(57)【要約】【課題】  インクタンクと記録ヘッドとの間に形成される密閉系のインク供給路内から、インクの使用動作および供給動作の障害となる気体を、構造の複雑化を伴うことなく、迅速かつ円滑に排除すること。【解決手段】  流路５３，５４によってインクタンク１０と記録ヘッド２０側の液室５０との間を連通し、液室５０内をフィルタ２３によってインクタンク１０側の第１領域Ｒ１と記録ヘッド２０側の第２領域とに仕切り、フィルタ２３に形成されたインクのメニスカスが第２領域Ｒ２内の気体の圧力によって破られることによって、その気体がフィルタ２３を通って第１領域Ｒ１内からインクタンク１０内に排出される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを収容するインクタンクと、
前記インクタンクに複数の連通路を介して接続され、前記インクタンクから導入したインクを記録ヘッドに供給する液室と、
を備えるインク供給システムにおいて、
前記液室は、前記複数の連通路および前記記録ヘッドとの接続部を除いて実質的に密閉空間を形成し、
前記液室に、当該液室内を前記インクタンク側の第１領域と前記記録ヘッド側の第２領域とに仕切り、かつ前記第２領域内の気体の圧力によって破られるインクによるメニスカスを形成可能なフィルタを備えたことを特徴とするインク供給システム。
【請求項２】
前記インクタンクに、当該インクタンク内に前記液室を介さずに大気を導入するための手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のインク供給システム。
【請求項３】
前記複数の連通路は、前記液室側の開口部の位置が鉛直方向において異なることを特徴とする請求項１または２に記載のインク供給システム。
【請求項４】
前記複数の連通路は、前記液室側の開口部がいずれも前記液室内の上側壁面から当該液室の内方に向かって突出することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のインク供給システム。
【請求項５】
前記複数の連通路は、少なくとも１つを通して前記インクタンク内のインクを前記液室内に導入し、かつ少なくとも他の１つを通して前記液室内の気体を前記インクタンク内に移送することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のインク供給システム。
【請求項６】
前記フィルタには、主として前記第１インク領域内のインクを前記第２インク領域内に通すインク移動部と、インクのメニスカスが前記第２領域から前記第１領域へ移動することによって、主として前記第２領域内の気体を前記第１領域内に移動させる気体移動部分と、を含むことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のインク供給システム。
【請求項７】
前記フィルタには、前記インク移動部を形成する重力方向の上側部分と、前記気体移動部分を形成する重力方向の下側部分と、が形成されることを特徴とする請求項６に記載のインク供給システム。
【請求項８】
前記フィルタは、前記気体移動部分に形成されるインクのメニスカス圧が他の部分のそれよりも小さいことを特徴とする請求項６または７に記載のインク供給システム。
【請求項９】
前記フィルタは、前記気体移動部分におけるフィルタ密度が他の部分のそれよりも疎であることを特徴とする請求項８に記載のインク供給システム。
【請求項１０】
前記フィルタは、前記気体移動部分における撥インク性が他の部分のそれよりも高いことを特徴とする請求項６または７に記載のインク供給システム。
【請求項１１】
前記液室に、前記第２領域の重力方向の上側部分と前記第１領域の重力方向の上側部分との間を連通する気体排出経路を設けたことを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載のインク供給システム。
【請求項１２】
前記気体排出経路に、気体の通過を許容しかつインクの通過を阻止する膜を備えたことを特徴とする請求項１１に記載のインク供給システム。
【請求項１３】
前記インクタンクと前記液室は互いに分離可能であることを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載のインク供給システム。
【請求項１４】
インクタンクからインクが供給される記録ヘッドを用いて記録をする記録装置において、
前記記録ヘッドにインクを供給するために請求項１から１２のいずれかに記載のインク供給システムを備えることを特徴とする記録装置。
【請求項１５】
インクタンクからインクが供給される記録ヘッドにおいて、
前記インクタンクに複数の連通路を介して接続され、前記インクタンクから導入したインクを記録ヘッドに供給する液室を備えて、
前記液室は、前記複数の連通路および前記記録ヘッドとの接続部を除いて実質的に密閉空間を形成し、
前記液室に、当該液室内を前記インクタンク側の第１領域と前記記録ヘッド側の第２領域とに仕切り、かつ前記第２領域内の気体の圧力によって破られるインクによるメニスカスを形成可能なフィルタを備えたことを特徴とする記録ヘッド。
【請求項１６】
液体を収容する液体収納部と、
前記液体収納部に複数の連通路を介して接続され、前記液体収納部から導入した液体を液体使用部に供給する液室と、
を備える液体供給システムにおいて、
前記液室は、前記複数の連通路および前記液体使用部との接続部を除いて実質的に密閉空間を形成し、
前記液室に、当該液室内を前記液体収納容部側の第１領域と前記液体使用部側の第２領域とに仕切り、かつ前記第２領域内の気体の圧力によって前記第２領域から前記第１領域へ移動する液体のメニスカスを形成するフィルタを備えたことを特徴とする液体供給システム。
【請求項１７】
インクタンクからインクが供給される記録ヘッドにおいて、
前記インクタンクに複数の連通路を介して接続され、前記インクタンクから導入したインクを記録ヘッドに供給する液室を備えて、
前記液室は、前記複数の連通路および前記記録ヘッドとの接続部を除いて実質的に密閉空間を形成し、
前記液室に、当該液室内を前記インクタンク側の第１領域と前記記録ヘッド側の第２領域とに重力方向に対して左右に隣接するように仕切るフィルタを備えたことを特徴とする記録ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、液体使用部としての記録ヘッドあるいはペンなどに対して、液体収納部としてのインクタンクなどから、インクなどの液体を無駄なくかつ安定して供給すると共に、液体使用部と液体収納部との間の液室内に存在する気体を液体収納部へ排出するインク供給システム、記録装置、記録ヘッド、および液体供給システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液体使用装置としては、例えば、インクジェット記録ヘッドを用いて記録媒体へ液体のインクを付与することにより、記録媒体上に画像を形成するインクジェット記録装置がある。かかる記録装置は、記録時の騒音が比較的小さくしかも小さなドットを高い密度で形成できるため、昨今においてはカラー記録を含めた多くの記録に利用されている。このようなインクジェット記録装置の一形態としては、インクタンクが一体不可分にまたは分離可能に取り付けられたインクジェット記録ヘッドを用い、そのインクタンクからインクの供給を受けるインクジェット記録ヘッドを搭載して、記録媒体に対して記録ヘッドを所定方向に相対的に走査（主走査）させるキャリッジと、記録媒体を記録ヘッドに対して主走査の方向と直交する方向に相対的に搬送（副走査）させる搬送手段と、を備えたものがある。このインクジェット記録装置は、記録ヘッドの主走査の過程において、その記録ヘッドからインクを吐出することにより記録を行う。さらに、キャリッジ上に、ブラックインクおよびカラーインク（イエロー、シアン、マゼンタ等）が吐出可能な記録ヘッドを搭載し、ブラックインクによるテキスト画像のモノクローム記録のみではなく、各インクの吐出割合を変えることにより、フルカラー記録を可能としたものもある。かかるインクジェット記録装置においては、インク供給経路内部に混入してくる、またはしている空気等の気体の排出を適切に行うことが重要となる。
【０００３】
ここで、インクの供給系内部に進入してくる気体には、下記のように、その発生要因に応じて大きく４種類に分類できる。
１）記録ヘッドのインク吐出口から進入、またはインクの吐出動作に伴って発生するもの。
２）インク内部に溶存していた気体が分離したもの。
３）インクの供給経路を構成する素材を通して、外部から気体透過により進入してくるもの。
４）カートリッジ形態のインクタンクを交換する際に進入してくるもの。
【０００４】
ところで、インクジェット記録ヘッド内に形成されるインク流路は非常に微細に構成されており、従ってインクタンクから記録ヘッドに供給されるインクは、塵埃等の異物が混入していない清浄な状態であることが要求される。すなわち、塵埃等の異物が混入しているような場合には、記録ヘッド内のインク流路の中でも特に狭い吐出口や、これに直接連通する液路部分に異物が詰まるという問題が発生し、これにより正常なインクの吐出動作が行えなくなり、また記録ヘッドの機能の回復が不可能となることもある。
【０００５】
そこで、一般には、インクタンクに突入する記録ヘッド側のインク供給針と、記録ヘッドとの間のインク流路内に、インク中の異物を除去するためのフィルタ部材を配置し、このフィルタ部材によって記録ヘッド側への異物の侵入を防止するように構成されることが多い。
