JP5560717B2 - 液体供給装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体供給装置および画像形成装置に関し、さらに詳しくは、インクジェット記録装置に装備される液体供給装置に用いられるサブタンクの構造に関する。

プリンタ、ファクシミリ、複写装置さらにはプロッタなどの各種が画像形成装置の一つとして用いられるインクジェット記録装置においては、キャリッジ上に液体吐出ヘッドであるインクジェットヘッドに対して液体であるインクを供給するための小容量のサブタンク（液体容器）を搭載し、液体保管タンクである大容量のインクカートリッジ（メインタンク）を装置本体側に設けておき、装置本体側のメインタンクからインクを補充供給する構成が知られている。

上述したサブタンクを用いる構成においては、キャリッジの移動に際して大型のインクタンクを搭載する必要がないために、キャリッジ駆動のための動力負担や振動を低くするという利点がある。

サブタンクにはメインタンクから液体であるインクが所定圧力を以て供給されて充填されるが、サブタンク内は負圧化傾向とされて不用意にノズルに向けインクが流れ込むことが防がれるようになっている。これにより、不用意にヘッド側へインクが流れて、いわゆる液垂れが生じるのを防止するためである。

図１０は、上述した負圧化傾向を維持されるサブタンクへのインクの供給機構を示す図であり、この構成は、特許文献１に開示されている。

図１０において、サブタンク１００内の負圧室１０１の負圧は、フィルム１０２などの可撓性部材がバネ１０３により外部に広げられることで生成されている。詳しくは、バネ１０３は、フィルム１０２を直接押圧しているのではなく、フィルムに溶着された補強用の円盤状のシート１０４を押圧している。

フィルム１０２を挟んで円盤状のシート１０４と対向する位置には、テコ部材１０８の力点１０８Ａに力を作用させ、支点１０８Ｃを介して、作用点１０８Ｂ側に設けられている弁部材１０５を作動させてインクの導入部１００Ａを開放することにより、メインタンク側に接続された供給経路内のインクが負圧室１０１内に供給される。弁部材１０５の開弁圧は、バネ１０６によって定常圧に設定されている。
上記構成では、テコの作用を利用しているのでフィルム１０２の受圧面積以上の力を発生させることができる。

また、フィルムを用いた構成において発生するフィルムの振動を防止する構成としては、サブタンクの壁面を可撓性フィルムおよびこれの表面に一体化された樹脂板とで構成し、可撓性フィルムの振動を樹脂板により制振する構成も提案されている（例えば、特許文献２）。

ところで、サブタンクとインクタンクとを別位置に設置しこれらタンク間をチューブで連結する構成では、主走査幅が大きくなるとチューブの長さも長くなることが原因してキャリッジの加減速時に慣性力が発生し、この慣性力によりインクが動いて液圧が所定圧力と異なってしまう現象が発生する。このような液圧の変化はサブタンク内での負圧化傾向にも影響し、ヘッドでの不用意な液垂れを起こす原因の一つとなる。

