JP2004058351A

JP2004058351A - Ink supply unit, ink supply mechanism, inkjet recorder, and ink supply method

Info

Publication number: JP2004058351A
Application number: JP2002217671A
Authority: JP
Inventors: Yasuyoshi Iinuma; 飯沼　泰賀
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2002-07-26
Filing date: 2002-07-26
Publication date: 2004-02-26

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a low cost ink supply unit and ink supply mechanism capable of supplying ink stably and quickly into a head cartridge without varying the internal pressure thereof while preventing overflow of ink from an ink ejecting part or an ink supply port, and to provide an inkjet recorder employing it and an ink supply method. <P>SOLUTION: The ink supply unit for supplying ink to a head cartridge has an ink supply port and an air suction port being connected, respectively, with the head cartridge while sustaining airtightness. Ink can be supplied into the head cartridge without varying the internal pressure thereof by sucking air of the same volume as that of supplied ink from the inside of the head cartridge simultaneously with ink supply into the hear cartridge. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット記録に係わるインク供給に関し、特に、インクジェット記録装置に用いられるインクを収容可能なカートリッジへのインク供給機構等に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、インクジェット記録装置においては、インクを吐出するための記録ヘッドと、上記インクを貯留しておくためのインク貯留部を有するヘッドカートリッジとが備えられており、ヘッドカートリッジ内のインクを消耗した場合には記録装置から取り外して新品と交換する方式が一般的であった。しかし、近年、資源の再利用ならびに廃棄物の軽減を目的として、使用済みのヘッドカートリッジを廃棄しないで再びインクを充填して再利用することが広く実施されている。
【０００３】
上記ヘッドカートリッジにインクを再び供給する方法としては、加圧装置を用いて供給するインクに圧力をかける供給方法があるが、この方法ではヘッドカートリッジ内部の圧力が上昇するため、インク吐出部、大気連通口及びインク供給口からインクがあふれ、供給機構、記録装置及び作業者が汚損されるといった不具合が発生した。
【０００４】
他の方法としては、例えば特開平６−１９１０５５号公報に示されるような、ポンプでヘッドカートリッジ内部の気体を吸引して内部圧力を下げ、インク供給口からインクがヘッドカートリッジに吸引される供給方法があるが、この方法ではヘッドカートリッジ内部の圧力が減少するため、インク吐出部に空気が進入して吐出応答性を悪化させることがあった。また、このような機構ではポンプが必要となるため、インク供給機構を小型化できず、また低コスト化の観点からも好ましくない。
【０００５】
また、特開平９−５２３７６号公報には、インクを内蔵したインク容器部と針状のインク注入ノズル部とからなるインク注入器具によるインク再充填方法が、特開平９−３９２６２号公報には、ヘッドにインクを供給するタンクが一体形成されたカートリッジが第２の大気との連通部を有することにより、インクの加圧注入とタンク内の減圧吸引とが同時に行われるインクリフィルキットが示されている。
【０００６】
しかし、前者においてはインクタンク内の加圧が避けられないばかりでなく、注入器具は繰り返し使用することができない。また、後者では、インクタンク内にインク吸収体である多孔質部材を有しているため、インク注入側の加圧とインク吸引側の減圧といった圧力差の発生を回避することができず、結局、インク吐出部やインク供給口からのインクのあふれ等を防止することができなかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術の問題点を解決することを目的とする。
すなわち、本発明は、ヘッドカートリッジ内部の圧力を変化させることなくヘッドカートリッジ内部にインクを供給でき、インク吐出部やインク供給口からのインクのあふれを防止することにより、安全に安定して、かつ、迅速にインク供給を行うことができる、低コストのインク供給装置、インク供給機構、それを用いたインクジェット記録装置、及びインク供給方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、以下の本発明により達成される。すなわち本発明は、
＜１＞　ヘッドカートリッジにインクを供給するインク供給装置であって、該インク供給装置が前記ヘッドカートリッジに気密を保ちつつ各々接続されるインク供給口及び空気吸引口を備え、前記ヘッドカートリッジ内部にインクを供給すると同時に、供給されたインクと同体積の空気をヘッドカートリッジ内部から吸引することにより、ヘッドカートリッジ内部の圧力を変化させることなくインクを供給することを特徴とするインク供給装置である。
【０００９】
＜２＞　インク注入口及び空気排出口を備えるヘッドカートリッジと、該インク注入口及び該空気排出口に気密を保ちつつ各々接続されるインク供給口及び空気吸引口を備えるインク供給装置と、からなるインク供給機構であって、前記ヘッドカートリッジ内部にインクを供給すると同時に、供給されたインクと同体積の空気をヘッドカートリッジ内部から吸引することにより、ヘッドカートリッジ内部の圧力を変化させることなくインクを供給することを特徴とするインク供給機構である。
【００１０】
＜３＞　ピストン形状の中空構造体の内部に、移動する可動部材を介して対向する側に、インク供給口とインク補給口とが接続されたインク室、及び空気吸引口と空気放出口とが接続された空気室が形成されており、前記可動部材の移動により、前記インク室の体積が減少し、該減少分の体積のインクがインク供給口を通してヘッドカートリッジに供給されると同時に、同体積の空気が該ヘッドカートリッジから空気吸引口を通して空気室に導入されるインク供給・空気吸引手段と、前記可動部材の移動により、前記インク室の体積が増加し、増加分の体積のインクがインク補給口を通してインクタンクからインク室に導入されると同時に、同体積の空気が空気放出口を通して空気室から大気中に放出されるインク補給・空気放出手段と、を有することを特徴とするインク供給機構である。
【００１１】
上記インク供給機構においては、
前記インク供給口及びインク補給口とインク室との接続部、並びに前記空気吸引口及び空気放出口と空気室との接続部に各々弁が配置されており、該弁が前記可動部材の動きに応じて、インク室及び空気室にインク及び空気を出し入れするために開閉することが好ましい。
【００１２】
前記ヘッドカートリッジ内部の空気排出口とインク注入口との間には、多孔質部材が存在しないことが好ましい。
【００１３】
前記ヘッドカートリッジの空気排出口が、インク注入口の、ヘッドカートリッジ中のインクが収容される側に対して反対側に位置し、ヘッドカートリッジ内部からインク供給装置内部へインクの流入がないことが好ましい。
【００１４】
前記インクの供給と空気の吸引とを、単一の駆動装置で行うことが好ましい。
【００１５】
前記インク供給装置がインクタンクを具備し、ヘッドカートリッジに供給するインクをインクタンクから補給することが好ましい。
【００１６】
前記ヘッドカートリッジ内部に供給するインク供給装置の一回の供給動作によるインク供給量を、インクタンク内部のインク量より少なくし、連続して複数回のインク供給動作によりインクを供給することが好ましい。
【００１７】
前記ヘッドカートリッジが大気連通口とインク注入口と空気排出口とを具備し、インク供給動作時に、前記大気連通口を塞ぐことなくインクを供給することが好ましい。
【００１８】
前記ヘッドカートリッジ内部に供給するインクの粘度が、１．５〜３．５ｍＰａ・ｓの範囲であり、インクの表面張力が、２５〜４５ｍＮ／ｍの範囲であることが好ましい。
【００１９】
前記ヘッドカートリッジ内部に供給するインクが、尿素及びグリセリンを含有するインク供給機構であることが好ましい。
【００２０】
前記尿素の含有量が、インク全体の１〜１０質量％の範囲であることが好ましい。
【００２１】
前記グリセリンの含有量が、インク全体の５〜２５質量％の範囲であることが好ましい。
【００２２】
さらに、本発明は、
＜４＞　インク供給機構を具備するヘッドカートリッジと、搬送される被記録体に対し前記ヘッドカートリッジ内のインクを吐出して画像を記録するインクジェット記録ヘッドと、該インクジェット記録ヘッドに画像信号を入力する画像信号入力手段と、を備えるインクジェット記録装置であって、当該インク供給機構が、前記＜２＞または＜３＞に記載のインク供給機構であることを特徴とするインクジェット記録装置である。
【００２３】
