JP6783086B2 - インクジェット記録装置及びインクジェット記録装置におけるダンパー機構 - Google Patents

Description

本発明は、インクジェット記録装置（プリンター、プロッタなど）に使用するダンパー機構及び該ダンパー機構を使用したインクジェット記録装置に関するものであり、特に大型のインクジェット記録装置に使用することができるダンパー機構及び該ダンパー機構を使用したインクジェット記録装置に関するものである。

従来より、複数のノズルからインクを吐出するインクジェットヘッドを用いて被記録媒体に文字や画像を記録するインクジェット記録装置が知られている。この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が搭載されたキャリッジを被記録媒体に対して主走査方向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して所定領域にドットのパターンを印刷し、印刷幅分の主走査が終わると被記録媒体を副走査方向に所定量移動させ、これらの動作を繰り返すことによって所望の全ての領域の印刷を行う構造の装置がある。
このような、インクジェットヘッドを走査方向に移動させながらドットパターンを印刷するインクジェット記録装置において、キャリッジに直接インクカートリッジ等を載せていない構造の場合には、インク供給部（カートリッジやインクタンクなど）からインクジェットヘッドまでの距離をインク供給路（インクチューブ等）にて繋いでインクを供給する事が必要となり、その場合にキャリッジの移動によって発生する慣性力によりインク供給路内のインクが移動し、そのインクの圧力変動の影響でインクジェットヘッドのインクの吐出が不安定となったり、またインクが漏れたり、ノズル開口のメニスカスを破壊することで、ノズル抜けを発生するなどの悪影響を起こす場合がある。
このため、インクジェットヘッド内部のインクを適正な圧力範囲に保つ必要があり、そのようなインクジェットヘッドを使用する場合には、インクカートリッジやインクタンク等のインクを貯留した場所からプリントヘッドのインク吐出部までのインク供給路内のインク移動により発生する正圧及び負圧の圧力変動を緩衝し、ヘッド内のインクに影響がでないようにするためにダンパー機構を搭載している装置がある（例えば特許文献１〜４参照）。

特開２００４−２８４２３８号公報 実公平３−５４９１４号公報 特開平６−１１５０９２号公報 特開２００８−１４３０８１号公報

インクカートリッジなどのインク供給部からインクジェットプリントヘッドにインクを供給して印刷を行うプリンタにおいて、プリントヘッドのノズル（インク吐出部）からのインク漏れを防ぐためにインクカートリッジなどのインク供給部の高さよりもプリントヘッドの方を高く設定する構造の装置がある。この高さの位置の差によってインクカートリッジなどのインク供給部からインクジェットプリントヘッド迄のインク経路（ダンパー含む）内は水頭差により負圧が生じているため、この負圧によりダンパーを構成する可撓膜が大気圧に押されて圧力室底面に貼り付いてしまう不具合が生じる場合がある。
これを防ぐために薄い板ばねを可撓膜の下に敷設することで、可撓膜の圧力室底面への張り付きを防止することが一般的に知られている。この構造の場合、可撓膜は板バネに規制され負圧とバランスが保たれた位置で保持される。しかし負圧との維持がされている部分で初期的なダンパー容積を減らしているため、その部分よりさらなる負圧の圧力変動に対する容積変化の余力を確保することが難しくなっていた。またこの板ばねのバネ力を強化することで大気圧からの撓みを防止することも考えられるが、バネ力を強くすると瞬間的な圧力変動が発生した場合に、容積変化として追従することができず、効果的な圧力変動を緩衝することができなかった。
本発明は、上記問題点を解決することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、インク供給部とインクジェットプリントヘッドとの間に設けられ、インクジェットプリントヘッド内のインクにかかる圧力変動を吸収するためのダンパー機構において、圧力室を、壁面と該壁面の周囲に設けた筒部と、該筒部に接着された可撓膜とで構成し、圧力室に前記可撓膜の裏面に対向させて板ばねを配置し、該板ばねに、該板ばねが対面する可撓膜の方向に所定の高さが凸状に突出する段差部を設けたことを特徴とする。
また本発明は、前記板ばねを、長さが圧力室の底面の径を超えて取り付けることが可能な一方向に長い矩形状の本体と、該本体の長手方向の両端に設けられた該本体を前記筒部に取り付けるための取付部と、前記本体の中央部の所定の領域に前記可撓膜の方向に所定の高さ凸状に突出する段差部を設けたことを特徴とする。
また本発明は、前記ばね本体は、前記可撓膜が圧力室の負圧により撓んだときに、前記段差部の凸状の形状を保持し、圧力室の最大負圧が可撓膜に掛かったときに可撓膜の押圧力により前記段差部が平らになるまで変形可能にしたことを特徴とする。
また本発明は、前記板ばねは、最初に端部が撓み、その後に中央部分が撓む段階的撓み構造を有していることを特徴とする。
また本発明は、前記板ばねは、前記圧力室の底面の径を超える長さを有しており、負圧により段差部が前記壁面に接触したあと最大負圧の時には平らになるまで変形可能にしたことを特徴とする。
また本発明は、前記板ばねは、前記圧力室の底面の径を超える長さを有しており、前記圧力室の壁面近くでも該圧力室に接触可能に変形可能の弾性を有するようにしたことを特徴とする。
また本発明は、インク供給部とインクジェットプリントヘッドとの間に設けられ、インクジェットプリントヘッド内のインクにかかる圧力変動を吸収するためのダンパー機構を備えたインクジェット記録装置において、前記ダンパー機構に、圧力室と、壁面と該壁面の周囲に設けた筒部と、該筒部に接着された可撓膜とを設け、前記圧力室に前記可撓膜の裏面に対向させて板ばねを配置し、該板ばねに、該板ばねが対面する可撓膜の方向に所定の高さが凸状に突出する段差部を設けたことを特徴とするものである。

