JP2021154515A - 圧力制御ユニットを有する液体吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 良好なシール性を維持する液体吐出装置を提供する。【解決手段】 液体収納室と、液体収納室に液体を流入させる流入口と、液体収納室から液体を流出させる流出口と、液体の圧力制御ユニットと、液体を吐出する液体吐出ヘッドと、圧力制御ユニットと液体吐出ヘッドの間に設けられたシール部材とを有した液体吐出装置であり、シール部材は、流入口を取り囲んで延びる連続した二つの第１のシール部と、流出口を取り囲んで延びる連続した２つの第２のシール部とを有し、圧力制御ユニットは、シール部材収納部を有し、シール部材収納部は、液体流入口と液体流出口のどちらか一方を取り囲む外周部と、液体流入口と液体流出口の間の中央部を有し、外周部の壁面には凸部と凹部が設けられ、中央部の壁面には凹部のみが設けられていて、圧力制御室内の圧力が高圧の場合においても、シール部材収納部の壁面に設けられた凸部がシール部材の変形を抑制する。【選択図】 図２１

Description

本発明は、圧力制御ユニット、及び圧力制御ユニットを有する液体吐出装置に関するものである。

インクジェット記録装置に代表される液体吐出装置などでは、液体の圧力を調整するための圧力制御室が用いられることがある。圧力制御室によって液体の圧力を制御して、圧力差（差圧）のある液体の流れを作り出し、差圧を利用してさらに液体の流れを発生させている。この液体の流れによって、液体吐出ヘッド内で液体を循環させることが可能となっており、液体吐出ヘッド内での液体の増粘が抑制されている。圧力制御室は液体吐出ヘッドと接続され、接続部の隙間にシール部材を挟むことで内部を流れる液体の流出や異物の混入を防止している。

特許文献１に記載のシール部材は、シール部を両面に設けることでシール部が両面から均等に圧縮され、高温環境下でも良好なシール性を維持している。

特許第６４１５１１４号明細書

特許文献１に記載の圧力制御室は８〜３０ｋＰａ程度の低圧で加圧されているが、圧力制御室の圧力が高圧の場合、シール部材が外側に変形し、内部を流れる液体が漏れてしまう恐れがある。

また、シール部材の弾性力が大きい場合、シール部材を組み付けた際に圧力制御室が変形したり割れてしまったりしてしまうことがある。その結果、内部を流れる液体が漏れてしまう恐れがある。

従って、本発明は、圧力制御室の圧力が高圧の場合やシール部材の弾性力が大きい場合においても、良好なシール性を維持する液体吐出装置を提供することを目的とする。

上記課題は、以下の本発明によって解決される。即ち本発明は、液体を収納する液体収納室と、前記液体収納室に液体を流入させるための流入口と、前記液体収納室から液体を流出させるための流出口と、前記液体の圧力を制御するための圧力制御ユニットと、液体を吐出する液体吐出ヘッドと、前記圧力制御ユニットと前記液体吐出ヘッドの間に設けられたシール部材とを有した液体吐出装置であって、前記シール部材は、前記流入口を取り囲んで延びる連続した第１のシール部と、前記流出口を取り囲んで延びる連続した第２のシール部と、を有し、前記圧力制御ユニットは、シール部材収納部を有し、前記シール部材収納部は、前記液体流入口と前記液体流出口のどちらか一方を取り囲む外周部と、前記液体流入口と前記液体流出口の間の中央部を有し、前記外周部の壁面には凸部と凹部が設けられ、前記中央部の壁面には凹部のみが設けられていることを特徴とする液体吐出装置である。

本発明によれば、圧力制御室ユニット内の圧力が高圧の場合においても、シール部材収納部の壁面に設けられた凸部がシール部材の変形を抑制するため、内部を流れる液体が漏れるのを抑制する効果がある。

また、シール部材の弾性力が大きい場合においても、シール部材収納部の壁面に設けられた凹部が潰されたシール部の逃げ部となるため、反力が低減することができ、圧力制御ユニットが変形したり割れてしまったりして、内部を流れる液体が漏れるのを抑制する効果がある。

液体吐出装置を示す図である。 液体吐出装置の循環形態を示す図である。 液体吐出装置の循環形態を示す図である。 液体吐出ヘッドへのインクの流入量を示す図である。 液体吐出ヘッドを示す図である。 液体吐出ヘッドを示す図である。 液体吐出ユニットの流路部材を示す図である。 記録素子基板と流路部材との液体の接続関係を示す図である。 記録素子基板と流路部材との液体の接続関係を示す図である。 吐出モジュールを示す図である。 記録素子基板を示す図である。 液体吐出装置の循環形態を示す図である。 圧力制御ユニットを示す図である。 圧力制御ユニットを示す図である。 バルブを示す図である。 押圧板の傾きを示す図である。 押圧板及びバルブの移動を示す図である。 シール部材の上面を示す図である。 圧力制御ユニットの底面を示す図である。 シール部材収納部を示す図である。 シール部材収納部にシール部材を組み付けた状態を示す図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。尚、圧力制御ユニットとして、液体吐出装置に適用したものを例にとって説明するが、本発明の圧力制御ユニットは、液体吐出装置に用いられるものに限られない。

（液体吐出装置）
図１は、液体を吐出して記録を行う液体吐出装置２０００を示した図である。液体吐出装置２０００は、シアンＣ、マゼンタＭ、イエローＹ、ブラックＫのインク（液体）ごとに対応した単色用の液体吐出ヘッド２００３を４つ並列配置させることで、記録媒体へフルカラー記録を行う。各液体吐出ヘッド２００３に対して、液体吐出装置２０００の供給系、バッファタンク１００３（図２、図３参照）およびメインタンク１００６（図２、図３参照）が流体的に接続されている。また、それぞれの液体吐出ヘッド２００３には、液体吐出ヘッド２００３へ電力および吐出制御信号を伝送する電気制御部が電気的に接続されている。

