JP2006183621A

JP2006183621A - チューブポンプ、インクジェット記録装置、及びインク供給方法

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Publication number: JP2006183621A
Application number: JP2004380227A
Authority: JP
Inventors: Zen Kubota; 禅久保田; Fumiyoshi Iwase; 文良岩瀬
Original assignee: Roland DG Corp; SII Printek Inc
Current assignee: Roland DG Corp; SII Printek Inc
Priority date: 2004-12-28
Filing date: 2004-12-28
Publication date: 2006-07-13
Anticipated expiration: 2024-12-28
Also published as: GB0712156D0; GB2435596A; US20070296744A1; US7771179B2; JP4690034B2; GB2435596B; WO2006070518A1

Abstract

【課題】メインタンク５の交換の際に、インク供給路７内の負圧を解除し、インク供給路７内に空気が侵入することを簡単に回避することが出来るチューブポンプ及びそれを適用したインクジェット記録装置を提供する。
【解決手段】弾性を有するチューブ１４と、そのチューブ１４を案内する円弧状の案内部材１６と、その案内部材１６に前記チューブ１４を押圧する少なくとも１個以上の押圧部材１５とを具備するチューブポンプであって、前記案内部材１６の一部に、前記チューブ１４が前記押圧部材１５に押圧されないで逃げることが出来る逃げ部分１７を設けたことを特徴とするチューブポンプ。
【選択図】図２

Description

本発明は、チューブポンプ、特に、記録ヘッドよりインク滴を吐出してイメージを被記録媒体に記録するインクジェット記録装置の、インク供給源であるメインタンクからサブタンクにインクを供給するのに用いるチューブポンプに関するものである。

図１に示すようなシリアルプリンティング方式のインクジェット記録装置は、少なくとも、図示しない副走査方向に被記録媒体を搬送する搬送手段と、キャリッジ2に搭載され、副走査方向に直行する主走査方向に往復運動する記録ヘッド１を具備し、印刷データに基づいて記録ヘッド１より所望のタイミングでインク滴を吐出して被記録媒体表面に着滴させることにより画像形成を行う構成となっている。

特に、比較的大きな被記録媒体に対して大きな画像形成を行う大型のインクジェット記録装置においては、大量のインクを消費するため、インク供給源として大容量のメインタンク5をインクジェット記録装置本体側に備え、更にこのメインタンクと記録ヘッドとを接続するインク供給路の途中にサブタンク9を設けて記録ヘッド１にインクを供給する構成が採用されている。

このインク供給機構では、メインタンク5からサブタンク9に吸い上げられたインク量が残量Lまで低下した場合に、それを反射式光学センサ等のセンサによって検知して、ポンプ8を正回転させている。ついで、サブタンク9に吸い上げられたインク量が適量Hまで達した場合に、それを前記センサで検知してポンプ8の回転を停止させている。このインク供給機構によれば、メインタンク５からインクをサブタンク９に適宜吸い上げ続けて、そのサブタンクのインク量を残量Lと適量Hとの間に保持し続けることが出来る。そして、そのサブタンク９に吸い上げられたインクを、記録ヘッド１のノズルに安定して供給し続けることができる。

この種の記録装置における記録ヘッドは、インクを加圧してインクを吐出し飛翔させるため、インクに気泡が含まれているとインクの加圧状態が不安定となりインク滴の吐出性能が低下し、印刷品質が劣化してしまう。そこで、溶存空気を排除したインクを上記インク供給路７及び１２内に満たすような構成としている。具体的には、インク供給源であるメインタンク5としては、製造過程で十分に脱気したインクを遮気容器５ａに封入し、更にその遮気容器５ａをパッケージしたインクカートリッジを用いている。また、サブタンク9についても、扁平状に構成したインク袋を内包し、内包したこのインク袋と連通するインク流入口を重力方向における上端部に形成することにより、インクの初期充填時においてこのサブタンク内に空気を残留させることなくインク流路にインクを充填させることを目的とした扁平状インク内包型のサブタンクなどが使われている。

