JP4412004B2 - ヘッドカートリッジ及び液体吐出装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体タンク並びに該液体タンクに収容された所定の液体を液体吐出ヘッドに供給する液体供給装置を備えたヘッドカートリッジ及び液体吐出装置に関し、詳しくは、液体供給系に二つの弁を備えたことにより、液体タンクから液体吐出ヘッドに液体が急激に供給されるのを抑制し、液体吐出ノズル内の液体のメニスカス位置を安定させるヘッドカートリッジ及び液体吐出装置に関するものである。

従来から、インクジェットプリンタにおいて、インクを記録紙上に吐出して画像形成するヘッドカートリッジとして、インクを収容するインクタンクと、ノズル部材に形成されたインク吐出ノズルからインク滴を吐出するプリントヘッドと、インクタンク内のインクをプリントヘッドに供給するインク供給装置とを備えたものがあった。このヘッドカートリッジのインク供給装置は、インクタンク内のインクをインク吐出ヘッドに供給するインク供給管と、このインク供給管内を通って流下するインクの量を調整する弁とを有し、この弁の開閉を制御してプリントヘッド内にインクを供給するようになっていた。このようなインク供給装置を備えたヘッドカートリッジにおいては、プリント画像の画質を安定させるために、プリントヘッドのインク吐出ノズルからインク滴を安定して吐出させることが重要であると考えられている。

このような課題に対するインク供給装置として、インクが収容されたインクタンクと連結され、該インクタンク内のインクが流下可能とされたインク供給管と、このインク供給管のインク流路を開閉するものであって、インク流路を閉塞するように付勢されるとともに、プリントヘッドのインク吐出ノズルからインクが吐出されたときに発生するプリントヘッド内の圧力低下によって上記液体流路を開放するように移動する弁と、インクタンク内のインクをプリントヘッドに供給して量が減少したときに、その減少分に相当する空気をプリントヘッドの内部に取り込む外気連通孔と、プリントヘッド内のインクの圧力が低下して弁の開閉が行われるまでのインク室内の圧力変動を緩やかにするように制御する圧力変動調整手段とを備えたものがあった。この場合は、プリントヘッド内に新たなインクが供給されるまでの間、上記圧力変動調整手段により、各インク吐出ノズル内のインクのメニスカス位置が急激に変動しないようになっていた（例えば、特許文献１参照。）
特開２００３−１２７４１４号公報

しかし、上記特許文献１記載のインク供給装置においては、プリントヘッド内に新たなインクが供給されるまでの間は、各インク吐出ノズル内のインクのメニスカス位置が急激に変動しないようになっていたが、弁が開放した後にはインクが急激に流入することを抑制するように構成されていなかった。そのため、弁の開放後に、プリントヘッド内にインクが急速に流入し、インク吐出ノズル内のインクのメニスカス位置が急激に変動して不安定となることがあった。この場合には、各インク吐出ノズルから安定してインク滴が吐出されず、プリント画像の画質が劣化することがあった。

そこで、本発明は、このような問題点に対処し、液体タンクから液体吐出ヘッドに液体が急激に供給されるのを抑制し、液体吐出ノズル内の液体のメニスカス位置を安定させるヘッドカートリッジ及び液体吐出装置並びにそれらに用いる液体タンクを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によるヘッドカートリッジは、内部に所定の液体を収容する液体タンクと、この液体タンクから液体が供給されノズル部材に形成された液体吐出ノズルから所定の液体を吐出する液体吐出ヘッドと、上記液体タンク内の液体を上記液体吐出ヘッドに供給する液体供給管の液体流路を閉塞するように付勢されると共に上記液体吐出ヘッドの液体吐出ノズルから液体が吐出されたときに発生する該液体吐出ヘッド内の圧力低下によって上記液体流路を開放する第１の弁と、上記液体タンク内の液体を上記液体吐出ヘッドに供給して量が減少したときにその減少分に相当する空気を上記液体タンクの内部に取り込む外気連通孔とを有する液体供給装置と、を備えたヘッドカートリッジにおいて、上記液体供給管の液体流路の途中にて上記第１の弁の上流側に第２の弁を設け、この第２の弁は上記第１の弁の開放に遅れて開放するものである。

このような構成により、液体吐出ヘッド内の圧力低下によって第１の弁を開放して液体供給管の液体流路を連通させ、その後、液体供給管の液体流路の途中にて第１の弁の上流側に設けられた第２の弁を開放し、上記液体タンクから液体吐出ヘッドへ液体が急激に供給されるのを抑制する。

