JP5909317B2 - 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などの液体噴射装置に関し、特に、液体噴射ヘッドに供給する液体を濾過するフィルター及び当該フィルターが設けられたフィルター室を有する液体噴射装置に関するものである。

液体を噴射可能な液体噴射ヘッドを備え、この液体噴射ヘッドから各種の液体を噴射する液体噴射装置の代表的なものとしては、例えば、着弾対象（記録媒体）としての記録紙等に対してインク滴を噴射・着弾させて記録を行うインクジェット式プリンター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、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ、或いはＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等のディスプレイ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噴射するためのものとして、液体噴射装置が用いられている。

例えば、上記インクジェット式プリンターでは、インクカートリッジに貯留されているインクを、液体噴射ヘッドの一種であるインクジェット式記録ヘッド（以下、記録ヘッド）側に導入し、当該記録ヘッドのノズルから噴射するように構成されている。記録ヘッドにおいては、インクが導入される部分からノズルに至るインク流路（液体流路）がインクのみで満たされている状態が望ましいが、記録ヘッド内へのインクの充填（初期充填）時や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こむことがある。この種のプリンターでは、気泡が侵入し難いように様々な対策が施されているが、気泡の浸入を完全に防止することは困難である。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、当該気泡がインク流路やノズルに詰まることでノズルからインクが噴射されなくなる所謂ドット抜けが生じる可能性がある。

このような気泡による不具合を防止するために、記録ヘッドの上流側に気泡や異物を路別するフィルターおよびこのフィルターが配設されるフィルター室を設け、フィルターによってフィルター室内に気泡を捕捉するように構成されたものが提案されている（例えば、特許文献１）。

図８は、従来のプリンターにおけるインクカートリッジ７６から記録ヘッド７５のノズル７３に至るまでのインク供給経路を示す模式図である。インクカートリッジ７６内のインクは、エアポンプ７７によって加圧されてインク供給チューブ７８を介して圧力調整ユニット７４に供給され、圧力調整ユニット７４に導入されたインクは、第１のフィルター室８０に設けられた第１のフィルター７９を通って、圧力調整弁８３を有する圧力調整部８４によって減圧された後、第２のフィルター室８２に設けられた第２のフィルター８１を通って記録ヘッド７５側に供給されるように構成されている。圧力調整部８４は、その内圧に応じて圧力調整弁８３を開閉することにより、記録ヘッド７５に供給するインクの圧力を一定の圧力に調整する。これにより、圧力調整部８４よりも上流側が、圧力調整部８４よりも下流側の圧力と比較して高い圧力で加圧される構成においても、インクの噴射不良を来たす過剰な昇圧が防止される。

上記構成において、第１のフィルター７９や第２のフィルター８１は、インクカートリッジ７６側からのインクを濾過する部材であり、例えば、金属をメッシュ状に細かく編み込んで形成されている。これらのフィルターには多数のフィルター孔が形成されている。圧力調整部８４よりも下流側の第２のフィルター８１のフィルター孔の開口寸法は、例えば、２０μｍ程度に設定され、記録ヘッド７５側に気泡や異物が流入し難いように構成されている。この開口寸法は、ノズル７３の最小開口径（噴射側の開口径）よりも少し小さい程度である。また、圧力調整部８４よりも上流側の第１のフィルター７９のフィルター孔の開口寸法は、例えば、２０μｍよりも少し大きく設定され、圧力調整部８４に異物や気泡が流入しにくいように構成されている。

特開２０１０−０５２２１０号公報

そして、インクカートリッジ７６から供給されるインクに侵入した気泡は、第１のフィルター室８０の第１のフィルター７９の上流側の上流側空部８５に捕捉される。また、第１のフィルター７９を通過した気泡は、第２のフィルター室８２の上流側空部８６で捕捉される。これにより、記録ヘッド７５の通常の記録動作（印刷動作）におけるインクの噴射動作時に生じるインクの流速では、気泡が記録ヘッド７５側に流入しないようになっている。このため、フィルター室の上流側空部で捕捉された気泡が成長した場合、記録ヘッド７５のノズル面をキャッピング機構８７のキャップ部材によって封止した状態で、封止空部内を図示しない吸引ポンプによって負圧化し、これによりノズル７３からインクや気泡を強制的に吸引するクリーニング処理が行われていた。このようなクリーニング処理を行うことにより、フィルター室の上流側空部で捕捉されていた気泡がフィルターを通過するので、当該気泡をノズル７３から排出することができる。しかしながら、従来のフィルターでは、ノズル７３の最小開口径（噴射側の開口径）よりも少し小さい程度であるため、フィルターを通過した気泡は、ノズルの最小開口径よりも大きくなる場合がある。これにより、この気泡がノズルを閉塞し、その結果、インクが正常に噴射されない所謂ドット抜けが発生するという問題があった。また、上記のクリーニング処理を行うことで、その分インクが消費されるという問題もあった。

なお、このような問題は、インクを噴射する記録ヘッドを搭載したインクジェット式記録装置だけではなく、液体供給経路の途中にフィルターを配設したフィルター室を有する他の液体噴射装置においても同様に存在する。

