JP4995674B2 - 圧力緩衝器及びインクジェットヘッド並びにインクジェット式記録装置 - Google Patents

Description

本発明は、記録媒体にインクを吐出して記録を行うインクジェットヘッド、インクジェット式記録装置に関するものである。

従来から、インクを吐出する複数のノズルを有するインクジェットヘッドを用いて記録媒体に文字や画像を記録するインクジェット式記録装置が知られている。

以下にこのようなインクジェット式記録装置の概要について説明する。図１は圧力緩衝器を具備するインクジェット式記録装置の構成図である。インクジェット式記録装置は少なくともインクを供給するインク供給手段３０とインクを吐出するインクジェットヘッド２０、インク供給手段３０からインクジェットヘッド２０へのインクの供給路であるインク供給路５０、インク供給路５０のインクジェットヘッド２０近傍に挿入される圧力緩衝器１０、インクジェットヘッド２０と圧力緩衝器１０を搭載するキャリッジ４０で構成される。

インクジェット式記録装置は、インクジェットヘッド２０を搭載したキャリッジ４０が記録媒体上を往復し印字を行う。図１の矢印はキャリッジ４０が記録媒体上を往復することを示している。印字を行うときに、キャリッジ４０の加減速時にインクで満たされたインク供給路５０のインクの慣性により、インクジェットヘッド２０内部に圧力変動が生じる。この圧力変動は記録媒体へ文字や画像の記録をする際に画質の劣化、更には吐出不良の原因となる。従ってインク供給手段３０とインクジェットヘッド２０を接続するインク供給路５０のインクジェットヘッド２０近傍に圧力緩衝器１０を設置し、圧力変動をできるだけ抑制する必要がある。

ここで、従来の圧力緩衝器１０の一例について説明する。図２は従来技術の圧力緩衝器１０とインクジェットヘッド２０を接続した状態すなわち図１におけるキャリッジ４０の構成を示した図である。なお図２中の矢印Ｘは重力方向を示している。すなわち、矢印方
向である図の下側は大地側であることを示す。また図３は図２に示した圧力緩衝器１０のｆ−ｆ’断面図である。

図３において圧力緩衝器１０の本体１１２は少なくとも一面に凹部１１４を有し、凹部１１４に可撓膜１１１を貼り付け密閉することでチャンバ１０３を形成している。図２においてチャンバ１０３は少なくともインク供給手段３０からインクが流入するインク流入口１０２とインクジェットヘッド２０にインクを供給する開口部１０１を具備している。また、チャンバ１０３の内部はインクの吐出不良の原因となる気泡を含まず、また加圧によりインク充填が可能であり、更に安定した圧力緩衝特性得る為に、インクで満たされている状態となっている。このような圧力緩衝器１０が特許文献１に示した特開２００５−１４３１５号公報に開示されている。
特開２００５−１４３１５号公報

次に、本発明が解決しようとする課題について説明する。

従来技術の形態では、図２のように圧力緩衝器１０の開口部１０１が圧力緩衝器１０の最上部に設置されている。そのためインクジェットヘッド２０と圧力緩衝器１０を接続するには、開口部１０１とインクジェットヘッド２０との間にチューブ等のインク供給路１０５を圧力緩衝器１０の外に別途設ける必要がある。よって部品点数の増加や、製造コストが増加する課題がある。また、例えばインクジェットヘッド２０と圧力緩衝器１０を接近して設置しようとする場合には、別途設けられたチューブ等を配置させなければならないので周囲のスペースを有効利用できない等の課題もある。

更に別の課題として、キャリッジ４０に上下振動が印加された場合、インク供給路１０５からインクジェットヘッド２０のノズル１０６までのａ−ａ’間は圧力閉空間となっている。そのためインク１１３で満たされたａ−ａ’間のインクの慣性により圧力変動が発生する。この圧力変動がメニスカス１０４を±方向に変移させ、吐出されるインク滴の体積あるいは吐出速度が変調されることにより濃度ムラが発生するという課題を有している。

