JP2006224565A

JP2006224565A - 液体吐出装置

Info

Publication number: JP2006224565A
Application number: JP2005043522A
Authority: JP
Inventors: Kaoru Momose; 薫百瀬
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2005-02-21
Filing date: 2005-02-21
Publication date: 2006-08-31

Abstract

【課題】吐出信頼性に優れた液体吐出装置を提供すること。
【解決手段】吐出ヘッド１４にインクを供給する圧力調整機構１７ａは、管状の流路２５１，２５３に対して拡幅された流路である圧力室２４０と、圧力室２４０と連通路５２を介して連通するバッファ部６１を有している。また、バッファ部６１は、圧力室２４０の内圧に応じて容量可変に構成されている。メンテナンスユニット２５により、吐出ヘッド１４のノズル４５から吸引を行ってバッファ部６１の容量を縮小させ、縮小した容量が回復するときに連通口５１から圧力室２４０の空気が排出する効果により、圧力室２４０のインク充填性を高める。
【選択図】図２

Description

本発明は、インクジェット式記録装置、ディスプレー製造装置、電極形成装置、あるいは、バイオチップ製造装置など、液体を吐出して描画等を行う液体吐出装置に関する。

従来、吐出ヘッドのノズルから液体を吐出する液体吐出装置として、インクジェット式プリンタが知られている。このインクジェット式プリンタ（プリンタ）には、液体容器（インクカートリッジ）をキャリッジ以外の場所に搭載する、いわゆるオフキャリッジタイプの供給システムを備えるものがあり、具体的には、インクカートリッジと吐出ヘッドとを接続する管状の流路を形成して、液体（インク）を供給するものである。また、近年では、流路の途中に、キャリッジの移動に伴うインクの供給圧変動を緩衝する圧力ダンパ機構を備えた構成のもの（例えば、特許文献１）や、インクカートリッジ側からの供給圧を減圧して適度な負圧を吐出ヘッド側に発生させる圧力調整機構を備えた構成のもの（例えば、特許文献２）も知られている。

ところで、上述のような供給システムを備える液体吐出装置は、液体を扱うことによる特有の課題を有している。例えば、供給流路内に気泡が残留する場合、このような気泡が吐出ヘッドの微細流路に流出して流路を閉塞することで、液体の吐出が正常に行えなくなることがある。このため、液体吐出装置において供給流路内の液体の充填性を高めることは、重要な技術課題の一つである。

特開２００３−２１１６８８号公報特開２００３−２２０７１１号公報

ところが、特許文献１，２に係る圧力ダンパ機構や圧力調整機構は、供給チューブのような管状流路に対して拡幅された液室（拡幅部）を有しているため、構造的に拡幅部の上部に空気が滞留しやすくなっている。滞留した空気が気泡となって吐出ヘッドに流れ込むのを回避するため、拡幅部から吐出ヘッドへの連通口は当該拡幅部の下部に設けられてはいるものの、なんらかのきっかけで気泡が吐出ヘッドに流れ出す危険性は残っており、吐出信頼性について十分な対策がなされているとは言い難い。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、吐出信頼性に優れた液体吐出装置を提供することを目的としている。

本発明は、液体容器から吐出ヘッドに液体を供給する管状の流路と、当該管状の流路と連通して拡幅された流路を形成する拡幅部とを備えた液体吐出装置であって、前記拡幅部と連通路を介して連通し、内圧に応じて容量可変に構成されたバッファ部を備えることを特徴とする。

この発明の液体吐出装置によれば、バッファ部が縮小状態から拡張するときに発生する拡幅部からバッファ部への積極的な流れを、拡幅部からの新たな排気経路として利用することにより、拡幅部への液体の充填性を向上させることが可能である。バッファ部の容量は内圧により制御可能であるため、ノズルからの吸引等によって、充填動作における一連の手順と組み合わせて簡単に行うことができる。

また、前記液体吐出装置が設置された状態において、前記連通路の前記拡幅部側の開口は、当該拡幅部内における重力方向上方に設けられていることを特徴とする。

連通路を介した拡幅部からバッファ部への排気経路を有効に利用する場合には、拡幅部における当該連通路の開口と拡幅部における液体の液位との関係が重要である。すなわち、当該開口の位置よりも液体の液位が上昇した状態においては、連通路から空気を排出することができなくなるからである。
この発明の液体吐出装置によれば、拡幅部における連通路の開口が拡幅部の上部に設けられているため、上述の課題を有効に回避することができる。

また、前記液体吐出装置が設置された状態において、前記連通路の少なくとも一部は、前記拡幅部から前記バッファ部に向かって重力方向上方に傾斜して形成されていることを特徴とする。
この発明の液体吐出装置によれば、拡幅部から連通路を通して無用な液体がバッファ部に流入しにくくなる。

