(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクジェット記録ヘッドに接続可能なインク供給口に連通するインク貯蔵室と、前記インク貯蔵室と前記インク供給口とを接続する流路の間に、インク流通口を有する可動膜と、前記インク流通口に対向する位置に形成され、前記インク流通口の封止が可能な弁座と、前記弁座が配置された側とは反対側から前記インク流通口の外周を前記弁座に押圧して前記流路を閉塞するコイルスプリングとを備え、前記インク供給口側の圧力が所定値に低下した時点で前記可動膜が移動して流路を開放させるインク供給機構。
【請求項２】
インクジェット記録ヘッドに接続可能なインク供給口に連通するインク貯蔵室と、前記インク貯蔵室と前記インク供給口とを接続する流路の間に位置してキャリッジに搭載されたときに鉛直状態に配置され、略中心にインク流通口を有する可動膜と、前記インク流通口に対向する位置に形成され、前記インク流通口の封止が可能な弁座と、前記インク流通口の外周を前記弁座側に押圧して前記流路を閉塞するコイルスプリングとを備え、前記インク供給口側の圧力が所定値に低下した時点で前記可動膜が移動して流路を開放させるインク供給機構。
【請求項３】
前記可動膜が、前記コイルスプリングと前記弁座との間に配置されている請求の範囲２に記載のインク供給機構。
【請求項４】
前記可動膜が、前記インク流通口が中心に位置するように円形状に構成され、前記コイルスプリングと前記弁座との間に位置するように外周を固定されている請求の範囲１、または請求の範囲２に記載のインク供給機構。
【請求項５】
前記可動膜が、軟質材料により構成された可動部と、硬質材料により構成されて前記可動部の外周に固定される固定部とから構成されている請求の範囲１乃至請求の範囲４のいずれかに記載のインク供給機構。
【請求項６】
前記可動部の外周に前記可動部と同質の材料により支持部が形成され、前記支持部を介して前記可動部が前記固定部に固定されている請求の範囲５に記載のインク供給機構。
【請求項７】
前記可動膜が、前記インク流通口が中心に位置するように円形状に構成された可動部と、前記可動部の外周に固定部を有し、前記固定部より前記中心側に位置するように前記可動膜の外周近傍に環状の屈曲部が形成されている請求の範囲１、または請求の範囲２に記載のインク供給機構。
【請求項８】
前記可動膜が、前記インク流通口が中心に位置するように円形状に構成された可動部と、前記可動部の外周に固定部を有し、前記可動部が、前記固定部の厚み方向のほぼ中心に位置する請求の範囲１、または請求の範囲２に記載のインク供給機構。
【請求項９】
前記可動部の中心領域が、前記可動部の外周領域よりも前記コイルスプリングの付勢方向に偏倚されている請求の範囲１乃至４のいずれかに記載のインク供給機構。
【請求項１０】
前記固定部の前記弁座側にフランジ部が形成され、前記可動部がその厚み方向の位置を前記フランジ部により規制されている請求の範囲５に記載のインク供給機構。
【請求項１１】
前記コイルバネが、前記可動膜のインク流通口と対向する位置にインク流通用の孔を備えたホルダを介して前記可動膜に当接されている請求の範囲１、また請求の範囲２に記載のインク供給機構。
【請求項１２】
前記弁座が、前記可動膜側に突出する球面として形成されている請求の範囲１、または請求の範囲２に記載のインク供給機構。
【請求項１３】
前記可動膜の前記弁座に当接する面に凸部が形成されている請求の範囲１、または請求の範囲２に記載のインク供給機構。
【請求項１４】
前記弁座が、前記可動膜側に平面を有する凸部として形成されている請求の範囲１、または請求の範囲２に記載のインク供給機構。
【請求項１５】
前記可動膜が、外周に厚肉部を備えた円板状の軟質高分子により構成された可動部と、前記弁座側にフランジ部を備えた硬質高分子により構成された前記環状の固定部とからなり、また前記弁座が前記可動膜側に平面を有し、かつ前記フランジ部と略同一の厚みを有する凸部として形成されている請求の範囲１、または請求の範囲２に記載のインク供給機構。
【請求項１６】
前記凸部の平面と前記フランジ部とが同一面に位置する請求の範囲１５に記載のインク供給機構。
【請求項１７】
前記可動膜は、前記コイルバネを支持する凸部が形成されている請求の範囲１、または請求の範囲２に記載のインク供給機構。
【請求項１８】
前記インク流通口と前記弁座との当接部のインク流動方向の上流側にフィルタを配置した請求の範囲１、または請求の範囲２に記載のインク供給機構。
【請求項１９】
前記インク貯蔵室が、容器に形成されたキャピラリを介して大気に連通し、また前記キャピラリと前記インク貯蔵室との間にガス透過性と撥水性とを有する膜部材が配置されている請求の範囲１、または請求の範囲２に記載のインク供給機構。
【請求項２０】
前記弁座部が前記コイルスプリングの外周よりも大きい凸部として形成されている請求の範囲１、または請求の範囲２に記載のインク供給機構。
【請求項２１】
前記可動膜が、前記キャリッジの移動方向に直交する面に対して平行に配置されている請求の範囲２に記載のインク供給機構。
【請求項２２】
