(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、プリントヘッドと一体化したオンキャリッジインクタンクと、該プリントヘッドの上方(Ｈ＋ｈ)ｍｍを上限とし(Ｈ−ｈ)ｍｍを下限とする高さ内に配置された交換可能な補充用インクタンクと、該補充用インクタンクからインクをオンキャリッジインクタンクに導く可撓性インク導管とから成るインク供給系を有するインクジェット方式記録装置において、プリントヘッドに連なる液室の負圧変動許容範囲が−(Ｐ±p)ｍｍＨ２Ｏである場合に、プリントヘッドへの水頭圧を制御する水頭圧制御機構として、開閉圧力をＳとする時Ｓ＝Ｐ＋Ｈとする弁をプリントヘッドと同等の高さに設け、補充用インクタンクの高さ幅２ｈｍｍを２ｐｍｍ以内とすること、これらの条件をもって補充用インクタンクからオンキャリッジインクタンクへのインク供給が、該水頭圧と該負圧のみで行われることを特徴とするインクジェット方式記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
家庭やオフィスで使用されるインクジェット記録装置であって、特に装置本体のサイズを大きくしないで、搭載する消耗品であるインクの容量を増やすことができる基本要素条件の解明と、それにもとづくシンプルなインク供給装置の構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
広く普及しているインクジェット記録装置では、紙の進行方向と直行する方向に往復走査するプリントヘッドを搭載したキャリッジがあり、このキャリッジに各色のインクタンクが取り替え自在に装着されている。使えるインク量を増やすために、キャリッジ上のインクタンクとは別にもう一式のインクタンク群を持ち、そこからキャリッジ上のインクタンクにインクを供給する方式も、記録装置の使用目的に応じて採用されている。どちらの方式においても、プリントヘッドへの安定したインク供給は基本的な課題であり、そのより良い解決に様々な工夫が積み重ねられてきている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平07-068773号公報
【特許文献２】特開2001-138541号公報
【特許文献３】特開2010-228237号公報
【特許文献４】特開2009-226026号公報
【特許文献５】特開2011-245731号公報
【特許文献６】特許第4359875号公報
【特許文献７】特開2004-237731号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
コンシューマー商品ジャンル（主に家庭用やＳＯＨＯ用）およびビジネスユースのインクジェット記録装置は、１９９０年代初頭に初めて本格的な製品が登場し、以来急速に普及し大きな市場を形成してきた。この２０年間、文字品位も写真画質も格段の向上を見せ、仕様も豊かになり、デザインは洗練され、装置本体の価格もドラスチックに安くなってきた。なかんずく写真の印刷においては無くてはならない存在となっている。コンシューマー商品ジャンルのインクジェット記録装置においては、インクが無くなれば取り替えて使う消耗品であるオンキャリッジインクタンク、これはインクカートリッジと呼ばれているが、この方式が主流であり、殆どの製品に採用されている。そしてこの消耗品であるインクカートリッジは、長い間、膨大な生産量にもかかわらず、実際に印刷できるインク量も価格も殆ど変っていない。
【０００５】
ユーザーからは「インクがすぐに無くなる」、「しかもインク代が高い」という意見が多く聞かれる。また、せっかく高性能のプリンタを買ったのに「出来る限り使わないようにしている」とか、「画質を犠牲にしてでもインク使用量の少ない印刷モードでプリントすることで、とにかく我慢している」という声も聞かれる。このユーザーの願望に応えるべく、サードパーティーがインクリフィルキットやインク詰め替え商品を提供しているが、リフィルでは手を汚すことが多々あるし、詰め替えではオリジナルメーカーとの間の特許紛争などが絶えない。いっぽう肝心のオリジナルメーカーからは、ビジネスユースのプリンタでは大型インクタンクを導入し対応しているが、家庭用あるいはＳＯＨＯ向けのコンシューマー商品プリンタでは、はっきりした対応が無いまま推移している。適切な技術の開発は第３者が想像する以上に難しく、専門技術者ですらコンシューマー商品に適う技術の創出は難問なのであろうか。未だユーザーの不満は解消されていない。
【０００６】
代表的な例を示すと、日本市場で多く使われているインクカートリッジは、黒とＹＭＣのカラーインク合わせて４個で構成されていて、実販価格は約５，０００円である（１個だと約１，０００円）。標準原稿・標準印刷モード（ISO/IEC2472および2471準拠）でのＡ４サイズへの印刷可能枚数は約５００枚である。したがって１枚の印刷インク代が約１０円となる。カタログにもおおむねこのようなレベルの数字が並んでいる。４色のインクを使うのであるから、平均すれば１色のインクカートリッジ当り１２５枚の印刷可能枚数である。ユーザーからは、「これなら、インクが無くなったら新しいプリンタを買う方が良いではないか」と言う声すら上がっている。実際、例えば５，８００円等の価格のプリンタが店頭に現れ、よく買われている。「インク代が高い」と言う不満は、販売上の問題でもあるので検討は置いておくとし、「インクがすぐに無くなる」と言う不満には何としてでも応えたいものである。その解決策は大容量インクカートリッジとなる筈であるので、当然１枚当りのインク代も割安とし得ることは必定である。
