(57)【要約】【課題】ノズルの開口の近傍におけるインクにかかる圧力を適正に保つことができる循環式インク供給システムを提供する。【解決手段】循環式インク供給システムは、上流側インクタンクと、一端側が前記上流側インクタンクに接続された上流側インク流路と、前記上流側インク流路の他端側に接続され、インクを吐出するノズルに連通するノズル分岐部と、一端側が前記ノズル分岐部に接続された下流側インク流路と、前記下流側インク流路の他端側に接続された前記上流側インクタンクから流出した前記インクを蓄える下流側インクタンクと、前記下流側インクタンクの前記インクを前記上流側インクタンクに戻す帰還流路とを有し、前記インクの循環停止時における前記上流側インクタンクの前記インクの静圧とポテンシャルエネルギーの合計値で決まる単位体積当たりのエネルギーは、前記ノズルの高さの大気圧のインクの前記単位体積当たりのエネルギー以下である。【選択図】図４
2010064477.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上流側インクタンクと、
一端側が前記上流側インクタンクに接続された上流側インク流路と、
前記上流側インク流路の他端側に接続され、インクを吐出するノズルに連通するノズル分岐部と、
一端側が前記ノズル分岐部に接続された下流側インク流路と、
前記下流側インク流路の他端側に接続され、前記上流側インク流路、前記ノズル分岐部、前記下流側インク流路を介して前記上流側インクタンクから流出した前記インクを蓄える下流側インクタンクと、
前記下流側インクタンクの前記インクを前記上流側インクタンクに戻す帰還流路と、
前記上流側インクタンクに蓄えられている前記インクを、前記上流側インク流路、前記ノズル分岐部、前記下流側インク流路、前記下流側インクタンク、前記帰還流路の経路で前記上流側インクタンクに循環させる循環機構と、
前記ノズル分岐部で分岐した前記インクをノズル部から吐出させて印刷する印刷機構と、
を有し、
前記ノズルの高さ位置の大気圧のインクを基準とした場合、前記インクの循環停止時における前記上流側インクタンク内の前記インクの静圧とポテンシャルエネルギーの合計値で決まる単位体積当たりのエネルギーは、
前記基準としたインクの単位体積当たりのエネルギー以下であることを特徴とする循環式インク供給システム。
【請求項２】
前記上流側インクタンクの液面高さ位置は、前記ノズル高さ位置以下であることを特徴とする請求項１記載の循環式インク供給システム。
【請求項３】
前記インクの循環時における前記ノズル部にある前記インクにかかる圧力は、前記インクの循環停止時における前記ノズル部にある前記インクにかかる圧力よりも低いことを特徴とする請求項１記載の循環式インク供給システム。
【請求項４】
上流側インクタンクと、
一端側が前記上流側インクタンクに接続された上流側インク流路と、
前記上流側インク流路の他端側に接続され、インクを吐出するノズルに連通するノズル分岐部と、
一端側が前記ノズル分岐部に接続された下流側インク流路と、
前記下流側インク流路の他端側に接続され、前記上流側インク流路、前記ノズル分岐部、前記下流側インク流路を介して前記上流側インクタンクから流出した前記インクを蓄える下流側インクタンクと、
前記下流側インクタンクの前記インクを前記上流側インクタンクに戻す帰還流路と、
前記上流側インクタンクに蓄えられている前記インクを、前記上流側インク流路、前記ノズル分岐部、前記下流側インク流路、前記下流側インクタンク、前記帰還流路の経路で前記上流側インクタンクに循環させる循環機構と、
前記ノズル分岐部で分岐した前記インクを前記ノズルから吐出させて印刷する印刷機構と、
を有し、
前記上流側インク流路の流路抵抗は、前記下流側インク流路の流路抵抗よりも小さいことを特徴とする循環式インク供給システム。
【請求項５】
少なくとも前記上流側インクタンクと、前記上流側インク流路と、前記印刷機構はキャリッジ上に搭載されており、少なくとも前記下流側インクタンクは前記キャリッジとは別の場所に設置されていることを特徴とする請求項４記載の循環式インク供給システム。
【請求項６】
前記ノズル分岐部の位置から前記上流インクタンクの位置までの距離は、前記ノズル分岐部の位置から前記下流側インクタンクの位置までの距離よりも短いことを特徴とする請求項４記載の循環式インク供給システム。
【請求項７】
前記帰還流路は、前記インクを蓄えるメインタンクと、前記下流側インクタンクから前記インクを吸引して前記メインタンクに送る定量ポンプと、前記メインタンクの前記インクを吸引して前記上流側インクタンクに戻す供給ポンプとを有することを特徴とする請求項４記載の循環式インク供給システム。
【請求項８】
前記メインタンクには、前記定量ポンプによって前記インクを流入させる流入口と前記供給ポンプによって前記インクを排出する排出口が設けられ、前記流入口と前記排出口の間に遮蔽板が設けられていることを特徴とする請求項７記載の循環式インク供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット印刷装置に用いる循環式インク供給技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、インクジェット印刷装置に適用される循環式インク供給システムでは、ノズルと上流側の圧力源の液面および下流側の圧力源の液面との位置関係を設定している。上流側の圧力源の液面は、ノズルよりも高い位置に設定している。下流側の圧力源の液面は、ノズルよりも低い位置に設定している。循環式インク供給システムは、上流側の圧力源と下流側の圧力源の高低差に従ってインクを循環させる。循環式インク供給システムは、ノズルの開口の近傍におけるインクにかかる圧力を適正に保つ必要がある。
【０００３】
特許文献１には、ノズルの開口近傍におけるインクの圧力を常に適正圧力に維持できるインクジェット装置について記載されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
循環式インク供給システムでは、循環時及び循環停止時の双方でノズル位置のインク圧力を適正に保つように、上流側の圧力源と下流側の圧力源の位置を選ぶ必要がある。その結果、インクジェット印刷装置における上流側の圧力源と下流側の圧力源の物理的な配置は困難である。循環式インク供給システムでは、上流側の圧力源とノズル、ノズルと下流側の圧力源を接続するチューブが長くなり、ノズル位置のインク圧力が不安定となる。加えて、循環式インク供給システムが大きくなってしまう等の問題があった。
【０００５】
