JP2013256005A - 液体供給装置および液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】クリーニング動作による気泡の排出を安定して行うことができる液体噴射装置を提供する。
【解決手段】内部に液体を貯留した液体貯留部材と、該液体貯留部材からの液体を導入する液体導入ユニット１４と、該液体導入ユニット１４からの液体を、液体流路を通じて圧力室に導入し、圧力発生手段の作動によって圧力室内の液体をノズルから液滴として吐出可能な液体噴射ヘッドと、を備え、液体導入ユニット１４は、液体貯留部材からの液体を導入する液体導入流路１５と、該液体導入流路１５の下流側に位置し、液体に混入した気泡を収容する気泡室１７と、を有し、液体導入流路１５は、水平方向に途中で２つに分岐したのち、再度合流してから、垂直方向に、気泡室１７側に液体が流入可能な流入口２２が開設された。
【選択図】図２

Description

本発明は、液体供給装置、およびインクジェット式記録装置などの液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置に関するものである。

液体噴射装置は液体噴射ヘッドを備え、この噴射ヘッドから各種の液体を噴射する装置である。この液体噴射装置としては、例えば、インクジェット式プリンターやインクジェット式プロッター等の画像記録装置があるが、最近ではごく少量の液体を所定位置に正確に着弾させることができるという特長を生かして各種の製造装置にも応用されている。例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターを製造するディスプレイ製造装置，有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイやＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極を形成する電極形成装置，バイオチップ（生物化学素子）を製造するチップ製造装置に応用されている。そして、画像記録装置用の記録ヘッドでは液状のインクを噴射し、ディスプレイ製造装置用の色材噴射ヘッドではＲ（Red）・Ｇ（Green）・Ｂ（Blue）の各色材の溶液を噴射する。また、電極形成装置用の電極材噴射ヘッドでは液状の電極材料を噴射し、チップ製造装置用の生体有機物噴射ヘッドでは生体有機物の溶液を噴射する。

この種の液体噴射装置としては、流通に乗せ易く取り扱いが容易なカートリッジタイプの液体貯留部材を用いるものが開発されている。例えば、インクジェット式プリンター（以下、単にプリンターという）では、液体状のインクを封入したインクカートリッジに、液体導入針の一種であるインク導入針を挿入する。これにより、インク導入針の先端側に開設された導入孔を通じて、インクカートリッジ内のインクを液体噴射ヘッドの一種である記録ヘッド内のインク流路に導入している。そして、プリンターは、インク流路を介して圧力室内に導入したインクに圧力変動を生じさせ、この圧力変動を利用してノズルからインク滴として吐出（噴射）する。

ところで、上記構成のプリンターでは、インクカートリッジをインク導入針に接続する際に、インク導入針内に気泡が入りこむ虞があった。この気泡は、時間の経過と共に成長して大きくなっていき、過度に成長した気泡がインクの流れによってインク流路内に混入する場合がある。気泡がインク流路内に混入すると、記録動作（インク滴の吐出動作）時に生じる圧力変動を気泡が吸収することによる圧力損失や、気泡が流路を塞ぐことによるインクの供給不足等の不具合を招くことがある。

このような気泡による不具合を防止するための方法として、記録動作時よりインク流路内のインクの流量を多くしてノズルから大量のインクを排出することで、強制的に気泡を排出するクリーニング動作が行われている。例えば、図５（ａ）に示すように、導入針部８０の内部の導入針流路８２と円筒状の気泡室８３とを水平方向にずらして配置し、これらを水平方向に延在した水平流路８１を介して連通させたものがある（特許文献１参照）。この場合、気泡室８３の内周面に上流側から下流側に向けて延在する溝部８４を形成することで、気泡室８３の内径に亘る大きさに成長した気泡Ｂをクリーニング動作によってノズルから排出することができる。

