JP2015071273A - 液滴吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 液滴吐出装置において、単純な構成で大容量の液体収容部内の圧力を精度よく制御することができ、液体収容部が外乱の影響を受けにくく、かつ液体収容手段内部で異物が発生しにくい構成を提供する。
【解決手段】インクジェット装置は、インク液滴を吐出するインクジェットヘッド８に供給するインクを収容する液体収容筐体を有するヘッドカートリッジ７を備える。ヘッドカートリッジ７は、主インクタンク９と、容積変更手段１２と、負圧発生手段と、制御棒１９を含む容積変更制御手段と、を有する。主インクタンク９は容積を変えられるもので、インクを収容してインクジェットヘッド８と連通する。容積変更手段１２は、主インクタンク９に連結され主インクタンク９の容積を変更するものである。該負圧発生手段は、主インクタンク９と連通し容積を変えられる補助インクタンク２０を含み、前記液体に対して負圧を発生させるものである。該容積変更制御手段の制御棒１９は、補助インクタンク２０の容積変化に伴って容積変更手段１２の動作を制御する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、液滴を吐出する液滴吐出ヘッドと該液滴吐出ヘッドに供給する液体を収容する液体収容筐体とを備えた液滴吐出装置に関し、特に、液体収容部の内圧を負圧に制御する負圧制御機構に関する。

印刷方法の一つとして、被印刷物にインク液滴を吐出して記録を行うインクジェット方式が考案され、近年は印刷以外の多様な分野にも応用されている。このようなインクジェット方式の液滴吐出装置（以下、インクジェット装置と呼ぶ）においては、液滴吐出ヘッドの吐出口でのインクのメニスカス状態を安定に維持し、吐出安定性を確保することが求められる。このため、インクを収容するインクタンクの内圧を制御することが必要である。該インクタンクとしては可撓性を有する容器が用いられることが多く、この種のインクタンクはインクの吐出に伴い容積が変化する。容積が変化するインクタンクの内圧を制御する方法として、下記の特許文献１，２等の技術が知られている。

特許文献１，２には、可撓性を有するインクタンクが収容部に収容されたインクジェット装置が開示されている。

特許文献１に記載の構成では、該インクタンクを収容する収容部は真空ポンプに接続されている。インクタンクの容積変化を、該インクタンクに当接させたレバーの移動量により検出し、検出された容積変化量に基づいて、収容部の内部の負圧が真空ポンプによって所定の負圧に制御される。それによってインクタンクの容積が変化し、インクタンクの内圧を制御することができる。

特許文献２に記載の構成では、インクタンクと接合された板部材が負圧発生用バネによってインクタンク内部より押圧されることで、インクタンクの内部が負圧に維持される。インクの吐出によってインクタンクの負圧が高くなると、収容部に設けられた一方向弁が板部材で押され、インクタンク内に大気が導入されて、インクタンクの内圧が回復する。

特許第３８０３１０８号明細書 特開第２００９−０２３１０８号公報

特許文献１に開示された構成では、インクタンクに当接させたレバーの移動量によりインクタンクの容積変化を検出する。検出されたインクタンクの容積変化量に基づいて、インクタンクの外圧、すなわち収容部の負圧を制御することによってインクタンク自身の変形量が制御され、それによってインクタンクの内圧が制御される。

しかし、インクタンクの一部の変形量のみをレバーにより検出して収容部の負圧を制御するため、負圧制御の精度を向上させることは難しい。大容量のインクタンクの場合、該インクタンクの変形量はさらに不均一である。したがって、インクタンクに当接させたレバーの移動量により検出したインクタンクの容積変化量に基づいて収容部の負圧を制御する構成では、負圧制御の精度を向上させることはさらに困難である。また、大容量のインクタンクの場合、インクタンク内のインクの重量が増大するため、インクタンク内のインクは装置自体の振動等による外乱の影響を受けやすくなる。その結果、液滴吐出ヘッドの吐出口からインクが漏れ出る可能性があり、インクタンクの大容量化は難しい。

特許文献２に開示された構成では、負圧発生用バネの伸縮とインクタンクの変形だけで負圧の制御を行うため、タンク内圧を精度よく制御するのが困難である。大容量のインクタンクの場合、インクタンク容量の増大に伴い負圧発生用バネの長さが増加する。これにより、インクタンク内部から負圧発生用バネによって、該インクタンクと接合された板部材を押圧する力の変化量が増加するので、タンク内圧を高精度に制御するのがさらに困難となる。

加えて、大容量のインクタンクの場合、特許文献１に開示された構成と同じ様にインクタンク内のインクの重量が増大するため、インクタンク内のインクは装置自体の振動等による外乱の影響を受けやすくなる。その結果、液滴吐出ヘッドの吐出口からインクが漏れ出る可能性があり、インクタンクの大容量化は難しい。さらに、インクタンクの内部に負圧発生用バネと一方向弁を設けているため、これらの動作の際に摩耗等により微細な粉塵が発生し、インクに混入する可能性がある。このような異物は製作物に欠陥を引き起こす場合がある。

そこで本発明は、上述した従来技術が有する課題を解決できるインクジェット装置を提供することを目的とする。その目的の一例として、大容量のインクタンクにおいて、より単純な構成でインクタンクの内圧を精度よく制御することにある。さらなる目的の一例として、インクタンクが外乱の影響を受けにくく、かつインクタンク内部でインクに異物が混入するおそれの少ない構成を提供することにある。

本発明は、液滴を吐出する液滴吐出ヘッドと、該液滴吐出ヘッドに供給する液体を収容する液体収容筐体と、を備える液滴吐出装置に係る。

この液滴吐出装置の一つの態様において、該液体収容筐体は、第一の液体収容手段と、容積変更手段と、第二の液体収容手段を含む負圧発生手段と、容積変更制御手段とを含むことを特徴とする。