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、気泡の排出性を向上することが可能な液体噴射装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、液体を噴射するノズルを有する液体噴射ヘッドと、
前記液体噴射ヘッドに供給する液体を貯留した液体貯留部材と、
前記液体貯留部材に貯留された液体を加圧して、当該液体を、液体供給路を通じて前記液体噴射ヘッド側に圧送する加圧手段と、
前記液体貯留部材側から前記液体供給路を通じて供給される液体を濾過するフィルターおよび当該フィルターの上流側に形成された上流側空部を有し、前記液体噴射ヘッドの上流側に配設されたフィルター室と、
前記フィルター室と前記液体噴射ヘッドとの間に配置され、前記フィルター室側からの液体の圧力を減圧する圧力調整弁を有する圧力調整手段と、を備え、
前記フィルターの孔寸法が、前記ノズルにおける最小内径の１／２以下に設定され、
前記加圧手段による圧力が、前記上流側空部内の気泡が前記フィルターを通過し得る値に調整され、
前記フィルターを通過し、前記圧力調整手段によって減圧された後の気泡の大きさが、前記ノズルにおける最小内径よりも小さいことを特徴とする。

本発明によれば、フィルター室と液体噴射ヘッドとの間に、圧力調整弁を備えた圧力調整手段が設けられ、フィルター孔の開口寸法がノズルにおける最小内径の１／２以下に設定され、加圧手段による液体圧送時の圧力が、上流側空部内の気泡がフィルターを通過し得る値に調整される構成を採用することにより、上流側空部内の気泡がフィルターを通過して微細な気泡に分割され、尚かつ、当該気泡が圧力調整手段により減圧された後においても当該気泡の大きさをノズルの最小内径よりも小さくすることができる。そして、当該気泡は、液体噴射ヘッドのノズルから液体を噴射する際に、当該ノズルに詰まることなく液体と共にノズルからヘッド外部に排出される。これにより、従来において行われていたクリーニング処理を行わなくても、液体貯留部材からノズルに至るまでの流路内に気泡が滞留することが防止される。そして、クリーニング処理を行わなくても良いので、クリーニング処理に要する時間が削減され、また、クリーニング処理を行わない分だけ液体の消費が抑制される。

また、上記構成において、前記ノズルにおける最小内径をＤａ、前記上流側空部内の気泡が前記フィルターを通過した時点における前記フィルターの孔寸法に対する気泡の直径の比をＲａ、前記圧力調整手段による減圧前後の気泡の直径比をＲｂとしたとき、前記フィルターの孔寸法Ｄｆが、以下の式（１）に基づいて定められることが望ましい。
Ｄｆ≦Ｄａ／（Ｒａ＊Ｒｂ） …（１）

上記構成において、前記加圧手段による圧力が、前記液体貯留部材から前記フィルターに至るまでの圧力損失分に１５ｋＰａを加算した値以上に設定される構成を採用することが望ましい。

また、上記構成において、前記上流側空部が、前記フィルターに対して重力方向の下方に配置される構成を採用することができる。
さらに、上記目的を達成するために提案される本発明の液体噴射装置は、以下の構成を備えたものであってもよい。
すなわち、液体を噴射するノズルを有する液体噴射ヘッドと、
前記液体噴射ヘッドに供給する液体を貯留した液体貯留部材と、
前記液体貯留部材に貯留された液体を加圧して、当該液体を、液体供給路を通じて前記液体噴射ヘッド側に圧送する加圧手段と、
前記液体貯留部材側から前記液体供給路を通じて供給される液体を濾過するフィルターおよび当該フィルターの上流側に形成された上流側空部を有し、前記液体噴射ヘッドの上流側に配設されたフィルター室と、
前記フィルター室と前記液体噴射ヘッドとの間に配置され、前記フィルター室側からの液体の圧力を減圧する圧力調整弁を有する圧力調整手段と、を備え、
前記圧力調整手段は、前記液体噴射ヘッド側の圧力が一定値以下になった場合に前記圧力調整弁を開く一方、前記液体噴射ヘッド側の圧力が一定値を超えた場合に前記圧力調整弁を閉じ、
前記フィルターの孔寸法が、前記ノズルにおける最小内径の１／２以下に設定され、
前記加圧手段による圧力が、前記上流側空部内の気泡が前記フィルターを通過し得る値に調整され、
前記圧力調整手段を通過した液体は、他のフィルターを介することなく前記ノズルまで到達し、
前記フィルターを通過し、前記圧力調整手段によって減圧された後の気泡の大きさが、前記ノズルにおける最小内径よりも小さいことを特徴とする。
本発明によれば、フィルター室と液体噴射ヘッドとの間に、圧力調整弁を備えた圧力調整手段が設けられ、この圧力調整手段は、液体噴射ヘッド側の圧力が一定値以下になった場合に圧力調整弁を開く一方、液体噴射ヘッド側の圧力が一定値を超えた場合に圧力調整弁を閉じ、フィルター孔の開口寸法がノズルにおける最小内径の１／２以下に設定され、加圧手段による液体圧送時の圧力が、上流側空部内の気泡がフィルターを通過し得る値に調整される構成を採用することにより、上流側空部内の気泡がフィルターを通過して微細な気泡に分割され、尚かつ、当該気泡が圧力調整手段により減圧された後においても当該気泡の大きさをノズルの最小内径よりも小さくすることができる。そして、当該気泡は、液体噴射ヘッドのノズルから液体を噴射する際に、当該ノズルに詰まることなく液体と共にノズルからヘッド外部に排出される。これにより、従来において行われていたクリーニング処理を行わなくても、液体貯留部材からノズルに至るまでの流路内に気泡が滞留することが防止される。そして、クリーニング処理を行わなくても良いので、クリーニング処理に要する時間が削減され、また、クリーニング処理を行わない分だけ液体の消費が抑制される。
上記構成において、前記ノズルにおける最小内径をＤａ、前記上流側空部内の気泡が前記フィルターを通過した時点における前記フィルターの孔寸法に対する気泡の直径の比をＲａ、前記圧力調整手段による減圧前後の気泡の直径比をＲｂとしたとき、前記フィルターの孔寸法Ｄｆが、以下の式（１）に基づいて定められることが望ましい。
Ｄｆ≦Ｄａ／（Ｒａ＊Ｒｂ） …（１）
上記構成において、前記加圧手段による圧力が、前記液体貯留部材から前記フィルターに至るまでの圧力損失分に１５ｋＰａを加算した値以上に設定される構成を採用することが望ましい。
また、上記構成において、前記上流側空部が、前記フィルターに対して重力方向の下方に配置される構成を採用することができる。

