JP4623256B2

JP4623256B2 - インクジェット記録装置

Info

Publication number: JP4623256B2
Application number: JP2001193542A
Authority: JP
Inventors: 宙健中村
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2001-06-26
Filing date: 2001-06-26
Publication date: 2011-02-02
Anticipated expiration: 2021-06-26
Also published as: JP2003001850A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクタンクからインクを供給させて印字する印字ヘッドを備えた圧電式等のインクジェット記録装置の構成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、入力信号に基づいてインクを被記録媒体に噴射して記録するインクジェット記録装置において、インクタンクからインク流路を介して印字ヘッドの複数の噴射チャンネルにインクを導き、発熱素子、圧電素子等のアクチュエータを選択的に駆動させて噴射チャンネルの先端（ノズル）からインク噴射を行うものが知られている。この種のインクジェット式の記録装置において、特開２０００−１９０５１３号公報等に開示されているように、シリアルプリンタタイプの小型のものでは、被記録媒体に対して往復移動するキャリッジに印字ヘッド及びインク供給源としてのインクカートリッジを搭載したものがあるが、キャリッジの移動端にて一端停止してリターンするときの慣性モーメントが前記インクカートリッジ及びその内部のインク液の重量に対応して大きくなってしまい、前記キャリッジの駆動源に余分の抵抗力がかかるという問題があり、また、インクカートリッジを小型化すると、インクの消費に伴うインクカートリッジの交換頻度が多くなり、連続して大量の記録を迅速にできないという不便さがあった。
【０００３】
そこで、特開平５−１６３８２号公報に開示されているように、記録装置本体側にインクカートリッジ等の交換可能なインク供給源を配置し、該インク供給源から可撓性のチューブを介してキャリッジ上の印字ヘッドにインクを供給する構成が知られている。
【０００４】
そして、この公報にも開示されているように、印字ヘッドと取り外し可能に接続するサブタンクは、印字ヘッドと共にキャリッジに搭載され、一体的に走査移動するものであり、サブタンクの内部にはインクを完全に満たすのではなく、所定量の空気（エア）を溜めた状態で用いられる。この空気部分の存在により、印字ヘッドの移動・停止に伴う衝撃力を緩和し、インクが印字ヘッドの噴射チャンネル内の圧力変動を防止して均一な噴射性能を維持しようとするものであった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、最近の印字速度の高速化の要請に伴い、前記印字ヘッドの発進・停止を頻繁且つ急激に行うと、サブタンクの空気溜まり部分が密閉状であることに加え、インク供給源から印字ヘッドのサブタンクまでの可撓性チューブ内のインクの慣性流動のため、サブタンク内の圧力変動が大きくなり過ぎてしまう。その結果、サブタンク内の圧力が正圧側で大き過ぎるときには、前記ノズル部でのメニスカス耐圧を越えてしまい、インクがノズル面から漏洩して被記録媒体を不用意に汚したり、逆に、サブタンク内の圧力が負圧側で大き過ぎると、前記ノズル部でのインクのメニスカス耐圧を破ってしまい、印字時に大気がノズルから印字ヘッド内に入って噴射チャンネル内に気泡として溜まり、噴射不良の原因になるという問題が頻繁に発生する問題があった。
【０００６】
