JP2019166783A - 液体供給ユニット及び液体噴射装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】液体噴射ヘッドに安定的に液体を供給するとともに、加圧時の液体の逆流を抑止することができる液体供給ユニット、及びこれが適用された液体噴射装置を提供する。【解決手段】液体供給ユニット3は、インクカートリッジと連通する第1室41と、ヘッドユニット21と連通する第2室42と、両室を連通させる連通口43と、連通口43を開閉する開閉バルブ6と、第2室42の圧力変化に基づいて変位する大気圧検知フィルム7と、開閉バルブ6と大気圧検知フィルム7とを接続する伝達部材5と、を備える。伝達部材5は、第2室42が所定の閾値を超える負圧となると開閉バルブ6が開姿勢となるように大気圧検知フィルム7の変位力を開閉バルブ6に伝達し、第2室42が加圧されると大気圧検知フィルム7の変位に伴って開閉バルブ6が閉姿勢となるように前記変位力を開閉バルブ6に伝達する。【選択図】図12

Description

本発明は、液体収容容器に貯留された液体を液体噴射ヘッドへ供給する液体供給ユニット、及びこれが適用された液体噴射装置に関する。
例えばインクジェット式プリンターにおいては、微量のインク(液体)を印刷対象に噴射する液体噴射ヘッドが用いられる。この液体噴射ヘッドには、インクを貯留するインクカートリッジ(液体収容容器)から、所定の供給路を通してインクが供給される。特許文献1には、水頭差によってインクカートリッジから液体噴射ヘッドにインクを供給する場合において、前記液体噴射ヘッドの吐出孔を負圧とする圧力室を有する液体供給ユニット(バルブユニット)を、前記供給路に配置してなる液体噴射装置が開示されている。前記負圧を形成する液体供給ユニットの介在により、インクを水頭差供給する場合でも、前記吐出孔からの無制限なインクの滴下が抑止される。
特許文献1の液体供給ユニットでは、負圧化される圧力室の一部が可撓性フィルムによって区画され、この可撓性フィルムに取り付けられた押圧板(受圧板)が可動バルブを直接的に押圧する構造が採用されている。前記可動バルブは、付勢部材により前記押圧の方向とは逆方向に付勢されている。前記液体噴射ヘッドによるインクの吸い出しによって前記圧力室の負圧度合いが高まると、前記可撓性フィルムの変位に伴い前記押圧板に前記可動バルブが押圧されて移動し、前記圧力室へのインク供給通路が開いてインクが流入する。このインク流入によって前記圧力室の負圧度合いが低下すると、前記付勢部材の付勢力によって前記可動バルブが逆方向に移動され、前記圧力室が密閉された状態に復帰する。
国際公開第2003/041964号
しかし、特許文献1の液体供給ユニットでは、圧力室の圧力が増加すると、インク供給通路を通じて圧力室からインクが逆流することがある。すなわち、上掲の液体供給ユニットでは、前記押圧板は負圧変位する前記可撓性フィルムに取り付けられた状態にあって、可撓性フィルムの変位方向と可動バルブの変位方向とが同じ方向に設定されている。この場合、通常負圧化される圧力室が誤作動などによって加圧されるとバルブは開放動作を行う。このため、バルブを確実に閉止することができず、圧力室からインクが逆流するという問題があった。
本発明の目的は、液体噴射ヘッドに安定的に液体を供給するとともに、加圧時の液体の逆流を抑止することができる液体供給ユニット、及びこれが適用された液体噴射装置を提供することにある。
本発明の一の局面に係る液体供給ユニットは、所定の液体を貯留する液体収容容器から前記液体を噴射する液体噴射ヘッドへ前記液体を供給する液体供給ユニットであって、前記液体収容容器と連通する第1室と、前記第1室に対して液体供給方向の下流側に配置され、前記液体噴射ヘッドと連通する第2室と、前記第1室と前記第2室とを連通させる連通口を備えた壁部と、前記第2室側から前記連通口を開閉可能なように配置され、前記連通口を閉じる閉姿勢と、前記連通口を開く開姿勢との間で姿勢変更する開閉部材と、前記第2室のうち前記連通口に対向する側面を画定し、前記第2室の圧力変化に基づいて変位する可撓性フィルム部材と、前記可撓性フィルム部材の変位力を当該可撓性フィルム部材の変位方向とは逆方向に向かって前記開閉部材に伝達する伝達部材であって、前記第2室内の液体の減少に伴って前記第2室が所定の閾値を超える負圧となると前記開閉部材が前記開姿勢となるように前記変位力を前記開閉部材に伝達し、前記第2室が加圧されると前記可撓性フィルム部材の変位に伴って前記開閉部材が前記閉姿勢となるように前記変位力を前記開閉部材に伝達する、伝達部材と、を備える。
この液体供給ユニットによれば、伝達部材は可撓性フィルム部材の変位力を当該可撓性フィルム部材の変位方向とは逆方向に向かって開閉部材に伝達する。特に、第2室内の液体の減少に伴って第2室が所定の閾値を超える負圧となると、伝達部材は、開閉部材が開姿勢となるように可撓性フィルム部材の変位力を開閉部材に伝達する。従って、前記開閉部材を所期のタイミングで姿勢変更させることができ、液体噴射ヘッドへの安定的な液体供給を確保することができる。一方、第2室が加圧されると、伝達部材は、可撓性フィルム部材の変位に伴って開閉部材が閉姿勢となるように可撓性フィルム部材の変位力を開閉部材に伝達する。このため、第2室が加圧された際に、開閉部材が確実に閉姿勢とされ、第2室から第1室に液体が逆流することが抑止される。
上記の構成において、前記伝達部材は、所定の支点回りに回動可能なように前記第2室に支持されたリンク部と、前記リンク部の一端側と前記可撓性フィルム部材とを接続する第1接続部と、前記支点に対して前記一端側とは反対側に配置される前記リンク部の他端側と前記開閉部材とを接続する第2接続部と、を有し、前記第2室が加圧されると、前記可撓性フィルムによって前記第1接続部が牽引され、前記リンク部が前記支点回りに回動することで、前記第2接続部が前記開閉部材を前記閉姿勢となるように押圧することが望ましい。
本構成によれば、伝達部材がリンク構造を有することによって、可撓性フィルム部材の変位を開閉部材に確実に伝達することができる。
上記の液体供給ユニットにおいて、前記液体収容容器が前記液体噴射ヘッドの上方に配置され、前記液体供給ユニットは、前記液体収容容器と前記液体噴射ヘッドとの間に配置され、水頭差によって前記液体が前記液体噴射ヘッドに供給させるものであって、前記第2室は、前記液体の通常供給時には負圧とされ、前記第2室内の液体の減少に伴い、前記第2室が所定の閾値を超える負圧となると、前記第2室内の液体の減少に伴い前記第2室が所定の閾値を超える負圧となると前記開閉部材が前記開姿勢となり前記第1室から前記連通口を通じて前記第2室に液体が流入することが望ましい。
