JP7528719B2 - 液体噴射装置及び液体噴射ヘッドの充填方法 - Google Patents

Description

本発明は、液体噴射装置及び液体噴射ヘッドの充填方法に関し、特に、液体としてインクを噴射するインクジェット式記録装置及びインクジェット式記録ヘッドの充填方法に関する。

インクジェット式プリンターやプロッター等のインクジェット式記録装置に代表される液体噴射装置は、カートリッジやタンク等に貯留されたインクなどの液体を液滴として噴射可能な液体噴射ヘッドを具備する。液体噴射ヘッドとしては、フィルターを備えたフィルター室と、液体を吐出するノズルが設けられた液体噴射部とを具備する。カートリッジ等から供給されたインクは、フィルター室のフィルターを通過し、液体噴射部に供給される。

例えば、特許文献１に開示されるインクジェット式記録ヘッドでは、ポンプなどの加圧機構によりカートリッジやタンク等からインクジェット式記録ヘッドにインクを圧送し、フィルター室にインクを充填する充填動作が行われる。充填動作では、始めにフィルターよりも上流側にインクが充填される。そして、インクの圧力がフィルターのバブルポイントを超えると、インクがフィルターを通過し、フィルターよりも下流側にもインクが充填される。

特開２０２０－１０４４９５号公報

上述の充填動作を行うとき、フィルター室においてフィルターよりも上流側に存在する気泡は、フィルターを通過する際に細かな気泡となり、フィルター室から液体噴射部のノズルに至るまでの流路の途中に残留してしまう虞がある。

なお、このような問題はインクジェット式記録装置だけではなく、インク以外の液体を噴射する液体噴射装置においても同様に存在する。

上記課題を解決する本発明の好適な態様に係る液体噴射装置の一態様は、液体を噴射する液体噴射部と、液体を貯留する液体貯留部と、液体が通過するフィルターによって区画された上流室と下流室とを含むフィルター室と、前記液体貯留部から前記上流室へ液体が流動する供給路と、前記上流室から前記液体貯留部へ液体が流動する排出路と、前記排出路を開閉する開閉弁と、前記液体貯留部から前記上流室へ液体を流動させるために液体を加圧する加圧機構と、を備え、前記開閉弁を開いた状態で、液体が前記フィルターを通過しないように前記加圧機構を駆動することで前記上流室を液体で満たした後、前記駆動によって前記液体貯留部から前記供給路、前記上流室、前記排出路へ向かって液体が流動している間に前記開閉弁を閉じる充填動作を行う、ことを特徴とする液体噴射装置にある。

上記課題を解決する本発明の好適な態様に係る液体噴射ヘッドの充填方法の一態様は、液体を噴射する液体噴射部と、液体を貯留する液体貯留部と、液体が通過するフィルターによって区画された上流室と下流室とを含むフィルター室と、前記液体貯留部から前記上流室へ液体が流動する供給路と、前記上流室から前記液体貯留部へ液体が流動する排出路と、前記排出路を開閉する開閉弁と、前記液体貯留部から前記上流室へ液体を流動させるために液体を加圧する加圧機構と、を備える液体噴射ヘッドの充填方法であって、前記開閉弁を開いた状態で、液体が前記フィルターを通過しないように前記加圧機構を駆動することで前記上流室を液体で満たした後、前記駆動によって前記液体貯留部から前記供給路、前記上流室、前記排出路へ向かって液体が流動している間に前記開閉弁を閉じる充填動作を行う、ことを特徴とする液体噴射ヘッドの充填方法にある。

実施形態１に係るインクジェット式記録装置の概略構成を示す図である。 実施形態１に係る液体供給部及び記録ヘッドの概略構成図である。 実施形態１に係る記録ヘッドの断面図である。 実施形態１に係る充填動作を行っているときの記録ヘッドの断面図である。 実施形態１に係る充填動作を行っているときの記録ヘッドの断面図である。 実施形態１に係る充填動作を行っているときの記録ヘッドの断面図である。 実施形態１に係る充填動作を行っているときの記録ヘッドの断面図である。 実施形態１に係る充填動作のフローチャートである。 実施形態１に係る充填動作におけるフィルターに作用する圧力変化を示す図である。 実施形態２に係る充填動作のフローチャートである。 実施形態２に係る充填動作におけるフィルターに作用する圧力変化を示す図である。 実施形態３に係る記録ヘッドの断面図である。

〈実施形態１〉
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。ただし、以下の説明は、本発明の一態様を示すものであって、本発明の範囲内で任意に変更可能である。各図において同じ符号を付したものは、同一の部材を示しており、適宜説明が省略されている。

各図においてＸ、Ｙ、Ｚは、互いに直交する３つの空間軸を表している。本明細書では、これらの軸に沿った方向をＸ方向、Ｙ方向、及びＺ方向とする。また、Ｙ軸を中心としてＸ軸を角度θ回転させたものをＶ軸、Ｚ軸を角度θ回転させたものをＷ軸とし、これらの軸に沿った方向をＶ方向、Ｗ方向とする。各図の矢印が向かう方向を正（＋）方向、矢印の反対方向を負（－）方向として説明する。Ｚ方向は、鉛直方向を示し、＋Ｚ方向は鉛直下向き、－Ｚ方向は鉛直上向きを示す。

図１は、本発明の実施形態１に係る液体噴射装置の一例であるインクジェット式記録装置１の概略構成を示す図である。

図１に示すようにインクジェット式記録装置１は、液体の一種であるインクをインク滴として印刷用紙等の媒体Ｓに吐出・着弾させて、媒体Ｓに形成されるドットの配列により画像等の印刷を行う印刷装置である。