上記のような、メインタンク5からサブタンク9へインクを供給する手段としては、ピストンポンプやチューブポンプ等が使用されている。その中でも、チューブポンプは吸引圧、吸引量、吸引速度等の制御が安易で、しかも製造も容易であることから近年では吸引手段の主流になりつつある。

一般的なチューブポンプは、図８に示すように、たとえば円弧形状の案内部材16、その内周に沿って配置されたチューブ14、そのチューブを案内部材16に押し付けて回転する少なくとも１個の押圧部材（ローラ）15等により形成され、ローラ15がチューブ14を押しつぶしながら移動することで該チューブ内の液体や気体を先方へ送る。なお、弾性チューブの材料としては、シリコンゴム、フッ素ゴム等のゴムチューブや弾性樹脂チューブが使用できる。
特開平１１−１９０２８０号公報

上記のようなインク供給機構を用いたときに、メインタンク５に残るインク量がほぼ零となっても、未だ、吸引ポンプ８を正回転させ続けて、そのメインタンク５からインクをサブタンク９に吸い上げ続けた場合にはそのメインタンク５とサブタンク９とを繋いでいるインク供給路７及びメインタンク５内が負圧状態となってしまう。そして、そのインク供給路７からメインタンク５を取り外した際に、そのメインタンク５が取り外されたインク供給路７aの開口部から空気がインク供給路７内に入ってしまう。そして、その後に新たに取り付け直されたメインタンク５からインクをインク供給路７を通してサブタンク９に吸い上げた場合に、そのインク供給路７内に侵入した空気が、インクと共に、サブタンク内に送り込まれてしまう。そして、そのサブタンク９に侵入した空気がインクと共にインクジェットの記録ヘッド１に送り込まれてしまうため、インクを安定して噴射させることが出来なくなってしまう。

これを回避するためには、メインタンク５内に若干インクが残っている段階で取り外しを行いインク供給路７内が負圧になることを避けることが考えられるが、メインタンク5は柔軟性のある袋で出来ているため、インク残量の検出が難しく、インクが沢山残っている状態のうちに交換することになり、無駄に廃棄されるインクが多くなってしまっていた。

そこで、本発明は、メインタンクの交換の際に、メインタンク５とサブタンク９とを繋いでいるインク供給路７内が負圧となって、そのインク供給路７内に空気が侵入するのを防いで、メインタンク交換時にメインタンク５のインク量がほぼ零の状態となるまで、メインタンク５のインクのほぼ全量を無駄なく使い切ることの出来るインクジェット記録装置を提供することを目的としている。

本発明のチューブポンプには、内部に空間部が形成されたポンプ本体であって、前記ポンプ本体の内周に所定角度範囲にわたって形成された円弧状の案内部材と、前記空間部に連通する開口部と、を有するポンプ本体と、前記案内部材に沿って敷設されると共に前記開口部より導出して配設されたチューブと、前記案内部材と同心の軸を中心に回転駆動され、前記チューブを前記案内部材に対して押圧する少なくとも１個の押圧部材と、前記回転駆動を制御する駆動手段と、前記チューブが敷設された案内部材に設けられた流路確保手段と、が設けられている。これにより、メインタンク交換のためのポンプ停止時にインク供給路及びメインタンク内の負圧を解除することが出来る。

また、本発明のチューブポンプでは、前記流路確保手段が、前記案内部材が有する、前記チューブが前記案内部材と前記押圧部材とによって押圧されない１箇所以上の逃げ部分で形成されている。これにより、メインタンク交換のための停止時には簡単な機構と操作でメインタンク内の負圧を解除することが出来る。
また、本発明のチューブポンプでは、前記押圧部材の個数が、前記逃げ部分の箇所数と同じ、もしくは、１個多いことを特徴とする。これにより、インク供給路内に大気中から空気が侵入するのを確実に防ぐことができると共に、インク供給に必要なポンプ効率を十分に発揮することが出来る。

