特許 7188097 携帯型印刷装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-12-05

(45)【発行日】2022-12-13

(54)【発明の名称】携帯型印刷装置

(51)【国際特許分類】

   B41J 2/175 20060101AFI20221206BHJP

   B41J 3/28 20060101ALI20221206BHJP

【ＦＩ】

B41J2/175 503

B41J3/28

B41J2/175 119

B41J2/175 113

B41J2/175 501

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2019003682

(22)【出願日】2019-01-11

(65)【公開番号】P2020110985

(43)【公開日】2020-07-27

【審査請求日】2021-12-24

(73)【特許権者】

【識別番号】000005267

【氏名又は名称】ブラザー工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000556

【氏名又は名称】特許業務法人 有古特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】小川 昌伸

【審査官】井出 元晴

(56)【参考文献】

【文献】特開２００３－１０３８３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－２７７５６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００５－５１６８２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－０５２７３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－２９３８８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１４１０１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０６２３８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－０５２７３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－０５２７４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１８－５３５８６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】実公平０３－０１０８８５（ＪＰ，Ｙ２）

【文献】米国特許出願公開第２００７／００７６０４５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ４１Ｊ ２／１７５

Ｂ４１Ｊ ２／０１

Ｂ４１Ｊ ３／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

インクが貯留される少なくとも１つの内部空間を有する球状のカートリッジと、
鉛直方向に対する傾きが所定範囲内の前記カートリッジの姿勢である基準姿勢において、前記カートリッジの下部に設けられた錘と、
前記カートリッジを収容するケースと、
前記ケースと前記カートリッジとの間に配置され、前記カートリッジの外表面に沿った全方向に、前記カートリッジを前記基準姿勢のまま前記ケースに対して相対移動可能に支持する軸受ユニットと、
複数のノズルが形成されたノズル面を有し、前記ケースに支持されたインクヘッドと、
一端が前記インクヘッドに接続されると共に、前記基準姿勢における前記カートリッジの上部を通して前記内部空間内にまで延び、他端が前記カートリッジの下部近傍に配置されて、前記カートリッジと前記インクヘッドとを連通するチューブと、
前記インクヘッドのインクを吐出する吐出動作を制御する制御ユニットと、を備えた携帯型印刷装置。

【請求項2】

前記チューブの前記他端の一部が、前記カートリッジの下部に当接している、請求項１に記載の携帯型印刷装置。

【請求項3】

前記チューブの前記他端の一部が、鉛直方向において、前記基準姿勢にある前記錘の上端より下方に配置されている、請求項１又は２に記載の携帯型印刷装置。

【請求項4】

前記カートリッジの外表面に沿った前記インクヘッドと前記カートリッジの上部との間の距離の変化に応じて、前記チューブの余剰分の巻き取り又は前記チューブの不足分の送り出しを行う巻取ユニットを更に備える、請求項１～３のいずれか１項に記載の携帯型印刷装置。

【請求項5】

前記チューブは、前記インクヘッドと前記カートリッジの上部との間の距離の変化に応じた長さの部分が、前記ケースと前記カートリッジとの間に配置される、請求項４に記載の携帯型印刷装置。

【請求項6】

前記カートリッジの前記上部には、前記内部空間と連通する開口が設けられ、
前記カートリッジの外表面には、前記開口から鉛直方向に延びる案内溝が設けられ、
前記チューブは、前記開口を通じて前記内部空間内にまで延びると共に、前記案内溝に案内されつつ、前記案内溝に嵌まり込んで配置される、請求項４又は５に記載の携帯型印刷装置。

【請求項7】

前記巻取ユニットは、前記カートリッジを前記チューブの不足分の送り出し量が最小の状態から前記チューブの不足分の送り出し量が最大の状態に変位させた際に、前記チューブの他端と前記カートリッジの回動中心とを結ぶ仮想直線と、前記回動中心を通る鉛直線とが作る仮想平面内において、前記鉛直線に対する前記仮想直線の交差角度の変化が０°以上１０°以下にある前記基準姿勢を前記カートリッジが維持できるように、前記チューブの巻取力が設定されている、請求項４～６のいずれか１項に記載の携帯型印刷装置。

【請求項8】

前記巻取ユニットは、前記チューブを螺旋状に巻き取る円柱状の巻取体を有し、その周面には、前記巻取体の軸心を中心として螺旋状に周回する巻取溝が形成され、
前記チューブが、前記巻取溝に嵌るように前記巻取ユニットに巻き取られる、請求項４～７のいずれか１項に記載の携帯型印刷装置。

【請求項9】

前記軸受ユニットは、前記カートリッジの外表面に沿って分散して配置されて前記カートリッジの外表面を支持する複数のベアリング球と、前記ベアリング球同士の相対位置を維持しつつ前記複数のベアリング球の各々を回転自在に支持する支持部材とを有する、請求項１～８のいずれか１項に記載の携帯型印刷装置。

