JP2018167512A - 液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液体吐出ヘッド内部の液量の誤検出を防止することが可能な液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置を提供する。【解決手段】液体吐出ヘッド２０は、液体および空気を収容可能な液室２１と、液室２１に収容された液体を吐出する吐出口２５Ｂと、液室２１に収容された空気を外部へ排出可能な気体排出部２６と、液室内部に液体を供給する液体供給部２２とを備える。さらに液体吐出ヘッド２０は、液室２１に収容された液体の液面を検出する液面検出手段７０と、気体排出部２６と液面検出手段７０との間に空気路が形成されるように液体供給部２２から液室２１へ供給される液体の流路を変更させる流路変更手段８１とを有する。【選択図】図５

Description

本発明は、液体を吐出可能な液体吐出ヘッド、および、それを備える液体吐出装置に関する。

インクなどの液体を吐出して記録を行う液体吐出装置には、画像を形成するためのインクや画質向上のための処理液などを吐出する液体吐出ヘッドが設けられている。このような液体吐出ヘッドとしては、液体貯蔵タンクから供給される液体を収容する液室と、液室に供給された液体が充填される複数の液路を備えたものが知られている。各液路内には電気熱変換体（ヒータ）やピエゾ素子などの吐出エネルギー発生素子が備えられている。この吐出エネルギー発生素子を駆動することにより、液路内の液体が液路の端部に形成されている吐出口から吐出され、吐出された液体が記録媒体に着弾することによって画像が形成される。

このような液体吐出ヘッドの内部は、吐出口から安定的に液体を吐出するために一定の負圧に維持されていることが必要となる。そのため、液体吐出装置には、液体吐出ヘッド内の負圧を維持するための構成が設けられている。このような構成を有する液体吐出ヘッドとして、特許文献１には、液室内に液体を供給するための液体供給部とは別に、液室内に対し液体や気体の流出および流入を可能とする連通孔を設けた液体吐出ヘッドが開示されている。この液体吐出ヘッドでは、連通孔に接続されたポンプにより、連通孔を介して液室内の空気や液体の流出、流入を行うことにより、液体吐出ヘッド内の圧力を調整することが可能になっている。従って、例えば、連通孔から液室内の空気を流出させて液室内の負圧を高めることにより、液体貯蔵タンクと液体吐出ヘッドとを連結する液体供給部を介して、液室（インク室）内にインクを補給することができる。また、液室内に液室内の液量を検出するために液面センサを設け、検出された液面に従って液室内の液量を判断し、判断した液量に応じてポンプを駆動することにより液室内の液量の確保、調整が可能になっている。

特開２０１５−２１４１６６号公報

しかしながら、特許文献１に開示の液体吐出ヘッドでは、液体吐出ヘッドの液室が液体供給部から供給された液体によって２つの領域に分断され、その２つの領域において空気の流通が遮断されることがある。この場合、分断された一方の領域に位置する連通口から空気およびインクの流出が行われると、連通口の位置する領域の空気のみが流出し、それに伴って、一方の領域の液面のみが上昇し、他方の領域の液面が変化しない、という状態が発生する。つまり、２つの領域の液面の高さに差が生じることとなる。この場合、液室内の液量を検出するために液室内の液面の高さを検出する液面センサがいずれか一方の領域に設けられていると、液量検出センサは一方の領域の液面の高さのみを検出することとなる。すなわち、液量検出センサの検出結果が液室全体に収容されている液量と対応せず、液量の誤検出が生じることとなる。

本発明は、液体吐出ヘッド内部の液量の誤検出を防止することが可能な液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置の提供を目的とする。

本発明は、液体および空気を収容可能な液室と、前記液室に収容された液体を吐出する吐出口と、前記液室に収容された空気を外部へ排出可能な気体排出部と、前記液室内部に液体を供給する液体供給部と、前記液室に収容された液体の液面を検出する液面検出手段と、前記気体排出部と前記液面検出手段との間に空気路が形成されるように前記液体供給部から前記液室へ供給される液体の流路を変更させる流路変更手段と、を有することを特徴とする液体吐出ヘッドである。

また、本発明は、上記の液体吐出ヘッドを備えた液体吐出装置であって、前記液体吐出ヘッドの前記液体供給部に接続される液体貯蔵タンクと、前記液体吐出ヘッドの前記気体排出部に接続されるポンプと、を有することを特徴とする。

本発明によれば、液体吐出ヘッド内部の液量の誤検出を防止することが可能になる。

本発明を適用可能な記録装置の基本構成の要部を模式的に示す斜視図である。 図１に示す液体吐出装置の制御系のブロック図である。 第１の実施形態における液体流下部を示す説明図である。 図３におけるインクタンク３０の拡大断面図である。 図３における記録ヘッド２０の拡大断面図である。 図５に示すインク保持部材の説明図である。 図３に示したものの記録停止時における液体の状態を示す図である。 図３に示したものの記録時における液体の各段階の状態を示す説明図である。 第２の実施形態における液体流下部を示す説明図である。 第３の実施形態における液体流下部を示す説明図である。 第４の実施形態における液体流下部を示す説明図である。 第５の実施形態における液体流下部を示す説明図である。 第６の実施形態における液体流下部を示す説明図である。 比較例における液体供給時の状態を示す説明図である。 図１４の状態から連通部より吸引を実施した状態を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態に係る液体吐出装置を、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、本実施形態では、液体吐出装置として、インクを吐出して記録媒体に画像を形成するインクジェット記録装置（以下、単に記録装置という）を例に採り説明する。また、以下の説明において、インクとは、記録媒体上に画像を形成するための色材を含んだ液体、および記録媒体上に形成される画像の品質を向上させるための処理液などを含み、これらの液体の総称を指すこととする。

