以下、本発明の実施の形態について図面� ��参照して説明する。

 図1は本発明の実施形態によるインクジェ ット印刷装置の斜視図である。

 図1に示されるインクジェット印刷装置は 、シリアル方式のものであり、シート状の印 刷物(例えば、紙、布、プラスチックフィル� �等)の搬送方向に直交する方向(主走査方向と 呼ぶ。)に往復移動するキャリッジ1を備えて� ��る。キャリッジ1には、印刷物に記録液とし てのインク滴を吐出して画像を記録するイン クジェットヘッド(不図示)と、該ヘッドに供� ��するインクを貯留するサブタンク(不図示)� �がそれぞれ着脱可能に搭載されている。な� �、上記サブタンクは、キャリッジ1の移動を� ��内するガイドレール等に沿ってキャリッジ1 に同期して移動するサブキャリッジ(不図示)� ��搭載されていてもよい。

 キャリッジ1の主走査方向の移動に伴い、 上記インクジェットヘッドからのインク吐出 を実施することで、印刷物に行方向の印刷が 行なわれる。そして、行方向の印刷と、この 印刷行分の印刷物の搬送とを繰り返し行なう ことで、印刷物にインク画像が記録される。

 こうした印刷領域2の外側に、印刷開始前 に上記ヘッドを待機させるホームポジション 3が在る。キャリッジ1の下方の装置本体に、� ��記インクジェットヘッドで吐出するインク� ��貯留する大容量のメインタンク4が着脱可能 に設置されている。メインタンク4と、キャ� �ッジ1上のサブタンクとは、柔軟性のあるイ� ��ク供給チューブ5によって繋がっており、イ ンク供給ポンプ(不図示)によってメインタン� ��4からサブタンクへのインク供給が行われる 。このインク供給システムを概念的に示した のが図2である。

 図2において、メインタンク4からサブタ� �ク6までのインク供給路にはインク供給ポン� ��16が配設され、インク供給ポンプ16とサブタ ンク6との間のインク供給路に柔軟性のある� �ンク供給チューブ5が用いられている。サブ� ��ンク6のインク流入口6a付近にはバルブ17が� �けられている。また、サブタンク6のインク� ��出口6bからインクジェットヘッド19までのイ ンク供給路にもバルブ18が設けられている。� ��、サブタンク6とバルブ17,18とインクジェッ� ��ヘッド19が、図1に示したキャリッジ1に搭載 されている。また、インク供給ポンプ16を使� ��せずに、メインタンク4をサブタンク6より� �方に配置し、その高低差(水頭差)によってサ ブタンク6へのインク供給を行ってもよい。

 さらに、インクジェットヘッド19のイン� �吐出ノズルに形成されるメニスカスを正常� �形状に保つよう、サブタンク6の外側に、イ� ��ク吐出ノズル内のインクに対して負圧を発� ��させる負圧発生機構が設けられている。

 図3は、上記サブタンクの負圧発生機構を 模式的に示したものである。

 上記のサブタンク6はベローズ状に作られ た伸縮可能な容器であり、インクの流入口6a� ��流出口6bのみによって容器内外を連通させ� �いる。サブタンク6の伸縮方向(図左右方向)� �直交する面Sの一部または全面が錘7を利用し て、サブタンク6の外側へ引っ張られている� �特に図3に示す構成例では、サブタンク6に対 しその伸長方向へ引っ張り力を付与する張力 付与手段として、面Sからサブタンク6の伸長� ��向に延ばした紐またはワイヤー等を滑車8に 掛け、滑車8の下方に位置する可動レバー9の� ��端に結び、この一端に錘7を固定し吊り下げ ている。可動レバー9の他端はサブタンク6内� ��インクで満たされていく時に上方に変位し� ��サブタンク6内のインクが消費されていく時 に可動レバー9の他端は下方に変位する。そ� �ため、可動レバー9の可動範囲の上限に、サ� ��タンク6内が一杯であることを検知するフル センサー10が配され、その下限に、サブタン� ��6内が空であることを検知するエンプティセ ンサー11が配されている。センサー10,11には� �えばリミットスイッチやフォトセンサー等� �用いられる。

 錘7によって面Sをサブタンク外側へ引っ張� �力p[Pa]は、面Sの面積をSa[m ² ]、錘7の重量をW[kg]とすると、p=9.81・W/Sa[Pa]と なる。すなわち、このような力pが、サブタ� �ク6を介し、インクジェットヘッドに対する� ��圧として作用する。このとき、インクジェ� ��トヘッドのノズル面の高さとサブタンク6の 設置される高さの差による水頭差をh[Pa](サブ タンク6の位置が高い時の水頭値をプラスと� �る。)とすると、
-0.3[kPa]≦p-h≦0・・・・・式1
の関係が成り立つように、インクジェットヘ ッドに対するインク背圧を設定するのが望ま しい。すなわち、インクジェットヘッドに対 するインク背圧を0[Pa]以下の負圧にすること� ��、ノズルからのインクの垂れ落ちを防止し� ��なおかつ、ノズルのインクメニスカスを正� ��な形状に保って安定した吐出動作を可能に� ��るために、その負圧の上限値を-0.3[kPa]にし� ��いる。