また、本発明による液体吐出装置は、内部に所定の液体を収容する液体タンクと、この液体タンクから液体が供給されノズル部材に形成された液体吐出ノズルから所定の液体を吐出する液体吐出ヘッドと、上記液体タンク内の液体を上記液体吐出ヘッドに供給する液体供給管の液体流路を閉塞するように付勢されると共に上記液体吐出ヘッドの液体吐出ノズルから液体が吐出されたときに発生する該液体吐出ヘッド内の圧力低下によって上記液体流路を開放する第１の弁と、上記液体タンク内の液体を上記液体吐出ヘッドに供給して量が減少したときにその減少分に相当する空気を上記液体タンクの内部に取り込む外気連通孔とを有する液体供給装置とを備えたヘッドカートリッジを装置本体部に着脱可能に収納し、このヘッドカートリッジの液体吐出ヘッドから液体を吐出させる液体吐出装置において、上記液体供給管の液体流路の途中にて上記第１の弁の上流側に第２の弁を設け、この第２の弁は上記第１の弁の開放に遅れて開放するものである。

このような構成により、液体吐出ヘッド内の圧力低下によって第１の弁を開放して液体供給管の液体流路を連通させ、その後、液体供給管の液体流路の途中にて第１の弁の上流側に設けられた第２の弁を開放し、上記液体タンクから液体吐出ヘッドへ液体が急激に供給されるのを抑制する。

請求項１に係るヘッドカートリッジによれば、液体吐出ヘッド内の圧力低下によって第１の弁を開放して液体供給管の液体流路を連通させた後、液体供給管の液体流路の途中にて第１の弁の上流側に設けられた第２の弁を開放して、液体タンクから液体吐出ヘッドへ液体が急激に供給されるのを抑制することができる。これにより、液体吐出ヘッド内における液体の動負圧が急激に変化しないようにすることができる。したがって、液体吐出ノズル内の液体のメニスカス位置が安定するようになるので、液滴を安定して吐出することができる。

また、請求項２に係る発明によれば、上記液体供給管の途中にて上記第１の弁の開閉口の下流側に圧力変動調整手段を備えたことにより、上記第１の弁が上記液体流路を開放して上記液体タンクから上記液体吐出ヘッドに液体が供給されたときから、該第１の弁が上記液体流路を閉塞するまでにおける上記液体吐出ヘッドの内部の圧力変動が緩やかになるように、上記液体流路が開放される。これにより、液体タンクから液体吐出ヘッドへの急激な液体供給を抑制し、液体のメニスカス位置がわずかに後退するようになる。したがって、液体吐出ノズル内の液体のメニスカス位置が安定するので、液体を安定して吐出することができる。

ここで、請求項３に係る発明によれば、上記液体タンクは、上記液体供給管に着脱可能とされたことにより、液体タンクを交換することができる。

そして、請求項４に係る発明によれば、上記第２の弁は、ダックビル型の逆止弁であることにより、順方向の差圧のときに開いて流体を自由に流し、逆方向の差圧では閉じたまま流体の逆流を抑制することができる。

また、請求項５に係る液体吐出装置によれば、液体吐出ヘッド内の圧力低下によって第１の弁を開放して液体供給管の液体流路を連通させた後、液体供給管の液体流路の途中にて第１の弁の上流側に設けられた第２の弁を開放して、液体タンクから液体吐出ヘッドへ液体が急激に供給されるのを抑制することができる。これにより、液体吐出ヘッド内における液体の動負圧が急激に変化しないようにすることができる。したがって、液体吐出ノズル内の液体のメニスカス位置が安定するようになるので、液滴を安定して吐出することができ、液体吐出性能の向上を図ることができる。

さらに、請求項６に係る発明によれば、上記ヘッドカートリッジの液体供給管の途中にて上記第１の弁の開閉口の下流側に圧力変動調整手段を備えたことにより、上記第１の弁が上記液体流路を開放して上記液体タンクから上記液体吐出ヘッドに液体が供給されたときから、該第１の弁が上記液体流路を閉塞するまでにおける上記液体吐出ヘッドの内部の圧力変動が緩やかになるように、上記液体流路が開放される。これにより、液体タンクから液体吐出ヘッドへの急激な液体供給を抑制し、液体のメニスカス位置がわずかに後退するようになる。したがって、液体吐出ノズル内の液体のメニスカス位置が安定するので、液体を安定して吐出することができ、液体吐出性能の向上を図ることができる。

ここで、請求項７に係る発明によれば、上記液体タンクは、上記液体供給管に着脱可能とされたことにより、液体タンクを交換することができる。

そして、請求項８に係る発明によれば、上記第２の弁は、ダックビル型の逆止弁であることにより、順方向の差圧のときに開いて流体を自由に流し、逆方向の差圧では閉じたまま流体の逆流を抑制することができる。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明による液体吐出装置の一例としてのインクジェットプリンタの実施形態を示す斜視図である。このインクジェットプリンタ１００は、記録紙上にインク滴を吐出して画像を形成するもので、ヘッドカートリッジ１と、プリンタ本体部１０１と、記録紙トレイ１０２とを備えている。

