JP2009143067A - 液体供給装置および印刷装置 - Google Patents

Abstract

【課題】キャリッジの移動によって液体を確実に補給することが可能な液体供給装置を提供する。
【解決手段】インク供給機構５０は、インクが貯留されたインクカートリッジ１７と、インクカートリッジ１７からインクを引き込むサブタンク５２と、サブタンク５２からインクが供給されるインクジェットヘッド２１と、インクジェットヘッド２１を移動させるキャリッジ２３とを有し、サブタンク５２は、キャリッジ２３に搭載されてキャリッジ２３とともに移動され、その移動方向の一方側が可撓性を有する可撓膜５３によって覆われた容量可変のインク室５４を有し、可撓膜５３に錘５５が取り付けられている。
【選択図】図６

Description

本発明は、メインタンクの液体をサブタンクを介してヘッドに供給する液体供給装置および印刷装置に関するものである。

上記液体供給装置の一例として、パソコン等に接続されるプリンタに組み込まれて、印刷ヘッドに液体としてのインクを供給する装置が挙げられる。このような液体供給装置の中には、記録ヘッドのキャリッジの移動により、インクあるいは移動可能な弁に慣性力を生じさせ、インクカートリッジからなるメインタンクからインクを引き込んで補給するものがある（例えば、特許文献１，２参照）。

特開２００７−４４９２９号公報 特開２００３−２２０７１１号公報

ところで、キャリッジが低速で移動した場合などでは、インクあるいは弁に十分な慣性力が生じず、印刷に必要となるインク量を確実にインクカートリッジから引き込むことができない場合が生じる。
このように、インクや弁に慣性力を生じさせる構造では、インクの引き込みがその環境や外乱によって変動するため、場合によっては記録ヘッドによる印刷時に、印刷のドット抜けなどの不具合が生じるおそれがあった。

そこで、本発明の目的は、キャリッジの移動によって液体を確実に補給することが可能な液体供給装置および印刷装置を提供することにある。

前記課題を解決することのできる本発明に係る液体供給装置は、
液体が貯留されたメインタンクと、
前記メインタンクから液体を引き込むサブタンクと、
前記サブタンクから液体が供給されるヘッドと、
前記ヘッドを移動させるキャリッジと、を有する液体供給装置であって、
前記サブタンクは、前記キャリッジに搭載されて前記キャリッジとともに移動され、その移動方向の一方側が可撓性を有する膜によって覆われた容量可変の液室を有し、前記膜に錘が取り付けられていることを特徴とする。

この構成の液体供給装置によれば、キャリッジの移動の開始あるいは移動の停止に伴う錘の慣性力によって膜が錘に引っ張られて移動し、液室が拡張してメインタンクから液体が補給される構造であるので、インクや移動可能な弁の慣性によりインクを引き込むものと比較して、キャリッジの移動によって確実に液体を補給することができる。
また、キャリッジの移動に伴う錘の慣性力によって液室を円滑に拡張させ、メインタンクから液体を液室に補給するものであるため、ヘッドによる液体の吐出を伴う処理のスループットを落とすことなく、メインタンクから液体をサブタンクに補給することができる。

本発明に係る液体供給装置において、前記錘には、前記移動方向に延在する支持棒が設けられ、前記支持棒が前記移動方向に沿って摺動可能に支持されていることが好ましい。
この構成の液体供給装置によれば、膜に負担をかけることなく錘を確実に移動可能に支持することができ、キャリッジの移動に伴う慣性力を錘に確実に生じさせて液体を良好に補給させることができる。

また、本発明に係る液体供給装置において、前記サブタンクは、前記ヘッドの上方に一体的に設けられていることが好ましい。
この構成の液体供給装置によれば、サブタンクがヘッドの上方に設けられているため、水頭差を利用してサブタンクからヘッドに向けて液体を吐出できる。しかも、ヘッドの上方のスペースを有効利用してサブタンクを配置することができる。

前記課題を解決することのできる本発明に係る印刷装置は、
搬送される媒体に対して前記ヘッドによって印刷処理を行う印刷装置であって、
前記ヘッドへインクを供給する装置として、上記本発明に係る液体供給装置の何れかを備えていることを特徴とする。

