JPH06270416A - インクジェット記録装置のインク充填装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 インクタンクのみ、又は、インクタンク及び
記録ヘッドを交換した後に、記録ヘッドに気泡の混入が
ない状態でインクを安定的に充填する。 【構成】 記録ヘッド２のノズル２ａ面を覆い且つイン
ク排出口４ａが開設されたキャップ４と、このキャップ
４のインク排出口４ａに連通部材５を介して連通接続さ
れ且つキャップ４を通じて記録ヘッド２のノズル２ａ面
に負圧を作用させる容積変化型の負圧吸引ポンプ６と、
この負圧吸引ポンプ６にて吸引された排インクを回収す
る排インク回収タンク７とを備え、記録ヘッド２のイン
ク流路容積をＶ1、キャップ４、連通部材５及び負圧吸
引ポンプ６の初期容量からなるインク流路初期容積をＶ
2、負圧吸引ポンプ６の吸引容積変化量をＶ3とする時
に、Ｖ3≧Ｖ1×１．５であり、かつ、Ｖ3×９≧Ｖ2≧Ｖ
3の条件を満足させるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、インクジェット記録
装置のインク充填装置に係り、詳しくは、記録ヘッドに
対してインクタンクが分離可能なインクジェットカート
リッジを有するインクジェット記録装置に有効なインク
充填装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のインクジェット記録装置として
は、記録ヘッドとインクタンクとを一体にカートリッジ
として構成することが知られている（例えば特開平３−
１１０１７２等）。かかる一体型カートリッジは、記録
ヘッドを消耗品とし、その交換をユーザーが行うことに
よって、過去のインクジェット記録装置で最大の問題で
あった、ノズル詰まりやヘッドの寿命による印字の劣化
に対し、記録ヘッドの交換での対処を容易とし、商品と
しての価値を高めてきた。

【０００３】ところで、このような一体型カートリッジ
においては、記録ヘッドを使い捨てにするためランニン
グコストが高いという問題がある。インク及びヘッドの
改善によって、長寿命化は達成されつつあるが、ランニ
ングコストを下げるためインクタンクのインク量を増や
そうとするカートリッジが大型化し マシンサイズの大
型化をまねくため、事実上困難である。

【０００４】上記課題を解決するには、記録ヘッドとイ
ンクタンクとを分離可能にし、通常はインクタンクのみ
を交換し、記録ヘッドの寿命あるいは故障時においての
み記録ヘッドを交換するようにしたものが提案されてい
る（例えば特開平３−８７２６６号公報参照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】かかる構成において、
記録ヘッドのインク流路に対しインクを充填する必要が
あるケースとしては、記録ヘッドとインクタンクとを共
に交換する場合（初期充填）と、記録ヘッドはそのまま
でインクタンクのみを交換する場合（再充填）とがある
が、特に、後者の場合に気泡が混入し易く、印字品質を
損なう原因につながり易いという技術的課題が見い出さ
れた。

【０００６】そこで、この発明者らは、インクジェット
カートリッジ構造及び記録ヘッドにインクを吸引する手
段について鋭意研究を重ねた結果、記録ヘッドとインク
タンクとを共に交換する場合（初期充填）と、記録ヘッ
ドはそのままでインクタンクのみを交換する場合（再充
填）とで、インク充填に際し好ましい作用負圧が異な
り、初期充填時は低い圧力でゆっくりと、再充填時は高
めの圧力で速やかに充填する必要があることに着目し、
いずれの交換時にも記録ヘッドに気泡の混入のない状態
でインクを安定的に充填する条件を見出し、この発明を
案出するに至ったのである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】図１にこの発明の構成を
示す。同図において、インクジェットカートリッジ１
は、装置本体に対して着脱自在であって、画素密度毎に
ノズル２ａが配列された記録ヘッド２及びこの記録ヘッ
ド２にインクＩを供給するインクタンク３からなる。本
発明は、記録ヘッド２に対してインクタンク３が分離可
能なインクジェットカートリッジ１を有するインクジェ
ット記録装置を直接的な適用対象とするものであるが、
記録ヘッド２及びインクタンク３が一体化されたインク
ジェットカートリッジ１を有するインクジェット記録装
置に適用できることは勿論である。ここで、記録ヘッド
２のインク吐出方式やインクタンク３の構造等について
は適宜選定して差し支えなく、また、記録ヘッド２に対
してインクタンク３が分離可能なインクジェットカート
リッジ１にあっては、両者を連結するジョイント部材８
の構成については適宜選定して差し支えない。

