(57)【要約】【課題】液体の経路に対する外乱による画像品質の劣化を低減し、かつ、レイアウトの制約およびコスト増加を抑制することができる液体吐出装置、画像形成装置および造形装置を提供する。【解決手段】液体を貯留する貯留タンクと、液体を吐出する吐出ヘッドと、貯留タンクから吐出ヘッドへ液体を送液する第１送液部と、を有する液体吐出装置であって、吐出ヘッドの上流側に配置され、第１送液部により送液された液体を大気開放の状態で貯留する供給タンクと、第１送液部から供給タンクへ液体を送液する液体経路から、その液体の一部を分岐させる分岐経路と、吐出ヘッドの下流側に配置され、吐出ヘッドに流れる液体の流量を制御する流量制御機構と、を備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を貯留する貯留タンクと、前記液体を吐出する吐出ヘッドと、前記貯留タンクから前記吐出ヘッドへ液体を送液する第１送液部と、を有する液体吐出装置であって、
前記吐出ヘッドの上流側に配置され、前記第１送液部により送液された液体を大気開放の状態で貯留する供給タンクと、
前記第１送液部から前記供給タンクへ液体を送液する液体経路から、該液体の一部を分岐させる分岐経路と、
前記吐出ヘッドの下流側に配置され、該吐出ヘッドに流れる液体の流量を制御する流量制御機構と、
を備えた液体吐出装置。
【請求項２】
前記吐出ヘッドは、前記供給タンクよりも上方側に配置された請求項１に記載の液体吐出装置。
【請求項３】
前記分岐経路は、前記流量制御機構の下流側の液体経路に連通している請求項１または２に記載の液体吐出装置。
【請求項４】
前記分岐経路は、前記貯留タンクに連通している請求項１または２に記載の液体吐出装置。
【請求項５】
前記分岐経路は、前記貯留タンクに連通し、
前記分岐経路上に配置され、該分岐経路に流入した液体を貯留する回収タンクと、
前記回収タンク内の液体の量を検知する第１検知部と、
前記第１検知部により前記回収タンク内の液体の量が所定量を超えた場合に、該回収タンク内の液体を前記貯留タンクへ送液する第２送液部と、
をさらに備えた請求項１または２に記載の液体吐出装置。
【請求項６】
前記流量制御機構は、外部からの指令を受けることなく、前記吐出ヘッドに流れる液体の流量を一定に制御する請求項１〜５のいずれか一項に記載の液体吐出装置。
【請求項７】
前記流量制御機構は、
流量制御弁と、
前記吐出ヘッドに流れる液体の流量を検知する第２検知部と、
前記第２検知部により検知された流量に基づいて、前記流量制御弁の開度を制御する制御機構と、
を有する請求項１〜５のいずれか一項に記載の液体吐出装置。
【請求項８】
前記供給タンクは、可撓性部材により形成された請求項１〜７のいずれか一項に記載の液体吐出装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の液体吐出装置を備えた画像形成装置。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の液体吐出装置を備えた造形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体吐出装置、画像形成装置および造形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、印刷業界では少部数の印刷の需要が高まっている。オフセット印刷では、版を作成する必要がある。そのため、少部数の印刷の際には、版を作成するコスト、および版の作成のためにかかる時間が増大するという課題がある。それに対して、インクの吐出により作像を行う画像形成装置であるインクジェットプリンタによる印刷では、コストおよび時間の両側面で有利である。
【０００３】
しかし、インクジェットプリンタでは、インクの粘度が増加すると吐出ヘッドの先端でインク詰まりを起こし、インクの吐出を行うことができず、画質不良が発生するという課題がある。そのため、インクを絶えず循環させ続けることでインクの粘度の増加を防止し、画質不良の発生を抑制する技術が知られている。また、インクジェットプリンタでは、吐出ヘッドにおけるインクの圧力にばらつきが生じると、インクの吐出量もばらつき、画像品質が劣化するという課題がある。そのため、吐出ヘッドに負圧を作成して適正な範囲内に収める技術が知られている。このような課題は、画像形成装置に限られず、立体画像を造形する３Ｄプリンタ等の造形装置でも起こり得る。
【０００４】
上述のようなインクを循環させて吐出不良を抑制するインクジェットプリンタとして、吐出ヘッドと、吐出ヘッドにインクを送る第１の経路と、吐出ヘッドからインクが送り出されるの第２の経路と、第１の経路に設けられたポンプと、第２の経路に設けられたポンプと、第１の経路に設けられた第１の液体室と、第２の経路に設けられた第２の液体室と、各液体室の圧力を検知する圧力センサと、吐出ヘッドを経由せずに第１の液体室の内部の液体を循環させる経路と、を有するプリンタが知られている（例えば特許文献１）。
【０００５】
また、上述のような吐出ヘッドにおけるインクの圧力のばらつきを抑制するインクジェットプリンタとして、吐出ヘッドと、インクを貯留する液体タンクと、吐出ヘッドにインクを送る第１の経路と、液体タンクに連通する第２の経路と、第１の経路と第２の経路とを連通させる圧力調整手段と、圧力調整手段をバイパスして第１の経路と、第２の経路または液体タンクとを連通させる第３の経路と、を有するプリンタが知られている（例えば特許文献２）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述のような従来のプリンタでは、経路全体を循環するインクの流量を制御しているが、経路の途中で外部から力が加わり、経路を構成するチューブの形状等が変化する外乱が発生すると、経路全体のインクの流れが変化してしまう。その結果、吐出ヘッド先端の圧力、および吐出ヘッドに送られるインクの流量が変動し、インクの吐出量がばらついて画像品質の劣化を生じるという点で改善の余地がある。
【０００７】
また、上述のような従来のプリンタでは、経路の圧力センサ等を設け、当該圧力センサの出力を基に、プログラムによりポンプの動作を制御し、インクの流量を制御している。しかしながら、圧力センサ等を設けることによりレイアウトの制約を受け、かつ、圧力センサおよびプログラムの開発によるコストの増加を招くという点で改善の余地がある。
【０００８】
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであって、液体の経路に対する外乱による画像品質や造形品質の劣化を低減し、かつ、レイアウトの制約およびコスト増加を抑制することができる液体吐出装置、画像形成装置および造形装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、液体を貯留する貯留タンクと、前記液体を吐出する吐出ヘッドと、前記貯留タンクから前記吐出ヘッドへ液体を送液する第１送液部と、を有する液体吐出装置であって、前記吐出ヘッドの上流側に配置され、前記第１送液部により送液された液体を大気開放の状態で貯留する供給タンクと、前記第１送液部から前記供給タンクへ液体を送液する液体経路から、該液体の一部を分岐させる分岐経路と、前記吐出ヘッドの下流側に配置され、該吐出ヘッドに流れる液体の流量を制御する流量制御機構と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、液体の経路に対する外乱による画像品質や造形品質の劣化を低減し、かつ、レイアウトの制約およびコスト増加を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、実施形態に係る液体吐出装置を備えた画像形成装置の全体構成の一例を示す図である。
【図２】図２は、実施形態に係る画像形成装置のヘッドユニットの概略構成の一例を示す平面図である。
【図３】図３は、従来の液体吐出装置のインクの循環経路の構成の一例を示す図である。
【図４】図４は、実施形態に係る液体吐出装置のインクの循環経路の構成の一例を示す図である。
【図５】図５は、実施形態に係る液体吐出装置において負圧を作成する構成を説明するための図である。
【図６】図６は、実施形態に係る画像形成装置のヘッドユニットの制御系のハードウェア構成の一例を示す図である。
【図７】図７は、実施形態に係る液体吐出装置における流量制御装置の構造の一例を示す図である。
【図８】図８は、実施形態に係る液体吐出装置の吐出ヘッドの圧力の応答特性を示す図である。
【図９】図９は、変形例１に係る液体吐出装置のインクの循環経路の構成の一例を示す図である。
