JP5560749B2 - 流体噴射装置及びクリーニング方法 - Google Patents

Description

本発明は、流体噴射装置及び該流体噴射装置のクリーニング方法に関する。

従来、媒体に対して流体を噴射する流体噴射装置として、インクジェット式プリンターが広く知られている。このプリンターは、流体噴射ヘッドに形成されたノズルからインク（流体）を噴射することで、媒体に印刷処理を施すようになっている。

こうしたプリンターにおいては、ノズル内に気泡が混入したノズル抜け状態で噴射を行うことで、印刷した画像にドット抜けが生じることがあった。そして、ドット抜けによる印字不良の発生を抑制するため、インクとともにノズル内の気泡を排出するクリーニングを実行するようにしたプリンターがあった（例えば、特許文献１）。

特開２００７−１５２７２５号公報

こうしたクリーニングにおいては、気泡を排出するために多量のインクを消費してしまうため、特許文献１においては、印字不良の度合いに応じてインクの供給量を変化させるようにしていた。しかし、クリーニングに伴ってまだかなりのインクを消費してしまうため、さらなるインク消費量の低減が課題となっていた。

本発明は、こうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、流体の消費を抑制しつつ、気泡を排出することができる流体噴射装置及びクリーニング方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の流体噴射装置は、流体を噴射するノズルが複数設けられた流体噴射ヘッドと、該流体噴射ヘッド側に向けて前記流体を供給する流体供給路と、前記流体供給路内の前記流体に対して加圧を行うことで前記ノズルから前記流体を膨出させるとともに、該加圧に伴い前記ノズルから前記流体が膨出した状態において減圧を行う圧力付与機構とを備え、前記圧力付与機構は、前記流体供給路の容積を減少させることで前記加圧を行うとともに、前記流体供給路の容積を増加させることで前記減圧を行う機構であり、前記圧力付与機構において、前記減圧のために増加させる前記流体供給路の容積は、前記加圧のために減少させる前記流体供給路の容積よりも小さい。

この構成によれば、圧力付与機構が流体供給路内の流体に対して加圧を行うことで、ノズルから流体の一部を膨出させ、その流体の膨出部分に混入している気泡をノズル開口の外側となる大気側に押し出すことができる。また、圧力付与機構が加圧と連続的に減圧を行うと、加圧に伴ってノズルから膨出した状態にある流体をノズル開口からの落下等によって無駄に消費されないように流体噴射ヘッド内に引き戻すことができる。したがって、流体の消費を抑制しつつ、気泡を排出することができる。
なお、圧力付与機構が流体供給路の容積を減少させることで、減少した容積分の流体を押し出し、ノズル側に圧力を波及させることができる。また、減圧は流体供給路の容積を増加させることで行うので、加圧のために減少させた容積を元に戻すことで、加圧と連続的に減圧を行うことができる。そして、加圧に伴ってノズルから気泡が排出されると、その分ノズル内に空隙が生じるが、減圧のために増加させる流体供給路の容積は、加圧のために減少させる流体供給路の容積よりも小さいので、空隙に起因するノズル抜けの発生を抑制することができる。

本発明の流体噴射装置は、前記圧力付与機構において、前記減圧を行う減圧時間は、前記加圧を行う加圧時間よりも長い。
この構成によれば、加圧を短時間で行って気泡の排出性を確保するとともに、減圧時間を加圧時間より長くすることで、ノズル開口からの気泡の引き込みを抑制することができる。

本発明の流体噴射装置において、前記流体噴射ヘッドは複数設けられ、前記流体供給路を介して供給された前記流体を貯留するとともに、貯留した前記流体を複数の前記流体噴射ヘッドに供給する流体貯留室をさらに備える。

この構成によれば、各ノズルの背圧を流体貯留室で調整することで、ノズルのメニスカスを均一に整えることができる。また、圧力付与機構は流体流路において流体貯留室よりも上流側に設けられるので、流体噴射ヘッド数が増加した場合にも、構成が複雑にならない。

本発明の流体噴射装置は、前記圧力付与機構において、前記加圧を行う加圧時間は０．０２５秒から０．５秒である。
この構成によれば、圧力付与機構が加圧を行う加圧時間は０．０２５秒から０．５秒と非常に短時間であるので、ノズルの内壁に付着した気泡を引きはがして排出することができる。
本発明の流体噴射装置は、前記流体供給路において前記圧力付与機構よりも上流側に、前記流体供給路を閉じるための弁をさらに備える。

上記目的を達成するために、本発明のクリーニング方法は、流体を噴射するノズルが複数設けられた流体噴射ヘッドと、該流体噴射ヘッド側に向けて前記流体を供給する流体供給路と、該流体供給路内の前記流体に対して加圧と減圧を連続的に実行可能な圧力付与機構とを有する流体噴射装置のクリーニング方法であって、前記圧力付与機構が前記流体供給路の容積を減少させることで前記加圧を行って前記ノズルから前記流体を膨出させる加圧工程と、前記加圧工程の後に、前記ノズルから前記流体が膨出した状態において前記圧力付与機構が前記流体供給路の容積を増加させることで前記減圧を行う減圧工程とを備え、前記減圧工程において前記減圧のために増加させる前記流体供給路の容積は、前記加圧工程において前記加圧のために減少させる前記流体供給路の容積よりも小さい。