前記可動膜が、前記キャリッジの移動方向に平行に配置されている請求の範囲２に記載のインク供給機構。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、記録媒体の幅方向に往復動するキャリッジと、キャリッジに設けられたインクジェット記録ヘッドと、キャリッジに搭載されて記録ヘッドにインクを供給するインク供給手段とからなるインクジェット記録装置、より詳細には記録ヘッドに負圧を維持しながらインクを供給する技術に関する。
背景技術
部数が多い印刷に使用されるインクジェット記録装置は、例えば特公平４−４３７８５号公報に見られるように、函体にカセット等のインク容器を設置し、インク供給チューブを介してキャリッジに搭載されたインク供給ユニットと接続し、インク供給ユニットを介して印刷で消費されるインクを記録ヘッドに供給する構成が採られている。
このような構造を採ることにより、キャリッジの移動によるチューブの伸長屈曲によるインク圧力の変化を可及的に防止して印刷品質を維持することが可能となる。
一方、カラー印刷時の印字品質の向上を図るため、同一色系統に濃淡複数種のインクを使用する記録装置においては、インクの種類が増加する分、インクチューブの本数が増加し、キャリッジの移動に追従できるようにチューブをガイドする必要上、その引き回すための構造が複雑化したり制約を受け、その上、チューブの弾性や剛性がキャリッジの運動に影響を与え、高速印刷が困難になるという問題がある。
このような問題を解消するため、特開平１０−２４４６８５号公報に見られるように、キャリッジに搭載され、インクジェット記録ヘッドにインクを供給するインク供給ユニットと、函体側に設置されたインクカートリッジと、管路により接続されてインク供給ユニットに接離可能なインク補給ユニットとを備えた記録装置が提案されている。
これによれば、印刷時にはチューブ等の管路とは分離した状態でキャリッジを移動させ、インク供給ユニットへのインクの補充が必要となった時点でのみ管路と接続するだけであるから、管路を構成するチューブをキャリッジの移動に追従させる必要がなく引き回しが簡素化でき、かつキャリッジの移動にチューブの伸縮が伴わないからキャリッジを高速移動させることができ、高速印刷が可能となる。
しかしながら、函体側に設置されたインクカートリッジからインク供給ユニットへのインクの供給を、インク供給ユニットに予め仕込まれている弾性体による膨張力によるわずかな負圧に頼るため、多数回のインク充填によりインク供給ユニットに空気が溜まると、負圧が低下して充填量が低下したり、またインク充填に時間を要するという問題がある。
このような問題を解消するため、特開平８−１７４８６０号公報に見られるように、インク供給ユニットのインク貯蔵室側と記録ヘッドとの間にインクの差圧により開閉する膜を備えた差圧弁機構を配置したものが提案されている。
これによれば、負圧を維持しつつ消費されたインクを記録ヘッドに供給することができるものの、キャリッジの移動によるインクの揺動に随伴して膜も揺動するため、記録ヘッドに供給すべきインクが維持すべき微小な負圧を維持することが困難であるという問題がある。
その上、膜が水平方向に配置されているため、記録ヘッドとの間で維持すべき微妙な負圧で弁手段を開閉させるには、膜の面積が大きくなり、広い設置面積が必要となる。この結果、複数種のインクを使用して印刷する記録装置のキャリッジが大型化するという不都合がある。
発明の開示
本発明のインク供給機構は、インクジェット記録ヘッドに接続可能なインク供給口に連通するインク貯蔵室と、前記インク貯蔵室と前記インク供給口とを接続する流路の間に、インク流通口を有する可動膜と、前記インク流通口に対向する位置に形成され、前記インク流通口の封止が可能な弁座と、前記弁座が配置された側とは反対側から前記インク流通口の外周を前記弁座に押圧して前記流路を閉塞するコイルスプリングとを備え、前記インク供給口側の圧力が所定値に低下した時点で前記可動膜が移動して流路を開放させる。
このように、可動膜のインク流通口の外周をコイルスプリングにより弁座に押圧するため、インク流通口を均等に弁座に接しさせて受圧面の差圧を調整でき、キャリッジの移動などによるインク圧力変化に起因する可動膜の揺動を防止することができ、微小な差圧に応動してインク流通口を開閉することができる。
したがって、本発明の目的は、微小な負圧を高い精度で維持して記録ヘッドにインクを安定に供給することができる記録装置に適したインク供給機構を提供することである。
発明を実施するための最良の形態
そこで以下に本発明の詳細を図示した実施例に基づいて説明する。
第１図は、本発明の一実施例を示すものであって、キャリッジ１は、ガイド部材２に案内されて図示しない駆動手段により往復駆動可能に構成され、上部に本発明が特徴とするインク供給ユニット３が複数、この実施例では４個搭載され、また下面には記録ヘッド４が設けられている。キャリッジ１の移動領域の両側（なお、図では一側だけが図示されている）にはインクカートリッジ５を収容するカートリッジホルダ６が、またキャリッジ１の移動領域の非印字領域の上部にインク補給ユニット７が配置されている。
インク補給ユニット７は、チューブ８によりインクカートリッジ５に接続され、キャリッジ１がインク補給領域に移動した段階で、インク供給ユニット３のインク注入口９に接続して所定のレベルまでインクを注入するように構成されている。なお、図中符号１０は、チューブ１１によりインク補給ユニット７に接続されたインク注入圧力源をなすポンプユニットを示す。
