JP4864675B2 - 液体吐出装置及び画像形成装置 - Google Patents

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Description

本発明は液体吐出装置及び画像形成装置に関し、特に液体吐出ヘッドに対する液体の供給路における圧力変動を抑えた液体吐出装置及び画像形成装置に関する。
プリンタ、ファクシミリ、複写装置、これらの複合機等の画像形成装置として、例えば、記録液(液体)の液滴を吐出する液体吐出ヘッド(液滴吐出ヘッド)で構成した記録ヘッドを含む液体吐出装置を用いて、媒体(以下「用紙」ともいうが材質を限定するものではなく、また、被記録媒体、記録媒体、転写材、記録紙なども同義で使用する。)を搬送しながら、液体としての記録液(以下、インクともいう。)を用紙に付着させて画像形成(記録、印刷、印写、印字も同義語で用いる。)を行なうものがある。
なお、画像形成装置は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の媒体に液体を吐出して画像形成を行う装置を意味し、また、「画像形成」とは、文字や図形等の意味を持つ画像を媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を媒体に付与することをも意味する。また、液体とは記録液、インクに限るものではなく、画像形成を行うことができる液体であれば特に限定されるものではない。また、液体吐出装置とは、液体吐出ヘッドから液体を吐出する装置を意味し、画像を形成するものに限らない。
このような液体吐出装置ないし画像形成装置は、捺染装置や金属配線などの産業用システムにまで利用されるようになってきている。また、液体吐出装置ないし画像形成装置としては、記録ヘッドをキャリッジに搭載して、記録ヘッドを主走査方向に移動させ、用紙を副走査方向に液滴を吐出するシリアル型装置、1又は複数の記録ヘッドで用紙の幅方向の全域を確保して用紙のみを送りながら液滴を吐出するライン型装置が知られている。
また、液体吐出ヘッドとしては、液滴を吐出するノズル、ノズルが連通する液室(加圧液室、吐出室、圧力室、液体流路などとも称される。)、液室内の液体を加圧する圧力を発生する圧力発生手段とを備えて、圧力発生手段で発生させる圧力で液室内の液体を加圧することによってノズルから液滴を吐出させる。ここで、圧力発生手段としては、発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いて液体の膜沸騰による相変化を利用するサーマル方式、圧電素子(本願では電気機械変換素子と同義語として用いる。)などを用いる圧電方式、静電力を発生する静電型アクチュエータを用いる静電方式などが知られている。
ところで、特にシリアル型液体吐出装置においては、装置本体側に着脱自在に装着されるメインの液体カートリッジからキャリッジに記録ヘッドとともに搭載されたバッファ部(サブタンク)に可撓性を有する供給チューブを介して液体を供給し、バッファ部から記録ヘッドに液体を供給するため、キャリッジの走査に伴って供給チューブ内部やバッファ部内で液体の圧力変動が生じ、記録ヘッドからの滴吐出特性に影響が生じる。
そこで、従来、特許文献1にはインクバッファ部のインクを滞留する凹部の側面に設けた圧力変動抑制膜の中央部に接合された重りのキャリッジの速度変化による慣性を利用して圧力変動抑制膜を変形させてインクバッファ部に滞留しているインク量を増減し、キャリッジが往復運動するときに生じるインク供給チューブ内のインクの圧力変動を吸収することが記載されている。
特開2001−121713号公報
特許文献2にはインクを貯留する中間タンクからインクを吐出するインクジェットヘッドにインクを供給するインク供給管の途中に設けられるダンパー構造において、インク流入口とインク流出口とを備えるインク室とインク室内の圧力を調整する空気室とを備え、インク流出口にフィルタを設け、インク室と空気室とを仕切る仕切り部材として可撓性フィルムを設けるとともに、空気室に可撓性フィルムにかかる背圧を調整する圧力調整機構としてエアポンプと開閉弁とを設けることが記載されている。
特開2005−119031号公報
特許文献3には走行するインクジェット記録ヘッドと、定置のインク容器との間がダンパ付きインク供給路によって連通,接続されたプリンタにおいて