図１に示すプリンタ本体部１０１は、記録紙トレイ１０２内に収納された記録紙を搬送するための搬送機構や、吐出対象物としての記録紙に対して適正に印画を行わせるための制御装置部を内部に収容したものであり、その前面下部に設けられたトレイ挿入口１０３に記録紙トレイ１０２が着脱可能状態に装着されている。このトレイ挿入口１０３は、記録紙の排紙口も兼ねており、プリンタ本体部１０１で印画された記録紙が記録紙トレイ１０２の上面の排紙受け部１０２ａから排紙されるようになっている。また、このプリンタ本体部１０１の前面上部には、表示パネル（表示部）１０４が設けられており、インクジェットプリンタ１００の全体動作の状態を表示するようになっている。

また、プリンタ本体部１０１の上面側には、上蓋１０５が開閉可能に取り付けられており、この上蓋１０５を開くと、プリンタ本体部１０１の上面側にヘッドカートリッジ１を収納する収納部１０６が形成されている。このプリンタ本体部１０１の収納部１０６にはヘッドカートリッジ１が矢印Ｚのように収納されて、着脱可能な状態に保持されるようになっている。このヘッドカートリッジ１は、その筐体がプリンタ本体１０１の幅方向、すなわち記録紙の幅方向に全幅にわたって細長く伸びており、例えばイエローＹ，マゼンタＭ，シアンＣ，ブラックＫの４色のインクを記録紙上に吐出して画像を形成するものであって、その下面のインク吐出面がヘッドキャップ１０７で覆われている。

図２は本発明によるヘッドカートリッジの実施形態を示す概要図である。このヘッドカートリッジ１は、図１に示すインクジェットプリンタ１００において、吐出対象物となる記録紙上にインク滴を吐出するように構成されたもので、図２に示すように、インクタンク２と、プリントヘッド４と、インク供給装置５とを備えて成る。

上記インクタンク２は、その内部にインク（所定の液体）３を収容する箱状の容器であって、図１に示すヘッドカートリッジ１の内部に、四つのインクタンク２（２ｙ，２ｍ，２ｃ，２ｋ）が装填されるようになっており、各インクタンク２内にＹ，Ｍ，Ｃ，Ｋの４色のインクが収容されている。図２に示すように、インクタンク２の上面の中央部には、外気連通孔２１が形成されている。この外気連通孔２１は、インクタンク２の外部から内部に空気を取り込む通気口となるものであって、インクタンク２内から後述するプリントヘッド４にインク３を供給してインク３の量が減少したときに、そのインク３の量の減少分に相当する空気を上記インクタンク２の内部に取り込むようになっている。このようなインクタンク２の内部には、上記外気連通孔２１に連結された空気導入管２２が設けられており、外気連通孔２１から取り込まれた空気をインクタンク２内に導入するようになっている。

この空気導入管２２の中央付近には、例えば断面菱形のバッファ部２３が設けられている。このバッファ部２３は、インクタンク２内に収容されたインクが空気導入管２２側に逆流したときに一時的に貯留しておくための空間であって、逆流したインク３が外気連通孔２１から流出しない程度の容積とされている。具体的には、常温、常圧時のときは、図２に示すように、インクタンク２のバッファ部２３内にインク３が溜められていない状態となっている。一方、例えば外部圧力の低下や外部温度の上昇が起きた場合には、図示省略したが、インクタンク２内の上部に溜まっている空気が膨張してインク３が空気導入管２２側に押し出される。このとき、押し出されたインク３は、バッファ部２３内に一時的に溜められるので、外気連通孔２１からインク３が流出することはない。

このようなインクタンク２に収容されたインク３は、後述するインク供給装置５によってプリントヘッド４に供給されるようになっている。このプリントヘッド４は、インクタンク２内から供給されたインク３を微細に粒子化して吐出する液体吐出ヘッドとなるものであって、図３に示すように、ノズル面を構成する薄板状のノズル部材６には、多数のインク吐出ノズル７が列状に形成されている。また、プリントヘッド４の上面の中央部にはインク供給口８が設けられている。ここでは、例えばＡ４判の記録紙の一辺の幅にわたってノズル部材６が長尺に形成されたフルラインタイプのプリントヘッド４を示している。

図４は、図３に示すプリントヘッド４の部分Ｐを拡大して示す断面図である。このプリントヘッド４は、図４に示すように、基板部材１０と、バリア層１１と、ノズル部材６とを備えて成り、インク加圧室１２内のインク３をヒータ１３で加熱して気泡を発生させ、この気泡発生時のエネルギーによりインク滴１４として吐出させるようになっている。

