(57)【要約】【課題】大型化を抑制しつつ、インクの圧力変動によるインクの吐出滴量の変化を確実に防止することができる液体噴射ヘッド、液体噴射装置、および液体噴射ヘッドのインク圧力制御方法を提供する。【解決手段】液体を貯留する本体部２としての凹部２ａと、凹部２ａの開口部を覆うように設けた可撓膜７と、凹部２ａに連通する液体流入口１と液体流出口３を設けた圧力緩衝部８と、液体流出口３から流出する液体の圧力値を検出する圧力検出部４と、圧力検出部４の圧力値に基づいて駆動信号を出力する制御回路部５と、制御回路部５が出力する駆動信号に基づいて可撓膜７を変位させ、可撓膜７と凹部２ａ内の圧力を調整する圧力調整部６とを有することを特徴とする圧力緩衝装置。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を貯留する凹部を設けた本体部と、前記凹部を覆うように前記本体部に設けた可撓膜と、前記凹部に連通する液体流入口と液体流出口を設けた圧力緩衝部と、前記液体流出口から流出する液体の圧力値を検出する圧力検出部と、前記圧力検出部の出力する圧力値に基づいて制御信号を出力する制御回路と、前記制御回路が出力する制御信号に基づいて前記可撓膜を変位し前記凹部内の圧力を調整する圧力調整部とを有することを特徴とする圧力緩衝装置。
【請求項２】
前記圧力調整部は、前記制御信号に基づいて制御可能な２対の素子で構成され、前記２対の素子のうち一方を可撓膜に係合し、前記２対の素子間で引力又は斥力を発生させることができることを特徴とする請求項１に記載の圧力緩衝装置。
【請求項３】
前記本体部に係合され前記可撓膜を覆う抑制板を備えることを特徴とする請求項２に記載の圧力緩衝装置。
【請求項４】
前記２対の素子のうち一方を前記可撓膜に係合し、他方を前記抑制板に係合したことを特徴とする請求項３に記載の圧力緩衝装置。
【請求項５】
前記抑制板の前記可撓膜側の面上と前記可撓膜の面上に前記２対の素子を対向するように係合したことを特徴とする請求項４に記載の圧力緩衝装置。
【請求項６】
前記制御回路部が前記可撓膜と前記抑制板との間に配置されていることを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載の圧力緩衝装置。
【請求項７】
前記２対の素子のうち一方をコイル部によって構成し、他方を磁性体部で構成することを特徴とする請求項２〜６のいずれか一項に記載の圧力緩衝装置。
【請求項８】
前記２対の素子のうち一方を第一コイル部によって構成し、他方を第二コイル部で構成することを特徴とする請求項２〜６のいずれか一項に記載の圧力緩衝装置。
【請求項９】
前記凹部と前記可撓膜の間に弾性変形可能な付勢部材を備えたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の圧力緩衝装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の圧力緩衝装置を備え、前記液体流出口から供給される液体を噴射する複数の噴射口を有することを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項１１】
請求項１０に記載の前記液体噴射ヘッドと、前記液体噴射ヘッドを被記録媒体に対向させつつ往復移動させる移動機構と、前記被記録媒体を搬送する搬送機構とを備えることを特徴とする液体噴射装置。
【請求項１２】
液体を貯留する凹部を設けた本体部と、前記凹部を覆うように前記本体部に設けた可撓膜と、前記凹部に連通する液体流入口と液体流出口を設けた圧力緩衝装置における圧力緩衝方法であって、
前記液体流出口から流出する液体の圧力値を検出し該圧力値を制御回路へ出力する圧力検出工程と、
前記圧力値に基づいて前記制御回路が出力する制御信号に基づいて前記可撓膜を変位し前記凹部内の圧力を調整する圧力調整工程と、を有することを特徴とする圧力緩衝方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体の不要振動を緩衝するための圧力緩衝装置及び圧力緩衝装置を備えた液体噴射ヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、記録紙等の被記録媒体にインク滴を吐出して画像や文字等の記録を行うインクジェット方式の記録装置が数多く提供されている。この種の記録装置は、インクタンクまたはインクカートリッジからインク供給管を介してキャリッジに搭載された液体噴射ヘッドにインクを供給している。そして、キャリッジを主走査方向に移動させながら液体噴射ヘッドのノズルからインク滴を被記録媒体に吐出すると共に、被記録媒体を副走査方向に移動させることで被記録媒体に記録を行うようになっている。