該第一の液体収容手段は、液体を収容して液滴吐出ヘッドと連通し、容積を変えられるものである。該容積変更手段は、該第一の液体収容手段に連結され該第一の液体収容手段の容積を変更するものである。該負圧発生手段は、該第一の液体収容手段と連通し容積を変えられる第二の液体収容手段を含み該第二の液体収容手段内の液体に対して負圧を発生させるものである。該容積変更制御手段は、該第二の液体収容手段の容積変化に伴って該容積変更手段の動作を制御する。

このような態様では、第一の液体収容手段に連結された容積変更手段により該第一の液体収容手段の容積が変更される構成であるため該容積変更手段が作動しない限り該第一の液体収容手段は変形できず容積は変化しない。そのため、液滴吐出ヘッドから液滴が吐出されることで、該第一の液体収容手段内の液体が消費されても、該第二の液体収容手段の容積だけが変化（減少）することになる。このように第二の液体収容手段の容積変化が生じると、容積変更制御手段は、容積変更手段を動作させて、該第一の液体収容手段の容積を変更する（減少させる）。これにより、該第一の液体収容手段内の液体が該第二の液体収容手段に移動し、該第二の液体収容手段の容積が増加し元の容積に戻る。

つまり、負圧発生手段の第二の液体収容手段の容積が減少したら、第一の液体収容手段の容積を減少させて液体を該第一の液体収容手段から該第二の液体収容手段に移送することで、負圧発生手段の第二の液体収容手段の容積の減少量を補完するといった単純な構成で、負圧発生手段により第一の液体収容手段の内圧を一定範囲内に制御している。

また本態様では、液滴吐出ヘッドと第一の液体収容手段が連通し、該第一の液体収容手段に連結された容積変更手段により該第一の液体収容手段の容積が変更される構成である。
言い換えれば、容積変更手段が作動するまで第一の液体収容手段の容積は変更されない構成である。このため、第一の液体収容手段内の液体は液滴吐出装置自体の振動等による外力の影響を受けにくくなっている。その結果、該外力で液滴吐出ヘッドの吐出口から液体が漏れ出る可能性を低減でき、第一の液体収容手段の大容量化が容易である。

さらに、第一及び第二の液体収容手段において液体と接する部分に弁やバネは使用されていないため、微細な粉塵が液体内に混入するおそれの少ない液滴吐出装置を提供することができる。

本発明によれば、大容量の液体収容部において、単純な構成で液体収容部の内圧を精度よく制御することができる。さらに、該液体収容部が外乱の影響を受けにくく、かつ液体収容部内で液体に異物が混入するおそれを少なくすることができる。

第１の実施形態のインクジェット装置の装置本体の断面図である。 第１の実施形態のインクジェット装置の要素であるヘッドカートリッジの主要部断面図である。 第１の実施形態のインクジェット装置の主要部断面図である。 （a）は図２に示したヘッドカートリッジの動作を表す主要部断面図、（b）は図２に示したヘッドカートリッジの動作を表す主要部断面図、（c）は図２に示したヘッドカートリッジの動作を表す主要部断面図、（d）は図４（a）を矢印方向から見た場合の拡大図である。 図２に示したヘッドカートリッジの動作を説明するためのフローチャートである。 第２の実施形態のインクジェット装置の主要部断面図である。 第３の実施形態のインクジェット装置の主要部断面図である。 第４の実施形態のインクジェット装置の主要部断面図である。

以下、本発明のいくつかの実施形態について、図面を参照しながら説明する。ここでは、被印字物にインクで印刷を行うインクジェットヘッドを備えたインクジェット装置を例に挙げて説明するが、本発明の液滴吐出装置は、そのような印刷に限定されず、他の技術分野への適用も可能なものとする。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について、図１〜図４を用いて説明する。図１は、第１の実施形態のインクジェット装置の装置本体の主要部断面図であり、ヘッドカートリッジが搭載されていない状態のインクジェット装置を示している。

図１を参照すると、筐体を形成する装置本体１の内底にベースプレート２が設置され、ベースプレート２上に被印字物搬送部３が搭載されている。被印字物搬送部３には、被印字物４が不図示の吸着手段により搭載される。

装置本体１の内部であって被印字物搬送部３に対向する位置は、ヘッドカートリッジ（図１では図示していないが、図２のヘッドカートリッジ７）を搭載するヘッドカートリッジ搭載部５が設置されている。ヘッドカートリッジ搭載部５には、その搭載されたヘッドカートリッジの位置を規制するヘッドカートリッジガイド部６が設けられている。

図２は、ヘッドカートリッジ搭載部５に搭載可能なヘッドカートリッジ７の主要部断面図である。ヘッドカートリッジ７は、装置本体１のヘッドカートリッジ搭載部５に対して着脱可能に構成されている。ヘッドカートリッジ７の下部には、インク液滴を吐出する液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッド８が設けられている。ヘッドカートリッジ７を、図１に示したヘッドカートリッジ搭載部５に搭載したとき、ヘッドカートリッジ７の下部のインクジェットヘッド８が、被印字物搬送部３に対向する。

ヘッドカートリッジ７は、インクジェットヘッド８に供給されるインクを収容する液体収容筐体を有する。該液体収容筐体の内部には、該インクを収容する第一の液体収容手段である主インクタンク９と、主インクタンク９と接合された主インクタンクプレート１７とが設けられている。主インクタンク９は、可撓性を有する密閉状態（大気と連通しない状態）の容器が用いられていて容積変化する。

主インクタンク９の下部が、インクジェットヘッド８の吐出口１０に連通するインク流路に直接接続され、主インクタンク９の上部に主インクタンクプレート１７が接合されている。インクジェットヘッド８の吐出口１０は、ヘッドカートリッジ７が装置本体１に搭載された際に鉛直方向下向きを向くように配置されている。

装置本体１とヘッドカートリッジ７とは電気的に接続されている。従って、装置本体１から吐出信号をヘッドカートリッジ７に伝達することで、主インクタンク９内のインク１１が吐出口１０から液滴として吐出される。吐出される液体は、画像記録用の溶剤と色剤よりなる液体（インク）が典型的であるが、配線パターン用の導電性材料を含む液体、産業用及び画像記録用の紫外線（ＵＶ）硬化性液体等であってもよい。

