JP6033989B2 - 液体供給装置及び画像記録装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体供給装置及び画像記録装置に関し、特に液体吐出ヘッドに液体を供給する圧力制御技術に関する。

インクジェット記録装置において、インクジェットヘッドへ安定したインク供給を行い、インクジェットヘッドを安定動作させるためには、インク流路の圧力やインクジェットヘッドの内部圧力を一定に制御する必要がある。

このような圧力制御のために、インク流路の圧力変動やインクジェットヘッドの内部圧力の変動をインク流路に備えたダンパにより抑制することが行われている。このダンパは、インク流路と連通する液体室と、液体室と弾性膜を挟んで対設された気体室とを含んで構成されており、弾性膜を過度の変形や破損から保護する技術が知られている。

例えば、特許文献１には、変形可能な可動膜によって液体収容室と気体収容室とに仕切られた液体吐出ヘッドの背圧調整装置において、可動膜の可動範囲を制限するストッパ部材が設けられている技術が記載されている。

また、特許文献２には、インク貯留部のフィルム面上から補強板を固定してフィルムのふくらみを防止する構造を採用したエアーダンパーが記載されている。

特開２００８−２３０１３７号公報 特開２００４−７４４６２号公報

しかしながら、引用文献１及び２に記載の技術では、ストッパ部材を液体収容室に別途設けているため、部品点数が増加し、コストアップに繋がるという問題点があった。また、ストッパ部材を設ける位置の規定が難しく、膜の伸縮範囲を大きくして制御範囲を大きくするためには、ストッパ部材を設ける位置を広くする必要があり、装置の大型化に繋がるという問題点があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、異常圧力が発生しても膜の破れが発生しない液体供給装置及び画像記録装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために液体供給装置の一の態様は、ノズルからインクを吐出するインクジェットヘッドとインクが貯留されるインクタンクとを連通するインク流路と、インク流路に設けられ、インク流路内のインクに圧力を付与するポンプと、インクジェットヘッドとポンプとの間に設けられた背圧タンクであって、流通口を介してインク流路と連通する液体室と、気体が貯留される気体室と、液体室と気体室とを隔離する弾性膜とを有する背圧タンクと、液体室の内壁面の流通口における延長面に配置された規制部材であって、ポンプがインクに付与した圧力によって弾性膜が流通口に吸引された場合に、弾性膜を延長面より内側に維持する規制部材とを備えた。

本態様によれば、弾性膜が異常圧力によって流通口に吸引されても、弾性膜を液体室の内壁面の延長面より内側に維持し、弾性膜の破れを防止することができる。ここで、液体室の内壁面の流通口における延長面とは、液体室に流通口の開口が存在しなかった場合に開口の位置に存在していたと想定される液体室の内壁面を指し、流通口の周辺の内壁面から連続した形状を有する仮想的な面である。

規制部材は、流通口を複数の領域に分割していることが好ましい。これにより、適切に弾性膜を液体室の内壁面の延長面の内側に維持することができる。

規制部材は、弾性膜の引張強さとポンプの最大付与圧力とに基づいて決まる大きさの複数の領域に分割していることが好ましい。これにより、適切に弾性膜を液体室の内壁面の延長面の内側に維持することができる。

流通口は、インク流路を介してインクジェットヘッドと連通される第１の流通口と、インク流路を介してポンプと連通される第２の流通口とを含んでいてもよい。このとき、第１の流通口に配置される第１の規制部材は、ポンプがインクに付与した圧力によって弾性膜が第１の流通口に吸引された場合に、弾性膜を延長面の内側に維持できる最大の大きさの複数の領域に第１の流通口を分割していることが好ましい。これにより、圧力損失を小さくすることができ、背圧タンクが適切にポンプの圧力を緩衝させることができる。そして、適切に弾性膜を液体室の内壁面の延長面の内側に維持することができる。

さらに、第２の流通口に配置される第２の規制部材は、ポンプがインクに付与する圧力によってインク流路にインクを流通することができる最小の大きさの複数の領域に第２の流通口を分割していることが好ましい。これにより、液体室の内部のインクを乱流させ、インクの拡散効果を高めることができ、かつ、適切に弾性膜を液体室の内壁面の延長面の内側に維持することができる。

規制部材は、流通口を複数の円形の領域に分割していることが好ましい。これにより、圧力損失を小さくすることができる。

液体室は、排出流路を介してインクタンクと連通される排出口を含んでいてもよい。

規制部材は、液体室と一体に形成されていることが好ましい。これにより、別部品を用意する必要がなく、適切に配置位置を設定することができる。

上記目的を達成するために画像記録装置の一の態様は、インクが貯留されるインクタンクと、ノズルからインクを吐出するインクジェットヘッドと、ノズルからインクを吐出するインクジェットヘッドとインクが貯留されるインクタンクとを連通するインク流路と、インク流路に設けられ、インク流路内のインクに圧力を付与するポンプと、インクジェットヘッドとポンプとの間に設けられた背圧タンクであって、流通口を介してインク流路と連通する液体室と、気体が貯留される気体室と、液体室と気体室とを隔離する弾性膜とを有する背圧タンクと、液体室の内壁面の流通口における延長面に配置された規制部材であって、ポンプがインクに付与した圧力によって弾性膜が流通口に吸引された場合に、弾性膜を延長面の内側に維持する規制部材とを備えた液体供給装置を用いた供給手段であって、インクタンクとインクジェットヘッドとの間に配置され、インクタンクに貯留されたインクをインクジェットヘッドに供給する供給手段と、インクジェットヘッドと記録媒体とを相対的に移動させる移動手段と、記録媒体を相対的に移動させながらインクジェットヘッドのノズルからインクを吐出させて記録媒体の記録面に画像を記録させる記録制御手段とを備えた。

