JPS59136265A

JPS59136265A - 液体供給装置

Info

Publication number: JPS59136265A
Application number: JP58011042A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Aiba; 正彦相羽; Sukuyuki Miyake; 三宅　透幸; Masaaki Kuranishi; 倉西　正秋
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1983-01-25
Filing date: 1983-01-25
Publication date: 1984-08-04
Also published as: US4555718A; EP0115422A2; EP0115422A3; JPH0521747B2; DE3478848D1; EP0115422B1; CA1214070A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】く技術分野〉本発明は液体供給装置に関し、例えばインクシエンドプ
リンタのインク供給系に用いて有益な装置を提供するも
のである。

〈従来技術〉液体供給装置として例えばインクジェットプリンタのイ
ンク供給系では微少流量の安定したインク供給か要求さ
れ、この供給ポンプとしてプランジャーポンプ、電磁ポ
ンプ等のメカニカルなポンプか用−られていた。

ところが、前記メカニカルなポンプでは微少流量の安定
したインク供給を得ることは難しく、そのためこのメカ
ニカルなポンプに化工てピエゾ素子を利用したポンプが
提案された。

とのピエゾ素子を利用したポンプは同出願人によって特
願昭５７−１１８２４０号で提案して因る。

このピエゾ素子を用層たポンプは第１図に示す構成とな
って因る。

第１図にお込て、当該ポンプの液室１には図においてイ
ンク液が下方から流入し、また液室１の上方へインク液
が吐出される。この液室１の上端及び下端には弁座２，
３が備えられ、また液室ｌの周壁に沿ってピエゾ素子で
なる振動パイプ４を備えている。前記下方の弁座２には
インクの導入路６そして介挿え７によって弁８が取付け
られて因る。捷た上方の弁座３にはインクの導出路９そ
して介挿、ｔｌｏによって弁１１か取付けられている。

前記振動パイプ４け約０．２　ｍ程度の薄さで円筒状を
なして因る。

従って、前記振動パイプ４（ピエゾ素子）にパルス信号
を印加すると、液室１の容積を変化つまり減少と増大と
を行わせて該液室１のインク液を吸入し、また排出させ
てポンプとしての作用を行、なわせるものである。

上記のようなピエゾ素子を用いたポンプは微少流量の安
定した液体供給ができるという特徴が、ある。

所が、前記ポンプの圧力室（ｇ１室１）はピエゾ素子で
構成される関係上（ピエゾ素子の振動特性との関係によ
り）、この圧力室の形態が自ずと円筒状のものに限定さ
れるものとなって贋だ。つまり、圧力室の形態に融通性
をもたせることけ々かなか難しく、例えば気泡等が侵入
した場合にはそれを効率的に排除できるような形状の圧
力室等を構成させることは困難であった。

他方、ピエゾ素子でなる振動パイプは上記した如く薄層
肉厚で構成されており、当該ポンプを使用する環境条件
特に寒冷地では上記圧力室（液室１）内の液体が凍結し
た際にはその膨張によって圧力室が破壊されるという問
題をも備えていた。

特に、当該ポンプを備えたインクジェットプリンタの運
転休止時或はこのプリンタの輸送時等において、寒冷地
にあってはルンクの凍結を生じ、前記圧力室ｃ液室１〕
にインクが充満されている時には当該ポンプが破壊され
るといっだ問題が生じて層た。

ぐ目的〉それ故、本発明では上記ピエゾ素子を用いたポンプの改
善を目的としたものであり、その第１は圧力室の形態に
融通性をもたせることができるようにせんとしたもので
ある。

これはピエゾ素子でなる振動パイプで直接圧力室を構成
させずに、前記振動パイプ内に別部材で圧力室を構成し
、そして振動パイプの振動を前記圧力室へ振動伝達のた
めの介在液を介して伝達させる構成となすことによって
圧力室に対しては融通性を持たせることができるように
なしたものである。

また本発明の第２の目的は、ピエゾ素子を用いたポンプ
の凍結によるポンプ破壊防止の構成を具備したこの種の
液体供給装置を提供するところにある。

これは前記振動伝達のだめの介在液を、給送液体より凝
固点の低い液体となしまたこの介在液か封入された室に
開閉弁を介して連通させた前記介在液のだめのバッファ
を構成し、圧力室内の液体の凍結に基づく該圧力室の膨
張時に、この膨張に応じて介在液をバッファ側へ逃がす
構成となすことによってピエゾ素子でなる振動パイプの
保護を行なうようにしたものである。

