JP7463200B2

JP7463200B2 - 液体吐出装置

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Publication number: JP7463200B2
Application number: JP2020105336A
Authority: JP
Inventors: 孝明齊藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2020-06-18
Filing date: 2020-06-18
Publication date: 2024-04-08
Anticipated expiration: 2040-06-18
Also published as: JP2021194900A

Description

本発明は、交換可能に設けられた液体を貯留する液体貯留部を備えた液体吐出装置に関する。

特許文献１には、液体吐出装置に関して、廃液貯留部の交換時に廃液流路部材の容積を増大させて負圧を発生させることで廃液流路からインクを垂れ落ちさせない技術が開示されている。

特開２０１８－１１４６２４号公報

しかし、特許文献１に記載されている構成は、廃液流路と廃液貯留部とが接続されていない構成であり、廃液流路と廃液貯留部とが接続された構成に適用することはできない。

廃液流路と廃液貯留部とがチューブ等で接続された構成において、廃液貯留部の交換時に廃液貯留部からチューブを引き抜く際に、接続部の内部において負圧が発生する。このように負圧が生じた状態で接続が解除されると、負圧の影響により、廃液貯留部およびチューブから廃液が引き出されて、垂れ落ちや飛散りが生じるという課題がある。

よって本発明は、液体の垂れ落ちや飛散りが生じることを抑制することができる液体吐出装置を提供することを目的とする。

そのため本発明の液体吐出装置は、液体を貯留可能であり、貯留する液体を導入可能な導入部を備えた液体貯留部と、液体を流通可能であり、前記導入部との摺動を伴って接続および接続の解除が可能な流路部と、前記流路部と前記導入部とが接続される接続部と、
を備えた液体吐出装置であって、前記接続部には、前記液体貯留部と連通する流路が、大気と連通する大気連通部が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、液体の垂れ落ちや飛散りが生じることを抑制することができる液体吐出装置を提供することができる。

液体吐出装置を示した外観斜視図である。液体吐出装置の内部が分かるように示した側面図である。インク貯留部と、プリントヘッドと、メンテナンス部とを示した図である。廃液貯留部とチューブとが接続された接続部を示した図である。接続部を示した図である。接続部を示した図である。接続部を示した図である。接続部を示した図である。

（第１の実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第１の実施形態について説明する。

図１は、本発明を適用可能な液体吐出装置１０を示した外観斜視図である。液体吐出装置１０は、紙など印刷媒体を投入する印刷媒体投入部１１と、印刷物を排出する印刷物排出部１２と、印刷するための液体（以下、インクともいう）を貯留するインク貯留部１３と、を備えている。更に液体吐出装置１０は、印刷操作を行うための操作パネル部１４と、プリントヘッドをメンテナンスするメンテナンス部１５と、を備えている。

図２は、液体吐出装置１０の内部が分かるように示した側面図である。液体吐出装置１０の印刷部分は、カセット２４と、給紙ローラー２５と、位置決めローラー２７と、プリントヘッド２３と、インクチューブ２２と、インク貯留部１３とを備えている。カセット２４は、印刷媒体としての用紙を積層した状態で複数枚保持するいわゆる箱の入れ物である。カセット２４は液体吐出装置１０の本体から水平に出し入れできるスライド機構を有しており、用紙をセットする際はカセット２４を引き出し、用紙をセットした後はカセット２４を押し入れる。またカセット２４は、Ａ４サイズ、はがきサイズなど、異なる用紙サイズにも対応しており、各用紙をセンタリングができるように、カセット２４の内側に可動式のガイドが幅方向と奥行き方向の２か所に設置されている。

給紙ローラー２５は、カセット２４に保持された記録用紙を１枚ずつピックアップするように速度調整されて回転する。用紙との接触面には、いわゆる象肌といわれる波模様の形状が施されたゴムが巻き付けられている。位置決めローラー２７は、プリントヘッド２３と用紙との距離を一定範囲内となるように、位置決めローラー２７の表面と用紙との摩擦で高精度に用紙を搬送する。位置決めローラー２７の表面は、例えばセラミック粒子を含ませた塗料で覆われている。

