(57)【要約】      （修正有）【課題】記録用媒体を重力方向へ搬送させる場合であっても、スペースが過大になるのを抑えつつ、複数ノズル内のインクのメニスカスを確保して、確実な噴射を行う。【解決手段】インクを射出して記録媒体に画像記録を行うために配列された複数のノズルを有し、記録ヘッド５を前記複数のノズルの配列方向が水平方向を横切るように保持する。インクタンク９からインクを受給して記録ヘッド５のノズルへ供給する中間タンク１０は、貯えるインク量に応じて伸縮する構造を有し、その伸縮する所定方向と直交する方向が重力方向に対して３０度から６０度のいずれかの傾斜を有するように配置した。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを射出して記録媒体に画像記録を行うために配列された複数のノズルを有し、前記複数のノズルの配列方向が水平方向を横切るように保持する記録ヘッドと、前記記録ヘッドに対向する位置に面を有し、前記記録ヘッドと前記面の間において前記水平方向を横切る方向に前記記録媒体の送りをガイドするプラテンと、前記インクを貯えるインクタンクと、前記インクタンクの位置より低い位置に配置され、前記インクタンクから前記インクを管を通して受給して貯え、その貯えた前記インクを前記記録ヘッドのノズルへ管を通して供給する中間タンクを備えたインクジェットプリンタであって、
前記中間タンクは、前記受給のインク量および供給のインク量に応じて所定方向へ伸縮する構造を有し、前記伸縮する所定方向と直交する方向が重力方向に対して３０度から６０度の間のいずれかの傾斜を有するように配置されたことを特徴とするインクジェットプリンタ。
【請求項２】
前記中間タンクは、前記伸縮する所定方向と直交する方向が重力方向に対して４０〜５０度のうちのいずれかの角度に傾斜した配置とされたことを特徴とする請求項１記載のインクジェットプリンタ。
【請求項３】
前記中間タンクは、一時貯えるインクの量の変動に伴う水頭圧の変化が前記複数のノズルにメニスカスを形成できる水頭圧の範囲におさまるように配置された請求項１又は２記載のインクジェットプリンタ。
【請求項４】
前記中間タンクは、可撓性を有する２枚の膜部材の中央部を残しその周囲を貼りあわせた形状とされ、前記中央部を中心に前記インクの受給および供給によって伸縮し、前記伸縮する所定方向は、前記中央部が伸縮する方向である請求項１、２又は３記載のインクジェットプリンタ。
【請求項５】
前記インクタンクから前記中間タンクへインクが受給する管の途中に設けられた開閉制御可能な弁と、前記中間タンクがインクを貯えることによって所定量まで膨張したことを検知するセンサと、前記センサからの検知信号を受けて前記弁を制御して閉にする弁制御部とを備えた前記請求項１、２、３又は４記載のインクジェットプリンタ。
【請求項６】
前記記録ヘッドに配列された最上位のノズルにメニスカスが形成されるために必要とされる背圧の範囲と最下位のノズルにメニスカスが形成されるために必要とされる背圧の範囲とが共有する範囲より、前記中間タンクが一時貯えるインクの量の変化に伴う水頭圧の変化範囲が小さいことを特徴とする請求項１、２，３、４又は５記載のインクジェットプリンタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、用紙、フィルム、不繊布などシート部材等の記録媒体にインクジェット記録ヘッドからインクを噴射吐出し、記録を行うインクジェットプリンタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
記録媒体の表面である記録面上に微小液滴状のインクを噴射させて画像記録を行うインクジェット記録は、近年の技術進歩により銀塩写真に迫る高画質化並びに装置の低コスト化が可能となり、ＰＰＣ方式の高速化と競争するかのような高速化の進展により、紙および紙以外をも記録媒体として各分野に急速に普及するに至っている。かかるインクジェットプリンタの高速化と精密化の進展は、インク供給の安定と大容量化をも要求している。このため、インクタンクを設けて記録ヘッドのノズルへ可撓チューブで配管供給するとともに、ノズルも多数配列される構造となってきている。
【０００３】
このインクタンク設置方式は用紙搬送経路で大別すると二つの方式になる。それを図６の用紙水平搬送プリンタのインクタンク配置構成図と、図７の用紙傾斜搬送プリンタのインクタンク配置構成図に示す。
【０００４】