本態様によれば、背圧タンクにより適切にポンプの圧力を緩衝させることができるので、高画質な画像を記録することができる。

この画像記録装置に、ノズルからインクを吐出するインクジェットヘッドとインクが貯留されるインクタンクとを連通するインク流路と、インク流路に設けられ、インク流路内のインクに圧力を付与するポンプと、インクジェットヘッドとポンプとの間に設けられた背圧タンクであって、流通口を介してインク流路と連通する液体室と、気体が貯留される気体室と、液体室と気体室とを隔離する弾性膜とを有する背圧タンクと、液体室の内壁面の流通口における延長面に配置された規制部材であって、ポンプがインクに付与した圧力によって弾性膜が流通口に吸引された場合に、弾性膜を延長面の内側に維持する規制部材とを備えた液体供給装置を用いた回収手段であって、インクジェットヘッドとインクタンクとの間に配置され、インクジェットヘッドに供給されたインクをインクタンクに回収する回収手段を備えてもよい。これにより、インクジェットヘッドにインクを循環させることができる。

本発明によれば、異常圧力が発生しても膜の破れを防止することができる液体供給装置及び画像記録装置を提供することが可能となる。

図１は、インク供給装置１００の全体構成を示すブロック図である。 図２は、供給サブタンク１８の構造例を示す分解図である。 図３は、本実施形態の液室側タンクフレーム２２０の斜視図である。 図４（ａ）は本実施形態の液室側タンクフレーム２２０を収容部２２２の内側から見た正面図であり、図４（ｂ）は本実施形態の液室側タンクフレーム２２０を収容部２２２の枝管部２２４，２２６，２２８側から見た背面図である。 図５（ａ）は、規制部が設けられていない液室側タンクフレーム２２１の正面図であり、図５（ｂ）は規制部が設けられていない液室側タンクフレーム２２１の背面図である。 図６は、規制部が設けられていない液室側タンクフレーム２２１を用いた場合に、回収ポンプ１２０に動作異常が発生した場合の弾性膜２２の様子を示す図である。 図７は、図２の７−７線における断面図であり、液室側タンクフレーム２２０を用いた場合に、回収ポンプ１２０に動作異常が発生した場合の弾性膜２２の様子を示している。 インク流出口２４における規制部２３２の配置を示す図である。 図９は、回収ポンプ１２０の最大付与圧力において液室２４を吸引した場合の、各領域２３４ａ，２３４ｂ，２３４ｃ，２３４ｄの各大きさと弾性膜２２の各引張強さとにおける弾性膜２２の吸い込まれの有無を示す図である。 図１０は、各領域２３４ａ，２３４ｂ，２３４ｃ，２３４ｄの孔径とインク流出口２４Ａにおける圧力損失との関係を示す図である。 図１１は、インク流出口２４Ａの分割領域のその他の形状を示す図である。 図１２は、インクジェット記録装置３００の全体構成を示す図である。 図１３は、インクジェット記録装置３００の電気的構成を示すブロック図である。

以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について詳説する。

〔循環型インク供給装置の全体構成〕
本実施形態に係るインク供給装置１００は、インクタンク５２に貯留されたインクをインクの供給対象であるインクジェットヘッド５０へ供給し、かつ、インクジェットヘッド５０において使用されないインクをインクタンク５２へ回収し、インクジェットヘッド５０の内部圧力（背圧）をインクの送液量によって制御する循環型の液体供給装置である。

図１に示すように、インク供給装置１００は、インクタンク５２とインクジェットヘッド５０とを連通する供給流路１２（インク流路の一例）と、インクジェットヘッド５０とインクタンク５２とを連通する回収流路１１２とを有している。

供給流路１２には、圧力センサ１６、供給サブタンク１８、供給ポンプ２０等が設けられている。また、回収流路１１２には、圧力センサ１１６、回収サブタンク１１８、回収ポンプ１２０等が設けられている。

インクジェットヘッド５０は、それぞれインクを吐出するための複数のノズルが設けられたｎ個のヘッドモジュール５１‐１，５１‐２，…，５１‐ｎがつなぎ合わせられた構造を有するヘッドである。ヘッドモジュール５１は、それぞれインク供給口５１Ａとインク排出口５１Ｂを有している。ヘッドモジュール５１‐１，５１‐２，…，５１‐ｎの各インク供給口５１Ａは、それぞれ供給バルブ１４‐１，１４‐２，…，１４‐ｎを介して供給流路１２と連通され、かつ、各インク排出口５１Ｂは、それぞれ回収バルブ１１４‐１，１１４‐２，…，１１４‐ｎを介して回収流路１１２と連通される。

供給バルブ１４は、供給流路１２の連通と遮断とを切り換える流路開閉手段であり、回収バルブ１１４は、回収流路１１２の連通と遮断とを切り換える流路開閉手段である。供給バルブ１４、及び回収バルブ１１４は、制御信号により開閉が制御されるノーマルクローズ型（または、ラッチ型）の電磁バルブが適用され、非常停止機能が作動した場合などに電源が遮断されても、インクジェットヘッド５０からインクが漏れ出さないよう構成される。

供給バルブ１４‐１，１４‐２，…，１４‐ｎと各インク供給口５１Ａとの間には、それぞれダンパ１５‐１，１５‐２，…，１５‐ｎが設けられている。ダンパ１５は、インクジェットヘッド５０の吐出動作により発生するインクの脈動を抑制するための圧力緩衝手段である。

圧力センサ１６は、供給流路１２の内部圧力を計測して出力する圧力計測手段であり、圧力センサ１１６は、回収流路１１２の内部圧力を計測して出力する圧力計測手段である。圧力センサ１６、及び１１６には、半導体ピエゾ抵抗方式や静電容量方式、シリコンレゾナント方式などのセンサを適用することができる。

