JP6094098B2

JP6094098B2 - 記録装置

Info

Publication number: JP6094098B2
Application number: JP2012197139A
Authority: JP
Inventors: 将孝神谷; 規次伊藤; 進司上田
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2012-09-07
Filing date: 2012-09-07
Publication date: 2017-03-15
Anticipated expiration: 2032-09-07
Also published as: JP2014051027A

Description

本発明は、インク等の液体を吐出する記録装置に関する。

インク等の液体を吐出する記録装置には、インク等を収納する液体収容容器が装着される。該液体収納容器は開口部が、ゴム栓で封止されている。記録装置の本体には、液体収納容器から液体を取り出すための連通孔を内部に開設したニードルが配置されている。該ニードルは、液体収納容器に接近離間するニードルホルダに基端部が揺動可能に取り付けられている。該ニードルホルダが液体収納容器に接近し、ニードルがゴム栓を貫通して液体収納容器内に挿入されることで、液体がニードルの連通孔を通って記録ヘッドへ供給される(特許文献１参照)。ニードルはインクの種類に合わせて複数本用意され、単一の液体収容容器に設けられたゴム栓もニードルに合わせて複数設けられる。かかる複数のニードルとゴム栓とを正確に合わせるべく、ニードルはニードルホルダに揺動自在に設けられている。

特開２０１０−２３３０８号公報

ニードルは、ニードルホルダに基端部が揺動可能に取り付けられているから、ニードルを略水平に維持したまま、液体収納容器に向けて移動させるのが難しい問題がある。これでは、ニードルがゴム栓に正確に挿入されない。
本発明の目的は、ニードルを略水平に維持したまま、液体収納容器に挿入させることにある。

本発明の記録装置は、係る点に鑑みてなされたものであって、
内部に液体を収容した液体収容容器を装着可能な装着部と、前記装着部に設けられ、内部を連通し、側面に開口した連通孔を有する複数のニードルであって、前記装着部に装着された単一の前記液体収容容器に挿入方向に挿入されることにより、前記連通孔と前記液体収容容器の内部との間で液体を流通可能にする複数のニードルと、
前記複数のニードルをそれぞれ搖動可能に支持するニードル支持部と、
前記複数のニードルのそれぞれに挿入され、前記連通孔を塞ぐ第１位置と、前記第１位置よりも前記挿入方向と反対方向側であって前記連通孔を開放する第２位置との間で移動可能なスリーブであって、前記スリーブが前記第１位置に位置するときに前記ニードルと係合することにより前記スリーブが前記第１位置よりも前記挿入方向へ移動することを規制する係合部を有し、前記ニードルが前記液体収容容器に挿入される際に前記液体収容容器から押されることにより前記第１位置から前記第２位置に移動するスリーブと、
前記複数のニードルのそれぞれに挿入され、一端より他端の直径が小さい円錐バネであって、前記ニードル支持部と前記第１位置にある前記スリーブとの間に、前記一端を前記ニードル支持部側、前記他端を前記スリーブ側に位置させて、自然長から圧縮されて装着されることにより、前記ニードルを前記挿入方向と略平行になるように付勢する円錐バネと、を備えている。

ニードルはニードル支持部に揺動可能に支持されているが、該ニードルは円錐バネによって挿入方向と略平行になるように付勢されている。これにより、スリーブを第１位置から第２位置まで移動させるときの負荷の増加を抑制しつつ、ニードルは液体収納容器に正確に挿入される。

本発明の実施形態におけるインクジェット記録装置の全体的な構成を示す概略図である。カートリッジが装着される装着部の平面図である。カートリッジの斜視図である。図３に示すカートリッジをＡ−Ａ線を含む面にて破断し矢視した断面図である。液体吸引装置の斜視図である。 (a)は、図５の液体吸引装置をＢ−Ｂ線を含む面にて破断し矢視した断面図であり、 (b)は、(a)のＣ部の拡大図である。 (c)は、 (b)をＸ方向から見た側面図である。 (a)、(b)はニードルのカートリッジ内への挿入動作を示す図である。 (a )、(b)は、円錐バネの正面図であり、(a)は上下方向の圧縮荷重のみが加わった場合を、(b)は上下方向の圧縮荷重と左向きの変位が加わった場合を示す。円錐バネと円柱バネの荷重と変位量の関係を示すグラフである。

