JP3573059B2 - チューブポンプおよびこれを用いたインクジェット式記録装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チューブを加圧し、チューブの変形を利用して圧力を発生するチューブポンプ、およびこのチューブポンプを搭載し、チューブポンプにより発生する負圧を利用して記録ヘッドよりインクを排出するインク吐出能力の回復手段を備えたインクジェット式記録装置、またメインタンクからサブタンクへのインク供給手段としてこのポンプを備えたインクジェット式記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット式記録装置は、印刷時の騒音が比較的小さく、しかも小さなドットを高い密度で形成できるため、昨今においてはカラー印刷を中心とした多くの印刷に使用されている。このようなインクジェット式記録装置は、インクカートリッジからのインクの供給を受けるインクジェット式記録ヘッドと、記録用紙を記録ヘッドに対して相対的に移動させる紙送り手段を備え、印字信号に応じて記録ヘッドを移動させながら記録用紙にインク滴を吐出させてドットを形成することで記録が行われる。
【０００３】
インクジェット式記録装置は、このようにインクという液体を扱う関係上、記録ヘッドへのインクの充填や、インク溶媒の揮散によるノズル開口の目詰まりを防止するために、記録ヘッドからインクを強制的に吸引排出させるインク吐出能力の回復処理が実行される。このような記録ヘッドの目詰まり解消のため、または記録ヘッド内に気泡が残留している場合になされるインクの強制的な排出処理は、クリーニング操作と呼ばれ、記録装置の長時間の休止後に印刷を再開する場合や、ユーザーが印字かすれ等の印字品質不良を認識し、クリーニングスイッチを操作した場合に実行される。
【０００４】
このクリーニング操作においては、記録ヘッドをキャッピング手段により封止して負圧を作用させることで、記録ヘッドのノズル開口よりインクを排出させると共に、キャッピング手段内に排出されたインクを負圧により吸引して廃インクタンクに送り出し、その後にゴムなどの弾性板からなるクリーニング部材により、記録ヘッドのノズルプレートをワイピングするシーケンスが実行される。
前記キャッピング手段内に負圧を与えたり、メインタンクからサブタンクへインクを供給する手段としては、比較的構造が簡単で小形化が図りやすく、しかもインクの吸引および排出する機構部分で汚染を生じさせない、いわゆるチューブポンプが用いられている。このチューブポンプについて図６に基づいて具体的に記述する。
【０００５】
このチューブポンプ５０には、可撓性チューブ５１の外形を円弧状に規制するチューブ支持面５２を有するポンプフレーム４４と、駆動手段としての例えば紙送りモータからの動力により回動するポンプホイル４２と、このポンプホイル４２の軸芯方向と外周方向との間に径方向に勾配を持って形成された一対のローラ支持溝４２ａ，４２ｂに、当該支持溝４２ａ，４２ｂの長手方向に移動可能に、かつ回転可能にそれぞれ取り付けられたローラ４３ａ，４３ｂとが具備されている。
【０００６】
また、ポンプフレーム４４に形成されたチューブ支持面５２と対向する位置に、ポンプホイール４２の軸芯方向に突出させた弾性素材による一対のガイド部材５３ａ，５３ｂを配置している。
【０００７】
即ち、ポンプフレーム４４にＬ字状の係止溝４４ａ，４４ｂが形成され、この各係止溝４４ａ，４４ｂにそれぞれガイド部材５３ａ，５３ｂを植設させた構成とされている。
【０００８】
この構成によると、前記一対のガイド部材５３ａ，５３ｂは、ポンプホイールの回動に伴い前記各ローラを支持溝の回転後退方向へ案内するように作用する。図６に示すようにホイール４２が正転駆動（Ａ方向の回転）されると、ローラ４３ａ，４３ｂは可撓性素材によるガイド部材５３ａ，５３ｂによって押し戻される作用を受け、これによってローラ４３ａ，４３ｂはローラ支持溝４２ａ，４２ｂの外周方向に移動して、チューブ５１を順次押しつぶすようになされる。これによりポンプの駆動作用の信頼性を向上させることができる。
