JP4952243B2 - インクジェットプリンタ - Google Patents

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Description

本発明は、インクジェットプリンタに関するものである。
インクジェットプリンタは、周知のごとく、記録ヘッドから微少なインク滴を噴射することにより、記録用紙等の被記録媒体に画像を形成してく画像形成装置であるので、記録ヘッドにインクを供給する必要がある。
そこで、例えば特許文献1に記載のインクジェットプリンタでは、記録ヘッドが搭載されたキャリッジにサブタンクを設けるとともに、インクをサブタンクに供給するときにインクカートリッジ側とサブタンク側とを接続し、インクをサブタンクに供給しないときにはインクカートリッジ側とサブタンク側とを離間させるステーション供給方式を採用している。
また、例えば特許文献2に記載のインクジェットプリンタでは、記録ヘッドと離間した位置に蛇腹状のベローズで構成されたサブタンク及びインクパック形態でインクが貯蔵されたメインタンクを設けるとともに、これらをチューブ等の配管類で接続し、かつ、サブタンクとメインタンクとを繋ぐ配管類にインク補給弁を設けている。そして、インク補給弁を開閉することにより、メインタンクからサブタンクを介して記録ヘッドへのインク供給を制御している。
特開2004−181952号公報 特開2004−358918号公報
ところで、発明者は、ステーション供給方式のインクジェットプリンタの製品化にあたり、以下に述べるような、特許文献1又は特許文献2とは異なる新たなインクジェットプリンタを試作検討した。
すなわち、この試作検討品では、サブタンクがベローズのような弾性変形可能な容器にて構成され、かつ、インク供給時には、サブタンクが一旦、圧縮されてその体積を縮小させられた後、サブタンク自身の弾性力(復元力)によりサブタンクが元の大きさに拡大膨張することによってインクカートリッジ内のインクをサブタンク内に吸引するような構成となっている。
また、インクジェットプリンタの記録ヘッドは、周知のごとく、ピエゾ素子の変形や発熱抵抗体による気泡の体積変化等の押圧手段にてインク滴として噴射口(ノズル口)から噴射させるものであるが、通常、噴射口に開閉弁が設けられておらず、インクを噴射していない待機状態においては、噴射口より内側に窪むようなメニスカスを噴射口に形成することにより、噴射口からインクが漏れ出ることを防止している。
このため仮に、噴射口のメニスカスが破壊されている状態で、サブタンクを膨張させると、噴射口から空気が流入してしまうおそれが高いので、サブタンクにインクを供給すべく、サブタンクを膨張させても、十分な量のインクをサブタンクに供給することができないおそれがある。
そこで、発明者は、インクカートリッジにサブタンクに供給するためのピストンポンプ機構を内蔵するとともに、インク供給時には、プリンタ本体からピストンポンプ機構に駆動力を付与してピストンポンプ機構を作動させるインクジェットプリンタを新たに試作検討した。
そして、この試作検討品では、ピストンポンプ機構はサブタンクとは別に設けられているので、インクをサブタンクに供給する際に、噴射口からサブタンクに空気が流入することがなく、十分な量のインクをサブタンクに供給することは可能となったものの、次のような問題が新たに発生した。
すなわち、上記試作検討品に係るピストンポンプ機構は、インクが貯留されたインクタンクと連通するシリンダ、このシリンダ内でその長手方向に摺動可能に配置されてシリンダと共に圧力室を形成するピストン、及びプリンタ本体から駆動力を受けてピストンを変位させる力をピストンに作用させるピストンロッド等から構成されている。
しかし、新しいインクカートリッジをプリンタ本体に装着した場合やピストンポンプ機構の起動・停止を繰り返し行った場合には、ピストンポンプ機構が停止しているときにおける、実際のピストン停止位置が、設計段階で予め設定されている初期位置(原点位置)からずれてしまい、サブタンクに供給されるインク量が変動してしまうという問題が発生した。
特に、複数本のインクカートリッジが設けられたカラーインクジェットプリンタでは、インクカートリッジの本数に対応したピストンポンプ機構を設ける必要があるので、各ピストンの実際の停止位置が、設計段階で予め設定されている初期位置からずれて、互いに異なる停止位置となってしまうと、サブタンク(色)毎に供給されるインク量が相違してしまうという問題が発生してしまう。
本発明は、上記点に鑑み、実際のピストン停止位置が、設計段階で予め設定されている初期位置(原点位置)からずれてしまうことを防止することを目的とする。
本発明は、上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明では、記録ヘッドに供給するインクを貯留するサブタンクにインクカートリッジからインクを供給するときに、インクカートリッジ側とサブタンク側とを接続するステーション供給方式のインクジェットプリンタであって、インクカートリッジのインクタンクと連通するシリンダ、シリンダ内でその長手方向に摺動可能に配置されてシリンダと共に圧力室を形成するピストン、及びピストンを変位させる力をピストンに作用させるピストンロッドを有し、サブタンクにインクカートリッジからインクを供給するためのピストンポンプ機構と、ピストンロッドに形成されたラックと噛み合うピニオンを有し、インクカートリッジがプリンタ本体に装着されているときに、ピストンロッドに接触してピストンを変位させる力をピストンロッドに伝達する動力伝達手段と、ピストンを設計段階で予め設定された初期位置まで変位させるピストン位置初期化手段とを備え、ピニオンの外周には、ラックと噛み合う歯部が形成された第1領域、及び歯部が形成されていない第2領域が設けられ、第2領域には、ピストン位置初期化手段の作動時にピストンロッドに接触してピストンロッドを変位させるロッド当接部が設けられ、動力伝達手段は、ピストン位置初期化手段の作動時には、第2領域がラックと面するように構成されており、さらに、ピストン位置初期化手段は、インクカートリッジからサブタンクにインクを供給するときに作動することを特徴とする。
これにより、実際のピストン停止位置が、設計段階で予め設定されている初期位置(原点位置)からずれてしまうことを防止することができるので、サブタンクに供給されるインク量が変動してしまうという問題を防止することができる。
また仮に、複数本のインクカートリッジが設けられたカラーインクジェットプリンタにおいては、サブタンク(色)毎に供給されるインク量が相違してしまうことを防止することができる。
