(57)【要約】      （修正有）【課題】ノズルからインクが漏出することを防止できるインク保持部材を提供する。【解決手段】インク保持部材２４の流路において、流入口の口径を流出口の口径より大きくし、流路抵抗に差を設ける。これにより、インク導入時、先にインクが流入した流路では流路抵抗が大きくなるため、当初インクが流入しなかった流路があっても、そこにインクが流入しやすくなり、すべての流路にインクを充填することができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出口から吐出可能な液体吐出ヘッドであって、
吐出する液体を収容する液体収容ユニットを前記液体吐出ヘッドに接続可能な接続部と、
前記液体吐出ヘッドの内部に液体を収容する液室と、
前記接続部に接続される前記液体収容ユニットと前記液室とを連通して液体の流路を構成すると共に、前記液体収容ユニット側から前記液室側に向けて流路抵抗が大きくなる構造を少なくとも一部に備えた流路構成部と、
を有することを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記流路構成部は、流路内の前記液体の流れ方向と交差する断面が円形であり、前記流路構成部の液体収容ユニット側の端部である流入口よりも前記液室側の少なくとも一部に、前記流入口よりも直径が小さい部分を有することを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
前記流路構成部は、前記流入口の口径が前記流路の前記液室側の端部である流出口の口径よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記流路は、前記流路の直径が、前記流入口から前記流出口にかけて漸減することを特徴とする請求項３に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の液体吐出ヘッドを、前記流路構成部と前記液体収容ユニットとを接続した状態で、保持してなることを特徴とする液体吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置に関し、例えば、インクを吐出可能なインクジェット記録ヘッドを搭載可能なインクジェット記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット記録ヘッド（以下、記録ヘッドともいう）は、例えば、密閉構造のインクタンクと連結部を介して連結されており、この連結部には、インク保持部材が設けられている。この記録ヘッド内やインクタンクから記録ヘッドまでのインク流路中に外気から遮断された気体が存在することがある。その気体が、記録ヘッド周囲の気圧変化や記録ヘッド周囲の温度変化などの環境変化により膨張することで、ノズルからインクが漏出することがある。そのとき、漏出量が多い場合にはノズル内に形成されたメニスカスが破壊されノズル周囲にインクが濡れ広がるため、不吐出やインク吐出方向の偏向（ヨレ）等の吐出不良をもたらすことがある。また、温度差によってノズルから漏出するインク量が変化するため、回復動作による漏出インクの除去が不十分となり、これが吐出不良をもたらす場合もある。さらに、温度差によって、ノズルからインクが漏出するには至らなくても、ノズルに形成されているメニスカスの状態が適切な状態ではなくなることで吐出不良が生じるおそれがある。
【０００３】
そこで特許文献１では、記録ヘッドの周囲の環境状況に対応する情報に基づいて回復処理を実行することで吐出不良の発生を抑制する構成とともに、密閉構造のインクタンクと記録ヘッドの連結部にインク保持部材を設けた構成が開示されている。そのインク保持部材は断面円形の流路を複数有しており、インクタンクから記録ヘッドにインクを導入する際に複数の流路にインクが保持される。そして、温度変化や圧力変化によって記録ヘッド内の空気が膨張した際には、複数の流路内に保持されているインクがインクタンクに戻ることによって、ノズルからインクが漏出することが基本的に防止され得る。すなわち、インク保持部材は、記録ヘッド内で生じる空気膨張を緩和するバッファとしての機能を果たしていると認められるのである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１８９１５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に開示されたインク保持部材の構成ではインクタンクから記録ヘッドへのインク導入を行う際に、インク保持部材の複数の流路がインクで満たされない場合があることを本発明者は見出した。すると当然に、インクで満たされていない流路を介しては、インクタンク内にインクを戻すことができないため、インク保持部材のバッファとしての機能が不十分となる。