JP5707995B2

JP5707995B2 - 液体噴射装置

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Publication number: JP5707995B2
Application number: JP2011025925A
Authority: JP
Inventors: 拓也翁
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2011-02-09
Filing date: 2011-02-09
Publication date: 2015-04-30
Anticipated expiration: 2031-02-09
Also published as: JP2012162052A

Description

本発明は、液体噴射装置に関する。

液体供給源からの液体を液体噴射ヘッドに供給する形式の液体噴射装置として、種々な液体を対象にしたものが知られている。液体噴射装置の代表的なものとして、インクジェット式記録装置（以下、記録装置と称する）をあげることができる。

記録装置には、液体収容体としてのインクカートリッジと、ノズルから液体を噴射する液体噴射ヘッドとの間に配置され、インクカートリッジと液体噴射ヘッドとを接続する流路を開閉する圧力制御弁ユニットを備えたものがある。圧力制御弁ユニットは、インクカートリッジから液体噴射ヘッドに至るインクの圧力変動を抑制する機能を果たしている。

例えば、特許文献１では、インクカートリッジと液体噴射ヘッドとの間の流路を開閉する弁体と、弁体を付勢する圧力調整バネとを備えた圧力制御弁ユニットが開示されている。

国際公開第２００５／０７５２０２号パンフレット

しかしながら、特許文献１では、インクカートリッジごとに圧力制御弁ユニットが備えられ、それぞれの圧力制御弁ユニットごとに圧力調整バネが取り付けられている。そのため、各圧力調整バネの付勢力のばらつきにより、インクカートリッジから供給されるインクを噴射するノズル間において、インクの噴射圧力のばらつきが発生していた。そのため、ノズルから噴射する液体噴射量がばらついてしまい、用紙などの記録媒体に形成される画像品質が低下するという課題があった。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］液体収容体から供給される液体をノズルから噴射する液体噴射ヘッドを備える液体噴射装置であって、前記液体収容体と前記ノズルとの間の流路に配置され、前記流路を開閉する開閉弁部を複数有し、前記複数の開閉弁部は、前記液体収容体側に配置された弁室と、前記液体噴射ヘッド側に配置された圧力室と、前記圧力室の壁面の一部を構成し、前記圧力室内の容積が増大・減少するように変形する可撓膜と、前記圧力室内の容積が増大するように前記可撓膜が変形するときに前記弁室と前記圧力室の間の流路を閉塞し、前記圧力室内の容積を減少するように前記可撓膜が変形するときに前記弁室と前記圧力室の間の流路を開放する弁体と、前記可撓膜を挟んで前記圧力室と反対側に設けられる減圧可能な減圧室と、をそれぞれ備え、前記減圧室の少なくとも２つと連通して前記減圧室内を減圧する減圧部を有し、該減圧部により前記減圧室内を減圧することで前記弁体と前記可撓膜とを離れた状態にすることを特徴とする液体噴射装置。

本適用例によれば、圧力室内の容積が増大するように可撓膜が変形するときに弁室と圧力室の間の流路を閉塞する弁体と、複数の減圧室の少なくとも２つと連通して減圧室内を減圧する減圧部を有し、減圧部により減圧室内を減圧することで弁体と可撓膜とを離れた状態にする。これにより、圧力室から液体噴射ヘッドまでの複数の流路における負圧を同じにすることができる。そのため、液体収容体から供給される液体を噴射するノズル間において、各圧力調整バネの付勢力のばらつきにより発生していた液体の噴射圧力のばらつきを抑制し、ノズルから噴射する液体噴射量のばらつきを小さくすることができる。従って、用紙などの記録媒体に形成される画像品質の低下を抑制できる。

［適用例２］前記可撓膜は、前記減圧室内を減圧したときに、液体を通過させず気体を通過させることを特徴とする上記液体噴射装置。

本適用例によれば、減圧室内の減圧により開閉弁部を閉塞するとともに、圧力室内の気泡を通過させて圧力室内から除去することができる。これにより、液体噴射ヘッドから気泡が介在することにより液体が噴射できなくなることを抑制することができる。

