(57)【要約】    【課題】  液体タンクを液体吐出ヘッドよりも下方に配置した状態で両者の間で該液体吐出ヘッド内に負圧を発生させて液体を循環させ、液体循環時のノズルからの液体漏れを防止して液体に含まれる気泡を除去する。    【解決手段】  ノズル面９に形成されたインク吐出ノズル１０からインク７を吐出するプリントヘッド１と、プリントヘッド１内に供給するインク７を蓄えたインクタンク２からプリントヘッド１へインク７を供給するインク供給管路３と、プリントヘッド１からインクタンク２にインク７を戻すインク還流管路４と、インク還流管路４上に配設されプリントヘッド１とインクタンク２との間でインクを循環させる送液ポンプ５と、を備えて成り、インクタンク２をプリントヘッド１よりも下方に配置可能に設け、送液ポンプ５の駆動により負圧を発生させて両者の間でインク７を循環させるものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズル面に形成された複数の液体吐出ノズルから所定の液体を吐出する液体吐出ヘッドと、
この液体吐出ヘッド内の液室に供給する液体を蓄えた液体タンクから上記液体吐出ヘッドへ液体を供給する液体供給管路と、
上記液体吐出ヘッドから上記液体タンクに液体を戻す液体還流管路と、
この液体還流管路上に配設され上記液体吐出ヘッドと上記液体タンクとの間で液体を循環させるための液体循環手段と、を備えて成り、
上記液体タンクを上記液体吐出ヘッドの液体吐出ノズルよりも下方に配置可能に設け、
上記液体循環手段の駆動により上記液体吐出ヘッド内に負圧を発生させて、該液体吐出ヘッドと上記液体タンクとの間で液体を循環させることを特徴とする液体吐出装置。
【請求項２】
上記液体吐出ヘッドは、液体吐出装置本体に対して着脱可能に設けられていることを特徴とする請求項１記載の液体吐出装置。
【請求項３】
上記液体還流管路の途中に、所定の液体を蓄えた補充用液体タンクを接続し、この補充用液体タンク内の液体を上記液体循環手段により上記液体タンクに供給するようにしたことを特徴とする請求項１記載の液体吐出装置。
【請求項４】
上記液体循環手段は、送液ポンプであることを特徴とする請求項１記載の液体吐出装置。
【請求項５】
上記液体循環手段の駆動は、上記液体吐出ヘッドの各液体吐出ノズル内に形成される液体のメニスカスが維持される範囲内の負圧を発生させることを特徴とする請求項１記載の液体吐出装置。
【請求項６】
上記液体循環手段の内部には、該液体循環手段側から上記液体吐出ヘッド側への液体の逆流を防止する弁機構を設けたことを特徴とする請求項１記載の液体吐出装置。
【請求項７】
上記液体還流管路上には、該液体循環手段側から上記液体吐出ヘッド側への液体の逆流を防止する弁機構を設けたことを特徴とする請求項１又は３記載の液体吐出装置。
【請求項８】
上記液体吐出ヘッドは、その一方の端部に液体供給口を備え、他方の端部に液体排出口を備えたことを特徴とする請求項１記載の液体吐出装置。
【請求項９】
上記液体吐出ヘッドは、その略中央部に液体供給口を備え、両端部に液体排出口を備えたことを特徴とする請求項１記載の液体吐出装置。
【請求項１０】
上記液体吐出ヘッドの液体排出口と上記液体タンクの液体還流口との間に、上記液体吐出ヘッドと上記液体タンクの間で循環する液体中に混入した異物を濾過するフィルタを設けたことを特徴とする請求項１記載の液体吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体吐出ヘッドに形成された複数の液体吐出ノズルから所定の液体を対象物に吐出する液体吐出装置に関し、詳しくは、液体タンクを液体吐出ヘッドの液体吐出ノズルよりも下方に配置した状態で両者の間で該液体吐出ヘッド内に負圧を発生させて液体を循環させることによって、液体循環時のノズルからの液体漏れを防止して液体に含まれる気泡を除去しようとする液体吐出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の液体吐出装置、例えばインクジェット方式のインクジェットプリンタは、プリントヘッド内の液室に設置された発熱素子や圧電素子などの吐出駆動手段にエネルギーを付与して、上記液室内のインク（所定の液体）をインク吐出ノズルからインク滴として吐出し、記録紙に付着させて印画を行うもので、装置単価が安いと共に、ランニングコストが低く、高画質且つ小型であることから、一般に広く普及している。
【０００３】
そして、上記インクジェットプリンタは、ノズル面に形成された複数のインク吐出ノズルからインクを吐出するプリントヘッドと、このプリントヘッド内の液室に供給するインクを蓄えたインクタンクと、このインクタンクから上記プリントヘッドへインクを供給するインク供給管路と、上記プリントヘッドからインクタンクにインクを戻すインク還流管路と、上記プリントヘッドとインクタンクとの間でインクを循環させるための送液ポンプとを備えて成る。
【０００４】
このようなインクジェットプリンタにおいては、プリントヘッドのインク吐出ノズルから例えばピコリットルオーダーのインク滴を安定して吐出させる必要があるが、上記インク吐出ノズルが微細な孔径に形成されているので、様々な要因によりインクの吐出不良が生じて印画品質が低下することがあった。このような要因の一つとして、プリントヘッド内及びその近傍に混入する気泡がある。そして、インク供給管路内や液室内に気泡が混入すると、インク吐出ノズルから安定したインクの吐出ができないばかりか、インク不吐出を起こして印画不能に陥る場合がある。
