JP2006159834A - 液体噴射記録装置および記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】消耗品であるインク容器構造の単純化を可能にし、相対的に低いコストで製造可能なより信頼性の高い液体収納容器を使用可能な液体噴射記録装置を提供する。
【解決手段】本発明の液体噴射記録装置は、内部にインクを収納したメインタンク１２を着脱自在に装着する接続口２５と、一端に外気側となる開口３５が形成された複数箇所で屈曲しているの細菅である大気連通孔３４の他端側の開口となる小孔３３と、インクを吐出する記録ノズル１１が設けられたヘッド液室２０に連通するインク通路１９とが形成された、内部にインクを一時的に貯留するサブタンク３１を備え、サブタンク３１の接続口２５内に、小孔３３及びインク通路１９を覆うようにしてインクを含浸保持可能なインク吸収体２６が収納されている。
【選択図】図１

Description

本発明は液滴を記録ヘッドから吐出して記録を行う液体噴射記録装置および記録装置に関する。

液体噴射記録装置は液体噴射記録ヘッドを搭載したキャリッジが記録媒体上を横切って移動する時、制御システムが記録ヘッドを作動させて液滴を吐出、すなわち噴射して、所望の文字や画像を形成する。液体（以下インク）は記録装置内に固定的に配置された液体収納容器（以下メインタンク）に貯留されるか、或はキャリッジに搭載され移動するメインタンクに貯留されて記録ヘッドに供給される。メインタンクを固定的に配置した場合は柔軟なインク供給チューブを記録ヘッドに結合させてインクを補給する。メインタンクがキャリッジと共に移動する場合は記録ヘッドと分離可能に接合され、インクが無くなった時に交換される。

記録ヘッドが正常に機能するためにはメインタンクは記録装置内の何処に位置しているかに拘らず、インクを途切れること無く供給するとともにメインタンク及びまたは記録ヘッド部１０内に適正な負の背圧を形成し維持することも必須の要件である。背圧とは大気圧を基準とした記録ヘッド部１０内の圧力である。背圧が低くなり過ぎるとオリフィスにおけるインクメニスカスの凹面が大きくなりインク吐出後気泡を抱き込み易くなり不吐出の原因となる。

また、正圧が高くなりオリフィスに働くインクの表面張力による界面力を超えるとインク漏れを引き起こす。従って、メインタンク及び記録ヘッド部１０は記録装置の保管中および作動中に遭遇する温度および大気圧の変動においても適正な一定範囲内の背圧を生成・維持することを要求される。この要求に答える背圧制御機構として特許文献１や特許文献２や特許文献３に記載されたインクジェット記録装置が有るが、何れも大型のインク吸収体を必要とする。同様な主旨の構成は特許文献４や特許文献５や特許文献６にも開示されその効用が述べられ、内圧が上昇した時のインク退避法を開示しているが記録ヘッドと一体構成であり大型のインク吸収体を必要とし、消耗品としては複雑かつ大型で低価格化は難しい。

従来のインクジェット記録装置として図４の例で説明する。

メインタンク１１２はインク１１４を収納したインク室１１３と、インク室１１３と隔壁１２３で仕切られた、インク吸収体１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃを収納したインク吸収体室１１５とを有する。メインタンク１１２の下壁にはインクの残量検出するための透明なプラスチック製光学部材からなるインク残量検出部１２１が設けられている。インク吸収体室１１５は、隔壁１２３に形成された連通路によりメインタンク１１２と下方で連通しており、上方には大気と連通する大気連通孔１１７が形成されている。隔壁１２３にはスリット状の溝１２２が縦方向に複数形成されていて空気およびインクの移動をスムーズにする。

インク供給源であるメインタンク１１２はインクを記録ヘッド部１１０に導くインク吸収体１１６ａ部で着脱可能に構成されており、メインタンク１１２から記録ヘッド部１１０へと供給されたインクは、フィルタ１１８およびインク通路１１９を介してヘッド液室２０に至る。

