JP6018842B2 - ダイアフラムポンプおよびインクジェットプリンタ - Google Patents

Description

本発明は、ダイアフラムポンプおよびそれを用いたインクジェットプリンタに関する。

インクジェットプリンタは、大別すると、連続的にインクの液滴を吐出させ、帯電させたインクの電荷量に応じてインクの飛行方向を変更させて印字を行うコンティニュアス方式と、必要な位置に必要なときだけインク液滴を吐出するドロップオンデマンド方式とに分類される。

これらのうちコンティニュアス方式のインクジェットプリンタでは、ガターで回収したインクがポンプによりタンクに戻され、必要に応じて粘度が調整された後に、プリントヘッドに送られて再利用される（特許文献１参照）。

以下、図６を参照して、コンティニュアス方式のインクジェットプリンタの構成と動作を簡単に説明する。図６にインクジェットプリンタの概略構成を示す。

インクジェットプリンタ１００は、インクを貯留するメインタンク１１０、インクを被印刷物Ｐの表面に向けて噴射するプリントヘッド１２０、プリントヘッド１２０から噴射されたインクのうち印刷に使用されないインク滴Ｋｄをメインタンク１１０に回収するガター１３１とインク回収管１３２、およびこれら各部材の間でインクを移送する供給管１３３を備えている。

プリントヘッド１２０のノズル１２１から噴射されたインク滴Ｋｄのうち印刷に供されるものは、帯電電極１２２および検知電極１２３の間を飛行した後、偏向電極１２４で偏向され、被印刷物Ｐの表面に付着する。一方、噴射されたインク滴Ｋｄのうち、飛行軌道の修正を受けない、印字に無関係なインク滴Ｋｄは、ガター１３１に吸込まれる。

ガター１３１で収容されたインクＫは、回収ポンプ１４１の駆動により、インク回収管１３２から吸引回収されてインクタンク１１１に戻される。インクタンク１１１に戻されたインクＫは、必要に応じて溶剤タンク１１２からの溶剤と混合されて粘度調整された後、ポンプ１４２の駆動によりメインタンク１１０に移送され、更にポンプ１４３の駆動によりフィルタ１５０等を経てプリントヘッド１２０に送られて再利用される。

またメインタンク１１０に回収されたインクは、ポンプ１４４を用いてインクタンク内で常に循環され、インクを攪拌することによりインクの成分を溶液中に均一に分散させるようにしている。

上述したコンティニュアス方式のインクジェットプリンタでは、一般に、インクの移送にダイアフラムポンプが用いられる。ダイアフラムポンプは、容積移送式ポンプの一種であり、ゴム製や樹脂製の膜で形成されたダイアフラムの往復運動と、適当な逆止弁を組み合わせて流体を移送するものである（特許文献２参照）。

特開２０１１−９８４９２号公報 特開２００１−３４２８５２号公報

上述のダイアフラムポンプでは、ダイアフラムとして、フッ素樹脂やポリアミド樹脂で作製された複数の樹脂膜を重ねたものを使用することが多い。これらの樹脂膜は、機械的強度に優れたものであるが、長時間インクの移送に用いていると破損する場合がある。

その第１の理由は、インクの成分によって樹脂膜が磨耗して薄くなるためである。特にカーボン系の顔料を含むインクのように粘度が高いインクを用いた場合、膜の磨耗が激しい。第２の理由は、上述したようにインクタンク内でインクを常に循環させ、インクを攪拌することによりインクの成分を溶液中に均一に分散させており、ポンプの駆動時間が長いために、機械的な疲労によって樹脂膜が破損するためである。

上述したダイアフラムの損傷に対応するため、従来のインクジェットプリンタでは、ケーシング内に液漏れセンサーを設置し、樹脂膜の破損を検知してポンプを止めると共に、警告音等を発して樹脂膜の破損を作業者に知らせていた。

しかし、このような従来の対策では、樹脂膜の破損箇所からケーシング内にインクが漏れ出してケーシング内の部材を汚損する。このため、ダイアフラムを取り替えるだけでなく、ケーシング内の部材を分解掃除する必要が生じ、その間ポンプが使用できなくなるため、インクジェットプリンタの稼働率を低下させる原因となっていた。

