インクジェットヘッドユニット
【課題】フィルタの目詰まりによって流抵抗が変化した場合でも、吐出ノズル部での圧力を適切な圧力に保つとともに、フィルタと吐出ノズルとの間の流路でのごみの発生を低減したインクジェットヘッドユニットを提供する。
【解決手段】インクジェットヘッドユニットは、液室４およびノズル５を有するインクジェットヘッド６と、液室４に連通するインク流路と、該インク流路に設けられたフィルタ３とを具備している。そのインク流路は、大気と液室４内との圧力差を検出する圧力検出部１０、弁部８、圧力検出部１０で検出された圧力差に基づいて弁部８の開度を調節する調節部９、からなる圧力調整機構Ｍを有する。弁部８とフィルタ３と圧力検出部１０とノズル５はインクの流れに沿って、この順、あるいは、ノズル５、圧力検出部１０、フィルタ３、弁部８の順で配置されている。
【解決手段】インクジェットヘッドユニットは、液室４およびノズル５を有するインクジェットヘッド６と、液室４に連通するインク流路と、該インク流路に設けられたフィルタ３とを具備している。そのインク流路は、大気と液室４内との圧力差を検出する圧力検出部１０、弁部８、圧力検出部１０で検出された圧力差に基づいて弁部８の開度を調節する調節部９、からなる圧力調整機構Ｍを有する。弁部８とフィルタ３と圧力検出部１０とノズル５はインクの流れに沿って、この順、あるいは、ノズル５、圧力検出部１０、フィルタ３、弁部８の順で配置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はインクジェットヘッドを備えたインクジェットヘッドユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的なインクジェット装置では、用紙などの記録媒体上を往復動するキャリッジに搭載されるインクジェットヘッドが利用される。このようなインクジェット装置では、キャリッジの往復動に連動した制御の下に、インクジェットヘッドの吐出ノズルからインク滴を吐出させることによって記録媒体上に画像（文字などを含む）を形成する。インクジェットヘッドにはインク補給容器（以下、「インクタンク」という）から適宜インクが補給される。インクジェット装置では、取り替えることが可能なインクタンクがインクジェット装置本体に収容され、インクタンクは柔軟な素材で中空に形成された流体導管によってインクジェットヘッドに接続される。
【０００３】
インクジェットヘッドは、吐出ノズル内のインクが外気との境界に良好なメニスカスを形成している状態で、良好なインク滴を吐出することが可能である。吐出ノズル内のインクに良好なメニスカスを形成させることは、たとえばインクジェットヘッド内を所定の微負圧に維持することにより実現できる。通常、インクジェットヘッド内のインクの負圧は、大気圧に対して１ｋＰａ程度低い圧力（微負圧）にするのが適当である。上記微負圧を一定値に維持しながらインク滴を記録媒体に吐出させることでインク滴の液滴量と飛翔方向を安定させることができる。そのため、インクジェット装置には、インクジェットヘッド内を微負圧にするための圧力調整機構が設けられているものがある。
【０００４】
一方で、インクジェットヘッドの吐出ノズルでの目詰まりを防ぐため、インクタンクから吐出ノズルまでの流路の間にはフィルタが設けられることが多い。特許文献１においては、フィルタを圧力調整手段の下流に設けている。一方、特許文献２においては、フィルタを圧力調整手段の上流に設けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１２６５７号公報
【特許文献２】特登録４０３２９５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記流路中に設けられたフィルタは、ゴミや泡が詰まったりすることで、流抵抗が変化する。従って、特許文献１に記載されるように圧力調整手段をフィルタの上流に設けた場合、調整後の圧力がフィルタの流抵抗の変化によって変動してしまい、吐出ノズルでの圧力を適切に保つことが難しいという課題があった。
【０００７】
一方、特許文献２に記載されるように圧力調整手段をフィルタの下流に設けた場合、フィルタの流抵抗の変化に影響されずに吐出ノズルでの圧力を一定に保つことができる。ところが、特許文献２に記載されるように、一般に圧力調整手段は開閉可能な弁が内蔵されている。従って、弁の開閉に伴い部材の衝突やこすれが生じることで、弁からごみが発生し、吐出ノズルの目詰まりを起こす恐れがあった。
【０００８】
そこで、フィルタの目詰まりによって流抵抗が変化した場合でも、吐出ノズル部での圧力を適切に保つとともに、フィルタと吐出ノズルとの間の流路でのごみの発生を低減したインクジェットヘッドユニットが望まれる。
【０００９】
本発明の目的は、上述した課題に鑑み、吐出ノズルでの圧力を適切に保つとともに吐出ノズルのごみ詰まりを防いで、安定したインクの吐出を可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様は、液室およびノズルを有するインクジェットヘッドと、該液室に連通するインク流路と、該インク流路に設けられたフィルタとを具備したインクジェットヘッドユニットであって、前記インク流路は、大気と該液室との圧力差を検出する圧力検出部、弁部、該圧力検出部で検出された圧力差に基づいて該弁部の開度を調節する調節部、からなる圧力調整機構を有し、該弁部と該フィルタと該圧力検出部と該インクジェットヘッドはインクの流れに沿って、この順、あるいは、該インクジェットヘッド、該圧力検出部、該フィルタ、該弁部の順で配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、フィルタの流抵抗の変化による吐出ノズルでの圧力変動を抑制し、良好なメニスカスを保持できるため、安定したインクの吐出が可能になる。さらに、本発明によれば、フィルタと吐出ノズルとの間の流路にごみの発生源となる弁がないため、吐出ノズルのごみ詰まりを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明のインクジェット装置の概要図。
【図２】本発明のインクジェットヘッドユニットの概要図。
【図３】本発明の第２の実施例における圧力調整機構の断面図。
【図４】本発明の第２の実施例における圧力調整機構の各部のパラメータを表わす図。
【図５】本発明の第３の実施例における圧力調整機構の断面図。
【図６】本発明の第５の実施例における圧力調整機構の断面図。
【図７】本発明の第５の実施例における別の圧力調整機構の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態について説明する。
【００１４】
（第１の実施形態）
図１（ａ）は本発明の第１の実施形態を表わすインクジェット装置の概要図である。インクタンク１に蓄えられたインクは流路を通じてインクジェットヘッドユニット（以下、ヘッドユニットと略す）２に供給される。ヘッドユニット２では、流路中にフィルタ３が設けられ、さらにその下流には、流路に連通した液室４とノズル５とからなるインクジェットヘッド（以下、ヘッドと略す）６が設けられている。
【００１５】
