JP4347665B2 - 記録液用ポンプ、記録液供給装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は記録液用ポンプ、記録液供給装置及び画像形成装置に関する。

プリンタ、ファクシミリ、複写装置、これらの複合機、プロッタ等の各種画像形成装置として、キャリッジ上に記録液の液滴を吐出する液滴吐出ヘッドを用いた記録ヘッドと、この記録ヘッドに記録液を供給するための小容量のサブタンクを搭載し、一方、液体保管タンクである大容量のメインカートリッジ（メインタンク）を装置本体側に設置し、メインタンクとサブタンクとを記録液供給チューブを介して接続して、装置本体側のメインタンクからサブタンクに記録液を補充供給するようにした装置が知られている。
特開２０００−７７４３４号公報 特許第２５６３７８４号公報

また、液滴吐出ヘッドを用いる画像形成装置においては、ヘッドの信頼性の維持回復動作のために排出された記録液を吸引して廃液タンクに排出するための吸引ポンプも使用される。
特開平９−１０９４２０号公報

ところで、このような画像形成装置に使用される記録液用ポンプは、上記特許文献３にも開示されているように、シリンダ内に摺動可能に配設したピストンを装着したピストンロッドを外部から移動させることにより、吸引口から前記シリンダ内に導入した記録液を排出口から排出する構成となっている。

このようなシリンダとこのシリンダ内を摺動するピストンとを含むポンプにおいては、シリンダとピストンに固定されるピストンロッドとの間をシールしなければならないので、一般的にはシリンダ側に固定したＯ−リングなどのシール部材を用いて、ピストンロッドがＯ−リング内周面に摺接して往復動するようになっている。

しかしながら、上述したようにシリンダとピストンロッドの間のシール材がピストン動作時にはピストンロッド外周面に摺接するポンプにあっては、経時的な使用による摩耗によってシール性が低下する。

また、外部に接するピストンロッドには空気中のゴミが付着する可能性を排除できないため、ゴミが付着したまま動作を繰り返すうちに、シール材に傷を付けることになり、結果として記録液の洩れや空気混入による動作不良が発生するおそれがある。

これに対しては、ピストンロッドの外径に対してシール材の内径を大きくオーバーラップさせることが考えられるが、このようにすると、摺動抵抗が増加し、ピストンを駆動する駆動系が大型化しコストが高くなる。

さらに、記録液を用いる画像形成装置においては、高品質化を図るために、顔料系記録液など高粘度の記録液を使用することが好ましいが、その反面、高粘度の記録液は長期間放置されると水分の蒸発によって増粘して、固まるなどの問題がある。

本発明者らの実験によると、上述したようにピストンロッドがシール部材に摺接しながら往復動を行うポンプを用いて、高粘度、特に２５℃における粘度が５ｍＰａ・sec以上のインクジェット記録用記録液を用いて供給、放置を繰り返したところ、増粘した記録液によってピストンロッドとシール部材であるＯ−リングが張付いて動きづらくなる現象が確認された。

本発明は上記の課題と知見に基づいてなされたものであり、シール性、耐久性に優れ、高粘度記録液でも動作不良に陥らない記録液用ポンプ、この記録液用ポンプを用いた記録液供給装置、記録液用ポンプ又は記録液供給装置を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明に係る記録液用ポンプは、
シリンダ内に摺動可能に配設されたピストンで前記シリンダ内に第１室及び第２室が形成され、
前記ピストンが所定範囲で移動可能に装着され、外部から進退可能なピストンロッドを有し、
前記ピストンロッドの内部には、前記ピストンの移動で開閉されて、前記ピストンロッドが一方向に移動するときに前記第１室と第２室との間を閉じ、他方向に移動するときには前記第１室と第２室との間を開く流路が形成され、
前記ピストンロッドが一方向に移動するときに前記流路が閉じて前記第１室に吸引口から記録液が導入されるとともに、前記第２室から記録液が排出され、前記ピストンロッドが他方向に移動するときに前記流路が開いて前記第１室から前記第２室に記録液が流入し、
さらに、前記ピストンロッドの中間部分と前記シリンダとの間には、前記ピストンに対向して前記第１室の壁面を形成するとともに、前記ピストンロッドと共に移動可能で、前記ピストンロッドと前記シリンダとの間をシールする蛇腹状のシール部材が設けられている
構成とした。

本発明に係る記録液供給装置は、メインタンクの記録液を本発明に係る記録液用ポンプによってチューブを介してサブタンクに供給する構成としたものである。

本発明に係る画像形成装置は、本発明に係る記録液用ポンプ又は本発明に係る記録液供給装置を備えている構成としたものである。

本発明に係る記録液用ポンプによれば、シリンダ内に摺動可能に配設されたピストンで前記シリンダ内に第１室及び第２室が形成され、前記ピストンが所定範囲で移動可能に装着され、外部から進退可能なピストンロッドを有し、前記ピストンロッドの内部には、前記ピストンの移動で開閉されて、前記ピストンロッドが一方向に移動するときに前記第１室と第２室との間を閉じ、他方向に移動するときには前記第１室と第２室との間を開く流路が形成され、前記ピストンロッドが一方向に移動するときに前記流路が閉じて前記第１室に吸引口から記録液が導入されるとともに、前記第２室から記録液が排出され、前記ピストンロッドが他方向に移動するときに前記流路が開いて前記第１室から前記第２室に記録液が流入し、さらに、前記ピストンロッドの中間部分と前記シリンダとの間には、前記ピストンに対向して前記第１室の壁面を形成するとともに、前記ピストンロッドと共に移動可能で、前記ピストンロッドと前記シリンダとの間をシールする蛇腹状のシール部材が設けられている構成としたので、耐久性及びシール性が向上するとともに、高粘度記録液に対しても動作不良に陥ることを防止できる。

