液体噴射ヘッド、および、液体噴射装置
【課題】液体噴射ヘッド内の流路の圧力変動をより確実に抑制することが可能な液体噴射ヘッドを提供する。
【解決手段】インクをインク導入針２３導入部からインク導入路２５を通じて導入口３５からリザーバー２７に導入し、当該リザーバーからインク供給口２８を介して圧力室２９に供給する記録ヘッドにおいて、リザーバーは、導入口３５およびインク供給口２８よりも鉛直方向の上方に気体貯留部２６を有し、当該気体貯留部にインク導入路内の気体を導入すると共に、導入した気体の弾性変形により、インク導入路内の圧力変動を緩和する。
【解決手段】インクをインク導入針２３導入部からインク導入路２５を通じて導入口３５からリザーバー２７に導入し、当該リザーバーからインク供給口２８を介して圧力室２９に供給する記録ヘッドにおいて、リザーバーは、導入口３５およびインク供給口２８よりも鉛直方向の上方に気体貯留部２６を有し、当該気体貯留部にインク導入路内の気体を導入すると共に、導入した気体の弾性変形により、インク導入路内の圧力変動を緩和する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット式記録装置などの液体噴射装置に用いられる液体噴射ヘッド、および、これを備えた液体噴射装置に関し、特に、液体貯留部材に貯留された液体を圧力室に導入し、圧力発生手段の駆動により圧力室内の液体をノズルから噴射する液体噴射ヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液体噴射装置は液体噴射ヘッドを備え、この噴射ヘッドから各種の液体を噴射する装置である。この液体噴射装置としては、例えば、インクジェット式プリンターやインクジェット式プロッター等の画像記録装置があるが、最近ではごく少量の液体を所定位置に正確に着弾させることができるという特長を生かして各種の製造装置にも応用されている。例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルタ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形成装置，バイオチップ（生物化学素子）を製造するチップ製造装置に応用されている。そして、画像記録装置用の記録ヘッドでは液状のインクを噴射し、ディスプレイ製造装置用の色材噴射ヘッドではＲ（Red）・Ｇ（Green）・Ｂ（Blue）の各色材の溶液を噴射する。また、電極形成装置用の電極材噴射ヘッドでは液状の電極材料を噴射し、チップ製造装置用の生体有機物噴射ヘッドでは生体有機物の溶液を噴射する。
【０００３】
この種の液体噴射ヘッドとしては、流通に乗せ易く取り扱いが容易なカートリッジタイプの液体貯留部材を用いるものが開発されている。例えば、インクジェット式プリンター（以下、単にプリンターという）では、液体状のインクを封入したインクカートリッジを使用するものが広く普及している。この構成では、液体噴射ヘッドの一種である記録ヘッドに対してインクカートリッジを装着する際、当該記録ヘッドのインク導入針（液体導入部）がインクカートリッジ内に挿入されることで、このインク導入針の先端側に開設されたインク導入孔（液体導入孔）を通じてインクカートリッジ内のインクが記録ヘッド側に導入される。記録ヘッドに導入されたインクは、ヘッド内部の導入路を通じて共通液体室（リザーバーまたはマニホールドとも呼ばれる）に導入される。共通液体室に導入されたインクは、当該共通液体室に連通する複数の圧力室にそれぞれ供給される。そして、圧力発生手段の一種である圧電振動子や発熱素子などを駆動することで圧力室内に圧力変動が生じ、この圧力変動が制御されることにより、圧力室に通じるノズルからインクが噴射される。
【０００４】
ここで、温度変化や気圧の変化によりインクカートリッジ内に過度な正圧または負圧が生じる場合があり、その圧力がインクカートリッジから記録ヘッドのノズルに伝播すると、当該ノズルに形成されているメニスカスが破壊されることがある。即ち、メニスカスがノズルの内周面よりも圧力室側に過度に引き込まれた状態、或いは、ノズルの噴射側の開口面よりも外側に膨らんだ状態となる場合がある。そして、メニスカスにおける圧力が、当該メニスカスの耐圧を越えた場合、メニスカスが正常に形成されず、インクが噴射されない所謂ドット抜けが生じる虞があった。また、ノズルからインクが漏洩する可能性もあった。このような不具合を解決すべく、インクカートリッジ（インクタンク）に、当該カートリッジ内部の空気層を大気開放可能な圧力制御弁を設け、温度変化等によりインクカートリッジ内に過度な圧力が発生した場合に、圧力制御弁が開かれることでインクカートリッジ内の圧力変動が抑制され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１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１６２２１７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、上記の構成は、もとよりカートリッジ内部の圧力を一定にするための機構であり、圧力制御弁により閉じられた空間内の空気層の体積を一定に保つことは困難である。このため、上記構成では、圧力変動の衝撃緩和能力が不安定となる虞があった。
【０００７】
上記のような現象は、例示した記録ヘッドだけではなく、液体貯留部材に貯留された液体を導入する構成を採用する他の液体噴射ヘッド、および、これを備える液体噴射装置においても同様に存在する。
【０００８】
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、導入流路内の圧力変動をより確実に抑制することが可能な液体噴射ヘッド、および、液体噴射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記目的を達成するために提案されたものであり、導入された液体を液体導入部から液体導入路を通じて導入口から共通液室に導入し、当該共通液室から液体供給口を介して圧力室に供給し、圧力発生手段の作動によって前記圧力室内の液体に圧力変動を生じさせ、当該圧力変動により前記圧力室内の液体をノズルから液滴として噴射する液体噴射ヘッドであって、
前記共通液室は、前記導入口および前記液体供給口よりも鉛直方向の上方に、気体を貯留する気体貯留部を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、液体導入路内の気体が気体貯留部に導入されると共に、導入された気体の弾性変形により液体導入路内の圧力変動が緩和されるので、圧力変動がノズル側に伝わることが抑制され、ノズルにおけるメニスカスに対する悪影響を低減することが可能となる。また、共通液室の上方に気体貯留部が設けられていることで、気体が圧力室側に流入することがより確実に防止される。さらに、気体貯留部内の気体は、ノズルから液体を噴射する際に生じる圧力変動も緩和するコンプライアンス部としても機能するので、従来の液体噴射ヘッドにコンプライアンス部として設けられていたフィルム部材等が不要となる。
【００１１】
また、上記構成において、前記気体貯留部内の気体の量を予め定められた範囲内に維持する調整機構を備えた構成を採用することが望ましい。
【００１２】
この構成において、前記調整機構は、気体が通過可能な給排気口と、当該給排気口を開閉可能な給排気弁と、当該給排気口を通じて前記気体貯留部内に対して気体を供給または排出可能な給排気手段と、を有し、