ヘッドユニット２をより詳しく説明した図を図２（ａ）に示す。フィルタ３の上流側には弁部８が配置され、フィルタ３とヘッド６の間の流路には圧力検出部１０が設けられている。圧力検出部１０と弁部８との間には調節部９が設けられ、圧力検出部１０の圧力値が設定値に保たれるように弁部８の開度を調整する。つまり、弁部８と調節部９と圧力検出部１０によって本発明の圧力調整機構Ｍが構成される。具体的には、フィルタ３のごみ詰まりなどによって圧力検出部１０の圧力が低下すると、弁部８の開度を大きくする。フィルタ３の下流側の圧力検出部１０には、インクの流れの変化によって部品同士が衝突したり、こすれたりする箇所はない。
【００１６】
上記のような構成とすることで、フィルタ３の目詰まりによって流抵抗が変化した場合でも、吐出ノズル部での圧力を設定値（所定の微負圧、例えば大気圧に対して１ｋＰａ程度低い圧力）に保つとともに、フィルタ３とノズル５との間の流路でのごみの発生を低減することができる。
【００１７】
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、ヘッドユニット２の流路はヘッド６内で終端となるいわゆる「デッドエンド型」の構成を用いて説明していたが、インク流路を循環させる「スルーフロー型（印刷中循環型）」にも同様に適用することができる。スルーフローは、インク流路中の微細な気泡やゴミが吐出ノズルで目詰まりする現象の防止に有効であることが知られている。また、印刷動作が行なわれない場合に吐出ノズル内のインクの溶媒が大気へ蒸発し、吐出ノズル先端（いわゆるオリフィス）のインクの粘度が上昇し目詰まりが生じる現象の防止にも有効であることが知られている。一方、インクを循環させながら、ノズル５での負圧を適切に保つ必要があるため、デッドエンド型よりも高度な圧力調整が要求される。
【００１８】
スルーフロー型でのインクジェット装置の概要を図１（ｂ）に示す。メインインクタンク１０１から供給されたインクは一度サブインクタンク１０２に蓄えられる。サブインクタンク１０２のインクは、ヘッドユニット２に供給され、一部はノズル５から吐出されるとともに、残りは回収タンク１０３に回収される。回収タンク１０３に回収されたインクは再びサブインクタンク１０２に循環され、再びヘッドユニット２に供給される。循環流量、および、ヘッド６での圧力を適切に保つため、サブインクタンク１０２や回収タンク１０３の圧力は、水頭差による重力を利用したり、配管中にポンプを設けたりして一定に保たれている。
【００１９】
図２（ｂ）はスルーフロー型のヘッドユニットにおける本発明の圧力調整機構Ｍを具備した構成例である。実施形態１と同様、ヘッド６の上流側にフィルタ３が設けられ、さらにフィルタ３の上流側には弁部８が設けられ、フィルタ３とヘッド６の間の流路には圧力検出部１０が設けられている。圧力検出部１０と弁部８との間には調節部９が設けられ、圧力検出部１０の圧力値が設定値に保たれるように弁部８の開度を調整する。具体的には、フィルタ３のごみ詰まりなどによって圧力検出部１０の圧力が低下すると、弁部８の開度を大きくする。フィルタ３の下流側の圧力検出部１０には、インクの流れの変化によって部品同士が衝突したり、こすれたりする箇所はない。このように、スルーフロー型のヘッドユニットにおいても、フィルタ３の目詰まりによって流抵抗が変化した場合に、吐出ノズル部での圧力を設定値（所定の微負圧、例えば大気圧に対して１ｋＰａ程度低い圧力）に保つとともに、フィルタ３とノズル５との間の流路でのごみの発生を低減することができる。
【００２０】
（第３の実施形態）
次に本発明の第３の実施形態を述べる。本実施形態のインクジェット装置は、第２の実施形態で述べた図１（ｂ）で示されるスルーフロー型の構成である。ただし、第２の実施形態ではヘッド６の上流側に圧力調整機構Ｍを有しているのに対し、本実施形態では、ヘッド６の下流側に圧力調整機構Ｍを備える。
【００２１】
本実施形態によるヘッドユニット２の概要を図２（ｃ）に示す。ヘッドユニット２はヘッド６の上流側のフィルタ３だけでなく、ヘッド６の下流側にも第２のフィルタ７を備える。第２のフィルタ７はヘッドの故障時などにヘッドの交換を行う際、インクを排出する排出流路からヘッド６内へのごみの侵入を防ぐ働きがある。
【００２２】
本実施形態では、ヘッド６内の圧力調整をヘッド６の下流側の圧力調整機構Ｍで行う。圧力調整機構Ｍは、第２のフィルタ７の下流側に弁部８が設けられ、第２のフィルタ７とヘッド６の間の流路には圧力検出部１０が設けられることで実現される。圧力検出部１０と弁部８との間には調節部９が設けられ、圧力検出部１０の圧力値が設定値に保たれるように弁部８の開度を調整する。具体的には、第２のフィルタ７のごみ詰まりなどによって圧力検出部１０の圧力が増加すると、弁部８の開度を大きくすることで圧力を下げる。ヘッド６と第２のフィルタ７の間の圧力検出部１０には、インクの流れの変化によって部品同士が衝突したり、こすれたりする箇所はない。本実施形態の圧力調整機構Ｍは、ヘッド６に対して下流にあるため、通常の運転中は圧力調整機構Ｍで発生したごみがヘッド６内に侵入する可能性は低い。しかしながら、運転停止中など流れが止まっている際に、振動などでごみがヘッド６内に入ってしまう恐れがあり、そのような場合でも圧力調整機構Ｍは、圧力検出部１０がヘッド６と第２のフィルタ７の間でごみを発生させないため、安定性に優れている。
【実施例】
【００２３】
これまでに述べた実施形態の具体例を以下に示す。
【００２４】
（第１の実施例）
本発明の第１の実施例を説明する。本実施例は上述した第１の実施形態のより具体的な構成例である。本実施例では、図２（ａ）に示す構成において、圧力検出部１０に圧力センサ、弁部８にアクティブ弁を適用する。その圧力センサとしては、１ｋＰａ程度の大気圧との微小な差圧を検出する必要があり、例えばＳｅｎｓｉｒｉｏｎ社の微差圧計などが使いやすい。本センサは、可動部が無くごみを出す心配が少ないうえ、小型であるため内部に泡が滞留しにくい構成となっている。一方、アクティブな弁には、電磁弁、静電力弁、形状記憶合金弁などがある。調節部９は制御回路を含む電気接続で、圧力検出部１０（圧力センサ）の値を受信し、設定値と比較して、弁部８の開度を変化させる信号を送信する。
【００２５】
（第２の実施例）
本発明の第２の実施例を説明する。本実施例は上述した第１の実施形態のより具体的な構成例である。本実施例の構成の断面図を図３に示す。本実施例の圧力調整機構は、弁部８、フィルタ３、圧力検出部１０として第１のダイヤフラム１３、調節部として第２のダイヤフラム１４、第１の伝達機構（ピストン）１５、第２の伝達機構（ピストン）１６等から構成されている。
【００２６】
第１のダイヤフラム１３の一方の面は大気に面しており、もう一方の面側の流路はヘッド６の液室４へとつながっている。第２のダイヤフラム１４の一方の面はフィルタ３と弁部８の間の流路に面しており、もう一方の面側の流路はヘッド６の液室４へとつながっている。第１のダイヤフラム１３と第２のダイヤフラム１４は対向して、第１の伝達機構１５によって接続されている。一方、第２のダイヤフラム１４と弁部８は対向して第２の伝達機構１６によって接続されている。
【００２７】
次に、本実施例の圧力調整機構の動作を説明する。印刷停止中は、図３（ｂ）に示すように弁体１１と弁座１２からなる弁部８が閉じた状態となっている。印刷が開始され、インクが消費されると、ヘッド６の液室４内部の圧力Ｐ3が低下する。これにより第１のダイヤフラム１３には、大気圧Ｐ0と圧力Ｐ3との圧力差により、上向き（第２のダイヤフラム１４の側）の力が働く。第１のダイヤフラム１３の変位は第１の伝達機構１５を移動させて第２のダイヤフラム１４を押し上げるように変形させ、さらに第２のダイヤフラム１４の変位は、第２の伝達機構１６を移動させて、弁部８を開かせる。弁部８が開くことにより、液室４に向かう液体の流量Ｑが増加し、圧力Ｐ3が増加する。定常状態では、圧力Ｐ3がある一定の値に保たれるように、弁部８の開度がバランスされた状態に保たれる（図３（ａ））。
