JP2008207416A - 液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】クリーニング動作を頻繁に行わなくとも液体噴射可能な状態を維持する。
【解決手段】液体収容容器から取り込んだ液体を、拡大通路を経由してフィルタを通過させた後に、液体導入通路を介して圧力室に供給する。そして、圧力室内で加圧することによってノズルから液体を噴射する。拡大通路では、フィルタの上流側に気泡捕捉部材を設けておく。こうすると、液体の流れに乗って液体流入部からフィルタへと流れてくる気泡を捕捉することができるので、気泡でフィルタが覆われて液体の経路が無くなってしまう事態を回避できる。その結果、圧力室に安定して液体を供給し液体噴射可能な状態を維持することが可能となる。
【選択図】図８

Description

本発明は、ノズルから液体を噴射する技術に関し、詳しくは、ノズルへの液体の供給を安定して行う技術に関する。

印刷媒体上に微細なインク滴を吐出して画像を印刷するプリンタ（いわゆるインクジェットプリンタ）は、高品質の画像を簡便に印刷可能であることから、今日では、画像の出力手段として広く使用されている。また、この技術を応用して、インク滴の代わりに、適切な成分に調製した液体の液滴を、基板上に吐出したり、あるいは液体を連続的に噴射することにより、電極や、センサ、バイオチップなどを製造する技術も開発されている。

これらの技術では、正確な位置に正確な分量の液滴を吐出（あるいは噴射）することが肝要であり、このため、専用の吐出ヘッドが開発されている。吐出ヘッドには、液体を噴射する微細なノズルが設けられており、容器に収容されているインクなどの液体を吐出ヘッドに導いて、吐出ヘッドで加圧することにより、ノズルから噴射されるようになっている。また、調製された液体の成分が揮発したり、あるいは変質することを避けるために、液体は密閉された容器に収容されており、密閉容器と液体噴射装置とを液体搬送チューブで接続することで液体噴射装置に液体を供給するようになっている。あるいは、液体を交換可能なカートリッジ方式の容器に密封しておき、このカートリッジ式の容器を直接、液体噴射装置に接続することで液体を供給する方式を採用していることもある。

このような方式を採用している関係上、カートリッジの交換時あるいは液体搬送チューブの接続時に、僅かに空気が混入することがあり、液体容器からノズルまでの間の液体通路内に気泡が発生することがある。また、液体の噴射中や、あるいはカートリッジやチューブを装着した状態での長期の保管中にも、カートリッジの接続部やチューブの接続部などから僅かに空気が混入して、ノズルまでの間の液体通路内に気泡が発生することがある。そして、このようにして混入した空気が溜まって液体通路内の気泡が成長すると、噴射する液体の分量に誤差が生じたり、液体が噴射できなくなるといった問題が生じる。

そこで、こうした液体噴射装置では、定期的に、あるいは必要に応じて、ノズルから勢いよく液体を噴射または吸引することにより、混入した気泡を液体と一緒に強制的に排出させる動作（クリーニング動作）を行うようになっている（特許文献１）。

特開２００１−２３９６７９号公報

しかし、クリーニング動作では大量の液体が消費されることから、頻繁にクリーニング動作を行うと使用できる液体の量が減ってしまうという問題があった。そこで、クリーニング動作を行う頻度を少なくする為に、液体経路内に気泡が混入した場合であっても印刷可能な状態を維持できる技術の開発が望まれている。

この発明は、従来の技術が有する上述した課題を解決するためになされたものであり、クリーニング動作を頻繁に行わなくとも印刷可能な状態を維持可能とする技術の提供を目的とする。

上述した課題の少なくとも一部を解決するために、本発明の液体噴射装置は次の構成を採用した。すなわち、
圧力室に液体を導いて加圧することにより、該圧力室の下流側に設けられたノズルから液体を噴射する液体噴射装置において、
液体を取り込む液体取込口と、
前記液体取込部から取り込まれた液体が流入する液体流入部と、
前記液体流入部に流入した液体を、少なくとも該液体取込口よりも大きな断面積を有する開口部に導く拡大通路と、
前記拡大通路の前記開口部に設けられて、前記液体内の異物を濾過するフィルタと、
前記フィルタを通過した液体を前記圧力室に導く液体導入通路と
を備え、
前記拡大通路内には、前記液体の流れに乗って、前記液体流入部から前記フィルタに到達した気泡を捕捉する気泡捕捉部材が、該フィルタの上流側に設けられていることを特徴とする。

かかる本発明の液体噴射装置においては、液体収容容器内の液体を直接又はチューブ等を介在させて液体取込口から取り込んで液体流入部に流入させた後、拡大通路を経由してフィルタを通過させる。そして、フィルタを通過した液体を液体導入通路によって圧力室に供給する。こうして液体収容容器内の液体を圧力室に導いて液体を加圧することにより、圧力室の下流側に設けられたノズルから、液体を噴射する。ここで、拡大通路内には、液体流入部からフィルタに到達する気泡を捕捉する気泡捕捉部材がフィルタの上流側に設けられている。

このようにフィルタの上流側に気泡捕捉部材を設けておけば、液体の流れに乗って液体流入部からフィルタに移動してくる気泡を捕捉することができるので、気泡でフィルタが覆われて液体の流路が無くなってしまう事態を回避できる。その結果、圧力室に安定して液体を供給し、液体を噴射可能な状態を保つことが可能となる。

また、本発明の液体噴射装置においては、気泡捕捉部材をフィルタに密着して設置することとしてもよい。

こうすると、気泡捕捉部材とフィルタとの間に間隔が生じないので、捕捉した気泡が隙間から逃げ出すことを防止できる。その結果、より確実に気泡を捕捉して、液体噴射が可能な状態を保つことが可能となる。

