JP7638697B2 - Liquid ejection device - Google Patents
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Description
本発明は液体吐出装置に関する。 The present invention relates to a liquid ejection device.
液体吐出装置では、液体吐出ヘッドに供給する液体の圧力を管理するために、差圧弁等の圧力制御機構が設けられている。例えば、特許文献1に記載されている差圧弁では、圧縮ばねを用いて開弁に必要な力(開弁力)を管理している。
Liquid ejection devices are provided with a pressure control mechanism such as a differential pressure valve to manage the pressure of the liquid supplied to the liquid ejection head. For example, the differential pressure valve described in
特許文献1に記載されている差圧弁は、圧縮ばねを用いることにより、開弁に必要な力を任意に設定しやすく、構成を単純化できるという利点がある。しかし、差圧弁内に圧縮ばねを収容するスペースを確保する必要があり、差圧弁自体の寸法、特に厚さが大きくなる。近年では、液体吐出装置は、多機能化やカートリッジ(液体容器)の大容量化や高精細記録のための多色化等に伴い、部品点数が増加し大型化する傾向にある。しかし、液体吐出装置本体の大型化は製品コストの増大につながるため好ましくない。従って、前述したように差圧弁の圧縮ばねに起因して液体吐出装置が大型化することは抑えることが望ましい。
The differential pressure valve described in
そこで、本発明の目的は、弁を有していても大型化を抑えることができる液体吐出装置を提供することにある。 The object of the present invention is to provide a liquid ejection device that can prevent the device from becoming too large even if it has a valve.
本発明の液体吐出装置は、液体を吐出する素子基板と、前記液体を収容するタンクと、前記タンクから前記素子基板への前記液体の供給を制御する弁と、前記タンクと前記素子基板との間に位置する流路の一部を形成する流路形成部材と、を含む液体吐出装置であって、前記弁は前記流路形成部材の内部に設けられており、前記弁は、前記流路形成部材の一部と一体的に形成された板ばねを含み、前記流路形成部材には、前記弁の一部を構成する孔部が設けられており、前記流路形成部材は、金属フレームと前記金属フレームに一部が固定された弾性部材とを有するバルブシートを含み、前記弁は、前記弾性部材の一部が前記板ばねの弾性変形とともに変位して前記孔部に接する位置と前記孔部から離れた位置との間を移動することにより開閉することを特徴とする。 The liquid ejection device of the present invention is a liquid ejection device including an element substrate that ejects liquid, a tank that stores the liquid, a valve that controls the supply of the liquid from the tank to the element substrate, and a flow path forming member that forms a part of a flow path located between the tank and the element substrate , wherein the valve is provided inside the flow path forming member, the valve includes a leaf spring that is integrally formed with a part of the flow path forming member, the flow path forming member is provided with a hole that forms a part of the valve, the flow path forming member includes a valve seat having a metal frame and an elastic member a part of which is fixed to the metal frame, and the valve opens and closes by a part of the elastic member being displaced together with the elastic deformation of the leaf spring to move between a position in contact with the hole and a position away from the hole .
本発明によると、弁を有していても大型化を抑えることができる液体吐出装置を提供することができる。 The present invention provides a liquid ejection device that can prevent the device from becoming too large even though it has a valve.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。ただし、以下の記載は本発明の範囲を限定するものではない。
[液体吐出ヘッドの説明]
図1は、本発明の一実施形態に係る液体吐出装置の液体吐出ヘッド1の構成と液体の流れを模式的に示すブロック図である。各ユニット間をつなぐ線は液体の流れ(流路)を示しており、矢印は液体が流れる方向を示している。図1において、通常の液体の流れは実線で示され、切替弁220を動作させた時の液体の流れは破線で示されている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the following description is not intended to limit the scope of the present invention.
