JP2003326738A - 液体供給装置及び液体吐出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 液体収容量が大きく、構造が簡素でコスト低
減を図ることができ、液体を供給する際に発生する圧力
損失の低減を図る。 【解決手段】 インクを収容するインクタンク１と、イ
ンクタンク１内のインクを流下させてインクタンク１の
外部に送り出すインク供給部３と、インクタンク１と連
通し、外部の空気をインクタンク１内に取り込み可能な
空気取り入れ孔４とを備えるインク供給装置１５０であ
って、インクタンク１内の大気圧より低い圧力と、空気
取り入れ孔４のインクのメニスカスを保持する力とが釣
り合うことにより空気取り入れ孔４のインクのメニスカ
スが保持されるようにするとともに、インク供給部３か
らインクが送り出されることによるインクタンク１内の
圧力の低下によって空気取り入れ孔４のインクのメニス
カスの位置を移動させることにより空気取り入れ孔４か
らインクタンク１内に空気を取り込むようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液体を外部装置、
例えば液体吐出用のヘッドに供給する液体供給装置と、
この液体供給装置を適用したインクジェットプリンタ等
の液体吐出装置に関し、詳しくは、液体収容量が大き
く、構造が簡素でコスト低減を図ることができ、液体を
供給する際に発生する圧力損失の低減を図ることができ
る技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の液体供給装置の１つである、イン
クジェットプリンタに用いられるインク供給装置として
は、例えば以下のものが知られている。図１２は、従来
のインク供給装置の第１例を示す内部構成の断面図であ
る。図１２において、インク収容部２０１は、インクタ
ンク２０１ａと、インク保持室２０１ｂとに仕切られて
いる。インクタンク２０１ａとインク保持室２０１ｂと
の間は、底面部で連通されている。

【０００３】インクタンク２０１ａ側には、インクが装
填されている。また、インク保持室２０１ｂの天面側に
は、外気と連通する外気連通孔２０２が形成されてい
る。さらにまた、インク保持室２０１ｂ内には、インク
を保持しておく多孔質体２０３が設けられている。さら
に、インク保持室２０１ｂの底面側には、インク送出部
２０４が形成されている。

【０００４】インクがインク送出部２０４から送り出さ
れると、空気がインクタンク２０１ａ側に入り、その空
気に相当する分のインクがインクタンク２０１ａからイ
ンク保持室２０１ｂ側に送られるとともに、多孔質体２
０３に保持される。ここで、多孔質体２０３の毛細管力
により、インクには吸い上げられる方向の力が加わって
いる。これにより、インク送出部２０４からインクが漏
れることはない。

【０００５】図１３は、従来のインク供給装置の第２例
を示す内部構成の断面図である。図１３において、イン
ク収容部２０５の底面側には、上記第１例と同様に、イ
ンク送出部２０４が形成されている。また、インク収容
部２０５内には、内部にインクを収容した袋状体２０６
が設けられている。この袋状体２０６は、バネ２０７に
よって常時押し広げる方向（図１３中、矢印方向）に力
が加わっている。このバネ２０７の力により、袋状体２
０６内部のインクには、吸い上げられる方向の力が加わ
っている。これにより、上記第１例と同様に、インク送
出部２０４からインクが漏れることはない。以上のよう
に、インク供給装置は、インク送出部２０４からインク
が漏れないように構成されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述の従来の
技術では、以下の問題があった。第１例では、インク保
持室２０１ｂ内に多孔質体２０３を設けているので、イ
ンク供給装置内の容積は、多孔質体２０３の分だけ小さ
くなる。よって、インク供給装置全体の大きさに対し
て、内部に収容できるインク量が少ないという問題があ
った。また、インクを供給する際に発生する圧力損失
（いわゆる動負圧）が大きくなり、大流量のインクを供
給するものには対応しにくいという問題があった。

【０００７】また、第２例では、バネ２０７を用いる方
式であるので、例えばインク収容部２０５を薄型にした
場合には、袋状体２０６の内部にバネ２０７を収納する
ことができなくなったり、製造工程が複雑化する等の製
造上の問題があった。さらに、バネ２０７を用いるもの
であるので、機構が複雑化し、コストも高くなるという
問題があった。したがって、本発明が解決しようとする
課題は、液体収容量が大きく、構造が簡素でコスト低減
を図ることができ、液体を供給する際に発生する圧力損
失の低減を図ることである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、以下の解決手
段によって、上述の課題を解決する。本発明の１つであ
る請求項１の発明は、内部に液体を収容する液体収容部
と、前記液体収容部内の液体を流下させて前記液体収容
部の外部に送り出す液体供給部と、前記液体収容部と連
通し、外部の空気を前記液体収容部内に取り込み可能な
空気取り入れ孔とを備える液体供給装置であって、前記
液体収容部内の大気圧より低い圧力と、前記空気取り入
れ孔の液体のメニスカスを保持する力とが釣り合うこと
により前記空気取り入れ孔の液体のメニスカスが保持さ
れるようにするとともに、前記液体供給部から液体が送
り出されることによる前記液体収容部内の圧力の低下に
よって前記空気取り入れ孔の液体のメニスカスの位置を
移動させることにより前記空気取り入れ孔から前記液体
収容部内に空気を取り込むようにしたことを特徴とす
る。

