(57)【要約】【課題】従来記録ヘッドのノズル部に負圧を形成する方法としてインクタンク内のインク液面を記録ヘッドに対して下方に設定し水頭差を利用する方法や、インクタンク内部に吸収体を挿入し、毛管力を利用する方法があるが、前者は相対的な配置の制約があり、後者はインクタンクの利用効率の点で劣る。【課題を解決するための手段】記録ヘッドとインクタンクの間に負圧維持弁、エアバッファをつけてノズルの負圧を維持するようにした。こうすることでインクタンク、ヘッドの配置の制限がなくなり、且つインクタンクの容量が増加できた。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを吐出する複数のノズルを持つ記録ヘッドと、前記記録ヘッドにインクを供給するインクタンクと、前記記録ヘッドと前記インクタンク間の流路に通常は遮断し、ある一定の負圧が生じると記録ヘッド側にインクを流通させる弁と、前記弁と前記記録ヘッド間に圧力バッファとを備えたインク供給機構。
【請求項２】
前記圧力バッファは圧縮性流体の圧力変動に対する体積変化によるものであることを特徴とする請求項１に記載のインク供給機構。
【請求項３】
前記圧縮性流体とは空気であることを特徴とする請求項２に記載のインク供給機構。
【請求項４】
前記圧力バッファは、弾性部材の変形によるものであることを特徴とする請求項１から３に記載のインク供給機構。
【請求項５】
前記弾性部材の変形は体積変化を伴うものであることを特徴とする請求項４に記載のインク供給機構。
【請求項６】
前記弁と前記圧力バッファは同一の機構内に構成されていることを特徴とする請求項１から５に記載のインク供給機構。
【請求項７】
前記弁と前記圧力バッファは流体の移動可能な流路を介して結合されていることを特徴とする請求項１から５に記載のインク供給機構。
【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おいて記録ヘッドへインクを供給するためのインク供給機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
通常インクジェット記録装置における記録ヘッドノズル面（メニスカス）に対しては、ノズルプレ−ト上の残滴による影響や、吐出インクの拡散を防ぐために負圧を加え該ノズルプレ−トに対し凹状にて形成される。
【０００３】
このような負圧を形成する手段として例えば図６に示す様にインクタンク６０１内に下部が連通した隔壁６０２を設け、純粋なインクのみ貯蔵するインク室６０４と吸収体６０５の毛管力によってヘッド６０７のノズル部に負圧を発生させる吸収体室６０３を持たせる方法等がある。
【０００４】
６０６は大気連通口である。
（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−３４７６８４（第１−５頁、図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記吸収体方式においては、インクを該吸収体に含ませて貯蔵するため、インクタンクの内部容積に対する純粋な使用可能インクの割合（以下：使用効率と述べる）は７０［  ％  ］程度と低くなる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本出願に係る発明は、インクタンク〜記録ヘッド間に外部からの負圧を加えられた時に、該負圧を自己で保持する弁を設け、さらに負圧量の低下を軽減するためのバッファを備えたインク供給機構を提供する。
【０００８】
インクタンク内に吸収体等を設けない純粋なインク貯蔵室で構成し使用効率を向上させる作用と、インクタンクと記録ヘッドの配置に関しても制約はない。
又負圧維持弁での微小リ−ク、インク中溶存ガスの気化及び、外部ガスの透過による負圧量の低下等に対する信頼性が高まった。
【０００９】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施例＞
図１に本発明による第１実施例を示す。
【００１０】
インクタンク１２０にはインク１０４が充填され、上部には大気開放口１２１が設けられている。
【００１１】
大気開放口１２１は輸送時には封止するが、使用状態では開放される。