主インクタンク９は樹脂等の材料で形成されており、側面に複数の屈曲部３０（例えば蛇腹状の部位）を備えている。従って、屈曲部３０の屈曲角度が変化することで主インクタンク９は一方向に容積を拡縮するように構成されている。

ヘッドカートリッジ７は、主インクタンク９に連結され主インクタンク９の容積を変更する容積変更手段１２（図２の二点鎖線領域内）を備えている。容積変更手段１２には、回転動作機構１３（図２の破線領域内）と、回転動作機構１３に駆動力を与える動力発生機構である、弾性体を渦巻き状に巻いてなるバネ１８（バネ機構）と、が設けられている。

バネ１８のバネ定数は小さく設定されており、渦巻き状のバネ１８の復元力により回転動作機構１３を回転させても回転動作機構１３に与える回転力の変化が小さい構成となっている。渦巻き状に巻かれているバネ１８は、回転動作機構１３を図２を矢印Ａ方向から見たときに反時計方向に回転する方向に回転力を与えるように構成されている。ここで、動力発生機構は、弾性体を渦巻き状に巻いてなるバネ１８に限定されるわけではなく、圧縮空気を用いた動力発生機構、滑車を介して重りによる動力発生機構等により構成されていてもよい。

回転動作機構１３は、雄ねじが形成された雄ねじ部１４と、その雄ねじに係合する雌ねじが形成された柱状の雌ねじ部１５と、雌ねじ部１５の側部に張り出すように設けられ雌ねじ部１５と共に回転する回転部１６と、を有している。回転部１６より下側の、雌ねじ部１５の周囲にはフランジ部２７が設けられている。

ヘッドカートリッジ７に設けられたフランジガイド部２６によりフランジ部２７が引っ掛かり、回転動作機構１３がヘッドカートリッジ７に対して図２の上方向へ抜けない構成となっている。また、雌ねじ部１５の下端には摺動部３１が設けられている。摺動部３１は、ヘッドカートリッジ７の内部に設けられた壁における摺動面３２と摺動しながら回転する。

主インクタンク９は側面の屈曲部３０によって一方向（図２の上下方向）に伸縮しやすい形状を有しており、該一方向における主インクタンク９の一端部がヘッドカートリッジ７の筐体内壁に固定されている。該一方向における主インクタンク９の他端部は自由に移動できるが、その他端部の外面に板部材である主インクタンクプレート１７が設けられ、雄ねじ部１４は、主インクタンクプレート１７に連結されている。したがって、雄ねじ部１４を図２の下方向への移動させることによってのみ、主インクタンク９の屈曲部３０を変形させて主インクタンク９の容積を減少させることができる。

また、動力発生機構であるバネ１８は、弾性力を与えられた状態で一端が雌ねじ部１５に取付けられ、他端がヘッドカートリッジ７の筐体内壁に取り付けられている。

図２を矢印Ａ方向から見たときの反時計方向に回転部１６を回転させると、雄ねじ部１４は図２の下方向へ移動する。尚、その時計方向に回転部１６を回転させれば雄ねじ部１４が下方向に移動するように、雄ねじと雌ねじの配置を逆に構成してもよい。

さらに、ヘッドカートリッジ７は、主インクタンク９の内部のインクに負圧を与える負圧発生手段を備えている。本実施形態の負圧発生手段は、可撓性を有する第二の液体収容手段である補助インクタンク２０と、主インクタンク９と補助インクタンク２０とを連通させる連通部２１と、を有する。

補助インクタンク２０は、可撓性を有する樹脂等の材料で形成された密閉状態（大気と連通しない状態）の容器からなり、該容器の側面に複数の屈曲部を備えている。従って、その屈曲部の屈曲角度が変化することで補助インクタンク２０の容積は変化する。補助インクタンク２０の側面の屈曲部の肉厚は、主インクタンク９の屈曲部３０の肉厚より薄く構成されている。このため、補助インクタンク２０は主インクタンク９よりも容易に容積変化することができる。

インク１１は、主インクタンク９と補助インクタンク２０との間を連通部２１を介して移動できる。すなわち、主インクタンク９と連通部２１と補助インクタンク２０とを合わせた部分がインクを収容する部分である。補助インクタンク２０の上部には、補助インクタンクプレート２４が接合されている。本発明の技術は、インク容量によって限定されないが、主インクタンク９のインク容量が大きいものほど適している。

負圧発生手段は、さらに、弾性体であるインクタンクバネ２３を有している。インクタンクバネ２３は、一端が補助インクタンクプレート２４に、他端がヘッドカートリッジ７内部の壁に、引張力を発生した状態（予張力を与えられた状態）で取り付けられている。インクタンクバネ２３は、主インクタンク９と連通部２１と補助インクタンク２０内のインク１１に対して液滴吐出ヘッド８の吐出口１０から液滴を吐出するのに適した負圧を発生させている。

ヘッドカートリッジ７は、さらに、負圧発生手段の補助インクタンク２０の容積変化に伴って容積変更手段の回転動作機構１３の動作を制御する容積変更制御手段を備えている。

容積変更制御手段は、補助インクタンクプレート２４に連結された制御部である制御棒１９を有している。制御棒１９は、ヘッドカートリッジ７の内部の壁に設けられた制御棒ガイド２２によって図２の上下方向に摺動するように設定されている。制御棒１９はさらに、補助インクタンク２０の容積変化に伴って、回転部１６に設けられた回転羽根部２５に接触可能に設定されている。図２においては、制御棒１９は回転羽根部２５に接触した状態である。この状態では回転部１６は制御棒で回転を止められているため、主インクタンク９の容積は変化しない。そのため、ヘッドカートリッジ７を例えば運搬する際には、大容量の主インクタンク９の容積は変化せず、補助インクタンク２０の容量は主インクタンク９より小さいために外部振動の影響を受けにくい。つまり、主インクタンク９が大容量化されていても、本実施態様は吐出口１０からインク１１が漏れにくい構成となっている。