【０００９】請求項１の発明においては、定常状態で
は、液体収容部の内部の圧力は大気圧より低い圧力に保
持される。さらに定常状態では、液体収容部内の圧力
と、空気取り入れ孔の液体のメニスカスを保持する力と
が釣り合っており、空気取り入れ孔内で液体のメニスカ
スが保持される。よって、液体収容部内の液体は、空気
取り入れ孔から漏れ出ることはなく保持される。

【００１０】液体供給部から液体が送り出されると、液
体収容部内の圧力は、それまでの圧力よりさらに低くな
る。したがって、液体収容部に連通する空気取り入れ孔
では、液体収容部内の圧力低下によって液体のメニスカ
スが移動する。これにより、空気取り入れ孔から液体収
容部内に空気が入り込み、その空気は、液体収容部内に
送られる。空気が入り込むことにより、液体収容部内の
圧力は、液体供給部から液体が送り出される前の圧力
（定常状態）に戻る。したがって、再度、液体収容部内
の圧力と空気取り入れ孔の液体のメニスカスを保持する
力とが釣り合い、空気取り入れ孔内で液体のメニスカス
が保持される。よって、液体収容部内の液体が保持され
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面等を参照して、本発明
の一実施形態について説明する。なお、以下の説明で
は、本発明の液体供給装置及び液体吐出装置の一実施形
態として、それぞれ、インク供給装置、及びこのインク
供給装置を適用したインク吐出装置（インクジェットプ
リンタ）を例に挙げることとする。 （第１実施形態）図１は、本発明の第１実施形態である
インク吐出装置１００の全体構成を示す正面図（一部断
面図）である。図中、インクタンク１、インク供給部３
及び接続部９は、断面図で図示している。インク吐出装
置１００は、インク供給装置１５０と、このインク供給
装置１５０から供給されたインクを記録媒体に対して吐
出するヘッド２０等とを備える。

【００１２】インク供給装置１５０は、インクタンク１
と、インク供給部３等とを備える。インクタンク１は、
本発明における液体収容部に相当するものであり、外部
から閉塞された箱形に形成され、その内部にはインクが
収容されている。インクは、未使用時には、内部にほと
んど空気がない程度にインクタンク１内に装填されてい
る。

【００１３】インクタンク１の下面の一部には、インク
タンク１と連通するとともに、インクタンク１内のイン
クが流下可能に下側に延在するインク供給部３が連結さ
れている。インク供給部３は、本発明における液体供給
部に相当するものであり、略筒状体に形成され、インク
供給部３と連通するヘッド２０（後述）にインクタンク
１内のインクを供給するものである。

【００１４】また、インク供給部３の側壁には、空気取
り入れ孔４が形成されている。空気取り入れ孔４は、外
気とインク供給部３の内部とで連通する断面円形状の貫
通穴である。空気取り入れ孔４は、ヘッド２０でインク
が吐出され、インクタンク１からヘッド２０側にインク
が送られることに応じて、外気をインクタンク１内部に
取り込むためのものであるが、その詳細については後述
する。

【００１５】さらに、空気取り入れ孔４より下側の位置
には、中央部が開口された仕切板がインク供給部３の内
壁に固定されているとともに、その仕切板の下面側に
は、バネ５が取り付けられている。さらにバネ５の下端
部には、板状の弁６が取り付けられている。

【００１６】一方、インク供給部３の底面部には、中央
部が開口されたシーリング７が取り付けられている。そ
して、弁６は、バネ５の付勢力によりシーリング７上に
押し付けられている。弁６の表面領域は、シーリング７
の中央部の開口領域より大きく形成されている。これに
より、シーリング７上に弁６がバネ５の付勢力によって
押し付けられると、シーリング７の開口領域が閉塞さ
れ、シーリング７の開口領域からインクが漏れ出ること
がないように形成されている。

【００１７】また、ヘッド２０上には、接続部９が連結
されている。接続部９の内部には、ヘッド２０内とイン
クが流通可能に連通されている供給管８が設けられてい
る。接続部９の上側部分は、略筒状に形成されるととも
に、この部分がシーリング７からインク供給部３内に挿
入されることにより、インクタンク１とヘッド２０とが
連結される。すなわち、接続部９の上側部分は、シーリ
ング７の開口領域に嵌合可能な形状に（シーリング７と
接続部９との間からインクが漏れ出ないように）形成さ
れている。

【００１８】また、接続部９の上側部分がシーリング７
からインク供給部３内に挿入されると、接続部９の上端
面がバネ５の付勢力に抗して弁６を押し上げる。これに
より、インク供給部３内と供給管８内とが連通され、イ
ンクがインク供給部３から供給管８に流れるように構成
されている。

【００１９】また、接続部９内において、供給管８の下
側部分には、メッシュフィルター１０が取り付けられて
いる。このメッシュフィルター１０は、インクがヘッド
２０側に流れ込むときに、インクとともに、粉塵、ゴミ
その他の異物がヘッド２０に流れ込むことを防止するも
のである。

【００２０】ヘッド２０は、インクタンク１側から供給
されたインクを、インク液滴として吐出し、画像を形成
するためのものであり、ヘッド２０の下面には、インク
液滴を吐出するためのノズル（後述）を備えている。最
初は、ヘッド２０のノズル面２１にはキャップ３０が取
り付けられている。キャップ３０は、チューブ３１によ
って吸引ポンプ４０に連結され、ノズルからインクを吸
引できるようになっている。吸引ポンプ４０は、さらに
廃インク吸収体５０にチューブ４１で連結され、吸引し
たインクは、ここに吸収させることができる。

