JP2008230137A - 液体吐出ヘッドの背圧調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大容量の液体供給に適し、且つ、液体吐出ヘッドの背圧変動を安定化することができる背圧調整装置を提供すること。
【解決手段】液体吐出ヘッド５０に連通し液体吐出ヘッド５０へ供給される液体を収容する液体収容室３２と気体を収容する気体収容室３３とを有し、変形可能な可動膜３１によって液体収容室３２と気体収容室３３とに仕切られて、可動膜３１によって液体収容室３２の全壁面のうち一部の壁面が構成されている剛性容器３０と、剛性容器３０内の可動膜３１の全部又は一部を変形させることにより液体収容室３２内の液体の圧力を調整する圧力調整ポンプ３４を備えた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液体吐出ヘッドの背圧変動を安定化することができる液体吐出ヘッドの背圧調整装置に関する。

液体を吐出するノズルと、ノズルに連通する圧力室を備え、圧力室内の液体の圧力を変化させることによりノズルから液体を吐出させるようにした液体吐出ヘッドが提供されている。このような液体吐出ヘッドに連通するサブタンクを設け、このサブタンク内の液体の圧力を液体吐出ヘッドの背圧として調整する。

また、剛性を有する容器（サブタンク）内に可撓性の袋を持ち、この可撓性の袋の容積を変化させることで、袋に連通させた液体吐出ヘッドの背圧を調整するようにしたものが知られている（特許文献１、２を参照）。
特開２００５−４１０４８号公報 特開２００６−１９２７８５号公報

しかしながら、可撓性の袋の容積を変化させることで液体吐出ヘッドの背圧調整を行う場合、袋形状では一般に形状変化が安定しないので、袋の容積が変化する際に急激な圧力変動が生じてしまい、微小な背圧調整が難しいという問題があった。

図２１（Ａ）は、サブタンク９０内の袋９１にインクが充填されて袋９１の容積が最大となっている状態（袋９１にシワがない状態）を示し、図２１（Ｂ）は、サブタンク９０内の袋９１から液体吐出ヘッド５０へインクが供給されて袋９１の容積が小さくなった状態（すなわち袋９１にシワが発生した状態）を示す。シワが発生する瞬間、袋９１内の圧力は急激に変動する。また、シワが発生していた袋９１の容積が、袋９１へのインク充填に伴って大きくなっていくと、シワが解消する。シワが解消する瞬間、袋９１内の圧力は急激に変動する。このように袋９１の容積が変化する際に急激な圧力変動が生じてしまうので、一般に１０ｍｍＨ_２Ｏ以下の微小な圧力調整は難しい。

また、袋構造では、一般に熱圧着などの方法で接合を行い形成されるので、図２１（Ｂ）に示すような状態において、その接合部近傍ではインクがほとんど流れず、顔料や樹脂成分（ラテックス）の凝集が発生して、液体吐出ヘッドにおけるインク詰まりの原因となることが知られている。

また、８インチを越えるような長尺ヘッドを用いて、１０００ｄｐｉ以上の解像度および３００ｍｍ／ｓを越える速度でインク吐出を行おうとすると、１色当たりのインク消費量がおよそ２０ｃｃ／ｍｉｎを越える。このような高デューティでのインク吐出を要求される場合には、１０００ｃｃを越えるような大容量の袋が必要になる。しかしながら、大きな袋形状では前述のようなシワが特に発生し易いので、一般に５００ｃｃを超える大容量の袋を用いることは困難である。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、大容量の液体供給に適し、且つ、液体吐出ヘッドの背圧変動を安定化することができる液体吐出ヘッドの背圧調整装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、液体吐出ヘッドに連通し該液体吐出ヘッドへ供給される液体を収容する液体収容室と気体を収容する気体収容室とを有し、変形可能な可動膜によって前記液体収容室と前記気体収容室とに仕切られて、前記可動膜によって前記液体収容室の全壁面のうち一部の壁面が構成されている容器と、前記容器内の前記可動膜の全部又は一部を変形させることにより前記液体収容室内の液体の圧力を調整する圧力調整手段と、を備えたことを特徴とする液体吐出ヘッドの背圧調整装置を提供する。

多ノズルを有する液体吐出ヘッド用に大容量の液体収容室が必要な場合、従来のように液体収容室として袋を用いると、袋とその外部空間である気体収容室との境界面が、大きな袋の全表面によって構成されることになるので、シワの発生時及び解消時に急激な背圧変動が発生してしまうが、本発明によれば、液体収容室の全壁面のうち一部の壁面のみを構成している可動膜を変形させることによって前記液体収容室内の液体の圧力を調整するので、液体収容室と気体収容室との境界面が限定され、シワの発生時及び解消時に発生する急激な背圧変動が防止されて安定化することになる。また、シワの発生箇所における液体中の分散物の凝集が防止されることにもなる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記可動膜の全部又は一部は、伸縮性を有する可撓膜又は弾性膜によって構成されていることを特徴とする液体吐出ヘッドの背圧調整装置を提供する。

本発明では、可動膜が伸縮性を有するので、シワの発生防止のために可動膜の可動範囲を制限する必要がなく、液体収容室の大容量化に適している。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記可動膜は、前記容器に固着されている周端部分と、前記周端部分に連結されている中央部分とを有し、前記周端部分は前記中央部分よりも剛性が低いことを特徴とする液体吐出ヘッドの背圧調整装置を提供する。