［適用例３］前記減圧部による減圧によって前記可撓膜が変形したときの前記圧力室から前記液体噴射ヘッドの圧力により、前記ノズル内の液体のメニスカスが前記ノズルから前記液体噴射ヘッド内に引き込まれないことを特徴とする上記液体噴射装置。

本適用例によれば、メニスカスがヘッド内に引き込まれない圧力となるように減圧する。これにより、減圧部の減圧によって圧力室内の容積が増大するように可撓膜が変形することにより、圧力室から液体噴射ヘッドまでが負圧となり、ノズル内の液体のメニスカスが引き込まれてしまい、ノズルから液体を噴射することができなくなることを抑制できる。そのため、液体を噴射中も減圧動作を継続することができ、減圧の大きさは小さくとも長時間圧力室内を減圧し続け、圧力室内の脱気が可能となる。

インクジェット記録装置の概略構成を示した模式図。弁体が弁室と圧力室の間の流路を閉塞している時の状態を示した模式図。弁体が弁室と圧力室の間の流路を開放している時の状態を示した模式図。実施形態２における圧力制御弁ユニットの模式図。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度を実際とは異ならせしめている。

（実施形態１）
まず、実施形態１に係る液体噴射装置としてのインクジェット記録装置の概略構成について説明する。図１は、インクジェット記録装置１の概略構成を示した模式図である。キャリッジ１４は、キャリッジモーター（不図示）の駆動により、タイミングベルト（不図示）を介して、ガイド軸１８に沿って主走査方向（図面左右方向）に往復移動する。

キャリッジ１４には、ノズル１９からインクを噴射する記録ヘッド１５が搭載される。インクジェット記録装置１は、紙送りモーター（不図示）や紙送りローラー（不図示）を含んで構成される搬送部（不図示）を備え、紙送りモーターの駆動により、用紙（不図示）を主走査方向と交わる副走査方向に移動させる。

インクジェット記録装置１は、搬送部により用紙を副走査方向に移動させながら、主走査方向に往復移動するキャリッジ１４に搭載された記録ヘッド１５からインクを噴射させて、用紙に画像を形成することができる。

図１のインクジェット記録装置１は４色（ブラック、シアン、マゼンタ、イエロー）のインクを吐出可能なインクジェット式プリンターである。インクジェット記録装置１は、液体収容体としての、ブラックインクのインクカートリッジ２と、シアンインクのインクカートリッジ３と、マゼンタインクのインクカートリッジ４と、イエローインクのインクカートリッジ５とを有する。

インクカートリッジ２〜５内のインクは、水頭圧等の加圧力により、インクカートリッジ２〜５のそれぞれに対応したインク導出管６〜９を通じて、キャリッジ１４に搭載された圧力制御弁ユニット１０〜１３に供給される。圧力制御弁ユニット１０〜１３は、インクカートリッジ２〜５と、インクカートリッジ２〜５に対応するノズル１９との間の流路に配置された、流路を開閉する開閉弁部である。

圧力制御弁ユニット１０〜１３内に供給されたインクは、圧力制御弁ユニット１０〜１３と減圧流路１７で連結された、減圧部としての減圧ポンプ駆動部１６による減圧空気の力によって、一定負圧を保つように圧力調整される。

圧力調整された圧力制御弁ユニット１０〜１３内のインクがキャリッジ１４下部の記録ヘッド１５に吸引され、記録ヘッド１５がガイド軸１８に沿って往復移動しながらインクを吐出する。圧力制御弁ユニット１０〜１３内のインクが一定圧に保たれているので、記録ヘッド１５からのインク吐出量も一定に保つことが出来る。

図２は、弁体２４が弁室３０と圧力室３２の間の流路を閉塞している時の状態を示した模式図である。圧力制御弁ユニット１０は、図１のインクカートリッジ２側に配置され、インクカートリッジ２と連通する図２の弁室３０と、図１の記録ヘッド１５側に配置され、記録ヘッド１５と図２のヘッド側導出管３６を介して記録ヘッド１５と連通する図２の圧力室３２と、圧力室３２の壁面の一部を構成し、圧力室３２内の容積が増大・減少するように変形する可撓膜３４とを有する。