【００２１】最初は、ヘッド２０内にはインクは供給さ
れていない。最初の使用時には、吸引ポンプ４０でヘッ
ド２０のノズルを介してインクを吸引する。これによ
り、ヘッド２０内にインクが充填される。このとき、ヘ
ッド２０内の圧力は、大気圧より低くなる。ここで、ヘ
ッド２０内の圧力が大気圧以上であると、ノズルからイ
ンクが漏れ出したり、インクの吐出が不安定になる原因
となるが、本実施形態では、ヘッド２０内の圧力は、必
ず大気圧より低い圧力に保持されるようにしているの
で、インクの安定した吐出が得られる。

【００２２】一方、上述のように吸引ポンプ４０でイン
クが吸引され、インクがインク供給部３側からヘッド２
０側に供給されると、インクタンク１内の圧力が低下
し、空気取り入れ孔４から空気が取り込まれる。

【００２３】ヘッド２０からのインク液滴の吐出時、す
なわち印画時も、上記と同様の動作をする。図２から図
５までは、ヘッド２０の一部を詳細に示す断面図であっ
て、インクが吐出された後、インクが供給されるまでの
様子を順を追って示す図である。先ず、図２において、
ヘッド２０の構造を説明する。ヘッド２０は、基板２２
と、フィルム２４と、ノズルシート２５等とを備える。

【００２４】基板２２は、シリコン等の半導体基板から
なるものであり、その一面（図２中、下面）に、発熱抵
抗体（ヒーター）２３が形成されたものである。発熱抵
抗体２３は、吐出するインクを加熱するためのものであ
って、インクに吐出エネルギーを付与するエネルギー発
生手段として機能するものである。発熱抵抗体２３の駆
動制御等は、基板２２によって行われる。基板２２に
は、図示しないが、ロジックＩＣや、ドライバートラン
ジスタ等が設けられている。

【００２５】フィルム２４は、基板２２の図２中、下面
に積層されている。フィルム２４は、例えば露光硬化型
のドライフィルムレジストからなるものであり、基板２
２の発熱抵抗体２３が形成された面の略全体に積層され
た後、フォトリソプロセスによって不要部分が除去され
て、所定形状に形成される。これにより、フィルム２４
は、各発熱抵抗体２３の周囲部を略凹状に囲むように形
成される。この発熱抵抗体２３を囲む部分がインク加圧
室２６となる。よって、フィルム２４は、インク加圧室
２６の一部を形成している。

【００２６】ノズルシート２５は、インクを吐出するた
めのノズル２５ａが形成されたシート状部材であり、フ
ィルム２４の下層に積層されている。ノズル２５ａは、
円形に開口された穴であり、各発熱抵抗体２３の下側に
位置するように配置されている。なお、ノズルシート２
５は、インク加圧室２６の一部を形成している。

【００２７】また、各インク加圧室２６に連通するよう
に、インク流路部２７が形成されている。インク流路部
２７は、インク供給部３（インクタンク１）から供給さ
れたインクをインク加圧室２６に送り込むためのもので
ある。すなわち、インク流路部２７と、上述の供給管８
とが連通されている。よって、インクタンク１側から供
給されるインクは、インク流路部２７に流れ込み、イン
ク加圧室２６内に充填される。

【００２８】以上のインク加圧室２６、発熱抵抗体２
３、及びノズル２５ａは、図示を省略するが、基板２２
に、略直線状に多数並設されている。そして、これらの
多数のノズル２５ａのうち、選択されたノズル２５ａか
らインクが吐出される。

【００２９】インク吐出装置１００の制御部（図示せ
ず）からの指令によって、選択された発熱抵抗体２３
に、短時間（例えば１〜３マイクロ秒程度）電流パルス
が流されることにより、その発熱抵抗体２３が急速に加
熱される。その結果、発熱抵抗体２３に接する部分にバ
ブル（インク気泡）Ｂが発生し、そのバブルＢの膨張に
よって、ある体積のインクが押しのけられる。これによ
って、ノズル２５ａに接する部分の上記押しのけられた
インクと同等の体積のインクｉがインク液滴としてノズ
ル２５ａから吐出され、紙等の記録媒体に着弾される。

【００３０】次に、図３さらには図４に示すように、バ
ブルＢは、次第に収縮し、やがては図５に示すように消
失するが、このときのバブルＢの収縮によって、ノズル
２５ａ及びインク加圧室２６にはインクを引き込む力
（毛細管力）が発生し、ノズル２５ａ及びインク加圧室
２６内には、吐出された量と同量のインクが直ちに補充
される。ここで、ノズル２５ａ、インク加圧室２６、イ
ンク流路部２７、及び供給管８は、それぞれ連通されて
いるので、上記毛細管力により、インクタンク１からヘ
ッド２０側にインクが引き込まれる。

【００３１】インクが吐出され続け、インクがインクタ
ンク１側からヘッド２０側に送られ続けると、インク吐
出装置１００の内部の圧力は徐々に低下する。そして、
圧力が低下するに従い、空気取り入れ孔４内のインク
は、インク供給部３側に引き込まれ、空気取り入れ孔４
のインクのメニスカス（液面）が後退（インク供給部３
側に移動）する。空気取り入れ孔４のインクのメニスカ
スの位置が、インク供給部３の内壁位置を超えると、空
気が空気取り入れ孔４から入り込み、インク供給部３内
に取り込まれる。これにより、気液交換が行われ、取り
込まれた空気は、気泡となってインクタンク１内を上昇
し、最終的にはインクタンク１内の上方に溜められる。