本発明に係る記録液供給装置によれば、本発明に係る記録液用ポンプを備えているので、安定して記録液を供給することができる。

本発明に係る画像形成装置によれば、本発明に係る記録液用ポンプ又は本発明に係る記録液供給装置を備えているので、安定した記録液の供給や排出を行うことができる。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。本発明に係る記録液用ポンプを含む本発明に係る記録液供給装置を含む本発明に係る画像形成装置の一例について図１を参照して説明する。なお、図１は同画像形成装置を前方側から見た斜視説明図である。

この画像形成装置は、装置本体１と、装置本体１に装着した用紙を装填するための給紙トレイ２と、装置本体１に装着され画像が記録（形成）された用紙をストックするための排紙トレイ３とを備え、さらに、装置本体１の前面４の一端部側には、前面４から前方側に突き出し、上面５よりも低くなったカートリッジ装填部６を有し、このカートリッジ装填部６の上面に操作キーや表示器などの操作部７を配置している。カートリッジ装填部６には、液体補充手段としての液体保管用タンクであるメインタンク（以下、「インクカートリッジ」という。）１０が交換可能に装着され、また、開閉可能な前カバー８を有している。

次に、この画像形成装置の機構部について図２ないし図４を参照して説明する。なお、図２は同機構部の全体構成を説明する概略構成図、図３は同機構部の要部平面説明図、図３は同機構部の要部模式的斜視説明図である。

フレーム３０を構成する左右の側板３０Ａ、３０Ｂ（図３参照）に横架したガイド部材であるガイドロッド３１とステー３２とでキャリッジ２３を主走査方向に摺動自在に保持し、図示しない主走査モータによって図３で矢示方向（キャリッジ走査方向：主走査方向）に移動走査する。

このキャリッジ３３には、記録液滴（インク滴）を吐出するための液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドからなる複数の記録ヘッド３４を複数のノズルを主走査方向と交叉する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。

ここで、記録ヘッド３４は、例えば、イエロー（Ｙ）の液滴を吐出する記録ヘッド３４ｙ、マゼンタ（Ｍ）の液滴を吐出する記録ヘッド３４ｍ、シアン（Ｃ）の液滴を吐出する記録ヘッド３４ｃ、ブラック（Ｂｋ）の液滴を吐出する記録ヘッド３４ｂとで構成している。なお、「記録ヘッド３４」というときは色を区別しないものとする。

ヘッド構成は、これらの例に限るものではなく、１又は複数の色の液滴を吐出する１又は複数のノズル列を有する記録ヘッドを１又は複数用いて構成することもできる。

記録ヘッド３４を構成する液滴吐出ヘッドとしては、圧電素子などの圧電アクチュエータ、発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いて液体の膜沸騰による相変化を利用するサーマルアクチュエータ、温度変化による金属相変化を用いる形状記憶合金アクチュエータ、静電力を用いる静電アクチュエータなどを液滴を吐出するためのエネルギー発生手段として備えたものなどを使用できる。

この記録ヘッド３４にはドライバＩＣを搭載し、図３に示すように、図示しない制御部との間でハーネス（ＦＰＣケーブル）２２を介して接続されている。

また、キャリッジ３３には、各記録ヘッド３４にそれぞれ各色の記録液を供給するための各色のサブタンク３５ｙ、３５ｍ、３５ｃ、３５ｋ（色を区別しない場合は「サブタンク１５」という。）を搭載している。

このサブタンク３５ｙ、３５ｍ、３５ｃ、３５ｋには、図３及び図４に示すように、４本のチューブ３６ｙ、３６ｍ、３６ｃ、３６ｋ（各色を区別しない場合は「チューブ３６」という。）で構成される記録液供給チューブ３７を介して前述した各色のインクカートリッジ１０（各色を区別する場合には、「インクカートリッジ１０ｙ、１０ｍ、１０ｃ、１０ｋ」という。）から記録液を供給するようにしている。なお、個々のチューブ３６も記録液を供給する記録液供給チューブである。

ここで、インクカートリッジ１０は、図３にも示すように、カートリッジ装填部６に収納され、このカートリッジ装填部６にはインクカートリッジ１０内の記録液を送液するための供給ポンプユニット２３が設けられている。

また、インクカートリッジ装填部６からサブタンク３５に至るまでの記録液供給チューブ３７は這い回しの途中でフレーム２１を構成する後板２１Ｃに本体側ホルダ２５にて固定保持されている。さらに、キャリッジ３３上でも固定リブ２６にて固定されている。

一方、給紙トレイ３の用紙積載部（底板）４１上に積載した用紙４２を給紙するための給紙部として、用紙積載部４１から用紙４２を１枚ずつ分離給送する半月コロ（給紙コロ）４３及び給紙コロ４３に対向し、摩擦係数の大きな材質からなる分離パッド４４を備え、この分離パッド４４は給紙コロ４３側に付勢されている。

