液体噴射ヘッド、および、液体噴射装置
【課題】液体貯留部材の揺動等に起因して発生する衝撃が流路内の液体を伝播することによりメニスカスが破壊されることを抑制できると共に、流路内の液体に混入した気体を回収することができる液体噴射ヘッド、および、液体噴射装置を提供する。
【解決手段】液体が導入される液体導入部１２から液体流路を通じて圧力室３４側に液体を導入し、圧力発生手段４４の作動によって圧力室３４内の液体をノズル２１から液滴として噴射可能な液体噴射ヘッド２であって、前記液体導入部１２の内部に、前記液体流路内の液体を濾過するフィルター１７を備えたフィルター室５１を形成し、該フィルター室５１の前記フィルター１７よりも重力方向の上方に、内部に気体を貯留した気体室１６を形成し、当該気体室１６と前記フィルター室５１とを連通させた。
【解決手段】液体が導入される液体導入部１２から液体流路を通じて圧力室３４側に液体を導入し、圧力発生手段４４の作動によって圧力室３４内の液体をノズル２１から液滴として噴射可能な液体噴射ヘッド２であって、前記液体導入部１２の内部に、前記液体流路内の液体を濾過するフィルター１７を備えたフィルター室５１を形成し、該フィルター室５１の前記フィルター１７よりも重力方向の上方に、内部に気体を貯留した気体室１６を形成し、当該気体室１６と前記フィルター室５１とを連通させた。
【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ヘッド等の液体噴射ヘッドに係り、特に、液体貯留部材に貯留された液体を液体導入針を介して圧力室に導入し、この圧力室内に導入した液体をノズルから液滴として吐出する液体噴射ヘッド、および、液体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧力室内の液体に圧力変動を生じさせることでノズルから液滴として噴射させる液体噴射ヘッドとしては、例えば、インクジェット式記録装置（以下、単にプリンターという）などの画像記録装置に用いられるインクジェット式記録ヘッド（以下、単に記録ヘッドという）、液晶ディスプレイなどのカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）などの電極形成に用いられる電極材噴射ヘッド、バイオチップ（生物化学素子）の製造に用いられる生体有機物噴射ヘッドなどがある。
【０００３】
例えば、上記のような記録ヘッドでは、図６に示すように、液体状のインクを封入した液体貯留部材としてのインクカートリッジ９１に、液体導入針の一種であるインク導入針９２を挿入することで、インクカートリッジ９１内のインクを記録ヘッド９３内のインク流路（インク導入針９２内からケース流路９５、リザーバー９６、インク供給口９７、圧力室９８を介してノズル９９に至る一連の流路）に導入している。これにより、インク流路をインクで満たしている。そして、圧力発生手段（図示せず）の作動によって圧力室９８内のインクをノズル９９から液滴として噴射している。
【０００４】
ところが、インクカートリッジ９１にインク導入針９２を挿入する際に発生するインクカートリッジ９１の振動（揺動）（図６（ａ）に示す破線がインクカートリッジ９１の揺動を表している）や、インク導入針９２をインクカートリッジ９１に挿入した後のインクカートリッジ９１に加わる外的作用（衝撃）等により、インク導入針９２に衝撃が加えられるおそれがある（図６（ａ）の白矢印）。この衝撃による圧力が、インク導入針９２内のインクに伝播し、さらにインク流路を介してノズル９９に伝播することにより（図６（ｂ）の白矢印）、ノズル９９に形成されているメニスカス１００が破壊されるおそれがあった。その結果、インクの噴射（吐出）不良が起きるおそれがあった。
【０００５】
また、インク流路はインクで満たされている状態が理想であるが、インクカートリッジの交換等でインク流路内に気体が入り込むことがあった。このような不具合を防止するため、インク流路内のインクに混入した気体（気泡）を捕らえるフィルターを配置し、フィルターの上部の室に気泡を回収する気体回収部を透過区画壁により区画し、この透過区画壁を介して気泡を回収する構造が開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、この構造によれば、透過区画壁を可撓性を有する部材で形成することで、上記衝撃を緩和することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１７３９６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記のような構造では、透過区画壁を介して気泡を回収するため、回収効率が悪く、インク流路内の気泡を十分に排除することができなかった。また、透過区画壁では、インク導入針に加えられる衝撃を緩和するための十分な弾性を得られず、メニスカスの破壊を十分に防ぐことができなかった。
【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、液体貯留部材の揺動等に起因して発生する衝撃が流路内の液体を伝播することによりメニスカスが破壊されることを抑制できると共に、流路内の液体に混入した気体を回収することができる液体噴射ヘッド、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】
本発明の液体噴射ヘッドは、上記目的を達成するために提案されたものであり、液体が導入される液体導入部から液体流路を通じて圧力室側に液体を導入し、圧力発生手段の作動によって圧力室内の液体をノズルから液滴として噴射可能な液体噴射ヘッドであって、
前記液体導入部の内部に、前記液体流路内の液体を濾過するフィルターを備えたフィルター室を形成し、
該フィルター室の前記フィルターよりも重力方向の上方に、内部に気体を貯留した気体室を形成し、当該気体室と前記フィルター室とを連通させたことを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、液体貯留部材を液体導入部に挿入する際に発生する液体貯留部材の振動（揺動）や、液体貯留部材を液体導入部に挿入した後の液体貯留部材に加わる外的作用（衝撃）等により、液体導入部に急激な圧力変動が発生したとしても、気体室内に貯留した気体によって圧力変動を緩和（吸収）することができ、この圧力変動がノズルに伝播することを抑制することができる。また、可撓性の膜等を介さず直接気体によって圧力変動を緩和できるため、より急激な圧力変動にも対応することができる。これにより、ノズルに形成されているメニスカスが破壊されることを防止でき、液体の噴射（吐出）不良を防止できる。また、フィルターよりも重力方向の上方に気体室を形成したので、フィルターによって補足された後、浮力によって上昇した気泡を気体室内に収容することができ、確実に液体に混入した気泡を回収することができる。そして、液体が導入される液体導入部に気体室を形成したので、内部の液体流路に連通する気体室を形成する場合に比べて、容易に気体室を形成でき、また、気体室の形状や大きさの自由度も高い。
【００１１】
上記構成において、前記気体室に、該気体室内の気体の量を調節可能な気体量調節手段を備えた構成を採用することが望ましい。
この構成によれば、気体室内の気体が液体内に溶け込む等により減少して、衝撃緩和効果が減少することを防止できる。また、液体に混入した気泡が、気体室の収容許容量を超えて気体室から気泡が溢れ出すことを防止できる。
【００１２】
上記各構成において、前記フィルター室は、該フィルター室より上流側の流路との連通口である上流側連通口が開口され、該上流側連通口から前記フィルターに向けて内法を次第に拡大させた拡大部を形成した構成を採用することが望ましい。
この構成によれば、フィルターによって捕らえた一部の気泡を、拡大部の内面に沿って上方に誘導させることができ、そこに開口した気体室に気泡を誘導させて、気泡を気体室内に収容し易くすることができる。また、フィルターを比較的大きくでき、通過する液体の流路抵抗を下げることができる。これにより、スムーズに液体を流すことができる。
【００１３】
また、前記フィルター室は、該フィルター室より下流側の流路と連通する下流側連通口を有し、
当該下流側連通口の開口中心は、前記フィルターに対する平面視において、前記上流側連通口の開口中心から外れた位置に配置され、
前記気体室は、前記上流側連通口と前記下流側連通口との間における前記拡大部の内面に連通することが望ましい。
この構成によれば、拡大部の内面に沿って液体を流すことができ、その内面における上方の一部に気体室を連通することで、液体や気泡が気泡室の下方を通りやすくなり、インクによって押し流される気泡を浮力により気体室内に収容し易くすることができる。
【００１４】
さらに、前記気体室は、前記拡大部における前記フィルターよりも上流側の部分に連通することが望ましい。