また、上述した本発明の液体噴射装置においては、拡大通路の内壁面に保持された状態で気泡捕捉部材を設けることとしてもよい。

拡大経路の内壁面は、フィルタに比べれば強度を得られやすいので、このように気泡捕捉部材を拡大通路の内壁面で保持することで、気泡捕捉部材をしっかりと保持しておくことが容易となる。このため、液体噴射に伴う急激な液体の流れや振動など、何らかの理由で気泡捕捉部材に大きな力がかかったとしても、気泡捕捉部材を適切に保持しておくことが可能となる。また、気泡捕捉部材と拡大通路の内壁面とを複数の箇所で接続した状態で保持しておけば、拡大通路内に気泡捕捉部材を設けることで拡大通路自体の強度も高めることができる。こうすれば、気泡捕捉部材が外れ落ちるのを防ぐと同時に、拡大通路の破損も防ぐことができるので、好適である。

また、本発明の液体噴射装置においては、気泡捕捉部材は、気泡捕捉部材と拡大通路の内壁面との間で気泡を捕捉するように設置することとしてもよい。

こうすれば、気泡捕捉部材のみで気泡を捕捉しなくともよいので、気泡捕捉部材の構造を単純化することが容易となる。また、拡大通路の内壁面と気泡捕捉部材との間を広く取ることで、より多くの気泡を捕捉することができるので、液体噴射が可能な状態をより確実に保つことが可能となる。

以下では、上述した本願発明の内容を明確にするために、次のような順序に従って実施例を説明する。
Ａ．装置構成：
Ａ−１．液体噴射装置の構成：
Ａ−２．インク吐出ヘッドの構造：
Ａ−３．クリーニング動作の概要：
Ｂ．本実施例のインク取込部：
Ｂ−１．インク取込部の構造：
Ｂ−２．印字可能な状態を保つ原理：
Ｃ．変形例：
Ｃ−１．第１の変形例：
Ｃ−２．第２の変形例：
Ｃ−３．第３の変形例：
Ｃ−４．第４の変形例：

Ａ．装置構成 ：
Ａ−１．液体噴射装置の構成 ：
図１は、いわゆるインクジェットプリンタを例に用いて本実施例の液体噴射装置の大まかな構成を示した説明図である。図示されているように、インクジェットプリンタ１０は、主走査方向に往復動しながら印刷媒体２上にインクドットを形成するキャリッジ２０と、キャリッジ２０を往復動させる駆動機構３０と、印刷媒体２の紙送りを行うためのプラテンローラ４０と、正常に印刷可能なようにメンテナンスを行うメンテナンス機構５０などから構成されている。キャリッジ２０には、インクを収容したインクカートリッジ２６や、インクカートリッジ２６が装着されるキャリッジケース２２、キャリッジケース２２の底面側（印刷媒体２に向いた側）に搭載されてインク滴を吐出するインク吐出ヘッド２４などが設けられており、インクカートリッジ２６内のインクがインク吐出ヘッド２４からインク滴として吐出されて、印刷媒体２上にインクドットが形成されるようになっている。

キャリッジ２０を往復動させる駆動機構３０は、主走査方向に延設されたガイドレール３８と、内側に複数の歯形が形成されたタイミングベルト３２と、タイミングベルト３２の歯形と噛み合う駆動プーリ３４と、駆動プーリ３４を駆動するためのステップモータ３６などから構成されている。タイミングベルト３２は一箇所でキャリッジケース２２に固定されており、タイミングベルト３２を駆動することによって、ガイドレール３８に沿ってキャリッジケース２２を移動させることができる。また、タイミングベルト３２と駆動プーリ３４とは歯形によって互いに噛み合っているので、ステップモータ３６で駆動プーリ３４を駆動すると、駆動量に応じて精度良くキャリッジケース２２を移動させることが可能となっている。

印刷媒体２の紙送りを行うプラテンローラ４０は、図示しない駆動モータやギア機構によって駆動されて、印刷媒体２を副走査方向に所定量ずつ紙送りすることが可能である。また、メンテナンス機構５０は、ホームポジションと呼ばれる印字領域外に設けられており、インク吐出ヘッド２４の表面を払拭するワイパーブレード５２や、インク吐出ヘッド２４に押しつけられてインク吐出ヘッド２４との間に密閉空間を形成するキャップ部５４、キャップ部５４の密閉空間に接続された吸引ポンプ５６などから構成されている。印刷を行わないときには、キャリッジ２０をホームポジションまで移動させて、ワイパーブレード５２でインク吐出ヘッド２４の表面を払拭するとともに、キャップ部５４を押しつけてインク吐出ヘッド２４の表面に密閉空間を形成することによって、インクの乾きを防止する。そして、必要に応じて（あるいは定期的に）吸引ポンプ５６を作動させて密閉空間を負圧にすることにより、インク吐出ヘッド２４からインクを吸い出す動作（クリーニング動作）を行う。詳細には後述するが、必要に応じて（あるいは定期的に）クリーニング動作を行うことにより、正常な印字状態を保つことが可能となる。

Ａ−２．インク吐出ヘッドの構造 ：
図２は、キャリッジ２０に搭載されたインク吐出ヘッド２４の構造を示す分解斜視図である。図示されるようにインク吐出ヘッド２４は、硬質樹脂によって形成された基台２４０の下面側に、回路基板２４２と、硬質樹脂製のヘッドベース２４４と、流路ユニット２４６と、ステンレス製の薄板によって形成されたヘッドカバー２４８とが、取付ネジ２４９によって共締めされて構成されている。尚、図示が煩雑となることを避けるために、図２では、シール用の部材については表示を省略している。

