JP4270300B2 - 液体吐出ヘッド、液体吐出装置、及び液体吐出装置の気泡除去方法 - Google Patents

Description

本発明は、ヘッドチップの全ての液室と連通する共通流路を形成するための共通流路部材を複数備え、ヘッドチップの各エネルギー発生素子を駆動し、各液室内の液体に吐出力を与えることにより、各液室内の液体を吐出させる液体吐出ヘッド、液体吐出装置、及び液体吐出装置の気泡除去方法に係るものである。そして、詳しくは、各共通流路部材の各共通流路に液体を安定的に供給するとともに、各共通流路の液体中に含まれる気泡を円滑に除去できるようにした技術に関するものである。

従来より、液体吐出装置の一例として、記録用紙を液体吐出ヘッドまで搬送し、液体吐出ヘッドを構成するヘッドチップのインク液室（液室）内で発熱抵抗体（エネルギー発生素子）を駆動してノズルからインク（液体）を吐出させ、印画を行うインクジェットプリンタが知られている。このようなインクジェットプリンタにおいては、インクが貯留されているインクカートリッジからヘッドチップのインク液室に向けてインクが安定して供給されることが必要である。

ここで、吐出させるインクには、水系のものや油系のものがあるが、水系のインクの場合は特に、インク中の溶存空気が温度変化等によってインク中で気泡となったり、外部から巻き込んだ空気がインク中に残って気泡となることがある。そして、このような気泡がヘッドチップの近傍に蓄積すると、インク液室へのインクの流れを阻害し、印画時にインクの供給不足を引き起こす。そのため、インク中の気泡は、インクの吐出方向の乱れや吐出量の変化を生じさせる原因となる。

また、インクの吐出は、ヘッドチップの発熱抵抗体がインク液室内のインクに吐出力を与えることで実現されるが、インク中に気泡があると、気体の圧縮性によって気泡がインクの吐出力を弱めることとなり、インクの吐出方向に乱れを発生させてしまう。さらにまた、インクジェットプリンタの設置環境、インクの吐出（発熱抵抗体の駆動）に伴う温度変化、大気圧の変動等によってインク中の気泡が膨張すると、インク液室内のインクがノズルから勝手に排出されてしまうことがある。

そこで、インク中の気泡の存在に起因するこのような不具合を解消するために、インクに含まれる気泡を除去できるようにした種々の技術が知られている。例えば、ノズルを記録用紙の幅に対応する長さに配列し、記録用紙の幅に対応する印画を可能としたラインプリンタにおいては、印画枚数が多く、耐久性も必要なことから、ヘッドチップの近傍の気泡をポンプ等の移送手段によってインクごと循環させることにより、インク中の気泡を除去する技術が用いられている。

このような気泡除去方法によれば、ヘッドチップの全てのインク液室と連通する共通流路のインクの流れに乗せて気泡を除去することが可能となる。すなわち、共通流路を形成するバッファタンク（共通流路部材）の供給口からインクを供給しつつ、バッファタンクの排出口からインクを排出させることにより、共通流路のインク中の気泡をインクごと除去するのである。

ところが、ヘッドチップとバッファタンクとによって構成されるヘッドモジュールを複数組み合わせ、記録用紙の幅に対応する印画を可能としたモジュール式のラインヘッド（ラインプリンタ）の場合には、各バッファタンクに対するインクの供給及び排出方法が問題となる。すなわち、全てのバッファタンクの各共通流路において、インク中の気泡を除去しなければならないが、各共通流路に対してインクを供給し排出する際に、いくつかの経路が考えられる。

この際、インクの供給部材を各バッファタンクの供給口のそれぞれに接続し、全てのバッファタンクの各共通流路に直接インクを供給するとともに、各バッファタンクの排出口のそれぞれから直接インクを排出できるようにした並列接続による気泡除去方法が知られている。そして、並列接続により、１つのポンプで全てのバッファタンクにおける各共通流路のインクを並列的に循環させ、全ての共通流路で同時に気泡を除去するラインプリンタが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−３４２６３４号公報

しかし、上記の特許文献１に開示されたラインプリンタでは、インク中の気泡を十分に除去できないという問題がある。すなわち、気泡を除去するために、１つのポンプによって全てのバッファタンクにおける各共通流路のインクを並列的に循環させると、それぞれが同じように循環するのではなく、各バッファタンクの中で、排出口から排出されやすいインク（気泡の少ないインク）だけが優先して循環するようになる。そのため、並列接続では、肝心の気泡の多いインクが十分に循環せず、その結果、気泡の除去が不十分となってしまう。

図８は、このような並列接続によって気泡を除去する従来例のラインプリンタ１００を示す概念図である。
図８に示すように、ラインプリンタ１００は、２つのヘッドモジュール１２０及びヘッドモジュール１３０を配列させたモジュール式のラインヘッド１１０と、インクを移送させるためのポンプ１１と、ラインヘッド１１０に供給するインクの圧力を調整するためのサブタンク１２と、ラインヘッド１１０に供給するインクが貯留されたインクカートリッジ１３とを備えている。なお、サブタンク１２には、サブタンク１２内と大気とを連通させるための連通バルブ１４が取り付けられている。

また、ヘッドモジュール１２０（１３０）は、インクを吐出させるための複数のヘッドチップ１６０（１７０）と、ヘッドチップ１６０（１７０）の全てのインク液室と連通する共通流路を形成するためのバッファタンク１２１（１３１）とを備えている。そして、バッファタンク１２１（１３１）は、共通流路にインクを供給する供給口１２２（１３２）と、共通流路からインクを排出する排出口１２３（１３３）とを備えている。

さらにまた、バッファタンク１２１（１３１）の供給口１２２（１３２）には、サブタンク１２内のインクをバッファタンク１２１（１３１）に供給するための供給管１８１がそれぞれ接続され、排出口１２３（１３３）には、バッファタンク１２１（１３１）内のインクを排出するための排出管１８２がそれぞれ接続されている。そして、排出管１８２は、切替えバルブ１５の一方のバルブ（循環側１５ａ）及び第１連絡管１６を介してポンプ１１と接続され、ポンプ１１は、第２連絡管１７を介してサブタンク１２と接続されている。そのため、ポンプ１１を駆動すれば、図８に示す矢印のようにインクが循環する。なお、切替えバルブ１５の他方のバルブ（供給側１５ｂ）には、インクカートリッジ１３に貯留されたインクを供給するための接続管１８が接続されている。