【請求項10】

前記ケースは、前記複数のベアリング球と接触することにより前記カートリッジを支持する球状の内壁面を有する、請求項９に記載の携帯型印刷装置。

【請求項11】

前記カートリッジと前記インクヘッドとを連通するインク流路の途中に設けられ、前記カートリッジが連通する連通先を切り替えるバルブユニットと、
外部を前記バルブユニットに連通する連通流路と、を更に備え、
前記バルブユニットは、
前記カートリッジと前記インクヘッドとの間を連通して印刷用インク経路を形成すると共に、外部に対して前記印刷用インク経路が遮断された第１の形態と、
前記インクヘッドと外部との間を連通してパージ用インク経路を形成すると共に、前記カートリッジに対して前記パージ用インク経路が遮断された第２の形態と、
前記カートリッジと外部との間を連通して補充用インク経路を形成すると共に、前記インクヘッドに対して前記補充用インク経路が遮断された第３の形態と、
の間で切替可能に構成されている、請求項１～１０のいずれか１項に記載の携帯型印刷装置。

【請求項12】

前記カートリッジの前記内部空間は、前記鉛直方向の上方から見下ろしたときに異なる種類のインク毎に区画される複数のサブ空間で構成され、
前記チューブは、前記サブ空間から前記インクを個別に前記インクヘッドへ供給可能に配置されている、請求項１～１１のいずれか１項に記載の携帯型印刷装置。

【請求項13】

印刷対象物の表面に沿って、前記インクヘッドと前記印刷対象物との相対移動距離を計測すると共に、その計測結果を前記制御ユニットに送信するエンコーダを更に備え、
前記制御ユニットは、前記相対移動距離に基づいて前記インクヘッドの前記吐出動作を制御する、請求項１～１２のいずれか１項に記載の携帯型印刷装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、携帯型印刷装置に関し、特に使用中におけるインクの漏出を防止する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

携帯型印刷装置として、例えば特許文献１に開示されるように、グリップ部と、電源と、インクを貯留するカートリッジと、電源からの供給電力によりカートリッジ内のインクを吐出するインクヘッドと、画像データに応じてインクヘッドからのインクの吐出を制御する制御部とを備えるものがある。

【0003】

この印刷装置では、印刷対象物の表面に印刷するとき、印刷対象物の表面にインクヘッドを対向させた状態で、制御部がインクヘッドからインクを吐出させる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００４－１０６３３９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

このような携帯型印刷装置では、印刷対象物の表面の位置に合わせて、印刷装置の姿勢を変更する場合がある。インクヘッドとカートリッジが固定の位置関係にあると、カートリッジ内のインク液面の位置が変動することで、インクヘッドがエアを吸い込んでインクの吐出不良を生じるおそれがある。

【0006】

そこで本発明は、カートリッジを備える携帯型印刷装置において、使用中に印刷装置の姿勢を変更する際、カートリッジ内のインク液面の位置が変動し難く、良好な吐出特性を維持することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る携帯型印刷装置は、インクが貯留される少なくとも１つの内部空間を有する球状のカートリッジと、鉛直方向に対する傾きが所定範囲内の前記カートリッジの姿勢である基準姿勢において、前記カートリッジの下部に設けられた錘と、前記カートリッジを収容するケースと、前記ケースと前記カートリッジとの間に配置され、前記カートリッジの外表面に沿った全方向に、前記カートリッジを前記基準姿勢のまま前記ケースに対して相対移動可能に支持する軸受ユニットと、複数のノズルが形成されたノズル面を有し、前記ケースに支持されたインクヘッドと、一端が前記インクヘッドに接続されると共に、前記基準姿勢における前記カートリッジの上部を通して前記内部空間内にまで延び、他端が前記カートリッジの下部近傍に配置されて、前記カートリッジと前記インクヘッドとを連通するチューブと、前記インクヘッドのインクを吐出する吐出動作を制御する制御ユニットと、を備えている。

【0008】

上記構成によれば、例えば、印刷装置の姿勢が変更された場合であっても、ケースとカートリッジとの間に配置された軸受ユニットにより、ケースに対してカートリッジの外表面に沿った全方向にカートリッジが自在に相対移動し、カートリッジの下部に設けられた錘が常に鉛直方向下方を向くようにカートリッジの姿勢が調整される。これにより、使用中に印刷装置の姿勢を変更する際でも、カートリッジ内のインク液面の位置が変動し難く、チューブを介してインクがインクヘッドへ安定して供給される。

【0009】

よって、印刷装置の姿勢の変更により、インクヘッドがエアを吸い込んで吐出不良を生じるのを防止できる。従って、印刷対象物の表面に良好に印刷できる。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、インクを貯留するカートリッジを備える携帯型印刷装置において、使用中に印刷装置の姿勢を変更する際にカートリッジ内のインク液面の位置が変動するのを防止することにより、印刷対象物の表面に良好に印刷できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】第１実施形態に係るプリンタの外観図である。

【図2】図１のプリンタのインクヘッドが上側に配置された状態の断面図である。

【図3】図１のプリンタのインクヘッドが下側に配置された状態の断面図である。

【図4】図１のプリンタの巻取ユニットの外観図である。

【図5】図１のプリンタのインクヘッドの位置を変更した状態を示す断面図である。

【図6】図１のプリンタのバルブユニットの内部構造を示す図である。

【図7】第２実施形態に係るプリンタのカートリッジの上方から見下ろした模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、図面を参照して各実施形態を説明する。

