JP5622430B2 - インクジェットプリンタ - Google Patents

Description

本発明は、インク循環経路を備えたインクジェットプリンタに関する。

インクジェット方式の画像記録装置（インクジェットプリンタ）は、サーマルヘッド方式、あるいは電気機械変換素子（ピエゾ）方式等のインクヘッドを搭載しており、このインクヘッドに形成されたノズルからインク滴を吐出することによって、記録用紙等の記録媒体上に画像を記録する。

このようなインクジェットプリンタの一例として、インク循環経路を備えたものが知られている。例えば、特許文献１には、記録ヘッド（インクヘッド）と、記録ヘッドよりも上方に設けられた第１のインク室と、記録ヘッドよりも下方に設けられた第２のインク室と、記録ヘッド、第１のインク室及び第２のインク室をそれぞれ接続し、インク流路を形成している配管と、ポンプと、からなるインク循環経路を備えたインクジェットプリンタが開示されている。このインク循環経路は、記録ヘッド、第１のインク室及び第２のインク室の配置位置の高低差（水頭差）を利用して、第１のインク室から記録ヘッドへのインクの供給及び記録ヘッドから第２のインク室へのインクの回収を行う。そして、第２のインク室内に回収されたインクは、ポンプにより第１のインク室へと汲み上げられ、帰還される。かくして、インクが循環される。

このようなインク循環経路を備えたインクジェットプリンタにおいて、一般的に、記録ヘッドのノズル内は負圧に保たれている。この負圧により、ノズル内には、インクが内側に窪んだメニスカスが形成され、ノズルからインクが垂れないようになっている。しかし、例えば、輸送時や記録ヘッドの交換時の衝撃や振動によりメニスカスが破壊されて、第１のインク室と記録ヘッドとを接続している配管に空気が混入してしまうと、配管中のインクが混入した空気と置換して、第１のインク室内のインクが流れ落ちてしまう。これを防止するために、特許文献１のインク循環経路では、第１のインク室と記録ヘッドとを接続している配管に電磁弁が設けられている。

特開２００１−２１９５８０号公報

上述の特許文献１のように、水頭差だけで第１のインク室から記録ヘッドを経由して第２のインク室までインクを流す構成では、電磁弁のような部材が流路中にあると流路抵抗が増加するため、必要な流量やノズル圧を確保するのが難しくなる。従って、電磁弁による流路抵抗は小さいことが好ましく、流路抵抗を小さくするためには、電磁弁の流路断面、すなわち開口部の大きさを大きくすればよい。しかし、電磁弁の開口部を大きくすると、今度は、電磁弁を閉じたときの封止性が弱くなる。封止性は、電磁弁の開口部が小さければ小さいほどよい。このように、流路抵抗の低減と封止性の確保とは相反するため、信頼性を確保しながら両要求を満足するのは非常に難しい。たとえ満足できたとしても、そのような弁は、非常に高価であろう。

そこで、本発明は、水頭差を利用したインク循環経路を備えたインクジェットプリンタにおいて、必要な流量やノズル圧を確保しつつ、振動や衝撃等によってインクヘッドから空気が混入してもインクヘッドより重力方向上方に配置したタンクからインクが流れ落ちることのないインクジェットプリンタを提供することを目的とする。

本発明の一実施形態のインクジェットプリンタは、複数のノズルが形成されたノズル面を備えたインクヘッドを有する記録部と、前記ノズル面よりも重力方向上方に配置され、前記記録部に供給するインクを貯留する第１のタンクと、前記ノズル面よりも重力方向下方に配置され、前記記録部からのインクを回収して貯留する第２のタンクと、前記記録部と前記第１のタンクとを接続している第１の経路と、前記記録部と前記第２のタンクとを接続している第２の経路と、前記第２のタンクと前記第１のタンクとを接続している第３の経路と、前記第３の経路中に設けられ、前記第２のタンク内のインクを前記第１のタンクへと送液するポンプと、を具備するインク循環経路を備え、さらに、前記第１の経路は、少なくとも一部が重力方向に逆らってインクを流す経路部分を有し、前記経路部分に逆流防止弁が設けられ、前記逆流防止弁は、インク入口と、インク出口とを有する弁室と、前記弁室内に配置され、弁室内を上下動する弁部材と、を有し、前記弁室内に空気が流入したとき、前記弁部材が前記弁室内を重力方向下方に移動して、前記インク入口付近のインクと協働して前記インク入口に密着して塞ぐことを特徴とする。

また、本発明の一実施形態のインクジェットプリンタは、インクを吐出する複数のノズルが形成されたノズル面を有するインクヘッドと、前記ノズル面より重力方向上方に配置され、前記インクヘッドに供給するインクを貯留するタンクと、前記インクヘッドと前記タンクとを接続する流路中に設けられた逆流防止弁と、前記インクヘッドから吐出されなかったインクを前記タンクに戻すポンプと、を少なくとも有するインク循環部を備え、前記逆流防止弁は、前記タンクからのインクを流入するインク入口と前記インク入口から流入したインクを前記インクヘッドに流出するインク出口とを有する弁室と、前記弁室内に設けられた弁部材と、を有し、インク循環時において、前記弁部材が設けられた前記弁室に流れるインクは、重力方向に逆らって流れている、ことを特徴とする。

本発明によれば、水頭差を利用したインク循環経路を備えたインクジェットプリンタにおいて、必要な流量やノズル圧を確保しつつ、振動や衝撃等によってインクヘッドから空気が混入してもインクヘッドより重力方向上方に配置したタンクからインクが流れ落ちることのないインクジェットプリンタを提供することができる。