ヘッドカートリッジ７には、ヘッドカートリッジ７を装置本体１に対して位置を規定するための位置決め部２８が設けられている。

図３は、ヘッドカートリッジ７を装置本体１に搭載した状態を示すインクジェット装置の主要部断面図である。装置本体１のヘッドカートリッジ搭載部５にヘッドカートリッジ７が搭載される。このとき、ヘッドカートリッジ７に設けられている位置決め部２８をヘッドカートリッジ搭載部５内のヘッドカートリッジガイド部６に当接させることにより、装置本体１に対してヘッドカートリッジ７の位置が規定される。

また図３には、主要部の寸法としてａからｆの記号が記載されている。以下にａからｆの寸法の一例を示す。

主インクタンク９の内壁の幅ａは8.5ｃｍ、奥行き8.5ｃｍ（不図示）であり、高さｂは3.5ｃｍである。主インクタンク９の容量は、約250ｍＬ（8.5ｃｍ×8.5ｃｍ×3.5ｃｍ＝253ｍＬ）であり、この量は一般的なインクジェットプリンタの中では大容量の部類である。雄ねじ部１４の外径ｃは1ｃｍであり、回転羽根部２５の、制御棒１９と接触する部分の直径ｄは11ｃｍである。補助インクタンク２０の内径ｅは直径3.5ｃｍである。雌ねじ部１５の摺動部３１の直径ｆは2ｃｍである。

主インクタンクプレート１７の幅は、主インクタンク９の内壁の幅ａと同一であり、8.5ｃｍである。主インクタンクプレート１７の奥行きは、主インクタンク９の内壁の奥行き（不図示）と同一であり、8.5ｃｍである。なお、各主要部の寸法については、主インクタンク９の容量に応じて適宜異なる寸法にて各部材を構成することも可能であり、本発明が上述した各数値に限定されるわけではない。

インクタンクバネ２３は、図３に示した状態で補助インクタンク２０にゲージ圧（対大気圧）として−1ｋＰａ（0.1Ｎ／ｃｍ²）の負圧を発生させている。補助インクタンク２０の内径ｅは直径3.5ｃｍであるので、補助インクタンク２０の、補助インクタンクプレート２４と接している面の面積は9.6ｃｍ²である（π×（3.5ｃｍ／２）²＝9.6ｃｍ²）。そのため、２本設けられているインクタンクバネ２３は、１本当たり0.48Ｎの予張力を発生している（0.1Ｎ／ｃｍ²×9.6ｃｍ²／２本＝0.48Ｎ）。このとき、制御棒１９の、回転羽根部２５に対する引っ掛かり量は1ｍｍである。インクタンクバネ２３のバネ定数は、0.005Ｎ／ｍｍである。

主インクタンクプレート１７の幅は8.5ｃｍ、奥行きは8.5ｃｍであるため、主インクタンクプレート１７の、主インクタンク９と接している面積は72ｃｍ²である（8.5ｃｍ×8.5ｃｍ＝72ｃｍ²）。

主インクタンク９内の圧力は補助インクタンク２０内の圧力と同一であるので、主インクタンク９内の圧力はゲージ圧（対大気圧）として−1ｋＰａ（0.1Ｎ／ｃｍ²）である。そのため、主インクタンク９から主インクタンクプレート１７には7.2Ｎの力が図３の下方向へ作用している（0.1Ｎ／ｃｍ²×72ｃｍ²＝7.2Ｎ）。雄ねじ部１４は主インクタンクプレート１７と連結しているので、雄ねじ部１４には7.2Ｎの力が図３の下方向へ作用している。雌ねじ部１５のねじ部は、雄ねじ部１４のねじ部と摺動しながら回転する。

雌ねじ部１５の材質を摺動に適したポリアセタール（ＰＯＭ）とし、雄ねじ部１４の材質を鋼とした場合、表面状態によるが一般的にポリアセタール（ＰＯＭ）と鋼の静止摩擦係数は0.2程度である。そのため、雄ねじ部１４と雌ねじ部１５の静止摩擦力は1.4Ｎ（7.2Ｎ×0.2（ポリアセタール（ＰＯＭ）と鋼の静止摩擦係数）＝1.4Ｎ）である。雄ねじ部１４の外径ｃは1ｃｍであるので、雄ねじ部１４と雌ねじ部１５の静止摩擦力により発生するトルクは、0.7Ｎｃｍである（1.4Ｎ×1ｃｍ／２＝0.7Ｎ）。

雄ねじ部１４と雌ねじ部１５の材質、表面状態、表面処理を摺動に適した構成とすることで、雄ねじ部１４と雌ねじ部１５の間の静止摩擦力を減少させることは可能である。

また、雌ねじ部１５の摺動部３１は、カートリッジ７に設けられた摺動面３２と摺動しながら回転する。雌ねじ部１５には雄ねじ部１４から7.2Ｎの力が図３の下方向へ作用している。カートリッジ７に設けられた摺動面３２の材質を鋼とすると、摺動部３１と摺動面３２の静止摩擦力は1.4Ｎである（7.2Ｎ×0.2（ポリアセタール（ＰＯＭ）と鋼の静止摩擦係数）＝1.4Ｎ）。雌ねじ部１５の摺動部３１の直径ｆは2ｃｍであるので、摺動部３１と摺動面３２の静止摩擦力により発生するトルクは、1.4Ｎｃｍである（1.4Ｎ×2ｃｍ／２＝1.4Ｎｃｍ）。摺動部３１と摺動面３２の材質、表面状態、表面処理は摺動に適した構成とすることは可能である。