本発明は上述の問題点に鑑みてなされたもので、インクがケーシング内に漏れ出すのを未然に防止できるダイアフラムポンプを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明にかかるダイアウラムポンプは、ダイアフラムの変形に伴って拡大および縮小するポンプ室を有し、当該ポンプ室の拡縮動作に伴って液体を吸込みかつ吐出するダイアフラムポンプであって、
前記ダイアフラムとして、前記液体と接する側に配置された第１の樹脂膜と、前記液体と接しない側に配置された第２の樹脂膜とを重ね合わせたものを用い、
前記第１および第２の樹脂膜の中心部にポンプ軸を挿入する孔が形成され、かつ前記第１および第２の樹脂膜は、前記ポンプ軸に取り付けられたディスクとディスクナットで挟まれ、
前記ポンプ室は、前記ポンプ軸の往復動により拡大および縮小し、
また、前記第２の樹脂膜の２面のうち前記第１の樹脂膜に対向する面に一対の電極が形成され、
当該一対の電極によって、前記第１の樹脂膜の破損による液体の漏洩を検出することを特徴とする。

ここで、前記第１の樹脂膜はフッ素樹脂で作製され、前記第２の樹脂膜はポリアミド樹脂で作製されたものであることが好ましい。更に、前記ダイアフラムの近傍に、前記第１および第２の樹脂膜の破損による液体の漏洩を、一対の導線の先端部で検出するコードが設置されていることが好ましい。

なお、前記ダイアフラムとして、前記第１および第２の樹脂膜に加えて第３の樹脂膜が重ね合わされたものを用い、前記第１の樹脂膜と第３の樹脂膜で前記第２の樹脂膜を挟むように配置してもよい。

また本発明にかかるインクジェットプリンタは、タンクに貯留されたインクをプリンタヘッドに移送し、当該プリンタヘッドから被印刷物の表面に向けて噴射して印刷を行うと共に、印刷に使用されなかったインクを回収して前記タンクに戻すインクジェットプリンタであって、
前記タンクから前記インクヘッドへインクを移送する手段、前記回収されたインクを前記タンクに移送する手段、またはインクを前記タンク内で循環させる手段として、上述のいずれかのダイアフラムポンプを用いることを特徴とする。

本発明にかかるダイアフラムポンプを用いれば、樹脂膜の破損を早期に検知して、インクがケーシング内に漏れ出すのを未然に防止できるため、インクジェットプリンタの稼働率が低下するのを避けられる。

本発明の実施の形態にかかるダイアフラムポンプの外観を示す正面図である。 図１のダイアフラムポンプの一部をＡ−Ａ線で切断して示した側面図である。 図１に示すダイアフラムポンプのダイアフラムの近傍を展開して示した断面図である。 ダイアフラムを構成する樹脂膜の形状を示す平面図である。 樹脂膜の破損によるインクの漏洩を検出する電気系の構成を示すブロック図である。 コンティニュアス方式のインクジェットプリンタの概略構成を示す図である。

以下、本発明の実施の形態にかかるダイアフラムポンプについて、図面を参照して説明する。

＜ダイアフラムポンプの構成と動作＞
図１は、本実施の形態にかかるダイアフラムポンプ１の外観を示す正面図、図２は、図１のダイアフラムポンプ１の一部をＡ−Ａ線で切断して示した側面図、図３は、図１に示すダイアフラムポンプ１のダイアフラムの近傍を展開して示した断面図である。

ダイアフラムポンプ１は、駆動源であるインダクションモータ（以降、単に「モータ」と略す）２と、ダイアフラム３を備え、ポンプ室４Ｒを拡縮させて、インクの吸入と吐出を行うポンプ部４と、モータ２の動力を、ポンプ室４Ｒを拡縮させるためのポンプ軸４５に伝達する駆動部５と、インダクションモータ２およびポンプ部４を支持し、かつ駆動部５が収容されたケーシング６とで構成されている。

本実施の形態では、ケーシング６の対向する側面に２つのポンプ４、４が配置され、それぞれのポンプ軸４５、４５を１つの駆動部５で往復動させる形態のダイアフラムポンプ１を採用している。２つのポンプ部４、４の構造と機能は同じであるため、以下、紙面に向かって左側に配置されたポンプ部４の構造と動作について説明する。