この構成によれば、上記流体噴射装置と同様の作用効果を得ることができる。

第１実施形態におけるインクジェット式プリンターの概略構成を示す模式正面図。 ラインヘッドの構成を示す底面図。 流体噴射ヘッド内の概略構成を示す断面図。 キャッピング装置の概略構成を示す断面図。 ワイピング装置の概略構成を示す断面図。 圧力付与機構の構成及び作用を説明するための断面図で、（ａ）は加圧前、（ｂ）は加圧時を示す。 インク非供給クリーニングを説明するための断面図で、（ａ）は加圧前、（ｂ）は加圧時、（ｃ）は減圧時、（ｄ）は静置後を示す。 加圧時間と減圧時間との関係を示すグラフ。 第１実施形態におけるインクジェット式プリンターの流路条件１を示す表。 （ａ）は流路条件１における加圧インク量の範囲を示す表、（ｂ）は流路条件１における加圧時間及び減圧時間の範囲を示す表。 第２実施形態におけるインクジェット式プリンターの概略構成を示す模式正面図。 差圧弁の構成及び作用を説明するための断面図で、（ａ）は閉弁時、（ｂ）は開弁時を示す。 （ａ）は第２実施形態におけるインクジェット式プリンターの流路条件２における加圧インク量の範囲を示す表、（ｂ）は流路条件２における加圧時間及び減圧時間の範囲を示す表。 圧力付与機構の構成の変形例を示す断面図。

（第１実施形態）
以下、本発明を流体噴射装置の一種であるインクジェット式プリンター（以下、単に「プリンター」という）に具体化した第１実施形態を図１〜図１０を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、「前後方向」、「左右方向」、「上下方向」をいう場合は各図中に矢印で示す前後方向、左右方向、上下方向をそれぞれ示すものとする。

図１に示すように、プリンター１１は、媒体としての用紙Ｐを搬送する搬送ユニット１２と、用紙Ｐに印刷処理を施すラインヘッド１３と、ラインヘッド１３に流体としてのインクを供給するインク供給ユニット１４と、メンテナンスユニット１５とを備えている。

搬送ユニット１２は、一対の給紙ローラー１６と、無端状の搬送ベルト１７と、駆動ローラー１８と、従動ローラー１９と、駆動ローラー１８に接続された駆動モーター２０と、一対の排紙ローラー２１とを備えている。搬送ベルト１７は、駆動ローラー１８及び従動ローラー１９に巻き掛けられ、駆動モーター２０の駆動によって駆動ローラー１８が図１における時計回り方向に回転すると周回移動する。そして、給紙ローラー１６、搬送ベルト１７及び排紙ローラー２１によって用紙Ｐを搬送方向Ｘに沿って搬送するようになっている。なお、搬送ベルト１７は、少なくとも用紙Ｐの幅方向Ｙ（前後方向）の両端を支持するように複数本（例えば２本）設けられているとともに、前後方向に並ぶ搬送ベルト１７の間にメンテナンスユニット１５が配置されている。

ラインヘッド１３は、基体部２３と、基体部２３に支持された流体噴射ヘッド２４とを備えている。図２に示すように、流体噴射ヘッド２４は、用紙Ｐの幅方向Ｙに沿って延びる２列のラインを形成するように、千鳥状に配列されている。そして、搬送方向Ｘにおける上流側（左側）に位置する１列目は、幅方向Ｙに沿って並ぶ４つの流体噴射ヘッド２４から構成される一方、搬送方向Ｘにおける下流側（右側）に位置する２列目は、幅方向Ｙに沿って並ぶ４つの流体噴射ヘッド２４から構成される。

各流体噴射ヘッド２４には、インクを噴射するためのノズル２５が複数設けられている。そして、流体噴射ヘッド２４の下面（底面）からなるノズル形成面２４ａには、複数のノズル２５のノズル開口２５ａによって幅方向Ｙに沿って延びる２列のノズル列Ｎが形成されている。図２の部分拡大図に示すように、２列のノズル列Ｎは、幅方向Ｙに沿う配置間隔が１／２画素ずつずれるように、ノズル開口２５ａが千鳥状に配列されている。そして、１列目と２列目の流体噴射ヘッド２４は、搬送方向Ｘに投影したときに両端部の少なくとも１個のノズル２５が重なるか、両端のノズル２５がノズルピッチを開けて連続するようになっている。

このため、プリンター１１では、ラインヘッド１３を固定したままでも用紙最大幅範囲の印字が可能となっている。なお、本実施形態においては、１つの流体噴射ヘッド２４が用紙１．１インチに対応し、８つの流体噴射ヘッド２４でＡ４サイズ（縦２９７ｍｍ×横２１０ｍｍ）の横幅（約８．３インチ）をカバーするようになっている。また、１本のノズル列Ｎは３３０個のノズル２５から構成される。したがって、１つのラインヘッド１３は、幅方向Ｙに沿って並ぶ８（流体噴射ヘッド２４の数）×２（ノズル列Ｎの数）×３３０（ノズル列Ｎを構成するノズル２５の数）＝５２８０個のノズル２５を有している。

なお、ラインヘッド１３及びインク供給ユニット１４は、例えばシアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）の４色のカラー印刷を行う場合には、色毎に４組設けられる（図１及び図２には簡略化のために１つずつ図示している）。そして、４つのラインヘッド１３から、搬送される用紙Ｐに４色のインク滴を重ね打つことにより、解像度６００ｄｐｉでの印刷処理が可能となっている。

図１に示すように、インク供給ユニット１４は、インクを収容したインクカートリッジ２６と、インクカートリッジ２６から流体噴射ヘッド２４側に向けてインクを供給する流体供給路を構成するインク供給チューブ２７と、インクを加圧供給するための加圧ポンプ２８とを備えている。なお、インクカートリッジ２６は図示しないカートリッジホルダーに着脱可能に装着されることで、インク供給チューブ２７に接続される。また、インク供給チューブ２７の途中位置には、圧力付与機構２９が設けられている。

ラインヘッド１３の基体部２３内には、インク供給チューブ２７を通じてインクカートリッジ２６から供給されるインクを一時的に貯留する共通インク室３０が設けられている。共通インク室３０には、各流体噴射ヘッド２４に対応する複数の分岐流路３１が接続されている。そして、共通インク室３０内に貯留されたインクは、分岐流路３１を通じて複数の流体噴射ヘッド２４に供給される。

図３に示すように、流体噴射ヘッド２４は、上下方向に積層された流路形成部材３２、振動板３３、流路形成部材３４及びノズルプレート３５を備えている。流路形成部材３２には共通インク室３０に連通する分岐流路３１と、リザーバー３６と、収容室３７とが形成されている。振動板３３には、リザーバー３６と対応する位置に連通孔３８が設けられている。流路形成部材３４には、連通孔３８を通じてリザーバー３６と連通するキャビティ３９が形成されている。