供給流路１２における供給サブタンク１８（背圧タンクの一例）とインクジェットヘッド５０との間には、インクの一時貯留部である供給側マニホールド５４が設けられており、回収流路１１２におけるインクジェットヘッド５０と回収サブタンク１１８（背圧タンクの一例）との間には、インクの一時貯留部である回収側マニホールド１５４が設けられている。供給側マニホールド５４と回収側マニホールド１５４とは、バイパス流路１９０，及び１９２により連通され、バイパス流路１９０，及び１９２はそれぞれ、バイパス流路バルブ１９４，及び１９６が設けられている。

供給ポンプ２０は、供給流路１２の内部のインクに圧力を付与する液体圧力付与手段であり、回収ポンプ１２０は、回収流路１１２の内部のインクに圧力を付与する液体圧力付与手段である。供給ポンプ２０及び回収ポンプ１２０には、チューブポンプが適用される。

供給ポンプ２０は、インクタンク５２からインクジェットヘッド５０へインクを供給する供給流路１２の圧力（送液量）を制御し、回収ポンプ１２０はインクジェットヘッド５０からインクタンク５２へインクを回収する（循環させる）回収流路１１２の圧力（送液量）を制御する。供給ポンプ２０と回収ポンプ１２０は同一の性能（容量）を有するポンプを適用することができる。

供給ポンプ２０及び回収ポンプ１２０は、インクジェットヘッド５０が動作を停止している期間（すなわち、インクが安定して流れている期間）は、一方向にのみ回転し、インクジェットヘッド５０がノズルからインクを吐出している期間に内部圧力が減少すると、供給ポンプ２０は回転速度を増加させ、かつ、回収ポンプ１２０は減速又は逆転してインクジェットヘッド５０の内部圧力を上昇させる。

即ち、供給流路１２の内部圧力が回収流路１１２の内部圧力よりも相対的に高くなるように、かつ、インクジェットヘッド５０のノズル内部のインクに所望の背圧（負圧）が付与されるように、供給ポンプ２０及び回収ポンプ１２０の駆動が制御される。

供給サブタンク１８は、供給ポンプ２０とインクジェットヘッド５０との間に設けられ、供給流路１２の内部圧力の変動を抑制するように圧力調整を行う圧力緩衝装置である。供給サブタンク１８は、インク流出口２４Ａ（第１の流通口の一例）、インク流入口２４Ｂ（第２の流通口の一例）を介して供給流路１２と連通する液室２４と、気体が貯留される気室２６と、液室２４と気室２６とを隔離する弾性膜２２とを有している。インク流出口２４Ａは、供給流路１２により供給バルブ１４を介してインクジェットヘッド５０と連通し、インク流入口２４Ｂは、供給流路１２により供給ポンプ２０を介してインクタンク５２と連通している。また、供給サブタンク１８は、気泡排出口２７（第３の流通口の一例）を有しており、気泡排出口２７は、ドレイン流路２８及びドレインバルブ３０を介してインクタンク５２と連通している。

インク流入口２４Ｂから液室２４へインクが流入すると、流入したインクの体積に応じて弾性膜２２が気室２６側へ変形する。これにより、インク流出口２４Ａから流出するインクの体積は変動しない。したがって、供給流路１２の圧力変動を抑制することができる。即ち、供給サブタンク１８は、インクジェットヘッド５０の内圧変動や、供給ポンプ２０の動作からの脈流による供給流路１２の内部圧力の変動を抑制する圧力緩衝機能を有している。

ドレイン流路２８は、液室２４内のインクを強制的に排出させるための流路である。ドレインバルブ３０が開かれると、液室２４内のインクは、インクタンク５２へ送液される。

また、供給サブタンク１８は、供給サブタンク１８の圧力緩衝性能を決めるための気体弾性調整部として、エア流路３２、エアコネクトバルブ３４、エアタンク３６、大気連通路３８、及びエアバルブ４０を備えている。

供給サブタンク１８の気室２６には、エア流路３２と連通するエア流路連通口２６Ｂが設けられている。エアコネクトバルブ３４は、エア流路３２の連通と遮断とを切り換えるエア流路開閉手段であり、気室２６は、エアコネクトバルブ３４を介してエアタンク３６と連通している。

また、大気連通路３８には、大気連通路３８の連通と遮断とを切り替えるエアバルブ４０が設けられており、エアタンク３６は、大気連通路３８を介して大気と連通している。

エアコネクトバルブ３４には、ノーマルオープン型の電磁バルブが用いられる。また、エアバルブ４０には、ノーマルクローズ型の電磁バルブが適用されることによって、非常停止機能が作動した場合などに電源が遮断されても、インクジェットヘッド５０からインクが漏れ出さないよう構成される。

気室２６は、エアコネクトバルブ３４を開くことによってエアタンク３６と連通し、インク送液の圧力制御に応じて気室２６の容積を増加させることができる。さらに、エアバルブ４０を開くことによって、エアタンク３６及び気室２６を大気連通させることができる。このエアタンク３６は、気室２６のバッファタンクとして機能する。

一方、回収サブタンク１１８は、インクジェットヘッド５０と回収ポンプ１２０との間に設けられ、回収流路１１２の内部圧力の変動を抑制するように圧力調整を行う圧力緩衝装置である。回収サブタンク１１８は、供給サブタンク１８と同様の構成を有している。即ち、インク流出口１２４Ａ及びインク流入口１２４Ｂ（流通口の一例）を介して回収流路１１２と連通する液体室１２４と、気体が貯留される気体室１２６と、液体室１２４と気体室１２６とを隔離する弾性膜１２２とを有している。インク流入口１２４Ｂは、回収バルブ１１４を介してインクジェットヘッド５０と連通し、インク流出口１２４Ａは、回収ポンプ１２０を介してインクタンク５２と連通している。また、回収サブタンク１１８は、気泡排出口１２７を有しており、気泡排出口１２７は、ドレイン流路１２８及びドレインバルブ１３０を介してインクタンク５２と連通している。

さらに、回収サブタンク１１８は、回収サブタンク１１８の圧力緩衝性能を決めるための気体弾性調整部として、エア流路１３２、エアコネクトバルブ１３４、エアタンク１３６、大気連通路１３８、及びエアバルブ１４０を備えており、供給サブタンク１８の供給サブタンク１８の気体弾性調整部と同様に作用する。