インクジェット式記録装置１は、インクを噴射するインクジェット式記録ヘッド１００（以下、単に記録ヘッド１００とも言う）から構成されたラインヘッド２と、液体供給部１０と、搬送方向へ媒体Ｓを搬送する搬送部４と、支持台５と、を具備し、これらラインヘッド２、液体供給部１０、搬送部４及び支持台５が筐体３内に収容されている。

ラインヘッド２は、記録ヘッド１００と、記録ヘッド１００を保持する保持部１０１とを備えている。保持部１０１に保持される記録ヘッド１００の個数は一個でもよいし複数個でもよい。保持部１０１は、記録ヘッド１００の後述するフィルターが水平面であるＸＹ平面に対して傾斜するように記録ヘッド１００を保持する。

ラインヘッド２は、記録ヘッド１００を、インク滴の噴射方向が鉛直方向（別称、重力方向）である＋Ｚ方向をＹ軸周りに回転させて傾斜した＋Ｗ方向となるように保持している。言い換えれば、ノズルから噴射されるインク滴の噴射方向は、＋Ｚ方向に対して－Ｘ方向に傾斜させた＋Ｗ方向となっている。なお、ラインヘッド２を構成する記録ヘッド１００の＋Ｚ方向に対する傾斜角度θ、すなわち、インク滴の噴射方向であるＷ方向の＋Ｚ方向に対する傾斜角度θは、例えば、０＜θ≦１８０°の範囲内に設定される。θが９０°を超える場合は、インク滴の噴射方向に－Ｚ方向の成分を含むことになる。

なお、本実施形態では、ラインヘッド２の記録ヘッド１００は保持部１０１により水平面に対して常時傾斜した状態に保持されているが、常時傾斜した状態に保持されている必要はない。例えば、ラインヘッド２の水平面に対する傾きを調整する調整機構を設けることで、吸引クリーニングなどのメンテナンス動作や、媒体Ｓにインクを噴射する印刷時のみに記録ヘッド１００を傾斜した状態に保持する構成であってもよい。

本実施形態の媒体Ｓは、例えば、連続紙などの記録用紙、布、樹脂フィルム等からなる媒体の一種であり、操出軸８にロール状に巻き付けられた状態で保持されている。この媒体Ｓは、搬送部４によって記録ヘッド１００のノズルが形成されたノズル面に対して間隔を空けて配置されたプラテン等の支持台５上に搬送され、支持台５上でラインヘッド２によって印刷が行われる。支持台５で記録ヘッド１００によって印刷された媒体Ｓは、搬送部４によって巻取軸９に巻き取られるように構成されている。

支持台５の媒体Ｓが載置される載置面は、記録ヘッド１００のノズル面の傾斜角度に合わせて傾斜して配置されている。すなわち、印刷動作の際にノズル面の各ノズルと媒体Ｓとの間隔が一定となるように、ノズル面と支持台５との傾斜角度θが設定されている。換言すれば、支持台５の載置面は、Ｖ軸及びＹ軸で規定されるＶＹ平面に平行であり、ＸＹ平面との角度が傾斜角度θとなっている。Ｖ方向は、Ｗ方向に直交する方向であり、且つ、Ｙ方向に直交する方向である。媒体Ｓは、支持台５の載置面においては、搬送部４により＋Ｖ方向又は－Ｖ方向に搬送される。以後、この＋Ｖ方向又は－Ｖ方向を搬送方向ともいう。

記録ヘッド１００を備えるラインヘッド２は、媒体Ｓの搬送方向に直交するＹ方向が長手方向となっており、Ｙ方向における印刷範囲が、媒体ＳのＹ方向の印刷範囲以上となるように配置された多数のノズルを備えている。つまり、本実施形態のラインヘッド２は、印刷動作中に筐体３に対してＹ軸に沿って移動しないように固定されている。

なお、媒体Ｓは、連続紙のようなものに限定されず、記録ヘッド１００のノズルから噴射されたインク滴が着弾可能な種々の被噴射媒体を採用することができる。例えば、立体的な形状を有する被噴射媒体に対してインク滴を噴射させる用途にも本発明を適用することができる。また、支持台５は、媒体Ｓを載置する載置面が平坦なプラテンに限定されず、媒体Ｓを載置する載置面が曲面となるドラム等の所謂ドラムプラテンであってもよい。また、無端ベルト等の搬送ベルトによって媒体Ｓの裏面側を支持するようにしてもよい。

搬送部４は、給紙ローラー６と搬送ローラー７とを備えている。給紙ローラー６は、媒体Ｓを挟持した状態で互いに反対方向に同期回転可能な上下一対のローラーにより構成されている。給紙ローラー６は、図示しないモーターの動力によって駆動され、媒体Ｓを操出軸８側から支持台５側に供給する。搬送ローラー７は、給紙ローラー６とは支持台５を挟んで反対側に配置され、印刷後の媒体Ｓを巻取軸９側に案内する。なお、媒体Ｓは、必ずしも巻取軸９に巻き取られなくてもよい。また、本実施形態では、搬送部４は、給紙ローラー６と搬送ローラー７とを備えたものを例示したが、特にこれに限定されず、ベルトやドラムによって媒体Ｓを搬送するものであってもよい。

図２を用いて、液体供給部１０及び記録ヘッド１００について説明する。図２は、液体供給部１０及び記録ヘッド１００の概略構成図である。なお、図２ではラインヘッド２については記録ヘッド１００のみを図示し、保持部１０１の図示は省略している。

液体供給部１０は、インクを記録ヘッド１００に供給するための機構であり、本実施形態では、メインタンク１１及び中間タンク１２と、供給路１３と、排出路１４と、開閉弁１５と、ポンプ１６と、タンク間供給路１７と、を備える。