[Description of Liquid Ejection Head]
1 is a block diagram showing the configuration of a
本実施形態の液体吐出ヘッド1は、タンクユニット100と、バルブユニット200と、液体フローユニット300と、吐出モジュール400と、を有している。吐出モジュール400は、素子基板401を含んでいる。素子基板401は、図示しないが、吐出口と、インク等の液体を吐出口から外部に吐出するためのエネルギーを発生するためのエネルギー発生素子(発熱抵抗素子や圧電素子)と、を備えている。タンクユニット100は、液体を収容する容器であるタンク101を含んでいる。タンク101と素子基板401との間に、バルブユニット200の各バルブ210,220およびダイヤフラムポンプ230と、液体フローユニット300の液体供給流路304および液体還流流路305とが介在している。タンク101から、差圧弁210と液体供給流路304または液体還流流路305とを介して、素子基板101に液体が供給される。そして、素子基板401の吐出口から外部に吐出されなかった液体は、液体還流流路305または液体供給流路304と、切替弁220とダイヤフラムポンプ230とを介して、タンク101に戻る。このようなタンク101と素子基板401とをつなぐ循環路が構成される。なお、本実施形態では、タンクユニット100とバルブユニット200と液体フローユニット300と吐出モジュール400とが積層されて一体化された構成であるが、この構成に限定されない。タンク101と素子基板401との間で液体が循環する循環路が形成される構成であれば、各ユニットの配置は自由であり、例えば、各ユニットを接触させずに離れた位置に配置することも可能である。
The
[バルブユニットの説明]
バルブユニット200は、ダイヤフラムポンプ230と、2つの切替弁220と、2つの差圧弁210と、を有している。
(ダイヤフラムポンプ)
ダイヤフラムポンプ230は、タンク101に収容されている液体を、吐出モジュール400の素子基板401へ供給し、さらに液体を素子基板401からタンク101へ戻す液体の流れを発生させる。このような液体の流れ(循環流)は、ダイヤフラムポンプ230が作動して液体の圧力差が発生することで生じる。すなわち、ダイヤフラムポンプ230は循環ポンプとして機能する。本実施形態では、1種類(1色)の液体に対して3つのダイヤフラムポンプ230が設けられている。但し、図1では、3つのダイヤフラムポンプ230を一括して模式的に示している。各ダイヤフラムポンプ230の位相をずらして駆動することで、液体の流量のばらつきの抑制を図っている。ダイヤフラムポンプ230の詳細な構造については後述する。
[Explanation of the valve unit]
The
(Diaphragm pump)
The
(切替弁)
切替弁220は、通常は開いている(ノーマリーオープンの)切替弁221と、通常は閉じている(ノーマリークローズの)切替弁222と、を含む。ノーマリーオープンの切替弁221が開きノーマリークローズの切替弁222が閉じている状態で、タンク101と素子基板401とを繋ぐ循環路が形成される。この状態の液体の循環方向を順方向とする。そして、ノーマリーオープンの切替弁221が閉じてノーマリークローズの切替弁222が開くと、タンク101と素子基板401とを繋ぐもう1つの循環路が形成される。この状態の液体の循環方向は順方向と反対向きであり、これを逆方向とする。
(Switching valve)
The
切替弁220の機能について説明する。液体吐出装置を初めて使用する場合や、長期間の非使用状態の後に使用する場合等に、液体吐出ヘッド1の液体流路内に気泡が存在する場合がある。この状態で液体吐出を行うと、素子基板401の吐出口に気泡が混入して吐出不良が起こる可能性がある。そのため、本実施形態の液体吐出ヘッド1は、液体吐出装置の使用開始時や、所定量または所定時間の液体吐出を行った後などの特定のタイミングで、液体の逆方向の循環流を生じさせて、気泡を吐出口およびその近傍から遠ざけるように移動させる。このように、順方向の液体の循環流と逆方向の液体の循環流とを切り替えるために、切替弁220が設けられている。切替弁220の詳細な構造については後述する。
The function of the
(差圧弁)
液体吐出ヘッド1において、吐出モジュール400に供給される液体の圧力が適切に管理されていないと、素子基板401の吐出口(図示せず)等から液体が漏れる可能性がある。そこで、液体の圧力を適切に管理して液体の漏れを防ぐために、タンク101と素子基板401との間に差圧弁210が設けられている。差圧弁210は、タンクユニット100側の液体の圧力と、素子基板401に液体を供給する液体フローユニット300側の液体の圧力との差が一定以上になると開く構造である。素子基板401から液体が吐出されて液体が消費されると、液体フローユニット300内の液体量が減少して圧力が低下する。差圧弁210の上流と下流との圧力差が一定値以上に達すると、差圧弁210が開いて液体が供給される。このように、本実施形態では差圧弁210を使用して、適切な圧力に達しないと素子基板401に液体が供給されない構造になっている。
(Differential pressure valve)
In the
さらに、図1に模式的に示すように、本実施形態では2種類の差圧弁210、すなわち弱圧の差圧弁211と強圧の差圧弁212とが設けられている。この2つの差圧弁は、弁が開く閾値となる圧力差が異なる。通常は、開弁に必要な圧力差が小さい弱圧の差圧弁211を通じて、素子基板401に液体が供給される。ただし、例えば液体消費量が多い印刷物の印刷を行う場合には液体の圧力差が大きくなるため、弱圧の差圧弁211だけでなく強圧の差圧弁212も開いて、2つの差圧弁211,212から素子基板401へ液体を供給する。
Furthermore, as shown in FIG. 1, two types of
本実施形態の差圧弁210には、開閉の閾値となる圧力差を適切に設定するために、適切な付勢力を有する付勢部材がそれぞれ設けられている。この付勢部材は、流路形成部材に一体的に形成された板ばねからなり、それによって、差圧弁を小型かつ簡単な構造にすることができる。このような差圧弁210の具体的な構造については後述する。なお、本実施形態では差圧弁210は液体吐出ヘッド1内に設けられているが、差圧弁210の位置は任意に変更可能である。例えば、液体吐出ヘッド1の外部に差圧弁210を配置してもよい。
The
(液体の循環流)
