JP4305238B2 - ポンプ及びこのポンプを備えたインクジェットプリンタ - Google Patents

Description

本発明は、ハウジング内で回転するロータにより流体をハウジング内に吸引して外部へ圧送する形式のポンプ、及び、このポンプを備えたインクジェットプリンタに関する。

従来より、流体を圧送するポンプとして、図９に示すようにロータリーポンプの一種であるケーリ回転ポンプがある（例えば、非特許文献１参照）。このポンプ７０は、吸入孔７１と排出孔７２とが形成されたケーシング７３を有し、このケーシング７３内には、吸入孔７１と排出孔７２との間のケーシング７３上部の内面に接するように円柱形状のロータ７４が回転可能に配設されている。このロータ７４には、直径方向にバネ７５で連結された２枚の羽根板（仕切り部材）７６ａ，７６ｂがケーシング７３の内面に摺動自在に設けられている。ロータ７４が回転したときには、２枚の羽根板７６ａ，７６ｂにはバネ７５の弾性力と遠心力とが作用して、ケーシング７３内面に接しながらロータ７４と一体的に回転する。このポンプ７０において、ロータ７４が回転すると、２枚の羽根板７６ａ，７６ｂとロータ７４とケーシング７３とにより囲まれた領域のうち、吸入孔７１と連通する領域７７ａ内に水や空気等の流体が吸入される。そして、ロータ７４がさらに回転するにつれて、吸入された流体は、吸入孔７１及び排出孔７２と連通しない領域７７ｂから、加圧されながら排出孔７２と連通する領域７７ｃへ流れ、排出孔７２から外部へ流体が吐出される。

機械の素復刊委員会編者，「新編機械の素」，理工学社，１９７７，第１０版，ｐ．２０３（２７．１３ケーリ回転ポンプその１）

ところで、前述のケーリ回転ポンプを、流体の供給源と供給先との間に介在させた構成において、ポンプを作動させない状態でも供給源から供給先に流体を供給できるように、ポンプ内に供給源と供給先とを連通させる流路を形成することが必要な場合がある。そのような流路をポンプ内に設けるために、例えば、ロータの周方向所定位置に切欠部を設け、この切欠部とハウジングの内面との間に流路を形成したポンプ構成などが考えられる。しかし、ロータに単に切欠部を設けただけでは、ロータの回転時におけるハウジング内の領域７７ａ，７７ｃ間の流路抵抗の変動（即ち、流体の圧力変動）が大きくなるため、ロータに回転むらが生じたり、特に、ロータの回転駆動用にステッピングモータ等の同期モータを使用した場合には、脱調によりロータが高速で回転しなくなる虞がある。この脱調を防止するために、モータの出力を増大させることも考えられるが、モータが大型なものになってしまい、ポンプを装備した装置全体の大型化につながる。
また、切欠部の形状によっては、流体の供給源と供給先とが連通した状態における切欠部における流路抵抗が大きくなり、十分な量の流体を供給先に供給できなくなる虞もある。

本発明の目的は、ロータとハウジングとの間に形成される流路のロータ回転時における流路抵抗の変動率を抑制しつつ、供給源と供給先の連通時にはその流路抵抗を十分下げることができるポンプ、及び、このポンプを備えたインクジェットプリンタを提供することである。

課題を解決するための手段及び発明の効果

第１の発明のポンプは、内部に空洞を有し、この空洞に流体を吸入する吸入孔と前記空洞から流体を排出する排出孔とを備えたハウジングと、前記空洞内に回転可能に配設された円柱状のロータと、このロータと一体的に回転可能であり、且つ、前記空洞を形成する前記ハウジングの内壁部に摺動可能に設けられ、ハウジングとロータとの間の空間を仕切る仕切り部材とを備え、前記ロータの外周部の周方向所定位置に、その曲率半径がロータの径よりも大きい曲面部が形成されていることを特徴とするものである。

このポンプにおいて、ハウジング内のロータが回転すると、ハウジングに形成された吸入孔から内部の空洞に流体が吸入される。ここで、ロータには、空洞を形成するハウジングの内壁部に摺動可能な仕切り部材が設けられているため、ロータと仕切り部材とが一体的に回転することにより、ロータとハウジングと仕切り部材とで囲われた空間内で流体が加圧され、排出孔から流体が外部へ圧送される。

ここで、ロータの外周部の周方向所定位置にその曲率半径がロータの径よりも大きい曲面部が形成されているため、ロータの回転時に曲面部がハウジングに接近した際に、ロータの位置変動（回転角度変動）に対する流路抵抗の変動率が小さくなり、ロータを滑らかに回転させることができる。そのため、ロータを回転駆動するモータの脱調も生じにくくなり、モータの出力を増大させることなくさらなる高速回転が可能となり、より高出力のポンプとなる。また、連通位置においては、ロータの曲面部とハウジングとの間に形成される流路における流路抵抗が小さくなり、吸入孔から排出孔へ流体をスムーズに排出することができる。

