JP5402859B2 - 液体吐出ヘッド及びこれを有する記録装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体を吐出する吐出口を有する液体吐出ヘッド及びこれを有する記録装置に関する。

特許文献１の記録ヘッドはインク流路を有している。このインク流路は、インクを吐出する吐出口へとインクを供給する流路と、この流路から記録ヘッド外へとインクを排出する流路とを含んでいる。また、従来、インクなどの液体をろ過するフィルタをヘッド内の流路に設ける技術も存在する。上記のようなフィルタをヘッド内の流路に設けた場合、フィルタに溜まった気泡を除去するため、特許文献２のようにヘッドを構成することがある。ヘッドに設けられた流路の供給側から排出側へと液体を流すことによって、フィルタに溜まった気泡を除去するためである。

特開２００７−２０３６４１号公報 特開２００４−３５１６６４号公報

さらに、吐出口側への液体の流量を調整するため、上記の流路の供給側から排出側へと向かう主流路に対して、主流路の供給側と排出側とをバイパスする副流路を別途設けることがある。吐出口側への液体の流量が大きいと吐出口に形成されたメニスカスが破壊されたり、吐出口から不要に液体が吐出されたりするおそれがあるためである。

このような構成において、ヘッド外部の環境条件の変動などにより液体の粘度が低下すると、主流路内の気泡を押し流すのに多くの流量が必要となる。これに対して、ヘッドに供給する液体の流量を増加させると、上記の主流路における液体の流量が増加するのみならず、上記の副流路における流量も増加する。このため、主流路における流量が十分増加せず、フィルタから気泡を押し流す能力を十分発揮できないおそれが生じる。

本発明の目的は、フィルタから気泡を押し流す能力を環境条件の変動に応じて確保しやすい液体吐出ヘッド及びこれを有する記録装置を提供することにある。

本発明の液体吐出ヘッドは、液体の吐出口と、液体の供給部及び排出部と、前記供給部から前記排出部までを結ぶ主流路と、前記主流路から分岐し、前記吐出口に液体を供給する供給流路と、前記主流路からの前記供給流路の分岐位置の近傍に配置されたフィルタと、前記主流路において前記分岐位置より前記供給部に近い第１の接続位置に一端が、前記主流路において前記分岐位置より前記排出部に近い第２の接続位置に他端が接続された副流路とを備えており、前記主流路及び副流路が、前記供給部から前記主流路に液体が所定の流量で供給された際に、前記第１の接続位置から前記第２の接続位置までの前記主流路における流量の前記副流路における流量に対する比が、前記所定の流量が大きいほど大きくなるように形成されている。

また、本発明の記録装置は、上記の液体吐出ヘッドと、前記供給部から前記主流路へと液体を供給する液体供給手段と、前記排出部からの液体を前記液体供給手段に戻す戻り流路と、前記戻り流路中を液体が流通する状態と液体が流通しない状態とを切り替える弁とを備えている。

本発明の液体吐出ヘッド及び記録装置によると、主流路及び副流路が、供給部からヘッドへと供給する液体の流量を増やした際、主流路における流量の副流路における流量に対する比が大きくなるように形成されている。このため、供給部からヘッドへと供給する液体の流量を増やすと、副流路よりも主流路側へと液体が流れやすくなる。したがって、液体の粘度が低下したなどの理由によりヘッドに供給する液体全体の流量を増加した際、フィルタに溜まった気泡を押し流す能力を確保しやすい。

本発明の一実施形態に係るインクジェットプリンタの内部構造を示す概略側面図である。 図１のインクジェットヘッドの斜視図である。 図３（ａ）は、図１のヘッドが有するフィルタユニットの分解斜視図である。図３（ｂ）は、フィルタユニットのユニット本体の平面図である。 図４（ａ）は、図１のヘッドが有するリザーバユニットの分解斜視図である。図４（ｂ）は、リザーバユニット内に形成されたリザーバの平面図である。 フィルタユニット及びリザーバユニットの図３におけるＶ−Ｖ線断面図である。 図１のヘッドが有する流路ユニットの平面図である。 ヘッド及びヘッドにインクを供給するインク供給ユニットに跨って形成されているインク流路を示す模式図である。 ヘッド内に形成された主流路及び副流路にそれぞれ分岐したインクの流量を測定した結果を示すグラフである。 ヘッドに形成されたインク流路の変形例を示す平面図である。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

先ず、図１を参照し、本発明の一実施形態に係るインクジェットプリンタの全体構成について説明する。ヘッド１（記録ヘッド）は、図１に示すように、一方向（図１の紙面に直交する方向）に沿って長尺なラインヘッドであり、その長手方向を主走査方向として、インクジェットプリンタ５００に組み込まれている。プリンタ５００は、ライン式のカラーインクジェットプリンタである。

プリンタ５００は、直方体形状の筐体５０１ａを有する。筐体５０１ａの天板上部には、排紙部５３１が設けられている。筐体５０１ａの内部空間は、上から順に空間Ａ，Ｂ，Ｃに区分できる。空間Ａ，Ｂは、排紙部５３１に連なる用紙搬送経路が形成された空間である。空間Ａでは、用紙Ｐの搬送と用紙Ｐへの画像形成が行われる。空間Ｂでは、給紙に係る動作が行われる。空間Ｃには、インク供給源としてのメインタンク５８が収容されている。

空間Ａには、４つのヘッド１、ヘッド１にインクを供給するインク供給ユニット５０、用紙Ｐを搬送する搬送ユニット５２１、用紙Ｐをガイドするガイド部等が配置されている。空間Ａの上部には、プリンタ５００各部の動作を制御してプリンタ５００全体の動作を司るコントローラ５０１（供給制御手段）が配置されている。

各ヘッド１は、主走査方向に長尺な略直方体形状を有する。４つのヘッド１は、副走査方向に所定ピッチで並び、ヘッドフレーム５０３を介して筐体５０１ａに支持されている。４つのヘッド１の下面（吐出面）４ａからそれぞれマゼンタ、シアン、イエロー、ブラックのインク滴が搬送される用紙Ｐ上に吐出される。インク供給ユニット５０は、メインタンク５８からのインクをヘッド１へと供給する。ヘッド１には温度センサ１ａが固定されており、温度センサ１ａによる検出結果はコントローラ５０１へと送られる。ヘッド１及びインク供給ユニット５０のより具体的な構成については後に詳述する。

