JP6079686B2

JP6079686B2 - 液体供給装置、及び液体吐出装置

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Publication number: JP6079686B2
Application number: JP2014072949A
Authority: JP
Inventors: 章訓五十嵐
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2014-03-31
Filing date: 2014-03-31
Publication date: 2017-02-15
Anticipated expiration: 2034-03-31
Also published as: JP2015193178A

Description

本発明は、液体供給装置、及び液体吐出装置に関する。

特許文献１には、インクを吐出する吐出口を有する記録ヘッドを備えたインクジェット記録装置が開示されている。このインクジェット記録装置は、インクが収容されるメインタンクと、このメインタンクから供給されるインクを一時的に貯留し記録ヘッドにインクを供給するサブタンクとを備えている。そして、記録ヘッドよりも鉛直方向下方にサブタンクを配置させることで、サブタンク内のインクの液面と記録ヘッドの吐出口との間に水頭差を生じさせて、吐出口内にメニスカスを発生させている。

また、特許文献１のインクジェット記録装置では、メインタンクからサブタンクへのインクの供給方式としてチキンフィード方式が採用されている。詳細には、メインタンクとサブタンクとが、空気導入路及びインク供給路の２本の流路により接続されており、且つサブタンクに大気連通部を形成している。この構成により、サブタンク内のインクの液面が空気導入路（気体供給管）の開口よりも鉛直方向下方となったときに、サブタンク内の空気が空気導入路内に入り込むことで、サブタンクからメインタンクへ空気導入路を介して空気が導入され、且つメインタンクからサブタンクへインク供給路（液体供給管）を介してインクが供給される。

特開２００１−１８７４５９号公報

ところで、インクジェット記録装置においてインクを安定して吐出口から吐出するためには、サブタンク内のインクの液面と、記録ヘッドの吐出口との間の水頭差を所定範囲内に保つことが重要である。即ち、サブタンク内のインクの液面を所定範囲内に保つことが重要である。

ここで、本願の発明者は、チキンフィード方式による供給方式では、メインタンクからサブタンクへのインク供給が開始された後、サブタンク内のインクの液面が気体供給管の開口に到達したときに、当該インク供給が直ちに停止されるものではない、という従来認識されていなかった事実を新たに知見した。以下、図８を参照しつつ詳細に説明する。図８は、一般的なチキンフィード方式によるインク供給装置２００の概略構成図である。

図８に示すインク供給装置２００は、インクを貯留するためのメインタンク２２０、メインタンク２２０から供給されたインクを貯留するためのサブタンク２３０、メインタンク２２０からサブタンク２３０にインクを供給するための液体供給管２４０、及びサブタンク２３０からメインタンク２２０に気体を供給するための気体供給管２４５を備える。サブタンク２３０には、大気と連通する大気連通口２３１が形成されている。

そして、このインク供給装置２００では、サブタンク２３０内のインクの液面が気体供給管２４５のサブタンク２３０側の下開口２４７よりも鉛直方向下方になったときに、サブタンク２３０からメインタンク２２０への気体供給管２４５を介した気体供給が行われるとともに、メインタンク２２０からサブタンク２３０への液体供給管２４０を介したインク供給が行われる。このインク供給は、メインタンク２２０内の気体側の圧力Ｐ_Aが、大気圧Ｐ_Bからメインタンク２２０のインク液面とサブタンク２３０のインク液面との水頭差により生じる圧力を減算した値と釣り合うときに停止される。即ち、メインタンク２２０内の気体側の圧力Ｐ_Aが、下記の式１を満たすときにメインタンク２２０からサブタンク２３０へのインク供給が停止される。

Ｐ_A＝Ｐ_B−ρｇｈ・・・（式１）
ここで、ρ：インク密度、ｇ：重力加速度、Ｌ：メインタンク２２０の液面とサブタンク２３０の液面の水頭差（図８参照）である。

以上のように、サブタンク２３０内のインクの液面が気体供給管２４５の下開口２４７に到達した後、メインタンク２２０内の気体側の圧力Ｐ_Aが、上記式（１）を満たすようになるまで液体供給は継続される。加えて、サブタンク２３０内のインクの液面が気体供給管２４５の下開口２４７に到達した後にメインタンク２２０からサブタンク２３０へ供給されるインクの量は、インクの液面が気体供給管２４５の開口に到達したときのメインタンク２２０内の気体側の体積等により変動する。このため、上記のようなインク供給装置では、サブタンク２３０内のインクの液面を所定範囲内に保つことができない可能性がある。

ここで、気体供給管２４５の断面積を小さくして流路抵抗を大きくすると、メインタンク２２０内の気体側の圧力が低く（負圧が大きく）なるため、サブタンク２３０内のインクの液面が気体供給管２４５の下開口２４７に到達した後にメインタンク２２０からサブタンク２３０に供給されるインクの量を減少させることができ、サブタンク２３０内のインクの液面を気体供給管２４５の開口の近傍にする（所定範囲に保つ）ことはできる。しかしながら、この場合、気体供給管２４５の流路抵抗を大きくすると、メインタンク２２０からサブタンク２３０へ単位時間当たりに供給されるインクの量も減少することになるため、単位時間当たりのインクの消費量が多いときにはメインタンク２２０からサブタンク２３０へのインク供給が追い付かなくなる可能性がある。

そこで、本発明の目的は、第１液体タンクから第２液体タンクへの単位時間当たりの液体の供給量を減少させずに、第２液体タンクに貯留される液体の液面を所定範囲内に保つことが可能な液体供給装置、及び液体吐出装置を提供することにある。

本発明の液体供給装置は、液体を貯留するための第１液体タンクと、前記第１液体タンクから供給された液体を貯留するためのタンクであって、前記第１液体タンクよりも鉛直方向下方に設けられ、大気と連通する大気連通口を有する第２液体タンクと、前記第１液体タンクと前記第２液体タンクとを接続し、前記第１液体タンクに貯留された液体を前記第２液体タンクに供給するための液体供給管と、前記第１液体タンクと前記第２液体タンクとを接続し、前記第２液体タンクから前記第１液体タンクに気体を供給するための気体供給管とを備え、前記気体供給管における前記第２液体タンク側の開口は、前記第２液体タンク内において当該第２液体タンク内の上面よりも鉛直方向下方の位置に配置されており、且つ、水平面に対して交差していることを特徴とする。