 一方向に伸縮可能なサブタンク6として用 いる容器は、一般に、容器の外面が変位する に従い、変位に反発する反力が発生し、実際 にはインク背圧が理論値とはずれてしまうこ とは明白である。しかし本発明では、サブタ ンク6の伸縮方向にある面Sを外側に引っ張る� ��7を設けた為、ヘッドに対するインク背圧と して式1が成立するような錘7の重量を選定す� ��のは比較的容易である。

 上記のような負圧発生機構に用いられる� ��7の代わりに、引っ張りバネを用いることも 可能である。あるいは、錘と引っ張りバネの 双方を同時に利用することも可能である。こ の場合には、バネの変位とバネ定数に比例し た引っ張り力F(=W)が発生するが、式1が成立す るようにバネを選定すればよい。また、この 場合、バネの発する力の分、錘を軽減できる メリットと、バネの発する力の低減からバネ 定数を小さくできるメリットが得られ、安定 的な背圧発生が期待できる。また、別の態様 として、図4に示すように、減圧板12,13を対向 移動可能に配置するとともに、減圧板12,13間� ��最大間隔(可動範囲)を規制しておき、減圧� �12,13の内側面に、サブタンク6の伸縮方向に� �対向する2面Sを固定し、圧縮バネ14(例えばコ イルバネや空気バネ)を利用して、減圧板12,13 をサブタンク6の容積を拡げる方向に押して� �よい。

 また、別の態様として、図10はサブタン� �として用いられる容器の別の例である。図4� ��示す容器に対して異なるところは、減圧板1 2、13を近づくと、容器の周囲の屈曲部が、外 に突出しながら容器が扁平になる点である。 他は図4の容器と同様の構成である。このよ� �な容器を使用することもできる。

 ベローズ状に作られるサブタンク6の材料と しては、合成ゴム、エラストマー、プラス
チック等がある。あるいは、図5に示すよう� �袋詰め食品で使用されるような金属薄膜を� �ラスチックフィルムでラミネートしたラミ� �ートフィルムを利用してもよい。また、図4� ��示す態様において、サブタンク6は減圧板12, 13に対向する面Sが平面状に変形可能であるこ とが好ましい。さらに、対向する面S間に挟� �れた側面がアコーディオン状にサブタンク6� ��内部側に折りたためるように構成されてい� ��。また流入口6a、流出口6bは対向する面間に 挟まれた側面から外側の同一の方向へ向いて 突出した硬質のパイプである。これにより、 減圧板12,13間が狭められたときに、最後まで� ��ブタンク6を圧縮できるように、流入口6a、� ��出口6bは減圧板12,13に当たらないように配置 できる。また、サブタンク6を減圧板12,13によ り押しつぶしたときに側面が外側に向かわな いので側面により圧縮バネ14等を触ることを� ��止できる。

 さらに、サブタンク6としてはベローズ状 のものに限られず、内容積が拡縮可能な容器 であれば何でも良い。したがって、シリンジ のような容器を利用できることは言うまでも ない。例えば、図6に示すように、シリンダ� �6cの内側面との間を気密に維持しつつ往復移 動可能であるピストン6dを、キャリッジ等の� ��に固定された引っ張りバネ15によってシリ� �ダー容積を拡げる方向に引っ張ることで、� �ンクジェットヘッドに対して負圧を発生さ� �る機構が得られる。また図6の容器では、フ� ��センサー10とエンプティセンサー11でピスト ン6dの位置を監視して、サブタンク6内のイン クフル状態と空状態を検出する。

 尚、図3や図6に示すようなセンサー10,11は サブタンク6の外部に設ける必要はなく、サ� �タンク内部に設けた電極間の抵抗値によっ� �サブタンク内のインク残量を検知する方法� �、インクジェットヘッド19のインク吐出回数 をカウントしてサブタンク内のおよそのイン ク消費量を検知する方法等を採ることも可能 である。

 さらに、本実施形態のインク供給システ� ��について詳述する。

 図2、図3に示すように、少なくとも一方� �に伸縮性のあるサブタンク6はインクの流入� ��6aと流出口6bを有し、流入口6aの上流に設け� ��れたメインタンク4からインク供給ポンプ16� ��るいは高低差を利用してインクが充填され� ��。さらに、前述した例のようにサブタンク6 の伸縮方向にある面をタンク内容積を拡げる 方向に引っ張ってインクジェットヘッド19に� ��して負圧を発生させる負圧発生機構が、サ� ��タンク6の外側に設けられている。