第２の発明のポンプは、前記第１の発明において、前記ロータの外周部と前記曲面部との交点部分が曲面形状に形成されていることを特徴とするものである。従って、流路抵抗の変動率がより少なくなり、モータの出力を増大させることなく高速回転が可能となる。

第３の発明のポンプは、前記第１又は第２の発明において、前記曲面部の曲率半径をｒ、前記ロータの径をＲとしたときに、１．１＜ｒ／Ｒ＜１．３であることを特徴とするものである。曲面部の曲率半径ｒとロータの径Ｒとの比をこのような範囲内の値とすることにより、連通時のロータとハウジングとの間の流路抵抗を低減しつつ、ロータの回転角度変動に対する流路抵抗の変動率を極力小さくすることができる。

第４の発明のポンプは、前記第１〜第３の何れかの発明において、前記曲面部は、ロータの軸心方向途中部の外周部に部分的に凹設されていることを特徴とするものである。従って、ロータとハウジングが軸心方向の両側部分において安定的に接触することになり、モータの出力を増大させることなく高速回転が可能となる。

第５の発明のポンプは、前記第１〜第４の何れかの発明において、前記ロータに前記曲面部が凹設された部分の角部が、所定の曲率半径の曲面形状に形成されていることを特徴とするものである。従って、ロータとハウジングとの間の接触抵抗が低減されるため、高速回転が可能となる。

第６の発明のインクジェットプリンタは、前記第１〜第５の何れかの発明のポンプを備え、前記ポンプの前記吸入孔がインクカートリッジに連通し、且つ、前記ポンプの前記排出孔がインクジェットヘッドに連通していることを特徴とするものである。このようにインクジェットプリンタのインク圧送用に前述のポンプを使用することにより、モータの出力を増大させることなくポンプを高速回転可能させて、インクを高い流速でインクジェットヘッドへ圧送することができるようになる。

本発明の実施の形態について説明する。本実施形態は、ライン式のカラーインクジェットプリンタに本発明を適用した一例である。
図１に示すインクジェットプリンタ１は、４つのインクジェットヘッド２を有するカラーインクジェットプリンタである。インクジェットプリンタ１には、図１の左側の給紙部３と右側の排紙部４が設けられており、さらに、インクジェットプリンタ１の内部には、給紙部３から排紙部４に至る用紙搬送経路が形成されている。

給紙部３の下流側には、記録媒体である用紙を挟持搬送する上下一対の送りローラ５が配置されており、送りローラ５により用紙が図１の左方から右方へ送られる。用紙搬送経路の途中部には、２つのベルトローラ６，７が配置されており、これら２つのローラ６，７間には、エンドレスの搬送ベルト８が架け渡されている。搬送ベルト８の外面（搬送面）にはシリコン処理が施され、一対の送りローラ５によって搬送されてくる用紙を、搬送ベルト８表面の粘着力により保持するようになっており、一方のベルトローラ６が駆動されることにより搬送ベルト８を介して用紙が下流側（右方）へ向けて搬送される。尚、用紙搬送経路に対してベルトローラ６の反対側の位置には、搬送ベルト８上の用紙が搬送面から浮かないように、用紙を搬送ベルト８に押しつける押さえ部材９が設けられている。

搬送ベルト８の図１における右側部分の近傍位置には、搬送ベルト８の搬送面に粘着されている用紙を搬送面から剥離して、右方の排紙部４へ送る剥離機構１０が設けられている。さらに、搬送ベルト８の内側には、インクジェットヘッド２と対向する位置、つまり搬送ベルト８の上側部分の下面と接触して内周側から搬送ベルト８を支持する、略直方体形状のガイド部材１１が配置されている。

インクジェットヘッド２は、図１の紙面垂直方向に細長い平面視長方形状のラインヘッドであり、４色のインク（マゼンタ、イエロー、シアン、ブラック）に夫々対応する４つのインクジェットヘッド２が、用紙搬送方向に沿って並べて設けられている。インクジェットヘッド２の下端部には、圧力室を含むインク流路が形成された流路ユニットと、この流路ユニットの表面に設けられて圧力室内のインクに圧力を付与するアクチュエータとを含む、ヘッド本体１８が備えられている。これらヘッド本体１８の下面には、ヘッド本体１８内のインク流路に連なり、下方に位置する用紙に向けてインクを吐出する多数のノズルが形成されている。

インクジェットヘッド２の下面と搬送ベルト８の搬送面との間には用紙搬送経路を構成する微少な隙間が形成されており、用紙を４つのインクジェットヘッド２と搬送ベルト８との間の前記隙間に通過させる際に、多数のノズルから用紙の上面（印刷面）に各色のインクを吐出して、用紙に所望のカラー画像が形成されるようになっている。

