液体供給装置及び液体吐出装置

トップ :: B 処理操作運輸 :: B41 印刷;線画機;タイプライタ－;スタンプ

【発明の名称】	液体供給装置及び液体吐出装置
【発明者】	【氏名】安藤真人【住所又は居所】東京都品川区北品川６丁目７番３５号ソニー株式会社内
【要約】	【課題】液体収容量が大きく、構造が簡素でコスト低減を図ることができ、液体を供給する際に発生する圧力損失の低減を図る。【解決手段】インクを収容するインクタンク１と、インクタンク１内のインクを流下させてインクタンク１の外部に送り出すインク供給部３と、インクタンク１と連通し、外部の空気をインクタンク１内に取り込み可能な空気取り入れ孔４とを備えるインク供給装置１５０であって、インクタンク１内の大気圧より低い圧力と、空気取り入れ孔４のインクのメニスカスを保持する力とが釣り合うことにより空気取り入れ孔４のインクのメニスカスが保持されるようにするとともに、インク供給部３からインクが送り出されることによるインクタンク１内の圧力の低下によって空気取り入れ孔４のインクのメニスカスの位置を移動させることにより空気取り入れ孔４からインクタンク１内に空気を取り込むようにした。

【特許請求の範囲】
【請求項１】内部に液体を収容する液体収容部と、前記液体収容部内の液体を流下させて前記液体収容部の外部に送り出す液体供給部と、前記液体収容部と連通し、外部の空気を前記液体収容部内に取り込み可能な空気取り入れ孔とを備える液体供給装置であって、前記液体収容部内の大気圧より低い圧力と、前記空気取り入れ孔の液体のメニスカスを保持する力とが釣り合うことにより前記空気取り入れ孔の液体のメニスカスが保持されるようにするとともに、前記液体供給部から液体が送り出されることによる前記液体収容部内の圧力の低下によって前記空気取り入れ孔の液体のメニスカスの位置を移動させることにより前記空気取り入れ孔から前記液体収容部内に空気を取り込むようにしたことを特徴とする液体供給装置。
【請求項２】請求項１に記載の液体供給装置において、前記液体収容部内の圧力と、前記空気取り入れ孔の液体のメニスカスを保持する力とが釣り合っているときは前記液体収容部と前記空気取り入れ孔との間を閉塞するとともに、前記液体供給部から液体が送り出されることによる前記液体収容部内の圧力の低下により、前記液体収容部と前記空気取り入れ孔との間を開放するように形成された弁を備えることを特徴とする液体供給装置。
【請求項３】請求項１に記載の液体供給装置において、前記液体収容部の内部に鉛直方向に延在する空気取り入れ管を備え、前記空気取り入れ管の下端部に、前記空気取り入れ孔が形成されていることを特徴とする液体供給装置。
【請求項４】請求項１に記載の液体供給装置において、前記液体収容部の内部に鉛直方向に延在する空気取り入れ管を備え、前記空気取り入れ管の下端部に、前記空気取り入れ孔が形成されており、前記空気取り入れ管内の空気導入経路中、又は前記空気取り入れ管に連通する空気導入経路中に設けられ、前記液体収容部内の圧力と前記空気取り入れ孔の液体のメニスカスを保持する力とが釣り合っているときは閉塞されるようにするとともに、前記液体供給部から液体が送り出されることによる前記液体収容部内の圧力の低下により開放されるようにした弁を備えることを特徴とする液体供給装置。
【請求項５】請求項１に記載の液体供給装置において、前記空気取り入れ孔より上側に配置され、前記液体収容部内の液体の有無を検知する液体検知手段を備えることを特徴とする液体供給装置。
【請求項６】請求項１に記載の液体供給装置において、前記空気取り入れ孔の液体のメニスカスを保持する力は、前記液体供給部又は前記液体供給部に連結された外部装置における大気圧がかかる位置から前記空気取り入れ孔までの鉛直方向における高さに相当する水頭の圧力より大きくなるように設定されていることを特徴とする液体供給装置。
【請求項７】内部に液体を収容する液体収容部と、前記液体収容部内の液体を流下させて前記液体収容部の外部に送り出す液体供給部と、前記液体収容部と連通し、外部の空気を前記液体収容部内に取り込み可能な空気取り入れ孔と、前記液体供給部と連通し、前記液体供給部から供給される液体を吐出させるノズルを有するヘッドとを備える液体吐出装置であって、前記液体収容部内の大気圧より低い圧力と、前記空気取り入れ孔の液体のメニスカスを保持する力とが釣り合うことにより前記空気取り入れ孔の液体のメニスカスが保持されるようにするとともに、前記ヘッドからの液体の吐出による前記液体収容部内の圧力の低下によって前記空気取り入れ孔の液体のメニスカスの位置を移動させることにより前記空気取り入れ孔から前記液体収容部内に空気を取り込むようにしたことを特徴とする液体吐出装置。
【請求項８】請求項７に記載の液体吐出装置において、前記液体収容部内の圧力と、前記空気取り入れ孔の液体のメニスカスを保持する力とが釣り合っているときは前記液体収容部と前記空気取り入れ孔との間を閉塞するとともに、前記ヘッドからの液体の吐出による前記液体収容部内の圧力の低下により、前記液体収容部と前記空気取り入れ孔との間を開放するように形成された弁を備えることを特徴とする液体吐出装置。
