JP2015189143A - 液体吐出装置及び該液体吐出装置における液体流路の抵抗調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ヘッドにインクを供給する供給流路を構成する部品を替えることなく、液体吐出ヘッドの液体吐出性能に応じた、適切な液体供給を行わせる。
【解決手段】インクジェット記録装置1は、インクを貯留するタンク体8と、タンク体8のインクが供給されるインク吐出ヘッド4と、インク吐出ヘッド4を往復移動させるヘッド機構と、タンク体8とインク吐出ヘッド4とを連通し、タンク体8のインクをインク吐出ヘッド4に供給するように構成されたインク供給流路とを備えている。インク供給流路は一部がインク吐出ヘッド4の移動に伴って撓み変形する変形部20を有するチューブ2によって構成される。インク供給流路の変形部20以外の箇所に、インクに流路抵抗を付与する抵抗付与体7が設けられている。抵抗付与体7は、インクが流れる方向においてインク供給流路の内径以上の長さに渡って横断面形状が一定である横断面一定部分70を有する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、所定方向に移動する液体吐出ヘッドから記録媒体に液体を吐出して画像を記録する液体吐出装置、及び該液体吐出装置における液体流路の抵抗調整方法に関する。

従来から、直進駆動されるヘッドから記録媒体にインクを吐出して画像を記録するインクジェットプリンタ等の液体吐出装置が知られている。特許文献１に開示されたインクジェットプリンタは、直進駆動されるヘッドと、該ヘッドに供給するインクが充填されたインク容器とを備えている。そして、インク容器に充填されたインクをヘッドに供給する流路を形成するための構成として柔軟なインクチューブを用い、該インクチューブによりインク容器とヘッドとを連通させることにより、インクをヘッドに供給している。

特開平６-９９５８６号公報

本発明者は、互いに液滴吐出性能の異なるヘッドが搭載される別種類の液体吐出装置に対して、ヘッドにインクを供給するための供給流路を構成する部品を共通化（例えば、同じ構成の液体供給チューブを採用する）することで、コストダウンを検討した。しかし、ヘッドの吐出性能に応じて流路抵抗を適切な範囲に調整する必要があるため、供給流路があるヘッドに適した流路抵抗を有する場合、その供給流路は吐出性能が異なるヘッドには適用できない場合が生じることを知見した。
本発明の目的は、ヘッドにインクを供給するための供給流路を構成する部品を替えることなく、液体吐出ヘッドの液体吐出性能に応じた、適切な液体供給を行わせることにある。

液体吐出装置は、液体を貯留するタンク体と、
前記タンク体の液体が供給される液体吐出ヘッドと、
前記液体吐出ヘッドを往復移動させるためのヘッド移動機構と、
前記タンク体と前記液体吐出ヘッドとを連通し、前記タンク体の液体を前記液体吐出ヘッドに供給するように構成された液体供給流路とを備え、
前記液体供給流路は、その一部が、前記液体吐出ヘッドの移動に伴って撓み変形する変形部を有するチューブによって構成され、
前記液体供給流路の内部における、前記変形部以外の箇所に、前記液体供給流路を流れる液体に流路抵抗を付与する抵抗付与体が設けられ、
前記抵抗付与体は、前記液体供給流路における液体が流れる方向において前記液体供給流路の内径以上の長さに渡って横断面形状が一定である横断面一定部分を有する。

液体を貯留するタンク体と、前記タンク体の液体が供給される液体吐出ヘッドと、
前記液体吐出ヘッドを往復移動させるためのヘッド移動機構と、
前記タンク体と前記液体吐出ヘッドとを連通し、前記タンク体の液体を前記液体吐出ヘッドに供給するように構成された液体供給流路とを備え、
前記液体供給流路は、その一部が、前記液体吐出ヘッドの移動に伴って撓み変形する変形部を有するチューブによって構成される液体吐出装置の、液体供給流路の抵抗調整方法は、
前記液体吐出ヘッドと前記液体供給流路の構成を決定する工程と、
前記液体吐出ヘッドの液体吐出性能に基づいて、前記液体供給流路を流れる液体に付与すべき流路抵抗を決定する工程と、
前記液体供給流路の内部における前記変形部以外の箇所に配置すべき抵抗付与体であって、前記液体供給流路における液体が流れる方向において前記液体供給流路の内径以上の長さに渡って横断面形状が一定である横断面一定部分を有する抵抗付与体の前記横断面一定部分の長さを、前記流路抵抗に基づいて決定する工程とを有する。