図８に示すラインプリンタ１００において、例えば、バッファタンク１２１の共通流路のインク中に気泡が含まれていても、ポンプ１１の駆動によってインクが循環すれば、気泡を含むインクが排出口１２３から排出され、サブタンク１２まで移送される。すると、インク中の気泡は、サブタンク１２の連通バルブ１４を通して大気に開放される。そのため、サブタンク１２からバッファタンク１２１の共通流路に供給されるインクには、気泡が含まれておらず、その結果、バッファタンク１２１の共通流路のインク中から気泡が除去される。

しかし、インク中の気泡が空気溜まりとなり、バッファタンク１２１の共通流路の一部を塞ぐようになると、インクの移送時の抵抗が増大する。そのため、ポンプ１１により、サブタンク１２内のインクが供給管１８１を介してバッファタンク１２１の供給口１２２及びバッファタンク１３１の供給口１３２に同じ圧力で供給されたとしても、バッファタンク１２１内では、空気溜まりの抵抗によってインクの移送が妨げられる。

一方、バッファタンク１３１内では、ある程度の圧力損失はあるものの、空気溜まりの抵抗がないため、供給口１３２から供給されたインクが供給圧力に応じて移送され、排出口１３３から順調に排出される。そして、排出されたインクは、排出管１８２、切替えバルブ１５（循環側１５ａ）、第１連絡管１６、ポンプ１１、及び第２連絡管１７を介してサブタンク１２まで移送される。

このように、バッファタンク１３１の共通流路では、インクが円滑に循環し、気泡が除去されるが、バッファタンク１２１の共通流路では、空気溜まりの抵抗によってインクが滞り、排出口１２３から排出されるインクが少なくなる。そのため、インクがあまり循環せず、バッファタンク１２１の共通流路のインクだけ、気泡の除去が不十分となってしまう。

したがって、並列接続によって気泡を除去する図８のラインプリンタ１００では、気泡を除去するために、バッファタンク１２１及びバッファタンク１３１のそれぞれの共通流路のインクを同じポンプ１１で循環させても、インク中の気泡が少ない方が優先して循環してしまうので、ラインヘッド１１０の円滑な気泡の除去ができない。
そこで、一方だけが優先して循環しないように、直列接続によってインクを直列的に循環させることが考えられる。

図９は、直列接続によって気泡を除去する比較例のラインプリンタ２００を示す概念図である。
図９に示すように、ラインプリンタ２００は、２つのヘッドモジュール２２０及びヘッドモジュール２３０を配列させたモジュール式のラインヘッド２１０を備えている。そして、ヘッドモジュール２２０（２３０）は、インクを吐出させるための複数のヘッドチップ２６０（２７０）と、ヘッドチップ２６０（２７０）の全てのインク液室と連通する共通流路を形成するためのバッファタンク２２１（２３１）とを備えている。

ここで、ラインヘッド２１０にインクを供給するための供給管２８１は、バッファタンク２２１の供給口２２２だけに接続されている。そして、バッファタンク２２１の排出口２２３とバッファタンク２３１の供給口２３２との間に直列管２８３が接続され、バッファタンク２３１の排出口２３３に排出管２８２が接続されている。そのため、図９に示すラインプリンタ２００は、バッファタンク２２１とバッファタンク２３１とが直列的に接続された構成となっている。なお、その他のポンプ１１、サブタンク１２、インクカートリッジ１３、連通バルブ１４、切替えバルブ１５、第１連絡管１６、第２連絡管１７、及び接続管１８は、図８に示すラインプリンタ１００と同一である。

このような図９に示すラインプリンタ２００では、ポンプ１１の駆動により、サブタンク１２のインクが供給管２８１及び供給口２２２を介してバッファタンク２２１の共通流路に供給されると、バッファタンク２２１内の気泡を含むインクが供給圧力に応じて移送され、排出口２２３から排出される。そして、排出されたインクが今度は、直列管２８３及び供給口２３２を介してバッファタンク２３１の共通流路に供給されるので、バッファタンク２３１内のインクも供給圧力に応じて移送され、排出口２３３から排出される。また、排出されたインクは、排出管２８２、切替えバルブ１５（循環側１５ａ）、第１連絡管１６、ポンプ１１、及び第２連絡管１７を介してサブタンク１２に戻り、サブタンク１２で気泡が除去される。

したがって、直列接続のラインプリンタ２００は、ポンプ１１を駆動すれば、図９に示す矢印のようにインクが直列的に循環し、気泡が除去される。すなわち、バッファタンク２２１の共通流路のインク中に含まれる気泡は、バッファタンク２３１の共通流路を通ってサブタンク１２まで移送され、大気に開放されて除去される。また、バッファタンク２３１の共通流路のインク中に気泡が含まれていても、同様にサブタンク１２まで移送されて除去される。そして、インク中の気泡が空気溜まりとなっていても、バッファタンク２２１及びバッファタンク２３１の共通流路のインクが同じように循環するので、ラインヘッド２１０の円滑な気泡の除去が可能となる。

ところが、直列接続の場合には、最初にインクが供給されるヘッドモジュール２２０から後になるほど、それ以前の圧力の影響や、インクの移送経路が長くなることによる圧力損失が増大し、圧力が変動しやすくなるので、インクの安定的な供給が困難になるという問題がある。

この点に関して詳述すると、図９に示すように、ラインヘッド２１０のヘッドモジュール内圧力は、最初にインクが供給されるヘッドモジュール２２０において、圧力損失によって徐々に減少する。さらに、後のヘッドモジュール２３０では、直列管２８３による圧力損失が重なるので、当初からヘッドモジュール２２０の減少した圧力よりも低い。そして、その後も圧力損失によって徐々に減少する。そのため、直列接続の後ろのヘッドモジュール内圧力は、その前に比べて大きく減少したものとなる。