【0013】

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るプリンタ１の外観図である。プリンタ１は、ケース４及びインクヘッド７を含む。軸受ユニット５については、複数のベアリング球１４のみを図示する。図２は、インクヘッド７が、ケース４の上側に位置した状態の断面図である。図３は、インクヘッド７が、ケース４の下側に位置した状態の断面図である。図２及び３は、いずれもインクヘッド７の内部構造を模式的に示している。

【0014】

プリンタ１は、図１～３に示すように、ケース４及びインクヘッド７に加えて、カートリッジ２、錘３、軸受ユニット５、巻取ユニット６、チューブ８、制御ユニット９、エンコーダ１０、複数のホイール１２、バルブユニット１３、バッテリ１８等を備える。本実施形態のプリンタ１は、巻取ユニット６（後述）を介して、インクヘッド７がケース４に支持された構成を有している。

【0015】

プリンタ１は携帯型であり、任意の姿勢で印刷対象物４０に印刷できる。プリンタ１は、バッテリ１８の電力により駆動される。プリンタ１は、オペレータに保持されて使用されるが、例えば、ロボットアーム等の装置に設置されて使用されてもよい。

【0016】

カートリッジ２は、球状に形成され、少なくとも１つの内部空間Ｓを有する。内部空間Ｓには、インク３０が貯留される。後述する基準姿勢において、カートリッジ２の上部には、開口２ａが設けられている。また開口２ａの近傍には、通気口２ｃが設けられている。内部空間Ｓに対して、インク３０が開口２ａを介して流通し、外気が通気口２ｃから流入する。

【0017】

カートリッジ２の外表面には、案内溝２ｂが設けられている。案内溝２ｂは、開口２ａから鉛直方向に沿って延び、一例として、カートリッジ２の全周にわたる。なお、案内溝２ｂは、カートリッジ２の半周にだけ形成されていてもよい。案内溝２ｂの溝幅は、チューブ８の外径以上である。巻き出されるチューブ８が案内され、さらに嵌まり込むことになる。

【0018】

錘３は、基準姿勢において、カートリッジ２の下部に配置されている。本実施形態の錘３は、内部空間Ｓの下側に位置する。鉛直方向から見て、錘３は円形の周縁形状を有し、錘３の中心はカートリッジ２の中心と重なっている。

【0019】

ケース４は、カートリッジ２を収容する。ケース４は、球状の内壁面４ａと、開口４ｂとを有する。内壁面４ａは、複数のベアリング球１４と接触することにより、カートリッジ２を支持する。開口４ｂは、基準姿勢において、ケース４の上部に位置し、チューブ８が挿通される。ケース４の外観形状は、一例として、球状である。もちろん、外観形状は、立方体形状のように、球状以外でもよい。一例として、ケース４は、オペレータがハンドリングし易い外径寸法とされる。

【0020】

軸受ユニット５は、ケース４とカートリッジ２との間に配置されている。軸受ユニット５は、複数のベアリング球１４と、支持部材１５とを有する。軸受ユニット５は、カートリッジ２の外表面及びケース４の内壁面４ａと組み合わされる。軸受ユニット５は、カートリッジ２の外表面に沿った全方向に、カートリッジ２を基準姿勢のままケース４に対して相対移動可能に支持する。これによりケース４は、基準姿勢のカートリッジ２に対して、その外周面に沿った全方向に移動できる。

【0021】

複数のベアリング球１４は、カートリッジ２の外表面に沿って、離散的に配置されている。このとき、ベアリング球１４は、ケース４の内壁面４ａと、カートリッジ２の外表面（外壁面）とに接する。支持部材１５は、全てのベアリング球１４を回転自在に支持する。これにより、各ベアリング球１４は、支持部材１５により相対位置が固定される。また、いずれのベアリング球１４も、案内溝２ｂに嵌まり込むことがない。

【0022】

支持部材１５は、一例として、枠状に形成されている。もちろん、支持部材１５は、枠状のものに限定されず、ベアリング球１４が球状面に沿ってほぼ等分散されればよい。また、軸受ユニット５は、上述の玉軸受以外の形式であってもよい。例えば、カートリッジ２が、複数の支持部材を外表面に備え、ベアリング球１４がこれらに支持されていてもよい。

【0023】

プリンタ１では、ケース４、軸受ユニット５及びカートリッジ２を有し、カートリッジ２が球体である。軸受ユニット５がケース４及びカートリッジ２に挟持されており、ケース４及びカートリッジ２は、相対移動自在である。また図２及び３に示すように、カートリッジ２の下部には、錘３が設けられている。そのため、カートリッジ２は、常に錘３を一番下にする。言い換えると、当該相対移動時において、カートリッジ２は、鉛直方向に対する傾きが、常に所定範囲内に保持されている。このとき、カートリッジ２内のインク３０は、その液面の位置がほぼ一定の位置に止まる。ここで、鉛直方向に対する傾きが所定範囲内のカートリッジ２の姿勢を、基準姿勢と称する。

