JP7363200B2 - 液体吐出装置 - Google Patents

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Description

本発明は、プリンターなどの液体吐出装置に関する。
特許文献1には液体収容容器から供給されたインク等の液体を、液体吐出ヘッドの一例としての記録ヘッドから用紙等の媒体に吐出して印刷するインクジェット式のプリンターが開示されている。
インクジェット式のプリンター等の液体吐出装置は、液体収容容器にインク等の液体が収容されたまま運搬等される場合がある。運搬時に、液体吐出装置は、印刷時の姿勢である第1姿勢と異なる第2姿勢、例えば90度倒置させた姿勢に配置される場合がある。液体収容容器が液体吐出ヘッドよりも鉛直方向上方に位置するようにプリンターの姿勢が変更されると、液体収容容器内の液面の位置が液体吐出ヘッドよりも高い位置となる。
特開2011-240706号公報
姿勢が変更された状態において、液体吐出ヘッドの待機位置が走査方向において液体供給部から離れた位置にある場合には、液体供給部と液体吐出ヘッドとの距離が大きくなり、液体吐出ヘッドのノズルにおける水頭圧が非常に大きくなる。そのような場合には、液体吐出ヘッドのノズルからインクが漏れ続ける虞があった。
上記課題を解決する液体吐出装置は、液体を吐出する液体吐出ヘッドと、前記液体を収容する液体収容部と、前記液体吐出ヘッドと前記液体収容部とを連通する供給流路と、前記供給流路に複数の流路で接続される空気室と、を備え、前記供給流路はフィルターを有し、前記複数の流路はそれぞれ、前記供給流路において前記フィルターより上流側に接続され、使用時の姿勢である第1姿勢において、前記空気室は前記フィルターよりも高い位置に位置する。
一実施形態の液体吐出装置を示す斜視図。 筐体の図示を省略した液体吐出装置を示す斜視図。 第1姿勢の液体吐出装置における内部構成を示す模式図。 第2姿勢の液体吐出装置における内部構成を示す模式図。 液量が下限のときにフィルターの細孔に働く毛細管力を示す模式図。 液量が上限のときにフィルターの細孔に働く毛細管力を示す模式図。 液体吐出装置のインクタンク全体を示す正面図。 第1姿勢の液体吐出装置の供給流路を示す模式図。 第2姿勢の液体吐出装置の供給流路を示す模式図。 インクタンクのフィルター室への流路を示す正面図。 図10における11F-11F線で破断した第1姿勢の側断面図。 図10における11F-11F線で破断した第2姿勢の側断面図。 図10における13F-13F線で破断した第1姿勢の底断面図。 図10における14F-14F線で破断した第1姿勢の側断面図。 図10における14F-14F線で破断した第2姿勢の側断面図。 空気室とフィルター室の接続流路を示す正面側から見た斜視図。 空気室とフィルター室の接続流路を示す背面側から見た斜視図。
以下、液体吐出装置の一実施形態について図面を参照して説明する。なお、本実施形態の液体吐出装置は、用紙などの媒体に対して液体の一例としてのインクを吐出することにより媒体に文字や画像等を印刷(記録)するインクジェット式のプリンターである。
<液体吐出装置の概要>
図1に示すように、複合機11は、液体吐出装置12と、液体吐出装置12上に配置されて液体吐出装置12の上側を覆う画像読取装置13とを備え、全体として略直方体状をなしている。
図1では、複合機11が使用に適した使用姿勢である第1姿勢Aで水平面上に置かれているものとして重力の方向をZ軸で示し、重力の方向に対して垂直な水平面に沿う方向をX軸及びY軸で示す。X軸、Y軸、及びZ軸は、互いに直交する。以下の説明では、X軸に沿う方向を幅方向X、Y軸に沿う方向を奥行方向Y、Z軸に沿う方向を鉛直方向Zとする。幅方向X、奥行方向Y、及び鉛直方向Zは、相互に交差(例えば直交)する。奥行方向Yにおける一端側を前面側もしくは前側、一端側とは反対の他端側を背面側もしくは後側といい、前面側から見た幅方向Xの一端側を右側、他端側を左側ということもある。鉛直方向Z上方及び鉛直方向Z下方は、上方及び下方ともいい、直上及び直下に限らず水平方向に位置がずれた状態での上側及び下側を含むものとする。
液体吐出装置12の前面側には、複合機11に各種の指示を与えるために操作されるボタンなどの操作部15と、液体吐出装置12及び画像読取装置13の情報などを表示する表示部16とを有する操作パネル17が設けられている。操作パネル17の下側には、媒体が収容される媒体収容部14が着脱可能な状態で装着されている。
さらに操作パネル17及び媒体収容部14の左側には、液体の一例としてのインクを、本実施形態においては4つのインクタンク45(図2参照)を保持する保持部19が設けられている。保持部19は、4つのインクタンク45内のインクの液面を視認可能な4つの窓部21を有する。
図2に示すように、インクタンク45は、液体吐出装置12の筐体20(図1参照)内に設けられている。各インクタンク45は液体を収容する液体収容部18と、液体収容部18の上部に設けられ、液体を注入可能な注入口24(図3参照)と、注入口24を封止するキャップを有する操作レバー42と、を備える。液体収容部18は、4つの窓部21(図1参照)と対向する位置に配置されている。液体収容部18には4つの窓部21と対向する面部に目盛が形成されている。
図2に示すように、本実施形態の液体吐出装置12は、シリアルプリンターであり、幅方向Xに移動可能なキャリッジ33を有する。本実施形態においては、インクタンク45は、液体吐出装置12の筐体20(図1参照)内の左方に設けられ、キャリッジ33の待機位置であるホームポジションHPは、筐体20(図1参照)内の右方に位置設定されている。インクタンク45内の各液体がキャリッジ33に搭載される液体吐出ヘッド32(図3参照)に対して供給されるように、インクタンク45と同じ数(本実施形態においては4本)のインク供給チューブ34が、キャリッジ33が備えるサブタンク37に対して連通されている。
液体吐出装置12は、幅方向Xの中央部に最大幅の媒体の幅寸法よりも広い幅寸法を有する搬送路FPが、奥行方向Yに延びている。搬送部(図示略)によって媒体収容部14から供給された媒体は、搬送路FPに沿って液体吐出装置12の後側から前側に向かう搬送方向に搬送される。ホームポジションHPに位置するときのキャリッジ33とインクタンク45は、幅方向Xにおいて搬送路FPを挟む反対側に位置する。
図3に示すように、各液体収容部18は、液体を収容可能な収容室23を有し、収容室23には、それぞれ異なる種類の液体が収容される。本実施形態では、液体の種類は、例えば、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックなどの液体の色の種類であり、収容室23には、それぞれ異なる種類の液体が収容される。収容量が多いブラック用の第1液体収容部18Aが最も左側に1つ設けられ、第1液体収容部18Aよりも収容量が少ないカラー用の第2液体供給部18Bが3つ設けられている。
液体収容部18は、収容室23に液体を注入可能な注入口24を有する。液体収容部18は、透明もしくは半透明の樹脂製であり、収容室23に収容された液体の液面L1のレベルを外部から視認可能である。
液体収容部18において、筐体20の窓部21と対応する領域は、外部から収容室23内のインクを視認可能な視認面26として機能している。視認面26には、収容室23に液体を補給する目安を示す下限目盛27と、収容室23に収容可能な液体の上限の目安を示す上限目盛28とが設けられている。なお、視認面26は、液体吐出装置12の第1姿勢Aにおいて、鉛直方向Zに延びるように設けられている。
液体吐出装置12は、液体を吐出可能な液体吐出ヘッド32を備える。液体吐出ヘッド32は、走査方向(幅方向X)に往復移動可能なキャリッジ33に保持されている。液体吐出ヘッド32は、搬送路FP(図2参照)を搬送される媒体と対向する面であるノズル形成面30に開口する複数のノズル31を有する。液体吐出ヘッド32は、移動しながら図示しない媒体に向かって液体を吐出し、吐出した液体を媒体に付着させて印刷する。
<液漏れ抑制の原理>
図3に示すように、印刷などにより液体吐出ヘッド32で消費される液体は、液体収容部18からインク供給チューブ34を通じて液体吐出ヘッド32に供給される。液体収容部18とインク供給チューブ34との流路経路上の間には、液漏れ抑制機構LSが設けられている。液漏れ抑制機構LSは、印刷が行われるときの液体吐出装置12の姿勢である図3に示す第1姿勢Aから、液体吐出装置12を運搬又は収納などを目的として非印刷時に筐体20を90度倒置させるなどの姿勢へ変えても、液体吐出ヘッド32のノズル31からの液漏れを抑制する。
図3に示すように、本実施形態では、第1姿勢Aにおいては、インクタンク45内の液面に対してノズル31の開口の方が、やや高い位置となっている。このため、インクタンク45内の液面とノズル31の開口との水頭差に基づくノズル31からの液漏れは発生しない。
図4に示すように、例えば輸送時において、液体吐出装置12の姿勢が変更され、液体収容部18の液面L1の位置が液体吐出ヘッド32のノズル31よりも高い位置となった状態を第2姿勢Bという。図4は図3が90度時計回り方向に回転したときの状態であり、液体吐出装置12が第2姿勢Bにあるときのインクタンク45及びキャリッジ33の位置状態を示す。
