JP5994365B2 - 液体収容タンク、液体吐出ヘッドユニット、画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は液体収容タンク、液体吐出ヘッドユニット、画像形成装置に関する。

プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ、これらの複合機等の画像形成装置として、例えばインク液滴を吐出する液体吐出ヘッド（液滴吐出ヘッド）からなる記録ヘッドを用いた液体吐出記録方式の画像形成装置としてインクジェット記録装置などが知られている。

画像形成装置として用いられるインクジェット記録装置におけるインク供給方式として、記録ヘッド側に液体収容タンクとしてのヘッドタンク（サブタンク、バッファタンクなども同義とする。）を、装置本体側にメインタンクを配置して、メインタンクからヘッドタンクにインクを補充供給し、ヘッドタンクから記録ヘッドにインクを供給する方式が知られている。

従来のヘッドタンクとして、例えば、ヘッドタンクの収容部は滴吐出方向に沿う方向に配設されたフィルタ部材によって上流室と下流室に分けられ、上流室の上部から液体を導入し、下流室の下部からヘッドの液体を供給するようにしたものが知られている（特許文献１）。

特開２０１１−１４８１０１号公報

しかしながら、上述したようにヘッドタンクの収容部の上部から液体を導入し、収容部の下部からヘッドに液体を供給するものあっては、収容部内での液体の流れに澱みが発生してフィルタ全体を有効に活用することができず、フィルタ面積が大型化するという課題がある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、液体収容タンク内の澱みを低減することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明の請求項１に係る液体収容タンクは、
液滴を吐出するヘッドに供給する液体を供給する液体収容タンクであって、
タンク本体内には前記液体を収容する略矩形状の収容部が形成され、
前記収容部は前記液体をろ過するフィルタでフィルタ上流室とフィルタ下流室に分けられ、
前記タンク本体の上部に設けられた、外部から前記液体が流入する流入ポートと、
前記流入ポートから流入する前記液体を前記フィルタ上流室の下部まで導く流入経路と、
前記タンク本体の下部に設けられた、前記ヘッドに前記液体を供給する供給ポートと、 前記フィルタ下流室の上部から前記供給ポートに前記液体を導く流出経路と、を有し、
前記流入経路の前記フィルタ上流室に対する出口と前記フィルタ下流室の前記流出経路への入口は前記略矩形状の収容部の対角位置に配置されており、
前記フィルタ下流室は、垂直方向で、前記収容部の下部から上部に向かって容積が大きくなる方向に傾斜した傾斜面を有する
構成とした。

本発明によれば、液体収容タンク内での液体の澱みの発生を低減することができる。

本発明の第１実施形態におけるインク供給系の説明図である。 図１のヘッドタンクの正面説明図である。 同ヘッドタンクの横断面説明図である。 本発明の第２実施形態に係るヘッドタンクの垂直方向に沿う側断面説明図である。 同じく水平方向に沿う平断面説明図である。 本発明の第３実施形態に係るヘッドタンクの斜視説明図である。 同じく水平方向に沿う平断面説明図である。 本発明の第４実施形態に係るヘッドタンクの正面説明図である。 図８のＡ−Ａに沿う断面説明図である。 本発明の第５実施形態に係るヘッドタンクの正面説明図である。 図１０のＢ−Ｂに沿う断面説明図である。 排出ポートを形成するときの金型の例の説明に供する要部拡大説明図である。 本発明に係る画像形成装置の一例の全体構成図である。

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。本発明の第１実施形態について図１ないし図３を参照して説明する。図１は同実施形態におけるインク供給系の説明図、図２は図１のヘッドタンクの正面説明図、図３は同ヘッドタンクの平断面説明図である。である。

液体吐出ヘッドユニット（以下、単に「ヘッドユニット」ともいう。）１は、液滴を吐出するヘッド２と、ヘッド２に供給するインクを収容する本発明に係る液体収容タンクであるヘッドタンク（以下、単に「タンク」ともいう。）４を備えている。