前記気体貯留部内の気体の量が予め定められた上限値から下限値の間である場合、前記給排気弁が閉弁し、前記気体貯留部内の気体の量が下限値を下回った場合、前記給排気弁が開弁すると共に前記給排気手段側から前記給排気口を通じて気体貯留部内に気体が供給され、前記気体貯留部内の気体が上限値を超えた場合、前記給排気弁が開弁すると共に気体貯留部内の気体が前記給排気口を通じて前記給排気手段側に排出される構成を採用することが望ましい。
【００１３】
この構成によれば、調整機構によって気体貯留部内の気体の量が一定範囲に維持されるので、気体貯留部内の気体による圧力変動の緩和作用を常に安定して確保することが可能となる。また、液体導入路内の気体（気泡）を気体貯留部内に導入し、また、一定量を超えた場合に外部に排出する構成であるため、液体噴射ヘッド内の流路に気泡が発生することが抑制される。これにより、気泡による流路の閉塞や圧力損失等の不具合が低減され、液体噴射ヘッドの信頼性を高めることが可能となる。
【００１４】
また、本発明の液体噴射装置は、導入された液体を液体導入部から液体導入路を通じて導入口から共通液室に導入し、当該共通液室から液体供給口を介して圧力室に供給し、圧力発生手段の作動によって前記圧力室内の液体に圧力変動を生じさせ、当該圧力変動により前記圧力室内の液体をノズルから液滴として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、
前記共通液室は、前記導入口および前記液体供給口よりも鉛直方向の上方に、気体を貯留する気体貯留部を有することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】プリンターの構成を説明する斜視図である。
【図２】インクカートリッジおよび記録ヘッドの構成を説明する模式図である。
【図３】リザーバーのノズル列方向の断面図である。
【図４】調整機構の動作について説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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、本発明の液体噴射ヘッドとして、インクジェット式記録装置（以下、プリンター）に搭載されるインクジェット式記録ヘッド（以下、記録ヘッド）を例に挙げて説明する。
【００１７】
図１はプリンター１の構成を示す斜視図である。このプリンター１は、記録ヘッド２が取り付けられると共に、液体貯留部材の一種であるインクカートリッジ３が着脱可能に取り付けられるキャリッジ４と、記録動作時の記録ヘッド２の下方に配設されたプラテン５と、キャリッジ４を記録紙６（記録媒体および着弾対象の一種）の紙幅方向、即ち、主走査方向に往復移動させるキャリッジ移動機構７と、主走査方向に直交する副走査方向に記録紙６を搬送する搬送機構８と、を備えている。
【００１８】
キャリッジ４は、主走査方向に架設されたガイドロッド９に軸支された状態で取り付けられており、キャリッジ移動機構７の作動により、ガイドロッド９に沿って主走査方向に移動するように構成されている。キャリッジ４の主走査方向の位置は、リニアエンコーダー１０によって検出される。リニアエンコーダー１０は位置情報出力手段の一種であり、記録ヘッド２の走査位置に応じたエンコーダーパルスを、主走査方向における位置情報として図示しない制御部に出力する。
【００１９】
キャリッジ４の移動範囲内における記録領域よりも外側の端部領域には、キャリッジの走査の基点となるホームポジションが設定されている。本実施形態におけるホームポジションには、記録ヘッド２のノズル形成面（ノズルプレート２４：図２参照）を封止するキャッピング部材１１と、ノズル形成面を払拭するためのワイパー部材１２とが配置されている。そして、プリンター１は、このホームポジションから反対側の端部へ向けてキャリッジ４が移動する往動時と、反対側の端部からホームポジション側にキャリッジ４が戻る復動時との双方向で記録紙６上に文字や画像等を記録する。
【００２０】
図２は、インクカートリッジ３と記録ヘッド２の構成を模式的に示した断面図である。
上記のインクカートリッジ３は、例えば熱可塑性プラスチック等の成型により作製された箱状のケース１５を備え、このケース１５内には収容室１６が形成されている。この収容室１６には、インク保持材１７が収容されている。インク保持材は、本発明における液体の一種であるインクを吸収し保持する。このインク保持材１７としては、例えば、スポンジ状の発泡素材が好適に用いられる。インクカートリッジ３の底面部には、記録ヘッド２のインク導入針２３が挿入される針挿入部１８が形成されている。この針挿入部１８の内周面の開口部分にはパッキン１９が設けられている。このパッキン１９は、針挿入部１８内にインク導入針２３が挿入されると、インク導入針２３の外周面に液密状態で密着し、インクカートリッジ３内に貯留されたインクがカートリッジ外部に漏れ出すことを防止する。なお、インクカートリッジ３（液体貯留部材）に関し、例示したものには限られず、種々の構成のものを用いることができる。
【００２１】
本実施形態における記録ヘッド２は、合成樹脂製のヘッドケース２１と、このヘッドケース２１の上面（ノズルが形成されたノズル形成面２４とは反対側の面）に設けられたカートリッジ装着部２２と、当該カートリッジ装着部２２に立設されたインク導入針２３（本発明における液体導入部に相当）と、を備えている。また、ヘッドケース２１の内部には、インク導入路２５（本発明における液体導入路に相当）と、リザーバー２７（本発明における共通液室に相当）、インク供給口２８（本発明における液体供給口に相当）、圧力室２９、及びノズル３０に至るまでのインク流路と、圧力発生手段の一種として機能する圧電振動子３１と、が設けられている。
【００２２】
インク導入針２３は、先端側が先細り形状（円錐形状）に形成された中空の針状部材である。このインク導入針２３の先端部には、インクカートリッジ３内のインクを導入するインク導入孔３２が開設されている。インク導入針２３がインクカートリッジ３の針挿入部１８内に挿入されると、カートリッジ内に貯留されたインクがインク導入孔３２を通じて針流路３３内に導入される。インク導入針２３の基端部（先端部とは反対側の端部）は、先端側から基端側に向けて内径（内法）が次第に拡大する円錐形状となっている。そして、インク導入針２３は、カートリッジ装着部２２におけるインク導入路２５の上流側開口周縁部に、フィルター３４を介在させた状態で溶着されて固定されている。フィルター３４は、インク導入針２３の針流路３３内に導入されたインクを濾過してインク導入路２５側に供給する。
【００２３】
インク導入路２５は、一端（上流端）がカートリッジ装着部２２に開口し、他端が導入口３５を介してリザーバー２７に連通した流路であり、ヘッドケース２１の高さ方向に沿って形成されている。このインク導入路２５の一端部は、内径が入口側開口に向けて次第に拡径した円錐形状となっている。そして、この拡径した部分は、インク導入針２３の拡径部分と共に、フィルター３４が配設されるフィルター室として機能する。
【００２４】
インク導入路２５を流下したインクは、導入口３５からリザーバー２７内に導入される。このリザーバー２７は、複数の圧力室２９に共通の空部であり、インクの種類、即ち、インクの色毎に設けられている。各圧力室２９は、それぞれ個別のインク供給口２８を介してリザーバー２７と連通している。したがって、リザーバー２７内のインクは、インク供給口２８を通じて各圧力室２９に供給される。本実施形態において、リザーバー２７の上面（天井面）２７′は、導入口３５およびインク供給口２８よりも鉛直方向において上方に十分に離れた位置に形成されている。そして、リザーバー２７における導入口３５およびインク供給口２８よりも上方の部分は、気体（気泡、空気）を貯留する気体貯留部２６としても機能する。そして、インク導入路２５内のインクに混入した気泡が、導入口３５からリザーバー２７に流入すると、その浮力により気体貯留部２６に導入されるように構成されている。この気体貯留部２６の上面、即ち、リザーバー２７の上面２７′には、気体が通過可能な給排気口３７（給気口３７ａおよび排気口３７ｂ。図３参照）が開設されている。そして、気体貯留部２６には、当該気体貯留部２６内の気体の量を調整可能な調整機構３８が設けられている。なお、調整機構３８の詳細については後述する。