【０００９】
このようなチューブポンプにおいては、図６に示すようにポンプホイル４２を正方向（矢印Ａ方向）に回転させることにより、各ローラ４３ａ，４３ｂはローラ支持溝４２ａ，４２ｂの外周方向に移動して、チューブ５１を順次押しつぶしながら回転し、これによりチューブ内に圧力を発生させてキャッピング手段に負圧を与えようになされる。そして、記録ヘッドから負圧により強制的にインクを排出させると共に、さらにキャッピング手段内に排出されたインクを吸引して、廃インクタンクに送り出すように作用する。
【００１０】
また、前記した場合と反対に、ポンプホイル４２を逆方向（矢印Ｂ方向）に回転させることにより、各ローラ４３ａ，４３ｂはローラ支持溝４２ａ，４２ｂの内周方向に移動し、これによりローラはチューブに少しだけ接するレリース状態を保ち、チューブのはり付きなどの故障が発生するのが防止できるように構成されている。
【００１１】
また、前記チューブポンプは、前記したような記録ヘッドよりインクを排出するインク吐出能力の回復手段に用いられるほか、インクを貯留するメインタンクから記録ヘッド側に設けられたサブタンクへインクを供給する供給手段として、用いられている。
【００１２】
すなわち、オフィス向けまたは業務用に提供されるインクジェット式記録装置においては、比較的大量の印刷に対応させるために、大容量のインクカートリッジを配備する必要が生じ、このためにインクカートリッジとしてのメインタンクを例えば装置本体の側部に配置された装着装置（カートリッジホルダ）に装填される。一方、記録ヘッドが搭載されたキャリッジ上にはサブタンクが配置され、前記メインタンクからサブタンクに対してインク補給チューブを介してそれぞれインクを補給し、さらにサブタンクからそれぞれ記録ヘッドに対してインクを供給するように構成されている。
【００１３】
そして、この種のインクジェット式記録装置において、前記チューブポンプがメインタンクからサブタンクヘのインク供給手段として用いられている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
前記したように従来のチューブポンプでは、ローラがチューブを順次押し潰しながら回転し、これによりチューブ内に圧力を発生させて負圧を与えるようになされている。
【００１５】
したがって、前記ローラが通過した後、押し潰されたチューブが初期の状態に復元するのは、可撓性チューブ自身の弾性力（自己復元力）によっていた。
【００１６】
そのため、可撓性チューブの肉厚（外径と内径との差）はある程度必要とし、可撓性チューブの肉厚が薄いと、復元力に欠け所定の吸引力を得ることができないという技術的課題があった。
【００１７】
また一方、可撓性チューブの肉厚が厚いと、可撓性チューブの内径が小さくなり、所定の吸引量を確保できないという技術的課題があった。また可撓性チューブの内径を一定の径にすれば、外径も大きくなり、ひいてはチューブポンプ全体が大型化するという技術的課題があり、それに伴いインクジェット式記録装置自体も大型化するという技術的課題があった。
【００１８】
更に、従来のチューブポンプでは、押し潰されたチューブは自己の弾性力（自己復元力）によって、初期状態に復元するものであるため、チューブの材質が限定されるという技術的課題があった。すなわち、アルミ製等の金属チューブ等は弾性力が乏しいため、従来のチューブポンプのチューブに用いることができなかった。
【００１９】
また、チューブ自身の弾性力（自己復元力）は押し潰し時に反力となり、押し潰し荷重の増加を招き、ひいてはポンプの効率を低下させるという課題があった。
【００２０】
更に、押し潰されたチューブが初期の状態に復元するのは、可撓性チューブ自身の弾性力（自己復元力）によるため、チューブのはり付きを十分に考慮する必要があった。
【００２１】
