JP2005074923A - ヘッドユニット及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 液体保管タンクとサブタンクとを用いる場合にサブタンクと液滴吐出ヘッドとの結合部で形成される供給経路で気泡がトラップされ、吐出不良が生じやすくなる。
【解決手段】 の記録ヘッド１４のパイプ状のインク補給部１０４とサブタンク１５のパイプ状のインク供給部１２４とは同一の形状に形成し、インク補給部１０４とインク供給部１２４との間にシール部材１３１を挟み込んで、記録ヘッド１４のフレーム部材１０１とサブタンク１５のケース本体１２１とを締結部材１３２で締結することにより、インク供給部１２４、シール部材１３１及びインク補給部１０４の内周面によって壁面が形成された、インク１３５をサブタンク１５から記録ヘッド１４の共通液室１０２に供給するためのインク供給経路１３４が形成される。
【選択図】 図４

Description

本発明はヘッドユニット及び画像形成装置に関する。

プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ等の各種画像形成装置として用いられるインクジェット記録装置において、キャリッジ上には液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドに液体であるインクを供給するための小容量のサブタンク（液体容器）を搭載し、液体保管タンクである大容量のインクカートリッジ（メインタンク）を装置本体側に設置し、サブタンクに装置本体側のメインタンクからインクを補充供給するようにした装置が知られている。

ところで、液滴吐出ヘッドを用いる場合には、インクカートリッジから液滴吐出ヘッドのノズルに至るまでの液体流路における気泡や不純物の混入を防止しなければ、ノズルから液滴が吐出されなくなったり、液滴が吐出されるものの噴射曲がりや滴量不足を生じたりするなどの吐出不良を引き起こすことになる。

そこで、気泡が液滴吐出ヘッドに混入することを防止するための気泡トラップを行うようにした記録装置がある。
特開平９−３２７９２９号公報

また、ヘッドからの気泡排出性を向上するようにしたヘッドがある。
特開２００２−１４４５８２号公報

一方、インクカートリッジと液滴吐出ヘッドとの接続（ドッキング）は、インクカートリッジのケースに供給孔の開口部とヘッドのインク供給管の開口部との間にドーナツ状の弾性シール部材を挟み持つようにした構造が知られている。
特開２００１−１６２８１０号公報

従来のインクカートリッジと液滴吐出ヘッドとのドッキングは、図６に示すように、サブタンクのケース本体５０１に中空のインク供給部５０２を形成し、このインク供給部５０２の内周面にフランジ部５０３を設け、液滴吐出ヘッドのフレー部材５０５に形成した中空のインク補充部５０６をインク供給部５０２ないに入り込む形状として、サブタンクのケース本体５０１のフランジ部５０３と記録ヘッドのフレーム部材５０５との間にシール部材５１１を挟みこみ、供給経路５１４を形成したものがある。なお、供給経路５１４の入口部にはフィルタ部材５１６を設けている。

ところで、上述したように大容量のメインタンクからサブタンクを介してヘッドにインクを供給するようにした場合、メインタンクからヘッドに直接インクを供給するようにした場合と比べて、ヘッドに至るまでの供給経路にサブタンクが含まれることによるユニットの増加によって気泡の混入のおそれ、結合部（接続部）の増加による不純物の混入のおそれが相対的に増すことになる。

そのため、液滴吐出ヘッドとサブタンクとの結合部（ドッキング部）での気泡付着を防止し、ヘッドユニット製作工程における不純物の混入を確実に防止しなければならなという課題が生じる。

しかしながら、前述した図６に示すような構成にあっては、インク供給経路５１４に鋭角な部分５２０が発生し、気泡がトラップされやすくなる。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、気泡のトラップを防止し、安定した印刷品質が得られるヘッドユニット及び画像形成装置を提供することを目的とする。

