(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィルタで仕切られ、それぞれ内部に液体を保持する第１の液室および第２の液室と、
前記第２の液室と直接接続され、前記第２の液室から供給された液体を吐出する液体吐出部とを有し、
前記第１の液室から前記フィルタを介して前記第２の液室へ液体を供給可能なインクジェット記録ヘッドにおいて、
前記フィルタの前記第２の液室側に接する部分を気体保持領域と液体保持領域とに区画する部材を有するとともに、該気体保持領域に保持された気体は、前記第２の液室に存在する気体と連通状態に保持され、
前記液体保持領域に保持された液体が前記第２の液室の液体と連通することにより、前記第１の液室の液体と前記第２の液室の液体とが可逆的に移動可能であり、
前記第２の液室内に存在する気体は、前記液体吐出部から前記フィルタへの気泡の移動を遮断するように配されていることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【請求項２】
前記第２の液室に、前記気体保持領域の気体を介して前記第２の液室に存在している液体をその表面張力によって保持し、前記フィルタを介して前記第１の液室の液体と連結する液体連結構造を有する、請求項１に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項３】
前記液体連結構造は、前記第１の液室から前記第２の液室への液体の供給方向に沿って設けられ、一端が前記フィルタの下流側の面と略接触する溝状構造部を有する、請求項２に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項４】
前記溝状構造部と前記フィルタとの間隙ｔが、０≦ｔ≦１．０ｍｍの範囲内である、請求項３に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項５】
前記溝状構造部は凹型の横断面を有する、請求項３または４に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項６】
前記溝状構造部は楔型の横断面を有する、請求項３または４に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項７】
前記溝状構造部は液体を保持する面が弧状である、請求項３または４に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項８】
前記溝状構造部は、液体をその表面張力で保持するための複数の中空部が形成された部材を有し、該部材が前記フィルタの下流に設置されている、請求項３または４に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項９】
前記溝状構造部は、前記溝状構造部で液体が接する領域の周囲長をＬ、前記溝状構造部でインクが接する領域の断面積をＳとしたとき、
Ｌ／Ｓ≧１０００
の関係を満たす、請求項３ないし８のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項１０】
前記溝状構造部の周囲部が面取り加工または丸め加工されている、請求項３ないし９のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項１１】
前記溝状構造部は、前記第２の液室を構成する部材と一体に設けられている、請求項３ないし１０のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項１２】
前記第２の液室は、前記第２の液室の一側面を構成する蓋部材と、前記第２の液室の他の面を構成し、前記蓋部材が接合された本体部材とを有し、前記溝状構造部は少なくとも前記蓋部材に設けられている、請求項３ないし１１のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項１３】
前記蓋部材と前記本体部材とは接着剤で接合され、前記蓋部材に設けられた溝状構造部は、前記蓋部材の前記本体部材との接着面に対して突出して形成された、液体をその表面張力で保持するスリット付きの突状部分として設けられている、請求項１２に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項１４】
前記突状部分には、前記蓋部材の前記本体部材との接着面と、前記スリットとの間に、前記接着剤を受容するための溝が形成されている、請求項１３に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項１５】
前記第１の液室は、前記第１の液室内の圧力変動を吸収する圧力調整手段を有する、請求項１ないし１４のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項１６】
前記第１の液室への液体供給手段が着脱可能に連結される連結部を有する、請求項１ないし１３のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項１７】
前記第１の液室と前記第２の液室との間に、前記フィルタの前記第２の液室側の面の一部に液体が接触するように液体を保持する第３の液室を有する、請求項１ないし１６のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項１８】
前記第３の液室は、保持している液体をその表面張力によって保持して前記フィルタに接触させる構造を有する、請求項１７に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項１９】
前記第３の液室の液体を前記フィルタに接触させる構造は、先端が前記フィルタの前記第２の液室側の面に接触するように設けられた少なくとも一つのリブを有する、請求項１８に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項２０】
前記第３の液室で保持可能な液体の量は、想定される使用環境中での前記気体保持領域の気体の体積の変化量よりも多い、請求項１７ないし１９のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項２１】
前記第３の液室は、前記フィルタと前記第２の液室とを連通する開口部の周囲を取り囲むように設けられている、請求項１７ないし２０のいずれか１項に記載のインクジェット記録ヘッド。
【請求項２２】
液体の供給方向の下流端において液体を保持している液体保持部への液体供給経路を有し、該液体供給経路の途中にフィルタが設けられ、重力方向における上下方向に前記フィルタの上流側から下流側へ液体を供給可能な状態である液体供給システムにおいて、
前記フィルタの下流側に接する部分を気体保持領域と液体保持領域とに区画する部材を有するとともに、該気体保持領域に保持された気体は、前記フィルタの下流側から前記下流端の液体保持部の間に存在する気体と連通状態に保持され、
前記液体保持領域に保持された液体が前記フィルタの下流側の液体と連通することにより、前記フィルタの上流側の液体と前記フィルタの下流側の液体とが可逆的に移動可能であり、
前記フィルタの下流側に存在する気体は、前記液体保持部から前記フィルタへの気泡の移動を遮断するように配されていることを特徴とする液体供給システム。
【請求項２３】
それぞれ液体を保持する第１の液室と第２の液室とがフィルタで仕切られるとともに、前記第１の液室から前記第２の液室への液体の供給方向について前記第２の液室よりも下流側の液体保持部で液体を保持しており、重力方向における上下方向に前記フィルタの上流側から下流側へ液体を供給可能な状態において、前記フィルタの下流側に接する部分を気体保持領域と液体保持領域とに区画する部材を有するとともに、該気体保持領域に保持された気体は、前記フィルタの下流側と前記液体保持部の上流側との間に存在する気体と連通状態に保持され、前記液体保持領域に保持された液体が前記フィルタの下流側の液体と連通することにより、前記フィルタの上流側の液体と前記フィルタの下流側の液体とが可逆的に移動可能であり、前記フィルタの下流側に存在する気体は、前記液体保持部から前記フィルタへの気泡の移動を遮断するように配されている液体供給システムにおける液体充填方法であって、
前記第１の液室を外部に対して密閉する工程と、
前記第１の液室が密閉された状態で、前記第２の液室の下流側から吸引することによって前記第１の液室および前記第２の液室を減圧する工程と、
前記第１の液室および前記第２の液室の減圧後、前記第１の液室を外部に対して開放する工程とを有する液体充填方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェット記録ヘッド、このインクジェット記録ヘッドを用いたインクジェット記録装置、これらに好適に用いられる液体供給システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
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スキャン型という。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、エネルギー発生手段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手段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、インクタンクをインクジェット記録ヘッドと分離したいわゆるヘッドタンク分離方式、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。このことは、シリアルスキャン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示す。このことを考慮すると、大判の記録画像を出力する等、大容量のインクタンクを用いる必要があるシリアルスキャン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２５を参照して説明する。
【０００８】
図２５に示すインク供給系は、インクを内部に収納するメインタンク１２０４と、メインタンク１２０４が着脱可能に装着される供給ユニット１２０５と、供給チューブ１２０６を介して供給ユニット１２０５と接続されている記録ヘッド１２０１とを有する。
【０００９】
供給ユニット１２０５はインク室１２０５ｃをその内部に有している。インク室１２０５ｃは、上部において大気連通口１２０５ｇにより大気に開放されるとともに、底部において供給チューブ１２０６と接続されている。また、供給ユニット１２０５には、それぞれ下端がインク室１２０５ｃ内に位置し、かつ上端が供給ユニット１２０５の上面から突出している中空のインク供給針１２０５ａおよび大気導入針１２０５ｂが固定されている。インク供給針１２０５ａの下端は、大気導入針１２０５ｂの下端よりも低い位置にある。
【００１０】
メインタンク１２０４は、メインタンク１１２０４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、メインタンク単独では密閉構造となっている。メインタンク１２０４を供給ユニット１２０５に装着する際は、インク供給針１２０５ａおよび大気導入針１２０５ｂがそれぞれコネクタ部を貫通しメインタンク１２０４の内部に侵入するように装着する。インク供給針１２０５ａの下端の位置と大気導入針１２０５ｂ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１２０４内のインクはインク供給針１２０５ａを介してインク室１２０５ｃへ供給され、それによるメインタンク１２０４内の圧力の減少分を補うように、大気導入針１２０５ｂを介してメインタンク１２０４内に大気が導入される。大気導入針１２０５ａの下端がインクに浸かる位置までインク室１２０５ｃ内にインクが供給されると、メインタンク１２０４からインク室１２０５ｃへのインクの供給が停止する。
【００１１】
記録ヘッド１２０１は、一定量のインクを蓄えるサブタンク部１２０１ｂ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１２０１ｇと、サブタンク部１２０１ｂとインク吐出部１２０１ｇとを接続する流路１２０１ｆとを有する。インク吐出部１２０１ｇ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１２０１ｇ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１２０１ｂはインク吐出部１２０１ｇの上方に位置しており、供給チューブ１２０６はこのサブタンク部１２０１ｂと接続されている。サブタンク部１２０１ｂと流路１２０１ｆとの間には、インク中の微細な異物がインク吐出部１２０１ｇ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１２０１ｃが取り付けられている。
【００１２】
フィルタ１２０１ｃ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１２０１ｃでの圧力損失は、フィルタ１２０１ｃのメッシュが細かいほど、また、フィルタ１２０１ｃ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１２０１ｃ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１２０１ｃ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】