液体吐出装置は、インク等の液体を、後述するタンクと液体吐出ヘッド３との間で循環させる形態の液体吐出装置である。その循環の形態は、液体吐出ヘッド３の下流側で２つの循環ポンプ（高圧用、低圧用）を可動することで循環させる第１循環形態と、液体吐出ヘッド３の上流側で２つの循環ポンプ（高圧用、低圧用）を可動することで循環させる第２循環形態とがある。以下、この循環の第１循環形態と第２循環形態とについて説明する。

（第１循環形態）
図２は、液体吐出装置１０００（図１の液体吐出装置２０００）に適用される循環経路の第１循環形態を示す模式図である。液体吐出ヘッド３は、第１循環ポンプ（高圧側）１００１、第１循環ポンプ（低圧側）１００２およびバッファタンク１００３等に流体接続されている。なお図２では、説明を簡略化するため、シアンＣ、マゼンタＭ、イエローＹ、ブラックＫのインクの内の１色のインクが流動する経路のみを示しているが、実際には４色分の循環経路が、液体吐出ヘッド３および記録装置本体に設けられる。

第１循環形態では、メインタンク１００６に収納されるインクは、補充ポンプ１００５によってバッファタンク１００３に供給され、その後、第２循環ポンプ１００４によって液体接続部１１１を介して液体吐出ヘッド３の液体供給ユニット２２０に供給される。メインタンク１００６およびバッファタンク１００３は、記録液体を収納する。液体供給ユニット２２０に接続された圧力制御ユニット２３０で異なる２つの圧力（高圧、低圧）に調整されたインクは、高圧側と低圧側の２つの流路に分かれて循環する。液体吐出ヘッド３内のインクは、液体吐出ヘッド３の下流にある第１循環ポンプ（高圧側）１００１および第１循環ポンプ（低圧側）１００２の作用で液体吐出ヘッド内を循環し、液体吐出ヘッド３から排出されてバッファタンク１００３に戻る。なお、第１循環ポンプ１００１、１００２と、第２循環ポンプ１００４と、圧力制御ユニット２３０とは、第１循環形態における循環機構に相当する。

サブタンクであるバッファタンク１００３は、メインタンク１００６と接続され、タンク内部と外部とを連通する不図示の大気連通口を有し、インク中の気泡を外部に排出することが可能である。バッファタンク１００３とメインタンク１００６との間には、補充ポンプ１００５が設けられている。補充ポンプ１００５は、インクを吐出しての記録や吸引回復等、液体吐出ヘッド３の吐出口からインクを吐出（排出）することによって消費されたインクをメインタンク１００６からバッファタンク１００３へ移送する。

２つの第１循環ポンプ１００１、１００２は、液体吐出ヘッド３の液体接続部１１１から液体を引き出してバッファタンク１００３へ流す。第１循環ポンプとしては、定量的な送液能力を有する容積型ポンプが好ましい。具体的にはチューブポンプ、ギアポンプ、ダイヤフラムポンプ、シリンジポンプ等が挙げられるが、例えば一般的な定流量弁やリリーフ弁をポンプ出口に配して一定流量を確保する形態であってもよい。

また、流量センサーを循環経路内に設けて、センサー出力値に基づいて、本体内の制御回路からポンプの回転数を制御して一定流量を確保する形態も好ましく用いることができる。液体吐出ヘッド３の駆動時には、第１循環ポンプ（高圧側）１００１および第１循環ポンプ（低圧側）１００２を稼働することによって、それぞれ共通供給流路２１１、共通回収流路２１２内を所定流量のインクが流れる。このようにインクを流すことで、記録時の液体吐出ヘッド３の温度を最適の温度に維持している。液体吐出ヘッド３駆動時の所定流量は、液体吐出ヘッド３内の各記録素子基板１０間の温度差が記録画質に影響しない程度に維持可能である流量以上に設定することが好ましい。もっとも、あまりに大きな流量に設定すると、液体吐出ユニット３００内の流路の圧損の影響により、各記録素子基板１０で負圧差が大きくなり画像の濃度ムラが生じてしまう。そのため、各記録素子基板１０間の温度差と負圧差を考慮しながら流量を設定することが好ましい。

圧力制御ユニット２３０は、第２循環ポンプ１００４と液体吐出ユニット３００との間の経路に設けられている。この圧力制御ユニット２３０は、単位面積あたりの吐出量の差等によって循環系におけるインクの流量が変動した場合でも、圧力制御ユニット２３０よりも下流側（即ち液体吐出ユニット３００側）の圧力を予め設定した一定圧力に維持するように動作する。圧力制御ユニット２３０を構成する２つの圧力調整機構は、圧力制御ユニット２３０よりも下流の圧力を、所望の制御圧を中心とした一定の範囲以下の変動で制御できる。循環流路では、第２循環ポンプ１００４によって、液体供給ユニット２２０を介して圧力制御ユニット２３０の上流側を加圧している。このようにすると、バッファタンク１００３の液体吐出ヘッド３に対する水頭圧の影響を抑制できるので、液体吐出装置１０００におけるバッファタンク１００３のレイアウトの自由度を広げることができる。

第２循環ポンプ１００４としては、液体吐出ヘッド３の駆動時に使用するインク循環流量の範囲において、一定圧以上の揚程圧を有するものであればよく、ターボ型ポンプや容積型ポンプなどを使用できる。具体的には、ダイヤフラムポンプ等が適用可能である。また第２循環ポンプ１００４の代わりに、例えば圧力制御ユニット２３０に対してある一定の水頭差をもって配置された水頭タンクでも適用可能である。図２に示したように圧力制御ユニット２３０は、それぞれが互いに異なる制御圧が設定された２つの圧力調整機構を備えている。２つの負圧調整機構の内、相対的に高圧設定側（図２でＨと記載）、相対的に低圧側（図２でＬと記載）は、それぞれ、液体供給ユニット２２０内を経由して、液体吐出ユニット３００内の共通供給流路２１１、共通回収流路２１２に接続されている。

液体吐出ユニット３００には、共通供給流路２１１、共通回収流路２１２、各記録素子基板と連通する個別流路２１５（個別供給流路２１３、個別回収流路２１４）が設けられている。共通供給流路２１１には、圧力調整機構Ｈが、共通回収流路２１２には圧力調整機構Ｌが接続されており、２つの共通流路間に差圧が生じている。複数の個別流路２１５は、一対の共通流路のうち一方の共通供給流路２１１と他方の共通回収流路２１２とを接続し、記録素子基板１０の複数の吐出口１３と各々連通している。かかる構成により、液体の一部が、共通供給流路２１１から記録素子基板１０の内部流路を通過して共通回収流路２１２へと流れる流れ（図２の矢印）が発生する。