メインタンク１１は、インクを貯留する容器であり、そのインクを中間タンク１２に供給する。具体的には、メインタンク１１と中間タンク１２とは、タンク間供給路１７で接続されている。また、タンク間供給路１７の途中には図示しないポンプが設けられている。このような構成により、図示しないポンプによってメインタンク１１からタンク間供給路１７を介して中間タンク１２にインクが供給される。

なお、メインタンク１１から中間タンク１２にインクを供給するタイミングは、特に限定はない。例えば、中間タンク１２に貯留されているインクの液面が所定の高さよりも低くなった場合や、インクの量が所定量よりも少なくなった場合にメインタンク１１から中間タンク１２にインクが供給される。

中間タンク１２は、インクを貯留する液体貯留部の一例である。中間タンク１２は、メインタンク１１から供給されたインクを貯留する。中間タンク１２と記録ヘッド１００とは、供給路１３及び排出路１４で接続されている。

供給路１３は、中間タンク１２から後述する上流室５０Ａにインクが流動する流路である。排出路１４は、後述する上流室５０Ａから中間タンク１２へインクが流動する流路である。本実施形態では供給路１３及び排出路１４はそれぞれ一本であるが、本数に限定はない。

開閉弁１５は、排出路１４を開閉する装置である。開閉弁１５の具体的な構成に特に限定はなく、電磁式や圧力式などの弁を用いることができる。また、開閉弁１５は、後述する制御部１８によって開閉することが可能となっている。

ポンプ１６は、中間タンク１２に貯留されたインクを記録ヘッド１００へ流動させるためにインクを加圧する加圧機構の一例である。具体的には、チューブポンプやダイアフラムポンプなどがポンプ１６として供給路１３に設けられている。また、ポンプ１６は、後述する制御部１８によって運転や停止することが可能となっている。

なお、加圧機構はポンプ１６に限定されず、例えば、中間タンク１２を外部から押圧することで中間タンク１２に貯留されたインクを加圧する押圧手段であってもよい。他にも、記録ヘッド１００と中間タンク１２との鉛直方向の相対位置を調整して発生する水頭圧差を用いる装置を加圧機構として用いてもよい。また、ポンプ１６は供給路１３の途中に設けた構成を例示したが、これに限定されない。例えば、中間タンク１２にポンプ１６を設けてもよい。

記録ヘッド１００は、フィルター部材２０と、液体噴射部３０と、を具備する。
液体噴射部３０は、インクを噴射するノズル３１が設けられたノズル面３２を有する。本実施形態では、複数のノズル３１がＹ方向に並設されたノズル列がノズル面３２に形成されている。ノズル列の数に特に限定はない。また、記録ヘッド１００は一つの液体噴射部３０を備えた構成を例示したが、これに限定されず、複数の液体噴射部３０を備えていてもよい。

また、液体噴射部３０の図示しない内部には、ノズル３１に連通する流路と、流路内のインクに圧力変化を生じさせる圧力発生手段等が設けられている。圧力発生手段としては、例えば、電気機械変換機能を呈する圧電材料を有する圧電アクチュエーターの変形によって液体流路の容積を変化させて液体流路内のインクに圧力変化を生じさせてノズル３１からインク滴を吐出させるものや、流路内に発熱素子を配置して、発熱素子の発熱で発生するバブルによってノズル３１からインク滴を吐出するものや、振動板と電極との間に静電気力を発生させて、静電気力によって振動板を変形させてノズル３１からインク滴を吐出させるいわゆる静電式アクチュエーターなどを使用することができる。

図３を用いて、本実施形態に係るフィルター部材２０について説明する。図３は記録ヘッドの断面図であり、図１と同様に、インクの噴射方向が＋Ｗ方向となるように配置された状態における記録ヘッド１００を示している。

フィルター部材２０は、第１フィルター部材２１及び第２フィルター部材２２が積層され、内部にフィルター室５０を有している。具体的には、フィルター部材２０は、図示しない保持部１０１側（図３に示す－Ｗ方向側）に設けられた第１フィルター部材２１と、第１フィルター部材２１の液体噴射部３０側（図３に示す＋Ｗ方向側）に設けられた第２フィルター部材２２とを具備し、第１フィルター部材２１及び第２フィルター部材２２は積層されている。第１フィルター部材２１及び第２フィルター部材２２は、例えば樹脂材料から形成することができるが、特に材料は樹脂材料に限定されない。

第１フィルター部材２１には、第２フィルター部材２２側（図３に示す＋Ｗ方向側）の面に第１凹部５１が形成されている。第１フィルター部材２１の図示しない保持部１０１側（図３に示す－Ｗ方向側）には、Ｗ方向に貫通した貫通孔である流入口５４及び排出口５９が形成されている。排出口５９は、鉛直方向であるＺ方向において、流入口５４よりも上方に位置している。

第２フィルター部材２２には、第１フィルター部材２１側（図３に示す－Ｗ方向側）の面に第２凹部５２が形成されている。第２フィルター部材２２の液体噴射部３０側（図３に示す＋Ｗ方向側）には、Ｗ方向に貫通した貫通孔である流出口５６が形成されている。流出口５６は、液体噴射部３０の内部に設けられた図示しない流路に接続されている。

フィルター室５０は、インクが通過するフィルター５７によって区画された上流室５０Ａと下流室５０Ｂとを含む。本実施形態では、第１フィルター部材２１と第２フィルター部材２２とが積層されることで、第１凹部５１と第２凹部５２からなるフィルター室５０が形成されている。そして、第２凹部５２の開口を覆うようにしてフィルター５７が設けられている。このようなフィルター５７によりフィルター室５０は、上流室５０Ａと下流室５０Ｂに区画されている。