インク吐出部１２０１ｇにあるノズルは、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１２０１の内部は大気に対して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気体が侵入し、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１２０１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内１２０５ｃ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１２０１を配置し、記録ヘッド１２０１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。
【００１４】
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流路１２０１ｆ側から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とが繰り返され、これによって、インクは供給チューブ１２０６を介して随時インク室１２０５ｃから吸い上げられる。
【００１５】
インク室１２０５ｃ内のインクが記録ヘッド１２０１に吸い上げられ、インク室１２０５ｃ内のインクの液面位置が大気導入針１２０５ｂの下端よりも低くなると、大気導入針１２０５ｂを介してメインタンク１２０４内に大気が導入される。これに伴ってメインタンク１２０４内のインクがインク室１２０５ｃに供給され、大気導入針１２０５ｂの下端が再びインク室１２０５ｃ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１２０１からのインクの吐出に伴い、メインタンク１２０４内のインクが記録ヘッド１２０１へ供給される。
【００１６】
ところで、記録ヘッド１２０１のサブタンク部１２０１ｂには、供給チューブ１２０６などの樹脂材料を透過して侵入した気体や、インク中に溶存していた気体が次第に蓄積してくる。サブタンク部１２０１ｂに蓄積した余分な気体を排出するために、サブタンク部１２０１ｂには、排気ポンプ１２１１ａと接続された排気チューブ１２１１が接続されている。ただし、上述したように記録ヘッド１２０１内を適度な負圧状態に保つため、排気チューブ１２１１には弁１２１１ｂが設けられている。これにより排気動作時にのみ弁１２１１ｂを開くことによって、記録ヘッド１２０１内の圧力が大気圧以上にならないようにしている。
【００１７】
なお、インク吐出部１２０１ｇ内にインクの増粘物が詰まった場合や、インク吐出部１２０１ｇのインク中に溶存していた気体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１２０７が一般的に設けられている。回復ユニット１２０７は、記録ヘッド１２０１のノズルの開口面をキャッピングするキャップ１２０７ａと、このキャップ１２０７ａに接続された吸引ポンプ１２０７ｃとを有し、キャップ１２０７ａ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１２０７ｃを駆動し、インク吐出部１２０１ｇ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１２０１ｇから除去する。
【００１８】
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１２０１ｆ内でのインクの流速を速くするために、流路１２０１ｆの断面積は小さくされる。一方、前述したように、フィルタ１２０１ｃの断面積はできるだけ大きく設定されるので、フィルタ１２０１ｃの下では流路１２０１ｆは断面積を絞った形状とされる。
【００１９】
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、ヘッドタンク一体方式やヘッドタンク分離方式、および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、基本的には上記チューブ供給方式と同様である。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の構成では、気泡の完全除去ができないおそれがあるので、気泡が原因となる不吐出やインク落ち等の記録品質の劣化が懸念される。
【００２１】
図２５に示したフィルタ１２０１ｃ下のインク流路１２０１ｆに気泡が溜まった時の従来の構成での問題点を以下に示す。
【００２２】
フィルタ下はインク流路の断面積を絞っており、元々記録ヘッドの回復動作を行っても流れのよどみが生じてしまうため気泡が残ってしまう部分である。特に、多ノズル、高速化に対応した記録ヘッドでは、フィルタの面積を大きくする必要があるので、インク流れのよどみ部分が多くなり、フィルタ下に気泡が残りやすくなる。特に、重力方向における上下方向にフィルタとインク流路が配置されている場合には、浮力の働きにより気泡がフィルタ下に集まってくる。ところが、フィルタ下に気泡が接触している部分では、気泡が妨げとなってインクが通過しないので、フィルタの働きを行っている有効面積が減ってしまうという問題点があった。
【００２３】
また、インク流路は断面積が小さいので、大きな気泡が生じるとインク流路が気泡で塞がれてしまい、実質的なインクの流路抵抗が増してノズルへのインク供給が追いつかなくなり、その結果、インク落ち等を引き起こすおそれもあった。
【００２４】
さらに、エネルギー発生手段に電気熱変換素子を用いるインク吐出部内の気泡には、上流（フィルタ側）から来る気泡、すなわちフィルタをインクが通過する際に生じる気泡と、インクの吐出による気泡、すなわち記録動作に伴いノズル内のヒータを加熱し、インクを発泡させてインクを吐出させた後、発泡した気泡が消滅する際に、インク中に再溶解しなかった気体が徐々に蓄積したもとがある。この気泡がやがて大きくなってノズル内に侵入したり、ノズルとインク吐出部との連通部を塞いでしまったりすることにより、不吐出やインク落ちが発生してしまうという問題点があった。特にインク吐出部付近は、ヒータ周辺の温度が上昇し、インク内に気泡が再溶解し難くなることで微細な気泡が集まり、記録に悪影響を及ぼすほど大きく気泡が成長しやすくなる。
【００２５】
さらには、従来の構成では、インク流路断面積を絞っているため、記録ヘッドの回復動作でインク流路内の発生した気泡を排出することが可能である反面、流路を寸断するほど早い段階で気泡が成長すると、ノズルへのインクの供給を妨げてしまう。これを回避するためには、頻繁に回復動作を行い、気泡を排出する必要がある。しかしその結果、回復動作の際にその都度インクを無駄にしてしまうという問題が生じた。
【００２６】
そこで、「インク流路が気泡で分断されない」、または「インクの流れの淀みやすい部分がなくなる」ようにインク流路の断面積を拡大した構成したとすると、逆に気泡が移動しやすくなり、吸引回復動作で勢いよくインクを吸引してもインクを吸引するだけで、気泡がインク流路内を上流側へ移動するため、気泡そのものを吸引して排出することが難しくなる。
【００２７】
さらには、フィルタが微細なメッシュ構造であるために、フィルタの下に気泡が到達してフィルタに吸着すると、結果としてフィルタの目にはサブタンク部内のインクによるメニスカスが形成される。そのため、フィルタ下の気泡はフィルタを通過して上流側へ移動することができない。よって、気泡がフィルタの下に蓄積されてしまうことになる。
【００２８】
気泡がフィルタの下に蓄積されると、この部分はインクが通過せず、フィルタの有効面積が小さくなりインクの流抵抗が増大するため、サブタンク部からインク流路へのインク供給量とインク流路からインク吐出部へのインク供給量のバランスが崩れて、吐出不良を引き起こしてしまうおそれがある。さらに、インク供給部内での気泡の蓄積やサブタンク部からインク供給路へのインクの供給不足が更に進行していくと、インク吐出部内のインクが減少し、ノズルへのインク供給が不能となるなど、致命的な問題となってしまう。
【００２９】
また、フィルタ下に蓄積された微小気泡が成長して大きな気泡になった場合は、印字等における記録ヘッドの振動によりこの大きな気泡がフィルタ下を移動することにより、サブタンク部からインク流路へインクを供給するフィルタ有効面積を不安定ながらも確保することができるが、フィルタ下に蓄積された微小気泡が成長せずに蟹泡状の集合体のままである場合には、印字等における記録ヘッドの振動でもフィルタ下には微小気泡が張り付いて移動し難くなるため、サブタンク部からインク流路へインクを供給するフィルタ有効面積を確保し難くなる。これによりノズルへのインク供給がままならぬ状況になってしまう。
【００３０】
さらには、上記のような気泡が原因となる不吐出やインク落ち等の記録品質の劣化を防ぐためには、フィルタ下に蓄積する気泡を除去する回復手段を頻繁に繰り返すことが必要となってくる。
【００３１】
こういった問題は、フィルタでの圧力損失が大きくなりがちな、サブタンク部からインク流路へインクを供給する量が多くなる記録ヘッド、いわゆる多ノズル、小ドットの記録ヘッドにおいて顕著である。
【００３２】
本発明の目的は、無駄なインクをできるだけ少なくしつつ、フィルタの下流側に生じる気泡による不具合を防止するインクジェット記録ヘッド、液体供給システム、および液体充填方法を提供することである。
【００３３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明のインクジェット記録ヘッドは、フィルタで仕切られ、それぞれ内部に液体を保持する第１の液室および第２の液室と、
前記第２の液室と直接接続され、前記第２の液室から供給された液体を吐出する液体吐出部とを有し、
前記第１の液室から前記フィルタを介して前記第２の液室へ液体を供給可能なインクジェット記録ヘッドにおいて、
前記フィルタの前記第２の液室側に接する部分を気体保持領域と液体保持領域とに区画する部材を有するとともに、該気体保持領域に保持された気体は、前記第２の液室に存在する気体と連通状態に保持され、
前記液体保持領域に保持された液体が前記第２の液室の液体と連通することにより、前記第１の液室の液体と前記第２の液室の液体とが可逆的に移動可能であり、
前記第２の液室内に存在する気体は、前記液体吐出部から前記フィルタへの気泡の移動を遮断するように配されていることを特徴とする。
【００３４】
本発明のインクジェット記録ヘッドによれば、フィルタの下流（第２液室）側では気体保持領域を確保して気体を保持しているので、フィルタの下流側で気泡が発生したとしても、気体保持領域に保持されている気体に比べて微小な気泡は結果的にはこの気体と合体する。これにより、細かい気泡がフィルタの下流側に混入および蟹泡状に残留することがなくなる。また、フィルタの下流側を、この気体保持領域と液体保持領域とに区画することにより、フィルタの有効面積を安定して確保することが可能となるので、液体吐出部から大量の液体が消費されてもフィルタの上流側からの液体の供給が不足することなく安定して行われる。
これにより、気泡が原因となる不吐出やいわゆるインク落ち等の記録品質の低下を防ぐことが可能となり、更にはフィルタ下に蓄積する気泡を除去する回復動作を行う回数を低減することが可能となる。
また、液体保持領域に保持された液体が第２の液室と連通することにより、第１の液室の液体と第２の液室の液体とが可逆的に移動することが可能な構成とすることにより、第２の液室内の気体体積が増加／収縮を繰り返しても、液体吐出部からの液体の吐出を安定して行うことが可能となる。
【００３５】
第２の液室には、気体保持領域を介して第２の液室に存在している液体をその表面張力によって保持し、フィルタを介して第１の液室の液体と連結する液体連結構造を有することが好ましい。これにより、液体吐出部からの液体の消費時や、環境温度変化等による気体保持領域の気体の体積変化時に、液体連結構造を介して、フィルタの上流側と下流側とで液体がスムーズに移動する。
【００３６】
液体連結構造は、好ましくは、第１の液室から第２の液室への液体の供給方向に沿って設けられ、一端がフィルタの下流側の面と略接触する溝状構造部を有している。この場合、溝状構造部とフィルタとの間隙ｔを、０≦ｔ≦１．０ｍｍとすることで、溝状構造部が保持している液体はフィルタに良好に接触する。また、第２の液室を、その一側面を構成する蓋部材と、他の面を構成し蓋部材が接合された本体部材とで構成し、溝状構造部を、少なくとも蓋部材に設けてもよい。この場合、蓋部材における溝状構造部を、蓋部材の本体部材との接合面に対して突出して形成された、液体をその表面張力で保持するスリット付きの突状部分として設けることで、蓋部材と本体部材とが接着剤で接合されても、溝状構造部の液体を保持するスリットに接着剤が流れ込むことが防止される。
【００３８】
第２の液室内の気体の膨張や蒸気圧の上昇により、第２の液室内の液体は、液体吐出部へ押し出されるか、またはフィルタを介して第１の液室へ戻されることになる。しかし、第２の液室内の液体が液体吐出部へ不用意に押し出されるのは好ましくなく、一方、第２の液室内ではフィルタは気体保持領域と接触しているので第２の液室内の液体がフィルタを介して第１の液室へ戻ることはできない。そこで、第１の液室と第２の液室との間に、フィルタの第２の液室側の面の一部に液体が接触するように液体を保持する第３の液室を設けることで、第２の液室内の気体の膨張や蒸気圧の上昇が生じても、第３の液室に保持されている液体が、フィルタとの接触部を通じてスムーズに第１の液室内へ流れるので、第２の液室内の液体が液体吐出部から不用意に押し出されることはなくなる。第３の液室に保持されている液体のフィルタとの接触領域を、第３の液室に保持されている液体の量によらずに一定に保つには、第３の液室に、保持している液体をその表面張力によって保持してフィルタに接触させる構造を設けることで達成される。また、この構造は、先端がフィルタの第２の液室側の側面に接触するように設けられた少なくとも一つのリブで達成される。