具体的な態様としては、第１に、可動膜の中央部分を第１の弾性材料で構成する一方で、可動膜の周端部分を第１の弾性材料よりもバネ定数が小さく伸縮しやすい第２の弾性材料で構成する態様がある。第２に、可動膜の中央部分を剛性材料で構成する一方で、可動膜の周端部分を弾性材料で構成する態様がある。第３に、可動膜の周端部分と中央部分を同一の弾性材料で構成するとともに、可動膜の周端部分の厚みを可動膜の中央部分の厚みよりも小さくする態様がある。弾性材料の代りに、伸縮性を有する可撓性材料を用いてもよい。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の何れか１項に記載の発明において、前記容器内には、前記可動膜の可動範囲を制限するストッパ部材が設けられていることを特徴とする液体吐出ヘッドの背圧調整装置を提供する。

この発明によれば、ストッパ部材により、可動膜が許容応力以上に変形して破損することが防止される。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４の何れか１項に記載の発明において、前記可動膜は、気体透過性の部分を有することを特徴とする液体吐出ヘッドの背圧調整装置を提供する。

この発明によれば、可動膜を、液体吐出ヘッドの背圧調整用としてだけでなく、吐出液体の脱気用の気体分離膜として兼用することにより、容器内で吐出液体の脱気が可能となる。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５の何れか１項に記載の明において、前記可動膜は、ヒータを内蔵していることを特徴とする液体吐出ヘッドの背圧調整装置を提供する。

この発明によれば、液体収容室内の液体の温調をすることができる。また、吐出液体の脱気時に液体を加熱することにより、脱気性能の向上が可能となる。

本発明によれば、大容量の液体供給に適し、且つ、液体吐出ヘッドの背圧変動を安定化することができる背圧調整装置を提供できる。

以下、添付図面に従って、本発明の実施形態について、詳細に説明する。

図１は、本発明に係る背圧調整装置１００の基本構成を示す構成図である。

図１において、剛性容器３０は、変形可能な一枚の可動膜３１によって液体収容室３２と気体収容室３３とに仕切られている。すなわち、可動膜３１は、剛性容器３０を液体収容室３２と気体収容室３３とに区画形成する隔壁を構成しており、可動膜３１によって、液体収容室３２の全壁面のうちの一部の壁面が構成されているとともに、気体収容室３２の全壁面のうちの一部の壁面が構成されている。

液体収容室３２は、所定の被吐出媒体に対してインクなどの所定の液体を吐出する液体吐出手段としての液体吐出ヘッド５０に連通しているチャンバであり、液体吐出ヘッド５０へ供給される液体を一時的に収容する。この液体収容室３２内の液体の圧力が調整されることにより、液体吐出ヘッド５０内の液体の圧力が調整される。

気体収容室３３は、可動膜３１の全部又は一部を伸縮させて気体収容室３３及び液体収容室３２の容積を変化させることにより液体収容室３２内の液体の圧力（すなわち液体吐出ヘッド５０の背圧）を調整する圧力調整手段としての圧力調整ポンプ３４に連通しているチャンバであり、大気などの所定の気体を収納する。この気体収容室３３には、圧力センサ３８が接続されている。

剛性容器３０は剛性を有しており、液体収容室３２の容積と気体収容室３３の容積との和（すなわち剛性容器３０の容積である）は、一定である。したがって、可動膜３１が伸縮するとともに気体収容室３３の容積が増加すれば、その容積の増加分だけ、液体収容室３２の容積が減少する。その一方で、可動膜３１が伸縮するとともに気体収容室３３の容積が減少すれば、その容積の減少分だけ、液体収容室３２の容積が増加する。このようにして液体収容室３２の容積が変化することにより、液体収容室３２内の液体の圧力が変化する。すなわち液体吐出ヘッド５０の背圧が調整される。

可動膜３１は、膜状の変形可能な媒体である。可動膜３１の全部又は一部は、伸縮性を有する可撓膜、又は、弾性膜、によって構成されていることが、好ましい。

可動膜３１として非伸縮性の可撓膜を用いた場合、図２（Ａ）に示すように、撓みが大きい状態では可動膜３１にシワが発生しないので、このような撓みが大きい範囲内のみで可動膜３１を用いれば、シワの発生及び解除に因る急激な圧力変動を防止できる。もしも、図２（Ｂ）に示すように、撓みが小さい状態では、可動膜３１にシワが発生してしまい、急激な背圧変動を引き起こすことになる。ただし、可動膜３１の張りを強くしてシワの発生を抑制することにより、図２（Ｃ）に示すように、撓みが小さい範囲内でのみで可動膜３１を用いることも可能である。このように可動膜３１として非伸縮性の可撓膜を用いた場合には、可動膜３１の可動範囲が小さくなるので、背圧の制御レンジは狭くなる。

可動膜３１として伸縮性の可撓膜を用いた場合には、図２（Ａ）に示すように、伸張して撓みが大きくなった状態においてシワが発生しないだけでなく、収縮して撓みが小さくなった状態においても、図２（Ｃ）に示すようにシワが発生しない。すなわち、背圧変動を安定化しつつ、背圧の制御レンジを広くすることができる。

可動膜３１として、多層構造の膜を用いてもよい。具体的には、内部に液体やゲルが封入された可撓膜を用いてもよい。この場合、可動膜３１の厚さが変動するとともに可動膜３１の面積が変動し、伸縮する。

以下では、可動膜３１が伸縮性を有する場合を例に説明する。

なお、図１では、可動膜３１を収縮時に鉛直方向（重力方向である）に沿うように配置した場合を示したが、特に可動膜３１の配置方向は限定されない。図３に示すように、可動膜３１を収縮時に水平方向（重力方向と直交する方向である）に沿うように配置してもよい。