そして、この給紙部から給紙された用紙４２を記録ヘッド３４の下方側で搬送するための搬送部として、用紙４２を静電吸着して搬送するための搬送ベルト５１と、給紙部からガイド４５を介して送られる用紙４２を搬送ベルト５１との間で挟んで搬送するためのカウンタローラ５２と、略鉛直上方に送られる用紙４２を略９０°方向転換させて搬送ベルト５１上に倣わせるための搬送ガイド５３と、押さえ部材５４で搬送ベルト５１側に付勢された先端加圧コロ５５とを備えている。また、搬送ベルト５１表面を帯電させるための帯電手段である帯電ローラ５６を備えている。

ここで、搬送ベルト５１は、無端状ベルトであり、搬送ローラ５７とテンションローラ５８との間に掛け渡されて、図３のベルト搬送方向に周回するように構成している。帯電ローラ５６は、搬送ベルト５１の表層に接触し、搬送ベルト５１の回動に従動して回転するように配置され、加圧力として軸の両端に各２．５Ｎをかけている。

また、搬送ベルト５１の裏側には、記録ヘッド５４による印写領域に対応してガイド部材６１を配置している。このガイド部材６１は、上面が搬送ベルト５１を支持する２つのローラ（搬送ローラ５７とテンションローラ５８）の接線よりも記録ヘッド３４側に突出している。これにより、搬送ベルト５１は印写領域ではガイド部材６１の上面にて押し上げられてガイドされるので、高精度な平面性を維持される。

さらに、記録ヘッド３４で記録された用紙４２を排紙するための排紙部として、搬送ベルト５１から用紙４２を分離するための分離爪７１と、排紙ローラ７２及び排紙コロ７３とを備え、排紙ローラ７２の下方に排紙トレイ３を備えている。ここで、排紙ローラ７２と排紙コロ７３との間から排紙トレイ３までの高さは排紙トレイ３にストックできる量を多くするためにある程度高くしている。

また、装置本体１の背面部には両面給紙ユニット８１が着脱自在に装着されている。この両面給紙ユニット８１は搬送ベルト５１の逆方向回転で戻される用紙４２を取り込んで反転させて再度カウンタローラ５２と搬送ベルト５１との間に給紙する。また、この両面給紙ユニット８１の上面には手差し給紙部８２を設けている。

さらに、図３に示すように、キャリッジ３３の走査方向の一方側の非印字領域には、記録ヘッド３４のノズルの状態を維持し、回復するための維持回復機構（以下「サブシステム」という。）９１を配置している。このサブシステム９１には、記録ヘッド３４の各ノズル面をキャピングするための各キャップ部材９２と、ノズル面をワイピングするためのワイパーブレード９３と、増粘した記録液を排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行なうときの液滴を受ける空吐出受け部９４などを備えている。

また、図３に示すように、キャリッジ３３の走査方向の他方側の非印字領域には、増粘した記録液を排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行なうときの液滴を受ける空吐出受け９５を配置し、この空吐出受け９５には記録ヘッド３４のノズル列方向に沿った開口９６などを備えている

このように構成したインクジェット記録装置においては、給紙トレイ２から用紙２２が１枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された用紙２２はガイド２５で案内され、搬送ベルト３１とカウンタローラ３２との間に挟まれて搬送され、更に先端を搬送ガイド３３で案内されて先端加圧コロ３５で搬送ベルト３１に押し付けられ、略９０°搬送方向を転換される。

このとき、図示しない制御回路によって高圧電源から帯電ローラ５６に対してプラス出力とマイナス出力とが交互に繰り返すように、つまり交番する電圧が印加され、搬送ベルト５１が交番する帯電電圧パターン、すなわち、周回方向である副走査方向に、プラスとマイナスが所定の幅で帯状に交互に帯電されたものとなる。このプラス、マイナス交互に帯電した搬送ベルト５１上に用紙４２が給送されると、用紙４２が搬送ベルト５１に静電的に吸着され、搬送ベルト５１の周回移動によって用紙４２が副走査方向に搬送される。

そこで、キャリッジ３３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド３４を駆動することにより、停止している用紙４２にインク滴を吐出して１行分を記録し、用紙４２を所定量搬送後、次の行の記録を行う。記録終了信号又は用紙４２の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了して、用紙４２を排紙トレイ３に排紙する。

また、印字（記録）待機中にはキャリッジ３３はサブシステム９１側に移動されて、キャップ９２で記録ヘッド３４をキャッピングされ、ノズルを湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止し、また、記録開始前、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出する回復動作を行って安定した吐出性能を維持する。

次に、この画像形成装置における記録液供給装置としての供給ポンプユニット２３について図５をも参照して説明する。なお、図５は供給ポンプユニット２３の概略を説明する説明図である。
供給ポンプユニット２３には、インクカートリッジ１０からサブタンク３５に記録液を送液するための記録液用ポンプであるピストンポンプ２０１を備えている。このピストンポンプ２０１は、シリンダ２０２及びピストン２０３を備え、シリンダ２０２にはカートリッジ装填部６に装填されたインクカートリッジ１０のインク排出口部１０ａに刺し込む中空針２０４の他端部が連結され、また記録液供給チューブ３７を構成するチューブ３６を連結するための接続部２０５を備えている。