筐体20を90度倒置させた第2姿勢Bでは、上方に位置するインクタンク45内の液面と、下方に位置するノズル31の開口との水頭差が大きくなるが、液漏れ抑制機構LSは、液体と空気との気液界面を形成し、気液界面に複数のメニスカスを形成することで、メニスカスの表面張力を利用してノズル31に作用する水頭圧を抑制する。
本実施形態の液漏れ抑制機構LSは、液体中の異物を除去するフィルター112を利用する。フィルター112は多数の細孔によってできる多数の毛管を含む。液漏れ抑制機構LSは、フィルター112に気液界面を形成し、多数の毛管に形成される多数のメニスカスの表面張力により水頭圧と逆向きの圧力であるバブルポイント圧を発生させる。バブルポイント圧は、液体中のフィルターの片面側から空気圧を与え、フィルターの細孔によってできた毛管内の液体を空気圧で押し出してフィルターの反対面から泡を発生させるときに要する圧力として測定される。フィルターの毛管中のメニスカスを形成する液体を押し出すために要する圧力は、液中にあるフィルターを液体が通過するときに要する圧力に比べ著しく大きい。液漏れ抑制機構LSは、液体吐出装置12が第2姿勢Bにあるときに、フィルター112の多数の細孔による毛管にメニスカスを形成し、メニスカスの表面張力による圧力を利用してノズル31の開口にかかる水頭圧を低減することで、ノズル31からの液漏れを抑制する。
図5、6に示すように、フィルター112の表面には多数の細孔113がある。フィルター112の表面が空気で覆われると、液体46の表面張力が細孔113の内壁の全周囲に凹面のメニスカスを形成することで毛細管力が発生する。凹面のメニスカスを形成するためには、細孔113の壁面で液面が凹面に屈曲することが条件になり、図5に示すように、フィルター112の下面でメニスカスが形成されるときが最も低い液面の場合であり、図6に示すように、フィルター112の上面でメニスカスが形成されるときが最も高い液面の場合である。
液体の界面張力をγ、液体46の接触角をθ、フィルター112の細孔113の孔直径をD、孔半径をrとすると、液体46の界面張力の進行方向成分の分力(γ×cosq)がメニスカス全体円管の内壁の全周囲(2×π×r)に作用しており、作用力は(γ×cosq×π×D)となる。それを細孔113の面積(π×D/4)で割るとメニスカスに作用する毛細管力による圧力P(=4×γ×cosq/D)が求められる。
一般的に、使用するインクのフィルター112に対する濡れ性は決まっているため、毛細管力を大きくするには、細孔113による毛管の断面積が小さく、インクとの接触角が大きい材質のフィルター112を選択する。このように、フィルター112が設置される流路を設計することで、バブルポイント圧を大きくすることができる。バブルポイント圧を水頭圧より大きくすることで、フィルター112を介したインクの移動がなくなるため、水頭圧が大きくなる第2姿勢B(図4参照)であっても、液体吐出ヘッド32のノズル31からインクが漏れることを防止できる。
フィルター112は、例えば、網目状体、多孔質体、微細な貫通孔を形成した多孔板などを用いることができる。網目状体のフィルターとしては、金網、樹脂性の網、メッシュフィルター、金属繊維などがある。金属繊維のフィルターとしては、ステンレスの細線をフェルト状にしたフェルトフィルター、ステンレスの細線を圧縮焼結させた金属焼結フィルターなどがある。多孔板のフィルターとしては、エレクトロフォーミング金属フィルター、電子線加工金属フィルター、レーザービーム加工金属フィルターなどがある。メッシュフィルターは、針金を織り込んで形成されるフィルターであり、平織、綾織、平畳織、綾畳織などのフィルターがある。
特に、フィルター112の濾過粒度は、液体中の異物をノズル31に到達させないよう
にするために、ノズル31の開口部の直径(例えば、20μm)よりも小さい15μm程度に設定することが好ましい。
その場合、液体がインク(例えば、表面張力が約28mN/m)であれば、フィルター112の孔で形成されたメニスカスが壊れる圧力であるバブルポイント圧力は、3~5kPa程度である。また、綾畳織(濾過粒度5um)を採用した場合には、バブルポイント圧力は、10~15kPa程度である。
本実施形態では、第2姿勢Bにおけるフィルター室111の液面が、図5に示すように、フィルター112の細孔113による毛管の下部開口にメニスカスを形成可能な高さになるように設定されている。そして、第2姿勢Bにおけるフィルター室111の液面が、想定する液面高さ(図5)よりもインクの泡立ち等を含む何らかの原因で仮に上昇しても、図6に示す細孔113による毛管の上部開口にメニスカスを形成できる液面を超えないうちはバブルポイント圧が発生するように構成されている。
図4に示すように、もし、フィルター112の上面に液体が少しでも残っている場合には、細孔113(図5、6参照)による毛管にメニスカスが形成されない。この場合、バブルポイント圧が発生しないため、水頭圧によって液体吐出ヘッド32のノズル31からインクが漏れる。しかし、インクが移動することによってフィルター112の上面から液体が徐々になくなる。フィルター112の上面でメニスカス(図6参照)が形成されるようになると、毛細管力が発生するため、それ以上、液体吐出ヘッド32のノズル31からインクが漏れることを防止できる。
<インクタンクの概要>
図7に示すように、本実施形態においては、インクタンク45は4つ設けられているが、図の簡略化のために1つのインクタンク45を図示している。収容量が多いブラック用の第1液体収容部18Aは液体の収容量が多いことを除いては、複数設けられたインクタンク45の各構成と略同じであるため、1つのインクタンク45を説明して他のインクタンク45の説明を省略する。
インクタンク45においては、図7において紙面手前側を表側、紙面奥側を裏側という。また、インクタンク45においては、液体吐出装置12に取り付けられた状態で、後側に位置する側を後側、前側に位置する側を前側、鉛直方向Z上方を上方、及び鉛直方向Z下方を下方という。
図7に示すように、本実施形態においては、インクタンク45は、インクの貯蔵部である液体収容部18と、空気室81と、フィルター室111と、複数の流路とが、一体成型によって1つの部品として構成されている。空気室81と、フィルター室111と、空気室81とフィルター室111を連通する複数の流路と、により、液漏れ抑制機構LSが構成される。
図7は、液体吐出装置12が第1姿勢Aにあるときのインクタンク45を示す。第1姿勢Aにあるとき、空気室81はフィルター室111の上方に位置する。フィルター室111は、フィルター112を挟んで表側の室と裏側の室との2室に分かれている。液体吐出装置12が90度倒置した第2姿勢Bにあるとき、フィルター室111を構成するフィルター112を挟む2室が鉛直方向(図7では紙面直交方向)に並ぶように構成されている。
図8に示すように、インクタンク45は、液体の一例としてのインクを収容する収容室23を有する液体収容部18を備える。液体は、液体収容部18から供給流路51を通っ
て、液体吐出ヘッド32のノズル31に向かって流れる。液体が流れる方向を下流といい、これと反対の方向を上流という。
液体収容部18と液体吐出ヘッド32とを連通する供給流路51は、流路の途中にフィルター112を有している。本実施形態においては、供給流路51の途中にフィルター室111を有し、そのフィルター室111内にフィルター112を設けることで、上流から下流に流れる液体がフィルター112を通過するように構成されている。そのため、液体収容部18の液体導出部62から液体吐出ヘッド32のノズル31までの間の流路において、フィルター112よりも上流の液体中に存在した異物がフィルター112により除去され、異物がノズル31に流れる虞を低減できる。供給流路51において、液体導出部62からフィルター室111の上流側接続部63までの流路を上流側供給路61といい、フィルター室111の下流側接続部122からサブタンク37までの流路を下流側供給路121という。
図8に示すように、液体吐出装置12は、液体収容部18と液体吐出ヘッド32とを連通する供給流路51において、フィルター室111のフィルター112よりも上流には、複数の流路が空気室81と接続されている。本実施形態においては、第1流路71と第2流路101とが、各々、フィルター室111と空気室81とを連通している。ユーザーが装置を使用するときの設置状態(図1~図3)の第1姿勢Aにおいては、液体吐出ヘッド32はインクタンク45よりも高い位置にある。空気室81は、フィルター112よりも高い位置にあり、第1流路71と、第2流路101とは、フィルター112よりも高い位置で供給流路51に接続されるため、空気室81内に空気が集まり、空気室81内は空気で満たされている。
図9に示すように、例えば輸送時において、液体吐出装置12の姿勢が変更され、液体収容部18の液面L1の位置が液体吐出ヘッド32のノズル31よりも高い位置となった状態が第2姿勢Bである。図4は図3が90度時計回り方向に回転したときの状態であり、図9は図8が90度時計回り方向に回転したときの状態である。
