JP4165052B2 - インク供給装置及びプリンタヘッド - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インク収容部から所定量のインクを外部に送出するためのインク供給装置と、このインク供給装置を適用したプリンタヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のプリンタヘッドに用いられるインク供給装置としては、例えば以下のものが知られている。
図１１は、従来のこの種のインク供給装置の第１例を示す図である。図１１において、インク収容部１０１は、インクタンク１０１ａと、インク保持室１０１ｂとに仕切られている。インクタンク１０１ａとインク保持室１０１ｂとの間は、底面部で連通されている。
【０００３】
インクタンク１０１ａ側には、インクが装填されている。また、インク保持室１０１ｂの天面側には、外気と連通する外気連通孔１０２が形成されている。さらにまた、インク保持室１０１ｂ内には、インクを保持しておく多孔質体１０３が設けられている。さらに、インク保持室１０１ｂの底面側には、インク送出部１０４が形成されている。
【０００４】
インクがインク送出部１０４から送り出されると、空気がインクタンク１０１ａ側に入り、その空気に相当する分のインクがインクタンク１０１ａからインク保持室１０１ｂ側に送られるとともに、多孔質体１０３に保持される。
ここで、多孔質体１０３の毛管力により、インクには吸い上げられる方向の力が加わっている。これにより、インク送出部１０４からインクが漏れることはない。
【０００５】
図１２は、従来のインク供給装置の第２例を示す図である。図１２において、インク収容部１０５の底面側には、上記第１例と同様に、インク送出部１０４が形成されている。また、インク収容部１０５内には、内部にインクを収容した袋状体１０６が設けられている。この袋状体１０６は、バネ１０７によって常時押し広げる方向（図１２中、矢印方向）に力が加わっている。このバネ１０７の力により、袋状体１０６内部のインクには、吸い上げられる方向の力が加わっている。これにより、上記第１例と同様に、インク送出部１０４からインクが漏れることはない。
【０００６】
以上のように、プリンタヘッドに用いられるインク供給装置は、インク送出部１０４からインクが漏れないように構成されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述の従来の技術では、以下の問題があった。
第１例では、インク保持室１０１ｂ内に多孔質体１０３を設けているので、インク供給装置内の容積は、多孔質体１０３の分だけ小さくなる。よって、インク供給装置全体の大きさに対して、内部に収容できるインク量が少ないという問題があった。
【０００８】
また、第１例のように外気連通孔１０２を設けた場合、インク供給装置に振動が加わったり、インク供給装置が傾斜したときに、外気連通孔１０２からインクがこぼれる可能性があるという問題があった。
さらに、圧力の低下又は温度上昇が起きたときに、インク収容部１０１内の空気が膨張して、インク収容部１０１内のインクが押し出され、外気連通孔１０２から漏れ出てしまう可能性があるという問題があった。
【０００９】
また、第２例では、バネ１０７を用いる方式であるので、例えばインク収容部１０５を薄型にした場合には、袋状体１０６の内部にバネ１０７を収納することができなくなったり、製造工程が複雑化する等の製造上の問題があった。また、バネ１０７を用いるものであるので、機構が複雑化し、コストも高くなるという問題があった。
【００１０】
したがって、本発明が解決しようとする課題は、インク収容量が大きく、構造が簡素であり、かつインク漏れがなく安定してインクを保持することができるようにするとともに、振動が加わったり傾斜した場合、及び圧力又は温度の変化が生じた場合でも、インクが漏れないようにすることである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下の解決手段によって、上述の課題を解決する。
請求項１の発明は、インク収容部と、前記インク収容部の下側に配置されるとともに前記インク収容部内のインクが流下可能に前記インク収容部と連結され、インクを送り出すインク送出部を有するインク室と、前記インク収容部と前記インク室との間を開閉するためのものであって、前記前記インク収容部と前記インク室との間を閉塞するように付勢されるとともに、前記インク室の前記インク送出部からインクが供給されたときに発生する前記インク室内の圧力の低下によって前記インク収容部と前記インク室とが連通するように移動される弁とを備え、前記インク収容部は、前記インク収容部の内部に上下方向に延在するとともに、前記インク収容部から前記インク室にインクが送られたことによりインク量が減少したときに、そのインク量の減少分に相当する分の空気を前記インク収容部の内部に取り込むための空気導入管を備え、前記空気導入管は、上端部に設けられ、インク量の減少分に相当する分の空気を取り込むための外気連通孔と、開口された下端部と、前記上端部と前記下端部との間に設けられ、前記外気連通孔及び前記下端部よりも大きい径を有するとともに、前記インク収容部内のほぼ全てにインクが満たされている状態では前記インク収容部内のインクの水面よりも下側に位置し、インクを一時的に溜め込み可能なバッファ部とを備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１に記載のインク供給装置において、前記インク収容部は、着脱可能に形成されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１に記載のインク供給装置において、前記インク収容部は、着脱可能に形成されており、前記インク収容部のインクの未使用時には、前記空気導入管内を含む前記インク収容部内にインクが充填されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項１に記載のインク供給装置において、前記インク収容部は、着脱可能に形成されており、前記インク収容部のインクの未使用時には、前記空気導入管内を除いた前記インク収容部内にインクが充填されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項５の発明は、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のインク供給装置において、前記弁は、前記インク室内に設けられており、付勢部材によって前記インク収容部側に付勢されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項６の発明は、インク供給装置とプリンタヘッドチップとを含むプリンタヘッドであって、前記インク供給装置は、インク収容部と、前記インク収容部の下側に配置されるとともに前記インク収容部内のインクが流下可能に前記インク収容部と連結され、インクを送り出すインク送出部を有するインク室と、前記インク収容部と前記インク室との間を開閉するためのものであって、前記前記インク収容部と前記インク室との間を閉塞するように付勢されるとともに、前記インク室の前記インク送出部からインクが供給されたときに発生する前記インク室内の圧力の低下によって前記インク収容部と前記インク室とが連通するように移動される弁とを備え、前記インク収容部は、前記インク収容部の内部に上下方向に延在するとともに、前記インク収容部から前記インク室にインクが送られたことによりインク量が減少したときに、そのインク量の減少分に相当する分の空気を前記インク収容部の内部に取り込むための空気導入管を備え、前記空気導入管は、上端部に設けられ、インク量の減少分に相当する分の空気を取り込むための外気連通孔と、開口された下端部と、前記上端部と前記下端部との間に設けられ、前記外気連通孔及び前記下端部よりも大きい径を有するとともに、前記インク収容部内のほぼ全てにインクが満たされている状態では前記インク収容部内のインクの水面よりも下側に位置し、インクを一時的に溜め込み可能なバッファ部とを備え、前記プリンタヘッドチップは、発熱抵抗体を有するとともに前記インク供給装置の前記インク室と連通されたインク加圧室を基板上に複数並設し、前記発熱抵抗体を駆動することで、前記インク加圧室内のインクをノズルから吐出させるものであることを特徴とする。
【００１７】