図１は、本発明のインクジェットプリンタのインク経路及び大気経路を示す概略図である。 図２は、本発明のインクジェットプリンタのインク循環経路を示す概略図である。 図３（ａ）は、第１の実施形態において、循環時の逆流防止弁を示す側面図、図３（ｂ）は、待機時の逆流防止弁を示す側面図、図３（ｃ）は、インクヘッドに空気が流入した時の逆流防止弁を示す側面図である。 図４は、第１の実施形態に係る逆流防止弁の斜視図である。 図５（ａ）は、第１の変形例において、循環時の逆流防止弁を示す側面図、図５（ｂ）は、待機時の逆流防止弁を示す側面図、図５（ｃ）は、インクヘッドに空気が流入した時の逆流防止弁を示す側面図である。 図６（ａ）は、第２の変形例において、循環時の逆流防止弁を示す側面図、図６（ｂ）は、待機時の逆流防止弁を示す側面図、図６（ｃ）は、インクヘッドに空気が流入した時の逆流防止弁を示す側面図である。 図７（ａ）は、第２の実施形態において、循環時の逆流防止弁を示す側面図、図７（ｂ）は、待機時の逆流防止弁を示す側面図、図７（ｃ）は、インクヘッドに空気が流入した時の逆流防止弁を示す側面図である。 図８は、第２の実施形態に係る逆流防止弁の斜視図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

［第１の実施形態］
図１は、インクジェットプリンタ１のインク経路及び大気経路を示す概略図である。

なお、図示しないが、このインクジェットプリンタ１は、記録媒体を供給する供給部、供給された記録媒体を搬送する搬送機構、画像記録された記録媒体を排出する排出部、インクヘッドのクリーニングを行うクリーニング部、及びインク吐出制御を始めとしてプリンタ全体を制御する制御部等、通常のインクジェットプリンタが備えている構成を有している。

インクジェットプリンタ１は、例えば、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）及びブラック（Ｋ）の４色のインクを用いて記録媒体上に画像を記録する。図１には、代表的な１色のインクに関わるインク経路のみが示されているが、このプリンタは、インク色毎に同様のインク経路を備えている。

インクジェットプリンタ１は、大別すると、インク循環経路（インク循環部）６と、インク循環部６にインクを補充するインク補充部１１と、不要となったインクやオーバーフローしたインクを収容する廃液部１２と、インク循環部６内の圧力を調整する圧力調整部１８と、インク循環部６における第１のタンク４内部を大気と連通、又は遮断可能とする第１の大気開放部６０と、インク循環部６における第２のタンク５内部を大気と連通、又は遮断可能とする第２の大気開放部６１と、を有している。

なお、上述のように４色のインクを用いた場合には、インクジェットプリンタ１は、独立した４系統のインク循環部６を備えることとなる。ただし、本実施形態では、廃液部１２、圧力調整部１８、第１の大気開放部６０の一部、及び第２の大気開放部６１の一部は全色で共用されている。

まず、インク補充部１１について説明する。

インク補充部１１は、インクカートリッジトレイ２２と、ジョイント部２３と、カートリッジ判断部２４と、補給弁２５と、により構成されている。

インクカートリッジトレイ２２は、インクカートリッジ２１を着脱可能に保持する。このインクカートリッジトレイ２２には、ジョイント部２３が設けられている。

ジョイント部２３は、インクカートリッジ２１がインクカートリッジトレイ２２における所定の位置に保持された際に、インクカートリッジ２１のインク供給口と接続される。 また、ジョイント部２３は、インク経路１０によって第２のタンク５に接続されている。

カートリッジ判断部２４は、インクカートリッジ２１の誤装着を防止し、かつインク残量を検出する。

補給弁２５は、ジョイント部２３と第２のタンク５とを接続しているインク経路１０に設けられている。補給弁２５は、インク循環部６内のインク量に基づいて開閉動作が制御される。つまり、後述のように、インク循環部６内のインク量が所定量以下の場合、補給弁２５が開放されて第２のタンク５にインクが供給され、インク循環部６内のインク量が所定量以上の場合、補給弁２５が閉じられる。

次に、廃液部１２について説明する。

廃液部１２は、廃液タンク２６と、この廃液タンク２６を置く廃液タンクトレイ２７と、廃インク量検知部２８と、タンク装着検知部２９と、オーバーフロータンク３０と、により構成されている。

廃液タンクトレイ２７は、インク循環部６の最下部よりも低い位置に設けられており、この上に廃液タンク２６が配置されている。廃インク量検知部２８は、廃液タンク２６の重量や、廃液タンク２６内のインク液面の高さの違いを読み取ることによって、廃液タンク２６内に収容されたインク量を検知する。タンク装着検知部２９は、光学的な検知により廃液タンク２６の装着の有無を検知する。

オーバーフロータンク３０は、インク循環部６から溢れたインクを回収して、廃液タンク２６に流し込む。そのため、廃液タンク２６とオーバーフロータンク３０とは、廃液経路３１により接続されている。このオーバーフロータンク３０は、上面が開口したトレイ形状を有しており、大気と連通した状態となっている。そして、このオーバーフロータンク３０は、後述するポンプ３４が破損してインクが漏れても、そのインクを全て受けるようにポンプ３４の下方に設けられている。