上記基板部材１０は、その下面にヒータ１３が析出して形成されており、このヒータ１３は、図示省略のロジックＩＣやドライバートランジスタ等によって駆動制御されるようになっている。この基板部材１０の下面にはバリア層１１が形成されている。このバリア層１１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、基板部材１０のヒータ１３が形成された面の全体に積層された後、フォトリソプロセスによって不要な部分が除去されることにより、所定の形状に形成されている。これにより、バリア層１１が各ヒータ１３の周囲部を略凹状に囲むように形成される。このバリア層１１の下面には図３に示すノズル部材６が接着されている。このノズル部材６は、インク滴１４を吐出するノズル７が形成されたシート状の部材であり、図３に示すように、多数個のインク吐出ノズル７が略直線状に並設されている。このノズル部材６は、例えばニッケルの電鋳技術により形成されており、図４に示すように、各インク吐出ノズル７の位置がヒータ１３の位置と合致するようにバリア層１１の下面に貼り合わされている。

これにより、基板部材１０の下面がインク加圧室１２の上面となり、バリア層１１のヒータ１３を囲む部分がインク加圧室１２の側面となり、ノズル部材６がインク加圧室１２の下面となるので、上記インク加圧室１２はヒータ１３を囲むように構成され、図４中の右側の開口部からインク３が補充される。したがって、図３に示すように、インクタンク２内から流下したインク３は、後述するバルブ装置２０を介してプリントヘッド４内に供給され、図４に示すように、プリントヘッド４の各インク加圧室１２内に補充される。そして、ヒータ１３で加熱して気泡を発生させることにより、インク加圧室１２内のインク３を各ノズル７からインク滴１４として吐出することができる（図３参照）。

また、図２に示すように、ヘッドカートリッジ１のインク供給装置５は、インク供給管２４と、第１の弁２６とを備えている。このインク供給管２４は、インクタンク２内から流下したインク３をプリントヘッド４に供給する流路となるもので、上記インクタンク２の底面側に配設されている。

このインク供給管２４の下流側には、第１の弁２６を有して成るバルブ装置２０が設けられている。このバルブ装置２０は、インクタンク２から流下するインク３の供給を制御するもので、インク室２５と、第１の弁２６と、バネ（付勢部材）２７とから成る。

上記インク室２５は、インクタンク２内のインク３が流下するように該インクタンク２と連結された液室となるもので、例えば略直方体形状を有する箱状体であり、その内部に第１の弁２６及びバネ２７が配置され、その下部にはインク３を送り出すインク送出管２８が設けられている。このインク送出管２８は、インク室２５内のインク３を上記プリントヘッド４に供給する流路の一部となるもので、プリントヘッド４の上面のインク供給口８に連結されている。上記インク室２５内の第１の弁２６は、上記インクタンク２側とバルブ装置２０側との間のインク流路（液体流路）を開閉するものであって、インクタンク２とインク室２５との間のインク流路を閉塞するように付勢されると共に、上記プリントヘッド４のインク吐出ノズル７からインク滴１４が吐出されたときに発生するプリントヘッド４内及びインク室２５内の圧力低下によって、上記インクタンク２とインク室２５との間のインク流路が連通するように移動されるようになっている。すなわち、上記第１の弁２６の下面側とインク室２５の底面との間を連結するように、圧縮コイルバネ２７が取り付けられており、このバネ２７で第１の弁２６を閉側に付勢するようになっている。

これにより、図２に示すように、定常状態では、第１の弁２６は、バネ２７の付勢力によってインク室２５の上面に押し付けられており、インクタンク２側とバルブ装置２０側との間を閉塞する位置に配置されており、インクタンク２内のインク３が流下しないようになっている。これに対し、図３に示すように、プリントヘッド４の各インク吐出ノズル７からインク滴１４が吐出されたときには、その分だけプリントヘッド４の内部及びバルブ装置２０の内部の圧力が下がり、インクタンク２側の圧力との差が或る一定値（閾値）を越えるとその差圧がバネ２７の付勢に打ち勝って第１の弁２６が開く。これにより、この第１の弁２６がインクタンク２側とバルブ装置２０側とを開放するので、上記各インク吐出ノズル７から吐出されたインク滴１４の量に相当するインク３がプリントヘッド４内に新たに供給される。そして、所定量のインク３が供給されて圧力がつり合うと、図２に示すように、第１の弁２６は再びバネ２７の付勢により閉じられて、インク３の供給が遮断される。このように第１の弁２６が上下動してインクタンク２とインク室２５との間を開閉することができ、インクタンク２からバルブ装置２０へのインク３の供給を制御することができる。なお、第１の弁２６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。

