JP2012045766A - インク供給用弁構造、そのインク供給用弁構造を備えたインクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】供給孔の閉鎖を確保するとともにサブタンクの大型化を抑制することが可能なインク供給用弁構造を提供する。
【解決手段】弁部２０と、弁部２０を付勢する付勢部材１９と、弁部２０を押圧するダイアフラム２１を有し、弁部２１が弾性部材１１と、周状のシール部１３と、棒部材１６を有し、壁板３１が供給孔１４の開口端の一方の外周を囲む円環状の突起部２２を備え、突起部２２の壁板３１からの高さをｘ、供給孔１４の口径をＲ、供給孔１４の開口端の他方から突起部２２の先端までの距離をｈ、ダイアフラム２１が棒部材１６を最大傾斜位置に変位させたときの傾斜鋭角をθ、最大傾斜位置における当接箇所１８から供給孔１４の開口端の一方までの最短距離をｍ、棒部材１６の直径をｒとしたときに、ｘ≧ｍ（Ｒ−ｒ／ｃｏｓθ）／ｈを満たす。
【選択図】図４

Description

本発明は、メインタンクからインクの供給を受けるサブタンク内に設けられているインク供給用弁構造、およびそのインク供給用弁構造を備えたインクジェット記録装置に関する。

インクジェット記録装置には、装置本体に配置されたインクカートリッジ（以下メインタンクと呼ぶ）からチューブを通してキャリッジに搭載されたヘッドにインクを供給するいわゆるオフキャリッジタイプがある。オフキャリッジタイプのインクジェット記録装置によれば、メインタンクがキャリッジに搭載されていないのでキャリッジを駆動するモータを大型化することなくメインタンクを大容量化できる。オフキャリッジタイプのインクジェット記録装置では、適正な負圧を維持しつつ、メインタンクから離れたヘッドへ安定してインクを供給しなければならない。負圧の発生方法として、例えばヘッドをメインタンクに対して重力方向上部に配置することによって発生する水頭差を利用する方法がある。しかし、この方法ではメインタンクとヘッドの相対高さが決まっており、デザインに制限があった。そこで、オフキャリッジタイプの別方式として、メインタンク内のインクを加圧してインクを押し出し、キャリッジに搭載されたサブタンクへインクを供給する方式が提案されている。この方式では、サブタンク内を適正な負圧に維持しつつ、インクの消費時にはサブタンクからヘッドへインクを供給し、それ以外の時には加圧されたインクの供給を停止するインク供給用弁構造が必要となる。このインク供給用弁構造の一例が特許文献１に開示されている。

図５は、特許文献１に記載のインク供給用弁構造を示す断面図である。特許文献１に記載のインク供給用弁構造では、図５に示すように、付勢部材１９０によって弁部２００が供給孔１４０を閉鎖するように付勢されている。このとき弁部２００では、弾性部材１１０が、供給孔１４０の入口側に付勢され、シール部１３０が供給孔１４０の入口周囲を密封する。供給孔１４０には弾性部材１１０から突出した棒部材１６０が挿通されている。弁部２００が供給孔１４０を閉鎖しているとき、供給孔１４０の出口側に設けられた圧力室（不図示）からヘッド（不図示）にインクが流出する。インクの流出に伴って圧力室のインクが減少すると、圧力室は減圧状態になる。すると、圧力室内に設けられたダイアフラム（不図示）が変形する。この変形に伴って棒部材１６０が押圧される。この押圧に伴って、棒部材１６０は、その中心軸１７０が供給孔１４０の中心軸１５０に平行となる方向に移動する。これにより供給孔１４０が開放する。供給孔１４０が開放すると、インクが供給孔１４０を通って圧力室に供給される。インクの供給に伴って圧力室は加圧されるので、ダイアフラムは変形前の状態に戻る。これにより、弁部２００は、付勢部材１９０の付勢力で供給孔１４０を再び閉鎖する。