本発明の液体吐出装置は、上記の液体供給装置と、液体を吐出するための吐出口を有する液体吐出ヘッドと、前記第２液体タンクと前記液体吐出ヘッドとを接続するための接続管とを備え、前記気体供給管における前記第２液体タンク側の開口と前記液体吐出ヘッドの前記吐出口との鉛直方向の位置関係が、前記第２液体タンクに貯留される液体の液面と前記液体吐出ヘッドの前記吐出口との鉛直方向の位置関係から生じる、前記吐出口に形成される液体メニスカスにおける液体側の圧力が前記吐出口から液体を安定して吐出可能な圧力となる位置関係であることを特徴とする。

また、本発明の別の観点において、液体吐出装置は、液体を貯留するための第１液体タンクが着脱可能に装着されるタンク装着部と、前記タンク装着部に装着された前記第１液体タンクから供給された液体を貯留するためのタンクであって、前記タンク装着部に装着された前記第１液体タンクよりも鉛直方向下方に設けられ、大気と連通する大気連通口を有する第２液体タンクと、前記タンク装着部に装着された前記第１液体タンクと前記第２液体タンクとを接続し、前記第１液体タンクに貯留された液体を前記第２液体タンクに供給するための液体供給管と、前記タンク装着部に装着された前記第１液体タンクと前記第２液体タンクとを接続し、前記第２液体タンクから前記第１液体タンクに気体を供給するための気体供給管とを備え、前記気体供給管における前記第２液体タンク側の開口は、前記第２液体タンク内において当該第２液体タンク内の上面よりも鉛直方向下方の位置に配置されており、且つ、水平面に対して交差していることを特徴とする。

本発明によると、第２液体タンクに貯留される液体の液面が、気体供給管における第２液体タンク側の開口の下端から上端に上昇するに従い、気体供給管の流路抵抗が大きくなる。その結果、第２液体タンクに貯留される液体の液面が上記開口の上端に到達したときの、第１液体タンク内の気体側の圧力を小さくすることができる。これにより、液体の液面が上記開口に到達後に第１液体タンクから第２液体タンクに供給される液体の量を少なくすることができ、その結果、第１液体タンク内の気体側の体積等にかかわらず、第２液体タンクに貯留される液体の液面を所定範囲内に保つことができる。また、第２液体タンクに貯留される液体の液面が、開口よりも下方にあるときには、気体供給管の流路抵抗が小さいため、第１液体タンクから第２液体タンクに単位時間当たりに供給される液体の量を多くすることができる。

一実施形態に係るインクジェットプリンタの概略側面図である。（ａ）は図１に示すヘッドユニットの平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すヘッドユニットにおけるインクジェットヘッドのヘッド本体の平面図であり、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ線断面図である。インクジェットヘッド、及びインク供給装置の概略断面図である。（ａ）及び（ｂ）は、インク供給動作を説明するためのインク供給装置の概略断面図である。（ａ）は図８に示す液体供給装置におけるサブタンク内のインクの液面高さと、気体供給管の流路抵抗との関係を示すグラフであり、（ｂ）は本実施形態のインク供給装置おけるサブタンク内の液面高さと、気体供給管の流路抵抗との関係を示すグラフである。変形例に係るインク供給装置の概略断面図である。（ａ）は図６に示す気体供給管におけるＢ−Ｂ線矢視図であり、（ｂ）はインク供給弁機構の開閉弁の動作を示す図である。一般的なインク供給装置を示す図である。

以下、本実施形態の液体供給装置としてのインク供給装置５が適用されるインクジェットプリンタ１０１について、図１〜図５を参照しつつ説明する。なお、図３では、１つのインクジェットヘッド２に対する、インク供給装置５の接続態様についてのみ図示している。図１に示すように、インクジェットプリンタ１０１は、略直方体形状の筐体１０１ａを有している。筐体１０１ａの天板上部には、排紙部１５が設けられている。筐体１０１ａの内部空間には、インクを吐出するヘッドユニット１、用紙Ｐを搬送する搬送機構１６、複数枚の用紙Ｐを積層状態で収納する用紙トレイ１７、インク供給装置５（図３参照）、及び、プリンタ１０１全体の動作を司る制御装置１００などが配置されている。

ヘッドユニット１は、図２（ａ）に示すように、６つのインクジェットヘッド２（以下、ヘッド２）と、ヘッド保持板３とを備えている。ヘッド保持板３は、水平面と平行であり、且つ、主走査方向を長手方向とする略矩形の、金属材料などからなる板状体である。ヘッド２それぞれの下面は、インクが吐出される複数の吐出口８４（図２（ｂ）参照）が形成された吐出面２ａとなっている。また、６つのヘッド２は、ヘッド保持板３において、互いに離隔しつつ主走査方向に千鳥状に配列された貫通孔から吐出面２ａが露出するように、ヘッド保持板３に取り付けられている。ここで、主走査方向とは、後述するニップローラ１３ｃ，１３ｄにより搬送される用紙Ｐの搬送方向（副走査方向）と直交する、水平面に平行な方向である。

次に、ヘッド２について、図２（ｂ），（ｃ）、及び図３を参照しつつ詳細に説明する。なお、図３では、ヘッド本体６０については断面図とせず、側面図で示している。図３に示すように、ヘッド２は、ヘッド本体６０と、リザーバ７０とを有している。

リザーバ７０は、ヘッド本体６０の吐出口８４に供給されるインクを一時的に貯留するための部材であり、ヘッド本体６０の上面に固定されている。また、リザーバの下面には４個のインク流出流路７１ａが形成され、上面には流入口７１ｂが形成されている。インク流出流路７１ａのそれぞれは、ヘッド本体６０の後述の流路ユニット６１に形成されたインク供給口８５（図２（ｂ）参照）のそれぞれに接続されている。流入口７１ｂには、ヘッド２と後述するサブタンク３０とを接続するための接続管８０が接続されている。この接続管８０は、インク供給装置５における後述するサブタンク３０から各ヘッド２の流入口７１ｂに至るインク流路を形成する。画像記録時等において吐出口８４からインクが吐出されると、リザーバ７０に貯留されたインクが、インク流出流路７１ａを通過してインク供給口８５から流路ユニット６１に供給されるとともに、サブタンク３０に貯留されたインクが、接続管８０を通過して流入口７１ｂからリザーバ７０に供給される。なお、図３においては、１つのインク流出流路７１ａのみが表れている。