本発明は、上記従来の液体供給装置における問題に鑑み、慣性による液体供給経路内での液圧変動が原因する液垂れを未然に防止することができる構成を備えた液体供給装置および画像形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、次の構成よりなる。
（１）記録用液体が貯蔵されているメインタンクと、該メインタンクに対して供給経路を介して接続されたサブタンクと、該サブタンクに貯留されている記録用液体をノズルから吐出する記録ヘッドとを含み、前記サブタンク内には前記メインタンクから一定圧を以て記録用液体が供給されるように構成された液体供給装置において、
前記サブタンクは、前記記録ヘッドに連通する供給口を有し、該記録ヘッド側からの負圧により容積を縮小させるフィルムを備えた空間からなる供給室と、前記メインタンクの供給経路に接続され、前記供給室とは前記サブタンクの内部壁を隔てて隣接し、該供給室に対して前記内部壁を貫通するインク導入部を介して連通する空間からなる調圧室と、を備え
前記供給室は、前記フィルムが容積を縮小させるのに連動して前記液体導入部を開放する開閉弁を有し、
前記調圧室は、前記液体導入部への液圧変動を抑制する構成として、前記供給経路からの記録用液体の流動方向を横断する状態で配置された圧力抵抗体と、該圧力抵抗体を挟んで前記記録用液体の流動方向上下各流位置にそれぞれ設けられて、前記内部壁を挟んで前記フィルムとは反対側に形成された前記サブタンクの外壁に配置されている容積可変部材と、を備え、
前記供給経路内での液圧が前記開閉弁の定常圧以上に上昇したときに、前記容積可変部材の収縮移動による容積変化および前記圧力抵抗体を通過する記録用液体の減速により圧力上昇が抑制されることを特徴とする液体供給装置。
（２）（１）記載の液体供給装置において、
前記容積可変部材は、前記調圧室内の圧力に応じて前記調圧室の前記外壁の内面に対面する位置に配置されたバネを膨縮変形させる弁体を備えたダイヤフラム機構が用いられていることを特徴とする請求項１記載の体供給装置。
（３）（１）記載の液体供給装置において、
前記圧力抵抗体には、迷路構造からなる通路が形成された構成が用いられることを特徴とする液体供給装置。
（４）（１）乃至（３）のうちのいずれか一つに記載の液体供給装置を用いることを特徴とする画像形成装置。

本発明によれば、メインタンクに対して供給経路を介して接続されたサブタンクにおいて、メインタンクとノズルへの液体供給を行う供給室との間に調圧室が設けられ、該調圧室に対して供給経路で液圧変動が生じた場合、特に定常圧以上に達した場合には、その圧力上昇による調圧室内の容積変化と共に、調圧室内でのインクの移動速度を減速させることにより減圧することができる。これにより、調圧室での圧力変動を利用するだけの容積可変機構と減速機構という簡単な構成のみで上昇した圧力を定常圧となるように抑制することができるので、圧力変動が原因となる液垂れの発生を確実に防止することができる。

本発明による液体供給装置を用いた画像形成装置における液体供給部の構成を説明するための模式図である。 本発明による液体供給装置の要部を対象とした原理構成を説明するための模式図である。 図２に示した要部の変形例を説明するための模式図である。 図２に示した要部の他の変形例を説明するための模式図である。 図２に示した要部における容積可変構造の一例を説明するための模式図である。 図５に示した容積可変構造の別例を説明するための模式図である。 図５に示した容積可変構造のさらに別の例を説明するための模式図である。 図２に示した要部構成を備えたサブタンクの模式的な斜視図である。 図８に示したサブタンクの一部変形例を示す模式図である。 従来の液体供給装置に用いられるサブタンクの構成を説明するための模式図である。

以下、図面に示す実施例により本発明を実施するための形態について説明する。

図１は、液体供給装置を画像形成装置の一つであるインクジェット記録装置１０に用いた場合の構成を示す図である。
同図においてインクジェット記録装置１０は、異なる色毎のインクカートリッジ１１から供給されるインクをインク滴１２として噴射する記録ヘッド１３と、その記録ヘッド１３を搭載して記録用紙上を往復動するキャリッジ１４とを含んで構成されている。
記録ヘッド１３には記録ヘッド１３にインクを供給するサブタンク１５が一体的に備えられている。また、メインタンクに相当するインクカートリッジ１１は、キャリッジ１４と離れた位置に配設され、インクカートリッジ１１におけるインクパック１６をポンプ１７などで空気室１８を加圧し、チューブ１９などの供給経路を通り、サブタンク１５にインクが供給される。
圧力をアシストしているのは、供給経路が長くなると流路抵抗が大きくなって供給不足が起きることを防ぐためである。そして、画像情報に応じて、記録用紙２０を副走査方向に間欠的に送りながら、キャリッジ１４に搭載される記録ヘッド１３が記録用紙２０上で主走査方向に往復移動しながら、インク滴１２を噴射して、記録用紙２０上に画像が形成される。