【０００６】
一方、昨今においては、記録の高速化を実現するためにインクを吐出するための吐出口数も増してきており、またインクを吐出させるためのエネルギを発生する素子に加える駆動信号も益々高周波数のものが採用されつつある。このために、単位時間当たりのインクの消費量も急激に増加している。これに伴い、フィルタ部材を通過するインク量も当然ながら増大する。フィルタ部材によるインクの圧力損失を低減するためには、インク供給路を一部拡大して大面積のフィルタ部材を配置するのが有効である。しかし、この場合には、インク供給路内に侵入した気泡がインク供給路の拡大部におけるフィルタ部材の上流側の空間に滞留し易くなり、その気泡が排出できない状態となって、インクの円滑な供給が阻害されるおそれがある。また、インク供給路内に溜まっていた気体が微細な気泡となり、それが記録ヘッドの吐出口に導かれるインク中に混入して、インクの不吐出を生じさせるおそれもある。
【０００７】
従って、インク供給路内に滞留する気体は速やかに除去されることが強く望ましく、そのための方法としては以下のようないくつかの方法が挙げられる。
【０００８】
（１）クリーニング操作による気体の除去方法
気体の除去方法の１つは、次に述べるようなクリーニング操作による方法である。  
インクジェット記録ヘッドは、記録媒体に対向して配置される吐出口から液体であるインクを液滴などとして吐出させて記録を行う関係上、吐出口からのインク溶媒の蒸発に起因して、インク粘度の上昇、インクの固化、吐出口への塵埃の付着、さらには吐出口内方の液路への気泡の混入などが生じ、吐出口に目詰まり等が生じて記録不良を起こすおそれがある。
【０００９】
そのために、インクジェット記録装置には、非記録動作時に記録ヘッドの吐出口を覆うためのキャッピング手段や、吐出口が形成された記録ヘッドの面（吐出口形成面）を必要に応じて清掃するワイピング部材が備えられる。キャッピング手段は、記録の休止時に、前述したように吐出口におけるインクの乾燥を防止する蓋として機能するだけでなく、吐出口の目詰まりを解消するための機能も備えている。例えば、吐出口に目詰まりが生じた場合には、キャッピング手段のキャップ部材により吐出口形成面を覆い、キャップ部材の内部に連通する吸引ポンプなどにより、キャップ部材の内部に負圧を作用させることにより、吐出口からインクを吸引排出させる。これにより、吐出口におけるインクの固化による目詰まりや、インク流路内の増粘インクあるいは混入気泡によるインクの吐出不良が解消される。
【００１０】
このように、インクの吐出不良を解消させるために行うインクの強制的な排出処理は、クリーニング操作とも呼ばれる。このクリーニング操作は、記録装置の長時間の休止後に記録を再開する場合や、ユーザが記録画像の品質の悪化を認識してクリーニングスイッチなどを操作した場合などに実行され、吐出口からインクを強制排出させた後に、ゴムなどの弾性板からなるワイピング部材により吐出口形成面をワイピングさせるワイピング操作を伴う。また、インクを初めて記録ヘッド内へ充填するための初期充填時や、インクタンクを交換した場合に実行されるクリーニング操作時において、キャッピングされた吐出口形成面に対して、吸引ポンプを高速度で駆動することで大きな負圧を作用せしめ、これによりインク流路内においてインクの高い流速を得て、インク流路内の滞留気泡を排出させようとする試みもなされている。
【００１１】
しかしながら、インク供給路内のフィルタ部材が持つ動圧を抑えるために、フィルタ部材の面積の増大化した場合には、インク流路の断面積も増大するため、前述のクリーニング操作においてインク流路内に大きな負圧を発生せしめても高い流速が発生しない。そのため、吸引ポンプによって吐出口から残留気泡を除去することが極めて困難となる。すなわち、吸引ポンプの負圧によって生じるインクの流れにより気泡がフィルタを通過する条件としては、フィルタを通過するインクに所定の流速が必要となり、その流速を発生させるにはフィルタ両側に大きな圧力差を生じさせなくてはならない。それを実現するには、通常、フィルタ面積を小さくして流路抵抗を高めるか、吸引ポンプを大流量化することが考えられる。しかし、フィルタを小さくすると記録ヘッドへのインクの供給性能が損なわれ、また、吸引ポンプの大流量化によって気体を除去しようとすると大量のインクが排出されてしまい、インクを無駄に消費することにもなる。
【００１２】
そこで、気泡除去の他の方法として考えられるのは、気泡を外部へ直接排出させる方法と、インク供給を阻害しない部位に気泡を移動し留めてしまう方法の２つである。これらのうち、前者については、インク供給路中に、外部へ連通する連通口が配置されることになり、このことは次の理由により好ましい方法とは言えない。
【００１３】
（２）気泡を外部に直接排出する方法
通常のインクジェット記録装置においては、記録ヘッドの吐出口からのインクの好ましくない漏出を防止する目的で、インクタンク内に吸収体などの毛管力発生部材を配設したり、あるいは可撓性のインク収納袋にばね等の弾性部材を配置して、インク収納袋に対して内容積の拡大方向への付勢力を作用させたりすることにより、インクタンクのインク収納空間に負圧を発生させているものが多い。このような場合において、インク供給路に、気泡を外部に直接排出するための単なる連通口が配置されると、却って、その連通口からエアが侵入して負圧が解除されてしまうことになる。そのため、その連通口に圧力調整弁等を配設することが必要となり、インク供給システムひいてはこれを用いる記録装置の構造が複雑化・大型化することになる。また、気泡排出用の連通口からのインクの漏洩を防止するために、気体は通過できるが液体は通過できない撥水膜等の配設を要したり、あるいは気泡が滞留した場合にのみ連通口を開放して排出させる装置（気泡量検知機構や連通口開閉機構等）が必要となり、製造価格の増大や構造の複雑化・大型化を招くおそれがある。
【００１４】
（３）インク供給を阻害しない部位（例えばインクタンク）に、気泡を移動させて溜める方法
次に、インク供給を阻害しない部位（例えば、インクタンク）に、気泡を移動させて溜める方法について考える。この方法において、インクタンクに移動する気泡の体積に相当する量のインクを記録ヘッド側に移送することができれば、インクタンクの内容積の変動がなく、発生する負圧を一定とすることができる。この場合には、記録ヘッドに対して、吐出口に形成されるメニスカスの保持力と平衡する負圧を作用させることができて好ましい。また、インクタンクがカートリッジ形態のものであれば、収納するインク残量がなくなったときに新しいものと交換されるので、インク供給系から完全に気体を除去することもできる。
【００１５】
ここで、インクタンク側に気体を円滑に移送する上においては、上述したように、フィルタ部材が配置するインク供給路に拡大部を設けた上、さらに、その拡大部におけるフィルタ部材の上流側の部分を上流側に向かってテーパ状等に形成すること、すなわち記録ヘッド側のインク供給針から、フィルタ部材の配設位置に向かうインク供給路が急拡大しないように形成することが有効となると考えられる。しかし、民生用に広く普及しているインクジェット記録装置において、ブラックインクおよびカラーインクをそれぞれ収納したカートリッジ形態のインクタンクは、記録ヘッド、またはこれを搭載するキャリッジに対して、その上部から着脱可能に装着できるように構成されることが多い。例えば、インクカートリッジは、キャリッジに上向きに搭載された中空のインク供給針が突入されることにより、記録ヘッドに対するインク供給が可能となるように構成されている。従って、インクカートリッジと記録ヘッドとを連結するインク供給針の管径が問題となる。つまり、カートリッジの装着操作を簡便にするためにも細いインク供給針が求められるが、インク供給針を細くした場合には、その管部に形成されるインクのメニスカス力が大きくなって気泡が円滑に移動できなくなってしまう。
【００１６】
（４）気体をインクタンク側に移動させる機構の提案例
インクタンク側に気体を移動させる機構については、これまでにもいくつかの提案がなされている。  
例えば、特許文献１においては、記録ヘッド側が、大気連通口を有する第１室と毛管力発生部材を有する第２室とに分離され、第１室とインクタンクとを、第１室側の開口の高さが異なる２以上の連通路で連結させることにより、連通路の１つを通して、インクタンク側に空気を供給させる構成が開示されている。かかる構成においては、第１室と第２室との間におけるインクの水頭差、あるいは、第２室に配置した毛管力発生部材によって、記録ヘッド内のインクに負圧を作用させており、第１室に大気連通口を配置させることができる。
【００１７】
また、特許文献２には、負圧発生部材の収納室と液体収納室とを分離可能とした場合に、両者を連結する連通部に気体優先導入路と液体導出路とを配置することによって、確実に気体を導入できるようにした構成が開示されている。
【００１８】
また、特許文献３には、下側に液体導出管（drainconduit66,72,74）と気体導入管（ventconduit76,82,84）を突出させてなるインク収納容器（inkcontainer50）が開示されており、液体導出管は、収納容器の内壁底面に上部開口があり、気体導出管は、収納容器の収納空間内部に開口が配置されている。
【００１９】