【００２５】
インク供給口２８は、圧力室３５よりも狭い幅で形成されており、リザーバー２７から圧力室３５に流入するインクに対して流路抵抗を付与する。圧力室３５は、ノズル３０の列設方向（ノズル列方向）に対して直交する方向に細長い室として形成されている。圧力室３５の上面には、可撓性を有する作動面４０が設けられている。この作動面４０の圧力室２９とは反対側の面には、圧電振動子３１が形成されている。圧電振動子３１は、例えば、所謂撓み振動モードの圧電振動子であり、駆動電極４１と共通電極４３とによって圧電体４２を挟んで構成されている。そして、圧電振動子３１の駆動電極４１に駆動電圧（駆動パルス）が印加されると、駆動電極４１と共通電極４３との間には電位差に応じた電場が発生する。この電場は圧電体４２に付与され、圧電体４２が付与された電場の強さに応じて変形する。即ち、駆動電極４１の電位を高くする程、圧電体４２の中央部が圧力室２９の内側（ノズル３０側）に撓み、圧力室２９の容積を減少させるように作動面４０を変形させる。一方、駆動電極４１の電位を低くする程（０に近づける程）、圧電体４２の中央部が圧力室２９の外側（ノズルプレート２９から離れる側）に撓み、圧力室２９の容積を増加させるように作動面４０を変形させる。なお、圧力発生手段としては、上記圧電振動子以外にも、静電アクチュエーター、磁歪素子、発熱素子等を用いることができる。
【００２６】
そして、上記のように圧電振動子３１を作動させると、圧力室２９の容積を変化させることができる。これにより、圧力室２９内のインクに圧力変動が生じるので、当該圧力変動を利用してノズル３０からインクを噴射させることができる。例えば、圧電振動子３１を充電して圧力室２９を膨張させ、その後、圧電振動子３１を急激に放電して圧力室２９を収縮させると、圧力室２９の膨張によって圧力室２９内に流入したインクが急激に加圧され、ノズル３０からインク滴が噴射される。
【００２７】
本発明に係る記録ヘッド２は、リザーバー２７の上方に気体貯留部２６を設け、インク導入路２５内のインクに混入した気体である気泡（空気）を当該気体貯留部２６に誘導して捕捉すると共に、気体貯留部２６内の気体によって、インク導入路２５内のインクに生じた圧力変動を吸収することに特徴を有している。即ち、インクカートリッジ３の交換時などで当該インクカートリッジ３に衝撃が加わったりすることで、インク導入路２５内のインクの圧力が急激に変化した場合にも、当該圧力変動に応じて気体貯留部２６内の気体が膨張又は圧縮されることにより、圧力変動が吸収される。即ち、インク導入路２５内の圧力が通常時よりも高くなった場合、気体貯留部２６内の気体が圧縮され、或いは、インク導入路２５内の圧力が通常時よりも低くなった場合、気体貯留部２６内の気体が膨張されることで、インク導入路２５内のインクの圧力変動が緩和される。これにより、圧力変動がノズル３０側に伝わることが抑制され、ノズル３０におけるメニスカスに対する悪影響を低減することが可能となる。また、圧力室３１の手前のリザーバー２７の上部に気体貯留部２６が設けられていることで、圧力室２９側に気泡が流入することがより確実に防止される。さらに、気体貯留部２６内の気体は、ノズル３０からインクを噴射する際に生じる圧力変動も緩和するコンプライアンス部としても機能するので、従来の記録ヘッドなどにコンプライアンス部として設けられていたフィルム部材等が不要となる。
【００２８】
本実施形態においては、上記の圧力変動の緩和作用を常に一定に確保するべく、調整機構３８によって気体貯留部２６内の気体の量が調整される。
図３は、リザーバー２７のノズル列方向の断面図であり、図４は、調整機構３８の動作について説明する模式図である。調整機構３８は、気体貯留部２６内のインクの液面の高さに応じて上下に変位するフロート４５と、給気口３７ａに設けられた給気弁４６ａと、排気口３７ｂに設けられた排気弁４６ｂと、給気口３７ａに接続された給気路４７ａと（図２参照。）と、排気口３７ｂに接続された排気路４７ｂと（図２参照。）と、給気路４７ａおよび排気路４７ｂに接続されたエアーポンプ４８（本発明における給排気手段の一種。図２参照。）と、を備えている。
【００２９】
フロート４５は、インクよりも比重の小さい部材、例えば、空気等の気体が封入された樹脂製の板状体であり、気体貯留部２６におけるインクの液面に浮いた状態で配置されている。このフロート４５の上面（リザーバー２７の天井面２７′に対向する側の面）における給気口３７ａに対向する部分には、引張バネ４９の一端が接続されている。この引張バネ４９の他端は、給気口３７ａの開口部に配設された給気弁４６ａに接続されている。同様に、フロート４５の上面における排気口３７ｂに対向する部分には、圧縮バネ５０の一端が接続されている。この圧縮バネ５０の他端は、排気口３７ｂの開口部に配設された排気弁４６ｂに接続されている。
【００３０】
給気弁４６ａは、フロート４５の変位に連動して気体貯留部２６への気体の供給を許容する開弁状態と、気体貯留部２６へのインクの供給を遮断する閉弁状態とに変換可能に構成されており、フロート４５に一端が接続された引張バネ４９によって下方（給気口３７ａの開口部内に設けられた当接部５２ａ側）に付勢されている。給気弁４６ａの当接部５２ａ側の面には、ゴムやエラストマー等の弾性部材からなるリング状のパッキン５１ａが取り付けられている。同様に、排気弁４６ｂは、フロート４５の変位に連動して開弁状態と閉弁状態とに変換可能に構成されており、フロート４５に一端が接続された圧縮バネ５０によって上方（排気口３７ｂの開口部内に設けられた当接部５２ｂ側）へ付勢されている。この排気弁４６ｂの当接部５２ｂ側の面には、リング状のパッキン５１ｂが取り付けられている。
【００３１】
調整機構３８をこのように構成することにより、気体貯留部２６内のインクの液面の変化、即ち、気体の体積の変化によるフロート４５の変位（上昇または下降）が、バネ４９，５０を介して給気弁３７ａおよび排気弁３７ｂに伝達されて、給気口３７ａ又は排気口３７ｂを開閉することができる。以下、この点について説明する。
【００３２】
気体貯留部２６内の気体の量が一定の範囲内である場合、図３に示すように、給気弁４６ａは、引張バネ４９による付勢によりパッキン５１ａが当接部５２ａに密着する閉弁位置に保持され、また、排気弁４６ｂは、圧縮バネ５０による付勢によりパッキン５１ｂが当接部５２ｂに密着する閉弁位置に保持される。これにより、給排気口３７ａ，３７ｂからは気体貯留部２６に対して気体の流入又は流出が無い状態とされる。また、インク導入路２５内のインクに混入した気泡が、導入口３５から気体貯留部２６内に導入されていくと、図４（ａ）に示すように、当該気体貯留部２６内の気体の量が次第に増加することで気体貯留部２６内のインクの液面が下降し、これに伴ってフロート４５が下降する。そして、液面が予め定められた下限位置（図４におけるＬｍｉｎ）よりも下がると、給気弁４６ａは、引張バネ４９による付勢によりパッキン５１ａが当接部５２ａに密着する閉弁位置に保持され続けるのに対し、排気弁４６ｂは、パッキン５１ｂが当接部５２ｂから下方に離間して密着状態が解除される位置まで変位する。
【００３３】