【0024】

インクヘッド７は、略立方体形状であり、ノズル面７ａと厚み方向に対向する支持面とを有する。ノズル面７ａは、平坦面であり、複数のノズル７ｂが開口している。複数のノズル７ｂは、一方向に並んで、ノズル列を構成している。一方、支持面には、いくつかの機能部が配置されている。

【0025】

インクヘッド７の内部には、サブタンク７ｃ、及び複数の個別インク流路７ｄが形成されている。各個別インク流路７ｄは、サブタンク７ｃに接続し、ノズル７ｂに加えて圧力室及び圧電素子を含む。

【0026】

インクヘッド７の内部には、サブタンク７ｃ、及び複数の個別インク流路７ｄが形成されている。サブタンク７ｃは、チューブ８と接続している。各個別インク流路７ｄは、サブタンク７ｃに接続し、末端のノズル７ｂに加えて圧力室及び圧電素子を含む。

【0027】

インクは、チューブ８から供給され、サブタンク７ｃに一時的に貯留される。サブタンク７ｃのインクは、その出口から各個別インク流路７ｄに分配され、圧力室を介して、ノズル７ｂに至る。ここで、圧力室の容積が、圧電素子により変化されると、ノズル７ｂからインク滴が吐出されることになる。

【0028】

インクヘッド７の支持面には、バッテリ１８、制御ユニット９、及びエンコーダ１０が配置されている。バッテリ１８は、一例として充電式であり、制御ユニット９、エンコーダ１０、及び圧電素子の駆動源である。制御ユニット９は、インクヘッド７のインクを吐出する吐出動作を制御する。

【0029】

なお、バッテリ１８は、商用電源に接続される形式であってもよい。また、制御ユニット９、エンコーダ１０、及びバッテリ１８の配置は、これに限定されず、少なくともいずれかがインクヘッド７と離隔していてもよい。

【0030】

巻取ユニット６は、カートリッジ２の外表面に沿ったインクヘッド７とカートリッジ２の上部との間の距離の変化に応じて、チューブ８の余剰分の巻き取り又はチューブ８の不足分の送り出しを行う。巻取ユニット６は、インクヘッド７とケース４との間に介在し、両者を繋いでいる。

【0031】

図４は、巻取ユニット６の外観図である。巻取ユニット６は、チューブ８を螺旋状に巻き取る円柱状の巻取体１６と、巻取体１６を付勢する付勢部材１７とを有する。図４では、巻取体１６と付勢部材１７とが分離された状態が示されている。

【0032】

巻取体１６は、インクヘッド７に軸支され、付勢部材１７により周方向一方側に付勢されている。付勢部材１７は、一例として、渦巻バネが好適である。巻取体１６の周面には、巻取体１６の軸心を中心として螺旋状に周回する巻取溝１６ａが形成されている。巻取体１６は、軸回りに回転可能である。チューブ８は、巻取溝１６ａに嵌るように巻取ユニット６に巻き取られる。これによりチューブ８は巻取溝１６ａに収容される。このときチューブ８は、一端８ａがサブタンク７ｃに連通され、他端８ｂがカートリッジ２内の所定位置にあるので、途中部分が巻取体１６に巻き取られる。

【0033】

チューブ８は、一端がインクヘッド７に接続されると共に、基準姿勢におけるカートリッジ２の上部を通して内部空間Ｓ内にまで延び、他端がカートリッジ２の下部近傍に配置される。本実施形態では、チューブ８の他端８ｂの一部が、カートリッジ２の下部に当接している。

【0034】

チューブ８は、少なくとも、カートリッジ２の直径よりも長い。インクヘッド７が任意の姿勢にあるとき、チューブ８は、３つの部分チューブに分けることができる。内部空間Ｓ内の第１部分チューブと、巻取ユニット６に巻き取られている第２部分チューブと、カートリッジ２の案内溝２ｂに嵌まり込んだ第３部分チューブである。このうち、第３部分チューブは、インクヘッド７とカートリッジ２の上部との間の距離の変化に応じた長さを有し、ケース４とカートリッジ２との間に配置される。

【0035】

ここでプリンタ１では、インクヘッド７の姿勢に関わらず、カートリッジ２の鉛直方向に対する傾きは、常に所定範囲内に保持される（図２及び３）。内部空間Ｓ内では、チューブ８の他端８ｂとインク３０との位置関係が保持される。これにより、インク３０をインクヘッド７に供給する際、内部空間Ｓのエアの吸い込みが防止される。

【0036】

本実施形態では、バルブユニット１３が、インクヘッド７と巻取ユニット６との間に介在する。チューブ８の一端８ａは、バルブユニット１３を介して、サブタンク７ｃに連通している。

【0037】

図６は、バルブユニット１３の内部構造を示す概略図である。バルブユニット１３は、インク流路Ｒ４の途中に設けられ、カートリッジ２が連通する連通先を切り替える。インク流路Ｒ４は、巻取ユニット６とインクヘッド７とを連通する。さらに、プリンタ１は、外部をバルブユニット１３に連通する連通流路Ｒ５を備える。