次に、インクジェットヘッド２にインクを供給するインク供給系統について図２を参照して説明する。
インクジェットプリンタ１には、４つのインクジェットヘッド２に供給される４色のインクを夫々貯留する４つのインクカートリッジ２０が装着されている。そして、４つのインクカートリッジ２０と４つのインクジェットヘッド２とは、夫々ポンプ３０及び可撓性のチューブ１３を介して接続されている。尚、図２においては、１つのインクジェットヘッド２に対応するインクカートリッジ２０及びポンプ３０のみが示されているが、実際には、インクカートリッジ２０及びポンプ３０は、４つのインクジェットヘッド２に夫々対応して４つ設けられている。

図２に示すように、インクカートリッジ２０は、合成樹脂製のカートリッジ本体２１と、このカートリッジ本体２１の内部に設けられたインク袋２２とを備えている。インク袋２２は、可撓性を有する複数のフィルムを熱圧着して形成されているパウチフィルムで構成されており、このインク袋２２内には脱気されたインクが貯留されている。このパウチフィルムは、最内側にポリプロピレン層が形成され、外側に向かって順に基材としてのポリエステル層と、そのポリエステル層に敷設されるガスバリア層としてのアルミ箔層と、フィルムの強度向上のためのナイロン層とが多重に積層された構造を有する。さらに、インク袋２２には、その開口部を封止する樹脂製のスパウトが設けられ、このスパウトは、シリコンゴム製またはブチルゴム製のキャップ２３を備えている。そして、キャップ２３に後述の中空針２５が貫通した状態で、インクカートリッジ２０内のインクがポンプ３０及びチューブ１３を介してインクジェットヘッド２に供給される。また、インクカートリッジ２０内部のインクが無くなったときには、キャップ２３から中空針２５を抜いて、インクカートリッジ２０を交換することができる。

インクジェットヘッド２のヘッド本体１８の、その長手方向一端部の上面には、筒状のインク供給部１４が設けられており、このインク供給部１４にチューブ１３の一端が接続されている。また、チューブ１３の他端はポンプ３０に接続されている。このポンプ３０は、インクカートリッジ２０を交換した際などに、ヘッド本体１８内のインク流路内に気泡等が混入したときに、インクジェットヘッド２にインクを圧送することによりインクに混入した気泡等をノズルから排出する（この動作をパージという）ためのものである。パージ動作においては、インクを高い流速で圧送することが、インクの廃棄量を抑えつつ気泡を効率よく排出する上で重要である。このパージ作業を行わないときには、停止したポンプ３０内に形成された流路４３（図３（ａ），（ｂ）及び図４参照）を介して、インクカートリッジ２０とインクジェットヘッド２とが連通している。そして、印字時には、ポンプ３０が停止した状態で、インクカートリッジ２０内のインクがポンプ３０及びチューブ１３を介してヘッド本体１８内に形成されたインク流路に導かれ、インクがノズルから吐出される。尚、チューブ１３はエラストマーで形成されており、十分な可撓性を有している。

次に、ポンプ３０について詳細に説明する。
図２、図３（ａ），（ｂ）に示すように、ポンプ３０は、その一端側（図３の上側）に開放された空洞３２を内部に有し、この空洞３２にインクを吸入する吸入孔３１ａと空洞３２からインクを排出する排出孔３１ｂとを備えたハウジング３１と、空洞３２内に回転可能に配設されたロータ４０と、ハウジング３１とロータ４０との間の空間を仕切る仕切り部材５０と、ハウジング３１の一端部に装着されて空洞３２を塞ぐ蓋部材６０と、この蓋部材６０をハウジング３１に固定するネジ７０（固定手段）とを備えている。尚、図２に示されたポンプ３０は、図３に示す蓋部材６０が取り外された状態のものである。また、図３（ａ）は蓋部材６０がハウジング３１に固定されていない状態における図２のＡ−Ａ線断面図、図３（ｂ）は蓋部材６０がハウジング３１に固定された状態における図２のＡ−Ａ線断面図を示す。

ハウジング３１は例えば合成樹脂により略円筒形状に形成されている。このハウジング３１の内部には空洞３２が円柱穴状に形成されており、この空洞３２は、図３における上側に開放されている。このハウジング３１の側壁部の、インクカートリッジ２０のキャップ２３に対向する位置には、吸入孔３１ａが形成されている。この吸入孔３１ａには、金属製の筒状の中空針２５が内嵌されており、この中空針２５を介して吸入孔３１ａがインクカートリッジ２０に連通している。中空針２５のインクカートリッジ２０側の端部は、斜めにカットされた尖鋭な形状に形成されている。そして、吸入孔３１ａに内嵌された中空針２５は、図２に示すようにインクカートリッジ２０のキャップ２３を貫通しており、インクカートリッジ２０内のインクは、中空針２５を介して吸入孔３１ａから空洞３２へ吸入される。