【請求項９】請求項７に記載の液体吐出装置において、前記液体収容部の内部に鉛直方向に延在する空気取り入れ管を備え、前記空気取り入れ管の下端部に、前記空気取り入れ孔が形成されていることを特徴とする液体吐出装置。
【請求項１０】請求項７に記載の液体吐出装置において、前記液体収容部の内部に鉛直方向に延在する空気取り入れ管を備え、前記空気取り入れ管の下端部に、前記空気取り入れ孔が形成されており、前記空気取り入れ管内の空気導入経路中、又は前記空気取り入れ管に連通する空気導入経路中に設けられ、前記液体収容部内の圧力と前記空気取り入れ孔の液体のメニスカスを保持する力とが釣り合っているときは閉塞されるようにするとともに、前記ヘッドからの液体の吐出による前記液体収容部内の圧力の低下により開放されるようにした弁を備えることを特徴とする液体吐出装置。
【請求項１１】請求項７に記載の液体吐出装置において、前記空気取り入れ孔より上側に配置され、前記液体収容部内の液体の有無を検知する液体検知手段を備えることを特徴とする液体吐出装置。
【請求項１２】請求項７に記載の液体吐出装置において、前記空気取り入れ孔の液体のメニスカスを保持する力は、前記ヘッドのノズル面から前記空気取り入れ孔までの鉛直方向における高さに相当する水頭の圧力より大きくなるように設定されていることを特徴とする液体吐出装置。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、液体を外部装置、例えば液体吐出用のヘッドに供給する液体供給装置と、この液体供給装置を適用したインクジェットプリンタ等の液体吐出装置に関し、詳しくは、液体収容量が大きく、構造が簡素でコスト低減を図ることができ、液体を供給する際に発生する圧力損失の低減を図ることができる技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の液体供給装置の１つである、インクジェットプリンタに用いられるインク供給装置としては、例えば以下のものが知られている。図１２は、従来のインク供給装置の第１例を示す内部構成の断面図である。図１２において、インク収容部２０１は、インクタンク２０１ａと、インク保持室２０１ｂとに仕切られている。インクタンク２０１ａとインク保持室２０１ｂとの間は、底面部で連通されている。
【０００３】インクタンク２０１ａ側には、インクが装填されている。また、インク保持室２０１ｂの天面側には、外気と連通する外気連通孔２０２が形成されている。さらにまた、インク保持室２０１ｂ内には、インクを保持しておく多孔質体２０３が設けられている。さらに、インク保持室２０１ｂの底面側には、インク送出部２０４が形成されている。
【０００４】インクがインク送出部２０４から送り出されると、空気がインクタンク２０１ａ側に入り、その空気に相当する分のインクがインクタンク２０１ａからインク保持室２０１ｂ側に送られるとともに、多孔質体２０３に保持される。ここで、多孔質体２０３の毛細管力により、インクには吸い上げられる方向の力が加わっている。これにより、インク送出部２０４からインクが漏れることはない。
【０００５】図１３は、従来のインク供給装置の第２例を示す内部構成の断面図である。図１３において、インク収容部２０５の底面側には、上記第１例と同様に、インク送出部２０４が形成されている。また、インク収容部２０５内には、内部にインクを収容した袋状体２０６が設けられている。この袋状体２０６は、バネ２０７によって常時押し広げる方向（図１３中、矢印方向）に力が加わっている。このバネ２０７の力により、袋状体２０６内部のインクには、吸い上げられる方向の力が加わっている。これにより、上記第１例と同様に、インク送出部２０４からインクが漏れることはない。以上のように、インク供給装置は、インク送出部２０４からインクが漏れないように構成されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前述の従来の技術では、以下の問題があった。第１例では、インク保持室２０１ｂ内に多孔質体２０３を設けているので、インク供給装置内の容積は、多孔質体２０３の分だけ小さくなる。よって、インク供給装置全体の大きさに対して、内部に収容できるインク量が少ないという問題があった。また、インクを供給する際に発生する圧力損失（いわゆる動負圧）が大きくなり、大流量のインクを供給するものには対応しにくいという問題があった。
