JP2009132037A - 液滴噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液体貯留容器と２つの液滴噴射ヘッドを直列的に接続してチューブ長さを短くするとともに、ノズルの高さ位置が異なる２つの液滴噴射ヘッドの両方においてノズルのメニスカスが同時にブレイクするのを防止できる、液滴噴射装置を提供すること。
【解決手段】プリンタ１は、第１ノズルを有する第１ヘッド２と、第１ノズルよりも上方に位置する第２ノズルを有する第２ヘッド３と、第１ノズル及び第２ノズルよりもさらに下方に位置するインクカートリッジ４とを備えている。そして、第１ヘッド２はインクカートリッジ４とチューブ１１で直接接続されており、第２ヘッド３は、第１ヘッド２とチューブ１２で接続されることにより、第１ヘッド２を介してインクカートリッジ４と接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、液滴噴射装置に関し、特に、液滴を噴射するノズルの高さ位置が互いに異なる２つの液滴噴射ヘッドを備えたものに関する。

印刷用紙等の記録媒体に画像や文字等を記録するインクジェットプリンタは、一般的に、インクの液滴を噴射するノズルを有するインクジェットヘッド（液滴噴射ヘッド）と、インクジェットヘッドで使用されるインクを貯留するインクカートリッジ（液体貯留容器）を備えている。インクジェットヘッドとインクカートリッジは、通常、樹脂製のチューブで連結されており、このチューブを介して、インクカートリッジに貯留されているインクがインクジェットヘッドに供給される。

ところで、近年、記録速度の向上や、記録媒体の両面同時印刷などを可能にすることを目的として、同種類（同色）のインクを噴射する複数のインクジェットヘッドをプリンタに設けることが検討されている。ここで、複数のインクジェットヘッドにそれぞれ対応する複数のインクカートリッジを設けるとなると、インクカートリッジの数が増えてしまうことから、コストがかさむとともにプリンタが大型化してしまう。この観点から、１つのインクカートリッジから複数のインクジェットヘッドに同時にインクを供給可能に構成されていることが好ましい。

特許文献１には、２つのインク供給口が設けられたインクカートリッジが開示されている。そして、このインクカートリッジの２つのインク供給口が、２本の供給管（チューブ）によって２つのインクジェットヘッドと並列的に接続されることで、１つのインクカートリッジから２つのインクジェットヘッドへ同色のインクを供給することが可能になる。

特開平１０−９５１２９号公報

ところで、１つのインクカートリッジと２以上の複数のインクジェットヘッドとが、複数のチューブによって個別に（並列的に）接続される場合には、チューブの合計長さが長くなってしまい、コストアップにつながる。また、チューブが樹脂製であって多少の通気性を有する場合には、チューブ内のインクが少しずつ乾燥して粘度が高くなる（増粘）、あるいは、逆に、外部からチューブ内に気泡が侵入するという問題が生じる。ここで、チューブの合計長さが長いほど、チューブ内で増粘するインクの量、あるいは、チューブ内に侵入する気泡の量は多くなる。そのため、このような増粘インクや気泡を含むインクがインクジェットヘッドに供給されることによって、ノズルに噴射不良が生じやすくなってしまう。そこで、本願発明者らは、チューブの合計長さを短くするために、１つのインクカートリッジと２以上のインクジェットヘッドを直列的に接続することについて検討した。

しかし、記録媒体の両面にそれぞれ画像等を印刷する、両面同時印刷が可能なプリンタなど、２つのインクジェットヘッドの間で、液滴を噴射するノズルの高さ（液滴噴射面の高さ）が異なっている場合には、これら２つのインクジェットヘッドが直列的に接続されると、次のような問題が生じる虞がある。

通常、インクを噴射していない待機状態にあるときには、ノズル内にインクの表面張力によってメニスカスが形成されることで、ヘッド内のインク圧力と大気圧とのバランスが保たれている。しかし、直列接続された２つのインクジェットヘッドのうち、液滴噴射面が高い方のインクジェットヘッドにおいて、外乱等の何らかの要因によってノズル内のメニスカスがブレイクした場合には、このヘッド内のインクに大気圧が直接作用し、このヘッドとチューブを介して接続された、液滴噴射面が低い方のヘッドへ向けてインクが逆流する。そのため、この低い位置にあるヘッド内のインク圧力が上昇して、ノズル内のメニスカスがブレイクし、その結果、両方のインクジェットヘッドから多量のインクが漏れ出してしまうことになる。

本発明の目的は、液体貯留容器と２つの液滴噴射ヘッドを直列的に接続してチューブ長さを短くすることが可能であり、さらに、ノズルの高さ位置が異なる２つの液滴噴射ヘッドの両方でノズルのメニスカスが同時にブレイクするのを防止できる、液滴噴射装置を提供することである。

第１の発明の液滴噴射装置は、液滴を噴射する第１ノズルを有する第１液滴噴射ヘッドと、同じく液滴を噴射するノズルであって、前記第１ノズルよりも上方に位置する第２ノズルを有する、第２液滴噴射ヘッドと、前記第１液滴噴射ヘッドの第１ノズル及び前記第２液滴噴射ヘッドの第２ノズルよりもさらに下方に位置するとともに、前記第１液滴噴射ヘッドと前記第２液滴噴射ヘッドに液体を供給する液体貯留容器とを備え、
前記第１液滴噴射ヘッドは、前記液体貯留容器とチューブで直接接続され、
前記第２液滴噴射ヘッドは、前記第１液滴噴射ヘッドとチューブで接続されることにより、前記第１液滴噴射ヘッドを介して前記液体貯留容器と接続されていることを特徴とするものである。