ヘッドタンク４は、タンク本体であるタンクケース４１内に、ヘッド２に供給する液体であるインクを収容する略矩形状の液体収容室である収容部４２が形成されている。この収容部４２内にはインクをろ過するフィルタ４３が垂直方向に配置されて、収容部４２はフィルタ上流室４２Ａとフィルタ下流室４２Ｂとに分けられている。

そして、収容部４２のフィルタ上流室４２Ａの一つの壁面は、タンクケース４１に貼り付けられた、撓むことが可能な部材であるフィルム部材４４で閉じられて、圧力変動を吸収できるようにしている。

ここで、タンクケース４１の上部には、外部からインクが流入する流入ポート４５が設けられている。この流入ポート４５には、液体供給路６を介してメインタンク５が接続され、メインタンク５から液体供給路６を介してインクが供給される。

タンクケース４１内の一側部には、流入ポート４５から流入するインクをフィルタ上流室４２Ａの下部まで導く流入経路４６が設けられている。この流入経路４６は、タンクケース４１と一体に垂直方向（上下方向）に形成された隔壁部４７によってフィルタ上流室４２Ａから仕切られている。

隔壁部４７の下端部と収容部４２の底面４２ａとの間にはフィルタ上流室４２Ａにインクを供給する出口となる開口部４６ａが設けられている。

また、隔壁部４７の上端部と収容部４２の天面４２ｂとの間には気泡排出経路４９が設けられている。

一方、タンクケース４１の下部には、ヘッド２に対してインクを供給する供給ポート５１が設けられている。そして、タンクケース４１の他側部には、フィルタ下流室４２Ｂの上部から供給ポート５１に通じてインクを導く流出経路５２が設けられている。

ここで、流入経路４６の出口である開口部４６ａと流出経路５２の入口である開口部５２ａとは略矩形状をなす収容部４２の対角位置に配置されている。すなわち、収容部４２のフィルタ上流室４２Ａの下部（底部）側からフィルタ上流室４２Ａに液体を供給し、フィルタ下流室４２Ｂの上部側からヘッド２に液体を供給する配置としている。

また、タンクケース４１の上部であってフィルタ上流室４２Ａの流入ポート４５側と反対側には排出ポート６１が設けられ、フィルタ上流室４２Ａの天面４２ｂは流入ポート４５側から排出ポート６１側に向かって高くなる傾斜面としている。これにより、気泡は天面４２ｂによって排出ポート６１側に導かれる。

排出ポート６１は、戻し経路７を介してメインタンク５に接続されている。

このように構成したので、流入ポート４５から流入したインクは流入経路４６を経て収容部４２の最下部に導かれて開口部４６ａからフィルタ上流室４２Ａ内に供給され、フィルタ４３を通過してフィルタ下流室４２Ｂに至り、フィルタ下流室４２Ｂの最上部の開口部５２ａから流出経路５２を経て供給ポート５１からヘッド２にインクが供給される。

このとき、インクの流れがフィルタ４３の全域にわたって、澱み領域が発生しないので、フィルタ４３を有効使用することが可能となる。

また、流入経路４６内に侵入した気泡やフィルタ上流室４２Ａ内に侵入した気泡は、浮力で上昇して気泡排出経路４９から天面４２ｂで案内されて排出ポート６１に至ってヘッドタンク４の外部に排出される。また、フィルタ下流室４２Ｂ内に侵入した気泡は、ヘッドタンク４に対するインク加圧供給やヘッド２のノズルからの吸引動作によって、ヘッド２のノズルから排出される。

また、ここでは、フィルタ２１を垂直方向（上下方向）に配置しているので、インク供給量の増加に伴うフィルタ面積拡大の必要が生じた場合でも、フィルタ４３及びヘッドタンク４の垂直方向への拡大のみで対応可能であるため、ヘッドユニットを省スペースに配置することができる。

次に、本発明の第２実施形態に係るヘッドタンクについて図４及び図５を参照して説明する。図４は同ヘッドタンクの垂直方向に沿う側断面説明図、図５は同じく水平方向に沿う平断面説明図である。