【００３９】
本発明の液体供給システムは、液体の供給方向の下流端において液体を保持している液体保持部への液体供給経路を有し、該液体供給経路の途中にフィルタが設けられ、重力方向における上下方向に前記フィルタの上流側から下流側へ液体を供給可能な状態である液体供給システムにおいて、
前記フィルタの下流側に接する部分を気体保持領域と液体保持領域とに区画する部材を有するとともに、該気体保持領域に保持された気体は、前記フィルタの下流側から前記下流端の液体保持部の間に存在する気体と連通状態に保持され、
前記液体保持領域に保持された液体が前記フィルタの下流側の液体と連通することにより、前記フィルタの上流側の液体と前記フィルタの下流側の液体とが可逆的に移動可能であり、
前記フィルタの下流側に存在する気体は、前記液体保持部から前記フィルタへの気泡の移動を遮断するように配されていることを特徴とする。
【００４０】
本発明の液体供給システムでも、液体供給経路の途中にフィルタが設けられ、重力方向における上下方向にフィルタの上流側から下流側へ液体を供給可能な状態において、フィルタの下流側に接する部分を気体保持領域と液体保持領域とに区画する部材を有するとともに、この気体保持領域に保持された気体が、フィルタの下流側からその下流端の液体保持部の間に存在する気体と連通状態にあるので、上述した本発明のインクジェット記録ヘッドと同様に、フィルタの下流側で発生する気泡による不具合が解消され、フィルタの上流側からの液体の供給が安定して行われる。
【００４５】
本発明の液体充填方法は、それぞれ液体を保持する第１の液室と第２の液室とがフィルタで仕切られるとともに、前記第１の液室から前記第２の液室への液体の供給方向について前記第２の液室よりも下流側の液体保持部で液体を保持しており、重力方向における上下方向に前記フィルタの上流側から下流側へ液体を供給可能な状態において、前記フィルタの下流側に接する部分を気体保持領域と液体保持領域とに区画する部材を有するとともに、該気体保持領域に保持された気体は、前記フィルタの下流側と前記液体保持部の上流側との間に存在する気体と連通状態に保持され、前記液体保持領域に保持された液体が前記フィルタの下流側の液体と連通することにより、前記フィルタの上流側の液体と前記フィルタの下流側の液体とが可逆的に移動可能であり、前記フィルタの下流側に存在する気体は、前記液体保持部から前記フィルタへの気泡の移動を遮断するように配されている液体供給システムにおける液体充填方法であって、
前記第１の液室を外部に対して密閉する工程と、
前記第１の液室が密閉された状態で、前記第２の液室の下流側から吸引することによって前記第１の液室および前記第２の液室を減圧する工程と、
前記第１の液室および前記第２の液室の減圧後、前記第１の液室を外部に対して開放する工程とを有する。
【００４６】
これにより、前述したのと同様に、第１の液室および第２の液室内に気体が蓄積して両液室内の液体の量が減少しても、第１の液室および第２の液室にそれぞれ適量の液体が充填される。
【００４７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００４８】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の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。
【００４９】
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、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、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スキャン型の記録装置である。
【００５０】
図１において、記録ヘッド２０１は、２本のガイドレール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往復移動するキャリッジ２０２に着脱可能に搭載されている。記録用シートＳは、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。
【００５１】
記録ヘッド２０１は、それぞれ異なる色のインクを吐出するために、色別に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。
【００５２】
記録ヘッド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。
【００５３】
次に、このインクジェット記録装置のインク供給系の詳細な構成について図２を参照して説明する。図２は、図１に示すインクジェット記録装置のインク供給経路を説明するための図であり、説明を簡単にするため、１色分の経路についてのみ示している。
【００５４】
まず、記録ヘッド２０１について説明する。
【００５５】
記録ヘッド２０１へは、インク供給チューブ２０６の先端に設けられた液体コネクタが気密接続されるコネクタ挿入口２０１ａからインクが供給される。コネクタ挿入口２０１ａは記録ヘッド２０１の上部に形成されたサブタンク部２０１ｂと連通している。サブタンク部２０１ｂの重力方向下側には、並列に配列された複数のノズル２０１ｇを有するノズル部にインクを直接供給する液室２０１ｆが形成されている。サブタンク部２０１ｂと液室２０１ｆとはフィルタ２０１ｃによって区画されているが、サブタンク部２０１ｂと液室２０１ｆとの境界には開口部２０１ｄが形成された仕切部２０１ｅを有し、フィルタ２０１ｃはこの仕切部２０１ｅ上に設置されている。
【００５６】
上述の構成により、コネクタ挿入口２０１ａから記録ヘッド２０１に供給されたインクは、サブタンク部２０１ｂ、フィルタ２０１ｃ、液室２０１ｆを経てノズル２０１ｇに供給される。コネクタ挿入口２０１ａからノズル２０１ｇまでの間は大気に対して気密な状態に保たれている。
【００５７】
サブタンク部２０１ｂの上面には開口部が形成され、この開口部はドーム状の弾性部材２０１ｈで覆われている。この弾性部材２０１ｈで囲まれた空間（圧力調整室２０１ｉ）は、サブタンク部２０１ｂ内の圧力に応じて容積が変化し、後述するようにサブタンク部２０１ｂ内の圧力を調整する機能を有する。
【００５８】
ノズル２０１ｇは、断面幅が２０μｍ程度の筒状の構造を持ち、ノズル２０１ｇ内のインクに吐出エネルギーを与えることでインクをノズル２０１ｇから吐出させ、インクの吐出後、ノズル２０１ｇの毛管力によりノズル２０１ｇ内にインクが満たされる。通常は、この吐出を２０ｋＨｚ以上のサイクルで繰り返し、微細で高速な画像形成を行っている。ノズル２０１ｇ内のインクに吐出エネルギーを与えるために、記録ヘッド２０１は、ノズル２０１ｇごとにエネルギー発生手段を有する。本実施形態では、エネルギー発生手段として、ノズル２０１ｇ内のインクを加熱する発熱抵抗素子（電気熱変換体素子）を用いており、記録ヘッド２０１の駆動を制御するヘッド制御部（不図示）からの指令により発熱抵抗素子を選択的に駆動し、所望のノズル２０１ｇ内のインクを膜沸騰させ、これにより生じる気泡の圧力を利用してノズル２０１ｇからインクを吐出させている。
【００５９】
ノズル２０１ｇは、インクを吐出する先端（吐出口）を下向きにして配列されているが、その吐出口を閉鎖する弁機構は設けられておらず、インクは吐出口にてメニスカスを形成した状態でノズル２０１ｇ内を満たしている。そのため、記録ヘッド２０１の内部、特に液室２０１ｆ内は大気圧に対して負圧の状態に保たれている。ただし、負圧が小さすぎると、ノズル２０１ｇの先端に異物やインクが付着した場合、インクの吐出口におけるメニスカスが破れてインクがノズル２０１ｇから漏れ出てしまうことがある。またこの逆に負圧が大きすぎると、吐出時にインクに与えられるエネルギーよりもノズル２０１ｇ内（液室２０１ｆ内）にインクを引き戻す力が強くなってしまい、吐出不良となってしまう。よって、液室２０１ｆ内における負圧は、大気圧よりも若干低い一定の範囲に保たれる。この負圧の範囲は、ノズル２０１ｇの数、断面積、発熱抵抗素子の性能等により異なるが、本発明者らの実験結果によれば、−２０ｍｍＡｑ（約−０．００２０ａｔｍ＝−０．２０２７ｋＰａ） 〜 −２００ｍｍＡｑ（約−０．０２００ａｔｍ＝−２．０２６５ｋＰａ）（ただし、インクの比重≒水の比重とする）の範囲が好ましい。
【００６０】
本実施形態では、インク供給ユニット２０５と記録ヘッド２０１とをインク供給チューブ２０６で接続しており、インク供給ユニット２０５に対する記録ヘッド２０１の位置を比較的に自由に設定できるので、記録ヘッド２０１内を負圧とするために、記録ヘッド２０１をインク供給ユニット２０５よりも高い位置に配置している。この高さについて詳しくは後述する。
【００６１】
フィルタ２０１ｃは、ノズル２０１ｇを詰まらせるような異物がサブタンク部２０１ｂから液室２０１ｆへ流出するのを防止するための、ノズル２０１ｇの断面幅よりも小さい１０μｍ以下の微細孔を有する金属メッシュで構成される。フィルタ２０１ｃは、フィルタ２０１ｃの一方の面のみにインクが接触すると各微細孔に表面張力によるインクのメニスカスが形成され、気体の流れは困難な性質を持っている。微細孔のサイズが小さいほどメニスカスの強度は強くなり、より気体を通しにくくなる。
【００６２】
本実施形態で用いたようなフィルタ２０１ｃでは、気体を透過させるのに必要な圧力は０．１ａｔｍ（１０．１３２５ｋＰａ）程度（実験値）である。そのため、記録ヘッド１内でのインクの移動方向に関してフィルタ２０１ｃの下流に位置する液室２０１ｆに気体が存在すると、気体は気体自身の浮力程度ではフィルタ２０１ｃを通過することができないので、液室２０１ｆ内の気体は液室２０１ｆ内に留まる。本実施形態においてはこの現象を利用しており、液室２０１ｆをインクで満たさず、液室２０１ｆ内のインクとフィルタ２０１ｃとの間に気体の層が存在しこの気体保持領域の気体によって液室２０１ｆ内のインクとフィルタ２０１ｃとが隔てられるように、所定の量のインクを液室２０１ｆ内に蓄えている。この気体保持領域の気体は、ノズル２０１ｇからフィルタ２０１ｃへの気泡の移動を遮断するように、液室２０１ｆに存在している。
【００６３】
液室２０１ｆ内に蓄えられる最低限必要なインクの量は、ノズル２０１ｇをインクで満たす量である。ノズル２０１ｇ内に液室２０１ｆからの気体が侵入すると、インク吐出後のノズル２０１ｇにインクが補充されず吐出不良をおこすため、ノズル２０１ｇ内は常にインクで満たされている必要がある。
【００６４】
フィルタ２０１ｃの上面にはサブタンク部２０１ｂ内のインクが接触しているが、このフィルタ２０１ｃの上面のインクと下面のインクとが接触している部分においてのみ、インクがフィルタ２０１ｃを介して連通するため、この連通可能な面積部分がフィルタ２０１ｃの有効面積となる。従来の技術でも述べたようにフィルタ２０１ｃによる圧力損失はフィルタ２０１ｃの有効面積に依存している。本実施形態では、面積が大きいフィルタ２０１ｃを記録ヘッド２０１の使用状態において略水平となるように配置し、フィルタ２０１ｃの上面全体にインクを接触させて、フィルタ下面のインクと連通する領域を多く取ることによりフィルタの有効面積を最大とし、圧力損失を低くしている。
【００６５】
圧力調整室２０１ｉは、内部の負圧が大きくなるにつれてその容積が縮小する部屋であり、圧力調整室２０１ｉが本実施形態のように弾性部材２０１ｈで構成される場合は、弾性部材２０１ｈとしてはゴム材等が好ましく用いられる。また、弾性部材２０１ｈ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２０１ｉ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部２０１ｂ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。
【００６６】
圧力調整室２０１ｉを設けない場合、サブタンク部２０１ｂ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、全てのノズル２０１ｇよりインクを吐出するなど、高い割合でインクを吐出するいわゆる高デューティ（ｄｕｔｙ）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。ノズル２０１ｇの負圧が、前述した限界値である−２００ｍｍＡｑ（約−２．０２６５ｋＰａ）を越えると、吐出が不安定になり画像形成の上で不都合な状態となる。
【００６７】
本実施形態のような、シリアルスキャン型の記録装置においては、高デューティ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。圧力調整室２０１ｉは、インクの吐出中には容積を縮小させてサブタンク部２０１ｂ内の負圧の上昇を緩和し、反転時に復元するといった、コンデンサのような役割を果たす。
【００６８】
例えば、圧力調整室２０１ｉの容積の縮小に対する負圧の変化の割合をＫ＝−１．０１３２５ｋＰａ／ｍｌ、サブタンク部２０１ｂ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２０１ｉがなければ、「ＰＶ＝一定」の原理により、サブタンク部２０１ｂ内の負圧の変化はΔＰ＝Ｖs／（Ｖs＋ΔＶ）−１＝−２．４７ｋＰａ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２０１ｉがあると、ΔＰ＝Ｋ×ΔＶ＝−０．５１ｋＰａ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。
【００６９】
上述のように、圧力調整室２０１ｉ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、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。