以上説明した構成によって、液体吐出ヘッド1において液体を循環させる。通常時は、タンク2内の液体が、ダイヤフラムポンプ230の作動によって、弱圧の差圧弁211および液体供給流路304を通じて素子基板401へ流れる。さらに、素子基板401から液体還流流路305およびノーマリーオープンの切替弁221を通じてタンク101へ戻る。このように順方向の液体の循環流(図1に実線で図示)が生じる。前述したように流路内、例えば液体供給流路304内や素子基板401の流路内に気泡が発生した場合などに、その気泡を素子基板401から離れた位置に移動させるために、液体の循環方向を変更する。すなわち、ノーマリーオープンの切替弁221を閉じて、ノーマリークローズの切替弁222を開く。それによって、タンク2内の液体が、ダイヤフラムポンプ230の作動によって、強圧の差圧弁212および液体還流流路305を通じて素子基板401へ流れる。液体は、さらに、素子基板401から液体供給流路304およびノーマリークローズの切替弁222を通じて、タンク101へ戻る。このように逆方向の液体の循環流(図1に破線で図示)が生じる。素子基板401への液体の流入方向を反転させることで、例えば素子基板401内に滞留している気泡を素子基板401外へ排出する。
(Circulating flow of liquid)
The liquid is circulated in the
以上の説明は、1種類(1色)の液体の流れに関する構成に関するものであり、種類や色が異なる複数の液体を吐出する液体吐出ヘッド1では、液体の種類(色)の数だけ、前述した構成が設けられる。
The above explanation concerns the configuration for the flow of one type (one color) of liquid, and in a
[液体吐出ヘッドの実施例]
本発明の液体吐出ヘッド1のより詳細な実施例について具体的に説明する。図2は、本実施例の液体吐出ヘッド1の分解斜視図である。本実施例の液体吐出ヘッド1は4色の液体(例えば、シアン、マゼンタ、イエロー、ブラックのインク)を吐出する、カラー記録可能なインクジェット記録ヘッドである。この液体吐出ヘッド1は、タンクユニット100と、バルブユニット200と、気体フローユニット500と、液体フローユニット300と、吐出モジュール400と、を有する。本実施例の液体吐出ヘッド1は、これらのユニットが積層されて一体化した構成となっているが、このような構成に限定されない。各ユニットのうちの少なくとも1つを離れた位置に配置してもよい。
[Example of Liquid Ejection Head]
A more detailed embodiment of the
(タンクユニット)
図3に本実施例のタンクユニット100の分解斜視図を示している。図4は、図3のA-A線断面図である。タンクユニット100は、中空のタンクブロック103が、タンクカバー102とプレート104とに挟まれた構成である。タンクブロック103は複数(本実施例では4つ)のタンク(液体収容部)101と液体供給部106とが一体化した構成であり、複数のタンク101および液体供給部106は、タンクカバー102によって一括して塞がれている。タンクカバー102には、液体供給部106に連通する外部供給口105が設けられている。図示されていないカートリッジに接続されているチューブが、外部供給口105に接続されている。カートリッジからチューブおよび外部供給口105を介して液体供給部106に供給された液体が、タンクブロック103とプレート104との間に設けられた流路を通ってタンク101に導入される。
(Tank unit)
FIG. 3 shows an exploded perspective view of the
タンク101の内部には開閉バルブ108が設けられている。開閉バルブ108は、タンク101の内部に設けられた可撓性フィルム110に溶着されており、タンクブロック103に設けられた液体供給口111および液体排出口112に対向する位置にある。開閉バルブ108は、コイルバネ109によって、液体供給口111および液体排出口112から離れる方向に付勢されている。液体供給口111は、バルブユニット200内の差圧弁210と連通している。液体排出口112は、バルブユニット200内のダイヤフラムポンプ230と連通している。
An opening/
液体吐出装置本体または装置本体に搭載されている部品が、開閉バルブ108を上方から押さえることで、図4に示すように液体供給口111および液体排出口112が閉じられる。使用開始時には、液体供給口111および液体排出口112が閉じられた状態で、タンクカバー102の連通口113(図3参照)を介してタンク101内を吸引する。タンク101内が吸引されると、開閉バルブ108に溶着された可撓性フィルム110が変形し、可撓性フィルム110の内側の空間の圧力が低下する。この圧力低下によって、図示しないカートリッジから外部供給口105を通じて液体が液体供給部106に流入し、さらにタンク101に導かれる。液体がタンク101に流入した後に、カートリッジとの接続経路を閉じることで、液体吐出ヘッド1への液体の供給が完了する。その後、開閉バルブ108の押圧を解除すると、コイルバネ109により開閉バルブ108が液体供給口111および液体排出口112から離れて、液体供給口111および液体排出口112が開いて液体の循環が可能になる。
The liquid ejection device body or a component mounted on the device body presses the opening/
(バルブユニット)
図5はバルブユニット200の分解斜視図である。バルブユニット200は、下側バルブシート202と、薄い金属板203と、上側バルブシート201との積層体であり、図1に示す差圧弁210と切替弁220とダイヤフラムポンプ230が形成されている。上側バルブシート201の拡大平面図が図6に示され、下側バルブシート202の拡大平面図が図7に示されている。金属板203の下方からの斜視図が図8に示されている。本実施例の上側バルブシート201と下側バルブシート202は、薄い金属フレーム204と弾性部材205とのインサート成形品である。本実施例の金属フレーム204は厚さ0.1mmのステンレス材(SUS304)からなる。金属フレーム204の表裏に形成される弾性部材205はそれぞれ厚さ0.5mmのEPDM(エチレンプロピレンジエンゴム)からなる。上側バルブシート201と下側バルブシート202には開口部206が設けられ、開口部206の内周部にはリブ207が形成されている。上側バルブシート201と下側バルブシート202が他の部材により表裏から挟まれて圧縮されると、開口部206がリブ207で封止されて液体が通過する流路になる。上側バルブシート201には節208が形成され、この節208はダイヤフラムポンプ230の一部を構成する逆止弁として機能する。また、上側バルブシート201と下側バルブシート202には、差圧弁210および切替弁220の一部を構成する風車状板ばね213a,213b,214a,214b,215a,215b,216が形成されている。図6,7に示す上側バルブシート201および下側バルブシート202には、2種類(2色)の液体の流路が設けられている。各色の液体の流路が、上側バルブシート201および下側バルブシート202の中心を挟んで点対称に配置されている。この上側バルブシート201および下側バルブシート202の組が2組設けられて、4色の液体を流通させる流路が構成されている。