以下、本発明の一実施形態について、図面を用いて説明する。以下の記載では、上方及び下方は鉛直方向に沿う向きを指す。また、液体の具体例としてインク及び処理液を例示し、記録装置の一例として用紙Ｐにインクで印刷するインクジェット記録装置を例示する。

(インクジェット記録装置の全体構成)
図１に示すように、インクジェット記録装置１は直方体状の筐体１０を有し、該筐体１０の天板上部には、排紙部１１が設けられている。筐体１０内には、上方から下方に向かって、ヘッド４、搬送ユニット５、給紙ユニット６、カートリッジ７及び該カートリッジ７の側方に位置する液体吸引装置２が配置されている。該液体吸引装置２にはモータＭが内蔵されている。ヘッド４は、ブラックのインクの液滴を用紙Ｐに吐出する。搬送ユニット５は、用紙Ｐを水平に搬送した後に排紙部１１に送る。給紙ユニット６は、搬送ユニット５に用紙Ｐを供給する。給紙ユニット６の下流側であって、ヘッド４の上流側には、インクの吐出に先立ち、処理液を用紙Pに吐出する処理液ヘッド４aが設けられている。ここで、処理液とは、インクを用紙Ｐに吐出する前に、用紙Ｐに塗布されることにより、インクが用紙Ｐに塗布された際にインクの成分を凝集又は析出させるものであり、これにより高い印刷品質を維持し又は画質を向上させる。カートリッジ７は、ブラックのインクと処理液が収納される容器であり、本発明の「液体収納容器」に相当する。
筐体１０の内側上部にて、ヘッド４に干渉しない位置には、筐体１０内の各機構及び電気回路の動作を司るコントローラ１００が配置されている。
筐体１０の上面には、コントローラ１００に電気的に接続された操作パネル１２が設けられている。該操作パネル１２にはコントローラ１００によって操作状態等が表示される。
搬送ユニット５は、図１中の用紙Ｐを左から右に搬送する機構である。以下の記載では、印刷領域において用紙Ｐを搬送する方向を副走査方向、水平面内において該副走査方向と直交する方向を主走査方向と呼ぶ。

前記搬送ユニット５は、プラテン５０と、該プラテン５０の両側に配備された搬送ローラ５１、５１ａを有する。搬送方向上流側の搬送ローラ５１によって搬送力を付与された用紙Ｐはプラテン５０の上面に支持されつつ搬送される。プラテン５０を通過した用紙Ｐは、搬送方向下流側の搬送ローラ５１ａによって搬送力を付与されて、該搬送ローラ５１ａと排紙部１１との間に位置するガイド５２及び送りローラ５３によって排紙部１１に送られる。
前記給紙ユニット６は、給紙トレイ６０と給紙ローラ６１を有し、該給紙ローラ６１と前記搬送ユニット５との間には、２つのガイド６２及び送りローラ６３が配置されている。給紙ローラ６１は給紙トレイ６０内の最上位の用紙Ｐを取り出し、該ガイド６２及び送りローラ６３によって搬送ユニット５の上流側に搬送する。

ヘッド４は、主走査方向に延びた直方体状のラインヘッドであって、その下面はインクを吐出する多数の液体吐出孔が形成されたノズル面４０として形成されている。前記液体吸引装置２により、ヘッド４にはカートリッジ７内のインクが、ヘッド４aにはカートリッジ７内の処理液が夫々供給される。液体吸引装置２とヘッド４、４aとはチューブ３０にて接続されており、液体吸引装置２は筐体１０の底面に設けられたレール部材１３に沿って副走査方向に沿ってスライドする。以下の記載では、液体吸引装置２がカートリッジ７に接近する向きを前方、カートリッジ７から離間する向きを後方とする。

図２は、カートリッジ７が装着される筐体１０の装着部１７の平面図であり、図３は、カートリッジ７の斜視図である。カートリッジ７は、筐体１０に形成された凹部である装着部１７に対し主走査方向から装着されて、前記の液体吸引装置２はカートリッジ７の装着完了時点で、カートリッジ７の一側面に対向するように設けられている。該液体吸引装置２に対向する一側面には、各々からインクと処理液が吸引される２つの開口７１が形成されている。該開口７１にはゴム栓である封止部材７０が緊密に嵌って、カートリッジ７からインク及び処理液が漏れることを防いでいる。
図４は、図３に示すカートリッジ７をＡ−Ａ線を含む面にて破断し矢視した断面図である。開口７１は奥部に受け面７２を形成し、該受け面７２の奥に封止部材７０が嵌まる。カートリッジ７内にて封止部材７０の奥部には、インクまたは処理液が吸引時に通る流路７３が形成されている。