次に、可動膜３１の各種の態様について、説明する。

図４は、第１態様の可動膜３１ａを示す平面図である。その５−５線に沿った断面であって剛性容器３０に固着された状態を図５（Ａ）〜（Ｃ）に示す。図５（Ｂ）は可動膜３１ａが最も収縮した状態を示し、図５（Ａ）及び（Ｃ）は可動膜３１ａが最も伸張した状態を示している。なお、図４において、可動膜３１ａの平面形状が四角形である場合を示しているが、可動膜３１ａの平面形状は特に四角形に限定されず、円形状、楕円形状などでもよい。

図４及び図５（Ａ）〜（Ｃ）において、可動膜３１ａは、その中央部分に配置されている第１の弾性膜３１１と、可動膜３１ａの周端部分に配置され、剛性容器３０に固着されている第２の弾性膜３１２と、によって構成されている。これらの第１の弾性膜３１１と第２の弾性膜３１２とは、熱溶着や超音波溶着などの接合によって、連結されている。

中央部分の第１の弾性膜３１１よりも、周端部分の第２の弾性膜３１２の方が、バネ定数が小さく、伸縮しやすい。すなわち、可動膜３１ａの周端部分が第１の弾性材料で構成されている一方で、可動膜３１の中央部分が第１の弾性材料よりもバネ定数が小さく伸縮しやすい第２の弾性材料で構成されている。剛性については、中央部分の第１の弾性膜３１１よりも、周端部分の第２の弾性膜３１２の方が低い。また、中央部分の第１の弾性膜３１１の面積の方が、周端部分の弾性膜３１２の面積よりも、大きい。

第１の弾性膜３１１の材料としては、気体を透過させない遮気性材料を用いる。遮気性材料の具体例については、後に詳説する。図１の気体収容室３３内の気体が、大面積の第１の弾性膜３１１を透過して、液体収容室３２内の液体に混入すると、液体吐出ヘッド５０で吐出不良が発生しやすくなるので、これを防止する。第１の弾性膜３１１の材料として用いる遮気性材料（例えば樹脂）は、一般に剛性が高く、バネ定数も大きい。その一方で、第１の弾性膜３１１の周囲に配置されている第２の弾性膜３１２の材料としては、第１の弾性膜３１１よりもバネ定数が小さく伸縮しやすい材料を用いており、第２の弾性膜３１２（例えばシリコーンゴム）の遮気性が低い場合には、オイルなどの高粘度の不揮発性液体などで、シールすることが、好ましい。高粘度であれば、液体が流れ出すことを防止できる。

図６は、第２態様の可動膜３１ｂを示す平面図である。その７−７線に沿った断面であって剛性容器３０に固着された状態を図７（Ａ）〜（Ｃ）に示す。なお、図７（Ｂ）は可動膜３１ｂが最も収縮した状態を示し、図７（Ａ）及び（Ｃ）は可動膜３１ｂが最も伸張した状態を示している。なお、図６において、可動膜３１ｂの平面形状が四角形である場合を示しているが、特に可動膜３１ｂの平面形状は四角形に限定されず、円形状、楕円形状などでもよい。

図６および図７（Ａ）〜（Ｃ）において、可動膜３１ｂは、その中央部分に配置されている剛性膜３１３と、可動膜３１ｂの周端部分に配置され、剛性容器３０に固着されている弾性膜３１４とによって、構成されている。したがって、可動膜３１ｂの中央部分よりも、可動膜３１ｂの周端部分の方が、剛性が低い。また、中央部分の剛性膜３１３の面積の方が、周端部分の弾性膜３１４の面積よりも、大きい。

剛性膜３１３と弾性膜３１４とは、熱溶着や超音波溶着などの接合によって、連結されている。

剛性膜３１３の材料としては、気体を透過させない遮気性材料を用いる。遮気性材料の具体例については、後に詳説する。弾性膜３１４（例えばシリコーンゴム）の遮気性が低い場合、高粘度の不揮発性液体などで、シールすることが、好ましい。

図８（Ａ）は、第３態様の可動膜３１ｃを示す平面図である。その８Ｂ−８Ｂに沿った断面であって剛性容器３０に固着された状態を図８（Ｂ）に示し、８Ｃ−８Ｃに沿った断面であって剛性容器３０に固着された状態を図８（Ｃ）に示す。なお、図８（Ａ）において、可動膜３１ｃの平面形状が四角形である場合を示しているが、特に可動膜３１ｃの平面形状は四角形に限定されず、円形状、楕円形状などでもよい。

図８（Ａ）において、長辺及び短辺を有する可動膜３１ｃは、５つの領域（第１領域３１５ａ、第２領域３１５ｂ、第３領域３１５ｃ、第４領域３１５ｄ、第５領域３１５ｅ）に区分されている。第１〜４領域３１５ａ、３１５ｂ、３１５ｃ、３１５ｄによって可動膜３１ｃの周端部分が構成されており、第５領域３１５ｅによって可動膜３１ｃの中央部分が構成されている。

第１〜５の領域間は熱溶着や超音波溶着などの接合によって、連結されている。

可動膜３１ｃの長辺に沿って配置されている第１領域３１５ａを構成している弾性膜のバネ定数ｋａ及び第３領域３１５ｃを構成している弾性膜のバネ定数ｋｃよりも、可動膜３１ｃの短辺に沿って配置されている第２領域３１５ｂを構成している弾性膜のバネ定数ｋｂ及び第４領域３１５ｄを構成している弾性膜のバネ定数ｋｄの方が、小さい。具体的には、ｋａ＝ｋｃ＞ｋｂ＝ｋｄである。可動膜３１ｃの長辺に沿った第１領域３１５ａ及び第３領域３１５ｃよりも可動膜３１ｃの短辺に沿った第２領域３１５ｂ及び第４領域３１５ｄの方が変形しやすいので、可動膜３１全体の変形量が大きくなり、液体収容室３２の大容量化に適している。

