JP2006231771A - 圧力変動抑制装置とそれを使用したインクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 記録する密度の高密度化、高速度記録化、記録幅の拡張によって記録ヘッドへのインク供給路内に発生する圧力変動が増大傾向にあり、小型・軽量で圧力抑制能力の高い圧力変動抑制装置の必要がある。
【解決手段】 インク供給路にキャリッジの動作に同期するハウジング部とその内部に慣性力に作用して動作する可動部材で構成し、キャリッジ加減速動作時に流路抵抗によってインク供給路内に発生する圧力変動を抑制することを特徴とする圧力変動抑制装置。
【選択図】 図３

Description

本発明は、キャリッジに搭載した記録ヘッドにインク供給するインクのキャリッジ往復動作時に生ずる圧力変動を抑制し、記録ヘッドからのインク液滴出・特性の安定化向上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キャリッジ２が左右に往復動作する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液滴を吐出して被記録媒体５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。

前記インクジェット記録装置の記録ヘッド１へのインク供給経路は、メインタンク３に貯蔵したインクを可撓性を有するインク供給チューブ４を介して、キャリッジ２に搭載された記録ヘッド１に接続・供給され、記録ヘッド１から液滴として吐出される。このようなインク供給経路では、キャリッジ２が被記録媒体のへの記録始めまで加速移動→一定速度到達後に記録ヘッド１からのインク液滴の吐出、被記録媒体への記録を終え減速移動→キャリッジ２の停止、という一連の動作を繰返すキャリッジ２に同期し、記録ヘッド１に設置されたインク供給チューブ４も前記キャリッジ２の往復動作を繰返すこととなる。画像形成上でのインク供給チューブ４に対するこれらの加減速動作は、インク供給チューブ４内部のインクに振動が生じ、記録ヘッド１に供給するインクに特定振幅の圧力変動が発生する。この供給するインクの圧力変動量が大きくなると記録ヘッド１の各ノズルでメニスカスが振動し安定的な吐出ができず正確な画像形成が出来なかったり、メニスカスが破壊された場合は、気泡をノズルから巻き込み、画像形成が不能となる課題があった。

この圧力変動による影響を回避するため、例えばキャリッジ２上に記録ヘッド１と共にサブタンクを設置し、チューブ内に発生した圧力変動をこのサブタンクで吸収する方法、
チューブ４を螺旋状巻きにしてチューブ内に発生した圧力変動をこのチューブ部分で吸収する方法などが考案されている。

また、例えばインク供給チューブ４と記録ヘッド１間に可撓性フィルムで覆われた圧力ダンパー室にインク流入口とインク流出口を連通させたダンパーを設け、チューブ内に発生した圧力変動を減衰させると共に、ダンパーの上部にてエアートラップすることにより、記録ヘッド１での吐出の安定化を図っているものがある。（参考文献１参照）
また、例えばインク供給チューブ４と記録ヘッド１間に圧力変動吸収用の可動な壁を有するダンパーを前記インク供給路に直列に複数設け、圧力変動を吸収し、記録ヘッド１での吐出の安定化を図っているものがある。（参考文献２参照）
特公平７−１２１５８３号公報 特開２０００−１５８６６８号公報

近年、インクジェット記録装置の記録幅の増大に伴うキャリッジ２の往復動作量の増大に伴い、主のインク供給路であるインク供給チューブ４の移動量が増え、また、記録ヘッド１の性能向上等により記録速度が速くなり、供給インク量が増え、キャリッジ２の動作速度（走査速度）も早くなりインク供給チューブ４内で発生する圧力変動が益々大きくなってきている。また、一度に記録する密度の高密度化、記録色の多種化によるキャリッジ２に搭載する記録ヘッド１と圧力変動吸収用のダンパーの数が増加するため、圧力変動吸収能力を高め、小型・軽量化する必要がある。

しかしながら従来のダンパー構造では、小型・軽量で圧力変動吸収能力が高い構造がとれない欠点があった。

そこで、本発明は、かかる短所を改善し、圧力変動吸収能力をより向上させ、小型・軽量化を図ることができる圧力変動抑制装置とそれを使用した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。