また、振動板３３の上面側には、キャビティ３９の上方となる位置に圧電素子４０が配設されている。そして、ノズルプレート３５にはキャビティ３９と連通するノズル２５が形成されている。すなわち、共通インク室３０から分岐流路３１を通じて各流体噴射ヘッド２４に分配されたインクはリザーバー３６に貯留され、リザーバー３６から連通孔３８及びキャビティ３９を通じて各ノズル２５に供給される。

振動板３３は上下方向に振動可能に貼り付けられているとともに、圧電素子４０は駆動信号を受けて伸縮することで、振動板３３を上下方向に振動させるようになっている。また、振動板３３が上下方向に振動すると、キャビティ３９の容積が拡縮するようになっている。そして、キャビティ３９の容積が縮小されると、キャビティ３９内のインクがノズル２５からインク滴Ｆｂとして噴射されるようになっている。なお、流体噴射ヘッド２４のノズル形成面２４ａはノズルプレート３５の下面（底面）によって構成される態様となっている。また、本実施形態において、ノズル開口２５ａは直径約２０マイクロメートル、ノズルプレート３５の上下方向の厚さは約１００マイクロメートルとなっている。

ここで、インクカートリッジ２６はラインヘッド１３よりも低い位置に設けられている。そのため、流体噴射ヘッド２４内の領域（インク流路）は、水頭差によって−１ｋＰａ程度の負圧となっている。この負圧は、ノズル２５からインクが垂れ落ちることを防止するとともに、ノズル２５内に凹状のメニスカスを形成して噴射動作を安定させるためのものである。

次に、メンテナンスユニット１５について説明する。
メンテナンスユニット１５は、流体噴射ヘッド２４のノズル形成面２４ａをキャッピングするためのキャッピング装置４１（図４参照）と、ノズル形成面２４ａをワイピングするためのワイピング装置４２（図５参照）とを備えている。なお、キャッピング装置４１及びワイピング装置４２は流体噴射ヘッド２４毎に設けてもよいし、複数の流体噴射ヘッド２４を同時にキャッピングしたりワイピングしたりするようにしてもよい。

キャッピング装置４１は、ノズル２５の乾燥を防止するためのキャッピングに用いられる他、インクカートリッジ２６内のインクをノズル２５から吸引することで、気泡や増粘したインクなどを排出させる吸引クリーニングを実行する際に用いられる。さらに、キャッピング装置４１は、インクカートリッジ２６内のインクを加圧ポンプ２８でノズル２５から排出させる加圧クリーニングの際にも、ノズル２５から排出されるインクを受容するために用いられる。一方、ワイピング装置４２は、ノズル形成面２４ａを払拭して紙粉やインク等の付着物を除去したり、ノズル２５のメニスカスを整えたりするためのワイピングを実行する際に用いられる。

まず、キャッピング装置４１について説明する。
図４に示すように、キャッピング装置４１は、有底四角箱状のキャップ４３と、キャップ４３を昇降させる昇降機構４４と、吸引機構４５とを備えている。キャップ４３の周壁の上面全体には可撓性材料からなる四角枠状のシール部材４６が設けられているとともに、キャップ４３の底壁には排出管４７が下方に向かって突設されている。

排出管４７には、吸引機構４５を構成する可撓性材料よりなる排出チューブ４８の一端側が接続されている。排出チューブ４８の他端側は廃インクタンク４９内に挿入されている。また、廃インクタンク４９内には、多孔質部材からなる廃インク吸収材５０が収容されている。

キャップ４３と廃インクタンク４９との間には、吸引機構４５を構成するチューブポンプ５１が配設されている。チューブポンプ５１は、円筒状のケース５２と、平面視円形状をなすポンプホイル５３と、ホイル軸５４と、一対の押圧ローラー５５とを有している。ポンプホイル５３は、ケース５２の軸心に設けられたホイル軸５４を中心にケース５２内に回動可能に収容されている。また、排出チューブ４８の中間部は、ケース５２の内周壁に沿うようにケース５２内に収容されている。

ポンプホイル５３には、円弧状をなす一対のローラー案内溝５６がホイル軸５４を挟んで対向するように形成されている。各ローラー案内溝５６は、一端がポンプホイル５３の内周側に位置する一方、他端がポンプホイル５３の外周側に位置している。すなわち、両ローラー案内溝５６は、一端から他端に向かって徐々にホイル軸５４から遠ざかるように延びている。また、一対の押圧ローラー５５は両ローラー案内溝５６内に回動軸５７を介して挿通支持されている。なお、両回動軸５７は、それぞれ両ローラー案内溝５６内を摺動自在になっている。

そして、ポンプホイル５３を、正方向（図４に矢印で示す時計回り方向）に回動させると、押圧ローラー５５がローラー案内溝５６の他端側（ポンプホイル５３の外周側）に往路移動し、排出チューブ４８の中間部を上流側から下流側へ順次押し潰しながら回動する。この回動により、チューブポンプ５１より上流側の排出チューブ４８の内部が減圧される。

また、ポンプホイル５３を逆方向（図４における反時計回り方向）に回動させると、押圧ローラー５５がローラー案内溝５６の一端側（ポンプホイル５３の内周側）に復路移動する。この移動により、両押圧ローラー５５がそれぞれ排出チューブ４８の中間部に軽く接した状態となり、排出チューブ４８の内部の減圧状態が解消される。

昇降機構４４は、キャップ４３に下方から当接するカム部材５８と、カム部材５８を回動させるためのモーター５９と、動力伝達機構６０とを備えている。そして、モーター５９が正方向に駆動されると、動力伝達機構６０を介してカム部材５８が回動されて、キャップ４３がノズル形成面２４ａに当接するようになっている。