それにより、温度変化などによる圧力変化による空気の膨張に耐えられず、ノズルからインクが漏出する可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明は、液体を吐出口から吐出可能な液体吐出ヘッドであって、吐出する液体を収容する液体収容ユニットを液体吐出ヘッドに接続可能な接続部と、液体吐出ヘッドの内部に液体を収容する液室と、接続部に接続される液体収容ユニットと液室とを連通して液体の流路を構成すると共に、液体収容ユニット側から液室側に向けて流路抵抗が大きくなる構造を少なくとも一部に備えた流路構成部と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、温度変化などに起因する圧力変化に起因した液体の漏出を抑制することが可能な液体吐出ヘッドを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の本実施形態の液体吐出ヘッドとしての記録ヘッドを備えた記録装置の概略構成である。
【図２】図１の記録装置におけるインクの供給系の概略構成図である。
【図３】インクタンクの拡大断面図（上段）と記録ヘッドの拡大断面図（下段）である。
【図４】図３におけるインク保持部材の説明図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、インクタンクから記録ヘッドにインクを導入するときのインクの供給系の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１０】
（全体構成）
図１（ａ）は、本発明を適用可能なインクジェット記録装置（以下、記録装置ともいう）１００の概略構成を説明するための斜視図であり、図１（ｂ）は、記録装置１００の制御系のブロック図である。記録装置１００には、本発明のインクジェット記録ヘッド（以下、記録ヘッドともいう）２０の一実施形態として、インクを吐出する記録ヘッド２０が交換可能に備えられている。
【００１１】
記録装置１００は、いわゆるフルラインタイプの記録装置であり、搬送部（搬送機構）１１０によって記録媒体Ｐを媒体搬送方向Ａに連続的に搬送しつつ記録ヘッド２０からインクを吐出することにより、記録媒体Ｐに文字や画像を記録することができる。搬送部１１０は、搬送ベルト１１０Ｂを用いて記録媒体Ｐを媒体搬送方向Ａに搬送する。しかし、搬送部１１０の構成はこれに限定されず、搬送ローラなどを用いて記録媒体Ｐを搬送するものであってもよい。本実施形態では、記録ヘッド２０として、記録媒体Ｐにフルカラー記録を行うために、ブラック（Ｂｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、およびイエロー（Ｙ）のインクを吐出するための記録ヘッド２０Ｂｋ、２０Ｃ、２０Ｍ、および２０Ｙを備える。これらは媒体搬送方向Ａに沿って並置されている。また、これらの記録ヘッド２０Ｂｋ、２０Ｃ、２０Ｍ、および２０Ｙには、後述するインクタンク（液体収容ユニット）３０からそれぞれ対応する各色のインクが供給される。なお、色の数すなわち記録ヘッドの数は任意所望に定め得るものであり、以下では単に「記録ヘッド２０」として包括的に参照する。
【００１２】
記録装置１００のＣＰＵ（制御部）１０１は、記録装置１００の動作の制御処理やデータ処理等を実行する。ＲＯＭ１０２には、それらの処理手順を実行するためのプログラムが格納され、ＲＡＭ１０３は、それらの処理を実行する過程でワークエリアなどとして用いられる。ＣＰＵ１０１には、記憶部としてのメモリ１０４が接続されており、メモリ１０４は、温度情報を記憶可能に構成されている。
【００１３】
ＣＰＵ１０１は、記録ヘッド２０、搬送部１１０およびポンプ１２８（図２参照）を、それぞれに対応するドライバ２０Ａ、１１０Ａおよび１２０Ａを介して制御する。ＣＰＵ１０１は、ホストコンピュータなどのホスト装置２００から入力した文字や画像データに基づいて、記録ヘッド２０からインクを吐出させることにより、記録媒体Ｐに文字や画像を記録させる。
【００１４】
ＣＰＵ１０１には、液面センサ２８（図２参照）および温度センサ２９、並びに弁５２、弁５３および弁６１が接続されており、ＣＰＵ１０１は、これらセンサの検出情報に応じて、適宜これらの弁の開閉動作を実行させる。また、ＣＰＵ１０１にはワイパモータ６３が接続されている。ＣＰＵ１０１は、ワイパモータ６３を動作させ、ワイパ６４（図２参照）を記録ヘッド２０の吐出口２７が形成された吐出口面に摺接させながら移動させることによって、回復処理の１つとしてのワイピング動作を実行する。
【００１５】
図２は、図１の記録装置におけるインクの供給系の概略構成図であり、図３は、図２におけるインクタンク３０および記録ヘッド２０の拡大断面を上側部分および下側部分に示している。