さらに、このオーバーフロータンク３０には、第１の大気開放部６０、及び第２の大気開放部６１が接続されている。

ここで、第１の大気開放部６０は、大気経路１３と、第１のタンク共通気室１４と、大気開放弁３２と、を有している。

大気経路１３は、一端側が第１のタンク４内における空気部分と接続され、他端側がオーバーフロータンク３０と接続されている。この大気経路１３中に、第１のタンク共通気室１４及び大気開放弁３２が設けられている。より具体的には、大気経路１３中において、第１のタンク共通気室１４が大気開放弁３２よりも第１のタンク４側となるように配置されている。なお、第１のタンク共通気室１４は、他色の第１のタンクとも接続されており、第１のタンク共通気室１４と大気開放弁３２とは、全色で共用されている。

このように構成された第１の大気開放部６０は、オーバーフロータンク３０が大気と連通しているため、大気開放弁３２を開閉（開放／遮断）することによって第１のタンク共通気室１４の内部を大気と連通、又は遮断させる。つまり、全色の第１のタンク４は、第１のタンク共通気室１４に接続されているため、大気開放弁３２の開閉によって同時に大気と連通、又は遮断されることができる。

また、第１の大気開放部６０は、プリンタに異常が発生した際に第１のタンク４からインクが溢れ出したとしても、溢れ出たインクをオーバーフロータンク３０に流すことができる。なお、本実施形態では、第１のタンク共通気室１４を設けたが、第１のタンク共通気室１４は必須構成ではない。つまり、第１の大気開放部６０は、第１のタンク４内を大気と連通した状態（大気開放状態）、又は大気から遮断した状態（密閉状態）にさせることができればよい。

また、第２の大気開放部６１は、大気経路１５と、第２のタンク共通気室１６と、大気開放弁３３と、を有している。

大気経路１５は、一端側が第２のタンク５内における空気部分と接続され、他端側がオーバーフロータンク３０と接続されている。この大気経路１５中に、第２のタンク共通気室１６及び大気開放弁３３が設けられている。より具体的には、大気経路１５中において、第２のタンク共通気室１６が大気開放弁３３よりも第２のタンク５側となるように配置されている。なお、第２のタンク共通気室１６は、他色の第２のタンクとも接続されており、第２のタンク共通気室１６と大気開放弁３３とは、全色で共用されている。

このように構成された第２の大気開放部６１は、オーバーフロータンク３０が大気と連通しているため、大気開放弁３３を開閉（開放／遮断）することによって第２のタンク共通気室１６の内部を大気と連通、又は遮断させる。つまり、全色の第２のタンク５は、第２のタンク共通気室１６に接続されているため、大気開放弁３３の開閉によって同時に大気と連通、又は遮断されることができる。

また、第２の大気開放部６１は、プリンタに異常が発生した際に第２のタンク５からインクが溢れ出したとしても、溢れ出たインクをオーバーフロータンク３０に流すことができる。なお、本実施形態では、第２のタンク共通気室１６を設けたが、第２のタンク共通気室１６は必須構成ではない。つまり、第２の大気開放部６１は、第２のタンク５内を大気と連通した状態（大気開放状態）、又は大気から遮断した状態（密閉状態）にさせることができればよい。

次に、図１並びに図２を参照して、インク循環部６について説明する。

インク循環部６は、画像記録部３と、第１のタンク４と、第２のタンク５と、ポンプ３４と、インク熱交換器３６と、フィルタ３７と、逆流防止機構としての逆流防止弁３００と、により構成されている。インクヘッド２のノズル孔が形成されたノズル面５０、第１のタンク４内の第１のインク液面５１及び第２のタンク５内の第２のインク液面５２は、高さ方向（重力方向）で高い位置から低い位置へと順に、第１のインク液面５１、ノズル面５０、第２のインク液面５２となるように位置されている。

インク循環部６は、インク循環時において、第１のタンク４から、逆流防止弁３００、インク分配器１９、各インクヘッド２、インク回収器２０、第２のタンク５、ポンプ３４、インク熱交換器３６及びフィルタ３７の順にインクが流れて第１のタンク４へ帰還するように、各構成部がインク経路（第１〜第３のチューブ７〜９）により接続されている。

ここで、インク循環部６は、インク供給経路６ａとインク帰還経路６ｂとの２つに大別される。インク供給経路６ａは、第１のタンク４から、逆流防止弁３００を介在している第１の経路としての第１のチューブ７を通って画像記録部３まで、及び画像記録部３から第２の経路としての第２のチューブ８を通って第２のタンク５まで、自重によりインクが流れる経路である。また、インク帰還経路６ｂは、第２のタンク５から、インク熱交換器３６、フィルタ３７を介在している第３の経路としての第３のチューブ９を通って第１のタンク４まで、ポンプ３４によりインクを揚送する経路である。

インク供給経路６ａの各構成部について詳細に説明する。

図２に示すように、第１のタンク４は、インクヘッド２より重力方向上方に配置されている。この第１のタンク４には、インク入口ポート４ａと、インク出口ポート４ｂと、大気ポート４ｃと、が設けられている。

インク入口ポート４ａは、第３のチューブ９を介してフィルタ３７に接続されており、フィルタ３７を通ったインクを第１のタンク４内に流入させる。インク出口ポート４ｂは、第１のチューブ７を介して逆流防止弁３００と接続されており、第１のタンク４内から流出したインクを逆流防止弁３００内に流入させる。また、大気ポート４ｃは、大気経路１３を介して第１のタンク共通気室１４と接続されている。