(Valve unit)
FIG. 5 is an exploded perspective view of the
図8に示す金属板203は、厚さ1.0mmのステンレス材(SUS304)からなる。金属板203には、前述した節208および風車状板ばね213a,213b,214a,214b,215a,215b,216に対応する流路がエッチング処理により形成されている。この金属板203を挟み込むように上側バルブシート201および下側バルブシート202を積層することにより、差圧弁210、切替弁220、ダイヤフラムポンプ230が構成されている。
The
(差圧弁)
本実施例の差圧弁の構成についてさらに詳細に説明する。図6に示す上側バルブシート201の部分A1~A4が金属板203および下側バルブシート202と積層されると、差圧弁210が構成される。この差圧弁210のうちの一方の差圧弁211の構成が、図6のB-B線断面図である図9に模式的に示されている。図9(a)は閉じた状態の差圧弁211を示し、図9(b)は開いた状態の差圧弁211を示している。図9には一方の差圧弁211のみが示されているが、他方の差圧弁212も実質的に同じ構成である。本実施例の一方の差圧弁211は弱圧の差圧弁であり、強圧の差圧弁である他方の差圧弁212よりも開弁力(弁を開くために必要な力)が小さい。
(Differential pressure valve)
The configuration of the differential pressure valve of this embodiment will be described in more detail. When the parts A1 to A4 of the
本実施例では、バルブユニット200が、タンクユニット100のプレート104と、後述する気体フローユニット500の上側気体フローブロック503との間に挟み込まれている。液体の流路を形成する流路形成部材の1つであるバルブユニット200の上側バルブシート201には、その金属フレーム204と一体的に差圧弁用の板ばね213aが形成されている。同様に、流路形成部材の1つである下側バルブシート202には、その金属フレーム204と一体的に差圧弁用の板ばね213bが形成されている。そして、上側バルブシート201と下側バルブシート202の間に位置する金属板203に設けられた孔部203aを貫通するように、金属ピン217が配置されている。金属ピン217の一例としては、ステンレス(SUS304)からなる直径1.0mmで長さ2.3mmのピンが用いられる。金属ピン217は、金属ピン支持部209によって、一端が板ばね213aに当接し、他端が板ばね213bに当接した状態で保持されている。こうして、金属ピン217が、上側バルブシート201に一体的に設けられた板ばね213aと、下側バルブシート202に一体的に設けられた板ばね213bとによって上下から保持されている。上側バルブシート201の板ばね213aと、下側バルブシート202の板ばね213bとは、金属ピン217を挟んで対向している。こうして差圧弁211が構成されている。
In this embodiment, the
図9(a)に示す状態では、金属ピン217の一端を支持している金属ピン支持部209が、金属板203の孔部203aを上方から塞いでいる。そのため、上側バルブシート201側に位置する液体が、金属板203の孔部203aを通って下側バルブシート202側に流れることはなく、差圧弁211が閉じた状態である。
In the state shown in FIG. 9(a), the
図9(a)に示す状態から、上側バルブシート201の板ばね213aと金属ピン217と下側バルブシート202の板ばね213bとが一体的に、上方、すなわちタンクユニット100側に移動する。そうすると、図9(b)に示すように、金属ピン217の一端を支持している金属ピン支持部209が、金属板203の孔部203aから離れ、孔部203aの少なくとも一部が開放される。それにより、上側バルブシート201側に位置する液体が、金属板203の孔部203aを通って下側バルブシート202側に流れる、差圧弁211が開いた状態になる。このようにして、図9(a),9(b)に示す差圧弁211の開閉動作が行われる。この差圧弁211の開閉動作は、上側バルブシート201の板ばね213aと金属ピン217と下側バルブシート202の板ばね213bとの一体的な移動によって行われる。これらの部材の一体的な移動は、金属板203から見て上側バルブシート201側の空間と、下側バルブシート202側の空間との間の圧力差によって生じる。この点についてより詳細に説明する。
9(a), the
図6に示す上側バルブシート201の板ばね213a,214aの周辺を図10に拡大して示している。板ばね213aは、平面形状が風車状、すなわち、円の外周の3点からそれぞれ同様に蛇行しながら円の中心まで延びて、円の中心で合流する3つの蛇行部分からなる。そして、弱圧の差圧弁211の一部を構成する板ばね213aは、蛇行部分の幅が細くて剛性が低いのに対して、強圧の差圧弁212の一部を構成する板ばね214aは、蛇行部分の幅が太くて剛性が高い。また、図7に示す下側バルブシート202にも同様な形状の蛇行部分を有する板ばね213b,214bが設けられている。そして、弱圧の差圧弁211の一部を構成する板ばね213bは蛇行部分の幅が細くて剛性が低いのに対して、強圧の差圧弁212の一部を構成する板ばね214bは、蛇行部分の幅が太くて剛性が高い。さらに、上側バルブシート201の板ばね213aは、それと対向する下側バルブシート202の板ばね213bよりも蛇行部分の幅が太くて剛性が高い。同様に、上側バルブシート201の板ばね214aは、それと対向する下側バルブシート202の板ばね214bよりも蛇行部分の幅が太くて剛性が高い。
The
上側バルブシート201の板ばね213a,214aの蛇行部分と蛇行部分の間の隙間は、開口部206の一部であって液体が通る流路になる。下側バルブシート202の板ばね213b,214bは弾性部材205に重ねて形成されており、板ばねが弾性変形すると、それに合わせて弾性部材205も変位する。また、下側バルブシート202の板ばね213b,214bの蛇行部分と蛇行部分の間の隙間は弾性部材205によって塞がれており、液体が通る流路にはならない。