なお、請求項1に記載の発明では、ピストンポンプ機構がインクカートリッジに内蔵された場合、及びプリンタ本体側に設けられた場合のいずれであってもよい
さらに、請求項に記載の発明では、サブタンクに供給されるインク量が変動してしまうことを確実に防止することができる。
請求項に記載の発明では、インクタンクと大気側とを連通させる大気連通口を開閉する開閉弁を備えており、開閉弁は、ピストン位置初期化手段の作動時に大気連通口を開き、ピストン位置初期化手段の非作動時に大気連通口を閉じることを特徴とする。
これにより、請求項に記載の発明では、ピストンの停止位置を初期位置に設定すると同時にインクタンク内の圧力を大気圧とすることができるので、ピストンポンプ機構が作動したときに、インクタンク内の圧力が過度に上昇してしまう、又は過度に低下してしまうといった不具合の発生を防止することができる。
延いては、ピストンポンプ機構の作動量に比例したインク量をインクカートリッジからサブタンクに供給することができるので、必要以上のインクがサブタンクに供給されてしまう、十分な量のインクをサブタンクに供給できない、又はインクカートリッジ側とサブタンク側とを接続する際に接続部からインクが吹き出すように漏れてしまうといった不具合が発生することを防止できる。
請求項に記載の発明では、動力伝達手段は、ピストン位置初期化手段の作動と連動して作動するように構成されており、さらに、動力伝達手段が作動した否かを検出する動力伝達検出手段、及びピストン位置初期化手段の作動時に、動力伝達検出手段により動力伝達手段が作動していないと判定された場合に使用者に対して警告を発する警告手段を備えることを特徴とする。
これにより、請求項に記載の発明では、ピストン位置初期化手段が作動しようとしてもピストン位置の初期化ができなかった場合には、その旨の警告が使用者に対してされるので、ピストン位置の初期化がされることなく、印刷が実行されることを未然に防止できる。
また、請求項に記載の発明では、インクカートリッジは、複数色に対応して複数個設けられていることを特徴としている。
以下に本発明の実施形態に係るインクジェットプリンタを図面と共に説明する。
(第1実施形態)
図1は、本実施形態に係るインクジェットプリンタの要部(プリンタエンジン部1)を示す模式図であり、図2は、本実施形態に係るインクジェットプリンタのメインタンクユニット20からインクカートリッジ10を取り外した状態を示す斜視図であり、図3はメインタンクユニット20の側面図である。
図4はメインタンクユニット20の斜視図であり、図5(a)はインクカートリッジ10の斜視図であり、図5(b)は図5(a)のA矢視図であり、図6はインクカートリッジ10の側面(一部断面)図であり、図7はメインタンクユニット20の側断面図であり、図8はピストンポンプ機構50の構造を示す図である。
図9〜図12はインク供給時等におけるメインタンクユニット20の作動を示す説明図であり、図13〜図15はインクの補充供給作動時におけるジョイントバルブの作動を示す作動説明図である。
1.プリンタエンジン部1の概略構成
インクジェット方式のプリンタエンジン部1は、周知のごとく、記録用紙等の被記録媒体(紙、布、樹脂フィルム、光学式記録用ディスク等を含む概念であるが、以下、便宜上用紙と称す。)を搬送しながら、微小なインク滴を用紙に向けて噴射することにより用紙に画像を形成していく画像形成手段である。
そして、本実施形態に係るプリンタエンジン部1は、図1に示すように、用紙に向けてインクを噴射する記録ヘッド3、記録ヘッド3及び記録ヘッド3から噴射されるインクが蓄えられるサブタンク5が組み付けられたキャリッジ7、このキャリッジ7を主走査方向(紙面左右方向)に往復移動させる走査機構9、並びにサブタンク5に供給されるインクが蓄えられたインクカートリッジ10(図2参照)が装着されたメインタンクユニット20等から構成されている。
記録ヘッド3は、ピエゾ素子の変形や発熱抵抗体による気泡の体積変化等を利用した押圧手段(本実施形態では、ピエゾ素子)によってサブタンク5に蓄えられたインクを噴射させるものである。
サブタンク5は、記録ヘッド3から噴射されるインク色の種類に対応した本数だけ設けられている。因みに、本実施形態では、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)、フォトブラック(PBk)及びブラック(Bk)の5色に対応した5本のサブタンク5が設けられている。
走査機構9は、主走査方向一端側に設けられた駆動プーリ9A、主走査方向他端側に設けられた従動プーリ9B、及び両プーリ9A、9Bに架け渡された無端ベルト9C等から構成されている。そして、無端ベルト9Cにキャリッジ7が固定されており、駆動プーリ9Aが回転して無端ベルト9Cが回転すると、キャリッジ7は、無端ベルト9Cと共に主走査方向に移動する。
以上に説明した構成において、用紙に画像を形成する場合には、キャリッジ7(記録ヘッド3)は、印刷領域(図1参照)で用紙の搬送と連動して主走査方向に往復移動しながら用紙にインクを噴射して画像を形成する。一方、画像形成を実行していない場合又はサブタンク5にインクを供給する等のメンテナンス作業が実行される場合には、キャリッジ7は、メンテナンス領域(図1参照)に配置される。
ところで、本実施形態に係るインクジェットプリンタは、ステーション供給方式にてメインタンクユニット20からサブタンク5にインクを供給しており、このステーション供給方式とは、サブタンク5にインクを供給するときに、メインタンクユニット20側とサブタンク5側とを接続し、一方、画像形成時等のサブタンク5にインクを補充供給していないときには、メインタンクユニット20側とサブタンク5側とを離隔させた状態とするものである。
具体的には、サブタンク5内の残留インク量が所定量より少なくなったときに、メインタンクユニット20側に設けられたメインタンク側ジョイントバルブ30(図9参照)と、サブタンク5側に設けられたサブタンク側ジョイントバルブ40(図9参照)とを接続させてサブタンク5にインクを補充供給し、一方、サブタンク5内の残留インク量が所定量以上となったときには、メインタンク側ジョイントバルブ30とサブタンク側ジョイントバルブ40とを離隔させた状態とする。
2.メインタンクユニット
メインタンクユニット20は、図2に示すように、サブタンク5と同数本のインクカートリッジ10、これらのインクカートリッジ10が収納装着される角筒状のカートリッジケーシング21、インクカートリッジ10に内蔵されたピストンポンプ機構50(図6参照)を駆動させるポンプ駆動機構60、及びメインタンク側ジョイントバルブ30等を有して構成されている。