 このような供給システムでは、サブタン� ��6とメインタンク4とが常に連通していると� �メインタンク4とサブタンク6との高低差によ る水頭値または、インク供給ポンプ16の圧力� ��影響をサブタンク6が受ける。そのため、少 なくとも印刷中(インクジェットヘッド19によ るインク吐出中)にはサブタンク6と、メイン� ��ンク4またはインク供給ポンプ16との間の連� ��を遮断するバルブ17が設けられている。

 また、サブタンク6におけるインクの流出 口6bの下流にはインクジェットヘッド19が在� �、インクジェットヘッド19のノズル先端のメ ニスカスとサブタンク6内の背圧とが釣り合� �ようになっている。

 さらに、メインタンク4からサブタンク6� �インクを供給するときにサブタンク6とイン� ��ジェットヘッド19とが連通していると、イ� �クジェットヘッド19は、メインタンク4とサ� �タンク6との高低差による水頭値または、イ� ��ク供給ポンプ16の圧力の影響を受ける。そ� �ため、サブタンク6のインク流出口6bとイン� �ジェットヘッド19との間の供給路上には、イ ンク供給時にサブタンク6とインクジェット� �ッド19の間の連通を遮断するバルブ18が設け� ��れている。

 すなわち、インクジェットヘッド19によ� �印刷中はバルブ17がクローズ(閉状態)である� ��、バルブ18はオープン(開状態)である。一方 、サブタンク6へのインク供給時にはバルブ17 がオープンとなり、バルブ18がクローズとな� ��。

 さらに、サブタンク6には、サブタンク6� �のインクが第一の量として一杯であること� �検知するフルセンサー10と、サブタンク6内� �インクが第二の量として空であることを検� �するエンプティセンサー11が備え付けられて いる。サブタンク6内のインクの第一の量は� �二の量より多ければよく、サブタンク内に� �量のインクを残したり余裕を持たせたりし� �もよい。例えばサブタンク6の満量に対して5 分の4であるときにフルセンサー10が第一の量 であることを検知し、サブタンク6の満量に� �して5分の1であるときにエンプティセンサー 11が第二の量であることを検知するようにセ� ��サーを設けることもできる。

 インクジェットヘッド19には、未使用時� �インクジェットヘッド19の乾燥やゴミの混入 を防止するためのキャップ20が設けられてお� ��、さらにキャップ20にはインク流路を介し� �インクジェットヘッド19からインクを吸い出 すためのインク吸引ポンプ21が設けられてい� ��。

 図7に、サブタンク6にインクを充填させ� �動作を説明するため主要パーツの動きを示� �、充填動作を説明する図である。図8に、イ� ��クジェットヘッド19内の気泡の除去の動作� �説明するため主要パーツの動きを表した、� �ンクジェットヘッド内の気泡抜きを説明す� �図である。

 サブタンク6に初期充填を行うときには、 まずサブタンクエア抜きの動作をする。これ は、まずサブタンク流入口6aのバルブ17を閉� �、インク吸引ポンプ21を駆動させることによ り、サブタンク6内を真空状態にする。イン� �吸引ポンプは数秒間まわすことで、必要な� �空状態にでき、サブタンクのエアを抜く。

 その後インク充填開始動作をする。流入口6 aのバルブ17を開き、インク供給ポンプ16を駆� ��させる。サブタンク6内にインクが流れ込む 。このときバルブ18は閉が好ましいが、開い� ��いても良い。
インク充填完了動作は、フルセンサー10がイ� ��クのフルを検知したらインク供給ポンプ16� �止める。こうすることで、サブタンク6内に� ��ンクを、大気を含まずに充填させることが� ��きる。このときバルブ18は閉が好ましいが� �開いていても良い。

 次に、バルブ18を開き、インク吸引ポン� �21を駆動させることにより、インクジェット ヘッド19にもインクを送り込むことができる� ��また、インクジェットヘッド19は異物混入� �防ぐ為のフィルタが入っていることがある� �、ここが流路抵抗となり、インク充填時に� �アを抜ききれないなどの問題がある。また� �インク供給系のメンテナンス作業を行った� �に気泡が入り込んでしまうことなども起こ� �得る。このような時に、インクジェトヘッ� �内の気泡抜きをする。