ここで、ラインヘッド２１０では、ヘッドモジュール２２０とヘッドモジュール２３０とでインクの消費量が異なることが多い。そのため、インクの消費量に応じて、それぞれに対してインクを安定的に供給する必要があるが、直列接続の場合には、後のヘッドモジュール２３０のヘッドモジュール内圧力が低いため、インクの供給が安定しなくなってしまう。その結果、最初のヘッドモジュール２２０のヘッドチップ２６０によるインクの吐出性能と、後のヘッドモジュール２３０のヘッドチップ２７０によるインクの吐出性能とで、性能差が生じることとなる。

一方、図８に示す並列接続のラインプリンタ１００の場合には、ラインヘッド１１０のヘッドモジュール１２０とヘッドモジュール１３０とでインクの消費量が異なっても、ヘッドモジュール１２０及びヘッドモジュール１３０のそれぞれに直接インクを供給することができる。そのため、ヘッドモジュール内圧力は、図８に示すように、それぞれに圧力損失による減少があるだけで、ヘッドモジュール１２０とヘッドモジュール１３０とが全く同じ傾向を示す。その結果、ヘッドモジュール１２０及びヘッドモジュール１３０に対し、同じような圧力で安定してインクが供給されることとなる。

このように、図８に示す並列接続のラインプリンタ１００は、安定的なインクの供給が可能であるが、気泡の除去が不十分になるという問題がある。逆に、図９に示す直列接続のラインプリンタ２００は、円滑な気泡の除去が可能であるが、インクの供給が安定しないという問題がある。
したがって、本発明が解決しようとする課題は、液体（インク）の各共通流路に液体を安定的に供給するとともに、各共通流路の液体中に含まれる気泡を円滑に除去できるようにすることである。

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に記載の発明は、液体を吐出させるためのエネルギー発生素子が複数配置され、各前記エネルギー発生素子の周囲にそれぞれ液室が形成されたヘッドチップと、前記ヘッドチップの全ての前記液室と連通する共通流路を形成するための共通流路部材とを備え、前記ヘッドチップの各前記エネルギー発生素子を駆動し、各前記液室内の液体に吐出力を与えることにより、各前記液室内の液体を吐出させる液体吐出ヘッドであって、前記共通流路部材をＮ個（Ｎ≧２）備えるとともに、各前記共通流路部材は、前記共通流路に液体を供給する供給口と、前記共通流路から液体を排出する排出口とを備え、１番目の前記共通流路部材の前記供給口に、液体の供給部材が接続され、Ｎ番目の前記共通流路部材の前記供給口に、開閉バルブを介して前記供給部材が接続されるとともに（Ｎ−１）番目の前記共通流路部材の前記排出口が接続されていることを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の液体吐出ヘッドに、１番目の前記共通流路部材の前記供給口からＮ番目の前記共通流路部材の前記排出口に向けて液体を移送させるための移送手段を備えるようにした液体吐出装置に係るものである。

さらにまた、請求項６に記載の発明は、液体を吐出させるためのエネルギー発生素子が複数配置され、各前記エネルギー発生素子の周囲にそれぞれ液室が形成されたヘッドチップと、前記ヘッドチップの全ての前記液室と連通する共通流路を形成し、前記共通流路に液体を供給する供給口及び前記共通流路から液体を排出する排出口を有するＮ個（Ｎ≧２）の共通流路部材と、１番目の前記共通流路部材の前記供給口からＮ番目の前記共通流路部材の前記排出口に向けて液体を移送させるための移送手段とを備え、前記移送手段により、各前記共通流路部材の各前記共通流路の液体を移送させてその液体中の気泡を除去する液体吐出装置の気泡除去方法であって、１番目の前記共通流路部材の前記供給口に、液体の供給部材が接続され、Ｎ番目の前記共通流路部材の前記供給口に、開閉バルブを介して前記供給部材が接続されるとともに（Ｎ−１）番目の前記共通流路部材の前記排出口が接続されており、前記ヘッドチップの各前記エネルギー発生素子を駆動し、各前記液室内の液体に吐出力を与えることによって各前記液室内の液体を吐出させるときは、前記開閉バルブを開けた状態で前記移送手段を駆動して液体を移送し、全ての前記共通流路部材における各前記共通流路の液体中の気泡を除去するときは、前記開閉バルブを閉じた状態で前記移送手段を駆動して液体を移送することを特徴とする。

（作用）
上記の各発明において、Ｎ個（Ｎ≧２）の共通流路部材は、共通流路に液体を供給する供給口と、共通流路から液体を排出する排出口とを備えている。そして、１番目の共通流路部材の供給口に、液体の供給部材が接続され、Ｎ番目の共通流路部材の供給口に、開閉バルブを介して供給部材が接続されるとともに（Ｎ−１）番目の共通流路部材の排出口が接続されている。そのため、開閉バルブを開ければ、各共通流路部材が並列接続で接続された構成となり、開閉バルブを閉じれば、各共通流路部材が直列接続で接続された構成となる。

本発明によれば、開閉バルブを開ければ、各共通流路部材が並列接続で接続された構成となるので、ヘッドチップの各エネルギー発生素子を駆動して各液室内の液体を吐出させるときは、開閉バルブを開けた状態で移送手段を駆動して液体を移送することにより、安定的なインクの供給が可能となる。また、開閉バルブを閉じれば、各共通流路部材が直列接続で接続された構成となるので、全ての共通流路部材における各共通流路の液体中の気泡を除去するときは、開閉バルブを閉じた状態で移送手段を駆動して液体を移送することにより、円滑な気泡の除去が可能となる。その結果、安定的なインクの供給と円滑な気泡の除去とを両立させることができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
なお、以下の実施形態では、本発明の液体吐出装置として、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、及びＫ（ブラック）の４色のインク（液体）を吐出するカラー対応のインクジェットプリンタ（ラインプリンタ１）を例に挙げて説明する。そして、本発明の液体吐出ヘッドは、このラインプリンタ１に用いるラインヘッド１０である。

