(57)【要約】【課題】  容器内の気体圧力を調整するために設けられた弾性変形部材を用いた圧力調整室において、コンパクトでかつ圧力調整室の機能を最大限に引き出すことが可能な簡単な構造かつ低コストの弾性部材、およびその弾性部材を用いた圧力調整室を有する記録ヘッド、この記録ヘッドを有するインクジェット記録装置を提供する。【解決手段】  容器内の気体圧力を調整する圧力調整室が、気体圧力に応じて容積が変化可能な弾性変形部材を少なくとも一つ有し、この変形部材形状が一つのほぼ円形形状である開口部と外周面に変形前の状態でほぼ平らな２つの面とを有し、この２つの面が開口部と反対側の先端部で曲面部を介してほぼ対称の配置で繋がっている弾性変形部材を用いた圧力調整室において、圧力調整室に連通する空気孔から弾性変形部材のほぼ中央に位置するように姿勢制御リブを設けることを特徴とする圧力調整室。【選択図】  図１
2007245568.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器内の気体圧力を調整する圧力調整室が、気体圧力に応じて容積が変化可能な弾性変形部材を少なくとも一つ有し、前記形状が一つのほぼ円形形状である開口部と外周面に変形前の状態でほぼ平らな２つの面とを有し、前記２つの面が開口部と反対側の先端部で曲面部を介してほぼ対称の配置で繋がっている弾性変形部材を用いた圧力調整室において、
前記圧力調整室に連通する空気孔から弾性変形部材のほぼ中央に位置するように姿勢制御リブを設けることを特徴とする圧力調整室。
【請求項２】
前記姿勢制御リブには前記空気孔から連通する空気導入溝が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の圧力調整室。
【請求項３】
インクを個別に収納する複数のインク収納部が形成されたタンク部と、インク収納部から供給されたインクを吐出して記録を行い、各々が各インク収納部に対応した複数のインク吐出部と、インク収納部内の圧力を調整するように該圧力に応じて容積が変化可能な圧力調整室を前記各インク収納部に対応して複数形成するようにタンク部に取り付けられた複数の弾性変形部とを有する記録ヘッドが有する、形状が一つのほぼ円形形状である開口部と外周面に変形前の状態でほぼ平らな２つの面とを有し、前記２つの面が開口部と反対側の先端部で曲面部を介してほぼ対称の配置で繋がっている弾性変形部において、
この前記に姿勢制御リブを設けることを特徴とする記録ヘッド。
【請求項４】
前記姿勢制御リブには前記空気孔から連通する空気導入溝が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の記録ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクを吐出することで記録を行う記録ヘッド、および記録ヘッドを有するインクジェット記録装置に関し、さらに詳細には、インク吐出動作時にインクジェット記録ヘッド内の液室に発生する負圧の調整に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリンタ等の記録方式のうち、吐出口（ノズル）からインクを吐出させて被記録媒体に文字や画像等を形成するインクジェット記録方式は、低騒音のノンインパクト記録方式で高密度かつ高速の記録動作が可能であるため、近年では広く採用されている。
【０００３】
一般的なインクジェット記録装置は、インクジェット記録ヘッドと、これを搭載するキャリッジを駆動する手段と、被記録媒体を搬送する手段と、これらを制御するための制御手段とを備えている。このように、キャリッジを移動させながら記録動作を行うものをシリアル型という。一方、インクジェット記録ヘッドを移動させずに被記録媒体の搬送のみで記録動作を行うものをライン型という。ライン型のインクジェット記録装置では、インクジェット記録ヘッドは、被記録媒体の幅方向全幅にわたって配列された多数のノズルを有する。
【０００４】
インクジェット記録ヘッドは、ノズルからインク滴を吐出させるために、ノズル内のインクに与える吐出用のエネルギーを発生するエネルギー発生手段を有する。エネルギー発生手段としては、ピエゾ素子等の電気機械変換体素子を用いたもの、発熱抵抗体等の電気熱変換体素子を用いたもの、あるいは電波やレーザ等の電磁波を機械的振動または熱に変換する電磁波機械変換体素子、電磁波熱変換体素子を用いたもの等がある。その中でも、熱エネルギーを利用してインク滴を吐出させる方式は、ノズルを高密度に配列させることができるため高解像度の記録を行うことが可能である。特に、電気熱変換体素子をエネルギー発生素子として用いたインクジェット記録ヘッドは、電気機械変換体素子を用いたものよりも小型化が容易であり、更には、最近の半導体製造分野において進歩と信頼性の向上が著しいＩＣ技術やマイクロ加工技術を応用してその長所を十分に活用することにより、高密度実装化が容易でかつ製造コストを低くできるという利点がある。
【０００５】
インクジェット記録ヘッドへのインクの供給方式としては、インクを収容するインクタンクをインクジェット記録ヘッドと一体としたいわゆるヘッドタンク一体方式、インクタンクとインクジェット記録ヘッドとをチューブで接続したいわゆるチューブ供給方式、および、インクタンクとインクジェット記録ヘッドとを別々に設け、必要に応じてインクジェット記録ヘッドをインクタンクの位置まで移動させて両者を接続し、その間にインクタンクからインクジェット記録ヘッドへインクを供給する、いわゆるピットイン方式がある。
【０００６】
インクタンクの交換頻度を少なくするために、インクタンクの容量を大きくすると、インクタンクの重量が増大するため、シリアル型のインクジェット記録装置においては、キャリッジに加わる重量が増大することを考慮すると、ヘッドタンク一体方式は好ましくない。したがって、大容量のインクタンクを用いるシリアル型のインクジェット記録装置では、チューブ供給方式やピットイン方式を採用する場合が多い。中でも、ピットイン方式はインクの供給中は記録動作を停止させる必要があるため、長時間の連続記録が可能なチューブ供給方式が多く採用される。