＜５＞　ヘッドカートリッジにインクを供給するインク供給方法であって、該ヘッドカートリッジ内部にインクを供給すると同時に、供給されたインクと同体積の空気をヘッドカートリッジ内部から吸引することにより、ヘッドカートリッジ内部の圧力を変化させることなくインクを供給することを特徴とするインク供給方法である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
＜インク供給装置＞
本発明のインク供給装置は、ヘッドカートリッジに気密を保ちつつ各々接続されるインク供給口及び空気吸引口を備え、前記ヘッドカートリッジ内部にインクを供給すると同時に、供給されたインクと同体積の空気をヘッドカートリッジ内部から吸引することにより、ヘッドカートリッジ内部の圧力を変化させることなくインクを供給することを特徴とする。
【００２５】
すなわち、前記のように従来のインク供給においては、インク注入のみを単独で行ったり、インク注入とインク吸引とを別々の装置で行ったりしたため、ヘッドカートリッジ内の加圧あるいはインク注入側とインク吸引側との圧力差を生じることが多く、インク供給口等からのインクのあふれ、漏れを防止することができなかった。
【００２６】
しかし、本発明のインク供給装置はインク供給口及び空気吸引口を備えており、単一の駆動装置によりインク供給と空気吸引とを行うことができることから、本装置を用いてヘッドカートリッジにインク供給を行う場合には、インク供給口からヘッドカートリッジ内部にインクを供給すると同時に、ヘッドカートリッジ内部から同体積の空気を空気吸引口を通じて吸引することができる。このため、ヘッドカートリッジ内部の圧力が変化せず、安定してかつ安全にヘッドカートリッジにインクを供給することが可能である。
なお、前記インク供給装置の詳細については、以下の本発明のインク供給機構において説明する。
【００２７】
＜インク供給機構＞
本発明のインク供給機構は、インク注入口及び空気排出口を備えるヘッドカートリッジと、該インク注入口及び該空気排出口に気密を保ちつつ各々接続されるインク供給口及び空気吸引口を備えるインク供給装置と、からなるインク供給機構であって、前記ヘッドカートリッジ内部にインクを供給すると同時に、供給されたインクと同体積の空気をヘッドカートリッジ内部から吸引することにより、ヘッドカートリッジ内部の圧力を変化させることなくインクを供給することを特徴とする。
【００２８】
上記インク供給装置やインク供給機構を採用することにより、ヘッドカートリッジ及びインク供給装置よりなるインク供給機構が、外部から遮断された系としてインクの供給を行うことができる。また、インクが外部へ漏出することがなく、不純物が外部から系内に混入することもなく、安定してかつ安全にヘッドカートリッジにインクを供給することができる。
なお、本発明のインク供給機構は、後述するインクジェット記録装置に組み込まれ記録装置の一部として用いられるだけでなく、インク供給機構単独として、インクを消耗したヘッドカートリッジにインク供給する場合にも用いられるものである。
【００２９】
図１は本発明のインク供給装置を含むインク供給機構の一例を示す概略構成断面図である。
図１におけるインク供給装置Ａは、本体部１と、空気吸引口３と、空気放出口１６と、インク供給口４と、インク補給口１４とからなる。本体部１はピストン形状の中空構造であり、内部に空気室５及びインク室６が存在する。また、本体部１は、空気室５及びインク室６を気密を保持した状態で区切り、本体部１内部を移動できる可動部材７を備える。
【００３０】
空気吸引口３は、筒状の中空構造部材からなり、片端が上記空気室５と連結している。また、空気室５と連結していない側の端またはその近傍には、ヘッドカートリッジＢから空気を吸引するための穴を少なくとも一つ備えている。また空気吸引口３は、ヘッドカートリッジＢに挿入される際に、挿入深度を一定にするストッパーの作用と、ヘッドカートリッジＢとの気密を保つためのパッキンの作用とを併せ持つ固定部材８を具備する。さらに、空気吸引口３は弁１８を具備する。
【００３１】
インク供給口４は、筒状の中空構造部材からなり、片端はインク室６と連結されている。また、インク室６と連結していない側の端またはその近傍には、ヘッドカートリッジＢにインクを供給するための穴を少なくとも一つ備えている。また、ヘッドカートリッジＢに挿入される際に、挿入深度を一定にするストッパーの作用と、ヘッドカートリッジＢとの気密を保つためのパッキンの作用を併せ持つ部材８を具備する。さらに、インク供給口４は弁１２を具備する。
【００３２】
前記空気室５は、空気放出口１６を具備し、空気放出口１６は弁１７を具備する。また、前記インク室６には、筒状の中空構造部材からなるインク補給口１４が接続されており、インク補給口１４の他端はインクタンク１３に接続されている。また、インク補給口１４は弁１５を具備する。
【００３３】
図１におけるヘッドカートリッジＢは、インク吐出機構２、空気吸引口受け入れ口（空気排出口）１０、インク供給口受け入れ口（インク注入口）１１、及び大気連通口１９を具備し、空気吸引口受け入れ口１０とインク供給口受け入れ口１１との間には多孔質部材が存在しない構造となっている。
【００３４】
このように、ヘッドカートリッジＢの内部の空気排出口１０とインク注入口１１との間に、多孔質部材が存在しないことで、空気吸引口３及びインク供給口４が、ヘッドカートリッジＢの内部で多孔質部材と接触することがなく、インク供給及び空気吸引を迅速に行うことができる。また、多孔質部材にインクを供給するときに起こる部分的圧力上昇や、多孔質部材から空気を吸引するときに起こる部分的圧力低下が発生せず、一定圧力下でインクの供給及び空気の吸引を行うことができる。
【００３５】
また、前記ヘッドカートリッジの空気排出口１０は、インク注入口１１の、ヘッドカートリッジ中のインクが収容される側に対して反対側（図１において上側）に位置するように配置されており、ヘッドカートリッジ内部からインク供給装置内部へインクの流入がないことで、ヘッドカートリッジ内部に残存するインク及び供給したインクを誤って空気排出口から除去することを防止することができる。
【００３６】
受け入れ口封止部材９は、インク供給動作時以外では空気吸引口受け入れ口１０及びインク供給口受け入れ口１１を、ヘッドカートリッジＢの内部からバネの伸長力で塞ぐ構造で密着しており、インクの漏出や空気の出入りを遮断しているが、外部から棒状物で押し込まれることにより、容易にヘッドカートリッジＢの内部側へ移動可能である。
【００３７】
次に、前記インク供給装置Ａにおけるインク供給・空気吸引手段及びインク補給・空気放出手段について説明する。
前記のように、本発明におけるインク供給装置Ａは、ピストン形状の中空構造体（本体部）１の内部に、移動する可動部材７を介して対向する側に、インク供給口４とインク補給口１４とが接続されたインク室６、及び空気吸引口３と空気放出口１６とが接続された空気室５が形成されて構成される。
【００３８】
まず、前記インク供給・空気吸引手段は、前記可動部材７の図面上、下方への移動により、前記インク室６の体積が減少し、該減少分の体積のインクがインク供給口４を通してヘッドカートリッジＢに供給されると同時に、同体積の空気が該ヘッドカートリッジＢから空気吸引口３を通して空気室５に導入されることによって行われる。
【００３９】
次に、前記インク補給・空気放出手段は、前記可動部材７の図面上、上方への移動により、前記インク室６の体積が増加し、増加分の体積のインクがインク補給口１４を通してインクタンク１３からインク室６に導入されると同時に、同体積の空気が空気放出口１６を通して空気室５から大気中に放出されることによって行われる。
【００４０】
したがって、上記各手段を有するインク供給装置Ａを用いたインク供給機構によれば、ヘッドカートリッジＢに供給するインク体積とヘッドカートリッジＢから吸引される空気体積とをより正確に等しくすることができるため、ヘッドカートリッジＢ内部圧力を変えることなくインク供給を行うことができる。
【００４１】
上記供給されるインク体積と吸引される空気体積とをより正確に等しくするため、前記インクの供給速度は、０．３〜３．０ｃｍ^３／秒の範囲であることが好ましく、０．７〜１．５ｃｍ^３／秒の範囲であることがより好ましい。
【００４２】
このような本発明のインク供給機構を用いれば、前記ヘッドカートリッジＢが大気連通口１９とインク注入口１１と空気排出口１０とを具備している場合、インク供給動作時にヘッドカートリッジＢ内部の圧力が変化しないため大気連通口１９を塞ぐ必要がなくなり、インク供給工程及び機構が簡略化かつ小型化され、生産コストを下げることができる。また、インク注入口１１及び空気排出口１０のみを通じてインク供給動作が行われ、大気連通口１９はインク供給動作に関与しないため、大気連通口１９にインクが侵入して大気連通口１９が閉塞されることを防止できる。
【００４３】
また、インク供給装置Ａがインクタンク１３を具備し、上記インク補給動作により、該インクタンク１３からヘッドカートリッジＢに供給するインクを前記インク室６に補給することで、インク供給装置Ａを再度使用することができる。
【００４４】
さらに、ヘッドカートリッジＢに供給するインク供給装置の一回のインク供給動作によるインク供給量を、上記インクタンク１３内部のインク量より少なくすることで、前記インク補給動作によりインク室６に繰り返してインクを補給することができ、連続して複数回のインク供給を行うことが可能である。
【００４５】
なお、前記一回のインク供給動作によるインク供給量は、３〜２０ｃｍ^３の範囲であることが好ましく、５〜１０ｃｍ^３の範囲であることがより好ましい。また、インクタンク１３のインク量は特に制限はないが、上記インク供給量の５〜１０回分のインク量であることが好ましい。
【００４６】
したがって、本発明のインク供給機構を用いれば、インク供給装置Ａを繰り返し使用して何度もインク供給を行うことができるため、経済的であり、廃棄物を減らすこともできる。さらに、インク供給動作の都度、駆動部分をインクの充填された新しい物と交換する作業を必要とせず、インクジェット記録装置のメンテナンスの頻度を少なくできる。
【００４７】
加えて、前記のように本発明におけるインク供給装置Ａでは、インクの供給及び空気の吸引を、前記可動部材７の動作のみで行っているため、インク供給装置Ａとしての駆動は、該可動部材７を動作させるための単一の駆動装置で行うことができる。したがって、インクの供給と空気の吸引とを単一の駆動装置で行うことで、インク供給機構が簡略化かつ小型化され、その生産コストを下げることができる。一方、前述の供給するインク体積と吸引される空気体積とをより正確に等しくするという本発明のインク供給機構の特徴を生かす観点からも、インクの供給と空気の吸引とを単一の駆動装置で行うことが好ましい。
