JP5300565B2 - 弁機構およびこれを備えた排気装置、ならびにインクジェット記録装置 - Google Patents

Description

本発明は、弁機構およびこれを備えた排気装置、ならびにインクジェット記録装置に関する。

インクジェット記録装置には、装着されたインクタンクから供給されたインクを一時的に貯留するバッファタンクが設けられているものがある。このようなインクジェット記録装置では、インクタンクとインクジェット記録ヘッドとが、バッファタンクを介して接続され、インクタンク内のインクがバッファタンクを介してインクジェット記録ヘッドに供給される。バッファタンクは、インクジェット記録ヘッドとインクタンクとにそれぞれチューブによって接続される。

インクタンクとバッファタンクとを接続するチューブを形成するゴムや樹脂等は、若干量の空気を透過させるため、このチューブ内に透過した空気がバッファタンク内に入り込む。また、インクタンクを交換する際に、インクタンクをチューブから取り外すと、インクタンクが接続される側のチューブの端部が開放されるため、その端部からバッファタンク内に空気が入り込む。バッファタンク内に空気が入り込むと、その空気がインク内に気泡として混入することがある。気泡が混入したインクがバッファタンクからインクジェット記録ヘッドに供給されるとインクジェット記録ヘッドが正常にインク滴を吐出できず、記録不良となることがある。

このようなインクジェット記録装置では、上述した記録不良を防止するために、たとえばポンプを備えた排気装置をバッファタンクに接続して、ポンプによってバッファタンク内を排気することが考えられる。しかし、この場合、ポンプは、空気のみならずバッファタンク内のインクも吸い出そうとする。バッファタンク内のインクが吸い出されると、吸い出された分のインクが無駄になり、また、排気装置に不具合が生じてその後の排気が正常に行えなくなることがある。そのため、排気装置は、バッファタンク内の空気のみが排出され、インクが排出されないようにする機構を備えていることが望ましい。

図７は、バッファタンク内の空気のみを排出させ、バッファタンク内のインクを排出させないようにするためにポンプとバッファタンクとの間に設けられる弁機構１５７の断面図である。この弁機構１５７は、流路１８２が形成された下側流路部材１７８と、流路１８３が形成された上側流路部材１７９と、を有している。流路１８２はバッファタンク（不図示）に接続され、流路１８３はポンプ（不図示）に接続されている。下側流路部材１７８には、流路１８２に連通し、球体のフロート部材１６３を収容しているフロート室１６４が設けられている。

また、弁機構１５７は、下側流路部材１７８と上側流路部材１７９によって挟持されたシール部材１７５を有している。シール部材１７５はゴムなどの弾性材料によって形成されている。シール部材１７５には、下方から上方にかけて径が小さくなるように円錐状に形成され、フロート室１６４と流路１８３とを連通させる開口部１８４が設けられている。シール部材１７５の下面には、開口部１８４の全周にわたってリブ１７６ａが設けられている。また、シール部材１７５の上面の、リブ１７６ａの裏側の位置にはリブ１７６ｂが設けられている。リブ１７６ａは、下側流路部材１７８に押圧されて下側流路部材１７８の上面に密着して、下側流路部材１７９の各フロート室１６４の間を隔てている。また、リブ１７６ｂは、上側流路部材１７９に押圧されて上側流路部材１７９の上面に密着して、上側流路部材１７９の各流路１８３の間を隔てている。

シール部材１７５には、複数の開口部１８４が並べて形成されており、シール部材１７５は全体として一部品として設けられている。シール部材は、各開口部ごとに切り離してそれぞれを別部品とすることも可能であるが、これにより部品点数が増えるため弁機構の製造コストが増大し、また１つの部品が小さくなるため組立て性が悪化する。

バッファタンク内の空気は、ポンプによって、流路１８２、フロート室１６４、開口部１８４および流路１８３を介して排出される。バッファタンク内の排気が完了すると、図７に示すようにバッファタンク内のインクが流路１８２からフロート室１６４内に入り込む。そして、インクの液面の上昇とともに、インクの液面に浮いているフロート部材１６３が上昇し、やがてフロート部材１６３が開口部１８４に当接して開口部１８４を閉塞する。これにより、ポンプによってインクが流路１８３に吸い出されることを防止できる。

