JP2022098236A

JP2022098236A - 流路部材と、流路部材を備えた液体吐出装置

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Publication number: JP2022098236A
Application number: JP2020211652A
Authority: JP
Inventors: 和行吉田; Kazuyuki Yoshida; 昭男齋藤; Akio Saito; 聡島津; Satoshi Shimazu
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2020-12-21
Filing date: 2020-12-21
Publication date: 2022-07-01

Abstract

【課題】ダイヤフラムポンプの部品点数を削減する。【解決手段】液体吐出ヘッドの流路部材は、複数の液体を吐出する液体吐出モジュールと、複数の液体を貯留する複数の液体貯蔵部と、の間に設けられる。流路部材は、複数の液体貯蔵部と液体吐出モジュールとを接続し、複数の液体が各々流通する複数の流路と、複数の流路に各々設けられ、対応する液体に圧力を与える複数のダイヤフラムポンプ２３０と、を有し、少なくとも２つのダイヤフラムポンプ２３０が一体化されている。【選択図】図６

Description

本発明は、流路部材と、流路部材を備えた液体吐出装置に関する。

インクなどの液体を吐出する液体吐出ヘッドでは、液体貯蔵部に貯蔵された液体を液体吐出モジュールに供給するために送液ポンプが使用される。特許文献１には、インクタンクとプリンタヘッドをつなぐ経路上に送液ポンプが設けられた液体吐出装置が開示されている。送液ポンプの一例として、ダイヤフラムポンプが開示されている。

特開２００５－１２５６６７号公報

特許文献１には複数の液体を吐出することは記載されていない。しかし、複数色のインク等の複数の液体を吐出する液体吐出装置では、液体毎に送液ポンプが必要となり、部品点数が増加する。その結果、液体吐出装置の製品コストが増加する可能性がある。

本発明は、ダイヤフラムポンプの部品点数の削減を図ることが可能な、液体吐出ヘッドの流路部材を提供することを目的とする。

本発明は複数の液体を吐出する液体吐出モジュールと、複数の液体を貯留する複数の液体貯蔵部と、の間に設けられる液体吐出ヘッドの流路部材に関する。流路部材は、複数の液体貯蔵部と液体吐出モジュールとを接続し、複数の液体が各々流通する複数の流路と、複数の流路に各々設けられ、対応する液体に圧力を与える複数のダイヤフラムポンプと、を有し、少なくとも２つのダイヤフラムポンプが一体化されている。

本発明によれば、ダイヤフラムポンプの部品点数の削減を図ることが可能な、液体吐出ヘッドの流路部材を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る液体吐出ヘッドの模式図である。図１に示す液体吐出ヘッドの分解斜視図である。液体タンクユニットの分解斜視図と断面図である。バルブ・ダイヤフラムユニットの分解斜視図である。第１の部材の平面図である。第２の部材の平面図である。中央部材の平面図である。バルブ・ダイヤフラムユニットの差圧弁の模式的断面図である。差圧弁の板ばねを示す第１の部材の部分平面図である。バルブ・ダイヤフラムユニットの切替弁の模式的断面図である。バルブ・ダイヤフラムユニットのダイヤフラムポンプの模式的断面図である。エアフローユニットの分解斜視図である。液体流路ユニットの分解斜視図である。液体吐出モジュールの分解斜視図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。本発明は、液体吐出ヘッドに関し、特に液体吐出ヘッドの流路部材に関する。ただし、以下に述べる実施形態は本発明の範囲を限定するものではない。例えば、実施形態において、液体はインクであるが、液体はインクに限定されない。実施形態では４色のインクが用いられるが、インクの色数はこれに限定されない。

［液体吐出ヘッドの全体構成］
図１は、本発明の一実施形態に係る液体吐出ヘッド１の構成と、インクの流れを示す模式図である。各ユニット間をつなぐ線はインクの流れを示しており、インクは矢印の向きに流れる。実線は通常時のインク流れを、破線は切替弁２２０を動作させたときのインクの流れを示している。液体吐出ヘッド１は複数種類の（本実施形態では４色）のインクを吐出する。複数のインクは、インクを貯留する液体貯蔵部１０１と液体吐出モジュール４００とを接続する複数の流路Ｌをそれぞれ流通する。各流路Ｌは、液体吐出モジュール４００にインクを供給する液体供給流路３０４と、液体吐出モジュール４００から液体貯蔵部１０１へインクを回収する液体回収流路３０５と、を有している。各流路Ｌにはそれぞれ複数のダイヤフラムポンプ２３０が設けられ、各ダイヤフラムポンプ２３０は対応するインクを駆動する。インクを駆動するとは、インクを流動させるためにインクに圧力を与えることをいう。液体貯蔵部１０１に保持されているインクは、ダイヤフラムポンプ２３０によって液体吐出モジュール４００の液体吐出基板４０１に供給され、吐出されなかったインクは液体貯蔵部１０１に戻される。このようにして、液体供給流路３０４、液体吐出モジュール４００、液体回収流路３０５を順次通るインク循環経路に沿って、液体吐出ヘッド１内をインクが循環する。液体貯蔵部１０１から液体吐出基板４０１に供給されるインクの圧力が適切に管理されていないと、液体吐出基板４０１からインク漏れが発生する可能性がある。これを防ぐために、液体貯蔵部１０１と液体吐出基板４０１との間に差圧弁２１０が配置されている。また、液体貯蔵部１０１と液体吐出基板４０１との間には、流路Ｌ内から空気の泡を排出するための切替弁２２０が配置されている。差圧弁２１０と切替弁２２０とダイヤフラムポンプ２３０は、インク毎に液体吐出ヘッド１に搭載されている。