本発明の圧力変動抑制装置は、上記目的を達成するために被記録媒体に対し、往復動作させるキャリッジと、該キャリッジ上に搭載され複数のノズルよりインク液滴を吐出させて記録する記録ヘッド、該記録ヘッドにインクを供給するメインタンク及び該記録ヘッドと該メインタンクを連結するインク供給路を備えたインクジェット記録装置において、
前記インク供給路途中の前記キャリッジに設けられた圧力変動抑制装置であって、片側がインク流入開口を有し、前記流入開口対面にインク流出開口を有し、インク流出入口のインク流路がキャリッジ往復動作方向と平行に配置された一定インク貯留空間を有するハウジングと、ハウジング内のインク液中でキャリッジ往復動作時の加減速度に同期してインク流出入口間を移動可能な可動部材を設けたものである。

上記第１の課題解決手段の作用は次の通りである。キャリッジが主走査方向（往路）に動作開始し、一定加速度で動作するとキャリッジ上に配置された圧力変動抑制装置、ハウジング内部の可動部材が慣性力を受け、主走査方向（往路方向）に動作し、ハウジング内のどちらかの片側流出入口の近傍、もしくは流出口を遮蔽するかたちとなる。前記の状態では、チューブ内供給路の一定断面積が著しく狭められ、インクの流れの流路抵抗が著しく増大する。この流路抵抗は、キャリッジ加速動作時にチューブ供給路内に発生する圧力変動に対し抑止（吸収）する働きとなる。また、キャリッジが一定の主走査速度に達すると可動部材は加速動作による慣性力が作用しなくなりハウジング内の中立位置に戻り、ハウジング内の位置を保持するかたちとなる。前記の中立位置は、チューブ内供給路の一定断面と同等以上の断面積であり、チューブ供給路での流路抵抗的には問題ない。この方法により、キャリッジ加減速動作時にインク供給チューブ内で発生する圧力変動を効果的に抑制（吸収）することが出来る。

上述したように本発明の圧力変動抑制装置８は、画像形成時のキャリッジ２が主走査方向の往復動作の加減速する際にインク供給路に発生する圧力変動を簡単な機構で抑制し、記録ヘッド１へのインク供給路からの圧力変動の伝達を抑制することが出来る。

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液滴を安定して吐出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圧力変動抑制装置に係る基本的な構成について示す構成図である。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下部に配した被記録媒体５上を被記録媒体の搬送方向と直交する主走査方向２aに往復動作可能にキャリッジガイド６で支持されている。

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７が配設されている。このキャッピング部７には、図示しない吸引ポンプ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７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３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に装着可能な構造となっている。

記録ヘッド１へのインク供給は、メインタンク３に貯蔵したインクを一部は装置固定で、一部がキャリッジ２の動作に同期した動作となる可撓性を有するインク供給チューブ４を介してキャリッジ２に搭載された記録ヘッド１に送液される。

