(57)【要約】【課題】記録ヘッドから空気を排出するときに廃インクの増加を抑制することが可能なインクジェット記録装置を提供する。【解決手段】インクタンク２００と、供給口１２１を備えた負圧室１１０と、負圧室１１０の一面に設けられ、負圧室１１０の内部圧力の変化に対応して第１の形状と、第２の形状との間を変形可能な可撓膜１１８と、負圧室１１０の内部に設けられ、可撓膜１１８が第１の形状のときに供給口１２１を開放し、可撓膜１１８が第２の形状のときに供給口１２１を閉鎖する供給制御弁１１２と、記録動作を行う記録ヘッド１００と、記録動作が行われていないときに、吸収動作と、放出動作と、を行う循環ポンプ１０と、を有し、可撓膜１１８が放出動作で変形することに伴う容積の増加量が、可撓膜１１８が第１の形状から第２の形状へ変形することに伴う容積の増加量よりも小さい。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを収容可能なインクタンクと、前記インクタンクから前記インクが流れ込む供給口を備えた負圧室と、前記負圧室の一面に設けられ、前記負圧室の内部圧力の変化に対応して前記負圧室の容積が最小となる第１の形状と、前記負圧室の容積が最大となる第２の形状との間を変形可能な可撓膜と、前記負圧室の内部に設けられ、前記可撓膜が前記第１の形状のときに前記供給口を開放し、前記可撓膜が前記第２の形状のときに前記供給口を閉鎖する供給制御弁と、前記インクタンクから前記負圧室を通じて供給されたインクを吐出する記録動作を行う記録ヘッドと、前記記録動作が行われていないときに、前記記録ヘッドからインクとともに空気を吸い込む吸収動作と、吸い込んだインクおよび空気を前記負圧室へ押し出す放出動作と、を行う循環ポンプと、を有し、
前記可撓膜が前記放出動作で変形することに伴う前記容積の増加量が、前記可撓膜が前記第１の形状から前記第２の形状へ変形することに伴う前記容積の増加量よりも小さい、インクジェット記録装置。
【請求項２】
前記循環ポンプは、膨張することによって前記吸収動作を行い、収縮することによって前記放出動作を行うダイアフラムを有する、請求項１に記載のインクジェット記録装置。
【請求項３】
前記ダイアフラムが収縮した状態で前記循環ポンプを停止させる駆動部をさらに有する、請求項２に記載のインクジェット記録装置。
【請求項４】
前記循環ポンプは、前記記録ヘッドに連通し、膨張と収縮を交互に繰り返すことによって前記吸収動作を行う第１のダイアフラムと、前記第１のダイアフラムおよび前記負圧室の各々に連通し、前記第１のダイアフラムが膨張すると同時に収縮し、前記第１のダイアフラムが収縮すると同時に膨張することによって前記放出動作を行う第２のダイアフラムと、を有する、請求項１に記載のインクジェット記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はインクを吐出することで記録を行うインクジェット記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、インクジェット記録装置は、用紙を横切って往復運動するキャリッジに搭載される記録ヘッドを利用することが多い。キャリッジの往復運動に伴い、制御電子部品が記録ヘッドの吐出部分を起動して、用紙上にイメージまたは文字を形成するため吐出ノズルからインク滴を吐出する。記録ヘッドへのインクの補給はインクタンクから行う。このようなインクジェット記録装置では、インクタンクの交換の際に混入した空気や、インクに溶存した空気などが記録ヘッド内に溜まる場合がある。この場合、記録ヘッド内に溜まった空気が吐出ノズルへのインクの補給を妨げることによって、記録不良の発生が懸念される。そこで、記録ヘッドに溜まった空気を吐出ノズル以外から除去するインクジェット記録装置が特許文献１に開示されている。特許文献１に開示されたインクジェット記録装置には、記録ヘッドとインクタンクとの間でインクを循環させる循環路が設けられている。この循環路を通じて記録ヘッドからインクとともに空気吸い取ることによって、記録ヘッドに溜まった空気が除去される。
【０００３】
また、近年、インクジェット記録装置では、大容量のインクタンクを採用したインク供給方式として、加圧ポンプを用いてインクタンクのインクに外部から圧力を与える加圧供給方式が提案されている。加圧供給方式のインクジェット記録装置では、インクタンクに収容されたインクは負圧室を通じて記録ヘッドに供給される。負圧室は、一般的に、負圧室の内部圧力の変化に対応して変形する可撓膜と、可撓膜の変形に連動して、インクタンクからインクが流れ込む供給口を開閉する弁体とを備えている。このようなインクジェット記録装置には、記録ヘッドと負圧室の間に設けられた循環ポンプで、記録ヘッド内の空気を記録ヘッドから負圧室へ移動させるものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１０３３４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した負圧室および循環ポンプを備えたインクジェット記録装置では、循環ポンプが、記録ヘッドから吸い込んだインクおよび空気を負圧室に押し出す放出動作により、負圧室は加圧される。すると、負圧室に設けられた可撓膜は、外方向（負圧室の容積が増加する方向）に変形する。記録ヘッドから吸い込まれた空気が負圧室に移動した後、その空気が周囲温度の上昇で膨張すると、負圧室は加圧状態となる。そのため、可撓膜は、空気の膨張体積分、外方向に変形しようとする。しかし、上述した循環ポンプの放出動作によって可撓膜の外方向への変形が限界に達していると、負圧室内でインクの逃げ場がなくなるので、記録ヘッドからインクが吐出されてしまう。吐出されたインクは、記録に用いられない廃インクとなるので、結果的に廃インクが増加することになる。