本発明は段差部を形成し段階的に撓む構造の板ばねを用いることにより、圧力室に負圧が生じた場合には最初に端部のバネ構造の部分が撓むことで負圧を緩衝しその時点での板ばねの中央付近の変形を抑えることにより圧力室のさらなる容積変化の余裕を残しているので、さらに負圧が掛かった時は、その中央部分が次に撓むことによって圧力室の容積を効果的に減少させることができるため、ダンパーによる圧力変動の緩衝を効果的に行うことができる。
また必要以上に板ばねの反力を高くする必要が無いため、圧力変動による可撓膜の変位を板ばねが阻害することなく、瞬間的な圧力変動を緩和することができる。
さらに板ばねの圧力室底面に接触する部分を多くすることもできるので、圧力室の容積を最大限に利用することができ、同じ容積の場合には効率的に圧力変動の緩和ができる。

ダンパー機構のＡ−Ａ線断面説明図である。 ダンパー機構の説明図であり、（Ａ）は可撓膜を省略した正面説明図、（Ｂ）は可撓膜を省略した背面説明図である。 可撓膜を省略したダンパー機構の外観説明図である。 可撓膜を省略したダンパー機構の外観説明図である。 ダンパー機構の一部のＢ−Ｂ線断面説明図である。 本発明の説明図である。 板ばねの外観図である。 板ばねの正面図である。 本発明の説明図である。

以下に本発明の構成を添付図面を参照して詳細に説明する。
図９は、インクジェット記録装置２の概略説明図であり、インクジェット記録装置２は、複数のインクジェットプリントヘッド４が搭載されたキャリッジを被記録媒体に対して主走査方向に移動させながら各プリントヘッド４のノズル部４ａ（インク吐出部）からインクを吐出して所定領域にドットのパターンを印刷し、印刷幅分の主走査が終わると被記録媒体を副走査方向に所定量移動させ、これらの動作を繰り返すことによって所望の全ての領域の印刷を行うものである。

インクジェットプリントヘッド４が搭載されるキャリッジには、インクチューブから成るインク供給路６内のインクに発生する圧力変動を緩衝するダンパー８が搭載されている。ダンパー８は、キャリッジの移動にる慣性力で発生した圧力変動を、可撓膜の変異による圧力室の容積変化によってプリントヘッド４のインク吐出部４ａのノズルの中のインクに掛かる圧力を緩和して、インクの吐出不良やノズルの開口のメニスカスが破壊されるのを防止する。インクジェット記録装置２の本体側に配備されたインクカートリッジなどから成るインク供給部７の液面とプリントヘッド４のインク吐出部４ａとの水頭差により、インク供給路６内とプリントヘッド４内のインクは負圧に保持されるためノズルから漏れる事なく、インク供給路６内は負圧に保持され、これによりインクを吐出しないときは、インク吐出部４ａのノズルの開口にメニスカスが形成されるように構成されている。