2.1.インクカートリッジ
インクカートリッジ10は、図6に示すように、インクが貯留されるインクタンク11、インクタンク11内の圧力を増減させるピストンポンプ機構50、並びにインクタンク11及びピストンポンプ機構50を収納するケーシング12等を有して構成されている。
そして、ピストンポンプ機構50は、図8に示すように、インクタンク11と連通する円筒状のシリンダ51、このシリンダ51内でその長手方向に摺動可能に配置されてシリンダ51と共に圧力室52を形成するピストン53、及びプリンタ本体側、つまりポンプ駆動機構60から駆動力を受けてピストン53を変位させる力をピストン53に作用させるピストンロッド54等を有して構成されている。
なお、ピストン53の外周部にはOリング53A等のシール手段が装着されており、このOリング53Aがシリンダ51の内周面と摺動可能に接触することにより、圧力室52の気密性が保持される。
また、本実施形態では、ピストン53とピストンロッド54とは、樹脂にて一体成形されており、このピストンロッド54のうちインクタンク11と反対側の面(図8の上部側の面)には、ポンプ駆動機構60のピニオン61と噛み合うラック54Aが形成されている。
そして、ピストンロッド54のうち、少なくともピニオン61と噛み合うラック54Aの部分は、図5に示すように、ロッドカバー13により覆われて保護されており、このロッドカバー13は、少なくとも圧力室52の体積が最も縮小したときに、つまり、図7に示すように、ピストン53が最も左側に位置したときに、ピストンロッド54の長手方向全域を覆うように構成されている。
また、ロッドカバー13は、図5(b)に示すように、ピストンロッド54を挟んで両側に設けられているとともに、これら一対のロッドカバー13各々は、ピストンロッド54の側面側(図5(b)の左右側)を覆う側面カバー部13A、及びラック54A側(図5(b)の上面側)を覆うラックカバー部13Bを有して略L字状に形成されている。そして、一対のラックカバー部13B間には、ピニオン61を挿入することが可能な隙間13Cが設けられている。
なお、本実施形態では、ケーシング12は、図5(a)に示すように、第1ケーシング12Aと第2ケーシング12Bとを組み付けることにより構成されており、左右一対のロッドカバー13(側面カバー部13A及びラックカバー部13B)それぞれは、第1ケーシング12及び第2ケーシング12Bそれぞれに一体成形されている。
また、シリンダ51(圧力室52)からインクタンク11に至る通路14は、図8に示すように、大気連通口15を介して大気側と連通可能に構成されており、この大気連通口15から通路14に至る通路には、大気連通口15を開閉するようにして、インクタンク11と大気側とを連通させる場合と、インクタンク11と大気側とを遮断する場合とを切り換える大気開放弁70が設けられている。
そして、大気開放弁70は、大気連通口15を開閉する弁体71、大気連通口15を閉じる向きに弁体71を押圧する弾性力を弁体71に作用させるバネ72、及び圧力室52まで延びて弁体71と一体的に変位するプッシュロッド部73等から構成されている。
なお、本実施形態では、大気連通口15は、弁体71の変位方向(図8の左右方向)と略直交する方向に向けて開口して弁体71の外筒面と面している。一方、弁体71の外筒面には、大気連通口15が設けられた円筒面と摺動可能に接触し、かつ、この円筒面と弁体71の外筒面と隙間を封止するOリング74等のシール手段が配設されている。
そして、圧力室52の体積が縮小するようにピストン53が図8の左側に移動すると、大気開放弁70の弁体71がプッシュロッド部73を介してピストン53により押圧されて、図8に示す状態から紙面左側に摺動変位し、大気連通口15が開く。逆に、圧力室52の体積が拡大するようにピストン53が図8の右側に移動すると、大気開放弁70の弁体71がバネ72により紙面右側に摺動変位して図8に示す状態となり、大気連通口15が閉じる。
また、インクタンク11は、図6に示すように、ピストンポンプ機構50の下方側に設けられており、このインクタンク11の下端側には、メインタンク側ジョイントバルブ30側に接続されるインク供給口16が設けられている。
なお、インクタンク11内のうちインク供給口16近傍には、インク供給口16を開閉する開閉弁(図示せず。)、インクタンク11からインク供給口16に向けて流れるインク流れのみを許容する第1逆止弁(図示せず。)、及びサブタンク5側からインク供給口16に戻ってきたインクの流れのみを許容する第2逆止弁(図示せず。)が設けられており、本実施形態では、サブタンク5側から戻ってきたインクは、戻り通路16Aを経由してインクタンク11の上方側からインクタンク11に流入する。
2.2.ポンプ駆動機構
ポンプ駆動機構60は、ピストン53を摺動変位させるための駆動力をピストンロッド54に付与するものであり、このピストンポンプ機構50は、図3に示すように、ピニオン61、ピニオンロッド62、及び第1、第2伝達歯車63、64等から構成されている。
そして、第2伝達歯車64は、用紙搬送用の電動モータ65(図17参照)から動力を得て回転し、この第2伝達歯車64に伝達された駆動力は、第2伝達歯車64と噛み合う第1伝達歯車63、ピニオン61及び第1伝達歯車63に連結されたピニオンロッド62を介してピニオン61に伝達される。
因みに、電動モータ65(LFモータ65)の駆動力は、駆動力切替ソレノイド66(図17参照)によって、用紙搬送用ローラ(図示せず。)側に伝達される場合と第1伝達歯車63側に伝達される場合とに切り替えられる。
また、ピニオン61の外周には、図7に示すように、ラック54Aと噛み合う歯部が形成された第1領域61A、及びラック54Aと噛み合うべき歯部が形成されていない第2領域61Bが設けられており、この第2領域61Bには、後述する初期化作動時において、ピストンロッド54の長手方向先端側(図7の右端側)に接触してピストンロッド54(ピストン53)を、予め設定された初期位置まで変位させる突起状のロッド当接部61Cが設けられている。
そして、初期化作動時においては、第2領域61Bがラック54Aと面するようにしてラック54Aとピニオン61とが噛み合うことなく、ロッド当接部61Cがピストンロッド54の先端側に接触した状態でピニオン61が回転することにより、圧力室52の体積が縮小する向きにピストンロッド54が変位する。
また、ピニオン61は、図2に示すように、インクカートリッジ10毎に設けられており、これら複数個のピニオン61は、1本の回転軸61Dに連結されて一体的に回転する。このため、複数個のピニオン61全ては機械的に同期して同一の回転量(回転角)だけ回転する。