【０００８】また、この発明に係るインク充填装置は、
上記記録ヘッド２のノズル２ａ面を覆い且つインク排出
口４ａが開設されたキャップ４と、このキャップ４のイ
ンク排出口４ａに連通部材５を介して連通接続され且つ
キャップ４を通じて記録ヘッド２のノズル２ａ面に負圧
を作用させる容積変化型の負圧吸引ポンプ６と、この負
圧吸引ポンプ６にて吸引された排インクを回収する排イ
ンク回収タンク７とを備えている。ここで、上記キャッ
プ４としては記録ヘッド２のノズル２ａ面を選択的に覆
うために進退駆動手段で支持されており、記録ヘッド２
のノズル２ａ面に密着させる上で弾性材で通常構成され
る。また、上記連通部材５としては、基本的にキャップ
４と負圧吸引ポンプ６とを連通させるものであればよい
が、記録ヘッド２のノズル２ａ面をキャップ４にてキャ
ッピング動作する際にキャップ４内が正圧になり、ノズ
ル２ａ内のインクを押し込んでしまう事態を回避すると
いう観点からすれば、連通部材５の一部にバルブ等の大
気開放手段９を設けるのが好ましい。更に、上記負圧吸
引ポンプ６は、例えばシリンジ６ａ及びピストン６ｂの
他に、吸引時にのみ負圧吸引ポンプ６の吸引口を開放す
る一方向弁６ｃ、ピストン６ｂ戻し動作時にのみに排イ
ンク回収タンク７側への連通口を開放する一方向弁６ｄ
を備えている。

【０００９】このような装置構成において、記録ヘッド
２のインク流路容積をＶ1、キャップ４、連通部材５及
び負圧吸引ポンプ６の初期容量からなるインク流路初期
容積をＶ2、負圧吸引ポンプ６の吸引容積変化量をＶ3と
する時に、Ｖ3≧Ｖ1×１．５であり、かつ、Ｖ3×９≧
Ｖ2≧Ｖ3の条件を満足させることが必要である。

【００１０】

【作用】次に、この発明に係るインクジェット記録装置
のインク充填装置の作用について説明する。インクタン
ク３のみ、又は、記録ヘッド２及びインクタンク３を共
に交換した後、記録ヘッド２のインクの充填は以下の手
順で行われる。 Ａ：大気開放手段９を開放した状態でキャップ４を記録
ヘッド２に押圧し、次に、大気開放手段９を閉じ、記録
ヘッド２のノズル２ａ面を密閉する。この時、負圧吸引
ポンプ６のピストン６ｂは上死点に位置する。 Ｂ：負圧吸引ポンプ６のピストン６ｂを動作させ、キャ
ップ４を含むインク流路初期容積Ｖ1からＶ2だけ増加さ
せ、負圧を発生させる。 Ｃ：負圧によって、インクタンク３からジョイント部材
８を介してインクＩが引き出され、記録ヘッド２に供給
される。この時、ジョイント部材８及びインクタンク３
の流体抵抗は記録ヘッド２のノズル２ａの流体抵抗に対
して十分小さい（約１／１０〜１／１００）ため、ノズ
ル２ａに作用する負圧は次の様になる。 Ｄ：インクタンク３のみ交換した場合には、記録ヘッド
２内はインク及び気泡で満たされているため、ノズル２
ａの抵抗の１／４〜３／４程度の抵抗が作用し、ノズル
２ａに作用する負圧は図２に示すように変化をし、最大
負圧は−｛Ｖ3／（Ｖ2＋Ｖ3）｝ａｔｍ以下である。 Ｅ：インクタンク３及び記録ヘッド２を交換した場合に
は、記録ヘッド２内は空であり、負圧によって速やかに
インクＩが流入し、記録ヘッド２のノズル２ａに作用す
る負圧は図３に示すように変化をし、インクがノズル２
ａに到達するまで一定値を示し、ノズル２ａ到達後の最
大でも概ね−｛（Ｖ3−Ｖ1）／（Ｖ2＋Ｖ3）｝ａｔｍ程
度である。

【００１１】ここで、Ｖ1、Ｖ2、Ｖ3の値を適宜設定す
ることにより、インクタンク３のみを交換する場合の負
圧は記録ヘッド２とインクタンク３とを共に交換する場
合の負圧よりも高い所定レベルに設定される。この発明
においては、記録ヘッド２へのインク初期充填時におい
て気泡の混入がなくインクを完全に充填するには、リー
クマージンを考慮すると、Ｖ3≧Ｖ1×１．５であること
が必要であり、また、インクタンク３のみを交換した後
のインク再充填時において、気泡の混入がなく安定的に
インクを充填するには、その最大負圧−｛Ｖ3／（Ｖ2＋
Ｖ3）｝ａｔｍが−０．１乃至−０．５ａｔｍの範囲
（言い換えれば、Ｖ3×９≧Ｖ2≧Ｖ3の範囲）にあるこ
とが必要であり、−０．１ａｔｍ未満になると、記録ヘ
ッド２内の気泡が抜けない現象が見られ、一方、−０．
５ａｔｍを超えると、インクタンク３側から気泡が混入
し易くなるという現象が実験的に確認された。

