JP5076299B2

JP5076299B2 - 液体噴射装置

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Publication number: JP5076299B2
Application number: JP2005275213A
Authority: JP
Inventors: 宏人菅原
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2004-09-24
Filing date: 2005-09-22
Publication date: 2012-11-21
Anticipated expiration: 2025-09-22
Also published as: JP2006116955A

Description

本発明は、液体を噴射する液体噴射装置に関する。

インクを噴射するインクジェットプリンタなど、液体に圧力を付与することによりノズルから液体を噴射する液体噴射装置では、ノズルに連通する液体流路内に気泡が混入すると、液体に付与されるべき圧力が気泡に吸収されてしまい、ノズルから液体を正常に噴射することができなくなる虞がある。そのため、液体流路内に混入した気泡を完全に排出する必要があるが、例えば、インクジェットプリンタの分野では、ノズルの噴射口を覆うパージキャップやこのパージキャップに接続されたパージポンプ等を備え、パージポンプによりノズルから強制的に液体を吸い出しながら気泡を排出する動作（パージ動作）を行うような構造が広く用いられている。例えば、特許文献１の図２にそのような構造が示されている。特許文献２の図１、図２Ｃには、チャンバー（圧力室）と液体供給源との間で液体をポンプ等により常に強制的に循環させながら、チャンバーの容積を変化させることによりノズルから液体を噴射するように構成された液体噴射装置が開示されている。

特開２００４−１４２４５０号公報（図２参照）特表２００３−５０５２８１号公報（図１、図２Ｃ参照）

しかし、液体流路は入り組んだ複雑な形状に形成されている場合が多く、このような液体流路の隅部には混入した気泡が残留しやすいため、特許文献１のようにノズルから強制的に液体を吸い出す場合には、何回もパージ動作を行う必要があり、その分、液体を無駄に消費してしまうことになる。また、特許文献２の液体噴射装置では、液体流路内で常に液体を循環させているが、液体を循環させるときの圧力を高くすると、ノズルのメニスカスが壊れて噴射が予定されていないノズルから液体が漏れてしまう場合があり、逆に、圧力を低くすると、液体流路内の気泡を確実に排出することができなくなる。

本発明の目的は、気泡排出動作時のノズルからの液体噴射量を極力少なくしつつ、気泡を確実に排出可能な液体噴射装置を提供することである。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明の第１の態様に従えば、液体を噴射する複数のノズルと、複数のノズルに夫々連通する複数の圧力室と、前記複数の圧力室の各々と連通する第１共通液室及び第２共通液室と、複数の圧力室内の液体に選択的に圧力を付与して液体を前記ノズルから噴射させるアクチュエータとを有する液体噴射ヘッドと、前記第１共通液室及び前記第２共通液室を液体供給源とそれぞれ連通させる、いに独立した第１液体流路及び第２液体流路と、前記第１液体流路内の液体に圧力を加える加圧ユニットと、前記第２液体流路を閉止可能な弁と、を備え、前記液体噴射ヘッドにおいて、前記第１共通液室と前記第２共通液室は互いに積層して配置されるとともに、その積層方向において前記第１共通液室を挟んで前記第２共通液室と反対側に、前記複数の圧力室が配置され、１つの前記圧力室と前記第１共通液室との間の流路長さは、前記第２共通液室との間の流路長さよりも短くなっており、前記圧力室内に、前記加圧ユニットにより加圧されて前記第１液体流路から圧力室内に流入した液体を、圧力室から前記第２液体流路へ流出させるための案内部が設けられており、前記弁により前記第２液体流路を開放した状態で、前記加圧ユニットにより前記第１液体流路内の液体に圧力を加えて、液体を前記液体供給源から前記第１共通液室、前記圧力室、前記第２共通液室を順次介して前記液体供給源に循環させる液体循環モードと、前記弁により前記第２液体流路を閉止してから、前記加圧ユニットにより前記第１液体流路内の液体に圧力を加えて前記ノズルから強制的に液体を噴射させる、ノズル洗浄モードの、２つのモードを切り換えるモード切換ユニットを有し、前記案内部は、前記圧力室内を、前記第１液体流路に連通する空間と前記第２液体流路に連通する空間とに仕切る仕切壁であり、この仕切壁で仕切られた前記圧力室内の２つの空間が、前記圧力室と前記ノズルとを連通させる連通路付近においてのみ繋がっている液体噴射装置が提供される。

この液体噴射装置は、加圧ユニットにより第１液体流路内の液体を加圧して、２つの液体流路を介して液体を液体供給源と圧力室との間で強制的に循環させることが可能に構成されている（液体循環モード）。さらに、弁により第２液体流路を閉止してから、加圧ユニットにより第１液体流路内の液体を加圧して前記ノズルから強制的に液体を噴射させる、ノズル洗浄モードに切換可能である。そして、モード切換ユニットにより、これら液体循環モードとノズル洗浄モードの２つのモードを切り換えることができる。