本実施形態は、説明の便宜上、１個のダンパーについてのみ説明し、各プリントヘッドごとに用意された他のダンパーの説明は省略する。
図２（Ａ）は、可撓膜を省略したダンパーの正面説明図、（Ｂ）は、可撓膜を省略した背面説明図を示している。図１，２に示すように、ダンパー８は、ダンパー本体１０の隔壁１２の両側に第１のダンパー１４と、第２のダンパー１６が形成されている。ダンパー本体１０は、円盤状の隔壁１２と、これの周囲に形成された筒部１８と、筒部１８から突出する接続部１９，２０を備えている。筒部１８の一方の開口端側には、開口端の円周方向に沿って所定長さ延びる凹溝２２と、凹溝２４が形成されている。

接続部１９には、上流側接続パイプ２６が取り付けられ、該パイプ２６は、接続部１９に設けられた管路２８と連通している。管路２８は、溝部２２の一方側に接続している。上流側接続パイプ２６は、インクジェット記録装置２のインク供給路６を構成するチューブに連結している。凹溝２２の他方は、筒部１８に形成されたインク流通孔３０を通じて、第１のダンパー１４の圧力室３４に連通している。凹溝２４の一方は、筒部１８に形成されたインク流通孔３２を通じて第１のダンパー１４の圧力室３４に連通している。

凹溝２４の他方は、図５に示すように、筒部１８に一体的に形成された流体案内部３６の中空部に連通している。隔壁１２に形成されたインク流通孔３８は図示するようにその一方の部分で漏斗状に少し広がっており、流体案内部３６の中空部は、その流通孔３８と連通し、凹溝２４は、流体案内部３６の中空部、インク流通孔３８を通じて、第２のダンパー１６の圧力室４０に連通している。隔壁１２には、インク流通孔３８と対面する位置にＳＵＳ（ステンレス）メッシュフィルタ４２が接着され、このフィルタ４２によって、第２のダンパー１６に入ってくるインク中の微小なゴミや気泡等が除去されるように構成されている。

筒部１８の他方の開口端側には、開口部の円周方向に沿って所定長さ延びる凹溝４４が形成されている。凹溝４４の一方は、筒部１８の、前記インク流通孔３８から離れた位置に形成された、インク流通孔４６に接続し、凹溝４４の他方は、接続部２０に設けられた管路４８の一方と接続している。管路４８の他方は、接続部２０に固設された下流側接続パイプ５０に接続し、該接続パイプ５０は、プリントヘッド４に連結するインク供給管５２に連結している。ダンパー本体１０には、筒部１８によって、両側の面に凹部が形成されており、この凹部の開口をフィルム状の可撓膜５２，５４によって封止することで一端面が可撓膜５２，５４で画成された圧力室３４，４０が形成されている。なお可撓膜５２，５４は外と内に十分撓む事ができる状態に余裕をもって封止されている。

第１及び第２のダンパー１４，１６の圧力室３４，４０内へのインクの充填は、ヘッドをキャッピング機構により密封した後にポンプによりインク吐出部４ａのノズル開口からインクを吸引することにより行われる。
この吸引によりインク供給部７内に保管されているインクがインク供給路６を通り、第１の流路６２、ダンパー８の第１のダンパーの圧力室３４，流路６６、インク流通孔３８、フイルタ４２、第２のダンパーの圧力室４０、第２の流路６４と通過し、プリントヘッド４に入り、インク吐出部４ａから多少インクを引き出す程度まで吸引する事によりインクの充填を行う。