【０００７】
以下に、チューブ供給方式のインクジェット記録装置のインク供給系について、図１４を参照して説明する。
【０００８】
図１４に示すインク供給系は、インク３０９を内部に収納するメインタンク３０４と、メインタンク３０４が着脱可能に装着される供給ユニット３０５と、供給チューブ３０６を介して供給ユニット３０５と接続されている記録ヘッド３０１とを有する。
【０００９】
供給ユニット３０５はインク室３０５ｆをその内部に有している。インク室３０５ｆは、大気口３０５ｇにより大気に開放されるとともに、インク室３０５ｆの底部において供給チューブ３０６と接続されている。また、供給ユニット３０５には、それぞれ下端がインク室３０５ｆ内に位置し、かつ上端が供給ユニット３０５の上面から突出している中空のインク供給針３０５ａおよび大気導入針３０５ｂが固定されている。インク供給針３０５ａの下端は、大気導入針３０５ｂの下端よりも低い位置にある。
【００１０】
メインタンク３０４は、メインタンク３０４の内部を密閉するための、ゴム栓等で構成される２つのコネクタ部を底部に有し、メインタンク３０４単独では密閉構造となっている。メインタンク３０４を供給ユニット３０５に装着する際は、インク供給針３０５ａおよび大気導入針３０５ｂがそれぞれコネクタ部を貫通しメインタンク３０４の内部に侵入するように装着する。インク供給針３０５ｂの下端の位置と大気導入針３０５ｂの下端の位置は上記のように設定されているので、メインタンク３０４内のインクはインク供給針３０５ａを介してインク室３０５ｆへ供給され、それによるメインタンク３０４内の圧力の減少分を補うように、大気導入針３０５ｂを介してメインタンク３０４内に大気が導入される。そして、大気導入針３０５ｂの下端がインクに浸かる位置までインク室３０５ｆ内にインクが供給されると、メインタンク３０４内へ大気が導入されなくなるので、メインタンク３０４からインク室３０５ｆへのインクの供給が停止する。
【００１１】
記録ヘッド３０１は、インク収納部として一定量のインクを蓄えるサブタンク部３０１ｂと、インクを吐出する複数のノズルが配列されたインク吐出部３０１ｇと、サブタンク部３０１ｂとインク吐出部３０１ｇとを接続する流路３０１ｆとを有する。インク吐出部３０１ｇではノズルの開口面が下方を向いており、インクは下向きに吐出される。インク吐出部３０１ｇの各ノズル内には、上述したエネルギー発生手段が設けられている。サブタンク部３０１ｂはインク吐出部３０１ｇの上方に位置しており、供給チューブ３０６はこのサブタンク部３０１ｂと接続されている。サブタンク部３０１ｂと流路３０１ｆとの間には、インク中の微細な異物がインク吐出部３０１ｇに侵入することによって生じるノズルの目詰まりを防止するために、微細なメッシュ構造を有するフィルタ３０１ｃが取り付けられている。
【００１２】
フィルタ３０１ｃの面積はインクによる圧力損失を許容値以下とするように設定される。フィルタ３０１ｃでの圧力損失は、フィルタ３０１ｃのメッシュが細かいほど、また、フィルタ３０１ｃを通過するインクの流量が多いほど高くなる。逆に、フィルタ３０１ｃの面積には反比例する。近年の高速、多ノズル、小ドットの記録ヘッドにおいては圧力損失が高くなる傾向にあるので、フィルタ３０１ｃの面積をできるだけ大きくして圧力損失の上昇を抑えている。
【００１３】
記録ヘッド３０１の上面には、サブタンク部３０１ｂ内の急激な圧力変化を吸収してサブタンク部３０１ｂ内の圧力を調整する圧力調整室３２２を形成するために、外形形状がほぼ直方体状の弾性部材３２１が取り付けられている。圧力調整室３２２は、記録ヘッド３０１の上壁部に形成された開口部３０１ｄを介してサブタンク部３０１ｂ内とのみ連通している。弾性部材３２１がサブタンク部３０１ｂ内の圧力の変化に応じて変形することにより、そのサブタンク部３０１ｂ内の圧力変化が吸収されるように圧力調整室３２２の容積が変化する。弾性部材３２１における記録ヘッド３０１の上面と平行の方向の断面形状は、記録ヘッド３０１の上面とほぼ同じ大きさか、あるいは、その上面よりも小さくなっている。そのため、圧力調整室３２２の必要な容積を確保するために一定の高さが必要となる。
【００１４】
インク吐出部３０１ｇのノズルは大気に対して開放されており、しかもノズルの開口面は下方を向いて配置されているので、ノズルからのインクの漏れを防止するために、記録ヘッド３０１の内部は負圧に保たれている必要がある。一方、負圧が大きすぎるとノズル内に空気が侵入し、ノズルからインクを吐出することができなくなってしまう。そこで、記録ヘッド３０１内を適度の負圧状態とするために、ノズルの開口面の位置がインク室３０５ｆ内でのインクの液面に対して高さＨだけ高い位置になるように記録ヘッド３０１を配置し、記録ヘッド３０１内が高さＨの水頭差分の負圧に保たれた状態とする。これによりノズルは、開口面にメニスカスを形成した状態でインクを満たした状態に保たれる。
【００１５】
ノズルからのインクの吐出は、エネルギー発生手段の駆動によりノズル内のインクを押し出すことによって行われる。インクの吐出後、ノズル内には毛管力によってインクが充填される。記録動作中は、ノズルからのインクの吐出と、ノズル内へのインクの充填が繰り返され、インクは供給チューブ３０６を介して随時インク室３０５ｆから吸い上げられる。
【００１６】
インク室３０５ｆ内のインクが記録ヘッド３０１に吸い上げられ、インク室３０５ｆ内のインクの液面位置が大気導入針３０５ｂの下端よりも低くなると、大気導入針３０５ｂを介してメインタンク３０４内に大気が導入され、それに伴ってメインタンク３０４内のインクがインク室３０５ｆに供給され、大気導入針３０５ｂの下端が再びインク室３０５ｆのインクに浸かる。こういった挙動を繰り返しながら、記録ヘッド３０１からのインクの吐出に伴い、メインタンク３０４内のインクが記録ヘッド３０１へ供給される。
【００１７】