ハウジング３１の側壁部の、吸入孔３１ａから図２の時計回りの方向に約９０°回転した位置（図２におけるハウジング３１の上端位置）には排出孔３１ｂが形成されている。さらに、ハウジング３１には、排出孔３１ｂに連通し且つフィルタ３６を収納するフィルタ収納部３５が一体的に設けられており、このフィルタ収納部３５にチューブ１３の一端が接続されている。従って、排出孔３１ｂはフィルタ収納部３５及びチューブ１３を介してインクジェットヘッド２に連通している。フィルタ収納部３５は、その鉛直断面が略菱形に形成されており、フィルタ収納部３５の内部には、インクカートリッジ２０からインクジェットヘッド２側に供給されるインクをろ過するメッシュ状のフィルタ３６が収納されている。従って、インクカートリッジ２０の着脱時の、キャップ２３に対する中空針２５の抜き差しに伴って発生したゴム滓などをフィルタ３６により捕捉して、インクから除去することができる。そのため、インクカートリッジ２０側にフィルタを設ける必要がなくなるなど、インクカートリッジ２０の構造を簡略化することが可能になる。

ハウジング３１の図３における下半分には、後述するロータ４０の回転軸４０ｂを回転自在に軸支する軸受け部３１ｃが形成され、この軸受け部３１ｃよりもさらに下側にはオイルシール３７が収容される収容室３１ｄも形成されている。また、ハウジング３１の下半部の側面部には、鍔状に水平に広がり、その上面に後述の蓋部材６０が固定される固定部３１ｅも形成され、この固定部３１ｅには、３つのネジ穴３１ｆが、図２に示すようにその周方向３等分位置に夫々形成されている。

ロータ４０は空洞３２よりも軸心方向（図３の上下方向）にやや短い円柱形状に形成されており、このロータ４０の図３における上下両端側の部分には夫々２つの回転軸４０ａ，４０ｂが一体成形されている。上側の回転軸４０ａは後述の蓋部材６０の閉塞部６１に形成された凹状の軸受け部６１ａにより軸支され、下側の回転軸４０ｂはハウジング３１の軸受け部３１ｃに内嵌状に挿通されて軸支されており、ロータ４０は上下両端側から軸支された状態でハウジング３１の空洞３２内に回転自在に配設されている。尚、図２に示すように、ロータ４０の回転中心Ｃ１は空洞３２の中心Ｃ２から図２の左斜め上の位置に少し偏心しており、さらに、ロータ４０に形成された後述の曲面部４２以外の部分が、ハウジング３１の内壁部３１ｇの左斜め上の位置に接触するように構成されている。

回転軸４０ｂの下端部はネジ４５によりギヤ４６に固定されており、さらに、ギヤ４６はステッピングモータからなる駆動モータ（図示省略）に連結されている。従って、駆動モータの駆動力がギヤ４６を介して回転軸４０ｂに伝達されて、ロータ４０が回転駆動されるように構成されている。また、ハウジング３１の収容室３１ｄ内において、回転軸４０ｂとハウジング３１との間には環状のオイルシール３７が介装されており、このオイルシール３７によりギヤ４６等に付着した潤滑油が空洞３２内に侵入するのが防止される。

ところで、図２〜図４に示すように、ロータ４０の外周部の周方向所定位置には、その曲率半径がロータ４０の径よりも大きい曲面部４２が形成されている。そして、ポンプ３０が停止した状態（図４及び図６（ａ）参照）では、この曲面部４２とハウジング３１の内壁部３１ｇとの間には流路４３が形成されている。この流路４３は、ポンプ３０によりヘッド本体１８のインク流路内のパージを行わない状態、即ち、用紙に印字可能な状態において、図４に示すように、吸入孔３１ａと排出孔３１ｂを連通させてインクカートリッジ２０内のインクをインクジェットヘッド２に供給する為の流路である。尚、図３に示すように、この曲面部４２はロータ４０の軸心方向途中部の外周部に部分的に凹設されている。また、ロータ４０とハウジング３１が軸心方向の両側部分において安定的に接触することになり、高速回転が可能となる。尚、ロータ４０とハウジング３１との間の接触抵抗を低減するために、ロータ４０に曲面部４２が凹設された部分の角部４２ａは、所定の曲率半径の曲面形状に形成されている。さらに、流路４３における流路抵抗の変動率をより少なくするために、図４（ｂ）に示すように、ロータ４０の外周部と曲面部４２との交点部分４２ｂが、所定の曲率半径ｒ’の曲面形状に形成されていてもよい。尚、図４（ｂ）においては、交点部分４２ｂが曲面形状に形成されていない状態を２点鎖線で示している。この曲面部４２については後ほどさらに詳しく述べる。