本実施形態では、フィルタ下流室４２Ｂは、図４に示すように、垂直方向で、収容部４２の下部から上部に向かって容積が大きくなる方向に傾斜した傾斜面４２ｃを有し、図５ｂに示すように、水平方向で、収容部４２の流入経路４６側端部から流出経路５２側端部に向かって容積が大きくなる方向に傾斜した傾斜面４２ｄを有している。

つまり、フィルタ下流室４２Ｂは、水平方向・垂直方向で傾斜がついた傾斜面４２ｄ、４２ｃを有し、供給ポート５１へのインク流入部である流出経路５２の最上部である開口部５２ａの位置でフィルタ下流室４２Ｂの奥行きが最大となり、供給ポート５１の内径と同程度になる構成としている。

これにより、フィルタ下流室４２Ｂ内のインクの滞留を防止することができ、フィルタ４３全域をより効率よく使用することができる。

次に、本発明の第３実施形態に係るヘッドタンクについて図６及び図７を参照して説明する。図６は同ヘッドタンクの斜視説明図、図７は同じく水平方向に沿う平断面説明図である。

本実施形態では、上記第２実施形態に係るヘッドタンク４と同じ構成の４つのタンク部４Ａ〜４Ｄを４色分一体のタンクケース４１１によって形成し、４つの収容部４２を対称配置している。

このように構成することで、１ヘッドで多種類・多色のインクを吐出させる場合でも、４枚のフィルタ４３を垂直に配置していることにより、ヘッドユニット１の省スペース化が可能となる。また、ヘッドタンク４の成形方法としてモールドを選択した場合、単純な金型構成で成形可能となる。

なお、ここでは、４種類のインクを使用する場合を例にしているが、図６で横方向に収容部４２を増加させることにより、さらに多くの種類の液滴吐出に対応することもできる。

次に、本発明の第４実施形態に係るヘッドタンクについて図８及び図９を参照して説明する。図８は同ヘッドタンクの正面説明図、図９は図８のＡ−Ａに沿う断面説明図である。

本実施形態では、フィルタ上流室４２Ａの天面４２ｂの排出ポート６１側の一部を、フィルム部材４４側から排出ポート６１側に向けて傾斜する傾斜面６２としている。

このように構成することで、気泡をフィルム部材４４と天面４２ｂとで作られる空間６３に滞留させることなく、排出ポート６１から排出することができる。

なお、ヘッドタンク４の排出ポート６１をフィルタ上流室４２Ａと同様に開口させ、フィルム部材４４により密閉し、天面４２ｂの一部がない構成することでも、同様に、気泡排出性を向上させることができる。

ただし、このようにすると、排出ポート６１の外周はタンクケース４１とフィルム部材４４で形成されてしまうため、排出ポート６１に接続する経路と排出ポート６１との接続部をシールすることが困難になる。

そこで、本実施形態のように、排出ポート６１の外周はタンクケース４１のみで形成し、剛性を有する構成とすることにより、Oリング等のシール部材の押し付けも可能となるため、排出ポート６１に接続する経路と排出ポート６１との接続部をシールすることが容易になる。

次に、本発明の第５実施形態に係るヘッドタンクについて図１０ないし図１２を参照して説明する。図１０は同ヘッドタンクの正面説明図、図１１は図１０のＢ−Ｂに沿う断面説明図、図１２は排出ポートを形成するときの金型の例の説明に供する要部拡大説明図である。

本実施形態では、排出ポート６１をタンクケース４１のフィルタ上流室４２Ａ側からフィルタ下流室４２Ｂ側へ向かう方向に傾斜させて形成している。

このように構成することで、上述したように、排出ポート６１の外周がタンクケース４１で形成され、剛性を有するとともに、フィルタ上流室４２Ａに気泡を滞留させることなく、排出ポート６１から排出することができる。

また、タンクケース４１を樹脂にて形成する場合、前記第４実施形態の場合には、アンダーカット部の処理に内側へのスライド金型構成が必要となり、収容部４２の形状やフィルタ４３の貼り付け位置に制約が生じる可能性がある。