本発明は、このような問題を解消すべくなされたものであって、キャリッジと一体的に移動・停止する印字ヘッドに接続したバッファタンクの空気部分に連通する管体内に、液体状の隔離部材が移動可能となるように構成した圧力変動吸収手段を設けることにより、圧力変動が大きくなることを無くして、インクの漏洩や噴射不良が発生しないようにしたインクジェット記録装置を提供することを技術的課題とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この技術的課題を達成するため、請求項１に記載の発明のインクジェット記録装置は、インクを溜める大気開放型のインクタンクと、複数の噴射チャンネルを有する印字ヘッドと、該印字ヘッドに接続したバッファタンクに、前記インクタンクからインクを供給するインク供給経路とを備えたインクジェット記録装置において、前記バッファタンク内の空気部に一端が連通した管体と、該管体内の中途部に移動可能に配置された液状の隔離部材とからなる圧力変動吸収手段を備えたものである。
【０００８】
そして、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のインクジェット記録装置において、前記隔離部材は、不揮発性の高粘度液からなることを特徴とするものである。
【０００９】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載のインクジェット記録装置において、前記印字ヘッドに対して前記インクタンクの高さ位置を、印字ヘッドにおけるノズルからインク滴が漏洩しない背圧が前記バッファタンクに付与されるように設定したものである。
【００１０】
さらに、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のインクジェット記録装置において、前記管体の一端は前記バッファタンクの天井面に開口し、該管体を印字ヘッドの移動方向と交差する方向に延設したものである。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のインクジェット記録装置において、前記インクタンクは、インクカートリッジ等のインク供給源から供給されたインクを一旦溜めるサブタンクとしたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面について説明する。図１は、本発明のインクジェット記録装置の概略断面図、図２は第２実施形態の要部断面図、図３は第３実施形態の要部断面図である。ヘッドユニット１には、その下部側に図示しない複数の噴射チャンネルを有する印字ヘッド２が配置され、上部側には前記全ての噴射チャンネルに連通するマニホールド室３ａを備えたマニホールド体３が配置されて、両者が接着固定されてユニット化されたものである。
【００１３】
前記ヘッドユニット１はキャリッジ４の下面側に接着剤等により固定装着され、その上面側にバッファタンク５が取付けネジ６にて着脱自在可能に固定されている。インク供給源としてのインクカートリッジ３０は合成樹脂製の可撓性のチューブ３１を介してサブタンク３２の底面に接続され、インク供給のための第１ポンプ３３の駆動により、インクカートリッジ３０内のインクがサブタンク３２に補充供給される。サブタンク３２の底面に接続したインク供給流路としての可撓性チューブ３４の他端は、キャリッジ４の側方に固定して設けた接続部材１４に接続し、この接続部材１４に接続した中継用の合成樹脂製の可撓性チューブ１３の他端が前記バッファタンク５のインク流入口８に接続されている。サブタンク３２はその上面に大気開放部３２ａを備え、前記中継用の合成樹脂製の可撓性チューブ１３の中途部には、インク供給のための第２ポンプ３５が設けられている。
【００１４】
なお、本実施形態においては、前記インクカートリッジ３０及びサブタンク３２は、記録装置の本体側の所定位置に配置されるものとし、図示しないタイミングベルトやステップモータ等を介して、キャリッジ４は図１の紙面と直交する方向に往復動可能に構成されている。また、キャリッジ４は、被記録媒体としての用紙（図示せず）の表面に沿い、且つ該用紙の送り方向と直交するキャリッジ移動方向に沿って往復移動であり、キャリッジ４の移動方向の一端部には、吸引パージのための吸引キャップ３７が、前記印字ヘッド２と対向するように配置されており、吸引パージ時には、吸引キャップ３７が印字ヘッド２の前面（下面）のノズル部を覆うように接近密着し、吸引パイプ３８及び吸引ポンプ３９を介してドレンタンク４０に排出される。