この構成によれば、より上流側において気泡を収集することができるため、気泡を気体室内に一層収容し易くすることができる。
【００１５】
そして、本発明の液体噴射装置は、液体が導入される液体導入部から液体流路を通じて圧力室側に液体を導入し、圧力発生手段の作動によって圧力室内の液体をノズルから液滴として噴射可能な液体噴射装置であって、
前記液体導入部の内部に、前記液体流路内の液体を濾過するフィルターを備えたフィルター室を形成し、
該フィルター室の前記フィルターよりも重力方向の上方に、内部に気体を貯留した気体室を形成し、当該気体室と前記フィルター室とを連通させたことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】プリンターの斜視図である。
【図２】インクカートリッジを装着した状態における記録ヘッドの断面図である。
【図３】記録ヘッド本体の断面図である。
【図４】（ａ）インク導入針の拡大断面図、（ｂ）気体室の拡大断面図である。
【図５】第２の実施形態におけるインク導入針の拡大断面図である。
【図６】従来の記録ヘッドを説明する図であり、（ａ）記録ヘッド内の流路の模式図、（ｂ）領域Ａ拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、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、本実施形態では、液体噴射ヘッドの一例として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。
【００１８】
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（ノズル２１から噴射された液体が着弾する着弾対象の一種）の紙幅方向に移動させるキャリッジ移動機構７と、紙幅方向に直交する方向である紙送り方向に記録紙６を搬送する紙送り機構８等を備えている。ここで、紙幅方向とは、主走査方向（記録ヘッド２の往復移動方向）であり、紙送り方向とは、副走査方向（即ち、記録ヘッド２の走査方向に直交する方向）である。
【００１９】
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、検出信号が位置情報として制御部（図示せず）に送信される。これにより、制御部はこのリニアエンコーダー１０からの位置情報に基づいてキャリッジ４（記録ヘッド２）の走査位置を認識しながら、記録ヘッド２による記録動作（噴射動作）等を制御することができる。
【００２０】
次に、記録ヘッド２の構成について説明する。ここで、図２は、インクカートリッジ３を装着した状態における記録ヘッド２の断面図、図３は、記録ヘッド本体１５の断面図である。例示した記録ヘッド２は、カートリッジ装着部１３にインク導入針１２（本発明における液体導入部に相当）を有する導入針ホルダー１４と、この導入針ホルダー１４の下部に接続される記録ヘッド本体１５と、を備えている。なお、図２は、インクカートリッジ３からノズル２１に至る流路を分かり易く示すために、記録ヘッド２を模式的に示しているため、各部分の形状、位置関係、大きさ等が実際とは異なる場合がある。
【００２１】
導入針ホルダー１４は、例えば合成樹脂によって作製されており、図２に示すように、その上面には複数のカートリッジ装着部１３が設けられている。各カートリッジ装着部１３には、インク導入針１２が、先端を上方に突出させた状態でそれぞれ取り付けられている。このインク導入針１２の内部には、インクを濾過するフィルター１７を内部に備えた導入針流路１８と、この導入針流路１８に連通した気体室１６とが形成されている。なお、インク導入針１２の詳しい構成は後述する。また、これらのカートリッジ装着部１３には、各種インク（例えば、シアンインク、マゼンタインク、イエローインク、ブラックインク）を貯留したインクカートリッジ３が装着される。カートリッジ装着部１３にインクカートリッジ３を装着すると、インク導入針１２がインクカートリッジ３の内部に挿入される。これにより、インクカートリッジ３内部のインク貯留空間３ａと記録ヘッド２内部のインク流路とが、導入針流路１８を介して連通し、インク貯留空間３ａ内に貯留されているインクが記録ヘッド２内に導入される。なお、インクカートリッジ３としては、本実施形態のようにキャリッジ４に装着するタイプには限らず、プリンター１の筐体側に装着されてインク供給チューブを通じて記録ヘッド２側にインクを供給するタイプを採用することも可能である。
【００２２】
また、上記カートリッジ装着部１３とは反対側となるインク導入針１２の下面には、複数のインク導入針１２に対応して、記録ヘッド本体１５に向けて管状の流路形成管１９が複数形成されている。この流路形成管１９の内部には、上流側で導入針流路１８に連通し、下流側で後述するヘッドケース２４のケース流路２６と連通する連通流路１９ａが形成されている。本実施形態では、連通流路１９ａはケース流路２６に向けて、副走査方向および主走査方向に傾斜している。
【００２３】
記録ヘッド本体１５は、図３に示すように、ノズル２１に連通するインク流路を形成する流路ユニット２２と、流路内に圧力変動を生じさせる圧力発生手段を有する振動子ユニット２３と、この子振動子ユニット２３を内部に備えたヘッドケース２４と、から構成されている。
【００２４】
ヘッドケース２４は、中空箱体状部材であり、その上面には、導入針ホルダー１４が装着されている。また、導入針ホルダー１４とは反対側の下面には、ノズルプレート２８（後述）を露出させた状態で流路ユニット２２が固定されている。さらに、ヘッドケース２４の内部には、振動子ユニット２３を収容するための収容空部２５と、上流側（導入針ホルダー１４側）からのインクをリザーバー３２に供給するためのケース流路２６と、がその高さ方向を貫通して形成されている。ケース流路２６は、複数のリザーバー３２に対応して複数形成されており、その上端が連通流路１９ａと、下端がインク導入口３７（後述）を介してリザーバー３２とそれぞれ液密に連通している。
【００２５】
次に、流路ユニット２２について説明する。流路ユニット２２は、ヘッドケース２４の下側（記録紙６側）に取り付けられる薄板状の部材である。この流路ユニット２２は、ノズルプレート２８、流路形成基板２９、及び振動板３０から構成され、ノズルプレート２８を流路形成基板２９の一方の表面に、振動板３０をノズルプレート２８とは反対側となる流路形成基板２９の他方の表面にそれぞれ配置して積層し、接着等により一体化することで構成されている。
【００２６】
記録ヘッド２の底面に配置されるノズルプレート２８は、ドット形成密度に対応したピッチ（例えば、１８０ｄｐｉ）で複数のノズル２１を主走査方向に沿って開設した薄い金属板である。また、ノズル２１は、ノズルプレート２８に対して軸が垂直となるように形成されて内径が一定のストレート部と、流路形成基板２９側から流路形成基板２９とは反対側（記録紙６側）に向けて内径が縮径したテーパー部と、を有している。テーパー部の一端は、ノズルプレート２８における流路形成基板２９側の面に開口し、テーパー部の他端はノズルプレート２８厚さ方向の途中に位置する。ストレート部の一端は、テーパー部の他端と連通し、ストレート部の他端はノズルプレート２８における記録紙６側の面に開口している。そして、このストレート部にメニスカスが形成されている。さらに、本実施形態では、例えば、１８０個のノズル２１を列状に開設し、これらのノズル２１によってノズル列を構成している。
【００２７】
流路形成基板２９は、リザーバー３２、インク供給口３３、及び圧力室３４からなる一連の流路を形成する板状部材である。具体的には、この流路形成基板２９は、各ノズル２１に対応させて圧力室３４となる空部を隔壁で区画した状態で複数形成すると共に、インク供給口３３およびリザーバー３２となる空部を形成した板状の部材である。そして、本実施形態の流路形成基板２９は、シリコンウェハーをエッチング処理することで作製されている。上記の圧力室３４は、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、インク供給口３３は、圧力室３４とリザーバー３２との間を連通する流路幅の狭い狭窄部として形成されている。また、リザーバー３２は、インクカートリッジ３に貯留されたインクを各圧力室３４に供給するための室であり、インク供給口３３を通じて対応する各圧力室３４に連通している。なお、本実施形態では、インク導入針１２の導入針流路１８から、連通流路１９ａ、ケース流路２６、インク導入口３７、リザーバー３２、およびインク供給口３３を介して圧力室３４に至る一連のインク流路が本発明の液体流路に相当する。
【００２８】