ヘッド本体６０は、図２（ｂ）に示すように、流路ユニット６１と、流路ユニット６１の上面に固定されたアクチュエータユニット６４とを含む積層体である。流路ユニット６１の上面には、４つのインク供給口８５が副走査方向に並んで形成されている。４つのインク供給口８５はリザーバ７０のインク流出流路７１ａと接続されており、リザーバ７０内からインクがそれぞれ供給される。また、流路ユニット６１は、その内部に、それぞれ主走査方向に延在する４本のマニホールド８６を有する。４本のマニホールド８６は、４つのインク供給口８５に接続されている。さらに、流路ユニット６１内には、マニホールド８６の出口から圧力室８７を経て吐出口８４に至る多数の個別インク流路が形成されている。アクチュエータユニット６４は、各圧力室８７に対応した複数のアクチュエータを含んでおり、圧力室８７内のインクに選択的に吐出エネルギーを付与する機能を有する。制御装置１００からアクチュエータに対して駆動信号が供給されると、圧力室８７内のインクに圧力が付与されて、吐出口８４からインクが吐出される。この流路ユニット６１の下面は吐出面２ａとなっており、多数の吐出口８４が配置されている。

図１に戻って、搬送機構１６は、用紙トレイ１７からヘッド２とプラテン１９との間を通過して排紙部１５まで至る用紙Ｐの搬送経路を構成する。搬送機構１６は、ピックアップローラ１２と、ニップローラ１３ａ〜１３ｆと、ガイド１４ａ〜１４ｅとを含んでいる。ピックアップローラ１２は、用紙トレイ１７内の用紙Ｐを１枚ずつ送出する。ニップローラ１３ａ〜１３ｆは、搬送経路に沿って配置されており、用紙Ｐに搬送力を付与する。ガイド１４ａ〜１４ｅは、搬送経路においてピックアップローラ１２及びニップローラ１３ａ〜１３ｆの間にそれぞれ配置されており、ニップローラ１３ａ〜１３ｆによって搬送力が付与された用紙Ｐが次のニップローラ１３ａ〜１３ｆに到達するまで当該用紙Ｐをガイドする。そして、搬送機構１６によって搬送された用紙Ｐがヘッド２の吐出面２ａとプラテン１９との間を通過する際に、ヘッド２の吐出口８４からインクが吐出され、用紙Ｐに所望のモノクロ画像が形成される。つまり、このプリンタ１０１は、ヘッド２が固定された状態で記録を行うライン式のものである。画像が形成された用紙Ｐは、搬送機構１６によってさらに搬送されて排紙部１５に排出される。

制御装置１００は、ヘッド２の吐出口８４からのインクの吐出や、ヘッド２への給紙、あるいは、ヘッド２により印字された用紙の排紙等、プリンタ１０１の各種作業の制御を司るものである。制御装置１００は、演算処理装置であるＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＣＰＵが実行するプログラム及びプログラムに使用されるデータが記憶されているＲＯＭ（Read-Only Memory）と、プログラム実行時にデータを一時記憶するためのＲＡＭ（Random Access Memory）と、入出力インターフェースやバス等で構成されている。そして、制御装置１００は、外部のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）から入力された各種信号等に基づいて、ヘッド２、搬送機構１６、及びタッチパネル（不図示）等、プリンタ１０１を構成する種々の装置を制御する。

インク供給装置５は、図３に示すように、メインタンク２０（第１液体タンク）と、サブタンク３０（第２液体タンク）と、液体供給管４０と、気体供給管４５とを含む。
メインタンク２０は、ヘッド２に供給されるインクを貯留するためのタンクであり、プリンタ１０１（インク供給装置５）に備え付けられている。このメインタンク２０には、大気と連通する大気連通口が形成されていないため、インクは気密に収容される。また、このメインタンク２０には、インク補充孔（不図示）が設けられており、このインク補充孔を介してユーザがインクを補充することが可能にされている。変形例として、メインタンク２０が、インクが貯留されたカートリッジ等の外部タンクに接続されており、当該外部タンクからインクが補充されるように構成されていてもよい。なお、この外部タンクは、プリンタ１０１に備え付けのタンクでもよく、プリンタ１０１に対して交換可能に着脱されるタンクであってもよい。また、メインタンク２０には、液面センサ２１も設けられている。この液面センサ２１は、メインタンク２０に貯留されるインクの液面を検出して制御装置１００に出力する。制御装置１００は、液面センサ２１の検出結果が、メインタンク２０に貯留されたインクの液面が所定値以下であることを示しているときに、メインタンク２０にインクを補充することをユーザに促す画面をタッチパネルに表示させる。

サブタンク３０は、メインタンク２０よりも鉛直方向下方に設けられており、メインタンク２０から供給されたインクを一時的に貯留するためのタンクである。このサブタンク３０の上壁には、大気と連通する大気連通口３１が形成されている。また、サブタンク３０の一側面における鉛直方向下方の位置には、接続管８０に接続される排出口３２が形成されている。サブタンク３０に貯留されたインクは、この排出口３２から接続管８０を経由して、各ヘッド２に供給される。

液体供給管４０は、メインタンク２０とサブタンク３０とを接続し、メインタンク２０に貯留されたインクをサブタンク３０に供給するための流路である。液体供給管４０の上端の上開口４１はメインタンク２０内においてメインタンク２０の下面の近傍に配置されており、下端の下開口４２はサブタンク３０内においてサブタンク３０の下面の近傍に配置されている。