第２図は、同上インク供給ユニット３の一実施例を示すものであって、扁平な容器として構成されていて、上面２０にはインク貯蔵室に連通するインク注入口９及び大気開放口２１が形成され、下部領域、この実施例では下面２２に記録ヘッド４との接続するインク供給口２３が形成されている。また容器の側面２４の、インク貯蔵室３６に対向する領域には窓が形成されていてここをインクの圧力で変形可能で、かつ水蒸気透過性及びガス透過性が極めて低い金属層と高分子フィルムを積層したラミネートフィルムまたは水蒸気透過性及びガス透過性が極めて低い高分子フィルム等のフィルム３１により封止されている。
同上インク供給ユニット３の詳細な構造を第３図に基づいてさらに説明する。インク供給ユニット３を構成する容器は、大略、プラスチック材料等を成形加工してなる枠構造を採り、両側面が開口されたケーシング３０の両側面を、水蒸気透過性及びガス透過性が極めて低い金属層と高分子フィルムを積層したラミネートフィルムまたは水蒸気透過性及びガス透過性が極めて低い高分子フィルム等のフィルム３１、３２により封止して構成されている。
ケーシング３０は、第４図に見られるように、壁３３により上下に、また壁３４により左右に分割されて、上部の壁３３に大気連通用の細溝３５、３５’が、また下部がインク貯蔵室３６と、弁室３７とに分割されている。ケーシング３０の弁室３７の一方の側面３０ａには側面から底部に延びる厚肉部３０ｂが形成されていて、ここに上端３８ａがインク注入口９に、下端３８ｂが壁３４のインク流入口３９に間隙Ｇをおき、かつケーシング３０の厚み方向に偏倚する溝からなるインク供給路３８が設けられている。
このようにインク供給路３８の下端をインク流入口３９の近傍に位置させることにより、インクカートリッジ５から注入された脱気度の高いインクを、大気との接触を避けながら下部に位置するインク供給路３８を経由させて記録ヘッド４に流入させることが可能となる。
このように、脱気度が低下しない間に記録ヘッド４に流入させることにより、記録ヘッド４のインクの充填や、また記録ヘッド４のクリーニング時に脱気度の高いインクを使用することができ、記録ヘッド４に存在する気泡をインクに溶解させて容易に外部に排出することができる。
インク供給路３８の上端３８ａは、ケーシング３０に穿設された連通孔９ａによりインク注入口９に接続されている。また大気開放口２１は、ケーシング３０に形成された連通孔２１ａ、壁３３の両面に形成された細溝３５、３５’、これら細溝３５、３５’を接続する厚み方向に延びる孔４０、４１を経由して壁３３の下面の連通孔４２に接続してインク貯蔵室３６に連通されている。つまり、大気連通用流路は、壁３３に水平方向に間隔をおいて厚み方向に延びる孔４０、４１と、これらにより端部が接続され、かつ各側面側に位置して形成された細溝３５、３５’とにより、可及的に流体抵抗が大きくなるキャピラリとして構成されている。インク貯蔵室３６内部は、連通孔４２、細溝３５、孔４１、細溝３５’、孔４０、連通孔２１ａを順番に経由して大気に連通している。
一方、弁室３７は、後述する差圧弁機構５０により厚み方向に２つの領域に分割され、インク流入側の面には一端がインク流入口３９を介してインク貯蔵室３６に連通し、他端が差圧弁機構５０に連通する垂直なインク流路を構成する溝４３が形成され、またインク流出側には差圧弁機構５０とインク供給口２３と接続するインク流路をなす溝４４が形成されている。この溝４４の先端は、ケーシング３０に穿設された垂直な通孔４５を介してインク供給口２３に連通されている。
第５図及び第６図は、上述の差圧弁機構５０の一実施例を示すものであって、ケーシング３０の弁室３７の一方側面を封止する側壁の中央領域にコイルバネ５１を収容する孔４６を備えた弁体収容凹部４７が形成されており、ここにコイルバネ５１、バネホルダ５２、膜弁５３、及びフィルタ５６の支持体を兼ねた固定部材５７が積層状態で嵌め込まれている。バネホルダ５２は、バネ支持面５２ａを備え、これの外周にガイド片５２ｂと抜け防止用の爪５２ｄを形成して構成され、バネ支持面５２ａのインク流通口５２ｃが穿設されている。
可動膜として構成された膜弁５３は、差圧を受けて弾性変形することができる柔軟材により形成された膜部５４と、これの外周を支持してケーシング３０と固定部材５５とに挟持される硬質材により形成された肉厚の固定部５５とからなり、好ましくは高分子の２色成形により一体に製造される。膜部５４の中心にはバネホルダ５２のインク流通口５２ｃに対向するインク流通口５４ａを有する厚肉の封止部５４ｂが設けられている。
固定部材５７は、フィルタ室を形成するように凹部５７ａが形成され、凹部５７ａの封止壁５７ｂの中央部に膜弁５３のインク流通口５４ａに当接する弁座部５７ｃが形成されている。この弁座部５７ｃは、膜弁５３の側に突出するように球面状に形成されており、また上部にはインクが流入する通孔５７ｄが穿設されている。
この実施例において、キャリッジ１をインク補給ユニット７の位置に移動させてインク供給ユニット３をインク補給ユニット７に接続すると、インク注入口９がチューブ８を介してインクカートリッジ５に、また大気開放口２１がチューブ１１を介してインク注入圧力源をなすポンプユニットに接続される。
