JP2022024704A - 圧力変動抑制装置および画像形成装置 - Google Patents

圧力変動抑制装置および画像形成装置 Download PDF

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Abstract

【課題】製造が容易であり、かつ、加熱された液体を使用する場合でもダンパー機能を正常に発揮することが可能な圧力変動抑制装置および画像形成装置を提供する。【解決手段】圧力変動抑制装置は、液体を流入させる流入口および液体を流出させる流出口を有し、液体を流通させる液体流通室と、液体流通室を、液体が貯留される貯留室と前記液体を貯留させない非貯留室とに区分けする可撓膜と、を備える。可撓膜は、液体が液体流通室を通じて流通している状態において、たるみを有している。【選択図】図5

Description

本発明は、圧力変動抑制装置および画像形成装置に関する。
従来、インクジェットヘッドからインクを吐出させて記録媒体上に画像を形成するインクジェット画像形成装置が知られている。
また、比較的大型のインクジェット画像形成装置では、インクが収容される複数のインクタンクを配管で接続してインクを移送させるインク流路を形成し、上流側のメインタンクから中間タンク等の流路を経てインクジェットヘッドにインクを供給するインク供給装置ないしシステムが構築されている。
一例として、最上流に位置するメインタンクにインクを貯蔵し、印刷時には、かかるメインタンク内のインクを幾つかのサブタンクに移送し、サブタンクから各々の流路を経由して複数のインクジェットヘッドにインクを供給するインク供給装置がある(例えば特許文献1を参照)。
特開2014-226811号公報
ところで、上記のようなインク供給装置を使用するインクジェット画像形成装置では、例えばキャリッジの移動に伴う液圧の変動に伴って、ノズルからインクが漏れ出す場合あるいは逆にノズル内に空気が入り込む等の事象が発生していた。
上記のような液圧(インクの圧力)の変動に基づく事象の発生は、画像品質の劣化を誘発することから、従来、インクの圧力変動の抑制を図るための装置(以下、「圧力変動抑制装置」という)をインク流路の適所に配置していた。
ここで、従来の圧力変動抑制装置の一具体例としては、例えば可撓性のフィルム(以下、可撓膜とも呼ぶ)をインク流路内に配置し、流路の一部をなす可撓膜で液圧変動を吸収させる構成、言い換えると可撓膜にダンパー機能を担わせる構成のものが知られている。
しかしながら、かかる従来の圧力変動抑制装置では、インクの流路中に配置される可撓膜に常に張力を加えることが前提となっており、かかる可撓膜によって区分けされる空間の容積を管理しながら可撓膜の加工を行う必要があり、製造上の困難性が伴っていた。
また、従来の圧力変動抑制装置では、例えばUV硬化型インクのように加熱された液体を使用する場合、インクの熱によって可撓膜が伸びることに起因した上記容積の膨張およびダンパー機能が正しく発揮されない等の問題があった。
本発明の目的は、製造が容易であり、かつ、加熱された液体を使用する場合でもダンパー機能を正常に発揮することが可能な圧力変動抑制装置および画像形成装置を提供することである。
本発明に係る圧力変動抑制装置は、
液体を流入させる流入口および前記液体を流出させる流出口を有し、前記液体を流通させる液体流通室と、
前記液体流通室を、前記液体が貯留される貯留室と前記液体を貯留させない非貯留室とに区分けする可撓膜と、を備え、
前記可撓膜は、前記液体が前記液体流通室を通じて流通している状態において、たるみを有している。
本発明に係る画像形成装置は、
上記の圧力変動抑制装置と、
前記圧力変動抑制装置を経由して供給されるインクを記録媒体に向けて吐出する画像形成部と、を備える。
本発明によれば、製造が容易であり、かつ、加熱された液体を使用する場合でもダンパー機能を正常に発揮することができる。
本実施の形態における画像形成装置の概略構成を示す図である。 本実施の形態における画像形成装置の主要な機能構成を示すブロック図を示す図である。 図3A~図3Cは、インク流路に圧力変動が発生した場合にインクジェットヘッドのノズル面付近のインクの挙動を説明する図である。 図4Aおよび図4Bは、従来の圧力変動抑制装置の構成を説明する図である。 図5A~図5Cは、本実施の形態における圧力変動抑制装置における基本的な構成および動作を説明する図である。 本実施の形態における圧力変動抑制装置の第2の構成例を示す図である。 本実施の形態における圧力変動抑制装置の第3の構成例を示す図である。 本実施の形態における圧力変動抑制装置の第4の構成例を示す図である。 本実施の形態における圧力変動抑制装置の第5の構成例を示す図である。 本実施の形態における圧力変動抑制装置の第6の構成例を示す図である。 本実施の形態における圧力変動抑制装置の第7の構成例を示す図である。
以下、本実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本実施の形態における画像形成装置1の一例を示す概略構成図である。
画像形成装置1は、給紙部10、画像形成部20、排紙部30及び制御部40(図2参照)等を備える。画像形成装置1は、制御部40の制御下で、給紙部10に格納された記録媒体Pを画像形成部20に搬送し、インクジェット方式の画像形成部20によって記録媒体Pに画像を形成し、画像が形成された記録媒体Pを排紙部30に搬送(排紙)する。
記録媒体Pとしては、普通紙や塗工紙といった紙のほか、布帛またはシート状の樹脂等、表面に着弾したインクを定着させることが可能な種々の媒体を用いることができる。
給紙部10は、記録媒体Pを格納する給紙トレイ11と、給紙トレイ11から画像形成部20に記録媒体Pを搬送して供給する媒体供給部12とを有する。
給紙トレイ11は、一または複数の記録媒体Pを載置可能に設けられた板状の部材である。給紙トレイ11は、給紙トレイ11に載置された記録媒体Pの量に応じて上下動するように設けられており、当該上下動方向について、最上の記録媒体Pが媒体供給部12により搬送される位置で保持される。