なお、バネ定数が異なる材料を可動膜３１ｃの周端部分に用いた場合について説明したが、本発明はこのような場合に特に限定されない。可動膜３１ｃの長辺に沿って配置されている第１領域３１５ａ及び第３領域３１５ｃの幅Ｗａ、Ｗｃよりも、可動膜３１ｃの短辺に沿って配置されている第２領域３１５ｂ及び第４領域３１５ｄの幅Ｗｂ、Ｗｄを小さくしてもよい。すなわち、Ｗａ＝Ｗｃ＞Ｗｂ＝Ｗｄとする。このように構成した場合、同じ材質で周端部分の第１〜４領域３１５ａ、３１５ｂ、３１５ｃ、３１５ｄを形成できるので、製造が容易であり、製造コストを低コスト化できる。

図９は、第４態様の可動膜３１ｄであって剛性容器３０に固着された状態を示す断面図である。なお、図９は、可動膜３１ｄが伸張した状態を示している。可動膜３１ｄが収縮した状態は、第３態様と同じである。

本態様では、第３態様と同様に、第１領域３１５ａを構成している弾性膜のバネ定数ｋａ及び第３領域３１５ｃを構成している弾性膜のバネ定数ｋｃよりも、第２領域３１５ｂを構成している弾性膜のバネ定数ｋｂ及び第４領域３１５ｄを構成している弾性膜のバネ定数ｋｄの方が、小さい。ただし、本態様では、第３態様と異なり、鉛直方向において可動膜３１の上端側に配置されている第１領域３１５ａを構成している弾性膜のバネ定数ｋａよりも、鉛直方向において可動膜３１の下端側に配置されている第３領域３１５ｃを構成している弾性膜のバネ定数ｋｃの方が、小さい。すなわち、本態様では、ｋｃ＜ｋａ＜ｋｂ＝ｋｄである。これにより、図９に示すように、可動膜３１ｄの上端側の第１領域３１５ａよりも可動膜３１ｄの下端側の第３領域３１５ｃの方が変形しやいので、液体収容室３２内でインクが少なくなった場合、重力によりインクが下方向にたまっても、可動膜３１ｄ全体の変形量が大きくなり、液体収容室３２を大容量化にさらに適している。

なお、可動膜３１ｄの上端部分と下端部分とでバネ定数が異なる材料を用いた場合について説明したが、本発明はこのような場合に特に限定されない。可動膜３１ｄの上端側に配置されている第１領域３１５ａの幅Ｗａよりも、可動膜３１の下端側に配置されている第３領域３１５ｃの幅Ｗｃを小さくしてもよい。すなわち、Ｗａ＞Ｗｃとする。このように構成した場合、同じ材質で周端部分の第１領域３１５ａ及び第３領域３１５ｃを形成できるので、製造が容易であり、製造コストを低コスト化できる。

図１０（Ａ）は、第５態様の可動膜３１ｅを示す平面図である。その１０Ｂ−１０Ｂに沿った断面であって剛性容器３０に固着された状態を図１０（Ｂ）に示す。なお、図１０（Ａ）において、可動膜３１ｅの平面形状が円形状である場合を示しているが、特に可動膜３１ｅの平面形状は円形状に限定されず、楕円形状、四角形などでもよい。

図１０（Ａ）及び（Ｂ）において、可動膜３１ｅは、中央部分３１７ａ及び周端部分３１７ｂが同一の弾性材料（又は伸縮性を有する同一の可撓性材料）で構成されている。本態様の可動膜３１ｅは、レンズのように、中央部分３１７ａの厚みが、周端部分３１７ｂの厚みよりも、大きい。言い換えると、周端部分３１７ｂの厚みが中央部分３１７ａの厚みよりも小さい。

図１１（Ａ）は、第６態様の可動膜３１ｆを示す平面図である。その１１Ｂ−１１Ｂに沿った断面であって剛性容器３０に固着された状態を図１１（Ｂ）に示す。なお、図１１（Ａ）において、可動膜３１ｆの平面形状が円形状である場合を示しているが、特に可動膜３１ｆの平面形状は円形状に限定されず、楕円形状、四角形などでもよい。

図１１（Ａ）及び（Ｂ）において、可動膜３１ｆは、中央部分３１８ａ及び周端部分３１８ｂが同一の弾性材料（又は伸縮性を有する同一の可撓性材料）で構成されている。中央部分３１８ａの厚みは、周端部分３１８ｂの厚みよりも、大きい。このように可動膜３１ｆは、はレンズ形状でなくてもよい。

図１２（Ａ）〜（Ｃ）の断面図に、ストッパ部材３５（３５ａ、３５ｂ）を設けた剛性容器３０の要部を示す。図１２（Ｂ）は可動膜３１が最も収縮した状態を示し、図１２（Ａ）及び（Ｃ）は可動膜３１が最も伸張した状態を示している。なお、図１２（Ａ）〜（Ｃ）示す可動膜３１は、一例として、図６及び図７に示した第２態様の可動膜３１ｂを適用した場合を示しており、この第２態様の可動膜３１ｂと同じ要素には、同じ符号を付してあり、既に説明した内容については、その説明を省略する。