減圧室３５は、可撓膜３４を挟んで圧力室３２と反対側に形成される。減圧室３５の内部は、減圧流路１７と連結された減圧ポンプ駆動部１６によって減圧される。

弁体軸２０は、弁室３０と圧力室３２を連通する連通孔３１を貫通して備えられる。弁体軸２０の弁室３０側は、ゴムなどの弾力性を有する弁体２４が備えられた弁体受圧板２３が固定される。弁体軸２０の圧力室３２側は、ばね固定板２１が固定される。

弁体軸２０はコイル状の弁体ばね２２を貫通し、弁体ばね２２は、ばね固定板２１と圧力室３２内の弁室３０側の壁面３７とによって挟まれるようにして備えられる。

圧力室３２は記録ヘッド１５と連通するので、記録ヘッド１５からインクを噴射させていない非印字時における圧力室３２内の負圧は、記録ヘッド１５からインクを噴射させている印字時における圧力室３２内の負圧より小さい。

そのため、非印字時は、減圧室３５の負圧の方が圧力室３２の負圧より大きい。図２に示すように、非印字時は、減圧室３５の負圧の方が圧力室３２の負圧より大きいので、可撓膜３４が減圧室３５側に引っ張られ、可撓膜３４上に取り付けられた弁体軸受け３３と弁体軸２０とが離れた状態にある。

弁体軸受け３３と弁体軸２０が離れた状態にあると、弁体ばね２２の付勢力によって、ばね固定板２１を減圧室３５側（図面左側）に移動させ、弁体軸２０を減圧室３５側に移動させる。さらに弁室３０側は加圧状態にあるので、弁体受圧板２３が減圧室３５側に押されて、弁体受圧板２３に備えられた弁体２４が、弁室３０を形成する連通孔３１周囲の壁面に当接し、連通孔３１を閉塞する。

このように、圧力制御弁ユニット１０に備えられた弁体２４は、図２の圧力室３２内の容積が増大するように可撓膜３４が変形するときに弁室３０と圧力室３２の間の流路である連通孔３１を閉塞する。

図３は、弁体２４が弁室３０と圧力室３２の間の流路を開放している時の状態を示した模式図である。図２の弁体２４が閉じている状態から、さらに記録ヘッド１５でインクが消費されると、圧力室３２内の負圧が大きくなり、減圧室３５の負圧より圧力室３２の負圧の方が大きくなる。

すると、可撓膜３４が圧力室３２側に引っ張られ、可撓膜３４上に取り付けられた弁体軸受け３３が弁体軸２０を、弁体ばね２２の付勢力に反して弁室３０側（図面右側）に押す。これにより、弁体軸２０に固定された弁体受圧板２３が図面右側に移動し、弁体受圧板２３に備えられた弁体２４が、連通孔３１周囲の壁面から離れることにより連通孔３１が開放され、圧力室３２内にインクが弁室３０側から供給される。

このように、圧力制御弁ユニット１０に備えられた弁体２４は、圧力室３２内の容積を減少するように可撓膜３４が変形するときに弁室３０と圧力室３２の間の流路を開放する。

インクが供給された後は、また図２の弁体２４が連通孔３１を閉塞した状態に戻る。ここで、減圧ポンプ駆動部１６による減圧は、可撓膜３４が変形したときの圧力室３２の負圧でノズル１９から記録ヘッド１５内にインクが引き込まれない程度の減圧力とする。

図２、図３の圧力制御弁ユニット１１は、圧力制御弁ユニット１０の構成と同じである。圧力制御弁ユニット１０の減圧室３５と、圧力制御弁ユニット１１の減圧室３５とは、減圧流路１７によって連通している。同様に、図示しないが、図１の圧力制御弁ユニット１２，１３の減圧室は、圧力制御弁ユニット１０，１１の減圧室３５と減圧流路１７によって連通している。

圧力制御弁ユニット１０〜１３のうちの少なくとも２つの減圧室３５を減圧流路１７によって連通させ、減圧流路１７を通して共通の減圧ポンプ駆動部１６で減圧することで、連通させた減圧室３５に対応する圧力室３２から記録ヘッド１５までの複数の流路であるヘッド側導出管内の負圧を略同じにすることができる。