媒体供給部12は、内側が2本のローラーにより支持された輪状のベルトを備え、このベルト上に記録媒体Pを載置した状態でローラーを回転させることで、記録媒体Pを給紙トレイ11から画像形成部20へ搬送する。
画像形成部20は、搬送ドラム21と、受け渡しユニット22と、媒体加熱部23と、ヘッドユニット24と、定着部26と、デリバリー部27と、を有する。
搬送ドラム21は、円柱面状の外周曲面(搬送面)上に記録媒体Pを保持した状態で、図1の紙面に垂直な方向(以下、「直交方向」と称する)に延びた回転軸の回りで回転することで、記録媒体Pを搬送面に沿った搬送方向に搬送する(図1中の矢印参照)。
搬送ドラム21は、その搬送面上で記録媒体Pを保持するための図示しない爪部および吸気部を備える。記録媒体Pは、爪部により端部が押さえられ、かつ吸気部により搬送面に吸い寄せられることで搬送面に保持される。
搬送ドラム21は、搬送ドラム21を回転させるための図示しない搬送ドラムモーターを有し、搬送ドラムモーターの回転量に比例した角度だけ回転する。搬送ドラム21および搬送ドラムモーターは、記録媒体Pをヘッドユニット24のインクジェットヘッド242(図2および図3を参照)に対向させて搬送する役割を担う。
受け渡しユニット22は、給紙部10の媒体供給部12により搬送された記録媒体Pを搬送ドラム21に引き渡す。受け渡しユニット22は、給紙部10の媒体供給部12と搬送ドラム21との間の位置に設けられ、媒体供給部12から搬送された記録媒体Pの一端をスイングアーム部221で保持して取り上げ、受け渡しドラム222を介して搬送ドラム21に引き渡す。
媒体加熱部23は、受け渡しドラム222の配置位置とヘッドユニット24の配置位置との間に設けられ、搬送ドラム21により搬送される記録媒体Pが所定範囲内の温度となるように、搬送ドラム21の搬送面および記録媒体Pを加熱する。
媒体加熱部23は、例えば、赤外線ヒーター等を有し、制御部40(図2参照)から供給される制御信号に基づいて赤外線ヒーターに電力を供給することにより、当該赤外線ヒーターを発熱させる。
ヘッドユニット24は、記録媒体Pが保持された搬送ドラム21の回転に応じた適切なタイミングで、搬送ドラム21の搬送面に対向するインク吐出面に設けられたノズル開口部(以下、「ノズル」という)から記録媒体Pに対してインクを吐出して画像を記録(形成)する。ヘッドユニット24は、インク吐出面(以下、「ノズル面24a」という)と搬送面との間が所定の距離だけ離隔されるように配置される。
本実施の形態における画像形成装置1では、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の4色のインクにそれぞれ対応する4つのヘッドユニット24が、記録媒体Pの搬送方向上流側からY,M,C,Kの色の順に所定の間隔で並ぶように配列されている。
各ヘッドユニット24は、インクジェットヘッド242(図2を参照)を備える。インクジェットヘッド242には、インクを貯留する圧力室と、圧力室の壁面に設けられた圧電素子と、ノズルとを各々有する複数の記録素子が設けられている。この記録素子は、圧電素子を変形動作させる駆動信号が入力されると、圧電素子の変形により圧力室が変形して圧力室内の圧力が変化し、圧力室に連通するノズルからインクを吐出する。
インクジェットヘッド242に含まれるノズルの直交方向についての配置範囲は、搬送ドラム21により搬送される記録媒体Pのうち画像が形成される領域の直交方向の幅をカバーしている。
なお、ヘッドユニット24は、画像形成時に、搬送ドラム21の回転軸に対して位置が固定されて用いられるシングルパス方式、あるいは搬送ドラム21の回転軸に沿って移動するスキャン方式のいずれであってもよい。
ヘッドユニット24は、図示しないキャリッジに搭載されている。キャリッジは、図示しないヘッド搬送機構により、所定方向に移動可能に構成されている。
ヘッド搬送機構は、制御部40の制御の下、ヘッドユニット24を以下のように移動させる。すなわち、ヘッド搬送機構は、画像形成の際には、インクジェットヘッド242のノズル面24aを搬送ドラム21の周面と対向する位置(印字領域)に移動させる。一方、各種のメンテナンスの際に、ヘッド搬送機構は、インクジェットヘッド242のノズル面24aを、図示しないクリーニング装置と対向する位置(メンテナンス領域)に移動させる。
定着部26は、搬送ドラム21の直交方向の幅に亘って配置された発光部を有する。定着部26は、制御部40の制御の下、搬送ドラム21に載置された記録媒体Pに対して発光部から紫外線等のエネルギー線を照射する。定着部26の発光部は、記録媒体P上に吐出されたインクに対して所定のエネルギーを付与することにより、インクを硬化させて記録媒体Pに定着させる。
デリバリー部27は、内側が2本のローラーにより支持された輪状のベルトを有するベルトループ272と、記録媒体Pを搬送ドラム21からベルトループ272に受け渡す円筒状の受け渡しドラム271と、を有する。デリバリー部27は、受け渡しドラム271により搬送ドラム21からベルトループ272上に受け渡された記録媒体Pをベルトループ272により搬送し、かかる記録媒体Pを排紙部30に送出する。
排紙部30は、デリバリー部27により画像形成部20から送り出された記録媒体Pが載置される板状の排紙トレイ31を有する。
図2は、画像形成装置1の主要な機能構成を示すブロック図である。画像形成装置1は、媒体加熱部23と、ヘッドユニット24が有するインクジェットヘッド駆動部(図中の「ヘッド駆動部」)241およびインクジェットヘッド242と、定着部26と、制御部40と、搬送駆動部51と、入出力インターフェース52と、を備える。
インクジェットヘッド駆動部241は、制御部40の制御に基づいてインクジェットヘッド242の記録素子に対して適切なタイミングで画像データに応じて圧電素子を変形動作させる駆動信号を供給することにより、インクジェットヘッド242のノズルから画像データの画素値に応じた量のインクを吐出させる。なお、インクジェットヘッド242は、実際にはヘッドユニット24内に複数配列されている。