また、特許文献４には、負圧発生部材の収納室とインクの収納室とを有するリザーバタンクに、インクを補充するための補充タンクが結合可能とされている。そして、インクの収納室の空間に対して、その上部および下部において補充タンクが結合した場合に、下部の液体連通管を介して補充タンクからインク収納室にインクが導入される一方、上部の気体連通管を介してインク収納室から補充タンク側に空気が導入されるように構成されている。
【００２０】
さらに、特許文献５には、記録ヘッドに連通したメインタンクにインクを補充するためのサブタンクをメインタンクの上部に装着し、キャリッジの加減速により、メインタンク内の気体をサブタンク内に導入すると共に、サブタンク内のインクをメインタンク内へ供給する構成が開示されている。
【００２１】
【特許文献１】特開平５−９６７４４号公報
【特許文献２】特開平１１−３０９８７６号公報
【特許文献３】米国特許第６，３４７，８６３号明細書
【特許文献４】特開平１０−２９３１８号公報
【特許文献５】特開２００１−１８７４５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
しかしながら、特許文献１の構成は、変形しないインクタンク内のインクを使い切るために、インクの供給に応じて大気をインクタンク内に導入するものであり、インクの供給路内に残留した気泡の排除を目的とするものではない。特に、インクの供給路となる第１室は、大気連通口によって大気開放されているため負圧が発生せずに、常時大気に触れているものであり、密閉されたインクの供給系に特有の問題、つまりインクタンクと記録ヘッドとの間に形成される密閉系のインク供給路内に残留する気体の排出についての記載は全くない。
【００２３】
また、特許文献２においては、インクタンクと記録ヘッドとの間に毛管力発生部材と大気連通口が配置されており、特許文献１と同様に、大気連通口としての開口から気体が自由に出入りする大気開放系のインク供給路が記載されているだけであり、密閉されたインクの供給系に特有の問題、つまりインクタンクと記録ヘッドとの間に形成される密閉系のインク供給路内に残留する気体の排出についての記載は全くない。
【００２４】
また、特許文献３に開示の技術の目的は、リザーバ（reservoir16,18,20）を有する部材（１４）にインクをリフィルするためのシステムを構成することであって、リザーバよりも下流側のインク供給経路、およびインクを使用する部分内に残留している気泡の除去を目的とするものではない。また、液体導出管と気体導入管の下部開口高さが等しいために、それらの管内にインクのメニスカスが形成されてしまうと、液体や気体の移動ができなくなるとも考えられる。さらに、インク収納容器および部材（１４）の内部と大気とを連通する連通口が存在せず、かつ負圧を調整する要素がないため、インクの使用を続けて行くと内部の負圧が急激に高まり、インクを使用する部分に対するインク供給が不能に陥るおそれもある。
【００２５】
また、特許文献１，２，４、５において共通する開示されている構成は、分離可能な液体収納部（インクタンク）が複数の連通路を通して記録ヘッド側と連通し、さらに、それらの連通路よりも下流側（記録ヘッド側）の位置に大気導入手段を有することである。以下に、特許文献５の構成を代表して、このような構成による不具合について記述する。
【００２６】
図９は、特許文献５に記載された構成の概念図である。この図９の状態において、エア移動（パイプ５６Ａを介してサブタンク２２への気体の移動）が停止しているとして、パイプ５６Ａに形成されているインクのメニスカス部に作用する力のバランスを考える。まず、下向きに働く力は、サブタンク２２内のインクの水頭圧力Ｐ１とパイプ５６Ａの開口部に形成されているメニスカス力がある。また、上向きに作用する力には、メインタンク２０内の気体による圧力Ｐ２がある。これらの力が全てつり合うことによって、エア移動が停止している。この場合、メインタンク２０内の気体の圧力Ｐ２は、メインタンク２０内のインク液面位置の水頭圧力Ｐ３とつり合っている。さらに、サブタンク２２内とメインタンク２０内はパイプ５６Ｂにより連通されているので、パイプ５６Ａに形成されているメニスカスに作用している下向きのインク圧力とメインタンク２０内の気体圧力Ｐ２との差は、そのメニスカスの位置とメインタンク２０内の液面との水頭差圧力Ｐ４と等しくなる。結果として、その水頭差圧力Ｐ４とメニスカス圧力がつり合うことで平衡状態となっている。
【００２７】
この平衡状態から、気泡発生装置１０４からさらに気泡が導入されるなどして、メインタンク２０内の液面が下がると、パイプ５６Ａでのメニスカスと液面との水頭差圧力Ｐ４が増大する。そして、その水頭差圧力Ｐ４がメニスカス圧力を超えると、メインタンク２０内の気体がパイプ５６Ａを通してサブタンク２０へ導入（エアー移動）され、それに伴い、サブタンク２２内のインクがパイプ５６Ｂを通してメインタンク２０内に供給される。
【００２８】
しかしながら、記録ヘッド１８でインクを吐出する場合には、図９の供給システム全体にインクの流れが生じるため、パイプ５６Ｂにおけるインク流量に応じた圧力損失がサブタンク２２とメインタンク２０で発生する。そのため、上述のメニスカス圧力と水頭差圧力Ｐ４（メニスカス−液面間の水頭差圧力）との関係に圧力損失を考える必要が生じる。結果的に、上述のメニスカス圧力に圧力損失分を加えた圧力よりも、水頭差圧力Ｐ４が大きい場合に、エア移動が発生することになる。つまり、インク吐出状態では、エア移動の停止状態と比較して、インク流量に応じたパイプ５６Ｂの圧力損失分だけ、メインタンク２０内のインク液面が低下しなければ気液交換（エアーとインクの交換）は行われない。その気液交換開始時におけるインク液面がパイプ５６Ｂの開口部より低い場合には、気液交換が行われず、サブタンク２２内のインクを使用しないまま、メインタンク２０内のインクを使い切ってしまう。
【００２９】
したがって、前述のようにタンク装着の操作を簡便にするためにパイプ５６Ａ，５６Ｂを細くした場合には、インク流量に応じた圧力損失が増大して、気液交換開始時おけるメインタンク２０内のインク液面が低下する。そのため、メインタンク２０のサイズが増大し、ひいては記録装置全体の大型化を招く結果となる。
【００３０】
さらに、別の問題として、気泡発生装置１０４がメインタンク２０の下部に配設されているため、記録ヘッド１８のインク吐出時に、気泡発生装置１０４にて発生する気泡が記録ヘッドに連通する流路に引き込まれてしまうおそれがある。特に、高速に記録を行うためにインク流量が増大した場合には、インク切れを起こしたり、記録ヘッド１８への気泡の引き込みが生じやすくなる。したがって、このような気泡の引き込みを防止するためには、記録ヘッド１８のインク吐出に伴うインク流量を制限したり、気泡発生装置１０４をフィルタ３９から離した場合には、さらにメインタンク２０のサイズが増大する。
【００３１】
これらの弊害は、記録ヘッドとインクタンクとの間の連通路よりも記録ヘッド側に大気導入手段を備えた構成、つまり特許文献１，２，４の構成においても同様である。特許文献５においては、サブタンク２２と連通しているメインタンク２０が可撓性のインクバッグ１００によって構成されているものの、メインタンク２０に大気を導入する手段（気泡発生装置１０４）を有しているため、本質的には、特許文献１，２，４と変わりはない。
【００３２】
以上のように、これら特許文献１〜５には、気体をインクタンクに導入する点についての開示はあるものの、密閉されたインクの供給系に特有の問題、つまりインクタンクと記録ヘッドとの間に形成される密閉系のインク供給路内に残留する気体の排出についての記載は全くない。まして、その密閉系のインク供給路内の気体をインクタンク側に円滑に移送して留めることに関しての記載はない。
【００３３】
本発明の目的は、インクタンク（液体収納部）と記録ヘッド（液体使用部）との間に形成される密閉系のインク供給路（液体供給路）内から、インク（液体）の使用動作および供給動作の障害となる気体を、構造の複雑化を伴うことなく、迅速かつ円滑に排除することができるインク供給システム、記録装置、記録ヘッド、および液体供給システムを提供することにある。
【００３４】
また、本発明の他の目的は、密閉構造のインク供給路内に残留する気体を円滑かつ迅速にインクタンク側に移送させることにより、インクの使用時に、インク供給路内の滞留気泡に起因する問題、つまり記録ヘッドへのインク供給の不良、およびインク中の混入気泡による吐出口の目詰まり等による記録不良の発生を防止することにある。
【００３５】
また、本発明のさらに他の目的は、インク供給システム全体のサイズを増大させることなく、多量のインクを高速供給する記録動作を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３６】
本発明のインク供給システムは、インクを収容するインクタンクと、前記インクタンクに複数の連通路を介して接続され、前記インクタンクから導入したインクを記録ヘッドに供給する液室と、を備えるインク供給システムにおいて、前記液室は、前記複数の連通路および前記記録ヘッドとの接続部を除いて実質的に密閉空間を形成し、前記液室に、当該液室内を前記インクタンク側の第１領域と前記記録ヘッド側の第２領域とに仕切り、かつ前記第２領域内の気体の圧力によって破られるインクのメニスカスを形成するフィルタを備えたことを特徴とする。
【００３７】
本発明の記録装置は、インクタンクからインクが供給される記録ヘッドを用いて記録をする記録装置において、前記記録ヘッドにインクを供給するために上記のインク供給システムを備えることを特徴とする。
