JP4602116B2 - インクジェット式記録装置、チューブポンプおよび液体送液方法 - Google Patents

Description

本発明は、記録ヘッドよりインク滴を吐出してイメージを被記録媒体に記録するインクジェット記録装置の、インク供給源であるメインタンクからサブタンクおよび記録ヘッドに至るまでのインク供給系に関するものである。

図７に示すようなシリアルプリンティング方式のインクジェット記録装置は、少なくとも、図示しない副走査方向に被記録媒体を搬送する搬送手段と、キャリッジ２に搭載され、副走査方向に直行する主走査方向に往復運動する記録ヘッド１を具備し、印刷データに基づいて記録ヘッド１より所望のタイミングでインク滴を吐出して被記録媒体表面に着滴させることにより画像形成を行う構成となっている。

特に、比較的大きな被記録媒体に対して大きな画像形成を行う大型のインクジェット記録装置においては、大量のインクを消費するため、インク供給源として大容量のメインタンク５をインクジェット記録装置本体側に備え、更にこのメインタンク５と記録ヘッド１とを接続するインク供給路７の途中にサブタンク９を設けて記録ヘッド１にインクを供給する構成が採用されている。

また、主走査方向の非印字領域外に記録ヘッド１の洗浄等を行なうサービスステーションが設けられており、このサービスステーションには、記録ヘッド１のノズル形成面を封止するキャッピング部３が配設されている。このキャッピング部３には、吸引ポンプ４により負圧を印加することができ、また更にキャッピング部３の負圧状態を開放可能なように大気開放弁も設けられている。このように構成することにより、記録ヘッド１内に堆積したゴミ等の除去（クリーニング動作）、及び装置内へのインクの初期充填動作が実行可能となっている。

また、装置構成の簡略化やコスト削減などの目的で、キャッピング部３に吸引ポンプ４を用いる代わりに、サブタンク９から記録ヘッド１に至るインク供給路１２の途中に加圧ポンプ１３を設置して、インク加圧によってクリーニング動作及び装置内へのインクの初期充填動作をおこなう構成をとることがある。このとき用いられる加圧ポンプ１３としては、ピストンポンプやチューブポンプ等が使用されている。その中でも、チューブポンプは加圧圧力、インク流量、インク加圧速度等の制御が安易で、しかも製造も容易であることから近年では加圧手段の主流になりつつある。

一般的なチューブポンプは、図８に示すように、たとえば円弧形状の案内部材１６、その内周に沿って配置されたチューブ１４、そのチューブを案内部材１６に押し付けて回転する少なくとも１個の押圧部材（ローラ）１５等により形成され、ローラ１５がチューブ１４を開放しないように押しつぶしながら移動することで該チューブ内の液体や気体を先方へ送る。このため、チューブポンプを停止させたときにはインク供給路が閉鎖される。そこで、加圧ポンプを用いた場合のインク供給路には、インク吐出時のインク供給路確保のため、加圧ポンプを迂回するような経路１２ｂが設けられ、ポンプ駆動時とインク吐出時で経路を切り替えるための切替手段１３ａ、１３ｂが設けられている。この切替手段としては例えばソレノイドバルブや三叉ジョイントまたは三方コックなどが用いられる。
特開平１１−１９０２８０号公報

上記のようなインク加圧による充填動作およびクリーニング動作をおこなうようなインク供給系において、吐出時のインク供給路ではソレノイドバルブや三叉ジョイントまたは三方コックなどは流路内形状の複雑さや断面積の減少などにより圧力損失が大きくなりインクが流れにくくなる。インク供給系の圧力損失が大きくなると、インク吐出時にインク供給量が不足しやすくなるため、吐出の安定性や印字品質が低下する恐れがある。そこで本発明では、インク供給路の圧力損失を減少させ、且つ部品点数を減らし構成を簡略化したチューブポンプおよびこれを用いたインクジェット式記録装置を提供する。

本発明におけるチューブポンプには、内部に空間部が形成され、前記空間部の内面に所定角度範囲にわたって円弧状の案内部材が形成され、前記空間部に連通する開口部が形成されたポンプ本体と、前記案内部材に沿って敷設されると共に前記開口部より導出して前記ポンプ本体を挿通して配設されたチューブと、前記案内部材と同心の軸を中心に回転駆動され、前記チューブを前記案内部材に対して押圧する少なくとも１個の押圧部材と、前記回転駆動を制御する駆動手段と、前記押圧部材の位置を検知する位置検知手段と、ポンプ停止時に前記チューブ内の流路を確保するための流路確保手段が設けられている。