【０００７】
キャリッジに各色のインクタンクが取り替え自在に装着されている方式をオンキャリッジインクタンク方式と呼ぶことにする。また、キャリッジ上に固定されたインクタンクとは別にもう一式の取り替え自在のインクタンクを持ち、そこからキャリッジ上のインクタンクにインクを供給する方式をオフキャリッジインクタンク方式と呼ぶことにする。
【０００８】
オンキャリッジインクタンク方式のプリンタを図１，２，３に示す。この方式の代表的な例では、幅が略１．５ｃｍ、奥行き５〜７ｃｍ、高さ４〜５ｃｍのインクタンクが取り替え自在に搭載されている。文字を印字することを主眼とする黒インクは、幅が上記の倍くらいあるのが普通である。タンクの数は、この黒と、イエロー、マゼンダ、シアンの４個、さらには写真用の黒と、フォトマゼンダ、フォトシアンを加え都合７個、等の組み合わせもある。その他の色カートリッジの組み合わせ構成も含め、タンク全部の幅合計はおおよそ８〜１２ｃｍになる。ここで、ユーザーによるインクカートリッジの交換容易性を確保するために、交換用の機構を持つしっかりしたキャリッジが必要であり、そのための横幅も加えた値である。これが紙幅を越えて往復スキャンするのであるから、少なくとも紙幅プラス２０ｃｍの装置本体の幅が必要なのである。実際殆どのコンシューマージャンルのプリンタの横幅は４０ｃｍを優に越えている。だから、インク量を増やそうにも、これ以上インクタンクの幅を広くはし難いのである。高さと奥行きも限界に近い。また、オンキャリッジインクタンクを大きくするとキャリッジを動かすモーターへの負荷が増すことも躊躇させる要因である。キャリッジの動きの精密さはプリンタにとっては生命線なのである。
【０００９】
このような事情からか、オンキャリッジインクタンク方式では長年インク容量は増やされていない。なお、前述の幅広の黒インクタンクと普通の横幅のイエロー、マゼンダ、シアン、都合４色のシステムの場合は、合計の横幅は７ｃｍくらいである。この場合、紙幅プラス１４ｃｍの幅方向の長さが必要である。このような比較的幅狭のインクカートリッジ群の製品においても、インク量の増量は何ら手つかずのまま推移している。
【００１０】
上記事例のインクタンクの内容量は３０ｃｃ程度である。高さ４ｃｍであると水頭圧が高すぎ、プリントヘッドからインクが漏れてしまうことがある。そのためにスポンジ状の詰め物をしたり、迷路を作ったり、弁を設けたりして、プリントヘッドからインクのボタ落ちを防いでいる。１例が引用文献１：特開平07-068773に見られる。この技術はその後改良され実際の製品にて使われていると考えられるが、この詰め物のためインクカートリッジ体積の利用効率は半分近くまで落ち、有効インク量は例えば１５ｃｃくらいになる。実際の使われ方である手紙文やレシピやネット情報のコピーなどの使用では、前記標準原稿印刷に比し半分くらいのインク消費量であり、１枚当たりのインク消費量は概略０．０５ｃｃである（実際に印字に使われるインク量とメンテナンスに使われるインク量の合算からの換算値である）。したがって計算上は略３００枚/インクカートリッジ１個の印字が可能と言うわけである。これは多くのユーザーの実感の上限値に合致している。（本提案では以後、この１枚当たりのインク消費量０．０５ｃｃを用いて説明を続ける）
【００１１】
以上のことから課題は明確である。コンシューマー商品ジャンルのインクジェットプリタで、本体を大きくしないでかつシンプルな、だからコストの上がらないインク容量を増やす方法と、それを具現化するインク供給装置に関する技術的解決の創出が待たれているのである。オンキャリッジインクタンク方式では、インク増量には前記のように限度がある。解をオフキャリッジインクタンク方式で求めなければならない。
【００１２】
さらに装置本体の横幅にも課題がある。家庭やＳＯＨＯの狭い机上やオフィスでは、高さで例えば１８ｃｍが２３ｃｍになっても特段のことは無いが、横幅が例えば４３ｃｍが４８ｃｍになることは占有場所が広がりかなり困ることである。同ジャンルのレーザープリンタよりも幅広となってしまう。補充インク用オフキャリッジインクタンクの配置は本体の横幅方向には配置しないことを条件に加える。
【００１３】
上記課題を満たすオフキャリッジインクタンクの配置場所候補を図４に示す。５がオフキャリッジインクタンク方式におけるオンキャリッジインクタンク、点線で示す５’がオンキャリッジインクタンク方式におけるオンキャリッジインクタンクである。６がオフキャリッジインクタンクの配置可能場所で、オンキャリッジインクタンクの上下前後であり、それぞれをＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄとして示してある。従来はＢの位置、すなわちプリントヘッドの下に置く配置が良いとされて来ている。この配置では、プリントヘッドがインク吐出により作り出す負圧により、インクタンクからインクを吸い上げるのが基本的な考え方である。そしてインクタンクが下方にあるのでタンクの水頭圧によるプリントヘッドからのインクのボタ落ちの心配が無い、だから簡便な機構で済ませることができる、と言われている。