この状態でインク補給ユニット７を作動させると、インク貯蔵室３６の圧力が低下してインク供給路３８を介してインク貯蔵室３６の底部にインクが流れ込む。
このようにしてインクが充填された状態では、第６図（ａ）に示すように膜弁５３の膜部５４はバネ５１に押されて弁座部５７ｃに弾接しているから、インク貯蔵室３６とインク供給口２３との連通が絶たれている。
この状態で印刷が開始されて記録ヘッド９によりインクが消費されると、インク流路をなす溝４４の圧力が低下し、記録ヘッド９に供給されるインクが一定の負圧に維持される。インクの消費がさらに進むと、負圧が大きくなるため、第６図（ｂ）に示したように膜部５４に作用する差圧が大きくなって膜部５４がバネ５１に抗して後退し、インク流通口５４ａが弁座部５７ｃから離れて間隙ｇを形成する。
これによりインク貯蔵室３６のインクが弁室３７に流れ込み、フィルタ５６により気泡や塵埃を除去されてから膜部５４のインク流通口５４ａを通過して図中符号Ｆで示す流路によりインク供給口２３に流れ込む。このようにして差圧がある程度まで減少すると、バネ５１により膜弁５３の膜部５４が弁座部５７ｃに押し戻されて第６図（ａ）に示したようにインク流通口５４ａが閉塞される。
以下、このようにインク供給口２３の負圧が大きくなると膜弁５３がコイルバネ５１に抗して後退してインク流通口５４ａを開放し、一定の負圧を維持しつつインクを記録ヘッド４に供給するという動作を繰返す。
この実施例によれば、膜弁５３は、そのインク流通口５４ａの周囲近傍をコイルバネ５１により積極的に弁座部５７ｃに押圧されているから、膜弁５３の弾性だけで差圧を調整する従来のインク供給ユニットに比較して、キャリッジの移動による膜弁５３の揺動を抑制して記録ヘッドへのインクの供給圧を所定の負圧に安定に維持することができる。
第７図（ａ）乃至（ｅ）は、それぞれ上述の膜弁５３の他の実施例を示すもので、膜部５４は、その外周にリング状の支持部５４ｃを、また中央部に前述のインク流通口５４ａを形成された厚肉の封止部５４ｂを備えるように、インクの差圧により変位可能な材料、例えば軟質ポリプロピレンにより構成されている。また固定部５５は、膜部５４の支持部５４ｃの外周に嵌合してこれを支持するようにリング体として硬質材料、例えば硬質ポリプロピレンにより構成されている。
第７図（ａ）に示したものは、封止部５４ｂが薄膜部５４ｄと支持部５４ｃとの接続位置に対して偏倚するように膜部５４の弾性変形領域を構成する薄肉部５４ｄがテーパ状に構成されている。
第７図（ｂ）に示したものは、薄膜部５４ｄが、薄膜部５４ｄと支持部５４ｃとの接続部と中央部とが同一平面に位置し、かつ支持部５４ｃ（または固定部５５）の厚み方向のほぼ中心に位置するように構成されている。また固定部５５は、封止部５４ｂの弁座部５７ｃとの当接領域側に、薄肉部５４ｄと支持部５４ｃとの接続領域程度までリング状の凹部５５ａを設けて、支持力を維持しつつ膜部５４の弾性変形を阻害しないように構成されている。
第７図（ｃ）乃至第７図（ｅ）は、薄肉部５４ｄと支持部５４ｃとの接続領域に環状の屈曲部５４ｅを形成して、支持部５４ｃによる薄肉部５４ｄの拘束力の開放と、射出成形による収縮応力による変形を緩和することを意図したものである。
第７図（ｃ）に示すものでは屈曲部５４ｅは筒状に形成され、また薄肉部５４ｄは支持部側とインク流通口５４ａ側とが偏倚した状態となるように構成されている。
さらに第７図（ｄ）に示すものでは、屈曲部５４ｅが断面「Ｕ」字状に形成されていて、支持部５４ｃとインク流通口５４ａとが同一平面に位置するように構成されている。
さらに、第７図（ｅ）に示すものでは蛇腹部が断面「Ｕ」字状に形成されているものの、支持部側が封止部５４ｂの弁座部との当接領域側に偏倚されている。
第８図は、同上差圧弁機構の他の実施例を示すものであって、この実施例においては差圧調整用のバネ６１がケースを介することなく膜部６４を弾圧するように構成されている。すなわち、膜部６４は、固定部材５７の弁座部５７ｃ’に対向する側が平面となる薄肉部６４ａを備え、弁座部５７ｃ’に対向する裏面には外周にバネ６１を位置決めする凸部６４ｂが形成され、中心にインク流通口６４ｃが穿設されている。
薄肉部６４ａの支持領域側には環状に断面「Ｕ」字状となるように屈曲部６４ｄが形成されていて、外周に厚肉部からなる支持部６４ｅが形成されている。支持部６４ｅの外周は、硬質材により一体に形成されたフランジ状の固定部６５が形成されている。支持部６４ｅは、先端側、つまり弁座部５７ｃ’との対向面を固定部６５の底部６５ａに支持されて厚み方向の位置を管理されている。
そしてこの実施例においては、固定部材５７の弁座部５７ｃ’は、膜部６４との対向面が平面で、かつ外縁５７ｅがバネ６１の外周よりも外側となる凸部として形成されている。この弁座部５７ｃ’の高さＨは、固定部６５の底部６５ａの厚みＤと同一に設定されている。これにより、固定部６５と弁座部５７’との対向面がほぼ同一の平面に位置させることができ、記録ヘッド４による微小なインク消費量に応動して膜部６４を弁座部５７ｃ’に接離させることが可能となる。