【０００７】また、第２例では、バネ２０７を用いる方式であるので、例えばインク収容部２０５を薄型にした場合には、袋状体２０６の内部にバネ２０７を収納することができなくなったり、製造工程が複雑化する等の製造上の問題があった。さらに、バネ２０７を用いるものであるので、機構が複雑化し、コストも高くなるという問題があった。したがって、本発明が解決しようとする課題は、液体収容量が大きく、構造が簡素でコスト低減を図ることができ、液体を供給する際に発生する圧力損失の低減を図ることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、以下の解決手段によって、上述の課題を解決する。本発明の１つである請求項１の発明は、内部に液体を収容する液体収容部と、前記液体収容部内の液体を流下させて前記液体収容部の外部に送り出す液体供給部と、前記液体収容部と連通し、外部の空気を前記液体収容部内に取り込み可能な空気取り入れ孔とを備える液体供給装置であって、前記液体収容部内の大気圧より低い圧力と、前記空気取り入れ孔の液体のメニスカスを保持する力とが釣り合うことにより前記空気取り入れ孔の液体のメニスカスが保持されるようにするとともに、前記液体供給部から液体が送り出されることによる前記液体収容部内の圧力の低下によって前記空気取り入れ孔の液体のメニスカスの位置を移動させることにより前記空気取り入れ孔から前記液体収容部内に空気を取り込むようにしたことを特徴とする。
【０００９】請求項１の発明においては、定常状態では、液体収容部の内部の圧力は大気圧より低い圧力に保持される。さらに定常状態では、液体収容部内の圧力と、空気取り入れ孔の液体のメニスカスを保持する力とが釣り合っており、空気取り入れ孔内で液体のメニスカスが保持される。よって、液体収容部内の液体は、空気取り入れ孔から漏れ出ることはなく保持される。
【００１０】液体供給部から液体が送り出されると、液体収容部内の圧力は、それまでの圧力よりさらに低くなる。したがって、液体収容部に連通する空気取り入れ孔では、液体収容部内の圧力低下によって液体のメニスカスが移動する。これにより、空気取り入れ孔から液体収容部内に空気が入り込み、その空気は、液体収容部内に送られる。空気が入り込むことにより、液体収容部内の圧力は、液体供給部から液体が送り出される前の圧力（定常状態）に戻る。したがって、再度、液体収容部内の圧力と空気取り入れ孔の液体のメニスカスを保持する力とが釣り合い、空気取り入れ孔内で液体のメニスカスが保持される。よって、液体収容部内の液体が保持される。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、図面等を参照して、本発明の一実施形態について説明する。なお、以下の説明では、本発明の液体供給装置及び液体吐出装置の一実施形態として、それぞれ、インク供給装置、及びこのインク供給装置を適用したインク吐出装置（インクジェットプリンタ）を例に挙げることとする。
（第１実施形態）図１は、本発明の第１実施形態であるインク吐出装置１００の全体構成を示す正面図（一部断面図）である。図中、インクタンク１、インク供給部３及び接続部９は、断面図で図示している。インク吐出装置１００は、インク供給装置１５０と、このインク供給装置１５０から供給されたインクを記録媒体に対して吐出するヘッド２０等とを備える。
【００１２】インク供給装置１５０は、インクタンク１と、インク供給部３等とを備える。インクタンク１は、本発明における液体収容部に相当するものであり、外部から閉塞された箱形に形成され、その内部にはインクが収容されている。インクは、未使用時には、内部にほとんど空気がない程度にインクタンク１内に装填されている。
【００１３】インクタンク１の下面の一部には、インクタンク１と連通するとともに、インクタンク１内のインクが流下可能に下側に延在するインク供給部３が連結されている。インク供給部３は、本発明における液体供給部に相当するものであり、略筒状体に形成され、インク供給部３と連通するヘッド２０（後述）にインクタンク１内のインクを供給するものである。
【００１４】また、インク供給部３の側壁には、空気取り入れ孔４が形成されている。空気取り入れ孔４は、外気とインク供給部３の内部とで連通する断面円形状の貫通穴である。空気取り入れ孔４は、ヘッド２０でインクが吐出され、インクタンク１からヘッド２０側にインクが送られることに応じて、外気をインクタンク１内部に取り込むためのものであるが、その詳細については後述する。
【００１５】さらに、空気取り入れ孔４より下側の位置には、中央部が開口された仕切板がインク供給部３の内壁に固定されているとともに、その仕切板の下面側には、バネ５が取り付けられている。さらにバネ５の下端部には、板状の弁６が取り付けられている。
【００１６】一方、インク供給部３の底面部には、中央部が開口されたシーリング７が取り付けられている。そして、弁６は、バネ５の付勢力によりシーリング７上に押し付けられている。弁６の表面領域は、シーリング７の中央部の開口領域より大きく形成されている。これにより、シーリング７上に弁６がバネ５の付勢力によって押し付けられると、シーリング７の開口領域が閉塞され、シーリング７の開口領域からインクが漏れ出ることがないように形成されている。
