JP2007216520A - 液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液体カートリッジとキャリッジに搭載された液体噴射ヘッドとの接続に硬質の液体供給チューブを使用することができる液体噴射装置を提供すること。
【解決手段】液体噴射ヘッド１４２が搭載されたキャリッジ１４１を所定角度で往復旋回させる駆動源１４３と、一端が前記液体噴射ヘッドと接続されて他端が前記駆動源まで延びる硬質の液体供給チューブ５１と、前記硬質液体供給チューブの他端と液体カートリッジを接続する可撓性の液体供給チューブ５２とを備える。これにより、液体噴射ヘッドは円弧間を往復移動することになるので、液体供給チューブが当該円弧の中心を通るように配設することにより、硬質の液体供給チューブを使用することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体噴射ヘッドが搭載されたキャリッジを所定角度で往復旋回させつつ液体噴射ヘッドから液滴を噴射させる液体噴射装置に関する。

一般的な液体噴射装置を備えた記録装置の１つであるシリアル方式のインクジェット式プリンタは、記録ヘッドが搭載されたキャリッジを備えており、キャリッジが主走査方向に往復移動しながら記録ヘッドがインク滴を吐出して、副走査方向に搬送される用紙に対して記録するようになっている。キャリッジは、インクカートリッジを搭載して記録ヘッドに直接インクを供給する所謂オンキャリッジのタイプと、外部に配置されたインクカートリッジに接続されたインク供給チューブを介して記録ヘッドにインクを供給する所謂オフキャリッジのタイプがある。オフキャリッジタイプの場合、インク供給チューブは、キャリッジの往復移動に追従可能なように、エラストマ等の可撓性の材料で形成されて、Ｕ字状に折り曲げられて配設されている（特許文献１参照）。

特開２００１−２６１１９号公報

上述したインク供給チューブの材料であるエラストマ等は、多孔質な材料であるため、インク溶媒の主体をなす水分が蒸発してインクの粘度が高くなり易く、また、外気がチューブ内のインクに溶解してインクの脱気度が低下し易い。そこで、例えば金属等の緻密質な材料でインク供給チューブを形成すれば上記問題を解消することができる。ところが、金属等の緻密質な材料は硬質であるため、キャリッジの往復移動に追従できず使用することができない。

本発明は、上記のような課題に鑑みなされたものであり、その目的は、液体カートリッジとキャリッジに搭載された液体噴射ヘッドとの接続に硬質の液体供給チューブを使用することができる液体噴射装置を提供することにある。

上記目的達成のため、本発明の液体噴射装置では、液体噴射ヘッドが搭載されたキャリッジを所定角度で往復旋回させつつ前記液体噴射ヘッドから液滴を噴射させる液体噴射装置であって、前記キャリッジを旋回させる駆動源と、一端が前記液体噴射ヘッドと接続されて他端が前記駆動源まで延びる硬質の液体供給チューブと、前記硬質液体供給チューブの他端と液体カートリッジを接続する可撓性の液体供給チューブとを備えたことを特徴としている。これにより、液体噴射ヘッドは円弧間を往復移動することになるので、液体供給チューブが当該円弧の中心を通るように配設することにより、硬質の液体供給チューブを使用することができる。

また、前記硬質液体供給チューブは、耐水分透過性及び耐ガスバリア性を有する材料で形成されていることを特徴としている。これにより、液体の溶媒の主体をなす水分が蒸発して液体の粘度が高くなることを防止することができると共に、外気がチューブ内の液体に溶解して液体の脱気度が低下することを防止することができる。また、前記駆動源は、外周側にエンコーダを備えたボイスコイルモータであることを特徴としている。これにより、旋回可能なキャリッジを小型に構成することができると共に、高精度な位置制御を行うことができる。

