JP2011173361A - 流体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ノズル形成面に付着した流体を短時間で効率よく除去することが可能な流体噴射装置を提供する。
【解決手段】流体噴射装置は、流体噴射ヘッド１９と、流体を流体噴射ヘッド１９に供給する流体供給路２８と、流体供給路２８に設けられた開閉弁（受圧板５６）を含むバルブユニット２１と、前記開閉弁を開弁させることにより、流体供給路２８から流体噴射ヘッド１９に供給される流体の流量を調整し、流体噴射ヘッド１９のノズルから流体が噴射されない範囲で、ノズルから流体噴射ヘッド１９のノズル形成面に流体を染み出させる流量調整手段（偏心カム８１）と、流体噴射ヘッド１９のノズル形成面に染み出した流体を払拭するワイピング手段と、を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、流体噴射装置に関するものである。

従来より、流体を媒体に対して噴射する流体噴射装置として、インクジェットプリンタが知られている。この種の流体噴射装置では、流体噴射ヘッドのノズル形成面に流体が付着し、吐出特性を悪化させることが知られている。そのため、ノズル形成面に付着した流体をワイピング手段により定期的にワイピングすることが行われている。しかし、ノズル形成面に付着した流体は溶媒の蒸発などにより粘度が高くなり、そのままワイピングしようとすると、粘度の高い流体がノズルに押し込まれ、吐出特性を悪化させる原因となる。

そこで、特許文献１では、流体貯留手段に設けられた、流体を封入する流体パックに圧力を加え、流体がノズルから噴射されない範囲で流体をノズル形成面に染み出させることが行われている。流体パックは、気密状態に形成された外郭ケースの内部に配置されており、外郭ケースと流体パックとの間の空間に圧縮空気を送り込むことにより、流体パックを加圧している。ノズル形成面に染み出した流体は、ノズル形成面に付着した流体の粘度を低減させる。そのため、ワイピング時に、ノズルの内部に粘度の高い流体が押し込まれることが抑制される。

特開２００４−２３７５０２号公報

しかしながら、特許文献１の方法では、多量に流体が封入された流体パックを圧縮空気によって加圧しているため、流体パックから流体噴射ヘッドに供給される流体の流量を微調整することが難しい。そのため、流体噴射ヘッドに供給された流体の一部は、ノズルから噴射されてロスとなり、クリーニングのコストを上昇させる。また、ノズルから噴射した流体がターゲットに向けて飛散しないように、ノズル面をキャッピングする必要があり、そのぶん作業効率が悪くなる。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、ノズル形成面に付着した流体を短時間で効率よく除去することが可能な流体噴射装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の形態の流体噴射装置は、流体を貯留する流体貯留手段と、前記流体を噴射するノズルが形成されたノズル形成面を有する流体噴射ヘッドと、前記流体貯留手段に貯留された流体を前記流体噴射ヘッドに供給する流体供給路と、前記流体供給路に設けられた開閉弁を含むバルブユニットと、前記開閉弁を開弁させることにより、前記流体供給路から前記流体噴射ヘッドに供給される前記流体の流量を調整し、前記流体噴射ヘッドのノズルから前記流体が噴射されない範囲で、前記ノズルから前記流体噴射ヘッドのノズル形成面に前記流体を染み出させる流量調整手段と、前記流体噴射ヘッドのノズル形成面に染み出した前記流体を払拭するワイピング手段と、を有することを特徴とする。

この構成によれば、流体供給路から流体噴射ヘッドに供給される流体の流量を開閉弁の開閉動作によって制御することができる。流体供給路を流通する流体の量は、流体パックに封入されている流体の量よりも十分に少ない。また、開閉弁で制御できる流量の大きさは、流体パックを加圧することによって調整される流量の大きさよりも、十分に小さい。よって、本発明の流体噴射装置によれば、特許文献１の方法よりも微小な流量の調整が可能であり、流体をノズルから噴射されない範囲でノズル形成面に染み出させることも十分に可能である。この構成においては、流体噴射ヘッドに供給される流体がノズルから噴射される惧れが少ない。そのため、ノズル形成面をキャッピングする必要がない。よって、ノズル形成面に付着した流体を短時間で効率よく除去することができる。

前記バルブユニットは、前記流体供給路上において前記流体を一時貯留し、前記流体噴射ヘッドからの前記流体の噴射に伴って、前記一時貯留した前記流体が減少する圧力室と、前記流体供給路から前記圧力室への前記流体の供給及び非供給を切り換える前記開閉弁と、を含み、前記開閉弁は、前記流体供給路から前記圧力室への前記流体の供給及び非供給を切り換える開閉バルブと、前記圧力室の一部を構成する可撓性のフィルム部材からなり、前記圧力室内の前記流体の減少に伴う負圧を受けて変位し、前記開閉バルブを開弁する開閉バルブ作動部材と、を含み、前記流量調整手段は、前記開閉バルブ作動部材に変位を与えることにより、前記開閉バルブを開弁させることが望ましい。

この構成によれば、開閉バルブ作動部材は、圧力室の一部を構成する可撓性のフィルム部材からなる。このため、開閉バルブ作動部材が、圧力室内の流体の減少に伴う負圧を受けて変位することが可能となり、この変位により開閉バルブを開弁することができる。すなわち、流体噴射ヘッドにおいて流体を消費した場合には、圧力室の流体の減少に伴う負圧を受けて可撓性のフィルム部材が変位する。このフィルム部材の変位作用を利用して開閉弁が開弁され、流体貯留手段から供給される流体は圧力室内に供給される。従って、圧力室には、流体噴射ヘッドにおいて流体を消費した分に対応して、その負圧を受けてその都度流体が供給されることになる。そのため、流体貯留手段からバルブユニットに送られる流体の圧力に関係なく、流体噴射ヘッドにおいて消費した流体の量に対応した量の流体が、圧力室内に補給されることになる。これにより、簡単な構成で、流体噴射ヘッドより安定した流体の噴射作用を保証することができる。また、流量調整手段は、フィルム部材に変位を与え、この変位により開閉バルブを開弁させるものであるため、簡単な構成で確実に開閉バルブの開弁を行うことができる。