【００２８】
弁部８が開く条件は、図４に基づいて、以下のように計算することができる。弁部８の上流側のインク供給圧力をＰ1、弁部８とフィルタ３の間の流路の圧力をＰ2、フィルタ３とヘッド６の間の圧力をＰ3、大気圧をＰ0とする。また、弁体１１の断面積をＳV、第１および第２のダイヤフラム１３，１４の断面積をＳd1，Ｓd2、第１および第２の伝達機構（ピストン）１５，１６の断面積をＳp1，Ｓp2とする。さらに、第１および第２のダイヤフラム１３，１４のたわみ、および、弁支持部１７のたわみによるばね力をＦ1，Ｆ2，Ｆ3とすると、弁体１１にかかる力のバランスから、弁部８が開く条件は、以下のようになる。
【００２９】
【数１】
【００３０】
上式を整理すると、ヘッド６の液室４内の圧力は、
【００３１】
【数２】
【００３２】
に調整される。
【００３３】
特に、第１のダイヤフラム１３の断面積Ｓd1に比べ、第２のダイヤフラム１４および弁体１１の断面積Ｓd2，ＳVが十分に小さい場合は、圧力Ｐ3は圧力Ｐ1と圧力Ｐ2にほとんど影響されなくなる。ごみ詰まりなどによりフィルタ３の流抵抗が変化した場合、圧力Ｐ2は変化するが、圧力Ｐ3はほとんど変化しない。
【００３４】
ここで、インク流量をＱ、フィルタの流抵抗をＲとすると、Ｐ2＝Ｐ3＋ＱＲが成り立つ。
これを代入すると、以下のようになる。
【００３５】
【数３】
【００３６】
したがって、第２のダイヤフラム１４の断面積が第１のダイヤフラム１３の断面積に対して十分に小さければ、流抵抗Ｒが変化しても圧力Ｐ3はほとんど一定である。
【００３７】
例えば、円柱の弁体１１の軸径をφ１ｍｍ、円形の第１のダイヤフラム１３の直径をφ６ｍｍ、円形の第２のダイヤフラム１４の直径をφ２ｍｍ、第１および第２の伝達機構１５，１６のピストン直径を共にφ０．８ｍｍとし、通常のフィルタでの圧力損失を１００ｋＰａとする。ごみ詰まりによって流抵抗Ｒが２％増加したとすると、これによるヘッド内圧力Ｐ3の変化は圧力調整機構が無いと２ｋＰａの変化量であるのに対し、０．１７ｋＰａ程度である。通常、ヘッド内圧力Ｐ3は−１ｋＰａ（Ｇ）であるので、圧力調整機構が無いと圧力は１ｋＰａ（Ｇ）になってしまい、適切な負圧を保つことができないが、本圧力調整機構があれば−０．８３ｋＰａ（Ｇ）となり、ヘッド内は十分に安定吐出可能な圧力に保たれる。第１および第２のダイヤフラム１３，１４の断面積比をより大きくとれば、流抵抗の影響はさらに小さくなる。
【００３８】
圧力調整機構全体として見ると、フィルタ３での流抵抗の増加を弁部８での流抵抗の低減により補うので、トータルでの流抵抗の低下も少なく、流量もほぼ一定に保たれる。また、弁部８の開閉圧力は、ばね力Ｆ1，Ｆ2，Ｆ3を適切な値に設計する他、第１のダイヤフラム１３の大気側や弁部８の上流側にさらに付勢用のばねを取り付けることによって、所望の圧力に設定することができる。
【００３９】
このように、本実施例の圧力調整機構は、電気制御回路を含まないため、第１の実施例の構成に比べて、低消費電力で、また、低コスト化および小型化を図りやすい構成となっている。また、ヘッドユニット２に供給されたインクはすべてフィルタ３を介してノズル５に供給されるため、フィルタ上流から来るフィルタ径よりも大きなごみはすべて除去することができる。さらに、第１のダイヤフラム１３と第１の伝達機構１５と第２のダイヤフラム１４は連結されており、ダイヤフラムの変位によって、衝突したり、こすれたりすることがないので、フィルタ３の下流でごみが発生しにくい構成となっている。
【００４０】
（第３の実施例）
本発明の第３の実施例を説明する。本実施例は第１の実施形態のより具体的な構成例である。本実施例の構成の断面図を図５に示す。図５（ａ）は弁開状態、図５（ｂ）は弁閉状態を表す。第２の実施例と同様に、圧力調整機構は、弁部８、フィルタ３、圧力検出部１０として第１のダイヤフラム１３、調節部として第２のダイヤフラム１４、第１の伝達機構（ピストン）１５、第２の伝達機構（ピストン）１６等から構成されている。ただし、第２の伝達機構１６と弁体１１とが一体化された構成となっている。図３に示される第２の実施例の圧力調整機構との大きな違いは、第２のダイヤフラム１４の片側が大気に接しており、大気中で第１の伝達機構１５が第１のダイヤフラム１３、および、第２のダイヤフラム１４とを連結している点である。
【００４１】
本実施例の圧力調整機構の動作を説明する。印刷停止中は図５（ｂ）に示すように、弁部８は閉じた状態となっている。印刷が開始され、インクが消費されると、ヘッド６の液室４内の圧力Ｐ3が低下する。第１のダイヤフラム１３には、大気圧Ｐ0と圧力Ｐ3との圧力差により、下向き（第２のダイヤフラム１４の側とは反対側）の力が働く。第１のダイヤフラム１３の変位は第１の伝達機構１５を移動させて第２のダイヤフラム１４を押し下げるように変形させ、さらに第２のダイヤフラム１４の変位は、第２の伝達機構１６を移動させて、弁部８を開かせる。弁部８が開くことにより、液室４に向かう液体の流量Ｑが増加し、圧力Ｐ3が増加する。定常状態では、圧力Ｐ3がある一定の値に保たれるように、弁部８の開度がバランスされた状態に保たれる（図５（ａ））。弁部８が開く数値的な条件は、実施例２で述べたものと同様の計算が成り立つ。
【００４２】
本実施例の構成も第２の実施例と比べて、電気制御回路を含まないため、第１の実施例の構成に比べて、低消費電力で、また、低コスト化および小型化を図りやすい構成となっている。また、ヘッドユニット２に供給されたインクはすべてフィルタ３を介してノズル５に供給されるため、フィルタ上流から来るフィルタ径よりも大きなごみはすべて除去することができる。
【００４３】
さらに、第２の実施例と比べて、フィルタ３の下流の流路に第１の伝達機構１５が無いため、さらにごみを出しにくく、第１の伝達機構１５周辺での流れのヨレや泡の滞留などが起きにくいという利点がある。また、構成がより単純になるため、低コスト化が可能である。
【００４４】
（第４の実施例）
本実施例では、インクを印刷中に循環させるスルーフロー型の流路構成での適用例について述べる。ヘッドユニットは上述した第２の実施形態で述べた図２（ｂ）の構成である。本実施例では、ヘッド６の上流側に圧力調整機構を有する。圧力調整機構の具体的な構成は、第１、第２および第３の実施例で述べたようなものが使えるが、ここでは、第２の実施例の圧力調整機構（図３）を具備した場合について説明する。
【００４５】
第２の実施例の場合と同様に、フィルタ３に目詰まりが生じて圧力損失が変化した場合でも、圧力調整機構は、ヘッド６の液室４内の圧力Ｐ3が一定に保たれるように動作する。さらに、ヘッド６の下流側の第２のフィルタ７の目詰まりなどにより、ヘッド６の液室４の下流での圧力損失が増加した場合にも、圧力調整機構は液室４内の圧力Ｐ3が一定に保たれるように動作する。ただし、第２のフィルタ７の目詰まりに対しては、液室４内の圧力は保持されるが、系全体の流抵抗は増加するので、ヘッド６へ供給される液体の流量は低下する。
【００４６】
（第５の実施例）