【０００６】
そこで、本発明は、記録ヘッドから空気を排出するときに廃インクの増加を抑制することが可能なインクジェット記録装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明によるインクジェット記録装置は、インクを収容可能なインクタンクと、前記インクタンクから前記インクが流れ込む供給口を備えた負圧室と、前記負圧室の一面に設けられ、前記負圧室の内部圧力の変化に対応して前記負圧室の容積が最小となる第１の形状と、前記負圧室の容積が最大となる第２の形状との間を変形可能な可撓膜と、前記負圧室の内部に設けられ、前記可撓膜が前記第１の形状のときに前記供給口を開放し、前記可撓膜が前記第２の形状のときに前記供給口を閉鎖する供給制御弁と、前記インクタンクから前記負圧室を通じて供給されたインクを吐出する記録動作を行う記録ヘッドと、前記記録動作が行われていないときに、前記記録ヘッドからインクとともに空気を吸い込む吸収動作と、吸い込んだインクおよび空気を前記負圧室へ押し出す放出動作と、を行う循環ポンプと、を有し、前記可撓膜が前記放出動作で変形することに伴う前記容積の増加量が、前記可撓膜が前記第１の形状から前記第２の形状へ変形することに伴う前記容積の増加量よりも小さい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、循環ポンプが放出動作を行うと負圧室に空気およびインクが押し出されるため負圧室の容積が増加するように可撓膜は変形する。しかし、このときの負圧室の容積の増加量は、可撓膜が第１の形状から第２の形状に変形することに伴う負圧室の容積の増加量よりも小さい。そのため、負圧室に押し出された空気が周囲温度の上昇で膨張したとき、可撓膜には負圧室の容積を増加させるように変形する余地があるので、負圧室内にインクの逃げ場となるスペースを拡充できるので廃インクの増加を抑制できる。よって記録ヘッドから空気を排出するときに廃インクの増加を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第一の実施形態のインクジェット記録装置の内部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におけるインクの経路を示す断面図である。
【図３】本発明の第一の実施形態のインクジェット記録装置に適用可能な循環ポンプの特性および構成を示す図である。
【図４】ダイアフラム式ポンプの構成を示す図である。
【図５】負圧室の構成を示す断面図である
【図６】負圧室の構成を示す断面図である。
【図７】循環ポンプの特性を示すグラフである。
【図８】ダイアフラムの位相に対応付けてインクの流れを示した模式図である。
【図９】ダイアフラムの位相に対応付けてインクの流れを示した模式図である。
【図１０】可撓膜の変形に伴う負圧室の容積の増加量を示す断面図である。
【図１１】本発明の第二の実施形態のインクジェット記録装置に設けられた循環ポンプの構成を示す図である。
【図１２】図１０に示す循環ポンプの特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第一の実施形態）
図１は、本発明の第一の実施形態のインクジェット記録装置の内部構成を示す斜視図である。図２は、図１に示すインクジェット記録装置におけるインクの経路を示す断面図である。
【００１１】
本実施形態のインクジェット記録装置は、インクを収容可能でかつ交換可能なインクタンク２００に流体導管２５０を介して接続される記録ヘッド１００を含む。加圧ポンプ２１０（図２参照）によってインクタンク２００から押し出されたインクは、流体導管２５０を経由して記録ヘッド１００に供給される。記録ヘッド１００に供給されたインクは、コントローラ５１０（図２参照）の制御によって記録媒体６０１へ吐出される。流体導管２５０は、後述する空気排出チューブ３２０（図２参照）とともに束ねられ、装置内をＵ字状に這い回るように設置されている。記録ヘッド１００は、スライド軸４５０に移動可能に支持されたキャリッジ４１０に搭載されている。記録ヘッド１００は、不図示のキャリッジモーター、ベルトおよびプーリーにより記録媒体６０１の上を往復移動しながらインクを吐出する。記録媒体６０１は、ＬＦローラー４７０により搬送方向Ａ（図１参照）に搬送される。このようにして連続的な記録が行われる。
【００１２】
記録ヘッド１００が往復移動する領域の外側には、チューブポンプ（不図示）などの吸引手段をもつ回復系３００が配置されている。回復系３００では、吸引キャップ３１１が記録ヘッド１００に接合した状態で、吸引手段が負圧を発生することにより吐出ノズル１０４からインクを吸引する（図２参照）。これにより、吐出ノズル１０４に付着した増粘インクが除去される。
【００１３】
以下、図２を参照しながらインク供給系２２０の構成および記録ヘッド１００の構成について説明する。
【００１４】