プリントヘッド２３は、不図示のＰＣなどから文書もしくは画像データを受信し、用紙送りと直交する幅方向に可動しながらインクを高精度に噴射して用紙に印刷を行う。インクチューブ２２は、可動するプリントヘッド２３と液体吐出装置１０本体に固定されているインク貯留部１３とを各色で個別に接続する。インク貯留部１３は、各色を個別に貯留できるように仕切られており、各色個別に不図示のインクボトルでインク貯留部１３へインクを補充する。

図３は、液体吐出装置１０におけるインク貯留部１３と、プリントヘッド２３と、メンテナンス部１５とを示した図である。液体吐出装置１０は、プリントヘッド２３の中のインクを吸引することで、プリントヘッド２３の吐出状態を回復するメンテナンス部１５を備えている。メンテナンス部１５は、可動部３１と、可動部３１を上下方向に移動させるカム機構３３と、ポンプ３４と、可動部３１に設けられるキャップ３０と、液体を流通可能なチューブ３２とを備えている。キャップ３０及びチューブ３２は、プリントヘッド２３から排出されたインクが流通する流路部材の一例である。キャップ３０は、ゴム等の弾性材料からなり、プリントヘッド２３が可動部３１の上方に位置しているときに、上下方向においてプリントヘッド２３の下面と対向する位置に配置されている。

カム機構３３は、モータ３５からの駆動力が伝達されることで、可動部３１を上下方向に移動させる。キャップ３０は、可動部３１が上方へ移動するとプリントヘッド２３の下面に当接し、可動部３１が下方へ移動するとプリントヘッド２３の下面と離間する。キャップ３０は、プリントヘッド２３の下面に当接した際に、各色のインクを吐出するノズル３８の列の開口部を覆うように構成されている。キャップ３０がプリントヘッド２３の下面に当接しているときには、キャップ３０とプリントヘッド２３の下面とで囲まれた空間は略密閉空間となっている。

キャップ３０には、チューブ３２の一端部３２ｂが接続されている。チューブ３２は、例えば可撓性を有する樹脂部材にて構成されている。ポンプ３４は、モータ３５からの駆動力により動作するロータリー式のチューブポンプである。ポンプ３４は、チューブ３２を通じて、キャップ３０がプリントヘッド２３の下面に当接した際の、キャップ３０とプリントヘッド２３の下面とで囲まれた密閉空間に連通している。キャップ３０がプリントヘッド２３の下面に当接してノズル３８の開口部を覆った状態において、ポンプ３４が駆動されると、キャップ３０内の密閉空間が負圧となり、各ノズル３８からインクが排出される。各ノズル３８から排出されたインクは、キャップ３０に受容される。キャップ３０に受容されたインクは、ポンプ３４によりチューブ３２内を他端部３２ａ側へ向けて送出され、他端部３２ａを介して、廃液を貯留可能な廃液貯留部３７へ流し込む。

液体吐出装置１０は、カム機構３３及びポンプ３４等を駆動するモータ３５の動作を制御する制御部３６を備えている。

図４（ａ）は、廃液貯留部３７とチューブ３２とが接続された接続部４１を示した図であり、図４（ｂ）は、接続部４１の拡大図である。液体貯留部である廃液貯留部３７は、チューブ３２の端部３２ａと接続されており、チューブ内を流れたインクは、廃液貯留部３７内に収容されている吸収体４０に吸収される。また、廃液貯留部３７は、上面において大気連通している。廃液貯留部３７において貯留している廃液が所定量を超えた場合、廃液貯留部３７からチューブ３２を引き抜き、引き抜いたチューブ３２をインクが貯留されていない廃液貯留部３７と接続する。