特開平07−070666号公報
特許文献4にはインク供給チューブを介してインクカートリッジのインクを、一部を弾性フイルムで封止されたバッファタンクに供給し、記録ヘッドとバッファタンクとをインクの圧力変動を吸収できるコンプライアンスを備えたチューブにより接続し、記録ヘッドとバッファタンクとの接続流路で水撃をチューブにより吸収、減衰させることが記載されている。
特開平11−070666号公報
特許文献5にはインクタンクから可撓性のチューブを介して供給されたインクをダンパー室の第1室に流入させ、さらにその第1室の底壁に穿設した絞り部としての通路孔から第2室に流させてインク流出口から記録ヘッドに供給し、更に第1室の上面は可撓性膜により封止し、チューブ側から第1室に伝播されたインクの圧力変動を可撓性膜の変形により吸収し、さらにインクの流速変化は絞り部としての通路孔で緩和して、圧力変動が十分に抑えられた状態でインクを記録ヘッドに供給することが記載されている。
特開2005−145051号公報
特許文献6には記録ヘッドとメインタンクとの間に可撓性フィルムによって圧力変動を吸収する圧力吸収部を備えることが記載されている。
特開平03−208665号公報
特許文献7にはインクカートリッジからフィルタを介してインクの供給を受けるインクジェット式記録ヘッドと、インクジェット式記録ヘッドのノズル開口を封止するキャップ部材と、これにダンパタンクを介して負圧を供給するポンプユニットとを備え、記録ヘッドを介して流路に作用する負圧の脈動をダンパタンクにより可及的に減少させてフィルタでの液面変動に起因する気泡の発生を抑制することが記載されている。
特開平11−115212号公報
特許文献8にはキャリッジを走査した際に発生するチューブ内部でのインク変動量を吸収するインク変動抑制装置をキャリッジ上に備え、インク変動抑制装置の体積がインクの流入量によって変化する構成とすることが記載されている。
特開2001−063082号公報
上述したように記録ヘッドに対する記録液供給路中の圧力変動を吸収するために可撓性フィルムを用いた圧力変動吸収手段などが設けられているが、いずれも、簡単な構成で、かつ、確実に圧力変動を抑制することができないという課題がある。
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で圧力変動を抑制できるようにすることを目的とする。
上記の課題を解決するため、本発明に係る液体吐出装置は、
液滴を吐出する液体吐出ヘッドと、
前記液体吐出ヘッドに液体を供給するサブタンクと、
前記サブタンクに供給する液体を収容するメインタンクと、
前記メインタクから前記サブタンクに液体を供給する液体供給経路と、を備え、
前記液体供給経路は、
前記メインタンクに一端部が接続された液体供給チューブと、
一端部が前記液体供給チューブの他端部に接続され、他端部が前記サブタンクに連結される、直角に曲がった流路を形成する連結部と、を有し、
前記連結部には、直角に曲がる流路における液体の流れ方向に対して直交する2つの面内でそれぞれ前記流路の壁面を形成する可撓性膜部材が設けられている
構成とした。
ここで、前記可撓性膜部材の前記液体と接触する面と反対側の面に、前記可撓性膜部材の振動を抑える制振材料が塗布されている構成とできる。
本発明に係る画像形成装置は、本発明に係る液体吐出装置を含むものである。
本発明に係る液体吐出装置によれば、液体供給経路は、メインタンクに一端部が接続された液体供給チューブと、一端部が液体供給チューブの他端部に接続され、他端部がサブタンクに連結される、直角に曲がった流路を形成する連結部を有し、連結部には、直角に曲がる流路における液体の流れ方向に対して直交する2つの面内でそれぞれ流路の壁面を形成する可撓性膜部材が設けられている構成としたので、簡単な構成で圧力変動を抑制できる。
本発明に係る画像形成装置によれば、本発明に係る液体吐出装置を備えているので、液体供給路における圧力変動が低減して画像品質を向上することができる。
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。図1は本発明に係る液体吐出装置を含む本発明に係る画像形成装置としてのインクジェット記録装置を前方側から見た斜視説明図である。
