JP2019171634A - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インクタンクのインクの流出を抑制しつつ、大気連通室の小型化が可能なインクジェット記録装置を提供する。【解決手段】インクを吐出する記録ヘッドと、記録ヘッドへ供給されるインクを収容するインクタンクと、インクタンクと接続され大気と連通する大気連通室１７と、を備えるインクジェット記録装置であって、大気連通室は、一端が大気連通室の内部で開口し他端が該大気連通室の底面に挿通し管路を形成する筒２０と、一端を覆う天井部２１と、天井部に設けられ筒の内径より小さい開口部２２と、が設けられた中空管を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、インクジェット記録装置に関する。

特許文献１には、記録ヘッドへ供給されるインクを収容するメインタンクが、インク供給ユニットに対して着脱可能なインクジェット記録装置が開示されている。メインタンクの下方には大気連通室が設けられ、大気導入針によってメインタンクと大気連通室が接続されている。大気連通室は、第１の中空管と第２の中空管を介して大気と連通している。

温度変化による空気の膨張などによってメインタンク内のインクが大量に大気連通室に押し出された場合は、第１の中空管を介して大気連通室の外部へインクが排出される。この際、第２の中空管は第１の中空管より高く設けられているため内部にインクが流入せず、大気連通室を大気と連通させる機能を維持する。これにより、大気連通室がインクで満たされることがないため、サイフォンの原理によってメインタンク内のインクが全て流出することを抑制する。

特開２００７−２８３６０６号公報

しかしながら特許文献１の構成では、大気連通室に中空管を２本以上設ける必要があり、そのために大気連通室の小型化が困難であった。

上記課題に鑑みて本発明は、インクタンクのインクの流出を抑制しつつ、大気連通室の小型化が可能なインクジェット記録装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するため、インクを吐出する記録ヘッドと、前記記録ヘッドへ供給されるインクを収容するインクタンクと、前記インクタンクと接続され大気と連通する大気連通室と、を備えるインクジェット記録装置であって、前記大気連通室は、一端が前記大気連通室の内部で開口し他端が該大気連通室の底面に挿通し管路を形成する筒と、前記一端を覆う天井部と、前記天井部に設けられ前記筒の内径より小さい開口部と、が設けられた中空管を有することを特徴とする。

本発明によれば、インクタンクのインクの流出を抑制しつつ、大気連通室の小型化が可能なインクジェット記録装置が提供される。

第１実施形態に係るインクジェット記録装置を示す概略斜視図である。 第１実施形態に係るインクジェット記録装置の一色分のインク流路を示す概念図である。 第１実施形態に係るインクジェット記録装置の大気連通室と中空管の拡大図である。 第１実施形態に係るインクジェット記録装置の供給チューブが切れた場合の一色分のインク流路を示す概念図である。 第１実施形態に係るインクジェット記録装置の大気連通室の断面模式図である。 第１実施形態に係るインクジェット記録装置のインク供給ユニットを示す上面図である。 第２実施形態に係るインクジェット記録装置の大気連通室と中空管の拡大図である。 第２実施形態に係るインクジェット記録装置の大気連通室の断面模式図である。

本発明に係るインクジェット記録装置の実施形態について説明する。ただし、実施形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、本発明の範囲を限定する趣旨のものではない。本明細書においては、間欠的に搬送される記録媒体に対しインクを吐出するヘッドを、記録媒体の搬送方向と交差する方向に往復移動させて記録を行う、シリアル型のインクジェット記録装置を例に説明する。しかしながら、本発明はシリアル型のインクジェット記録装置に限らず、長尺プリントヘッドを用いて連続的にプリントを行うライン型のインクジェット記録装置にも適用することができる。本明細書において「インク」とは、記録液などの液体の総称として用いる。さらに本明細書において「記録」とは、平面的なものに対する記録に限らず、立体物に対する記録も含む。本明細書において「記録媒体」とは、液体を吐出されるものであって、紙、布、プラスチックフィルム、金属板、ガラス、セラミックス、木材、皮革等の記録媒体の総称として用いる。なお、インクジェット記録装置はＰＣプリンタのみならず、コピー機能、ファクシミリ機能等を有するマルチファンクションプリンタにも適用することができる。