まず、インク供給系２２０の構成について説明する。インクタンク２００は、柔軟部材で形成された袋体２０２と、ケース２０４とを有する。ケース２０４は、ゴム栓２０１および袋体２０２を密閉する。流体導管２５０の一端は、インク針２０３に取り付けられている。インク針２０３は、先端が鋭利な中空管であり、ゴム栓２０１に差し込まれている。これにより、袋体２０２から流体導管２５０へのインクの導出が可能になる。インク針２０３のゴム栓２０１への差込と同時に加圧ポンプ２１０がケース２０４と接続する。加圧ポンプ２１０は、ケース２０４に加圧空気を送ることで袋体２０２の周囲を加圧する。これにより、袋体２０２に収容したインクが流体導管２５０を通じて負圧室１１０に流れ込む。
【００１５】
次に、記録ヘッド１００の構成について説明する。記録ヘッド１００は、下向きにインクを吐出する吐出ノズル１０４と、吐出ノズル１０４の上部に設けられたヘッド液室１０１と、を有する。記録ヘッド１００は、循環チューブ１３０、循環ポンプ１０、およびポンプチューブ１４０を経由して負圧室１１０上部の空気収容部１４１に接続されている。循環チューブ１３０は、記録ヘッド１００から空気を排出する。また、記録ヘッド１００は、供給チューブ１５０を介して負圧室１１０の下部とも接続されている。供給チューブ１５０は、インクを記録ヘッド１００に供給する。循環チューブ１３０の先端に針１３１が取り付けられ、針１３１が記録ヘッド１００のゴム栓１０９に差し込まれている。供給チューブ１５０の先端に針１５１が取り付けられ、針１５１が記録ヘッド１００のゴム栓１０８に差し込まれている。
【００１６】
また、記録ヘッド１００は、内部に供給フィルター１０２を備えたインク供給口１０５を有する。供給チューブ１５０からのインクは、針１５１、ゴム栓１０８、供給フィルター１０２を順次通って、ヘッド液室１０１に導かれる。供給フィルター１０２は、ノズル列方向に傾斜して取り付けられており、その傾斜上部に排出フィルター１０３を備えた排出口１０６が設けられる。記録により取り込まれるヘッド液室１０１内の空気は、供給フィルター１０２の傾斜により上方に導かれ排出フィルター１０３付近に溜まる。
【００１７】
図３は、本実施形態のインクジェット記録装置に適用可能な循環ポンプの特性および構成を示す図である。
【００１８】
本実施形態のインクジェット記録装置の循環ポンプ１０には、流路を密閉し、吸込み量と押し出し量が変形に伴う容積の変化量で決まる容積式ポンプが適用できる。具体的には、図３（ｂ）に示すプランジャー式ポンプ７０、図３（ｃ）に示すベローズ式ポンプ８０、および図３（ｄ）に示すダイアフラム式ポンプ９０が挙げられる。
【００１９】
プランジャー式ポンプ７０では、移動方向に切断した断面が円形のプランジャー７１の外周にシール７４が設けられ、ケーシング７２内でプランジャー７１が上下に往復移動する。プランジャー式ポンプ７０では、プランジャー７１とケーシング７２の内部とで囲まれた空間の容積が吸込み量と押し出し量になる。ケーシング７２には、インクが流れるベース流路１１が取り付けられている。ベース流路１１は、インクを一方向に流す逆止弁１４、１５が内蔵している。逆止弁１４は、ボール１６と逆止バネ１７で構成されている。逆止弁１５は、ボール１８と逆止バネ１９で構成されている。以下、プランジャー７１の位相について、プランジャー７１がケース７２の底部に位置しているときを位相０°または３６０℃とし、プランジャー７１がケース７２の上部に位置しているときを位相１８０°とする。ベース流路１１から吸い込まれるインクの流速又はベース流路１１に押し出されるインクの流速は、プランジャー７１を一定速度で往復移動させると、断面が一定であるから図３（ａ）の直線９１で示す特性となる。つまり、図３（ａ）に示すように横軸を位相、縦軸を流速とすると、直線９１は水平である。
【００２０】
ベローズ式ポンプ８０では、移動方向の断面は円形であり、幾十にも折り返しを形成したベローズ８１（蛇腹とも言われる）が上下に伸縮する。ベローズ式ポンプ８０では、ベローズ８１の容積が吸込み量と押し出し量になる。ベローズ式ポンプ８０は、プランジャー式ポンプ７０と同様に、逆止弁１４、１５を内蔵したベース流路１１を備えている。以下、ベローズ８１の位相について、ベローズ８１が最も収縮した状態を位相０°または３６０°とし、ベローズ８１が最も伸長した状態を位相１８０°とする。ベローズ式ポンプ８０を流れるインクの流速は、ベローズ８１を一定速度で伸縮させると、伸縮に対する断面の変化に対応して図３（ａ）の直線９２で示す特性となる。図３（ａ）では、直線９２は、位相０°から１８０°までは、右肩上がりで、位相１８０°から３６０°までは、右肩下がりの直線である。
【００２１】
ダイアフラム式ポンプ９０では、伸縮方向の断面が円形で、折り返し部１３ａが形成されたダイアフラム１２が上下に伸縮する。ダイアフラム１２が伸びた状態の形状は、ほぼ円錐台形状となる。ダイアフラム１２の容積が吸込み量と押し出し量になる。ダイアフラム式ポンプ９０は、プランジャー式ポンプ７０と同様に逆止弁１４、１５が内蔵されたベース流路１１を備えている。以下、ダイアフラム１２の位相について、ダイアフラム１２が最も収縮した状態を位相０°または３６０°とし、ダイアフラム１２が最も膨張した状態を位相１８０°とする。ダイアフラム式ポンプ９０を流れるインクの流速は、ダイアフラム１２を一定速度で伸縮させると、伸縮に対する断面の変化に対応して図３（ａ）の直線９３で示す特性となる。図３（ａ）では、直線９３は、位相０°から１８０°までは、右肩下がりで、位相１８０°から３６０°までは、右肩上がりの直線である。