このインクジェット記録装置は、装置本体1と、装置本体1に装着された用紙を装填するための給紙トレイ2と、装置本体1に着脱自在に装着されて画像が記録(形成)された用紙をストックするための排紙トレイ3とを備えている。さらに、装置本体1の前面の一端部側(給排紙トレイ部の側方)には、第1液体収容手段であるインクカートリッジを装填するためのカートリッジ装填部4を有し、このカートリッジ装填部4の上面は操作ボタンや表示器などを設ける操作/表示部5としている。
このカートリッジ装填部4には、色の異なる色材である記録液(インク)、例えば黒(K)インク、シアン(C)インク、マゼンタ(M)インク、イエロー(Y)インクをそれぞれ収容した複数の第1の液体収容手段としての記録液カートリッジであるインクカートリッジ(メインタンク)10k、10c、10m、10y(色を区別しないときは「インクカートリッジ10」という。)を、装置本体1の前面側から後方側に向って挿入して装填可能とし、このカートリッジ装填部4の前面側には、インクカートリッジ10を着脱するときに開く前カバー(カートリッジカバー)6を開閉可能に設けている。
次に、このインクジェット記録装置の機構部について図2及び図3を参照して説明する。なお、図2は同機構部の概要を示す側面模式的説明図、図3は同じく要部平面説明図である。
フレーム21を構成する左右の側板21A、21Bに横架した主ガイド部材である主ガイドロッド31と従ガイドロッド32とでキャリッジ33を主走査方向に摺動自在に保持し、図示しない主走査モータによってタイミングベルトを介して図3で矢示方向(キャリッジ主走査方向)に移動走査する。
このキャリッジ33には、前述したようにイエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ(M)、ブラック(Bk)の各色のインク滴を吐出する4個の液滴吐出ヘッドからなる記録ヘッド34を複数のインク吐出口を主走査方向と交叉する方向(用紙送り方向)に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。
記録ヘッド34を構成するインクジェットヘッドとしては、圧電素子などの圧電アクチュエータ、発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いて液体の膜沸騰による相変化を利用するサーマルアクチュエータ、温度変化による金属相変化を用いる形状記憶合金アクチュエータ、静電力を用いる静電アクチュエータなどを、液滴を吐出するための圧力を発生する圧力発生手段として備えたものなどを使用できる。
また、キャリッジ33には、カートリッジ装填部4に装着された各色のインクカートリッジ10から各色のインクを供給する液体供給経路を構成する供給チューブ36を介して、第1の圧力変動緩和装置(手段)37及びバッファ手段としての第2の圧力変動緩和装置(手段)38とを備えている。なお、カートリッジ装填4には液体カートリッジであるインクカートリッジ10内のインクを送液するための送液手段である供給ポンプユニット24が設けられている。
一方、給紙トレイ2の用紙積載部(圧板)41上に積載した用紙42を給紙するための給紙部として、用紙積載部41から用紙42を1枚ずつ分離給送する半月コロ(給紙コロ)43及び給紙コロ43に対向し、摩擦係数の大きな材質からなる分離パッド44を備え、この分離パッド44は給紙コロ43側に付勢されている。
そして、この給紙部から給紙された用紙42を記録ヘッド34の下方側に送り込むために、用紙42を案内するガイド部材45と、カウンタローラ46と、搬送ガイド部材47と、先端加圧コロ49を有する押さえ部材48とを備えるとともに、給送された用紙42を静電吸着して記録ヘッド34に対向する位置で搬送するための搬送手段である搬送ベルト51を備えている。
この搬送ベルト51は、無端状ベルトであり、搬送ローラ52とテンションローラ53との間に掛け渡されて、ベルト搬送方向(副走査方向)に周回するように構成している。また、この搬送ベルト51の表面を帯電させるための帯電手段である帯電ローラ56を備えている。この帯電ローラ56は、搬送ベルト51の表層に接触し、搬送ベルト51の回動に従動して回転するように配置されている。さらに、搬送ベルト51の裏側には、記録ヘッド34による印写領域に対応してガイド部材57を配置している。
この搬送ベルト51は、図示しない副走査モータによってタイミングを介して搬送ローラ52が回転駆動されることによって図3のベルト搬送方向に周回移動する。