【００１２】

【実施例】以下、実施例に基づいて、この発明を具体的
に説明する。 ◎実施例１ 図４は実施例１で用いられるインクジェットカートリッ
ジを示す。同図において、インクジェットカートリッジ
１００は記録ヘッド１０とインクタンク２０とからな
る。上記記録ヘッド１０は、例えばインクを吐出するノ
ズルが３００ｓｐｉの密度で１２８本形成され且つ各ノ
ズル内には画像信号に応じてインク吐出用の熱エネルギ
が印加される発熱抵抗体を内蔵させたヘッド本体１１
と、このヘッド本体１１を位置決め固定すると共にヘッ
ド本体１１の余熱を放出するヒートインク１２と、この
ヒートシンク１２に取り付けられてインクタンク２０を
収納保持するタンク受けケース１３と、ヘッド本体１１
内にインクを均一に供給するマニホールド１４とを備
え、ヘッド本体１１の各発熱抵抗体には図示外のプリン
ト制御基板からの駆動信号が図示外のコネクタを介して
供給されるようになっている。また、この実施例におい
て、上記マニホールド１４には円筒形ジョイント１５が
突出形成されており、インクタンク２０の後述するジョ
イント開口２２に挿入結合され、また、マニホールド１
４及びヒートシンク１２がヘッド本体１１のノズル面を
取り囲み、後述するキャップ４０の当接面を構成してい
る。

【００１３】また、この実施例におけるインクタンク２
０は、毛管力によりインクを保持するフェルト部材２１
を内蔵するもので、底壁にジョイント開口２２を有する
と共に、このジョイント開口２２の周縁にはインクタン
ク２０内側に突出するフランジ２３部を形成し、円筒形
ジョイント１５を挿入案内するようになっている。

【００１４】図５は図４のインクジェットカートリッジ
１００に対するインク充填装置の一実施例を示す。この
実施例において、インクジェットカートリッジ１００
は、使用時はインクタンク２０が記録ヘッド１０のタン
ク受けケース１３内に収納され、ジョイント開口２２に
円筒形ジョイント１５が挿入され、フェルト部材２１と
円筒形ジョイント１５が流体結合されるようになってい
る。かかる状態で、記録ヘッド１０のノズル面側から負
圧が作用すると、フェルト部材２１に含浸しているイン
クは、負圧によって引き出され、円筒形ジョイント１５
及びマニホールド１４のインク流路１６を介してヘッド
本体１１に供給される。このときの記録ヘッド１０のイ
ンク流路（ヘッド本体１１のみならずインク流路１６を
含む）の容積Ｖ1は約０．１ｃｃである。

【００１５】また、同図において、符号３０は容積変化
型の負圧吸引ポンプであり、シリンジ３１、上下するピ
ストン３２、吸引時にのみ負圧吸引ポンプ３０の吸引口
を開放する一方向弁３３及びピストン３２戻し動作時に
のみに廃液タンク３８側への連通口を開放する一方向弁
３４からなる。そして、ピストン３２はリンク３５、３
６を介して駆動モータ３７に接続され、駆動モータ３７
の回転によって約１０ｍｍ／ｓの速度で上下動する。ま
た、負圧吸引ポンプ３０は内径φ５ｍｍ、ストローク１
０ｍｍであり、その吸引容量Ｖ3は約０．２ｃｃであ
る。この吸引容量は、記録ヘッド１０のインク流路を完
全にインクで満たすために少なくともインク流路の容積
以上、リークマージンを見込んで１．５倍以上必要であ
る。一方、インク消費量を抑える上ではなるべく少ない
ことが望ましく、記録ヘッド１０のインク流路容積の
１．５〜３倍が好適である。尚、負圧吸引ポンプ３０内
に吸引されたインクはピストン３２戻し動作時に一方向
弁３４を介して廃液タンク３８に送られる。