【図１０】図１０は、変形例２に係る液体吐出装置のインクの循環経路の構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、図面を参照しながら、本発明に係る液体吐出装置、画像形成装置および造形装置の実施形態を詳細に説明する。また、以下の実施形態によって本発明が限定されるものではなく、以下の実施形態における構成要素には、当業者が容易に想到できるもの、実質的に同一のもの、およびいわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、以下の実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換、変更および組み合わせを行うことができる。
【００１３】
また、以下の実施形態における、画像形成、記録、印字、印刷、造形等は、液体吐出装置による液体の吐出に基づくという観点において、いずれも同義語であるものとする。
【００１４】
（画像形成装置の全体構成）
図１は、実施形態に係る液体吐出装置を備えた画像形成装置の全体構成の一例を示す図である。図２は、実施形態に係る画像形成装置のヘッドユニットの概略構成の一例を示す平面図である。図１および図２を参照しながら、本実施形態に係る画像形成装置１の全体構成について説明する。
【００１５】
図１に示すように、本実施形態に係る画像形成装置１は、搬入ユニット１１と、案内搬送ユニット１３と、印刷ユニット１５と、乾燥ユニット１７と、排出ユニット１９と、を備えている。
【００１６】
搬入ユニット１１は、ロール紙等である記録媒体１１０を搬入し、案内搬送ユニット１３へ搬送するユニットである。記録媒体１１０は、元巻きローラ１１１の回転により送り出され、搬入ユニット１１、案内搬送ユニット１３、印刷ユニット１５、乾燥ユニット１７および排出ユニット１９の各ローラによって案内および搬送されて、後述する排出ユニット１９の巻取りローラ１９０によって巻き取られる。
【００１７】
なお、記録媒体１１０としては紙に限定されるものではなく、液体が少なくとも一時的に付着可能なものであって、付着して固着するもの、付着して浸透するもの等であってもよい。具体例としては、用紙、記録紙、記録用紙、フィルム、布等の記録媒体、電子基板、圧電素子等の電子部品、粉体層（粉末層）、臓器モデル、検査用セル等の媒体であり、特に限定しない限り、液体が付着するすべてのものが含まれる。
【００１８】
上述の液体が付着可能なものの材質は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等、液体が一時的でも付着可能であればよい。
【００１９】
また、液体は、吐出ヘッドから吐出可能な粘度および表面張力を有するものであればよく、特に限定されないが、常温、常圧下において、または、加熱または冷却により粘度が３０［ｍＰａ・ｓｅｃ］以下となるものであることが好ましい。より具体的には、水または有機溶媒等の溶媒、染料または顔料等の着色剤、重合性化合物、樹脂、界面活性剤等の機能性付与材料、ＤＮＡ、アミノ酸またはたんぱく質、カルシウム等の生体適合材料、天然色素等の可食材料、等を含む溶液、懸濁液、エマルジョン等であり、これらは例えば、インクジェット用インク、表面処理液、電子素子または発光素子の構成要素または電子回路レジストパターンの形成用液、３次元造形用材料液等の用途で用いることができる。
【００２０】
案内搬送ユニット１３は、搬入ユニット１１により搬送された記録媒体１１０を、印刷ユニット１５へ案内搬送するユニットである。
【００２１】
印刷ユニット１５は、ラインヘッド方式の吐出ヘッドにより記録媒体１１０に対して印刷処理（画像形成）を行うユニットである。印刷ユニット１５は、ヘッドユニット１５０と、ヘッドユニット１５５と、搬送ガイド部材１５９と、を含む。
【００２２】
ヘッドユニット１５０は、記録媒体１１０に対して４色のインク（液体の一例）を吐出することによってフルカラーの画像を印刷するユニットである。ヘッドユニット１５０において、記録媒体１１０の搬送方向の上流側から、Ｋ（ブラック）のインクを吐出するヘッドアレイ１５１Ｋ、Ｃ（シアン）のインクを吐出するヘッドアレイ１５１Ｃ、Ｍ（マゼンタ）のインクを吐出するヘッドアレイ１５１Ｍ、Ｙ（イエロー）のインクを吐出するヘッドアレイ１５１Ｙの順に配置されている。なお、ヘッドアレイ１５１Ｃ、１５１Ｍ、１５１Ｙ、１５１Ｋについて、任意のヘッドアレイを示す場合、または総称する場合、単にヘッドアレイ１５１と称するものとする。また、各ヘッドアレイ１５１が吐出するインクの色の種類および数は上述のものに限られるものではない。
【００２３】
また、ヘッドユニット１５０は、例えば、図２に示すように、ベース部材１５２上に各ヘッドアレイ１５１について吐出ヘッド２００が千鳥状に並べて配置されて構成されている。なお、吐出ヘッド２００の配置については、ヘッドユニット１５０がラインヘッド方式で印刷可能であれば、千鳥状の配置に限定されるものではない。
【００２４】
ヘッドユニット１５５は、ヘッドユニット１５０によりフルカラー画像が印刷された記録媒体１１０に対して処理液を吐出して後処理を行うユニットである。例えば、ヘッドユニット１５５は、後処理として、記録媒体１１０におけるフルカラー画像の印刷面に対して、処理液としてプロテクタコート液を塗布することによって、当該印刷面を保護するものとしてもよい。
【００２５】
搬送ガイド部材１５９は、ヘッドユニット１５０による印刷処理、およびヘッドユニット１５５による後処理が行われるように、記録媒体１１０を、ヘッドユニット１５０およびヘッドユニット１５５にそれぞれ対向するように搬送するためのガイド部材である。
【００２６】
そして、印刷ユニット１５は、印刷した記録媒体１１０を、乾燥ユニット１７へ搬送する。
【００２７】
乾燥ユニット１７は、画像が印刷された記録媒体１１０上のインクの水分を乾燥させて、インクを用紙に定着させるユニットである。また、乾燥ユニット１７は、記録媒体１１０を乾燥した後、排出ユニット１９へ搬送する。
【００２８】
排出ユニット１９は、乾燥ユニット１７から搬送されてきた印刷済みの記録媒体１１０を巻取りローラ１９０により巻き取るユニットである。
【００２９】
なお、図１に示す画像形成装置１のユニット構成は一例であり、その他のユニット構成であってもよい。例えば、乾燥ユニット１７の後工程として、乾燥した後に高温になった記録媒体１１０を冷却して温度を下げる冷却ユニットを配置するものとしてもよい。
【００３０】
また、印刷ユニット１５は、ラインヘッド方式（ワンパス方式）の吐出ヘッドにより印刷処理を行うものとしたが、これに限定されるものではなく、記録媒体１１０に対して主走査方向にスキャンしながら印刷処理を行うスキャン方式の吐出ヘッドであってもよい。
【００３１】
（従来の液体吐出装置の構成）
図３は、従来の液体吐出装置のインクの循環経路の構成の一例を示す図である。図３を参照しながら、従来の液体吐出装置のインクの循環経路の構成について説明する。
【００３２】
図３に示すように、従来の液体吐出装置１０００は、吐出ヘッドから吐出させるためのインクを絶えず循環させ続けることによって、インクの粘度の増加を防ぐ循環経路を有する。具体的には、液体吐出装置１０００は、メインタンク１２１１と、供給送液ポンプ１２１２と、バッファタンク１２１３と、第１送液ポンプ１２１４と、第１マニホールドタンク１２１５と、吐出ヘッド１２００と、第２マニホールドタンク１２１６と、第２送液ポンプ１２１７と、を備えている。
【００３３】
メインタンク１２１１は、吐出ヘッド１２００から吐出するためのインクである液体１３００を貯留するタンクである。供給送液ポンプ１２１２は、メインタンク１２１１とバッファタンク１２１３とを接続するチューブで構成された液体経路１２２１上に配置されている。供給送液ポンプ１２１２は、液面センサ１２１３ａで検知されたバッファタンク１２１３のインク量の減少に基づいて、メインタンク１２１１からバッファタンク１２１３へインクを補充供給するポンプである。
【００３４】
バッファタンク１２１３は、第１送液ポンプ１２１４が第１マニホールドタンク１２１５へインクを供給するために貯留するタンクである。
【００３５】
第１送液ポンプ１２１４は、バッファタンク１２１３と第１マニホールドタンク１２１５とを接続するチューブで構成された液体経路１２２２上に配置されている。第１送液ポンプ１２１４は、吐出ヘッド１２００に対して上流側の第１マニホールドタンク１２１５に設置された第１圧力センサ１２１５ａで検知された圧力に基づいて、バッファタンク１２１３から第１マニホールドタンク１２１５へインクを送液するポンプである。第１送液ポンプ１２１４は、図示しない制御回路からの指令に基づいて駆動し、当該制御回路は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）により実行されるプログラムに従って動作する。