プリンターの構成を説明する平面図である。 インクカートリッジから記録ヘッドに至るまでのインク供給経路の構成を説明する模式図である。 記録ヘッドの要部断面図である。 ノズルの構成を説明するノズル軸方向の断面図である。 フィルターの一部を拡大して示した平面図である。 第２実施形態における構成を説明する模式図である。 第３実施形態における構成を説明する模式図である。 従来のプリンターにおけるインクカートリッジから記録ヘッドに至るまでの構成を説明する模式図である。

以下、本発明を実施するための形態を、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、以下においては、本発明の液体噴射装置として、インクジェット式記録装置（以下、プリンター）を例に挙げて説明する。

図１はインク噴射ユニット１０（図２）を搭載するインクジェット式記録装置（以下、プリンターという）の構成を示す平面図である。また、図２は、インクカートリッジ１３から圧力調整ユニット２１を経て記録ヘッド２０に至るまでの構成を示した模式図である。
本実施形態におけるプリンター１は、記録紙等の記録媒体（着弾対象：図示せず）の表面に対して液体状のインク（本発明に液体に相当）を噴射して画像等の記録を行う装置である。このプリンター１は、フレーム２と、このフレーム２内に配設されたプラテン３とを備えており、紙送りモーターの駆動により回転する紙送りローラー（何れも図示せず）によってプラテン３上に記録紙が搬送されるようになっている。また、フレーム２内には、プラテン３と平行にガイドロッド４が架設されており、このガイドロッド４には、記録ヘッド２０を備えたインク噴射ユニット１０を収容したキャリッジ５が摺動可能に支持されている。このキャリッジ５は、パルスモーター６の駆動によって回転する駆動プーリー７と、この駆動プーリー７とはフレーム２における反対側に設けられた遊転プーリー８との間に架設されたタイミングベルト９に接続されている。そして、キャリッジ５は、パルスモーター６を駆動することで、ガイドロッド４に沿って紙送り方向と直交する主走査方向に往復移動するように構成されている。

フレーム２の一側には、インクカートリッジ１３（本発明における液体貯留部材の一種）を着脱可能に搭載するカートリッジホルダー１４が設けられている。インクカートリッジ１３は、エアチューブ１５を介してエアポンプ１６（本発明における加圧手段の一種。）と接続されており、このエアポンプ１６からの空気が各インクカートリッジ１３内に供給される。そして、この加圧空気によってインクカートリッジ１３内に配設されたインクパック１３′（図２参照。）が加圧されることにより、インクパック１３′内のインクがインク供給チューブ１７を通じてインク噴射ユニット１０側に供給（圧送）されるように構成されている。このエアポンプ１６によるインク圧送時の圧力とフィルター４６との関連については後述する。

インク供給チューブ１７は、例えば、合成樹脂で作製された可撓性を有する中空部材であり、このインク供給チューブ１７の内部には、各インクカートリッジ１３に対応するインク流路が形成されている。また、プリンター１本体側とインク噴射ユニット１０側との間には、プリンター１本体側の制御部（図示せず）からインク噴射ユニット１０側に駆動信号等を伝送するＦＦＣ（フレキシブルフラットケーブル）１８が配線されている。

記録ヘッド２０の移動範囲における一側（カートリッジホルダー１４側）に設けられたホームポジションには、記録ヘッド２０のノズル面を封止するキャップ部材１１′を有するキャッピング機構１１が配設されている。キャップ部材１１′は、エラストマー等の弾性を有する材料により、上面が開口したトレイ状の部材である。そして、キャッピング機構１１は、ホームポジションで待機状態にある記録ヘッド２０のノズル面をキャップ部材１１′により封止してノズル３７からインクの溶媒が蒸発することを抑制する。また、キャッピング機構１１は、記録ヘッド２０のノズル面を封止した状態で封止空部内を図示しない吸引ポンプによって負圧化し、ノズル３７からインクや気泡を強制的に吸引するクリーニングを行うことができる。