これに対し、本実施形態の構成によれば、図１２に示すように、金型７２と金型７３を同図の矢印方向へ移動させることで形成可能であるため、収容部４２及びフィルタ４３の貼り付け位置等に影響を及ぼすことが無い。

次に、本発明に係る液体吐出ヘッドユニットを備える本発明に係る画像形成装置の一例について図１３を参照して説明する。図１３は同画像形成装置の全体構成図である。

この画像形成装置は、装置本体１１０内に、被記録媒体である用紙１００に液滴を吐出して画像を形成する画像形成手段である画像形成部１０２と、用紙１００を搬送する搬送手段である用紙搬送部１０３と、画像形成部１０２よりも用紙搬送方向上流側で用紙１００に処理液４０１を塗布する処理液塗布装置１０４を備え、装置本体１１０の側方に画像が形成された用紙１００を排出する排紙トレイ１０７を、装置本体１１０の下側に用紙１００を収容する給紙カセット２０１を含む給紙部２００を備えている。

ここで、画像形成部１０２は、ガイドロッド１２１及び図示しないガイドステーで各色のヘッドを主走査方向に配列させたキャリッジ１２３を主走査方向（紙面垂直方向）に移動可能に保持し、図示しない主走査モータで駆動プーリと従動プーリ間に架け渡したタイミングベルトを介して主走査方向に移動走査する。

そして、このキャリッジ１２３上に、ブラック（Ｂｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の各色の液滴を吐出する本発明に係る液体吐出ヘッドユニットからなる記録ヘッド１２４を搭載し、キャリッジ１２３を主走査方向に移動させ、搬送手段である用紙搬送部１０３によって用紙１００を主走査方向と直交する用紙搬送方向（副走査方向）に送りながら記録ヘッド１２４から液滴を吐出させて画像形成を行うシャトル型としている。

なお、各色のヘッドを副走査方向に配列させたライン型ヘッドを用いることもできる。 また、ヘッドの配列方向、各色の配列順序、ヘッドのノズル列方向については例示した構成に限定されるものではない。

キャリッジ１２３上の各記録ヘッド１２４を構成するヘッドタンク４には、前述したように、装置本体１１０の前面から着脱自在に装着されるメインタンク５から所要の色の液体が供給される。

なお、記録ヘッド１２４のヘッド２としては、圧電型アクチュエータ、サーマル型アクチュエータ、静電型アクチュエータなどを圧力発生手段として使用するものなどを用いることができるが、液滴吐出手段においてはこれらに限定されるものではない。

用紙搬送部１０３は、下方から給紙された用紙１００を吸着して画像形成部１０２に対向させて搬送するための無端状の搬送ベルト１３１を備えている。

搬送ベルト１３１は、駆動ローラである搬送ローラ１３２と、搬送ローラ１３２と画像領域の平面を確保している搬送ローラ１３３と、搬送ローラ１３３よりも用紙搬送方向下流側に配置された分離ローラ１３４との間に掛け回されている。分離ローラ１３４は、搬送ベルト１３１に吸着されている画像が形成される用紙１００を曲率分離で分離するローラである。

また、搬送ベルト１３１の表面を帯電させるために、高圧電源（ＡＣ、ＤＣ或いはＡＣとＤＣの重畳バイアス供給部）から交番電圧や直流電圧である高電圧が印加される帯電手段である帯電ローラ１３９と、搬送ベルト１３１を画像形成部１０２に対向する領域でガイドするガイド部材１４０と、用紙１００を搬送ローラ１３２に対向する位置で搬送ベルト１３１に押し付ける押さえコロ（加圧コロ）１３８とを備えている。

給紙部２００は、装置本体１１０の前面側から抜き差し可能で、多数枚の用紙１００を積載して収納する給紙カセット２０１と、給紙カセット２０１内の用紙１００を１枚ずつ分離して送り出すためのピックアップローラ２０２と搬送ローラ対２０３を備えている。