本発明によれば、第２液滴噴射ヘッドが、第１液滴噴射ヘッドを介して液体貯留容器に接続されている。言い換えれば、液体貯留容器と第１、第２液滴噴射ヘッドが直列的に接続されている。従って、液体貯留容器と２つの液滴噴射ヘッドがそれぞれ（並列的に）２本のチューブで接続される場合と比べて、チューブの合計長さを短くすることができる。そのため、チューブにかかるコストを低減することができるし、また、チューブ内における液体の増粘やチューブ内への気泡の侵入を抑制することもできる。

さらに、液体貯留容器と直列接続される２つの液滴噴射ヘッドのうち、液滴を噴射するノズルの位置が低い方のヘッドである第１液滴噴射ヘッドが、液体貯留容器側に位置している。さらに、液体貯留容器は、この第１液滴噴射ヘッドのノズル（第１ノズル）の位置よりもさらに下方に位置している。この構成であっても、ノズル位置の高い第２液滴噴射ヘッドにおいてノズルのメニスカスがブレイクした場合には、この第２液滴噴射ヘッド内の液体は逆流して、ノズル位置の低い第１液滴噴射ヘッドに流れ込む。しかし、第２液滴噴射ヘッドから第１液滴噴射ヘッドに流れ込んだ液体は、さらに、第１液滴噴射ヘッドよりも低い位置にある液体貯留容器に逃されるため、第１液滴噴射ヘッドの第１ノズル内の液体に大きな圧力が作用することはなく、この第１ノズルにおけるメニスカスのブレイクが防止される。

第２の発明の液滴噴射装置は、前記第１の発明において、前記液体貯留容器は、前記第１液滴噴射ヘッドの一端部と接続され、前記第２液滴噴射ヘッドは、前記第１液滴噴射ヘッドの他端部と接続されていることを特徴とするものである。

この構成によれば、液体貯留容器から第１液滴噴射ヘッドの一端部に液体が供給されるとともに、第１液滴噴射ヘッドの他端部から第２液滴噴射ヘッドに液体が供給される。そのため、気泡が第１液滴噴射ヘッド内に滞留しにくくなる。

第３の発明の液滴噴射装置は、前記第１又は第２の発明において、前記第１液滴噴射ヘッドと前記第２液滴噴射ヘッドは、共に、所定の一方向に沿って配置された多数のノズルからなるノズル列を有し、且つ、所定位置に位置決め固定された状態で液滴を噴射する、固定ラインヘッドであることを特徴とするものである。

チューブ内における液体の増粘や気泡の侵入に起因して、あるノズルに噴射不良が生じたときに、所定の走査方向に沿って往復移動しながら液滴を噴射する、いわゆるシリアル型のヘッドであれば、ヘッドの走査速度や噴射不良が生じていない他のノズルの噴射タイミングを制御することで、噴射不良が生じているノズルを補完することは可能である。また、シリアルヘッドのノズルの数は比較的少ないため、噴射不良を解消するためにノズルから増粘液体や気泡を排出するパージを行ったとしても、そのパージの際にノズルから排出される液体の量は少なくて済む。

しかし、所定位置に位置決め固定された状態でノズルから液滴を噴射する固定ラインヘッドにおいては、ヘッドが移動しないために、噴射不良が生じているノズルを、他の正常なノズルで補完することはできず、噴射不良を解消するためにはノズルからのパージを行う必要がある。しかし、一般的に、固定ラインヘッドはシリアルヘッドに比べてノズルの数が格段に多いことから、噴射不良を解消するためにパージを行ったときに、排出される液体の量はシリアルヘッドに比べて非常に多くなる。このように、固定ラインヘッドは、シリアルヘッドに比べて、液体増粘や気泡混入が生じたときの影響が大きいと言える。そのため、固定ライン型の液滴噴射ヘッドを有する構成に対して、チューブの合計長さを短くして液体増粘や気泡侵入を抑制できる、本発明を適用することは非常に有効である。

第４の発明の液滴噴射装置は、前記第１〜第３の何れかの発明において、前記第１液滴噴射ヘッドと前記第２液滴噴射ヘッドの間において、液滴が噴射される対象である被噴射体を搬送する搬送手段を備え、
前記第１液滴噴射ヘッドの前記第１ノズルと、前記第２液滴噴射ヘッドの前記第２ノズルは、前記搬送手段により搬送される前記被噴射体の両面にそれぞれ液滴を噴射することを特徴とするものである。

第１液滴噴射ヘッドの第１ノズルと、第２液滴噴射ヘッドの第２ノズルが、上下方向に関して異なる位置にあることから、搬送手段により２つのヘッドの間を搬送される被噴射体の両面に、第１ノズルと第２ノズルからそれぞれ液滴を噴射させることが可能となる。

本発明によれば、液体貯留容器と２つのヘッドが直列的に接続されることにより、液体貯留容器と２つのヘッドがそれぞれ（並列的に）２本のチューブで接続される場合と比べて、チューブの合計長さを短くすることができる。そのため、チューブにかかるコストを低減することができるし、また、チューブ内における液体の増粘やチューブ内への気泡の侵入を抑制することもできる。

これに加えて、第１液滴噴射ヘッドに比べてノズルが上方に位置している第２液滴噴射ヘッドにおいて、ノズル内のメニスカスがブレイクした場合に、この第２液滴噴射ヘッドから逆流した液体を液体貯留容器に逃すことができるため、第１液滴噴射ヘッドの第１ノズル内の液体に大きな圧力が作用することがなく、第１ノズルにおけるメニスカスのブレイクが防止される。

次に、本発明の実施の形態について説明する。本実施形態は、印刷用紙の両面に画像等を同時に印刷することが可能な、両面同時印刷対応型のプリンタに本発明を適用した一例である。