本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。尚、以下に説明する実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１及び図２並びに図３及び図４は、本発明の実施の形態に係る記録装置の１つであるインクジェット式プリンタの使用時の外観構成を前面側から見たときの斜視図及び上面側から見たときの平面図である。尚、図１及び図２並びに図３及び図４の説明において、「左右」及び「前後」はインクジェット式プリンタの前面側から見たときの方向をいうものとする。図１及び図２は、用紙の右側端部を記録するときの状態を示し、図３及び図４は、用紙の左側端部を記録するときの状態を示す。このインクジェット式プリンタ１００は、金属もしくはプラスチックで成る扁平な直方体状の筐体１０１を備えた携帯性の高い薄型プリンタである。筐体１０１は、下ケース１０２と上ケース１０３を備えている。

下ケース１０２は、上面が開放された器状に形成されており、内部にプリンタの主要構成部である搬送部１２０及び制御部１３０と、本発明の特徴的な部分である記録部１４０等が収納され、前面にスリット状の排紙口１０２ａが設けられている。上ケース１０３は、下ケース１０２より深さが浅い器状に形成されており、上ケース１０３の開放下面が下ケース１０２の開放上面に向くようにして下ケース１０２の後部に旋回自在に取り付けられている。この上ケース１０３は、後部側の両端部に形成されている突起部１０３ａが下ケース１０２の後部側の両側面に軸支持されており、これらの突起部１０３ａを中心に下ケース１０２の上面から後方にかけての鈍角の範囲で旋回するようになっている。

即ち、上ケース１０３は、プリンタ使用時には下ケース１０２の斜め上後方に向って突出しており、そのときは給紙する用紙を１枚若しくは複数枚積層保持する機能を有し、プリンタ不使用時には下ケース１０２の上面に設けた図示しない下ケースカバーに接しており、そのときは下ケースカバーと共に下ケース１０２内部のプリンタの主要構成部である搬送部１２０、制御部１３０、記録部１４０等を保護する機能を有している。そして、プリンタ不使用時には上ケース１０３は下ケースカバーの上面に接しているので、上ケース１０３をコンパクトに収納しておくことができる。

上ケース１０３の裏面後部側には、自動給紙部１１０が配設されている。この自動給紙部１１０は、上ケース１０３と共に旋回自在であり、プリンタ使用時には上ケース１０３に積層保持される用紙のうち最上層の用紙のみを分離・給紙し、また、プリンタ不使用時には下ケース１０２の後部に収納される。従って、上ケース１０３は、下ケース１０２に内蔵されているプリンタの主要構成部である搬送部１２０、制御部１３０、記録部１４０等のみならず、上ケース１０３の裏面後部側に取り付けられている自動給紙部１１０も保護する機能を有している。

搬送部１２０は、紙受けとして機能している上ケース１０３から記録部１４０を通って排紙口１０２ａに至る紙経路に沿って用紙を搬送する機能を有している。この搬送部１２０は、紙送りローラ１２１、用紙の中央部を押える中央部押えローラ１２２、用紙の両端部を押える２つの端部押えローラ１２３ａ、１２３ｂ、紙送り機構１２４、プラテン１２５等を備えている。紙送りローラ１２１、中央部押えローラ１２２、端部押えローラ１２３ａ、１２３ｂは、下ケース１０２内にてこの順で用紙搬送方向の上流側から下流側にかけて配設されている。紙送り機構１２４は、例えばＤＣモータやステッピングモータ等の紙送りモータ１２４ａと紙送りギア機構１２４ｂを備え、下ケース１０２内の左側部に配設されている。プラテン１２５は、平板状に形成されて紙送りローラ１２１、中央部押えローラ１２２及び端部押えローラ１２３ａ、１２３ｂの下方に配設されている。

紙送りローラ１２１は、金属で成る１本の円筒軸状に形成されており、外周面には搬送時の摩擦係数を高めるためにゴムやセラミック粒子等が被覆されている。そして、紙送りローラ１２１は、両端が図示しない軸受を介して回転可能に支持され、一端が紙送り機構１２４に連結されて回転制御される。中央部押えローラ１２２はプラスチックで成る円盤状に形成されており、端部押えローラ１２３ａ、１２３ｂは、印刷面と接するため、外周部は尖った歯車形状になっている。