【００２２】
上記いずれのポンプも、容積が増えるとき（位相が０°から１８０°に変化するとき）にインクを吸い込み、容積が減るときに（位相が１８０°から３６０°に変化するとき）に、インクを押し出す。
【００２３】
上記いずれのポンプも循環ポンプ１０として採用することができるが、中でも、ダイアフラム式ポンプ９０は、図４（ａ）に示すゴム材２０にて、駆動用の突起２２もダイアフラム１２一体的に成形できるので、安価で小型になる。
【００２４】
図４（ｂ）、（ｃ）にダイアフラム式ポンプ９０の駆動部６１０の構成を示す。ダイアフラム１２と一体で成形された突起２２には、ダイアフラム１２を下方に付勢するポンプバネ２１が巻きつけられている。突起２２の先端には、突起２２を上方に引っ張るための係合部２３が形成されている。突起２２の先端周辺には、突起２２の昇降をガイドするガイド２４が配置されている。突起２２の係合部２３には、突起２２を引っ張り上げるアーム２５が係合している。アーム２５には、アーム２５を支点２６で揺動させ、ダイアフラム１２を伸縮させるハートカム２７。ハートカム２７は、中心２８を回転の中心とする。ハートカム２７のカム形状は、アルキメデス螺旋の一部であり、回転半径が回転角に比例する曲線である。
【００２５】
図４（ｂ）は、ダイアフラム１２の位相が０°であり、このときのハートカム２７の位相も０°とする。図４（ｃ）は、ハートカム２７が図４（ｂ）に示す位置から半回転した状態を示し、このときのハートカム２７の位相を１８０°とする。ハートカム２７を不図示のモータを用いて一定速度で回転させると、ダイアフラム１２は、ほぼ一定速度で伸縮する。なお、モータの回転量をパルス数でカウントし、制御することで、ダイアフラム１２の位相や速度を制御することができる。このような容積式ポンプは、駆動部の位相と流速の関係が単純で、制御しやすく、インクジェット記録装置に適している。そこで、本実施形態では、図４に示すダイアフラム式ポンプ９０を循環ポンプ１０に適用する。
【００２６】
循環ポンプ（ダイアフラム式ポンプ９０）の逆止弁１４は、ヘッド液室１０１から循環ポンプ１０へのインクの流れを許容し、循環ポンプ１０から循環チューブ１３０へのインクの流れを阻止する。また、逆止弁１５は、循環ポンプ１０から空気収容部１４１へのインクの流れを許容し、空気収容部１４１から循環ポンプ１０へのインクの流れを阻止する。
【００２７】
循環ポンプ１０は、その内部圧力をヘッド液室１０１の内部圧力よりも低くすることによって、その圧力差にて排出口１０６を介してヘッド液室１０１からインクとともに空気を吸い出す。同時に、ヘッド液室１０１、循環チューブ１３０、循環ポンプ１０、ポンプチューブ１４０、空気収容部１４１、負圧室１１０、供給チューブ１５０、ヘッド液室１０１・・・という循環流を形成する。循環ポンプ１０を駆動することによって、ヘッド液室１０１に溜まった空気は、負圧室１１０の上部に設けられた空気収容部１４１に送り込まれる。
【００２８】
図５及び図６は、負圧室の構成を示す断面図である。
【００２９】
負圧室１１０には、流体導管２５０及び供給チューブ１５０と接続されている。負圧室１１０は、インクを溜める負圧液室１１１や、インク吐出のために負圧を発生する機構を有している。この機構は、ゴム又はフィルム、アルミ蒸着したフィルム等の柔軟部材である可撓性の可撓膜１１８と、可撓膜１１８を付勢する負圧バネ１１５と、負圧バネ１１５を受ける樹脂製の受圧板１１７とを有している。受圧板１１７は、負圧バネ１１５が、可撓膜１１８に直接接触すると耐久性を損なうので、これを防止する為に設けたもので、可撓膜１１８と一体的に動作する。可撓膜１１８は、負圧室１１０の一面を構成している。可撓膜１１８の内面は負圧液室１１１に面し、外面は大気に露出している。負圧バネ１１５は、可撓膜１１８を大気側に付勢している。
【００３０】
負圧バネ１１５が、負圧液室１１１の容積を増加させる方向に可撓膜１１８を付勢することによって負圧液室１１１内は所定の微負圧（ゲージ圧で、約−１０３０Ｐａ）状態になる（図５（ａ）参照）。負圧液室１１１内を微負圧状態になると、気密状態で負圧液室１１１に接続されたヘッド液室１０１も微負圧状態となる。ヘッド液室１０１内が微負圧状態となることによって、吐出口１０４に良好なメニスカスが形成される。
【００３１】
供給口１２１と、その供給口１２１を開閉する供給制御弁１１２は供給制御手段を構成する。供給制御弁１１２は、供給制御弁バネ１１６によって付与されたバネ力を受け供給口１２１を閉じている（図５（ｂ）参照）。
【００３２】
記録ヘッド１００がインクを吐出する記録動作に伴ってヘッド液室１０１内のインクが減少すると、負圧液室１１１内のインクも減る。すると、可撓膜１１８が内方向（負圧室の容積が減少する方向）に変形する。すると、可撓膜１１８が負圧液室１１１側に撓んで、受圧板１１７がアーム１１３の端部１１３ａに接触する（図５（ｂ）参照）。このとき、負圧液室１１１内は、ゲージ圧：―約１０３０Ｐａである。
【００３３】
さらにインクが消費され可撓膜１１８が内方向に撓むと、受圧板１１７がアーム１１３を押す。すると、アーム１１３が支点１１４を中心に時計回り（矢印Ｇ方向）に回動する。これにより供給制御弁１１２が供給口１２１を開放する（図５（ｃ）参照）。受圧板１１７とアーム１１３が接触している間は、可撓膜１１８と供給制御弁１１２は、アーム１１３を介して一体的に動作する。図５（ｃ）に示す状態では、可撓膜１１８は負圧バネ１１５と供給制御弁バネ１１６から二つの力を受けている。このときの負圧液室１１１内のゲージ圧は、上述した微負圧（ゲージ圧で、―約１０３０Ｐａ）よりも更に供給制御弁バネ１１６分の負圧が増え、ゲージ圧で、―約２０６０Ｐａとなる。