【００３８】
本発明の記録ヘッドは、インクタンクからインクが供給される記録ヘッドにおいて、前記インクタンクに複数の連通路を介して接続され、前記インクタンクから導入したインクを記録ヘッドに供給する液室を備えて、前記液室は、前記複数の連通路および前記記録ヘッドとの接続部を除いて実質的に密閉空間を形成し、前記液室に、当該液室内を前記インクタンク側の第１領域と前記記録ヘッド側の第２領域とに仕切り、かつ前記第２領域内の気体の圧力によって破られるインクのメニスカスを形成するフィルタを備えたことを特徴とする。
【００３９】
本発明の液体供給システムは、液体を収容する液体収納部と、前記液体収納部に複数の連通路を介して接続され、前記液体収納部から導入した液体を液体使用部に供給する液室と、を備える液体供給システムにおいて、前記液室は、前記複数の連通路および前記液体使用部との接続部を除いて実質的に密閉空間を形成し、前記液室に、当該液室内を前記液体収納容部側の第１領域と前記液体使用部側の第２領域とに仕切り、かつ前記第２領域内の気体の圧力によって破られる液体のメニスカスを形成するフィルタを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００４０】
本発明によれば、液体収納部と液体使用部との間に位置する密閉系の液体供給路を液室によって形成し、その液室内に備えたフィルタを通して液室内の気体を液体収納部内に移送するため、液体使用動作および液体供給動作の障害となる気体を、構造の複雑化を伴うことなく迅速かつ円滑に排除することができる。
【００４１】
また、インクジェット記録ヘッドなどを用いる記録装置に適用した場合、密閉構造のインク供給経路内に残留する気体を円滑かつ迅速にインクタンク側に移送させると共に、記録装置の実使用時においても、滞留気泡に起因する問題点、すなわちインク供給の不良や混入気泡による吐出口の目詰まり等に起因した記録不良を防止することができる。
【００４２】
また、インクに色材として顔料を含むものを用いた場合には、気体がインクタンク内に移送される際に、顔料粒子の沈降を拡散させて、インクの保存安定性や吐出の信頼性を確保することができる。
【００４３】
また、インク使用時に液室内に外気を直接導入することがなく、またインクタンクの交換時には、そのインクタンク内に液室内の気体を排出するため、記録ヘッド側に気泡が引き込まれるおそれがない。しかも、液室をコンパクトに構成することが可能となり、液室とインクタンクとの間の複数の流路の内、主として気体を排出するための流路もインク供給用として使用することもできて、それら複数の流路のコンパクト化も可能となる。
【００４４】
また、複雑な機構や追加動力を使用することなく、液室内に配設されたフィルタより、記録ヘッド側の第１領域において発生する気体をフィルタからインクタンク側の第２領域へ移送させることにより、記録ヘッドからインクと共に気体を吸引排出すべく、記録ヘッドのノズル部からクリーニングに伴ってインクを多量に吸引排出する必要がなく、無駄なインク消費を抑えることができる。さらには、記録ヘッドからのインクの吸引排出動作自体をも不要として、記録装置に吸引ポンプなどを備える必要をなくして、記録装置の一層のコンパクト化が可能となる。
【００４５】
また、記録装置の記録ヘッドに対して、気体を混入させることなくインクを安定供給することにより、記録装置および記録ヘッドの記録性能と信頼性の向上と共に、それらのコストダウンを同時に実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
以下に、本発明の最良の形態について図面を参照して説明する。  
なお、本明細書において、「記録」とは、文字、図形等有意の情報を形成する場合のみならず、有意無意を問わず、また人間が視覚で知覚し得るように顕在化したものであるか否かを問わず、広く記録媒体上に画像、模様、パターン等を形成する場合、または記録媒体の加工を行う場合を言うものとする。また、「記録媒体」とは、一般的な記録装置で用いられる紙のみならず、広く、布、プラスチック・フィルム、金属板等、ガラス、セラミックス、木材、皮革等、インクを受容可能な物も言うものとするが、以下では「用紙」または単に「紙」ともいうものとする。
【００４７】
なお、本発明の液体供給システムに用いられる液体として、以下の各実施形態ではインクを例にとって説明を行っているが、適用可能な液体としては、インクに限ることなく、例えばインクジェット記録分野にあっては、記録媒体に対する処理液などを含むことは言うまでもない。
【００４８】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態としての液体供給システムの模式的断面図である。  
図１のインク供給システムは概して、液体収納容器としてのインクタンク１０と、インクジェット記録ヘッド（以下、単に「記録ヘッド」と称する）２０と、それらの間を連絡するインク供給路を形成する液室５０と、から構成されている。本実施形態において、液室５０は記録ヘッド２０と分離不能に一体化されているが、記録ヘッド２０と分離可能なものでもよい。また、記録ヘッド２０を搭載するキャリッジに液室５０を設けて、その上部からインクタンク１０を着脱可能とし、そのインクタンク１０の装着時に、インクタンク１０から記録ヘッド２０に至るインク供給経路を形成するようにしてもよい。
【００４９】
インクタンク１０は、概して、インク収納空間が画成されるインク収納室１２およびバルブ室３０との２室からなり、それらの室１２，３０の内部は連通路１３を介して互いに連通されている。インク収納室１２内には、記録ヘッド２０から吐出させるためのインクＩが収納され、その吐出動作に伴って記録ヘッド２０に供給される。
【００５０】
インク収納室１２には、その一部に変形可能な可撓性膜（シート部材）１１が配設されており、この部分と不撓性の外装１５とによって、インクを収納するための空間が画成されている。このシート部材１１から見たインク収納空間の外側空間、すなわち図１におけるシート部材１１の上側空間は、大気に開放され大気圧と等しくされている。さらに、このインク収納空間は、下方に設けられている液室５０への接続部およびバルブ室３０への連通路１３を除いて、実質的に密閉空間を形成している。
【００５１】
本例のシート部材１１の中央部分は、平板状の支持部材である圧力板１４によって形状が規制されており、その周縁部分が変形可能となっている。そして、このシート部材１１は、予めその中央部分が凸状に形成されていて、側面形状がほぼ台形となっている。このシート部材１１は、後述するように、インク収納空間内におけるインク量の変化や圧力変動に応じて変形する。その際、シート部材１１の周辺部分がバランスよく伸縮変形し、そのシート部材１１の中央部分がほぼ水平姿勢を保ったまま、図中の上下方向に平行移動する。このようにシート部材１１がスムーズに変形（移動）するため、その変形に伴う衝撃の発生がなく、衝撃に起因するインク収納空間内に異常な圧力変動が生じることもない。
【００５２】
またインク収納空間内には、圧力板１４を介してシート部材１１を図中の上方向に付勢する圧縮ばね形態のばね部材４０が設けられている。このばね部材４０の押圧力の作用により、記録ヘッド２０のインク吐出部に形成されるインクのメニスカスの保持力と平衡して、記録ヘッド２０のインク吐出動作を可能とする範囲の負圧が発生される。また、インク収納室１２内の空気が環境変化（周囲温度や気圧）によって体積変動した場合には、その変動をばね部材４０とシート部材１１の変位によって受容することにより、インク収納室１２内の負圧が大きく変動しないようになっている。図１の状態は、インク収納空間内にほぼ完全にインクが充填された状態を示しているが、この状態でもばね部材４０は圧縮された状態にあり、インク収納空間内に適切な負圧が生じているものとする。
【００５３】
バルブ室３０には、インクタンク１０内の負圧が所定値以上に高まったときに外部から気体（空気）を導入すると共に、インクタンク１０からのインクの漏出を阻止するための一方向弁が構成される。この一方向弁は、連通口３６を有する弁閉鎖部材としての圧力板３４と、連通口３６との対向するバルブ室筐体内壁の位置に固定されて、連通口３６を密閉可能なシール部材３７と、圧力板３４と接合されかつ連通口３６が貫通されたシート部材３１と、を有する。バルブ室３０内も、インクタンク１０への連通口１３および大気への連通口３６を除いて、実質的に密閉空間を維持している。そして、シート部材３１より図中右側のバルブ室筐体内の空間は、大気連通口３２によって大気に開放されて大気圧と等しくされている。
【００５４】
シート部材３１は、圧力板３４と接合されている中央部分以外の周縁部分が変形可能となっており、その中央部分は凸状とされていて、その側面形状がほぼ台形となっている。このような構成を採ることによって、弁閉鎖部材である圧力板３４の図中の左右方向への移動が円滑に行われる。
【００５５】
バルブ室３０の内部には、弁の開放動作を規制するための弁規制部材としてのばね部材３５が設けられている。このばね部材３５もやや圧縮された状態されており、その圧縮の反力によって圧力板３４を図中の右方に押す構成となっている。このばね部材３５の伸縮を伴って、連通口３６に対してシール部材３７が密着／離間することにより弁として機能し、さらにバルブ室３０内に対しては、大気連通口３２から連通口３６を介しての気体の導入のみを許可する一方向弁として機能する。
【００５６】