［第１の実施形態］
（基本構成）
図１は、本発明を適用可能な記録装置（液体吐出装置）１００の基本構成の要部を模式的に示す斜視図、図２は、液体吐出装置１００の制御系のブロック図である。記録装置１００には、本発明の液体吐出ヘッドの一実施形態として、インク（液体）を吐出するインクジェット記録ヘッド（以下、単に記録ヘッドという）２０が交換可能に備えられている。

本実施形態の記録装置１００は、いわゆるフルラインタイプの記録装置であり、搬送系（搬送機構）１１０によって記録媒体Ｐを矢印Ａ方向に連続的に搬送しつつ、記録ヘッド２０からインクを吐出することにより、記録媒体Ｐに画像を記録することができる。本例の搬送系１１０は、搬送ベルト１１０Ａを用いて記録媒体Ｐを搬送する。しかし、搬送系１１０の構成は限定されず、搬送ローラなどを用いて記録媒体Ｐを搬送するものであってもよい。また本例の場合は、記録ヘッド２０として、後述するインク供給系（インク供給機構）１２０によって供給されたイエロー（Ｙ），マゼンタ（Ｍ），シアン（Ｃ），ブラック（Ｂｋ）を吐出する記録ヘッド２０Ｙ，２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｂｋが備えられている。これにより、カラー画像を記録することができる。

記録装置１００には、記録ヘッド２０におけるインクの吐出状態を良好に維持するための回復処理に用いられる回復処理系１３０が備えられている。回復処理としては、画像の記録に寄与しないインクを吐出口からキャップ内に吐出する予備吐出動作、および、記録ヘッド内のインクを加圧して、それを吐出口からキャップ内に強制的に排出させる加圧回復動作などを含むことができる。さらに、吐出口からキャップ内にインクを吸引排出させる吸引回復動作、吐出口が形成される記録ヘッドの吐出口面をワイピングするワイピング動作などを含むことができる。

記録装置１００のＣＰＵ（制御部）１０１は、本記録装置の動作の制御処理やデータ処理等を実行する。ＲＯＭ１０２には、それらの処理手順等のプログラムが格納され、ＲＡＭ１０３は、それらの処理を実行するためのワークエリアなどとして用いられる。ＣＰＵ１０１は、記録ヘッド２０、搬送系１１０、インク供給系１２０、および回復処理系１３０をそれらに対応するドライバ２０Ａ，１１０Ａ，１２０Ａ，１３０Ａを介して制御する。ＣＰＵ１０１は、ホストコンピュータなどのホスト装置２００から入力した画像データに基づいて、記録ヘッド２０からインクを吐出させることにより、記録媒体Ｐに画像を記録させる。ＣＰＵ１０１は、記録ヘッド２０、搬送系１１０、インク供給系１２０、および回復処理系１３０の動作を制御する。

図３はインク供給系１２０および回復処理系１３０の概略構成を示す説明図である。また、図４は図３におけるインクタンク（液体タンク）３０の拡大断面図、図５は図３における記録ヘッド２０の拡大断面図である。

液体収納容器としてのインクタンク３０の内部にはインクを貯留するインク貯留室（液体貯留室）３１が形成されており、そのインク貯留室３１は、ジョイント部３２のみにおいて外部と連通可能な空間を形勢している。インクタンク３０は、記録ヘッド２０に対して着脱可能に構成されている。また、インクタンク３０は、記録ヘッド２０の上部に備えられている。インク貯留室３１は柔軟性のある部材により形成されており、その内部には負圧発生用のバネ３３−１に接続された圧力板３３−２が内蔵されている。このバネ３３−１は、圧力板３３−２を介してインク貯留室３１の内部空間を拡大させるように、圧力板３３−２を付勢している。これによって、バネ３３−１はインク貯留室３１の内部に所定の負圧を発生させる。これらバネ３３−１、圧力板３３−２及びインク貯留室３１によって負圧発生部が構成される。ジョイント部３２には不織布からなるフィルタ３４が備えられている。

一方、記録ヘッド２０は、図５（ａ）の縦断正面図、および図５（ａ）のＶｂ−Ｖｂ線に沿って切断した縦断正面図である図５（ｂ）に示すように、略直方体形状をなしている。記録ヘッド２０は、インクタンク３０から供給されたインクを収容するインク室（液室）２１と、インク室２１内のインクを吐出する吐出部２５とを備えている。インク室２１の収容空間２１ｓには、インクＩと共に空気（気体）が収容可能になっている。すなわち、インク室２１内の収容空間２１ｓは、インクＩを収容するインク収容部（液体収容部）２１ａと、空気（気体）を収容する空気収容部（気体収容部）２１ｂと、が形成される。なお、図５（ａ）において、２１Ａはインク室２１の上壁部、２１Ｂは前側壁部、２１Ｃは後側壁部をそれぞれ示している。また、図５（ｂ）において、２１Ｄはインク室２１の左側壁部、２１Ｅはインク室２１の右側壁部、２１Ｆはインク室の底壁部をそれぞれ示している。

インク室２１の上壁部２１Ａには、インクタンク３０のジョイント部３２（図４参照）と連通可能なインク供給部（液体供給部）２２が設けられている。インク供給部２２は、インク室２１の上壁部２１Ａにおける前端部２１Ａ１と後端部２１Ａ２の中間位置に形成された貫通孔２３と、貫通孔２３の内面に固定されたインク保持部材（液体保持部材）２４により構成されている。