また、本発明のインクジェット記録装置は、記録手段からインクを吐出して被記録材に記録するインクジェット記録装置であって、インク供給路内でインクを搬送するために、内部に空間部が形成されたポンプ本体であって前記ポンプ本体の内周に所定角度範囲にわたって形成された円弧状の案内部材と、前記空間部に連通する開口部と、を有するポンプ本体と、前記案内部材に沿って敷設されると共に前記開口部より導出して前記ポンプ本体を挿通して配設されたチューブと、前記案内部材と同心の軸を中心に回転駆動され、前記チューブを前記案内部材に対して押圧する少なくとも１個の押圧部材と、前記回転駆動を制御する駆動手段と、前記チューブが敷設された案内部材に設けられた流路確保手段とが設けられているチューブポンプを有することを特徴とする。これにより、インク供給路内に大気中から空気が侵入するのを確実に防ぐことができ、インクジェット記録ヘッドのノズルからインクを安定させて噴射することができる。

また、本発明のインク供給方法は、メインタンクからサブタンクに吸い上げられるインク量が、一定時間以上経過しても適量までに達し得ない状態を検知するインク残量検知工程と、押圧部材の位置を検出する位置検知手段と押圧手段を回転駆動する駆動手段により、前記押圧部材を前記逃げ部分と対向する位置に停止させ、チューブ内でインク流路を確保させるチューブ開放工程と、前記位置検知手段と前記駆動手段により、前記押圧部材を前記案内部材の前記逃げ部分以外の部分と対向する位置で停止させ、チューブ内のインク流路を閉鎖するチューブ閉鎖工程を含む。この方法により、メインタンク交換時にインク供給路内の負圧を解消し、空気が侵入することを効果的に防ぐことが出来る。

上述したように本発明のチューブポンプは、作動時には所望の吸引力を発現し、メインタンク交換のための停止時には簡単な機構と操作でインク供給路７内の負圧を解除することが出来る。そして、メインタンク５交換時にメインタンク５とサブタンク９とを繋いでいるインク供給路７内に大気中から空気が侵入するのを確実に防ぐことができる。これにより、インクジェット記録ヘッド１のノズルからインクを安定させて噴射することができるインクジェット記録装置を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明のインクジェット記録装置のインク供給に係る基本的な構成について模式的に示す構成図である。図１において、キャリッジ２は、記録ヘッド１を搭載し、記録ヘッド１下部に配した図示しない被記録媒体上を被記録媒体の搬送方向と直交する主走査方向に往復動作可能に支持されている。

また、主走査方向の非印字領域外に記録ヘッド１の洗浄等を行なうサービスステーションが設けられており、このサービスステーションには、記録ヘッド１のノズル形成面を封止するキャッピング部３が配設されている。このキャッピング部３には、吸引ポンプ４により負圧を印加することができ、また更にキャッピング部３の負圧状態を開放可能なように大気開放弁も設けられている。このように構成することにより、記録ヘッド１内に堆積したゴミ等の除去（クリーニング動作）、及び装置内へのインクの初期充填動作が実行可能となっている。

インクの供給源となるメインタンク５は、装置内の所定の位置に設けられたメインタンク収納部６に装着可能な構造となっている。このメインタンク５には、インクの注入過程で十分に脱気したインクを貯留できる遮気容器５ａが内装されており、本例においては、遮気容器５ａは可撓性材料で形成したガゼットタイプの袋状インクパックとなっており、可撓性材料の一層にアルミ箔層を設けることにより十分な品質のガスバリア性を確保している。

また、遮気容器５ａのインク供給路との結合端にはゴム材質のセプタム（図示せず）が設けられており、本体メインタンク収納部６に設けられた針６ａの挿入結合によって遮気容器５ａに貯留した脱気インクの脱気率を低下させることなく、メインタンク収納部６に着脱可能に構成されている。このメインタンク収納部６に設けられた針６ａは、可撓性チューブからなるインク供給路７に接続され、インク供給路７の片端が、サブタンク９のインク流入口から可撓性チューブで延長された終端部に設けられた結合部材１０に接続されている。なお、前記インク供給路７の途中にはメインタンク５に貯留している脱気したインクをサブタンク９へ汲み上げる吸引ポンプ８が配置されている。本発明では、この吸引ポンプ８として以下に示すチューブポンプを用いる。このチューブポンプの構造は後で詳細に説明する。