本実施例では、第３の実施形態で述べたインクを印刷中に循環させるスルーフロー型の流路構成において、圧力調整機構を液室４の下流側に設けた場合について述べる。つまり本実施例のヘッドユニットの構成は図２（ｃ）のようになっている。第１の実施例で述べたように、圧力検出部１０に圧力センサ、弁部８にはアクティブ弁を適用し、圧力センサからの信号をもとにアクティブ弁を制御するコントローラを含む調節部によって本発明の圧力調整機構を構成することもできる。しかしながら、ここでは一例として、機構的な実現方法について具体的に説明する。
【００４７】
図６は、ヘッド６の下流側に設けられる本実施例の圧力調整機構の断面の概要を表す。圧力調整機構は、弁部８、第２のフィルタ７、圧力検出部１０として第１のダイヤフラム１３、調節部として第２のダイヤフラム１４、第１の伝達機構（ピストン）１５、第２の伝達機構（ピストン）１６等から構成されている。
【００４８】
第１のダイヤフラム１３の一方の面は大気に面しており、もう一方の面側の流路はヘッド６の液室４へとつながっている。第２のダイヤフラム０１４の一方の面は第２のフィルタ７と弁部８の間の流路に面しており、もう一方の面側の流路はヘッド６の液室４へとつながっている。第１のダイヤフラム１３と第２のダイヤフラム１４は対向して、第１の伝達機構１５によって接続されている。一方、第２のダイヤフラム１４と弁部８は対向して第２の伝達機構１６によって接続されている。
【００４９】
本実施例の圧力調整機構の動作を説明する。印刷停止中は図６（ｂ）に示すように、弁部８は閉じた状態となっている。スルーフロー系においては、第２のフィルタ７の目詰まりにより、流抵抗が増大すると、ヘッド６の液室４内の圧力Ｐ3が増加する。第１のダイヤフラム１３には、大気圧Ｐ0と圧力Ｐ3との圧力差により、下向き（第２のダイヤフラム１４の側とは反対側）の力が働く。第１のダイヤフラム１３の変位は第１の伝達機構１５を移動させて第２のダイヤフラム１４を押し下げるように変形させ、さらに第２のダイヤフラム１４の変位は、第２の伝達機構１６を移動させて、弁部８を開かせる。弁部８が開くことにより、ヘッド６から送出される液体の流量Ｑが増加し、圧力Ｐ3が低下する。定常状態では、圧力Ｐ3がある一定の値に保たれるように、弁部８の開度がバランスされた状態に保たれる（図６（ａ））。
【００５０】
弁部８が開く数値的な条件は、第２の実施例で述べたものと同様の計算が成り立つ。圧力調整機構全体として見ると、第２のフィルタ７での流抵抗の増加を弁部８での流抵抗の低減により補うので、トータルでの流抵抗の低下も少なく、流量もほぼ一定に保たれる。特に、このようなメカニカルな構成であれば、電気制御回路を含まないため、先に述べたセンサを用いた構成に比べて、低消費電力で、また、低コスト化および小型化を図りやすい。
【００５１】
また、別の構成例としては、図７に示す構成も考えられる。第２の実施例に対する第３の実施例の場合と同様に、本構成と図６の構成との違いは、第２のダイヤフラム１４の片側が大気に接しており、大気中で第１の伝達機構１５が第１のダイヤフラム１３、および、第２のダイヤフラム１４とを連結している点である。
【００５２】
この別の構成例の動作を説明する。印刷停止中は図７（ｂ）に示すように、弁部８は閉じた状態となっている。一方、第２のフィルタ７の目詰まりにより、流抵抗が増大すると、ヘッド６の液室４内の圧力Ｐ3が増加する。第１のダイヤフラム１３には、大気圧Ｐ0と圧力Ｐ3との圧力差により、上向き（第２のダイヤフラム１４の側）の力が働く。第１のダイヤフラム１３の変位は第１の伝達機構１５を移動させて第２のダイヤフラム１４を押し上げるように変形させ、さらに第２のダイヤフラム１４の変位は、第２の伝達機構１６を移動させて、弁部８を開かせる。弁部８が開くことにより、ヘッド６からの液体の流量Ｑが増加し、圧力Ｐ3が低下する。定常状態では、圧力Ｐ3がある一定の値に保たれるように、弁部８の開度がバランスされた状態に保たれる（図７（ａ））。この構成は第２のフィルタ７と液室４との間の流路に第１の伝達機構１５が無いため、さらにごみを出しにくく、第１の伝達機構１５周辺での流れのヨレや泡の滞留などが起きにくいという利点がある。
【００５３】
一方、ヘッド６の上流側のフィルタ３に目詰まりが起こった場合には、ヘッド６の液室４内の圧力Ｐ3が低下する。これに対し、これまで述べた動きと逆の動きが起こることにより、弁部８が閉まる方向に動き、流量Ｑを減少させることで、ヘッド６の液室４内の圧力Ｐ3を適切に保つことができる（スルーフローの全体流量は低下する）。
【００５４】
（産業上の利用可能性）
本発明のインクジェットヘッドユニットは、印刷動作中のインクジェットヘッド内のインクの負圧を一定に保ちながら、吐出ノズルのごみ詰まりを低減することが可能であり、高い吐出安定性を求められるシリアル方式やラインヘッドによるインクジェット装置に適用できる。
【符号の説明】
【００５５】
１ インクタンク
２ ヘッドユニット
３ （第１の）フィルタ
４ 液室
５ ノズル
６ ヘッド
７ 第２のフィルタ
８ 弁
９ 調節部
１０ 圧力検出部
１１ 弁体
１２ 弁座
１３ 第１のダイヤフラム
１４ 第２のダイヤフラム
１５ 第１の伝達機構
１６ 第２の伝達機構
１７ 弁支持部
１０１ メインインクタンク
１０２ サブインクタンク
１０３ 回収タンク
【技術分野】
【０００１】
本発明はインクジェットヘッドを備えたインクジェットヘッドユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的なインクジェット装置では、用紙などの記録媒体上を往復動するキャリッジに搭載されるインクジェットヘッドが利用される。このようなインクジェット装置では、キャリッジの往復動に連動した制御の下に、インクジェットヘッドの吐出ノズルからインク滴を吐出させることによって記録媒体上に画像（文字などを含む）を形成する。インクジェットヘッドにはインク補給容器（以下、「インクタンク」という）から適宜インクが補給される。インクジェット装置では、取り替えることが可能なインクタンクがインクジェット装置本体に収容され、インクタンクは柔軟な素材で中空に形成された流体導管によってインクジェットヘッドに接続される。
【０００３】
インクジェットヘッドは、吐出ノズル内のインクが外気との境界に良好なメニスカスを形成している状態で、良好なインク滴を吐出することが可能である。吐出ノズル内のインクに良好なメニスカスを形成させることは、たとえばインクジェットヘッド内を所定の微負圧に維持することにより実現できる。通常、インクジェットヘッド内のインクの負圧は、大気圧に対して１ｋＰａ程度低い圧力（微負圧）にするのが適当である。上記微負圧を一定値に維持しながらインク滴を記録媒体に吐出させることでインク滴の液滴量と飛翔方向を安定させることができる。そのため、インクジェット装置には、インクジェットヘッド内を微負圧にするための圧力調整機構が設けられているものがある。
【０００４】
一方で、インクジェットヘッドの吐出ノズルでの目詰まりを防ぐため、インクタンクから吐出ノズルまでの流路の間にはフィルタが設けられることが多い。特許文献１においては、フィルタを圧力調整手段の下流に設けている。一方、特許文献２においては、フィルタを圧力調整手段の上流に設けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１２６５７号公報