これにより、排気口３７ｂにおける気体の通過が可能な開弁状態となる。この状態では、エアーポンプ４８が作動して負圧を発生し、気体貯留部２６内の気体が排気口３７ｂから排気路４７ｂを通じて排出されるように構成されている。気体貯留部２６内の気体が排出されると、これに伴って液面が上昇するので、フロート４５が上昇して、給気弁４６ａが閉弁状態を保ったまま、排気弁４６ｂが上昇する。そして、気体貯留部２６内の気体の量が一定の範囲内になった場合、図３に示すように、排気弁４６ｂが、圧縮バネ５０による付勢によりパッキン５１ｂが当接部５２ｂに密着して閉弁状態に復帰する。
【００３４】
また、インク導入路２５内の気体が、インクに溶解したり或いはヘッドケース２１の壁面から外部に抜けたりすることにより、気体貯留部２６内の気体の量が減少した場合、図４（ｂ）に示すように、気体の量の減少に伴って気体貯留部２６内のインクの液面が上昇し、これに伴ってフロート４５が上昇する。そして、液面が予め定められた上限位置（図４におけるＬｍａｘ）よりも上がると、排気弁４６ｂは、圧縮バネ５０による付勢によりパッキン５１ｂが当接部５２ｂに密着する閉弁位置に保持され続けるのに対し、給気弁４６ａは、パッキン５１ａが当接部５１ａから上方に離間して密着状態が解除される位置まで変位する。これにより、給気口３７ａにおける気体の通過が可能な開弁状態となる。この状態では、エアーポンプ４８が作動して給気路４７ａを通じて給気口３７ａから気体貯留部２６内に気体が導入されるように構成されている。エアーポンプ４８側から気体貯留部２６内に気体が導入されると、これに伴って液面が下降するので、フロート４５が下昇し、排気弁４６ｂが閉弁状態を維持したまま、給気弁４６ａが下降する。そして、気体貯留部２６内の気体の量が一定の範囲内になった場合、図３に示すように、給気弁４６ａは、引張バネ４９による付勢によりパッキン５１ａが当接部５２ａに密着して閉弁状態に復帰する。
【００３５】
このように、本実施形態においては、調整機構３８によって気体貯留部２６内の気体の量が一定範囲に維持されるので、気体貯留部２６内の気体による圧力変動の緩和作用を常に安定して確保することが可能となる。また、インク導入路２５内の気体（気泡）を気体貯留部２６内に導入し、また、一定量を超えた場合に外部に排出する構成であるため、記録ヘッド２内の流路に気泡が発生することが抑制される。これにより、気泡による流路の閉塞や圧力損失等の不具合が低減され、記録ヘッド２の信頼性を高めることが可能となる。
【００３６】
ところで、記録ヘッド２では、ノズル３０からインクを噴射するのに伴ってノズル３０におけるメニスカスが気泡を取り込む場合がある。また、ノズル３０近傍のインクが増粘することも考えられる。このため、上記プリンター１では、定期的にキャップ部材１１を用いてクリーニング動作を行うことで、圧力室２９やノズル３０近傍の気泡や増粘インクを排出するように構成されている。このクリーニング動作では、キャップ部材１１をノズル形成面２４に密着させた状態でポンプユニット等の負圧手段を作動させて通常の記録動作時の数倍の流速のインク流をインク流路内に生じさせ、気泡や増粘インクをこの流れに乗せることでノズル３０からヘッド外部に排出する。本発明に係るプリンター１では、リザーバー２７よりも上流側の気泡は気泡貯留部２６に捕捉され、気泡貯留部２６に溜まった気体は、一定量を超える毎に排出されるので、クリーニング動作における吸引量は、少なくとも圧力室２９内に存在する気泡が排出される程度で済む。このため、一回のクリーニング動作時に消費するインク量を低減することができる。
【００３７】
なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて種々の変形が可能である。
【００３８】
例えば、調整機構３８に関し、気体の量（液面の高さ）に応じて給排気口３７ａ，３７ｂを開閉可能な構成であれば、上記実施形態で例示した構成には限られない。例えば、気体貯留部２６内のインクの液面の上限および下限を光学センサーなどにより検出し、当該光学センサーの検出に応じて、電磁弁などにより給排気口３７を開閉する構成を採用することもできる。
また、上記実施形態では、リザーバー２７の上部が気泡貯留部２６として機能する構成を例示したが、これには限られず、リザーバー２７よりも鉛直方向の上方に当該リザーバー２７に連通した状態で気泡貯留部２６を別個に設ける構成を採用することも可能である。
【００３９】
さらに、本発明は、液体貯留部材から液体を導入する構成を採用する液体噴射ヘッドであれば、上記記録ヘッド２に限らず、プロッター、ファクシミリ装置、コピー機等、各種のインクジェット式記録装置や、記録装置以外の液体噴射装置、例えば、ディスプレイ製造装置、電極製造装置、チップ製造装置等に搭載される液体噴射ヘッドにも適用することができる。そして、ディスプレイ製造装置では、色材噴射ヘッドからＲ（Ｒｅｄ）・Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）・Ｂ（Ｂｌｕｅ）の各色材の溶液を噴射する。また、電極製造装置では、電極材噴射ヘッドから液状の電極材料を噴射する。チップ製造装置では、生体有機物噴射ヘッドから生体有機物の溶液を噴射する。
【符号の説明】
【００４０】
１…プリンター，２…記録ヘッド，３…インクカートリッジ，２１…ヘッドケース，２３…インク導入針，２５…インク導入路，２６…気体貯留部，２９…圧力室，３０…ノズル，３５…導入口，３７ａ…給気口，３７ｂ…排気口，３８…調整機構，４５…フロート，４６ａ…給気弁，４６ｂ…排気弁，４７ａ…給気路，４７ｂ…排気路，４８…エアーポンプ，４９…引張バネ，５０…圧縮バネ，５１…パッキン，５２…当接部
【技術分野】
【０００１】
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用いられる液体噴射ヘッド、および、これを備えた液体噴射装置に関し、特に、液体貯留部材に貯留された液体を圧力室に導入し、圧力発生手段の駆動により圧力室内の液体をノズルから噴射する液体噴射ヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液体噴射装置は液体噴射ヘッドを備え、この噴射ヘッドから各種の液体を噴射する装置である。この液体噴射装置としては、例えば、インクジェット式プリンターやインクジェット式プロッター等の画像記録装置があるが、最近ではごく少量の液体を所定位置に正確に着弾させることができるという特長を生かして各種の製造装置にも応用されている。例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルタ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形成装置，バイオチップ（生物化学素子）を製造するチップ製造装置に応用されている。そして、画像記録装置用の記録ヘッドでは液状のインクを噴射し、ディスプレイ製造装置用の色材噴射ヘッドではＲ（Red）・Ｇ（Green）・Ｂ（Blue）の各色材の溶液を噴射する。また、電極形成装置用の電極材噴射ヘッドでは液状の電極材料を噴射し、チップ製造装置用の生体有機物噴射ヘッドでは生体有機物の溶液を噴射する。
【０００３】