また、第１のタンク４内には、タンク内のインク液面５１を所定の高さに保つために、第１の液面検出部３８が設けられている。

この第１の液面検出部３８は、第１のタンク４内でインクの液面の高さに応じて回動するように支持軸３８ｄにより軸支されたフロート部材３８ａと、フロート部材３８ａに取り付けられた磁石３８ｃと、液面位置センサ３８ｂと、により構成されている。

液面位置センサ３８ｂは、例えば、磁気センサであり、フロート部材３８ａに取り付けられた磁石３８ｃを検出する。これによって、液面位置センサ３８ｂは、フロート部材３８ａの位置、すなわち第１のタンク４内のインク液面５１の高さを検出する。このように、第１の液面検出部３８は、第１のタンク４内に貯留されているインク量を所定の量に維持するために設けられている。

逆流防止弁３００には、第１のタンク４から流入したインクが重力方向下方から上方に流れる。すなわち、第１のタンク４と画像記録部３とを接続している第１のチューブ７の少なくとも一部を重力方向に逆らわせ、この重力方向に逆らった部分に逆流防止弁３００が配置されている。逆流防止弁３００の詳細は、後述する。

逆流防止弁３００から流出したインクは、第１のチューブ７によって画像記録部３に流入する。

画像記録部３について説明する。

画像記録部３は、複数のインクヘッド２と、これらインクヘッド２にインクを分配するインク分配器１９と、これらインクヘッド２からインクを回収するインク回収器２０と、を有している。

インク分配器１９は、複数のインクヘッド２と接続されている。また、インク分配器１９は、逆流防止弁３００と接続されている。

インク回収器２０は、複数のインクヘッド２と接続されている。また、インク回収器２０は、第２のタンク５と接続されている。

なお、インクヘッド２に流入するインク量は、インクヘッド２のノズルから吐出されるインク量を上回るように設定されている。このため、ノズルから吐出されなかったインクは、インク回収器２０でいったん回収され、第２のチューブ８を経由して第２のタンク５に流出する。

インクヘッド２内は、インク循環時に、画像記録動作に適した負圧（本実施形態では、ゲージ圧で約−１ｋＰａ）に保たれている。これにより、ノズル内には、内側に球面上に凹んだメニスカスが形成される。そして、インクヘッド２は、外部装置から入力された画像信号に基づいてインクを吐出し、搬送部によって搬送される記録媒体上に画像を記録する。

なお、本実施形態の画像記録部３は、記録媒体の幅（搬送方向に直交する方向）に満たない短尺なインクヘッド２を用いて、これらインクヘッド２を記録媒体の幅方向に、例えば千鳥状に（互い違いに）配列してフレーム等に固定し、ラインヘッドを構成している。もちろん、画像記録部３は、ラインタイプ（ラインヘッド）に限らず、記録媒体上を走査しながら記録を行うシリアルタイプ（シリアルヘッド）であってもよい。

第２のタンク５は、インクヘッド２より重力方向下方に配置されている。この第２のタンク５には、インク回収器２０から第２のチューブ８を介してインクが流入するインク入口ポート５ａと、第３のチューブ９にインクを送り出すインク出口ポート５ｂと、大気経路１５により第２のタンク共通気室１６に接続されている大気ポート５ｃと、インク経路１０により補給弁２５を介してジョイント部２３（インクカートリッジ２１）に接続されている補給ポート５ｄと、が設けられている。インクカートリッジ２１は、第２のタンク５よりも重力方向上方に配置されており、補給弁２５を開くことによって第２のタンク５内にインクを補充する。

なお、本実施形態は、補給弁２５を開くことによりインクカートリッジ２１から第２のタンク５にインクを補充するような構成であるが、本発明はこのような構成に限定されず、インクカートリッジ２１から第２のタンク５へインクを送液することができればよい。従って、例えば、補給弁２５の代わりにポンプ等によりインクの送液を行ってもよい。

また、第２のタンク５内には、インク液面５２を所定の高さに保つために、第１のタンク４と同様、第２の液面検出部３９が設けられている。この第２の液面検出部３９は、第２のタンク５内でインクの液面の高さに応じて回動するように支持軸３９ｄにより軸支されたフロート部材３９ａと、フロート部材３９ａに取り付けられた磁石３９ｃと、液面位置センサ３９ｂと、により構成されている。

液面位置センサ３９ｂは、例えば、磁気センサであり、フロート部材３９ａに取り付けられた磁石３９ｃを検出する。これによって、液面位置センサ３９ｂは、フロート部材３９ａの位置、すなわち第２のタンク５内のインク液面５２の高さを検出する。このように、第２の液面検出部３９は、第２のタンク５内に貯留されているインク量を所定の量に維持するために設けられている。

すなわち、上記した補給弁２５の開閉動作は、第２のインク液面５２の高さを所望の範囲に維持するように、第２の液面検出部３９の検出結果に応じて行われる。具体的には、第２の液面検出部３９がＯＮの場合、第２のタンク５のインク量が十分足りていると判断し、補給弁２５は閉じた状態となっている。逆に、第２の液面検出部３９がＯＦＦの場合、第２のタンク５のインク量が不足していると判断し、補給弁２５を開いた状態にする。この動作により、インクカートリッジ２１からインクが第２のタンク５内に補給され、第２のタンク５の液面高さが所望の範囲に維持される。

特に、インクカートリッジ２１のインクが消費され空となった場合には、第２のタンク５にはインクは補給されず、第２の液面検出部３９のＯＦＦ状態が継続される。所定時間、第２の液面検出部３９がＯＦＦの場合、インクカートリッジ２１が空と判断され、図示しない表示部等にインクカートリッジの交換を促す告知（表示、警告音等）がなされる。