【特許文献２】特登録４０３２９５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記流路中に設けられたフィルタは、ゴミや泡が詰まったりすることで、流抵抗が変化する。従って、特許文献１に記載されるように圧力調整手段をフィルタの上流に設けた場合、調整後の圧力がフィルタの流抵抗の変化によって変動してしまい、吐出ノズルでの圧力を適切に保つことが難しいという課題があった。
【０００７】
一方、特許文献２に記載されるように圧力調整手段をフィルタの下流に設けた場合、フィルタの流抵抗の変化に影響されずに吐出ノズルでの圧力を一定に保つことができる。ところが、特許文献２に記載されるように、一般に圧力調整手段は開閉可能な弁が内蔵されている。従って、弁の開閉に伴い部材の衝突やこすれが生じることで、弁からごみが発生し、吐出ノズルの目詰まりを起こす恐れがあった。
【０００８】
そこで、フィルタの目詰まりによって流抵抗が変化した場合でも、吐出ノズル部での圧力を適切に保つとともに、フィルタと吐出ノズルとの間の流路でのごみの発生を低減したインクジェットヘッドユニットが望まれる。
【０００９】
本発明の目的は、上述した課題に鑑み、吐出ノズルでの圧力を適切に保つとともに吐出ノズルのごみ詰まりを防いで、安定したインクの吐出を可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様は、液室およびノズルを有するインクジェットヘッドと、該液室に連通するインク流路と、該インク流路に設けられたフィルタとを具備したインクジェットヘッドユニットであって、前記インク流路は、大気と該液室との圧力差を検出する圧力検出部、弁部、該圧力検出部で検出された圧力差に基づいて該弁部の開度を調節する調節部、からなる圧力調整機構を有し、該弁部と該フィルタと該圧力検出部と該インクジェットヘッドはインクの流れに沿って、この順、あるいは、該インクジェットヘッド、該圧力検出部、該フィルタ、該弁部の順で配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、フィルタの流抵抗の変化による吐出ノズルでの圧力変動を抑制し、良好なメニスカスを保持できるため、安定したインクの吐出が可能になる。さらに、本発明によれば、フィルタと吐出ノズルとの間の流路にごみの発生源となる弁がないため、吐出ノズルのごみ詰まりを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明のインクジェット装置の概要図。
【図２】本発明のインクジェットヘッドユニットの概要図。
【図３】本発明の第２の実施例における圧力調整機構の断面図。
【図４】本発明の第２の実施例における圧力調整機構の各部のパラメータを表わす図。
【図５】本発明の第３の実施例における圧力調整機構の断面図。
【図６】本発明の第５の実施例における圧力調整機構の断面図。
【図７】本発明の第５の実施例における別の圧力調整機構の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態について説明する。
【００１４】
（第１の実施形態）
図１（ａ）は本発明の第１の実施形態を表わすインクジェット装置の概要図である。インクタンク１に蓄えられたインクは流路を通じてインクジェットヘッドユニット（以下、ヘッドユニットと略す）２に供給される。ヘッドユニット２では、流路中にフィルタ３が設けられ、さらにその下流には、流路に連通した液室４とノズル５とからなるインクジェットヘッド（以下、ヘッドと略す）６が設けられている。
【００１５】
ヘッドユニット２をより詳しく説明した図を図２（ａ）に示す。フィルタ３の上流側には弁部８が配置され、フィルタ３とヘッド６の間の流路には圧力検出部１０が設けられている。圧力検出部１０と弁部８との間には調節部９が設けられ、圧力検出部１０の圧力値が設定値に保たれるように弁部８の開度を調整する。つまり、弁部８と調節部９と圧力検出部１０によって本発明の圧力調整機構Ｍが構成される。具体的には、フィルタ３のごみ詰まりなどによって圧力検出部１０の圧力が低下すると、弁部８の開度を大きくする。フィルタ３の下流側の圧力検出部１０には、インクの流れの変化によって部品同士が衝突したり、こすれたりする箇所はない。
【００１６】
上記のような構成とすることで、フィルタ３の目詰まりによって流抵抗が変化した場合でも、吐出ノズル部での圧力を設定値（所定の微負圧、例えば大気圧に対して１ｋＰａ程度低い圧力）に保つとともに、フィルタ３とノズル５との間の流路でのごみの発生を低減することができる。
【００１７】
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、ヘッドユニット２の流路はヘッド６内で終端となるいわゆる「デッドエンド型」の構成を用いて説明していたが、インク流路を循環させる「スルーフロー型（印刷中循環型）」にも同様に適用することができる。スルーフローは、インク流路中の微細な気泡やゴミが吐出ノズルで目詰まりする現象の防止に有効であることが知られている。また、印刷動作が行なわれない場合に吐出ノズル内のインクの溶媒が大気へ蒸発し、吐出ノズル先端（いわゆるオリフィス）のインクの粘度が上昇し目詰まりが生じる現象の防止にも有効であることが知られている。一方、インクを循環させながら、ノズル５での負圧を適切に保つ必要があるため、デッドエンド型よりも高度な圧力調整が要求される。
【００１８】
スルーフロー型でのインクジェット装置の概要を図１（ｂ）に示す。メインインクタンク１０１から供給されたインクは一度サブインクタンク１０２に蓄えられる。サブインクタンク１０２のインクは、ヘッドユニット２に供給され、一部はノズル５から吐出されるとともに、残りは回収タンク１０３に回収される。回収タンク１０３に回収されたインクは再びサブインクタンク１０２に循環され、再びヘッドユニット２に供給される。循環流量、および、ヘッド６での圧力を適切に保つため、サブインクタンク１０２や回収タンク１０３の圧力は、水頭差による重力を利用したり、配管中にポンプを設けたりして一定に保たれている。
【００１９】
図２（ｂ）はスルーフロー型のヘッドユニットにおける本発明の圧力調整機構Ｍを具備した構成例である。実施形態１と同様、ヘッド６の上流側にフィルタ３が設けられ、さらにフィルタ３の上流側には弁部８が設けられ、フィルタ３とヘッド６の間の流路には圧力検出部１０が設けられている。圧力検出部１０と弁部８との間には調節部９が設けられ、圧力検出部１０の圧力値が設定値に保たれるように弁部８の開度を調整する。具体的には、フィルタ３のごみ詰まりなどによって圧力検出部１０の圧力が低下すると、弁部８の開度を大きくする。フィルタ３の下流側の圧力検出部１０には、インクの流れの変化によって部品同士が衝突したり、こすれたりする箇所はない。このように、スルーフロー型のヘッドユニットにおいても、フィルタ３の目詰まりによって流抵抗が変化した場合に、吐出ノズル部での圧力を設定値（所定の微負圧、例えば大気圧に対して１ｋＰａ程度低い圧力）に保つとともに、フィルタ３とノズル５との間の流路でのごみの発生を低減することができる。
【００２０】
（第３の実施形態）
次に本発明の第３の実施形態を述べる。本実施形態のインクジェット装置は、第２の実施形態で述べた図１（ｂ）で示されるスルーフロー型の構成である。ただし、第２の実施形態ではヘッド６の上流側に圧力調整機構Ｍを有しているのに対し、本実施形態では、ヘッド６の下流側に圧力調整機構Ｍを備える。