【００３６】
第１マニホールドタンク１２１５は、吐出ヘッド１２００におけるインクの吐出動作（印刷動作や造形動作）時において、当該吐出ヘッド１２００へ供給するインクが不足しないように、インクを貯留するためのタンクである。
【００３７】
吐出ヘッド１２００は、例えば圧電素子を備えており、図示しない制御回路から当該圧電素子へ駆動信号が印加されることにより収縮動作を起こし、当該収縮動作による圧力変化によってインクを吐出して、記録媒体に画像を印刷する。吐出ヘッド１２００から吐出されるインクは、第１マニホールドタンク１２１５から供給され、吐出されなかったインクは第２マニホールドタンク１２１６へ流れることにより、インクが循環して吐出ヘッド１２００へ絶えず供給される。なお、説明を簡単にするために、第１マニホールドタンク１２１５と１つの吐出ヘッド１２００とが、チューブで構成された液体経路１２２３で接続されている、としているが、吐出ヘッド１２００が複数ある場合は、液体経路１２２３には、複数の吐出ヘッド１２００へそれぞれインクを供給するためのマニホールドが配置される。
【００３８】
第２マニホールドタンク１２１６は、吐出ヘッド１２００におけるインクの吐出動作（印刷動作や造形動作）時において、循環経路内のインク量が不足しないように、インクを貯留するためのタンクである。なお、説明を簡単にするために、１つの吐出ヘッド１２００と第２マニホールドタンク１２１６とが、チューブで構成された液体経路１２２４によって接続されている、としているが、吐出ヘッド１２００が複数ある場合は、液体経路１２２４には、複数の吐出ヘッド１２００からそれぞれ排出されたインクを集約するためのマニホールドが配置される。
【００３９】
第２送液ポンプ１２１７は、第２マニホールドタンク１２１６とバッファタンク１２１３とを接続するチューブで構成された液体経路１２２５上に配置されている。第２送液ポンプ１２１７は、吐出ヘッド１２００に対して下流側の第２マニホールドタンク１２１６に設置された第２圧力センサ１２１６ａで検知された圧力に基づいて、第２マニホールドタンク１２１６からバッファタンク１２１３へインクを送液するポンプである。第２送液ポンプ１２１７は、図示しない制御回路からの指令に基づいて駆動し、当該制御回路は、ＣＰＵにより実行されるプログラムに従って動作する。
【００４０】
次に、上述のような従来の液体吐出装置１０００におけるインクの循環動作について説明する。メインタンク１２１１に貯留された液体１３００（インク）は、バッファタンク１２１３内のインクの液面を検知する液面センサ１２１３ａの検知結果に基づいて、供給送液ポンプ１２１２によってバッファタンク１２１３へ送液される。また、第１送液ポンプ１２１４による送液によって第１マニホールドタンク１２１５のインクが加圧され、第２送液ポンプ１２１７による送液によって第２マニホールドタンク１２１６のインクが減圧されることによって、第１マニホールドタンク１２１５と第２送液ポンプ１２１７との間に圧力差が与えられる。この圧力差によって、インクは、第１マニホールドタンク１２１５から、吐出ヘッド１２００、第２マニホールドタンク１２１６を経て、バッファタンク１２１３へ戻る循環経路を絶えず循環することになる。このような循環経路の最終的な目的は、吐出ヘッド１２００先端のインクの圧力を一定に保つことである。そのために、液体吐出装置１０００は、第１マニホールドタンク１２１５内のインクの圧力（第１圧力センサ１２１５ａで検知される圧力）と、第２マニホールドタンク１２１６内のインクの圧力（第２圧力センサ１２１６ａで検知される圧力）とを一定にするために、以下のように動作する。
【００４１】
第１マニホールドタンク１２１５は、第１圧力センサ１２１５ａにより検知された内部に貯留するインクの圧力を基に、第１送液ポンプ１２１４によって目標圧力に加圧されている。第１送液ポンプ１２１４は、第１圧力センサ１２１５ａにより検知された圧力が設定閾値より低くなったときに、バッファタンク１２１３から第１マニホールドタンク１２１５へ送液する。
【００４２】
第２マニホールドタンク１２１６は、第２圧力センサ１２１６ａにより検知された内部に貯留するインクの圧力を基に、第２送液ポンプ１２１７によって目標圧力に減圧されている。第２送液ポンプ１２１７は、第２圧力センサ１２１６ａにより検知された圧力が設定閾値より高くなったときに、第２マニホールドタンク１２１６からバッファタンク１２１３に送液する。
【００４３】
上述の圧力差によって、インクが第１マニホールドタンク１２１５から、吐出ヘッド１２００を介して、第２マニホールドタンク１２１６へ流れると、第１マニホールドタンク１２１５内のインクの圧力が低下する。第１送液ポンプ１２１４は、第１圧力センサ１２１５ａにより検知された第１マニホールドタンク１２１５内のインクの圧力が低下すると、バッファタンク１２１３からインクを第１マニホールドタンク１２１５へ補充することによって加圧する。
【００４４】
また、同様に、圧力差によって、インクが第１マニホールドタンク１２１５から、吐出ヘッド１２００を介して、第２マニホールドタンク１２１６へ流れると、第２マニホールドタンク１２１６の圧力が上昇する（負圧が弱まる）。第２送液ポンプ１２１７は、第２圧力センサ１２１６ａにより検知された第２マニホールドタンク１２１６のインクの圧力が上昇すると、インクをバッファタンク１２１３へ排出して減圧する。
【００４５】
ここで、吐出ヘッド１２００からのインクの吐出等で消費されていない場合、バッファタンク１２１３内のインク量は、大きく変化しない。これに対して、吐出ヘッド１２００によるインクの吐出等で消費されている場合、バッファタンク１２１３内のインク量が減少するので、供給送液ポンプ１２１２は、液面センサ等で検知されたインク量の減少に基づいて、メインタンク１２１１からバッファタンク１２１３へインクを補充供給する。
【００４６】
このように、第１マニホールドタンク１２１５の圧力および第２マニホールドタンク１２１６の圧力が一意に定まれば、吐出ヘッド１２００の液体経路の抵抗（流路抵抗）の値により、吐出ヘッド１２００に流れるインクの流量、および吐出ヘッド１２００先端の圧力も一意に定まる。このようにして、吐出ヘッド１２００における印刷に必要なインクの流量を確保しながら、吐出ヘッド１２００先端の負圧を保つことによって、印刷品質や造形品質を一定に保っている。
【００４７】
以上のように、従来の液体吐出装置１０００の構成では、経路全体に流れるインクの流量を一定に保つように制御を行っている。しかし、外部から力が加わることにより経路を構成するチューブの形状が変化し、流路抵抗が変化する等の外乱が発生してインクの流量に変化が発生すると、その影響により吐出ヘッド１２００先端のインクの圧力が変化してしまう。この変化が十分に小さければ印刷品質や造形品質に対する影響は少ないが、変化が大きい場合、吐出ヘッド１２００先端のインクの状態が変化し、吐出ヘッド１２００から吐出されるインクの量も変化することになり、印刷品質や造形品質のばらつきが発生することが懸念される。また、インクの圧力の変化がさらに大きい場合、インク漏れまたは気泡の混入等が発生し、インクの吐出そのものができなくなる可能性もある。
【００４８】
そこで、本実施形態では、上述のような従来の液体吐出装置１０００が有する課題に対応するため、液体吐出装置における経路全体ではなく、吐出ヘッド近傍のインクの流量を一定に保つ構成を備える。本実施形態に係る液体吐出装置は、吐出ヘッド近傍の液体経路以外の液体経路で発生した外乱の影響を抑えることを可能とし、吐出ヘッド近傍のインクの流量を一定にする機構を配置することによって、外乱による圧力の変動を素早く抑えることができる。
【００４９】
（本実施形態に係る液体吐出装置の構成）
図４は、実施形態に係る液体吐出装置のインクの循環経路の構成の一例を示す図である。図４を参照しながら、本実施形態に係る液体吐出装置１０のインクの循環経路の構成について説明する。液体吐出装置１０は、上述の図１に示した印刷ユニット１５内に配置されている。
【００５０】
図４に示すように、本実施形態に係る液体吐出装置１０は、吐出ヘッドから吐出させるためのインクを絶えず循環させ続けることによって、インクの粘度の増加を防ぐ循環経路を有する。具体的には、液体吐出装置１０は、メインタンク２１１（貯留タンクの一例）と、供給送液ポンプ２１２と、バッファタンク２１３（貯留タンクの一例）と、送液ポンプ２１４（第１送液部）と、第１マニホールドタンク２１５（供給タンク）と、吐出ヘッド２００と、第２マニホールドタンク２１６と、流量制御装置２１８（流量制御機構の一例）と、バイパス経路２２６（分岐経路の一例）と、を備えている。