次に、インク噴射ユニット１０の構成について説明する。本実施形態におけるインク噴射ユニット１０は、本発明における液体噴射ヘッドとしての記録ヘッド２０と、この記録ヘッド２０の上流側に配置された圧力調整ユニット２１と、を備えている。エアポンプ１６による加圧によりインクカートリッジ１３からインク供給チューブ１７を通じて送られてくるインクは、まず、圧力調整ユニット２１に導入される。圧力調整ユニット２１に導入されたインクは、後述するフィルター４６を通って、圧力調整部４８において圧力が調整された後、記録ヘッド２０に供給される。

図３は、記録ヘッド２０の構成を説明する要部断面図である。
本実施形態における記録ヘッド２０は、ケース２３、振動子ユニット２４、及び流路ユニット２５等を備えている。上記のケース２３の内部には振動子ユニット２４を収納する収納空部２６と、インク導入流路２７と、が形成されている。インク導入流路２７は、一端が後述する圧力調整ユニット２１の導出路６８と連通し、他端がリザーバー３３と連通している。したがって、圧力調整ユニット２１の導出路６８側から導入されたインクは、インク導入流路２７を通じてリザーバー３３側に供給される。

振動子ユニット２４は、圧力発生手段の一種として機能する圧電振動子２２と、この圧電振動子２２が接合される固定板２８と、圧電振動子２２に駆動信号を供給するフレキシブルケーブル２９とを備えている。この圧電振動子２２は、圧電体層と電極層とを交互に積層した圧電板を櫛歯状に切り分けることで作製された積層型であって、積層方向（電界方向）に直交する方向に伸縮可能（電界横効果型）な縦振動モードの圧電振動子である。

流路ユニット２５は、流路形成基板３０の一方の面にノズルプレート３１を、流路形成基板３０の他方の面に振動板３２をそれぞれ接合して構成されている。この流路ユニット２５には、リザーバー３３（共通液室の一種。マニホールドとも言う。）、インク供給口３４（液体供給口の一種）、圧力室３５、ノズル連通口３６、及びノズル３７が設けられている。そして、インク供給口３４から圧力室３５及びノズル連通口３６を経てノズル３７に至る一連のインク流路が、各ノズル３７に対応して形成されている。

上記ノズルプレート３１は、ドット形成密度に対応したピッチ（例えば１８０ｄｐｉ）で複数のノズル３７が列状に開設された板状部材であり、本実施形態ではステンレス鋼により作製されている。このノズルプレート３１には、ノズル３７を列設してノズル列（ノズル群）が複数設けられており、１つのノズル列は、例えば１８０個のノズル３７によって構成される。

図４は、ノズル３７の構成を説明するノズル軸方向の断面図である。なお、同図において、上側が圧力室３５側であり、下側がインク噴射側（記録時における記録媒体側）である。このノズル３７は、ストレート部３７ａとテーパー部３７ｂとから構成されている。ストレート部３７ａは、一端（噴射側。以下、同様。）がノズルプレート３１における噴射側の面に開口し、他端（圧力室側。以下同様。）がテーパー部３７ｂと連通した、内径（本発明における最小内径に相当）がＤａで一定な円筒状の空部である。本実施形態におけるノズル３７の最小内径Ｄａは、例えば、２２μｍに設定されている。テーパー部３７ｂは、一端がストレート部３７ａと連通し、他端がノズルプレート３１における圧力室側の面に開口した空部である。このテーパー部３７ｂの内径は、ストレート部３７ａの他端側から圧力室側の面側の開口に向けて拡大している。

上記振動板３２は、支持板３８の表面に可撓性を有する弾性体膜３９を積層した二重構造である。本実施形態では、ステンレス板を支持板３８とし、この支持板３８の表面に樹脂フィルムが弾性体膜３９としてラミネートされた複合板材により振動板３２が作製されている。この振動板３２には、圧力室３５の容積を変化させるダイヤフラム部４０が設けられている。また、この振動板３２には、リザーバー３３の一部を封止するコンプライアンス部４１が設けられている。

上記のダイヤフラム部４０は、エッチング加工等によって支持板３８を部分的に除去することで作製される。即ち、このダイヤフラム部４０は、圧電振動子２２の自由端部の先端面が接合される島部４２と、この島部４２を囲う薄肉弾性部４３とから成る。上記のコンプライアンス部４１は、リザーバー３３の開口面に対向する領域の支持板３８がエッチング加工等によって除去されることにより作製される。このコンプライアンス部４１は、リザーバー３３に貯留された液体の圧力変動を吸収するダンパーとして機能する。

そして、上記の島部４２には圧電振動子２２の先端面が接合されているので、この圧電振動子２２の自由端部が伸縮することで圧力室３５の容積が変動する。この容積変動に伴って圧力室３５内のインクに圧力変動が生じる。そして、記録ヘッド２０は、この圧力変動を利用してノズル３７からインク滴を噴射させる。

次に、圧力調整ユニット２１の構成について説明する。
本実施形態における圧力調整ユニット２１は、図２に示すように、合成樹脂等から作製されたユニット本体４５内に、フィルター４６が配設されたフィルター室４７と、圧力調整弁４９を有する圧力調整部４８（本発明における圧力調整手段の一種）と、を備えて概略構成されている。

