JP4631779B2 - インクジェットヘッドへのインク供給方法 - Google Patents

Description

本発明は、インク滴を吐出するインクジェットヘッドへのインク供給方法に関する。

被記録媒体にインク滴を吐出することによって印刷を行うインクジェットプリンタが有するインクジェットヘッドとして、インクを貯溜するリザーバと、リザーバを介してインクが供給される共通インク室と、共通インク室から圧力室を経てノズルに至る複数の個別インク流路とを有するものが知られている。このようなインクジェットヘッドにおいては、リザーバと外部とを連通させるインク供給口に接続されたインク管を介してリザーバにインクが供給される。

インクジェットヘッドにインクを充填するときには、インクとともにインク管及びインクを送出するためのポンプ内に残留している空気がインク供給口を介してリザーバに流れ込むことがある。リザーバに流れ込んだ空気は微細なインク流路である個別インク流路に残留し、これを閉塞する虞がある。このような気泡残留や流路の閉塞は、インクジェットヘッドのインク吐出特性の悪化や不吐出の原因となる。そこで、リザーバに流れ込んだ空気を外部に排出するため、インクとともにリザーバに流れ込んだ空気を外部に排出するエア排出流路を備える技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−１６９８３９号公報（図１０）

特許文献１に記載の技術によると、リザーバ内の空気をある程度排出することができるものの、リザーバを含むインクジェットヘッド内に形成されたインク流路は複雑な形状を有しているため、一度インク流路内に流れ込んだ空気を完全に排出することは難しい。あるいは、インクジェットヘッド内の空気は排出できるが、一旦侵入した空気を排出するためには、インクを印字に供することなく多量に消費することになる。

そこで、本発明は、インクを充填するときに、インク流路内に空気が流れ込みにくいインクジェットヘッドへのインク供給方法を提供することを目的とする。

本発明のインクジェットヘッドへのインク供給方法は、共通インク室と、前記共通インク室から圧力室を経てノズルに至る複数の個別インク流路とを含む流路ユニットと、前記流路ユニットに固定されているとともに、前記共通インク室に連通しているインクリザーバを含むリザーバユニットとを備えている。さらに、外部からインクを供給するためのインク供給口、外部にインクを排出するための外部排出口、及び、前記インクリザーバにインクを排出するためのリザーバ排出口を有するバルブ室と、前記インク供給口と前記外部排出口との間に流路を形成するとともに前記インク供給口と前記リザーバ排出口との間を閉塞する状態、及び、前記インク供給口と前記リザーバ排出口との間に流路を形成するとともに前記インク供給口と前記外部排出口との間を閉塞する状態のいずれかを選択的に取り得る開閉機構とを含む排気バルブとを備えたインクジェットヘッドへのインク供給方法であって、前記リザーバ排出口を通じて前記インクリザーバにインクを排出する際、前記開閉機構を前記インク供給口と前記外部排出口との間に流路を形成するとともに前記インク供給口と前記リザーバ排出口との間を閉塞する状態にした上で前記外部排出口からインクを排出し、その後に、前記開閉機構を前記インク供給口と前記リザーバ排出口との間に流路を形成するとともに前記インク供給口と前記外部排出口との間を閉塞する状態にした上で前記リザーバ排出口を通じて前記インクリザーバにインクを排出する。

本発明によると、排気バルブの開閉機構を、インク供給口と外部排出口との間に流路を形成するとともにインク供給口とリザーバ排出口との間を閉塞する状態とすることにより、インク供給口からインクを供給するとき、バルブ室内、インク供給口に連通するように接続されたインク管及びインク管にインクを送出するポンプ内に残留している空気が、リザーバ排出口からリザーバ内に混入することなく、外部排出口を介して外部に排出される。そして、バルブ室内、インク管及びポンプ内に残留している空気が全て外部に排出された後に、排気バルブの開閉機構を、インク供給口とリザーバ排出口との間に流路を形成するとともにインク供給口と外部排出口との間を閉塞する状態とすることにより、リザーバ排出口を介してリザーバ内にインクが供給される。このように、インク管及びポンプ内に残留している空気が、インクジェットヘッドのインク流路内に流れ込む前に外部に排出されるため、インクジェットヘッドのインク流路内に空気が流れ込みにくくなる。これにより、個別インク流路などが空気により閉塞しにくくなるため、インク滴の吐出性能が悪化しにくくなる。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明に係る好適な一実施形態であるインクジェットヘッドの外観側面図である。図２は、図１に示すインクジェットヘッド１の長手方向（主走査方向）に沿った断面図である。なお、図２では説明の都合上、上下方向の縮尺を拡大し、且つ、同一線に沿った断面では通常描かれないインク流路をも適宜に示している。また、バルブ５０は省略している。図１及び図２に示すように、インクジェットヘッド１は、主走査方向に延在しており、下から順に、下面にインク吐出面（ノズル面）１０８ａが形成されたヘッド本体２と、インクを一時的に貯溜するリザーバユニット３と、リザーバユニット３に取り付けられたバルブ（排気バルブ）５０とを有している。