【００３２】そして、空気取り入れ孔４から空気が取り
込まれると、内部の圧力が上昇し、空気取り入れ孔４内
にインクが入り込み、再度、空気取り入れ孔４にインク
のメニスカスが保持される。以上の動作が繰り返される
ことで、インクタンク１内のインクが徐々に減少してい
く。

【００３３】また、図１に示すように、インク供給部３
の上端側（インクタンク１の近傍側）の側壁には、２つ
のインク検知電極（本発明における液体検知手段に相当
するもの）２が取り付けられている。インク検知電極２
は、インクタンク１内のインクの有無を検知するための
ものである。インク検知電極２には、不図示の電圧印加
手段によって微小なパルス電圧が加えられる。インクの
液面がインク検知電極２より上にあるときには、インク
を介してインク検知電極２間に電流が流れるが、インク
の液面がインク検知電極２より下にあるときには、イン
ク検知電極２間にはインクが存在しないので電流は流れ
ない。ここで、流れる電流は微小であるので、インクの
電気分解は無視することができる。また、インク検知電
極２は、金などで耐蝕メッキが施されている。

【００３４】また、図示しないが、インク検知電極２間
に電流が流れたか否かによりインクの有無を判定する判
定手段が設けられており、電流が流れたときにはインク
があると判定される。ここで、インク検知電極２は、空
気取り入れ孔４の上側に設けることが好ましい。そし
て、判定手段によりインクがないと判定されたときに
は、インクの液面が空気取り入れ孔４に到達する前に、
インク吐出装置１００の制御部（図示せず）によってイ
ンクの吐出（印画）を停止するように制御することが好
ましい。

【００３５】インクの液面が空気取り入れ孔４を下回る
と、空気取り入れ孔４内にはメニスカスが存在しなくな
り、ノズル面２１には大気圧がかかるようになり、この
結果、ノズル２５ａからインクが漏れ出てしまうからで
ある。また、インクを無駄なく消費できるようにするた
めには、空気取り入れ孔４は、鉛直方向において、でき
る限り下側に設けるのが好ましい。

【００３６】次に、空気取り入れ孔４のメニスカスにつ
いて、より詳細に説明する。空気取り入れ孔４から空気
が取り込まれない限り、インクは、インクタンク１から
流下することはない。空気取り入れ孔４から空気が取り
込まれるための内部の圧力は、空気取り入れ孔４に形成
されるインクのメニスカスの表面張力により決定され
る。ここで、空気取り入れ孔４に形成されるメニスカス
を保持するための力を、本発明では、メニスカス保持力
と称する。

【００３７】図６は、空気取り入れ孔４と、インクのメ
ニスカスとを詳細に示す断面図である。インクの表面張
力をγ、空気取り入れ孔４の孔径をｄ、インクと空気取
り入れ孔４の表面の（後退）接触角をθとする。表面張
力γは、空気取り入れ孔４の周長（πｄ）に加わるの
で、空気取り入れ孔４の周長全体での表面張力は、 πｄγ となる。また、この垂直成分は、 πｄγcos θ となる。

【００３８】この垂直成分の値を、空気取り入れ孔４の
開口面積（Ｓ＝πｄ^２ ／４）で割れば、メニスカス保
持力（圧力）となるので、これをＰとすると、 メニスカス保持力Ｐ＝πｄγcos θ／（πｄ^２ ／４） ＝４πγcos θ／ｄ となる。そして、空気が空気取り入れ孔４内に取り込ま
れるための圧力は、メニスカス保持力Ｐより大きくなけ
ればならない。

【００３９】最初の使用時におけるヘッド２０へのイン
クの供給時や、印画時のヘッド２０内の圧力低下によ
り、インクを吸引する力がメニスカス保持力Ｐより大き
くなったときに、空気取り入れ孔４から空気が取り込ま
れる。一方、ヘッド２０のノズル２５ａからインクが漏
れ出ないための条件は、ノズル２５ａでのインクのメニ
スカスにかかる圧力が、大気圧以上にならないことであ
る。

【００４０】ヘッド２０の上部のインクが充填されてい
る空間が閉塞した空間であれば、ノズル２５ａにおける
インクのメニスカスにかかる圧力は、大気圧以上になら
ないので、インクがノズル２５ａから漏れ出ることはな
い。そして、本実施形態では、空気取り入れ孔４が大気
に開口しており、閉塞した空間とはなっていないが、空
気取り入れ孔４で空気とインクの気液交換が行われてい
ないときには閉塞空間であることと等価となる。よっ
て、ノズル２５ａからインクが漏れ出ることはない。

【００４１】ノズル２５ａには大気圧がかかっており、
空気取り入れ孔４には、ノズル２５ａから空気取り入れ
孔４までの高さに相当する水頭Ｈの圧力（大気圧より低
い圧力）がかかる。そして、空気取り入れ孔４のインク
のメニスカス保持力Ｐの絶対値が、水頭Ｈの圧力の絶対
値より大きい場合には、空気取り入れ孔４から空気は取
り込まれず、ノズル２５ａからインクが漏れ出ることは
ない。すなわち、 Ｐ＝４πγcos θ／ｄ＞Ｈ であれば、空気取り入れ孔４から空気は取り込まれず、
ノズル２５ａからインクが漏れ出ることはない。