このうちの流路ユニット２４６には、複数本の微細なインク流路が形成されており、流路ユニット２４６の下面側にはインク滴を吐出する微細なノズルが、インク流路毎に設けられている。また、それぞれのインク流路には、インクを加圧してノズルからインク滴を吐出するための圧力室も形成されている。流路ユニット２４６の詳細な構造については後ほど別図を用いて後述するが、圧力室の上面側は弾性変形可能に構成されており、圧電素子を用いて圧力室の上面側を変形させることによって、圧力室内のインクを加圧するようになっている。

回路基板２４２には圧電素子アセンブリ２４２ｐが組み込まれており、この圧電素子アセンブリ２４２ｐの先端には、圧力室を変形させてインクを加圧するための圧電素子が取り付けられている。周知のように圧電素子は、電圧を加えると高い応答速度で伸縮する特性を有しており、この特性を利用することで、圧力室内のインクを高い応答速度で加圧して微細なインク滴を吐出することが可能となっている。圧電素子アセンブリ２４２ｐの詳細な構造については、別図を用いて後述する。また、回路基板２４２には、圧電素子を駆動する電気回路や、回路を構成する各種の電子部品なども搭載されている。

ヘッドベース２４４には、細長い貫通穴２４４ｇが設けられており、回路基板２４２とヘッドベース２４４とを組み付けると、回路基板２４２に組み付けられた圧電素子アセンブリ２４２ｐが、この貫通穴２４４ｇに収容されて、圧電素子アセンブリ２４２ｐの先端に設けられた圧電素子が、流路ユニット２４６の圧力室の上面に当接するようになっている。また、ヘッドベース２４４に設けられた貫通穴２４４ｇは、圧電素子が圧力室の上面の適切な位置に適切な角度で当接するように圧電素子アセンブリ２４２ｐを位置決めする機能も有している。

基台２４０には、インクカートリッジ２６からインクを取り込むためのインク取込部２４１が設けられている。インクカートリッジ２６をキャリッジケース２２に装着すると、カートリッジ内のインクがインク取込部２４１から取り込めるようになっている。基台２４０の内部には、インク取込部２４１から下面に貫通するインクの通路が設けられており、インク取込部２４１から流入したインクは、この通路を通って基台２４０の下面側の開口部から流出する。

基台２４０の直ぐ下方に組み付けられる回路基板２４２には、基台２４０内のインクの通路が下面側で開口する位置に、インク通過穴２４２ｈが設けられている。また、この回路基板２４２の直ぐ下方に組み付けられるヘッドベース２４４にも、インクが通過するインク通路２４４ｈが設けられている。このため、インクカートリッジ２６を基台２４０に装着すると、インクカートリッジ２６の内部のインクがインク取込部２４１から取り込まれて、基台２４０内部に設けられたインクの通路を通過した後、インク通過穴２４２ｈ、インク通路２４４ｈを通って、流路ユニット２４６に供給されるようになっている。

図３は、インク取込部２４１から取り込まれたインクが、基台２４０およびヘッドベース２４４を経由して、流路ユニット２４６に供給される様子を概念的に示した説明図である。図中に示した太い実線は、基台２４０内を通過するインクの流路を概念的に表している。また、太い一点鎖線は、ヘッドベース２４４内を通過するインクの流路を概念的に表している。このように、インク取込部２４１から取り込まれたインクは、それぞれのインク通路を通って流路ユニット２４６に供給され、流路ユニット２４６内で、各ノズルに分配される。以下では、流路ユニット２４６の構造と、流路ユニット２４６内で各ノズルにインクが供給される様子について説明する。

図４は、流路ユニット２４６の構造を示した分解組立図である。流路ユニット２４６は、シリコン製のキャビティ２４６ｓの上面側および下面側に、それぞれ弾性フィルム製のシート２４６ｕと、ステンレス製のノズルプレート２４６ｎとを、エポキシ樹脂系の接着剤で積層した構造となっている。キャビティ２４６ｓには、大きな共通インク室２４６ｇと、ノズル毎に設けられた微細な圧力室、更に共通インク室２４６ｇとそれぞれの圧力室とを繋ぐ溝などが、エッチング加工によって形成されている。そして、上面側および下面側にシート２４６ｕとノズルプレート２４６ｎとを積層することで、共通インク室２４６ｇからノズル毎の圧力室へとインクを供給するインク通路が形成されるようになっている。

シート２４６ｕは、ステンレス製の薄い金属泊に、弾性フィルムをラミネート加工で接着することによって形成されている。図４では、ステンレス製の薄膜の部分を、斜線を付すことによって表示している。また、シート２４６ｕには、ヘッドベース２４４からインクが供給される箇所に連通孔２４６ｈが設けられており、ヘッドベース２４４を通過したインクは、連通孔２４６ｈからキャビティ２４６ｓの共通インク室２４６ｇに流入した後、共通インク室２４６ｇから、それぞれの圧力室に供給されるようになっている。また、ノズルプレート２４６ｎには、各圧力室に対応する位置に１つずつノズル穴が形成されており、このノズル穴からインク滴が吐出される。

図５は、流路ユニット２４６内で共通インク室２４６ｇから、それぞれの圧力室２４６ｐにインクが供給される通路の形状を示した説明図である。図５（ａ）には、共通インク室２４６ｇおよび圧力室２４６ｐの部分で流路ユニット２４６の断面を取った拡大図が示されている。また、図５（ｂ）には、流路ユニット２４６内に圧力室２４６ｐが形成されている様子が、斜視図によって示されている。図示されているように、圧力室２４６ｐは、共通インク室２４６ｇと連通しており、共通インク室２４６ｇに供給されたインクは、圧力室２４６ｐに流入するようになっている。また、圧力室２４６ｐの上流側（共通インク室２４６ｇに接続している側）には突起２４６ｔが設けられており、この部分でインクの流路が一旦、狭められて流路抵抗の高い部分が設けられている。更に、圧力室２４６ｐの底面（ノズルプレート２４６ｎ）には、インク滴を吐出するためのノズル２４６ｚが、各圧力室２４６ｐに１つずつ設けられている。