本発明は、前記したような従来の課題に着目してなされたものであり、従来のチューブポンプと基本的構成を異にし、自己復元力ないチューブも用いることができ、またより小型化で高効率のチューブポンプを提供することを目的とするものであり、更にはこれを用いたインクジェット式記録装置を提供することを目的とするものである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
前記した課題を解決するために本発明にかかるチューブポンプは、揺動手段により順次押し潰され、かつ初期状態に復元させられるチューブを有するチューブポンプにおいて、駆動軸と、前記駆動軸に固定され、一体となって回転する回転円板と、前記回転円板と相対向して揺動自在に形成されたチューブ押圧板と、前記回転円板の回転運動を受けて前記チューブ押圧板を揺動させる揺動手段と、前記チューブ押圧板の下面に上壁が固定され、かつ下壁がケースに固定されたチューブとを具備し、前記揺動手段は、前記回転円板とチューブ押圧板の上面との間に移動可能に嵌合された球であり、前記チューブ押圧板の上面には前記球を嵌合する溝が形成され、前記溝の中心は前記チューブの断面の中心より前記駆動軸側に位置することを特徴とする。
【００２３】
係る発明の態様では、前記溝が、チューブの断面の中心より駆動軸側に位置するように構成されているため、チューブ押圧板がチューブを押し潰す力は、チューブに均等に働くようになり、チューブは偏りなく閉塞できるようになる。よって、チューブを必要以上に押し潰さなくてよくなり、少ない押し潰し量と、少ない荷重によって閉塞できるため、ポンプの駆動トルクを軽減でき結果として、効率の高いポンプとすることができる。
【００２４】
また、チューブ押圧板の傾きを軽減でき結果として、小型のポンプとすることができる。
【００２５】
また、前記した目的を達成するためになされた本発明にかかるインクジェット式記録装置は、上記したチューブポンプを記録ヘッドよりインクを吸引するポンプユニットとして用いたことにより、装置自体を小型化することができると共に、高効率で安定した吸引動作を行うことができる。
【００２６】
また、前記した目的を達成するためになされた本発明にかかるインクジェット式記録装置は、上記したチューブポンプを前記メインタンクよりサブタンクへのインク供給手段として用いたことにより、装置自体を小型化することができると共に、高効率で安定した供給動作を行うことができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかるインク吐出能力の回復手段としてチューブポンプを用いたインクジェット式記録装置について、図に示す実施の形態に基づいて説明する。図１は本発明が適用されたインクジェット式記録装置の全体構成を示すものである。
【００２８】
図１において符号１はキャリッジであり、このキャリッジ１はキャリッジモーター２により駆動されるタイミングベルト３を介し、ガイド部材４に案内されてプラテン５の軸方向に往復運動されるように構成されている。
【００２９】
キャリッジ１の記録用紙６に対向する側には、インクジェット式記録ヘッド７が搭載され、またその上部には前記記録ヘッドにインクを供給するブラックインクカートリッジ８、およびカラーインクカートリッジ９が脱着可能に装填されている。
【００３０】
図中符号１０は、非印字領域（ホームポジション）に配置されたキャッピング手段であって、キャリッジ１に搭載された記録ヘッドが真上に移動した時に上昇し、記録ヘッドのノズル形成面を封止できるように構成されている。そしてキャッピング手段１０下方には、キャッピング手段１０の内部空間に負圧を与えるためのポンプユニットとしての後述するチューブポンプ１１が配置されている。
【００３１】
前記キャッピング手段１０は記録装置の休止期間中における記録ヘッドのノズル開口の乾燥を防止する蓋体として機能する他、記録ヘッドに印字とは関係のない駆動信号を印加してインク滴を空吐出させるフラッシング動作時のインク受けとして機能し、さらに前記チューブポンプ１１からの負圧を記録ヘッドに作用させて、インクを吸引するクリーニング手段としての機能も兼ね備えている。