【０００３】
この際、キャリッジが移動することでインク供給管が脈動し、インク供給管内のインクが移動することで圧力変動が生じる。この圧力変動は、インク供給管を通じて液体噴射ヘッドに印加される。この結果、インクの吐出滴量（ドロップボリューム）変化が発生し、被記録媒体に記録される画像や文字の品質が低下してしまうことがある。
【０００４】
そこで、液体噴射ヘッドに印加される不要な圧力変動を緩和するため、インク供給管の途中に圧力緩衝装置を設け、圧力変動を緩和する技術が提案されている。この圧力緩衝装置は、インクをある程度貯留できるキャビティを有しており、このキャビティにインク供給管から流出したインクが流れ込むことで、インクの圧力変動が緩和されるようになっている（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】特開平５−２０１０１５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、液体噴射ヘッドに印加される不要な圧力変動が大きい場合には、圧力緩衝装置の容量も大きくしなければならない。特に大型の液体噴射装置にあっては、インク供給管が長くなるため、キャリッジが移動する際に起きるインク供給管の脈動も大きくなる。また、圧力緩衝装置と同等の効果を得るために、インク貯留タンクまたはインクカートリッジと液体噴射ヘッドの間にサブタンクを設けることも考えられるが、液体噴射装置を大型化させてしまうという課題がある。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは圧力緩衝装置及び液体噴射装置の大型化を抑制しつつ、液体の不要な圧力変動を効果的に抑制することができる圧力緩衝装置及びその方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明の圧力緩衝装置が有する第一の形態は、液体を貯留する凹部を設けた本体部と、凹部を覆うように本体部に設けた可撓膜と、凹部に連通する液体流入口と液体流出口を設けた圧力緩衝部と、液体流出口から流出する液体の圧力値を検出する圧力検出部と、圧力検出部の出力する圧力値に基づいて制御信号を出力する制御回路と、制御回路が出力する制御信号に基づいて可撓膜を変位し凹部内の圧力を調整する圧力調整部とを有することを特徴とする。
【０００９】
本発明の圧力緩衝装置が有する第二の形態は、第一の形態において、圧力調整部は、制御信号に基づいて制御可能な２対の素子で構成され、２対の素子のうち一方を可撓膜に係合し、２対の素子間で引力又は斥力を発生させることができることを特徴とする。
【００１０】
本発明の圧力緩衝装置が有する第三の形態は、第二の形態において、本体部に係合され可撓膜を覆う抑制板を備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明の圧力緩衝装置が有する第四の形態は、第三の形態において、２対の素子のうち一方を可撓膜に係合し、他方を抑制板に係合したことを特徴とする。
【００１２】
本発明の圧力緩衝装置が有する第五の形態は、第四の形態において、抑制板の可撓膜側の面上と可撓膜の面上に２対の素子を対向するように係合したことを特徴とする。
【００１３】
本発明の圧力緩衝装置が有する第六の形態は、第三乃至第五の形態において、制御回路部が可撓膜と抑制板との間に配置されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の圧力緩衝装置が有する第七の形態は、第二乃至第六の形態において、２対の素子のうち一方をコイル部によって構成し、他方を磁性体部で構成することを特徴とする。
【００１５】
本発明の圧力緩衝装置が有する第八の形態は、第二乃至第六の形態において、２対の素子のうち一方を第一コイル部によって構成し、他方を第二コイル部で構成することを特徴とする。
【００１６】
本発明の圧力緩衝装置が有する第九の形態は、第一乃至第八の形態において、凹部と可撓膜の間に弾性変形可能な付勢部材を備えたことを特徴とする。
【００１７】
本発明の液体噴射ヘッドが有する形態は、第一乃至第九の形態に記載の圧力緩衝装置を備え、液体流出口から供給される液体を噴射する複数の噴射口を有することを特徴とする。
【００１８】
本発明の液体噴射装置が有する形態は、前述する液体噴射ヘッドと、液体噴射ヘッドを被記録媒体に対向させつつ往復移動させる移動機構と、被記録媒体を搬送する搬送機構とを備えることを特徴とする。
【００１９】