したがって、キャップ４３がノズル形成面２４ａに当接した状態でポンプホイル５３が正方向に駆動されると、キャップ４３とノズル形成面２４ａとで囲み形成された空間域Ｒに負圧が発生する。これにより、ノズル２５からインクが排出される吸引クリーニングが実行される。なお、ポンプホイル５３が逆方向に駆動されると空間域Ｒの負圧が解消される。その後、昇降機構４４のモーター５９が逆方向に駆動されると、キャップ４３が下降して、用紙Ｐの搬送経路から退避する。

次に、ワイピング装置４２について説明する。
図５に示すように、ワイピング装置４２は、ワイピング機構６１と、ワイピング機構６１を昇降させる昇降機構６２とを備えている。

ワイピング機構６１は、ホルダー６３と、前後方向に沿って延びるようにホルダー６３に架設されたリードスクリュー６４と、リードスクリュー６４を回転させるためのモーター６５と、支持部材６６と、ゴムなどの弾性体からなる板状のワイパー６７とを備えている。ワイパー６７は支持部材６６上に立設される態様で支持されるとともに、支持部材６６はリードスクリュー６４に支持されている。また、支持部材６６の上面側には、貯留凹部６６ａが形成されている。

昇降機構６２はワイピング機構６１のホルダー６３に下方から当接するカム部材６８と、カム部材６８を回動させるためのモーター６９と、動力伝達機構７０とを備えている。そして、モーター６９が正方向に駆動されると、動力伝達機構７０を介してカム部材６８が回動されて、ワイパー６７がノズル形成面２４ａに当接する位置までワイピング機構６１が上昇するようになっている。

また、モーター６５が正方向に駆動されるとリードスクリュー６４が正方向に回転し、支持部材６６とともにワイパー６７が前後方向に沿って移動する過程で、ノズル形成面２４ａに摺接する。これにより、ノズル形成面２４ａを払拭により清掃するワイピングが実行される。このとき、ノズル形成面２４ａから払拭されたインクや紙粉はワイパー６７を伝って流下し、貯留凹部６６ａに貯留される。

次に、圧力付与機構２９について説明する。
図６に示すように、圧力付与機構２９は、定形性を有する流路形成部材７１を有している。流路形成部材７１の左端には上流側のインク供給チューブ２７と接続される接続部７２が設けられる一方、流路形成部材７１の右端には下流側のインク供給チューブ２７と接続される接続部７３が設けられる。また、流路形成部材７１の上面側には、平面視円形状の凹部７１ａが形成されている。そして、接続部７２内には、上流側のインク供給チューブ２７と凹部７１ａ内とを連通させる流入路７２ａが形成されている。一方、接続部７３内には、下流側のインク供給チューブ２７と凹部７１ａ内とを連通させる流出路７３ａが形成されている。

流路形成部材７１の上面側には、可撓性を有するフィルム部材７４が凹部７１ａの開口を封止するように撓みを有した状態で固着されている。また、フィルム部材７４の外面側の略中央部には、凹部７１ａの開口面積よりも面積の小さい円板状の押圧板７４ａが固着されている。そして、フィルム部材７４と凹部７１ａとによって、圧力室７５が囲み形成されている。圧力室７５は、流入路７２ａ及び流出路７３ａを通じてインク供給チューブ２７と連通することで、流体供給路の一部を構成する。

圧力室７５内には、圧力室７５の内容積を拡大する方向にフィルム部材７４を付勢する付勢部材７６が配設されている。付勢部材７６は、例えばコイルばねや板ばねなどから構成することができる。また、押圧板７４ａの上方には、押圧板７４ａに当接するカム部材７７が配置されている。カム部材７７は回転軸７８を介して支持されているとともに、モーター７９の駆動に伴って回転軸７８とともに回動するようになっている。

したがって、図６（ａ）に示す状態でモーター７９を正方向に駆動するとカム部材７７が付勢部材７６の付勢力に抗して同図における反時計回り方向に回動する。これにより、図６（ｂ）に示すようにフィルム部材７４が圧力室７５の内容積を減少させる方向に変位し、圧力室７５から押し出されたインクによってインク供給チューブ２７内のインクが加圧される。また、図６（ｂ）に示す状態でモーター７９を逆方向に駆動すると、カム部材７７が同図における時計回り方向に回動する。これにより、付勢部材７６の付勢力でフィルム部材７４が圧力室７５の内容積を増加させる方向に変位し、圧力室７５内に引き込まれるインクによってインク供給チューブ２７内が減圧される。

次に、プリンター１１におけるメンテナンス動作について説明する。
プリンター１１においては、インクカートリッジ２６の交換時にインク供給チューブ２７内に気泡が混入してドット抜けが生じたり、電源を切ったまま放置していたためにインクが増粘してノズル２５の目詰まりが生じたりすることがある。こうしたドット抜けや目詰まりに起因する印刷品質の低下を抑制するため、プリンター１１ではキャッピング装置４１を用いて吸引クリーニングや加圧クリーニングを実行する。以下、このようにインクカートリッジ２６内のインクを供給しつつノズル２５からインクを排出するクリーニングを「インク供給クリーニング」という。

また、印刷処理によってノズル形成面２４ａに紙粉などが付着した場合には、ワイピング装置４２でノズル形成面２４ａをワイピングする。なお、インク供給クリーニング後には、排出されたインクがノズル形成面２４ａに付着したり、ノズル開口２５ａに凸状のメニスカスが形成されたりするため、インク供給クリーニングの直後にもワイピングを行う。

ところが、このようなワイピングを行うと、ワイパー６７がノズル２５内に空気を押し込んでしまい、ノズル２５内に微少な気泡を生じてしまうことがある。こうした気泡はインクカートリッジ２６の交換等で混入する気泡と比較するとかなり小さく、ノズル２５付近に留まっていることが多い。そのため、プリンター１１においては、ノズル２５付近の微少な気泡を排出するために、圧力付与機構２９によるインク非供給クリーニングを実行する。