前記流体貯留手段から前記圧力室に向けて前記流体供給路内の前記流体に圧力が加えられ、該圧力によって前記流体貯留手段から前記圧力室に前記流体が供給されることが望ましい。

この構成によれば、バルブユニットに対して流体を安定して供給することができる。よって、流体噴射ヘッドに供給される流体の量を精度良く制御することができる。

前記流量調整手段は、前記流体供給路の断面積を減少させ、前記流体供給路内の前記流体を前記流体噴射ヘッド側に加圧することにより、前記流体供給路から前記流体噴射ヘッドに供給される前記流体の流量を調整する流路バルブを含むことが望ましい。

この構成によれば、流体供給路から流体噴射ヘッドに供給される流体の流量を流体供給路の断面積を変化させることによって制御することができる。流体供給路を流通する流体の量は、流体パックに封入されている流体の量よりも十分に少ない。また、流体供給路の断面積を変化させることによって制御できる流量の大きさは、流体パックを加圧することによって調整される流量の大きさよりも、十分に小さい。よって、本発明の流体噴射装置によれば、特許文献１の方法よりも微小な流量の調整が可能であり、流体をノズルから噴射されない範囲でノズル形成面に染み出させることも十分に可能である。

本発明の第２の形態の流体噴射装置は、流体を貯留する流体貯留手段と、前記流体を噴射するノズルが形成されたノズル形成面を有する流体噴射ヘッドと、前記流体貯留手段に貯留された流体を前記流体噴射ヘッドに供給する流体供給路と、前記流体供給路の断面積を減少させ、前記流体供給路内の前記流体を前記流体噴射ヘッド側に加圧することにより、前記流体供給路から前記流体噴射ヘッドに供給される前記流体の流量を調整し、前記流体噴射ヘッドのノズルから前記流体が噴射されない範囲で前記流体噴射ヘッドのノズル形成面に前記流体を染み出させる流量調整手段と、前記流体噴射ヘッドのノズル形成面に染み出した前記流体を払拭するワイピング手段と、を有することを特徴とする。

この構成によれば、流体供給路から流体噴射ヘッドに供給される流体の流量を流体供給路の断面積を変化させることによって制御することができる。流体供給路を流通する流体の量は、流体パックに封入されている流体の量よりも十分に少ない。また、流体供給路の断面積を変化させることによって制御できる流量の大きさは、流体パックを加圧することによって調整される流量の大きさよりも、十分に小さい。よって、本発明の流体噴射装置によれば、特許文献１の方法よりも微小な流量の調整が可能であり、流体をノズルから噴射されない範囲でノズル形成面に染み出させることも十分に可能である。この構成においては、流体噴射ヘッドに供給される流体がノズルから噴射される惧れが少ない。そのため、ノズル形成面をキャッピングする必要がない。よって、ノズル形成面に付着した流体を短時間で効率よく除去することができる。

第１実施形態の流体噴射装置の要部模式図である。 第１実施形態の流体噴射装置の平面図である。 第１実施形態の記録ヘッド及びバルブユニットの斜視図である。 第１実施形態の記録ヘッド及びバルブユニットの斜視図である。 第１実施形態のバルブユニットの側面図である。 第１実施形態のバルブユニットの側面図である。 第１実施形態のバルブユニットの断面図である。 第１実施形態のバルブユニットの要部断面図である。 第１実施形態のバルブユニットの断面図である。 第１実施形態のバルブユニットの要部断面図である。 偏心カムの作用を説明する説明図である。 ノズル形成面にインクを染み出させる処理を説明する説明図である。 第２実施形態の流体噴射装置の平面図である。 第２実施形態の流路バルブの断面図である。 第２実施形態の流路バルブの作用を説明する説明図である。

［第１実施形態］
図１は、本発明の流体噴射装置の第１実施形態であるインクジェット式プリンタ１（以下、単にプリンタ１という）の要部模式図である。

プリンタ１は、流体貯留手段であるインクカートリッジ２３と、流体噴射ヘッドである記録ヘッド１９と、を有する。インクカートリッジ２３に収容された流体としてのインクは、供給チューブ２８及びバルブユニット２１を介して、記録ヘッド１９に供給される。なお、供給チューブ２８及びバルブユニット２１によって流体供給路が構成されている。

インクカートリッジ２３は気密状態に形成された外郭ケース２４を備えている。外郭ケース２４の内部には、ポリエチレンフィルムにアルミニウムを蒸着したラミネートフィルム等の可撓性素材からなるインクパック２３ａが設けられている。インクパック２３ａ内にはインクが充填されている。インクパック２３ａの一側には針装着部２３ｂが形成されており、インクカートリッジ２３を収容するインクカートリッジホルダ（図示せず）に設けられた針２３ｃが針装着部２３ｂに装着するように構成されている。針２３ｃは供給チューブ２８の一端と接続されており、バルブユニット２１に対してインクを供給可能となっている。

供給チューブ２８は、例えばポリエチレン等の可撓性部材により形成されている。供給チューブ２８は、耐薬品性に優れたポリエチレン系樹脂等の可撓性部材による内装に、気密遮断性に優れた塩化ビニルや金属膜等を外装として覆った二重構造であってもよい。