上流室５０Ａは、フィルター室５０においてフィルター５７よりも上流側の空間であり、下流室５０Ｂは、フィルター５７よりも下流側の空間である。フィルター５７よりも上流側の空間とは、フィルター室５０のフィルター５７によって区画された２つの空間のうち、インクを噴射するノズル３１から相対的に遠い方をいい、下流側の空間とは当該２つの空間のうちノズル３１に相対的に近い方をいう。

フィルター５７は、インクに含まれる異物や気泡などを捕捉するものであり、本実施形態では第２フィルター部材２２に熱溶着や接着剤などで固定されている。また、フィルター５７は、例えば、線状の金属を綾畳みにしたものや、ＳＵＳからなる平板状部材に多数の孔を設けたものや、不織布などを挙げることができる。

また、フィルター５７の流路抵抗は、排出路１４の全体の流路抵抗よりも大きい。ここでいう排出路１４の流路抵抗とは、上流室５０Ａの排出口５９から中間タンク１２までの流路抵抗である。

このように構成されたフィルター部材２０では、流入口５４には供給路１３が接続され、排出口５９には排出路１４が接続されており、次のようにインクが流通する。フィルター室５０の上流室５０Ａには、中間タンク１２から供給路１３及び流入口５４を介してインクが供給される。また、フィルター室５０の上流室５０Ａから、フィルター５７を通過しなかったインクが排出口５９及び排出路１４を介して中間タンク１２へ排出される。また、上流室５０Ａからフィルター５７を通過して下流室５０Ｂに供給されたインクは、流出口５６を介して液体噴射部３０に供給される。

また、上述したインクジェット式記録装置１は、メインタンク１１、タンク間供給路１７、中間タンク１２、供給路１３、排出路１４、開閉弁１５及びポンプ１６からなる液体供給部１０を一つの記録ヘッド１００について一つ設けた構成としたが、このような構成に限定されない。一つの記録ヘッド１００について複数の液体供給部１０からインクを供給するように構成してもよい。例えば、インクジェット式記録装置１は、色の異なる複数種類のインクをそれぞれ供給する複数の液体供給部１０を備える構成とする。そして、記録ヘッド１００に複数のフィルター室５０を設け、各フィルター室５０に各液体供給部１０からインクが供給されるように構成する。

また、上述したインクジェット式記録装置１は、一つの記録ヘッド１００を有するラインヘッド２を備えた構成としたが、このような構成に限定されず、複数の記録ヘッド１００を備えていてもよい。この場合、一つの液体供給部１０から各記録ヘッド１００にインクを分配する、又は複数の液体供給部１０のそれぞれから各記録ヘッド１００にインクを分配するように構成すればよい。

例えば、複数の記録ヘッド１００を保持する保持部１０１に流路を設け、当該流路を途中で記録ヘッド１００の数だけ分岐させる。そして、液体供給部１０から供給されるインクが保持部１０１に設けられた流路を経由して各記録ヘッド１００の上流室５０Ａに供給されるように構成する。他にも、中間タンク１２と各記録ヘッド１００とをそれぞれ供給路１３及び排出路１４で接続し、中間タンク１２から各記録ヘッド１００にインクが分配されるように構成してもよい。

また、上述したインクジェット式記録装置１は、一つの記録ヘッド１００に一つの液体噴射部３０を備える構成としたが、これに限定されず、液体噴射部３０は２以上の複数個あってもよい。この場合、例えば、流出口５６に連通し、途中で液体噴射部３０の個数分だけ分岐した分岐流路を用い、下流室５０Ｂから当該分岐流路を介して各液体噴射部３０にインクを供給させることができる。

本実施形態のインクジェット式記録装置１は、制御部１８を備えている。制御部１８は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）またはＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の制御装置と半導体メモリ等の記憶装置とを含んで構成される。制御部１８は、記憶装置に記憶されたプログラムを制御装置が実行することでインクジェット式記録装置１の搬送部４、液体供給部１０、記録ヘッド１００等を統括的に制御する。

制御部１８は、開閉弁１５及びポンプ１６を制御することでインクの充填動作を実行する。充填動作とは、フィルター室５０及び記録ヘッド１００のインクの流路にインクが充填されていない状態からインクを充填させる動作をいう。充填動作は、例えば、インクジェット式記録装置１を初めて使用する際に行われる。他にも、インクジェット式記録装置１や記録ヘッド１００のメンテナンスやクリーニング等によってフィルター室５０及び記録ヘッド１００のインクの流路中のインクを全て排出させた後に充填動作が行われる。

図４から図９を用いて、制御部による充填動作及び記録ヘッド１００の充填方法について詳細に説明する。図４から図７は、充填動作を行っているときの記録ヘッドの断面図であり、図３と同様に、インクの噴射方向が＋Ｗ方向となるように配置されている。また、図８は充填動作のフローチャートである。なお、図４～図７では白抜きの開閉弁１５は開いた状態を表し、黒塗りの開閉弁１５は閉じた状態を表している。

図４に示すように、制御部１８は、開閉弁１５を開き（図８のステップＳ１）、開閉弁１５が開いた状態でインクがフィルター５７を通過しないようにポンプ１６を駆動する（図８のステップＳ２）。

開閉弁１５を開いてポンプ１６を駆動した結果、図示しない中間タンク１２から上流室５０Ａにインクが供給される。この状態におけるインクの圧力は、フィルター５７のバブルポイントを超えないので、インクはフィルター５７を通過しない。

図５に示すように、制御部１８はポンプ１６を駆動することで上流室５０Ａをインクで満たす（図８のステップＳ３）。厳密には、上流室５０Ａから、排出路１４の開閉弁１５までをインクで満たす。