インク保持部材２４の内部には、図６（ａ）の斜視図および図６（ａ）のＶＩｂ−ＶＩｂ線断面図である図６（ｂ）に示すように、断面円形の流路２４Ａが複数形成されている。各流路２４Ａの口径は１．０ｍｍ程度である。インク保持部材２４の開口部にはフィルタ部材２３が備えられている。フィルタ部材２３には、例えば、金属繊維を織り込んで構成されているメッシュなどが用いられる。本実施形態のメッシュはＳＵＳ製の金属繊維によって構成されている。フィルタ部材２３によって覆われる供給部２２の平均的な開口部の幅は１０ｍｍ程度である。フィルタ部材２３は、その細孔により、液体の通過は可能とするが、外部から記録ヘッド内への塵埃の侵入を阻止する。

また、インク室２１の底壁部２１Ｆには、吐出部２５が設けられている。この吐出部２５は、インク室２１の収容空間２１ｓに連通する複数の液路２５Ａが互いに独立して設けられている。各液路２５Ａの端部はインク室２１の底壁部２１Ｆと略同一平面において開口しており、この開口が液路２５Ａのインクを吐出する吐出口２５Ｂとなっている。複数の液路２５Ａの各々の内部には、液路２５Ａに充填されているインクを吐出口２５Ｂから吐出させるためのエネルギーを発生させる吐出エネルギー発生素子（図示せず）が設けられている。吐出エネルギー発生素子としては、電気熱変換素子（ヒータ）やピエゾ素子などを用いることができる。電気熱変換体を用いた場合には、その発熱によりインクを発泡させ、その発泡エネルギーを利用して吐出口２５Ｂからインクを吐出することができる。

インク室２１の前壁部２１Ｂの上方部には、外部の流路として気体を移送するための移送部５１（図３参照）に接続可能な連通部（気体排出部）２６が設けられている。連通部２６の内側連通部２６にはフィルタ２７が設けられている。この連通部２６連通部２６は、インク室２１内の気体を外部に排出可能に構成されている。また、連通部２６は、記録ヘッド２０の外部の気体を流入させることも可能である。

インク室２１には、その収容空間２１ｓ内に貯留されているインク量を検出するための液面センサ（液面検出手段）７０が設けられている。液面センサ７０は、インク保持部材２４の後方に配置されている。すなわち、インク保持部材２４は、インク室２１の前側壁部２１Ｂに設けられた連通部２６と液面センサ７０との間に配置されている。換言すれば、インク室２１の内部において、連通部（気体排出部）２６、インク供給部（液体供給部）２２、液面センサ（液面検出手段）７０が、所定の方向（ここでは、液室の前側壁部２１Ｂから後側壁部２１Ｃに向かう方向）に沿って順次配置されている。

液面センサ７０は、インク室２１の上壁部２１Ａの内面に保持された３本の電極７１、７２、７３を有している。これらの電極７１、７２、７３は、上壁部２１Ａから下方に向けて突出している。各電極７１、７２、７３は異なる長さを有しており、各電極の下端部からインク室２１の底壁部２１Ｆの内面までの距離に差を持たせてある。ここでは、電極７２および電極７３から底壁部２１Ｆまでの距離が最も短く、電極７１から底壁部２１Ｆまでの距離が最も長くなっている。従って、インク室２１の底壁部２１Ｆが水平となる通常の使用状態において、各電極の下端は、インク室２１内に貯留されているインクの液面と異なる高さ位置で接することとなる。

本実施形態では、電極７２がグランド電極となっており、電極７１と電極７２とがインクで導通することにより、インク室２１内のインク量が上限以上に達したことを検出する。また、電極７１と電極７２とが非導通であり、かつ電極７３と電極７２とがインクを介して導通することにより、インク室２１内のインクの液面は上限と下限の間に存在していることを検出する。さらに、電極７１と電極７２、および電極７３と電極７２がいずれも非導通の場合には、インク室２１内のインク量が下限以下に減少したことを検出する。このように、この液面の位置（高さ）を検出することにより、インク室２１内に供給されているインク量を検出することができる。

記録ヘッド２０とインクタンク３０は図３のように連結される。すなわち、記録ヘッド２０側のフィルタ部材２３ａとインクタンク３０側のフィルタ３４とが上下に圧接するように、記録ヘッド２０の供給部２２とインクタンク３０のジョイント部３２とが連結される。このような記録ヘッド２０とインクタンク３０との連結部は、その周囲がゴム製の弾性キャップ部材５０によって囲まれることにより、密閉性が維持される。本実施形態においては、このように記録ヘッド２０とインクタンク３０が直接的に接続される。このため、記録ヘッド２０とインクタンク３０との間は、極めて短いインク供給路（液体供給路）で接続される。

記録ヘッド２０の連通部２６に接続される移送部５１は二股に分かれており、一方は、開閉可能な弁５２を介して外気と連通し、他方は、開閉可能な弁５３を介してバッファ室５４に連通している。バッファ室５４は１０ｍＬ程度の容積の空間が形成されており、その空間はポンプ５５を通して廃インクタンク５６に連通している。ポンプ５５は、気体（空気）を記録ヘッド２０に流入させたり、気体（空気）を記録ヘッド２０から流出させたりする移送手段を構成している。本実施形態では、ポンプ５５として正逆両方向に回転可能なチューブポンプが用いられている。