以上述べたような課題を解決するために本発明の第１の態様は、インクジェットヘッドと前記インクジェットヘッドにインクを供給するインク供給手段とを接続するインク供給路の前記インクジェットヘッドの近傍に配置された圧力緩衝器において、
前記圧力緩衝器は、前記圧力緩衝器に設けられた凹部に可撓膜を貼り付け密閉されたチャンバと、前記チャンバの上部に設置された開口部から連通し、前記チャンバの側壁に沿うように設置された隔壁によって前記チャンバと隔てられて形成されたインク流路により接続され、前記開口部より下部に設置され、前記チャンバから前記インクジェットヘッドにインクを流出させるインク流出口と、前記チャンバに前記インク供給手段からインクを流入させるインク流入口と、を具備することを特徴とする圧力緩衝器である。
本発明の第２の態様は、前記チャンバの内部に気泡が含まれていると、インクの吐出不良の原因となる。また加圧によりインク充填が可能であり更に安定した圧力緩衝特性得る為に、前記チャンバの内部がインクで満たされていることを特徴とする請求項１に記載の圧力緩衝器。
本発明の第３の態様は、本発明の第１または第２の態様において前記チャンバと前記インク流路を隔てる前記隔壁のインク流出口近傍に、前記インク流路で圧力変動が生じたときに前記チャンバと前記インク流路間でインクを流す貫通開口部を具備した圧力緩衝器である。

本発明の第４の態様は、本発明の第３の態様において前記開口部は前記貫通開口部より流路抵抗を小さくした構成である圧力緩衝器である。

本発明の第５の態様は、本発明の第１または第２の態様において前記チャンバと前記インク流路を隔てる前記隔壁のインク流出口近傍に、前記インク流路で発生する圧力変動を空気のバネ性により緩和する空気溜りを具備した圧力緩衝器である。

本発明の第６の態様は、本発明の第１または第２の態様において前記インク流路の前記インク流出口近傍に、前記インク流路内のインクに圧力変動が生じたときに前記圧力変動を抑制する圧力抑制手段を配置した圧力緩衝器である。

本発明の第７の態様は、本発明の第１の態様から本発明の第６の態様の何れか１の態様に記載の圧力緩衝器を具備したインクジェットヘッドとして構成した。

本発明の第８の態様は、第７の態様に記載のインクジェットヘッドを具備するインクジェット式記録装置として構成した。

本発明では、チャンバの開口部が圧力緩衝器上部に設置される圧力緩衝器において、インク流路を圧力緩衝器内部に設置する。前記のようにすることで圧力緩衝器内をインクで満たす機能を損なうことなくインク流出口を圧力緩衝器下部に設置することが可能となる。従って、図２に示したようなチューブ等のインク供給路を用いなくとも圧力緩衝器とインクジェットヘッドとを直接接続することが実現できる。これにより製造コストの削減及びインクジェットヘッドと圧力緩衝器を接近して設置しようとする場合に周囲のスペースの有効利用が可能となる。

更に、隔壁のインク流出口の近傍に、例えば貫通開口部または空気溜りなどのようなインクの圧力変動を抑制する圧力抑制手段を設ける。これによりインクジェットヘッドに不要な振動が印加された場合においても、チャンバの開口部とインクジェットヘッド間のインク流路で発生する圧力変動を効果的に軽減、緩和し、濃度ムラの発生を抑制することで、画質の大幅な向上が可能となる。

以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
（実施形態１）
本発明における圧力緩衝器の実施形態１の構成について詳細に説明する。

図４は本発明の実施形態１に係る圧力緩衝器の構成を示した図であり、図５は図４の圧力緩衝器のｈ−ｈ’断面図である。なお図４の矢印Ｘは重力方向である。すなわち図の下側は大地側であることを示している。

図５において圧力緩衝器は本体１１２の少なくとも一面に凹部１１４を有し、凹部１１４の一側壁１１７近傍に隔壁１１０が設置されている。この凹部１１４及び隔壁１１０に可撓膜１１１を貼り付け凹部１１４を密閉してチャンバ１１５とインク流路１０７を形成している。

図４の圧力緩衝器において、重力方向が下部、重力に逆らう方向が上部としている。図４の隔壁１１０は圧力緩衝器下部に設けたインク流出口１０８から凹部１１４の側壁１１７内側を沿うように上部まで形成される。前記隔壁に設けた開口部１０１でインク流路１０７とチャンバ１１５は連通している。チャンバ１１５は、チャンバ１１５からインク流路１０７へインクが流出する開口部１０１と、インク供給手段３０からチャンバ１１５にインクが流入するインク流入口１０２を具備している。

