JP2010046854A - 流体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】キャップから大気開放バルブ側へ逆流するインクの量を減らして、吸引動作を含むクリーニングの処理効果および動作効率を向上させることが可能な流体噴射装置を提供する。
【解決手段】本発明のインクジェットプリンタは、インクを噴射する複数のノズルＮを形成したノズル形成面２０ａを有した記録ヘッド２０と、ノズル形成面２０ａに当接し、該ノズル形成面２０ａとの間に密閉空間Ｋを形成可能なキャップ２３とを備え、キャップ２３に、排出チューブ２６を介して密閉空間Ｋを減圧する吸引ポンプ３０が接続されているとともに、大気連通チューブ２８を介して密閉空間Ｋを大気開放する大気開放バルブ２９が接続されており、キャップ２３と大気開放バルブ２９との間の大気開放チューブ２８上に逆止弁３２が設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、流体噴射装置に関するものである。

流体を噴射する流体噴射装置として、例えばインクジェットプリンタなどが知られている。インクジェットプリンタは、記録媒体に文字や画像等を記録する装置であり、記録ヘッド（流体噴射ヘッド）に設けられたノズル列から記録媒体にインク（流体）を選択的に噴射する構成になっている。

このようなインクジェットプリンタでは、ノズルの目詰まりや、ゴミの混入、インクの増粘、気泡の混入等によるインクの噴射の不具合等を防止するため、記録ヘッドのノズル形成面をキャップにて封止し、キャップとノズル形成面との間に形成された密閉空間を吸引ポンプにて減圧して、ノズルから増粘したインク等をキャップ内に吸引する吸引動作が実施される。キャップには大気連通チューブを介して大気開放バルブが接続されており、吸引動作終了後、ヘッドからインクが供給され負圧が解消された後に大気開放バルブを開きキャップ内及びノズル面に付着したインクを吸い取る動作を行う。
特許文献１には、大気開放バルブを備えたキャップが開示されている。
特開２００５―２２５１６３号公報

吸引動作により、吸引ポンプとキャップとを繋ぐ排出チューブにはインクが充填されていることから、吸引ポンプを停止すると、負圧空間とされた大気連通チューブ内にインクが流入する。そのため、大気連通チューブに接続された大気開放バルブは、キャップよりも高い位置に配置されており、バルブを開放した際にその水頭差によってインクが外部に漏れ出さないようになっている。

ところが、このような構成にするためには大気連通チューブを長くする必要があり、キャップ側から流入するインクの量が多くなってしまう。そのため、大気開放時に流入してくる空気とともに多くのインクがキャップへと戻されることになり、キャップへと逆流したインクがノズル形成面に付着したり、インクが泡立つなどの不具合が発生していた。

キャップから大気連通チューブへ流入するインクの量を少なくするために、大気開放バルブを大気連通チューブの上端側すなわちキャップ近傍に配置することも考えられるが、バルブの開放とともにインクが外部へ漏れ出すおそれがあった。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであって、吸引動作を含むクリーニングの処理効果および動作効率を向上させることが可能な流体噴射装置を提供することを目的としている。

本発明の流体噴射装置は、上記課題を解決するために、流体を噴射する複数のノズルを形成したノズル形成面を有した流体噴射ヘッドと、前記ノズル形成面に当接し、該ノズル形成面との間に密閉空間を形成可能なキャップとを備える流体噴射装置であって、前記キャップに、第１経路を介して前記密閉空間を減圧する減圧手段が接続されているとともに、第２経路を介して前記密閉空間を大気開放する大気開放手段が接続されており、前記キャップと前記大気開放手段との間の前記第２経路上に逆止弁が設けられていることを特徴とする。

本発明では、キャップと大気開放手段との間に逆止弁が設けられている構成とした。逆止弁は、外部からキャップ内へ空気の供給を許容するとともに空気および流体の逆流を阻止する。これにより、大気開放バルブをキャップの下方に配置しても、大気開放バルブを開放した時に流体が外部へ流出するのを阻止することができる。したがって、減圧手段による吸引動作を含むクリーニング後の良好な状態を維持することができるとともに、クリーニング時の動作効率を向上させることが可能な流体噴射装置を得ることができる。