【００１２】
さらに記録装置への挿入時には記録装置本体側にある中空状に形成された針１０６がインクタンク１２０に圧入される封止用の弾性体１０５を貫通することで、記録ヘッド１１１との流路が接続される。
【００１３】
この時点で記録ヘッドのインク吐出ノズル１１２にインクタンク１２０内のインク１０４からの水頭差による正圧が加わるが、負圧維持弁１０７によりインクタンク１２０〜記録ヘッド１１１間の流路を遮断するため、前記インクタンク１２０からインク１０４が流出することは無い。
【００１４】
負圧維持弁１０７は圧縮バネ１１７、封止ボ−ル１０８、密閉弾性体１０９から構成される。
【００１５】
ここで、該負圧維持弁１０７の流量特性を流量×負圧量の関係にて図２に示す。
【００１６】
すなわち弁内部液室１１０の負圧量がＰ０に達した時点で（封止ボ−ル１０８、密閉弾性体１０９の間に隙間が生じ）インクタンク１２０から記録ヘッド１１１にインクが流出しはじめる。
【００１７】
これ以後の負圧量は記録ヘッド１１１で消費されるインク量に比例して増大するが、例えば記録ヘッド１１１が備える全吐出ノズルからインクが吐出された場合の最大吐出インク流量Ｑｍａｘに対応する負圧量をＰｍａｘとする。
【００１８】
ところで、記録ヘッドノズル１１２に加える負圧量についてその適正値は対象となる記録ヘッドによって異なるが、図２において上限負圧値はＰ２で表され、これ以上の負圧量がインク吐出ノズル１１２に加わるとメニスカスが壊れ、具体的にはノズルにエアが入りこむ。
【００１９】
逆に下限負圧値はＰ１で表され、ヘッドが基本的に固定されるラインヘッドによるインクジェット記録装置において、該値は０値に近い負圧値だが、記録ヘッドが移動するキャリッジに搭載され、シリアルスキャンされるシリアルプリンタにおいては、記録ヘッドを搭載するキャリッジの加減速によるイナーシャを加味しても、ノズルに正圧を生じないような下限負圧値Ｐ１として設定する。
【００２０】
すなわちノズルに加えるべき負圧量範囲はＰ１〜Ｐ２内で定められ、これらの値に対して負圧維持弁１０７の流路特性で、前記開閉ポイント圧Ｐ０は前記下限負圧値Ｐ１以上、さらに記録ヘッド１１１に備わる全ノズルよりインクの吐出がおこなわれた場合のインク流量Ｑｍａｘ時に発生する負圧量Ｐｍａｘは前記上限負圧量Ｐ２以下が必須条件となり、これらに弁の能力公差を見込んで設定される。
【００２１】
結果、記録動作中に記録ヘッド１１１のインク吐出ノズル１１２に加わる負圧量は記録画像によって（吐出されるインクの量によって）Ｐ０〜Ｐｍａｘ間で変動する。
【００２２】
ここで、実機上の制御シ−ケンスに基づきインク吐出ノズル１１２に加わる負圧量を時間×負圧量の関係にて図３で説明する。
【００２３】
まず、デフォルトの負圧量を０と仮定する。
【００２４】
ここでまず必要な負圧量を得るために、記録ヘッド１１１のキャッピング機構１１４にインク吐出ノズル１１２からインクを吐出する。
【００２５】
もしくはノズルプレ−ト１１３をキャッピング機構１１４にて密閉した上で吸引ポンプ１１５により該インク吐出ノズル１１２からインクを吸引してもよい。
【００２６】
これら排出されたインクは吸引ポンプ１１５により廃インクタンク１１６に圧送、貯蔵される。
【００２７】
かかる手段によって記録ヘッド１１１の液室内のインクが消費されるが、インクタンク１２０からの新たなインクの流入は（封止ボ−ル１０８、密閉弾性体１０９間の隙間が閉じて）負圧維持弁１０７が遮断されるため弁内部液室１１０〜インク吐出ノズル１１２に加わる負圧量は増大していくが（ａ）、該負圧量が該負圧維持弁１０７の開放圧力Ｐ０を超えた時点で（封止ボ−ル１０８、密閉弾性体１０９の間に隙間が生じ）インクタンク１２０からインク１０４の流入が始まる（ｂ）。
【００２８】
少なくともこのようなインクの流入が始まった後に前記記録ヘッド１１１からのインク排出動作を停止する。
【００２９】
すると負圧量は減少に転じるが（ｃ）、負圧維持弁１０７の開閉ポイントである負圧量Ｐ０まで減少した時点で（封止ボ−ル１０８、密閉弾性体１０９間の隙間が閉じて）インクの流入が遮断され、負圧維持弁１０７〜インク吐出ノズル１１２は負圧量Ｐ０に保たれる（ｄ）。