搬送ユニット５２１は、２つのベルトローラ５０６，５０７、両ローラ５０６，５０７間に巻回されたエンドレスの搬送ベルト５０８、搬送ベルト５０８の外側に配置されたニップローラ５０４及び剥離プレート５０５、搬送ベルト５０８の内側に配置されたプラテン５１９等を有する。ベルトローラ５０７は、駆動ローラであって、コントローラ５０１による制御の下、搬送モータ（図示せず）の駆動により回転し、図１中時計回りに回転する。ベルトローラ５０７の回転に伴い、搬送ベルト５０８が図１中の矢印方向に走行する。ベルトローラ５０６は、従動ローラであって、搬送ベルト５０８が走行するのに伴って、図１中時計回りに回転する。ニップローラ５０４は、ベルトローラ５０６に対向配置され、上流側ガイド部（後述）から供給された用紙Ｐを搬送ベルト５０８の外周面５０８ａに押さえつける。外周面５０８ａには、弱粘着性のシリコン層が形成されている。剥離プレート５０５は、ベルトローラ５０７に対向配置され、用紙Ｐを外周面５０８ａから剥離して下流側ガイド部（後述）へと導く。プラテン５１９は、４つのヘッド１に対向配置され、搬送ベルト５０８の上側ループをベルト内周面側から支持する。これにより、外周面５０８ａとヘッド１の吐出面４ａとの間に、画像形成に適した所定の間隙が形成される。

ガイド部は、搬送ユニット５２１を挟んで両側に配置されている。上流側ガイド部は、２つのガイド５２７ａ，５２７ｂ及び一対の送りローラ５２６を有する。当該ガイド部は、給紙ユニット５０１ｂ（後述）と搬送ユニット５２１とを繋ぐ。下流側ガイド部は、２つのガイド５２９ａ，５２９ｂ及び二対の送りローラ５２８を有する。当該ガイド部は、搬送ユニット５２１と排紙部５３１とを繋ぐ。

空間Ｂには、給紙ユニット５０１ｂが配置されている。給紙ユニット５０１ｂは、給紙トレイ５２３及び給紙ローラ５２５を有し、給紙トレイ５２３が筐体５０１ａに対して着脱可能である。給紙トレイ５２３は、上方に開口する箱であり、複数の用紙Ｐを収納可能である。給紙ローラ５２５は、コントローラ５０１による制御の下、給紙トレイ５２３の最も上方にある用紙Ｐを送り出し、上流側ガイド部に供給する。

空間Ａ，Ｂには、上述のように、給紙ユニット５０１ｂから搬送ユニット５２１を介して排紙部５３１に至る、用紙搬送経路が形成されている。記録指令に基づいて、コントローラ５０１は、給紙トレイ５２３から用紙Ｐを送り出す。用紙Ｐは、上流側ガイド部を介して搬送ユニット５２１に送られる。用紙Ｐが各ヘッド１の吐出面４ａの真下を副走査方向に通過する際、ヘッド１から順にインク滴が吐出され、用紙Ｐ上に所望のカラー画像が形成される。その後用紙Ｐは、剥離プレート５０５により外周面５０８ａから剥離され、下流側ガイド部を介して上方の排紙部５３１に排紙される。

ここで、副走査方向とは、搬送ユニット５２１による用紙Ｐの搬送方向と平行な方向であり、主走査方向とは、副走査方向に直交する方向であって水平面に沿った方向である。

空間Ｃには、タンクユニット５０１ｃが筐体５０１ａに対して着脱可能に配置されている。タンクユニット５０１ｃは、トレイ５３５及び４つのメインタンク５８を有する。４つのメインタンク５８は、４つのヘッド１と一対一に対応し、トレイ５３５内において副走査方向に並設されている。

以下、ヘッド１について図２〜６を参照しつつ説明する。ヘッド１は、図２に示すように、主走査方向に沿って長尺な直方体の概略形状を有している。ヘッド１は、上から順にフィルタユニット２、リザーバユニット３及び流路ユニット４が積層された積層体を含んでいる。フィルタユニット２の上面には、上方に向かって突出したジョイント２ａ〜２ｃが形成されており、このジョイント２ａ〜２ｃを介して後述のインク供給ユニット５０とヘッド１との間でインクのやり取りがなされる。流路ユニット4の下面は、多数の吐出口４ｙが形成されており、画像の形成に際して吐出口４ｙからインクが吐出される。積層体の内部には、ジョイント２ａ〜２ｃと各吐出口４ｙとを連通するインク流路が形成されている。また、リザーバユニット３と流路ユニット４の間からはフレキシブルプリント基板６が引き出されている。フレキシブルプリント基板６は、後述のアクチュエータユニット５とそれぞれ接続されており、コントローラ５０１からの駆動指令をアクチュエータユニット５へと供給する。

フィルタユニット２は、樹脂材料からなるユニット本体２０を有し、インクの濾過と流路抵抗の調整を行う。フィルタユニット２は、図３(ａ)に示すように、フィルタ２ｆが内部に配置され、流路抵抗調整部(直線流路２６)が形成されている。ユニット本体２０は、ジョイント２ａ〜２ｃ、並びに、ジョイント２ａ〜２ｃと連通するインク流路を構成する上フィルタ室２４ａ、下フィルタ室２４ｂ、連通流路２５及び直線流路２６を有している。

ジョイント２ａ及び２ｂは、図３（ｂ）に示すように、ユニット本体２０の主走査方向に関する一方の端部に配置されており、ジョイント２ｃはその反対側の端部に配置されている。上フィルタ室２４ａは、ジョイント２ａの近くであって、副走査方向に関してユニット本体２０のほぼ中央の位置に配置されている。上フィルタ室２４ａは、ユニット本体２０の上面に開口した凹部であり、概略的に、主走査方向に関して長尺な六角形の平面形状を有している。上フィルタ室２４ａの主走査方向に関する両端は、主走査方向に沿って外側に向かって先細りに形成されている。上フィルタ室２４ａの周辺には、上方から、可撓性を有する薄い平板２ｉが貼り付けられている。平板２ｉは、平面視において上フィルタ室２４ａの開口全体を封止しており、上フィルタ室２４ａの上壁を構成している（図５参照）。

