JP3872468B2 - インクジェット式記録装置、及びこれに使用するインクカートリッジ - Google Patents

Description

本発明は、ノズルからインク滴を吐出して記録媒体に文字等の記録像を書き込むインクジェット式記録装置、より詳細にはインク貯蔵源からインクジェット記録ヘッドにインクを導くインク供給路の構造に関する。

ノズル開口からインク滴を吐出させて記録媒体に文字や画像を印刷するインクジェット式記録装置は、キャリッジに設けられたインク供給針を介してインクカートリッジからインクの供給を受ける関係上、カラー印刷のためのインクカートリッジには多数個のインク供給口が設けられている。
また、インク供給口にはインクの漏洩を防止するためのフィルムが貼設されていて、インクカートリッジの装着時にはインク供給針がフィルムを貫通する程度の強い力をカートリッジに加える必要がある。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは多数のインク供給口を有するインクカートリッジを比較的軽い装着力で記録装置に装着できるインクジェット式記録装置を提供することである。
また本発明の他の目的は上記記録装置に適したインクカートリッジを提供することである。

このような問題を解消するため本発明においては、ヘッドフレームを介して複数色のインクを吐出するインクジェット式記録ヘッドが搭載されたキャリッジと、前記ヘッドフレームに設けられ、インクを貯蔵する複数の収容室を備えたインクカートリッジの各収容室に対応した複数のインク供給口にそれぞれ係合して前記記録ヘッドにインクを供給する複数のインク供給針とを備えたインクジェット式記録装置において、複数の前記インク供給針が、隣接するものの間で交互に一定の高低差で高低となるように配置され、高所側に位置するインク供給針が先に前記インク供給口に陥入し、その後に低所側に位置するインク供給針が前記インク供給口に陥入されるよう構成されている。

インクカートリッジを押込む時点で、高所に位置する一部のインク供給針の先端だけがカートリッジのインク供給口に陥入し、次いで低所に位置するインク供給針の先端が陥入するため、比較的軽い力で多数のインク供給針をインク供給口に挿入させることができる。

そこで以下に本発明の詳細を図示した実施例に基づいて説明する。
図１は本発明のインクジェット式ヘッドユニットが使用されるインクジェット式プリンタで、図中符号１はキャリッジで、ガイド部材２に支持され、タイミングベルト３を介してステップモータ４に接続されていてプラテン５に平行に往復動可能に構成されている。

キャリッジ１にはその下面に後述するインクジェット式記録ヘッド６が、また上面には印刷ユニット７が着脱自在に搭載されている。記録ヘッド６はフレキシブルケーブル８を介して駆動信号が供給されるようになっている。なお、図中符号９は記録用紙を、また１０は、非印字時に記録ヘッドを封止するキャッピング手段をそれぞれ示す。

図２は、上述した印刷ユニットの一実施例を示すものであって、キャリッジ１に搭載されるホルダ１１と、このホルダ１１に収容されるインクカートリッジ２０とからなり、ホルダ１１の記録用紙９に対向する面、この実施例では下面にインクジェット式記録ヘッド６が設けられている。

記録ヘッド６は、プリンタ本体のフレキシブルケーブル８に接続しているキャリッジ上の図示しない端子と接離可能に電気接続する端子板１２にフレキシブルケーブル１３により接続されている。

一方、インクカートリッジ２０は、内部を壁２１によりインクをそのまま貯蔵するインク室２２と、多孔質からなるフォーム材２３を充填したフォーム室２４との２つの領域に区分され、壁２１の下部に穿設された通孔２５を介してこれら２つの室が連通されている。

フォーム室２４の底面にはフォーム材２３の底面を押圧する凸部２６が形成されていて、ここにインク供給路を形成する通孔２７が穿設され、上端に第１のフィルタ板３１が設けられ、また下端に後述するインク供給針１６を受け入れるインク供給口２８が設けられている。

一方、ホルダ１１には、上端がインクカートリッジ２０のインク供給口２８を封止しているシール２９を貫通して、パッキン３０に嵌合できるように先端が針状に形成され、また下端が記録ヘッド６に連通するインク流路１４に接続する通孔１５を備えたインク供給針１６が植設されている。