【０００５】
上記プリントヘッド内及びその近傍への気泡の混入原因としては、該プリントヘッドに対して着脱可能とされたインクタンクを交換する際にその着脱口に入る空気の巻き込み、温度や圧力の変化によるインク中の溶存空気の析出、印画中又は印画停止中の振動や衝撃によるインク吐出ノズルからの気泡の混入、インクタンクとプリントヘッドとの間のインク流路を構成する管路部材からの空気の浸透などがある。
【０００６】
このようにして混入した気泡を除去するために、従来は、インクタンクとプリントヘッドとの間でインクを循環させることによって、プリントヘッド内の気泡を除去するようにしていた。例えば、インクタンクからのインク供給路及びプリントヘッドの液室内のインクを循環させるための循環ポンプをインク供給路上に設け、上記インクタンクとプリントヘッドとの間でインクを循環させ、且つ上記プリントヘッドの吐出口面に対して該吐出口面を密閉可能なヘッドキャップを当接し、このヘッドキャップ内を減圧してインクを吸引するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１０−１３８５１５号公報（第４頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記従来の液体吐出装置においては、循環ポンプによりプリントヘッドに対して正圧を与えながらインクを循環させるものであり、このインク循環の際にプリントヘッドのインク吐出ノズルからはインクが漏れ出ることがあった。したがって、ノズル周辺が漏れ出たインクで汚れることがあった。また、記録紙（例えばＡ４判）の一辺の幅にわたってノズル部材が長尺に形成されたフルラインタイプのプリントヘッドにおいては、ノズル数が多数となるので、循環時にインク吐出ノズルから押し出されるインク量が多くなって、インクが無駄に消費されて不経済であった。
【０００８】
さらに、インク循環の際にノズルから漏れ出たインクに対応する手段が必要となるものであった。そのため、従来例では、プリントヘッドの吐出口面にヘッドキャップを当接し、該ヘッドキャップで漏れ出たインクを吸引するようになっていた。これに対処して、漏れ出たインクを再利用するためのインク循環系を設けることも考えられるが、装置が大型化してコストアップとなる。
【０００９】
そこで、本発明は、このような問題点に対処し、液体タンクを液体吐出ヘッドの液体吐出ノズルよりも下方に配置した状態で両者の間で該液体吐出ヘッド内に負圧を発生させて液体を循環させることによって、液体循環時のノズルからの液体漏れを防止して液体に含まれる気泡を除去する液体吐出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明による液体吐出装置は、ノズル面に形成された複数の液体吐出ノズルから所定の液体を吐出する液体吐出ヘッドと、この液体吐出ヘッド内の液室に供給する液体を蓄えた液体タンクから上記液体吐出ヘッドへ液体を供給する液体供給管路と、上記液体吐出ヘッドから上記液体タンクに液体を戻す液体還流管路と、この液体還流管路上に配設され上記液体吐出ヘッドと上記液体タンクとの間で液体を循環させるための液体循環手段と、を備えて成り、上記液体タンクを上記液体吐出ヘッドの液体吐出ノズルよりも下方に配置可能に設け、上記液体循環手段の駆動により上記液体吐出ヘッド内に負圧を発生させて、該液体吐出ヘッドと上記液体タンクとの間で液体を循環させるものである。
【００１１】
また、上記液体還流管路の途中に、所定の液体を蓄えた補充用液体タンクを接続し、この補充用液体タンク内の液体を上記液体循環手段により液体タンクに供給するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に係る液体吐出装置によれば、ノズル面に形成された複数の液体吐出ノズルから所定の液体を吐出する液体吐出ヘッド内の液室に供給する液体を液体タンクで蓄えておき、この液体タンクから液体供給管路で上記液体吐出ヘッドへ液体を供給し、この液体吐出ヘッドから液体還流管路で液体タンクに液体を戻し、上記液体タンクを液体吐出ヘッドの液体吐出ノズルよりも下方に配置可能に設け、上記液体還流管路上に配設された液体循環手段の駆動により液体吐出ヘッド内に負圧を発生させて、該液体吐出ヘッドと液体タンクとの間で液体を循環させることができる。したがって、液体吐出ヘッド内に正圧を発生させて液体をノズルから押し出すことなく、液体循環時のノズルからの液体漏れを防止して液体に含まれる気泡を除去することができる。これにより、ノズル周辺が液体で汚れるのを防止すると共に、液体吐出性能を向上することができる。また、液体が無駄に消費されるのを防止できる。さらに、ノズルから漏れ出る液体に対応する手段が必要なく、装置の小型化、コスト低下を図ることができる。さらにまた、液体還流管路上に液体吐出ヘッド内に負圧を発生させる手段を特別に設けなくてよいので、液体タンクと液体吐出ヘッドとの間を循環する液体の流路抵抗が小さくなり、該液体吐出ヘッド内の液体の流量を確保することができる。