【００１５】
次に、印字ヘッド２について説明すると、特開２０００−１０３０８４号公報等に開示されているような公知の構造であるので図示しないが、基板の両側に複数の噴射チャンネルをそれぞれ有する２つのアクチュエータ基板を接着した構成であり、下面に前記各噴射チャンネルに連通するノズルが２列状に開口している。各アクチュエータ基板の上面には、夫々マニホールド室３ａが前記各噴射チャンネルにわたって連通するように配置されたマニホールド体３が設けられている。前記各マニホールド室３ａ、３ａ（図１では一方のみ示す）の上面に接続する導入管１２、１２は後述するバッファタンク５の底板５ａに開口したインク流出口１０にシール管１８、１８を介して接続されている。なお、各噴射チャンネル内のインクを吐出させる構成としては、前記アクチュエータ基板における噴射チャンネル近傍の側壁を圧電材料で構成して、その圧電材料の変形によりインクを噴出させることが好ましい。
【００１６】
バッファタンク５の天井壁７には、インク流入筒８が垂下し、バッファタンク５の底板５ａの近傍にて開口している。また、前記インク流入筒８の上端は天井壁７から上向きに突出している。さらに、前記天井壁７の一側寄り部位には、開口筒９が形成され、前記天井壁７の内面（天井面）７ａは、図１から理解できるように、略全体として一方で低く前記開口筒９側で高い位置となるように、水平面に対して適宜傾斜角度θの傾斜面に形成されている。この傾斜角度θは、本実施形態のインクジェット記録装置を搭載したプリンタの本体（図示せず）をテーブル等の載置面に載せるときの許容される傾き角度（装置許容傾き角度）に略５度加えた値とし、実施形態では５度〜１５度程度であり、より好ましくは１０度程度とする。
【００１７】
前記バッファタンク５の底板５ａから下向きに突出した一対のインク流出口１０、１０には、その各々の上面側（バッファタンク５の内部）にて５μｍ〜１０μｍメッシュ程度のフィルタ１１を張設し、インク内の気泡や異物を捕捉できるようにしている。
【００１８】
なお、サブタンク３２内の大気に開放されたインクの液面は、前記印字ヘッド２のノズル面（印字ヘッドの下面）の高さ位置より適宜高さＨ２（実施形態では水柱（水頭）１００mm）だけ低く設定し、これにより印字ヘッド２のノズル面のインク圧力を大気に比べて負圧の圧力ヘッド（前記水柱（水頭）１００mmだけ低い）に設定している。
【００１９】
前記バッファタンク５内における空気部分（天井壁７）に近い上側に連通する開口筒９には、実施形態では合成樹脂製のチューブ等からなる圧力変動吸収手段の一部としての管体１５の一端を接続する。該管体１５の中途部には、液状の隔離部材２０を移動可能に挿入している。実施形態では、圧力変動吸収手段の一部としての隔離部材２０は、管体１５を腐食させず、且つ室温及び気候の寒暖により凍結したり、蒸発しない材料が好ましく、不揮発性で高粘度液、例えばグリセリン等を使用する。このような高粘度液であれば、管体１５を略水平状にセットしたとき、液体メニスカス耐圧が高く、管体１５のバッファタンク５における空気室部分と、管体１５の先端側の室１５ａとを確実に遮断できる。
【００２０】
また、前記管体１５はその大部分を略水平状に配置すると共に、管体１５を前記キャリッジ４の移動方向と交差する方向（直交する方向）に延設する。これにより、管体１５の内部のダンパー（緩衝体）としての隔離部材２０がキャリッジの移動に伴う慣性力にて当該管体１５の軸線方向に移動することはない。
【００２１】
なお、図１に示す第１実施形態では、管体１５の先端（自由端）を栓体２１にて封緘し、先端側の室１５ａの圧力を、前記背圧Ｐ２と等しくなるようにすることにより、静止した初期状態で、隔離部材２０が管体１５の内部の所定位置にて静止していることになる。
【００２２】
なお、前記可撓性チューブ１３及び管体１５は、キャリッジ４に取付けられた保護カバー体４ａにより保護されている。
【００２３】