吸引が終了するとインク供給部７とプリントヘッド４の水頭値の差によって、経路内のインクは負圧に保持されインク吐出部４ａからインクが吐出できる状態となる。なおこの段階では第１のダンパーの圧力室３４、第２のダンパーの圧力室４０の可撓膜は板ばね５６，５８に規制され若干凹んだ状態にて維持されインクが充填された状態になる。その後ヘッドからのインクの吐出に伴いインクがインクジェットヘッド４の方向に供給されるため、第２のダンパーの圧力室４０および第１のダンパーの圧力室３４のインクが減少し、その減少によってインク供給部７のインクが供給され定期的に必要な量のインクがプリントヘッド４に充填される。

例えばキャッピング機構による吸引やヘッドのインクの吐出により、第１及び第２のダンパー１４，１６の圧力室３４，４０内のインクが吸引されることで、可撓膜５２，５４がダンパー本体１０の隔壁１２に張りついてしまうと、上流からのインク供給路を可撓膜が塞いでしまうことで、インク供給に支障が出る可能性がある。この場合、第１及び第２のダンパー１４，１６の圧力室３４，４０内のインクのほとんどが排出されてしまい、ノズル抜けの原因となる。

このため、第１及び第２の板ばね５６，５８を所定のクリアランスを形成する位置に配置することによって可撓膜５２，５４のダンパー本体１０の隔壁１２への当接を規制している。板ばね５６，５８は、屈折部を、筒部１８の開口縁部に設けられた係合凹部６０，６１に係合して配置され、可撓膜５２，５４が板ばね５６，５８に貼り付いた位置になった場合でも第１および第２のダンパー１４．１６の圧力室３４，４０にはインクが所定量充填されるようになっており、この部分からさらなる変位が可能であり、また可撓膜５２が隔壁１２に貼り付かないようにもしている。可撓膜５２，５４は、筒部１８の開口縁部に熱溶着等により接合される。

凹溝２２，２４，４４及び流体案内部３６は、可撓膜５２，５４によって開口部が封止され、これら凹溝２２，２４，４４及び流体案内部３６と可撓膜５２，５４によって筒部１８の両端面に、凹溝２２，２４，４４及び流体案内部３６に沿って、細長状の所定の長さを有する管路から成る第１の流路６２、第２の流路６４及び圧力抵抗用の流路６６が形成される。前記開口部を塞ぐのは、前記可撓膜５２，５４の、可撓部として使用されない外側の部分であり、その部分をダンパー本体１０に溶着することにより流路が作成される。
上記した構成において、第１及び第２のダンパー１４，１６の圧力室３４，４０には、インク吐出部４ａ内のインクの初期充填動作によって、第１及び第２のダンパー１４，１６の圧力室３４，４０のインク流通路３２，４６を超える部分までインクが充填される。

インクジェットプリントヘッド４が印刷するために主走査方向の移動を行うと、インク吐出部４ａ内のインクに正圧及び負圧の圧力変化が起こる。このとき、圧力変化に伴って可撓膜５２，５４が弾性変形、すなわち、第１及び第２のダンパー１４，１６の容積を変化させることにより、圧力変動を緩衝させ、インク吐出部４ａ内のインクに略一定の負圧を安定的に維持することができる。

この第１及び第２のダンパー１４，１６の容積を変化させる可撓膜５２，５４の変形方向としては、インクジェットプリントヘッド４の移動に伴いインクチューブ内から掛かる圧力が高くなる場合には可撓膜５２，５４は容積を大きくする方向（膨らむ方向）に移動し、圧力が低くなる場合には容積を減少させる方向（凹む方向）に移動する。

このように可撓膜５２，５４が変形することによって、ダンパー８は、インクジェットプリントヘッド４の加速及び減速や移動方向に対応して、インク供給路６内にあるインクの圧力変動を緩衝させ、インク吐出部４ａ内のインクに圧力変動の影響がでないようにすることにより吐出を安定させることで、印刷品質を向上することができる。板ばね５６，５８は、図７に示すように、一方向に長い矩形状のばね本体６８の両端部に、本体６８を、筒部１８の係合凹部６０に取り付けるための、直角に屈折した取付部７０，７０が形成されている。本体６８の両端間の長さは、圧力室３４，４０の底面の径を超えて取り付けることができるように構成されている。なお板ばね５６，５８は、取り付け部７０に設けられた穴７１をダンパー本体の凸部に嵌めるようにして位置決めを行い、その凸部の上部を潰してダンパー本体に固定する。

