JP5003872B2 - 液体噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、インクジェット式記録装置等の液体噴射装置に係り、特に、液体貯留部材に貯留された液体を液体導入針を介して液体噴射ヘッド側に導入し、この液体噴射ヘッドのノズル開口から液体を吐出する液体噴射装置に関する。

液体を吐出可能な液体噴射ヘッドを備え、この噴射ヘッドから各種の液体を吐出する液体噴射装置の代表的なものとしては、例えば、吐出対象物（記録媒体）としての記録紙等に対してインク滴を吐出・着弾させて記録を行うインクジェット式プリンタ等の画像記録装置を挙げることができる。また、近年においては、この画像記録装置に限らず、各種の製造装置にも応用されている。例えば、液晶ディスプレー、プラズマディスプレー、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレー、或いはＦＥＤ（面発光ディスプレー）等のディスプレー製造装置においては、色材や電極等の液体状の各種材料を、画素形成領域や電極形成領域等に対して吐出するためのものとして、液体噴射装置が用いられている。

この種の液体噴射装置としては、流通に乗せ易く取り扱いが容易なカートリッジタイプの液体貯留部材を用いるものが種々開発されている。例えば、インクジェット式プリンタ（以下、単にプリンタという）では、液体状のインクを封入したインクカートリッジを使用するものが広く普及している。この構成では、インクカートリッジをカートリッジ装着部に装着してインク導入針（液体導入柱状体）をインクカートリッジ内に挿入することで、このインク導入針の先端（テーパ部）側に穿設されたインク導入孔（液体導入孔）を通じてインクカートリッジ内のインクを液体噴射ヘッドの一種である記録ヘッド側に導入している。また、一般に、このようなインクカートリッジでは、外部へのインクの漏洩とインクの蒸発を防止するため、その底面部に設けられた針挿入口（インクの流出口）の開口部が破断可能な薄手のＰＰ（ポリプロピレン）等からなる樹脂フィルム（封止フィルム）によって封止されており、プリンタへの装着時にはインク導入針がこの封止フィルムを破断して針挿入口内に挿入されるようになっている。

このようなインクカートリッジを用いる構成では、インク導入針から記録ヘッドのノズル開口までに至るインク流路（液体流路）がインクで満たされている状態が理想的であるが、インクカートリッジの交換等でインク流路内に気泡が入り込むことがあり、これを完全に防止することは困難である。これは、未使用のインクカートリッジを装着する場合に、インクカートリッジの針挿入口にインク導入針を押し込むことで、この針挿入口の封止フィルムがインク導入針の先端によって破断されるが、この破断時に封止フィルムが撓んでインク導入針の先端側に一時的に密着し、この密着状態で封止フィルムとインク導入針との間で圧縮された空気がインク導入孔からインク導入針内に進入して気泡となってしまうからである。そして、インク流路内に入り込んだ気泡は、次第に成長して大きくなり、過度に成長した気泡の一部がインクの流れによって圧力室側に移動すると、吐出動作時の圧力変動を気泡が吸収することによる圧力損失や、気泡が流路を塞ぐことによるインクの供給不足等の不具合を招く虞がある。

このような気泡による不具合を防止することを目的として、インク導入針の基端に形成した拡径部内に、該拡径部の内周面から中心に向けて複数のリブを突設すると共に、周方向に隣り合う両リブにより気泡室を区画形成し、インク導入針内を通るインクの流下勢によって、フィルタ上方（上流側）の気泡を気泡室内に移動させて気泡のフィルタに対する接触面積が大きくなるように構成し、これにより、気泡の排出効率を向上させて記録ヘッド外部に気泡を排出するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−０６９１６８号公報

しかしながら、特許文献１の発明は、インク導入針内に気泡が入り込むことを未然に防止するものではなく、入ってしまった気泡を処理するものである。このため、インク導入針内の気泡を排出するために、記録動作時の数倍の流速のインク流を発生させるクリーニング動作を頻繁に行う必要があり、インクが無駄に消費されてしまうという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、液体貯留部材の交換の際に、液体導入柱状体内に気泡となる空気の進入を抑制することにより、液体流路内の気泡を排出するためのクリーニング動作の実行回数を低減して液体の消費を抑制することが可能な液体噴射装置を提供することにある。

上記目的を解決する本発明の態様は、内部に液体を貯留すると共に一方向に沿って破断する封止部材により当該液体の流出口が封止されている液体貯留部材が着脱可能に装着される液体貯留部材装着部と、装着された前記液体貯留部材の前記封止部材を破断すると共に、前記液体貯留部材の前記流出口に挿入された状態で前記液体貯留部材内の液体を液体導入孔から内部の液体流路内に導入する液体導入柱状体と、前記液体導入柱状体から導入された液体を、圧力発生手段の作動によってノズル開口から吐出可能な液体噴射ヘッドとを備え、前記液体導入柱状体の前記封止部材に臨む端面には、溝部が延設されており、前記液体導入孔は、前記溝部の底面に開口し、前記溝部は、前記封止部材に臨む前記端面からこの端面に連続する前記液体導入柱状体の側面まで延設されていることを特徴とする液体噴射装置にある。