特開２００２−１７８５４１号公報

しかしながら、上記のようなプリンターでは、インクの流量等のばらつきによって、クリーニング動作時に気泡が排出されない不具合があった。

例えば、図５（ｂ）に示すように、気泡室８３の上方に水平流路８１が連通したプリンターでは、クリーニング動作時において、水平流路８１から気泡室８３に流入したインクが、水平方向の慣性により流れの進行方向に偏って気泡室８３内を流れてしまい、インクの流れる部分の流路抵抗が低くなっていた。このため、上流側（気泡室８３内の上方）と下流側（気泡室８３内の下方）との間の圧力差が小さくなり、気泡Ｂを下流側に排出できない不具合が生じていた。また、記録動作時においては、一部の気泡Ｂが水平流路８１から流れてきたインクに押し流されて、記録ヘッド側に流出する虞があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、クリーニング動作による気泡の排出を安定して行うことができる液体供給装置、および液体噴射装置を提供することにある。

本発明の液体供給装置は、上記目的を達成するために提案されたものであり、液体を供給する平面流路と、該平面流路に対して垂直に繋がる流入口と、該流入口に繋がり液体内の気泡を捕捉する気泡室と、を備え、前記平面流路が、１つの流路から時計回りと反時計回りの円周に沿った流路に分岐した後、再び合流する合流点において前記流入口に繋がっていることを特徴とする。

本発明の液体供給装置によれば、液体導入流路を流れる液体は液体の供給側から流れてきたとき時計回りと反時計回りの両方向に分岐し、これまでの液体の流れに沿った慣性を一旦周方向の慣性に変換した後、両方の周方向の慣性をお互いにキャンセルして、流入口から気泡室内に流入するため、気泡室内において液体の流れに水平方向の慣性がなく、水平方向において液体が均一に流れることができる。また、クリーニング動作時において、安定して気泡を排出することができる。

また、上記構成において、流入口は、水平方向において、前記気泡室の中央部に接続されていることが、望ましい。

この構成によれば、流入口から気泡室に流れこんだ液体は、気泡室に入って均一に広がり下方に流れるとともに、気泡が発生した場合も、中央部から広がるので、気泡の収容体積が最も大きくとれる。さらに、クリーニング動作時にも、容易に下方に気泡を送ることができる。

また、上記円周に沿った流路における前記円周の内径は、前記１つの流路の内径よりも大きいことが望ましい。

これによれば、円周に沿った流路及び、流入口の面積を大きくとることができ、液体の流入速度を大きくすることができ、記録動作を高速に行ったり、またクリーニング時に気泡の排出能力を高めたりすることができる 。

プリンターの斜視図である。 本実施形態の液体導入ユニットの要部を表す模式図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面断面図である。 本実施形態の記録ヘッドの要部断面図である。 液体導入ユニットの液体の流れを説明する模式図である。 従来の水平流路を備えたプリンターの要部を拡大した断面図であり、（ａ）は非動作時、（ｂ）はクリーニング動作時を説明する図である。

以下、本発明を実施するための形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下に述べる実施の形態では、本発明の好適な具体例として種々の限定がされているが、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、これらの態様に限られるものではない。また、以下においては、本発明の液体噴射装置として、インクジェット式記録装置（以下、「プリンター」）を例に挙げて説明する。

図１はプリンター１の構成を示す斜視図である。このプリンター１は、液体噴射ヘッドの一種である記録ヘッド２が取り付けられると共に、液体貯留部材の一種であるインクカートリッジ３が着脱可能に取り付けられるキャリッジ４を備えている。このキャリッジ４の後部には、キャリッジ４を記録紙５（記録媒体および着弾対象の一種）の紙幅方向、即ち、主走査方向に往復移動させるキャリッジ移動機構６を備えている。また、記録動作時における記録ヘッド２の下方には、間隔を空けてプラテン７を備えている。そして、このプラテン７上には、プリンター１の後方に備えた搬送機構８によって、記録紙５が主走査方向に直交する副走査方向に搬送される。

キャリッジ４は、主走査方向に架設されたガイドロッド９に軸支された状態で取り付けられており、キャリッジ移動機構６の作動により、ガイドロッド９に沿って主走査方向に移動する。キャリッジ４の主走査方向の位置は、位置情報検出手段の一種であるリニアエンコーダー１０によって検出され、その検出信号、即ち、エンコーダーパルス（位置情報の一種）をプリンター１の制御部に送信する。キャリッジ４の移動範囲内における記録領域よりも外側の端部領域には、キャリッジ４の走査の基点となるホームポジションが設定されている。プリンター１は、このホームポジションから反対側の端部へ向けてキャリッジ４が移動する往動時と、反対側の端部からホームポジション側にキャリッジ４が戻る復動時との双方向で記録紙５上に文字や画像等を記録する所謂双方向記録を行う。