また、前記液体吐出装置において、前記バッファ部は、当該バッファ部の内圧が所定値より大きいときにはほぼ一定の容量であることを特徴とする。

拡幅部の内圧は、吐出動作時やいわゆるメンテナンス動作時における液体の消費によっても若干低下する。しかし、このような内圧低下に伴ってバッファ部の容量が減少すると、バッファ部に溜めていた空気を拡幅部に吐き出させることになってしまい、バッファ部を設けたことが逆効果となってしまう。
この発明の液体吐出装置によれば、バッファ部の内圧が一定レベルより大きいときにはほとんど容量変化しない構成としているので、上述のような若干の圧力変動（圧力低下）の下でも一定の容量が維持され、バッファ部から拡幅部への空気の流出が妨げられる。

また、前記液体吐出装置は、前記連通路を選択的に開閉可能な連通路開閉手段を備えることを特徴とする。
この発明の液体吐出装置によれば、上述のような空気の再流出を必要に応じて確実に防ぐことができ、また、拡幅部との圧力同期を必要に応じて切り替えることができるので、バッファ部の内圧制御の自由度を高めることができる。

また、前記液体吐出装置において、前記バッファ部は、当該バッファ部の外郭の少なくとも一部をなすと共に当該バッファ部の内圧変化に応じて変形ないし移動する受圧手段と、前記受圧手段の当該変形ないし移動に対する復元力を発生する復元手段と、を備えることを特徴とする。
好ましくは、前記液体吐出装置において、前記復元手段は、定荷重ばねであることを特徴とする。

この発明の液体吐出装置によれば、簡単な仕組みでバッファ部を構成することができる。
また、復元手段を定荷重ばねとすることで、バッファ部の内圧が一定レベルより大きいときには容量を一定に保つ構成を、簡単に実現できる。

また、前記液体吐出装置は、前記吐出ヘッドのノズルから前記液体ないし空気を吸引する吸引手段を備えることを特徴とする。
この液体吐出装置によれば、拡幅部の内圧制御や、（供給）流路への液体の充填を簡単に行うことができる。

また、前記液体吐出装置は、前記吸引手段の動作と連動して前記液体容器から前記拡幅部への前記液体の供給を制限可能な供給制限手段を備えることを特徴とする。

拡幅部の内圧制御は、上述の吸引手段を用いたいわゆる吸引動作により行うことができる。しかし通常の吸引動作においては、液体容器側からの液体の供給により吸引動作で生じた減圧分が補償されるため、所定の圧力（真空度）に到達するまでに時間と液体の浪費を要し、また、容量を変化させるのに十分な真空度を得ることも困難である。
この発明の液体吐出装置によれば、供給制限手段を用いて液体容器からの液体の供給を制限した状態で吸引動作を行うことにより、拡幅部の減圧を効率的に且つ効果的に行うことができる。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。

（液体吐出装置の全体構成）
まずは、図１を参照して、液体吐出装置の全体構成について説明する。図１は、本実施形態に係る液体吐出装置の一例を表す概略平面図である。

液体吐出装置としてのプリンタ１０は、筐体の外郭をなすフレーム１１ａ，１１ｂ，１１ｃと、フレーム１１ａ〜１１ｃで囲まれた領域にプラテン１６を備えている。プラテン１６は、紙等の記録媒体を支持し、支持した位置において液体としてのインクを記録媒体上に着弾させるために設けられている。記録媒体は、図示しない搬送機構によって図の上方から下方に向かって搬送される。

プラテン１６と対向する位置には、吐出ヘッド１４を搭載するキャリッジ１５が備えられている。キャリッジ１５は、フレーム１１ａ，１１ｃの内面に連結されたキャリッジガイド軸１２によって支持され、またその移動が規定されており、キャリッジ駆動モータ１９によりベルト１３を介して動力が伝達されて、キャリッジガイド軸１２に沿って往復運動できるようになっている。この構成において、吐出ヘッド１４が、記録媒体に対して縦横に相対移動しつつインクを吐出することにより、所望の印刷が行われる。

プリンタ１０は、含まれる色材の異なった数種のインクを使用してカラー印刷を行うようになっており、例えば、ブラック、マゼンタ、シアン、イエローの４色のインクを使用する。これら各色インクは、着脱可能な液体容器としてのインクカートリッジ２２ａ〜２２ｄに収容されて、図面右側に位置するカートリッジホルダ２０に挿着されている。このインクカートリッジ２２ａ〜２２ｄは、例えば、プラスチックケース内に可撓性フィルムで形成された袋状容器を備えた構成となっている。