つまり、液体流路内に気泡が混入してこの気泡を排出する必要が生じたときに、液体循環モードに切り換えて、液体を液体供給源と圧力室との間で強制的に循環させることができる。従って、必要なときにのみ液体循環モードに切り換えることにより、圧力室等から気泡を確実に排出するとともに、気泡排出動作中にノズルから噴射される液体の量を少なくすることができる。また、モード切換ユニットによりノズル洗浄モードに切り換えて、ノズルから液体を強制的に噴射させることができるため、圧力室とノズルとの間に残留する気泡の除去や、ノズル詰まりの解消が可能になる。こうすることで液体循環モードだけを使用する場合に比べて、一層有効に気泡の排出及びノズル詰まりを解消することができる。

また、前記液体噴射ヘッドにおいて、前記第１共通液室と前記第２共通液室は互いに積層して配置されるとともに、その積層方向において前記第１共通液室を挟んで前記第２共通液室と反対側に、前記複数の圧力室が配置される。このように、２つの共通液室が積層した状態で配置されているため、共通液室が占める面積を小さくして液体噴射装置を小型化することが可能になる。また、液体循環モードにおいて、第１液体流路において加圧ユニットにより加圧された液体が、案内部により圧力室から第２液体流路へ流れるように案内されるため、圧力室内の液体の流れの乱れが少なくなり、圧力室内の気泡を第２液体流路に向けて安定して排出することができる。また、圧力室内の空間が、連通路付近を除いて、仕切壁により２本の液体流路に夫々連通する空間に仕切られるため、第１液体流路において加圧ユニットにより加圧されて圧力室内に流入した液体を、より確実に第２液体流路へ流出させることができる。また、圧力室の縁部付近の液体の流速を増加させて、その縁部付近に存在する気泡を第２液体流路へ安定して流出させることができる。

この液体噴射装置において、前記モード切換ユニットは、前記液体供給源から前記第１液体流路と前記第２液体流路の両方を介して液体を前記圧力室に供給し、この液体を前記アクチュエータによって前記ノズルから噴射させる液体噴射モードに切換可能であり、前記液体噴射モードから前記液体循環モードに切り換えた後に、さらに、前記ノズル洗浄モードに切り換え得る。このように、圧力室より上流の液体流路内の気泡を液体循環モードにより排出してからノズル洗浄モードに切り換えて、圧力室とノズルとの間の気泡を除去するため、ノズル洗浄モードにおける液体の噴射量が少なくて済む。

この液体噴射装置において、前記アクチュエータは、前記圧力室を覆うように配設された振動板と、この振動板の前記圧力室と反対側の面に配置された圧電層とを有する圧電式のアクチュエータであり、前記仕切壁と前記振動板との間に、隙間が、前記圧電層と振動板の変形が前記仕切壁によって妨げられないように形成され得る。圧電式のアクチュエータは、圧電層（及び振動板）を変形させることにより圧力室内の液体に圧力を付与するが、振動板と仕切壁との間に隙間が存在するために、この圧電層と振動板の変形が仕切壁により妨げられず、圧力室内の液体に対して効率よく圧力を付与することができる。

この液体噴射装置において、前記圧力室の前記第１共通液室への連通部が前記２つの空間のうちの一方に形成され、前記圧力室の前記第２共通液室への連通部が前記２つの空間のうちの他方に形成されていてもよい。

本発明の第２の態様に従えば、液体を噴射する複数のノズルと、複数のノズルに夫々連通する複数の圧力室と、前記複数の圧力室の各々と連通する第１共通液室及び第２共通液室と、複数の圧力室内の液体に選択的に圧力を付与して液体を前記ノズルから噴射させるアクチュエータとを有する液体噴射ヘッドと、前記第１共通液室及び前記第２共通液室を液体供給源とそれぞれ連通させる、互いに独立した第１液体流路及び第２液体流路と、前記第１液体流路内の液体に圧力を加える加圧ユニットと、前記第２液体流路を閉止可能な弁と、を備え、前記液体噴射ヘッドにおいて、前記第１共通液室と前記第２共通液室は互いに積層して配置されるとともに、その積層方向において前記第１共通液室を挟んで前記第２共通液室と反対側に、前記複数の圧力室が配置され、１つの前記圧力室と前記第１共通液室との間の流路長さは、前記第２共通液室との間の流路長さよりも短くなっており、前記圧力室内に、前記加圧ユニットにより加圧されて前記第１液体流路から圧力室内に流入した液体を、圧力室から前記第２液体流路へ流出させるための案内部が設けられており、前記弁により前記第２液体流路を開放した状態で、前記加圧ユニットにより前記第１液体流路内の液体に圧力を加えて、液体を前記液体供給源から前記第１共通液室、前記圧力室、前記第２共通液室を順次介して前記液体供給源に循環させる液体循環モードと、前記弁により前記第２液体流路を閉止してから、前記加圧ユニットにより前記第１液体流路内の液体に圧力を加えて前記ノズルから強制的に液体を噴射させる、ノズル洗浄モードの、２つのモードを切り換えるモード切換ユニットを有し、前記液体循環モードにおいて前記案内部が液体を案内する方向が、前記圧力室の前記ノズルへの連通部において前記圧力室から前記ノズルへと向かう方向とは異なっている液体噴射装置が提供される。

この液体噴射装置において、前記圧力室の前記ノズルへの連通部において、前記圧力室から前記ノズルへと向かう方向が、前記積層方向に沿っており、前記圧力室の前記第１共通液室への連通部及び前記圧力室の前記第２共通液室への連通部が、前記積層方向に関して直交する方向に互いに異なる位置に配置されており、前記案内部が、前記液体循環モードにおいて、前記第１共通液室への連通部から前記第２共通液室への連通部へと液体を案内してもよい。