さらに、摺動部３１と摺動面３２の摺動負荷を減少させ動作安定性を向上させるために、静止摩擦係数及び動摩擦係数の小さなボールベアリング（スラスト玉軸受）を使用してもよい。ボールベアリング（スラスト玉軸受）の一般的な静止摩擦係数は、0.01である。摺動面３２にボールベアリング（スラスト玉軸受）を設け、雌ねじ部１５をボールベアリング（スラスト玉軸受）にて回動可能に支持する。この場合、ボールベアリング（スラスト玉軸受）における静止摩擦力は0.072Ｎである（7.2Ｎ×0.01（ボールベアリング（スラスト玉軸受）の静止摩擦係数）＝0.072Ｎ）。ボールベアリング（スラスト玉軸受）のボールによる支持部の半径を1ｃｍとする。この場合、ボールベアリング（スラスト玉軸受）における静止摩擦力により発生するトルクは、0.072Ｎｃｍである（0.072Ｎ×１ｃｍ＝0.072Ｎｃｍ）。

雄ねじ部１４と雌ねじ部１５の静止摩擦力により発生するトルクと、ボールベアリング（スラスト玉軸受）を使用しない場合の摺動部３１と摺動面３２の静止摩擦力により発生するトルクの合計トルクは、2.1Ｎｃｍである（0.7Ｎｃｍ+1.4Ｎｃｍ＝2.1Ｎｃｍ）。

図３を矢印Ｂ方向から見たときに雌ねじ部１５を反時計方向に回転させる方向に弾性体を渦巻き状に巻いてなるバネ１８により、雌ねじ部１５に対して2.38Ｎｃｍのトルクが与えられている。ここで、バネ１８により雌ねじ部１５に対して与えられるトルクから前述の静止摩擦力による合計トルク（2.1Ｎｃｍ）を除くと0.28Ｎｃｍとなる（2.38Ｎｃｍ−2.1Ｎｃｍ＝0.28Ｎｃｍ）。

他方、雄ねじ部１４と雌ねじ部１５の静止摩擦力により発生するトルクと、摺動面３２にボールベアリング（スラスト玉軸受）を設けた場合の静止摩擦力により発生するトルクの合計トルクは、0.77Ｎｃｍである（0.7Ｎｃｍ+0.072Ｎｃｍ＝0.77Ｎｃｍ）。

この場合、図３を矢印Ｂ方向から見たときに雌ねじ部１５を反時計方向に回転させる方向に弾性体を渦巻き状に巻いてなるバネ１８により、雌ねじ部１５に対して1.05Ｎｃｍのトルクが与えられている。ここで、バネ１８により雌ねじ部１５に対して与えられるトルクから前述の静止摩擦力による合計トルク（0.77Ｎｃｍ）を除くと0.28Ｎｃｍとなる（1.05Ｎｃｍ−0.77Ｎｃｍ＝0.28Ｎｃｍ）。

制御棒１９は、回転部１６に設けられた回転羽根部２５により0.05Ｎの押圧力にて押圧されている（0.28Ｎｃｍ／（11ｃｍ／２）＝0.05Ｎ）。

次に、ヘッドカートリッジ７の動作を図面を参照しながら説明する。

図４の（ａ）〜（ｃ）は、装置本体１に搭載したヘッドカートリッジ７の動作を示す主要部断面図である。また、図４の（ｄ）は、図４の（ａ）を矢印Ｃ方向から見た構成の拡大図である。尚、図４（ｄ）では、分かりやすくするために制御棒１９の傾き及び制御棒ガイド２２と制御棒１９の隙間を誇張して図示している。

インクジェットヘッド８から液滴２９を吐出することで、主インクタンク９内の負圧が0.1ｋＰａ（0.01Ｎ／ｃｍ²）変動した場合を想定する。この場合、補助インクタンクプレート２４には、0.096Ｎの力が図４（ａ）における下方向へ作用する（0.01Ｎ／ｃｍ²×9.6ｃｍ²＝0.096Ｎ）。そのため、制御棒１９には0.096Ｎの力が図４（ａ）における下方向へ作用する。

回転羽根部２５と制御棒ガイド２２を、摺動に適したポリアセタール（ＰＯＭ）で作製し、制御棒１９を鋼で作製した場合、制御棒１９と回転羽根部２５の静止摩擦力は、0.01Ｎである（0.05Ｎ×0.2（ポリアセタール（ＰＯＭ）と鋼の静止摩擦係数）＝0.01Ｎ）。

図４（ｄ）に示したように、制御棒１９が回転羽根部２５により押圧される部分と制御棒ガイド２２の上端部との間の距離（ｇ）と、制御棒ガイド２２の上端部と制御棒ガイド２２の下端部との間の距離（ｈ）は同一である。

制御棒１９が回転羽根部２５により0.05Ｎの押圧力にて押圧された場合、制御棒ガイド２２の上端部と制御棒ガイド２２の下端部とが制御棒１９と接する。制御棒１９が回転羽根部２５から0.05Ｎの押圧力にて押圧されているため、制御棒１９は反力として回転羽根部２５を0.05Ｎの押圧力（図４（ｄ）に符号アで示す矢印方向の力）にて押圧する。また、制御棒１９は、制御棒ガイド２２の下端部を0.05Ｎの押圧力（図４（ｄ）に符号イで示す矢印方向の力）にて押圧する。さらに制御棒１９は、制御棒ガイド２２の上端部を0.1Ｎ押圧力（図４（ｄ）に符号ウで示す方向の力）にて押圧する。

制御棒ガイド２２の上端部と制御棒１９との間での静止摩擦力は、0.01Ｎである（0.05Ｎ×0.2（ポリアセタール（ＰＯＭ）と鋼の静止摩擦係数）＝0.01Ｎ）。制御棒ガイド２２の下端部と制御棒１９との間での静止摩擦力は、0.02Ｎである（0.1Ｎ×0.2（ポリアセタール（ＰＯＭ）と鋼の静止摩擦係数）＝0.2Ｎ）。

制御棒１９と回転羽根部２５との間での静止摩擦力0.01Ｎと、制御棒ガイド２２の上端部と制御棒１９との間での静止摩擦力0.02Ｎと、制御棒ガイド２２の下端部と制御棒１９との間での静止摩擦力0.01Ｎと、を合計した静止摩擦力は0.04Ｎである。ここで、摺動部分の摺動負荷を減少させ動作安定性を向上させるために、回転羽根部２５と制御棒ガイド２２と制御棒１９それぞれの材質、表面状態、表面処理は摺動に適した構成とすることが好ましい。