このようなインク供給路の途中、この実施例ではインク供給針１６の下端と、記録ヘッド６に連通する通孔１４との間には、図３に示したように第２のフィルタ板３２を備えたフィルタ室３３が形成されている。

図５は、このようなインクジェット式記録ヘッドの一実施例を示すものであって、図中符号５０は、圧力発生室形成基板で、２列の圧力発生室５１、５２が形成され、一方の面を振動板５３により封止されている。振動板５３の表面には、圧力発生室５１、５２に対応して、個別に分離された下部電極５４、５５が形成されていて、これら電極５４、５５の表面に圧電振動子５６、５７が形成され、さらに圧電振動子５６、５７の表面には上部電極５８が複数の圧電振動子５６、５７に股がるように形成されている。

５９は固定基板で、圧力発生室形成基板５０と、振動板５３とからなるアクチュエータユニットを固定する機能と、外部からインクの供給を受けるインク供給口形成板としての機能を備えており、圧力発生室５１、５２のそれぞれの両端で連通する連通孔６０、６１、６２、６３と、後述する２つの共通のインク室６５、６６のそれぞれに独立にインクを供給する２つのインク導入口６７、６８を設けて構成されている。

符号６９は、共通のインク室形成板で、インク導入口６７、６７からのインクを連通孔６０、６２を経由して圧力発生室５１、５２のそれぞれに供給する共通のインク室６５、６６を形成するもので、一方の面を固定基板５９により、また他方の面をノズルプレート７０により封止されている。ノズルプレート７０には、２列のノズル開口列７１、７２が形成されていて、共通のインク室形成板６９の連通孔７３、７４及び固定基板５９の連通孔６１、６３を介して各圧力発生室５１、５２に連通している。

なお、上述の実施例においては流入口と流出口を同一線上に位置させていたが、図１０に示したように記録ヘッドに連通する通孔１１４、１１５をインク供給針１１０の中心軸から一定量Δｄオフセットさせることにより、インクをフィルタ板１１９に対して斜めに流下させてより広い面積を通過させ、もってフィルタ板１１９での水頭損を抑えることができる。

また、上述の実施例においては、下部にもフィルタ室を設けているが、図１１に示したように３つ以上の通孔１１９-1〜１１９-4をインク供給針に外周に位置するように等間隔で一定量Δｄオフセットさせて配置し、各通孔１１９-1〜１１９-4を記録ヘッドの個々のインク導入口に接続したり、また合流させてインク導入口に接続するようにしても同様の作用を奏することは明らかである。

ところで、インクジェットプリンタでのカラー印刷の品質の一段の向上を図るため、記録ヘッド６として淡いシアン、濃いシアン、淡いマゼンタ、濃いマゼンタ、及びイエローの５色のインクを独立して吐出できるものが用いられる。なお、イエローについては、色が淡いので濃淡２色のを区別することの効果が顕著でないので、通常濃色系のみが使用されている。

これに対応して図１２に示したように記録ヘッド１３０が固定されたヘッドフレーム１２２には、５色の異なるインクを貯蔵する収容室Ｃ１、Ｃ２、Ｍ１、Ｍ２、Ｙを備えたインクカートリッジ７（図１５）が装着されるカートリッジホルダ１２３が設けられている。

カートリッジホルダ１２３の上部の一端側には、軸１２４、１２４により回動可能に蓋体１２５が設けられていて、インクカートリッジ７を収容室１２６に落とし込み、この状態で蓋体１２５下方に回動させることにより、カートリッジ７をインク供給針１３１、１３２、１３３、１３４、１３５に嵌合させることができ、また蓋体１２５を引き上げることによりカートリッジ７を収容室から取り出せるように構成されている。

図１３は、上述したヘッドフレーム１２２に形成されるインク供給流路の一実施例を示すもので、図中符号１３１、１３２、１３３、１３４、１３５は、それぞれ同一構造を採るインク供給針で、インクカートリッジ７の各インク供給口１５１、１５２、１５３、１５４、１５５（図１５）に対向するように直線Ｌ１の上に一定の間隔Ｌを持ち、かつ先端１３１ａ、１３２ａ、１３３ａ、１３４ａ、１３５ａが隣接する相互間で交互に高さΔＨで高低となるようにヘッドフレーム１２２に液密に固定されている。