【００１３】
また、請求項２に係る発明によれば、上記液体吐出ヘッドは、液体吐出装置本体に対して着脱可能に設けられていることにより、該液体吐出ヘッドを液体吐出装置から取り外すことができる。したがって、液体吐出ヘッドのメンテナンスを容易に行うことができる。
【００１４】
また、請求項３に係る発明によれば、上記液体還流管路の途中に、所定の液体を蓄えた補充用液体タンクを接続し、この補充用液体タンク内の液体を上記液体循環手段により上記液体タンクに供給するようにしたことにより、補充用液体タンクを任意の位置に配置することができる。したがって、設計の自由度が高くなり、補充用の液体タンクを大容量のものとすることができる。
【００１５】
さらに、請求項４に係る発明によれば、上記液体循環手段は、送液ポンプであることにより、簡単な構成により液体吐出ヘッドと液体タンクとの間で液体を循環させることができる。
【００１６】
ここで、請求項５に係る発明によれば、上記液体循環手段の駆動は、上記液体吐出ヘッドの各液体吐出ノズル内に形成される液体のメニスカスが維持される範囲内の負圧を発生させることにより、各液体吐出ノズル内のメニスカスが破壊されることはなく、ノズルから気泡が混入するのを防止できる。
【００１７】
また、請求項６に係る発明によれば、液体循環手段の内部に、該液体循環手段側から上記液体吐出ヘッド側への液体の逆流を防止する弁機構を設けることにより、液体吐出ヘッドの動作待機中又は液体タンクを外したときなどにおいて、圧力差により液体吐出ノズルから液体が漏れ出るのを防止できる。
【００１８】
さらに、請求項７に係る発明によれば、上記液体還流管路上には、該液体循環手段側から上記液体吐出ヘッド側への液体の逆流を防止する弁機構を設けることにより、液体吐出ヘッドの動作待機中又は液体タンクを外したときなどにおいて、圧力差により液体吐出ノズルから液体が漏れ出るのを防止できる。
【００１９】
さらにまた、請求項８に係る発明によれば、液体吐出ヘッドは、その一方の端部に液体供給口を備え、他方の端部に液体排出口を備えたことにより、構造を簡単として部品点数を減らし、組立工数を減らすことができる。また、液体循環時の液体吐出ヘッドの長さ方向における左右の流量バランスが損なわれることなく、安定して液体を循環させることができる。
【００２０】
また、請求項９に係る発明によれば、液体吐出ヘッドは、その略中央部に液体供給口を備え、両端部に液体排出口を備えたことにより、液体吐出ヘッドの長さ方向においてその中央部から両端部までの動負圧損が殆どなく、安定して液体を循環させることができる。
【００２１】
そして、請求項１０に係る発明によれば、上記液体吐出ヘッドの液体排出口と上記液体タンクの液体還流口との間に、上記液体吐出ヘッドと上記液体タンクの間で循環する液体中に混入した異物を濾過するフィルタを設けたことにより、上記液体吐出ノズル内に形成される液体のメニスカスが維持される範囲内の負圧で液体を循環して該液体中に混入した異物を濾過することができる。したがって、上記フィルタがエアーロックした場合でも、液体の循環により該フィルタのエアーロックを回復すると共に、液体吐出ノズルから空気を引き込まないようにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明による液体吐出装置の一例としてのインクジェットプリンタの実施形態を示す概要図である。このインクジェットプリンタは、吐出対象物である記録紙にインク滴を吐出する装置となるもので、プリントヘッド１と、インクタンク２と、インク供給管路３と、インク還流管路４と、送液ポンプ５と、フィルタ６とを備えて成る。
【００２３】
上記プリントヘッド１は、記録紙にインク（所定の液体）を吐出する液体吐出ヘッドとなるもので、内部に吐出すべきインク７を収容する共通液室８が構成されており、ノズル面を構成する薄板状のノズル部材９には、多数のインク吐出ノズル１０が列状に形成されている。ここでは、一例として記録紙（例えばＡ４判）の一辺の幅にわたってノズル部材９が長尺に形成されたフルラインタイプのプリントヘッド１を示しており、その上面の一方の端部にインク供給口１１を備え、他方の端部にはインク排出口１２を備えている。そして、一方のインク供給口１１に後述のインク供給管路３に接続するためのジョイント１３が取り付けられており、他方のインク排出口１２には後述のインク還流管路４に接続するためのジョイント１４が取り付けられている。これにより、プリントヘッド１は、インクジェットプリンタ本体に対して着脱可能とされている。すなわち、上記ジョイント１３をインク供給管路３から取り外すと共に、上記ジョイント１４をインク還流管路４から取り外すことによって、プリントヘッド１をインクジェットプリンタ本体から取り外すことができる。したがって、プリントヘッド１のメンテナンスを容易に行うことができる。このようなプリントヘッド１のノズル部材９の下面は、ヘッドキャップ１５で閉じられており、各インク吐出ノズル１０のインクが乾燥して目詰まりするのを防いでいる。
【００２４】