また、装置本体１１０の側面には、用紙１００を手差しで使用するストレート手差しトレイ１０５と、ストレート手差しトレイ１０５から１枚ずつ用紙１００を給紙するためのピックアップローラ１４１と搬送ローラ対１４２を備えている。

処理液塗布装置１０４は、処理液４０１を収容した変形可能な例えばＰＥＴフィルムを袋状にした図示しない処理液容器と、この図示しない処理液容器から供給された処理液４０１を圧送する図示しないポンプと、処理液４０１を被記録媒体である用紙１００に塗布する塗布部４１０などを備えている。図示しない処理液容器内の処理液４０１は図示しないポンプによって吸上げられ、図示しない供給経路を通じて塗布部４１０内の液室４０２へと供給され、塗布の準備がなされる。

塗布部４１０は、用紙１００を搬送する搬送ローラ４３４と、搬送ローラ４３４に対向して用紙１００に処理液４０１を塗布する塗布ローラ４３２と、塗布ローラ４３２に処理液４０１を供給して液膜を薄くするスクイーズローラ４３３を有している。

これらのローラは、搬送ローラ４３４に塗布ローラ４３２が接し、塗布ローラ４３２にスクイーズローラ４３３が接して配置されている。そして、スクイーズローラ４３３と塗布ローラ４３２とによって供給された処理液４０１の液膜層が形成されて、塗布ローラ４３２の回転によって搬送ローラ４３４側に移送され、用紙１００に塗布される。

なお、ここで処理液４０１は、用紙１００の表面に塗布することで用紙１００の表面を改質する改質材である。例えば、処理液４０１は、予め用紙１００にムラなく塗布しておくことで、インクの水分を速やかに用紙１００に浸透させると共に色成分を増粘させ、更には乾燥も早めることによって滲み（フェザリング、ブリーディング等）や裏抜けを防止し、生産性(単位時間当たりの画像出力枚数)をあげることを可能にする定着剤（セット剤）である。

この処理液４０１は、組成的には、例えば界面活性剤（アニオン系、カチオン系、ノニオン系のいずれか、若しくはこれらを２種類以上混合させたもの）に対して、水分の浸透を促進するセルロース類（ヒドロキシプロピルセルロース等）とタルク微粉体の様な基剤を加えた溶液等を挙げることができる。更に微粒子を含有することもできる。

給紙カセット２０１に収容された用紙１００はピックアップローラ２０２で１枚ずつ分離給紙されて搬送ローラ対２０４によってローラ対２０５に送られ、ローラ対２０５から所定のタイミングで搬送路３００を介して処理液塗布装置１０４に送られ、処理液塗布装置１０４で処理液４０１が塗布される。

そして、処理液４０１が塗布された用紙１００は、ローラ対１４５を経て印字搬送路経路３０５へ搬送される。搬送路３０５では、交番電界または直流電界が形成された搬送ベルト１３１上に送り込まれて、用紙１００が吸着保持される。

画像形成開始位置に移動された用紙１００に対し、キャリッジ１２３を移動させながら画像信号に基づいて記録ヘッド１２４を駆動することにより、停止している用紙１００に液滴を吐出して１行分を記録し、１行分の記録が終了すると、用紙１００を１行分送り、次の行の記録を行うというように、用紙１００を間歇的に搬送して、用紙１００に画像を順次形成する。記録終了信号又は用紙１００の後端が記録領域の終了位置に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了する。

これにより、画像が形成された用紙１００は、搬送ベルト１３１の周回移動で搬送されて、分離ローラ１３４で曲率分離されて、排紙ローラ対１４３により記録面を上にして排紙トレイ１０７に排紙される。

このように、この画像形成装置においては、本発明に係る液体吐出ヘッドユニットないしヘッドタンク（液体収容タンク）を備えているので、安定した画像形成を行うことができる。