バッファ室５４には、弁６１を介してキャップ６０が接続されている。キャップ６０は、インク室２１における底壁部２１Ｆの外面に密着可能である。キャップ６０が底壁部２１Ｆの外面に密着することにより、吐出口２５Ｂは外気から遮断されたキャッピング状態となる。このキャッピング状態において、ポンプ５５を駆動してキャップ６０内に負圧を発生させることにより、吐出口２５Ｂからキャップ６０内にインクを吸引排出（吸引回復）させることができる。また、画像の記録に寄与しないインクを吐出口２５Ｂからキャップ６０内に吐出する予備吐出動作、および、記録ヘッド２０内を加圧してインク室２１内のインクを吐出口２５Ｂからキャップ６０へと強制的に排出させる加圧回復動作を実施することもできる。加圧回復動作は、弁５３を開き、弁５２を閉じた状態でポンプ５５を駆動し、バッファ室５４および弁５３を通して記録ヘッド２０内の圧力を増大させることにより行う。このような回復処理によりキャップ６０内に受容されたインクは、ポンプ５５によって発生させた吸引力によって廃インクタンク５６（図３参照）に排出することができる。

次に、記録装置の状態をインクの静止時、記録動作時、およびインクの供給開始時に分けて説明する。

＜インクの静止時＞
記録装置の停止時等におけるインクの静止時には、図７（ａ）のように弁５２，５３が閉じている。インク保持部材２４の流路２４Ａ内にはインクが充填されている。記録ヘッド２０のインク室２１内はインクタンク３０内の負圧によって所定の負圧状態にあり、吐出口２５Ｂに形成されているインクのメニスカスは維持されている。インク保持部材２４の流路２４Ａには、図７（ｂ）のようにインクのメニスカスが形成され、そのメニスカスに対しては、力Ｐｔ、Ｐｋ、Ｐｇが作用する。力Ｐｔはインクタンク３０内の負圧によりメニスカスをインクタンク３０内へ引き込む力であり、力Ｐｋはインクの表面張力によって流路２４Ａに形成される液体のメニスカスを維持するメニスカス力であり、力Ｐｇはインクの自重によりインクが下方へ移動しようとする力である。これらの力が釣り合うことによって、すなわち、Ｐｋ＝Ｐｔ−Ｐｇとなることによって、インク保持部材２４に形成されるメニスカスが維持され、記録ヘッド２０内のインクは静止状態が保たれる。

＜記録動作時＞
記録装置の記録動作時には、図８のように弁５２、５３が閉じられている。図８（ａ）のように吐出口２５Ｂからインクを吐出することにより、インク室２１内のインクＩが消費されて、図８（ｂ）のようにインク室２１内がさらに減圧される。このように増大するインク室２１内の負圧は、インク保持部材２４の流路２４Ａ内のインクをインクタンク３０内に引き込む方向に作用する。インク室２１内の負圧が所定以上に増大したときに、インク保持部材２４の流路２４Ａに形成されているインクのメニスカスが破れて、図８（ｃ）のように、インクタンク３０内のインクが記録ヘッド２０に供給される。そして、このようなインクの供給によってインク室２１内の負圧が低下することにより、再び、図８（ａ）のようにインク保持部材２４の流路２４Ａにメニスカスが形成されて、インクの供給が停止する。このように、記録ヘッド２０のインク室２１内には、インクの消費量に応じてインクタンク３０からインクが供給される。

インク保持部材２４の流路２４Ａに形成されるメニスカスのメニスカス力Ｐｋは、インクタンク３０から記録ヘッド２０に供給されるインクの流れに抗する力として作用する。そのため、そのメニスカス力Ｐｋが大き過ぎた場合には、インクが供給しにくくなって、インクの供給性能が低下する。流路２４Ａに形成される液体のメニスカスのメニスカス力Ｐｋは、液体の表面張力をγ、流路２４Ａの半径をｒ、液体流路内におけるインクの接触角度をθとした場合、下式１によって表すことができる。
Ｐｋ＝２γｃｏｓθ／ｒ・・・（式１）

また、流路２４Ａの開口部が円でない場合、開口部のメニスカス力Ｐｋと、周長Ｌと、開口面積Ｓとの関係は、以下の式２の関係になる（メニスカス力Ｐｋは、Ｌ／Ｓに比例する）。仮に開口部が真円でない場合でも、その開口部と同じ面積を有する半径ｒの円形管に換算すると、式１の理論式が形状によらず適用される。
Ｐｋ∝Ｌ／Ｓ ・・・（式２）

従って、流路２４Ａの開口部の半径ｒが大きい程、メニスカス力Ｐｋは小さくなる。本実施形態におけるインク保持部材２４には、内径が１ｍｍ程度の流路２４Ａが複数貫通形成されている。この流路２４Ａの内径は、その流路２４Ａにおけるインクのメニスカス力がフィルタ部材２３ａ、３４におけるメニスカス力よりも小さくなるように設定されている。記録動作に伴うインクの供給時には、フィルタ部材２３ａ、３４にインクのメニスカスが形成されないため、インクの供給性能を高めることができ、高速記録にも対応することが可能になる。

仮に、インク保持部材２４を備えなかった場合には、フィルタ部材２３ａまたは３４にメニスカスが形成されることになり、インクの供給性能が低下する。具体的には、フィルタ部材２３ａ、３４に形成されるインクの流路の内径がインク保持部材２４の流路２４Ａの内径の１０００分の１程度であるため、前者のインクの流路におけるメニスカス力は、後者の流路２４Ａにおけるメニスカス力の１０００倍程度となる。したがって、インク保持部材２４を備えなかった場合には、インクの供給性能が大幅に低下することになる。