3.ステーション型インク供給機構
ステーション型インク供給機構とは、ステーション供給方式にてメインタンクユニット20からサブタンク5にインクを供給するための機構である。
具体的には、前述したメインタンク側ジョイントバルブ30及びサブタンク側ジョイントバルブ40に加えて、図9に示すように、メインタンク側ジョイントバルブ30をサブタンク側ジョイントバルブ40に対して離接するためのメインタンク側ジョイントバルブ離接機構80等から構成されている。
なお、メインタンク側ジョイントバルブ30及びサブタンク側ジョイントバルブ40は、サブタンク5の本数に対応した数(本実施形態においては、5個)だけ設けられており、これら5個のメインタンク側ジョイントバルブ30は、後述するように、メインタンク側ジョイントバルブ離接機構80によって機械的に同期して一体的に変位する。
3.1.ジョイントバルブ
3.1.1.サブタンク側ジョイントバルブ
サブタンク側ジョイントバルブ40は、キャリッジ7の本体部に固定されてサブタンク5に連通する接続用バルブである。そして、図13に示すように、略円筒状のバルブハウジング41のメインタンク側ジョイントバルブ30側には弁口42が形成されており、この弁口42は、バルブハウジング41の内側に変位可能に配設された弁体43により閉塞される。
なお、弁口42の外縁部には、弁体43と弁口42の外縁部との隙間を液密に密閉するOリング44等のシール手段が配設されている。
また、コイルバネ45は、弁口42を閉じる向きに弁体43を内側から押圧する弾性手段であり、このコイルバネ45は、バルブハウジング41内の圧力によって弁体43を閉じる向き押圧する押圧力F1とコイルバネ45による押圧力F2との和(=F1+F2)が、大気圧が弁体43を開く向きに押圧する押圧力F3と略等しくなるか、又は僅かに大きくなるように、初期加重及びバネ定数が設定されている。
そして、本実施形態では、サブタンク側ジョイントバルブ40とサブタンク5とは、サブタンク5の上方側で連通し、サブタンク5と記録ヘッド3とは、サブタンク5の下方側に連通している。
また、サブタンク側ジョイントバルブ40からサブタンク5に至るインク通路には、このインク通路内の圧力が所定圧力以上となることを防止する圧力制御弁47(図9参照)が設けられており、インク通路内の圧力が所定圧力以上となると、圧力制御弁47が開いて圧力が大気側に開放される。なお、ここで所定圧力とは、記録ヘッド3のインク噴射口(ノズル)に形成されたメニスカスが破壊されない程度の圧力をいう。
3.1.2.メインタンク側ジョイントバルブ
メインタンク側ジョイントバルブ30は、インクをサブタンク5に補充供給する際に、サブタンク側ジョイントバルブ40と接続されてサブタンク5とインクカートリッジ10とを連通させるものである。なお、メインタンク側ジョイントバルブ30は、図9に示すように、配管やチューブ等からなるインク供給管22を介してインクカートリッジ10に連通している。
そして、図13に示すように、略円筒状のバルブハウジング31のサブタンク側ジョイントバルブ40側には、弁口32が設けられており、この弁口32は、バルブハウジング31の内側に変位可能に配設された弁体33により閉塞される。
コイルバネ34は、弁口32を閉じる向きの押圧力を弁体33に作用させる弾性手段である。プッシュロッド35は、弁体33と一体的に変位するとともに、サブタンク側ジョイントバルブ40側に突出してサブタンク側ジョイントバルブ40の弁体43に設けられたプッシュロッド46を押圧してサブタンク側ジョイントバルブ40の弁口42を開口させるためのものである。因みに、本実施形態では、プッシュロッド35は、弁体33と一成形されている。
なお、ジョイントラバー36は、サブタンク側ジョイントバルブ40とメインタンク側ジョイントバルブ30とが接続されたときに(図16参照)、両ジョイントバルブ30、40を液密に接続するとともに、両ジョイントバルブ30、40が接続(衝突)する際の衝撃力及び接続瞬間速度を緩和させる弾性変形可能な弾性手段である。
3.2.メインタンク側ジョイントバルブ離接機構
メインタンク側ジョイントバルブ離接機構80は、メインタンク側ジョイントバルブ30を変位させることにより、メインタンク側ジョイントバルブ30をサブタンク側ジョイントバルブ40に対して離接させる機構である。
具体的には、図9に示すように、第2伝達歯車63と一体的に回転するカム81、このカム81の外周面に形成されたカム面(プロフィール)81Aと摺動可能に接触してカム面81Aに応じて自身の長手方向に変位するプッシュロッド82等から構成されている。
また、本実施形態では、5個のメインタンク側ジョイントバルブ30は、バルブケーシング37(図4参照)に収納されて一体的に変位(上下動)するように構成されているとともに、プッシュロッド82の長手方向一端側(図9では、上端側)がバルブケーシング37に連結されている。
このため、第2伝達歯車63が回転してカム81が回転すると、プッシュロッド82がカム面81Aの形状に応じて上下に変位するので、5個のメインタンク側ジョイントバルブ30がカム面81Aの形状に応じて一体的に上下に変位する。
4.プリンタエンジン部1の電気系の概略
図16はプリンタエンジン部1の電気系の概略を示すブロック図であり、制御装置90は、CPU、RAM及びROM等から構成された周知のマイクロコンピュータにて構成された制御手段であり、この制御装置90は、LFモータ65、駆動切替ソレノイド66、及び走査機構9(駆動プーリ9A)を駆動するキャリッジモータ(CRモータ)91等の作動を制御する。
また、制御装置90には、LFモータ65の回転量(回転角)を検出するLFモータエンコーダ92の出力信号、CRモータ91の回転量(回転角)を検出するリニアエンコーダ93の出力信号、及びインクカートリッジ10がカートリッジケーシング21に装着されているか否かを検出するリミットスイッチ等の装着検知センサ94の出力信号が入力されている。
なお、本実施形態では、LFモータ65及びCRモータ91としてステッピングモータが採用され、かつ、LFモータ65とLFモータエンコーダ92とは一体化されている。
そして、制御装置90は、これらの出力信号及びROMに予め記憶されているプログラムに従ってLFモータ65やCRモータ91及び記録ヘッド3に搭載されたピエゾ素子等を制御する。
5.本実施形態に係るプリンタエンジン部1の特徴的作動
5.1.初期化作動