このようにして、液体吐出ユニット３００では、共通供給流路２１１および共通回収流路２１２内をそれぞれ通過するように液体を流しつつ、一部の液体が各記録素子基板１０内を通過するような流れが発生する。このため、各記録素子基板１０で発生する熱を共通供給流路２１１および共通回収流路２１２を流れるインクによって記録素子基板１０の外部へ排出することができる。また、このような構成により、液体吐出ヘッド３による記録を行っている際に、吐出を行っていない吐出口や圧力室においてもインクの流れを生じさせることができる。これによって、吐出口内で増粘したインクの粘度を低下させることで、インクの増粘を抑制することができる。また、増粘したインクやインク中の異物を共通回収流路２１２へと排出することができる。このため、液体吐出ヘッド３は、高速で高画質な記録が可能となる。

（第２循環形態）
図３は、記録装置に適用される循環形態のうち、上述した第１循環形態とは異なる循環形態である第２循環形態を示す模式図である。前述の第１循環形態との主な相違点は、圧力制御ユニット２３０を構成する２つの圧力調整機構が共に、圧力制御ユニット２３０よりも上流側の圧力を、所望の設定圧を中心として一定範囲内の変動で制御する点である。また、第１循環形態との相違点として、第２循環ポンプ１００４が圧力制御ユニット２３０の下流側を減圧する負圧源として作用する点がある。さらに、第１循環ポンプ（高圧側）１００１および第１循環ポンプ（低圧側）１００２が液体吐出ヘッド３の上流側に配置され、圧力制御ユニット２３０が液体吐出ヘッド３の下流側に配置されている点も相違する点である。

第２循環形態では、メインタンク１００６内のインクは、補充ポンプ１００５によってバッファタンク１００３に供給される。その後インクは２つの流路に分けられ、液体吐出ヘッド３に設けられた圧力制御ユニット２３０の作用で高圧側と低圧側の２つの流路で循環する。高圧側と低圧側の２つの流路に分けられたインクは、第１循環ポンプ（高圧側）１００１および第１循環ポンプ（低圧側）１００２の作用で液体吐出ヘッド３に液体接続部１１１を介して液体吐出ヘッド３に供給される。その後、第１循環ポンプ（高圧側）１００１および第１循環ポンプ（低圧側）１００２の作用で液体吐出ヘッド内を循環したインクは、圧力制御ユニット２３０を経て、液体接続部１１１を介して液体吐出ヘッド３から排出される。排出されたインクは、第２循環ポンプ１００４によってバッファタンク１００３に戻される。なお、第１循環ポンプ１００１、１００２と、第２循環ポンプ１００４と、圧力制御ユニット２３０とは、第２循環形態における循環機構に相当する。

第２循環形態の圧力制御ユニット２３０は、単位面積あたりの吐出量の変化によって生じる流量の変動があっても、圧力制御ユニット２３０の上流側（即ち液体吐出ユニット３００側）の圧力変動を予め設定された圧力を中心として一定範囲内に安定させる。圧力制御ユニットの詳細は後述するが、圧力制御ユニット２３０を構成する２つの圧力調整機構は、圧力制御ユニット２３０よりも上流側の圧力を、所望の制御圧を中心とした一定範囲以下の変動で制御できるも。循環流路では、第２循環ポンプ１００４によって、液体供給ユニット２２０を介して圧力制御ユニット２３０の下流側を加圧している。このようにすると液体吐出ヘッド３に対するバッファタンク１００３の水頭圧の影響を抑制できるので、液体吐出装置１０００におけるバッファタンク１００３のレイアウトの選択幅を広げることができる。第２循環ポンプ１００４の代わりに、例えば圧力制御ユニット２３０に対して所定の水頭差をもって配置された水頭タンクであっても適用可能である。

第２循環形態は第１循環形態と同様に、圧力制御ユニット２３０は、それぞれが互いに異なる制御圧が設定された２つの圧力調整機構を備えている。２つの負圧調整機構の内、高圧設定側（図３で２３０Ｈと記載）、低圧設定側（図３で２３０Ｌと記載）はそれぞれ、液体供給ユニット２２０内を経由して、液体吐出ユニット３００内の共通供給流路２１１および共通回収流路２１２に接続されている。２つの負圧調整機構により、共通供給流路２１１の圧力を共通回収流路２１２の圧力より相対的に高くすることで、共通供給流路２１１から個別流路２１５および各記録素子基板１０の内部流路を介して共通回収流路２１２へと流れるインク流れが発生する。

このような第２循環形態では、液体吐出ユニット３００内には第１循環形態と同様のインク流れ状態が得られるが、第１循環形態の場合とは異なる２つの利点がある。１つ目の利点は、圧力制御ユニット２３０に混入するゴミや異物が液体吐出ヘッド３へ流入することを防ぐことである。すなわち、第２循環形態では圧力制御ユニット２３０が液体吐出ヘッド３の下流側に配置され、後述のフィルタ２２１が液体吐出ヘッド３の上流側に配置されている。そのため、第１循環ポンプ１００１、１００２および第２循環ポンプ１００４の稼動により、循環経路にインクを循環させる際に、圧力制御ユニット２３０に混入する異物を液体から取り除き、液体吐出ヘッド３に異物が流入することを防ぐことができる。

第２循環形態では、圧力制御ユニットは液体吐出ヘッド３の下流側に配置されている。従って、圧力調整機構を構成する弁（バルブ）が開閉することなどにより、万一異物が循環経路に混入したとしても、液体吐出ヘッド３に到達する前に、混入した異物はフィルタ２２１によって取り除かれる。２つ目の利点は、第２循環形態では、バッファタンク１００３から液体吐出ヘッド３へ供給する必要流量の最大値が、第１循環形態の場合よりも少なくて済むことである。その理由は次の通りである。