【0038】

図６に示すように、バルブユニット１３は、三方流路１１ａが形成されたベース部１１と、三方流路１１ａに配置された３つのバルブＶ１～Ｖ３とを有する。三方流路１１ａは、第１流路部１１ｂ、第２流路部１１ｃ、及び第３流路部１１ｄを有する。このうち、第１流路部１１ｂ及び第２流路部１１ｃは、インク流路Ｒ４の途中に介在する。第３流路部１１ｄは、連通流路Ｒ５に接続している。

【0039】

第１流路部１１ｂは、インクヘッド７側のインク流路Ｒ４に接続され、バルブＶ２が途中に配置されている。第２流路部１１ｃは、カートリッジ２側のインク流路Ｒ４に接続され、バルブＶ３が途中に配置されている。第３流路部１１ｄは、連通流路Ｒ５を介して外部のインクタンクと連通し、バルブＶ１が途中に配置されている。バルブＶ１～Ｖ３の開閉動作は、一例として制御ユニット９により制御されるが、手動により行われてもよい。バルブユニット１３は、開閉状態の組み合わせにより、流路の連通状態を第１～第３形態の間で切替可能である。

【0040】

第１形態は、カートリッジ２とインクヘッド７との間を連通して印刷用インク経路Ｒ１を形成すると共に、外部に対して印刷用インク経路Ｒ１が遮断される形態である。第１形態では、バルブＶ１が閉塞され、バルブＶ２，Ｖ３が開放される。これにより、印刷動作でインク３０が消費されると、インク３０が印刷用インク経路Ｒ１を介してインクヘッド７に補給される。

【0041】

第２形態は、インクヘッド７と外部との間を連通してパージ用インク経路Ｒ２を形成すると共に、カートリッジ２に対してパージ用インク経路Ｒ２が遮断される形態である。第２形態では、バルブＶ３が閉塞され、バルブＶ１，Ｖ２が開放される。これにより、メンテナンス動作としてパージを行う場合、インク３０が外部のインクタンクからインクヘッド７に圧送できる。

【0042】

第３形態は、カートリッジ２と外部との間を連通して補充用インク経路Ｒ３を形成すると共に、インクヘッド７に対して補充用インク経路Ｒ３が遮断される形態である。第３形態では、バルブＶ２が閉塞され、バルブＶ１，Ｖ３が開放される。これにより、カートリッジ２内のインク残量が少なくなった場合、インク３０が外部のインクタンクからカートリッジ２に補充できる。

【0043】

制御ユニット９は、ユニット本体の他、入力部を含む。ユニット本体は、一例として、演算部及び記憶部を有する。演算部は、所定のプログラムに基づいて動作し、プリンタ各部の動作を司る。記憶部には、この所定のプログラムが格納されており、外部から入力される画像データ、指示データ等も一時的に記憶される。例えば、印刷対象物４０に画像を形成する場合、演算部は、記憶部の画像データを参照し、このデータに基づいて圧電素子を駆動する。

【0044】

ここで、制御ユニット９には、後述のエンコーダから、インクヘッド７の印刷対象物４０に対する相対移動距離と相対移動速度とに関するデータが送られる。この２つのデータに基づいて、制御ユニット９は、インクヘッド７の吐出動作（ここでは圧電素子の駆動）を制御する。これにより、所定サイズのインク滴が、所定のタイミングで吐出されることになる。

【0045】

制御ユニット９の入力部には、インターフェース及び操作部が含まれる。インターフェースは、有線又は無線により、外部からの画像データや指示データを受け付ける。操作部は、キーボード、タッチパネル等がこれに相当し、オペレータが印刷ジョブ等の指示を入力する。

【0046】

エンコーダ１０は、印刷対象物４０の表面に沿って、インクヘッド７と印刷対象物４０との相対移動距離を計測すると共に、その計測結果を制御ユニット９に送信する。本実施形態のエンコーダ１０は、エンコーダ本体１０ａ及びエンコーダホイール１９を含む。このうち、エンコーダホイール１９は、複数のホイール１２の１つでもある。プリンタ１が印刷対象物４０の表面に沿って移動すると、エンコーダ本体１０ａは、エンコーダホイール１９の回転状態を検知する。このとき、インクヘッド７に対する相対移動距離及び相対移動速度が計測される。

【0047】

具体的には、複数のホイール１２が、回転自在にインクヘッド７に軸支されている。複数のホイール１２は、ノズル面７ａから所定距離だけ突出し、印刷対象物４０の表面に接触する。このとき、エンコーダホイール１９の回転数及び回転速度は、エンコーダ本体１０ａで相対移動距離及び相対移動速度に変換され、制御ユニット９に送信される。なお、制御ユニット９、エンコーダ１０、及びバッテリ１８の少なくともいずれかは、インクヘッド７とは離隔した位置に配置されていてもよい。

【0048】

ここで、付勢部材１７の付勢力（巻取力Ｆ_Ｗ）について考察する。本実施形態では、付勢部材１７の付勢力が巻取体１６の回転力として働き、チューブ８には、これを巻き取る方向の力Ｆ_Ｗ（巻取力Ｆ_Ｗ）が作用する。これにより、チューブ８は、弛むことなく、巻取体１６に巻き取られる。インクヘッド７の姿勢が変化するときは、チューブ８の送り出しに伴い、チューブ８には、巻取力Ｆ_Ｗに逆らう力が働く。しかし、この巻取力Ｆ_Ｗは、チューブ８の送り出しにかかわらず、カートリッジ２が基準姿勢を維持できるように設定されている。