インク１１４は、インク室１１３においては自由状態で保持されるが、インク吸収体室１１５においてはポリエステルフェルトなどからなるインク吸収体１１６ｂ、１１６ｃによって含浸保持される。

インク吸収体室１１５内のインク吸収体１１６ｃは周囲環境が変動した際の背圧制御手段として機能する。例えば、メインタンク１１２内の温度や圧力が外気に対して相対的に上昇した際には、自由状態でインクを保持するインク室１１３内上層部の空気が膨張する。この膨張した空気の分だけインク室１１３から押し出されたインクをインク吸収体室１１５内のインク吸収体１１６ｃが吸収することで、周囲環境が変化しても記録ヘッド部１０部１１０は一定範囲内の背圧を維持することができる。インク吸収体１１６ｃはインク吸収体１１６ｂよりも密度が粗く空気が通り易くインクを残り難くしている。インク吸収体１１６ａはインク吸収体１１６ｂよりも密度が高く、インク吸収体が強く働きインクを引き付け易くしている。図４ではメインタンク１１２と記録ヘッド部１１０を分離状態で示しているが両者はパッキング材１２４で接合された状態で使用される。
特開２００１−１３００２４号公報 特開２００１−１８７４５９号公報 特開２００１−２４６７６１号公報 特開平７−８１０８４号公報 特開２００２−３６５９３号公報 特許第２８９８７４６号公報

しかしながら、上記の従来例には以下のような課題が存在している。

上述した従来例のインクジェット記録装置においては背圧の生成・維持やインク漏洩防止はインク吸収体に働くインクの毛細管力が担っている。上記例では一部のインクはインク室内に自由状態で収容されてはいるものの、インク吸収体室内に収納された、少なくは無い容積を占めるインク吸収体は容積の約２０％〜７０％の範囲でしかインクの排出や収容ができず、容積効率が悪いという問題が有る。インクタンクの使用寿命を延ばそうと貯留インク量を増やすとそれに応じてインクを消費するに連れ増える空気の量も増え、押し出されるインクの量も増えるので、押し出されるインクを収容するインク吸収体の体積も増やさなくてはならず、必然的にメインタンクは増やしたインク以上に大型化する。また、多孔質部材のインク吸収体はゴミの発生源にもなる恐れや長期保存によりインクを変質させる恐れもあり、消耗品である交換用インクタンクのコストを圧迫する要因でもある。

また、上述した従来例では、インク残量検出部がメインタンク側に装着されているため、インクを消費したことによりメインタンクを交換する際、まだ利用可能であるインク残量検出部まで交換せざるを得ないという問題もあった。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、消耗品であるインク容器構造の単純化を可能にし、相対的に低いコストで製造可能なより信頼性の高い液体収納容器を使用可能な液体噴射記録装置および記録装置を提供することにある。

本発明の液体噴射記録装置は、被記録媒体に対して記録ヘッドのノズルから液体を吐出して記録を行なう液体噴射記録装置であって、内部に液体を収納した液体収納容器を着脱自在に装着する接続口と液体収容容器の液体を一時的に貯留する副液体収納室と、該液体を、記録ヘッドのノズルへ供給する液体供給口と、接続口から液体供給口に至るインク経路に配された液体吸収体を備え、該液体吸収体が、小孔および細管を経由して、大気連通孔によって外気に開放されていることを特徴とする。

本発明によれば、液体吸収体を液体噴射記録装置の副液体収容室側に設けた構成としたため、液体収納容器の液体全てを自由状態で収納することができる。これにより、消耗品である液体収納容器の構成が簡単となるので相対的に低いコストで製造可能で信頼性の高いものとすることができ、また、このような液体収納容器を使用可能な液体噴射記録装置を提供することができる。