この構成の印刷装置によれば、印刷時等にキャリッジを移動させることにより、極めて容易にかつ確実にメインタンクから液体をサブタンクに補給することができる。
これにより、簡単な構造でヘッドへインクを円滑に供給し、媒体への印刷を良好に行うことができ、また、複雑な加圧ユニットを追加することがないので、装置の小型化を図ることができる。

以下、本発明に係る液体供給装置および印刷装置の実施形態の例を、図面を参照しつつ説明する。
図１〜図９は本発明に係る一実施形態の液体供給装置によってインク供給機構が構成されたインクジェットプリンタを示す図であり、図１はインクジェットプリンタの外観斜視図、図２はインクジェットプリンタのプリンタカバーを開いた状態の斜視図、図３はインクジェットプリンタからプリンタケースを取り外した状態の斜視図、図４はインクジェットプリンタのインクカートリッジからキャリッジ上のインクジェットヘッドまでの部品の接続構造を示す部分斜視図、図５はインクカートリッジからキャリッジ上のインクジェットヘッドまでの構成を別の向きから見た部分斜視図、図６はインク供給機構を示す概略構成図、図７及び図８はインク供給機構における動作を示す概略構成図、図９は自己封止ユニットの構造を示す断面図である。

まず、本実施形態の印刷装置であるインクジェットプリンタの構造について説明する。
図１に示すように、インクジェットプリンタ１は、複数種のカラーインクを使用してロール紙にカラー印刷するものであり、プリンタ本体を覆うプリンタケース２の前面には、ロール紙カバー５及びインクカートリッジカバー７が開閉自在に設けられている。更に、プリンタケース２の前面には、電源スイッチ３と共にフィードスイッチやインジケータ等も配置されている。

ロール紙カバー５を開くと、図２に示すように、印刷される媒体であるロール紙１１を収容した用紙収容部１３が開放状態になって、ロール紙１１の交換が可能になる。
また、インクカートリッジカバー７を開くと、カートリッジ装着部１５が開放状態になり、カートリッジ装着部１５へのインクカートリッジ（メインタンク）１７の着脱が可能になる。

この場合、インクカートリッジカバー７を開く動作に連動して、カートリッジ装着部１５の前方にインクカートリッジ１７が所定距離だけ引き出される構成になっている。

プリンタケース２内の用紙収容部１３の上方には、図３及び図４に示すように、インクジェットヘッド（ヘッド）２１を搭載したキャリッジ２３が設けられている。キャリッジ２３は、ロール紙１１の幅方向に沿って延在するガイド部材２５によって用紙幅方向に移動自在に支持されると共に、ロール紙１１の幅方向に延在する無端ベルト２６ａと無端ベルト２６ａを駆動するキャリッジモータ２６ｂとによって、プラテン２８の上方をロール紙１１の幅方向に往復移動可能になっている。

図示のように、カートリッジ装着部１５の上方が、往復移動するキャリッジ２３の待機位置（ホームポジション）となっている。そして、この待機位置の下方には、キャリッジ２３の下面に露出するインクジェットヘッド２１のインクノズルを覆うキャップ２７と、キャップ２７を介してインクジェットヘッド２１の各インクノズル内のインクを吸引廃棄するインク吸引機構２９とが設けられている。

インクカートリッジ１７は、図３に示すカートリッジケース１８内に複数個の図４に示すカラーインクパック１９を収容したものである。インクカートリッジ１７内の各インクパック１９は、インクカートリッジ１７をカートリッジ装着部１５に装着した際に、カートリッジ装着部１５側に設けられたインク供給針がインクパック１９のインク供給口に差込接続される。カートリッジ装着部１５のインク供給針には、図５にも示すように、プリンタケース２内に固定されたインク流路３１が接続され、このインク流路３１には、各色に分けられた可撓性のインク供給チューブ３３の一端が接続されている。

インク供給チューブ３３の他端は、図４に示すように、キャリッジ２３上に設けられた各色のインクポンプ部３４に接続されている。各インクポンプ部３４は、インクジェットヘッド２１に接続された自己封止ユニット３６にそれぞれ接続されている。