【００５１】
メインタンク２１１は、吐出ヘッド２００から吐出するためのインクである液体３００を貯留するタンクである。供給送液ポンプ２１２は、メインタンク２１１とバッファタンク２１３とを接続するチューブで構成された液体経路２２１上に配置されている。供給送液ポンプ２１２は、液面センサ２１３ａで検知されたバッファタンク２１３のインク量の減少に基づいて、メインタンク２１１からバッファタンク２１３へインクを補充供給するポンプである。
【００５２】
バッファタンク２１３は、送液ポンプ２１４が第１マニホールドタンク２１５へインクを供給するために貯留するタンクである。
【００５３】
送液ポンプ２１４は、バッファタンク２１３と第１マニホールドタンク２１５とを接続するチューブで構成された液体経路２２２上に配置されている。送液ポンプ２１４は、バッファタンク２１３から第１マニホールドタンク２１５へインクを送液するポンプである。送液ポンプ２１４は、後述する制御回路である圧力系制御部５１３からの指令に基づいて駆動し、圧力系制御部５１３は、後述するＣＰＵ５０１により実行されるプログラムに従って動作する。
【００５４】
第１マニホールドタンク２１５は、吐出ヘッド２００におけるインクの吐出動作（印刷動作や造形動作）時において、当該吐出ヘッド２００へ供給するインクが不足しないように、インクを貯留するためのタンクである。
【００５５】
吐出ヘッド２００は、例えば圧電素子を備えており、後述するヘッド駆動制御部５１１から当該圧電素子へ駆動信号が印加されることにより収縮動作を起こし、当該収縮動作による圧力変化によってインクを吐出して、記録媒体に画像を印刷する。吐出ヘッド２００から吐出されるインクは、第１マニホールドタンク２１５から供給され、吐出されなかったインクは第２マニホールドタンク２１６へ流れることにより、インクが循環して吐出ヘッド２００へ絶えず供給される。なお、説明を簡単にするために、第１マニホールドタンク２１５と吐出ヘッド２００とが、チューブで構成された液体経路２２３で接続されている、としているが、吐出ヘッド２００が複数ある場合は、液体経路２２３には、複数の吐出ヘッド２００へインクをそれぞれ供給するためのマニホールドが配置される。
【００５６】
なお、吐出ヘッド２００では、圧電素子を利用してインクを吐出する圧電アクチュエータが構成されており、積層型圧電素子または薄膜型圧電素子のいずれを用いるものとしてもよい。また、圧電アクチュエータを用いることに限定されるものではなく、例えば、発熱抵抗体等の電気熱変換素子を用いたサーマルアクチュエータ、または、振動板と対向電極とからなる静電アクチュエータを用いるものとしてもよい。
【００５７】
第２マニホールドタンク２１６は、吐出ヘッド２００におけるインクの吐出動作（印刷動作や造形動作）時において、循環経路内のインク量が不足しないように、インクを貯留するためのタンクである。なお、説明を簡単にするために、１つの吐出ヘッド２００と第２マニホールドタンク２１６とが、チューブで構成された液体経路２２４によって接続されている、としているが、吐出ヘッド２００が複数ある場合は、液体経路２２４には、複数の吐出ヘッド２００からそれぞれ排出されたインクを集約するためのマニホールドが配置される。
【００５８】
流量制御装置２１８は、第２マニホールドタンク２１６とバッファタンク２１３とを接続するチューブで構成された液体経路２２５上に配置されている。流量制御装置２１８は、第２マニホールドタンク２１６から排出されるインクの量、すなわち、吐出ヘッド２００に流れるインクの量を一定に保つ装置である。なお、流量制御装置２１８の具体的な構造については、図７において後述する。
【００５９】
バイパス経路２２６は、液体経路２２２上の第１マニホールドタンク２１５の上流側と、液体経路２２５上の流量制御装置２１８の下流側とを接続し（連通させ）、第１マニホールドタンク２１５へ流れ込むインクの一部を、流量制御装置２１８の下流側へバイパス（分岐）させる液体経路である。
【００６０】
このような液体吐出装置１０の循環経路の最終的な目的は、上述の従来の液体吐出装置１０００と同様に、吐出ヘッド２００先端のインクの圧力を一定に保つことである。そのために、まず、液体吐出装置１０における吐出ヘッド２００に流れるインクの流量を一定にする構成について説明する。吐出ヘッド２００に流れるインクの流量を一定にするために、本実施形態に係る液体吐出装置１０は、上述の従来の液体吐出装置１０００の構成と相違する３つの構成を有する。
【００６１】
１つ目の相違点として、従来の液体吐出装置１０００では、インクを送液するポンプが２つ（第１送液ポンプ１２１４、第２送液ポンプ１２１７）であるが、液体吐出装置１０では、インクを送液するポンプは１つ（送液ポンプ２１４）となっている。２つ目の相違点として、液体吐出装置１０では、吐出ヘッド２００の上流側の液体経路と下流側の液体経路とを、吐出ヘッド２００を介さずに連通させるバイパス経路２２６が設けられている。具体的には、上述のように、バイパス経路２２６は、液体経路２２２上の第１マニホールドタンク２１５の上流側と、液体経路２２５上の流量制御装置２１８の下流側と連通させている。そして、３つ目の相違点として、液体吐出装置１０では、吐出ヘッド２００と、バイパス経路２２６と吐出ヘッド２００の下流側の液体経路との合流点との間に流量制御装置２１８が配置されている。具体的には、流量制御装置２１８は、第２マニホールドタンク２１６と、バイパス経路２２６の液体経路２２５への合流点との間に配置されている。本実施形態に係る液体吐出装置１０は、上述の３つの相違点を含む構成によって、吐出ヘッド２００に流れるインクの流量を一定にすることができる。このような液体吐出装置１０におけるインクの循環動作について説明する。
【００６２】
送液ポンプ２１４は、バッファタンク２１３から第１マニホールドタンク２１５へ向けてインクを送液する。ここで、送液ポンプ２１４から送液された流量Ｌのインクは、一部が流量ＬＨとして第１マニホールドタンク２１５へ流れ、残りの一部が流量ＬＢとしてバイパス経路２２６へ流れる。
【００６３】
このように、送液ポンプ２１４から送液された流量Ｌのインクのうち、一部が第１マニホールドタンク２１５へ向かい吐出ヘッド２００を流れる。この吐出ヘッド２００でのインクの流量が小さくなった場合、流量制御装置２１８によるインクの流量制御に従って、バイパス経路２２６へ流れるインクが、第１マニホールドタンク２１５側へ流れるように引っ張られることになる。これによって、送液ポンプ２１４の出力を変化させることなく、吐出ヘッド２００でのインクの流量を一定の流量に制御することができる。
【００６４】
一方、吐出ヘッド２００でのインクの流量が大きくなった場合、流量制御装置２１８によるインクの流量制御に従って、吐出ヘッド２００へ流れるインクのうち不要なインクが、バイパス経路２２６へ流れることになる。これによって、送液ポンプ２１４の出力を変化させることなく、吐出ヘッド２００でのインクの流量を一定の流量に制御することができる。
【００６５】
また、吐出ヘッド２００からのインクの吐出等で消費されていない場合、バッファタンク２１３内のインク量は、大きく変化しない。これに対して、吐出ヘッド２００によるインクの吐出等で消費されている場合、バッファタンク２１３内のインク量が減少するので、供給送液ポンプ２１２は、液面センサ２１３ａで検知されたバッファタンク２１３のインク量の減少に基づいて、メインタンク２１１からバッファタンク２１３へインクを補充供給する。
【００６６】
なお、液体吐出装置１０は、吐出されたインクによって文字、図形等の有意な画像が可視化されるものに限定されるものではない。例えば、それ自体意味を持たないパターン等を形成するもの、三次元像を造形するものも含まれる。
【００６７】
また、液体吐出装置１０としては、他にも、用紙の表面を改質する等の目的で用紙の表面に処理液を塗布するために処理液を用紙に吐出する処理液塗布装置、原材料を溶液中に分散した組成液をノズルを介して噴射させて原材料の微粒子を造粒する噴射造粒装置等がある。
【００６８】