インクカートリッジ２３とインクパック２３ａの間には、加圧ポンプ２９により加圧空気が導入されるように構成された空間部Ｓが形成されている。インクカートリッジ２３は、密閉状態になるように形成されている。空間部Ｓに加圧ポンプ２９によって空気を送りこむことによって、インクパック２３ａが加圧される。インクパック２３ａ内に封入されたインクは、正圧により供給チューブ２８を介してキャリッジ１５上のバルブユニット２１に流入する。

図２はプリンタ１の基本構成を示す平面図である。

プリンタ１は、上側が開口する略直方体形状のフレーム１２を備えている。フレーム１２に紙送り部材１３が架設されており、図示しない紙送り機構により、紙送り部材１３上を噴射対象物である紙が給送されるようになっている。フレーム１２には紙送り部材１３に平行にガイド部材１４が架設されている。ガイド部材１４には、キャリッジ１５がガイド部材１４の軸線方向に移動可能に挿通支持されている。キャリッジ１５は、タイミングベルト１７を介してキャリッジモータ１８に接続されており、キャリッジモータ１８の駆動によってガイド部材１４に沿って往復移動されるようになっている。

キャリッジ１５の紙送り部材１３に対向する面には、記録ヘッド１９が搭載されている。キャリッジ１５上には記録ヘッド１９にインクを供給するバルブユニット２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｍ，２１Ｙ（なお、以下においては各バルブユニットを代表して、単に「バルブユニット２１」として示す場合もある）が搭載されている。バルブユニット２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｍ，２１Ｙは、インクの色（ブラックインクＢと、シアンＣ、マゼンタＭ、イエローＹの各カラーインク）に対応して４個具備されている。

記録ヘッド１９の下面には図示しないノズル吐出口が設けられている。そして、ノズル毎に設けられた図示しない圧電素子の駆動により、バルブユニット２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｍ，２１Ｙから記録ヘッド１９にインクが供給され、紙上にインク滴が吐出され、印刷が行われるようになっている。

フレーム１２の右端には４つのカートリッジホルダ２２が形成されている。カートリッジホルダ２２には、インクカートリッジ２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｍ，２３Ｙ（なお、以下においては各インクカートリッジを代表して、単に「インクカートリッジ２３」として示す場合もある）が着脱可能に備えられている。インクカートリッジ２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｍ，２３Ｙは、それぞれ、内部が気密状態となっている外郭ケース２４と、その内側に設けられたインクパック２３ａ（図１参照）とによって構成されている。インクパック２３ａには、ブラックインクＢおよび各カラーインクＣ，Ｍ，Ｙがそれぞれ貯留されている。

インクカートリッジ２３のインクパック２３ａとバルブユニット２１とは、可撓性を有する供給チューブ２８Ｂ，２８Ｃ，２８Ｍ，２８Ｙ（なお、以下においては各供給チューブを代表して、単に「供給チューブ２８」として示す場合もある）を介して接続されている。

イエローインクＹを貯留するインクカートリッジ２３Ｙの上には、加圧ポンプ２９が備えられており、加圧ポンプ２９は、空気供給チューブ２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｍ，２６Ｙを介してインクカートリッジ２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｍ，２３Ｙの各外郭ケース２４と接続されている。加圧ポンプ２９により加圧された空気は、空気供給チューブ２６Ｂ，２６Ｃ，２６Ｍ，２６Ｙを介して各インクカートリッジ２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｍ，２３Ｙの外郭ケース２４内に導入され、外郭ケース２４とインクパック２３ａとの間に形成された空間部Ｓ（図１参照）に導入されるようになっている。

すなわち、加圧ポンプ２９が駆動されることにより、外郭ケース２４内に空気が導入されると、インクパック２３ａは加圧空気によって押し潰される。そして、インクパック２３ａに貯留されている各インクは、供給チューブ２８Ｂ，２８Ｃ，２８Ｍ，２８Ｙを介してバルブユニット２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｍ，２１Ｙに供給されるようになっている。

キャリッジ１５の移動経路上における非印字領域（ホームポジョン）には、記録ヘッド１９のノズルが形成されたノズル形成面を封止することができるキャッピング手段３１が配置されている。キャッピング手段３１の上面には、記録ヘッド１９のノズル形成面に密着して封止し得るゴム等の弾性素材により形成されたキャップ部材３１ａが配置されている。そして、キャリッジ１５がホームポジョンに移動したときに、キャッピング手段３１が記録ヘッド１９側に移動（上昇）して、キャップ部材３１ａによって記録ヘッド１９のノズル形成面を封止することができるように構成されている。

キャップ部材３１ａは、図１に示すように、プリンタ１の休止期間中において記録ヘッド１９のノズル形成面を封止し、ノズル開口の乾燥を防止する蓋体として機能する。キャップ部材３１ａの下底部には、吸引手段としての吸引ポンプ（チューブポンプ）３１ｂにおけるチューブ３１ｃの一端が接続され、吸引ポンプ３１ｂによる負圧を記録ヘッド１９に作用させて、記録ヘッド１９からインクを吸引排出させるクリーニング動作を実行する機能も果たすようになされている。吸引ポンプ３１ｂにより吸引されたインクは、廃液回収ボックス３１ｅに回収される。廃液回収ボックス３１ｅ内には、複数層の廃液吸収剤３１ｆが設けられており、回収されたインクを貯蔵する。

キャッピング手段３１の印字領域側に隣接して、ゴム等の弾性素材を短冊状に形成したワイピング手段としてのワイピング部材３２が配置されている。ワイピング部材３２は、必要に応じて記録ヘッド１９の移動経路に水平方向に進出して、ノズル形成面を払拭して清掃することができるように構成されている。