特許第３６０６２８２号公報

図５に示す特許文献１に記載のインク供給用弁構造では、ヘッドからインクを吐出するたびにダイアフラムの変形が繰り返される。このとき、ダイアフラムの変形状態によっては棒部材１６０に加えられる押圧力の向きが供給孔１４０の中心軸１５０に平行でない場合が想定される。この場合、弁部２００は、図６に示すように、シール部１３０の一部が当接面１２０に当接し、棒部材１６０が供給孔１４０に対して傾斜した状態になる可能性がある。すると、当接部１８０から供給孔１４０までの最短距離をｍ、当接部１８０から棒部材１６０の表面までの最短距離をｎとすると、ｍ≧ｎの関係になる可能性がある。図６に示す状態から弁部２００が付勢部材１９０の付勢力で供給孔１４０を閉鎖する状態（図５参照）に戻ろうとしても、弁部２００は、上記のｍ≧ｎの関係により当接部１８０を中心として回転できない。そのため、弁部２００の移動過程で、シール部１３０が擦れてシール部１３０と当接面１２０との間に摩擦力が発生する可能性がある。また、棒部材１６０が供給孔１４０の入口と接触して、弁部２００の供給孔１４０側への移動を妨げる力が発生する可能性がある。そのため、棒部材１６０の中心軸１７０が供給孔１４０の中心軸１５０に対して平行な状態から供給孔１４０を閉鎖する状態に戻る場合に比べ、より強い付勢力が必要になる。したがって、特許文献１に記載の弁構造では、棒部材１６０の中心軸１７０が供給孔１４０の中心軸１５０に対して傾斜した状態からでも弁部２００による供給孔１４０の閉鎖を確保するために、付勢部材１９０の付勢力を強化する必要がある。付勢部材１９０の付勢力を強化すると、供給孔１４０を開放するためにこの付勢力に抗して弁部２００を変位させるダイアフラムの押圧力も強化しなければならない。この押圧力は、圧力室内の負圧によって発生する。圧力室内の負圧は、インクの吐出条件などから予め決められた範囲内にする必要がある。ここで、圧力＝力／面積の関係から、負圧が一定の範囲内にある状態で、強化された付勢部材１９０の付勢力に抗して供給孔１４０を開放するためには、弁部２００を変位させるダイアフラムの面積を大きくしなければならない。ダイアフラムの大型化はサブタンクの大型化を招く。

そこで、本発明は、供給孔の閉鎖を確保するとともにサブタンクの大型化を抑制することが可能なインク供給用弁構造、およびそのインク供給用弁構造を備えたインクジェット記録装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明によるインク供給用弁構造は、インクが供給される液体流通室と、前記液体流通室の一面を構成する壁板と、前記壁板を貫通する円形断面の供給孔と、前記インクが前記供給孔を通じて流れ込む圧力室と、を備えるサブタンクに設けられ、前記供給孔を開閉するインク供給用弁構造において、
前記供給孔を開放する開放位置と、前記供給孔を閉鎖する閉鎖位置との間を移動可能な弁部と、前記弁部を前記閉鎖位置に付勢する付勢部材と、前記供給孔に対向する前記圧力室の一面に設けられ、前記圧力室が減圧されたときに変形して前記弁部を押圧し、その押圧で前記弁部を前記閉鎖位置から変位させるダイアフラムと、を有し、
前記弁部が、前記液体流通室内で前記供給孔に対向する弾性部材と、前記弾性部材から突出し前記供給孔の開口端の一方を囲むように前記壁板に当接する周状のシール部と、前記弾性部材から前記供給孔を通って前記圧力室まで延び、前記閉鎖位置で前記供給孔の内周面から間隔を取って配置される円形断面の棒部材と、を有し、
前記壁板が前記一方の開口端の外周を囲む円環状の突起部を備え、前記突起部の前記壁板からの高さｘが、前記供給孔の口径をＲ、前記供給孔の開口端の他方から前記突起部の先端までの距離をｈ、前記ダイアフラムが前記棒部材を前記供給孔に対して最も傾いた最大傾斜位置に変位させたときの前記供給孔の中心軸に対する前記棒部材の中心軸の傾斜鋭角をθ、前記最大傾斜位置における前記壁板と前記シール部との当接箇所から前記一方の開口端までの最短距離をｍ、前記棒部材の直径をｒとしたときに、
ｘ≧ｍ（Ｒ−ｒ／ｃｏｓθ）／ｈ
を満たす。