請求項７の発明は、請求項６に記載のプリンタヘッドにおいて、前記インク供給装置の前記インク収容部は、着脱可能に形成されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項８の発明は、請求項６に記載のプリンタヘッドにおいて、前記インク供給装置の前記インク収容部は、着脱可能に形成されており、前記インク収容部のインクの未使用時には、前記空気導入管内を含む前記インク収容部内にインクが充填されていることを特徴とする。
【００１９】
請求項９の発明は、請求項６に記載のインク供給装置において、前記インク供給装置の前記インク収容部は、着脱可能に形成されており、前記インク収容部のインクの未使用時には、前記空気導入管内を除いた前記インク収容部内にインクが充填されていることを特徴とする。
【００２０】
請求項１０の発明は、請求項６から請求項９までのいずれか１項に記載のプリンタヘッドにおいて、前記インク供給装置の前記弁は、前記インク室内に設けられており、付勢部材によって前記インク収容部側に付勢されていることを特徴とする。
【００２１】
請求項１１の発明は、請求項１に記載のインク供給装置において、前記バッファ部は、断面がほぼ菱形に形成されたものであることを特徴とする。
【００２２】
（作用）
請求項１又は請求項６の発明においては、インク室のインク送出部からインクが供給されると、インク室内の圧力が低下する。これにより、インク室内では、インクを引き込もうとする吸引力が発生し、この吸引力によって弁が移動され、インク収容部とインク室とが連通し、インク収容部からインク室にインクが送られる。
【００２３】
インク収容部からインク室にインクが送られると、インク収容部内のインク量が減少するが、この減少分に相当する分の空気が外気連通孔から空気導入管を介してインク収容部内に取り込まれる。また、インク収容部からインク室にインクが送られることにより、インク室内の圧力が定常状態に戻ると、弁は、インク収容部とインク室との間を閉塞する。これにより、インク収容部からインク室へのインクの送りは停止する。
【００２４】
したがって、インク収容部内にインクを保持する多孔質体等を設けるものではないので、インク収容量を大きくすることができる。また、バネ等を用いてインク収容部内の圧力を低くするものではなく、インク収容部とインク室との間で気液交換を行うとともに、弁によってインク収容部とインク室とを開閉するものであるので、構造を簡素にすることができる。そして、インク漏れがなく安定してインクを保持することができる。
【００２５】
また、空気導入管は、外気連通孔からインク収容部の内部に延在するものであるので、空気導入管内の全てにインクが満たされていない限り、インク供給装置に振動が加わったり傾斜した場合でも、外気連通孔からインクが漏れ出ることを防止することができる。
さらにまた、圧力の低下又は温度上昇が起きたときに、インク収容部内の空気が膨張して空気導入管側にインクが逆流しても、バッファ部にそのインクが溜められるので、外気連通孔からインクが漏れ出ることを防止することができる。
【００２６】
また、請求項２から請求項４まで又は請求項７から請求項９までの発明においては、インク収容部は、インク供給装置から着脱可能である。したがって、インク収容部をインクカートリッジとして交換することができる。
【００２７】
さらにまた、請求項３又は請求項８の発明においては、インクの未使用時に、インク収容部内には、空気導入管内を含むインク収容部内にインクが充填されている。この状態では、インク収容部の空気導入管の外側に存在する密閉空気はわずかな量である。したがって、圧力の低下又は温度上昇によって密閉空気の膨張が生じても、空気導入管の外側に存在するインクの水位の低下も、わずかとなる。よって、圧力の低下又は温度上昇によって、空気導入管側へのインクの逆流量も、わずかな量となる。これにより、外気連通孔からのインク漏れを防止することができる。
【００２８】
さらに、請求項４又は請求項９の発明においては、インクの未使用時に、インク収容部内には、空気導入管内を除いたインク収容部内にインクが充填されている。この状態において、圧力の低下又は温度上昇によって密閉空気の膨張が生じると、膨張した体積分に相当するインクが空気導入管側に逆流するが、逆流したインクは、空気導入管のバッファ部に溜められる。これにより、外気連通孔からのインク漏れを防止することができる。
【００２９】
請求項５又は請求項１０の発明においては、インク室内に設けられた弁がインク室とインク収容部との間の開閉を行う。
したがって、インク供給装置の小型化を図ることができるとともに、インク室とインク収容部との間の開閉を簡素な構造で確実に行うことができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、図面等を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態であるバブルインクジェットプリンタヘッド（以下、単に「プリンタヘッド」という。）１を示す正面の断面図である。プリンタヘッド１は、インク供給装置１０と、プリンタヘッドチップ１００とから構成されている。図１では、プリンタヘッドチップ１００は、外形のみを図示している。
【００３１】
インク供給装置１０は、インク収容部２０と、弁部５０とを備える。さらに、インク収容部２０は、インクタンク３０と、インク溜め部４１とを備える。
インクタンク３０は、容器状体であり、内部にインクが装填されたものである。インクタンク３０の底面側には、筒状のノズル部３１が形成されている。ノズル部３１は、インク溜め部４１と連結する部分である。
【００３２】
また、インクタンク３０の内部には、空気導入管３２が設けられている。空気導入管３２は、インクタンク３０の上面側で開口されており、この部分が外気と連通する外気連通孔３２ａを構成している。また、空気導入管３２の中央付近には、外気連通孔３２ａや空気導入管３２の下端部３２ｃの開口径より大きい径を有するバッファ部３２ｂが設けられている。本実施形態では、図１に示すように、バッファ部３２ｂは、断面が略菱形状に形成されたものであり、その内部にインクを溜め込み可能である。
【００３３】
インク溜め部４１は、インクタンク３０の下側に配置されている。図１に示すように、インク溜め部４１の基体は、上面の一部が円形状に開口されており、それ以外の部分は密閉されている。また、上面の開口された部分には、Ｏリング４３が取り付けられている。インクタンク３０のノズル部３１の先端部がこのＯリング４３内に入り込むと、ノズル部３１とＯリング４３とが隙間なく嵌め合う。
さらにまた、インク溜め部４１の底面側は、筒状に下方に延びており、弁部５０に連結されている。
【００３４】
弁部５０は、以下のインク室５１、弁５２、バネ（付勢部材）５３及びインク送出部５４を備える。
インク室５１は、インク溜め部４１の底面側から筒状に延びる部分と一体となって形成され、略直方体状をなすインク収容体である。このインク室５１の内部には、弁５２及びバネ５３が配置されている。弁５２は、弁部５０側とインク収容部２０側との間を開閉するためのものである。
【００３５】
図１では、インク収容部２０側（インク溜め部４１の底面側から筒状に延びる部分）と、弁部５０側（インク室５１）とを開放する位置に配置された状態を示しているが、定常状態では、弁５２は、バネ５３の付勢力によってインク室５１の上面（インク溜め部４１の底面側から筒状に延びる部分との連結部分）に押し付けられており、弁部５０側とインク収容部２０側との間を閉塞する位置に配置されている。
【００３６】
なお、弁５２の材質は、その種類を問わないが、例えばゴム弾性体（エラストマー）から形成すれば、高い閉塞性を有するので、好ましい。
バネ５３は、弁５２の下面側と、インク室５１の底面との間を連結するように取り付けられ、弁５２を上方向に付勢する圧縮コイルバネである。
インク送出部５４は、インク室５１の底面側に設けられた筒状のものである。インク送出部５４は、プリンタヘッドチップ１００側にインクを送り出すためのものである。
【００３７】
第１実施形態では、インクタンク３０がインクカートリッジとなり、プリンタヘッド１から着脱可能に形成される。インクタンク３０の着脱構造としては、例えば、図２に示す構造が挙げられる。
【００３８】
図２は、ノズル部３１に設けられる弁構造の一実施形態を示す図であり、開状態及び閉状態を併せて示す図である。先ず、上側の図の閉状態では、コイルバネ３１ｄの付勢力により弁３１ｃは閉じられている。そして、インクタンク３０のノズル部３１がインク溜め部４１に装着されると、棒体３１ｅが弁３１ｃを押し上げ、インクタンク３０のノズル部３１と、インク溜め部４１とが連通するようになる。
【００３９】