〈実施例〉第２図は本発明における液体供給装置つ丑りインクジェ
ットプリンタのインク供給系に実施した断面図、第３図
は第２図の主要部品構成の斜視図を示している。

この第２図におけるインク供給装置（供給ポンプ）の主
構成は加圧ポンプユニット１００と、この加圧ポンプユ
ニット１００によって加圧されたインクのリップル成分
を軽減するチャンバーユニット２００と、インク凍結に
対する保護ユニット３００から６なっている。

前記加圧ポンプユニット１００は図面上、下方に設けら
れた入力弁座１１０と上方に設けられた出力弁座１８０
と前記入、出力弁座１１０と１８０との間に設けられた
筒状のフレーム１５０から概ねなり、またチャンバーユ
ニット２００は前記出力弁座、１８０上にネジ等によっ
て取付けられたチャンバーフレーム２１０を備え、更に
前記出力弁座１８０の側方に保護ユニット３００がネジ
等によって取付けられる。

次に加圧ポンプユニット１００について具体的に説明す
ると、前記入力弁座１１０は内部中央にインク導入路１
１１が形成され、この導入路１１１は図示しないインク
タンクに接続されている。

この弁座１１０の鍔部１１０Ａ上面には環状の溝１１２
が穿設され、該溝１２内にはゴムシール１１３が埋設さ
れる。

前記ゴムシール１１３は、ピエゾ素子で構成された円筒
形の振動パイプ１１４を弁座１１０．上に立設させるた
めに、そのパイプ１１４の下端を受けて該パイプ１１４
と弁座１１０との間の気密を保持すると共に弁座１１０
の起立部１１０Ｂ周囲との間に空隙１２７を構成させる
ものである。

寸た、前記入力弁座１１０の起立部１１０Ｂにある導入
路１１１の開口には該導入路１１１を制御するプレート
型の逆止弁（入力弁）１１５か設けられ、図面」二、こ
の上方からの逆流を阻止する。

前記入力弁座１１０の起立部１１ＯＢ上には、第３図の
斜視図でも示したコーン（ｃｏｎｅ　）　　型のセパレ
ートゴム１２０が装着され、その内部は入力弁座１１０
の導入路１１１と逆止弁１１５を介して連通した圧力室
１２１となっている。

このセパレートゴム１２０は例えばＡＳＴＭ規格のＤ１
４１８で示されるＥＰＤＭのゴムで形成され、前記入力
弁座１１０と略同径となった基部１２０Ａと該基部１２
０Ａより薄肉に形成されてコーン状に」１方へ突出して
内部に圧力室１２１を構成するコーン部１２０Ｂからな
る。このコーン部１２０Ｂの形状は圧力室１２１内に気
泡が侵入した時にこの気泡が上方へ容易に抜は出るよう
に配慮したものである。

このセパレートゴム１２０けその外周囲に配設された上
記振動パイプ１１４の振動に応じて伸縮して圧力室１２
１の容積変化を生起させるものである。

マタ、前記セパレートゴム１２０　（７）基Ｍ　１２０
Ａ上には、第３図の斜視図でも示されているように例え
ば樹脂材で構成されたキャップ状のセパレート押え具１
２３がそのコーン部１２０Ｂをっつんで配置される。

このセパレート押えＡ１２３は内部がストレート状にな
った中空部１２４とコーン部１２０Ｂの先端か挿入され
る小孔部１２３Ｂとを有し、コーン部１２０Ｂの外周囲
は空隙１２４になって因る。

また、このセパレート押え具１２３の上面は第３図で明
瞭な如く、周囲に４つの切欠部１２５・・・を形成し更
にこれら切欠部１２５には中空部１２４への連通部１２
６が形成されている。そして、このセパレート押え具１
２３上に出力弁座１８０か配置される。

前記出力弁座１８０け第３図に示された形状を呈し、入
力弁座１１０の環状の溝１１２と対向して前記溝１１２
と同径の溝１８６が穿設されると共に該溝１８６にゴム
シール１８７が埋設される。