具体的には、制御部１８は、ポンプ１６を駆動してから所定時間が経過したならば上流室５０Ａがインクで満たされたとみなす。そのような所定時間としては、ポンプ１６を駆動してから上流室５０Ａがインクで満たされるのに十分な時間を実測やシミュレーションなどによって得ておけばよい。

他の方法としては、ポンプ１６を駆動してから上流室５０Ａがインクで満たされたときに、開閉弁１５が受ける圧力やポンプ１６が加圧している圧力を計測により得ておき、基準圧力とする。そして、制御部１８は、開閉弁１５が受ける圧力や、ポンプ１６が加圧している圧力を計測しておき、それらの圧力が基準圧力に達したならば上流室５０Ａがインクで満たされたとみなす。

さらに他の方法としては、開閉弁１５にインクが到達したことを検知するセンサーを設け、制御部１８は、当該センサーがインクを検知したならば上流室５０Ａがインクで満たされたとみなしてもよい。当該センサーには、例えば静電容量式や超音波式等の液面センサーなどを採用できるが、開閉弁１５にインクが到達したことを検知することができればセンサーの種類は特に限定されない。

制御部１８は、上流室５０Ａをインクで満たした後もポンプ１６を駆動し続けており、開閉弁１５は開いた状態である。また、上述したように、フィルター５７の流路抵抗は排出路１４の全体の流路抵抗よりも大きい。このため、インクはフィルター５７を通過するよりも、排出口５９から排出路１４に流れる。すなわち、ポンプ１６の駆動によって中間タンク１２から供給路１３、上流室５０Ａ、排出路１４へ向かってインクが流動している。

図６に示すように、制御部１８は、ポンプ１６の駆動によって中間タンク１２から供給路１３、上流室５０Ａ、排出路１４へ向かってインクが流動している間に開閉弁１５を閉じる（図８のステップＳ４）。開閉弁１５を閉じるタイミングは、上流室５０Ａがインクで満たされた後の任意のタイミングでよい。

制御部１８によりインクが流動した状態で開閉弁１５が閉じられることで、上流室５０Ａから開閉弁１５へ向かって流動するインクの慣性によって上流室５０Ａ内に高い圧力が発生する。この水撃作用によって、上流室５０Ａを流動するインクの圧力は瞬間的に上昇し、フィルター５７のバブルポイントを超える。したがって、インクはフィルター５７を通過して下流室５０Ｂへ流入する。そして、図７に示すように、下流室５０Ｂもインクで満たされ、流出口５６を介して液体噴射部３０にインクが供給される。

なお、特に図示しないが、制御部１８は、フィルター室５０の全体がインクで充填され、記録ヘッド１００のノズル３１に至るまでのインクの流路にインクが充填されたらポンプ１６を停止させ、充填動作を終了する。例えば、ポンプ１６を駆動させてから所定時間が経過したときや、ポンプ１６を駆動させた後にノズル３１からインクが噴射された事を検知したときに、フィルター室５０及び記録ヘッド１００のノズル３１に至るまでのインクの流路がインクで充填されたと判定して、ポンプ１６を停止させる。

図９を用いて、インクによってフィルター５７に作用する圧力の変化について説明する。図９は充填動作におけるフィルターに作用する圧力変化を示す図である。縦軸はインクによってフィルター５７に作用する圧力Ｐであり、横軸は時刻Ｔである。実線αは、上述したインクジェット式記録装置１の充填動作におけるフィルター５７に作用する圧力の変化を示している。点線βは、本発明の充填動作とは異なる比較例としての充填動作を行ったときのフィルターに作用する圧力の変化を示している。

実線αに示すように、図８のフローチャートのステップＳ２に相当する時刻Ｔ１において、制御部１８がポンプ１６を駆動する。上流室５０Ａではインクが徐々に増量するので、圧力Ｐはポンプ１６を駆動する前の圧力Ｐ０よりも増大している。

図８のフローチャートのステップＳ３に相当する時刻Ｔ２において、制御部１８により上流室５０Ａがインクで満たされる。この状態では、ポンプ１６の駆動によって中間タンク１２から供給路１３、上流室５０Ａ、排出路１４へ向かってインクが流動しているため、時刻Ｔ３まで圧力Ｐは一定となっている。

図８のフローチャートのステップＳ４に相当する時刻Ｔ３において、制御部１８が開閉弁１５を閉じる。上述したように供給路１３、上流室５０Ａ、排出路１４へ向かってインクが流動している最中に開閉弁１５が閉じるため、前述の水撃作用によってフィルター５７に作用するインクによる圧力Ｐは瞬間的に上昇し、バブルポイントＰｂに達する。

時刻Ｔ３以後は、インクがフィルター５７を通過して下流室５０Ｂに流入するので、圧力Ｐは低下し、その後、ほぼ一定に保たれている。

点線βに示すように、比較例に係る充填動作では、時刻Ｔ１のポンプの駆動と時刻Ｔ２の上流室５０Ａがインクで満たされるまでは、実線αと同様である。比較例に係る充填動作では、時刻Ｔ２の後の時刻Ｔ１０においてポンプを停止する。このため、中間タンク１２から供給路１３、上流室５０Ａ、排出路１４へ向かうインクの流動が次第になくなる。このインクの流動の停止にともない、フィルター５７に作用するインクの圧力Ｐは徐々に低下し、ポンプ１６を駆動する前の圧力Ｐ０となる。

比較例に係る充填動作では、その後の時刻Ｔ１１において開閉弁１５を閉じ、時刻Ｔ１２においてポンプ１６を駆動する。このような動作によって、フィルター５７に作用するインクの圧力Ｐが増大し、時刻Ｔ１３においてバブルポイントＰｂに到達する。時刻Ｔ１３以後は、インクがフィルター５７を通過して下流室５０Ｂに流入するので、圧力Ｐは低下し、その後、ほぼ一定に保たれている。