〔第１実施形態〕
図１は、本実施形態のインクジェット記録装置（以下、記録装置）１の概略構成を示す斜視図である。記録装置１には、２本のガイドレールに摺動自在に支持され不図示の駆動源によりＸ方向に往復走査するキャリッジ２０２が設けられている。キャリッジ２０２には、記録ヘッド２０１が着脱可能に搭載されている。記録ヘッド２０１は、ホストコンピュータ等から送られてきた記録データに基づいて、記録媒体Ｓに対してインク滴を吐出して画像を記録する。

記録媒体Ｓは、搬送ローラ２０３によってＸ方向と交差するＹ方向に搬送される。本実施形態においてＸ方向とＹ方向は直交する。記録ヘッド２０１の記録動作によって１バンド分の画像が記録されると、記録媒体Ｓは搬送ローラ２０３の回転によって所定の搬送量だけＹ方向に搬送される（間欠搬送動作）。この１バンド分の記録動作と間欠搬送動作を繰り返すことによって、記録媒体Ｓの全体に画像が記録される。

記録装置１にはさらに、インク供給ユニット２０５が備えられている。記録ヘッド２０１の記録媒体Ｓと対向する面は複数の吐出口２０１ｇ（図２参照）が設けられた吐出口面であり、吐出口面には吐出口列がインクの色毎に設けられている。各吐出口列に対応するインクを収容するインクタンク２０４がインク供給ユニット２０５に対して着脱可能に設けられている。インクタンク２０４と記録ヘッド２０１は供給チューブ２０６によって接続され、供給チューブ２０６を介してインクタンク２０４から記録ヘッド２０１へインクが供給される。

キャリッジ２０２の走査範囲内であって、記録媒体Ｓの搬送領域の外側には、回復ユニット２０７が設けられている。回復ユニット２０７は、記録ヘッド２０１の吐出口面と対向可能に設けられ、記録ヘッド２０１に対してインクの吸引等の回復動作を行う。

図２は、インクタンク２０４から記録ヘッド２０１までの一色分のインク流路を示す概念図である。記録ヘッド２０１は、内部にフィルタ２０１ｃとサブタンク２０１ｂとインク内流路２０１ｆとを有する。また、記録ヘッド２０１の下面（吐出口面）には複数の吐出口２０１ｇが設けられている。フィルタ２０１ｃは、吐出口２０１ｇにごみが詰まるのを抑制するための微細なメッシュ構造を有する。サブタンク２０１ｂはフィルタ２０１ｃより上流に設けられ、インクタンク２０４から供給チューブ２０６を介して供給されたインクを所定量貯留する。インク内流路２０１ｆは、フィルタ２０１ｃを通過したインクを吐出口２０１ｇへ導く。

インク供給ユニット２０５は、遮断弁３と、インク供給針４と、大気導入針５と、大気連通室１７と、中空管１３と、流路４ａと、を有する。インクタンク２０４は、インク供給ユニット２０５に対して着脱可能であり、その底部にゴム栓で密封されたインク供給口と大気導入口とが設けられている。

インク供給針４は、インクタンク２０４のインク供給口に挿入される中空針であり、インクタンク２０４から記録ヘッド２０１へインク２０９を供給する。インク供給針４には流路４ａを介して供給チューブ２０６が接続されている。吐出口２０１ｇからインクが吐出されて記録ヘッド２０１内の負圧が高まると、インク供給針４と供給チューブ２０６を介してインクタンク２０４から記録ヘッド２０１へインク２０９が供給される。

大気導入針５は、一端がインクタンク２０４の大気導入口に挿入される中空針であり、他端は大気連通室１７に接続されている。大気連通室１７には、大気と連通する中空管１３が設けられているため、インクタンク２０４は大気導入針５を介して大気と連通している。