＜インク供給開始時＞
インクが存在していない記録ヘッド２０にインクタンク３０を接続したときには、キャップ６０を記録ヘッド２０の吐出口形成面に密着させたキャッピング状態としてから、そのキャップ６０の内部をポンプ５５によって吸引する。これにより、図７（ａ）のように、インクタンク３０内のインクを記録ヘッド２０に供給することができる。また、ポンプ５５によって負圧を発生させて、その負圧をバッファ室５４、弁５３、および連通部２６を通してインク室２１内に作用させることによって、記録ヘッド２０にインクタンク３０内のインクを供給することもできる。前者のキャップ６０を用いて吸引する場合には、記録ヘッド２０内へのインクの供給も可能となる反面、前述の吸引回復動作時と同様にキャップ６０内に画像の記録に寄与しないインクが排出されることになる。一方、後者のように連通部（気体排出部）２６を通して吸引する場合には、記録に寄与しないインクの排出が行われることなく記録ヘッド２０内にインクが供給される。従って、インクの消費を抑えることができる。吐出口２５Ｂにおけるインクのメニスカスは、キャッピング状態のキャップ６０の内部をポンプ５５によって吸引する吸引回復動作によって形成することができる。

記録ヘッド２０のインク室２１内に供給する供給量は、インク室２１内のインク量を検出する前述の液面センサを用いることにより、最適な量に調整することができる。吐出口２５Ｂにおけるインクのメニスカスは、キャッピング状態のキャップ６０の空気または液体をポンプ５５によって吸引し、インク室２１内に供給されたインクを吐出部２５における液路２５Ａに充填させることによって形成することができる。

また、記録ヘッド２０に接続されているインクタンク３０内のインク残量が無くなり、インクタンク３０から記録ヘッド２０のインク室２１へのインク供給が断たれた場合、インク室２１内のインク量は記録動作に伴って減少していく。この減少状態は、液面センサ７０の電極７１と電極７２とが非導通となることによって検出することができる。インク室２１内のインクの減少が検出された場合には、記録ヘッド２０に新たなインクタンク３０を接続し、インク室２１内のインク量を最適な量まで増加させる。これは、ポンプ５５によって発生した負圧を連通部２６からインク室２１へと導入して、新たに接続されたインクタンク３０内のインクを記録ヘッド２０内に供給することによって行う。また、インクタンク３０内の記録ヘッド２０内のインク量が液面センサ７０によって検出できない程度にまで減少し、電極７３と電極７２とが非導通となることもある。この場合には、連通部２６を通して記録ヘッド２０内の負圧を高め、インクタンク３０内のインクを記録ヘッド２０内に供給する。

このように、連通部２６を通して、インク室２１内の負圧を高めることにより、インクを無駄に消費することなく、記録ヘッド２０内にインクを供給することができる。このようなインクの供給時には、キャップ６０をキャッピング状態としてもよい。

（第１の実施形態における特徴的構成）
次に、本発明の第１の実施形態における特徴的構成について説明する。図５（ｂ）に示すように、インク保持部材２４と、インク室２１の相対向する一対の側壁部（左右の側壁部２１Ｄ、２１Ｅ）のうち、一方の側壁部（ここでは、右側壁部２１Ｅ）の内面には、リブ（突出部）８１が収容空間の内方に向けて突設されている。リブ８１はインク保持部材２４の下端から下方に向けて略垂直方向に延在している。リブ８１の下方部は、右側壁部２１Ｅに向けて傾斜する先細り形状をなしている。本実施形態では、図５（ａ）に示すように、インク室２１の右側壁２１Ｅに、所定の間隔を介して複数のリブ８１が設けられている。

インク室２１へのインク供給時において、インク保持部材２４の流路２４Ａからインク室２１へと流入したインクは、図５（ｂ）に示すように、リブ８１を伝って右側壁部２１Ｅの内面側に偏倚した状態で流下する。すなわち、インク室２１内に形成されるインク収容空間に想定される全ての縦断面の一部に沿って流下する。この際、インク保持部材２４からインク室２１内に流入するインクのうち、右側壁部２１Ｅに近い位置に流入したインクＩは、右側壁部２１Ｅに設けられたリブ８１に案内されてスムーズに流下する。このため、左側壁部２１Ｄに近い位置に流入したインクも、右側壁部２１Ｅ側に引き寄せられて流下する。つまり、インク室２１内に供給されるインクは、インク室２１の左右両側壁のうち、選択された一方の側壁部（ここでは右側壁部）に接触した状態で流下することとなる。

このようにインク供給時において、インク室２１の一方の側壁部（右側壁部２１Ｅ）にのみ選択的にインクが接触しつつ流下することにより、インク室２１内にはインクが存在しない空間Ｅが形成される。この空間Ｅによって、インク室２１の収容空間２１ｓは、前後の領域が常に連通した状態、すなわち空気路が形成された状態に保たれる。従って、インク室２１内に流入したインクによって、インク収容空間２１ｓ内の空気が、連通部２６側と液面センサ７０側とに分断されることはなくなる。

一方、図１４に示す比較例のように、インク室２１の側壁にリブ８１を形成していない構成の記録ヘッドでは、インク保持部材２４からインク室２１内に流入したインクによって収容空間２１ｓが分断されることがある。すなわち、連通部２６を通じてインク室２１内の負圧を増大させ、インク室２１へのインク供給を実施した場合、インク保持部材２４から流入したインクは偏りなく均一に流下し、図１４（ａ）に示すようなインク溜りＩＢが形成されることがある。このインク溜りＩＢの発生は、インクの表面張力が大きい場合に特に顕著である。このインク溜りＩＢがインクの供給に伴って拡大すると、インク室２１の左右の側壁部２１Ｄ、２１Ｅおよびインク室２１の底壁部２１Ｆに存在しているインクの液面に触れて、図１４（ｂ）に示すように隔壁状になる。その結果、収容空間２１は、図１４（ａ）に示すように連通部２６に連通する前方の空間領域２１ｓ１と、液面センサ７０が存在する後方の空間領域２１ｓ２とに分断される。