本発明は、ノズルの開口の近傍におけるインクにかかる圧力を適正に保つことができる循環式インク供給システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態に係る循環式インク供給システムは、上流側インクタンクと、一端側が前記上流側インクタンクに接続された上流側インク流路と、前記上流側インク流路の他端側に接続され、インクを吐出するノズルに連通するノズル分岐部と、一端側が前記ノズル分岐部に接続された下流側インク流路と、前記下流側インク流路の他端側に接続され、前記上流側インク流路、前記ノズル分岐部、前記下流側インク流路を介して前記上流側インクタンクから流出した前記インクを蓄える下流側インクタンクと、前記下流側インクタンクの前記インクを前記上流側インクタンクに戻す帰還流路と、前記上流側インクタンクに蓄えられている前記インクを、前記上流側インク流路、前記ノズル分岐部、前記下流側インク流路、前記下流側インクタンク、前記帰還流路の経路で前記上流側インクタンクに循環させる循環機構と、前記ノズル分岐部で分岐した前記インクを前記ノズルから吐出させて印刷する印刷機構とを有し、前記インクの循環停止時における前記上流側インクタンクの前記インクの静圧とポテンシャルエネルギーの合計値で決まる単位体積当たりのエネルギーは、前記ノズルの高さの大気圧のインクの前記単位体積当たりのエネルギー以下である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の循環式インク供給システムによれば、ノズルの開口の近傍におけるインクにかかる圧力を適正に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態に係る循環式インク供給システムが適用されるインクジェット印刷装置の正面断面図。
【図２】実施形態に係る循環式インク供給システムが適用されるインクジェット印刷装置の側面断面図。
【図３】実施形態に係るインクジェットヘッドの断面図。
【図４】実施形態に係る循環式インク供給システムのブロック図。
【図５】実施形態に係る循環式インク供給システムにおけるインクの循環工程を示すブロック図。
【図６】実施形態に係る循環式インク供給システムに実験用として用いた上流側インク流路を示した正面断面図。
【図７】実施形態に係る上流側インク流路の構成部材の形状および算出した粘度あたりの流路抵抗の理論値を示した表。
【図８】実施形態に係る循環式インク供給システムのインクジェットヘッドの上流側における算出した圧力損失示す表。
【図９】実施形態に係る下流側インクタンクを密閉しない場合とした場合の定量ポンプにおける脈動を実測したグラフ。
【図１０】実施形態に係る循環式インク供給システムにおけるインクの循環停止工程を説明するブロック図。
【図１１】実施形態に係る循環式インク供給システムの制御系を示すブロック図。
【図１２】下流側インクタンクが定量ポンプの脈動を吸収する効果を確認するために下流側インクタンクを使った場合と使っていない場合の実験装置を示すブロック図。
【図１３】実施形態に係る循環式インク供給システムが適用されるシリアル印刷装置を示す概略図。
【図１４】実施形態に係る循環式インク供給システムが適用されるシリアル印刷装置を示す側面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して実施形態について説明する。
【００１０】
図１は、実施形態に係る循環式インク供給システム２が適用されるインクジェット印刷装置１の正面断面図である。図２は、実施形態に係る循環式インク供給システム２が適用されるインクジェット印刷装置１の側面断面図である。ここでは、厚手の紙またはカードのようなインクが浸透しない印刷媒体ｐ（非浸透媒体ｐと称す）に印刷するインクジェット印刷装置について説明する。
【００１１】
インクジェット印刷装置１は、主として、メディアセット機構１０、キャリッジ２０、メディア回収機構３０、メディアセット検知機構４０、印刷部５０、本硬化部６０、搬送部７０、メインタンク８０を有している。メディアセット機構１０は、非浸透媒体ｐをキャリッジ４０にセットする。
【００１２】
キャリッジ２０は、メディアセット機構１０によってセットされた非浸透媒体ｐを搬送部７０によって搬送される。搬送部７０は、メディアセット機構１０側から印刷部５０側へ向かう方向である搬送方向（以降Ａ方向と定義する）に沿って非浸透媒体ｐを搬送する。キャリッジ２０は、印刷テーブル２０１、エア吸排機構２０２、第１のメディア回収ボックス２０３、第２のメディア回収ボックス２０４を有している。印刷テーブル２０１は、非浸透媒体ｐを載せる。エア吸排機構２０２は、非浸透媒体ｐを印刷テーブル２０１に対して吸着または離脱する。
【００１３】
第１のメディア回収ボックス２０３は、Ａ方向に沿ってキャリッジ２０の前方に設けられている。第１のメディア回収ボックス２０３は、正常に印刷された非浸透媒体ｐを貯める。第２のメディア回収ボックス２０４は、Ａ方向に沿ってキャリッジ２０の後方に設けられている。第２のメディア回収ボックス２０４は、正常に印刷された非浸透媒体ｐ以外の非浸透媒体ｐを貯める。
【００１４】
メディア回収機構３０は、メディアセット機構１０と印刷部５０の間に設けられている。メディア回収機構３０は、正常に画像が印刷された非浸透媒体ｐを第１のメディア回収ボックス２０３に回収する。メディア回収機構３０は．正常に印刷された非浸透媒体ｐ以外の非浸透媒体ｐを第２のメディア回収ボックス２０４に回収する。
【００１５】
メディアセット検知機構４０は、メディアセット機構１０と印刷部５０の間に設けられている。実施形態では、Ａ方向に沿ったメディアセット機構１０の下流側に設けられている。メディアセット検知機構４０は、印刷テーブル２０１の所定位置に非浸透媒体ｐが正常に載っているかどうかを判断する。
【００１６】
印刷部５０は、インクジェットヘッド５０１ａ、５０１ｂ、５０１ｃ、５０１ｄ、印刷ポート５０２、仮硬化ＵＶランプ５０３ａ、５０３ｂ、５０３ｃ、５０３ｄ、温調部５０４を有している。インクジェットヘッド５０１ａ〜５０１ｄそれぞれは、Ｃ、Ｍ、Ｙ、Ｋの４色のインクのうちいずれかの色のインクを吐出するヘッドである。インクジェットヘッド５０１ａ〜５０１ｄは、Ａ方向に沿って並べて設けられている。ここでは、例えば、インクジェットヘッド５０１ａがＫインクを吐出し、インクジェットヘッド５０１ｂがＹインクを吐出し、インクジェットヘッド５０１ｃがＭインクを吐出し、インクジェットヘッド５０１ｄがＣインクを吐出する。印刷ポート５０２は、外部機器であるＰＣ１００から伝送された画像データに基づいてインクジェットヘッド５０１ａ〜５０１ｄから吐出するインク量、タイミングを制御する。本実施形態では、紫外線を照射すると硬化する紫外線硬化型インクが用いられている。
【００１７】
仮硬化ＵＶランプ５０３ａは、Ａ方向に沿ってインクジェットヘッド５０１ａとインクジェットヘッド５０１ｂの間に設けられている。同様に、仮硬化ＵＶランプ５０３ｂはインクジェットヘッド５０１ｂとインクジェットヘッド５０１ｃの間、仮硬化ＵＶランプ５０３ｃはインクジェットヘッド５０１ｃとインクジェットヘッド５０１ｄの間、仮硬化ＵＶランプ５０３ｄはインクジェットヘッド５０１ｄのすぐ下流側に設けられている。
【００１８】