この構成において、例えば、印字ヘッド２のノズルのメニスカス耐圧Ｐ１をマイナス３５０mm（水柱）、ノズルに与える前記背圧Ｐ２をマイナス１００mm（水柱）、前記隔離部材２０のメニスカス耐圧Ｐ３を±１００mm（水柱）、印字ヘッド２が移動することにより可撓性チューブ１３、３４から受ける圧力変動の最大値Ｐ４を±２００mm（水柱）、印字ヘッド２が正常印字可能なメニスカス耐圧Ｐ５を０mm〜マイナス２００mm（水柱）とする。
（１）．印字ヘッド２（キャリッジ４）が静止した初期状態‥‥
ノズル（印字ヘッド２）には、バッファタンク５側からＰ２の背圧が掛かり、これはノズルのメニスカス耐圧Ｐ１より大（Ｐ１＜Ｐ２）なので、ノズル部でのメニスカスの破壊は発生しない。また、隔離部材２０のメニスカス耐圧Ｐ３（絶対値）が、前記背圧Ｐ２より大きいから、隔離部材２０は動かない。
（２）．キャリッジ４の移動によるチューブ１３、３４内のインクの圧力変動で、前記背圧Ｐ２が増加した場合‥‥
(2-1).チューブ１３、３４から受ける圧力変動＋ΔＰ４が＋１００mm（水柱）までのとき、｜ΔＰ４｜＜｜Ｐ３｜( ＝１００mm) なので、隔離部材２０は移動しない。Ｐ２＋ΔＰ４＞Ｐ１なので、ノズルのメニスカスは破壊されず、従って、ノズル面から大気を印字ヘッド２内に吸い込むことがない。
また、Ｐ２＋ΔＰ４≦Ｐ５（最大値）となり、バッファタンク５内の背圧の変動（増加）によっても、印字ヘッド１の印字性能に影響を及ぼさない。
【００２４】
(2-2).チューブ１３、３４から受ける圧力変動ΔＰ４が＋１００mm（水柱）を超えたとき、
｜ΔＰ４｜＞｜Ｐ３｜( ＝１００mm) なので、隔離部材２０は、管体１５の長手方向に沿って進退動して、ΔＰ４＝Ｐ３となる位置で静止する。つまり、チューブ１３、３４内のインクがバッファタンク5 のインク流入筒８に近づくように前進してバッファタンク５内の背圧ｐ２が増大すると、前記隔離部材２０が管体１５の中途部において開口筒９から遠ざかる方向に後退して圧力バランスを保持することになる。
【００２５】
また、Ｐ２＋ΔＰ４＞Ｐ１なので、ノズルのメニスカスは破壊されず、従って、ノズル面から大気を印字ヘッド２内に吸い込むことがない。
【００２６】
また、Ｐ２＋ΔＰ４＝Ｐ５（最大値）となり、バッファタンク５内の背圧の変動（増加）によっても、印字ヘッド１の印字性能に影響を及ぼさない。
（３）．キャリッジ４の移動によるチューブ１３、３４内のインクの圧力変動で、前記背圧Ｐ２が減少した場合‥‥
(3-1).チューブ１３、３４から受ける圧力変動（−ΔＰ４）が背圧Ｐ２（＝−１００mm（水柱））までのとき、｜ΔＰ４｜＜｜Ｐ３｜( ＝１００mm) なので、隔離部材２０は移動しない。また、Ｐ２＋ΔＰ４＞Ｐ１なので、ノズルのメニスカスは破壊されず、従って、ノズル面から大気を印字ヘッド２内に吸い込むことがない。さらに、Ｐ２＋ΔＰ４≦Ｐ５（最小値）となり、バッファタンク５内の背圧の変動（減少）によっても、印字ヘッド１の印字性能に影響を及ぼさない。
【００２７】
(3-2).チューブ１３、３４から受ける圧力変動ΔＰ４が背圧Ｐ２（＝−１００mm（水柱））を超えたとき、
｜ΔＰ４｜＞｜Ｐ３｜( ＝１００mm) なので、隔離部材２０は、管体１５の長手方向に沿って進退動して、ΔＰ４＝Ｐ３となる位置で静止する。つまり、チューブ１３、３４内のインクがバッファタンク5 のインク流入筒８から遠ざかるように後退してバッファタンク５内の背圧ｐ２が減少すると、前記隔離部材２０が管体１５の中途部において開口筒９に近づく方向に前進して圧力バランスを保持することになる。
【００２８】
そして、Ｐ２＋ΔＰ４＞Ｐ１なので、ノズルのメニスカスは破壊されず、従って、ノズル面から大気を印字ヘッド２内に吸い込むことがない。さらに、Ｐ２＋ΔＰ４＝Ｐ５（最小値）となり、バッファタンク５内の背圧の変動（減少）によっても、印字ヘッド１の印字性能に影響を及ぼさない。
【００２９】
図２は圧力変動吸収手段の第２実施形態の要部を示し、合成樹脂製等の管体１５の一端をバッファタンク５の空気部分に連通させるべく、天井壁７に設けた開口筒９に連結すると共にキャリッジ４の移動方向と交差する方向に、略水平状に延設する。そして、該管体１５の中途部を下向きに屈曲させてＵ字状部分１５ｂを形成し、このＵ字状部分１５ｂの底部及びその近傍にわたって前記と同じく不揮発性の高粘度液からなる隔離部材２０を移動可能に配置する。なお、管体１５の先端側１５ａは大気に開放する。この実施形態によれば、前記Ｕ字状部分１５ｂにおける隔離部材２０の自重により、圧力変動があまり大きくないかぎり、隔離部材２０がＵ字状部分１５ｂを超えて、管体１５の先端部１５ａから外に漏洩することはないと考えられる。