［差圧弁の機能］
差圧弁２１０は液体貯蔵部１０１のインク圧力と、液体吐出基板４０１にインクを供給する液体流路ユニット３００のインク圧力との差圧が一定以上になると開く構造となっている。液体吐出基板４０１で印字によりインクが消費されると、液体流路ユニット３００内のインク体積が減少する。これによって、液体吐出基板４０１の流路の圧力が低下する。差圧弁２１０は上記差圧が所定の値に達すると開放され（開弁し）、インクが液体流路ユニット３００を通って液体吐出基板４０１に供給される。このように、差圧弁２１０を使用することで、液体吐出基板４０１の流路が適切な圧力にならないとインクが供給されない構造となっている。差圧弁２１０の具体的な構造は後述する。

図１に示すように、本実施形態では差圧弁２１０は第１の差圧弁２１１と、第２の差圧弁２１２と、を有している。差圧弁２１１が開弁するのに必要な差圧と，差圧弁２１２が開弁するのに必要な差圧には、差を設けている。通常は、開弁に必要な差圧が小さい第１の差圧弁２１１を通して、液体吐出基板４０１にインクが供給される。インク消費量の多い印字物を印刷する場合には差圧が大きくなるため、第１の差圧弁２１１だけでなく第２の差圧弁２１２も開弁し、液体吐出基板４０１へインクが迅速に供給される。

［ダイヤフラムポンプの機能］
インクの送液はダイヤフラムポンプ２３０を駆動して流路Ｌ内に圧力差を発生させることで行う。ダイヤフラムポンプ２３０は、液体吐出装置の本体（図示せず）に搭載したエアポンプ６００（図１２参照）で駆動される。ダイヤフラムポンプ２３０はインクの種別毎に複数個設けられている。本実施形態では、一色のインクの送液に３つのダイヤフラムポンプ２３０が使用される。３つのダイヤフラムポンプ２３０は、互いに位相をずらして駆動される。これによって、インク送液量のばらつきが抑制される。ダイヤフラムポンプ２３０の具体的な構造は後述する。

［切替弁の機能］
液体吐出装置を初めて使用する場合や、長期間使用休止後に使用する場合等では、液体吐出ヘッド１の流路Ｌ内に空気の泡が存在することがある。この状態で印字を行うと、液体吐出基板４０１の吐出口に泡が混入し、印字不良が起こる可能性がある。そのため、本実施形態の液体吐出ヘッド１は、液体吐出装置の使用開始時や一定量印字後等の特定のタイミングで、インクの循環方向を切り替える機能を有している。切替弁２２０は、第１の切替弁２２１と第２の切替弁２２２とを有している。通常時は、液体貯蔵部１０１のインクは第１の差圧弁２１１と液体供給流路３０４を通って、液体吐出基板４０１に供給され、液体回収流路３０５と通常時開の第１の切替弁２２１を通って、液体貯蔵部１０１に回収される。切替弁２２０を動作させると、このインクの流れが図１で示す破線の流れに切り替わる。すなわち、インクは第２の差圧弁２１２と液体回収流路３０５を通って、液体吐出基板４０１に供給され、液体供給流路３０４と通常時閉の第２の切替弁２２２を通って、液体貯蔵部１０１に回収される。このように液体吐出基板４０１へのインクの流入方向を逆転することで、液体吐出基板４０１内に滞留する泡の排出を行う。切替弁２２０の作動及び切り替えは液体吐出装置の本体に搭載したエアポンプ６００によって行う。切替弁２２０の具体的な構造は後述する。

［液体吐出ヘッド］
図２は液体吐出ヘッド１の分解斜視図である。液体吐出ヘッド１は液体タンクユニット１００と、バルブ・ダイヤフラムユニット２００と、エアフローユニット５００と、液体流路ユニット３００と、液体吐出モジュール４００と、から構成され、これらは順に積み重ねられている。液体タンクユニット１００は複数種類のインクを貯蔵し、液体吐出モジュール４００は複数種類のインクを吐出する。バルブ・ダイヤフラムユニット２００は本実施形態における流路部材である。各ユニットまたはモジュールについて、以下に詳細に説明する。

［液体タンクユニット］
図３（ａ）に液体タンクユニット１００の分解斜視図を、図３（ｂ）に図３（ａ）のＡ－Ａ線に沿った、液体タンクユニット１００の部分断面図を示す。液体タンクユニット１００は、タンク本体部１０３と、タンク本体部１０３の底面に貼り合わされたタンクベース部１０４と、タンク本体部１０３の上面に貼り合わされたタンクカバー部１０２と、から構成されている。これによって、液体タンクユニット１００の内部には、外部からインクを受け入れるインク供給部１０６と、インクを貯蔵するインク貯蔵部１０７（液体貯蔵部１０１の一例）と、が形成される。インク供給部１０６は、外部からインクが供給される外部供給口１０５を有している。外部供給口１０５はチューブ（図示せず）によって、外部のインクカートリッジ（図示せず）と接続されている。インクは、インクカートリッジから外部供給口１０５を通ってインク供給部１０６に供給され、さらに、液体タンクユニット１００の内部流路（図示せず）を通ってインク貯蔵部１０７に供給される。