この実施例において、インクが充填された状態では、第８図（ａ）に示すように膜部６４はバネ６１に押されて弁座部５７ｃ’に可及的に広い面積で弾接しているから、インク貯蔵室３６とインク供給口２３との連通が絶たれている。この状態で印刷が開始され、記録ヘッド９によりインクが消費されると、第８図（ｂ）に示したように弁座部５７ｃ’との間に間隙ｇを形成する。これによりインク貯蔵室５２のインクがフィルタ５６により気泡や塵埃を除去されてから膜部６４のインク流通口６４ｃを通過して流出口６７を経て図中符号Ｆで示すようにインク供給口２３に流れ込む。このようにして差圧がある程度まで減少すると、バネ６１により膜部６４が弁座部５７ｃ’に押し戻されて第８図（ａ）に示したようにインク流通口６４ｃが閉塞される。この状態ではバネ６１の押圧力が弁座部５７ｃ’により受け止められるから、薄肉部６４ａが過剰に変形することがなく、長期間にわたって液密性を維持することができる。
ところで、軟質高分子は、射出成形後に収縮等を生じ易く、薄肉部６４ａが平面を維持することが困難な場合がある。このような場合には、第８図（ｃ）に示したように薄肉部６４ａの支持領域側には環状の断面略「Ｓ」字状部とした屈曲部６４ｄ’を形成することにより薄肉部６４ａを平面に維持させることができる。
第９図は、上述膜弁を製造する装置の一実施例を示すものであって、膜弁５３全体の形状の一致する型孔Ｃを備えた金型Ａ、Ｂを用意するとともに、リング状部Ｋの外周側に第１の注入口Ｌ１を、また内周側に第２の注入口Ｌ２を設け、タイマＦにより開閉時間が制御される弁Ｅ１、Ｅ２を介して硬質ポリプロピレン射出機Ｄ１、軟質ポリプロピレン射出機Ｄ２を接続して構成されている。
金型Ａ、Ｂを、インク流通口となる領域を中心とするように回転させ、第１の弁Ｅ１を開放して硬質ポリプロピレンを所定量注入する。注入された硬質ポリプロピレンは遠心力を受けて外側に均一に分布し、リング状となる。硬質ポリプロピレンがある程度硬化した時点で第２の弁え２を開放して軟質ポリプロピレンを注入すると、硬質ポリプロピレンにより形成されたリングの内側に密着した状態で軟質ポリプロピレンが金型の形状に成形される。
また、上述の実施例においては差圧弁機構に対向するようにフィルタを配置しているが、第１０図に示したように差圧弁機構には対向しない位置、例えば差圧弁機構５０の下方に配置しても同様の作用を奏する。すなわち、インク貯蔵室３６をフィルタ７０の一方の面に連通させ、ケーシング３０の肉部に形成された通孔７１を介してフィルタ７０の他方の面を差圧弁機構５０のインク流入口に連通させるようにすればよい。
第１１図（ａ）、（ｂ）は、それぞれ同上実施例のインクの流れを、ケーシング３０の表裏に分けて示す図であって、インク貯蔵室３６からフィルタ７０に流入する流れ▲１▼、通孔７１からケーシングに形成された流路を経由して差圧弁機構５０の流入口５７ｄに流入する流れ▲２▼、膜弁を通過する流れ▲３▼、差圧弁機構５０の流出口６６、６７とインク供給口２３とを結ぶ流路を経由する流れ▲４▼、及び流路４４を流れる流れ▲５▼によりに連通する。なお、図中、丸枠に「・」の印は、紙面に垂直に手前側への流れを、また丸枠に「×」の印は紙面に垂直に奥に向かう流れを示している。
第１２図は、メインインクタンクをインク供給ユニットに直結した実施例を示すものである。
メインタンク８０は、一側端の底部にインク供給ユニット９０との接続口８１が形成され、その内部を複数、この実施例では２枚の仕切り８２、８３により３つの第１乃至第３のインク室８４、８５、８６に分割されている。各仕切り８２、８３の下部には、連通口８２ａ、８３ａが形成され、その上面８２ｂ、８３ｂは、接続口８１の上端よりも低く、かつインク供給ユニットの接続口８１から離れるほど低くなるように設定されている。
接続口８１には、外側に凸部８７ａを備えた封止弁８７が設けられ、一端を仕切り８２に支持されたバネ８８により接続口８１に常時付勢されている。
インク供給ユニット９０は、下部にメインタンク８０の接続口８１に液密に挿入可能な筒状の接続部９１に連通するインク貯蔵室９２を形成する容器として構成され、接続部９１に対向する他面には後述する差圧弁機構１００が設けられている。接続部９１は、封止弁８７の突起８７ａの挿入が可能な開口９１ａを備え、バネ９３により付勢された弁９４が進退可能に挿入されている。このバネ９３は、接続口８１のバネ８８よりも弱く設定されている。
インク貯蔵室９２を構成する容器の露出している壁９５には、インク貯蔵室９２のインク面よりも上部に位置するように連通孔９６を設け、壁の表面側に連通孔９６に接続する溝９７が形成されている。連通孔９６に対向する領域は、撥水性とガス透過性を備えた膜９８ａにより封止されて、溝９７へのインクの浸入を防止している。また溝９７は大気に連通する連通路を形成するように、遮気性のフィルム９８ｂで封止されている。
差圧弁機構１００は、インク貯蔵室９２と記録ヘッド４のインク誘導路４ａとを接続する流路に設けられていて、第１３図に示したように壁９５の下端部に球面状の凸部からなる弁座部１０１と、その下端領域にインク流入口１０２とが形成されていて、弁座部１０１の中心に当接するようにコイルバネ１０３により付勢された膜弁１０４が設けられている。