インクタンク５２は、ノズルからインクを吐出するインクジェットヘッド５０へ供給するためのインクが貯留されたインク貯留手段である。インクタンク５２に貯留されたインクは、供給ポンプ２０により、供給サブタンク１８、供給バルブ１４を介してインクジェットヘッド５０へ供給される。また、インクジェットヘッド５０において使用されないインクは、回収ポンプ１２０により、回収バルブ１１４、回収サブタンク１１８を介してインクタンク５２に回収される。

インク供給装置１００は、インクタンク５２と供給ポンプ２０との間に脱気モジュール１６０及びインクの逆流を防止するための一方向弁１６２が設けられ、かつ、供給ポンプ２０と供給サブタンク１８の間には、フィルタ１６４及び熱交換器１６６が設けられている。インクタンク５２から送り出されたインクは脱気モジュール１６０によって脱気処理が施され、フィルタ１６４によって気泡や異物が除去され、熱交換器１６６による温度調整処理が施された後に供給サブタンク１８へ送られる。

また、脱気モジュール１６０と回収ポンプ１２０との間には、インクの逆流防止のための一方向弁１７０が設けられ、かつ、フィルタ１７２が設けられる。インクタンク５２から回収サブタンク１１８へインクが送られる場合にも、所定の脱気処理及びフィルタ処理が施される。

さらに、インク供給装置１００は、安全弁（リリーフバルブ）１７４及び１７６を備えている。インク供給装置１００は、供給ポンプ２０及び回収ポンプ１２０に異常が発生して供給流路１２及び回収流路１１２の内部圧力が所定値よりも上昇した場合には、安全弁１７４及び１７６が動作して供給流路１２及び回収流路１１２の内部圧力を降下させる。また、供給ポンプ２０及び回収ポンプ１２０を逆転動作させたときにインクの逆流を防止するための一方向弁１７８及び１８０が設けられている。

メインタンク５６は、インクタンク５２へ供給されるインクが貯留されている。インクタンク５２内のインク量が減少すると、インク供給装置１００は、補充ポンプ１８２を動作させてメインタンク５６内のインクをインクタンク５２へ送液する。メインタンク５６は、内部にフィルタ１８４が設けられている。

以上のように構成されたインク供給装置１００は、供給ポンプ２０と回収ポンプ１２０とを動作させて、供給側マニホールド５４と回収側マニホールド１５４との間に差圧を設けてインクを循環させる。例えば、供給バルブ１４及び回収バルブ１１４を開いた状態で、供給ポンプ２０を正転動作させて供給側マニホールド５４に負圧を発生させ、一方、回収ポンプ１２０を逆転動作させて回収側マニホールド１５４に供給側より低い負圧を発生させると、供給側マニホールド５４からインクジェットヘッド５０を介して回収側マニホールド１５４へインクを流し、さらに回収流路１１２、回収サブタンク１１８等を介してインクを循環させることができる。

インクを循環させるときは、第２のバイパス流路１９２に設けられた第２のバイパス流路バルブ１９６を開き、供給側マニホールド５４と回収側マニホールド１５４とを第２のバイパス流路１９２を介して連通させるとよい。なお、バイパス流路１９０，１９２が加圧時における圧力損失が発生しない直径を有するものであれば、いずれか一方を備えていればよい。

〔供給サブタンク、回収サブタンクの構成〕
次に、供給サブタンク１８及び回収サブタンク１１８の構造について説明する。供給サブタンク１８と回収サブタンク１１８とは、同様の構成を有しているため、ここでは代表して供給サブタンク１８の構造を説明する。

図２に示すように、供給サブタンク１８は、弾性膜２２、気室側タンクフレーム２１０及び液室側タンクフレーム２２０を含んで構成される。

弾性膜２２は、ドーム部２０２とフランジ部２０４とを有している。ドーム部２０２は、液室側タンクフレーム２２０側に凸となるドーム型形状を有しており、特に液室２４の内部を負圧に維持した状態におけるインクの供給において、圧力緩衝の性能を高めている。また、フランジ部２０４には１１個の穴部が設けられている。

弾性膜２２の材料としては、成形性が良く、気体透過率が小さく、液体との化学的接液性の良いものが選ばれる。ここで、化学的接液性の良い材料とは、化学的に安定、即ち液体との接触により、変形（溶解、又は膨潤）や物性変化がないものを意味する。また、所望の圧力緩衝性能を達成するためには、柔軟であり形状変形が容易な材料である必要がある。具体的には熱可塑性エラストマーが挙げられる。ここではスチレン系熱可塑性エラストマーを用いる。より具体的には、クラレプラスチック社のアーネストンSH50NSによって弾性体２２を作製する。尚、弾性膜２２は熱可塑性エラストマーに限るものではなく、加硫ゴムでも良い。

気室側タンクフレーム２１０は、収容部２１２、管部２１４及びフランジ部２１６を有している。収容部２１２は、内部に気室２６（図１参照）を構成する。収容部２１２の内壁面は弾性膜２２のドーム型形状を受ける形状に形成されており、収容部２１２の頂点に相当する位置にはエア流路連通口２６Ｂ（図１参照）と連通する管部２１４が設けられている。またフランジ部２１６には、１１個の穴部が設けられている。

液室側タンクフレーム２２０は、収容部２２２、枝管部２２４，２２６，２２８及びフランジ部２３０を有している。収容部２２２は、内部に液室２４（図１参照）を構成する。収容部２２２の内壁面２２３は、弾性膜２２のドーム型形状を受ける形状に形成されており、インク流出口２４Ａ、インク流入口２４Ｂ及び気泡排出口２７（図１参照）が開口されている。収容部２２２には、枝管部２２４，２２６及び２２８が設けられており、収容部２２２と枝管部１３４，１３６及び１３８とは、それぞれインク流出口２４Ａ、インク流入口２４Ｂ及び気泡排出口２７を介して連通している。また、フランジ部２３０には８個の穴部と３個の突起部が設けられている。