インク貯蔵部１０７には、開閉バルブ１０８と、インク供給口１１１と、インク回収口１１２とが設置されている。開閉バルブ１０８はインク供給口１１１及びインク回収口１１２を開閉する。開閉バルブ１０８のフランジ１１４の上面には、可撓性フィルム１１０が溶着されている。インク供給口１１１はバルブ・ダイヤフラムユニット２００内の差圧弁２１０に接続されている。インク回収口１１２はバルブ・ダイヤフラムユニット２００内のダイヤフラムポンプ２３０と接続されており、インクはダイヤフラムポンプ２３０からインク回収口１１２に送られる。液体吐出装置の本体に搭載された押圧部材（図示せず）で開閉バルブ１０８を押し下げることで、インク供給口１１１とインク回収口１１２が閉じられる。この状態で、連通口１１３を通じてインク貯蔵部１０７内の空気を吸引し、可撓性フィルム１１０を上方へ変形させる。これによって、可撓性フィルム１１０の内側空間の圧力が下がり、外部供給口１０５を通じてインクがインク供給部１０６とインク貯蔵部１０７に流入する。インク貯蔵部１０７にインクが充填されると、インクカートリッジとの接続経路を閉じ、押圧部材を引き上げる。開閉バルブ１０８のフランジ１１４の下面にはコイルばね１０９が取り付けられている。コイルばね１０９の上方への付勢力によりフランジ１１４が上昇し、インク供給口１１１とインク回収口１１２が開放される。以上の操作で、液体吐出ヘッド１へのインクの供給が完了し、インクの循環が可能となる。

［バルブ・ダイヤフラムユニット］
バルブ・ダイヤフラムユニット２００は、液体吐出モジュール４００と液体貯蔵部１０１（インク貯蔵部１０７）との間に設けられる流路部材である。図４にバルブ・ダイヤフラムユニット２００の分解斜視図を示す。バルブ・ダイヤフラムユニット２００は、薄板状の第１の部材２０１と、薄板状の第２の部材２０２と、薄板状の金属板からなる中央部材２０３との積層体を有している。中央部材２０３は、第１の部材２０１と第２の部材２０２とに挟まれている。第１の部材２０１は中央部材２０３の上面に設けられ、第２の部材２０２は中央部材２０３の下面に設けられている。

バルブ・ダイヤフラムユニット２００には、図１に示す差圧弁２１０と、切替弁２２０と、ダイヤフラムポンプ２３０とが形成されている。第１の部材２０１と第２の部材２０２はそれぞれ２つ設けられており、各々の第１の部材２０１と各々の第２の部材２０２には、それぞれインク２色分の構成要素が配置されている。中央部材２０３は１つだけ設けられており、インク４色分の構成要素が配置されている。ダイヤフラムポンプ２３０と差圧弁２１０と切替弁２２０は、第１の部材２０１と第２の部材２０２の中心Ｃに関し点対称に配置されている。これによって、大きな面積を占める３つのダイヤフラムポンプ２３０と２つの差圧弁２１０をインク毎に効率よく配置することができる。ただし、配置の方法は点対称に限定されない。

図５に第１の部材２０１の平面図を、図６に第２の部材２０２の平面図を、図７に中央部材２０３の下面側の平面図を示す。第１及び第２の部材２０１，２０２はそれぞれ、薄板状のコア部材２０４と、コア部材２０４の両面に設けられ、コア部材２０４よりヤング率の小さい薄板状の一対の弾性部材２０５と、から構成されている。第１及び第２の部材２０１，２０２はそれぞれ、コア部材２０４に弾性部材２０５をインサート成形して形成される。第１の部材２０１と第２の部材２０２のサイズが大きいと、弾性部材２０５がコア部材２０４上にうまく充填できず、成形不良が発生する可能性がある。このため、第１の部材２０１と第２の部材２０２は２分割構成としている。成形時の不良の可能性が低い場合、またはインサート成形以外の方法で作成する場合、第１の部材２０１と第２の部材２０２は１枚構成としてもよい。コア部材２０４はＳＵＳ３０４の薄板（厚さ０．１ｍｍ）で形成され、弾性部材２０５はＥＰＤＭで形成されている。中央部材２０３はＳＵＳ３０４の薄板（厚さ１ｍｍ）で形成されている。

第１の部材２０１の差圧弁２１０と切替弁２２０の位置には、風車状の第１の板ばね２１３ａ，２１４ａ，２１５ａが形成されている。第２の部材２０２の差圧弁２１０と切替弁２２０の位置には、風車状の第２の板ばね２１３ｂ，２１４ｂ，２１５ｂ，２１６が形成されている。

図５～７に示すように、第１及び第２の部材２０１，２０２と中央部材２０３には各々、面内方向に延びる流路が設けられている。弾性部材２０５には開口部２０６の周辺にリブ２０７が形成されている。互いに隣接する部材の流路同士が連通するように、第１の部材２０１と第２の部材２０２と中央部材２０３とを積層して、表裏から圧縮することで、開口部２０６はインクが通過する連続した流路として機能する。

［バルブ・ダイヤフラムユニットの差圧弁］
図５に示す第１の部材２０１のＡ１～Ａ４部は、第２の部材２０２及び中央部材２０３と積層することで差圧弁２１０として機能する。図８に、図５のＡ－Ａ線に沿った、差圧弁２１０の模式的断面図を示す。図８（ａ）は差圧弁２１０の閉弁状態を、図８（ｂ）は差圧弁２１０の開弁状態を示している。中央部材２０３と第１の部材２０１は、差圧弁２１０の第１の内部空間２３１を形成し、中央部材２０３と第２の部材２０２は、差圧弁２１０の第２の内部空間２３２を形成する。第１の内部空間２３１と第２の内部空間２３２はそれぞれ、インクの流通開口２１８，２１９を備えている。第１の部材２０１は第１の板ばね２１３ａを有し、第２の部材２０２は差圧弁２１０の隔壁２３４と、隔壁２３４の連通口２３３に面する面に設けられた第２の板ばね２１３ｂと、を有している。第１の板ばね２１３ａと第２の板ばね２１３ｂは、コア部材２０４のエッチング処理を行うことで形成される。