特開２０００−３０１７３７号公報

図７に示した弁機構１５７のシール部材１７５では、流路部材１７８，１７９からリブ１７６ａ，１７６ｂに加わる押圧力を、リブ１７６ａ，１７６ｂの周囲の部分を変形させることにより吸収しようとする。一部品として設けられたシール部材１７５では、開口部１８４以外の部分が隙間なく一体に形成されているため、リブ１７６ａ，１７６ｂの外周はその全周にわたって拘束されている。したがって、シール部材１７５のリブ１７６ａ，１７６ｂより外側の部分は変形しにくい。一方、シール部材１７５のリブ１７６ａ，１７６ｂの内側にある開口部１８４は、表面が開放されているため変形しやすい。

シール部材１７５の開口部１８４が変形して開口部１８４の表面がゆがむと、フロート部材１６３が開口部１８４に当接しても、開口部１８４とフロート部材１６３との間には隙間が発生し、インクがこの隙間を通って流路１８３に流れ出てしまう。このように、弁機構１５７では、フロート部材１６３と開口部１８４とによる優れたシール性を保つことは困難である。

そこで、本発明は、シール性に優れた弁機構およびこれを備えた排気装置、ならびにインクジェット記録装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の弁機構は、複数の第１の流路が形成された第１の流路部材と、前記各第１の流路と対をなす複数の第２の流路が形成された第２の流路部材と、前記第１の流路部材と前記第２の流路部材とに挟持され、前記各第１の流路と前記各第２の流路とを連通させる開口部を有するシール部材と、前記開口部に当接して前記開口部を閉塞し、前記開口部から離間して前記開口部を開放する蓋部材と、を有し、前記シール部材は、前記第１の流路部材に対向する面の前記開口部の周囲に設けられ、前記第１の流路部材に押圧された状態で前記各第１の流路を隔てる第１の押圧部と、前記第２の流路部材に対向する面の前記開口部の周囲に設けられ、前記第２の流路部材に押圧された状態で前記各第２の流路を隔てる第２の押圧部と、前記第１の押圧部および前記第２の押圧部の外周に近接して設けられ、他の部分より相対的に変形しやすい変形吸収部と、を有する。

本発明によれば、シール性に優れた弁機構およびこれを備えた排気装置、ならびにインクジェット記録装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る弁機構を備えたインク供給システムの概略構成図である。 図１に示したインク供給システムのバッファタンクおよび弁機構の側断面図である。 図２に示した弁機構を拡大して示した図である。 図３に示した弁機構のシール部材の下面図である。 図３に示した弁機構の変形例を示した図である。 図１に示したインク供給システムを備えたインクジェット記録装置の概略構成図である。 一般的な弁機構の側断面図である。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る弁機構を用いたインクジェット記録装置のインク供給システムを説明する概略図であり、インク１色分について示している。

インクジェット記録ヘッド１は、被記録媒体に記録を行うための液体であるインクを吐出する複数のオリフィス５２が配列された記録素子チップ５１と、各オリフィス５２に共通に接続されたサブタンク５３と、を有している。インクジェット記録ヘッド１のサブタンク５３は、インクを供給するメインタンク５６に、インクを一次貯留する為のバッファタンク５４を介して接続されている。サブタンク５３とバッファタンク５４とは供給チューブ５５ａによって接続され、バッファタンク５４とメインタンク５６とは供給チューブ５５ｂによって接続されている。

インクジェット記録ヘッド１のサブタンク５３へのインクの供給は、オリフィス５２を密閉できるように設けられたキャップ６９と、キャップ６９に接続されたポンプ６１とを用いて行う。オリフィス５２をキャップ５９によって密閉した状態でポンプ６１による吸引動作を行うことにより、メインタンク５６からバッファタンク５４を介してサブタンク５３にインクが導入される。

また、バッファタンク５４の鉛直方向上側には弁機構５７が設けられ、弁機構５７は排気チューブ５８を介してポンプ６１に接続されている。ポンプ６１には切替弁６０が設けられ、切替弁６０によってポンプ６１の接続先を、キャップ５９から排気チューブ５８に切替可能である。ポンプ６１の接続先を排気チューブ５８にすると、ポンプ６１によってバッファタンク５４内に入り込んだ空気を排出することが可能となる。このように、ポンプ６１、排気チューブ５８および弁機構５７はバッファタンク５４内を排気するための排気装置を構成している。弁機構５７は、ポンプ６１が、バッファタンク５４内に入り込んだ空気のみを吸い出し、バッファタンク５４内のインクを吸い出さないようにするための機構である。