The gap between the serpentine portions of the
この構成の差圧弁211の動作原理は次の通りである。上側バルブシート201の板ばね213aの剛性が、下側バルブシート202の板ばね213bの剛性よりも高いため、通常は、上側バルブシート201の板ばね213aは水平に近い姿勢である。それにより、図9(a)に示すように、上側バルブシート201の金属ピン支持部209が、金属板203の孔部203aに当接して塞いでおり、差圧弁211が閉じた状態になっている。
The operating principle of the
この状態で素子基板401からの液体吐出が行われて液体量が減少すると、吐出モジュール400および液体フローユニット300および気体フローユニット500の液体流路の圧力が低下する。この時、バルブユニット200内では、下側バルブシート202側の板ばね213bが、下側バルブシート202の内部の液体流路内の負圧によって、金属板23側に向かって凸状に弾性変形する。下側バルブシート202に連結されている金属ピン217および上側バルブシート201も、下側バルブシート202と一体的に、タンクユニット100側に向かって凸状に変形する。その結果、上側バルブシート201の金属ピン支持部209が金属板203の孔部203aから離れるように変位して、孔部203aが開放されて、液体が上側バルブシート201側から孔部203aを通って下側バルブシート202側に流れるようになる。すなわち、図9(b)に示すように差圧弁211が開いた状態になる。本実施例では、液体吐出に伴う吐出モジュール400および液体フローユニット300および気体フローユニット500の液体流路の圧力低下が、下側バルブシート202の内部の液体流路内を負圧にする吸引力として作用する。すなわち、液体吐出に伴って圧力低下する吐出モジュール400および液体フローユニット300および気体フローユニット500の液体流路が吸引機構として作用する。このように、差圧弁211が開いて液体が上側バルブシート201側から孔部203aを通って下側バルブシート202側に流れると、低下していた下側バルブシート202側の圧力が元に戻る。それにより、下側バルブシート202の板ばね213bを押し上げていた力が低下し、板ばね213bが気体フローユニット500側に下降して、上側バルブシート201の金属ピン支持部209が金属板203の孔部203aを再び塞ぐ。こうして差圧弁211が閉じる。
In this state, when liquid is discharged from the
前述したように、上側バルブシート201の金属ピン支持部209を金属板203の孔部203aから離れさせるように下側バルブシート202の板ばね213bをタンクユニット100側へ押し上げるのに必要な力を開弁力と称する。差圧弁211が開くためには、上側バルブシート201側の流路と下側バルブシート202側の流路との間の圧力差によって生じる力が、板ばね213a,213bの力に打ち勝つ必要がある。従って、板ばね213a,213bの剛性によって差圧弁211の開弁力が決まる。強圧の差圧弁212も、図9に示す弱圧の差圧弁211と実質的に同じ構成である。ただし、弱圧の差圧弁211よりも、強圧の差圧弁212は、板ばね214a,214bの剛性が高く開弁力が大きい。従って、図9(a)に示すように弱圧の差圧弁211が閉じている時には、弱圧の差圧弁211よりも大きな圧力差がないと開かない強圧の差圧弁212も閉じている。差圧弁212が閉じているので、タンクユニット100からバルブユニット200を介して気体フローユニット500へ至る液体の流れが遮断されている。この状態から、圧力差が大きくなって図9(b)に示すように弱圧の差圧弁211が開くようになった時点では、強圧の差圧弁212は閉じたままであり、弱圧の差圧弁211のみを通って液体が吐出モジュール400側へ流れる。さらに圧力差が大きくなり、弱圧の差圧弁211とともに強圧の差圧弁212も開くと、両方の差圧弁211,212を通って大量の液体が吐出モジュール400側へ流れる。このように、素子基板401からの液体吐出の後に液体が補充されるように、気体フローユニット500側の液体の圧力は、大気圧を受けているタンクユニット100側の圧力よりも低く維持される。
As mentioned above, the force required to push the
本実施例では、差圧弁210が、圧縮ばねではなく板ばね213a,213b,214a,214bを有しているため、差圧弁210の薄型化が可能である。本実施例の差圧弁210では、上側バルブシート201の厚さが1.1mm、下側バルブシート202の厚さが1.1mm、金属フレーム204の厚さが1.0mmであり、差圧弁210の総厚さは3.2mmである。また、板ばね213a,213b,214a,214bが、液体の流路を形成する流路形成部材であるバルブユニット200の金属フレーム204に一体的に形成されているため、差圧弁210を構成する部品の数が少なくてすむ。さらに、板ばねが金属フレーム204に一体的に形成されているため、上側バルブシート201と金属板203と下側バルブシート202とを積層し、金属ピン217を金属ピン支持部209に挿入するだけで複数の差圧弁210を同時に組み立てられる。しかも、複数の差圧弁210を位置精度良く配置できる。
In this embodiment, the
(切替弁)
本実施例の切替弁の構成についてさらに詳細に説明する。図7に示す下側バルブシート202の部分B1~B4が金属板203および上側バルブシート201と積層されると、切替弁が構成される。通常時のノーマリーオープンの切替弁221が、図7のC1-C1線断面図である図11(a)に模式的に示され、通常時のノーマリークローズの切替弁222が、図7のC2-C2線断面図である図11(b)に模式的に示されている。
(Switching valve)
The configuration of the switching valve of this embodiment will be described in more detail. When the portions B1 to B4 of the