さらに、記録ヘッド34で記録された用紙42を排紙するための排紙部として、搬送ベルト51から用紙42を分離するための分離爪61と、排紙ローラ62及び排紙コロ63とを備え、排紙ローラ62の下方に排紙トレイ3を備えている。
また、装置本体1の背面部には両面ユニット71が着脱自在に装着されている。この両面ユニット71は搬送ベルト51の逆方向回転で戻される用紙42を取り込んで反転させて再度カウンタローラ46と搬送ベルト51との間に給紙する。また、この両面ユニット71の上面は手差しトレイ72としている。
さらに、図3に示すように、キャリッジ33の走査方向一方側の非印字領域には、記録ヘッド34のノズルの状態を維持し、回復するための回復手段を含む維持回復機構81を配置している。この維持回復機構81には、記録ヘッド34の各ノズル面をキャピングするための各キャップ部材(以下「キャップ」という。)82a〜82d(区別しないときは「キャップ82」という。)と、ノズル面をワイピングするためのブレード部材であるワイパーブレード83と、増粘した記録液を排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行うときの液滴を受ける空吐出受け84などを備えている。ここでは、キャップ82aを吸引及び保湿用キャップとし、他のキャップ82b〜82dは保湿用キャップとしている。
そして、この維持回復機構81による維持回復動作で生じる記録液の廃液、キャップ82に排出されたインク、あるいはワイパーブレード83に付着してワイパークリーナ85で除去されたインク、空吐出受け94に空吐出されたインクは図示しない廃液タンクに排出されて収容される。
また、図3に示すように、キャリッジ33の走査方向他方側の非印字領域には、記録中などに増粘した記録液を排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行うときの液滴を受ける空吐出受け88を配置し、この空吐出受け88には記録ヘッド34のノズル列方向に沿った開口部89などを備えている。
このように構成したインクジェット記録装置においては、給紙トレイ2から用紙42が1枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された用紙42はガイド45で案内され、搬送ベルト51とカウンタローラ46との間に挟まれて搬送され、更に先端を搬送ガイド37で案内されて先端加圧コロ49で搬送ベルト51に押し付けられ、略90°搬送方向を転換される。
このとき、図示しない制御部のACバイアス供給部から帯電ローラ56に対してプラス出力とマイナス出力とが交互に繰り返すように、つまり交番する電圧が印加され、搬送ベルト51が交番する帯電電圧パターン、すなわち、周回方向である副走査方向に、プラスとマイナスが所定の幅で帯状に交互に帯電されたものとなる。このプラス、マイナス交互に帯電した搬送ベルト51上に用紙42が給送されると、用紙42が搬送ベルト51に吸着され、搬送ベルト51の周回移動によって用紙42が副走査方向に搬送される。
そこで、キャリッジ33を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド34を駆動することにより、停止している用紙42にインク滴を吐出して1行分を記録し、用紙42を所定量搬送後、次の行の記録を行う。記録終了信号又は用紙42の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了して、用紙42を排紙トレイ3に排紙する。
また、印字(記録)待機中にはキャリッジ33は維持回復機構81側に移動されて、キャップ82で記録ヘッド34がキャッピングされて、ノズルを湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、キャップ82で記録ヘッド34をキャッピングした状態で図示しない吸引ポンプによってノズルから記録液を吸引し(「ノズル吸引」又は「ヘッド吸引」という。)し、増粘した記録液や気泡を排出する回復動作を行う。また、記録開始前、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出する空吐出動作を行う。これによって、記録ヘッド34の安定した吐出性能を維持する。