【００１４】
しかし実際には幾つかの問題があり様々な工夫がなされている。公知例として特許文献２特開2001-138541号公報、同３特開2010-228237号公報、同４特開2009-226026号公報が参考になる。特開2009-226026号公報では、ポンプによりバッファー室（サブタンクと呼んでいる）を負圧状態に減圧し印刷の安定を図り、必要に応じバッファー室を正圧状態に加圧し貯留されたインクをプリンタヘッドから自動的に送出させるようにしている。何れにおいても、プリントヘッド由来の負圧を用いて自動的に吸い上げることができるのは高々２〜３cmの深さまでであり、これを越える深さでは吸い上げポンプが必要となる。ポンプを使うとなると、必然的にセンサーや切換え弁や制御機器などが必要であり、コストのかかる構成となる。とはいえ、これらの下置きは一つの解であり、本発明はこれらに関わるものではない。
【００１５】
オフキャリッジインクタンクの配置場所候補の図４のＤ、この場所は本体の奥まったところにあり、タンク交換はユーザーフレンドリーでは無い、それゆえ採用しない。ユーザーフレンドリーな場所はＡとＣの場所である。共にオフキャリッジインクタンクをプリントヘッドの上側に置く方式であり、インク供給メカニズムとして同一のロジックで考えて良い。この配置では、インクタンクの交換は装置の前側から簡単に出来る。しかしこの上置き配置では、プリントヘッドにかかる水頭圧によるインクのプリントヘッドからのボタ落ちが本質的な問題となる。水頭圧の制御はやっかいである。しかしこれさえ解決できれば、インクタンク配置場所として理想的な空間が得られる。本発明の狙いであり、水頭圧の制御が核となる課題である。
【００１６】
オフキャリッジインクタンク上置きでは、基本的にはプリントヘッドと同じ高さにバッファー室を設け、オフキャリッジインクタンクからのインクをまずここに導く。バッファー室には水頭圧がかかるが、プリントヘッドには及ばないようにここで断ち切る。引用文献５：特開2011-245731号公報では、上置きタンクにおける上部空間の圧力を調節することで、プリントヘッドにおけるインクの圧力を調節しボタ落ちを防ぐ方法が紹介されている。調圧ポンプを用いている。プリントヘッドの清掃の時は、制御装置により逆にこのタンクの圧力を指定圧力よりも高め、ヘッドの吐出口から意図的にボタ落ちをさせている。いずれの事例においても、ポンプとセンサーと制御装置は必須の構成要素である。
【００１７】
大容量化が簡単で、ユーザーフレンドリーで、本体の横幅を広げないで済むオフキャリッジインクタンク上置き（ＡおよびＣの配置）において、（１）プリントヘッドからのインクボタ落ちが無くかつインク吐出を阻害しない安定したインク供給性能を有し、（２）それをコンシューマー商品たらしめるシンプルで安価な構成で実現する、これらを満たす進歩したインク供給方式の創出が本発明の課題である。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は上記目的を達成するために、第１の課題解決手段として、インクジェット方式記録装置において、少なくとも、プリントヘッドと一体化したオンキャリッジインクタンクと、このプリントヘッドの上方(Ｈ＋ｈ)ｍｍを上限とし(Ｈ−ｈ)ｍｍを下限とする高さ内に配置された交換可能な補充用インクタンクと、この補充用インクタンクからインクをオンキャリッジインクタンクに導く可撓性インク導管とから成るインク供給系を有するインクジェット方式記録装置において、プリントヘッドに連なる液室の負圧変動許容範囲が−(Ｐ±p)ｍｍＨ２Ｏである場合に、プリントヘッドへの水頭圧を制御する水頭圧制御機構として、開閉圧力をＳとする時Ｓ＝Ｐ＋Ｈとする弁をプリントヘッドと同等の高さに設け、補充用インクタンクの高さ幅２ｈｍｍを２ｐｍｍ以内とすること、これらの条件をもって補充用インクタンクからオンキャリッジインクタンクへのインク供給が、この水頭圧とこの負圧のみで行われることを特徴とするインクジェット方式記録装置を考案したものである。
【００２１】
さらなる課題解決手段として、前記課題解決手段１、２および３において、水頭圧制御機構上部に、混入気泡の過剰な正圧の開放機構を設けること、さらにはオンキャリッジインクタンク内にインクの脈動を緩和させる緩衝機構を設けるものである。
【発明の効果】
【００２２】
第１の課題解決手段による作用および効果は次のとおりである。先ず本発明の目的に鑑み、オフキャリッジインクタンクの設置場所に対する好ましい条件/判断基準を挙げると以下のとおりである。１．大容量のインクタンクが必要な数だけ置ける広いスペースがあること。さらには、メーカーの都合ではあるが、機種ごとに置き場所を変えるのは設計的には不経済である。同一空間に機種に応じ必要な個数を増して置けるような広さが欲しい。また、シリーズ展開で、インク容量をさらに増やす場合、別な場所を探すのではなく、単に奥行きを伸ばすとかして、簡単に拡張したいものである。要するに空間的拡張自由度があってほしい。２．なかんずくユーザーが交換し易いこと。３．ポンプやセンサー等を使わないで済む簡単な水頭圧制御機構であり、インク導管のひきまわしも簡単であること。４．これらによって製品の高さや幅が大きくならないこと。