図２は、図１に示した弁機構５７をより詳しく説明する為の図であり、インク１色分について示している。弁機構５７は、第１の流路８２が形成された第１の流路部材７８と、第２の流路８３が形成され、第１の流路部材７８の鉛直方向上側に配置された第２の流路部材７９と、を有している。流路８２はバッファタンク５４内の空間に接続されており、流路８３は図１に示した排気チューブ５８を介してポンプ６１に接続されている。下側流路部材７８の上部には、流路８２に連通し、球体のフロート部材６３を収容しているフロート室６４が設けられている。フロート部材６３は、インクに浮かぶように、インクより密度が小さく形成されている。フロート部材６３の密度をインクの密度より小さくするためには、フロート部材６３を、たとえば、インクより密度の小さい材料で形成することができ、また中空に形成することもできる。また、フロート部材６３は、インクにより腐食されることを防止するため、たとえばポリプロピレンなどのインクと反応しにくい材料で形成される。

図３は、図２に示した弁機構５７を拡大して示した図であり、インク２色分について示している。弁機構５７は、下側流路部材７８と上側流路部材７９によって挟持されたシール部材７５を有している。シール部材７５はゴムなどの弾性材料によって形成されている。シール部材７５には、フロート室６４と流路８３とを連通させる開口部８４が設けられている。開口部８４は、下側の端部から上側の端部にかけて径が小さくなるように円錐状に形成されている。球体であるフロート部材６３は、鉛直方向下側から開口部８４の円錐状の表面に密着可能であり、開口部８４を閉塞する蓋部材として機能する。

また、シール部材７５は、下側流路部材７８に対向する下面の開口部８４の周囲にその全周にわたって下方に突出して設けられ、下側流路部材７８の上面に押圧される第１の押圧部であるリブ７６ａを備えている。また、シール部材７５は、上側流路部材７９に対向する上面の、リブ７６ａの裏側の位置に上方に突出して設けられ、上側流路部材７９の下面に押圧される第２の押圧部であるリブ７６ｂを備えている。リブ７６ａは、下側流路部材７８に押圧されて弾性変形することにより下側流路部材７８の上面に密着し、下側流路部材７９の各フロート室６４を隔てている。また、リブ７６ｂは、上側流路部材７９に押圧されて弾性変形することにより上側流路部材７９の上面に密着し、上側流路部材７９の各流路８３を隔てている。これにより、弁機構５７では、下側流路部材７８と上側流路部材７９との間からフロート室６４内に空気が入り込むことを防止できる。また、下側流路部材７８とシール部材７５との間からインクが漏れ出すことも防止できる。

図４は、シール部材７５の下面図である。図４（ａ）には、インク４色分の開口部８４が千鳥状に配置されている様子を示している。図４（ｂ）には、図４（ａ）に示したシール部材７５のインク１色分の開口部８４を拡大して示している。シール部材７５にはリブ７６ａの外周に近接して相対的に変形しやすい変形吸収部８６が設けられている。

変形吸収部８６には、厚さ方向に貫通した貫通部であるスリット（切り欠き）８０が形成されている。スリット８０は、リブ７６ａに沿って等間隔に３か所形成され、シール部材７５の変形吸収部８６の内側は、変形吸収部８６の外側と、各スリット８０の間の支持部８５のみによってつながっている。したがって、シール部材７５のリブ７６ａ，７６ｂに加わる押圧力が支持部８５に集中して伝わるため、支持部８５は容易に変形し、それに伴いスリット８０も幅ｄ４が小さくなるように変形する。このように、シール部材７５では、リブ７６ａ，７６ｂに加わる押圧力が変形吸収部８６の変形により吸収されるため、開口部８４は変形しにくい。

本実施形態では、変形吸収部８６の支持部８５は、シール部材７５の他の部分と同じ厚さであるが、変形吸収部８６の支持部８５をシール部材７５の他の部分より相対的に薄くすることにより、変形吸収部８６をさらに変形しやすくすることができる。