本発明の第１実施形態について説明する。本実施形態では、本発明の一例として、ノズルから記録用紙に対してインクを噴射するインクジェットプリンタを示す。図１に示すように、インクジェットプリンタ１（液体噴射装置）は、図１の左右方向に移動可能なキャリッジ２と、このキャリッジ２に設けられて記録用紙Ｐに対してインクを噴射するシリアル式のインクジェットヘッド３（液体噴射ヘッド）と、記録用紙Ｐを図１の前方へ搬送する搬送ローラ４と、インクジェットプリンタ１の全体の制御を司る制御装置５（図１０参照）等を備えている。インクジェットヘッド３は、キャリッジ２と一体的に左右方向（走査方向）へ移動して、その下面のインク噴射面に形成されたノズル２０（図３〜図９参照）の出射口から記録用紙Ｐに対してインクを噴射する。そして、インクジェットヘッド３により記録された記録用紙Ｐは、搬送ローラ４により前方（紙送り方向）へ排出される。

また、図２に示すように、インクジェットヘッド３は、インクタンク６（インク供給源）と２本のチューブ７ａ，７ｂを介して接続されている。一方のチューブ７ａにはポンプ４０（加圧ユニット）が設けられている。そして、インクジェットプリンタ１は、インクジェットヘッド３内の気泡を排出する為のメンテナンス動作時に、インクジェットヘッド３を、走査方向一端側のメンテナンス位置（インク噴射面が記録用紙Ｐに対向しない位置）まで移動させた後に、ポンプ４０によりインクタンク６とインクジェットヘッド３の間でインクを循環させるように構成されている。尚、メンテナンス動作については、後ほど詳細に説明する。

次に、インクジェットヘッド３について説明する。図３〜図９に示すように、インクジェットヘッド３は、内部にノズル２０及び圧力室１６を含むインク流路が形成された流路ユニット８と、この流路ユニット８の上面に積層された圧電アクチュエータ９とを備えている。

まず、流路ユニット８について説明する。図４〜図９に示すように、流路ユニット８はキャビティプレート１０、ベースプレート１１、マニホールドプレート１２，１３，１４、及びノズルプレート１５を備えており、これら６枚のプレート１０〜１５が積層状態で接着されている。このうち、キャビティプレート１０、ベースプレート１１及びマニホールドプレート１２〜１４はステンレス鋼製の板であり、これら５枚のプレート１０〜１４に、後述するマニホールド１７ａ，１７ｂや圧力室１６等のインク流路をエッチングにより容易に形成することができるようになっている。また、ノズルプレート１５は、例えば、ポリイミド等の高分子合成樹脂材料により形成され、マニホールドプレート１４の下面に接着される。あるいは、このノズルプレート１５も、５枚のプレート１０〜１４と同様にステンレス鋼等の金属材料で形成されていてもよい。

図３に示すように、キャビティプレート１０には、平面に沿って配列された複数の圧力室１６が形成されている。これら複数の圧力室１６は、流路ユニット８の表面（後述の振動板３０が接合されるキャビティプレート１０の上面）において開口している。また、複数の圧力室１６は、紙送り方向（図２の上下方向）に２列に配列されている。各圧力室１６は、平面視で走査方向（図２の左右方向）に細長い形状に形成されている。さらに、圧力室１６の内部空間は、その長手方向に延びる仕切壁２１により２つの空間１６ａ，１６ｂに仕切られている。また、キャビティプレート１０には、インクタンク６に夫々連なる２つのインク供給口１８ａ，１８ｂが形成されている。

ベースプレート１１の、平面視で圧力室１６の一端部（図３〜図６の右端部）と重なる部分には、２つの連通孔２２，２３が仕切壁２１を挟む位置に形成されている。また、ベースプレート１１の、平面視で圧力室１６の他端部（図３〜図６の左端部）と重なる部分には連通孔２４が形成されている。

積層された３枚のマニホールドプレート１２〜１４のうち、最上層のマニホールドプレート１２には、ベースプレート１０の一方の連通孔２２に連なり且つ紙送り方向に２列に延びるマニホールド１７ａと、連通孔２３に連なる連通孔２５が形成されている。また、最下層のマニホールドプレート１４には、ベースプレート１０の他方の連通孔２３に連なり且つ紙送り方向に２列に延びるマニホールド１７ｂが形成されている。さらに、中間のマニホールドプレート１３にはマニホールドプレート１２の連通孔２５と下側のマニホールド１７ｂに連通する連通孔２６が形成されている。そして、２つのマニホールド１７ａ，１７ｂは、マニホールドプレート１３により仕切られており、平面視でマニホールド１７ａ，１７ｂが占める面積を小さくしてインクジェットヘッド３を小型化するために、２つのマニホールド１７ａ，１７ｂは上下に積層された状態で配置されている。これら２つのマニホールド１７ａ，１７ｂは、夫々２つのインク供給口１８ａ，１８ｂを介してインクタンク６からインクが供給されるように構成されている。また、３枚のマニホールドプレート１２〜１４の、平面視で圧力室１６のマニホールド１７ａ，１７ｂと反対側の端部と重なる位置には、夫々、ベースプレート1１の連通孔２４と連通する、３つの連通孔２
７，２８，２９が形成されている。