図５は、液体吸引装置２の斜視図である。液体吸引装置２は、前記モータＭによって駆動され、レール部材１３に沿ってスライドするニードル支持部３を備え、該ニードル支持部３はカートリッジ７に向かって突出したニードル保持筒８を揺動可能に支持している。ニードル保持筒８は封止部材７０に対応して２つ設けられ、各ニードル保持筒８の中心部には先端部が尖ったニードル８０が嵌まっている。ニードル８０には、該ニードル内部を連通し、ニードル８０側面に開口８３(図６(a)、(b)参照)した連通孔(図示せず)が開設されている。ニードル８０の先端部が、封止部材７０を貫通して、開口８３からカートリッジ７内のインクまたは処理液を吸引する。ニードル８０を封止部材７０に正確に到達させるべく、ニードル保持筒８は揺動可能に支持されて、ニードル８０の先端部の動きに自由度を持たせている。
ニードル８０の後端部には前記のチューブ３０が嵌まり、ニードル保持筒８の先端部には筒体であるスリーブ９が被さっている。スリーブ９の前後方向中央部には鍔体９０が設けられ、該鍔体９０とニードル支持部３の前面との間には、コイルバネ、具体的には円錐バネ８５が設けられている。
該円錐バネ８５は自然長よりも圧縮された状態で、鍔体９０とニードル支持部３との間に配備され、該円錐バネ８５によって鍔体９０は水平方向前向きに付勢されている。円錐バネ８５は周知の如く、一端部が小径部、他端部が大径部であり、小径部を前方に向けている。
ニードル８０がカートリッジ７から後退した状態では、スリーブ９がニードル８０の周面に被さっているから、ニードル８０の先端部に付着したインク又は処理液が乾燥することを防ぐことができる。

図６(a)は、図５の液体吸引装置２をＢ−Ｂ線を含む面にて破断し矢視した断面図であり、図６(b)は、図６(a)のＣ部の拡大図である。図６(c)は、図６(b)をＸ方向から見た側面図である。ニードル８０はニードル保持筒８の後端部から後方に突出し、ニードル８０の先端部はニードル保持筒８から突出して、スリーブ９に嵌まる。連通孔の開口８３は、スリーブ９によって塞がれており、このスリーブ９の位置が本発明の「第１位置」である。スリーブ９にて開口８３を塞ぐことにより、該開口からインク又は処理液が漏れることを防いでいる。
図６(b)に示すように、スリーブ９の後端部内周面からは第１爪片９１が内向きに突出し、ニードル保持筒８の先端部からは第２爪片８１が外向きに突出している。スリーブ９が円錐バネ８５によって前向きに付勢されていることによって、第１爪片９１と第２爪片８１とが係合し、スリーブ９が前進し過ぎることを防ぐ。即ち、第１爪片９１と第２爪片８１とによって、本発明の「係合部」を構成する。また、第１爪片９１と第２爪片８１とが係合することによって、円錐バネ８５は自然長から圧縮された状態を保つ。
ニードル保持筒８の後端部周囲からは突起８２が外向きに突出し、ニードル支持部３の前面には突起８２の前面に接して、ニードル保持筒８がニードル支持部３から離れて前進することを防ぐストッパ片３１が設けられている。ストッパ片３１は突起８２の前面に接触しており、突起８２とニードル支持部３との間に隙間Ｈを設けていることにより、ニードル保持筒８はニードル支持部３に揺動可能に設けられている。第２爪片８１の外周面は、スリーブ９の後端部内周面に接し、スリーブ９はニードル保持筒８とともに揺動する。
前記の如く、スリーブ９は円錐バネ８５によって水平方向前向きに付勢されているから、ニードル保持筒８及びニードル８０も水平方向前向きに付勢されている。
また、図６(c)に示すように、スリーブ９の先端部には突状且つ環状のシール部９５が設けられており、後記の如く、シール部９５は封止部材７０に密着して、スリーブ９の外にインク又は処理液が漏れることを防ぐ。