可動膜３１の両側には、その可動膜の可動範囲を制限するストッパ部材３５（３５ａ、３５ｂ）が設けられている。具体的には、図１２（Ａ）に示すように、剛性容器３０の液体収容室３２側に配置されている第１のストッパ部材３５ａに可動膜３１（本例ではその剛性膜３１３）が当接することにより、可動膜３１が液体収容室３２側において最も変形した場合の可動膜３１の位置が制限される。図１２（Ｂ）においては、可動膜３１がストッパ部材３５に当接していない状態、すなわち可動膜３１が可動範囲内にある状態となっている。また、図１２（Ｃ）に示すように、剛性容器３０の気体収容室３３側に配置されている第２のストッパ部材３５ｂに可動膜３１（本例ではその剛性膜３１３）が当接することにより、可動膜３１が気体収容室３３側において最も変形した場合の可動膜３１の位置が制限される。

図１３（Ａ）は、ストッパ部材３５の一例の平面図である。ストッパ部材３５には、複数の孔３５０が開口していて、これらの孔３５０を液体又は気体が自由に通過できるようになっているとともに、孔３５０の周辺部分で可動膜３１に当接することにより可動膜３１の可動範囲を物理的に制限するようになっている。

例えば、ストッパ部材３５の全面または一部に直径１〜５０ｍｍ程度の円形状の孔３５０を配置する。なお、ストッパ部材３５の孔３５０の形状は円形状に特に限定されず、同程度の面積を持つ孔が形成されていればよく、例えば、図１３（Ｂ）に示すように角形状の孔３５０であってもよい。

ストッパ部材３５の孔３５０の開口面積が大きく、可動膜３１の当接する部分の弾性率が小さい場合には、ストッパ部材３５の孔３５０の中に可動膜３１が入り込む懸念があるので、ストッパ部材３５の孔３５０の開口面積は、可動膜３１が入り込まない程度の面積とする。

また、ストッパ部材３５の材質は、可動膜３１よりも剛性が高いことが求められる。液体がインクの場合、耐インク性能も必要なので、一般にＳＵＳ（ステンレス材）などの耐インク性の金属板や、セラミック板などが、ストッパ部材３５として用いられる。ストッパ部材３５の板厚は特に問わないが、例えば厚さ０.1〜２ｍｍ程度の板材が用いられる。

圧力変動により可動膜３１がそれ自信の許容応力以上の力を受けたときでも、ストッパ部材３５により可動膜３１の破損を防止できる。例えば、圧力センサ（図１の３８）が故障・破損した場合、可動膜３１が通常位置から大きく移動する可能性がある。そのような緊急時に、ストッパ部材３５により可動膜３１の可動範囲が制限されることにより、可動膜３１の破損が防止される。

また、ストッパ部材３５は、液体吐出ヘッド５０内のインクを加圧して空吐出する加圧パージでも、有効に作用する。加圧パージでは、液体吐出ヘッド５０のノズル（図１５の５１）からインクを吸引する吸引パージの場合と比較して、液体収容室３２内で短時間に非常に大きな圧力変化が発生する可能性がある。例えば、加圧パージをするために、大気圧よりも１気圧高く加圧し、液体吐出ヘッド５０のノズルのメニスカスが破壊された時には、瞬間的に大気圧に戻ることになる。本例では、ストッパ部材３５が可動膜３１の可動範囲を制限するので、可動膜３１は必要以上に移動することが制限され、可動膜３１が破壊されることが無い。また、可動膜３１がストッパ部材３５に当接すると可動膜３１の移動が停止するので、液体吐出ヘッド５０に対するインクの供給がストップし、余分なインクが液体吐出ヘッド５０のノズルから流れだすことを防止する効果も得られる。

なお、図１２（Ａ）〜（Ｃ）では、剛性容器３０内の液体収容室３２側及び気体収容室３３側の両方にストッパ部材３５が設けられているが、剛性容器３０の内壁（気体収容室３３の内壁又は液体収容室３２の内壁）を一方のストッパ部材３５として用いることにより、ストッパ部材３５をひとつ省略するようにしてもよい。例えば、剛性容器３０の気体収容室３３寄りに可動膜３１を配置して、剛性容器３０内の気体収容室３３側の内壁をストッパ部材として用い、剛性容器３０内の液体収容室３２側にだけストッパ部材を設ける。

図１４は、ヒータ３６（電熱器）を内蔵した可動膜３１の要部を示す断面図である。ヒータ３６により、可動膜３１を介して剛性容器３０の液体収容室３２内のインクを加熱することができる。なお、図１４では、ヒータ３６の配線の図示を省略している。

図１の圧力調整ポンプ３４を用いて剛性容器３０の気体収容室３３の真空度を高めることにより、可動膜３１を通して剛性容器３０の液体収容室３２内のインクから溶存気体を取り除くこと（インク脱気）ができる。可動膜３１は、気体透過性の部分を有しており、その気体透過性の部分を気体が透過する。

なお、図１４では図１２（Ａ）〜（Ｃ）に示したストッパ部材３５の図示を省略したが、インク脱気時には気体収容室３３の真空度が高いので、可動膜３１が破損することを防止するため、ストッパ部材３５を設けることが、好ましい。可動膜３１の内部にヒータ３６が配置されているので、可動膜３１の近傍のインクが気泡化して効率よく脱気される。