記録待機時に循環している場合の、共通供給流路２１１、共通回収流路２１２、および個別流路２１５内の流量の合計を流量Ａとする。流量Ａの値は、記録待機中に液体吐出ヘッド３の温度調整にあたり、液体吐出ユニット３００内の温度差を所望の範囲内にするために必要な最小限の流量として定義される。また液体吐出ユニット３００の全ての吐出口からインクを吐出する場合（全吐出時）の吐出流量を流量Ｆ（１吐出口当りの吐出量×単位時間当たりの吐出周波数×吐出口数）と定義する。

図４は、第１循環形態と第２循環形態とにおける、液体吐出ヘッド３へのインクの流入量の違いを示した概略図である。図４（ａ）は、第１循環形態における待機時を示しており、図４（ｂ）は、第１循環形態における全吐出時を示している。図４（ｃ）から図４（ｆ）は、第２循環流路を示しており、図４（ｃ）、（ｄ）が流量Ｆ＜流量Ａの場合で、図４（ｅ）、（ｆ）が流量Ｆ＞流量Ａの場合であり、それぞれ、待機時と全吐出時の流量を示している。

定量的な送液能力を有する第１循環ポンプ１００１、１００２が液体吐出ヘッド３の下流側に配置されている第１循環形態の場合（図４（ａ）、（ｂ））、第１循環ポンプ１００１および第１循環ポンプ１００２の合計設定流量は流量Ａとなる。この流量Ａによって、待機時の液体吐出ユニット３００内の温度管理が可能となる。そして、液体吐出ヘッド３で全吐出が行われる場合、第１循環ポンプ１００１、１００２の合計設定流量は流量Ａのままであるが、液体吐出ヘッド３で吐出によって生じる負圧が作用する。そのため、液体吐出ヘッド３へ供給される最大流量は、合計設定流量の流量Ａに全吐出による消費分（流量Ｆ）が加算される。よって、液体吐出ヘッド３への供給量の最大値は、流量Ｆが流量Ａに加算されるため流量Ａ＋流量Ｆとなる（図４（ｂ））。

ここで、第１循環形態（図２）において、複数の記録素子基板１０のうち、一部の記録素子基板１０が記録待機中であり、その他の記録素子基板１０の全ての吐出口１３からインクを吐出している全吐出中である場合を考える。図２に示されるように、液体吐出ユニット３００の記録素子基板１０のうち、網掛けで示されるものは全吐出中の記録素子基板１０を、白抜きで示されるものは記録待機中の記録素子基板１０であるものとして説明する。このとき、全吐出中の記録素子基板１０には、共通供給流路２１１からのインク供給（白抜き矢印方向）に加えて、共通回収流路２１２から（黒塗り矢印方向）も一定量のインク供給が行われる。一方、記録待機中の記録素子基板１０にも、共通供給流路２１１からのインク供給（白抜き矢印方向）も継続して行われる。液体吐出ユニット３００へのインク流入量が増大するため、共通供給流路２１１と共通回収流路２１２との間の差圧は多少変動するものの、共通流路の断面積を充分に確保することができれば、その影響は無視することができる。

このように、第１循環形態では、一部の記録素子基板１０が記録待機中に、その他の記録素子基板１０が全吐出中になった場合であっても、記録待機中の記録素子基板１０にもインクが供給されるように構成されている。かかる構成により、液体吐出ヘッド３へのインク供給量も好適に制御することができる。すなわち、記録待機中の記録素子基板１０における個別流路２１５を通過するインクの流量を、記録素子基板１０における全ての吐出口１３から吐出されるインクの吐出流量よりも小さくなるように、共通流路の差圧を制御する。共通供給流路２１１と共通回収流路２１２との間の差圧を上記のように制御することにより、液体吐出ヘッド３の吐出口１３からのインク吐出流量の変動にかかわらず、記録待機中の記録素子基板１０に循環させるインク量を抑制することができる。記録待機中の記録素子基板１０に循環させるインク量を抑制することができれば、液体吐出ヘッド３からの排熱を抑制することができ、循環流路内のインクを冷却するための冷却機構なども簡略化することができる。

第１循環ポンプ１００１および第１循環ポンプ１００２が液体吐出ヘッド３の上流側に配置されている第２循環形態の場合（図４（ｃ）から図４（ｆ））は、記録待機時に必要な液体吐出ヘッド３への供給量は、第１循環形態と同様に流量Ａである。従って、第１循環ポンプ１００１および第１循環ポンプ１００２が液体吐出ヘッド３の上流側に配置されている第２循環形態では、流量Ｆよりも流量Ａが多い場合（図４（ｃ）、（ｄ））には、全吐出時でも液体吐出ヘッド３への供給量は流量Ａで十分である。その際、液体吐出ヘッド３からの排出流量は、流量Ａ−流量Ｆとなる（図４（ｄ））。しかし、流量Ａよりも流量Ｆが多い場合（図４（ｅ）、（ｆ））には、全吐出時には液体吐出ヘッド３への供給流量を流量Ａとすると流量が足りなくなってしまう。そのため、流量Ａよりも流量Ｆが多い場合には、液体吐出ヘッド３への供給量を流量Ｆとする必要がある。その際、全吐出が行われると、液体吐出ヘッド３では流量Ｆが消費されるため、液体吐出ヘッド３からの排出流量は、ほとんど排出されない状態となる（図４（ｆ））。なお、流量Ａよりも流量Ｆが多い場合で、吐出は行うが全吐出ではない場合には、流量Ｆから吐出で消費された分が引かれた量が液体吐出ヘッド３から排出される。

このように、第２循環形態の場合、第１循環ポンプ１００１および第１循環ポンプ１００２の設定流量の合計値、即ち必要供給流量の最大値は、流量Ａまたは流量Ｆの大きい方の値となる。このため、同一構成の液体吐出ユニット３００を使用する限り、第２循環形態における必要供給量の最大値（流量Ａまたは流量Ｆ）は、第１循環形態における必要供給流量の最大値（流量Ａ＋流量Ｆ）よりも小さくなる。なお、第２循環形態においても、一部の記録素子基板１０が記録待機中に、その他の記録素子基板１０が全吐出中になった場合であっても、記録待機中の記録素子基板１０にもインクが供給されるように構成されている。共通供給流路２１１と共通回収流路２１２との間の差圧を制御することにより、液体吐出ヘッド３の吐出口１３からのインク吐出流量の変動にかかわらず、記録待機中の記録素子基板１０に循環させるインク量を抑制する態様についても第１循環形態と同じである。