上フィルタ室２４ａは、ユニット本体２０内に形成された連通流路２１（排出流路）を介してジョイント２ａと連通している。上フィルタ室２４ａの主走査方向に関してジョイント２ａに近い方の一端には、連通流路２１との連通部である連通孔２１ａが形成されている。連通孔２１ａは、ユニット本体２０を上下に貫通している。連通流路２１は、ユニット本体２０の下面に開口した凹部（図５参照）である。連通流路２１の周辺には、下方から、可撓性を有する薄い平板２ｅが貼り付けられている。平板２ｅは、平面視において連通流路２１の開口全体を封止しており、連通流路２１の下壁を構成している。

下フィルタ室２４ｂは、上フィルタ室２４ａの底面に開口した凹部（図５参照）であり、概略的に、上フィルタ室２４ａとほぼ相似な平面形状を有している。平面視で、下フィルタ室２４ｂは、上フィルタ室２４ａより一回り小さい。下フィルタ室２４ｂは、連通孔２１ａから主走査方向に離隔している。上フィルタ室２４ａと下フィルタ室２４ｂとの連通部にはフィルタ２ｆが貼り付けられている。フィルタ２ｆは、平面視において下フィルタ室２４ｂ全体を覆っており、上フィルタ室２４ａと下フィルタ室２４ｂとの隔壁を構成している。フィルタ２ｆは、上フィルタ室２４ａから下フィルタ室２４ｂへとインクを通過させると共に、その際に、インク中の異物をろ過する。

連通流路２５は、図３（ｂ）に示すように、ユニット本体２０の上面に開口した凹部からなる流路であり、上フィルタ室２４ａにおける連通孔２１ａ側とは反対側の端部から副走査方向に延び出している。そして、ユニット本体２０の副走査方向に関する端部付近においてジョイント２ｂに向かって折れ曲がると共に、そこから主走査方向に沿って延び、その延び方向の先端において連通孔２２ａを介して連通流路２２と連通している。連通孔２２ａは、ユニット本体２０を上下に貫通している。連通流路２５は平板２ｉに上方から覆われており、この平板２ｉによって連通流路２５の上壁が構成されている。連通流路２２は、ユニット本体２０の下面に開口した凹部である。この開口は平板２ｅに下方から覆われており、この平板２ｅによって連通流路２２の下壁が構成されている。連通流路２２はジョイント２ｂと連通している。

直線流路２６は、ユニット本体２０の上面に開口した凹部からなり（図３（ｂ）、図５参照）、主走査方向に沿って直線状に延びる直線部２６ａと、副走査方向に関して両側へと拡張した複数の拡張部２６ｂとを有している。直線部２６ａは、ユニット本体２０において副走査方向に関して、中央部に配置されており、一定の幅に形成されている。直線部２６ａに設けられた拡張部２６ｂは、いずれも同じ形で同じ大きさの長方形の平面形状を有しており、主走査方向に関して等間隔に配置されている。拡張部２６ｂは、平面視で長方形の形状を有している。直線流路２６の周辺には、上方から、可撓性を有する薄い平板２ｇが貼り付けられている。平板２ｇは、平面視において直線部２６ａ及び全ての拡張部２６ｂを含む直線流路２６全体を覆っており、直線流路２６の上壁を構成している。

直線流路２６は、下フィルタ室２４ｂ側の端部において下フィルタ室２４ｂの直線流路２６側の端部と連通流路２３を介して連通している（図５参照）。連通流路２３は、ユニット本体２０の下面に開口した凹部であり、一端側で連通孔２３ａを介して下フィルタ室２４ｂと連通し、他端側で連通孔２３ｂを介して直線流路２６と連通している。連通孔２３ａは、下フィルタ室２４ｂの底壁を貫通しており、連通孔２３ｂは、ユニット本体２０を上下に貫通している。連通流路２３は平板２ｅに下方から封止されており、この平板２ｅによって、連通流路２３の下壁が構成されている。直線流路２６の下フィルタ室２４ｂ側の端部において、反対側の端部に向かって連通孔２３ｂから少し離隔した位置Ｊ１（第１の接続位置）には、落ち込み流路２７が接続している。落ち込み流路２７は、下方に向かってユニット本体２０の下面に開口しており、この開口においてリザーバユニット３の貫通孔３１ａと連通している。

直線流路２６のジョイント２ｃ側の端部は、連通流路２９を介してジョイント２ｃと連通している（図５参照）。連通流路２９は、ユニット本体２０の下面に開口した凹部であり、連通孔２９ａを介して直線流路２６と連通している。連通孔２９ａは、ユニット本体２０を上下に貫通している。連通流路２９の周辺には、下方から、可撓性を有する薄い平板２ｈが貼り付けられている。平板２ｈは、連通流路２９の下壁を構成している。直線流路２６のジョイント２ｃ側の端部において、反対側の端部に向かって連通孔２９ａから少し離隔した位置Ｊ２（第２の接続位置）には、落ち込み流路２８が接続している。落ち込み流路２８は、下方に向かってユニット本体２０の下面に開口しており、この開口においてリザーバユニット３の貫通孔３１ｂと連通している。

リザーバユニット３は、図４（ａ）に示すように、主走査方向に長尺な長方形の平面形状を有する平板部材３１〜３３と、平板部材３１〜３３より小さい複数の平板部材３４ｘ及び３４ｙとが積層された積層体である。平板部材３１〜３３、３４ｘ及び３４ｙには貫通孔が形成されており、これらの貫通孔が互いに連通してインク流路が形成されている。