また、ホームポジションには、記録ヘッド２のノズル形成面（ノズルプレート３６：図３参照）を封止するキャッピング部材１１と、ノズル形成面を払拭するためのワイパー部材１２とが配置されている。キャッピング部材１１は、長方形状の底部とこの底部の周縁から起立する側壁部とを有する上面が開放したトレイ状の部材であり、ゴム等の弾性部材により形成される。また、キャッピング部材１１には、その内側を減圧するポンプ（図示せず）が接続されている。これにより、ノズル形成面をキャッピング部材１１により封止した後でポンプを動作させることで、記録ヘッド２内の気泡や増粘したインクを吸引することができる（クリーニング動作）。なお、クリーニング動作では、記録動作によりノズル４０から吐出されるインクよりも多くのインクが吸引される。

図１において、記録ヘッド２の上方であって、キャリッジ４の底部には、上面がインクカートリッジ３の装着部分の底面を構成する液体導入ユニット１４が、図２に示すように、備えられている。なお、液体導入ユニット１４が液体供給装置に相当する。この液体導入ユニット１４は、インクカートリッジ３からのインクを導入する液体導入流路１５と、該液体導入流路１５の下流側に位置し、液体に混入した気泡を収容する気泡室１７と、該気泡室１７の下端部に連通し、記録ヘッド２側に送る液体を濾過するフィルター１８を備えたフィルター室１９と、を有している。また、本実施形態の液体導入ユニット１４の上面には、インクカートリッジ３に接続される導入針部２０が設けられている。

詳しく説明すると、導入針部２０は液体導入ユニット１４の上面に対して垂直方向に向けて突設され、その尖端部にインクカートリッジ３からの液体を導入する液体導入孔２１が開設されている。また、導入針部２０の内側には、液体導入ユニット１４の上面に対して垂直方向に延在する導入針流路１５ａが形成されている。この導入針流路１５ａは、上端部が液体導入孔２１と連通すると共に、下端部が水平流路１５ｂの上流端部と連通している。水平流路１５ｂの下流部は、水平分岐流路１５ｃと水平分岐流路１５ｄに一旦分かれて、再度合流する。なお、液体導入流路１５は、導入針流路１５ａ、水平流路１５ｂ、水平分岐流路１５ｃ、１５ｄを合わせた総称である。また、水平流路１５ｂ及び水平分岐流路１５ｃ、１５ｄは平面流路に相当する。

この水平分岐流路１５ｃと水平分岐流路１５ｄが合流した後、図２（ｂ）に示すように、流入口２２が垂直下方に延びている。なお、図２（ｂ）では、図２（ａ）におけるＡＡ´断面を実線示し、ＢＢ´断面を破線で示している。

気泡室１７の下端部には、気泡やゴミ等を濾過するフィルター１８を備えたフィルター室１９が連通している。フィルター室１９のうちフィルター１８を挟んだ上流側は、気泡室１７側からフィルター１８側に向けて内径が次第に大きくなる拡径状に形成されている。これにより、フィルター１８により捕らえられた気泡は、このフィルター室１９の上流側を浮上し、気泡室１７内に収容される。また、フィルター室１９のうちフィルター１８を挟んだ下流側は、フィルター１８側から記録ヘッド２側に向けて内径が次第に小さくなる漏斗状に形成されている。そして、このフィルター室１９（フィルター１８を挟んだ下流側）の下側は、後述するケース流路３０と連通している。

記録ヘッド２は、図３に示すように、ヘッドケース２６、振動子ユニット２７、及び流路ユニット２８から構成されている。ヘッドケース２６は、例えば、エポキシ系樹脂により作製された中空箱体状部材であり、その先端面（下面）には流路ユニット２８を固定し、ケース内部に形成された収容空部２９内には振動子ユニット２７を収容している。また、ヘッドケース２６の内部には、その高さ方向を貫通してケース流路３０が形成されている。このケース流路３０は、液体導入ユニット１４側からのインクを後述するリザーバー３１に供給するための流路である。