弾性膜２２のフランジ部２０４の１１個の穴部のうちの３個の穴部が、この液室側タンクフレーム２２０のフランジ部２３０の３個の突起部に挿通されることによって、弾性膜２２が液室側タンクフレーム２２０に対して位置決めされる。そして、気室側タンクフレーム２１０のフランジ部２１６、弾性膜２２のフランジ部２０４及び液室側タンクフレーム２２０のフランジ部２３０のそれぞれの８個の穴部にボルト（不図示）が挿通されて互いに固定され、供給サブタンク１８が構成される。

図３（ａ）に示すように、枝管部２２４には、継手２４２の一端が挿入される。継手２４２の他端にはボルト２４４が備えられており、このボルト２４４に供給流路１２を構成するチューブ（不図示）が接続される。図３（ａ）では図示を省略しているが、枝管部２２６及び２２８についても同様に継手が挿入され、それぞれ供給流路１２及びドレイン流路２８を構成するチューブが接続される。

図３（ｂ）及び図４に示すように、インク流出口２４Ａには、気室側タンクフレーム２１０と一体に形成された規制部２３２（第１の規制部材の一例）が配置されている。規制部２３２は、インク流出口２４Ａを複数の領域に分割する部材であり、インク流出口２４Ａは、規制部２３２により領域２３４ａ，２３４ｂ，２３４ｃ及び２３４ｄの４つの領域に分割されている。同様に、インク流入口２４Ｂには気室側タンクフレーム２１０と一体に形成された規制部２３６（第２の規制部材の一例）が配置されており、インク流入口２４Ｂは規制部２３６により領域２３８ａ，２３８ｂ，２３８ｃ及び２３８ｄの４つの領域に分割されている。

本実施形態では、気泡排出口２７には規制部が設けられていないが、気泡排出口２７にも規制部を設け、複数の領域に分割してもよい。

〔異常圧力発生時の弾性膜の形状〕
図５に示す規制部が設けられていない液室側タンクフレーム２２１は、本実施形態の液室側タンクフレーム２２０に対して規制部２３２及び２３６が設けられていない点が異なる。

図１に示す供給サブタンク１８に、この規制部が設けられていない液室側タンクフレーム２２１を用いた場合について考える。回収ポンプ１２０に動作異常が発生し、液室２４に異常圧力が発生すると、図６に示すように、弾性膜２２が、規制部が設けられていない液室側タンクフレーム２２１の収容部２２２の内壁面２２３に張り付く。さらに、弾性膜２２は、インク流出口２４Ａから内壁面２２３の延長面２２３Ａ（図８参照）の外側に吸い込まれる。ここで、延長面２２３Ａとは、液室２４にインク流出口２４Ａが存在しなかった場合にインク流出口２４Ａの開口の位置に存在していたと想定される面であり、インク流出口２４Ａの周辺の内壁面２２３から連続した形状を有する仮想的な面である。その結果、突起形状が発生する。弾性膜２２が部分的に伸びることによって、弾性膜２２に破れが発生するという問題点があった。

これに対し、本実施形態の液室側タンクフレーム２２０には規制部２３２が設けられ、インク流出口２４Ａが４つの領域２３４ａ，２３４ｂ，２３４ｃ及び２３４ｄに分割されている。供給サブタンク１８に本実施形態の液室側タンクフレーム２２０を用いた場合は、回収ポンプ１２０の動作異常が発生し、液室２４に異常圧力が発生しても、図７に示すように、弾性膜２２が収容部２２２の内壁面２２３に張り付くが、規制部２３２がストッパの役割を果たし、弾性膜２２はインク流出口２４Ａ（の各領域２３４ａ，２３４ｂ，２３４ｃ及び２３４ｄ）に吸い込まれず、内壁面２２３の延長面２２３Ａの内側に維持され、突起形状が発生しない。

規制部２３２は、図８（ａ）に示すように、液室２４側の面２３２Ａがインク流出口２４Ａにおける液室２４の内壁面２２３の延長面２２３Ａに沿って配置されており、弾性膜２２がインク流出口２４Ａに吸引された場合に、内壁面２２３の延長面２２３Ａに沿う形状に維持する。

ここで、内壁面２２３の延長面２２３Ａに沿う形状とは、弾性膜２２に図６に示したような突起形状を発生させない形状をいい、延長面２２３Ａに忠実に沿う形状に限られず、実質的に延長面２２３Ａに沿うことによって弾性膜２２にダメージを与えない形状も含まれる。

例えば、図８（ｂ）は、面２３２Ａが延長面２２３Ａよりもインク流出口２４Ａの外側となる位置に規制部２３２を配置した場合に、弾性膜２２がインク流出口２４Ａに吸引された様子を示している。このように、インク流出口２４Ａから吸引された際に、弾性膜２２が延長面２２３Ａよりも外側に吸い込まれても、弾性膜２２が実質的に延長面２２３Ａに沿う形状となり、弾性膜２２にダメージを与えない位置に規制部２３２が配置されていればよい。

また、規制部２３２は、図８（ｃ）に示すように、液室２４側の面２３２Ａがインク流出口２４Ａの周縁部を結ぶ平面２２３Ｂに沿って配置されていてもよい。これにより、弾性膜２２がインク流出口２４Ａに吸引された場合に、弾性膜２２をインク流出口２４Ａの周縁部を結ぶ平面２２３Ｂに沿う形状に維持することができるので、弾性膜２２は実質的に延長面２２３Ａに沿う形状となり、弾性膜２２を内壁面２２３の延長面２２３Ａの内側に維持することができる。

このように、本実施形態の液室側タンクフレーム２２０によれば、インク流出口２４Ａにおいて、弾性膜２２に突起形状が発生することがなく、弾性膜２２の破れを防止することができる。