この種の液体噴射ヘッドとしては、流通に乗せ易く取り扱いが容易なカートリッジタイプの液体貯留部材を用いるものが開発されている。例えば、インクジェット式プリンター（以下、単にプリンターという）では、液体状のインクを封入したインクカートリッジを使用するものが広く普及している。この構成では、液体噴射ヘッドの一種である記録ヘッドに対してインクカートリッジを装着する際、当該記録ヘッドのインク導入針（液体導入部）がインクカートリッジ内に挿入されることで、このインク導入針の先端側に開設されたインク導入孔（液体導入孔）を通じてインクカートリッジ内のインクが記録ヘッド側に導入される。記録ヘッドに導入されたインクは、ヘッド内部の導入路を通じて共通液体室（リザーバーまたはマニホールドとも呼ばれる）に導入される。共通液体室に導入されたインクは、当該共通液体室に連通する複数の圧力室にそれぞれ供給される。そして、圧力発生手段の一種である圧電振動子や発熱素子などを駆動することで圧力室内に圧力変動が生じ、この圧力変動が制御されることにより、圧力室に通じるノズルからインクが噴射される。
【０００４】
ここで、温度変化や気圧の変化によりインクカートリッジ内に過度な正圧または負圧が生じる場合があり、その圧力がインクカートリッジから記録ヘッドのノズルに伝播すると、当該ノズルに形成されているメニスカスが破壊されることがある。即ち、メニスカスがノズルの内周面よりも圧力室側に過度に引き込まれた状態、或いは、ノズルの噴射側の開口面よりも外側に膨らんだ状態となる場合がある。そして、メニスカスにおける圧力が、当該メニスカスの耐圧を越えた場合、メニスカスが正常に形成されず、インクが噴射されない所謂ドット抜けが生じる虞があった。また、ノズルからインクが漏洩する可能性もあった。このような不具合を解決すべく、インクカートリッジ（インクタンク）に、当該カートリッジ内部の空気層を大気開放可能な圧力制御弁を設け、温度変化等によりインクカートリッジ内に過度な圧力が発生した場合に、圧力制御弁が開かれることでインクカートリッジ内の圧力変動が抑制され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１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１６２２１７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、上記の構成は、もとよりカートリッジ内部の圧力を一定にするための機構であり、圧力制御弁により閉じられた空間内の空気層の体積を一定に保つことは困難である。このため、上記構成では、圧力変動の衝撃緩和能力が不安定となる虞があった。
【０００７】
上記のような現象は、例示した記録ヘッドだけではなく、液体貯留部材に貯留された液体を導入する構成を採用する他の液体噴射ヘッド、および、これを備える液体噴射装置においても同様に存在する。
【０００８】
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、導入流路内の圧力変動をより確実に抑制することが可能な液体噴射ヘッド、および、液体噴射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記目的を達成するために提案されたものであり、導入された液体を液体導入部から液体導入路を通じて導入口から共通液室に導入し、当該共通液室から液体供給口を介して圧力室に供給し、圧力発生手段の作動によって前記圧力室内の液体に圧力変動を生じさせ、当該圧力変動により前記圧力室内の液体をノズルから液滴として噴射する液体噴射ヘッドであって、
前記共通液室は、前記導入口および前記液体供給口よりも鉛直方向の上方に、気体を貯留する気体貯留部を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、液体導入路内の気体が気体貯留部に導入されると共に、導入された気体の弾性変形により液体導入路内の圧力変動が緩和されるので、圧力変動がノズル側に伝わることが抑制され、ノズルにおけるメニスカスに対する悪影響を低減することが可能となる。また、共通液室の上方に気体貯留部が設けられていることで、気体が圧力室側に流入することがより確実に防止される。さらに、気体貯留部内の気体は、ノズルから液体を噴射する際に生じる圧力変動も緩和するコンプライアンス部としても機能するので、従来の液体噴射ヘッドにコンプライアンス部として設けられていたフィルム部材等が不要となる。
【００１１】
また、上記構成において、前記気体貯留部内の気体の量を予め定められた範囲内に維持する調整機構を備えた構成を採用することが望ましい。
【００１２】
この構成において、前記調整機構は、気体が通過可能な給排気口と、当該給排気口を開閉可能な給排気弁と、当該給排気口を通じて前記気体貯留部内に対して気体を供給または排出可能な給排気手段と、を有し、
前記気体貯留部内の気体の量が予め定められた上限値から下限値の間である場合、前記給排気弁が閉弁し、前記気体貯留部内の気体の量が下限値を下回った場合、前記給排気弁が開弁すると共に前記給排気手段側から前記給排気口を通じて気体貯留部内に気体が供給され、前記気体貯留部内の気体が上限値を超えた場合、前記給排気弁が開弁すると共に気体貯留部内の気体が前記給排気口を通じて前記給排気手段側に排出される構成を採用することが望ましい。
【００１３】
この構成によれば、調整機構によって気体貯留部内の気体の量が一定範囲に維持されるので、気体貯留部内の気体による圧力変動の緩和作用を常に安定して確保することが可能となる。また、液体導入路内の気体（気泡）を気体貯留部内に導入し、また、一定量を超えた場合に外部に排出する構成であるため、液体噴射ヘッド内の流路に気泡が発生することが抑制される。これにより、気泡による流路の閉塞や圧力損失等の不具合が低減され、液体噴射ヘッドの信頼性を高めることが可能となる。
【００１４】
また、本発明の液体噴射装置は、導入された液体を液体導入部から液体導入路を通じて導入口から共通液室に導入し、当該共通液室から液体供給口を介して圧力室に供給し、圧力発生手段の作動によって前記圧力室内の液体に圧力変動を生じさせ、当該圧力変動により前記圧力室内の液体をノズルから液滴として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、
前記共通液室は、前記導入口および前記液体供給口よりも鉛直方向の上方に、気体を貯留する気体貯留部を有することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】プリンターの構成を説明する斜視図である。
【図２】インクカートリッジおよび記録ヘッドの構成を説明する模式図である。
【図３】リザーバーのノズル列方向の断面図である。
【図４】調整機構の動作について説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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、本発明の液体噴射ヘッドとして、インクジェット式記録装置（以下、プリンター）に搭載されるインクジェット式記録ヘッド（以下、記録ヘッド）を例に挙げて説明する。
【００１７】
図１はプリンター１の構成を示す斜視図である。このプリンター１は、記録ヘッド２が取り付けられると共に、液体貯留部材の一種であるインクカートリッジ３が着脱可能に取り付けられるキャリッジ４と、記録動作時の記録ヘッド２の下方に配設されたプラテン５と、キャリッジ４を記録紙６（記録媒体および着弾対象の一種）の紙幅方向、即ち、主走査方向に往復移動させるキャリッジ移動機構７と、主走査方向に直交する副走査方向に記録紙６を搬送する搬送機構８と、を備えている。
【００１８】
キャリッジ４は、主走査方向に架設されたガイドロッド９に軸支された状態で取り付けられており、キャリッジ移動機構７の作動により、ガイドロッド９に沿って主走査方向に移動するように構成されている。キャリッジ４の主走査方向の位置は、リニアエンコーダー１０によって検出される。リニアエンコーダー１０は位置情報出力手段の一種であり、記録ヘッド２の走査位置に応じたエンコーダーパルスを、主走査方向における位置情報として図示しない制御部に出力する。