また、前記逆止弁が、前記キャップの近傍に配置されていることが好ましい。
本発明によれば、逆止弁がキャップの近傍に配置されていることから、キャップと逆止弁との間の減圧空間を小さくすることができ、キャップから逆止弁まで逆流する流体の量を少なくすることができる。これにより、大気開放手段を開放した場合に、空気の供給とともにキャップ内に戻される流体の量が少なくなり、キャップ内の流体の変動（泡立ちなど）を抑えることができる。

また、前記逆止弁が、大気開放動作時に前記キャップに流入する大気の流量を制御する大気流入量制御手段であることが好ましい。
本発明によれば、逆止弁が、大気開放動作時にキャップに流入する大気の流量を制御する大気流入量制御手段であることから、大気開放手段を開放しても密閉空間内の圧力が急激に上昇するのを防ぐことができる。たとえば、逆止弁の開弁量を所定の開弁量に設定し、単位時間当たりに導入される空気の量を定めておくことにより、クリーニング終了後すぐに大気開放手段を開放することが可能になる。つまり、キャップ内には単位時間当たり所定量の空気しか導入されず、キャップ内の圧力が急激に上昇するのを防止することが可能となる。これにより、キャップ内の流体が変動するのを抑えることができ、インクの泡立ちなどにともなう不具合をなくすことができる。

以下、本発明を具体化した液体噴射装置の一実施形態を図１及び図２にしたがって説明する。図１は、液体噴射装置としてのインクジェットプリンタ１１の要部斜視図、図２はメンテナンス機構２２の要部説明図を示す。

図１に示すように、インクジェットプリンタ１１には、フレーム１２が備えられ、このフレーム１２にはプラテン１３が架設されている。プラテン１３上には、図示しない紙送り機構によりターゲットとしての記録紙Ｐが搬送される。また、フレーム１２には、プラテン１３の長手方向と平行にガイド部材１５が架設され、このガイド部材１５にはキャリッジ１６が摺動可能に支持されている。キャリッジ１６は、キャリッジモータ１８によりタイミングベルト１７を介して、記録紙Ｐの搬送方向に交差する方向（図中Ｘ方向）に往復移動可能となっている。

このキャリッジ１６の下面には、記録ヘッド２０が搭載されている。記録ヘッド２０は、図２に示すように、その下面で開口する複数のノズルＮを有しており、ノズル形成面２０ａが搬送された記録紙Ｐに対向するように配設されている。そして、圧電素子２０ｂが駆動されることで、ノズルＮから記録紙Ｐに向かってインク滴が吐出される。

また、キャリッジ１６上には、内部にインクを収容したインクカートリッジ２１が着脱可能に取着されている。キャリッジ１６に配設されたインクカートリッジ２１は、その下方に配設された記録ヘッド２０にインクを供給する。供給されたインクは、印刷データに基づいた圧電素子２０ｂの駆動によって、ノズルＮを介して記録紙Ｐに吐出される。

フレーム１２の一側部には、ホームポジションが設けられており、このホームポジションにはメンテナンス機構２２が配設されている。このホームポジションは、非印刷時又は保管時等、プリンタが印刷休止状態にあるときにキャリッジ１６が配置される領域である。メンテナンス機構２２は、ケース２２ａ内に、キャップ２３、減圧手段を構成する吸引ポンプ３０（図２参照）を備えている。また、キャップ２３及び吸引ポンプ３０の駆動源である図示しない駆動モータと、この駆動モータの動力をキャップ２３及び吸引ポンプ３０に伝達する図示しない動力伝達機構を備えている。

図２に示すように、キャップ２３は、キャップホルダ２３ａとキャップ部材２３ｂとを備えている。キャップホルダ２３ａは、上側が開口した箱状に形成されており、この開口面が記録ヘッド２０のノズル形成面２０ａを向くように配設されている。キャップ部材２３ｂは、エラストマ等の可撓性材質からなり、キャップホルダ２３ａの内壁面によって支持されている。このキャップ部材２３ｂは、その上端縁がキャップホルダ２３ａの上端縁よりも上方に突出している。