【００１７】また、ヘッド２０上には、接続部９が連結されている。接続部９の内部には、ヘッド２０内とインクが流通可能に連通されている供給管８が設けられている。接続部９の上側部分は、略筒状に形成されるとともに、この部分がシーリング７からインク供給部３内に挿入されることにより、インクタンク１とヘッド２０とが連結される。すなわち、接続部９の上側部分は、シーリング７の開口領域に嵌合可能な形状に（シーリング７と接続部９との間からインクが漏れ出ないように）形成されている。
【００１８】また、接続部９の上側部分がシーリング７からインク供給部３内に挿入されると、接続部９の上端面がバネ５の付勢力に抗して弁６を押し上げる。これにより、インク供給部３内と供給管８内とが連通され、インクがインク供給部３から供給管８に流れるように構成されている。
【００１９】また、接続部９内において、供給管８の下側部分には、メッシュフィルター１０が取り付けられている。このメッシュフィルター１０は、インクがヘッド２０側に流れ込むときに、インクとともに、粉塵、ゴミその他の異物がヘッド２０に流れ込むことを防止するものである。
【００２０】ヘッド２０は、インクタンク１側から供給されたインクを、インク液滴として吐出し、画像を形成するためのものであり、ヘッド２０の下面には、インク液滴を吐出するためのノズル（後述）を備えている。最初は、ヘッド２０のノズル面２１にはキャップ３０が取り付けられている。キャップ３０は、チューブ３１によって吸引ポンプ４０に連結され、ノズルからインクを吸引できるようになっている。吸引ポンプ４０は、さらに廃インク吸収体５０にチューブ４１で連結され、吸引したインクは、ここに吸収させることができる。
【００２１】最初は、ヘッド２０内にはインクは供給されていない。最初の使用時には、吸引ポンプ４０でヘッド２０のノズルを介してインクを吸引する。これにより、ヘッド２０内にインクが充填される。このとき、ヘッド２０内の圧力は、大気圧より低くなる。ここで、ヘッド２０内の圧力が大気圧以上であると、ノズルからインクが漏れ出したり、インクの吐出が不安定になる原因となるが、本実施形態では、ヘッド２０内の圧力は、必ず大気圧より低い圧力に保持されるようにしているので、インクの安定した吐出が得られる。
【００２２】一方、上述のように吸引ポンプ４０でインクが吸引され、インクがインク供給部３側からヘッド２０側に供給されると、インクタンク１内の圧力が低下し、空気取り入れ孔４から空気が取り込まれる。
【００２３】ヘッド２０からのインク液滴の吐出時、すなわち印画時も、上記と同様の動作をする。図２から図５までは、ヘッド２０の一部を詳細に示す断面図であって、インクが吐出された後、インクが供給されるまでの様子を順を追って示す図である。先ず、図２において、ヘッド２０の構造を説明する。ヘッド２０は、基板２２と、フィルム２４と、ノズルシート２５等とを備える。
【００２４】基板２２は、シリコン等の半導体基板からなるものであり、その一面（図２中、下面）に、発熱抵抗体（ヒーター）２３が形成されたものである。発熱抵抗体２３は、吐出するインクを加熱するためのものであって、インクに吐出エネルギーを付与するエネルギー発生手段として機能するものである。発熱抵抗体２３の駆動制御等は、基板２２によって行われる。基板２２には、図示しないが、ロジックＩＣや、ドライバートランジスタ等が設けられている。
【００２５】フィルム２４は、基板２２の図２中、下面に積層されている。フィルム２４は、例えば露光硬化型のドライフィルムレジストからなるものであり、基板２２の発熱抵抗体２３が形成された面の略全体に積層された後、フォトリソプロセスによって不要部分が除去されて、所定形状に形成される。これにより、フィルム２４は、各発熱抵抗体２３の周囲部を略凹状に囲むように形成される。この発熱抵抗体２３を囲む部分がインク加圧室２６となる。よって、フィルム２４は、インク加圧室２６の一部を形成している。
【００２６】ノズルシート２５は、インクを吐出するためのノズル２５ａが形成されたシート状部材であり、フィルム２４の下層に積層されている。ノズル２５ａは、円形に開口された穴であり、各発熱抵抗体２３の下側に位置するように配置されている。なお、ノズルシート２５は、インク加圧室２６の一部を形成している。
【００２７】また、各インク加圧室２６に連通するように、インク流路部２７が形成されている。インク流路部２７は、インク供給部３（インクタンク１）から供給されたインクをインク加圧室２６に送り込むためのものである。すなわち、インク流路部２７と、上述の供給管８とが連通されている。よって、インクタンク１側から供給されるインクは、インク流路部２７に流れ込み、インク加圧室２６内に充填される。
【００２８】以上のインク加圧室２６、発熱抵抗体２３、及びノズル２５ａは、図示を省略するが、基板２２に、略直線状に多数並設されている。そして、これらの多数のノズル２５ａのうち、選択されたノズル２５ａからインクが吐出される。