【００１９】
キャリッジ４の移動範囲内における記録領域よりも外側の端部領域には、キャリッジの走査の基点となるホームポジションが設定されている。本実施形態におけるホームポジションには、記録ヘッド２のノズル形成面（ノズルプレート２４：図２参照）を封止するキャッピング部材１１と、ノズル形成面を払拭するためのワイパー部材１２とが配置されている。そして、プリンター１は、このホームポジションから反対側の端部へ向けてキャリッジ４が移動する往動時と、反対側の端部からホームポジション側にキャリッジ４が戻る復動時との双方向で記録紙６上に文字や画像等を記録する。
【００２０】
図２は、インクカートリッジ３と記録ヘッド２の構成を模式的に示した断面図である。
上記のインクカートリッジ３は、例えば熱可塑性プラスチック等の成型により作製された箱状のケース１５を備え、このケース１５内には収容室１６が形成されている。この収容室１６には、インク保持材１７が収容されている。インク保持材は、本発明における液体の一種であるインクを吸収し保持する。このインク保持材１７としては、例えば、スポンジ状の発泡素材が好適に用いられる。インクカートリッジ３の底面部には、記録ヘッド２のインク導入針２３が挿入される針挿入部１８が形成されている。この針挿入部１８の内周面の開口部分にはパッキン１９が設けられている。このパッキン１９は、針挿入部１８内にインク導入針２３が挿入されると、インク導入針２３の外周面に液密状態で密着し、インクカートリッジ３内に貯留されたインクがカートリッジ外部に漏れ出すことを防止する。なお、インクカートリッジ３（液体貯留部材）に関し、例示したものには限られず、種々の構成のものを用いることができる。
【００２１】
本実施形態における記録ヘッド２は、合成樹脂製のヘッドケース２１と、このヘッドケース２１の上面（ノズルが形成されたノズル形成面２４とは反対側の面）に設けられたカートリッジ装着部２２と、当該カートリッジ装着部２２に立設されたインク導入針２３（本発明における液体導入部に相当）と、を備えている。また、ヘッドケース２１の内部には、インク導入路２５（本発明における液体導入路に相当）と、リザーバー２７（本発明における共通液室に相当）、インク供給口２８（本発明における液体供給口に相当）、圧力室２９、及びノズル３０に至るまでのインク流路と、圧力発生手段の一種として機能する圧電振動子３１と、が設けられている。
【００２２】
インク導入針２３は、先端側が先細り形状（円錐形状）に形成された中空の針状部材である。このインク導入針２３の先端部には、インクカートリッジ３内のインクを導入するインク導入孔３２が開設されている。インク導入針２３がインクカートリッジ３の針挿入部１８内に挿入されると、カートリッジ内に貯留されたインクがインク導入孔３２を通じて針流路３３内に導入される。インク導入針２３の基端部（先端部とは反対側の端部）は、先端側から基端側に向けて内径（内法）が次第に拡大する円錐形状となっている。そして、インク導入針２３は、カートリッジ装着部２２におけるインク導入路２５の上流側開口周縁部に、フィルター３４を介在させた状態で溶着されて固定されている。フィルター３４は、インク導入針２３の針流路３３内に導入されたインクを濾過してインク導入路２５側に供給する。
【００２３】
インク導入路２５は、一端（上流端）がカートリッジ装着部２２に開口し、他端が導入口３５を介してリザーバー２７に連通した流路であり、ヘッドケース２１の高さ方向に沿って形成されている。このインク導入路２５の一端部は、内径が入口側開口に向けて次第に拡径した円錐形状となっている。そして、この拡径した部分は、インク導入針２３の拡径部分と共に、フィルター３４が配設されるフィルター室として機能する。
【００２４】
インク導入路２５を流下したインクは、導入口３５からリザーバー２７内に導入される。このリザーバー２７は、複数の圧力室２９に共通の空部であり、インクの種類、即ち、インクの色毎に設けられている。各圧力室２９は、それぞれ個別のインク供給口２８を介してリザーバー２７と連通している。したがって、リザーバー２７内のインクは、インク供給口２８を通じて各圧力室２９に供給される。本実施形態において、リザーバー２７の上面（天井面）２７′は、導入口３５およびインク供給口２８よりも鉛直方向において上方に十分に離れた位置に形成されている。そして、リザーバー２７における導入口３５およびインク供給口２８よりも上方の部分は、気体（気泡、空気）を貯留する気体貯留部２６としても機能する。そして、インク導入路２５内のインクに混入した気泡が、導入口３５からリザーバー２７に流入すると、その浮力により気体貯留部２６に導入されるように構成されている。この気体貯留部２６の上面、即ち、リザーバー２７の上面２７′には、気体が通過可能な給排気口３７（給気口３７ａおよび排気口３７ｂ。図３参照）が開設されている。そして、気体貯留部２６には、当該気体貯留部２６内の気体の量を調整可能な調整機構３８が設けられている。なお、調整機構３８の詳細については後述する。
【００２５】
インク供給口２８は、圧力室３５よりも狭い幅で形成されており、リザーバー２７から圧力室３５に流入するインクに対して流路抵抗を付与する。圧力室３５は、ノズル３０の列設方向（ノズル列方向）に対して直交する方向に細長い室として形成されている。圧力室３５の上面には、可撓性を有する作動面４０が設けられている。この作動面４０の圧力室２９とは反対側の面には、圧電振動子３１が形成されている。圧電振動子３１は、例えば、所謂撓み振動モードの圧電振動子であり、駆動電極４１と共通電極４３とによって圧電体４２を挟んで構成されている。そして、圧電振動子３１の駆動電極４１に駆動電圧（駆動パルス）が印加されると、駆動電極４１と共通電極４３との間には電位差に応じた電場が発生する。この電場は圧電体４２に付与され、圧電体４２が付与された電場の強さに応じて変形する。即ち、駆動電極４１の電位を高くする程、圧電体４２の中央部が圧力室２９の内側（ノズル３０側）に撓み、圧力室２９の容積を減少させるように作動面４０を変形させる。一方、駆動電極４１の電位を低くする程（０に近づける程）、圧電体４２の中央部が圧力室２９の外側（ノズルプレート２９から離れる側）に撓み、圧力室２９の容積を増加させるように作動面４０を変形させる。なお、圧力発生手段としては、上記圧電振動子以外にも、静電アクチュエーター、磁歪素子、発熱素子等を用いることができる。
【００２６】
そして、上記のように圧電振動子３１を作動させると、圧力室２９の容積を変化させることができる。これにより、圧力室２９内のインクに圧力変動が生じるので、当該圧力変動を利用してノズル３０からインクを噴射させることができる。例えば、圧電振動子３１を充電して圧力室２９を膨張させ、その後、圧電振動子３１を急激に放電して圧力室２９を収縮させると、圧力室２９の膨張によって圧力室２９内に流入したインクが急激に加圧され、ノズル３０からインク滴が噴射される。
【００２７】