中央部材２０３には第１の内部空間２３１と第２の内部空間２３２とを連通させる連通口２３３が設けられている。連通口２３３に棒状部材２１７が移動可能に挿通されている。棒状部材２１７の一端が板ばね２１３ａの中心部にある支持部２０９ａで支持されている。棒状部材２１７の他端は板ばね２１３ｂの中心部にある支持部２０９ｂで支持されている。支持部２０９ａ，２０９ｂはそれぞれ板ばね２１３ａ，２１３ｂに接合されている。棒状部材２１７は金属ピン、例えばＳＵＳ３０４の丸棒（径１ｍｍ、長さ２．３ｍｍ）で形成されている。棒状部材２１７と連通口２３３との間にギャップ２３５が形成されている。ギャップ２３５はインクの流路の一部となる。支持部２０９ａ，２０９ｂはギャップ２３５を覆う大きさを有し、支持部２０９ａはギャップ２３５を開閉する弁体として機能する。第１の部材２０１の差圧弁２１０の板ばね２１３ａ，２１４ａは弾性部材２０５で覆われていない。板ばね２１３ａ，２１４ａの上方空間は板ばね２１３ａ，２１４ａの開口を通してインクが流通可能となっており、また変形した板ばね２１３ａ，２１４ａを受け入れる空間として機能する。第２の部材２０２の差圧弁２１０の板ばね２１３ｂ，２１４ｂは弾性部材２０５で覆われている。第２の内部空間２３２の隔壁２３４を挟んだ外側空間（吸引部５０１）には空気吸引用の開口５０５が接続され、通常、外側空間は大気圧となっている。

図９に、第１の差圧弁２１１の板ばね２１３ａと、第２の差圧弁２１２の板ばね２１４ａの拡大図を示す。第１の部材２０１には開口２３６が設けられている。そして、第１の板ばね２１３ａ，２１４ａはそれぞれ、開口２３６の縁部から開口２３６の中央に延びる複数の曲線状の梁部２３７を有している。複数の梁部２３７は開口２３６の中央で一体化されている。梁部２３７の個数と形状は、第１の板ばね２１３ａ，２１４ａが適切な強度とばね特性を有する限り限定されない。第２の差圧弁２１２の梁部２３７の幅ｔ２が第１の差圧弁２１１の梁部２３７の幅ｔ１より大きい。この結果、第２の差圧弁２１２の板ばね２１４ａのほうが第１の差圧弁２１１の板ばね２１３ａより剛性が高く、曲げ変形しにくい。第２の板ばね２１３ｂ，２１４ｂも第１の板ばね２１３ａ，２１４ａと同様に構成されている。図示は省略するが、第１の差圧弁２１１の板ばね２１３ａは第２の差圧弁２１２の板ばね２１３ｂより梁部２３７の幅が大きく、剛性が高い。同様に、第２の差圧弁２１２の板ばね２１４ａは第２の差圧弁２１２の板ばね２１４ｂより梁部２３７の幅が大きく、剛性が高い。このように、梁部２３７の幅を板ばね毎に変えることで、様々な剛性を有する板ばねをコア部材２０４のエッチング処理だけで簡単に形成することができる。

差圧弁２１０の動作原理は次の通りである。以下、第１の差圧弁２１１を例に説明するが、第２の差圧弁２１２についても同様である。第１の部材２０１と第２の部材２０２の間に配置される棒状部材２１７によって、板ばね２１３ａ，２１３ｂはわずかに変形している。上述のように、板ばね２１３ａの剛性は板ばね２１３ｂの剛性より高い。従って、第１の内部空間２３１と第２の内部空間２３２の差圧が所定の範囲内であるときは、第１の板ばね２１３ａの付勢力によって、弁体（支持部２０９ａ）がギャップ２３５を塞ぎ、図８（ａ）に示すように、第１の差圧弁２１１は閉じている。

印字によりインクが消費され液体流路ユニット３００側のインク体積が減少すると、負圧が高まる。上述のように、隔壁２３４の外側空間（吸引部５０１）は大気圧となっている。第２の内部空間２３２が外側空間に対して所定の範囲を超えて減圧されると、図８（ｂ）に示すように、隔壁２３４と板ばね２１３ｂは負圧により上向きに変形する。これによって、棒状部材２１７が上昇し、第１の部材２０１の板ばね２１３ａを上方へ押し上げ、中央部材２０３に当接していた支持部２０９ａが中央部材２０３から離れる。すなわち、弁体がギャップ２３５を開放し、第１の差圧弁２１１は開かれる。このギャップ２３５を通じて液体流路ユニット３００側にインクが流れ込む。その後負圧が減少すると、板ばね２１３ａの付勢力によって第１の差圧弁２１１は再び閉じられる。このように、差圧弁２１０を開くためには、板ばね２１３ａ，２１３ｂから掛かる力より大きな力が隔壁２３４に掛かることが必要である。このため、液体流路ユニット３００側の圧力は外側空間より低く維持される。