【００４８】
なお、前記単一の駆動装置によってインクの供給及び空気の吸引を行う場合、前記インク室６及び空気室５でのインク及び空気の流出入は、駆動装置による可動部材７の動作に応じて自動的に行われることが好ましく、このため本発明におけるインク供給装置Ａには、インク及び空気の流出入する部分に、逆止弁などの本体部１内の可動部材７の動きに応じて開閉する弁を配置することが好ましい。
【００４９】
例えば、前記ピストン形状の本体部１を有するインク供給装置Ａでは、インク供給口４及びインク補給口１４とインク室６との接続部、並びに前記空気吸引口３及び空気放出口１６と空気室５との接続部に各々逆止弁１２、１５、１８、１８が配置され、該逆止弁が前記可動部材７の動きに応じて、インク室６及び空気室５にインク及び空気を出し入れするために自動的に開閉するようにすれば、特に前記可動部材７の動きに合わせた制御機構を設けずに、低コストのインク供給機構を得ることができる。なお、弁１２、１５、１７、１８は上記逆止弁に限定されるものではなく、これ以外の弁、機構であってもよい。
【００５０】
本発明のインク供給機構に用いられるインクは、尿素及びグリセリンを含有することが好ましい。インク中に尿素及びグリセリンを含有させることにより、インクの保存安定性が良好となるだけでなく、インクの乾燥性をコントロールすることができる。
【００５１】
上記尿素の含有量は、インク全体の１〜１０質量％の範囲であることが好ましく、３〜６質量％の範囲であることがより好ましい。含有量が１質量％より少なすぎると、ノズル目詰まりの防止効果が低い場合があり、１０質量％を超えると、画像滲みが増え、濃度が低下しやすい場合がある。
【００５２】
上記グリセリンの含有量は、インク全体の５〜２５質量％の範囲であることが好ましく、８〜１５質量％の範囲であることがより好ましい。グリセリンの含有量が５質量％未満となると、インクの長期保存性が劣る場合がある。また、含有量が２５質量％を超えると、インクの吐出安定性が低下し正常に吐出しない場合がある。
【００５３】
また、本発明のインク供給機構に用いられるインクの表面張力は、２５〜４５ｍＮ／ｍの範囲であることが好ましく、３０〜３５ｍＮ／ｍの範囲であることがより好ましい。インクの表面張力が４５ｍＮ／ｍより高いと、インクの乾燥時間が長くなり問題となる場合がある。一方、インクの表面張力が２５ｍＮ／ｍより低いと、印字後の画像の光学濃度が低下したり、画質が劣化する場合がある。
なお、上記インクの表面張力は、ウィルヘルミー型表面張力計を用いて、２３℃、５５％ＲＨの環境下にて測定した。
【００５４】
さらに、本発明のインク供給機構に用いられるインクの粘度は、１．５〜３．５ｍＰａ・ｓの範囲であることが好ましく、２．０〜３．０ｍＰａ・ｓの範囲であることがより好ましい。粘度が１．５ｍＰａ・ｓより低いと、インクの保存安定性が低下する場合があり、粘度が３．５ｍＰａ・ｓより高いと、吐出力が低下し、目詰まりした場合に回復し難い等の問題が生じ易い。
なお、上記インクの粘度の測定は、回転型粘度計レオマット１１５（Ｃｏｎｔｒａｖｅｓ社製）を用い、測定温度２３℃、せん断速度１４００ｓ^−１で行った。
【００５５】
＜インクジェット記録装置＞
本発明のインクジェット記録装置は、インク供給機構を具備するヘッドカートリッジと、搬送される被記録体に対し前記ヘッドカートリッジ内のインクを吐出して画像を記録するインクジェット記録ヘッドと、該インクジェット記録ヘッドに画像信号を入力する画像信号入力手段と、を備えるインクジェット記録装置であって、前記インク供給機構が、本発明のインク供給機構であることを特徴とする。
【００５６】
本発明のインクジェット記録装置におけるインクジェット記録ヘッド、及び画像信号入力手段については、従来公知のあらゆるものを使用することができ、いずれにしても、前述の如き本発明のインク供給機構を使用することにより、本発明の効果が発揮される。
【００５７】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
＜実施例１＞
図１に示した本発明のインク供給機構を用い、ヘッドカートリッジへのインク供給を行った。
インク供給装置Ａとしては、本体部１の内部容量を２３ｃｍ^３、インク室６及び空気室５の最大容量を１０ｃｍ^３、インクタンク１３の容量を１００ｃｍ^３とした。また、可動部材７の駆動はステッピングモータを用いて行った。
【００５８】
また、インクとしては下記の組成のブラックインクを用い、該インクをインクタンク１３に９０ｃｍ^３充填した。
【００５９】
・表面処理顔料（Ｃａｂｏｊｅｔ３００、Ｃａｂｏｔ社製）：３質量部
・グリセリン：１０質量部
・ジエチレングリコール：１０質量部
・界面活性剤（オルフィンＥ１０１０、日進化学工業社製）：０．２質量部
・尿素：５質量部
・イオン交換水：７１．８質量部
なお、このブラックインクの表面張力は３２．１ｍＮ／ｍ、粘度は２．１８ｍＰａ・ｓであった。
【００６０】
図２は、図１に示すインク供給機構によるインク供給・空気吸引動作を示す模式断面図である。
インク充填装置Ａは、図１の右側から左側へ向かって動き、空気吸引口３はヘッドカートリッジＢの空気吸引口受け入れ口（空気排出口）１０に挿入され、同時にインク供給口４はヘッドカートリッジＢのインク供給口受け入れ口（インク注入口）１１に挿入され、図２の状態となる。挿入の際、空気吸引口３及びインク供給口４は、ヘッドカートリッジＢに具備された受け入れ口封止部材９を押して進み、固定部材８が空気吸引口受け入れ口１０及びインク供給口受け入れ口１１に達したところで停止し、気密を保った状態で保持されている。上記受け入れ口封止部材９は、インク供給動作時以外では空気吸引口受け入れ口１０及びインク供給口受け入れ口１１をヘッドカートリッジＢ内部からバネの伸長力で塞ぐ構造で密着しており、インクの漏出や空気の出入りを遮断しているが、前記のように空気吸引口３及びインク供給口４により外部から押し込むことにより、容易にヘッドカートリッジＢの内部側へ移動可能な構造となっている。
【００６１】
次に、図１に示す本発明のインク供給機構を用い、ヘッドカートリッジへの一回のインク供給、連続した複数回のインク供給と下記のように行った。
（一回のインク供給）
まず、上記本発明のインク供給機構による一回のインク供給を、以下の５つのステップにより行った。
図３に初期のインク供給装置Ａの拡大断面を示すが、通常初期のインク供給装置Ａの本体部１では弁１２は開き、弁１５は閉じ、弁１７は閉じ、弁１８は開いている。また図３に示すように、空気室５が空気でほぼ最大容積に満たされ、インク室６は可動部材７によりその容積の大部分または全てを失った状態にある。
【００６２】
第一ステップでは、弁１２を閉じ、弁１５を開いた状態、弁１８を閉じ、弁１７を開いた状態にしてから、可動部材７を図面上、上方へ移動させ、インク室６を拡張し、同時に空気室５を狭めた。この動作により、空気室５内部の空気は、空気放出口１６を通じて大気中に放出され、同時にインクタンク１３内に貯蔵されているインクがインク補給口１４を通じてインク室６内部に補給された（インク補給・空気放出手段）。
【００６３】
第二ステップでは、弁１５を閉じ、弁１２を開いた状態、弁１７を閉じ、弁１８を開いた状態とした。図４は上記第二ステップが終了した時点でのインク供給装置Ａの拡大断面図である。
【００６４】
第三ステップでは、前記図２で説明したように、インク充填装置Ａの空気吸引口３及びインク供給口４を、ヘッドカートリッジＢの内部に挿入した。この時、空気吸引口３及びインク供給口４によって受け入れ口封止部材９がヘッドカートリッジＢの内部側へ押し込まれ、固定部材８が空気吸引口受け入れ口１０及びインク供給口受け入れ口１１に達したところで停止し、同時に固定部材８が空気吸引口受け入れ口１０及びインク供給口受け入れ口１１に密着するため、インク供給装置ＡとヘッドカートリッジＢとは連結された系となる。
【００６５】
第四ステップでは、ヘッドカートリッジＢの大気連通口１９を塞がないで、可動部材７を図面上、下方へ移動させ、インク室６を狭め、同時に空気室５を拡張した。この動作により、インク室６内部に存在するインクがインク供給口４を通りヘッドカートリッジＢ内部に注入された。同時に、ヘッドカートリッジＢ内部の空気は空気吸引口３を経由して空気室５に排出された（インク供給・空気吸引手段）。前記図２は、この第四ステップでの状態を示している。
なお、このときのインク供給速度は、１．０ｃｍ^３／秒で行った。
【００６６】
また、このとき、ヘッドカートリッジＢのインク吐出機構２や大気連通口１９からのインクのあふれはなく、ヘッドカートリッジＢ内部に注入されたインクの体積と、空気室５に排出された空気の体積とは等しく、ヘッドカートリッジＢ内部の圧力は変化しなかったことが確認された。
【００６７】
第五ステップでは、インク供給装置Ａの空気吸引口３及びインク供給口４をヘッドカートリッジＢから引き抜いた。同時に受け入れ口封止部材９が空気吸引口受け入れ口１０及びインク供給口受け入れ口１１に密着した。
【００６８】
以上の５つのステップにより、ヘッドカートリッジＢ内部の圧力を変えることなく、ヘッドカートリッジＢの内部へインクを供給した。さらに、本体部１は初期状態に戻っているため、インクタンク１３内部のインクが枯渇しないかぎり、インク供給装置Ａを続けてインクの供給に使用することができる。また、インクタンク１３を脱着可能な構造にし、インクが枯渇したときに新たなインクタンク１３と交換することにより、本体部１を交換することなく継続して使用することができる。
【００６９】
（連続した複数回のインク供給）
次に、本発明のインク供給機構により、連続した複数回のインク供給を行った。上記インク供給は、前記インク供給装置Ａにおけるインク室６の容積以上の量のインクをヘッドカートリッジＢの内部へ供給する場合に相当するものであり、以下の８つのステップにより行った。
【００７０】
インク供給前の初期においては、弁１２をは開き、弁１５は閉じ、弁１７は閉じ、弁１８は開いた状態となっている。また、本体部１は前記図３の同様に、空気室５はほぼ最大容積が空気で満たされており、インク室６は可動部材７により、その容積の大部分または全てを失った状態にある。
【００７１】