図１は、本実施形態のラインプリンタ１の概要を示す正面図である。
図１に示すように、ラインプリンタ１は、複数の給紙トレイ２ａ，２ｂ，２ｃと、印画サイズに応じて各給紙トレイ２ａ，２ｂ，２ｃから選択的に給紙される記録用紙８の搬送ユニット３と、ラインヘッド１０に記録用紙８を対向させる印画テーブル４と、非印画時にラインヘッド１０のインクの吐出面を覆うメンテナンスユニット５と、印画された記録用紙８を搬送する排紙テーブル６と、記録用紙８の排紙トレイ７とを備えている。

ここで、ラインヘッド１０は、各給紙トレイ２ａ，２ｂ，２ｃから給紙される最大サイズの記録用紙８の幅に対応する印画が可能なものである。そのため、記録用紙８の幅方向に移動させて印画を行うシリアルヘッドのプリンタと比較すると、記録用紙８の幅方向への移動手段を必要としないため、振動や騒音が低減されるだけでなく、印画速度を格段に速くできるという利点がある。

また、ラインヘッド１０にインクを供給する方式として、ヘッドと一体的にインクが配置されて供給を行う「ヘッド一体型」と、外部からインクを供給するようにした「ヘッド別体型」とがあるが、本実施形態のラインプリンタ１は、ラインヘッド１０と別体のインクカートリッジ１３をラインプリンタ１に装着した「ヘッド別体型」のものである。そして、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの４色のインクを色別に収容したインクカートリッジ１３は、ラインプリンタ１から容易に着脱できるようになっている。そのため、インクカートリッジ１３内のインクが全て消費された場合には、迅速に新品と交換できる。

さらにまた、ラインヘッド１０とインクカートリッジ１３との間には、サブタンク１２（本発明における圧力調整手段に相当するもの）を介してポンプ１１（本発明における移送手段に相当するもの）が設置されている。そのため、ポンプ１１を駆動すれば、インクカートリッジ１３のインクが所定の圧力でラインヘッド１０に供給される。

このようなラインプリンタ１で印画を行うには、搬送ユニット３によって給紙トレイ２ａ，２ｂ，２ｃのいずれかから１枚の記録用紙８を選択的に搬送し、印画テーブル４上に給紙する。また、メンテナンスユニット５をラインヘッド１０から分離し、インクの吐出面を露出させる。そして、記録用紙８を印画テーブル４上で移動させながらラインヘッド１０から各色のインクを吐出し、カラー印画を行う。なお、印画が行われた後は、記録用紙８が排紙テーブル６によって移動し、排紙トレイ７上にストックされる。

図２は、本実施形態のラインプリンタ１の印画部を示す斜視図である。
図２に示すように、ラインプリンタ１の印画部には、ラインヘッド１０が配置されている。このラインヘッド１０は、モジュール式のものであり、ヘッドモジュール２０、ヘッドモジュール３０、ヘッドモジュール４０、及びヘッドモジュール５０の４つが直列に配列され、この４つで印画テーブル４上に給紙された記録用紙８の横幅の長さをカバーするようになっている。そして、各ヘッドモジュール２０、ヘッドモジュール３０、ヘッドモジュール４０、及びヘッドモジュール５０が４列並列に配置され、各列ごとに、Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの４色のインクを吐出する。

また、各ヘッドモジュール２０（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）、ヘッドモジュール３０（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）、ヘッドモジュール４０（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）、及びヘッドモジュール５０（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）の上側には、本発明における供給部材に相当するインクマニホールド８４（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）が配置され、それぞれにインクを供給するようになっている。

このように、ラインヘッド１０は、４つのヘッドモジュール２０、ヘッドモジュール３０、ヘッドモジュール４０、及びヘッドモジュール５０と、インクマニホールド８４とによって構成されており、サブタンク１２から各色のインクが供給される。すなわち、インクマニホールド８４（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）には、供給管８１（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）を介してサブタンク１２（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）が接続されている。そのため、各色ごとのポンプ１１（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）を駆動すれば、サブタンク１２（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）の４色のインクがラインヘッド１０に供給される。

また、ラインヘッド１０に供給された４色のインクは、印画テーブル４上の記録用紙８に向けてそれぞれ吐出されるだけでなく、循環するようになっている。すなわち、各色のインクは、ラインヘッド１０から排出管８２（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）を通り、切替えバルブ１５（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）、第１連絡管１６（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）、ポンプ１１（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）、及び第２連絡管１７（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）を介してサブタンク１２（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）に戻る。なお、吐出によって消費された各色のインクは、インクカートリッジ１３（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）から接続管１８（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）を通り、切替えバルブ１５（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）、第１連絡管１６（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）、ポンプ１１（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）、及び第２連絡管１７（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）を介してサブタンク１２（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）に補充される。

図３は、本実施形態のラインプリンタ１のラインヘッド１０におけるヘッドモジュール２０のインクの吐出部を示す斜視図である。
図３に示すように、ヘッドモジュール２０は、ヘッドチップ６０とノズルシート６４とを貼り合わせて構成したものである。なお、図２に示すヘッドモジュール３０、ヘッドモジュール４０、及びヘッドモジュール５０も同様の構成となっている。

このヘッドチップ６０は、半導体基板６１にバリア層６３を積層したものであり、バリア層６３にノズル６５を形成したノズルシート６４が貼り合わせられている。そして、半導体基板６１に複数の発熱抵抗体６２（本発明におけるエネルギー発生素子に相当するもの）が一定間隔で一方向に析出形成されており、発熱抵抗体６２を囲む半導体基板６１とバリア層６３とノズルシート６４とによってインク液室６６（本発明における液室に相当するもの）が形成されている。なお、インク液室６６は、インクの共通流路６７に連通する開口領域を有しており、この開口領域からインク液室６６内にインクが供給される。

ここで、半導体基板６１は、シリコン、ガラス、セラミックス等からなるもので、発熱抵抗体６２は、この半導体基板６１の一方の面に、半導体や電子デバイス製造技術用の微細加工技術を用いて析出形成されている。なお、この発熱抵抗体６２は、半導体基板６１上に形成された導体部（図示せず）を介して外部回路と電気的に接続されている。