リザーバユニット３について、図３をさらに参照しつつ説明する。図３は、上方から見たリザーバユニット３の平面図である。図１〜図３に示すように、リザーバユニット３は、インクを一時的に貯溜し且つヘッド本体２に含まれる流路ユニット９（図５〜図７参照）にインクを供給するものである。リザーバユニット３は、主走査方向に延在した流路構成部材１１と、主走査方向に延在した矩形状の平面を有する３枚のプレート１２〜１４とが積層された積層構造を有している。これらのうち３枚のプレート１２〜１４が、例えば、ステンレス鋼等の金属プレートとなっている。

流路構成部材１１は、例えば、ポリエチレンテレフタレート樹脂やポリプロピレン樹脂のような合成樹脂からなるものであり、図２に示すように、その内部に上部リザーバ（インクリザーバ）３１が形成されている。上部リザーバ３１は、流路構成部材１１上面における長手方向の一方（図中左方）端部近傍に形成された流入口３１ａを介して外部と連通しており、流路構成部材１１下面における中央に形成された流出口３１ｂを介して下部リザーバ４１と連通している。また、上部リザーバ３１は、流入口３１ａから流路構成部材１１の厚み方向に沿って下方に延在した後に、長手方向に沿って流路構成部材１１の中央近傍まで延在している。さらに、上部リザーバ３１は、流路構成部材１１の中央近傍において、流路構成部材１１の厚み方向に沿って一端上方に向かった後に流出口３１ｂに至るまで下方に延在している。このように、上部リザーバ３１が、流路構成部材１１の延在方向に関する中央から当該延在方向に関する一方の端部の間にのみ形成されている。

図２に示すように、上部リザーバ３１における流路構成部材１１の長手方向に沿って延在している領域が、流路構成部材１１下面に溶着されたフィルム３３により画定されている。また、図３に示すように、当該領域は、平面視において略楕円形状を有しており、当該領域内に流路構成部材１１の長手方向に沿って延在するフィルム３３が配置されている。このフィルム３３は、可撓性を有しつつ優れたガスバリア性を有する材質、例えば、シリカ膜（ＳｉＯｘ膜）やアルミ膜が蒸着されたＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムから構成されており、インクジェットヘッド１の外側の気体がフィルム３３を介して上部リザーバ３１内にほとんど侵入することができないようになっている。フィルム３３が可撓性を有しているため、上部リザーバ３１内において急激な圧力変動があったとき、フィルム３３がこの圧力変動を吸収するダンパとして機能する。

流路構成部材１１の上面には、流入口３１ａに接続されたリザーバ側ジョイント部３０が形成されている。図１に示すように、リザーバ側ジョイント部３０はバルブ５０が接続されるものであり、図２に示すように、流入口３１ａから上方に向かって延在している筒形状を有している。

プレート１２〜１４のうち、最上層のプレート１２の中央には、流出口３１ｂを介して上部リザーバ３１と連通する落込流路１２ａに対応する貫通孔が形成されている。最下層のプレート１４には、ヘッド本体２に含まれる後述する流路ユニット９に形成されたインク供給口１０１（図５参照）に連通する１０個の供給流路１４ａに対応する貫通孔が形成されている。中間層のプレート１３には、落込流路１２ａと１０個の供給流路１４ａとを連通させる分岐流路１３ａに対応する穴が形成されている。これら落込流路１２ａ、分岐流路１３ａ及び供給流路１４ａにより下部リザーバ４１が形成されている。

次に、インクが供給されたときにおけるリザーバユニット３内でのインクの流れについて説明する。なお、図２中黒塗り矢印がリザーバユニット３内でのインクの流れを示している。

図２中黒塗り矢印で示すように、リザーバ側ジョイント部３０を介して流入口３１ａから上部リザーバ３１に流入したインクは、一端下方に向かって流れた後に、流路構成部材１１の延在方向に沿って流れる。このとき、流路構成部材１１の延在方向に沿って流れるインクが、フィルタ３２を通過しつつ上方に移動し、流路構成部材１１の中央において再び下方に向かって流れ、流出口３１ｂから下部リザーバ４１の落込流路１２ａに流出する。下部リザーバ４１においては、上部リザーバ３１からのインクが落込流路１２ａを介して分岐流路１３ａに流れ込む。分岐流路１３ａに流れ込んだインクは、各供給流路１４ａに到達し、インク供給口１０１を介して流路ユニット９（図５参照）に供給される。

次に、バルブ５０について、図４を参照しつつ説明する。図４は、バルブ５０の一側面図である。ただし、図４では、説明の都合上、バルブ本体５１における本来破線で描くべき内部構造を実線で描いている。なお、バルブコマ５２の内部に形成された内部流路６５のみ破線で描いている。