図9に示すように、液体収容部18が液体吐出ヘッド32よりも鉛直上方に位置する第2姿勢Bにおいて、第1流路71と第2流路101とは、フィルター室111のフィルター112よりも上方位置において、フィルター室111と空気室81とを連通している。そして、本実施形態においては、第1流路71が第2流路101よりも上方にある。すなわち、第1流路71がフィルター室111と接続される第1流路導入口72よりも、第2流路101がフィルター室111と接続される第2流路導出口104の方が下方にある。
第1流路71と第2流路101とは、各々がフィルター室111と空気室81とを連通しているため、フィルター112よりも上方位置にあった液体の少なくとも一部は、重力の影響で下方の第2流路導出口104を通じ第2流路101へと移動する。移動した液体の体積と同じ体積の空気が空気室81から第1流路を通じてフィルター室111へと移動する。このようにして、空気室81に蓄えられていた空気は次第にフィルター室111に移動する。空気室81に蓄えられていた空気がフィルター室111に移動することで、空気がフィルター112の上方に流入する構成となっている。
図9に示すように、液体収容部18が液体吐出ヘッド32よりも鉛直上方となる第2姿勢Bにおいて、空気室81の一部はフィルター112よりも低い位置になっている。そして、本実施形態においては、フィルター112よりも低い位置にある空気室81の容積と、フィルター112よりも低い位置にある第2流路101との容積との合計が、フィルター112よりも上流部分のフィルター室111の容積よりも大きくなるように構成されている。そのため、液体吐出装置12の姿勢が第2姿勢Bである間は、フィルター室111
の液面がフィルター112の高さを超えることはなく、空気室81に蓄えられていた空気がフィルター112の表面を覆った状態が保たれる。
<インクタンクからフィルター室への流路>
まず、液体収容部18の液体導出部62からフィルター室111の上流側接続部63までの流路である上流側供給路61について説明する。
図10に示すように、液体収容部18の下部には液体導出部62があり、上流側供給路61は下方に延びている。上流側供給路61の途中には流路分岐点64があり、上部流路65と下部流路66とに分岐する。上部流路65は流路分岐点64において、図10の左方に曲がり、上流側接続部63の1つである上側接続部63aまで延び、フィルター112の表面に至る。すなわち、液体導出部62から上側接続部63aまで連通しており、インクは上流側供給路61の上部流路65を移動することが可能になっている。
また、下部流路66は流路分岐点64において、図10の下方に更に延びており、フィルター室111の右方にある下部連通孔67を図10の奥側から手前側へ通過した後、右方へ、下方へ、左方へと細かく曲がり、上流側接続部63の1つである下側接続部63bまで延び、フィルター112の表面に至る。すなわち、液体導出部62から下側接続部63bまでは連通しており、インクは上流側供給路61の下部流路66を移動することが可能になっている。本実施形態においては、下部連通孔67は絞り孔であり、その流路断面積は下部流路66の最小流路断面積よりも小さい。下部連通孔67の流路断面積は、下部流路66の最小流路断面積の例えば1/20~1/2の範囲内の値である。なお、絞りとして機能する限り、この範囲内の値に限定されない。下部連通孔67の孔の大きさを小さくしてインクの流動抵抗を高めている。
図11に示すように、上流側供給路61は、第2姿勢Bとなったときに、一部が鉛直方向Z側に凸となる流路である。上流側供給路61は、液体導出部62においては表側に流路が形成されているが、流路は途中で表側から裏側に延び、暫くの距離においては裏側に流路が形成される凸部68を通過し、流路分岐点64に至る。
そして、図10に示すように、再び流路は裏側から表側に延び、その後は表側に上部流路65が形成され、上側接続部63aまで延び、フィルター112の表面へと至る流路をとる。
図12に示すように、例えば輸送時において、第2姿勢Bとなったときには、供給流路51(図10参照)のうち、液体収容部18とフィルター112とを連通する部分の一部が鉛直方向Z側に凸となるような流路となる。この凸部68においてはフィルター112よりも低くなる位置を経由するため、フィルター室111の空気が上流側供給路61を通ってインクタンク45側に流出しにくい形状となっている。本実施形態においては、供給流路51(図10参照)のうち液体収容部18と、供給流路51(図10参照)においてフィルター112が設置される部分の流路とを連通する部分の少なくとも一部が、第2姿勢Bにおいてフィルター112よりも低くなる位置を経由しているが、その全部がフィルター112よりも低くなる位置を経由してもよい。
図13に示すように、液体収容部18の下部の液体導出部62(図10参照)から、下方に延び、上流側供給路61の流路分岐点64(図10参照)に至る流路の断面は、単純な四角形状ではなく、1か所の隅に溝部61aが形成されている。上流側供給路61の断面形状は単純な四角孔ではなく、四角孔の1か所の隅に溝部61aを設け、管部61bと溝部61aとで構成される。管部61bの流路断面積に比べ、溝部61aの流路断面積は小さい。例えば、溝部61aの流路断面積は、管部61bの流路断面積の1/4以下であ
る。この理由については後で説明する。
<フィルター室から空気室への流路>
次に、図14、図15を参照して、フィルター室111と空気室81を繋ぐ流路である第1流路71(図8、図9参照)及び第2流路101(図8、図9参照)について説明する。図14は液体吐出装置12が、第1姿勢Aにおける流路内のインクの状態を示し、図15は液体吐出装置12が、第1姿勢Aから第2姿勢Bとなったときの流路内のインクの状態を示している。
図14に示すように、フィルター室111は、フィルター112より上流の第1フィルター室115(表側)と、フィルター112より下流の第2フィルター室116(裏側)と、で構成される。空気室81は、中央の分割壁88で2室に分割され、分割壁88より上流の第1空気室82(表側)と、分割壁88より下流の第2空気室86(裏側)と、で構成される。空気室81は、分割壁88の表側に位置する第1空気室82と分割壁88の裏側に位置する第2空気室86とに分割された部屋を連通する貫通孔を有する。本実施形態においては第1空気室82と第2空気室86とは、第1貫通孔84(図10参照)と、第2貫通孔85(図10参照)との2つの貫通孔で連通している。
図15に示すように、空気室81は、第2姿勢Bにおいて、空気室81を上下に分ける分割壁88を有している。例えば輸送時において、第2姿勢Bとなったときには、フィルター112より上流の第1フィルター室115(表側)のインクが、第1空気室82に移動できるようになっている。第1空気室82と第2空気室86とは、連通しているため、第1フィルター室115(表側)から流出したインクは、第1貫通孔84(図10参照)と、第2貫通孔85(図10参照)とを通って、分割壁88より下にある第2空気室86に移動する。第2姿勢Bにおいて、分割壁88は空気室に移動したインクの液面よりも高い位置となるような高さに配置されている。
図15に示すように、フィルター室111内には、フィルター112よりも上流であって、かつ、第2姿勢Bとなったときにフィルター112の面よりも低くなる部分を設ける。第2姿勢Bにおいて、第1フィルター室115は、フィルター112の周囲がフィルター112の上面よりも1段低くなる堀部75が形成されている。つまり、第1フィルター室115内で、フィルター112面の高さは周囲の高さよりも1段高く構成されている。この堀部75の底面は、第1フィルター室115に接続された第1流路71(図16参照)の底面と同じ高さにあり、第1フィルター室115内のインクはフィルター112の周囲の堀部75に流れ落ち、さらに堀部75から第1流路71(図16参照)を通って第1空気室82(図16参照)へ流れ出る。このため、フィルター112上にはインクが残らない。第1フィルター室115内の液面はフィルター112の上面よりも低くなる。
図16、図17に示すように、第1空気室82(図16参照)と第2空気室86(図17参照)には分割壁88と交差する両方向に延出する壁部83を有している。第1空気室82(図16参照)内においては、室内空間をT形状に間仕切る2つの壁部83があり、第2空気室86(図17参照)内においては、室内空間をT形状に間仕切る2つの壁部83がある。インクと空気の移動ができるように、壁部83と壁部83との間にはインクと空気の移動ができる程度の隙間がある。
図10に示すように、液体収容部18から上側接続部63a及び下側接続部63bに至る上流側供給路61は、第1フィルター室115に連通している。
図16に示すように、第1流路71は、第1フィルター室115(表側)の第1流路導入口72と第1空気室82(表側)の第1流路導出口73を繋ぐことにより、第1フィルター室115と第1空気室82(表側)を連通している。第2姿勢Bとなったときに、第