振動子ユニット２７は、櫛歯状に列設された複数の圧電振動子３２と、この圧電振動子３２に駆動基板からの駆動信号を供給するためのフレキシブルケーブル３３（配線部材）と、圧電振動子３２の一側端部を固定する固定板３４と、から構成される。圧電振動子３２の固定板３４に固定されない自由端部の先端面は、後述する島部４６（振動板３７）に接合されている。そして、この圧電振動子３２は、駆動信号の印加により伸縮して圧力室３９の容積を膨張又は収縮することで、圧力室３９内のインクに圧力変動を生じさせ、この圧力変動の制御によりノズル４０からインクを噴射させることができる。

流路ユニット２８は、流路形成基板３５の一方の面にノズルプレート３６を、流路形成基板３５の他方の面に振動板３７をそれぞれ接合して構成されている。この流路ユニット２８には、リザーバー３１（共通液室）、インク供給口３８、および圧力室３９からなる一連の流路が設けられている。リザーバー３１は、ノズル列方向に沿って長尺な空部であり、その上部にケース流路３０が連通している。インク供給口３８は、各圧力室３９とリザーバー３１を連通させる流路幅の狭い狭窄部である。圧力室３９は、ノズル列に直交する方向に沿って長尺な空部であり、ノズル４０が連通（開口）している。

上記ノズルプレート３６は、ドット形成密度に対応したピッチ（例えば１８０ｄｐｉ）で複数のノズル４０が列状に穿設されたステンレスやシリコン結晶等の薄いプレートである。本実施形態のノズル列は、例えば１８０個のノズル４０によって構成されている。

上記振動板３７は、支持板４２の表面に弾性体膜４３を積層した二重構造である。本実施形態では、金属板の一種であるステンレス板を支持板４２とし、この支持板４２の表面に樹脂フィルムを弾性体膜４３としてラミネートした複合板材を用いて振動板３７を作製している。この振動板３７には、圧力室３９の容積を変化させるダイヤフラム部４４が設けられている。また、この振動板３７には、リザーバー３１の一部を封止するコンプライアンス部４５が設けられている。

上記のダイヤフラム部４４は、エッチング加工等によって圧力室３９に対向する領域の支持板４２を部分的に除去することで作製される。即ち、このダイヤフラム部４４は、圧電振動子３２の自由端部（固定板３４に固定される側とは反対側の端部）の先端面が接合される島部４６と、この島部４６を囲む薄肉弾性部とからなる。上記のコンプライアンス部４５は、リザーバー３１の開口面に対向する領域の支持板４２を、ダイヤフラム部４４と同様にエッチング加工等によって除去することにより作製され、リザーバー３１に貯留されたインクの圧力変動を吸収するダンパーとして機能する。

そして、上記の島部４６には圧電振動子３２の先端面が接合されているので、この圧電振動子３２の自由端部を伸縮させることで圧力室３９の容積を変動させることができる。この容積変動に伴って圧力室３９内のインクに圧力変動が生じる。そして、記録ヘッド２は、この圧力変動を利用してノズル４０からインク滴を吐出する。

次に、液体導入ユニット１４内のインクの流れおよび気泡の排出について、図４を用いて説明する。例えば、クリーニング動作により、記録ヘッド２（リザーバー３１）内の圧力が低下すると、インクカートリッジ３から導入針部２０の液体導入孔２１を介して導入針流路１５ａ内にインクが導入される。導入針流路１５ａに導入されたインクは、水平流路１５ｂおよび水平分岐流路１５ｃ、１５ｄを流れ、流入口２２から、フィルター１８に流入する。即ち、水平流路１５ｂの向きに沿って慣性をもった状態でなく、垂直な流れに沿って下流に押し出され、フィルター室１９を介して記録ヘッド２側に送られる。

流路を流れる液体には、上流側と下流側との間に、その部分の流路抵抗と液体の流量に比例した圧力差が生じることが知られている。このため、インクの流れによって上流側と下流側との間に圧力差が生じる。即ち、気泡室１７内の下方が上方に比べて低圧になる。これにより、気泡室１７内の気泡Ｂはフィルター室１９側に移動し、インクの流れに乗ってノズル４０から排出される。なお、記録動作時は、クリーニング動作時に比べてノズル４０から排出するインクの量が少なく、気泡室１７やフィルター室１９を流れるインクの量も少ないため、クリーニング動作時に比べて生じる圧力差は小さい。これにより、記録動作時においては、気泡の記録ヘッド２側への排出が抑制される。