次に、サブタンク９には可撓性インク袋が内装されており、サブタンク９のインク流出口から可撓性チューブで延長された終端部に設けられた結合部材１０には、可撓性チューブからなるインク供給路１２の一端が接続され、インク供給路１２の他端が記録ヘッド１に接続されている。本形態においては、サブタンク９は、インク流出入口近傍に設けられた結合部材１０とインク供給路７、１２を着脱することにより、容易に本体所定個所に配置されたサブタンクホルダ（図示せず）にサブタンク９を装着したり取り外したりすることが可能な構成となっている。また、前記インク供給路１２の途中には記録ヘッド１のノズル面に形成されるメニスカスを良好に仕上げるための加圧ポンプ１３がインク供給路１２から分岐するように設けられ、インク供給路１２に配置された電磁三方弁１３ａ・１３ｂを切り替えて制御することにより記録ヘッド１のメニスカスの良好な仕上げが可能な構成となっている。

本図の形態は、印刷１色に対応した一つの記録ヘッド１を含む構成について説明したが、インクジェット記録装置として多色印刷・同色多記録ヘッド構成の場合は、例えば複数のメインタンク５と複数のサブタンク９をそれぞれ同数個設け、それらを１対１で対応するように構成して記録ヘッド１までのインク供給路とすればよく、本実施形態の主旨に沿うものであれば、他の実施形態を排除するものではない。

図２は、メインタンク５からサブタンク９へインクをくみ上げる本発明のチューブポンプ８の第１の実施例の断面を模式的に描いた図である。また、図３は本発明のチューブポンプの制御構成を示す図である。本発明のチューブポンプは、内部に空間部が形成されたポンプ本体であって、その内周に所定角度範囲にわたって形成された円弧状の案内部材と、前記空間部に連通する開口部と、を有するポンプ本体２１からなり、この空間内部には、弾性を有するチューブ１４、ポンプ本体の一部でありそのチューブ１４を内周において案内する案内部材１６、その案内部材１６にチューブ１４を押圧するための押圧部材であるローラ１５が配置されている。

本実施例のチューブポンプ８では、前記所定角度が１８０度以上であり、チューブ１４はこの所定角度の案内部材16に沿って逆Ｕ字状に湾曲して配設されている。また、このローラ１５はガイド板２２に回転可能に固定されており、このガイド板２２はポンプ軸１８に軸支されており、またコントローラ２５によって制御されるモータ２３に接続されて回転駆動可能となっている。前記所定角度は、ローラ１５でチューブ１４を押圧し、ポンプの効率を出す部分を多くするため、１８０度以上が望ましい。また、ローラ１５が２個である時には、前記所定角度を１８０度以上にすることにより、常にどちらかのローラ１５がチューブ１４を押圧することが出来る。

また、チューブ１４が敷設されているこの案内部材１６の一部には、チューブ１４がローラ１５と案内部材１６に挟まれても圧迫されず、逃げることが出来るような逃げ部分１７が形成されている。この逃げ部分１７に対向する位置でローラ１５を停止させると、チューブポンプ内のインク等の流体はローラ１５と案内部材１６によって流路を閉鎖されることなく、逃げ部分１７を通過して流れることが出来る。

この逃げ部分の体積が小さいと、制御の方法によっては、ローラ１５を逃げ部分と合うように停止させることが難しく、また逃げ流量が十分ではなくなってしまう。

しかし一方で、逃げ部分１７が大きすぎると、ポンプ効率が悪くなってしまい、十分にインクをメインタンク５からサブタンク９にくみ上げることが出来なくなる。また、逃げ部分が大きすぎると、逃げ部分以外の案内部材１６の部分である閉鎖部分２０とローラ１５によって、チューブ１４の流路を完全に閉鎖し、チューブポンプのインクの流れをロックすることが困難となる。そのため、この逃げ部分１７を構成する逃げ部分角度θfは、前記所定角度にもよるが、圧迫されるチューブ１４の角度が１８０度以上で逃げ部１７が一箇所である場合は、３０度から９０度程度が適当である。また、その中でも５０度が最適である。