インクカートリッジ１３からインク供給チューブ１７を通じて圧送されてくるインクは、導入口５１から圧力調整ユニット２１内に導入されて、まず、フィルター室４７に流入する。このフィルター室４７は、ユニット内の流路が部分的に拡大した空部であり、上流側空部５２と下流側空部５３とから構成される。上流側空部５２は、その内径が導入口５１側から下流側空部５３側に向けて次第に拡径した空部である。また、下流側空部５３は、その内径が上流側空部５２側から圧力調整弁４９に連通する連通路５４側に向けて次第に縮径した空部である。そして、フィルター４６は、これらの空部５２，５３の境界部分に配設されている。

図５は、フィルター４６の一部を拡大して示した平面図である。本実施形態におけるフィルター４６は、インクカートリッジ１３側からのインクを濾過する部材であり、例えば、金属をメッシュ状に細かく編み込んで形成されている。同図に示すように、フィルター４６の全面には多数のフィルター孔５５が形成されている。本実施形態におけるフィルター孔５５は平面視矩形の貫通孔であるが、平面視円形の貫通孔によって構成されても良い。そして、インクカートリッジ１３側からのインクに気泡Ｂや異物が混入されている場合に、フィルター孔５５よりも大きい気泡Ｂや異物が、フィルター４６によって上流側空部５２内に捕捉されて、記録ヘッド２０側に流れ込むことが防止される。フィルター孔５５の開口寸法（孔寸法）の詳細については後述するが、記録ヘッド２０のノズル３７の最小内径Ｄａよりも十分に小さく設定されている。このため、フィルター４６のフィルター孔５５を通過した気泡Ｂ′や異物は、ノズル３７よりインクと共に排出されるようになっている。即ち、ノズル３７が気泡Ｂや異物によって閉塞されないように構成されている。

フィルター室４７と圧力調整部４８とは、連通路５４を介して連通している。フィルター４６を通過したインクは、連通路５４を通って圧力調整部４８の調整弁収容室５６に流入する。圧力調整部４８は、圧力調整弁４９が配設された調整弁収容室５６と、当該調整弁収容室５６に連通する圧力調整室５８と、圧力調整室５８の一側の開口部を封止する状態で配設された受圧部材５７と、を備えて概略構成されている。圧力調整室５８は、ユニット本体４５の一方の側面（図２における左側の側面）から他方の側面（同図における右側の側面）側に向けて矩形状に窪んだ空部である。この圧力調整室５８の縦方向（ユニット本体４５の高さ方向）における略中央部の底部には流入口５９が開設されており、当該流入口５９は調整弁収容室５６と連通している。また、圧力調整室５８において、流入口５９よりも下流側の底部には導出口６０が開設されている。

受圧部材５７は、圧力調整室５８の内圧が所定の圧力より低くなると、圧力調整室５８の内側（ユニット本体４５の他方の側面側）へ弾性変形する可撓性のフィルム部材６１と、このフィルム部材６１の内側（圧力調整室側）に添設された作動片６２とにより構成されている。フィルム部材６１は、例えば、可撓性を有する薄手の樹脂製のフィルムから成る。このフィルム部材６１は、圧力調整室５８となる窪みの開口部（即ち、圧力調整室５８の一側の開口面）を密封するようにユニット本体４５の一方の側面に接着又は溶着されている。したがってフィルム部材６１は圧力調整室５８の一部を区画している。作動片６２は、圧力調整室５８内にあって一端部６２ａ側をユニット本体４５に支持された所謂片持ち梁状態に設けられている。この作動片６２は、例えばステンレス鋼などの金属製の板材で構成されている。

圧力調整弁４９は、圧力調整室５８へのインクの導入を許容する開弁状態と、圧力調整室５８へのインクの導入を遮断する閉弁状態とに変換可能に構成されており、例えば、異形コイルバネから成る付勢部材６４によって閉弁位置側へ付勢された状態で、流入口５９の上流側に形成された調整弁収容室５６内に配設されている。圧力調整弁４９は、円柱状の軸部６５と、この軸部６５の途中から側方に延出した略円盤状の鍔部６６と、鍔部６６の上面側（圧力調整室５８側）に配置されたパッキン６７とにより構成されている。軸部６５の先端部（鍔部６６よりも先端側）は、その外径が流入口５９の内径よりも小さくなるように形成され、流入口５９を通じて圧力調整室５８内に挿入されている。そして、この軸部６５と流入口５９の内周面との間の隙間を介して、フィルター室４７側からのインクが圧力調整室５８内に導入されるようになっている。パッキン６７は、例えば、エラストマーなどの弾性部材によってリング状に形成されている。このパッキン６７の中央部の開口には、軸部６５が挿通されている。

付勢部材６４は、圧力調整弁４９の鍔部６６に当接して圧力調整弁４９全体を圧力調整室５８側に付勢し、圧力調整室５８が所定圧力に減圧されるまで閉成状態を保持するようになっている。即ち、圧力調整弁４９は、付勢部材６４の弾性力に抗する応力を受けない限り、パッキン６７を流入口５９の開口周縁部に密着させる閉弁位置に保持される。そして、この閉弁位置では、圧力調整弁４９は、調整弁収容室５６側から圧力調整室５８側へのインクの流入を遮断する。