本発明の圧力緩衝方法が有する形態は、液体を貯留する凹部を設けた本体部と、凹部を覆うように本体部に設けた可撓膜と、凹部に連通する液体流入口と液体流出口を設けた圧力緩衝装置における圧力緩衝方法であって、液体流出口から流出する液体の圧力値を検出し該圧力値を制御回路へ出力する圧力検出工程と、圧力値に基づいて制御回路が出力する制御信号に基づいて可撓膜を変位し凹部内の圧力を調整する圧力調整工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、圧力緩衝部の流出口に設けた圧力検出部の圧力値に基づいて、圧力緩衝部の可撓膜を能動的に変位させることにより、インクの圧力変動をより効果的に打消すことができる。具体的には、圧力検出部の圧力値が基準値よりも減圧方向に変化した場合には可撓膜を凹部側に変位させ、加圧方向に変化した場合には凹部と反対側に変位させる。このように可撓膜を変位させることで、液体流入口に不要な圧力が印加された場合でも、液体流出口の圧力は一定に保つことができる。また、従来技術と異なり可撓膜を能動的に変位させて圧力を制御するため、圧力緩衝装置の容量アップやサブタンクを設ける必要が無くなる。これらの効果により、インク供給管が長く、インクの受ける圧力変動が大きい装置構成であっても圧力緩衝装置や液体噴射装置の大型化を抑制することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態に係る圧力緩衝装置の基本構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る制御回路部のブロック図である。
【図３】本発明の実施形態に係る圧力調整部の構造を説明する図である。
【図４】本発明の実施形態に係る圧力緩衝装置の具体的構造を示す説明図である。
【図５】本発明の実施形態に係る圧力緩衝作用の動作原理を示す説明図である。
【図６】本発明の実施形態に係る圧力緩衝装置の具体的構造を示す説明図である。
【図７】本発明の実施形態に係る液体噴射ヘッドを示す斜視図である。
【図８】本発明の実施形態に係る液体噴射装置を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２３】
（第一実施形態）
図１は圧力緩衝装置の構成図である。以下、図面に従って説明する。圧力緩衝装置１０は圧力緩衝部８と圧力検出部４と制御回路部５と圧力調整部６を備えている。液体噴射装置においては、圧力緩衝部８の液体流入口１は図示しない液体供給タンク、液体流出口３は図示しない液体噴射ヘッドが接続される。
【００２４】
圧力緩衝部８は、液体を貯留するための凹部２ａを設けた本体部２と、可撓膜７と、凹部２ａに連通する液体流入口１と液体流出口３で構成されている。このような構成のもと、本体部２の凹部２ａを可撓膜７で覆う事で、液体を貯留する空間を設ける。
【００２５】
本体部２は貯留する液体に耐性のある素材を使用することが望ましい。例えば、水や薬品などの液体を使用する場合には、その耐性に優れる高密度ポリエチレンの成型品としてもよい。また、可撓膜７は柔軟性があり、本体部２との接着に適した低密度ポリエチレンフィルムを使い、本体部２の凹部を覆うように周縁部で熱溶着する。
【００２６】
圧力検出部４は本体部２と液体噴射ヘッド（図７参照）との間に挿入し、液体噴射ヘッドに印加される圧力を検出する。例えば、圧力検出部４にはアナログ電圧出力機能を備えた一般的なダイアフラムゲージ式の圧力センサを用いる。この構成によって、液体流出口３から流出する液体の圧力値を検出する。
【００２７】
図２は制御回路部５のブロック図である。制御回路部５は前段に増幅回路５ａ、後段に圧力調整部駆動回路５ｂを備えた構成とする。増幅回路５ａには圧力検出部４からのアナログ電圧３１が入力され、圧力調整部駆動回路５ｂからは圧力調整部６を駆動するための駆動信号３２が出力される。例えば、圧力調整部駆動回路５ｂは「電圧-電流変換回路」とする。これらの構成によって、圧力検出部４が出力するアナログ電圧３１に基づいて駆動信号３２を生成する。
【００２８】
図３は圧力調整部６の構造を示した図である。圧力調整部６は２対の素子によって構成される。ここでは第一実施形態として、２対の素子のうち一方をコイル部４１とし、他方を磁性体部４２としている。
【００２９】
コイル部４１は、断面Ｅ型のポットコア形状の磁芯４１ｙに空芯コイル４１ｘを嵌め合わせた構成とする。また、磁性体部４２は中心部と外周部が異なる磁極に分極するように着磁された円盤状の永久磁石とする。さらに、コイル部４１と磁性体部４２は所定の間隙を設けて対向するように配置し、どちらか一方を可撓膜に係合させる。例えば、図３（ａ）では可撓膜７に磁性体部４２を係合し、抑制板９にコイル部４１を係合させ、さらに磁性体部４２の中心部をＮ極、外周部をＳ極に分極させている。これらの構成により、コイル部４１に流す電流の向きを変えることで、磁性体部４２との間に引力及び斥力を発生させることができる。