インク溜りＩＢによって収容空間２１ｓが前後に分断された状態で、さらにポンプ５５によってインク室２１内の空気を吸引すると、前方の収容空間２１ｓ１内の空気のみが連通部２６を通じてバッファ室５４側へと吸引される。その結果、収容空間２１ｓ１内のインクの液面のみが上昇する。そして、前方の収容空間２１ｓ１内の空気が全て連通部２６を通して吸引されると、その後は、図１５に示すように、インクタンク３０から流入したインクが直接的に連通部２６を通じてバッファ室５４側へと吸引されて行く。この間、後方の収容空間２１ｓ２内に存在する空気は、収容空間２１ｓ１へと移動することはなく、後方の収容空間２１ｓ内の液面の高さは殆ど変化しない。このため、インク室２１の内部（液室内部）に供給されている液体の液面の高さは不均一な状態となり、液面センサ７０により検出した液面に基づくインク量と実際にインク室２１内に存在するインク量とが一致しない、誤検出が発生する。すなわち、記録ヘッド２０内のインク量を最適な量まで増加すべく、インクタンク３０からインク室２１へとインクの供給を行ったとしても、収容空間２１ｓ２内のインクの液面が上昇しないことにより液面センサ７０がインクの増大を検出できない。従って、インク室２１内のインクは適正量まで供給されているにも拘わらず、ポンプ５５は作動し続け、インクタンク３０内のインクを、連通部２６を通して吸引し続けることとなり、インクが無駄に排出されることとなる。

これに対し第１の本実施形態では、連通部２６を通じてインク室２１内の空気を吸引し、インクタンク３０からインク室２１へとインクを供給したとしても液面が変動することはなく、インク室２１の液面は均一な高さに保たれる。従って、液面センサ７０により検出された液面の高さに基づき、インク室２１内のインク量を適正に検出することが可能になる。その結果、記録ヘッド２０内のインク量を最適な量まで調整することが可能となり、ポンプ５５側へとインクが無駄に排出されることはなくなる。

［第２の実施形態］
次に本発明の第２の実施形態を、図９を参照しつつ説明する。図９（ａ）は本実施形態における液体吐出ヘッドおよび液体供給系の概略構成を示す説明図であり、（ｂ）は図９（ａ）におけるＩＸｂ−ＩＸｂ線断面図である。なお、図９において、第1の実施形態と同一もしくは相当部分には同一符号を付す。

第２の実施形態における記録ヘッド２０は、インク室２１の左右の側壁部２１Ｄ、２１Ｅのうち、一方の側壁部（ここでは右側壁部）２１Ｅの内面に、インクの流路変更手段として溝８２を設けた構成を有する。溝８２は、インク室２１内に突出するインク保持部材２４の下端から下方に向けて略垂直方向に延在している。ここで、溝８２は、１つないし複数でも構わない。本実施形態では、所定の間隔を介して複数の溝８２が形成されている。

インク保持部材２４の流路２４Ａからインク室２１内へと流入したインクは、溝８２を伝ってインク室２１Ａの右側面の溝に沿ってスムーズに流下し、左側壁部２１Ｄに近い位置に流入したインクも、選択的に右側壁部２１Ｅ側に引き寄せられて流下する。その結果、図９（ｂ）に示すように、インク室２１内にはインクの存在しない空間Ｅが形成され、インク室２１内の前後の領域は互いに連通した状態となる。つまり、比較例のような隔壁状のインク溜りＩＢが形成されることはなくなり、連通部２６側と液面センサ７０側とで空気が分断されることはなくなる。

従って、連通部２６を通してインク室２１内の空気を吸引し、インクタンク３０内のインクをインク室２１の収容空間２１ｓへと供給した場合、インクの液面は均一な高さを維持しつつ変化する。このため、液面センサ７０により検出された液面の高さに基づいてインク室２１内のインク量を適正に検出することが可能になり、インク室２１内のインクが適量まで供給された時点でポンプ５５を停止させることが可能になる。よって、インクが無駄に排出されることはなくなる。

［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態を、図１０を参照しつつ説明する。図１０（ａ）は本実施形態における液体吐出ヘッドおよび液体供給系の概略構成を示す説明図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）におけるＸｂ−Ｘｂ線断面図である。なお、図１０において、第1の実施形態と同一もしくは相当部分には同一符号を付す。

図１０に示すように、第３の実施形態におけるインク保持部材２４は、内部に形成されている複数の流路２４Ａのうち、インク室２１の一方の側壁部（ここでは右側壁部２１Ｅ）に近いものほど、大きな断面積を有するよう構成されている。図１０では、流路２４Ａの断面積は、２４Ａａ＜２４Ａｂ＜２４Ａｃとなっており、これが本発明の流路変更手段を構成している。なお、図１０では、流路２４Ａは、３つ形成されているが、流路２４Ａの数は２以上であればよい。また、複数の流路２４Ａのうち、最も大きい断面積を有する流路は、インクの静止時にＰｋ＝Ｐｔ−Ｐｇの関係を満たすように形成されている。

インクタンク３０からインク保持部材２４を介してインク室２１へとインクが供給されるとき、流路断面積が大きい流路ほど液体の流下に抗する表面張力および流路抵抗が小さくなり、よりスムーズに液体が流下する。つまり、液体の流れ易さは、２４Ａａ＜２４Ａｂ＜２４Ａｃとなる。このため、インクタンク３０から供給されるインクは、３種類の流路のうち流路２４Ａｃを優先的に流れる。また、流路２４Ａａ、２４ｂから流下する液体は図１０（ｂ）に示すように、流路２４ｃから流下する液体に引き寄せられて右側壁２１Ｅ側に偏倚した状態で流下する。その結果、インク保持部材２４から流下する液体と左側壁部２１Ｄとの間には空間Ｅが形成される。つまり、左右両側壁部２１Ｄ、２１Ｅのうち、一方の側壁部（右側壁部２１Ｅ）に選択的に接触しつつ液体が流下することとなる。