次に、従来の液体吐出装置１０００に対する本実施形態に係る液体吐出装置１０の具体的な利点について説明する。循環経路において外部から応力が加わると、経路を構成するチューブの形状が変化する。すると、形状が変化した部分のインクの流量が変化し、この流量変化が吐出ヘッド先端の圧力の変動を引き起こす。このような圧力変動に対して、従来の液体吐出装置１０００は、当該圧力変動を第１圧力センサ１２１５ａおよび第２圧力センサ１２１６ａにより検知し、その後、第１送液ポンプ１２１４および第２送液ポンプ１２１７の出力を変化させるものとしている。これによって、圧力変動を抑えられ、吐出ヘッド１２００先端の圧力が一定になる。しかし、ポンプ（第１送液ポンプ１２１４、第２送液ポンプ１２１７）が吐出ヘッド１２００から遠ければ遠いほど、吐出ヘッド１２００に流れるインクの流量が変化するまでに要する時間は長くなり、それだけ圧力変動を抑えるまでに要する時間も長くなる。ここで、吐出ヘッド１２００先端の圧力変動を素早く抑えるための方法として、ポンプ（第１送液ポンプ１２１４または第２送液ポンプ１２１７）と吐出ヘッド１２００との経路の長さを短くすることが考えられる。しかし、ポンプの振動が吐出ヘッド１２００に伝わり、圧力変動の原因になることを考慮すると、ポンプと吐出ヘッド１２００との経路の長さを短くするのには限界がある。
【００６９】
これに対して、本実施形態に係る液体吐出装置１０では、吐出ヘッド２００でのインクの流量が小さくなった場合、流量制御装置２１８によるインクの流量制御に従って、バイパス経路２２６へ流れるインクが、第１マニホールドタンク２１５側へ流れるように引っ張られることになる。一方、吐出ヘッド２００でのインクの流量が大きくなった場合、流量制御装置２１８によるインクの流量制御に従って、吐出ヘッド２００へ流れるインクのうち不要なインクが、バイパス経路２２６へ流れることになる。これによって、本実施形態に係る液体吐出装置１０では、送液ポンプ２１４の出力を変化させることなく、吐出ヘッド２００でのインクの流量を一定の流量に制御することができる。また、本実施形態に係る液体吐出装置１０では、従来の液体吐出装置１０００では２つあったポンプを１つとした代わりに流量制御装置２１８を配置させているが、流量制御装置２１８はポンプに比べてサイズも小さい。これによって、液体吐出装置１０全体のサイズ、ひいては印刷ユニット１５全体のサイズを小さくすることができる。さらに、流量制御装置２１８はポンプと違って振動を発生させないため、吐出ヘッド２００との距離を短くすることができる。これによって、吐出ヘッド２００先端のインクの圧力変動に対して、素早く吐出ヘッド２００に流れるインクの流量を変化させて当該流量を一定にすることができる。
【００７０】
ここで、本実施形態に係る液体吐出装置１０において、上述のように、不要なインクをバイパス経路２２６へ流し、吐出ヘッド２００に流れるインクの流量を一定に保つためには、適切なバイパス経路２２６の流路抵抗の設計が必要になる。例えば、バイパス経路２２６の流路抵抗が、インクの流量の制御対象である吐出ヘッド２００へ向かう経路の流路抵抗よりもかなり小さい場合、送液ポンプ２１４から送液されるインクは、ほとんどバイパス経路２２６へ流れてしまうためである。以下、バイパス経路２２６の流路抵抗の適切な設計方法について具体的に説明する。
【００７１】
液体の流量系については、その振る舞いの類似性から、電気回路における電流の振る舞いと同等に考えることができる。その際、電圧は圧力、電流は流速、流路抵抗は電気抵抗に対応して考えることができる。ここで、上述のように、送液ポンプ２１４から送液されるインクの流量をＬ、吐出ヘッド２００へ向かうインクの流量をＬＨ、バイパス経路２２６へ流れるインクの流量をＬＢとする。さらに、バイパス経路２２６によりバイパスされる吐出ヘッド２００を含む経路の流路抵抗をＲＨ、バイパス経路２２６の流路抵抗をＲＢとする。このとき、電気回路におけるキルヒホッフの法則を適用すると、インクの流量の総和は一定であるため、以下の式（１）が成立する。
【００７２】
【数１】
2020078914.tif 000003
【００７３】
また、バイパス経路２２６に流れるインクの流量ＬＢと、吐出ヘッド２００を含む経路に流れるインクの流量ＬＨとの比は、流路抵抗から定まるため、以下の式（２）が成立する。
【００７４】
【数２】
2020078914.tif 000004
【００７５】
上述の式（１）および（２）から、バイパス経路２２６の流路抵抗ＲＢは、以下の式（３）により算出される。
【００７６】
【数３】
2020078914.tif 000005
【００７７】
すなわち、バイパス経路２２６の流路抵抗ＲＢは、送液ポンプ２１４から送液されるインクの流量Ｌ、吐出ヘッド２００を含む経路の流路抵抗ＲＨに加えて、吐出ヘッド２００へ流すインクの流量をＬＨの３つの値から一意に定まる。ここで、バイパス経路２２６に用いる素材として、直径６［ｍｍ］のチューブを仮定する。このチューブの流路抵抗Ｒは、チューブの長さをｌ［ｍｍ］、チューブの直径をｄ［ｍｍ］、流れるインクの粘度をμ［Ｐａ・ｓｅｃ］とすると、以下の式（４）で算出される。
【００７８】
【数４】
2020078914.tif 000006
【００７９】
定常状態において、送液ポンプ２１４から送液されるインクの流量のうち、１／３を吐出ヘッド２００、残りの２／３をバイパス経路２２６へ流そうとする場合、バイパス経路２２６の流路抵抗は、吐出ヘッド２００を含む経路の流路抵抗ＲＨの１／２にする必要がある。ここで、流れるインクの粘度μが８×１０−３［Ｐａ・ｓｅｃ］（８［ｍＰａ・ｓｅｃ］）であり、吐出ヘッド２００を含む経路の流路抵抗ＲＨが１６００［Ｐａ／ｓｅｃ・ｍｌ］である場合、目的の流路抵抗を有するバイパス経路２２６を実現するためには、直径６［ｍｍ］、長さ３．２［ｍ］のチューブが必要になる。
【００８０】
以上のような設計方法により導出した流路抵抗を有するバイパス経路２２６を用いることによって、液体経路の途中で外乱により変化したインクの流量成分を、バイパス経路２２６に流れるインクの流量で吸収することことができる。このため、吐出ヘッド２００に流れるインクの流量が変化しても素早く一定となるように制御することが可能となる。
【００８１】
次に、液体吐出装置１０における吐出ヘッド２００先端のインクの圧力を一定に構成について、図５を参照しながら説明する。図５は、実施形態に係る液体吐出装置において負圧を作成する構成を説明するための図である。
【００８２】
吐出ヘッド２００先端のインクの圧力は、吐出ヘッド２００に流れるインクの流量ＬＨと吐出ヘッド２００を含む経路の流路抵抗ＲＨとの積（ＬＨ×ＲＨ）、および、吐出ヘッド２００先端についての大気開放された場所からの水頭差の２つにより決定される。上述したように、吐出ヘッド２００に流れるインクの流量は一定になるように制御されている。また、吐出ヘッド２００を含む経路、特に、吐出ヘッド２００の上流側の第１マニホールドタンク２１５と吐出ヘッド２００との間の経路の流路抵抗は、経路形状により一意に定まる。そのため、吐出ヘッド２００に流れるインクの流量と、吐出ヘッド２００を含む経路の流路抵抗との積は一定である。したがって、吐出ヘッド２００先端のインクの圧力は、大気開放された場所からの水頭差により決定されることになる。
【００８３】
そこで、本実施形態に係る液体吐出装置１０では、図５に示すように、吐出ヘッド２００の上流側の第１マニホールドタンク２１５を大気開放し、吐出ヘッド２００をその第１マニホールドタンク２１５よりも上方側（重力が働く方向において高い側）に配置させることにより生じる水頭差により負圧を作成する。この負圧を作成するための液体吐出装置１０における構成を具体的に説明する。
【００８４】
図５に示すように、吐出ヘッド２００は、液体経路２２３によって第１マニホールドタンク２１５に接続されており、第１マニホールドタンク２１５よりも上方側の位置となるように配置されている。吐出ヘッド２００は、供給側液室２０１、ノズル板２０２および排出側液室２０３を有する。第１マニホールドタンク２１５から吐出ヘッド２００へ供給されたインクは、吐出ヘッド２００の供給側液室２０１から、ノズル板２０２に形成されたノズルへ送液される。ノズル板２０２には、複数のノズルからなるノズル列が、搬送方向に直交する方向に配置され、吐出方向が下方となるように形成されている当該ノズルから吐出されなかったインクは、排出側液室２０３へ向かい、図５では図示しない液体経路２２４を経由して第２マニホールドタンク２１６へ向かう。
【００８５】
第１マニホールドタンク２１５は、内部に貯留しているインクについて大気開放するために、大気開放口２１５ａが形成されている。この大気開放によって、第１マニホールドタンク２１５のインクの圧力は一定となる。そして、上述のように、吐出ヘッド２００は、第１マニホールドタンク２１５よりも上方側に配置されているので、吐出ヘッド２００のノズルから吐出されるインクの吐出表面と、第１マニホールドタンク２１５内のインクの表面との間に水頭差ｄが形成される。この水頭差ｄによって、吐出ヘッド２００先端のインクに負圧が作成される。