【００２３】
図１に従来の機種の横断面図、図２に平面図を示す。１は紙カセット、２は排紙トレイ、印刷紙は点線３で示した紙パスを通って、１から２へと搬送され排出される。その途中の印刷工程に於いて、プリントヘッド４から情報に応じてインク滴が吐出され印刷がなされる。５は交換式オンキャリッジインクタンクであり、本体を大きくしないためにこのような方式が主流である。図３に斜視図にて、従来機におけるオンキャリッジインクタンクを交換する様子を示す。タンクの上部機構を開け、同時にキャリッジを中央に動かし、それから交換するのである。
【００２４】
本案の補充用オフキャリッジインクタンクの配置は図４のＡあるいはＣであり、インク供給のメカニズムは共にプリントヘッドに対しての上置き方式として統一的に扱える。この上置き方式の典型的な構成を図５の横断面、図６の平面図にて示す。１は紙カセット、２は排紙トレイ、３が紙パス、４はプリントヘッド、５はオンキャリッジインクタンク、６は補充用オフキャリッジインクタンク、そして７が両者をつなぐ可撓性インク導管である。図７に斜視図を示す。ここで、印刷物進行方向と直交する方向、すなわちオンキャリッジインクタンクが往復走査運動を行う方向、これを製品の幅と呼称することにする。これは、ユーザーが印刷物排出口側から製品に対面して使用するとしたとき、この使用者から見た横幅である。
【００２５】
これからわかるように、記録装置本体の横幅一杯に巨大な空間が得られる。平面図の図
６から分かることは、大きな容量の補充用オフキャリッジインクタンク、この図の例では
６色であるが、これらに加え番号８で示すように、例示であるが拡張用インクタンク３個
分のスペースが取れる。これらを装填しても製品の幅はかえって従来機よりは短くなる、
という点である。これはオンキャリッジインクタンクにはもはやインクを出来る限り多く
積もうと言う要請が無くなり、高さだけでなくその幅をも狭くすることができるからであ
る。数字的根拠は後述する。上記の図６および図７の中の点線１０が比較対象の従来機を
相対的に表わしたものであり、大きい。これに比し本案の記録装置９の幅は狭く出来るの
が分かる。判断基準１は、大容量化といわば拡張自由度を求めるものであるが、この基準
を十分に満たしている。
【００２６】
判断基準２は、ユーザーの交換容易性であるが、図７で示すように完全なる前面操作である。前面の扉９を開け、インジケートされた（図示せず）場所の補充用インクタンクを交換すればよいのである。図７では図６と異なり、７色のインクタンクを横幅一杯に配置した例を示してある。
【００２７】
判断基準３に関しては、Ａ、Ｃとも印刷物搬送路の上部に配置スペースを求めたものであり、スペース的には無理が無く、懸念されるポイントは水頭圧制が簡単かどうかの１点である。これさえ簡単であれば、ポンプやセンサーやそれらの制御システム・回路など高価なものは不要である。これは続いての項で詳述する。判断基準４は既に説明したように、幅も高さも短縮し得る、すなわち十二分に条件を満たしている。
【００２８】
ただしこのようにプリンタの前部上方に補充用インクタンクを並べること自体は公知である。本発明の要点はこの配置を簡素な機構で実現するロジックにある。キャリッジ上のインクタンクへのインク供給には、プリントヘッド由来の負圧と補充用オフキャリッジインクタンクからの水頭圧のみを使い、ポンプやセンサーは使わない。
【００２９】
補充用インクタンク内のインクがプリントヘッドにもたらす水頭圧変動幅±h mmH2Oが、プリントヘッドに連なる液室の負圧変動許容範囲±p mmH2O以内であること、すなわち補充用インクタンクの高さ幅２h mm が２p mm以内であると言う本発明の基本要素を論理考究していく。図８、図９参照。出発点は、『補充用インクタンクからのプリントヘッドに対する水頭圧が最大で、かつプリントヘッドにかかる負圧がもっとも弱いときでもプリントヘッドからインクが漏れないこと』が必須条件の１つである、という点である。
【００３０】
補充用インクタンクのプリントヘッドからの高さを(Ｈ±ｈ)mmとする。(Ｈ＋ｈ)mmがインク満杯時の水頭圧であり、(Ｈ−ｈ)mmはインクが底をつく直前の水頭圧である。また、プリントヘッドからインクを漏らさずかつ吐出が問題となるほど高めない負圧の範囲を−(Ｐ±ｐ)mmH2Oとする。
【００３１】
この補充用インクタンクのインクがもたらす水頭圧を制御する水頭圧制御機構がプリントヘッドと同じ高さレベルに配置されている。代表的な構成ではオンキャリッジインクタンクのプリントヘッドに連なる底部に設けられている。機構の１例は弁である。この弁の開放圧がＳmmH2Oであるとする。上記必須条件は次のように表わすことができる。
Ｓ−（Ｈ＋ｈ）≧Ｐ−ｐ ・・・・・（１）