カートリッジホルダ２０からは、インクカートリッジ２２ａ〜２２ｄと連通するように構成された供給管１８ａ〜１８ｄが引きまわされており、供給制御機構３０ａ〜３０ｄ、圧力調整機構１７ａ〜１７ｄを介して吐出ヘッド１４と接続されて、一連の供給流路を形成している。尚、各色インクに対応する供給管１８ａ〜１８ｄ、供給制御機構３０ａ〜３０ｄ、圧力調整機構１７ａ〜１７ｄの構造はそれぞれ共通しているため、以降におけるこれらについての説明は、供給管１８ａ、供給制御機構３０ａ、圧力調整機構１７ａで代表させて行うものとする。

プリンタ１０は、カートリッジホルダ２０の上面に加圧ポンプユニット２８を備えており、通気管２１ａ〜２１ｄ、カートリッジホルダ２０を介して、インクカートリッジ２２ａ〜２２ｄ内部に加圧空気を送り込み、インクを加圧状態で吐出ヘッド１４に供給できるようになっている。この加圧ポンプユニット２８は、例えば、ダイヤフラムポンプと圧力調整のためのレギュレータとから構成されている。

プリンタ１０は、プラテン１６の図面右方に、メンテナンスユニット２５を備えており、図１においては、キャップ２６とワイパ２４とが図示されている。キャップ２６は、吐出ヘッド１４の吐出面を封止可能な部材であり、未使用状態における吐出ヘッド１４の保全や後述する吸引動作に用いられる。ワイパ２４は、ゴムなどで形成された板状の部材であり、吐出ヘッド１４の吐出面に当接させた状態でキャリッジ１５を移動させることにより、吐出面に付着したインクや汚れなどを払拭するために用いられる。

（供給系および廃液系の構成）
次に、図２、図３を参照して、プリンタの供給系および廃液系の構成について説明する。図２は、プリンタの供給系および廃液系に係る構成を一部模式的に示した断面図である。図３は、圧力調整機構の要部構成を示す図２のＡ−Ａ断面図である。
尚、図２、図３は、上下方向が重力方向に対応するとして図示しており、また、流路の形状や寸法比率等は、便宜上、実際のものとは異なって表されている場合がある。

図２において、供給管１８ａと連通する供給制御機構３０ａの流路３２は、供給制限手段としての開閉弁３１によって開閉可能となっており、具体的には、例えば、流路３２を形成する可撓性チューブを機械的に押し潰すように構成されている。開閉弁３１の開閉動作は制御部３５によって制御され、制御部３５からの命令により、インクカートリッジ２２ａからのインクの供給を強制的に遮断することができる。

インクカートリッジ２２ａから供給制御機構３０ａを介して送られてきたインクは、圧力調整機構１７ａを経て吐出ヘッド１４に供給される。
圧力調整機構１７ａは、流路が形成された合成樹脂等からなる基材５０に、各種機構部品を組み合わせたものであり、供給管１８ａからインクを導入する導入路２５１と、導入路２５１と連通する導入室２５０と、導入室２５０と貫通孔２４５を介して連通する拡幅部としての圧力室２４０と、吐出ヘッド１４と連通する導出路２５３とを備えている。導入室２５０と圧力室２４０との間には圧力調整弁２４１が設けられ、この圧力調整弁２４１は、圧力室２４０の内圧に応じた自己開閉動作を行い、圧力室２４０の内圧を一定に保つようになっている。この構成において、供給管１８ａから加圧供給されてきたインクは、導入路２５１、導入室２５０、圧力調整弁２４１を経て適度に減圧され、圧力室２４０から導出路２５３を通じて吐出ヘッド１４に供給されることになる。
圧力調整機構１７ａはまた、圧力室２４０と連通路５２を介して連通した分室であり、可撓性容器６０で容量可変に構成されたバッファ部６１を有している。このバッファ部６１は、圧力室２４０におけるインクの充填性を高めるために設けられており、詳しい構成と機能については後述する。

吐出ヘッド１４は、圧力調整機構１７ａと連通する導入路４１と、インクを一時的に蓄えるリザーバ４２と、リザーバ４２から供給口４３を介して複数に分岐して形成されたキャビティ４４と、各キャビティ４４に対応して形成されたノズル４５とを備えている。キャビティ４４には、圧電素子等の圧力発生手段（図示せず）が設けられており、ノズル４５からインクを液滴として吐出することが可能となっている。ところで、正常な吐出を行うためには、キャビティ４４におけるインクの液圧が大気圧よりも低くなったいわゆる負圧状態となっている必要があり、上述した圧力調整弁２４１は、この負圧状態を生成するために設けられているものである。

ここで、図３を参照して、圧力調整弁２４１に係る圧力調整機構１７ａの要部構成について説明する。
図３に示すように、圧力調整機構１７ａは、基材５０と、基材５０の両面に溶着されたフィルム２４８、フィルム２４９と、フィルム２４９に張り合わされた受圧板２５４とを備えている。そして、導入路２５１、導入室２５０、圧力室２４０、貫通孔２４５、導出路２５３および、連通路５２、連通口５１が形成されている。