流路形成部材であるバルブユニット200の上側バルブシート201と下側バルブシート202に、それらの金属フレーム204と一体的に切替弁221用の板ばね215a,215bがそれぞれ形成されている。切替弁221用の板ばね215a,215bは、板ばね213aと同様の3つの蛇行部分からなる風車状の平面形状を有している。そして、金属板203に設けられた孔部203aを貫通するように、切替弁221用の金属ピン218が配置されている。切替弁221用の金属ピン218は、差圧弁210用の金属ピン217よりも長い。金属ピン218は、金属ピン支持部209によって、一端が板ばね215aに当接し、他端が板ばね215bに当接した状態で保持される。上側バルブシート201の板ばね215aと、下側バルブシート202の板ばね215bとは、金属ピン218を挟んで対向している。こうしてノーマリーオープンの切替弁221が構成されている。ノーマリーオープンの切替弁221では長い金属ピン218が用いられているので、常に上側バルブシート201の板ばね215aが金属ピン218によって押し上げられている。従って、切替弁221が常に開いて液体が切替弁221を通じて流れる状態になっている。
The
下側バルブシート202の板ばね215bの下面には、気体フローユニット500との間に流路を形成する凹部が形成されている。吸引機構、例えば液体吐出装置本体(図示せず)に搭載されたエアポンプ219により気体フローユニット500側の流路から吸引することで、下側バルブシート202の板ばね215bおよび金属ピン218が気体フローユニット500側(下側)に移動する。その結果、上側バルブシート201の金属ピン支持部209が金属板203の孔部203aを塞ぎ、切替弁221が閉じる。このようにして、図11(a)に示すノーマリーオープンの切替弁221の開閉動作が行われる。
The lower surface of the
図11(b)に示すノーマリークローズの切替弁222は、下側バルブシート202の金属フレーム204と一体的に形成された切替弁222用の板ばね216を含む。切替弁222用の板ばね216も、板ばね213aと同様の3つの蛇行部分からなる風車状の平面形状を有している。下側バルブシート202の弾性部材205の一部が、板ばね216の中心付近で金属板203側の面に位置している。通常時は板ばね216が水平に近い姿勢を保ち、板ばね216の中心付近の弾性部材205が金属板203に接して金属板203の孔部203aを塞ぐ。すなわち、ノーマリークローズの切替弁222は閉じている。
The normally-closed
ノーマリーオープンの切替弁221と同様に、ノーマリークローズの切換弁222用の板ばね216の下面にも、気体フローユニット500との間に流路を形成する凹部が形成されている。吸引機構、例えば液体吐出装置本体(図示せず)に搭載されたエアポンプ219により気体フローユニット500側の流路から吸引することで、板ばね216が気体フローユニット500側(下側)に移動する。その結果、板ばね216の中心付近に位置する弾性部材205が金属板203から離れて、金属板203の孔部203aを開放させる。すなわち、ノーマリークローズの切替弁222が開く。このようにして、図11(b)に示すノーマリークローズの切替弁222の開閉動作が行われる。
As with the normally
前述したようにノーマリーオープンの切替弁221とノーマリークローズの切替弁222とを動作させるための、板ばね215b,216の下面と気体フローユニット500との間に構成される流路は、同一の流路の一部をそれぞれ構成している。吸引機構、例えば液体吐出装置本体(図示せず)に搭載されたエアポンプ219により気体フローユニット500側の流路から吸引することで、ノーマリーオープンの切替弁221は開いた状態から閉じた状態になる。同時に、ノーマリークローズの切替弁222は閉じた状態から開いた状態になる。さらに、この同一の流路上には、前述した弱圧の差圧弁211も配置されており、エアポンプ219によって吸引することで、弱圧の差圧弁211の機能が停止し、図1に破線で示す液体の流れに切り替わる。
As described above, the flow paths formed between the lower surfaces of the
(ダイヤフラムポンプ)
本実施例のダイヤフラムポンプ230の構成について説明する。図7に示す下側バルブシート202の部分Cが金属板203および上側バルブシート201と積層されると、ダイヤフラムポンプ230が構成される。このダイヤフラムポンプ230が、図7のD-D線断面図である図12に模式的に示されている。ダイヤフラムポンプ230を構成するダイヤフラム231が、下側バルブシート202に形成されている。下側バルブシート202の下に位置する気体フローユニット500の吸引部501から吸引すると、ダイヤフラム231が変形して液体を送り出すポンプとして機能する。なお、バルブユニット200内に形成されている流路においてダイヤフラムポンプ230の前後に逆止弁が配置され、それによってダイヤフラムポンプ230が液体を逆流させることなく送ることができる。本実施例では1種類(1色)の液体に対して3つのダイヤフラム231が形成されている。従って、図7に示す下側バルブシート202には、部分Cと同様にダイヤフラムポンプ230を構成する部分が、部分Cを含めて6箇所設けられている。
(Diaphragm pump)
The configuration of the
(気体フローユニット)
分解斜視図である図13に示すように、気体フローユニット500は、主に上側気体フローブロック503と下側気体フローブロック504とが貼り合わせられた構成であり、下側バルブシート202の裏面に当接するように配置されている。気体フローユニット500の、下側バルブシート202と当接する面には、ダイヤフラム231と差圧弁用の板ばね213b,214bと切替弁用の板ばね215b,216のそれぞれの変形を許容する、凹状の受け部分が形成されている。気体フローユニット500の内部であって、上側気体フローブロック503と下側気体フローブロック504との間に、気体吸引用の流路が形成されている。気体フローユニット500は、前述したようにダイヤフラム231の下方に位置するすり鉢状の吸引部501を有している。吸引機構、例えば液体吐出装置本体(図示せず)に搭載されたエアポンプ219により流路の吸引口502を吸引すると、流路および吸引部501からダイヤフラム231に吸引力が伝わりダイヤフラム231が変形する。その結果、前述したようにダイヤフラムポンプ230が作動する。また、吸引口502からの吸引により、ダイヤフラム231とともに、差圧弁用の板ばね213b,214bと切替弁用の板ばね215b,216がそれぞれ変形し、前述したように差圧弁210と切替弁220が開閉する。このように、ダイヤフラムポンプ230と差圧弁210と切替弁220との動作の制御が、気体の吸引、特に1つのエアポンプ219の作動で一括して同時に行えるため、動作効率が良く、かつ構成が簡略化できる。
(Gas Flow Unit)
13, the
(液体フローユニット)