ここで、本発明においては、インク供給管２４のインク流路の途中にて上記第１の弁２６の上流側に、第２の弁２９が設けられている。この第２の弁２９は、上記インク供給管２４のインク流路を開閉するものであって、上記第１の弁２６の開放に遅れて開放されるようになっている。例えば、第２の弁２９を閉側に付勢するバネ４０を、上記第１の弁２６のバネ２７よりも付勢力を少し大きいものとしておけばよい。なお、バネ４０の代わりにゴム等の弾性体を用いてもよい。これにより、インクタンク２からプリントヘッド４への急激なインク３の供給を抑制し、プリントヘッド４内におけるインク３の動負圧が急激に変化しないようにすることができる。

すなわち、本発明においては、インク供給管２４のインク流路の途中にて上記第１の弁２６の上流側に第２の弁が設けられているので、図５に示すように、プリントヘッド４が印刷を開始したときに、すなわちプリントヘッド４が待機状態から印刷状態に移行するときに、インク３の動負圧の変化にディレイ時間ｔが生じ、プリントヘッド４内にインク３が急激に流入するのが抑制されるようになり、プリントヘッド４内のインク３の動負圧が急激に変化しなくなる。また、プリントヘッド４が印刷状態から待機状態に移行するときも同様に、インク３の動負圧の変化にディレイ時間ｔが生じてプリントヘッド４内のインク３の動負圧が急激に変化しなくなる。これは、第１の弁２６に対してレスポンスが遅れて第２の弁２９が開くため、その結果としてプリントヘッド４内にインク３が穏やかに流入するようになり、急激な動負圧変化が抑えられるためと考えられる。この場合、図４に示すインク吐出ノズル７のメニスカス位置ｘが基準面ｘ₀から所定の距離の平衡位置で安定するようになる。したがって、インク吐出の周波数特性が高いときであっても、インク吐出ノズル７内のインク３のメニスカス位置が安定するようになるので、インク滴１４を安定して吐出することができ、液体吐出性能の向上を図ることができる。

これに対し、従来のインク供給装置の場合には、第２の弁２９を備えていないので、図６に示すように、プリントヘッド４が待機状態から印刷状態に移行するときに、第１の弁２６が開放されて、プリントヘッド４内にインクが急激に流入し、インク３の動負圧が急激に変化するようになる。この場合、図４に示すインク吐出ノズル７内のインク３のメニスカス位置ｘは、急激に変動するので、基準面ｘ₀から所定の距離の平衡位置から上下に振動し、やがて減衰しながら安定するようになる。このとき、インク吐出の周波数特性が高いときには、メニスカス位置ｘが安定する前に次のインク滴１４が吐出されるようになり、インク滴１４の吐出方向や大きさが不安定となって、プリント画像の画質が低下するものであった。

また、図２に示すインクタンク２は、その底面側に連結されたインク供給管２４から取り外しできるようになっている。これにより、インクタンク２は、ヘッドカートリッジ１のインク供給管２４から着脱することができる。したがって、内部に収容されたインク３がプリントヘッド４に供給されて空になったインクタンク２を新しいものと交換することができる。

図７は、本発明によるヘッドカートリッジの第２の実施形態を示す概要図である。この実施形態は、インクタンク２の外気連通孔２１に、ダックビル型の逆止弁３０を取り付けたものである。このダックビル型の逆止弁３０は、インクタンク２の外部から内部に取り込む空気の供給を調節する第２の弁となるもので、上記第１の弁２６の開放に遅れて開放されるようになっている。このダックビル型の逆止弁３０は、通常は口が閉じられており、順方向の差圧のときに開いて流体を自由に流し、逆方向の差圧では閉じたまま流体の逆流を抑制するようになっているので、インクタンク２の取り扱い中に、外気連通口２１からインク３が吹き出て汚れるのを防止できる。このダックビル型の逆止弁３０は、そのサイズや幾何形状、素材配合特性に応じて所定の圧力下で作動するように設計することが可能である。

これにより、インクタンク２内のインク３をプリントヘッド４に供給して量が減少したときには、その液体の量の減少分に相当する空気がダックビル型の逆止弁３０を備えた外気連通孔２１の開口部から遅れて取り込まれるので、インクタンク２の内部の圧力が急激に変化せずに安定するようになる。この場合においても、インクタンク２からプリントヘッド４内にインク３が急激に流入することが抑制されるので、図５に示すように、プリントヘッド４内におけるインク３の動負圧が急激に変化しなくなる。したがって、上記インク吐出ノズル７のメニスカス位置ｘが安定するので、インク滴を安定して吐出してプリント画像の画質を安定させることができる。

また、上述したように、インクタンク２がインク供給管２４から着脱可能な場合においては、外気連通孔２１にダックビル型の逆止弁３０を取り付けていると好都合である。これは、インクタンク２の取り扱い中に、外気連通口２１からインク３が吹き出て汚れるトラブルをこの逆止弁３０で防止できるからである。