かかる態様では、液体導入柱状体の封止部材に臨む端面には、封止部材の破断方向に沿って溝部が延設され、この溝部は前記端面の縁部に至っている。これにより、液体貯留部材を液体貯留部材装着部に装着する際に、液体貯留部材の液体の流出口を封止する封止部材が撓んで液体導入柱状体の端面に密着する状態になって、封止部材と端面との間で空気が圧縮されたとしても、この空気を、前記溝部を通して液体導入柱状体の外部に流出させることができる。また、封止部材は一方向に沿って破断することから、封止部材は破断方向に沿って破断し易くなっており、この結果、封止部材が破断することにより生じる開口部は、破断方向により広く破断した状態となる。これに対し、溝部は封止部材の破断方向に沿って延設されている。このため、液体導入柱状体が封止部材に当接してこれを破断するとき、溝部の開口が封止部材の開口部分に臨む領域をより大きく確保できるようになる。したがって、液体貯留部材の液体の流出口とそれを塞ぐ封止部材との間に空気があっても、この空気は溝部に流入するため、液体導入柱状体の内部への空気の進入を抑制することができる。これらのことから、液体導入柱状体内に流入した気泡を外部へ排出するためのクリーニング動作の実行頻度を、従来と比べて低減することができる。この結果、クリーニング動作に伴うインクの消費を少なくすることができる。
さらに、液体導入孔を、前記溝部内に開口する状態で穿設したので、液体貯留部材を装着する際に、液体導入孔が封止部材に直接密着することがない。したがって、封止部材と液体導入柱状体の端面又はテーパ部の外表面との間の空気が、液体導入孔に直接押し込まれる可能性を小さくでき、この空気をこの液体導入孔が穿設された溝部を通して液体導入柱状体の外部に流出させることができる。このため、液体貯留部材の装着時に、空気が液体導入孔から液体導入柱状体内に進入することをより一層抑制することができる。
また、溝部を、液体導入柱状体の端面から側面まで連続して延設したので、液体貯留部材を装着する際に、封止部材が液体導入柱状体の端面全体に亘って密着することがあっても、封止部材と液体導入柱状体の端面との間の空気を、側面まで延設された溝部を通して確実に外部に流出させることができる。したがって、液体貯留部材の装着時に、空気が液体導入孔から液体導入柱状体内に進入することをより一層抑制することが可能となる。

ここで、前記液体導入柱状体は、先端から基端側に向けて漸次拡径するテーパ部を有する針状突起部を有し、前記封止部材に臨む端面は、前記針状突起部の表面であり、前記液体導入孔は、前記針状突起部に設けられた前記溝部の底面に開口していることが好ましい。これによれば、液体導入柱状体の先端はテーパ部を有する針状突起部となっている。このため、液体貯留部材を装着する際に、液体導入柱状体は封止部材を破断し易くなっている。

また、前記液体導入柱状体は、前記針状突起部に直線的に連続して形成されたストレート部を備え、前記溝部は、前記テーパ部から前記ストレート部まで延設されていることが好ましい。これによれば、溝部を、前記テーパ部から前記ストレート部まで連続して延設したので、液体貯留部材を装着する際に、封止部材が針状突起部のテーパ部の外表面全体に亘って密着することがあっても、封止部材と針状突起部のテーパ部の外表面との間の空気を、ストレート部まで延設された溝部を通して確実に外部に流出させることができる。したがって、液体貯留部材の装着時に、空気が液体導入孔から液体導入柱状体内に進入することをより一層抑制することが可能となる。

〈実施形態１〉
以下、本発明を実施するための最良の形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下に述べる実施の形態では、本発明の好適な具体例として種々の限定がされているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、本実施形態では、代表的な液体噴射装置であるインクジェット式記録装置（以下、プリンタ）を例に挙げて説明する。

ここで、図１はインクジェット式記録装置に代表されるプリンタの斜視図、図２は記録ヘッドの分解斜視図、図３は記録ヘッドの平面図、図４は記録ヘッドの断面図、図５は記録ヘッドの要部断面図である。

まず、記録ヘッドを搭載するインクジェット式記録装置（液体噴射装置の一種。以下、プリンタという。）の概略構成について、図１を参照して説明する。例示したプリンタ１は、記録紙等の記録媒体（吐出対象物）２の表面へ液滴状のインクを吐出して画像等の記録を行う装置である。このプリンタ１は、記録ヘッド３と、この記録ヘッド３が取り付けられるキャリッジ４と、このキャリッジ４を主走査方向に往復移動させるキャリッジ移動機構５と、記録媒体２を副走査方向（主走査方向に直交する方向）に移送する紙送り機構６等を備えている。ここで、上記のインクは、本発明における液体の一種であり、インクカートリッジ７（液体貯留部材の一種）に貯留されている。このインクカートリッジ７は、記録ヘッド３のキャリッジ４に対して着脱可能に装着される。

上記のキャリッジ移動機構５はタイミングベルト８を備えている。そして、このタイミングベルト８はＤＣモータ等のパルスモータ９により駆動される。従って、パルスモータ９が作動すると、キャリッジ４は、プリンタ１に架設されたガイドロッド１０に案内されて、主走査方向（記録媒体２の幅方向）に往復移動する。

プリンタ１の非記録領域であるホームポジションには、キャッピング機構１２が配設されている。キャッピング機構１２は、記録ヘッド３のノズル形成面に当接し得るトレイ状のキャップ部材１２´を有する。このキャッピング機構１２では、キャップ部材１２´内の空間が封止空部として機能し、この封止空部内に記録ヘッド３のノズル開口１４（図５参照）を臨ませた状態でノズル形成面に密着可能に構成されている。また、このキャッピング機構１２には、ポンプユニット１３が接続されており、このポンプユニット１３の作動によって封止空部内を負圧化することができる。そして、ノズル形成面への密着状態でポンプユニット１３を作動し、封止空部（密閉空間）内を負圧化すると、ノズル開口１４から記録ヘッド３内のインクや気泡が吸引されてキャップ部材１２´の封止空部内に排出されるようになっている。つまり、このキャッピング機構１２は、記録ヘッド３内（インク流路内）のインクや気泡を強制的に吸引排出するクリーニング動作を行う構成となっている。このクリーニング動作は、キャップ部材１２´をノズル形成面に密着させた状態でポンプユニット１３を作動させて通常の記録動作時の数倍の流速のインク流をインク流路（インク導入路３８）内に生じさせ、後述する拡径部５２内に浮遊する気泡をこのインク流に乗せることで、フィルタ１９の上面（上流側）に押し付けて通過させて下流側に移動させ、フィルタ１９の下流側の一連のインク流路を通ってノズル開口１４から記録ヘッド３の外部に排出するものである。

次に、記録ヘッド３の構成について説明する。例示した記録ヘッド３は、導入針ユニット１５、ヘッドケース１６、流路ユニット１７、及び、振動子ユニット１８等から概略構成されている。