記録ヘッド１３０は、各色のインクを独立して供給を受けることができるインク導入口１６１、１６２、１６３、１６４、１６５を同一直線Ｌ２に有し、インク供給針１３１、１３２、１３３、１３４、１３５の配置線Ｌ１から若干の距離ΔＬだけオフセットするようにしてヘッドフレーム１２２に固定されている。

一方、ヘッドフレーム１２２にはインク供給針１３１、１３２、１３３、１３４、１３５の方向に水平に延びる長さΔＬ以上を確保するように記録ヘッド１３０のインク導入口１６１、１６２、１６３、１６４、１６５に対向する位置から通孔１７１、１７２、１７３、１７４、１７５が形成されていて、これらの間が例えばインク供給針１４３に例をとると、図１４に示したようにインク導入口１６３側を若干下方とする、略水平に延び、かつインク供給針１３３の直径程度の幅の水平なフィルタ室１８３を介して接続されている。

このフィルタ室１８１、１８２、１８３、１８４、１８５内には、第２のフィルタ板１９１、１９２、１９３、１９４、１９５がヘッドフレーム１２２とインク供給針１３１、１３２、１３３、１３４、１３５とで挟むよう水平方向に延びるように固定されている。

この実施例においてカートリッジ７を収容室１２６に挿入して蓋体１２５を下方に回動させると、インクカートリッジ７が降下してインク供給針１３２、１３４よりもΔＨ突出しているインク供給針１３１、１３３、１３５にインク供給口１５１、１５３、１５５が接触する（図１５（イ））。

この状態でさらに蓋体１２５を回動させてインクカートリッジ７を押込むと、インク供給針１３１、１３３、１３５だけがカートリッジ７のインク供給口１５１、１５３、１５５に陥入する。次いで低所に位置するインク供給針１３２、１３４がインク供給口１５２、１５４に当接（図１５（ロ））する。

この状態では既に一部のインク供給針１３１、１３２、１３５がインク供給口１５１、１５３、１５５に既に陥入しているため、比較的軽い力でインク供給針１３１〜１３５の全てをインク供給口１５１〜１５５に陥入させることができる。

インクカートリッジ７を装着した段階で、記録ヘッド７をキャップ１０で封止して記録ヘッド１３０のノズル開口に負圧を作用させると、インクカートリッジ７の各インク収容室Ｃ１、Ｃ２、Ｍ１、Ｍ２、Ｙのインクがインク供給針１３１〜１３５からフィルタ室１８１〜１８５を経由して記録ヘッド１３０に流れ込む。

またインクカートリッジ７と記録ヘッド１３０とを接続している流路の一部が略水平で、かつ幅がインク供給針１３１〜１３５の直径程度の水平なフィルタ室１８１〜１８５により構成されて、ここにフィルタ板１９１〜１９５がインク流路を斜めに横切るように配置されているからフィルタ板１９１〜１９５の断面積を流路の断面積に比較して大きくすることができて、流路内でのインク流の淀みを無くするとともに流路抵抗を下げることができて、気泡が速やかな排除と、記録ヘッド１３０へのスムーズなインク供給が可能となる。

このように本発明においてはインク供給針１３１〜１３５とこれに対応する記録ヘッド１３０のインク導入口１６１〜１６５とを接続する流路長それぞれにバラつきがあっても流路抵抗を可及的に均一ににできるため、ヘッドの小型化とインクカートリッジの大型化を図ることが可能となるなど、記録ヘッドやインクカートリッジの自由度を大きくすることが可能となる。

図１６は、本発明の他の実施例を１つの流路に例を採って示すものであって、この実施例においてはインク供給針１３３と、ヘッドフレーム１２２に形成されている通孔１７３とを結ぶフィルタ室１８３は、フィルタ板の上側の壁１８３ａをインク供給針１３３側が上方となるように傾斜が付けられ、かつフィルタ板１９３の上部空間の容積が下部空間の容積よりも大きくなるように上下に分割されている。