制御部40は、画像形成装置1全体の制御を司る役割を担うものであり、CPU41(Central Processing Unit)、RAM42(Random Access Memory)、ROM43(Read Only Memory)および記憶部44を有する。
CPU41は、ROM43に記憶された各種制御用のプログラムや設定データを読み出してRAM42に記憶させ、当該プログラムを実行して各種の演算処理を行う。また、CPU41は、画像形成装置1の全体動作を統括制御する。
RAM42は、CPU41に作業用のメモリー空間を提供し、一時データを記憶する。なお、RAM42は、不揮発性メモリーを含んでいてもよい。
ROM43は、CPU41により実行される各種制御用のプログラムや設定データ等を格納する。なお、ROM43に代えて、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)やフラッシュメモリー等の書き換え可能な不揮発性メモリーが用いられてもよい。
記憶部44には、入出力インターフェース52を介して外部装置2から入力されたプリントジョブ(印字命令)および当該プリントジョブに係る画像データが記憶される。記憶部44としては、例えばHDD(Hard Disk Drive)が用いられ、また、DRAM(Dynamic Random Access Memory)などが併用されてもよい。
搬送駆動部51は、制御部40から供給される制御信号に基づいて搬送ドラム21の搬送ドラムモーターに駆動信号を供給して搬送ドラム21を所定の速度およびタイミングで回転させる。また、搬送駆動部51は、制御部40から供給される制御信号に基づいて、媒体供給部12、受け渡しユニット22およびデリバリー部27を動作させるためのモーターに駆動信号を供給して、記録媒体Pの搬送ドラム21への供給および搬送ドラム21からの排出を行わせる。
入出力インターフェース52は、外部装置2と制御部40との間のデータの送受信を媒介する。入出力インターフェース52は、例えば各種シリアルインターフェース、各種パラレルインターフェースのいずれか、または、これらの組み合わせで構成される。
外部装置2は、例えばパーソナルコンピューターであり、入出力インターフェース52を介して画像形成命令(印刷ジョブ)および画像データ等を制御部40に供給する。
なお、図示しないが、画像形成装置1は、使用されるインクを予め貯蔵するとともに、印刷時にインクの温度を調整(制御)しながら当該インクを上述したインクジェットヘッド242に向けて供給するインク供給システムを備える。
インク供給システムの主な要素としては、例えば、インクの流路の上流側から順に、インクを貯蔵するインクタンク(適宜、図11に示すインクタンクTを参照)、ヒーターなどのインク加熱部、中間タンクなどが挙げられる。
また、本実施の形態では、温度によってゲル状と液状とに相変化するインクを使用することができる。例えば、常温でゲル状をなし、加温されることにより液状に変化し、かつ、画像形成時にエネルギー線が照射されることにより固形化するUVインクなどのエネルギー線照射型のインクを用いることができる。
次に、図3(図3A~図3C)および図4(図4A,図4B)を参照して、従来のインク供給システムおよび圧力変動抑制装置における問題点を説明する。
ここで、図3A~図3Cは、インクがインクジェットヘッド242のノズル面24aに到達するまでに液圧が変動する場合を説明するための切り欠き断面図である。
図3Aは、インクIがインクジェットヘッド242から吐出される前の正常な状態(待機時の状態)を示している。図3Aに示すように、かかる待機状態では、インクIは、液体の表面張力およびノズルの表面との相互作用によって、ノズル面24aの位置で上方に湾曲する曲面(メニスカス)が形成される。
このとき、例えばキャリッジの移動またはヘッドユニット24に外力が加えられる等によりインクジェットヘッド242内のインクIに加速度が加えられた場合、インクIの液圧の変動が発生し、図3Aに示すメニスカスが破壊される。
このとき、インクジェットヘッド242内のインクIの液圧が負の方向に変動すると、図3Bに示すように、インクジェットヘッド242内のインクIが上昇し、ノズル内に空気が入り込むことから、印刷時における吐出不良の発生原因となる。
逆に、インクジェットヘッド242内のインクIの液圧が正の方向に変動すると、図3Cに示すように、ノズルからインクIが漏れ出して、記録媒体Pや装置の部品が汚れる、等の不具合が発生し得る。
上記のような液圧(インクの圧力)の変動に基づくインクIの挙動ひいては画像品質の劣化を防止するため、従来、インクIの圧力変動の抑制を図るための圧力変動抑制装置を、上流のインクタンクからインクジェットヘッド242に至るまでのインク流路の適所に配置していた。
より具体的には、図3Bおよび図3Cに示すようなインクのメニスカスの破壊は、ノズル部におけるインク圧力が所定の範囲を外れた場合に発生することが知られている。そのため、インクジェットヘッド242が移動する際の慣性によって発生するインクの圧力変動を抑制するために、インクジェットヘッド242の上流の流路内にフィルム(可撓膜)とバネなどの弾性体を配置し、可撓膜の変形による流路の体積変化によって圧力変動を吸収する方式の圧力変動抑制装置が知られている。
以下に、図4Aおよび図4Bを参照して、可撓膜をインク流路内に配置し、流路の一部をなす可撓膜で液圧変動を吸収させる方式(可撓膜にダンパー機能を担わせる方式)による、従来の圧力変動抑制装置の構成例を説明する。
図4Aは、従来の圧力変動抑制装置の一例を示す概要図である。この圧力変動抑制装置は、上述したインク流路に可撓膜340を配置するとともに、流路の入り口(流入口380)および出口(流出口400)を区画する部材にバネ360を配置して可撓膜340の中央を押圧する構成となっている。
この圧力変動抑制装置では、流入口380から流入したインクIは、可撓膜340と、可撓膜340の縁部を固定する周囲の部材とによって規定された流路に沿って移動し、流出口400から流出してインクジェットヘッド242に供給される。
そして、上述のようにインクジェットヘッド242内のインクIに加速度が加えられた場合、可撓膜340が液圧変動を吸収するダンパーとしての機能を担うことにより、上述のような不具合の発生を防止ないし抑制することができる。