図６の用紙水平搬送プリンタのインクタンク配置構成図に示したような、画像形成部が水平搬送の方式では、下部に設けた記録媒体ロール２から供給される記録媒体１は、搬送方向Ｐ１の向きに引き出され、搬送ローラ３とガイドローラ４によって、水平方向に搬送され、記録ヘッド５と対向するプラテン８の上を通って送出方向Ｐ２へと送られる。さらに、インクタンク９が高い位置に配置され、インクタンク９から中間タンク１０でインクを受けてさらに記録ヘッド５へ供給するようにされている。ここで、前記中間タンク１０は、記録ヘッド５のノズルに負圧を与えるように記録ヘッド５より低い位置に配置されている。（例えば、特許文献１を参照）
【０００５】
一方、図７の用紙傾斜搬送プリンタのインクタンク配置構成図に示す方式では、上部に設けた記録媒体ロール２から供給される記録媒体１は、搬送方向Ｐ１の方向へ引き出され、搬送ローラ３とガイドローラ４によって、傾斜した記録ヘッド５に対向して設置されたプラテン８の傾斜面に沿うよう送られ、送出方向Ｐ２へと送られる。
【０００６】
図７のように画像形成部を成す記録ヘッド５とプラテン８の用紙搬送経路に傾斜を付けることにより、図６のように水平なものより、記録媒体ロール２をセットしやすくすると共に、記録媒体１の自重によりプラテン８の面上で記録媒体１の平面を保ちやすく、安定に平面を維持できるため品質もよくなるというメリットがある。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−１０５２９９（段落「００２９」〜「００４８」、段落「００５６」、図１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記図７の用紙傾斜搬送プリンタのメリットを生かそうとした場合、図７に示すように記録媒体ロール２が搬送される重力方向或いは斜めの方向（つまり、水平方向を横切る方向）に記録ヘッド５の多数のノズルを配列した場合、配列されたノズルのうち重力方向に対して一番高い位置に配列されたノズル（最上位のノズル）と一番低い位置に配列されたノズル（最下位のノズル）との間において、インクを供給する管内の圧力（ノズル先端のインクに与える圧力）に差がでてしまい、特に、プリントが精密かつ高速になりノズル数が増え、配列が長くなればなるほどにその差が大きくでてしまうという問題がある。
【０００９】
図６の用紙水平搬送プリンタの場合もインクを負圧にしているが、一般には、インクを噴射し、確実且つ安定にプリントを行うための要件の１つには、記録ヘッド５内のノズル先端内にインクによるメニスカスが形成されていて、その状態でノズルに瞬間的強圧がかけられて（不図示）インクを噴射することがある。そのメニスカスとは、ノズルの先端内でインクの先端液面がノズルの内壁に触れている部分に対して中央部が凹状になっている状態をいい、その凹状になるためには、ノズルにインクを供給する管内の圧力が適度な負圧の範囲にある必要がある（この明細書で、「背圧」といったときは、ノズル側からみたインクをノズルに供給する管内の圧力をいう。）。
【００１０】
一方で、そのノズルにインクを供給する側の圧力を考察すると、図６における中間タンク１０を用いて供給するとすれば、その中間タンク１０内のインクの量の変化、位置、構造等が問題になってくる。その他、インクを供給する管の流路抵抗も影響してくる。この中で、必ず変動する要素として存在しているのがインク量の変化である。このインク量の変化によりインクをノズルに供給する管内の圧力が変化する（この明細書において、「水頭圧」といったときは、中間タンクからみた管内の圧力を示すものとする。）。
【００１１】
このように、ノズル間の高さの差、中間タンクのインク量の変動からして、ノズルより安定なインクの吐出を行わせるメニスカスを生成するために、インクをノズルに供給する管内の圧力を所定の範囲に維持するのが困難だった。
【００１２】
さらに、中間タンク１０としては、可撓性のある材料を使用し重力方向（或いは垂直方向）に膨らむように配置されていた（特許文献１を参照）。このような配置であると、中間タンク１０のインク量が少ないときのインクの流れが悪くなること、設置に必要な面積が大きくなるとともに重力方向に伸縮するスペースを確保しておく必要が在ること等のスペースの問題があった。特に、精密化、高速化になる程、記録ヘッドの数も増え（ノズルの数も増え）例えば８個ほど並ぶと、スペース確保も重要になってくる。
【００１３】