【００３４】
供給制御弁１１２が供給口１２１を開放すると、加圧されたインクが流体導管２５０を通じて負圧液室１１１内に流入する。負圧液室１１１内のインク量の増加に伴い、可撓膜１１８は変形前の状態（図５（ｂ）参照）に戻る。これにより、供給制御弁１１２は供給制御弁１１２を閉鎖し、負圧液室１１１の内部圧力は、再び元の微負圧（ゲージ圧：―約１０３０Ｐａ）となる。
【００３５】
上述したように、記録ヘッド１００からのインクの吐出が連続的に行なわれる連続記録動作では、負圧液室１１１内のインクが供給チューブ１５０に流出すると、流体導管２５０からインクが供給され、供給制御弁１１２は間欠的な開閉動作を繰り返す。その結果、負圧液室１１１内の圧力は、ゲージ圧で約−２０６０Ｐａ以上で約−１０３０Ｐａ以下の範囲に維持される。このようにして、インクはインクタンク２００から流体導管２５０を介して負圧液室１１１に供給される。負圧液室１１１に供給されたインクは、供給チューブ１５０を介して記録ヘッド１００に安定的に供給される。
【００３６】
次に、本実施形態のインクジェット記録装置において、負圧室１１０の空気収容部１４１に空気１６０が溜まっているときに周囲温度が上昇したときの負圧室１１０内の様子について図６を参照しながら説明する。図６（ａ）では、アーム１１３と受圧板１１７が接触し、空気収容部１４１に空気１６０が溜まっている。図６（ａ）に示す状態は、空気が混入したインクが、流体導管２５０から負圧室１１０に供給されたとき、後述する循環動作時、後述する空気排出動作の直前に起こり得る。
【００３７】
装置外部の環境変化により、周囲温度が上昇し、空気１６０が膨張して空気１６０ａになると、空気１６０ａは、空気収容部１４１と負圧液室１１１との接続部１４３を介し、インクを押し出すように作用する。もし、可撓膜１１８が、図６（ａ）に示す形状から外方向に撓む事ができなければ、負圧液室１１１内のインクは逃げ場を失う。逃げ場を失ったインクは、供給チューブ１５０を介して記録ヘッド１００に押し出される。その結果、記録ヘッド１００の吐出ノズル１０４に形成されたメニスカスが破壊され、インクが吐出する。
【００３８】
しかし、可撓膜１１８は、図６（ｂ）に示すように図６（ａ）に示す形状からさらに外方向に撓んで負圧室１１０の容積が最大となる形状に変形できる。そのため、負圧室１１０は、空気１６０ａによってインクが押し出される量、即ち空気１６０から空気１６０ａへの体積膨張を吸収できる。
【００３９】
上記では空気収容部に溜まった空気１６０の膨張を説明したが、他にも、記録動作時に取り込まれた空気が、ヘッド液室１０１内に空気が溜まる場合がある。この空気も膨張すると、供給チューブ１５０を介して、負圧液室１１１内までインクを逆流させる。しかし、可撓膜１１８が図６（ｂ）のように外方向側に撓んだ形状に変形できるので、インクが押し出される量を負圧室１１０内で吸収できる。
【００４０】
可撓膜１１８が図６（ａ）に示す形状から図６（ｂ）に示す形状に変形することによって増加する容積１６１（図６（ｂ）の斜線部）は、空気収容部１４１やヘッド液室１０１に流入あるいは、発生した空気が膨張する量を考慮して決められている。
【００４１】
次に、空気収容部１４１から空気を排出する空気排出動作について説明する。
【００４２】
空気収容部１４１から空気を排出する排出流路を形成するのは空気排出チューブ３２０である。空気排出チューブ３２０は、空気排出弁１４２を介して空気収容部１４１に接続されている。空気排出チューブ３２０の下流側には負圧源である吸引手段３３０がある。吸引手段３３０は、回復系３００のノズルキャップ３１１用の吸引手段としても機能する。そのため、回復系３００では、吐出ノズル１０４の不具合を回復するノズルキャップ３１１の吸引と空気排出チューブ３２０の吸引が切替え弁３１２により切り換えられる。吸引手段３３０は、チューブポンプなどのポンプにより構成される。
【００４３】
空気排出動作では、まず、空気排出弁１４２が開き、さらに、加圧ポンプ２１０がインクタンク２００を加圧する。そして、不図示の駆動手段によって吸引手段３３０は、空気排出チューブ３２０が負圧になるよう駆動される。すると、空気収容部１４１の空気が回復系３００の方向（図２の矢印Ｃ方向）へ流れ、空気収容部１４１は負圧状態になる。空気収容部１４１が負圧状態になると、負圧液室１１１内も負圧になり、可撓膜１１８は図５（ｃ）に示す形状（第２の形状）に変形する。すると、供給制御弁１１２が供給口１２１を開放するので、インクタンク２００に収納されたインクが、流体導管２５０を通って負圧室１１０に流れ込む（図２の矢印Ｄ参照）。この時、負圧液室１１１が負圧になるため、供給チューブ１５０を介して負圧液室１１１に接続されたヘッド液室１０１も負圧になる。そのため、吐出ノズル１０４から空気を引き込んでしまうことが懸念される。これを防止するため、供給制御弁１１２が開放する際の負圧は、吐出ノズル１０４のメニスカスを破壊し空気を取り入れてしまう負圧よりも低い値を設定する。
【００４４】
吐出ノズル１０４のメニスカスを破壊する力は、吐出ノズル１０４の径、ノズル数、インクの物性（表面張力、接触角）などにより異なる。本実施形態では、負圧液室１１１のゲージ圧が約−６１８０Ｐａになるとメニスカスが破壊されるので、供給制御弁１１２が開放する負圧をゲージ圧で約−２０６０Ｐａに設定している。