次に、インク帰還経路６ｂの各構成部について詳細に説明する。

ポンプ３４は、例えば、電磁式のピストンポンプであることができる。ポンプ３４の駆動及び停止は、インク液面５１の高さを所望の範囲に維持するように、第１の液面検出部３８の検出結果に応じて行われる。具体的には、第１の液面検出部３８がＯＮの場合、第１のタンク４のインク量が十分足りていると判断し、ポンプ３４を停止する。逆に、第１の液面検出部３８がＯＦＦの場合、第１のタンク４のインク量が不足していると判断し、ポンプ３４を駆動する。この動作により、第２のタンク５からインクが第１のタンク４に汲み上げられ、第１のタンク４の液面高さが所望の範囲に維持される。

本実施形態では、ポンプ３４の送液能力は、第２のタンク５内に流入してくるインク量よりも多くのインクを第１のタンク４へと送液可能に設定されている。これは、第２のタンク５内のインクのオーバーフローを防止するためである。すなわち、通常の使用状態で第２のタンク５内に流入するインク流量よりも、ポンプ３４が駆動した際に揚送可能なインク流量を多くすることで、第２のタンク５からインクが溢れないようにしている。

なお、本実施形態では、ポンプ３４として電磁式のピストンポンプを用いているが、第２のタンク５内に流入するインク量よりも多くのインクを送液できる能力があれば、例えば、ダイヤフラムポンプ、ギアポンプ、チューブポンプ、ロータリーポンプ、渦巻きポンプを用いてもよい。

ポンプ３４の下流側（第１のタンク４への送液側）には不図示の一方向弁が接続されており、第１のタンク４のインク液面５１と、第２のタンク５のインク液面５２との高低差によるインクの逆流（第１のタンク４から第２のタンク５への逆流）を防止している。つまり、ポンプ３４が停止すると、水頭差により第１のタンク４から第２のタンク５へインクが逆流しようとするため、この流れを防止している。

また、前述したように、ポンプ３４の送液能力は、第１のタンク４からインクヘッド２を経由し第２のタンク５に流入するインク量よりも多くのインク量を送液可能に設定されているため、インク循環動作中、ポンプ３４は間欠動作を行うことになる。

インク熱交換器３６は、インク循環部６内を流れるインクを加温、及び／又は、冷却する。すなわち、インク熱交換器３６は、インク循環部６内を流れるインクの温度を画像記録可能な所望の温度に制御する。なお、各インクヘッド２、又はその近傍のインク流路には、インク熱交換器３６を制御するために温度センサ４０が配置されている。

フィルタ３７は、インクヘッド２に供給されるインクに含まれる異物を除去し、インクヘッド２に形成されたノズル孔の目詰まりなどに起因する記録不良をなくすために設けられている。

次に、圧力調整部１８について説明する。

圧力調整部１８は、ベローズ４１と、錘４２と、ベローズ昇降機構４３と、により構成されている。

ベローズ４１は、第２のタンク共通気室１６に大気経路１７によって接続されている。また、ベローズ４１には、錘４２が取り付けられている。この錘４２は、ベローズ昇降機構４３によって昇降する。つまり、ベローズ昇降機構４３が上昇すると、ベローズ４１は縮み、ベローズ昇降機構４３が下降すると、ベローズ４１は伸長する。なお、ベローズ４１を縮めさせた状態のベローズ昇降機構４３の位置を待機位置とする。また、ベローズ４１を伸長させた状態のベローズ昇降機構４３の位置を負圧生成位置とする。

ここで、大気開放弁３３を閉じると、第２のタンク５の空気部分、第２のタンク共通気室１６、及びベローズ４１の内部は連通しつつ外部とは閉じられた空間となる。この状態でベローズ４１を伸縮させると、上記閉じられた空間の体積が増減する。これによって、全色の第２のタンク５内の圧力は、同時に変化する。

すなわち、大気開放弁３３を閉じた状態でベローズ昇降機構４３を待機位置から負圧生成位置に移動させると、ベローズ４１が錘４２の重さによって下方に引っ張られ、上記閉じられた空間の体積が増加する。これにより、第２のタンク共通気室１６内には、錘４２に加わる重力と釣り合う大きさの負圧がかかる。

第２のタンク共通気室１６は、第２のタンク５と連通している。そのため、第２のタンク５には、第２のタンク共通気室１６と同じ負圧がかかる。さらに、第２のタンク５は、第２のチューブ８を介してインクヘッド２と連通しているため、インクヘッド２にも同じ負圧がかかる。この負圧は、インクヘッド２内部に、記録に適した圧（例えば、インク循環状態で、ノズル圧が約−１ｋＰａ）が加わるように設定されている。そして、この圧により、ノズル孔にメニスカスが形成される。

次に、画像記録時（インク循環時）及び待機時（非インク循環時）の各構成部の動作について、簡単に説明する。

インクジェットプリンタ１の記録媒体に画像記録を行う記録時には、大気開放弁３２を開放し、第１のタンク４内を大気開放状態にする。これと共に、大気開放弁３３を閉じ、圧力調整部１８により第２のタンク５内の圧力を所定の負圧状態にする。このような状態で、インクジェットプリンタ１は、第１のタンク４及び第２のタンク５内のインク量に応じてポンプ３４、補給弁２５の動作を制御し、インクを循環させる。つまり、上述のように、第１のタンク４、逆流防止弁３００、インク分配器１９、インクヘッド２、インク回収器２０、第２のタンク５、ポンプ３４インク熱交換器３６、フィルタ３７の順にインクが流れ、第１のタンク４へ帰還するようインクが循環する。