【００３０】
図４は圧力緩衝装置の具体的構造を示した図である。なお、図４に示す構成で上述の実施形態と同一の構成には同一の符号を示し、説明の重複を避けるために、動作説明を省略する。既述の通り、圧力緩衝装置１０は、圧力緩衝部８と圧力検出部４と制御回路部５と圧力調整部６により構成されている。抑制板９は絞り加工によって中央に凹部を形成した亜鉛メッキ鋼板とし、本体部２周縁でネジ９０により固定している。圧力調整部６は、抑制板９の凹部底面にコイル部４１を接着させ、可撓膜７に磁性体部４２を接着することで形成している。また、可撓膜７は、凹部２ａとの間に弾性変形可能な付勢部材４３を設けることにより、基準となる位置を与えられている。付勢部材４３はステンレス製のコイルバネとする。
【００３１】
次に、本発明の圧力緩衝作用の動作原理を図５（ａ）乃至（ｅ）に従って説明する。図５（ａ）に示す液体流入口１に印加された圧力は、図５（ｂ）に示すように圧力検出部４でアナログ電圧値３１として検出される。このアナログ電圧値３１に基づいて、制御回路部５がコイル部４１を駆動することで磁性体部４２との間に引力及び斥力を発生させる。具体的には、圧力検出部４の検出圧力が加圧方向に変化した場合は可撓膜７を抑制板側に変位させ、減圧方向に変化した場合は図５（ｃ）に示すように凹部側に変位させる。
【００３２】
以上の動作原理によって、印加された不要な圧力に対して相殺する方向の圧力を能動的に発生させることができる(図Ｄ)。従って、液体流入口１に不要な圧力が印加された場合でも、液体流出口３での圧力変動を効果的に抑制することができる(図Ｅ)。
【００３３】
（第二実施形態）
第一実施形態では、駆動信号３２に基づいて制御可能な２対の素子として、コイル部４１と磁性体部４２を用いて可撓膜７を駆動する構成を説明した。この第二実施形態として、磁性体部４２に代えて第二のコイル部を設ける構成としても良い。すなわち、第一コイル部４１ａと、第二コイル部４１ｂのどちらか一方を可撓膜７に係合し、対向配置とする構成にすることができる。
【００３４】
本実施形態では、図６に示すように抑制板９に係合するコイル部を第一コイル部４１ａとし、可撓膜７に係合するコイル部を第二コイル部４１ｂとしている。また、第一コイル部４１ａ、第二コイル部４１ｂともに断面Ｅ型のポットコア形状の磁芯に空芯コイルを嵌め合わせた構成とする。第一コイル部４１ａ、第二コイル部４１ｂ以外の構成は、第一実施形態及び図４と同様とする。この構成においては、例えばコイル部４１ｂには直流電流を流し続け、磁極を固定させておく。この状態で、制御回路部５からの駆動信号３２を電流源としてコイル部４１ａを駆動することで、引力及び斥力を発生させることができる。ただし、可撓膜７を変位させるのに適した磁力を発生させるには、コイル間距離、電流の大きさ、コイルの巻数を適宜選択することが必要である。
【００３５】
また、第一実施形態では、２対の素子のうち一方をコイル部４１とし、他方を磁性体部４２として示したが、この構成に限られるものではない。例えば、他方の磁性体部４２が導電性部材であっても構わない。つまり、電磁誘導現象によって、可撓膜７を変位させ、圧力緩衝作用を得ることができればよい。
【００３６】
また、第一実施形態では、可撓膜７に低密度ポリエチレンフィルムを使用する実施例を示し、さらに、同様に２対の素子のうち一方をコイル部４１とし、他方を磁性体部４２として示したが、この構成に限られるものではない。例えば、可撓膜７が磁性部材及び導電性部材で形成されていても構わない。この場合は、第一実施形態における２対の素子の他方が不要になり、構成の簡略化を図ることができる。
【００３７】
ここで、上述の第一及び第二実施形態における制御回路部５の配置について記述する。制御回路部５は可撓膜７と抑制板９との間に生じる空間内に配置しても構わない。このような形態を採用することによって、圧力緩衝装置の小型化をはかることができる。
【００３８】
（変形例）
第一及び第二実施形態では、上述する駆動構造として、コイルや磁性体を用いた駆動方式を説明した。この変形例として、圧力調整部６は、駆動信号３２に従って駆動する機械駆動構造を採用することができる。つまり、制御回路部５から出力される駆動信号３２に同期して圧力調整部６を駆動することは、第一及び第二実施形態と同様であり、可撓膜７を強制的に変位させる際に機械的に印圧する構成であってもよい。
【００３９】
（液体噴射ヘッド）
次に、本実施形態に係る圧力緩衝装置１０を搭載した液体噴射ヘッドについて説明する。