シール部材３１としては、連通口３６を確実に密閉できるものであればよい。すなわち、少なくとも連通口３６と接触する部位が連通口３６の開口面に対して平坦性を保つ形状を有したもの、あるいは連通口３６の周囲に密着可能なリブを有したもの、さらには連通口３６内に先端が突入して連通口３６を閉塞可能な形状を有するものなど、密閉状態が確保できるものであればよく、またその材質も特に限定されない。しかし、このような密閉はばね部材３５の伸長力で達成されるものであるため、この伸長力の作用によってシール部材３１と圧力板３４が動きやすくなるように、収縮性をもつゴムのような弾性体でシール部材３１を形成することが好ましい。
【００５７】
このような構成のインクタンク１０では、図１のようにインクが十分に満たされている初期状態から、インクの消費が進んでいく。そして、インク収納室１２内の負圧と、バルブ室３０内における弁規制部材（ばね部材３５）によって作用する力等とがつり合った状態から、さらにインクの消費が継続されて、インク収納室１２内の負圧がさらに強まった瞬間に連通口３６が開放される。この結果、インク収納室１２内への大気の流入が生じて、インク収納空間内に大気が取り込まれる。そして、この大気の取り込みによりシート部材１１および圧力板１４が図中の上方に変位して、インク収納室１２内の容積が増大し、同時に、インク収納室１２内の負圧が弱まって連通口３６が再び閉鎖される。
【００５８】
また、インクタンク１０の周囲環境の変化、例えば、温度上昇あるいは減圧等が生じても、シート部材１１および圧力板１４の下方への最大変位位置から、図１のような初期位置まで変位したときに生じるインク収納室１２の容積変化分、インク収納空間内に取り込まれている空気の膨張が許容される。換言すれば、シート部材１１および圧力板１４の変位によって生じる容積変化分の空間がバッファ領域として機能し、周囲環境の変化に伴う圧力の上昇を緩和し、記録ヘッド２０の吐出口からのインクの漏出を効果的に防止することができる。
【００５９】
また、図１のような初期充填状態から、インクの消費に伴いインク収納空間の内容積が減少してバッファ領域が確保されるまでは、インク収納空間内に外気が導入されないので、それまでに周囲環境の急激な変化や振動や落下などが生じてもインク漏れは発生しない。さらに、インクの未使用状態から予めバッファ領域を確保しているのではないので、インクタンク１０の容積効率も高く、コンパクトに構成することができる。
【００６０】
図示の例では、インク収納室１２内のばね４０は板ばね形態であり、バルブ室３０内のばね３５は円錐コイルばねの形態として模式的に示しているが、これらのばねとして他の形態のものを用い得ることは勿論である。
【００６１】
記録ヘッド２０とインクタンク１０との結合は、図示の例では、記録ヘッド２０に一体に設けられている液室５０の接続部５１がインクタンク１０内に挿入されることによってなされる。これによって両者が流体的に接続され、インクタンク１０から記録ヘッド２０へのインクの供給が可能となる。接続部５１が挿入されるインクタンク１０側の開口部にはゴム等の封止部材１７が取り付けられており、その封止部材１７が接続部５１の周囲に密着することにより、インクタンク１０からのインク漏出を防止すると共に、接続部５１とインクタンク１０との接続を確実なものとしている。封止部材１７には、接続部５１の挿入を容易とするために、それが挿入される位置に予めスリット等を形成しておいてもよい。接続部５１が挿入されないときは、封止部材１７自体の弾性力によってスリットが閉じられることにより、インクの漏出が防止される。
【００６２】
封止部材１７における接続部５１の挿入部分は、そこに接続部５１が挿入されていないときは、スプリング５７によって下方に押し付けられるボール５８によって閉塞されており、接続部５１が挿入されたときに、図１のようにスプリング５７に抗してボール５８が上方に移動する。また、液室５０の上部には、上下方向に変位可能な可動体６０がはめ付けられている。その可動体６０はスプリング５６によって上方に付勢されており、記録ヘッド２０とインクタンク１０とが結合したときには、図１のようにスプリング５６に抗して下方に変位する。記録ヘッド２０とインクタンク１０とが分離されたときは、スプリング５６によって可動体６０が上方に変位し、その可動体６０に取り付けられたシール部材５５が後述する流路５３，５４のインク収納室１２側の開口部を閉塞する。
【００６３】
接続部５１は、軸方向に沿って内部が２分割された中空針状の部材によって構成されている。それぞれの中空部の上側、すなわちインク収納室１２内の開口位置（以下、「タンク側開口位置」という）は、鉛直方向に関してほぼ同一の高さである。一方、それぞれの中空部の下側、すなわち記録ヘッド２０に連結された液室５０内の開口位置（以下、「ヘッド側開口位置」という）は、高さが異なっている。以下においては、ヘッド側開口位置が鉛直方向において相対的に下にある方の流路（図１中左側の中空部によって形成される流路）をインク流路５３、ヘッド側開口位置が鉛直方向において相対的に上にある方の流路（図１中右側の中空部によって形成される流路）をエア流路５４と称する。しかし、これは気泡の排除過程において、主として、インク流路５３からインクが記録ヘッド２０側に導出され、エア流路５４からインクタンク１０側に気体が移送されるからであって、後述するように、それらの流路５３，５４においてインクおよび気体の両者の移動も行われる。すなわち、それら流路の呼称は、それぞれの流体専用であることを意味するものではない。
【００６４】
液室５０内におけるインク供給経路は、鉛直方向に延在するフィルタ２３によって、インクタンク側（フィルタ上流部）の第１領域Ｒ１と、記録ヘッド側（フィルタ下流部）の第２領域Ｒ２と、仕切られている。フィルタ２３は、インクタンク１０から供給されるインク中に混入した不純物が記録ヘッド２０内へ流れ込むことを防止する。気体の滞留によって形成される液室５０内の気液界面は、流路５３および５４の横方向断面積よりも大きい。これにより、インク流路５３を通してインクタンク１０内のインクの水頭差が液室５０内のインクにかかった場合に、液室５０内に存在する気体の圧力がより高まり、エア流路５４からインクタンク１０に向けて気体を容易に排出することが可能となる。
【００６５】
記録ヘッド２０には、所定方向（例えば、後述のようにキャリッジ等の部材に搭載されて記録媒体に対し相対移動しつつ吐出動作を行うシリアル記録方式を採るものにあっては、その移動方向と異なる方向）に配列された複数の吐出口と、各吐出口に連通する液路と、液路に配置されてインクを吐出するために利用されるエネルギを発生する素子とが設けられる。ここで、記録ヘッドにおけるインクの吐出方式すなわちエネルギ発生素子の形態は特に限定されるものではなく、例えば、通電に応じて発熱する電気熱変換体（ヒータ）を用い、その発生する熱エネルギをインク吐出に利用するものであってもよい。その場合には、電気熱変換体の発熱によってインクに膜沸騰を生じさせ、そのときの発泡エネルギによってインク吐出口からインクを吐出させることができる。また、電圧の印加に応じて変形するピエゾ素子のような電気機械変換素子を用い、その機械的エネルギを利用してインク吐出を行うものでもよい。
【００６６】
前述したように、記録ヘッド２０と液室５０は、分離可能または分離不能に一体化されたものであってもよく、または別体に構成されて連通路を介し接続されるものであてもよい。それらを一体化した場合には、記録装置内の搭載部材（例えば、キャリッジ）に着脱可能なカートリッジの形態とすることもできる。
【００６７】
次に、図２（ａ）〜（ｄ）を用いて、本実施形態における気泡除去の過程について説明する。これらの図２（ａ）〜（ｄ）においては、動作メカニズムの説明部分のみを図示しており、インクタンク１０のバルブ室３０の部分等については図示を省略している。
【００６８】
図２（ａ）は、空になるまでインクを使用したインクタンク１０に代えて、インクが完全に充填されたインクタンク１０を記録ヘッド２０に対して装着した直後の状態を示している。記録ヘッド２０側においては、それまで装着されていたインクタンク１０が空になっても液室５０内に残ったインクを使用して記録が行われていたため、そのインクタンク１０側から空気が侵入し、その空気が液室５０における第１領域（フィルタ２３の上流領域）Ｒ１の上部に溜まった状態となっている。また、第２領域（フィルタ２３の下流領域）Ｒ２においてもわずかながら空気が存在しており、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２との間には気液界面の高さに差Ｈが生じている。しかし、フィルタ２３の毛管力により、その内部に微小なインクのメニスカスが形成されており、第１領域Ｒ１内の空気は第２領域Ｒ２内に移動することはできない状態となっている。また、フィルタ２３内に形成されたインクのメニスカスが破れて、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２とが連通している部分があってもよく、この場合には、第１領域Ｒ１から第２領域Ｒ２への空気の移動（エア移動）により、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２の気液界面の高さが等しくなる。
【００６９】