図３〜図１０は、バルブユニット２１の詳細構造の説明図である。図３及び図４は、記録ヘッド１９及びバルブユニット２１の斜視図であり、図５及び図６は、バルブユニット２１の側面図であり、図７及び図９は、バルブユニット２１の偏心カム８１を除く断面図であり、図８及び図１０は、バルブユニット２１の部分断面図である。図３および図４では、説明の便宜上、記録ヘッド１９の上部にバルブユニット２１が２つのみ搭載されている状態を示しており、残り２つは省略している。

図３および図４に示すように、バルブユニット２１は略円形の偏平状に形成された合成樹脂製のユニットケース３５を備えている。ユニットケース３５の一端に形成された接続部３６には、供給チューブ２８が接続されており、他端には、インク導出部３７が形成されている。インク導出部３７は、円環状の接続部材３８と板状のヘッド支持体３９を介して記録ヘッド１９に接続されている。ユニットケース３５の側面には、偏心カム８１を含む流量調整手段が配置されている。

図５及び図７に示すように、ユニットケース３５の一側面２１ａには、略円筒状の小凹部４１が形成されている。一側面２１ａには、小凹部４１から接続部３６の方向に向かって、くの字を描くようにして溝４２が形成されている。溝４２の端部は、接続部３６に形成されている穴４３と連通している。一側面２１ａには、小凹部４１及び溝４２を塞ぐようにして、可撓性の第１のフィルム部材４５が熱溶着により貼り付けられている。そして、小凹部４１と第１のフィルム部材４５とによって略円柱状の流体供給室としてのインク供給室４６が形成され、溝４２と第１のフィルム部材４５とによってインク導入路４７が形成されている。供給チューブ２８から流入するインクは、接続部３６の穴４３、インク導入路４７を介してインク供給室４６に流入するようになっている。

第１のフィルム部材４５としては、インク性状に化学的な影響を及ぼさないこと、更に水分透過度や、酸素や窒素透過度の低い素材であることが重要である。そこで、第１のフィルム部材４５は、高密度ポリエチレンフィルムあるいはポリプロピレンフィルムに、塩化ビニリデン（サラン）をコーティングしたナイロンフィルムを接着ラミネートした構成であることが望ましい。または、アルミナ蒸着又はシリカ蒸着されたＰＥＴ素材から構成してもよい。

図５及び図７に示すように、第１のフィルム部材４５において、インク供給室４６側の面には、インク供給室４６の内径よりも若干小さな外径を有するばね受け座４５ａが、インク供給室４６と同心円状に位置するようにして取り付けられている。ばね受け座４５ａは第１のフィルム部材４５に対して熱溶着によって予め取り付けるようにしてもよく、接着剤、あるいは両面接着テープ等によって取り付けるようにしてもよい。ばね受け座４５ａには、第１のフィルム部材４５と反対の面に環状の段差部４５ｂが設けられている。

図６及び図７に示すように、ユニットケース３５の他側面２１ｂには、略円錐台形状の大凹部４８が形成されている。大凹部４８は、小凹部４１よりも大きな径を有しながら同心円状に位置するように設けられている。

図６に示すように、ユニットケース３５の他側面２１ｂには、大凹部４８の端部からインク導出部３７の方向に向かうようにして溝４９が形成されており、溝４９の端部はインク導出部３７に形成されている穴５１と連通している。他側面２１ｂには、大凹部４８及び溝４９を塞ぐようにして、可撓性の第２のフィルム部材５２が熱溶着により貼り付けられている。そして、大凹部４８と第２のフィルム部材５２とによって略円錐台形状の圧力室５３が形成され、溝４９と第２のフィルム部材５２とによってインク導出路５４が形成されている。圧力室５３内のインクは、インク導出路５４及びインク導出部３７の穴５１を介して前記記録ヘッド１９に排出されるようになっている。

第２のフィルム部材５２としては、圧力室５３の負圧状態を効率的に感知することができるように軟質であるとともに、インク性状に化学的な影響を及ぼさないこと、更に水分透過度や、酸素や窒素透過度の低い素材であることが重要である。そこで、第２のフィルム部材５２は、高密度ポリエチレンフィルムあるいはポリプロピレンフィルムに、塩化ビニリデン（サラン）をコーティングしたナイロンフィルムを接着ラミネートした構成であることが望ましい。または、アルミナ蒸着又はシリカ蒸着されたＰＥＴ素材から構成してもよい。

前記第２のフィルム部材５２の圧力室５３の反対側の面には、第２のフィルム部材５２に比較して硬い材料により形成された受圧板５６が取り付けられている。受圧板５６は、圧力室５３の内径よりも小さい外径を有している。受圧板５６は、印刷動作等によりキャリッジ１５が動いた場合に、受圧板５６自体の自重とキャリッジ１５の加速度により、第２のフィルム部材５２を動かして圧力室５３内の圧力が変化しないように、軽量であることが必要である。そこで、受圧板５６はポリエチレンやポリプロピレンといった軽量のプラスチック材料で形成することが望ましい。

受圧板５６は前記第２のフィルム部材５２に対して熱溶着によって予め取り付けるようにしてもよく、接着剤、あるいは両面接着テープ等により取り付けるようにしてもよい。受圧板５６は、円板状に形成されているが、特に円板状のものに限られることはない。圧力室５３がごく薄い円筒状の空間を形成する場合には、受圧板５６として円板状のものを用い、受圧板５６を圧力室５３に対して同心円状に配置することが望ましい。

図７に示すように、ユニットケース３５のインク供給室４６と圧力室５３との間には、各室４６，５３を区画するように隔壁５８が形成されている。隔壁５８には、インク供給室４６と圧力室５３とを連通させる開閉弁を構成する支持孔５９が形成されている。

