JP7289423B2 - 液体吐出装置および液体吐出ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、液体の吐出状態を良好に維持する回復機能を備えた液体吐出装置および液体吐出ヘッドに関する。

液体を吐出して記録を行う記録装置では、普通紙に対する高速記録と高画質記録とが求められており、そのために、吐出する液体に粘度の高い液体を用いることがある。しかし、高粘度液体の場合、液体を吐出する吐出口からの水分の蒸発により液体の粘度が上昇すると、最適な吐出ができなくなることがある。そこで、特許文献１には、インク容器内のインクを加圧して吐出口から吐出することで吐出状態を回復し、その際、インク容器の容積を、吐出に最適な負圧にした時の容積に保持することで、排出するインクの量を抑制する方法が開示されている。

特開２００７－７６０１６号公報

しかし、高粘度の液体を吐出するために吐出ヘッドを保温したり、連続吐出時に吐出ヘッドの温度が上昇したりした場合、その高い温度によって液体からの水分の蒸発が促進されて回復動作を実施する頻度が増す。これにより、吐出による回復動作で排出する液体の量が増加する虞がある。

よって本発明は、回復処理によって排出する液体の量を抑制することができる液体吐出装置および液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。

そのため本発明の液体吐出装置は、吐出口から液体を吐出する吐出口部と、前記吐出口部と流体的に接続された液体の経路である第１経路と、前記第１経路と前記吐出口部を介して流体的に接続された液体の経路である第２経路と、を備えた液体吐出装置であって、前記第１経路と前記第２経路とは、経路を流れる液体と接触する部位に、可撓性部材で形成された変形可能な変形領域を有し、前記第１経路の前記変形領域を変形可能とするための筐体を備え、前記第１経路は、前記吐出口部へ液体を供給可能な弁を備え、前記筐体で覆われており、前記筐体の中に供給される流体による圧力変化に応じて前記第１経路の前記変形領域が変形することで、前記第１経路から前記第２経路へと液体が流動することを特徴とする。

本発明によれば、回復処理によって排出する液体の量を抑制することができる液体吐出装置および液体吐出ヘッドを実現することができる。

液体吐出装置の要部を示した斜視図である。 液体収容容器、吐出ヘッド、第１経路および第２経路を示した図である。 第１経路と、吐出口部と、第２経路とを示した図である。 第１経路と、吐出口部と、第２経路とを示した図である。 移動経路と、吐出口部と、第２経路とを示した図である。 移動経路と、吐出口部と、第２経路とを示した図である。 移動経路を示した図である。

（第１の実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第１の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態を適用可能な液体吐出装置１００の要部を示した斜視図である。液体吐出装置１００は、媒体２を搬送する搬送部１と、搬送される媒体２に吐出口から液体を吐出する吐出ヘッド３とを備えている。液体を吐出する際には吐出ヘッド３は、移動することなく、連続して搬送される媒体２に対して液体を吐出する。媒体２は、カットしたシートに限らず、連続したロールシートであってもよい。以下、吐出ヘッド３が吐出する液体としてインクを用いて媒体２に記録を行う場合について説明する。

吐出ヘッド３は、ＣＭＹＫ（シアン：Ｃ、マゼンタ：Ｍ、イエロー：Ｙ、ブラック：Ｋ）インクによるフルカラー記録が可能であり、インクを吐出ヘッド３へ供給する供給路である液体供給手段、メインタンクおよびバッファタンクが流体的に接続される。また、吐出ヘッド３には、吐出ヘッド３へ電力および吐出制御信号を伝送する電気制御部が電気的に接続される。

図２（ａ）から（ｃ）は、液体吐出装置１００における液体収容容器４、吐出ヘッド３、第１経路５および第２経路６を示した図である。本実施形態における液体吐出装置１００は、吐出ヘッド３に対してインクが流入する経路と流出する経路とを備えており、そのどちらか一方に、インクを移動させる移動手段を備えている。このように流入経路または流出経路のいずれか一方にインクの移動手段を設け、経路内のインクを移動させることで、吐出ヘッド３内のインクを搖動、撹拌して、吐出口部２７（図３参照）における増粘したインクを拡散させることができる。なお、移動手段は、流入経路と流出経路の両方が備えていてもよい。また、移動手段は、流入経路や流出経路が備えることなく、他の部材に備えられ、経路内のインクを移動させる構成でもよい。本発明における吐出口部２７は後述するように、吐出口７およびその近傍の液体保持領域を示す。一例としての吐出口部２７は、吐出口７と、エネルギ発生素子８を内部に備える圧力室２８とを含む領域である（図３）。