仮硬化ＵＶランプ５０３ａは、インクジェットヘッド５０１ａで非浸透媒体ｐに印刷した直後から照射する。仮硬化ＵＶランプ５０３ｂ〜５０３ｄについても同様である。非浸透媒体ｐの表面のインクは、仮硬化ＵＶランプ５０３ａ〜５０３ｄによって硬化し始める。非浸透媒体ｐの表面のインクは、仮硬化ＵＶランプ５０３ａ〜５０３ｄの光量が弱いため本硬化していない仮硬化状態である。温調部５０４は、仮硬化ＵＶランプ５０３ａ〜５０３ｄが照射する光量を調整する。
【００１９】
本硬化部６０は、本硬化ＵＶランプ６０１およびＵＶランプ制御装置６０２を有している。本硬化ＵＶランプ６０１は、仮硬化ＵＶランプ５０３ａ〜５０３ｄよりも強い光量で非浸透媒体ｐに対して照射する。本硬化ＵＶランプ６０１は、インクジェットヘッド５０１ａ〜５０１ｄの全てで印刷された後に非浸透媒体ｐの表面のインクを本硬化させる。非浸透媒体ｐの表面のインクは、非浸透媒体ｐに対して固着状態となる。ＵＶランプ制御装置６０２は、照射する光量およびタイミングを調整する。
【００２０】
メインタンク８０は、印刷部５０よりも下方に設けられている。メインタンク８０は、インクジェットヘッド５０１ａ〜５０１ｄに供給するインクを蓄えている。
【００２１】
以下、実施形態に係る循環式インク供給システム２に適用されるインクジェットヘッド５０１ａ〜５０１ｄの構成について説明する。ここでは、インクジェットヘッド５０１ａを例にして説明するが、インクジェットヘッド５０１ｂ〜５０１ｄについても同様である。図３は、インク循環式のインクジェットヘッド５０１ａの断面図である。インクジェットヘッド５０１ａは、インク吐出用のノズル５１を有するオリィフィスプレート５２の上面側に、ノズル分岐部５３を形成している。
【００２２】
ノズル分岐部５３は、インク５４が通るヘッド内流路５５の中途部が狭められることにより形成されている。ノズル分岐部５３は、上記ノズル５１を有すると共に、そのノズル５１と対向する側の面にアクチュエータ５６を有している。インク５４は、ヘッド内流路５５を図示右側（上流側）から左側（下流側）へと、ノズル分岐部５３を通って流れる。ノズル分岐部５３は、インク５４が上流側から下流側へ流れる流路とノズル５１へ向かう流路との接続点である。
【００２３】
上記アクチュエータ５６が作動すると、ノズル分岐部５３内のインク５４はインク滴５４ａとなってノズル５１から吐出する。アクチュエータ５６としては、ＰＺＴ等の圧電素子を用いて圧力室３を直接又は間接的に変形させるピエゾ式が知られている。さらに、インクジェットヘッド５０１ａとして、静電気でダイアフラムを作動するもの、ヒータでインク５４を加熱して気泡を生成し圧力を発生させるサーマル式、インク５４を静電気で直接的に移動させる方式など、そのいずれを用いてもよい。
【００２４】
なお、上述のアクチュエータ５６を設ける位置は、ノズル５１と対向する側の面に限らず、例えば、図の奥行き方向に位置する面であってもよい。アクチュエータ５６がノズル分岐部５３に圧力を発生させた時、ノズル５１からインク５４が吐出するようにノズル分岐部５３とノズル５１が連通していれば良い。アクチュエータ５６は、必ずしもノズル分岐部５３になくても良い。ノズル分岐部５３とノズル５１の間にあってもよい。
【００２５】
次に、図４を用いて、実施形態に係るインクジェット印刷装置１に適用される循環式インク供給システム２の構成について説明する。
【００２６】
循環式インク供給システム２は、主として上流側インクタンク８０１、上流側インク流路８０２、インクジェットヘッド５０１ａ、下流側インク流路８０３、下流側インクタンク８０４、帰還流路９０を有している。上流側インク流路８０２は、上流側インクタンク８０１とインクジェットヘッド５０１ａとをつなぐ流路である。下流側インク流路８０３は、インクジェットヘッド５０１ａと下流側インクタンク８０４とをつなぐ流路である。帰還流路９０は、下流側インクタンク８０４と上流側インクタンク８０１とをつなぐ流路である。
【００２７】
上流側インクタンク８０１は、インクジェットヘッド５０１ａのノズル分岐部５３に供給するためのインク５４を収容した密閉可能な容器である。上流側インクタンク８０１は、フロート液面センサ８０５を内蔵する。フロート液面センサ８０５は、上流側インクタンク８０１に収容されているインク５４の液面位置と所定液面位置とのずれを検出する。ここで、所定液面位置は、インクジェットヘッド５０１ａのノズル５１の開口の位置から高さ方向に１０ｍｍ下方の位置である。
【００２８】
帰還流路９０は、第１の流路９０１、定量ポンプ９０２、第２の流路９０３、メインタンク８０、第３の流路９０６、供給ポンプ９０７、フィルタ９０８、第４の流路９０９を有する。メインタンク８０は、エアフィルタ９０５を有する。定量ポンプ９０２は、循環式インク供給システム２に流れるインク５４の流量を決定する。メインタンク８０は、上流側インクタンク８０１に帰還させるインク５４を蓄える。供給ポンプ９０７は、上流側インクタンク８０１の液面を所定液面位置で一定に保つようにインク５４をメインタンク８０から上流側インクタンク８０１に送る。
【００２９】
第１の流路９０１は、下流側インクタンク８０４と定量ポンプ９０２とをつなぐ流路である。下流側インクタンク８０４側の第１の流路９０１は、吸入口９０１ａを有する。第２の流路９０３は、定量ポンプ９０２とメインタンク８０とをつなぐ流路である。エアフィルタ９０５は、大気開放したメインタンク８０への異物の混入を防ぐ。第３の流路９０６は、メインタンク８０と供給ポンプ９０７とをつなぐ流路である。第４の流路９０９は、供給ポンプ９０７と上流側インクタンク８０１とをつなぐ流路である。第４の流路９０９の所定位置に設けられたフィルタ９０８は、メインタンク８０から上流側インクタンク８０１に流入するインク５４から異物を除去する。
【００３０】
ここで、定量ポンプ９０２は、バッファタンクである下流側インクタンク８０４を介してインク５４を定流量で送る。下流側インクタンク８０４は、密閉されたダンパー瓶である。
【００３１】
上流側インクタンク８０１には、エアバルブ８０６、オーバーフローキャッチ８０７、エアフィルタ８０８、オーバーフローセンサ８０９が設けられている。エアバルブ８０６は、閉状態から開状態とした場合、上流側インクタンク８０１を大気開放する。オーバーフローキャッチ８０７およびオーバーフローセンサ８０９は、循環式インク供給システム２の異常発生時に大気開放したエアバルブ８０６からインク５４が溢れるのを防ぐ。循環式インク供給システム２で何らかの異常が発生し、上流側インクタンク８０１に設けられたエアバルブ８０６からインク５９が溢れようとする時、オーバーフローセンサ８０９が検知する。
【００３２】
オーバーフローセンサ８０９がインク５４の溢れを検知すると、制御部２００は、供給ポンプ９０７の作動を停止する。オーバーフローキャッチ８０７は、上流側インクタンク８０１に設けられたエアバルブ８０６から溢れるインク５９を受ける。インク５４は、大気開放した上流側インクタンク８０１に設けられたエアバルブ８０６から外部にら溢れない。エアフィルタ８０８は、大気開放したエアバルブ８０６を介して上流側インクタンク８０１への異物の混入を防ぐ。