支持孔５９には、開閉弁を構成する可動バルブ６１が摺動可能に挿通支持されている。可動バルブ６１は、詳しくは、円柱状のロッド部材６２と、ロッド部材６２に一体に形成されている断面円形の板状部材６３とにより構成されている。板状部材６３の外径は、ロッド部材６２の外径よりも大きくなっており、可動バルブ６１のうち、ロッド部材６２のみが、支持孔５９に摺動可能に挿通支持されている。

図８及び図１０に示すように、支持孔５９は、等間隔に４つの切り欠き孔５９ａが形成されている。支持孔５９にロッド部材６２が挿通支持された状態では、ロッド部材６２と切り欠き孔５９ａとによって、４つの流体供給孔としてのインク流路５９ｂが形成されている。板状部材６３は、インク供給室４６内に位置しており、板状部材６３には、インク供給室４６側の面に環状の段差部６３ａが形成されている。

ばね受け座４５ａの段差部４５ｂと板状部材６３の段差部６３ａとには、コイル状のシールばね６５が掛け装されており、シールばね６５の作用により、ばね受け座４５ａと板状部材６３とは離間する方向に付勢されている。

図７及び図８に示すように、隔壁５８には、支持孔５９を囲むようにして円環状に形成されたゴム製のシール部材６６が取り付けられている。板状部材６３は、シールばね６５の付勢力によりシール部材６６に当接するようになっている。シール部材６６はＯリング等でもよいが、エラストマー樹脂等を隔壁５８と２色成形により一体に形成してもよい。板状部材６３とシール部材６６とが当接する場合には、インク流路５９ｂは閉じた状態となる。

バルブユニット２１は、記録ヘッド１９が非印刷状態、すなわちインクを消費しない状態においては、シールばね６５によるばね荷重Ｗ１が、可動バルブ６１の板状部材６３に加わっている。また、板状部材６３にはインク供給室４６に供給されるインクの加圧力Ｐ１も加わる。これにより、板状部材６３は図７に示したように、ゴム製のシール部材６６に当接し、インク流路５９ｂ（図８参照）は閉弁状態になる。すなわち、インク供給室４６と圧力室５３との間は非連通の状態となり、バルブユニット２１は自己封止の状態になる。

一方、記録ヘッド１９が印刷状態となり、インクを消費した場合には、圧力室５３のインクの減少に伴い第２のフィルム部材５２がインク供給室４６側に変位し、第２のフィルム部材５２の中央部が可動バルブ６１を構成するロッド部材６２の端部に当接する。この時の第２のフィルム部材５２の変位に要する変位反力をＷｄとする。記録ヘッド１９においてさらにインクが消費されることにより、圧力室５３内には負圧Ｐ２が発生するようになる。そして、負圧Ｐ２が、Ｐ２＞Ｗ１＋Ｐ１＋Ｗｄの関係で示される臨界圧力を超えた場合に、第２のフィルム部材５２がロッド部材６２を押圧し、これにより、板状部材６３によるシール部材６６の当接が解かれ、図１０に示すように、インク流路５９ｂは開弁状態となる。

インク供給室４６内におけるインクは、インク供給室４６から圧力室５３に至るインク流路５９ｂを介して圧力室５３内に供給され、圧力室５３内へのインクの流入により圧力室５３の負圧は解消される。これに伴い、可動バルブ６１が移動して図７に示すように再び閉弁状態になされ、インク供給室４６から圧力室５３へのインクの供給は停止される。

前記した可動バルブ６１の開閉弁の動作は、図７及び図９に示す状態が、反復繰り返されるような極端な動作が必ずしもなされる必要はない。現実には印刷動作中においては、第２のフィルム部材５２は可動バルブ６１を構成するロッド部材６２の端部に当接した均衡状態を保ち、インクの消費に従って僅かに開弁しつつ、圧力室５３に対してインクを逐次補給するように作用する。

すなわち、圧力室５３内におけるインクの圧力変動は、可動バルブ６１の開閉によって、ある一定の範囲内となるように制限されており、インク供給室４６内のインクの圧力変化とは切り離されている。従って、キャリッジ１５の往復移動により供給チューブ２８に圧力変化が生じていても、その影響を受けることがない。そして、その結果、圧力室５３から記録ヘッド１９へのインクの供給は、良好に行われるようになっている。

なお、受圧板５６は、第２のフィルム部材５２の変位作用を受圧板５６の全面積において受けることができる。従って、第２のフィルム部材５２の変位作用を確実に可動バルブ６１に伝達させることができ、可動バルブ６１による開閉弁作用の信頼性を向上させることができる。

図３及び図４に示すように、ユニットケース３５の側面には、偏心カム８１を含む流量調整手段が設けられている。流量調整手段は、可動バルブ６１を強制的に開弁させることにより、流体供給路から記録ヘッド１９に供給されるインクの流量を調整する。

偏心カム８１は、第２のフィルム部材５２に取り付けられた受圧板５６に対向するように配置されている。偏心カム８１は、水平方向に差し渡されて回転駆動される駆動ロッド８２に対して、偏心状態に取り付けられている。

ユニットケース３５の後端部には、駆動ロッド８２を回転駆動させる駆動ユニット８３が配置されており、駆動ロッド８２の前端部は、ユニットケース３５の側面に取り付けられたロッド受け部材８４によって回転可能に軸支されている。

偏心カム８１は、駆動ロッド８２の回転駆動を受けて、受圧板５６をユニットケース３５側に押圧する動作を行う。この動作によって、第２のフィルム部材５２も同方向に変位され、バルブユニット２１内に配置された可動バルブ６１が強制的に開弁される。これにより、正圧が加えられたインクを記録ヘッド１９側に導入することが可能となっている。

図１１は、偏心カム８１の作用を説明するための説明図である。図１１（ａ）は、偏心カム８１が作用していない状態、すなわち、バルブユニット２１が自己封止弁として機能できる状態を示しており、図１１（ｂ）は偏心カム８１が作用して開閉弁としての可動バルブ６１を強制的に開弁状態とした状態を示している。