圧力調整弁４９によって圧力調整室５８へのインクの流入が遮断されると、圧力調整室５８の内圧が、記録ヘッド２０によるインクの消費によって徐々に低下する。圧力調整室５８内が所定圧力まで減圧されると、受圧部材５７が圧力調整室５８の内側へ弾性変形し、作動片６２を底部側（圧力調整弁４９側）へ押圧する。これにより、作動片６２は、受圧部材５７が弾性変形する際の押圧力を受けて、閉弁位置にある圧力調整弁４９の軸部６５の先端部を押圧し、付勢部材６４の弾性力に抗しながら圧力調整弁４９を開方向に移動させる。これにより、パッキン６７が流入口５９の開口周縁部から離間して密着状態が解除された位置（開弁位置）まで圧力調整弁４９が変位する。この開弁位置では、調整弁収容室５６側から流入口５９を通じて圧力調整室５８内へのインクの流入が許容される。圧力調整室５８に流入したインクは、導出口６０から導出路６８を通じて記録ヘッド２０のインク流路に供給される。圧力調整室５８内にインクが流入すると、これに伴って圧力調整室５８の内圧が上昇する。圧力調整室５８の内圧の上昇により、フィルム部材４２が、圧力調整室５８の底部側（圧力調整弁４９側）から開口面側に向かって変位する。これにより、圧力調整弁４９が付勢部材６４の付勢力によって閉弁位置まで変位して流入口５９を閉塞し、圧力調整室５８へのインクの流入を遮断する。

このようにして、圧力調整ユニット２１における圧力調整部４８は、圧力調整弁４９の閉弁位置と開弁位置との間の往復移動によって記録ヘッド２０に供給するインクの圧力を一定の圧力に調整する。本実施形態における記録ヘッド２０では、ノズル３７におけるメニスカスの耐圧が４ｋＰａ程度である。ノズル３７におけるインクの圧力が正圧になると記録動作を行わない状態でもノズル３７からインクが漏出してしまうため、ノズル３７におけるメニスカスに対して僅かに負圧がかかるような状態に設定されている。ただし、メニスカスに作用する圧力が−４ｋＰａよりも下回ると、ノズル３７においてメニスカスの形成が困難となり、当該ノズル３７からのインクの噴射に支障来す可能性がある。このため、本実施形態においては、ノズル３７におけるメニスカスが適切な状態（記録動作時にノズル３７から正常にインクを噴射することができるような状態）となるように、圧力調整部４８によって当該メニスカスに作用する圧力（即ち、圧力調整部４８よりも下流側におけるインクの圧力）が−１ｋＰａに調整される。これにより、本実施形態のように、圧力調整部４８よりも上流側がより高い圧力で加圧される構成においても、インクの噴射不良を来たす過剰な昇圧が防止される。即ち、圧力調整部４８は、インクカートリッジ１３側から送られてくるインクの圧力を減圧して記録ヘッド２０に供給するように構成されている。

ここで、本発明に係るプリンター１では、フィルター４６のフィルター孔５５の開口寸法が、従来のプリンターにおける一般的にインク濾過用として使用されるフィルターのフィルター孔の開口寸法よりも小さく設定されている。具体的には、フィルター孔５５の開口寸法が、ノズル３７の最小内径Ｄａの１／２以下に設定されている。フィルター孔５５をこのように設定することで、フィルター４６を通過した気泡の大きさが、圧力調整ユニット２１を通過した後ノズル３７に至る時点でノズル３７の最小内径Ｄａよりも小さくなるように構成されている。本実施形態では、ノズル３７の最小内径Ｄａが２２μｍであるのに対し、フィルター孔５５の開口寸法が８μｍとなっている。

なお、フィルター孔５５の平面形状が矩形状の場合、縦方向（図５における上下方向）の寸法ａと横方向（図５における左右方向）の寸法ｂとの平均が開口寸法とされる。本実施形態におけるフィルター孔５５は縦横比が１であり、一辺の寸法が開口寸法となる。なお、フィルター孔５５の平面形状が円形以外である場合において、当該フィルター孔５５の開口面積と同一の開口面積の円の直径を開口寸法とすることもできる。このフィルター孔５５の開口寸法の具体的な設定方法（算出式）については後述する。

本実施形態において、フィルター４６のフィルター孔５５の開口寸法が小さく流体抵抗が大きいため、当該フィルター４６をインクが通過する際の圧力損失が、従来のフィルターよりも大きい。圧力調整ユニット２１から記録ヘッド２０にインクを支障なく供給するためには、フィルター４６における圧力損失が２ｋＰａ以下であることが望ましい。なお、圧力損失ΔＰ（Ｐａ）は、以下の式（Ａ）によって求めることができる。式（Ａ）は、フィルターにおけるフィルター孔の平面形状が円形の場合の計算式、式（Ｂ）はフィルター孔の平面形状が矩形の場合の計算式である。
ΔＰ＝１２８＊η＊Ｌ／（πｄ^４）＊Ｕ …（Ａ）
ΔＰ＝８＊（ａ＋ｂ）^２＊η＊Ｌ／（ａ^３＊ｂ^３）＊Ｕ …（Ｂ）
ここで、上記各式において、ηは常温（例えば、２５℃）におけるインクの粘度（Ｐａ・ｓ）、Ｌは流路の長さ（ｍ）、ｄは円形孔の直径（ｍ）、Ｕは流路におけるインクの体積速度（ｍ^３／ｓｅｃ）、ａ，ｂは矩形孔の場合の１辺の長さ（ｍ）である。