隔壁２３４の外側空間（吸引部５０１）は空気吸引用の開口５０５を介して、エアフローユニット５００の流路と接続されている。液体吐出装置の本体搭載のエアポンプ６００で吸引することで、板ばね２１３ｂが下方に下がる。すなわち、図８（ａ）に示す状態を強制的に実現することができる。これによって、第１の差圧弁２１１の機能が停止し、図１に破線で示ようにインクの流れが切り替わる。

［バルブ・ダイヤフラムユニットの切替弁］
図６に示すバルブシートのＢ１～Ｂ４部は、第１の部材２０１及び中央部材２０３と積層することで切替弁２２０として機能する。図１０（ａ）に図６のＢ２－Ｂ２線に沿った、第１の切替弁２２１の模式的断面図（開弁状態）を示す。中央部材２０３と第１の部材２０１は、第１の切替弁２２１の第１の内部空間２３１を形成し、中央部材２０３と第２の部材２０２は、第１の切替弁２２１の第２の内部空間２３２を形成する。第１の内部空間２３１と第２の内部空間２３２はそれぞれ、液体の流通開口２１８，２１９を備えている。中央部材２０３は第１の内部空間２３１と第２の内部空間２３２とを連通させる連通口２３３を有している。第１の部材２０１は第１の板ばね２１５ａを有し、第２の部材２０２は第１の切替弁２２１の隔壁２３４と、第２の板ばね２１５ｂと、を有している。第２の板ばね２１５ｂは隔壁２３４の連通口２３３に面する面に設けられている。差圧弁２１０と同様、中央部材２０３には連通口２３３が設けられ、棒状部材２１７が連通口２３３に移動可能に挿入されている。棒状部材２１７は差圧弁２１０の棒状部材２１７と同様、板ばね２１５ａ，２１５ｂに支持されている。棒状部材２１７と連通口２３３との間にギャップ２３５が形成されている。インクはギャップ２３５を通じて流れる。棒状部材２１７は差圧弁２１０の棒状部材２１７より長く、板ばね２１５ｂは板ばね２１５ａより剛性が高い。このため、板ばね２１５ａが常に押し上げられ、開弁状態となっている。隔壁２３４の外側空間（吸引部５０１）は空気吸引用の開口５０５を介して、エアフローユニット５００の流路と接続されている。エアフローユニット５００の流路は、液体吐出装置の本体搭載のエアポンプと接続されている。

第２の内部空間２３２と隔壁２３４の外側空間（吸引部５０１）との差圧が所定の範囲内であるときは、弁体（支持部２０９ａ）がギャップ２３５を開放し、第１の切替弁２２１は開いている。エアポンプ６００で吸引することで、隔壁２３４の外側空間が第２の内部空間２３２に対して所定の範囲を超えて減圧されると、弁体（支持部２０９ａ）が下がり、ギャップ２３５を塞ぐ。これによって、第１の切替弁２２１が閉じる。

図１０（ｂ）に図６のＢ１－Ｂ１線に沿った、第２の切替弁２２２の模式的断面図を示す。中央部材２０３と第１の部材２０１は、第２の切替弁２２２の第１の内部空間２３１を形成し、中央部材２０３と第２の部材２０２は、第２の切替弁２２２の第２の内部空間２３２を形成する。第１の内部空間２３１と第２の内部空間２３２はそれぞれ、インクの流通開口２１８，２１９を備えている。中央部材２０３は第１の内部空間２３１と第２の内部空間２３２とを連通させる連通口２３３を有している。インクは連通口２３３を通じて流れる。第２の部材２０２は第２の切替弁２２２の隔壁２３４と、第２の板ばね２１６と、を有している。第２の板ばね２１６は隔壁２３４の連通口２３３に面する面に設けられている。第２の板ばね２１６の上面の中心に弁体２２３が設けられている。弁体２１３は第２の板ばね２１６に支持されている。隔壁２３４の外側空間（吸引部５０１）は空気吸引用の開口５０５を介して、エアフローユニット５００の流路と接続されている。エアフローユニット５００の流路は、液体吐出装置の本体搭載のエアポンプ６００と接続されている。

第２の内部空間２３２と隔壁２３４の外側空間（吸引部５０１）の差圧が所定の範囲内であるときは、板ばね２１６の付勢力によって、連通口２３３が弁体２２３で閉じられている。従って、第２の切替弁２２２は通常は閉じている。エアポンプ６００で吸引することで、外側空間が第２の内部空間２３２に対して所定の範囲を超えて減圧されると、弁体２２３が下がり、連通口２３３を開放する。これによって、第２の切替弁２２２が開く。

第１の切替弁２２１と第２の切替弁２２２を動作させるためのエアフローユニット５００の流路は同一の流路となっている。液体吐出装置のエアポンプで吸引することで、第１の切替弁２２１は開弁状態から閉弁状態となり、第２の切替弁２２２は閉弁状態から開弁状態となる。また、この流路上には第１の差圧弁２１１も配置されており、エアポンプで吸引することで第１の差圧弁２１１が閉じる。一方、第２の差圧弁２１２は吸引力が掛からないため、ダイアヤフラムポンプ２３０によって生じるインク流によって開く。これによって、図１に破線で示すように、インクの流れが切り替えられる。