図２、図５に示すように、ロータ４０には、仕切り部材５０を保持する保持溝４１が径方向に貫通するように形成されている。この保持溝４１には、ＥＰＤＭ（エチレン・プロピレン・ジエン三元共重合体）系の合成ゴムで構成された弾力性を有する仕切り部材５０と、この仕切り部材５０を挟むようにして配置され、ＰＯＭ（ポリオキシメチレン）樹脂で構成された２つの滑り部材５１ａ，５１ｂとが、重なり合った状態で挿入されている。２つの滑り部材５１ａ，５１ｂで挟まれた仕切り部材５０は、ロータ４０の軸心を含む平面内に配置されており、仕切り部材５０はロータ４０と一体的に回転可能である。

仕切り部材５０は、略矩形状の平面形状を有し、図２に示すように、保持溝４１に挿入された状態では仕切り部材５０はロータ４０よりもその径方向に突出している。さらに、仕切り部材５０は弾力性を有し、仕切り部材５０の、ロータ４０の径方向両端部は、空洞３２を形成するハウジング３１の内壁部３１ｇに常に接触し、仕切り部材５０は内壁部３１ｇに摺動自在に設けられている。従って、ハウジング３１とロータ４０との間の空間が、仕切り部材５０により常に２つの空間１００，１０１に仕切られている。尚、図５に示すように、保持溝４１は、ロータ４０から、２つの回転軸４０ａ，４０ｂのロータ４０と連なる部分にまで延びており、さらに、この保持溝４１に挿入される仕切り部材５０の、ロータ４０の軸心方向の長さは、ロータ４０よりも長くなっている。従って、空洞３２内のインクがロータ４０の軸心方向両端側から外部に漏れ出したり、あるいは、仕切り部材５０で仕切られた２つの空間１００，１０１の間でインクが漏れたりするのを確実に防止できる。

２つの滑り部材５１ａ，５１ｂは、仕切り部材５０と同様に略矩形状の平面形状を有するが、ロータ４０の径方向の長さが仕切り部材５０よりも短く、厚みも薄い。また、滑り部材５１ａ，５１ｂは合成樹脂で構成されているため、滑り部材５１ａ，５１ｂの保持溝４１に対する滑り摩擦係数は、仕切り部材５０の保持溝４１に対する滑り摩擦係数よりも小さくなる。従って、滑り部材５１ａ，５１ｂに挟まれて保持溝４１に配置された仕切り部材５０は、その径方向両端部がハウジング３１の内壁部３１ｇに接触した状態で、滑り部材５１ａ，５１ｂとともにロータ４０の軸心を含む平面内で保持溝４１内を滑らかに移動することが可能となる。また、ロータ４０の回転に伴う仕切り部材５０のロータ４０に対する摺動も円滑になる。

蓋部材６０は合成樹脂で形成されており、図３に示すように、この蓋部材６０は、ハウジング３１の図３における上端側部分に密着して空洞３２を塞ぐ閉塞部６１と、この閉塞部６１からハウジング３１の図３における下端側へ延びてハウジング３１の側面を部分的に覆う筒状の側壁部６２と、側壁部６２の下端側部分に設けられ、鍔状に水平に広がる連結固定部６３とを有する。つまり、蓋部材６０は、ハウジング３１の上半分を覆うキャップ状に形成されている。

閉塞部６１は、キャップ状に形成された蓋部材６０の頂部に相当し、円板状の平面形状を有する。この閉塞部６１の内側（ロータ４０側）には、上側の回転軸４０ａを軸支可能な凹状の軸受け部６１ａが形成されている。そして、上側の回転軸４０ａが蓋部材６０の軸受け部６１ａにより軸支され、下側の回転軸４０ｂがハウジング３１の軸受け部３１ｃに内嵌状に挿通されて軸支されており、ロータ４０は両端側から軸支された状態でハウジング３１の空洞３２内に回転自在に配設されている。従って、ローラ４０の回転ブレが抑制され、空洞３２内のインクの漏れをより確実に防止することができる。また、ローラ４０の回転負荷が軽減されるためポンプ３０の出力効率が向上する。さらに、ポンプ３０の動作音や振動が低減される。

さらに、軸受け部６１ａの周囲には、図３の上方へ窪んだ環状の凹部６１ｂが形成されている。この環状の凹部６１ｂにはハウジング３１の環状に形成された上端部が係合し、凹部６１ｂの内側には、ハウジング３１の上端部の内側面と密着する密着面６１ｃが形成されている。このように、閉塞部６１に形成された凹部６１ｂの内側にハウジング３１の上端側部分の内側面が密着するため、空洞３２内の流体の漏れをより確実に防止できる。

