５ｋＰａ）だけ高くなる。同様に、フィルタ２０１ｃのメニスカスによる空気を透過させるのに必要な圧力は実験値で−０．１ａｔｍ（−１０．１３２５ｋＰａ）なので、液室２０１ｆ内の圧力とサブタンク部２０１ｂ内の圧力との間にフィルタ２０１ｃの抵抗分の差が生じ、サブタンク部２０１ｂ内の圧力が液室２０１ｆ内の圧力よりも０．１ａｔｍ（１０．１３２５ｋＰａ）だけ高くなる。よって、吸引キャップ２０７ａ内の圧力を−０．５ａｔｍ（−５０．６６２５ｋＰａ）に設定すると、液室２０１ｆ内の圧力は−０．４５ａｔｍ（−４５．５９６３ｋＰａ）、サブタンク部２０１ｂ内の圧力は−０．３５ａｔｍ（−３５．４６３８ｋＰａ）となる。
【００８４】
サブタンク部２０１ｂに１．７ｍｌのインクを存在させるためには、内圧がほぼ１ａｔｍ（１０１．３２５ｋＰａ）となっているサブタンク部２０１ｂから１．７ｍｌだけインクを吸引した時点で内圧が−０．３５ａｔｍ（−３５．４６３８ｋＰａ）となるように、サブタンク部２０１ｂの容積Ｖ１を設定する。すなわち、Ｖ１＝１．７／０．３５＝４．８５ｍｌとなる。同様にして、液室２０１ｆの容積Ｖ２についても、Ｖ２＝１．２／０．４５＝２．６７ｍｌと設定する。
【００８５】
以上の条件で記録ヘッド２０１内を減圧した後、遮断弁２１０を開くことで、負圧となっている記録ヘッド２０１内へインクが流れ込む。より詳しく説明すると、まず、サブタンク部２０１ｂ内にインクが流れ込み、減圧によってＶ１まで膨張していた空気がほぼ大気圧まで復元する。そのときのサブタンク部２０１ｂ内での空気の体積をＶ１ａとすると、Ｖ１ａ＝Ｖ１×（１−０．３５）＝３．１５ｍｌであり、サブタンク部２０１ｂにＶ１−Ｖ１ａ＝１．７ｍｌのインクが存在するようになるまでインクが充填された時点で落ち着く。同様に液室２０１ｆについても、サブタンク部２０１ｂからインクが流れ込み、減圧によってＶ２まで膨張していた空気がほぼ大気圧まで復元する。そのときの液室２０１ｆ内での空気の体積をＶ２ａとすると、Ｖ２ａ＝Ｖ２×（１−０．４５）＝１．４７ｍｌであり、液室２０１ｆにＶ２−Ｖ２ａ＝１．２ｍｌのインクが存在するようになるまでインクが充填された時点で落ち着く。
【００８６】
以上のように、サブタンク部２０１ｂおよび液室２０１ｆの各々の容積と減圧する圧力とを設定することにより、１回の充填動作で、フィルタ２０１ｃで仕切られたサブタンク部２０１ｂと液室２０１ｆとに各々適量のインクが存在するようにインクを充填することができ、空気が記録ヘッド２０１内に蓄積する状況下であってもその吸引動作なしに、長期間にわたって正常に稼働させることができる。
【００８７】
なお、フィルタとノズルとの間の流路を気泡が塞いでしまう問題に関しては、本実施形態では、液室２０１ｆ内に存在し得る気泡の直径に対して液室２０１ｆの断面積を十分に大きく構成して、液室２０１ｆ内の気泡がインクの流れを妨げない構成としている。また、液室内の気泡がノズル内に侵入したり液室とノズルとの間の連通部を塞いでしまう問題に関しては、上述したように液室２０１ｆの断面積が十分に大きいので、液室２０１ｆ内に生じた気泡はその浮力によりインク中を上昇して空気層と合体するので、ノズル２０１ｇ内に侵入することはなくなる。すなわち、フィルタ２０１ｃでサブタンク部２０１ｂと仕切られた液室２０１ｆを以上のように構成することで、液室２０１ｆ内に気泡が生じたり、この気泡が移動することが原因となって発生していた吐出不良に対する信頼性を大幅に向上させることができる。
【００８８】
サブタンク部と液室とのいずれか一方のみを本実施形態のような構成とし、他方を従来例と同様な構成として場合でも、少なくとも前者に関しては、前記したような機能が成り立つと同時に空気除去が効率的に行え効果がある。
【００８９】