図４に示すように、バルブ５０は、バルブ本体５１と、バルブコマ（開閉機構）５２とを有している。バルブ本体５１は、略直方体形状を有するバルブ室５６と、バルブ室５６の上面において垂直方向（インク吐出面１０８ａに直交する方向）に延在するように形成された筒形状を有するインク管ジョイント部（供給流路）５３と、バルブ室５６の上面においてインク管ジョイント部５３と平行に（インク吐出面１０８ａに直交する方向）延在するように形成された略筒形状を有する支持壁５４と、バルブ室５６の下面において垂直方向に延在するように形成された筒形状を有するバルブ側ジョイント部５５とを有している。バルブ室５６内には内部空間が形成されている。バルブ室５６の内部空間は、インク供給口５６ａを介してインク管ジョイント部５３に、外部排出口（第１排出口）５６ｂを介して支持壁５４に、リザーバ排出口（第２排出口）５６ｃを介してバルブ側ジョイント部５５にそれぞれ連通している。インク供給口５６ａ、外部排出口５６ｂ及びリザーバ排出口５６ｃは、インク吐出面１０８ａと平行になっている。また、外部排出口５６ｂとリザーバ排出口５６ｃとが、互いに対向するように配置されている。後述するように、外部排出口５６ｂとリザーバ排出口５６ｃとが互いに反対方向にインクを排出する。

インク管ジョイント部５３は、インクジェットヘッド１にインクを供給するためのインク管７１が接続されるものである。インク管ジョイント部５３の外径はインク管７１の内径とほぼ同じとなっている。インク管７１内にインク管ジョイント部５３が挿入されることによって両者が接続される。このとき、インク管７１の内部空間とインク管ジョイント部５３の内部空間とが互いに連通する。

支持壁５４は、バルブコマ５２の支持部材６１を摺動自在に支持するものである。そして、支持壁５４の周壁には、支持壁５４の上端から下方に延在するとともにその下端部において周壁の周方向に沿って折れ曲がった２つの切り欠き（第１切り欠き部）５４ａが形成されている。２つの切り欠き５４ａは、支持壁５４の中心軸に対して対称な形状を有している。なお、図４においては、２つの切り欠き５４ａのうち１つのみが現れている。さらに、支持壁５４の周壁の上端部には、２つの切り欠き５４ａと異なる位置において周壁の周方向に沿って切り欠かれた２つの切り欠き（第２切り欠き部）５４ｂが形成されている。２つの切り欠き５４ａと同様に、２つの切り欠き５４ｂは、支持壁５４の中心軸に対して対称な形状を有している。各切り欠き５４ａ、５４ｂは、バルブコマ５２の後述する２つの突出部６３がそれぞれ係合するものである。

バルブ側ジョイント部５５は、リザーバユニット３の上面に形成されたリザーバ側ジョイント部３０に接続されるものである。バルブ側ジョイント部５５の内径はリザーバ側ジョイント部３０の外径とほぼ同じとなっている。バルブ側ジョイント部５５内にリザーバ側ジョイント部３０が挿入されることによって両者が接続される。これにより、バルブ側ジョイント部５５の内部空間とリザーバ側ジョイント部３０の内部空間とが互いに連通し、バルブ側ジョイント部５５がリザーバ側ジョイント部３０及び流入口３１ａを介して上部リザーバ３１と連通する（図１及び図２参照）。

バルブコマ５２は、一方向に延在した略円柱形状を有する支持部材６１と、支持部材６１の先端（図中下端）近傍に取り付けられた円筒状の封止部材６２とを有している。支持部材６１は、長手方向に関する中央付近の周壁においてその中心軸に対称な位置から突出した一対の突出部６３を有している。支持部材６１の上端近傍には円盤状のつまみ６４が形成されている。また、支持部材６１内には、その上端に形成された流出開口６１ａから下方に向かって延在するとともに、封止部材６２と突出部６３との間の周壁において支持部材６１の中心軸に対称な位置に形成された一対の流入開口６１ｂに至る内部流路６５が形成されている。言い換えれば、流出開口６１ａが、支持部材６１の延在方向（摺動方向）に関して流入開口６１ｂより封止部材６２から離れた位置に形成されており、内部流路６５が流出開口６１ａと流入開口６１ｂとの間に形成されている。支持部材６１の外径は、支持壁５４の内径とほぼ同じとなっている。

なお、本実施形態では、支持部材６１の流入開口６１ｂと突出部６３との間に、周壁の全周に亘って溝部が形成されている。この溝部は、封止部材６２の位置に係わらず常に支持壁５４と対向しており、この溝部内に別の封止部材６６（例えば、Ｏリング）が装着されている。

封止部材６２、６６は、ゴムなどの弾性体であり、支持部材６１に貫通された状態で支持部材６１に支持されている。このうち、封止部材６２は、バルブコマ５２の先端に形成された抜け落ち防止部６２ａにより支持部材６１から抜け落ちるのが防止されている。