また、インクタンク３０をインク溜め部４１から引き抜く際には、上記と逆の動作により、弁が３１ｃが閉じられる。よって、インクタンク３０を装着する直前に、ノズル部３１の先端部が下方を向いている状態であっても、内部のインクが漏れることはない。また、インクタンク３０を交換するときに、インクタンク３０を引き抜いたときには、直ちに弁３１ｃが閉じられるので、この時もまた、ノズル部３１の先端からインクが漏れることはない。
【００４０】
図３は、プリンタヘッド１の全体図（正面の断面図）と、その全体図におけるＡ部を詳細に示す図である。
プリンタヘッドチップ１００は、基板１０１と、フィルム１０３と、ノズルシート１０４等とを備える。
【００４１】
基板１０１は、シリコン等の半導体基板からなるものであり、その一面（図３中、下面）に、発熱抵抗体（ヒーター）１０２が形成されたものである。発熱抵抗体１０２は、吐出するインクを加熱するためのものである。
発熱抵抗体１０２の駆動制御等は、基板１０１によって行われる。基板１０１には、図示しないが、ロジックＩＣや、ドライバートランジスタ等が設けられている。
【００４２】
フィルム１０３は、基板１０１の図３中、下面に積層されている。フィルム１０３は、例えば露光硬化型のドライフィルムレジストからなるものであり、基板１０１の発熱抵抗体１０２が形成された面の略全体に積層された後、フォトリソプロセスによって不要部分が除去されて、所定形状に形成される。
これにより、フィルム１０３は、各発熱抵抗体１０２の周囲部を略凹状に囲むように形成される。この発熱抵抗体１０２を囲む部分がインク加圧室１０５となる。よって、フィルム１０３は、インク加圧室１０５の一部を形成している。
【００４３】
ノズルシート１０４は、インクを吐出するためのノズル１０４ａが形成されたシート状部材であり、シート１０３の下層に積層されている。
ノズル１０４ａは、円形に開口された穴であり、各発熱抵抗体１０２の下側に位置するように配置されている。なお、ノズルシート１０４は、インク加圧室１０５の一部を形成している。
【００４４】
また、各インク加圧室１０５に連通するように、インク流路部１０６が形成されている。インク流路部１０６は、インク供給装置１０から供給されたインクを各インク加圧室１０５に送り込むためのものである。すなわち、インク流路部１０６と、上述のインク送出部５４とが連通されている。よって、インク供給装置１０から供給されるインクは、インク流路部１０６に流れ込み、インク加圧室１０５内に充填される。
【００４５】
以上のインク加圧室１０５やノズル１０４ａは、基板１０１に、略直線状に多数並設されている。そして、図３の全体図で示すように、各ノズル１０４ａからインクｉが吐出される。
プリンタ制御部（図示せず）からの指令によって、選択された発熱抵抗体１０２に、短時間（例えば１〜３マイクロ秒程度）電流パルスが流されることにより、その発熱抵抗体１０２が急速に加熱される。その結果、発熱抵抗体１０２に接する部分にインク気泡が発生し、そのインク気泡の膨張によって、ある体積のインクが押しのけられる。これによって、ノズル１０４ａに接する部分の上記押しのけられたインクと同等の体積のインクｉがインク液滴としてノズル１０４ａから吐出され、紙等の印画対象体に着弾される。
【００４６】
インク液滴が吐出されると、インク液滴を吐出したインク加圧室１０５内に、吐出された量と同量のインクが直ちに補充される。このインクは、インク供給装置１０のインク送出部５４を通じて供給される。
【００４７】
続いて、インクが吐出された後のインクの供給について、より詳細に説明する。
図４から図７までは、図３の詳細図で示したプリンタヘッドチップ１００を示す断面図であって、インクが吐出された後、インクがインク加圧室１０５に供給されるまでの様子を順を追って示す図である。さらに、各プリンタヘッドチップ１００の右側には、その状態における弁部５０の様子を併せて示している。
【００４８】
先ず、図４は、ノズル１０４ａからインクｉが吐出された瞬間の様子を示すものである。インク気泡の膨張によって、インクｉが吐出されると、インク加圧室１０５内には、吐出したインクｉに相当する分のバブル（インク気泡）Ｂが発生する。この時点では、図４に示すように、弁５２は、バネ５３の付勢力によってインク室５１の上面に押し付けられており、弁部５０とインク収容部２０との間を閉塞する位置に配置されている。
【００４９】
次に、図５さらには図６に示すように、バブルＢは、次第に収縮する。この収縮に伴い、毛管力によって、インク加圧室１０５内にインクを引き込む力が発生する。この引込み力の発生により、インクは、インク加圧室１０５内に供給される。
【００５０】
ここで、インク加圧室１０５、インク流路部１０６、弁部５０のインク送出部５４（インク室５１）は、それぞれ連通されている。したがって、インク加圧室１０５から弁部５０のインク室５１までの連通する部分の圧力は、それまでの圧力より低くなる。このため、それまでのバランスが崩れ、インク室５１内では、インクを引き込もうとする吸引力が発生し、バネ５３には、その付勢力に抗して圧縮される力が作用する。このため、弁５２は下方側に移動され、インク室５１の上面が開放される。これにより、インク収容部２０側から弁部５０側にインクが送り込まれる。
【００５１】
そして、図７に示すように、インク加圧室１０５内のバブルＢがなくなると、弁部５０のインク室５１からインク加圧室１０５までの連通する部分の圧力は、元の状態に戻り、インク室５１内では、インクを引き込もうとする吸引力が消滅する。よって、バネ５３は、その付勢力によって弁５２をインク室５１の上面に押し上げ、弁５２は、再度、弁部５０とインク収容部２０との間を閉塞する。
【００５２】
説明を図１に戻す。インクがノズル１０４ａから吐出される前、すなわちインク加圧室１０５内にバブルＢが発生する前は、図１に示す状態でインクが平衡状態にある。なお、図１では、空気導入管３２内にはインクがほとんどない状態を例に挙げている。
次に、プリンタヘッドチップ１００側でインクが吐出されると、弁５２がバネ５３の付勢力に抗して下方に移動され、インク室５１より上方にあるインク（インクタンク３０及びインク溜め部４１を含むインク収容部２０内のインク）が弁部５０側に流下する。
【００５３】
そして、インク収容部２０内のインクがインク室５１に流下すると、インク収容部２０内のインクが減少するが、このとき、空気導入管３２から外気がインクタンク３０内に入り込む。インクタンク３０内に入り込んだ空気は、インクタンク３０の上方に送られる。
【００５４】
インクが弁部５０及びプリンタヘッドチップ１００側に送られ、弁部５０及びプリンタヘッドチップ１００内の圧力が定常状態に戻ると、弁５２がバネ５３の付勢力によって、インク室５１の上面に押し上げられ、再度、弁部５０とインク収容部２０との間を閉塞する。そして、インク収容部２０からインク室５１へのインクの流下が停止する。これにより、インクがノズル１０４ａから吐出される前の状態に戻り、平衡状態となる。このとき、図１に示すように、空気導入管３２内にインクがほとんどない状態で平衡状態となる。
【００５５】
プリンタヘッドチップ１００側でインクが吐出され、インクが使用されると、弁５２が開放され、上記の動作を繰り返す。これにより、インクタンク３０内のインクが徐々に減少していく。
【００５６】
また、図１に示すように、外気連通孔３２ａを有する空気導入管３２がインクタンク３０内部に設けられるとともに、空気導入管３２の下端部３２ｃは、インクタンク３０の上面より低い位置にあるため、インクタンク３０に振動が加わったり、傾斜した場合であっても、インクタンク３０内のインクが外部に漏れ出ることを防止することができる。
【００５７】
さらに、圧力変化や温度変化に対しても、インクタンク３０内のインクが漏れ出ることを防止することができる。
図８及び図９は、この効果を説明する図である。図８は、常温、常圧時の状態を示し、空気導入管３２内には、ほとんどインクがない状態を示している。
【００５８】
この状態で、圧力の低下又は温度上昇が起こると、インクタンク３０内の空気導入管３２の外側にある空気（外気から遮断されてインクタンク３０の上方部に存在する空気）が膨張する。この空気の膨張により、図９に示すように、インクタンク３０内の空気導入管３２の外側にあるインクの水位が低下する。そして、この分だけインクが空気導入管３２側に逆流するが、このインクは、空気導入管３２のバッファ部３２ｂ内に一時的に溜められる。よって、インクタンク３０内のインクが外部に漏れ出ることを防止することができる。
【００５９】
なお、インクタンク３０のインクの未使用時は、空気導入管３２内にインクがない状態でも良いが、インクが満たされている状態であっても良い。