以上に説明したように、本実施例のインクジェットプリンタ１０では、キャリッジケース２２にインクカートリッジ２６を装着すると、インクカートリッジ２６内のインクが、インク取込部２４１を介してインク吐出ヘッド２４内に取り込まれ、基台２４０およびヘッドベース２４４を通過して、流路ユニット２４６内の共通インク室２４６ｇに流入する。そして、共通インク室２４６ｇから圧力室２４６ｐに流入して、それぞれの圧力室２４６ｐがインクで満たされるようになっている。このように圧力室２４６ｐがインクで満たされた状態で、圧力室２４６ｐの上面側を押圧すると、圧力室２４６ｐ内のインクが加圧されて、ノズル２４６ｚからインク滴として吐出される。

本実施例のインクジェットプリンタ１０では、圧電素子アセンブリ２４２ｐに組み込まれた圧電素子を用いて圧力室２４６ｐの上面を押圧しており、この圧電素子アセンブリ２４２ｐは、図２に示したように、回路基板２４２に搭載されている。このように、圧力室２４６ｐが形成されている流路ユニット２４６と、圧電素子が組み込まれている回路基板２４２とが別部品として構成されていることから、流路ユニット２４６および圧電素子アセンブリ２４２ｐは、ヘッドベース２４４によって互いに位置決めされた状態で組み付けられるようになっている。しかし、それでも、圧電素子が押圧する位置が、設計上の押圧位置から若干ずれてしまうことも生じ得る。そこで、シート２４６ｕには、圧力室２４６ｐのほぼ中央にある設計上の押圧位置に、ステンレス製の金属薄膜が設けられている。尚、この金属薄膜の部分は、島２４６ｉと呼ばれることがある。前述したように、シート２４６ｕ自体は弾性フィルムによって形成されているが、島２４６ｉの部分は弾性フィルムよりも固いので、圧電素子の押圧位置が多少ずれたとしても、島２４６ｉ全体で圧力室２４６ｐを押圧することになる。その結果、位置ずれによる圧力室２４６ｐの変形量の違い、延いてはインク吐出量の違いを吸収することが可能となっている。

尚、以上の説明では、圧力室２４６ｐ内のインクを加圧する手法として、圧電素子を用いて圧力室２４６ｐを変形させる手法を用いた場合について説明した。しかし、圧力室２４６ｐ内のインクを加圧することが可能であれば、どのような方法を用いても良く、例えば、圧力室内の一部に発熱体を組み込んでおき、発熱体を発熱させることによって、圧力室内のインクを加圧することも可能である。

最後に、インクを収容したインクカートリッジ２６について簡単に説明しておく。図６は、本実施例のインクジェットプリンタ１０で用いられるインクカートリッジ２６の外観形状を示した斜視図である。図示されるように、インクカートリッジ２６は略長方形に形成された箱形の容器であり、底面には、取付孔２６ｈが設けられている。工場からの出荷時には、取付孔２６ｈはフィルムによって封止されており、カートリッジ内のインクが外気に触れないようになっている。そして、インクカートリッジ２６をキャリッジケース２２に装着すると、取付孔２６ｈを封止していたフィルムを破って、インク取込部２４１と取付孔２６ｈとが接続され、インクカートリッジ２６内のインクがインク吐出ヘッド２４側に供給されるようになっている。また、インクカートリッジ２６のインクが空になった場合には、インクカートリッジ２６ごと、新たなものに交換すればよい。

もっとも、インクカートリッジ２６を交換する際に、インク取込部２４１から空気が混入することがある。また、印刷時にキャリッジ２０が往復動することによる振動などにより、インクカートリッジ２６の装着後にも、少しずつ空気が混入することがある。そして、図２ないし図５を用いて説明したように、インク吐出ヘッド２４の内部は極めて微細な構造となっているので、例えば、気泡で共通インク室２４６ｇ内が塞がれてしまうと、それより先の圧力室２４６ｐにはインクが供給されず、インク滴が吐出できなくなってしまうという不具合が発生する。あるいは、圧力室２４６ｐに気泡が発生すると、圧電素子で押圧しても気泡が縮むだけでインクは加圧されず、その圧力室２４６ｐのノズルＮｚからはインク滴が吐出できなくなってしまうという不具合が発生する。そこで、こうした問題の発生を回避するために、定期的に、あるいは必要に応じて、インクと一緒に気泡をノズルＮｚから強制的に排出させるクリーニング動作が行われる。

Ａ−３．クリーニング動作の概要 ：
クリーニング動作は、キャリッジ２０をホームポジションまで移動させた状態で行われる。図１を用いて説明したように、印刷を行わないときには、印字領域の外側に設けられたホームポジションにキャリッジ２０を退避させておき、ホームポジションに設けられたキャップ部５４でインク吐出ヘッド２４のノズル面を封止して、インクの乾きを防止するようになっている。また、印字領域とホームポジションとの間にはワイパーブレード５２が設けられており、キャリッジ２０をホームポジションに退避させる際には、インク吐出ヘッド２４のノズル面に付着した異物や余分なインクなどを、ワイパーブレード５２で拭い取るようになっている。

図７は、インク吐出ヘッド２４のノズル面をキャップ部５４で封止した状態を概念的に表した説明図である。キャップ部５４は、図示しないアクチュエータによって上下方向に移動可能に構成されており、キャリッジ２０をホームポジションに退避させた後、キャップ部５４をノズル面に押しつけると、インク吐出ヘッド２４のノズル面とキャップ部５４との間に密閉された空間が形成される。これにより、インクの乾きを防止することが可能となっている。