また、上記目的を達成するため、本発明によるインクジェット記録装置は、前記インク供給用弁構造と、前記液体流通室に連通するチューブと、前記チューブを通じて前記液体流通室に前記インクを供給するメインタンクと、前記圧力室に連通し、前記圧力室から流入した前記インクを吐出するヘッドと、を有する。

本発明によれば、棒部材が供給孔に対して最も傾斜した状態からでも弁部が当接箇所を中心として回転しながら閉鎖位置に移動できるように、供給孔の開口端の一方の外周に円環状の突起部を設け、その突起部の高さの範囲が定められている。これにより、弁部が閉鎖位置に移動する際、シール部と当接面との間における摩擦力が低減する。また、棒部材と供給孔の接触が回避されるので、弁部２００が閉鎖位置へ移動するのを妨げる力が低減する。よって、付勢部材１９０の付勢力を従来よりも弱めても弁部の閉鎖位置への移動を確保できる。付勢部材の付勢力を弱めることが可能になるとダイアフラムの面積を大きくする必要がなくなるので、サブタンクの大型化を抑制することが可能となる。

本発明のインクジェット記録装置の一実施形態の要部の構成を示す図である。 図１に記載のインクジェット記録装置に設けられたサブタンクの断面図である。 図２に記載のサブタンクに設けられたインク供給用弁構造の要部の構成を示す断面図である。 図３に示すインク供給用弁構造において棒部材の中心軸が供給孔の中心軸に対して傾斜した状態を示す断面図である。 特許文献１に記載のインク供給用弁構造を示す断面図である。 特許文献１に記載のインク供給用弁構造を示す断面図である。

図１は、本発明のインクジェット記録装置の一実施形態の要部の構成を示す図である。本実施形態のインクジェット記録装置１において、ヘッド２とサブタンク３とはキャリッジ（不図示）に搭載され、インク供給源であるメインタンク４は装置本体（不図示）に配置されている。また、インクジェット記録装置１は、メインタンク４内の空気を加圧してメインタンク４に収容されたインクを押し出すためのポンプ５と、押し出されたインクをサブタンク３まで導く可撓性のチューブ６とを備えている。

図２は、サブタンク３の断面図である。サブタンク３は、メインタンク４からインクが供給される液体流通室３０と、液体流通室３０の一面を構成する壁板３１を貫通する円形断面の供給孔１４を通じてインクが流れ込む圧力室１０と、を備えている。液体流通室３０は、図１に示すようにチューブ６を通じてメインタンク４に連通している。一方、圧力室１０は、図１に示すようにヘッド２に連通している。サブタンク３には、供給孔１４を開閉するインク供給用弁構造が設けられている。図３は、サブタンク２に設けられたインク供給用弁構造の要部の構成を示す断面図である。以下、図２、３を参照しながら本実施形態のインク供給用弁構造について説明する。

本実施形態のインク供給用弁構造は、弁部２０と、付勢部材１９と、ダイアフラム２１（図２参照）と、を有している。弁部２０は、供給孔１４の開口端の一方である入口１４ａを開放する開放位置と、入口１４ａを閉鎖する閉鎖位置との間を移動可能であり、弾性部材１１と、周状のシール部１３と、円形断面の棒部材１６と、を備えている。

弾性部材１１は、液体流通室内で供給孔１４の開口端の一方である入口１４ａに対向している。弾性部材１１において、閉鎖位置（図３参照）で入口１４ａに対向する表面１１ａの面積は、入口１４ａの面積よりも広い。シール部１３は、弾性部材１１の表面１１ａから突出しており、閉鎖位置（図３参照）で、その先端部が壁部１２における入口１４ａを囲む当接面１２に当接している。棒部材１６は、その直径が供給孔１４の口径よりも小さく、弾性部材１１の表面１１ａから供給孔１４を通って圧力室１０まで延びている。