〔分割領域の大きさと弾性膜の引張強さとの関係〕
ここで、規制部２３２は、インク流出口２４Ａを弾性膜２２の引張強さと回収ポンプ１２０の最大付与圧力とに基づいて決まる大きさの領域２３４ａ，２３４ｂ，２３４ｃ及び２３４ｄに分割している。

図９は、回収ポンプ１２０の最大付与圧力を−１００ｋＰａ、各領域２３４ａ，２３４ｂ，２３４ｃ及び２３４ｄの孔径の条件を大（１２．０ｍｍ）、中（９．０ｍｍ）及び小（３．５ｍｍ）、弾性膜２２の引張強さの条件を大（１５．０ＭＰａ）、中（７．６ＭＰａ）、小（３．０ＭＰａ）とし、各組合せにおいて弾性膜２２がインク流出口２４Ａに吸い込まれない組合せを「Ａ」、弾性膜２２がインク流出口２４Ａに吸い込まれる組合せを「Ｂ」で示している。弾性膜の引張強さは、膜物性から決まる値である。ここでは、その引張強さは、弾性膜２２の厚みを２mmとし、試験方法ＪＩＳ Ｋ ６２５１を用いて計測した値である。

図９に示すように、引張強さが大の弾性膜２２は、孔径が大の場合は吸い込まれたが、中及び小の場合は吸い込まれなかった。また、引張強さが中の弾性膜２２は、孔径が大及び中の場合は吸い込まれたが、孔径が小の場合は吸い込まれなかった。さらに、引張強さが小の弾性膜２２は、孔径が大、中及び小において吸い込まれた。

一方、孔径に注目して考えると、各領域２３４ａ，２３４ｂ，２３４ｃ及び２３４ｄの孔径が大の場合には、全ての引張強さの弾性膜２２がインク流出口２４Ａに吸い込まれた。また、孔径が中の場合には、引張強さが大の弾性膜は吸い込まれず、引張強さが中及び小の弾性膜は吸い込まれた。さらに、孔径が小の時は、引張強さが大及び中の弾性膜は吸い込まれず、引張強さが小の弾性膜は吸い込まれた。

このように、弾性膜２２の引張強さが大きい方が、インク流出口２４Ａに吸い込まれにくい。また、インク流出口２４Ａの各領域２３４ａ，２３４ｂ，２３４ｃ及び２３４ｄの孔径が小さい方が、弾性膜２２が吸い込まれにくい。しかしながら、孔径が小さすぎると、圧力損失が大きくなり、インクの循環が成り立たなくなるおそれがある。

図１０に示すように、各領域２３４ａ，２３４ｂ，２３４ｃ及び２３４ｄの孔径が０．７ｍｍより小さくなると、インク流出口２４Ａにおける圧力損失が１００ｋＰａを超え、インクの循環が成り立たなくなると想定される。したがって、孔径は０．７ｍｍ以上であることが望ましい。

したがって、回収ポンプ１２０の圧力変動を基準として、供給サブタンク１８が適切な圧力緩衝性能を維持できる範囲で、弾性膜２２の引張強さからインク流出口２４Ａの各領域の大きさを実験的に決定することができる。本実施形態では、各領域２３４ａ，２３４ｂ，２３４ｃ及び２３４ｄの孔径が３．５ｍｍ、弾性膜２２の引張強さを７．６ＭＰａとした。

〔分割領域のその他の形状〕
ここまで、インク流出口２４Ａを規制部２３２により４つの円形（孔）の領域２３４ａ，２３４ｂ，２３４ｃ及び２３４ｄに分割した例について説明したが、分割する領域は円形に限られない。圧力損失を考慮すると円形の領域に分割することが好ましいが、例えば図１１（ａ）に示すように、規制部２４６により４つの矩形の領域２４８ａ，２４８ｂ，２４８ｃ及び２４８ｄに分割する態様も可能である。また、分割する領域の数も４つに限定されない。円形以外の形状の領域に分割する場合も、分割領域の大きさと弾性膜の引張強さとの関係を実験的に求めることによって、適切な領域の大きさに分割することができる。

さらに、複数の領域に分割する態様に限られず、例えば図１１（ｂ）に示すように、規制部２５０により単一の領域としてインク流出口２４Ａを規制してもよい。

いずれの場合も、規制部２４６及び２５０は、気室側タンクフレーム２１０と一体に形成され、インク流出口２４Ａにおける液室２４の内壁面２２３の延長面２２３Ａに配置される。

このように規制部を構成することによって、回収ポンプ１２０の動作が異常となり液室２４に圧力異常が発生した場合であっても、弾性膜２２のインク流出口２４Ａへの吸い込みを防止し、さらに弾性膜２２が液室側タンクフレーム２２０の収容部２２２の内壁面２２３に張り付いた際に、弾性膜２２を内壁面２２３から剥がれやすくするという効果を奏する。

〔インク流出口とインク流入口の関係〕
ここまでは、インク流出口２４Ａについて詳細を説明したが、インク流入口２４Ｂについても同様に構成することができる。即ち、規制部２３６は、気室側タンクフレーム２１０と一体に形成され、その液室２４側の面がインク流入口２４Ｂにおける液室２４の内壁面２２３の延長面２２３Ａ（図８（ａ）参照）に沿って配置されている。インク流入口２４Ｂの周縁部を結ぶ平面２２３Ｂ（図８（ｂ）参照）に沿って配置してもよい。したがって、供給ポンプ２０の動作異常が発生し、液室２４に異常圧力が発生しても、規制部２３６がストッパの役割を果たし、弾性膜２２はインク流入口２４Ｂに吸い込まれず、弾性膜２２は内壁面２２３の延長面の内側に維持される。このように、インク流入口２４Ｂにおいても、弾性膜２２に突起形状が発生することがない。