また、バリア層６３は、半導体基板６１の発熱抵抗体６２側に積層されたものである。すなわち、バリア層６３は、半導体基板６１の上面全体に感光性樹脂を塗布し、しかるべき形状のパターンを描いたフォトマスクを介して感光性樹脂を感光するのに最適な波長帯の放射光を持った露光機による露光を行った後、露光した感光性樹脂を所定の現像液で現像し、未露光部分を除去することにより、発熱抵抗体６２の周辺を除く半導体基板６１上にパターニング形成されている。そして、半導体基板６１、発熱抵抗体６２、及びバリア層６３によってヘッドチップ６０を構成する。

さらにまた、ノズルシート６４は、例えば、Ｎｉ（ニッケル）による電鋳技術によって形成されたものであり、ノズルシート６４には、複数のノズル６５が配列されている。そして、ヘッドチップ６０（半導体基板６１、発熱抵抗体６２、及びバリア層６３）は、各ノズル６５の位置と各発熱抵抗体６２の位置とが合うように、すなわち、各ノズル６５が各発熱抵抗体６２と対向するように精密に位置決めがなされ、バリア層６３を下にして、ノズルシート６４上に貼り合わされている。

したがって、図３に示すように、ヘッドチップ６０のインク液室６６は、発熱抵抗体６２を囲むようにして、半導体基板６１とバリア層６３とノズルシート６４とによって構成される。すなわち、半導体基板６１及び発熱抵抗体６２は、図３中、インク液室６６の天壁を構成し、バリア層６３は、インク液室６６の３つの側壁を構成し、ノズルシート６４は、インク液室６６の底壁を構成する。

また、インク液室６６は、図３中、右下方向に開口領域を有しており、この開口領域がインクの共通流路６７に連通している。そのため、サブタンク１２（図２参照）から供給されたインクは、共通流路６７を通って全てのインク液室６６に供給されることとなる。そして、インク液室６６にインクを満たした状態で、制御部（図示せず）の指令に基づいて、発熱抵抗体６２に短時間（例えば、１〜３μｓｅｃ）のパルス電流を流す。すると、発熱抵抗体６２が急速に加熱されるため、インクが沸騰して発熱抵抗体６２と接する部分に気泡が発生し、その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。その結果、これが吐出力となり、押しのけられたインクと同等の体積のインクがノズル６５からインク液滴となって吐出され、印画が行われる。

ここで、図３に示すように、インク液室６６のインク中に気泡があると、気体の圧縮性によって気泡がインクの吐出力を弱め、インクの吐出方向に乱れを発生させる。また、インクの吐出（発熱抵抗体６２の加熱）に伴う温度変化等によってインク中の気泡が膨張すると、インク液室６６内のインクがノズル６５から勝手に排出されてしまうことがある。そのため、ヘッドモジュール２０は、ヘッドチップ６０のインク液室６６にインクを供給し、ノズル６５からインクを吐出できるだけでなく、共通流路６７から気泡を含むインクを除去できるものでなければならない。

図４は、インク中の気泡の除去が可能な本実施形態のラインプリンタ１を示す概念図であり、インク供給時の状態を示すものである。
図４に示すように、ラインプリンタ１は、２つのヘッドモジュール２０及びヘッドモジュール３０を配列させたラインヘッド１０と、インクを移送させるためのポンプ１１と、ラインヘッド１０に供給するインクの圧力を調整するためのサブタンク１２と、ラインヘッド１０に供給するインクが貯留されたインクカートリッジ１３とを備えている。

また、ヘッドモジュール２０は、インクを吐出させるためのヘッドチップ６０とバッファタンク２１（本発明における共通流路部材に相当するもの）とを備えており、ヘッドモジュール３０は、ヘッドチップ７０とバッファタンク３１とを備えている。そのため、図４に示すラインヘッド１０は、２個（Ｎ＝２）のバッファタンク２１（ヘッドモジュール２０）及びバッファタンク３１（ヘッドモジュール３０）を備えたものとなっており、図２に示すヘッドモジュール４０及びヘッドモジュール５０が省略されているが、これは、説明の便宜のためであって、Ｎ≧２であれば基本動作は同じである。なお、図４に示すラインヘッド１０は、１色のインクを吐出するが、インク色数が増えても基本動作は同じである。

ここで、１番目のバッファタンク２１は、ヘッドチップ６０の全てのインク液室６６（図３参照）と連通する共通流路６７（図３参照）を形成するためのものであり、２番目（Ｎ＝２番目）のバッファタンク３１も、同様のものである。そして、バッファタンク２１（３１）は、内部にインクを供給するための供給口２２（３２）と、内部のインクを排出するための排出口２３（３３）とを備えている。

また、１番目のバッファタンク２１の供給口２２には、インクマニホールド８３（本発明における供給部材に相当するもの）の第１供給管８４が接続され、２番目（Ｎ＝２番目）のバッファタンク３１の供給口３２には、開閉バルブ８６を介してインクマニホールド８３の第２供給管８５が接続されるとともに、連結管８７を介して１番目（Ｎ−１番目）のバッファタンク２１の排出口２３が接続されている。なお、インクマニホールド８３には、サブタンク１２内のインクをバッファタンク２１（３１）に供給するための供給管８１が接続されている。

さらにまた、２番目（Ｎ＝２番目）のバッファタンク３１の排出口３３には、バッファタンク３１内のインクを排出するための排出管８２が接続されている。そして、排出管８２は、切替えバルブ１５の一方のバルブ（循環側１５ａ）及び第１連絡管１６を介してポンプ１１と接続され、ポンプ１１は、第２連絡管１７を介してサブタンク１２と接続されている。なお、サブタンク１２には、サブタンク１２内と大気とを連通させるための連通バルブ１４が取り付けられており、切替えバルブ１５の他方のバルブ（供給側１５ｂ）には、インクカートリッジ１３に貯留されたインクを供給するための接続管１８が接続されている。

このような本実施形態のラインプリンタ１において、サブタンク１２内のインクをバッファタンク２１（３１）に供給するには、図４に示すように、切替えバルブ１５の供給側１５ｂを閉じ、循環側１５ａを開ける。次に、連通バルブ１４を閉じ、開閉バルブ８６を開ける。なお、これらの動作は、同時に行っても順序が変わっていても良い。