ここで左辺は、最大の水頭圧Ｈ＋ｈ(mmH2O)が弁に印加された時、すなわちＳ−（Ｈ＋ｈ）となった時であるが、これが弁の最も開きやすい状態を表している。それにもかかわらず、負圧が最も弱いＰ−ｐ以上の力を弁は持っており、したがって弁は開こうとしていないのである。説明の簡便化のため、インクの密度は水と同じ１とした。実際にも殆どが水であるインクの密度は近似しており、このように扱って問題は無い。
【００３２】
もう一つの必須条件は、『弁が最も開きにくい条件下においても、負圧の最大値Ｐ+ｐが弁に印加されたら、必ず弁は開かなければならないこと』である。すなわち
Ｓ−（Ｈ−ｈ）≦Ｐ＋ｐ・・・・・（２）
ここで左辺は、最小の水頭圧Ｈ−ｈが弁に印加されていて、弁が最も開きにくい状態を表している。それにもかかわらず、負圧が最も強いＰ＋ｐの力が下方に向かってかかると、弁は開き、インクを供給し、それ以上の負圧の増加を防ぐ、と言うことを表している。
【００３３】
上記の式（１）および（２）から
−ｐ＋ｈ ≦Ｓ−（Ｐ＋Ｈ） ≦ｐ−ｈ・・・・・（３）
が導かれる。また、これから、
∴ ２ｈ≦２ｐ・・・・・（４）
が導かれる。すなわち補充用インクタンクの高さ幅（注：置かれる高さ位置では無い）２ｈは、負圧の許容変動幅の２ｐ以下でなければならないのである。
【００３４】
第２の課題解決手段の作用の説明は以下である。まずhの最大値はｐである。例えば 負圧が−２５mm±１０mmH2Oであれば、補充用インクタンクの高さ２ｈは２ｐ相当の２０mmであることを示唆している。これを超える高さ幅を持つインクタンクであると、（３）式は成立しなくなってしまう。その結果安定吐出不能とインク漏れを起こしてしまうのである。このインクタンク高さ幅２ｈが２ｐ以内であることが課題解決手段２の必須要件の１つである
【００３５】
またこのとき、（３）式から、Ｓ＝Ｐ＋Ｈあるいは、Ｈ＝Ｓ−Ｐが導き出せる。補充用インクタンクを大きくするには、許容される負圧変動幅の最大の２pと同じ数字のタンク高さ幅にすること、および弁の開放圧ＳをＨ＋Ｐとするのである。
【００３６】
図８と図９を用いて具体的に説明する。オフキャリッジインクタンク６は連結用シール部材６３を具備している。プリンタ本体の連結機構７１にはニードル７２が設けられている。オフキャリッジインクタンク６がプリンタ本体に装着されると、インクはニードル７２から可撓性インク導管７を介してオンキャリッジインクタンク５のインク室５０に流入しようとする。インク室に水頭圧制御機構５１が設けられている。オフキャリッジインクタンク交換時の初期設定制御プログラムにより、プリントヘッドからインクがパージされ、プリントヘッドに連なる液室５６の負圧が増大し、設計開放圧Ｓに達すると、水頭圧制御機構５１を構成する中心的要素の弁体５５がコイルスプリング５３に抗して下方に引かれて図９のように開き、インクがインク室５０からプリントヘッドに連なる液室５６に流れ込む。これにより液室５６の負圧が低下する。設計閉鎖圧に至るとコイルスプリング５３により弁体５５は引き戻されインクの流れ込みは停止される。以後、プリント動作により、インク吐出、負圧増大、弁開放、弁閉鎖、負圧適正化、インク吐出、これらを繰り返すのである。ここで５２は弁箱、５４は弁座パッキングで、共に水頭圧制御機構５１の構成要素である。
【００３７】
オフキャリッジインクタンクからのインク送出は単に水頭圧と負圧だけで行われ、それを水頭圧制御機構５１で、と言っても単なる弁機構であるが、制御しているのである。センサーもポンプも必要としない。
【００３８】
オフキャリッジインクタンクからのインクの送出をスムーズにするためには、送出に伴う負圧がここに発生してはいけない。例えば取扱性を容易にするためハードなインク容器６０を用い、その中に柔らかくインク送出にしたがって自然にしぼんで行くようなインク袋６１を使う。ごく一般的なものであるが、ハードインク容器６０には空気を取り入れる孔６２をあけておくことが、負圧発生を防ぐために肝要である。
【００３９】
図９は第２の解決手段のｈ＝ｐのケースの説明であるが、プリントヘッドに連なる液室に許容される負圧の範囲を−（Ｐ±ｐ）mmH2Oとすると、補充用インクタンク（オフキャリッジインクタンク）６０の中心の高さ位置がＨｍｍであるならば、そのタンクの高さ幅を最大２ｈmmにするだけで良い。弁体５５の開閉閾値Ｓは、（Ｐ＋Ｈ）mmH2Oになるようにコイルスプリングの力を設定することで得られる。
【００４０】
以上が本発明の課題解決手段の基本原理であり、作用の説明であるが、これによる効果は以下のとおりである。１．補充用インクタンクをプリントヘッドよりも上方に配置する構成であり、もって広い配置スペースと拡張自由度を担保し、ただ１点上記条件：ｈ≦ｐを守るだけで良いシンプルな構成が可能となった。
【００４１】
すなわち、インク供給のために、これまで提案されてきた他の配置や方法で必要とされているバッファー室や汲み上げポンプは不要である。これらに関わるインク移送手段、センサーや切り替え弁、フランジ等々の機械要素および制御回路も不要である。インクは単に水頭圧と負圧にしたがって流れ落ち、オンキャリッジインクタンクに流入する。シンプルで、だから低コストで必要機能を確実に実現できる。
【００４２】