この液体供給ユニットによれば、液体を水頭差供給する場合において、伝達部材を確実に動作させ、前記第2室へ液体をタイムリーに供給させることができる。
本発明の他の局面に係る液体噴射装置は、所定の液体を噴射する液体噴射ヘッドと、前記液体を貯留する液体収容容器から前記液体噴射ヘッドへ前記液体を供給する上記の液体供給ユニットと、前記液体収容容器と前記液体供給ユニットの前記第1室とを連通させる第1供給路と、前記液体噴射ヘッドと前記液体供給ユニットの前記第2室とを連通させる第2供給路と、を備える。
本発明によれば、液体噴射ヘッドに安定的に液体を供給するとともに、加圧時の液体の逆流を抑止することができる液体供給ユニット、及びこれが適用された液体噴射装置を提供することができる。
図1は、本発明が適用されるインクジェット式プリンターの外観を示す斜視図である。 図2は、図1のII−II線方向の断面図である。 図3は、アウターカバーを取り外した状態の、前記インクジェット式プリンターの正面図である。 図4は、前記インクジェット式プリンターに搭載されているキャリッジの全体斜視図である。 図5は、一つの液体供給ユニット及びヘッドユニットを示す斜視図である。 図6は、本実施形態における液体供給システムを示すブロック図であって、印刷モードが実行されている状態を示す図である。 図7(A)は、加圧パージモードが実行されている状態を、図7(B)は減圧モードが実行されている状態を、各々示す図である。 図8(A)は、液体供給ユニットの正面図、図8(B)は、その側面図、図8(C)は、その上面図である。 図9は、液体供給ユニットの内部構造を示す斜視図である。 は、液体供給ユニットの分解斜視図である。 図11(A)は、印刷モードにおける前記逆流防止機構の状態を示す断面図、図11(B)は、図11(A)のA5部拡大図である。 図12は、本発明の一実施形態に係る液体供給ユニットの内部における伝達部材の構造および機能を説明する模式図である。 図13は、本発明の一実施形態に係る液体供給ユニットと比較される他の液体供給ユニットの内部における伝達部材の構造および機能を説明する模式図である。
[プリンターの全体構成]
以下、図面を参照しつつ、本発明の一実施形態について説明する。まず、本発明に係る液体供給ユニット乃至は液体噴射装置が適用されるインクジェット式プリンターについて説明する。図1は、実施形態に係るインクジェット式プリンター1の外観を示す斜視図、図2は、図1のII−II線方向の断面図、図3は、アウターカバー102を取り外した状態の、プリンター1の正面図である。なお、図1〜図3、後出の図において、前後、左右、上下の方向表示を付しているが、これは説明の便宜のためであり、何ら方向の限定を企図したものではない。
プリンター1は、各種サイズの紙シートや樹脂シート、或いは布生地などの各種ワークWに、インクジェット方式で印字、印画などの印刷処理を行うプリンターであって、とりわけ大サイズ且つ長尺のワークに対する印刷処理に好適なプリンターである。プリンター1は、キャスター付きのベースフレーム101と、このベースフレーム101に載置され、前記印刷処理を実行する装置本体11とを含む。
装置本体11は、ワーク搬送路12、搬送ローラー13、ピンチローラーユニット14及びキャリッジ2を含む。ワーク搬送路12は、印刷処理の施されるワークWを、後方側から装置本体11へ搬入し、前方側から搬出するための、前後方向に延びる搬送路である。搬送ローラー13は、左右方向に延び、ワーク搬送路12のワークWを間欠送りする駆動力を発生するローラーである。ピンチローラーユニット14は、搬送ローラー13に対して上方から対向するように配置され、搬送ローラー13と搬送ニップを形成するピンチローラーを備えている。ピンチローラーユニット14は、左右方向に所定間隔を置いて複数個配置されている。
キャリッジ2は、ワークWに対して印刷処理を行うユニットが搭載され、ベースフレーム101上において左右方向に往復移動が可能な移動体である。ベースフレーム101の後方側には、キャリッジ2の前記往復移動をガイドするガイドレールを備えたキャリッジガイド15が、左右方向に延在するように立設されている。キャリッジガイド15には、タイミングベルト16が左右方向に周回移動が可能に組み付けられている。キャリッジ2は、タイミングベルト16に対する固定部を有し、タイミングベルト16の正転又は逆転の前記周回移動に伴って、前記ガイドレールに案内されつつ、左右方向に移動する。
前記印刷処理は、搬送ローラー13及びピンチローラーユニット14がワークWを間欠送りし、ワークWの停止中にキャリッジ2が左右方向に移動して当該ワークWを印画走査するという態様で実行される。なお、ワーク搬送路12において、キャリッジ2の通過経路の下方には、ワークWを吸引する機能が付設されたプラテン121(図2)が配置されている。前記印刷処理時には、ワークWがプラテン121に吸着された状態で、キャリッジ2が印画走査を実行する。
装置本体11は、アウターカバー102によって覆われている。アウターカバー102の右方側の領域には、サイドステーション103が配置されている。サイドステーション103の内部には、印刷処理用のインク(所定の液体)を貯留するインクカートリッジIC(図5、図6)を保持する、不動のインクカートリッジ棚17が収容されている。
サイドステーション103の前方部分は、キャリッジ2の退避空間となるキャリッジ退避エリア104である。図3に示すように、ベースフレーム101には、ワーク搬送路12に応じた間隔を左右方向に置いて、左フレーム105及び右フレーム106が立設されている。これら左右フレーム105、106間が、前記印刷処理が実行可能な印刷エリアとされている。キャリッジガイド15は、前記印刷エリアよりも長い左右幅を有しており、キャリッジ2は前記印刷エリアの右外側まで移動可能である。前記印刷処理が実行されないとき、キャリッジ2はキャリッジ退避エリア104に退避する。また、後述する加圧パージ処理も、このキャリッジ退避エリア104において実行される。