【００３０】
この後、Ｊｏｂ（記録動作）が行われるが、該Ｊｏｂにおける記録ヘッド１１１のインク吐出量に応じて図２に示される流量×負圧量グラフに対応して値が変動する（ｅ）。
【００３１】
該Ｊｏｂ終了後は、前述したように負圧維持弁１０７〜インク吐出ノズル１１２間は該負圧維持弁１０７の開放ポイントである負圧量Ｐ０まで減少（ｆ）した後維持され、次のＪｏｂに備え、待機状態となる（ｇ）。
【００３２】
ただし、前記待機状態中、次のＪｏｂまでの待機時間が長期に及ぶ場合には、封止ボ−ル１０８、密閉弾性体１０９による封止部からインクの微小リ−クや、前記負圧発生弁１０７〜記録ヘッド迄のインク溶存ガスの気化及び、外部ガスの透過によって、待機時の負圧量Ｐ０が徐々に失われることがある。
【００３３】
負圧量がインク吐出ノズル１１２の記録特性に影響を及ぼす量まで減少し、且つ所定時間以上経過した場合、自動シ−ケンスによって次のＪｏｂ開始前にインク吐出ノズル１１２からのインクの強制的な排出によって、再び負圧量Ｐ０まで回復される。
【００３４】
尚、本実施例による負圧維持弁の構成によると前記開閉ポイント圧Ｐ０は主に圧縮バネ１１７のバネ圧及び、封止ボ−ル１０８部の流路断面積によって設定される。
【００３５】
また該開閉ポイント圧Ｐ０を始点として最大流量Ｑｍａｘの時に前記上限圧力Ｐ２を超えないようなるべく特性線の傾きを緩やかにすることが望ましいが、これは主に封止ボ−ル１０８と密閉弾性体１０９の接触線長を長くとることで行われ、全体として前記負圧量の許容範囲Ｐ１−Ｐ２を十分満たすように適時設定される。
【００３６】
図３において前記負圧量が負圧維持弁１０７の開放圧力Ｐ０を超えた（ｂ）後で記録ヘッドノズル１１２からのインク排出動作を停止せしめれば、結果負圧維持弁１０７〜記録ヘッドノズル１１２間は負圧量Ｐ０に保たれる（ｄ）。
【００３７】
この過程でエアバッファ１０１内も管状流路１０３を介して同様に負圧量Ｐ０まで減圧せしめられ、圧縮性流体であるエア−１０２もその体積が増大する。
【００３８】
ここで、Ｊｏｂ間、（ｄ）、（ｇ）において、負圧維持弁１０７からの微小リ−ク、インク中の溶存ガスの気化もしくは外部ガスの透過等の要因により、負圧維持弁１０７〜記録ヘッドノズル１１２間の流路中にインク及びガスが流入すると負圧量は低下してしまうが、その低下量はエアバッファ１０１によって暖和される。
【００３９】
詳細には、前記微小リ−ク等の要因によるインクもしくはエアーの流入により負圧維持弁１０７〜記録ヘッドノズル１１２間に新たな体積が加わるが、エアバッファ１０１内の前記膨張されたエアー１０２の収縮により該負圧量の減少を暖和することができる。
【００４０】
端的に述べれば、これらインク及びガスの流入量の合計体積が、負圧発生過程でエアバッファ１０１内のエアー１０２体積の増大量であるＶに達するまでは前記負圧維持弁１０７〜記録ヘッドノズル１１２間は負圧を保ち続ける。
【００４１】
さらに該負圧維持弁１０７は本実施例に述べたような記録ヘッド側に構成されなくてもよく、例えばインクタンク側もしくは、記録ヘッド、インクタンクより独立させたものであっても良い。
【００４２】
さらに負圧維持弁は記録装置に採用される記録ヘッド固有の負圧許容範囲を満たす流量特性を持てばかかる構成を限定するものではない。
【００４３】
＜第２の実施例＞
第１実施例においては弁内部液室より管状流路によって独立したエアバッファを設けたが、図４に示すように弁内部液室１１０に直接エア溜り４０１を設けても良い。
【００４４】
負圧維持弁１０７上部にエアーを安定量保持するエアー室４０１を設け、負圧を発生させるため既述したように記録ヘッドノズル１１２からインクを排出させると、該負圧量によって第１実施例で述べた過程と同様にエアー室４０１に溜められたエアーが体積膨張し、該膨張量によって、Ｊｏｂ間の待機時に、外部からのインク及び、ガスの流入、もしくはインク中に溶存したガスの気化による負圧量の減少を暖和する。
【００４５】
さらに好的には、機器が輸送中に天地逆さまにされた場合でもエア−室４０１内のエア−が流失しないようインクがメニスカスを張る形状にすると良い。
【００４６】
＜第３の実施例＞