この状態でポンプ１１を駆動すると、バッファタンク２１内の空気及びヘッドチップ６０のノズル６５（図３参照）から入る空気が連結管８７を通ってバッファタンク３１内に移送される。そして、バッファタンク３１内の空気及びヘッドチップ７０から入る空気と一緒になり、排出管８２、切替えバルブ１５（循環側１５ａ）、第１連絡管１６、ポンプ１１、及び第２連絡管１７を通ってサブタンク１２内に蓄積される。

したがって、サブタンク１２内の圧力が上昇し、インクが大気側よりも加圧されるようになる。すると、図４の矢印のようにインクが供給管８１を通り、インクマニホールド８３に注入される。そして、インクマニホールド８３のインクが第１供給管８４を通ってバッファタンク２１に供給されるとともに、第２供給管８５及び開閉バルブ８６を通ってバッファタンク３１に供給される。なお、バッファタンク３１には、バッファタンク２１から連結管８７を通って供給されるインクもある。

このようにしてバッファタンク２１内にインクが供給されると、ヘッドチップ６０のノズル６５（図３参照）がインクで塞がれ、空気がこれ以上入らなくなる。同様に、バッファタンク３１内にインクが供給されると、ヘッドチップ７０からも空気が入らなくなる。そのため、サブタンク１２内の圧力がこれ以上は上昇しなくなり、圧力が平衡状態となってサブタンク１２からバッファタンク２１（３１）へのインクの供給が完了するので、ヘッドチップ６０（７０）によるインクの吐出が可能となる。

図５は、このような本実施形態のラインプリンタ１を示す概念図であり、インク吐出時の状態を示すものである。
本実施形態のラインプリンタ１において、ラインヘッド１０のヘッドモジュール２０（３０）におけるヘッドチップ６０（７０）からインクを吐出させ、印画を行うには、図５に示すように、開閉バルブ８６を開け、切替えバルブ１５の循環側１５ａを閉じ、供給側１５ｂを開ける。そして、連通バルブ１４を開け、この状態でヘッドチップ６０の発熱抵抗体６２（図３参照）を駆動すれば、インク液室６６（図３参照）内のインクに吐出力が付与され、インク液室６６内のインクがノズル６５（図３参照）から吐出される。また、ヘッドチップ６０と同様に、ヘッドチップ７０からもインクが吐出される。

ここで、ヘッドチップ６０とヘッドチップ７０とのインクの吐出量がほとんど同じの場合には、ヘッドモジュール２０で消費されるインクは、図５に示す矢印のように、サブタンク１２から供給管８１及び第１供給管８４を通ってバッファタンク２１の供給口２２に入り、順次補充されることとなる。

一方、ヘッドモジュール３０で消費されるインクは、図５に示す矢印のように、サブタンク１２から供給管８１、インクマニホールド８３、第２供給管８５、及び開閉バブル８６を主に通ってバッファタンク３１の供給口３２に入り、順次補充される。この際、供給管８１、第１供給管８４、バッファタンク２１、及び連結管８７を通って補充されるインクがほとんどないのは、インクマニホールド８３の圧力損失がバッファタンク２１及びバッファタンク３１の圧力損失よりも小さいからである。なお、インクマニホールド８３の圧力損失を小さくするには、バッファタンク２１及びバッファタンク３１の流路断面積よりも、インクマニホールド８３の流路断面積を大きくしたり、屈曲部や絞り部を少なくすれば良い。

また、ヘッドチップ６０のインクの吐出量がヘッドチップ７０に比べて多い場合でも、ヘッドモジュール２０で消費されるインクが供給管８１及び第１供給管８４を介して順次補充されるので、ヘッドモジュール２０内の圧力は、ヘッドモジュール３０内の圧力に自動的に近づく。

逆に、ヘッドチップ７０のインクの吐出量がヘッドチップ６０に比べて多い場合、ヘッドモジュール３０で消費されるインクは、供給管８１からインクマニホールド８３、第２供給管８５、及び開閉バブル８６を介して補充されるだけでなく、図５に示す矢印のように、供給管８１から第１供給管８４、バッファタンク２１、及び連結管８７を介して補充される。そのため、ヘッドモジュール３０内の圧力は、ヘッドモジュール２０内の圧力に迅速に近づく。

このように、本実施形態のラインプリンタ１は、ラインヘッド１０のヘッドモジュール２０とヘッドモジュール３０とでインクの消費量が異なっても、ヘッドモジュール内圧力は、図５に示すように、それぞれに圧力損失による減少があるだけで、ヘッドモジュール２０とヘッドモジュール３０とが全く同じ傾向を示す。そのため、ヘッドモジュール２０及びヘッドモジュール３０に対し、同じような圧力で安定してインクが供給されることとなる。その結果、ヘッドチップ６０によるインクの吐出性能と、ヘッドチップ７０によるインクの吐出性能とで、性能差が生じるようなことはない。

また、ヘッドモジュール２０及びヘッドモジュール３０におけるインクの消費により、サブタンク１２内のインクが少なくなった場合には、ポンプ１１を駆動することによってヘッドチップ６０（７０）によるインクの吐出にほとんど影響を与えることなく、サブタンク１２にインクを追加できる。すなわち、ポンプ１１の駆動により、図５に示す矢印のように、インクカートリッジ１３内のインクが接続管１８、切替えバルブ１５（供給側１５ｂ）、第１連絡管１６、ポンプ１１、第２連絡管１７を通ってサブタンク１２に貯留される。

ここで、サブタンク１２には、インク量測定装置（図示せず）が取り付けられており、所定のインクレベルになったところでインク量の制限信号を出力する。そのため、この制限信号を受信した制御部（図示せず）の指令によってポンプ１１が自動的に停止し、サブタンク１２に対するインクの追加が完了する。なお、このようなサブタンク１２に対するインクの供給は、ラインプリンタ１の使用開始当初等、サブタンク１２内のインクが空の場合にも、自動的に行われる。

したがって、サブタンク１２には、常に所定量のインクが貯留され、ヘッドモジュール２０及びヘッドモジュール３０に対し、安定してインクが供給される。そのため、本実施形態のラインプリンタ１は、高品位の印画が可能であるが、その品位を維持するためには、インク中の気泡を十分に除去しておく必要がある。