次に、圧力付与機構２９によるインク非供給クリーニングについて詳述する。
インク非供給クリーニングは、圧力付与機構２９が加圧を行ってノズル２５からインクを膨出させる加圧工程と、この加圧工程の後に、加圧に伴いノズル２５からインクが膨出した状態において圧力付与機構２９が減圧を行う減圧工程とから構成される。すなわち、加圧工程では、圧力付与機構２９が圧力室７５のインクを一気に押し出すことによってノズル２５内に圧力を伝播させ、図７（ａ）に示すようにノズル２５の内壁に付着した気泡を引きはがす。そして、図７（ｂ）に示すようにノズル２５からインクを膨出させることで、気泡をノズル開口２５ａの外側となる大気側に押し出す。

また、減圧工程では、圧力付与機構２９が圧力室７５の容積を増加させることで、圧力室７５に押し出した分のインクを引き戻す。これにより、ノズル２５からインク滴Ｆｂが噴射したり落下（滴下）したりする前に、ノズル２５から凸状に膨出した状態のインクを図７（ｃ）に示すようノズル２５内に回収する。なお、気泡が排出されるとノズル２５内に気泡の容積分の空隙が生じるが、短時間静置すると毛管力によって共通インク室３０のインクが図７（ｄ）に示すようにノズル２５内に補給される。

こうしたインク非供給クリーニングの加圧と減圧は、複数回繰り返して実施することで、排出されにくい気泡についても、徐々に外側に移動させることができる。例えば、複数回加圧と減圧を繰り返す場合には、ノズル２５内だけでなく、流体噴射ヘッド２４内や共通インク室３０内にある気泡も排出させることができる。また、気泡の排出に伴ってノズル２５内に空隙が生じた場合にも、加圧と減圧を繰り返し行うことで、ノズル２５の液面位置が徐々に揃えられる。

なお、減圧工程においては、加圧工程で減少させた容積を元に戻してもよいし、減圧のために増加させる容積を加圧のために減少させた容積よりも小さくしてもよい。例えば、加圧と減圧を複数回繰り返して共通インク室３０内にある比較的大きな気泡が排出された場合には、ノズル２５全体が空隙となるノズル抜けを生じる虞もある。こうしたノズル抜けが生じると、毛管力によるインクの補給がされにくいこともあるので、特に複数回加圧と減圧を繰り返した最後の減圧時には、引き込むインクの量を少なくするのが好ましい。

ここで、図８に示すように、減圧工程で減圧を行う減圧時間Ｔｄは、加圧工程で加圧を行う加圧時間Ｔａよりも長く設定されるのが好ましい。また、加圧時間Ｔａについては、短すぎると伝播する圧力でインク滴Ｆｂが噴射されてインクが無駄に消費されてしまったり、減圧開始が早すぎて気泡が押し出される前にインクを引き戻してしまったりする虞がある。逆に、加圧時間Ｔａが長すぎると、インクの流速が遅くなって気泡をノズル２５の内壁から引きはがすことができなかったり、減圧によってインクを引き戻すのが間に合わなくなってインクが消費されてしまったりする虞がある。

一方、減圧時間Ｔｄが長すぎると、同じくインクを引き戻すのが間に合わなくなってインクが消費されてしまう虞がある。逆に、減圧時間Ｔｄが短すぎると、ノズル２５の外側から空気を引き込み、気泡を生じてしまう虞がある。

そして、インク滴Ｆｂの噴射を抑制しつつ気泡の排出性を確保するために適正な加圧時間Ｔａは、例えば０．０５秒から０．５秒と非常に短時間である。一方、このような短時間で減圧を行うと空気を引き込んでしまうため、０．０５秒から０．５秒の加圧時間Ｔａに対しては、加圧時間Ｔａ＜減圧時間Ｔｄとすることが好ましい。

本実施形態において、加圧及び減圧は、ノズル２５からインク滴Ｆｂが噴射されない程度に圧力室７５の容積を変動させることで実行される。そのため、加圧のための容積変動に伴って押し出されるインクの量（以下、これを「加圧インク量Ｖｄ」という）、加圧時間Ｔａ及び減圧時間Ｔｄの適切な値は、ノズル２５や流体噴射ヘッド２４の設置数などの流路条件によって変動する。そこで、加圧インク量Ｖｄ、加圧時間Ｔａ及び減圧時間Ｔｄの適切な値の範囲と流路条件について説明する。

本実施形態のプリンター１１の流路条件（以下、これを「流路条件１」という）としては、図９に示すように、インクカートリッジ２６の内容積（領域Ｎｏ１）が約５０ｃｃ、インクカートリッジ２６から圧力室７５までのインク供給チューブ２７の内容積（領域Ｎｏ２）が約３．５ｃｃとなっている。また、圧力室７５の変動可能な容積（領域Ｎｏ３）が約１．０ｃｃ、圧力室７５より下流側のインク供給チューブ２７の内容積（領域Ｎｏ４）が約１．９ｃｃ、共通インク室３０の内容積（領域Ｎｏ５）が約３．１ｃｃ、８つの流体噴射ヘッド２４を合計した内容積（領域Ｎｏ６）が約０．９ｃｃとなっている。

そして、流路条件１でインク非供給クリーニングを行う場合の加圧インク量Ｖｄの適正範囲を図１０（ａ）に、加圧時間Ｔａ及び減圧時間Ｔｄの適正範囲を図１０（ｂ）に示す。

加圧インク量Ｖｄについては、圧力室７５の容積約１．０ｃｃのうち、０．２２ｃｃ≦Ｖｄ≦０．６２ｃｃとなる範囲で容積を減少させて加圧を行うことが好ましい。なお、０．２２ｃｃ＞Ｖｄの場合には気泡を排出するだけの加圧力が得られない虞があり、０．６２ｃｃ＜Ｖｄの場合にはインクが消費されてしまう虞がある。

また、０．２２ｃｃ≦Ｖｄ≦０．６２ｃｃとした場合の加圧時間Ｔａは０．０５秒≦Ｔａ≦０．５秒、減圧時間Ｔｄは０．０９秒≦Ｔｄ≦０．７秒（ただし、Ｔａ＜Ｔｄ）であることが好ましい。