【００２９】インク吐出装置１００の制御部（図示せず）からの指令によって、選択された発熱抵抗体２３に、短時間（例えば１～３マイクロ秒程度）電流パルスが流されることにより、その発熱抵抗体２３が急速に加熱される。その結果、発熱抵抗体２３に接する部分にバブル（インク気泡）Ｂが発生し、そのバブルＢの膨張によって、ある体積のインクが押しのけられる。これによって、ノズル２５ａに接する部分の上記押しのけられたインクと同等の体積のインクｉがインク液滴としてノズル２５ａから吐出され、紙等の記録媒体に着弾される。
【００３０】次に、図３さらには図４に示すように、バブルＢは、次第に収縮し、やがては図５に示すように消失するが、このときのバブルＢの収縮によって、ノズル２５ａ及びインク加圧室２６にはインクを引き込む力（毛細管力）が発生し、ノズル２５ａ及びインク加圧室２６内には、吐出された量と同量のインクが直ちに補充される。ここで、ノズル２５ａ、インク加圧室２６、インク流路部２７、及び供給管８は、それぞれ連通されているので、上記毛細管力により、インクタンク１からヘッド２０側にインクが引き込まれる。
【００３１】インクが吐出され続け、インクがインクタンク１側からヘッド２０側に送られ続けると、インク吐出装置１００の内部の圧力は徐々に低下する。そして、圧力が低下するに従い、空気取り入れ孔４内のインクは、インク供給部３側に引き込まれ、空気取り入れ孔４のインクのメニスカス（液面）が後退（インク供給部３側に移動）する。空気取り入れ孔４のインクのメニスカスの位置が、インク供給部３の内壁位置を超えると、空気が空気取り入れ孔４から入り込み、インク供給部３内に取り込まれる。これにより、気液交換が行われ、取り込まれた空気は、気泡となってインクタンク１内を上昇し、最終的にはインクタンク１内の上方に溜められる。
【００３２】そして、空気取り入れ孔４から空気が取り込まれると、内部の圧力が上昇し、空気取り入れ孔４内にインクが入り込み、再度、空気取り入れ孔４にインクのメニスカスが保持される。以上の動作が繰り返されることで、インクタンク１内のインクが徐々に減少していく。
【００３３】また、図１に示すように、インク供給部３の上端側（インクタンク１の近傍側）の側壁には、２つのインク検知電極（本発明における液体検知手段に相当するもの）２が取り付けられている。インク検知電極２は、インクタンク１内のインクの有無を検知するためのものである。インク検知電極２には、不図示の電圧印加手段によって微小なパルス電圧が加えられる。インクの液面がインク検知電極２より上にあるときには、インクを介してインク検知電極２間に電流が流れるが、インクの液面がインク検知電極２より下にあるときには、インク検知電極２間にはインクが存在しないので電流は流れない。ここで、流れる電流は微小であるので、インクの電気分解は無視することができる。また、インク検知電極２は、金などで耐蝕メッキが施されている。
【００３４】また、図示しないが、インク検知電極２間に電流が流れたか否かによりインクの有無を判定する判定手段が設けられており、電流が流れたときにはインクがあると判定される。ここで、インク検知電極２は、空気取り入れ孔４の上側に設けることが好ましい。そして、判定手段によりインクがないと判定されたときには、インクの液面が空気取り入れ孔４に到達する前に、インク吐出装置１００の制御部（図示せず）によってインクの吐出（印画）を停止するように制御することが好ましい。
【００３５】インクの液面が空気取り入れ孔４を下回ると、空気取り入れ孔４内にはメニスカスが存在しなくなり、ノズル面２１には大気圧がかかるようになり、この結果、ノズル２５ａからインクが漏れ出てしまうからである。また、インクを無駄なく消費できるようにするためには、空気取り入れ孔４は、鉛直方向において、できる限り下側に設けるのが好ましい。
【００３６】次に、空気取り入れ孔４のメニスカスについて、より詳細に説明する。空気取り入れ孔４から空気が取り込まれない限り、インクは、インクタンク１から流下することはない。空気取り入れ孔４から空気が取り込まれるための内部の圧力は、空気取り入れ孔４に形成されるインクのメニスカスの表面張力により決定される。ここで、空気取り入れ孔４に形成されるメニスカスを保持するための力を、本発明では、メニスカス保持力と称する。
【００３７】図６は、空気取り入れ孔４と、インクのメニスカスとを詳細に示す断面図である。インクの表面張力をγ、空気取り入れ孔４の孔径をｄ、インクと空気取り入れ孔４の表面の（後退）接触角をθとする。表面張力γは、空気取り入れ孔４の周長（πｄ）に加わるので、空気取り入れ孔４の周長全体での表面張力は、πｄγとなる。また、この垂直成分は、πｄγcos θとなる。
【００３８】この垂直成分の値を、空気取り入れ孔４の開口面積（Ｓ＝πｄ^２／４）で割れば、メニスカス保持力（圧力）となるので、これをＰとすると、メニスカス保持力Ｐ＝πｄγcos θ／（πｄ^２／４）
＝４πγcos θ／ｄとなる。そして、空気が空気取り入れ孔４内に取り込まれるための圧力は、メニスカス保持力Ｐより大きくなければならない。