主インクタンク９内の負圧が0.1ｋＰａ変動した場合の制御棒１９に作用する力は、上述したように下方向へ0.096Ｎである。制御棒１９と回転羽根部２５の間、並びに制御棒１９と制御棒ガイド２２の上端部及び下端部それぞれの間における静止摩擦力の合計は0.04Ｎであるため、制御棒１９は下方向へ移動可能である。ただし、実際には主インクタンク９内の負圧が0.043ｋＰａ（0.0043Ｎ／ｃｍ²）変動した場合、補助インクタンクプレート２４には、0.041Ｎの力が図４（ａ）における下方向へ作用する（0.0043Ｎ／ｃｍ²×9.6ｃｍ²＝0.041Ｎ）。その結果、前述の静止摩擦力よりも補助インクタンクプレート２４に対して図４（ａ）における下方向へ作用する力が大きくなるため、制御棒１９は下方向へ移動する。

制御棒１９が下方向へ移動した状態の図が図４（ｂ）である。主インクタンク９内の負圧が0.043ｋＰａ変動した場合には、補助インクタンクプレート２４には、0.041Ｎの力が図４（ｂ）の下方向へ作用する。その結果、インクタンクバネ２３は1ｍｍ伸び、制御棒１９は回転羽根部２５から離れる。その結果、インクタンクバネ２３が補助インクタンクプレート２４を図４（ｂ）の上方向へ引張る力は、0.01Ｎ増加する（0.005Ｎ／ｍｍ×1ｍｍ×２本＝0.01Ｎ）。

インクタンクバネ２３が1ｍｍ伸びたことで、補助インクタンク２０内のインクが、0.96ｍＬ減少する。その結果、回転部１６と連結された雌ねじ部１５は、図４（ｂ）を矢印Ｄ方向から見たときに反時計方向に回転する方向に回転する。

雌ねじ部１５の１回転での送り量を1ｍｍとすると、主インクタンク９の断面積は72.3ｃｍ²（8.5ｃｍ×8.5ｃｍ＝72.3ｃｍ²）であるので、雌ねじ部１５の回転角度は４８°である（0.96ｃｍ³（ｍＬ）／72.3ｃｍ²／0.1ｃｍ×360°＝48°）。そして、図４（ｃ）に示したように雄ねじ部１４は、0.13ｍｍ下方向へ移動し（0.96ｍＬ／72.3ｃｍ²×１０＝0.13ｍｍ）、主インクタンク９の側面の屈曲部３０の屈曲角度が変化し容積が0.96ｍＬ減少する。（図４（ｃ）では、分かりやすくするために主インクタンク９の変形を誇張して記載している。）
このとき主インクタンク９の0.96ｍＬのインクが、連通部２１を通過して補助インクタンク２０に移動する。そして、補助インクタンク２０の容積が0.96ｍＬ増加し、制御棒１９が1ｍｍ上昇する。

制御棒１９が１ｍｍ上昇した結果、制御棒１９は、回転羽根部２５と接触し、図４（ｃ）を矢印Ｅ方向から見たときに反時計方向に回転していた回転部１６の回転は停止する。

なお、主要部の寸法以外の上述した各数値も、１つの例として記載しており、主インクタンク９の容量に応じて適宜異なる数値にて各部材を構成することは可能である。つまり本発明が上述した各数値に限定されるわけではない。

図５は、装置本体１に搭載したヘッドカートリッジ７の動作を示すフローチャートである。

ステップ１（以下、ステップをＳ と略す。）にて吐出口１０から液滴を吐出する。Ｓ２にて、補助インクタンク２０の容積が減少する。Ｓ３にて、制御棒１９が回転羽根部２５から離れる。Ｓ４にて、回転部１６が回転する。Ｓ５にて、雄ねじ部１４が下降する。Ｓ６にて、主インクタンク９の容積が減少する。Ｓ７にて、補助インクタンク２０の容積が増加する。Ｓ８にて、制御棒１９が回転羽根部２５と接触する。Ｓ９にて、回転部１６の回転が停止する。以上にてフローは終了する。

このようにして、主インクタンク９の内圧は一定範囲内に制御され、吐出口１０のメニスカス状態が安定的に保たれ、吐出口１０からの吐出の安定性を確保することができる。

また本態様では、吐出口１０からの吐出で補助インクタンク２０の容積が減少した際、雌ねじ部１５が回転されることによって、主インクタンクプレート１７に連結された雄ねじ部１４の端部が移動する。その結果、主インクタンク９の一部が変形し、主インクタンク９の容積が減少する。これに伴い、主インクタンク９のインクが連通部２１を介して補助インクタンク２０に移動して、補助インクタンク２０の容積が増加し、元の容積になる。このような比較的簡単な構成で、本発明は主インクタンク９の内圧を一定範囲内に制御できるようになっている。

また、大容量の主インクタンク９は回転動作機構１３の雄ねじ部１４に連結され、雌ねじ部１５の回転動作により雄ねじ部１４の先端が主インクタンク９の上部を変形させて、主インクタンク９の容積を変更する構成である。言い換えれば、雌ねじ部１５の回転動作が停止している間は主インクタンク９の容積は変化しない構成である。このため、主インクタンク９内のインクはインクジェット装置自体の振動等による外力の影響を受けにくくなっている。その結果、インクジェットヘッドの吐出口１０からインクが漏れ出る可能性を低減でき、主インクタンク９の大容量化が容易である。

また、主インクタンク９や補助インクタンク２０においてインク１１と接する部分に弁やバネは使用されていない。このため、インク１１内に微細な異物が混入するおそれの少ないインクジェット装置を提供することができる。