キャップホルダ２３ａは、駆動モータの駆動により上下方向に移動可能にケース２２ａ内に取り付けられている。そして、キャップ２３は、キャップ部材２３ｂが記録ヘッド２０に当接するキャッピング位置と、キャップ部材２３ｂが記録ヘッド２０から離間した退避位置との間を往復移動可能となっている。

キャップ部材２３ｂの底面には、スポンジ材等からなる、シート状のインク吸収材Ｓが収容されている。このインク吸収材Ｓは、記録ヘッド２０から吐出されるインクを受け止めて吸収する。そして、キャップ２３がノズル形成面２０ａを封止した際に、ノズル形成面２０ａとキャップ２３とにより形成された空間（以下、密閉空間Ｋとする。）に、吸収したインクの溶媒を揮発させ、ノズルＮの乾燥を防止する。

また、キャップホルダ２３ａの底面には、インク排出口２５が貫通形成され、キャップホルダ２３ａの下面には、排出チューブ２６（第１経路）が接続されている。これらのインク排出口２５と排出チューブ２６内の流路とは互いに連通されて配設されている。キャップ２３内に吐出されたインクは、このインク排出口２５を介して、排出チューブ２６内の流路に流入する。この排出チューブ２６は、便宜上、図２では直線状に示しているが、通常はケース２２ａ内において、キャップ２３の下方で引き回され、吸引ポンプ３０側へ延設された状態で収容されている。

排出チューブ２６上には、吸引ポンプ３０が配置されている。この吸引ポンプ３０は、ノズルＮ内のインク等を吸引するヘッドクリーニングを行うためのものである。ヘッドクリーニングは、プリンタが長期間印刷を休止した後、印刷を再開するとき等、プリンタの図示しない制御部により実行命令が送出された際に行われる。その際、キャリッジ１６がホームポジションに移動されて、記録ヘッド２０がキャップ２３の上方に配置される。

また、キャップ２３の底面には、大気連通口２７が貫通形成されており、この大気連通口２７には大気連通チューブ２８（第２経路）が連通されている。この大気連通チューブ２８の端部には、大気開放バルブ２９（大気開放手段）が設けられている。大気開放バルブ２９を開状態にすると、ノズル形成面２０ａとキャップ２３との間の密閉空間Ｋは大気連通口２７を介して大気に接続される。

本実施形態においては、大気連通チューブ２８上のキャップ２３と大気開放バルブ２９との間に逆止弁３２（大気流入量制御手段）が設けられている。図２に示すように、逆止弁３２は、大気連通チューブ２８の上端側であってキャップ２３の近傍に配置されている。この逆止弁３２は、外部からキャップ２３側に向かう順方向にのみ空気の供給を可能とし、逆にキャップ２３側から空気やインクが流れようとすると自動的に閉弁するバルブである。つまり、逆止弁３２の上端側の圧力（密閉空間Ｋ内の圧力）が下端側の圧力（大気圧）よりも低いと外部から空気が供給され、上端側の圧力が下端側の圧力と略平衡状態になった後では、大気開放バルブ２９側への空気の逆流およびインクの流出を阻止する。

本実施形態における逆止弁３２は、キャップ２３側の大気連通チューブ２８内の圧力が所定の負圧になると開弁する。また、逆止弁３２の開弁量は所定の開弁量に設定されている。具体的には、単位時間当たりに供給される空気の量が、キャップ２３内のインクが泡立つことのない量であるとともに、大気開放バルブ２９が閉まった状態で記録ヘッド２０から減圧空間（密閉空間Ｋ）内に自ずと導出されるインク量よりも多いことが好ましい。このように、キャップ２３内のインクが泡立たない範囲で空気の供給量を多くすることで、従来よりも早く密閉空間Ｋを大気開放できる。
なお、逆止弁３２の開弁量は、例えばスプール（不図示）のストローク量（スプリング力）やスプールに設けられた空気導入孔などによって調整できる。あるいは、制御部などによって逆止弁３２の開弁量を適宜調整するようにしてもよい。