図６に示すように、キャリッジ２３には、インクジェットヘッド２１の他に、インクポンプ部３４及び自己封止ユニット３６が一体的に搭載された構成になっている。なお、図６では、一色分の構成のみを例示している。
これにより、インクカートリッジ１７内の各インクパック１９のインクは、カートリッジ装着部１５のインク供給針から、インク流路３１、インク供給チューブ３３、各色のインクポンプ部３４及び各色の自己封止ユニット３６を経て、インクジェットヘッド２１の各インクノズルにそれぞれ供給されるようになっている。

次に、上記インクジェットプリンタ１のインク供給機構５０について図６に示す一色分の構造を例示して説明する。
流路３１のインクカートリッジ１７側における端部には、逆止弁３９が設けられ、インクカートリッジ１７とインクポンプ部３４との間において、逆止弁３９によってインクカートリッジ１７側からインクポンプ部３４側へのみインクが流れるようになっている。

キャリッジ２３に搭載されたいわゆるオンキャリッジのインクポンプ部３４は、図６に示すように、インクジェットヘッド２１の上方にあって、インク供給チューブ３３に連通するサブタンク５２を備えている。このサブタンク５２は、キャリッジ２３の移動方向の一方側であるインク供給チューブ３３からのインクの引き込み方向前方側が可撓性を有する可撓膜５３によって覆われたインク室５４を有しており、可撓膜５３の変形により容量可変となっている。このインク室５４は、インク供給チューブ３３に連通しかつ自己封止ユニット３６側の流路５１に連通しており、インクカートリッジ１７からインクが供給されるとともに自己封止ユニット３６側にインクを供給可能となっている。可撓膜５３は、ゴム、エラストマー、樹脂製フィルム等の変形容易な可撓性材料からなっており、この可撓膜５３には、その中央位置に、例えば、鉄などの比較的比重の大きい材質により形成された錘５５が固定されている。

これにより、キャリッジ２３とともに移動するサブタンク５２では、キャリッジ２３の移動の開始時あるいは移動の停止時の加速度により、錘５５に慣性力が生じる。そして、この錘５５の慣性力が、キャリッジ２３から見てサブタンク５２から離間する方向であると、錘５５によって可撓膜５３が引っ張られ、サブタンク５２のインク室５４が拡張されて容量が増大される。

つまり、錘５５の取り付け側と反対側へキャリッジ２３が加速して移動したとき、あるいは錘５５の取り付け側へ移動していたキャリッジ２３が減速したときに、錘５５には、図７に示すように、キャリッジ２３から見てサブタンク５２から離間する方向に、キャリッジ２３の加速度に伴う慣性力が生じる。

これにより、可撓膜５３が錘５５によって引っ張られることでインク室５４の容量が増大し、逆止弁３９を開きながらインクカートリッジ１７からインク流路３１及びインク供給チューブ３３を介してインクがインク室５４に吸引されることになる。
このとき、インク供給チューブ３３内のインク自体も、その慣性力によってサブタンク５２のインク室５４内へ送り込まれる。

なお、上記の場合とは逆に、錘５５の取り付け側へキャリッジ２３が加速して移動したとき、あるいは錘５５の取り付け側と反対側へ移動していたキャリッジ２３が減速したときに、錘５５には、図８に示すように、キャリッジ２３から見てサブタンク５２方向に、キャリッジ２３の負の加速度に伴う慣性力が生じる。
この場合、サブタンク５２のインク室５４が錘５５の慣性力によって押し潰されるが、逆止弁３９によってインクカートリッジ１７へのインクの逆流が阻止される。

ここで、任意の時間ｔにおけるキャリッジ２３の動作によってインクの供給系にかかる圧力Ｐｃｒ（ｔ）は次式（１）で表わされる。

Ｐｃｒ（ｔ）＝ρ×α（ｔ）×Ｌ１（ｔ）＋ρ×α（ｔ）／２×Ｌ２＋ρＶｃｒ（ｔ）^２／２＋Ｍ×α（ｔ）／Ｓ …（１）
ただし、
α（ｔ）：時間ｔにおけるキャリッジの加速度
Ｖｃｒ（ｔ）：キャリッジの移動で増加する直線部（図６中Ａの部分）の体積
Ｌ１（ｔ）：インク供給チューブの可動直線部（図６参照）の長さ
Ｌ２：インク供給チューブの屈曲部の長さ
Ｍ：錘の質量
Ｓ：サブタンクの断面積