可動膜として構成された膜弁１０４は、インクの差圧により弾性変形可能で、弁座部１０１よりも半径が大きな球面を形成する膜部１０５と、膜部１０５の周縁の固定部１０５ａに一体に結合されたリング状の固定部１０６とにより構成され、膜弁１０４と弁座部１０１との間に第１のインク室１０７が確保されているている。
膜部１０５の中心の突出側にはコイルバネ１０３と係合する凸部１０５ｂが、また対向する裏面には弁座部１０１の突端に当接する封止部１０５ｃが形成され、これらを貫通するようにインク流入口１０５ｄが穿設されている。
これら膜弁１０４、バネ１０３は、第２のインク室１０８を確保できる凹部を備えた弁固定枠１０９により固定されている。第２のインク室１０８と記録ヘッド４のインク誘導路４ａとを接続する流路は、弁固定枠１０９に通孔を穿設したり、また表面に溝１０９ｃ、１０９ｄを設け、この溝１０９ｃ、１０９ｄを膜、この実施例ではインク貯蔵室９２を構成する壁９５の膜９８ｂにより封止して構成されている。このようにインク貯蔵室９２の壁９５の膜９８ｂと共用することにより、弁固定枠１０９を確実に固定することができる。なお、図中符号１１０は、インク流入口１０２に設けられたフィルタを、また符号１１１は封止用のパッキンを示す。
このような差圧弁機構１００は、弁固定枠１０９のバネ保持用の凸部１０９ａにバネ１０３を填め、またテーパ状に形成されている溝１０９ｂに膜部１０５の固定部１０５ａを位置合せし、さらに固定部１０５ａの外周と溝１０９ｂとの間にリング状の固定部１０６を嵌め込み、これらを一体として凹部１１２に固定することにより組み立てることができる。
このように構成された実施例は、膜部１０５がバネ１０３に押されて半球状の弁座部１０１に弾性変形しつつ当接し、前述の実施例と同様にバネ１０３により設定された差圧を維持しつつ記録ヘッド４にインクを供給する。
次にこのように構成されたインク供給ユニット９０へのメインタンク８０の接続について説明する。
メインタンク８０の接続口８１をインク供給ユニット９０の接続部９１に位置合せすると、接続口８１のパッキン１１１により気密が保たれた状態となる（第１４図（ａ））。
この状態でさらに押し込むと、凸部８７ａが接続部９１のバネ９３に抗して弁９４を図中矢印Ａの方向に限界点まで後退させて流路を開かせる（第１４図（ｂ））。
さらにメインタンク８０を押し込むと、限界点に支持された弁９４に突起８７ａがバネ８８に抗して図中符号Ｂの方向に押し戻され、封止弁８７が接続口８１から離れて流路が開放される（図１４図（ｃ））。これにより、メインタンク８０のインクがインク供給ユニット９０のインク貯蔵室９２に流れ込む（第１５図（ａ））。
この状態で記録ヘッド４によりインクが消費され、記録ヘッド４に連通する部屋１０８の圧力が低下すると、膜部１０５がバネ１０３に抗して弁座部１０１から離れる。これにより部屋１０７のインクが部屋１０８に流れ込む。インクの補給により部屋１０８の負圧が低下、つまり差圧が記録ヘッド４にインクを供給するのに適した圧力まで低下すると、膜部１０５がバネ１０３に押し戻される。これにより、インク流入口１０５ｄが弁座部１０１により閉塞され、部屋１０８の負圧が所定値に維持される。
このようにしてインクが消費されて第１のインク室８４のインクレベルが仕切り８２の窓８２ａの上端８２ｂまで下がると、第２のインク室８５のインクが消費される（第１５図（ｂ））。第２のインク室８５が仕切り８３の窓８３ａの上端８３ｂまで下がると、第３のインク室８６のインクが消費される（第１５図（ｃ））。
この様な構成により、インク貯蔵室９２のインク液面の変化は、インク消費に伴うメインタンク８０のインク液面の変化よりも小さく抑えることができるため、圧力変動を小さくできる。また、仕切８２の窓８２ａの上端８２ｂがあることで、環境温度の上昇によるメインタンク８０内の空気膨張によってインクが押し出され、インク貯蔵室９２のインク液面が変化する問題に対し、大気に連通しないメインタンク８０内の空気容積を低減することができるため、記録ヘッドへのインクの供給圧を安定に維持することができる。
このような過程でインク貯蔵室９２のインクのインク蒸気は、溝９７及びフィルム９８からなるキャピラリにより大気に揮散するのを防止される。一方、環境温度の上昇によるインク貯蔵室９２の圧力の上昇分は、インク貯蔵室９２の上部の連通孔９６、溝９７、及びフィルム９８からなるキャピラリを介して大気に圧力が開放されてインク貯蔵室９２の圧力が開放される。
第１６図はメインタンクの他の実施例を示すものであって、前述の実施例においては３つのインク室に分割していたが、第１６図（ａ）、（ｂ）に示したように３つの仕切り、７つの仕切りにより分割し、下部の連通窓の上端の位置を、接続口８１の側ほど上方に位置するように形成してもよい。このようにインク室の容積を少なくするほど、インク室の切り替わり時におけるインクの流れによる動圧を少なくすることができる。
また第１６図（ｃ）に示したように仕切りの下端を接続口８１から遠ざかるように斜面として形成すると、インク室切り替わり時のインクの流れによる接続口側への動圧を減少させることができる。さらには第１６図（ｄ）に示したように仕切りの上部を水平に延ばして天板として形成するとともに、これら天板が延びる方向の壁面８０ａを少なくとも半透明とすることにより各インク室のインクの消費を側面から視認することができる。さらには第１６図（ｅ）に示したように仕切りの窓の高さを同一としてもほぼ同様の作用を奏する。