振動板３０は、ステンレス鋼等の金属製の支持板３５上にＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の樹脂フィルム３６をラミネート加工した二重構造の複合板材である。この振動板３０には、上下方向に貫通させたインク導入口３７を各リザーバー３２に対応して複数開設しており、リザーバー３２とケース流路２６を繋げている。また、振動板３０の圧力室３４に対応する部分には、圧力室３４の一方の開口面を封止してこの圧力室３４の容積を変動させるためのダイヤフラム部３８を有している。ダイヤフラム部３８は、圧力室３４に対応した部分の支持板３５にエッチング加工を施し、当該部分を環状に除去して後述する圧電振動子４４の自由端部の先端を接合するための島部３９を形成することで構成されている。この島部３９は、圧力室３４の平面形状と同様に、ノズル列方向と直交する方向に細長いブロック状であり、この島部３９の周りの樹脂フィルム３６が弾性体膜として機能する。さらに、振動板３０のリザーバー３２に対応する部分には、リザーバー３２の一方の開口面を封止するコンプライアンス部４０が形成されている。すなわち、コンプライアンス部４０は、リザーバー３２の開口形状に倣って支持板３５がエッチング加工で除去されて樹脂フィルム３６のみとなっている。
【００２９】
次に、振動子ユニット２３について説明する。振動子ユニット２３は、複数の圧電振動子４４（圧力発生手段の一種）からなる圧電振動子群４２、フレキシブルケーブル４３（配線部材）等から構成されている。圧電振動子群４２を構成する圧電振動子４４は、縦方向に細長い櫛歯状に形成されており、数十μｍ程度の極めて細い幅に切り分けられている。そして、この圧電振動子４４は縦方向に伸縮可能な縦振動型の圧電振動子４４として構成されている。各圧電振動子４４は、固定端部を固定板４５上に接合することにより、自由端部を固定板４５の先端縁よりも外側に突出させて所謂片持ち梁の状態で固定されている。そして、各圧電振動子４４における自由端部の先端は、前述したように、それぞれ流路ユニット２２におけるダイヤフラム部３８を構成する島部３９に接合される。また、各圧電振動子４４を支持する固定板４５は、圧電振動子４４からの反力を受け止め得る剛性を備えた金属製の板材によって構成される。本実施形態では、厚さが１ｍｍ程度のステンレス鋼板によって作製されている。さらに、フレキシブルケーブル４３は、一端が固定板４５とは反対側となる固定端部の側面で圧電振動子４４と電気的に接続され、他端が図示しない制御基板に接続されている。これにより、制御部からの信号を制御基板、フレキシブルケーブル４３を介して圧電振動子４４に送ることができ、圧電振動子４４の伸縮を制御している。
【００３０】
このように構成された記録ヘッド２では、島部３９に圧電振動子４４の先端面が接合されているので、この圧電振動子４４の自由端部を伸縮させることで圧力室３４の容積を変動させることができる。この容積変動に伴って圧力室３４内のインクに圧力変動が生じる。そして、記録ヘッド２は、この圧力変動を利用して、圧力室３４内のインクをノズル２１からインク滴として噴射（吐出）させる。
【００３１】
次に、インク導入針１２の構成について説明する。図４（ａ）に示すように、インク導入針１２は、内部空間を導入針流路１８および気体室１６とした部材である。本実施形態では、導入針ホルダー１４に取り付けられる中空針状の針部材４７と、その下方の部分（針部材４７に対応する導入針ホルダー１４の上面）と、が一体となってインク導入針１２を形成している。針部材４７は、内部に上流側フィルター室５２（後述）を有し、下流側（フィルター１７側）に向かって拡径（拡大）した略円錐形の拡径部４７ａ（本発明における拡大部に相当）と、拡径部４７ａの上部に形成された円筒部４７ｂと、円筒部４７ｂの先端において先細り形状に形成された円錐形状の尖端部４７ｃと、上流側フィルター室５２（すなわち、フィルター室５１のフィルター１７よりも重力方向の上方）と連通する気体室１６を内部に有する立方体状の気体室部４７ｄと、を有しており、尖端部４７ｃにインク導入針１２の外部と内部とを連通（インク貯留空間３ａと後述する貫通路４９とを連通）する導入孔４８が複数開設されている。また、針部材４７の尖端部４７ｃおよび円筒部４７ｂの内部には、上端部が導入孔４８の下端部（下流側）に連通する貫通路４９が形成されている。
【００３２】
貫通路４９の下端部には、導入針流路１８内のインクを濾過して異物や気泡等を除去するためのフィルター１７を備えたフィルター室５１が連通している。本実施形態のフィルター１７は、細かな網目を有する金属製の平板状網材からなり、通過するインク内の気体（気泡ｂ）やその他の異物を補足する。フィルター室５１は、貫通路４９との連通口である上流側連通口５２ａからフィルター１７に向けて内径（内法）を次第に拡径（拡大）させた上流側フィルター室５２と、これとフィルター１７を挟んで反対側（下流側）に位置し、フィルター１７から下端部に連通する連通流路１９ａとの連通口である下流側連通口５３ａに向けて内径（内法）を次第に縮径させた下流側フィルター室５３と、から構成されている。このように、インク導入針１２の内部には、導入孔４８、貫通路４９、上流側フィルター室５２、および、下流側フィルター室５３によって一連の導入針流路１８が構成されている。したがって、インク導入針１２の尖端部４７ｃをインクカートリッジ３の内部に挿入すると、インク貯留空間３ａ内のインクが、導入針流路１８を通じて連通流路１９ａに送られる。なお、本実施形態では、貫通路４９と連通流路１９ａとは、フィルター１７に対する平面視において、開口中心が揃えられている。
【００３３】
気体室１６は、その下部を拡径部４７ａの内面における上流側フィルター室５２の上流側の部分に連通し、この連通口からインクを導入して途中の位置までインクで満たすと共に、浮力により上昇してきたインク内の気泡ｂを、連通口を通して捕集（収容）している。このため、気体室１６内の重力方向の上側には、気体層ａが形成される。そして、気体室１６の天井面（重力方向の上側の面）には、気体層ａの気体の量を調節可能な逆止弁５７、ポンプ６０および通気管５６から構成される気体量調整機構５５（本発明における気体量調節手段）を備えている。
【００３４】
本実施形態の気体量調整機構５５は、図４（ｂ）に示すように、気体室１６の天井面の一側（図４（ｂ）における左側）に連通し、正圧に設定された加圧側通気管５６ａと、気体室１６の天井面の他側（図４（ｂ）における右側）に連通し、負圧に設定された減圧側通気管５６ｂと、加圧側通気管５６ａの下側（気体室１６側）に設けられた第１逆止弁５７ａと、減圧側通気管５６ｂの下側（気体室１６側）に設けられた第２逆止弁５７ｂと、インクよりも比重が軽く、インク液面（気体室１６内における気体層ａとの境界面）に浮くフロート６１と、により構成される。第１逆止弁５７ａは、加圧側通気管５６ａの通路の幅を狭めた第１狭窄部６３と、第１狭窄部６３の上方において、この第１狭窄部６３を塞ぐ第１蓋部６４（弁体）と、一端が第１蓋部６４に固定され、他端がフロート６１に固定された第１バネ６５（引張バネ）と、から構成される。また、第２逆止弁５７ｂは、減圧側通気管５６ｂの通路の幅を狭めた第２狭窄部６７と、第２狭窄部６７の下方において、この第２狭窄部６７を塞ぐ第２蓋部６８（弁体）と、一端が第２蓋部６８に固定され、他端がフロート６１に固定された第２バネ６９（圧縮バネ）と、から構成される。なお、加圧側通気管５６ａおよび負圧側通気管はそれぞれポンプを備えており、これらのポンプによって加圧側通気管５６ａを正圧に、減圧側通気管５６ｂを負圧にそれぞれ設定している。
【００３５】
気体量調整機構５５をこのように構成することにより、気体室１６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６１の変位（上昇または下降）が、第１バネ６５または第２バネ６９を介して第１蓋部６４または第２蓋部６８に伝達されて、第１逆止弁５７ａおよび第２逆止弁５７ｂを開閉することができる。以下、この点について説明する。
【００３６】
気体室１６内の気体層ａの量が一定の範囲内である場合、図４（ｂ）に示すように、加圧側通気管５６ａが正圧であり、また、第１バネ６５による付勢力（下方に引張する力）が作用するため、第１蓋部６４が第１狭窄部６３側に押圧される（図４（ｂ）における下向き矢印）。同様に、減圧側通気管５６ｂが負圧であり、また、第２バネ６９による付勢力（上方に押圧する力）が作用するため、第２蓋部６８が第２狭窄部６７側に押圧される（図４（ｂ）における上向き矢印）。このため、第１蓋部６４および第２蓋部６８が第１狭窄部６３および第２狭窄部６７の縁にそれぞれ当接する。これにより、加圧側通気管５６ａおよび減圧側通気管５６ｂにおける気体の通過が阻止されて、いずれも閉弁状態となる。一方、導入針流路１８（上流側フィルター室５２）内のインクに混入した気泡ｂが、気体室１６内に導入されていくと、当該気体室１６内の気体層ａの量が次第に増加することで気体室１６内のインクの液面が下降する。これに伴い、第１バネ６５の付勢力に抗してフロート６１が下降すると、第２バネ６９に固定された第２蓋部６８が下降し、これにより、第２蓋部６８が第２狭窄部６７の縁から離れて第２逆止弁５７ｂが開状態になる。この状態では、減圧側通気管５６ｂが負圧に設定されているため、気体室１６内の気体が排出される。これに伴って液面が上昇し、フロート６１も上昇する。その結果、第２バネ６９に固定された第２蓋部６８が上昇し、第２蓋部６８が第２狭窄部６７の縁に当接して第２逆止弁５７ｂが閉状態に復帰する。
