(57)【要約】【課題】サブタンクに連結されたヘッド面とメインタンク液面の水頭差の位置関係による自然補給や逆流によってインク洩れや吐出不良、気泡巻き込みが発生する。【解決手段】インクを送液するためのピストンポンプ１０１を備え、ピストンポンプ１０１のインク送液時と停止時にはポンプシール１１１がピストン軸１０３Ａの連通路１１０ａを封止し、シリンダ１０２内のインク供給口１２１側の液室１３０と供給針９０が臨む液室１３１側との間でのインクの流れを阻止する。【選択図】  図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを供給するインク供給装置において、前記インクを送液するためのピストンポンプを備え、このピストンポンプはピストン軸に設けた送液用のポンプシールが送液時と停止時には常にインクの流れを阻止することを特徴とするインク供給装置。
【請求項２】
インクカートリッジからサブタンクにインクを供給するようにした画像形成装置において、前記インクカートリッジと前記サブタンクとの間にインクを送液するための前記請求項１に記載のインク供給装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はインク供給装置及び画像形成装置に関する。
【０００２】
【特許文献１】特開２０００−２４６９２０号公報
【０００３】
【従来の技術】
プリンタ、ファクシミリ、複写装置等の画像形成装置（或いは画像記録装置ともいう。）として、例えばインクジェット記録装置が知られている。インクジェット記録装置は、記録ヘッドから用紙（紙に限定するものではなく、ＯＨＰなどを含む画像が形成されるものの意味であり、被記録媒体あるいは記録媒体、記録紙などとも称される。）にインクを吐出して記録を行うものであり、高精細な画像を高速で記録することができ、ランニングコストが安く、騒音が少なく、しかも、多色のインクを使用してカラー画像を記録するのが容易であるなどの利点を有している。
【０００４】
このようなインクジェット記録装置において、メインタンク（インクカートリッジ）とヘッド側に配置したサブタンクとを可撓性チューブ（パイプを含む）で連結し、サブタンクのインク容量が減少したときにメインタンクからインクを供給（補給）するようにしたものがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したようなインク補給機構を用いた場合、サブタンクにインクを所定量供給した後はサブタンクとメインタンク間のインクの移動を防止する必要がある。
【０００６】
すなわち、サブタンクに連結されたヘッド面とメインタンク液面の水頭差の位置関係による自然補給や逆流によるヘッド面圧力への影響を防止しないと、自然補給ではヘッド面圧力が正圧となりノズルのメニスカスが壊れインク洩れが発生してしまうおそれがあり、逆流側ではサブタンクからインクが流出するためヘッド面圧力が過度の負圧となってインクの吐出不良やノズルからの気泡巻き込みが発生するおそれがある。
【０００７】
この場合、一般的にはインク流路に逆止弁を用いることで逆流を防止できると思われる（例えば、
【特許文献１】）。
【０００８】
ところが、例えば一般的に知られているアンブレラ弁などの逆止弁を用いた場合、インク送液時には流体抵抗になるためできるだけ開弁圧を小さく設定したいが、開弁圧を小さくすると、自然補給側には不利になる。
【０００９】
また、アンブレラ弁はその取付面の精度（面粗さ）によってリークして逆流してしまい、特にアンブレラ取付形状が射出成形の場合にはウエルドラインが入りやすく、面粗さが悪くなるという問題がある。
【００１０】
さらに、アンブレラ弁は構造上比較的速い流れのときには密着性が強くなり逆止効果が得られるが、ここで問題となっているようなインクの流れが止まっているようなときには逆止効果が小さいため、水頭差で発生するような微少なインクの流れに対してはリークをし易いという課題がある。
【００１１】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、インク送液時には所要の送液性能が得られ、停止時には自然補給や逆流に対する高いシール性を有するインク供給装置及びこのインク供給装置を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決し目的を達成するため、本発明に係るインク供給装置は、インクを送液するためのピストンポンプを備え、このピストンポンプはピストン軸に設けた送液用のポンプシールが送液時と停止時には常にインクの流れを阻止する構成としたものである。
【００１３】