【００３２】
そして、キャッピング手段１０における印字領域側の近傍には、ゴムなどの弾性板を備えたワイピング手段１２が、水平方向に進退可能となるように配置されていて、キャリッジ１がキャッピング手段１０側に往復移動する際に、記録ヘッドの移動経路上にワイピング部材が進出できるように構成されている。
【００３３】
次に図２に基づいて、チューブポンプ１１とキャッピング手段１０との関係について説明する。図２は、図１に示す記録装置に搭載されたキャッピング手段１０と、これに接続されたチューブポンプ１１等の構成を模式的に示したものである。
【００３４】
キャッピング手段１０は、上面が開放された方形状のキャップケース１０ａと、このキャップケース１０ａ内に収納されたゴム素材などの可撓性物質よりなるキャップ部材１０ｂとが具備され、キャップ部材１０ｂはその上側縁がキャップケース１０ａよりも若干突出した状態に形成されている。そしてキャップ部材１０ｂの内底部には、多孔質材料により形成されたインク吸収材１０ｃが収納されており、このインク吸収材１０ｃはキャップ部材１０ｂに一体に形成された保持体１０ｄにより保持されている。
【００３５】
またキャップケース１０ａの下低部には、キャップケース１０ａおよびキャップ部材１０ｂをそれぞれ貫通するようにして、吸引口１０ｅおよび大気開放口１０ｆが形成されている。そして、キャップケース１０ａの吸引口１０ｅにはチューブＴ１を介してチューブポンプ１１が接続されており、このチューブポンプ１１の排出側端部は後述するように、廃インクタンク１３に収納されたインク吸収材に接続されている。さらに、キャップケース１０ａの大気開放口１０ｆには、チューブＴ２を介して大気開放バルブ１４が接続されている。
【００３６】
一方、図２における符号７は、記録ヘッドを示しており、この記録ヘッド７はキャリッジの移動に伴いキャッピング手段１０の上部に位置したとき、ノズル形成面７ａが前記キャップ部材１０ｂによって封止（キャッピング）されるように構成されている。前記ノズル形成面７ａには複数のノズル開口７ｂが形成されており、各ノズル開口７ｂに対応して配置された圧電振動子７ｃの振動作用によって、ブラックインク、およびイエロー、シアン、マゼンタなどの各カラーインクが吐出されるように構成されている。
【００３７】
以上の構成において、前記記録ヘッドまたはインク供給路内の残留気泡の排出、およびノズル開口の目詰まりを解消させるためのインクの吸引作用は、図２に示すようにキャップ部材１０ｂを記録ヘッド７のノズル形成面７ａに密着させると共に、大気開放バルブ１４を閉弁した状態で行われる。
【００３８】
この状態でチューブポンプ１１を駆動させることで、キャップ部材１０ｂの内部空間に負圧が与えられ、記録ヘッド７のノズル開口７ｂからインクが吸引排出される。一定時間チューブポンプ１１を駆動した後、停止する。その後、キャップ部材内部の負圧がある程度減少した時点で、前記大気開放バルブ１４を開弁させると、キャップ部材内に大気が導入され内部の負圧は解除される。続いて、大気開放バルブ１４を開弁させた状態でチューブポンプ１１を再び駆動させることにより、キャップ部材内に排出されたインクはチューブＴ１を介して廃インクタンク１３に送り込む動作がなされる。
【００３９】
次に、チューブポンプ１１の構造について、図３に基づいて説明する。
【００４０】
このチューブポンプ１１は、駆動軸２１と、前記駆動軸２１に固定された弾性を有する回転円板２２と、前記回転円板２２と相対向して揺動自在に形成されたチューブ押圧板２３と、前記回転円板２２とチューブ押圧板２３との間に介装され、前記チューブ押圧板２３を下方向に押圧する、揺動手段としての金属球２４と、前記チューブ押圧板２３に上壁が固定され、また下壁がケースに固定されたチューブ２５から構成されている。
【００４１】