また、キャップ部５４の下方には吸引ポンプ５６が設けられており、吸引ポンプ５６の吸い込み口がキャップ部５４の内側に開口している。このため、キャップ部５４を押しつけた状態で吸引ポンプ５６を作動させると、インク吐出ヘッド２４のノズル面とキャップ部５４との間に形成された空間が負圧となり、ノズル２４６ｚからインクが吸い出されて、通常の印刷では生じないような速いインクの流れが発生する。インクに混入した気泡がインク通路の何処かに引っ掛かっている場合でも、このインクの流れに押し流されるようにして、ノズル２４６ｚから排出することが可能となる。クリーニング動作では、このようにして、インクを勢いよく吸い出すことにより、インク取込部２４１からノズル２４６ｚまでのインク通路に混入している気泡をインクとともに排出する。

こうしたクリーニング動作を定期的に行うことによって印刷可能な状態を保つことが可能であるが、その一方で、クリーニング動作は多量のインクを消費する為、クリーニング動作を行う頻度はできるだけ低い方が好ましい。すなわち、多少の気泡が混入した程度では印刷に支障がでないようにすることで、クリーニング動作を頻繁に行う必要がないようにすることが望ましい。そこで、本実施例のインクジェットプリンタでは、こうしたことを実現するために、インク取込部を次のような構造としている。

Ｂ．本実施例のインク取込部 ：
Ｂ−１．インク取込部の構造 ：
図８は、本実施例のインク取込部２４１の構造を示す説明図である。図８（ａ）には、インク取込部２４１の中心軸上で取った断面図が示されている。また、図８（ｂ）には、インク取込部２４１が斜視図によって示されている。図示されているようにインク取込部２４１の外観は、大まかには円柱の下側が円錐形に拡大したような形状をしている。

インク取込部２４１の上端には、インクカートリッジ２６からインクを取り込むための小さなインク取込口２４１ｉが設けられており、そこから続くインク取込部２４１の内側には、暫くの間、断面積がほぼ同一の直管部２４１ｓが形成され、次いで、断面積が次第に拡大する拡径部２４１ｅが形成されている。そして、図８（ａ）に示すように、インク取込部２４１は、拡径部２４１ｅの開口した端面で、フィルタ２４０ｆを介して基台２４０に取り付けられている。尚、このフィルタ２４０ｆは、インクカートリッジ２６から供給されるインク中の異物を取り除くために設けられており、前述したように、流路ユニット２４６の内部は非常に微細なインク通路が形成されていることから、この通路を詰まらせるような異物は全て除去することができるように、フィルタ２４０ｆは、たいへんに目の細かいフィルタが用いられている。

また、図８（ｂ）に示されている様に、円筒状に形成された気泡捕捉部材２４１ｂがフィルタ２４０ｆに設置されている。尚、図８（ｃ）は、図８（ａ）中のＡ−Ａ位置で断面を取った断面図が示されている。図示されているように、気泡捕捉部材２４１ｂは、直管部２４１ｓの下方に設けられているので、直管部２４１ｓを下方に向かって流れてきた気泡を、気泡捕捉部材２４１ｂの内側に捕捉することが可能となっている。本実施例のインク取込部２４１では、このようにして気泡を捕捉することで、気泡がインク内に混入したとしても、印字可能な状態を保つことを可能としている。

Ｂ−２．印字可能な状態を保つ原理 ：
以下では、気泡捕捉部材によって印字可能な状態を保つことが可能となる原理を説明するが、そのための準備として、まず、気泡捕捉部材を持たない通常のインク取込部の場合において、混入した気泡によって印字不能となる様子を説明する。

図９は、気泡捕捉部材を持たない通常のインク取込部９００において、混入した気泡が原因で印字不能となる様子を概念的に示した説明図である。図９（ａ）には、印刷を開始する前の状態において、インク取込部の上端部に気泡が溜まっている様子が示されている。気泡がインク中に混入する要因は、前述した様に、インクカートリッジを取り替える際の混入や、キャリッジが移動する際の振動による混入、あるいは、インク取込部の部材を気体分子が透過して進入することによる混入など、様々な要因が存在している。こうした要因によってインク内に混入する気泡は、通常、比較的小さな気泡である。しかし、インク中に混入した気泡は、気泡に働く浮力によってインク取込部の上端部分に集まり、時間の経過と共に気泡同士が合体し、やがて大きな気泡へと成長していく。したがって、図９（ａ）の様に、インク取込部の上端に大きな気泡が発生し得る。

図９（ｂ）は、図９（ａ）の状態から印刷を開始したときのインク取込部の内部の様子を示した説明図である。図中に示した矢印はインクの流れを表している。印刷を開始すると、ノズル２４６ｚからインク滴が吐出されるのに伴って、吐出されたインク量に相当するゆっくりとしたインクの流れがインク取込口の内部に生じる。直管部２４１ｓから拡径部２４１ｅに入ってインク通路の断面積が次第に大きくなると、それに合わせて、インクの流れはほぼ断面に一様に広がり、断面の拡大とともに流速が低下した状態でフィルタ２４０ｆを通過していく。インク取込部の上端に溜まった気泡は、このインクの流れに乗って、フィルタ２４０ｆに向かってゆっくりと移動していき、やがて、フィルタ２４０ｆに到達する。しかし、気泡はフィルタ２４０ｆを通過することはできず、フィルタ２４０上に留まっている。これは、次の様な理由によると考えられている。

気泡の表面は、空気を主成分とする気体と、液体であるインクとが接触した不連続な状態となっている。このような不連続面は、界面と呼ばれている。液体の分子にとっては、界面で気体と接触している状態よりは、同じ液体分子に取り囲まれている状態の方が安定であり、従って、液体は、できるだけ安定な部分が大きくなるように、還元すれば、界面の表面積が小さくなるように変形する。その結果、何らかの外力を受けない限りは、インク中の気泡は球形となる。このような現象は、界面に一種のエネルギ（表面エネルギ）が蓄えられており、気泡は表面エネルギができるだけ小さくなる形状をとると考えることもできる。また、外力が作用する気泡は変形するが、変形による気泡の表面積が増加したことによる表面エネルギの増加は、外力から受けた仕事に対応している。