【００４２】上記の式を変形すれば、 ｄ＜４πγcos θ／Ｈ となる。この式に基づき空気取り入れ孔４の孔径ｄの値
を決定すれば、ノズル２５ａからインクが漏れ出ること
を防止することができる。なお、以上は、空気取り入れ
孔４の開口形状が円形の場合である。

【００４３】なお、メニスカス保持力Ｐと、空気取り入
れ孔４の孔径ｄとの関係は、図７に示すようになる。図
７は、インクの表面張力γ、空気取り入れ孔４の孔径
ｄ、空気取り入れ孔４の周長πｄ、空気取り入れ孔４の
開口面積Ｓ（＝πｄ^２ ／４）、（後退）接触角θ、及
びメニスカス保持力Ｐとの各値を示すとともに、孔径ｄ
とメニスカス保持力Ｐとの関係をグラフで示すものであ
る。図７では、インクの表面張力γを０．０３（Ｎ／
ｍ）、（後退）接触角を５゜としている。

【００４４】図７において、例えば水頭Ｈが２０ｍｍＡ
ｑの場合、孔径ｄを０．６１ｍｍ未満にすれば、ノズル
２５ａからインクが漏れ出ることはない。また、例えば
孔径ｄを０．３ｍｍとした場合には、メニスカス保持力
Ｐは、４０．６ｍｍＡｑとなるので、水頭Ｈが４０．６
ｍｍＡｑ以下であれば、ノズル２５ａからインクが漏れ
出ることはない。なお、実際の設計時には、ヘッド２０
の傾斜や加工精度等の製造誤差を考慮して、ある程度の
マージンをとり、水頭Ｈは小さく設計するのが好ましい
（例えば２０ｍｍＡｑ程度）。

【００４５】（第２実施形態）図８は、本発明の第２実
施形態であるインク吐出装置１００Ａの全体構成を示す
正面図である。第２実施形態において、第１実施形態と
同一部分には同一符号を付している。また、第１実施形
態と異なる部分であって第１実施形態のものに相当する
部分は、第１実施形態の符号にＡを付した符号を用いて
いる。

【００４６】第２実施家形態では、空気取り入れ孔４か
らのインク漏れ対策を施したものである。図８におい
て、インク供給装置１５０Ａにはインク受け３２が設け
られている。このインク受け３２は、空気取り入れ孔４
が上方部に位置するように、インク供給部３の側壁に密
着して設けられたものであり、空気取り入れ孔４から漏
れ出たインクを収容可能な形状に形成されている。ま
た、インク受け３２の天面側は、大気に開放されてい
る。インク受け３２は、ゴム弾性体等の軟質材料から形
成されている。

【００４７】ここで、インク吐出装置１００Ａが設置さ
れている環境下で温度上昇や圧力（大気圧）の低下が生
じると、インクタンク１内の空気が膨張する。これによ
り、インクタンク１内のインクが押し出されて、インク
がノズル２５ａや空気取り入れ孔４から漏れ出るおそれ
がある。なお、未使用時には、ノズル２５ａにはキャッ
プ３０が取り付けられているので、この場合にノズル２
５ａからインクが漏れ出ることはないが、空気取り入れ
孔４からはインクが漏れ出るおそれがある。

【００４８】そこで、本実施形態では、空気取り入れ孔
４の外側に、空気取り入れ孔４から漏れ出たインクを受
け止めるためのインク受け３２を設けている。また、イ
ンク受け３２の底面側にはチューブ３３が設けられてお
り、このチューブ３３によりインク受け３２と廃インク
吸収体５０とが連結されている。したがって、インク取
り入れ孔４からインク受け３２内に漏れ出たインクは、
チューブ３３を通って廃インク吸収体５０に送られる。
なお、温度や圧力が定常状態に戻ると、漏れ出たインク
量に相当する量の空気が空気取り入れ孔４からインクタ
ンク１内に取り込まれる。

【００４９】なお、第２実施形態において、インク受け
３２及びチューブ３３内に多孔質体を設け、インクの吸
収や、廃インク吸収体５０へのインクの導出を促進して
も良い。多孔質体としては、例えばスポンジや不織布等
が挙げられる。

【００５０】（第３実施形態）図９は、本発明の第３実
施形態であるインク吐出装置１００Ｂの全体構成を示す
正面図である。第３実施形態において、第１実施形態と
同一部分には同一符号を付している。また、第１実施形
態と異なる部分であって第１実施形態のものに相当する
部分は、第１実施形態の符号にＢを付した符号を用いて
いる。

【００５１】第３実施形態では、第２実施形態と同様
に、空気取り入れ孔４からのインク漏れ対策を施したも
のである。図９の第３実施形態のインク供給装置１５０
Ｂにおいて、インク供給部３内の空気取り入れ孔４に連
通している内壁には、逆止弁１１が設けられている。逆
止弁１１は、空気取り入れ孔４を開放及び閉塞可能なよ
うに構成されている。逆止弁１１は、例えばゴム弾性体
等の軟質材料からなり、ほぼ板状に形成されている。そ
して、例えば温度上昇や圧力低下等によってインクタン
ク１内の空気が膨張すると、逆止弁１１は、その力によ
って空気取り入れ孔４に密着し、空気取り入れ孔４を閉
塞する。これにより、空気取り入れ孔４からのインクの
漏れ出しが防止される。

【００５２】（第４実施形態）図１０は、本発明の第４
実施形態であるインク吐出装置１００Ｃの全体構成を示
す正面図である。第４実施形態において、第１実施形態
と同一部分には同一符号を付している。また、第１実施
形態と異なる部分であって第１実施形態のものに相当す
る部分は、第１実施形態の符号にＣを付した符号を用い
ている。