【００３３】
インクジェットヘッド５０１ａと下流側インクタンク８０４をつなぐ下流側インク流路８０３の任意の位置には、２方コック８１０が設けられている。２方コック８１０が開状態のとき、インクジェットヘッド５０１ａのインク５４は、下流側インクタンク８０４へ流れる。２方コック８１０が閉状態のとき、インクジェットヘッド５０１ａのインク５４は、下流側インクタンク８０４へ流れない。
【００３４】
ここで、「単位体積当たりのエネルギー」の基準を、ノズル５１の開口の高さ方向の位置の大気圧のインク５４とする「単位体積当たりのエネルギー」の単位Ｎ・ｍ／ｍ３は、Pa（パスカル）に等しい。「単位体積当たりのエネルギー」は、“ベルヌーイの式”の「単位体積当たりのエネルギー」のことであり、静圧、動圧およびポテンシャル圧力の合計値である。以下の説明では、特に断らない限り、ポテンシャル圧力の基準高さは、ノズル５１の開口の高さ方向の位置とする。
【００３５】
ここで、動圧が無視できるとき、上流側インクタンク８０１内のインク５４の液面における「単位体積当たりのエネルギー」は、上流側インクタンク８０１のインク５４の液面の静圧と、上流側インクタンク８０１のインク５４の液面のポテンシャル圧力“ρ・ｇ・ｈ１”との合計値で表わされる。ρ（kg/m3）は、インク５４の密度である。ｇ（m/s2）は、インク５４の重力加速度である。ｈ１（m）は、ノズル５１の開口の高さ方向の位置を基準とした上流側インクタンク８０１内のインク５４の液面の位置（負値）であり、ポテンシャルヘッド（水頭）という。その絶対値が水頭差である。
【００３６】
上流側インクタンク８０１は、インクジェットヘッド５０１ａの直近に設けられている。上流側インクタンク８０１とインクジェットヘッド５０１ａとをつなぐ上流側インク流路８０２は、できるだけ太く短い形状である。すなわち、上流側インク流路８０２の流路抵抗はできる限り小さくする。上流側インク流路８０２の流路抵抗が小さいため、ノズル５１から吐出するインク５４の消費量の変動は、ほぼ上流側インク流路８０２のインク５４の流量変動によって賄われる。上流側インク流路８０２は、太く短い形状であるため、上流側インク流路８０２に流れるインク５４の流量による圧力損失およびその変動を減らすことができる。
【００３７】
上流側インク流路８０２の流路抵抗をできる限り小さくする理由を以下にもう少し詳しく説明する。ここで、上流側インクタンク８０１、上流側インク流路８０２、インクジェットヘッド５０１ａのノズル分岐部５３、下流側インク流路８０３、下流側インクタンク８０４の順でインク５４を定常的に流す循環式インク供給システム２について、ノズル分岐部５３におけるインク５４の消費に対する視点で見る。
【００３８】
ノズル分岐部５３におけるインク５４の消費量は、ノズル５１から吐出するインク５４の量と等しい。インクジェットヘッド５０１ａによる印刷内容が変わると、ノズル分岐部５３におけるインク５４の消費量は変動する。
【００３９】
ノズル５１から安定してインク５４が吐出するためには、上記変動が生じた時にノズル分岐部５３の圧力がなるべく変化しないことが望ましい。そのためには、ノズル分岐部５３から見た圧力源インピーダンスを下げれば良い。
【００４０】
圧力源インピーダンスとは、ノズル分岐部５３におけるインク５４の消費量変動に対する圧力変動の大きさである。
【００４１】
循環式インク供給システム２は、上流側インクタンク８０１と下流側インクタンク８０４という二つの圧力源から各々上流側インク流路８０２、下流側インク流路８０３という２つの流路抵抗を介してノズル分岐部５３にインク５４を供給する並列流路と見做すことができる。すなわち、圧力源インピーダンスは、上流側インク流路８０２の流路抵抗と下流側インク流路８０３の流路抵抗を並列とした値となる。
【００４２】
ここで、仮に上流側インクタンク８０１から下流側インクタンク８０４に至るまでの総流路抵抗を一定とした場合、上流側インク流路８０２の流路抵抗と下流側インク流路８０３の流路抵抗の比が大きいほど圧力源インピーダンスは下がる。
【００４３】
本実施形態では、上流側インクタンク８０１はノズル５１に近い位置に設けられている。上流側インク流路８０２の流路抵抗が下流側インク流路８０３の流路抵抗に比べて優先して小さく取られているので、圧力源インピーダンスは下がる。そのため、ノズル分岐部５３の圧力は安定し、ノズル５１からのインク５４は安定して吐出する。つまり、ノズル５１と上流側インクタンク８０１内のインク５４の配置が近く、配管に有利な状態が望ましい。
【００４４】
ここで、下流側インク流路８０３の流路抵抗が上流側インク流路８０２の流路抵抗に比べて優先して小さい場合、上流側インク流路８０２の流路抵抗と下流側インク流路８０３の流路抵抗の比が大きくなる。そのような条件でも圧力源インピーダンスを下げることができる。
【００４５】
しかしながら、通常、上流側インク流路８０２の流路抵抗を下流側インク流路８０３の流路抵抗に比べて優先して小さく取る方が現実的である。理由は以下の通りである。
【００４６】
下流側インク流路８０３は、下流側インクタンク８０４と接続されている。下流側インクタンク８０４内のインク５４の液面における単位体積あたりのエネルギーは、上流側インクタンク８０１内のインク５４の液面における単位体積あたりのエネルギーよりも低くとらなくてはならない。これを実現するには、下流側インクタンク８０４は、上流側インクタンク８０１よりも低い場所に設置して位置エネルギーを下げる、もしくは、減圧して圧力エネルギーを下げるかのいずれか必要である。
【００４７】
下流側インクタンク８０４を上流側インクタンク８０１よりも低い位置に設けるということは、下流側インクタンク８０４を上流側インクタンク８０１と比べてインクジェットヘッド５０１ａからより遠くに配置することを意味する。そのため、下流側インク流路８０３の流路抵抗を下げることが困難となる。減圧して圧力エネルギーを下げるには、図示しない減圧機構が必要になるからである。
【００４８】
したがって、この実施形態では、上流側インク流路８０２の経路長を、下流側インク流路８０３の経路長よりも短くする設計を採用している。
【００４９】
次に、図４を用いて、循環式インク供給システム２の全体にインク５４を充填させる工程について説明する。図１１は、循環式インク供給システム２の制御系を示すブロック図である。
【００５０】
ユーザがインクジェット印刷装置１に設けられたインク充填スイッチ３０１を押下すると、制御部２００は、フロート液面センサ８０５をチェックする。フロート液面センサ８０５が上流側インクタンク８０１内のインク５４の液面位置は所定液面位置に達していないと検知した場合、制御部２００は、上流側インクタンク８０１の液面位置が所定液面位置に達するまで供給ポンプ９０７を作動させる。このとき、制御部２００は、エアバルブ８０６は開放状態にする。フロート液面センサ８０５が上流側インクタンク８０１内のインク５４の液面位置は所定液面位置に達していることを検出した場合、制御部２００は、供給ポンプ９０７を止める。すなわち、供給ポンプ９０７は、フロート液面センサ８０５が検出する液面位置が所定液面で安定するように制御される状態にしておく。