本発明に係る画像形成装置は、インクカートリッジからサブタンクにインクを供給するようにし、このインクカートリッジとサブタンクとの間にインクを送液するための本発明に係るインク供給装置を備えたものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。図１は本発明に係るインク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。
【００１５】
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に装着した用紙を装填するための給紙トレイ２と、装置本体１に装着され画像が記録（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、さらに、装置本体１の前面４の一端部側には、前面４から前方側に突き出し、上面５よりも低くなったカートリッジ装填部６を有し、このカートリッジ装填部６の上面に操作キーや表示器などの操作部７を配置している。カートリッジ装填部６にはインクカートリッジ１１の脱着を行うための開閉可能な前カバー８を有している。
【００１６】
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は同機構部の全体構成を説明する概略構成図、図３は同機構部の要部平面説明図である。
【００１７】
図示しない左右の側板に横架したガイド部材であるガイドロッド３１とステー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図３で矢示方向に移動走査する。
【００１８】
このキャリッジ３３には、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個のインクジェット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。
【００１９】
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インクを吐出するためのエネルギー発生手段として備えたものなどを使用できる。
【００２０】
また、キャリッジ３３には、記録ヘッド３４に各色のインクを供給するための各色のサブタンク３５を搭載している。このサブタンク３５にはインク供給チューブ３６を介してメインタンク（インクカートリッジ）１１からインクが補充供給される。
【００２１】
一方、給紙トレイ３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枚づ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。
【００２２】
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の下方側で搬送するための搬送部として、用紙４２を静電吸着して搬送するための搬送ベルト５１と、給紙部からガイド４５を介して送られる用紙４２を搬送ベルト５１との間で挟んで搬送するためのカウンタローラ５２と、略鉛直上方に送られる用紙４２を略９０°方向転換させて搬送ベルト５１上に倣わせるための搬送ガイド５３と、押さえ部材５４で搬送ベルト５１側に付勢された先端加圧コロ５５とを備えている。また、搬送ベルト５１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。
【００２３】
ここで、搬送ベルト５１は、無端状ベルトであり、搬送ローラ５７とテンションローラ５８との間に掛け渡されて、矢示Ａ方向（ベルト搬送方向）に周回するように構成している。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、加圧力として軸の両端に各２．５Ｎをかけている。
【００２４】
また、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６１を配置している。このガイド部材６１は、上面が搬送ベルト５１を支持する２つのローラ（搬送ローラ５７とテンションローラ５８）の接線よりも記録ヘッド３４側に突出している。これにより、搬送ベルト５１は印写領域ではガイド部材６１の上面にて押し上げられてガイドされるので、高精度な平面性を維持される。
【００２５】
さらに、このガイド部材６１の搬送ベルト５１の裏面と接触する面側には、主走査方向、すなわち搬送方向と直交する方向に複数の溝を形成して、搬送ベルト５１との接触面積を少なくし、搬送ベルト５１がスムーズにガイド部材６１表面に沿って移動できるようにしている。
【００２６】
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７１と、排紙ローラ７２及び排紙コロ７３とを備え、排紙ローラ７２の下方に排紙トレイ３を備えている。ここで、排紙ローラ７２と排紙コロ７３との間から排紙トレイ３までの高さは排紙トレイ３にストックできる量を多くするためにある程度高くしている。
【００２７】