【００５３】第４実施形態のインク供給装置１５０Ｃで
は、第１実施形態のようにインク供給部３の側面に空気
取り入れ孔４は設けられていない。また、インクタンク
１内に、外部とインクタンク１内との空気導入経路とな
る空気取り入れ管１４が設けられている。空気取り入れ
管１４は、インクタンク１の天面に開口部を有し、イン
クタンク１の内部に鉛直下方に延在するように取り付け
られている。そして、空気取り入れ管１４の最下部は、
インク供給部３内に入り込んでいる。この空気取り入れ
管１４の最下部が空気取り入れ孔４を構成している。

【００５４】さらに、空気取り入れ管１４のほぼ中央部
は、内径が他の部分より大きく形成されており、この内
部に逆止弁１２及びバネ１３が配置されている。バネ１
３は、上記内部の下面部に固定されている。また、バネ
１３の上端には逆止弁１２が取り付けられている。逆止
弁１２は、例えばゴム弾性体のような軟質材料からな
り、ほぼ球状に形成されている。バネ１３により、逆止
弁１２は図中、上側に付勢されており、空気取り入れ管
１４内のほぼ中央部の位置にて空気取り入れ管１４内の
上側と下側との空気導入経路を閉塞している。

【００５５】インクタンク１内の圧力が低下すると、逆
止弁１２は、バネ１３の付勢力に抗して下方に移動さ
れ、それまで閉塞していた空気取り入れ管１４内の空気
導入経路を開放する。これにより、大気が空気取り入れ
孔４からインクタンク１内に取り込まれる。そして、空
気が内部に取り込まれることで、空気取り入れ管１４内
の圧力が、逆止弁１２が移動する前の圧力に戻ると、逆
止弁１２は、再度、バネ１３の付勢力により上方に移動
され、空気取り入れ管１４内の空気導入経路を閉塞す
る。

【００５６】なお、定常状態では、逆止弁１２により空
気取り入れ管１４内の空気導入経路が閉塞されているの
で、インク吐出装置１００Ｃの傾斜時や、温度上昇又は
圧力低下によってインクタンク１内の空気が膨張して
も、インクが空気取り入れ管１４から外部に漏れ出るこ
とはない。

【００５７】（第５実施形態）図１１は、本発明の第５
実施形態であるインク吐出装置１００Ｄの全体構成を示
す正面図である。第５実施形態において、第１実施形態
と同一部分には同一符号を付している。また、第１実施
形態と異なる部分であって第１実施形態のものに相当す
る部分は、第１実施形態の符号にＤを付した符号を用い
ている。

【００５８】第５実施形態のインク供給装置１５０Ｄで
は、インクタンク１の内部において、インクタンク１の
天壁の下側に、この天壁と所定間隔を隔ててゴムシート
１６及び隔壁１５が天壁とほぼ平行に設けられている。
ここで、ゴムシート１６は、ゴム弾性体からなるもので
あるが、隔壁１５は、インクタンク１の材質と同様に硬
質材料からなるものである。

【００５９】また、インクタンク１の天壁には、外部か
らの空気を取り入れるための空気孔１８が形成されてい
る。さらにまた、インクタンク１の天壁の内部側の中央
部には、内方向に突出する先端がほぼ球状の突起部１７
が設けられている。そして、ゴムシート１６の中央部に
は、孔１９が設けられており、ゴムシート１６の弾性力
によって孔１９が突起部１７に押し付けられており、孔
１９が閉塞されるように構成されている。このゴムシー
ト１６の孔１９と突起部１７とにより弁が構成されてい
る。

【００６０】また、隔壁１５の下面側には、空気取り入
れ管１４が取り付けられている。空気取り入れ管１４
は、インクタンク１内おいて鉛直下方に延在するように
設けられており、その最上部は隔壁１５上の空間と連通
しており、その最下部はインク供給部３内に入り込んで
いる。この最下部は、空気取り入れ孔４を構成してい
る。

【００６１】インクタンク１内の圧力が低下すると、空
気取り入れ管１４内、及びゴムシート１６と隔壁１５と
で挟まれる空間内の圧力が低下する。これにより、ゴム
シート１６は、下側に凸となるようにたわむ。そして、
ゴムシート１６の孔１９と突起部１７とが離れ、孔１９
より空気が取り込まれる。これにより、空気取り入れ管
１４を通してインクタンク１内に空気が取り込まれる。
そして、インクタンク１内の圧力が上昇し、定常状態に
戻ると、再度ゴムシート１６が突起部１７に密着し、孔
１９が突起部１７によって閉塞される。

【００６２】以上の動作により、空気取り入れ孔４から
ゴムシート１６までの空間は、大気圧より低いある一定
の圧力に保たれる。また、温度上昇や圧力の低下によ
り、インクタンク１内の空気が膨張すると、ゴムシート
１６が突起部１７に密着し、孔１９は突起部１７によっ
て閉塞した状態が維持されるので、空気取り入れ管１
４、孔１９を介して空気孔１８からインクが外部に漏れ
出ることはない。