ノズルプレート１５の、平面視で連通孔２４及び連通孔２７〜２９に重なる位置には、複数のノズル２０が形成されている。これら複数のノズル２０は、例えば、ポリイミド等の高分子合成樹脂の基板にエキシマレーザー加工を施すことにより形成される。尚、メンテナンス動作時には、ノズルプレート１５の下面（インク噴射面）に複数のノズル２０を覆うキャップ４１（図２参照）が装着される。

ところで、圧力室１６内に形成された仕切壁２１は、図５における圧力室１６の右端から、ノズル２０に連通する連通孔２４（連通路）付近の位置まで延びており、この仕切壁２１により圧力室１６内の空間が、連通孔２２（個別流路）を介して上側のマニホールド１７ａに連通する第１空間１６ａと、連通孔２３，２５，２６（個別流路）を介して下側のマニホールド１７ｂに連通する第２空間１６ｂとに仕切られている。つまり、この仕切壁２１で仕切られた圧力室１６内の第１空間１６ａと第２空間１６ｂは、平面視で圧力室１６とノズル２０とを連通させる連通孔２４付近においてのみ繋がっている。また、図７〜図９に示すように、圧力室１６を覆うように配設された後述の圧電アクチュエータ９と仕切壁２１との間には隙間が存在しており、圧電アクチュエータ９の振動板３０の変形が仕切壁２１により阻害されない。尚、この隙間は、例えば、圧力室１６の高さの１／５以下で、且つ、圧電アクチュエータ９の変形量以上の隙間となっている。

そして、図７、図８に示すように、流路ユニット８内には、上側のマニホールド１７ａから連通孔２２を経て圧力室１６の第１空間１６ａに至る第１個別インク流路４２ａと、下側のマニホールド１７ｂから連通孔２６，２５，２３を経て圧力室１６内の第２空間１６ｂに至る第２個別インク流路４２ｂが形成されている。さらに、圧力室１６の第１空間１６ａ及び第２空間１６ｂから連通孔２４，２７，２８，２９を経てノズル２０に至るインク流路４３も形成されている。そして、図２に示すように、チューブ７ａ、インク供給口１８ａ（図３参照）及び第１個別インク流路４２ａにより、第１インク流路４５ａ（液体流路）が構成され、チューブ７ｂ、インク供給口１８ｂ（図３参照）及び第２個別インク流路４２ｂにより、第２インク流路４５ｂ（液体流路）が構成されており、これらインクタンク６と圧力室１６とを連通させるこれら２つのインク流路４５ａ，４５ｂは、互いに独立している。

次に、圧電アクチュエータ９について説明する。図４、図７〜図９に示すように、圧電アクチュエータ９は、流路ユニット８の表面に配置された導電性を有する振動板３０と、この振動板３０の表面に形成された圧電層３１と、この圧電層３１の表面に複数の圧力室１６に夫々対応して形成された複数の個別電極３２とを備えている。この圧電アクチュエータ９は、複数の圧力室１６内のインクに対して選択的に圧力を付与して、その圧力室１６に連通するノズル２０からインクを噴射させるものである。

振動板３０は、平面視で略矩形状のステンレス鋼製の板であり、複数の圧力室１６の開口を塞いだ状態でキャビティプレート１０の上面に積層されて接合されている。また、この振動板３０は、複数の個別電極３２と対向して個別電極３２と振動板３０との間の圧電層３１に電界を作用させる共通電極を兼ねている。

振動板３０の表面には、チタン酸鉛とジルコン酸鉛との固溶体であり強誘電体であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を主成分する圧電層３１が、複数の圧力室１６に亙って連続的に形成されている。この圧電層３１は、例えば、ＰＺＴのグリーンシートを焼成することにより生成された圧電シートを振動板３０上に貼り付けることにより形成することができる。あるいは、エアロゾルデポジション法（ＡＤ法）、スパッタ法等によりＰＺＴの粒子を振動板３０上に堆積させることにより圧電層３１を形成してもよい。

圧電層３１の表面には、平面視で複数の圧力室１６の中央部と夫々重なる位置に、圧力室１６よりも一回り小さい平面形状を有する複数の個別電極３２が形成されている。これら個別電極３２は金などの導電性材料からなり、スクリーン印刷等により形成される。さらに、圧電層３１の表面において、複数の個別電極３２の一端部（図３における左端部又は右端部）には、夫々、複数の端子部３５が形成されている。これら複数の端子部３５は、フレキシブルプリント配線板等の可撓性を有する配線部材を介してドライバＩＣ３７（図１０参照）と電気的に接続されており、ドライバＩＣ３７からは端子部３５を介して複数の個別電極３２に対して選択的に駆動電圧が供給される。