このゴムシール１８７は上記したゴムシール１１３と同
様に振動パイプ１１４の上端を受けて気密保持すると共
にセパレート押え具１２３、セパレートゴム１２０の基
部１２０Ａとの周囲に上記した空隙１２７を構成させる
ものである。

また、この出力弁座１８０の前記溝１８６の内側には今
一つ環状の溝１８１が形成されると共に該弁座１８０の
中心位置にはインク通路１８３が設けられている。この
インク通路１８３にはセパレート押え具１２３の小孔部
１２３Ｂへ嵌入されて上記コーン部１２０Ｂの先端と接
続する突出管部１８２が設けられている。

従って、セパレート押え具１２３の上面にある切欠部１
２５は出力弁座１８０の溝１８１と連通しさらに該切欠
部１２５を介して空隙１２７．中空部１２４と連通ずる
構成となってｂる。

また、前記溝１８１には出力弁座１８ｏの側壁方向へ導
出された上記保護ユニット３００に連通する側路１８４
と接続する構成となってｂる。

他方、出力弁座１８０の上面にあるインク通路１８３の
開口には該通路１８３を制御するプレート型の逆止弁（
出力弁）１８５が設けられ、図面上この上方からの逆流
を阻止する。

そして、冒頭で述べた筒状のフレーム１５０は上記人、
出力弁座１１０と１８０に振動パイプ１１４を覆ってそ
の外周囲に適当間隔をおいて配置されるものである。

このように構成された加圧ポンプユニット１００はイン
ク導入路１１１よりインクがコーン部１２０Ｂの内部の
圧力室１２１及びインク通路１８３に導入され（実際の
圧力室は１２１の室と１８３の通路で構成される）、こ
のコーン部１２０Ｂによる圧力室の容積変化をして逆止
弁１８５から前記圧力室のインクを吐出させる。

また、溝１８１．切欠部１２５を介して連通ずる中空部
１２４及び空隙１２７には例えばポリエチレングリコー
ルのようなインクよシ凝固点の低い液体（介在液〕が封
入される。この介在液については後述する。

次にチャンバーユニット２００について説明すると、上
記出力弁座１８０の上にはチャンバーフレーム２１０が
ゴムシール２１１を介して水密に取付けられている。こ
のチャンバーフレーム２１０け内部にチャンバー室２１
２を形成している。−又、該フレーム２１０の上方には
プリンタのノズル（図示せず）へ導び〈導出口２１４が
設けられる。

前記チャンバーフレーム２１０け弾性体例えばポリアセ
タール樹脂材でなり、この材質の弾性性能により加圧イ
ンクのリップルを除去する。

前記チャンバー室２１２内には出力弁座１８０上に設け
られた逆止弁１８５を取付ける介挿え２１５が設けられ
ている。

このチャンバーユニット２００は、ピエゾ素子によって
高周波で駆動（例えば１２２Ｈｚ）されるために、これ
に追従できる構成としたものであり、上記の如くチャン
バ−フレーム２１０自体を弾性体で構成してそれに対応
させたものである。

次に保護ユニット３００の構成について説明すると、上
記出力弁座１８０の側路１８４にはゴムシール３１０を
介して保護ユニット３００が連接され、この保護ユニッ
ト３００はビス等によって前記出力弁座１８０の側壁に
取付けられる。

上記保護ユニット３００は弁室３０２を有した電磁弁３
０１で構成され、この弁室３０２の下方には上記したＡ
ＳＴＭ規格のＤ１４１８で示されるＥＰＤＭのゴムでな
るバッファ３０４が設けられている。このバッファ３０
４は所謂ゴム袋となっており、止め金３０５によって下
記するパック７の導入口３０８に密着状態に取付けられ
る。

また、前記弁室３０２の上端にはネジ３０３によって密
閉されている介在液注入口３０７と、また弁室３０２の
下端には前記バッフ１３０４への導入口３０８が配置さ
れ、弁室３０２の中のプランジャー３０６の上下移動に
よっていずれかの口３０７と３０８を閉成する。

即ち、電磁弁３０１への電源投入時にはプランジャー３
０６が下降されてバッファ３ｏ４への導入口３０８を閉
成し、また電磁弁３０１への電源ＯＦＦ時には図示して
いな４スプリングの作用でプランジャー３０６が上方へ
附勢され上注入口３０７を閉成する。