図８は、本発明によるヘッドカートリッジの第３の実施形態を示す概要図である。この実施形態は、インク供給管２４の途中にて上記第１の弁２６の上流側にインク溜め部３５を設け、このインク溜め部３５に設けられた外気連通孔３６の開口部に、第２の弁としてダックビル型の逆止弁３０を取り付けたものである。この場合においても、第１の弁２６の開閉口と外気連通孔２１との間に、ダックビル型の逆止弁３０が設けられているので、第１の弁２６が開放してプリントヘッド４内にインク３が供給されるときに、それに遅れて上記逆止弁３０が開放してインク溜め部３５内に空気が取り込まれるようになる。これにより、インクタンク２からプリントヘッド４内にインク３が急激に流入することが抑制されるので、プリントヘッド４内におけるインク３の動負圧が急激に変化しなくなる。したがって、上記インク吐出ノズル７のメニスカス位置ｘが安定するので、インク滴を安定して吐出してプリント画像の画質を安定させることができる。

図９は、本発明によるヘッドカートリッジの第４の実施形態を示す概要図である。この実施形態は、インク供給管２４の途中にて上記第１の弁２６の開閉口の下流側に圧力変動調整手段３１を備えたものであり、図７に示すヘッドカートリッジ１に適用したものである。この圧力変動調整手段３１は、上記第１の弁２６がインク供給管２４のインク流路を開放してインクタンク２からプリントヘッド４にインク３が供給されたときから、該第１の弁２６が上記インク流路を閉塞するまでにおけるプリントヘッド４の内部の圧力変動を緩やかにするものであって、バルブ装置２０に設けられ、接続管３２と、閉塞部材３３と、押圧部材３４とから構成されている。

この接続管３２は、インク室２５の一側面に連結されるとともに、そこから平行方向に所定距離だけ延びて鉛直方向に曲げられたものである。図９において、接続管３２は、上端部のみが開口されている。閉塞部材３３は、接続管３２の開口された上端部を閉塞するように配置されており、接続管３２内のインク３の密閉状態を維持しつつ、接続管３２の上端部側を、上下方向に移動可能に取り付けられている。押圧部材３４は、閉塞部材３３の上面側と、所定の固定部材との間に取り付けられており、接続管３２内のインク３を押圧するように閉塞部材３３を下方向に付勢しているコイルバネである。なお、上記圧力変動調整手段３１は、上記構成のものに限られず、インク室２５及びプリントヘッド４のインク加圧室１２の内部における圧力変動が緩やかになるように制御するものであれば、どのような構成でもよく、例えばダイヤフラムを備えたものでもよい。

このような圧力変動調整手段３１を備えたことにより、上述したようにプリントヘッド４の各インク吐出ノズル７からインク滴１４が吐出されると、インク加圧室１２（図４参照）からインク室２５までの間におけるインク３の圧力が低下する。このようなインク３の圧力低下が発生すると、上記圧力変動調整手段３１によってインク室２５及びプリントヘッド４のインク加圧室１２の内部における圧力変動が緩やかになるように、第１の弁２６がインクタンク２とインク室２５との間を開放する。これにより、インクタンク２側からインク室２５側にインク３が緩やかに流入することができる。そして、インク室２５側の圧力が定常状態に戻ると、第１の弁２６は、インクタンク２とインク室２５との間を閉塞する。

すなわち、図１０（ａ）に示すように、最初のインク吐出パルスにより上記プリントヘッド４のインク吐出ノズル７から１発目のインク滴１４を吐出しても、図１０（ｂ）に示すように、上記第１の弁２６の作動圧に達しないため、図１０（ｄ）の実線に示すように、インク３のメニスカス位置ｘがわずかに後退して基準面ｘ₀に近づくようになる。このとき、上記バルブ装置２０に圧力変動調整手段３１を備えているので、メニスカス位置ｘの後退する距離は小さい。

次に、図１０（ａ）に示すように、２番目のインク吐出パルスにより上記プリントヘッド４のインク吐出ノズル７から２発目のインク滴１４を吐出する。このときも同様に、上記第１の弁２６が作動圧に達しないため、図１０（ｄ）の実線に示すように、インク３のメニスカス位置ｘがさらにわずかに後退して基準面ｘ₀に近づくようになる。このときも同様に、上記圧力変動調整手段３１を備えていることにより、メニスカス位置ｘの後退する距離は小さい。

そして、図１０（ａ）に示すように、３番目のインク吐出パルスにより上記プリントヘッド４のインク吐出ノズル７から３発目のインク滴１４を吐出するとき、図１０（ｂ）に示すように、上記第１の弁２６が作動圧に達して開放され、図１０（ｃ）に示すように、ディレイ時間ｔだけレスポンスが遅れてダックビル型の逆止弁３０が開放する。この二つの弁（２６，３０）のタイムラグのためにプリントヘッド４内にインク３が穏やかに流入するので、図１０（ｄ）に示すように、インク３のメニスカス位置ｘの最大値と最小値の変位量αが小さくなって安定するようになる。このため、インク滴１４が安定して吐出されるので、プリント画像の画質を安定させることができる。