初期化作動は、新しいインクカートリッジ10をプリンタ本体(カートリッジケーシング21)に装着した場合やピストンポンプ機構50の起動・停止を繰り返し行った場合等において、キャリッジ7がメンテナンス領域に待機した状態で実行される作動モードである。
すなわち、新しいインクカートリッジ10をカートリッジケーシング21に装着した場合等には、ピストンポンプ機構50が停止しているときに、実際にピストン53が停止している位置が、設計段階で予め設定されている初期位置(原点位置)からずれてしまう可能性が高い。
そして、ピストン停止位置が初期位置からずれていると、実際のピストン変位量が、設計段階で予め設定されている変位量と相違してしまうので、サブタンク5に供給されるインク量が、設計段階で予め設定されているインク量と相違してしまうという問題が発生する。
特に、複数本のインクカートリッジ10が設けられたカラーインクジェットプリンタでは、インクカートリッジの10の本数に対応したピストンポンプ機構50を設ける必要があるので、各ピストンの実際の停止位置が、設計段階で予め設定されている初期位置からずれて、互いに異なる停止位置となってしまうと、サブタンク5(色)毎に供給されるインク量が相違してしまうという問題が発生してしまう。
そこで、本実施形態では、実際のピストン停止位置が、設計段階で予め設定されている初期位置からずれてしまう可能性が高い場合には、制御装置90は、ロッド当接部61Cをピストンロッド54の先端側に接触させた状態で、ピニオン61を所定量だけ回転させて圧力室52の体積が縮小する向きにピストンロッド54を変位させる初期化作動を実施する。
このとき、複数枚のピニオン61は、前述したように、全て機械的に同期して同一量だけ回転するので、初期化作動により各インクカートリッジ10のピストン53は、全て同一位置となる。
なお、実際のピストン停止位置が、設計段階で予め設定されている初期位置からずれてしまう可能性が高い場合とは、例えば、新しいインクカートリッジ10をカートリッジケーシング21に装着した場合、インクカートリッジ10をカートリッジケーシング21に再装着した場合、ピストンポンプ機構50の起動・停止を繰り返し行った場合、及びサブタンク5にインクを補充供給する場合等がある。
また、本実施形態では、初期化作動時においては、ピストン53は大気開放弁70が開く位置まで変位させられるため、初期化作動時には大気側とインクタンク11とが連通して、全てのインクタンク11内の圧力が大気圧となる。
以下、図17に示すフローチャートに従って初期作動の一例を説明する。因みに、この制御フローは、インクカートリッジ10がカートリッジケーシング21に再装着された場合における初期作動の制御フローを示している。
この制御フローは、インクジェットプリンタの電源が投入されると同時に起動されるもので、制御フローが起動されると、先ず、装着検知センサ94の出力信号に基づいて、全てのインクカートリッジ10がカートリッジケーシング21に正常に装着されているか否かが判定される(S10)。
なお、インクカートリッジ10がカートリッジケーシング21に正常に装着されているとは、インクカートリッジ10とメインタンク側ジョイントバルブ30との間でインクの授受を正常に行うことができる装着位置にインクカートリッジ10が装着されていることを意味し、本実施形態では、インクカートリッジ10がカートリッジケーシング21に正常に装着されていると、装着検知センサ94からON信号が出力される。
そして、全てのインクカートリッジ10がカートリッジケーシング21に正常に装着されていると判定された場合には(S10:YES)、駆動力切替ソレノイド66が作動してLFモータ65の駆動力が第1伝達歯車64側に伝達可能な状態となった後、LFモータ65を所定量だけ回転させる指令(以下、初期化作動指令という。)が制御装置90からLFモータ65に発せられ、前述した初期化作動が開始される(S20)。なお、インクカートリッジ10がカートリッジケーシング21に正常に装着されていないと判定された場合には(S10:NO)、初期化作動は開始されない。
初期化作動指令が制御装置90からLFモータ65に発せられると、LFモータエンコーダ92の出力に基づいて、実際にLFモータ65が所定量だけ回転したか否かが判定され(S30)、実際にLFモータ65が所定量だけ回転したと判定された場合には(S30:YES)、後述するインク供給作動が実施された後(S40)、印刷指令が発せられるまでメンテナンス領域で待機状態となる(S50)。
一方、実際にLFモータ65が所定量だけ回転していないと判定された場合には(S30:NO)、「初期化作動が正常作動していないため、インクカートリッジ10を装着し直す必要がある」旨の警告がインクジェットプリンタの使用者に対して発せられた後(S60)、装着検知センサ94の出力信号に基づいて、インクカートリッジ10が取り外されたか否かが判定される(S70)。
なお、上記の警告は、インクカートリッジ10が取り外されるまで発せられ、インクカートリッジ10が取り外されると(S70:YES)、制御フローは、再び、S10に戻って、全てのインクカートリッジ10がカートリッジケーシング21に正常に装着されているか否かが判定される。
5.2.インク供給作動
本実施形態では、インク供給作動は、サブタンク5内のインク残量が所定量以下となった場合又は初期化作動の終了後において、キャリッジ7がメンテナンス領域に待機した状態で実施される。
なお、本実施形態では、記録ヘッド3から噴射されたインクの噴射回数(パージ処理用の噴射回数も含む。)が、前回サブタンク5にインクを補充供給した時から計数して所定回数に到達したときにサブタンク5内のインク残量が所定量以下となったものと推定している。
そして、制御装置90は、サブタンク5内のインク残量が所定量以下となったと判定した場合又は初期化作動が終了したと判定すると、図10に示すように、圧力室52が縮小するようにLFモータ65を回転させるともに、大気開放弁70を開放してインクタンク11内の圧力を大気圧とした状態で、メインタンク側ジョイントバルブ30を上昇させる。
なお、両ジョイントバルブ30、40は、互いに離隔した状態においては図13に示すように双方とも閉じた状態となっている。そして、この離隔した状態から両ジョイントバルブ30、40が近接していくと、図14に示すように、両ジョイントバルブ30、40が開き始め、最終的には、図15に示すように、両ジョイントバルブ30、40が液密に接続された状態で連通する。
このとき、制御装置90は、メインタンク側ジョイントバルブ30とサブタンク側ジョイントバルブ40とが離接する瞬間の離接速さV1が、ピストン53が変位する際の変位速さV2より小さくなり、かつ、メインタンク側ジョイントバルブ30とサブタンク側ジョイントバルブ40とが離隔している場合のサブタンク側ジョイントバルブ40に対するメインタンク側ジョイントバルブ30の相対変位速さV3が離接速V1さより大きくなるようにLFモータ65の回転速度制御している。