次に、圧電アクチュエータ９によるインクの吐出動作について説明する。
複数の個別電極３２に対してドライバＩＣ３７から選択的に駆動電圧が供給されると、駆動電圧が供給された圧電層３１上側の個別電極３２とグランド電位に保持されている圧電層３１下側の共通電極としての振動板３０の電位が異なる状態となり、個別電極３２と振動板３０の間に挟まれた圧電層３１の部分に上下方向の電界が生じる。すると、駆動電圧が印加された個別電極３２の直下の圧電層３１の部分が分極方向である上下方向と直交する水平方向に収縮する。このとき、この圧電層３１の収縮に伴って振動板３０が圧力室１６側に凸となるように変形するため、圧力室１６内の容積が減少して圧力室１６内のインクに圧力が付与され、圧力室１６に連通するノズル２０からインクが吐出される。

尚、図７〜図９に示すように、圧力室１６を覆うように配設された振動板３０と仕切壁２１との間には隙間が存在しており、圧電アクチュエータ９の圧電層３１及び振動板３０の変形が仕切壁２１により阻害されないため、圧電アクチュエータ９は、圧力室１６内のインクに対して効率よく圧力を付与することができる。

次に、インクジェットプリンタ１の電気的構成について、制御装置５を中心に図１０のブロック図を参照して説明する。制御装置５は、中央処理装置であるＣＰＵ（Central Processing Unit）と、インクジェットプリンタ１の全体動作を制御する為の各種プログラ
ムやデータ等が格納されたＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＣＰＵで処理されるデータ等を一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えている。

図１０に示すように、制御装置５には、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）５０から印字データ等が入力される。また、制御装置５からは、搬送ローラ４（図１参照）を回転駆動する搬送モータ５１の駆動回路５５、キャリッジ２を駆動するキャリッジ駆動モータ５２の駆動回路５６、ポンプ４０の駆動回路５７、インクジェットヘッド３にキャップ４１（図２参照）を装着するキャップ駆動モータ５３の駆動回路５８、及び、インクジェットヘッド３のドライバＩＣ３７等に対して、種々の制御信号が出力される。

ところで、この制御装置５は、インクタンク６から第１インク流路４５ａと第２インク流路４５ｂ（図２参照）の両方を介してインクを圧力室１６に供給し、インクをノズル２０から噴射させるインク噴射モードと、ポンプ４０により第１インク流路４５ａ内のインクを加圧して、インクをインクタンク６と圧力室１６との間で強制的に循環させるインク循環モードの２つのモードを切り換えるモード切換部６０（モード切換ユニット）を有する。そして、このモード切換部６０は、記録用紙Ｐに記録する通常状態ではインク噴射モードを維持する一方で、ＰＣ５０から、インクジェットヘッド３内に混入した気泡を排出する、メンテナンス動作の指令が入力された場合には、インク噴射モードからインク循環モードに切り換える。

このモード切換部６０により実行されるモード切換処理について、図１１のフローチャートを参照して説明する。尚、以下の説明において、Ｓｉ（ｉ＝１０，１１，１２・・・）は各ステップを示す。このモード切換処理は、インクジェットプリンタ１への電源投入と同時に実行される。図２及び図１２の実線の矢印で示すように、通常状態であるインク噴射モードでは、ポンプ４０が停止して開放状態となっており、２つのインク流路４５ａ，４５ｂから夫々インクが圧力室１６に供給され、圧電アクチュエータ９により圧力室１６内のインクに圧力が付与されて、ノズル２０からインクが噴射される。

この状態で、ＰＣ５０からメンテナンス動作を指令する信号が入力されたときには（Ｓ１０：Ｙｅｓ）、キャリッジ駆動モータ５２により、インクジェットヘッド３を記録用紙に記録しないメンテナンス位置（インク噴射面が記録用紙Ｐに対向しない位置）に移動させ（Ｓ１１）、さらに、キャップ駆動モータ５３によりインクジェットヘッド３のインク噴射面にキャップ４１を装着する（Ｓ１２）。

そして、ポンプ４０を起動して（Ｓ１３）、図２の破線の矢印で示すように、第１インク流路４５ａと第２インク流路４５ｂを介してインクタンク６と圧力室１６の間でインクを強制的に循環させる、インク循環モードに切り換える。ここで、前述したように、圧力室１６内の空間は、ノズル２０に連通する連通孔２４付近を除いて、仕切壁２１により第１インク流路４５ａと第２インク流路４５ｂに夫々連通する第１空間１６ａと第２空間１６ｂに仕切られているため、図１３の破線の矢印で示すように、第１インク流路４５ａにおいてポンプ４０により加圧されて連通孔２２から圧力室１６内に流入したインクが、圧力室１６内で反転して、連通孔２３から第２インク流路４５ｂへ流出しやすくなり、ノズル２０側へ流れるインクの量が少なくなる。また、このインク循環モードにおいては、ポンプ４０によりインクを強制的に循環させることから、インクジェットヘッド３内の第１、第２個別インク流路４２ａ，４２ｂにおけるインクの流速はインク噴射モードにおける流速に比べて十分高くなり、これら個別インク流路４２ａ，４２ｂ内に残留する気泡は循環するインクの流れにより確実にインクタンク６へ送られ、インクタンク６から気泡が排出される。