【００３７】
また、上流側フィルター室５２内の気体が、インクに溶解したり或いは気体室部４７ｄの壁面から外部に抜けたりすることにより、気体室１６内の気体層ａの量が減少した場合、当該気体室１６内の気体の量が次第に減少することで気体室１６内のインクの液面が上昇する。これに伴い、第２バネ６９の付勢力に抗してフロート６１が上昇すると、第１バネ６５に固定された第１蓋部６４が上昇し、これにより、第１蓋部６４が第１狭窄部６３の縁から離れて第１逆止弁５７ａが開状態になる。この状態では、加圧側通気管５６ａが正圧に設定されているため、気体室１６内に気体が導入される。これに伴って液面が下降し、フロート６１も下降する。その結果、第１バネ６５に固定された第１蓋部６４が下降し、第１蓋部６４が第１狭窄部６３の縁に当接して第１逆止弁５７ａが閉状態に復帰する。
【００３８】
このように、インク導入針１２の内部に、液体流路内のインクを濾過するフィルター１７を備えたフィルター室５１を形成し、該フィルター室５１のフィルター１７よりも重力方向の上方に、内部に気体を貯留した気体室１６を形成し、当該気体室１６とフィルター室５１とを連通させたので、インクカートリッジ３をインク導入針１２に挿入する際に発生するインクカートリッジ３の振動（揺動）や、インクカートリッジ３をインク導入針１２に挿入した後のインクカートリッジ３に加わる外的作用（衝撃）等により、インク導入針１２に急激な圧力変動が発生したとしても、気体室１６内に貯留した気体によって圧力変動を緩和（吸収）することができ、この圧力変動がノズル２１に伝播することを抑制することができる。また、可撓性の膜等を介さず直接気体によって圧力変動を緩和できるため、より急激な圧力変動にも対応することができる。これにより、ノズル２１に形成されているメニスカスが破壊されることを防止でき、インクの噴射（吐出）不良を防止できる。また、フィルター１７よりも重力方向の上方に気体室１６を形成したので、フィルター１７によって補足された後、浮力によって上昇した気泡ｂを気体室１６内に収容することができ、確実にインクに混入した気泡ｂを回収することができる。そして、インクが導入されるインク導入針１２に気体室１６を形成したので、内部の液体流路に連通する気体室を形成する場合に比べて、容易に気体室を形成でき、また、気体室の形状や大きさの自由度も高い。
【００３９】
また、本実施形態では、気体室１６に、該気体室１６内の気体の量を調節可能な気体量調節機構を備えたので、気体室１６内の気体がインク内に溶け込む等により減少して、衝撃緩和効果が減少することを防止できる。また、インクに混入した気泡ｂが、気体室１６の収容許容量を超えて気体室１６から気泡ｂが溢れ出すことを防止できる。さらに、フィルター室５１は、上流側連通口５２ａからフィルター１７に向けて内径を次第に拡径させた拡径部４７ａを形成したので、フィルター１７によって捕らえた一部の気泡ｂを、拡径部４７ａの内面に沿って上方に誘導させることができ、そこに開口した気体室１６に気泡ｂを誘導させて、気泡ｂを気体室１６内に収容し易くすることができる。また、フィルター１７を比較的大きくでき、通過するインクの流路抵抗を下げることができる。これにより、スムーズにインクを流すことができる。また、気体室１６は、拡径部４７ａにおけるフィルター１７よりも上流側の部分に連通したので、より上流側において気泡ｂを収集することができ、気泡ｂを気体室１６内に一層収容し易くすることができる。
【００４０】
ところで、上記第１の実施形態では、フィルター１７に対する平面視において、上流側連通口５２ａの開口中心と下流側連通口５３ａの開口中心とを揃えたが、これには限られない。例えば、図５に示す、第２の実施形態では、フィルター１７に対する平面視において、上流側連通口５２ａの開口中心を下流側連通口５３ａの開口中心から外れた位置に配置している。さらに、本実施形態では、貫通路４９をノズル２１とは反対側（ノズル２１から離れる側）に、連通流路１９ａをノズル２１側に、ノズル列に対して垂直な方向へ相対的にずらして配置している。また、上流側フィルター室５２は、一側端部（図５における左側端部）の内面を貫通路４９の内面と揃えて鉛直方向（貫通路４９の延伸方向）下側に延在させると共に、その他の面をフィルター１７に向けて拡径させている。一方、下流側フィルター室５３は、他側端部（図５における右側端部）の内面を連通流路１９ａの内面と揃えて鉛直方向（連通流路１９ａの延伸方向）下側に延在させると共に、その他の面をフィルター１７に向けて拡径させている。このため、拡径部４７ａの上部の面が、上流側連通口５２ａと下流側連通口５３ａとの間に形成される。そして、気体室１６は、この拡径部４７ａにおける上流側フィルター室５２の上流側の部分に連通している。なお、その他の構成は、第１の実施形態と同じであるため、説明を省略する。
【００４１】
第２の実施形態では、このように構成したので、拡径部４７ａの内面に沿ってインクを流すことができる。そして、このインクの流れに沿った内面の上部に気体室１６を連通することで、インクや気泡が気泡室１６の下方を通りやすくなり、インクによって押し流される気泡ｂを浮力により気体室１６内に収容し易くすることができる。
【００４２】
また、気体量調整機構５５は、上記実施形態に限られない。気体室内の気体の量を調節可能であれば、どのような構成であっても良い。例えば、気体室内のインク面を探知するセンサーを設け、このセンサーによる計測値に応じて、通気管に設けた逆止弁を開閉すると共に、通気管内に設けたポンプにより気体室内の気体を導入または排出するように構成しても良い。
【００４３】
なお、以上の説明では、液体噴射ヘッドの一種である記録ヘッドを例に挙げて説明したが、本発明は、液体導入針を有する他の液体噴射ヘッドにも適用することができる。例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材噴射ヘッド、バイオチップ（生物化学素子）の製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等にも本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１…プリンター，２…記録ヘッド，３…インクカートリッジ，１２…インク導入針，１７…フィルター，１８…導入針流路，１９ａ…連通流路，２１…ノズル，２６…ケース流路，３４…圧力室，４８…導入孔，４９…貫通路，５１…フィルター室，５２…上流側フィルター室，５５…気体量調整機構，５６…通気管，５７…逆止弁，６０…ポンプ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット式記録ヘッド等の液体噴射ヘッドに係り、特に、液体貯留部材に貯留された液体を液体導入針を介して圧力室に導入し、この圧力室内に導入した液体をノズルから液滴として吐出する液体噴射ヘッド、および、液体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧力室内の液体に圧力変動を生じさせることでノズルから液滴として噴射させる液体噴射ヘッドとしては、例えば、インクジェット式記録装置（以下、単にプリンターという）などの画像記録装置に用いられるインクジェット式記録ヘッド（以下、単に記録ヘッドという）、液晶ディスプレイなどのカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）などの電極形成に用いられる電極材噴射ヘッド、バイオチップ（生物化学素子）の製造に用いられる生体有機物噴射ヘッドなどがある。
【０００３】
例えば、上記のような記録ヘッドでは、図６に示すように、液体状のインクを封入した液体貯留部材としてのインクカートリッジ９１に、液体導入針の一種であるインク導入針９２を挿入することで、インクカートリッジ９１内のインクを記録ヘッド９３内のインク流路（インク導入針９２内からケース流路９５、リザーバー９６、インク供給口９７、圧力室９８を介してノズル９９に至る一連の流路）に導入している。これにより、インク流路をインクで満たしている。そして、圧力発生手段（図示せず）の作動によって圧力室９８内のインクをノズル９９から液滴として噴射している。
【０００４】
