JP2012250393A - ヘッドタンク及びヘッドユニット及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】変位特性に違いがなく正確な検知を行うことが可能なヘッドタンクを提供する。
【解決手段】インクジェットヘッド２に接続され、インクジェットヘッド２に供給されるインク５を一時的に収容する収容部３２と、収容部３２の一面に設けられその形状がドーム状となるように基端を収容部３２に固定されて延伸成形された可撓性フィルム７と、収容部３２の内部から可撓性フィルム７を外方へと付勢する付勢手段３４と、収容部３２内のインク５を排出する際に凹む可撓性フィルム７の頂面７ａの一部に常時接触しつつ可撓性フィルム７の変位量に応じて変位することにより収容部３２内のインク量を検知するインク量検知手段とを有するヘッドタンク８において、可撓性フィルム７にその変位姿勢を制御するガイド部材９を設けた。
【選択図】図８

Description

本発明は、ノズル孔等の穴部からインク液滴等の液体を吐出する液体吐出ヘッドのヘッドタンクに関する。

プリンタ、ファクシミリ、複写装置、コピア、プロッタ、及びこれ等いくつかの機能を有する複合機等の画像形成装置として、例えば液滴を吐出する液体吐出ヘッドにより構成された記録ヘッドを用い、媒体（以下「用紙」ともいうが材質を限定するものではなく、また被記録媒体、記録媒体、転写材、記録紙等も同義で使用する）を搬送しつつ液滴を用紙に付着させて画像形成（記録、印刷、印写、印字も同義で使用する）を行うものがある。

なお本願において、液体吐出記録方式の「画像形成装置」は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミック等の媒体に液体を吐出して画像形成装置を行う装置を意味し、また「画像形成」とは、文字や図形等の意味を持つ画像を媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を媒体に付与すること（単に液滴を媒体に着弾させること）をも意味する。また「インク」とは、インクと称されるものに限られず、記録液、定着処理液、液体等と称されるもの等、画像形成を行うことが可能な全ての液体の総称として用い、例えばＤＮＡ試料、レジスト、パターン材料、樹脂等も含まれる。また、「画像」とは平面的なものに限られず、立体的に形成されたものに付与された画像、また立体自体を３次元的に造形して形成された像も含まれる。

このような画像形成装置（以下、インクジェット記録装置ともいう）において、キャリッジ上の記録ヘッドにインクを供給するサブタンク（インクタンク、バッファタンクともいう）を搭載し、メインのインクカートリッジ（メインタンクともいう）を装置本体側に設置し、サブタンクに装置本体側のインクカートリッジからインクを補充供給するように構成した装置、あるいは記録ヘッドと共に交換可能に液体容器であるインクカートリッジを搭載する構成の装置が知られている。

また、サブタンクとしては容器本体（タンク本体）にインク収容部を形成し、インク収容部の開口部には可撓性のフィルム状部材を接着または溶着等によって接合して封止し、さらにインク収容部内部にはタンク本体とフィルム状部材との間にフィルム状部材を外方に向けて付勢する弾性部材であるばねを設け、これらフィルム状部材及び弾性部材により負圧発生機構を構成する技術が、例えば「特許文献１」に開示されている。

また、一面が可撓性フィルムからなるタンクケースによって構成され、タンクケースの内部に圧力室を形成し、圧力室と開口部を介して連通するエア室と、開口部に配置された気液分離膜と、可撓性フィルムをタンクケースの外方へと付勢する付勢部材と、可撓性フィルムに連動して圧力室への液体導入口を開閉するバルブとを有する構成が、例えば「特許文献２」に開示されている。

また、タンクケースの一部をドーム状に延伸成形した可撓性フィルム面としたサブタンクであって、サブタンク内のインク容量に応じて可撓性フィルムが撓むサブタンクであり、負圧及びインクの残量を検知する方法として、可撓性フィルムの撓み量を検知板の変位量により検知する方法が、例えば「特許文献３」に開示されている。