このプリントヘッド１の各インク吐出ノズル１０の下方に、インクタンク２が配置可能に設けられている。このインクタンク２は、上記プリントヘッド１内の共通液室８に供給するインク７を蓄える液体タンクとなるもので、所定の容積の箱状に形成されており、天板に大気連通孔１６が穿設されている。また、図１に示すインクタンク２の左側壁の底板近傍にはインク流出口１７が形成されると共に、該インクタンク２の右側壁の天板近傍にはインク還流口１８が形成されている。そして、これらのインク流出口１７及びインク還流口１８を、後述のインク供給管路３又はインク還流管路４との接続口として、上記インクタンク２がプリントヘッド１に対して着脱可能とされている。したがって、インクタンク２がプリントヘッド１に対して着脱可能とされていることにより、インクの消費に応じてインクタンク２を交換することができる。したがって、ヘッドカートリッジを繰り返し使用することができる。
【００２５】
上記インクタンク２のインク流出口１７と、プリントヘッド１のインク供給口１１に取り付けられたジョイント１３との間には、インク供給管路３が接続されている。このインク供給管路３は、上記インクタンク２からプリントヘッド１へとインク７を供給する液体供給管路となるもので、例えば柔軟性を有する樹脂チューブ、或いはステンレスなどの金属パイプから成る。
【００２６】
また、上記プリントヘッド１のインク排出口１２に取り付けられたジョイント１４と、インクタンク２のインク還流口１８との間には、インク還流管路４が接続されている。このインク還流管路４は、上記プリントヘッド１からインクタンク２にインク７を戻す液体還流管路となるもので、例えば柔軟性を有する樹脂チューブ、或いはステンレスなどの金属パイプから成る。
【００２７】
さらに、上記インク還流管路４の途中には、送液ポンプ５が設けられている。この送液ポンプ５は、上記プリントヘッド１とインクタンク２との間でインク７を循環させるための液体循環手段となるもので、例えばチューブポンプ、ダイアフラムポンプ又はピストンポンプなどから成り、仕様に応じて適当なものを選べばよい。そして、上記インクタンク２とインク供給管路３とプリントヘッド１とインク還流管路４と送液ポンプ５とで、図１において矢印で示す方向にインク７が循環するインク循環系を構成している。
【００２８】
この場合、図１の実施形態では、上記インクタンク２をプリントヘッド１のインク吐出ノズル１０よりも下方に配置しているので、インクタンク２内のインク７の液面とプリントヘッド１のノズル部材９との高さの差Ｈにより、ノズル部材９のインク吐出ノズル１０にはインクタンク２からの負の水頭圧が常にかかる。したがって、この負の水頭圧の作用により、プリントヘッド１の共通液室８内に収容されたインク７が各インク吐出ノズル１０から自然に流れ出るのを防止することができる。また、インク吐出ノズル１０には毛細管力が働くため、負圧によって各インク吐出ノズル１０から空気を引き込んでしまうこともない。
【００２９】
さらにまた、インクタンク２をプリントヘッド１よりも下方に配置することにより、該プリントヘッド１に発生する負の水頭圧を利用することによって、インク還流管路４上にプリントヘッド１内に負圧を発生させる手段を特別に設けなくてよい。これにより、インクタンク２とプリントヘッド１との間を循環するインク７の流路抵抗が小さくなり、該プリントヘッド１内のインク７の流量を確保することができる。したがって、いわゆるフルラインタイプのプリントヘッド１が記録紙に印刷するときに、多数個のインク吐出ノズル１０から短時間に大量のインクが吐出された場合でも、プリントヘッド１内には大量のインク７が供給されるので、フルラインタイプのインクジェットプリンタにも好適である。
【００３０】
そして、上記送液ポンプ５とインクタンク１のインク還流口１８との間には、フィルタ６が設けられている。このフィルタ６は、上記プリントヘッド１とインクタンク２の間で循環するインク７中に混入した異物を濾過する手段となるものであって、例えばステンレスの細い繊維を細かく編みこんだ金属製のメッシュフィルタが使用されている。具体的には、インク吐出ノズル１０が目詰まりしないように、上記フィルタ６にはノズル径よりも小さな網目が形成されており、実施例では濾過精度１０μｍ程度とされている。
【００３１】
ここで、インク７中に混入した異物を濾過するためには、上記フィルタ６をプリントヘッド１の共通液室８の直前の位置に配置するのが理想的であるが、この位置ではフィルタ６がエアーロックした場合に、インク７が循環しなくなるという問題が発生するので好ましくない。エアーロックとは、フィルタ６内に空気が入ったとき、メッシュの網目にインク７のメニスカスが形成され、その表面張力よりも大きな圧力をかけないとメニスカスが破れず、インク７が循環しなくなるという現象である。実施例のフィルタ６においては、インク７のメニスカスを破るための圧力は実測で水頭圧８００〜９００ｍｍであり、一旦フィルタ６がエアーロックすると、上記の水頭圧以上の圧力を加えないとインク７は流れなくなる。
【００３２】