【００２１】
本実施形態によるヘッドユニット２の概要を図２（ｃ）に示す。ヘッドユニット２はヘッド６の上流側のフィルタ３だけでなく、ヘッド６の下流側にも第２のフィルタ７を備える。第２のフィルタ７はヘッドの故障時などにヘッドの交換を行う際、インクを排出する排出流路からヘッド６内へのごみの侵入を防ぐ働きがある。
【００２２】
本実施形態では、ヘッド６内の圧力調整をヘッド６の下流側の圧力調整機構Ｍで行う。圧力調整機構Ｍは、第２のフィルタ７の下流側に弁部８が設けられ、第２のフィルタ７とヘッド６の間の流路には圧力検出部１０が設けられることで実現される。圧力検出部１０と弁部８との間には調節部９が設けられ、圧力検出部１０の圧力値が設定値に保たれるように弁部８の開度を調整する。具体的には、第２のフィルタ７のごみ詰まりなどによって圧力検出部１０の圧力が増加すると、弁部８の開度を大きくすることで圧力を下げる。ヘッド６と第２のフィルタ７の間の圧力検出部１０には、インクの流れの変化によって部品同士が衝突したり、こすれたりする箇所はない。本実施形態の圧力調整機構Ｍは、ヘッド６に対して下流にあるため、通常の運転中は圧力調整機構Ｍで発生したごみがヘッド６内に侵入する可能性は低い。しかしながら、運転停止中など流れが止まっている際に、振動などでごみがヘッド６内に入ってしまう恐れがあり、そのような場合でも圧力調整機構Ｍは、圧力検出部１０がヘッド６と第２のフィルタ７の間でごみを発生させないため、安定性に優れている。
【実施例】
【００２３】
これまでに述べた実施形態の具体例を以下に示す。
【００２４】
（第１の実施例）
本発明の第１の実施例を説明する。本実施例は上述した第１の実施形態のより具体的な構成例である。本実施例では、図２（ａ）に示す構成において、圧力検出部１０に圧力センサ、弁部８にアクティブ弁を適用する。その圧力センサとしては、１ｋＰａ程度の大気圧との微小な差圧を検出する必要があり、例えばＳｅｎｓｉｒｉｏｎ社の微差圧計などが使いやすい。本センサは、可動部が無くごみを出す心配が少ないうえ、小型であるため内部に泡が滞留しにくい構成となっている。一方、アクティブな弁には、電磁弁、静電力弁、形状記憶合金弁などがある。調節部９は制御回路を含む電気接続で、圧力検出部１０（圧力センサ）の値を受信し、設定値と比較して、弁部８の開度を変化させる信号を送信する。
【００２５】
（第２の実施例）
本発明の第２の実施例を説明する。本実施例は上述した第１の実施形態のより具体的な構成例である。本実施例の構成の断面図を図３に示す。本実施例の圧力調整機構は、弁部８、フィルタ３、圧力検出部１０として第１のダイヤフラム１３、調節部として第２のダイヤフラム１４、第１の伝達機構（ピストン）１５、第２の伝達機構（ピストン）１６等から構成されている。
【００２６】
第１のダイヤフラム１３の一方の面は大気に面しており、もう一方の面側の流路はヘッド６の液室４へとつながっている。第２のダイヤフラム１４の一方の面はフィルタ３と弁部８の間の流路に面しており、もう一方の面側の流路はヘッド６の液室４へとつながっている。第１のダイヤフラム１３と第２のダイヤフラム１４は対向して、第１の伝達機構１５によって接続されている。一方、第２のダイヤフラム１４と弁部８は対向して第２の伝達機構１６によって接続されている。
【００２７】
次に、本実施例の圧力調整機構の動作を説明する。印刷停止中は、図３（ｂ）に示すように弁体１１と弁座１２からなる弁部８が閉じた状態となっている。印刷が開始され、インクが消費されると、ヘッド６の液室４内部の圧力Ｐ3が低下する。これにより第１のダイヤフラム１３には、大気圧Ｐ0と圧力Ｐ3との圧力差により、上向き（第２のダイヤフラム１４の側）の力が働く。第１のダイヤフラム１３の変位は第１の伝達機構１５を移動させて第２のダイヤフラム１４を押し上げるように変形させ、さらに第２のダイヤフラム１４の変位は、第２の伝達機構１６を移動させて、弁部８を開かせる。弁部８が開くことにより、液室４に向かう液体の流量Ｑが増加し、圧力Ｐ3が増加する。定常状態では、圧力Ｐ3がある一定の値に保たれるように、弁部８の開度がバランスされた状態に保たれる（図３（ａ））。
【００２８】
弁部８が開く条件は、図４に基づいて、以下のように計算することができる。弁部８の上流側のインク供給圧力をＰ1、弁部８とフィルタ３の間の流路の圧力をＰ2、フィルタ３とヘッド６の間の圧力をＰ3、大気圧をＰ0とする。また、弁体１１の断面積をＳV、第１および第２のダイヤフラム１３，１４の断面積をＳd1，Ｓd2、第１および第２の伝達機構（ピストン）１５，１６の断面積をＳp1，Ｓp2とする。さらに、第１および第２のダイヤフラム１３，１４のたわみ、および、弁支持部１７のたわみによるばね力をＦ1，Ｆ2，Ｆ3とすると、弁体１１にかかる力のバランスから、弁部８が開く条件は、以下のようになる。
【００２９】
【数１】
【００３０】
上式を整理すると、ヘッド６の液室４内の圧力は、
【００３１】
【数２】
【００３２】
に調整される。
【００３３】
特に、第１のダイヤフラム１３の断面積Ｓd1に比べ、第２のダイヤフラム１４および弁体１１の断面積Ｓd2，ＳVが十分に小さい場合は、圧力Ｐ3は圧力Ｐ1と圧力Ｐ2にほとんど影響されなくなる。ごみ詰まりなどによりフィルタ３の流抵抗が変化した場合、圧力Ｐ2は変化するが、圧力Ｐ3はほとんど変化しない。
【００３４】
ここで、インク流量をＱ、フィルタの流抵抗をＲとすると、Ｐ2＝Ｐ3＋ＱＲが成り立つ。
これを代入すると、以下のようになる。
【００３５】
【数３】
【００３６】
したがって、第２のダイヤフラム１４の断面積が第１のダイヤフラム１３の断面積に対して十分に小さければ、流抵抗Ｒが変化しても圧力Ｐ3はほとんど一定である。
【００３７】
例えば、円柱の弁体１１の軸径をφ１ｍｍ、円形の第１のダイヤフラム１３の直径をφ６ｍｍ、円形の第２のダイヤフラム１４の直径をφ２ｍｍ、第１および第２の伝達機構１５，１６のピストン直径を共にφ０．８ｍｍとし、通常のフィルタでの圧力損失を１００ｋＰａとする。ごみ詰まりによって流抵抗Ｒが２％増加したとすると、これによるヘッド内圧力Ｐ3の変化は圧力調整機構が無いと２ｋＰａの変化量であるのに対し、０．１７ｋＰａ程度である。通常、ヘッド内圧力Ｐ3は−１ｋＰａ（Ｇ）であるので、圧力調整機構が無いと圧力は１ｋＰａ（Ｇ）になってしまい、適切な負圧を保つことができないが、本圧力調整機構があれば−０．８３ｋＰａ（Ｇ）となり、ヘッド内は十分に安定吐出可能な圧力に保たれる。第１および第２のダイヤフラム１３，１４の断面積比をより大きくとれば、流抵抗の影響はさらに小さくなる。
【００３８】
圧力調整機構全体として見ると、フィルタ３での流抵抗の増加を弁部８での流抵抗の低減により補うので、トータルでの流抵抗の低下も少なく、流量もほぼ一定に保たれる。また、弁部８の開閉圧力は、ばね力Ｆ1，Ｆ2，Ｆ3を適切な値に設計する他、第１のダイヤフラム１３の大気側や弁部８の上流側にさらに付勢用のばねを取り付けることによって、所望の圧力に設定することができる。
【００３９】