ベースフレーム101の後方側には、印刷処理対象のワークWの巻回体である送り出しロールWaを収容する送り出し部107が備えられている。また、ベースフレーム101の前方側には、印刷処理後のワークWの巻回体である巻き取りロールWbを収容する巻き取り部108が備えられている。巻き取り部108は、巻き取りロールWbの巻回軸を回転駆動する図略の駆動源を備え、テンションローラー109で所定の張力をワークWに付与しつつ、当該ワークWを巻き取る。
[キャリッジの構成]
図4は、キャリッジ2の全体斜視図である。キャリッジ2には、ワークWに対してインク(液体)を噴射するヘッドユニット21(液体噴射ヘッド)と、インクカートリッジICからヘッドユニット21へインクを供給する液体供給ユニット3とが搭載されている。図4では、2台のヘッドユニット21と、8台の液体供給ユニット3とがキャリッジ2に搭載されている例を示している。すなわち、1台のヘッドユニット21当たり、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックの各インクを供給するために、4台の液体供給ユニット3が装備されている。なお、各液体供給ユニット3に異なる色のインクが充填され、2つのヘッドユニット21から最大8色のインクが噴射される態様でもよい。
キャリッジ2は、ヘッドユニット21及びヘッドユニット21を保持するキャリッジフレーム20を備える。キャリッジフレーム20は、最も下方に位置する下段フレーム201と、下段フレーム201の上方に間隔を置いて配置された上段フレーム202と、上段フレーム202の上面に組み付けられたラック203と、上段フレーム202の後方面に取り付けられた背面フレーム204とを含む。下段フレーム201と上段フレーム202とは、上下方向に延びる連結支柱205によって連結されている。背面フレーム204には、図略のボールねじ機構が搭載されており、そのボールねじで駆動されるナット部が、下段フレーム201に取り付けられている。また、背面フレーム204には、上下方向に延びるガイド支柱206が備えられている。前記ボールねじ機構の駆動により、下段フレーム201及び上段フレーム202の連結体は、ガイド支柱206でガイドされつつ、上下方向へ移動することができる。つまり、キャリッジ2の本体部分は、背面フレーム204に対して上下方向に移動可能である。
下段フレーム201には、ヘッドユニット21が搭載されている。キャリッジ2の本体部分は上記の通り上下方向に移動可能であるので、ワークWに対するヘッドユニット21の上下方向の高さ位置が調整可能である。上段フレーム202には、液体供給ユニット3が搭載されている。8台の液体供給ユニット3は、ラック203内において左右方向に整列された態様で、上段フレーム202に支持されている。背面フレーム204には、キャリッジガイド15の前記ガイドレールでガイドされる被ガイド部や、タイミングベルト16への固定部等が具備されている。
図5は、一つの液体供給ユニット3及びヘッドユニット21を示す斜視図である。液体供給ユニット3は、タンク部31及びポンプ部32を備えた本体部30と、本体部30のインク供給方向(液体供給方向)の上流側に配置される上流管33(第1供給路)と、本体部30の下流側に配置される下流管34(第2供給路)と、バイパス管35とを備える。タンク部31は、負圧環境下でヘッドユニット21に供給されるインクを一時的に貯留する空間を形成する領域である。ポンプ部32は、前記負圧環境の形成のための減圧処理、並びにヘッドユニット21(インク吐出部22)の清浄化のための加圧パージ処理の際に稼働されるポンプ9(図6)を収容する領域である。
上流管33は、タンク部31とインクカートリッジIC(液体収容容器)とを連通する供給管である。上流管33の上流端331は、インクカートリッジICから延出されたチューブ(図略)の終端部に接続され、下流端332はタンク部31の入口部分に接続されている。下流管34は、タンク部31とヘッドユニット21とを連通する供給管である。下流管34の上流端341は、タンク部31の出口部分に接続され、下流端342はヘッドユニット21に接続されている。バイパス管35は、タンク部31の前記負圧環境(後述の第2室42)を経由せずに、インクを下流管34に送るための管路である。
ヘッドユニット21は、インク吐出部22、制御ユニット部23、エンドチューブ24及び排出チューブ25を含む。インク吐出部22は、インク滴をワークWに向けて吐出するノズル部分である。インク吐出部22におけるインク滴の吐出方式としては、ピエゾ素子を用いたピエゾ方式、加熱素子を用いたサーマル方式などを適用することができる。制御ユニット部23は、インク吐出部22が備える前記ピエゾ素子又は前記加熱素子を制御する制御基板を備え、インク吐出部22からのインク滴の吐出動作を制御する。
エンドチューブ24は、下流管34の下流端342とインク吐出部22とを繋ぐチューブである。下流端342はキャップ式ソケットであり、エンドチューブ24の上端嵌合部にワンタッチ装着が可能である。排出チューブ25は、初期使用時に液体供給ユニット3に封入されている保存液を排出するためのチューブである。初期使用時、下流管34の下流端342がエンドチューブ24の上端嵌合部に装着され、排出チューブ25には別途チューブを液体供給ユニット3に対して接続し、前記保存液の貯留空間を開放することにより、前記保存液を排出する動作が実行される。
[液体供給システムの概要]
本実施形態では、インクカートリッジICがヘッドユニット21の上方に配置され、水頭差によってインクがヘッドユニット21に供給される装置構成とされている。インクを水頭差供給する場合、常圧での供給を行うとヘッドユニット21のインク吐出部22から常時インクが吐出してしまう。このため、インクの供給経路中に負圧環境を作る負圧形成部を介在させ、インク吐出部22を適度な負圧とする必要がある。液体供給ユニット3のタンク部31は、上記の負圧形成部として機能する。
図6は、本実施形態のキャリッジ2において採用されている液体供給システムを概略的に示すブロック図である。インクカートリッジICは、インク吐出部22よりも高さhだけ高い位置に配置されている。この高さhが水頭差となり、この水頭差によって、インクカートリッジICのインクがヘッドユニット21に供給される。液体供給ユニット3は、インクカートリッジICとヘッドユニット21との間のインク供給経路の途中に組み入れられている。液体供給ユニット3のタンク部31は、前記水頭差を受けて大気圧よりも高い圧力となる第1室41と、第1室41に対してインク供給方向の下流側に配置され、負圧に設定される第2室42とを備える。第1室41は、負圧操作が与えられない部屋であって、大気圧に加えて前記水頭差による圧力Pが加わる部屋となる。この圧力Pは、水の密度(インクは密度において水と同等に扱える)をρ、重力加速度をg、水頭差をhとするとき、P=ρgh[Pa]で表される。第1室41は、上流管33を介してインクカートリッジICと連通している。第2室42は、下流管34を介してインク吐出部22と連通している。