上述のように、可動バルブ６１を強制的に開弁させる駆動手段として、偏心カム８１が用いられている。偏心カム８１は、駆動ロッド８２の回転駆動を受けて、受圧板５６をユニットケース３５側に押圧することができるように構成されている。

図１８（ａ）に示すように、偏心カム８１が受圧板５６に作用していない場合には、可動バルブ６１は、圧力室５３内に発生する負圧の大きさのみに基づいて、開弁状態若しくは閉弁状態となる。記録ヘッド１９が印字領域においてインクの吐出を行うときは、偏心カム８１は、図１８（ａ）のように、受圧板５６を押圧しない位置に配置される。そして、圧力室内のインクの消費量に応じて開弁状態と閉弁状態とが切り替わる。すなわち、記録ヘッド１９においてインクが消費されることにより、圧力室５３内に負圧が発生し、該負圧が臨界圧力を超えたときに、第２のフィルム部材５２がロッド部材６２を押圧し、これにより、板状部材６３によるシール部材６６の当接が解かれ、インク流路５９ｂは開弁状態となる。そして、圧力室５３内にインクが供給され負圧が小さくなると、再び板状部材６３とシール部材６６とが当接し、閉弁状態となる。

一方、図１８（ｂ）に示すように、偏心カム８１を受圧板５６に作用させて可動バルブ６１を強制的に開弁状態とした場合には、インクカートリッジ２３より正圧状態で供給されるインクは、圧力室５３を介してそのまま記録ヘッド１９に供給される。この結果、インクは記録ヘッド１９のインク流路内を通り、ノズルより排出される。記録ヘッド１９が非印字領域（ホームポジョン）においてワイピング部材３２によるワイピング処理を施されるときには、偏心カム８１は、図１８（ｂ）のように、受圧板５６を押圧する位置に配置される。そして、偏心カム８１によって受圧板５６を押す時間や押す深さ等を制御して、ノズルからインクが噴射されない範囲で、ノズルから記録ヘッド１９のノズル形成面にインクを染み出させる。そして、このインクをノズル形成面に付着した粘度の高いインクに接触させて粘度を低下させ、ノズル形成面をワイピングしやすくした後、ワイピング部材３２でノズル形成面をワイピングする。

図１２は、ノズル形成面にインクを染み出させてワイピングを行う処理を説明するための説明図である。

まず、図１２（ａ）に示す吐出待機状態では、偏心カム８１は、受圧板５６を押圧しない位置に配置される。この場合、ノズル９１の内部に形成されるメニスカス１０１の形状は、ノズル９１の内側へ凹形状となるような形状とされる。この状態ではノズル９１の端面９３でメニスカス１０１はクリップ（保持）される。

図１２（ｂ）に示すワイピング部材３２によるメンテナンスモードでは、偏心カム８１は、受圧板５６を押圧する位置に配置され、ノズル９１内のインク１０２をノズル形成面９２よりも外側に突出させるように、圧力室５３内の内部圧力を吐出待機時よりも大きくする。そして、ノズル９１内のインクがノズル９１から漏れ出さない範囲の正圧を付与する。上述した正圧が圧力室５３に付与されるとメニスカス１０１がノズル９１の外側へ突出するとともにメニスカス１０１はその形状がノズル９１の外側へ突出する凸形状となる。一方、メニスカス１０１はノズル９１の端面９３でクリップされた状態を維持するので、ノズル９１内のインク１０２がノズル９１の外部に漏れ出すことはない。

図１２（ｂ）の状態を維持したまま偏心カム８１によってさらに受圧板５６を押し続けると、メニスカス１０１のクリップポイント９３に衝撃が与えられ、メニスカス１０１の境界１０３はノズル９１の外側のノズル形成面９２へ移動し、その結果、図１２（ｃ）に示すようにノズル９１からノズル形成面９２にインクが染み出す。メニスカス１０１の境界１０３がノズル形成面９２に移動した状態で圧力室５３に与える正圧を維持すると、正圧を維持している間はノズル９１から染み出したインクがノズル形成面９２に沿って広がり続ける。

ノズル形成面９２にノズル９１から染み出させたインクをノズル形成面９２に広げることで、ノズル形成面９２に付着した粘度の高いインクにインク溶媒を接触させて、当該インクの粘度を低下させることができる。その結果、ワイピング部材３２によるインクの除去が容易になる。

［第２実施形態］
図１３は、本発明の流体噴射装置の第２実施形態であるインクジェット式プリンタ２（以下、単にプリンタ２という）の要部模式図である。

第２実施形態のプリンタ２は、第１実施形態のプリンタ１と比較して、インクカートリッジ２３と記録ヘッド１９との間の流体供給路上に流路バルブ３０を設けた点が異なる。第２実施形態において第１実施形態と共通する構成要素については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。

プリンタ２において、供給チューブ２８Ｂ，２８Ｃ，２８Ｍ，２８Ｙの流路途中、すなわちバルブユニット２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｍ，２１Ｙの上流には、流量調整手段としての流路バルブ３０が備えられている。流路バルブ３０は、インクカートリッジ２３の近傍において前記フレーム１２に固定されており、供給チューブ２８Ｂ，２８Ｃ，２８Ｍ，２８Ｙを流れるインクの流量を変化させることが可能となっている。