空気導入管３２内にインクがない状態でインクタンク３０がインク供給装置１に取り付けられると、最初の時点で図１に示す状態となる。
【００６０】
これに対し、空気導入管３２内を含むインクタンク３０内のほぼ全てにインクが満たされている状態でインクタンク３０がインク供給装置１に取り付けられると、最初は、空気導入管３２内のインクのみが使用される。これは、空気導入管３２内のみが外気連通孔３２ａによって外気と連通されているためである。
そして、空気導入管３２内のほぼ全てのインクが使用されると、図１に示す状態となる。
【００６１】
ここで、空気導入管３２内を含むインクタンク３０内のほぼ全てにインクが満たされている状態では、インクタンク３０内の空気導入管３２の外側に存在する密閉空気は、わずかな量である。このため、圧力の低下又は温度上昇によって密閉空気の膨張が生じても、空気導入管３２の外側に存在するインクの水位の低下も、わずかとなる。よって、圧力の低下又は温度上昇によって、空気導入管３２側へのインクの逆流量も、わずかな量となる。これにより、外気連通孔３２ａからインクが漏れ出すことはない。
【００６２】
以上により、インクタンク３０のインクの未使用時は、空気導入管３２内にインクがない状態、又はインクが満たされている状態のいずれでも良く、いずれの状態であっても、圧力の低下又は温度上昇によりインクタンク３０内のインクが外部に漏れ出ることを防止することができる。
【００６３】
（第２実施形態）
図１０は、本発明の第２実施形態であるプリンタヘッド１Ａを示す正面の断面図である。
第２実施形態では、インク収容部２０Ａにおいて、インクタンク３０と弁部５０のインク室５１とが一体で形成されたものである。よって、第２実施形態では、第１実施形態のようにインク溜め部４１やＯリング４３は設けられていない。その他は第１施形態と同一である。
【００６４】
第２実施形態では、第１実施形態のように、インクタンク３０をインクカートリッジとして用いるものではない。第２実施形態のプリンタヘッド１Ａがプリンタに適用された場合において、インクタンク３０内のインクが無くなったときには、インク供給装置１０Ａ全体を交換するか（この場合には、インク供給装置１０Ａをプリンタヘッドチップ１００に対して着脱可能に形成する必要がある）、又はプリンタヘッドチップ１００を含めてプリンタヘッド１Ａ全体を交換する。
このように形成しても、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００６５】
【発明の効果】
請求項１又は請求項６の発明によれば、インク収容部内にインクを保持する多孔質体等を設けるものではないので、インク収容量を大きくすることができる。また、バネ等を用いてインク収容部内の圧力を低くするものではなく、インク収容部とインク室との間で気液交換を行うとともに、弁によってインク収容部とインク室とを開閉するものであるので、構造を簡素にすることができる。そして、インク漏れがなく安定してインクを保持することができる。
【００６６】
また、空気導入管内の全てにインクが満たされていない限り、インク供給装置に振動が加わったり傾斜した場合でも、外気連通孔からインクが漏れ出ることを防止することができる。
さらにまた、圧力の低下又は温度上昇が起きたときに、インク収容部内の空気が膨張して空気導入管側にインクが逆流しても、バッファ部にそのインクが溜められるので、外気連通孔からインクが漏れ出ることを防止することができる。
【００６７】
請求項２から請求項４まで又は請求項７から請求項９までの発明によれば、インク収容部をインクカートリッジとして交換することができる。
【００６８】
また、請求項３又は請求項８の発明によれば、圧力の低下又は温度上昇によって密閉空気の膨張が生じても、空気導入管側へのインクの逆流量は、わずかな量であるので、外気連通孔からのインク漏れを防止することができる。
【００６９】
さらにまた、請求項４又は請求項９の発明によれば、圧力の低下又は温度上昇によって密閉空気の膨張が生じてインクが空気導入管側に逆流しても、そのインクは、空気導入管のバッファ部に溜められるので、外気連通孔からのインク漏れを防止することができる。
【００７０】
請求項５又は請求項１０の発明によれば、インク供給装置の小型化を図ることができるとともに、インク室とインク収容部との間の開閉を簡素な構造で確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態であるプリンタヘッドを示す正面の断面図である。
【図２】 インクタンクの着脱構造を示す図である。
【図３】 プリンタヘッドの全体図（正面の断面図）と、その全体図におけるＡ部を詳細に示す図である。
【図４】 プリンタヘッドチップを示す断面図であって、インクが吐出された後、インクがインク加圧室に供給されるまでの様子を示す図であり、その状態における弁部の様子を併せて示す図である。
【図５】 図４の様子に続く様子を示す図である。
【図６】 図５の様子に続く様子を示す図である。
【図７】 図６の様子に続く様子を示す図である。
【図８】 インクタンク内のインクの様子を示す図であり、常温、常圧時の状態を示す図である。
【図９】 インクタンク内のインクの様子を示す図であり、高温、低圧時の状態を示す図である。
【図１０】 本発明の第２実施形態であるプリンタヘッドを示す正面の断面図である。
【図１１】 従来のインク供給装置の第１例を示す図である。
【図１２】 従来のインク供給装置の第２例を示す図である。
【符号の説明】
１ バブルインクジェットプリンタヘッド
１０ インク供給装置
２０ インク収容部
３０ インクタンク
３１ ノズル部
３２ 空気導入管
３２ａ 外気連通孔
３２ｂ バッファ部
４１ インク溜め部
４３ Ｏリング
５０ 弁部
５１ インク室
５２ 弁
５３ バネ（付勢部材）
５４ インク送出部
１００ プリンタヘッドチップ
１０１ 基板
１０２ 発熱抵抗体
１０３ フィルム
１０４ ノズルシート
１０４ａ ノズル
１０５ インク加圧室
１０６ インク流路部
【発明の属する技術分野】
本発明は、インク収容部から所定量のインクを外部に送出するためのインク供給装置と、このインク供給装置を適用したプリンタヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のプリンタヘッドに用いられるインク供給装置としては、例えば以下のものが知られている。
図１１は、従来のこの種のインク供給装置の第１例を示す図である。図１１において、インク収容部１０１は、インクタンク１０１ａと、インク保持室１０１ｂとに仕切られている。インクタンク１０１ａとインク保持室１０１ｂとの間は、底面部で連通されている。
【０００３】
インクタンク１０１ａ側には、インクが装填されている。また、インク保持室１０１ｂの天面側には、外気と連通する外気連通孔１０２が形成されている。さらにまた、インク保持室１０１ｂ内には、インクを保持しておく多孔質体１０３が設けられている。さらに、インク保持室１０１ｂの底面側には、インク送出部１０４が形成されている。
【０００４】
インクがインク送出部１０４から送り出されると、空気がインクタンク１０１ａ側に入り、その空気に相当する分のインクがインクタンク１０１ａからインク保持室１０１ｂ側に送られるとともに、多孔質体１０３に保持される。
ここで、多孔質体１０３の毛管力により、インクには吸い上げられる方向の力が加わっている。これにより、インク送出部１０４からインクが漏れることはない。
【０００５】
図１２は、従来のインク供給装置の第２例を示す図である。図１２において、インク収容部１０５の底面側には、上記第１例と同様に、インク送出部１０４が形成されている。また、インク収容部１０５内には、内部にインクを収容した袋状体１０６が設けられている。この袋状体１０６は、バネ１０７によって常時押し広げる方向（図１２中、矢印方向）に力が加わっている。このバネ１０７の力により、袋状体１０６内部のインクには、吸い上げられる方向の力が加わっている。これにより、上記第１例と同様に、インク送出部１０４からインクが漏れることはない。
【０００６】
以上のように、プリンタヘッドに用いられるインク供給装置は、インク送出部１０４からインクが漏れないように構成されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述の従来の技術では、以下の問題があった。
第１例では、インク保持室１０１ｂ内に多孔質体１０３を設けているので、インク供給装置内の容積は、多孔質体１０３の分だけ小さくなる。よって、インク供給装置全体の大きさに対して、内部に収容できるインク量が少ないという問題があった。