導入針ユニット１５は、例えば合成樹脂によって作製されており、図３に示すように、その上面には複数のカートリッジ装着部１５´（液体貯留部材装着部の一種）が設けられている。各カートリッジ装着部１５´には、インク流路内のインクを濾過するためのフィルタ１９を介在させた状態でインク導入針２１（本発明における液体導入柱状体に相当）が、先端を上方に突出させた状態でそれぞれ取り付けられている。また、これらのカートリッジ装着部１５´には、各種インクを貯留したインクカートリッジ７が装着される。カートリッジ装着部１５´にインクカートリッジ７を装着すると、インク導入針２１がインクカートリッジ７の内部に挿入される。これにより、インクカートリッジ７の内部のインク貯留空間と記録ヘッド３内部のインク流路とが、インク導入針２１の先端に穿設されたインク導入孔２４（図９参照）を通じて連通し、インクカートリッジ７の内部に貯留されているインクがインク導入孔２４を通じて記録ヘッド３内に導入される。なお、インクカートリッジ７とインク導入針２１の詳細については後述する。

上記カートリッジ装着部１５´とは反対側となる導入針ユニット１５の下面とヘッドケース１６の上面との間には、図２に示すように、回路基板２５が取り付けられる。この回路基板２５は、例えば圧電振動子２６（図５参照）へ駆動信号を供給するための回路パターンや、プリンタ１本体側との接続のためのコネクタ等を備えている。そして、この回路基板２５は、パッキンとして機能するシート部材２７を介して導入針ユニット１５に取り付けられる。

ヘッドケース１６は、圧電振動子２６を有する振動子ユニット１８を収容するための中空箱体状の部材である。このヘッドケース１６の内部には、振動子ユニット１８を収容可能な収容空部２８（図５参照）が形成されている。そして、振動子ユニット１８は、この収容空部２８内に収容され、収容空部２８の内周面に接着等によって固定されている。そして、ヘッドケース１６の導入針ユニット１５の取付面とは反対側の先端面には、流路ユニット１７が接着剤等により固定されている。この流路ユニット１７は、流路形成基板２９を間に挟んでノズルプレート３０を流路形成基板２９の一方の面側に配置し、振動板３１をノズルプレート３０とは反対側となる他方の面側に配置して積層した状態で接着剤等で接合して一体化することにより作製されている。

ノズルプレート３０は、例えばステンレス製の薄板から作製された部材であり、このノズルプレート３０には、プリンタ１のドット形成密度に対応したピッチで微細なノズル開口１４が列状に形成されている。ヘッドカバー３２は、例えば金属製の薄板部材によって作製されており、ノズルプレート３０の外側からその周縁部を包囲するようにヘッドケース１６の先端部に取り付けられる。このヘッドカバー３２は、流路ユニット１７やヘッドケース１６の先端部を保護すると共に、ノズルプレート３０の帯電を防止する機能を有する。

ノズルプレート３０に接合される流路形成基板２９は、図５に示すように、共通インク室３３となる空部、インク供給口３４となる連通部、及び、圧力室３５となる空部を隔壁で区画した状態で各ノズル開口１４に対応させて複数形成した板状の部材である。この流路形成基板２９は、例えば、シリコンウェハをエッチング処理することによって作製される。上記の圧力室３５は、ノズル開口１４の列設方向（ノズル列方向）に対して直交する方向に細長い室として形成されている。また、共通インク室３３は、ヘッドケース１６の高さ方向を貫通して形成されたヘッド流路３７（液体流路の一種）を介してインク導入針２１のインク導入路３８（液体流路の一種。図９参照）と連通し、インクカートリッジ７に貯留されたインクが導入される室である。そして、この共通インク室３３に導入されたインクは、インク供給口３４を通じて各圧力室３５に供給される。

流路形成基板２９におけるノズルプレート３０とは反対側となる他方の面側に接合される振動板３１は、ステンレス鋼等の金属製の支持板上に弾性フィルムをラミネート加工した二重構造の複合板材である。この振動板３１の圧力室３５に対応する部分には、圧電振動子２６の自由端部の先端を接合するための島部４０が形成されており、この部分がダイヤフラム部として機能する。また、振動板３１は、共通インク室３３となる空部の一方の開口面を封止し、コンプライアンス部としても機能する。このコンプライアンス部として機能する部分については弾性フィルムだけにしている。

上記の振動子ユニット１８は、図５に示すように、圧力発生手段としての圧電振動子群４１と、この圧電振動子群４１が接合される固定板４２と、圧電振動子群４１に回路基板２５からの駆動信号を供給するためのフレキシブルケーブル（図示せず）等から構成される。本実施形態の圧電振動子群４１は、櫛歯状に列設された複数の圧電振動子２６を備える。各圧電振動子２６は、固定端部が固定板４２上に接合され、自由端部が固定板４２の先端面よりも外側に突出している。即ち、各圧電振動子２６は、所謂片持ち梁の状態で固定板４２上に取り付けられている。また、各圧電振動子２６を支持する固定板４２は、例えば厚さ１ｍｍ程度のステンレス鋼によって構成されている。なお、圧力発生手段としては、上記圧電振動子以外にも、静電アクチュエータ、磁歪素子、発熱素子等を用いることができる。

この記録ヘッド３は、圧電振動子２６を素子長手方向に伸縮させると、島部４０が圧力室３５に近接する方向或いは離隔する方向に移動する。これにより、圧力室３５の容積が変化し、圧力室３５内のインクに圧力変動が生じる。この圧力変動によってノズル開口１４からインク滴（液滴の一種）が吐出される。

次に、上記インクカートリッジ７について説明する。図６はインクカートリッジの構成を説明する斜視図、図７はインクカートリッジの針挿入口部分の断面図、図８はインクカートリッジの弁体の斜視図である。

インクカートリッジ７は、本発明の液体貯留部材の一種として機能して記録ヘッド３に供給するインクを貯留する部材である。本実施形態のプリンタ１は、８種類のインク、具体的には、イエロー、マゼンタ、シアン、マットブラック、フォトブラック、レッド、ブルー、及び、グロスオプティマイザ（クリア）からなる８色のインクを吐出可能に構成されており、記録ヘッド３には、各インクを個別に貯留した合計８つのインクカートリッジ７が装着される。

図６乃至図７に示すように、各インクカートリッジ７の底面部には、インク導入針２１が挿入される針挿入口４４（インクの流出口）を設けてある。針挿入口４４のインク導入針２１と対向する側には外部開口６４が形成されており、その反対側には内部開口６６が形成されている。この内部開口６６を介して、針挿入口４４は、インクカートリッジ７のインクが貯留されているインク貯留室（図示せず）に連通している。