また、圧力室３２内の負圧は減圧ポンプ駆動部１６の減圧力の範囲内で保たれる。これにより、圧力制御弁ユニット１０〜１３内のインク圧が一定に保たれているので、記録ヘッド１５からのインク吐出量も一定の範囲に保つことが出来る。

以上、本実施形態で説明した図１のインクジェット記録装置１は、ノズル１９から液体であるインクを噴射する液体噴射ヘッドとしての記録ヘッド１５と、インクを収容する液体収容体としてのインクカートリッジ２〜５とを備えるインクジェット記録装置１であって、インクカートリッジ２〜５とノズル１９との間の流路に配置され、流路を開閉する開閉弁部である圧力制御弁ユニット１０〜１３を有する。

そして、図２、図３の圧力制御弁ユニット１０，１１は、インクカートリッジ２，３側に配置された弁室３０と、記録ヘッド１５側に配置された圧力室３２と、圧力室３２の壁面の一部を構成し、圧力室３２内の容積が増大・減少するように変形する可撓膜３４と、圧力室３２内の容積が増大するように可撓膜３４が変形するときに弁室３０と圧力室３２の間の流路である連通孔３１を閉塞し、圧力室３２内の容積を減少するように可撓膜３４が変形するときに弁室３０と圧力室３２の間の流路である連通孔３１を開放する弁体２４と、を備え、可撓膜３４を挟んで圧力室３２と反対側に内部を減圧可能な減圧室３５を、圧力制御弁ユニット１０，１１のそれぞれの圧力室３２に対応して設け、圧力制御弁ユニット１０の減圧室３５と圧力制御弁ユニット１１の減圧室３５と連通して減圧室３５内を減圧する減圧部としての減圧ポンプ駆動部１６を備える。

この構成によれば、圧力室３２から記録ヘッド１５までの複数の流路であるヘッド側導出管３６内の負圧を同じにすることができる。そのため、インクカートリッジ２，３から供給されるインクを噴射するノズル１９間におけるインクの噴射圧力のばらつきを抑制し、ノズル１９から噴射するインク噴射量のばらつきを小さくすることができる。従って、用紙などの記録媒体に形成される画像品質の低下を抑制できる。

また、減圧ポンプ駆動部１６による減圧によって可撓膜３４が変形したときの圧力室３２から記録ヘッド１５の圧力により、ノズル１９内のインクのメニスカスがノズル１９から記録ヘッド１５内に引き込まれないように減圧ポンプ駆動部１６を駆動させる。

この構成によれば、減圧ポンプ駆動部１６の減圧によって圧力室３２内の容積が増大するように可撓膜３４が変形することにより、圧力室３２から記録ヘッド１５までが負圧となり、ノズル１９内のインクのメニスカスが引き込まれてしまい、ノズル１９からインクを噴射することができなくなることを抑制できる。そのため、インクを噴射中も減圧動作を継続することができ、減圧の大きさは小さくとも長時間圧力室内を減圧し続け、圧力室３２内の脱気が可能となる。

（実施形態２）
実施形態２では、液体を通過させず気体を通過させる可撓膜を備えたインクジェット記録装置について説明する。図４は、実施形態２における圧力制御弁ユニット１０ａ，１１ａの模式図である。実施形態２の圧力制御弁ユニット１０ａ，１１ａに備えられた可撓膜３４ａは、減圧室３５内を減圧したときに、インクを通過させずに気体を通過することができる。

実施形態２のインクジェット記録装置におけるその他の構成は、実施形態１のインクジェット記録装置１の構成と同じである。

この構成によれば、減圧室３５内の減圧により、圧力室３２内の気泡Ｂが可撓膜３４ａを通過して減圧室３５側に移動するので、圧力室３２内から気泡Ｂを除去することができる。これにより、圧力室３２内の気泡Ｂがヘッド側導出管３６を通り記録ヘッド１５内に移動することによりインクが噴射できなくなることを抑制することができる。