中央部押えローラ１２２は、下ケース１０２内の後部側に配置されたフレーム１０４から延びる中央部押えローラ取付部１２２ａに回転自在に取り付けられている。端部押えローラ１２３ａ、１２３ｂは、下ケース１０２内の前部側に配置されたフレーム１０５から延びる端部押えローラ取付部１２３ｃ、１２３ｄに回転自在に取り付けられている。中央部押えローラ１２２は、後述するキャリッジ１４１が旋回動作することから、端部押えローラ１２３ａ、１２３ｂよりも紙送りローラ１２１側、即ち三角形状に配置されている。これにより、紙送りローラ１２１を通過した用紙を即座に押えて用紙の浮き上がりを防止することができる。

プラテン１２５は、上面に副走査方向に延びるリブ１２５ａが所定間隔を開けて複数形成されており、これらのリブ１２５ａにより搬送されてくる用紙を支持するようになっている。このようなリブ１２５ａで用紙を支持することにより、平坦な面で用紙を支持したときに発生する搬送抵抗よりも小さくすることができると共に、記録による吸湿により用紙に発生する所謂コックリングと呼ばれる波打ち現象を吸収することができるので、高精度な記録を行うことができる。

制御部１３０は、ＣＰＵ１３１、ＡＳＩＣ１３２、メモリ１３３等が実装された基板１３４を備えており、紙送りモータ１２４ａ、記録ヘッド１４２、キャリッジモータ１４３、インクシステム１４６を構成するポンプユニット６２等の各駆動を制御する機能を有している。基板１３４における下ケース１０２の背面側には、各種のケーブルを配線することが可能な図示しないコネクタ、例えば電源コネクタ、ＵＳＢポート、パラレル（ＲＳ２３２Ｃ）ポート等が配設されている。また、基板１３４のコネクタは、紙送りモータ１２４ａ、記録ヘッド１４２、キャリッジモータ１４３、ポンプユニット６２等の各コネクタと図示しないフレキシブルフラットケーブルを介して電気的に接続されている。

記録部（液体噴射装置）１４０は、紙送りローラ１２１から搬送されてくる用紙に対してインク（液体）により画像記録する機能を有している。この記録部１４０は、キャリッジ１４１、記録ヘッド（液体噴射ヘッド）１４２、キャリッジモータ（駆動源）１４３、インクカートリッジ（液体供給カートリッジ）１４４、インク供給チューブ（液体供給チューブ）１４５、インクシステム１４６等を備えている。キャリッジモータ１４３及びインクカートリッジ１４４は紙送りローラ１２１に対し用紙搬送方向上流側に配設され、インクシステム１４６は紙送りローラ１２１に対し用紙搬送方向下流側に配設されており、記録ヘッド１４２及びインク供給チューブ１４５が搭載されたキャリッジ１４１が紙送りローラ１２１を跨ぐようにして配設されている。この記録部１４０について、更に図５も参照して説明する。

キャリッジ１４１は、略直方体状に形成されており、一端に記録ヘッド１４２が貫装され、他端がキャリッジモータ１４３の回転軸３１に連結されている。そして、キャリッジ１４１は、記録ヘッド１４２側がキャリッジモータ１４３の回転軸３１側を中心に用紙の搬送直交方向（主走査方向）に所定角度で往復旋回可能となっている。キャリッジ１４１は、インクジェット式プリンタ１００が非記録状態であるオフ状態もしくはスタンバイ状態のときは、記録ヘッド１４２がインクシステム１４６を構成するキャップ６１に封止される待機位置（ホームポジション）、即ち旋回中央位置に位置している。そして、記録状態のときはホームポジションを離脱して搬送されてくる用紙の両側端部間をキャリッジモータ１４３により往復旋回するようになっている。