【００４５】
このように吐出ノズル１０４のメニスカスを保ちつつ負圧室１１０が負圧状態になると、インクが負圧液室１１１から空気収容部１４１に入り、液面（空気収容部１４１のインク面）が上昇する。その液面の高さが電極１４４に接触する位置まで達すると、空気排出弁１４２は閉じられる。
【００４６】
空気排出弁１４２が閉じられると、空気収容部１４１と空気排出チューブ３２０が封鎖され、吸引手段３３０の負圧力は、空気収容部１４１、負圧室１１０へ伝達されなくなる。これによりインクタンク２００から流体導管２５０を通じて負圧室１１０までのインクの流れが止まる。最後に、吸引手段３３０が停止する。
【００４７】
なお、空気収容部１４１を負圧液室１１１上部に配置することで、負圧液室１１１内の空気は、空気収容部１４１に自然に導かれる。そのため、空気収容部１４１の空気排出動作は、負圧液室１１１の空気排出を含んでいるということは、言うまでもない。
【００４８】
次に、図７、及び図８を参照しながら循環動作について説明する。
【００４９】
図７（ａ）は、循環ポンプ１０（ダイアフラム式ポンプ９０）の流速の特性を示すグラフである。図７（ｂ）は、循環ポンプ１０（ダイアフラム式ポンプ９０）の流量の特性を示すグラフである。図８は、ダイアフラム１２の位相に対応付けてインクの流れを示した模式図である。なお、ここでは、可撓膜１１８の初期形状は図６（ｂ）に示す形状である。
【００５０】
図４（ｂ）、図４（ｃ）に示すダイアフラム式ポンプ９０は、図７（ａ）に示す流速特性を有する。流速を位相０°から位相３６０°まで定積分すると、図７（ｂ）に示す流量特性が得られる。図７（ｂ）では、位相０°から１８０°までは、上に凸の２次曲線であり、位相１８０°から３６０°までは、下に凸の２次曲線である。位相０°から１８０°までは、ダイアフラム１２は、膨張することによって記録ヘッド１００からインクを吸い込む。位相１８０°から３６０°までは、ダイアフラム１２は、収縮することによって吸い込んだインクを押し出す。位相０°から１８０°までの範囲における吸い込み流量と、位相１８０°から３６０°までの範囲における押し出し流量は、同じ量になる。
【００５１】
次に、ヘッド液室１０１に溜まった空気を空気収容部１４１へ移動する動作について図８を参照して説明する。必要に応じ図２を参照する。
【００５２】
ヘッド液室１０１の上部には、導電性且つ耐蝕性のあるステンレス材からなる一対の電極ピン１０７（図２参照）が設けられている。一対の電極ピン１０７は、互いに離れて設置され、インクを介して互いに導通状態となっている。しかし、ヘッド液室１０１に空気が所定量溜まると電極ピン１０７間を空気が占め、その結果電極ピン１０７が導通状態から非導通状態に変化する。この変化はコントローラ５１０に検知され、コントローラ５１０は駆動部６１０に循環動作の命令を出す。
【００５３】
駆動部６１０が循環ポンプ１０を駆動すると、上述した逆止弁１４、逆止弁１５が一方向にインクを流す作用によりインクの循環流が形成される。これにより、ヘッド液室１０１内の空気がインク共々、排出口１０３から吸い出される。循環流の流れは、図２の矢印Ｂで示すように、排出口１０６から循環チューブ１３０、循環ポンプ１０、ポンプチューブ１４０、空気収容部１４１、負圧室１１０、供給チューブ１５０、供給口１０５、ヘッド液室１０１を経由して再び排出口１０６に戻る。
【００５４】
以下、図８を参照しながら、上述した循環流を循環ポンプ１０のダイアフラム１２の位相に対応付けて詳述する。
【００５５】
ダイアフラム１２は、図８（ａ）に示すように位相が０°のとき収縮している。
【００５６】
位相が０°から９０°に変化すると、ダイアフラム１２は、図８（ｂ）に示すように上方向に伸び、ヘッド液室１０１からインクとともに空気を吸い込む吸収動作を行う。この吸収動作では、ヘッド液室１０１に負圧を作用させたことになる。このときのインク流れは、負圧液室１１１から供給チューブ１５０、ヘッド液室１０１、循環チューブ１３０を経由して循環ポンプ１０に至る。以下、この流れを、流れＦ１と呼ぶ。負圧液室１１１では、可撓膜１１８は、図８（ａ）（図６（ｂ））に示す形状から内方向に撓んで図８（ｂ）に示す形状に変形する。
【００５７】
位相が９０°から１８０°に変化している間は上述した吸収動作が行われ、流れＦ１が形成される。このとき、可撓膜１１８は、図８（ｂ）に示す形状からさらに内方向に撓んで図８（ｃ）に示す形状に変形する。可撓膜１１８が図８（ａ）に示す形状から図８（ｃ）に示す形状へ変形することによって減少した容積が、ダイアフラム１２の吸い込み量となっている。なお、可撓膜１１８が図８（ｃ）に示す形状のとき供給制御弁１１２は供給口１２１を閉鎖している。
【００５８】
位相が１８０°から２７０°に変化すると、ダイアフラム１２は、図８（ｄ）に示すように下方向に縮み、インクおよび空気を空気収容部１４１へ押し出す放出動作を行う。なお、図８（ｄ）に示すダイアフラム１２の形状は、図８（ｂ）に示す形状と同じである。また、このときのインク流れは、循環ポンプ１０からポンプチューブ１４０、空気収容部１４１を経由して負圧液室１１１に至る。以下、この流れをＦ２と呼ぶ。
【００５９】