1フィルター室115と連通する第1流路71へと繋がる第1流路導入口72は、堀部75と同じ高さであり、フィルター112の面の高さよりも1段低く構成されている。
図15~図17に示すように、第2流路101は、第1フィルター室115(表側)の第2流路導出口104と第2空気室86(裏側)の第2流路導入口102を繋ぐことにより、第1フィルター室115と第2空気室86(裏側)を連通している。第2姿勢Bとなったときに、第1フィルター室115と連通する第2流路101へと繋がる第2流路導出口104は、堀部75より若干高く、フィルター112の面の高さよりも1段低く構成されている。
図16に示すように、空気室81に接続される複数の流路71,101のうちの少なくとも1つは、第2姿勢Bとなったときにフィルター112の上面よりも低くなる堀部75に接続されている。本実施形態においては、第1フィルター室115(図8参照)と連通する第1流路71へと繋がる第1流路導入口72、および、第2流路101へと繋がる第2流路導出口104は、フィルター112の上面の高さよりも1段低く構成されている。そのため、第2姿勢Bにおいて、フィルター112面上の液体は、まず1段低く構成されている周囲の堀部75に流れ落ち、堀部75から複数の流路71,101を通過して空気室81へと移動する。フィルター112上にはインクが残らない。
図16、図17に示すように、第2流路101(図16、図17参照)は、第1流路71(図16参照)よりも長い流路長に設定されている。詳しくは、第1流路71が最短流路でフィルター室111と空気室81とを繋ぐのに対して、第2流路101は、あえて最短経路よりも長い流路長に設定されている。
図17に示すように、第2流路101は、第2流路導入口102を通って少し下方に延びた後、左方に曲がって暫く延び、上方に曲がり、第2流路連通口103を通って裏側から表側に移動し、図16に示すように、左方に曲がって暫く延びて第1フィルター室115(表側)に至る。
図16に示すように、第2流路101の終端ポイントである第2流路導出口104は上側接続部63aと同じ位置である。流路分岐点64から第1フィルター室115までの間においては、第2流路101と、上部流路65は流路を共有している。
<フィルター室から液体吐出ヘッドへの流路>
最後に、フィルター室111の下流側接続部122から液体吐出ヘッド32までの流路である下流側供給路121について説明する。
図17に示すように、フィルター112(図16参照)を通過したインクは、下流側接続部122を通って表側(図16)から裏側(図17)に移動し、上方に曲がり、暫く上方に延び、下流側供給路連通口123を通って裏側から表側に移動する。
図7に示すように、下流側供給路連通口123を通って表側に移動した後は左方に曲がり、インクタンク45の下面を添うように進み、角で上方に曲がり、ジョイント部35を通って、液体吐出ヘッド32のサブタンク37へ繋がるインク供給チューブ34へと供給される。
次に液体吐出装置12の作用について説明する。
図2に示すように、液体吐出装置12における生産工場の製造ラインにおいて、液体吐出装置12の組立が終了したときには、インクタンク45は、インクが全く充填されておらず、空気で満たされている状態である。ユーザーは、液体吐出装置12をはじめて使用
するとき、操作レバー42を操作してキャップを外し、液体収容部18が上部に有する注入口24(図3参照)からインクタンク45にインクを注入する。
液体吐出装置12の使用を開始する前は、インクタンク45(図7参照)において、液体収容部18の収容室23は、インクが全く充填されておらず、空気で満たされている。また、液体収容部18と液体吐出ヘッド32とを連通する供給流路51においても、インクが全く充填されておらず、空気で満たされている。
図8に示すように、液体吐出装置12の使用を開始する時には、インクタンク45にインクを充填する。インクは液体収容部18の収容室23に供給されるとともに、液体収容部18の下部の液体導出部62から上流側供給路61を通り、流路分岐点64において、上部流路65と下部流路66とに分岐してフィルター室111に至る。フィルター室111にある空気とインクとを入れ替える気液交換が上流側供給路61を通じて行われることで、フィルター室111はインクで充填される。
図13に示すように、上流側供給路61において、空気80は管部61bを通って、液体収容部18内(図10参照)へ流入し、インクは溝部61aを通って、フィルター室111(図10参照)に流入する。溝部61aの部分は毛細管力が強く働いてインクが溝部61aに引き寄せられるため、空気80が侵入できない。そのため、溝部61aはインク専用の流路として機能するので、上流側供給路61を通じて気液交換される。もし、上流側供給路61の断面形状が単純な四角い管であった場合には、上流側供給路61内を上流へ向かって移動する空気80によって上流側供給路61が完全に閉塞されるため、気液交換ができなくなる。
図10に示すように、上流側供給路61を通って流入するインクは流路分岐点64から自重によって下部流路66へ流れ、下部流路66を通じてフィルター室111の下部に開口する下側接続部63bからフィルター室111へ流入する。フィルター室111にインクが流入すると、その流入したインクの体積と等しい体積の空気がフィルター室111内から押し出される。このとき、フィルター室111内の空気はインクよりも軽いため、フィルター室111の上部に開口する上側接続部63aから上部流路65を通って押し出され、流路分岐点64に至ると、上流側供給路61内の管部61bを通って液体収容部18へと流出する。このとき、インクは、上流側供給路61内の溝部61a(図13参照)を通って毛細管力で流路分岐点64まで流れ、自重で下部流路66を通じてフィルター室111に流入する。このように、上流側供給路61を通じた気液交換がスムーズに行われることにより、フィルター室111がインクで充填される。
しかし、供給路が2つあることで倒置振動時などに意図しないインク移動の虞がある。そのため、下部流路66は、途中に流路径の小さい下部連通孔67を設け、インクの流動抵抗を高くするように構成されている。
フィルター室111がインクで満たされてしまえば、フィルター室111へのインクの移動は上部流路65および下部流路66を通じて行われる。
図3に示すように、第1姿勢A(図3参照)において、印刷などにより液体吐出ヘッド32で液体が消費されると、その消費されたインクを補うように液体収容部18内の液体がインク供給チューブ34を通じて液体吐出ヘッド32に供給される。
図3に示すように、第1姿勢A(図3参照)において、液体吐出ヘッド32が走査方向(幅方向X)においてのどの位置にあっても、液体吐出ヘッド32とインクタンク45の高さの関係は変わらない。このときの液体吐出ヘッド32のノズル31における水頭圧は
、-500Pa~-1kPa程度の負圧が好ましい。本実施形態のように、液体収容部18内の各液面L1に対して、液体吐出ヘッド32のノズル形成面30の高さが高ければ、ノズル31における水頭圧は負圧となる。
図8に示すように、第1姿勢A(図3参照)において、空気室81とフィルター室111とを連通する第1流路71及び第2流路101は、フィルター112よりも高い位置でフィルター室111と接続される。そのため、ユーザーが液体吐出装置12をはじめて使用する際の液体吐出装置12への最初のインク充填時において、充填されるインクが空気室81に流入することはなく、その後の液体吐出装置12の使用状態である第1姿勢A(図3参照)においても、空気室81は空気で満たされている。
図4に示すように、液体吐出装置12の姿勢が第1姿勢A(図3参照)から第2姿勢B(図4参照)に変更されると、インクタンク45は、ホームポジションHPに待機するキャリッジ33よりも最大の媒体幅に相当する距離だけ上方に位置する。
第1姿勢A(図3参照)においては、インクタンク45の液面L1よりも液体吐出ヘッド32のノズル31の方が高い位置であったが、第2姿勢B(図4参照)においては、インクタンク45の位置が筐体20内の最も上方に位置するのに対し、キャリッジ33の位置は筐体20内の最も下方に位置する。インクタンク45と液体吐出ヘッド32との距離が非常に大きくなる。従来の構成では、液体吐出ヘッド32のノズル31における水頭圧は非常に大きくなるので、液体吐出ヘッド32のノズル31からインクが漏れ続ける虞があった。
図9に示すように、液体吐出装置12の姿勢が第1姿勢A(図3、図8参照)から第2姿勢B(図4、図9参照)に変更されると、第1流路71がフィルター室111と接続される第1流路導入口72よりも、第2流路101がフィルター室111と接続される第2流路導出口104の方が下方にある。そのため、フィルター112よりも上方位置にあった液体は、重力によって下方の第2流路導出口104を通じ第2流路101へと移動する。移動した液体の体積と同じ体積の空気が第1流路71から第1流路導出口73を通じ移動してフィルター室111に流入する。
図15に示すように、フィルター112面の高さは周囲の高さよりも1段高く構成されているため、フィルター112上からインクは周囲に流れ落ち、フィルター112上にはインクが残らないようになっている。