側壁部６２は、閉塞部６１の径方向端部からハウジング３１の固定部３１ｅまで延びて、ハウジング３１の上半分の側面を覆っている。この側壁部６２とハウジング３１の側面との間には、弾力性を有するＯリング（シール部材）６４が介装されている。このＯリング６４により、空洞３２内の流体がハウジング３１の側面と蓋部材６０の側壁部６２との間から漏れ出すのを確実に防止できる。さらに、側壁部６２には、Ｏリング６４からその弾性に起因する径方向外側への力が周方向に均一に作用する。従って、閉塞部６１の密着面６１ｃがハウジング３１の上端部の内側に周方向に均一に押しつけられるため、ハウジング３１と蓋部材６０の密着性をハウジング３１の内周面に関して均一にすることができる。

鍔状の連結固定部６３は、その平面形状がハウジング３１の固定部３１ｅと略同じ形状に形成されており、連結固定部６３は周方向３等分位置に配置された３本のネジ７０により固定部３１ｅに固定される。このように、キャップ状の蓋部材６０が、周方向３等分位置に配置された３本のネジ７０によりハウジング３１に固定されるため、閉塞部６１に対して略均一に力が作用し、閉塞部６１が全面に亙ってハウジング３１の上端部に密着する。さらに、図３（ａ）に示すように、蓋部材６０がハウジング３１に固定されていない状態では、連結固定部６３は、僅かな隙間ｄをあけて固定部３１ｅから上方に離隔している。つまり、蓋部材６０を３本のネジ７０でハウジング３１に固定するときには、連結固定部６３が固定部３１ｅ側に強制的に引き寄せられて固定されることになる。従って、それに伴い、閉塞部６１もハウジング３１の上端部に押しつけられて、ハウジング３１の上端部により確実に密着するため、空洞３２内のインクの外部への漏れ及び仕切り部材５０により仕切られた２つの空間１００，１０１（図２参照）の間におけるインクの漏れを確実に防止でき、ポンプ３０の効率が向上する。

次に、ポンプ３０の作用について説明する。
インクジェットヘッド２により用紙に対して印字する場合には、パージ用のポンプ３０のロータ４０は、図６（ａ）の位置で停止しており、曲面部４２とハウジング３１の内壁部３１ｇとの間に形成された流路４３により、吸入孔３１ａと排出孔３１ｂが連通している。この状態で、インクカートリッジ２０内のインクが、ポンプ３０内の流路４３及びチューブ１３を介してインクジェットヘッド２に供給され、インクジェットヘッド２のノズルから用紙に対してインクが吐出される。

一方、インクカートリッジ２０を交換した場合などに、インク内に混入した気泡等をパージする場合には、駆動モータの駆動力がギヤ４６を介してロータ４０に伝達され、図６（ａ）の状態から、ロータ４０が矢印方向に回転駆動される。すると、図６（ｂ）に示すように、ロータ４０の曲面部４２が形成されていない部分がハウジング３１の内壁部３１ｇに接触し、吸入孔３１ａと排出孔３１ｂとを連通させる流路４３が閉鎖される。そして、内壁部３１ｇに接触したロータ４０により、仕切り部材５０により空洞３２が２つに仕切られて形成された一方の空間１００が、さらに吸入孔３１ａと連通する空間１００ａと排出孔３１ｂと連通し且つ空間１００ａと隔絶された空間１００ｂとに分けられる。

さらに、図６（ｃ）に示すように、ロータ４０が矢印方向に回転すると、吸入孔３１ａと連通する空間１００ａが大きくなり、空間１００ａ内のインクの圧力が低下してインクカートリッジ２０からインクが吸引されることになる。逆に、ロータ４０の回転に伴い、排出孔３１ｂと連通する空間１００ｂは小さくなり、空間１００ｂ内のインクが加圧されて排出孔３１ｂからインクジェットヘッド２に圧送されることになる。そして、インクカートリッジ２０のインクがポンプ３０によりインクジェットヘッド２に強制的に送られる。従って、ヘッド本体１８のインク流路内に混入した気泡をインクと共にパージすることができる。

ところで、前述したように、吸入孔３１ａと排出孔３１ｂとを連通する流路４３を形成する曲面部４２の曲率半径ｒが、ロータ４０の径Ｒよりも大きくなっているため（図４参照）、パージ時におけるロータ４０の回転角度に対する流路抵抗の変動率が小さくなる。そのため、図７に示すような、ロータ４０Ａに形成された切欠部４２Ａにより流路４３Ａが形成されている場合に比べて、ロータ４０の負荷変動が小さくなり、ロータ４０を滑らかに回転させることができる。つまり、ロータ４０を回転駆動する駆動モータの脱調が生じにくくなるため、ロータ４０の高速回転が可能となる。さらに、ポンプ３０が停止している印字状態（図６（ａ）の状態）における流路４３の流路抵抗が小さくなり、印字中にインクをインクジェットヘッド２にスムーズに供給できる。