本発明の目的は、上述したプリント品質を上げるために、用紙搬送経路を傾斜させ、或いは重力方向（結局は、水平方向を横切るような用紙搬送経路）としたプリンタを採用し、さらにプリントの高速化・精密化に対応して多数のノズルを前記搬送経路方向に配列した記録ヘッドを擁するともに、インクをインクタンクから受けて一定量を貯めてノズルに供給する中間タンクを備えて、安定なメニスカスの形成を図り、かつスペース効率化を図ったインクジェットプリンタに関する。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の発明では、インクを射出して記録媒体に画像記録を行うために配列された複数のノズルを有し、前記複数のノズルの配列方向が水平方向を横切るように保持する記録ヘッドと、前記記録ヘッドに対向する位置に面を有し、前記記録ヘッドと前記面の間において前記水平方向を横切る方向に記録媒体の送りをガイドするプラテンと、前記インクを貯えるインクタンクと、前記インクタンクの位置より低い位置に配置され、前記インクタンクから前記インクを管を通して受給して貯え、その貯えた前記インクを前記記録ヘッドのノズルへ管を通して供給する中間タンクを備えたインクジェットプリンタであって、前記中間タンクは、前記受給のインク量および供給のインク量に応じて所定方向へ伸縮する構造を有し、前記伸縮する所定方向と直交する方向が重力方向に対して３０度から６０度の間のいずれかの傾斜を有するように配置した。
【００１５】
請求項２の発明では、前記中間タンクは、前記伸縮する所定方向と直交する方向が重力方向に対して４０〜５０度のうちのいずれかの角度に傾斜した配置とした。
【００１６】
請求項３の発明では、前記中間タンクは、一時貯えるインクの量の変動に伴う水頭圧の変化が、前記複数のノズルにメニスカスを形成できる水頭圧の範囲に納まるように配置した。
【００１７】
請求項４の発明では、前記中間タンクは、可撓性を有する２枚の膜部材の中央部を残しその周囲を貼りあわせた形状とされ、前記中央部を中心に前記インクの受給および供給によって伸縮し、前記伸縮する所定方向は、前記中央部が伸縮する方向であるとした。
【００１８】
請求項５の発明では、前記インクタンクから前記中間タンクへインクが受給する管の途中に設けられた開閉制御可能な弁と、前記中間タンクがインクを貯えることによって所定量まで膨張したことを検知するセンサと、前記センサからの検知信号を受けて前記弁を制御して閉にする弁制御部とを備えた。
【００１９】
請求項６の発明では、前記記録ヘッドに配列された最上位のノズルにメニスカスが形成されるために必要とされる背圧の範囲と最下位のノズルにメニスカスが形成されるために必要とされる背圧の範囲とが共有する範囲より、前記中間タンクが一時貯えるインクの量の変化に伴う水頭圧の変化範囲が小さい構成とした。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、本発明の構成例を示す図１、図１に示される中間タンク１０の構造を示す図３、その中間タンク１０の動作を説明する図４を基に説明する。説明中に使用している符号が同一なものは、同機能を示す。
【００２１】
図１（Ａ）では、上部に設けた記録媒体ロール２から供給される記録媒体１は、Ｐ１の方向へ引き出され、搬送ローラ３とガイドローラ４によって、水平方向に対して約６０度傾斜した記録ヘッド５に対向して設置されたプラテン８の傾斜面（約６０度傾斜）にガイドされるように搬送され、送出方向であるＰ２方向へと送られる。インクは、記録ヘッド５より高い位置に置かれたインクタンク９から、弁１１を介して中間タンク１０の受給口１０ｄ（図４参照）へ送られ、さらに供給口１０ｃ（図４参照）から、記録ヘッド５のノズルへ送られる。インクの供給は、管で行われ、この例では可撓性のあるチューブでインクタンク９から中間タンク１０へ、また中間タンク１０から記録ヘッド５へインクの供給を行う管が構成されている。
【００２２】
なお、記録ヘッド５には、ノズルが配列され、この例では、高速プリントを行うため１２８個のノズルが配列されている（図示せず）。図１（Ａ）で１番目のノズル６が最上位のノズルを示し、１２８番目のノズル７が最下位のノズルを示す。この例では、１列に１２８個のノズルを配列した記録ヘッド５をインク色毎に８個（Ｙ，Ｍ，Ｃ，ＢＫのそれぞれ濃・淡のインク色に対応）用意し、精密化、高速化に対応しつつ、カラープリントに対応できるようにしている。
【００２３】
図１の主な要素は、実際のインクジェットプリンタとして図２のように配置されて使用される。
【００２４】
次に、図３および図４を基に、中間タンク１０の構造、動作を中心に説明する。図３（Ａ）は、中間タンク１０正面から見た図、図３（Ｂ）は、その材質およびその構成を示す図、図４（Ａ）および（Ｂ）は、中間タンク１０を横から見るとともに、弁１１との関係を説明するための図で、前者はインクが充満している状態、後者は、空に近い状態を示す図である。