図１は、本実施形態のプリンタ１の概略側面図、図２は、図１のプリンタ１の正面図（用紙搬送方向下流側（図１の左側）から見た図）である。尚、図２においては、図１に示されている拍車ローラ１５の図示は省略されている。

図１、図２に示すように、本実施形態のプリンタ１（液滴噴射装置）は、４つの第１ヘッド２ａ〜２ｄ（第１液滴噴射ヘッド）と、４つの第１ヘッド２よりも上方に配置された４つの第２ヘッド３ａ〜３ｄ（第２液滴噴射ヘッド）と、４種類のインクをそれぞれ貯留する４つのインクカートリッジ４ａ〜４ｄ（液体貯留容器）と、第１ヘッド２と第２ヘッド３の間の用紙搬送経路８（図１に一点鎖線で示す）に沿って印刷用紙Ｐ（被噴射体）を搬送する用紙搬送機構５（搬送手段）と、第１ヘッド２及び第２ヘッド３のメンテナンスを行うためのメンテナンス機構６と、プリンタ１の全体制御を司る制御装置７（図１２参照）等を備えている。

第１ヘッド２と第２ヘッド３は、それぞれ、固定ライン型のヘッドである。即ち、第１ヘッド２と第２ヘッド３は、印刷用紙Ｐの搬送方向と直交する用紙幅方向（主走査方向：図１の紙面垂直方向、図２の左右方向）に沿って配列された多数のノズル５５（第１ノズル５５ａ及び第２ノズル５５ｂ：図９、図１０参照）からなるノズル列を有し、所定位置に位置決め固定された状態でノズル５５から液滴を噴射するように構成されている。また、４つの第１ヘッド２ａ〜２ｄ及び４つの第２ヘッド３ａ〜３ｄは、それぞれ、用紙搬送方向（副走査方向：図１の左右方向）に並べて配置されている。また、４つの第１ヘッド２ａ〜２ｄ及び４つの第２ヘッド３ａ〜３ｄは、イエロー、マゼンタ、シアン、及び、ブラックの４色のインクをそれぞれノズル５５から噴射する。

第１ヘッド２は、その上面が、ノズル５５（第１ノズル５５ａ）の噴射口が配置された液滴噴射面となっている。一方、第２ヘッド３は、その下面が、ノズル５５（第２ノズル５５ｂ）の噴射口が配置された液滴噴射面となっている。これにより、第１ヘッド２と第２ヘッド３は、それぞれ、第１ノズル５５ａと第２ノズル５５ｂから、両ヘッド間の用紙搬送経路８において搬送される印刷用紙Ｐの両面にそれぞれ液滴を噴射して、印刷用紙Ｐの両面に画像等を同時に印刷することが可能となっている。

４つのインクカートリッジ４ａ〜４ｄには、それぞれ、イエロー、マゼンタ、シアン、及び、ブラックの４色のインクが貯留されており、これら４つのインクカートリッジ４ａ〜４ｄは、それぞれホルダ１０に着脱可能に装着される。また、ホルダ１０は、プリンタ本体の底面１ａに固定的に設けられており、４つの第１ヘッド２及び４つの第２ヘッド３よりも下方に配置されている。つまり、このホルダ１０に装着された状態では、インクカートリッジ４は、常に、第１ヘッド２の上面（液滴噴射面）に配置された第１ノズル５５ａの噴射口、及び、第２ヘッド３の下面（液滴噴射面）に配置された第２ノズル５５ｂの噴射口よりも、下方の位置にある。

また、４つのインクカートリッジ４ａ〜４ｄと、それよりも上側に位置している４つの第１ヘッド２ａ〜２ｄが、合成樹脂材料等からなる４本の可撓性チューブ１１ａ〜１１ｄでそれぞれ直接接続されている。また、４つの第１ヘッド２ａ〜２ｄと、この第１ヘッド２ａ〜２ｄよりも上側の第２ヘッド３ａ〜３ｄとが、やはり合成樹脂材料等からなる４本の可撓性チューブ１２ａ〜１２ｄで接続されている。つまり、上側の第２ヘッド３は、下側の第１ヘッド２を介して（経由して）、インクカートリッジ４と接続されている。さらに、言い換えれば、ある１種類のインクを貯留するインクカートリッジ４と、そのインクを使用する第１ヘッド２及び第２ヘッド３が、インクカートリッジ４、第１ヘッド２、第２ヘッド３の順番で、下から順に直列的に接続されている。

用紙搬送機構５は、給紙ローラ１３と、メインローラ１４と、拍車ローラ１５と、これらのローラ１３，１４，１５をそれぞれ駆動する駆動モータ８２，８３，８４（図１２参照）等を備えており、用紙搬送経路８に沿って印刷用紙Ｐを搬送する。即ち、給紙ローラ１３によって、積み重ねられた印刷用紙Ｐの中から１枚を取り出し、取り出された印刷用紙Ｐをメインローラ１４と押えローラ１６との協働によって第１ヘッド２と第２ヘッド３との間に搬送し、さらに、第１ヘッド２と第２ヘッド３により両面に画像等が印刷された後の印刷用紙Ｐを拍車ローラ１５によって排出するように構成されている。

メンテナンス機構６は、第１ヘッド２及び第２ヘッド３の液滴噴射性能を回復させるために、ノズル５５から増粘インクや気泡、あるいは、塵等をインクとともに排出させる、吸引パージを行うことが可能に構成されている。図３は、メンテナンス機構６による吸引パージ実行中におけるプリンタ１の状態を示す図である。図２、図３に示すように、メンテナンス機構６は、第１ヘッド２に対応する第１キャップ１７と、第２ヘッド３に対応する第２キャップ１８と、第１キャップ１７と第２キャップ１８にそれぞれ接続された吸引ポンプ１９等を備えている。