また、インクジェットプリンタ１の待機時には、大気開放弁３２を閉じ、第１のタンク４内を大気に対して遮断すると共に、大気開放弁３３を開放し、第２のタンク５を大気開放状態とする。

このとき、第２のタンク５は、前述したようにインクヘッド２より重力方向下方に配置されているため、インクヘッド２のノズルには水頭差によりメニスカスが形成されている。つまり、待機時において、インクヘッド２からインクが垂れ落ちることはない。

次に、図３（ａ）乃至（ｃ）並びに図４を参照して、逆流防止弁３００の構成について詳しく説明する。

逆流防止弁３００は、樹脂やゴムの薄板からなるシート状の弁部材３０１と、上面３０２、底面３０３及び側面により規定され、内部に弁部材３０１が配置されている弁室３０４と、を有している。弁室３０４は、弁部材３０１の横断面よりも大きい横断面を有している。

底面３０３には、略中央にインク入口３０５が設けられている。故に、以下では底面３０３を入口ポート面３０３と称する。このインク入口３０５は、逆流防止弁３００よりも上流側の第１のチューブ７ａと連通（接続）している。また、上面３０２には、略中央にインク出口３０６が設けられている。このインク出口３０６は、逆流防止弁３００よりも下流側の第１のチューブ７ｂと連通（接続）している。つまり、インク入口３０５は、インク出口３０６よりも重力方向下方に形成されている。

このように、逆流防止弁３００には、インク循環中において、上流側の第１のチューブ７ａからのインクが、入口ポート面３０３に設けられたインク入口３０５に流入する。そして、弁室３０４を介して上面３０２に設けられたインク出口３０６から流出し、下流側の第１のチューブ７ｂを通って画像記録部３へと流れるように構成されている。すなわち、インク循環中において、インク入口３０５から流入したインクは、弁室３０４内に設けられた弁部材３０１に対して重力方向に逆らって流れ、インク出口３０６から流出する。換言すれば、インク循環中において、弁部材３０１には、重力方向に対して逆らって流れるインクが流れている。

さらに、この逆流防止弁３００には、上面３０２から互いに離間して下方（入口ポート面３０３）に向けて延出した複数の突起３０７が設けられている。これら突起３０７の先端と入口ポート面３０３とは、所定の間隔（隙間）を有している。そのため、突起３０７の先端は、弁部材３０１の重力方向上方への移動を規制するストッパ３０８となっている。つまり、弁部材３０１は、弁室３０４内で突起３０７の先端と入口ポート面３０３との間で上下動可能である。なお、ここでは３つの突起３０７が図示されているが、突起の数は、これに限定されず、何個設けてもよい。

この逆流防止弁３００は、弁部材３０１が入口ポート面３０３上に移動したとき、必ずインク入口３０５を塞ぐように構成されている。また、弁部材３０１は、インク循環部６中をインクが循環しているとき、インク入口３０５を塞がない重さを有している。

つまり、図３（ａ）に示すように、インク循環時には、弁部材３０１はインクの流れに押され、弁室３０４の下流側の複数の突起３０７の先端に当接した状態となっている。この状態では、インク入口３０５及びインク出口３０６は開放されている。つまり、インクは、弁部材３０１の外側を回り込み、これら突起３０７の間の空間を通ってインク出口３０６から下流側へ流れる。

また、待機時（非インク循環時）には、弁部材３０１は、自重により弁室３０４の上流側の入口ポート面３０３に軽く接した状態となる。なお、図３（ｂ）では、図３（ｃ）との違いを明確にするために、弁部材３０１は入口ポート面３０３から浮いた状態で示している。

このようなインク循環部６において、輸送時や記録ヘッドの交換時の衝撃や振動によりメニスカスが破壊され、インクヘッド２のノズルからインク循環部６内に空気が流入すると、インクヘッド２が大気開放されたのと同じ状態となる。このため、第１のタンク４と第２のタンク５との水頭差分で釣り合っていたバランスが崩れ、インクヘッド２のノズルから流入した空気、及び第１のチューブ７内のインクは、第１のタンク４の負圧により第１のタンク４へ移動しようとする。そして、最終的に、混入した空気とインクとが置換し、第１のタンク４内に蓄えられたインクは、第２のタンク５に向かって流れ落ちてしまう。

なお、インクヘッド２のノズルから流入した空気よりインク回収器２０、及び第２のチューブ８内のインクは、インクヘッド２と第２のタンク５との間の水頭差により第２のタンク５に流れ落ちる。そのため、本実施形態では、第２のタンク５は、インク回収器２０、及び第２のチューブ８内のインクが流れ落ちてもオーバーフローしない容量に設定されている。