平板部材３１の主走査方向に両端部には、貫通孔３１ａ及び３１ｂがそれぞれ形成されている。貫通孔３１ａ及び３１ｂのいずれも、副走査方向に関して平板部材３１の中央に配置されている。平板部材３２において、貫通孔３１ａ及び３１ｂと対向する位置には、貫通孔３２ａ及び３２ｂがそれぞれ形成されている。貫通孔３２ａと貫通孔３２ｂとの間には、主走査方向に沿ってリザーバ３２ｃが形成されている。リザーバ３２ｃは、リザーバユニット３内においてインクを貯留する貯留空間を形成している。リザーバ３２ｃは、その端部３２ｘ及び３２ｙ以外の部分が、副走査方向に関してほぼ平板部材３２の幅一杯に一定の幅で形成されている。端部３２ｘ及び３２ｙは、図４（ｂ）に示すように、貫通孔３２ａ及び３２ｂに向かって徐々に幅が窄まるテーパ状に形成されている。リザーバ３２ｃは平板部材３１において貫通孔が形成されていない中実の領域と対向しており、平板部材３１のかかる領域はリザーバ３２ｃの上壁を構成している。

平板部材３３において、貫通孔３２ａ及び３２ｂと対向する位置には、図４（ａ）に示すように、落ち込み流路３３ａ及び３３ｂが形成されている。また、平板部材３３の副走査方向に端部には、複数の落ち込み流路３３ｃが２つずつ近接して形成されている。落ち込み流路３３ｃは、リザーバ３２ｃと対向する位置に配置されており、リザーバ３２ｃに貯留されたインクを下方へと導出する流路である。落ち込み流路３３ｃは、平板部材３３の一端付近に４対が、他端付近に４対が、それぞれ主走査方向に関して互い違いに配置され、全体で千鳥状に配列されている。平板部材３３において落ち込み流路３３ａ〜３３ｃが形成されていない中実の領域は、リザーバ３２ｃと対向してその下壁を構成している。

平板部材３４ｘ及び３４ｙは平板部材３３の端縁付近と対向している。平板部材３４ｘには、落ち込み流路３３ａ及び３３ｂとそれぞれ対向する落ち込み流路３４ａが形成されている。平板部材３４ｙには、一対の落ち込み流路３３ｃと対向する一対の落ち込み流路３４ｂが形成されている。平板部材３４ｘ及び３４ｙは、いずれも後述のアクチュエータユニット５を平面視で避ける位置に配置されており、リザーバユニット３と流路ユニット４との間にアクチュエータユニット５及びフレキシブルプリント基板６の設置空間を形成するためのスペーサの役割も果たしている。

流路ユニット４は、図６に示すように、上面４ｂに、台形形状の８つのアクチュエータユニット５が２列の千鳥状に配置されている。アクチュエータユニット５の上面には、コントローラ５０１からの駆動信号を供給するフレキシブルプリント基板６が貼り付けられている（図２参照）。上面４ｂには、アクチュエータユニット５の配置領域を避けて開口４ｘが形成され、フィルタ７２によって覆われている。フィルタ７２は、リザーバユニット３の下面と流路ユニット４の上面４ｂとに挟まれて固定され、貫通孔３４ａ及び３４ｂと開口４ｘとを連通させている。フィルタ７２は、メッシュ状の素材が配置された板状部材であり、リザーバユニット３から流路ユニット４へと流れ込むインクをろ過する。

流路ユニット４の下面４ａ（図５参照）における各アクチュエータユニット５に対応する領域は、吐出口４ｙが多数開口した吐出領域である。流路ユニット４の内部には、開口４ｘに連通した共通インク流路（マニホールド流路４１及び副マニホールド流路４１ａ）、副マニホールド流路４１ａの出口から各吐出口４ｙに至る個別インク流路が形成されている。副マニホールド流路４１ａは、図４に示すように、マニホールド流路４１から分岐してヘッド長手方向に延びている。

以上の構成により、本実施形態においては、図７に模式的に示すように、主流路Ｍ、供給流路Ｙ及び副流路Ｓが形成されている。主流路Ｍは、ジョイント２ｂ(供給部)からリザーバ３２ｃを介してジョイント２ｃ(排出部)を繋ぐ流路である。供給流路Ｙは、リザーバ３２ｃから分岐して吐出口４ｙに至る流路である。また、副流路Ｓは、主にリザーバ３２ｃの両端間をバイパスする流路である。具体的には、主流路Ｍは、ジョイント２ｂから、連通流路２２、２５、上フィルタ室２４ａ、フィルタ２ｆ、下フィルタ室２４ｂ、連通流路２３、直線流路２６、落ち込み流路２７、貫通孔３１ａ、３２ａ、リザーバ３２ｃ、貫通孔３１ｂ、３２ｂ、落ち込み流路２８、及び直線流路２６を経てジョイント２ｃに接続している。供給流路Ｙは、落ち込み流路３３ａ、３３ｂ、３３ｃのリザーバ３２ｃとの分岐部において主流路Ｍから分岐し、その近傍に配置されたフィルタ７２を通って流路ユニット４へと向かい、吐出口４ｙへとインクを供給する。副流路Ｓは、直線流路２６と落ち込み流路２７との接続位置Ｊ１において主流路Ｍから分岐し、直線流路２６に沿って落ち込み流路２８との接続位置Ｊ２へと向かい、そこで主流路Ｍと合流する。

このように、副流路Ｓは、供給流路Ｙと主流路Ｍとの分岐位置に関して、ジョイント２ｂ側の接続位置Ｊ１で主流路Ｍから分岐し、ジョイント２ｃ側の接続位置Ｊ２で再び主流路Ｍと合流する。つまり、副流路Ｓは、主流路Ｍにおいて接続位置Ｊ１から接続位置Ｊ２までの部分流路をバイパスするバイパス流路の役割を担っている。