気体供給管４５は、メインタンク２０とサブタンク３０とを接続し、サブタンク３０からメインタンク２０に気体を供給するための流路である。気体供給管４５の上端の上開口４６は、メインタンク２０に貯留されるインクの液面よりも鉛直方向上方となるように、メインタンク２０内においてメインタンク２０の上面の近傍に配置されている。気体供給管４５の下端の下開口４７はサブタンク３０内においてサブタンク３０の上面よりも鉛直方向下方の位置に配置されている。また、気体供給管４５の下開口４７は、液体供給管４０の下開口４２よりも鉛直方向上方に配置されている。そして、下開口４７は、その開口面が水平面に対して傾斜するように交差している。この理由については後術する。

気体供給管４５の上開口４６及び下開口４７には、気体透過膜５０，５１がその開口面に沿ってそれぞれ設けられている。気体透過膜５０，５１は、気体の透過を許容しつつインクや固体物の透過を阻止するための膜であり、例えば、多孔質のフッ素樹脂膜などが用いられる。気体透過膜５０は、上開口４６を塞ぐように気体供給管４５における内壁面に固着されている。同様に、気体透過膜５１は、下開口４７を塞ぐように気体供給管４５における内壁面に固着されている。このように気体供給管４５の上開口４６及び下開口４７に気体透過膜５０，５１を設けることで、気体供給管４５内にインクが侵入することを抑制することができる。また、図３に示すように、気体供給管４５の上部は、上開口４６の開口方向が鉛直方向下方となるように逆Ｕ字状に屈曲されている。これにより、上開口４６の開口方向が鉛直方向上方となる場合には、気体透過膜５０の上にインクが滞留してこの滞留するインクにより上開口４６が塞がれる虞があるが、本実施形態では上開口４６の開口方向が鉛直方向下方となるように構成されているので、気体透過膜５０にインクが滞留することを抑制することができる。

以上の構成において、メインタンク２０とサブタンク３０との間で行われる、インク供給の動作について説明する。図４（ａ）に示すように、サブタンク３０内のインクが接続管８０を介してヘッド２に供給されて、サブタンク３０に貯留されるインクの液面が気体供給管４５の下開口４７よりも鉛直方向下方（少なくとも下開口４７の上端よりも鉛直方向下方）になると、サブタンク３０内の気体が下開口４７から気体供給管４５内に入り、上開口４６からメインタンク２０内へと供給される。また、このとき、メインタンク２０内のインクが、上開口４１から液体供給管４０内に入り、下開口４２からサブタンク３０内へ供給される。そして、図４（ｂ）に示すように、サブタンク３０に貯留されるインクの液面が気体供給管４５の下開口４７よりも鉛直方向上方になると、メインタンク２０からサブタンク３０へのインク供給が停止される。このように、本実施形態のインク供給装置５では、メインタンク２０からサブタンク３０へのインク供給が所謂チキンフィード方式に行われる。

また、サブタンク３０は、ヘッド２の吐出面２ａ（吐出口８４）よりも鉛直方向下方に配置されている。これにより、吐出口８４近傍に形成されるインクメニスカスと、サブタンク３０内のインクの液面とに水頭差が生じて、インクメニスカスのインク側が大気圧に比べ負圧となる。その結果、画像記録時以外のときに、吐出口８４からインクが吐出されるのを防止することができる。ここで、吐出口８４からインクを安定して吐出させるためには、サブタンク３０内のインクの液面と吐出面２ａとの水頭差が所定の範囲内に常に保たれている必要がある。しかしながら、上述したように、チキンフィード方式による供給方式では、メインタンク２０からサブタンク３０へのインク供給が開始された後、サブタンク３０内のインクの液面が気体供給管４５の下開口４７に到達した（下開口４７がインクで塞がれた）とき（以下、インク接触時とも称す）に、当該インク供給が直ちに停止されるものではない。従って、サブタンク３０内のインクの液面と吐出面２ａとの水頭差が所定の範囲内に保つためには、インク接触時からインク供給が停止されるとき（以下、インク供給停止時とも称す）までにメインタンク２０からサブタンク３０へ供給されるインクの量を所定の範囲内に保つ必要がある。

以下、インク接触時からインク供給停止時までにメインタンク２０からサブタンク３０へ供給されるインクの体積ΔＶを算出する。

まず、下記式２が成り立つときに、メインタンク２０からサブタンク３０へのインク供給が停止される。
Ｐ₂＝Ｐ₁−ρｇｈ・・・（式２）
ここで、Ｐ₁：インク接触時におけるメインタンク２０内の気体側の圧力（説明の便宜上、Ｐ₁を大気圧と近似している）、Ｐ₂：インク供給停止時におけるメインタンク２０内の気体側の圧力、ρ：インク密度、ｇ：重力加速度、ｈ：メインタンク２０の液面とサブタンク３０の液面の水頭差（図４（ｂ）参照）である。

また、シャルルの法則により下記式３が成り立つ
Ｐ₁Ｖ₁＝Ｐ₂Ｖ₂・・・（式３）
ここで、Ｖ₁：インク接触時におけるメインタンク２０内の気体側の体積、Ｖ₂：インク供給停止時におけるメインタンク２０内の気体側の体積である。

そして、インク接触時からインク供給停止時までにメインタンク２０からサブタンク３０へ供給されるインクの体積ΔＶは、インク供給停止時におけるメインタンク２０内の気体側の体積Ｖ₂からインク接触時におけるメインタンク２０内の気体側の体積Ｖ₁を減算した体積と等しい。従って、体積ΔＶは上記式２及び式３から導き出せる下記式４から求めることができる。
ΔＶ＝Ｖ₂―Ｖ₁＝（Ｖ₁ρｇｈ）／（Ｐ₁―ρｇｈ）・・・（式４）

また、ρｇｈはＰ₁に対して微小であるため、式４は下記式５に近似することができる
ΔＶ＝（Ｖ₁ρｇｈ）／Ｐ₁・・・（式５）

上記式５から分かるように、インク接触時からインク供給停止時までにメインタンク２０からサブタンク３０へ供給されるインクの体積ΔＶは、インク接触時におけるメインタンク２０内の気体側の体積Ｖ₁やメインタンク２０の液面とサブタンク３０の液面の水頭差ｈによって変動することが分かる。また、これら体積Ｖ₁や水頭差ｈは、メインタンク２０及びサブタンク３０それぞれに貯留されるインクの量によって変動する。従って、メインタンク２０からサブタンク３０へ供給されるインクの体積ΔＶを一定にすることができない。