［バルブ・ダイヤフラムユニットのダイヤフラムポンプ］
図６で示すバルブシートのＣ部は、第１の部材２０１及び中央部材２０３と積層することでダイヤフラムポンプ２３０として機能する。図１１に図６のＣ－Ｃ線に沿った、ダイヤフラムポンプ２３０の模式的断面図を示す。中央部材２０３と第１の部材２０１は、ダイヤフラムポンプ２３０の第１の内部空間２３１を形成し、中央部材２０３と第２の部材２０２は、ダイヤフラムポンプ２３０の第２の内部空間２３２を形成する。第１の内部空間２３１はインクの出口開口２２４を備え、第２の内部空間２３２はインクの入口開口２１９を備えている。中央部材２０３は第１の内部空間２３１と第２の内部空間２３２とを連通させる連通口２３３を有している。インクは連通口２３３を通じて流れる。第１の部材２０１は連通口２３３を開閉する逆止弁２０８を有し、第２の部材２０２はダイヤフラムポンプ２３０の隔壁２３４を有している。逆止弁２０８は第１の内部空間２３１に、連通口２３３と対向するように設けられている。逆止弁２０８は、第１の部材２０１の開口の縁部から開口に向けて突き出す舌部であり、弾性部材２０５の一部として形成される。従って、逆止弁２０８は単独の部材として作成する必要がない。逆止弁２０８は第１の内部空間２３１と第２の内部空間２３２の圧力差によって弾性変形する。隔壁２３４の外側空間（吸引部５０１）は空気吸引用の開口５０５を介して、エアフローユニット５００の流路と接続されている。エアフローユニット５００の流路は、液体吐出装置の本体搭載のエアポンプ６００と接続されている。

エアポンプで吸引することで吸引部５０１が減圧されると、隔壁２３４が下がり、第２の内部空間２３２が減圧される。これによって、インクが入口開口２１９から第２の内部空間２３２に流入する。また、逆止弁２０８が下方に変形し連通口２３３を塞ぐため、第１の内部空間２３１から第２の内部空間２３２へのインクの逆流が防止される。吸引部５０１の減圧が終わると隔壁２３４が上がり、第２の内部空間２３２から第１の内部空間２３１にインクが供給される。逆止弁２０８は上方に押し上げられるため、インクの供給は妨害されない。

［バルブ・ダイヤフラムユニット全体の効果説明］
以上説明した通り、バルブ・ダイヤフラムユニット２００には差圧弁２１０と、切替弁２２０と、ダイヤフラムポンプ２３０とが設けられ、一つの第１の部材２０１と一つの第２の部材２０２に２色分が一体で配置されている。より一般化すれば、流路部材（バルブ・ダイヤフラムユニット２００）では、少なくとも２つのダイヤフラムポンプ２３０が一体化されている。さらに、流路部材では、少なくとも１つの差圧弁２１０と少なくとも１つの切替弁２２０が、上記少なくとも２つのダイヤフラムポンプ２３０と一体化されている。換言すれば、中央部材２０３と第１の部材２０１と第２の部材２０２は、少なくとも２つのダイヤフラムポンプ２３０と少なくとも１つの差圧弁２１０と少なくとも１つの切替弁２２０のそれぞれの、少なくとも一部の部品ないし部分を構成する。つまり、１つの部材に複数の部品が集約されているため、ダイヤフラムポンプ２３０、差圧弁２１０、切替弁２２０を単体の部品で構成した場合と比べて、大幅な部品点数の削減が可能となる。また、これらを一体の部品とすることで、個々の部品として設けるよりも流路部材の寸法を小さくでき、液体吐出ヘッド１の小型化が可能となる。さらに、第１の部材２０１と第２の部材２０２はコア部材２０４に弾性部材２０５をインサート成形することで作成できるため、比較的低コストでの製造が可能となる。
［エアフローユニット］

図１２にエアフローユニット５００の分解図を示す。エアフローユニット５００は、隔壁２３４を弾性変形させる手段を提供する。エアフローユニット５００は、上部エアフローブロック５０３と下部エアフローブロック５０４とが貼り合された積層体である。上部エアフローブロック５０３と下部エアフローブロック５０４を貼り合わせることで、内部空気流路が形成される。エアフローユニット５００は第２の部材２０２と液体吐出モジュール４００との間に設けられている。上部エアフローブロック５０３は第２の部材２０２の裏面に当接するように、第２の部材２０２と接合されている。第２の部材２０２との当接面にはダイヤフラムポンプ２３０、差圧弁２１０及び切替弁２２０と対向する、すり鉢状の吸引部５０１が形成されている。ダイヤフラムポンプ２３０、差圧弁２１０及び切替弁２２０が変形した際に、収容吸引部５０１はこれらの一部を収容する。

エアフローユニット５００は複数の外部空気流路Ｐ１～Ｐ３によってエアポンプ６００と接続されている。同一のインクを駆動する複数の(実施形態では３つ)ダイヤフラムポンプ２３０と対向する複数の吸引部５０１は、互いに異なる外部空気流路Ｐ１～Ｐ３に接続されている。各外部空気流路Ｐ１～Ｐ３には電磁弁Ｖ１～Ｖ３が設けられている。電磁弁Ｖ１～Ｖ３を異なるタイミングで開閉することで（開閉タイミングを互いにずらすことで）、３つのダイヤフラムポンプ２３０を、位相をずらして駆動することができる。エアフローユニット５００と、エアポンプ６００と、複数の外部空気流路Ｐ１～Ｐ３と、電磁弁Ｖ１～Ｖ３は、複数のダイヤフラムポンプ２３０を駆動する共通の駆動源を構成する。