板ばね本体６８の長手方向の両端間の中央には、本体６８より幅広の円形の受圧部７２が形成されている。本体６８の受圧部７２を含む、中央部の所定範囲に本体６８の両端の近傍の面のレベルに対して所定の高さの段差を有する段差部７４が形成されている。前記段差部７４は、ばね本体６８の中央部の所定の範囲にわたって凸部を構成する。ばね本体６８は、可撓膜５２，５４の裏面に、段差部７４の円形受圧部７２が対応する可撓膜５２，５４に対面するように配置されている。
これにより、インクジェットヘッド４が搭載されたキャリッジが静止状態においては、インク供給部７とインクジェットヘッド４との水頭差による圧力室内の負圧によって可撓膜が撓んだときに、板ばねは段差部７４の凸状の形状を保持し、印刷時においては、ヘッドキャリッジの移動により圧力室にさらに負圧が掛かった時には、その段差部７４が潰れることによってさらなる圧力変動へも対応が可能となる。

可撓膜５２，５４が圧力室３４，４０内の負圧で撓む場合、可撓膜５２，５４は、全体が沈み込み、その圧力により板ばね５６，５８に貼り付く。その後に中央部分の凸形状を維持しながら最初に端の部分が沈み込む。この段階ではまだ板ばねの中央部分は、ばね本体６８の段差部７４によって、まだ可撓膜５２，５４と圧力室３４，４０の底面との間にスペースが確保され、圧力変動に対する圧力室３４，４０の容積変化の余力が確保される。
さらに負圧が掛かり、可撓膜５２，５４が撓む場合には、ばね本体６８の段差部７４がつぶれるように変形して圧力室３４，４０の容積が減少する。

図６において、Ａは板ばね５６，５８をダンパー８の筒部１８に取り付けた無負荷の状態を示している。Ｂは、キャリッジが制止しているとき（インクの吐出ができる状態）の板ばね５６，５８の状態を示し、板ばね５６，５８は、圧力室３４，４０内の図６に示す、水頭差による負圧により可撓膜５２，５４から圧力を受け、端の部分が少し沈み込んだ状態を示している。なおこの段階ではまだ板ばねの中央部分の凸部は保持された状態になっている。Ｃは、圧力室３４，４０が最大負圧時（負圧を緩衝できる最大値）のとき、板ばね５６，５８の段差部７４が可撓膜５２，５４からの圧力によって平らに変形した状態を示している。

ばね本体６８は、インクの吐出ができる状態において、圧力室３４，４０の負圧により可撓膜５２，５４が撓んだとき、図４中、Ｂに示すように段差部７４の凸状の形状を保持し、これにより圧力室３４，４０の容積変化の余力を確保する。インク経路内のインクがキャリッジの移動により生じるインクの慣性により、さらなる負圧が生じた際にも、圧力室内の容積変化を確保することができる。

本実施例の構造の板ばねは、図６に示すように、最初に端部に近い部分Ｐ１，Ｐ２が沈み込み、その部分で最初に掛かる負荷を緩衝し、その部分だけでは緩衝できなくなると次に中央部分の凸部が潰れることにより負荷を緩衝させるという、段階的に作用する構造を用いている。そのため板ばねの潰れた時の長さは凸部等を構成する長さ分だけ余裕があるため、従来の板状のばねで対応が難しい平らに接触する部分を多く有することができる。また端部に近い部分まで深く沈み込むことができるので、通常の板ばねでは使用できない部分を圧力室の変動可能な容量として確保することが可能となっている。そのため、インク経路内のより高い圧力変動を緩和することができ、しかも応答性の良さも備えている。