図２（ａ）の接続形態では、液体収容容器４が第１経路５を介して吐出ヘッド３と接続されており、吐出ヘッド３は更に第２経路６と接続されている。液体収容容器４から供給されたインクは、第１経路５を介して吐出ヘッド３へ供給され、第２経路６へと移動する。第１経路５または第２経路６のどちらかに移動手段を設けインクを移動させることで、吐出ヘッド３の吐出口部のインクは搖動、撹拌され、増粘したインクを拡散して吐出状態を回復することができる。

図２（ｂ）の接続形態では、液体収容容器４は直接、吐出ヘッド３と接続されており、吐出ヘッド３は更に第２経路６と接続されている。液体収容容器４に収容されたインクは、吐出ヘッド３に直接供給され第２経路６へと移動する。この場合は、液体収容容器４もしくは第２経路６のどちらかに移動手段を設けインクを移動させることで、吐出ヘッド３の吐出口部のインクは搖動、撹拌され、増粘したインクを拡散して吐出状態を回復することができる。

図２（ｃ）の接続形態では、液体収容容器４、第１経路５、第２経路６のそれぞれが直接、吐出ヘッド３と接続されている。液体収容容器４から吐出ヘッド３に供給されたインクは、第１経路５および第２経路６へと移動する。この場合は、第１経路５、第２経路６のどちらかに移動手段を設けインクを移動させることで、吐出ヘッド３の吐出口部のインクは搖動、撹拌され、増粘したインクを拡散して吐出状態を回復することができる。

なお、ここでは液体吐出装置１００の３種類の接続形態を説明したがこれに限定するものではない。つまり、吐出ヘッド３を介して接続された第１経路と第２経路とを備え、第１経路と第２経路の少なくとも一方が備えた移動手段を用いて吐出ヘッド３のインクを搖動、攪拌することができればよい。また、吐出ヘッド３に第１経路５および第２経路６を備える構成であってもよく、さらに吐出ヘッド３に移動手段１０を備える構成であっても良い。

図３（ａ）から（ｃ）は、第１経路５と、吐出口部２２と、第２経路６とを示した図である。吐出口部２２は、吐出口７と圧力室２８とを含む領域である。圧力室２８は、吐出口７に対向する位置に設けられ、液体を吐出するためのエネルギを発生するエネルギ発生素子８を内部に備える。図２では、複数の吐出口を備えた吐出ヘッド３と、それに対応した第１経路５、第２経路６を説明したが、以下では、１つの吐出口を備えた吐出口部とそれに対応した第１経路５、第２経路６について説明する。図３（ａ）に示すように、第１経路５には、経路の一部で経路を流れるインクと接触可能な部位が可撓性部材で構成され変形可能である変形領域９と、その変形領域９の作用によって第１経路５内のインクを移動させる移動手段１０とが設けられている。吐出口部２２には、インクを吐出する吐出口７と、吐出口７と対向する位置にエネルギ発生素子であるヒータ８と、が設けられている。尚、エネルギ発生素子８はヒータに限られる圧電素子等、各種エネルギ発生素子が適用可能である。第２経路６には、第１経路５と同様に、経路の一部が可撓性部材で構成された変形領域９が設けられている。第１経路５と第２経路６とは、弾性体１３で形成されている。

図３（ｂ）のように、第１経路５に設けられた移動手段１０によって第１経路５の変形領域９を変形させると、第１経路５の容積が減少することから第１経路５内のインクが移動を開始し、吐出口部２２に向かうインクの流れが生じる。第１経路５で生じたインクの流れは、吐出口部２２で吐出口７の近傍を経由して流れ、第２経路６で、第２経路６の容積を増加するように変形領域９を変形させる。その後、図３（ｃ）のように、第１経路５の移動手段１０を退避させ、変形領域９の変形を元に戻すと、第１経路５の容積が増加するように、変形していた変形領域９が変形前の状態に戻ることから、吐出口部２２から第１経路５に向かう流れが生じる。吐出口部２２から第１経路５に向かう流れは、吐出口部２２で吐出口７の近傍を経由して流れ、第２経路６の容積を増加するように変形していた変形領域９は、変形前の状態に戻る。このように圧力室２８の内部の液体は、圧力室２８の外部との間で循環される。