図１４及び図１５は、流路バルブ３０の断面図である。

流路バルブ３０は、流路としてのインク流路部７１と押圧部７２とを備えている。インク流路部７１は、略直方体状の可撓性部材によって形成されたインク流路本体部７１ａを備え、インク流路本体部７１ａの上面には、４つの溝７２Ｂ，７２Ｃ，７２Ｍ，７２Ｙが形成されている。インク流路本体部７１ａの上面には、溝７２Ｂ，７２Ｃ，７２Ｍ，７２Ｙを塞ぐようにして、可撓性を有する可撓性部材としての封止フィルム７１ｂが熱溶着により貼り付けられている。溝７２Ｂ，７２Ｃ，７２Ｍ，７２Ｙと封止フィルム７１ｂとによってインク供給路７３Ｂ，７３Ｃ，７３Ｍ，７３Ｙが形成されている。

インク供給路７３Ｂ，７３Ｃ，７３Ｍ，７３Ｙは、供給チューブ２８Ｂ，２８Ｃ，２８Ｍ，２８Ｙの流路途中に位置している。流路バルブ３０よりも上流側の供給チューブ２８から流出したインクは、インク供給路７３Ｂ，７３Ｃ，７３Ｍ，７３Ｙに流入した後に流路バルブ３０よりも下流側の供給チューブ２８に流入するようになっている。

押圧部７２は、インク流路部７１に比較して硬い材料により形成されており、図示しない駆動モータによって、上下方向に移動するようになっている。従って、図１４に示すように、押圧部７２が、上側に位置した状態では、インク流路部７１のインク供給路７３Ｂ，７３Ｃ，７３Ｍ，７３Ｙは最大の断面積を有するようになり、インクが最大の流量で流れるようになる。一方、図１５に示すように、押圧部７２が下降すると、押圧部７２がインク流路部７１を押圧し、インク流路部７１全体を変形させて、インク供給路７３Ｂ，７３Ｃ，７３Ｍ，７３Ｙが押し潰されるようになっている。その結果、インク供給路７３Ｂ，７３Ｃ，７３Ｍ，７３Ｙの断面積は小さくなり、インクの流量が減少する。従って、流路バルブ３０は、押圧部７２を上下動させることにより、供給チューブ２８を流れるインクの流量を変化させることができるようになっている。

流路バルブ３０における流路体積の変化に伴い、供給チューブ２８内のインクには、大きな圧力変動が生じる。流路バルブ３０より下流には、バルブユニット２１が設けられており、偏心カム８１によって可動バルブを強制的に開弁されていない状態では、バルブユニット２１の圧力室５３におけるインクの圧力変動が常に一定の範囲内に制限される。一方、偏心カム８１によって可動バルブを強制的に開弁した状態では、流路バルブ３０における流路体積の変化に伴う圧力変化は圧力室５３内の圧力を上昇させる。本実施形態では、その圧力を利用して、インクをノズルからノズル形成面に染み出させる。

すなわち、図１２（ａ）に示した吐出待機状態では、偏心カム８１は、受圧板５６を押圧しない位置に配置し、圧力室５３へのインクの供給を停止する。一方、図１２（ｂ）に示したメンテナンスモードでは、偏心カム８１を、受圧板５６を押圧する位置に配置し、流路バルブ３０におけるインク供給路７３Ｂ，７３Ｃ，７３Ｍ，７３Ｙの断面積を徐々に小さくする。これにより、圧力室５３には、流路バルブ３０における流路体積の変化に伴う圧力変動が生じ、ノズル９１内のインク１０２がノズル形成面９２よりも外側に突出する。

流路バルブ３０におけるインク供給路７３Ｂ，７３Ｃ，７３Ｍ，７３Ｙの断面積をさらに小さくすると、メニスカス１０１のクリップポイント９３に衝撃が与えられ、メニスカス１０１の境界１０３はノズル９１の外側のノズル形成面９２へ移動し、その結果、図１２（ｃ）に示すようにノズル９１からノズル形成面９２にインクが染み出す。メニスカス１０１の境界１０３がノズル形成面９２に移動した状態で圧力室５３に与える正圧を維持すると、正圧を維持している間はノズル９１から染み出したインクがノズル形成面９２に沿って広がり続ける。

ノズル形成面９２にノズル９１から染み出させたインクをノズル形成面９２に広げることで、ノズル形成面９２に付着した粘度の高いインクにインク溶媒を接触させて、当該インクの粘度を低下させることができる。その結果、ワイピング部材３２によるインクの除去が容易になる。

本実施形態の場合、偏心カム８１と流路バルブ３０とが、流体供給路から記録ヘッド１９に供給されるインクの流量を調整する流量調整手段として機能する。すなわち、偏心カム８１がバルブユニット２１の可動バルブ６１を開弁させることにより、流体供給路から記録ヘッド１９に供給されるインクの流量を調整する第１の流量調整手段として機能し、流路バルブ３０が、流体供給路の断面積を減少させ、流体供給路内のインクを記録ヘッド１９側に加圧することにより、流体供給路から記録ヘッド１９に供給されるインクの流量を調整する第２の流量調整手段として機能する。しかし、流路バルブ３０のみでインクのノズル形成面９２への染み出し量を精密に調整できる場合には、偏心カム８１及びバルブユニット２１を設ける必要はなく、流路バルブ３０のみで流量調整手段を構成してもよい。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、図３では、バルブユニット２１における可動バルブ６１を強制開弁させる駆動手段として偏心カム８１を用い、偏心カム８１の回動により可動バルブ６１を移動させるようにした。しかし、駆動手段としては、電磁プランジャやその他のアクチュエータを用いることもできる。

また、図１では、空気圧によってインクパック２３ａを加圧してインクを供給するインク供給システムを採用した。しかし、インク供給システムとしては、水頭差を利用するものも可能である。すなわち、インクパック２３ａに形成されたインク導出口２３ｄを、バルブユニット２１及び記録ヘッド１９より重力方向の上方に配置し、これにより発生する水頭差に基づく正圧により、供給チューブ２８及びバルブユニット２１を介して記録ヘッド１９にインクを供給するようにしてもよい。