図16に示すように、第2姿勢Bとなったときに、第1空気室82と連通する第1流路71へと繋がる第1流路導入口72はフィルター112の面の高さよりも、1段低い高さに位置する。また、第2姿勢Bとなったときに、第2空気室86(図17参照)と連通する第2流路101へと繋がる第2流路導出口104はフィルター112の面の高さよりも、1段低く位置する。すなわち、第2姿勢Bとなったときに、インクは重力の影響で1段低い高さで構成される堀部75に位置する第1流路導入口72と、堀部75よりは若干高いが、フィルター112の面の高さよりも1段低い高さに位置する第2流路導出口104を通じて、空気室81(図9参照)へと移動する。そのため、フィルター112の表面にはインクは残らず、表面は空気で覆われる。
図6に示すように、フィルター112の表面の多数の細孔113にはメニスカスが形成される。フィルター112の表面の多数の細孔113に形成されたメニスカスの表面張力によって水頭圧と逆向きのバブルポイント圧が発生する。図9に示すように、このバブルポイント圧が水頭圧より大きく設定されているので、第2フィルター室116内でのインクの移動がなくなるため、下流側供給路121へのインクの流出が起こらない。そのため
、図4に示すように、液体収容部18の液面L1と液体吐出ヘッド32のノズル31の開口との間の水頭差が大きくなる第2姿勢B(図4参照)であっても、バブルポイント圧に相当する圧力が減圧されるので、ノズル31に液漏れが発生するほどの水頭圧がかからない。よって、液体吐出ヘッド32のノズル31からインクが漏れることを防止できる。
図17に示すように、第2流路101は、あえて長い流路になるように設定されている。液体吐出装置12の姿勢が第1姿勢A(図3参照)から第2姿勢B(図4参照)に変更されると、倒置時の振動衝撃で発生したインクの波の影響で空気室81(図9参照)内のインクがわずかにフィルター室111(図9参照)内に向かって第2流路101を移動する場合がある。第1流路71は空気室81と同じ高さにある(図16参照)が、第2流路101は、空気室81の下方にある(図17参照)ため、振動衝撃でインクが移動しやすい。
図9に示すように、空気室81内のインクがわずかにフィルター室111内に向かって第2流路101を移動しようとしても、第2流路101が第1流路71よりも長い流路長に形成されている(図17参照)ので、振動衝撃で移動したインクがフィルター室111まで到達するのは容易ではない。第2流路101を長くした容積の分だけ、インクはフィルター室111まで到達し難くなり、長い流路である第2流路101は、意図しないインクの移動を防止するバッファーとして機能する。
図10に示すように、倒置時の振動衝撃で液体収容部18内のインクが揺れた影響で下部流路66を通ってインクがフィルター室111に向かって移動しようとしても、絞り孔よりなる下部連通孔67がインクの流路抵抗となってインクの移動が抑制される。よって、液体吐出装置12を第2姿勢Bに倒置させた後、倒置時の振動衝撃で液体収容部18内のインクの揺れの影響で、下部流路66からインクがフィルター室111に流入することが抑制される。
図15に示すように、第2姿勢Bにおいて、空気室81の一部はフィルター112よりも低い位置に位置する。そのため、空気室81に移動した液体がフィルター室111に戻り、再びフィルター112の上面を塞ぐことを抑制できる。本実施形態においては、第2姿勢Bにおいて、下方側の空気室81である第2空気室86の全体がフィルター112よりも低い位置に位置する。そのため、空気室81に移動した液体がフィルター室111に戻る虞が少なく、再びフィルター112の上面を塞ぐことをより抑制できる。
図9に示すように、第2姿勢Bにおいて、第1フィルター室115から第1流路71を通って第1空気室82に至ったインクは、第1貫通孔84と、第2貫通孔85との2つの貫通孔を通って、分割壁88より下にある第2空気室86に移動する。また第2流路101を通って移動したインクも第2空気室86に至るため、インクは第2空気室86に集まる。
図15に示すように、第2姿勢Bにおいて、第2空気室86に溜まったインクの上方となる位置に分割壁88を配置することで障壁とし、液体吐出装置12が運搬中に振動しても空気室81内でインクに発生する波を分割壁88に当てることでインクの泡立ちを抑制する。インクが泡立ってしまうと体積が増えるため、フィルター室111にインクが流入しやすくなるが、分割壁88によってインクの泡立ちが抑えられる。すなわち、分割壁88の波立ち抑制作用によって、フィルター室111との接続流路である第2流路101(図9参照)に対して、泡状のインクが侵入することを防ぐことができる。
図16、図17に示すように、第1空気室82と第2空気室86は、分割壁88と交差する方向に突出する壁部83を有している。第1空気室82と第2空気室86とを、壁部
83で複数の小部屋に区切ることによって、液体の大きな動きを抑えて、大きな波が発生しないような構成になっている。液体吐出装置12が運搬中に振動するときにインクに発生する波を壁部83に当てることでインクの波を抑制する。インクが波で泡立ってしまうと体積が増えるため、フィルター室111との接続流路である第2流路101に対して、泡状のインクが侵入やすくなるが、分割壁88によってインクの泡立ちが抑えられる。すなわち、壁部83の作用によって、フィルター室111との接続流路である第2流路101に対して、泡状のインクが侵入することを防ぐことができる。
図3に示すように、再度、液体吐出装置12の姿勢が第2姿勢B(図4参照)から第1姿勢A(図3参照)に変更されると、インクタンク45とキャリッジとの鉛直方向Zの距離が短くなる。第1姿勢A(図3参照)においては、インクタンク45よりも液体吐出ヘッド32の方が高い位置に戻る。
図8に示すように、液体吐出装置12の姿勢が第2姿勢B(図4、図9参照)から第1姿勢A(図3、図8参照)に変更されると、第2空気室86にあった液体は、重力の影響で下方の第2流路導入口102を通じ第2流路101へと移動し、第1フィルター室115に戻る。そして、第1フィルター室115にあった空気は、第1流路71を経由し第1流路導出口73から第1空気室82へと戻る。フィルター室111はインクで満たされ、空気室81は空気で満たされることで、流路の状態は、液体吐出装置12の姿勢が変更される前の状態に戻る。
以上説明したように、液体吐出装置12が第1姿勢A(図3参照)から第2姿勢B(図4参照)に変更されたときは、ノズル31に液漏れが発生するほどの水頭圧がかからないので、液体吐出ヘッド32のノズル31からインクが漏れることを防止できる。また、液体吐出装置12が運搬や開梱設置のときに第1姿勢Aから第2姿勢Bに変更されたときの衝撃や、第2姿勢Bで輸送中の振動に対しても、分割壁88や壁部83の作用によって、空気室81内のインクの移動が抑制され、これによりインクの泡立ちが抑制される。例えば、空気室81内のインクの泡立ちに起因してフィルター112にメニスカスが形成されなくなる不都合を抑制する。すなわち、液体吐出装置12が第2姿勢B(図4参照)にあるときに衝撃や振動があっても、液体吐出ヘッド32のノズル31からインクが漏れることを防止できる。
以上、詳述した実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
(1)液体吐出装置12の姿勢が第1姿勢Aから第2姿勢Bに変更されると、フィルター112よりも上方位置にあった第1フィルター室115の液体は、重力の影響によって下方の第2流路101から第2流路導入口102を通じて空気室81と移動する。移動した液体の体積と同じ体積の空気が第1流路71から第1流路導出口73を通じて第1フィルター室115に入り、フィルター112の表面が空気で覆われる。つまり、フィルター室111のインクの液面がフィルター112の上面と同じかフィルター112の上面よりも下がる。フィルター112には多数の細孔113による毛管が存在する。フィルター112の表面が空気で覆われると、インクの表面張力が細孔113による毛管にインクのメニスカスを形成することで水頭圧に抗するバブルポイント圧が発生する。フィルター112はバブルポイント圧が水頭圧より大きくなるように設定されているので、液体収容部18の液面L1とノズル31との間の水頭差の割にノズル31に作用する実質的な水頭圧が小さく抑えられる。そのため、液体収容部18とノズル31との水頭差が大きくなる第2姿勢Bであっても、液体吐出ヘッド32のノズル31からインクが漏れることを防止できる。
(2)第1姿勢Aにおいて、空気室81とフィルター室111とを連通する第1流路71及び第2流路101は、フィルター112よりも高い位置でフィルター室111と接続
される。そのため、液体吐出装置12の使用状態である第1姿勢Aにおいて、空気室81に空気を蓄えやすい。常に空気室81に空気が蓄えられていることにより、第2姿勢Bになったときに、フィルター112の表面を空気で覆うことができるため、液体吐出ヘッド32のノズル31からインクが漏れることを安定して防止できる。また、第1姿勢Aにおいて複数の流路71,101にインクが溜まらない。例えば、第1姿勢Aにおいて複数の流路71,101の一部にインクが溜まる構成であると、複数の流路71,101の一部に溜まっていた、例えば顔料が沈降するなどの古いインクが、第2姿勢Bから第1姿勢Aに戻った後に混入する虞がある。しかし、第1姿勢Aにおいて複数の流路71,101の一部にインクが溜まりにくい構成なので、上記問題も回避できる。