この画像形成装置において本発明に係る液体吐出装置は、用紙の給紙、搬送などに係る部分を除く部分、つまり、記録ヘッド及びこの記録ヘッドに対して記録液を供給する液体供給装置並びに記録ヘッドを駆動する図示しない駆動制御部などによって構成される。
そこで、本発明に係る液体吐出装置の第1実施形態における液体供給装置について図4ないし図6を参照して説明する。なお、図4は同実施形態の液体供給装置の模式的説明図、図5は同液体供給装置の第1の圧力変動緩和装置の斜視説明図、図6は同液体供給装置の第2の圧力変動緩和装置の斜視説明図である。
この液体供給装置は、インクカートリッジ10から供給チューブ36、この供給チューブ36の端部が接続された第1の圧力変動緩和装置37、この第1の圧力変動緩和装置37に直接連結された第2の圧力変動緩和装置38を介して、第2の圧力変動緩和装置38に取り付けられた記録ヘッド34に対して液体(記録液)を供給する。
ここで、第1の圧力変動緩和装置37は、図5に示すように、供給チューブ36の端部に接続される略直角に曲がった流路100を形成する第1連結部101と、この第1連結部101に連結されて第2の圧力変動緩和装置38に連結する中空の第2連結部102とを有し、第1連結部101には流路100の壁面の一部を形成する第1の可撓性膜部材103を取り付け、この第1の可撓性膜部材103の流路100と反対側の面には制振材料104が塗布されている。
第1の可撓性膜部材103は、例えばポリエチレン等のフィルム部材で形成されている。また、制振材料104には、例えばシリコーンゲルなどの高分子系制振材料を用いている。この制振材料104は、振動エネルギーを熱エネルギーに変換し、固体表面の振動を小さくする性質を有するものである。
ここで、第1の可撓性膜部材103は、略直角に曲がる流路100における記録液の流れに対して直交する面内に設けている。つまり、流路100における矢示A方向の記録液の流れに対して直交する面内には可撓性膜103Aが、流路100における矢B方向の記録液の流れに対して直交する面内には可撓性膜103Bがそれぞれ設けられる。これらの可撓性膜103A、103Bは例えば熱溶着で第1連結部101に取付けられている。また、各可撓性膜103A、103Bの液体と接する面と反対側の面に制振材料104A、104Bがそれぞれ塗布されている。
第2の圧力変動緩和装置38は、図6に示すように、インクバッファ部110を形成するバッファケース本体111と、第1の圧力変動緩和装置37の第2連結部102が上端部に連結され、下端部がバッファケース本体101内の下部に臨む中空の供給管112とを有し、バッファケース本体111の天井面(上面)にはバッファケース本体111の壁面の一部を形成する第2の可撓性膜部材113を取り付け、この第2の可撓性膜部材113のバッファケース本体111内と反対側の面には制振材料114が塗布されている。
第2の可撓性膜部材113は、例えばポリエチレン等のフィルム部材で形成されている。また、制振材料114には、例えばシリコーンゲルなどの高分子系制振材料を用いている。この制振材料114は、振動エネルギーを熱エネルギーに変換し、固体表面の振動を小さくする性質を有するものである。
ここで、第2の可撓性膜部材113は、供給管112の下端部からバッファケース本体111内に流入する記録液が矢示C方向の流れを生じるので、この矢示C方向の記録液の流れに対して直交する面内に設けられ、例えば熱溶着でバッファケース本体111に取付けられている。
このように構成したので、キャリッジ33が往復移動するときなどに液体供給路で圧力変動が発生した場合、第1の圧力変動緩和装置37の第1の可撓性膜部材103、第2の圧力変動緩和装置38の第2の可撓性膜部材113が弾性変形することによって圧力変動が低減される。そして、これらの第1の可撓性膜部材103及び第2の可撓性膜部材113には制振材料104、114が塗布されているので、第1、第2の可撓性膜部材103、113の振動エネルギーを熱エネルギーに変換して表面の振動を抑えることから、第1、第2の可撓性膜部材103、113単体の場合よりも更に高いダンパ効果を以って、圧力変動を抑制することができる。
次に、本発明の第2実施形態について図7を参照して説明する。なお、図7は同実施形態における第2の圧力変動緩和装置の模式的説明図である。
ここでは、第2の圧力変動緩和装置38のバッファケース本体111内で構成されるインクバッファ部110の上部に空気溜まり117を形成している。この空気溜まり117はインクの初期充填時に意図的に形成されたものである。