また、図１３に示すように、圧力室１６内の空間が左右に延びる仕切壁２１により連通孔２４の付近を除いて２つの空間１６ａ，１６ｂに仕切られているため、インクは、圧力室１６の縁に沿って図１３の右端部の連通孔２２から左端部の連通孔２４付近で反転して右端部の連通孔２３へ流れることになり、圧力室１６の縁部に残留した気泡を確実に排出することができる。尚、このインク循環モードにおいて、ポンプ４０により加圧されたインクの一部が圧力室１６から連通孔２４を介してノズル２０へ流れ、ノズル２０から少量のインクが噴射される場合があるが、そのインクはキャップ４１により受け止められる。

そして、所定時間Ｔの間インクを循環させて気泡を排出した後に（Ｓ１４：Ｙｅｓ）、ポンプ４０を停止してから（Ｓ１５）、インクジェットヘッド３からキャップ４１を取り外して（Ｓ１６）、再び、ノズル２０からインクを噴射可能なインク噴射モードに切り換える。

以上説明したインクジェットプリンタ１によれば、次のような効果が得られる。
インクジェットヘッド３内に混入した気泡を排出する必要があるときに、インク噴射モードからインク循環モードに切り換えて、インクをインクタンク６と圧力室１６との間で強制的に循環させるため、気泡を確実に排出することができ、また、メンテナンス動作（気泡排出動作）中にノズル２０から噴射されるインクの量を少なくすることができる。

圧力室１６内の空間は、ノズル２０に連通する連通孔２４付近を除いて、仕切壁２１により第１インク流路４５ａと第２インク流路４５ｂに夫々連通する第１空間１６ａと第２空間１６ｂに仕切られているため、インク循環モードにおいて、第１インク流路４５ａにおいてポンプ４０により加圧されて連通孔２２から圧力室１６内に流入したインクが、連通孔２３から第２インク流路４５ｂへ流出しやすくなり、メンテナンス動作中にノズル２０から噴射されるインクの量がより少なくなる。

次に、本発明の第２実施形態について図１４〜図１８を参照して説明する。但し、前記第１実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。この第２実施形態のインクジェットプリンタ７１においては、前記第１実施形態と同様にインクジェットヘッド３とインクタンク６とが２つのインク流路４５ａ，４５ｂで接続されているが、図１６〜図１８に示すように、第２インク流路４５ｂの一部を構成するチューブ７ｂに電磁弁７２が設けられており、図１４に示すように、制御装置７５から駆動回路７３に制御信号が出力されて電磁弁７２が開閉する。

そして、制御装置７５のモード切換部８０は、前述のインク噴射モードとインク循環モードの２つのモードに加えて、第２インク流路４５ｂの電磁弁７２を閉止した状態で、ポンプ４０により第１インク流路４５ａ内のインクを加圧することによりノズル２０から強制的にインクを噴射させる、ノズル洗浄モードにも切り換えることができる。

この第２実施形態のモード切換部８０によるモード切換処理について、主に図１５のフローチャートを参照して説明する。インク噴射モードにおいては、ポンプ４０が停止し、且つ、電磁弁７２が開放されており、図１６に示すように、２つのインク流路４５ａ，４５ｂから夫々インクが圧力室１６に供給され、圧電アクチュエータ９により圧力室１６内のインクに圧力が付与されて、インクがノズル２０から噴射される。

この状態で、ＰＣ５０からメンテナンス信号が入力されると（Ｓ２０：Ｙｅｓ）、前述の第１実施形態と同様に、インクジェットヘッド３をメンテナンス位置に移動させ（Ｓ２１）、インクジェットヘッド３のインク噴射面にキャップ４１を装着する（Ｓ２２）。次に、ポンプ４０を起動して（Ｓ２３）、図１７に示すように、第１インク流路４５ａと第２インク流路４５ｂを介してインクタンク６と圧力室１６の間でインクを強制的に循環させる、インク循環モードに切り換える。そして、所定時間Ｔ１の間、インクを循環させてインクジェットヘッド３内の気泡を排出した後に（Ｓ２４：Ｙｅｓ）、電磁弁７２を閉止する（Ｓ２５）。すると、図１８に示すように、第１インク流路４５ａにおいてポンプ４０により加圧されたインクは、圧力室１６に流れ込むが、第２インク流路４５ｂの電磁弁７２が閉止されているため、圧力室１６に流入したインクはノズル２０から勢いよく噴射される（ノズル洗浄モード）。そのため、圧力室１６からノズル２０までの連通孔２４，２７〜２９内に残留する気泡をノズル２０から排出するとともに、ノズル２０の目詰まりを解消することができる。

また、圧力室１６より上流のインク流路内に残留する気泡をインク循環モードにより排出してからノズル洗浄モードに切り換えて、圧力室１６とノズル２０との間の気泡を除去するため、圧力室１６とノズル２０との間に残留する気泡を排出するために噴射されるインクの量を少なくすることができる。

そして、所定時間Ｔ２の間、ノズル２０からインクを噴射した後（Ｓ２６：Ｙｅｓ）、ポンプ４０を停止し（Ｓ２７）、電磁弁７２を開放してから（Ｓ２８）、インクジェットヘッド３からキャップ４１を取り外し（Ｓ２９）、再び、ノズル２０からインクを噴射可能なインク噴射モードに切り換える。

尚、この第２実施形態のモード切換部８０は、インク噴射モードからインク循環モードに切り換えた後に、さらに、ノズル洗浄モードに切り換えるように構成されているが、例えば、ノズル２０の目詰まりを主な目的としてメンテナンス動作を行う場合には、インク噴射モードからインク循環モードに切り換えることなく、直接ノズル洗浄モードに切り換えることが可能に構成されていてもよい。