また、接続部５１のインク流路５３およびエア流路５４内ではそれぞれインクがメニスカスを形成しており、そのメニスカスにより、圧力バランスがつり合った状態（図２（ａ）の状態）となり、空気（気体）とインク（液体）の移動が停止している。液室５０側における気体の体積によっては、この状態では気体が静止せずに、気体がインクタンク１０側に移動して除去が完了する場合もある。しかし、図２（ａ）の場合には、液室５０内に除去すべき気体が残存している。
【００７０】
図２（ｂ）は、記録ヘッド２０からインクを例えば滴として吐出させている状態を模式的に示している。インクの吐出により、記録ヘッド２０および液室５０内の負圧が高まり、接続部５１の流路５３，５４に形成されるインクのメニスカスが移動し、インクタンク１０から液室５０に向けて流路５３，５４内のインクが移動する。これに伴い、インク収納室１２の内容積が減少し、シート部材１１が圧力板１４に規制されつつ下方に変形する。これによりばね部材４０が圧縮され、インク収納室１２内の負圧が高まる。
【００７１】
本実施形態においては、インク流路５３とエア流路５４の管径がほぼ等しくされている。そのため、流路５３，５４による圧力損失は、記録ヘッド２０および液室５０内の負圧に対して大きな差がなく、それぞれの流路５３，５４から液室５０内にインクが供給される。インク流路５３のヘッド側開口５３ｈがインクに接している図２（ｂ）の状態では、インク流路５３から液室５０内にインクが流れ込む一方、液室５０ないし記録ヘッド２０内で生じた気泡は第１領域Ｒ１に移動し、既に残存している気体と共に第１領域Ｒ１すなわち液室５０の上部に滞留している。この状態において、エア流路５４のヘッド側開口５４ｈの位置にインクがメニスカスを形成しても、記録ヘッド２０ないし液室５０内の負圧が高ければ、そのメニスカスは破れてインクが滴下される。本実施形態においては、記録動作に伴うインク吐出または記録動作以外の動作としてインク吐出（予備吐出）により、図２（ｂ）のように接続部５１内がインクで満たされた状態となる。しかし、記録ヘッド２０の吐出口形成面をキャップ部材で封止し、吸引ポンプにより、吐出口からインクを吸引排出することにより、この図２（ｂ）の状態を得ることもできる。
【００７２】
図２（ｃ）は、インク吐出あるいは吐出口からのインクの吸引排出が停止した後に、液室５０へのインク移動とインクタンク１０へのエア排出（気体の排出）とが同時に進行している状態を示す。このような動作は、図２（ｂ）の状態にてインク吐出が停止した直後に、第１領域Ｒ１内の気液界面とエア流路５４の液室側開口部に形成されているメニスカスとの水頭差による圧力ＰＡが第１領域Ｒ１内の空気に作用し、さらに、その圧力ＰＡがエア流路５４の液室側開口部に形成されているメニスカスに作用するからである。すなわち、エア流路５４には、第１領域Ｒ１側からインクタンク１０側へのエア排出を生じさせるような力が発生し、同時に、インク流路５３では、インクタンク１０側から液室５０側へのインク移動を生じさせるような力が発生し、それらの力により、液室５０側へのインク移動とインクタンク１０側へのエア排出とが同時に進行する。一度、エア排出が行われ始めると、第１領域Ｒ１内のエアに作用する圧力は、エア流路５４のタンク側開口位置と第１領域Ｒ１内の気液界面との水頭差圧力ＰＢとなる。接続部５１が鉛直方向に配設されているため、水頭差圧力はＰＢとなるように増加し、エア排出が加速する。
【００７３】
図２（ｄ）は、第１領域Ｒ１内の気液界面がエア流路５４のヘッド側開口５４ｈの位置まで上昇し、エア流路５４内のエアが全て排出されている状態を示している。エア流路５４の管径やインクのメニスカス力によっては、この図２（ｄ）の状態までエア排出が完了せず、エア流路５４内にエアが残存したままインク移動が停止する場合もある。この場合においても本発明の動作には影響がない。
【００７４】
また、本構成においては、エア流路５４の液室側開口が液室５０の内壁上面よりも下方に突出した形態となっているため、第１領域Ｒ１内のエアは完全に排出されず、必ず残留するエアが存在する。この理由については後述する。
【００７５】
また、本構成においては、エア流路５４とインク流路５３は完全に分離された独立の連通路となっているが、それらは微小に連通していてもよい。なぜなら、ここで考察しているような流路５３，５４の開口部に形成されるメニスカス力、水頭差圧力ＰＡ，ＰＢ、あるいはインクタンク１０内の負圧などと比較して、その流路５３，５４の間の微小連通部に形成されるメニスカス力が大きくなるように、それらの通路５３，５４が微小に連通している程度であれば、前述したエア排出動作を妨げることなく、所望する効果が得られるからである。このことは、後述する他の実施例においても同様である。
【００７６】
本構成における特徴点は、インク供給システム内にエアを直接導入する手段をインクタンク１０のみに配設したことである。言い換えれば、液室５０内に直接エアが導入されることがない。そのため、上述のエア排出動作はインクタンクの交換時のみに発生し、通常のインク使用時には考える必要がない。これに対して、インク使用時に液室内（特許文献５においてはインクタンク内）に直接エアを導入した場合には、インク使用時においても気液交換が可能となる条件を考慮する必要が生じる。
【００７７】
つまり前述したように、インク使用時には、インク流量に応じた圧力損失によって気液交換可能のインクの液面位置が低下するため、インクの非使用時の静的な状態では、図２（ｃ）のようにインク流路５３の液室側開口部がインクに接していても気液交換ができても、インク使用時には、このような気液交換ができないおそれがある。すなわち、インク流路５３の長さには限界があるため、インク使用時にインク流量（インク供給量）が増大して気液交換可能な第１領域Ｒ１内の気液界面が低下したときに、その気液海面がインク流路５３の液室側開口部より下側に位置するおそれがある。このように、インク使用時には、気液交換が停止する限界インク流量が存在することになる。
【００７８】
これに対し、本構成においては、液室５０内に直接エアを導入しないため、インク使用時にも液室５０内の液面が低下することがない、したがって、液室５０をコンパクトに設計できる上、インク使用時には、インク流路５３だけでなくエア流路５４からもインク供給を行って、接続部５１における圧力損失を低下させることが可能となり、接続部５１に細い接続管（流路５３，５４の構成部材）を使用することができる。これらの結果、インク供給システム全体のコンパクト化が達成できる。
【００７９】
なお、本構成においても、インクタンク１０のインクを完全に使い切った後に、さらに記録ヘッド２０がインクを消費した場合には、インクタンク１０内のインク液面が液室５０内まで低下し、インクタンク１０に対して導入されたエアが液室５０内に入り込むおそれもある。しかしこの場合には、既にインクタンク１０内や接続部５１にはインクがない状態であるため、それらの部分において圧力損失は生じない。したがって、この場合にも気液交換可能なインク流量が制限されることにはならない。
【００８０】
さらに、本構成によれば、接続部５１の内部を２分割して２つの流路５３，５４を設け、各流路５３，５４のヘッド側開口位置の高さに差をつけることにより、複雑な構成を必要とすることなく、第１領域Ｒ１内の滞留気体をインクタンク１０側に速やかに移送することが可能となる。
【００８１】
また、インクタンク１０の交換操作後に、記録ヘッド２０から若干のインク吐出あるいは吐出口形成面側からのインク吸引等を行えば、液室５０内に滞留していた気体を迅速かつ円滑にインクタンク１０側に移送してインク供給経路から排除できることになる。したがって、記録ヘッド２０の吐出口側から多量のインクの吸引動作を行うことによって気体を排除する必要がなく、大量のインク浪費が生じることもない。
【００８２】
また、インクタンク１０からのインク供給の過程において、インク収納室１２内の負圧が所定値以上に高まった場合に、バルブ室３０の作用により、外部から気体がインク収納室１２内に取り込まれることは前述した通りである。
【００８３】
また、インクに色材として顔料を含むものを用いた場合は、液室５０内のエアがインクタンク１０内に移送される際に、インクタンク１０内などにおいて沈降した顔料粒子を拡散させて、インクの保存安定性や吐出の信頼性を確保することもできる。
【００８４】
以上においては、第１領域Ｒ１内のエアをインクタンク１０側に移送するための動作メカニズムについて説明した。次に、第２領域Ｒ１内に滞留したエアを排除する動作メカニズムについて説明する。
【００８５】
図３（ａ）は、第２領域Ｒ２内にエアが残留している状態を示している。前述したように、インクタンク１０を完全に使い切った後に継続して液室５０内のインクを使用した場合には、インクタンク１０から第１領域Ｒ１内にエアが侵入する。つまり、インクタンク１０の交換毎に、必ず第１領域Ｒ１内にエアが侵入することになる。しかしながら、第２領域Ｒ２に侵入するエアは、前述のように第１領域Ｒ１から移動するエアを除けば、記録ヘッド２０のインク吐出部からのインク吐出に伴って発生するエアと、液室５０を構成する材料を透過して外部から内部へ侵入するエアのみである。これらのエアの量は一般的にごくわずかではあるが、そのエアを排除することなく記録動作を続けていると、それらのエアが徐々に第２領域Ｒ２内に残留して図３（ａ）のような状態となる。
【００８６】