本発明の構成に従えば、液体吐出ヘッドとタンク体との間の液体供給流路の構成を替えることなく、液体供給流路の流路抵抗を液体吐出ヘッドの液体吐出性能に対応するように調整することができる。よって、互いに液体吐出性能の異なる液体吐出ヘッドを搭載した複数の液体吐出装置に関して、液体供給流路の構成を共通化することが可能となり、コストダウンを図ることができる。
また、流路抵抗の調整は、液体供給流路における液体が流れる方向において液体流路の内径以上の長さに渡って横断面形状が一定である横断面一定部分を有する抵抗付与体によって行われるので、液体供給流路の流路抵抗を所望の流路抵抗とする調整が容易に行うことができる。

インクジェット記録装置の内部構成を示す平面図である。 チューブの変形部と非変形部を示す平面図である。 (a)、(b)は、チューブと抵抗付与体の断面図である。 ジョイント部を示す図である。 カートリッジ装着箱とカートリッジの一部を破断した側面図である。 図５のカートリッジ装着箱の背面図である。 １つのジョイント部材の拡大断面図である。 抵抗付与体を設けた凹溝の断面図である。 抵抗付与体の変形例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図を用いて詳述する。以下の記載では全ての図面を通じて、同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。本実施形態では、「液体吐出装置」として、記録媒体である用紙にインクを吐出して画像を形成するインクジェット記録装置を例示する。従って、本発明の「液体」としてインクを例示し、「液体供給流路」はインクを供給する流路を例示する。

図１は、インクジェット記録装置１の内部構成を示す平面図である。筐体１０内には、互いに平行な２本のガイドレール６、インク吐出ヘッド４、互いに平行な２本の用紙搬送ローラ３、インクを貯留した４つのカートリッジ９を含むタンク体８が設けられている。該タンク体８は、筐体１０の外側に開口８６を向け、４つのカートリッジ９を着脱自在に収納するカートリッジ装着箱８０を備えている。
両用紙搬送ローラ３によって用紙Ｐは矢印Ｂ方向に搬送され、矢印Ｂを副走査方向、矢印Ｂに直交し水平面に沿う方向を主走査方向とする。２本のガイドレール６は主走査方向に延び、インク吐出ヘッド４は両ガイドレール６に沿って往復移動可能に設けられている。即ち、インクジェット記録装置１はシリアル型のプリンタである。一方のガイドレール６の両端部には、夫々プーリ６０が配置されており、両プーリ６０間に無端状の駆動ベルト６１が架けられている。該駆動ベルト６１の一部分はインク吐出ヘッド４の一端部に取り付けられており、両プーリ６０をモータ(図示せず)によって回転させると、インク吐出ヘッド４は駆動ベルト６１に引っ張られて、主走査方向に往復移動する。両ガイドレール６とプーリ６０と駆動ベルト６１とによって、本発明の「ヘッド移動機構」が構成される。

４つのカートリッジ９には、夫々ブラック、イエロー、シアン、マゼンタの色のインクが貯留されており、各カートリッジ９を含むタンク体８はインク吐出ヘッド４のジョイント部４１に、カートリッジ９に対応した４本のチューブ２にて接続されている。各チューブ２はナイロン等の軟質な樹脂から形成されて、可撓性を有する。チューブ２とタンク体８の間にはポンプ(図示せず)が配置されて、該ポンプによってカートリッジ９内の各色のインクが対応するチューブ２を通ってインク吐出ヘッド４に供給される。インクはカートリッジ９からチューブ２を通ってインク吐出ヘッド４に流れるから、チューブ２はインク供給流路の一部を構成する。