しかし、上述した各技術に記載されたサブタンクであるヘッドタンクでは、ドーム状に延伸成形したフィルムの成形ばらつきやフィルム素材のばらつきによりフィルムにしわができたり、または成形部のフィルムの厚みが一定ではなかったりし、インク残量に応じてフィルムが凹む際にしわのない部分やフィルムの薄い部分から先に凹んでしまうものがあるため、フィルム検知変位板の接触部が先に凹むものや検知板の接触部が後に凹むもの等、個々のタンクによって変位特性に違いがあり、負圧及び残インク量に対して正確な検知ができないという問題点がある。
本発明は上述の問題点を解消し、変位特性に違いがなく正確な検知を行うことが可能なヘッドタンクの提供を目的とする。

請求項１記載の発明は、インクジェットヘッドに接続され、前記インクジェットヘッドに供給されるインクを一時的に収容する収容部と、前記収容部の一面に設けられその形状がドーム状となるように基端を前記収容部に固定されて延伸成形された可撓性フィルムと、前記収容部の内部から前記可撓性フィルムを外方へと付勢する付勢手段と、前記収容部内のインクを排出する際に凹む前記可撓性フィルムの頂面の一部に常時接触しつつ前記可撓性フィルムの変位量に応じて変位することにより前記収容部内のインク量を検知するインク量検知手段とを有するヘッドタンクにおいて、前記可撓性フィルムはその変位姿勢を制御するガイド部材を有することを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載のヘッドタンクにおいて、さらに前記ガイド部材は前記可撓性フィルムの前記頂面と前記基端とを結ぶ斜面上に設けられていることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項２記載のヘッドタンクにおいて、さらに前記ガイド部材は前記可撓性フィルムに直接塗布されることにより形成されていることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項２または３記載のヘッドタンクにおいて、さらに前記ガイド部材は前記頂面を中心とした環状となるように複数設けられていることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１ないし４の何れか１つに記載のヘッドタンクを有するヘッドユニットであることを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項１ないし４の何れか１つに記載のヘッドタンクを有する画像形成装置であることを特徴とする。

本発明によれば、可撓性フィルムの斜面表面にガイド部材を設けることにより、収容部内の体積変化に伴い生じる可撓性フィルムの変形はガイド部材以外の部分のみで生じ、可撓性フィルムの頂面を初期状態より平行な状態で変位させることができ、インク量検知手段によるインク残量検知を正確に行うことができる。

本発明の一実施形態を適用可能なインクジェットヘッドユニットの概略斜視図である。 本発明の一実施形態を適用可能なインクジェットヘッドユニットの概略側断面図である。 従来のサブタンクの側断面図である。 従来のインクジェットヘッドユニットの概略斜視図である。 従来のサブタンクにおける可撓性フィルムが異常に変形した状態を示す側断面図である。 従来のサブタンクにおけるインク残量検知方法を説明する概略図である。 従来のサブタンクの可撓性フィルムの正常変位時及び異常変位時におけるインク残量検知板の変位量とインク吐出量との関係を示す線図である。 本発明の一実施形態を示すインクジェットヘッドユニットの概略斜視図である。 本発明の一実施形態における可撓性フィルムの変形を説明する概略図である。 本発明の一実施形態を適用したインクジェット記録装置の概略斜視図である。 本発明の一実施形態を適用したインクジェット記録装置の印字機構部の概略平面図である。 本発明の一実施形態を適用したインクジェット記録装置のキャリッジ駆動機構部の概略平面図である。

図１は、本発明の一実施形態を適用可能な従来のインクジェットヘッドユニットの概略斜視図を、図２は同概略側断面図をそれぞれ示している。同図においてインクジェットヘッドユニット１は、インクを吐出するインクジェットヘッド２と、インクジェットヘッド２に供給するインク５を一時的に収容するヘッドタンクとしてのサブタンク３とを、フィルタユニット４を介して一体化することにより構成されている。なおインクジェットヘッドユニット１は、インクジェットヘッド２とサブタンク３とが常時一体の構成であってもインクジェットヘッド２とサブタンク３とが別体で使用時に一体とされる構成であってもよく、本実施形態では前者の構成を例示している。

インクジェットヘッド２は、インクを吐出するノズル孔２１が形成されたノズル板２２と、ノズル孔２１が連通する複数の液室２３を形成する流路板２４と、各液室２３にインクを供給する共通液室等を形成するフレーム部材２５と、液室２３内のインクを加圧する図示しないアクチュエータ手段等を有している。この図示しないアクチュエータ手段としては、圧電型アクチュエータ、静電型アクチュエータ、サーマル型アクチュエータ等を用いることができる。