本発明に係る記録ヘッド２は、リザーバー２７の上方に気体貯留部２６を設け、インク導入路２５内のインクに混入した気体である気泡（空気）を当該気体貯留部２６に誘導して捕捉すると共に、気体貯留部２６内の気体によって、インク導入路２５内のインクに生じた圧力変動を吸収することに特徴を有している。即ち、インクカートリッジ３の交換時などで当該インクカートリッジ３に衝撃が加わったりすることで、インク導入路２５内のインクの圧力が急激に変化した場合にも、当該圧力変動に応じて気体貯留部２６内の気体が膨張又は圧縮されることにより、圧力変動が吸収される。即ち、インク導入路２５内の圧力が通常時よりも高くなった場合、気体貯留部２６内の気体が圧縮され、或いは、インク導入路２５内の圧力が通常時よりも低くなった場合、気体貯留部２６内の気体が膨張されることで、インク導入路２５内のインクの圧力変動が緩和される。これにより、圧力変動がノズル３０側に伝わることが抑制され、ノズル３０におけるメニスカスに対する悪影響を低減することが可能となる。また、圧力室３１の手前のリザーバー２７の上部に気体貯留部２６が設けられていることで、圧力室２９側に気泡が流入することがより確実に防止される。さらに、気体貯留部２６内の気体は、ノズル３０からインクを噴射する際に生じる圧力変動も緩和するコンプライアンス部としても機能するので、従来の記録ヘッドなどにコンプライアンス部として設けられていたフィルム部材等が不要となる。
【００２８】
本実施形態においては、上記の圧力変動の緩和作用を常に一定に確保するべく、調整機構３８によって気体貯留部２６内の気体の量が調整される。
図３は、リザーバー２７のノズル列方向の断面図であり、図４は、調整機構３８の動作について説明する模式図である。調整機構３８は、気体貯留部２６内のインクの液面の高さに応じて上下に変位するフロート４５と、給気口３７ａに設けられた給気弁４６ａと、排気口３７ｂに設けられた排気弁４６ｂと、給気口３７ａに接続された給気路４７ａと（図２参照。）と、排気口３７ｂに接続された排気路４７ｂと（図２参照。）と、給気路４７ａおよび排気路４７ｂに接続されたエアーポンプ４８（本発明における給排気手段の一種。図２参照。）と、を備えている。
【００２９】
フロート４５は、インクよりも比重の小さい部材、例えば、空気等の気体が封入された樹脂製の板状体であり、気体貯留部２６におけるインクの液面に浮いた状態で配置されている。このフロート４５の上面（リザーバー２７の天井面２７′に対向する側の面）における給気口３７ａに対向する部分には、引張バネ４９の一端が接続されている。この引張バネ４９の他端は、給気口３７ａの開口部に配設された給気弁４６ａに接続されている。同様に、フロート４５の上面における排気口３７ｂに対向する部分には、圧縮バネ５０の一端が接続されている。この圧縮バネ５０の他端は、排気口３７ｂの開口部に配設された排気弁４６ｂに接続されている。
【００３０】
給気弁４６ａは、フロート４５の変位に連動して気体貯留部２６への気体の供給を許容する開弁状態と、気体貯留部２６へのインクの供給を遮断する閉弁状態とに変換可能に構成されており、フロート４５に一端が接続された引張バネ４９によって下方（給気口３７ａの開口部内に設けられた当接部５２ａ側）に付勢されている。給気弁４６ａの当接部５２ａ側の面には、ゴムやエラストマー等の弾性部材からなるリング状のパッキン５１ａが取り付けられている。同様に、排気弁４６ｂは、フロート４５の変位に連動して開弁状態と閉弁状態とに変換可能に構成されており、フロート４５に一端が接続された圧縮バネ５０によって上方（排気口３７ｂの開口部内に設けられた当接部５２ｂ側）へ付勢されている。この排気弁４６ｂの当接部５２ｂ側の面には、リング状のパッキン５１ｂが取り付けられている。
【００３１】
調整機構３８をこのように構成することにより、気体貯留部２６内のインクの液面の変化、即ち、気体の体積の変化によるフロート４５の変位（上昇または下降）が、バネ４９，５０を介して給気弁３７ａおよび排気弁３７ｂに伝達されて、給気口３７ａ又は排気口３７ｂを開閉することができる。以下、この点について説明する。
【００３２】
気体貯留部２６内の気体の量が一定の範囲内である場合、図３に示すように、給気弁４６ａは、引張バネ４９による付勢によりパッキン５１ａが当接部５２ａに密着する閉弁位置に保持され、また、排気弁４６ｂは、圧縮バネ５０による付勢によりパッキン５１ｂが当接部５２ｂに密着する閉弁位置に保持される。これにより、給排気口３７ａ，３７ｂからは気体貯留部２６に対して気体の流入又は流出が無い状態とされる。また、インク導入路２５内のインクに混入した気泡が、導入口３５から気体貯留部２６内に導入されていくと、図４（ａ）に示すように、当該気体貯留部２６内の気体の量が次第に増加することで気体貯留部２６内のインクの液面が下降し、これに伴ってフロート４５が下降する。そして、液面が予め定められた下限位置（図４におけるＬｍｉｎ）よりも下がると、給気弁４６ａは、引張バネ４９による付勢によりパッキン５１ａが当接部５２ａに密着する閉弁位置に保持され続けるのに対し、排気弁４６ｂは、パッキン５１ｂが当接部５２ｂから下方に離間して密着状態が解除される位置まで変位する。
【００３３】
これにより、排気口３７ｂにおける気体の通過が可能な開弁状態となる。この状態では、エアーポンプ４８が作動して負圧を発生し、気体貯留部２６内の気体が排気口３７ｂから排気路４７ｂを通じて排出されるように構成されている。気体貯留部２６内の気体が排出されると、これに伴って液面が上昇するので、フロート４５が上昇して、給気弁４６ａが閉弁状態を保ったまま、排気弁４６ｂが上昇する。そして、気体貯留部２６内の気体の量が一定の範囲内になった場合、図３に示すように、排気弁４６ｂが、圧縮バネ５０による付勢によりパッキン５１ｂが当接部５２ｂに密着して閉弁状態に復帰する。
【００３４】
また、インク導入路２５内の気体が、インクに溶解したり或いはヘッドケース２１の壁面から外部に抜けたりすることにより、気体貯留部２６内の気体の量が減少した場合、図４（ｂ）に示すように、気体の量の減少に伴って気体貯留部２６内のインクの液面が上昇し、これに伴ってフロート４５が上昇する。そして、液面が予め定められた上限位置（図４におけるＬｍａｘ）よりも上がると、排気弁４６ｂは、圧縮バネ５０による付勢によりパッキン５１ｂが当接部５２ｂに密着する閉弁位置に保持され続けるのに対し、給気弁４６ａは、パッキン５１ａが当接部５１ａから上方に離間して密着状態が解除される位置まで変位する。これにより、給気口３７ａにおける気体の通過が可能な開弁状態となる。この状態では、エアーポンプ４８が作動して給気路４７ａを通じて給気口３７ａから気体貯留部２６内に気体が導入されるように構成されている。エアーポンプ４８側から気体貯留部２６内に気体が導入されると、これに伴って液面が下降するので、フロート４５が下昇し、排気弁４６ｂが閉弁状態を維持したまま、給気弁４６ａが下降する。そして、気体貯留部２６内の気体の量が一定の範囲内になった場合、図３に示すように、給気弁４６ａは、引張バネ４９による付勢によりパッキン５１ａが当接部５２ａに密着して閉弁状態に復帰する。
【００３５】
このように、本実施形態においては、調整機構３８によって気体貯留部２６内の気体の量が一定範囲に維持されるので、気体貯留部２６内の気体による圧力変動の緩和作用を常に安定して確保することが可能となる。また、インク導入路２５内の気体（気泡）を気体貯留部２６内に導入し、また、一定量を超えた場合に外部に排出する構成であるため、記録ヘッド２内の流路に気泡が発生することが抑制される。これにより、気泡による流路の閉塞や圧力損失等の不具合が低減され、記録ヘッド２の信頼性を高めることが可能となる。
【００３６】
ところで、記録ヘッド２では、ノズル３０からインクを噴射するのに伴ってノズル３０におけるメニスカスが気泡を取り込む場合がある。また、ノズル３０近傍のインクが増粘することも考えられる。このため、上記プリンター１では、定期的にキャップ部材１１を用いてクリーニング動作を行うことで、圧力室２９やノズル３０近傍の気泡や増粘インクを排出するように構成されている。このクリーニング動作では、キャップ部材１１をノズル形成面２４に密着させた状態でポンプユニット等の負圧手段を作動させて通常の記録動作時の数倍の流速のインク流をインク流路内に生じさせ、気泡や増粘インクをこの流れに乗せることでノズル３０からヘッド外部に排出する。本発明に係るプリンター１では、リザーバー２７よりも上流側の気泡は気泡貯留部２６に捕捉され、気泡貯留部２６に溜まった気体は、一定量を超える毎に排出されるので、クリーニング動作における吸引量は、少なくとも圧力室２９内に存在する気泡が排出される程度で済む。このため、一回のクリーニング動作時に消費するインク量を低減することができる。