図２に示す状態においてポンプ６１（図１参照）による吸引動作を行うと、ポンプ６１がバッファタンク５４内の空気を吸い出すに伴い、バッファタンク５４内にメインタンク５６（図１参照）からインクが供給される。そのため、バッファタンク５４内のインクの液面が上昇していく。ポンプ６１は、バッファタンク５４内の排気が完了してバッファタンク５４内がインクで満たされると、バッファタンク５４内のインクを流路８２からフロート室６４内に吸い込む。そうすると、図３に示すようにフロート部材６３がインクに浮かび、フロート部材６３はインクの液面の高さの変化に伴い、上下方向に移動することができるようになる。したがって、さらにポンプ６１による吸引動作を続けると、フロート室６４内におけるインクの液面が上昇し、これに伴い、フロート部材６３は上方へ移動して開口部８４内に入り込む。そして、フロート部材６３は、円錐状の開口部８４の表面の仮想頂点に向けてさらに上昇し、開口部８４の表面に当接する。変形吸収部８６を備えたシール部材７５では、開口部８４の表面が円錐状に保たれているため、このとき、フロート部材６３は開口部８４の表面の全周にわたって密着して開口部８４を閉塞している。

開口部８４がフロート部材６３によって閉塞されると、フロート室６４と流路８３とが分離され、ポンプ６１はフロート室６４から流路８３に空気を吸い込むことができなくなる。フロート部材６３は、インクの液面より上に突出しており、インクの液面より高い位置で開口部８４を閉塞するため、弁機構５７を備えた排気装置では、バッファタンク５４の排気時にポンプ６１がインクを流路８３に吸い込むことはない。このように、弁機構５７では、フロート部材６３と開口部８４とによる優れたシール性を確保することができる。

バッファタンク５４の排気後の図１に示したインク供給系を備えたインクジェット記録装置が記録動作を繰り返すと、再びバッファタンク５４内に徐々に空気が入り込んでいく。バッファタンク５４内に入り込んだ空気は気泡として、流路８２を介してフロート室６４内に入る。この気泡がフロート室６４内を上昇し開口部８４に到達すると、フロート室６４内のインクの液面が下がるため、フロート部材６３が開口部８４の表面から離間して開口部８４が再び開放される。

本実施形態では、弁機構５７のシール部材７５を、硬度４０°のゴムによって図３に示す厚さｔを１ｍｍとして形成した。また、図４（ａ）に示す互いに隣り合う開口部８４の中心の距離である開口部８４のピッチｄ１を９ｍｍとした。また、弁機構５７の組み立て前におけるシール部材７５の、図４（ｂ）に示す開口部８４の上端の径ｄ２を２ｍｍとし、リブ７６ａの外径ｄ３を約７ｍｍとし、スリット８０の幅ｄ４を約１ｍｍとした。また、弁機構５７の組み立て後における下側流路部材７８による各リブ７６ａの押しつぶし量および上側流路部材７９による各リブ７６ｂの押しつぶし量をそれぞれ０．３ｍｍとした。本実施形態に係る弁機構５７では、組み立て後にシール部材７５の開口部８４の形状はほとんど変化せず、開口部８４の上端の径ｄ２はその全周において２ｍｍに保たれていた。

比較例として、シール部材に変形吸収部８６を設けていない点以外は本実施形態に係る弁機構５７と同様に構成された弁機構を作製した。比較例に係る弁機構では、組み立て後にシール部材の開口部が変形し、図５（ｂ）に示したｄ２に対応する開口部の上端の径の最大値が２．２ｍｍで最小値が１．８ｍｍであった。そのため、このシール部材の開口部をフロート部材で閉塞した場合にも、開口部とフロート部材との間に隙間が発生した。

なお、本実施形態に係る弁機構５７では、シール部材７５の変形吸収部８６にスリット８０を形成したが、変形吸収部はシール部材の他の部分よりも相対的に変形しやすくなるように構成されていればよい。変形吸収部の一例としては、図５に示したシール部材７５ａの変形吸収部８６ａが考えられる。変形吸収部８６ａは、シール部材７５ａの他の部分よりも相対的に薄く形成されているため変形しやすい。したがって、弁機構５７では、シール部材７５ａに加わる押圧力は、変形吸収部８６ａが変形することにより吸収される。そのため、弁機構５７ａでも、シール部材７５ａの開口部８４ａが変形しにくいため、図５（ａ）に示すようにフロート部材６３はシール部材７５ａに隙間なく密着する。なお、変形吸収部８６ａでは、シール部材７５ａの他の部分よりも相対的に薄く形成された薄肉部がリブの全周にわたって形成されているが、変形吸収部８６ａはこのような構成に限られない。たとえば、変形吸収部８６ａには、リブの外周の一部に沿って形成された薄肉部が複数形成されていてもよい。