【００１６】また、上記負圧吸引ポンプ３０には連通管
５０を介してキャップ４０が連通接続されている。この
キャップ４０は、例えばゴム製素材にて少なくとも記録
ヘッド１０のノズル面を覆う大きさに形成されると共
に、その底部に上記連通管５０に通ずるインク排出口４
１を有するものであり、図示外の進退駆動機構にて支持
され、進出時において記録ヘッド１０のノズル面周囲に
当接し、当該ノズル面を密閉する。また、この実施例で
は、上記連通管５０の一部には大気解放バルブ５５に分
岐する管路５１が形成されており、キャップ４０のキャ
ッピング動作開始時において大気解放バルブ５５にて大
気解放が行なわれるようになっている。更に、この実施
例では、キャップ４０内空間、連通管５０内のインク流
路及び負圧吸引ポンプ３０の初期容量（ピストン３２上
死点での容量）からなるインク流路初期容積Ｖ2は約
０．８ｃｃである。

【００１７】図５の構成において負圧吸引ポンプ３０を
動作させ、その時のノズル面の作用圧及びインクの充填
状態を調べた。インクタンク２０及び記録ヘッド１０を
交換した場合に作用する最大負圧は約８００ｍｍＨ2Ｏ
であった。インクタンク２０のみ交換した場合はインク
の残りかたによって差があるものの概ね１２００〜１９
００ｍｍＨ2Ｏであった。いずれの場合にも記録ヘッド
１０のインク流路中の残留気泡はほとんどなく、安定し
てインク充填でき、良好な印字が行われた。

【００１８】◎実施例２ 図５と同様の構成で、負圧吸引ポンプ３０のピストンス
トロークを７．５ｍｍとし、吸引容量Ｖ3を約０．１５
ｃｃにしたところ、インクタンク２０及び記録ヘッド１
０を交換した場合に作用する最大負圧は約６００ｍｍＨ
2Ｏ、インクタンク２０のみ交換した場合概ね７００〜
１１００ｍｍＨ2Ｏであり、いずれの場合にも残留気泡
が無く印字も良好であった。

【００１９】◎実施例３ 図５と同様の構成で、キャップ４０、連結管５０を含む
負圧吸引ポンプ３０のピストン上死点でのインク流路初
期容積Ｖ2を約０．３ｃｃ、負圧吸引ポンプ３０のピス
トンストロークを１５ｍｍとし、吸引容量Ｖ3を約０．
３ｃｃに変更したところ、インクタンク２０及び記録ヘ
ッド１０を交換した場合に作用する最大負圧は約３００
０ｍｍＨ2Ｏであった。インクタンク２０のみ交換した
場合はインクの残りかたによって差があるものの概ね３
０００〜４０００ｍｍＨ2Ｏであった。いずれの場合に
も記録ヘッド１０のインク流路中に多少の残留気泡が発
生したが、印字欠陥は発生しなかった。

【００２０】◎比較例１ 図５と同様の構成で、キャップ４０、連結管５０を含む
負圧吸引ポンプ３０のピストン上死点でのインク流路初
期容積Ｖ2を約０．８ｃｃ、負圧吸引ポンプ３０のピス
トンストロークを６ｍｍとし、吸引容量Ｖ3を約０．１
２ｃｃに変更して実験したところ、インクタンク２０及
び記録ヘッド１０を交換した場合に作用する最大負圧は
約５００ｍｍＨ2Ｏ、インクタンク２０のみ交換した場
合はインクの残りかたによって差があるものの概ね６０
０〜９００ｍｍＨ2Ｏであった。このとき、インクタン
ク２０及び記録ヘッド１０を交換した場合には、時とし
て、インクの充填が不十分であり、印字できない場合が
あった。インクタンクのみ交換した場合は残留気泡の発
生は無く、印字の抜けも発生しなかった。

【００２１】◎比較例２ 図５と同様の構成で、キャップ４０、連結管５０を含む
負圧吸引ポンプ３０のピストン上死点でのインク流路初
期容積Ｖ2を約０．３ｃｃ、負圧吸引ポンプ３０のピス
トンストロークを２０ｍｍとし、吸引容量Ｖ3を約０．
４ｃｃに変更して実験したところ、インクタンク２０及
び記録ヘッド１０を交換した場合に作用する最大負圧は
約４０００ｍｍＨ2Ｏであった。インクタンク２０のみ
交換した場合はインクの残りかたによって差があるもの
の概ね４５００〜５５００ｍｍＨ2Ｏであった。いずれ
の場合にも記録ヘッド１０のインク流路中に残留気泡が
発生し、印字したところ気泡の流路閉塞が原因と思われ
る印字の抜けが多数発生した。