そこで、本実施形態のインク循環部６において、インクヘッド２から空気の流入が発生した場合、逆流防止弁３００が以下のように作用する。

非インク循環時にインクヘッド２のノズルからインク循環部内に空気が流入すると、第１のタンク４内の負圧により、第１のタンク４とインクヘッド２との間の第１のチューブ７内のインクは、第１のタンク４側へ移動しようとする。しかし、逆流防止弁３００の弁部材３０１が、インクの流れによって入口ポート面３０３に当接し、インク入口３０５を塞いだ状態となる。このとき、弁部材３０１は、第１のタンク４内の負圧によりさらに入口ポート面３０３に密着する形となり、上流側の第１のチューブ７ａを封止し、第１のタンク４へのインクの移動を阻止する。流入した空気は、流路内のインクと置換しながら、逆流防止弁３００の弁室３０４まで入り込む。最悪の場合、弁室３０４内で全てが空気となることもあり得る。しかし、弁部材３０１が入口ポート面３０３（インク入口３０５）を封止しているため、これより上流側の第１のチューブ７ａには空気が移動しない。より詳細には、弁室３０４の下方（インク入口３０５側）はインクで満たされた状態であり、入口ポート面３０３と弁部材３０１の下面との間も常にインクで濡れた状態で封止をしている。

このように、入口ポート面３０３と弁部材３０１との間に残っているインクと協働してインク入口３０５を封止することにより、入口ポート面３０３と弁部材３０１との密着性が高まり、封止性も高まる。また、弁部材３０１の上流側（インク入口３０５側）は、常にインクで満たされているため、弁部材３０１の下流側（インク出口３０６側）が空気の状態で放置が継続しても、弁部材３０１と入口ポート面３０３との間のインクが乾燥することはなく、安定して密着性及び封止性を保つことが可能となる。

従って、逆流防止弁３００より第１のタンク４内のインクが第２のタンク５へ落ちることを防止することができる。

以上のように、本実施形態の逆流防止弁３００によれば、インク入口３０５をインク出口３０６より重力方向下方に設け、インク循環時に、弁室３０４内に重力に逆らってインクを流す。つまり、逆流防止弁３００は、弁室３０４内に設けられた弁部材３０１に対して重力と逆らった方向に流れるインクを流す。

これによって、インク循環中は、重力に対して逆らって流れるインクによって弁部材３０１が重力方向上方に移動し、突起３０７の先端と当接する。そして、弁部材３０１がインク入口３０５を塞ぐことなく、インク入口３０５から流入したインクをインク出口３０６へと流出させることができる。

また、空気混入時は、弁部材３０１が重力方向下方に移動し、入口ポート面３０３に当接する。そして、弁部材３０１がインク入口３０５を塞ぎ、流入した空気、及び第１のチューブ７から逆流してきたインクが第１のタンク４に移動することを阻止できる。この時、弁部材３０１は、インク入口３０５に付近のインクと協働して入口ポート面３０３との密着性が高まるため、インク入口３０５への空気、及びインクの流入を確実に阻止することができる。

図５（ａ）乃至（ｃ）は、第１の変形例の逆流防止弁３００ａを示す側面図である。本変形例の構成部材において、前述した第１の実施形態と同等の部材には同じ参照符号を付して、その説明は省略する。

本変形例では、シート状の弁部材３０１ａの一端側を入口ポート面３０３に固定し、他端側は固定しない。すなわち、他端側のみが、入口ポート面３０３と突起３０７の先端（ストッパ３０８）との間で上下動するように構成されている。この構成では、インク循環時には、弁部材３０１ａの他端側のみが重力方向上方に捲れ上がり、インク入口３０５が開放されて弁室３０４内にインクが流入する。一方、待機時にインク循環経路内に空気が流入すると、弁部材３０１ａが入口ポート面３０３に貼り付き、流路が封止される。なお、本変形例では、突起３０７を設けたが、弁部材３０１ａの一端側が入口ポート面３０３に固定されているため、突起３０７を設けなくてもよい。

図６（ａ）乃至（ｃ）は、第２の変形例の逆流防止弁３００ｂを示す側面図である。本変形例の構成部材においても、前述した第１の実施形態と同等の部材には同じ参照符号を付して、その説明は省略する。

本変形例では、弁部材３０１ｂはボール形状である。なお、入口ポート面３０３は、このボール形状の弁部材３０１ｂとの密着性が高まるように、このボール形状に合わせて角部が面取されている。この構成においても、インク循環時には、インクの流力によって弁部材３０１ｂが重力方向上方に浮き上がり、インク入口３０５が開放されて弁室３０４内にインクが流入する。一方、待機時にインク循環経路内に空気が流入すると、弁部材３０１ｂが入口ポート面３０３に貼り付き、流路が封止される。

［第２の実施形態］
図７（ａ）乃至（ｃ）は、第２の実施形態の逆流防止弁３００ｃの側面図である。図８は、第２の実施形態の逆流防止弁３００ｃの斜視図である。本実施形態の構成部材においても、前述した第１の実施形態と同等の部材には同じ参照符号を付して、その説明は省略する。以下では、第１の実施形態との相違点を説明する。

第２の実施形態では、図８に示すように、弁室内が内壁３０９により２つの弁室３０４ａ、３０４ｂに分けられている。この内壁３０９の上側は開口しており、２つの弁室３０４ａ、３０４ｂは連通している。

弁室３０４ａの底面３０３にはインク入口３０５が設けられており、このインク入口３０５は、逆流防止弁３００ｃよりも上流側の第１のチューブ７ａと連通している。弁室３０４ａの上面３０２には、第１の実施形態と同様に、互いに離間して下方（底面３０３）に向けて延出した複数の突起３０７が設けられている。そして、この弁室３０４ａの内部には、弁部材３０１ｃが配置されており、内部を弁部材３０１ｃが上下動する。また、弁室３０４ｂの底面３０３には、インク出口３０６が設けられており、このインク出口３０６は、逆流防止弁３００ｃよりも下流側の第２のチューブ７ｂと連通している。