【００６３】以上、本発明の一実施形態について説明し
たが、本発明は、上述した実施形態に限定されることな
く、例えば以下のような種々の変形が可能である。 （１）本実施形態では、ヘッド２０は、インク加圧室２
６内で発熱抵抗体２３によってインクを加熱して吐出さ
せるサーマル方式のものを挙げたが、これに限らず、静
電吐出方式やピエゾ方式に適用することも可能である。
静電吐出方式は、エネルギー発生手段として、振動板
と、この振動板の下側に、空気層を介した２つの電極を
設けたものである。そして、両電極間に電圧を印加し、
振動板を下側にたわませ、その後、電圧を０Ｖにして静
電気力を開放する。このとき、振動板が元の状態に戻る
ときの弾性力を利用してインクを吐出するものである。

【００６４】また、ピエゾ方式は、エネルギー発生手段
として、両面に電極を有するピエゾ素子と振動板との積
層体を設けたものである。そして、ピエゾ素子の両面の
電極に電圧を印加すると、圧電効果により振動板に曲げ
モーメントが発生し、振動板がたわみ、変形する。この
変形を利用してインクを吐出するものである。

【００６５】（２）本実施形態では、インクの有無を検
知するための手段としてインク検知電極２を設けた例を
挙げたが、本実施形態のように電極を使用した電気的手
段に限らず、光学的手段を用いたものや、演算手段を用
いたものでも良い。光学的手段としては、例えば受発光
素子からなる光学センサを設け、インクタンク１内に光
を照射して、光学センサの受光状態によりインクの有無
を検出する手段が挙げられる。また、演算手段として
は、インクの吐出回数をカウントするとともに、１回当
たりのインクの吐出量（平均体積）にカウント値を乗じ
てインクの使用量を算出し、この値をインクタンク１内
の満タン時のインク量から減じることで、インク残量を
算出する手段が挙げられる。

【００６６】（３）本実施形態では、空気取り入れ孔４
は１つとしたが、これに限らず、複数設けても良い。空
気取り入れ孔４を複数設けた場合には、空気が取り込ま
れる際、空気がより流れやすくなる。

【００６７】（４）本実施形態では、インクジェットプ
リンタ等に用いられるインク供給装置１５０等及びイン
ク吐出装置１００等を例に挙げたが、インクジェットプ
リンタ等に限ることなく、種々の液体供給装置や液体吐
出装置に適用することができる。例えば、生体試料を検
出するためのＤＮＡ含有溶液を吐出するための装置に適
用することも可能である。

【００６８】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、従来の液体供
給装置と比べて、液体収容部内の容積を有効に使用する
ことができ、液体収容部内の液体収容量を多くすること
ができる。また、従来の多孔質体を設けた液体供給装置
と比べて、発生流量に対する圧力損失を低減することが
でき、大流量のものにも対応することができる。さらに
また、多孔質体やバネ袋等の内部圧力を大気圧より低く
維持するための力（液体が漏れ出ることを防止するため
の力）を発生させる複雑な構造を持つ必要がないので、
コストの低減を図ることができる。

【００６９】さらには、液体の出口や所定の充填孔から
液体を流し込むだけで液体収容部内に液体を充填又は補
充することができる。したがって、従来の液体供給装置
のように、内部の多孔質体に均等に液体を浸み込ませる
こと等の作業が不要となるので、液体の充填又は補充を
簡便に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態であるインク吐出装置の
全体構成を示す正面図（一部断面図）である。

【図２】インクが吐出された後、インクが供給されるま
での様子を示す図である。

【図３】図２の様子に続く様子を示す図である。

【図４】図３の様子に続く様子を示す図である。

【図５】図４の様子に続く様子を示す図である。

【図６】空気取り入れ孔とインクのメニスカスとを詳細
に示す断面図である。

【図７】メニスカス保持力と空気取り入れ孔の孔径等と
の関係を示す図である。

【図８】本発明の第２実施形態であるインク吐出装置の
全体構成を示す正面図である。

【図９】本発明の第３実施形態であるインク吐出装置の
全体構成を示す正面図である。

【図１０】本発明の第４実施形態であるインク吐出装置
の全体構成を示す正面図である。

【図１１】本発明の第５実施形態であるインク吐出装置
の全体構成を示す正面図である。

【図１２】従来のインク供給装置の第１例を示す内部構
成の断面図である。

【図１３】従来のインク供給装置の第２例を示す内部構
成の断面図である。

【符号の説明】

１ インクタンク（液体収容部） ２ インク検知電極（液体検知手段） ３ インク供給部（液体供給部） ４ 空気取り入れ孔 １１、１２ 逆止弁 １４ 空気取り入れ管 ２０ ヘッド ２１ ノズル面 ２５ａ ノズル １００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ イ
ンク吐出装置（液体吐出装置） １５０、１５０Ａ、１５０Ｂ、１５０Ｃ、１５０Ｄ イ
ンク供給装置（液体供給装置）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2C056 EA24 EB51 EB56 EC67 JA13 JC10 KB03 KB08 KB09 KC10 KC16 KC24 4F041 AA02 AB01 BA10 BA35 BA46 4F042 AA02 AB00 BA06 CB01 CB08 CB24