具体的には、インクジェットヘッド242内のインクIの液圧(背圧)が負の方向に変動した場合、可撓膜340の張力が弱まる方向に変形して流出口400からインクをより多く流出させることにより、図3Bで説明したようなノズルへの空気流入を防止ないし抑制することができる。
逆に、インクジェットヘッド242内のインクIの液圧が正の方向に変動した場合、可撓膜340の張力が強まる方向に変形して流出口400からインクを吸引することにより、図3Cで説明したようなノズルからのインクの漏れ出しを防止ないし抑制することができる。
一方、図4Aに示すような構成では、インクIの流路中でバネ360が伸び縮みするため、インクIの物性によってはバネ360とその支持部材の摺動によりインクIの重合が促進され、バネ360が固着する問題がある(メカノケミカル反応)。また、何らかの原因で可撓膜340が破損した場合にインクIによって画像形成装置の機内が汚染される問題があった。
図4Bは、従来の圧力変動抑制装置の他の一例を示す概要図である。この圧力変動抑制装置240は、インク流路の外側に可撓膜340を押圧するバネ360を配置することによって、上記の問題が防止できる構成となっている。
図4Bに示す圧力変動抑制装置240は、インクを流通させる流入口380および流出口400を有し内部にインク室320が形成されたハウジング300、インク室320の壁面の一部を構成する可撓膜340、可撓膜340を保持するバネ360、バネ360を支持する支持フレーム440等を備える。
上記のうち、流入口380は、図示しないインクタンクに連なる配管220に接続され、流出口400は、図示しないインクジェットヘッドに連なる配管220に接続される。また、ハウジング300(インク室320)は直方体状であり、ハウジング300の壁面の一部に形成された円形状の開口部420に円盤状の可撓膜340が取り付けられている。
可撓膜340は、可撓性を有する2枚の膜体340A、340Bを重ねて構成される。2枚の膜体340A、340Bは、周縁部で接合されて一体化され、その間には密閉された空気層350が所定容積(体積)で形成される。可撓膜340の弾性力(インク室320の一壁面を構成する面の弾性力)は、空気層350の容積で決定される。
バネ360は、コイルバネで構成され、伸縮して可撓膜340を変位可能に保持する。バネ360は、インク室320の外側に配置され、可撓膜340が取り付けられたインク室320の壁面に対して直交して配置される。具体的には、バネ360の一端は、可撓膜340を構成する2枚の膜体340A、340Bのうちの外側の膜体340Bの中央部に連結され、バネ360の一端は、支持フレーム440に連結される。
バネ360は、インクがインク室320に流入した際、可撓膜340が所定の初期位置に位置するように、弾性力が設定される。ここで、初期位置とは、インク室320に流入したインクが、自重によりインクジェットヘッドに向けて流出しようとする力と、バネ360が可撓膜340の膜面の位置を保持しようとする力とが釣り合って一定の負圧発生状態を維持することのできる位置をいう。
かかる圧力変動抑制装置240によれば、バネ360によって可撓膜340を一定位置に保持することにより、インクジェットヘッドの背圧を調整することができる。また、圧力変動抑制装置240によれば、インク流路における圧力変動が生じた場合、図4Aで説明した構成と同様に可撓膜340が変位して、可撓膜340が圧力変動を吸収するダンパーとしての役割を担うことにより、当該圧力変動を抑制することができる。
総じて、図4Bに示す圧力変動抑制装置240は、バネ360をインク流路の外側に配置することによってインクとバネ360との接触を防止することにより、インクIの物性によりバネ360が固着する問題を解消している。
また、圧力変動抑制装置240は、可撓膜340を複数の膜体(340A、340B)で構成することにより、一方の膜体(340A又は340B)が破損した場合でも、残りの膜体(340B又は340A)によってインクIが外部に流出することが防止される。
一方で、かかる構成の圧力変動抑制装置240では、ダンパー機能を担う可撓膜340の弾性力が膜体(340A、340B)間の空気層350の容積によって決定されるため、空気層350の容積管理が重要な課題となる。
これに関し、図4Bに示すような構成を採用する場合、製造時に空気層350の容積を管理しながらフィルム等の膜体(340A、340B)を加工する必要があるため、製造が困難であるとの問題がある。
さらに、UV硬化性インク等の加熱された液体を使用する場合、流通するインクIの熱によって空気層350の容積が膨張し、可撓膜340のダンパー機能が正しく発揮されない問題がある。
さらにまた、図4Bに示すように、バネ360をインク流路の外側に配置する構成を採用する場合、バネ360は、外側の膜体340Bを引っ張る引っ張りバネとする必要がある。この場合、膜体340Bとバネ360(引っ張りバネ)とを固定(接着または溶着等)する必要があり、かかる固定に関する製造上ひいては耐久上の問題がある。
本発明者らは、上述のような従来技術の問題を解決すべく鋭意研究を行い、製造が容易な簡素な構成としつつ、かつ、加熱された液体を流通させた場合でもダンパー機能を正常に発揮して液圧の変動を有効に抑制することができる圧力変動抑制装置の構成を提案するに至った。
以下、本実施の形態における圧力変動抑制装置の構成を、図5A以下を参照して、詳細に説明する。
図5A~図5Cは、本実施の形態における圧力変動抑制装置の第1の構成例を示すものであり、本実施の形態の基本的な構成および動作を説明する図である。
図5Aに示すように、本実施の形態の圧力変動抑制装置32は、インクI(液体)を流入させる流入口380およびインクIを流出させる流出口400を有し、インクIを流通させる液体流通室Cと、液体流通室Cを、インクIが貯留ないし流通される貯留室C1とインクIを貯留させない非貯留室C2とに区分けする可撓膜34とを備え、可撓膜34は、インクIが液体流通室C(貯留室C1)を通じて流通している状態において、たるみを有する構成となっている。