第１７図（ａ）、（ｂ）は、本発明の他の実施例を示すものであって、この実施例においては、インク供給ユニット９０の裏面にインク貯蔵室９２に連通する中空針１１３が形成されており、またインクカートリッジ８０にはインク供給口１１４が形成され、中空針１１３を挿通することができるフィルム１１５により封止されている。インクカートリッジ８０は、インク供給口１１４から離れた奥側ほど高くなる斜面からなる底面１１６が形成されている。またインク供給ユニット９０のインク貯蔵室９２には、共通電極１１７を下方とするように第１の液面検出電極１１８が、またインクカートリッジ８０には第１の液面検出電極１１８よりも上方に位置し、かつインクカートリッジ８０のインクが無くなった時点で露出する位置に第２の液面検出用電極１１９が配置されている。共通電極１１７は、好ましくはインク流入口１０２よりも下方に位置するように配置されている。
この実施例によれば、第１７図（ｂ）に示したようにインクカートリッジ８０のインク供給口１１４を中空針１１３に位置合せして押し込むと、中空針１１３がフィルム１１５を貫通してインクカートリッジ８０のインクがインク供給ユニット９０のインク貯蔵室９２に流れ込む。
印刷等によりインクの消費が進んでインクカートリッジの最後の部屋８６のインクまでが消費されると、第２の液面検出用検出電極１１９が大気に露出されるため、共通電極１１７との導通が断たれ、インクカートリッジのインクエンドが検出される。この状態からさらにインクの消費が進むと、第１の液面検出用電極１１８がインクから露出してインク貯蔵室９２のインクエンドが検出される。
第１８図は本発明の他の実施例を示すものであって、この実施例においては、インク貯蔵室９２と接続し、かつインクカートリッジ８０のインク室に対向する位置まで延びる連通路１２０を形成し、連通路１２０の上面に少なくとも１つ、この実施例ではインクカートリッジ８０の部屋数分の中空針１２１を連通路１２０に連通させて植設されている。
一方、インクカートリッジ８０は、仕切り８２’、８３’により複数の部屋８４’８５’、８６’に分割されていて、ホルダ１２２に装着された場合に中空針１２１と対向する位置にバネ１２３により常時、下方に付勢された弁１２４を備えたインク供給口１２５が形成され、インク供給口１２５がフィルム１２６により封止されている。
この実施例によれば、インクカートリッジ８０をホルダ１２２にセットしてカートリッジ８０を下方に押圧すると、中空針１２１の先端がフィルム１２６を貫通して弁１２４を押し上げて流路を開く。これによりインクカートリッジ８０の各部屋のインクが連通路１２０を介してインク貯蔵室９２に流れ込む。また、インクカートリッジ８０をホルダ１２２から取り外すと、弁１２４が中空針１２１の支持を失って第１８図（ｂ）に示したようにバネ１２３によりインク供給口１２５に弾圧され、インク供給口１２５からのインクの流出を阻止する。
なお、上述の実施例においてはインク供給口を弁１２４で封止しているが、第１９図に示したように中空針１２１の先端と対向する位置に貫通孔１２７ａを穿設した弾性板１２７、例えばゴム板を配置し、開口をフィルム１２６により封止しても同様の作用を奏する。
すなわち、インクカートリッジ８０をホルダ１２２に位置合せして押し込むと、中空針１２８がフィルム１２６を貫通した後、弾性板１２７の貫通孔１２７ａを押し拡げて連通する。この状態では中空針１２１の周囲が弾性板１２７により封止されているため、インクの漏洩やインク溶媒の揮散、さらには空気の流入が確実に防止される。この実施例においては、中空針１２１は、先端側を小径部１２１ａとし、また弾性板１２７に接触する領域には先端をテーパとする大径部１２８ｂを構成しておくのが望ましい。
一方、インクカートリッジ８０をホルダ１２２から取り外すと、中空針１２１が弾性板１２７から抜けるため、貫通孔１２７ａが収縮してインクを毛細管力で保持してインクの流出を阻止する。
第１図に示したように函体に設置されたインクカートリッジ５からチューブ８を介してインク供給ユニット３にインクを供給する工程を第２０図に基づいて詳説する。
キャリッジ１をインク補給ユニット７の位置に移動させてインク供給ユニット３と接続すると、インク供給ユニット３のインク注入口９はカップリング１３０を介してインク補給ユニット７から延びるチューブ８’及びチューブ８によりインクカートリッジ５に連通され、また大気開放口２１はカップリング１３１を介してインク補給ユニット７から延びるチューブ１１’及び１１によりポンプユニット１０に接続される。
この状態でインク補給ユニット７のポンプユニット１０を作動させると、インク貯蔵室３６の圧力が低下し、インクカートリッジ５がチューブ８、８’、カップリング１３０を経由してインク注入口９に引かれ、インク供給路３８を通ってインク貯蔵室３６に流れ込む。
インク供給路３８の下端３８ｂは、インク貯蔵室３６の底部に位置し、また弁室３７のインク流入口３９との間にギャップＧが存在するから、インクとともに流れ込んだ気泡は、浮力によりこのギャップＧの間で上昇し、弁室３７を区画する壁３４に阻止されて弁室３７に流れ込むことなく、インク貯蔵室３６の上方に移動する。