記録ヘッド１４２は、ブラックインクを吐出するブラックインク用記録ヘッドと、イエロー、シアン、マゼンタの各色のインクを吐出する複数のカラーインク用記録ヘッドとを備えている。そして、記録ヘッド１４２は、各色毎のインク供給チューブ１４５に繋がる複数の圧力発生室とそれらに繋がるノズル開口を備えており、例えば圧電素子や発熱素子等により圧力発生室内の圧力を変動させて、圧力発生室内に貯留されているインクをノズル開口から吐出させるようになっている。尚、従来はインクカートリッジから記録ヘッドまでの流路が長く、インクが流路を流れる事による圧力損失を補うため、インク供給チューブ１４５から記録ヘッド１４２へインクを加圧供給する場合は、記録ヘッド１４２内部は減圧弁により負圧にされてインク漏れが防止されていた。本構成によれば、インクカートリッジ１４４からヘッド１４２までのインク供給流路長を従来に比べて非常に短くできるため、インクを加圧して長い流路の流路圧力損失を補う必要がなくなる。

キャリッジモータ１４３は、図５に示すように、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）であり、外周側にエンコーダ３６が配設されている。キャリッジモータ１４３は、ＶＣＭヨーク３２ａ、３２ｂ、ＶＣＭマグネット３３、ＶＣＭコイル３４を備えている。ＶＣＭヨーク３２ａ、３２ｂ、及びＶＣＭマグネット３３は、それぞれ回転軸３１と同心円の同一の扇形状に形成されている。ＶＣＭマグネット３３は本願では、上下方向に着磁してあり、裏面にＶＣＭヨーク３２ｂが貼り付けられ、ＶＣＭヨーク３２aは、ＶＣＭマグネット３３の上部において所定の間隙を開けて配設されており、ＶＣＭヨーク３２ｂと長手方向端部でＶＣＭマグネット３３と離れた位置で接して磁気回路を構成している。即ち、ＶＣＭヨーク３２ａ及びＶＣＭマグネット３３は、ＶＣＭヨーク３２ａに接触しないように挿入されるＶＣＭコイル３４が、ＶＣＭマグネット３３にも接触しないで旋回動作可能な間隔を開けて配設されている。ＶＣＭコイル３４の端部は、回転軸３１に連結されているキャリッジ１４１の他端に一体化されたコイル取付アーム３５に固定されている。このような構成によれば、ＶＣＭコイル３４に電流を流すことにより、ＶＣＭコイル３４はＶＣＭヨーク３２ａ及びＶＣＭマグネット３３に沿って旋回するので、ＶＣＭコイル３４に一体化されたキャリッジ１４１を旋回させることができる。

エンコーダ３６は、図５に示すように、エンコーダスケール３７、エンコーダセンサ３８を備えている。エンコーダスケール３７は、ＶＣＭヨーク３２よりも一回り大きい扇形状に形成されている。そして、エンコーダスケール３７は、回転軸３１に連結されているキャリッジ１４１の他端に一体化されたエンコーダ取付アーム３９に載置固定されている。エンコーダセンサ３８は、受発光素子が対向配置されており、受発光素子の間をエンコーダスケール３７の外周部が通過可能な下ケース１０２内の位置に固定されている。このような構成によれば、エンコーダスケール３７はＶＣＭコイル３４の旋回に伴って旋回するので、エンコーダスケール３７に一体化されたキャリッジ１４１の旋回位置を検出することができる。以上により、旋回可能なキャリッジ１４１を小型に構成することができると共に、キャリッジ１４１の高精度な位置制御を行うことができる。尚、エンコーダセンサ３８は、基板１３４に取り付けるようにしても良い。

インクカートリッジ１４４は、例えば硬質プラスチック材料で直方体状に形成されており、内部に例えば可撓性材料で袋状に形成されてブラックインク及びライト、シアン、マゼンタの各色のインクが充填されたインクタンクが密閉されている。このインクカートリッジ１４４は、カートリッジホルダ４１に保持されるようになっている。このカートリッジホルダ４１は、インクカートリッジ１４４のインク供給口を開閉するインク供給針が、下ケース１０２の左側面側を向くようにして配設されている。これにより、インクカートリッジ１４４をカートリッジホルダ４１に対して抜き差しするのみで、カートリッジホルダ４１のインク供給針をインクカートリッジ１４４のインク供給口に対して出し入れすることができる。