ここで、インク接触時からインク供給停止時までにメインタンク２０からサブタンク３０へ供給されるインクの体積ΔＶは、上記式３から下記式６と表すこともできる。
ΔＶ＝Ｖ₂―Ｖ₁＝Ｖ₂（１−（Ｐ₂／Ｐ₁））・・・（式６）

上記式６からインク接触時におけるメインタンク２０内の気体側の圧力Ｐ₁が小さいほどΔＶを小さくすることができることが分かる。つまり、気体供給管４５の下開口４７がインクで塞がれるときの、メインタンク２０内の気体側の圧力が小さければインク供給停止時のサブタンク３０内のインクの液面位置を気体供給管４５の下開口４７に近づけることができる。

ここで、図８に示すように、従来の一般的なインク供給装置２００では、気体供給管２４５の下開口２４７が水平面に平行であるため、図５（ａ）に示すように、サブタンク２３０に貯留されるインクの液面が下開口２４７に到達すると、下開口２４７の全てがインクで塞がれて、気体供給管４５の流路抵抗が急激に上昇する。従って、このインク供給装置２００において、インク接触時におけるメインタンク２２０内の気体側の圧力を小さくする方法として、気体供給管２４５の断面積を小さくする等、気体供給管２４５の流路抵抗を大きくして気体が気体供給管２４５を通過するときの圧力損失を大きくすることで、その圧力を小さくする方法がある。しかしながら、この場合には、インク供給時において気体供給管２４５の流路抵抗が常に大きい状態となるため、メインタンク２２０からサブタンク２３０への単位時間当たりのインク供給量が低下する。従って、例えば、ベタ塗りで用紙Ｐに画像を記録するなど、単位時間当たりに多量のインクをヘッド２に排出する必要があるときには、そのインク排出量に対してメインタンク２２０からサブタンク２３０へのインク供給が追い付かなくなる可能性が生じる。

そこで、本実施形態においては、図４（ａ），（ｂ）に示すように、気体供給管４５の下開口４７を水平面に対して傾斜するように交差させている。このように構成することで、図５（ｂ）に示すように、サブタンク３０に貯留されるインクの液面が、気体供給管４５おける下開口４７の下端から上端に上昇するに従い、気体供給管４５の流路抵抗を大きくすることができる。その結果、サブタンク３０に貯留されるインクの液面が下開口４７の上端に到達する直前の、気体が気体供給管４５を通過するときの圧力損失を大きくすることができるので、インク接触時のメインタンク２０内の気体側の圧力を小さくすることができる。これにより、インク接触時からインク供給停止時までにメインタンク２０からサブタンク３０に供給されるインクの体積ΔＶを少なくすることができるので、インク供給停止時におけるサブタンク３０に貯留されるインクの液面位置を下開口４７の上端に近づけることができる。即ち、インク接触時におけるメインタンク２０内の気体側の体積Ｖ₁やメインタンク２０の液面とサブタンク３０の液面の水頭差ｈが変動したとしても、インク接触時からインク供給停止時までにメインタンク２０からサブタンク３０へ供給されるインクの量を所定の範囲内に保つことができる。その結果として、サブタンク３０内のインクの液面と吐出面２ａとの水頭差を所定の範囲内に保つことができるので、吐出口８４から安定してインクを吐出させることができる。

また、上述したように、本実施形態では、気体供給管４５の下開口４７には気体透過膜５１が設けられている。従って、気体透過膜５１が設けられていない場合と比べて、気体供給管４５の流路抵抗を大きくすることができる。その結果、図５（ｂ）に示すように、インクの液面位置が下開口４７の上端と下端との間を移動する際の、気体供給管４５の流路抵抗の変動幅を大きくすることができる。ここで、気体供給管４５の断面積等を調整して、単位時間当たりにヘッド２に排出されるインクの量が最も多くなるときでも、インクの液面位置が下開口４７の下端よりも鉛直方向下方となる際には、メインタンク２０からサブタンク３０へのインク供給がそのインク排出量に追い付くように、その流路抵抗を小さくすることを考える。このときにおいて、気体供給管４５の下開口４７に気体透過膜５１を設けた場合には、気体透過膜５１を設けられていない場合と比べて、インクの液面位置が下開口４７の上端と下端との間を移動する際の気体供給管４５の流路抵抗の変動幅が大きいため、インクの液面位置が下開口４７の上端に到達する直前の気体供給管４５の流路抵抗をより大きくすることができる。その結果、気体透過膜５１を設けた場合には、インク接触時におけるメインタンク２０内の気体側の圧力Ｐ₁をより小さくすることができるので、サブタンク３０に貯留されるインクの液面を下開口４７の上端により近づけることができる。その結果として、サブタンク３０内のインクの液面と吐出面２ａとの水頭差を所定の範囲内により確実に保つことができる。

なお、気体供給管４５の下開口４７は、気体供給管４５の下開口４７とヘッド２の吐出口８４との鉛直方向の位置関係が、サブタンク３０に貯留されるインクの液面とヘッド２の吐出口８４との鉛直方向の位置関係から生じる、吐出口８４に形成される液体メニスカスにおけるインク側の圧力が吐出口８４からインクを安定して吐出可能な圧力となる位置関係となるように配置されている。具体的には、本実施形態では、図４（ｂ）に示すように、吐出口８４からインクを安定して吐出可能となる、サブタンク３０に貯留されるインクの液面範囲Ｄを設定する。そして、下開口４７の上端位置を、液面範囲Ｄの上限から、インク接触時からインク供給停止時までに供給されるインクの体積ΔＶのうち想定される最も大きい体積ΔＶがサブタンク３０に供給されたときに上昇する液面高さＭだけ下方の位置に配置する。これにより、インク接触時の後にインクが供給されたとしても、サブタンク３０に貯留されるインクの液面を液面範囲Ｄ内に保つことができる。