本実施形態における液体吐出装置１０は、接続部４１に流路内と大気とを連通させる大気連通口を備えている。

図５（ａ）から（ｃ）は、本実施形態における接続部４１を示した図である。廃液貯留部３７には、チューブ３２の端部３２ａとの連結を可能にし、廃液貯留部３７に廃液を導入可能な導入部である導入口３７ａが設けられている。図５（ａ）は、端部３２ａと導入口３７ａとが完全に接続された状態を示している。接続部４１の端部３２ａには、大気と連通する大気連通部である大気連通口５１と、その大気連通口５１を覆う機能部材５２とが設けられている。図５（ａ）のように、端部３２ａと導入口３７ａとが完全に接続された状態では、大気連通口５１は導入口３７ａで塞がれており、チューブ３２内は大気とは連通していない。液体吐出装置１０の通常の稼働時は、図５（ａ）の状態で稼働する。このときのチューブ３２の流路内と導入口３７ａとは廃液５０で満たされている。

図５（ｂ）は、廃液貯留部３７からチューブ３２を引き抜く途中の状態を示している。廃液貯留部３７とチューブ３２との接続を解除するには、廃液貯留部３７からチューブ３２を引き抜く摺動動作を伴って行われる。廃液貯留部３７を交換するにあたり、廃液貯留部３７からチューブ３２の引き抜きを開始すると、図５（ｂ）のように、大気連通口５１が開きチューブ３２内と大気とが連通する。ここで、機能部材５２は、水を不透過として空気のみを透過させる部材である。そのため、チューブ３２内が大気と連通しても、大気連通口５１からインクが漏れ出すことはない。

廃液貯留部３７からチューブ３２が引き抜かれる際、チューブ３２の端部３２ａが導入口３７ａに対して移動した分だけ、チューブ３２内の流路における容積は増え、流路内は減圧される。流路内の減圧に伴い、開いた大気連通口５１から容積変化分の空気が流入し流路内の負圧が解消される。このように流路内の負圧は時間の経過を伴って解消されるため、導入口３７ａから廃液５０が流路に引き出されることはない。

図５（ｃ）は、図５（ｂ）の状態から更にチューブ３２を引き抜いた状態を示しており、接続解除の直前の状態である。更にチューブ３２が引き抜かれた状態で、チューブ３２内の流路における容積は更に増えるが、大気連通口５１から容積変化分の空気が流入することから、時間の経過を伴って流路内の負圧状態は解消される。このようにして、廃液貯留部３７に貯留されている廃液５０を引き出すことなくチューブ３２を引き抜くことができる。また、大気連通口５１から垂れ落ちようとするチューブ内の廃液５０は、機能部材５２によって垂れ落ちることが抑制される。

負圧を解消するのに要する時間は、大気連通口５１の開口面積と機能部材５２の気体透過度によって決まる。機能部材５２を多孔質ポリテトラフルオロエチレンとした場合、ガーレ透過時間は１３ｓｅｃ／ｃｍ³程度である。透過度は、透過する体積をＨ、透過圧をＰ（内外の圧力差）、透過面積をＳ、透過時間をＱとすると透過度＝Ｈ／（Ｐ×Ｓ×Ｑ）から与えられる。この機能部材５２の透過度は、ガーレ透過時間から、透過度＝１００ｃｍ³／（１．２２ｋＰａ×６．４２ｃｍ²×１３ｓｅｃ）≒１．０となる。

図５（ｃ）のように機能部材５２から空気が透過し、流路内の廃液をすべて空気に置き換わる時間Ｑ１を求める。チューブ３２ａの内径の断面積をＳ１、大気連通口５１の開口面積をＳ２、導入口３７ａとチューブ３２ａの連結の長さをｈ、容積変化による圧力をＰ’とする。このとき、連結部がすべて空気に置き換わる時間は、Ｑ１＝Ｓ１×ｈ／（Ｐ’×Ｓ２）となる。
流路内の容積変化による圧力Ｐ’を０．２気圧とし、時間Ｑ１を１ｓｅｃ以下になるような大気連通口５１の開口面積を求めると、Ｓ２≧５×ｈ×Ｓ１となる。大気連通口５１の開口面積は、チューブ３２ａの内径の断面積以上であることが求められる。連結部の長さは通常０．６ｃｍ程度なので、チューブ３２ａの断面積の３倍の大気連通口５１の面積を確保することで流路内の負圧を相殺する時間を１ｓｅｃ以下にでき、効果的に使用することができる。