そして、このピストンポンプ２０１のピストン２０３は、駆動モータ２１１の回転をウォームギヤ２１２を介してウォームホイール２１３が回転駆動されることで、このウォームホイール２１３に一体的に設けたカム２１４によって駆動（往復動）される。

このように構成したこの供給ポンプユニット２３においては、インクカートリッジ１０がカートリッジ装填部６に装填されることで、インク排出口部１０ａに中空針２０４が刺し込まれて、ピストンポンプ２０１が動作するときに発生する負圧により、インクカートリッジ１０内の記録液が中空針２０４を通ってシリンダ２０２内に導入され、シリンダ２０２内に入った記録液はピストン２０３の往復動作により接続部２０５からチューブ３６を介してサブタンク３５へ送液される。

そこで、この供給ポンプユニット２３の本発明に係る記録液用ポンプであるピストンポンプ２０１の詳細について図６及び図７を参照して説明する。なお、図６は同ピストンポンプ２０１の要部断面図、図７は図６の要部拡大図である。

このピストンポンプ２０１は、シリンダ２０２内周面にピストン２０３を摺動自在に嵌装して、シリンダ２０２内にピストン２０３で隔成された第１室２１１及び第２室２１２を形成している。第１室２１１はシリンダ２０２の側壁に形成した導入口２１３に連通し、この導入口２１３に中空針２０４を接続している。第２室２１２はチューブ３６を接続する接続部２０５に連通している。

そして、ピストン２０３にはピストンロッド（ピストン軸）２１５の一端部に摺動可能に装着し、このピストンロッド２１１の一端部外周側にはピストン２０３の移動範囲を規制するストッパ部２１６、２１７を形成し、また、ピストンロッド２１１の一端部の内部にはピストン２０３の移動で開閉される流路２１８を形成している。

また、シリンダ２０２の開口部とピストンロッド２１５との間には、ピストンロッド２１５の往復動を可能にするとともに第１室２１１をシールするためのシール部材２２１を設けている。このシール部材２２１の材質としてはシリコーンゴム又はＥＰＤＭが好ましく、これらの材質のものは弾力性、耐寒性に優れ、後述するようにピストン２０３の往復動に伴って繰り返し変形移動させた場合でもシール性が低下しない。

このシール部材２２１の外周縁部２２３はシリンダ２０２側にキャップ部材２２０で押圧して保持し、内周縁部２２４はピストンロッド２１５の外周面に設けた突起部２１５ａ、２１５ａ間に嵌め込んで保持し、ピストンロッド２１５に移動に同動して移動するようにしている。

そして、シール部材２２１のピストンロッド２１５とシリンダ２０２との間の部分２２２は、他の部分（シリンダ２０２の開口端部に保持する外周縁部２２３、ピストンロッド２１５に保持する内周縁部２２４）よりも厚みを薄く（この例では０．３〜３ｍｍ程度）形成して、所謂蛇腹状にすることによって撓み易くしている。

また、シール部材２２１とシリンダ２０２の開口端部との接触部（嵌合部）は、図７に示すように、シリンダ２０２の端面２０２ａに凸部２２５を形成し、シール部材２２１の外周縁部２２３に凸部２２５が嵌合する凹部２２６を形成して凹凸嵌合させ、シール部材２２１をキャップ部材２２０でシリンダ２０２の端面に押圧して保持している。なお、シリンダ２０２側を凹部、シール部材２２１側を凸部にすることもできる。

さらに、シリンダ２０２の開口端部にシール部材２２１を押圧保持するキャップ部材２２０とピストンロッド２１５の係止部２１５ｂとの間には、ピストンロッド２１５を第２室２１２側に付勢する戻しスプリング２２８を介装している。

このように構成したピストンポンプ２０１においては、ピストンロッド２１５が図６で矢示Ｃ方向に上昇する（第２室２１２側に移動する）とき、ピストン２０３はストッパ部２１６側に当接して流路２１８を閉じるので、ピストン２０３の移動（往動）によって第１室２１１の容積が拡大して負圧状態になり、これにより、インクカートリッジ１０から中空針２０４及び導入口２１３を介して第１室２１１に記録液が導入される。このとき、第２室２１２内の記録液は第２室２１２の容積が縮小することによって接続部２０５からチューブ３６に排出される（送り出される。）。

そして、ピストンロッド２１５が図６で矢示Ｄ方向に下降する（第１室２１１側に移動する）とき、ピストン２０３はストッパ部２１７側に当接して流路２１８を開くので、ピストン２０３の移動（復動）によって第１室２１１の容積が縮小して第１室２１１の記録液が流路２１８を通じて第２室２１２側に流入する。

このようなピストン２０３の往復動によってインクカートリッジ１０から記録液を第１室２１１に導入して、第２室２１２からサブタンク３５側（ヘッド側）に記録液を排出して供給する。

このようにピストン２０３を往復移動させるためにピストンロッド２１５が往復移動するとき、シリンダ２０２とピストンロッド２１５との間に設けたシール部材２２１はピストンロッド２１５に内周縁部２２４が保持され、外周縁部２２３がシリンダ２０２の端面２０２ａに押圧保持され、蛇腹状に形成されているので、シール部材２２１はピストンロッド２１５の移動に同動して撓みながら移動し、シール部材２２１とピストンロッド２１５とは摺動する部分がなくなる。