これに対し、従来のインク供給装置の場合には、図１０（ａ）に示すように、最初のインク吐出パルスにより上記プリントヘッド４のインク吐出ノズル７から１発目のインク滴１４を吐出したときには、上記第１の弁２６が作動圧に達しないため、図１０（ｄ）の一点鎖線に示すように、インク３のメニスカス位置ｘが後退して基準面ｘ₀に近づくようになる。このとき、インクタンク２の外気連通孔２１には、第２の弁としてのダックビル型の逆止弁３０が取り付けられていないので、空気が急激に取り込まれ、プリントヘッド４内の動負圧が急激に変化してメニスカス位置ｘが急激に変動する。また、上記バルブ装置２０に圧力変動調整手段３１を備えていないので、メニスカス位置ｘの後退する距離は大きい。

次に、２発目のインク滴１４を吐出した場合も同様に、上記第１の弁２６が作動圧に達しないため、図１０（ｄ）に示すように、インク３のメニスカス位置ｘが大きく急激に後退する。そして、３発目のインク滴１４を吐出して、上記装置２０の第１の弁２６がようやく作動圧に達して開放されると、インク３が急激に上記プリントヘッド４のインク室１２まで流れ込むので、図１０（ｄ）の一点鎖線に示すように、インク吐出ノズル７内のインク３のメニスカス位置ｘが上下に振動するようになる。さらに、図１０（ａ）に示すように、メニスカス位置ｘが安定しないうちに、次のインク吐出パルスが発生し、上記プリントヘッド４のインク吐出ノズル７から次のインク滴１４が吐出されている。このように、従来のインク供給装置においては、メニスカス位置ｘが安定せず、またその最大値と最小値の変位量βも大きくなるので、インクの吐出が不安定となり、印画の際は色むらや白スジといった画質の劣化となって表れることがある。

なお、以上の説明においては、プリントヘッド４への急激なインク供給を抑制し、インク吐出ノズル７内のインク３のメニスカス位置を安定させるインク供給装置を備えたヘッドカートリッジを示したが、本発明はこれらに限られず、上記第２の弁を外気連通口２１と第１の弁２６との間に設けたものであれば、どこに設けたものでよい。また、上記第２の弁は、第１の弁の開放に遅れて開放されることが条件となるが、弁を開閉する機構として、いろいろな構造が考えられる。例えば、バネを使っても良いし、ゴム等の弾性体の反発力を利用しても良いし、コストを気にしなければ電磁弁を利用しても良い。さらに、レスポンスは悪くなるが第２の弁として複数の弁をインク供給管２４に直列に設けた場合でも同様の効果が得られる。

そして、第１の弁と第２の弁との作動圧の強弱関係については、装置の構成や動作状況によって関係が変わるので、一概に言えない。例えば、第１の弁に対し第２の弁の作動圧が弱すぎると、レスポンスが良くなってプリントヘッド４内にインク３が急激に流入するようになる。また、第１の弁に対し第２の弁の作動圧が強すぎると第１の弁が数回開いた後で第２の弁が開くようになることがある。この場合、第１の弁側の負圧が強くなっているため、プリントヘッド４内へのインク３の急激な流入が起こり易くなる。第１の弁と第２の弁の作動圧を等しくした場合でも、装置の構成等によってどちらもありえるので、実験で適切な強弱関係を確認する必要がある。

また、図９においては、図７に示すヘッドカートリッジ１に圧力変動調整手段３１を適用したものとしたが、本発明はこれに限られず、他の実施形態のヘッドカートリッジに適用することもできる。

さらに、以上の説明においては、インクジェットプリンタに適用された例について述べたが、本発明はこれに限らず、液体吐出ヘッドの液体吐出ノズルから液体を吐出するものであればどのようなものでもよい。例えば、記録方式がインクジェット方式のファクシミリ装置や複写機等についても適用可能である。

そして、液体吐出装置の液体吐出ヘッドのノズルから吐出される液体はインクに限られず、液室内の液体を吐出してドット列又はドットを形成するものであれば、他の液体の吐出装置にも適用することができる。例えば、ＤＮＡ鑑定などにおいてＤＮＡ含有溶液をパレット上に吐出するための液体吐出装置や、プリント配線基板の配線パターンを形成するための導電性粒子を含む液体を吐出する液体吐出装置にも適用することができる。