このように、本実施例の圧力調整機構は、電気制御回路を含まないため、第１の実施例の構成に比べて、低消費電力で、また、低コスト化および小型化を図りやすい構成となっている。また、ヘッドユニット２に供給されたインクはすべてフィルタ３を介してノズル５に供給されるため、フィルタ上流から来るフィルタ径よりも大きなごみはすべて除去することができる。さらに、第１のダイヤフラム１３と第１の伝達機構１５と第２のダイヤフラム１４は連結されており、ダイヤフラムの変位によって、衝突したり、こすれたりすることがないので、フィルタ３の下流でごみが発生しにくい構成となっている。
【００４０】
（第３の実施例）
本発明の第３の実施例を説明する。本実施例は第１の実施形態のより具体的な構成例である。本実施例の構成の断面図を図５に示す。図５（ａ）は弁開状態、図５（ｂ）は弁閉状態を表す。第２の実施例と同様に、圧力調整機構は、弁部８、フィルタ３、圧力検出部１０として第１のダイヤフラム１３、調節部として第２のダイヤフラム１４、第１の伝達機構（ピストン）１５、第２の伝達機構（ピストン）１６等から構成されている。ただし、第２の伝達機構１６と弁体１１とが一体化された構成となっている。図３に示される第２の実施例の圧力調整機構との大きな違いは、第２のダイヤフラム１４の片側が大気に接しており、大気中で第１の伝達機構１５が第１のダイヤフラム１３、および、第２のダイヤフラム１４とを連結している点である。
【００４１】
本実施例の圧力調整機構の動作を説明する。印刷停止中は図５（ｂ）に示すように、弁部８は閉じた状態となっている。印刷が開始され、インクが消費されると、ヘッド６の液室４内の圧力Ｐ3が低下する。第１のダイヤフラム１３には、大気圧Ｐ0と圧力Ｐ3との圧力差により、下向き（第２のダイヤフラム１４の側とは反対側）の力が働く。第１のダイヤフラム１３の変位は第１の伝達機構１５を移動させて第２のダイヤフラム１４を押し下げるように変形させ、さらに第２のダイヤフラム１４の変位は、第２の伝達機構１６を移動させて、弁部８を開かせる。弁部８が開くことにより、液室４に向かう液体の流量Ｑが増加し、圧力Ｐ3が増加する。定常状態では、圧力Ｐ3がある一定の値に保たれるように、弁部８の開度がバランスされた状態に保たれる（図５（ａ））。弁部８が開く数値的な条件は、実施例２で述べたものと同様の計算が成り立つ。
【００４２】
本実施例の構成も第２の実施例と比べて、電気制御回路を含まないため、第１の実施例の構成に比べて、低消費電力で、また、低コスト化および小型化を図りやすい構成となっている。また、ヘッドユニット２に供給されたインクはすべてフィルタ３を介してノズル５に供給されるため、フィルタ上流から来るフィルタ径よりも大きなごみはすべて除去することができる。
【００４３】
さらに、第２の実施例と比べて、フィルタ３の下流の流路に第１の伝達機構１５が無いため、さらにごみを出しにくく、第１の伝達機構１５周辺での流れのヨレや泡の滞留などが起きにくいという利点がある。また、構成がより単純になるため、低コスト化が可能である。
【００４４】
（第４の実施例）
本実施例では、インクを印刷中に循環させるスルーフロー型の流路構成での適用例について述べる。ヘッドユニットは上述した第２の実施形態で述べた図２（ｂ）の構成である。本実施例では、ヘッド６の上流側に圧力調整機構を有する。圧力調整機構の具体的な構成は、第１、第２および第３の実施例で述べたようなものが使えるが、ここでは、第２の実施例の圧力調整機構（図３）を具備した場合について説明する。
【００４５】
第２の実施例の場合と同様に、フィルタ３に目詰まりが生じて圧力損失が変化した場合でも、圧力調整機構は、ヘッド６の液室４内の圧力Ｐ3が一定に保たれるように動作する。さらに、ヘッド６の下流側の第２のフィルタ７の目詰まりなどにより、ヘッド６の液室４の下流での圧力損失が増加した場合にも、圧力調整機構は液室４内の圧力Ｐ3が一定に保たれるように動作する。ただし、第２のフィルタ７の目詰まりに対しては、液室４内の圧力は保持されるが、系全体の流抵抗は増加するので、ヘッド６へ供給される液体の流量は低下する。
【００４６】
（第５の実施例）
本実施例では、第３の実施形態で述べたインクを印刷中に循環させるスルーフロー型の流路構成において、圧力調整機構を液室４の下流側に設けた場合について述べる。つまり本実施例のヘッドユニットの構成は図２（ｃ）のようになっている。第１の実施例で述べたように、圧力検出部１０に圧力センサ、弁部８にはアクティブ弁を適用し、圧力センサからの信号をもとにアクティブ弁を制御するコントローラを含む調節部によって本発明の圧力調整機構を構成することもできる。しかしながら、ここでは一例として、機構的な実現方法について具体的に説明する。
【００４７】
図６は、ヘッド６の下流側に設けられる本実施例の圧力調整機構の断面の概要を表す。圧力調整機構は、弁部８、第２のフィルタ７、圧力検出部１０として第１のダイヤフラム１３、調節部として第２のダイヤフラム１４、第１の伝達機構（ピストン）１５、第２の伝達機構（ピストン）１６等から構成されている。
【００４８】
第１のダイヤフラム１３の一方の面は大気に面しており、もう一方の面側の流路はヘッド６の液室４へとつながっている。第２のダイヤフラム０１４の一方の面は第２のフィルタ７と弁部８の間の流路に面しており、もう一方の面側の流路はヘッド６の液室４へとつながっている。第１のダイヤフラム１３と第２のダイヤフラム１４は対向して、第１の伝達機構１５によって接続されている。一方、第２のダイヤフラム１４と弁部８は対向して第２の伝達機構１６によって接続されている。
【００４９】
本実施例の圧力調整機構の動作を説明する。印刷停止中は図６（ｂ）に示すように、弁部８は閉じた状態となっている。スルーフロー系においては、第２のフィルタ７の目詰まりにより、流抵抗が増大すると、ヘッド６の液室４内の圧力Ｐ3が増加する。第１のダイヤフラム１３には、大気圧Ｐ0と圧力Ｐ3との圧力差により、下向き（第２のダイヤフラム１４の側とは反対側）の力が働く。第１のダイヤフラム１３の変位は第１の伝達機構１５を移動させて第２のダイヤフラム１４を押し下げるように変形させ、さらに第２のダイヤフラム１４の変位は、第２の伝達機構１６を移動させて、弁部８を開かせる。弁部８が開くことにより、ヘッド６から送出される液体の流量Ｑが増加し、圧力Ｐ3が低下する。定常状態では、圧力Ｐ3がある一定の値に保たれるように、弁部８の開度がバランスされた状態に保たれる（図６（ａ））。
【００５０】
弁部８が開く数値的な条件は、第２の実施例で述べたものと同様の計算が成り立つ。圧力調整機構全体として見ると、第２のフィルタ７での流抵抗の増加を弁部８での流抵抗の低減により補うので、トータルでの流抵抗の低下も少なく、流量もほぼ一定に保たれる。特に、このようなメカニカルな構成であれば、電気制御回路を含まないため、先に述べたセンサを用いた構成に比べて、低消費電力で、また、低コスト化および小型化を図りやすい。
【００５１】
また、別の構成例としては、図７に示す構成も考えられる。第２の実施例に対する第３の実施例の場合と同様に、本構成と図６の構成との違いは、第２のダイヤフラム１４の片側が大気に接しており、大気中で第１の伝達機構１５が第１のダイヤフラム１３、および、第２のダイヤフラム１４とを連結している点である。
【００５２】