この図３（ａ）の状態において、第１領域Ｒ１内の気液界面と第２領域Ｒ２内の気液界面との鉛直方向の差はｈである。フィルタ２３の下側部分が第１，第２領域Ｒ１，Ｒ２内のインクに接しているため、そのフィルタ２３の下側部分を通してのインクの移動は可能であり、そのため、高さの差ｈに相当する水頭差圧力Ｐｈが第２領域Ｒ２内のエアに作用する。つまり、第１領域Ｒ１内のエアより第２領域Ｒ２内のエアの方がＰｈだけ高い圧力となっている。この状態において、第１，第２領域間のエア移動が発生しない理由は、第１，第２領域Ｒ１，Ｒ２内のエアと接しているフィルタ２３の上側部分の内部に、フィルタ２３の毛管力によりインクが侵入して、インクのメニスカスが形成しているからである。つまり、そのメニスカスが第２領域Ｒ２側にメニスカス圧力Ｐｍを作用させており、Ｐｈ＝Ｐｍとなるため、第１，第２領域Ｒ１，Ｒ２内のエアは静止している。
【００８７】
図３（ｂ）は、図３（ａ）の状態から、第２領域Ｒ２内に残留しているエア量がさらに増大して、ついに第１領域Ｒ１内にエア移動が生じ始めている状態を示す。このようなエア移動が生じる条件について説明する。図３（ａ）の状態から第２領域Ｒ２内の残留エア量が増大すると、第２領域Ｒ２内の気液界面が低下して圧力Ｐｈが増大し、フィルタ２３の上側部分に形成されているメニスカスの接触角が小さくなる。これにより、メニスカス圧力Ｐｍが増大して圧力Ｐｈと均衡を保とうとするが、フィルタ２３の内部とインクとの接触角には最小の接触角が存在するため、その最小の接触角を越えるとメニスカスが第１領域Ｒ１側に移動し始める。それに伴って、第２領域Ｒ１内のエアは第１領域Ｒ１内に移動する。一度エアが移動し始めると、その移動エアの存在により、フィルタ２３の内部にはメニスカスが形成できなくなり、第１領域Ｒ１内の気液界面と第２領域Ｒ２内の気液界面の位置が等しくなるまでエア移動が進む。しかし、第１領域Ｒ１内のエアは、図２（ａ）〜（ｄ）で説明したように、エア量がある所定量を超えるとインクタンク１０側に排出されるため、結果として、第２領域Ｒ２内に残留していたエアは第１領域Ｒ１を経由しインクタンク１０に排出されることになる。 図３（ｃ）は、エア排出が完了した状態を示す。
【００８８】
本構成において、図３（ａ）のような状態では、第２領域Ｒ２内の残留エアに接触しているフィルタ２３の上側部分はインク移動に寄与しないため、実質的にフィルタ面積が低下している。そのため、図３（ｂ）のようにエア移動が開始される水頭差ｈに達するまで、第２領域Ｒ２内にエアが残留して実質的にフィルタ面積が減少しても、フィルタ２３を通して十分にインク供給が行われるようにフィルタ面積を設計する必要がある。
【００８９】
（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態を説明するためのインク供給システムの模式断面図である。  
前述した第１の実施形態との違いは、エア流路５４のヘッド側開口位置が液室５０の上側内壁面と一致しており、第１領域Ｒ１内のエアがインクタンク１０内に排出された場合に、第１領域Ｒ１内の全ての残留エアが排出されて、第１領域Ｒ１内にはエアが残らない。この場合においても、第２領域Ｒ２内に残留したエア量が所定量を超えると、そのエアが第１領域Ｒ１内に移動して、第２領域Ｒ２内のエア量が所定量内に保たれることになる。しかしながら、エア移動が生じた場合にも第１領域Ｒ１内は全てインクで満たされるため、フィルタ２３には直にメニスカスが形成されてエア移動が停止し、第２領域Ｒ２内の残留エア量は、エア移動が開始するときの所定量にほぼ保たれることになる。この所定量はインクの水頭差によって決定されるため、図４のように第２領域Ｒ２の上部を狭く構成することにより、エア移動が開始するときのエア量を減少させて、第２領域Ｒ２内の残留エア量を低減することができる。
【００９０】
（第３の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態を説明するためのインク供給システムの模式断面図である。  
本例の場合、フィルタ２３の上側部分は、撥水性材料を塗布するなどの撥水処理を行った部分２３Ａとされている。撥水処理を行った部分２３Ａはインクとの接触角が増大し、その部分２３Ａにおけるメニスカス圧力Ｐｍ（図３（ａ）参照）は低減する。そのため、第２領域Ｒ２内の残留エア量が少なくなり、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２との気液界面の差ＨＡが小さい場合にもエア移動が開始する。そのため、図５のように、フィルタ２３を水平方向に対して斜めに配置した場合にもエア排出を行うことができる。この結果、記録ヘッド２０内のスペース効率を高めることができ、さらには、フィルタ２３の配設の自由度が高まるため、記録ヘッド２０の設計および製造に関しても有利となる。
【００９１】
（第４の実施形態）
図６は、第４の実施形態を説明するためのインク供給システムの模式断面図である。  
本例の場合は、第１領域Ｒ１の上部と第２領域Ｒ２の上部との間を連通するエア排出流路Ｌが形成されている。具体的には、液室５０内の中間壁部５０Ａの下側に第１，第２領域Ｒ１，Ｒ２との間を仕切るフィルタ２３が備えられ、その中間壁部５０Ａの上側に第１，第２領域Ｒ１，Ｒ２を連通する連通部５０Ｂが設けられており、その連通部５０Ｂによってエア排出流路Ｌが形成されている。本例の場合には、エア排出流路Ｌの流路径を十分に大きくとると、エア排出流路Ｌに形成されるインクメニスカスのメニスカス圧力は無視できるほど小さくなるため、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２の気液界面の位置は常にほぼ一定となる。したがって、第２領域Ｒ２内に発生したエアは、その上部に移動すると直にエア排出流路Ｌを通して第１領域Ｒ１内に移動することができる。
【００９２】
ただし、このエア排出流路Ｌを介して、第１領域Ｒ１から第２領域Ｒ２にインクが移動可能な場合には、異物除去としてのフィルタ２３の機能が低下するおそれがある。そのため、このような場合には、インクの移動は阻止し、かつエアの移動は許容する撥水膜６１によって、エア排出流路Ｌを仕切ることが望ましい。
【００９３】
（第５の実施形態）
図７は、第５の実施形態を説明するためのインク供給システムの模式断面図である。  
本例の場合は、フィルタ２３によって液室５０内が上下の第１，第２領域Ｒ１１，Ｒ１２に仕切られ、さらに、第２領域Ｒ１２の上側部分は、フィルタ２３の下側に位置する仕切り部材６２によってエア保持領域Ｒ１２−Ａとインク流路領域Ｒ１２−Ｂとに分割されている。仕切り部材６２の下側部分は、記録ヘッド２０にて発生した気泡がエア保持領域Ｒ１２−Ａ内に集まるように、気泡をガイドするガイド部６２Ａが形成されている。インク流路領域Ｒ１２−Ｂ側の壁面部５０Ｂは、エアの透過性を低くするために、厚みを増したり、別部材によって構成することが望ましい。また、インク供給をスムーズに行う上においては、インク流路５４のヘッド側開口の直下にインク流路領域１２−Ｂが位置することが望ましい。また、少ないエア体積によって高さｈ（フィルタ２３とエア保持領域Ｒ１２−Ａ内の気液界面との間の距離）を十分に大きくするように、エア保持領域Ｒ１２−Ａは水平方向の断面積を小さくすることが望ましい。
【００９４】
本構成においては、エア保持領域Ｒ１２−Ａ内の残留エア量が増大して高さｈが大きくなると、その高さｈ分の水頭差により、エア保持領域Ｒ１２−Ａの上方に位置するフィルタ２３の部分におけるインクのメニスカスが破られて、エア保持領域Ｒ１２−Ａの気泡が第１領域Ｒ１１内に移動する。エア保持領域Ｒ１２−Ａの上方に位置するフィルタ２３の部分は、メニスカス力を低減させるために、撥水処理を施すことが望ましい。エア保持領域Ｒ１２−Ａから第１領域Ｒ１１へのエア移動が始まっても直にフィルタ２３にメニスカスが形成されて、エア移動は停止する。つまり、高さｈが所定値を越えたときにエアが移動し、その高さｈが所定値以下となるとエアの移動が停止する。しがたって、エア保持領域Ｒ１２−Ａ内には、常に、所定量のエアが滞留していることなる。
【００９５】
（他の実施形態）
本発明は、密閉系のインク流路を形成する液室内に備えたフィルタによって、その液室をインクタンク側の第１領域と記録ヘッド側の第２領域とに仕切り、フィルタを通して第２領域内の気体を第１領域内に排出することができればよく、フィルタの配備形態としては、前述したような鉛直方向、斜め方向、水平方向に延在する形態の他、種々の形態を採ることができる。例えば、水平方向に延在するフィルタを部分的に上方に膨出させ、その膨出した内部空間にエアを保持するようにしてもよい。フィルタは、要は、主として第１インク領域内のインクを第２インク領域内に通すインク移動部と、インクのメニスカスが破られることによって、主として前記第２領域内の気体を前記第１領域内に移動させる気体移動部分と、を含むことになればよい。前述した第１から第４の実施形態においては、フィルタのインク移動部が重力方向の上側に位置し、気体移動部が重力方向の下側に位置する。前述した第５の実施形態においては、フィルタのインク移動部分と気体移動部分がいずれも水平方向に並ぶように位置する。
【００９６】
また、フィルタにおける気体移動部分に形成されるインクのメニスカス圧が他の部分のそれよりも小さくするためには、例えば、気体移動部分におけるフィルタ密度を他の部分のそれよりも疎としたり、気体移動部分における撥インク性を他の部分のそれよりも高くすればよい。
【００９７】
また、記録ヘッド２０は、前述した実施形態のように液室５０と接続部５１を含む形態とする他、液室５０を含むが接続部５１を含まない形態とすることも可能であり、この場合には、接続部５１をインクタンク１０側に備えたり、または接続部５１をインクタンク１０および記録ヘッド２０とは別体に構成して、それらの間に介在させるように取り付ければよい。