例えば、従来のプリンターでインク濾過用として用いられていたフィルターの開口寸法が２０μｍである場合において、このフィルターでの損失が０．７ｋＰａとすると、開口寸法が８μｍのフィルター４６では２７ｋＰａの圧力損失となる。このため、本発明に係るプリンター１では、エアポンプ１６によるインク圧送時の圧力が、上流側空部５２内の気泡がフィルター４６を通過し得る値に調整されている。具体的には、インクカートリッジ１３からフィルター４６に至るまでの圧力損失分に１５ｋＰａを加算した値以上に設定される。より具体的には、例えば３０ｋＰａに設定される。これにより、インクカートリッジ１３側からのインクがフィルター４６を円滑に通過することができ、記録ヘッド２０へのインクの供給不足が防止される。また、他の圧力付与手段（例えば、キャッピング機構１１の負圧ポンプ）によって別途圧力差を付与しなくても、上流側空部５２内の気泡がフィルター４６を通過することができる。

そして、上流側空部５２内の気泡Ｂの大きさがノズル３７の最小内径Ｄａよりも大きい場合においても、フィルター４６のフィルター孔５５を通過することで、より微小な気泡Ｂ′に分割される。ここで、フィルター４６を通過した気泡は、フィルター孔５５の開口寸法に対して１．５倍から２倍程度の大きさになる。フィルター４６を通過した気泡は、圧力調整ユニット２１で減圧されるので、さらに大きくなる。圧力調整ユニット２１の通過前後の気泡の大きさの比率Ｒｂは、大気圧を１０２ｋＰａとすると、Ｒｂ＝（１０２ｋＰａ＋３０ｋＰａ）／（１０２ｋＰａ−１ｋＰａ）＝１．３となる。即ち、圧力調整ユニット２１を通過すると気泡の大きさが３０％増加する。このため、フィルター孔５５の開口寸法は、この分を考慮して設計される。具体的には、ノズル３７における最小内径をＤａ、上流側空部５２内の気泡がフィルター４６を通過した時点におけるフィルター孔５５の開口寸法に対する気泡の直径の比をＲａ、圧力調整ユニット２１による減圧前後の気泡の直径比をＲｂとしたとき、フィルターの孔５５の開口寸法Ｄｆは、以下の式（Ｃ）に基づいて定められる。
Ｄｆ≦Ｄａ／（Ｒａ＊Ｒｂ） …（Ｃ）

例えば、Ｄａ＝２２μｍ、Ｒａ＝１．５、Ｒｂ＝１．３である場合、フィルターの孔５５の開口寸法Ｄｆは、１１．３（μｍ）以下に設定される。また、例えば、Ｄａ＝２２μｍ、Ｒａ＝２、Ｒｂ＝１．３である場合、フィルターの孔５５の開口寸法Ｄｆは、８．５（μｍ）以下に設定される。このことから、フィルターの孔５５の開口寸法Ｄｆは、ノズル３７における最小内径をＤａの１／２以下、望ましくは、２／５以下に設定すれば、フィルター４６を通過してさらに圧力調整ユニット２１を通過した後においても気泡の大きさがノズル３７の最小内径Ｄａよりも小さくなる。

このように、フィルター室４７と記録ヘッド２０との間に、圧力調整弁４９を備えた圧力調整ユニット２１が設けられ、フィルター孔５５の開口寸法がノズル３７における最小内径Ｄａの１／２以下に設定され、エアポンプ１６によるインク圧送時の圧力が、上流側空部５２内の気泡がフィルター４６を通過し得る値に調整される構成を採用することにより、上流側空部５２内の気泡がフィルター４６を通過して微細な気泡に分割され、尚かつ、当該気泡が圧力調整ユニット２１により減圧された後においてもノズル３７の最小内径Ｄａよりも小さいので、記録ヘッド２０のノズル３７からインクを噴射する際に、当該ノズル３７に詰まることなくインクと共にノズル３７からヘッド外部に排出される。これにより、従来のプリンターで行われていたクリーニングを行わなくても、インクカートリッジ１３から記録ヘッド２０のノズル３７に至るまでの流路内に気泡が滞留することが防止される。そして、従来のクリーニングを行わなくても良いので、クリーニング処理に要する時間が削減され、また、クリーニング処理を行わない分だけインクの消費が抑制される。

なお、本実施形態では、圧力調整部４８よりも下流側には、上記フィルター室４７以外のフィルター（フィルター室）を設けていない。これにより、フィルター４６から記録ヘッド２０のノズル３７に至るまでの距離をできるだけ短くすることができる。その結果、フィルター４６を通過することで分割された微小な気泡同士が合体してより大きな気泡に成長することが抑制される。即ち、フィルター４６を通過することで分割された微小な気泡の一部は、時間の経過と共にインクに溶解する。本実施形態におけるフィルター孔５５の開口寸法が比較的小さいので、より細かい泡にすることができ、これにより、フィルター４６を通過した気泡がインクに溶解し易くなり、これにより気泡の排出性を向上させることができる。その一方で、インクに溶解せずにインク中に漂う気泡は、互いに合体して成長するため、フィルター４６の配置位置はノズル３７に可及的に近い方が望ましい。