この別の構成例の動作を説明する。印刷停止中は図７（ｂ）に示すように、弁部８は閉じた状態となっている。一方、第２のフィルタ７の目詰まりにより、流抵抗が増大すると、ヘッド６の液室４内の圧力Ｐ3が増加する。第１のダイヤフラム１３には、大気圧Ｐ0と圧力Ｐ3との圧力差により、上向き（第２のダイヤフラム１４の側）の力が働く。第１のダイヤフラム１３の変位は第１の伝達機構１５を移動させて第２のダイヤフラム１４を押し上げるように変形させ、さらに第２のダイヤフラム１４の変位は、第２の伝達機構１６を移動させて、弁部８を開かせる。弁部８が開くことにより、ヘッド６からの液体の流量Ｑが増加し、圧力Ｐ3が低下する。定常状態では、圧力Ｐ3がある一定の値に保たれるように、弁部８の開度がバランスされた状態に保たれる（図７（ａ））。この構成は第２のフィルタ７と液室４との間の流路に第１の伝達機構１５が無いため、さらにごみを出しにくく、第１の伝達機構１５周辺での流れのヨレや泡の滞留などが起きにくいという利点がある。
【００５３】
一方、ヘッド６の上流側のフィルタ３に目詰まりが起こった場合には、ヘッド６の液室４内の圧力Ｐ3が低下する。これに対し、これまで述べた動きと逆の動きが起こることにより、弁部８が閉まる方向に動き、流量Ｑを減少させることで、ヘッド６の液室４内の圧力Ｐ3を適切に保つことができる（スルーフローの全体流量は低下する）。
【００５４】
（産業上の利用可能性）
本発明のインクジェットヘッドユニットは、印刷動作中のインクジェットヘッド内のインクの負圧を一定に保ちながら、吐出ノズルのごみ詰まりを低減することが可能であり、高い吐出安定性を求められるシリアル方式やラインヘッドによるインクジェット装置に適用できる。
【符号の説明】
【００５５】
１ インクタンク
２ ヘッドユニット
３ （第１の）フィルタ
４ 液室
５ ノズル
６ ヘッド
７ 第２のフィルタ
８ 弁
９ 調節部
１０ 圧力検出部
１１ 弁体
１２ 弁座
１３ 第１のダイヤフラム
１４ 第２のダイヤフラム
１５ 第１の伝達機構
１６ 第２の伝達機構
１７ 弁支持部
１０１ メインインクタンク
１０２ サブインクタンク
１０３ 回収タンク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液室およびノズルを有するインクジェットヘッドと、該液室に連通するインク流路と、該インク流路に設けられたフィルタとを具備したインクジェットヘッドユニットであって、前記インク流路は、大気と該液室の内部との圧力差を検出する圧力検出部、弁部、該圧力検出部で検出された圧力差に基づいて該弁部の開度を調節する調節部、からなる圧力調整機構を有し、該弁部と該フィルタと該圧力検出部と該インクジェットヘッドはインクの流れに沿って、この順、あるいは、該インクジェットヘッド、該圧力検出部、該フィルタ、該弁部の順で配置されていることを特徴とするインクジェットヘッドユニット。
【請求項２】
前記フィルタと前記液室の間の流路に設けられた大気と該流路を隔てる第１のダイヤフラムと、前記フィルタに対し、該第１のダイヤフラムと反対側の流路に設けられた弁体および弁座からなる前記弁部と、前記フィルタと該弁部の間の流路と大気あるいは前記液室を隔てる第２のダイヤフラムと、該第１のダイヤフラムと該第２のダイヤフラムを連結する第１の伝達機構と、該第２のダイヤフラムと該弁部を連結する第２の伝達機構と、を有し、
大気と前記液室の内部との差圧によって前記第１のダイヤフラムが変形し、該変形により前記第１の伝達機構が移動することで、前記第２のダイヤフラムが変形し、該第２のダイヤフラムの変形により前記第２の伝達機構が移動することで、前記弁部の開度が変化することにより前記液室の内部の圧力を一定に保つことを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッドユニット。
【請求項３】
前記液室へインクを供給する流路に、前記弁部と前記フィルタと前記圧力検出部がインクの流れに沿ってこの順で配置されており、前記圧力調整機構は前記液室の内部の圧力が低下すると前記弁部の開度を大きくするように動作することを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッドユニット。
【請求項４】
前記インクジェットヘッドユニットが、前記液室へインクを供給する流路と前記液室から該インクを排出する排出流路とを有し、該排出流路に、前記圧力検出部と前記フィルタと前記弁部がインクの流れに沿ってこの順で配置されており、前記圧力調整機構は前記液室の内部の圧力が増加すると前記弁部の開度を大きくするように動作することを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッドユニット。
【請求項１】
液室およびノズルを有するインクジェットヘッドと、該液室に連通するインク流路と、該インク流路に設けられたフィルタとを具備したインクジェットヘッドユニットであって、前記インク流路は、大気と該液室の内部との圧力差を検出する圧力検出部、弁部、該圧力検出部で検出された圧力差に基づいて該弁部の開度を調節する調節部、からなる圧力調整機構を有し、該弁部と該フィルタと該圧力検出部と該インクジェットヘッドはインクの流れに沿って、この順、あるいは、該インクジェットヘッド、該圧力検出部、該フィルタ、該弁部の順で配置されていることを特徴とするインクジェットヘッドユニット。
【請求項２】
前記フィルタと前記液室の間の流路に設けられた大気と該流路を隔てる第１のダイヤフラムと、前記フィルタに対し、該第１のダイヤフラムと反対側の流路に設けられた弁体および弁座からなる前記弁部と、前記フィルタと該弁部の間の流路と大気あるいは前記液室を隔てる第２のダイヤフラムと、該第１のダイヤフラムと該第２のダイヤフラムを連結する第１の伝達機構と、該第２のダイヤフラムと該弁部を連結する第２の伝達機構と、を有し、
大気と前記液室の内部との差圧によって前記第１のダイヤフラムが変形し、該変形により前記第１の伝達機構が移動することで、前記第２のダイヤフラムが変形し、該第２のダイヤフラムの変形により前記第２の伝達機構が移動することで、前記弁部の開度が変化することにより前記液室の内部の圧力を一定に保つことを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッドユニット。
【請求項３】
前記液室へインクを供給する流路に、前記弁部と前記フィルタと前記圧力検出部がインクの流れに沿ってこの順で配置されており、前記圧力調整機構は前記液室の内部の圧力が低下すると前記弁部の開度を大きくするように動作することを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッドユニット。
【請求項４】
前記インクジェットヘッドユニットが、前記液室へインクを供給する流路と前記液室から該インクを排出する排出流路とを有し、該排出流路に、前記圧力検出部と前記フィルタと前記弁部がインクの流れに沿ってこの順で配置されており、前記圧力調整機構は前記液室の内部の圧力が増加すると前記弁部の開度を大きくするように動作することを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッドユニット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−８６４１７（Ｐ２０１３−８６４１７Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３０６６２（Ｐ２０１１−２３０６６２）
【出願日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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