また、前記実施形態では、本発明の流体噴射装置をインクジェット式のプリンタに適用しているが、インク以外の他の流体を噴射したり吐出したりする流体噴射装置に適用してもよい。すなわち、微小量の液滴を吐出する流体噴射ヘッド等を備える各種の流体噴射装置に適用可能である。なお、液滴とは、前記流体噴射装置から吐出される流体の状態をいい、粒状、涙状、糸状に尾を引くものも含むものとする。また、ここでいう流体とは、流体噴射装置が噴射させることができるような材料であれよい。

例えば、物質が液相であるときの状態のものであればよく、粘性の高い又は低い液状態、ゾル、ゲル水、その他の無機溶剤、有機溶剤、溶液、液状樹脂、液状金属（金属融液）のような流状態、また物質の一状態としての流体のみならず、顔料や金属粒子などの固形物からなる機能材料の粒子が溶媒に溶解、分散または混合されたものなどを含む。また、流体の代表的な例としては、前記実施形態で説明したようなインクが挙げられる。ここで、インクとは一般的な水性インクおよび油性インク並びにジェルインク、ホットメルトインク等の各種流体組成物を包含するものとする。

流体噴射装置の具体例としては、例えば液晶ディスプレイ、ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）ディスプレイ、面発光ディスプレイ、カラーフィルタの製造などに用いられる電極材や色材などの材料を分散または溶解のかたちで含む流体を噴射する流体噴射装置、バイオチップ製造に用いられる生体有機物を噴射する流体噴射装置、精密ピペットとして用いられ試料となる流体を噴射する流体噴射装置、捺染装置やマイクロディスペンサ等であってもよい。

さらに、時計やカメラ等の精密機械にピンポイントで潤滑油を噴射する流体噴射装置、光通信素子等に用いられる微小半球レンズ（光学レンズ）などを形成するために紫外線硬化樹脂等の透明樹脂液を基板上に噴射する流体噴射装置、基板などをエッチングするために酸又はアルカリ等のエッチング液を噴射する流体噴射装置を採用してもよい。

１…プリンタ（流体噴射装置）、２…プリンタ（流体噴射装置）、１９…記録ヘッド（流体噴射ヘッド）、２１…バルブユニット、２３…インクカートリッジ（流体貯留手段）、２３ａ…インクパック、２８…供給チューブ、２９…加圧ポンプ、３０…流路バルブ、３２…ワイピング部材（ワイピング手段）、５２…第２のフィルム部材、５３…圧力室、５６…受圧板、５９ｂ…インク流路、６１…可動バルブ、７１…インク流路部、９１…ノズル、９２…ノズル形成面、１０２…インク（流体）

Claims (5)

1. 流体を貯留する流体貯留手段と、
   前記流体を噴射するノズルが形成されたノズル形成面を有する流体噴射ヘッドと、
   前記流体貯留手段に貯留された流体を前記流体噴射ヘッドに供給する流体供給路と、
   前記流体供給路に設けられた開閉弁を含むバルブユニットと、
   前記開閉弁を開弁させることにより、前記流体供給路から前記流体噴射ヘッドに供給される前記流体の流量を調整し、前記流体噴射ヘッドのノズルから前記流体が噴射されない範囲で、前記ノズルから前記流体噴射ヘッドのノズル形成面に前記流体を染み出させる流量調整手段と、
   前記流体噴射ヘッドのノズル形成面に染み出した前記流体を払拭するワイピング手段と、を有することを特徴とする流体噴射装置。
2. 前記バルブユニットは、前記流体供給路上において前記流体を一時貯留し、前記流体噴射ヘッドからの前記流体の噴射に伴って、前記一時貯留した前記流体が減少する圧力室と、前記流体供給路から前記圧力室への前記流体の供給及び非供給を切り換える前記開閉弁と、を含み、
   前記開閉弁は、前記流体供給路から前記圧力室への前記流体の供給及び非供給を切り換える開閉バルブと、前記圧力室の一部を構成する可撓性のフィルム部材からなり、前記圧力室内の前記流体の減少に伴う負圧を受けて変位し、前記開閉バルブを開弁する開閉バルブ作動部材と、を含み、
   前記流量調整手段は、前記開閉バルブ作動部材に変位を与えることにより、前記開閉バルブを開弁させることを特徴とする請求項１に記載の流体噴射装置。
3. 前記流体貯留手段から前記圧力室に向けて前記流体供給路内の前記流体に圧力が加えられ、該圧力によって前記流体貯留手段から前記圧力室に前記流体が供給されることを特徴とする請求項２に記載の流体噴射装置。
4. 前記流量調整手段は、前記流体供給路の断面積を減少させ、前記流体供給路内の前記流体を前記流体噴射ヘッド側に加圧することにより、前記流体供給路から前記流体噴射ヘッドに供給される前記流体の流量を調整する流路バルブを含むことを特徴とする請求項３に記載の流体噴射装置。
5. 流体を貯留する流体貯留手段と、
   前記流体を噴射するノズルが形成されたノズル形成面を有する流体噴射ヘッドと、
   前記流体貯留手段に貯留された流体を前記流体噴射ヘッドに供給する流体供給路と、
   前記流体供給路の断面積を減少させ、前記流体供給路内の前記流体を前記流体噴射ヘッド側に加圧することにより、前記流体供給路から前記流体噴射ヘッドに供給される前記流体の流量を調整し、前記流体噴射ヘッドのノズルから前記流体が噴射されない範囲で前記流体噴射ヘッドのノズル形成面に前記流体を染み出させる流量調整手段と、
   前記流体噴射ヘッドのノズル形成面に染み出した前記流体を払拭するワイピング手段と、を有することを特徴とする流体噴射装置。

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