第２循環形態の場合、適用可能な循環ポンプの自由度が高まり、例えば構成の簡便な低コストの循環ポンプを使用したり、本体側経路に設置される冷却器（不図示）の負荷を低減したりすることができ、記録装置のコストを低減できるという利点がある。この利点は、流量Ａまたは流量Ｆの値が比較的大きくなるラインヘッドであるほど大きくなり、ラインヘッドの中でも長手方向の長さが長いラインヘッドほど有益である。

しかしながら一方で、第１循環形態の方が、第２循環形態に対して有利になる点もある。すなわち第２循環形態では、記録待機時に液体吐出ユニット３００内を流れる流量が最大であるため、単位面積当たりの吐出量が少ない画像（以下、低Ｄｕｔｙ画像ともいう）であるほど、各吐出口に高い負圧が印加された状態となる。このため、流路幅が狭く高い負圧である場合、ムラの見えやすい低Ｄｕｔｙ画像で吐出口に高い負圧が印加されるため、インクの主滴に伴って吐出される所謂サテライト滴が多く発生して記録品位が低下する虞がある。

一方、第１循環形態の場合、高い負圧が吐出口に印加されるのは単位面積当たりの吐出量が多い画像（以下、高Ｄｕｔｙ画像ともいう）形成時であるため、仮にサテライト滴が発生しても視認されにくく、画像への影響は小さいという利点がある。これら２つの循環形態の選択は、液体吐出ヘッドおよび記録装置本体の仕様（吐出流量Ｆ、最小循環流量Ａ、およびヘッド内流路抵抗）に照らして好ましい選択を採ることができる。

（液体吐出ヘッドの構造）
図５（ａ）および（ｂ）は、液体吐出ヘッド２００３を示した斜視図である。ここで、液体吐出ヘッド２００３の構造について説明する。液体吐出ヘッド２００３は、液体吐出ヘッド２００３の長手方向に直線状に配列される１６個の記録素子基板２０１０を備え、１色の液体で記録が可能なインクジェット式のライン型記録ヘッドである。液体吐出ヘッド２００３は、液体接続部１１１、信号入力端子９１および電力供給端子９２を備える。信号入力端子９１および電力供給端子９２は、液体吐出ヘッド２００３の両側に配置されている。これは記録素子基板２０１０に設けられる配線部で生じる電圧低下や信号伝送遅れを低減するためである。

図６は、液体吐出ヘッド２００３を示した斜視分解図であり、液体吐出ヘッド２００３を構成する各部品またはユニットをその機能毎に分割して示している。液体吐出ヘッド２００３は、液体吐出ユニット２３００に含まれる第２流路部材２０６０によって液体吐出ヘッドの剛性を担保している。液体吐出ユニット支持部８１は、第２流路部材２０６０の両端部に接続されており、この液体吐出ユニット２３００は液体吐出装置２０００のキャリッジと機械的に結合されて、液体吐出ヘッド２００３の位置決めを行う。圧力制御ユニット２２３０を備える液体供給ユニット２２２０と、電気配線基板９０は、液体吐出ユニット支持部８１に結合される。２つの液体供給ユニット２２２０内にはそれぞれフィルタ（不図示）が内蔵されている。

２つの圧力制御ユニット２２３０は、それぞれ異なる、相対的に高低の圧力を制御するように設定されている。また、図５のように、液体吐出ヘッド２００３の両端部にそれぞれ、高圧側と低圧側の圧力制御ユニット２２３０を設置した場合、液体吐出ヘッド２００３の長手方向に延在する共通供給流路と共通回収流路における液体の流れが互いに対向する。このような構成では、共通供給流路と共通回収流路の間で熱交換が促進されて、２つの共通流路内における温度差が低減される。これによって、共通流路に沿って複数設けられる各記録素子基板２０１０における温度差が少なくなり、温度差による記録ムラが生じにくくなるという利点がある。

次に、液体吐出ユニット２３００の流路部材２２１０の詳細について説明する。図６に示すように、流路部材２２１０は、第１流路部材２０５０と第２流路部材２０６０とを積層したものであり、液体供給ユニット２２２０から供給された液体を各吐出モジュール２２００へと分配する。また流路部材２２１０は、吐出モジュール２２００から環流する液体を液体供給ユニット２２２０へと戻すための流路部材として機能する。流路部材２２１０の第２流路部材２０６０は、内部に共通供給流路および共通回収流路が形成された流路部材であるとともに、液体吐出ヘッド２００３の剛性を主に担うという機能を有する。このため、第２流路部材２０６０の材質としては、液体に対する十分な耐食性と高い機械強度を有するものが好ましい。具体的にはステンレスやチタン、アルミナなどを用いることが好ましい。

図７（ａ）は、第１流路部材２０５０の、吐出モジュール２２００がマウントされる面を示した図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）に示す面の裏面を示しており、第２流路部材２０６０と当接される面を示した図である。第１流路部材２０５０は、吐出モジュール２２００毎に対応した複数の部材を隣接して配列したものである。このように分割した構造を採ることで、複数のモジュールを配列させて、液体吐出ヘッド２００３の長さに対応することができる。この為、例えばＢ２サイズおよびそれ以上の長さに対応した比較的ロングスケールの液体吐出ヘッドに特に好適に適用することができる。図７（ａ）に示すように、第１流路部材２０５０の連通口５１は、吐出モジュール２２００と流体的に連通する。また、図７（ｂ）に示すように、第１流路部材２０５０の個別連通口５３は、第２流路部材２０６０の連通口６１と流体的に連通する。