以上、本実施形態によると、サブタンク３０に貯留されるインクの液面が、気体供給管４５おける下開口４７の下端から上端に上昇するに従い、気体供給管４５の流路抵抗が大きくなる。その結果、サブタンク３０に貯留されるインクの液面が下開口４７の上端に到達したときの、メインタンク２０内の気体側の圧力を小さくすることができる。これにより、インクの液面が下開口４７に到達後にメインタンク２０からサブタンク３０に供給されるインクの量を少なくすることができ、その結果、サブタンク３０に貯留されるインクの液面を液体範囲Ｄ内に保つことができる。また、サブタンク３０に貯留されるインクの液面が、下開口４７よりも下方にあるときには、気体供給管４５の流路抵抗が小さいため、メインタンク２０からサブタンク３０に単位時間当たりに供給されるインクの量を多くすることができる。

加えて、気体供給管４５の下開口４７には気体透過膜５１が設けられているので、気体供給管４５の流路抵抗を大きくすることができる。その結果、サブタンク３０に貯留されるインクの液面が下開口４７の上端に到達したときの、メインタンク２０の気体側の圧力をより小さくすることができるので、インクの液面が下開口４７に到達後にメインタンク２０からサブタンク３０に供給されるインクの量をさらに少なくすることができる。また、気体供給管４５の上開口４６及び下開口４７それぞれに気体透過膜５０，５１を設けることで、インクが気体供給管４５内に侵入することを防止することができる。その結果、サブタンク３０からメインタンク２０への気体の供給を安定して行うことができる。

次に、本実施形態の変形例について図６及び図７を参照しつつ説明する。本変形例に係るインク供給装置１０５は、タンク装着部としてのホルダ１５１を備えており、メインタンク１２０がホルダ１５１に対して着脱可能（交換可能）に構成されている点で上述の実施形態と異なる。即ち、メインタンク１２０はプリンタ１０１（インク供給装置１０５）に備え付けられていない。また、本変形例ではメインタンク１２０には液面センサが設けられておらず、代わりにサブタンク３０に液面センサが設けられている。以下においては、上述した実施形態と同一の箇所については同一の符号を付し、その説明を適宜省略する。

図６に示すように、メインタンク１２０はホルダ１５１に対して着脱可能に装着される。このホルダ１５１には、液体供給管１４１及び気体供給管１４６が固設されている。液体供給管１４１は、液体供給用挿入管１４２と、液体流路管１４３とを含む。液体供給用挿入管１４２は、ホルダ１５１の底部における、後述する挿入孔１２０ａに対応する位置から上方に延設された流路管であり、その上端の開口１４４は外部と連通されている。液体流路管１４３はホルダ１５１の底部から下方に延設された流路管であり、その下端の下開口１４５はサブタンク３０内においてサブタンク３０の下面の近傍に配置されている。

気体供給管１４６は、液体供給用挿入管１４２と同一の構造を有する気体供給用挿入管１４７と、気体流路管１４８とを含む。気体供給用挿入管１４７は、ホルダ１５１の底部における、後述する挿入孔１２０ｂに対応する位置から上方に延設されており、その上端の開口１４９は外部と連通されている。気体流路管１４８はホルダ１５１の底部から下方に延設された流路管であり、その下端の下開口１５０はサブタンク３０内においてサブタンク３０の上面よりも鉛直方向下方の位置に配置されている。本実施形態において下開口１５０は、図６に示すように、水平面に対して直交しており、また、図７（ａ）に示すように、長方形部１５０ａと、長方形部１５０ａの上方に形成された、鉛直方向上方に向かうに従い開口幅が小さくなる先細部１５０ｂとを有している。この下開口１５０には、気体透過膜５３がその開口面に沿って設けられている。

また、サブタンク３０には、液面センサ３３が設けられている。この液面センサ３３は、サブタンク３０に貯留されたインクの液面を検出して制御装置１００に出力する。制御装置１００は、液面センサ３３の検出結果が、サブタンク３０に貯留されたインクの液面が、所定時間継続して所定値以下であることを示しているときに、メインタンク１２０に貯留されているインクが所定値以下であり、メインタンク１２０からサブタンク３０へのインク供給を行うことができないと判断して、ユーザにメインタンク１２０の交換を促す画面をタッチパネルに表示させる。

メインタンク１２０の下壁には、図６に示すように、液体供給用挿入管１４２が挿入される挿入孔１２０ａと、気体供給用挿入管１４７が挿入される挿入孔１２０ｂが形成されている。また、メインタンク１２０にはインク供給弁機構１２１、及び気体導入弁機構１２２が設けられている。

インク供給弁機構１２１は、メインタンク１２０内と外部とを連通及び遮断させるための機構であり、流路管１３０、及び開閉弁１３５を備えている。
流路管１３０は、メインタンク１２０内の下壁から上方に垂設された円筒状の管であり、下壁側の大筒部１３０ａ、及び、内径が大筒部１３０ａよりも小径の小筒部１３０ｂを有している。この小筒部１３０ｂの上端の上開口１３０ｃは、メインタンク１２０内に形成されている。また、大筒部１３０ａの内部には、嵌合部材１３１が収容されている。この嵌合部材１３１は、合成ゴム等の弾性を有する筒状部材であり、その外径は、挿入孔１２０ａの径、及び小筒部１３０ｂの内径よりも大きくされている。また、嵌合部材１３１の中心部分には鉛直方向に延びる貫通孔１３１ａが形成されている。この貫通孔１３１ａの下端は外部と連通されている。

貫通孔１３１ａの径は、後述の液体供給用挿入管１４２の外径よりも若干小さく設定されている。これにより、液体供給用挿入管１４２を貫通孔１３１ａに挿入した際には、液体供給用挿入管１４２の外面が嵌合部材１３１の内面と接触し、嵌合部材１３１は、貫通孔１３１ａが押し広げられるように弾性変形する。そして、この嵌合部材１３１の弾性復元力により嵌合部材１３１と液体供給用挿入管１４２とは気密に嵌合される。