図１は本発明の一実施例の液体噴射記録装置である記録ヘッド部と、インクを自由状態で収納したメインタンクとが接合された状態の側断面図である。

メインタンク１２はその内部に液体のインク１４を収納したインク室１３を有し、その下方にインク導出口２８が形成されており、栓部材２９がこのインク導出口２８を塞いでいる。この栓部材２９は後述する記録ヘッド部１０の接続口２５が挿入されることで押し開かれ、メインタンク１２の内部と記録ヘッド部１０の内部とを連通させる。インク１４は、インク室１３においては自由状態、すなわち、液体吸収体等に含浸保持させずにそのままの状態で保持されている。インク室１３内のインク１４の上層部分は空気が占めている。

本発明の液体噴射記録装置である記録ヘッド部１０は、多数のノズルが高密度で配された記録ノズル１１が設けられたヘッド液室２０と、一端に外気側となる開口３５が形成された複数箇所で屈曲しているの細菅である大気連通孔３４と、インクを含浸保持するインク吸収体２６が収納された接続口２５、大気連通孔３４の他端側の開口となる小孔３３、およびインクを吐出する記録ノズル１１が設けられたヘッド液室２０に連通するインク通路１９とが形成された、インクを一時的に貯留するサブタンク３１と、サブタンク３１内のインクの残量検出するための透明なプラスチック製光学部材からなるインク残量検出部２１とを有する。

ヘッド液室２０に設けられた記録ノズル１１は例えば２５６個のノズルを３００ｄｐｉの密度で形成され、図１においてはインク滴の吐出は下向き（図１中矢印Ａ方向）に行われる。また図示していないが、各ノズルには通電によって気泡を発生させインクを液滴の形で吐出させる発熱体が設けられていて、その発熱体に電気信号を供給するプリント配線基板等も存在している。

接続口２５の先端部はフィルタ２７ｂで覆われており、メインタンク１２のインク導出口２８を塞いでいる栓部材２９を押して開口する。インク導出口２８の内側に配されたＯリング３０は円筒形の接続口２５の外壁部とに挟まれて連通したメインタンク１２とサブタンク３１とを外気から遮断状態に保っている。

図２に示すように、円筒形の接続口２５内に配されたインク吸収体２６はその断面形状が矩形形状であり、メインタンク１２と接続されることで、その先端部に配置されたフィルタ２７ｂがメインタンク１２内のインク１４に触れる。

インク吸収体２６はメインタンク１２内のインク１４をサブタンク３１内に導き、代わりにサブタンク３１内の空気を四角柱状のインク吸収体２６周囲の空間部３２を通してメインタンク１２内に進入させることで気液交換が行われる。そして、サブタンク３１内がインク１４で満たされるとメインタンク１２にはそれ以上は空気が入らず、インク１４も移動しない密閉状態となる。

接続口２５の開口端にはフィルタ２７ｂが配置されており、また、同様にインク通路１９への入口部分にはフィルタ２７ａが配置されている。これら各フィルタ２７ａ、２７ｂにより、ヘッド液室２０へのゴミ、異物、インクの凝集成分などの混入が防がれる。フィルタ２７ａは記録ノズル１１を詰まらせるような大きさの異物の混入を防ぐ目的から濾過精度２０μｍ程度のものが使用される。フィルタ２７ｂは気泡が通り抜け易いように、より粗めの濾過精度のものが使用される。

インク吸収体２６はインクを吸収してその表面張力により適度の界面力を発生させる部材が望ましく、例えばポリエステルフェルトやポリウレタンなどの多孔質部材や樹脂製の３次元状の繊維構造体なども用いることができる。しかし、長期間にはインクを変質させる恐れのある化学部材よりは、親水性のＳＵＳ薄板を複数枚積層してその隙間にインクを保持させるように構成した金属性部材やメッシュ状の金属繊維不織布が望ましい。このインク吸収体２６は周囲環境が変動した際の背圧制御手段として機能する。例えば、気圧の低下や温度上昇によりメインタンク１２内上層部の空気が外気に対して相対的に膨張した場合、この膨張による圧力は下層のサブタンク３１内のインク吸収体２６に含浸したインクに及ぶ。