図６は、本実施形態のラインプリンタ１を示す概念図であり、マニホールド気泡除去時の状態を示すものである。
本実施形態のラインプリンタ１において、インク中の気泡を除去するには、インクを循環させれば良い。そして、気泡の除去に際しては、最初に、インクマニホールド８３の内部に溜まった空気を排出させる。

インクを循環させてインクマニホールド８３から空気を排出させるには、開閉バルブ８６を開けるとともに、切替えバルブ１５の循環側１５ａを開け、供給側１５ｂを閉じる。また、連通バルブ１４を開ける。なお、連通バルブ１４を開けることにより、インクの循環経路の全体が、サブタンク１２のインク液面高さに基づく圧力一定の状態となる。

この状態でポンプ１１を駆動すると、インクの流れは主に、図６に示す矢印のように、サブタンク１２から供給管８１、インクマニホールド８３、第２供給管８５、開閉バルブ８６を経由し、バッファタンク３１を通って排出管８２、切替えバルブ１５（循環側１５ａ）、第１連絡管１６、ポンプ１１、第２連絡管１７に至り、サブタンク１２に戻される循環となる。そのため、インクマニホールド８３の内部に空気が溜まっていれば、その空気は、サブタンク１２まで移送され、連通バルブ１４から大気中に排出される。そして、このようにしてインクマニホールド８３から空気を排出させた後は、バッファタンク２１（３１）内のインク中の気泡を除去する。

図７は、本実施形態のラインプリンタ１を示す概念図であり、バッファタンク気泡除去時の状態を示すものである。
本実施形態のラインプリンタ１において、バッファタンク２１（３１）内のインク中の気泡を除去するには、マニホールド気泡除去時と同様に、インクを循環させる。

ここで、バッファタンク２１（３１）内のインクを循環させるために、バッファタンク気泡除去時は、開閉バルブ８６を閉じる。なお、開閉バルブ８６を閉じること以外は、マニホールド気泡除去時と同様、切替えバルブ１５の循環側１５ａを開け、供給側１５ｂを閉じておく。また、連通バルブ１４を開けておく。

この状態でポンプ１１を駆動すると、インクは、図７に示す矢印のように、サブタンク１２から供給管８１に入るが、インクマニホールド８３の奥に行かず、第１供給管８４のみを通り、供給口２２からバッファタンク２１の共通流路に供給される。すると、バッファタンク２１内の気泡を含むインクが供給圧力に応じて移送され、排出口２３から排出される。そして、排出されたインクが今度は、連結管８７及び供給口３２を介してバッファタンク３１の共通流路に供給される。そのため、バッファタンク３１内のインクも供給圧力に応じて移送され、排出口３３から排出される。また、排出されたインクは、排出管８２、切替えバルブ１５（循環側１５ａ）、第１連絡管１６、ポンプ１１、及び第２連絡管１７を介してサブタンク１２に戻り、サブタンク１２で気泡が除去される。

したがって、本実施形態のラインプリンタ１は、開閉バルブ８６を閉じてポンプ１１を駆動することにより、図７に示す矢印のようにインクが循環し、バッファタンク２１内から気泡が除去される。すなわち、バッファタンク２１の共通流路のインク中に含まれる気泡は、バッファタンク３１の共通流路を通ってサブタンク１２まで移送され、連通バルブ１４から大気に開放されて除去される。なお、開閉バルブ８６を開けておくと、インクがインクマニホールド８３及びバッファタンク２１の両方を通って循環するので、気泡が連結管８７等を塞いだ場合には、そこでインク移送時の抵抗が大きくなる。その結果、インク２０が主にインクマニホールド８３を通って移送されるようになり、バッファタンク２１内のインクが移送されなくなるので、バッファタンク２１内のインクに多くの気泡を巻き込んだままの状態となる。

また、本実施形態のラインプリンタ１は、バッファタンク３１の共通流路のインク中に気泡が含まれていても、ポンプ１１の駆動によってそのインクがサブタンク１２まで移送され、除去される。そして、インク中の気泡が空気溜まりとなっていても、開閉バルブ８６を閉じておけば、バッファタンク２１及びバッファタンク３１の共通流路のインクが同じように循環するので、ラインヘッド１０のインク中の気泡が円滑に除去される。

このように、バッファタンク２１（３１）内のインク中の気泡を除去する際は、開閉バルブ８６を閉じてインクを循環させる。すると、インクがバッファタンク２１及びバッファタンク３１の共通流路を必ず通過するようになる。そのため、ヘッドモジュール２０及びヘッドモジュール３０の気泡を含むインクが容易に移送され、サブタンク１２でインク中の気泡が除去される。

また、１つのポンプ１１によってインクを循環させることができるので、気泡の除去が可能なラインプリンタ１が安価なものとなる。さらにまた、ヘッドモジュール２０（３０）のヘッドチップ６０（７０）からインクを吐出させる際は、開閉バルブ８６を開けることにより、ヘッドモジュール２０及びヘッドモジュール３０に対し、同じような圧力で安定してインクを供給できる。そのため、高品位の印画が可能となる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、例えば、以下のような種々の変形等が可能である。
（１）本実施形態では、２個（Ｎ＝２）のバッファタンク２１（ヘッドモジュール２０）及びバッファタンク３１（ヘッドモジュール３０）を備えたラインヘッド１０（図２にでは、ヘッドモジュール２０、ヘッドモジュール３０、ヘッドモジュール４０及びヘッドモジュール５０を備えたラインヘッド１０）としているが、Ｎ≧２であれば個数を問わない。すなわち、Ｎ≧２であればいくつであっても、十分な気泡の除去、安定的なインクの供給によって高品位の印画を実現でき、インクを循環させるためのポンプ１１の数が少ない安価なものとなる。

（２）本実施形態では、液体吐出装置として、印画幅分のラインヘッド１０を備えるラインプリンタ１を例に挙げたが、このようなインクジェットプリンタに限らず、各種の液体を吐出する他の液体吐出装置にも広く適用することができ、例えば、染め物に対して染料を吐出する液体吐出装置であっても良い。