ここで、インク流出口２４Ａとインク流入口２４Ｂとで、規制部２３２及び２３６で分割する領域の面積を異ならせてもよい。インク流出口２４Ａは、圧力変動に敏感なために抵抗（圧力損失）が小さい方が好ましく、インク流入口２４Ｂは、インク流出口２４Ａよりも抵抗が大きくても問題がない。

即ち、インク流出口２４Ａの各領域２３４ａ，２３４ｂ，２３４ｃ及び２３４ｄは、回収ポンプ１２０により異常圧力によって吸引された場合に、弾性膜２２が内壁面２２３の延長面２２３Ａの内側に維持できる最大面積である必要がある。一方、インク流入口２４Ｂの各領域２３８ａ，２３８ｂ，２３８ｃ及び２３８ｄは、供給ポンプ２０が供給流路１２内のインクに付与する圧力によって供給流路１２にインクを流通することができる最小の大きさの面積にすればよい。領域２３８ａ，２３８ｂ，２３８ｃ及び２３８ｄの面積を領域２３４ａ，２３４ｂ，２３４ｃ及び２３４ｄよりも小さくすることによって、液室２４の内部のインクが乱流になるため、インクの拡散効果（熱拡散、脱気度の拡散）を高めることができる。

これに対し、回収サブタンク１１８では、インク流入口１２４Ｂは、圧力変動に敏感なために抵抗（圧力損失）が小さい方が好ましく、インク流出口１２４Ａは、インク流入口１２４Ｂよりも抵抗が大きくても問題がない。したがって、インク流入口１２４Ｂは、供給ポンプ２０により異常圧力によって吸引された場合に、弾性膜１２２が吸い込まれない最大面積の領域に分割し、インク流出口１２４Ａは、回収ポンプ１２０が回収流路１１２にインクを流通することができる最小の大きさの面積の領域に分割すればよい。

また、インク流出口２４Ａ、インク流入口２４Ｂを複数の領域に分割すると、通常のインク循環においても、異物や気泡等をトラップすることが可能になるという効果を奏する。

〔インクジェット記録装置の全体構成〕
次に、インク供給装置１００を適用したインクジェット記録装置について説明する。図１２に示すインクジェット記録装置３００（画像記録装置の一例）は、ドラム３１０，３１２，３１４、インクジェットヘッド３２０Ｍ，３２０Ｋ，３２０Ｃ，３２０Ｙ、インク供給装置３２２Ｍ，３２２Ｋ，３２２Ｃ，３２２Ｙとを含んで構成される。

ドラム３１０，３１２及び３１４（移動手段の一例）は、それぞれ回転自在に支持された円筒形状を有している。ドラム３１０は、給紙部（不図示）から供給された枚葉の記録媒体である用紙３０２を外周面に保持して搬送（移動の一例）し、ドラム３１２に受け渡す。ドラム３１２は、ドラム３１０から用紙３０２を受け取り、外周面に保持して搬送し、ドラム３１４に受け渡す。ドラム３１４は、ドラム３１２から用紙３０２を受け取り、外周面に保持して搬送し、排紙部（不図示）に受け渡す。

インクジェットヘッド３２０Ｍ，３２０Ｋ，３２０Ｃ及び３２０Ｙは、ドラム３１２によって搬送される用紙３０２の記録面にそれぞれマゼンタ（Ｍ）、黒（Ｋ）、シアン（Ｃ）及びイエロー（Ｙ）の４色のインクを吐出し、用紙３０２に記録面に画像を記録する。

インク供給装置３２２Ｍ，３２２Ｋ，３２２Ｃ及び３２２Ｙは、インクジェットヘッド３２０Ｍ，３２０Ｋ，３２０Ｃ及び３２０Ｙにそれぞれ各色インクを供給し（供給手段の一例）、またインクジェットヘッド３２０Ｍ，３２０Ｋ，３２０Ｃ及び３２０Ｙにおいて使用されなかったインクを回収して（回収手段の一例）、インクを循環させる。インク供給装置３２２Ｍ，３２２Ｋ，３２２Ｃ及び３２２Ｙには、それぞれインク供給装置１００を適用することができる。

即ち、インク供給装置３２２Ｍ，３２２Ｋ，３２２Ｃ及び３２２Ｙは、各色インクが貯留されるインクタンクと、インクジェットヘッド３２０Ｍ，３２０Ｋ，３２０Ｃ及び３２０Ｙとインクタンクとをそれぞれ連通する供給流路及び回収流路と、供給流路内のインクに圧力を付与する供給ポンプと、回収流路内のインクに圧力を付与する回収ポンプと、インクジェットヘッド３２０Ｍ，３２０Ｋ，３２０Ｃ及び３２０Ｙと供給ポンプとの間に設けられた供給サブタンクであって、流通口を介して供給流路と連通する液室と、気体が貯留される気室と、液室と気室とを隔離する弾性膜とを有する供給サブタンクと、インクジェットヘッド３２０Ｍ，３２０Ｋ，３２０Ｃ及び３２０Ｙと回収ポンプとの間に設けられた回収サブタンクであって、流通口を介して回収流路と連通する液室と、気体が貯留される気室と、液室と気室とを隔離する弾性膜とを有する回収サブタンクと、を備え、供給サブタンク及び回収サブタンクの流通口には、液室の内壁面の流通口における延長面に配置された規制部材であって、供給ポンプ及び回収ポンプがインクに付与した圧力によって弾性膜が流通口に吸引された場合に、弾性膜を延長面に沿う形状に維持する規制部材が設けられている。

〔インクジェット記録装置の電気的構成〕
図１３に示すように、インクジェット記録装置３００は、システム制御部３３０、ポンプ制御部３４０、バルブ制御部３５０及び記録制御部３６０を含んで構成される。

システム制御部３３０は、インクジェット記録装置３００の各構成要素を統括制御する制御手段として機能する。システム制御部３３０には、インク供給装置３２２Ｍ，３２２Ｋ，３２２Ｃ及び３２２Ｙの圧力センサ１６及び１１６（図１参照）の計測結果が入力される。