【００８６】
以上のように、吐出ヘッド２００の上流側の第１マニホールドタンク２１５を大気開放し、吐出ヘッド２００を第１マニホールドタンク２１５よりも上方側に配置させることによる水頭差により負圧を作成するものとしている。したがって、吐出ヘッド２００に流れるインクの流量、吐出ヘッド２００を含む経路の流路抵抗、および第１マニホールドタンク２１５のインクの圧力が一定となるので、吐出ヘッド２００先端のインクの圧力も一意に定まることになる。そして、吐出ヘッド２００に流れる流量、および吐出ヘッド２００を含む経路の流路抵抗による圧力を考慮して、吐出ヘッド２００に対する上流側の第１マニホールドタンク２１５の位置を決定することによって、吐出ヘッド２００先端のインクの負圧を所望の値に維持することが可能となる。
【００８７】
ここで、吐出ヘッド２００の上流側の第１マニホールドタンク２１５を大気開放することの重要性について、さらに詳しく説明する。
【００８８】
従来の液体吐出装置１０００では、バッファタンク１２１３を大気開放することによって、吐出ヘッド先端のインクの圧力を制御することが多い。これは、従来の液体吐出装置１０００は、経路全体の流量を一定にするように制御しているためである。しかし、本実施形態に係る液体吐出装置１０において、バッファタンク２１３を大気開放すると、吐出ヘッド２００先端のインクに対する圧力制御が適切に行えなくなる可能性がある。これは、液体吐出装置１０が吐出ヘッド２００に流れるインクの流量を一定にするために制御することにより、吐出ヘッド２００付近以外のバイパス経路２２６等での流量の変動が生じるためである。バイパス経路２２６に流れるインクの流量に変動が生じると、バイパス経路２２６の流路抵抗と流量との積で示される圧力も変動し、吐出ヘッド２００先端のインクの圧力を一定に保つことができなくなる。したがって、本実施形態に係る液体吐出装置１０では、インクの流量が一定に保たれている吐出ヘッド２００の付近、すなわち、上流側の第１マニホールドタンク２１５で大気開放する必要がある。
【００８９】
なお、第１マニホールドタンク２１５を大気開放するために大気開放口２１５ａを設けるものとしたが、これに限定されるものではない。例えば、第１マニホールドタンク２１５を可撓性部材により形成するものとしてもよい。第１マニホールドタンク２１５は、可撓性部材で形成されることにより、大気圧の変化に応じての容積が変化する。これによって、インクが大気に直接触れることによる気泡の混入の発生を抑制しつつ、第１マニホールドタンク２１５内のインクの圧力を大気圧にすることができる。すなわち、第１マニホールドタンク２１５を大気開放する構成は、必ずしも内部のインクを直接、大気に曝す構成に限られず、上述のように、内部のインクの圧力を実質的に大気圧と等しくする構成をも含むものとする。
【００９０】
（印刷ユニットのハードウェア構成）
図６は、実施形態に係る画像形成装置のヘッドユニットの制御系のハードウェア構成の一例を示す図である。図６を参照しながら、本実施形態に係る画像形成装置１の印刷ユニット１５のハードウェア構成について説明する。
【００９１】
図６に示すように、本実施形態に係る画像形成装置１の印刷ユニット１５は、制御部５００と、吐出ヘッド２００と、供給送液ポンプ２１２と、送液ポンプ２１４と、操作パネル５６０と、を備えている。
【００９２】
制御部５００は、印刷ユニット１５全体の動作を制御する装置である。制御部５００は、図６に示すように、ＣＰＵ５０１と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）５０２と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）５０３と、ＮＶＲＡＭ（Ｎｏｎ−Ｖｏｌａｔｉｌｅ  ＲＡＭ）５０４と、を備えている。さらに、制御部５００は、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）５０５と、ホストＩ／Ｆ５０６と、Ｉ／Ｏ５０７と、ヘッド駆動制御部５１１と、供給系制御部５１２と、圧力系制御部５１３と、を備えている。
【００９３】
ＣＰＵ５０１は、印刷ユニット１５全体の動作制御を司る演算装置である。ＲＯＭ５０２は、ＣＰＵ５０１が実行するプログラム、およびその他の固定データを保持している不揮発性メモリである。ＲＡＭ５０３は、ＣＰＵ５０１のワークエリア（作業領域）として機能する揮発性メモリである。ＮＶＲＡＭ５０４は、印刷ユニット１５の電源が遮断されている間もデータを保持している不揮発性メモリである。
【００９４】
ＡＳＩＣ５０５は、画像データもしくは印字データに対する各種信号処理、および並び替え等を行う画像処理、またはその他印刷ユニット１５全体を制御するための入出力信号を処理する集積回路である。
【００９５】
ホストＩ／Ｆ５０６は、ホスト５５０側との間でデータおよび信号の送受を行うインターフェースである。ホストＩ／Ｆ５０６は、例えば、ＴＣＰ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）／ＩＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）に準拠したネットワークインターフェースである。なお、ホストＩ／Ｆ５０６は、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）、または２線式のバス通信等のインターフェースであってもよい。ホストＩ／Ｆ５０６に接続されるホスト５５０としては、例えば、ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）等の情報処理装置、イメージスキャナ等の画像読取装置、デジタルカメラ等の撮像装置、または印刷ユニット１５に隣接配置された他のユニット等が挙げられる。
【００９６】
Ｉ／Ｏ５０７は、印刷ユニット１５内の配置された各種センサからの検出信号を入力するインターフェースである。
【００９７】
ヘッド駆動制御部５１１は、吐出ヘッド２００を駆動制御する制御回路である。ヘッド駆動制御部５１１は、画像データをシリアルデータとして吐出ヘッド２００内部の駆動回路へ転送する。このとき、ヘッド駆動制御部５１１は、画像データの転送および転送の確定等に必要な転送クロックおよびラッチ信号、ならびに、吐出ヘッド２００からインクを吐出する際に使用する駆動波形を生成し、吐出ヘッド２００内部の駆動回路へ出力する。吐出ヘッド２００内部の駆動回路は、入力した画像データに対応する駆動波形を選択的に、吐出ヘッド２００の各ノズルの圧電素子に入力する。
【００９８】
供給系制御部５１２は、ＣＰＵ５０１の制御下で、供給送液ポンプ２１２の駆動を制御する制御回路である。圧力系制御部５１３は、ＣＰＵ５０１の制御下で、送液ポンプ２１４の駆動を制御する制御回路である。
【００９９】
操作パネル５６０は、ユーザの操作に応じた各種の入力を受け付けると共に、各種の情報（例えば、受け付けた操作に応じた情報、印刷ユニット１５および画像形成装置１の動作状況を示す情報、設定画面等）を表示する、入力機能および表示機能を有する装置である。操作パネル５６０は、例えば、タッチパネル機能を搭載した液晶表示装置（ＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）で構成される。なお、操作パネル５６０は、液晶表示装置に限定されるものではなく、例えば、タッチパネル機能が搭載された有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）の表示装置で構成されていてもよい。また、操作パネル５６０は、タッチパネル機能に加えて、またはこれに代えて、ハードウェアキー等の操作部、またはランプ等の表示部を設けることもできる。
【０１００】
以上のような構成の印刷ユニット１５における動作の概要について説明する。制御部５００は、ホストＩ／Ｆ５０６を介して、ホスト５５０側からの印刷データ等をケーブルまたはネットワークを介して受信する。そして、ＣＰＵ５０１は、ホストＩ／Ｆ５０６に含まれる受信バッファ内の印刷データを読み出して解析する。続いて、ＡＳＩＣ５０５は、必要な画像処理、およびデータの並び替え処理等を行い、この処理済みデータ（画像データ）をヘッド駆動制御部５１１を介して吐出ヘッド２００に転送する。なお、画像を出力するためのドットパターンデータの生成は、例えば、ＲＯＭ５０２にフォントデータを格納して行ってもよく、ホスト５５０側のプリンタドライバで画像データをビットマップデータに展開して、印刷ユニット１５側に転送するようにしてもよい。
【０１０１】