インク吐出ヘッド４の用紙Ｐに対向する面には、複数のインク吐出口４０が開設されている。該用紙Ｐを両用紙搬送ローラ３によって副走査方向に搬送している際に、インク吐出ヘッド４が主走査方向に移動しながら、該インク吐出口４０からインクを用紙Ｐに吐出することにより、用紙Ｐ上に画像が形成される。
尚、インク吐出ヘッド４は、複数枚の金属板を積層して形成された積層ユニットと、該積層ユニット上に接合されて、吐出口に対応して素子を設けたアクチュエータユニットとから構成され、該アクチュエータユニットの素子に通電されることにより、積層ユニット内のインクがインク吐出口４０から吐出される。積層ユニットの最も外側(下側)に位置する金属板に前記のインク吐出口が形成されているが、かかる構成は公知であり、詳細な記載を省く。

用紙Ｐの搬送路の側方であって、両ガイドレール６の間には、キャップユニット５が設けられ、用紙Ｐにインクを吐出した後に、インク吐出ヘッド４はキャップユニット５に対向する位置にまで移動する。キャップユニット５が上昇して、インク吐出ヘッド４とキャップユニット５との間の空間を負圧にし、インク吐出ヘッド４内に残存したインクを吸引する。吸引されたインクは、キャップユニット５に接続された廃液タンク５０に収容される。

インク吐出ヘッド４は主走査方向に往復移動し、該インク吐出ヘッド４とタンク体８は、可撓性のチューブ２にて連結されているから、チューブ２はインク吐出ヘッド４の往復移動によってその一部が撓み変形する。
図２は、チューブ２の平面図である。チューブ２は図２に示すように、その中間部が止め具１１によって筐体１０に固定されている。よって、その止め具１１からインク吐出ヘッド４までのチューブ２のうち、その一部分は、インク吐出ヘッド４の移動によって撓み変形するが、該止め具１１からタンク体８までの部分はインク吐出ヘッド４の移動によっても撓み変形しない。また、ジョイント部４１にあっても、チューブ２はインク吐出ヘッド４の移動によって撓み変形しない。
ここでは、チューブ２においてインク吐出ヘッド４の移動によって撓み変形する部分を変形部２０とし、インク吐出ヘッド４の移動によっても撓み変形しない非変形部２１とする。

ここで、チューブ２の変形部２０が撓み変形するように動くことにより、チューブ２内を流れるインクに動圧が発生する。この動圧はチューブ２内の流路抵抗が大きいと小さくなる。しかし、逆に流路抵抗が大きいと複数のインク吐出口４０から一斉にインクを吐出する際に、タンク体８からインクの供給が追い付かずインクの吐出不良を引き起こす所謂アンダーリフィルを招来する。従って、動圧を適切な値に設定し、且つアンダーリフィルを招来しない適切な流路抵抗がチューブ２内に付与されることが要求される。
しかし、インクジェット記録装置１の機種毎に、インク吐出仕様が異なるインク吐出ヘッド４が搭載される場合があるから、該機種毎に要求されるインクの流路抵抗が異なる場合がある。また、４本のチューブ２には夫々異なる色のインクが流れるが、色によってインクの粘度が異なるから、要求される流路抵抗はチューブ２ごとに異なる。従って、要求される流路抵抗はインクジェット記録装置１の機種又はインクの色等によってカスタマイズする必要があるが、インクジェット記録装置１の機種又はインクの色毎に別々のチューブ２を用いると、コストアップに繋がる。また、流路抵抗を大きくすべく、チューブ２の外径を小さくすると、チューブ２をタンク体８又はインク吐出ヘッド４に接続する部分の強度が低下する問題もある。
そこで、発明者はインクジェット記録装置１の機種又はインクの色等に拘らず、同一のチューブ２を用いるとともに、該チューブ２の内部に抵抗付与体７を設けて、チューブ２毎に適切なインクの流路抵抗を付与することを着想した。