次に、ヘッド１へとインクを供給するインク供給ユニット５０（液体供給手段）について図７を参照しつつ説明する。インク供給ユニット５０は、サブタンク５４及びポンプ５６を有し、メインタンク５８からヘッド１(フィルタユニット２)にインクを供給する。サブタンク５４は、内部にインクを貯留し、大気開放孔５４ａを介してインク中の気泡を大気に開放する。サブタンク５４は、弾性チューブ５１及び弾性チューブ５３（戻り流路）を介してジョイント２ａ及び２ｃと接続されていると共に、弾性チューブ５７を介してメインタンク５８と接続されている。弾性チューブ５１、５３及び５７の端部は、サブタンク５４内に貯留された液体の液面Ｓより下に配置されている。ポンプ５６は、吸引側が弾性チューブ５５を介してサブタンク５４と接続され、排出側が弾性チューブ５２を介してジョイント２ｂと接続されている。ポンプ５６は、コントローラ５０１によって制御され、弾性チューブ５５を介してサブタンク５４内のインクを吸引すると共に、吸引したインクを弾性チューブ５２及びジョイント２ｂを介してフィルタユニット２へと供給する。ポンプ５６によってインクに印加される圧力はコントローラ５０１によって制御される。これにより、ヘッド１へと流入するインクの流量が調整される。

弾性チューブ５１、５３及び５７には、これらのチューブ内をインクが流通する開状態とインクが流通しない閉状態とを切り替える開閉弁６１、６２及び６３が設けられている。開閉弁６１又は６２が開状態のとき、サブタンク５４からポンプ５６を介してフィルタユニット２にインクが流入し、フィルタユニット２からは開状態の開閉弁６１又は６２を介してサブタンク５４へとインクが流出する循環経路が形成される。このようなポンプ駆動によって、フィルタユニット２からサブタンク５４へと気泡や粉塵等の異物混じりのインクを排出できる。開閉弁６３が開状態のときにポンプ５６が作動すると、メインタンク５８からサブタンク５４へとインクが供給される。開閉弁６１〜６３の状態は、コントローラ５０１の制御によって切り替えられる。

次に、図７を参照しつつ、インクジェットヘッド１における記録時及びパージ時のインクの流れについて説明する。記録時には、コントローラ５０１が、開閉弁６１及び６３を開状態にすると共に開閉弁６２を閉状態とする。これにより、ヘッド１からインクが吐出される際のインクの消費に伴って、メインタンク５８からサブタンク５４を経てフィルタユニット２へのインクの流れが自発的に生ずる。サブタンク５４からは、弾性チューブ５１、ジョイント２ａを経て、上フィルタ室２４ａへとインクが流れ込む。上フィルタ室２４ａからは、主流路Ｍに沿ってリザーバ３２ｃへとインクが流れ込むと共に、主流路Ｍから供給流路Ｙに分岐して吐出口４ｙへとインクが供給される。吐出口４ｙにインクが到達するまでにフィルタ２ｆ及び７２の２つのフィルタを通るため、インク中の異物が確実にろ過される。

一方、パージは、ヘッド１外にインクを強制的に排出することで、ヘッド１内の気泡等の異物を除去する処理である。本実施形態のパージ処理には、フィルタ２ｆより上流においてインクを循環させる（１）循環パージと、フィルタ２ｆ及び７２間の流路を通るようにインクを循環させる（２）フィルタ間パージと、吐出口４ｙからインクを排出させる（３）ノズルパージとが含まれる。

（１）循環パージ時には、コントローラ５０１は、開閉弁６１を開状態とし開閉弁６２、６３を閉状態とすると共に、ポンプ５６を作動させる。これにより、サブタンク５４内のインクがジョイント２ｂから上フィルタ室２４ａに流れ込む。上フィルタ室２４ａにおいては、インクがフィルタ２ｆの上面に沿って連通流路２１へと流れる。これによって、フィルタ２ｆの上流側面に溜まった気泡などの異物が除去され、フィルタ２ｆの目詰まりが回避される。連通流路２１へと向かったインクは、ジョイント２ａから外部へと排出され、弾性チューブ５１を介してサブタンク５４へと戻る。つまり、ジョイント２ａは、循環パージにおいてフィルタユニット２からインクを外部へ排出する排出部（本発明における別の排出部）の役割も果たしている。なお、上フィルタ室２４ａからジョイント２ａを経てサブタンク５４へと戻る流路の流路抵抗は、上フィルタ室２４ａからフィルタ２ｆを超えて吐出口４ｙまで向かう流路の流路抵抗に比べて小さい。そのため、循環パージ中は、ジョイント２ｂが吐出口４ｙと連通しているにもかかわらず、吐出口４ｙからインクが漏れるおそれは小さい。

（２）フィルタ間パージ時には、コントローラ５０１は、開閉弁６２を開状態とし開閉弁６１、６３を閉状態とすると共に、ポンプ５６を作動させる。これにより、サブタンク５４内のインクがジョイント２ｂから上フィルタ室２４ａに流れ込む。そこから、主流路Ｍに沿ってリザーバ３２ｃを経てジョイント２ｃへと向かうと共に、主流路Ｍから分岐し副流路Ｓに沿ってジョイント２ｃへと向かう。ジョイント２ｃから排出されたインクは、弾性チューブ５３を経て、サブタンク５４へと戻る。これにより、フィルタ２ｆとフィルタ７２との間の流路中に存在する気泡等の異物がヘッド１外へと排出される。

ここで、直線流路２６と落ち込み流路２７との接続位置Ｊ１を起点とし、主流路Ｍ及び副流路Ｓに沿ってジョイント２ｃを経てサブタンク５４へと戻る流路の流路抵抗は、接続位置Ｊ１を起点とし、主流路Ｍ及び供給流路Ｙに沿って吐出口４ｙへと向かう流路の流路抵抗に比べて小さい。そのため、フィルタ間パージ中は、ジョイント２ｂが吐出口４ｙと連通しているにもかかわらず、吐出口４ｙからインクが漏れるおそれは小さい。

特に、本実施形態では、下フィルタ室２４ｂからジョイント２ｃまでの流路において、主流路Ｍに沿った流路のみならず、主流路Ｍをバイパスする副流路Ｓも設けられており、このことが、下フィルタ室２４ｂからジョイント２ｃまでの流路の流路抵抗を下げるのに寄与している。一方で、副流路Ｓ側にインクが流れやすくしすぎると、主流路Ｍにおける流量を確保できず、主流路Ｍ中の異物を十分に除去できないおそれが生じる。このため、副流路Ｓは、主流路Ｍ及び副流路Ｓ全体の流路抵抗を下げつつも主流路Ｍ側の流量をある程度確保できるような流路抵抗を有するように構成されている。例えば、副流路Ｓの流路抵抗は、主流路Ｍにおける接続位置Ｊ１から接続位置Ｊ２までの流路抵抗とほぼ同じになるように調整されている。