(ニードルのカートリッジ内への挿入)
先ず、使用者は図２に示すように、筐体１０の装着部１７に、カートリッジ７を嵌める。
この状態で、ニードル８０をカートリッジ７に挿入してカートリッジ７内のインク又は処理液を吸引するには、図７(a)に示すように、ニードル支持部３をカートリッジ７に向けて前進させる。コントローラ１００からの信号が、モータＭに伝達されて、ニードル支持部３が前進する。スリーブ９の先端部がカートリッジ７の受け面７２に嵌まり、封止部材７０に接する。スリーブ９は前進を規制され、シール部９５が封止部材７０に密着して、スリーブ９の外にインク又は処理液が漏れることを防ぐ。
この状態で更に、ニードル支持部３を前進させると、図７(b)に示すように、ニードル支持部３がニードル保持筒８を前向きに押す。スリーブ９の前進が規制されているから、第１爪片９１と第２爪片８１との係合が外れ、ニードル保持筒８のニードル８０はスリーブ９から突出して開放され、封止部材７０を貫通して、流路７３内に入る。ニードル８０は先端部に連通孔の開口８３を形成しているから、チューブ３０内を負圧にすると、ニードル８０の開口８３からチューブ３０にカートリッジ７内のインク又は処理液が吸引される。インク又は処理液はヘッド４、４aに供給される。この開口８３がスリーブ９から開放された位置が、本発明の「第２位置」である。

スリーブ９は、封止部材７０から後退した状態ではニードル８０の周面を覆う。スリーブ９はニードル８０とともに前進し先端部が封止部材７０に接すると、前進を規制されるとともにニードル８０の前進を許す。即ち、スリーブ９はニードル８０から液体が乾燥することを防ぎつつ、ニードル８０がカートリッジ７から液体を吸引することを妨げない。
また、ニードル８０はニードル支持部３に揺動可能に支持されているが、該ニードル８０は円錐バネ８５によってスリーブ９を介して前向き且つ水平に付勢されるから、ニードル８０は水平に維持される。これにより、ニードル８０は封止部材７０に正確に挿入される。

図７(b)に示す状態から、ニードル支持部３を後退させると、ニードル８０が封止部材７０から外れ、図７(a)の状態に戻る。封止部材７０はゴム製であるから、ニードル８０により開けられた穴を弾性復帰して塞ぐ。更に、ニードル支持部３を後退させると、ニードル保持筒８の第２爪片８１がスリーブ９の第１爪片９１に係合して、スリーブ９をカートリッジ７から後退させる。スリーブ９は図６(a)に示す位置に戻る。

(円錐バネの理由)
ここでスリーブ９を前向きに付勢するコイルバネが円錐バネである理由は、円錐バネは円柱バネに比して側方に変位した場合に元に戻りやすいからである。即ち、ニードル保持筒８が揺動可能に設けられているから、ニードル８０の先端部が上下左右に振れ易いが、その際に該ニードル８０の先端部が元の位置に戻りやすいからである。よって、ニードル８０を水平に保ち易いからである。

図８(a )、(b)は、円錐バネ８５の正面図であり、(a)は上下方向の圧縮荷重のみが加わった場合を、(b)は上下方向の圧縮荷重と左向きの変位が加わった場合を示す。円錐バネ８５の上部半径をｒ、下部半径をＲとし、バネ荷重によるモーメントは右回りを正方向とする。
図８(a)の場合は、円錐バネ８５の圧縮荷重をＦとすると、円錐バネ８５の中心軸に対して右側モーメントＭaは、Ｆ(ｒ−Ｒ)＜０であり、左回りである。円錐バネ８５の中心軸に対して左側モーメントＭbは、Ｆ(Ｒ−ｒ)＞０であり、右回りである。即ち、両方のモーメントが釣り合った状態となる。
図８(b)の場合は、円錐バネ８５に左向きに変位が加わるから、円錐バネ８５の中心軸に対して左側で円錐バネ８５が大きく縮み、該荷重をＦ１とする。円錐バネ８５の中心軸に対して右側では、円錐バネ８５が引っ張られた分、変位量が小さく、該荷重をＦ２とする。即ち、Ｆ１＞Ｆ２である。右側モーメントＭaは、Ｆ２(ｒ−Ｒ)＜０であり、左側モーメントＭbは、Ｆ１(Ｒ−ｒ)＞０である。右側モーメントＭaと左側モーメントＭbとの絶対値では、左側モーメントＭbの方が大きいから、円錐バネ８５は右向きに戻る。