第１キャップ１７と第２キャップ１８は、共に用紙幅方向（主走査方向）に長尺な形状を有する。第１ヘッド２と第２ヘッド３の吸引パージを行わないときには、図２に示すように、第１キャップ１７と第２キャップ１８は、用紙搬送経路８よりも用紙幅方向（主走査方向）外側の領域において待機している。

また、第１ヘッド２と第２ヘッド３は、共に、液滴を噴射する位置（図２の位置）と、この液滴噴射位置よりも用紙搬送経路８から上下に離れたメンテナンス位置（図３の位置）とにわたって、図示しないヘッド昇降機構によって駆動されるようになっている。そして、第１ヘッド２及び第２ヘッド３の吸引パージを行う際には、第１ヘッド２と第２ヘッド３が、それぞれ、ヘッド昇降機構によって液滴噴射位置からメンテナンス位置へ駆動された後、図３に示すように、第１キャップ１７と第２キャップ１８が、図示しないキャップ駆動機構によって図２の待機位置から、用紙搬送経路８の位置まで駆動される。これにより、第１キャップ１７により第１ヘッド２の液滴噴射面である上面が覆われるとともに、第２キャップ１８により第２ヘッド３の液滴噴射面である下面が覆われる。

第１キャップ１７と第２キャップ１８は、２本のチューブ２１，２２によって切換ユニット２０とそれぞれ接続され、さらに、切換ユニット２０は吸引ポンプ１９に接続されている。そして、切換ユニット２０により、吸引ポンプ１９の接続先が第１キャップ１７と第２キャップ１８との間で切り換えられるようになっている。従って、吸引ポンプ１９が第１キャップ１７と接続されている場合には、吸引ポンプ１９により第１ヘッド２のノズル（第１ノズル５５ａ）からインクが吸引されて、第１ヘッド２の吸引パージが行われる。一方、吸引ポンプ１９が第２キャップ１８と接続されている場合には、吸引ポンプ１９により第２ヘッド３のノズル（第２ノズル５５ｂ）からインクが吸引されて、第２ヘッド３の吸引パージが行われる。

次に、第１ヘッド２と第２ヘッド３の具体的な構造について詳細に説明する。尚、４つの第１ヘッド２ａ〜２ｄの構造は全て同一であり、また、４つの第２ヘッド３ａ〜３ｄの構造も全て同一であるため、以下では、１つの第１ヘッド２と１つの第２ヘッド３についてそれぞれ説明する。図４は第１ヘッド２の正面図、図５は図４の第１ヘッド２の鉛直断面図、図６は第２ヘッド３の正面図、図７は図６の第２ヘッド３の鉛直断面図である。

図４、図５に示すように、第１ヘッド２は、インク導入部３２ａとインク導出部３３ａとを有する第１リザーバユニット３０ａと、この第１リザーバユニット３０ａの上面に接合されるとともにノズル５５（第１ノズル５５ａ：図９、図１０参照）を有するヘッド本体３１ａとで構成されている。一方、図６、図７に示すように、第２ヘッド３は、インク導入部３２ｂを有する第２リザーバユニット３０ｂと、この第２リザーバユニット３０ｂの下面に接合されるとともにノズル５５（第２ノズル５５ａ：図９、図１０参照）を有するヘッド本体３１ｂとで構成されている。

第１リザーバユニット３０ａと第２リザーバユニット３０ｂは、インク導出部３３ａの有無によって構造が少し異なっている。一方、第１ヘッド２のヘッド本体３１ａと第２ヘッド３のヘッド本体３１ｂは、上下の向きは逆になっているものの、構造自体は同一のものである。

まず、第１リザーバユニット３０ａと第２リザーバユニット３０ｂについて説明する。図４、図５に示すように、第１ヘッド２の第１リザーバユニット３０ａは、用紙幅方向（主走査方向）に長尺な４枚のプレート３４ａ〜３７ａの積層体である。一番下のプレート３４ａの長手方向両端部には、インク導入部３２ａとインク導出部３３ａとが設けられている。インク導入部３２ａはチューブ１１（図１〜図３参照）を介してインクカートリッジ４と接続される。また、インク導出部３３ａはチューブ１２（図１〜図３参照）を介して第２ヘッド３と接続される。

図５に示すように、プレート３４ａにはインク導入部３２ａとインク導出部３３ａにそれぞれ連通する貫通孔４０ａ，４１ａが形成されている。また、下から２枚目のプレート３５ａには、貫通孔４０ａを介してインク導入部３２ａに連なり、インク中の塵や気泡等を取り除くためのフィルタ４２が収容されたフィルタ収容空間４３ａと、貫通孔４１ａを介してインク導出部３３ａに連なり、ハーフエッチングで形成された凹部とこの凹部に連なる孔とで構成されたインク導出路４４が形成されている。また、下から３枚目のプレート３６ａには、その長手方向（主走査方向）に関してほぼ全域に延在するインクリザーバ４５ａが形成されている。このインクリザーバ４５ａは、すぐ下のプレート３５ａに形成されたフィルタ収容空間４３ａとインク導出路４４の両方と連通している。さらに、一番上のプレート３７ａには、インクリザーバ４５ａとヘッド本体３１ａとを連通させる複数のインク供給孔４６ａが形成されている。

従って、インクカートリッジ４からチューブ１１を介して第１ヘッド２に供給されたインクは、インク導入部３２ａから貫通孔４０ａ及びフィルタ収容空間４３ａを介してインクリザーバ４５ａに導入される。そして、インクリザーバ４５ａ内のインクは、複数のインク供給孔４６ａからヘッド本体３１ａへ供給される。その一方で、インクリザーバ４５ａ内のインクの一部が、インク導出路４４を介して、インク導出部３３ａから第２ヘッド３へ向けて導出される。