［液体流路ユニット］
図１３に液体流路ユニット３００の分解斜視図を示す。液体流路ユニット３００はインクフローブロック３０１、サポートブロック３０２、ゴムシート３０３から構成されている。インクフローブロック３０１には、図１に示す液体供給流路３０４と液体回収流路３０５がインク毎に形成されている。液体供給流路３０４と液体回収流路３０５は、液体吐出モジュール４００に対応する長さを有している。バルブ・ダイヤフラムユニット２００の差圧弁２１０を通過したインクは、インクフローブロック３０１を通って、液体吐出モジュール４００へ供給される。インクフローブロック３０１の上面に接するようにゴムシート３０３が配置され、各流路間の液密を保っている。本実施形態では、ゴムシート３０３として厚み０．５ｍｍのシリコンシートを用いている。インクフローブロック３０１はサポートブロック３０２に挿入される。サポートブロック３０２はインクフローブロック３０１より剛性が高く、線膨張の小さい材質（Ａ５０５２、ＳＵＳ等）で形成される。サポートブロック３０２を基準部材として各ユニットと液体吐出モジュール４００が配置される。

［液体吐出モジュール］
図１４に液体吐出モジュール４００の分解斜視図を示す。液体吐出モジュール４００は、複数の液体吐出基板４０１と、複数の電気配線部材４０２と、支持板４０３と、シール部材４０４と、を有している。液体吐出基板４０１にはエネルギー発生素子、吐出口などが形成されている。液体吐出基板４０１は複数色のインクを吐出する。電気配線部材４０２は電力や制御用の信号などをエネルギー発生素子に送り、エネルギー発生素子を駆動する。シール部材４０４は液体吐出基板４０１とサポートブロック３０２との間に配置され、これらの間に締め付けて固定される。

以上本発明を実施形態によって説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態ではインクを循環させる構成を採用しているが、インクを循環しない構成も本発明に含まれる。この場合、ダイヤフラムポンプ２３０はインクの循環以外の用途に使用することができる。液体吐出基板４０１内に滞留する泡の排出を行わない場合、または他の方法で実施する場合、切替弁２２０は不要である。切替弁２２０が不要の場合、流路部材において、少なくとも２つのダイヤフラムポンプ２３０に加えて、少なくとも１つの差圧弁２１０が一体化されていればよい。また、差圧弁２１０は循環流路内の圧力管理を目的に設置しているが、圧力管理を別の構成で行う場合、差圧弁２１０は不要である。例えば、圧力センサで流路内の圧力を管理し、圧力に応じて電気制御で流路を開閉する場合、差圧弁２１０は不要である。差圧弁２１０と切替弁２２０が不要の場合、流路部材において、少なくとも２つのダイヤフラムポンプ２３０が一体化されていればよい。