【００３７】
なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて種々の変形が可能である。
【００３８】
例えば、調整機構３８に関し、気体の量（液面の高さ）に応じて給排気口３７ａ，３７ｂを開閉可能な構成であれば、上記実施形態で例示した構成には限られない。例えば、気体貯留部２６内のインクの液面の上限および下限を光学センサーなどにより検出し、当該光学センサーの検出に応じて、電磁弁などにより給排気口３７を開閉する構成を採用することもできる。
また、上記実施形態では、リザーバー２７の上部が気泡貯留部２６として機能する構成を例示したが、これには限られず、リザーバー２７よりも鉛直方向の上方に当該リザーバー２７に連通した状態で気泡貯留部２６を別個に設ける構成を採用することも可能である。
【００３９】
さらに、本発明は、液体貯留部材から液体を導入する構成を採用する液体噴射ヘッドであれば、上記記録ヘッド２に限らず、プロッター、ファクシミリ装置、コピー機等、各種のインクジェット式記録装置や、記録装置以外の液体噴射装置、例えば、ディスプレイ製造装置、電極製造装置、チップ製造装置等に搭載される液体噴射ヘッドにも適用することができる。そして、ディスプレイ製造装置では、色材噴射ヘッドからＲ（Ｒｅｄ）・Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）・Ｂ（Ｂｌｕｅ）の各色材の溶液を噴射する。また、電極製造装置では、電極材噴射ヘッドから液状の電極材料を噴射する。チップ製造装置では、生体有機物噴射ヘッドから生体有機物の溶液を噴射する。
【符号の説明】
【００４０】
１…プリンター，２…記録ヘッド，３…インクカートリッジ，２１…ヘッドケース，２３…インク導入針，２５…インク導入路，２６…気体貯留部，２９…圧力室，３０…ノズル，３５…導入口，３７ａ…給気口，３７ｂ…排気口，３８…調整機構，４５…フロート，４６ａ…給気弁，４６ｂ…排気弁，４７ａ…給気路，４７ｂ…排気路，４８…エアーポンプ，４９…引張バネ，５０…圧縮バネ，５１…パッキン，５２…当接部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導入された液体を液体導入部から液体導入路を通じて導入口から共通液室に導入し、当該共通液室から液体供給口を介して圧力室に供給し、圧力発生手段の作動によって前記圧力室内の液体に圧力変動を生じさせ、当該圧力変動により前記圧力室内の液体をノズルから液滴として噴射する液体噴射ヘッドであって、
前記共通液室は、前記導入口および前記液体供給口よりも鉛直方向の上方に、気体を貯留する気体貯留部を有することを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
前記気体貯留部内の気体の量を予め定められた範囲内に維持する調整機構を備えたことを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項３】
前記調整機構は、気体が通過可能な給排気口と、当該給排気口を開閉可能な給排気弁と、当該給排気口を通じて前記気体貯留部内に対して気体を供給または排出可能な給排気手段と、を有し、
前記気体貯留部内の気体の量が予め定められた上限値から下限値の間である場合、前記給排気弁が閉弁し、前記気体貯留部内の気体の量が下限値を下回った場合、前記給排気弁が開弁すると共に前記給排気手段側から前記給排気口を通じて気体貯留部内に気体が供給され、前記気体貯留部内の気体が上限値を超えた場合、前記給排気弁が開弁すると共に気体貯留部内の気体が前記給排気口を通じて前記給排気手段側に排出されることを特徴とする請求項２に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項４】
導入された液体を液体導入部から液体導入路を通じて導入口から共通液室に導入し、当該共通液室から液体供給口を介して圧力室に供給し、圧力発生手段の作動によって前記圧力室内の液体に圧力変動を生じさせ、当該圧力変動により前記圧力室内の液体をノズルから液滴として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、
前記共通液室は、前記導入口および前記液体供給口よりも鉛直方向の上方に、気体を貯留する気体貯留部を有することを特徴とする液体噴射装置。
【請求項１】
導入された液体を液体導入部から液体導入路を通じて導入口から共通液室に導入し、当該共通液室から液体供給口を介して圧力室に供給し、圧力発生手段の作動によって前記圧力室内の液体に圧力変動を生じさせ、当該圧力変動により前記圧力室内の液体をノズルから液滴として噴射する液体噴射ヘッドであって、
前記共通液室は、前記導入口および前記液体供給口よりも鉛直方向の上方に、気体を貯留する気体貯留部を有することを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
前記気体貯留部内の気体の量を予め定められた範囲内に維持する調整機構を備えたことを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項３】
前記調整機構は、気体が通過可能な給排気口と、当該給排気口を開閉可能な給排気弁と、当該給排気口を通じて前記気体貯留部内に対して気体を供給または排出可能な給排気手段と、を有し、
前記気体貯留部内の気体の量が予め定められた上限値から下限値の間である場合、前記給排気弁が閉弁し、前記気体貯留部内の気体の量が下限値を下回った場合、前記給排気弁が開弁すると共に前記給排気手段側から前記給排気口を通じて気体貯留部内に気体が供給され、前記気体貯留部内の気体が上限値を超えた場合、前記給排気弁が開弁すると共に気体貯留部内の気体が前記給排気口を通じて前記給排気手段側に排出されることを特徴とする請求項２に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項４】
導入された液体を液体導入部から液体導入路を通じて導入口から共通液室に導入し、当該共通液室から液体供給口を介して圧力室に供給し、圧力発生手段の作動によって前記圧力室内の液体に圧力変動を生じさせ、当該圧力変動により前記圧力室内の液体をノズルから液滴として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、
前記共通液室は、前記導入口および前記液体供給口よりも鉛直方向の上方に、気体を貯留する気体貯留部を有することを特徴とする液体噴射装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−２１０７６９（Ｐ２０１２−２１０７６９Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７７８９３（Ｐ２０１１−７７８９３）
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１日（２０１２．１１．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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