前記回転円板２２は金属等の弾性体からなり、前記した金属球２４を介して、チューブ押圧板２３を下方向に押圧する力を発生させる。
【００４２】
また、前記チューブ押圧板２３の上面には、前記金属球２４が転動可能なＶ字形状の溝２３ａが形成されている。前記Ｖ字形状の溝２３ａは、前記チューブ２５の断面の中心２５ｃよりも前記駆動軸２１側に形成されている。前記また、チューブ押圧板２３の中央部分には、前記駆動軸２１を貫通させる貫通孔２３ｂが設けられている。前記貫通孔２３ｂの先端部分には、径が徐々に小さくなるテーパ部分２３ｃが形成され、そのテーパ部２３ｃに連続して、径が一定な孔部２３ｄが形成されている。また、前記貫通孔２３ｄの後端部の周囲には先端が円弧状になされた周壁部２３ｅが形成され、前記周壁部２３ｅがケース２６の内壁と接するように構成されている。
【００４３】
また、チューブ押圧板２３はその下面に、チューブ２５の上壁に設けられた係止突起２５ａを固定するための、連通孔２３ｆが設けられている。この連通孔２３ｆは前記チューブ２５に沿って連続的に形成されている。
【００４４】
一方、ケース２６には、チューブ２５の下壁に設けられた係止突起２５ｂを固定するための、連通孔２６ａが設けられている。
【００４５】
次に、図３乃至図５に基づいて、このチューブポンプ１１の動作について説明する。
【００４６】
図３に示す状態から、駆動軸２１を矢印方向に回転させると、駆動軸２１の回転に伴って、金属球２４はチューブ押圧板２３の上面のＶ字形状の溝２３ａ内を移動する。このとき、前記金属球２４は回転円板２２によって押さえられているため、前記チューブ押圧板２３を上位置から下位置に傾けながら移動する。
【００４７】
すなわち、金属球２４が移動し位置すると、チューブ押圧板２３は上位置から下位置に傾き（揺動し）、チューブ２５を押圧し押し潰す。前記金属球２４は、上記してきたように順次移動するため、チューブ押圧板２３は上位置から下位置に順次傾き（揺動し）、チューブは順次押圧、押し潰される。
【００４８】
その結果、図５に模式的に示すように、金属球２４がチューブ押圧板２３を順次傾動（揺動）させることにより、キャップ部材１０ｂの内部空間に負圧が与えられ、記録ヘッド７のノズル開口７ｂからインクが吸引排出される。
【００４９】
そして、一定時間チューブポンプ１１を駆動した後、駆動軸２１の回転を停止する。その後、キャップ部材内部の負圧がある程度減少した時点で、前記大気開放バルブ１４を開弁させると、キャップ部材内に大気が導入され内部の負圧は解除される。続いて、大気開放バルブ１４を開弁させた状態で駆動軸２１を再び回転させ、キャップ部材内に排出されたインクは廃インクタンク１３に送り込む動作がなされる。
【００５０】
前記Ｖ字形状の溝２３ａが、前記チューブ２５の断面の中心２５ｃよりも前記駆動軸２１側に形成されているため、チューブ押し潰し状態においてチューブ押圧板２３がチューブ２５を押し潰す力は、チューブ２５に均等に働くため、チューブ２５を閉塞するための押し潰し量、押し潰し荷重を軽減できる。また、常に安定したチューブの閉塞状態を維持できるため、チューブ押圧板の揺動（傾き）動作を安定させることができる。結果として、小型で、高効率を得ることができる。
【００５１】
尚、前記チューブは、チューブ押圧板の揺動動作によって順次押し潰されかつ初期状態に復元されるため、チューブ押圧板の揺動動作に追従し得る弾性力を有していれば良く、従来のチューブポンプに使用されたチューブに比べ自己復元力の少ない材質、あるいは剛性の低い材質によって形成されていても良い。
【００５２】
例えば、アルミ製のチューブ、あるいはアルミ製のチューブ表面に樹脂コートされたもの、あるいはまたアルミ製のチューブに樹脂がラミネートされたもの、ビニール製のチューブ等であっても良い。
【００５３】
このように、自己復元力の少ない材質、あるいは剛性の低い材質のチューブを用いることで、チューブの押し潰し荷重を軽減でき結果として、効率の高いポンプとすることができる。
【００５４】