図７（ｃ）は、第２流路部材２０６０の、第１流路部材２０５０と当接される面を示す図である。図７（ｄ）は、第２流路部材２０６０の厚み方向中央部の断面を示す図である。図７（ｅ）は、第２流路部材２０６０の、液体供給ユニット２２２０と当接する面を示す図である。第２流路部材２０６０の共通流路溝７１は、その一方が後述する図８に示す共通供給流路２２１１であり、他方が共通回収流路２２１２であり、夫々、液体吐出ヘッド２００３の長手方向に沿って設けられており、その一端側から他端側に液体が供給される。また、共通供給流路２２１１と共通回収流路２２１２の液体の流れは互いに反対方向となっている。

図８は、記録素子基板２０１０と流路部材２２１０との液体の接続関係を示した透視図である。図７と図８を用いて説明する。流路部材２２１０内には、液体吐出ヘッド２００３の長手方向に延びる一組の共通供給流路２２１１および共通回収流路２２１２が設けられている。第２流路部材２０６０の連通口６１は、各々の第１流路部材２０５０の個別連通口５３と位置を合わせて接続され、第２流路部材２０６０の連通口７２から共通供給流路２２１１を介して第１流路部材２０５０の連通口５１へと連通する液体供給経路を形成している。同様に、第２流路部材２０６０の連通口７２から共通回収流路２２１２を介して第１流路部材２０５０の連通口５１へと連通する液体供給経路も形成されている。

図９は、図８のＸＸＶＩ−ＸＸＶＩ線における断面を示した図である。共通供給流路２２１１は、連通口６１、個別連通口５３、連通口５１を介して、吐出モジュール２２００へ接続されている。図９では不図示であるが、図８を見れば分かる通り、別の断面においては、共通回収流路２２１２が同様の経路で吐出モジュール２２００へ接続されている。各吐出モジュール２２００および記録素子基板２０１０には、各吐出口に連通する流路が形成されており、供給した液体の一部または全部が、吐出動作を休止している吐出口を通過して、環流できるようになっている。また、共通供給流路２２１１は、圧力制御ユニット２２３０（高圧側）と、共通回収流路２２１２は圧力制御ユニット２２３０（低圧側）と液体供給ユニット２２２０を介して接続されている。従って、その差圧によって、共通供給流路２２１１から記録素子基板２０１０の吐出口を通過して共通回収流路２２１２へと流れる流れが発生する。

（吐出モジュール）
図１０（ａ）は、１つの吐出モジュール２２００を示した斜視図であり、図１０（ｂ）は、その分解図である。記録素子基板２０１０の複数の吐出口列方向に沿った両辺部（記録素子基板２０１０の各長辺部）に複数の端子１６がそれぞれ配置されている。これに伴い記録素子基板２０１０と電気接続されるフレキシブル配線基板４０も、１つの記録素子基板２０１０に対して２枚配置されている。これは記録素子基板２０１０に設けられる吐出口列数が２０列あり、端子１６から記録素子までの最大距離を短くして記録素子基板２０１０内の配線部で生じる電圧低下や信号遅れを低減するためである。また支持部材２０３０の液体連通口３１は、記録素子基板２０１０に設けられ全吐出口列を跨るように開口している。

（記録素子基板の構造）
図１１（ａ）は、記録素子基板２０１０の吐出口１３が配される面の模式図であり、図１１（ｃ）は、図１１（ａ）の面の裏面を示す模式図である。記録素子基板２０１０の吐出口１３の下方にはエネルギー発生素子が設けられており、エネルギー発生素子によってインク（液体）にエネルギーが与えられて、インクが吐出され、記録が行われる。図１１（ｂ）は、図１１（ｃ）において、記録素子基板２０１０の裏面側に設けられているカバープレート２０２０を除去した場合の記録素子基板２０１０の面を示す模式図である。図１１（ｂ）に示すように、記録素子基板２０１０の裏面には、吐出口列方向に沿って、液体供給路１８と液体回収路１９が交互に設けられている。端子１６は、記録素子基板の吐出口列方向に沿った両辺部に配置されている。吐出口列毎に一組の液体供給路１８と液体回収路１９が設けられており、カバープレート２０２０に、支持部材２０３０の液体連通口３１と連通する開口２１が設けられている。

（圧力制御ユニット）
本発明の圧力制御ユニットについて説明する。まず、圧力制御ユニットを配置する循環形態として、図１２に示す循環形態について説明する。図１２に示す循環形態は、上述の第２循環形態をベースに圧力制御ユニットの配置等を若干変更したものであるが、基本的には第２循環形態で説明したものと同様の循環形態である。液体吐出ヘッド２００３は、液体吐出ヘッド２００３の両端部のそれぞれに、高圧側（Ｈ）と低圧側（Ｌ）の圧力制御ユニット２２３０を設置している。液体は、共通回収流路２２１１又は共通供給流路２２１２を通過し、圧力制御ユニット２２３０に流入し、液体接続部１１１を介して第２循環ポンプ１００４へと導かれる。

図１３及び図１４に、圧力制御ユニットを拡大して示す。図１３（ａ）は圧力制御ユニットの外観の斜視図、図１３（ｂ）は圧力制御ユニットの正面図、図１４は圧力制御ユニットの断面図である。図１３及び図１４に示す圧力制御ユニットには、筐体の開口した一面を覆うように可撓性フィルム４０５が配置されている。このような構成によって、内部に液体を収納可能で、かつ容積が可変の第一液体収納室４０１が形成されている。即ち、第一液体収納室４０１の外壁の少なくとも一部が、可撓性フィルム４０５で形成されている。押圧板４０４は、可撓性フィルム４０５の内面側（第一液体収納室側）に固定されており、第一液体収納室４０１を拡張させる方向に、可撓性フィルム４０５を押圧している。また、押圧板４０４と筐体との間には、付勢部材として負圧バネ４１１が介在している。負圧バネ４１１は、第一液体収納室４０１（の容積）を拡張させる方向に、押圧板４０４に付勢している。即ち、負圧バネ４１１が押圧板４０４に付勢し、付勢された押圧板４０４が、第一液体収納室４０１を拡張させる方向に、可撓性フィルム４０５を押圧している。

第一液体収納室４０１の鉛直方向下方には、第一液体収納室４０１に液体を流入させるための流入口４１４が形成されている。流入口４１４は、共通回収流路２２１１又は共通供給流路２２１２と連通するように構成されている。従って、共通回収流路２２１１又は共通供給流路２２１２を通過した液体は、流入口４１４を介して第一液体収納室４０１に流入する。尚、本発明における鉛直方向は、圧力制御ユニットの使用時（圧力制御ユニットを液体吐出装置に装着して、圧力制御を行う時）における鉛直方向である。