【００７０】
次に、インク供給ユニット２０５およびメインタンク２０４について説明する。
【００７１】
メインタンク２０４は、供給ユニット２０５に対して着脱可能な構成であり、その底部に、ゴム栓２０４ｂで密封されたインク供給口と、ゴム栓２０４ｃで密封された大気導入口とを有する。メインタンク２０４は、単体では気密な容器であり、インク２０９はメインタンク２０４内にそのまま収容される。
【００７２】
一方、インク供給ユニット２０５は、メインタンク２０４からインク２０９を取り出すためのインク供給針２０５ａと、メインタンク２０４内へ大気を導入させるための大気導入針２０５ｂとを有する。インク供給針２０５ａおよび大気導入針２０５ｂはともに中空の針であり、メインタンク２０４のインク供給口および大気導入口の位置に対応させて針先を上方に向けて配置されており、メインタンク２０４がインク供給ユニット２０５に装着されることで、インク供給針２０５ａおよび大気導入針２０５ｂがそれぞれゴム栓２０４ｂ，２０４ｃを貫通し、メインタンク２０４の内部に侵入する構成となっている。
【００７３】
インク供給針２０５ａは、液路２０５ｃ、遮断弁２１０、および液路２０５ｄという経路を経て、インク供給チューブ２０６と接続される。大気導入針２０５ｂは、液路２０５ｅ、バッファ室２０５ｆ、大気連通口２０５ｇを経て大気と連通する。インク供給針２０５ａからインク供給チューブ２０６までのインク供給経路のうち最も高さの低い位置にある液路２０５ｃと、大気導入針２０５ｂから大気連通口２０５ｇまでの経路のうち最も高さの低い位置にある液路２０５ｅとは、ともに同じ高さである。インク供給針２０５ａおよび大気導入針２０５ｂは、本実施形態では、インクの流動抵抗を抑えるため、内径が１．６ｍｍの太いものを使用し、また、針穴についても直径を１〜１．５ｍｍとした。
【００７４】
遮断弁２１０は、ゴム材からなるダイアフラム２１０ａを有し、このダイアフラム２１０ａを変位させることにより２つの液路２０５ｃ，２０５ｄ間の開閉を行う。ダイアフラム２１０ａの上面には、押圧ばね２１０ｃを内部に保持する筒状のばねホルダ２１０ｂが取り付けられており、この押圧ばね２１０ｃによりダイアフラム２１０ａを押し潰すことにより、液路２０５ｃ，２０５ｄ間が遮断される。ばねホルダ２１０ｂは、後述する回復ユニット２０７のリンク２０７ｅにより動作されるレバー２１０ｄが係合するフランジを有する。レバー２１０ｄを動作させて、押圧ばね２１０ｃのばね力に抗してばねホルダ２１０ｂを持ち上げることで、液路２０５ｃ，２０５ｄ間が連通する。遮断弁２１０は、記録ヘッド２０１がインクを吐出している状態では開かれ、待機中および休止中は閉じられ、後述するインク充填動作時には、回復ユニット２０７とタイミングを合わせて開閉される。
【００７５】
上述したインク供給ユニット２０５の構成は、レバー２１０ｄを除き、メインタンク２０４ごと、すなわちインクの色ごとに設けられている。レバー２１０ｄは全ての色に共通のものであり、全ての色についての遮断弁２１０を同時に開閉させる。
【００７６】
以上の構成により、記録ヘッド２０１内のインクが消費されると、その負圧により、インクが随時メインタンク２０４からインク供給ユニット２０５およびインク供給チューブ２０６を介して記録ヘッド２０１へ供給される。その際、メインタンク２０４から供給されたインクと同量の気体が、大気連通口２０５ｇからバッファ室２０５ｆ、大気導入針２０５ｂを経て、メインタンク２０４内に導入される。
【００７７】
バッファ室２０５ｆは、メインタンク２０４内の気体の膨張によりメインタンク２０４から流出したインクを一時的に保持する目的の空間であり、大気導入針２０５ｂの下端はバッファ室２０５ｆの底部に位置している。インクジェット記録装置の待機中または休止中に環境温度が上昇したり外気圧が低下したりする等、メインタンク２０４内の気体が膨張した場合は、遮断弁２１０は閉じられているため、メインタンク２０４内のインクが大気導入針２０５ｂから液路２０５ｅを経てバッファ室２０５ｆへ流出する。逆に、環境温度が低下する等、メインタンク２０４内の気体が収縮した場合は、バッファ室２０５ｆ内に流出していたインクはメインタンク２０４へ戻る。また、バッファ室２０５ｆにインクが存在している状態で記録ヘッド２０１からインクを吐出させると、まず、バッファ室２０５ｆ内のインクがメインタンク２０４へ戻り、バッファ室２０５ｆ内のインクがなくなった後、メインタンク２０４内に気体が導入される。
【００７８】
バッファ室２０５ｆの容積Ｖbは、製品の使用環境を満足するように設定する。例えば、５℃（２７８Ｋ）〜３５℃（３０８Ｋ）の温度範囲内での使用を前提とする製品であれば、メインタンク２０４の容量を１００ｍｌとすると、Ｖb＝１００×（３０８−２７８）／３０８＝９．７ｍｌ以上として設定される。
【００７９】
ここで、メインタンク２０４の基本水頭と、メインタンク２０４内に気体が導入される際のインク供給ユニット２０５の液路内での気体およびインクの挙動について、図３を用いて説明する。
【００８０】
図３（ａ）に、メインタンク２０４から記録ヘッド２０１（図２参照）へインクを供給可能な通常の状態を示す。この状態では、メインタンク２０４内は、バッファ室２０５ｆを除いて気密状態であるためメインタンク２０４内は大気圧に対して負圧に保たれ、インクの先端２０９ａは、液路２０５ｅの途中に留まっている。インクの先端２０９ａの圧力は、大気と接しているため大気圧（＝０ｍｍＡｑ）である。インクの先端２０９ａが位置する液路２０５ｃとインク供給チューブ２０６（図２参照）に連通する液路２０５ｅとは同じ高さであり、両液路２０５ｃ，２０５ｅ間はインクのみで連通されているので、液路２０５ｃの圧力も大気圧となる。これはインクの先端２０９ａと液路２０５ｃとの高さの関係で決まるものであり、メインタンク２０４内のインク２０９の量には影響されない。
【００８１】
メインタンク２０４内のインクが消費されると、図３（ｂ）に示すように、インクの先端２０９ａは徐々に大気導入針２０５ｂへ向かって移動し、大気導入針２０５ｂの直下に達した時点で、図３（ｃ）に示すように、気泡となって大気導入針２０５ｂ内を浮上し、メインタンク２０４内に導入される。これと入れ替えに、メインタンク２０４内のインクが大気導入針２０５ｂ内に侵入し、インクの先端２０９ａは図３（ａ）に示した元の状態に戻る。
【００８２】
図３（ｄ）に、バッファ室２０５ｆ内にインクが溜まった状態を示す。この場合、インクの先端２０９ａはバッファ室２０５ｆの高さ方向中間の、液路２０５ｃよりもｈ１（ｍｍ）だけ高い位置に位置しており、液路２０５ｃの圧力が−ｈ１（ｍｍＡｑ）となっている。
【００８３】
以上より、本実施形態において、ノズル２０１ｇ（図２参照）にかかる水頭差による圧力は、図４に示すように流路２０５ｃからサブタンク部２０１ｂ内のインク上面２０９ｂまでの高さをｈ２（ｍｍ）、フィルタ２０１ｃからサブタンク部２０１ｂ内のインク上面２０９ｂまでの高さをｈ３（ｍｍ）、ノズル２０１ｇの下端から液室２０１ｆ内のインク上面２０９ｃまでの高さをｈ４（ｍｍ）とすると、ノズル２０１ｇ下端での負圧Ｐnは、通常の状態では、Ｐn≒−９．８×（ｈ２−ｈ３−ｈ４）Ｐａとなり、バッファ室２０５ｆにインクが溜まった状態ではＰn≒−９．８×（ｈ２−ｈ１−ｈ３−ｈ４）Ｐａとなる。Ｐnの値は、前述した負圧の範囲（−０．２０２７ｋＰａ〜−２．０２６５ｋＰａ）の範囲に収まるように設定される。
【００８４】
再び図２を参照すると、インク供給針２０５ａと大気連通針２０５ｂとにはインクの電気抵抗を測定する回路２０５ｈが接続されており、メインタンク２０４内のインクの有無を検出可能となっている。この回路２０５ｈは、メインタンク２０４内にインクが存在している状態では、メインタンク２０４内のインクを介して回路２０５ｈに電流が流れるため電気的クローズを検出し、インクが存在しないまたはメインタンク２０４が装着されていない状態では電気的オープンを検出する。検出電流は微弱であるため、インク供給針２０５ａと大気導入針２０５ｂとの絶縁は重要であり、本実施形態では、インク供給針２０５ａから記録ヘッド２０１までの経路と、大気連通針２０５ｂから大気連通口２０５ｇまでの経路とを完全に独立させ、メインタンク２０４内のインクのみの電気抵抗を測定可能なように配慮している。
【００８５】
次に、回復ユニット２０７について説明する。
【００８６】
回復ユニット２０７は、ノズル２０１ｇからのインクや気体の吸引と、遮断弁２１０の開閉を行うものであり、記録ヘッド２０１のインク吐出面（ノズル２０１ｇが開口した面）をキャッピングする吸引キャップ２０７ａと、遮断弁２１０のレバー２１０ｄを動作させるリンク２０７ｅとを有する。
【００８７】
吸引キャップ２０７ａは、少なくともインク吐出面と接触する部分がゴム等の弾性部材で構成され、インク吐出面を密閉する位置と記録ヘッド２０１から退避した位置との間を移動可能に設けられている。吸引キャップ２０７ａには、中間部位にチューブポンプ式の吸引ポンプ２０７ｃを有するチューブが接続されており、ポンプモータ２０７ｄによって吸引ポンプ２０７ｃを駆動することで、連続吸引が可能である。また、ポンプモータ２０７ｄの回転量に応じて吸引量を変えることが可能である。本実施形態では、−０．８ａｔｍ（８１．０６０ｋＰａ）まで減圧可能な吸引ポンプ２０７ｃを用いている。
【００８８】
カム２０７ｂは吸引キャップ２０７ａを動作させるものであり、カム制御モータ２０７ｇにより、リンク２０７ｅを動作させるカム２０７ｆと同期して回転される。カム２０７ｂのａ〜ｃの位置がそれぞれ吸引キャップ２０７ａと接触するタイミングは、カム２０７ｆのａ〜ｃの位置がそれぞれリンク２０７ｅと接触するタイミングと一致している。ａの位置では、カム２０７ｂは吸引キャップ２０７ａを記録ヘッド２０１のインク吐出面から離間させ、カム２０７ｆはリンク２０７ｅを押しつけてレバー２１０ｄを押し上げ、遮断弁２１０を開かせる。ｂの位置では、カム２０７ｂは吸引キャップ２０７ａをインク吐出面に密着させ、カム２０７ｆはリンク２０７ｅを引き戻して遮断弁を閉じさせる。ｃの位置では、カム２０７ｂは吸引キャップ２０７ａをインク吐出面に密着させ、カム２０７ｆはリンク２０７ｅを押しつけて遮断弁２１０を開かせる。
【００８９】
記録動作の際は、カム２０７ｂ，２０７ｆをａの位置とし、ノズル２０１ｇからのインクの吐出、およびメインタンク２０４から記録ヘッド２０１へのインクの供給を可能とする。待機中および休止中を含む非動作時は、カム２０７ｂ，２０７ｆをｂの位置とし、ノズル２０１ｇの乾燥を防止するとともに、記録ヘッド２０１からのインクの流出を防止する（特に装置自身の移動時は、装置が傾けられてインクが流出する場合もある）。カム２０７ｂ，２０７ｆのｃの位置は、以下に説明する、記録ヘッド２０１へのインク充填動作時に用いられる。
【００９０】
以上、メインタンク２０４から記録ヘッド２０１までのインク供給経路を説明したが、図２に示したような構成では、長期にわたって見ると、記録ヘッド２０１内に気体が蓄積してしまう。
【００９１】
サブタンク部２０１ｂにおいては、インク供給チューブ２０６や弾性部材２０１ｈを透過して侵入する気体や、インク内に溶存していた気体が蓄積する。インク供給チューブ２０６や弾性部材２０１ｈを透過する気体については、それらを構成する材料としてガスバリア性の高いものを使用すればよいが、ガスバリア性の高い材料は高価であり、大量生産される民生用の機器では、コスト面の都合上、高性能な材料を容易に使用することはできない。本実施形態では、インク供給チューブ２０６には低コストかつ柔軟性が高く使い易いポリエチレンチューブを用い、弾性部材２０１ｈにはブチルゴムを使用している。
【００９２】
一方、液室２０１ｆにおいては、ノズル２０１ｇからのインクの吐出によって発生する気泡、すなわち記録動作に伴いノズル２０１ｇ内のインクを発泡させてインクを吐出させた後、気泡が消泡する際に、インク中に再溶解しなかった気泡が液室２０１ｆに戻ったり、インク中に溶存している微細な気泡がノズル２０１ｇ内のインクの温度上昇により集まって大きな気泡となったりすることにより、徐々に気体が蓄積する。
【００９３】
本発明者らが行った実験によると、本実施形態に示した構成においては、サブタンク部２０１ｂ内での気体の蓄積量は１ヶ月当たり約１ｍｌ、液室２０１ｆ内での気体の蓄積量は１ヶ月当たり約０．５ｍｌであった。
【００９４】
サブタンク部２０１ｂ内および液室２０１ｆ内での気体の蓄積量が多いと、サブタンク部２０１ｂおよび液室２０１ｆが各々収納しているインク量が減少してしまう。サブタンク部２０１ｂにおいては、インクが不足すると、フィルタ２０１ｃが気体に露出してフィルタ２０１ｃの有効面積が減少し、その結果としてフィルタ２０１ｃの圧力損失が上昇し、最悪の場合は液室２０１ｆへインクが供給できなくなってしまう。一方、液室２０１ｆにおいては、ノズル２０１ｇの上端が気体に露出すると、ノズル２０１ｇへのインク供給が不能となる。このように、サブタンク部２０１ｂおよび液室２０１ｆのいずれも、一定量以上のインクが収納されていないと致命的な問題が生じる。
【００９５】
そこで、所定の期間ごとにサブタンク部２０１ｂおよび液室２０１ｆの各々に適量のインクを充填することで、ガスバリア性の高い材料を使用しなくてもインクの吐出機能を長期間にわたって安定して維持することができる。例えば本実施形態の場合、１ヶ月当たりに蓄積する気体の量に充填時のばらつきをプラスした量を、サブタンク部２０１ｂおよび液室２０１ｆにそれぞれ１ヶ月ごとに充填すればよい。
【００９６】
サブタンク部２０１ｂおよび液室２０１ｆへのインクの充填は、回復ユニット２０７による吸引動作を利用して行う。すなわち、吸引キャップ２０７ａで記録ヘッド２０１のインク吐出面を密閉した状態で吸引ポンプ２０７ｃを駆動し、記録ヘッド２０１内のインクをノズル２０１ｇから吸引することによって行う。ただし、単にノズル２０１ｇからインクを吸引しただけでは、ノズル２０１ｇから吸引したインクとほぼ同量のインクがサブタンク部２０１ｂから液室２０１ｆへ流れ込み、同様に、サブタンク２０１ｂから流出したインクとほぼ同量のインクがメインタンク２０４からサブタンク部２０１ｂへ流れ込むだけで、吸引前と状況はほとんど変わらない。