バルブコマ５２は、支持部材６１が外部排出口５６ｂを貫通しつつ、封止部材６２がバルブ室５６内に位置するように支持壁５４に摺動自在に支持されている。このとき、封止部材６２が、外部排出口５６ｂとリザーバ排出口５６ｃとの間に位置している。この状態で、つまみ６４を操作することによって、バルブコマ５２は、図中上下方向（外部排出口５６ｂ及びリザーバ排出口５６ｃと直交する方向）及び支持部材６１の周方向に摺動自在となっている。これにより、支持部材６１の突出部６３が、切り欠き５４ａ、５４ｂに沿って移動可能となっている。

次に、バルブ５０の動作について説明する。図４（ａ）に示すように、つまみ６４を操作することによって、支持部材６１の突出部６３を、支持壁５４の切り欠き５４ａの下端部に係合させたとき、バルブコマ５２が下方に下がり、バルブ室５６内において、封止部材６２がリザーバ排出口５６ｃを封止しつつ、外部排出口５６ｂを開放する位置（第１位置）をとる。このとき、支持部材６１の流入開口６１ｂが外部排出口５６ｂを通過してバルブ室５６内に位置するため、支持部材６１の内部流路６５とバルブ室５６とが外部排出口５６ｂを介して連通する。言い換えれば、インク供給口５６ａと外部排出口５６ｂとの間に流路を形成するとともにインク供給口５６ａとリザーバ排出口５６ｃとの間を閉塞する状態となる。以下、この状態を排気状態と称する。なお、このとき、支持部材６１と支持壁５４との間は、封止部材６６によって密閉されているので、インク供給口５６ａは外部排出口５６ｂのみと連通している。

一方、図４（ｂ）に示すように、つまみ６４を操作することによって、支持部材６１の突出部６３を、支持壁５４の切り欠き５４ｂに係合させたとき、バルブコマ５２が上方に上がり、バルブ室５６内において、封止部材６２が外部排出口５６ｂを封止しつつ、リザーバ排出口５６ｃを開放する位置（第２位置）をとる。このとき、支持部材６１の流入開口６１ｂがバルブ室５６から外れて支持壁５４内に位置するため、支持部材６１の内部流路６５とバルブ室５６とが閉塞する。言い換えれば、インク供給口５６ａとリザーバ排出口５６ｃとの間に流路を形成するとともにインク供給口５６ａと外部排出口５６ｂとの間を閉塞する状態となる。以下、この状態を供給状態と称する。

以上のように、バルブ５０は、バルブコマ５２を上下方向に移動させることによって、インク供給口５６ａと外部排出口５６ｂとの間に流路を形成するとともにインク供給口５６ａとリザーバ排出口５６ｃとの間を閉塞する排気状態、及び、インク供給口５６ａとリザーバ排出口５６ｃとの間に流路を形成するとともにインク供給口５６ａと外部排出口５６ｂとの間を閉塞する供給状態のいずれかを選択的に取り得る。

次に、図５〜図８を参照しつつ、ヘッド本体２について説明する。図５は、ヘッド本体２の平面図である。図６は、図５の一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。なお、図６では説明の都合上、アクチュエータユニット２１の下方にあって破線で描くべき圧力室１１０、アパーチャ１１２及びノズル１０８を実線で描いている。図７は、図６に示すVII−VII線に沿った部分断面図である。図８（ａ）はアクチュエータユニット２１の拡大断面図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）においてアクチュエータユニット２１の表面に配置された個別電極を示す平面図である。

ヘッド本体２は、図５に示すように、流路ユニット９、及び、流路ユニット９の上面９ａに固定された４つのアクチュエータユニット２１を含んでいる。図６に示すように、アクチュエータユニット２１は、圧力室１１０に対向して設けられた複数のアクチュエータを構成しており、流路ユニット９に形成された圧力室１１０内のインクに選択的に吐出エネルギーを付与する機能を有する。

流路ユニット９は、リザーバユニット３のプレート１４とほぼ同じ平面形状を有する直方体形状となっている。流路ユニット９の上面９ａには、リザーバユニット３の供給流路１４ａ（図２参照）に対応して、計１０個のインク供給口１０１が開口している。流路ユニット９の内部には、インク供給口１０１に連通するマニホールド流路１０５及びマニホールド流路１０５から分岐した副マニホールド流路１０５ａが形成されている。流路ユニット９の下面には、図６及び図７に示すように多数のノズル１０８がマトリクス状に配置されたインク吐出面１０８ａが形成されている。圧力室１１０も流路ユニット９におけるアクチュエータユニット２１の固定面においてノズル１０８と同様マトリクス状に多数配列されている。