第一液体収納室４０１の鉛直方向上方には、第一液体収納室４０１と連通し、第一液体収納室４０１の一部を形成する、バルブ室４０２が配置されている。バルブ室４０２には、第一液体収納室４０１が収納する液体を外部に流出させるための流出口４１０が形成されている（開口している）。バルブ室４０２の流出口４１０の先には、第一液体収納室４０１と異なる第二液体収納室４０３が形成されている。即ち、第一液体収納室４０１と第二液体収納室４０３との間に、流出口４１０が形成されている。第二液体収納室４０３は、液体接続部（図１３の液体接続部１１１）を介して、第２循環ポンプ１００４と接続されている。従って、流出口４１０を通過して流出した液体は、第二液体収納室４０３及び液体接続部を介して、第２循環ポンプ１００４へと導かれる。第一液体収納室４０１は、圧力制御ユニットの、液体吐出ヘッドが接続される側である、液体の流れの上流側に設けられている。また、第二液体収納室４０３は、第一液体収納室４０１の、液体の流れの下流側に設けられている。即ち、共通回収流路２２１１又は共通供給流路２２１２から流入口４１４を介して第一液体収納室４０１に流入した液体は、第一液体収納室４０１内のバルブ室４０２へと流入し、さらに流出口４１０を介して第二液体収納室４０３に流入する。液体は、その後、液体接続部を介して第２循環ポンプ１００４へと導かれる。

図１４に示すように、流出口４１０は、第一液体収納室４０１の外壁が可撓性フィルム４０５で形成された部分より、鉛直方向上方に形成することが好ましい。第一液体収納室４０１より液体の流れにおける下流側にあたるバルブ室４０２及び流出口４１０を、このように鉛直方向上方に形成すると、第一液体収納室４０１内に液体を充填する際に、第一液体収納室４０１内のエアを排出しやすくなる。第一液体収納室４０１内に液体を充填する際に十分にエアを排出しておけば、例えば圧力制御ユニットの使用時にエアの量が変化して、第一液体収納室４０１内の水頭圧力が変化することを抑制することができる。

さらに、圧力制御ユニットの使用中に第一液体収納室４０１内から排出されたエアが、第２循環ポンプ１００４へ流入することで、ポンプ圧力が変化してしまうことを抑制することができる。また、圧力制御ユニットの使用中に第一液体収納室４０１内にエアが流入してきた場合には、エアは、第一液体収納室４０１における可撓性フィルム４０５で形成された部分に滞留しにくく、バルブ室４０２に滞留するか、もしくは流出口４１０から排出されやすくなる。

一般に、可撓性フィルム４０５のような薄肉の部材は気体透過性が高く、可撓性フィルム４０５で形成された部分にエアが残存すると、気体透過によって残存エアの容積が増大しやすい。残存エアの容積が増大すると、第一液体収納室４０１内の水頭圧力の変化や、第２循環ポンプ１００４へ流入することで、ポンプ圧力が変化してしまう恐れがある。そのため、このように可撓性フィルム４０５で形成された側壁の付近に残存エアが滞留しにくくすることが好ましい。

次に、バルブ室４０２に配置されるバルブ４０６について説明する。図１５に、バルブ４０６を拡大して示す。図１５（ａ）及び図１５（ｂ）は、それぞれバルブ４０６を異なる角度から見た図である。図１５に示すバルブ４０６は、レバー形状をしており、圧力制御ユニットが有する軸受け（不図示）に嵌合した軸４０８を中心として回動可能である。バルブ４０６の一端部には、バルブ部４０７が設けられており、バルブ部４０７と流出口４１０との間で可変のギャップ４１３（図１４（ｂ））を形成することで、バルブ室４０２から第二液体収納室４０３に流れる液体に可変の流抵抗を与える。ギャップ４１３の大きさが、バルブ開度となり、ギャップ４１３が大きいとバルブ開度が高いということになる。また、バルブ室４０２には、バルブバネ４１２が配置されている。バルブバネ４１２は、バルブ部４０７と流出口４１０間のギャップ４１３を小さくする方向に、バルブ部４０７を付勢している。

一方、バルブ４０６の軸４０８を挟んでバルブ部４０７と反対側に位置する他端部には、可撓性フィルム４０５及び第一液体収納室４０１内の押圧板４０４の動きをバルブ４０６へ伝達するための、押圧板接触部４０９が形成されている。第一液体収納室４０１内の容積に応じて可撓性フィルム４０５及び押圧板４０４が移動した（変位した）際に、押圧板４０４の一部と押圧板接触部４０９が接触することで、押圧板４０４の動きに連動してバルブ４０６が回動するように動く。

図１４（ｂ）は、バルブ４０６のバルブ部４０７と流出口４１０のギャップ４１３が大きくなる方向、即ち流出口のバルブ開度が高くなる方向に、バルブ４０６が回動する様子を示す。第一液体収納室４０１内の容積を拡張させる方向に押圧板４０４が動くと、押圧板４０４と接触したバルブ４０６の押圧板接触部４０９が、バルブ４０６の軸４０８を中心として回動するように動く。この動きにより、バルブ部４０７と流出口４１０間のギャップ４１３は大きくなり、流出口４１０のバルブ開度が高くなる。反対に第一液体収納室４０１内の容積が減少する方向に押圧板４０４が動くと、押圧板４０４と接触しているバルブ４０６の押圧板接触部４０９が、バルブ４０６の軸４０８を中心として回動するように動く。この動きにより、バルブ部４０７と流出口４１０間のギャップ４１３は小さくなり、流出口４１０のバルブ開度が低くなる。このように、可撓性フィルム４０５及び押圧板４０４が動くことによって、バルブ４０６が動き、バルブ部４０７と流出口４１０間のギャップ４１３、即ち流出口４１０のバルブ開度が変化する。

（シール部）
図１８はシール部材１００の上面図、図１９は圧力制御ユニット２３０の底面図、図２０はシール部材収納部５０３の拡大図、図２１はシール部材収納部５０３にシール部材１００を組み付けた図である。