【００５１】
次に、制御部２００は、エアバルブ８０６を閉状態にして、供給ポンプ９０７を作動させる。次に、制御部２００は、２方コックを開状態とする。２方コックは、ユーザによる手動で開状態、閉状態を切り替えるようにしてもよい。制御部２００は、定量ポンプ９０２を作動させる。定量ポンプ９０２は、上流側インクタンク８０１からインクジェットヘッド５０１ａを介して下流側インクタンク８０４にインク５４を充填する。下流側インクタンク８０４は、最初は空の状態である。
【００５２】
２方コック８１０を開く作業と定量ポンプ９０２を起動する作業は、循環式インク供給システム２におけるインク５４の充填作業の最初の時点からインク５４がインクジェットヘッド５０１ａのノズル分岐部５３に到達する時点までの間の何時かの時点で行えば良い。
【００５３】
定量ポンプ９０２は、下流側インクタンク８０４内のインク５４の液面位置が吸入口９０１ａの位置に達するまでの間、下流側インクタンク８０４内の空気をメインタンク８０へ送る。上流側インクタンク８０１から下流側インクタンク８０４に向けてインク５４が流れるため、下流側インクタンク８０４内のインク５４の液面位置は上昇する。下流側インクタンク８０４内のインク５４の液面位置が吸入口９０１ａの位置に達した場合、定量ポンプ９０２は、下流側インクタンク８０４内のインク５４をメインタンク８０へ送る。下流側インクタンク８０４内のインク５４の液面位置は吸入口９０１ａの位置で維持されるので、この時点で循環式インク供給システム２におけるインク５４の充填は完了する。
【００５４】
ここで、インク５４がインクジェットヘッド５０１ａのノズル５１に到達してから下流側インク流路８０３に充填されるまでの間、ノズル５１の開口の位置のインク５４にかかる圧力（ノズル圧力と称す）は正圧である。ノズル圧力が正圧である場合、インク５４はノズル５１から漏れるおそれがある。インク５４がノズル５１から漏れると、インク５４が漏れた分だけ無駄になる。さらに、インク５４がノズル５１から漏れると、インク５４はインクジェットヘッド５０１ａの周囲を汚すなどの問題を起こす。ノズル５１から漏れるインク５４の量が減らす、または、インク５４が漏れないようにするには、以下の何れか又は複数を実施すれば良い。
【００５５】
１つ目は、上流側インク流路８０２の最高地点、下流側インク流路８０３の最高地点をなるべく低く設定することである。これによって、インク５４が最高地点を通過するために必要な圧力を低く保つことができ、ノズル５１に加わる最大圧力をより低くすることができる。
【００５６】
２つ目は、インク５４がノズル５１に達してから下流側インク流路８０３を充填するまでの間、インク５４が下流側インク流路８０３の最高地点を通過できる範囲で供給ポンプ９０７の流量をなるべく低く設定することである。
【００５７】
３つ目は、必要に応じてノズル５１周辺にインク５４が付着していない状態に事前にメンテナンスすることである。ノズル５１の周辺にインク５４が無ければ、インク５４はノズル５１の開口に凸形半球状のメニスカスを作ることができる。そうすれば、ノズル圧力が負圧でなく1〜2kPa程度の正圧であっても、ノズル５１からインク５４が垂れることは無い。
【００５８】
４つ目は、ノズル５１の開口が設けられた表面をキャップ等によって密閉することである。表面がキャップによって密閉されていれば、ノズル５１からインク５４が漏れても、キャップ内圧が上がるためインク５４は、それ以上に漏れない。
【００５９】
ところで、ノズル分岐部５３とノズル５１の間の距離が長い場合、および、ノズル分岐部５３とノズル５１の間の流路構造が複雑な場合、ノズル分岐部５３とノズル５１の間に空気が残ることがある。ノズル分岐部５３とノズル５１の間の空気を除去する等のために、パージ作業が有効なことがある。ノズル５１からインク５４をパージしたい場合には、制御部２００は、循環式インク供給システム２におけるインク５４の充填後半又は完了後に以下の何れかを実施すれば良い。
【００６０】
１つ目は、供給ポンプ９０７の流量を上げる方法である。２つ目は、２方コック８１０を所定期間閉じる方法である。３つ目は、エアバルブ８０６の大気開放側に外部から正の空気圧を与えておき、エアバルブ８０６を開状態とする方法である。
【００６１】
次に、図５を用いて、循環式インク供給システム２におけるインク５４の循環工程について説明する。
【００６２】
はじめに、上流側インクタンク８０１内のインク５４の液面の圧力を大気圧に開放した状態としておく。（インク５４が揮発性の場合は、上流側インクタンク８０１の大気開放部に迷路構造を持たせて飽和インク蒸気圧部を作って揮発を抑えることができる。インク５４を可撓性の袋で密閉して袋の外部から大気圧を与えてもよい。）ユーザがインクジェット印刷装置１に設けられたインク循環スイッチ３０２を押下すると、制御部２００は、２方コック８１０を開状態とする。
【００６３】
制御部２００は、常時フロート液面センサ８０５が検知した上流側インクタンク８０１内のインク５４の液面位置情報に応じて、供給ポンプ９０７の作動、停止を制御している。次に、制御部２００は、供給ポンプ９０７を起動する。供給ポンプ９０７は、所定の流量で駆動されるが、上流側インクタンク８０１内のインク５４の液面位置が所定液面位置を下回ると空気が送られて液面を上昇させるので、液面は所定の位置に保たれる。
【００６４】
定量ポンプ９０２は、最初目標流量より10%〜50%程度大きな流量で作動させるとよい。目標流量が30mL/minのとき、定量ポンプ９０２は、例えばまず40mL/minの流量で一分間継続して作動する。定量ポンプ９０２が１分間継続して40mL/minで作動している間、下流側インクタンク８０４内のインク５４の液面は、第１の流路９０１の吸入口９０１ａの高さ位置で安定する。
【００６５】
定量ポンプ９０２が作動して一分経過後、定量ポンプ９０２は目標流量(30mL/min)に落として作動する。定量ポンプ９０２は、40mL/minから30mL/minに流量を落として作動すると、下流側インクタンク８０４内の空気圧は正圧側へ動く。下流側インクタンク８０４内のインク５４の液面は、第１の流路９０１の吸入口９０１ａより僅かに高い位置まで上昇して安定する。上記操作によって下流側インクタンク８０４内のインク５４の液面の高さと吸引口９０１ａの高さとの間にマージンができる。これによって、インクジェット印刷装置１の振動等によって下流側インクタンク８０４内のインク５４の液面が多少変動しても定量ポンプ９０２が空気を吸うことがなく流量が安定する。
【００６６】
ここで、定量ポンプ９０２が下流側インクタンク８０４内の空気を吸わないようにしたい理由は以下の通りである。
【００６７】