分解斜視図である図14に示すように、液体フローユニット300は、主に液体フローブロック301とサポートブロック302とゴムシート303とを有する。液体フローブロック301には、吐出モジュール400に対応する長さの流路、すなわち、図1に示す液体供給流路304および液体還流流路305が形成されている。この液体フローブロック301は、バルブユニット200の差圧弁210を通過した液体を吐出モジュール400の素子基板401へ供給する働きをする。液体フローブロック301の上面に接するようにゴムシート303が配置され、流路間で液体の漏れがないように封止している。本実施例のゴムシート303は厚さ0.5mmのシリコン材からなる。液体フローブロック301の下部はサポートブロック302の凹部に挿入されている。サポートブロック302は液体フローブロック301よりも剛性が高く線膨張が小さい材質、例えばA5052等のアルミニウム合金やステンレス材からなる。このサポートブロック302を基準として、各ユニットおよび吐出モジュール400が配置される。
(Liquid Flow Unit)
As shown in FIG. 14, which is an exploded perspective view, the
(吐出モジュール)
分解斜視図である図15に示すように、本実施例の吐出モジュール400の支持板403には、複数種類の液体を吐出可能な素子基板401と、素子基板401を駆動するための電気配線部材402とが配置されている。素子基板401の液体フローユニット300側に当接するようにシール部材404が配置され、シール部材404がサポートブロック302に固定されている。
(Discharge module)
15 , which is an exploded perspective view, an
本実施例では、タンク101から素子基板401への液体の供給を制御する弁である差圧弁210が、タンク101と素子基板401との間に位置する流路の一部を形成する流路形成部材であるバルブユニット200の内部に設けられている。この差圧弁210は、バルブユニット200の一部である金属フレーム204と一体的に形成された板ばね213a,213b,214a,214bを付勢部材として含む。板ばね213a,213b,214a,214bはバルブユニット200に加えられる吸引力または加圧力によって弾性変形する。そして、バルブユニット200には、差圧弁210の一部を構成する孔部203aが設けられている。差圧弁210は、バルブユニット200のバルブシート201,202の弾性部材205の一部が板ばねの弾性変形とともに変位して孔部203aに接する位置と孔部203aから離れた位置との間を移動することにより開閉する。この構成によると、例えば付勢部材として圧縮ばねを有する構成よりも差圧弁210を薄型化できるとともに、差圧弁210を構成する部品の点数を少なくできる。さらに、位置精度良く容易に差圧弁210を構成できる。
In this embodiment, the
バルブユニット200の内部に、液体の循環方向を決める切替弁220も設けられており、切替弁220も、バルブユニット200の一部である金属フレーム204と一体的に形成された板ばね215a,215b,216を付勢部材として含むことが好ましい。
A switching
本発明の液体吐出装置では、素子基板401と流路形成部材であるバルブユニット200とが直接または間接的に積層されて液体吐出ヘッド1を構成している。さらに、バルブユニット200と素子基板401との間に、液体供給流路304と液体還流流路305とを有する液体フローユニット300が設けられていてもよい。その場合、差圧弁210は液体供給流路304または液体還流流路305に接続されている。また、バルブユニット200と素子基板401との間に、差圧弁210を作動させるための吸引力または加圧力を発生させる気体フローユニット500が設けられていてもよい。タンク101を含むタンクユニット100が、素子基板401およびバルブユニット200に直接または間接的に積層されて液体吐出ヘッドを構成していてもよい。ただし、この構成に限定されず、いずれかのユニットが省略されたり、積層体である液体吐出ヘッドの外部に配置されたりした構成にすることも可能である。
In the liquid ejection device of the present invention, the
101 タンク
200 バルブユニット(流路形成部材)
210,211,212 差圧弁(弁)
213a,213b,214a,214b 板ばね
401 素子基板
101
210, 211, 212 Differential pressure valve (valve)
213a, 213b, 214a,
Claims (17)
前記弁は前記流路形成部材の内部に設けられており、前記弁は、前記流路形成部材の一部と一体的に形成された板ばねを含み、
前記流路形成部材には、前記弁の一部を構成する孔部が設けられており、
前記流路形成部材は、金属フレームと前記金属フレームに一部が固定された弾性部材とを有するバルブシートを含み、
前記弁は、前記弾性部材の一部が前記板ばねの弾性変形とともに変位して前記孔部に接する位置と前記孔部から離れた位置との間を移動することにより開閉することを特徴とする液体吐出装置。 A liquid ejection device including: an element substrate that ejects liquid; a tank that stores the liquid; a valve that controls supply of the liquid from the tank to the element substrate; and a flow path forming member that forms a part of a flow path located between the tank and the element substrate ,
the valve is provided inside the flow passage forming member, and the valve includes a leaf spring formed integrally with a part of the flow passage forming member,
the flow passage forming member is provided with a hole that constitutes a part of the valve,
the flow passage forming member includes a valve seat having a metal frame and an elastic member a portion of which is fixed to the metal frame,