開閉弁１３５は、流路管１３０の小筒部１３０ｂ内に収容されており、弁体１３６とコイルバネ１３７とを備えている。弁体１３６は小筒部１３０ｂ内において嵌合部材１３１に対して当接及び離間可能に鉛直方向に移動自在に装着され、嵌合部材１３１に当接された状態で貫通孔１３１ａを閉止する。また、コイルバネ１３７は貫通孔１３１ａを閉止する方向に弁体１３６を付勢するものであり、弁体１３６と小筒部１３０ｂにおける上開口１３０ｃ側の端面との間に配設されている。

小筒部１３０ｂ内には、鉛直方向に延び且つ周方向の複数箇所に内側へ突出する複数の案内部（不図示）が形成されており、小筒部１３０ｂ内において、弁体１３６は確実に鉛直方向に移動できるように構成されている。また、この複数の案内部の間の隙間は、メインタンク１２０内に連通する流路の一部を構成している。本実施形態では、インク供給弁機構１２１における流路管１３０が第１供給管に相当する。

次に、メインタンク１２０のホルダ１５１に対する着脱時における開閉弁１３５の動作について説明する。まず、図６に示すように、メインタンク１２０がホルダ１５１に取り付けられる前の状態においては、コイルバネ１３７の付勢力により弁体１３６が貫通孔１３１ａを閉止する方向（図６の下方向）に付勢されて、弁体１３６が嵌合部材１３１に当接しており、弁体１３６により嵌合部材１３１の貫通孔１３１ａが閉止されている。

そして、メインタンク１２０がホルダ１５１に装着されるときには、液体供給用挿入管１４２の先端が、挿入孔１２０ａを介して嵌合部材１３１の貫通孔１３１ａ内へ挿入される。すると、図７（ｂ）に示すように、液体供給用挿入管１４２の先端によりコイルバネ１３７の付勢力に抗して弁体１３６が図７（ｂ）の上方向に移動され、弁体１３６が嵌合部材１３１から離間する。これにより、液体供給用挿入管１４２の上端の開口１４４から、小筒部１３０ｂの複数の案内部の間の隙間を経て上開口１３０ｃに至る流路が連通される。このように、液体供給用挿入管１４２が挿入されたときに、その挿入動作に連動して、弁体１３６が移動して流路が開放される。

逆に、メインタンク１２０がホルダ１５１から取り外されるときには、液体供給用挿入管１４２が流路管１３０から抜かれると、コイルバネ１３７の付勢力により弁体１３６が貫通孔１３１ａを閉止する方向（図７（ｂ）の下方向）へ付勢されて弁体１３６が嵌合部材１３１に当接し、流路が遮断される。

気体導入弁機構１２２も、メインタンク１２０内と外部とを連通及び遮断させるための機構であり、インク供給弁機構１２１と同一の構成を有する。即ち、気体導入弁機構１２２は、流路管１３０、及び開閉弁１３５を備えている。そして、メインタンク１２０がホルダ１５１に取り付けられる前の状態においては、コイルバネ１３７の付勢力により弁体１３６が嵌合部材１３１に当接しており、弁体１３６により嵌合部材１３１の貫通孔１３１ａが閉止されている。そして、メインタンク１２０がホルダ１５１に装着されるときには、気体供給用挿入管１４７の先端が挿入孔１２０ｂを介して嵌合部材１３１の貫通孔１３１ａ内へ挿入され、コイルバネ１３７の付勢力に抗して弁体１３６が移動されることで、弁体１３６が嵌合部材１３１から離間する。これにより、気体供給用挿入管１４７の上端の開口１４９から、小筒部１３０ｂの複数の案内部の間の隙間を経て上開口１３０ｃに至る流路が連通される。

また、気体導入弁機構１２２の流路管１３０の上側には、筒状管１３８が接続されている。筒状管１３８の上端の上開口１３９はメインタンク１２０内においてメインタンク１２０の上面の近傍に配置されている。また、筒状管１３８の上部は逆Ｕ字状に屈曲されており、上開口１３９の開口方向が鉛直方向下方となるように構成されている。この上開口１３９には、気体透過膜５２がその開口面に沿って設けられている。本実施形態では、気体導入弁機構１２２における流路管１３０及び筒状管１３８が第２供給管に相当する。

以上の構成において、メインタンク１２０がホルダ１５１に装着されるときには、液体供給用挿入管１４２の開口１４４と、インク供給弁機構１２１の流路管１３０の小筒部１３０ｂ同士が接続されて、メインタンク１２０内のインクを、インク供給弁機構１２１の流路管１３０、液体供給用挿入管１４２、及び液体流路管１４３を介してサブタンク３０へ供給することが可能となる。同様に、メインタンク１２０がホルダ１５１に装着されるときには、気体供給用挿入管１４７の開口１４９と、気体導入弁機構１２２の流路管１３０の小筒部１３０ｂ同士が接続されて、サブタンク３０内の気体を、気体流路管１４８、気体供給用挿入管１４７、気体供給用挿入管１４７の流路管１３０、及び筒状管１３８を介してメインタンク１２０へ供給することが可能となる。

以上、本変形例においても、サブタンク３０に貯留されるインクの液面が、気体流路管１４８おける下開口１５０の下端から上端に上昇するに従い、気体流路管１４８の流路抵抗が大きくなる。これにより、サブタンク３０に貯留されるインクの液面が下開口１５０の上端に到達したときの、メインタンク１２０内の気体側の圧力を小さくすることができ、その結果として、インクの液面が下開口１５０に到達後にメインタンク２０からサブタンク３０に供給されるインクの量を少なくすることができる。

また、本変形例では、下開口１５０は、鉛直方向上方に向かうに従い開口幅が小さくなる先細部１５０ｂを有している。これにより、インクの液面位置が下開口１５０の上端と下端との間を移動する際の、気体流路管１４８の流路抵抗の変動幅をより大きくすることができる。その結果として、インクの液面が下開口１５０の上端に到達したときのメインタンク１２０内の気体側の圧力をさらに小さくすることができるので、メインタンク２０からサブタンク３０に供給されるインクの量をさらに少なくすることができる。