遮断弁３は、可撓性部材によって形成されるダイヤフラム弁であり、ダイヤフラムを変位させることにより流路４ａを開閉可能である。遮断弁３は、記録ヘッド２０１による記録動作時は流路４ａを開放する。また、記録装置１の初期設置時に行われるインクの充填動作時等の所定のタイミングで、回復ユニット２０７とタイミングを合わせて遮断弁３を開閉して、記録ヘッド２０１や供給チューブ２０６内に蓄積した空気を排出する。具体的には、遮断弁３を閉じて記録ヘッド２０１や供給チューブ２０６内を減圧した後、遮断弁３を開放することで記録ヘッド２０１や供給チューブ２０６から空気を排出する。

大気連通室１７は、記録ヘッド２０１により安定した記録動作が行えるように、記録ヘッド２０１内の圧力を一定に保持する機能を有する。大気連通室１７はさらに、周囲の温度変化により、記録ヘッド２０１内およびインクタンク２０４内の空気が膨張した場合に、インクタンク２０４から押し出されるインクを一時的に収容するバッファ機能も有する。すわなち、温度変化等で記録ヘッド２０１内およびインクタンク２０４内の空気量が増大した場合であっても、インクを大気連通室１７に退避させることによって記録ヘッド２０１内の圧力を一定に保持することができる。なお、空気の膨張により押し出されたインクは大気連通室１７に蓄積されるが、その量が多く大気連通室１７からも溢れた場合は、中空管１３を介して外部へ排出されて廃インク吸収体９に吸収される。

続いて、図３〜図５を用いて中空管１３の構成について詳しく説明する。図３（ａ）は大気連通室１７の拡大断面図であり、図３（ｂ）は中空管１３の一部を示す拡大斜視図である。中空管１３は、一端が大気連通室１７内で開口し、他端が大気連通室１７の底面１７ａに挿通することで大気連通室１７を大気と連通させる。中空管１３は、管路を形成する筒２０と、筒２０の上面を覆う天井部２１を備え、天井部２１には筒２０の断面積より小さい開口部２２が設けられている。天井部２１と開口部２２は、水平方向に対して略平行になるように設けられている。本実施形態においては筒２０の断面形状は円形だが、これに限らず楕円や矩形でもよい。

開口部２２は、筒２０と内壁面が連続的になるように構成されている。すなわち開口部２２から筒２０の内部へ向かってインクが流入する際に、インクの流れを妨げる障壁となるものがないように構成されている。なお、樹脂成型のための金型構造によって生じる微小な段差や、部品間のつなぎ目等による０．５ｍｍ程度の段差であれば、インクの流れはほとんど妨げられない。すなわち、開口部２２と筒２０の内壁面との間に約０．５ｍｍ以下の段差がある構成についても、開口部２２と筒２０の内壁面とが連続的になる構成に含まれる。

本実施形態では、記録ヘッド２０１内の圧力を一定に保つために、図２に示すように記録ヘッド２０１の吐出口面は中空管１３の開口部２２より上方になるように構成する。これにより、吐出口２０１ｇに対してインクの水頭差による負圧が発生するため、吐出口２０１ｇからインクが漏れることが抑制される。また、記録ヘッド２０１とインクタンク２０４を接続する供給チューブ２０６の一部も、中空管１３の開口部２２より上方を這いまわされる構成となっている。

また、中空管１３は大気連通室１７を大気に連通させるとともに、大気連通室１７内から溢れたインクを廃インク吸収体９に排出する機能を有する。大気連通室１７からインクが溢れる現象は、インクタンク２０４における空気の膨張に限らず、記録ヘッド２０１がユーザによって強引に外されたり、供給チューブ２０６が途中で切れたりした場合にも発生する。

図４は、供給チューブ２０６が途中で切れた場合の、一色分のインク流路を示す概念図である。Ｔは切れた供給チューブ２０６の一端であり、中空管１３の開口部２２より上方に位置する。切れた供給チューブ２０６の一端Ｔが大気開放されることで、中空管１３の開口部２２と一端Ｔとの高低差ｈの分だけ、供給チューブ２０６内のインクに対して水頭差が生じる。これにより、供給チューブ２０６内のインクは矢印Ｋ方向に移動し、インクタンク２０４から溢れたインクが大気連通室１７に収容される。