サブタンク３は、容器本体であるタンクケース３１の一面に設けられた開口部３１ａをドーム形状となるように延伸成形された可撓性フィルム３３によって被覆することにより、インク５を収容可能な収容部３２を形成している。可撓性フィルム３３は、開口部３１ａの周囲に設けられた接合部６０の内側に接着または溶着等の方法によって固定されており、その延伸形成部の中央には部分的平面からなる頂面３３ａが形成されている。

収容部３２内には、タンクケース３１の底面と頂面３３ａとの間に、可撓性フィルム３３を収容部３２の外方へと付勢する向きの付勢力を付与する付勢手段としてのばね３４が設けられており、頂面３３ａの外面にはシートフィルム３５が接着されている。タンクケース３１の側面上部には、収容部３２を大気に開放するための大気開放機構３９が設けられており、この大気開放機構３９は図示しないメインタンクからサブタンク３にインク５を供給する際に開放される。さらにタンクケース３１の上部には、図示しないメインタンクとの間を連通するインク供給チューブを接続するためのチューブ接続部４０と、収容部３２内のインク液面を検出するための液面検知電極４１とが設けられている。

上述したサブタンク３では、インク５が充填された収容部３２内のインクを排出することにより、収容部３２内の体積変化に応じて可撓性フィルム３３が凹み（頂面３３ａが収容部３２の内方へ向けて変位し）、可撓性フィルム３３の凹みに応じてばね３４が撓むことにより収容部３２内に負圧が発生する。フィルタユニット４には、サブタンク３からインクジェットヘッド２に供給されるインク５中のごみ等を除去するフィルタ４４が設けられている。このフィルタ４４としては、不織布状の金属繊維を重ねた焼結体、ステンレス繊維等の金属繊維からなるもの等が好ましい。

次に、従来のサブタンクにおける可撓性フィルムの形状変化について、図３、図４、図５を参照して説明する。図３は従来のサブタンクの側断面図であり（ａ）はインク満タン状態を、（ｂ）は満タン状態からインクを排出したときの可撓性フィルムの状態を、図４は可撓性フィルムにしわが発生した状態のインクジェットヘッドユニットの斜視図を、図５は可撓性フィルムが異常な変形状態を示した側断面図であり（ａ）はインク満タン状態を、（ｂ）は満タン状態からインクを排出した際に可撓性フィルムが斜めに変位した状態をそれぞれ示しており、上述した構成と同様の部位には同様の符号を付し、個々の詳細な説明は省略する。

先ず、大気開放機構３９を大気開放状態として収容部３２内に図示しないメインタンクからインク５を供給すると、収容部３２内のインク５の液面が徐々に上昇する。そして、液面検知電極４１によってインク５の液面が検知されると、インク５の供給が停止されると共に大気開放機構３９が閉じられてインク５の供給（補充）が完了する。このとき、ドーム形状に延伸成形された可撓性フィルム３３は、図３（ａ）に示すようにばね３４によって収容部３２の外方へと付勢されて膨らんだ状態であるが、インクジェットヘッド２からインク５を排出することで収容部３２内の体積が減少すると図３（ｂ）に示すように可撓性フィルム３３が凹み、頂面３３ａが収容部３２の内方へ向けて変位する。

従来のサブタンク３では、図４に示すように可撓性フィルム３３の斜面３３ｂに原材料である可撓性フィルム３３をドーム状に延伸成形する際に生じた意図しないしわ３３ｃや、可撓性フィルム３３における目に見えない厚みのばらつきが発生する。これらのしわ３３ｃや厚みのばらつきにより、しわ３３ｃの発生箇所及び厚みの厚い箇所では、可撓性フィルム３３の変形に対し他の箇所に比して変形しにくい状態となっており、収容部３２内の体積減少に伴い可撓性フィルム３３が凹む際の抵抗となることから、図５に示すように可撓性フィルム３３はしわ３３ｃのない部分から凹んでゆく。また厚みのばらつきにおいても同様の現象が発生する。このしわ３３ｃや厚みのばらつきは意図して作成したものではないため、どの箇所に生じるかは個々のサブタンク３においてそれぞれ異なり、上方に生じるものや下方に生じるもの等、様々である。