１つ目は、定量ポンプ９０２が下流側インクタンク８０４内の空気をメインタンク８０送ると、メインタンク８０内で発生した気泡がインク流路を循環してしまう危険が増えるからである。２つ目は、定量ポンプ９０２が空気を吸引すると、その分だけ下流側インク流路８０３を流れるインク５４の流量が減るので、ノズル５１の圧力が変動するからである。上記２つの理由は、どちらもインクジェットヘッド５０１ａの安定動作を妨げる要因となる。
【００６８】
また、定量ポンプ９０２を一旦、目標流量より大きな流量で動作させると、次の別の効果もある。もし、インク５４中に気泡や粒子などの異物があって、それがインクジェットヘッド５０１ａに到達するとインクジェットヘッド５０１ａの安定動作を妨げる。
【００６９】
異物が下流側へ押し流されるかどうかは流量に依存する。例えば、インク流路の壁面近くなどの流速の遅い場所に気泡や粒子などの異物が付着していると、異物は流れにくい。しかし、振動その他、何かのチャンスでこの異物がインクジェットヘッド５０１ａへ流れ込んでしまうと安定動作を妨げる。ここでは、流量を一旦上げることによって、より多くの異物を下流側へ押し流す。下流側へ押し流された異物は気体であればいずれ各タンクで空気層に開放される、又は、フィルタ９０８によって阻止される。一分後、流路に残った異物は流量が40mL/minの流量でも動かすことができなかった異物である。この異物は、定量ポンプ９０２が目標流量である30mL/minで作動しても動く恐れは少ないので、印字中チャンス的にインクジェットヘッド５０１ａへ異物が流入するおそれは減る。
【００７０】
定量ポンプ９０２は、流量40mL/minの値と継続時間である一分間の各値は、効果を見ながら適宜調整しても良い。
【００７１】
インクジェット印刷装置１は、定量ポンプ９０２の流量を30mL/minにした後、循環式インク供給システム２におけるインク５４の循環が安定したら適宜印刷する。印刷終了後、定量ポンプ９０２は必ずしもインク５４の循環を止めなくても良い。
【００７２】
循環式インク供給システム２で定量ポンプ９０２が作動している間、供給ポンプ９０７は、印刷時にインクジェットヘッド５０１ａから吐出するインク５４の量に応じて作動又は停止する。
【００７３】
印刷時にインクジェットヘッド５０１ａがインク５４を吐出しても、供給ポンプ９０７が適切に制御されていれば循環式インク供給システム２における系は、安定して正常な状態に維持される。供給ポンプ９０７の流量は、循環流量＋インクジェットヘッド５０１ａが吐出する印刷に必要なインク５４の消費量の合計量以上に設定すれば、定量ポンプ９０２の動作開始時、停止時に余裕を持って対応できる。
【００７４】
例えば、循環流量が30mL/min、印刷時にインクジェットヘッド５０１ａで消費されるインク消費量の最大値が10mL/minであれば、供給ポンプ９０７の流量は40mL/min以上であれば良い。本実施形態では、余裕を見て、供給ポンプ９０７は50mL/minの流量としている。
【００７５】
次に上に説明した実施形態を、具体的に設定数値を挙げて説明する。上流側インクタンク８０１内のインク５４の液面は、インクジェットヘッド５０１ａのノズル５１のポテンシャルヘッドから高さ方向に１０ｍｍ下方である。ここで、インク５４は、本実施形態ではＵＶ硬化型インクである。インク５４の比重は、１．０５である。
【００７６】
上流側インクタンク８０１内のインク５４の単位体積当たりのエネルギーは、ノズル５１の開口の位置の大気圧のインク５４を基準とした場合、上流側インクタンク８０１内のインク５４の液面のポテンシャル圧力の“ρ・ｇ・ｈ１”である。インク５４の密度ρは、１０５０ｋｇ／ｍ３である。重力加速度ｇは、９．８Ｎ／ｋｇである。水頭差ｈ１は、−０，０１ｍである。ノズル５１の開口の位置の大気圧を基準とした場合、上流側インクタンク８０１内のインク５４の単位体積当たりのエネルギーは、約―１０３Ｐａである。
【００７７】
つまり、制御部２００がインク５４の循環を停止して、かつ、インク５４の下流側インク流路８０３に設けられた２方コック８１０を閉状態にしている時、ノズル圧力は、弱負圧である-１０３Ｐａで維持される。ノズル圧力は大気圧以下、すなわち0Pa以下である。ノズル５１からインク５４が垂れてきたり、滲み出したりすることはない。ノズル５１の開口の位置のインク５４の表面は、図３に示すように、開口の内側に湾曲するメニスカスを保つ。
【００７８】
図６は、循環式インク供給システム２の上流側インクタンク８０１、上流側インク流路８０２、インクジェットヘッド５０１ａを示した正面断面図である。
【００７９】
上流側インク流路８０２は、上流側インクタンク８０１からインクジェットヘッド５０１ａに向かって、ＳＵＳチューブ８０２ａ、第１のフィッティング内部８０２ｂ、第２のフィッティング内部８０２ｃ、フィッティング内チューブ８０２ｄ、テフロン（登録商標）チューブ８０２ｅで構成されている。図７は、ＳＵＳチューブ８０２ａ、第１のフィッティング内部８０２ｂ、第２のフィッティング内部８０２ｃ、フィッティング内チューブ８０２ｄ、テフロンチューブ８０２ｅの形状および算出した粘度あたりの流路抵抗の理論値を示した表である。流路抵抗R(Pa・s/m3)は、粘度μ(Pa・s)に比例する。比例係数(粘度あたり流路抵抗、1/m3)は、流路形状で決まる。レイノルズ数が小さい時、断面積A(m２)、濡れ淵長さs(m)、管路長L(m)の管路の流路抵抗は、R(Pa・s/m3) ＝2k(Ｓ２/Ａ２)・L・μである。
【００８０】
但しｋとは、断面形状で決まる管摩擦係数比である。円形管では、ｋ＝１となって、上式は、ハーゲンポワズイユの式と一致する。本実施形態では、円形管を用いる。また、本実施形態ではレイノルズ数は十分小さい。
【００８１】
インクジェットヘッド５０１ａ内の上流側における実測した粘度あたりの流路抵抗及び実測したインク５４の粘度（１０ｍＰａ・ｓ）と図７で算出した粘度あたりの流路抵抗に基づいて圧力損失を計算すると、図８の通りとなる。
【００８２】
制御部２００は、インク５４の循環開始前に、２方コック８１０を開状態とする。次に、定量ポンプ９０２が30mL/min（30mL/minは、５Ｅ−７ｍ３／ｓである）で駆動され安定すると、上流側インクタンク８０１から下流側インクタンク８０４へ30mL/minの流量でインク５４が流れる。インク５４は、下流側インクタンク８０４に貯まる。水頭差は、−１０ｍｍ＝−０．０１ｍである。流路抵抗は、粘度あたりの流路抵抗にインク粘度の積である。圧力損失は、流路抵抗と流量の積である。上流側インク流路８０２による圧力損失は、約１１７１Ｐａとなる。
【００８３】
水頭差による上流側インクタンク８０１内のインク５４の液面のポテンシャル圧力は、先に求めたように約−１０３Ｐａである。したがって、インク５４の循環中におけるインクジェットヘッド５０１ａのオリフィス面のノズル５１に掛かる圧力は、これらの合計である約−１２７４Ｐａとなる。すなわち、上流側インク流路８０２の流路抵抗によってノズル圧力は低下し、ノズル圧力はインク５４の吐出に適した負圧（適正負圧）−１２７４Ｐａになる。インク５４の循環時におけるノズル圧力（−１２７４Ｐａ）は、インク５４の循環停止時におけるノズル圧力（−１０３Ｐａ）よりも低い。