インク供給チューブ１４５は、硬質のインク供給チューブ５１と可撓性のインク供給チューブ５２が組み合わされた構成となっている。硬質のインク供給チューブ５１は、上記各色用のチューブが束ねられて、各一端が対応する各色の記録ヘッド１４２に接続され、各他端がキャリッジモータ１４３の回転軸３１に位置するように、キャリッジ１４１の上面の一端側から他端側に掛けて配設されている。可撓性のインク供給チューブ５２は、上記各色用のチューブが束ねられて、各一端が対応する各色の硬質のインク供給チューブ５１に接続され、各他端が対応する各色のインクカートリッジ１４４に接続されている。

硬質のインク供給チューブ５１は、耐水分透過性及び耐ガスバリア性を有する緻密質な材料、例えばステンレスで形成されている。可撓性のインク供給チューブ５２は、例えばブチルゴムやエラストマ等で形成されている。上述したようにキャリッジ１４１は他端を中心に往復旋回して記録ヘッド１４２がキャリッジ１４１の一端で円弧間を往復移動するのみである。このため、硬質のインク供給チューブ５１をキャリッジの一端から他端に掛けて配設することにより、硬質のインク供給チューブ５１には折り曲げ力は加わらない。従って、硬質のインク供給チューブ５１を使用することができる。一方、可撓性のインク供給チューブ５２は、キャリッジ１４１の動きに追従する必要があり、この部分は柔らかな部材になるため、水分蒸発、空気の通りにくい材質で作る必要がある。しかし、全体的に見ると、従来のインク供給チューブは全体が可撓性のある材質で有ったものに対し、チューブ全長を短くすると共に、大半に硬質のインク供給チューブ５１が使用できる事により、インク溶媒の主体をなす水分が蒸発してインクの粘度が高くなることを防止することができると共に、外気がチューブ内のインクに溶解してインクの脱気度が低下することを防止することができる。

また、硬質のインク供給チューブ５１は、プラスチックによっても構成することができる。例えばポリプロピレン、ポリフェニレンスルフィド、液晶ポリマ等で成る直方体状のブロックを形成し、この一面に上記各色のインクが通る溝を形成する。そして、このブロックの溝形成面を覆うために、溝形成面と溶着するための例えばポリプロピレン、ポリフェニレンスルフィド、液晶ポリマ等で成るフィルムを用意する。そして、このフィルム上に耐水分透過性及び耐ガスバリア性を有する例えばアルミニウム等の薄膜を蒸着し、更にこの薄膜の上に薄膜を保護するための例えばナイロン等で成るフィルムを貼着する。以上のような構成の硬質のインク供給チューブ５１であっても、インク溶媒の主体をなす水分が蒸発してインクの粘度が高くなることを防止することができると共に、外気がチューブ内のインクに溶解してインクの脱気度が低下することを防止することができる。

インクシステム１４６は、記録ヘッド１４２のインクの吐出を良好な状態に保つ機能を有しており、記録ヘッド１４２のノズル面を覆うキャップ６１及びキャップ６１から廃インクとエアーを吸引するポンプユニット６２を備えている。キャップ６１は、ゴム等の軟質材により器状に形成されており、記録ヘッド１４２がホームポジションに位置しているときに、インク乾燥や埃、塵の混入等によるノズルの目詰まり等を防止するために、図示しない上下機構により上昇して記録ヘッド１４２のノズル面を封止するようになっている。このキャップ６１の底面には、ノズルから吐出される廃インクを回収するための図示しない複数の穴が穿孔されており、図示しないパイプを介してポンプシステム６２に接続されている。

以上のような構成のインクジェット式プリンタ１００において、用紙に記録する場合の動作を説明する。尚、インクジェット式プリンタ１００とコンピュータ等との接続配線や電源プラグの接続は既に完了しているものとする。先ず、ユーザは、指を上ケース１０３の前端に掛け、上ケース１０３を持ち上げ後方へ旋回させ、用紙の先端側を自動給紙部１１０に差し込む。これにより、用紙の後端側は上ケース１０３に沿って保持されるので、用紙は手前に傾斜した状態でセッティングされることになる。そして、インクジェット式プリンタ１００をスタンバイ状態にし、コンピュータ等から記録指令を入力する。すると、用紙は、自動給紙部１１０により先端が紙送りローラ１２１まで送り出され、更に紙送りローラ１２１により副走査方向である前方へ送り出される。