シール部材４５は針挿入口４４内に圧入され、その中心部には、インク導入針２１を受容可能な通孔６８が形成されている。また、シール部材４５の外周部には凸部７０が形成されており、この凸部７０が、針挿入口４４の側壁に形成された凹部７２と係合してシール部材４５が針挿入口４４内に固定される。このシール部材４５の凸部７０と針挿入口４４に形成された凹部７２とによって、シール部材４５と針挿入口４４とが液密に結合し、インクがシール部材４５の外周部と針挿入口４４の側壁との間から漏れ出すことを防いでいる。

シール部材４５は、シリコンゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、エチレン・プロピレンゴム、ニトリルゴム等のゴム材料、またはエラストマー材料等の弾性材料により構成される。またシール部材４５の内周面のインク導入針２１が接する領域には、インク導入針２１の挿入を滑らかにするために、必要に応じてシリコーン樹脂やフッ素樹脂等がコーティングされた滑面層が形成されている。

シール部材４５の内周部には、外部開口６４から内部開口６６の方向に向かってテーパ状に延び、インク導入針２１をガイドする第１テーパ部７４及び第２テーパ部７６と、インク導入針２１と嵌合する円筒状の嵌合部７８とが形成されている。また、シール部材４５の内部開口６６側には、インク導入針の外径よりも小さい直径の襞部８２が形成され、インク流路を与えている。この襞部８２は、インク導入針２１の挿入により拡開してインク導入針２１の周囲と液密に嵌合する。

針挿入口４４に固定されたシール部材４５と内部開口６６との間にはインク誘導室８６が形成され、ここに弁体６０が収容されている。インク誘導室８６は、弁体６０の一部と係合して、弁体６０をシール部材４５に対してほぼ垂直に移動可能にガイドする筒状の案内部８８を有している。案内部８８には通孔が形成されている。弁体６０は圧縮バネ６２によりシール部材４５側に常時付勢され、シール部材４５のインク流路を選択的に封止している。

図８に、弁体６０の一実施例を示す。弁体６０は、シール部材４５のインク貯留室側の表面に弾接する弁体部９０と、弁体がインク誘導室８６に収容されたとき弁体部９０を針挿入口４４のシール部材４５に対してほぼ垂直に移動可能にガイドするガイド部材９２と、を有している。弁体部９０は、弁体部９０がシール部材４５と弾接するときインク貯留室からのインクを封止する平板状の封止部９４と、弁体６０をシール部材４５と弾接するよう付勢するバネを保持するバネ保持部９６と、弁体部９０が記録装置のインク導入針２１に押圧されてシール部材４５と距離を隔てたときインク貯留室からのインクを通過させるインク流路９８と、を有す。ここで、インク流路９８は、封止部９４を切除して形成されている。ガイド部材９２は、前記弁体部９０に接続された軸１００と、その軸１００の自由端側に形成された抜止部１０２とを有す。抜止部１０２はインク誘導室８６の案内部８８内を移動可能な大きさで、通孔よりも大きい径を有す。

図７に戻り、弁体６０の抜止部１０２は、インク誘導室８６内に設けられた案内部８８と係合して弁体部９０をシール部材４５に対してほぼ垂直に移動可能にガイドする。

ところで、いわゆるピエゾ型と呼ばれる記録ヘッド３は、圧電振動子等により圧力発生室を機械的に拡大させてインクをここに補給し、また圧縮してインク滴を吐出させる。このような記録ヘッド３に用いられるインクカートリッジにあっては、記録ヘッド３の圧力発生室に気泡が発生すると、インクを充分に加圧することができないため、インクの製造時に気泡をインクに溶解させて消滅させる必要がある。

そのため、この場合、インクカートリッジは、その製造工程においてインク貯留室が大気圧に対して最大マイナス１気圧（６０３３ｋｇ／平方メートル）程度に減圧された状態でインクが注入される。よって、バネ６２は、インク貯留室が減圧にされた状態であっても、弁体６０がシール部材４５に弾接した状態を保つことができるようにその弾圧力が設定されている。

針挿入口４４のインク貯留室側に形成された内部開口６６は、弁体６０が収容されているインク誘導室８６よりも面積が広くなっている。そのため流路抵抗が減少し、十分な量の液状インクをインク導入針２１に供給することが可能である。また、この内部開口６６とインク貯留室との間にはフィルタ１０４が設けられている。よって、例えインク貯留室のインクに埃などが混入していても、フィルタ１０４によって除去され、記録ヘッド３には供給されない。さらに、フィルタ１０４は、内部開口６６と実質的に同一の大きさなので、流路抵抗が減少すると共に目詰まりが起こりにくいという利点を有す。

外部開口６４には封止部材の一種である封止フィルム４６が接着されて封止されている。この封止フィルム４６は、インクカートリッジ７の未使用時において、内部に貯留されたインクの漏れや蒸発を防止するためのシールであり、例えば、破断可能な薄手（例えば、厚み約３９μｍ）のＰＰ（ポリプロピレン）などの樹脂フィルムが好適に用いられ、後述するように、インクカートリッジ７の装着時においてインク導入針２１により破断される。この封止フィルム４６は圧延方向Ｙ（図９（ａ）参照）に圧延されて形成されているため、かかる装着時には圧延方向Ｙに直交する方向（以下、「破断方向Ｘ」と称する（図９（ａ）参照））に沿って破断し易くなっている。すなわち、封止フィルム４６が破断したときの破断部の形状は、円形状ではなく圧延方向Ｙよりも破断方向Ｘにより長く裂けた形状になる。なお、この封止フィルム４６は、圧延されて形成されたものに限定されず、裂け易い方向が規定されていればよい。例えば、一方向にハーフカットされた封止フィルムを用いてもよい。