ここで、前述したように、フィルタ２４０ｆは、流路ユニット２４６内に形成された微細なインクの通路に異物が詰まることの無いように、極めて細かい目のフィルタが用いられている。従って、気泡がフィルタ２４０ｆを通過するためには、細かい目を通過し得る程度の大きさ（代表的には２０μｍ前後）まで小さくならなければならず、このことは、気泡の表面エネルギを大幅に増加させなければならないことを意味している。しかし、印刷中はインクの流れが遅いので、気泡をフィルタ２４０ｆに押しつける力も小さく、このため気泡がフィルタ２４０ｆを通過することはない。

この様に、気泡はフィルタ２４０ｆを通過することはできないのであるが、インクの流れによって気泡はフィルタ２４０ｆに押し付けられるため、気泡はフィルタ２４０ｆ上を覆うように広がっていく。図９（ｃ）は、こうして気泡がフィルタ２４０ｆを完全に覆った様子を示している。図９（ｃ）の状態のように、フィルタ２４０ｆが気泡によって完全に覆われてしまうと、インクがフィルタ２４０ｆを通過することができなくなる。その結果、吐出ノズル２４６ｚへインクが供給されなくなり、結果として、印刷不能となってしまう。

以上に説明した様に、通常のインク取込口９００では、気泡によってフィルタが覆われてしまうことでインクの流れが遮断され、印刷不能となってしまう。これに対し、本実施例のインク取込口２４１では、気泡捕捉部材によって気泡を捕捉することで、印刷可能な状態を保つことを可能としている。

図１０は、本実施例のインク取込口２４１において、印刷可能な状態が保たれる様子を示した説明図である。前述した様に、印刷前の状態では、図１０（ａ）に示される様に、インク取込口の上端部分に気泡が溜まっている。この状態から印刷を開始すると、図１０（ｂ）に示される様に、気泡はインクの流れに乗って、直管部２４１ｓをゆっくりと降下してくる。すると、直管部２４１ｓの下方には気泡捕捉部材２４１ｂが備えられているので、気泡は、気泡捕捉部材２４１ｂの内部に捕捉される。（図１０（ｃ）参照）。

捕捉された気泡は、周囲を気泡捕捉部材２４１ｂに取り囲まれているので、インクの流れに押し付けられてフィルタ２４０ｆ上に広がってしまうことがない。これにより、気泡捕捉部材２４１ｂの周囲にインクの経路（図１０（ｃ）中「経路」と表記）が確保されるので、インクの供給が止まってしまうことがなく、印字可能な状態を維持することが可能となる。

この様に、本実施例のインク取込部２４１では、インクの流れに乗って移動してくる気泡を捕捉してフィルタ上の一部分に閉じ込めておくことによって、フィルタ全面を気泡が覆ってしまうことを回避し、インクの流路を確保している。こうすれば、クリーニング動作をしなくとも印刷可能な状態を維持することが可能となる。また、気泡が成長して気泡捕捉部材で捕捉しきれない大きさになった場合であっても、気泡捕捉部材から溢れ出す気泡が少量の間は、依然としてインク経路を確保することができ、印刷可能な状態が保たれる。もちろん、気泡がさらに大きく成長すれば、いずれはクリーニング動作が必要となるが、それまでの間はクリーニング動作を行う必要がないので、結果として、クリーニング動作を行う頻度を大幅に下げることが可能となっている。

また、印刷時には、キャリッジ２０が高速で移動するのに伴って、振動によって気泡捕捉部材２４１ｂから気泡が飛び出してしまう事態も考えられ得る。しかし、その場合でも、大部分の気泡は、インクの流れによって押し付けられて気泡捕捉部材２４１ｂの中に捕捉されたままの状態で保たれている。この為、印刷中にキャリッジ２０が高速で移動する場合であっても、印字可能な状態を確実に保つことが可能となっている。

尚、本実施例では、インク取込部２４１とインクカートリッジ２６とが直接接続されているものとして説明したが、インク取込部２４１にインクカートリッジ２６が直接接続されていなくてもよく、例えば、インク取込部２４１に液体搬送チューブを接続し、その先にインクカートリッジを接続するものとしてもよい。あるいは、印刷装置１０の外部に大容量のインクタンクを用意しておき、そこから液体搬送チューブを介してインク取込部２４１へとインクを導くものとしてもよい。こうした場合であっても、チューブの取り付け時に混入する気泡や、チューブの接続部から混入してくる気泡を気泡捕捉部材２４１ｂで捕捉することによって、印字可能な状態を保つことが可能となっている。

以上に説明した様に、本実施例のインク取込部２４１では、気泡を捕捉することによって印刷可能な状態を保つことを可能としているが、こうした効果に加えて、クリーニング動作の際に、気泡を効率良く排出することも可能となっている。

図１１は、本実施例のインク取込部２４１において、クリーニング動作によって気泡が排出される様子を概念的に示した説明図である。先に説明した様に、クリーニング動作中はインクが勢い良く流れるので、直管部２４１ｓから拡径部２４１ｅに入った部分で、インクの流れが通路断面積の拡大に追従することができず、この為、図１１に示される様に、気泡捕捉部材２４１ｂの内側は、気泡捕捉部材２４１ｂの外側よりもインクの流速が速くなっている。直管部２４１ｓの気泡は、この流速の速いインクの流れによって気泡捕捉部材２４１ｂに捕捉され、フィルタ２４０ｆに強く押し付けられる。この様に、本実施例のインク取込部では、インク流速の速い領域に気泡を捕捉しておくことによって気泡を強い力でフィルタに押し付けることができるので、フィルタ上に気泡が残ってしまうことがなく、気泡をほぼ完全に排出することが可能となっている。