これに対し、コイルバネが円柱バネであれば、上部半径と下部半径は等しい。仮に円柱バネの半径をｒとすると、左向きに変位が加わった場合の右側モーメントＭaは、Ｆ２(Ｒ−ｒ)＝０である。また、左側モーメントＭbは、Ｆ１(Ｒ−ｒ)＝０である。即ち、右側モーメントＭaと左側モーメントＭbは等しいから、円柱バネが側方に変位した場合には元に戻りにくい。従って、ニードル８０の先端部が搖動した場合に、該ニードル８０の先端部を元に戻すべく、円錐バネ８５を使用している。
上記から円錐バネ８５は圧縮荷重が加わっている方、即ち、Ｆ１とＦ２が正の値である方が、側方に変位した場合に元に戻り易い。また、円錐バネ８５の端部はニードル支持部３又は鍔体９０に固定されていなくても固定されていてもよいが、円錐バネ８５に圧縮荷重が加わっていない場合は、円錐バネ８５の端部はニードル支持部３又は鍔体９０に固定されている方が、側方からの変位に対し元に戻り易いと考えられる。

出願人は、図６(a)に示すスリーブ９の先端部にテンションゲージ(図示せず)を取り付け、コイルバネが円錐バネの場合と円柱バネの場合とで、側方への変位量(単位：ｍｍ)とテンションゲージが受ける荷重(単位：Ｎ)の関係を測定した。結果を以下の表１に示す。

また、側方への変位量を横軸、荷重を縦軸としたグラフは、図９に示される。これにより、円錐バネの方が円柱バネよりも側方への変位を受けた場合に、元に戻りやすいことが実証された。

上記記載では、カートリッジ７内にブラックのインクと処理液が収納されているとしたが、用紙Pにカラー印刷を行うには、他の色も使うのが通常である。従って、カートリッジ７内に他の色のインクを収納してもよい。
また、円錐バネ８５は複数の円錐バネを前後に並べて構成してもよい。更に、液体吸引装置２は、カートリッジ７が筐体１０の装着部１７に完全に装着された後に、ニードル８０を移動させて、カートリッジ７に挿入させるタイプではなくてもよい。例えば、ニードル８０を、筐体１０の装着部１７における装着方向前方の壁から装着方向と平行に突出させて固定させておき、カートリッジ７が装着部１７に完全に装着されると同時にニードル８０がカートリッジ７に挿入されるタイプでもよい。

本発明は、インクなどの液体をカートリッジから吸引する記録装置に用いると、有用である。

２液体吸引装置
３ニードル支持部
４ヘッド
７カートリッジ
８ニードル保持筒
９スリーブ
８０ニードル
８５円錐バネ

Claims

内部に液体を収容した液体収容容器を装着可能な装着部と、
前記装着部に設けられ、内部を連通し、側面に開口した連通孔を有するニードルであって、前記装着部に装着された単一の前記液体収容容器に挿入方向に挿入されることにより、前記連通孔と前記液体収容容器の内部との間で液体を流通可能にするニードルと、
前記ニードルを搖動可能に支持するニードル支持部と、
前記ニードルに挿入され、前記連通孔を塞ぐ第１位置と、前記第１位置よりも前記挿入方向と反対方向側であって前記連通孔を開放する第２位置との間で移動可能なスリーブであって、前記スリーブが前記第１位置に位置するときに前記ニードルと係合することにより前記スリーブが前記第１位置よりも前記挿入方向へ移動することを規制する係合部を有し、前記ニードルが前記液体収容容器に挿入される際に前記液体収容容器から押されることにより前記第１位置から前記第２位置に移動するスリーブと、
前記ニードルに挿入されるコイルバネであって、前記ニードル支持部と前記第１位置にある前記スリーブとの間に、一端を前記ニードル支持部側、他端を前記スリーブ側に位置させて、自然長から圧縮されて装着されることにより、前記ニードルを前記挿入方向と略平行になるように付勢するコイルバネと、を備え、
前記スリーブの前記挿入方向側の端部には、前記ニードルが前記液体収容容器に挿入される際に前記液体収容容器から押される凸状のシール部が全周にわたって設けられている、記録装置。
前記コイルバネは、円錐バネである、請求項１に記載の記録装置。
前記挿入方向は水平面と平行である、請求項１又は２に記載の記録装置。
前記スリーブは、前記ニードルが前記液体収容容器に挿入される際に、前記液体収容容器の凹部に嵌合する、請求項１乃至３の何れかに記載の記録装置。