ところが、インクカートリッジ９１にインク導入針９２を挿入する際に発生するインクカートリッジ９１の振動（揺動）（図６（ａ）に示す破線がインクカートリッジ９１の揺動を表している）や、インク導入針９２をインクカートリッジ９１に挿入した後のインクカートリッジ９１に加わる外的作用（衝撃）等により、インク導入針９２に衝撃が加えられるおそれがある（図６（ａ）の白矢印）。この衝撃による圧力が、インク導入針９２内のインクに伝播し、さらにインク流路を介してノズル９９に伝播することにより（図６（ｂ）の白矢印）、ノズル９９に形成されているメニスカス１００が破壊されるおそれがあった。その結果、インクの噴射（吐出）不良が起きるおそれがあった。
【０００５】
また、インク流路はインクで満たされている状態が理想であるが、インクカートリッジの交換等でインク流路内に気体が入り込むことがあった。このような不具合を防止するため、インク流路内のインクに混入した気体（気泡）を捕らえるフィルターを配置し、フィルターの上部の室に気泡を回収する気体回収部を透過区画壁により区画し、この透過区画壁を介して気泡を回収する構造が開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、この構造によれば、透過区画壁を可撓性を有する部材で形成することで、上記衝撃を緩和することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１７３９６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記のような構造では、透過区画壁を介して気泡を回収するため、回収効率が悪く、インク流路内の気泡を十分に排除することができなかった。また、透過区画壁では、インク導入針に加えられる衝撃を緩和するための十分な弾性を得られず、メニスカスの破壊を十分に防ぐことができなかった。
【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、液体貯留部材の揺動等に起因して発生する衝撃が流路内の液体を伝播することによりメニスカスが破壊されることを抑制できると共に、流路内の液体に混入した気体を回収することができる液体噴射ヘッド、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】
本発明の液体噴射ヘッドは、上記目的を達成するために提案されたものであり、液体が導入される液体導入部から液体流路を通じて圧力室側に液体を導入し、圧力発生手段の作動によって圧力室内の液体をノズルから液滴として噴射可能な液体噴射ヘッドであって、
前記液体導入部の内部に、前記液体流路内の液体を濾過するフィルターを備えたフィルター室を形成し、
該フィルター室の前記フィルターよりも重力方向の上方に、内部に気体を貯留した気体室を形成し、当該気体室と前記フィルター室とを連通させたことを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、液体貯留部材を液体導入部に挿入する際に発生する液体貯留部材の振動（揺動）や、液体貯留部材を液体導入部に挿入した後の液体貯留部材に加わる外的作用（衝撃）等により、液体導入部に急激な圧力変動が発生したとしても、気体室内に貯留した気体によって圧力変動を緩和（吸収）することができ、この圧力変動がノズルに伝播することを抑制することができる。また、可撓性の膜等を介さず直接気体によって圧力変動を緩和できるため、より急激な圧力変動にも対応することができる。これにより、ノズルに形成されているメニスカスが破壊されることを防止でき、液体の噴射（吐出）不良を防止できる。また、フィルターよりも重力方向の上方に気体室を形成したので、フィルターによって補足された後、浮力によって上昇した気泡を気体室内に収容することができ、確実に液体に混入した気泡を回収することができる。そして、液体が導入される液体導入部に気体室を形成したので、内部の液体流路に連通する気体室を形成する場合に比べて、容易に気体室を形成でき、また、気体室の形状や大きさの自由度も高い。
【００１１】
上記構成において、前記気体室に、該気体室内の気体の量を調節可能な気体量調節手段を備えた構成を採用することが望ましい。
この構成によれば、気体室内の気体が液体内に溶け込む等により減少して、衝撃緩和効果が減少することを防止できる。また、液体に混入した気泡が、気体室の収容許容量を超えて気体室から気泡が溢れ出すことを防止できる。
【００１２】
上記各構成において、前記フィルター室は、該フィルター室より上流側の流路との連通口である上流側連通口が開口され、該上流側連通口から前記フィルターに向けて内法を次第に拡大させた拡大部を形成した構成を採用することが望ましい。
この構成によれば、フィルターによって捕らえた一部の気泡を、拡大部の内面に沿って上方に誘導させることができ、そこに開口した気体室に気泡を誘導させて、気泡を気体室内に収容し易くすることができる。また、フィルターを比較的大きくでき、通過する液体の流路抵抗を下げることができる。これにより、スムーズに液体を流すことができる。
【００１３】
また、前記フィルター室は、該フィルター室より下流側の流路と連通する下流側連通口を有し、
当該下流側連通口の開口中心は、前記フィルターに対する平面視において、前記上流側連通口の開口中心から外れた位置に配置され、
前記気体室は、前記上流側連通口と前記下流側連通口との間における前記拡大部の内面に連通することが望ましい。
この構成によれば、拡大部の内面に沿って液体を流すことができ、その内面における上方の一部に気体室を連通することで、液体や気泡が気泡室の下方を通りやすくなり、インクによって押し流される気泡を浮力により気体室内に収容し易くすることができる。
【００１４】
さらに、前記気体室は、前記拡大部における前記フィルターよりも上流側の部分に連通することが望ましい。
この構成によれば、より上流側において気泡を収集することができるため、気泡を気体室内に一層収容し易くすることができる。
【００１５】
そして、本発明の液体噴射装置は、液体が導入される液体導入部から液体流路を通じて圧力室側に液体を導入し、圧力発生手段の作動によって圧力室内の液体をノズルから液滴として噴射可能な液体噴射装置であって、
前記液体導入部の内部に、前記液体流路内の液体を濾過するフィルターを備えたフィルター室を形成し、
該フィルター室の前記フィルターよりも重力方向の上方に、内部に気体を貯留した気体室を形成し、当該気体室と前記フィルター室とを連通させたことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】プリンターの斜視図である。
【図２】インクカートリッジを装着した状態における記録ヘッドの断面図である。
【図３】記録ヘッド本体の断面図である。
【図４】（ａ）インク導入針の拡大断面図、（ｂ）気体室の拡大断面図である。
【図５】第２の実施形態におけるインク導入針の拡大断面図である。
【図６】従来の記録ヘッドを説明する図であり、（ａ）記録ヘッド内の流路の模式図、（ｂ）領域Ａ拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、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、本実施形態では、液体噴射ヘッドの一例として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。
【００１８】
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（ノズル２１から噴射された液体が着弾する着弾対象の一種）の紙幅方向に移動させるキャリッジ移動機構７と、紙幅方向に直交する方向である紙送り方向に記録紙６を搬送する紙送り機構８等を備えている。ここで、紙幅方向とは、主走査方向（記録ヘッド２の往復移動方向）であり、紙送り方向とは、副走査方向（即ち、記録ヘッド２の走査方向に直交する方向）である。
【００１９】
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、検出信号が位置情報として制御部（図示せず）に送信される。これにより、制御部はこのリニアエンコーダー１０からの位置情報に基づいてキャリッジ４（記録ヘッド２）の走査位置を認識しながら、記録ヘッド２による記録動作（噴射動作）等を制御することができる。
【００２０】
次に、記録ヘッド２の構成について説明する。ここで、図２は、インクカートリッジ３を装着した状態における記録ヘッド２の断面図、図３は、記録ヘッド本体１５の断面図である。例示した記録ヘッド２は、カートリッジ装着部１３にインク導入針１２（本発明における液体導入部に相当）を有する導入針ホルダー１４と、この導入針ホルダー１４の下部に接続される記録ヘッド本体１５と、を備えている。なお、図２は、インクカートリッジ３からノズル２１に至る流路を分かり易く示すために、記録ヘッド２を模式的に示しているため、各部分の形状、位置関係、大きさ等が実際とは異なる場合がある。
【００２１】