また、実線αに示すように、時刻Ｔ３で開閉弁１５を閉じた時からフィルター５７をインクが通過する時刻Ｔ４までにおいて、フィルター５７に作用するインクの圧力の平均の時間変化率を、傾きＡ１とする。また、点線βに示すように、時刻Ｔ１１で開閉弁１５を閉じた時からフィルター５７をインクが通過する時刻Ｔ１３までにおいて、フィルター５７に作用するインクの圧力の平均の時間変化率を、傾きＢとする。傾きＡ１は、傾きＢよりも大きくなっている。

以上に説明したインクジェット式記録装置１及び記録ヘッド１００の充填方法では、図５に示したように上流室５０Ａをインクで満たした後においてもポンプ１６を駆動し続けることで、中間タンク１２から供給路１３、上流室５０Ａ、排出路１４へインクを流動させる。このようなインクの流動により、上流室５０Ａに残留している気泡がインクとともに排出路１４に排出することができる。そして、図６に示したようにインクが流動している状態で開閉弁１５を閉じることにより、水撃作用でフィルター５７に掛るインクの圧力を瞬間的に上昇させる。これにより、フィルター５７内に存在する気泡を一気に下流室５０Ｂから記録ヘッド１００へインクとともに流すことができ、フィルター５７からノズル３１までの間に細かい気泡が残留する虞を低減できる。

また、図９の実線αについて時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの間は、ポンプ１６の駆動によって圧力を上昇させているが、時刻Ｔ３で開閉弁１５を閉じることによってインクの圧力をバブルポイントＰｂに到達させている。換言すれば、ポンプ１６の駆動のみならず、水撃作用を利用してインクの圧力を上昇させている。

一方、比較例である点線βについては、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までポンプ１６によって圧力を上昇させている。しかしながら、時刻Ｔ１０でポンプ１６を停止させるので、時刻Ｔ１１で開閉弁１５を閉じるときにはインクの圧力は元の圧力Ｐ０に戻っている。この状態で時刻Ｔ１２においてポンプ１６を駆動し、バブルポイントＰｂに達するまでの間、ポンプ１６の駆動によってのみインクの圧力を上昇させている。

このように、比較例の充填動作はポンプ１６のみを利用する一方で、本実施形態の充填動作はポンプ１６のみならず水撃作用を利用する。したがって、インクの圧力をバブルポイントＰｂとするために、本実施形態のインクジェット式記録装置１では、比較例の充填動作で用いるポンプの最大出力よりも小さい最大出力のポンプ１６を用いることができる。この結果、ポンプ１６で消費するエネルギーを低減し、また、ポンプ１６を小型化することができる。

さらに、図９に示したように、本実施形態に係る充填動作における傾きＡ１は、比較例に係る充填動作における傾きＢよりも大きい。このことは、本実施形態に係る充填動作では、時刻Ｔ３の開閉弁１５を閉じた後に、比較例に係る充填動作と比較して短時間でインクの圧力を上げることができることを意味する。このように短時間にインクの圧力を上げることができるので、ポンプ１６の駆動時間を短縮することができる。これにより、ポンプ１６の寿命を延長することができ、さらに、充填動作時にノズル３１から排出されるインクの量を低減することができる。さらに、インクの量を低減できることから、ポンプ１６によって加圧されるインクが貯留されている中間タンク１２を小型化することができる。

〈実施形態２〉
図１０及び図１１を用いて、実施形態２に係るインクジェット式記録装置１について説明する。図１０は充填動作のフローチャートであり、図１１はフィルター５７に作用する圧力の変化について説明する図である。図１１の実線γは、本実施形態に係るインクジェット式記録装置１の充填動作におけるフィルター５７に作用する圧力の変化を示している。なお、実施形態１と同様の部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

まず、制御部１８は、開閉弁１５を開き（図１０のステップＳ１１）、開閉弁１５が開いた状態でインクがフィルター５７を通過しないようにポンプ１６を駆動する（図１０のステップＳ１２）。そして、制御部１８は、上流室５０Ａをインクで満たす（図１０のステップＳ１３）。これらのステップＳ１１～Ｓ１３は、実施形態１のステップＳ１～Ｓ３と同様であるので詳細な説明は省略する。

次に、制御部１８は、ポンプ１６を停止する（図１０のステップＳ１４）。ポンプ１６を停止するタイミングについては特に限定はない。

制御部１８により開閉弁１５は開いており、また、実施形態１で述べたようにフィルター５７の流路抵抗は排出路１４の全体の流路抵抗よりも大きい。このため、制御部１８が上流室５０Ａをインクで満たした後にポンプ１６を停止しても、しばらくの間、中間タンク１２から供給路１３、上流室５０Ａ、排出路１４へ向かうインクの流動が継続する。

次に、制御部１８は、制御部１８は、ポンプ１６の駆動によって中間タンク１２から供給路１３、上流室５０Ａ、排出路１４へ向かってインクが流動している間に開閉弁１５を閉じる（図１０のステップＳ１５）。本発明でいう「ポンプ１６の駆動によってインクが流動している間」とは、実施形態１のようにポンプ１６が駆動している状態でインクが流動する場合のみならず、実施形態２のようにポンプ１６の駆動によってインクが流動し、その後にポンプ１６を停止してからインクが流動している状態も含む。

また、図１１の実線γに示すように、開閉弁１５を閉じる時刻Ｔ２４は、インクの圧力Ｐが閾値である圧力Ｐｔｈ以上であるときとする。圧力Ｐｔｈは、開閉弁１５を閉じた後の圧力ＰがバブルポイントＰｂを超えるように設定される。