また、装置本体１の背面部には両面給紙ユニット８１が着脱自在に装着されている。この両面給紙ユニット８１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５２と搬送ベルト５１との間に給紙する。また、この両面給紙ユニット８１の上面には手差し給紙部８２を設けている。
【００２８】
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５２との間に挟まれて搬送され、更に先端を搬送ガイド５３で案内されて先端加圧コロ５５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。
【００２９】
このとき、図示しない制御回路によって高圧電源から帯電ローラ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２１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内で帯電パターンと反対の電荷に分極するので、平行接続されたコンデンサが形成されたこととなり、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。
【００３０】
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。
【００３１】
次に、この画像形成装置で用いるインクカートリッジ（メインタンク）１１について図４及び図５を参照して簡単に説明する。なお、図４は同インクカートリッジ１１の外観斜視説明図、図５は側面説明図である。
このインクカートリッジ１１は、略四角形状のインク袋８１を筐体８３内に収納したものであり、筐体８３はインク袋８１に備えた保持部材８２を保持するための第１筐体８５と、この第１筐体８５と外形形状が相似の第２筐体８６と、第１筐体８５と第２筐体８６とを合わせた状態で第１筐体８５及び第２筐体８６のインク供給側前面に嵌め込まれる第３筐体８７とを備えている。
【００３２】
そして、インク袋８１の保持部材８２にはインク排出口部（供給口となる。）８８を備え、インクカートリッジ１１を画像形成装置本体１に装填したときに、図５に示すように装置本体１１側の中空針９０がインク排出口部８８に刺し込まれてインクを供給することが可能になる。
【００３３】
そこで、本発明に係るインク供給装置について図６及び図７を参照して説明する。なお、図６はインク供給装置の概略構成図、図７は同供給装置のピストンポンプの断面説明図である。
このインク供給装置は、インクカートリッジ１１からサブタンク３５にインクを送液するためのピストンポンプ１０１を備えている。このピストンポンプ１０１はシリンダ１０２及びピストン１０３を備え、シリンダ１０２には前述したインクカートリッジ（メインタンク）１１のインク排出口部８８に刺し込む中空針９０の他端部が連結され、またインク供給チューブ３６を連結する連結部１０４を備えている。
【００３４】
また、このピストンポンプ１０１のピストン１０３は、駆動モータ１０６の回転をウォームギヤ１０７を介してウォームホイール１０８が回転駆動されることで、このウォームホイール１０８に一体的に設けたカム１０９によって駆動（往復動）される。
【００３５】
このように構成したこの供給装置においては、インクカートリッジ１１のインクはピストンポンプ１０１が動作するときに発生する負圧により差し込まれた中空針９０を通ってシリンダ１０２内に導かれ、シリンダ１０２内に入ったインクはピストン１０３の往復動作により連結部１０４からインク供給チューブ３６を介してサブタンク３５へ送液される。
【００３６】
ここで、図７に示すように、ピストンポンプ１０１のピストン１０３の軸（ピストン軸）１０３Ａの先端部にはインク流路１１０ａ及びこのインク流路１１０ａに連通する連通路１１０ｂを形成し、更にピストン軸１０３Ａの先端部には連通路１１０ｂを開閉するポンプシール１１１を摺動可能に装着している。
【００３７】
このポンプシール１１１の一端面側はピストン軸１０３Ａに形成したフランジ部１０３ａで規制している。そして、ポンプシール１１１の他端面側には、ピストン軸１０３Ａの先端に固定したストッパ１１２とピストン軸１０３Ａに摺動可能に装着したカラー１１３との間に介在したポンプシール押圧バネ１１４を配置し、ポンプシール押圧バネ１１４によってカラー１１３を介してポンプシール１１１をピストン軸１０３Ａのフランジ部１０３ａ側に付勢している。
【００３８】
また、シリンダ１０２の先端部側にはインク供給口１２１を形成し、このインク供給口１２１を開閉する逆止弁であるアンブレラ弁１２２を設けている。
【００３９】
このように構成したので、インク送液時と停止時にはポンプシール１１１がピストン軸１０３Ａの連通路１１０ａを封止しているので、シリンダ１０２内のインク供給口１２１側の液室１３０と供給針９０が臨む液室１３１側との間でインクの流れが阻止される。