このような、一連の動作を繰り返すことで、吐出口部２２で増粘したインクが搖動、撹拌され、周囲の増粘していないインクと混ぜ合わさり、吐出口部２２でのインクの増粘を解消することができる。その結果、吐出口部２２から増粘したインクを排出して回復する方法に比べ、排出するインクの量を抑制しつつ吐出口部２２における吐出常態を回復することができ、インクの増粘に伴う記録不良の発生を抑えることが可能となる。

このように、吐出口部と流体的に接続され変形領域を備えた第１経路と、吐出口部２２を介して第１経路と流体的に接続され変形領域を備えた第２経路と、を備え、移動手段によって第１経路と第２経路との間に液体の流れを生じさせる。これによって、回復処理によって排出する液体の量を抑制することができる液体吐出装置および回復方法を実現することができた。

（第２の実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第２の実施形態を説明する。なお、本実施形態の基本的な構成は第１の実施形態と同様であるため、以下では特徴的な構成についてのみ説明する。

図４（ａ）から（ｃ）は、本実施形態における第１経路５１と、吐出口部２２と、第２経路６１とを示した図である。図４（ａ）のように、本実施形態の第１経路５１は、経路の一部が可撓性部材で構成された変形領域９１と、第１経路５１にインクを供給可能な弁機構１２を備えている。第１経路５１の変形領域９１の可撓性部材には、板部材２３が設けられており、板部材２３はバネ１１によって変形領域９１を収縮する方向（図中下側）に付勢され、弁機構１２と当接している。また、第２経路６１は、経路の一部が可撓性部材で構成された変形領域９と、その変形領域９の作用によって第２経路６１内のインクを移動させる移動手段１０とが設けられている。

本実施形態では、第１経路５１に弁機構１２が設けられていることから、弁機構１２が閉じている間は、第１経路５１よりも上流側（液体収容容器４側）にはインクが流れることがない。図４（ｂ）のように、第２経路６１に設けられた移動手段１０によって第２経路６１の変形領域９を変形させると、第２経路６１の容積が減少することから第２経路６１内のインクが移動を開始し、吐出口部２２に向かうインクの流れが生じる。第２経路６１で生じたインクの流れは、吐出口部２２で吐出口７の近傍を経由して流れ、第１経路５１で、バネ１１の付勢に抗して第１経路５１の容積を増加するように変形領域９１を変形させる。それによって、板部材２３は弁機構１２から離れる。この時、弁機構１２が設けられていることから、第１経路５１より上流側にはインクは流れない。

その後、図４（ｃ）のように、第２経路６１の移動手段１０を退避させ、変形領域９の変形を元に戻すと、第２経路６１の容積が増加するように、変形していた変形領域９が変形前の状態に戻る。これによって、吐出口部２２から第２経路６１に向かう流れおよび第１経路５１から吐出口部２２へ向かう流れが生じる。吐出口部２２で生じる流れは、吐出口部２２で吐出口７の近傍を経由して流れ、第１経路５１の容積を増加するように変形していた変形領域９１は、バネ１１の付勢力を伴って変形前の状態に戻る。そして、板部材２３は再び弁機構１２と当接する。

このような、一連の動作を繰り返すことで、吐出口部２２で増粘したインクが搖動、撹拌され、周囲の増粘していないインクと混ぜ合わさり、吐出口部２２でのインクの増粘を解消することができる。その結果、吐出口部２２から増粘したインクを排出して回復する方法に比べ、排出するインクの量を抑制しつつ吐出口部２２における吐出常態を回復することができ、インクの増粘に伴う記録不良の発生を抑えることが可能となる。

（第３の実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第３の実施形態を説明する。なお、本実施形態の基本的な構成は第１の実施形態と同様であるため、以下では特徴的な構成についてのみ説明する。

図５（ａ）から（ｃ）は、本実施形態における移動経路５２と、吐出口部２２と、第２経路６２とを示した図である。図５（ａ）のように移動経路５２は、可撓性部材で構成された変形領域９１と経路にインクを供給可能な弁機構１２とを備えた第１経路５３と、第１経路５３を覆い、覆った内部空間の圧力を変えて変形領域９１を変形させる移動手段２５と、を備えている。第１経路５３の変形領域９１の可撓性部材には、板部材２３が設けられており、板部材２３はバネ１１によって変形領域９１を拡張する方向（図中上側）に付勢されている。第２経路６２には、可撓性部材で構成される変形領域９２が備えられている。