サブタンク３１は側壁部に穿かれた小孔３３、細く長い複数箇所で屈曲しているの大気連通孔３４を経て開口３５で外気に開放されており、小孔３３は、インクを含浸したインク吸収体２６で塞さがれサブタンク３１内を外気から遮断状態に保っている。

小孔３３は記録ノズル１１のオリフィス群の口径約２０μｍ〜４０μｍに比べ数十倍の数百μｍの断面寸法を有し、サブタンク３１内で加圧されたインクはここから溢れ出る。

大気連通孔３４はサブタンク３１内のインク１４の溢れ出たインクを収容する機能を有する。大気連通孔３４は図１では比較的簡単に示しているが、インクの流出や蒸発を防止するため微細で長く複数箇所で屈曲しているように形成される。大気連通孔３４全体の容量としては、メインタンク１２の容量を６ｃｃとし内外の最大温度差を１５℃とすれば空気の膨張量としては約０．３３ｃｃであり、１ｍｍ²弱程度の断面積としても全長を３３０ｍｍ以上必要とし現実的ではない。そこで、大気連通孔３４の経路中に大気連通孔３４よりも広げられた空間部である０．０１〜０．１ｃｃ程度の液溜まり３６を必要に応じて、何箇所か分散して部分的に配すると良い。

また、メインタンク１２の容量がより大きな場合はより多くのインクが溢れ出ることも考えられる。このような場合には図３に示すように大気連通孔３４の出口３５近傍に液溜まり３６よりもさらに広げられた容量の大きな大空間部である大液溜まり３７を配して万が一のインクの漏出を防止することができる。このように、サブタンク３１に連通する大気連通孔３４は、内圧の上昇時は溢れるインクを大気連通孔３４に収容して所定の圧力以上に圧力が上昇するのを防止する。

一方、記録動作によりインクが消費され内圧が低下した際は、圧力が相対的に高い外気が大気連通孔３４を介して小孔３３からサブタンク３１内に侵入し、そしてインク吸収体２６、接続口２５を経て最後にインク室１３の上層部に達する。

インクが消費され始めるとサブタンク３１と連通するメインタンク１２内にインク吸収体２６と含浸状態のインクとの間に働く界面力により外気との圧力差に耐える負圧が発生し、インクの消費が進むにつれその負圧は序々に大きくなり、インク吸収体２６に含浸されたインクに小孔３３からの外気がメニスカス状に進出し、ついには気泡としてちぎれて上昇し、最終的にはメインタンク１２内に侵入し一定以上の負圧の増加を防ぎメインタンク１２内の負圧とインク吸収体２６に働くインクの界面力とのバランスした状態を維持し良好な記録状態を保つ。

外気圧や周囲温度が変化しメインタンク１２内の空気が相対的に収縮した場合、外気が、記録装置の大気連通孔から細管を経由して小孔を通り、インクを含浸したインク吸収体２６を介して少量づつ気泡の取り入れを行なう。、また、メインタンク１２内の空気が相対的に膨張した場合には、小孔３３から細管側にインクを押し出すことにより、メインタンク内の圧力を安定に保ち、一定範囲以上の内圧の低下や上昇を防止する。細管の形状として、インク吸収体から押し出されたインクを溜める空間が複数あると、メインタンクの圧力変化を複数の容量で受け止めることが可能となり、よりメインタンク内の圧力を安定させる効果がある。

以上のようにして、インク室１３内部の背圧はほぼ一定範囲内に保持される。インク室１３内の背圧を調整する程度はこのインク吸収体２６に働く界面力の程度に依存する。例えば、ＳＵＳ製薄板を積層する間隔を最適に選択しインクの界面力を最適にする密度を選択することによってインク室１３内の背圧を適正範囲内に保つことができる。

本実施形態の記録ヘッド部１０は、上述した背圧を調整する機能を有するインク吸収体２６がメインタンク１２内に収納されるのではなく記録ヘッド部１０の接続口２５内に収納されることでメインタンク１２内にインク１４を自由状態で貯留することが可能となり、インクを貯留するための容積効率を向上させることができる。