本実施形態では、等間隔に流路ユニット９の長手方向に並ぶ圧力室１１０の列が、図６に示すように、短手方向に互いに平行に１６列配列されている。各圧力室列に含まれる圧力室１１０の数は、アクチュエータユニット２１の外形形状に対応して、その長辺側から短辺側に向かって次第に少なくなるように配置されている。全体として、６００ｄｐｉの解像度で画像形成が可能となっている。

流路ユニット９は、図７に示すように、上から順に、キャビティプレート１２２、ベースプレート１２３、アパーチャプレート１２４、サプライプレート１２５、マニホールドプレート１２６、１２７、１２８、カバープレート１２９、及び、ノズルプレート１３０、という９枚のステンレス鋼等の金属プレートから構成されている。これらプレート１２２〜１３０は、主走査方向に長尺な矩形状の平面を有する。

キャビティプレート１２２には、インク供給口１０１（図５参照）に対応する貫通孔、及び、圧力室１１０に対応する略菱形の貫通孔が多数形成されている。ベースプレート１２３には、各圧力室１１０について圧力室１１０とアパーチャ１１２との連絡孔及び圧力室１１０とノズル１０８との連絡孔が形成されていると共に、インク供給口１０１とマニホールド流路１０５との連絡孔（図示せず）が形成されている。アパーチャプレート１２４には、各圧力室１１０についてアパーチャ１１２となる貫通孔及び圧力室１１０とノズル１０８との連絡孔が形成されていると共に、インク供給口１０１とマニホールド流路１０５との連絡孔（図示せず）が形成されている。サプライプレート１２５には、各圧力室１１０についてアパーチャ１１２と副マニホールド流路１０５ａとの連絡孔及び圧力室１１０とノズル１０８との連絡孔が形成されていると共に、インク供給口１０１とマニホールド流路１０５との連絡孔（図示せず）が形成されている。マニホールドプレート１２６、１２７、１２８には、各圧力室１１０について圧力室１１０とノズル１０８との連絡孔、及び、積層時に互いに連結してマニホールド流路１０５及び副マニホールド流路１０５ａとなる貫通孔が形成されている。カバープレート１２９には、各圧力室１１０について圧力室１１０とノズル１０８との連絡孔が形成されている。ノズルプレート１３０には、各圧力室１１０についてノズル１０８に対応する孔が形成されている。

これらプレート１２２〜１３０を互いに位置合わせしつつ積層することによって、流路ユニット９内に、マニホールド流路１０５から副マニホールド流路１０５ａ、そして副マニホールド流路１０５ａの出口から圧力室１１０を経てノズル１０８に至る多数の個別インク流路１３２が形成される。

次に、流路ユニット９におけるインクの流れについて説明する。図５〜図７に示すように、リザーバユニット３からインク供給口１０１を介して流路ユニット９内に供給されたインクは、マニホールド流路１０５から副マニホールド流路１０５ａに分岐される。副マニホールド流路１０５ａ内のインクは、各個別インク流路１３２に流れ込み、絞りとして機能するアパーチャ１１２及び圧力室１１０を介してノズル１０８に至る。

アクチュエータユニット２１について説明する。図５に示すように、４つのアクチュエータユニット２１は、それぞれ台形の平面形状を有しており、流路ユニット９の上面９ａに開口したインク供給口１０１を避けるよう千鳥状に配置されている。さらに、各アクチュエータユニット２１の平行対向辺は流路ユニット９の長手方向に沿っており、隣接するアクチュエータユニット２１の斜辺同士は流路ユニット９の幅方向（副走査方向）に関して互いにオーバーラップしている。４つのアクチュエータユニット２１は、流路ユニット９の幅方向の中心から互いに相反する側に等距離離隔するような相対位置関係を有する。

図８（ａ）に示すように、アクチュエータユニット２１は、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミックス材料からなる厚み略１５μｍの３枚の圧電シート１４１、１４２、１４３から構成されている。圧電シート１４１〜１４３は、１つのインク吐出面１０８ａに対応して形成された多数の圧力室１１０に跨って配置されている。

最上層の圧電シート１４１上における圧力室１１０に対向する位置には、個別電極１３５が形成されている。最上層の圧電シート１４１とその下側の圧電シート１４２との間にはシート全面に形成された略２μｍの厚みの共通電極１３４が介在している。個別電極１３５及び共通電極１３４は共に例えばＡｇ−Ｐｄ系等の金属材料からなる。圧電シート１４２、１４３の間には電極が配置されていない。

個別電極１３５は略１μｍの厚みを有し、図８（ｂ）に示すように、圧力室１１０と相似な略菱形の平面形状を有する。略菱形の個別電極１３５における鋭角部の一方は延出され、その先端には個別電極１３５と電気的に接続された略１６０μｍの径を有する円形のランド１３６が設けられている。ランド１３６は、例えばガラスフリットを含む金からなる。