可動膜３１内部のヒータ３６は、例えば、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ＰＩ（ポリイミド）樹脂などの耐熱性材料の内部に抵抗線を挟み込んだ構造とする。ヒータ３６とともに温度を検出する温度センサ３７も可動膜３１内に埋め込むと、高精度に温度検出可能になり望ましい。

ヒータ３６の用途は、インク脱気に限らず、液体収容室３２内のインクの温度調整にも使用される。ヒータ３６と液体収容室３２内のインクとが可動膜３１の表面層を介して近接する構造なので、被加熱体を直接加熱可能となり、効率良い温度調整が可能である。また、液体吐出ヘッド５０に近いサブタンク３０においてインクの温度調整を行うことにより、サブタンク３０の上流でインクの温度調整を行う場合と比較して、インク温度の低下を抑えることができるので、エネルギー効率において優れているというメリットがある。

次に、可動膜３１の材料について、詳細に説明する。

可動膜３１の遮気性材料として、有機材料フイルムを用いてもよい。酸素に対する遮気性（ガスバリア性）を有する有機材料フイルムとしては、ＰＶＤＣ(ポリ塩化ビニリデン)、ＥＶＯＨ(エチレン/ビニルアルコール共重合体)、ＰＡＮ(ポリアクリルニトリル)などが、挙げられる。

ただし、単層では耐液性に劣る場合があり、多層フイルムが用いられる。例えば、ＥＶＯＨは、吸水性が高く単層では膨潤して変形するので、ＥＶＯＨを保護するため、その両面にＰＥ(ポリエチレン)を配置する構造が、好ましい。ここで膜厚は、例えば、ＥＶＯＨが１０〜５０μｍ、ＰＥは片面で３０〜３００μｍ程度であり、柔軟性の要求に合わせて設計される。

また、可動膜３１の遮気性材料として、金属蒸着膜が用いられる。例えば、Ａｌ(アルミニウム)や金や銀などの低剛性の金属が用いられる。例えば、Ａｌ蒸着膜の両面に、ＬＤＰＥ(低密度ポリエチレン)を配置した多層体の金属蒸着膜が用いられる。ここで、膜厚は、例えば、Ａｌが２〜１５μ、両面のＰＥは３０〜３００μｍ程度である。一般的に、金属膜は１０ｎｍ程度で気体を遮断する能力があり、有機材料を用いる場合と比較してはるかに薄くできる。しかし、金属蒸着膜ではピンホールができ易く、そのピンホールから気体が漏れてしまうので、それを防止するために膜厚を大きくする。膜の柔軟性を維持するためには、金属部分はなるべく薄くすることが望ましいので、スパッタリングで着膜することが、好ましい。この場合、膜厚は１０ｎｍ〜１００ｎｍ程度であり、変形しやすく、安定した圧力制御が可能になる。金属膜単層で使用する場合には、例えばＳＵＳ（ステンレス材）が用いられる。膜厚は、例えば、３〜１５μｍ程度とする。

図１５（Ａ）は、液体吐出ヘッド５０の一例の全体構成を示す平面透視図である。

図１５（Ａ）に一例として示す液体吐出ヘッド５０は、いわゆるフルライン型の液体吐出ヘッドであり、被吐出媒体１６の搬送方向（図中に矢印Ｓで示す副走査方向）と直交する方向（図中に矢印Ｍで示す主走査方向）において、被吐出媒体１６の幅Ｗｍに対応する長さにわたり、被吐出媒体１６に向けてインクを打滴する多数のノズル５１（液体吐出口）を２次元的に配列させた構造を有している。

液体吐出ヘッド５０は、液体を吐出するノズル５１、ノズル５１に連通する圧力室５２、圧力室５２へ液体を供給するための液体供給口５３などを含んでなる複数の液体吐出素子５４が、主走査方向Ｍおよび主走査方向Ｍに対して所定の鋭角θ（０度＜θ＜９０度）をなす斜め方向の２方向に沿って配列されている。なお、図１５（Ａ）では、図示の便宜上、一部の液体吐出素子５４のみ描いている。

ノズル５１は、具体的には、主走査方向Ｍに対して所定の鋭角θをなす斜め方向において、一定のピッチｄで配列されており、これにより、主走査方向Ｍに沿った一直線上にｄ×ｃｏｓθの間隔で配列されたものと等価に取り扱うことができる。

図１５（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った垂直断面を、図１５（Ｂ）に示す。

図１５（Ｂ）において、液体吐出ヘッド５０は、液体を吐出するノズル５１と、ノズル５２に連通し液体が充填される圧力室５２と、圧力室５２へ液体を供給するための液体供給口５３と、液体供給口５３を介して圧力室５２に連通する共通流路５５と、圧力室２２内の圧力を変化させるアクチュエータとしての圧電素子５８を含んで構成される。

なお、図１５（Ｂ）には、図示の便宜上、ひとつの液体吐出素子５４のみ描かれているが、液体吐出ヘッド５０は、実際には、図１５（Ａ）に示したように２次元配列された複数の液体吐出素子５４によって構成されている。ひとつの液体吐出素子５４は、具体的には、ノズル５１、圧力室５２、液体供給口５３、および、圧電素子５８を、それぞれひとつずつ有する。すなわち、液体吐出ヘッド５０は、実際には、複数のノズル５１、複数の圧力室５２、複数の液体供給口５３、および、複数の圧電素子５８を備えている。