本発明による液体吐出装置の一例としてのインクジェットプリンタの実施形態を示す斜視図である。 本発明によるヘッドカートリッジの実施形態を示す概要図である。 図２に示すプリントヘッドのインク吐出ノズルからインク滴を吐出する状態を示す断面図である。 図３に示すプリントヘッドの部分Ｐを拡大して示す断面図である。 本発明によるヘッドカートリッジにおいて、プリントヘッド内のインクの急激な動負圧の変化を抑制した状態を示す図である。 従来のヘッドカートリッジにおいて、プリントヘッド内のインクの動負圧が急激に変化する状態を示す図である。 本発明によるヘッドカートリッジの第２の実施形態を示す概要図である。 本発明によるヘッドカートリッジの第３の実施形態を示す概要図である。 本発明によるヘッドカートリッジの第４の実施形態を示す概要図である。 図９に示すヘッドカートリッジにより、インク吐出ノズルのメニスカス位置が安定した状態を示すグラフである。

符号の説明

１…ヘッドカートリッジ
２…インクタンク（液体タンク）
３…インク（液体）
４…プリントヘッド（液体吐出ヘッド）
５…インク供給装置（液体供給装置）
６…ノズル部材
７…インク吐出ノズル（液体吐出ノズル）
１２…インク加圧室
１４…インク滴
２０…バルブ装置
２１…外気連通孔
２４…インク供給管（液体供給管）
２５…インク室
２６…第１の弁
２７…バネ
２８…インク送出管
２９…第２の弁
３０…ダックビル型の逆止弁
３１…圧力変動調整手段
３２…接続管
３３…閉塞部材
３４…押圧部材
３５…インク溜め部
３６…外気連通孔
１００…インクジェットプリンタ

Claims (8)

1. 内部に所定の液体を収容する液体タンクと、
   この液体タンクから液体が供給されノズル部材に形成された液体吐出ノズルから所定の液体を吐出する液体吐出ヘッドと、
   上記液体タンク内の液体を上記液体吐出ヘッドに供給する液体供給管の液体流路を閉塞するように付勢されると共に上記液体吐出ヘッドの液体吐出ノズルから液体が吐出されたときに発生する該液体吐出ヘッド内の圧力低下によって上記液体流路を開放する第１の弁と、上記液体タンク内の液体を上記液体吐出ヘッドに供給して量が減少したときにその減少分に相当する空気を上記液体タンクの内部に取り込む外気連通孔とを有する液体供給装置と、
   を備えたヘッドカートリッジにおいて、
   上記液体供給管の液体流路の途中にて上記第１の弁の上流側に第２の弁を設け、この第２の弁は上記第１の弁の開放に遅れて開放することを特徴とするヘッドカートリッジ。
2. 上記液体供給管の途中にて上記第１の弁の開閉口の下流側に、該第１の弁が上記液体流路を開放して上記液体タンクから液体吐出ヘッドに液体が供給されたときから、該第１の弁が上記液体流路を閉塞するまでにおける上記液体吐出ヘッドの内部の圧力変動を緩やかにする圧力変動調整手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のヘッドカートリッジ。
3. 上記液体タンクは、上記液体供給管に着脱可能とされたことを特徴とする請求項１又は２記載のヘッドカートリッジ。
4. 上記第２の弁は、ダックビル型の逆止弁であることを特徴とする請求項１記載のヘッドカートリッジ。
5. 内部に所定の液体を収容する液体タンクと、この液体タンクから液体が供給されノズル部材に形成された液体吐出ノズルから所定の液体を吐出する液体吐出ヘッドと、上記液体タンク内の液体を上記液体吐出ヘッドに供給する液体供給管の液体流路を閉塞するように付勢されると共に上記液体吐出ヘッドの液体吐出ノズルから液体が吐出されたときに発生する該液体吐出ヘッド内の圧力低下によって上記液体流路を開放する第１の弁と、上記液体タンク内の液体を上記液体吐出ヘッドに供給して量が減少したときにその減少分に相当する空気を上記液体タンクの内部に取り込む外気連通孔とを有する液体供給装置とを備えたヘッドカートリッジを装置本体部に着脱可能に収納し、このヘッドカートリッジの液体吐出ヘッドから液体を吐出させる液体吐出装置において、
   上記液体供給管の液体流路の途中にて上記第１の弁の上流側に第２の弁を設け、この第２の弁は上記第１の弁の開放に遅れて開放することを特徴とする液体吐出装置。
6. 上記ヘッドカートリッジの液体供給管の途中にて上記第１の弁の開閉口の下流側に、該第１の弁が上記液体流路を開放して上記液体タンクから液体吐出ヘッドに液体が供給されたときから、該第１の弁が上記液体流路を閉塞するまでにおける上記液体吐出ヘッドの内部の圧力変動を緩やかにする圧力変動調整手段を備えたことを特徴とする請求項５記載の液体吐出装置。
7. 上記液体タンクは、上記液体供給管に着脱可能とされたことを特徴とする請求項５又は６記載の液体吐出装置。
8. 上記第２の弁は、ダックビル型の逆止弁であることを特徴とする請求項５記載の液体吐出装置。

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