共通電極１３４は図示しない領域において接地されている。これにより、共通電極１３４はすべての圧力室１１０に対応する領域において等しくグランド電位に保たれている。一方、個別電極１３５は、選択的に電位を制御することができるよう、ランド１３６ごとに独立した別のリード線を含む図示しないＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）及びランド１３６を介して、図示しないドライバＩＣに接続されている。つまり、アクチュエータユニット２１において、個別電極１３５と圧力室１１０とで挟まれた部分が、個別のアクチュエータとして働き、圧力室１１０の数に対応した複数のアクチュエータが作り込まれている。

ここで、アクチュエータユニット２１の駆動方法について述べる。圧電シート１４１はその厚み方向に分極されており、個別電極１３５を共通電極１３４と異なる電位にして圧電シート１４１に対してその分極方向に電界を印加すると、圧電シート１４１における電界印加部分が圧電効果により歪む活性部として働く。即ち、圧電シート１４１はその厚み方向に伸長又は収縮し、圧電横効果により平面方向に収縮又は伸長しようとする。一方、残り２枚の圧電シート１４２、１４３は、個別電極１３５と共通電極１３４とに挟まれた領域をもたない非活性層であって、自発的に変形することができない。

つまりアクチュエータユニット２１は、圧力室１１０から離れた上側１枚の圧電シート１４１を活性部を含む層とし且つ圧力室１１０に近い下側２枚の圧電シート１４２、１４３を非活性層とした、いわゆるユニモルフタイプである。図８（ａ）に示すように、圧電シート１４１〜１４３は圧力室１１０を区画するキャビティプレート１２２の上面に固定されているため、圧電シート１４１における電界印加部分とその下方の圧電シート１４２、１４３との間で平面方向への歪みに差が生じると、圧電シート１４１〜１４３全体が圧力室１１０側へ凸になるように変形（ユニモルフ変形）する。これにより圧力室１１０の容積が低下することによって、圧力室１１０内の圧力が上昇し、圧力室１１０からノズル１０８へとインクが押し出され、ノズル１０８からインク滴が吐出される。その後、個別電極１３５を共通電極１３４と同じ電位に戻すと、圧電シート１４１〜１４３は元の平坦な形状になって、圧力室１１０の容積が元の容積に戻る。これに伴い、マニホールド流路１０５から圧力室１１０へとインクが導入され、再び圧力室１１０内にインクが貯溜される。

次に、インクジェットヘッド１にインクを充填するときの手順について説明する。インクジェットヘッド１にインクを充填するときには、まず、つまみ６４を操作することによって、図４（ａ）に示すように、バルブ５０を、インク供給口５６ａと外部排出口５６ｂとの間に流路を形成するとともにインク供給口５６ａとリザーバ排出口５６ｃとの間を閉塞する排気状態とする。このとき、封止部材６２がリザーバ排出口５６ｃを閉塞している。そして、バルブ５０のインク管ジョイント部５３にインク管７１の一端を接続する。インク管７１の他端はポンプを介して図示しないインクタンクに接続されている。ポンプが駆動されることによって、インクタンクからのインクがインク管７１に強制的に送出されるようになっている。また、バルブ５０の支持部材６１における流出開口６１ａ側の端部に排出管７２の一端を接続する。排出管７２の他端は図示しない廃液タンクに接続されている。

この状態で、ポンプを駆動してインクの送出を開始する。これにより、インク管７１からのインクが、インク管ジョイント部５３及びインク供給口５６ａを介してバルブ室５６に供給される。バルブ室５６に供給されたインクは、支持部材６１の流入開口６１ｂから内部流路６５に流れ込み、外部排出口５６ｂを介して流出開口６１ａから排出管７２を介して廃液タンクに排出される。これにより、ポンプ、インク管７１及びバルブ室５６内の空気がインクとともに外部に排出される。このとき、インク供給口５６ａとリザーバ排出口５６ｃとの間が閉塞されているため、ポンプ、インク管７１及びバルブ室５６内の空気が、リザーバ排出口５６ｃ、バルブ側ジョイント部５５を介して、リザーバユニット３の流入口３１ａから上部リザーバ３１に流れ込むことがない。なお、上述のように、封止部材６６が支持部材６１と支持壁５４との僅かな隙間を密閉しているので、バルブ５０内に流入したインクが、この隙間を伝わって外部に流出することがない。これにより、装置をインクで汚染するようなことがない。

そして、ポンプ、インク管７１及びバルブ室５６内の空気が全て外部に排出されてインクで満たされた後に、つまみ６４を操作することによって、図４（ｂ）に示すように、バルブ５０を、インク供給口５６ａとリザーバ排出口５６ｃとの間に流路を形成するとともにインク供給口５６ａと外部排出口５６ｂとの間を閉塞する供給状態とする。このとき、封止部材６２が外部排出口５６ｂを閉塞している。これにより、インク管ジョイント部５３及びインク供給口５６ａを介してバルブ室５６に供給されたインクが、リザーバ排出口５６ｃ、バルブ側ジョイント部５５を介して、リザーバユニット３の流入口３１ａから上部リザーバ３１に供給される。上部リザーバ３１に供給されたインクはインクジェットヘッド１内の上述したインク流路に充填される。このとき、インク供給口５６ａと外部排出口５６ｂとの間が閉塞されているため、バルブ室５６に供給されたインクが、外部排出口５６ｂを介して内部流路６５の流出開口６１ａから外部に排出されることがない。