第一ステップでは、弁１２を閉じ、弁１５を開いた状態、弁１８を閉じ、弁１７を開いた状態にしてから、可動部材７を図面上、上方に移動させ、インク室６を拡張し、同時に空気室５を狭めた。この動作により、空気室５内部の空気を、空気放出口１６を通じて大気中に放出し、同時にインクタンク１３内に貯蔵されているインクをインク供給口１４を通じてインク室６内部に補給した（インク補給・空気放出手段）。
【００７２】
第二ステップでは、弁１５を閉じ、弁１２を開いた状態、弁１７を閉じ、弁１８を開いた状態とした。
【００７３】
第三ステップでは、インク充填装置Ａの空気吸引口３及びインク供給口４を、ヘッドカートリッジＢの内部に挿入した。この時、空気吸引口３及びインク供給口４によって、受け入れ口封止部材９がヘッドカートリッジＢの内部側へ押し込まれ、固定部材８が空気吸引口受け入れ口１０及びインク供給口受け入れ口１１に達したところで停止し、同時に固定部材８が空気吸引口受け入れ口１０及びインク供給口受け入れ口１１に密着するため、インク充填装置ＡとヘッドカートリッジＢとは連結された系となる。
【００７４】
第四ステップでは、ヘッドカートリッジＢの大気連通口１９を塞がないで、可動部材７を図面上、下方へ移動させ、インク室６を狭め、同時に空気室５を拡張した。この動作により、インク室６内部に存在するインクは、インク供給口４を通りヘッドカートリッジＢ内部に注入された。同時に、ヘッドカートリッジＢ内部の空気は、空気吸引口３を経由して空気室５に排出された（インク供給・空気吸引手段）。このとき、ヘッドカートリッジＢのインク吐出機構２や大気連通口１９からのインクのあふれはなく、ヘッドカートリッジＢ内部に注入されたインクの体積と、空気室５に排出された空気の体積は等しく、ヘッドカートリッジＢ内部の圧力は変化しなかったことが確認された。
【００７５】
第五ステップでは、弁１７を開き、弁１８を閉じた状態、弁１２を閉じ、弁１５を開いた状態とした。
【００７６】
第六ステップでは、可動部材７を再度図面上、上方へ移動させ、インク室６を拡張し、同時に空気室５を狭めた。この動作により、空気室５内部の空気は、空気放出口１６を通じて大気中に放出され、同時にインクタンク１３内に貯蔵されているインクが、インク補給口１４を通じてインク室６内部に補給された（インク補給・空気放出手段）。
【００７７】
第七ステップでは、弁１７を閉じ、弁１８を開いた状態、弁１５を閉じ、弁１２を開いた状態とした。
【００７８】
第八ステップでは、可動部材７を再度図面上、下方へ移動させ、インク室６を狭め、同時に空気室５を拡張した。この動作により、インク室６内部に存在するインクは、インク供給口４を通りヘッドカートリッジＢ内部に注入された。同時に、ヘッドカートリッジＢ内部の空気は、空気吸引口３を経由して空気室５に排出された（インク供給・空気吸引手段）。このとき、ヘッドカートリッジＢのインク吐出機構２や大気連通口１９からのインクのあふれはなく、ヘッドカートリッジＢ内部に注入されたインクの体積と、空気室５に排出された空気の体積は等しく、ヘッドカートリッジＢ内部の圧力は変化しなかったことが確認された。
【００７９】
上記第八ステップが終了したのち、再び第五ステップにもどりインク供給動作を繰り返すことにより、連続した複数回のインク供給を行うことができ、インク室６の容積以上の量のインクを、ヘッドカートリッジＢの内部へ供給することができた。第五ステップから第八ステップまでのサイクルを複数回繰り返し、所望の量のインクをヘッドカートリッジＢの内部に供給した後、インク供給装置Ａの空気吸引口３及びインク供給口４を、ヘッドカートリッジＢから引き抜くことにより、本体部１を初期状態に戻し、次のインク供給動作待機状態とした。
【００８０】
なお、インク供給量はインク室６の容量の整数倍である必要はなく、ヘッドカートリッジＢの内部のインク残存量に応じて可動部材７の動作幅を調整することで、適宜インク供給量を調整できる。
【００８１】
また、本実施例では、前記各弁の開閉が行われてから可動部材７を移動させているが、既述の如く、例えば逆止弁などを用いれば、上記可動部材７の動作と同時に各弁の開閉を自動的に行うことができるため、前記弁の開閉ステップを省略することができる。
【００８２】
＜実施例２＞
本実施例では、本発明の他のインク供給機構によりインク供給を行った。
図５は本実施例で用いたインク供給機構の概略構成断面図である。なお、本実施例に用いたインク、インク供給動作が実施例１と同一とした。
【００８３】
図６は、図５に示すインク供給機構のヘッドカートリッジＢとインク供給口４及び空気吸引口３との接続部の拡大断面図である。図６において、固定部材２１は可動式であり、空気吸引口３及びインク供給口４に密着した状態でスライドさせることができる。
【００８４】
固定部材２１を上記のように可動式とすることにより、ヘッドカートリッジＢにインク供給口４及び空気吸引口３を挿入する際、空気吸引口３及びインク供給口４が受け入れ口封止部材９と接触するより前に、固定部材２１が空気吸引口受け入れ口１０及びインク供給口受け入れ口１１と接触し、気密を保つ。空気吸引口３及びインク供給口４はさらにヘッドカートリッジＢの内部側に挿入され、受け入れ口封止部材９と接触し、該受け入れ口封止部材９を押し込んでヘッドカートリッジＢの内部に到達する。図７は上記インク供給口４及び空気吸引口３がヘッドカートリッジＢの内部に到達した状態を示している。
【００８５】
また、ヘッドカートリッジＢから空気吸引口３及びインク供給口４を抜き取る際には、固定部材２１はバネの力で押し戻され、固定部材２１が空気吸引口受け入れ口１０及びインク供給口受け入れ口１１と気密を保ち続ける。その後、受け入れ口封止部材９が空気吸引口受け入れ口１０及びインク供給口受け入れ口１１と接触し、空気吸引口３及びインク供給口４が受け入れ口封止部材９と離れ、ヘッドカートリッジＢの内部の気密が保たれる状態となった後、固定部材２１は空気吸引口受け入れ口１０及びインク供給口受け入れ口１１から離れ、前記図６の状態となる。
【００８６】
このように固定部材２１を可動式としたことで、受け入れ口封止部材９が空気吸引口受け入れ口１０及びインク供給口受け入れ口１１と接離する際に直接外気の影響（空気の進入等）を受けることがなくなり、インク供給装置ＡとヘッドカートリッジＢとを連結する際にも、ヘッドカートリッジＢのインク吐出機構２や大気連通口１９からのインクの漏れ等はなく、ヘッドカートリッジＢの内部には、微小な圧力変化を生ずることがないことが確認された。
【００８７】
以上のように、実施例１に示したインク供給機構を用いれば、インクのあふれなどを生ずることなく、安全にかつ迅速にインク供給が行え、さらに、実施例２に示したインク供給機構を用いれば、より気密性が高い状態でヘッドカートリッジ内部の圧力を変化させることなく、連続してインク供給を行うことができることがわかった。
【００８８】
【発明の効果】
本発明によれば、ヘッドカートリッジ内部の圧力を変化させることなくヘッドカートリッジ内部にインクを供給でき、インク吐出部やインク供給口からのインクのあふれを防止することにより、安全に安定して、かつ、迅速にインク供給を行うことができる、低コストのインク供給装置、インク供給機構、それを用いたインクジェット記録装置、及びインク供給方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のインク供給機構の一例を示す概略構成断面図である。
【図２】本発明のインク供給機構によるインク供給・空気吸引動作を示す模式断面図である。
【図３】本発明のインク供給装置の状態を示す拡大断面図である。
【図４】本発明のインク供給装置の他の状態を示す拡大断面図である。
【図５】本発明のインク供給機構の他の一例を示す概略構成断面図である。
【図６】ヘッドカートリッジとインク供給口及び空気吸引口との接続部の状態を示す拡大断面図である。
【図７】ヘッドカートリッジとインク供給口及び空気吸引口との接続部の他の状態を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
Ａ　インク供給装置
Ｂ　ヘッドカートリッジ
１　本体部
２　インク吐出機構
３　空気吸引口
４　インク供給口
５　空気室
６　インク室
７　可動部材
８、２１　固定部材
９　受け入れ口封止部材
１０　空気吸引口受け入れ口（空気排出口）
１１　インク供給口受け入れ口（インク注入口）
１２　インク供給口弁（弁）
１３　インクタンク
１４　インク補給口
１５　インク補給口弁（弁）
１６　空気放出口
１７　空気放出口弁（弁）
１８　空気吸引口弁（弁）
１９　大気連通口
２０　多孔質部材[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to ink supply related to ink jet recording, and more particularly to an ink supply mechanism for a cartridge capable of storing ink used in an ink jet recording apparatus.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, an ink jet recording apparatus is provided with a recording head for discharging ink, and a head cartridge having an ink storage unit for storing the ink, and when the ink in the head cartridge is consumed. In general, a method of removing the recording device from the recording device and replacing it with a new one has been used. However, in recent years, for the purpose of reusing resources and reducing waste, it has been widely practiced to refill and reuse ink without disposing of used head cartridges.