第1室41と第2室42とを区画する壁面には、伝達部材5に連結された開閉バルブ6が配置されている。また、第2室42を区画する壁部の一部は、大気圧検知フィルム7(可撓性フィルム部材)によって構成されている。第2室42内が所定の閾値を超える負圧になると、大気圧検知フィルム7が大気圧を検知して変位する。この変位力が伝達部材5に与えられ、連結されている開閉バルブ6が閉姿勢から開姿勢に姿勢変更し、第1室41と第2室42とが連通状態とされる。通常の印刷処理時におけるインク供給ルートは、上流管33、第1室41、第2室42及び下流管34を通過するルートである。これに加え、第2室42を経由せずに第1室41と下流管34とを短絡させるバイパス管35が具備されている。バイパス管35には、正逆回転が可能なポンプ9が配置されている。
図6は、当該液体供給システムが印刷処理を行う印刷モード(液体の通常供給時)が実行されている状態を示す図でもある。前記印刷モードにおいて、第1室41及び第2室42にはインクが所定量充填され、第2室42が所定の負圧とされる。第1室41の圧力は、上述の通り水頭差により大気圧+ρgh[Pa]であり、いつでもインクカートリッジICから水頭差によってインクが供給され得る状態である。印刷モードの基本設定として、開閉バルブ6は閉姿勢とされ、第1室41と第2室42とは隔離された状態とされる。ポンプ9は停止状態とされる。後述するが、ポンプ9はチューブポンプであり、当該ポンプ9の停止時にはバイパス管35は閉止状態となる。このため、下流管34及びインク吐出部22も、負圧に維持された状態となる。
第2室42へのインク充填をスムースに行わせるため、第2室42には空気抜き機構部37が付設されている。イニシャルの使用時やメンテナンス後などにおいて、第2室42に所定量のインクを初期充填する必要がある。空気抜き機構部37は、負圧環境に設定される第2室42を一時的に大気と連通させて(第2室42の空気を抜いて)、前記初期充填を促進させる。また、第2室42に収容されたインクが、高熱化によって気泡を発生する場合がある。空気抜き機構部37は、前記気泡に基づく空気を第2室42から除去する際にも用いられる。
ヘッドユニット21が作動し、インク吐出部22がインク滴を吐出すると、第2室42内のインクが消費され、これに伴い第2室42の負圧の程度が進行してゆく。つまり、インク吐出部22は、インク滴の吐出の度に、大気と隔離された状態にある第2室42からインクを吸い取る動作を行い、第2室42の負圧度を高めて行く。そして、第2室42内のインクの減少に伴い、当該第2室42が所定の閾値を超える負圧となると、上記の通り大気圧検知フィルム7が大気圧を検知して変位する。この変位力によって、伝達部材5を通して開閉バルブ6が閉姿勢から開姿勢に姿勢変更し、第1室41と第2室42とが連通状態となる。従って、両室の圧力差によって、第1室41から第2室42へインクが流入する。
第2室42へのインクの流入に伴い、当該第2室42の負圧度は徐々に緩和され、大気圧に近づいてゆく。同時に、大気圧検知フィルム7から伝達部材5へ与えられる変位力も徐々に小さくなってゆく。そして、第2室42が前記所定の閾値を下回る負圧となると、開閉バルブ6は閉姿勢に復帰し、第1室41と第2室42とは再び隔離された状態となる。この際、第1室41から第2室42へ流入した分だけ、水頭差によってインクカートリッジICから第1室41へインクが補充される。印刷モードでは、このような動作が繰り返されることになる。
本実施形態の液体供給システムは、上記の印刷モードの他、加圧パージモードと、減圧モードとが実行可能とされている。加圧パージモードは、インク吐出部22におけるインク詰まりを解除若しくは予防するため、高圧のインクをインク吐出部22に供給し、吐出させるモードである。減圧モードは、イニシャルの使用時やメンテナンス後などに、常圧状態の第2室42を前記所定の負圧に設定するためのモードである。
図7(A)は、加圧パージモードが実行されている状態を示す図である。加圧パージモードでは、ポンプ9は正転駆動される。ポンプ9の正転駆動によって、インクは、第2室42を迂回して、上流管33から第1室41及びバイパス管35を経て、下流管34へ直接向かうことになる。つまり、ポンプ9で加圧されたインクが、インク吐出部22に供給される。これにより、インク吐出部22からインクが強制吐出され、インク吐出部22が清浄化される。なお、加圧パージモードと同様の動作が、初期使用時において液体供給ユニット3に封入されている保存液を排出する際にも実行される。
加圧パージモードの実行の際、加圧されたインクが下流管34を通して第2室42へ逆流することを防止するために、逆流防止機構部38が備えられている。逆流防止機構部38は、下流管34とバイパス管35の下流端との合流部aよりも上流側において、下流管34に配置されている。逆流防止機構部38により、下流管34の合流部aよりも上流側が閉止されるので、バイパス管35において生成される高圧インクは、全てインク吐出部22に向かう。従って、第2室42を区画している大気圧検知フィルム7の破損が防止される。
図7(B)は減圧モードが実行されている状態を示す図である。減圧モードでは、ポンプ9は逆転駆動される。ポンプ9が逆転駆動されると、下流管34及びバイパス管35を通して、インク吐出部22及び第2室42が減圧される。インク吐出部22及び第2室42は、この減圧モードによって所定の負圧、つまり、水頭差供給を行う場合にあっても、インク吐出部22からインク滴が漏れ落ちない負圧に設定される。なお、インク吐出部22を過度の負圧にすると、インク吐出部22におけるピエゾ素子等の駆動によるインク吐出が阻害されることがある。従って、インク吐出部22及び第2室42は、例えば−0.2〜−0.7kPa程度の弱い負圧とすることが望ましい。
[液体供給ユニットの全体構造]
続いて、上述した液体供給システムの各モードの実行を可能とする、本実施形態に係る液体供給ユニット3の構造について詳述する。図8(A)は、液体供給ユニット3の正面図、図8(B)は、その側面図、図8(C)は、その上面図である。図9は、液体供給ユニット3の第1室41側の内部構造を示す斜視図である。図10は第2室42側から見た、液体供給ユニット3の分解斜視図である。図11(A)は、印刷モードにおける逆流防止機構部38の状態を示す断面図、図11(B)は、図11(A)のA5部拡大図である。