圧力調整機構１７ａにおける圧力調整弁２４１は、次のように構成される。すなわち、圧力調整弁２４１は、貫通孔２４５に挿通された軸部２５５ａと、軸部２５５ａの一端側に形成された円板部２５５ｂとからなる弁体２５５を備えている。弁体２５５の円板部２５５ｂの一面は、バネ２５７の一端に当接しており、バネ２５７の他端はバネ座２５８に当接している。そして、図示するように、圧縮されたバネ２５７の弾性力によって弁体２５５は、図の右方に付勢され、円板部２５５ｂの他面は、シール部材２５９を圧接して、導入室２５０と圧力室２４０の間の連通を遮断している（閉弁状態）。弁体２５５の軸部２５５ａの他端側の面は、可撓性膜としてのフィルム２４９を介して受圧板２５４に対向している。

受圧板２５４は、フィルム２４９の撓みに連動して移動可能となっている。ここで、インク等が導出路２５３から吐出ヘッド１４に供給されて、圧力室２４０の内圧が下がると、フィルム２４９が内側に撓んで、受圧板２５４が矢印Ｍの向きに移動する。このとき、受圧板２５４はバネ２６０によって反力を受けるので、直ちに弁体２５５の軸部２５５ａが押されることはないが、圧力室２４０の内圧と大気圧との差圧が大きくなるにつれて、受圧板２５４の変位量は大きくなって、やがて、弁体２５５が矢印Ｍの向きに押され始める。そして、圧力室２４０の内圧と大気圧との差圧が所定値よりも大きくなると、受圧板２５４の押し付け力はバネ２５７による付勢力に打ち勝ち、円板部２５５ｂをシール部材２５９から離間させる（開弁状態）。このとき、インクが導入室２５０から貫通孔２４５を通じて圧力室２４０内に流入し、圧力室２４０の内圧が補償され、再び閉弁状態に戻る。

このように、閉弁状態、圧力室２４０の内圧低下、開弁状態、圧力室２４０の内圧補償、閉弁状態、を繰り返すことにより、圧力室２４０は一定の負圧状態に維持される。ただし、後述する吸引動作により、あるいは吐出のデューティ（単位時間あたりの打ち込み量のこと）が著しく高くなるなどしてインクの消費速度が大きい場合には、圧力調整弁２４１を介した圧力室２４０へのインクの供給が間に合わず、圧力調整弁２４１の作動圧力以下にまで圧力室２４０が減圧されることもある。

再び図２に戻って、吐出ヘッド１４に対向する位置には、吸引手段としてのメンテナンスユニット２５が設けられており、ノズル面４６を封止可能なキャップ２６と、キャップ２６の内底部に形成された貫通孔２７およびこれと連通する廃液チューブ３３を介してキャップ２６の内部空間２９を減圧可能な吸引ポンプ３４とを備えている。吸引ポンプ３４は、例えばチューブポンプであり、制御部３５により駆動制御される。また、廃液チューブ３３のキャップ２６とは反対側の一端は、廃液タンク（図示せず）に繋がっている。
この構成において、キャップ２６をノズル面４６に密着させ、内部空間２９を封止した状態で吸引ポンプ３４を駆動すると、ノズル４５からインク（インクが未充填の場合は空気）が吸引、排出され、インクカートリッジ２２ａからノズル４５に至る一連の流路内をインクが連続的に流動する。このように、ノズル４５からインクないし空気を吸引する動作のことを、以後、吸引動作と呼ぶ。

吸引動作は、上述した供給系の流路（吐出ヘッド１４内の流路も含む）にインクを初期的に充填する初期充填動作や、供給系の流路に後発的に混入する気泡を排出し、再充填を行う再充填動作や、ノズル４５内における劣化インクの除去、メニスカスの再形成等を目的とするクリーニング動作などに用いられる。これらの各動作においては、その目的に応じ、吸引ポンプ３４による吸引速度、吸引量などが適宜設計されている。例えば、初期充填動作においては、多量のインクの流動と大きな流速を発生させる必要があるため、高速かつ多量の吸引を行う必要がある。他方、クリーニング動作においては、ノズル４５近傍のインクをわずかに吸引すれば済むので、低速、微量の吸引でよい。

初期充填動作や再充填動作において、供給管１８ａや導入路２５１などの管状の流路にあっては、インクの充填は比較的容易である。しかし、圧力室２４０のような大きく拡幅された流路（液室）にあっては、導入路２５１や貫通孔２４５の位置とインクの液位との関係から当該液室の上部に空気が滞留しやすく、インクの充填が困難である。バッファ部６１は、このような事情に鑑み、圧力室２４０におけるインク充填性の向上を図るために設けられたものである。