これによって、ピストンロッド２１５の往復動によってシール部材２２１が磨耗などしてシール性や耐久性が低下すること、ピストンロッド２１５のシリンダ２０２外の部分に付着したゴミなどが第１室２１１内に侵入して動作不良を生じることなどを生じなくなる。

また、使用する記録液が顔料系インクなどで高粘度の記録液の場合に、シール部材２２１とピストンロッド２１５との間で記録液が増粘してピストンロッド２１５とシール部材２２１が張り付いて動作不良になるようなことも防止できる。

さらに、このピストンポンプ２０１においては、シリンダ２０２とシール部材２２１とを凹凸嵌合させてシール部材２２１を保持しているので、シリンダ２０２内の第１室２１１の負圧が高まっても、シール部材２２１の一部又は全部が第１室２１１側に引き込まれることを防止でき、安定した動作を行なうことができる。

なお、ここでは、シール部材２２１はシリンダ２０２の開口端面２０２ａに押圧接触させている例で説明しているが、例えば図８に示すように、シリンダ２０２の開口端面２０２ａの凸部２２５が嵌まり込む凹部２２６を形成するとともに、シリンダ２０２の内周面に当接する凸部２２７を形成して、よりシール性を高めるようにすることもできる。

なお、このピストンポンプ（記録液用ポンプ）は、記録液供給装置だけでなく、サブシステムにおいてヘッドのノズルから記録液を吸引したり、キャップ部材内の吐出した記録液を吸引したりするための、吸引ポンプとしても使用することができる。

次に、このピストンポンプ２０１を駆動するための駆動機構の詳細について図９をも参照して説明する。なお、図９は同機構の平断面説明図である。
モータ２１１のウォームギヤ２１２に噛み合うウォームホイール２１３の軸（以下「ホイール軸」という。）２３１は、中央部にウォームホイール２１３を設け、両端の軸部２３１Ａ，２３１Ｂの端部に、２つのピストンポンプ２０１を駆動するためのカム２１４Ａ、２１４Ｂを回転可能に装着している。これらのカム２１４Ａ、２１４Ｂは図６に示したようにホイール軸２３１の軸部２３１Ａ、２３１Ｂに対して回転中心を偏心させて装着している。

なお、２つのピストンポンプ２０１は、それぞれ異なる色のインクカートリッジ１０に対応する。また、カム２１４Ａ、２１４Ｂの外周面に当接するピストンロッド２１５Ａ、２１５Ｂは分かりやすくするため、図６とは位置を９０度ずらして図示している。

そして、ホイール軸２３１の両側の軸部分２３１Ａ、２３１Ｂの外周にはスプリング２３２Ａ、２３２Ｂをそれぞれ嵌装し、スプリング２３２Ａ、２３２Ｂのカム側端部はカム２１４Ａ、２１４Ｂに形成した係止孔２１４ａに係止している。また、スプリング２３２Ａ、２３２Ｂの巻き方向は逆方向にしている。

このように構成したので、モータ２１１のウォームギヤ２１２の回転力はウォームホイール２１３に伝達されて、ホイール軸２３１が例えば矢示Ｆに回転する。このホイール軸２３１の回転力により、例えば、ホイール軸２３１の軸部２３１Ａの外周面とスプリング２３２Ａの内径部の摺動負荷によって、スプリング２３２Ａの一端は回転しようとする。このとき、スプリング２３２Ａの他方部２３２ａは外周部に当接しているピストンロッド２１５Ａの摺動負荷により回転することを規制されているカム２１４Ａに設けられた係止孔２１４ａに引っかかり、カム２１４Ａはホイール軸２３１に対して回転可能であるので、スプリング２３１Ａは自由に回転できない。

これにより、スプリング２３２Ａは内径が小さくなる方向に巻かれることになり、スプリング２３２Ａのホイール軸２３１外周部に対する当接圧が高まることで発生する回転力Ｔ１が、ピストンロッド２１５Ａから発生するブレーキ力によりカム２１４Ａを止める回転力Ｔ２を越えた段階で、カム２１４Ａも回転し始める。

このカム２１４Ａの回転運動によって、カム２１４Ａに当接しているピストンロッド２１５Ａが押されて、例えば図６で矢示Ｃ方向に移動する。ピストンロッド２１５はその位置を元にもどすための弾性部材（ここでは戻しスプリング２２８）により往復運動を行える。

なお、ホイール軸２３１が矢示Ｆ方向と逆方向の矢示Ｇ方向に回転するときには、スプリング２３２Ａは内径が小さくなる方向に巻かれないので、カム２１４Ａがホイール軸２３１とともに回転することはなくなる。つまり、ホイール軸２３１とこのホイール軸２３１に回転自在に装着したカム２１４及びスプリング２３２で一方向クラッチを構成している。

ここで、高粘度記録液を使用した場合に生じやすい記録液の増粘や凝固によって、シリンダ２０２とピストン２０３との張り付きなどにより生じた過負荷によって、ピストン２０３が動きにくくなった場合、ピストンロッド２１５Ａからカム２１４Ａに対するブレーキ力が増大する。

このようにカム２１４に対するブレーキ力が増大すると、スプリング２３２Ａとウォームホイール軸２３１の外周面との摺動負荷を越えてしまい、スプリング２３２Ａとホイール軸２３１との間で滑りが生じる。これにより、トルクリミッタの役割を果たし過負荷時の安全装置となる。