【００３９】最初の使用時におけるヘッド２０へのインクの供給時や、印画時のヘッド２０内の圧力低下により、インクを吸引する力がメニスカス保持力Ｐより大きくなったときに、空気取り入れ孔４から空気が取り込まれる。一方、ヘッド２０のノズル２５ａからインクが漏れ出ないための条件は、ノズル２５ａでのインクのメニスカスにかかる圧力が、大気圧以上にならないことである。
【００４０】ヘッド２０の上部のインクが充填されている空間が閉塞した空間であれば、ノズル２５ａにおけるインクのメニスカスにかかる圧力は、大気圧以上にならないので、インクがノズル２５ａから漏れ出ることはない。そして、本実施形態では、空気取り入れ孔４が大気に開口しており、閉塞した空間とはなっていないが、空気取り入れ孔４で空気とインクの気液交換が行われていないときには閉塞空間であることと等価となる。よって、ノズル２５ａからインクが漏れ出ることはない。
【００４１】ノズル２５ａには大気圧がかかっており、空気取り入れ孔４には、ノズル２５ａから空気取り入れ孔４までの高さに相当する水頭Ｈの圧力（大気圧より低い圧力）がかかる。そして、空気取り入れ孔４のインクのメニスカス保持力Ｐの絶対値が、水頭Ｈの圧力の絶対値より大きい場合には、空気取り入れ孔４から空気は取り込まれず、ノズル２５ａからインクが漏れ出ることはない。すなわち、Ｐ＝４πγcos θ／ｄ＞Ｈであれば、空気取り入れ孔４から空気は取り込まれず、ノズル２５ａからインクが漏れ出ることはない。
【００４２】上記の式を変形すれば、ｄ＜４πγcos θ／Ｈとなる。この式に基づき空気取り入れ孔４の孔径ｄの値を決定すれば、ノズル２５ａからインクが漏れ出ることを防止することができる。なお、以上は、空気取り入れ孔４の開口形状が円形の場合である。
【００４３】なお、メニスカス保持力Ｐと、空気取り入れ孔４の孔径ｄとの関係は、図７に示すようになる。図７は、インクの表面張力γ、空気取り入れ孔４の孔径ｄ、空気取り入れ孔４の周長πｄ、空気取り入れ孔４の開口面積Ｓ（＝πｄ^２／４）、（後退）接触角θ、及びメニスカス保持力Ｐとの各値を示すとともに、孔径ｄとメニスカス保持力Ｐとの関係をグラフで示すものである。図７では、インクの表面張力γを０．０３（Ｎ／ｍ）、（後退）接触角を５゜としている。
【００４４】図７において、例えば水頭Ｈが２０ｍｍＡｑの場合、孔径ｄを０．６１ｍｍ未満にすれば、ノズル２５ａからインクが漏れ出ることはない。また、例えば孔径ｄを０．３ｍｍとした場合には、メニスカス保持力Ｐは、４０．６ｍｍＡｑとなるので、水頭Ｈが４０．６ｍｍＡｑ以下であれば、ノズル２５ａからインクが漏れ出ることはない。なお、実際の設計時には、ヘッド２０の傾斜や加工精度等の製造誤差を考慮して、ある程度のマージンをとり、水頭Ｈは小さく設計するのが好ましい（例えば２０ｍｍＡｑ程度）。
【００４５】（第２実施形態）図８は、本発明の第２実施形態であるインク吐出装置１００Ａの全体構成を示す正面図である。第２実施形態において、第１実施形態と同一部分には同一符号を付している。また、第１実施形態と異なる部分であって第１実施形態のものに相当する部分は、第１実施形態の符号にＡを付した符号を用いている。
【００４６】第２実施家形態では、空気取り入れ孔４からのインク漏れ対策を施したものである。図８において、インク供給装置１５０Ａにはインク受け３２が設けられている。このインク受け３２は、空気取り入れ孔４が上方部に位置するように、インク供給部３の側壁に密着して設けられたものであり、空気取り入れ孔４から漏れ出たインクを収容可能な形状に形成されている。また、インク受け３２の天面側は、大気に開放されている。インク受け３２は、ゴム弾性体等の軟質材料から形成されている。
【００４７】ここで、インク吐出装置１００Ａが設置されている環境下で温度上昇や圧力（大気圧）の低下が生じると、インクタンク１内の空気が膨張する。これにより、インクタンク１内のインクが押し出されて、インクがノズル２５ａや空気取り入れ孔４から漏れ出るおそれがある。なお、未使用時には、ノズル２５ａにはキャップ３０が取り付けられているので、この場合にノズル２５ａからインクが漏れ出ることはないが、空気取り入れ孔４からはインクが漏れ出るおそれがある。
【００４８】そこで、本実施形態では、空気取り入れ孔４の外側に、空気取り入れ孔４から漏れ出たインクを受け止めるためのインク受け３２を設けている。また、インク受け３２の底面側にはチューブ３３が設けられており、このチューブ３３によりインク受け３２と廃インク吸収体５０とが連結されている。したがって、インク取り入れ孔４からインク受け３２内に漏れ出たインクは、チューブ３３を通って廃インク吸収体５０に送られる。なお、温度や圧力が定常状態に戻ると、漏れ出たインク量に相当する量の空気が空気取り入れ孔４からインクタンク１内に取り込まれる。