そのため、図示省略したが、上記フィルタ６を例えばプリントヘッド１のインク供給口１１の直前の位置に配置した場合においては、該フィルタ６のエアーロックを回復するために上記の水頭圧以上の圧力を加えてインク７を循環させようとすると、フィルタ６よりもプリントヘッド１のインク吐出ノズル１０の方がメニスカスの保持力が弱いため、該インク吐出ノズル１０のメニスカスが破壊されて空気を引き込んでしまい、インク７を循環することが出来なくなる。このとき、例えばヘッドキャップ１５が完全密閉な状態であれば、インク吐出ノズル１０からの空気の引き込みは最小限で済むので、フィルタ６のメニスカスを破壊してエアーロックを回復することが可能である。しかし、実際には、ヘッドキャップ１５には、プリントヘッド１のノズル部材９を覆うときにインク吐出ノズル１０内に空気を押し込まないようにするための空気抜き用の小さな穴が設けられており、完全密閉にはなっていないため、インク循環時にインク吐出ノズル１０から空気を引き込むことになるのである。
【００３３】
したがって、本発明においては、上述したように、送液ポンプ５とインクタンク１のインク還流口１８との間にフィルタ６が設けられている。これにより、プリントヘッド１のインク吐出ノズル１０内に形成されるインク７のメニスカスが維持される範囲内の負圧でインク７を循環して、該インク７中に混入したゴミや増粘固化したインクなどの異物を濾過することができる。これにより、上記フィルタ６がエアーロックした場合において、送液ポンプ５でインク７を循環させたときにも、該フィルタ６のエアーロックを回復すると共に、プリントヘッド１の各インク吐出ノズル１０から空気を引き込まないようにすることができる。なお、上記フィルタ６を配置する位置は、上述の位置に限られず、プリントヘッド１のインク排出口１２に接続されたジョイント１４と、インクタンク１のインク還流口１８との間の位置であれば、どこでもよい。この範囲内にフィルタ６を設置し、かつ送液ポンプ５の圧力を適正な範囲とすることで、フィルタ６のエアーロックを回復すると共に、インク吐出ノズル１０から空気を引き込まないようにすることができる。
【００３４】
次に、このように構成されたインクジェットプリンタにおいて、インク７に含まれる気泡１９を除去するためのインク循環の動作について、図１を参照して説明する。このようなインク循環の動作は、インクジェットプリンタの起動時（電源投入時）、印画開始前、又は記録紙を所定の枚数印画するごと、或いは所定時間経過ごと、などに実行される。
【００３５】
まず、前記インク還流管路４の途中に設けられた送液ポンプ５を駆動する。すると、インク還流管路４内のインク７が矢印Ａのように吸引されて、プリントヘッド１の他方の端部のインク排出口１２から該プリントヘッド１内のインク７も矢印Ｂのように吸引されて送液ポンプ５に向かって流れる。そして、この送液ポンプ５の駆動により、フィルタ６を通ったインク７がインク還流口１８からインクタンク２内に送られる。これにより、プリントヘッド１のインク排出口１２からインク還流管路４を介して、インクタンク２に向けてインク７が流れ始める。
【００３６】
次に、このようにしてプリントヘッド１内からインク７が流れ出ることにより、共通液室８内の圧力が下がる。すると、インクタンク２内のインク７が矢印Ｃのようにインク供給管路３内を流れて、一方のインク供給口１１に取り付けられたジョイント１３を介してプリントヘッド１内へ流れ込む。これにより、上記送液ポンプ５の駆動により、プリントヘッド１内のインク７が矢印Ａのように吸引されて矢印Ｂのようにインクタンク２へ流れ、インクタンク２内のインク７が矢印Ｃのようにプリントヘッド１へ流れて、プリントヘッド１とインクタンク２との間でインク７が循環する。
【００３７】
このとき、プリントヘッド１内では、そのインク供給口１１からインク排出口１２に向けて流れるインク循環となるので、該プリントヘッド１の共通液室８内に存在する気泡１９がインク排出口１２からインク還流管路４内へ追いやられ、送液ポンプ５及びフィルタ６を介してインク還流口１８からインクタンク２内に入り、天板に穿設された大気連通孔１６から空気中に放出される。これにより、循環するインク７に含まれる気泡１９が除去される。
【００３８】
この場合のインク循環は、送液ポンプ５の駆動によりプリントヘッド１内のインク７を吸引する負圧方式であるので、従来のプリントヘッド内にインクを注入する正圧方式とは異なり、上記プリントヘッド１のインク吐出ノズル１０からインク７が漏れ出ることはない。したがって、ノズル周辺がインク７で汚れるのを防止できると共に、インク７が無駄に消費されるのを防止できる。また、ノズルから漏れ出るインク７に対応する手段が必要なく、装置の小型化、コスト低下を図ることができる。
【００３９】
ここで、本発明による負圧方式のインク循環においては、送液ポンプ５の駆動によるインク７の吸引圧力が強すぎると、プリントヘッド１のインク吐出ノズル１０から空気を引き込んで気泡１９が混入し、逆にインク吐出不良の原因を作ってしまうことがある。そこで、送液ポンプ５の駆動は、プリントヘッド１の各インク吐出ノズル１０内に形成されるインクのメニスカスが維持される範囲内の負圧を発生させるものとすればよい。
【００４０】
一般的に、あるノズル面積を有するノズル内に液体を張った際に、そのノズル内のメニスカスが保持される圧力Ｐは、
Ｐ＝液体の表面張力×ノズル周長×cos(液体のノズル内壁への接触角)÷ノズル面積
で表される。いま、インク７の表面張力をγ、インク７のノズル内壁への接触角をθ、ノズル径をｄとすると、プリントヘッド１のインク吐出ノズル１０内のメニスカスが保持される圧力Ｐは、
Ｐ＝４γcosθ／ｄ
となる。
【００４１】