(3)第1姿勢Aから液体吐出装置12を倒置させて第2姿勢Bに変化したとき、フィルター112よりも上流側の第1フィルター室115にあったインクは、重力の影響によって下方の第2流路101から第2流路導入口102を通じて空気室81と移動する。さらに空気室81の少なくとも一部はフィルター112よりも低い位置に位置するため、空気室81の全部がフィルター112よりも高い位置に位置する構成に比べ、空気室81へ移動するインクの量はさらに多くなる。そして、本実施形態においては、フィルター112よりも低い位置にある部分の空気室81の容積と、フィルター112よりも低い位置にある部分の第2流路101の容積との合計が、フィルター112よりも上流部分のフィルター室111の容積よりも大きくなるように構成されている。そのため、液体吐出装置12の姿勢が第2姿勢Bである間は、フィルター室111の液面がフィルター112の高さを超えることはなく、空気室81に蓄えられていた空気がフィルター112の表面を覆った状態が保たれる。
(4)第2姿勢Bにおいて、フィルター112の上流側の面にあるインクは、重力の影響で1段低い高さで構成される堀部75へ流れた後、第1流路導入口72と第2流路導入口102を通じて、空気室81へと移動するため、フィルター112の上流側の面にはインクは残らず、表面は空気で覆われ、メニスカスができる。したがって、液体吐出装置12の姿勢が第1姿勢Aから第2姿勢Bへ変わったときに、液体吐出ヘッド32のノズル31から液体が漏れることを防止できる。
(5)空気室81を、第2姿勢Bにおいて第1空気室82と第2空気室86とを上下に分ける位置に分割壁88を配置し、第2姿勢Bの状態で液体吐出装置12が運搬等で振動するときに、空気室81内で移動しようとする液体を、障壁として作用する分割壁88に当てることで、空気室81の液体の泡立ちを抑制できる。例えば、空気室81内の液体の体積が泡立ちによって増えると、空気室81に溜まる液体の実質的な量が相対的に少なくなり、これに伴い液体収容部18とフィルター112との間に空気の層と液体との界面である液面が、想定した液面高さよりも上昇してしまう。この場合、フィルター112にメニスカスが形成されなくなり、メニスカスが形成されるまでの間、液体吐出ヘッド32から少量の液体が漏れる不都合が発生する心配がある。しかし、空気室81の泡立ちを抑制できるので、これらの不都合を極力回避できる。また、フィルター室111との接続流路である第2流路101への泡状の液体の侵入を抑制することもできる。
(6)第2姿勢Bにおいて、分割壁88は空気室81の液面よりも高い位置に配置されているため、分割壁88の下方側の空気室81に移動した液体はフィルター室111に戻る虞が少なく、液体がフィルター112の上面を塞ぐ体積を抑制できる。
なお、第2姿勢において、フィルター112よりも低い位置にある分割壁88の下方側の第2空気室86の容積が、第1フィルター室115の容積よりも大きくなるように構成することで、第1フィルター室115にあった液体の全てを第2空気室86へ移動できる。そのため、第2空気室86に移動した液体がフィルター室111に戻る虞が少なく、再
びフィルター112の上面を塞ぐことを抑制できる。
(7)第2姿勢Bにおいて、大半のインクは第1フィルター室115から第2流路101を通って第2空気室86に至る。少量ではあるが、第1流路71を通って移動したインクも、第1貫通孔84と、第2貫通孔85との2つの貫通孔を通って、分割壁88より下にある第2空気室86に移動する。すなわち、第2姿勢Bにおいて、インクを下方の第2空気室86に集めることができる。
(8)第1空気室82と第2空気室86とのそれぞれを、壁部83で複数の小部屋に区切ることによって、液体吐出装置12が運搬等によって振動するときにインクに発生する波を壁部83に当てることでインクの波を抑制する。このため、空気室81内のインクに大きな波が発生しないので、インクの泡立ちが抑えられる。よって、空気室81内のインクの泡立ちに起因するフィルター室111内の液面の上昇によりメニスカスが形成されなくなる頻度を低減したり、メニスカスが形成されるまで液体吐出ヘッド32から漏れるインクの量を少なく抑えたりすることができる。また、泡立つインクがフィルター室111との接続流路である第2流路101に侵入することを防ぐことができる。
また、インクが泡立って体積が増えた場合には、分割壁88を超えて第1空気室82まで泡状のインクが流入する場合が考えられる。そのような場合でも、壁部83の作用によって、泡立つインクがフィルター室111との接続流路である第1流路71に侵入することを防ぐことができる。
(9)液体吐出装置12が第2姿勢Bとなったときには、供給流路51において、液体収容部18とフィルター112とを連通する部分のうち、凸部68がフィルターよりも低くなる位置を経由するため、フィルター112の上流にある空気が上流側供給路61を通ってインクタンク45側に流出しにくい。
なお、上記実施形態は以下に示す変更例のような形態に変更することもできる。さらに、上記実施形態および以下に示す変更例を適宜組み合わせたものを更なる変更例とすることもできるし、以下に示す変更例同士を適宜組み合わせたものを更なる変更例とすることもできる。
・フィルター室111内にフィルター112を設けたが、フィルター室111を設けず、供給流路51の途中にフィルター112を設けてもよい。
・インクタンク45のフィルター室111内にフィルター112を設けたが、インクタンク45の外に、フィルター112を含む液漏れ抑制機構LSを設けてもよい。液漏れ抑制機構LSは、水頭圧によってインクの移動が起こらない程度のバブルポイント圧を発生させられればよいため、必ずしもキャリッジ33から最も遠い位置にあるインクタンク45内に搭載する必要はない。
・各インクタンク45からの各供給流路51の途中に、各々複数のフィルター112を設けてもよい。
・各インクタンク45からの各供給流路51の途中に、複数の個所にフィルター112を含む液漏れ抑制機構LSを設けてもよい。その各々の液漏れ抑制機構LSにおいてフィルター112の上流側に複数の流路を備え、その複数の流路を別々の空気室81に繋げてもよいし、同じインクタンクから複数の供給流路が延びていれば、複数の供給流路にそれぞれ接続されるその複数の流路を繋ぐ空気室81は、1つであってもよい。
・第1姿勢Aにおいて、フィルター112より高い位置にあるのは空気室81の一部であってもよい。空気が蓄えられていればよい。
・空気室81と供給流路51とを接続する流路の数は2つに限定されず、3つ以上でもよい。
・インクタンク45は、タンクのインク貯蔵部である液体収容部18と、空気室81と、フィルター室111と、複数の流路とが、一体成型によって1つの部品として構成されているが、別々の部品で構成され、それらを接続して構成してもよい。
・液体を収容する収容室23と収容室23内と大気とを連通する大気連通部を液体収容部18に設けてもよい。
・第1姿勢Aにおいて、空気室81とフィルター室111を繋ぐ複数の流路のうちの少なくとも1つがフィルター112よりも低い位置又はフィルター112と同じ高さの位置で供給流路51に接続されていてもよい。
・インクタンク45は、第1姿勢Aにある液体吐出装置12の筐体20内の幅方向Xの一方の端部に設けられ、キャリッジ33の待機位置であるホームポジションHPは、筐体20内の他方の端部に設けられていたが、ホームポジションHPは、筐体20内の図2における左方に設けてもよい。
・第2姿勢Bとなったときに、第1フィルター室115の壁面に形成された堀部75全てがフィルター112の上流側の面の高さよりも1段低く構成されている必要はなく、一部だけでも低く構成されていればよい。フィルター112表面から流れたインクが第1流路71又は第2流路101に繋がる流路が1つあって、この1つの流路の1箇所だけにフィルター112表面との高低差があればよい。また、堀部75は必ずしも低くする必要もなく、同じ高さであってもよい。ただし、周囲と同じ高さや、周囲との高さの差が小さいと、液体吐出装置12の傾きの角度や姿勢よっては性能が発揮できない場合があるので、堀部75は、第2姿勢Bにおいてフィルター112の上流側の面よりも低い位置にあることが好ましい。
・複数の流路である、第1流路71又は第2流路101は、フィルター112周囲の堀部75に直接接続する必要はなく、堀部75を経由していれば他の流路と接続してもよい。堀部75に接続するとは堀部75を経由することを含む。本実施形態においては、第2流路101は堀部75よりも1段高い第2流路導出口104を経由している。