なお、図６に示した印刷ユニット１５のハードウェア構成は、一例を示すものであり、図６に示した構成要素を全て含む必要はなく、または、その他の構成要素を含むものとしてもよい。
【０１０２】
（流量制御装置の構造の一例）
図７は、実施形態に係る液体吐出装置における流量制御装置の構造の一例を示す図である。上述した流量制御装置２１８としては一般的な定流量弁が使用できる。ここで、定流量弁とは、その上流および下流の圧力が変動した場合でも、内部の弁およびばねの機構により、予め設定した流量が流れるように、内部の流路抵抗を可変する機構を有するものである。この定流量弁を液体経路に対して直列に接続することによって、当該液体経路に流れるインクの流量を一定することができる。図７を参照しながら、定流量弁である流量制御装置２１８の具体的な構造の一例について説明する。
【０１０３】
図７に示すように、流量制御装置２１８は、設定バルブ６０２と、ダイヤフラム６０６と、流量制御バルブ６０７と、を備えている。流量制御装置２１８の入口孔６０１から流入したインクのうち一部は、導圧流路６０５を経由して、流量制御バルブ６０７に接合されたダイヤフラム６０６の上側の液室に向かう。ここで、入口孔６０１から流入するインクの圧力をＰＩＮとした場合、上述のダイヤフラム６０６の上側の液室に流入したインクの圧力もＰＩＮである。
【０１０４】
一方、入口孔６０１から流入したインクのうち残りの一部は、予め位置が調整された設定バルブ６０２と内壁との間に形成された縮流部６０３を経由することにより流速を速め、さらに、流路６０４を経由してダイヤフラム６０６の下側の液室へ向かう。縮流部６０３を通過したインクは、縮流に伴う圧力損失により、圧力ＰＩＮより低下した圧力ＰＶＣとなる。
【０１０５】
以上のようなインクの挙動によって、ダイヤフラム６０６の上側のインクの圧力はＰＩＮ、下側のインクの圧力はＰＶＣとなって、差圧ＰＩＮ−ＰＶＣが生じる。この差圧ＰＩＮ−ＰＶＣによって、ダイヤフラム６０６に対して上下方向の力が発生する。ダイヤフラム６０６に対する力の発生によって、流量制御バルブ６０７が上下に動き、ダイヤフラム６０６の下側のインクは、流量制御バルブ６０７と内壁との間を経由して、出口孔６０８から外へ流出する。ここで、出口孔６０８から流出するインクの圧力をＰＯＵＴとする。
【０１０６】
以上のような構造の流量制御装置２１８において、例えば、入口孔６０１から流入するインクの圧力ＰＩＮが大きくなると、ダイヤフラム６０６に働く差圧ＰＩＮ−ＰＶＣが大きくなる。この差圧ＰＩＮ−ＰＶＣが大きくなると、ダイヤフラム６０６は、下向きの力が発生し、流量制御バルブ６０７を絞る方向に動作する。これによって、流量制御装置２１８を通過するインクの流量は一定となるように制御される。
【０１０７】
このような流量制御装置２１８が上述のように図４に示す液体吐出装置１０に適用された場合の動作について説明する。吐出ヘッド２００で吐出動作が行われると、流量制御装置２１８を流れるインクの流量が減少する。インクの流量が減少するとインクの圧力も小さくなるため、流量制御装置２１８の入口孔６０１のインクの圧力ＰＩＮも小さくなる。圧力ＰＩＮが小さくなると、ダイヤフラム６０６に働く差圧ＰＩＮ−ＰＶＣも小さくなって、ダイヤフラム６０６に対して下向きに働く力も小さくなり、流量制御バルブ６０７が開いて、吐出ヘッド２００のインクの吐出前よりも流量制御装置２１８の流路抵抗が減少する。これによって、バイパス経路２２６の流路抵抗と流量制御装置２１８の流路抵抗との比が変化して、バイパス経路２２６へ流れるインクが、流量制御装置２１８へ流れるように引っ張られる。そして、吐出ヘッド２００のインクの吐出前と同じ流量となるように、流量制御装置２１８の流路抵抗が変化する。このようにして、流量制御装置２１８により、吐出ヘッド２００で吐出動作が行われても、吐出ヘッド２００に流れるインクの流量が一定となるように制御される。
【０１０８】
本実施形態に係る液体吐出装置１０では、上述のような流量制御装置２１８を採用し、１つポンプ（送液ポンプ２１４）を用いることによって、インクの循環機構を実現している。従来の液体吐出装置１０００ではポンプを２つ用いていたが、これらのポンプの制御をするためにはＣＰＵで実行させるプログラムの開発が必要になる。しかし、本実施形態に係る液体吐出装置１０では、プログラムによる制御が不要であり、外部からの指令を受けることなく動作する流量制御装置２１８によりインクの流量制御を実現している。これによって、開発工数を削減することができ、コスト増加を抑制することができる。
【０１０９】
また、上述の流量制御装置２１８は構造が簡単でコストが低く、かつ、ポンプに比べて小型である。したがって、印刷ユニット１５を小型化することができるので、レイアウトの自由度を高めることができ、レイアウトの制約を抑制することができる。また、印刷ユニット１５ひいては画像形成装置１全体のコストを削減することができる。
【０１１０】
なお、吐出ヘッド２００に流れるインクの流量を一定にするための流量制御機構としては、流量制御装置２１８に限定されるものではない。例えば、流量制御機構として、絞り弁（流量制御弁）、吐出ヘッド２００に流れるインクの流量を検知する流量センサ（第２検知手段）、および流量センサの出力値を基に絞り弁の開度を制御する制御機構を利用したものを適用するものとしてもよい。このような流量制御機構は、上述の流量制御装置２１８と比較してコストおよび開発工数の面で不利となるものの、制御機構の開発を工夫することによって、自由度が高く、かつ、より細かい流量制御が可能な流量制御機構を実現することができる。
【０１１１】
（吐出ヘッド先端の圧力の応答性についての効果）
図８は、実施形態に係る液体吐出装置の吐出ヘッドの圧力の応答特性を示す図である。図８を参照しながら、本実施形態に係る液体吐出装置１０の吐出ヘッド２００先端のインクの圧力の応答性についての効果を説明する。
【０１１２】
上述のように、従来の液体吐出装置１０００は、２つのポンプ（第１送液ポンプ１２１４、第２送液ポンプ１２１７）の出力を調整することで、吐出ヘッド１２００に流れるインクの流量を制御し、吐出ヘッド１２００先端のインクの圧力が一定となるように制御している。このような液体吐出装置１０００の循環経路において、外部から応力が加わり吐出ヘッド１２００先端のインクの圧力の変動が発生した場合、ポンプが吐出ヘッド１２００から遠いため、吐出ヘッド１２００に流れるインクの流量が変化するまでに要する時間は長くなり、それだけ圧力を一定になるようにするまでの時間も長くなる。この場合の吐出ヘッド１２００先端のインクの圧力の応答特性の一例を、図８の応答特性７０２として示す。
【０１１３】
一方、本実施形態に係る液体吐出装置１０では、上述のように、吐出ヘッド２００と、バイパス経路２２６と吐出ヘッド２００の下流側の液体経路との合流点との間に流量制御装置２１８を配置することによって、吐出ヘッド２００に流れるインクの流量が一定となるように制御している。これによって、流量の制御機構である流量制御装置２１８と、制御対象である吐出ヘッド２００との距離を近づけることが可能となる。ゆえに、吐出ヘッド２００先端のインクの圧力変動に対して、素早く吐出ヘッド２００に流れるインクの流量を変化させて当該流量を一定にし、これによって、吐出ヘッド２００先端のインクの圧力も素早く一定にすることができる。この場合の吐出ヘッド２００先端のインクの圧力の応答特性は、図８に示す応答特性７０１となり、上述の液体吐出装置１０００の応答特性７０２よりも応答性が改善されている。
【０１１４】
以上のように、本実施形態に係る液体吐出装置１０では、吐出ヘッド２００の上流側の液体経路と下流側の液体経路とを、吐出ヘッド２００を介さずに連通させるバイパス経路２２６を設けている。また、吐出ヘッド２００よりも下方側に位置する第１マニホールドタンク２１５を大気開放させ、吐出ヘッド２００の下流側に流量制御装置２１８を設けている。これによって、液体吐出装置１０のインクの経路に外乱が発生してインクの流量が変化しても、吐出ヘッド２００に流れるインクの流量が一定になるように制御され、吐出ヘッド２００先端のインクの圧力も一定となり当該圧力の変動が抑制される。ゆえに、液体吐出装置１０を含む印刷ユニット１５による印刷動作においても、画像品質の劣化を低減することができる。また、従来の液体吐出装置１０００と比較して、ポンプを１つ減らして、その代わりにポンプに比べて小型の流量制御装置２１８を採用していることにより、開発工数を削減することができ、コスト増加を抑制し、レイアウトの制約も抑制することができる。
【０１１５】