ここで、従来のサブタンク３におけるインク残量検知方法について、図６を参照して説明する。図６（ａ）は、収容部３２へインク５を満タンに充填した状態のインク残量検知板１１及びこの位置を検出するフォトセンサ１０との位置関係を示す上部断面図、図６（ｂ）は収容部３２へインク５を満タンに充填した状態からインク５を排出したときに可撓性フィルム３３が正常に変位したときのインク残量検知板１１とフォトセンサ１０との位置関係を示す上部断面図、図６（ｃ），（ｄ）は同じくインク５を排出したときに可撓性フィルム３３が異常に変位したときのインク残量検知板１１とフォトセンサ１０との位置関係を示す上部断面図をそれぞれ示しており、図６（ｂ）,（ｃ），（ｄ）はそれぞれ満タン状態から同じ量のインク５を排出した状態を示している。

図６（ａ）では、サブタンク３の収容部３２内にはインク５が満タンに充填されており、可撓性フィルム３３はドーム形状に膨らんだ状態を呈している。可撓性フィルム３３の外方には、一端を支点１１ａによってタンクケース３１に対して揺動自在に支持されたインク残量検知板１１が配置されており、インク残量検知板１１はばね１２によって可撓性フィルム３３に向けて付勢され、図６（ａ）に矢印で示す１点が頂面３３ａ上のシートフィルム３５に接触している。また、インク残量検知板１１の位置を検知するために図示しない画像形成装置本体側にはフォトセンサ１０が設けられており、インク残量検知板１１の先端部１１ｂがフォトセンサ１０の検知部１０ａを塞ぐ位置に移動するとインク残量検知板１１の移動が検知されるように構成されている。ここで、フォトセンサ１０及びインク残量検知板１１によってインク量検知手段が構成されている。

図６（ｂ）に示す状態は、図６（ａ）の状態から収容部３２内よりインク５を排出し、可撓性フィルム３３が均一に変位することにより頂面３３ａが初期状態より平行な状態を保ちながら変位している状態を示しており、インク排出量に応じて変位した頂面３３ａの変位量に応じてインク残量検知板１１が移動し、先端部１１ｂが検知部１０ａを塞いでいる。これに対し図６（ｃ）に示す状態では、図６（ａ）の状態から図６（ｂ）と同量のインク５を排出したが、頂面３３ａがインク残量検知板１１と頂面３３ａとの接触点とは反対側から凹むように可撓性フィルム３３が変位しているため、図６（ｂ）に比してインク残量検知板１１の移動量が小さく、先端部１１ｂが検知部１０ａの手前までしか変位していない。また図６（ｄ）に示す状態では、図６（ａ）の状態から図６（ｂ）と同量のインク５を排出したが、頂面３３ａがインク残量検知板１１と頂面３３ａとの接触点側から凹むように可撓性フィルム３３が変位しているため、図６（ｂ）に比してインク残量検知板１１の移動量が大きく、先端部１１ｂが検知部１０ａを超えた位置まで変位している。このように、頂面３３ａの変位量に応じて負圧及びインク量を検出する機構では、頂面３３ａの水平線に対する傾きが検出精度に大きく影響する。

次に、図６（ｂ）に示す状態と図６（ｃ）に示す状態とにおける、インク排出量とインク残量検知板１１の変位量との関係について、図６及び図７を参照して説明する。図７は、Ｘ軸をインク排出量、Ｙ軸をインク残量検知板１１の変位量としてインク排出量に対するインク残量検知板１１の変位量を示した線図であり、図６（ｂ）の状態を正常、図６（ｃ）の状態を異常としている。なおゼロ点は図６（ａ）に示すインク満タン状態である。

正常状態では、満タン状態からインク５を排出し始めた直後に可撓性フィルム３３の撓み分だけインク排出量に対してインク残量検知板１１の変位量が少なくなるが、その後はインク排出量に対してインク残量検知板１１の変位量はほぼ直線的に変位している。これに対して異常状態では、満タン状態からインク５を排出し始めてから暫くの間はインク排出量に対してインク残量検知板１１の変位量が少ない状態が続いている。これは、異常状態では満タン状態からインク５を排出し始めるとインク残量検知板１１と頂面３３ａとが接触する点とは反対側の可撓性フィルム３３が先に変位し、インク残量検知板１１と頂面３３ａとが接触する点は遅れて変位するために生じる現象である。