液体吐出ヘッド５０は、ノズル５１が形成されているノズル板５０１を、圧力室５２などが形成されている圧力室板５０２に接合して、構成されている。すなわち、ノズル板５０１の一方の面は、ノズル５１が図１５（Ａ）に示すように２次元配列された液体吐出面５０１ａとなっており、ノズル板５０１の他方の面は、圧力室板５０２に接合された接合面５０１ｂとなっている。圧力室板５０２には、圧力室５２と、液体供給口５３と、共通流路５５が形成されている。圧力室板２２のノズル板２１との接合面５０１ｂとは反対側の面には振動板５６が接合されており、圧力室５２の上面板を構成している。振動板５６上には、圧電素子５８が形成されている。

このような液体吐出ヘッド５０の共通流路５５には、図１の背圧調整装置１００の剛性容器３０が連通している。この剛性容器３０を以下では「サブタンク」という。

図１６は、図１の背圧調整装置１００を適用した液体吐出装置２００の要部構成を示す。

図１６において、液体吐出装置２００は、主として、サブタンク３０（剛性容器）、圧力調整ポンプ３４、圧力センサ３８、液体吐出ヘッド５０、メインタンク６０、フィルタ６１、供給ポンプ６２、循環ポンプ６３、供給流路開閉弁６４、循環流路開閉弁６５、排出流路開閉弁６６、気泡排除弁６７、制御部２１０、及び、記憶部２１２、を含んで構成されている。

メインタンク６０は、インクの供給源としてのタンクである。メインタンク６０からサブタンク３０の液体収容室３２まで至る第１の供給流路７１には、メインタンク６０内のインクをサブタンク３０の液体収容室３２内を介して液体吐出ヘッド５０へ供給するための供給ポンプ６２と、第１の供給流路７１内のインク中の異物を捕捉するフィルタ６１が設けられている。サブタンク３０の気体収容室３３には、この気体収容室３３内の気体の圧力を検知する圧力センサ３８が設けられている。サブタンク３０の液体収容室３２から液体吐出ヘッド５０まで至る第２の供給流路７２には、第２の供給流路７２を開閉する供給流路開閉弁６４が設けられている。液体吐出ヘッド５０からサブタンク３０の液体収容室３２まで至る循環流路７３には、液体吐出ヘッド５０とサブタンク３０の液体収容室３２との間でインクを循環させるための循環ポンプ６３と、循環流路７３を開閉する循環流路開閉弁６５が設けられている。液体吐出ヘッド内の液体を排出するための排出流路７４には、排出流路７４を開閉する排出流路開閉弁６６が設けられている。サブタンク３０の液体収容室３２内の気泡を排除するための気泡排除管７５には、気泡排除管７５を開閉する気泡排除弁６７が設けられている。

制御部２１０は、ＣＰＵ及びその周辺回路からなり、圧力調整ポンプ３４、液体吐出ヘッド５０、供給ポンプ６２、循環ポンプ６３、供給流路開閉弁６４、循環流路開閉弁６５、排出流路開閉弁６６、気泡排除弁６７などの液体吐出装置２００の各部を制御する。また、制御部２１０は、圧力センサ３８の出力信号に基づいて、圧力調整ポンプ３４を用い、サブタンク３０内の気体収容室３３の容積を変化させて、サブタンク３０内の可動膜３１を変形させることにより、サブタンク３０の液体収容室３２内の液体の圧力を調整する。すなわち、制御部２１０は、圧力センサ３８によって検知されるサブタンク３０の気体収容室３３内の気体の圧力を、サブタンク３０の液体収容室３２内の液体の圧力（すなわち液体吐出ヘッド５０の背圧）として、これを調整する。なお、サブタンク３０の液体収容室３２に圧力センサを設け、この圧力センサの出力信号に基づいて液体吐出ヘッド５０の背圧調整を行うようにしてもよい。

記憶部２１２は、制御部２１０が実行するプログラム、及び、そのプログラムの実行に必要な各種情報を記憶する。

初期充填時には、図１７に示すように、供給流路開閉弁６４を開、循環流路開閉弁６５を閉、排出流路開閉弁６６を開、及び、気泡排除弁６７を閉、に設定するとともに、供給ポンプ６２及び循環ポンプ６３を駆動する。これにより、メインタンク６０内のインクがフィルタ６１を介してサブタンク３０の液体収容室３２へ供給されるとともに、サブタンク３０の液体収容室３２内のインクが液体吐出ヘッド５０へ供給され、さらに、液体吐出ヘッド５０中の気泡を含んだインクが排出される。

通常、印字中には、図１８（Ａ）に示すように、供給流路開閉弁６４を開、循環流路開閉弁６５を閉、排出流路開閉弁６６を閉、及び、気泡排除弁６７を閉、に設定するとともに、供給ポンプ６２を駆動する。これにより、メインタンク６０内のインクがフィルタ６１を介してサブタンク３０の液体収容室３２へ供給されるとともに、サブタンク３０の液体収容室３２内のインクが液体吐出ヘッド５０へ供給される。

あるいは、印字中、図１８（Ｂ）に示すように、供給流路開閉弁６４を開、循環流路開閉弁６５を開、排出流路開閉弁６６を閉、及び、気泡排除弁６７を閉、に設定するとともに、供給ポンプ６２及び循環ポンプ６３の両方を駆動するようにしてもよい。これにより、メインタンク６０内のインクがフィルタ６１を介してサブタンク３０の液体収容室３２へ供給されるとともに、サブタンク３０の液体収容室３２内のインクが液体吐出ヘッド５０へ供給され、さらに、液体吐出ヘッド５０内の余剰なインクがサブタンク３０の液体収容室３２へ還流する。