【０００８】
また、第１例のように外気連通孔１０２を設けた場合、インク供給装置に振動が加わったり、インク供給装置が傾斜したときに、外気連通孔１０２からインクがこぼれる可能性があるという問題があった。
さらに、圧力の低下又は温度上昇が起きたときに、インク収容部１０１内の空気が膨張して、インク収容部１０１内のインクが押し出され、外気連通孔１０２から漏れ出てしまう可能性があるという問題があった。
【０００９】
また、第２例では、バネ１０７を用いる方式であるので、例えばインク収容部１０５を薄型にした場合には、袋状体１０６の内部にバネ１０７を収納することができなくなったり、製造工程が複雑化する等の製造上の問題があった。また、バネ１０７を用いるものであるので、機構が複雑化し、コストも高くなるという問題があった。
【００１０】
したがって、本発明が解決しようとする課題は、インク収容量が大きく、構造が簡素であり、かつインク漏れがなく安定してインクを保持することができるようにするとともに、振動が加わったり傾斜した場合、及び圧力又は温度の変化が生じた場合でも、インクが漏れないようにすることである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下の解決手段によって、上述の課題を解決する。
請求項１の発明は、インク収容部と、前記インク収容部の下側に配置されるとともに前記インク収容部内のインクが流下可能に前記インク収容部と連結され、インクを送り出すインク送出部を有するインク室と、前記インク収容部と前記インク室との間を開閉するためのものであって、前記前記インク収容部と前記インク室との間を閉塞するように付勢されるとともに、前記インク室の前記インク送出部からインクが供給されたときに発生する前記インク室内の圧力の低下によって前記インク収容部と前記インク室とが連通するように移動される弁とを備え、前記インク収容部は、前記インク収容部の内部に上下方向に延在するとともに、前記インク収容部から前記インク室にインクが送られたことによりインク量が減少したときに、そのインク量の減少分に相当する分の空気を前記インク収容部の内部に取り込むための空気導入管を備え、前記空気導入管は、上端部に設けられ、インク量の減少分に相当する分の空気を取り込むための外気連通孔と、開口された下端部と、前記上端部と前記下端部との間に設けられ、前記外気連通孔及び前記下端部よりも大きい径を有するとともに、前記インク収容部内のほぼ全てにインクが満たされている状態では前記インク収容部内のインクの水面よりも下側に位置し、インクを一時的に溜め込み可能なバッファ部とを備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１に記載のインク供給装置において、前記インク収容部は、着脱可能に形成されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１に記載のインク供給装置において、前記インク収容部は、着脱可能に形成されており、前記インク収容部のインクの未使用時には、前記空気導入管内を含む前記インク収容部内にインクが充填されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項１に記載のインク供給装置において、前記インク収容部は、着脱可能に形成されており、前記インク収容部のインクの未使用時には、前記空気導入管内を除いた前記インク収容部内にインクが充填されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項５の発明は、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のインク供給装置において、前記弁は、前記インク室内に設けられており、付勢部材によって前記インク収容部側に付勢されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項６の発明は、インク供給装置とプリンタヘッドチップとを含むプリンタヘッドであって、前記インク供給装置は、インク収容部と、前記インク収容部の下側に配置されるとともに前記インク収容部内のインクが流下可能に前記インク収容部と連結され、インクを送り出すインク送出部を有するインク室と、前記インク収容部と前記インク室との間を開閉するためのものであって、前記前記インク収容部と前記インク室との間を閉塞するように付勢されるとともに、前記インク室の前記インク送出部からインクが供給されたときに発生する前記インク室内の圧力の低下によって前記インク収容部と前記インク室とが連通するように移動される弁とを備え、前記インク収容部は、前記インク収容部の内部に上下方向に延在するとともに、前記インク収容部から前記インク室にインクが送られたことによりインク量が減少したときに、そのインク量の減少分に相当する分の空気を前記インク収容部の内部に取り込むための空気導入管を備え、前記空気導入管は、上端部に設けられ、インク量の減少分に相当する分の空気を取り込むための外気連通孔と、開口された下端部と、前記上端部と前記下端部との間に設けられ、前記外気連通孔及び前記下端部よりも大きい径を有するとともに、前記インク収容部内のほぼ全てにインクが満たされている状態では前記インク収容部内のインクの水面よりも下側に位置し、インクを一時的に溜め込み可能なバッファ部とを備え、前記プリンタヘッドチップは、発熱抵抗体を有するとともに前記インク供給装置の前記インク室と連通されたインク加圧室を基板上に複数並設し、前記発熱抵抗体を駆動することで、前記インク加圧室内のインクをノズルから吐出させるものであることを特徴とする。
【００１７】
請求項７の発明は、請求項６に記載のプリンタヘッドにおいて、前記インク供給装置の前記インク収容部は、着脱可能に形成されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項８の発明は、請求項６に記載のプリンタヘッドにおいて、前記インク供給装置の前記インク収容部は、着脱可能に形成されており、前記インク収容部のインクの未使用時には、前記空気導入管内を含む前記インク収容部内にインクが充填されていることを特徴とする。
【００１９】
請求項９の発明は、請求項６に記載のインク供給装置において、前記インク供給装置の前記インク収容部は、着脱可能に形成されており、前記インク収容部のインクの未使用時には、前記空気導入管内を除いた前記インク収容部内にインクが充填されていることを特徴とする。
【００２０】
請求項１０の発明は、請求項６から請求項９までのいずれか１項に記載のプリンタヘッドにおいて、前記インク供給装置の前記弁は、前記インク室内に設けられており、付勢部材によって前記インク収容部側に付勢されていることを特徴とする。
【００２１】
請求項１１の発明は、請求項１に記載のインク供給装置において、前記バッファ部は、断面がほぼ菱形に形成されたものであることを特徴とする。
【００２２】
（作用）
請求項１又は請求項６の発明においては、インク室のインク送出部からインクが供給されると、インク室内の圧力が低下する。これにより、インク室内では、インクを引き込もうとする吸引力が発生し、この吸引力によって弁が移動され、インク収容部とインク室とが連通し、インク収容部からインク室にインクが送られる。
【００２３】
インク収容部からインク室にインクが送られると、インク収容部内のインク量が減少するが、この減少分に相当する分の空気が外気連通孔から空気導入管を介してインク収容部内に取り込まれる。また、インク収容部からインク室にインクが送られることにより、インク室内の圧力が定常状態に戻ると、弁は、インク収容部とインク室との間を閉塞する。これにより、インク収容部からインク室へのインクの送りは停止する。
【００２４】
したがって、インク収容部内にインクを保持する多孔質体等を設けるものではないので、インク収容量を大きくすることができる。また、バネ等を用いてインク収容部内の圧力を低くするものではなく、インク収容部とインク室との間で気液交換を行うとともに、弁によってインク収容部とインク室とを開閉するものであるので、構造を簡素にすることができる。そして、インク漏れがなく安定してインクを保持することができる。
【００２５】
また、空気導入管は、外気連通孔からインク収容部の内部に延在するものであるので、空気導入管内の全てにインクが満たされていない限り、インク供給装置に振動が加わったり傾斜した場合でも、外気連通孔からインクが漏れ出ることを防止することができる。