図５（ｂ）のように、移動手段２５の内部に空気を送り込むことで内部の圧力を高くして変形領域９１を変形させると、第１経路５３内のインクが移動を開始し、第１経路５３から吐出口部２２に向かう流れ及び吐出口部２２から第２経路６２に向かう流れが生じる。第１経路５３で生じたインクの流れは、吐出口部２２で吐出口７の近傍を経由して流れ、第２経路６２で、第２経路６２の容積を増加するように変形領域９２を変形させる。この時、弁機構１２は開いた状態となるが、第１経路５３から弁機構１２を経由して上流側へ流れる流れよりも、第１経路５３から吐出口部２２へ流れる流れの方が、流抵抗が少ないため、上流側への流れは生じない。

その後、図５（ｃ）のように、移動手段２５で内部の圧力を低くする（空気の送入を止め大気解放する）と、バネ１１の作用を伴って、変形していた変形領域９２は変形前の状態に戻る。これによって、吐出口部２２から移動経路５２に向かう流れおよび第２経路６２から吐出口部２２へ向かう流れが生じる。第２経路６２では容積が減少するように変形領域９２が変形しつつ、吐出口部２２で生じる流れは、吐出口部２２で吐出口７の近傍を経由して流れ、吐出口近傍のインクを攪拌する。

本実施形態では第１、第２の実施形態と比べ、移動手段２５による変形領域９１の変形を非接触で行うため、変形領域９１の破れ等の故障発生確率を下げることができる。また、内部空間の空気の出し入れで変形領域９１における変形を制御することができるため、移動手段２５を小型化することができる。

なお本実施形態では、移動手段２５によって変形領域９１を変形するために空気を用いたが、これに限定するものではなく、流体であればよい。

このような、一連の動作を繰り返すことで、吐出口部２２で増粘したインクが搖動、撹拌され、周囲の増粘していないインクと混ぜ合わさり、吐出口部２２でのインクの増粘を解消することができる。その結果、吐出口部２２から増粘したインクを排出して回復する方法に比べ、排出するインクの量を抑制しつつ吐出口部２２における吐出常態を回復することができ、インクの増粘に伴う記録不良の発生を抑えることが可能となる。

（第４の実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第４の実施形態を説明する。なお、本実施形態の基本的な構成は第１の実施形態と同様であるため、以下では特徴的な構成についてのみ説明する。

第１から第３の実施形態では、１つの吐出口に対し第１経路、第２経路を１つずつ対応させたが、本実施形態では、複数の吐出口に対し第１経路、第２経路を１つずつ対応させる構成を説明する。

図６（ａ）から（ｃ）は、本実施形態における移動経路５２と、吐出口部２６と、第２経路６２とを示した図である。図６（ａ）のように移動経路５２は、可撓性部材で構成された変形領域９１と経路にインクを供給可能な弁機構１２とを備えた第１経路５３と、第１経路５３を覆い、覆った内部空間の圧力を変えて変形領域９１を変形させる移動手段２５と、を備えている。第１経路５３の変形領域９１の可撓性部材には、板部材２３が設けられており、板部材２３はバネ１１によって変形領域９１を拡張する方向（図中上側）に付勢されている。第１経路５３および第２経路６２とは、複数の吐出口部２６が接続されている。第２経路６２には、可撓性部材で構成される変形領域９２が備えられている。

図６（ｂ）のように移動手段２５の内部に空気を送り込んで内部の圧力を高くして変形領域９１を変形させると、第１経路５３内のインクが移動を開始する。そして、第１経路５３から複数の吐出口部２６に向かうインクの流れ及び複数の吐出口部２６から第２経路６２に向かうインクの流れが生じる。第１経路５３で生じたインクの流れは、複数の吐出口部２６で吐出口７の近傍を経由して流れ、第２経路６２で、第２経路６２の容積を増加するように変形領域９２を変形させる。

その後、図６（ｃ）のように、移動手段２５で内部の圧力を低くすると、バネ１１の作用を伴って、変形していた変形領域９２は変形前の状態に戻る。これによって、複数の吐出口部２６から移動経路５２に向かう流れおよび第２経路６２から複数の吐出口部２６へ向かうインクの流れが生じる。第２経路６２では容積が減少するように変形領域９２が変形しつつ、複数の吐出口部２６で生じる流れは、複数の吐出口部２６で吐出口７の近傍を経由して流れ吐出口近傍のインクを攪拌する。