（３）ノズルパージ時には、コントローラ５０１は、開閉弁６１〜６３の全てを閉状態とすると共に、ポンプ５６を作動させる。これにより、サブタンク５４内のインクがジョイント２ｂから上フィルタ室２４ａに流れ込む。そこから、記録時のインクの流れと同様に吐出口４ｙに到達し、吐出口４ｙから吐出される。これにより、流路ユニット４において吐出口４ｙ付近のインクの粘度が増加することや、吐出口４ｙの詰まりが回避される。

ところで、外部環境の変動によりインクの温度が変化するとインクの粘度も変動する。インク温度が高くなりインクの粘度が低下すると、主流路Ｍや副流路Ｓにおいてインクの粘性による圧力損失が低下する。このため、循環パージやフィルタ間パージにおいて吐出口４ｙからインクが漏れてしまうおそれが低下する。その反面、粘度が下がると気泡などの異物に対する抵抗も小さくなるため、インク流路中の異物を押し流す能力も低くなる。したがって、パージによって異物を除去する際は、外部環境に応じてインクの流量を変化させ、異物を排出する能力を調整する必要がある。例えば、本実施形態のコントローラ５０１は、温度センサ１ａの検出結果に基づいて、ヘッド１の温度が上昇したと判定すると、ポンプ５６におけるインクへの印加圧力を増大させ、ヘッド１へと供給するインクの流量を増加させる。なお、温度センサがヘッド１内において直接インクの温度を検出するように構成されていてもよい。

しかし、本実施形態のように主流路Ｍをバイパスする副流路Ｓが形成されていると、インク全体の流量を大きくしても、主流路Ｍのみならず副流路Ｓを流れるインクの流量も大きくなるため、主流路Ｍにおいて異物を排出するために必要な流量を確保できないおそれがある。

そこで、本実施形態の副流路Ｓは、主流路Ｍ及び副流路Ｓを流れるインク全体の流量が大きくなるに連れて、主流路Ｍにおいて接続位置Ｊ１から接続位置Ｊ２までの部分流路の流量に対する副流路Ｓの流量の割合が小さくなるように構成されている。このとき、部分流路へのインクの分配量が増すことになる。

具体的には、図３（ｂ）に示すように、副流路Ｓを構成する直線流路２６に複数の拡張部２６ｂが形成されている。この拡張部２６ｂは、直線部２６ａから副走査方向に拡張した部分であり、直線流路２６の延び方向（つまり、インクの流れ方向）に直交する断面が急激に変化している部分である。より詳細には、拡張部２６ｂのインク流入部２６ｘ（第１の変化部分）は、図３（ｂ）に示すように、インクの流れ方向に沿って、副走査方向に関して急激に拡張しており、断面積がほぼ不連続に変化している。また、拡張部２６ｂのインク流出部２６ｙ（第１の変化部分）は、インクの流れ方向に沿って、副走査方向に関して急激に収縮しており、断面積が流入方向にほぼ不連続に変化している。したがって、インク流入部２６ｘ及びインク流出部２６ｙのそれぞれを通過する際、インクの流速が変化して、速度変化による圧力損失が生じる。インク流入部２６ｘを通過する際の速度変化による圧力損失をΔＰ１、損失係数をζ１、インクの密度をρ、通過前後の流速をｕ１及びｕ２とすると、ΔＰ１は以下のように表される。なお、インク流入部２６ｘは、副走査方向に関して急激に拡張する部分であるため、ζ１＝１となる。

（式１−１） ΔＰ１＝ζ１＊ρ＊（ｕ１−ｕ２）^２／２

また、インク流出部２６ｙを通過する際の速度変化による圧力損失をΔＰ１´、損失係数をζ１´、通過前後の流速をｕ１´及びｕ２´とすると、ΔＰ１´は以下のように表される。インク流出部２６ｙは、副走査方向に関して急激に収縮する部分であるため、ζ１´＝１となる。

（式１−２） ΔＰ１´＝ζ１´＊ρ＊（ｕ１´−ｕ２´）^２／２

副流路Ｓにはこのような流路特性を有する拡張部２６ｂが複数形成されている。また、圧力損失には、速度変化によるものと粘性によるものとが考えられる。したがって、副流路Ｓにおける全体の圧力損失ΔＰ１_ＡＬＬは、以下のように表される。なお、Σはすべての拡張部２６ｂについて圧力損失を足し合わせることを意味し、Δｐ１は粘性による圧力損失を示している。

（式１−３） ΔＰ１_ＡＬＬ＝Σ（ΔＰ１＋ΔＰ１´）＋Δｐ１

一方で、主流路Ｍでは、リザーバ３２ｃの両端部３２ｘ及び３２ｙにおいて流路形状が変化しており、この部分が主流路Ｍにおける速度変化の主な要素の一つとなる。端部３２ｘにおいてはリザーバ３２ｃの延び方向に沿って流入するインクの流入方向（主走査方向）に対して、リザーバ３２ｃの延び方向に直交する断面が徐々に拡張している。端部３２ｙにおいてはリザーバ３２ｃの延び方向に沿って流出するインクの流出方向（主走査方向）に対して、リザーバ３２ｃの延び方向に直交する断面が徐々に縮小している。端部３２ｘを通過する際の速度変化による圧力損失をΔＰ２、損失係数をζ２、通過前後の流速をｖ１及びｖ２とすると、ΔＰ２は以下のように表される。端部３２ｘは、副走査方向に関して徐々に拡張する部分（第２の変化部分）であり、断面積がインクの流れ方向に沿って連続的に変化する部分である。このため、０＜ζ２＜１となる。