ポンプ部４を支持し、かつ駆動部５が収容されたケーシング６の両側面にはサイドプレート６１、６１が取り付けられている。サイドプレート６１、６１の下部は折り曲げられ、図示しないボルトを用いて基台に固定されている。またモータ２は、図示しないボルトを用いてケーシング６に固定されている。

ポンプ部４は、内部にポンプ室４Ｒと流路４Ｐが形成された円柱状のベースボディ４１の下部に吸込側ポート４２が取り付けられ、上部に吐出側ポート４３が取り付けられたものである。ベースボディ４１とケーシング６との間には円筒状のリングベース４４が設置されており、ベースボディ４１との間で円板状のダイアフラム３の外周部を挟んで固定している。またベースボディ４１とリングベース４４は、４本のビス９１によりケーシング６に固定されている。

ダイアフラム３の中心部には孔が形成され、この孔に円柱状のポンプ軸４５が挿入されている。図３に示すように、ポンプ軸４５の先端部にねじが形成されており、この先端部をディスクナット４７のねじ穴に螺合すると、ダイアフラム３はディスク４６とディスクナット４７によって挟持される。ディスク４６とディスクナット４７はポンプ軸４５と一体となって移動するため、矢印で示したようにポンプ軸４５が水平方向に往復動すると、ダイアフラム３は、それに合わせて変形する。

ポンプ室４Ｒは、ディスクナット４７と同様に円錐台状に形成されており、ベースボディ４１、ディスクナット４７およびダイアフラム３で囲まれている。ディスクナット４７が左右に移動するとダイアフラム３が変形する。ポンプ室４Ｒの容積はディスクナット４７が紙面に向かって右方向に移動すると拡大し、左方向に移動すると縮小する。

吸込側ポート４２と流路４Ｐとの間には逆止弁４８が配置され、同様に吐出側ポート４３と流路４Ｐとの間には逆止弁４９が配置されている。逆支弁４８の内部にはボール４８ａとＯリング４８ｂが配置されている。同様に、逆支弁４９の内部にはボール４９ａとＯリング４９ｂが配置されている。

ディスクナット４７が右方向に移動し、ポンプ室４Ｒの容積が拡大すると、ポンプ室４Ｒ内の圧力が低下し、逆止弁４９のボール４９ａはＯリング４９ｂに押さえつけられて弁が閉じる。一方、逆支弁４８のボール４８ａは上方に移動して弁が開き、吸込側ポート４２から吸引されたインクが流路４Ｐを通ってポンプ室４Ｒ内に流入する。

一方、ディスクナット４７が左方向に移動し、ポンプ室４Ｒの容積が縮小すると、ポンプ室４Ｒ内の圧力が増加し、逆止弁４８のボール４８ａがＯリング４８ｂに押さえつけられて弁が閉じる。これに対し、逆支弁４９のボール４９ａが上方に移動して弁が開き、吐出側ポート４３からインクがポンプ室４Ｒの外に吐出される。このようにディスクナット４７が左右に移動することにより、吸込側ポート４２からインクが吸引され、吐出側ポート４３からインクが吐出される。

次に、駆動部５について説明する。駆動部５は、モータ２の回転運動をポンプ軸４５の往復運動に変換するものであり、モータ２の回転軸に接続されたシャフト５１、このシャフト５１の外周部に固定された偏心カム５２、この偏心カム５２の外周部に取り付けられたニードルベアリング５３、両腕部でニードルベアリング５３を挟んだＵ字状のスラストプレート５４、およびスラストプレート５４と一体となって移動するプレッシャプレート５５で構成されている。

スラストプレート５４の両腕部の上端は、ポンプ軸４５を挟むように二股に分かれている。また、ポンプ軸４５には、径方向に貫通する一対の孔が形成され、その孔にピン５６および５７が挿通されている。更に、ピン５７の左側にはディスク４６の位置を規制するワッシャー５８が、右側にはプレッシャプレート５５の位置を規制するワッシャー５９がそれぞれ配置されている。

シャフト５１の先端部は、図１に示すように軸受６３を介してベアリングキャップ６４で支持されており、ベアリングキャップ６４は２本のビス９２、９２によりケーシング６に固定されている。また図２に示すように、スラストプレート５４の下部には円筒状の孔が形成され、その孔に棒状のガイドバー６５が挿入されている。ガイドバー６５は一対のビス９３、９３によりサイドプレート６１、６１に固定されている。またスラストプレート５４とガイドバー６５の間にライナーベアリング６６が取り付けられており、スラストプレート５４はガイドバー６５に沿って水平方向に移動できるように構成されている。