【００２５】
＜中間タンク１０の構造および動作＞
中間タンク１０は、図３（Ａ）から分るように、可撓性のある２枚のフィルム（膜部材）を円形状に貼り合わせたものである。その可撓性を有するフィルム（１枚）は、図３（Ｂ）に示すようにアルミ箔１００の一方の面（インクと接する側）にはＬＬＤＰＥ（直鎮状低密度ポリエチレン）の層１０１、他方の面にはナイロン６の層１０２、さらにその上にＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）の層１０３を積層した構成になっている。この可撓性を有するフィルム２枚をＬＬＤＰの層１０１が内側になるように重ね合わせ、図３（Ａ）の斜線で示す円形状の接合部１０ｂで円形状に融着して貼り合わせている。
【００２６】
さらに、図４において、中間タンク１０には、インクタンク９から弁１１を介して管を通してインクを受給するための受給口１０ｄ、および貯えたインクを管を通して記録ヘッド５へ供給するための供給口１０ｃが備えられている。図３および図４に示すように、中間タンク１０の中央部には、突起部１２が設けられている。中間タンク１０は、貯えられたインク量によって、図４（Ａ）で方向Ｓで示される方向へ伸縮する。インク量が満杯状態と空の状態が図４（Ａ）、図４（Ｂ）である。
【００２７】
センサ１３は、略コの字形をしており、コの字形の相対する１辺には光源が、他の辺には受光器が設けられており、中間タンク１０がインクを十分に貯えて、突起部１２がセンサ１３の相対する２辺内に入って、光源と受光器間の光を遮ったときに、インクが所定量（例えば満杯）になったことを弁制御部１４に知らせる。弁制御部１４は、その通知を受けて、弁１１を閉じさせる。その後、ノズルからインクの吐出を行いつつノズルへインクの供給がなされ、中間タンク１０が空になるにつれ、突起部１３がセンサ１３の相対する２辺から離れることによって、光源からの光を受光器が受けたときに、弁制御部１４は、その信号を受けて弁１１を開かせて、インクタンク９からインクを受給する。このようにして、過供給を防止し、強いては中間タンク１０内の異常圧力を防止する。なお、弁１１の急激な開閉によっても、中間タンク１０内の圧力は、弁１１から受給口１１ｄまでの管の流路抵抗等によって、急変しないようにされている。
【００２８】
＜中間タンク１０の配置とメニスカス形成＞
先ず図１（Ｂ）において、メニスカス形成の各要素の配置条件を説明する。記録ヘッド５が６０度傾斜し、つまりはノズルの配列が重力方向に対して３０度（水平方向に対して６０度）傾斜しているため、その配列の中で最上位のノズル６と最下位のノズル７においては、メニスカス形成に必要なインクへの圧力（背圧）が異なってくる。つまり、理論的には、最上位のノズル６では、メニスカスを形成できる背圧の範囲が―ｋ１からーｋ２とすれば、最下位のノズル７では、メニスカスを形成できる背圧の範囲が―ｋ３からーｋ４となる（ｋ１、ｋ２、ｋ３、ｋ４は正の値とする）。一方、記録ヘッド５の全ノズルから正常にインクを吐出するためには、全ノズルが共有する背圧の範囲が必要であるから―ｋ１＞―ｋ３＞―ｋ２＞―ｋ４となり、その共有する範囲は、Δｋ＝ｋ２−ｋ３で示される。つまり、配列されたノズルの高さの差を考慮すれば、中間タンク１０からインクが供給される管内の望ましい圧力変化の許容範囲は、Δｋ＝ｋ２−ｋ３内である。
【００２９】
一方、インクを供給する管内においては、中間タンク１０が貯えるインク量の変化によって圧力（水頭圧）変化が生じる。ここで、図１（Ｂ）で、中間タンク１０のインク量の変化をインクの液面の高さの変化Δｈで表すとすれば、その変化に伴う水頭圧の変化（高さΔｈの変動によるインク液面の圧力変化）はＧ（Δｈ）で示される。ここで、ノズルと中間タンク１０は、一本の管で接続されているため、実際の物では、水頭圧＝背圧であるから、インク量による圧力の変化Ｇ（Δｈ）は、ノズルの配列の高さ違いからくる要求される圧力変化範囲Δｋ＝ｋ２−ｋ３以内であることが望まれる（以下、メニスカス形成条件という。）。
【００３０】
この例では、上記メニスカス形成条件を満足させるよう、中間タンク１０のインク供給口１０ｃは、最下位のノズル７の位置から重力方向の下へ０〜１００ｍｍの範囲内に配置している。
【００３１】
なお、実際には、インクを供給する管の流路抵抗（管内のインクの流れに対する抵抗で、粘性等の影響も含む）も影響し、特に、プリント速度を早くすればするほどこの影響は大きくなるため、中間タンク１０内のインク量等による圧力変化は可能な限り少なくしておくことが好ましい。