なお、複数枚のピニオン61は、前述したように、全て機械的に同期して同一量だけ回転し、かつ、複数個のメインタンク側ジョイントバルブ30は一体的に上下動するので、各ピストン53及び各メインタンク側ジョイントバルブ30は、全て上記のように作動する。
そして、メインタンク側ジョイントバルブ30とサブタンク側ジョイントバルブ40との接続が完了すると、制御装置90は、図11に示すように、両ジョイントバルブ30、40を接続させたまま、圧力室52の体積が拡大するようにピストン53を変位させて、各サブタンク5内のインクのほぼ全量を各インクタンク11(インクカートリッジ10)に還流させる。
次に、制御装置90は、図12に示すように、両ジョイントバルブ30、40を接続させたまま、大気開放弁70が開放されない程度まで圧力室52の体積が縮小するようにピストン53を変位させて、各インクタンク11(インクカートリッジ10)のインクを各サブタンク5に供給する。このとき、圧力制御弁47により、インク供給圧力がメニスカスの破壊圧力以上となることが防止されるので、メニスカスが破壊されることなく、サブタンク5にインクが供給される。
そして、インク供給が終了すると、制御装置90は、図12に示すように、圧力室52の体積が縮小させたままピストン53を変位させることなく、メインタンク側ジョイントバルブ30を下降させてメインタンク側ジョイントバルブ30とサブタンク側ジョイントバルブ40とを離間(離隔)させる。このとき、両ジョイントバルブ30、40は、両ジョイントバルブ30、40が接続する場合とは逆に、図15→図14→図13の順に示すように作動する。
なお、画像形成時においては、サブタンク側ジョイントバルブ40とメインタンク側ジョイントバルブ30との接続状態が解除されて、サブタンク側ジョイントバルブ40及びメインタンク側ジョイントバルブ30が閉じているが、サブタンク5内のインクが消費されると、サブタンク5内の圧力が低下するので、この低下したサブタンク5内の圧力(負圧)により記録ヘッド3に形成されたメニスカスが維持される。
このとき、サブタンク5内のインクが多量に消費されてサブタンク5内の圧力が過度に低下すると、大気圧とサブタンク5内圧力との圧力差が過度に大きくなってメニスカスが破壊されてしまうおそれがあるが、本実施形態では、大気圧とサブタンク5内圧力との圧力差がコイルバネ45の押圧力に相当する圧力差に維持されるように、サブタンク側ジョイントバルブ40が機械的に自動開閉制御されるので、メニスカスが破壊されてしまうことはない。
6.本実施形態に係るインクジェットプリンタの特徴
本実施形態では、圧力室52を縮小させてインクタンク11内の圧力をサブタンク5内より高めることにより、インクカートリッジ10からサブタンク5にインクを供給するので、仮に、メニスカスが破壊された状態であっても、サブタンク5内の圧力は大気圧より低くなることはない。
したがって、本実施形態では、インクをサブタンク5に供給する際に、記録ヘッド3のインク噴射口(ノズル)から空気が流入してしまうことはないので、十分な量のインクをサブタンク5に供給することができる。
また、本実施形態では、ピストンロッド54の少なくとも一部が、ロッドカバー13により覆われて保護された構造となっているので、使用者がインクカートリッジ10を着脱操作する際に、誤ってピストンロッド54に触れてしまうことを防止でき、ピストンロッド54が損傷してしまう等の不具合の発生を防止することが可能となる。
また、ロッドカバー13は、圧力室52の体積が最も拡大したときよりも小さい状態(本実施形態では、圧力室52の体積が最も縮小した状態)のときに、ピストンロッド54の長手方向全域を覆うように構成されているので、使用者がインクカートリッジ10を着脱操作する際に、誤ってピストンロッド54に触れてしまうことを確実に防止することが可能となる。
また、本実施形態では、ピストンポンプ機構50の停止時において実際にピストンが停止している位置が、設計段階で予め設定されている初期位置からずれてしまう可能性が高い場合には、初期化作動を実施するので、実際のピストン停止位置が、設計段階で予め設定されている初期位置(原点位置)からずれてしまうことを防止することができる。したがって、サブタンク5に供給されるインク量が変動してしまうといった不具合の発生を未然に防止することができる。
このため、本実施形態のごとく、複数本のインクカートリッジ10が設けられたカラーインクジェットプリンタにおいては、サブタンク5(色)毎に供給されるインク量が相違してしまうことを防止することができる。
また、本実施形態では、インクカートリッジ10からサブタンク5にインクを供給するときに初期化作動を実施するので、サブタンク5に供給されるインク量が変動してしまうことを確実に防止することができる。
また、本実施形態では、初期化作動を実施するときに大気連通口15を開き、初期化作動の非作動時に大気連通口15を閉じるので、ピストン53の停止位置を初期位置に設定すると同時にインクタンク11内の圧力を大気圧とすることができる。したがって、ピストンポンプ機構50が作動したときに、インクタンク11内の圧力が過度に上昇してしまう、又は過度に低下してしまうといった不具合の発生を防止することができる。
延いては、ピストンポンプ機構50の作動量に比例したインク量をインクカートリッジ10からサブタンク5に供給することができるので、必要以上のインクがサブタンク5に供給されてしまう、十分な量のインクをサブタンク5に供給できない、又はインクカートリッジ10側とサブタンク5側とを接続する際に接続部からインクが吹き出すように漏れてしまうといった不具合が発生することを防止できる。
また、本実施形態では、LFモータ65が所定量だけ回転しなかったときに初期化作動が正常に実施されなかったものと見なして、その旨の警告が使用者に対してされるので、ピストン位置の初期化がされることなく、印刷が実行されることを未然に防止できる。
ところで、通常、記録ヘッド3に設けられたインクの噴射口には、開閉弁は設けられておらず、噴射口に存在するインクの表面張力により形成されたドーム状のメニスカスにより、待機時に噴射口からインクが漏れ出ることを防止している。
このため、メインタンク側ジョイントバルブ30とサブタンク側ジョイントバルブ40とが離接する瞬間の離接速さV1が大きいと、離接時の急激な圧力変動や記録ヘッド3に作用する衝撃力(加振力)によってメニスカスが破壊されてしまうおそれがある。