次に、インク導入針２１について説明する。図９はインク導入針の構成を説明する図であり、（ａ）はインクカートリッジの針挿入口の平面図、（ｂ）はインク導入針の平面図、（ｃ）はインク導入針長手方向の断面図である。上記インクカートリッジ７に挿入される液体導入柱状体の一例であるインク導入針２１は、図９（ｂ）及び（ｃ）に示すように、内部にインク導入路３８（液体流路の一種）が形成された中空針であり、先端から基端側に向けて漸次拡径するテーパ部４８を有する針状突起部２３と、この針状突起部２３に直線的に連続して形成された円筒状のストレート部５１と、このストレート部５１の下端からその下流側に向けて次第に拡径した状態で形成されたスカート状の拡径部５２とにより構成され、上記先端側のテーパ部４８には、外部空間とインク導入路３８とを連通するインク導入孔２４（本発明における液体導入孔の一種）が穿設されている。そして、インク導入針２１は、拡径部５２の下端開口をフィルタ１９に対向させる状態で、例えば超音波溶着によって導入針ユニット１５に取り付けられる（図３，４参照）。これにより、インク導入針２１のインク導入路３８とヘッドケース１６側のヘッド流路３７とが液密状態で連通し、拡径部５２の下端開口の面積がその直下に配置されるフィルタ１９の有効濾過面の面積となる。なお、このインク導入路３８とヘッド流路３７は、本発明における液体流路として機能する。

ストレート部５１は、上記インクカートリッジ７内に挿入される中空円筒状の部材であり、その先端部分に形成された円錐形状の針状突起部２３がインクカートリッジ７の装着時に、封止フィルム４６を破いて針挿入口４４に挿入し易いように構成されている。そして、この針状突起部２３から外れた位置、具体的には針状突起部２３の先端から傾斜に沿って少し下がった位置からテーパ部４８の縁部に至る２本の溝部５４が延設されている。そして、これらの溝部５４は、図９（ｂ）に示すように、各溝部５４の長手方向がインクカートリッジ７の封止フィルム４６の破断方向Ｘに沿っている。そして、これらの各溝部５４内には、インク導入孔２４が溝部５４の全幅に渡って開口する状態で穿設されている。

次に、上記インクカートリッジ７のカートリッジ装着部１５´への装着について説明する。図１０及び図１１はインクカートリッジのインク導入針（カートリッジ装着部）への装着について説明する断面図と矢視図である。

本実施形態におけるカートリッジ装着部１５´には、図３、４に示したように、インク導入針２１が上に向いて立設している。したがって、インクカートリッジ７をカートリッジ装着部１５´に装着するにあたっては、図１０（ａ）に示すように、針挿入口４４を下側に向けた状態でインクカートリッジ７をカートリッジ装着部１５´の上方から下方に向けて押し込む。この押し込みにより、針挿入口４４の封止フィルム４６が撓んでインク導入針２１の先端側の外表面、即ち針状突起部２３のテーパ部４８の外表面に密着する状態になる。図１０（ｂ）は同図（ａ）のＡＡ矢視図である。図示するように、インク導入針２１の各溝部５４はその長手方向が封止フィルム４６の破断方向Ｘと一致している。この状態からインクカートリッジ７をインク導入針２１側にある程度押し下げると、同図（ｃ）に示すように、インク導入針２１は、針状突起部２３で封止フィルム４６を破裂する。このとき、図１０（ｄ）に示すように、封止フィルム４６は針状突起部２３により破断方向Ｘに沿って破裂する。そしてこの封止フィルム４６の破裂した部分（以下、「破断部４６ａ」と称する。）の開口（以下、「開口部４６ｂ」と称する。）からは各溝部５４の一部が開口部４６ｂを臨んでいる。そして、図１１（ａ）及び（ｂ）に示すように、インクカートリッジ７がカートリッジ装着部１５´に更に押し込まれて、破断部４６ａは圧延方向Ｙよりも破断方向Ｘがより広く開口し、各溝部５４のより多くの部分が開口部４６ｂを臨んでいる。

ここで、本実施形態のインク導入針２１の先端においては、上記したように、各溝部５４が針状突起部２３の先端近傍からテーパ部４８の縁部に至るまで延設されているので、インクカートリッジ７を装着する際に、針挿入口４４の封止フィルム４６が撓んでインク導入針２１の針状突起部２３のテーパ部４８の外表面に密着する状態になっても、図１０（ａ）の矢印で示すように、封止フィルム４６とテーパ部４８の外表面との間で圧縮された空気を、インク導入孔２４を介してインク導入針２１内に進入させることなく、各溝部５４を通して封止フィルム４６が密着していない外部、具体的にはテーパ部４８とストレート部５１との境界側から外部に流出させることができる。また、図１０（ｃ）、図１１（ａ）の矢印で示すように、インクカートリッジ７の針挿入口４４内の空気が封止フィルム４６の湾曲により圧力が上昇しても、この昇圧した空気も前記溝部５４を通って外部に排出される。詳言すると、図１０（ｄ）及び図１１（ｂ）に示したように針状突起部２３による封止フィルム４６の破断時においては、封止フィルム４６の破断部４６ａは破断方向Ｘの長さが圧延方向Ｙの長さよりも広く破断している状態となる。これに対し、各溝部５４はその長手方向が破断方向Ｘと一致しているため、各溝部５４が破断部４６ａの開口部４６ｂを介して針挿入口４４内と連通する部分を大きく確保できるようになっている。これにより、インクカートリッジ７の針挿入口４４内の空気が各溝部５４に流入しやすくなり、インク導入針２１の内部への空気の進入をより確実に抑制することができる。

以上に説明したように、インク導入針２１の内部への空気の進入が抑制されるため、インク導入針２１内（インク流路）に流入した気泡を外部へ排出するためのクリーニング動作の実行頻度を従来と比べて低減することができる。この結果、クリーニング動作に伴うインクの消費を少なくすることができる。

また、一度は使用したインクカートリッジ７を再度装着する場合も、その針挿入口４４の破れた封止フィルム４６が、テーパ部４８に当接または摺動することで、封止フィルム４６とテーパ部４８との間で空気が圧縮されることも考えられるが、この場合も、上述したように、封止フィルム４６とテーパ部４８の外表面との間で圧縮された空気を各溝部５４を通して外部に排出することができ、インク導入孔２４を介してインク導入針２１の内部に進入することを防止できる。この様に、インク導入針２１の針状突起部２３のテーパ部４８の外表面に溝部５４を設けると、インクカートリッジ７の使用・未使用を問わず、インクカートリッジ７の装着時に、インク導入針２１内に気泡が進入することを抑制することができる。