【００１６】
インクタンク３０は、記録ヘッド２０に対して着脱可能に構成されており、その記録ヘッド２０の上部に備えられている。また、インクタンク３０は、内部にインクを収容するインク室３１が形成されており、そのインク室３１は、ジョイント部３２のみにおいて外部と連通可能な閉空間となっている。インクタンク３０内のインク室３１は、柔軟性のある部材により形成されており、その内部には負圧発生用のバネ３３−１に接続された圧力板３３−２が内蔵されている。このバネ３３−１は、圧力板３３−２を介してインク室３１の内部空間を拡大させるように、インク室３１を内部から外部に向かって付勢している。これによって、バネ３３−１はインク室３１の内部に所定の負圧を発生させる。これらバネ３３−１、圧力板３３−２およびインク室３１によって負圧発生部が構成される。ジョイント部３２には不織布のフィルタ３４が備えられている。
【００１７】
記録ヘッド２０には、インク室２１（液室）内のインクＩを吐出口２７から吐出するための不図示の吐出エネルギー発生素子が備えられている。吐出エネルギー発生素子としては、電気熱変換素子やピエゾ素子などを用いることができる。電気熱変換体を用いた場合には、その発熱によりインクを発泡させ、その発泡エネルギーを利用して吐出口２７からインクを吐出することができる。あるいは、ピエゾ素子を用いた場合には、電圧の印加に応じて変形ないし変位することでノズル内容積を変化させてインクを吐出するものとすることができる。
【００１８】
インク室２１内には、インクＩと共に気体が存在する。したがって、インク室２１内には、インクＩを収容するインク収容部分と気体を収容する気体収容部分とが形成される。インク室２１内のインク量は、電極を用いた液面センサ２８により、一定に保つことができる。
【００１９】
インク室２１の上部には、インクタンク３０との連通するためのインク供給部２２が設けられており、その供給部２２の開口部にはフィルタ部材２３が備えられている。本実施形態の場合、そのフィルタ部材２３は、ＳＵＳ製のメッシュにより形成されており、金属繊維を織り込んだ構成である。また、供給部２２の平均的な幅は１０ｍｍ程度である。フィルタ部材２３が細かい目を持つことにより、外部から記録ヘッド２０内への塵埃などの異物侵入を防止することができる。フィルタ部材２３の下面は、インクを保持可能なインク保持部材（流路構成部）２４に圧接されている。
【００２０】
インク室２１の上部には、外部の流路として気体および／またはインクを移送するための移送部５１（図２参照）に接続可能な開口部２５が設けられており、その開口部２５にはフィルタ２６が備えられている。この開口部２５は、インク室２１内のインクまたは気体を外部に流出可能に構成されている。開口部２５は、インク室２１内のインクと気体とを一緒に流出させることも可能である。また、この開口部２５は、記録ヘッド２０の外部のインクまたは気体を流入可能に構成されている。さらに、開口部２５は、記録ヘッド２０の外部のインクと気体とを流入させることも可能である。
【００２１】
記録ヘッド２０とインクタンク３０とは図２のように連結される。すなわち、記録ヘッド２０側のフィルタ部材２３とインクタンク３０側のフィルタ３４とが上下に圧接するように、記録ヘッド２０の供給部２２とインクタンク３０のジョイント部３２とが連結される。このような記録ヘッド２０とインクタンク３０の連結部は、その周囲がゴム製の弾性キャップ部材５０によって囲まれることにより、密閉性が維持される。本実施形態においては、このように記録ヘッド２０とインクタンク３０が直接的に接続されることにより、それらの間のインク供給路はきわめて短い。
【００２２】
記録ヘッド２０の開口部２５に接続される移送部５１は、開閉可能な弁５３を介してバッファ室５４と連通している。バッファ室５４には、容量が１０ｍｌ程度の空間が形成されており、ポンプ１２８を通して廃インクタンク５６に連通している。また、弁５２を介して外気と通じている。ポンプ１２８は、インクおよび／または気体を記録ヘッド２０に流入させたり、インクおよび／または気体を記録ヘッド２０から流出させる移送部５１である。本実施形態の場合は、ポンプ１２８として正逆回転可能なチューブポンプを用いている。なお、以下の説明において、インクおよび／または気体を記録ヘッド２０に流入させる方向へのポンプ１２８の運転を正転、流出させる方向へのポンプ１２８の運転を逆転と定義する。
【００２３】
記録ヘッド２０に対しては、キャップ６０やワイパ６４を含む回復ユニットを対向させて回復処理を行うことができる。回復処理としては、予備吐出動作、加圧回復動作、吸引回復動作およびワイピング動作などがある。
【００２４】