そして、用紙がプラテン１２５に達すると、キャリッジ１４１の主走査方向への往復旋回が開始される。即ち、図６に示すように、ホームポジションに位置していたキャリッジ１４１は、ホームポジションを離脱して搬送されてくる用紙の両端部間を往復旋回する。このとき、記録ヘッド１４２は、副走査方向に搬送されつつある用紙に対し例えば圧電素子により圧力発生室内の圧力を変動させて、圧力発生室内に貯留されているインクをノズルから吐出して、用紙上に所定の文字や画像等を記録する。そして、記録ヘッド１４２の圧力発生室内には、インクカートリッジ１４４内のインクが可撓性のインク供給チューブ５２から硬質のインク供給チューブ５１を介して供給される。このときの記録ヘッド１４２の走査タイミングやインク吐出タイミングは、制御部１３０により制御され、高精度なインクドット制御、ハーフトーン処理等が実行されるようになっている。そして、用紙は、紙送りローラ１２１により更に前方へ送り出され、最終的に記録が完了した用紙は排紙口１０２ａから外部へ排紙される。

記録装置としてインクジェット式プリンタを例に説明したが、これに限定されるものではなく、例えばファクシミリやコピー機等にも適用可能である。また、記録装置に限らず、インクに代えてその用途に対応する液体を液体噴射ヘッドから被噴射媒体に噴射して液体を被噴射媒体に付着させる液体噴射装置の意味として、例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルタ製造に用いる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレイや面発光ディスプレイ（ＦＥＤ）等の電極形成に用いられる電極材（導電ペースト）噴射ヘッド、バイオチップ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド、精密ピペットとしての試料噴射ヘッド等を備えた装置にも適用可能である。

本発明の実施の形態に係る記録装置の１つであるインクジェット式プリンタの使用時の外観構成を前面側から見たときの斜視図である。 図１のインクジェット式プリンタを上面側から見たときの平面図である。 図１のインクジェット式プリンタのキャリッジを別位置に動作させたときの斜視図である。 図３のインクジェット式プリンタを上面側から見たときの平面図である。 図１のインクジェット式プリンタのインク供給チューブとその周辺部を示す斜視図である。 図１のインクジェット式プリンタのキャリッジの動作状態を示す平面図である。

符号の説明

３１ 回転軸、３２ａ ３２ｂ ＶＣＭヨーク、３３ ＶＣＭマグネット、３４ ＶＣＭコイル、３５ コイル取付アーム、３６ エンコーダ、３７ エンコーダスケール、３８ エンコーダセンサ、３９ エンコーダ取付アーム、５１ 硬質インク供給チューブ、５２ 可撓性インク供給チューブ、１００ インクジェット式プリンタ、１１０ 自動給紙部、１２０ 搬送部、１３０ 制御部、１４０ 記録部、１４１ キャリッジ、１４２ 記録ヘッド、１４３ キャリッジモータ、１４４ インクカートリッジ、１４５ インク供給チューブ

Claims (3)

1. 液体噴射ヘッドが搭載されたキャリッジを所定角度で往復旋回させつつ前記液体噴射ヘッドから液滴を噴射させる液体噴射装置であって、
   前記キャリッジを旋回させる駆動源と、
   一端が前記液体噴射ヘッドと接続されて他端が前記駆動源まで延びる硬質の液体供給チューブと、
   前記硬質液体供給チューブの他端と液体カートリッジを接続する可撓性の液体供給チューブとを備えたことを特徴とする液体噴射装置。
2. 前記硬質液体供給チューブは、耐水分透過性及び耐ガスバリア性を有する材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液体噴射装置。
3. 前記駆動源は、外周側にエンコーダを備えたボイスコイルモータであることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体噴射装置。
   

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