例えば、一実施例として、ノズル径ｄを１７μmとし、インク７の表面張力γを３０mN/mとし、接触角θを５°程度とすると、メニスカスが保持される圧力Ｐは、約740mmH2Oとなる。この場合は、インク吐出ノズル１０内のメニスカスにおいて、送液ポンプ５の駆動による負圧が約740mmH2O以下であるならば、そのメニスカスが引き込まれず、気泡１９がプリントヘッド１内に混入することはない。
【００４２】
もし、送液ポンプ５の駆動による負圧が約740mmH2Oを超えていても、図１において、送液ポンプ５からプリントヘッド１のインク吐出ノズル１０までのインク経路の流路抵抗による圧力損失により、上記インク吐出ノズル１０においてメニスカスの保持圧力を超えなければ、そのメニスカスが壊れることはなく、気泡１９がプリントヘッド１内に混入することはない。
【００４３】
図２は、本発明のインクジェットプリンタを用いてプリントヘッド１の各インク吐出ノズル１０からインク７を吐出し印画する状態におけるインクの流れを示す説明図である。印画の際は、ヘッドキャップ１５（図1参照）が開いて、プリントヘッド１のノズル部材９の下面が露出した状態となる。図１で説明した送液ポンプ５の動作により、インクタンク２からインク供給管路３を介してプリントヘッド１へインク７が矢印Ｃのように供給され、個々のインク吐出ノズル１０に対応する液室に設置された発熱素子や圧電素子などの吐出駆動手段の駆動により、各インク吐出ノズル１０からインク滴２０，２０，…として吐出し、記録紙に付着させて印画を行う。このとき、プリントヘッド１のインク吐出ノズル１０からインク滴２０を吐出する度に、プリントヘッド１の共通液室８内の圧力が下がり、インクタンク２内のインク７が矢印Ｃのようにインク供給管路３内を流れて、プリントヘッド１内へ流れ込む。
【００４４】
図２に示す印画動作において、送液ポンプ５側からインク還流管路４を介してプリントヘッド１側にインク７が逆流しないようにするため、上記送液ポンプ５内にはインクの逆流を防止する弁機構、例えば逆止弁を備えている。なお、送液ポンプ５内に逆止弁を備えていない場合は、図示省略したが、送液ポンプ５とプリントヘッド１との間のインク還流管路４上に逆止弁を設ければよい。この逆流防止の弁機構は、電磁弁などを使用してもよいし、管路内のインク７の圧力に応じて受動的な開閉動作をするメカニカル弁、例えばいわゆるダックビル弁などを使用してもよい。
【００４５】
なお、上記の逆流防止の弁機構は、特に、インクタンク２を外したときにおいて必要である。印画待機中は、インクタンク２とプリントヘッド１との高さの差Ｈによりプリントヘッド１のインク吐出ノズル１０には負の水頭圧が常にかかっているのでインク７が漏れ出ることはないが、インクタンク２を外したときは、該インクタンク２への接続口（インク還流口１８の部位）は大気に開放されて大気圧がかかるため、上記逆流防止の弁機構がない限り、プリントヘッド１のインク吐出ノズル１０からインク７が漏れ出ることになるからである。
【００４６】
図３は、本発明によるインクジェットプリンタの第２の実施形態を示す概要図である。この実施形態は、図１に示すインクジェットプリンタにおいて、インク還流管路４の途中に設けられたインク補充管路３６に、所定のインク７を蓄えた補充用液体タンク２１を接続し、この補充用液体タンク２１内のインク７を上記送液ポンプ５によりインク補充管路３６を介してインクタンク２２に供給するようにしたものである。この補充用インクタンク２１は、インクタンク２２に補充するためのインク７を蓄える液体タンクとなるものであって、気密性の高いインク収容袋２１ａ内にインク７を収容すると共に、その外側は樹脂の筐体でできている。また、補充用インクタンク２１を接続する接続部２３はニードル方式であり、補充用インクタンク２１側はゴムのシールになっていて、これに中空の針を刺し込むことで外部と連通されるようになっている。
【００４７】
そして、補充用インクタンク２１の接続部２３の直後にてインク補充管路３の途中には、逆止弁２４及び第１のバルブ２５が設けられている。この逆止弁２４は、補充用インクタンク２１を抜き取った際に、インク７がこぼれないようにするためのものである。また、第１のバルブ２５は、電磁バルブであり、実施例では、常時は閉じており電流を流すと開くタイプのものが使用される。逆に、常時は開いており、電流を流すと閉じるタイプも使用可能である。なお、上記補充用インクタンク２１は、該補充用インクタンク２１を抜き取る際に、必ず第１のバルブ２５が閉じていれば、省くことができる。
【００４８】
また、上記インクタンク２２は、所定の容積の箱状に形成されており、全体が樹脂で成型され、その上部に大気連通孔２６が穿設されている。このインクタンク２２の左側壁の底板近傍にはインク流出口２７が形成されると共に、その右側壁の天板近傍にはインク還流口２８が形成されている。そして、このインク流出口２７は、上記インク供給管路３を介してジョイント１３及びプリントヘッド１のインク供給口１１に接続されている。また、インク還流口２８は、上記インク還流管路４を介してジョイント１４及びプリントヘッド１のインク排出口１２に接続されており、該インク還流管路４の途中には上記送液ポンプ５及びフィルタ６が設けられると共に、第２のバルブ２９が設けられている。この第２のバルブ２９は、第１のバルブ２５と同様に、電磁バルブであり、実施例では、常時は閉じており電流を流すと開くタイプのものが使用される。さらに、上記インクタンク２２の内部には、インク７の残量を検知するための電極３０を備えており、本例では３レベルの検出が出来る。電極３０が４本有り、図中最も長いものがコモン電極、他が３つのレベルに対応した電極である。コモン電極と他の３つの電極の間に電流が流れるかどうかでインク７の液面のレベルを判断することができる。