図5〜図7に基づき予備的に説明した通り、液体供給ユニット3は、タンク部31及びポンプ部32を有する本体部30、上流管33、下流管34、バイパス管35、空気抜き機構部37、逆流防止機構部38、伝達部材5、開閉バルブ6及び大気圧検知フィルム7を備える。この他、液体供給ユニット3は、第2室42のインク液面をモニターするためのモニター管36と、ポンプ部32と第1室41とを連通させる連絡管32Pと、第1室41を区画する壁面の一部を構成する封止フィルム7Aとを備えている。
本体部30は、前後方向に延びる平板からなるベース基材300(図9)を備える。ベース基材300の前方側が、タンク部31の基板となるタンク部ベース板310(壁部)、後方側が、ポンプ部32においてハウジング構造を形成するポンプ部ハウジング320である。タンク部ベース板310の左面側に第1室41が配置され、右面側に第2室42が配置されている。タンク部ベース板310には、第1室41と第2室42とを連通させる連通口43(図9)が穿孔されている。この連通口43に、上述の開閉バルブ6(図6)が配置されている。
図9に示されているように、第1室41は、大略的に側面視でL字型の形状を有している。第1室41は、タンク部ベース板310から左方に突設された第1区画壁411によって区画されている。第1区画壁411のうちの最上部の壁には、インクの流入口412が穿孔されている。インクの流入口412に対応して、第1区画壁411の外側面には受けプラグからなる流入ポート417(図11(A))が立設されている。この流入ポート417には、上流管33の下流端332が挿入接続される。つまり、流入口412は、インクカートリッジICと第1室41とを連通させる開口であり、当該流入口412から水頭差によりインクが第1室41内に流入する。
第1区画壁411の底壁部413は、タンク部ベース板310の下端に位置している。底壁部413に近い第1区画壁411の後側壁には、パージポート414が設けられている。連絡管32Pの上流端が、このパージポート414に接続されている。
連通口43は、第1室41の上端部に位置している。既述の通り、第1室41には減圧処理等が行われず、大気圧に加えて水頭差による圧力P=ρghが加わる部屋である。流入口412からインクが流入すると、底壁部413からインクが溜まり始める。インクの液位が連通口43を超過すると、当該連通口43を通してインクを第2室42へ供給可能な状態となる。また、ポンプ9が稼働されると、パージポート414及び連絡管32Pを通して、第1室41に貯留されたインクが吸引され、バイパス管35及び下流管34を通して、高圧化されたインクがヘッドユニット21に供給される。
図10を参照して、第2室42は、大略的に平面視で円形の形状を有している。第2室42は、タンク部ベース板310から右方に突設された第2区画壁421によって区画されている。第2区画壁421は、円筒型の形状を有する円筒壁と、円筒壁の上方に突設された矩形部分からなる上部壁とを有している。
第2室42の下端には、連絡室44が連設されている。連絡室44は、前後方向に細長い矩形の空間であって、第2区画壁421の円筒壁の下端から前方へ直線状に延在している。連絡室44は、壁部441によって区画されている。第2区画壁421の円筒壁の下端には、第2室42と連絡室44とを連通させる下部通路424が設けられている。壁部441は、下部通路424の位置において第2区画壁421の円筒壁に繋がっている。連絡室44は、第2室42と下流管34とを繋ぐ空間であって負圧とされる空間であり、実質的に第2室42の一部を構成している。
モニター管36の一端が第2室42の上端部に、他端が連絡室44に各々連通されている。つまり、モニター管36は、第2室42の上端側と下端側とに連通し、モニター管36内のインク液位は、第2室42内のインク液位と連動したものとなる。
本実施形態ではモニター管36は、透明な樹脂チューブからなる。従って、ユーザーは、モニター管36を視認することで、第2室42内のインク液位を知見することができる。本実施形態では、図4に示したように、キャリッジ2に複数の液体供給ユニット3が左右方向に並列配置される構成とされる。このため、たとえ右側面に位置する大気圧検知フィルム7として透明なフィルムを用いたとしても、最右部の液体供給ユニット3以外は、第2室42内のインク液位を視認させることができない。しかし、本実施形態では、液体供給ユニット3の前方側に、モニター管36が立設される態様とされている。このため、ユーザーは、キャリッジ2の前方側から、各液体供給ユニット3のモニター管36を視認することで、それぞれの第2室42内のインク液位を知見することができる。
逆流防止機構部38は、連絡室44の前端付近において、壁部441の天壁上に設置されている。逆流防止機構部38に対応して、壁部441の天壁には供給孔443(図11(B))が穿孔されている。下流管34の上流端341は、逆流防止機構部38に接続されている。第2室42に貯留されたインクは、インク吐出部22に吸引される態様で、供給孔443及び逆流防止機構部38を通して、下流管34に供給される。逆流防止機構部38については、後記で詳述する。
図10を参照して、第1室41の左面側の開口は、樹脂製の封止フィルム7Aによって封止される。封止フィルム7Aは、第1区画壁411の左面視の壁形状に合致した外形形状を有している。封止フィルム7Aの周縁部が第1区画壁411の端面に溶着又は接着されることで、封止フィルム7Aは第1室41の開口を封止する。
第2室42の右面側の開口は、可撓性を有する樹脂製のフィルム部材からなる大気圧検知フィルム7によって封止される(図10)。大気圧検知フィルム7は、第2室42の第2区画壁421及び連絡室44の壁部441を一体化した壁形状に合致した外形形状を有している。すなわち、大気圧検知フィルム7は、第2室42の円筒壁に対応した本体部71と、矩形の上部壁に対応した上延長部72と、連絡室44の壁部441に対応した下延長部73とを備えている。本体部71の周縁部が円筒壁の端面に、上延長部72の周縁部が上部壁の端面に、そして下延長部73の周縁部が壁部441の端面に溶着又は接着されることで、大気圧検知フィルム7は第2室42及び連絡室44の開口を封止する。なお、大気圧検知フィルム7は、特段テンションが付与されない状態で、溶着又は接着される。