つまり、質量Ｍの錘５５を可撓膜５３に取り付けることにより、式(１)におけるＭ×α（ｔ）／Ｓの圧力が増加し、インクの補給が良好に行われる。

表１は、キャリッジ２３が加速度２Ｇで移動した場合における引き込み圧力の変化を示している。

表１からわかるように、錘５５を取り付けることにより、引き込み圧力が増加し、また、錘５５の質量が大きいほど引き込み圧力の増加率が大きくなる。

図９に示すように、自己封止ユニット３６は、ユニット本体８１に、供給路８２、中間路８３及び排出路８４が形成されている。そして、供給路８２に形成された供給口８２ａに、流路５１の下流側端部が接続され、排出路８４に形成された排出口８４ａに、インクジェットヘッド２１が接続されている。
供給路８２と中間路８３とを区画する壁部８５には、流入口８５ａが形成されており、この流入口８５ａで供給路８２内のインクが中間路８３内へ流入される。また、中間路８３と排出路８４とを区画する壁部８６には、連通口８６ａが形成されており、この連通口８６ａで中間路８３内のインクが排出路８４内へ流入される。

中間路８３内には、壁部８６に支点部８７が形成されており、この支点部８７には、揺動棒９１が揺動可能に支持されている。この揺動棒９１には、その一端部に、壁部８５側へ向かって屈曲する作動棒部９２が一体に形成されており、この作動棒部９２の先端には、壁部８５に当接して流入口８５ａを閉鎖する閉鎖板９３が形成されている。また、この閉鎖板９３と壁部８６との間には、圧縮バネ９４が設けられ、この圧縮バネ９４の付勢力によって閉鎖板９３が壁部８５側へ向かって付勢されている。また、揺動棒９１の他端部には、壁部８６側へ屈曲され、この壁部８６の連通口８６ａに挿通された押圧棒部９５が形成されている。

また、ユニット本体８１の排出路８４側の側壁８１ａには、開口部９６が形成されている。この開口部９６には、その開口縁部に、液密性及び可撓性を有するフィルム９７が液密的に連結されている。このフィルム９７の排出路８４側における中央部分には、押圧板９８が固定されている。そして、この押圧板９８に、揺動棒９１の押圧棒部９５の先端部が当接されている。また、押圧板９８と壁部８６との間には圧縮バネ９９が取り付けられており、この圧縮バネ９９の付勢力によって押圧板９８が外側へ押し出されている。
そして、この自己封止ユニット３６では、閉鎖板９３が、圧縮バネ９４及び閉鎖板９３に作用する圧力によって壁部８５に押し付けられ、流入口８５ａが閉鎖される。

そして、自己封止ユニット３６では、フィルム９７によって覆われた部分の容積の減少にともない押圧板９８によって揺動棒９１の押圧棒部９５が押圧されると、揺動棒９１が支点部８７による連結箇所を中心として揺動することにより、閉鎖板９３が壁部８５から離間する。これにより、供給路８２から流入口８５ａを通って中間路８３及び排出路８４へインクが流れ込み、インクジェットヘッド２１へ供給される。

そして、この自己封止ユニット３６をインクジェットヘッド２１の上流側に設けることにより、例えば、キャリッジ２３の加減速などによって供給側におけるインクの圧力変動が発生したとしても、この圧力変動のインクジェットヘッド２１への伝達が自己封止ユニット３６で遮断される。
これにより、圧力変動が伝達されることによるインクジェットヘッド２１での意図しないインクの吐出、インクだれあるいは吐出不良によるドット抜けなどの不具合が防止される。