インク残量検出部２１はインクが無くなると液体から空気に接触媒質が変化することを利用してインクの有無を検出する透明な光学部材である。インク残量検出部２１は、図示していないが、外部からインク残量検出部２１に照射された光が戻るようにサブタンク３１内側が４５度の２等辺直角三角形状に成型されている。インク残量検出部２１によるインク残量の検出は、メインタンク１２においてはインク１４は自由状態で貯留されているので従来例のようにメインタンク１２の壁面に設ける構成とすることも可能であるが、記録ヘッド部１０に設け、サブタンク３１側にてインク残量の検出を行うことにより消耗品であるメインタンク１２をよりシンプルな構造にすることができる。

以上のように、本実施形態においては、インク吸収体２６、大気連通孔３４およびインク残量検出部２１がメインタンク１２側ではなく、記録ヘッド部１０側に設けられている。このように、メインタンク１２をインク１４を貯留する機能だけに絞込むことで、メインタンク１２をブロー成型によって一部品として構成可能となる。

このことはメインタンク１２を相対的に低いコストで製造可能で信頼性の高いものとすることができ、また、同じサイズならばより多くのインクを収容可能で、同じインク量ならばより小型化できることを意味する。さらには、消耗品であるメインタンク１２からインク吸収体やインク残量検出部を無くした一体構成のシンプルな容器であるため、消耗品であるメインタンク１２を、より安価にユーザに提供することができるという効果がある。

また、メインタンク１２内のインクは容積率１００％で貯留可能となる。メインタンク内にインク吸収体を収容した構成の場合、インク吸収体に含浸保持されたインクは使い切ることができなかったが、本実施形態の記録ヘッド部１０に用いられるメインタンク１２はインクを１００％全て使い切ることができる。

なお、図１、図３では複数箇所で屈曲している大気連通孔３４は見易いように横断面の概略で示したが、サブタンク３１の側壁部に設けることが構造上望ましく、また、記録ヘッド部１０の底面近傍に集中して配すると良い。

また、インク吸収体２６は一体構造で示しているが接続口２５部や小孔３３部など性能の必要性に応じて分割して配しても良いことは言うまでも無い。以上の詳細な説明は本発明の実施例について説明することを目的としており、本発明の範囲を制限するものでは無い。

本発明の一実施例の液体噴射記録装置と、メインタンクとが接合された状態の側断面図である。 矩形断面のインク吸収体を収納した円筒形の接続口の断面図である。 本発明の他の実施例の液体噴射記録装置と、メインタンクとが接合された状態の側断面図である。 従来の液体噴射記録装置と、メインタンクとが接合された状態の一例の側断面図である。

符号の説明

１０ 記録ヘッド部
１１ 記録ヘッド
１２ メインタンク
１３ インク室
１４ インク
１９ インク通路
２０ ヘッド液室
２１ インク残量検出部
２５ 接続口
２６ インク吸収体

Claims (5)

1. 被記録媒体に対して記録ヘッドのノズルから液体を吐出して記録を行なう液体噴射記録装置であって、
   内部に液体を収納した液体収納容器を着脱自在に装着する接続口と、
   前記液体収容容器の液体を一時的に貯留する副液体収納室と、
   該液体を、前記記録ヘッドのノズルへ供給する液体供給口と、
   前記接続口から前記液体供給口に至るインク経路に配された液体吸収体を備え、
   該液体吸収体が、小孔および細管を経由して、大気連通孔によって外気に開放されていることを特徴とした液体噴射記録装置。
2. 前記副液体収容室に液体の残量を検出する液体残量検出手段を有する、請求項１に記載の液体噴射記録装置。
3. 前記細管が、複数箇所で屈曲していることを特徴とする請求項1または２に記載の液体噴射記録装置。
4. 前記細管が、内容積の異なった複数の連続した室より構成されていることを特徴とした請求項1ないし３のいずれか１項に記載の液体噴射記録装置。
5. 前記細管が、大気連通口近傍に内容積が最大となる室を備えていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の液体噴射記録装置。

Images