導入針ホルダー１４は、例えば合成樹脂によって作製されており、図２に示すように、その上面には複数のカートリッジ装着部１３が設けられている。各カートリッジ装着部１３には、インク導入針１２が、先端を上方に突出させた状態でそれぞれ取り付けられている。このインク導入針１２の内部には、インクを濾過するフィルター１７を内部に備えた導入針流路１８と、この導入針流路１８に連通した気体室１６とが形成されている。なお、インク導入針１２の詳しい構成は後述する。また、これらのカートリッジ装着部１３には、各種インク（例えば、シアンインク、マゼンタインク、イエローインク、ブラックインク）を貯留したインクカートリッジ３が装着される。カートリッジ装着部１３にインクカートリッジ３を装着すると、インク導入針１２がインクカートリッジ３の内部に挿入される。これにより、インクカートリッジ３内部のインク貯留空間３ａと記録ヘッド２内部のインク流路とが、導入針流路１８を介して連通し、インク貯留空間３ａ内に貯留されているインクが記録ヘッド２内に導入される。なお、インクカートリッジ３としては、本実施形態のようにキャリッジ４に装着するタイプには限らず、プリンター１の筐体側に装着されてインク供給チューブを通じて記録ヘッド２側にインクを供給するタイプを採用することも可能である。
【００２２】
また、上記カートリッジ装着部１３とは反対側となるインク導入針１２の下面には、複数のインク導入針１２に対応して、記録ヘッド本体１５に向けて管状の流路形成管１９が複数形成されている。この流路形成管１９の内部には、上流側で導入針流路１８に連通し、下流側で後述するヘッドケース２４のケース流路２６と連通する連通流路１９ａが形成されている。本実施形態では、連通流路１９ａはケース流路２６に向けて、副走査方向および主走査方向に傾斜している。
【００２３】
記録ヘッド本体１５は、図３に示すように、ノズル２１に連通するインク流路を形成する流路ユニット２２と、流路内に圧力変動を生じさせる圧力発生手段を有する振動子ユニット２３と、この子振動子ユニット２３を内部に備えたヘッドケース２４と、から構成されている。
【００２４】
ヘッドケース２４は、中空箱体状部材であり、その上面には、導入針ホルダー１４が装着されている。また、導入針ホルダー１４とは反対側の下面には、ノズルプレート２８（後述）を露出させた状態で流路ユニット２２が固定されている。さらに、ヘッドケース２４の内部には、振動子ユニット２３を収容するための収容空部２５と、上流側（導入針ホルダー１４側）からのインクをリザーバー３２に供給するためのケース流路２６と、がその高さ方向を貫通して形成されている。ケース流路２６は、複数のリザーバー３２に対応して複数形成されており、その上端が連通流路１９ａと、下端がインク導入口３７（後述）を介してリザーバー３２とそれぞれ液密に連通している。
【００２５】
次に、流路ユニット２２について説明する。流路ユニット２２は、ヘッドケース２４の下側（記録紙６側）に取り付けられる薄板状の部材である。この流路ユニット２２は、ノズルプレート２８、流路形成基板２９、及び振動板３０から構成され、ノズルプレート２８を流路形成基板２９の一方の表面に、振動板３０をノズルプレート２８とは反対側となる流路形成基板２９の他方の表面にそれぞれ配置して積層し、接着等により一体化することで構成されている。
【００２６】
記録ヘッド２の底面に配置されるノズルプレート２８は、ドット形成密度に対応したピッチ（例えば、１８０ｄｐｉ）で複数のノズル２１を主走査方向に沿って開設した薄い金属板である。また、ノズル２１は、ノズルプレート２８に対して軸が垂直となるように形成されて内径が一定のストレート部と、流路形成基板２９側から流路形成基板２９とは反対側（記録紙６側）に向けて内径が縮径したテーパー部と、を有している。テーパー部の一端は、ノズルプレート２８における流路形成基板２９側の面に開口し、テーパー部の他端はノズルプレート２８厚さ方向の途中に位置する。ストレート部の一端は、テーパー部の他端と連通し、ストレート部の他端はノズルプレート２８における記録紙６側の面に開口している。そして、このストレート部にメニスカスが形成されている。さらに、本実施形態では、例えば、１８０個のノズル２１を列状に開設し、これらのノズル２１によってノズル列を構成している。
【００２７】
流路形成基板２９は、リザーバー３２、インク供給口３３、及び圧力室３４からなる一連の流路を形成する板状部材である。具体的には、この流路形成基板２９は、各ノズル２１に対応させて圧力室３４となる空部を隔壁で区画した状態で複数形成すると共に、インク供給口３３およびリザーバー３２となる空部を形成した板状の部材である。そして、本実施形態の流路形成基板２９は、シリコンウェハーをエッチング処理することで作製されている。上記の圧力室３４は、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、インク供給口３３は、圧力室３４とリザーバー３２との間を連通する流路幅の狭い狭窄部として形成されている。また、リザーバー３２は、インクカートリッジ３に貯留されたインクを各圧力室３４に供給するための室であり、インク供給口３３を通じて対応する各圧力室３４に連通している。なお、本実施形態では、インク導入針１２の導入針流路１８から、連通流路１９ａ、ケース流路２６、インク導入口３７、リザーバー３２、およびインク供給口３３を介して圧力室３４に至る一連のインク流路が本発明の液体流路に相当する。
【００２８】
振動板３０は、ステンレス鋼等の金属製の支持板３５上にＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の樹脂フィルム３６をラミネート加工した二重構造の複合板材である。この振動板３０には、上下方向に貫通させたインク導入口３７を各リザーバー３２に対応して複数開設しており、リザーバー３２とケース流路２６を繋げている。また、振動板３０の圧力室３４に対応する部分には、圧力室３４の一方の開口面を封止してこの圧力室３４の容積を変動させるためのダイヤフラム部３８を有している。ダイヤフラム部３８は、圧力室３４に対応した部分の支持板３５にエッチング加工を施し、当該部分を環状に除去して後述する圧電振動子４４の自由端部の先端を接合するための島部３９を形成することで構成されている。この島部３９は、圧力室３４の平面形状と同様に、ノズル列方向と直交する方向に細長いブロック状であり、この島部３９の周りの樹脂フィルム３６が弾性体膜として機能する。さらに、振動板３０のリザーバー３２に対応する部分には、リザーバー３２の一方の開口面を封止するコンプライアンス部４０が形成されている。すなわち、コンプライアンス部４０は、リザーバー３２の開口形状に倣って支持板３５がエッチング加工で除去されて樹脂フィルム３６のみとなっている。
【００２９】
次に、振動子ユニット２３について説明する。振動子ユニット２３は、複数の圧電振動子４４（圧力発生手段の一種）からなる圧電振動子群４２、フレキシブルケーブル４３（配線部材）等から構成されている。圧電振動子群４２を構成する圧電振動子４４は、縦方向に細長い櫛歯状に形成されており、数十μｍ程度の極めて細い幅に切り分けられている。そして、この圧電振動子４４は縦方向に伸縮可能な縦振動型の圧電振動子４４として構成されている。各圧電振動子４４は、固定端部を固定板４５上に接合することにより、自由端部を固定板４５の先端縁よりも外側に突出させて所謂片持ち梁の状態で固定されている。そして、各圧電振動子４４における自由端部の先端は、前述したように、それぞれ流路ユニット２２におけるダイヤフラム部３８を構成する島部３９に接合される。また、各圧電振動子４４を支持する固定板４５は、圧電振動子４４からの反力を受け止め得る剛性を備えた金属製の板材によって構成される。本実施形態では、厚さが１ｍｍ程度のステンレス鋼板によって作製されている。さらに、フレキシブルケーブル４３は、一端が固定板４５とは反対側となる固定端部の側面で圧電振動子４４と電気的に接続され、他端が図示しない制御基板に接続されている。これにより、制御部からの信号を制御基板、フレキシブルケーブル４３を介して圧電振動子４４に送ることができ、圧電振動子４４の伸縮を制御している。
【００３０】
このように構成された記録ヘッド２では、島部３９に圧電振動子４４の先端面が接合されているので、この圧電振動子４４の自由端部を伸縮させることで圧力室３４の容積を変動させることができる。この容積変動に伴って圧力室３４内のインクに圧力変動が生じる。そして、記録ヘッド２は、この圧力変動を利用して、圧力室３４内のインクをノズル２１からインク滴として噴射（吐出）させる。
【００３１】