（式２−１） ΔＰ２＝ζ２＊ρ＊（ｖ１−ｖ２）^２／２

また、端部３２ｙを通過する際の速度変化による圧力損失をΔＰ２´、損失係数をζ２´、通過前後の流速をｖ１´及びｖ２´とすると、ΔＰ２´は以下のように表される。端部３２ｙは、副走査方向に関して徐々に縮小する部分（第２の変化部分）であり、断面積がインクの流れ方向に沿って連続的に変化する部分である。このため、０＜ζ２´＜１となる。

（式２−２） ΔＰ２´＝ζ２´＊ρ＊（ｖ１´−ｖ２´）^２／２

したがって、リザーバ３２ｃにおける全体の圧力損失ΔＰ２_ＡＬＬは、以下のように表される。Δｐ２は粘性による圧力損失を示している。

（式２−３） ΔＰ２_ＡＬＬ＝ΔＰ２＋ΔＰ２´＋Δｐ２

（式１−１）（式１−２）（式２−１）（式２−２）に示すように、速度変化による圧力損失ΔＰ１、ΔＰ１´，ΔＰ２、ΔＰ２´は速度変化の二乗に比例するのに対して、粘性による圧力損失Δｐ１、Δｐ２は流速の一次に依存する（例えば、断面が変化しない管路内の層流では、粘性による圧力損失は管路の一断面を横切るインクの平均流速に比例する）。したがって、インクの流量が大きくなり流速が大きくなると、（式１−３）（式２−３）において、粘性による圧力損失Δｐ１、Δｐ２の影響に対して速度変化による圧力損失ΔＰ１、ΔＰ１´，ΔＰ２、ΔＰ２´の影響が相対的に大きくなっていく。そして、上記のとおり、損失係数ζ１及びζ１´は損失係数ζ２及びζ２´より大きい。このため、副流路Ｓにおける速度変化による圧力損失ΔＰ１、ΔＰ１´は、主流路Ｍにおける速度変化による圧力損失ΔＰ２、ΔＰ２´よりも、インクの流量が大きくなった際の変化の度合いが大きい。つまり、副流路Ｓは、主流路Ｍに比べてインクの流量が大きくなった際に圧力損失が大きくなりやすいため、インク全体の流量が大きくなるほど主流路Ｍの流量に対する副流路Ｓの流量の割合は小さくなる。

図８（ａ）は、本実施形態のヘッド１に係るある実施例においてフィルタ間パージを実施した際、ポンプ５６によるインクへの印加圧力［ｋＰａ］に対して、接続位置Ｊ１において主流路Ｍへと分岐するインクの流量［ｍｌ／ｓ］と、接続位置Ｊ１において副流路Ｓへと分岐するインクの流量［ｍｌ／ｓ］とを測定した結果である。また、図８（ａ）は、これらのインク流量同士の比率も示している。この測定結果は、ヘッド１へと流入させるインクの流量を大きくすると、主流路Ｍに分岐する流量に対する副流路Ｓに分岐する流量の割合が小さくなっていることを示している。このような結果となるのは上記のとおり、ζ１，ζ１´＞ζ２，ζ２´であるため、流量が増大した際の副流路Ｓにおける速度変化による圧力損失の増加度合いが、主流路Ｍにおける速度変化による圧力損失の増加度合いより大きいからである。

図８（ｂ）は、図８（ａ）の実施例において、温度条件を変化させると共にヘッド１へと流入させるインクの流量を変化させた際、接続位置Ｊ１において主流路Ｍへと分岐するインクの流量［ｍｌ／ｓ］と、接続位置Ｊ１において副流路Ｓへと分岐するインクの流量［ｍｌ／ｓ］とを測定した結果である。また、図８（ｂ）は、これらのインク流量同士の比率も示している。図８（ｂ）には、温度上昇と共にヘッド１へと流入させるインクの流量を増加させると、やはり副流路Ｓへと分岐するインクに対して主流路Ｍへと分岐するインクの割合が増加していることが示されている。温度が上昇すると粘度が低下するため、粘度による圧力損失に対して速度変化による圧力損失の影響がさらに大きくなる。本実施形態のコントローラ５０１は、例えば、ノズル間パージの際、ヘッド１の温度上昇に伴って、ヘッド１へと流入させるインクの流量を図８（ｂ）に示すように増大させるようにポンプ５６を制御する。

以上説明した本実施形態によると、インク全体の流量を増加させた際、主流路Ｍの流量の副流路Ｓの流量に対する比が大きくなるように形成されている。このため、ポンプ５６からヘッド１へと流れこませるインクの流量を増加させると、副流路Ｓへと分岐するインクより主流路Ｍへと分岐するインクの割合が多くなる。したがって、例えば、インクの粘性が低下することにより低下した異物を押し流す能力を、インクの流量を増加することにより回復する場合、インクの流量増加に伴って主流路Ｍへと分岐するインクの割合が大きくなるため、異物を押し流す能力を確保しやすい。

このような副流路Ｓの流路抵抗調整機能がない場合、主流路Ｍの流量を増やすため、副流路Ｓの流量も同様に増やす必要がある。そのため、ポンプからインクに過度な圧力が印加されることになり、例えば、フィルタ間パージ時において、吐出口４ｙからインクが漏れ出す。しかし、本実施の形態では、副流路Ｓに流路抵抗調整機能があるので、ポンプからインクに過度な圧力を印加しなくても主流路Ｍの流量を増すことができる。そのため、過不足のない異物の排出と無駄なインクの消費がない。

また、インク全体の流量を増加させた際、主流路Ｍの流量の副流路Ｓの流量に対する比が大きくなるように流路を形成するために、複数の拡張部２６ｂが副流路Ｓに設けられている。この拡張部２６ｂは、流路の断面積を変化させることにより、流量が増加した際に圧力損失が大きくなりやすい部分である。具体的には、拡張部２６ｂの損失係数ζ１が主流路Ｍの端部３２ｘ及び３２ｙの損失係数ζ２より大きくなるように構成されている。このため、全体の流量が増加した際、副流路Ｓの流量よりも主流路Ｍの流量が大きくなりやすい。