ところで、記録ヘッド３０１のサブタンク部３０１ｂには、供給チューブ３０６などの樹脂材料を透過して侵入した空気や、インク中に溶存していた空気が次第に蓄積してくる。サブタンク部３０１ｂに蓄積した余分な空気を排出するために、サブタンク部３０１ｂには、排気ポンプ３１０ｃと接続された排気チューブ３１０ａが接続されている。ただし、上述したように記録ヘッド３０１内を適度な負圧状態に保つため、排気チューブ３１０ａには弁３１０ｂが設けられており、排気動作時にのみ弁３１０ｂを開くことによって、記録ヘッド３０１内が大気圧にならないようにしている。
【００１８】
なお、インク吐出部３０１ｇ内にインクの増粘物が詰まった場合や、インク吐出部３０１ｇのインク中に溶存していた空気が蓄積され気泡となって生じた場合に、これらを除去するために、インクジェット記録装置においては回復ユニット３０７が一般的に設けられている。回復ユニット３０７は、記録ヘッド３０１のノズルの開口面をキャッピングするキャップ３０７ａと、このキャップ３０７ｂの接続された吸引ポンプ３０７ｃとを有し、キャップ３０７ａでノズルの開口面をキャッピングした状態で吸引ポンプ３０７ｃを駆動し、記録ヘッド３０１内のインクを強制的に吸引することで、インクの増粘物や余分な気泡をインク吐出部３０１ｇから除去する。
【００１９】
この吸引回復動作の際、インクの流速が速ければ、インクの増粘物や余分な気泡を効果的に除去できるので、流路３０１ｆ内でのインクの流速を速くするために、流路３０１ｆの断面積は小さくされる。一方、前述したように、フィルタ３０１ｃの断面積はできるだけ大きく設定されるので、フィルタ３０１ｃの下では流路は断面積を絞った形状とされる。
【００２０】
以上、チューブ供給方式を例に挙げて従来のインク供給系を説明したが、ヘッド一体方式やピットイン方式においても、インクタンクから記録ヘッドまでのインクの供給経路に関する構造が異なるだけで、記録ヘッドのフィルタから下側の構造は、基本的にはチューブ供給方式と同様である。
【００２１】
一方、一般的なカラーインクジェット記録装置では、シアンインク、マゼンタインク、イエローインクを用いて減法混色にて被記録媒体上に色が形成される。さらに、画像の発色性を高めるためには、上記の三原色に加えてブラックインク、淡シアンインク、淡マゼンタインク、淡イエローインクなどのように階調性を高めるためのインクや、レッドインク、グリーンインク、ブルーインク、オレンジインク、ヴァイオレットインクなどのように色再現域を広げるためのインクを用いる。よって、インクジェット記録ヘッドは、１つのヘッドに一色のインク滴吐出部、もしくはカラーの場合には１つのヘッドに複数色のインク滴吐出部の構成をとり、このヘッドをインクジェット記録装置に搭載することでカラー記録が実現される。したがって、図１４に示した記録ヘッド３０１がカラー用のものである場合には、インク吐出部３０１ｇや、流路３０１ｆ、サブタンク部３０１ｂ、圧力調整室３２２のそれぞれが、インクの色の数に対応して記録ヘッド３０１内に並列に複数設けられている。
【００２２】
従来例としては、例えば特許文献１と特許文献２をあげることが出来る。
【特許文献１】特開２００２−１９８８号公報
【特許文献２】特開２００５−１０３８５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
しかしながら、図１４に示したインク供給系のように記録ヘッド３０１にサブタンク部３０１ｂ用の圧力調整室３２２を設けるように弾性部材３２１を取り付けた場合、弾性部材３２１の容積を最大限に確保する為には直方体形状であることが望ましい。ただし、直方体形状であると、弾性部材３２１内の気圧が負圧になった場合には、収縮する直方体の面が常に一定とはならない為に、弾性部材３２１の変形形状が安定しない。そのために、弾性部材３２１の変形形状が不規則に変化するので、弾性部材３２１内の減少した空気体積と圧力調整室３２２内の負圧力との関係が不安定になる。
【００２４】
これについては図８を用いて説明する。但し、X軸とY軸の数値は、一実施例であるため、本発明の内容がこの数値に限定されるものではない。
【００２５】
図８において直線Aは弾性部材３２１内の減少した空気体積と圧力調整室３２２内の負圧力とが理想の関係を示す場合である。つまり、弾性部材３２１内の容積が減少すると、その割合で圧力調整室３２２内の負圧が発生し相関関係が成り立つ。この場合は、圧力調整室３２２内の負圧力が低減すると、それに応じて弾性部材３２１内の容積が増加する。このように、弾性部材３２１内容積の変化量と圧力調整室３２２の負圧力がヒステリシスの関係であると、サブタンク部３０１ｂ内の圧力の変化に対する圧力調整室３２２の応答性が常に安定することになり、インク吐出部３０１ｇへのインク供給状態も安定するので、印字画像に与える影響は少ない。
【００２６】
ところが、弾性部材３２１の変形がある時点で収縮し難くなると、曲線Bで示すように圧力調整室３２２内の負圧力は急激に上昇する。そうなると、インク吐出部３０１gへのインク供給が印字に因るインク消費量に対して追いつかなくなり、印字濃度が低下するなど印字画像に悪影響を及ぼす恐れが生じるので、圧力調整室３２２内の負圧力が低下するまでインク吐出部３０１ｇからインクを吐出させるのを控える必要が生じる。これを無視して更に上昇することになれば、インク吐出部３０１gのノズル内に大気側からの空気が進入し、ノズルからインクを吐出しない不吐状態になる。
【００２７】
また、弾性部材３２１の変形がある時点から収縮し難くなったりし易くなったりして不安定になると、曲線Cで示すように区間Ｉで圧力調整室３２２内の負圧力が不安定となり、最後は区間IIで急激に負圧力が上昇する。このような場合には、インク吐出部３０１gへのインクの供給が不安定となり印字画像が乱れ、最後には不吐状態となる。このような特性を持つ弾性部材３２１は、圧力調整室３２２内の負圧力が低下するとこれに応じて弾性部材３２１内の容積が増加すると言うわけでもないので、サブタンク部３０１ｂ内の圧力の変化に対する応答性が安定しないことになる。
【００２８】
また、直方体形状の弾性部材３２１の更なる問題として、弾性部材３２１内が加圧状態になった場合には隣の弾性部材３２１に干渉するという現象がある。
【００２９】