予備吐出動作は、弁５２、５３を閉鎖状態にし、記録ヘッド２０の吐出口面にキャップ６０を対向させた状態として、吐出口２７からキャップ６０内へと、画像の記録に寄与しないインクＩを吐出させることにより行われる。
【００２５】
加圧回復動作では、まず記録ヘッド２０の吐出口面にキャップ６０を対向させた状態として弁５２、５３を開放し、記録ヘッド２０内に外気を流入させることで、インク室２１内の負圧を解消する。次に、弁５２、５３を閉鎖し、ポンプ１２８を正転させることにより、バッファ室５４内に空気を送り込み、加圧する。この状態で、弁５３を開放することで、バッファ室５４内の加圧された空気を記録ヘッド２０内のインク室２１内へ送り込んでインクＩを加圧し、記録ヘッド２０の吐出口２７からキャップ６０内に強制的にインクを排出させる。
【００２６】
これらの予備吐出動作および加圧回復動作に伴ってインク室２１のインクＩが消費されることで生じるインク室２１内の負圧は、インク保持部材２４の流路２４Ａ内のインクをインク室２１内に引き込む方向の力として作用する。そして、インク室２１内の負圧が所定以上に増大したときに、インク保持部材２４の流路２４Ａに形成されているインクのメニスカスが破れて、インクタンク３０内のインクがインク保持部材２４を介してインク室２１に供給される。なお、予備吐出動作および加圧回復動作に伴ってキャップ６０に受容されたインクは、弁５２、５３を閉鎖、弁６１を開放状態としてポンプ１２８を逆転させることにより、排出経路６２およびバッファ室５４を介して廃インクタンク５６に導出することができる。
【００２７】
また、吸引回復動作は、弁５２、５３を開放し、記録ヘッド２０内に外気を流入させることにより、インク室２１内の負圧を解消する。次に、弁５２、５３および弁６１を閉鎖し、ポンプ１２８を逆転させることにより、バッファ室５４内の空気を抜くことでバッファ室５４内を負圧にする。さらに、キャップ６０を記録ヘッド２０に当接させ、弁６１を開放することで、バッファ室５４とキャップ６０を連通させ、キャップ６０内を負圧にする。これにより、記録ヘッド２０の吐出口２７から、キャップ６０および排出経路６２を介してバッファ室５４内へとインクを吸引排出させる。
【００２８】
さらにワイピング動作では、記録ヘッド２０の吐出口２７が形成される記録ヘッド２０の吐出口面をワイパ６４が吐出口面に沿って移動することにより清掃（ワイピング）する。
【００２９】
これらの回復処理は、ＣＰＵ１０１の制御の下に、弁５２、５３、６１を開閉させ、またポンプ１２８を正逆転させることにより実行される。なお、これらの回復処理を実行させるための構成は回復手段として機能する。そして、かかる回復手段を備えることで、特許文献１に開示されているように、記録ヘッドの周囲の環境状況に対応する情報（温度など）に基づいて回復処理を実行することができる。さらに本実施形態では、インク保持部材２４のバッファ機能をより効果あらしめるために、以下のような特徴構成を採用する。
【００３０】
（特徴構成）
図４（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、本実施形態に係るインク保持部材２４を示した模式的斜視図および図４（ａ）におけるＩＶｂ−ＩＶｂ線に沿った模式的断面図である。本実施形態のインク保持部材２４の内部には、断面円形の流路２４Ａが複数形成されており、流路２４Ａはインク保持部材２４を貫通するように設けられている。それぞれの流路２４Ａの口径は、インクタンク３０と接続する流入口と、インク室２１と接続する流出口で大きさが異なる。すなわち、本実施形態では、流入口の口径が、流出口の口径に比べて大きくなっている。さらに、それぞれの流路２４Ａは、対向するインクタンク３０側の流入口からインク室２１側の流出口にかけて徐々に狭窄して行く円錐形状となっている。したがってまた、インク保持部材２４内の流路２４Ａは、流出口に向かうにつれて流路内抵抗が漸増する。これが、インク保持部材が断面円形の直管状の流路を有している特許文献１の図４に示された構成と本実施形態との差異である。
【００３１】
本実施形態において、インク室２１内にインクＩを導入する接続部内のインクＩの動きについて図５を用いて説明する。
【００３２】
図５（ａ）は、インクタンク３０と記録ヘッド２０とを接続する接続部を表した模式的断面図である。インクタンク３０は、その内部にインクＩが充填されており、インク保持部材２４を介して記録ヘッド２０と接続されている。上述したように、インク保持部材２４は、インクＩを導入する際のインクタンク３０側の流入口の口径が、インク室２１へ排出するインク室２１側の流出口の口径よりも大きく、徐々に狭窄して行く複数の流路２４Ａが形成されている。また、インク保持部材２４の流入口側はインクタンク内液層と、インク保持部材２４の流出口側はインク室２１内空気収容部とが接している。