本発明に係るヘッドユニットは、液滴を吐出する液滴吐出ヘッドと、メインタンクから供給された液体を前記液滴吐出ヘッドに供給するためのサブタンクとを含み、液滴吐出ヘッド及びサブタンクにはパイプ状の供給経路形成部を設け、これらの液滴吐出ヘッド及びサブタンクの各供給経路形成部を接続する部分をシールするシール部材を備え、このシール部材でシールしたときに形成される供給経路は鈍角形状となって鋭角部分がない構成とした。

ここで、液滴吐出ヘッド及びサブタンクの各供給経路形成部はシール部材を内周面側に保持する段差部を有していることが好ましい。また、シール部材がＯリングであることが好ましい。さらに、液滴吐出ヘッド及びサブタンクの各供給経路形成部は端面が接触していることが好ましい。さらにまた、液滴吐出ヘッドとサブタンクの相対的な間隔を規制する規制手段を有していることが好ましい。

本発明に係る画像形成装置は、被記録媒体に対して液滴吐出ヘッドから液滴を吐出して画像を形成する画像形成装置であって、本発明に係るヘッドユニットを備えているものである。

本発明に係るヘッドユニットによれば、液滴吐出ヘッド及びサブタンクにはパイプ状の供給経路形成部を設け、これらの液滴吐出ヘッド及びサブタンクの各供給経路形成部を接続する部分をシールするシール部材を備え、このシール部材でシールしたときに形成される供給経路は鈍角形状となって鋭角部分がないので、気泡のトラップが防止され、安定した印刷品質を得ることができる。

本発明に係るヘッドユニットを含む本発明に係る画像形成装置としてのインクジェット記録装置について説明する。図1は同インクジェット記録装置を前方側から見た斜視説明図である。

このインクジェット記録装置は、装置本体１と、装置本体１に装着した、記録媒体である用紙を装填するための給紙トレイ２と、装置本体１に装着され画像が記録（形成）された用紙をストックするための排紙トレイ３とを備え、さらに、装置本体１の前面４の一端部側には、前面４から前方側に突き出し、上面５よりも低くなったカートリッジ装填部６を有し、このカートリッジ装填部６の上面に操作キーや表示器などの操作部７を配置している。カートリッジ装填部６には液体保管用タンク（メインタンク）であるインクカートリッジ１０の脱着を行うための開閉可能な前カバー８を有している。

次に、このインクジェット記録装置の機構部について図２及び図３を参照して説明する。なお、図２は同機構部の全体構成を説明する概略構成図、図３は同機構部の要部平面説明図である。

図示しない左右の側板に横架したガイド部材であるガイドロッド１１とステー１２とでキャリッジ１３を主走査方向に摺動自在に保持し、図示しない主走査モータによって図３で矢示方向に移動走査する。

このキャリッジ１３には、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出する４個のインクジェットヘッドからなる記録ヘッド１４を複数のインク吐出口を主走査方向と交叉する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。

記録ヘッド１４を構成するインクジェットヘッドとしては、圧電素子などの圧電アクチュエータ、発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いて液体の膜沸騰による相変化を利用するサーマルアクチュエータ、温度変化による金属相変化を用いる形状記憶合金アクチュエータ、静電力を用いる静電アクチュエータなどをインクを吐出するためのエネルギー発生手段として備えたものなどを使用できるが、ここでは圧電アクチュエータ（圧電素子）をエネルギー発生手段に用いたヘッドを搭載している。また、記録ヘッド１４としては各色の液滴を吐出するための複数のノズル列を有する１つのインクジェットヘッドで構成することもできる。

また、キャリッジ１３には、記録ヘッド１４に各色のインクを供給するための各色の液体容器であるサブタンク１５を搭載している。このサブタンク１５にはインク供給チューブ１６を介して前述した各色のメインタンク（インクカートリッジ）１０からインクが補充供給される。ここで、メインタンク１０は、それぞれ各色に対応してイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインクを収容している。

一方、給紙トレイ３の用紙積載部（圧板）２１上に積載した用紙２２を給紙するための給紙部として、用紙積載部２１から用紙２２を１枚づつ分離給送する半月コロ（給紙コロ）２３及び給紙コロ２３に対向し、摩擦係数の大きな材質からなる分離パッド２４を備え、この分離パッド２４は給紙コロ２３側に付勢されている。