つまり、ピストンポンプを駆動する駆動機構として、動力源（ここではモータ）の回転力を伝達するカム一体型のウォームホイールを用いてピストンロッドを介してピストンを駆動する構成とした場合、装置の長期放置等により供給経路内で水分蒸発して記録液が増粘したとき、極低温下において記録液の粘度が極端に上昇しているとき、極端に流体抵抗が上昇すると、ポンプの送液圧により供給経路の内圧が極端に上昇し最悪の場合には供給経路の一部（主にジョイントシール部）から記録液洩れが発生し、装置にダメージを与えることになる。また、記録液洩れは装置に対するダメージのみならず設置されたユーザーの環境汚れにつながることもあり避けなければならない。さらに、極低温環境においては記録液は流体から固体に変化することも考えられるが、その際、動力源の焼損や駆動系（ここではカム一体型ウォームホイール）が破損しそのままでは復帰できない事態が生じ得る。

そこで、上記のようにウォームホイールとカムとの間に一方向クラッチ手段を介在させることで、ピストンからのブレーキがカムに所定以上かかる場合にはカムがウォームホイールに対して回転できるようにすることで、所期以上の送液圧が供給経路にかからないようし、また、動力源や駆動系が破損しないようにしている。

また、ホイール軸２３１の他方の軸部２３２Ｂに嵌装したスプリング２３２Ｂはスプリング２３２Ａと逆方向に巻かれているので、ホイール軸２３１が矢示Ｆ方向と逆方向の矢示Ｇ方向に回転するときに、スプリング２３２Ｂの内径が小さくなる方向に巻かれ、上述したと同様にして、ピストンロッド２１５Ｂを移動させることになる。

このように、ホイール軸２３１の各軸部２３１Ａ，２３１Ｂに互いに逆方向に巻かれたスプリング２３２Ａ、２３２Ｂを設けることによって、ウォームホイール２１３の異なる回転方向でそれぞれカム２１４Ａ、２１４Ｂに回転を伝達できるようになる。構造的に回転伝達しない側はスプリング内径部が大きくなる方向になるため非常に滑りやすくなっている。

これにより、モータ２１１の回転方向を変えることにより、２つのピストンポンプ２０１のピストン２０３の動きを制御し、いずれか一方のピストンポンプ２０１を駆動して記録液を送液することができる。

次に、駆動機構の他の例について図１０を参照して説明する。この例では、カム２１４の回転運動を直線運動に変換する部材であるスライダ２４０を設けている。このスライダ２４０はピストンロッド２１５に連結した連結部２４０ａと、カム２１４がピストンロッド２１５から離れる方向に回転したときにカム２１４の外周面が内壁に当接するカム当接部２４０ｂとを有している。

したがって、図１０（ａ）に示すように、カム２１４が回転してピストンロッド２１５を矢示Ｃ方向（図６の矢示Ｃ方向と同じ）に押し上げるときには、ピストンロッド２１５に同動してスライダ２４０も上昇し、更にカム２１４が回転して、同図（ｂ）に示すように、カム２１４がピストンロッド２１５から離れる方向に回転したとき、カム２１４の周面（カム面）がスライダ２４０のカム当接部２４０ａの内壁面に当接し、カム２１４の回転によってスライダ２４０が矢示方向に押し下げられ、結果として、ピストンロッド２１５は強制的に矢示Ｄ方向（図６の矢示Ｄ方向と同じ）に引き下げられる。

これにより、高粘度記録液を使用した場合に生じやすい記録液の増粘や凝固によって、シリンダ２０２とピストン２０３との張り付きなどによってピストン２０３が動きにくくなり、戻しスプリング２２８の復元力だけではピストンロッド２１５を下げられない（復動できない）場合でも、ピストンロッド２１５を強制的に下げることができ、作動不良になることがなくなる。

つまり、通常往復運動するピストンは戻し用スプリングにより押し込まれた位置から復元するが、長期放置された場合、シリンダとピストン（摺動するシール部材を用いた場合にはシール部材）が吸着し、ピストン押し戻し用のスプリング力では戻らなくなるおそれがある。特に、最も押し込まれた状態でシリンダとピストンが吸着してしまうと、カムが空回りしてしまって往復運動ができなくなる。これに対処するため、吸着力を上回るスプリング力を有するスプリングを用いることもできるが、スプリング力の増大はピストン押し込み時には負荷となるので、必要以上にモータの出力を増加させる必要が生じ、コスト、騒音、装置の小型化を図れなくなる。

これに対して、カムの回転を直線運動に変換する部材を備えることにより、ピストンロッドを介してピストンを強制的に移動させることができるようになり、上述したような不都合を解消することができる。

次に、上述した本発明を適用した画像形成装置において使用した記録液であるインクについて説明する。
なお、インクのポリマーエマルジョンは後述する製造例に従い作成したものである。

また、インクに使用する湿潤剤としては、グリセリン、１，３−ブタンジオール、トリエチレングリコール、１，６−ヘキサンジオール、プロピレングリコール、１，５−ペンタンジオール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリメチロールプロパン、およびトリメチロールエタンから選ばれた少なくとも１種類以上を使用する。

また、炭素数８以上で１１以下のポリオールまたはグリコールエーテル、アニオンまたはノニオン系界面活性剤を添加してある。

その例としては、２−エチル−１，３−ヘキサンジオール、 ２，２，４−トリメチル−１，３−ペンタンジオール、下記（Ｉ）ないし（VII）の構造の物質を挙げることができる。