【００４９】
このインクタンク２２は、図３に示すように、プリントヘッド１のインク吐出ノズル１０よりも下方に配置されているので、インクタンク２２内のインク７の液面とプリントヘッド１のノズル部材９との高さの差Ｈにより、ノズル部材９のインク吐出ノズル１０にはインクタンク２２からの負の水頭圧が常にかかる。したがって、この負の水頭圧の作用により、プリントヘッド１の共通液室８内に収容されたインク７が各インク吐出ノズル１０から自然に流れ出るのを防止することができる。また、インク吐出ノズル１０には毛細管力が働くため、負圧によって各インク吐出ノズル１０から空気を引き込んでしまうこともない。この場合は、補充用液体タンク２１を任意の位置に配置することができる。したがって、設計の自由度が高くなり、補充用の液体タンク２１を大容量のものとすることができる。
【００５０】
次に、このように構成されたインクジェットプリンタの動作について図３を参照して説明する。ここで、このインクジェットプリンタの使用開始初期には、プリントヘッド１及びインク供給管路３、インクタンク２２、送液ポンプ５、インク還流管路４に、インク７は充填されていない。この状態で、補充用インクタンク２１を接続部２３に装着する。色数は様々なケースがあるが、本実施例ではイエロー（Y）、マゼンタ（M）、シアン（C）、ブラック（K）の4色のインクが用いられる。以下、１色分の説明とする。
【００５１】
まず、動作開始時は、第１のバルブ２５を開き、送液ポンプ５を駆動して補充用インクタンク２１からインクタンク２２にインク７を移送する。インクタンク２２内に供給されたインク７の液面のレベルは電極３０によって検出でき、本実施例では最も短い電極とコモン電極との間でインク７が検知されると同時に送液ポンプ５を停止し、第１のバルブ２５を閉じてインクの供給を停止する。
【００５２】
次に、第２のバルブ２９を開けて送液ポンプ５を駆動してインク７を循環させる。インクタンク２２内のインク７の液面が鎖線で示すレベルＬまで低下したときに、送液ポンプ５を停止する。このインク７の液面のレベルＬは、インクタンク２２内のインク７がインク供給管路３を介してプリントヘッド１内に供給され、さらにインク還流管路４を介して送液ポンプ５までインク７が充填されるような位置に設定しておく。これにより、プリントヘッド１の共通液室８内に存在する気泡１９がインク還流管路４内へ追いやられ、送液ポンプ５及びフィルタ６を介してインクタンク２内に入り、大気連通孔１６から空気中に放出されるので、インク７に含まれる気泡１９が除去される。このとき、プリントヘッド１には、インクタンク２２のインク７の液面からインク吐出ノズル１０までの高さＨに相当する負の水頭圧がかかっている。上記動作が終了したところで印刷可能となる。
【００５３】
印画の際は、図示省略したが、ヘッドキャップ１５を開き、プリントヘッド１の各インク吐出ノズル１０からインク滴を吐出する。このまま印刷を続けると、プリントヘッド１内の共通液室８内の圧力が下がるので、インクタンク２２内のインク７がインク供給管路３内を流れて、プリントヘッド１内へ流れ込む。これにより、インクタンク２２内のインク７は減っていき、ある時点で電極３０がインク７を検知しなくなる。なお、本実施例においては、電極３０によるインク７の液面の検知は１枚印刷を終了する毎に行う。
【００５４】
上記電極３０がインク７を検知しなくなった時点で、上述したように、第１のバルブ２５を開くと共に第２のバルブ２９を閉じ、さらに送液ポンプ５を駆動する。これにより、補充用インクタンク２１からインクタンク２２へとインク７が補充され、インクタンク２２内のインク７の液面が所定位置に達したところで送液ポンプ５を止め、第１のバルブ２５を閉じる。そして、再び印画動作を開始する。さらに、上述の動作を繰り返すことにより、補充用インクタンク２１内にインク７が無くなると、該補充用インクタンク２１を新しいものと交換することになる。補充用インクタンク２１内のインク７の残量は、インクタンク２２に何回インクが補充されたかで把握することが出来る。また、インク循環の動作は、インクジェットプリンタの起動時（電源投入時）、印画開始前、又は記録紙を所定の枚数印画するごと、或いは所定時間経過ごと、などに実行される。これにより、循環するインク７に含まれる気泡１９が除去される。
【００５５】