図２は、図１に示したサブタンク１５の内部を示しており、同図において、図１に示した部材と同じ構成部品に関しては同符号により示してある。

図２において、サブタンク１５は、図１０に示した構成と同様な負圧室１０１と、インクカートリッジ１１に接続されてインクの供給経路を構成するチューブ１９と連通している空間を有する調圧室１１０とが設けられている。

負圧室１０１は、ノズル側に生起される負圧によってフィルム１０２が変位することで容積の縮小が起こり、このときにノズルに連通する供給口１０１Ａからインクがノズル側に向け供給される。このため、負圧室１０１は、ノズルに対するインクの供給室として構成されている。なお、図２において符号１０９は、異物がノズル内に侵入するのを阻止するためのフィルタを示しており、インクの供給口１０１Ａを覆うように設けられている。

供給室である負圧室１０１に内部壁を隔てて隣接する位置には、内部壁を貫通し、弁部材１０５により開閉されるインク導入部１００Ａに連通する空間で構成された調圧室１１０が設けられている。

調圧室１１０は、メインタンクに接続されたチューブ１９を介してインクが負圧室１０１に向けて流れ込む供給経路の一部を構成しており、その内部には、供給経路中の液圧変動を抑える構成、特に、液圧が上昇した場合に弁部材１０５を不用意に開放させないようにその上昇した圧力を低減させる構成が備えられている。

液圧が上昇した場合の圧力低減を行う理由は次の通りである。
チューブ１９内には、インクカートリッジ１１からのインクが充満しており、弁部材１５の開放時に充満したインクが負圧室１０１内に流れ込むようになっているが、キャリッジの移動あるいは移動停止時に発生する慣性によってチューブ１９内のインクが移動した場合に、供給経路側での液圧が上昇することがある。

供給経路側での液圧が弁部材１５の定常圧以上に達すると、弁部材１５は開放していまい、結果として、負圧室１０１内でのインク量が過剰となり、ノズル側に溢れ出て液垂れを起こす原因となる。

本発明では、調圧室１１０内で液圧が上昇した場合に、上昇した圧力による容積変化と調圧室内を移動するインクの減速を起こさせて、上昇した圧力を減圧するようにしている。

以下、サブタンク１５内での圧力上昇を抑制するための構成について説明する。
図２において、調圧室１１０には、負圧室１０１と連通して弁部材１５により通常は閉じられているインク導入部１００Ａの近傍にメッシュなどを用いた圧力抵抗体１１２がインクの流動方向を横断する状態で配置され、さらに、圧力抵抗体１１２の近傍で少なくともインクの流動方向下流側、図２に示す構成では、内部壁を挟んでフィルム１０２と反対側に形成されている外壁に、圧力抵抗体１１２を挟んでインクの流動方向上下各流に容積可変部材１１３，１１４が設けられている。図２に示す構成では、容積可変部材１１３，１１４として、外壁の内面に対面するバネ１１３Ａおよび弁体を備えたダイヤフラムが用いられている。

容積可変部材１１３，１１４は、供給室１０１内での負圧、換言すれば、弁部材１５に設定されている定常圧よりも調圧室１１０内での圧力が高くなった場合に収縮するバネ１１３Ａ、１１４Ａにより調圧室１１０内の容積を初期化しており、弁部材１５の定常圧よりも高い圧力が調圧室１１０内に作用した場合に収縮移動することで調圧室１１０の容積を初期化の状態から大きくするようになっている。

図２に示す構成では、上述した容積可変部材１１３，１１４において、容積可変部材１１３は、インクの流動方向に平行する方向に弁頭面が位置決めされ、容積可変部材１１４は、インクの流動方向と直角な方向に弁頭面が位置決めされている。これにより、容積可変部材１１３が位置する空間では圧力抵抗体１１２により堰き止められたインクの圧力が有効に作用し、また容積可変部材１１４が位置する空間では、圧力対向体１１２を通過して流れ込むインクが直接作用することになるので、容積可変部材の収縮感度を良好なものとすることができる。

本実施例は以上のような構成であるから、調圧室１１に至るインクの供給経路中での液圧が弁部材１５の開弁圧に達しない場合には、図２（Ａ）に示すように、調圧室１１内の容積が初期化される。この状態では、弁部材１０５が定常圧に維持されているので、インク導入口１００Ａが閉じられている。