なお、上述したインクジェットヘッド８はヘッドカートリッジ７の下部に設けられているが、ヘッドカートリッジ７とは分離されて、チューブ等を介して主インクタンク９と接続された構成であってもよい。この構成の場合、インクジェットヘッド８内のインクに対してヘッドカートリッジ７より負圧を与えられるようにインクジェットヘッド８を配置することが望ましい。また、ヘッドカートリッジ搭載部５の底部にインクジェットヘッド８を設け、ヘッドカートリッジ７がヘッドカートリッジ搭載部５に搭載された際にインクジェットヘッド８と主インクタンク９とが接続される構成であってもよい。これらの変更は、以下に説明する第２〜第４の実施形態に対しても適用しえる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態について、図６を用いて説明する。第１の実施形態と同じ構成については、同じ符号を付けてその説明を省略する。図６は、第２の実施形態のヘッドカートリッジ１０７を装置本体１に搭載した状態の主要部断面図である。第１の実施形態では、液体収容手段が、樹脂等の可撓性を有する材料で作られており、側面に複数の屈曲部３０を備えた主インクタンク９として構成されていた。そして屈曲部３０の屈曲角度が変化することで主インクタンク９の容積は変化するものであった。（図２参照）
しかし第２の実施形態では、液体収容手段は、シリンジ部１４２と、シリンジ部１４２の内壁面に気密に密着しながら摺動するピストン部１４１と、を有する。

シリンジ１４２の注出部はインクジェットヘッド８と連通している。ピストン１４１がピストンプレート１７を介して容積変更手段１２の雄ねじ部１４と連結されている。雄ねじ部１４がピストンプレート１７を介してピストン部１４１をシリンジ部１４２に対して摺動させることで、シリンジ部１４２内のインク１１を収容する容積を減少させる。ピストン部１４１は図６における下方向にのみ移動するため、シリンジ部１４２の内壁面とピストン部１４１の摺動により粉塵が発生してもインク１１内に粉塵等の異物が入りにくい構成となっている。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態について図７を用いて説明する。第１の実施形態と同じ構成については、同じ符号を付けてその説明を省略する。

図７は、第３の実施形態のヘッドカートリッジ２０７を装置本体１に搭載した状態の主要部断面図である。第１の実施形態では、回転部１６に設けられた回転羽根部２５に制御棒１９が接触する構成であった（図２参照）。

しかし第３の実施形態では、容積変更制御手段が、回転動作機構２１３の回転部１６の周端に回転羽根部２５に代えて設けられた回転部ギア２４１と、回転部ギア２４１と連動する増速機構２４２と、を有している。

増速機構２４２は、回転部ギア２４１と噛み合うギア部２４３と、ギア部２４３と連結されたギア軸２４４と、を有している。ギア軸２４４は、ヘッドカートリッジ２０７の内部の壁に固定された上部軸受部２４５と下軸受部２４６により回動可能に支持されている。ギア軸２４４は、増速回転部２４７とも連結されている。増速回転部２４７の端部には、増速回転羽根部２４８が設けられている。増速回転羽根部２４８は、第１の実施形態の回転羽根部２５と同じように制御棒１９と接触可能とされている。増速回転部２４７と増速回転羽根部２４８とが、増速機構２４２により増速される可動部を成している。

回転部１６を図７の矢印Ｆ方向から見て反時計方向へ回転させると、回転部ギア２４１を介してギア部２４３が矢印Ｆ方向から見て時計方向に回転し、ギア軸２４４、増速回転部２４７、増速回転羽根部２４８が矢印Ｆ方向から見て時計方向に回転する。

回転部ギア２４１の直径（ピッチ円直径）よりもギア部２４３の直径（ピッチ円直径）を小さく構成しているため、回転部ギア２４１の回転速度よりもギア部２４３の回転速度は増加する構成である。そして、ギア部２４３の直径（ピッチ円直径）よりも増速回転羽根部２４８の直径を大きく、かつ回転部ギア２４１の直径（ピッチ円直径）よりも増速回転羽根部２４８の直径を小さく構成している。

このような構成によれば、回転部ギア２４１の外周端部に制御棒２１９を接触させる場合（図２に示したように構成する場合）の制御棒１９に作用する力よりも、増速回転羽根部２４８の外周端部に制御棒１９を接触させる場合（図７の構成）の制御棒１９に作用する力を小さく構成することが可能である。

制御棒１９に作用する力を小さくすることで、制御棒１９を図７の下方向へ動作させる場合の、増速回転羽根部２４８と制御棒１９の間の静止摩擦力を低減させることが可能となるので、制御棒１９の動作の確実性を向上させることができる。

また、制御棒１９にリンクを設け、リンクを介して増速回転羽根部２４８に制御棒１９を接触させる構成とすることも可能である。また、図７においては、制御棒１９が増速回転羽根部２４８に引っ掛かる構成となっているが、増速回転部２４７に凹凸面を設け、制御棒１９の端部が、増速回転部２４７に設けられた凹凸面に接触し、引っ掛かる構成とすることも可能である。

（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態について図８を用いて説明する。第１の実施形態と同じ構成については、同じ符号を付けてその説明を省略する。

図８は、第４の実施形態のヘッドカートリッジ３０７を装置本体１に搭載した状態の主要部断面図である。第１の実施形態では、回転部１６に設けられた回転羽根部２５に制御棒１９が接触する構成であった（図２参照）。また、第３の実施形態では、容積変更制御手段が、回転動作機構１３の回転部１６の周端に設けられた回転部ギア２４１と連動する増速機構２４２を有している構成であった（図７参照）。

しかし第４の実施形態では、容積変更制御手段が、回転動作機構１３の回転部１６に設けられた回転部プーリー３４１と、回転部プーリー３４１とベルト３４９にて連動するように構成された増速機構３４２と、を有している。