図７は、液体噴射ヘッド４０を示す斜視図である。図７に示すように、液体噴射ヘッド４０は、被記録媒体ｓ（図８参照）に対して液体を噴射する噴射部７０と、噴射部７０と液体流入口１との間に介在されて液体流入口１から噴射部７０へ液体の圧力変動を緩衝しながら流通させる圧力緩衝装置１０と、をベース４４、４５上に備える。なお、ベース４４、４５は一体成形とされていても構わない。
【００４０】
制御回路基板８０は、液体噴射装置１００の本体制御部（図８参照）からのピクセルデータ等の信号に基づいてアクチュエータ７３の駆動パルスを生成する制御手段８１と、制御回路基板８０に設けられたサブ基板８２と、を備える。
【００４１】
噴射部７０は、圧力緩衝装置１０に液体流出口３を介して接続された流路基板７１と、主走査方向に並べて配置されたセラミック製のプレート等を有し液体を液滴として被記録媒体ｓへと噴射させるアクチュエータ７３と、アクチュエータ７３と制御回路基板８０とに電気的に接続されアクチュエータ７３の圧電素子に対して駆動信号を伝送するためのフレキシブル配線（不図示）と、を備える。
【００４２】
また、本体部２はベース部材４４に係合されており、さらに液体流入口１に着脱可能かつ水密に取り付けられた接続部９３と液体流出口３に着脱可能かつ水密に取り付けられた噴射部７０の接続部９４とが形成されている。
【００４３】
（液体噴射装置）
図８は、液体噴射装置を示す斜視図である。液体噴射装置１００は、紙等の被記録媒体ｓを搬送する一対の搬送手段２２、７７と、被記録媒体ｓに液体を噴射する液体噴射ヘッド４０と、液体噴射ヘッド４０に液体を供給する液体供給手段５５と、液体噴射ヘッド４０を被記録媒体ｓの搬送方向（主走査方向）と略直交する方向（副走査方向）に走査させる走査手段６００とを備えている。以下、副走査方向をＸ方向、主走査方向をＹ方向、そしてＸ方向およびＹ方向にともに直交する方向をＺ方向として説明する。
【００４４】
一対の搬送手段２２、７７は、それぞれ副走査方向に延びて設けられたグリッドローラ２０、７０と、グリッドローラ２０、７０のそれぞれに平行に延びるピンチローラ２１、７１と、詳細は図示しないがグリッドローラ２０、７０を軸回りに回転動作させるモータ等の駆動機構とを備えている。
【００４５】
液体供給手段５５は、液体が収容された液体収容体５０と、液体収容体５０と液体噴射ヘッド４０とを接続する液体流入口１とを備えている。液体収容体５０は、複数備えられており、具体的には、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４種類の液体が収容された液体タンク５０ｙ、５０ｍ、５０ｃ、５０ｂが並べて設けられている。液体タンク５０ｙ、５０ｍ、５０ｃ、５０ｂのそれぞれにはポンプモーターｍが設けられており、液体を液体流入口１を通じて液体噴射ヘッド４０へ押圧移動できる。液体流入口１は、液体噴射ヘッド４０（キャリッジユニット６２）の動作に対応可能な可撓性を有するフレキシブルホース５１からなる。
【００４６】
走査手段６００は、副走査方向に延びて設けられた一対のガイドレール６０、６１と、一対のガイドレール６０、６１に沿って摺動可能なキャリッジユニット６２と、キャリッジユニット６２を副走査方向に移動させる駆動機構６３と、を備えている。駆動機構６３は、一対のガイドレール６０、６１の間に配設された一対のプーリ６４、６５と、一対のプーリ６４、６５間に巻回された無端ベルト６６と、一方のプーリ６４を回転駆動させる駆動モータ６７とを備えている。
【００４７】
一対のプーリ６４、６５は、一対のガイドレール６０、６１の両端部間にそれぞれ配設されており、副走査方向に間隔をあけて配置されている。無端ベルト６６は一対のガイドレール６０、６１間に配設されており、この無端ベルトにはキャリッジユニット６２が連結されている。キャリッジユニット６２の基端部６２ａには複数の液体噴射ヘッド４０が搭載されており、具体的には、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４種類の液体に個別に対応する液体噴射ヘッド４０ｙ、４０ｍ、４０ｃ、４０ｂが副走査方向に並んで搭載されている。
【符号の説明】
【００４８】
１    液体流入口
２    本体部
２ａ  凹部
３    液体流出口
４    圧力検出部
５    制御回路部
６    圧力調整部
７    可撓膜
８    圧力緩衝部
９    抑制板
１０  圧力緩衝装置
３１  入力信号
３２  出力信号（逆位相信号）
４１  コイル部
４２  磁性体部
４３  付勢部材
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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