【００３０】
図３は圧力変動吸収手段の第３実施形態を示す。この実施形態では、先端側（底部）１５ａを密閉した管体１５に予め、前記の液状の隔離部材２０を適宜量だけ入れたのち、当該管体１５の基端開口部をバッファタンク５における開口筒９に連結する。この管体１５は、キャリッジ４の移動方向と交差（略直交）する方向に延設する。その後、バッファタンク５内に大気圧より低い値の背圧Ｐ２を付与すると、前記先端側１５ａの圧力は真空状態となり、隔離部材２０を常時先端側１５ａに引き戻す圧力が作用することになり、バッファタンク５内の背圧が減少した場合にも、開口筒９方向への隔離部材２０の移動量が少なく、不用意にバッファタンク５内に隔離部材２０が入込まない。
【００３１】
管体１５は水平面に対して略水平状に配置しても良いが、前記第１実施形態〜第３実施形態においても、管体１５の先端側１５ａが若干下位置になるように傾斜させても良い。
【００３２】
以上のようにして、キャリッジ４（印字ヘッド２）が移動することにより、固定位置のサブタンク３２から移動するバッファタンク５にインクを供給するためのチューブ１３、３４内のインクが慣性力で進退動し、バッファタンク５内の背圧が振動的に変動しても、当該バッファタンク５の空気部分に連通する管体１５とその中途部に移動可能に配置した液体メニスカスとしての不揮発性の高粘度液からなる隔離部材２０とにより、バッファタンク５内の背圧を略一定に保持できる結果、バッファタンク５内の背圧が高周波から低周波の広い範囲にわたって圧力変動しても、印字ヘッド２の印字性能が悪化したり、ノズルから気泡を吸い込む等の不都合をなくすることができる。
【００３３】
なお、印字ヘッド２は、上記の構成の代わりに、公知の発熱部によりインクを局部的に沸騰させて噴射するもの、平面状に並んだ噴射チャンネルに圧電素子等の電気−機械的変位変換手段を対向させたもの等が適用できる。これらの場合も、複数の噴射チャンネルにインクを分配するマニホールド室に、バッファタンクのインク流出口を接続する。また、バッファタンクはマニホールド体３を介することなく、直接印字ヘッドに接続するようにしても良い。
【００３４】
さらに、記録装置の本体側（固定側）に配置するインク供給用のタンクは、サブタンク３２を省略してインクカートリッジとすることも可能である。
【００３５】
【発明の作用・効果】
以上に説明したように、請求項１に記載の発明のインクジェット記録装置は、インクを溜める大気開放型のインクタンクと、複数の噴射チャンネルを有する印字ヘッドと、該印字ヘッドに接続したバッファタンクに、前記インクタンクからインクを供給するインク供給経路とを備えたインクジェット記録装置において、前記バッファタンク内の空気部に一端が連通した管体と、該管体内の中途部に移動可能に配置された液状の隔離部材とからなる圧力変動吸収手段を備えたものである。
【００３６】
従って、印字ヘッドが移動することにより、固定位置のインクタンクから移動するバッファタンクにインクを供給するためのインク供給経路内のインクが慣性力で進退動し、バッファタンク内の背圧が振動的に変動しても、当該バッファタンクの空気部分に連通する管体とその中途部に移動可能に配置した液体メニスカスとしての不揮発性の高粘度液からなる隔離部材とにより、バッファタンク内の背圧を略一定に保持できる結果、バッファタンク内の背圧が高周波から低周波の広い範囲にわたって圧力変動しても、印字ヘッドの印字性能が悪化したり、ノズルから噴射チャンネル内に気泡を吸い込んでノズル詰まりを発生させることがないという効果を奏する。
【００３７】