参考として、気泡捕捉部材２４１ｂが設けられていない通常のインク取込部９００でクリーニング動作を行った場合について、簡単に説明しておく。図１２には、通常のインク取込部９００におけるクリーニング動作の際の気泡の挙動が示されている。図１２（ａ）に示される様に、インクの流れによってフィルタ２４０ｆに押し付けられた気泡は、フィルタ上に広がる。そして、インク流速の速い領域では、一部の気泡はフィルタ２４０ｆに強く押し付けられフィルタ２４０ｆを通過するが、一部の気泡は周辺の流速の遅い領域に移動する。そして、流速の遅い領域では、気泡をフィルタ２４０ｆに押し付ける力が弱いので、気泡が排出されずに残ってしまう（図１２（ｂ）参照）。

この様に、クリーニング動作を行っても気泡が残ってしまう通常のインク取込部９００に対し、本実施例のインク取込部２４１では、前述した様に、ほぼ完全に気泡を排出することが可能になっている。このため、１回クリーニング動作を行っておけば、再び気泡が大きく成長するまでのかなりの長い期間クリーニング動作を行う必要が無いので、クリーニング動作の頻度を少なくすることが可能となっている。

Ｃ．変形例 ：
上述した本実施例のインク取込部２４１には、種々の変形例が存在している。以下では、これら変形例について簡単に説明する。

Ｃ−１．第１の変形例 ：
上述した実施例では、気泡捕捉部材２４１ｂは、円筒型の形状であるもとのとして説明した。しかし、図１３（ａ）に図示されている様に、直管部に向かって口を広げたすり鉢形状のものであってもよい。こうすると、直管部から降下してきた気泡が多少横に逸れても口の中に納まるので、気泡をより確実に捕捉することが可能となる。また、クリーニング動作時には、図１３（ｂ）に示される様に、インクの流れが周辺に広がるのを抑制し、気泡をより強い力でフィルタに押し付けることができるので、より効率的に気泡を排出することが可能となる。

Ｃ−２．第２の変形例 ：
上述した実施例では、気泡捕捉部材２４１ｂは、フィルタ２４０ｆの上に接着あるいは溶着などにより固定されているものとして説明した。しかし、気泡捕捉部材２４１ｂを嵌め込みリブとして形成し、インク取込部の本体２４１ａに嵌め込んで固定するものとしてもよい。

図１４は、気泡捕捉部材２４１ｂが嵌め込みリブとして形成された第２の変形例のインク取込部２４１を概念的に示した説明図である。図示した例では、インク取込部本体２４１ａに、嵌め込みリブとして形成された気泡捕捉部材２４１ｂを嵌め込んだ後、フィルタ２４０ｆを介して、基台２４０に取り付けている。図１４（ａ）には、気泡捕捉部材２４１ｂをインク取込部２４１に組み付けた後、基台２４０に取り付ける様子が概念的に示されている。また、図１４（ｂ）には、嵌め込みリブとして形成された気泡捕捉部材２４１ｂの外観形状が例示されている。

このように、気泡捕捉部材２４１ｂをインク取込部２４１に嵌め込んで固定するものとすれば、直管部２４１ａに対して気泡捕捉部材２４１ｂを精度良く配置することができる。これによって、直管部２４１ａから降下してくる気泡をより確実に捕捉することが可能となる。また、気泡捕捉部材２４１ｂはインク取込部本体２４１ａによって支えられるため、クリーニング動作による急激なインクの流れや、キャリッジ２０の移動に伴う振動が発生したとしても、気泡捕捉部材２４１ｂが外れ落ちてしまうことはない。更に、リブが組み込まれることによってインク取込部２４１の強度が確保されるので、基台２４０に組み込む際やインクカートリッジ２６の着脱の際にインク取込部２４１を破損してしまう事態を未然に回避することが可能となる。

Ｃ−３．第３の変形例 ：
また、上述した各種の実施例では、インク取込部２４１は、フィルタ２４０ｆのほぼ中央位置に取り付けられているものとして説明した。しかし、インク取込部２４１はフィルタ２４０ｆに対して偏心させて取り付けてもよい。

図１５は、フィルタ２４０ｆに対して偏心させた状態でインク取込部２４１が取り付けられている様子を示した説明図である。図１５（ａ）には、インク取込部２４１の対称面で取った断面形状が示されており、図１５（ｂ）には、図１５（ａ）中のＢ−Ｂ位置で取った断面形状が示されている。このように、フィルタ２４０ｆに対してインク取込部２４１が偏心した状態で取り付けられている場合であっても、直管部２４１ｓの下方に気泡捕捉部材２４１ｂを設けておけば、直管部２４１ｓを降下してくる気泡を捕捉してインクの経路を確保することが可能となる。

また、この様な偏心した形状の場合、クリーニング動作時には、偏心方向と反対側にインク流速の遅い領域が広い範囲に亘って形成される。そして、仮に気泡捕捉部材２４１ｂがなければ、クリーニング動作の際に気泡がこの領域に逃げ込んでしまい、排出されずに残ってしまう。これに対して、インク取込部２４１内に気泡捕捉部材２４１ｂを設けておけば、気泡がインク流速の遅い領域に移動することを防ぐことができるので、クリーニング動作によって効率よく気泡を排出することが可能となる。

Ｃ−４．第４の変形例 ：
上述した実施例では、円筒状の気泡捕捉部材によって気泡を捕捉するものとして説明した。しかし、気泡を捕捉してインク経路を確保できるのであれば、気泡捕捉部材は円筒形状に限られず、様々な形状を取ることが可能である。