＜変形例＞
以上は、本発明の好適な実施形態についての説明であるが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、課題を解決するための手段に記載された範囲の限りにおいて様々な変更が可能なものである。

例えば、図９は、上述の実施形態の直線流路２６に代わる変形例に係る直線流路２６１及び２６２並びに曲折流路２６３を示している。直線流路２６１は、直線部２６１ａと、直線部２６１ａから副走査方向に拡張した拡張部２６１ｂとを有している。拡張部２６１ｂは、拡張部２６ｂと異なり、平面形状が長方形ではなく、流入部及び流出部がそれぞれテーパ状に形成されている。拡張部２６１ｂの損失係数も、圧力損失が大きくなるように、リザーバ３２ｃの端部３２ｘ及び３２ｙにおける損失係数よりも大きいことが好ましい。直線流路２６２は、直線部２６２ａと拡張部２６２ｂとを有している。直線部２６２ａは、直線部２６ａと異なり、副走査方向に関する幅が変化している。曲折流路２６３は、複数の折れ曲がり２６３ａを有するように形成されており、これらの折れ曲がり２６３ａによって圧力損失が大きくなるように構成されている。直線流路２６１及び２６２並びに曲折流路２６３が適宜組み合わされてもよい。

また、インク供給ユニット５０の構成は、ジョイント２ｂからインクを導入すると共にジョイント２ａ又は２ｃからインクを排出することができる構成であれば、上述の実施形態以外の構成であってもよい。例えば、サブタンク５４を介さずジョイント２ｂ又は２ｃから排出されたインクをジョイント２ａへと直接流入させる構成であってもよい。

上述の実施形態では、サブタンク５４とヘッド１とが、ポンプ５６を介して循環流路を構成していたが、ヘッド１からサブタンク５４への戻り流路である弾性チューブ５１および弾性チューブ５３の内、少なくとも一方がサブタンク５４以外の部分(例えば、廃液タンク)に接続していても良い。このとき、ポンプにより送り出されるインクの一部が廃棄されることになるが、副流路Ｓの流路抵抗調整機能により排気量は少なくて済む。

また、上述の実施形態では、主流路Ｍおよび副流路Ｓでの流路幅が直線的な変化をしていたが、他の形態で変化をしても良い。例えば、流路幅の変化部分が、曲線的な変化をしても良い。

また、上述の実施形態は、ノズルからインクを吐出するインクジェットヘッドに本発明を適用した一例であるが、本発明を適用可能な対象はこのようなインクジェットヘッドに限られない。例えば、導電ペーストを吐出して基板上に微細な配線パターンを形成したり、あるいは、有機発光体を基板に吐出して高精細ディスプレイを形成したり、さらには、光学樹脂を基板に吐出して光導波路等の微小電子デバイスを形成するための、液体吐出ヘッドに適用することができる。

６１-６３ 開閉弁
２ａ-２ｃ ジョイント
１ インクジェットヘッド
２ｆ，７２ フィルタ
２４ａ 上フィルタ室
２４ｂ 下フィルタ室
２６ 直線流路
２６ａ 直線部
２６ｂ 拡張部
３２ｃ リザーバ
５０ インク供給ユニット
５６ ポンプ
５８ メインタンク
５００ インクジェットプリンタ
５０１ コントローラ
Ｍ 主流路
Ｓ 副流路
Ｙ 供給流路

Claims (7)

1. 液体の吐出口と、
   液体の供給部及び排出部と、
   前記供給部から前記排出部までを結ぶ主流路と、
   前記主流路から分岐し、前記吐出口に液体を供給する供給流路と、
   前記主流路からの前記供給流路の分岐位置の近傍に配置されたフィルタと、
   前記主流路において前記分岐位置より前記供給部に近い第１の接続位置に一端が、前記主流路において前記分岐位置より前記排出部に近い第２の接続位置に他端が接続された副流路とを備えており、
   前記主流路及び副流路が、
   前記供給部から前記主流路に液体が所定の流量で供給された際に、前記第１の接続位置から前記第２の接続位置までの前記主流路における流量の前記副流路における流量に対する比が、前記所定の流量が大きいほど大きくなるように形成されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記副流路が、流路の延び方向に直交する断面の面積が流路の延び方向に関して変化する第１の変化部分を有していることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記主流路が、流路の延び方向に直交する断面の面積が流路の延び方向に関して変化する第２の変化部分を、前記第１の接続位置から前記第２の接続位置までの間に有しており、
   前記第１及び第２の変化部分が、式１で表されるζ１が式２で表されるζ２より大きくなるように形成されていることを特徴とする請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
   （式１） ΔＰ１＝ζ１＊ρ＊（ｕ１−ｕ２）^２／２
   （式２） ΔＰ２＝ζ２＊ρ＊（ｖ１−ｖ２）^２／２
   ただし、ΔＰ１、ｕ１及びｕ２は、前記第１の変化部分における圧力損失、前記第１の変化部分に流入する液体の流速、及び、前記第１の変化部分から流出する液体の流速を示し、ΔＰ２、ｖ１及びｖ２は、前記第２の変化部分における圧力損失、前記第２の変化部分に流入する液体の流速、及び、前記第２の変化部分から流出する液体の流速を示し、ρは液体の密度を示すものとする。
4. 前記第１の変化部分の変化部分においては前記断面の面積が流路の延び方向に関してほぼ不連続に変化し、前記第２の変化部分においては前記断面の面積が流路の延び方向に関して連続的に変化していることを特徴とする請求項３に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記第１の変化部分が前記副流路に複数形成されていることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記排出部とは別の排出部と、
   前記主流路において前記第１の接続位置より前記供給部に近い位置に配置された、前記フィルタとは別のフィルタと、
   前記主流路において前記別のフィルタより前記供給部に近い位置から分岐して前記別の排出部と連通する排出流路とをさらに備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドと、
   前記供給部から前記主流路へと液体を供給する液体供給手段と、
   前記排出部からの液体を前記液体供給手段に戻す戻り流路と、
   前記戻り流路中を液体が流通する状態と液体が流通しない状態とを切り替える弁とを備えていることを特徴とする記録装置。

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