２．補充用インクタンクを置く高さは自由である。単純にＳ＝（Ｐ＋Ｈ）mmH2O（ｐ＝ｈの場合）の弁を用いればよいだけのことである。
【００４３】
３．本発明の目的は、記録装置の大きさを大きくしないことでもある。前述のように代表的な、２０年に亘り変化なく使われてきたオンキャリッジインクタンクの高さは、少しでも多くのインクを搭載したい、しかしインクのボタ落ちは避けねばならない、という２律背反性から略４０ｍｍないし５０ｍｍの高さであり続けている。そして水頭圧を制御する簡単ではあるが何らかの臓物が入っている。本発明によれば、プリントヘッドと一体と成るオンキャリッジインクタンクは、ここにインクを貯め込む目的では無いのでそれらよりは小さくて済む。その高さは、内包する弁機構ないしは類似の水頭圧制御機構の種類にもよるが、１０ｍｍないし２０ｍｍの高さで充分である。仮に２０ｍｍとしても、従来機に比し、上空に２０ｍｍないし３０ｍｍのスペースが空くのである。ここに補充用インクタンクを装填すればよいのである。上記の例では最大の高さ幅で２０ｍｍである。３０ｍｍのスペースに十分に入れ込むことができるのである。以上は、先に図５〜９を用いて説明したことを、数字を使って詳述したものである。
【００４４】
４．記録装置の横幅が小さく出来る。作用説明の項での説明の繰り返しではあるが、前項で「オンキャリッジインクタンクは、ここにインクを貯め込む目的では無いので小さくて済む」と記したが、これは高さだけでは無い。横幅も小さく出来る。例えば数ｍｍに、とにかく１ｃｍ以内に、である。この数字は例示であるが、インクの色数が増えれば増えるほど、記録装置本体幅には２倍で効いてくるのであるから、効果は大きいことが理解できるはずである。
【００４５】
５．課題解決手段３の作用と効果を述べる。前述のように図５と図６の一点鎖線で囲まれた空間１２に、課題解決手段1および２の条件を満たすことを大前提として、補充用インクタンクを配置することが出来る。この空間は本体のユーザーと対面するフロント側上部位置であり、そこに、補充用インクタンクを横一線にズラリと並べ置くことができる。ユーザーには極めて交換し易い。図３斜視図で示した従来機では、上蓋を開け、複合機であれば上部のスキャナーごと持ち上げるのであるが、それから覗き込むようにしてインクタンクを交換している。一方図７の本発明の配置では、前面のカバーを開け、必要なインクタンクを交換する。両者の扱い容易性は一目瞭然である。なお図７にも従来機のサイズを点線１０で示した。製品のサイズは他にも制約条件があり設計マターではあるが、小さく出来る自由度を担保出来ることは大きな効用である。
【００４６】
補充用インクタンクの大きさを、数字を用いて例示する。例えば、高さ２２ｍｍ（内側２０ｍｍ）、横幅４０ｍｍ（内側３８ｍｍ）、奥行き８０ｍｍ（内側７０ｍｍ）とすると、内容量は５３．２ｃｃとなる。前記のように印刷１枚のインク消費量を０．０５ｃｃとすると、１，０６４枚となる。従来機の３倍近い印刷可能枚数である。ここで文字用の黒と、写真用の黒と、イエロー、マゼンダ、シアン、フォトマゼンダ、フォトシアンと都合７色の例で計算してみる。文字用の黒を大型にし、例えば横幅６０ｍｍとする。合計の横幅は、６０＋４０ｘ６＝３００ｍｍである。これは、紙幅＋オンキャリッジインクタンク幅ｘ２に近似し、越えるものではない。同じ７色搭載の従来機より少なくとも５ｃｍ以上幅狭の製品が作れるのである。
【００４７】
ビジネスユース機などで、さらにインク容量を増やしたければ、インクタンクの奥行きや幅を伸ばせばよい。具体的な構成を実施例で後述する。またインクの色数をさらに増やしたければ、その横幅を少し狭め奥行きを伸ばせばよい。このように設計の自由度が極めて高くなる。ただし、インクタンクの内側高さは２０ｍｍ堅持が必須であり、これさえ守ればよいのである。（負圧変動許容幅が２０ｍｍの場合）
【００４８】
その他の課題解決手段の作用と効果を述べる。水頭圧制御機構上部に、混入気泡の過剰な正圧開放機構を設けるものである。図１０と図１１にそれを番号５９で示した。インク室５０に何らかの理由（溶融気体、インクタンク交換時の混入気体等）で気泡が混在すると、液温が上昇した時などに膨張し、意図せずバネ力に抗して弁を押し下げ、インクを液室に押し込んでしまう。その結果液室の負圧が減少しプリントヘッド４からのインクボタ落ちを惹起する。気泡を図８および図９に番号５８で例示的に示した。このような不都合を防ぐために「気体の放出、あるいは過剰な正圧の放出」が必要であり、インクジェットプリンタでは、基本的には全てのオンキャリッジインクタンクにその機構が組み込まれている。本案の構成においても、上述の水頭圧制御の基本構造と組み合わせて必要な機構であり、この組み込みによってプリントヘッドからの不如意なボタ落ちを防ぐことが出来る。
【００４９】
さらに、オンキャリッジインクタンクはプリント動作により激しく往復運動を繰り返し、その内部のインクは常に擾乱状態にある。個のインク状態が直接プリントヘッドに伝わると安定した吐出が出来なくなってしまう。そこで図８、図９の番号５７のような、プリントヘッドを保護するようにインクの乱れる動きを緩和させる緩衝機構を設ける。これは連通多孔質材、例えばスポンジや繊維の詰め物などを用いる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】代表的従来機の横断面模式図