前記注入口３０７からの介在液の注入は前記プランジャ
ー３０６をスプリングの附勢に抗して押下げ、弁室３０
２と該弁室３０２に連通する溝１８１、切欠部１２５．
中空部１２４及び空隙１２７を負気圧にした状態で注入
する。

上記の様に構成された本発明の液体供給装置においては
、当該装置の駆動時に保護ユニット３００の電磁弁３０
１にも電源が投入されてプランジャー３０６がバッファ
３０４への導入口３０８を閉成した状態にある。

そのため弁室３０２の介在液は側路１８４を介して溝１
８１そして切欠部１２５を介して中空部１２４及び空隙
１２７に連通し、これらの室、溝。

空隙内に密封された状態になっている。

ここで、振動パイプ１１４のピエゾ素子を例えば１２２
Ｈ２で駆動すると、該パイプ１１４が振動し、この振動
が上記空隙１２７の介在液、切欠部１２５の介在液、空
隙１２４の介在液と伝達され、セパレートゴム１２０の
コーン！１２０Ｂを伸縮させる。

このセパレートゴム１２０の伸縮によって圧力室１２１
のインク液が加圧され、加圧インクは逆止弁１８５を介
してチャンバー室２１２へ吐出される。また、圧力室１
２１へは導入路１１１から逆止弁１１５を介して導入さ
れる。

前記チャンバー室２１２ではインク液のリップル除去が
行われて導出口２１４からプリンタのノズルへと供給さ
れる。

次に上記装置の運転休止時又は装置の輸送時等において
は、装置の電源がＯＦＦされて電磁弁３０１への電源も
ＯＦＦ状態となる。そのため、プランジャー３０６がバ
ッファ３０４への導入口３０８を開成する。

この状態でもし圧力室１２１内のインクが凍結すると、
該圧力室１２１の容積が膨張する。この膨張によって空
隙１２４の介在液は切欠部１２５、溝１８１、側路１８
４、弁室３０２へと押し出され、この弁室３０２はさら
にバッファ３０４に連通しているので、その膨張分の介
在液がパック７３０４へ排出される。この時、当該バッ
ファ３０４は膨張に応じた介在液を受入してその膨張を
吸収する。

所で上記した介在液は以下の条件を満足することが好ま
しく、この実施例ではポリエチレングリコール液の２０
０番を使用した。

その条件とは、 ■　温度によって体積変化の少ないこと。これは介在液
がピエゾ素子の振動をインクに伝達させるために環境温
度に影響されないことが必要である。

■　不凍液性を有すること（本例のポリエチレングリコ
ール液の凝固点は約−７０℃である）。

これはインクジェットプリンタとしては水性インクが要
求され、約−５℃前後で凍結する。従って、このプリン
タの輸送時或は記録動作させていない運転休止時に、こ
のインクの凍結によりインクの容積が膨張する場合に、
この膨張分を介在液によって吸収させる必要がある。

■　粘度が低いこと。これは上記のと同様にピエゾ素子
の振動をインクに伝達させるためである。

■　飽和蒸気圧が小さいこと（本例のポリエチレングリ
コール液では２５℃で約１Ｏ−２Ｔｏｒｒ）。

これも、上記■と同様に環境温度によって蒸気圧が大き
ければ伝達液として働かないためである。

他方、圧力室１２１を構成するセパレートゴム１２０は
ピエゾ素子と同様の振動伝達特性を備えることが好まし
く、適性な弾性度が要求される。

本例では上記した如く、ＡＳＴＭ規格のＤ１４１８で示
されるＥＰＤＭを使用し、これは硬度５０°　、肉厚約
α３鰭として約２７０ａ３０弾性度が得られる。

次に上記した液体供給装置のインクジェットプリンタの
系へ実施した全体の系を第４図に概略的に示している。

上記第２図で示した構成部け４１のポンプとして示され
、このポンプ４１よりの吐出液（第２図の導出口２１４
よりのインク液）はノズル、４２へ供給される。このノ
ズル４２から噴出されたインク滴中、不要なインク滴は
ガター４３で回収され、三方電磁弁４４を介してサクシ
ョンポンプ４５によりインクタンク４６へ帰還される。

そして、前記インクタンク４６はインク粘度センサユニ
ット４７を介してポンプ４１の吸入口（第２図の導入路
１１１）に接続されて層る。

前記インク粘度センサユニット４７は系のインク粘度を
検出し、この粘度が一定端以上になった時に希釈液タン
ク４８の液を上記三方電磁弁４４を介して系へ注入させ
る。この時、ガター８からの通路を一時的に遮断する。