また、上記実施形態では、インク吐出能力の回復手段としてチューブポンプを用いたインクジェット式記録装置について説明したが、本発明はこのインクジェット式記録装置に限定されるものでなく、インクを貯留するメインタンクから記録ヘッド側に設けられたサブタンクへインクを供給する供給手段として、チューブポンプを用いたインクジェット式記録装置についても当然適用されるものである。
【００５５】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなとおり、本発明によれば、低負荷な高効率なチューブポンプを得ることができる。
【００５６】
また、これを用いたインクジェット式記録装置は、より安定した吸引動作、供給動作を行うことができると共に、より小型化、高効率化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されたインクジェット式記録装置の構成を示した斜視図である。
【図２】図１に示す記録装置に具備されたキャッピング手段及びチューブポンプを示した概念図である。
【図３】本発明にかかる実施形態のチューブポンプを示す断面図である。
【図４】図３に示すチューブポンプを駆動した状態を示す断面図である。
【図５】図３に示したチューブポンプの動作概念図である。
【図６】従来のチューブポンプを示す概略図である。
【符号の説明】
１ キャリッジ
２ キャリッジモーター
６ 記録用紙
８，９ インクカートリッジ
１０ キャッピング手段
１１ ポンプユニット（チューブポンプ）
１２ ワイピング手段
２１ 駆動軸
２２ 回転円板
２３ チューブ押圧板
２３ａ Ｖ字形状の溝
２３ｂ 貫通孔
２３ｅ 周壁部
２４ 金属球
２５ チューブ
２６ ケース

Claims (6)

1. 揺動手段により順次押し潰され、かつ初期状態に復元させられるチューブを有するチューブポンプにおいて、
   駆動軸と、前記駆動軸に固定され、一体となって回転する回転円板と、前記回転円板と相対向して揺動自在に形成されたチューブ押圧板と、前記回転円板の回転運動を受けて前記チューブ押圧板を揺動させる揺動手段と、前記チューブ押圧板の下面に上壁が固定され、かつ下壁がケースに固定されたチューブとを具備し、前記チューブ押圧板の上面には、前記揺動手段を嵌合する溝が形成され、前記溝の中心は前記チューブの断面の中心より前記駆動軸側に位置することを特徴とするチューブポンプ。
2. 前記揺動手段は、前記回転円板とチューブ押圧板との間に介装された球であって、前記溝内を移動可能になされていることを特徴とする請求項１記載のチューブポンプ。
3. 前記溝はＶ字の溝であることを特徴とする請求項２記載のチューブポンプ。
4. 前記チューブは、前記揺動手段による前記チューブ押圧板の揺動動作に追従し得る弾性力を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のチューブポンプ。
5. 印字データに対応してインク滴を吐出するインクジェット式記録ヘッドと、前記記録ヘッドのノズル形成面を封止すると共に、ポンプユニットからの負圧を受けて記録ヘッドよりインクを吸引するキャッピング手段とを備えたインクジェット式記録装置であって、
   前記ポンプユニットとして、請求項１乃至４のいずれかに記載のチューブポンプを具備したことを特徴とするインクジェット式記録装置。
6. 印字データに対応してインク滴を吐出するインクジェット式記録ヘッドと、前記記録ヘッドから吐出されるインクを貯留するメインタンクと、前記メインタンクからインクの供給を受ける記録ヘッド側に設けられたサブタンクと、前記メインタンクよりサブタンクにインクを供給するインク供給手段を備えたインクジェット式記録装置であって、
   前記インク供給手段として、請求項１乃至４のいずれかに記載のチューブポンプを具備したことを特徴とするインクジェット式記録装置。

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