圧力付与機構２９によるインク非供給クリーニングは、実行後にノズル形成面２４ａにインクが付着することがない上、ノズル２５のメニスカスを整えることができるため、インク供給クリーニンクのように後処理としてワイピングを行う必要がない。また、インク消費を限りなくゼロにすることができるとともに非常に短時間で行うことができる。

以上説明した実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）圧力付与機構２９がインク供給チューブ２７内のインクに対して加圧を行うことで、ノズル２５からインクの一部を膨出させ、そのインクの膨出部分に混入している気泡をノズル開口２５ａの外側となる大気側に押し出すことができる。また、圧力付与機構２９が加圧と連続的に減圧を行うと、加圧に伴ってノズル２５から膨出した状態にあるインクをノズル開口２５ａからの落下等によって無駄に消費されないように流体噴射ヘッド２４内に引き戻すことができる。したがって、圧力付与機構２９によるインク非供給クリーニングによれば、インクの消費を抑制しつつ、気泡を排出することができる。

（２）加圧を短時間で行って気泡の排出性を確保するとともに、減圧時間Ｔｄを加圧時間Ｔａより長くすることで、ノズル開口２５ａからの気泡の引き込みを抑制することができる。

（３）圧力付与機構２９が圧力室７５の容積を減少させることで、減少した容積分のインクを押し出し、ノズル２５側に圧力を波及させることができる。また、減圧は圧力室７５の容積を増加させることで行うので、加圧のために減少させた容積を元に戻すことで、加圧と連続的に減圧を行うことができる。

（４）加圧に伴ってノズル２５から気泡が排出されると、その分ノズル２５内に空隙が生じるが、減圧のために増加させる圧力室７５の容積を、加圧のために減少させる圧力室７５の容積よりも小さくすることで、空隙に起因するノズル抜けの発生を抑制することができる。

（５）各ノズル２５の背圧を共通インク室３０で調整することで、ノズル２５のメニスカスを均一に整えることができる。例えば、インク非供給クリーニングの加圧や減圧に伴うインクの流動は、共通インク室３０を経由してノズル２５内に波及する。そのため、気泡が排出された一つのノズル２５内に空隙が生じた場合にも、加圧と減圧を繰り返すことで、その他のノズル２５との間で液面位置が揃えられる。そして、圧力付与機構２９はインク流路において共通インク室３０よりも上流側に設けられるので、流体噴射ヘッド２４数が増加した場合にも、構成が複雑にならない。

（６）流路条件１において、圧力付与機構２９が加圧を行う加圧時間Ｔａは０．０５秒から０．５秒と非常に短時間であるので、ノズル２５の内壁に付着した気泡を引きはがして排出することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を図１１〜図１３に基づいて説明する。
第１実施形態のプリンター１１においては、インク流路を構成する各領域Ｎｏ１〜Ｎｏ６は連通しているため、圧力室７５から押し出されたインクは、下流側の領域Ｎｏ３〜Ｎｏ６のみならず、上流側の領域Ｎｏ１，Ｎｏ２にも移行する。そのため、上流側に圧力が波及する分、ノズル２５内に至る圧力が弱まる。そこで、第２実施形態においては、押し出されたインクを下流側のみに流下させることができるプリンター１１Ａについて説明する。

図１１に示すように、第２実施形態のプリンター１１Ａは、プリンター１１のインク供給ユニット１４に代えて、インク供給ユニット１４Ａを備えている。そして、インク供給ユニット１４Ａにおいては、インク供給チューブ２７に差圧弁８０と開閉弁８１とが設けられている。

開閉弁８１は任意に開閉操作を行うことができる弁であり、圧力付与機構２９のすぐ上流側に設けられる。なお、開閉弁８１としては、電磁弁や機械的に動作する弁を採用することができる。そして、インク非供給クリーニングを実行する際には、開閉弁８１を閉弁状態とすることで、圧力室７５から押し出されたインクを下流側のみに流下させる。

また、差圧弁８０は大気圧とインク圧との差圧を利用して開閉するダイアフラム式の自己封止弁で、インクカートリッジ２６と開閉弁８１との間に配置されている。プリンター１１Ａにおいては、インクカートリッジ２６（図示しないカートリッジホルダ）がラインヘッド１３よりも高い位置に設けられている。そのため、差圧弁８０によって流体噴射ヘッド２４内を−１ｋＰａ程度の負圧にしている。

図１２（ａ）に示すように、差圧弁８０は、定形性を有する流路形成部材８２を有している。流路形成部材８２の左端には上流側のインク供給チューブ２７と接続される接続部８３が設けられる一方、流路形成部材８２の右端には下流側のインク供給チューブ２７と接続される接続部８４が設けられる。また、流路形成部材８２の上面側には平面視円形状の凹部８２ａが形成されるとともに、凹部８２ａの内底面において中心から左方に偏心した位置には、円錐台形状をなす凸部８２ｂが一つ形成されている。そして、この凸部８２ｂの上端面に凹部８２ａ内への開口が形成されるように、接続部８３内には上流側のインク供給チューブ２７と凹部８２ａ内とを連通させる流入路８３ａが形成されている。一方、接続部８４内には、下流側のインク供給チューブ２７と凹部８２ａ内とを連通させる流出路８４ａが形成されている。

流路形成部材８２の上面側には、凹部８２ａの開口を封止するように可撓性を有するフィルム部材８５が撓みを有した状態で固着されている。また、フィルム部材８５の凹部８２ａ内に臨む内面側の略中央部には、凹部８２ａの開口面積よりも面積の小さい円板状の押圧板８６が固着されている。そして、フィルム部材８５と凹部８２ａとによって、圧力室８７が囲み形成されている。