１０１液体貯蔵部
２００流路部材（バルブ・ダイヤフラムユニット）
２３０ダイヤフラムポンプ
４００液体吐出モジュール

Claims

複数の液体を吐出する液体吐出モジュールと、前記複数の液体を貯留する複数の液体貯蔵部と、の間に設けられる液体吐出ヘッドの流路部材であって、
前記複数の液体貯蔵部と前記液体吐出モジュールとを接続し、前記複数の液体が各々流通する複数の流路と、
前記複数の流路に各々設けられ、対応する前記液体に圧力を与える複数のダイヤフラムポンプと、を有し、
少なくとも２つの前記ダイヤフラムポンプが一体化されている、流路部材。
前記複数の流路に各々設けられ、所定の差圧で開放する複数の差圧弁を有し、少なくとも１つの前記差圧弁が前記少なくとも２つのダイヤフラムポンプと一体化されている、請求項１に記載の流路部材。
前記複数の流路に各々設けられ、前記液体の流通する方向を逆転させる切替弁を有し、少なくとも１つの前記切替弁が前記少なくとも２つのダイヤフラムポンプと一体化されている、請求項２に記載の流路部材。
薄板状の中央部材と、前記中央部材の上面に設けられた薄板状の第１の部材と、前記中央部材の下面に設けられた薄板状の第２の部材と、を有し、
前記中央部材と前記第１の部材と前記第２の部材は、前記少なくとも２つのダイヤフラムポンプと前記少なくとも１つの差圧弁と前記少なくとも１つの切替弁のそれぞれの、少なくとも一部を構成する、請求項３に記載の流路部材。
前記中央部材と前記第１の部材は、前記ダイヤフラムポンプの第１の内部空間を形成し、前記中央部材と前記第２の部材は、前記ダイヤフラムポンプの第２の内部空間を形成し、前記第１の内部空間は前記液体の出口開口を備え、前記第２の内部空間は前記液体の入口開口を備え、
前記中央部材は前記第１の内部空間と前記第２の内部空間とを連通させる連通口を有し、前記第１の部材は前記連通口を開閉する逆止弁を有し、前記第２の部材は前記ダイヤフラムポンプの隔壁を有し、
前記隔壁を挟んだ前記第２の内部空間の外側空間に、前記隔壁を弾性変形させる手段が接続されている、請求項４に記載の流路部材。
前記逆止弁は、前記第１の部材の開口の縁部から前記開口に向けて突き出す舌部である、請求項５に記載の流路部材。
前記中央部材と前記第１の部材は、前記差圧弁の第１の内部空間を形成し、前記中央部材と前記第２の部材は、前記差圧弁の第２の内部空間を形成し、前記第１の内部空間と前記第２の内部空間は前記液体の流通開口を備え、
前記中央部材は前記第１の内部空間と前記第２の内部空間とを連通させる連通口を有し、前記第１の部材は第１の板ばねを有し、前記第２の部材は前記差圧弁の隔壁と、前記隔壁の前記連通口に面する面に設けられた第２の板ばねと、を有し、
前記連通口に挿通された棒状部材を有し、前記棒状部材と前記連通口との間にギャップが形成され、前記棒状部材の一端が前記第１の板ばねに支持され、他端が前記第２の板ばねに支持され、前記棒状部材の前記第１の板ばねへの支持部が前記ギャップを開閉する弁体を構成し、
前記第２の内部空間と、前記隔壁を挟んだ前記第２の内部空間の外側空間との差圧が所定の範囲内のときは、前記弁体が前記ギャップを塞ぎ、前記第２の内部空間が前記外側空間に対して前記所定の範囲を超えて減圧されると、前記弁体が前記ギャップを開放する、請求項４から６のいずれか１項に記載の流路部材。
前記第１の板ばねと前記第２の板ばねはそれぞれ、前記第１の部材と前記第２の部材の開口の縁部から前記開口の中央に延びる複数の曲線状の梁部を有し、前記複数の梁部は前記開口の中央で一体化されている、請求項７に記載の流路部材。
前記第１の板ばねは前記第２の板ばねより剛性が高い、請求項８に記載の流路部材。
前記第１の板ばねの前記梁部の幅が前記第２の板ばねの前記梁部の幅より大きい、請求項９に記載の流路部材。
前記差圧弁は第１の差圧弁と第２の差圧弁を有し、前記第２の差圧弁の前記第１の板ばねは、前記第１の差圧弁の前記第１の板ばねより剛性が高い、請求項７から１０のいずれか１項に記載の流路部材。
前記切替弁は第１の切替弁と第２の切替弁を有し、
前記中央部材と前記第１の部材は、前記第１の切替弁の第１の内部空間を形成し、前記中央部材と前記第２の部材は、前記第１の切替弁の第２の内部空間を形成し、前記第１の内部空間と前記第２の内部空間は前記液体の流通開口を備え、
前記中央部材は前記第１の内部空間と前記第２の内部空間とを連通させる連通口を有し、前記第１の部材は第１の板ばねを有し、前記第２の部材は前記差圧弁の隔壁と、前記隔壁の前記連通口に面する面に設けられた第２の板ばねと、を有し、
前記連通口に挿通された棒状部材を有し、前記棒状部材と前記連通口との間にギャップが形成され、前記棒状部材の一端が前記第１の板ばねに支持され、他端が前記第２の板ばねに支持され、前記棒状部材の前記第１の板ばねへの支持部が前記ギャップを開閉する弁体を構成し、
前記第２の内部空間と、前記隔壁を挟んだ前記第２の内部空間の外側空間との差圧が所定の範囲内のときは、前記弁体が前記ギャップを開放し、前記外側空間が前記第２の内部空間に対して前記所定の範囲を超えて減圧されると、前記弁体が前記ギャップを塞ぐ、請求項４から１１のいずれか１項に記載の流路部材。
前記中央部材と前記第１の部材は、前記第２の切替弁の第１の内部空間を形成し、前記中央部材と前記第２の部材は、前記第２の切替弁の第２の内部空間を形成し、前記第１の内部空間と前記第２の内部空間は前記液体の流通開口を備え、
前記中央部材は前記第１の内部空間と前記第２の内部空間とを連通させる連通口を有し、前記第２の部材は前記差圧弁の隔壁と、前記隔壁の前記連通口に面する面に設けられた第２の板ばねと、を有し、
前記第２の板ばねに支持された弁体を有し、前記第２の内部空間と、前記隔壁を挟んだ前記第２の内部空間の外側空間との差圧が所定の範囲内のときは、前記弁体が前記連通口を塞ぎ、前記外側空間が前記第２の内部空間に対して前記所定の範囲を超えて減圧されると、前記弁体が前記連通口を開放する、請求項１２に記載の流路部材。
前記中央部材と前記第１及び第２の部材は各々、面内方向に延びる流路を有し、前記中央部材と前記第１及び第２の部材のうちの互いに隣接する部材の前記流路同士が連通することで連続した流路が形成される、請求項４から１３のいずれか１項に記載の流路部材。
前記ダイヤフラムポンプと前記差圧弁と前記切替弁は、前記第１の部材と第２の部材の中心に関し点対称に配置されている、請求項４から１４のいずれか１項に記載の流路部材。
前記第１及び第２の部材はそれぞれ、薄板状のコア部材と、前記コア部材の両面に設けられ、前記コア部材よりヤング率の小さい薄板状の弾性部材と、を有する、請求項４から１５のいずれか１項に記載の流路部材。
前記第１及び第２の部材はそれぞれ、前記コア部材に前記弾性部材をインサート成形して形成される、請求項１６に記載の流路部材。
前記ダイヤフラムポンプが前記液体の種別毎に複数個設けられている、請求項１から１７のいずれか１項に記載の流路部材。
請求項１から１８のいずれか１項に記載の流路部材を備えた液体吐出ヘッドと、前記複数のダイヤフラムポンプを駆動する共通の駆動源と、を有する、液体吐出装置。
前記駆動源は、同一の液体を駆動する複数の前記ダイヤフラムポンプを互いに位相をずらして駆動する、請求項１９に記載の液体吐出装置。
前記駆動源は、前記流路部材と前記液体吐出モジュールとの間に設けられたエアフローユニットと、エアポンプと、前記エアフローユニットと前記エアポンプとを接続する複数の外部空気流路と、各外部空気流路に設けられた弁と、を有し、
前記エアフローユニットは、前記複数のダイヤフラムポンプの隔壁と対向する複数の吸引部を有し、各吸引部は互いに異なる前記外部空気流路に接続されており、前記弁は異なるタイミングで開閉する、請求項２０に記載の液体吐出装置。