図３(a)、(b)は、チューブ２と抵抗付与体７の断面図である。抵抗付与体７はチューブ２の非変形部２１内に設けられて、インクが流れる方向に延びた長尺状の部材である。抵抗付与体７はチューブ２の内径以上の長さに亘って横断面形状が一定である横断面一定部分７０を有するように形成され、図３(a)、(b)に示す抵抗付与体７にあっては横断面一定部分７０が該抵抗付与体７の全長に亘っている。抵抗付与体７が非変形部２１内に設けられている理由は後記する。抵抗付与体７はポリエチレン等の樹脂から形成されるが、インクに悪影響を及ぼさない材質であれば、これらの材質に限定されない。図３(a)にあっては、抵抗付与体７は管状の中空状部材であって、チューブ２内に圧入されている。即ち、外周面がチューブ２の内面に摩擦を以て接しており、チューブ２内にて固定されている。抵抗付与体７により、インクの流路はチューブ２の内径よりも小さな抵抗付与体７の内径部分となるから、所定の流路抵抗が付与される。

図３(b)にあっては、抵抗付与体７は中実状部材であって、外径がチューブ２の内径よりも小さく形成されている。抵抗付与体７により、インクはチューブ２の内面と抵抗付与体７の外面との隙間を通過することになるから、所定の流路抵抗が付与される。
ここで、図３(b)にあっては、抵抗付与体７とチューブ２の内面との間には、隙間が形成されているから、仮に抵抗付与体７の流路方向における移動を規制するものが何もなければ、インクの流れによって、抵抗付与体７が不用意に変形部２０に移動する虞がある。抵抗付与体７が不用意に変形部２０へ移動すると、抵抗付与体７が硬質材料から形成されていればチューブ２の内面を傷付ける恐れがある。逆に抵抗付与体７が軟質材料から形成されていれば、チューブ２の反力に影響を与え、これはインク吐出ヘッド４のスムーズな移動にも影響する。従って、抵抗付与体７が不用意に変形部２０へ移動すると、チューブ２及びインク吐出ヘッド４に悪影響を及ぼす。

この対策として、チューブ２の抵抗付与体７が設けられた位置よりも変形部２０側の位置において、チューブ２の外面を内向きに塑性変形させて、規制部２２を形成している。規制部２２の内径は、抵抗付与体７の外径よりも小さい。
この規制部２２によって、抵抗付与体７が不用意に変形部２０へ移動することを防いでいる。規制部２２はチューブ２を内向きに塑性変形させて形成されるから、別途部品を設ける必要がなく、構成部品点数の増加を抑えることができる。抵抗付与体７が中空状部材の場合であっても、チューブ２に規制部２２を設けてもよい。
なお、チューブ２に形成された規制部２２は、必ずしも、その内径を小さくなるようにして、その内径が抵抗付与体７の外径より小となるように構成する必要はない。例えば、チューブ２の内径を小さくせずにチューブ２を湾曲させることで、抵抗付与体７が変形部２０に移動できないように構成してもよい。

チューブ２内のインクに付与する流路抵抗は、所望の値に設定する必要がある。抵抗付与体７は横断面形状が一定であるから、抵抗付与体７が付与する流路抵抗は、抵抗付与体７の長さに比例する。従って、抵抗付与体７の長さを調整することによって、付与すべき流路抵抗を容易に調整することができる。

図３(a)、(b)では、チューブ２内に抵抗付与体７を設けた構成を示したが、抵抗付与体７はインク吐出ヘッド４とチューブ２との接続部であるジョイント部４１に設けられてもよい。図４は、ジョイント部４１を示す図である。チューブ２の一端部がインク吐出ヘッド４のジョイント部４１に嵌合する。このジョイント部４１内に抵抗付与体７を設けてもよい。図４では抵抗付与体７として中空状部材を示すが、チューブ２上にて規制部２２を設けたうえで、抵抗付与体７として中実状部材を設けてもよい。