流下する液体と左側壁部２１Ｄとの間に空間Ｅが形成されることにより、連通部２６が設けられている前方の空間領域と液面センサ７０が設けられている空間領域とは常に連通した状態に保たれる。このため、比較例に示したようなインク溜りＩＢにより収容空間２１ｓが分断されることはなくなり、収容空間２１ｓ内に収容されるインクの液面は均一な高さを維持しつつ供給されるインク量に応じて変化することとなる。従って、液面センサ７０によって検出される液面の高さに基づいて、インク室２１内に供給されているインク量を適正に検出することが可能となり、インクの無駄な排出を回避することが可能になる。

［第４の実施形態］
次に、本発明の第４の実施形態を、図１１に基づき説明する。図１１（ａ）は本実施形態における液体吐出ヘッドおよび液体供給系の概略構成を示す説明図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）におけるＸＩｂ−ＸＩｂ線断面図である。なお、図１０において、第１の実施形態と同一もしくは相当部分には同一符号を付す。

上記第１ないし第３の実施形態では、インク室２１へのインク供給時において、左右の側壁部２１Ｄ、２１Ｅのうち、一方の側壁部に沿ってインクが流下する構成とした。しかし、本実施形態では、左右いずれの側壁部にもインクが接触しないように、液体を流下させる構成をとる。具体的には、図１１に示すように、インク保持部材２４の中央部からインク室２１の底部に向かって鉛直下方に突出する流路変更手段としてのピン（線状部材）８３が設けられている。ピン８３はインク室２１を構成する左右、前後のいずれの側壁部２１Ｂ〜２１Ｅのいずれにも接触しない状態で設けられている。なお、本実施形態におけるインク保持部材２４の流路２４Ａは、全て同一の流路断面積を有している。

インクタンク３０からインク保持部材２４を介してインク室２１へとインクが供給されるとき、インク保持部材２４内の流路２４Ａから供給されるインクは、図１１（ｂ）に示すように、ピン８３を伝って流下する。このため、流下するインクはインク室２１のいずれの側壁部にも接触せず、流下するインクと側壁部との間には空間Ｅが形成される。従って、比較例のようなインク溜り層ＩＢは形成されず、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、連通部２６が設けられている空間領域と液面センサ７０が設けられている空間領域とは連通した状態となる。このため、収容空間２１ｓ内に収容されるインクの液面は、均一な高さを維持しつつ供給されるインク量に応じて変化することとなる。従って、液面センサ７０によって検出される液面の高さに基づいて、インク室２１内に供給されているインク量を適正に検出することが可能になる。

［第５の実施形態］
次に、本発明の第５の実施形態を、図１２を参照しつつ説明する。図１２（ａ）は本実施形態における液体吐出ヘッドおよび液体供給系の概略構成を示す説明図であり、図１２（ｂ）は図１２（ａ）におけるＸＩＩｂ−ＸＩＩｂ線断面図である。なお、図１２において、第1の実施形態と同一もしくは相当部分には同一符号を付す。

第５の本実施形態におけるインク保持部材２４は、その底面がインク室２１の一方の側壁部（図１２（ｂ）では左側壁部２１Ｄ）の内側面から他方の側壁部（図１２（ｂ）では右側壁部２１Ｅ）の内側面に向けて傾斜する傾斜面２４Ｃとなっている。この傾斜面２４Ｃは本発明の流路変更手段を構成している。

従って、インクタンク３０からインク保持部材２４を介してインク室２１へとインクが供給されるとき、インク保持部材２４内の流路２４Ａから流出したインクは、図１２（ｂ）に示すように、インク保持部材２４の底面の傾斜方向に流れる。その結果、インクはインク室２１の一方の側壁部（右側壁部２１Ｅ）を伝って流下する。このため、他方の側壁部（左側壁部２１Ｄ）とインクとの間には空間Ｅが形成され、比較例のようなインク溜り層ＩＢは形成されない。従って、連通部２６が設けられた空間領域と液面センサ７０が設けられた空間領域とは連通した状態となる。

このため、収容空間２１ｓ内に収容されるインクの液面は、均一な高さを維持しつつ変化する。よって、液面センサ７０によって検出される液面の高さに基づいて、インク室２１内に供給されているインク量を適正に検出することが可能になる。

［第６の実施形態］
次に、本発明の第６の実施形態を、図１２を参照しつつ説明する。図１３（ａ）は本実施形態における液体吐出ヘッドおよび液体供給系の概略構成を示す説明図であり、図１３（ｂ）は図１３（ａ）におけるＸＩＩＩｂ−ＸＩＩＩｂ線断面図である。なお、図１３において、第1の実施形態と同一もしくは相当部分には同一符号を付す。

第６の実施形態におけるインク室２１では、左右両側壁部２１Ｄ、２１Ｅのうち、一方の側壁部（図１３（ｂ）では左側面２１Ｄ）の内側面には撥水処理部８５が、他方の側壁部（図１３（ｂ）では右側壁２１Ｅ）の内側面には親水処理部８４が形成されている。この親水処理部８４および撥水処理部８５は、本発明の流路変更手段を構成している。