開口部１０１とインク流入口１０２の位置関係は、例えば図６に示すように、開口部１０１とインク流入口１０２が平行に配置され、高さが同じ場合でもよい。さらに図７に示すように、開口部１０１とインク流入口１０２が垂直に配置され、インク流入口１０２の高さが開口部１０１の高さを上回る場合でもよい。本実施形態はチャンバ１１５内をインクで満たす機能を損なうことがなければ、どのような形状を用いてもよい。

またインク流路１０７は、チャンバ１１５の開口部１０１と連通し、最下部でインク流出口１０８とインクジェットヘッド２０を接続する。以上のように圧力緩衝器内部にインク流路１０７を設けることでインク流出口１０８を圧力緩衝器下部に設置することが可能となる。従って図２に示したようなチューブ等を用いなくともインクジェットヘッドと直接接続ができ製造コストの削減が可能となる。更にインクジェットヘッドと圧力緩衝器を接近して設置しようとする場合、周囲のスペースを有効利用することが可能となる。

以上述べたような実施形態１について更に以下に説明する。

図８は実施形態１をプラスチック成型品として実現した場合の一例であり、図中の矢印Ｘは重力方向を示している。すなわち図の下側は大地側であることを示している。また図９は図８の圧力緩衝器のｂ−ｂ’断面図である。

図９において本体６はプラスチックで成型され一面に凹部１１４を有し、凹部１１４内部に図５でいう隔壁１１０に相当する隔壁４が設置されている。この凹部１１４及び隔壁４に熱圧着等で可撓膜８を貼り付け密閉することで、図５のチャンバ１１５、インク流路１０７に相当するチャンバ３とインク流路５を形成する。図８においてインク流入口１は図示しないインク供給路と連通しており、インクは図示しないインク供給手段からインク流入口１を通ってチャンバ３内に流入する。隔壁４は圧力緩衝器下部に設けたインク流出口７から凹部１１４の側壁１１７内側を沿うように凹部１１４上部まで形成される。前記隔壁に設けた開口部２でインク流路５とチャンバ３は連通している。さらに、インク流路５は開口部２と反対側でインク流出口７と連通しており、インクはインク流路５を通ってインク流出口７へと流出する。また、隔壁を側壁に沿うように形成することで、元々のチャンバの形状を損なうことなく、更にチャンバの容積を大きく削減することなくインク流路を形成することができる。これにより、元々の圧力緩衝器の特性を妨げることを防ぐことが可能となる。

なお、隔壁４は本体６と一体成型することが望ましいが、他の部材を用いて凹部１１４に接着剤や熱圧着等で接着することで構成してもよい。すなわち、圧力緩衝器内部をインクで満たす機能を損なうことなくインク流出口７を圧力緩衝器下部に設置できる形態であればいかなる形状でもよい。

（実施形態２）
次に本発明における圧力緩衝器の実施形態２について詳細に説明する。

図１０は本発明の実施形態２に係る構成を示した図であり、図中の矢印Ｘは重力方向である。すなわち図の下側は大地側であることを示している。また、圧力緩衝器において、重力方向が下部、重力に逆らう方向が上部としている。また図１１-１（ａ）はインクジェットヘッドに印加される振動の方向の一例を示した図であり、インクジェットヘッド２０００及び圧力緩衝器２００１の振動方向を示している。また図中の矢印＋及び矢印−はインクジェットヘッド２０００及び圧力緩衝器２００１に印加される振動方向を示し、ここでは垂直方向の振動を示している。図１１-２（ｂ）はインクジェットヘッド２０００に印加された振動を経過時間の変化について示した図である。また図１１-２（ｃ）、図１１-２（ｄ）は図１１-２（ｂ）に示すような振動がインクジェットヘッド２０００に印加されたときの印字濃度の変化を示した図である。

実施形態１と実施形態２の差異は、図１０おいて隔壁１１０のインク流出口１０８近傍にインク流路１０７で発生する圧力変動を抑制するための圧力抑制手段である、チャンバ１１５に開放するための貫通開口部１０９を設けたことにある。