圧力変動抑制装置32において、流入口380は、図4Bで説明した構成と同様に、インクタンクに連なる配管に接続され、流出口400は、インクジェットヘッド242に連なる配管に接続される。
液体流通室Cは、容器状のハウジング(筐体)であり、一具体例では直方体状の形状を有する。この場合、かかる直方体状のハウジングの連続する4つの壁面(内面)に、矩形状の可撓膜34が固定される。
なお、液体流通室Cを構成するハウジングの形状は、上記に限定されるものではなく、他にも、円筒状など任意の形状とすることができる。以下は説明の便宜のため、ハウジングおよび液体流通室Cが直方体状である場合を前提として説明する。
可撓膜34は、例えば樹脂製のフィルムやゴム膜など、可撓性のある任意の素材を用いることができる。
一具体例では、可撓膜34は、ハウジングに固定される前は当該ハウジングの連続する4つの壁面(内面)により規定される矩形形状(液体流通室Cの縦断面)と同一の平面形状を有する。そして、ハウジング(液体流通室C内)に固定された後に、所定の加工(例えば熱あるいは機械的な処理、薬品塗布など)が施されることにより、ハウジング(液体流通室C)内でたるみを有する状態とすることができる。
他の例では、可撓膜34は、ハウジングの連続する4つの壁面(内面)により規定される矩形形状と比較して、横幅または縦幅が若干長い形状の矩形形状を有しており、このため、ハウジング(液体流通室C内)に取り付けられ固定された場合にたるみが発生する。
ハウジング(液体流通室C内)への可撓膜34の固定方法は、特に限定されるものではなく、熱やレーザー等による溶着、接着剤を用いた接着など、任意の方法を用いることができる。
なお、ハウジング(液体流通室C内)への可撓膜34の固定を容易に行えるようにするために、ハウジングは、貯留室C1と非貯留室C2を区画する位置またはその近傍で分解(2分割)可能なジョイント構造とされ得る。
本実施の形態の圧力変動抑制装置32では、画像形成装置1の使用時すなわちインクIが貯留室C1に流入している印刷実行時または待機状態時において、インクIによる適度な圧力が可撓膜34に加えられた状態では、図5Aに示すように、可撓膜34がたわみを有する状態を維持する。
言い換えると、従来技術と異なり、本実施の形態における圧力変動抑制装置32では、通常の使用状態では、可撓膜34に張力が発生していない(図5Aを参照)。
そして、図5Aに示す状態から例えば予期せぬ外力等に起因して、インクIの加速度が可撓膜34に加えられた場合、図5Bまたは図5Cに示すような状態すなわち可撓膜34のたわみがなくなり、可撓膜34に張力が発生する状態となる。
ここで、図5Bは、インク流路が負圧になった場合、すなわちインクIの液圧が負の方向に変動し可撓膜34に負の加速度が加えられた場合を示す。この場合、当該負圧が可撓膜34によって吸収されるため、図3Bで上述したような問題すなわちノズル内に空気が入り込んで吐出不良となる不具合が有効に抑制される。
また、図5Bに示す状態において、可撓膜34は、当該張力を緩めようとする力が発生することから、この後、インク流路の上流側である流入口380からより多くのインクを流入させるように作用し、図5Aに示すような初期位置ないし通常状態に戻る。
一方、図5Cは、インク流路が正圧になった場合、すなわちインクIの液圧が正の方向に変動し可撓膜34に正の加速度が加えられた場合を示す。この場合も、かかる正圧が可撓膜34によって吸収されるため、図3Cで上述したような問題すなわちノズルからインクIが漏れ出す不具合が有効に防止ないし抑制される。
また、図5Cに示す状態において、可撓膜34は、当該張力を緩めようとする力が発生することから、この後、流入口380から流入されるインク量を一時的に減らすように作用し、図5Aに示すような初期位置ないし通常状態に戻る。
可撓膜34が上記のような挙動となる本実施の形態によれば、インク流路中の液圧(インク圧力ひいてはインクジェットヘッド242の背圧)が大きくなった場合あるいは小さくなった場合のいずれにおいても、可撓膜34が変形して圧力変動を吸収することができる。
なお、インクIが貯留室C1に流入した通常の使用状態において可撓膜34にたるみがなくなる(張った状態にある)構成の場合、さらに可撓膜34が張る方向に加速度が加えられたとき、可撓膜34の張力の限界により、可撓膜34がそれ以上変形できなくなる。
このため、本実施の形態では、インクIが液体流通室C(貯留室C1)を通じて流通している通常状態において、可撓膜34がたるむ(張力が発生しない)状態となるように構成ないし調整することが重要である。
上記のような構成を備えた本実施の形態によれば、インクIが貯留室C1に流入している通常状態からインク圧力が増加した場合または減少した場合のいずれにおいても、可撓膜34が変形して可撓膜34のダンパー機能を発揮することができる。
また、本実施の形態によれば、従来構成と比較して構成が簡素であるため、製造もより容易に行うことができる。
なお、万が一、可撓膜34が破損した場合でもインクIが外部に流出しないようにする観点からは、非貯留室C2は、密閉された空間とすることが望ましい。
以下、図6~図11を参照して、本実施の形態における圧力変動抑制装置の他の構成例について説明する。なお、上述した圧力変動抑制装置32と同等の部品には同一の符号を付して、適宜その説明を省略する。
図6以下に示す第2~第7の構成例としての圧力変動抑制装置32A~32Fは、可撓膜34をインク流路すなわち貯留室C1の方向に付勢する本発明の「付勢部」を備えた構成としている。
本実施の形態の第2の構成例を図6に示す。図6に示す圧力変動抑制装置32Aは、上述した圧力変動抑制装置32の構成にバネ36を付加し、かかるバネ36によって可撓膜34を押圧する構成としている。
一具体例では、バネ36は、コイルバネであり、一端が非貯留室C2を区画する壁面(可撓膜34と対向位置する内面)に固定され、他端が可撓膜34の中央部分に接触している。かかるバネ36は、本発明の「付勢部」および「押圧部材」に対応する。
バネ36の素材は、特に限定されるものではなく、金属または樹脂などの任意の素材を用いることができる。