ポンプ制御部３４０は、システム制御部３３０から送られる制御信号に基づいて、インク供給装置３２２Ｍ，３２２Ｋ，３２２Ｃ及び３２２Ｙの供給ポンプ２０、回収ポンプ１２０（図１参照）の制御を行う。

バルブ制御部３５０は、システム制御部３３０から送られる制御信号に基づいて、供給バルブ１４、ドレインバルブ３０、エアコネクトバルブ３４、エアバルブ４０等のバルブの開閉の制御を行う。

記録制御部３６０（記録制御手段の一例）は、システム制御部３３０から送られる制御信号に基づいて、ドラム３１０，３１２及び３１４による用紙３０２の搬送制御、及びインクジェットヘッド３２０Ｍ，３２０Ｋ，３２０Ｃ，３２０Ｙによる画像記録制御を行う。

このように構成されたインクジェット記録装置３００によれば、用紙３０２の記録面に画像を記録することができる。このとき、各インクはインク供給装置３２２Ｍ，３２２Ｋ，３２２Ｃ及び３２２Ｙにより適切にインクジェットヘッド３２０Ｍ，３２０Ｋ，３２０Ｃ及び３２０Ｙに供給される。また、インク供給装置３２２Ｍ，３２２Ｋ，３２２Ｃ及び３２２Ｙの供給ポンプ２０や回収ポンプ１２０に動作異常が発生しても、供給サブタンク１８の弾性膜２２や回収サブタンク１１８の弾性膜１２２は液室２４の内壁面２２３の延長面２２３Ａに沿う形状に維持されるため、突起形状が発生することがなく、破れが発生することがない。

本発明の技術的範囲は、上記実施形態に記載の範囲には限定されない。各実施形態における構成等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、各実施形態間で適宜組み合せることができる。

１２…供給流路、１８…供給サブタンク、２２，１２２…弾性膜、２４…液室、２４Ａ，１２４Ａ…インク流出口、２４Ｂ，１２４Ｂ…インク流入口、２６…気室、２７，１２７…気泡排出口、５２…インクタンク、１００，３２２Ｍ，３２２Ｋ，３２２Ｃ，３２２Ｙ…インク供給装置、１１２…回収流路、１１８…回収サブタンク、２１０…気室側タンクフレーム２１０…液室側タンクフレーム、２２２…収容部、２２３…内壁面、２２３Ａ…内壁面の延長面、２２３Ｂ…インク流出口２４Ａの周縁部を結ぶ平面２２３Ｂ、２３２，２３６，２４６，２５０…規制部、２３２Ａ…規制部２３２の液室側の面、２２４，２２６，２２８…枝管部、２４２…継手

Claims (11)

1. ノズルからインクを吐出するインクジェットヘッドとインクが貯留されるインクタンクとを連通するインク流路と、
   前記インク流路に設けられ、該インク流路内のインクに圧力を付与するポンプと、
   前記インクジェットヘッドと前記ポンプとの間に設けられた背圧タンクであって、流通口を介して前記インク流路と連通する液体室と、気体が貯留される気体室と、前記液体室と前記気体室とを隔離する弾性膜とを有する背圧タンクと、
   前記液体室の内壁面の前記流通口における延長面に配置された規制部材であって、前記ポンプがインクに付与した圧力によって前記弾性膜が前記流通口に吸引された場合に、該弾性膜を前記延長面より内側に維持する規制部材と、
   を備えた液体供給装置。
2. 前記規制部材は、前記流通口を複数の領域に分割している請求項１に記載の液体供給装置。
3. 前記規制部材は、前記弾性膜の引張強さと前記ポンプの最大付与圧力とに基づいて決まる大きさの複数の領域に分割している請求項２に記載の液体供給装置。
4. 前記流通口は、前記インク流路を介して前記インクジェットヘッドと連通される第１の流通口と、前記インク流路を介して前記ポンプと連通される第２の流通口とを含む請求項３に記載の液体供給装置。
5. 前記第１の流通口に配置される第１の規制部材は、前記ポンプがインクに付与した圧力によって前記弾性膜が前記第１の流通口に吸引された場合に、該弾性膜を前記延長面より内側に維持できる最大の大きさの複数の領域に前記第１の流通口を分割している請求項４に記載の液体供給装置。
6. 前記第２の流通口に配置される第２の規制部材は、前記ポンプがインクに付与する圧力によって前記インク流路にインクを流通することができる最小の大きさの複数の領域に前記第２の流通口を分割している請求項４又は５に記載の液体供給装置。
7. 前記規制部材は、前記流通口を複数の円形の領域に分割している請求項２から６のいずれか１項に記載の液体供給装置。
8. 前記液体室は、排出流路を介して前記インクタンクと連通される排出口を含む請求項１から７のいずれか１項に記載の液体供給装置。
9. 前記規制部材は、前記液体室と一体に形成されている請求項１から８のいずれか１項に記載の液体供給装置。
10. インクが貯留されるインクタンクと、
    ノズルからインクを吐出するインクジェットヘッドと、
    請求項１から９のいずれか１項に記載の液体供給装置を用いた供給手段であって、前記インクタンクと前記インクジェットヘッドとの間に配置され、前記インクタンクに貯留されたインクを前記インクジェットヘッドに供給する供給手段と、
    前記インクジェットヘッドと記録媒体とを相対的に移動させる移動手段と、
    前記記録媒体を相対的に移動させながら前記インクジェットヘッドのノズルからインクを吐出させて前記記録媒体の記録面に画像を記録させる記録制御手段と、
    を備えた画像記録装置。
11. 請求項１から９のいずれか１項に記載の液体供給装置を用いた回収手段であって、前記インクジェットヘッドと前記インクタンクとの間に配置され、前記インクジェットヘッドに供給されたインクを前記インクタンクに回収する回収手段を備えた請求項１０に記載の画像記録装置。

Images