そして、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のインクジェット記録装置において、前記隔離部材は、不揮発性の高粘度液からなることを特徴とするものである。このように隔離部材を不揮発性の高粘度液とすることにより、液体メニスカスを利用して微小な背圧の変化に迅速に追従して管体内を移動でき、バッファタンク内の背圧を略一定に保持する構成が簡単にできるという効果を奏する。
【００３８】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載のインクジェット記録装置において、前記印字ヘッドに対して前記インクタンクの高さ位置を、印字ヘッドにおけるノズルからインク滴が漏洩しない背圧が前記バッファタンクに付与されるように設定したものであるから、インクタンクの配置箇所を前記のように設定するだけで、印字ヘッドのノズルからのインクの漏洩を簡単に防止できる。
【００３９】
さらに、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のインクジェット記録装置において、前記管体の一端は前記バッファタンクの天井面に開口し、該管体を印字ヘッドの移動方向と交差する方向に延設したものであるから、印字ヘッドの移動に伴う慣性力によって管体内の隔離部材が移動せず、バッファタンク内の背圧の変動に影響を及ぼさない。また、前記延設の中途部を略水平状とすることにより、管体を長くしても嵩張らず、コンパクトなインクジェット記録装置を提供することができるという効果を奏する。
【００４０】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のインクジェット記録装置において、前記インクタンクは、インクカートリッジ等のインク供給源から供給されたインクを一旦溜めるサブタンクとしたものであるから、インクの消費にしたがって、インクカートリッジを交換するときにも、サブタンク内にはインクが所定量だけ溜められているから、バッファタンクへの背圧付与を略一定にでき、印字ヘッドのノズルからインクが不用意に漏洩しないという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態によるインクジェット記録装置の図である。
【図２】圧力変動吸収手段の第２実施形態の要部断面図である。
【図３】圧力変動吸収手段の第３実施形態の要部断面図である。
【符号の説明】
２印字ヘッド
４キャリッジ
５バッファタンク
５ａ底板
７天井壁
８インク流入筒
９開口筒
１０インク流出口
１１フィルタ
１３可撓性チューブ
１４接続部材
１５圧力変動吸収手段の一部としての管体
２０圧力変動吸収手段の一部としての隔離部材
３０インクカートリッジ
３１可撓性チューブ
３２サブタンク
３３第１ポンプ
３４可撓性チューブ

Claims

インクを溜める大気開放型のインクタンクと、複数の噴射チャンネルを有する印字ヘッドと、該印字ヘッドに接続したバッファタンクに、前記インクタンクからインクを供給するインク供給経路とを備えたインクジェット記録装置において、
前記バッファタンク内の空気部に一端が連通した管体と、該管体内の中途部に移動可能に配置された液状の隔離部材とからなる圧力変動吸収手段を備えたことを特徴とするインクジェット記録装置。
前記隔離部材は、不揮発性の高粘度液からなることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録装置。
前記印字ヘッドに対して前記インクタンクの高さ位置を、印字ヘッドにおけるノズルからインク滴が漏洩しない背圧が前記バッファタンクに付与されるように設定したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインクジェット記録装置。
前記管体の一端は前記バッファタンクの天井面に開口し、該管体を印字ヘッドの移動方向と交差する方向に延設したことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
前記インクタンクは、インクカートリッジ等のインク供給源から供給されたインクを一旦溜めるサブタンクであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のインクジェット記録装置。