【図２】その平面図
【図３】その斜視図。インクタンク交換の概略図
【図４】交換用オフキャリッジインクタンクの配置可能候補スペース
【図５】本案の代表的構成の概略図（横断面）
【図６】その平面図
【図７】その斜視図。インクタンク配置例および交換の概略図
【図８】本案の補充用インクタンクとオンキャリッジインクタンク  その１
【図９】本案の補充用インクタンクとオンキャリッジインクタンク  その２
【図１０】気体放出機構  その１
【図１１】気体放出機構  その２
【図１２】他の水頭圧制御機構  その１
【図１３】他の水頭圧制御機構  その２
【図１４】さらに他の水頭圧制御機構  その１
【図１５】さらに他の水頭圧制御機構  その２
【図１６】他の気体放出機構  その１
【図１７】他の気体放出機構  その２
【図１８】ビジネスユース機の概略図（斜視図）
【発明を実施するための形態】
【００５１】
これまでの説明に用いた図５、図６の記録装置の基本構成と、図８、図９の水頭圧制御機構５１が本発明の典型的な形態である。具体的な構成を、黒、イエロー、マゼンダ、シアン、オレンジ、グリーンの６色を用いたコンシューマープロダクトジャンルのフォトプリンタで示す。オンキャリッジインクタンクの各色の内側寸法は０．９ｃｍとした。それらの隔壁は０．１ｃｍ（これらのインクタンクは取り外して交換するものではないので、厚さや間隙などは不要である）、最外壁は０．２ｃｍ、合計幅は、０．９ｘ６＋０．１ｘ５＋０．２ｘ２＝６．３ｃｍである。これを幅７ｃｍのキャリッジに搭載した。本体幅は、紙幅２１ｃｍであるから、これに７ｘ２ｃｍ＋α（ギヤ等のメカニカル部品や外装の厚さや間隙などで略４ｃｍ）を加えて３９ｃｍとなった。従来機のオンキャリッジインクタンク搭載のキャリッジ幅は１０ｃｍ近くかそれ以上であり、したがって本体幅は４０ｃｍを優に超えている。
【００５２】
奥行きは内寸法で５．０ｃｍであり特別短くはしていない。この場所の奥行き方向には十分な余裕があるからである。高さは外寸法２．０ｃｍ、内寸法１．６ｃｍとした。単純計算では容量は約７ｃｃであるが、インク擾乱緩衝部材と弁機構を設けているので、自由インク液量（緩衝部材に含まれる液量を除いた液量）は略３ｃｃである。これは連続印刷で約１００枚の印刷が可能な液量である。ここでは標準原稿１枚の印刷に０．０３ｃｃ使うとした。実際にはプリントヘッドの清掃目的の空吐出や吸引清掃などを行うので０．０５ｃｃで換算計算しているが、連続印刷ならこのくらいは印刷できる、余裕がある量である、と言う意味である。弁の開放遅延は小さいのでこのくらいの少量でも全く問題は無い。
【００５３】
プリントヘッドに連なる液室は負圧に保もたれていなければならない。その許容幅−(Ｐ±ｐ)mmH2Oはプリントヘッドの孔径や形状、使用するインクの粘度等のファクターで決まる。代表的な例では、Ｐが２５mmH2O、ｐが１０mmH2Oと言うレベルである。−(Ｐ±ｐ)mmH2Oはー(２０±１０)mmH2Oからー(３０±１５)mmH2Oの範囲にあることが一般的である。図５の例では、オフキャリッジインクタンクの高さ方向の中心を、プリントヘッドから５ｃｍに設けた。ここでｐ＝１０mmH2Oなので、オフキャリッジインクタンクの高さ幅（２ｈ）を２ｃｍ（＝２ｐ）とした。そして弁体の開放圧ＳがＨ＋Ｐ、すなわち７５mmH2Oとなるようにコイルスプリングの特性を設計した。
【００５４】
オフキャリッジインクタンクの大きさは、その高さ幅さえ厳守すれば、自由度高く設計できる。作用・効果の項で例示したものが典型的なタンクの一部である。再掲ではあるが、高さｘ横幅ｘ奥行きが内径表示で２０ｍｍｘ３８ｍｍｘ７０ｍｍで約１，０００枚の印刷用量である。より余裕のある奥行き方向を２倍の１４０ｍｍにすれば２，０００枚印刷可能となる。ビジネスユースのプリンタでは色数が４色で充分なことが多い。このような場合にはさらに横幅を倍増させ、４，０００枚印刷が可能となる。
【００５５】
１万枚印刷できるタンクも容易に設計可能である。いずれも、高さ幅２ｃｍ（内径で）さえ守れば自由自在にタンク設計ができるのである。オンキャリッジインクタンクの背丈を低く出来ることから、そこに空いたスペースが交換用インクタンクの格好の置き場所となったのである。しかも装置本体の横幅一杯に使える。奥行き方向も、存分のスペースがある。タンクの高さが好むと好まざるにかかわらず、とにかく低い。これがかえってこのような設計の自由度、あるいは拡張性をもたらしてくれる。
【００５６】
気体放出機構５９の実施形態の拡大図を、図１０と図１１に示す。シンプルで確実な方法は、一方向弁と、液体は通過させないが気体は通過させるという特性を有するフィルムを張る、この２つの組み合わせの大気連通孔とすれば良い。例えばインク室５の上部に気体放出機構５９を設け、これには上部開放孔５９−１と下部開放孔５９−２を設け、この下部開放孔５９−２のインク側に多孔質の４フッ化エチレン：商品名ポアフロンの薄膜５９-３を張り、シールすればよい。下部開放孔５９−２の上側に、上部方向にのみ開く一方向弁５９−４を設ける。インク室５０の混入気体の圧力が上部開放孔の大気圧より上がると、図１１のように一方向弁５９−４が開き、混入気体を上部の大気中に開放する。そうでないときは、インク室５０が負圧になっても、一方向弁５９−４は図１０のように閉じており、外部から空気を吸い込むことは無い。