なお、ばね本体６８の形状は、図示する矩形形状に特に限定されるものではなく、十字形その他の任意の形状とすることができる。
本実施例では２段階で撓む構造の板ばねで説明をしているが、特にその構造に限定するものではなく、多段階に撓む構造を用いても良く、凸部なども二箇所以上設けても良い。また製品で必要となる負圧変動を緩衝する範囲において、圧力室の容量、板ばね、可撓膜などは最適な組み合わせを行えばよい。
また実施例では隔壁１２に接触するように板ばが撓んでいるが、この構造に限定されるものではなく、板ばねが隔壁１２に接触しない状態から段差部が平に変形するようにしても良いなど、本発明の要旨を逸脱しない範囲においての変更等は可能である。

２ インクジェット記録装置
４ プリントヘッド
４ａ インク吐出部
６ インク供給部
７ インク供給部
８ ダンパー
１０ ダンパー本体
１２ 隔壁
１４ 第１のダンパー
１６ 第２のダンパー
１８ 筒部
１９ 接続部
２０ 接続部
２２ 凹溝
２４ 凹溝
２６ 上流側接続パイプ
２８ 管路
３０ インク流通孔
３２ インク流通孔
３４ 圧力室
３６ 流体案内部
３８ インク流通孔
４０ 圧力室
４２ フィルタ
４４ 凹溝
４６ インク流通孔
４８ 管路
５０ 下流側接続パイプ
５２ 可撓膜
５４ 可撓膜
５６ 板ばね
５８ 板ばね
６０ 係合凹部
６１ 係合凹部
６２ 第１の流路
６４ 第２の流路
６６ 圧力抵抗用流路
６８ 板ばね本体
７０ 取付部
７１ 穴
７２ 受圧部
７４ 段差部

Claims (5)

1. インク供給部とインクジェットプリントヘッドとの間に設けられ、インクジェットプリントヘッド内のインクにかかる圧力変動を吸収するためのダンパー機構において、
   圧力室を、壁面と該壁面の周囲に設けた筒部と、該筒部に接着された可撓膜とで構成し、圧力室に前記可撓膜に対向させて板ばねを配置し、前記板ばねを、長さが圧力室の底面の径を超えて取り付けることが可能な一方向に長い矩形状のばね本体と、該ばね本体の長手方向の両端に設けられた該ばね本体を前記筒部に取り付けるための取付部と、前記ばね本体の中央部の所定の領域に前記可撓膜の方向に所定の高さ凸状に突出する段差部を設け、前記ばね本体は、前記可撓膜が圧力室の負圧により撓んだときに、前記段差部の凸状の形状を保持し、圧力室の最大負圧が可撓膜に掛かったときに可撓膜の押圧力により前記段差部が平らになるまで変形可能にしたことを特徴とするインクジェット記録装置におけるダンパー機構。
2. 前記板ばねは、最初に端部が撓み、その後に中央部分が撓む段階的撓み構造を有していることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録装置におけるダンパー機構。
3. 前記板ばねは、前記圧力室の底面の径を超える長さを有しており、負圧により段差部が前記壁面に接触したあと最大負圧の時には平らになるまで変形可能にしたことを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録装置におけるダンパー機構。
4. 前記板ばねは、前記圧力室の底面の径を超える長さを有しており、前記圧力室の筒部近くでも該圧力室の壁面に接触可能に変形可能の弾性を有するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録装置におけるダンパー機構。
5. インク供給部とインクジェットプリントヘッドとの間に設けられ、インクジェットプリントヘッド内のインクにかかる圧力変動を吸収するためのダンパー機構を備えたインクジェット記録装置において、前記ダンパー機構に、圧力室と、壁面と該壁面の周囲に設けた筒部と、該筒部に接着された可撓膜とを設け、前記圧力室に前記可撓膜に対向させて板ばねを配置し、前記板ばねを、長さが圧力室の底面の径を超えて取り付けることが可能な一方向に長い矩形状のばね本体と、該ばね本体の長手方向の両端に設けられた該ばね本体を前記筒部に取り付けるための取付部と、前記ばね本体の中央部の所定の領域に前記可撓膜の方向に所定の高さ凸状に突出する段差部を設け、前記ばね本体は、前記可撓膜が圧力室の負圧により撓んだときに、前記段差部の凸状の形状を保持し、圧力室の最大負圧が可撓膜に掛かったときに可撓膜の押圧力により前記段差部が平らになるまで変形可能にしたことを特徴とするインクジェット記録装置。

Images