【0049】

つまり、図５に示すように、巻取ユニット６は、カートリッジ２（インクヘッド７）をチューブ８の不足分の送り出し量が最小の状態からチューブ８の不足分の送り出し量が最大の状態に変位させた際に、チューブ８の他端８ｂとカートリッジ２の回動中心Ｏとを結ぶ仮想直線Ｌと、回動中心Ｏを通る鉛直線Ｖとが作る仮想平面内において、鉛直線Ｖに対する仮想直線Ｌの交差角度θの変化Δθが０°以上１０°以下にある基準姿勢をカートリッジ２が維持できるように、チューブ８の巻取力Ｆ_Ｗが設定されている。なお図５では、説明のためΔθを若干大きく図示している。

【0050】

ここで、付勢部材１７が例えば渦巻バネにより構成される場合、Ｒ_Ｓを付勢部材１７の半径（以降も同様）とすると、付勢部材１７の巻取トルクＴ_Ｓは、以下の式１により表される。
［式１］

Ｔ_Ｓ＝Ｒ_Ｓ×Ｆ_Ｗ

【0051】

式１が示すように、巻取トルクＴ_ｓは、付勢部材１７の半径Ｒ_ｓに依存する。カートリッジ２を基準姿勢のまま、チューブ８を巻き取れるようにするため、付勢部材１７の長さは、巻取トルクＴ_ｓの変動を抑制できる寸法とすることが望ましい。

【0052】

また、インクヘッド７の姿勢変化に伴って、カートリッジ２の姿勢も若干変化する。そこで、Ｒ_ｃをカートリッジ２の半径、Ｆ_ｔをカートリッジ２に周方向に作用する力、Ｒ_ｃｗをカートリッジ２の中心と錘３の重心位置との間の最短距離、Ｗを錘３の重量（以降も同様）とすると、カートリッジ２からチューブ８に作用する姿勢トルクＴ_ｃは、以下の式２により表される。
［式２］

Ｔ_ｃ＝Ｒ_ｃ×Ｆ_ｔ＝Ｒ_ｃｗ×Ｗ×ｓｉｎ（θ）

【0053】

このとき、チューブ８の屈曲や摩擦に伴う力の伝達ロスを考慮する。これをＦ_ｌとすると、巻取力Ｆ_Ｗの限界強さは、以下の式３、４に基づいて設定される。
［式３］

Ｆ_Ｗ≦Ｆ_ｔ＋Ｆ_ｌ

［式４］

Ｔ_Ｓ≦（Ｆ_ｌ＋Ｒ_ｃｗ×Ｗ×ｓｉｎ（θ）／Ｒ_ｃ）／Ｒ_Ｓ

【0054】

式３、４が成立するように、交差角度θの限界値を設定することで、付勢部材１７の付勢（バネ）強さが適切に決定される。また、式３が成立するように巻取力Ｆ_Ｗを設定し、且つ、式４が成立するように巻取トルクＴ_ｓを設定することで、カートリッジ２の姿勢を所望の状態に維持しながら、チューブ８を巻取ユニット６から送り出せる。巻取力Ｆ_Ｗの目安としては、インク３０とチューブ８の他端８ｂとの位置関係の変化を極力抑えることを考慮して、例えば、交差角度θの変化Δθが０°以上１０°以下とする基準姿勢をカートリッジ２が維持できるように設定することが望ましい。

【0055】

以下に、使用時のプリンタ１の動作について説明する。印刷対象物４０の表面に画像を形成する際、オペレータは、インクヘッド７のノズル面７ａを印刷対象物４０に向け、ホイール１２を当該表面に接触させる。この状態でオペレータは、入力部を通じて、印刷ジョブの開始を制御ユニット９に指示する。

【0056】

まず、制御ユニット９は、圧電素子をスタンバイ状態とする。このとき、制御ユニット９は、バッテリ１８を制御して、圧電素子に所定の電圧を印加する。この後、制御ユニット９は、エンコーダ１０からの信号（上述の相対移動距離及び相対移動速度の計測結果）の入力を待つ。

【0057】

圧電素子をスタンバイ状態とした後、制御ユニット９は、印刷準備が整った旨をオペレータに報知してもよい。報知形態としては、ブザー音の発報、ランプの発光、プリンタ１自体の振動等、いずれかが採用される。この後、オペレータは、当該表面に対して、プリンタ１の相対移動（印刷）を始めることになる。

【0058】

プリンタ１が相対移動を始めると、ホイール１２とともに、エンコーダホイール１９も回転する。このときエンコーダ１０は、エンコーダホイール１９の回転により、相対移動速度及び相対移動距離を計測し、計測結果を制御ユニット９に送信する。

【0059】

制御ユニット９は、この計測結果に基づき、圧電素子の駆動を制御する。制御ユニット９は、計測結果から、ノズル７ｂの位置及びこの位置における変位速度を求め、インク滴の吐出タイミングと吐出量を決める。これにより、印刷対象物４０の表面に、画像データに応じた印刷が行われる。