（バッファ部の詳細説明）
次に、図２、図４、図５を参照して、バッファ部の構成および機能について詳細に説明する。図４は、圧力調整機構の要部構成を示す図２のＢ−Ｂ断面図である。図５は、バッファ部の内圧と容量の関係を示す図である。
図２、図４において、バッファ部６１を形成する可撓性容器６０は、基材５０に形成された凹部７０と合成樹脂等からなる天板７１とで囲まれた空間７２内に収容されている。天板７１には貫通孔７３が形成されていて、この貫通孔７３を通して空間７２は大気開放されている。

可撓性容器６０は、プラスチックフィルム等の可撓性部材で袋状に形成されたものであり、扁平な形状を有している。可撓性容器の扁平な一面は基材５０に接着固定されて固定面６０ａとなっており、固定面６０ａに対向する他方の一面は、板状部材の受圧板６５が接着固定されて剛性を有した受圧手段としての可動面６０ｂとなっている。側面６０ｃには、折り目６２が形成され、可撓性容器６０は、この折り目６２によって折りたたみ可能に構成されている。これらの構成により、可動面６０ｂは図面左右方向に移動し、また、当該移動によってバッファ部６１の容量を再現良く変化させることができる。

可撓性容器６０の固定面６０ａには、円筒状の連通口部材６３が取り付けられており、基材５０に形成された連通路５２と連通してバッファ部６１に通じる連通口６４を形成している。また、連通路５２の他端の開口は圧力室２４０の上部に形成されて連通口５１となっている。かくして、バッファ部６１と圧力室２４０との間で、連通路５２を介して流体（空気やインク）の移動が可能となっている。
連通路５２には、供給制御機構３０ａの開閉弁３１と同様に構成された連通路開閉手段としての開閉弁５３が設けられており、制御部３５によって連通路５２の開閉制御を行うことができる。これにより、バッファ部６１と圧力室２４０との間における流体の授受は、開閉弁５３の開閉制御によって確実に制御することができる。また、この開閉制御を利用して、バッファ部６１の内圧を圧力室２４０の内圧に同期させたり、または圧力室２４０とは独立に維持させたりすることができ、バッファ部６１の内圧制御の自由度を高めている。

受圧板６５には、復元手段としての定荷重ばね６６の可動端６６ａが固定されており、定荷重ばね６６の基部６６ｂは、天板７１に固定されている。この定荷重ばね６６は、所定値以上の負荷までは可動端６６ａがほとんど変位せず、負荷が当該所定値を超えると可動端６６ａが大きく変位する特性を有している。

上述の構成において、バッファ部６１が大気開放された定常状態においては、可撓性容器６０は定荷重ばね６６の付勢力によって十分に膨らんだ状態となっている（大容量状態）。そして、バッファ部６１の内圧が低下すると、可撓性容器６０の内外の圧力差によって可動面６０ｂが図面左向きの力を受け、さらに当該圧力差が一定値を超えると、定荷重ばね６６の可動端６６ａが延びて可撓性容器６０は小さく押し潰された状態となる（小容量状態）。図５は、バッファ部６１の容量−内圧特性を示しており、図示するように、バッファ部６１は、臨界圧力Ｐｃの前後で容量変化するようになっている。尚、図４は、可撓性容器６０が大容量状態から小容量状態へ移行する過渡状態を示している。

図２に戻り、バッファ部６１が小容量状態から大容量状態に変化するときには、圧力室２４０から連通路５２を介してバッファ部６１へ至る流体の流れが発生する。この積極的な流れを、導出路２５３からの排出経路とは別の、新たな空気の排出経路（排気経路）として利用することにより、圧力室２４０におけるインク充填性を向上させることが可能である。つまり、バッファ部６１は、圧力室２４０から空気を吸入して蓄えておく空気溜めとしての機能を果たしている。

連通路５２を、圧力室２４０からの排気経路とする場合には、圧力室２４０における連通口５１の位置とインクの液位との関係が重要である。すなわち、圧力室２４０において連通口５１の位置よりもインクの液位が上昇した状態においては、連通口５１は空気の排出口として機能できなくなるからである。従って、連通口５１の位置はこの点に配慮して設けられていることが好ましく、本実施形態では、圧力室２４０の上部に連通口５１が形成されている。また、圧力室２４０から連通路５２を通して無用なインクがバッファ部６１に流入しにくいように、連通路５２は、連通口５１から上向きに傾斜して形成されている。

連通路５２を圧力室２４０からの排気経路とする場合においては、インクの充填に先立ってバッファ部６１を減圧し、小容量状態にする必要がある。この減圧は、吸引動作により行うことができ、充填動作における一連の手順と組み合わせて簡単に行うことができる。かくして、吸引動作によりバッファ部６１を小容量状態としておいた状態から、当該吸引を停止してバッファ部の内圧を回復させることで、圧力室２４０から連通路５２を介してバッファ部６１に空気が排出され、圧力室２４０にインクが良好に充填される。