また、本発明におけるチューブポンプでは、前記流路確保手段が、前記案内部材が有する、前記チューブが前記案内部材と前記押圧部材とによって押圧されない１箇所以上の逃げ部分で形成されている。これにより、インク供給路に加圧ポンプを迂回するような経路を設けることなく、加圧ポンプとして駆動する場合は所定の圧力を得ることができ、ポンプ停止時にはインク供給路としての性能を得ることができる。

また、本発明のインクジェット記録装置は、記録手段からインクを吐出して被記録材に記録するインクジェット記録装置であって、インク供給路内でインクを搬送するために、内部に空間部が形成され、前記空間部の内面に所定角度範囲にわたって円弧状の案内部材が形成され、前記空間部に連通する開口部が形成されたポンプ本体と、前記案内部材に沿って敷設されると共に前記開口部より導出して前記ポンプ本体を挿通して配設されたチューブと、前記案内部材と同心の軸を中心に回転駆動され、前記チューブを前記案内部材に対して押圧する少なくとも１個の押圧部材と、前記回転駆動を制御する駆動手段と、前記押圧部材の位置を検知する位置検知手段と、ポンプ停止時に前記チューブ内の流路を確保する流路確保手段が設けられているチューブポンプを有することを特徴とする。

また、本発明のインクジェット記録装置におけるインク吐出時のインク供給路は、上記チューブポンプ内のチューブを通ることを特徴とする。これにより、インク供給系に複数の経路を持つことなく、インク供給系の圧力損失を減少させ、吐出の安定性や印字品質の低下を防ぐことができる。また、部品点数を少なくすることにより、装置コストの低下や信頼性の向上を得ることができる。

上述したように本発明のチューブポンプおよびインク供給系の装置構成は、ポンプ加圧時には所望の圧力を発現し、記録ヘッドのインク吐出時には圧力損失を大きくすることなくインク供給路としての役割を果たすことができる。これにより、装置に複数のインク供給経路を持つことなく、インク供給路の圧力損失を減少させ、且つ部品点数を減らし構成を簡略化したチューブポンプおよびこれを用いたインクジェット式記録装置を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明のインクジェット記録装置のインク供給に係る基本的な構成について模式的に示す構成図である。図１において、キャリッジ２は、記録ヘッド１を搭載し、記録ヘッド１下部に配した図示しない被記録媒体上を被記録媒体の搬送方向と直交する主走査方向に往復動作可能に支持されている。

インクの供給源となるメインタンク５は、装置内の所定の位置に設けられたメインタンク収納部６に装着可能な構造となっている。このメインタンク５には、インクの注入過程で十分に脱気したインクを貯留できる遮気容器５ａが内装されており、本例においては、遮気容器５ａは可撓性材料で形成したガゼットタイプの袋状インクパックとなっており、可撓性材料の一層にアルミ箔層を設けることにより十分な品質のガスバリア性を確保している。

また、遮気容器５ａのインク供給路との結合端にはゴム材質のセプタム（図示せず）が設けられており、本体メインタンク収納部６に設けられた針６ａの挿入結合によって遮気容器５ａに貯留した脱気インクの脱気率を低下させることなく、メインタンク収納部６に着脱可能に構成されている。このメインタンク収納部６に設けられた針６ａは、可撓性チューブからなるインク供給路７に接続され、インク供給路７の片端が、サブタンク９のインク流入口から可撓性チューブで延長された終端部に設けられた結合部材１０に接続されている。なお、前記インク供給路７の途中にはメインタンク５に貯留している脱気したインクをサブタンク９へ汲み上げる吸引ポンプ８が配置されている。

次に、サブタンク９には可撓性インク袋が内装されており、サブタンク９のインク流出口から可撓性チューブで延長された終端部に設けられた結合部材１０には、可撓性チューブからなるインク供給路１２の一端が接続され、インク供給路１２の他端が記録ヘッド１に接続されている。本形態においては、サブタンク９は、インク流出入口近傍に設けられた結合部材１０とインク供給路７、１２を着脱することにより、容易に本体所定個所に配置されたサブタンクホルダ（図示せず）にサブタンク９を装着したり取り外したりすることが可能な構成となっている。また、前記インク供給路１２の途中には記録ヘッド１のノズル面に形成されるメニスカスを良好に仕上げるための加圧ポンプ１３がインク供給路１２に設けられている。本発明では、この加圧ポンプ１３として以下に示すチューブポンプを用いる。このチューブポンプの構造は後で詳細に説明する。

本図の形態は、印刷１色に対応した一つの記録ヘッド１を含む構成について説明したが、インクジェット記録装置として多色印刷・同色多記録ヘッド構成の場合は、例えば複数のメインタンク５と複数のサブタンク９をそれぞれ同数個設け、それらを１対１で対応するように構成して記録ヘッド１までのインク供給路とすればよく、本実施形態の主旨に沿うものであれば、他の実施形態を排除するものではない。