このように、廃液貯留部３７とチューブ３２との接続部に大気連通口を設ける。これによって、液体の垂れ落ちや飛散りが生じることを抑制することができる液体吐出装置を提供することができる。

（第２の実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第２の実施形態を説明する。なお、本実施形態の基本的な構成は第１の実施形態と同様であるため、以下では特徴的な構成について説明する。

図６（ａ）から（ｃ）は、本実施形態における接続部４２を示した図である。図６（ａ）は、端部３２ａと導入口３７ａとが完全に接続された状態を示している。接続部４２における導入口３７ａには、大気と連通する大気連通口６１が設けられている。図６（ａ）のように、端部３２ａと導入口３７ａとが完全に接続された状態では、大気連通口６１は、チューブ３２の端部３２ａで塞がれており、導入口３７ａおよびチューブ３２内は大気とは連通していない。液体吐出装置１０の通常の稼働時は、図６（ａ）の状態で稼働する。このときのチューブ３２の流路内と導入口３７ａとは廃液５０で満たされている。

図６（ｂ）は、廃液貯留部３７からチューブ３２を引き抜く途中の状態を示している。廃液貯留部３７を交換するにあたり、廃液貯留部３７からチューブ３２の引き抜きを開始すると、図６（ｂ）のように、大気連通口６１が開き導入口３７ａ内と大気とが連通する。大気連通口６１は、導入口３７ａにおける重力方向と反対方向に設けられているため、導入口３７ａ内が大気と連通しても、大気連通口６１からインクが漏れ出すことはない。

廃液貯留部３７からチューブ３２が引き抜かれる際、チューブ３２の端部３２ａが導入口３７ａに対して移動した分だけ、チューブ３２内の流路における容積は増え、流路内は減圧される。流路内の減圧に伴い、開いた大気連通口６１から容積変化分の空気が流入し流路内の負圧が解消される。このように流路内の負圧は時間の経過を伴って解消されるため、導入口３７ａから廃液５０が流路に引き出されることはない。

図６（ｃ）は、図６（ｂ）の状態から更にチューブ３２を引き抜いた状態を示しており、接続解除の直前の状態である。更にチューブ３２が引き抜かれた状態で、導入口３７ａ内の流路における容積は更に増えるが、大気連通口６１から容積変化分の空気が流入することから流路内の時間の経過を伴って負圧状態は解消される。このようにして、廃液貯留部３７に貯留されている廃液５０を引き出すことなくチューブ３２を引き抜くことができる。よってチューブ３２と廃液貯留部３７との接続が解除されても、チューブ３２の端部３２ａや導入口３７ａからインクが垂れ落ちることを抑制することができる。

なお、大気連通口６１を設ける位置や、端部３２ａが導入口３７ａを移動する量については、以下のようにする必要がある。つまり、図６（ｄ）のように、端部３２ａが導入口３７ａの端部にきた状態で、導入口３７ａの開口部３７ｂに廃液５０が残らないように、大気連通口６１の位置を設定する必要がある。大気連通口６１から導入口３７ａの開口部３７ｂまでの距離が長い場合には、端部３２ａが導入口３７ａの端部にきた状態で、図６（ｄ）のように開口部３７ｂに廃液５０が残ることがある。そのため、端部３２ａが導入口３７ａの端部にきた状態で、開口部３７ｂに廃液５０が残らないように大気連通口６１の位置を設定する必要がある。