【００２２】◎比較例３ 図５と同様な構成で、キャップ４０、連結管５０を含む
負圧吸引ポンプ３０のピストン上死点でのインク流路初
期容積Ｖ2を約２．０ｃｃ、負圧吸引ポンプ３０の吸引
容量Ｖ3を約０．２ｃｃで実験したところ、インクタン
ク２０及び記録ヘッド１０を交換した場合に作用する最
大負圧は約３００ｍｍＨ2Ｏであった。インクタンク２
０のみ交換した場合はインクの残りかたによって差があ
るものの概ね５００〜８００ｍｍＨ2Ｏであった。この
とき、インクタンク２０及び記録ヘッド１０を交換した
場合には記録ヘッド１０のインク流路中に残留気泡が無
く印字も良好であったが、インクタンク２０のみ交換し
た場合は残留気泡が発生し、印字の抜けも発生した。

【００２３】実施例１〜３及び比較例１〜３の結果を表
１に示す。

【００２４】

【表１】

【００２５】各条件を変更して評価した結果、記録ヘッ
ド１０のインク流路にインクを完全に充填するには、記
録ヘッド１０のインク流路容量Ｖ1と負圧吸引ポンプ３
０の吸引容量Ｖ3の関係がＶ３≧Ｖ１×１．５である必
要があり、かつ、負圧吸引ポンプ３０の吸引容量Ｖ3と
キャップ４０、連結管５０を含む負圧吸引ポンプ３０の
ピストン上死点での容量からなるインク流路初期容積Ｖ
2の関係が、Ｖ３×９≧Ｖ2≧Ｖ3の範囲であれば、記録
ヘッド１０のインク流路中に残留気泡はほとんどなく、
インクを安定して充填することができ、良好な印字が行
われることが確認された。

【００２６】

【発明の効果】この発明によれば、インク充填装置のイ
ンク流路容積を工夫することにより、記録ヘッド、イン
クタンク分離型のインクジェットカートリッジにおい
て、インクタンク交換時又は記録ヘッド及びインクタン
ク交換時のいずれの場合であっても、インクの充填を気
泡の混入なく、安定して行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明に係るインクジェット記録装置のイ
ンク充填装置の構成を示す説明図である。

【図２】 インクタンクのみを交換した場合の記録ヘッ
ドのノズル作用圧を示すグラフである。

【図３】 インクタンク及び記録ヘッドを共に交換した
場合の記録ヘッドのノズル作用圧を示すグラフである。

【図４】 実施例で用いられるインクジェットカートリ
ッジを示す斜視説明図である。

【図５】 この発明に係るインクジェット記録装置のイ
ンク充填装置の一実施例を示す斜視説明図である。

【符号の説明】

１…インクジェットカートリッジ，２…記録ヘッド，２
ａ…ノズル，３…インクタンク，４…キャップ，４ａ…
インク排出口，５…連通部材，６…負圧吸引ポンプ，６
ａ…シリンジ，６ｂ…ピストン，６ｃ，６ｄ…一方向
弁，７…排インク回収タンク，８…ジョイント部材，９
…大気解放手段，Ｉ…インク

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画素密度毎にノズル（２ａ）が配列され
   た記録ヘッド（２）及びこの記録ヘッド（２）にインク
   （Ｉ）を供給するインクタンク（３）からなり、装置本
   体に対して着脱自在なインクジェットカートリッジ
   （１）を有するインクジェット記録装置において、上記
   記録ヘッド（２）のノズル（２ａ）面を覆い且つインク
   排出口（４ａ）が開設されたキャップ（４）と、このキ
   ャップ（４）のインク排出口（４ａ）に連通部材（５）
   を介して連通接続され且つキャップ（４）を通じて記録
   ヘッド（２）のノズル（２ａ）面に負圧を作用させる容
   積変化型の負圧吸引ポンプ（６）と、この負圧吸引ポン
   プ（６）にて吸引された排インクを回収する排インク回
   収タンク（７）とを備え、記録ヘッド（２）のインク流
   路容積をＶ1、キャップ（４）、連通部材（５）及び負
   圧吸引ポンプ（６）の初期容量からなるインク流路初期
   容積をＶ2、負圧吸引ポンプ（６）の吸引容積変化量を
   Ｖ3とする時に、Ｖ3≧Ｖ1×１．５であり、かつ、Ｖ3×
   ９≧Ｖ2≧Ｖ3の条件を満足していることを特徴とするイ
   ンクジェット記録装置のインク充填装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のものにおいて、インクジ
   ェットカートリッジ（１）は、インクタンク（３）が記
   録ヘッド（２）に対して分離可能であることを特徴とす
   るインクジェット記録装置のインク充填装置。