【実施例】
【００５７】
水頭圧制御機構５１の他の実施例を図１２、図１３に示す。５２−２は弁箱、５５−１は薄いバネ板で成る弁体であり、流入口５２−３を塞いでいる。弁体は開放圧がＳmmH2Oに設定してある。インク吐出によって５６の負圧が増大し、水頭圧とあいまってＳを越えると、図１３の５５−１ようにこの弁体が開き流入口５２−３からインクを通過させる。
【００５８】
さらに他の水頭圧制御機構５１を図１４、図１５に示す。５２−２は弁箱、５５−２は球形のボール、５５−３はコイルバネである。このボールとバネで弁体が構成されている。負圧の増大にしたがって、上記の弁と同じように、図１５の５５−２のようにこの弁体が開き流入口５２−３からインクを通過させる。
【００５９】
気体放出機構５９の他の実施形態の拡大図を、図１６、図１７に示す。５９−５は球形のボール、５９−６はコイルバネである。このボールとバネで弁体が構成されている。インク室５０の混入気体の圧力が上部開放孔の外の大気圧より上がると、図１７の５９−５１のボールのように、バネ５９−６１を押し縮め、下部開放孔５９−２から離れ、気体の放出口を開く。そして混入気体を上部の大気中に開放する。
【００６０】
図１８にビジネスユースのプリンタの構成例を示す。商品仕様によりけりではあるが、例えば１０，０００枚を超えるインク容量を提供しようとすることもあろう。この図のごとく容易に可能である。例えば番号６−３で示す黒用超大容量オフキャリッジインクタンクは幅２０ｃｍ、奥行き２０ｃｍ、高さ２ｃｍのインクタンクとすれば、８００ｃｃであり、１６，０００枚のプリントが可能である。インクタンクは薄いので、２段に配置することも可能である。番号６−４で示すＹＭＣ各色のカラー用超大容量オフキャリッジインクタンクは、幅１０ｃｍ、奥行き２０ｃｍ、高さ２ｃｍのインクタンクとすれば、４００ｃｃであり、各色８，０００枚のプリントが可能である。
【００６１】
本発明は以上の実施形態に限定されることなく、公知のインクジェット方式記録装置に提案されている様々な要素技術が設計の目的に応じて援用することが出来、種々の実施形態で対応可能である。補充用インクタンクの高さ幅２h mmが負圧変動許容幅２p mm以内と、水頭圧制御の開閉圧ＳをＨ＋Ｐ（ｈ＝ｐの時）とすることを前提として。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明をコンシューマープロダクツとしてのインクジェト方式記録装置を中心に説明し、ビジネスユースのプリンタへの適用も紹介してきた。コストをかけても良い、大判プリンタや、プロ仕様の写真用プリンタ、あるいは産業用のプリンタにも適用できる。また、さらにはポータブルプリンタですら、設計の狙いによれば使ってみることも有意な効果をもたらしてくれることもあろう。
【符号の説明】
【００６３】
４    プリントヘッド  
５    オンキャリッジインクタンク
６    補充用オフキャリッジインクタンク
６−３  黒用超大容量オフキャリッジインクタンク例
６−４  カラー用超大容量オフキャリッジインクタンク例
７    インク導管  
８    補充用オフキャリッジインクタンク拡張用予備スペース
１０  従来機外形の概念図
１１  本案記録装置の外形概念図
５０  インク室
５１  水頭圧制御機構
５２  弁箱
５３  コイルスプリング
５５  弁体
５５−１  バネ板弁体
５５−２  ボール弁体
５５−３  コイルばね
５６  プリントヘッドに連なる液室
５７  緩衝機構
５９  気体放出機構
５９−３  多孔質の４フッ化エチレン薄膜
５９−４  一方向弁
５９−５  ボール弁体
５９−６  コイルばね
６３    連結用シール部材
７２    ニードル
【図１】
0005994043.tif 000002
【図２】
0005994043.tif 000003
【図３】
0005994043.tif 000004
【図４】
0005994043.tif 000005
【図５】
0005994043.tif 000006
【図６】
0005994043.tif 000007
【図７】
0005994043.tif 000008
【図８】
0005994043.tif 000009
【図９】
0005994043.tif 000010
【図１０】
0005994043.tif 000011
【図１１】
0005994043.tif 000012
【図１２】
0005994043.tif 000013
【図１３】
0005994043.tif 000014
【図１４】
0005994043.tif 000015
【図１５】
0005994043.tif 000016
【図１６】
0005994043.tif 000017
【図１７】
0005994043.tif 000018
【図１８】
0005994043.tif 000019