このように、頂面３３ａの変位量をインク残量検知板１１の変位量に変換して検知するインク残量検知方法では可撓性フィルム３３の変位姿勢が非常に重要な特性となっており、複数のサブタンク３において可撓性フィルム３３が常に全て同じ変位姿勢となるように制御することが求められている。そこで、このような課題を解決する本発明の構成を以下に説明する。

図８は、本発明の一実施形態を採用したヘッドタンクユニットの概略斜視図を、図９は図８に示す可撓性フィルムが変形する様子を示す概略側断面図をそれぞれ示している。なお、上述した構成と同様の部位には同様の符号を付し、個々の詳細な説明は省略する。

図８及び図９に示すインクジェットヘッドユニット６では、開口部３１ａをドーム形状となるように延伸成形された頂面７ａを有する可撓性フィルム７によって被覆することにより、インク５を収容可能な収容部３２を有するヘッドタンクとしてのサブタンク８を形成している。可撓性フィルム７の斜面７ｂには、頂面７ａを中心とした環状となるように一定間隔で複数のシリコンゴム９が塗布されており、この複数のシリコンゴム９によって可撓性フィルム７の変位姿勢を制御するガイド部材が構成されている。シリコンゴム９は、１成分湿気硬化型シリコンをシリンジに入れ、３軸塗布ロボットを用いて塗布されている。

図８及び図９（ａ）に示すように、収容部３２にインク５を満タンに収容した状態からインクジェットヘッド２からインク５を排出すると、収容部３２の体積が減少するため図９（ｂ），（ｃ）に示すように可撓性フィルム７が凹んでいくが、このとき斜面７ｂ上に設けられた複数の環状のシリコンゴム９が剛体となってガイド部材として機能し、可撓性フィルム７はシリコンゴム９が塗布されていない部分から凹んでいく。

この構成により、可撓性フィルム７の斜面７ｂの表面に剛体でありガイド部材として機能するシリコンゴム９を設けることにより、収容部３２内の体積変化に伴い生じる可撓性フィルム７の変形はガイド部材以外の部分のみで生じ、ガイド部材を均一な環状とすることで可撓性フィルム７の頂面７ａを初期状態より平行な状態で変位させることができ、フォトセンサ１０及びインク残量検知板１１を用いたインク残量検知を正確に行うことができる。

上記実施形態ではシリコンゴム９によってガイド部材を構成したが、ガイド部材としてはこれに限られず、柔軟性を有する塗料や樹脂でもよい。また、ガイド部材は可撓性フィルム７に密着していればよいため、塗布ではなく溶着、接着、またはインクジェット印刷やスクリーン印刷等によって形成してもよい。

次に、本発明の一実施形態で示したサブタンク８を有するインクジェットヘッドユニット６、及びインクジェットヘッドユニット６を備えた画像形成装置としてのインクジェット記録装置の一例を、図１０ないし図１２に基づいて説明する。図１０はインクジェット記録装置の外観斜視図を、図１１は同記録装置における印字機構部の概略平面図を、図１２は同記録装置におけるキャリッジ駆動機構部の概略平面図をそれぞれ示している。

インクジェット記録装置５０はシリアル型インクジェット記録装置であり、装置本体５１の内部には図示しない両側板間にガイドロッド５２及びガイドレール５３が掛け渡されており、これらガイドロッド５２及びガイドレール５３によってキャリッジ５４が主走査方向に対して摺動可能となるように保持されている。キャリッジ５４を移動走査させる主走査機構は、主走査方向の一方側に配置される駆動モータ５５と、駆動モータ５５によって回転駆動される駆動プーリ５６と、主走査方向の他方側に配置された従動プーリ５７と、各プーリ５６，５７間に掛け回されたタイミングベルト５８とを備えており、従動プーリ５７には図示しないばねによって駆動プーリ５６から離れる方向への付勢力が付与されている。