ポンプ軸１８を中心に、ローラ１５を回転させると、チューブ１４の内部に存在する液体、気体等の流体は移送される。例えば、ローラ１５を時計周りに回転させると、チューブ１４において、チューブ端１９ａの側が負圧になり、チューブ端１９ａに存在する流体はチューブ１４内に吸い込まれる。また、逆にチューブ端１９ｂの側は正圧となるため、チューブ端１９ｂ側のチューブ１４内に存在する流体はチューブ端１９ｂから排出される。すなわち、流体はチューブ端１９ａの側から１９ｂの側に移送される。

次に、メインタンク５のカートリッジ交換時のチューブポンプ８の制御について図４のフローチャートを参照して説明する。メインタンク５からサブタンク９にくみ上げられるインク量が、一定時間以上経過しても適量Hまでに達し得ない状態、すなわち、メインタンクのインク残量がほぼ零になった際に（Ｓ２）、ローラ１５が逃げ部分１７と対向する位置つまり、チューブポンプのチューブ１４内でインク流路が確保される（開放される）状態（図５の状態）でローラ１５を停止させる（Ｓ３）。この停止場所の制御は、ガイド板２２に装着した磁石をポンプ本体２１に装着したマグネットセンサ２４（ホール素子）を検出することによって位置制御を行なう。このマグネットセンサ２４からの停止位置情報は、コントローラ２５に伝えられ、モータ２３の駆動を制御する。この図５の停止状態で数秒間保持する（Ｓ４）ことにより、ポンプチューブ内及びサブタンク方向のインク供給路７内のインクは矢印で示すように微量メインタンク方向に流れ、インク供給路内７内の負圧を解消することが出来る。この停止状態の保持時間は、メインタンク５とチューブポンプ８との間のインク供給路の長さによって変わってくるが、おおよそ３秒程度である。その後、ローラ１５を所定角度逆回転させ（Ｓ５）、ローラ１５と案内部材１６の逃げ部分１７以外の場所である閉鎖部分２０でチューブ１４の流路が閉鎖されるような図６の状態で停止させる（Ｓ６）。そして、メインタンクのカートリッジの交換を行なう（Ｓ７）。

このような制御を行なうことにより、メインタンクのカートリッジ交換のための停止時に簡単な機構と操作でインク供給路７内の負圧を解除することが出来る。そして、メインタンク５のカートリッジ交換時にメインタンク５とサブタンク９とを繋いでいるインク供給路７内に大気中から空気が侵入することを確実に防ぐことができる。これにより、インクジェット記録ヘッド１のノズルからインクを安定させて噴射することができるインクジェット記録装置を実現することができる。

また、上記位置検出のセンサは、マグネットを用いたものに限られず、ロータリーエンコーダやタッチセンサ（マイクロスイッチ）、フォトセンサなどを用いても構わない。

次に、本発明のチューブポンプ８に用いるローラ１５の数について説明する。本発明のチューブポンプに用いるローラは、一つ以上であればよい。ただし、ローラが一つの場合にはポンプの回転数を上げても圧力が一定値以上上がらず、メインタンク５からサブタンク９に十分インクをくみ上げることが出来ないことがある。また、ポンプを停止させ、インク流路を閉鎖（ロック）してインクの流れを止める際、軸のガタなどにより押圧変形量が保持できなくなり、リークが発生してしまう恐れがある。そこで、本発明のチューブポンプ８に用いるローラは２個以上であることが望ましい。また、ローラ数が３個以上になる場合は、逃げ部分１７も複数となることが望ましい。このローラ個数と逃げ部分の個数との関係は、ローラ個数が逃げ部分の個数と同じ、もしくは、１個多いことが望ましい。これによって、チューブ流路開放時にはインクの流路を確保してインク供給路７の負圧を解消することが出来、チューブ流路閉鎖時にはインクのリークを完全に防ぐことが出来る。そして、ローラ数が増えることにより、チューブポンプ８のポンプ効率も上げることが出来る。図７にローラが３個で逃げ部分も３箇所の実施例（実施例２）を示す。

本発明のチューブポンプは、実施例に示したようなチューブ１４をＵ字状に湾曲させたものに限らず、円環状に湾曲させたチューブ同士を互いに逆方向に引き出して交差させるような構造や、円環状に湾曲させたチューブの両端を同方向に引き出して同一平面内で束ねる構造にも適用される。