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に液体を収容する液体収容部と、 前記液体収容部内の液体を流下させて前記液体収容部の
   外部に送り出す液体供給部と、 前記液体収容部と連通し、外部の空気を前記液体収容部
   内に取り込み可能な空気取り入れ孔とを備える液体供給
   装置であって、 前記液体収容部内の大気圧より低い圧力と、前記空気取
   り入れ孔の液体のメニスカスを保持する力とが釣り合う
   ことにより前記空気取り入れ孔の液体のメニスカスが保
   持されるようにするとともに、前記液体供給部から液体
   が送り出されることによる前記液体収容部内の圧力の低
   下によって前記空気取り入れ孔の液体のメニスカスの位
   置を移動させることにより前記空気取り入れ孔から前記
   液体収容部内に空気を取り込むようにしたことを特徴と
   する液体供給装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の液体供給装置におい
   て、 前記液体収容部内の圧力と、前記空気取り入れ孔の液体
   のメニスカスを保持する力とが釣り合っているときは前
   記液体収容部と前記空気取り入れ孔との間を閉塞すると
   ともに、前記液体供給部から液体が送り出されることに
   よる前記液体収容部内の圧力の低下により、前記液体収
   容部と前記空気取り入れ孔との間を開放するように形成
   された弁を備えることを特徴とする液体供給装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の液体供給装置におい
   て、 前記液体収容部の内部に鉛直方向に延在する空気取り入
   れ管を備え、 前記空気取り入れ管の下端部に、前記空気取り入れ孔が
   形成されていることを特徴とする液体供給装置。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の液体供給装置におい
   て、 前記液体収容部の内部に鉛直方向に延在する空気取り入
   れ管を備え、 前記空気取り入れ管の下端部に、前記空気取り入れ孔が
   形成されており、 前記空気取り入れ管内の空気導入経路中、又は前記空気
   取り入れ管に連通する空気導入経路中に設けられ、前記
   液体収容部内の圧力と前記空気取り入れ孔の液体のメニ
   スカスを保持する力とが釣り合っているときは閉塞され
   るようにするとともに、前記液体供給部から液体が送り
   出されることによる前記液体収容部内の圧力の低下によ
   り開放されるようにした弁を備えることを特徴とする液
   体供給装置。
5. 【請求項５】 請求項１に記載の液体供給装置におい
   て、 前記空気取り入れ孔より上側に配置され、前記液体収容
   部内の液体の有無を検知する液体検知手段を備えること
   を特徴とする液体供給装置。
6. 【請求項６】 請求項１に記載の液体供給装置におい
   て、 前記空気取り入れ孔の液体のメニスカスを保持する力
   は、前記液体供給部又は前記液体供給部に連結された外
   部装置における大気圧がかかる位置から前記空気取り入
   れ孔までの鉛直方向における高さに相当する水頭の圧力
   より大きくなるように設定されていることを特徴とする
   液体供給装置。
7. 【請求項７】 内部に液体を収容する液体収容部と、 前記液体収容部内の液体を流下させて前記液体収容部の
   外部に送り出す液体供給部と、 前記液体収容部と連通し、外部の空気を前記液体収容部
   内に取り込み可能な空気取り入れ孔と、 前記液体供給部と連通し、前記液体供給部から供給され
   る液体を吐出させるノズルを有するヘッドとを備える液
   体吐出装置であって、 前記液体収容部内の大気圧より低い圧力と、前記空気取
   り入れ孔の液体のメニスカスを保持する力とが釣り合う
   ことにより前記空気取り入れ孔の液体のメニスカスが保
   持されるようにするとともに、前記ヘッドからの液体の
   吐出による前記液体収容部内の圧力の低下によって前記
   空気取り入れ孔の液体のメニスカスの位置を移動させる
   ことにより前記空気取り入れ孔から前記液体収容部内に
   空気を取り込むようにしたことを特徴とする液体吐出装
   置。
8. 【請求項８】 請求項７に記載の液体吐出装置におい
   て、 前記液体収容部内の圧力と、前記空気取り入れ孔の液体
   のメニスカスを保持する力とが釣り合っているときは前
   記液体収容部と前記空気取り入れ孔との間を閉塞すると
   ともに、前記ヘッドからの液体の吐出による前記液体収
   容部内の圧力の低下により、前記液体収容部と前記空気
   取り入れ孔との間を開放するように形成された弁を備え
   ることを特徴とする液体吐出装置。
9. 【請求項９】 請求項７に記載の液体吐出装置におい
   て、 前記液体収容部の内部に鉛直方向に延在する空気取り入
   れ管を備え、 前記空気取り入れ管の下端部に、前記空気取り入れ孔が
   形成されていることを特徴とする液体吐出装置。
10. 【請求項１０】 請求項７に記載の液体吐出装置におい
    て、 前記液体収容部の内部に鉛直方向に延在する空気取り入
    れ管を備え、 前記空気取り入れ管の下端部に、前記空気取り入れ孔が
    形成されており、 前記空気取り入れ管内の空気導入経路中、又は前記空気
    取り入れ管に連通する空気導入経路中に設けられ、前記
    液体収容部内の圧力と前記空気取り入れ孔の液体のメニ
    スカスを保持する力とが釣り合っているときは閉塞され
    るようにするとともに、前記ヘッドからの液体の吐出に
    よる前記液体収容部内の圧力の低下により開放されるよ
    うにした弁を備えることを特徴とする液体吐出装置。
11. 【請求項１１】 請求項７に記載の液体吐出装置におい
    て、 前記空気取り入れ孔より上側に配置され、前記液体収容
    部内の液体の有無を検知する液体検知手段を備えること
    を特徴とする液体吐出装置。
12. 【請求項１２】 請求項７に記載の液体吐出装置におい
    て、 前記空気取り入れ孔の液体のメニスカスを保持する力
    は、前記ヘッドのノズル面から前記空気取り入れ孔まで
    の鉛直方向における高さに相当する水頭の圧力より大き
    くなるように設定されていることを特徴とする液体吐出
    装置。