尚、インクカートリッジ４からインクが供給されるインク導入部３２ａと、第２ヘッド３へインクを供給するためのインク導出部３３ａが、第１ヘッド２の第１リザーバユニット３０ａの長手方向両端部にそれぞれ設けられていることから、第１ヘッド２の一端部に供給されたインクは、第１ヘッド２の他端部から第２ヘッド３に供給される。そのため、インク中に混入している気泡が第１ヘッド２内に滞留しにくくなる。

図６、図７に示すように、第２ヘッド３の第２リザーバユニット３０ｂは、第１リザーバユニット３０ａと同様、用紙幅方向（主走査方向）に長尺な４枚のプレート３４ｂ〜３７ｂの積層体である。但し、この第２リザーバユニット３０ｂは、外部（第１ヘッド２の第１リザーバユニット３０ａ）からインクを導入するだけであり、導入したインクの一部をさらに外部へ導出する必要はないことから、第１リザーバユニット３０ａとは多少構造が異なっている。

第２リザーバユニット３０ｂの一番上のプレート３４ｂには、その長手方向一端部にインク導出部３３ｂのみが設けられている。このインク導入部３２ｂは、チューブ１２（図１〜図３参照）を介して、前述した第１リザーバユニット３０ａのインク導出部３３ａ（図４、図５参照）と接続される。尚、第１リザーバユニット３０ａのインク導出部３３ａと、第２リザーバユニット３０ｂのインク導入部３２ｂは、それらの長手方向（主走査方向）に関して同じ側の端部に設けられている。そのため、図２に示すように、第１ヘッド２（第１リザーバユニット３０ａ）と第２ヘッド３（第２リザーバユニット３０ｂ）を接続するためのチューブ１２の長さを最小限に抑えることができる。

図７に示すように、第２リザーバユニット３０ｂの内部構造は、インク導出路４４（図５参照）が設けられていない点を除いて、第１リザーバユニット３０ａと同じである。従って、第１ヘッド２の第１リザーバユニット３０ａからチューブ１２を介して第２ヘッド３に供給されたインクは、インク導入部３２ｂから貫通孔４０ｂ及びフィルタ収容空間４３ｂを介してインクリザーバ４５ｂに導入される。さらに、インクリザーバ４５ｂ内のインクは、複数のインク供給孔４６ｂからヘッド本体３１ｂへ供給される。

次に、ヘッド本体３１について説明する。但し、第１ヘッド２のヘッド本体３１ａと第２ヘッド３のヘッド本体３１ｂの構造は同一であるので、以下では１つのヘッド本体３１について説明する。図８は、ヘッド本体３１の平面図である。図９は、図８の一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。なお、図９では説明の都合上、アクチュエータユニット５１の下方にあって破線で描くべき圧力室５６、アパーチャ５７及びノズル５５を実線で描いている。図１０は、図９に示すX-X線に沿った部分断面図である。図１１（ａ）はアクチュエータユニット５１の拡大断面図であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）に示されている個別電極７３の平面図である。

図８に示すように、ヘッド本体３１は、ノズル５５や圧力室５６を含むインク流路が形成された流路ユニット５０と、この流路ユニット５０の表面５０ａ（図８の紙面手前側の面）に固定されて、圧力室５６内のインクに圧力を付与する４つのアクチュエータユニット５１を含んでいる。

流路ユニット５０は、リザーバユニット３０（３０ａ，３０ｂ）とほぼ同じ平面形状を有する直方体形状に形成されている。流路ユニット５０の一表面５０ａ（図８の紙面手前側の面）には、リザーバユニット３０の複数のインク供給孔４６（図５，図７参照）に対応した、複数（本実施形態では１０個）のインク供給口５２が開口している。流路ユニット５０の内部には、インク供給口５２に連通するマニホールド流路５３及びマニホールド流路５３から分岐した副マニホールド流路５４が形成されている。また、流路ユニット５０の表面５０ａと反対側の面（図８の紙面向こう側の面）は、図９及び図１０に示すように多数のノズル５５が、主走査方向と主走査方向に交差する方向の２方向に沿ってマトリクス状に配列された、液滴噴射面となっている。また、圧力室５６も、流路ユニット５０におけるアクチュエータユニット５１の固定面においてノズル５５と同様マトリクス状に多数配列されている。

図１０に示すように、流路ユニット５０は、図中上から順に、キャビティプレート６０、ベースプレート６１、アパーチャプレート６２、サプライプレート６３、マニホールドプレート６４、６５、６６、カバープレート６７、及び、ノズルプレート６８、という９枚のステンレス鋼等の金属プレートから構成されている。

キャビティプレート６０には、インク供給口５２（図８参照）に対応する貫通孔、及び、圧力室５６に対応する略菱形の貫通孔が多数形成されている。ベースプレート６１には、各圧力室５６について圧力室５６とアパーチャ５７との連絡孔及び圧力室５６とノズル５５との連絡孔が形成されていると共に、インク供給口５２とマニホールド流路５３との連絡孔（図示せず）が形成されている。

アパーチャプレート６２には、各圧力室５６についてアパーチャ５７となる貫通孔及び圧力室５６とノズル５５との連絡孔が形成されていると共に、インク供給口５２とマニホールド流路５３との連絡孔（図示せず）が形成されている。サプライプレート６３には、各圧力室５６についてアパーチャ５７と副マニホールド流路５４との連絡孔及び圧力室５６とノズル５５との連絡孔が形成されていると共に、インク供給口５２とマニホールド流路５３との連絡孔（図示せず）が形成されている。