バネ36のサイズや押圧力等は、貯留室C1にインクIが流入(貯留)されていない場合には、可撓膜34がバネ36の付勢力(押圧力)によってたるみなく張った状態となり、かつ、インクIが貯留室C1内に流入(貯留)される通常状態では可撓膜34がたるむ(可撓膜34に張力が発生しない)状態となるように調整される。
そして、第2の構成例では、バネ36の付勢力等を調整してインクIが貯留室C1内に貯留されていない状態での可撓膜34の張り出し量ないし張力を管理することで、インクIが貯留室C1に貯留されている状態ひいては通常の印刷時における可撓膜34のたるみ具合を管理することができる。このように、バネ36を用いて可撓膜34の状態を管理することにより、可撓膜34のダンパー機能を安定させることができる。
第2の構成例によれば、インクIが貯留室C1に流入する通常の使用状態において、例えば可撓膜34の膜厚が薄いこと等により、可撓膜34が非貯留室C2側に変位してしまうような場合(適宜、図5Cを参照)であっても、バネ36の付勢力で補助することにより、通常の使用状態において可撓膜34にたるみをもたせることができる(図6を参照)。
また、付勢部をバネ36(コイルばね)で構成した第2の構成例によれば、簡素かつ安価な構成で可撓膜34を押圧することができる。そして、可撓膜34の面の中央をバネ36(コイルばね)で押圧する構成とすることにより、可撓膜34をより均一に押圧することができる。
なお、さらなる変形例として、付加的または代替的にバネ36を貯留室C1側に配置する構成とすることも考えられる。但し、使用されるインクIがUV硬化型インク等の場合、上述のような問題が発生することが考えられるため、バネ36は、非貯留室C2側にのみ設けることが望ましい。
本実施の形態の第3の構成例を図7に示す。図7に示す圧力変動抑制装置32Bは、上述した圧力変動抑制装置32の構成に圧力調整部35を付加し、かかる圧力調整部35による気体の圧力を用いて可撓膜34を貯留室C1側に付勢する構成としている。
図7に示す例では、圧力調整部35は、非貯留室C2を区画するケーシングの壁面(可撓膜34と対向位置する面)に設けられている。より具体的には、上記壁面には開口が設けられており、圧力調整部35は、かかる開口にはめ込まれるように固定されることによって、非貯留室C2を密閉空間とする。
圧力調整部35は、上述した制御部40に検知信号を出力する気圧センサー、制御部40の制御により駆動される圧力ポンプ等を備え、制御部40の制御の下、非貯留室C2内の気圧が所定圧力となるように圧力ポンプが駆動される。
より具体的には、貯留室C1にインクIが流入(貯留)されていない場合には、可撓膜34が圧力調整部35の稼働による気体の加圧(付勢力)によってたるみなく張った状態となり、かつ、インクIが貯留室C1内に流入(貯留)される通常状態では可撓膜34がたるむ(可撓膜34に張力が発生しない)状態となるように、圧力調整部35の圧力ポンプの稼働状態が制御される。
かくして、上記の圧力調整部35および制御部40は、本発明の「付勢部」に対応する。
かかる構成によれば、図6で説明した圧力変動抑制装置32Aと同等の効果を得ることができる。さらに、図7に示す圧力変動抑制装置32Bでは、圧力調整部35により、可撓膜34に接触することなく可撓膜34を押圧する構成としたので、貯留室C1にインクIが流入(貯留)された通常の使用状態において、より確実に可撓膜34にたるみをもたせることができる。
また、この圧力変動抑制装置32Bでは、必要に応じて非貯留室C2内を負圧にするように圧力ポンプを制御することで、バネ36を貯留室C1側に配置した構成と同等の効果を得ることもできる。
本実施の形態の第4の構成例を図8に示す。図8に示す圧力変動抑制装置32Cは、図6で上述した圧力変動抑制装置32Aの構成にインク検知部37を付加したものである。
インク検知部37は、例えば電極間抵抗検知方式を用いた漏液検知センサーであり、漏液を検知した場合に、検知信号を制御部40に出力する。
より具体的には、上記の漏液検知センサーは、漏液検知帯としての図示しない2本の電極にインクI(液体)が接触すると、当該インクIを介して電流が流れることにより、非貯留室C2へのインクの流出ひいては可撓膜34が破損したことを検知することできる。
なお、インク検知部37は、上記構成に限定されるものではなく、例えばLED光吸収式など、非貯留室C2に流出したインクIを検知することができる他の種々の方式の構成とすることができる。
上述したインク検知部37は、非貯留室C2内の液体を検知する機能を有するものであり、本発明の「液体検知部」に対応する。
インク検知部37は、上述のような漏液検知センサーが非貯留室C2内に位置するように、非貯留室C2を規定するケーシングの底面に配置されている。言い換えると、インク検知部37は、非貯留室C2を規定するケーシングの各面のうち、重力方向に沿った下方側の面に配置される。このような配置とすることで、より確実に可撓膜34の破損を検知することができる。
より詳細には、ケーシングの底面には開口が設けられており、インク検知部37は、かかる開口にはめ込まれるように固定されることによって、非貯留室C2を密閉空間とする
上述のように、非貯留室C2を密閉空間とした場合、可撓膜34が破損した場合でも、非貯留室C2に流れ込んだインクIが外部に流出して各所が汚染されることを有効に防止することができる。図8に示す圧力変動抑制装置32Cは、かかる構成を基盤としつつ、さらにインク検知部37を備える構成とすることで、可撓膜34の破損により非貯留室C2に流れ込んだインクIを即時に検知できる。
総じて、第4の構成例の圧力変動抑制装置32Cによれば、可撓膜34の破損に迅速に対応し、適切な時期に可撓膜34の修理や交換を実施できるので、インクIがバネ36に接触することに起因するバネ36のダメージも最小化することができる。
なお、上述した図5~図8に示す構成例では、非貯留室C2を密閉空間として使用する場合を前提として説明した。一方、例えばUV硬化性インクなど、インクIを加熱して使用する画像形成装置等においては、かかるインクIの熱によって非貯留室C2内の気体が膨張し、液圧と気圧とのバランスが保たれなくなり、可撓膜34のダンパーとしての性能が低下する問題が発生し得る。