第２の実施形態において、インク循環時及び空気混入時の逆流防止弁３００ｃの動作は第１の実施形態と同様である。第２の実施形態では、弁室を２つに分けたことにより、インク入口３０５とインク出口３０６とを同じ面に設けることができる。すなわち、第２の実施形態では、インク出口３０６をインク入口３０５より重力方向上方に形成する必要がない。

本発明は、以下に記載されるような効果を奏する。
インクと協働して封止を確保する構成としているため、簡単な部品で構成でき、また、電磁弁などの高価な部品を使用せずに、安価に逆流防止機構を形成することができる。

また、電磁弁のようなものを使用するときは、その大きさから最適な位置に配置することができずに流路が長くなってしまい、圧力や流量の変化やコストアップなどの問題があるが、本発明の逆流防止機構は、コンパクトに設計できるため、インク流路中の任意の場所に配置することが可能である。このため、最適な流路設計のまま、インク流路を構成することが可能であり、不必要なコストアップが発生しない。

また、下部タンク（第２のタンク）へ落ちてくるインクをより多く許容しようとすると、下部タンクの容量を不必要に大きくする必要があり、装置の大型化やコストアップの要因となるが、本発明によれば、下部タンクへ流入するインクを逆流防止弁までに限定することが可能となるため、下部タンクを大きくする必要がなくなり、コストダウン、小型化が可能となる。

１…インクジェットプリンタ、２…インクヘッド、３…画像記録部、４…第１のタンク、５…第２のタンク、６…インク循環部、６ａ…インク供給経路、６ｂ…インク帰還経路、７…第１のチューブ、８…第２のチューブ、９…第３のチューブ、１０…インク経路、１１…インク補充部、１２…廃液部、１３…大気経路、１４…第１のタンク共通気室、１５…大気経路、１６…第２のタンク共通気室、１７…大気経路、１８…圧力調整部、１９…インク分配器、２０…インク回収器、２１…インクカートリッジ、２２…インクカートリッジトレイ、２３…ジョイント部、２４…カートリッジ判断部、２５…補給弁、２６…廃液タンク、２７…廃液タンクトレイ、２８…廃インク量検知部、２９…タンク装着検知部、３０…オーバーフロータンク、３１…廃液経路、３２、３３…大気開放弁、３４…ポンプ、３６…インク熱交換器、３７…フィルタ、３８…第１の液面検出部、３９…第２の液面検出部、４０…温度センサ、４１…ベローズ、４２…錘、４３…ベローズ昇降機構、５１…第１のインク液面、５２…第２のインク液面、６０…第１の大気開放部、６１…第２の大気開放部、３００…逆流防止弁、３０１…弁部材、３０２…上面、３０３…入口ポート面、３０４…弁室、３０５…インク入口、３０６…インク出口、３０７…突起、３０８…ストッパ、３０９…内壁。

Claims (6)

1. 複数のノズルが形成されたノズル面を備えたインクヘッドを有する記録部と、
   前記ノズル面よりも重力方向上方に配置され、前記記録部に供給するインクを貯留する第１のタンクと、
   前記ノズル面よりも重力方向下方に配置され、前記記録部からのインクを回収して貯留する第２のタンクと、
   前記記録部と前記第１のタンクとを接続している第１の経路と、
   前記記録部と前記第２のタンクとを接続している第２の経路と、
   前記第２のタンクと前記第１のタンクとを接続している第３の経路と、
   前記第３の経路中に設けられ、前記第２のタンク内のインクを前記第１のタンクへと送液するポンプと、
   を具備するインク循環経路を備え、さらに、
   前記第１の経路は、少なくとも一部が重力方向に逆らってインクを流す経路部分を有し、前記経路部分に逆流防止弁が設けられ、
   前記逆流防止弁は、インク入口と、インク出口とを有する弁室と、
   前記弁室内に配置され、弁室内を上下動する弁部材と、を有し、
   前記弁室内に空気が流入したとき、前記弁部材が前記弁室内を重力方向下方に移動して、前記インク入口付近のインクと協働して前記インク入口に密着して塞ぐことを特徴とするインクジェットプリンタ。
2. 前記逆流防止弁は、前記弁室内で重力方向下方に延出しているストッパ部を有し、
   前記弁室内をインクが流れているとき、前記弁部材が前記弁室内を重力方向上方に移動して前記ストッパ部に当接し、前記インク入口及びインク出口が開放されていることを特徴とする請求項１記載のインクジェットプリンタ。
3. 前記インク入口とインク出口とが、前記弁室内の同じ面に設けられている請求項２記載のインクジェットプリンタ。
4. 前記弁部材は、シート状である請求項２記載のインクジェットプリンタ。
5. 前記弁部材は、ボール形状である請求項２記載のインクジェットプリンタ。
6. インクを吐出する複数のノズルが形成されたノズル面を有するインクヘッドと、前記ノズル面より重力方向上方に配置され、前記インクヘッドに供給するインクを貯留するタンクと、前記インクヘッドと前記タンクとを接続する流路中に設けられた逆流防止弁と、前記インクヘッドから吐出されなかったインクを前記タンクに戻すポンプと、を少なくとも有するインク循環部を備え、
   前記逆流防止弁は、前記タンクからのインクを流入するインク入口と前記インク入口から流入したインクを前記インクヘッドに流出するインク出口とを有する弁室と、前記弁室内に設けられた弁部材と、を有し、インク循環時において、前記弁部材が設けられた前記弁室に流れるインクは、重力方向に逆らって流れている、ことを特徴とするインクジェットプリンタ。

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