そして、この給紙部から給紙された用紙２２を記録ヘッド１４の下方側で搬送するための搬送部として、用紙２２を静電吸着して搬送するための搬送ベルト３１と、給紙部からガイド２５を介して送られる用紙２２を搬送ベルト３１との間で挟んで搬送するためのカウンタローラ３２と、略鉛直上方に送られる用紙２２を略９０°方向転換させて搬送ベルト３１上に倣わせるための搬送ガイド３３と、押さえ部材３４で搬送ベルト３１側に付勢された先端加圧コロ３５とを備えている。また、搬送ベルト３１表面を帯電させるための帯電手段である帯電ローラ３６を備えている。

ここで、搬送ベルト３１は、無端状ベルトであり、搬送ローラ３７とテンションローラ３８との間に掛け渡されて、図３のベルト搬送方向に周回するように構成している。帯電ローラ３６は、搬送ベルト３１の表層に接触し、搬送ベルト３１の回動に従動して回転するように配置され、加圧力として軸の両端に各２．５Ｎをかけている。

また、搬送ベルト３１の裏側には、記録ヘッド１４による印写領域に対応してガイド部材４１を配置している。このガイド部材４１は、上面が搬送ベルト３１を支持する２つのローラ（搬送ローラ３７とテンションローラ３８）の接線よりも記録ヘッド１４側に突出している。これにより、搬送ベルト３１は印写領域ではガイド部材４１の上面にて押し上げられてガイドされるので、高精度な平面性を維持される。

さらに、このガイド部材４１の搬送ベルト３１の裏面と接触する面側には、主走査方向、すなわち搬送方向と直交する方向に複数の溝を形成して、搬送ベルト３１との接触面積を少なくし、搬送ベルト３１がスムーズにガイド部材４１表面に沿って移動できるようにしている。

さらに、記録ヘッド１４で記録された用紙２２を排紙するための排紙部として、搬送ベルト３１から用紙２２を分離するための分離爪５１と、排紙ローラ５２及び排紙コロ５３とを備え、排紙ローラ５２の下方に排紙トレイ３を備えている。ここで、排紙ローラ５２と排紙コロ５３との間から排紙トレイ３までの高さは排紙トレイ３にストックできる量を多くするためにある程度高くしている。

また、装置本体１の背面部には両面給紙ユニット６１が着脱自在に装着されている。この両面給紙ユニット６１は搬送ベルト３１の逆方向回転で戻される用紙２２を取り込んで反転させて再度カウンタローラ３２と搬送ベルト１１との間に給紙する。また、この両面給紙ユニット６１の上面には手差し給紙部６２を設けている。

さらに、図３に示すように、キャリッジ１３の走査方向両側の非印字領域には、記録ヘッド１４のノズルの状態を維持し、回復するための維持回復機構（以下「サブシステム」という。）７１を配置している。このサブシステム７１には、記録ヘッド１４のノズル面をキャピングするためのキャップ部材７２ａ、７２ｂ、７２ｃ、７２ｄと、ノズル面をワイピングするためのワイパーブレード７３などとを備えている。

このように構成したインクジェット記録装置においては、給紙トレイ２から用紙２２が１枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された用紙２２はガイド２５で案内され、搬送ベルト３１とカウンタローラ３２との間に挟まれて搬送され、更に先端を搬送ガイド３３で案内されて先端加圧コロ３５で搬送ベルト３１に押し付けられ、略９０°搬送方向を転換される。

このとき、図示しない制御回路によって高圧電源から帯電ローラ３６に対してプラス出力とマイナス出力とが交互に繰り返すように、つまり交番する電圧が印加され、搬送ベルト３１が交番する帯電電圧パターン、すなわち、周回方向である副走査方向に、プラスとマイナスが所定の幅で帯状に交互に帯電されたものとなる。このプラス、マイナス交互に帯電した搬送ベルト３１上に用紙２２が給送されると、用紙２２が搬送ベルト３１に静電的に吸着され、搬送ベルト３１の周回移動によって用紙２２が副走査方向に搬送される。