付勢部材１９は、弾性部材１１の表面１１ａの反対面に取り付けられ、弁部２０を閉鎖位置に付勢している。

ダイアフラム２１は、供給孔１４の開口端の他方で円形断面の出口１４ｂに対向する圧力室１０の一面に設けられ、可撓性のフィルム７と、フィルム７に取り付けられたプレート８とで構成されている。

図３に示すように弁部２０が閉鎖位置に位置している状態で、圧力室１０からヘッド２に流入したインクが吐出されると圧力室１０内のインクが減少して圧力室１０内の負圧が強くなる（減圧される）。すると、フィルム７が供給孔側へ突出するように変形する。このフィルム７の変形に伴って、プレート８が変位して棒部材１６を直接押圧する。このとき、プレート８の押圧力が、付勢部材１９の付勢力、負圧発生バネ９の弾性力、および負圧により弁３２に発生する力の合力を上回ると、弁部２０は閉鎖位置から開放位置まで変位する。弁部２０の変位により供給孔１４が開放されるので、インクが液体流通室３０から供給孔１４を通じて圧力室１０に流れ込む。

ヘッド２によるインクの吐出が終わった直後、弁部２０は開放位置に位置しているため、圧力室１０内にはインクが流れ込み続け、圧力室内１０内のインクが増加する。すると、圧力室１０内の負圧が弱くなる（加圧される）。このとき、プレート８の押圧力が、付勢部材１９の付勢力、負圧発生バネ９の弾性力、および負圧により弁３２に発生する力の合力を下回ると、フィルム７は、変形前の状態に戻る。これにより、弁部２０が再び閉鎖位置に変位するので、インクの供給が停止する。弁部２０が閉鎖位置に変位しても、負圧発生バネ９により圧力室１０内にはヘッド２からインクが垂れない程度の負圧が維持される。このようにして本実施形態のインク供給用弁構造では、インクを吐出するたびにフィルム７の変形が繰り返される。このとき、棒部材１６は、プレート８の押圧力の向きに沿って変位する。この押圧力の向きは、通常、供給孔１４の中心軸１５に平行な向きになっている。しかし、フィルム７の変形状態によっては、押圧力の向きが供給孔１４の中心軸１５に平行にならない場合がある。この場合、図４に示すようにシール部１３の一部が当接面１２に当接して棒部材１６が供給孔１４の内周面側に傾いた状態になる可能性がある。ここで、棒部材１６が供給孔１４の内周面側に傾いた状態から弁部２０が閉鎖位置へ戻るまでの挙動について説明する。

図４は、棒部材１６がプレート８の押圧力により供給孔１４の内周面側に最も傾いた最大傾斜位置に変位させられた状態を示す。このとき、シール部１３の一部が当接面１２に当接し、棒部材１６の一部が供給孔１４の出口１４ｂおよび突起部２２の内壁面に接触している。

本実施形態のインク供給用弁構造では、壁板３１の当接面１２には、入口１４ａの外周を囲む円環状の突起部２２が設けられている。棒部材１６と突起部２２は、突起部２２の内壁面以外では接触しない。

棒部材１６が図４に示す最大傾斜位置に位置しているときの壁板３１の当接面１２とシール部１３との当接箇所１８から入口１４ａまでの最短距離をｍ、その当接箇所１８から棒部材２８の表面までの最短距離をｎとする。本実施形態では、弁部２０が図４に示す状態からでも、弁部２０が当接箇所１８を中心として回転しながら閉鎖位置に戻るために、ｍ≦ｎの関係を満たしている。ここで、ｍ≦ｎの関係を満たすために必要な壁部３１の当接面１２からの突起部２２の高さｘの条件について説明する。

最大傾斜位置における供給孔１４の中心軸１５に対する棒部材１６の中心軸１７の傾斜鋭角をθとし、当接箇所１８と突起部２２の先端とを結ぶ直線が当接面１２となす角度をαとすると、ｍ≦ｎの関係を満たすためには下記の式（１）を満たす必要がある。

ｔａｎθ≦ｔａｎα・・・（１）
供給孔１４の出口１２ｂの口径をＲ、出口１４ｂから突起部２２の先端までの距離をｈ、棒部材１６の直径をｒとすると、ｔａｎθ、ｔａｎαは下記の式（２）、（３）でそれぞれ示される。