さらにまた、圧力の低下又は温度上昇が起きたときに、インク収容部内の空気が膨張して空気導入管側にインクが逆流しても、バッファ部にそのインクが溜められるので、外気連通孔からインクが漏れ出ることを防止することができる。
【００２６】
また、請求項２から請求項４まで又は請求項７から請求項９までの発明においては、インク収容部は、インク供給装置から着脱可能である。したがって、インク収容部をインクカートリッジとして交換することができる。
【００２７】
さらにまた、請求項３又は請求項８の発明においては、インクの未使用時に、インク収容部内には、空気導入管内を含むインク収容部内にインクが充填されている。この状態では、インク収容部の空気導入管の外側に存在する密閉空気はわずかな量である。したがって、圧力の低下又は温度上昇によって密閉空気の膨張が生じても、空気導入管の外側に存在するインクの水位の低下も、わずかとなる。よって、圧力の低下又は温度上昇によって、空気導入管側へのインクの逆流量も、わずかな量となる。これにより、外気連通孔からのインク漏れを防止することができる。
【００２８】
さらに、請求項４又は請求項９の発明においては、インクの未使用時に、インク収容部内には、空気導入管内を除いたインク収容部内にインクが充填されている。この状態において、圧力の低下又は温度上昇によって密閉空気の膨張が生じると、膨張した体積分に相当するインクが空気導入管側に逆流するが、逆流したインクは、空気導入管のバッファ部に溜められる。これにより、外気連通孔からのインク漏れを防止することができる。
【００２９】
請求項５又は請求項１０の発明においては、インク室内に設けられた弁がインク室とインク収容部との間の開閉を行う。
したがって、インク供給装置の小型化を図ることができるとともに、インク室とインク収容部との間の開閉を簡素な構造で確実に行うことができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、図面等を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態であるバブルインクジェットプリンタヘッド（以下、単に「プリンタヘッド」という。）１を示す正面の断面図である。プリンタヘッド１は、インク供給装置１０と、プリンタヘッドチップ１００とから構成されている。図１では、プリンタヘッドチップ１００は、外形のみを図示している。
【００３１】
インク供給装置１０は、インク収容部２０と、弁部５０とを備える。さらに、インク収容部２０は、インクタンク３０と、インク溜め部４１とを備える。
インクタンク３０は、容器状体であり、内部にインクが装填されたものである。インクタンク３０の底面側には、筒状のノズル部３１が形成されている。ノズル部３１は、インク溜め部４１と連結する部分である。
【００３２】
また、インクタンク３０の内部には、空気導入管３２が設けられている。空気導入管３２は、インクタンク３０の上面側で開口されており、この部分が外気と連通する外気連通孔３２ａを構成している。また、空気導入管３２の中央付近には、外気連通孔３２ａや空気導入管３２の下端部３２ｃの開口径より大きい径を有するバッファ部３２ｂが設けられている。本実施形態では、図１に示すように、バッファ部３２ｂは、断面が略菱形状に形成されたものであり、その内部にインクを溜め込み可能である。
【００３３】
インク溜め部４１は、インクタンク３０の下側に配置されている。図１に示すように、インク溜め部４１の基体は、上面の一部が円形状に開口されており、それ以外の部分は密閉されている。また、上面の開口された部分には、Ｏリング４３が取り付けられている。インクタンク３０のノズル部３１の先端部がこのＯリング４３内に入り込むと、ノズル部３１とＯリング４３とが隙間なく嵌め合う。
さらにまた、インク溜め部４１の底面側は、筒状に下方に延びており、弁部５０に連結されている。
【００３４】
弁部５０は、以下のインク室５１、弁５２、バネ（付勢部材）５３及びインク送出部５４を備える。
インク室５１は、インク溜め部４１の底面側から筒状に延びる部分と一体となって形成され、略直方体状をなすインク収容体である。このインク室５１の内部には、弁５２及びバネ５３が配置されている。弁５２は、弁部５０側とインク収容部２０側との間を開閉するためのものである。
【００３５】
図１では、インク収容部２０側（インク溜め部４１の底面側から筒状に延びる部分）と、弁部５０側（インク室５１）とを開放する位置に配置された状態を示しているが、定常状態では、弁５２は、バネ５３の付勢力によってインク室５１の上面（インク溜め部４１の底面側から筒状に延びる部分との連結部分）に押し付けられており、弁部５０側とインク収容部２０側との間を閉塞する位置に配置されている。
【００３６】
なお、弁５２の材質は、その種類を問わないが、例えばゴム弾性体（エラストマー）から形成すれば、高い閉塞性を有するので、好ましい。
バネ５３は、弁５２の下面側と、インク室５１の底面との間を連結するように取り付けられ、弁５２を上方向に付勢する圧縮コイルバネである。
インク送出部５４は、インク室５１の底面側に設けられた筒状のものである。インク送出部５４は、プリンタヘッドチップ１００側にインクを送り出すためのものである。
【００３７】
第１実施形態では、インクタンク３０がインクカートリッジとなり、プリンタヘッド１から着脱可能に形成される。インクタンク３０の着脱構造としては、例えば、図２に示す構造が挙げられる。
【００３８】
図２は、ノズル部３１に設けられる弁構造の一実施形態を示す図であり、開状態及び閉状態を併せて示す図である。先ず、上側の図の閉状態では、コイルバネ３１ｄの付勢力により弁３１ｃは閉じられている。そして、インクタンク３０のノズル部３１がインク溜め部４１に装着されると、棒体３１ｅが弁３１ｃを押し上げ、インクタンク３０のノズル部３１と、インク溜め部４１とが連通するようになる。
【００３９】
また、インクタンク３０をインク溜め部４１から引き抜く際には、上記と逆の動作により、弁が３１ｃが閉じられる。よって、インクタンク３０を装着する直前に、ノズル部３１の先端部が下方を向いている状態であっても、内部のインクが漏れることはない。また、インクタンク３０を交換するときに、インクタンク３０を引き抜いたときには、直ちに弁３１ｃが閉じられるので、この時もまた、ノズル部３１の先端からインクが漏れることはない。
【００４０】
図３は、プリンタヘッド１の全体図（正面の断面図）と、その全体図におけるＡ部を詳細に示す図である。
プリンタヘッドチップ１００は、基板１０１と、フィルム１０３と、ノズルシート１０４等とを備える。
【００４１】
基板１０１は、シリコン等の半導体基板からなるものであり、その一面（図３中、下面）に、発熱抵抗体（ヒーター）１０２が形成されたものである。発熱抵抗体１０２は、吐出するインクを加熱するためのものである。
発熱抵抗体１０２の駆動制御等は、基板１０１によって行われる。基板１０１には、図示しないが、ロジックＩＣや、ドライバートランジスタ等が設けられている。
【００４２】
フィルム１０３は、基板１０１の図３中、下面に積層されている。フィルム１０３は、例えば露光硬化型のドライフィルムレジストからなるものであり、基板１０１の発熱抵抗体１０２が形成された面の略全体に積層された後、フォトリソプロセスによって不要部分が除去されて、所定形状に形成される。
これにより、フィルム１０３は、各発熱抵抗体１０２の周囲部を略凹状に囲むように形成される。この発熱抵抗体１０２を囲む部分がインク加圧室１０５となる。よって、フィルム１０３は、インク加圧室１０５の一部を形成している。
【００４３】
ノズルシート１０４は、インクを吐出するためのノズル１０４ａが形成されたシート状部材であり、シート１０３の下層に積層されている。
ノズル１０４ａは、円形に開口された穴であり、各発熱抵抗体１０２の下側に位置するように配置されている。なお、ノズルシート１０４は、インク加圧室１０５の一部を形成している。
【００４４】
また、各インク加圧室１０５に連通するように、インク流路部１０６が形成されている。インク流路部１０６は、インク供給装置１０から供給されたインクを各インク加圧室１０５に送り込むためのものである。すなわち、インク流路部１０６と、上述のインク送出部５４とが連通されている。よって、インク供給装置１０から供給されるインクは、インク流路部１０６に流れ込み、インク加圧室１０５内に充填される。
【００４５】
以上のインク加圧室１０５やノズル１０４ａは、基板１０１に、略直線状に多数並設されている。そして、図３の全体図で示すように、各ノズル１０４ａからインクｉが吐出される。