これにより、供給チューブ36内で発生した圧力変動によるインクの流れを、第一の圧力変動緩和装置37と併せ、圧縮性の性質を持つ空気溜まり117によって更に効果的に緩和することができるようになる。
次に、本発明の第3実施形態について図8を参照して説明する。なお、図8は同実施形態における第2の圧力変動緩和装置の模式的斜視説明図である。
ここでは、第2の圧力変動緩和装置38のバッファケース本体111にキャリッジ33の往復運動の方向(矢示D方向)と直交する面内に第2の可撓性膜部材113を例えば熱溶着等により取り付け、液体に接する面と反対側の面に制振材料114を塗布している。
バッファケース本体111内で構成されるインクバッファ部110内で発生する圧力変動は、キャリッジ33の往復運動の方向と略平行に発生することから、この圧力変動の方向と直交する面内に制振材料114を外面に塗布した第2の可撓性膜部材114を取り付けることで、発生した圧力変動を緩和することができる。
次に、本発明の第4実施形態について図9を参照して説明する。なお、図9は同実施形態における第2の圧力変動緩和装置の模式的説明図である。
第2の圧力変動緩和装置38のバッファケース本体111内に、多孔質体120を記録ヘッド34との間に例えば熱溶着等により取り付けている。多孔質体120は例えばSUS等の部材からなるが、これに限ったものではない。
このように、流体抵抗の高い多孔質体120を介することで、供給チューブ36内で発生した圧力変動やインクバッファ部110で発生した圧力変動を記録ヘッド34側に伝播させない効果や記録ヘッド34側への異物混入を防止できる。
なお、本発明に係る画像形成装置は、プリンタ単機能構成のものに限らず、プリンタ/ファクシミリ/複写などの複合機能を有する画像形成装置であっても良い。また、液体はインクに限るものではない。
本発明に係る液体供給装置を備えた本発明に係る画像形成装置としてのインクジェット記録装置の前方側から見た斜視説明図である。 同装置の機構部の全体構成を説明する側面概略構成図である。 同機構部の要部平面説明図である。 本発明の第1実施形態の説明に供する模式的説明図である。 同じく第1の圧力変動緩和装置の模式的斜視説明図である。 同じく第2の圧力変動緩和装置の模式的斜視説明図である。 本発明の第2実施形態の説明に供する模式的説明図である。 本発明の第3実施形態の説明に供する模式的説明図である。 本発明の第4実施形態の説明に供する模式的説明図である。
符号の説明
1…装置本体
2…給紙トレイ
3…排紙トレイ
4…カートリッジ装填部
10k、10c、10m、10y…インクカートリッジ
33…キャリッジ
34…記録ヘッド
36…供給チューブ
37…第1の圧力変動緩和装置
38…第2の圧力変動緩和装置
51…搬送ベルト
101…第1連結部
102…第2連結部
103…第1の可撓性膜部材
104…制振材料
110…インクバッファ部
111…バッファケース本体
112…供給管
113…第2の可撓性膜部材
114…制振材料
117…空気溜め
120…多孔質体

Claims (3)

  1. 液滴を吐出する液体吐出ヘッドと、
    前記液体吐出ヘッドに液体を供給するサブタンクと、
    前記サブタンクに供給する液体を収容するメインタンクと、
    前記メインタクから前記サブタンクに液体を供給する液体供給経路と、を備え、
    前記液体供給経路は、
    前記メインタンクに一端部が接続された液体供給チューブと、
    一端部が前記液体供給チューブの他端部に接続され、他端部が前記サブタンクに連結される、直角に曲がった流路を形成する連結部と、を有し、
    前記連結部には、直角に曲がる流路における液体の流れ方向に対して直交する2つの面内でそれぞれ前記流路の壁面を形成する可撓性膜部材が設けられている
    ことを特徴とする液体吐出装置。
  2. 前記可撓性膜部材の前記液体と接触する面と反対側の面に、前記可撓性膜部材の振動を抑える制振材料が塗布されていることを特徴とする請求項1に記載の液体吐出装置。
  3. 液体吐出装置の液体吐出ヘッドから液体を吐出させて画像を形成する画像形成装置において、前記液体吐出装置が請求項1又は2に記載の液体吐出装置であることを特徴とする画像形成装置。
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