【００３２】
一方、この例では、図１，あるいは図４にも示すように可撓性のある中間タンクに貯えられたインク量により、中間タンク１０の伸縮する方向（図４の方向Ｓ）が重力方向に対して４５度になるように配置されている（図１のθは、４５度になる。）。これは、図３の取り付け孔１０ａを介して、インクジェットプリンタに設けられた４５度の傾斜面をもつ板等の部材に、中間タンク１０を固定することにより、配置することができる。４５度に傾けた理由は、中間タンク１０のインク量による中間タンク１０内のインクの重心位置の変動（図４のＭ）を少なくし、結果としてノズルへインクを供給する管内の圧力変化を少なくすることにより、メニスカス形成を維持させるためである。つまり、４５度にすることにより、中間タンク１０を重力方向すなわち水平方向に対して垂直になる方向に配置した場合（図１のθが０の場合）に比べ、インク量の変動による中間タンク１０内のインクの重心変動および圧力変化は０．７（ｓｉｎ４５°）倍と少なくなるため、上記メニスカス形成条件を満足しやすくなる。
【００３３】
さらに、中間タンク１０のインク量の変動による圧力変化を少なくするためには、中間タンクの伸縮方向が重力方向（図１におけるθが１８０度）にしてもよい。しかし、その場合、設置面積である床面積が大きくなるとともに、伸縮する方向の分の空間も必要となる。床面積を有効に使うためには、４５度にすると０．７倍少なくなり改善されるとともに、中間タンク１０が膨張したときの略菱形の形状を少スペースで容易に確保できる。
【００３４】
上記例の説明では、中間タンク１０は、伸縮する方向を水平方向に対して４５度としてきたが、３０度から６０度の範囲であれば効果を得ることができる。好ましくは４５度近辺の４０度から５０度である。
【００３５】
詳しくは、中間タンク１０の傾きと上記のような効果が出る範囲の関係を示した図５で説明する。図５は、横軸が中間タンク１０の傾き（図１のθ）の変化で縦軸が基準化した効果で、パラメータとしては、▲１▼背圧（水頭圧）変動抑制効果、▲２▼平面投影面積（床面積）抑制効果および▲３▼背圧（水頭圧）変動抑制効果（▲１▼）と平面投影面積抑制効果（▲２▼）の相乗効果を示す。図５からは、中間タンク１０の傾斜に対して背圧変動抑制効果と平面投影面積抑制効果は相反する効果を有する。したがって傾きが４５度で相乗効果が最大になり、好ましい角度と言える。一方、３０度から６０度の範囲の１つの傾斜を選択すれば、最適の効果を１とすれば０．５以上効果が得られる。この例では、記録ヘッド５を８個用意しているが、それらに対応する数だけ中間タンク１０を揃えた場合の効果は大である。
【００３６】
【発明の効果】
上記のように、本発明によれば、中間タンクの設置スペースが過大に広くなることを抑えながら、メニスカスの形成を安定に維持でき、強いては確実にインク射出がされる効果がある。
【００３７】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成を説明する図
（Ａ）  本発明の構成を示す図
（Ｂ）  中間タンクと記録ヘッドの圧力関係を説明するための図
【図２】本発明適用のインクジェットプリンタの一例を示す斜視図
【図３】中間タンクの構造および材質を説明する図
（Ａ）  中間タンクの構造を示す図
（Ｂ）  中間タンクに用いる膜部材の構造および材質を示す図
【図４】中間タンクの動作を説明する図
（Ａ）中間タンクが満杯の状態を示す図
（Ｂ）中間タンクが空になったときの状態を示す図
用紙水平搬送プリンタのインクタンク配置構成図。
【図５】中間タンクの傾斜の効果を説明する図
【図６】用紙水平搬送プリンタのインクタンク配置構成図。
【図７】用紙傾斜搬送プリンタのインクタンク配置構成図
【符号の説明】
１：記録媒体
２：記録媒体ロール
３：搬送ローラ
４：ガイドローラ
５：記録ヘッド
６：最高位のノズル
７：最低位のノズル
８：プラテン
９：インクタンク
１０：中間タンク
１０ａ：取り付け孔
１０ｂ：接合部
１０ｃ：供給口
１０ｄ：受給口
１１：弁
１２：突起部
１３：センサ
１４：弁制御部
１００：アルミ箔
１０１：ＬＬＤＰＥ
１０２：ナイロン６
１０３：ＰＥＴ
【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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【図７】
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