ここで、曲面部４２がロータ４０の８０°部分の外周部にわたって形成されている場合の、曲率半径をｒ、ロータ４０の径をＲとしたときの、ロータ４０の回転角度（−４０〜＋４０°）に対する吸入孔３１ａから排出孔３１ｂに至る流路の流路抵抗の関係を図８（ａ）に示す。ここで、ロータの回転角度が０°の状態とは、曲面部４２の周方向中央部がハウジング３１の内壁部３１ｇに最も接近して、吸入孔３１ａと排出孔３１ｂとが連通した図４あるいは図６（ａ）の状態を指し、この角度０°の状態から反時計回り方向のロータ４０の回転角度を＋、時計回り方向のロータ４０の回転角度を−としている。また、図８（ａ）において、Ｌ１は曲面部４２の曲率半径ｒとロータ４０の径Ｒが略等しい場合、Ｌ２は比ｒ／Ｒが１．１の場合、Ｌ３は比ｒ／Ｒが１．３の場合、そして、Ｌ４は、図７に示す切欠部４２Ａが形成されたロータ４０Ａにおける、ロータの回転角度と流路抵抗の関係を夫々示す線図である。尚、流路抵抗の具体的な値は、曲率半径ｒ、ロータ４０の径Ｒ及び幅、そして、ハウジング３１の内径によって変わってくる。

図８（ａ）に示すように、曲面部４２と曲率半径ｒとロータ４０の径Ｒとが略等しい（Ｌ１）場合には、用紙に印字する際の（角度０°の位置における）流路４３における流路抵抗が大きく、用紙への印字中にインクジェットヘッド２に所定量のインクをスムーズに供給することが困難になる。一方、切欠部４２Ａにより流路４３Ａが形成されている場合（即ち、ｒ／Ｒ＝∞）には（Ｌ４）、パージ時におけるロータ４０Ａの回転角度に対する流路抵抗の変動が大きくなりすぎ、ロータ４０Ａに回転むらが生じたり、駆動モータの負荷変動が大きくなりモータが脱調して、ロータ４０Ａが回転しなくなる虞がある。

一方、１．１＜ｒ／Ｒ＜１．３である場合には（Ｌ２とＬ３との間の領域）、印字の際の流路４３の流路抵抗が小さく、印字中にインクをインクジェットヘッド２にスムーズに供給できる一方で、パージ時には、ロータ４０の回転角度に対する流路４３の流路抵抗の変動が小さく、駆動モータの負荷変動を抑制することができ、モータが脱調しにくくなる。以上より、１．１＜ｒ／Ｒ＜１．３であることが好ましい。

例えば、６００ｄｐｉで４インチサイズのインクジェットヘッド２をインク供給先とし、インクの粘度３ｃｐｓ、ハウジング３１の直径２０ｍｍ、ロータの幅１２ｍｍ、Ｒ＝８．７ｍｍ、ｒ＝１０．６ｍｍとした場合、連通時の流路抵抗は、１．０ｋＰａ／（ｍｌ／ｓ）程度に抑えられ、アンダーリフィル等、印字中にインク供給に支障をきたすことはない。また、パージ時の流量としては、４．７ｍｌ／ｓ（ロータ４０の回転速度１４．６ｒｐｓ）を一般的な４０角サイズのステッピングモータを駆動源として圧送することができ、効率の高いパージを行うことのできる高い流速が得られる。尚、インク供給先であるインクジェットヘッド２のサイズ、インク吐出の周波数や液滴量により、要求される連通時の流路抵抗値は異なる。

図８（ｂ）は、曲面部４２をロータ４０の４０°部分の外周部にわたって形成されている場合の、回転角度と流路抵抗の関係を示す。要求される流路抵抗値がさらに小さい場合でも、曲面部４２が形成される角度を小さくして、ｒ／Ｒの値を１．１〜１．３の範囲内で選択すれば、要求される値まで流路抵抗を低減しつつ、さらにポンプ効率を向上させることができ、バランスの取れたポンプ性能を実現できる。

以上説明したポンプによれば、次のような効果が得られる。
閉塞部６１と側壁部６２とを備えたキャップ状の蓋部材６０が、周方向３等分位置に配置された３本のネジ７０によりハウジング３１に固定されるため、閉塞部６１に対して略均一に力が作用し、閉塞部６１が全面に亙ってハウジング３１の上端部に密着する。さらに、蓋部材６０がハウジング３１に固定されていない状態では、連結固定部６３は、僅かな隙間ｄをあけて固定部３１ｅから上方に離隔している。従って、蓋部材６０を３本のネジ７０でハウジング３１に固定するときには、閉塞部６１がハウジング３１の上端部に押しつけられて、ハウジング３１の上端部により確実に密着するため、空洞３２内のインクの外部への漏れ及び仕切り部材５０により仕切られた２つの空間１００，１０１の間におけるインクの漏れを確実に防止でき、ポンプ３０の効率が向上する。