本発明の目的は、容器内の気体圧力を調整するために設けられた弾性変形部材を用いた圧力調整室において、コンパクトでかつ圧力調整室の機能を最大限に引き出すことが可能な簡単な構造かつ低コストの弾性部材、およびその弾性部材を用いた圧力調整室を有する記録ヘッド、この記録ヘッドを有するインクジェット記録装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
上記目的を達成するために、本発明は、直線Aもしくは直線Aの性質に近い曲線Dになるような弾性部材３２１を選択すればよい。そして、その弾性部材は、図８において例えば直線Aもしくは曲線Dの性質を持った弾性部材、つまり安定したヒステリシスを持つような弾性部材を提供することにある。
【００３１】
ただし、弾性部材３２１内容積の変化量と圧力調整室３２２の負圧力がヒステリシスの関係であることを実現するためには、弾性部材３２１内容積が減少して内壁同士が張り付いてしまっては、弾性部材３２１形状の復帰状態に不安定さが生じることになる。
【００３２】
つまり、このような形状の弾性部材１０では、圧力調整室８の容積が減少するように弾性部材１０が変形する際に、それらの平坦面１０ａのほぼ中央部が互いに近づくように平坦面１０ａからへこんでいくことになる。このとき、弾性部材１０がその外周面に２つの平坦面１０ａを有したことにより、必ず、平坦面１０ａから潰れ出すことになる。その際に、潰れ過ぎて２つの平坦面１０ａの裏面側（弾性変形部材の内側）がくっ付いてしまい、さらに圧力調整室に連通する空気孔を塞いでしまうと、次の弾性変形部材の復帰開始が不安定になってしまい、最悪の場合には復帰しなく恐れがある。
【００３３】
よって、本発明は、容器内の気体圧力を調整する圧力調整室が、気体圧力に応じて容積が変化可能な弾性変形部材を少なくとも一つ有し、この形状が一つのほぼ円形形状である開口部と外周面に変形前の状態でほぼ平らな２つの面とを有し、この２つの面が開口部と反対側の先端部で曲面部を介してほぼ対称の配置で繋がっている弾性変形部材を用いた圧力調整室において、この圧力調整室に連通する空気孔から弾性変形部材のほぼ中央に位置するように姿勢制御リブを設けることを特徴とする。
【００３４】
次なる発明として、インクを個別に収納する複数のインク収納部が形成されたタンク部と、インク収納部から供給されたインクを吐出して記録を行い、各々が各インク収納部に対応した複数のインク吐出部と、インク収納部内の圧力を調整するように該圧力に応じて容積が変化可能な圧力調整室を前記各インク収納部に対応して複数形成するようにタンク部に取り付けられた複数の弾性変形部とを有する記録ヘッドが有する、形状が一つのほぼ円形形状である開口部と外周面に変形前の状態でほぼ平らな２つの面とを有し、この２つの面が開口部と反対側の先端部で曲面部を介してほぼ対称の配置で繋がっている弾性変形部において、この圧力調整室に連通する空気孔から弾性変形部材のほぼ中央に位置するように姿勢制御リブを設けることを特徴とする。
【００３５】
上記の発明では、複数のインク収納部が形成されたタンク部を有する記録ヘッドにおいて、タンク部の上部に取り付けられて各圧力調整室を形成する複数の弾性変形部が、例えば、弾性変形部のインク収納部側底面の形状を円形とし、各弾性変形部の形状として、変形前の状態でほぼ平らな２つの面を外周面に有し、それら２つの面が、弾性変形部のインク収納部側と反対側の先端部で曲面部を介して繋がっているような形状（いわゆる「烏帽子」形状）とすることができる。さらに、このような弾性変形部形状の２つの平坦面の裏面側（弾性変形部の内側）にリブ状の凸部を設け、互いの平坦面の裏面のリブ状が必ず交わる様にすると、弾性部材１０が変形が変形して平坦面１０ａ同士がくっ付いても、互いのリブ状間に空間が必ず生じるために張り付くことはない。よって、弾性部材１０が復帰開始がスムーズに行え、かつ確実に平坦面１０ａから復帰開始する。これにより毎回変形する時間も一定となり、圧力調整室の機能の応答性が安定する。これにより、複数のインク吐出部に供給するインクを収納して並列に配置された複数のインク収納部内の圧力を、容積が変化可能な各圧力調整室によって調整する構成の記録ヘッドにおいて、各圧力調整室の機能が安定すると共に、その機能を最大限に引き出すことが可能となる。
【００３６】
また、本発明のインクジェット記録装置は、上記のいずれかの構成の記録ヘッドを搭載して一直線上を往復移動するキャリッジと、前記記録ヘッドの前記インク吐出部から吐出されたインクを受ける被記録媒体を前記キャリッジの移動方向と直交する方向に搬送する搬送手段とを有している。
【００３７】
上記のインクジェット記録装置は、上述したようにコンパクトになった記録ヘッドが搭載されるので、インクジェット記録装置本体もコンパクトになり、製品としてもユーザーにとって望ましいものとなる。インクジェット記録装置のコストダウンも可能となる。
【発明の効果】
【００３８】
以上説明したように本発明は、容器内の気体圧力を調整するようにこの気体圧力に応じて容積が変化可能な少なくとも一つの弾性変形部を有する圧力調整室において、弾性変形部の形状を一つのほぼ円形形状である開口部と、外周面に変形前の状態でほぼ平らな２つの面で構成し、この２つの面が前記開口部と反対側の先端部で曲面部を介して繋がっているような形状にすることにより、圧力調整室の機能を安定させ、また、その機能を最大限に引き出すことが可能になるという効果がある。また、この弾性変形部を採用した圧力調整室を有する記録ヘッドにおいては、弾性変形部の上記の配列では、弾性変形部の底面形状を円形とした際に、幅の狭いインク収納部や、幅が制限されたインク収納部に対しても弾性変形部の底面の直径も大きくすることができるので、複数のインク収納部を有するタンク部をコンパクトに収めることができ、また、記録ヘッドのコンパクト化に伴って、インクジェット記録装置本体もコンパクトになるという効果がある。さらに、そのように弾性変形部の底面を大きくとることができるので、圧力調整室の機能を最大限に引き出すことが可能な弾性変形部の形状を模索する上でも可能性が広がる。
【００３９】
本発明のインクジェット記録装置は、上述したようにコンパクトになった記録ヘッドが搭載されるので、インクジェット記録装置本体もコンパクトになり、製品としてもユーザーにとって望ましいものとなる。インクジェット記録装置のコストダウンも可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００４１】