本発明の実施例１，２では、負圧維持弁とエアバッファを組み合わせた実施形態について説明したが、負圧維持弁の負圧量減少を暖和する為の組み合わせはエアバッファ形態に限定されるものではない。
【００４７】
流路内を非圧縮性流体であるインクのみで構成する実施形態を図５に示す。
【００４８】
本実施例では、負圧維持弁１０７〜記録ヘッドノズル１１２部との間、弁内部液室１１０から管状流路１０３を介して、変形自在かつ該変形によって内部容積も変化する弾性部材５０２を外膜とするバッファ５０１が連結される。
【００４９】
該弾性部材５０２内には圧縮バネ５０３があり、常にバッファ−５０１内部容積が最大となる方向に、弾性部材５０２に付勢力を与える。
【００５０】
ここで、バッファ５０１内部圧力、すなわち、弁内部液室１１０の圧力が０のとき最大内部容積Ｖを持つものとする。
【００５１】
ただし、この時、圧縮バネ５０３は自由長にあるか、もしくは不図示のストッパにより、弾性部材５０２には抗力を与えていない。
【００５２】
このような構成において記録ヘッドノズル１１２よりインクを吐出するか、もしくは吸引ポンプ１１５によってインクを吸引した場合、弁内部液室１１０〜記録ヘッドノズル１１２間には負圧が加わり、該負圧量も増大していくが、同時に弾性部材５０２も圧縮バネ５０３の付勢力に抗して収縮し、結果バッファ５０１内部容積も減少する。
【００５３】
図３で説明した通り、前記負圧量が負圧維持弁１０７の開放圧力Ｐ０を超えた（ｂ）後で記録ヘッドノズル１１２からのインク排出動作を停止せしめると、結果負圧維持弁１０７〜記録ヘッドノズル１１２間は負圧量Ｐ０に保たれる（ｄ）。
【００５４】
この過程でバッファ−５０１内も同様に負圧量Ｐ０まで減圧せしめられ、バッファ−内部容積も、例えばその体積をＶ→ｘ／Ｖに減少される。
【００５５】
ここで、Ｊｏｂ間、（ｄ）、（ｇ）において、負圧維持弁１０７からの微小リ−ク、インク中の溶存ガスの気化もしくは外部ガスの透過等の要因により、負圧維持弁１０７〜記録ヘッドノズル１１２間の流路中にインク及びガスが流入すると負圧量は低下してしまうが、それに伴い、圧縮バネ５０３によって弾性部材５０２が押し広げられ、負圧維持弁１０７〜記録ヘッド間に流入したインクもしくは、エア−の体積に応じてバッファ−５０１内部の容積を再び増加させることによって負圧量の低下は暖和される。
【００５６】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明による流路特性を持つ弁と圧縮性流体を封入したバッファもしくは、圧力による変形が可能な弾性部材で構成されるバッファとを設けることで、インクの使用効率の高い純粋なインク液室を持つインクタンクを実現でき、且つインクタンクと記録ヘッドの配置上の制約を殆ど受けずに信頼性の高いインク供給機構を提供できる。
【００５７】
さらに加えて本発明の実施によって、記録ヘッドノズルに長期に渡り必要な負圧量が保たれ、待機後のＪｏｂ（記録動作）開始前に記録ヘッドノズルからのインクの排出による、負圧量を復元する（クリーニング）動作の回数低減が見込め、インク消費量の減少及び、記録動作開始迄のスル−プットが向上する。
【００５８】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を適用したインク流路図である。
【図２】負圧維持弁の流量対負圧量の関係を示す図である。
【図３】記録ヘッドのノズルに加わる負圧量の時間的変化を示す図である。
【図４】本発明の第２実施例を適用したインク流路図である。
【図５】本発明の第３実施例を適用したインク流路図である。
【図６】従来のインク流路例を示す図である。
【符号の説明】
１０１  エアバッファ
１０２  エア
１０３  管状流路
１０７  負圧維持弁
１０８  封止ボ−ル
１０９  密閉弾性体
１１１  記録ヘッド
１１２  インク（吐出）ノズル
１２０  インクタンク
１２１  大気開放（連通）口
４０１  エア溜り
５０１  バッファ
５０２  弾性部材
５０３  圧縮バネ
【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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