さらに、上述したように、インクカートリッジ７の装着時に、インク導入針２１内に気泡が進入することを抑制することができると、インク流路内に気泡が流入することによる吐出動作時の圧力欠損やインクの供給不足等の不具合の発生を低減できるだけでなく、多少の空気は予め脱気されているインクに溶けてしまうので、気泡を排出するためだけのクリーニング動作の実行を殆ど行わなくても支障がなくなる。

また、本実施形態のインク導入孔２４は、各溝部５４内に穿設されているので、インクカートリッジ７を装着する際に、封止フィルム４６に直接密着することがない。したがって、インクカートリッジ７を装着する際に、封止フィルム４６とテーパ部４８の外表面との間の空気が、インク導入孔２４に直接押し込まれる可能性を小さくでき、この空気をこのインク導入孔２４が穿設された溝部５４を通して外部に流出させることができる。このため、この空気がインク導入孔２４からインク導入針２１内に進入することをより一層抑制することができる。

最後に、図１１（ｃ）及び（ｄ）に示すように、インクカートリッジ７をインク導入針２１の根本まで押し込むと、インク導入針２１は、封止フィルム４６を破断すると共に、その針状突起部２３のテーパ部４８とストレート部５１の一部とがインクカートリッジ７の内部に挿入される状態（インクカートリッジ７の装着状態）となり、ストレート部５１がシール部材４５の嵌合部７８に嵌合すると共に、針状突起部２３がシール部材４５の襞部８２を貫通した後、弁体６０を押し開く。これにより、インク導入孔２４を通じてインクカートリッジ７のインク貯留室とインク導入路３８（インク流路）が連通し、記録ヘッド３の圧力室３５側にインクが導入される。

ところで、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて種々変形が可能である。

上記の実施形態では、インク導入針２１の各溝部５４を、針状突起部２３の先端近傍からテーパ部４８の縁部に至るように延設した構成を例示したが、これに限らず、図１２に示すように、各溝部５４Ａを、ストレート部５１の外周面の途中まで連続して延設した構成としてもよい。

このように構成すると、インクカートリッジ７を装着する際に、図１３に示すように、針挿入口４４の封止フィルム４６が、インク導入針２１Ａのテーパ部４８の外表面全体とストレート部５１の外周面の上部とに亘って密着することがあっても、封止フィルム４６とテーパ部４８の外表面との間の空気を、ストレート部５１の外周面まで延設された各溝部５４Ａを通して確実に外部に流出させることができる。したがって、インクカートリッジ７の装着時に、封止フィルム４６とテーパ部４８の外表面との間の空気がインク導入孔２４からインク導入針２１Ａ内に進入することをより一層確実に抑制することができる。

なお、本実施形態のストレート部５１の外周面における各溝部５４Ａは、インクカートリッジ７の装着時に、シール部材４５がストレート部５１に当接する領域よりも先端（テーパ部４８）側に形成する。これは、これらの溝部５４が当該領域まで延在されると、インクカートリッジ７の装着時に、針挿入口４４内を液密状態することができずインク漏れが発生してしまうからである。

また、本実施形態においては、封止フィルム４６の破断方向Ｘに沿って計２つの溝部５４が設けられていたが、これに限定されない。例えば図１４（ａ）乃至（ｃ）に示すように、計４本の溝部５４がテーパ部４８の外表面の周方向に９０度等間隔、且つ、針状突起部２３の先端を中心として放射状に配置されていてもよい。溝部５４は、その長手方向が破断方向Ｘに沿うように、インク導入針２１、２１Ａの先端に少なくとも一つ設けられていればよいからである。このように各溝部５４を設けることにより、封止フィルム４６とテーパ部４８の外表面との間の空気がインク導入孔２４からインク導入針２１、２１Ａ内に侵入することを更に確実に抑制することができる。

また、インク導入孔２４を溝部５４内に穿設した構成を例示したが、これに限らず、溝部５４内から外れたテーパ部４８の外表面にインク導入孔２４を穿設する構成を採用することもできる。例えば、図１４（ａ）に示すように、インク導入孔２４を各溝部５４同士の間に穿設してもよい。また、針状突起部２３と溝部５４に関しても、上記各実施形態で例示した構成に限らず、同図（ｂ）に示すように、各溝部５４がインク導入針２１の先端で連通するように形成してもよい。さらに、これらを組み合わせることで、同図（ｃ）に示すように、各溝部５４をインク導入針２１の先端で連通するように形成し、インク導入孔２４をこれらの各溝部５４同士の間に穿設してもよい。要するに、本発明は、インクカートリッジ７の装着時に、封止フィルム４６とテーパ部４８との間の圧縮空気を、インク導入孔２４に進入させることなく、溝部５４を通してインク導入針２１の外部に流出させることができ、且つ溝部５４がインクカートリッジ７の封止フィルム４６の破断方向Ｘに沿って延設されるものであれば、各溝部５４やインク導入孔２４の配置を適宜設定することができる。また、溝部５４やインク導入孔２４の数も同様に適宜設定することが可能である。

〈実施形態２〉
実施形態１では、液体導入柱状体として先端がテーパ状のインク導入針２１、２１Ａについて説明したが、このような形状に限定されない。液体導入柱状体は、インクカートリッジ７の封止フィルム４６を破断すると共に針挿入口４４に挿通して、インクカートリッジ７内のインクをインク導入路３８に導入可能な形状であればよい。従って、例えば、インクカートリッジ７の針挿入口４４に向けて突出する突起部が設けられていてもよい。図１５（ａ）はインクカートリッジの針挿入口の平面図、同図（ｂ）はインク導入針の平面図、同図（ｃ）は同図（ｂ）のＸＸ線断面図、同図（ｄ）は同図（ｂ）のＹＹ線断面図である。以下、実施形態１に係るインクジェット式記録装置と同一部分には同一符号を付し、重複した説明は省略する。