以上、本発明の好適な一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて、様々な設計変更を行うことが可能なものである。例えば、上述の実施形態では、気体供給管４５の下開口４７は、液体供給管４０の下開口４２よりも鉛直方向上方に配置されているが、液体供給管４０の下開口４２よりも鉛直方向下方に配置されていてもよい。この構成において、メインタンク２０からサブタンク３０へのインク供給が停止されたときのインクの液面位置が、液体供給管４０の下開口４２よりも下となる場合には、液体供給管４０は、その断面積をメニスカスによりインクの自重を支えるように設定する必要がある。

上述の実施形態においては、気体供給管４５の上開口４６及び下開口４７に気体透過膜が設けられていたが、両開口に気体透過膜が設けられていなくてもよく、また何れか一つの開口のみに気体透過膜が設けられていてもよい。同様に、上述の変形例では、筒状管１３８の上開口１３９及び気体流路管１４８の下開口１５０に気体透過膜が設けられていたが、両開口に気体透過膜が設けられていなくてもよく、また何れか一つの開口のみに気体透過膜が設けられていてもよい。

また、気体供給管４５の上開口４６は、メインタンク２０に貯留されるインクの液面よりも鉛直方向上方となるようにメインタンク２０の上面の近傍に配置されているが、メインタンク２０内に配置されているのであれば、特にこれに限定されるものではなく、メインタンク２０の下面の近傍に配置されていてもよい。なお、気体供給管４５の上開口４６が、メインタンク２０に貯留されるインクの液面よりも鉛直方向下方に配置される場合には、上開口４６に気体透過膜を設けることが好ましい。

また、上述の変形例では、気体流路管１４８の下開口１５０は、長方形部１５０ａと先細部１５０ｂとを有していたが、鉛直方向上方に向かうに従い開口幅が小さくなる先細部１５０ｂのみを有していてもよい。

本発明は、ライン式・シリアル式のいずれにも適用可能であり、また、プリンタに限定されず、ファクシミリやコピー機等にも適用可能である。また、インク以外の液体をチキンフィード方式により供給する液体供給装置にも適用可能である。

２インクジェットヘッド（液体吐出ヘッド）
５，１０５インク供給装置（液体供給装置）
２０，１２０メインタンク（第１液体タンク）
３０サブタンク（第２液体タンク）
４０，１４１液体供給管
４５，１４６気体供給管
４７下開口
８０接続管
１０１インクジェットプリンタ（液体吐出装置）
１５０下開口
１５１ホルダ（タンク装着部）

Claims

液体を貯留するための第１液体タンクと、
前記第１液体タンクから供給された液体を貯留するためのタンクであって、前記第１液体タンクよりも鉛直方向下方に設けられ、大気と連通する大気連通口を有する第２液体タンクと、
前記第１液体タンクと前記第２液体タンクとを接続し、前記第１液体タンクに貯留された液体を前記第２液体タンクに供給するための液体供給管と、
前記第１液体タンクと前記第２液体タンクとを接続し、前記第２液体タンクから前記第１液体タンクに気体を供給するための気体供給管と
を備え、
前記気体供給管における前記第２液体タンク側の開口は、前記第２液体タンク内において当該第２液体タンク内の上面よりも鉛直方向下方の位置に配置されており、且つ、水平面に対して交差していることを特徴とする液体供給装置。
前記気体供給管における前記第２液体タンク側の開口に、気体の透過を許容しつつ液体の透過を阻止する気体透過膜を設けたことを特徴とする請求項１に記載の液体供給装置。
前記気体供給管における前記第２液体タンク側の開口は、鉛直方向上方に向かうに従い開口幅が小さくなる先細部を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体供給装置。
前記気体供給管における前記第１液体タンク側の開口に、気体の透過を許容しつつ液体の透過を阻止する気体透過膜を設けたことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の液体供給装置。
請求項１〜４の何れか一項に記載の液体供給装置と、
液体を吐出するための吐出口を有する液体吐出ヘッドと、
前記第２液体タンクと前記液体吐出ヘッドとを接続するための接続管と
を備え、
前記気体供給管における前記第２液体タンク側の開口と前記液体吐出ヘッドの前記吐出口との鉛直方向の位置関係が、前記第２液体タンクに貯留される液体の液面と前記液体吐出ヘッドの前記吐出口との鉛直方向の位置関係から生じる、前記吐出口に形成される液体メニスカスにおける液体側の圧力が前記吐出口から液体を安定して吐出可能な圧力となる位置関係であることを特徴とする液体吐出装置。
液体を貯留するための第１液体タンクが着脱可能に装着されるタンク装着部と、
前記タンク装着部に装着された前記第１液体タンクから供給された液体を貯留するためのタンクであって、前記タンク装着部に装着された前記第１液体タンクよりも鉛直方向下方に設けられ、大気と連通する大気連通口を有する第２液体タンクと、
前記タンク装着部に装着された前記第１液体タンクと前記第２液体タンクとを接続し、前記第１液体タンクに貯留された液体を前記第２液体タンクに供給するための液体供給管と、
前記タンク装着部に装着された前記第１液体タンクと前記第２液体タンクとを接続し、前記第２液体タンクから前記第１液体タンクに気体を供給するための気体供給管と
を備え、
前記気体供給管における前記第２液体タンク側の開口は、前記第２液体タンク内において当該第２液体タンク内の上面よりも鉛直方向下方の位置に配置されており、且つ、水平面に対して交差していることを特徴とする液体供給装置。
前記第１液体タンクは、
一端が前記第１液体タンク内に開口し、他端が外部と連通される第１供給管と、
一端が前記第１液体タンク内に開口し、他端が外部と連通される第２供給管と
を備えており、
前記液体供給管は、一端が前記第２液体タンク内に開口し、他端が外部と連通される供給管であり、
前記気体供給管は、一端が前記第２液体タンク内に開口し、他端が外部と連通される供給管であり、
前記第１液体タンクが前記タンク装着部に装着された際に、
前記液体供給管及び前記第１供給管それぞれの他端同士が接続され、且つ、前記気体供給管及び前記第２供給管それぞれの他端同士が接続されることを特徴とする請求項６に記載の液体供給装置。