一方、供給経路内での液圧が上昇し、弁部材１０５の開弁圧以上に達すると、図２（Ｂ）に示すように、調圧室１１０内を流れるインクの圧力によって容積可変部材１１３，１１４のそれぞれが収縮移動する。

容積可変部材の収縮移動は、圧力抵抗体１１２に対してインクの移動方向上流側に位置する容積可変部材１１３に対して最も大きく作用し、これにより減圧されたインクは圧力抵抗体１１２を通過することになる。

圧力抵抗体１１２を通過するインクは、圧力抵抗体１１２を通過する際の抵抗により減速されることになり、通過した後の圧力は通過する前の圧力よりも減圧されている。

圧力抵抗体１１２を通過したインクの圧力は、圧力抵抗体１２２を通過した際の減速により圧力が低下しているが、その圧力が弁部材１０５の定常圧よりも高い場合には、容積可変部材１１４を収縮移動させることになるので、その収縮移動による容積拡大によってインク導入口１００Ａに達するまでの間に弁部材１０５の定常圧に減圧されるようになっている。なお、図２において符号Ｐ，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３は、供給圧および各部に作用する圧力を示しており、符号Ｐ’は、定常圧を示している。
このように、容積可変機構と減速機構とで調圧室１１０内での過剰な圧力上昇が抑えられることになる。

次に、異常な圧力上昇を抑制するための別の構成について説明する。
図３に示す構成は、図２に示した構成に対して調圧室１１０内に設けられている圧力抵抗体の構成が異なっている。

図３において圧力抵抗体１１２’は、メッシュ状部材ではなく、迷路を形成した部材が用いられている。この構成においては、迷路をインクが通過することにより効果的な減速が可能となるので、メッシュ間を通過する場合よりもさらに減速効果が高まり、減圧作用を高めることができる。

次に、異常な圧力上昇を抑制するためのさらに他の例について説明する。
図４に示す構成は、図３に示したダイヤフラム機構に加えて空間内での気体の膨縮作用を用いて容積を変化させるようになっている。
図４において、容積可変部材１１３，１１４は、いずれもインクの流動方向に平行するように弁頭面が位置決めされており、圧力抵抗体１１２を通過した位置にある容積可変部材１１４が配置されている空間には、少量の空気あるいは不活性ガス等の膨縮可能な気体Ｇが充填されている。

上記構成においては、圧力抵抗体１１２を通過したインクの圧力が、未だ定常圧よりも高い場合には、容積可変部材１１４による容積拡大と共に、気体Ｇの収縮変化に上昇圧力が費やされることになるので、インク導入部１００Ａへの上昇圧力の影響が抑制されることになる。この場合の気体の充填量は、圧力抵抗体１１２を通過したインクの液圧が容積可変部材１１４の容積拡大と合わせて定常圧に抑制できるように収縮変化が可能な量とされている。

次に、容積可変のための構成に関する変形例について説明する。
図５乃至図７に示す構成は、調圧室１１０を構成する壁面の一部を容積可変部材として用いる点を特徴としている。

図５において、調圧室１１０の壁面のうちで、インク導入口１００Ａと対向する位置の壁面には、開口部１００Ｂが形成されており、その開口１００Ｂはゴムなどの弾性体を用いた弾性膜１２０によって覆われている。

図５に示す構成では、開口１１０Ｂが圧力抵抗体１１２の配置位置を挟んでインクの移動方向上下各流に対応する位置に形成されている。

図６に示す構成は、開口１００Ｂが単一で形成されており、その開口１００Ｂを覆うように弾性膜１２０が設けられている。図６に示す構成は、調圧室１１０に対するインク供給部に供給針が設けられており、図示しないインクカートリッジを直接サブタンクに取り付ける場合にインクカートリッジ側の供給口に設けられている封止膜を供給針により破ってインクを流出させることができるようになっている。