位相が２７０°から３６０°（０°）に変化するまでは上述した放出動作が行われ、流れＦ２が形成される。このとき、負圧液室１１１では、可撓膜１１８は、図８（ｄ）に示す形状から外方向に撓んで図８（ａ）に示す形状に変形する。可撓膜１１８が図８（ｃ）に示す形状から図８（ａ）に示す形状に変形することによって増加した容積の変化量が、ダイアフラム１２の押し出し量となっている。
【００６０】
空気収容部１４１は、負圧液室１１１の上部に位置しているため、空気収容部１４１では空気が上方へ、インクが下方へいくことで気液分離する。この循環動作は、予め決められた回数（循環ポンプ１０の駆動回数）行なわれる。最後に、駆動部６１０は、ダイアフラム１２が位相３６０°（＝０°）の状態（収縮した状態）で循環ポンプ１０を停止させる。これにより、次回の循環動作では、放出動作よりも先に吸収動作から開始されるので、可撓膜１１８が膨らんだ状態であっても、吐出ノズル１０４からインクを押し出すことなく、空気とインクを循環することができる。
【００６１】
次に、図８で説明した循環動作とは可撓膜１１８の初期形状が異なる循環動作について図９を参照しながら説明する。ここでは、可撓膜１１８の初期形状は、図５（ｂ）に示す形状である。すなわち、可撓膜１１８は、内方向に撓んでおり、これより更に撓むと、供給制御弁１１２が供給口１２１を開放する状態となる。
【００６２】
ダイアフラム１２は、図９（ａ）に示すように位相が０°のとき収縮している。
【００６３】
位相が０°から９０°に変化すると、ダイアフラム１２は、図９（ｂ）に示すように上方向に伸び、ヘッド液室１０１からインクとともに空気を吸い込む吸収動作を行う。この吸収動作では、ヘッド液室１０１に負圧を作用させると同時に、インクを負圧液室１１１からヘッド液室１０１に流す為に、可撓膜１１８を更に内方向に撓ませるように作用する。その結果、可撓膜１１８は、図９（ａ）に示す形状から負圧室１１０の容積が最小となる図９（ｂ）に示す形状（第１の形状）に変形する。図８（ｂ）では、供給制御弁１１２が供給口１２１を閉鎖していたが、図９（ｂ）では、供給制御弁１１２が供給口１２１を開放している。そのため、流体導管２５０からインクが負圧液室１１１に流入する。以下、このインク流れを流れＦ３と呼ぶ。したがって、流れＦ１が形成されると同時に、流れＦ３も形成される。
【００６４】
位相が９０°から１８０°に変化している間は上述した吸収動作が行われ、流れＦ１と流れＦ３が形成される。流れＦ３が形成されている間、可撓膜１１８は、図９（ｂ）に示す形状である。位相が１８０°になると流れＦ１が停止するので、負圧液室１１１は、これ以上のインクをヘッド液室１０１に流す必要がなくなる。供給制御弁１１２が供給口１２１を閉鎖する。これにより、流れＦ３は、停止し、可撓膜１１８は図９（ａ）に示す形状に戻る（図９（ｃ）参照）。
【００６５】
位相が１８０°から２７０°に変化すると、ダイアフラム１２は図９（ｄ）に示すように下方向に縮み、インクおよび空気を空気収容部１４１に押し出す放出動作を行う。なお、図９（ｄ）に示すダイアフラム１２の形状は、図９（ｂ）に示す形状と同じである。このときのインク流れは、上述した流れＦ２である。また、可撓膜１１８は、図９（ｃ）に示す形状から外方向に膨らみ図９（ｄ）に示す形状に変形する。
【００６６】
位相が２７０°から３６０°（０°）に変化するまでは、上述した流れＦ２が形成される。このとき、負圧液室１１１では、可撓膜１１８が図９（ｄ）に示す形状からさらに外方向に膨らんで図９（ｅ）に示す形状に変形する。可撓膜１１８が図９（ｃ）に示す形状から図９（ｅ）に示す形状に変形することによって増加した容積の変化量は、ダイアフラム１２の押し出し量となっている。
【００６７】
再び位相が０°から９０°に変化するとて、ダイアフラム１２は、上方向に伸び、インクを吸い込む。可撓膜１１８は、図９（ｆ）に示す形状に変形する。このとき、流れＦ１が形成されるが、もはや流れＦ３は形成されない。
【００６８】
更に位相が９０°から１８０°に変化するまでも、流れＦ１が形成され、流れＦ３は形成されない。ダイアフラム１２の位相が１８０°のとき、可撓膜１１８は、図９（ｇ）に示す形状に変形する。可撓膜１１８が図９（ｅ）に示す形状からから図９（ｆ）に示す形状を経て、図９（ｇ）に示す形状に変形することによって減少する容積は、ダイアフラム１２の吸い込み量である。また、このときのダイアフラム１２の状態は、図９（ｃ）に示す状態と同じである。以降は、上述した動作が繰り返され、最後に駆動部６１０は、ダイアフラム１２が図９（ｅ）に示す状態で循環ポンプ１０を停止させる。
【００６９】
図１０は、可撓膜の変形に伴う負圧室の容積の増加量を示す断面図である。図１０（ａ）は、図９（ｃ）〜図９（ｅ）に示したダイアフラム１２の放出動作に伴う可撓膜１１８の変形による負圧室１１０の容積の増加量ΔＶ１を示す。一方、図１０（ｂ）は、可撓膜１１８が、負圧室１１０の容積が最小となる形状から容積が最大となる形状に変形したときの容積の増加量ΔＶ２を示す。
【００７０】
図１０に示すように、増加量ΔＶ１は、増加量ΔＶ２よりも小さい。そのため、ダイアフラム１２の放出動作によって負圧室１１０に移動した空気が膨張したとき、可等膜１１８は、負圧室１１０の容積を増加させるように変形する余地がある。そのため、負圧室内にインクの逃げ場となるスペースが拡充されるので、吐出ノズル１０４から吐出される廃インクの増加を抑制できるようになる。
【００７１】
また、駆動部６１０が図９（ｅ）に示す状態で循環ポンプ１０を停止させることによって、次回の循環動作では、吸収動作から開始される。そのため、可撓膜１１８が外方向に撓んだ状態であっても、吐出ノズル１０４から廃インクを吐出することなく、空気とインクを循環することができる。