プリンタ制御部（図示せず）からの指令によって、選択された発熱抵抗体１０２に、短時間（例えば１〜３マイクロ秒程度）電流パルスが流されることにより、その発熱抵抗体１０２が急速に加熱される。その結果、発熱抵抗体１０２に接する部分にインク気泡が発生し、そのインク気泡の膨張によって、ある体積のインクが押しのけられる。これによって、ノズル１０４ａに接する部分の上記押しのけられたインクと同等の体積のインクｉがインク液滴としてノズル１０４ａから吐出され、紙等の印画対象体に着弾される。
【００４６】
インク液滴が吐出されると、インク液滴を吐出したインク加圧室１０５内に、吐出された量と同量のインクが直ちに補充される。このインクは、インク供給装置１０のインク送出部５４を通じて供給される。
【００４７】
続いて、インクが吐出された後のインクの供給について、より詳細に説明する。
図４から図７までは、図３の詳細図で示したプリンタヘッドチップ１００を示す断面図であって、インクが吐出された後、インクがインク加圧室１０５に供給されるまでの様子を順を追って示す図である。さらに、各プリンタヘッドチップ１００の右側には、その状態における弁部５０の様子を併せて示している。
【００４８】
先ず、図４は、ノズル１０４ａからインクｉが吐出された瞬間の様子を示すものである。インク気泡の膨張によって、インクｉが吐出されると、インク加圧室１０５内には、吐出したインクｉに相当する分のバブル（インク気泡）Ｂが発生する。この時点では、図４に示すように、弁５２は、バネ５３の付勢力によってインク室５１の上面に押し付けられており、弁部５０とインク収容部２０との間を閉塞する位置に配置されている。
【００４９】
次に、図５さらには図６に示すように、バブルＢは、次第に収縮する。この収縮に伴い、毛管力によって、インク加圧室１０５内にインクを引き込む力が発生する。この引込み力の発生により、インクは、インク加圧室１０５内に供給される。
【００５０】
ここで、インク加圧室１０５、インク流路部１０６、弁部５０のインク送出部５４（インク室５１）は、それぞれ連通されている。したがって、インク加圧室１０５から弁部５０のインク室５１までの連通する部分の圧力は、それまでの圧力より低くなる。このため、それまでのバランスが崩れ、インク室５１内では、インクを引き込もうとする吸引力が発生し、バネ５３には、その付勢力に抗して圧縮される力が作用する。このため、弁５２は下方側に移動され、インク室５１の上面が開放される。これにより、インク収容部２０側から弁部５０側にインクが送り込まれる。
【００５１】
そして、図７に示すように、インク加圧室１０５内のバブルＢがなくなると、弁部５０のインク室５１からインク加圧室１０５までの連通する部分の圧力は、元の状態に戻り、インク室５１内では、インクを引き込もうとする吸引力が消滅する。よって、バネ５３は、その付勢力によって弁５２をインク室５１の上面に押し上げ、弁５２は、再度、弁部５０とインク収容部２０との間を閉塞する。
【００５２】
説明を図１に戻す。インクがノズル１０４ａから吐出される前、すなわちインク加圧室１０５内にバブルＢが発生する前は、図１に示す状態でインクが平衡状態にある。なお、図１では、空気導入管３２内にはインクがほとんどない状態を例に挙げている。
次に、プリンタヘッドチップ１００側でインクが吐出されると、弁５２がバネ５３の付勢力に抗して下方に移動され、インク室５１より上方にあるインク（インクタンク３０及びインク溜め部４１を含むインク収容部２０内のインク）が弁部５０側に流下する。
【００５３】
そして、インク収容部２０内のインクがインク室５１に流下すると、インク収容部２０内のインクが減少するが、このとき、空気導入管３２から外気がインクタンク３０内に入り込む。インクタンク３０内に入り込んだ空気は、インクタンク３０の上方に送られる。
【００５４】
インクが弁部５０及びプリンタヘッドチップ１００側に送られ、弁部５０及びプリンタヘッドチップ１００内の圧力が定常状態に戻ると、弁５２がバネ５３の付勢力によって、インク室５１の上面に押し上げられ、再度、弁部５０とインク収容部２０との間を閉塞する。そして、インク収容部２０からインク室５１へのインクの流下が停止する。これにより、インクがノズル１０４ａから吐出される前の状態に戻り、平衡状態となる。このとき、図１に示すように、空気導入管３２内にインクがほとんどない状態で平衡状態となる。
【００５５】
プリンタヘッドチップ１００側でインクが吐出され、インクが使用されると、弁５２が開放され、上記の動作を繰り返す。これにより、インクタンク３０内のインクが徐々に減少していく。
【００５６】
また、図１に示すように、外気連通孔３２ａを有する空気導入管３２がインクタンク３０内部に設けられるとともに、空気導入管３２の下端部３２ｃは、インクタンク３０の上面より低い位置にあるため、インクタンク３０に振動が加わったり、傾斜した場合であっても、インクタンク３０内のインクが外部に漏れ出ることを防止することができる。
【００５７】
さらに、圧力変化や温度変化に対しても、インクタンク３０内のインクが漏れ出ることを防止することができる。
図８及び図９は、この効果を説明する図である。図８は、常温、常圧時の状態を示し、空気導入管３２内には、ほとんどインクがない状態を示している。
【００５８】
この状態で、圧力の低下又は温度上昇が起こると、インクタンク３０内の空気導入管３２の外側にある空気（外気から遮断されてインクタンク３０の上方部に存在する空気）が膨張する。この空気の膨張により、図９に示すように、インクタンク３０内の空気導入管３２の外側にあるインクの水位が低下する。そして、この分だけインクが空気導入管３２側に逆流するが、このインクは、空気導入管３２のバッファ部３２ｂ内に一時的に溜められる。よって、インクタンク３０内のインクが外部に漏れ出ることを防止することができる。
【００５９】
なお、インクタンク３０のインクの未使用時は、空気導入管３２内にインクがない状態でも良いが、インクが満たされている状態であっても良い。
空気導入管３２内にインクがない状態でインクタンク３０がインク供給装置１に取り付けられると、最初の時点で図１に示す状態となる。
【００６０】
これに対し、空気導入管３２内を含むインクタンク３０内のほぼ全てにインクが満たされている状態でインクタンク３０がインク供給装置１に取り付けられると、最初は、空気導入管３２内のインクのみが使用される。これは、空気導入管３２内のみが外気連通孔３２ａによって外気と連通されているためである。
そして、空気導入管３２内のほぼ全てのインクが使用されると、図１に示す状態となる。
【００６１】
ここで、空気導入管３２内を含むインクタンク３０内のほぼ全てにインクが満たされている状態では、インクタンク３０内の空気導入管３２の外側に存在する密閉空気は、わずかな量である。このため、圧力の低下又は温度上昇によって密閉空気の膨張が生じても、空気導入管３２の外側に存在するインクの水位の低下も、わずかとなる。よって、圧力の低下又は温度上昇によって、空気導入管３２側へのインクの逆流量も、わずかな量となる。これにより、外気連通孔３２ａからインクが漏れ出すことはない。
【００６２】
以上により、インクタンク３０のインクの未使用時は、空気導入管３２内にインクがない状態、又はインクが満たされている状態のいずれでも良く、いずれの状態であっても、圧力の低下又は温度上昇によりインクタンク３０内のインクが外部に漏れ出ることを防止することができる。
【００６３】
（第２実施形態）
図１０は、本発明の第２実施形態であるプリンタヘッド１Ａを示す正面の断面図である。
第２実施形態では、インク収容部２０Ａにおいて、インクタンク３０と弁部５０のインク室５１とが一体で形成されたものである。よって、第２実施形態では、第１実施形態のようにインク溜め部４１やＯリング４３は設けられていない。その他は第１施形態と同一である。
【００６４】
第２実施形態では、第１実施形態のように、インクタンク３０をインクカートリッジとして用いるものではない。第２実施形態のプリンタヘッド１Ａがプリンタに適用された場合において、インクタンク３０内のインクが無くなったときには、インク供給装置１０Ａ全体を交換するか（この場合には、インク供給装置１０Ａをプリンタヘッドチップ１００に対して着脱可能に形成する必要がある）、又はプリンタヘッドチップ１００を含めてプリンタヘッド１Ａ全体を交換する。
このように形成しても、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００６５】
【発明の効果】