そこで、キャリッジ１３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド１４を駆動することにより、停止している用紙２２にインク滴を吐出して１行分を記録し、用紙２２を所定量搬送後、次の行の記録を行う。記録終了信号又は用紙２２の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了して、用紙２２を排紙トレイ３に排紙する。

また、印字（記録）待機中にはキャリッジ１３はサブシステム７１側に移動されて、キャップ７２ａ〜７２ｄで記録ヘッド１４をキャッピングされ、ノズルを湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止し、また、記録開始前、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出する回復動作を行って安定した吐出性能を維持する。

次に、この記録装置におけるサブタンクと記録ヘッドとを含むヘッドユニットの詳細について図４を参照して説明する。なお、図４は同ヘッドユニットの断面説明図である。
記録ヘッド１４は、サブタンク１５からインクが供給される共通液室１０２などを形成するフレーム部材１０１を有し、共通液室１０２から図示しない個別の液室にインクを供給し、液室内のインクを図示しないアクチュエータ手段によって加圧してノズル１０３から液滴を吐出させる。

そして、記録ヘッド１４のフレーム部材１０１にはサブタンク１５と結合するためのパイプ状のインク補給部１０４を一体的に形成している。

一方、サブタンク１５は、インクを収容するケース本体１１１と、図示しないが、ケース本体１２１内で負圧を発生させるための負圧発生機構と、ケース本体１２１内を大気開放するための大気開放機構とを有し、ケース本体１２１内にはチューブ１６を介してインクが補充供給される。

そして、サブタンク１５のケース本体１２１には記録ヘッド１４と結合するためのパイプ状のインク供給部１２４を一体的に形成している。

ここで、これらの記録ヘッド１４のパイプ状のインク補給部１０４とサブタンク１５のパイプ状のインク供給部１２４とは同一の形状に形成し、インク補給部１０４とインク供給部１２４との間にシール部材１３１を挟み込んで、記録ヘッド１４のフレーム部材１０１とサブタンク１５のケース本体１２１とを締結部材１３２で締結することにより、インク供給部１２４、シール部材１３１及びインク補給部１０４の内周面によって壁面が形成された、インク１３５をサブタンク１５から記録ヘッド１４の共通液室１０２に供給するためのインク供給経路１３４が形成される。

つまり、記録ヘッド１４のパイプ状のインク補給部１０４とサブタンク１５のパイプ状のインク供給部１２４とは、いずれもインク供給経路形成部である。そして、記録ヘッド１４のパイプ状のインク補給部１０４及びサブタンク１５のパイプ状のインク供給部１２４の対向する端面には、それぞれシール部材１３１を安定的に挟み込むためにシール部材１３１の外周形状に合わせた凹部１０４ａ、１２４ａを形成することで、安定的にシール部材１３１を保持することができる。さらに、シール部材１３１としてはＯリングを用いて低コスト化を図っている。

このように記録ヘッド１４とサブタンク１５との結合部（接続部）を構成することによって、記録ヘッド１４のインク補給部１０４とサブタンク１５のインク供給部１２４とをシール部材１３１を介してドッキングさせて形成したインク供給経路１３４はすべて鈍角で形成され、鋭角部を有しない形状となるので、気泡のトラップ（気泡の滞留）が生じなくなり、吐出不良が防止されるので、安定した画像品質が得られる。

また、サブタンク１５のケース本体１２１内にはインク供給経路１３４の入口部分にフィルタ１３６を配置して不純物がインク供給経路１３４に侵入することを防止している。

さらに、サブタンク１５のケース本体１２１には記録ヘッド１４との相対的な間隔を規定する規定手段である凸部（突き当て部）１４１を一体的に形成している。すなわち、シール部材１３１は記録ヘッド１４のインク補給部１０４とサブタンク１５のインク供給部１２４とに挟まれて変形するが、過度の変形はシール部材１３１を来たすおそれがあるので、突き当て部１４１を形成することによって記録ヘッド１４のインク補給部１０４とサブタンク１５のインク供給部１２４との間隔が狭くなりすぎないように規制することで、シール部材１３１の過度の変形を防止している。