マニホールドプレート６４、６５、６６には、各圧力室５６について圧力室５６とノズル５５との連絡孔、及び、積層時に互いに連結してマニホールド流路５３及び副マニホールド流路５４となる貫通孔が形成されている。カバープレート６７には、各圧力室５６について圧力室５６とノズル５５との連絡孔が形成されている。ノズルプレート６８には、各圧力室５６についてノズル５５（第１ヘッド２においては第１ノズル５５ａ、第２ヘッド３においては第２ノズル５５ｂ）に対応する孔が形成されている。

これらプレート６０〜６８が互いに位置合わせされた状態で積層されることによって、流路ユニット５０内に、マニホールド流路５３及び副マニホールド流路５４と、副マニホールド流路５４の出口から圧力室５６を経てノズル５５に至る多数の個別インク流路５８が形成される。

従って、リザーバユニット３０（３０ａ，３０ｂ）からインク供給口５２を介して流路ユニット５０内に供給されたインクは、マニホールド流路５３から副マニホールド流路５４に分配される。さらに、副マニホールド流路５４内のインクは、多数の個別インク流路５８にそれぞれ流れ込み、各個別インク流路５８において、絞り流路として機能するアパーチャ５７及び圧力室５６を介してノズル５５（第１ノズル５５ａ、又は、第２ノズル５５ｂ）に至る。

次に、アクチュエータユニット５１について説明する。図８に示すように、４つのアクチュエータユニット５１は、それぞれ台形の平面形状を有し、インク供給口５２を避けるよう千鳥状に配置されている。さらに、各アクチュエータユニット５１の平行対向辺は流路ユニット５０の長手方向に沿っており、隣接するアクチュエータユニット５１の斜辺同士は流路ユニット５０の幅方向（副走査方向）に関して互いにオーバーラップしている。

図１１（ａ）に示すように、アクチュエータユニット５１は、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミックス材料からなる３枚の圧電シート７０、７１、７２から構成されている。最上層の圧電シート７０上における圧力室５６に対向する位置には、個別電極７３が形成されている。最上層の圧電シート７０とその下側の圧電シート７１との間にはシート全面に形成された共通電極７５が介在している。図１１（ｂ）に示すように、個別電極７３は、圧力室５６と相似な略菱形の平面形状を有する。略菱形の個別電極７３における鋭角部の一方は延出され、その先端には個別電極７３と電気的に接続された円形のランド７４が設けられている。

共通電極７５はすべての圧力室５６に対応する領域において等しくグランド電位に保たれている。一方、個別電極７３は、選択的に電位を制御することができるよう、各ランド７４とドライバＩＣ７６（図１２参照）の各端子とが図示しないＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）を介して接続されている。

ここで、アクチュエータユニット５１の駆動方法について述べる。圧電シート７０はその厚み方向に分極されており、個別電極７３を共通電極７５と異なる電位にして圧電シート７０に対してその分極方向に電界を印加すると、圧電シート７０における電界印加部分が圧電効果により歪む活性部として働く。また、図１１（ａ）に示すように、圧電シート７０〜７２は圧力室５６を区画するキャビティプレート６０の表面に固定されている。そのため、圧電シート７０における電界印加部分とその下方の圧電シート７１、７２との間で平面方向への歪みに差が生じると、圧電シート７０〜７２全体が圧力室５６側へ凸になるように変形（ユニモルフ変形）する。これにより圧力室５６内のインクに圧力（噴射エネルギー）が付与され、ノズル５５からインク滴が噴射される。

次に、プリンタ１の電気的構成について、制御装置７を中心に、図１２のブロック図を参照して説明する。図１２に示される制御装置７は、中央処理装置であるＣＰＵ（Central Processing Unit）と、プリンタ１の全体動作を制御する為の各種プログラムやデータ等が格納されたＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＣＰＵで処理されるデータ等を一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えている。

また、図１２に示すように、制御装置７は、印刷用紙Ｐへの印刷を制御する印刷制御部８０と、第１ノズル５５ａ及び第２ノズル５５ｂの吐出性能回復のためのメンテナンス処理を実行させるメンテナンス制御部８１を備えている。尚、印刷制御部８０及びメンテナンス制御部８１の機能は、ＲＯＭに記憶された各種制御プログラムがＣＰＵによって実行されることにより実現される。

印刷制御部８０は、ＰＣ等の入力装置９０から入力されたデータに基づいて、第１ヘッド２及び第２ヘッド３のドライバＩＣ７６や、用紙搬送機構５に含まれる、印刷用紙Ｐを搬送するローラ１３，１４，１５をそれぞれ制御する駆動モータ８２，８３，８４等を制御して、印刷用紙Ｐへの画像等の印刷を行わせる。

メンテナンス制御部８１は、第１キャップ１７及び第２キャップ１８（図２、図３参照）を駆動するキャップ駆動機構（図示省略）や、吸引ポンプ１９等を制御して、第１ヘッド２及び第２ヘッド３の複数のノズル５５ａ，５５ｂからキャップ部材１７，１８を介してインクを吸引排出させる（吸引パージ）。ここで、メンテナンス制御部８１は、第１ヘッド２と第２ヘッド３の両方について吸引パージを行わせることもできるが、何れか一方のヘッドについてのみ吸引パージを行わせることも可能となっている。このように、一方のヘッドについてのみ吸引パージを行い、他方のヘッドについては吸引パージを行わないケースとしては、例えば、一方のヘッドのノズル５５にのみ噴射不良が生じている場合や、一方のヘッドにより印刷用紙Ｐの片面のみに印刷を行うため、他方のヘッドはしばらく使用しない場合などが考えられる。