この実施例によれば、カートリッジの交換等でインク供給針１３３に浸入した気泡Ｂが、気温の上昇等により膨張しても、フィルタ板１９３よりも上方で収容でき、フィルタ室１９３の壁１８３ａの傾斜に沿わせて上昇させてフィルタ板１８３への付着を防止できる。

なお、上述の実施例においてはインクカートリッジを上下方向に移動させて着脱するように構成しているが、水平方向に移動させて着脱するものに適用しても同様の作用を奏することは明らかである。

また、上述の実施例においては同一のカートリッジに５色のインクを収容するものに例を採って説明したが、６色のインクを収容したものや、また淡色系３色、及び濃色系３色のインクをそれぞれ独立のカートリッジに収容したものに適用しても同様の作用を奏することは明らかである。

さらに上述の実施例のおいてはキャリッジに記録ヘッドを固定したものに例を採って説明したが、カートリッジホルダをキャリッジに対して着脱可能に構成するとともに、カートリッジホルダに記録ヘッドを設けたアドオン型のものに適用しても同様の作用を奏することは明らかである。

本発明が適用されるインクジェット式プリンタの一実施例を示す図である。 同上装置に用いるインクカートリッジと記録ヘッドとを結ぶインク供給路の一実施例を示す断面図である。 図（イ）、（ロ）は、それぞれ同上インク供給路に設けられれいる第２のフィルタ板近傍を拡大して示す図である。 記録ヘッドの一実施例を示す組立斜視図である。 同上流路構造の他の実施例を、インク供給針と記録ヘッドに連通してインク流路を構成する通孔の位置関係で示す図である。 同上流路構造の他の実施例を、インク供給針と記録ヘッドに連通してインク流路を構成する通孔の位置関係で示す図である。 図（イ）、（ロ）は、それぞれ濃淡のカラーインクを用いる記録装置におけるカートリッジホルダ及び記録ヘッドの近傍の構造をキャリッジから分離して示す斜視図と、断面図である。 図（イ）、（ロ）は、それぞれ同上ヘッドフレームの構造を示す断面図と、インク供給針を除いて示す上面図である。 インク供給針と記録ヘッドのインク導入口とを結ぶ流路の一実施例を１つの流路に例を採って示す上面図と断面図である。 図（イ）、（ロ）はそれぞれインクカートリッジ装着時の状態を示す図である。 インク供給針と記録ヘッドのインク導入口とを結ぶ流路の他の実施例を１つの流路に例を採って示す断面図である。

符号の説明

１２２ ヘッドフレーム １３０ 記録ヘッド １３１〜１３５ インク供給針 １９１〜１９５ フィルタ板 ΔＨ 高低差

Claims (4)

1. ヘッドフレームを介して複数色のインクを吐出するインクジェット式記録ヘッドが搭載されたキャリッジと、前記ヘッドフレームに設けられ、インクを貯蔵する複数の収容室を備えたインクカートリッジの各収容室に対応した複数のインク供給口にそれぞれ係合して前記記録ヘッドにインクを供給する複数のインク供給針とを備えたインクジェット式記録装置において、
   複数の前記インク供給針が、隣接するものの間で交互に一定の高低差で高低となるように配置され、高所側に位置するインク供給針が先に前記インク供給口に陥入し、その後に低所側に位置するインク供給針が前記インク供給口に陥入されるよう構成されたインクジェット式記録装置。
2. 前記インクが淡いシアン、濃いシアン、淡いマゼンタ、濃いマゼンタ、及びイエローの５色で、中心、及び両側のインク供給針の先端が、他のインク供給針に対して一定長さ突出している請求項１に記載のインクジェット式記録装置。
3. 前記インク供給針と前記記録ヘッドのインク導入口とは、それぞれ第１、第２の直線に位置するように配置され、前記第１、第２の直線との間を、前記インク供給針の直径よりも大きな距離を有し、前記インク供給針と前記インク導入口とがほぼ水平方向に延びかつ前記インク供給針の直径程度の幅の流路により接続されていて、前記流路内にフィルタが水平に設けられている請求項２に記載のインクジェット式記録装置。
4. 前記流路が、前記フィルタ板により上部側の容積が下部側よりも大きくなるように上下に分割されている請求項２に記載のインクジェット式記録装置。

Images