【００９７】
したがって、本実施形態では、フィルタ２０１ｃで仕切られたサブタンク部２０１ｂと液室２０１ｆとに各々適量のインクを充填するために、遮断弁２１０を利用してサブタンク部２０１ｂおよび液室２０１ｆを所定の圧力まで減圧し、サブタンク部２０１ｂおよび液室２０１ｆの容積設定を行う。
【００９８】
以下に、サブタンク部２０１ｂと液室２０１ｆとへのインク充填動作、および容積設定について説明する。
【００９９】
インク充填動作は、まず、記録ヘッド２０１が吸引キャップ２０７ａと対向する位置までキャリッジ２０２（図１参照）を移動させ、回復ユニット２０７のカム制御モータ２０７ｇを駆動してカム２０７ｂ，２０７ｆを、それぞれｂの位置が吸引キャップ２０７ａおよびリンク２０７ｅと接触するまで回転させる。これにより、記録ヘッド２０１のインク吐出面が吸引キャップ２０７ａにより密閉され、遮断弁２１０はメインタンク２０４から記録ヘッド２０１までのインク経路を閉じた状態となる。
【０１００】
この状態でポンプモータ２０７ｄを駆動し、吸引ポンプ２０７ｃにより吸引キャップ２０７ａから吸引を行う。この吸引により、記録ヘッド２０１内に残留しているインクおよび気体がノズル２０１ｇを通して吸引され、記録ヘッド２０１内が減圧される。吸引ポンプ２０７ｃによる吸引量が所定の量に達した時点で、吸引ポンプ２０７ｃを停止させ、カム制御モータ２０７ｇを駆動してカム２０７ｂ，２０７ｆをそれぞれｃの位置が吸引キャップ２０７ａおよびリンク２０７ｅと接触するまで回転させる。これにより、吸引キャップ２０７ａによるインク吐出面の密閉状態はそのままで、遮断弁２１０が開かれる。吸引ポンプ２０７ｃによる吸引量は、記録ヘッド２０１内の圧力が、サブタンク部２０１ｂおよび液室２０１ｆ内に適量のインクを充填するのに必要な所定の圧力となる吸引量であり、これは計算や実験等によって求めることができる。
【０１０１】
記録ヘッド２０１内が減圧されると、インク供給チューブ２０６を介して記録ヘッド２０１内にインクが流れ込み、サブタンク部２０１ｂおよび液室２０１ｆの各々にインクが充填される。充填されるインクの量は、減圧されているサブタンク部２０１ｂおよび液室２０１ｆがほぼ大気圧に戻るのに必要な体積であり、サブタンク部２０１ｂおよび液室２０１ｆの容積および圧力により決定される。
【０１０２】
サブタンク部２０１ｂおよび液室２０１ｆへのインクの充填は、遮断弁２１０が開かれてから約１秒程度で完了する。インクの充填が完了すると、カム制御モータ２０７ｇを駆動してカム２０７ｂ，２０７ｆをａの位置がそれぞれ吸引キャップ２０７ａおよびリンク２０７ｅと接触する位置まで回転させる。これにより吸引キャップ２０７ａを記録ヘッド２０１から離間させ、再び吸引ポンプ２０７ｃを駆動して吸引キャップ２０７ａ内に残ったインクを吸引する。またこの状態では遮断弁２１０は開いた状態であるので、ノズル２０１ｇからインクを吐出して記録用シートＳ（図１参照）へ文字や画像等を形成可能な状態となる。なお、待機中および休止中の場合は、カム制御モータ２０７ｇを再び駆動してカム２０７ｂ，２０７ｆをそれぞれｂの位置が吸引キャップ２０７ａおよびリンク２０７ｅと接触する位置まで回転させ、記録ヘッド２０１のインク吐出面を吸引キャップ２０７ａで密閉するとともに、遮断弁２１０を閉じる。
【０１０３】
サブタンク部２０１ｂおよび液室２０１ｆ内のインクの量が長期間にわたって不足することがなければ、回復ユニット２０７による吸引動作を頻繁に行う必要もなく、インクを無駄にする機会も減る。さらに、サブタンク部２０１ｂおよび液室２０１ｆの両方にインクの充填が必要な場合であっても１回の充填動作で済むのでインクを節約することができる。
【０１０４】
ここで、サブタンク部２０１ｂの容積をＶ１、サブタンク部２０１ｂに充填すべきインクの量をＳ１、サブタンク部２０１ｂ内の圧力をＰ１（大気圧からの相対値）とする。ここで、「ＰＶ＝一定」の原理により、これらの関係をＶ１＝Ｓ１／│Ｐ１│となるように設定することにより、充填動作によりサブタンク部２０１ｂに対して適量のインクを充填することができる。同様に、液室２０１ｆの容積をＶ２、液室２０１ｆに充填すべきインクの量をＳ２、液室２０１ｆ内の圧力をＰ２（大気圧からの相対値）としたとき、これらの関係をＶ２＝Ｓ２／│Ｐ２│となるように設定することにより、充填動作により液室２０１ｆに対して適量のインクを充填することができる。
【０１０５】
また、サブタンク部２０１ｂと液室２０１ｆとを区画するフィルタ２０１ｃは微細なメッシュ構造であり、前述したようにメニスカスが形成された状態では気体の流れが困難な性質を持っている。ここで、メニスカスが形成されたフィルタ２０１ｃに対して気体を透過させるのに必要な圧力をＰｍとする。回復ユニット２０７によりノズル２０１ｇから吸引した場合、液室２０１ｆ内の圧力Ｐ２は、フィルタ２０１ｃを通してサブタンク部２０１ｂ内の気体を透過させるために、サブタンク部２０１ｂ内の圧力Ｐ１よりも上記圧力Ｐｍ分だけ低くなる。よって、この関係を、サブタンク部２０１ｂおよび液室２０１ｆの容積を決定する際に用いると、充填動作の条件を容易に決定することができる。
【０１０６】
ここで、上述した充填動作および容積設定についての具体的な例を説明する。
【０１０７】
インクの充填は、１ヶ月に１回実施し、１ヶ月間で蓄積する気体の量は、サブタンク部２０１ｂで１ｍｌ、液室２０１ｆで０．５ｍｌとする。また、サブタンク部２０１ｂにおいてフィルタ２０１ｃを気体に露出させないようにするために必要なインクの量は０．５ｍｌ、液室２０１ｆにおいてノズル２０１ｇを気体に吐出させないようにするために必要なインクの量は０．５ｍｌ、インクの充填量のばらつきは、サブタンク部２０１ｂ、液室２０１ｆとも０．２ｍｌとする。これらの数値は、実験によって求められたものである。以上より、１回の充填で充填すべきインクの量はこれらの合計値であり、サブタンク部２０１ｂでは１．７ｍｌ、液室２０１ｆでは１．２ｍｌと設定される。
【０１０８】
記録ヘッド２０１内の減圧圧力は、回復ユニット２０７の能力を超えない範囲で設定される。本実施形態では吸引ポンプ２０７ｃの実力限界が−０．８ａｔｍ（８１．０６０ｋＰａ）であるため、余裕を持たせて、吸引キャップ２０７ａ内の圧力が−０．５ａｔｍ（−５０．６６２５ｋＰａ）となるように、吸引ポンプ２０７ｃの吸引量が実験により求められて設定され、ポンプモータ２０７ｄの回転量として制御を行う。
【０１０９】
ここで、ノズル２０１ｇのメニスカスによる気体を透過させるのに必要な圧力は実験値で−０．０５ａｔｍ（−５．０６６２５ｋＰａ）であるので、吸引キャップ２０７ａ内の圧力と液室２０１ｆ内の圧力との間にノズル２０１ｇの抵抗分の差が生じ、液室２０１ｆ内の圧力が吸引キャップ２０７ａ内の圧力よりも０．０５ａｔｍ（５．０６６２５ｋＰａ）だけ高くなる。同様に、フィルタ２０１ｃのメニスカスによる気体を透過させるのに必要な圧力は実験値で−０．１ａｔｍ（−１０．１３２５ｋＰａ）なので、液室２０１ｆ内の圧力とサブタンク部２０１ｂ内の圧力との間にフィルタ２０１ｃの抵抗分の差が生じ、サブタンク部２０１ｂ内の圧力が液室２０１ｆ内の圧力よりも０．１ａｔｍ（１０．１３２５ｋＰａ）だけ高くなる。よって、吸引キャップ２０７ａ内の圧力を−０．５ａｔｍ（−５０．６６２５ｋＰａ）に設定すると、液室２０１ｆ内の圧力は−０．４５ａｔｍ（−４５．５９６３ｋＰａ））、サブタンク部２０１ｂ内の圧力は−０．３５ａｔｍ（−３５．４６３８ｋＰａ）となる。
【０１１０】
サブタンク部２０１ｂに１．７ｍｌのインクを充填するためには、内圧がほぼ１ａｔｍ（１０１．３２５ｋＰａ）となっているサブタンク部２０１ｂから１．７ｍｌだけインクを吸引した時点で内圧が−０．３５ａｔｍ（−３５．４６３８ｋＰａ）となるように、サブタンク部２０１ｂの容積Ｖ１を設定する。すなわち、Ｖ１＝１．７／０．３５＝４．８５ｍｌとなる。同様にして、液室２０１ｆの容積Ｖ２についても、Ｖ２＝１．２／０．４５＝２．６７ｍｌと設定する。
【０１１１】
以上の条件で記録ヘッド２０１内を減圧した後、遮断弁２１０を開くことで、負圧となっている記録ヘッド２０１内へインクが流れ込む。より詳しく説明すると、まず、サブタンク部２０１ｂ内にインクが流れ込み、減圧によってＶ１まで膨張していた気体がほぼ大気圧まで復元する。そのときのサブタンク部２０１ｂ内での気体の体積をＶ１aとすると、Ｖ１a＝Ｖ１×（１−０．３５）＝３．１５ｍｌであり、サブタンク部２０１ｂにＶ１−Ｖ１a＝１．７ｍｌのインクが充填された時点で落ち着く。同様に液室２０１ｆについても、サブタンク部２０１ｂからインクが流れ込み、減圧によってＶ２まで膨張していた気体がほぼ大気圧まで復元する。そのときの液室２０１ｆ内での気体の体積をＶ２aとすると、Ｖ２a＝Ｖ２×（１−０．４５）＝１．４７ｍｌであり、液室２０１ｆにＶ２−Ｖ２a＝１．２ｍｌのインクが充填された時点で落ち着く。
【０１１２】
以上のように、サブタンク部２０１ｂおよび液室２０１ｆの各々の容積と減圧する圧力とを設定することにより、フィルタ２０１ｃで仕切られたサブタンク部２０１ｂと液室２０１ｆとに各々適量のインクを１回の充填動作で充填することができ、気体が記録ヘッド２０１内に蓄積する状況下であってもその吸引動作なしに、長期間にわたって正常に稼働させることができる。
【０１１３】
また、前述したように、フィルタ２０１ｃと液室２０１ｆ内のインクの上面との間には気体保持領域の気体が介在しているが、この気体保持領域の気体の体積は回復ユニット２０７による吸引動作での吸引圧力で任意に設定することが可能である。つまり、気体保持領域の気体は体積を管理することが可能な気体である。
【０１１４】
そのため、従来、フィルタとノズルとの間に発生した気泡が原因となって起こっていた吐出不良に対する信頼性を大幅に向上させることができる。すなわち、管理できない気泡がフィルタの下に存在することによってフィルタの有効面積が変化（低減）するという従来の問題に対しては、本実施形態においては、フィルタ２０１ｃ下面は初めから管理された部分（図２の開口部２０１ｄ）で気体保持領域の気体と接しており、フィルタ２０１ｃの有効面積はほとんど変化しない。よって、フィルタ２０１ｃの必要な有効面積は、設計段階よりこのことを考慮しておけばコントロールすることが可能となるので、信頼性を高めることができる。
【０１１５】
また、フィルタとノズルとの間の流路を気泡が塞いでしまうという問題に対しては、液室２０１ｆ内に存在し得る気泡の直径に対して液室２０１ｆの断面積を十分に大きく構成しているので、液室１０１ｆ内の気泡がインクの流れを妨げることはなくなる。
【０１１６】
さらに、液室内の気泡がノズル内に侵入したり、液室とノズルとの間の連通部を塞いでしまったりするとによる問題に関しては、上述したように液室２０１ｆの断面積が十分に大きいので、液室２０１ｆ内に生じた気泡はその浮力により液室２０１ｆ内のインク中を上昇し、気体保持領域の気体と合体するので、ノズル２０１ｇ内に侵入することはなくなる。しかも、液室２０１ｆ内に生じた気泡が気体保持領域の気体と合体しても、この気体保持領域の気体は上述のように管理可能な気体であるため、フィルタ２０１ｃの有効面積は変化しない。
【０１１７】
すなわち、フィルタ２０１ｃでサブタンク部２０１ｂと仕切られた液室２０１ｆを以上のように構成することで、液室２０１ｆ内に気泡が生じたり、生じた気泡が移動したりすることが原因となって発生していた吐出不良に対する信頼性を大幅に向上させることができる。
【０１１８】
次に、本発明の更なる特徴について説明する。
【０１１９】
本実施形態の構成では、遮断弁２１０を閉じた場合、記録ヘッド２０１の内部は、ノズル２０１ｇの表面のメニスカス圧力だけでインクを保持した、閉じた系となっている。例えば、低温環境下で遮断弁２１０を閉じ、しばらくして環境温度が上昇してきた場合を考える。この場合、フィルタ２０１ｃに対してノズル２０１ｇと反対側の空間であるサブタンク部２０１ｂ内には、温度上昇や外気圧の低下等による気体の膨張と蒸気圧の上昇等が発生する。この気体の膨張分や蒸気圧の上昇分は、圧力調整室２０１ｉで吸収することができる。
【０１２０】
しかし、フィルタ２０１ｃに対してノズル２０１ｇ側の空間である液室２０１ｆには、圧力調整室２０１ｉのような、気体の膨張分や蒸気圧の上昇分を吸収する空間とは連通しておらず、容積は一定である。液室２０１ｆは、ノズル２０１ｇと直接連通しているため、微細なゴミすら存在が許されない。圧力調整室２０１ｉのような空間を液室２１ｆに設けることは原理的には不可能ではないが、ゴムのような、不純物の発生するものや変形してゴミを発生させやすいものを液室２０１ｆに設けるのは、製造コストを考えると現実的ではない。
【０１２１】
したがって、液室２０１ｆ内で膨張した気体は、液室２０１ｆ内のインクを液室２０１ｆの外部へ押し出すことになる。ここで、液室２０１ｆ内のインクの一部でも、例えば表面張力の働きなどにより液室２０１ｆの壁面を上ってフィルタ２０１ｃと接触していれば、フィルタ２０１ｃを透過してサブタンク部２０１ｂへ逃げることができる。
【０１２２】
しかし、フィルタ２０１ｃの液室２０１ｆ側の面が全面にわたって気体にされされており、インクと接触していない場合、フィルタ２０１ｃのサブタンク部２０１ｂ側の面がインクに接していることによりフィルタ２０１ｃにはメニスカスが形成されているので、このメニスカスを破らなければインクはサブタンク部２０１ｂへ逃げることはできない。
【０１２３】
一方で、ノズル２０１ｇにもメニスカスが形成されており、このノズル２０１ｇでのメニスカスの保持力が、フィルタ２０１ｃでのメニスカスの保持力に比べて小さいと、インクはノズル２０１ｇから漏れてしまうことになる。しかも、ノズル２０１ｇのメニスカスが一度破れると、簡単には戻らず、液室２０１ｆ内のインクを、気体の膨張分や蒸気圧の上昇分だけ吹き出してしまうことになる。