なお、インクジェットヘッド１単体を出荷する場合においては、インクジェットヘッド１にインクの代わりに金属錆防止剤、乾燥防止剤及び界面活性剤を含む保存液を充填することがある。この場合、保存液に関して上述した充填作業を行ったのちに、再び、つまみ６４を操作することによって、バルブ５０を排気状態とする。これにより、インクジェットヘッド１のインク流路が封止される。そして、インク管ジョイント部５３からインク管７１を抜去するとともに、支持部材６１から排出管７２を抜去する。

このように、バルブ５０は、インクジェットヘッド１自体を出荷・移送するときにも、装置に組み込んでメンテナンスを施すときにも、その内部に液体が充填された状態を維持し、空気の侵入を防いでいる。そのため、実際にこのインクジェットヘッド１を印字に供するまでに消費される無駄なインク量を低減できる。さらに、装置を短時間で印字可能状態にすることができる。

以上、説明した本実施形態によると、バルブ５０を排気状態にすることによって、ポンプ、インク管７１及びバルブ室５６内の空気が、インクジェットヘッド１のインク流路内に流れ込むことなく外部に排出されるため、バルブ５０を供給状態としたときに、ポンプ、インク管７１及びバルブ室５６内の空気がインクジェットヘッド１のインク流路内に流れ込まない。これにより、微細な個別インク流路１３２が気泡により閉塞されることがなくなる。

また、バルブ５０においては、封止部材６２を外部排出口５６ｂとリザーバ排出口５６ｃと間を往復動作させることによって、排気状態と供給状態とを切り替えることができるため、バルブ５０を簡易な構成で実現することができる。これにより、バルブ５０の低コスト化を図ることができる。

また、バルブコマ５２の支持部材６１の先端近傍に封止部材６２が配置されており、支持部材６１が支持壁５４に上下方向に摺動自在に支持されているため、バルブコマ５２を上下方向に移動させるという簡単な動作によって、排気状態と供給状態とを切り替えることができる。

さらに、支持部材６１の突出部６３を支持壁５４に形成された切り欠き５４ａに係合させたとき、バルブ５０が排気状態となり、突出部６３を支持壁５４に形成された切り欠き５４ｂに係合させたとき、バルブ５０が供給状態となるため、インクジェットヘッド１に対するインクや保存液の充填作業中にバルブ５０が誤作動するのを防止することができる。

加えて、インク管ジョイント部５３と、支持部材６１とがインク吐出面１０８ａに対して垂直な方向に延在しているため、インク管７１や排出管７２の挿抜作業が容易になる。

さらに、上部リザーバ３１が、流路構成部材１１の延在方向に関する中央から当該延在方向に関する一方の端部の間にのみ形成されているため、流路構成部材１１の延在方向に関する中央から当該延在方向に関する他方の端部の間に独立した他の上部リザーバ３１を形成することができるため、簡単な設計変更でインクジェットヘッドの２色対応が可能となる。

また、バルブ５０が、リザーバユニット３の一方端部近傍に配置されているため、バルブ５０に接続されたインク管７１や排出管７２がインクジェットヘッド１上に配管されることがなくなる。これにより、インクジェットヘッド１上に制御基板などを設置することができる。

次に、本実施形態に係る変形例について説明する。本実施形態においては、流路構成部材１１とバルブ本体５１とが別部材となる構成であるが、流路構成部材１１とバルブ本体５１とが一体成型される構成であってもよい（図１参照）。これにより、インクジェットヘッド１の低コスト化を図ることができる。

また、本実施形態においては、バルブ５０における支持部材６１の流出開口６１ａ側の端部に排出管７２が直接接続される構成となっているが、図９に示すように、支持部材６１の流出開口６１ａ側の端部と排出管７２との間に排出流路体７５を介在させてもよい。排出流路体７５は、その内部に排出流路７６が形成される筒体であって、排出流路７６にスポンジ（多孔質体）７７が配置されている。これによると、バルブ５０が排気状態となっている場合においても、排出流路７６内におけるスポンジ７７の各孔にメニスカスが形成されるため、排出流路７６より下流側のインクや空気がバルブ室５６内に逆流しにくくなる。

以上、本発明の好適な一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能なものである。例えば、上述した実施形態においては、バルブ室５６における外部排出口５６ｂとリザーバ排出口５６ｃとが互いに反対方向にインクを排出するように、互いに対向する構成であるが、外部排出口及びリザーバ排出口は任意の位置に形成されていてもよい。