増速機構３４２は、プーリー部３４３と、プーリー部３４３と連結されたプーリー軸３４４とを有している。プーリー部３４３は、ベルト３４９にて回転部プーリー３４１と連動する構成である。プーリー軸３４４は、ヘッドカートリッジ２０７の内部の壁に固定された上部軸受部３４５と下軸受部３４６により回動可能に支持されている。プーリー軸３４４は、増速回転部３４７とも連結されている。増速回転部３４７には、増速回転羽根部３４８が設けられている。増速回転羽根部３４８は、第１の実施形態の回転羽根部２５と同じように制御棒１９と接触可能とされている。増速回転部３４７と増速回転羽根部３４８とが、増速機構３４２により増速される可動部を成している。

回転部１６を図８のＧ方向から見て反時計方向へ回転させると、回転部プーリー３４１を介してプーリー部３４３が矢印Ｇ方向から見て反時計方向に回転する。その結果、プーリー軸３４４、増速回転部３４７、増速回転羽根部３４８が矢印Ｇ方向から見て反時計方向に回転する。

回転部プーリー３４１の直径（ピッチ円直径）よりもプーリー部３４３の直径（ピッチ円直径）を小さく構成しているため、回転部プーリー３４１の回転速度よりもプーリー部３４３の回転速度は増加する構成である。そして、プーリー部３４３の直径（ピッチ円直径）よりも増速回転羽根部３４８の直径を大きく、かつ回転部プーリー３４１の直径（ピッチ円直径）よりも増速回転羽根部２４８の直径を小さく構成している。

このような構成によれば、回転部プーリー３４１の外周端部に制御棒１９を接触させる場合の制御棒１９に作用する力よりも、増速回転羽根部３４８の外周端部に制御棒１９を接触させる場合の制御棒１９に作用する力を小さく構成することが可能である。

制御棒１９に作用する力を小さくすることで、制御棒１９を図８の下方向へ動作させる場合の、増速回転羽根部３４８と制御棒３１９の間の静止摩擦力を低減させることが可能となるので、制御棒３１９の動作の確実性を向上させることができる。

また、制御棒１９にリンクを設け、リンクを介して増速回転羽根部３４８に制御棒１９を接触させる構成とすることも可能である。また、図８においては制御棒１９が増速回転羽根部３４８に引っ掛かる構成となっているが、第３の実施形態と同様に増速回転部３４７に凹凸面を設け、制御棒１９の端部が増速回転部３４７に設けた凹凸面に接触し、引っ掛かる構成とすることも可能である。

７・・・ヘッドカートリッジ
８・・・インクジェットヘッド（液滴吐出ヘッド）
９・・・主インクタンク（第一の液体収容手段）
１１・・・インク（液体）
１２・・・容積変更手段
１９・・・制御棒（容積変更制御手段の一部）
２０・・・補助インクタンク（負圧発生手段の一部、第二の液体収容手段）
２１・・・連通部（負圧発生手段の一部）
２３・・・インクタンクバネ（負圧発生手段の一部）

Claims (12)

1. 液滴を吐出する液滴吐出ヘッドと、該液滴吐出ヘッドに供給する液体を収容する液体収容筐体と、を備える液滴吐出装置において、前記液体収容筐体は、前記液体を収容して前記液滴吐出ヘッドと連通し容積を変えられる第一の液体収容手段と、前記第一の液体収容手段に連結され前記第一の液体収容手段の容積を変更する容積変更手段と、前記第一の液体収容手段と連通し容積を変えられる第二の液体収容手段を含み該第二の液体収容手段の中の前記液体に対して負圧を発生させる負圧発生手段と、前記第二の液体収容手段の容積変化に伴って前記容積変更手段の動作を制御する容積変更制御手段と、を有することを特徴とする液滴吐出装置。
2. 前記第一の液体収容手段が一方向に容積を拡縮するように構成されており、該一方向における該第一の液体収容手段の一端部が固定され、該一方向における該第一の液体収容手段の他端部が前記容積変更手段と連結されている、請求項１に記載の液滴吐出装置。
3. 前記第一の液体収容手段は可撓性を有する容器からなり、該容器が一方向に伸縮しやすい形状を有し、該一方向における該容器の一端部が固定され、該一方向における該容器の他端部が前記容積変更手段と連結されている、請求項２に記載の液滴吐出装置。
4. 前記第一の液体収容手段はシリンジとピストンからなり、該シリンジが固定され、前記ピストンが前記容積変更手段と連結されている、請求項２に記載の液滴吐出装置。
5. 前記容積変更手段は、雄ねじを有する雄ねじ部と該雄ねじに係合する雌ねじを有する雌ねじ部とを含む回転動作機構を有し、該雄ねじ部と該雌ねじ部のうちの一方のねじ部が回転されることにより、もう一方のねじ部の端部が前記第一の液体収容手段の一部を変形または移動させて、前記第一の液体収容手段の容積を変更する、請求項１から４のいずれか１項に記載の液滴吐出装置。
6. 前記容積変更手段は、前記回転動作機構の回転する側のねじ部に回転力を与える動力発生機構を有する、請求項５に記載の液滴吐出装置。
7. 前記動力発生機構は、弾性体を渦巻き状に巻いてなるバネ機構により構成されている、請求項６に記載の液滴吐出装置。
8. 前記容積変更制御手段は、前記回転動作機構の回転する側のねじ部と接触して回転を止めることが可能な制御部を有する、請求項５から７のいずれか１項に記載の液滴吐出装置。
9. 前記容積変更制御手段は、前記回転動作機構の回転する側のねじ部と連動して回転する増速機構と、該増速機構により増速された可動部に接触して回転を止めることが可能な制御部を有する、請求項５から７のいずれか１項に記載の液滴吐出装置。
10. 前記第二の液体収容手段は、可撓性を有する容器からなる、請求項１から９のいずれか１項に記載の液滴吐出装置。
11. 前記負圧発生手段は、前記第二の液体収容手段をなす前記容器に少なくとも一端が取り付けられ、予張力を与えられた弾性体を有する、請求項１０に記載の液滴吐出装置。
12. 前記液滴吐出ヘッドは前記液体収容筐体に設けられている、請求項１から１１のいずれか１項に記載の液滴吐出装置。

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