以上に述べた本実施形態のインク供給機構５０およびインクジェットプリンタ１によれば、キャリッジ２３の移動の開始あるいは移動の停止に伴う錘５５の慣性力によって可撓膜５３が引っ張られてインク室５４が拡張してインクカートリッジ１７からインクが補給される構造であるので、インクや移動可能な弁の慣性によりインクを引き込むものと比較して、キャリッジ２３の移動によって確実にインクを補給することができ、インクカートリッジ１７からインクをほぼゼロまで使い切ることができる。

また、インク供給機構５０が、キャリッジ２３の移動に伴う錘５５の慣性力によってインク室５４を円滑に拡張させ、インクカートリッジ１７からインクをインク室５４に補給するものであるため、印刷処理中であってもインクをインク室５４に補給することができる。
つまり、インクジェットヘッド２１によるインクの吐出を伴う印刷処理のスループットを落とすことなく、インクカートリッジ１７からインクをサブタンク５２に補給することができる。
また、簡単な構造でインクジェットヘッド２１へインクを円滑に供給し、印刷を良好に行うことができ、また、複雑な加圧ユニットを追加する必要がないので、印刷装置の小型化を図ることができる。

図１０に示すものは、他の構造のサブタンクの例を示すものである。図１０（ａ）に示すように、錘５５には、移動方向に延在する支持棒６１が設けられ、この支持棒６１がインク供給チューブ３３内に挿入されて摺動可能に支持されている。また、この支持棒６１には、図１０（ｂ）に示すように、その周面に、軸方向に沿う溝部６１ａが形成されており、これら溝部６１ａを介してインク供給チューブ３３とインク室５４とが連通されている。

そして、この構造によれば、可撓膜５３に負担をかけることなく錘５５を確実に移動可能に支持することができ、キャリッジ２３の移動に伴う慣性力を錘５５に確実に生じさせてインクを良好に補給させることができる。

本発明に係る印刷装置の一例を示す外観斜視図である。 図１に示したインクジェットプリンタのプリンタカバーを開いた状態の斜視図である。 図１に示したインクジェットプリンタからプリンタケースを取り外した状態の斜視図である。 図１に示したインクジェットプリンタのインクカートリッジからキャリッジ上のインクジェットヘッドまでの部品の接続構造を示す部分斜視図である。 図１に示したインクカートリッジからキャリッジ上のインクジェットヘッドまでの構成を別の向きから見た部分斜視図である。 図１に示したインクジェットプリンタのインク供給機構を示す概略構成図である。 図６に示したインク供給機構における動作を示す概略構成図である。 図６に示したインク供給機構における動作を示す概略構成図である。 自己封止ユニットの構造を示す断面図である。 サブタンクの他の構造を示す図であって、（ａ）は概略側断面図、（ｂ）は支持軸の軸に直交する断面図である。

符号の説明

１…インクジェットプリンタ（印刷装置）、１７…インクカートリッジ（メインタンク）、２１…インクジェットヘッド（ヘッド）、２３…キャリッジ、５０…インク供給機構（液体供給装置）、５２…サブタンク、５３…可撓膜（膜）、５４…インク室（液室）、５５…錘、６１…支持軸。

Claims (4)

1. 液体が貯留されたメインタンクと、
   前記メインタンクから液体を引き込むサブタンクと、
   前記サブタンクから液体が供給されるヘッドと、
   前記ヘッドを移動させるキャリッジと、を有する液体供給装置であって、
   前記サブタンクは、前記キャリッジに搭載されて前記キャリッジとともに移動され、その移動方向の一方側が可撓性を有する膜によって覆われた容量可変の液室を有し、前記膜に錘が取り付けられていることを特徴とする液体供給装置。
2. 請求項１に記載の液体供給装置において、
   前記錘には、前記移動方向に延在する支持棒が設けられ、前記支持棒が前記移動方向に沿って摺動可能に支持されていることを特徴とする液体供給装置。
3. 請求項１または２に記載の液体供給装置において、
   前記サブタンクは、前記ヘッドの上方に一体的に設けられていることを特徴とする液体供給装置。
4. 搬送される媒体に対して前記ヘッドによって印刷処理を行う印刷装置であって、
   前記ヘッドへインクを供給する装置として、請求項１から３の何れか一項に記載の液体供給装置を備えていることを特徴とする印刷装置。

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