吸入孔３１ａと排出孔３１ｂとを連通する流路４３を形成する曲面部４２の曲率半径ｒが、ロータ４０の径Ｒよりも大きくなっているため、パージ時におけるロータ４０の回転角度に対する流路抵抗の変動率が小さくなる。そのため、ロータ４０の負荷変動が小さくなり、ロータ４０を滑らかに回転させることができる。つまり、ロータ４０を回転駆動する駆動モータの脱調が生じにくくなるため、ロータ４０の高速回転が可能となる。さらに、ポンプ３０が停止している印字状態における流路４３の流路抵抗が小さくなり、印字中にインクをインクジェットヘッド２にスムーズに供給できる。

次に、前記実施形態に種々の変更を加えた変更形態について説明する。但し、前記実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。
１］側壁部６２をハウジング３１に固定する手段は、前記実施形態のネジ７０に限定されるものではなく、例えば、蓋部材の連結固定部をハウジングの固定部に係合させることにより蓋部材をハウジングに固定するものであってもよい。あるいは、側壁部を接着や溶着等により着脱不能にハウジングに固定することもできる。

２］蓋部材６０の側壁部は、前記実施形態のような筒状のものである必要は必ずしもなく、例えば、周方向に分割されてハウジング３１の固定部３１ｅ側へ延びる複数の側壁部であってもよい。また、側壁部によりハウジング３１の側面が全面的に覆われていてもよい。さらに、蓋部材の連結固定部及びハウジングの固定部も、鍔状に水平に広がる形状である必要は特になく、蓋部材をハウジングの固定側へ引きつけて固定することが可能な形状であれば、その他の種々の形状を採用することができる。

３］ロータの曲面部は、ロータの軸心方向の全長に亙って形成されていてもよい。この場合には、ロータに曲面部を形成することがより容易になる。

本発明の実施形態に係るインクジェットプリンタの側面図である。 インクジェットプリンタのインク供給系統の概略構成図である。 図２に示すポンプのＡ−Ａ線断面図であり、（ａ）は蓋部材がハウジングに固定されていない状態における断面図、（ｂ）は蓋部材がハウジングに固定された状態における断面図である。 曲面部を有するロータの概略図であり、（ａ）は交点部分が曲面形状でなっていない図、（ｂ）は交点部分が曲面形状になっているロータの、交点部分付近の拡大図である。 図２に示すロータのＢ−Ｂ線断面図である。 印字動作及びパージ動作におけるポンプの状態を示す図であり、（ａ）は印字時において停止した状態のポンプを示す図、（ｂ）及び（ｃ）はパージ動作におけるポンプを示す図である。 切欠部を有するロータの概略図である。 ロータの回転角度と流路抵抗との関係を示す図であり、（ａ）は曲面部がロータの８０°部分の外周部に形成された場合、（ｂ）は曲面部がロータの４０°部分の外周部に形成された場合を示す。 従来のケーリ回転ポンプの断面図である。

符号の説明

１ インクジェットプリンタ
２ インクジェットヘッド
２０ インクカートリッジ
３０ ポンプ
３１ ハウジング
３１ａ 吸入孔
３１ｂ 排出孔
３２ 空洞
４０ ロータ
４２ 曲面部
４２ａ 角部
４２ｂ 交点部分
５０ 仕切り部材

Claims (6)

1. 内部に空洞を有し、この空洞に流体を吸入する吸入孔と前記空洞から流体を排出する排出孔とを備えたハウジングと、
   前記空洞内に回転可能に配設された円柱状のロータと、
   このロータと一体的に回転可能であり、且つ、前記空洞を形成する前記ハウジングの内壁部に摺動可能に設けられ、ハウジングとロータとの間の空間を仕切る仕切り部材とを備え、
   前記ロータの外周部の周方向所定位置に、その曲率半径がロータの径よりも大きい曲面部が形成されていることを特徴とするポンプ。
2. 前記ロータの外周部と前記曲面部との交点部分が曲面形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のポンプ。
3. 前記曲面部の曲率半径をｒ、前記ロータの径をＲとしたときに、１．１＜ｒ／Ｒ＜１．３であることを特徴とする請求項１又は２に記載のポンプ。
4. 前記曲面部は、ロータの軸心方向途中部の外周部に部分的に凹設されていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のポンプ。
5. 前記ロータに前記曲面部が凹設された部分の角部が、所定の曲率半径の曲面形状に形成されていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のポンプ。
6. 前記請求項１〜請求項５の何れかに記載のポンプを備え、
   前記ポンプの前記吸入孔がインクカートリッジに連通し、且つ、前記ポンプの前記排出孔がインクジェットヘッドに連通していることを特徴とするインクジェットプリンタ。
   
   

Images