圧力室８７内には、基台部８８と、この基台部８８に傾動自在に支持されたアーム部材８９と、アーム部材８９の一端側（左端側）を、凸部８２ｂ側に向けて付勢する付勢ばね９０とが収容されている。アーム部材８９は、常時は付勢ばね９０の付勢力を受けて、一端側が凸部８２ｂの上端面に設けられた流入路８３ａの開口を封止するとともに、他端側（右端側）が押圧板８６を上方に向けて押し上げた状態となっている。これにより、フィルム部材８５が圧力室８７の内容積を拡大する方向に撓み変位され、圧力室８７及びその下流域に位置する流体噴射ヘッド２４内は−１ｋＰａ程度の負圧となる。

また、流入路８３ａには、加圧ポンプ２８によってインクが加圧状態で供給されるとともに、常には付勢ばね９０の付勢力を受けたアーム部材８９の一端側によって、圧力室８７内への流入が抑制された状態となっている。そして、ノズル２５からの噴射又は流出によりインクが消費されると、圧力室８７内の負圧が増し、図１２（ｂ）に示すように、フィルム部材８５が付勢ばね９０の付勢力に抗して圧力室８７の内容積を減少させる方向に撓み変位する。すると、アーム部材８９の他端側が押圧板８６を介してフィルム部材８５に押圧されて傾動し、一端側が流入路８３ａの開口を開放するので、流入路８３ａを通じて圧力室８７内に加圧されたインクが流入する。

そして、インクの流入に伴って圧力室８７内の負圧が減少すると、アーム部材８９及びフィルム部材８５は再び付勢ばね９０の付勢力によって元の位置に復帰する。したがって、流体噴射ヘッド２４には消費量に応じたインクが供給されるようになっている。

次に、本実施形態におけるインク非供給クリーニングについて説明する。
プリンター１１Ａにおいては、インク非供給クリーニングを実行する際には開閉弁８１が閉弁状態とされる（以下、この状態を「流路条件２」という）。流路条件２では、図９に示す領域のうち、領域Ｎｏ１，２を除いた領域Ｎｏ３〜６が加圧及び減圧の影響範囲となる。

そして、流路条件２でインク非供給クリーニングを行う場合の加圧インク量Ｖｄの適正範囲を図１３（ａ）に、加圧時間Ｔａ及び減圧時間Ｔｄの適正範囲を図１３（ｂ）に示す。

加圧インク量Ｖｄについては、圧力室７５の容積約１．０ｃｃのうち、０．１８ｃｃ≦Ｖｄ≦０．４８ｃｃとなる範囲で容積を減少させて加圧を行うことが好ましい。すなわち、領域Ｎｏ１，２側にインクが流れることで発生する圧力の損失がなくなるため、流路条件２では流路条件１よりも少ない加圧インク量Ｖｄで気泡を排出することができる。この場合、１つのラインヘッド１３には５２８０個のノズル２５が設けられていることから、１ノズル当たりのインクの膨出良好域は、およそ３．５×１０^−５ｃｃ〜９．０×１０^−５ｃｃとなる。また、Ｖｄ＝０．３３ｃｃ、Ｔａ＝０．１５秒で加圧を行い、Ｔｄ＝０．３５秒で減圧を行うことで、特に良好な結果が得られることが確認されている。

また、０．１８ｃｃ≦Ｖｄ≦０．４８ｃｃとした場合の加圧時間Ｔａは０．０２５秒≦Ｔａ≦０．２秒、減圧時間Ｔｄは０．１秒≦Ｔｄ≦０．５秒（ただし、Ｔａ＜Ｔｄ）であることが好ましい。すなわち、流路条件１，２を考慮すると、加圧工程で圧力付与機構２９が加圧を行う加圧時間Ｔａは０．０２５秒から０．５秒に設定されるのが好ましいといえる。

以上説明した実施形態によれば、上記（１）〜（５）と同様の作用効果に加えて、以下のような効果を得ることができる。
（６）流路条件２において、圧力付与機構２９が加圧を行う加圧時間Ｔａは０．０２５秒から０．２秒と非常に短時間であるので、ノズル２５の内壁に付着した気泡を引きはがして排出することができる。

なお、上記実施形態は以下のような別の実施形態に変更してもよい。
・圧力付与機構２９は、図１４に示す構成の圧力付与機構２９Ａとしてもよい。
圧力付与機構２９Ａは、定形性を有する流路形成部材９１を有している。流路形成部材９１の左端にはインク供給チューブ２７と接続される接続部９２が設けられる一方、流路形成部材９１の右端にはインク供給チューブ２７と接続される接続部９３が設けられる。また、流路形成部材９１の上面側には平面視円形状の凹部９１ａが形成されている。そして、接続部９２内には、インク供給チューブ２７と凹部９１ａ内とを連通させる流入路９２ａが形成される。一方、接続部９３内には、インク供給チューブ２７と凹部９１ａ内とを連通させる流出路９３ａが形成される。

流路形成部材９１の凹部９１ａ内には、ピストン９４が摺動自在な状態で収容されている。ピストン９４の一端側（下端側）は圧力室７５の一壁面を構成する円盤形状の可動部９４ａを構成するとともに、ピストン９４の他端側（上端側）は円盤形状の受圧部９４ｂを構成する。そして、ピストン９４の可動部９４ａと流路形成部材９１の凹部９１ａとによって、圧力室７５が囲み形成されている。

流路形成部材９１の上面側と受圧部９４ｂの下面側との間には、ばねからなる付勢部材７６が配設されている。したがって、モーター７９が正方向に駆動してカム部材７７が同図における反時計回り方向に回動すると、ピストン９４の可動部９４ａが回転軸７８から離間する方向に移動する。すると、圧力室７５の容積が減少し、圧力室７５から押し出されたインクによってインク供給チューブ２７内のインクが加圧される。また、モーター７９が逆方向に駆動してカム部材７７が同図における時計回り方向に回動すると、付勢部材７６の付勢力でピストン９４の可動部９４ａが回転軸７８に近接する方向に移動する。すると、圧力室７５の容積が増加し、圧力室７５内に引き込まれるインクによってインク供給チューブ２７内が減圧される。