一方、逆止弁３２は、大気連通チューブ２８のキャップ２３側の圧力が大気圧あるいは大気圧近傍になると閉弁する。ここで、逆止弁３２の閉弁圧は、大気連通チューブ２８における逆止弁３２よりも上端側の圧力が大気圧にどれだけ近づいた場合に閉弁すべきかその差圧を予め把握した上で設定するのが好ましい。

次に、プリンタの動作の一実施例についてヘッドクリーニングを中心に説明する。
ヘッドクリーニングの実行命令が送出されると、駆動モータ及び動力伝達機構により、キャップホルダ２３ａが上方に移動してキャッピング位置に配置され、キャップ部材２３ｂがノズル形成面２０ａに当接する。キャップ２３がキャッピング位置に配置されたとき、大気開放バルブ２９は閉弁している。このため、キャップ２３内の空間は、排出チューブ２６および大気連通チューブ２８と連通された状態で封止される。

そして、ノズル形成面２０ａをキャップ２３により封止した状態で、吸引ポンプ３０が駆動される。その結果、排出チューブ２６内及びキャップ２３内の密閉空間Ｋの空気が吸引ポンプ３０によって排出され、生じた負圧によりノズルＮ内のインクが吸引される。ノズルＮから吐出されたインクは、インク吸収材Ｓに吸収され、排出チューブ２６へ流入する。そして、吸引ポンプ３０を介して、フレーム１２内に配設された廃インクタンクＴに収容される。

上述したように、大気開放バルブ２９は閉まっているので、吸引ポンプ３０の駆動によってキャップ２３と逆止弁３２との間の大気連通チューブ２８内が負圧になると、逆止弁３２と大気開放バルブ２９との間の大気連通チューブ２８内の圧力（大気圧）との差圧によって逆止弁３２が一旦開弁する。その後、すぐに逆止弁３２と大気開放バルブ２９との間の大気連通チューブ２８内が負圧になり、逆止弁３２は閉弁する。

ヘッドクリーニング終了後、吸引ポンプ３０を停止する。すると、負圧となっている大気連通チューブ２８に、キャップ２３内のインクが流入する。このとき、逆止弁３２は閉じているのでそれ以上のインクの流出が阻止される。

その後、大気開放バルブ２９を開放する。大気開放バルブ２９を開放することによって逆止弁３２が開弁され、キャップ２３内に空気が導入される。導入される空気とともに逆流したインクもキャップ２３内に戻されることになる。逆止弁３２は、所定の開弁量に設定されているため、インクを泡立てることなくキャップ２３内の圧力を迅速に上昇させることが可能となる。密閉空間Ｋの負圧が緩和されて大気圧に略近い状態にまでなると、逆止弁３２は閉弁する。
このようにして、負圧が蓄積されたキャップ２３内の密閉空間Ｋが大気に連通され、記録ヘッド２０からキャップ部材２３ｂが離れる。

本実施形態では、キャップ２３と大気開放バルブ２９との間の大気連通チューブ２８上に逆止弁３２が配置されている。逆止弁３２は、大気連通チューブ２８の下端側からキャップ２３への空気の流入のみを許容し、逆にキャップ２３側からの空気の逆流およびインクの流出を阻止する。例えば、この逆止弁３２の開弁量を所定の開弁量に設定し、単位時間当たりに導入される空気の量を定めておくことにより、クリーニング（吸引動作）終了後すぐに大気開放バルブ２９を開放しても、キャップ２３内には単位時間当たり所定量の空気しか導入されず、キャップ２３内の圧力が急激に上昇するのを抑えることが可能となる。これにより、キャップ２３内のインクの流動（泡立ちなど）を防止することができ、クリーニング後の良好な状態を維持することができる。

また、大気開放バルブ２９の開放時期（放置時間）を管理する必要がなく、クリーニング終了後、すぐに大気開放バルブ２９を開放することが可能となる。つまり、吸引ポンプ３０を停止してから密閉空間Ｋを大気開放するまでの時間を短縮することが可能になるので、従来よりも早く密閉空間Ｋ内を大気圧に近づけることができる。これにより、クリーニング時の動作効率が向上しスムーズに印刷動作へと移行することができる。