他方、充填動作時以外においては、バッファ部６１はその容量を維持することが望ましい。例えば、吐出のデューティが著しく高くなったときや、クリーニング動作における低速、微量の吸引によって圧力室２４０の内圧が低下した場合にバッファ部６１の容量が縮小すると、連通路５２を通じて圧力室２４０に空気が再流出してしまう可能性があるからである。
本実施形態におけるバッファ部６１は、定荷重ばね６６を用いることにより、内圧が臨界圧力Ｐｃ以上であるときには容量がほとんど変化しない構成としているため、臨界圧力Ｐｃの適切な設計により、上述のような課題に対する対応がなされている。
また、本実施形態のプリンタ１０は、連通路５２に開閉弁５３を備えているので、充填動作時以外は連通路５２の開閉弁５３を常時閉じておくことによって、上述のような再流出を積極的に禁止することも可能である。
尚、バッファ部６１の内圧−容量特性（図５参照）に関して、定荷重ばね６６を用いて構成した上述の対応は、プリンタ１０における吐出信頼性の向上を図るための加重要件であって、本願発明の必須要件ではない。すなわち、本発明において、定荷重ばね６６に代えて線形ばねを用いたバッファ部６１の構成を否定するものではない。

（充填動作）
以下では、図２を参照しつつ、図６の時間軸に沿って、具体的な充填動作の流れについて説明する。図６は、初期充填動作における制御部の制御タイミングと、圧力室の内圧およびバッファ部の容量の変化を示す図である。
先に述べたように、充填動作には未充填状態のプリンタ１０に最初にインクを充填する初期充填動作と、インクカートリッジ２２ａの交換等によって供給系の流路に後発的に気泡が混入した際に、このような気泡を排出する再充填動作とがある。両者は、吸引量などのパラメータについての差はあるものの、シーケンスの主構成については共通しているため、ここでは、初期充填動作で代表させて説明を行うことにする。

図６に示すように、初期段階（図６のステップＳ０）において、開閉弁５３、開閉弁３１は開いた状態であり、吸引ポンプ３４は停止した状態である。また、圧力室２４０はノズル４５を介して大気開放されており、このときのバッファ部６１は大容量状態である。

ステップＳ０の状態から、キャップ２６を吐出ヘッド１４のノズル面４６に当接させ、開閉弁３１を閉じ、吸引ポンプ３４を高速駆動して吸引動作を開始する。この吸引動作により、図６に示すように圧力室２４０の内圧は大きく低下する（図６のステップＳ１）。開閉弁３１を閉じた状態で吸引動作を行うのは、吸引動作による圧力室２４０の減圧効率を高めるためである。すなわち、開閉弁３１を開いた状態で吸引動作を行った場合には、圧力室２４０に空気やインクが連続的に供給されて圧力の低下が補償されるため、一定レベルまでの減圧に時間を要し、また、十分な圧力（真空度）まで到達できないため、開閉弁３１を閉じてインクの供給を遮断するものである。このように、インクカートリッジ２２ａからのインクの供給を制限（チョーク）して行う吸引動作のことを、特にチョーク吸引動作と呼ぶ。

圧力室２４０の内圧、すなわちバッファ部６１の内圧が臨界圧力Ｐｃ（図５参照）に達すると、バッファ部６１の容量は減少を始め、大容量状態から小容量状態へと変化する（図６の容量減少ステップＳ２）。そして、圧力室２４０の内圧は、チョーク吸引動作での到達限界圧力であるＰ１に漸近する。この容量減少ステップＳ２により、バッファ部６１を構成する定荷重ばね６６には、バッファ部６１を大容量状態に復元させるための弾性エネルギーが蓄えられる。

容量減少ステップＳ２は、上述のようにチョーク吸引動作を用いず、通常の吸引動作によっても行うこともできる。この場合、到達限界圧力は、Ｐ１よりも大きくなるため、吸引動作の能力に合わせてバッファ部６１の容量変化の臨界圧力Ｐｃを本実施形態よりも高く設定する必要がある。ただしこの場合、非充填動作時（印刷時やクリーニング動作時）におけるバッファ部６１（圧力室２４０）の内圧を、臨界圧力Ｐｃから十分に高く保つことが困難となり、場合によっては、印字安定性等に影響を及ぼす可能性もある。すなわち、本実施形態では、容量減少ステップＳ２においてチョーク吸引動作を行う構成とすることで、臨界圧力Ｐｃの設計の自由度を高め、ひいては、非充填動作時におけるバッファ部６１の安定性の向上を図っているのである。