制御部１８によりインクが流動した状態で開閉弁１５が閉じられることで、実施形態１と同様に、上流室５０Ａを流動するインクの圧力は水撃作用によって瞬間的に上昇し、フィルター５７のバブルポイントを超える。したがって、インクはフィルター５７を通過して下流室５０Ｂへ流入する。そして、下流室５０Ｂもインクで満たされ、流出口５６を介して液体噴射部３０にインクが供給される。

図１１を用いて、インクによってフィルター５７に作用する圧力の変化について説明する。実線γに示すように、時刻Ｔ２１において、制御部１８がポンプ１６を駆動する。上流室５０Ａではインクが徐々に増量するので、圧力Ｐはポンプ１６を駆動する前の圧力Ｐ０よりも増大している。

時刻Ｔ２２において、制御部１８により上流室５０Ａがインクで満たされる。この状態では、ポンプ１６の駆動によって中間タンク１２から供給路１３、上流室５０Ａ、排出路１４へ向かってインクが流動しているため、時刻Ｔ２３まで圧力Ｐは一定となっている。

時刻Ｔ２３において、制御部１８がポンプ１６を停止させる。ポンプ１６を停止させることでインクの流動は継続するが圧力Ｐは徐々に低下する。

時刻Ｔ２４において、制御部１８が開閉弁１５を閉じる。上述したようにポンプ１６の停止後も供給路１３、上流室５０Ａ、排出路１４へ向かってインクが流動している。したがって、実施形態１と同様にインクが流動している最中に開閉弁１５が閉じるため、水撃作用によってフィルター５７に作用するインクによる圧力Ｐは瞬間的に上昇し、バブルポイントＰｂに達する。

時刻Ｔ２５以後は、インクがフィルター５７を通過して下流室５０Ｂに流入するので、圧力Ｐは低下し、その後、ほぼ一定に保たれている。

また、実線γに示すように、時刻Ｔ２４で開閉弁１５を閉じた時からフィルター５７をインクが通過する時刻Ｔ２５までにおいて、フィルター５７に作用するインクの圧力の平均の時間変化率を、傾きＡ２とする。傾きＡ２は、傾きＢよりも大きくなっている。なお、傾きＡ１は傾きＡ２よりも大きい。

以上に説明したインクジェット式記録装置１及び記録ヘッド１００の充填方法では、上流室５０Ａをインクで満たした時刻Ｔ２２から時刻Ｔ２３までポンプ１６を駆動し続けることで、中間タンク１２から供給路１３、上流室５０Ａ、排出路１４へインクを流動させる。このようなインクの流動により、上流室５０Ａに残留している気泡がインクとともに排出路１４に排出することができる。

時刻Ｔ２２において上流室５０Ａをインクで満たした後、時刻Ｔ２３においてポンプ１６を停止させる。このようにポンプ１６は停止するが、ポンプ１６の駆動によって中間タンク１２から供給路１３、上流室５０Ａ、排出路１４へ向かうインクの流動が継続している間に開閉弁１５を閉じる。これにより、水撃作用によってフィルター５７に掛るインクの圧力を瞬間的に上昇させることができる。そして、フィルター５７内に存在する気泡を一気に下流室５０Ｂから記録ヘッド１００へインクとともに流すことができ、フィルター５７からノズル３１までの間に細かい気泡が残留する虞を低減できる。

また、実施形態１と同様に、本実施形態の充填動作では比較例の充填動作と比較して、ポンプ１６に求められる最大出力は低くてよい。したがって、本実施形態のインクジェット式記録装置１では、ポンプ１６の最大出力が小さくても充填動作を行うことができ、ポンプ１６を小型化することができる。

さらに、本実施形態に係る充填動作における傾きＡ２は、比較例に係る充填動作における傾きＢよりも大きい。したがって、実施形態１と同様の作用効果を奏する。すなわち、瞬間的にインクの圧力を上げることができるので、ポンプ１６の駆動時間を短縮することができる。これにより、ポンプ１６の寿命を延長することができ、さらに、充填動作時にノズル３１から排出されるインクの量を低減することができる。さらに、インクの量を低減できることから、ポンプ１６によって加圧されるインクが貯留されている中間タンク１２を小型化することができる。

〈実施形態３〉
図１２を用いて、実施形態３に係るインクジェット式記録装置１について説明する。図１２は記録ヘッドの断面図であり、図１と同様に、インクの噴射方向が＋Ｗ方向となるように配置された状態における記録ヘッド１００を示している。なお、実施形態１と同様の部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

本実施形態の記録ヘッド１００は、フィルター部材２０にフィルター下排出路５８が設けられている。フィルター下排出路５８は、フィルター５７の下流側にある下流室５０Ｂのインクを、液体噴射部３０を介して中間タンク１２に戻すための流路である。本実施形態では、フィルター下排出路５８の一方の開口は液体噴射部３０に接続され、他方の開口は図示しない流路によって中間タンク１２に接続されている。

このような記録ヘッド１００では、下流室５０Ｂから液体噴射部３０にインクが供給され、ノズル３１から噴射されなかったインクは液体噴射部３０からフィルター下排出路５８を経由して中間タンク１２に戻される。

上述したインクジェット式記録装置１では、実施形態１と同様の充填動作が行われ、実施形態１と同様の作用効果を奏する。さらに、このようなインクジェット式記録装置１では、充填動作によって液体噴射部３０から完全に除去できなかった液体噴射部３０内の微小な気泡も液体噴射部３０の内部の流路を経由してフィルター下排出路５８から排出することができる。このため、充填動作によって下流室５０Ｂに微小な気泡が流入して残留してしまった場合でも、ノズル３１まで気泡が到達することを回避し、気泡による噴射不良を低減できる。なお、フィルター下排出路５８は、フィルター部材２０とは異なる部材に形成されていてもよい。