（Ｒ１：炭素数６〜１４の分岐してもよいアルキル基、ｍ：３〜１２、
Ｍ：アルカリ金属イオン、第４級アンモニウム、第４級ホスホニウム、アルカノールアミン）

（Ｒ2：炭素数５〜１６の分岐したアルキル基、
Ｍ：アルカリ金属イオン、第４級アンモニウム、第４級ホスホニウム、アルカノールアミン）

（Ｒは分岐しても良い６〜１４の炭素鎖、ｋ：５〜２０）

（Ｒは分岐しても良い炭素数６から１４の炭素鎖、ｎ：５〜２０）

（Ｒは炭素数６から１４の炭素鎖、ｍ，ｎ：ｍ、ｎ≦２０）

（Ｒは炭素数６から１４の炭素鎖、ｍ，ｎ：ｍ、ｎ≦２０）

（ｐ、ｑは０〜４０）

これらの添加により、インクの表面張力が３５ｍＮ／ｃｍ以下まで下がる。表面張力を３５dyne／ｃｍ以下とすることによって、印写画像において特に紙への浸透速度を上げることができる。また、２５℃におけるインク粘度を５ｍＰａ・sec以上にすることで、画像濃度を上げることができる。

そこで、インクの製造例について説明する。
〔インク製造例〕
下記方法でインクを作製した。
（参考例１）フタロシアニン顔料含有ポリマー微粒子分散体の調整
特開２００１−１３９８４９号公報に開示されている調整例３を追試して青色のポリマー微粒子分散体を得た。ポリマー微粒子のマイクロトラックＵＰＡで測定した平均粒子径（Ｄ５０％）は９３ｎｍであった。

（参考例２）ジメチルキナクリドン顔料含有ポリマー微粒子分散体の調整
上記参考例１のフタロシアニン顔料をピグメントレッド１２２に変更したほかは参考例１と同様にして赤紫色のポリマー微粒子分散体を得た。ポリマー微粒子のマイクロトラックＵＰＡで測定した平均粒子径（Ｄ５０％）は１２７ｎｍであった。

（参考例３）モノアゾ黄色顔料含有ポリマー微粒子分散体の調整
参考例１のフタロシアニン顔料をピグメントイエロー７４に変更したほかは参考例１と同様にして黄色のポリマー微粒子分散体を得た。ポリマー微粒子のマイクロトラックＵＰＡで測定した平均粒子径（Ｄ５０％）は７６ｎｍであった。

（参考例４）ジアゾ化合物処理したカーボンブラック分散液１
表面積が２３０ｍ^２／ｇでＤＢＰ吸油量が７０ｍｌ／１００ｇのカーボンブラック１００ｇと、ｐ−アミノ−Ｎ−安息香酸３４ｇとを水７５０ｇに混合分散し、これに硝酸１６ｇを滴下して７０℃で撹拌した。５分後、５０ｇの水に１１ｇの亜硝酸ナトリウムを溶かした溶液を加え、更に１時間撹拌した。得られたスラリーを１０倍に希釈し遠心処理し粗大粒子を除き、ｐＨをジエタノールアミンにて調整しｐＨ８−９とし、限外濾過膜にて脱塩濃縮し顔料濃度１５％のカーボンブラック分散液とした。このものをポリプロピレンの０．５μｍフィルターにてカーボンブラック分散液1とした。マイクロトラックＵＰＡで測定した平均粒子径（Ｄ５０％）は９９ｎｍであった。

以下にインクの実施例を示すが、これらに限定されるものではない。なお、各成分の量（％）は重量基準である。
〔シアンインク〕
下記処方のインク組成物を作成し、ｐＨが９になるように水酸化リチウム１０％水溶液にて調整した。その後、平均孔径０．８μｍのメンブレンフィルターで濾過を行いインク組成物を得た。
参考例１のフタロシアニン顔料含有ポリマー微粒子 １０．０ｗｔ％（固形分として）
１，３−ブタンジオール ２５．０ｗｔ％
グリセロール ８．５ｗｔ％
ＣＨ₃（ＣＨ₂）_１２Ｏ（ＣＨ_２ＣＨ_２Ｏ）₃ＣＨ_２ＣＯＯＨ
の活性剤 ２．０ｗｔ％
２−エチル−１，３−ヘキサンジオール １．８ｗｔ％
プロキセルＬＶ（防腐剤） ０．1ｗｔ％
消泡剤 ０.０５ｗｔ％
イオン交換水 残量

〔マゼンタインク〕
下記組成物を用いる以外はシアンインクと同様にし、ｐＨを水酸化ナトリウムで９にしてインク組成物を調製した。
参考例２のジメチルキナクリドン顔料含有ポリマー微粒子 ０.５ｗｔ％（固形分として）
１，３−ブタンジオール ２２．０ｗｔ％
グリセロール ７．０ｗｔ％
ポリオキシアルキレン誘導体ディスパノール ＴＯＣ ２．０ｗｔ％
２−エチル−１，３−ヘキサンジオール ２．０ｗｔ％
プロキセルＬＶ（防腐剤） ０．０５ｗｔ％
消泡剤 ０.１ｗｔ％
イオン交換水 残量