【０１２４】
そこで、本実施形態では、このような不具合を防止するため、サブタンク部２０１ｂと液室２０１ｆとの境界に設けられてフィルタ２０１ｃが設置される仕切部２０１ｅの構造を工夫し、フィルタ２０１ｃの液室２０１ｆ側の面に確実にインクが接するような構造としている。これによって、（ノズル２０１ｇに形成されているメニスカスを破る力）≧（フィルタ２０１ｃへインクが移動する力）を実現して、ノズル２０１ｇからのインクの漏れを防ぐ。以下にこの構造について図５および６を参照して説明する。
【０１２５】
図５は、図２に示す記録ヘッドの内部構造を詳細に示す断面図であり、図６は、図２に示す記録ヘッドを、サブタンク部の上壁および一部のフィルタを除いた状態で上方から見た斜視図である。なお、図５ではノズル２０１ｇの詳細な断面構造は省略している。
【０１２６】
図５および図６に示すように、仕切部２０１ｅの周縁部には、サブタンク部２０１ｂに向かって延びる側壁２２１ａが形成されており、実際にはフィルタ２０１ｃは側壁２２１ａの上に載せられている。これにより、側壁２２１ａで囲まれた領域内にもインクを保持することが可能な構造となっている。すなわち仕切部２０１ｅは、サブタンク部２０１ｂと液室２０１ｆとの間の補助液室を構成する。側壁２２１ａの高さは、仕切部２０１ｅ内に保持されたインクのが表面張力により常にフィルタ２０１ｃの下面に接触することができる高さである（図面では説明をわかりやすく図示しているため、側壁２２１ａで囲まれた領域内に保持されたインクの大部分は表面張力によってフィルタ２０１ｃの下面に接触している）。
【０１２７】
また、側壁２２１ａで囲まれた領域の内側には複数のリブ２２１ｃ，２２１ｄが設けられている。これらリブ２２１ｃ，２２１ｄの高さは側壁２２１ａの高さと同じであり、リブ２２１ｃ，２２１ｄの上端もフィルタ２０１ｃの下面と接触している。これにより、毛細管現象によりリブ２２１ｃ，２２１ｄに沿って上昇したインクもフィルタ２０１ｃの下面と接触し、フィルタ２０１ｃの下面で接触するインクの量をより多くしている。
【０１２８】
開口部２０１ｄの周囲では、その少なくとも一部で側壁２２１ａの高さが低くなっている。側壁２２１ａの高さの低い部分はフィルタ２０１ｃと接触しておらず、この部分を介して仕切部２０１ｅの中と液室２０１ｆとが連通している。これにより、気体保持領域を確保することが可能となる。
【０１２９】
上述の構成において、ノズル２０１ｇからのインクの吐出により液室２０１ｆ内のインクが消費されていくと、液室２０１ｆの負圧が徐々に上昇する。液室２０１ｆと仕切部２０１ｅの中とは連通しているので、液室２０１ｆの負圧の上昇と同様に仕切部２０１ｅの中の負圧も上昇する。
【０１３０】
液室２０１ｆおよび仕切部２０１ｅ内の負圧が上昇すると、サブタンク部２０１ｂからフィルタ２０１ｃを通して液室２０１ｆ内にインクが流れ込む。この際、仕切部２０１ｅ内では２２１ａ、２２１ｃ、２２１ｄ等によって保持されているインクが表面張力によってフィルタ２０１ｃの下面と接触しているため、この部分でインクが流れやすくなっている。したがって、図７に矢印で示すように、サブタンク部２０１ｂ内のインクは、フィルタ２０１ｃの、下面がインクと接触している部分から側壁２２１ａやリブ２２１ｃ，２２１ｄを伝わって仕切部２０１ｅ内へ流れ込み、流れ込んだインクが開口部２０１ｄの周囲の側壁２２１ａから溢れ出ることによって、液室２０１ｆに流れ込む。
【０１３１】
ここで、遮断弁２１０（図２参照）を閉じた状態で環境温度が上昇したり、外気圧が低下したりするなど、記録ヘッド２０１内の気体の膨張や蒸気圧の上昇が発生した場合のインクの流れについて、図８を用いて説明する。
【０１３２】
液室２０１ｆ内の気体の膨張や蒸気圧の上昇が発生すると、膨張や圧力上昇分の気体体積は、フィルタ２０１ｃを通じてサブタンク部２０１ｂに逃げるか、または液室２０１ｆ内のインク（仕切部２０１ｅ内のインクも含む）を外部へ押し出すことになるが、前述したようにサブタンク部２０１ｂ内のインクと接触しているフィルタ２０１ｃは液室２０１ｆ内の気体を透過させ難いので、インクを外部へ押し出すことになる。ここで、仕切部２０１ｅ内では２２１ａ、２２１ｃ、２２１ｄ等によって保持されているインクが表面張力によりフィルタ２０１ｃと接触しており、この部分でインクはフィルタ２０１ｃを透過しやすいので、液室２０１ｆ内の気体の膨張や蒸気圧上昇が発生すると、仕切部２０１ｅ内のインクが、側壁２２１ａやリブ２２１ｃ，２２１ｄを伝わり、フィルタ２０１ｃを通ってサブタンク部２０１ｂへ流れ込む。
【０１３３】
一方、サブタンク部２０１ｂにおいては、前述したように、圧力調整室２０１ｉが設けられているので、液室２０１ｆと同様に気体の膨張や蒸気圧の上昇が発生し、さらに、フィルタ２０１ｃを透過したインクが流れ込んだとしても、それによる体積増加分は圧力調整室２０１ｉで吸収される。
【０１３４】
この際、仕切部２０１ｅ内のインクがなくならないようにするために、仕切部２０１ｅ内でのインクの保持容積Ｖfと、液室２０１ｆ内での気体の最大増加容積ΔＶmaxとの関係が、Ｖf＞ΔＶmaxである必要がある。ΔＶmaxは、記録ヘッド２０１内の気体の膨張や蒸気圧上昇が温度上昇によって生じる場合は、液室２０１ｆ内の気体の容積×想定される最大温度変化量比で与えられる。
【０１３５】
以上説明した仕切部２０１ｅの構造によれば、フィルタ２０１ｃの液室２０１ｆ側の面にも常にインクを接触させた状態とすることができるので、環境温度の上昇等により液室２０１ｆ内の気体の膨張や蒸気圧上昇が発生しても、増加した気体体積分のインクを、フィルタ２０１ｃを通じてサブタンク部２０１ｂへスムーズに移動させることができ、ノズル２０１ｇからインクが吹き出る現象を防止することができる。しかも、仕切部２０１ｅでのインクのフィルタ２０１ｃとの接触は側壁２２１ａやリブ２２１ｃ，２２１ｄによる毛細管現象を利用して接触しているのでこの部分に気泡が発生することはないし、また、フィルタ２０１ｃの下面とインクとの接触領域は一定の領域であるので、フィルタ２０１ｃの有効面積も殆ど一定である。
【０１３６】
また、本実施形態では、フィルタ２０１ｃの液室２０１ｆ側の面にインクを接触させるための構造を、フィルタ２０１ｃが設置される仕切部２０１ｅを利用して構成しているため、そのための特別な部材や特別な製造工程も特に必要とせず容易にしかも安価に構成することができる。リブ２２１ｃ，２２１ｄの数や位置は特に制限はないが、より多くのインクを仕切部２０１ｅで保持し、より多くのインクをフィルタ２０１ｃと接触させるためには、リブの数を増やし、また、リブの間隔を狭くすることが好ましい。
【０１３７】
仕切部２０１ｅにおける開口部２０１ｄの位置は任意であるが、開口部２０１ｄの全周を毛細管現象を発生させるための側壁として利用できるように、サブタンク部２０１ｂまたは液室２０１ｆの内壁面から離れた位置に開口部２０１ｄを設け、仕切部２０１ｅを、いわば開口部２０１ｄが中央部に位置する回廊構造とすることが好ましい。また、仕切部２０１ｅ内でのインクの保持量が少なくて済む場合には、仕切部２０１ｅを平板状としてフィルタ２０１ｃを平面で支持し、その支持している領域で直接毛細管現象を発生させてもよい。
【０１３８】
（第２の実施形態）
図９は、本発明の第２の実施形態によるインクジェット記録装置のインク供給経路を示す図である。また、図１０は、図９に示す記録ヘッドの内部構造を詳細に示す断面図であり、図１１は、図９に示す記録ヘッドを、サブタンク部の上壁および一部のフィルタを除いた状態で上方から見た斜視図である。なお、図１０ではノズル３０１ｇの詳細な断面構造は省略している。
【０１３９】
本実施形態のインクジェット記録装置も、第１の実施形態と同様のシリアルスキャン型のインクジェット記録装置であり、全体の構成は図１と同様である。また、複数色のインクを吐出することによりカラーの画像等を形成することについても本実施形態は第１の実施形態と同様であるが、図９では、図２と同様に１色分のインク供給経路のみを示している。
【０１４０】
本実施形態では、記録ヘッド３０１の構成が第１の実施形態と異なっている。その他、記録ヘッド３０１へのインクの供給が、メインタンク３０４からインク供給ユニット３０５およびインク供給チューブ３０６を介して行われる点や、記録ヘッド３０１にインクを充填する際や記録ヘッド３０１からインクの増粘物等を除去する際に記録ヘッド３０１のノズル３０１ｇから強制的にインク等を吸引するための、吸引キャップ３０７ａおよび吸引ポンプ３０７ｃ等を有する回復ユニット３０７が設けられている点等は第１の実施形態と同様である。また、これらメインタンク３０４、インク供給ユニット３０５、インク供給チューブ３０６、および回復ユニット３０７の構成についても第１の実施形態と同様なので、以下ではこれらの説明は省略し、記録ヘッド３０１について詳細に説明する。
【０１４１】
記録ヘッド３０１は、インク供給チューブ３０６の液体コネクタが接続されるコネクタ挿入口３０１ａおよび圧力調整用の圧力調整室３０１ｉが設けられたサブタンク部３０１ｂと、サブタンク部３０１ｂの重力方向下側に設けられた、ノズル３０１ｇにインクを直接供給する液室３０１ｆと、サブタンク部３０１ｂと液室３０１ｆとの間に設置されたフィルタ３０１ｃとを有する。そして、液室３０１ｆには、液室３０１ｆ内のインクとフィルタ３０１ｃとの間に液室３０１ｆとフィルタ３０１ｃ、および液室溝構造３０１ｊにより形成された気体保持領域が、ノズル３０１ｇからフィルタ３０１ｃへの気泡の移動を遮断するように気体を確保し、かつ所定量のインクが蓄えられている。
【０１４２】
ただし、液室３０１ｆの内側の側壁には、サブタンク部３０１ｂから液室３０１ｆへのインクの供給方向すなわち上下方向に沿って設けられ、液室３０１ｆの底部からフィルタ３０１ｃに略接触する位置まで延びる液室溝構造３０１ｊが設けられている。液室３０１ｆは、略長方形の横断面形状を有し、前記液室溝構造３０１ｊは、この液室３０１ｆの横断面における長手方向両端に設けられている。液室溝構造３０１ｊは、詳しくは後述するが、液室３０１ｆ内のインクがその表面張力によって液室溝構造３０１ｊに保持されることでフィルタ３０１ｃの下面に接触させることのできる寸法および形状に設定されている。これにより、液室３０１ｆ内のインクは、液室溝構造３０１ｊおよびフィルタ３０１ｃを介してサブタンク部３０１ｂ内のインクと連結している。したがって、液室３０１ｆ内に蓄えられる最低限必要なインクの量は、ノズル３０１ｇをインクで満たし、液室３０１ｆとフィルタ３０１ｃ、および液室溝構造３０１ｊにより形成された気体保持領域により所望の気体を確保し、かつ、液室溝構造３０１ｊおよびフィルタ３０１ｃを介してサブタンク部３０１ｂ内のインクと連結する量である。また、液室溝構造３０１ｊには表面張力によりインクが保持されているため、気体保持領域にある気体がインク表面張力を打ち破って液室溝構造３０１ｊ内に進入することはない。
【０１４３】
このように、液室３０１ｆに液室溝構造３０１ｊを設け、フィルタ３０１ｃの上面にはサブタンク部３０１ｂ内のインクが接触し、下面には気体保持領域を形成して所望の気体を保持し、これに隣接して液室溝構造３０１ｊを介して表面張力によりインクがフィルタ３０１ｃと接触する構造とすることで、フィルタ３０１ｃの上下面のインクが接触している部分においてインクはフィルタ３０１ｃを介して連通する。フィルタ３０１ｃのこのインクが連通可能な面積部分が、フィルタ３０１ｃの有効面積となる。本実施形態では、液室溝構造３０１ｊを液室３０１ｆの横断面における長手方向両端にそれぞれ複数ずつ設けており、これによってフィルタ３０１ｃの有効面積を大きくとり、圧力損失を低くしている。
【０１４４】
上述の構成において、ノズル３０１ｇからのインクの吐出により液室３０１ｆ内のインクが消費されていくと、液室３０１ｆ内の負圧が徐々に上昇する。液室３０１ｆ内のインクは、液室溝構造３０１ｊおよびフィルタ３０１ｃを介してサブタンク部３０１ｂ内のインクと連結しており、この部分でインクが移動し易くなっている。したがって、液室３０１ｆ内の負圧が上昇すると、サブタンク部３０１ｂ内のインクは、フィルタ３０１ｃの、下面がインクと接触している部分から液室溝構造３０１ｊを伝わって液室３０１ｆに流れ込む。
【０１４５】
ここで、長期期間が経過すると、記録ヘッド３０１内に気体が蓄積してしまい、これによって種々の問題が生じることは第１の実施形態と同様であるが、この気体の蓄積に対して、本実施形態でも第１の実施形態と同様に、メインタンク３０４からサブタンク部３０１ｂおよび液室３０１ｆにインクを充填することによって、インクの吐出機能を長期間にわたって安定して維持することができる。メインタンク３０４からサブタンク部３０１ｂおよび液室３０１ｆへのインクの充填、およびそれぞれの容積の設定は、基本的には第１の実施形態と同様であるが、本実施形態ではサブタンク部３０１ｂ内のインクと液室３０１ｆ内のインクとが、液室溝構造３０１ｊおよびフィルタ３０１ｃを介して接触している構造となっているので、インク充填条件およびそれぞれの容積の具体的な数値は、第１の実施形態とは異なる。
【０１４６】
以下に、本実施形態における、サブタンク部３０１ｂと液室３０１ｆとへのインク充填動作、および容積設定の具体的な例を説明する。
【０１４７】
インクの充填は、第１の実施形態と同様に、１ヶ月に１回実施し、１ヶ月間で蓄積する気体の量は、サブタンク部３０１ｂで１ｍｌ、液室３０１ｆで０．５ｍｌとする。また、サブタンク部３０１ｂにおいてフィルタ２０１ｃを気体に露出させないようにするために必要なインクの量は０．５ｍｌ、液室３０１ｆにおいてノズル２０１ｇを気体に吐出させないようにするために必要なインクの量は０．５ｍｌ、インクの充填量のばらつきは、サブタンク部３０１ｂ、液室３０１ｆとも０．２ｍｌとする。これらの数値は、実験によって求められたものである。以上より、１回の充填で充填すべきインクの量はこれらの合計値であり、サブタンク部２０１ｂでは１．７ｍｌ、液室２０１ｆでは１．２ｍｌと設定される。なお、吸引ポンプ３０７ｃとしては、０．８ａｔｍ（８１．０６０ｋＰａ）まで減圧可能なものを用いた。