なお、本願において、「用紙」とは材質を紙に限定するものではなく、ＯＨＰ、布、ガラス、基板などを含み、インク滴、その他の液体などが付着可能なものの意味であり、被記録媒体、記録媒体、記録紙、記録用紙などと称されるものを含む。また、画像形成、記録、印字、印写、印刷はいずれも同義語とする。

また、「画像形成装置」は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の媒体に液体を吐出して画像形成を行う装置を意味し、また、「画像形成」とは、文字や図形等の意味を持つ画像を媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を媒体に付与すること（単に液滴を媒体に着弾させること）をも意味する。

また、「インク」とは、特に限定しない限り、インクと称されるものに限らず、記録液、定着処理液、液体などと称されるものなど、画像形成を行うことができるすべての液体の総称として用い、例えば、ＤＮＡ試料、レジスト、パターン材料、樹脂なども含まれる。

また、「画像」とは平面的なものに限らず、立体的に形成されたものに付与された画像、また立体自体を三次元的に造形して形成された像も含まれる。

また、画像形成装置には、特に限定しない限り、シリアル型画像形成装置及びライン型画像形成装置のいずれも含まれる。

１ 液体吐出ヘッドユニット
２ ヘッド
４ ヘッドタンク
５ メインタンク
４１ タンクケース
４２ 収容部
４２Ａ フィルタ上流室
４２Ｂ フィルタ下流室
４３ フィルタ
４４ フィルム部材
４５ 流入ポート
４６ 流入経路
５１ 供給ポート
５２ 流出経路
６１ 排出ポート
１２４ 記録ヘッド（液体吐出ヘッドユニット）

Claims (4)

1. 液滴を吐出するヘッドに供給する液体を供給する液体収容タンクであって、
   タンク本体内には前記液体を収容する略矩形状の収容部が形成され、
   前記収容部は前記液体をろ過するフィルタでフィルタ上流室とフィルタ下流室に分けられ、
   前記タンク本体の上部に設けられた、外部から前記液体が流入する流入ポートと、
   前記流入ポートから流入する前記液体を前記フィルタ上流室の下部まで導く流入経路と、
   前記タンク本体の下部に設けられた、前記ヘッドに前記液体を供給する供給ポートと、 前記フィルタ下流室の上部から前記供給ポートに前記液体を導く流出経路と、を有し、
   前記流入経路の前記フィルタ上流室に対する出口と前記フィルタ下流室の前記流出経路への入口は前記略矩形状の収容部の対角位置に配置されており、
   前記フィルタ下流室は、垂直方向で、前記収容部の下部から上部に向かって容積が大きくなる方向に傾斜した傾斜面を有する
   ことを特徴とする液体収容タンク。
2. 液滴を吐出するヘッドに供給する液体を供給する液体収容タンクであって、
   タンク本体内には前記液体を収容する略矩形状の収容部が形成され、
   前記収容部は前記液体をろ過するフィルタでフィルタ上流室とフィルタ下流室に分けられ、
   前記タンク本体の上部に設けられた、外部から前記液体が流入する流入ポートと、
   前記流入ポートから流入する前記液体を前記フィルタ上流室の下部まで導く流入経路と、
   前記タンク本体の下部に設けられた、前記ヘッドに前記液体を供給する供給ポートと、 前記フィルタ下流室の上部から前記供給ポートに前記液体を導く流出経路と、を有し、
   前記流入経路の前記フィルタ上流室に対する出口と前記フィルタ下流室の前記流出経路への入口は前記略矩形状の収容部の対角位置に配置されており、
   前記フィルタ下流室は、水平方向で、前記収容部の前記流入経路側端部から前記流出経路側端部に向かって容積が大きくなる方向に傾斜した傾斜面を有する
   ことを特徴とする液体収容タンク。
3. 液滴を吐出するヘッドと前記ヘッドに供給する液体を収容する請求項１又は２に記載の液体収容タンクを一体化したことを特徴とする液体吐出ヘッドユニット。
4. 請求項１又は２に記載の液体収容タンク又は請求項３に記載の液体吐出ヘッドユニットを備えていることを特徴とする画像形成装置。

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