更に、抵抗付与体７はタンク体８とチューブ２との接続部に設けられてもよい。図５は、タンク体８を構成するカートリッジ装着箱８０とカートリッジ９の一部を破断した側面図、図６は、図５のカートリッジ装着箱８０の背面図である。カートリッジ９からはインク供給部９０が突出し、該カートリッジ９はインク供給部９０をカートリッジ装着箱８０に向けた姿勢で、カートリッジ装着箱８０に装着される。該インク供給部９０はカートリッジ装着箱８０内にて、各色のインクに対応して設けられたインクニードル８１に嵌まり、該インクニードル８１の中央部にはインク導入路８２が形成されている。カートリッジ装着箱８０の背面には、インクが流れる４本の凹溝８３が開設され、該凹溝８３はインクの各色に対応して形成されている。凹溝８３はインク導入路８２に連通しており、カートリッジ装着箱８０の背面には４本の凹溝８３の背面開口を塞ぐようにフィルム８４が貼着されている。各凹溝８３の上端部には４つのジョイント部材８５が外向きに突出して設けられている。各ジョイント部材８５に対応する色のインクが流れるチューブ２が接続される。
カートリッジ９からはインク供給部９０を通って供給された各色のインクは、インク導入路８２及び凹溝８３内を流れて、ジョイント部材８５から対応するチューブ２に流れる。即ち、本実施形態にあっては、インクニードル８１から凹溝８３、ジョイント部材８５、チューブ２を介してインク吐出ヘッド４のジョイント部４１までがインク供給流路となる。

図７は、１つのジョイント部材８５の拡大断面図である。該ジョイント部材８５内に、抵抗付与体７を設けてもよい。図７では抵抗付与体７として中空状部材を示すが、ジョイント部材８５に規制部を設けて抵抗付与体７がチューブ２側に移動できないようにしたうえで、抵抗付与体７として中実状部材を設けてもよい。
また、図８に示すように、凹溝８３内に、抵抗付与体７を設けてもよい。図８では抵抗付与体７として中空状部材を示すが、凹溝８３に規制部を設けて凹溝８３以外の箇所に移動できないようにしたうえで、抵抗付与体７として中実状部材を設けてもよい。

(インク供給流路の抵抗調整方法)
例えば図３(a)に示すように、チューブ２内に抵抗付与体７を配置する場合は以下の手順で行う。先ず、インク吐出ヘッド４とチューブ２の構成を決定する。具体的には、インク吐出ヘッド４の動圧吸収性能、アンダーリフィルに対する耐性、最小液滴サイズ、単位時間当たりの最大インク吐出量やチューブ２の長さ、断面積、材質等を決定する。
次に、インク吐出ヘッド４のインク吐出性能に基づいて、チューブ２内を流れるインクに付与すべき流路抵抗を決定する。最後に、決定した流路抵抗に基づいて、抵抗付与体７の長さを決定し、この長さを有する抵抗付与体７をチューブ２内に挿入する。抵抗付与体７をチューブ２に挿入する際の作業性を考えると、抵抗付与体７は弾性体が好ましい。

本実施形態にあっては、チューブ２内に抵抗付与体７を配置することにより、インクは中空状の抵抗付与体７の内部、或いはチューブ２と中実状の抵抗付与体７の隙間を通って流れる。即ち、抵抗付与体７が配置された箇所における流路開口部は１つである。本発明者はこれに代えて、図９に示すように、例えば三又状の抵抗付与体７をチューブ２内に配置して、流路開口部２aを複数、具体的には３つに分けて設けることも着想している。
また、上記実施形態では、インクはカートリッジ９から供給されるとしたが、カートリッジ９よりも大型のインク容器(図示せず)から供給されてもよい。

(本実施形態の効果)
本実施形態に係るインクジェット記録装置１にあっては、以下の技術的効果を有する。
１．本実施形態に係る構成によって、インク吐出ヘッド４とタンク体８との間のインク供給流路の構成を替えることなく、インク供給流路の流路抵抗をインク吐出ヘッド４のインク吐出性能に対応するように調整することができる。よって、互いにインク吐出性能の異なるインク吐出ヘッド４を搭載した複数のインクジェット記録装置１に関して、インク供給流路の構成を共通化することが可能となり、コストダウンを図ることができる。
２．流路抵抗の調整は、インク供給流路におけるインクが流れる方向に沿ってインク供給流路の内径以上の長さに渡って横断面形状が一定である横断面一定部分７０を有する抵抗付与体７によって行われる。従って、インク供給流路の流路抵抗を所望の流路抵抗とする調整が容易に行うことができる。