大気連通室１７に収容されるインクの液面が開口部２２よりも高くなると、中空管１３の開口部２２から筒２０の内部へインクが流入して、廃インク吸収体９へ向けて排出される。図５は、インクの液面が開口部２２に達してインクが筒２０の内部へ流入する様子を示す、大気連通室１７の断面模式図である。

開口部２２から筒２０の内部へ向けて流れ込んだインクは、図５に示す矢印Ｄ方向に沿って、筒２０の内側面Ｆ（図３参照）を伝うように流れる。ここで、開口部２２の面積は筒２０の内径より小さいため、開口部２２から流れ込むインクによって筒２０が塞がれることは抑制される。すなわち、筒２０の内部であってインクが流れない空間において、矢印Ｅ方向に示すように、大気連通室１７内へ向けて開口部２２から空気が流入可能な構成となっている。これにより、開口部２２においてインクと大気が入れ替わり、速やかに気液交換を行うことができる。

開口部２２において気液交換が行われながらインクが中空管１３を介して排出されていくと、供給チューブ２０６内のインクは、開口部２２と筒２０の境界部Ｊと同じ高さにおいて水頭差がゼロになる（図４参照）。これにより、供給チューブ２０６における矢印Ｋ方向へのインクの移動が停止し、中空管１３を介したインクの排出も停止する。

このように、筒２０の内径より小さい開口部２２を設けることで、筒２０に流入するインクによって筒２０が塞がれることが抑制されるため、サイフォンの原理によってインクタンク２０４内のインクが全て流出することが防止される。従って、水頭差のバランスが取れると中空管１３からのインクの排出は停止して、必要以上にインクが排出されることを抑制することができる。

従来は大気連通室１７に２本の中空管を配置し、１本はインクの流路として機能させ、もう１本を空気の流路として機能させていた。これに対して本実施形態では、中空管１３に筒２０の内径より小さい開口部２２を設ける構成とすることで、１本の中空管をインクと空気の両方の流路として機能させることができる。そのため、大気連通室１７に設ける中空管の数が減り、省スペース化を実現することができる。

図６は、インク供給ユニット２０５を上から見た上面図であり、図６（ａ）は従来構成、図６（ｂ）は本実施形態の構成を示す。図６（ａ）に示す従来構成は、大気連通室１７内に中空管１３を２本ずつ設ける必要があるため、それに対応した幅を有する複数のインクタンク２０４を並べている。その結果、インク供給ユニット２０５としては幅寸法がＷ１となっている。

これに対して、図６（ｂ）に示す本実施形態の構成は、大気連通室１７内に中空管１３を１本のみ設けるため、各インクタンク２０４の幅を小さくすることができる。その結果、インク供給ユニット２０５の幅寸法はＷ１より小さいＷ２となり、幅方向において小型化することができる。

ここで、開口部２２の面積は筒２０の断面積の半分（１／２）以下であることが望ましい。開口部２２の面積が大き過ぎる場合、多量のインクが流れ込むことで筒２０が塞がれてしまうことがある。この場合、空気が筒２０の内部に流入しにくくなるため、開口部２２における気液交換が困難になってサイフォンの原理によるインクの流出が発生しやすくなる。なお、実験によれば、開口部２２の面積が筒２０の断面積の４６％以下であることが望ましい。また、開口部２２の面積の下限は、記録ヘッド２０１からインクが吐出されてインク流路内の負圧が高まったときに、開口部２２を通じて空気が大気連通室１７内に流入でき、且つ、記録ヘッド２０１による適切な記録動作が行える大きさであればよい。