また、液体吐出装置１０では、吐出ヘッド２００と、バイパス経路２２６と吐出ヘッド２００の下流側の液体経路との合流点との間に流量制御装置２１８を配置している。これによって、流量の制御機構である流量制御装置２１８と、制御対象である吐出ヘッド２００との距離を近づけることが可能となる。ゆえに、吐出ヘッド２００先端のインクの圧力変動に対して、素早く吐出ヘッド２００に流れるインクの流量を変化させて当該流量を一定にし、これによって、吐出ヘッド２００先端のインクの圧力も素早く一定にすることができる。
【０１１６】
（変形例１）
図９は、変形例１に係る液体吐出装置のインクの循環経路の構成の一例を示す図である。図９を参照しながら、本実施形態の変形例１に係る液体吐出装置１０ａについて、上述の液体吐出装置１０と相違する構成を中心に説明する。
【０１１７】
図９に示すように、本変形例に係る液体吐出装置１０ａは、メインタンク２１１と、供給送液ポンプ２１２と、バッファタンク２１３と、送液ポンプ２１４（第１送液部）と、第１マニホールドタンク２１５（供給タンク）と、吐出ヘッド２００と、第２マニホールドタンク２１６と、流量制御装置２１８（流量制御機構の一例）と、バイパス経路２２６ａ（分岐経路の一例）と、を備えている。なお、この液体吐出装置１０ａにおけるバイパス経路２２６ａ以外の構成は、上述の液体吐出装置１０の構成と同様である。この液体吐出装置１０ａは、上述の図１に示した印刷ユニット１５内に配置される。
【０１１８】
バイパス経路２２６ａは、チューブで構成された液体経路２２２上の第１マニホールドタンク２１５の上流側と、バッファタンク２１３とを連通させ、第１マニホールドタンク２１５へ流れ込むインクの一部を、バッファタンク２１３へバイパスさせる。
【０１１９】
以上のような液体吐出装置１０ａの構成によって、上述の液体吐出装置１０と同様に、外乱によるインクの流量の変動に対して、素早く当該変動を抑制して当該流量を一定となるようにすることができる。
【０１２０】
また、本変形例に係る液体吐出装置１０ａでは、バイパス経路２２６ａを、チューブで構成された液体経路２２５上の流量制御装置２１８の下流側ではなく、直接、バッファタンク２１３へ連通させている。これによって、バイパス経路２２６ａの一端を液体経路２２５に繋ぐ必要がなくなるため、バイパス経路２２６ａのレイアウトの自由度を高くすることができ、設計工数を削減することができる。
【０１２１】
（変形例２）
図１０は、変形例２に係る液体吐出装置のインクの循環経路の構成の一例を示す図である。図１０を参照しながら、本実施形態の変形例２に係る液体吐出装置１０ｂについて、上述の変形例１に係る液体吐出装置１０ａと相違する点を中心に説明する。
【０１２２】
図１０に示すように、本変形例に係る液体吐出装置１０ｂは、メインタンク２１１と、供給送液ポンプ２１２と、バッファタンク２１３と、送液ポンプ２１４（第１送液部）と、第１マニホールドタンク２１５（供給タンク）と、吐出ヘッド２００と、第２マニホールドタンク２１６と、流量制御装置２１８（流量制御機構の一例）と、バイパス経路２２６ｂ（分岐経路の一例）と、回収タンク２３１と、液面センサ２３１ａ（第１検知手段）と、回収ポンプ２３２（第２送液部）と、を備えている。なお、この液体吐出装置１０ｂにおけるバイパス経路２２６ｂ、回収タンク２３１、液面センサ２３１ａおよび回収ポンプ２３２以外の構成は、上述の液体吐出装置１０ａの構成と同様である。この液体吐出装置１０ｂは、上述の図１に示した印刷ユニット１５内に配置される。
【０１２３】
バイパス経路２２６ｂは、液体経路２２２上の第１マニホールドタンク２１５の上流側と、バッファタンク２１３とを連通させ、第１マニホールドタンク２１５へ流れ込むインクの一部を、バッファタンク２１３へバイパスさせる。また、バイパス経路２２６ｂには、上流側から回収タンク２３１、回収ポンプ２３２が配置されている。
【０１２４】
回収タンク２３１は、バイパス経路２２６ｂへ流入してきたインクを貯留するためのタンクである。液面センサ２３１ａは、回収タンク２３１内のインク量が所定量（閾値）を超えたか否かを検知するセンサである。
【０１２５】
回収ポンプ２３２は、液面センサ２３１ａによって回収タンク２３１内のインク量が所定量（閾値）を超えたことが検知された場合に駆動して、回収タンク２３１内のインクをバッファタンク２１３へ送液する。
【０１２６】
以上のような液体吐出装置１０ｂの構成によって、上述の液体吐出装置１０と同様に、外乱によるインクの流量の変動に対して、素早く当該変動を抑制して当該流量を一定となるようにすることができる。
【０１２７】
また、液面センサ２３１ａによって回収タンク２３１内のインク量が所定量（閾値）を超えたことが検知された場合に、回収ポンプ２３２により回収タンク２３１内のインクがバッファタンク２１３へ送液される。これによって、上述の変形例１に係る液体吐出装置１０ａと比べ、より安全にバイパス経路２２６ｂに流れるインクをバッファタンク２１３へ回収することが可能となる。
【０１２８】
なお、上述の実施形態および各変形例に係る液体吐出装置１０、１０ａ、１０ｂは、上述の紙等の記録媒体に画像を印刷する画像形成装置１に限定されるものではなく、記録媒体上にインクとしての造形剤を吐出することにより立体画像を造形する３Ｄプリンタ等の造形装置にも適用可能である。この場合、当該造形装置においても、インク（造形剤）の経路に対する外乱による立体画像の造形品質の劣化を低減し、かつ、レイアウトの制約およびコスト増加を抑制することができる。
【０１２９】
また、上述の実施形態および各変形例において、画像形成装置１（印刷ユニット１５）で実行されるプログラムは、ＲＯＭ等に予め組み込まれて提供される。また、上述の実施形態および各変形例に係る画像形成装置１（印刷ユニット１５）で実行されるプログラムは、インストール可能な形式または実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−Ｒ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｋ−Ｒｅｃｏｒｄａｂｌｅ）、またはＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して提供するように構成してもよい。また、上述の実施形態および各変形例に係る画像形成装置１（印刷ユニット１５）で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成してもよい。また、上述の実施形態および各変形例に係る画像形成装置１（印刷ユニット１５）で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成してもよい。また、上述の実施形態および各変形例に係る画像形成装置１（印刷ユニット１５）で実行されるプログラムは、各機能部のうち少なくともいずれかを含むモジュール構成となっており、実際のハードウェアとしてはＣＰＵ（ＣＰＵ５０１）が上述の記憶装置（ＲＯＭ５０２等）からプログラムを読み出して実行することにより、各機能部が主記憶装置（ＲＡＭ５０３等）上にロードされて生成されるようになっている。
【符号の説明】
【０１３０】
１  画像形成装置
１０、１０ａ、１０ｂ  液体吐出装置
１５  印刷ユニット
１１０  記録媒体
１５０  ヘッドユニット
１５１、１５１Ｃ、１５１Ｋ、１５１Ｍ、１５１Ｙ  ヘッドアレイ
２００  吐出ヘッド
２１１  メインタンク
２１２  供給送液ポンプ
２１３  バッファタンク
２１４  送液ポンプ
２１５  第１マニホールドタンク
２１５ａ  大気開放口
２１６  第２マニホールドタンク
２１８  流量制御装置
２２６、２２６ａ、２２６ｂ  バイパス経路
２３１  回収タンク
２３１ａ  液面センサ
２３２  回収ポンプ
３００  液体
５００  制御部
５１１  ヘッド駆動制御部
５１２  供給系制御部
５１３  圧力系制御部
７０１、７０２  応答特性
１０００  液体吐出装置
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１３１】
【特許文献１】特許第５２０９４３１号公報
【特許文献２】特許第５４７１５９９号公報
【図１】
2020078914.tif 000007
【図２】
2020078914.tif 000008
【図３】
2020078914.tif 000009
【図４】
2020078914.tif 000010
【図５】
2020078914.tif 000011
【図６】
2020078914.tif 000012
【図７】
2020078914.tif 000013
【図８】
2020078914.tif 000014
【図９】
2020078914.tif 000015
【図１０】
2020078914.tif 000016