ポンプ部32(図9)は、タンク部31の後方に隣接して配置され、ポンプ9を収容するポンプキャビティ321と、ポンプ9の偏心カム91(図11)を軸支するカム軸93(図4)が挿通されるカム軸挿通孔322とを備えている。ポンプキャビティ321は、ポンプ部ハウジング320の前後及び上下の中央位置に配置された円筒状のキャビティである。カム軸挿通孔322は、ポンプキャビティ321と同心となる位置に設けられたボス孔である。ポンプキャビティ321の右面側の開口は、ポンプカバー323(図10)によって封止されている。このように、本実施形態では、タンク部31の基板となるタンク部ベース板310と一体的にポンプキャビティ321が備えられ、液体供給ユニット3自身に加圧パージ用のポンプ9を搭載させる構成である。これによりキャリッジ2の装置構成のコンパクト化、シンプル化を図ることができる。
次に、図7(A)に基づき説明した加圧パージモードの実行の際に、加圧されたインクが第2室42へ逆流することを防止する逆流防止機構部38の構成について説明する。図11(B)を参照して、逆流防止機構部38は、バルブ管路81、分岐ヘッド部82、球体83、シール部材84、コイルスプリング85及びOリング86を含む。バルブ管路81は、連絡室44の天壁と一体の部材であり、他の部品はバルブ管路81に対して組み付けられている。
バルブ管路81は、壁部441の天壁の上面から上下方向に延びる管路である。バルブ管路81は、連絡室44と下流管34とを繋ぐインク流路を提供するものであって、第2室42からインク吐出部22に至るインク供給路の一部を構成している。
分岐ヘッド部82は、図6及び図7に基づき先述した合流部aを形成する部材である。分岐ヘッド部82は、第1入口ポート821、第2入口ポート822、出口ポート823を含む。第1入口ポート821は、第2室42の下流端が接続されるポートであって、本実施形態ではバルブ管路81及び連絡室44を経由して、第2室42が連通している。第2入口ポート822は、バイパス管35の下流端が接続されるポートである。出口ポート823は、下流管34の上流端341が接続されるポートである。上述の印刷モードでは、インクは、第1入口ポート821を通して下流管34に供給される。一方、加圧パージモードでは、第2入口ポート822を通して下流管34に供給される。
球体83は、バルブ管路81内に、インク供給方向へ移動可能に収容され、弁の働きをする。球体83の外径は、バルブ管路81の内径よりも小さく、さらにコイルスプリング85の内径よりも小さい。球体83を形成する素材としては、種々の材料を用いることができるが、好ましくはインクの比重に対して2倍以下の比重を有する材料で形成することが望ましい。球体83は、バルブ管路81内においてインク中に埋没する。球体83の比重をインクの比重に近づけることで、球体83のインク供給方向(ここでは上下方向)の動作圧を小さくすることができる。
一般に、インクジェット式プリンターに用いられるインクは、水溶性液体であって、比重=1若しくはその近傍の比重を有する。従って、球体83の材料としては、比重<2の材料を選択することが望ましい。また、前記材料は、インクと常時接触しても劣化しない耐薬品性、耐摩耗性の性質を備えていることが望ましい。これらの観点から、球体83の材料としては、ポリアセタール樹脂(比重≒1.5)を用いることが特に好ましい。
シール部材84は、例えば図11(B)に示されているように、球体83の下方であって、バルブ管路81の底壁上(壁部441の天壁の上面)の座部813に着座するリング形状を有するシール部品である。シール部材84のリング内径(貫通孔)は、球体83の外径よりも小径である一方、壁部441の天壁に穿孔されている供給孔443よりも大径に設定されている。このシール部材84から球体83が上方に離間したときには、バルブ管路81は開となる。一方、シール部材84に球体83が接したときには、バルブ管路81は閉となる。
コイルスプリング85は、その下端部がシール部材84に当接し、上端部が分岐ヘッド部82の第1入口ポート821の下端縁に当接するように、バルブ管路81に内装される圧縮バネである。コイルスプリング85は、シール部材84を座部813に向けて付勢しており、これによりシール部材84は座部813に常時圧接されている。また、コイルスプリング85の内側には球体83が収容されており、コイルスプリング85は球体83のインク供給方向への移動をガイドする役目も果たす。従って、バルブ管路81内における球体83の遊動が規制され、シール部材84に対する球体83の離接により成立する弁構造を安定化させることができる。
Oリング86は、バルブ管路81と分岐ヘッド部82との突き合わせ部をシールしている。Oリング86は、第1入口ポート821の外周面に嵌め込まれている。
図11(A)には、ポンプ部32に収容されたポンプ9が示されている。ポンプ9は、偏心カム91及びしごきチューブ92を備えたチューブポンプである。偏心カム91の軸孔91Aには、当該偏心カム91の回動軸となるカム軸93(図4)が挿通される。この偏心カム91には、図略の駆動ギアから回転駆動力が与えられる。しごきチューブ92は、偏心カム91の周面に配置され、偏心カム91のカム軸93回りの回転によってしごかれ、チューブ内の液体(インク)を一端側から他端側へ送り出す。本実施形態では、しごきチューブ92は、連絡管32P及びバイパス管35と一体のチューブである。すなわち、しごきチューブ92の一端側は第1室41の底壁部413に連通し(連絡管32P)、他端側が分岐ヘッド部82の第2入口ポート822に連通し(バイパス管35)、中央部分が偏心カム91の周面に配置されるしごき部とされている。
既述の通り、ポンプ9は、図6に示した印刷モードでは停止状態とされる。この場合、偏心カム91がしごきチューブ92を圧潰して停止した状態となるので、バイパス管35を通るインク供給路は閉止されることになる。一方、図7(A)に示した加圧パージモードでは、ポンプ9は正転駆動される。図11(A)において、偏心カム91の正転方向は、反時計方向である。このようなポンプ9の正転駆動によって、インクは、第1室41から連絡管32Pを通して吸引され、バイパス管35から合流部aである逆流防止機構部38へ向かうことになる。なお、ポンプ9が逆転駆動されると、図7(B)に示した通り、バイパス管35及び分岐ヘッド部82を通して、連絡室44及び第2室42と、下流管34とが負圧化する。