図１０において貫通開口部１０９を設けない場合、図１１-２（ｂ）のような振動が図８のＸ方向に印加された場合、圧力閉空間であるｇ−ｇ’間でインクの慣性により圧力変動が生じる。圧力変動はインクジェットヘッド２０のメニスカス１０４を変位させインク滴の体積や飛翔に変調を与え、結果として図１１‐２（ｃ）に示すような印字濃度の変化が発生する。なお図９‐２（ｃ）（ｄ）は、実際に印字した印刷物を比較した結果である。

一方貫通開口部１０９を設けた場合、インク流路１０７で発生する圧力変動が貫通開口部１０９を通じてチャンバ１１５に開放される。従ってメニスカス１０４の変位を軽減させることができ、結果として図９-２（ｄ）に示すように濃度差が著しく減少し、画質が大幅に改善されるという効果が得られる。また、貫通開口部１０９をなるべくインク流出口１０８の近くにすることで、慣性により変化するインク流路１０７のインクの量が少なくなるので上記効果が大きくなる。

貫通開口部１０９はインク流路１０７で発生する圧力変動を効果的にチャンバ１１５に開放する。よってインク流出口１０８に可能な限り接近して設けることが望ましい。更に貫通開口部１０９の開口幅は、インク充填の際に圧力緩衝器内の空気を排出し、圧力緩衝器内をインクで満たす機能を妨げない程度の所定の幅に規制する必要がある。すなわち貫通開口部１０９の開口幅を開口部１０１の開口幅より狭くし、貫通開口部１０９の流路抵抗を開口部１０１の流路抵抗より大きくなるように設計する。前記のようにすることでインク及びチャンバ１１５内の空気は流路抵抗の低い開口部１０１を通じて排出され、チャンバ１１５内をインクで満たすことが可能となる。
なお、貫通開口部１０９の形状及び向きは、インク流路１０７で発生する圧力変動をチャンバ１１５に開放することが可能であれば、いかなる形状及び向きでもよい。

以上述べたような実施形態２の具体例について以下に説明する。

図１２は実施形態２をプラスチック成型品として実現した場合の一具体例である。

図１２の貫通開口部９は図１０の貫通開口部１０９、図１２の開口部２は図１０の開口部１０１に相当する。開口幅は、貫通開口部９の流路抵抗が開口部２より大きくなるように設計する。インク流入口１からインクが流入し、インク流出口７は、インクジェットヘッドに接続し、インクを流出する。

図１２に示した圧力緩衝器にインクが充填される様子を図１３に示す。図１３（ａ）において、チャンバ３が空の状態からインク１１３をインク流入口１より導入した場合、インク１１３はチャンバ３下部から満ちる。更に図１３（ｂ）、図１３（ｃ）、図１３（ｄ）の順で示すように、インク１１３及び空気１０００はチャンバ３上部に押し上げられ、チャンバ３に設けた開口部２からインク流路５、更にインク流出口７、インクジェットヘッドを通じて排出される。
（実施形態３）
前述した実施形態２では圧力変動を緩和する方法として、インク流路とチャンバを隔てる隔壁に貫通開口部を設け、チャンバ内に圧力変動を開放する方法を示した。このように、インク流路で発生する圧力変動を軽減、緩和することができれば、圧力抑制手段は他の方法を用いてもよい。例えば、インク流出口近傍の隔壁の一部を変形させて空気を貯留するための空気溜りを形成し、その空気のバネ性を利用して圧力変動を吸収するようにしてもよい。

以下このような方法を用いた実施形態３について説明する。

図１４は実施形態３に係る圧力緩衝器の構成を示した図である。

図１４においてインク流出口１０８近傍に所定の大きさの空気溜り１１６を設ける。空気溜り１１６とは、圧力緩衝器内に設けられた空気を保持する空間であり、インクの圧力変動を緩和する機構である。チャンバ１１５は隔壁１１０によってインク流路１０７を形成し、チャンバ１１５の上部の開口部１０１でインク流路１０７に連通する。インク流入口１０２からチャンバ１１５にインクが流入する。インク流路１０７で発生した圧力変動は、空気溜り１１６内部に開放され、空気のバネ性により軽減または緩和される。空気溜りを設置する場合はインク流出口１０８に可能な限り接近して設けることが望ましい。この空気溜り１０８を設けることで前述した実施形態２の貫通開口部を設けた場合と同様に、インクジェットヘッド２０のメニスカス１０４の変位を緩和することができ、濃度ムラの発生を大幅に減少させることができる。なお図１４の矢印Ｘは重力方向である。すなわち図の下側は大地側であることを示している。また、圧力緩衝器において、重力方向が下部、重力に逆らう方向が上部としている。