【００９８】
（インクジェット記録装置の構成例）
図８は、本発明を適用可能なインクジェット記録装置の構成例を説明するための図である。  
本例の記録装置１５０はシリアルスキャン方式のインクジェット記録装置であり、ガイド軸１５１，１５２によって、キャリッジ１５３が矢印Ａの主走査方向に移動自在にガイドされている。キャリッジ１５３は、キャリッジモータおよびその駆動力を伝達するベルト等の駆動力伝達機構により、主走査方向に往復動される。キャリッジ１５３には、前述した本発明の実施形態のインク供給システム１５４を搭載することができる。すなわち、インク供給システム１５４は、前述したように記録ヘッド、液室、およびインクタンクとからなる。記録媒体としての用紙Ｐは、装置の前端部に設けられた挿入口１５５から挿入された後、その搬送方向が反転されてから、送りローラ１５６によって矢印Ｂの副走査方向に搬送される。記録装置１５０は、記録ヘッドを主走査方向に移動させつつ、プラテン１５７上の用紙Ｐの記録領域に向かってインクを吐出させる記録動作と、その記録幅に対応する距離だけ用紙Ｐを副走査方向に搬送する搬送動作と、を繰り返すことによって、用紙Ｐ上に順次画像を記録する。
【００９９】
記録ヘッドは、上述のように、インクを吐出するためのエネルギとして、電気熱変換体から発生する熱エネルギを利用するものであってもよい。その場合には、電気熱変換体の発熱によってインクに膜沸騰を生じさせ、そのときの発泡エネルギによって、インク吐出口からインクを吐出することができる。また、記録ヘッドにおけるインクの吐出方式は、このような電気熱変換体を用いた方式のみに限定されず、例えば、圧電素子を用いてインクを吐出する方式等であってもよい。
【０１００】
キャリッジ１５３の移動領域における図８中の左端には、キャリッジ１５３に搭載された記録ヘッドのインク吐出口の形成面と対向する回復系ユニット（回復処理手段）１５８が設けられている。回復系ユニット１５８には、記録ヘッドのインク吐出口のキャッピングが可能なキャップと、そのキャップ内に負圧を導入可能な吸引ポンプなどが備えられており、インク吐出口を覆ったキャップ内に負圧を導入することにより、インク吐出口からインクを吸引排出させて、記録ヘッドの良好なインク吐出状態を維持するための回復処理を行うことができる。また、画像形成とは別に、キャップ内に向かってインク吐出口からインクを吐出させることによって、記録ヘッドの良好なインク吐出状態を維持する回復処理（予備吐出処理」ともいう）を行うこともできる。これら処理は、前述したように、インクタンクが新たに装着された場合に行うことができる。
【０１０１】
（その他）
上述のインク供給システムの諸実施形態では、いずれも、基本的に吸収体等にインクを保持させずに、そのままインクを貯留して供給する構成を採用する一方、可動部材（シート部材１１、圧力板１４）と、これを付勢するばね部材４０とによって負圧発生手段を構成すると共に、インク供給システム内を前述したような密閉構造とすることにより、記録ヘッド２０に対して適切な負圧を作用するようにした。かかる構成は、インクの吸収体を用いて負圧を発生させる構成に対して、インクの容積効率が高く、かつインクと吸収体との相性を考慮する必要がなく、インク選定の自由度も向上する。また、そればかりでなく、近年の記録の高速化に伴って求められるインク供給の高流量化や安定化の要望にも好ましく応えことができる。
【０１０２】
また、本発明が特に主眼とした密閉系のインク供給経路内の滞留気体の排除に対しては、記録ヘッドから最も離れた最上流位置であるインクタンクに滞留気体を移送するものとした。そのために、複数の流路を介してインクタンクとインク供給経路とを連結すると共に、両者の圧力のバランスを利用することにより、インクタンクからのインク導出とインクタンクへの気体導入とが並行して行われるようにした。かかる構成によれば、複雑な装置を必要とせず、しかも部品点数が少ない簡単な構造でありながら、インク供給経路内の滞留気体を円滑かつ迅速にインクタンク側に排除することができる。また、滞留気体の排除は、気体がある程度の量だけ滞留したときの圧力バランスにしたがって自動的に行われるため、気体排除の信頼性が高い。また、気体排除の過程において、常にインクタンク内の負圧を維持しているので、インクジェット記録ヘッドのインク吐出口などからのインクの漏洩を確実に防止することができる。さらに、気体をインクタンク側に排除するため、記録ヘッドの吐出口側からインク吸引を行うことで気体を吐出口から排除する方法に比較して、インク消費量を格段に減少させることができ、インク浪費を抑えてランニングコストの低減にも貢献することができる。
【０１０３】
また、インク供給経路に対して着脱可能に構成されたインクタンクを用いる場合、従来は、インクタンクの交換操作時にインク供給経路側に気体が侵入することを防止するために、インク供給経路がインクで満たされている状態、すなわちインク供給経路内のインクが完全に消費される前に、インクタンクの交換を行っていること多い。しかし、本発明の構成によれば、インクタンクの交換操作時にインク供給経路内に気体が侵入しても、新たなインクタンクを装着すれば、そのインクタンクに対して容易に気体を排除することができる。したがって、インクが完全に消費された後にインクタンクを交換することができ、これにより、ランニングコストのさらなる低減できるのみならず、環境問題に対しても資するところが大きい。さらに、上述の実施形態においては、いずれも、通常の使用時の姿勢においてインクタンクを最も高所に配置し、液室ないし記録ヘッドが低所に配置されている。これは、簡単な構成で気液交換を迅速かつ円滑に行う上で非常に好ましい配置である。
【０１０４】
なお、インクタンク内に導入された気体がインク供給経路に戻らずに、その気体によってインク供給が阻害されなければ、インクタンク内のどの位置に気体が貯留されてもよい。しかし、上記の実施形態のように、インクを吸収体などに含浸させずにそのまま貯留した場合には、インクタンク内に導入された気体がそのままインクタンク内の最上部に位置することになるので好ましい。このように、インクタンク内にインクの吸収体が存在しない場合には、インクタンクの容積そのものがインクの収容量となり得るので、必要以上にインクタンクを大きくする必要がなく、またインクタンクの形状も比較的自由に設計することができる。
【０１０５】
また、上述した実施形態は、シリアル型のインクジェット記録装置に対しての適用例であるが、本発明は、これに限定されず種々の記録方式に適用することができる。例えば、シリアル型でなくライン走査型の記録装置であっても本発明を適用することができる。さらに、インク供給システムは、インクの色調（色や濃度など）に対応して複数設けることができることは言うまでもない。
【０１０６】
また、本発明は、インク以外の液体（薬液や飲料など）を供給するためのシステムとしても広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるインク供給システムの模式的断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は、図１のインク供給システムにおける第１領域内のエアの排出メカニズムを説明するための模式的断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、図１のインク供給システムにおける第２領域内のエアの移動メカニズムを説明するための模式的断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態におけるインク供給システムの模式的断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態におけるインク供給システムの模式的断面図である。
【図６】本発明の第４の実施形態におけるインク供給システムの模式的断面図である。
【図７】本発明の第５の実施形態におけるインク供給システムの模式的断面図である。
【図８】本発明を適用可能なインクジェット記録装置の構成例を示す斜視図である。
【図９】従来例を説明するための概略断面図である。
【符号の説明】
【０１０８】
１０    インクタンク
１１    シート部材
１２    インク収納室
１３    連通口
１４    圧力板
１７    封止部
２０    記録ヘッド
２２    フィルタ
２３Ａ    撥水処理が施された部分
３０    バルブ室
３１    シート部材
３４    圧力板
３５    ばね部材
３２，３６    連通口
３７    シール部材
４０    ばね部材
５０    液室
５１    接続部
５３    インク流路
５３ｈ  ヘッド側開口
５４    エア流路
５４ｈ    ヘッド側開口
６１    撥水膜
１５０    インクジェット記録装置
１５４    インク供給システム
１５３    キャリッジ
１５８    回復系ユニット
Ｒ１    第１領域
Ｒ２    第２領域
Ｌ    エア排出流路
【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】
2005103859.tif 000009
【図８】
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【図９】
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