気泡排除時には、まず、図１９（Ａ）に示すように、供給流路開閉弁６４を開、循環流路開閉弁６５を開、排出流路開閉弁６６を閉、気泡排除弁６７を閉、供給ポンプ６２を駆動停止、に設定した状態で、循環ポンプ６３を駆動する。これにより、まず、サブタンク３０の液体収容室３２内と液体吐出ヘッド５０との間でインクを循環させる。そうすると、サブタンク３０の液体収容室３２の上端に気泡３２９が集められる。次に、図１９（Ｂ）に示すように、循環ポンプ６３の駆動を停止するとともに、供給流路開閉弁６４を閉、循環流路開閉弁６５を閉、及び、気泡排除弁６７を開、に設定し、圧力調整ポンプ３４を駆動する。これにより、サブタンク３０の液体収容室３２内の気泡３２９が排除される。

加圧パージ時には、図２０に示すように、供給流路開閉弁６４を開、循環流路開閉弁６５を閉、排出流路開閉弁６６を閉、及び、気泡排除弁６７を閉、に設定するとともに、圧力調整ポンプ３４を駆動する。これにより、サブタンク３０の液体収容室３２内のインクが液体吐出ヘッド５０へ供給されるとともに、液体吐出ヘッド５０のノズル（図１５の５１）から高粘度のインクがパージ（空吐出）される。

なお、図１７〜図２０を用いて説明した、前述の初期充填処理、印字中処理、気泡排除処理及び加圧パージ処理は、図１６の制御部２１０により実行される。これらの各処理において、制御部２１０は、圧力センサ３８によって検出されたサブタンク３０の気体収容室３３内の気体の圧力（すなわち液体収容室３２内の液体の圧力）に基づいて、圧力調整ポンプ３４を用い、サブタンク３０内の気体収容室３３内の容積を変化させて、サブタンク３０内の可動膜３１を変形させる。これにより、サブタンク３０の液体収容室３２内の液体の圧力が調整される。すなわち、液体吐出ヘッド５０の背圧が調整される。

なお、本発明は、本明細書において説明した例や図面に図示された例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の設計変更や改良を行ってよいのはもちろんである。

本発明に係る背圧調整装置の基本形を示す構成図 （Ａ）及び（Ｃ）は好ましい可動膜の状態を示す模式図、（Ｂ）は好ましくない可動膜の状態を示す模式図 本発明に係る背圧調整装置の他の形態を示す構成図 第１態様の可動膜の一例を示す平面図 第１態様の可動膜の一例を示す断面図 第２態様の可動膜の一例を示す平面図 第２態様の可動膜の一例を示す断面図 （Ａ）は第３態様の可動膜の一例を示す平面図、（Ｂ）及び（Ｃ）はその断面図 第４態様の可動膜の一例を示す断面図 （Ａ）は第５態様の可動膜の一例を示す平面図、（Ｂ）はその断面図 （Ａ）は第６態様の可動膜の一例を示す平面図、（Ｂ）はその断面図 ストッパ部材を設けた容器の要部を示す断面図 ストッパ部材の平面図 ヒータを内蔵した可動膜を示す断面図 （Ａ）は液体吐出ヘッドの一例の全体構成図、（Ｂ）はその断面図 本発明を適用した液体吐出装置の全体構成図 液体吐出装置の初期充填処理の説明に用いる説明図 液体吐出装置の印字中処理の説明に用いる説明図 液体吐出装置の気泡排除処理の説明に用いる説明図 液体吐出装置の加圧パージ処理の説明に用いる説明図 発明が解決しようとする課題の説明に用いる説明図

符号の説明

３０…容器、３１…可動膜、３２…液体収容室、３３…気体収容室、３４…圧力調整ポンプ、３５…ストッパ部材、３６…ヒータ、３７…温度センサ、３８…圧力センサ、５０…液体吐出ヘッド、５１…ノズル、５２…圧力室、５６…振動板、５８…圧電素子、６０…メインタンク、６２…供給ポンプ、６３…循環ポンプ、６４…供給流路開閉弁、６５…循環流路開閉弁、６６…排出流路開閉弁、６７…気泡排除弁、１００…背圧調整装置、２００…液体吐出装置、２１０…制御部、２１２…記憶部、３１１…第１の弾性膜、３１２…第２の弾性膜、３１３…剛性膜、３１４…弾性膜、３５０…ストッパ部材の孔

Claims (6)

1. 液体吐出ヘッドに連通し該液体吐出ヘッドへ供給される液体を収容する液体収容室と気体を収容する気体収容室とを有し、変形可能な可動膜によって前記液体収容室と前記気体収容室とに仕切られて、前記可動膜によって前記液体収容室の全壁面のうち一部の壁面が構成されている容器と、
   前記容器内の前記可動膜の全部又は一部を変形させることにより前記液体収容室内の液体の圧力を調整する圧力調整手段と、
   を備えたことを特徴とする液体吐出ヘッドの背圧調整装置。
2. 前記可動膜の全部又は一部は、伸縮性を有する可撓膜又は弾性膜によって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッドの背圧調整装置。
3. 前記可動膜は、前記容器に固着されている周端部分と、前記周端部分に連結されている中央部分とを有し、前記周端部分は前記中央部分よりも剛性が低いことを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出ヘッドの背圧調整装置。
4. 前記容器内には、前記可動膜の可動範囲を制限するストッパ部材が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の液体吐出ヘッドの背圧調整装置。
5. 前記可動膜は、気体透過性の部分を有することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の液体吐出ヘッドの背圧調整装置。
6. 前記可動膜は、ヒータを内蔵していることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の液体吐出ヘッドの背圧調整装置。

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