図１は、本発明の一実施形態によるインクジェット記録装置の概略の構成を示す斜視図である。
【００４２】
図１に示すインクジェット記録装置は、記録ヘッド２０１の往復移動（主走査）と、一般記録紙、特殊紙、ＯＨＰフィルム等の記録用シートＳの所定ピッチごとの搬送（副走査）とを繰り返しつつ、これらの動きと同期させながら記録ヘッド２０１から選択的にインクを吐出させ、被記録媒体である記録用シートＳに付着させることで、文字や記号、画像等を形成するシリアル型の記録装置である。
【００４３】
図１において、記録ヘッド２０１は、２本のガイドレールに摺動自在に支持され不図示のモータ等の駆動手段によりガイドレールに沿って一直線上を往復移動されるキャリッジ２０２に着脱可能に搭載されている。記録ヘッド２０１のインク吐出部から吐出されたインクを受ける記録用シートＳは、搬送手段である搬送ローラ２０３により、記録ヘッド２０１のインク吐出面に対面し、かつ、インク吐出面との距離を一定に維持するように、キャリッジ２０２の移動方向と交差する方向（例えば、直交する方向である矢印Ａ方向）に搬送される。
【００４４】
記録ヘッド２０１は、複数のインク吐出部として、それぞれ異なる色のインクを吐出するための複数のノズル列を有する。記録ヘッド２０１から吐出されるインクの色に対応して、複数の独立したメインタンク２０４が、インク供給ユニット２０５に着脱可能に装着される。インク供給ユニット２０５と記録ヘッド２０１とは、それぞれインクの色に対応した複数のインク供給チューブ２０６によって接続され、メインタンク２０４をインク供給ユニット２０５に装着することで、メインタンク２０４内に収納された各色のインクを、記録ヘッド２０１の各ノズル列に独立して供給することが可能となる。
【００４５】
録ヘッド２０１の往復移動範囲内で、かつ、記録用シートＳの通過範囲外の領域である非記録領域には、回復ユニット２０７が、記録ヘッド２０１のインク吐出面と対面するように配置されている。回復ユニット２０７は、記録ヘッド２０１のインク吐出面をキャッピングするためのキャップ部、インク吐出口面をキャッピングした状態で記録ヘッド２０１から強制的にインクを吸引するための吸引機構、インク吐出面の汚れを払拭するためのクリーニングブレード等を有する。前述した吸引動作は、このインクジェット記録装置の記録動作に先立って、この回復ユニット２０７によって行われる。
【００４６】
これにより、このインクジェット記録装置を長期間放置後に動作させた場合は、回復ユニット２０７はメインタンク２０４の底部に存在していた濃度の高いインクを吸引し、実際の記録には、撹拌されて濃度が安定したインクが使用される。したがって、インクジェット記録装置が長期間にわたって使用されず、例えばインク中の顔料成分や、記録用シートＳへの定着性を向上させるための樹脂微粒子がインクタンク２０４の底部に沈降していたとしても、これら顔料成分や樹脂微粒子の濃度が安定した高品質な画像等を良好に形成することが可能となる。
【００４７】
ここではシリアル型のインクジェット記録装置を例に挙げて説明したが、記録ヘッドの吸引手段を有するものであれば、ノズル列が被記録媒体の幅方向全幅にわたって設けられたライン型のインクジェット記録ヘッドを搭載するインクジェット記録装置にも、本発明は適用可能である。
【００４８】
図２は、図１に示されるキャリッジ２０２に搭載される記録ヘッド２０１の側断面図である。図３は、記録ヘッド２０１をその一部を分解して示す斜視図である。図４は、ヘッド基板が記録ヘッド２０１の前面に取り付けられる前の状態である記録ヘッド２０１の斜視図である。図５は、記録ヘッド２０１に備えられる弾性部材、押さえ部材およびサブタンクカバーを示す一実施例の斜視図である。図５（ａ）が弾性部材および押さえ部材の斜視図、図５（ｂ）が分解斜視図、図５（ｃ）が、サブタンクカバーに押さえ部材および取り付けネジによって複数の弾性部材が取り付けられた状態を示す斜視図である。図６は、記録ヘッド２０１内にある複数のサブタンクの配置を示す平面図である。図７は、ヘッド本体に弾性部材およびサブタンクカバーを取り付けた状態を示す平面図である。
【００４９】
本実施形態の記録ヘッド２０１の形状は、上面４０、下面４１、前面４２、後面４３、右側面および左側面の概ね６面で構成され、上面４０側を除いて一体的に形成されている。また、本実施形態の記録ヘッド２０１は、６色のインクを吐出可能であり、各色毎にニードル受容部２３に接続されるニードル保持部材のニードルを介してメインタンク２０４から各色のインクが、図６に示すようにヘッド本体３の隔壁５０で仕切られることによってインク収納部として形成された６つの各サブタンク３６内へと供給される構成となっている。このサブタンク３６に供給されたインクは、そのインク中の不純物（異物）を除去してインクを濾過するためのフィルタ５を介してインク溜め２１で一旦貯留される。そして、連通部３７および流路６を介して液室２０へと流れ込む。液室２０へと流れ込んだインクは、下面４１に設けられたヒータボード２６から供給される電気エネルギーを熱エネルギに変換する不図示の電気熱変換体により生じる発泡エネルギーにより、図４に示されるように各色毎に並列して配置された複数の吐出口２９から吐出される。ヒータボード２６には、ノズル列から構成されたインク吐出部が各色のインクに対応して、すなわち各サブタンク３６に対応して複数設けられており、各ノズルの先端が吐出口２９となってヒータボード２６の表面に開口している。
【００５０】
複数のサブタンク３６の上方には、サブタンクフタ９に開口部として形成された空気孔３８によりサブタンク３６内と連通する、弾性変形部であるゴム等の弾性部材１０で形成された、サブタンク３６内の急激な圧力変化を吸収する圧力調整室８が各サブタンク３６に対応して複数設けられている。本実施形態では、複数の圧力調整室８を形成するように、各サブタンク３６に対応した個別の弾性部材１０を複数個用いたが、それらが一体となるような形状、すなわち複数の弾性変形部を有する形状の弾性部材を用いて複数の圧力調整室８を形成してもよい。各弾性部材１０の形状はドーム状となっており、この弾性部材１０で囲まれた空間である圧力調整室８は、サブタンク３６内の圧力に応じて弾性部材１０の変形に伴って容積が変化することで、後述するようにサブタンク３６内の圧力を調整する機能を有している。