また、上述した実施形態においては、封止部材６２を外部排出口５６ｂとリザーバ排出口５６ｃと間を往復動作させることによって、排気状態と供給状態とを切り替える構成となっているが、封止部材の動作はこれに限定されるものではない。例えば、円柱状の内部空間を有するバルブ室において、バルブ室の内周壁面に外部排出口及びリザーバ排出口が形成されており、封止部材がバルブ室の内周壁に沿って摺動することによって、外部排出口及びリザーバ排出口を開放又は閉塞し、排気状態と供給状態とを切り替える構成であってもよい。

さらに、上述した実施形態においては、支持壁５４に切り欠き５４ａ、５４ｂが形成されており、排気状態及び供給状態において、支持部材６１の突出部６３が切り欠き５４ａ、５４ｂに係合する構成となっているが、支持壁５４に切り欠き５４ａ、５４ｂが形成されていなくてもよい。この場合、各状態において支持部材６１を固定する他の機構を備えることが好ましい。

加えて、上述した実施形態においては、インク管ジョイント部５３と、支持部材６１とがインク吐出面１０８ａに対して垂直な方向に延在する構成となっているが、インク管ジョイント部５３と、支持部材６１とが他の方向に延在する構成であってもよい。

また、上述した実施形態においては、上部リザーバ３１が、流路構成部材１１の延在方向に関する中央から当該延在方向に関する一方の端部の間にのみ形成される構成であるが、上部リザーバは任意の領域に形成されていてもよい。例えば、上部リザーバが流路構成部材の全域に形成されていてもよい。

さらに、上述した実施形態においては、バルブ５０が、リザーバユニット３の一方端部近傍に配置される構成であるが、バルブ５０が任意の位置に配置される構成であってもよい。例えば、バルブ５０が、リザーバユニットの中央に配置される構成であってもよい。

上述した実施形態においては、バルブ５０をインクジェットヘッド１に適用した場合について説明したが、バルブ５０は、液体を供給すべき他の装置に対しても適用可能である。

本発明の実施形態に係るインクジェットヘッドの外観側面図である。 図１に示すインクジェットヘッドの長手方向に沿った断面図である。 図１に示すリザーバユニットの平面図である。 図１に示すバルブの一側面図である。 図２に示すヘッド本体の平面図である。 図５に示す一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。 図６に示すのVII−VII線断面図である。 図６に示すアクチュエータユニットの拡大図である。 本実施形態に係る変形例を示す図である。

符号の説明

１ インクジェットヘッド
２ ヘッド本体
３ リザーバユニット
９ 流路ユニット
１１ 流路構成部材
３０ リザーバ側ジョイント部
３１ 上部リザーバ（インクリザーバ）
３１ａ 流入口
３１ｂ 流出口
５０ バルブ（排気バルブ）
５１ バルブ本体
５２ バルブコマ
５３ インク管ジョイント部
５４ 支持壁
５５ バルブ側ジョイント部
５６ バルブ室
５６ａ インク供給口
５６ｂ 外部排出口（第１排出口）
５６ｃ リザーバ排出口（第２排出口）
６１ 支持部材
６１ａ 流出開口
６１ｂ 流入開口
６２ 封止部材（弾性体）
６３ 突出部
６５ 内部流路
７１ インク管
７２ 排出管
７５ 排出流路体
７６ 排出流路
７７ スポンジ（多孔質体）

Claims (1)

1. 共通インク室と、前記共通インク室から圧力室を経てノズルに至る複数の個別インク流路とを含む流路ユニットと、
   前記流路ユニットに固定されているとともに、前記共通インク室に連通しているインクリザーバを含むリザーバユニットと、
   外部からインクを供給するためのインク供給口、外部にインクを排出するための外部排出口、及び、前記インクリザーバにインクを排出するためのリザーバ排出口を有するバルブ室と、前記インク供給口と前記外部排出口との間に流路を形成するとともに前記インク供給口と前記リザーバ排出口との間を閉塞する状態、及び、前記インク供給口と前記リザーバ排出口との間に流路を形成するとともに前記インク供給口と前記外部排出口との間を閉塞する状態のいずれかを選択的に取り得る開閉機構とを含む排気バルブとを備えたインクジェットヘッドへのインク供給方法であって、
   前記リザーバ排出口を通じて前記インクリザーバにインクを排出する際、前記開閉機構を前記インク供給口と前記外部排出口との間に流路を形成するとともに前記インク供給口と前記リザーバ排出口との間を閉塞する状態にした上で前記外部排出口からインクを排出し、その後に、前記開閉機構を前記インク供給口と前記リザーバ排出口との間に流路を形成するとともに前記インク供給口と前記外部排出口との間を閉塞する状態にした上で前記リザーバ排出口を通じて前記インクリザーバにインクを排出することを特徴とするインクジェットヘッドへのインク供給方法。
   

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