しかし、本実施形態では、ピストン53を変位させる駆動用モータ(LFモータ65)と両ジョイントバルブ30、40を離接させる駆動用モータとが共用されているため、離接速さV1を小さくすると、これに連動してピストン53の変位速さV2も小さくなり、インク供給に要する時間が長くなってしまうという問題が発生する。
これに対して、本実施形態では、メインタンク側ジョイントバルブ30とサブタンク側ジョイントバルブ40とが離接する瞬間の離接速さV1が、ピストン53が変位する際の変位速さV2より小さくなるように設定されているので、離接時の急激な圧力変動や記録ヘッド3に作用する衝撃力(加振力)によってメニスカスが破壊されてしまうことを抑制しつつ、インク供給に要する時間が長くなってしまうことを防止することができる。
また、本実施形態では、メインタンク側ジョイントバルブ30とサブタンク側ジョイントバルブ40とが離隔している場合のサブタンク側ジョイントバルブ40に対するメインタンク側ジョイントバルブ30の相対変位速さV3は、離接速さV1より大きいので、離接時の急激な圧力変動や記録ヘッド3に作用する衝撃力(加振力)によってメニスカスが破壊されてしまうことを抑制しつつ、両ジョイントバルブ30、40の離接作動時間を短縮することができる。
7.発明特定事項と実施形態との対応関係
本実施形態では、S20(図17参照)が特許請求の範囲に記載されたピストン位置初期化手段に相当し、大気開放弁70が特許請求の範囲に記載された開閉弁に相当し、S30(図17参照)が特許請求の範囲に記載された動力伝達検出手段に相当し、ピストンポンプ機構50が特許請求の範囲に記載された動力伝達手段に相当し、S60(図17参照)が特許請求の範囲に記載された警告手段に相当する。
(第2実施形態)
上述の実施形態では、一対のロッドカバー13は、ピストンロッド54の長手方向と平行な方向から見て略L字状だったが、本実施形態は、図18に示すように、第1実施形態と異なる形状としたものである。
すなわち、本発明の実施形態に係るロッドカバー13は、ロッドカバー13の少なくとも一部を覆っていれば十分である。
そこで、図18(a)に示す例は、一対のロッドカバー13をピストンロッド54の長手方向と平行な方向から見て略I字状とした例であり、図18(b)に示す例は、ラックカバー部13Bを廃止して一対のロッドカバー13をI字状とした上で、側面カバー部13Aの長さを第1実施形態より短くしたものである。
また、図18(c)に示す例は、一対の側面カバー部13Aの長さを図18(b)と同じとし、かつ、ラックカバー部13Bを廃止した上で、ピストンロッド54の長手方向と平行な方向から見た形状を略略三角形としたものであり、図18(d)に示す例は、一対の側面カバー部13Aの長さを図18(b)と同じとし、かつ、ラックカバー部13Bを廃止した上で、ピストンロッド54の長手方向と平行な方向から見た形状を略円弧状としたものである。
(その他の実施形態)
上述の実施形態に係るインクカートリッジ10では、ピストンロッド54のうちラック54Aとピニオン61が噛み合う部分がロッドカバー13にて覆われていたが、本発明はこれに限定されるものではない。
また、上述の実施形態に係るインクカートリッジ10では、圧力室52の体積が最も縮小したときに、ピストンロッド54全体がロッドカバー13にて覆われるように構成されていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、圧力室52の体積が最も縮小したときよりも大きく、かつ、圧力室52の体積が最も拡大したときよりも小さい状態のときに、ピストンロッド54の長手方向全域を覆うように構成されていてもよい。
また、上述の実施形態では、初期化作業を実施するときにインクタンク11内と大気側とを連通させたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、メインタンク側ジョイントバルブ30とサブタンク側ジョイントバルブ40とを接続する際に、両ジョイントバルブ30、40が開いた状態であって、両ジョイントバルブ30、40が液密に接続する前の状態を所定時間だけ保持することにより、インクタンク11内と大気側とを連通させてもよい。
また、上述の実施形態では、サブタンク5にインクを供給するときに、その前工程として必ず初期化作業を実施したが、本発明はこれに限定されるものではない。
また、上述の実施形態では、初期化作業時において、LFモータ65が所定量だけ回転しなかったときに、初期化作業が正常に実施できなかったものとして使用者にその旨を警告したが、本発明はこれに限定されるものではない。
また、上述の実施形態では、メインタンク側ジョイントバルブ30とサブタンク側ジョイントバルブ40とが離接する瞬間の離接早さV1がピストン53の変位早さV2より小さくなるようにしたが、本発明はこれに限定されるものではない。
また、上述の実施形態では、メインタンク側ジョイントバルブ30とサブタンク側ジョイントバルブ40とが離隔しているときのサブタンク側ジョイントバルブ40に対するメインタンク側ジョイントバルブ30の相対変位早さV3が離接早さV1より大きくなるようにしたが、本発明はこれに限定されるものではない。
また、上述の実施形態では、離接早さV1、ピストン53の変位早さV2、及び相対変位早さV3をLFモータ65の回転速度を制御することによって制御したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばLFモータ65の回転速度を一定とするとともに、上記の速さ関係(V1<V2、V1<V3)が実現可能なカム面81A(プロフィール)としてもよい。
また、上述の実施形態では、メインタンク側ジョイントバルブ30がサブタンク側ジョイントバルブ40に対して上下動する構成であったが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばサブタンク側ジョイントバルブ40がメインタンク側ジョイントバルブ30に対して変位する構成、又はメインタンク側ジョイントバルブ30がサブタンク側ジョイントバルブ40に対して水平方向に変位する構成であってもよい。
また、上述の実施形態では、ピニオン61が第1領域61Aと第2領域61Bとを有する半円状のものであったが、本発明はこれに限定されるものではない。
また、上述の実施形態では、ロッド当接部61Cにてピストンロッド54の先端を押し込むようにして初期化作業を実施したが、本発明はこれに限定されるものではない。