シール部材１００は、流入口４１４を取り囲んで延びる連続した第１のシール部５０１と、流出口４１０を取り囲んで延びる連続した第２のシール部５０２とを有している。また、圧力制御ユニット２３０は、シール部材収納部５０３を有し、シール部材収納部５０３は、液体流入口４１４と液体流出口４１０のどちらか一方を取り囲む外周部５０４と、液体流入口４１４と液体流出口４１０の間の中央部５０５を有し、外周部５０４の壁面には凸部５０６と凹部５０７が設けられ、中央部５０５の壁面には凹部５０７のみが設けられている。液体吐出装置を組み立てる際は圧力制御ユニット２３０のシール部材収納部５０３にシール部材１００を圧入する。次に、シール部材１００が圧入された圧力制御ユニット２３０を液体吐出ヘッド３００に載置し、液体吐出ヘッド上にビスで締め付けて固定する。

そして、記録装置へのインク充填工程において、流入口４１４と流出口４１０には別々にインクが加圧充填される。このとき、シール部材収納部５０３の外周部５０４に圧入されたシール部材１００は外側に倒れようとするが、外周部５０４の外側壁面に設けられた凸部５０６によって倒れが抑制される。

また、第１のシール部５０１が潰されていることによって、シール部材１００の反力が大きくなるが、外周部５０４の内側壁面に設けられた凹部５０７が潰されたシール部材の体積の逃げ部となるため、反力が緩和される。

シール部材の倒れ対策として、外周部５０４に圧入されたシール部材１００の幅を大きく、即ちアスペクト比を小さくすることによっても倒れにくくはなるが、幅を大きくすると部品のサイズが大きくなり、コストアップにつながってしまうため、望ましくはない。

一方、シール部材収納部５０３の中央部５０５に圧入されたシール部材１００は、流入口４１４にインクが加圧充填されている場合、流入口４１４から流出口４１０へ向かう方向（Ａ方向）に力を受ける。また、流出口４１０にインクが加圧充填されている場合、流出口４１０から流入口４１４へ向かう方向（Ｂ方向）に力を受ける。従って、インク充填の場所によってシール部材１００の倒れやすい方向が異なる。しかし、中央部５０５に圧入されたシール部材１００の幅は、外周部５０４に圧入されたシール部材１００よりも大きくなっており、即ちアスペクト比が小さくなっているため、Ａ方向とＢ方向のどちらの方向に力を受ける場合においてもシール部材１００は倒れにくくなっている。

また、中央部５０５に圧入されたシール部材１００は第１シール部と第２シール部が両方存在しているため、第１シール部もしくは第２シール部のどちらか一方のみ存在する外周部５０４に圧入されたシール部材１００よりも反力は大きくなるが、流入口４１４側の壁面と流出口４１０側の壁面の両方に凹部５０７が設けられているため、潰された第１シール部５０１と潰された第２シール部５０２の両方の体積の逃げ部となるため、反力が緩和される。

凸部５０６の位置と長さについては、壁面が直線状の場合、位置はシール部の中心に設け、長さは壁面長さの１／３程度が望ましい。また、壁面が曲線状の場合、凸部５０６の位置はシール部の中心に設け、長さは壁面長さの１／５程度に設けるのが望ましい。

別の形態として、インクが減圧充填される場合は、外周部５０４に圧入されたシール部材１００は内側に倒れようとするため、外周部５０４の内側壁面に凸部５０６を設け、外側壁面に凹部５０７を設けたほうがよい。

以上のように、シール部材収納部５０３において、流入口４１４と流出口４１０のどちらか一方を取り囲む外周部５０４における壁面には凸部５０６と凹部５０７が設けられ、流入口４１４と流出口４１０の間の中央部５０５における壁面には凹部のみを設け、さらに、中央部５０５に圧入されるシール部材１００の幅を外周部５０４に圧入されるシール部材１００の幅よりも大きくすることで、圧力制御ユニット内の圧力が高圧の場合においても、シール部材１００の変形を抑制し、内部を流れる液体が漏れるのを抑制する効果がある。また、シール部材１００の弾性力が大きい場合においても、シール部材１００の反力を低減し、圧力制御ユニット２３０が変形したり割れてしまったりして、内部を流れる液体が漏れるのを抑制する効果がある。

１００ シール部材
２０３ 圧力制御ユニット
４０１ 第一液体収納室
４０３ 第二液体収納室
４０４ 押圧板
４０５ 可撓性フィルム
４０６ バルブ
４１０ 流出口
４１１ 負圧バネ（付勢部材）
４１４ 流入口
５０１ 第１シール部
５０２ 第２シール部
５０３ シール部材収納部
５０４ 外周部
５０５ 中央部
５０６ 凸部
５０７ 凹部

Claims (3)

1. 液体を収納する液体収納室と、前記液体収納室に液体を流入させるための流入口と、前記液体収納室から液体を流出させるための流出口と、を有し、前記液体の圧力を制御するための圧力制御ユニットと、液体を吐出する液体吐出ヘッドと、前記圧力制御ユニットと前記液体吐出ヘッドの間に設けられたシール部材とを有した液体吐出装置であって、
   前記シール部材は、前記流入口を取り囲んで延びる連続した二つの第１のシール部と、前記流出口を取り囲んで延びる連続した２つの第２のシール部と、を有し、前記圧力制御ユニットは、シール部材収納部を有し、前記シール部材収納部は、前記液体流入口と前記液体流出口のどちらか一方を取り囲む外周部と、前記液体流入口と前記液体流出口の間の中央部を有し、前記外周部の壁面には凸部と凹部が設けられ、前記中央部の壁面には凹部のみが設けられていることを特徴とする液体吐出装置。
2. 前記外周部において、前記凸部は外側壁面に設けられ、前記凹部は内側壁面に設けられている請求項１に記載の液体吐出装置。
3. 前記外周部において、壁面が直線状の箇所に設けられた前記凸部の長さは、壁面が曲線状の箇所に設けられた前記凸部の長さよりも長い請求項１または請求項２に記載の液体吐出装置。

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