【０１４８】
以上の条件のもと、記録ヘッド３０１内の減圧圧力は、吸引ポンプ３０７ｃの実力限界に基づき、吸引キャップ３０７ａ内の圧力が−０．６ａｔｍ（−６０．７９５ｋＰａ）となるように、吸引ポンプ３０７ｃの吸引量が設定される。
【０１４９】
ここで、ノズル３０１ｇのメニスカスによる気体を透過させるのに必要な圧力は実験値で−０．０５ａｔｍ（−５．０６６２５ｋＰａ）であり、第１の実施形態と同様に、液室３０１ｆ内の圧力は吸引キャップ３０７ａ内の圧力よりも０．０５ａｔｍ（５．０６６２５ｋＰａ）だけ高くなる。同様に、フィルタ３０１ｃのメニスカスによる気体を透過させるのに必要な圧力は実験値で−０．１ａｔｍ（−１０．１３２５ｋＰａ）であり、サブタンク部３０１ｂ内の圧力は液室３０１ｆ内の圧力よりも０．１ａｔｍ（１０．１３２５ｋＰａ）だけ高くなる。よって、吸引キャップ３０７ａ内の圧力を−０．６ａｔｍ（−６０．７９５ｋＰａ）に設定すると、液室３０１ｆ内の圧力は−０．５５ａｔｍ（−５５．７２８７５ｋＰａ）、サブタンク部３０１ｂ内の圧力は−０．４５ａｔｍ（−４５．５９６２５ｋＰａ）となる。
【０１５０】
サブタンク部３０１ｂに１．７ｍｌのインクを充填するためには、内圧がほぼ１ａｔｍ（１０１．３２５ｋＰａ）となっているサブタンク部３０１ｂから１．７ｍｌだけインクを吸引した時点で内圧が−０．４５ａｔｍ（−４５．５９６２５ｋＰａ）となるように、サブタンク部３０１ｂの容積Ｖ１を設定する。すなわち、Ｖ１＝１．７／０．４５＝３．７８ｍｌとなる。同様にして、液室３０１ｆの容積Ｖ２についても、Ｖ２＝１．２／０．５５＝２．１８ｍｌと設定する。
【０１５１】
以上の条件で記録ヘッド３０１内を減圧した後、インク供給ユニット３０５の遮断弁３１０を開くことで、負圧となっている記録ヘッド３０１内へインクが流れ込む。より詳しく説明すると、まず、サブタンク部３０１ｂ内にインクが流れ込み、減圧によってＶ１まで膨張していた気体がほぼ大気圧まで復元する。そのときのサブタンク部３０１ｂ内での気体の体積をＶ１aとすると、Ｖ１a＝Ｖ１×（１−０．４５）＝２．０８ｍｌであり、サブタンク部３０１ｂにＶ１−Ｖ１a＝１．７ｍｌのインクが充填された時点で落ち着く。同様に液室３０１ｆについても、サブタンク部３０１ｂからインクが流れ込み、減圧によってＶ２まで膨張していた気体がほぼ大気圧まで復元する。そのときの液室３０１ｆ内での気体の体積をＶ２aとすると、Ｖ２a＝Ｖ２×（１−０．５５）＝０．９８ｍｌであり、液室２０１ｆにＶ２−Ｖ２a＝１．２ｍｌのインクが充填された時点で落ち着く。
【０１５２】
以上のように、サブタンク部３０１ｂおよび液室３０１ｆの各々の容積と減圧する圧力とを設定することにより、フィルタ３０１ｃで仕切られたサブタンク部３０１ｂと液室３０１ｆとに各々適量のインクを１回の充填動作で充填することができ、気体が記録ヘッド３０１内に蓄積する状況下であってもその吸引動作なしに、長期間にわたって正常に稼働させることができる。
【０１５３】
また、本実施形態では、フィルタ３０１ｃ下面で液室溝構造３０１ｊとの間に表面張力にてインクが保持されている面積と気体保持領域の気体が接している面積とは略決まっていることから、フィルタ３０１ｃの有効面積は略変化しない。よって、フィルタ３０１ｃの必要な有効面積は、設計段階よりこのことを考慮しておけばコントロールすることが可能なので、第1の実施形態と同様に、液室３０１ｆ内に気泡が生じたり、生じた気泡が移動したりすることが原因となって起こっていた吐出不良に対する信頼性を大幅に向上させることができる。
【０１５４】
本実施形態における液室溝構造３０１ｊは、第1の実施形態における仕切部２０１ｅ（図５参照）と同様の働きを行う。つまり、液室溝構造３０１ｊは、インク供給ユニット３０５の遮断弁３１０が閉じられており、記録ヘッド３０１の内部が、ノズル３０１ｇの表面のメニスカス圧力だけでインクを保持するという閉じた系となっている状態で、環境温度が上昇したとき、この温度上昇による液室３０１ｆ内の気体の膨張や蒸気圧上昇に伴う圧力上昇を調整する働きをする。
【０１５５】
記録ヘッド３０１が閉じた系となった状態で液室３０１ｆ内の気体の膨張や蒸気圧の圧力上昇が発生すると、膨張や蒸気圧の上昇分の気体の体積により、液室３０１ｆ内のインクを外部へ押し出す。ここで、液室溝構造３０１ｊが保持しているインクはフィルタ３０１ｃと接触しており、この部分でインクがフィルタ３０１ｃを透過しやすいので、（ノズル３０１ｇに形成されているメニスカスを破る力）≧（フィルタ３０１ｃへインクが移動する力）を実現するので、液室３０１ｆ内のインクは、液室溝構造３０１ｊおよびフィルタ３０１ｃを通ってサブタンク部３０１ｂへ流れ込む。一方、サブタンク部３０１ｂにおいては、第１の実施形態と同様に、環境温度によるサブタンク部３０１ｂ内の気体の膨張分や蒸気圧の上昇分、および液室３０１ｆからのインクの流れ込みによる体積の増加分は、圧力調整室３０１ｉで吸収される。
【０１５６】
以上説明したように、本実施形態の液室溝構造３０１ｊによれば、フィルタ３０１ｃの液室３０１ｆ側の面にも常にインクを接触させた状態とすることが可能となるので、環境温度の上昇等により液室３０１ｆ内の気体の膨張や蒸気圧の上昇分が発生しても、増加した体積分のインクを、フィルタ３０１ｃを通じてサブタンク部３０１ｂへスムーズに移動させることができ、ノズル３０１ｇからインクが吹き出る現象を防止することができる。液室溝構造３０１ｊの位置や数は特に制限されないが、より多くのインクを保持し、より多くのインクをフィルタ３０１ｃと接触させるためには、液室溝構造３０１ｊの数を増やし、また、液室溝構造３０１ｊの間隔を狭くすることが好ましい。
【０１５７】
本実施形態では、フィルタ３０１ｃの下面の一部にインクを接触させるための構造である液室溝構造３０１ｊを液室３０１ｆに設けた例を示したが、この液室溝構造３０１ｊを第１の実施形態で示した構造と組み合わせることも可能である。図１２に、この場合の記録ヘッドの内部構造の断面図を示す。
【０１５８】
図１２に示す記録ヘッド４０１では、フィルタ４０１ｃが載せられる仕切部４０１ｅを、第１の実施形態と同様に構成している。すなわち、仕切部４０１ｅの上面に複数のリブ４２１ｃが設けられており、フィルタ４０１ｃは、それらのリブ４２１ｃの上に載せられている。これにより、所望の気体保持領域を形成する。その他、液室３０１ｆの内側の側壁に液室溝構造４０１ｊが設けられている点は、図１０と同様である。
【０１５９】
このように、仕切部４０１ｅの上面にリブ４２１ｃを設けることで、液室溝構造４０１ｊの他に、第１の実施形態でも説明したように、リブ４２１ｃの間でもインクを保持し、フィルタ４０１ｃの下面に接触させることができる。その結果、フィルタ４０１ｃの下面でのインクとの接触領域が増え、サブタンク部４０１ｂから液室４０１ｆへのインクの移動、および液室４０１ｆ内の気体の膨張や蒸気圧の上昇が発生したときの液室４０１ｆからサブタンク部４０１ｂへのインクの移動を、よりスムーズに行うことができる。液室４０１ｆに設けられた、フィル４０１ｃの下面の一部にインクを接触させるための構造を液室溝構造４０１ｊと言うならば、仕切部４０１ｅ上の複数のリブ４２１ｃは、仕切部溝構造とも言うことができる。
【０１６０】
（その他の実施形態）
上述した実施形態に適用可能な細部の構造に関して、以下に説明する。
【０１６１】
〈フィルタと溝構造との位置関係〉
図１３は、溝構造の上端部における溝構造とフィルタとの位置関係を示す側面図である。図１３では、フィルタ５０１ｃは、その周縁部で支持されており、フィルタ５０１ｃと溝構造５０１ｈとの間には、間隙ｔが存在している。ここでいう溝構造５０１ｈとは、インクの表面張力によってインクを保持し、フィルタ５０１ｃの下面にインクを接触させることのできる構造を総称していうもので、具体的には、第１の実施形態で示した、仕切部上の複数のリブや、第２の実施形態で示した、液室内の液室溝構造、仕切部上の複数のリブをいう。以下の説明でも、単に「溝構造」という場合も同様である。
【０１６２】
図１３に斜線で示すように、フィルタ５０１ｃと溝構造５０１ｈとの間には、表面張力によりインクが保持されている状態となっている。フィルタ５０１ｃと溝構造５０１ｈとの間隙ｔが大きくなると、表面張力が低下するため、表面張力によるフィルタ５０１ｃと溝構造５０１ｈとの間のインク保持状態が、インク自身の自重や振動等によって維持できなくなり、切れてしまう。
【０１６３】
以下に、間隙ｔと、フィルタ５０１ｃと溝構造５０１ｈとの間のインク保持状態との関係について、本発明者らの検討結果を示す。
【０１６４】
この検討では、奥行き（図１３において、溝構造５０１ｈの右端から左端までの長さ）が２ｍｍ、開口幅（溝幅）が０．５ｍｍの溝構造５０１ｈを、前述の実施形態に示した記録ヘッドに設け、表面張力が３５ｍN／ｍのインクを前述の実施形態に従って充填した。この記録ヘッドを、５℃から６０℃まで温度変化させたときに、ノズルからのインク漏れの有無について実験を行った。
【０１６５】
その結果を表１に示す。
【０１６６】
【表１】
0003801003.tif 000002
【０１６７】
表１において、「ヘッド静止状態」での温度上昇は、記録ヘッドを設置した周囲の環境温度を５℃から６０℃まで変化させている。これに対し、「ヘッド駆動状態」での温度上昇は、５℃の環境下で記録ヘッドを搭載したインクジェット記録装置を動作させて、インクの吐出による記録ヘッドの昇温によって、記録ヘッドを６０℃まで変化させている。
【０１６８】
実験の結果、「ヘッド静止状態」では、間隙ｔ＝１．０ｍｍからインク漏れが発生した。これに対し、「ヘッド駆動状態」では、間隙ｔ＝１．０ｍｍまでインク漏れは発生しなかった。これは、「ヘッド駆動状態」では、液室内にあるインクが消費されるために、サブタンク部からフィルタ５０１ｃを通して液室へインクが流れる力が働くことによって、フィルタ５０１ｃと溝構造５０１ｈとの間のインク保持状態が保たれているからであると考えられる。
【０１６９】
上記結果より、フィルタ５０１ｃと溝構造５０１ｈとの間の間隙ｔは、０≦ｔ≦１．０ｍｍとすると、インク漏れは発生しない。より望ましくは、０≦ｔ≦０．８ｍｍである。
【０１７０】
フィルタは、例えば、溶着により接合することができる。図１４（ａ）に、フィルタ５０１ｃを溶着により接合する前の状態の、溝構造５０１ｋの近傍での側面図を示す。図１４（ａ）に示すように、フィルタ５０１ｃを支持する支持面５３２には溶着リブ５３２ａが設けられている。フィルタ５０１ｃの溶着接合は、フィルタ５０１ｃを溶着リブ５３２ａに載せた状態で、不図示の溶着ホーンによって、フィルタ５０１ｃを支持面５３２に押し付けながら溶着用ブ５３２ａを溶かし、押し潰すことによって行う。フィルタ５０１ｃの溶着接合後の状態を図１４（ｂ）に示す。フィルタ５０１ｃが溶着接合された状態では、溶着条件、溶着リブ５３２ａの形状、フィルタ５０１ｃの形状にもよるが、溶着リブ５３２ａの潰し残りやフィルタ５０１ｃの変形等により、フィルタ５０１ｃと溝構造５０１ｋとの間に隙間が生じる場合がある。特に、フィルタ５０１ｃと溝構造５０１ｋとの間隔が大きい場合には、溶着接合後のフィルタ５０１ｃの凹凸形状によって、この隙間が変わる。この隙間をなるべく小さくする（上記の間隙ｔの範囲内に収める）ためには、例えば図１４（ｃ）に示すように、溝構造５０１ｋを、支持面５３２ａに対してフィルタ５０１ｃ側へ０．１ｍｍ程度突出させて設け、常にフィルタ５０１ｃと溝構造５０１ｋとが接するようにする手法がある。
【０１７１】
上述のようにフィルタ５０１ｃと溝構造５０１ｋとの隙間をコントロールする手法は、フィルタ５０１ｃを溶着接合する場合のみならず、他の方法で接合する場合にも、同様の考え方が成り立つ。ただし、接着剤を用いた接合では、接着剤の粘度が低いと接着剤が溝構造５０１ｋに流れ込み、溝構造５０１ｋの効果が十分に発揮できないおそれがあるので、注意が必要である。
【０１７２】
〈溝構造の形状〉
インクの表面張力をＴ、溝構造でのインクの接触角をθとすると、溝構造において表面張力でインクを持ち上げる力Ｆは、溝構造においてインクが接する領域の周囲長をＬとすると、
Ｆ＝Ｌ×Ｔ×ｃｏｓθ
となる。
【０１７３】
これにより、持ち上がったインクの高さをｈi、インクの密度をρ、重力加速度をｇ、溝構造においてインクが接する領域の断面積をＳiとすると、持ち上がったインクの重量Wは、
W＝Ｓi×ｈi×ρ×ｇ
となる。
【０１７４】
よって、F＝Wの関係より、
Ｌ×Ｔ×ｃｏｓθ＝Ｓi×ｈi×ρ×ｇ
なる関係が得られ、この式より、
ｈi＝L／Ｓi×（Ｔｃｏｓθ／ρｇ）  …（式１）
となる。従って、溝構造の高さをｄとしたとき、ｄ≦ｈiとなるように溝構造を設定することで、溝構造が保持したインクはその表面張力で溝構造の上端まで達することができ、それによって、インクをフィルタの下面に接触させることができる。
【０１７５】
ここで、図１５に示すような、壁部６０１ｍと接して設けられた２つの四角柱部６０１ｎで構成された、高さｄ、奥行きｅ、開口幅ｆの、凹型の溝構造６０１ｋを考える。これを（式１）に当てはめると、
ｈi＝（２ｅ＋ｆ）／ｅｆ×（Ｔｃｏｓθ／ρｇ）
＝（１／ｅ＋２／ｆ）×（Ｔｃｏｓθ／ρｇ）  …（式２）
が得られる。
【０１７６】
一方、図１６に示すような、壁部６１１ｍと距離ｊだけ離れた位置に設けられた２つの四角柱部６１１ｎで構成された、高さｄ、奥行きｅ、開口幅ｆの、角柱型の溝構造６１１ｋを考える。これを（式１）に当てはめると、
ｈi＝（２ｅ）／ｅｆ×（Ｔｃｏｓθ／ρｇ）
＝２／ｆ×（Ｔｃｏｓθ／ρｇ）  …（式３）
が得られる。
【０１７７】