【００５１】
したがって、ヘッド本体３において複数のサブタンク３６を形成するための壁部と、サブタンクフタ９とからタンク部が構成されている。よって、タンク部の内部は、５つの隔壁５０によって６つのサブタンク３６に分割されており、そのタンク部の上壁部すなわちサブタンクフタ９に、各空気孔３８を覆うように複数の弾性部材１０が取り付けられている。
【００５２】
この弾性部材１０を保護するために、弾性部材１０の上方にサブタンクカバー７が取り付けられている。サブタンクカバー７は、記録ヘッド２０１の前面４２から後面４３に向かって延びるようにサブタンクカバー７と一体的に形成されたリブ１５と、このリブ１５に対して交差する方向に延びるようにサブタンクカバー７と一体的に形成された補強リブ１４とを有している。このリブ１５は、サブタンク３６や、インク溜め２１、流路６、液室２０を各色毎に仕切る隔壁５０と共に、前面４２から後面４３に向かう前後方向で記録ヘッド２０１の剛性を高める機能を有する。また、記録ヘッド２０１においてその側面に対して垂直な方向である左右方向の剛性は、サブタンクカバー７の補強リブ１４およびサブタンクフタ９により確保されている。
【００５３】
図３や、図５（ａ）−図５（ｂ）に示すように、複数の弾性部材１０が押さえ部材１１によってサブタンクフタ９に押さえ付けられるように、各弾性部材１０がサブタンクフタ９や複数の取り付けネジ１２によってサブタンクフタ９に取り付けられている。このようにしてサブタンクフタ９に複数の弾性部材１０が組み付けられたものが、図３に示すようにヘッド本体３の凹部３ａ内に挿入され、これにより、複数のサブタンク３６が記録ヘッド２０１に形成されている。図６に示すように複数のサブタンク３６が並列に配列されるようにヘッド本体３に複数の隔壁５０が形成され、各サブタンク３６の形状は、その配列方向と直交する方向に長く延びる直方体形状となっている。そして、各サブタンク３６に対応する空気孔３８がサブタンクフタ９に複数形成されており、各空気孔３８が、対応するサブタンク３６と連通している。これら複数の空気孔３８は、図７に基づいて後述するように複数の弾性部材１０をサブタンク３６の配列方向と、その配列方向と直交すなわち交差する方向とにそれぞれ配列させるために千鳥状に配列されている。
【００５４】
また、隔壁５０は、前面４２と後面４３とを繋ぐように、カートリッジ３本体と一体的に成形されている。さらに、隔壁５０の長手方向がキャリッジ２０２の走査方向とほぼ直交した構成であるため、キャリッジ２０２の走査時の振動によるサブタンク３６内、あるいは液室２０内のインクの揺動を最小限に抑制することができる。
【００５５】
記録ヘッド２０１の、ニードル受容部２３が設けられた後面４３の対向面であり、記録装置本体が設置された際、奥面側となる前面４２には、ヘッド基板３５が取り付けられている。このヘッド基板３５には、キャリッジ２０２に設けられた複数の電極に対して押し付けられることで電気的に接続する複数の電極４が、図４に示されるように設けられている。ヘッド基板３５は、図４に示すようにフレキシブル基板１６によりヒータボード２６と電気的に接続されている。
【００５６】
次に、圧力調整室８の動作などについて詳しく説明する。
【００５７】
圧力調整室８は、内部の負圧が高まるにつれてその容積が縮小する部屋であり、圧力調整室８が本実施形態のように弾性部材１０で構成される場合は、弾性部材１０としてはゴム材等が好ましく用いられる。また、弾性部材１０の他に、プラスチックシートとばねとの組み合わせによって構成してもよい。圧力調整室８の容積は、この記録ヘッド２０１が使用される環境温度やサブタンク３６の容積等に応じて設定されるが、本実施形態では約０．５ｍｌとした。
【００５８】
圧力調整室８を設けない場合、サブタンク３６内の圧力は、インクがメインタンク２０４、インク供給ユニット２０５、およびインク供給チューブ２０６を通過する際の圧力損失による抵抗を直接受ける。そのため、記録ヘッド２０１の全てのノズルよりインクを吐出するなど、総ノズル数に対する高い割合でインクを吐出するいわゆる高Ｄｕｔｙ吐出の場合には、吐出されるインクに対して記録ヘッド２０１に供給されるインクが不足状態となり、負圧が急激に上昇してしまう。記録ヘッド２０１のノズル内の負圧が、限界値である−２００ｍｍＡｑ（約−２．０２７ｋＰａ：ただし、インクの比重≒水の比重とする）を越えると、吐出が不安定になり印字が乱れるなど画像形成の上で不都合な状態となる。
【００５９】
本実施形態のような、シリアル型の記録装置においては、高Ｄｕｔｙ吐出での画像形成であってもキャリッジ２０２（図１参照）の反転の際にインクの吐出を中断する状態が存在する。これを利用して、圧力調整室８は、インクの吐出中には容積を縮小させてサブタンク３６内の負圧の上昇時間を緩和し、反転時にはインク供給チューブ２０６を介して供給されるインク増加によって復元するといった、コンデンサのような役割を果たす。
【００６０】
例えば、圧力調整室８の容積の縮小に対する負圧の変化の割合をＫ＝−１．０１３ｋＰａ／ｍｌ、サブタンク３６の容積をＶs＝２ｍｌとすると、吐出されたインクに対して供給されたインクがΔＶ＝０．０５ｍｌ不足した場合を考える。この場合、圧力調整室８がなければ、「ＰＶ＝一定」の原理により、サブタンク３６内の負圧の変化はΔＰ＝Ｖs／（Ｖs＋ΔＶ）−１＝−２．４７１ｋＰａとなり、前述した限界値を越えてしまうため、吐出が不安定になる。これに対し、圧力調整室８があると、ΔＰ＝Ｋ×ΔＶ＝-０．０５１ｋＰａとなり、負圧の上昇が抑制され、安定した吐出が可能となる。
【００６１】
更には、回復ユニット２０７のキャップ部によりインク吐出口面をキャッピングした状態で、記録ヘッド２０１を長期使用しない場合には、温度によってはサブタンク３６内の気体の熱膨張や蒸気圧の上昇によって、サブタンク３６内の圧力が上昇する。これにより、記録ヘッド２０１のノズルからインクが漏れたり、インクをインクタンク２０４に押し戻してサブタンク３６内のインクと切れたりすることになる。