駆動プーリ５６及び従動プーリ５７は、インク液滴の吐出方向と沿う方向にプーリ軸方向が位置するようにそれぞれ配置されており、各プーリ５６，５７間に掛け回されたタイミングベルト５８はキャリッジ５４の背面側に設けられた図示しない固定部にその一部が固定保持されることにより、主走査方向と直交する方向である副走査方向におけるキャリッジ５４の一方側に配置されている。

キャリッジ５４には、ブラック、イエロ、マゼンタ、シアンの各色のインクを吐出するノズルを有した上述のインクジェットヘッドユニット６と同様の、サブタンク８を有する４個の記録ヘッド５９が配置されている。一方、キャリッジ５４の主走査領域のうち、記録領域では用紙１５が図示しない紙送り機構によってキャリッジ５４の副走査方向に案内されて間欠的に搬送される。

主走査領域のうち、一方の端部側領域には記録ヘッド５９の性能維持及び性能回復を行う維持回復機構１６が配設されている。維持回復機構１６は、各記録ヘッド５９の各ノズル面をキャッピングするキャップ１７、各ノズル面を払拭するワイパ部材１８等を有している。また一方の主走査領域外には、記録ヘッド５９に供給する各色のインクを収容したメインタンクであるインクカートリッジ１９がそれぞれ着脱自在に取り付けられている。各インクカートリッジ１９と記録ヘッド５９のサブタンクとは、チューブ１４によってそれぞれ接続されている。

このインクジェット記録装置５０では、キャリッジ５４を主走査方向に移動させ用紙１５を間欠的に副走査方向に向けて送りながら、記録ヘッド５９を画像情報に応じて駆動させて液滴を吐出させることにより、用紙１５上に所望の画像が形成されるように構成されている。このインクジェット記録装置５０では、本発明の一実施形態で説明したインクジェットヘッドユニット６を備えているので、液滴吐出特性が安定することにより高画質の画像形成を行うことができる。

本発明が適用可能な画像形成装置はプリンタには限られず、ファクシミリ、複写装置、プロッタ、これ等の複合機にも本発明は適用可能であり、液体容器もこれ等の画像形成装置にそれぞれ適用可能であるものであってもよい。

２ インクジェットヘッド
５ インク
６ インクジェットヘッドユニット
７ 可撓性フィルム
７ａ 頂面
７ｂ 斜面
８ ヘッドタンク（サブタンク）
９ ガイド部材（シリコンゴム）
３２ 収容部
３４ 付勢手段（ばね）
５０ 画像形成装置（インクジェット記録装置）

特開２００７−１３０９７９号公報 特開２００９−２３２５１号公報 特開２００８−１４３０７３号公報

Claims (6)

1. インクジェットヘッドに接続され、前記インクジェットヘッドに供給されるインクを一時的に収容する収容部と、前記収容部の一面に設けられその形状がドーム状となるように基端を前記収容部に固定されて延伸成形された可撓性フィルムと、前記収容部の内部から前記可撓性フィルムを外方へと付勢する付勢手段と、前記収容部内のインクを排出する際に凹む前記可撓性フィルムの頂面の一部に常時接触しつつ前記可撓性フィルムの変位量に応じて変位することにより前記収容部内のインク量を検知するインク量検知手段とを有するヘッドタンクにおいて、
   前記可撓性フィルムはその変位姿勢を制御するガイド部材を有することを特徴とするヘッドタンク。
2. 請求項１記載のヘッドタンクにおいて、
   前記ガイド部材は前記可撓性フィルムの前記頂面と前記基端とを結ぶ斜面上に設けられていることを特徴とするヘッドタンク。
3. 請求項２記載のヘッドタンクにおいて、
   前記ガイド部材は前記可撓性フィルムに直接塗布されることにより形成されていることを特徴とするヘッドタンク。
4. 請求項２または３記載のヘッドタンクにおいて、
   前記ガイド部材は前記頂面を中心とした環状となるように複数設けられていることを特徴とするヘッドタンク。
5. 請求項１ないし４の何れか１つに記載のヘッドタンクを有することを特徴とするヘッドユニット。
6. 請求項１ないし４の何れか１つに記載のヘッドタンクを有することを特徴とする画像形成装置。

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