〈他の実施形態〉
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明の基本的構成は上述したものに限定されない。
上述した実施形態では、液体貯留部として中間タンク１２を用いたが、これに限定されない。例えば、メインタンク１１を液体貯留部とし、メインタンク１１と上流室５０Ａとを供給路１３及び排出路１４で接続する構成としてもよい。

上述した実施形態では、供給路１３及び排出路１４がフィルター部材２０の上流室５０Ａに直接接続する構成としたが、これに限定されない。例えば、保持部１０１にフィルター室５０へインクを供給するための流路を設け、当該流路を介して供給路１３及び排出路１４と上流室５０Ａとを接続してもよい。さらに、保持部１０１の代わりにフィルター室５０へインクを供給する流路部材を設け、その流路部材を介して供給路１３及び排出路１４と上流室５０Ａとを接続してもよい。

上述した実施形態では、インクジェット式記録装置１として、記録ヘッド１００を備えるラインヘッド２が保持部１０１に固定されて、媒体Ｓを搬送するだけで印刷を行う、所謂ライン式記録装置を例示したが、特にこれに限定されない。本発明は、記録ヘッド１００を媒体Ｓの搬送方向とは交差する方向に移動するキャリッジに搭載して、記録ヘッド１００を搬送方向とは交差する方向に往復移動しながら印刷を行う、所謂シリアル型記録装置にも適用することができる。シリアル型記録装置では、キャリッジは記録ヘッド１００を、インクが噴射される方向が＋Ｚ方向とは傾斜した方向となるように傾斜させて保持する。そして、キャリッジの往復移動する方向はＹ方向とする。このようなシリアル型記録装置においても、実施形態１～実施形態３と同様の作用効果を奏する。

さらに、本発明は、広く液体噴射ヘッド全般を対象としたものであり、例えば、プリンター等の画像記録装置に用いられる各種のインクジェット式記録ヘッド等の記録ヘッド、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（電界放出ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等にも適用することができる。勿論、このような液体噴射ヘッドを搭載した液体噴射装置も特に限定されるものではない。

１…インクジェット式記録装置（液体噴射装置）、１０…液体供給部、１１…メインタンク、１２…中間タンク（液体貯留部）、１３…供給路、１４…排出路、１５…開閉弁、１６…ポンプ（加圧機構）、１８…制御部、２０…フィルター部材、３０…液体噴射部、３１…ノズル、５０…フィルター室、５０Ａ…上流室、５０Ｂ…下流室、５７…フィルター、１００…インクジェット式記録ヘッド

Claims (4)

1. 液体を噴射する液体噴射部と、
   液体を貯留する液体貯留部と、
   液体が通過するフィルターによって区画された上流室と下流室とを含むフィルター室と
   、
   前記液体貯留部から前記上流室へ液体が流動する供給路と、
   前記上流室から前記液体貯留部へ液体が流動する排出路と、
   前記排出路を開閉する開閉弁と、
   前記液体貯留部から前記上流室へ液体を流動させるために液体を加圧する加圧機構と、
   を備え、
   前記開閉弁を開いた状態で、液体が前記フィルターを通過しないように前記加圧機構を
   駆動することで前記上流室を液体で満たした後、前記駆動によって前記液体貯留部から前
   記供給路、前記上流室、前記排出路へ向かって液体が流動している間に前記開閉弁を閉じ
   る充填動作を行い、
   前記充填動作において、前記上流室を液体で満たした後、前記加圧機構を停止してから
   前記開閉弁を閉じる、
   ことを特徴とする液体噴射装置。
2. 前記充填動作の前記開閉弁を閉じた時から前記フィルターを液体が通過するまでの前記
   フィルターに作用する液体の圧力の平均の時間変化率は、前記開閉弁を閉じている状態で
   前記加圧機構を駆動させた時から前記フィルターを液体が通過するまでの前記フィルター
   に作用する液体の圧力の平均の時間変化率よりも大きい、
   ことを特徴とする請求項１に記載の液体噴射装置。
3. 液体を噴射する液体噴射部と、
   液体を貯留する液体貯留部と、
   液体が通過するフィルターによって区画された上流室と下流室とを含むフィルター室と
   、
   前記液体貯留部から前記上流室へ液体が流動する供給路と、
   前記上流室から前記液体貯留部へ液体が流動する排出路と、
   前記排出路を開閉する開閉弁と、
   前記液体貯留部から前記上流室へ液体を流動させるために液体を加圧する加圧機構と、
   を備える液体噴射ヘッドの充填方法であって、
   前記開閉弁を開いた状態で、液体が前記フィルターを通過しないように前記加圧機構を
   駆動することで前記上流室を液体で満たした後、前記駆動によって前記液体貯留部から前
   記供給路、前記上流室、前記排出路へ向かって液体が流動している間に前記開閉弁を閉じ
   る充填動作を行い、
   前記充填動作において、前記上流室を液体で満たした後、前記加圧機構を停止してから
   前記開閉弁を閉じる、
   ことを特徴とする液体噴射ヘッドの充填方法。
4. 前記充填動作の前記開閉弁を閉じた時から前記フィルターを液体が通過するまでの前記
   フィルターに作用する液体の圧力の平均の時間変化率は、前記開閉弁を閉じている状態で
   前記加圧機構を駆動させた時から前記フィルターを液体が通過するまでの前記フィルター
   に作用する液体の圧力の平均の時間変化率よりも大きい、
   ことを特徴とする請求項３に記載の液体噴射ヘッドの充填方法。

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