【0060】

この印刷動作中において、鉛直方向に対するプリンタ１の姿勢は、印刷対象物４０の表面の位置に応じて変化する。しかし、上述のケース４とカートリッジ２との構造的関係により、カートリッジ２の姿勢は、基準姿勢に保持される。

【0061】

また、鉛直方向に対してプリンタ１が傾斜する場合、ケース４は、カートリッジ２を元の位置に残して相対移動する。さらに、鉛直方向から見て、案内溝２ｂが、インクヘッド７のカートリッジ２に対する傾斜方向に沿って配置される。これにより、インクヘッド７がカートリッジ２に対して傾斜すると、チューブ８は、巻取ユニット６から必要な量だけ繰り出され、その屈曲や摩擦に伴う力の伝達ロスは低く抑えられる。

【0062】

なお、プリンタ１の傾斜に伴う傾斜方向への案内溝２ｂの配向は、例えば、カートリッジ２の上部において、チューブ８が案内溝２ｂに嵌まり込むことで実現される。鉛直方向から見たとき、案内溝２ｂの延在方向とインクヘッド７の傾斜方向が異なると、チューブ８は、案内溝２ｂに斜め側方から敷設されていく。

【0063】

このとき、チューブ８自身の剛性により、カートリッジ２には、その中心を軸にして斜め側方へ回転力が働く。カートリッジ２とケース４は、相対移動自在に構成されているので、インクヘッド７の傾斜方向と案内溝２ｂの延在方向が揃うことになる。

【0064】

プリンタ１では、カートリッジ２が通気口２ｃを有し、内部空間Ｓが大気に連通している。印刷によりインク３０が使用されると、その減少量に応じて、通気口２ｃから外気が内部空間Ｓに取り込まれる。これにより、内部空間Ｓの気圧が、大気圧に保持される。プリンタ１の姿勢が変化しても、ノズル７ｂのメニスカスは、その背圧の変化が所定範囲で収まるので、破壊されることがない。

【0065】

以上説明したように、プリンタ１によれば、ケース４とカートリッジ２との間には、軸受ユニット５が配置されている。そのため、カートリッジ２の外表面に沿った全方向に、ケース４及びカートリッジ２が、自在に相対移動できる。またカートリッジ２の下部には、錘３が配置されている。カートリッジ２の姿勢は、錘３が常に鉛直方向の一番下となるように調整される。これにより、プリンタ１の姿勢が変化しても、カートリッジ２内のインク３０の液面とチューブ８の他端８ｂとの位置関係が保たれ、チューブ８を介してインク３０がインクヘッド７へ安定して供給される。加えて、チューブ８の他端８ｂ（インクの取入口）は、エアに暴露されにくくなる。よって、プリンタ１の良好な吐出特性を維持できる。

【0066】

またプリンタ１では、チューブ８の他端８ｂの一部が、カートリッジ２の下部に当接している。そのため、プリンタ１の姿勢が変化しても、チューブ８の他端８ｂには、内部空間Ｓ内のエアが侵入するのを良好に防止できる。

【0067】

またプリンタ１は、巻取ユニット６を備える。これにより、プリンタ１の姿勢変化に合わせて、巻取ユニット６は、必要な分だけチューブ８を出し入れできる。チューブ８が長くても、プリンタ１をコンパクトに纏めることができる。

【0068】

またチューブ８は、インクヘッド７とカートリッジ２の上部との距離の変化に応じた長さの部分が、ケース４とカートリッジ２との間に配置される。このため、カートリッジ２とケース４との円滑な相対移動が、チューブ８により妨げられるのを防止できる。

【0069】

また、カートリッジ２の外表面に、開口２ａから鉛直方向に延びる案内溝２ｂが設けられ、チューブ８が、開口２ａを通じて内部空間Ｓ内にまで延びると共に、案内溝２ｂに案内されつつ、案内溝２ｂに嵌まり込んで配置されるので、カートリッジ２とケース４との円滑な相対移動がチューブ８により妨げられるのを一層良好に防止できる。

【0070】

また巻取ユニット６は、基準姿勢をカートリッジ２が維持できるように、チューブ８の巻取力Ｆ_Ｗが設定されている。このため、プリンタ１の姿勢変化に伴うチューブ８の出し入れに際し、カートリッジ２の姿勢が必要以上に変化しない。よって、インク３０の液面とチューブ８の他端８ｂとの位置関係が保たれ、プリンタ１の良好な吐出特性を維持できる。

【0071】

また巻取ユニット６は、巻取体１６を有し、その周面に巻取溝１６ａが形成されている。チューブ８は、巻取溝１６ａに嵌るようにして、巻取ユニット６に巻き取られる。このため、巻取ユニット６によりチューブ８をコンパクトに巻き取ることができ、プリンタ１の携帯性を維持できる。

【0072】

また軸受ユニット５は、複数のベアリング球１４と、各ベアリング球１４を回転自在に支持する支持部材１５とを有する。複数のベアリング球１４は、カートリッジ２の外表面に分散して配置されてカートリッジ２の外表面を支持する。支持部材１５は、ベアリング球１４同士の相対位置（複数のベアリング球１４の配置の分散状態）を維持しつつ複数のベアリング球１４の各々を回転自在に支持する。これにより、カートリッジ２とケース４との円滑な相対移動が実現できる。