圧力室２４０の内圧がＰ１に到達したら、開閉弁５３を閉じて圧力室２４０とバッファ部６１との圧力同期を止め、開閉弁３１を開いて圧力制御機構１７ａおよび吐出ヘッド１４における一連の流路にインクを流入させる（図６の予備充填ステップＳ３）。この予備充填ステップＳ３においては、圧力室２４０からノズル４５を通じて空気が排出され、代わりに導入路２５１、圧力調整弁２４１を通じて圧力室２４０にインクが充填される。
この予備充填ステップＳ３においては、連通路５２が排気経路としての機能を果たさないため、圧力室２４０における充填性は、バッファ部６１を有さない従来の圧力調整機構１７ａと変わりない。すなわち、一定時間以上吸引動作を続けても、貫通孔２４５より上位にインクを充填することは困難であり、圧力室２４０の上部に空気が残ることになる。そこで、吸引ポンプ３４を低速駆動に切り替え、ノズル４５からのインクの排出量を抑えることになる。かくして、圧力室２４０の内圧はＰ２に漸近し、流路におけるインクの流速は緩やかになる（図６のステップＳ４）。

ステップＳ３，Ｓ４では、開閉弁５３が閉じられることでバッファ部６１の内圧が圧力室２４０の内圧と非同期の状態となっているので、バッファ部６１の内圧はＰ１に保たれ、その容量は小容量状態を維持することになる。これにより、バッファ部６１の容量制御に拘束されることなく、ステップＳ３，Ｓ４において吸引ポンプ３４の駆動条件を自由に変化させることが可能となっている。

ステップＳ４において圧力室２４０の内圧がＰ２になったら、開閉弁５３を開いてバッファ部６１の内圧を圧力室２４０の内圧に同期させ、バッファ部６１を小容量状態から大容量状態に変化させる。このとき、圧力室２４０の上部に残っていた空気が連通口５１から排出され、圧力室２４０のインク充填が行われる（図６の付加充填ステップＳ５）。
付加充填ステップＳ５によって、圧力室２４０内にインクが良好に充填されたら、吸引ポンプ３４の駆動を停止して吸引動作を止める（図６のステップＳ６）。このときの圧力室２４０の内圧は、圧力調整弁２４１の作動圧力であるＰ３（＜大気圧）となる。この後、吸引ポンプ３４による微量吸引動作や、ワイパ２４（図１参照）によるノズル面４６の払拭動作などを適宜行い、初期充填動作が終了する。

本実施形態において、付加充填ステップＳ５に先立って予備充填ステップＳ３を行う構成としたのは、連通路５２を排気経路とするインク充填（付加充填ステップＳ５）には、バッファ部６１の容量に依存して時間的、排気量的に限りがあることに鑑みたものである。すなわち、導出路２５３を排気経路とする通常の充填（予備充填ステップＳ３）を前もって行い、圧力室２４０にある程度インクを満たしておいてから付加充填ステップＳ５を行うことで、付加充填ステップＳ５の優れた充填性を効果的に利用できるようにしたものである。つまり、予備充填ステップＳ３は、付加充填ステップＳ５の充填性そのものに影響を与えるのではなく、付加充填ステップＳ５の利用タイミングを適切に図るために設けられた加重要件である。

本実施形態の充填動作では、開閉弁５３を開く際に、圧力室２４０の内圧Ｐ２がバッファ部６１の内圧Ｐ１よりも高くなるようにしている。これにより、圧力室２４０からバッファ部６１への排気が勢い良くなされ、圧力室２４０の充填性をより高めることができる。このように、付加充填ステップＳ５に臨んで開閉弁５３を用い、ステップＳ３，４において圧力室２４０とバッファ部６１との内圧制御を非同期としたことで、付加充填ステップＳ５の効果を高めるようにしたものである。

また、本実施形態の充填動作では、付加充填ステップＳ５において、吸引ポンプ３４を低速駆動して吸引動作を行いつつ、圧力室２４０へのインク充填を行っている。このようにすることで、圧力室２４０からバッファ部６１への排気が行われる過程で、圧力調整弁２４１を介したインクの供給が間に合わなくなることによる吐出ヘッド１４側からのインクの逆流を、未然に防ぐことができる。
また、このような課題に鑑みて、圧力調整弁２４１からのインク供給速度と連通路５２からの排気速度のバランスが、圧力調整機構１７ａの設計において配慮されていることが望ましい。例えば、連通路５２の形状等により適度な流動抵抗（圧力損失）が生じるようにしておくことや、可撓性容器の縮小、拡張に対して適度な負荷がかかるようにしておくことなどが考えられる。