以上のような構成を有する本実施形態のプリンタ１によれば、次のような効果が得られる。図１、図２に示すように、第２ヘッド３は、ノズル５５（液滴噴射面）の位置が低い第１ヘッド２を介して、インクカートリッジ４と接続されており、第２ヘッド３には第１ヘッド２を経由してインクが供給される。このように、１つのインクカートリッジ４と２つのヘッド２，３が直列的に接続される場合には、１つのインクカートリッジ４と２つのヘッド２，３がそれぞれ別々のチューブで接続される場合（並列接続）に比べて、チューブの合計長さ（チューブ１１とチューブ１２の総長）を短くすることができる。そのため、チューブにかかるコストを低減することができるし、また、チューブ内におけるインクの増粘やチューブ内への気泡の侵入を抑制することもできる。

また、本実施形態の第１ヘッド２と第２ヘッド３は、共に、一方向（主走査方向）に沿って配置された多数のノズル５５からなるノズル列を有し、且つ、所定位置に位置決め固定された状態でインクの液滴を噴射する、固定ラインヘッドである。このような固定ラインヘッドは、用紙幅方向に沿って往復移動しながら液滴を噴射するシリアル型のヘッドに比べて、チューブ内におけるインクの増粘や気泡の混入が生じたときの影響が大きい。

即ち、用紙幅方向に移動できるシリアル型のヘッドと違って、固定ラインヘッドにおいては、チューブ内におけるインクの増粘や気泡の侵入等によって、一部のノズル５５に噴射不良が生じたときには、噴射不良が生じているノズル５５を他の正常なノズル５５で補完することは不可能である。そのため、ノズル５５の噴射不良を解消するには、メンテナンス機構６に吸引パージを行わせることになるが、シリアル型ヘッドに比べてノズル５５の数が格段に多いことから、吸引パージ時にノズル５５から排出されるインクの量は非常に多くなる。従って、固定ラインヘッドを有するプリンタ１において、チューブの合計長さを短くしてインク増粘や気泡混入を抑制することは、吸引パージ時に排出されるインク量を減らすことができるという点で大きな意義がある。

ところで、ノズル５５（液滴噴射面）の高さ位置が異なる２つのヘッド２，３が直列的に接続されていると、外乱等の何らかの要因によって、ノズル位置が高い第２ヘッド３において、第２ノズル５５ｂ内のメニスカスがブレイクしたときには、第２ヘッド３内のインクに大気圧が作用し、第２ヘッド３からチューブ１２を介してノズル位置が低い第１ヘッド２へインクが逆流する。

しかし、本実施形態のプリンタ１においては、ノズル位置が低い第１ヘッド２が、インクカートリッジ４側（インク供給方向上流側）に位置しており、さらに、インクカートリッジ４は、この第１ヘッド２の第１ノズル５５ａよりもさらに低い位置にある。そのため、第２ヘッド３から第１ヘッド２へ逆流してきたインクは、図５に示す、第１リザーバユニット３０ａのインクリザーバ４５ａを通過し、インク導入部３２ａからインクカートリッジ４へ逃される。従って、第１ヘッド２の第１ノズル５５ａ内のインクに大きな圧力が作用せず、この第１ノズル５５ａにおけるメニスカスのブレイクが防止される。つまり、第１ヘッド２と第２ヘッド３の両方から多量のインクが漏れ出してしまうことがない。

次に、前記実施形態に種々の変更を加えた変更形態について説明する。但し、前記実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。

１］前記実施形態では、ホルダ１０に着脱可能に装着されるインクカートリッジ４と第１ヘッド２がチューブ１１で接続されていた（図１参照）が、図１３に示すプリンタ１Ａのように、着脱可能なインクカートリッジ４と第１ヘッド２との間であって、第１ヘッド２の上面（第１ノズル５５ａが配置された液滴噴射面）よりも低い位置に、４つのサブタンク９１（バッファタンク）がそれぞれ配置されていてもよい（変更形態１）。サブタンク９１は、チューブ９２によりインクカートリッジ４に接続されるとともに、チューブ１１により第１ヘッド２と接続され、インクカートリッジ４から供給されたインクを一旦貯留してから第１ヘッド２へ供給する。この場合、サブタンク９１が、第１ヘッド２と第２ヘッド３に供給するインクを貯留する、本発明の液体貯留容器に相当する。

尚、図１３では、サブタンク９１とインクカートリッジ４が同じ高さ位置（プリンタ本体の底面１ａ）に配置されているが、インクカートリッジ４がサブタンク９１よりも低い位置に配置されてもよい。さらに、インクカートリッジ４がサブタンク９１よりも高い位置に配置されてもよいが、その場合に、インクカートリッジ４とサブタンク９１の間で常にインクの行き来ができるようになっており、インクカートリッジ４の水頭圧が常時サブタンク９１に作用していると、第２ヘッド３から逆流したインクがサブタンク９１へ逃されにくくなる。

そこで、インクカートリッジ４をサブタンク９１よりも高い位置に配置する場合には、待機状態ではインクカートリッジ４とサブタンク９１との間のインクの流れは途絶えているためにインクカートリッジ４の水頭圧がサブタンク９１に作用せず、サブタンク９１内のインク量が少なくなったときにのみ、インクカートリッジ４からサブタンク９１へインクが供給されるような構成であることが好ましい。このような構成としては、例えば、本願出願人が、特開２００５−１０３７５８号公報において提案している、インクカートリッジとバッファタンクの構成を採用することができる。

２］前記実施形態のプリンタ１は、用紙搬送経路８を挟んで両側に配置された第１ヘッド２と第２ヘッド３により、印刷用紙Ｐの両面に同時印刷可能に構成されたものであるが、本発明を片面印刷用のプリンタに適用することも可能である（変更形態２）。