次に、本発明に係るヘッドユニットの第２実施形態について図５を参照して説明する。なお、図５は同実施形態の要部断面説明図である。
ここでは、記録ヘッド１４のインク補給部１０４とサブタンク１５のインク供給部１２４とに、それぞれ、その端面側であって、かつ、内周面側にシール部材１３１を保持する段差部１４２、１４３を形成している。つまり、記録ヘッド１４のインク補給部１０４とサブタンク１５のインク供給部１２４とに、それぞれ、その端面側であって、かつ、外周面側に凸部１４４、１４５を形成している。

このように構成すれば、記録ヘッド１４のインク補給部１０４の端面とサブタンク１５のインク供給部１２４の端面とが直接当接することによって記録ヘッド１４のインク補給部１０４の端面とサブタンク１５のインク供給部１２４の間隔が規定され（０になる）ので、これにより、シール部材１３１の変形量が規制されることになり、別途、規制手段を構成する凸部を設ける必要がなくなり、小型化を図れる。

なお、上記実施形態においては、本発明をインクジェット記録装置に適用した例で説明したが、プリンタ、ファクシミリ装置、複写装置、プリンタ／ファックス／コピア複合機などにも適用することができ、また、インク以外の液体を用いた画像形成装置などにも適用することができる。

本発明の第１実施形態に係るヘッドユニットを含む本発明に係る画像形成装置の実施形態としてのインクジェット記録装置を前方側から見た斜視説明図である。 同記録装置の機構部の概略を示す構成図である。 同機構部の要部平面説明図である。 本発明に係るヘッドユニットの第１実施形態を説明する断面説明図である。 本発明に係るヘッドユニットの第２実施形態を説明する要部断面説明図である。 従来のヘッドユニットを説明する要部断面説明図である。

符号の説明

１０…インクカートリッジ
１３…キャリッジ
１４…記録ヘッド
１５…サブタンク
１０１…フレーム部材
１０４…インク補充部
１２１…ケース本体
１２４…インク供給部
１３１…シール部材
１３４…インク供給経路

Claims (6)

1. 液滴を吐出する液滴吐出ヘッドと、メインタンクから供給された液体を前記液滴吐出ヘッドに供給するためのサブタンクとを含むヘッドユニットにおいて、前記液滴吐出ヘッド及びサブタンクにはパイプ状の供給経路形成部を設け、これらの液滴吐出ヘッド及びサブタンクの各供給経路形成部を接続する部分をシールするシール部材を備え、このシール部材でシールしたときに形成される供給経路は鈍角形状となって鋭角部分がないことを特徴とするヘッドユニット。
2. 請求項１に記載のヘッドユニットにおいて、前記液滴吐出ヘッド及びサブタンクの各供給経路形成部は前記シール部材を内周面側に保持する段差部を有していることを特徴とするヘッドユニット。
3. 請求項１又は２に記載のヘッドユニットにおいて、前記シール部材がＯリングであることを特徴とするヘッドユニット。
4. 請求項1ないし３のいずれかに記載のヘッドユニットにおいて、前記液滴吐出ヘッド及びサブタンクの各供給経路形成部は端面が接触していることを特徴とするヘッドユニット。
5. 請求項1ないし３のいずれかに記載のヘッドユニットにおいて、前記液滴吐出ヘッドとサブタンクの相対的な間隔を規制する規制手段を有していることを特徴とするヘッドユニット。
6. 被記録媒体に対して液滴吐出ヘッドから液滴を吐出して画像を形成する画像形成装置において、請求項１ないし５のいずれかに記載のヘッドユニットを備えていることを特徴とする画像形成装置。
   
   

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