また、本発明のチューブポンプ８の構造はインクジェット記録装置において、メインタンク５からサブタンク９へのインク供給に用いられる搬送ポンプに適用することに限らず、記録ヘッド１内に堆積したゴミ等の除去（クリーニング動作）のための吸引ポンプ（図１の吸引ポンプ４）や、ノズル面に形成されるメニスカスを良好に仕上げるための加圧ポンプ（図１の加圧ポンプ１３）などにも適用されることが可能である。また、逃げ部分の箇所数を増やさずに、ローラの個数を増やすことにより（例えば、逃げ部分は一箇所でローラ個数を４個にする）一層高い到達圧力を得て、ポンプ効率を上げることが出来る。従って、この構造のチューブポンプをインクジェット記録装置の各所で様々な用途で用いることが可能であり、部品点数を低減することが出来る。これにより、簡易な構造のチューブポンプを用いて、所望の吸引力を発現し、耐久性に富み、信頼性のあるインクジェット記録装置を実現することが出来る。

本発明の実施形態に係るインクジェット記録装置のインク供給に係る基本的な構成について模式的に示す図本発明に係るチューブポンプの模式図本発明に係るチューブポンプの制御構成を示す図本発明に係るメインタンク交換時の制御についてのフローチャート本発明に係るチューブポンプのチューブ開放時の模式図本発明に係るチューブポンプのチューブ閉鎖時の模式図本発明の第２の実施例の模式図従来のチューブポンプの模式図

符号の説明

１記録ヘッド
４吸引ポンプ
５メインタンク
７インク供給路
８吸引ポンプ（チューブポンプ）
９サブタンク
１２インク供給路
１３加圧ポンプ
１４チューブ
１５ローラ（押圧部材）
１６案内部材
１７逃げ部分
２０閉鎖部分
２１ポンプ本体
２２ガイド板
２４センサ
２５コントローラ

Claims

内部に空間部が形成されたポンプ本体であって
前記ポンプ本体の内周に所定角度範囲にわたって形成された円弧状の案内部材と、前記空間部に連通する開口部と、を有するポンプ本体と、
前記案内部材に沿って敷設されると共に前記開口部より導出して配設されたチューブと、
前記案内部材と同心の軸を中心に回転駆動され、前記チューブを前記案内部材に対して押圧する少なくとも１個の押圧部材と、
前記回転駆動を制御する駆動手段と、
前記チューブが敷設された案内部材に設けられた流路確保手段と、からなるチューブポンプ。
前記流路確保手段が、前記チューブが前記案内部材と前記押圧部材とによって押圧されない１箇所以上の逃げ部分である請求項１記載のチューブポンプ
前記押圧部材の位置を検知する位置検知手段を有することを特徴とする請求項１又は２記載のチューブポンプ
前記押圧部材が２個である請求項２乃至３のいずれか１記載のチューブポンプ
前記押圧部材の個数が、前記逃げ部分の箇所数と同じ、もしくは、１個多いことを特徴とする請求項２乃至３のいずれか１記載のチューブポンプ
記録手段からインクを吐出して被記録材に記録するインクジェット記録装置において、
インク供給路内でインクを搬送するために請求項１記載のチューブポンプを有することを特徴とするインクジェット記録装置。
メインタンクからサブタンクに吸い上げられるインク量が、一定時間以上経過しても適量までに達し得ない状態を検知するインク残量検知工程と、
弾性を有するチューブを前記チューブを案内する円弧状の案内部材に押圧する押圧手段の位置を検出する位置検知手段と前記押圧手段を回転駆動する駆動手段により、前記押圧手段を前記案内部材の前記チューブが前記押圧手段に押圧されないで逃げることが出来る逃げ部分と対向する位置に停止させ、前記チューブ内でインク流路を確保させるチューブ流路開放工程と、
前記位置検知手段と前記駆動手段により、前記押圧手段を前記案内部材の前記逃げ部分以外の部分と対向する位置で停止させ、前記チューブ内のインク流路を閉鎖するチューブ流路閉鎖工程と、からなる、インク供給方法。