図２は、本発明の圧力変動抑制装置の実施形態の概観斜視図である。また、図３は本発明実施形態である圧力変動抑制装置のキャリッジ２の加減速度動作前後の構成断面を示す図である。
また、図４は他の実施形態の圧力変動抑制装置のキャリッジ２の加減速度動作前後の構成断面を示す図である。
図２に示す圧力変動抑制装置８は、キャリッジ２上にキャリッジ２の走査方向２a（往復動作方向）と平行に設置され、キャリッジ２の往復動作に同期するように構成される。本発明では、本圧力抑制装置８は、キャリッジ２上に設置される記録ヘッド１への各インク供給路に１個が設置される。記録ヘッド１へのインク供給路に１個の圧力変動抑制装置８の設置で圧力変動抑制の効果は十分であるが、複数の圧力抑制装置８を直列に配置することで更に圧力変動抑制の効果がある。図２において、本実施形態の説明上、圧力抑制装置８を介し、インク供給チューブ４の記録ヘッド１側への出力側を４aとし、メインタンク３側への入力側を４ｂとする。本圧力抑制装置８は、機能的にはインクの流出入の方向性はなく、インク供給路に対しての設置制約はない。インクは、インク供給チューブ４の入出力側となる４ａ・４ｂと圧力抑制装置８ハウジング９内がインクで満たされる状態となっている。入出力側のインク供給チューブ４の本圧力抑制装置８への結合は、可撓性を有するインク供給チューブ４の特性を活かし、圧力抑制装置８の入出力側にハウジング９の一部延長形成されたが竹の子形状の接合部９aに圧入設置されている。図３に示すように、圧力抑制装置８のハウジング９部は、両端にインク供給路であるチューブ４との接合部９aを有し、内部形状は、接合部９aに対して中心振り分け対象の逆山形形状の底面部９ｃを形成する。ハウジング９接合部９aのインク流れに対し垂直断面は、通常の流体継ぎ手に見られる部材形成上の円形断面９ｂとなっている。（本例では、φ２．６mm）接合部９aに挟まれた部分の断面形状は、ハウジング９の中央部がもっとも大きな断面形状を有し、両端接合部９aに向かうほど断面が縮小する形状を形成する。また、ハウジング９内部の逆山形中立位置には、可動部材１０が配置され、可動部材１０は、ハウジング底面部９ｃ矢印Ａ方向、流出入口間に形成された案内溝に沿って自在に動作できる構成となっている。圧力抑制装置８に外力が作用しない状態に於いては、可動部材１０は、部材自体の重さによってハウジング９内部の逆山形中立位置に保持されることになる。前述のハウジング９のインク流れに対し垂直断面は、可動部材１０が配置されることで、ハウジング９中央部分は、接合部９ａの断面９ｂの約１．５倍程度となり、図３での可動部材１０が４ａ側に移動した状態では、接合部９ａの断面９ｂの約０．２倍程度となる。（可動部材１０が４ｂ側に移動した状態でも断面状態は４aと同一である）本実施形態では、可動部材１０の形状は、摺動性とインク液内での動作時の流路抵抗の観点より球形形状とし、材質に関しては、インク耐性と保持性の観点で、ある程度の質量を確保する意味でステンレス金属（ＳＵＳ３０３）を選択した。また、前述のハウジング９の底面部９ｃの山形形状の選定については、後述する圧力抑制装置８の動作説明での動作評価を繰り返し、可動部材１０の動作応答性及び保持性の観点で選定した。

以下、上記構成での動作を説明する。図３に於いて、画像形成指示がない、キャリッジ２が停止の圧力抑制装置８の状態を（加減速前・定速状態）に示す。画像形成の指示が開始しされるとキャリッジ２が主走査方向（往路）に一定速度に立ち上がるため、加速動作する。キャリッジ２に固定されている圧力抑制装置８は矢印Ａ方向に動く、これに反しハウジング９に対し固定されず、部材の自重のみで保持されている可動部材１０は、慣性の法則に基づきその位置を保持しようとし、図３（加減速状態）の構成となる。この状態に於いて、可動部材１０はキャリッジ２の動作方向である矢印Ａ側のハウジング９内の接合部近傍の断面９ｂに相対的に近接するかたちになる。この状態において、流路断面は著しく狭くなるため、インクの流路抵抗が著しく増大することになる。この流路抵抗の増大は、キャリッジ２の加減速動作時に記録ヘッド１のインク供給チューブ４内で発生する圧力変動に対し抑制（吸収）する方向に作用する。インク供給チューブ４内で発生する圧力変動は、キャリッジ２の加減速動作時に著しい圧力変動を呈し、等速動作となると圧力変動量は問題のならないレベルとなる。キャリッジ２の加速動作が完了し、一定速度動作に移行すると、可動部材１０は、加速度の影響を受けなくなり、可動部材１０の自重とハウジング９内に形成された逆山形底面部９ｃとその底面部に形成された案内溝に沿うかたちで
逆山形底面部９ｃの頂点となる中立点に移動することとなる。上述のように、一定速度のキャリッジ２の動作で本圧力抑制装置８の流路抵抗増大が作用してしまうと流路抵抗の作用が記録ヘッド１の吐出に対し不安定要因となってしまう。しかしながら、本圧力抑制装置８は、上記動作となるため、一定速度動作時においては可動部材１０が中立位置に戻り、上述した流路断面により流路抵抗として悪影響を与えない。したがって、可動部材１０の加速度→一定速度動作での可動部材１０のハウジング９内での位置応答性が非常に重要であり、本実施形態では、インク物性（粘度等）・可動部材１０の重量・逆山形の勾配・摩擦係数等を実験より求め、ハウジング９材質がＰＯＭ樹脂材料で逆山形の勾配が約１０度でハウジング９の内壁間が２５ｍｍ、可動部材１０が球形φ５．０ｍｍ ステンレス金属として構成した。上述の動作は、矢印Ａの加速状態を説明したが、キャリッジ２の復路動作前となるキャリッジ２停止状態にいたる際の減速動作についても同様に可動部材１０が図３でのハウジング９内壁の反対側に移動する動作となる。