【００８４】
図３に示すように、ノズル５１の開口の位置のインク５４の表面は、適度な凹型のメニスカスが形成されている。その結果、インクジェットヘッド５０１ａは、インク５４の吐出特性は良好になる。インクジェットヘッド５０１ａは、この状態で印刷を実行する。
【００８５】
実験では、循環流量が３７．６mL/minの場合、ノズル５１に掛かる圧力はー１２３０Ｐａであった。上記説明したように、循環流量が３０mL/minで想定した場合、ノズル５１に掛かる圧力は約−１２７４Ｐａと想定したので、実験結果は計算による推定とほぼ一致した。
【００８６】
上流側インク流路８０２による圧力損失は、流量を増せば、大きくなる。インク５４の循環流量が30mL/minよりも大きく設定されている場合、ノズル５１に掛かる圧力をインク５４の吐出に適した値とするには、水頭差の絶対値が０．０１ｍより小さくなるように上流側インクタンク８０１内のインク５４の液面高さを上げて調整する。
【００８７】
インク５４の吐出に適したノズル圧力は、使用するインク５４の物性値や吐出量、ノズル５１の物理的寸法、吐出動作の制御シーケンス等により若干異なるが、通常は、-500Pa〜-3000Pa程度の間にある。インク５４の吐出に適した負圧は、循環流量や上流側インクタンク８０１内のインク５４の液面位置を調整することで所望の値に調整できる。
【００８８】
ノズル圧力Pnの計算式は以下の通りである。上流側インクタンク８０１内のインク５４の単位体積当たりのエネルギーを、ノズル５１の開口位置の大気圧のインク５４を基準としてph(Pa)とおく。上流側インクタンク８０１からノズル分岐部５３までの上流側流路の流路抵抗はR(Pa・s/m3)とする。上流側インクタンク８０１からノズル分岐部５３までの上流側流路に流れるインク５４の流量はQ(m3/s)とする。インク５４の吐出に適したノズル５１に掛かる圧力は、Pn(Pa)とすると、ph-QR=Pnの関係になっている。ph,R,Qは、Pnが所望の値となるよう調整すれば良い。
【００８９】
次に、印刷時の圧力変化について考える。図８下は、図8上のようにインク５４を循環している状態から、印刷したときの圧力損失も示した表である。供給ポンプ９０７の流量が30mL/minのとき、上流側の流量は、自動的に循環流量３０ｍＬ／ｍｉｎにノズル５１から吐出する流量１０ｍＬ／ｍｉｎを重畳した流量４０ｍＬ／ｍｉｎとなる。上流側インク流路８０２による圧力損失は、約−１５６２Ｐａである。水頭差による上流側インクタンク８０１内のインク５４の液面のポテンシャル圧力は、先に求めたように約−１０３Ｐａである。したがって、インク５４の循環中におけるインクジェットヘッド５０１ａのオリフィス面のノズル５１に掛かる圧力は、これらの合計である約−１６６５Ｐａである。
【００９０】
印刷時にインクジェットヘッド５０１ａの上流側を流れるインク５４の流量が変化した場合の圧力変化は、−１２７４Ｐａ―（−１５６２Ｐａ）≒３９０Ｐａである。
【００９１】
このうち、インクジェットヘッド５０１ａの内部による圧力損失は、−９８５Ｐａ−（−１３１３Ｐａ）≒３２８Ｐａである。上流側インク流路８０２による圧力損失は、３９０Ｐａ−３２８Ｐａ＝６２Ｐａである。
【００９２】
下流側インクタンク８０４は、内部の空気層がダンパーとして働くバッファタンクとして機能する。本実施形態では、下流側インクタンク８０４は、容量が５００ｍｌの瓶である。
【００９３】
下流側インクタンク８０４を用いる理由は以下の通りである。もし仮に定量ポンプ９０２をインクジェットヘッド５０１ａと直接接続すると、ノズル５１に掛かる圧力はポンプの脈動に比例して急激に変化する。そのため、インクジェットヘッド５０１ａは悪影響を受ける。
【００９４】
下流側インクタンク８０４がインクジェットヘッド５０１ａと定量ポンプ９０２の間に設けられているので、定量ポンプ９０２で発生する脈動は下流側インクタンク８０４の空気層で吸収される。すなわち、循環式インク供給システム２に流れるインク５４の流れは平滑化される。このように、下流側インクタンク８０４は、定量ポンプ９０２の脈動を抑えつつ、インク５４を下流側インクタンク８０１から定流量で流す働きをする。
【００９５】
発明者らは、下流側インクタンク８０４が定量ポンプ９０２の脈動を吸収する効果を確認するために、次のような比較実験を行った。図１２（ｂ）はダンパーとして下流側インクタンク８０４を使った場合の、図１２（ａ）は下流側インクタンク８０４を省略した場合の実験装置の構成である。上流側インクタンク８０１とメインタンク８０は大気開放されている。下流側インクタンク８０４は図４、図５の下流側インクタンク８０４と同じ500mLのボトルで、密閉されている。
【００９６】
図１２（ａ）では、インク５４は上流側インクタンク８０１、上流側インク流路８０２、圧力センサ８１１、下流側インク流路８０３、下流側インクタンク８０４、第１の流路９０１、ダイアフラム定量ポンプ９０２、第２の流路９０３、メインタンク８０の経路で送液される。図１２（ａ）では下流側インクタンク８０４を省略してあるので、インク５４は上流側インクタンク８０１、上流側インク流路８０２、圧力センサ８１１、下流側インク流路８０３、ダイアフラム定量ポンプ９０２、第２の流路９０３、メインタンク８０の経路で送液される。
【００９７】
ダイアフラム定量ポンプ９０２は、図４、図５の定量ポンプ９０２と同じもので、（株）サタコ製のSNF-10TT24PSCUV型である。このダイアフラム定量ポンプ９０２は液体と気体のどちらでも送ることができる。
【００９８】
上流側インク流路８０２は、流路抵抗が図４、図５の上流側の流路抵抗とほぼ一致するように、チューブの長さを調整してある。調整の結果、内径3mm、長さ440mmのチューブを使うことになった。インクの流量が30mL/minの時、上流側インク流路８０２の流路抵抗によって生じる圧力損失の理論値は１１６９Ｐａである。圧力センサ８１１は接液式の負圧計である。
【００９９】
この実験では圧力の変化量を比較することが目的なので高さは管理していない。従って測定結果の絶対値には意味が無く、その変動幅に意味がある。図１２（ａ）の実験装置で測定した圧力センサ８１１の読み値が図９（ａ）である。このグラフの縦軸は数値の単位はｋＰａである。グラフからレンジで最大約１０ｋＰａの圧力変動を起こしていることがわかる。
【０１００】
これに対し図１２（ｂ）の実験装置で測定すると、圧力センサ８１１の読み値は図９（ｂ）のようになる。図９（ｂ）の縦軸は数値の単位はx10Paである。グラフから読み取れる圧力変動の幅は１２０Ｐａである。例えば東芝テック社製の一般的なインクジェットヘッド５０１ａの推奨負圧範囲は、−５３３Ｐａから−２０００Ｐａとなっており、１４６７Ｐａの適応レンジを持っている。下流側インクタンク８０４を用いない図１２（ａ）の構成では圧力変動幅が適応レンジを超えてしまうので、圧力を調整したとしても正常な印字を行うことができない。しかし図１２（ｂ）の構成であれば圧力変動幅は適応レンジよりも十分小さいので圧力を適当に調整すれば正常に印字できる。