【0073】

またケース４は、内壁面４ａが複数のベアリング球１４と接触することにより、内側にカートリッジ２を支持する。このため、カートリッジ２の外表面に沿った全方向に、カートリッジ２とケース４とを円滑に相対移動し易くできる。よって、プリンタ１の使用時には、インク３０の波立ちを効果的に防止できると共に、チューブ８にエアが侵入するのを防止できる。

【0074】

またプリンタ１は、バルブユニット１３と、これを大気に連通する連通流路Ｒ５とを備える。バルブユニット１３は、プリンタ１を第１～第３形態の間で切替可能である。よって、例えばプリンタ１を分解することなく、カートリッジ２へのインク３０の補充及びインクヘッド７のメンテナンスを行えると共に、印刷動作を良好に行うことができる。

【0075】

次に、本実施形態の変形例に係るプリンタを説明する。第１の変形例は、チューブ８の他端８ｂの一部が、鉛直方向において、基準姿勢にある錘３の上端より下方に配置されている。このとき、錘３の上面は、平坦面ではなく、部分的に形成された凹部を有する。チューブ８の他端８ｂの一部は、この凹部内に位置すればよい。凹部の形態としては、ピット状、スリット状すり鉢状等の何れかが採用されてもよい。これにより、カートリッジ２に貯留されたインク３０の残量が少なくなっても、チューブ８の他端８ｂに内部空間Ｓ内のエアが侵入するのをより一層良好に防止できる。

【0076】

第２の変形例は、チューブ８の他端８ｂは、カートリッジ２の下部に当接していなくてもよい。この場合、他端８ｂは、カートリッジ２の下部に対して、極近傍で対向していてもよい。第１の変形例と同様の効果を享受できる。

【0077】

次に第３の変形例を説明する。本実施形態では、図３に示すように、鉛直方向に見たとき、チューブ８の他端部が案内溝２ｂの延在方向と略反対の方向に屈曲している。しかし、第３の変形例では、他端部の屈曲方向が、鉛直方向に見たときの案内溝２ｂの延在方向である。プリンタ１の姿勢変化により、カートリッジ２も若干傾くことが想定される場合、その傾斜方向は、プリンタの姿勢変化の方向に倣う。インク３０も同じ方向に片寄るが、チューブ８の他端部も同じ方向に屈曲して伸びているので、インク３０の残量がさらに少なくなっても、確実にインク３０をインクヘッド７に供給できる。同様の観点から、チューブ８の他端部が、案内溝２ｂの延在方向に屈曲しており、他端８ｂがカートリッジ２の内壁近傍にあってもよい。

【0078】

以下、その他の実施形態等について、第１実施形態との差異を中心に説明する。

【0079】

（第２実施形態）
図７は、第２実施形態に係るプリンタの模式図である。カートリッジ１０２の内部空間は、鉛直方向から見下ろしたときに異なる種類のインク毎に区画される複数のサブ空間Ｓｂで構成されている。サブ空間Ｓｂ毎に充填されるインク３０は、例えば色等の種類が異なっている。隣接するサブ空間Ｓｂとは、仕切壁１０２ｅにより、仕切られている。チューブ８は、サブ空間Ｓｂ毎に配置され、サブ空間Ｓｂからインク３０を個別にインクヘッド７へ供給できる。カートリッジ１０２の上部には、各サブ空間Ｓｂに対応して、チューブ８を個別に挿通する複数の開口１０２ａが設けられている。

【0080】

全ての仕切壁１０２ｅは、カートリッジ２の中心を通る鉛直線を共有する。錘３は、鉛直方向に見たとき、これと同じ鉛直線が重心を通り、全てのサブ空間Ｓｂに均等に跨って配置されている。

【0081】

この構成においても、第１実施形態と同様の効果が奏される。また、異なる種類のインク３０を用いることで、例えばプリンタを用いて、印刷対象物４０の表面に任意の姿勢でカラー印刷を行うことができる。

【0082】

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、その構成を変更、追加、又は削除できる。

【産業上の利用可能性】

【0083】

以上のように本発明は、カートリッジを備える携帯型印刷装置において、使用中に印刷装置の姿勢を変更する際、カートリッジ内のインク液面の位置が変動し難く、良好な吐出特性を維持できる優れた効果を有する。従って、この効果の意義を発揮できる携帯型印刷装置に本発明を広く適用すると有益である。

【符号の説明】

【0084】

Ｓ 内部空間
Ｓｂ サブ空間
１ プリンタ（携帯型印刷装置）
２，１０２ カートリッジ
２ａ，１０２ａ 開口
２ｂ 案内溝
３ 錘
４ ケース
４ａ 内壁面
５ 軸受ユニット
６ 巻取ユニット
７ インクヘッド
７ａ ノズル面
７ｂ ノズル
８ チューブ
８ａ チューブの一端
８ｂ チューブの他端
９ 制御ユニット
１０ エンコーダ
１４ ベアリング球
１５ 支持部材
１６ 巻取体
１６ａ 巻取溝
３０ インク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】