【００４９】なお、第２実施形態において、インク受け３２及びチューブ３３内に多孔質体を設け、インクの吸収や、廃インク吸収体５０へのインクの導出を促進しても良い。多孔質体としては、例えばスポンジや不織布等が挙げられる。
【００５０】（第３実施形態）図９は、本発明の第３実施形態であるインク吐出装置１００Ｂの全体構成を示す正面図である。第３実施形態において、第１実施形態と同一部分には同一符号を付している。また、第１実施形態と異なる部分であって第１実施形態のものに相当する部分は、第１実施形態の符号にＢを付した符号を用いている。
【００５１】第３実施形態では、第２実施形態と同様に、空気取り入れ孔４からのインク漏れ対策を施したものである。図９の第３実施形態のインク供給装置１５０Ｂにおいて、インク供給部３内の空気取り入れ孔４に連通している内壁には、逆止弁１１が設けられている。逆止弁１１は、空気取り入れ孔４を開放及び閉塞可能なように構成されている。逆止弁１１は、例えばゴム弾性体等の軟質材料からなり、ほぼ板状に形成されている。そして、例えば温度上昇や圧力低下等によってインクタンク１内の空気が膨張すると、逆止弁１１は、その力によって空気取り入れ孔４に密着し、空気取り入れ孔４を閉塞する。これにより、空気取り入れ孔４からのインクの漏れ出しが防止される。
【００５２】（第４実施形態）図１０は、本発明の第４実施形態であるインク吐出装置１００Ｃの全体構成を示す正面図である。第４実施形態において、第１実施形態と同一部分には同一符号を付している。また、第１実施形態と異なる部分であって第１実施形態のものに相当する部分は、第１実施形態の符号にＣを付した符号を用いている。
【００５３】第４実施形態のインク供給装置１５０Ｃでは、第１実施形態のようにインク供給部３の側面に空気取り入れ孔４は設けられていない。また、インクタンク１内に、外部とインクタンク１内との空気導入経路となる空気取り入れ管１４が設けられている。空気取り入れ管１４は、インクタンク１の天面に開口部を有し、インクタンク１の内部に鉛直下方に延在するように取り付けられている。そして、空気取り入れ管１４の最下部は、インク供給部３内に入り込んでいる。この空気取り入れ管１４の最下部が空気取り入れ孔４を構成している。
【００５４】さらに、空気取り入れ管１４のほぼ中央部は、内径が他の部分より大きく形成されており、この内部に逆止弁１２及びバネ１３が配置されている。バネ１３は、上記内部の下面部に固定されている。また、バネ１３の上端には逆止弁１２が取り付けられている。逆止弁１２は、例えばゴム弾性体のような軟質材料からなり、ほぼ球状に形成されている。バネ１３により、逆止弁１２は図中、上側に付勢されており、空気取り入れ管１４内のほぼ中央部の位置にて空気取り入れ管１４内の上側と下側との空気導入経路を閉塞している。
【００５５】インクタンク１内の圧力が低下すると、逆止弁１２は、バネ１３の付勢力に抗して下方に移動され、それまで閉塞していた空気取り入れ管１４内の空気導入経路を開放する。これにより、大気が空気取り入れ孔４からインクタンク１内に取り込まれる。そして、空気が内部に取り込まれることで、空気取り入れ管１４内の圧力が、逆止弁１２が移動する前の圧力に戻ると、逆止弁１２は、再度、バネ１３の付勢力により上方に移動され、空気取り入れ管１４内の空気導入経路を閉塞する。
【００５６】なお、定常状態では、逆止弁１２により空気取り入れ管１４内の空気導入経路が閉塞されているので、インク吐出装置１００Ｃの傾斜時や、温度上昇又は圧力低下によってインクタンク１内の空気が膨張しても、インクが空気取り入れ管１４から外部に漏れ出ることはない。
【００５７】（第５実施形態）図１１は、本発明の第５実施形態であるインク吐出装置１００Ｄの全体構成を示す正面図である。第５実施形態において、第１実施形態と同一部分には同一符号を付している。また、第１実施形態と異なる部分であって第１実施形態のものに相当する部分は、第１実施形態の符号にＤを付した符号を用いている。
【００５８】第５実施形態のインク供給装置１５０Ｄでは、インクタンク１の内部において、インクタンク１の天壁の下側に、この天壁と所定間隔を隔ててゴムシート１６及び隔壁１５が天壁とほぼ平行に設けられている。ここで、ゴムシート１６は、ゴム弾性体からなるものであるが、隔壁１５は、インクタンク１の材質と同様に硬質材料からなるものである。
【００５９】また、インクタンク１の天壁には、外部からの空気を取り入れるための空気孔１８が形成されている。さらにまた、インクタンク１の天壁の内部側の中央部には、内方向に突出する先端がほぼ球状の突起部１７が設けられている。そして、ゴムシート１６の中央部には、孔１９が設けられており、ゴムシート１６の弾性力によって孔１９が突起部１７に押し付けられており、孔１９が閉塞されるように構成されている。このゴムシート１６の孔１９と突起部１７とにより弁が構成されている。
【００６０】また、隔壁１５の下面側には、空気取り入れ管１４が取り付けられている。空気取り入れ管１４は、インクタンク１内おいて鉛直下方に延在するように設けられており、その最上部は隔壁１５上の空間と連通しており、その最下部はインク供給部３内に入り込んでいる。この最下部は、空気取り入れ孔４を構成している。