図６は、本実施形態に係る弁機構を適用可能なインクジェット記録装置の概略構成図である。このインクジェット記録装置は、図１に示したインク供給システムを備えている。このインクジェット記録装置は、被記録媒体Ｓにインクを吐出するインクジェット記録ヘッド１を保持し往復走査させるキャリッジ２と、着脱可能なメインタンク５６を保持するインク供給ユニット３と、被記録媒体Ｓを搬送する搬送部４と、を有している。インク供給ユニット３内には図１に示したバッファタンク５４および弁機構５７が設けられている。このインクジェット記録装置では、キャリッジ２によってインクジェット記録ヘッド１を矢印Ｂ方向に往復走査させるとともに、搬送部４によって被記録媒体Ｓを間欠搬送させながら、インクジェット記録ヘッド１により被記録媒体Ｓにインクを吐出する。これにより、このインクジェット記録装置では、被記録媒体Ｓの記録領域に記録を行うことができる。

本実施形態では、弁機構５７を備えた排気装置を、バッファタンク５４を排気するために用いたが、この排気装置は、たとえばサブタンク５３などの他のタンク内を排気するためにも用いることも可能である。

１ インクジェット記録ヘッド
５４ バッファタンク
５７ 弁機構
５８ 排気チューブ
６１ ポンプ
６３ フロート部材
６４ フロート室
７５ シール部材
７６ａ，７６ｂ リブ
７８ 下側流路部材
７９ 上側流路部材
８０ スリット
８２ 流路
８３ 流路
８４ 開口部
８５ 支持部
８６ 変形吸収部

Claims (9)

1. 複数の第１の流路が形成された第１の流路部材と、前記各第１の流路と対をなす複数の第２の流路が形成された第２の流路部材と、前記第１の流路部材と前記第２の流路部材とに挟持され、前記各第１の流路と前記各第２の流路とを連通させる開口部を有するシール部材と、前記開口部に当接して前記開口部を閉塞し、前記開口部から離間して前記開口部を開放する蓋部材と、を有し、
   前記シール部材は、前記第１の流路部材に対向する面の前記開口部の周囲に設けられ、前記第１の流路部材に押圧された状態で前記各第１の流路を隔てる第１の押圧部と、前記第２の流路部材に対向する面の前記開口部の周囲に設けられ、前記第２の流路部材に押圧された状態で前記各第２の流路を隔てる第２の押圧部と、前記第１の押圧部および前記第２の押圧部の外周に近接して設けられ、他の部分より相対的に変形しやすい変形吸収部と、を有する弁機構。
2. 前記変形吸収部は、前記シール部材の厚さ方向に貫通した貫通部を備えている、請求項１に記載の弁機構。
3. 前記貫通部は、前記第１の押圧部および前記第２の押圧部の前記外周に沿って形成されたスリットである、請求項２に記載の弁機構。
4. 前記変形吸収部は、前記シール部材の他の部分より相対的に薄く形成された薄肉部を備えている、請求項１に記載の弁機構。
5. 前記薄肉部は前記第１の押圧部および前記第２の押圧部の全周に沿って形成されている、請求項４に記載の弁機構。
6. 前記蓋部材は、前記開口部の鉛直方向下側に配置され、前記第１の流路から流れ込む液体の液面の高さの変化に伴い、前記開口部を閉塞する位置と前記開口部を開放する位置との間を移動する、請求項１から５のいずれか１項に記載の弁機構。
7. 前記第２の流路部材は前記第１の流路部材の鉛直方向上側に配置され、前記開口部は前記第１の流路部材の側の端部から前記第２の流路部材の側の端部にかけて円錐状に径が小さくなり、前記蓋部材は前記開口部に密着可能な球体である、請求項６に記載の弁機構。
8. 液体を貯留するタンクの排気装置において、
   請求項６または７に記載の弁機構と、該弁機構の第２の流路に連通されたポンプと、を有し、前記ポンプは、前記弁機構の第１の流路が上部に連通された前記タンクを排気した後に、前記タンク内の前記液体を前記第１の流路から前記弁機構に吸い込み、前記弁機構の蓋部材は、前記弁機構における前記液体の液面の高さの上昇に伴い、前記弁機構の開口部を閉塞する位置に移動することを特徴とする排気装置。
9. 被記録媒体に液体を吐出するインクジェット記録装置において、
   請求項８に記載の排気装置と、該排気装置が接続され、前記液体を貯留するタンクと、を有することを特徴とするインクジェット記録装置。

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