本実施形態のラインプリンタの概要を示す正面図である。 本実施形態のラインプリンタの印画部を示す斜視図である。 本実施形態のラインプリンタのラインヘッドにおけるヘッドモジュールのインクの吐出部を示す斜視図である。 本実施形態のラインプリンタを示す概念図であり、インク供給時の状態を示すものである。 本実施形態のラインプリンタを示す概念図であり、インク吐出時の状態を示すものである。 本実施形態のラインプリンタを示す概念図であり、マニホールド気泡除去時の状態を示すものである。 本実施形態のラインプリンタを示す概念図であり、バッファタンク気泡除去時の状態を示すものである。 従来例のラインプリンタを示す概念図である。 比較例のラインプリンタを示す概念図である。

符号の説明

１ ラインプリンタ（液体吐出装置）
１０ ラインヘッド（液体吐出ヘッド）
１１ ポンプ（移送手段）
１２ サブタンク（圧力調整手段）
２０，３０，４０，５０ ヘッドモジュール
２１，３１ バッファタンク（共通流路部材）
２２，３２ 供給口
２３，３３ 排出口
６０，７０ ヘッドチップ
６２ 発熱抵抗体（エネルギー発生素子）
６６ インク液室（液室）
６７ 共通流路
８３ インクマニホールド（供給部材）
８６ 開閉バルブ

Claims (6)

1. 液体を吐出させるためのエネルギー発生素子が複数配置され、各前記エネルギー発生素子の周囲にそれぞれ液室が形成されたヘッドチップと、
   前記ヘッドチップの全ての前記液室と連通する共通流路を形成するための共通流路部材と
   を備え、
   前記ヘッドチップの各前記エネルギー発生素子を駆動し、各前記液室内の液体に吐出力を与えることにより、各前記液室内の液体を吐出させる液体吐出ヘッドであって、
   前記共通流路部材をＮ個（Ｎ≧２）備えるとともに、
   各前記共通流路部材は、
   前記共通流路に液体を供給する供給口と、
   前記共通流路から液体を排出する排出口と
   を備え、
   １番目の前記共通流路部材の前記供給口に、液体の供給部材が接続され、
   Ｎ番目の前記共通流路部材の前記供給口に、開閉バルブを介して前記供給部材が接続されるとともに（Ｎ−１）番目の前記共通流路部材の前記排出口が接続されている
   ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 請求項１に記載の液体吐出ヘッドにおいて、
   １番目の前記共通流路部材の前記供給口とＮ番目の前記共通流路部材の前記供給口との間の前記供給部材の圧力損失は、
   １番目の前記共通流路部材の前記供給口とＮ番目の前記共通流路部材の前記供給口との間の各前記共通流路の全体の圧力損失よりも小さい
   ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
3. 液体を吐出させるためのエネルギー発生素子が複数配置され、各前記エネルギー発生素子の周囲にそれぞれ液室が形成されたヘッドチップと、
   前記ヘッドチップの全ての前記液室と連通する共通流路を形成するための共通流路部材と
   を備え、
   前記ヘッドチップの各前記エネルギー発生素子を駆動し、各前記液室内の液体に吐出力を与えることにより、各前記液室内の液体を吐出させる液体吐出装置であって、
   前記共通流路部材をＮ個（Ｎ≧２）備えるとともに、
   各前記共通流路部材は、
   前記共通流路に液体を供給する供給口と、
   前記共通流路から液体を排出する排出口と
   を備え、
   １番目の前記共通流路部材の前記供給口に、液体の供給部材が接続され、
   Ｎ番目の前記共通流路部材の前記供給口に、開閉バルブを介して前記供給部材が接続されるとともに（Ｎ−１）番目の前記共通流路部材の前記排出口が接続されており、
   １番目の前記共通流路部材の前記供給口からＮ番目の前記共通流路部材の前記排出口に向けて液体を移送させるための移送手段を備える
   ことを特徴とする液体吐出装置。
4. 請求項３に記載の液体吐出装置において、
   前記供給部材に、前記共通流路部材の前記共通流路に供給する液体の圧力を調整可能な圧力調整手段が接続されている
   ことを特徴とする液体吐出装置。
5. 請求項３に記載の液体吐出装置において、
   Ｎ番目の前記共通流路部材の前記排出口に、前記移送手段が接続され、
   前記移送手段と前記供給部材との間に、前記共通流路部材の前記共通流路に供給する液体の圧力を調整可能な圧力調整手段が接続されており、
   前記移送手段により、前記圧力調整手段を介して前記共通流路部材の前記共通流路の液体が循環する
   ことを特徴とする液体吐出装置。
6. 液体を吐出させるためのエネルギー発生素子が複数配置され、各前記エネルギー発生素子の周囲にそれぞれ液室が形成されたヘッドチップと、
   前記ヘッドチップの全ての前記液室と連通する共通流路を形成し、前記共通流路に液体を供給する供給口及び前記共通流路から液体を排出する排出口を有するＮ個（Ｎ≧２）の共通流路部材と、
   １番目の前記共通流路部材の前記供給口からＮ番目の前記共通流路部材の前記排出口に向けて液体を移送させるための移送手段と
   を備え、
   前記移送手段により、各前記共通流路部材の各前記共通流路の液体を移送させてその液体中の気泡を除去する液体吐出装置の気泡除去方法であって、
   １番目の前記共通流路部材の前記供給口に、液体の供給部材が接続され、
   Ｎ番目の前記共通流路部材の前記供給口に、開閉バルブを介して前記供給部材が接続されるとともに（Ｎ−１）番目の前記共通流路部材の前記排出口が接続されており、
   前記ヘッドチップの各前記エネルギー発生素子を駆動し、各前記液室内の液体に吐出力を与えることによって各前記液室内の液体を吐出させるときは、前記開閉バルブを開けた状態で前記移送手段を駆動して液体を移送し、
   全ての前記共通流路部材における各前記共通流路の液体中の気泡を除去するときは、前記開閉バルブを閉じた状態で前記移送手段を駆動して液体を移送する
   ことを特徴とする液体吐出装置の気泡除去方法。

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