図４は、本発明の他の実施形態を示す。図４での圧力抑制装置８の構成では、ハウジング９内の底面部の構成が上述の構成とことなり、キャリッジ２の走査方向（矢印Ａ方向）の案内溝は形成されているが、逆山形形状の底面部ではなく、ハウジング９内の主走方向両側内壁よりバネ性を有するバネ部材１１がバネ保持部材１２で設置されている。このバネ部材１１はそのバネ性により、図３での可動部材１０を中立位置に移動させる作用をもち、可動部材１０の自重とハウジング９の底面部９ｃの形状による中立位置への復帰・保持機能を代替えする。したがって、前記のバネ部材１１を使用した構成においても
その他の機能構成は図３での機能構成と変わらないため、インク供給路内で発生する圧力変動に対する圧力抑制機能を十分に発揮することとなる。

以上のことにより、小型・軽量で且つ、圧力変動抑制能力が高い圧力変動抑制装置をインクジェット記録装置に設置することでインク液滴を安定して吐出することの出来る安定性の高い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基本的な構成について示す図 本発明の実施形態に係る圧力変動抑制装置の概観 斜視図 本発明の実施形態に係る圧力変動抑制装置の構成断面 本発明の他の実施形態に係る圧力変動抑制装置の構成断面

符号の説明

１ 記録ヘッド
２ キャリッジ
３ メインタンク
４ インク供給チューブ
８ 圧力変動抑制装置
９ ハウジング
１０ 可動部材
１１ バネ部材

Claims (7)

1. インク供給路に連通してインクの流出入口を有するハウジングと、前記ハウジング内を動作可能な可動部材と、からなる圧力変動抑制装置。
2. 被記録媒体に対し往復駆動するキャリッジと、
   前記キャリッジ上に搭載され複数のノズルよりインク液滴を吐出させる記録ヘッドと、
   前記記録ヘッドにインクを供給するインクタンクと、
   前記記録ヘッドと前記インクタンクを連結するインク供給路とを備えたインクジェット記録装置において、
   請求項１記載の圧力変動抑制装置をキャリッジ上に設けたことを特徴とするインクジェット記録装置。
3. 前記可動部材の材質がステンレス金属であることを特徴とする請求項１記載の圧力変動抑制装置。
4. 前記可動部材が球形状であることを特徴とする請求項３記載の圧力変動抑制装置
5. 前記ハウジング内に、前記可動部材を介した左右両方向にバネ部材を圧接したことを特徴とする請求項４記載の圧力変動抑制装置
6. 前記ハウジング内に、流出入口方向を直線的につなぎ、前記可動部材が動作する際に案内となる溝形状を設けたことを特徴とする請求項５記載の圧力変動抑制装置
7. 前記ハウジング内底面が、流出入口から中央に向けて降下する傾斜を有することを特徴とする請求項４記載の圧力変動抑制装置

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