The liquid ejection device according to claim 1, wherein the valve opens and closes when a portion of the elastic member is displaced with elastic deformation of the leaf spring and moves between a position in contact with the hole and a position away from the hole .
前記弁は前記流路形成部材の内部に設けられており、前記弁は、前記流路形成部材の一部と一体的に形成された板ばねを含み、the valve is provided inside the flow passage forming member, and the valve includes a leaf spring formed integrally with a part of the flow passage forming member,
前記弁は差圧弁であり、前記板ばねによって開弁力が決まっており、The valve is a differential pressure valve, and the valve opening force is determined by the leaf spring.
少なくとも2つの前記差圧弁を有し、一方の前記差圧弁は他方の前記差圧弁よりも開弁力が小さいことを特徴とする液体吐出装置。A liquid ejection device comprising at least two of the differential pressure valves, one of the differential pressure valves having a smaller valve opening force than the other of the differential pressure valves.
前記弁は前記流路形成部材の内部に設けられており、前記弁は、前記流路形成部材の一部と一体的に形成された板ばねを含み、the valve is provided inside the flow passage forming member, and the valve includes a leaf spring formed integrally with a part of the flow passage forming member,
前記タンクと前記素子基板との間で前記流路形成部材を通る前記液体の循環流を生じさせる循環ポンプを含むことを特徴とする液体吐出装置。a circulation pump for generating a circulating flow of the liquid passing through the flow path forming member between the tank and the element substrate;
前記流路形成部材は、金属フレームと前記金属フレームに一部が固定された弾性部材とを有するバルブシートを含み、the flow passage forming member includes a valve seat having a metal frame and an elastic member a portion of which is fixed to the metal frame,
前記弁は、前記弾性部材の一部が前記板ばねの弾性変形とともに変位して前記孔部に接する位置と前記孔部から離れた位置との間を移動することにより開閉する、請求項2から8のいずれか1項に記載の液体吐出装置。9. A liquid ejection device according to claim 2, wherein the valve opens and closes by a portion of the elastic member being displaced with the elastic deformation of the leaf spring and moving between a position in contact with the hole portion and a position away from the hole portion.
前記流路形成部材の内部には、前記液体の循環方向を決める切替弁がさらに設けられており、前記切替弁は、前記流路形成部材の一部と一体的に形成された板ばねを含み、
前記切替弁は、前記弾性部材の一部が前記板ばねの弾性変形とともに変位して、前記流路形成部材に形成された他の孔部に接する位置と前記他の孔部から離れた位置との間を移動することにより開閉する、請求項1または9に記載の液体吐出装置。 a circulation pump that generates a circulating flow of the liquid passing through the flow path forming member between the tank and the element substrate,
a switching valve for determining a circulation direction of the liquid is further provided inside the flow path forming member, the switching valve including a leaf spring integrally formed with a part of the flow path forming member,
A liquid ejection device as described in claim 1 or 9, wherein the switching valve opens and closes by a portion of the elastic member being displaced together with the elastic deformation of the leaf spring and moving between a position in contact with another hole portion formed in the flow path forming member and a position away from the other hole portion.
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