上記の問題に対処するための本実施の形態の第5の構成例を図9に示す。図9に示す圧力変動抑制装置32Dは、非貯留室C2を非密閉空間とするように、大気と連通する連通孔38をケーシングに設けたものであり、その他は図6で上述した圧力変動抑制装置32Aの構成と同様である。
かかる第5の構成例の圧力変動抑制装置32Dによれば、例えばUV硬化性インクなど、加熱されたインクIが流通して非貯留室C2内の気体が膨張した場合であっても、当該膨張した気体をケーシングの連通孔38を通じて外部に逃がすことができる。
したがって、圧力変動抑制装置32Dによれば、非貯留室C2内の気圧変動に起因して可撓膜34のダンパー効果が阻害されることを、有効に防止することができる。
なお、ケーシングに設けられる連通孔38の位置は、非貯留室C2内の気体と大気との流通を図ることが出来る位置であれば特に制限されない。但し、連通孔38をケーシングの底面や壁部の下側に設けると、可撓膜34が破損した場合、非貯留室C2内に流れ込んだインクIが直ちに外部に流出して画像形成装置内の部品が汚染される等の問題が発生し得る。
したがって、上記問題を考慮した場合、図9に示すように、連通孔38の位置は、非貯留室C2を区画する壁面のできるだけ上方の位置に設けることが望ましい。かかる構成とすることにより、例えば可撓膜34が破損して非貯留室C2内にインクIが流れ込んだ場合でも、インクIが連通孔38を通じて外部に流出することを防止することができる。
図5A~図9で上述した第1~第5の構成は、コストや使用するインクIの種類等に応じて適宜組み合わせることができる。
例えば、図9で上述した圧力変動抑制装置32Dに、図8に示すインク検知部37を加えた構成とすることができる。
かかる構成によれば、インクIの温度等にかかわらず可撓膜34のダンパー効果を正常に発揮する効果が得られると共に、可撓膜34が破損して非貯留室C2内にインクIが流れ込んだ場合、可撓膜34に異常が発生したことを即座に検知することができる。
したがって、かかる構成によれば、インクIが連通孔38を通じて外部に流出するまでの間にインク流路に配置された電磁弁(図示せず)を閉じるなどの方策を行うことが容易になる。さらに、インクIが非貯留室C2内のバネ36に接触するまでの間に上記方策を行うことができた場合、バネ36のダメージを最小限に抑えることができる。
本実施の形態の第6の構成例を図10に示す。図10に示す圧力変動抑制装置32Eは、図9で上述した圧力変動抑制装置32Dの構成にインク回収部39を設け、インク回収部39のインク経路に、図8で上述したインク検知部37を設けたものである。
インク回収部39は、可撓膜34が破損して非貯留室C2内に流れ込んだインクIを回収する役割を担う。このため、インク回収部39は、図10に示すように、圧力変動抑制装置32Eの重力方向における下方に設けられる。また、インク回収部39のインク流路は、非貯留室C2を区画するケーシングの底面に連通するように設けられる。
かかる構成とすることにより、非貯留室C2内に流れ込んだインクIがバネ36に接触してバネ36の耐久を劣化させる等の不具合を回避ないし抑制することができる。
インク回収部39は、非貯留室C2内に流れ込んだインクIを貯留する容器(貯留タンク)の構成とすることができる。この場合、上記のように、非貯留室C2内に流れ込んだインクIがバネ36に接触するまでの時間を出来るだけ稼ぐ観点からは、かかる容器の容積を十分に大きくするとよい。
あるいは、インク回収部39は、図11で後述するように、非貯留室C2内に流れ込んだインクIを上流側のインクタンクに戻すための配管構成としてもよい。
本実施の形態の第7の構成例を図11に示す。図11に示す圧力変動抑制装置32Fは、図6で上述した圧力変動抑制装置32Aの構成に、非貯留室C2内に流れ込んだインクIを上流側のインクタンクTに戻すためのインク回収部39Aを設けている。
図11中、インクタンクTは、インク流路における最上流に位置するメインタンクであり、本発明の「液体貯留タンク」に対応する。簡明のため、図11では、インクタンクTの底面に連通する配管が、圧力変動抑制装置32Fの流入口380に直結する構成としているが、実際の運用時には、インクタンクTと圧力変動抑制装置32Fとの間には、中間タンク、弁体、ポンプ等が介在され得る。
また、図11に示す構成例では、インク回収部39Aの一部をなし圧力変動抑制装置32Fの底部(底面)に連通される配管P1と、インクタンクTの上部に連通される気圧調整用の配管P2とが連通し、気圧調整用の閉回路を構成している。
さらに、図11に示す構成例では、上述の閉回路中に、図7で上述した圧力調整部35および図10で上述したインク検知部37が配置されている。
但し、図11に示す圧力調整部35は、専ら閉回路すなわちインクタンクTおよび非貯留室C2内の空気を共通の負圧にするように、制御部40によって制御される。圧力変動抑制装置32Fにおける圧力調整部35および制御部40は、インクタンクT(ひいては貯留室C1)と非貯留室C2とに共通の負圧を形成する役割を担うものであり、本発明の「負圧形成部」に対応する。
かくして、配管P1およびP2は、圧力調整部35(負圧形成部)と非貯留室C2とを連通させる役割を担う。
なお、圧力調整部35(負圧形成部)は、可撓膜34が破損してインクIが非貯留室C2ひいては配管P2内に流出した場合に当該インクIを吸引してしまうことを防止するため、インクタンクT内のインクIの液面よりも上方となる位置に配置されている。
かくして、圧力調整部35(負圧形成部)は、通常の使用状態において、非貯留室C2に負圧を形成することにより、可撓膜34の中央部分を非貯留室C2側に移動させて、バネ36の押圧力とのバランスにより、可撓膜34にたわみを持たせることができる。
また、圧力変動抑制装置32Fによれば、インクジェットヘッド242のノズル近傍におけるインクIのメニスカスを、インクIに負圧をかけることで維持しつつ、インクIと非貯留室C2とに共通の負圧を形成することにより、可撓膜34をたるませることができる。