[0003]
As a method of re-supplying the ink to the head cartridge, there is a supply method of applying pressure to the ink to be supplied using a pressurizing device. However, in this method, since the pressure inside the head cartridge increases, the ink ejection unit and the air The ink overflows from the communication port and the ink supply port, and the supply mechanism, the recording device, and the worker are soiled.
[0004]
As another method, a supply method in which ink is sucked into the head cartridge from the ink supply port by lowering the internal pressure by sucking the gas inside the head cartridge with a pump, as shown in, for example, JP-A-6-190555. However, in this method, the pressure inside the head cartridge is reduced, so that air may enter the ink discharge unit and deteriorate the discharge response. In addition, such a mechanism requires a pump, so that the size of the ink supply mechanism cannot be reduced, and it is not preferable from the viewpoint of cost reduction.
[0005]
Japanese Patent Laid-Open No. 9-52376 discloses an ink refilling method using an ink injection device including an ink container portion containing ink and a needle-like ink injection nozzle portion. An ink refill kit is shown in which a cartridge in which a tank for supplying ink to a head is integrally formed has a communication portion with the second atmosphere, so that pressurized injection of ink and reduced pressure suction in the tank are simultaneously performed. I have.
[0006]
However, in the former case, not only the pressurization in the ink tank is inevitable, but also the injection device cannot be used repeatedly. Further, in the latter, since a porous member that is an ink absorber is provided in the ink tank, the occurrence of a pressure difference such as pressurization on the ink injection side and decompression on the ink suction side cannot be avoided. However, it has not been possible to prevent the overflow of ink from the ink discharge section or the ink supply port.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the conventional technology.
That is, the present invention can supply ink to the inside of the head cartridge without changing the pressure inside the head cartridge, and prevents the ink from overflowing from the ink discharge section or the ink supply port, thereby stably and stably. It is an object of the present invention to provide a low-cost ink supply device, an ink supply mechanism, an ink jet recording apparatus using the same, and an ink supply method that can supply ink quickly.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The above object is achieved by the present invention described below. That is, the present invention
<1> An ink supply device for supplying ink to a head cartridge, the ink supply device including an ink supply port and an air suction port respectively connected to the head cartridge while maintaining airtightness, and an ink supply device inside the head cartridge. And supplying the ink without changing the pressure inside the head cartridge by sucking air having the same volume as the supplied ink from the inside of the head cartridge.
[0009]
<2> A head cartridge having an ink inlet and an air outlet, and an ink supply device having an ink supply port and an air suction port respectively connected to the ink inlet and the air outlet while maintaining airtightness. An ink supply mechanism that supplies ink to the inside of the head cartridge and supplies ink without changing the pressure inside the head cartridge by sucking air of the same volume as the supplied ink from the inside of the head cartridge. This is an ink supply mechanism.
[0010]
<3> Inside the piston-shaped hollow structure, the ink chamber to which the ink supply port and the ink supply port are connected, and the air suction port and the air discharge port are provided on the opposite side via the moving movable member. A connected air chamber is formed, and the volume of the ink chamber is reduced by the movement of the movable member, and the reduced volume of ink is supplied to the head cartridge through the ink supply port, and The volume of the ink chamber is increased by the movement of the movable member and the ink supply / air suction means in which the air is introduced from the head cartridge into the air chamber through the air suction port, and the increased volume of ink is supplied. An ink supply / air discharging means for releasing the same volume of air from the air chamber to the atmosphere through the air discharge port at the same time as the ink is introduced from the ink tank into the ink chamber through the port. This is an ink supply mechanism.
[0011]
In the above ink supply mechanism,
A valve is disposed at a connection between the ink supply port and the ink supply port and the ink chamber, and at a connection between the air suction port and the air discharge port and the air chamber. Accordingly, it is preferable to open and close the ink chamber and the air chamber so that ink and air can be taken in and out.
[0012]
It is preferable that no porous member exists between the air outlet and the ink inlet inside the head cartridge.
[0013]
Preferably, the air outlet of the head cartridge is located on the opposite side of the ink inlet from the side where the ink in the head cartridge is stored, and no ink flows from the inside of the head cartridge to the inside of the ink supply device. .
[0014]
It is preferable that the supply of the ink and the suction of the air are performed by a single driving device.
[0015]
It is preferable that the ink supply device includes an ink tank, and the ink supplied to the head cartridge is supplied from the ink tank.
[0016]
It is preferable that the amount of ink supplied by a single supply operation of the ink supply device to be supplied to the inside of the head cartridge be smaller than the amount of ink in the ink tank, and that the ink be supplied continuously by a plurality of ink supply operations.
[0017]
It is preferable that the head cartridge has an air communication port, an ink injection port, and an air discharge port, and supplies ink without blocking the air communication port during an ink supply operation.
[0018]
Preferably, the viscosity of the ink supplied to the inside of the head cartridge is in the range of 1.5 to 3.5 mPa · s, and the surface tension of the ink is in the range of 25 to 45 mN / m.
[0019]
It is preferable that the ink supplied to the inside of the head cartridge is an ink supply mechanism containing urea and glycerin.
[0020]
The urea content is preferably in the range of 1 to 10% by mass of the whole ink.
[0021]
The glycerin content is preferably in the range of 5 to 25% by mass of the whole ink.
[0022]
Further, the present invention provides
<4> A head cartridge having an ink supply mechanism, an ink jet recording head for recording an image by discharging ink in the head cartridge onto a recording medium to be conveyed, and inputting an image signal to the ink jet recording head And an image signal input unit, wherein the ink supply mechanism is the ink supply mechanism according to <2> or <3>.
[0023]
<5> An ink supply method for supplying ink to the head cartridge, wherein the ink is supplied to the inside of the head cartridge and, at the same time, the same volume of air as the supplied ink is sucked from the inside of the head cartridge to thereby provide the inside of the head cartridge. Ink supply without changing the pressure of the ink.
[0024]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
<Ink supply device>
The ink supply device of the present invention includes an ink supply port and an air suction port respectively connected to the head cartridge while maintaining airtightness, and supplies ink to the inside of the head cartridge and simultaneously supplies the same volume of air as the supplied ink. The ink is supplied without changing the pressure inside the head cartridge by sucking from the inside of the head cartridge.
[0025]
That is, as described above, in the conventional ink supply, only the ink injection is performed independently, or the ink injection and the ink suction are performed by separate devices. In many cases, a pressure difference was generated between the ink supply port and the ink supply port, and it was not possible to prevent the ink from overflowing or leaking from the ink supply port.
[0026]
However, the ink supply device of the present invention is provided with the ink supply port and the air suction port, and the ink supply and the air suction can be performed by a single driving device. In this case, the same amount of air can be sucked from the inside of the head cartridge through the air suction port at the same time that ink is supplied from the ink supply port into the head cartridge. Therefore, the pressure inside the head cartridge does not change, and it is possible to stably and safely supply ink to the head cartridge.
The details of the ink supply device will be described in the following ink supply mechanism of the present invention.
[0027]
<Ink supply mechanism>
An ink supply mechanism of the present invention includes a head cartridge having an ink inlet and an air outlet, and an ink supply having an ink supply port and an air suction port which are connected to the ink inlet and the air outlet while maintaining airtightness. An ink supply mechanism for supplying ink to the inside of the head cartridge and, at the same time, sucking air of the same volume as the supplied ink from the inside of the head cartridge to change the pressure inside the head cartridge. It is characterized in that the ink is supplied without being supplied.
[0028]
By employing the above-described ink supply device and ink supply mechanism, the ink supply mechanism including the head cartridge and the ink supply device can supply ink as a system shut off from the outside. Further, the ink can be stably and safely supplied to the head cartridge without any leakage of the ink to the outside and no contamination of the system from the outside with impurities.