モータ２が駆動されると、シャフト５１と偏心カム５２が回転する。偏心カム５２の外側に取り付けられたニードルベアリング５３の外周部はスラストプレート５４の両腕部に挟まれているため、シャフト５１の回転に伴い、スラストプレート５４はガイドバー６５に沿いながら往復動する。ポンプ軸４５はピン５６、５７およびワッシャー５９により位置が規制されているため、スラストプレート５４が往復動すると、それに併せて矢印で示す方向に往復動する。

ポンプ軸４５に挿入されたディスク４６はピン５７とワッシャー５８によって右方向への移動が規制されているため、ディスクナット４７をポンプ軸４５にねじ締めしたとき、ダイアフラム３はディスク４６とディスクナット４７によって挟まれた状態となる。前述したように、ダイアフラム３の外周部はリングベース４４とベースボディ４１に挟まれた状態でケーシング６に固定されているため、ポンプ軸４５が水平方向に往復動すると、ダイアフラム３はそれに伴って変形する。

一方、ポンプ軸４５にはワッシャー５９が取り付けられ、このワッシャー５９に接する状態で、断面がコ字状に成形されたプレッシャプレート５５が取り付けられている。プレッシャプレート５５の下端部には孔が開けられ、その孔にシャフト７１が挿入されている。スラストプレート５４にもプレッシャプレート５５に対応する位置に孔が開けられ、シャフト７１がその孔を貫通している。このようにスラストプレート５４を取り囲むように配置されたプレッシャプレート５５は、シャフト７１によりスラストプレート５４に対し回動可能な状態で支持されている。一方、プレッシャプレート５５の上端部の側面には一対のバネ座７２、７２を介してスプリング７３が取り付けられている。

プレッシャプレート５５およびスプリング７３はスラストプレート５４と一体となって移動する。またスプリング７３は、プレッシャプレート５５、ワッシャー５９およびピン５７を介して、ポンプ軸４５を、一対のポンプ軸間の距離が離れる方向に付勢している。ディスクナット４７が左方向に移動してポンプ室４Ｒ内の容積が小さくなると、ポンプ軸４５はインクの圧力により右方向に押される。スプリング７３は、このときポンプ軸４５を左方向に押し返すように作用し、スラストプレート５４の腕部がポンプ室４Ｒの圧力に負けて変形するのを防止している。

＜ダイアフラムの構成と機能＞
次に、前述の図３、および図４、図５を参照して、ダイアフラム３の構成と機能について説明する。図４はダイアフラム３を構成する樹脂膜の形状を示す平面図、図５はダイアフラム３の破損によるインクの漏洩を検出する電気系の構成を示すブロック図である。

図３に示すように、ダイアフラム３は、３枚の樹脂膜３１、３２および３３で構成されており、これらの膜を重ね合わせて密着させた状態で使用する。ダイアフラム３の外側には、図４（ａ）に示す形状の第１および第３の樹脂膜３１と３３が配置されている。これらの樹脂膜はフッ素樹脂で作製されている。なお、各樹脂膜３１および３３の中心には、ポンプ軸４５が通る孔３４が形成されている。

一方、ダイアフラム３の内側には、図４（ｂ）に示す形状の第２の樹脂膜３２が配置されている。第２の樹脂膜３２はポリアミド樹脂で作製されており、下側に突き出た部分には一対の電極３５、３５が形成されている。この電極３５、３５は、第１の樹脂膜３２が破れたときにインクの漏洩を検出するものであり、電極３５、３５は第１の樹脂膜３１と対向する面に形成されている。

第１および第３の樹脂膜３１、３３をフッ素樹脂で作製したのは、インクの成分に対する耐性を考慮したためである。これに対し、第２の樹脂膜３２をポリアミド樹脂で作製したのは、フッ素樹脂より強度のあるポリアミド樹脂を配置することで、ダイアフラム３の機械的強度を高めるためである。