ｔａｎθ＝Ｒ／ｈ−ｒ／（ｈｃｏｓθ）・・・（２）
ｔａｎα＝ｘ／ａ・・・（３）
式（２）、（３）を式（１）に代入すると下記の式（４）が導き出せる。

ｘ≧ａ（Ｒ−ｒ／ｃｏｓθ）／ｈ・・・（４）
高さｘが上記の式（４）の条件を満たすことで、弁部２０は、当接箇所１８を中心として回転しながら閉鎖位置に戻れる。弁部２０が当接箇所１８を中心として回転することによって、シール部１３と当接面１２とが擦れない。また、弁２０の回転に伴って、他の当接部分（棒部材１６の一部が出口１２ｂおよび突起部２２と接触している部分）が互いに離れる。そのため、付勢部材１９の付勢力を図５、６に示す従来のインク供給用弁構造に比べ弱くしても弁２０による供給孔１４の閉鎖を確保できる。

付勢部材１９の付勢力を抑制できると、この付勢力に抗して弁２０を開放位置へ変位させるダイアフラム２１の押圧力も小さくできる。この押圧力は、プレート８の面積に依存するため、付勢部材１９の付勢力を弱くすることで、プレート８の大型化を回避できる。その結果、サブタンク３の大型化を抑制することが可能となる。

１３ シール部
１４ 供給孔
１６ 棒部材
１９ 付勢部材
２０ 弁部
２１ ダイアフラム
２２ 突起部
３１ 壁板

Claims (3)

1. インクが供給される液体流通室と、前記液体流通室の一面を構成する壁板と、前記壁板を貫通する円形断面の供給孔と、前記インクが前記供給孔を通じて流れ込む圧力室と、を備えるサブタンクに設けられ、前記供給孔を開閉するインク供給用弁構造において、
   前記供給孔を開放する開放位置と、前記供給孔を閉鎖する閉鎖位置との間を移動可能な弁部と、前記弁部を前記閉鎖位置に付勢する付勢部材と、前記供給孔に対向する前記圧力室の一面に設けられ、前記圧力室が減圧されたときに変形して前記弁部を押圧し、その押圧で前記弁部を前記閉鎖位置から前記開放位置に変位させるダイアフラムと、を有し、
   前記弁部が、前記液体流通室内で前記供給孔に対向する弾性部材と、前記弾性部材から突出し、前記閉鎖位置で前記供給孔の開口端の一方を囲むように前記壁板に当接する周状のシール部と、前記供給孔の口径よりも小さな直径を有し、前記弾性部材から前記供給孔を通って前記圧力室まで延びている円形断面の棒部材と、を有し、
   前記壁板が前記一方の開口端の外周を囲む円環状の突起部を備え、前記突起部の前記壁板からの高さをｘ、前記供給孔の前記口径をＲ、前記供給孔の開口端の他方から前記突起部の先端までの距離をｈ、前記ダイアフラムが前記棒部材を前記供給孔に対して最も傾いた最大傾斜位置に変位させたときの前記供給孔の中心軸に対する前記棒部材の中心軸の傾斜鋭角をθ、前記最大傾斜位置における前記壁板と前記シール部との当接箇所から前記一方の開口端までの最短距離をｍ、前記棒部材の直径をｒとしたときに、
   ｘ≧ｍ（Ｒ−ｒ／ｃｏｓθ）／ｈ
   を満たす、ことを特徴とするインク供給用弁構造。
2. 前記ダイアフラムは、前記圧力室が減圧されたときに前記供給孔側へ突出するように変形する可撓性のフィルムと、前記フィルムに取り付けられ前記フィルムの変形に伴って変位することによって前記棒部材を押圧するプレートと、で構成される、請求項１に記載のインク供給用弁構造。
3. 請求項１または２に記載のインク供給用弁構造と、前記液体流通室に連通するチューブと、前記チューブを通じて前記液体流通室に前記インクを供給するメインタンクと、前記圧力室に連通し、前記圧力室から流入した前記インクを吐出するヘッドと、を有するインクジェット記録装置。

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