請求項１又は請求項６の発明によれば、インク収容部内にインクを保持する多孔質体等を設けるものではないので、インク収容量を大きくすることができる。また、バネ等を用いてインク収容部内の圧力を低くするものではなく、インク収容部とインク室との間で気液交換を行うとともに、弁によってインク収容部とインク室とを開閉するものであるので、構造を簡素にすることができる。そして、インク漏れがなく安定してインクを保持することができる。
【００６６】
また、空気導入管内の全てにインクが満たされていない限り、インク供給装置に振動が加わったり傾斜した場合でも、外気連通孔からインクが漏れ出ることを防止することができる。
さらにまた、圧力の低下又は温度上昇が起きたときに、インク収容部内の空気が膨張して空気導入管側にインクが逆流しても、バッファ部にそのインクが溜められるので、外気連通孔からインクが漏れ出ることを防止することができる。
【００６７】
請求項２から請求項４まで又は請求項７から請求項９までの発明によれば、インク収容部をインクカートリッジとして交換することができる。
【００６８】
また、請求項３又は請求項８の発明によれば、圧力の低下又は温度上昇によって密閉空気の膨張が生じても、空気導入管側へのインクの逆流量は、わずかな量であるので、外気連通孔からのインク漏れを防止することができる。
【００６９】
さらにまた、請求項４又は請求項９の発明によれば、圧力の低下又は温度上昇によって密閉空気の膨張が生じてインクが空気導入管側に逆流しても、そのインクは、空気導入管のバッファ部に溜められるので、外気連通孔からのインク漏れを防止することができる。
【００７０】
請求項５又は請求項１０の発明によれば、インク供給装置の小型化を図ることができるとともに、インク室とインク収容部との間の開閉を簡素な構造で確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態であるプリンタヘッドを示す正面の断面図である。
【図２】 インクタンクの着脱構造を示す図である。
【図３】 プリンタヘッドの全体図（正面の断面図）と、その全体図におけるＡ部を詳細に示す図である。
【図４】 プリンタヘッドチップを示す断面図であって、インクが吐出された後、インクがインク加圧室に供給されるまでの様子を示す図であり、その状態における弁部の様子を併せて示す図である。
【図５】 図４の様子に続く様子を示す図である。
【図６】 図５の様子に続く様子を示す図である。
【図７】 図６の様子に続く様子を示す図である。
【図８】 インクタンク内のインクの様子を示す図であり、常温、常圧時の状態を示す図である。
【図９】 インクタンク内のインクの様子を示す図であり、高温、低圧時の状態を示す図である。
【図１０】 本発明の第２実施形態であるプリンタヘッドを示す正面の断面図である。
【図１１】 従来のインク供給装置の第１例を示す図である。
【図１２】 従来のインク供給装置の第２例を示す図である。
【符号の説明】
１ バブルインクジェットプリンタヘッド
１０ インク供給装置
２０ インク収容部
３０ インクタンク
３１ ノズル部
３２ 空気導入管
３２ａ 外気連通孔
３２ｂ バッファ部
４１ インク溜め部
４３ Ｏリング
５０ 弁部
５１ インク室
５２ 弁
５３ バネ（付勢部材）
５４ インク送出部
１００ プリンタヘッドチップ
１０１ 基板
１０２ 発熱抵抗体
１０３ フィルム
１０４ ノズルシート
１０４ａ ノズル
１０５ インク加圧室
１０６ インク流路部
Claims (11)
- インク収容部と、
前記インク収容部の下側に配置されるとともに前記インク収容部内のインクが流下可能に前記インク収容部と連結され、インクを送り出すインク送出部を有するインク室と、
前記インク収容部と前記インク室との間を開閉するためのものであって、前記前記インク収容部と前記インク室との間を閉塞するように付勢されるとともに、前記インク室の前記インク送出部からインクが供給されたときに発生する前記インク室内の圧力の低下によって前記インク収容部と前記インク室とが連通するように移動される弁とを備え、
前記インク収容部は、前記インク収容部の内部に上下方向に延在するとともに、前記インク収容部から前記インク室にインクが送られたことによりインク量が減少したときに、そのインク量の減少分に相当する分の空気を前記インク収容部の内部に取り込むための空気導入管を備え、
前記空気導入管は、
上端部に設けられ、インク量の減少分に相当する分の空気を取り込むための外気連通孔と、
開口された下端部と、
前記上端部と前記下端部との間に設けられ、前記外気連通孔及び前記下端部よりも大きい径を有するとともに、前記インク収容部内のほぼ全てにインクが満たされている状態では前記インク収容部内のインクの水面よりも下側に位置し、インクを一時的に溜め込み可能なバッファ部と
を備える
ことを特徴とするインク供給装置。 - 請求項１に記載のインク供給装置において、
前記インク収容部は、着脱可能に形成されている
ことを特徴とするインク供給装置。 - 請求項１に記載のインク供給装置において、
前記インク収容部は、着脱可能に形成されており、
前記インク収容部のインクの未使用時には、前記空気導入管内を含む前記インク収容部内にインクが充填されている
ことを特徴とするインク供給装置。 - 請求項１に記載のインク供給装置において、
前記インク収容部は、着脱可能に形成されており、
前記インク収容部のインクの未使用時には、前記空気導入管内を除いた前記インク収容部内にインクが充填されている
ことを特徴とするインク供給装置。 - 請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のインク供給装置において、
前記弁は、前記インク室内に設けられており、付勢部材によって前記インク収容部側に付勢されている
ことを特徴とするインク供給装置。 - インク供給装置とプリンタヘッドチップとを含むプリンタヘッドであって、
前記インク供給装置は、
インク収容部と、
前記インク収容部の下側に配置されるとともに前記インク収容部内のインクが流下可能に前記インク収容部と連結され、インクを送り出すインク送出部を有するインク室と、
前記インク収容部と前記インク室との間を開閉するためのものであって、前記前記インク収容部と前記インク室との間を閉塞するように付勢されるとともに、前記インク室の前記インク送出部からインクが供給されたときに発生する前記インク室内の圧力の低下によって前記インク収容部と前記インク室とが連通するように移動される弁とを備え、
前記インク収容部は、前記インク収容部の内部に上下方向に延在するとともに、前記インク収容部から前記インク室にインクが送られたことによりインク量が減少したときに、そのインク量の減少分に相当する分の空気を前記インク収容部の内部に取り込むための空気導入管を備え、
前記空気導入管は、
上端部に設けられ、インク量の減少分に相当する分の空気を取り込むための外気連通孔と、
開口された下端部と、
前記上端部と前記下端部との間に設けられ、前記外気連通孔及び前記下端部よりも大きい径を有するとともに、前記インク収容部内のほぼ全てにインクが満たされている状態では前記インク収容部内のインクの水面よりも下側に位置し、インクを一時的に溜め込み可能なバッファ部と
を備え、
前記プリンタヘッドチップは、
発熱抵抗体を有するとともに前記インク供給装置の前記インク室と連通されたインク加圧室を基板上に複数並設し、前記発熱抵抗体を駆動することで、前記インク加圧室内のインクをノズルから吐出させるものである
ことを特徴とするプリンタヘッド。 - 請求項６に記載のプリンタヘッドにおいて、
前記インク供給装置の前記インク収容部は、着脱可能に形成されている
ことを特徴とするプリンタヘッド。 - 請求項６に記載のプリンタヘッドにおいて、
前記インク供給装置の前記インク収容部は、着脱可能に形成されており、
前記インク収容部のインクの未使用時には、前記空気導入管内を含む前記インク収容部内にインクが充填されている
ことを特徴とするプリンタヘッド。 - 請求項６に記載のインク供給装置において、
前記インク供給装置の前記インク収容部は、着脱可能に形成されており、
前記インク収容部のインクの未使用時には、前記空気導入管内を除いた前記インク収容部内にインクが充填されている
ことを特徴とするプリンタヘッド。 - 請求項６から請求項９までのいずれか１項に記載のプリンタヘッドにおいて、
前記インク供給装置の前記弁は、前記インク室内に設けられており、付勢部材によって前記インク収容部側に付勢されている
ことを特徴とするプリンタヘッド。 - 請求項１に記載のインク供給装置において、
前記バッファ部は、断面がほぼ菱形に形成されたものである
ことを特徴とするインク供給装置。
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