上述したように、ダイアフラム３を３枚の樹脂膜を重ねて構成することにより、仮に第１の樹脂膜３１が破れても、ポリアミド樹脂製の第２の樹脂膜３２によって、インクがケーシング６内に漏れるのを防止できる。

なお、第３の樹脂膜３３は必ずしも必要ではないが、ダイアフラム３を第１と第２の樹脂膜３１、３２の２枚で構成すると、ディスクナット４７をポンプ軸４５にねじ締めする際、摩擦によってポリアミド樹脂製の第２の樹脂膜によじれが生じる。それを防止するために、フッ素樹脂製の第３の樹脂膜を配置している。ただし、第２の樹脂膜として、よじれの生じない材質で作製された樹脂膜を用いれば、第３の樹脂膜を省略することができる。

次に、ダイアフラム３の設置方法について説明する。図３に示すように、ポンプ軸４５の外周部にはディスク４６とリングベース４４が同軸状に配置されており、ディスクナット４７をポンプ軸４５にねじ締めすると、ダイアフラム３を構成する３枚の樹脂膜３１、３２および３３の中心孔３４の周辺部は、ディスク４６とディスクナット４７に挟まれた状態でポンプ軸４５に固定される。

一方、３枚の樹脂膜３１、３２および３３の周辺部は、リングベース４４とベースボディ４１に挟まれた状態でビス９１によりケーシング６に固定されている（図２参照）。ポンプ室４Ｒは、このようにして設置されたダイアフラム３と、ベースボディ４１およびディスクナット４７によって取り囲まれている。

次に、ダイアフラム３の損傷によるインクの漏洩を検出する電気系について説明する。図５に示すように、インクの漏洩を検出する電気系は、第１のコード８１、第２のコード８２、短絡検出器８４および８５、制御部８６、警告灯８７ならびにスピーカ８８で構成されている。なお制御部８６は、モータ２の起動や停止を制御する機能も果たしている。

第１のコード８１は、絶縁被膜で覆われた一対の導線８０、８０を含み、一対の導線８０、８０は、それぞれ第２の樹脂膜３２に形成された一対の電極３５、３５に接続されている。第２のコード８２は、絶縁被膜で覆われた一対の導線の先端部８３、８３がインクの漏洩を検出する電極を兼ねており、図３に示すように、先端部８３がリングベース４４の円筒部下部に形成された隙間に配置されている。

ダイアフラムポンプ１の稼働中に、第１の樹脂膜３１が破損し、インクが樹脂膜３１の破損箇所から漏洩して、第２の樹脂膜３２に設けられた一対の電極３５、３５の間に付着すると、第１の短絡検出器８４が電極３５、３５間の短絡を検出して、制御部８６に短絡検出信号を送信する。制御部８６は短絡検出信号を受信すると、警告灯８７を点灯させ、またスピーカ８８から警告音を発して、第１の樹脂膜３１が破損したことを作業者に知らせる。

警告灯８７およびスピーカ８８による警告により第１の樹脂膜３１が破損したことを知った作業者は、モータ２を止めてダイアフラムポンプ１の稼動を停止する。その後、作業者によりダイアフラム３の取り換えが行われた後、モータ２のスイッチを入れてダイアフラムポンプ１を再稼動する。

一方、警告灯８７およびスピーカ８８による警告を行った際に、作業者が近くにいないことがある。そのような場合でも、第１の樹脂膜３１の破損によりダイアフラム３内に漏洩したインクは、第２の樹脂膜３２により止められ、それ以上、内部に浸入しないため、ケーシング６の内部がインクによって汚損されることはない。通常、第１の樹脂膜３１が破損してから第２および第３の樹脂膜３２、３３が破損するまでに、複数の稼働日を確保できるため、作業者がダイアフラム３を取り替えるのに十分な時間的余裕がある。

最悪、第１、第２および第３の樹脂膜３１、３２、３３の全てが破損した場合、リングベース４４の隙間に挿入されたコード８２の一対の導線の先端部８３にインクが付着して導線間が短絡するため、それを第２の短絡検出器８５で検出する。制御部８６は第２の短絡検出器８５からの短絡検出信号を受信したとき、ケーシング６内へのインクの漏れを抑えるためにモータ２を強制的に停止する。また電極３５の短絡の場合と同様に、警告灯８７およびスピーカ８８を用いて警告を行う。この場合、緊急性を考慮し、警告灯８７を点滅させたり、スピーカ８８から発する警告音を変えたりすることが好ましい。