【００３３】
図５（ｂ）〜（ｄ）は、インクタンク３０からインク室２１内にインクＩを導入するときに、吸引動作を行い、インク保持部材２４の流路２４Ａの状態を示した図である。インクＩ導入時の吸引動作とは、上述した吸引回復動作と同等の動作である。すなわち、弁５２、５３および弁６１を閉鎖し、ポンプ１２８を逆転させ、バッファ室５４内を負圧にする。この状態で、弁５３を開放し、バッファ室５４内の負圧により記録ヘッド２０内のインク室２１を負圧にする。吐出口２７はインクＩによりメニスカスが形成されている。吐出口２７のメニスカス力に対して、流路２４Ａの流入口のメニスカス力が小さいため、インクタンク３０からインクＩをインク室２１側へと引き込む方向に力が作用する。インク保持部材２４の流路２４Ａの流入口は全て同じ形状であり、流路抵抗も同じであるため、インクＩの導入初期には、インクＩは様々な箇所からランダムに導入される。
【００３４】
図５（ｂ）では、例えば、図中左側にある流路Ｄからインクタンク３０のインク室３１内のインクＩが導入された場合を示している。流路Ｄ内でインクＩが流入口から流出口に流れるにつれて、流路抵抗が大きくなるため、流路抵抗の小さい他の流路にインクＩが導入される。図５（ｂ）では流路Ｅにインクが流入した場合を示している。
【００３５】
最初にインク室３１からインクＩが流入した流路Ｄについて、インクＩが流出口まで到達すると、メニスカスを形成し、流出口は流路の中で最も流路抵抗が大きいため、流路Ｄのインクはメニスカスを保持したままとなり、インクＩは他の流路に流入する。図５（ｃ）は流路Ｅに続いて流路Ｆにインクが流入した場合を示している。
【００３６】
同様に図５（ｂ）、（ｃ）のようなインクの流入が他の流路でも生じ、最終的にはすべての流路をインクＩで充填される。全ての流路にインクＩが充填され、記録ヘッド２０のインク室２１内の負圧が所定以上に増大すると、流路２４Ａの流出口に形成されたメニスカスが決壊して、インク室２１にインクＩが導入されることになる（図５（ｄ））。
【００３７】
つぎに、本実施形態において、記録ヘッド２０の周囲の温度変化による気体膨張に対するインク保持部材２４の働きについて説明する。
【００３８】
気体の温度変化による体積変化ΔＶは、次式で表される。
【００３９】
【数１】
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【００４０】
T0：初期温度（絶対温度）
ΔT：温度変化量
V0：初期気体体積
【００４１】
インク室２１内における気体収容部分の気体が温度変化により膨張すると、吐出口２７のメニスカス力よりも流路２４Ａの流出口のメニスカス力が弱いため、インク保持部材２４内に保持されているインクはインクタンク３０側に戻される。よって、インク保持部材２４内に保持されているインク体積分の気体膨張を吸収することができ、ノズルからの染み出しを防ぐことができる。
【００４２】
また、全ての流路にインクＩが充填された状態を得ることは、記録のための吐出動作、予備吐出動作および吸引回復動作におけるインク室２１内のインク消費に伴って生じる、インク室３１からインク室２１へのインク供給性能を良好にし得るものである。
【００４３】
（その他）
なお、本発明は、上述した実施形態に限られることなく、適宜の変形、修正および代替などが可能である。
【００４４】
例えば、上述の実施形態では、インク保持部材の流路を逆円錐形状の構成として、例示した。しかし、逆円錐形状の構成に限らず、逆三角錐形状や逆四角錐形状などの逆多角錐形状でも良い。また、流入口から流出口にかけて流路の内部表面を階段状にしたり、流入口から流出口にかけての流路中の少なくとも一部に流入口より大きな流路抵抗を持つ部分を設けたりしても良い。
【００４５】
さらに、インク保持部材内の流路を８本と例示した。しかし、８本に限らず、１本または複数本の流路を設けても良い。
【００４６】
またさらに、上記の実施形態では、液体吐出記録ヘッドおよび液体吐出装置としてインクジェット記録ヘッドおよびインクジェット記録装置を例示した。しかし本発明は、インク保持部材のバッファとしての機能が果たせればよく、インク以外の液体を吐出する液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置にも広く適用できる。
【符号の説明】
【００４７】
２０  記録ヘッド
２１  インク室（液室）
２４  インク保持部材（流路構成部）
２７  吐出口
３０  インクタンク（液体収容ユニット）
３１  インク室
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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