そして、上記構成によれば、液体導入流路１５を流れるインクは、流入口２２から水平方向の慣性を持つことなく気泡室１７内に流入するため、気泡室１７内においてインクが気泡室の一部に集中して流れることを抑えることができる。これにより、クリーニング動作時において、安定して気泡を排出することができる。特に本実施形態では、気泡室１７に溝部２４を設けたので、流入口２２から流入したインクを溝部２４に沿って全体にスムーズに流下させることができる。これにより、インクが流下する部分の流路抵抗のばらつきを一層抑えることができる。その結果、クリーニング動作時において、より安定して気泡を排出することができる。また、インクの流下する溝部２４に気泡が入り込むことを抑制でき、記録動作時において気泡が記録ヘッド２側へ流入することを抑制できる。

ところで、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、気泡室に溝部を設けたが、これには限らず、溝部を設けない構成でも良い。溝部を設けない場合は、例えば、気泡室１７の壁の内面を鏡面とすることで、気泡室の壁に沿って気泡をスムーズに排出することができる。これにより、気泡室内での圧力差を小さくし、記録動作時での圧力差損を小さくし、気泡の排出を抑えることができる。

そして、本発明は、圧力発生手段を用いて液体の噴射制御が可能な液体噴射装置であれば、プリンターに限らず、プロッター、ファクシミリ装置、コピー機等、各種のインクジェット式記録装置や、記録装置以外の液体噴射装置、例えば、ディスプレイ製造装置、電極製造装置、チップ製造装置等にも適用することができる。そして、ディスプレイ製造装置では、色材噴射ヘッドからＲ（Ｒｅｄ）・Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）・Ｂ（Ｂｌｕｅ）の各色材の溶液を噴射する。また、電極製造装置では、電極材噴射ヘッドから液状の電極材料を噴射する。チップ製造装置では、生体有機物噴射ヘッドから生体有機物の溶液を噴射する。

１…プリンター、２…記録ヘッド、３…インクカートリッジ、４…キャリッジ、５…記録紙、６…キャリッジ移動機構、７…プラテン、８…搬送機構、９…ガイドロッド、１０…リニアエンコーダー、１１…キャッピング部材、１２…ワイパー部材、１４…液体導入ユニット、１５…液体導入流路、１５ａ…導入針流路、１５ｂ…水平流路、１５ｃ…水平分岐流路、１５ｄ…水平分岐流路、１７…気泡室、１８…フィルター、１９…フィルター室、２０…導入針部、２１…液体導入孔、２２…流入口、２３…仕切板、２４…溝部、２６…ヘッドケース、２７…振動子ユニット、２８…流路ユニット、２９…収容空部、３０…ケース流路、３１…リザーバー、３２…圧電素子、３３…フレキシブルケーブル、３４…固定板、３５…流路形成基板、３６…ノズルプレート、３７…振動板、３８…インク供給口、３９…圧力室、４０…ノズル、４２…支持板、４３…弾性体膜、４４…ダイヤフラム部、４５…コンプライアンス部、４６…島部、８０…導入針部、８１…水平流路、８２…導入針流路、８３…気泡室、８４…溝部。

Claims (4)

1. 液体を供給する平面流路と、該平面流路に対して垂直に繋がる流入口と、該流入口に繋がり液体内の気泡を捕捉する気泡室と、を備え、
   前記平面流路が、１つの流路から時計回りと反時計回りの円周に沿った流路に分岐した後、再び合流する合流点において前記流入口に繋がっている液体供給装置。
2. 上記流入口は、水平方向において、前記気泡室の中央部に接続されている請求項１に記載の液体供給装置。
3. 上記円周に沿った流路における前記円周の内径は、前記１つの流路の内径よりも大きい請求項１または２に記載の液体供給装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか一項に記載の液体供給装置から供給される液体を、ノズルから噴射する液体噴射ヘッドを含む液体噴射装置。

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