以上説明したように、本発明のダイアフラムポンプを用いれば、ダイアフラムの破損を早期に検知して、ケーシング内へインクが漏れ出すという最悪の事態を未然に防止できる。結果として、インクジェットプリンタの稼働率の低下を避けることができるため、その実用上の効果は多大である。

なお、上述した実施の形態では、ダイアフラムポンプをインクの移送手段として用いる場合について説明したが、本発明のダイアフラムポンプの用途はこれに限定されない。導電性を有する液体を移送する場合であれば、他の多くの用途に使用できる。

また、上述した実施の形態では、第１および第３の樹脂膜にフッ素樹脂膜を使用したが、これに限定されない。インクに対する耐性があれば、他の樹脂膜を使用してもよい。同様に、第２の樹脂膜にポリアミド樹脂膜を使用したが、機械的強度が一定以上あれば、他の樹脂膜を使用してもよい。

１ ダイアフラムポンプ
２ モータ
３ ダイアフラム
４ ポンプ部
５ 駆動部
６ ケーシング
８ インクの漏洩を検出する電気系
３１、３２、３３ 樹脂膜
３５ 電極
４Ｒ ポンプ室
４Ｐ 流路
４１ ベースボディ
４２ 吸込側ポート
４３ 吐出側ポート
４４ リングベース
４５ ポンプ軸
４６ ディスク
４７ ディスクナット
４８、４９ 逆止弁
５１、７１ シャフト
５２ 偏心カム
５３ 二―ドルベアリング
５４ スラストプレート
５５ プレッシャプレート
５６、５７ ピン
５８、５９ ワッシャー
６１ サイドプレート
６３ 軸受
６４ ベアリングキャップ
６５ ガイドバー
６６ ライナーベアリング
７２ バネ座
７３ スプリング
８１、８２ コード
８４、８５ 短絡検出器
８６ 制御部
８７ 警告灯
８８ スピーカ

Claims (5)

1. ダイアフラムの変形に伴って拡大および縮小するポンプ室を有し、当該ポンプ室の拡縮動作に伴って液体を吸込みかつ吐出するダイアフラムポンプであって、
   前記ダイアフラムとして、前記液体と接する側に配置された第１の樹脂膜と、前記液体と接しない側に配置された第２の樹脂膜とを重ね合わせたものを用い、
   前記第１および第２の樹脂膜の中心部にポンプ軸を挿入する孔が形成され、かつ前記第１および第２の樹脂膜は、前記ポンプ軸に取り付けられたディスクとディスクナットで挟まれ、
   前記ポンプ室は、前記ポンプ軸の往復動により拡大および縮小し、
   また、前記第２の樹脂膜の２面のうち前記第１の樹脂膜に対向する面に一対の電極が形成され、
   当該一対の電極によって、前記第１の樹脂膜の破損による液体の漏洩を検出することを特徴とするダイアフラムポンプ。
2. 前記第１の樹脂膜はフッ素樹脂で作製され、前記第２の樹脂膜はポリアミド樹脂で作製されたものであることを特徴とする、請求項１に記載のダイアフラムポンプ。
3. 前記ダイアフラムの近傍に、前記第１および第２の樹脂膜の破損による液体の漏洩を、一対の導線の先端部で検出するコードが設置されていることを特徴とする、請求項１または２に記載のダイアフラムポンプ。
4. 前記ダイアフラムとして、前記第１および第２の樹脂膜に加えて第３の樹脂膜が重ね合わされたものを用い、
   前記第１の樹脂膜と第３の樹脂膜で前記第２の樹脂膜を挟むように配置されていることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載のダイアフラムポンプ。
5. タンクに貯留されたインクをプリンタヘッドに移送し、当該プリンタヘッドから被印刷物の表面に向けて噴射して印刷を行うと共に、印刷に使用されなかったインクを回収して前記タンクに戻すインクジェットプリンタであって、
   前記タンクから前記インクヘッドへインクを移送する手段、前記回収されたインクを前記タンクに移送する手段、またはインクを前記タンク内で循環させる手段として、請求項１ないし４のいずれかに記載のダイアフラムポンプを用いることを特徴とするインクジェットプリンタ。

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