図示するように、インク導入針２１Ｂの先端にはインクカートリッジ７の針挿入口４４側に向けて突出する針状突起部２３Ｂが形成されている。詳言すると、針状突起部２３Ｂは、インクカートリッジ７の封止フィルム４６の破断方向Ｘ（図１５（ｂ）及び（ｃ）では左右方向）において、図１５（ｃ）に示すように、インク導入針２１の針状突起部２３Ｂの基端側に連続する肩部２１ａから中心に向かって盛り上がるように傾斜する傾斜面を有する一方、前記破断方向Ｘとは直交する圧延方向Ｙ（図１５（ｂ）では上下方向、同図（ｄ）では左右方向）において、図１５（ｄ）に示すように、インク導入針２１の端部から中心に向かって盛り上がるように傾斜する傾斜面を有している。すなわち、針状突起部２３Ｂは、破断方向Ｘの幅が圧延方向Ｙの幅よりも幅狭の形状となっており、その長手方向は破断方向Ｘと直交している。

次に、上記インクカートリッジ７のカートリッジ装着部１５´への装着について説明する。図１６（ａ）、（ｃ）、図１７（ａ）及び（ｃ）はインクカートリッジのインク導入針（カートリッジ装着部）への装着について説明する断面図であり、図１６（ｂ）、（ｄ）、図１７（ｂ）及び（ｄ）はこれらの各断面図に対応するＡＡ線矢視図である。

インクカートリッジ７をカートリッジ装着部１５´に装着するにあたっては、図１６（ａ）及び（ｂ）に示すように、針挿入口４４を下側に向けた状態でインクカートリッジ７をカートリッジ装着部１５´の上方から下方に向けて押し込む。このとき、インク導入針２１Ｂの針状突起部２３Ｂはその長手方向が封止フィルム４６の破断方向Ｘと直交している。この押し込みにより、針挿入口４４の封止フィルム４６が撓んで針状突起部２３Ｂの先端部表面に密着する状態になる。一方、この封止フィルム４６はインク導入針２１Ｂの肩部２１ａ及びストレート部５１に対しては密着しておらず、このためインク導入針２１Ｂの肩部２１ａと封止フィルム４６との間には開空間１１０が形成されている。

この状態からインクカートリッジ７をインク導入針２１側にある程度押し下げると、図１６（ｃ）乃至（ｄ）に示すように、インク導入針２１Ｂは、針状突起部２３Ｂで封止フィルム４６を破裂する。このとき、封止フィルム４６は針状突起部２３Ｂにより破断方向Ｘに沿って破裂し、その開口は破断方向Ｘに広く、圧延方向Ｙに狭くなっている。そして、図１７（ａ）及び（ｂ）に示すように、インクカートリッジ７がカートリッジ装着部１５´に更に押し込まれると、破断部４６ａは破断方向Ｘにより広く開口している。

最後に、図１７（ｃ）及び（ｄ）に示すように、インクカートリッジ７をインク導入針２１Ｂの根本まで押し込むと、インク導入針２１Ｂは、封止フィルム４６を破断すると共に、その針状突起部２３Ｂとストレート部５１の一部とがインクカートリッジ７の内部に挿入される状態（インクカートリッジ７の装着状態）となり、ストレート部５１がシール部材４５の嵌合部７８に嵌合すると共に、針状突起部２３Ｂがシール部材４５の襞部８２を貫通した後、弁体６０を押し開く。これにより、インク導入孔２４を通じてインクカートリッジ７の内部とインク導入路３８（インク流路）が連通し、記録ヘッド３の圧力室３５側にインクが導入される。

ここで、インクカートリッジ７を装着する際に、針挿入口４４の封止フィルム４６が撓んでインク導入針２１Ｂの針状突起部２３Ｂの先端部表面に密着する状態になっても、封止フィルム４６とインク導入針２１Ｂの肩部２１ａとの間には開空間１１０が形成されているため、図１６（ａ）の矢印で示すように、封止フィルム４６と肩部２１ａの外表面との間で圧縮された空気を、インク導入孔２４を介してインク導入針２１内に進入させることなく、封止フィルム４６が密着していない外部、具体的には肩部２１ａの周縁部とストレート部５１との境界側から外部に流出させることができる。

また、図１６（ｄ）及び図１７（ｂ）に示したように、針状突起部２３Ｂによる封止フィルム４６の破断中においては、封止フィルム４６の破断部４６ａは破断方向Ｘの長さが圧延方向Ｙの長さよりも広く破断している状態となる。これに対し、針状突起部２３Ｂはその長手方向が破断方向Ｘと直交しているため、破断部４６ａの破断方向Ｘの端部近傍では開口部４６ｂが確保され、インクカートリッジ７の針挿入口４４内部はこの開口部４６ｂを介してインク導入針２１Ｂの肩部２１ａと封止フィルム４６との間の開空間１１０に連通している。この結果、図１６（ｃ）及び図１７（ａ）の矢印で示すように、開口部４６ｂと開空間１１０とが針挿入口４４内部の空気を外部へと排出する流路となる。特に本実施形態においては、針状突起部２３Ｂの長手方向が破断方向Ｘと直交しているため、封止フィルム４６の破断時において、開口部４６ｂの開口面積を最も広く確保することができ、針挿入口４４内部の空気を最も効率的に排出することが可能となっている。

このため、インクカートリッジ７の針挿入口４４内の空気が封止フィルム４６の湾曲により圧力が上昇しても、この昇圧した空気も開口部４６ｂと開空間１１０とを通って外部に排出される。したがって、インクカートリッジ７を装着時に、インク導入針２１Ｂの内部に気泡となる空気の進入を抑制することができる。そして、インク導入針２１Ｂ内（インク流路）に流入した気泡を外部へ排出するためのクリーニング動作の実行頻度を従来と比べて低減することができる。この結果、クリーニング動作に伴うインクの消費を少なくすることができる。