図２は、サブタンク９から記録ヘッド１に至るインク供給路に設置される本発明のチューブポンプ１３の第１の実施例の断面を模式的に描いた図である。また、図３は本発明のチューブポンプの制御構成を示す図である。

本発明におけるチューブポンプは、内部に空間部が形成され、その空間部の内面が所定角度範囲にわたって円弧状に形成され、この空間部に連通する開口部が形成されたポンプ本体２１からなり、この空間内部には、弾性を有するチューブ１４、ポンプ本体の一部でありそのチューブ１４を内周において案内する案内部材１６、その案内部材１６にチューブ１４を押圧するための押圧部材であるローラ１５が配置されている。本実施例のチューブポンプ１３では、前記所定角度が１８０度程度であり、チューブ１４はチューブポンプ内を逆Ｕ字状に湾曲して配設されている。また、このローラ１５はガイド板２２に固定されており、このガイド板はポンプ軸１８に軸支されてモータ２３に接続され、回転駆動可能となっている。

また、この案内部材１６の一部には、チューブ１４がローラ１５と案内部材１６に挟まれても圧迫されず、逃げることが出来るような逃げ部分１７が形成されている。この逃げ部分１７に対向する位置でローラ１５を停止させると、チューブポンプ内のインク等の流体はローラ１５と案内部材１６によって流路を閉鎖されることなく、逃げ部分１７を通過して流れることが出来る。

この逃げ部分の体積が小さいと流入インクの圧力が集中するため、この部分に該当するチューブ１４や案内部材１６の磨耗が激しくなってしまう。また、制御の方法によっては、ローラ１５を逃げ部分と合うように停止させることが難しく、また逃げ流量が十分ではなくなってしまう。

しかし一方で、逃げ部分１７が大きすぎると、ポンプ効率が悪くなってしまい、十分にインクを記録ヘッド１に送ることが出来なくなる。また、逃げ部分が大きすぎると、逃げ部分以外の案内部材１６の部分である閉鎖部分２０とローラ１５によって、チューブ１４の流路を完全に閉鎖しチューブポンプのインクの流れをロックすることが困難となる。そのため、この逃げ部分１７を構成する逃げ部分角度θfは、前記所定角度にもよるが、圧迫されるチューブ１４の角度が１８０度以上で逃げ部１７が一箇所である場合は、３０度から９０度程度が適当である。また、その中でも５０度が最適である。

ポンプ軸１８を中心に、ローラ１５を回転させると、チューブ１４の内部に存在する液体、気体等の流体は移送させる。例えば、ローラ１５を時計周りに回転させると、チューブ１４において、チューブ端１９ａの側が負圧になり、チューブ端１９ａに存在する流体はチューブ１４内に吸い込まれる。また、逆にチューブ端１９ｂの側は正圧となるため、チューブ端１９ｂ側のチューブ１４内に存在する流体はチューブ端１９ｂから排出される。すなわち、流体はチューブ端１９ａの側から１９ｂの側に移送される。

次に、記録ヘッド１の初期充填およびクリーニング動作におけるチューブポンプ１３の制御について図４のフローチャートを参照して説明する。装置組み立てや記録ヘッドの交換などにより記録ヘッド内にインクが充填されていない状態または記録ヘッドに抜けや偏向が生じた際には、初期充填およびクリーニング動作、すなわちチューブポンプ１３を作動させ記録ヘッドへのインク加圧をおこない記録ヘッドにインクを流入させる（Ｓ１）。初期充填動作とクリーニング動作では操作としては同様の手順であるが、一般的に初期充填のほうが加圧時間が長くなる。加圧時間は供給路の構成によって異なる。一定時間加圧の後（Ｓ２）、ローラ１５と案内部材１６の逃げ部分１７以外の場所である閉鎖部分２０でチューブ１４の流路が閉鎖されるような図６の状態で停止させる（Ｓ３）。この停止場所の制御は、ガイド板２２に装着した磁石をポンプ本体２１に装着したマグネットセンサ２４（ホール素子）を検出することによって位置制御を行なう。この図６の停止状態で数秒間保持する（Ｓ４）ことにより、ポンプチューブ内及び記録ヘッドへの供給路および、記録ヘッド内の負圧を解消することが出来る。その後、ローラ１５が逃げ部分１７と対向する位置つまり、チューブポンプのチューブ１４内でインク流路が確保される（開放される）状態（図５の状態）でローラ１５を停止させる（Ｓ５）。これによって、記録ヘッドとサブタンク間のインク供給路が連通し、インクの吐出を行うことができる。
また、上記位置検出のセンサは、マグネットを用いたものに限られず、ロータリーエンコーダやタッチセンサ（マイクロスイッチ）、フォトセンサなどを用いても構わない。