Note that the ink supply mechanism of the present invention is used not only as a part of a recording apparatus incorporated in an ink jet recording apparatus described later, but also used as an ink supply mechanism alone when supplying ink to a head cartridge that has consumed ink. It is something that can be done.
[0029]
FIG. 1 is a schematic configuration sectional view showing an example of an ink supply mechanism including the ink supply device of the present invention.
The ink supply device A in FIG. 1 includes a main body 1, an air suction port 3, an air discharge port 16, an ink supply port 4, and an ink supply port 14. The main body 1 has a piston-shaped hollow structure, and has an air chamber 5 and an ink chamber 6 inside. Further, the main body 1 is provided with a movable member 7 which divides the air chamber 5 and the ink chamber 6 while maintaining airtightness, and can move inside the main body 1.
[0030]
The air suction port 3 is formed of a tubular hollow structural member, and has one end connected to the air chamber 5. Further, at or near the end not connected to the air chamber 5, at least one hole for sucking air from the head cartridge B is provided. Further, the air suction port 3 includes a fixing member 8 having both a function of a stopper for keeping the insertion depth constant when inserted into the head cartridge B and a function of a packing for keeping the head cartridge B airtight. . Further, the air suction port 3 is provided with a valve 18.
[0031]
The ink supply port 4 is formed of a tubular hollow structural member, and one end is connected to the ink chamber 6. At least one end for supplying ink to the head cartridge B is provided at or near the end not connected to the ink chamber 6. In addition, a member 8 having both the function of a stopper for keeping the insertion depth constant and the function of packing for keeping the head cartridge B airtight when inserted into the head cartridge B is provided. Further, the ink supply port 4 includes a valve 12.
[0032]
The air chamber 5 has an air outlet 16, and the air outlet 16 has a valve 17. The ink chamber 6 is connected to an ink supply port 14 made of a tubular hollow structural member. The other end of the ink supply port 14 is connected to the ink tank 13. The ink supply port 14 has a valve 15.
[0033]
The head cartridge B in FIG. 1 includes an ink discharge mechanism 2, an air suction port receiving port (air discharge port) 10, an ink supply port receiving port (ink injection port) 11, and an air communication port 19, and receives the air suction port. There is no porous member between the port 10 and the ink supply port receiving port 11.
[0034]
As described above, since the porous member does not exist between the air outlet 10 and the ink inlet 11 inside the head cartridge B, the air suction port 3 and the ink supply port 4 are located inside the head cartridge B. Ink supply and air suction can be performed quickly without contact with the porous member. In addition, there is no partial pressure increase that occurs when ink is supplied to the porous member, and there is no partial pressure decrease that occurs when air is sucked from the porous member. It can be performed.
[0035]
Further, the air outlet 10 of the head cartridge is disposed so as to be located on the opposite side (upper side in FIG. 1) of the ink inlet 11 with respect to the side in which the ink in the head cartridge is stored. By preventing the ink from flowing from the inside of the cartridge to the inside of the ink supply device, it is possible to prevent the ink remaining in the head cartridge and the supplied ink from being accidentally removed from the air outlet.
[0036]
The receiving port sealing member 9 has a structure that closes the air suction port receiving port 10 and the ink supply port receiving port 11 from the inside of the head cartridge B with the extension force of the spring except when the ink supply operation is performed. Although it blocks leakage and the ingress and egress of air, it can be easily moved to the inside of the head cartridge B by being pushed in from outside with a rod-like object.
[0037]
Next, the ink supply / air suction means and the ink supply / air discharge means in the ink supply device A will be described.
As described above, the ink supply device A according to the present invention includes the ink supply port 4 and the ink supply port inside the piston-shaped hollow structure (main body) 1 on the side opposed to the movable member 7. 14 and an air chamber 5 to which the air suction port 3 and the air discharge port 16 are connected.
[0038]
First, the ink supply / air suction means reduces the volume of the ink chamber 6 by moving the movable member 7 downward in the drawing, and the reduced volume of ink is passed through the ink supply port 4 to the head cartridge. B, and at the same time, the same volume of air is introduced from the head cartridge B into the air chamber 5 through the air suction port 3.
[0039]
Next, the ink supply / air discharge means increases the volume of the ink chamber 6 by moving the movable member 7 upward in the drawing, and the increased amount of ink is supplied to the ink tank through the ink supply port 14. At the same time as the air is introduced into the ink chamber 6 from the air outlet 13, the same volume of air is discharged from the air chamber 5 to the atmosphere through the air discharge port 16.
[0040]
Therefore, according to the ink supply mechanism using the ink supply device A having the above-described units, the volume of ink supplied to the head cartridge B and the volume of air sucked from the head cartridge B can be more accurately equalized. Ink can be supplied without changing the internal pressure of the head cartridge B.
[0041]
In order to more accurately equalize the volume of the supplied ink with the volume of the sucked air, the supply speed of the ink is 0.3 to 3.0 cm. ³ / S, preferably 0.7-1.5 cm ³ / Sec is more preferable.
[0042]
When the ink supply mechanism of the present invention is used, when the head cartridge B has the air communication port 19, the ink injection port 11, and the air discharge port 10, the pressure inside the head cartridge B during the ink supply operation is reduced. Does not change, it is not necessary to close the air communication port 19, and the ink supply process and mechanism can be simplified and downsized, and the production cost can be reduced. Further, since the ink supply operation is performed only through the ink inlet 11 and the air outlet 10, and the air communication port 19 does not participate in the ink supply operation, ink enters the air communication port 19 and the air communication port 19 is closed. Can be prevented.
[0043]
Further, the ink supply device A is provided with the ink tank 13, and the ink supply device A is reused by replenishing the ink chamber 6 with the ink supplied from the ink tank 13 to the head cartridge B by the above-described ink supply operation. can do.
[0044]
Further, the amount of ink supplied by one ink supply operation of the ink supply device for supplying to the head cartridge B is made smaller than the amount of ink in the ink tank 13, so that the ink supply operation is repeated in the ink chamber 6. Can be supplied, and ink can be supplied a plurality of times continuously.
[0045]
In addition, the ink supply amount by the one ink supply operation is 3 to 20 cm. ³ Is preferably in the range of 5 to 10 cm ³ More preferably, it is within the range. Further, the amount of ink in the ink tank 13 is not particularly limited, but is preferably 5 to 10 times the amount of the above-described ink supply amount.
[0046]
Therefore, if the ink supply mechanism of the present invention is used, ink can be supplied many times by repeatedly using the ink supply device A, which is economical and can reduce waste. Further, it is not necessary to replace the driving portion with a new one filled with ink every time the ink supply operation is performed, and the frequency of maintenance of the ink jet recording apparatus can be reduced.
[0047]
In addition, as described above, in the ink supply device A according to the present invention, the supply of ink and the suction of air are performed only by the operation of the movable member 7. 7 can be operated with a single drive. Therefore, by performing the supply of the ink and the suction of the air by a single driving device, the ink supply mechanism can be simplified and downsized, and the production cost can be reduced. On the other hand, from the viewpoint of taking advantage of the feature of the ink supply mechanism of the present invention that the above-described ink volume to be supplied and the volume of the sucked air are more accurately equalized, the ink supply and the air suction are performed by a single It is preferable to carry out.
[0048]
When ink is supplied and air is suctioned by the single driving device, the inflow and outflow of ink and air in the ink chamber 6 and the air chamber 5 are automatically performed according to the operation of the movable member 7 by the driving device. Therefore, in the ink supply device A according to the present invention, the portion where the ink and the air flow out opens and closes according to the movement of the movable member 7 in the main body 1 such as a check valve. Preferably, a valve is arranged.
[0049]
For example, in the ink supply device A having the piston-shaped main body 1, the ink supply port 4, the connection between the ink supply port 14 and the ink chamber 6, the air suction port 3, the air discharge port 16 and the air chamber 5 Check valves 12, 15, 18, and 18 are disposed at the connection portions with the check valve, and the check valves move ink and air into and out of the ink chamber 6 and the air chamber 5 according to the movement of the movable member 7. By automatically opening and closing the ink supply mechanism, a low-cost ink supply mechanism can be obtained without providing a control mechanism particularly corresponding to the movement of the movable member 7. The valves 12, 15, 17, and 18 are not limited to the above-described check valves, but may be other valves and mechanisms.
[0050]
The ink used in the ink supply mechanism of the present invention preferably contains urea and glycerin. By including urea and glycerin in the ink, not only the storage stability of the ink is improved, but also the drying property of the ink can be controlled.
[0051]
The urea content is preferably in the range of 1 to 10% by mass of the whole ink, and more preferably in the range of 3 to 6% by mass. If the content is less than 1% by mass, the effect of preventing nozzle clogging may be low, and if it exceeds 10% by mass, image bleeding may increase and the density may be liable to decrease.
[0052]
The content of the glycerin is preferably in the range of 5 to 25% by mass of the whole ink, and more preferably in the range of 8 to 15% by mass. If the glycerin content is less than 5% by mass, the long-term storage stability of the ink may be poor. On the other hand, when the content exceeds 25% by mass, the ejection stability of the ink is reduced, and the ink may not be ejected normally.