即ち、図１４に示すように、変更形態２のプリンタ１Ｂにおいては、メインローラ１４や拍車ローラ１５により搬送される印刷用紙Ｐの用紙搬送経路８が、搬送方向下流側ほど下方に向かうように傾斜している。そして、この傾斜した用紙搬送経路８の上側に、第１ヘッド２と第２ヘッド３が、下から順に配置されている。尚、このプリンタ１Ｂでは、第１ヘッド２の下面、及び、第２ヘッド３の下面が、ノズル５５が配置された液滴噴射面となっている。

また、第１ヘッド２は、２つのヘッド２，３の下面（ノズルが配置された液滴噴射面）よりも下方に配置されたインクカートリッジ４と、チューブ１１を介して接続されている。さらに、第１ヘッド２と第２ヘッド３もチューブ１２を介して接続されている。つまり、上側の第２ヘッド３は、下側の第１ヘッド２を介して、インクカートリッジ４に接続されている。

このプリンタ１Ｂにおいては、用紙搬送方向に沿って配置された２つのヘッド２，３からそれぞれ液滴が噴射されることによって、搬送される印刷用紙Ｐの上面にのみ画像等が印刷される。このような片面印刷用のプリンタ１Ｂであっても、インクカートリッジ４と、ノズル５５の高さ位置が異なる２つのヘッド２，３とを直列的に接続することによって、チューブ１１，１２の合計長さを短くすることが可能である。また、上方に位置する第２ヘッド３においてノズル５５ｂのメニスカスがブレイクしたときに、第２ヘッド３から第１ヘッド２へ逆流してくるインクは、さらに、第１ヘッド２からインクカートリッジ４へ逃されるため、第１ヘッド２の第１ノズル５５ａにおけるメニスカスのブレイクが防止される。

３］前記実施形態では、ノズル位置の異なる２つのヘッドの両方が固定ラインヘッドであったが、２つのヘッドのうちの一方、又は、両方が、一方向に往復移動しながら印刷用紙に対して液滴を噴射するシリアル型のヘッドである場合でも、本発明を適用することによって同様の効果が得られる。

４］前記実施形態では、１つのインクカートリッジに２つのヘッドが直列的に接続されていたが、ノズルの高さ位置が互いに異なる３以上の複数のヘッドが、１つのインクカートリッジと直列的に接続されてもよい。尚、この場合、ノズルの高さ位置が低いヘッドほど、インクカートリッジ側（インク供給方向上流側）に位置するように、複数のヘッドが直列接続される。

以上説明した実施形態は、本発明を、記録用紙にインクを噴射して画像等を記録するインクジェット式のプリンタに適用したものであるが、本発明の適用対象は、このようなプリンタに限られない。即ち、インク以外の様々な種類の液体をその用途に応じて対象に噴射する、種々の液滴噴射装置に本発明を適用することが可能である。

本発明の実施形態に係るプリンタの概略構成を示す側面図である。 図１のプリンタの正面図である。 吸引パージ時のプリンタの正面図である。 第１ヘッドの正面図である。 図４の第１ヘッドの鉛直断面図である。 第２ヘッドの正面図である。 図６の第１ヘッドの鉛直断面図である。 ヘッド本体の平面図である。 図８の一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。 図９に示すX-X線に沿った部分断面図である。 （ａ）はアクチュエータユニットの拡大断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示されている個別電極の平面図である。 プリンタの電気的構成を概略的に示すブロック図である。 変更形態１に係るプリンタの概略構成を示す側面図である。 変更形態２に係るプリンタの概略構成を示す側面図である。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ プリンタ
２ 第１ヘッド
３ 第２ヘッド
４ インクカートリッジ
５ 用紙搬送機構
６ メンテナンス機構
１１，１２ チューブ
５５ａ 第１ノズル
５５ｂ 第２ノズル
９１ サブタンク

Claims (4)

1. 液滴を噴射する第１ノズルを有する第１液滴噴射ヘッドと、
   同じく液滴を噴射するノズルであって、前記第１ノズルよりも上方に位置する第２ノズルを有する、第２液滴噴射ヘッドと、
   前記第１液滴噴射ヘッドの第１ノズル及び前記第２液滴噴射ヘッドの第２ノズルよりもさらに下方に位置するとともに、前記第１液滴噴射ヘッドと前記第２液滴噴射ヘッドに液体を供給する液体貯留容器とを備え、
   前記第１液滴噴射ヘッドは、前記液体貯留容器とチューブで直接接続され、
   前記第２液滴噴射ヘッドは、前記第１液滴噴射ヘッドとチューブで接続されることにより、前記第１液滴噴射ヘッドを介して前記液体貯留容器と接続されていることを特徴とする液滴噴射装置。
2. 前記液体貯留容器は、前記第１液滴噴射ヘッドの一端部と接続され、
   前記第２液滴噴射ヘッドは、前記第１液滴噴射ヘッドの他端部と接続されていることを特徴とする請求項１に記載の液滴噴射装置。
3. 前記第１液滴噴射ヘッドと前記第２液滴噴射ヘッドは、共に、所定の一方向に沿って配置された多数のノズルからなるノズル列を有し、且つ、所定位置に位置決め固定された状態で液滴を噴射する、固定ラインヘッドであることを特徴とする請求項１又は２に記載の液滴噴射装置。
4. 前記第１液滴噴射ヘッドと前記第２液滴噴射ヘッドの間において、液滴が噴射される対象である被噴射体を搬送する搬送手段を備え、
   前記第１液滴噴射ヘッドの前記第１ノズルと、前記第２液滴噴射ヘッドの前記第２ノズルは、前記搬送手段により搬送される前記被噴射体の両面にそれぞれ液滴を噴射することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の液滴噴射装置。

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