本発明は上述の実施形態に限定されない。
例えば、本発明におけるバッファ部は、剛性容器とピストン様の可動壁部材を用いて構成されていてもよい。また、弾性膜のような、壁面が復元力を発生する復元手段として機能すると共に、内圧に応じて容量を可変する受圧手段としても機能するものを用いてバッファ部が構成されていてもよい。
また、本発明における拡幅部およびバッファ部の態様は、圧力調整機構１７ａについて適用された上述の実施形態に限定されない。例えば、特許文献１に係る圧力ダンパ機構もまた、管状の流路と連通して拡幅された拡幅部を備えており、当該拡幅部についてバッファ部を構成した態様も本発明に含まれる。この他、供給系に係る同様の流路構造を有する液体吐出装置について、本発明は適用される。
また、連通路５２を開閉可能な開閉弁５３は、本発明におけるプリンタ１０の必須の要件ではなく、充填動作は、開閉弁５３を用いずとも行うことができる。この場合、バッファ部６１の容量制御は、吸引動作の吸引速度により、圧力室２４０の内圧を変化させることで行う。
また、各実施形態の各構成はこれらを適宜組み合わせたり、省略したり、図示しない他の構成と組み合わせたりすることができる。

本実施形態に係る液体吐出装置の一例を表す概略平面図。プリンタの供給系および廃液系に係る構成を一部模式的に示した断面図。圧力調整機構の要部構成を示す図２のＡ−Ａ断面図。圧力調整機構の要部構成を示す図２のＢ−Ｂ断面図。バッファ部の内圧と容量の関係を示す図。初期充填動作における制御部の制御タイミングと、圧力室の内圧およびバッファ部の容量の変化を示す図。

符号の説明

１０…液体吐出装置としてのプリンタ、１４…吐出ヘッド、１５…キャリッジ、１７ａ〜１７ｄ…圧力調整機構、１８ａ〜１８ｄ…管状の流路としての供給管、２２ａ〜２２ｄ…液体容器としてのインクカートリッジ、２５…吸引手段としてのメンテナンスユニット、２６…キャップ、２７…貫通孔、２９…内部空間、３０ａ〜３０ｄ…供給制御機構、３１…供給制御手段としての開閉弁、３２…管状の流路としての流路、３３…廃液チューブ、３４…吸引ポンプ、３５…制御部、４１…導入路、４２…リザーバ、４３…供給口、４４…キャビティ、４５…ノズル、４６…ノズル面、５０…基材、５１…連通口、５２…連通路、５３…連通路開閉手段としての開閉弁、６０…可撓性容器、６０ａ…固定面、６０ｂ…受圧手段としての可動面、６０ｃ…側面、６１…バッファ部、６２…折り目、６３…連通口部材、６４…連通口、６５…受圧板、６６…復元手段としての定荷重ばね、６６ａ…可動端、６６ｂ…基部、７０…凹部、７１…天板、７２…空間、７３…貫通孔、２４０…拡幅部としての圧力室、２４１…圧力調整弁、２４５…貫通孔、２４８…フィルム、２４９…フィルム、２５０…導入室、２５１…管状の流路としての導入路、２５３…管状の流路としての導出路、２５４…受圧板、２５５…弁体、２５５ａ…軸部、２５５ｂ…円板部、２５７…バネ、２５８…バネ座、２５９…シール部材、２６０…バネ。

Claims

液体容器から吐出ヘッドに液体を供給する管状の流路と、当該管状の流路と連通して拡幅された流路を形成する拡幅部とを備えた液体吐出装置であって、
前記拡幅部と連通路を介して連通し、内圧に応じて容量可変に構成されたバッファ部を備えることを特徴とする液体吐出装置。
前記液体吐出装置が設置された状態において、前記連通路の前記拡幅部側の開口は、当該拡幅部内における重力方向上方に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
前記液体吐出装置が設置された状態において、前記連通路の少なくとも一部は、前記拡幅部から前記バッファ部に向かって重力方向上方に傾斜して形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出装置。
前記バッファ部は、当該バッファ部の内圧が所定値より大きいときにはほぼ一定の容量であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の液体吐出装置。
前記連通路を選択的に開閉可能な連通路開閉手段を備えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の液体吐出装置。
前記バッファ部は、当該バッファ部の外郭の少なくとも一部をなすと共に当該バッファ部の内圧変化に応じて変形ないし移動する受圧手段と、前記受圧手段の当該変形ないし移動に対する復元力を発生する復元手段と、を備えることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の液体吐出装置。
前記復元手段は、定荷重ばねであることを特徴とする請求項６に記載の液体吐出装置。
前記吐出ヘッドのノズルから前記液体ないし空気を吸引する吸引手段を備えることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載の液体吐出装置。
前記吸引手段の動作と連動して前記液体容器から前記拡幅部への前記液体の供給を制限可能な供給制限手段を備えることを特徴とする請求項８に記載の液体吐出装置。