・供給流路51にフィルター室111を設けない場合においては、第2姿勢Bにおいて、フィルター112よりも低い位置にある部分の空気室81の容積と、フィルター112よりも低い位置にある部分の第2流路101の容積とを合計する。その容積の合計が、フィルター112よりも上流部分の上流側供給路61であって、第2姿勢Bにおいて、フィルター112の上面よりも高い位置にある部分の容積よりも大きくなるように構成されてもよい。その場合、液体吐出装置12の姿勢が第2姿勢Bである間は、液面がフィルター112の上面の高さを超えることはなく、空気室81に蓄えられていた空気がフィルター112の表面を覆った状態が保たれる。
・第2姿勢Bにおいて、フィルター112よりも低い位置にある空気室81の容積と、フィルター112よりも低い位置にある第2流路101との容積との合計が、フィルター112よりも上流部分のフィルター室111の容積よりも大きくならなくてもよい。第2姿勢Bとなったときにフィルター室111に残る液体が多く、フィルター室111の液面がフィルター112の高さを超えていたときには、水頭圧によって液体吐出ヘッド32のノズル31からはインクが漏れる。しかし、ノズル31からインクが漏れる分のインクが移動し、フィルター112の上面から液体が徐々になくなり、フィルター112の上面でメニスカスが形成されるようになった以降は、液体吐出ヘッド32のノズル31からイン
クが漏れることを防止できる。
・空気室81とフィルター室111を繋ぐ流路の一部がフィルター112よりも上流側に接続されていれば、第2姿勢Bにおいて、空気室81とフィルター室111を繋ぐ複数の流路のうちの少なくとも1つがフィルター112よりも高い位置で供給流路51に接続されていてもよい。ただし、本実施形態のようにフィルター112よりも低い位置で供給流路51に接続される方が、高低差によって、フィルター112表面のインクが流れるため、フィルター112の上面から液体が徐々になくなり、フィルター112の上面と下面との間でメニスカスが形成されやすい。
・液体収容部18とフィルター室111を繋ぐ上部流路65と、空気室81とフィルター室111を繋ぐ第2流路101とを、流路分岐点64からフィルター室111までの流路を共用しているが、流路は別々に設けてもよい。
・空気室81は分割壁88によって2室に分割したが、3室以上に分割してもよい。
・空気室81の分割壁88は第2姿勢Bとなったときに水平となるよう構成されていたが、水平でなく、水平に対して角度が付いていてもよい。ただし、角度が大きくなると波立ち防止や泡立ち防止の効果は少なくなる。
・空気室81を分割壁88によって分けた第1空気室82と第2空気室86とのそれぞれに、室内空間を仕切るT形状の壁部83を2つずつ設けたが、その数は限定されず、形状も限定されない。ただし、インクと空気の移動ができるように、壁部83同士が密接もしくは密集しておらず、壁部83と壁部83との間にはインクと空気の移動ができる程度の隙間があればよい。
・空気室81の壁部83は、空気室81の壁面や分割壁88とは別部材で構成されていてもよい。
・第1空気室82と第2空気室86とは、第1貫通孔84と、第2貫通孔85との2つの貫通孔で連通しているが、その数は限定されず、形状も限定されない。インクと空気の移動ができる程度の貫通孔の大きさであればよい。
・供給流路51のうち液体収容部18からフィルター112までの部分の全部が、第2姿勢Bとなったときに、フィルター112よりも低くなる位置を経由してもよい。
・下部連通孔67の流路断面積(大きさ)は、下部流路66の最小流路断面積の例えば1/20~1/2の範囲内の値としているが、形状、大きさは限定されない、ただし、インクの初期充填と意図しないインク移動の抑制の両立には適度な大きさがあるので、両立できる適度な大きさを設定するのが好ましい。
・液体吐出装置12の出荷前検査で印刷テストを行った後、液体吐出装置12内にある全てのインクを空にした後に工場から液体吐出装置12を出荷し、ユーザーが、液体吐出装置12をはじめて使用するときに、インクタンク45にインクを注入している。輸送や運搬時に液体吐出装置12を第2姿勢Bとしてもノズル31からインクが漏れないため、出荷前検査で液体吐出装置12内に注入したインクを全て空にする工程を省略し、液体吐出装置12を工場出荷してもよい。
・液体吐出装置12は、インク以外の他の液体を吐出する液体吐出装置12であってもよい。液体吐出装置12から微小量の液滴となって吐出される液体の状態としては、粒状、涙状、糸状に尾を引くものも含むものとする。ここでいう液体は、液体吐出装置12から吐出させることができるような材料であればよい。例えば、液体は、物質が液相であるときの状態のものであればよく、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、のような流状体を含むものとする。液体は、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、分散又は混合されたものなども含むものとする。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及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。液体吐出装置の具体例としては、例えば、液晶ディスプレイ、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等に用いられる電極材や色材等の材料を分散又は溶解のかたちで含む液体を吐出する装置がある。液体吐出装置は、バイオチップ製造に用いられる生体有機物を吐出する装置、精密ピペットとして用いられ試料となる液体を吐出する装置、捺染装置やマイクロディスペンサー等であってもよい。液体吐出装置は、時計やカメラ等の精密機械にピンポイントで潤滑油を吐出する装置、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吐出する装置であってもよい。液体吐出装置12は、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吐出する装置であってもよい。
以下に、上述した実施形態及び変更例から把握される技術的思想及びその作用効果を記載する。
(A)液体吐出装置は、液体を吐出する液体吐出ヘッドと、前記液体を収容する液体収容部と、前記液体吐出ヘッドと前記液体収容部とを連通する供給流路と、前記供給流路に複数の流路で接続される空気室と、を備え、前記供給流路はフィルターを有し、前記複数の流路はそれぞれ、前記供給流路において前記フィルターより上流側に接続され、使用時の姿勢である第1姿勢において、前記空気室は前記フィルターよりも高い位置に位置する。
この構成によれば、第1姿勢において、供給流路に対してフィルターより上流側に接続された空気室はフィルターよりも高い位置にあるため、空気室には空気が入っている。したがって、第1姿勢から装置が転倒して第2姿勢に変化したとき、フィルターよりも上流側にあった液体は、複数の流路を通じて空気室への移動が開始される。
第2姿勢に変化したとき、重力の影響によって、第1姿勢において複数の流路及び空気室のうち空気で満たされていた部分の少なくとも一部に液体が移動するため、フィルターよりも上流側にあった液体の量は減少し、その移動した液体の体積と等しい体積の分だけの複数の流路及び空気室のうちの一部の空気がフィルターの上流に流入する。すなわち、供給流路において、液体収容部とフィルターとの間に空気の層が形成される。
第2姿勢において、液体収容部とフィルターとの間に空気の層によって空気と液体との界面である液面がフィルターと重なる場合、フィルターの細孔による毛管にメニスカスが形成され、メニスカスの表面張力によって、液体収容部とフィルターとの間の水頭圧と反対の向きの圧力であるバブルポイント圧が発生する。また、第2姿勢において、フィルターの上面に液体が残っている液面である場合、メニスカスが形成されないため、メニスカスが形成されるまでは水頭圧によって液体吐出ヘッドから液体が漏れる。そして、フィルターの上面でメニスカスが形成されるようになった以降は、液体吐出ヘッドからインクが漏れることを防止できる。したがって、液体吐出ヘッドから液体が漏れる量を少なく抑えられる。よって、液体供給部内の液面の位置が液体吐出ヘッドよりも高い位置となる姿勢に液体吐出装置が倒置されても、液体吐出ヘッドからの液体の漏れを抑制できる。
(B)上記液体吐出装置において、前記複数の流路は、前記第1姿勢において、前記フィルターよりも高い位置で前記供給流路に接続されてもよい。
この構成によれば、第1姿勢において、空気室はフィルターを有する供給流路の鉛直上
方に位置し、供給流路と空気室とを繋ぐ複数の流路はフィルターよりも高い位置で供給流路に接続されるため、空気室及び該複数の流路は液体の流路からは外れている。そのため、第1姿勢においては、空気室及び該複数の流路には液体ではなく空気が入っている。また、該複数の流路は、フィルターよりも上流側に接続されている。したがって、第1姿勢から装置が転倒して第2姿勢に変化したとき、供給流路においてフィルターよりも上流側にあった液体は、供給流路においてフィルターより上流側に接続される該複数の流路のうち少なくとも1つを通じて空気室に向かって移動が開始される。空気室及び該複数の流路がフィルターよりも高い位置で供給流路に接続されているため、空気室だけがフィルターの鉛直上方に位置する場合に比べて、空気室へ移動する空気の量は多い。