このような、一連の動作を繰り返すことで、複数の吐出口部２６で増粘したインクが搖動、撹拌され、周囲の増粘していないインクと混ぜ合わさり、複数の吐出口部２６でのインクの増粘を解消することができる。その結果、複数の吐出口部２６から増粘したインクを排出して回復する方法に比べ、排出するインクの量を抑制しつつ複数の吐出口部２６における吐出常態を回復することができ、インクの増粘に伴う記録不良の発生を抑えることが可能となる。

（第５の実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第５の実施形態を説明する。なお、本実施形態の基本的な構成は第１の実施形態と同様であるため、以下では特徴的な構成についてのみ説明する。

図７は、本実施形態の移動経路５５を示した図である。本実施形態における移動経路５５は、移動手段２７が４つの第１経路５６を覆っており、覆った内部空間の圧力を変えて各変形領域９１を同時に変形させることができる。第１経路５６の構成は第３、第４の実施形態と同様である。なお、本実施形態では４つの第１経路５６を移動手段２７で覆っているが、これに限定するものではなく、移動手段２７が複数の第１経路５６を覆い、複数の変形領域９１を同時に変形させることができればよい。移動手段２７が覆った内部空間の圧力を変えて各変形領域９１を同時に変形させることで、各第１経路５６内のインクが移動を開始し、各第１経路５６から各経路に接続された吐出口部に向かう流れ及び吐出口部から第２経路に向かう流れが生じる。

このような移動経路５５を用いて吐出口部にインクを供給しても、吐出口部で増粘したインクが搖動、撹拌され、周囲のインクと混ぜ合わさり、吐出口部における吐出状態を回復することができ、インクの増粘に伴う記録不良の発生を抑えることができる。

（その他の実施形態）
本発明は、吐出口部を挟む２つの経路でインクを搖動、撹拌させ、吐出口部を回復することが本質である。そのため、吐出口部を挟み２つの経路でインクを移動させ、搖動、攪拌できれば、第１経路、第２経路が吐出ヘッドに組み込まれていてもよい。

９ 変形領域
１０ 移動手段
１１ バネ
１２ 弁機構
２２ 吐出口部
２３ 板部材
２５ 移動手段
９１ 変形領域
９２ 変形領域
１００ 液体吐出装置

Claims (8)

1. 吐出口から液体を吐出する吐出口部と、
   前記吐出口部と流体的に接続された液体の経路である第１経路と、
   前記第１経路と前記吐出口部を介して流体的に接続された液体の経路である第２経路と、を備えた液体吐出装置であって、
   前記第１経路と前記第２経路とは、経路を流れる液体と接触する部位に、可撓性部材で形成された変形可能な変形領域を有し、
   前記第１経路の前記変形領域を変形可能とするための筐体を備え、
   前記第１経路は、前記吐出口部へ液体を供給可能な弁を備え、前記筐体で覆われており、
   前記筐体の中に供給される流体による圧力変化に応じて前記第１経路の前記変形領域が変形することで、前記第１経路から前記第２経路へと液体が流動する
   ことを特徴とする液体吐出装置。
2. 前記吐出口部は、液体を吐出するためのエネルギを発生するエネルギ発生素子を内部に備える圧力室を含む
   ことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
3. 前記第１経路の前記変形領域の可撓性部材は、バネで付勢されており、前記バネの付勢力で前記弁は閉じられている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出装置。
4. 前記流体は空気である
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
5. 前記第１経路は、複数の前記吐出口部と接続されている
   ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
6. 前記筐体は、複数の前記第１経路を覆っている
   ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
7. 液体を吐出するためのエネルギを発生するエネルギ発生素子を内部に備える圧力室と、
   前記圧力室と流体的に接続された液体の経路である第１経路と、
   前記第１経路と前記圧力室を介して流体的に接続された液体の経路である第２経路と、
   を備えた液体吐出ヘッドであって、
   前記第１経路と前記第２経路の各々は、液体が流動する経路の体積が可変可能な変形領域を有し、
   前記第１経路の前記変形領域を変形可能とするための筐体を備え、
   前記第１経路は、液体を吐出する吐出口へ液体を供給可能な弁を備え、前記筐体で覆われており、
   前記筐体内の流体の圧力変化に応じて前記第１経路の変形領域が前記第１経路の体積を収縮させる方向に変形し、前記第２経路の変形領域が前記第２経路の体積を膨張させる方向に変形することで、前記圧力室内の液体が流動することを特徴とする液体吐出ヘッド。
8. 前記圧力室内の液体は、前記圧力室外であって前記第１経路と前記第２経路との間で往復する
   ことを特徴とする請求項７に記載の液体吐出ヘッド。

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