また、本発明は、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨に合致するものであればよく、上述の実施形態に限定されるものではない。
本発明の実施形態に係るインクジェットプリンタの要部(プリンタエンジン部1)を示す模式図である。 本発明の実施形態に係るインクジェットプリンタのメインタンクユニット20からインクカートリッジ10を取り外した状態を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係るメインタンクユニット20の側面図である。 本発明の実施形態に係るメインタンクユニット20の斜視図である。 (a)は本発明の実施形態に係るインクカートリッジ10の斜視図であり、(b)は図5(a)のA矢視図である。 本発明の実施形態に係るインクカートリッジ10側面(一部断面)図である。 本発明の実施形態に係るメインタンクユニット20の側断面図である。 本発明の実施形態に係るピストンポンプ機構50の構造を示す図である。 本発明の実施形態に係るインク供給時等におけるメインタンクユニット20の作動を示す説明図である。 本発明の実施形態に係るインク供給時等におけるメインタンクユニット20の作動を示す説明図である。 本発明の実施形態に係るインク供給時等におけるメインタンクユニット20の作動を示す説明図である。 本発明の実施形態に係るインク供給時等におけるメインタンクユニット20の作動を示す説明図である。 本発明の実施形態に係るインクの補充供給作動時におけるジョイントバルブの作動を示す作動説明図である。 本発明の実施形態に係るインクの補充供給作動時におけるジョイントバルブの作動を示す作動説明図である。 本発明の実施形態に係るインクの補充供給作動時におけるジョイントバルブの作動を示す作動説明図である。 本発明の実施形態に係るプリンタエンジン部1の電気系の概略を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係るインクカートリッジ10がカートリッジケーシング21に再装着された場合における初期作動の制御フローを示すフローチャートである。 本発明の第2実施形態の特徴を示す図である。
符号の説明
1…プリンタエンジン部、3…記録ヘッド、5…サブタンク、7…キャリッジ、
9…走査機構、9A…駆動プーリ、9B…従動プーリ、9C…無端ベルト、
10…インクカートリッジ、11…インクタンク、12…ケーシング、
12A…第1ケーシング、12B…第2ケーシング、13…ロッドカバー、
13A…側面カバー部、13B…ラックカバー部、13C…隙間、14…通路、
15…大気連通口、16…インク供給口、16A…戻り通路、
20…メインタンクユニット、21…カートリッジケーシング、
30…メインタンク側ジョイントバルブ、31…バルブハウジング、32…弁口、
33…弁体、34…コイルバネ、35…プッシュロッド、36…ジョイントラバー、
37…バルブケーシング、40…サブタンク側ジョイントバルブ、
41…バルブハウジング、42…弁口、43…弁体、43A…Oリング、
45…コイルバネ、46…プッシュロッド、47…圧力制御弁、
50…ピストンポンプ機構、51…シリンダ、52…圧力室、53…ピストン、
54…ピストンロッド、54A…ラック、60…ポンプ駆動機構、61…ピニオン、
61A…第1領域、61B…第2領域、61C…ロッド当接部、61D…回転軸、
62…ピニオンロッド、63…第1伝達歯車、65…LFモータ、
66…駆動力切替ソレノイド、70…大気開放弁、71…弁体、72…バネ、
73…プッシュロッド部、80…メインタンク側ジョイントバルブ離接機構、
81…カム、81A…カム面、82…プッシュロッド、90…制御装置、
91…CRモータ、92…LFモータエンコーダ、93…リニアエンコーダ、
94…装着検知センサ。

Claims (4)

  1. 記録ヘッドに供給するインクを貯留するサブタンクにインクカートリッジからインクを供給するときに、前記インクカートリッジ側と前記サブタンク側とを接続するステーション供給方式のインクジェットプリンタであって、
    前記インクカートリッジのインクタンクと連通するシリンダ、前記シリンダ内でその長手方向に摺動可能に配置されて前記シリンダと共に圧力室を形成するピストン、及び前記ピストンを変位させる力を前記ピストンに作用させるピストンロッドを有し、前記サブタンクに前記インクカートリッジからインクを供給するためのピストンポンプ機構と、
    前記ピストンロッドに形成されたラックと噛み合うピニオンを有し、前記インクカートリッジがプリンタ本体に装着されているときに、前記ピストンロッドに接触して前記ピストンを変位させる力を前記ピストンロッドに伝達する動力伝達手段と、
    前記ピストンを設計段階で予め設定された初期位置まで変位させるピストン位置初期化手段とを備え
    前記ピニオンの外周には、前記ラックと噛み合う歯部が形成された第1領域、及び前記歯部が形成されていない第2領域が設けられ、
    前記第2領域には、前記ピストン位置初期化手段の作動時に前記ピストンロッドに接触して前記ピストンロッドを変位させるロッド当接部が設けられ、
    前記動力伝達手段は、前記ピストン位置初期化手段の作動時には、前記第2領域が前記ラックと面するように構成されており、
    さらに、前記ピストン位置初期化手段は、前記インクカートリッジから前記サブタンクにインクを供給するときに作動することを特徴とするインクジェットプリンタ。
  2. 前記インクタンクと大気側とを連通させる大気連通口を開閉する開閉弁を備えており、
    前記開閉弁は、前記ピストン位置初期化手段の作動時に前記大気連通口を開き、前記ピストン位置初期化手段の非作動時に前記大気連通口を閉じることを特徴とする請求項1に記載のインクジェットプリンタ。
  3. 前記動力伝達手段は、前記ピストン位置初期化手段の作動と連動して作動するように構成されており、
    さらに、前記動力伝達手段が作動した否かを検出する動力伝達検出手段と、
    前記ピストン位置初期化手段の作動時に、前記動力伝達検出手段により前記動力伝達手段が作動していないと判定された場合に使用者に対して警告を発する警告手段と
    を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載のインクジェットプリンタ。
  4. 前記インクカートリッジは、複数色に対応して複数個設けられていることを特徴とする請求項1ないしのいずれか1つに記載のインクジェットプリンタ。
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