次に、前記第１実施形態及び第２実施形態に種々の変更を加えた変更形態について説明する。
変形例１
第１個別インク流路４２ａの連通孔２２から圧力室内に流入したインクを、第２個別インク流路４２ｂの連通孔２３から第２インク流路４５ｂへ流出させるための案内部は、必ずしも、前述の仕切壁２１（図５等参照）のような、圧力室内の空間を２つに仕切るようなものである必要はない。例えば、図１９に示すように、圧力室１６Ａ内の、平面視で２つの連通孔２２，２３の間の領域にノズル２０側へ少し突出するように形成された案内部２１Ａでも、連通孔２２から流入したインクを連通孔２３へ案内することが可能である。

変形例２
上記実施形態ではポンプ４０でチューブ７ａ中の液体に正圧を与えたが、それに代えて、またはそれに加えてチューブ７ｂに負圧をもたらすポンプを設けることができる。また、ポンプ４０は、液体に正圧または負圧をもたらすことができれば、チューブポンプなど任意のポンプを適用できる。

変形例３
前記第１実施形態及び第２実施形態のインクジェットプリンタは、ＰＣ５０からメンテナンス信号が入力されたときに、インク噴射モードからインク循環モードに切り換えられるように構成されているが、インクジェットプリンタへの電源投入時や、インクジェットプリンタの操作部から使用者によりメンテナンス信号が入力された時など、別のタイミングでモード切換が行われるように構成されていてもよい。

変形例４
前記第１実施形態及び第２実施形態は、シリアル式のインクジェットプリンタに本発明を適用した例であるが、記録用紙Ｐの幅方向に長いライン式のインクジェットプリンタに本発明を適用することもできる。

変形例５
インク以外の液体を噴射する他の液体噴射装置に本発明を適用することもできる。例えば、導電ペーストを噴射して基板上に配線パターンを形成したり、あるいは、有機発光体を基板に噴射して有機エレクトロルミッセンスディスプレイを形成したり、さらには、光学樹脂を基板に噴射して光導波路等の光学デバイスを形成したりする場合などに用いられる、種々の液体噴射装置にも本発明を適用できる。上記のような種々の用途では、本発明の液体噴射装置は液体供給源を備えていなくてもよく、液体噴射装置を使用する現場に付属の設備、例えば、液体収容タンクを使用することができる。また、液体収容タンクとして、液体噴射装置とは別に市場で入手可能な交換用のカートリッジを用いることもできる。

また、上記実施形態は、複数のノズル及びそれらに対応する圧力室を備えるインクジェットプリンタについて説明したが、本発明は上記のような種々の液体噴射装置においてノズル及び圧力室が単一のものにも適用可能であり、そのような液体噴射装置も本発明の範囲内である。

本発明の第１実施形態に係るインクジェットプリンタの概略斜視図である。インクジェットプリンタのインク供給系統の概略構成図である。インクジェットヘッドの平面図である。インクジェットヘッドの一部拡大平面図である。流路ユニットの一部拡大平面図である。流路ユニットを構成するプレートの一部拡大平面図であり、（ａ）はキャビティプレート、（ｂ）はベースプレート、（ｃ）〜（ｅ）はマニホールドプレート、（ｆ）はノズルプレートを夫々示す。図４のVII-VII線断面図である。図４のVIII-VIII線断面図である。図４のIX-IX線断面図である。インクジェットプリンタの電気的構成を示すブロック図である。モード切換処理のフローチャートである。インク噴射モードにおける圧力室内のインクの流れを示す図である。インク循環モードにおける圧力室内のインクの流れを示す図である。第２実施形態のインクジェットプリンタの電気的構成を示すブロック図である。モード切換処理のフローチャートである。インク噴射モードにおけるインクの流れを示す図である。インク循環モードにおけるインクの流れを示す図である。ノズル洗浄モードにおけるインクの流れを示す図である。変更形態の流路ユニットの一部拡大平面図である。

１インクジェットプリンタ
３インクジェットヘッド
６インクタンク
９圧電アクチュエータ
１６圧力室
１６Ａ圧力室
１６ａ第１空間
１６ｂ第２空間
１７ａ，１７ｂマニホールド
２０ノズル
２１仕切壁
２１Ａ案内部
２２連通孔
２３，２５，２６連通孔
２４連通孔
３０振動板
３１圧電層
４０ポンプ
４５ａ第１インク流路
４５ｂ第２インク流路
６０モード切換部
７１インクジェットプリンタ
７２電磁弁
８０モード切換部