なお、空気溜り１１６はチャンバを形成している圧力緩衝器本体と一体成型するのが好ましいが、他の方法で形成してもよい。

以上述べたような実施形態３の具体例について以下に説明する。図１５は本実施形態３をプラスチック成型品として実現した場合の一具体例であり、図中の矢印Ｘは重力方向である。すなわち図の下側は大地側であることを示している。

図１３においては、インク流出口７から重力に逆らう方向である垂直軸上方向に、凹状の窪みができるように隔壁４を形成させ、空気溜り１１を設ける。空気溜り１１は図１４で示した空気溜り１１６に相当する。本実施形態においては、空気溜り１１の幅、奥行きはともに２ｍｍ乃至１０ｍｍ、高さは１ｍｍ乃至２ｍｍである。

なお本具体例では隔壁４を変形させることで空気溜りを形成しているが、所定の空間に空気を保持可能で他の方法を用いて形成してもよい。例えば空気室をインク流出口に一体に設けてもよい。

以上、本発明における実施形態について説明したが、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨に従うものであれば全て含まれることは言うまでもない。

インクジェット式記録装置を示す模式図 従来技術の一具体例の図 従来技術の一具体例の断面図 本発明の実施形態１の構成を示す図 本発明の実施形態１の構成を示す断面図 実施形態１のインク流入口と開口部が同じ高さである構成例を示す図 実施形態１のインク流入口が開口部より高い構成例を示す図 実施形態１の具体例を示す図 実施形態１の具体例を示す断面図 本発明の実施形態２の構成を示す図 インクジェットヘッドに印加される振動の方向を示した模式図 インクジェットヘッドに印加される振動及び振動にともなう濃度の経過時間による変化を示した模式図 実施形態２の具体例を示す図 実施形態２の具体例にインクを充填する様子を示した図 本発明の実施形態３の構成を示す図 本発明の実施形態３の具体例を示す図

符号の説明

１ インク流入口
２ 開口部
３ チャンバ
４ 隔壁
５ インク流路
６ 本体
７ インク流出口
８ 可撓膜
９ 貫通開口部
１０ 圧力緩衝器
１１ 空気溜り
２０ インクジェットヘッド
３０ インク供給手段
４０ キャリッジ
５０ インク供給路
１０１ 開口部
１０２ インク流入口
１０３ チャンバ
１０４ メニスカス
１０５ インク供給路
１０６ ノズル
１０７ インク流路
１０８ インク流出口
１０９ 貫通開口部
１１０ 隔壁
１１１ 可撓膜
１１２ 本体
１１３ インク
１１４ 凹部
１１５ チャンバ
１１６ 空気溜り
１１７ 側壁
１０００ 空気
２０００ インクジェットヘッド
２００１ 圧力緩衝器

Claims (5)

1. インクジェットヘッドと前記インクジェットヘッドにインクを供給するインク供給手段とを接続するインク供給路の前記インクジェットヘッドの近傍に配置された圧力緩衝器において、前記圧力緩衝器は、前記圧力緩衝器に設けられた凹部に可撓膜を貼り付け密閉されたチャンバと、前記チャンバに設置された開口部から連通し、前記チャンバの側壁に沿うように設置された隔壁によって前記チャンバと隔てられて形成されたインク流路により接続され、前記開口部より下部に設置され、前記チャンバから前記インクジェットヘッドにインクを流出させるインク流出口と、前記チャンバに前記インク供給手段からインクを流入させるインク流入口と、を具備し、
   前記隔壁の前記インク流出口近傍に、前記インク流路で圧力変動が生じたときに前記インク流路と前記チャンバとの間をインクが流れる貫通開口部を具備することを特徴とする圧力緩衝器。
2. 前記チャンバの内部がインクで満たされていることを特徴とする請求項１に記載の圧力緩衝器。
3. 前記開口部は前記貫通開口部より流路抵抗が小さいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧力緩衝器。
4. 請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の圧力緩衝器を具備したインクジェットヘッド。
5. 請求項４に記載のインクジェットヘッドを具備するインクジェット式記録装置。

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