【００６２】
そのような場合には、圧力調整室８の容積を弾性部材１０の働きにより拡大して、サブタンク３６内の気体の熱膨張や蒸気圧の上昇を吸収する。その後、回復ユニット２０７のキャップ部を開放する前に、インク吐出口面をキャッピングした状態で記録ヘッド２０１から強制的にインク吸引機構にてインクを吸引することにより、サブタンク３６内の負圧を通常値に戻す。これにより、安定した印字を確保することが可能となる。  
【００６３】
上述のように、圧力調整室８により、インクの吐出の安定化を図るとともに、メインタンク２０４から記録ヘッド２０１までのインクの供給経路での圧力損失の影響が抑えられる。そのため、圧力調整室８の材質を調整することにより、キャリッジ２０２に従動させるインク供給チューブ２０６も直径の細いものを使用することができ、キャリッジ２０２の移動の負荷低減にも貢献することが可能となる。
【００６４】
次に、弾性部材１０の形状について詳しく説明する。図９（ａ）は、弾性部材１０の比較例の形状を示す側面図であり、図９（ｂ）は弾性部材１０の上面図である。図１０（ａ）は、弾性部材１０の比較例の形状を示す側面図であり、図１０（ｂ）は弾性部材１０の上面図である。図１１（ａ）は、弾性部材１０の比較例の形状を示す側面図であり、図１１（ｂ）は弾性部材１０の上面図である。図１２（ａ）は、弾性部材１０の従来例の形状を示す側面図であり、図１２（ｂ）は弾性部材１０の正面図、図１２（ｃ）は弾性部材１０の上面図である。図１３（ａ）は、弾性部材１０の一実施例の形状を示す側面図であり、図１３（ｂ）は弾性部材１０の正面図、図１３（ｃ）は弾性部材１０の内面図である。
【００６５】
記録ヘッド２０１をコンパクトにまとめるためには、圧力調整室８の必要な容積を確保するために形状を直方体形状にすることが好ましい。しかし上述したように、直方体形状では安定した負圧特性を得ることは難しい。
【００６６】
次に容積を大きく確保できるのは図9に示される比較例のように、弾性部材９０の形状が円筒状であり、また、弾性部材９０の先端部の形状が半球形状となっている「ドーム型」形状である。このように、弾性部材９０の外周面に平坦面が全くないような場合には、最初に潰れ出す位置が一定せず、また、潰れる形状も一定しないために圧力調整室の負圧特性も安定しない。これは、「ドーム型」弾性部材９０の内面が開口部以外凹面で構成されているために、内面から見ると引っ張りにくい構造になっている。よって、何かの「きっかけ」、例えば「肉厚が他より薄い」とか「折り目がついている」とかがないと内面側に潰れ難い。この「きっかけ」が場合によって異なるために上述の現象が起きると考えられる。
【００６７】
それを改善するためには、図１0に示す弾性部材９１や図１1に示す９２のように一部に窪みや平面を設けることである。この形状だと、弾性部材９１や９２は特定の個所から必ず変形を開始することが可能となる。
【００６８】
しかし、縮小変形は一定となるが、圧力調整室８内部の圧力が上昇した場合には必ずしも一定とはならない。それは、内面から見ると押し出ししやすい個所がたくさんある形状だからである。
【００６９】
よって、図１２（ａ）および図１２（ｂ）、図１２（ｃ）などに示すように、弾性部材１０におけるサブタンクフタ９側の底面の形状、つまり開口部は、圧力調整室８の上記のような機能を最大限に引き出すために円形となっている。弾性部材１０は、その底面から上方に向かって圧力調整室８の断面積が小さくなるように、かつ、弾性部材１０を上面から見てその底面の中心を通る直線に関して左右対称な２つの平坦面１０ａを弾性部材１０がその外周面に有するように、サブタンクフタ９から上方に向かって延びている。それら２つの平坦面１０ａは、弾性部材１０が変形前の状態で平らとなっており、弾性部材１０の底面と平行な一直線上に延びる先端部１０ｂを介して繋がっている。すなわち、弾性部材１０は変形前の状態においていわゆる「烏帽子」形状となっていて、先端部１０ｂの表面は曲面となっている。従って、２つの平坦面１０ａは、弾性部材１０の底面と同じ角度を成しており、平坦面１０ａ同士の間隔が弾性部材１０の底面側から先端部１０ｂへと上方に向かって徐々に小さくなっている。先端部１０ｂにおける弾性部材１０の底面と平行な長手方向の長さは、その底面の直径とほぼ同じであってもよいし、その直径よりも大きくなっていてもよいが、その直径よりも大きくすることにより、圧力調整室８の容積を大きくとることが可能となる。
【００７０】
このような形状の弾性部材１０では、圧力調整室８の容積が減少するように弾性部材１０が変形する際に、それらの平坦面１０ａのほぼ中央部が互いに近づくように平坦面１０ａからへこんでいくことになる。このとき、弾性部材１０がその外周面に２つの平坦面１０ａを有したことにより、必ず、平坦面１０ａから潰れ出すことになる。その際に、潰れ過ぎて２つの平坦面１０ａの裏面側（弾性変形部材の内側）がくっ付いてしまい、さらに圧力調整室に連通する空気孔を塞いでしまうと、次の弾性変形部材の復帰開始が不安定になってしまい、最悪の場合には復帰しなく恐れがある。
【００７１】
よって、図１３（ａ）および図１３（ｂ）、図１３（ｃ）などに示すように、この圧力調整室に連通する空気孔から弾性変形部材のほぼ中央に位置するように姿勢制御リブを設けることにより、弾性変形部材が収縮して空気孔を塞ぐことなく次の弾性変形部材の復帰開始を安定して行うことができる。
【００７２】
よって、弾性部材１０が復帰開始がスムーズに行え、かつ確実に平坦面１０ａから復帰開始する。ただし、凸部リブ状の大きさや配置数、位置関係などは、平坦面１０ａが変形するのを阻害するようなものであってはならない。これにより、弾性部材１０が変形する際に、潰れる時の形状と復帰する時の形状がほぼ一定となるため、圧力調整室８の負圧特性が安定することになる。
【００７３】