図６は、本発明の第２実施形態の構成を説明する模式図である。なお、図６では、圧力調整部４８の構成を省略して示している（後述する図７も同様）。
上記第１実施形態では、圧力調整部４８よりも下流側には、上記フィルター室４７以外のフィルター（フィルター室）を設けない構成を例示したが、これには限られない。本実施形態のように、圧力調整部４８よりも下流側に、第２のフィルター７２が配設された第２のフィルター室７１を設ける構成を採用することもできる。本実施形態における第２のフィルター７２のフィルター孔の開口寸法は、フィルター４６のフィルター孔５５の開口寸法よりも十分に大きく、例えば、２０μｍ程度となっている。本実施形態においても、圧力調整部４８よりも上流側のフィルター４６で気泡Ｂが細かく分割されるので、分割された気泡Ｂ′が第２のフィルター７２に溜まることなく通過することができる。したがって、本実施形態においても、クリーニングを行わなくても、インクカートリッジ１３から記録ヘッド２０のノズル３７に至るまでの流路内に気泡が滞留することが防止される。なお、他の構成ついては上記第１実施形態と同様であるため、その説明は省略する。

図７は、本発明の第３実施形態の構成を説明する模式図である。
上記第１実施形態および上記第２実施形態では、フィルター室４７において、上流側空部５２がフィルター４６に対して重力方向の上側に形成されている構成を例示したが、これには限られない。本実施形態では、フィルター室４７において上流側空部５２がフィルター４６に対して重力方向の下側に形成されている点に特徴を有している。これにより、上流側空部５２で捕捉される気泡Ｂが、その浮力によってフィルター４６の下面に押し付けられ、これに加え、当該浮力が作用することにより気泡Ｂがフィルター４６をより通過し易くなる。これにより、エアポンプ１６による圧力を低く抑えることができる。その結果、圧力調整室５８による減圧前後における気泡の大きさの変化を小さくすることができる。このため、フィルター孔５５の開口寸法を上記各実施形態における場合よりも大きくすることができる。なお、他の構成ついては上記第１実施形態と同様であるため、その説明は省略する。

そして、以上では、液体噴射装置の一種であるインクジェット式プリンター１を例に挙げて説明したが、本発明は、液体を濾過するフィルターを備えたフィルター室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、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターを製造するディスプレイ製造装置，有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイやＦＥＤ（面発光ディスプレイ）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，ご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。

１…プリンター，１０…液体噴射ユニット，１３…インクカートリッジ，１５…エアチューブ，１６…エアポンプ，１７…インク供給チューブ，２０…記録ヘッド，２１…圧力調整ユニット，３７…ノズル，４６…フィルター，４７…フィルター室，４８…圧力調整部，４９…圧力調整弁，５１…導入口，５２…上流側空部，５３…下流側空部，５５…フィルター孔，５８…圧力調整室

Claims (4)

1. 液体を噴射するノズルを有する液体噴射ヘッドと、
   前記液体噴射ヘッドに供給する液体を貯留した液体貯留部材と、
   前記液体貯留部材に貯留された液体を加圧して、当該液体を、液体供給路を通じて前記液体噴射ヘッド側に圧送する加圧手段と、
   前記液体貯留部材側から前記液体供給路を通じて供給される液体を濾過するフィルターおよび当該フィルターの上流側に形成された上流側空部を有し、前記液体噴射ヘッドの上流側に配設されたフィルター室と、
   前記フィルター室と前記液体噴射ヘッドとの間に配置され、前記フィルター室側からの液体の圧力を減圧する圧力調整弁を有する圧力調整手段と、を備え、
   前記圧力調整手段は、前記液体噴射ヘッド側の圧力が一定値以下になった場合に前記圧力調整弁を開く一方、前記液体噴射ヘッド側の圧力が一定値を超えた場合に前記圧力調整弁を閉じ、
   前記フィルターの孔寸法が、前記ノズルにおける最小内径の１／２以下に設定され、
   前記加圧手段による圧力が、前記上流側空部内の気泡が前記フィルターを通過し得る値に調整され、
   前記圧力調整手段を通過した液体は、他のフィルターを介することなく前記ノズルまで到達し、
   前記フィルターを通過し、前記圧力調整手段によって減圧された後の気泡の大きさが、前記ノズルにおける最小内径よりも小さいことを特徴とする液体噴射装置。
2. 前記ノズルにおける最小内径をＤａ、前記上流側空部内の気泡が前記フィルターを通過した時点における前記フィルターの孔寸法に対する気泡の直径の比をＲａ、前記圧力調整手段による減圧前後の気泡の直径比をＲｂとしたとき、前記フィルターの孔寸法Ｄｆが、以下の式（１）に基づいて定められたことを特徴とする請求項１に記載の液体噴射装置。
   Ｄｆ≦Ｄａ／（Ｒａ＊Ｒｂ） …（１）
3. 前記加圧手段による圧力が、前記液体貯留部材から前記フィルターに至るまでの圧力損失分に１５ｋＰａを加算した値以上に設定されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液体噴射装置。
4. 前記上流側空部が、前記フィルターに対して重力方向の下方に配置されたことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の液体噴射装置。
   

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