〔イエローインク〕
下記組成物を用いる以外はシアンインクと同様にし、ｐＨを水酸化リチウムで９にしてインク組成物を調製した。
参考例３のモノアゾ黄色顔料含有ポリマー微粒子 １０．０ｗｔ％（固形分として）
１，３−ブタンジオール ２３．５ｗｔ％
グリセロール ７．５ｗｔ％
ポリオキシアルキレン誘導体ディスパノール ＴＯＣ ２．０ｗｔ％
２−エチル−１，３−ヘキサンジオール ２．０ｗｔ％
プロキセルＬＶ（防腐剤） ０．０５ｗｔ％
消泡剤 ＫＭ72Ｆ ０.１ｗｔ％
イオン交換水 残量

〔黒インク〕
下記組成物を用いる以外はシアンインクと同様にし、ｐＨを水酸化ナトリウムで９にしてインク組成物を調製した。
参考例４のジアゾ化合物処理したカーボンブラック分散液１ １０．０ｗｔ％(固形分として)
１，３−ブタンジオール ２２．５ｗｔ％
グリセロール ７．５ｗｔ％
Ｎ−メチル−２−ピロリドン ２．０ｗｔ％
ＣＨ₃（ＣＨ₂）_１２Ｏ（ＣＨ_２ＣＨ_２Ｏ）₃ＣＨ_２ＣＯＯＨ ２．０ｗｔ％
２−エチル−１，３−ヘキサンジオール ２．０ｗｔ％
プロキセルＬＶ（防腐剤） ０．２ｗｔ％
消泡剤 ０．１ｗｔ％
イオン交換水 残量

これらのインク物性は、表１のとおりであった。

これらの記録液をインクカートリッジ１０に充填して、ピストンポンプ２０１でインクカートリッジ１０からサブタンク３５に供給するようにした。そして、記録液の粘度が更に高くなるまで放置した後、ピストンポンプ２０１を作動させたところ、ピストン２０３が作動不良になることはなかった。

なお、本発明に係る記録液用ポンプ、記録液供給装置及び画像形成装置は、インクジェットプリンタ以外にも、ファクシミリ装置、複写装置、プリンタ／ファックス／コピア複合機などにも適用することができる。さらに、インク以外の液体（記録液）、例えばレジスト、医療分野におけるＤＮＡ試料を吐出させる画像形成装置にも適用することができる。

本発明に画像形成装置の一例を示す前方側から見た斜視説明図である。 同画像形成装置の機構部の一例を示す概略説明図である。 同機構部の概略平面説明図である。 同機構部の要部模式的斜視説明図である。 本発明に係る記録液供給装置の概要を説明する構成図である。 同記録液供給装置のピストンポンプの断面説明図である。 図６の要部拡大図である。 同ピストンポンプの他の例の説明に供するシール部材の断面図である。 同記録液供給装置のピストンポンプの駆動機構の説明に供する平断面説明図である。 同駆動機構の他の例の説明に供する説明図である。

符号の説明

１…装置本体
２…給紙トレイ
３…排紙トレイ
６…インクカートリッジ装填部
１０…インクカートリッジ
２１…フレーム
２２…ＦＰＣケーブル
２３…供給ポンプユニット
２５…本体側ホルダ
２６…チューブ固定リブ
３３…キャリッジ
３４…記録ヘッド
３５…サブタンク
３６…チューブ
３７…記録液供給チューブ
４２…用紙
５１…搬送ベルト
２０１…ピストンポンプ
２０２…シリンダ
２０３…ピストン
２１１…第１室
２１２…第２室
２１５…ピストンロッド
２１８…流路
２２１…シール部材
２２８…戻しスプリング

Claims (3)

1. シリンダ内に摺動可能に配設されたピストンで前記シリンダ内に第１室及び第２室が形成され、
   前記ピストンが所定範囲で移動可能に装着され、外部から進退可能なピストンロッドを有し、
   前記ピストンロッドの内部には、前記ピストンの移動で開閉されて、前記ピストンロッドが一方向に移動するときに前記第１室と第２室との間を閉じ、他方向に移動するときには前記第１室と第２室との間を開く流路が形成され、
   前記ピストンロッドが一方向に移動するときに前記流路が閉じて前記第１室に吸引口から記録液が導入されるとともに、前記第２室から記録液が排出され、前記ピストンロッドが他方向に移動するときに前記流路が開いて前記第１室から前記第２室に記録液が流入し、
   さらに、前記ピストンロッドの中間部分と前記シリンダとの間には、前記ピストンに対向して前記第１室の壁面を形成するとともに、前記ピストンロッドと共に移動可能で、前記ピストンロッドと前記シリンダとの間をシールする蛇腹状のシール部材が設けられている
   ことを特徴とする記録液用ポンプ。
2. 交換可能なメインタンクとノズルから液滴を吐出する液滴吐出ヘッドに記録液を供給するサブタンクとを記録液供給チューブを介して接続し、前記メインタンクの記録液をポンプによって前記チューブを介して前記サブタンクに供給する記録液供給装置において、前記ポンプが請求項１に記載の記録液用ポンプであることを特徴とする記録液供給装置。
3. 液滴吐出ヘッドから記録液の液滴を吐出して画像を形成する画像形成装置において、請求項１に記載の記録液用ポンプ又は請求項２に記載の記録液供給装置を備えていることを特徴とする画像形成装置。

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