本実施形態では、このように圧力調整室８の負圧特性が安定するような形状の弾性部材１０を、圧力調整室８の容積を十分に確保した上でサブタンクフタ９に取り付けることができるように、複数の弾性部材１０を、サブタンク３６の配列方向だけでなく、その配列方向に対して交差する方向にも配列させている。すなわち、サブタンク３６上の圧力調整室８が、サブタンク３６の配列方向と、その配列方向に対して交差する方向とのそれぞれで分割されている。このような弾性部材１０の配列により、各弾性部材１０を少なくとも２つのサブタンク３６の上方にまたがって配置させることができ、その結果、幅の狭いサブタンク３５や、幅が制限された各サブタンク３６に対しても弾性部材１０の底面の直径をより大きくとることができる。また、そのような弾性部材１０の配列を実現するために、図６および図７に示すように空気孔３８が千鳥状に配列されている。各空気孔３８の形状は、各弾性部材１０が２つのサブタンク３６の上部にまたがっている関係で半月状となっていることが好ましい。
【００７４】
図７では、各弾性部材１０の先端部１０ｂがサブタンク３６の配列方向に対して直角となるように各弾性部材１０が配置されている。これに対して、先端部１０ｂの長さを弾性部材１０の底面の直径よりも大きくして、弾性部材１０の容積を大きくする場合などには、図３および図５に示したように各先端部１０ｂをサブタンク３６の配列方向に対して斜めにしてもよい。弾性部材１０と取り付けネジ１２との位置関係などに応じて、取り付けネジ１２を締め易くなるように、サブタンク３６の配列方向に対する各先端部１０ｂの角度を設定してもよい。図７に示される例では、取り付けネジ１２が取り付け易くなるように各弾性部材１０が配置されている。
【００７５】
弾性部材１０の内面側にある凸部形状は、図１３に示したものに限定されない。弾性部材１０の変形が安定すると共に、その変形が一定のものであり、圧力調整室８の上記の機能が十分に引き出されれば、弾性部材１０の内面側にある凸部形状の大きさや配置数、位置などはどのようなものであってもよい。また、弾性部材１０の大きさも、記録ヘッド２０１の構成やインク供給系の構成などに応じて適宜決定すればよい。
【００７６】
上記のように弾性部材１０をサブタンク３６の配列方向と、その配列方向に対して交差する方向の両方向に配列させる構成では、各サブタンク３６の幅が狭くても、圧力調整室８の負圧特性が安定するとともにその容積を十分に確保できる弾性部材１０を各サブタンク３６に対応して設けることができる。よって、複数のサブタンク３６を有する記録ヘッド２０１をコンパクトに収めることができ、また、圧力調整室８の機能を最大限に引き出すことが可能となる。また、記録ヘッド２０１のコンパクト化に伴って、インクジェット記録装置本体もコンパクトになり、製品としてもユーザーにとって望ましいものとなり、その上、記録ヘッド２０１およびインクジェット記録装置のコストダウンもできた。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の一実施形態によるインクジェット記録装置の概略の構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示されるキャリッジに搭載される記録ヘッドの側断面図である。
【図３】記録ヘッドをその一部を分解して示す斜視図である。
【図４】ヘッド基板が記録ヘッドの前面に取り付けられる前の状態の記録ヘッドの斜視図である。
【図５】記録ヘッドに備えられる弾性部材、押さえ部材およびサブタンクカバーを示す斜視図である。
【図６】記録ヘッド内の複数のサブタンクの配置を示す平面図である。
【図７】ヘッド本体に弾性部材およびサブタンクカバーを取り付けた状態を示す平面図である。
【図８】圧力調整室に取り付けられた弾性部材の特性を説明するためのグラフである。
【図９】記録ヘッドに備えられた弾性部材の比較例形状を示す側面図および上面図である。
【図１０】図９に示される弾性部材の比較例を示す側面図および上面図である。
【図１１】図９に示される弾性部材の比較例を示す側面図および上面図である。
【図１２】記録ヘッドに備えられた弾性部材の従来例形状を示す側面図および正面図と上面図である。
【図１３】記録ヘッドに備えられた弾性部材の姿勢を制御する姿勢制御リブの一実施例形状を示す側面図および正面図と内面図である。
【図１４】チューブ供給方式の従来のインクジェット記録装置のインク供給系を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００７８】
３  ヘッド本体
３ａ  凹部
４  電極
５  フィルタ
６  流路
７  サブタンクカバー
８  圧力調整室
９  サブタンク蓋
１０、９０、９１、９２  弾性部材
１０ａ  平坦面
１０ｂ  先端部
１１  押さえ部材
１２  取り付けネジ
１４  補強リブ
１５  リブ
１６  フレキシブル基板
２０  液室
２１  インク溜め
２３  ニードル受容部
２６  ヒーターボード
２９  吐出口
３５  ヘッド基板
３６  サブタンク
３７  連通部
３８  空気孔
４０  上面
４１  下面
４２  前面
４３  後面
５０  隔壁
８０  姿勢制御リブ
２０  記録ヘッド
２０２  キャリッジ
２０３  搬送ローラ
２０４  メインタンク
２０５  インク供給ユニット
２０６  インク供給チューブ
２０７  回復ユニット
Ｓ  記録用シート
【図１】
2007245568.tif 000003
【図２】
2007245568.tif 000004
【図３】
2007245568.tif 000005
【図４】
2007245568.tif 000006
【図５】
2007245568.tif 000007
【図６】
2007245568.tif 000008
【図７】
2007245568.tif 000009
【図８】
2007245568.tif 000010
【図９】
2007245568.tif 000011
【図１０】
2007245568.tif 000012
【図１１】
2007245568.tif 000013
【図１２】
2007245568.tif 000014
【図１３】
2007245568.tif 000015
【図１４】
2007245568.tif 000016