く効果〉以上のように本発明のピエゾ素子により液体の給送を行
わせる液体供給装置にあっては、ピエゾ素子でなる振動
パイプで直接圧力室を構成させずに、前記振動パイプ内
に＃パイプとは別部材の弾性部材で圧力室を構成し、そ
して前記振動パイプと圧力室との間に振動伝達用の介在
液を封入させて前記振動パイプの振動を前記介在液を介
して圧力室を構成する弾性部材へ伝達させて該振動によ
って圧力室内の液体を吐出させる構成とすることによっ
て、圧力室の形態に対して融通性を持たせることができ
、例えば実施例の如くコーン状の圧力室を形成すること
ができる。

また、前記介在液を、給送液体より凝固点の低層液体と
なすと共にこの介在液が封入された室に開閉弁を介して
連通させた前記介在液のだめのバッファを構成し、圧力
室内の液体の凍結に基づく該圧力室の膨張時にこの膨張
に応じて介在液をバッファ側へ逃がすことによりピエゾ
素子でなる振動パイプの保護を計ることができ、凍結に
基づくポンプ破壊を防止することができると−う特徴を
有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のピエゾ素子を用すた液体供給装置の鷹、
床を示す図、第２図は本発明の液体供給装置を示す断面
図、第３図は第２図の一部構成部品を示した斜視図、第
４図はインクジェットプリンタのインク供給系全体を示
す図である。１００　：　加、Ｅポンプユニット、　　２００：チャ
ンバーユニット、　　３００：保！ユ＝ット、１１０：
入力弁座、　　１１１：インク導入路、１工４：ピエゾ
素子でなる振動ノぐイブ、　　１１５：逆止弁（入力弁
〕、　１２０：圧力室を構成するセパレートゴム、　　
１２１：圧力室、　　１２３：セパレート押え具、　　
１２４：中空部、１２７：空隙、　　１８０：出力弁座
、　　１８１　：溝、　１８４：側路、　　１８５：逆
止弁（出力弁）、２１０：チャンパーフレーム、　　３
０１：電磁弁、３０２：弁室、　　３０４：バッファ。代理人　弁理士　福　士　愛　彦（他２名）＄１図

Claims

【特許請求の範囲】１、電気信号の印加に応答して振動するピエゾ素子によ
り液体の給送を行わせる液体供給装置であって、ピエゾ素子でなる振動パイプと、前記振動パイプ内に配置され、前言ごピエゾ素子の振動
に応答して振動するところの弾性部材で構成された圧力
室と、前記圧力室へ給送液体を導びくための圧力室への導入路
に設けられた入力弁と、前記圧力室から吐出される液体を導び〈導出路に設けら
れた出力弁と、前記振動パイプの振動を上記した圧力室を構成する弾性
部材に伝達させるための、前記振動パイプの内側と圧力
室の外側との間に封入させた振動伝達用の介在液、とを備え、上記振動パイプを駆動し、該駆動による振動
イＮ＋イブの振動を上記介在液を介して圧力室を構成す
る弾性部材へ伝達させ、該振動による圧力室の容積変化
により該圧力室内の液体を吐出させる構成としたことを
特徴とする液体供給装置。２、電気信号の印加に応答して振動するピエゾ素子によ
り液体の給送を行わせる液体供給装置であって、ピエゾ素子でなる振動パイプと、前記振動パイプ内に配置され、前記ピエゾ素子の振動に
応答して振動するところの弾性部材で構成された圧力室
と、前記圧力室へ給送液体を導びくための圧力室への導入路
に設けられた入力弁と、前記圧力室から吐出される液体を導ひく導出路に設けら
れた出力弁と、前記振動パイプの振動を上記した圧力室を構成する弾性
部材に伝達させるための、前記振動パイプの内側と圧力
室の外側との間に封入させだ給送液体より凝固点の低い
振動伝達用の介在液と、前記介在液が封入された室と開閉弁を介して接続される
介在液のためのバッファ、とを備え、圧力室内の液体の凍結に基づく該圧力室の膨
張時に、この膨張に応じて介在液をバッファ側へ導び〈
構成としたことを特徴とする液体供給装置。