Claims

液体を噴射する複数のノズルと、複数のノズルに夫々連通する複数の圧力室と、前記複数の圧力室の各々と連通する第１共通液室及び第２共通液室と、複数の圧力室内の液体に選択的に圧力を付与して液体を前記ノズルから噴射させるアクチュエータとを有する液体噴射ヘッドと、
前記第１共通液室及び前記第２共通液室を液体供給源とそれぞれ連通させる、
互いに独立した第１液体流路及び第２液体流路と、
前記第１液体流路内の液体に圧力を加える加圧ユニットと、
前記第２液体流路を閉止可能な弁と、を備え、
前記液体噴射ヘッドにおいて、前記第１共通液室と前記第２共通液室は互いに積層して配置されるとともに、その積層方向において前記第１共通液室を挟んで前記第２共通液室と反対側に、前記複数の圧力室が配置され、
１つの前記圧力室と前記第１共通液室との間の流路長さは、前記第２共通液室との間の流路長さよりも短くなっており、
前記圧力室内に、前記加圧ユニットにより加圧されて前記第１液体流路から圧力室内に流入した液体を、圧力室から前記第２液体流路へ流出させるための案内部が設けられており、
前記弁により前記第２液体流路を開放した状態で、前記加圧ユニットにより前記第１液体流路内の液体に圧力を加えて、液体を前記液体供給源から前記第１共通液室、前記圧力室、前記第２共通液室を順次介して前記液体供給源に循環させる液体循環モードと、
前記弁により前記第２液体流路を閉止してから、前記加圧ユニットにより前記第１液体流路内の液体に圧力を加えて前記ノズルから強制的に液体を噴射させる、ノズル洗浄モードの、２つのモードを切り換えるモード切換ユニットを有し、
前記案内部は、前記圧力室内を、前記第１液体流路に連通する空間と前記第２液体流路に連通する空間とに仕切る仕切壁であり、この仕切壁で仕切られた前記圧力室内の２つの空間が、前記圧力室と前記ノズルとを連通させる連通路付近においてのみ繋がっている液体噴射装置。
前記モード切換ユニットは、前記液体供給源から前記第１液体流路と前記第２液体流路の両方を介して液体を前記圧力室に供給し、この液体を前記アクチュエータによって前記ノズルから噴射させる液体噴射モードに切換可能であり、
前記モード切換ユニットは、前記液体噴射モードから前記液体循環モードに切り換えた後に、さらに、前記ノズル洗浄モードに切り換える請求項１に記載の液体噴射装置。
前記アクチュエータは、前記圧力室を覆うように配設された振動板と、この振動板の前記圧力室と反対側の面に配置された圧電層とを有する圧電式のアクチュエータであり、前記仕切壁と前記振動板との間に、隙間が、前記圧電層と振動板の変形が前記仕切壁によって妨げられないように形成されている請求項１又は２に記載の液体噴射装置。
さらに、前記液体供給源を備える請求項１〜３の何れかに記載の液体噴射装置。
液体噴射装置がインクジェットプリンタであり、モード切換ユニットが液体噴射装置の制御装置である請求項１〜４の何れかに記載の液体噴射装置。
前記圧力室の前記第１共通液室への連通部が前記２つの空間のうちの一方に形成され、前記圧力室の前記第２共通液室への連通部が前記２つの空間のうちの他方に形成されている請求項１〜５のいずれか１項に記載の液体噴射装置。
液体を噴射する複数のノズルと、複数のノズルに夫々連通する複数の圧力室と、前記複数の圧力室の各々と連通する第１共通液室及び第２共通液室と、複数の圧力室内の液体に選択的に圧力を付与して液体を前記ノズルから噴射させるアクチュエータとを有する液体噴射ヘッドと、
前記第１共通液室及び前記第２共通液室を液体供給源とそれぞれ連通させる、互いに独立した第１液体流路及び第２液体流路と、
前記第１液体流路内の液体に圧力を加える加圧ユニットと、
前記第２液体流路を閉止可能な弁と、を備え、
前記液体噴射ヘッドにおいて、前記第１共通液室と前記第２共通液室は互いに積層して配置されるとともに、その積層方向において前記第１共通液室を挟んで前記第２共通液室と反対側に、前記複数の圧力室が配置され、
１つの前記圧力室と前記第１共通液室との間の流路長さは、前記第２共通液室との間の流路長さよりも短くなっており、
前記圧力室内に、前記加圧ユニットにより加圧されて前記第１液体流路から圧力室内に流入した液体を、圧力室から前記第２液体流路へ流出させるための案内部が設けられており、
前記弁により前記第２液体流路を開放した状態で、前記加圧ユニットにより前記第１液体流路内の液体に圧力を加えて、液体を前記液体供給源から前記第１共通液室、前記圧力室、前記第２共通液室を順次介して前記液体供給源に循環させる液体循環モードと、
前記弁により前記第２液体流路を閉止してから、前記加圧ユニットにより前記第１液体流路内の液体に圧力を加えて前記ノズルから強制的に液体を噴射させる、ノズル洗浄モードの、２つのモードを切り換えるモード切換ユニットを有し、
前記液体循環モードにおいて前記案内部が液体を案内する方向が、前記圧力室の前記ノズルへの連通部において前記圧力室から前記ノズルへと向かう方向とは異なっている液体噴射装置。
前記圧力室の前記ノズルへの連通部において、前記圧力室から前記ノズルへと向かう方向が、前記積層方向に沿っており、
前記圧力室の前記第１共通液室への連通部及び前記圧力室の前記第２共通液室への連通部が、前記積層方向に関して直交する方向に互いに異なる位置に配置されており、
前記案内部が、前記液体循環モードにおいて、前記第１共通液室への連通部から前記第２共通液室への連通部へと液体を案内する請求項１〜７のいずれか１項に記載の液体噴射装置。