続いて、逆流防止機構部38の動作について説明する。印刷モードではインクは、第2室42から、連絡室44、逆流防止機構部38及び下流管34を通る供給ルートでヘッドユニット21に供給される。このような印刷モードにおいては、図11(B)に示す通り、球体83はシール部材84から離間し、上方へ浮き上がった状態となる。これは、第2室42から下流管34へ至る供給ルートが、印刷モードでは負圧に維持されていることに依る。ヘッドユニット21のインク吐出部22は、インク滴を吐出する度に、前記供給ルート内に存在するインクを吸引することも相俟って、球体83にはインク供給方向へ向かう力が作用し、球体83はインクの液体中においてシール部材84から浮き上がる。
球体83がシール部材84から離間することから、連絡室44の供給孔443は開放された状態となる。従って、インクは、連絡室44から分岐ヘッド部82へ通り抜けることができる。
一方、加圧パージモードでは、ポンプ9の正転駆動によって、バイパス管35を通して加圧されたインクが、分岐ヘッド部82の第2入口ポート822(合流部a)に供給される。このため、バイパス管35と、合流部aよりも下流側に位置する下流管34とが、加圧されたインクによって加圧されることになる。この場合、インクは100kPaを超過するような高圧に加圧される。このような高圧が仮に第2室42に加わった場合、第2室42の一部を区画している大気圧検知フィルム7は、破裂したり、第2区画壁421に対する取り付け部が剥がれたりすることがある。
しかし、本実施形態では、合流部aに加わる加圧力によって、球体83は下方(インク供給方向の上流側)へ押圧され、球体83がシール部材84に接するようになる。コイルスプリング85により座部813へ押し付けられているシール部材84に球体83が接することで、供給孔443は塞がれた状態となる。すなわち、印刷モードにおけるインク供給経路のうち、合流部aよりも上流側に位置する連絡室44及び第2室42が加圧インクによる加圧から遮断される。従って、大気圧検知フィルム7の破損等を未然に防止することができる。
図12は、本実施形態に係る液体供給ユニット3の内部における伝達部材5の構造および機能を説明する模式図である。図13は、本実施形態に係る液体供給ユニット3と比較される他の液体供給ユニットの内部における伝達部材5Zの構造および機能を説明する模式図である。図12を参照して、本実施形態では、前述のように、液体供給ユニット3は、所定のインク(液体)を貯留するインクカートリッジICからインクを噴射するヘッドユニット21(液体噴射ヘッド)へインクを供給する。ここで、液体供給ユニット3は、第1室41および第2室42を含むタンク部31と、開閉バルブ6と、大気圧検知フィルム7と、伝達部材5と、を備える。第1室41は、インクカートリッジICに連通している。第2室42は、前記第1室41に対して液体供給方向の下流側に配置され、ヘッドユニット21と連通している。タンク部31のタンク部ベース板310には、第1室41と第2室42とを連通させる連通口43が形成されている。開閉バルブ6は、前記第2室42側から前記連通口43を開閉可能なように配置され、前記連通口43を閉じる閉姿勢と、前記連通口43を開く開姿勢との間で姿勢変更する。また、大気圧検知フィルム7は、前記第2室42のうち前記連通口43に対向する側面を画定し、前記第2室42の圧力変化に基づいて変位する。
図12を参照して、伝達部材5は、第2室42の内部に配置されている。伝達部材5は、大気圧検知フィルム7の変位力を当該大気圧検知フィルム7の変位方向とは逆方向に向かって開閉バルブ6に伝達する。
伝達部材5は、リンク部51と、第1接続部52と、第2接続部53と、を有する。リンク部51は、リンク支点部501回りに回動可能なように第2室42に支持されている。換言すれば、リンク部51の上端側はリンク支点部501から上方に延びており、リンク部51の下端側はリンク支点部501から下方に延びている。本実施形態では、リンク部51は、棒状の部材からなる。第1接続部52は、リンク部51の一端側(下端部)と大気圧検知フィルム7の裏面部(内面部)とを接続する。一方、第2接続部53は、リンク部51の他端側(上端部)と開閉バルブ6とを接続する。なお、第1接続部52の基端部は、フィルム側支点部502においてリンク部51に回動可能に支持されており、第2接続部53の基端部は、バルブ側支点部503においてリンク部51に回動可能に支持されている。
前述のように、通常のインク供給時には第2室42が負圧に設定される。そして、ヘッドユニット21においてインクが消費されると、第2室42からヘッドユニット21にインクが供給(吸引)される。この際、大気圧検知フィルム7が、図12の破線から実線に移動するように第2室42の内側に変位する。一方、伝達部材5は、このような第2室42内のインクの減少に伴って前記第2室42が所定の閾値を超える負圧となると、開閉バルブ6が前記開姿勢となるように大気圧検知フィルム7の変位力を開閉バルブ6に伝達する。具体的に、大気圧検知フィルム7が第2室42の内側に向かって変位すると、リンク部51がリンク支点部501を支点として、図12において時計回りに回動する。この結果、開閉バルブ6が第2接続部53によって牽引されながら図12の破線から実線に移動し、連通口43を開放する。したがって、第1室41から第2室42にインクが流入する。このように、本実施形態では、開閉バルブ6を所期のタイミングで姿勢変更させることができ、ヘッドユニット21への安定的なインク供給を確保することができる。
一方、本実施形態では、前述のように、液体供給ユニット3において加圧パージモードが実行される(図7(A))。この際、下流管34の圧力が高圧になったとしても、逆流防止機構部38(図7)の作用によって、第2室42内の圧力が大きく上昇することが抑止される。更に、逆流防止機構部38の球体83(図11(B))に誤動作があった場合であっても、伝達部材5が第2室42から第1室41へのインクの逆流を防止する。具体的に、図12において、連絡室44から第2室42に高圧のインクが流入した場合、大気圧検知フィルム7が実線から破線に移動するように外側に変位する。この結果、大気圧検知フィルム7によって第1接続部52が牽引され、リンク部51がリンク支点部501を支点として反時計回りに回動する。そして、第2接続部53が開閉バルブ6を閉姿勢となるように押圧し、連通口43が開閉バルブ6によって封止される。すなわち、伝達部材5は、前記第2室42が加圧されると大気圧検知フィルム7の変位に伴って開閉バルブ6が前記閉姿勢となるように大気圧検知フィルム7の変位力を開閉バルブ6に伝達する。このため、第2室42が誤って加圧された際に、開閉バルブ6が確実に閉姿勢とされ、第2室42から第1室41にインクが逆流することが抑止される。また、本実施形態では、伝達部材5がリンク構造を有することによって、大気圧検知フィルム7の変位を開閉バルブ6に確実に伝達することができる。