〈他の実施形態〉
また、本発明に係る液体導入柱状体は、上記各実施形態のように、インク導入針２１、２１Ａ、２１Ｂの先端は針状突起部２３であったり、針状突起部２３Ｂであったり、何れもインクカートリッジ７側に向けて尖っていたが、このような形状に限定されない。例えばインク導入針は先端が封止フィルムに面接触する平面状に形成されたものであってもよい。このインク導入針の先端の平面部には、封止フィルムの破断方向に沿って延びる溝部が設けられ、この溝部は平面部の縁部に至っている。かかる構成のインク導入針がインクカートリッジに装着される際に、封止フィルムが平面部に密着しても、封止フィルムと平面部との間で圧縮された空気を、インク導入孔を介してインク導入針内に進入させることなく、溝部を通して外部へ流出させることができる。また、この溝部は、平面部からストレート部まで連続して延設されていてもよい。これにより、封止フィルムがインク導入針の平面部全体とストレート部の外周面の上部とに亘って密着することがあっても、封止フィルムと平面部との間の空気をストレート部の外周面まで延設された溝部を通して確実に外部へ流出させることができる。

また、このような平面部を有するインク導入針であっても、図１４に示したインク導入針の先端と同様に、封止フィルムの破断方向Ｘに交差する方向に延びる溝部が更に設けられていてもよいし（図１４（ａ）に相当）、複数の溝部が平面部の中心近傍で連通していてもよい（図１４（ｂ）、（ｃ）に相当）。また、インク導入孔は、図１４に示したインク導入針と同様に、溝部ではなく平面部に穿設してもよいし（図１４（ａ）、（ｃ）に相当）、ストレート部の外周面やストレート部に設けられた溝部内に設けられてもよい。

さらに、本発明は、上記各実施形態のようにインクカートリッジ７をキャリッジ４に装着するオンキャリッジタイプには限らず、インクカートリッジ７をプリンタ１の筐体側のカートリッジホルダ（液体貯留部材装着部の一種）に装着させてインク供給チューブを通じて記録ヘッド３側にインクを供給するオフキャリッジタイプに採用することも可能である。即ち、オフキャリッジタイプにおけるカートリッジホルダに取り付けられたインク導入針にも上述した各実施形態における構成を適用することが可能である。

以上は、液体噴射装置の一種であるプリンタ１を例に挙げて説明したが、本発明は液体導入針を有する他の液体噴射装置にも適用することができる。例えば、液晶ディスプレー等のカラーフィルタを製造するディスプレー製造装置，有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレーやＦＥＤ（電界放出ディスプレー）等の電極を形成する電極製造装置，バイオチップ（生物化学素子）を製造するチップ製造装置，極く少量の試料溶液を正確な量供給するマイクロピペットにも適用することができる。

プリンタの構成を説明する斜視図である。 記録ヘッドの構成を説明する分解斜視図である。 記録ヘッドの構成を説明する平面図である。 記録ヘッドの内部構造を説明する断面図である。 記録ヘッドの内部構造を説明する部分断面図である。 インクカートリッジの構成を説明する斜視図である。 インクカートリッジの針挿入口部分の断面図である。 インクカートリッジの弁体の斜視図である。 針挿入口及びインク導入針の平面図並びにインク導入針の断面図である。 インクカートリッジのインク導入針への装着時の断面図と矢視図である。 インクカートリッジのインク導入針への装着時の断面図と矢視図である。 針挿入口及びインク導入針の平面図並びにインク導入針の断面図である。 空気が外部へ流出することを示すインク導入針の断面図である。 インク導入針の平面図である。 針挿入口及びインク導入針の平面図並びにインク導入針の断面図である。 インクカートリッジのインク導入針への装着時の断面図と矢視図である。 インクカートリッジのインク導入針への装着時の断面図と矢視図である。

符号の説明

１…プリンタ，２…記録媒体，３…記録ヘッド，４…キャリッジ，５…キャリッジ移動機構，６…紙送り機構，７…インクカートリッジ，８…タイミングベルト，９…パルスモータ，１０…ガイドロッド，１２…キャッピング機構，１２´…キャップ部材，１３…ポンプユニット，１４…ノズル開口，１５…導入針ユニット，１５´…カートリッジ装着部，１６…ヘッドケース，１７…流路ユニット，１８…振動子ユニット，１９…フィルタ，２１，２１Ａ，２１Ｂ…インク導入針，２３，２３Ｂ…針状突起部，２４…インク導入孔，２５…回路基板，２６…圧電振動子，２７…シート部材，２８…収容空部，２９…流路形成基板，３０…ノズルプレート，３１…振動板，３２…ヘッドカバー，３３…共通インク室，３４…インク供給口，３５…圧力室，３７…ヘッド流路，３８…インク導入路，４０…島部，４１…圧電振動子群，４２…固定板，４４…針挿入口，４５…シール部材，４６…封止フィルム，４８…テーパ部，５１…ストレート部，５２…拡径部，５４，５４Ａ…溝部，６０…弁体，１１０…開空間，Ｘ…破断方向

Claims (3)

1. 内部に液体を貯留すると共に一方向に沿って破断する封止部材により当該液体の流出口が封止されている液体貯留部材が着脱可能に装着される液体貯留部材装着部と、
   装着された前記液体貯留部材の前記封止部材を破断すると共に、前記液体貯留部材の前記流出口に挿入された状態で前記液体貯留部材内の液体を液体導入孔から内部の液体流路内に導入する液体導入柱状体と、
   前記液体導入柱状体から導入された液体を、圧力発生手段の作動によってノズル開口から吐出可能な液体噴射ヘッドとを備え、
   前記液体導入柱状体の前記封止部材に臨む端面には、溝部が延設されており、
   前記液体導入孔は、前記溝部の底面に開口し、
   前記溝部は、前記封止部材に臨む前記端面からこの端面に連続する前記液体導入柱状体の側面まで延設されていることを特徴とする液体噴射装置。
2. 請求項１に記載する液体噴射装置において、
   前記液体導入柱状体は、先端から基端側に向けて漸次拡径するテーパ部を有する針状突起部を有し、
   前記封止部材に臨む端面は、前記針状突起部の表面であり、
   前記液体導入孔は、前記針状突起部に設けられた前記溝部の底面に開口していることを特徴とする液体噴射装置。
3. 請求項２に記載する液体噴射装置において、
   前記液体導入柱状体は、前記針状突起部に直線的に連続して形成されたストレート部を備え、
   前記溝部は、前記テーパ部から前記ストレート部まで延設されていることを特徴とする液体噴射装置。