 まずサブタンク6とインクジェットヘッド 19間を遮断する動作をする。バルブ18を閉じ� �。次にインクジェットヘッド19の気泡抜き動 作をする。これは、インク吸引ポンプ21を数� ��間駆動させ、ンクジェットヘッド19の内部� �-70kPa以下にする。その後インクジェットヘ� �ドにインク流入動作をする。これは、バル� �18を開放させる。インクジェットヘッド19に� ��い良くインクが流れ込む。インクの流速を� ��くすることで取り除き難い気泡を取り去る� ��とができる。インクは数秒間流れる。その� ��、インク吸引ポンプ21の動作を停止する。� �ルブ18を設けずにバルブ17を閉じて実施する� ��とも可能であるが、その場合には大量のイ� ��クを消費してしまうので、バルブ18を閉じ� �、バルブ18からインクジェットヘッド19間の� ��ンク流路内のインクを用いることが好まし� ��。

 次に、図2および図3に示したインク供給� �ステムの動作を説明する。

 一方向に伸縮可能なサブタンク6は、60mm×80m m×30mmで、その伸縮方向に対して垂直な面Sの� ��積が、60mm×80mm=4800mm ²  である容器とした。この容器を外側に引っ� ��る錘7の重量は100gとした。

 したがって、サブタンク1の内部に生成され る負圧は、
理論的には、0.1kg/0.0048m ² ≒0.2083kPaになる。

 実際には、図9に示すように、フルセンサ ー10による検出時のサブタンク内圧力は-182.5P aとなり、エンプティセンサー11による検出時 (フルセンサーでの検出時より60cc消費したと� ��)のサブタンク内圧力は-200.0Paとなった。

 図9は、印刷動作におけるインク供給シス テムの主要パーツの動きを表したものである 。

 この表をもとに通常の動作を説明すると� ��まず印刷開始前に、印刷装置の制御部等は� ��ルセンサー10のOn/Off状態を確認し、フルセ� �サー10がOn状態であれば、サブタンク6内はFul l(満タン)であると判断し、インクジェットヘ ッド19のインク吐出による印刷を開始する。

 このとき、サブタンク6内の圧力は、-0.182 kPaを示した。印刷中は、サブタンク6の上流� �に配されたメインタンク3の圧力の影響を断� ��切るため、バルブ17はClose(閉状態)であり、� ��ルブ18はOpen(開状態)になっている。また、� �ンク供給ポンプ16はOff状態(停止状態)である� ��

 印刷によってサブタンク6内のインク60cc� �消費すると、エンプティセンサー11がOn状態� ��なり、インクジェットヘッド19はインク吐� �を止め、キャリッジ1はホームポジション3に 退避する。また、印刷装置はサブタンク6へ� �インク供給のモードに入る。すなわち、バ� �ブ17はOpen状態になり、バルブ18はClose状態に� ��り、インク供給ポンプ16がOn状態になってサ ブタンク6へインクを供給する。このとき、� �ブタンク6内の圧力はインク供給ポンプ16の� �力によって0kPa以上の圧力になるため、バル� ��18は完全に閉じられ、インクジェットヘッ� �19による印刷は実施できない。

 上記のインク供給によってフルセンサー1 0がOn状態になると、インク供給ポンプ16はOff� ��態になり、バルブ17はClose状態になり、バル ブ18はOpen状態になって、再び、印刷が可能に なる。

 なお、錘7の代わりに、図4や図6のように� ��ネを用いて負圧を発生させることが可能で� ��ることは言うまでもない。このときの注意� ��はバネ定数の選定にある。バネ定数が高い� ��、サブタンク6の容器の壁面が変位したとき に外力の変動が大きくなってしまうからであ る。

 以上説明したように、メインタンク4とイ ンクジェットヘッド19との間に備わるサブタ� ��ク6を、内容積が拡縮可能な容器で構成し、 この容器の内容積が拡がる方向に一定の力が 付与されるように容器外面に錘7やバネ14,15等 を用いた張力付与手段を設けることで、イン クジェットヘッド19に対して負圧を発生させ� ��。

 こうした負圧発生機構を採ることにより� ��安価な方法でサブタンク6内に生成される負 圧は一定になり、さらに、キャリッジ1上に� �載するアクチュエーター等を減らすことが� �来るので、キャリッジの軽量化、キャリッ� �駆動部のローコスト化が実現できる。

 以上本発明の好ましい実施形態について� ��明したが、キャリッジ1上に搭載されるイン クジェットヘッド19は1つに限らず、複数のイ ンク色(シアン、マゼンタ、イエロー、ブラ� �クなど)に対応する複数のインクジェットヘ� ��ド19が搭載されていてもよい。したがって� �キャリッジまたはサブキャリッジに搭載さ� �るサブタンク6の数ならびにメインタンク3の 数も一つに限られず、インクジェットヘッド 19の数に応じて設けることも考えられる。