本発明の実施形態に係るインクジェット記録装置のインク供給に係る基本的な構成について模式的に示す図 本発明に係るチューブポンプの模式図 本発明に係るチューブポンプの制御構成を示す図 本発明に係る初期充填およびクリーニング動作時の制御についてのフローチャート 本発明に係るチューブポンプのチューブ開放時の模式図 本発明に係るチューブポンプのチューブ閉鎖時の模式図 従来のインクジェット記録装置のインク供給に係る基本的な構成について模式的に示す図 従来のチューブポンプの模式図

符号の説明

１ 記録ヘッド（記録手段）
４ 吸引ポンプ
５ メインタンク
７ インク供給路
８ 吸引ポンプ
９ サブタンク
１２ インク供給路
１３ 加圧ポンプ（チューブポンプ）
１３ａ 切替手段
１３ｂ 切替手段
１４ チューブ
１５ ローラ（押圧部材）
１６ 案内部材
１７ 逃げ部分
２０ 閉鎖部分
２１ ポンプ本体
２２ ガイド板
２４ センサ
２５ コントローラ

Claims (14)

1. 記録手段からインクを吐出して被記録材に記録するインクジェット式記録装置において、
   弾性を有するチューブと、そのチューブを案内する円弧状の案内部材と、
   その案内部材に前記チューブを押圧する少なくとも１個以上の押圧部材と、
   前記案内部材の一部に前記チューブが前記押圧部材に押圧されないで逃げることが出来る逃げ部分と、
   を具備するチューブポンプを、前記記録手段加圧用ポンプとしてインク供給路に設けたことを特徴とするインクジェット式記録装置。
2. 前記押圧部材は、前記案内部材の内側を回転することによって前記チューブを押圧することを特徴とする請求項１に記載のインクジェット式記録装置。
3. 前記逃げ部分は、前記案内部材の内面が前記チューブポンプのポンプ軸の回転中心から外側に向かって所定の深さをもって凹む凹部であることを特徴とする請求項２に記載のインクジェット式記録装置。
4. 前記凹部は、前記回転中心を中心として、凹みの範囲の角度が３０度以上９０度以下であることを特徴とする請求項３に記載のインクジェット式記録装置。
5. 前記凹部は、前記回転中心を中心として、凹みの範囲の角度が５０度であることを特徴とする請求項４に記載のインクジェット式記録装置。
6. 前記逃げ部分は、前記押圧部材が前記チューブと当接しない領域に前記チューブポンプのポンプ軸の回転中心を中心として対向する前記案内部材の内面に位置することを特徴とする請求項２乃至５のいずれか一項に記載のインクジェット式記録装置。
7. 前記チューブポンプのポンプ軸の回転中心から前記チューブポンプの外側に向かって最も遠い前記逃げ部分の一面を前記逃げ部分の底面とし、
   前記逃げ部分以外の前記案内部材の一面を前記案内部材の表面とし、
   前記底面と前記表面との境界にテーパ形状を設けることを特徴とする請求項２乃至６のいずれか一項に記載のインクジェット式記録装置。
8. 前記押圧部材はモータの回転運動によってチューブを押圧するローラであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載のインクジェット式記録装置。
9. 前記ローラが２個設けられていることを特徴とする請求項８に記載のインクジェット式記録装置。
10. 前記２個のローラは、前記モータに連結する回転軸の回転中心を中心として、互いに１８０度異なる位置に対向して配置されていることを特徴とする請求項９に記載のインクジェット式記録装置。
11. 前記案内部材に位置検出センサを設け、前記押圧部材の一部に被検出部を設けることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のインクジェット式記録装置。
12. 前記位置検出センサはマグネットセンサであり、前記被検出部は磁石であることを特徴とする請求項１１に記載のインクジェット式記録装置。
13. チューブの内部に含まれる液体を送液するために用いるチューブポンプであって、
    弾性を有するチューブと、そのチューブを案内する円弧状の案内部材と、
    その案内部材に前記チューブを押圧する少なくとも１個以上の押圧部材と、
    前記案内部材の一部に前記チューブが前記押圧部材に押圧されないで逃げることが出来る逃げ部分と、
    を具備することを特徴とするチューブポンプ。
14. 弾性を有するチューブと、そのチューブを案内する円弧状の案内部材と、
    その案内部材に前記チューブを押圧する少なくとも１個以上の押圧部材と、
    前記案内部材の一部に前記チューブが前記押圧部材に押圧されないで逃げることが出来る逃げ部分と、
    を具備するチューブポンプを用い、記録手段から液体を吐出して被記録材に記録する液体噴射ヘッドに液体を送液する液体送液方法であって、
    前記チューブを押圧しながら前記押圧部材が回転する押圧送液工程と、
    前記逃げ部分において前記押圧部材を停止させる押圧解除工程と、
    からなることを特徴とする液体送液方法。

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