【００７２】
（第二の実施形態）
本発明の第二の実施形態のインクジェット記録装置について説明する。本実施形態のインクジェット記録装置は、第一の実施形態で説明したインクジェット記録装置と循環ポンプの構成が異なる。
【００７３】
図１１は、本実施形態のインクジェット記録装置に設けられた循環ポンプ３０の構成を示す模式図である。また、図１２は、循環ポンプ３０の特性を示すグラフである。循環ポンプ３０は、図１１（ａ）に示すように、ゴム材３２に形成されたダイアフラム３３ａと（第１のダイアフラム）と、ダイアフラム３３ｂ（第２のダイアフラム）とを有する。ダイアフラム３３ａ、３３ｂは、ベース流路３１に直列に配置され、膨張と収縮を交互に繰り返す。ダイアフラム３３ａは、記録ヘッド１００に連通し、ダイアフラム３３ｂは、ダイアフラム３３ａおよび負圧室１１０の各々に連通している。ダイアフラム３３ａ、３３ｂは互いに位相が１８０°ずれている。これにより、ダイアフラム３３ａが膨張すると同時にダイアフラム３３ｂは収縮し、ダイアフラム３３ａが収縮すると同時にダイアフラム３３ｂは膨張する。
【００７４】
ダイアフラム３３ａは、ポンプバネ４１ａを突起４２ａに通し、下方に付勢される。また、ダイアフラム３３ｂは、ポンプバネ４１ｂを突起４２ｂに通し、下方に付勢される。突起４２ａ、４２ｂが、ガイド４４に案内され、係合部４３ａ、４３ｂをアーム４５で引っ張り上げる。ハートカム４７が中心４８の周りを回転することにより、アーム４５は、支点４６を中心に揺動して、ダイアフラム３３ａと３３ｂを上下に伸縮させる。ハートカム４７のカム形状は、第一の実施形態で説明したハートカム２７と同様である。
【００７５】
ベース流路３１は、ダイアフラム３３ａ、３３ｂを密閉して取り付け、逆止弁１４、１５を内蔵している。逆止弁１４は、ダイアフラム３３ａよりも上流側に配置され、逆支弁１５はダイアフラム３３ａとダイアフラム３４ａとの間に配置されている。これにより、インクは、ダイアフラム３３ａからダイアフラム３３ｂへは流れが、逆には流れない。
【００７６】
ダイアフラム３３ａと３３ｂは互いに位相が１８０°ずれて、アーム４５と係合している。図１１（ｂ）に示すように、ダイアフラム３３ａが収縮し、ダイアフラム３３ｂが膨張する状態を位相０°とし、ハートカム４７の位相も０°とする。図１１（ｃ）に示すように、ダイアフラム３３ａが膨張し、ダイアフラム３３ｂが収縮した状態を位相１８０°とする。ハートカム４７は、図１１（ｂ）から半回転して、位相１８０°となる。ハートカム４７を不図示のモータを用いて一定速度で回転させると、ダイアフラム３３ａ、３３ｂは、位相を１８０°ずらして、ほぼ一定速度で伸縮する。
【００７７】
図１２（ａ）は、ダイアフラム３３ａと３３ｂの位相と流速の関係を示すグラフである。直線８１は、ダイアフラム３３ａの流速、直線８２は、ダイアフラム３３ｂの流速を示す。流速は、ベース流路３１に対し、吸い込まれる流速又は押し出される流速である。
【００７８】
図１２（ａ）において、位相０°から位相３６０°まで定積分すると、図１２（ｂ）に示す流量特性が得られる。すなわち、直線８１から実線で示された曲線８３が得られ、直線８２から破線で示された曲線８４が得られる。曲線８３は、図７（ｂ）と同様の曲線である。曲線８３は、図７（ｂ）と逆で、位相０°から１８０°までは下に凸の２次曲線、位相１８０°から３６０°までは上に凸の２次曲線となる。吸い込み量は曲線８３で、押し出し量が曲線８４である。２つのダイアフラム３３ａ、３３ｂは、同時に駆動されているので、曲線８３と曲線８４の差で求められる流量が、可撓膜１１８が吸収すべき容積となる。
【００７９】
図１２（ｂ）に示すように、曲線８３と曲線８４の差の最大値は、位相９０°と位相２７０°における流量８５となる。したがって、可撓膜１１８の変形による負圧室１１０の容積の増加量が、流量８５に対応する増加量よりも大きくなるように設定する。
【００８０】
また、循環ポンプ３０でヘッド液室１０１から循環する流量は、曲線８３で示される吸い込み流量となる。第一の実施形態では、循環ポンプ１０の吸い込み量が、可撓膜１１８の変形容積であった（図７（ｂ）参照）。つまり循環ポンプ１０の吸い込み量を大きくしようとすると、可撓膜１１８の変形容積も大きくしなければならなかった。これに対し、本実施形態では、循環ポンプ３０の吸い込み量を大きくとっても、可撓膜１１８の容積変化量は、吸い込み量と押し出し量との差（符号８５の流量）で決定する。そのため、可撓膜１１８の容積変化量つまり撓み量を大きくしないですむので、可撓膜１１８の大型化を抑制できる。逆に言うと、可撓膜１１８の容積変化量が第一の実施形態と同じであれば、循環ポンプ３０は、循環ポンプ１０よりも、循環流量を増量できる。これにより、短時間での循環が可能になる。
【符号の説明】
【００８１】
１０  循環ポンプ
１００  記録ヘッド
１１０負圧室
１１２  供給制御弁
１２１  供給口
１１８  可撓膜
２００  インクタンク
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2012106374.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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