・圧力付与機構２９は、圧力付与機構２９Ａのピストン９４を可動鉄心で構成するとともに、その周囲にソレノイドを設けるようにしてもよい。この場合には、ソレノイドに電流を流して磁界を発生させることにより、可動鉄心からなるピストン９４を移動させることができる。

・圧力付与機構が圧電素子を備え、圧電素子によって流体供給路の容積を変動させることで加圧や減圧を行うようにしてもよい。
・弾性変形可能なインク供給チューブ２７をカム部材７７で押し潰すことで加圧を行うようにしてもよい。この場合には、流路形成部材７１を備えなくてもよいので、構成を簡素化することができる。

・共通インク室３０を備えず、例えばインク供給チューブ２７の一端側（基端側）がインクカートリッジ２６に接続される一方、他端側（先端側）が複数に分岐して流体噴射ヘッド２４に接続されるようにしてもよい。この場合には、基端側に圧力付与機構２９を設けてもよいし、分岐した先端側に圧力付与機構２９を設けてもよい。

・圧力付与機構は、共通インク室３０とリザーバー３６との間に設けてもよいし、リザーバー３６とキャビティ３９との間に設けてもよい。
・液体供給路を弾性変形しにくい剛体の管路から構成してもよい。この場合には、加圧工程における加圧や減圧工程における減圧に伴う圧力変動を、管路の弾性変形で吸収することなくノズル２５内に伝播させることができる。

・流路条件や噴射する流体を変更した場合には、摩擦抵抗や流路抵抗、粘性等が変化するので、加圧インク量Ｖｄ、加圧時間Ｔａ及び減圧時間Ｔｄもそれぞれ適切な値に変更するのが好ましい。

・流体噴射ヘッド２４やノズル２５の数、ノズル列Ｎの列数などは任意に設定することができる。
・流体収容体は着脱式でないインクタンクを採用してもよい。

・長尺の流体噴射ヘッドを備えるフルラインタイプのラインヘッド式プリンターや、ラテラル式プリンター、あるいはシリアル式プリンターとして実現してもよい。
・上記実施形態では、流体噴射装置をインクジェット式プリンターに具体化したが、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を採用してもよく、微小量の液滴を吐出させる液体噴射ヘッド等を備える各種の液体噴射装置に流用可能である。なお、液滴とは、上記液体噴射装置から吐出される液体の状態をいい、粒状、涙状、糸状に尾を引くものも含むものとする。また、ここでいう液体とは、液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ばよい。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液体のみならず、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、分散又は混合されたものなどを含む。また、液体の代表的な例としては上記実施形態で説明したようなインクや液晶等が挙げられる。ここで、インクとは一般的な水性インク及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液体組成物を包含するものとする。液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又は溶解のかたちで含む液体を噴射する液体噴射装置、バイオチップ製造に用いられる生体有機物を噴射する液体噴射装置、精密ピペットとして用いられ試料となる液体を噴射する液体噴射装置、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液体噴射装置、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液体噴射装置、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液体噴射装置を採用してもよい。そして、これらのうち何れか一種の噴射装置に本発明を適用することができる。

１１，１１Ａ…流体噴射装置としてのプリンター、２４…流体噴射ヘッド、２５…ノズル、２７…流体供給路を構成するインク供給チューブ、２９，２９Ａ…圧力付与機構、３０…流体貯留室としての共通インク室、７５…流体供給路を構成する圧力室、Ｔａ…加圧時間、Ｔｄ…減圧時間。

Claims (6)

1. 流体を噴射するノズルが複数設けられた流体噴射ヘッドと、
   該流体噴射ヘッド側に向けて前記流体を供給する流体供給路と、
   前記流体供給路内の前記流体に対して加圧を行うことで前記ノズルから前記流体を膨出させるとともに、該加圧に伴い前記ノズルから前記流体が膨出した状態において減圧を行う圧力付与機構とを備え、
   前記圧力付与機構は、前記流体供給路の容積を減少させることで前記加圧を行うとともに、前記流体供給路の容積を増加させることで前記減圧を行う機構であり、
   前記圧力付与機構において、前記減圧のために増加させる前記流体供給路の容積は、前記加圧のために減少させる前記流体供給路の容積よりも小さいことを特徴とする流体噴射装置。
2. 前記圧力付与機構において、前記減圧を行う減圧時間は、前記加圧を行う加圧時間よりも長いことを特徴とする請求項１に記載の流体噴射装置。
3. 前記流体噴射ヘッドは複数設けられ、
   前記流体供給路を介して供給された前記流体を貯留するとともに、貯留した前記流体を複数の前記流体噴射ヘッドに供給する流体貯留室をさらに備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の流体噴射装置。
4. 前記圧力付与機構において、前記加圧を行う加圧時間は０．０２５秒から０．５秒であることを特徴とする請求項１〜請求項３のうち何れか一項に記載の流体噴射装置。
5. 前記流体供給路において前記圧力付与機構よりも上流側に、前記流体供給路を閉じるための弁をさらに備えることを特徴とする請求項１〜請求項４のうち何れか一項に記載の流体噴射装置。
6. 流体を噴射するノズルが複数設けられた流体噴射ヘッドと、該流体噴射ヘッド側に向けて前記流体を供給する流体供給路と、該流体供給路内の前記流体に対して加圧と減圧を連続的に実行可能な圧力付与機構とを有する流体噴射装置のクリーニング方法であって、
   前記圧力付与機構が前記流体供給路の容積を減少させることで前記加圧を行って前記ノズルから前記流体を膨出させる加圧工程と、前記加圧工程の後に、前記ノズルから前記流体が膨出した状態において前記圧力付与機構が前記流体供給路の容積を増加させることで前記減圧を行う減圧工程とを備え、
   前記減圧工程において前記減圧のために増加させる前記流体供給路の容積は、前記加圧工程において前記加圧のために減少させる前記流体供給路の容積よりも小さいことを特徴とするクリーニング方法。

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