【００６１】インクタンク１内の圧力が低下すると、空気取り入れ管１４内、及びゴムシート１６と隔壁１５とで挟まれる空間内の圧力が低下する。これにより、ゴムシート１６は、下側に凸となるようにたわむ。そして、ゴムシート１６の孔１９と突起部１７とが離れ、孔１９より空気が取り込まれる。これにより、空気取り入れ管１４を通してインクタンク１内に空気が取り込まれる。そして、インクタンク１内の圧力が上昇し、定常状態に戻ると、再度ゴムシート１６が突起部１７に密着し、孔１９が突起部１７によって閉塞される。
【００６２】以上の動作により、空気取り入れ孔４からゴムシート１６までの空間は、大気圧より低いある一定の圧力に保たれる。また、温度上昇や圧力の低下により、インクタンク１内の空気が膨張すると、ゴムシート１６が突起部１７に密着し、孔１９は突起部１７によって閉塞した状態が維持されるので、空気取り入れ管１４、孔１９を介して空気孔１８からインクが外部に漏れ出ることはない。
【００６３】以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、例えば以下のような種々の変形が可能である。
（１）本実施形態では、ヘッド２０は、インク加圧室２６内で発熱抵抗体２３によってインクを加熱して吐出させるサーマル方式のものを挙げたが、これに限らず、静電吐出方式やピエゾ方式に適用することも可能である。静電吐出方式は、エネルギー発生手段として、振動板と、この振動板の下側に、空気層を介した２つの電極を設けたものである。そして、両電極間に電圧を印加し、振動板を下側にたわませ、その後、電圧を０Ｖにして静電気力を開放する。このとき、振動板が元の状態に戻るときの弾性力を利用してインクを吐出するものである。
【００６４】また、ピエゾ方式は、エネルギー発生手段として、両面に電極を有するピエゾ素子と振動板との積層体を設けたものである。そして、ピエゾ素子の両面の電極に電圧を印加すると、圧電効果により振動板に曲げモーメントが発生し、振動板がたわみ、変形する。この変形を利用してインクを吐出するものである。
【００６５】（２）本実施形態では、インクの有無を検知するための手段としてインク検知電極２を設けた例を挙げたが、本実施形態のように電極を使用した電気的手段に限らず、光学的手段を用いたものや、演算手段を用いたものでも良い。光学的手段としては、例えば受発光素子からなる光学センサを設け、インクタンク１内に光を照射して、光学センサの受光状態によりインクの有無を検出する手段が挙げられる。また、演算手段としては、インクの吐出回数をカウントするとともに、１回当たりのインクの吐出量（平均体積）にカウント値を乗じてインクの使用量を算出し、この値をインクタンク１内の満タン時のインク量から減じることで、インク残量を算出する手段が挙げられる。
【００６６】（３）本実施形態では、空気取り入れ孔４は１つとしたが、これに限らず、複数設けても良い。空気取り入れ孔４を複数設けた場合には、空気が取り込まれる際、空気がより流れやすくなる。
【００６７】（４）本実施形態では、インクジェットプリンタ等に用いられるインク供給装置１５０等及びインク吐出装置１００等を例に挙げたが、インクジェットプリンタ等に限ることなく、種々の液体供給装置や液体吐出装置に適用することができる。例えば、生体試料を検出するためのＤＮＡ含有溶液を吐出するための装置に適用することも可能である。
【００６８】
【発明の効果】請求項１の発明によれば、従来の液体供給装置と比べて、液体収容部内の容積を有効に使用することができ、液体収容部内の液体収容量を多くすることができる。また、従来の多孔質体を設けた液体供給装置と比べて、発生流量に対する圧力損失を低減することができ、大流量のものにも対応することができる。さらにまた、多孔質体やバネ袋等の内部圧力を大気圧より低く維持するための力（液体が漏れ出ることを防止するための力）を発生させる複雑な構造を持つ必要がないので、コストの低減を図ることができる。
【００６９】さらには、液体の出口や所定の充填孔から液体を流し込むだけで液体収容部内に液体を充填又は補充することができる。したがって、従来の液体供給装置のように、内部の多孔質体に均等に液体を浸み込ませること等の作業が不要となるので、液体の充填又は補充を簡便に行うことができる。

【出願人】	【識別番号】０００００２１８５【氏名又は名称】ソニー株式会社【住所又は居所】東京都品川区北品川６丁目７番３５号
【出願日】	平成１４年５月１３日（２００２．５．１３）
【代理人】	【識別番号】１００１１３２２８【弁理士】【氏名又は名称】中村正
【公開番号】	特開２００３－３２６７３８（Ｐ２００３－３２６７３８Ａ）
【公開日】	平成１５年１１月１９日（２００３．１１．１９）
【出願番号】	特願２００２－１３６４９０（Ｐ２００２－１３６４９０）