【００４０】
ここで、ピストン１０３の往復動作のうちインク送液時を往路（図７の矢示Ｄ方向に移動する動作）とすると、復路（図７の矢示Ｅ方向に移動する動作）では次のような動作状況となる。
【００４１】
すなわち、ピストン１０３の復路動作が始まると、シリンダ１０２のインク供給口１２１に取り付けられたアンブレラ弁１２２が瞬時に閉じる。その後もピストン１０３が復路動作を続けると、アンブレラ弁１２２とポンプシール１１１で封止された液室１３０は負圧となり、ポンプシール押圧バネ１１４がその圧力に負けて縮み出すと、ポンプシール１１１が図７で左方向に移動してピストン軸１０３Ａ側面に開けられた連通路１１０ｂが開口し、供給針９０が連通している液室１３１側からインクが連通路１１０ｂ、インク流路１１０ａを通じて液室１３０内に流れ込む。
【００４２】
これにより、アンブレラ弁１２２とポンプシール１１１の間の液室１３０は負圧が小さくなり、ポンプシール１１１は再度ピストン軸１０３Ａのフランジ部１０３ａに押し付けられ、連通路１１０ｂが閉じる。
【００４３】
この一連の動作により、送液とインクの流れ防止を行っている。
【００４４】
ここで、ピストン１０３が停止しているときに常にインク流路（連通路１１０ａ）が封止されている条件を充足するために、次のようにポンプシール押圧バネ１１４の押圧力を設定している。
【００４５】
すなわち、シリンダ１０２とポンプシール１１１の摩擦力をＦ１、ポンプシール押圧バネ１１４の押圧力をＦ２としたとき、Ｆ１＜Ｆ２の関係が成り立つようにする。更に、復路時にはインク流路を連通させる必要がある。ここで、復路動作中に発生するメインタンク（インクカートリッジ１１）側圧力とアンブレラ弁１２２側圧力の差をＰ１とすれば、ポンプシール１１１にかかる力Ｆ３はシリンダ１０２内の断面積をＳとすると、Ｆ３＝ＰＳで表される。したがって、Ｆ２＜Ｆ１＋Ｆ３である必要がある。
【００４６】
そこで、ポンプシール押圧バネ１１４の押圧力Ｆ２は、Ｆ１＜Ｆ２＜Ｆ１＋Ｆ３、の領域の押圧力に設定している。
【００４７】
このように、インクを送液するためのピストンポンプを備え、このピストンポンプはピストン軸に設けた送液用のポンプシールが送液時と停止時には常にインクの流れを阻止するので、インク送液時には所要の送液性能が得られ、停止時には自然補給や逆流に対する高いシール性を得られる。
【００４８】
なお、上記実施形態においては、本発明をキャリッジが走査するシリアル型（シャトル型）インクジェット記録装置に適用した例で説明したが、ライン型ヘッドを備えたライン型インクジェット記録装置にも同様に適用することができる。また、本発明に係る画像形成装置は、インクジェットプリンタ以外にも、ファクシミリ装置、複写装置、プリンタ／ファックス／コピア複合機などにも適用することができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るインク供給装置によれば、インクを送液するためのピストンポンプを備え、このピストンポンプはピストン軸に設けた送液用のポンプシールが送液時と停止時には常にインクの流れを阻止するので、インク送液時には所要の送液性能が得られ、停止時には自然補給や逆流に対する高いシール性を得られる。
【００５０】
本発明に係る画像形成装置によれば、インクカートリッジからサブタンクにインクを供給するようにし、このインクカートリッジとサブタンクとの間にインクを送液するための本発明に係るインク供給装置を備えたので、自然補給やサブタンクからの逆流を防止でき、インク洩れやインクの吐出不良やノズルからの気泡巻き込みを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るインク供給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の前方側から見た斜視説明図
【図２】同記録装置の機構部の概略を示す構成図
【図３】同機構部の要部平面説明図
【図４】同記録装置のインクカートリッジの斜視説明図
【図５】同インクカートリッジの側面説明図
【図６】本発明に係るインク供給装置の概略構成図
【図７】同インク供給装置のピストンポンプの断面説明図
【符号の説明】
１…装置本体、１１…インクカートリッジ、３３…キャリッジ、３４…記録ヘッド、３５…サブタンク、３６…インク供給チューブ、１０１…ピストンポンプ、１０２…シリンダ、１０３…ピストン、１０３Ａ…ピストン軸、１１０ａ…インク流路、１１０ｂ…連通路、１１１…ポンプシール、１１４…ポンプシール押圧バネ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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