また、逆止弁３２は、大気連通チューブ２８の上端側であってキャップ２３の近傍に配置されている。そのため、クリーニング終了後、吸引ポンプ３０を停止した後に、大気連通チューブ２８側に流入するインクの量を抑えることができる。そのため、大気開放バルブ２９を開放した時に空気とともにキャップ２３に流入するインクの量が少なくてすみ、キャップ２３内のインクの流動を防止することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもなく、上記各実施形態を組み合わせても良い。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

上記実施形態は、インクジェット式のプリンタと、インクカートリッジが採用されているが、インク以外の他の流体を噴射したり吐出したりする流体噴射装置と、その流体を収容した流体容器を採用しても良い。

微小量の液滴を吐出させる流体噴射ヘッド等を備える各種の流体噴射装置に流用可能である。なお、液滴とは、上記流体噴射装置から吐出される流体の状態をいい、粒状、涙状、糸状に尾を引くものも含むものとする。また、ここでいう流体とは、流体噴射装置が噴射させることができるような材料であれ良い。例えば、物質が液相であるときの状態のものであれば良く、粘性の高い又は低い液状態、ゾル、ゲル水、その他の無機溶剤、有機溶剤、溶液、液状樹脂、液状金属（金属融液）のような流状態、また物質の一状態としての流体のみならず、顔料や金属粒子などの固形物からなる機能材料の粒子が溶媒に溶解、分散または混合されたものなどを含む。

また、流体の代表的な例としては上記実施例の形態で説明したようなインクや液晶等が挙げられる。ここで、インクとは一般的な水性インクおよび油性インク並びにジェルインク、ホットメルトインク等の各種流体組成物を包含するものとする。

流体噴射装置の具体例としては、例えば液晶ディスプレイ、ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）ディスプレイ、面発光ディスプレイ、カラーフィルタの製造などに用いられる電極材や色材などの材料を分散または溶解のかたちで含む流体を噴射する流体噴射装置、バイオチップ製造に用いられる生体有機物を噴射する流体噴射装置、精密ピペットとして用いられ試料となる流体を噴射する流体噴射装置、捺染装置やマイクロディスペンサ等であってもよい。

さらに、時計やカメラ等の精密機械にピンポイントで潤滑油を噴射する流体噴射装置、光通信素子等に用いられる微小半球レンズ（光学レンズ）などを形成するために紫外線硬化樹脂等の透明樹脂液を基板上に噴射する流体噴射装置、基板などをエッチングするために酸又はアルカリ等のエッチング液を噴射する流体噴射装置を採用しても良い。そして、これらのうちいずれか一種の噴射装置および流体容器に本発明を適用することができる。

本実施形態のプリンタの全体構成を示す概略斜視図。 メンテナンス機構の概略構成を示す断面図。

符号の説明

１１…インクジェットプリンタ、２３…キャップ、２０…記録ヘッド（流体噴射ヘッド）、２０ａ…ノズル形成面、２６…排出チューブ（第１経路）、２８…大気連通チューブ（第２経路）、２９…大気開放バルブ（大気開放手段）、３２…逆止弁、Ｎ…ノズル、３０…吸引ポンプ（減圧手段）

Claims (3)

1. 流体を噴射する複数のノズルを形成したノズル形成面を有した流体噴射ヘッドと、前記ノズル形成面に当接し、該ノズル形成面との間に密閉空間を形成可能なキャップとを備える流体噴射装置であって、
   前記キャップに、第１経路を介して前記密閉空間を減圧する減圧手段が接続されているとともに、第２経路を介して前記密閉空間を大気開放する大気開放手段が接続されており、前記キャップと前記大気開放手段との間の前記第２経路上に逆止弁が設けられている
   ことを特徴とする流体噴射装置。
2. 前記逆止弁が、前記キャップの近傍に配置されていることを特徴とする請求項１記載の流体噴射装置。
3. 前記逆止弁が、大気開放動作時に、前記キャップに流入する大気の流量を制御する大気流入量制御手段である
   ことを特徴とする請求項１または２記載の流体噴射装置。

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