かくして、第7の構成例の圧力変動抑制装置32Fでは、貯留室C1にも負圧をかけているインク流路および閉回路において、圧力調整部35(負圧形成部)を共用することで、全体的に簡素な構成とすることができる。また、圧力変動抑制装置32Fでは、貯留室C1側から可撓膜34を押圧する力は、インクタンクTの液面から可撓膜34までの水頭差による力ののみとなることから、ばね36の設計ないし調整が容易になる。
なお、理解を容易にするため、図11に示す構成例では、インク検知部37を上限位置の近傍まで高い位置(配管P1)に配置している。実際の運用上は、非貯留室C2へのインクIの流出をより早期に検知する観点から、インク検知部37を配管P1のより低い位置あるいは図8で上述した位置に設けることができる。
一方、インク検知部37を図11に示す位置よりも高い位置、特に、インクタンクT内のインクIの液面よりも重力方向における上方に設けた場合、可撓膜34が破損してインクIが非貯留室C2ひいては配管P2内に流出した場合に当該インクIを検知できなくなる。
したがって、インク検知部37は、図11に示すように、少なくともインクタンクT内のインクIの液面が最も低くなった状態に対応する位置、すなわちインクタンクTの底面よりも重力方向における下方に配置することが望ましい。
以上、詳細に説明したように、本実施の形態では、インクI(液体)を流入させる流入口380およびインクIを流出させる流出口400を有し、インクIを流通させる液体流通室Cと、かかる液体流通室Cを、インクIが貯留される貯留室C1とインクIを貯留させない非貯留室C2とに区分けする可撓膜34とを備え、可撓膜34は、インクIが液体流通室C(貯留室C1)を通じて流通している状態において、たるみを有している構成を備える。
かかる構成を備えた本実施の形態の圧力変動抑制装置32,32A~32Fによれば、簡素な構成としつつ、かつ、加熱された液体を使用する場合でもダンパー機能を正常に発揮して、液圧の変動を有効に抑制することができる。
その他、上記実施の形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
1 画像形成装置
2 外部装置
10 給紙部
11 給紙トレイ
12 媒体供給部
20 画像形成部
21 搬送ドラム
22 受け渡しユニット
23 媒体加熱部
24 ヘッドユニット
24a ノズル面
26 定着部
27 デリバリー部
30 排紙部
31 排紙トレイ
32(32A~32F) 圧力変動抑制装置
34 可撓膜
35 圧力調整部(付勢部、負圧形成部)
36 バネ(付勢部、押圧部材)
37 インク検知部(液体検知部)
38,38A 連通孔
39,39A インク回収部
40 制御部
41 CPU
42 RAM
43 ROM
44 記憶部
51 搬送駆動部
52 入出力インターフェース
C 液体流通室
C1 貯留室
C2 非貯留室
I インク
P1,P2 配管
T インクタンク(液体貯留タンク)
380 流入口
400 流出口
222,271 受け渡しドラム
241 インクジェットヘッド駆動部
242 インクジェットヘッド
P 記録媒体

Claims (14)

  1. 液体を流入させる流入口および前記液体を流出させる流出口を有し、前記液体を流通させる液体流通室と、
    前記液体流通室を、前記液体が貯留される貯留室と前記液体を貯留させない非貯留室とに区分けする可撓膜と、を備え、
    前記可撓膜は、前記液体が前記液体流通室を通じて流通している状態において、たるみを有している、
    圧力変動抑制装置。
  2. 前記可撓膜を前記貯留室の方向に付勢する付勢部を備える、
    請求項1に記載の圧力変動抑制装置。
  3. 前記可撓膜は、前記貯留室に前記液体が貯留されていない状態において、前記付勢部の付勢力によってたるみなく張った状態となる、
    請求項2に記載の圧力変動抑制装置。
  4. 前記付勢部は、前記非貯留室内に配置され前記可撓膜を押圧する押圧部材である、
    請求項2または3に記載の圧力変動抑制装置。
  5. 前記押圧部材は、前記可撓膜の中央を押圧するように配置されたバネである、
    請求項4に記載の圧力変動抑制装置。
  6. 前記付勢部は、前記非貯留室の圧力を調整することにより前記可撓膜を前記貯留室側に付勢する圧力調整部である、
    請求項2に記載の圧力変動抑制装置。
  7. 前記非貯留室は密閉されている、
    請求項1から6の何れか一項に記載の圧力変動抑制装置。
  8. 前記非貯留室内の前記液体を検知する液体検知部を備える、
    請求項1から7の何れか1項に記載の圧力変動抑制装置。
  9. 前記液体検知部は、前記非貯留室を規定する面のうち重力方向に沿った下方側の面に配置されている、
    請求項8に記載の圧力変動抑制装置。
  10. 前記貯留室における前記非貯留室を規定する面には、大気と連通する連通孔を備える、
    請求項1から9の何れか一項に記載の圧力変動抑制装置。
  11. 前記非貯留室を規定する面のうち重力方向に沿った下方側の面に配置されたインク回収部と、
    前記インク回収部に流入する前記液体を検知する液体検知部と、
    を備える請求項10に記載の圧力変動抑制装置。
  12. 前記非貯留室を負圧にする負圧形成部と、前記非貯留室と前記負圧形成部とを連通させる配管と、前記配管内の前記液体を検知する液体検知部と、前記液体の流通方向における前記流入口の上流側に連通する液体貯留タンクとを備え、
    前記負圧形成部は、前記液体貯留タンクと前記非貯留室に共通の負圧を形成する、
    請求項1から11の何れか1項に記載の圧力変動抑制装置。
  13. 前記配管内の前記液体を検知する前記液体検知部は、前記液体貯留タンク内の底面よりも重力方向における下方に配置されている、
    請求項12に記載の圧力変動抑制装置。
  14. 請求項1から13の何れか一項に記載の圧力変動抑制装置と、
    前記圧力変動抑制装置を経由して供給されるインクを記録媒体に向けて吐出する画像形成部と、
    を備える画像形成装置。
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