以上の説明においては、吸引動作後にサブタンク部２０１ｂや液室２０１ｆ内に僅かでもインクが残留することを想定し、残留するインク量とインクの充填量との和が適量となるように考慮し、すなわち、インクが存在すべき量＝残留するインク量＋インクを充填する量とした。しかし、吸引動作によりサブタンク部２０１ｂや液室２０１ｆ内のインクが一旦完全に排出されてしまう場合には、サブタンク部２０１ｂや液室２０１ｆ内に存在すべきインク量が、インクを充填する量と一致し、インクが存在すべき量＝インクを充填する量と考えられる。
【００９０】
【発明の効果】
本発明によると、２つに分割された液室のそれぞれに適量のインクが存在するようにインクが充填される。記録ヘッド内の流路を幅広にしても、両液室ともに、空気を抜きインクを充填することができる。また、両液室において長期にわたりインク量が不足することがなく、さほど頻繁な回復吸引は必要なく、インクを無駄に消費する量が減る。さらに、両液室ともにインク充填を必要とする場合にも、１度の充填工程で済むためインクを節約できる。また、ＰＶ＝一定の法則を利用して、充填動作によって各液室に適量のインクが存在するようにインクを充填できる。
【００９１】
第１の液室に、最低限必要とされるインク量（フィルタがインク内に確実に浸かるインク量）より多く、所定時間（例えば１ヶ月など長期間）において第１の液室に蓄積する空気量の和より多いインク量Ｓ１が存在するようにインクを充填でき、同様に、第２の液室に、最低限必要とされるインク量（ノズルがインク内に確実に浸かるインク量）より多く、前記したのと同じ所定期間において第２の液室に蓄積する空気量の和よりも多いインク量Ｓ２が存在するようにインクを充填できれば、その所定期間内に１回充填動作を実施すればよいので、排出するインクを節約できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態によるインクジェット記録装置の概略の構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示すインクジェット記録装置のインク供給原理の説明図である。
【図３】図１に示すインクジェット記録装置の、１色分についてのインク供給経路を説明するための図である。
【図４】図３に示すインク供給経路での、メインタンク内に空気が導入される際の、インク供給ユニットの液路内での空気およびインクの挙動を説明する図である。
【図５】図３に示すインク供給経路での、ノズルにかかる水頭差による圧力を説明する図である。
【図６】従来のチューブ供給方式のインクジェット記録装置におけるインク供給系の図である。
【符号の説明】
２０１      記録ヘッド
２０１ａ    コネクタ挿入口
２０１ｂ    サブタンク部（第１のインク室）
２０１ｃ    フィルタ
２０１ｄ    開口部
２０１ｅ    仕切部
２０１ｆ    液室（第２のインク室）
２０１ｇ    吐出ノズル
２０１ｈ    弾性部材
２０１ｉ    圧力調整室
２０２      キャリッジ
２０３      搬送ローラ
２０４      メインタンク（インクタンク）
２０４ｂ、２０４ｃ    ゴム栓
２０５      インク供給ユニット
２０５ａ    インク供給針
２０５ｂ    大気導入針
２０５ｃ、２０５ｄ、２０５ｅ    流路
２０５ｆ    バッファ室
２０５ｇ    大気連通口
２０５ｈ    回路
２０６      インク供給チューブ
２０７      回復ユニット
２０７ａ    吸引キャップ
２０７ｂ    カム
２０７ｃ    吸引ポンプ
２０７ｄ    ポンプモータ
２０７ｅ    リンク
２０７ｆ    カム
２０７ｇ    カム制御モータ
２０９      インク
２１０      遮断弁
２１０ａ    ダイアフラム
２１０ｂ    ばねホルダ
２１０ｃ    押圧ばね
２１０ｄ    レバー
Ｓ          記録用シート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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