次に、インク導入針１２の構成について説明する。図４（ａ）に示すように、インク導入針１２は、内部空間を導入針流路１８および気体室１６とした部材である。本実施形態では、導入針ホルダー１４に取り付けられる中空針状の針部材４７と、その下方の部分（針部材４７に対応する導入針ホルダー１４の上面）と、が一体となってインク導入針１２を形成している。針部材４７は、内部に上流側フィルター室５２（後述）を有し、下流側（フィルター１７側）に向かって拡径（拡大）した略円錐形の拡径部４７ａ（本発明における拡大部に相当）と、拡径部４７ａの上部に形成された円筒部４７ｂと、円筒部４７ｂの先端において先細り形状に形成された円錐形状の尖端部４７ｃと、上流側フィルター室５２（すなわち、フィルター室５１のフィルター１７よりも重力方向の上方）と連通する気体室１６を内部に有する立方体状の気体室部４７ｄと、を有しており、尖端部４７ｃにインク導入針１２の外部と内部とを連通（インク貯留空間３ａと後述する貫通路４９とを連通）する導入孔４８が複数開設されている。また、針部材４７の尖端部４７ｃおよび円筒部４７ｂの内部には、上端部が導入孔４８の下端部（下流側）に連通する貫通路４９が形成されている。
【００３２】
貫通路４９の下端部には、導入針流路１８内のインクを濾過して異物や気泡等を除去するためのフィルター１７を備えたフィルター室５１が連通している。本実施形態のフィルター１７は、細かな網目を有する金属製の平板状網材からなり、通過するインク内の気体（気泡ｂ）やその他の異物を補足する。フィルター室５１は、貫通路４９との連通口である上流側連通口５２ａからフィルター１７に向けて内径（内法）を次第に拡径（拡大）させた上流側フィルター室５２と、これとフィルター１７を挟んで反対側（下流側）に位置し、フィルター１７から下端部に連通する連通流路１９ａとの連通口である下流側連通口５３ａに向けて内径（内法）を次第に縮径させた下流側フィルター室５３と、から構成されている。このように、インク導入針１２の内部には、導入孔４８、貫通路４９、上流側フィルター室５２、および、下流側フィルター室５３によって一連の導入針流路１８が構成されている。したがって、インク導入針１２の尖端部４７ｃをインクカートリッジ３の内部に挿入すると、インク貯留空間３ａ内のインクが、導入針流路１８を通じて連通流路１９ａに送られる。なお、本実施形態では、貫通路４９と連通流路１９ａとは、フィルター１７に対する平面視において、開口中心が揃えられている。
【００３３】
気体室１６は、その下部を拡径部４７ａの内面における上流側フィルター室５２の上流側の部分に連通し、この連通口からインクを導入して途中の位置までインクで満たすと共に、浮力により上昇してきたインク内の気泡ｂを、連通口を通して捕集（収容）している。このため、気体室１６内の重力方向の上側には、気体層ａが形成される。そして、気体室１６の天井面（重力方向の上側の面）には、気体層ａの気体の量を調節可能な逆止弁５７、ポンプ６０および通気管５６から構成される気体量調整機構５５（本発明における気体量調節手段）を備えている。
【００３４】
本実施形態の気体量調整機構５５は、図４（ｂ）に示すように、気体室１６の天井面の一側（図４（ｂ）における左側）に連通し、正圧に設定された加圧側通気管５６ａと、気体室１６の天井面の他側（図４（ｂ）における右側）に連通し、負圧に設定された減圧側通気管５６ｂと、加圧側通気管５６ａの下側（気体室１６側）に設けられた第１逆止弁５７ａと、減圧側通気管５６ｂの下側（気体室１６側）に設けられた第２逆止弁５７ｂと、インクよりも比重が軽く、インク液面（気体室１６内における気体層ａとの境界面）に浮くフロート６１と、により構成される。第１逆止弁５７ａは、加圧側通気管５６ａの通路の幅を狭めた第１狭窄部６３と、第１狭窄部６３の上方において、この第１狭窄部６３を塞ぐ第１蓋部６４（弁体）と、一端が第１蓋部６４に固定され、他端がフロート６１に固定された第１バネ６５（引張バネ）と、から構成される。また、第２逆止弁５７ｂは、減圧側通気管５６ｂの通路の幅を狭めた第２狭窄部６７と、第２狭窄部６７の下方において、この第２狭窄部６７を塞ぐ第２蓋部６８（弁体）と、一端が第２蓋部６８に固定され、他端がフロート６１に固定された第２バネ６９（圧縮バネ）と、から構成される。なお、加圧側通気管５６ａおよび負圧側通気管はそれぞれポンプを備えており、これらのポンプによって加圧側通気管５６ａを正圧に、減圧側通気管５６ｂを負圧にそれぞれ設定している。
【００３５】
気体量調整機構５５をこのように構成することにより、気体室１６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６１の変位（上昇または下降）が、第１バネ６５または第２バネ６９を介して第１蓋部６４または第２蓋部６８に伝達されて、第１逆止弁５７ａおよび第２逆止弁５７ｂを開閉することができる。以下、この点について説明する。
【００３６】
気体室１６内の気体層ａの量が一定の範囲内である場合、図４（ｂ）に示すように、加圧側通気管５６ａが正圧であり、また、第１バネ６５による付勢力（下方に引張する力）が作用するため、第１蓋部６４が第１狭窄部６３側に押圧される（図４（ｂ）における下向き矢印）。同様に、減圧側通気管５６ｂが負圧であり、また、第２バネ６９による付勢力（上方に押圧する力）が作用するため、第２蓋部６８が第２狭窄部６７側に押圧される（図４（ｂ）における上向き矢印）。このため、第１蓋部６４および第２蓋部６８が第１狭窄部６３および第２狭窄部６７の縁にそれぞれ当接する。これにより、加圧側通気管５６ａおよび減圧側通気管５６ｂにおける気体の通過が阻止されて、いずれも閉弁状態となる。一方、導入針流路１８（上流側フィルター室５２）内のインクに混入した気泡ｂが、気体室１６内に導入されていくと、当該気体室１６内の気体層ａの量が次第に増加することで気体室１６内のインクの液面が下降する。これに伴い、第１バネ６５の付勢力に抗してフロート６１が下降すると、第２バネ６９に固定された第２蓋部６８が下降し、これにより、第２蓋部６８が第２狭窄部６７の縁から離れて第２逆止弁５７ｂが開状態になる。この状態では、減圧側通気管５６ｂが負圧に設定されているため、気体室１６内の気体が排出される。これに伴って液面が上昇し、フロート６１も上昇する。その結果、第２バネ６９に固定された第２蓋部６８が上昇し、第２蓋部６８が第２狭窄部６７の縁に当接して第２逆止弁５７ｂが閉状態に復帰する。
【００３７】
また、上流側フィルター室５２内の気体が、インクに溶解したり或いは気体室部４７ｄの壁面から外部に抜けたりすることにより、気体室１６内の気体層ａの量が減少した場合、当該気体室１６内の気体の量が次第に減少することで気体室１６内のインクの液面が上昇する。これに伴い、第２バネ６９の付勢力に抗してフロート６１が上昇すると、第１バネ６５に固定された第１蓋部６４が上昇し、これにより、第１蓋部６４が第１狭窄部６３の縁から離れて第１逆止弁５７ａが開状態になる。この状態では、加圧側通気管５６ａが正圧に設定されているため、気体室１６内に気体が導入される。これに伴って液面が下降し、フロート６１も下降する。その結果、第１バネ６５に固定された第１蓋部６４が下降し、第１蓋部６４が第１狭窄部６３の縁に当接して第１逆止弁５７ａが閉状態に復帰する。
【００３８】
このように、インク導入針１２の内部に、液体流路内のインクを濾過するフィルター１７を備えたフィルター室５１を形成し、該フィルター室５１のフィルター１７よりも重力方向の上方に、内部に気体を貯留した気体室１６を形成し、当該気体室１６とフィルター室５１とを連通させたので、インクカートリッジ３をインク導入針１２に挿入する際に発生するインクカートリッジ３の振動（揺動）や、インクカートリッジ３をインク導入針１２に挿入した後のインクカートリッジ３に加わる外的作用（衝撃）等により、インク導入針１２に急激な圧力変動が発生したとしても、気体室１６内に貯留した気体によって圧力変動を緩和（吸収）することができ、この圧力変動がノズル２１に伝播することを抑制することができる。また、可撓性の膜等を介さず直接気体によって圧力変動を緩和できるため、より急激な圧力変動にも対応することができる。これにより、ノズル２１に形成されているメニスカスが破壊されることを防止でき、インクの噴射（吐出）不良を防止できる。また、フィルター１７よりも重力方向の上方に気体室１６を形成したので、フィルター１７によって補足された後、浮力によって上昇した気泡ｂを気体室１６内に収容することができ、確実にインクに混入した気泡ｂを回収することができる。そして、インクが導入されるインク導入針１２に気体室１６を形成したので、内部の液体流路に連通する気体室を形成する場合に比べて、容易に気体室を形成でき、また、気体室の形状や大きさの自由度も高い。
【００３９】
また、本実施形態では、気体室１６に、該気体室１６内の気体の量を調節可能な気体量調節機構を備えたので、気体室１６内の気体がインク内に溶け込む等により減少して、衝撃緩和効果が減少することを防止できる。また、インクに混入した気泡ｂが、気体室１６の収容許容量を超えて気体室１６から気泡ｂが溢れ出すことを防止できる。さらに、フィルター室５１は、上流側連通口５２ａからフィルター１７に向けて内径を次第に拡径させた拡径部４７ａを形成したので、フィルター１７によって捕らえた一部の気泡ｂを、拡径部４７ａの内面に沿って上方に誘導させることができ、そこに開口した気体室１６に気泡ｂを誘導させて、気泡ｂを気体室１６内に収容し易くすることができる。また、フィルター１７を比較的大きくでき、通過するインクの流路抵抗を下げることができる。これにより、スムーズにインクを流すことができる。また、気体室１６は、拡径部４７ａにおけるフィルター１７よりも上流側の部分に連通したので、より上流側において気泡ｂを収集することができ、気泡ｂを気体室１６内に一層収容し易くすることができる。