筒２０において、開口部２２と連続的に形成される内壁Ｆに対しては、インクの流出を誘導するための溝やリブによって形成されたインク誘導路２３を設けてもよい（図３参照）。インク誘導路２３は筒２０の軸方向に延在するように設けられている。これにより、インクは毛細管現象によって筒２０のインク誘導路２３を伝いながら排出されるため、内壁Ｆ側がインク流路として機能し、対向する内壁Ｇ側では下方から大気が流入する空気流路として機能する。

以上より、本実施形態の中空管１３の構成によって、インクタンク２０４のインクの流出を抑制しつつ、大気連通室を小型化することができる。

〔第２実施形態〕
図７、図８を用いて本発明の第２実施形態を説明する。なお、第１実施形態と同様の構成は説明を省略する。図７（ａ）は、大気連通室１７の拡大断面図であり、図７（ｂ）は中空管１３の一部を示す拡大斜視図である。図８は、大気連通室１７の断面模式図である。第１実施形態と異なり、筒２０の上面を覆う天井部２１ｂが水平方向に対して傾斜しており、天井部２１ｂには開口部２２ｂが設けられている。天井部２１ｂの傾斜に沿って、開口部２２ｂも水平方向に対して斜めに設けられ、開口部２２ｂは下端部Ｌにおいて筒２０と連続的に形成されている。

図８に示すように、大気連通室１７内に収容されたインクが開口部２２ｂのうち下端部Ｌの高さを超えると、筒２０の内部へ矢印Ｄ方向に沿ってインクが流入する。ここで、天井部２１ｂが傾斜しているため、開口部２２ｂにおいて下端部Ｌより高い位置において空気と触れた状態が形成される。すなわち、第１実施形態と比較して筒２０の内部で空気の流路を形成しやすく、空気は矢印Ｄ方向に沿って大気連通室１７の内部へ流入する。これにより、大気連通室１７から中空管１３に流入するインク量に依らず確実に空気の流入口を確保することができ、開口部２２ｂにおける気液交換がスムーズに行われる。従って、筒２０の内部がインクで塞がれるのを抑制しつつ、１本の中空管１３でインクと空気の流路を形成することで、大気連通室を小型化することができる。

１ インクジェット記録装置
１３ 中空管
１７ 大気連通室
２０ 筒
２１ 天井部
２２ 開口部
２０１ 記録ヘッド
２０４ インクタンク

Claims (10)

1. インクを吐出する記録ヘッドと、
   前記記録ヘッドへ供給されるインクを収容するインクタンクと、
   前記インクタンクと接続され大気と連通する大気連通室と、を備えるインクジェット記録装置であって、
   前記大気連通室は、一端が前記大気連通室の内部で開口し他端が該大気連通室の底面に挿通し管路を形成する筒と、前記一端を覆う天井部と、前記天井部に設けられ前記筒の内径より小さい開口部と、が設けられた中空管を有することを特徴とするインクジェット記録装置。
2. 前記開口部と前記筒の内壁は連続的に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録装置。
3. 前記天井部及び前記開口部は水平方向と略平行に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェット記録装置。
4. 前記天井部及び前記開口部は水平方向に対して傾斜して設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェット記録装置。
5. 前記開口部の下端部は前記筒の内壁と連続的に形成されていることを特徴とする請求項４に記載のインクジェット記録装置。
6. 前記開口部の面積は、前記筒の断面積の１／２以下であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のインクジェット記録装置。
7. 前記開口部と連続的に形成された前記筒の内壁に、筒の軸方向に延在する溝が設けられていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のインクジェット記録装置。
8. 前記開口部と連続的に形成された前記筒の内壁に、筒の軸方向に延在するリブが設けられていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のインクジェット記録装置。
9. 前記大気連通室は大気導入針を有し、
   前記大気導入針が前記インクタンクに挿入されることによって前記インクタンクと大気が連通することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のインクジェット記録装置。
10. 前記記録ヘッドと前記インクタンクを接続し、一端にインク供給針を有する供給チューブを備え、
    前記インク供給針が前記インクタンクに挿入されることによって前記インクタンクから前記記録ヘッドへインクが供給可能になることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のインクジェット記録装置。
    

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