なお、導入口３７ａにおける大気連通口６１の位置を設定するにあたり、図７（ａ）、（ｂ）のようにチューブ３２の端部３２ａにＵ字型の大気連通口６１ａを設けてもよい。

（第３の実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第３の実施形態を説明する。なお、本実施形態の基本的な構成は第１の実施形態と同様であるため、以下では特徴的な構成について説明する。

図８（ａ）から（ｃ）は、本実施形態における接続部４３を示した図である。図８（ａ）は、端部３２ａと導入口３７ａとが完全に接続された状態を示している。導入口３７ａには、大気と連通するための溝７１が設けられており、溝７１の一部には機能部材５２が接着されている。図８（ａ）のように、端部３２ａと導入口３７ａとが完全に接続された状態では、チューブ３２における流路内と流路外は遮断されている。液体吐出装置１０の通常の稼働時は、図８（ａ）の状態で稼働する。このときのチューブ３２の流路内と導入口３７ａとは廃液５０で満たされている。

図８（ｂ）は、廃液貯留部３７からチューブ３２を引き抜く途中の状態を示している。廃液貯留部３７を交換するにあたり、廃液貯留部３７からチューブ３２の引き抜きを開始すると、図８（ｂ）のように、溝７１によってチューブ３２内と大気とが連通する。ここで、機能部材５２は、水を不透過として空気のみを透過させる部材である。そのため、チューブ３２内が大気と連通しても、溝７１からインクが漏れ出すことはない。

廃液貯留部３７からチューブ３２が引き抜かれる際、チューブ３２の端部３２ａが導入口３７ａに対して移動した分だけ、チューブ３２内の流路における容積は増え、流路内は減圧される。流路内の減圧に伴い、溝７１から容積変化分の空気が流入し流路内の負圧が解消される。このように流路内の負圧は時間の経過を伴って解消されるため、導入口３７ａから廃液５０が流路に引き出されることはない。

図８（ｃ）は、図８（ｂ）の状態から更にチューブ３２を引き抜いた状態を示しており、接続解除の直前の状態である。更にチューブ３２が引き抜かれた状態で、チューブ３２内の流路における容積は更に増えるが、溝７１から容積変化分の空気が流入することから時間の経過を伴って流路内の負圧状態は解消される。このようにして、廃液貯留部３７に貯留されている廃液５０を引き出すことなくチューブ３２を引き抜くことができる。また、溝７１から垂れ落ちようとするチューブ内の廃液５０は、機能部材５２によって垂れ落ちることが抑制される。

１０液体吐出装置
３２チューブ
３７廃液貯留部
３７ａ導入口
５０廃液
５１大気連通口
６１大気連通口
７１溝

Claims

液体を貯留可能であり、貯留する液体を導入可能な導入部を備えた液体貯留部と、
液体を流通可能であり、前記導入部との摺動を伴って接続および接続の解除が可能な流路部と、
前記流路部と前記導入部とが接続される接続部と、
を備えた液体吐出装置であって、
前記接続部には、前記液体貯留部と連通する流路が大気と連通する大気連通部が設けられていることを特徴とする液体吐出装置。
前記大気連通部は、前記流路部に設けられている請求項１に記載の液体吐出装置。
前記大気連通部には、空気を透過し液体を透過しない機能部材が設けられている請求項２に記載の液体吐出装置。
前記大気連通部は、前記流路部に開口が設けられた大気連通口であり、
前記大気連通口の開口面積は、前記流路部の内径の断面積以上である請求項２または３に記載の液体吐出装置。
前記大気連通部は、前記導入部に設けられている請求項１に記載の液体吐出装置。
前記大気連通部は、重力方向と反対方向に開口している大気連通口である請求項５に記載の液体吐出装置。
前記大気連通部は、溝である請求項５に記載の液体吐出装置。
前記大気連通部には、空気を透過し液体を透過しない機能部材が設けられている請求項７に記載の液体吐出装置。
前記大気連通部は、前記流路部と、前記導入部と、に設けられている請求項１に記載の液体吐出装置。
前記流路部に設けられた前記大気連通部は、Ｕ字型である請求項９に記載の液体吐出装置。