[0053]
The surface tension of the ink used in the ink supply mechanism of the present invention is preferably in the range of 25 to 45 mN / m, and more preferably in the range of 30 to 35 mN / m. If the surface tension of the ink is higher than 45 mN / m, the drying time of the ink becomes longer, which may cause a problem. On the other hand, if the surface tension of the ink is lower than 25 mN / m, the optical density of the printed image may be reduced or the image quality may be deteriorated.
The surface tension of the ink was measured using a Wilhelmy surface tensiometer at 23 ° C. and 55% RH.
[0054]
Further, the viscosity of the ink used in the ink supply mechanism of the present invention is preferably in the range of 1.5 to 3.5 mPa · s, and more preferably in the range of 2.0 to 3.0 mPa · s. . If the viscosity is lower than 1.5 mPa · s, the storage stability of the ink may be reduced. If the viscosity is higher than 3.5 mPa · s, the ejection force is reduced, and it is difficult to recover when clogged. Problems easily occur.
The viscosity of the ink was measured using a rotational viscometer Rheomat 115 (manufactured by Contraves) at a measurement temperature of 23 ° C. and a shear rate of 1400 s. ^-1 I went in.
[0055]
<Inkjet recording device>
An ink jet recording apparatus according to the present invention includes a head cartridge having an ink supply mechanism, an ink jet recording head that discharges ink in the head cartridge to a conveyed recording medium to record an image, and an ink jet recording head. And an image signal input unit for inputting an image signal, wherein the ink supply mechanism is the ink supply mechanism of the present invention.
[0056]
As the ink jet recording head and the image signal input means in the ink jet recording apparatus of the present invention, any conventionally known one can be used, and in any case, by using the ink supply mechanism of the present invention as described above. The effect of the present invention is exhibited.
[0057]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described specifically with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
<Example 1>
Using the ink supply mechanism of the present invention shown in FIG. 1, ink was supplied to the head cartridge.
As the ink supply device A, the internal capacity of the main body 1 is 23 cm. ³ The maximum capacity of the ink chamber 6 and the air chamber 5 is 10 cm. ³ , The capacity of the ink tank 13 is 100 cm ³ And The movable member 7 was driven using a stepping motor.
[0058]
In addition, a black ink having the following composition was used as the ink, and the ink was placed in the ink tank 13 by 90 cm. ³ Filled.
[0059]
Surface-treated pigment (Cabojet 300, manufactured by Cabot): 3 parts by mass
・ Glycerin: 10 parts by mass
・ Diethylene glycol: 10 parts by mass
-Surfactant (Olfin E1010, manufactured by Nisshin Chemical Co., Ltd.): 0.2 parts by mass
・ Urea: 5 parts by mass
・ Ion-exchanged water: 71.8 parts by mass
The black ink had a surface tension of 32.1 mN / m and a viscosity of 2.18 mPa · s.
[0060]
FIG. 2 is a schematic sectional view showing an ink supply / air suction operation by the ink supply mechanism shown in FIG.
The ink filling device A moves from right to left in FIG. 1, and the air suction port 3 is inserted into the air suction port receiving port (air discharge port) 10 of the head cartridge B, and at the same time, the ink supply port 4 is connected to the head cartridge B. 2 is inserted into the ink supply port receiving port (ink injection port) 11 of FIG. At the time of insertion, the air suction port 3 and the ink supply port 4 advance by pushing the receiving port sealing member 9 provided in the head cartridge B, and the fixing member 8 is moved to the air suction port receiving port 10 and the ink supply port receiving port 11. When it reaches, it stops and is kept airtight. The receiving port sealing member 9 has a structure that closes the air suction port receiving port 10 and the ink supply port receiving port 11 from the inside of the head cartridge B with the extension force of the spring except for the time of the ink supply operation. Although air is blocked from entering and exiting, the air cartridge 3 can be easily moved to the inside of the head cartridge B by being pushed from the outside by the air suction port 3 and the ink supply port 4 as described above.
[0061]
Next, the ink supply mechanism of the present invention shown in FIG. 1 was used to supply the ink once to the head cartridge and to supply the ink a plurality of times continuously, as described below.
(Single ink supply)
First, one ink supply by the ink supply mechanism of the present invention was performed by the following five steps.
FIG. 3 shows an enlarged cross section of the initial ink supply device A. Normally, in the main body 1 of the initial ink supply device A, the valve 12 is open, the valve 15 is closed, the valve 17 is closed, and the valve 18 is open. Further, as shown in FIG. 3, the air chamber 5 is almost filled with air to a maximum volume, and the ink chamber 6 has lost most or all of its volume by the movable member 7.
[0062]
In the first step, the valve 12 is closed and the valve 15 is opened, the valve 18 is closed and the valve 17 is opened, and then the movable member 7 is moved upward in the drawing to expand the ink chamber 6. At the same time, the air chamber 5 was narrowed. With this operation, the air inside the air chamber 5 is released into the atmosphere through the air discharge port 16, and at the same time, the ink stored in the ink tank 13 is supplied into the ink chamber 6 through the ink supply port 14 (ink). Supply / air release means).
[0063]
In the second step, the valve 15 was closed and the valve 12 was opened, and the valve 17 was closed and the valve 18 was opened. FIG. 4 is an enlarged sectional view of the ink supply device A at the time when the second step is completed.
[0064]
In the third step, the air suction port 3 and the ink supply port 4 of the ink filling device A were inserted into the head cartridge B as described with reference to FIG. At this time, the receiving port sealing member 9 is pushed into the inside of the head cartridge B by the air suction port 3 and the ink supply port 4, and the fixing member 8 reaches the air suction port receiving port 10 and the ink supply port receiving port 11. The ink supply device A and the head cartridge B are connected to each other because the fixing member 8 stops at the same time and comes into close contact with the air suction port receiving port 10 and the ink supply port receiving port 11.
[0065]
In the fourth step, the movable member 7 was moved downward in the drawing without closing the atmosphere communication port 19 of the head cartridge B, thereby narrowing the ink chamber 6 and expanding the air chamber 5 at the same time. By this operation, the ink existing in the ink chamber 6 was injected into the head cartridge B through the ink supply port 4. At the same time, the air inside the head cartridge B was discharged to the air chamber 5 via the air suction port 3 (ink supply / air suction means). FIG. 2 shows a state in the fourth step.
The ink supply speed at this time is 1.0 cm ³ / Sec.
[0066]
At this time, there is no overflow of ink from the ink ejection mechanism 2 of the head cartridge B or the air communication port 19, and the volume of ink injected into the head cartridge B and the volume of air discharged into the air chamber 5 are reduced. And the pressure inside the head cartridge B did not change.
[0067]
In the fifth step, the air suction port 3 and the ink supply port 4 of the ink supply device A were pulled out of the head cartridge B. At the same time, the receiving port sealing member 9 was brought into close contact with the air suction port receiving port 10 and the ink supply port receiving port 11.
[0068]
Through the above five steps, ink was supplied into the head cartridge B without changing the pressure inside the head cartridge B. Further, since the main body 1 has returned to the initial state, the ink supply device A can be continuously used for supplying the ink unless the ink inside the ink tank 13 is depleted. In addition, the ink tank 13 has a detachable structure, and is replaced with a new ink tank 13 when the ink is depleted, so that the main body 1 can be continuously used without replacement.
[0069]
(Consecutive multiple ink supply)
Next, continuous ink supply was performed a plurality of times by the ink supply mechanism of the present invention. The above-described ink supply corresponds to a case where an amount of ink equal to or more than the volume of the ink chamber 6 in the ink supply device A is supplied to the inside of the head cartridge B, and was performed by the following eight steps.
[0070]
In the initial stage before ink supply, the valve 12 is opened, the valve 15 is closed, the valve 17 is closed, and the valve 18 is open. 3, the air chamber 5 has substantially the maximum volume filled with air, and the ink chamber 6 has lost most or all of its volume by the movable member 7, as in FIG. .
[0071]
In the first step, the valve 12 is closed and the valve 15 is opened, the valve 18 is closed and the valve 17 is opened, and then the movable member 7 is moved upward in the drawing to expand the ink chamber 6. At the same time, the air chamber 5 was narrowed. By this operation, the air inside the air chamber 5 is released into the atmosphere through the air discharge port 16 and at the same time, the ink stored in the ink tank 13 is supplied into the ink chamber 6 through the ink supply port 14 (ink supply). Air release means).
[0072]
In the second step, the valve 15 was closed and the valve 12 was opened, and the valve 17 was closed and the valve 18 was opened.
[0073]
In the third step, the air suction port 3 and the ink supply port 4 of the ink filling device A were inserted into the head cartridge B. At this time, the receiving port sealing member 9 is pushed into the inside of the head cartridge B by the air suction port 3 and the ink supply port 4, and the fixing member 8 reaches the air suction port receiving port 10 and the ink supply port receiving port 11. Then, the fixing member 8 is brought into close contact with the air suction port receiving port 10 and the ink supply port receiving port 11, so that the ink filling device A and the head cartridge B are connected to each other.