以上より、溝構造におけるインクの接触角が異ならない限り、ｈiは、定数Ａ＝Ｌ／Ｓに比例する。
【０１７８】
図１７〜図２２に、溝構造の形状の各種変形例を示す。
【０１７９】
図１７示す溝構造６２１ｋは、横断面が楔型の溝形状を有する。図１８に示す溝構造６３１ｋは、横断面が半楕円型の溝形状を有する。図１９に示す溝構造６４１ｋは円筒状であり、その中空部が、表面張力によりインクを保持する部分として作用する。図２１に示す溝構造６６１ｋは、横断面が星型であり、インクと接する面が鋭角で交わっている部分が、表面張力によりインクを保持する部分として作用する。横断面が星型の溝構造６６１ｋは、楔型の溝構造の集合体と考えることができ、奥行きｅや開口幅ｆは、凹となっている部分で規定する。また、図２０および図２２には、それぞれ断面が円形および星型の複数の穴（中空部）を形成した部品として構成した溝構造６５１ｋ，６７１ｋを示す。このように、図２０および図２２に示したような部品をフィルタの直下に設置することによって、フィルタの下面にインクを接触させる構造とすることもできる。以上、溝構造の種々の形態を示したが、これらの形状、数、設置位置、および組み合わせについては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することができる。
【０１８０】
表２に、上述した各種形状のうちの幾つかについて、奥行きｅ＝２ｍｍの場合の、上記の定数Ａ、および開口幅ｆを０．３ｍｍから２．０ｍｍまで０．２ｍｍごとに変化させたときの、インクが持ち上がる高さｈi（溝構造の最大高さ）との関係を示す。
【０１８１】
【表２】
0003801003.tif 000003
【０１８２】
なお、「角柱型」の溝構造における「Ａ」の値は、開口幅ｂ＝１．６ｍｍとして求めている。また、「半楕円型」においては、長径の半分の値を奥行きｅ、短径を開口幅ｆとした。
【０１８３】
開口幅ｆと、インクが持ち上がる高さｈiとの関係をグラフ化したものを図２３に示す。図２３において、ｆ＝２．０ｍｍのときに、「角柱型」の溝構造でのインクが持ち上がる高さｈiは３ｍｍとなり、ｆ＝１．６ｍｍのときには、ｈi＝４ｍｍとなる。このｈi＝３ｍｍという値は、フィルタ下にある気体保持領域の気体が少なくとも必要な厚みに相当する値である。さらに、各構成部材の寸法公差を加味するのであれば、ｈi＝４ｍｍが必要である。このときの定数Ａの値は、Ａ＝１２５０ｍ-1である。（式３）に示すように、「角柱型」の溝構造の奥行きは、インクが持ち上がる高さには影響を及ぼさないので、「角柱型」の溝構造の定数Ａは、奥行きの影響がある他の形状の溝構造の下限であるといえる。つまり、より気体保持領域の気体の厚みがある場合には、「楔型」や「凹型」で、かつ開口幅ｆが狭い溝構造を用いることにより対処することができる。よって、定数Ａの値がＡ＝１０００ｍ-1以上、望ましくはＡ＝１２５０ｍ-1以上あることが、本発明を実現するために好ましい。
【０１８４】
また、溝構造のコーナー部に微小な気泡がトラップされると、その気泡が溝構造でのインクの移動を妨げる。これを防ぐには、溝構造のインクが移動する部分、および周囲部を面取りまたは丸め加工して気泡のトラップを防止するのが好ましい。さらには、フィルタのコーナー部も面取りまたは丸め加工し、この部分での気泡のトラップも防止するのがより好ましい。
【０１８５】
〈液室蓋〉
例えば図１０に示したとおり、液室３０１ｆの一側面は、他の部分とは別の部材である蓋部材７０１で構成することもできる。図１０に示した例では、蓋部材７０１は、液室溝構造３０１ｊが設けられる面を構成している。図２４に、この蓋部材７０１の斜視図を示す。
【０１８６】
図２４に示すように、液室蓋７０１には、その液室３０１ｆ（図１０参照）の内壁を構成する側の面に、縦スリット７１１が形成された溝構造７１０が、液室３０１ｆの数に応じた数だけ、突出して設けられている。これにより、液室蓋７０１が、液室３０１ｆの主要部を構成する部材である液室本体部材７２０（図１０参照）に接合された状態では、各溝構造７１０は、それぞれ対応する液室３０１ｆ内に位置する。縦スリット７１１は、液室３０１ｆ内のインクをその表面張力によって保持する構造として作用する。また、各溝構造７１０の根元部分には、それぞれ横スリット７１２が形成されている。一方、液室本体部材７２０の液室蓋７０１が接合される側の面が、液室蓋７０１と同じように液室３０１ｆの一側面の一部を構成する場合には、液室本体部材７２０のその面にも、液室蓋７０１の溝構造７１０の縦スリット７１１および横スリット７１２と合致するスリットが形成される。これら液室蓋７０１の溝構造７１０と液室本体部材７２０のスリットとにより、液室溝構造３０１ｊ（図１０参照）が形成される。なお、液室蓋７０１の各溝構造７１０は、液室３０１ｆに応じてそれぞれ異なった形状で形成されていてもよい。
【０１８７】
次に、液室本体部材７２０と液室蓋７０１との接合工程について、図１０および図２４を参照して、接着剤を用いて接合する場合を例に挙げて説明する。
【０１８８】
液室３０１ｆの内部にゴミなどの異物が存在すると、その異物がノズル３０１ｇへ移動してノズル３０１ｇの目詰まりを起こす。これを防ぐために、液室蓋７０１を接着する前に、予め、液室本体部材７２０および液室蓋７０１を、アルカリ溶剤や純水などで十分に洗浄する。次いで、液室本体部材７２０の液室蓋７０１との接合面に接着剤を塗布する。この工程においても、ゴミなどが発生しない工程が必要となる。本実施形態では、接着剤としてエポキシ系の熱硬化性接着剤を用いたが、インクに侵されることなく、十分なシール性および接着強度が得られるものであれば、いかなる接着剤を用いてもよい。続いて、液室本体部材７２０に蓋部材７０１を圧接し、加熱硬化炉において接着剤を加熱硬化させる。本実施形態では、１０５℃で５時間の加熱硬化を行った。
【０１８９】
液室蓋７０１を圧接した後、加熱硬化炉において温度を上昇させると、接着剤の粘度が一時的に低下して、接着剤が流動し始める。仮に、液室蓋７０１の縦スリット７１１が接着面に近い位置に存在していた場合、流動した接着剤が縦スリット７１１に侵入し、縦スリット７１１を埋めてしまうことが懸念される。そこで、本実施形態のように、縦スリット７１１を、液室蓋７０１の接着面に対して突出して設けた溝構造７１０に設けることにより、接着剤が縦スリット７１１に侵入することを防止できる。本発明者等が実験したところ、縦スリット７１１の根元が、液室蓋７０１の接着面よりも２ｍｍ以上突出した位置にあると、流動した接着剤が縦スリット７１１に侵入しないことが確認された。さらに、溝構造７１０の根元部に横スリット７１２を設けることにより、流動した接着剤を横スリット７１２で保持することが可能となり、接着剤が縦スリット７１１まで移動するおそれをより低減することができる。
【０１９０】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらに限られるものではなく、負圧状態で液体を保持し、途中にフィルタが設けられた液体供給経路を有する種々の液体供給システムに適用可能である。
【０１９１】
また、この液体供給システムをインクジェット記録装置に適用した場合の、記録ヘッドへのインクの供給方式についても、上述した各実施形態のようなチューブ供給式に限らずピットイン方式にも適用することができ、同様の効果を有する。さらには、サブタンク部をメインのインクタンクとして考えると、ヘッドタンク一体式の記録ヘッドにも適用可能である。この場合には、ヘッドタンク一体式の記録ヘッド自体がインク供給システムとして構成される。すなわち、サブタンク部に、不図示の弁機構によって開閉が制御可能な大気連通口を設け、液室へのインク充填時には、この大気連通口を閉じた状態で、ノズルからの吸引により記録ヘッド内を所望の圧力に減圧した後、大気連通口を開放すれば、上述したのと同様に適量のインクが液室内へ供給される。
【０１９２】
また、上述した各実施形態ではシリアルスキャン型のインクジェット記録装置を例に挙げて説明したが、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。
【０１９３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、フィルタの下流側において、フィルタと液体との間を気体保持領域の気体で隔てた構成とすることで、フィルタの下流側に気泡が発生した場合でも、この気泡が原因で生じていた、フィルタの上流側から下流側への液体の供給に関する不具合を解消することができる。特にインクジェット記録ヘッドにおいては、フィルタの下流側へのインクの供給不足によるインクの吐出不良を防止し、インクの吐出に対する信頼性を大幅に向上することができる。また、フィルタの下流に、気体保持領域の気体を介してフィルタの下流側に存在する液体をその表面張力によって保持してフィルタの上流側の液体と連結する構造や、フィルタの下流側の面の一部に液体が接触するように液体を保持する液室を設けることで、気体保持領域の気体が膨張した場合に、フィルタの下流側で保持されている液体をフィルタを通して上流側へ逃がすことができるので、液体吐出部から不用意に液体が流出するのを防止することができる。
【０１９４】
また、本発明の液体充填方法によれば、第１の液室および第２の液室に気体が蓄積し液体の量が減少したとしても、それぞれ適量の液体を充填することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の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に示すインクジェット記録装置の、１色分についてのインク供給経路を説明するための図である。
【図３】図２に示すインク供給経路での、メインタンク内に気体が導入される際の、インク供給ユニットの液路内での気体およびインクの挙動を説明する図である。
【図４】図２に示すインク供給経路での、ノズルにかかる水頭差による圧力を説明する図である。
【図５】図２に示す記録ヘッドの内部構造を詳細に示す断面図である。
【図６】図２に示す記録ヘッドを、サブタンク部の上壁および一部のフィルタを除いた状態で上方から見た斜視図である。
【図７】サブタンク部から液室までのインクの流れを説明するための、図５と同様の断面図である。
【図８】密閉状態でのインクおよび気体の流れを説明するための、図５と同様の断面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態によるインクジェット記録装置のインク供給経路を示す図である。
【図１０】図９に示す記録ヘッドの内部構造を詳細に示す断面図である。
【図１１】図９に示す記録ヘッドを、サブタンク部の上壁および一部のフィルタを除いた状態で上方から見た斜視図である。
【図１２】図９に示す記録ヘッドの一変形例を示す図である。
【図１３】本発明に適用可能な溝構造の上端部における、溝構造とフィルタとの位置関係を示す側面図である。
【図１４】本発明に適用可能なフィルタの接合構造を示す側面図である。
【図１５】本発明に適用可能な溝構造の形状の一例を示す斜視図である。
【図１６】本発明に適用可能な溝構造の形状の他の例を示す斜視図である。
【図１７】本発明に適用可能な溝構造の形状の他の例を示す斜視図である。
【図１８】本発明に適用可能な溝構造の形状の他の例を示す斜視図である。
【図１９】本発明に適用可能な溝構造の形状の他の例を示す斜視図である。
【図２０】本発明に適用可能な溝構造の形状の他の例を示す斜視図である。
【図２１】本発明に適用可能な溝構造の形状の他の例を示す斜視図である。
【図２２】本発明に適用可能な溝構造の形状の他の例を示す斜視図である。
【図２３】本発明に適用可能な溝構造の種々の形状における、開口幅とインクが持ち上がる高さとの関係を示すグラフである。
【図２４】本発明における溝構造を構成する蓋部材の斜視図である。
【図２５】従来のチューブ供給方式のインクジェット記録装置におけるインク供給系の図である。
【符号の説明】
２０１，３０１，４０１    記録ヘッド
２０１ａ，３０１ａ    コネクタ挿入口
２０１ｂ，３０１ｂ，４０１ｂ    サブタンク部
２０１ｃ，３０１ｃ，４０１ｃ，５０１ｃ    フィルタ
２０１ｄ    開口部
２０１ｅ，４０１ｅ    仕切部
２０１ｆ，３０１ｆ，４０１ｆ    液室
２０１ｇ，３０１ｇ    ノズル
２０１ｈ    弾性部材
２０１ｉ，３０１ｉ    圧力調整室
２０２    キャリッジ
２０３    搬送ローラ
２０４，３０４    メインタンク
２０４ｂ、２０４ｃ    ゴム栓
２０５，３０５    インク供給ユニット
２０５ａ    インク供給針
２０５ｂ    大気導入針
２０５ｃ、２０５ｄ、２０５ｅ    液路
２０５ｆ    バッファ室
２０５ｇ    大気連通口
２０５ｈ    回路
２０６，３０６    インク供給チューブ
２０７，３０７    回復ユニット
２０７ａ，３０７ａ    吸引キャップ
２０７ｂ、２０７ｆ    カム
２０７ｃ，３０７ｃ    吸引ポンプ
２０７ｄ    ポンプモータ
２０７ｅ    リンク
２０７ｇ    カム制御モータ
２０９    インク
２０９ａ    先端
２０９ｂ、２０９ｃ    インク上面
２１０，３１０    遮断弁
２１０ａ    ダイアフラム
２１０ｂ    ホルダ
２１０ｃ    押圧ばね
２１０ｄ    レバー
２２１ａ    側壁
２２１ｃ、２２１ｄ，４２１ｃ    リブ
３０１ｊ，４０１ｊ    液室溝構造
５０１ｋ，６０１ｋ，６１１ｋ，６２１ｋ，６３１ｋ，６４１ｋ、６５１ｋ，６６１ｋ，６７１ｋ，７１０    溝構造
７０１    蓋部材
７１１    縦スリット
７１２    横スリット
７２０    液室本体部材
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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