上記実施形態は、インクジェット式プリンターが採用されているが、インク以外の他の液体を噴射したり吐出したりする液体噴射装置に採用しても良い。微小量の液滴を吐出させる液体噴射ヘッド等を備える各種の液体噴射装置に流用可能である。なお、液滴とは、上記液体噴射装置から吐出される液体の状態をいい、粒状、涙状、糸状に尾を引くものも含むものとする。

また、ここでいう液体とは、液体噴射ヘッドが噴射させることができるような材料であれ良い。例えば、物質が液相であるときの状態のものであれば良く、粘性の高い又は低い液状体、ゾル、ゲル水、その他の無機溶剤、有機溶剤、溶液、液状樹脂、液状金属（金属融液）のような流状体、また物質の一状態としての液体のみならず、顔料や金属粒子などの固形物からなる機能材料の粒子が溶媒に溶解、分散または混合されたものなどを含む。

また、液体の代表的な例としては上記実施形態で説明したようなインクや液晶等が挙げられる。ここで、インクとは一般的な水性インクおよび油性インク並びにジェルインク、ホットメルトインク等の各種液体組成物を包含するものとする。

液体消費装置の具体例としては、例えば液晶ディスプレイ、ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）ディスプレイ、面発光ディスプレイ、カラーフィルターの製造などに用いられる電極材や色材などの材料を分散または溶解のかたちで含む液体を噴射する液体噴射装置、バイオチップ製造に用いられる生体有機物を噴射する液体噴射装置、精密ピペットとして用いられ試料となる液体を噴射する液体噴射装置、捺染装置やマイクロディスペンサー等であってもよい。

さらに、時計やカメラ等の精密機械にピンポイントで潤滑油を噴射する液体噴射装置、光通信素子等に用いられる微小半球レンズ（光学レンズ）などを形成するために紫外線硬化樹脂等の透明樹脂液を基板上に噴射する液体噴射装置、基板などをエッチングするために酸又はアルカリ等のエッチング液を噴射する液体噴射装置を採用しても良い。そして、これらのうちいずれか一種の噴射装置に本発明を適用することができる。

１…インクジェット記録装置、２〜５…インクカートリッジ、６〜９…インク導出管、１０〜１３，１０ａ，１１ａ…圧力制御弁ユニット、１５…記録ヘッド、１６…減圧ポンプ駆動部、１７…減圧流路、１９…ノズル、２０…弁体軸、２１…ばね固定板、２３…弁体受圧板、２４…弁体、３０…弁室、３１…連通孔、３２…圧力室、３４，３４ａ…可撓膜、３５…減圧室、３６…ヘッド側導出管、３７…壁面。

Claims

液体収容体から供給される液体をノズルから噴射する液体噴射ヘッドを備える液体噴射装置であって、
前記液体収容体と前記ノズルとの間の流路に配置され、前記流路を開閉する開閉弁部を複数有し、
前記複数の開閉弁部は、前記液体収容体側に配置された弁室と、前記液体噴射ヘッド側に配置された圧力室と、前記圧力室の壁面の一部を構成し、前記圧力室内の容積が増大・減少するように変形する可撓膜と、前記圧力室内の容積が増大するように前記可撓膜が変形するときに前記弁室と前記圧力室の間の流路を閉塞し、前記圧力室内の容積を減少するように前記可撓膜が変形するときに前記弁室と前記圧力室の間の流路を開放する弁体と、前記可撓膜を挟んで前記圧力室と反対側に設けられる減圧可能な減圧室と、をそれぞれ備え、
前記減圧室の少なくとも２つと連通して前記減圧室内を減圧する減圧部を有し、
該減圧部により前記減圧室内を減圧することで前記弁体と前記可撓膜とを離れた状態にすることを特徴とする液体噴射装置。
請求項１に記載の液体噴射装置であって、
前記可撓膜は、前記減圧室内を減圧したときに、液体を通過させず気体を通過させることを特徴とする液体噴射装置。
請求項１または請求項２に記載の液体噴射装置であって、
前記減圧部による減圧によって前記可撓膜が変形したときの前記圧力室から前記液体噴射ヘッドの圧力により、前記ノズル内の液体のメニスカスが前記ノズルから前記液体噴射ヘッド内に引き込まれないことを特徴とする液体噴射装置。