図７は、図６に示した構成の一部変形例であり、同図に示す構成は、圧力抵抗体１１２の配置位置として、調圧室１１０におけるチューブ連結部を選択した構成とされている。

いずれの場合においても、圧力抵抗体１１２を基準として、インクの流動方向下流側でインク導入口１００Ａの近傍において容積可変部材である弾性膜１２０が設けられており、インク導入口１００Ａへの上昇圧力の影響が抑制できるようになっている。

図８および図９は、図５乃至図７に示した弾性膜１２０を組み込んだサブタンク１５を示す図であり、これら各図には、調圧室１１０の表面を覆うカバーが除かれた状態が示されている。
図８に示す構成においては、調圧室１１０内においてチューブ１９側から供給されたインクが圧力抵抗体１１２を通過した後に相当する位置に弾性膜１２０が設けられており、この弾性膜１２０と圧力抵抗体１１２とで構成される空間内にインク導入口１００Ａが位置している。

図９に示す構成は、図８の場合と違って、インクの流動方向において圧力抵抗体１１２の後方に位置する空間の側面に弾性膜１２０が設けられている。この構成においては、図８に示した構成に対してサブタンク１５の厚さを薄くすることができる。

以上の構成においては、調圧室１１０内の圧力が定常圧以上に上昇した場合、弾性膜１２０が膨張変形することで調圧室１１０内の容積を拡大して減圧することができるので、インク導入口１００Ａを閉じている弁部材１０５に対して上昇したインクの圧力が作用するのを防止することができる。

１０ インクジェット記録装置
１５ サブタンク
１９ 供給経路の一部であるチューブ
１００Ａ インク導入口
１０１ 供給室として用いられる負圧室
１０５ 弁部材
１１０ 調圧室
１１２ 圧力抵抗体
１１３，１１４ 容積可変部材
１２０ 容積可変部材としての弾性膜

特開２００５−０９６４０４号公報 特開２００８−１４３０２７号公報

Claims (4)

1. 記録用液体が貯蔵されているメインタンクと、該メインタンクに対して供給経路を介して接続されたサブタンクと、該サブタンクに貯留されている記録用液体をノズルから吐出する記録ヘッドとを含み、前記サブタンク内には前記メインタンクから一定圧を以て記録用液体が供給されるように構成された液体供給装置において、
   前記サブタンクは、前記記録ヘッドに連通する供給口を有し、該記録ヘッド側からの負圧により容積を縮小させるフィルムを備えた空間からなる供給室と、前記メインタンクの供給経路に接続され、前記供給室とは前記サブタンクの内部壁を隔てて隣接し、該供給室に対して前記内部壁を貫通するインク導入部を介して連通する空間からなる調圧室と、を備え
   前記供給室は、前記フィルムが容積を縮小させるのに連動して前記液体導入部を開放する開閉弁を有し、
   前記調圧室は、前記液体導入部への液圧変動を抑制する構成として、前記供給経路からの記録用液体の流動方向を横断する状態で配置された圧力抵抗体と、該圧力抵抗体を挟んで前記記録用液体の流動方向上下各流位置にそれぞれ設けられて、前記内部壁を挟んで前記フィルムとは反対側に形成された前記サブタンクの外壁に配置されている容積可変部材と、を備え、
   前記供給経路内での液圧が前記開閉弁の定常圧以上に上昇したときに、前記容積可変部材の収縮移動による容積変化および前記圧力抵抗体を通過する記録用液体の減速により圧力上昇が抑制されることを特徴とする液体供給装置
2. 請求項１記載の液体供給装置において、
   前記容積可変部材は、前記調圧室内の圧力に応じて前記調圧室の前記外壁の内面に対面する位置に配置されたバネを膨縮変形させる弁体を備えたダイヤフラム機構が用いられていることを特徴とする請求項１記載の体供給装置。
3. 請求項１記載の液体供給装置において、
   前記圧力抵抗体には、迷路構造からなる通路が形成された構成が用いられることを特徴とする液体供給装置。
4. 請求項１乃至３のうちのいずれか一つに記載の液体供給装置を用いることを特徴とする画像形成装置。

Images