(C)上記液体吐出装置において、前記液体収容部が前記液体吐出ヘッドよりも高い位置となる第2姿勢において、前記空気室の少なくとも一部は、前記フィルターよりも低い位置に位置してもよい。
この構成によれば、第1姿勢から装置が転倒して第2姿勢に変化したとき、フィルターよりも上流側にあった液体は、供給流路においてフィルターより上流側に接続される複数の流路を通じて空気室へ移動する。さらに空気室の少なくとも一部はフィルターよりも低い位置に位置するため、空気室へ移動する液体の量はさらに多くなる。
第2姿勢に変化したとき、液体収容部とフィルターとの間の空気の層と液体との界面である液面を、フィルターと重ねることができるか、フィルターの上面に近づけることができる。よって、第2姿勢において、液体吐出ヘッドからの液体の漏れを一層確実に無くすか、液体が漏れる場合でもその漏れ量を一層少ない量に抑えることができる。したがって、液体吐出ヘッドから液体が漏れることを抑制できる。
(D)上記液体吐出装置において、前記供給流路はフィルター室を有し、前記フィルターは前記フィルター室内に設けられ、前記フィルター室内に、前記フィルターよりも上流であって、かつ、前記第2姿勢となったときに前記フィルターの上流側の面よりも低くなる堀部を設け、前記複数の流路のうちの少なくとも1つを該堀部に接続してもよい。
この構成によれば、フィルターの上流側の面にある液体が、フィルターの周りの低い堀部へと流れることによって、液面がフィルターの上面と同じかフィルターの上面よりも下がることで、フィルターにメニスカスができやすくなる。したがって、液体吐出装置の姿勢が第1姿勢から第2姿勢へ変わったときに、液体吐出ヘッドから液体が漏れることを防止できる。
(E)上記液体吐出装置において、前記空気室は、前記第2姿勢において前記空気室を上下に分ける分割壁を有してもよい。
この構成によれば、第2姿勢において、第2姿勢の状態で液体吐出装置が運搬等で振動するときに液体の移動または液体に発生する波を、空気室を上下に分ける分割壁に当てることで抑制する。第2姿勢において空気室の液体が泡立ってしまうと体積が増え、空気室に溜まる液体の実質的な量が相対的に少なくなり、これに伴い液体収容部とフィルターとの間に空気の層によってできる液面が、想定した液面高さよりも上昇してしまう。この場合、メニスカスが形成されなくなったり、メニスカスが形成されるまでに液体吐出ヘッドから漏れる液体の量が増えてしまったりする不都合が発生する。しかし、空気室の泡立ちを抑制できるので、これらの不都合を極力回避できる。また、供給流路への泡状の液体の侵入を抑制することもできる。
(F)上記液体吐出装置において、前記分割壁は前記第2姿勢における前記空気室の液面よりも高い位置に配置されてもよい。
この構成によれば、第2姿勢Bにおいて、分割壁の下方側の空気室に移動した液体はフィルターの上流側に戻る虞が少なく、液体がフィルターの上面を塞ぐ体積を抑制できる。
なお、第2姿勢において、フィルターよりも低い位置にある分割壁の下方側の空気室の容積が、フィルターよりも上流部分の供給流路の容積よりも大きくなるように構成することで、フィルターよりも上流側にあった液体の全てを分割壁の下方側の空気室へ移動できる。そのため、空気室に移動した液体がフィルターよりも上流部分の供給流路に戻る虞が少なく、再びフィルターの上面を塞ぐことを抑制できる。
(G)上記液体吐出装置において、前記分割壁は、前記空気室が当該分割壁により分割された2つの部屋を連通する貫通孔を有してもよい。
この構成によれば、第2姿勢Bにおいて、空気室が分割壁で分割された2つの部屋のうち上側の部屋に流入した液体は連通路を通って、分割壁より下にある部屋に移動するため、液体を空気室の下部に集めることができる。
(H)上記液体吐出装置において、前記空気室は、前記分割壁と交差する方向に突出する壁部を有してもよい。
この構成によれば、空気室を分割壁で分けた部屋を壁部で小部屋に区切ることによって、液体吐出装置が運搬等によって振動するときに液体に発生する波を壁部に当てることで液体の大きな動きが抑えられる。このため、空気室内の液体に大きな波が発生しないので、液体の泡立ちが抑えられる。よって、空気室内の液体の泡立ちに起因してフィルターの上流側の面よりも液面が上昇してメニスカスが形成されなくなる頻度を低減したり、メニスカスが形成されるまで液体吐出ヘッドから漏れる液体の量を少なく抑えたりすることができる。また、泡立つ液体が供給流路に侵入することを防ぐことができる。
(I)上記液体吐出装置において、前記供給流路のうち前記液体収容部から前記フィルターまでの部分の少なくとも一部が、前記第2姿勢において前記フィルターよりも低くなる位置を経由してもよい。
この構成によれば、液体吐出装置が第2姿勢となったときには、供給流路のうち液体収容部とフィルターとの間の部分が、フィルターよりも低くなる位置を経由するため、フィルターの上流にある空気が供給流路を通じて液体収容部側に流出しにくい。
11…複合機、12…液体吐出装置、13…画像読取装置、15…操作部、16…表示部、17…操作パネル、18…液体収容部、18A…第1液体収容部、18B…第2液体収容部、19…保持部、20…筐体、21…窓部、23…収容室、24…注入口、26…視認面、27…下限目盛、28…上限目盛、30…ノズル形成面、31…ノズル、32…液体吐出ヘッド、33…キャリッジ、34…インク供給チューブ、37…サブタンク、41…大気開放口、42…レバー、43…キャップ、45…インクタンク、46…液体、51…供給流路、61…上流側供給路、61a…溝部、61b…管部、62…液体導出部、63…上流側接続部、63a…上側接続部、63b…下側接続部、64…流路分岐点、65…上部流路、66下部流路、67…下部連通孔、68…凸部、71…第1流路、72…第1流路導入口、73…第1流路導出口、75…堀部、80…空気、81…空気室、82…第1空気室、83…壁部、84…第1貫通孔、85…第2貫通孔、86…第2空気室、88…分割壁、101…第2流路、102…第2流路導入口、103…第2流路連通口、104…第2流路導出口、111…フィルター室、112…フィルター、113…細孔、115…第1フィルター室、116…第2フィルター室、121…下流側供給路、122…下流側接続部、123…下流側供給路連通口、A…第1姿勢、B…第2姿勢、X…幅方向、Y…奥行方向、Z…鉛直方向、L1…液面、D…フィルター細孔直径、r…フィルター
細孔半径、θ:接触角、γ:液体の表面張力、HP…ホームポジション位置、LS…液漏れ抑制機構

Claims (9)

  1. 液体を吐出する液体吐出ヘッドと、
    前記液体を収容する液体収容部と、
    記液体吐出ヘッドと前記液体収容部とを連通する供給流路と、
    前記供給流路から分岐する複数の流路によって、前記供給流路に接続される空気室と、
    を備え、
    前記供給流路はフィルターを有し、
    前記複数の流路はそれぞれ、前記供給流路において前記フィルターより上流側に接続され、
    使用時の姿勢である第1姿勢において、前記空気室は前記フィルターよりも高い位置に位置し、空気で満たされていることを特徴とする液体吐出装置。
  2. 前記複数の流路は、前記第1姿勢において、前記フィルターよりも高い位置で前記供給流路に接続されることを特徴とする請求項1に記載の液体吐出装置。
  3. 前記液体収容部が前記液体吐出ヘッドよりも高い位置となる第2姿勢において、前記空気室の少なくとも一部は、前記フィルターよりも低い位置に位置することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の液体吐出装置。
  4. 前記供給流路はフィルター室を有し、
    前記フィルターは前記フィルター室内に設けられ、
    前記フィルター室内に、前記フィルターよりも上流であって、かつ、前記第2姿勢となったときに前記フィルターの上流側の面よりも低くなる堀部を設け、
    前記複数の流路のうちの少なくとも1つを該堀部に接続することを特徴とする請求項3に記載の液体吐出装置。
  5. 前記空気室は、前記第2姿勢において前記空気室を上下に分ける分割壁を有することを特徴とする請求項3または請求項4に記載の液体吐出装置。
  6. 前記分割壁は前記第2姿勢における前記空気室の液面よりも高い位置に配置されることを特徴とする請求項5に記載の液体吐出装置。
  7. 前記分割壁は、前記空気室が当該分割壁により分割された2つの部屋を連通する貫通孔を有することを特徴とする請求項5または請求項6に記載の液体吐出装置。
  8. 前記空気室は、前記分割壁と交差する方向に突出する壁部を有することを特徴とする請求項5から請求項7のうち何れか一項に記載の液体吐出装置。
  9. 前記供給流路のうち、前記液体収容部と、供給流路においてフィルターが設置される部分の流路と、を連通する部分の少なくとも一部が、前記第2姿勢において前記フィルターよりも低くなる位置を経由することを特徴とする請求項3から請求項8のうち何れか一項に記載の液体吐出装置。
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