図４は、本発明によるインクジェットプリンタの第３の実施形態を示す概要図である。この実施形態は、図３に示すインクジェットプリンタにおいて、プリントヘッド３１は、その上面の略中央部にインク供給口３２を備え、両端部にインク排出口３３を備えたものである。図１〜図３に示す実施例のように、プリントヘッド１の上面の一方の端部にインク供給口１１を備え、他方の端部にはインク排出口１２を備えている場合には、印刷時に共通液室８内での圧力損失の影響によりインク排出口１２側の負圧がインク供給口１１側よりも大きくなり、印刷濃度が下がるという問題が発生する可能性がある。しかし、図４に示す場合には、インク供給口３２を共通液室８の中央部に配置することで、上記のような圧力損失をほぼ半分に減らすことが出来る。図４に示すように、プリントヘッド３１の略中央部のインク供給口３２へとインク７を供給する供給配管３４は、インク供給管路３に接続するためのジョイント１３に接続されており、左右両端の２箇所のインク排出口３３，３３からインク７を排出する排出配管３５は、合流してインク還流管路４に接続するためのジョイント１４に接続されている。プリントヘッド３１の左右両側の流路抵抗が均等になるように、共通液室８の長さや太さなどを調節して、インク７を循環するときに左右均等なインク流量が得られるようにするのが好ましい。
【００５６】
次に、このように構成されたインクジェットプリンタにおいて、インク循環の動作について説明する。まず、インク還流管路４の途中に設けられた送液ポンプ５を駆動する。すると、インク還流管路４内のインク７が矢印Ａのように吸引されて、プリントヘッド３１の両端部のインク排出口３３，３３から該プリントヘッド３１内のインク７が矢印Ｂのように吸引されて送液ポンプ５に向かって流れ、この送液ポンプ５を介してインクタンク２内にインク７が送られる。次に、このようにしてプリントヘッド３１内からインク７が流れ出ることにより、共通液室８内の圧力が下がる。すると、インクタンク２２内のインク７が矢印Ｃのようインク供給管路３内を流れ、矢印Ｄのように供給配管３４内を流れて中央部のインク供給口３２から矢印Ｅのようにプリントヘッド３１内へ流れ込む。これにより、上記送液ポンプ５の駆動により、プリントヘッド３１内のインク７が吸引されて、矢印Ｆ，Ｂのように排出配管３５へ流れて、矢印Ａのようにインク還流管路４へと流れる。したがって、プリントヘッド３１とインクタンク２との間でインク７が循環するようになる。
【００５７】
このとき、プリントヘッド３１内では、その中央部から両端部に向けて流れるインク循環となるので、該プリントヘッド３１内に存在する気泡１９が両端部のインク排出口３３，３３からインク還流管路４内へ追いやられてインクタンク２２内に入り、天板に穿設された大気連通孔１６から空気中に放出される。これにより、インク７に含まれる気泡１９が除去される。なお、以上の説明においては、図４に示すインクジェットプリンタに、インク供給口３２が共通液室８の中央部に配置されたプリントヘッド３１を適用したものとしたが、本発明はこれに限られず、図１に示すインクジェットプリンタに上記プリントヘッド３１を適用してもよい。
【００５８】
また、本発明による液体吐出装置の液体吐出ヘッドは、記録紙の一辺の幅にわたってノズル部材９が長尺に形成されたフルラインタイプのものとしたが、本発明はこれに限られず、ノズル部材９が記録紙の一辺の幅よりも短く形成されて記録紙の幅方向に往復運動するシリアルタイプのものであっても同様に適用できる。
【００５９】
さらに、以上の説明においては、インクジェットプリンタに適用された例について述べたが、本発明はこれに限らず、液体吐出ヘッドの液室に収容された液体を液体吐出ノズルから液滴として吐出するものであればどのようなものでもよい。例えば、記録方式がインクジェット方式のファクシミリ装置や複写機等についても適用可能である。
【００６０】
そして、液体吐出装置の液体吐出ヘッドのノズルから吐出される液体はインクに限られず、液室内の液体を吐出してドット列又はドットを形成するものであれば、他の液体の吐出装置にも適用することができる。例えば、ＤＮＡ鑑定などにおいてＤＮＡ含有溶液をパレット上に吐出するための液体吐出装置や、プリント配線基板の配線パターンを形成するための導電性粒子を含む液体を吐出する液体吐出装置にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明による液体吐出装置の一例としてのインクジェットプリンタの実施形態を示す概要図である。
【図２】上記インクジェットプリンタを構成するプリントヘッドのインク吐出ノズルからインクを吐出する状態におけるインクの流れを示す説明図である。
【図３】上記インクジェットプリンタの第２の実施形態を示す概要図である。
【図４】上記インクジェットプリンタの第３の実施形態を示す概要図である。
【符号の説明】
【００６２】
１…プリントヘッド
２…インクタンク
３…インク供給管路
４…インク還流管路
５…送液ポンプ
６…フィルタ
７…インク
８…共通液室
９…ノズル部材
１０…インク吐出ノズル
１１…インク供給口
１２…インク排出口
１３，１４…ジョイント
１５…キャップ部材
１６…大気連通孔
１７…インク流出口
１８…インク還流口
１９…気泡
２０…インク滴
２１…補充用インクタンク
２２…インクタンク
２３…接続部
２４…逆止弁
２５，２９…バルブ
２６…大気連通孔
２７…インク流出口
２８…インク還流口
３０…電極
３１…プリントヘッド
３２…インク供給口
３３…インク排出口
３４…供給配管
３５…排出配管
【図１】
2005125670.tif 000003
【図２】
2005125670.tif 000004
【図３】
2005125670.tif 000005
【図４】
2005125670.tif 000006