【００４０】
ところで、上記第１の実施形態では、フィルター１７に対する平面視において、上流側連通口５２ａの開口中心と下流側連通口５３ａの開口中心とを揃えたが、これには限られない。例えば、図５に示す、第２の実施形態では、フィルター１７に対する平面視において、上流側連通口５２ａの開口中心を下流側連通口５３ａの開口中心から外れた位置に配置している。さらに、本実施形態では、貫通路４９をノズル２１とは反対側（ノズル２１から離れる側）に、連通流路１９ａをノズル２１側に、ノズル列に対して垂直な方向へ相対的にずらして配置している。また、上流側フィルター室５２は、一側端部（図５における左側端部）の内面を貫通路４９の内面と揃えて鉛直方向（貫通路４９の延伸方向）下側に延在させると共に、その他の面をフィルター１７に向けて拡径させている。一方、下流側フィルター室５３は、他側端部（図５における右側端部）の内面を連通流路１９ａの内面と揃えて鉛直方向（連通流路１９ａの延伸方向）下側に延在させると共に、その他の面をフィルター１７に向けて拡径させている。このため、拡径部４７ａの上部の面が、上流側連通口５２ａと下流側連通口５３ａとの間に形成される。そして、気体室１６は、この拡径部４７ａにおける上流側フィルター室５２の上流側の部分に連通している。なお、その他の構成は、第１の実施形態と同じであるため、説明を省略する。
【００４１】
第２の実施形態では、このように構成したので、拡径部４７ａの内面に沿ってインクを流すことができる。そして、このインクの流れに沿った内面の上部に気体室１６を連通することで、インクや気泡が気泡室１６の下方を通りやすくなり、インクによって押し流される気泡ｂを浮力により気体室１６内に収容し易くすることができる。
【００４２】
また、気体量調整機構５５は、上記実施形態に限られない。気体室内の気体の量を調節可能であれば、どのような構成であっても良い。例えば、気体室内のインク面を探知するセンサーを設け、このセンサーによる計測値に応じて、通気管に設けた逆止弁を開閉すると共に、通気管内に設けたポンプにより気体室内の気体を導入または排出するように構成しても良い。
【００４３】
なお、以上の説明では、液体噴射ヘッドの一種である記録ヘッドを例に挙げて説明したが、本発明は、液体導入針を有する他の液体噴射ヘッドにも適用することができる。例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材噴射ヘッド、バイオチップ（生物化学素子）の製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等にも本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１…プリンター，２…記録ヘッド，３…インクカートリッジ，１２…インク導入針，１７…フィルター，１８…導入針流路，１９ａ…連通流路，２１…ノズル，２６…ケース流路，３４…圧力室，４８…導入孔，４９…貫通路，５１…フィルター室，５２…上流側フィルター室，５５…気体量調整機構，５６…通気管，５７…逆止弁，６０…ポンプ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体が導入される液体導入部から液体流路を通じて圧力室側に液体を導入し、圧力発生手段の作動によって圧力室内の液体をノズルから液滴として噴射可能な液体噴射ヘッドであって、
前記液体導入部の内部に、前記液体流路内の液体を濾過するフィルターを備えたフィルター室を形成し、
該フィルター室の前記フィルターよりも重力方向の上方に、内部に気体を貯留した気体室を形成し、当該気体室と前記フィルター室とを連通させたことを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
前記気体室に、該気体室内の気体の量を調節可能な気体量調節手段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】
前記フィルター室は、該フィルター室より上流側の流路との連通口である上流側連通口が開口され、該上流側連通口から前記フィルターに向けて内法を次第に拡大させた拡大部を形成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項４】
前記フィルター室は、該フィルター室より下流側の流路と連通する下流側連通口を有し、
当該下流側連通口の開口中心は、前記フィルターに対する平面視において、前記上流側連通口の開口中心から外れた位置に配置され、
前記気体室は、前記上流側連通口と前記下流側連通口との間における前記拡大部の内面に連通することを特徴とする請求項３に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項５】
前記気体室は、前記拡大部における前記フィルターよりも上流側の部分に連通することを特徴とする請求項３または請求項４に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項６】
液体が導入される液体導入部から液体流路を通じて圧力室側に液体を導入し、圧力発生手段の作動によって圧力室内の液体をノズルから液滴として噴射可能な液体噴射装置であって、
前記液体導入部の内部に、前記液体流路内の液体を濾過するフィルターを備えたフィルター室を形成し、
該フィルター室の前記フィルターよりも重力方向の上方に、内部に気体を貯留した気体室を形成し、当該気体室と前記フィルター室とを連通させたことを特徴とする液体噴射装置。
【請求項１】
液体が導入される液体導入部から液体流路を通じて圧力室側に液体を導入し、圧力発生手段の作動によって圧力室内の液体をノズルから液滴として噴射可能な液体噴射ヘッドであって、
前記液体導入部の内部に、前記液体流路内の液体を濾過するフィルターを備えたフィルター室を形成し、
該フィルター室の前記フィルターよりも重力方向の上方に、内部に気体を貯留した気体室を形成し、当該気体室と前記フィルター室とを連通させたことを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
前記気体室に、該気体室内の気体の量を調節可能な気体量調節手段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】
前記フィルター室は、該フィルター室より上流側の流路との連通口である上流側連通口が開口され、該上流側連通口から前記フィルターに向けて内法を次第に拡大させた拡大部を形成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項４】
前記フィルター室は、該フィルター室より下流側の流路と連通する下流側連通口を有し、
当該下流側連通口の開口中心は、前記フィルターに対する平面視において、前記上流側連通口の開口中心から外れた位置に配置され、
前記気体室は、前記上流側連通口と前記下流側連通口との間における前記拡大部の内面に連通することを特徴とする請求項３に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項５】
前記気体室は、前記拡大部における前記フィルターよりも上流側の部分に連通することを特徴とする請求項３または請求項４に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項６】
液体が導入される液体導入部から液体流路を通じて圧力室側に液体を導入し、圧力発生手段の作動によって圧力室内の液体をノズルから液滴として噴射可能な液体噴射装置であって、
前記液体導入部の内部に、前記液体流路内の液体を濾過するフィルターを備えたフィルター室を形成し、
該フィルター室の前記フィルターよりも重力方向の上方に、内部に気体を貯留した気体室を形成し、当該気体室と前記フィルター室とを連通させたことを特徴とする液体噴射装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−２１０７７０（Ｐ２０１２−２１０７７０Ａ）
【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２０１１−７７８９４（Ｐ２０１１−７７８９４）
【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）】
[ Back to top ]