図１６は、板状の気泡捕捉部材２４１ｂが設置された変形例のインク取込部２４１を示した説明図である。図１６（ａ）には、インク取込部２４１の対称面で取った断面形状が示されており、図１６（ｂ）には、図１６（ａ）中のＣ−Ｃ位置で取った断面形状が示されている。図示されているように、このインク取込部２４１では、板状の気泡捕捉部材２４１ｂによって拡径部２４１ｅが２つに分けられている。この場合、直管部２４１ｓを降下してくる気泡は、図中の左側に捕捉される。すると、図中右側にインクの経路が確保されるので、印刷可能な状態を維持することが可能となる。また、このインク取込部２４１では、気泡を捕捉する部分を広く取ることができるので、気泡が大きく成長した場合であっても、インクの経路を確保することが可能となっている。

また、上述した実施例では、気泡捕捉部材の内側に気泡を捕捉するものとして説明したが、気泡捕捉部材の外側に気泡を捕捉するものとしてもよい。図１７には、こうした変形例のインク取込部２４１が例示されている。図示されている様に、気泡捕捉部材２４１ｂは直管部２４１ａからずれた位置に設置されているので、気泡は、気泡捕捉部材２４１ｂの外側とインク取込部本体２４１ａとの間に捕捉される（図１７（ｂ）参照）。そして、気泡捕捉部材２４１ｂの内側にはインクの経路が確保される。こうすれば、気泡がフィルタをほぼ覆ってしまう様な大きさに成長した場合であっても、気泡捕捉部材２４１ｂの内側にはインク経路が確保されるので、印刷可能な状態を維持することが可能となる。

以上、本実施例の印刷装置について説明したが、本発明は上記すべての実施例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能である。

インクジェットプリンタを例に用いて本実施例の液体噴射装置の大まかな構成を示した説明図である。 キャリッジに搭載されたインク吐出ヘッドの構造を示す分解斜視図である。 インク取込部から取り込まれたインクが流路ユニットに供給される様子を概念的に示した説明図である。 流路ユニットの構造を示した分解組立図である。 流路ユニット内で共通インク室から圧力室にインクを供給する通路の形状を示した説明図である。 インクカートリッジの外観形状を示した斜視図である。 インク吐出ヘッドのノズル面をキャップ部で封止した状態を概念的に表した説明図である。 本実施例のインク取込部の構造を示す説明図である。 通常のインク取込部において、気泡によってインクの供給が遮断される様子を示した説明図である。 本実施例のインク取込部において印刷可能な状態が保たれる様子を示す説明図である。 本実施例のインク取込部においてクリーニング動作を行った際のインクの流れと気泡の挙動とを例示した説明図である。 通常のインク取込部においてクリーニング動作を行った際のインクの流れと気泡の挙動とを例示した説明図である。 第１の変形例のインク取込部を例示した説明図である。 第２の変形例のインク取込部を例示した説明図である。 第３の変形例のインク取込部がフィルタに対して偏心した状態で取り付けられている様子を例示した説明図である。 第４の変形例のインク取込部を例示した説明図である。 気泡捕捉部材の外側に気泡を捕捉する変形例のインク取込部を例示した説明図である。

符号の説明

１０…インクジェットプリンタ、 ２０…キャリッジ、
２２…キャリッジケース、 ２４…インク吐出ヘッド、
２６…インクカートリッジ、 ２６ｈ…取付孔、 ３０…駆動機構、
３２…タイミングベルト、 ４０…プラテンローラ、
５０…メンテナンス機構、 ５４…キャップ部、 ５６…吸引ポンプ、
２４０…基台、 ２４０ｆ…フィルタ、 ２４１…インク取込部、
２４１ａ…本体部、 ２４１ｂ…気泡捕捉部材、 ２４１ｅ…拡径部、
２４１ｉ…インク取込口、 ２４１ｓ…直管部、 ２４２…回路基板、
２４２ｈ…インク通過穴、 ２４２ｐ…圧電素子アセンブリ、
２４４…ヘッドベース、 ２４４ｇ…貫通穴、 ２４４ｈ…インク通路、
２４６…流路ユニット、 ２４６ｇ…共通インク室、 ２４６ｈ…連通孔、
２４６ｉ…島、 ２４６ｎ…ノズルプレート、 ２４６ｐ…圧力室、
２４６ｓ…キャビティ、 ２４６ｔ…突起、 ２４６ｕ…シート、
２４６ｚ…ノズル

Claims (4)

1. 圧力室に液体を導いて加圧することにより、該圧力室の下流側に設けられたノズルから液体を噴射する液体噴射装置において、
   液体を取り込む液体取込口と、
   前記液体取込部から取り込まれた液体が流入する液体流入部と、
   前記液体流入部に流入した液体を、少なくとも該液体取込口よりも大きな断面積を有する開口部に導く拡大通路と、
   前記拡大通路の前記開口部に設けられて、前記液体内の異物を濾過するフィルタと、
   前記フィルタを通過した液体を前記圧力室に導く液体導入通路と
   を備え、
   前記拡大通路内には、前記液体の流れに乗って、前記液体流入部から前記フィルタに到達した気泡を捕捉する気泡捕捉部材が、該フィルタの上流側に設けられていることを特徴とする液体噴射装置。
2. 請求項１に記載の液体噴射装置であって、
   前記気泡捕捉部材は、前記フィルタに密着して設けられていることを特徴とする液体噴射装置。
3. 請求項１に記載の液体噴射装置であって、
   前記気泡捕捉部材は、前記拡大通路の内壁面に保持された状態で設けられていることを特徴とする液体噴射装置。
4. 請求項１に記載の液体噴射装置であって、
   前記気泡捕捉部材は、前記拡大通路の内壁面と該気泡捕捉部材との間で気泡を捕捉することを特徴とする液体噴射装置。

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