[0074]
In the fourth step, the movable member 7 was moved downward in the drawing without closing the atmosphere communication port 19 of the head cartridge B, thereby narrowing the ink chamber 6 and expanding the air chamber 5 at the same time. By this operation, the ink existing inside the ink chamber 6 was injected into the head cartridge B through the ink supply port 4. At the same time, the air inside the head cartridge B was discharged to the air chamber 5 via the air suction port 3 (ink supply / air suction means). At this time, there is no overflow of the ink from the ink ejection mechanism 2 of the head cartridge B or the air communication port 19, and the volume of the ink injected into the head cartridge B and the volume of the air discharged to the air chamber 5 are equal. It was confirmed that the pressure inside the head cartridge B did not change.
[0075]
In the fifth step, the valve 17 was opened and the valve 18 was closed, and the valve 12 was closed and the valve 15 was opened.
[0076]
In the sixth step, the movable member 7 was moved upward in the drawing again to expand the ink chamber 6 and simultaneously narrow the air chamber 5. By this operation, the air inside the air chamber 5 is released into the atmosphere through the air discharge port 16, and at the same time, the ink stored in the ink tank 13 is supplied into the ink chamber 6 through the ink supply port 14 ( Ink supply / air discharge means).
[0077]
In the seventh step, the valve 17 was closed and the valve 18 was opened, and the valve 15 was closed and the valve 12 was opened.
[0078]
In the eighth step, the movable member 7 was again moved downward in the drawing to narrow the ink chamber 6 and at the same time expand the air chamber 5. By this operation, the ink existing inside the ink chamber 6 was injected into the head cartridge B through the ink supply port 4. At the same time, the air inside the head cartridge B was discharged to the air chamber 5 via the air suction port 3 (ink supply / air suction means). At this time, there is no overflow of the ink from the ink ejection mechanism 2 of the head cartridge B or the air communication port 19, and the volume of the ink injected into the head cartridge B and the volume of the air discharged to the air chamber 5 are equal. It was confirmed that the pressure inside the head cartridge B did not change.
[0079]
After the end of the eighth step, the ink supply operation is repeated by returning to the fifth step again, so that a plurality of continuous ink supplies can be performed. B could be supplied inside. The cycle from the fifth step to the eighth step is repeated a plurality of times to supply a desired amount of ink to the inside of the head cartridge B. Then, the air suction port 3 and the ink supply port 4 of the ink supply device A are connected to the head cartridge B. Then, the main body 1 was returned to the initial state, and the state was changed to the next ink supply operation standby state.
[0080]
Note that the ink supply amount does not need to be an integral multiple of the capacity of the ink chamber 6, and the ink supply amount is appropriately adjusted by adjusting the operation width of the movable member 7 according to the remaining ink amount inside the head cartridge B. it can.
[0081]
In the present embodiment, the movable member 7 is moved after the opening and closing of the valves. However, as described above, if a check valve or the like is used, each of the movable members 7 is simultaneously operated with the operation of the movable member 7. Since the opening and closing of the valve can be performed automatically, the step of opening and closing the valve can be omitted.
[0082]
<Example 2>
In this embodiment, ink was supplied by another ink supply mechanism of the present invention.
FIG. 5 is a schematic sectional view of the configuration of the ink supply mechanism used in this embodiment. The ink and the ink supply operation used in the present embodiment are the same as those in the first embodiment.
[0083]
FIG. 6 is an enlarged sectional view of a connection portion of the head cartridge B, the ink supply port 4, and the air suction port 3 of the ink supply mechanism shown in FIG. In FIG. 6, the fixed member 21 is movable, and can be slid in a state in which it is in close contact with the air suction port 3 and the ink supply port 4.
[0084]
By making the fixing member 21 movable as described above, when the ink supply port 4 and the air supply port 3 are inserted into the head cartridge B, the air suction port 3 and the ink supply port 4 are connected to the receiving port sealing member 9. Before the contact, the fixing member 21 comes into contact with the air suction port receiving port 10 and the ink supply port receiving port 11 to maintain airtightness. The air suction port 3 and the ink supply port 4 are further inserted inside the head cartridge B, come into contact with the receiving port sealing member 9, push the receiving port sealing member 9, and reach the inside of the head cartridge B. FIG. 7 shows a state where the ink supply port 4 and the air suction port 3 have reached the inside of the head cartridge B.
[0085]
When the air suction port 3 and the ink supply port 4 are removed from the head cartridge B, the fixing member 21 is pushed back by the force of the spring, and the fixing member 21 is separated from the air suction port receiving port 10 and the ink supply port receiving port 11. Keep airtight. Thereafter, the receiving port sealing member 9 comes into contact with the air suction port receiving port 10 and the ink supply port receiving port 11, the air suction port 3 and the ink supply port 4 are separated from the receiving port sealing member 9, and the inside of the head cartridge B is removed. After the airtight state is maintained, the fixing member 21 is separated from the air suction port receiving port 10 and the ink supply port receiving port 11, and the state shown in FIG. 6 is obtained.
[0086]
Since the fixing member 21 is made movable in this manner, the influence of the external air (such as air intrusion) when the receiving port sealing member 9 comes into contact with or separates from the air suction port receiving port 10 and the ink supply port receiving port 11 is obtained. When the ink supply device A and the head cartridge B are connected to each other, there is no leakage of ink from the ink ejection mechanism 2 of the head cartridge B or the air communication port 19 and the like. It was confirmed that no slight pressure change occurred.
[0087]
As described above, if the ink supply mechanism shown in the first embodiment is used, the ink can be supplied safely and quickly without causing the overflow of the ink, and the ink supply mechanism shown in the second embodiment can be used. For example, it has been found that ink can be continuously supplied in a more airtight state without changing the pressure inside the head cartridge.
[0088]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to supply ink to the inside of the head cartridge without changing the pressure inside the head cartridge, and to prevent the overflow of ink from the ink discharge portion and the ink supply port, thereby stably and stably. It is possible to provide a low-cost ink supply device, an ink supply mechanism, an ink jet recording apparatus using the same, and an ink supply method that can supply ink quickly.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view illustrating an example of an ink supply mechanism of the present invention.
FIG. 2 is a schematic sectional view showing an ink supply / air suction operation by the ink supply mechanism of the present invention.
FIG. 3 is an enlarged sectional view showing a state of the ink supply device of the present invention.
FIG. 4 is an enlarged sectional view showing another state of the ink supply device of the present invention.
FIG. 5 is a schematic sectional view showing another example of the ink supply mechanism of the present invention.
FIG. 6 is an enlarged sectional view showing a state of a connecting portion between a head cartridge, an ink supply port, and an air suction port.
FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view showing another state of the connection portion between the head cartridge, the ink supply port, and the air suction port.
[Explanation of symbols]
A Ink supply device
B head cartridge
1 Body
2 Ink ejection mechanism
3 Air suction port
4 Ink supply port
5 air chamber
6 Ink chamber
7 movable members
8,21 fixing member
9 Receiving port sealing member
10. Air suction port reception port (air discharge port)
11 Ink inlet port (ink inlet)
12 Ink supply port valve (valve)
13 Ink tank
14 Ink supply port
15 Ink supply port valve (valve)
16 air outlet
17 Air outlet valve (valve)
18 Air suction port valve (valve)
19 Atmospheric communication port
20 porous members

Claims

An ink supply device for supplying ink to a head cartridge, the ink supply device having an ink supply port and an air suction port respectively connected to the head cartridge while maintaining airtightness, and supplying ink to the inside of the head cartridge. At the same time, an ink supply device that supplies ink without changing the pressure inside the head cartridge by sucking air of the same volume as the supplied ink from inside the head cartridge.

An ink supply mechanism comprising: a head cartridge having an ink inlet and an air outlet; and an ink supply device having an ink supply port and an air suction port connected to the ink inlet and the air outlet while keeping the airtight. And supplying ink to the inside of the head cartridge at the same time as sucking air having the same volume as the supplied ink from the inside of the head cartridge, thereby supplying ink without changing the pressure inside the head cartridge. Characteristic ink supply mechanism.

Inside the piston-shaped hollow structure, an ink chamber in which an ink supply port and an ink supply port were connected, and an air suction port and an air discharge port were connected on the side opposed via a moving movable member. An air chamber is formed,
Due to the movement of the movable member, the volume of the ink chamber is reduced, and the reduced volume of ink is supplied to the head cartridge through the ink supply port, and at the same time, the same volume of air flows from the head cartridge through the air suction port. Ink supply / air suction means introduced into the air chamber,
The movement of the movable member increases the volume of the ink chamber, and the increased volume of ink is introduced from the ink tank into the ink chamber through the ink supply port, and at the same time, the same volume of air flows through the air discharge port. An ink supply / air discharging means for discharging ink from the ink into the atmosphere.

A head cartridge having an ink supply mechanism, an ink jet recording head for ejecting ink in the head cartridge to a conveyed recording medium to record an image, and an image signal input for inputting an image signal to the ink jet recording head Means, and an ink jet recording apparatus comprising:
4. An ink jet recording apparatus, wherein the ink supply mechanism is the ink supply mechanism according to claim 2.

An ink supply method for supplying ink to a head cartridge, wherein ink is supplied to the inside of the head cartridge, and at the same time, air having the same volume as the supplied ink is sucked from the inside of the head cartridge to reduce the pressure inside the head cartridge. An ink supply method characterized by supplying ink without changing.