なお、図12において、上流管33から第1室41に供給されるインクの圧力がPc、下流管34から第2室42に供給される加圧されたインクの圧力がPh、大気圧がPa、連通口43の断面積がsv、大気圧検知フィルム7の断面積がs、大気圧検知フィルム7に付与される力がFvと定義される。この際、大気圧検知フィルム7を境界とする第2室42の内部と外部との圧力差ΔPvは、式1で表される。
ΔPv=Fv/s=Pa−Ph ・・・(式1)
式1から、圧力Ph、Paの関係は式2で表される。
Ph=Pa−Fv/s ・・・(式2)
更に、開閉バルブ6を開放しようとする力Faは、式3で示される。
Fa=(Pc−Ph)×sv ・・・(式3)
また、伝達部材5が開閉バルブ6を封止しようとする力Fbは、式4で示される。
Fb=Fv−(Pa−Ph)×s ・・・(式4)
すなわち、Fa<<Fbの場合に、開閉バルブ6が閉姿勢に保持される。
一方、図13を参照して、開閉バルブ6が第1室41側に配置され、伝達部材5Zが開閉バルブ6と大気圧検知フィルム7とを直接的に接続している場合を想定する。このような構成において連絡室44から第2室42に高圧のインクが流入すると、第2室42と第1室41との間の圧力差によって開閉バルブ6は開放動作を行う。このため、大気圧検知フィルム7が開閉バルブ6を牽引する力が働いたとしても、連通口43を通じて第2室42から第1室41にインクが逆流することがある。一方、本実施形態では、上記のように、通常のインク供給時に必要に応じて開閉バルブ6を開放する伝達部材5が、加圧パージモードの誤作動が生じた場合であっても、開閉バルブ6を確実に閉止する機能を有する。
[変形例]
以上、本発明の一実施形態について説明した。このような液体供給ユニット3およびプリンター1によれば、インクを水頭差供給する場合において、伝達部材5を確実に動作させ、第2室42へインクをタイムリーに供給させることができる。なお、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば次のような変形実施形態を取り得る。
(1)上記実施形態では、図12において、連通口43の上流側に第1室41が配置される態様にて説明したが、連通口43の上流側に上流管33が直接連通される態様でもよい。
(2)上記実施形態では、液体供給ユニット3がポンプ部32を含む態様にて説明したが、ポンプ部32は液体供給ユニット3(キャリッジ2)上に配置されることなく、装置本体11側に固定される態様でもよい。
1 プリンター(液体噴射装置)
21 ヘッドユニット(液体噴射ヘッド)
22 インク吐出部
3 液体供給ユニット
310 タンク部ベース板(壁部)
33 上流管(第1供給路)
34 下流管(第2供給路)
41 第1室
42 第2室
43 連通口
5 伝達部材
6 開閉バルブ(開閉部材)
7 大気圧検知フィルム(可撓性フィルム部材)
IC インクカートリッジ(液体収容容器)

Claims (4)

  1. 所定の液体を貯留する液体収容容器から前記液体を噴射する液体噴射ヘッドへ前記液体を供給する液体供給ユニットであって、
    前記液体収容容器と連通する第1室と、
    前記第1室に対して液体供給方向の下流側に配置され、前記液体噴射ヘッドと連通する第2室と、
    前記第1室と前記第2室とを連通させる連通口を備えた壁部と、
    前記第2室側から前記連通口を開閉可能なように配置され、前記連通口を閉じる閉姿勢と、前記連通口を開く開姿勢との間で姿勢変更する開閉部材と、
    前記第2室のうち前記連通口に対向する側面を画定し、前記第2室の圧力変化に基づいて変位する可撓性フィルム部材と、
    前記可撓性フィルム部材の変位力を当該可撓性フィルム部材の変位方向とは逆方向に向かって前記開閉部材に伝達する伝達部材であって、前記第2室内の液体の減少に伴って前記第2室が所定の閾値を超える負圧となると前記開閉部材が前記開姿勢となるように前記変位力を前記開閉部材に伝達し、前記第2室が加圧されると前記可撓性フィルム部材の変位に伴って前記開閉部材が前記閉姿勢となるように前記変位力を前記開閉部材に伝達する、伝達部材と、
    を備える、液体供給ユニット。
  2. 前記伝達部材は、
    所定の支点回りに回動可能なように前記第2室に支持されたリンク部と、
    前記リンク部の一端側と前記可撓性フィルム部材とを接続する第1接続部と、
    前記支点に対して前記一端側とは反対側に配置される前記リンク部の他端側と前記開閉部材とを接続する第2接続部と、
    を有し、
    前記第2室が加圧されると、前記可撓性フィルム部材によって前記第1接続部が牽引され、前記リンク部が前記支点回りに回動することで、前記第2接続部が前記開閉部材を前記閉姿勢となるように押圧する、請求項1に記載の液体供給ユニット。
  3. 請求項1または2に記載の液体供給ユニットにおいて、
    前記液体収容容器が前記液体噴射ヘッドの上方に配置され、
    前記液体供給ユニットは、前記液体収容容器と前記液体噴射ヘッドとの間に配置され、水頭差によって前記液体が前記液体噴射ヘッドに供給させるものであって、
    前記第2室は、前記液体の通常供給時には負圧とされ、
    前記第2室内の液体の減少に伴い前記第2室が所定の閾値を超える負圧となると前記開閉部材が前記開姿勢となり前記第1室から前記連通口を通じて前記第2室に液体が流入する、液体供給ユニット。
  4. 所定の液体を噴射する液体噴射ヘッドと、
    前記液体を貯留する液体収容容器から前記液体噴射ヘッドへ前記液体を供給する請求項1〜3のいずれか1項に記載の液体供給ユニットと、
    前記液体収容容器と前記液体供給ユニットの前記第1室とを連通させる第1供給路と、
    前記液体噴射ヘッドと前記液体供給ユニットの前記第2室とを連通させる第2供給路と、を備える液体噴射装置。
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