インクタンク３０からインク保持部材２４を介してインク室２１へと供給されたインクは、右側壁２１Ｅの親水処理部８４に沿って流下し、左側壁２１Ｄの撥水処理部８５からは離間した状態となる。すなわち、インク保持部材２４から流出したインクと撥水処理部８５との間には空間Ｓが形成される。従って、インク室内には、比較例のようなインク溜り層ＩＢは形成されず、連通部２６が設けられている空間領域と液面センサ７０が設けられている空間領域とは連通した状態を維持する。このため、この第６の実施形態においても、収容空間２１ｓ内に収容されるインクの液面は、均一な高さを維持しつつ供給されるインク量に応じて変化する。よって、液面センサ７０によって検出される液面の高さに基づいて、インク室２１内に供給されているインク量を適正に検出することが可能になる。

なお、第６の実施形態では、インク室２１の一方の内側面部に撥水処理部８５を形成し、他方の内側面部に親水処理部８４を形成したが、一方の内側面のみに、撥水処理部または親水処理部を形成することも可能である。

［他の実施形態］
上記実施形態においては、液室が直方体形状を有する記録ヘッドを用いた例を示したが、液室の形状はこれに限定されるものではなく、側壁部が連続した曲面形状を有するものであってもよい。この場合にも、液室の相対向する部分に第１、第２、第６の実施形態のような流路変更手段を形成することも可能である。さらに、第３〜第５の実施形態における流路変更手段を採用することも可能である。

また、上記実施形態では、インク保持部材２４を記録ヘッド２０側に備えているが、そのインク保持部材２４はインクタンク３０側に備えていてもよく、あるいは記録ヘッド２０が装着される記録装置側の記録ヘッド装着部に備えてもよい。同様に、フィルタ部材２３ａはインクタンク３０側に備えてもよく、あるいは記録ヘッド２０が装着される記録装置側の記録ヘッド装着部に備えてもよい。

また、記録動作時における記録ヘッド２０内の負圧変動を小さく抑えるために、連通部２６を通して記録ヘッド２０内の圧力を制御してもよい。また、記録ヘッド２０内に吸引（減圧）力を作用させるときには、連通部２６は気体及び／又は液体の排出による吸引力の導入を許容する吸引力導入部として機能し、移送部５１は吸引力を供給可能な吸引力供給路として機能する。また、インク室２１内部（液室内部）にインクを供給するための吸引力は、記録ヘッド２０内を減圧する圧力であればよく、必ずしも大気圧を基準とする負圧に限定されない。

また、本発明は、フルラインタイプの記録装置の他、記録ヘッドの移動と、記録媒体の搬送動作と、を伴って画像を記録するシリアルスキャンタイプの記録装置等、種々の記録方式の記録装置に対して適用することができる。

また、本発明の液体吐出ヘッドは、インクを吐出可能なインクジェット記録ヘッドの他、種々の液体を吐出するためのヘッドとして広く適用することができる。例えば、液流路内に供給される種々の処理液や薬剤などを吐出するためのヘッドとして用いることもできる。

また、本発明の液体吐出装置は、インクジェット記録ヘッドを用いるインクジェット記録装置の他、薬剤や回路構成用の液体などの処理液を所定の部材に付与するための装置として、広く適用することができる。

２０ 記録ヘッド（液体吐出ヘッド）
２１ インク室（液室）
２２ インク供給部（液体供給部）
２４ インク保持部材（液体保持部材）
２４Ａ 流路
２４Ａａ、２４Ａｂ、２４Ａｃ 流路
２６ 連通部
５５ ポンプ
７０ 液面センサ
８１ リブ
８２ 溝
８３ ピン
８４ 親水処理部
８５ 撥水処理部
１００ インクジェット記録装置（液体吐出装置）

Claims (12)

1. 液体および空気を収容可能な液室と、
   前記液室に収容された液体を吐出する吐出口と、
   前記液室に収容された空気を外部へ排出可能な気体排出部と、
   前記液室の内部に液体を供給する液体供給部と、
   前記液室に収容された液体の液面を検出する液面検出手段と、
   前記気体排出部と前記液面検出手段との間に空気路が形成されるように前記液体供給部から前記液室へ供給される液体の流路を変更させる流路変更手段と、
   を有することを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記液室の内部において所定の方向に沿って前記気体排出部、前記液体供給部、前記液面検出手段の順に配置されることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記流路変更手段は、前記液体供給部の下方において前記液室の内側面に形成した突出部により形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記流路変更手段は、前記液室の内側面に形成されている溝により形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記流路変更手段は、前記液体供給部の中央部から下方に向けて突出する線状部材によって構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記流路変更手段は、前記液体供給部に形成された複数の流路により構成され、
   前記複数の流路は、前記液室の相対向する内側面の中の一方の内側面に近いほど大きな流路断面積を有していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
7. 前記流路変更手段は、前記液体供給部の底面が、前記液室の一方の内側面から他方の側の内側面に向かって傾斜する傾斜面によって構成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液体吐出ヘッド
8. 前記流路変更手段は、液室の一方の内側面に親水処理を施した部分により構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
9. 前記流路変更手段は、前記液室の一方の内側面に撥水処理を施した部分により構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
10. 前記流路変更手段は、複数の液体流路が形成された液体保持部材により構成され、
    前記複数の液体流路に形成される液体のメニスカスのメニスカス力は、前記吐出口に形成される液体のメニスカスのメニスカス力よりも小さいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
11. 請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドを備えた液体吐出装置であって、
    前記液体吐出ヘッドの前記液体供給部に接続される液体貯蔵タンクと、
    前記液体吐出ヘッドの前記気体排出部に接続されるポンプと、
    を有することを特徴とする液体吐出装置。
12. 前記液室から空気を前記ポンプによって吸引することにより、前記液体貯蔵タンクに貯蔵されている液体を、前記液体供給部を介して前記液室へと流入させることを特徴とする請求項１１に記載の液体吐出装置。

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