このようにインク貯蔵室３６に負圧を作用させてインクカートリッジ５のインクを吸引するため、弁室３７に気泡が入ることなく、インク貯蔵室３６に注入することができる。
インク貯蔵室３６に所定量のインクを補給した段階で、インク注入口９を封止してさらにインク補給ユニット７のポンプユニット１０を作動させてインク貯蔵室３６を減圧すると、インク貯蔵室のインクを充分に脱気することができる。もとより、インク貯蔵室３６の圧力が低下するから、記録ヘッド４との間に接続された差圧弁機構５０が逆止弁として作用し、記録ヘッド４を介して空気が流入したり、また記録ヘッドに無用に高い吸引圧が作用するようなことはない。
一方、印刷工程等において記録ヘッド４に目詰まり等による印刷不良が生じた場合には、記録ヘッド４をキャッピング手段１３２により封止して吸引ポンプ１３３を作動させて、いわゆる吐出回復処理を実行する。
キャッピング手段１３２により負圧を受けると、この負圧がインク誘導路４ａを介してインク流路をなす溝４４から差圧弁機構５０に作用する。差圧弁機構５０は、前述したように記録ヘッド４の側の圧力が低下すると開弁するから、弁室３７のインクがフィルタ５６（第５図参照）でろ過されて差圧弁機構５０を通過して記録ヘッド４に流れこむ。
この吐出回復工程において、インク供給ユニット３にカップリング１３０を介してインクカートリッジ５を接続し、かつ大気開放口２１を封止した状態で吐出回復処理を実行すると、インクカートリッジから脱気度の高いインクが、弁室３７を区画する壁３４の下部に設けられているインク流入口３９に速やかに到達することから、その脱気度を落とすことなく弁室３７に流れ込むことになる。また、インクカートリッジ５とインク供給ユニット３の接続の際に生じる気泡があったとしても、先に述べた様に弁室３７へ気泡が入ることもない。
さらに、インク注入口９及び大気開放口２１を封止した状態を維持すると、インク貯蔵室３６の圧力が低下してインクに溶存しているエアがインク貯蔵室３６の上部空間に放出され、インクの脱気度を回復することができる。
産業上の利用可能性
本発明のインク供給機構によれば、可動膜のインク流通口の外周をコイルスプリングにより弁座に押圧するため、インク流通口を均等に弁座に接しさせて受圧面の差圧を調整でき、キャリッジの移動などによるインク圧力変化に起因する可動膜の揺動を防止して、微小な負圧を高い精度で維持して記録ヘッドにインクを安定に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明のインクジェット記録装置の一実施例を、そのインク供給機構の概要について示す図である。
第２図は、同上装置に使用するインク供給ユニットの一実施例を示す斜視図である。
第３図（ａ）、（ｂ）は、ぞれぞれ同上インク供給ユニットの一実施例を、その表裏の構造について封止用フィルムを外した状態と、封止用フィルムを省いた状態で示す図である。
第４図は、第２図のＡ−Ａ線での断面構造で示す断面図である。
第５図は、同上インク供給ユニットに組み込まれている差圧弁機構の一実施例を示す組立斜視図である。
第６図は、同上インク供給ユニットの差圧弁機構を拡大して示す断面図であって、図（ａ）は閉弁状態を、また図（ｂ）は開弁状態を示す。
第７図（ａ）乃至（ｅ）は、それぞれ同上差圧弁機構を構成する膜弁の他の実施例を示す断面図である。
第８図は、差圧弁機構の他の実施例を拡大して示す断面図であって、図（ａ）は閉弁状態を、また図（ｂ）は開弁状態を示すものであり、また図（ｃ）は、膜弁の他の実施例を示す断面図である。
第９図は、同上膜弁の製造方法の一実施例を示す図である。
第１０図は、第８図に示した実施例においてフィルタの取付け位置を変えた場合の流路との関係を開弁状態で示す図であり、第１１図（ａ）、（ｂ）はそれぞれ同上流路を形成する溝や通孔をインク供給ユニットの両側面について示す図である。
第１２図は、本発明の他の実施例を示す断面図であり、第１３図は差圧弁機構を拡大して示す断面図である。
第１４図（ａ）乃至（ｃ）は、それぞれインク供給ユニットにメインタンクを装着する工程における接続部の動作を示す図であり、また第１５図（ａ）乃至（ｃ）は、それぞれ記録ヘッドでのインクの消費に伴うメインタンクからのインクの補給状態を示す図である。
第１６図（ａ）乃至（ｅ）は、それぞれメインタンクの他の実施例を示す図である。
第１７図乃至第１９図は、それぞれ本発明のメインタンクの他の実施例を示す図であって、同図（ａ）、（ｂ）は、それぞれメインタンクをインク供給ユニットに装着する前の状態、及び装着状態で示す図である。
第２０図は、第１図に示した記録装置におけるインク供給ユニットへの補給、及び記録ヘッドのインク吐出回復の動作を説明する図である。
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図３】
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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】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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