本発明は、所定方向に移動する液体吐出ヘッドから記録媒体に液体を吐出して画像を記録する液体吐出装置、及び該液体吐出装置における液体流路の抵抗調整方法に用いると有用である。

１ インクジェット記録装置
２ チューブ
４ インク吐出ヘッド
７ 抵抗付与体
８ タンク体
９ カートリッジ
７０ 横断面一定部分
８０ カートリッジ装着箱

Claims (8)

1. 液体を貯留するタンク体と、
   前記タンク体の液体が供給される液体吐出ヘッドと、
   前記液体吐出ヘッドを往復移動させるためのヘッド機構と、
   前記タンク体と前記液体吐出ヘッドとを連通し、前記タンク体の液体を前記液体吐出ヘッドに供給するように構成された液体供給流路とを備え、
   前記液体供給流路は、その一部が、前記液体吐出ヘッドの移動に伴って撓み変形する変形部を有するチューブによって構成され、
   前記液体供給流路の内部における、前記変形部以外の箇所に、前記液体供給流路を流れる液体に流路抵抗を付与する抵抗付与体が設けられ、
   前記抵抗付与体は、前記液体供給流路における液体が流れる方向において前記液体供給流路の内径以上の長さに渡って横断面形状が一定である横断面一定部分を有する、液体吐出装置。
2. 前記チューブは、前記液体吐出ヘッドが移動しても撓み変形しない非変形部を有し、
   前記抵抗付与体が前記非変形部に設けられ、
   前記抵抗付与体の前記変形部側への移動を防ぐ規制部が設けられた、請求項１に記載の液体吐出装置。
3. 前記規制部は、前記チューブを、前記非変形部においてその内径が他よりも小さくなるように変形させる、または、前記非変形部において湾曲させることにより構成される、 請求項２に記載の液体吐出装置。
4. 前記規制部は、前記チューブの、前記抵抗付与体が設けられた位置よりも前記変形部側の位置において、前記チューブの外面を内向きに変形させることによって形成される、請求項２に記載の液体吐出装置。
5. 前記抵抗付与体は、前記液体供給流路中における、前記タンク体に形成された前記チューブとの接続部、前記液体吐出ヘッドに形成された前記チューブとの接続部、又は前記タンク体に形成された流路の何れかに設けられた、請求項１乃至４の何れかに記載の液体吐出装置。
6. 前記抵抗付与体は、管状部材、又は、前記液体流路の内径よりも小径の中実部材である、請求項１乃至５の何れかに記載の液体吐出装置。
7. 前記抵抗付与体は管状部材であり、
   前記抵抗付与体は、前記液体流路に圧入されることにより前記液体流路に設けられる、請求項１乃至５の何れかに記載の液体吐出装置。
8. 液体を貯留するタンク体と、前記タンク体の液体が供給される液体吐出ヘッドと、
   前記液体吐出ヘッドを往復移動させるためのヘッド移動機構と、
   前記タンク体と前記液体吐出ヘッドとを連通し、前記タンク体の液体を前記液体吐出ヘッドに供給するように構成された液体供給流路とを備え、
   前記液体供給流路は、その一部が、前記液体吐出ヘッドの移動に伴って撓み変形する変形部を有するチューブによって構成される液体吐出装置の、液体供給流路の抵抗調整方法であって、
   前記液体吐出ヘッドと前記液体供給流路の構成を決定する工程と、
   前記液体吐出ヘッドの液体吐出性能に基づいて、前記液体供給流路を流れる液体に付与すべき流路抵抗を決定する工程と、
   前記液体供給流路の内部における前記変形部以外の箇所に配置すべき抵抗付与体であって、前記液体供給流路における液体が流れる方向において前記液体供給流路の内径以上の長さに渡って横断面形状が一定である横断面一定部分を有する抵抗付与体の前記横断面一定部分の長さを、前記流路抵抗に基づいて決定する工程とを有する、液体吐出装置の液体流路の抵抗調整方法。

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