【０１０１】
下流側インクタンク８０４の所定位置には、第１の流路９０１の吸入口９０１ａが設けられている。第１の流路９０１は、吸入口９０１ａから定量ポンプ９０２へ向かうインク５４の流路である。定量ポンプ９０２は、ダイアフラムポンプ又はチューブポンプなどの定流量のポンプで、気体、液体のどちらでも送ることができるものである。
【０１０２】
定量ポンプ９０２は、インク５４の充填時など、下流側インクタンク８０４内のインク５４が少ない間、下流側インクタンク８０４内の空気を排出するとともに下流側インク流路８０３を介して上流側インクタンク８０１から下流側インクタンク８０４へインク５４を導入する。下流側インクタンク８０４内のインク５４の液面が吸入口９０１ａの高さ以上になると、定量ポンプ９０２は、下流側インクタンク８０４内のインク５４を定流量で排出する。定量ポンプ９０２は、同時に、下流側インク流路８０３を介して上流側インクタンク８０１から下流側インクタンク８０４へインク５４を同じ定流量でインク５４を導入する。こうして、下流側インクタンク８０４は定常状態となる。定量ポンプ９０２は、下流側インクタンク８０４から排出したインク５４をメインタンク８０へ戻す。
【０１０３】
下流側インクタンク８０４内のインク５４の液面の高さが吸入口９０１ａの高さよりも低い場合、定量ポンプ９０２は、下流側インクタンク８０４内の気体（空気）をメインタンク８０へ送るので、液面が上昇する。こうして下流側インクタンク８０４の液面は、一定に保たれる。ここで、定量ポンプ９０２によって送られた気体が供給ポンプ９０７を含む帰還流路９０に気体が入るのは好ましくない。メインタンク８０には、第２の流路９０３のメインタンク８０側に設けられた排出口９０３ａと第３の流路９０６のメインタンク８０側に設けられた吸入口９０６ａの間に遮蔽板８０ａが設けられている。
【０１０４】
遮蔽板８０ａは、排出口９０３ａおよび吸入口９０６ａの高さ以上の高さを有している。遮蔽板８０ａに代えて、排出口９０３ａに、流路面積を増やし流量あたりの流速を減らす減速機構を設けて気体を浮かせてもよい。又は、排出口９０３ａの位置を吸入口９０６ａの位置よりも高い位置に設け、定量ポンプ９０２から供給ポンプ９０７への気泡の通過を防ぐ方法でも、あるいは以上のうち２つ以上の組み合わせによる方法でもよい。
【０１０５】
同様に、第４の流路９０９の上流側インクタンク８０１側に設けられた排出口９０９ａにも減速機構８０１a等を設けるとより望ましい。減速機構８０１aは、排出口９０９aと重なる部分を除く断面積が排出口９０９aより大きな円筒状の仕切りで、その断面積比に従ってインク５４の流速を減速し、気泡を浮かせる。
【０１０６】
このように、上流側インクタンク８０１側でも気体を除去するようにしておけば、仮に気体が帰還流路９０を通過して上流側インクタンク８０１に達してしまったとしても、インクジェットヘッド５０１ａへ気体が送られることを防ぐことができる。
【０１０７】
メインタンク８０内の空気層は、エアフィルタ９０５を介して大気圧に開放されている。インク５４が揮発性である場合は、エアフィルタ９０５に迷路構造を持たせて飽和インク蒸気圧部を作って揮発を抑える、又はインク５４を可撓性の袋で密閉して袋の外部から大気圧を与えるなどしても良い。
【０１０８】
上流側インクタンク８０１は密閉されているので、インク５４が揮発性であっても飽和量以上に揮発することは無い。
【０１０９】
メインタンク８０は、第３の流路９０６を介して供給ポンプ９０７と接続されている。供給ポンプ９０７は、メインタンク８０からインク５４を吸い出し、フィルタ９０８で濾過して上流側インクタンク８０１へインク５４を循環する。供給ポンプ９０７の流量は、定量ポンプ９０２の流量と印刷の為にノズル５１から吐出するインク５４の流量の合計以上に設定されている。
【０１１０】
上流側インクタンク８０１には、フロート液面センサ８０５が設けられている。上流側インクタンク８０１内のインク５４の液面が所定液面位置より低い場合、フロート液面センサ８０５の出力を検知した制御部２００は、供給ポンプ９０７に駆動開始信号を送信する。供給ポンプ９０７は、インク５４を上流側インクタンク８０１に送る。上流側インクタンク８０１内のインク５４の液面は上昇する。上流側インクタンク８０１内のインク５４の液面が所定液面位置以上になると、制御部２００は、供給ポンプ９０７に駆動停止信号を送信する。供給ポンプ９０７は、作動を停止する。
【０１１１】
本実施形態に係る循環式インク供給システム２の適用範囲は、図１に示すインクジェット印刷装置１に限定されない。ＭＦＰなどの画像形成装置であってもよい。
【０１１２】
これ以外にも、例えば、循環式インク供給システム２は、給紙トレイがローラで紙を搬送ベルトユニットに供給し、搬送ベルトユニットが搬送ベルト上に吸引または静電により吸着させた用紙をインクジェットヘッド５０１ａの前面に搬送し、インクジェットヘッド５０１ａが紙に対して印刷し、剥離爪のような部材が紙を搬送ベルトから剥離して排出する装置にも適用できる。
【０１１３】
例えば、循環式インク供給システム２は、固定されたインクジェットヘッド５０１ａがロール紙に印刷する連続印刷装置にも適用される。図１３は、循環式インク供給システム２が適用可能なシリアル印刷装置３００を示す概略図である。図１４は、循環式インク供給システム２が適用可能なシリアル印刷装置３００を示す側面図である。例えば、循環式インク供給システム２は、キャリッジ３００１に搭載されたインクジェットヘッド３００２を用紙送り方向Ａと直交する方向ＢにスキャンしながらシートＳに印刷するシリアル印刷装置３００にも適用される。上記実施形態と同じ符号については説明を省略する。上流側インクタンク８０１は、キャリッジ３００１に搭載され、用紙送り方向Ａに沿ってインクジェットヘッド３００２の下流側に設けられている。モータ３００３は、タイミングベルト３００４を介して回転駆動をキャリッジ３００１に伝達する。インクジェットヘッド３００２は、キャリッジ３００１と共にキャリッジガイド３００５に沿ってＢ方向に往復移動する。シートＳは、ガイド部材３００６でガイドされた状態で用紙送り方向Ａに搬送される。シートＳは、インクジェットヘッド３００２で印刷された後、自重もしくは図示しない搬送部材により移動方向Ｃに沿って移動する。
【０１１４】
一般にシリアル印刷装置３００では、ノズル圧力の安定化とキャリッジ３００１の軽量化とを両立することは難しい。ノズル圧力が安定する為には、インクジェットヘッド３００２のノズルにインクを流す流路部品をインクジェットヘッド５０１a直近、すなわちキャリッジ３００１上に搭載される必要がある。キャリッジ３００１に多くの部品が搭載されることによってキャリッジ３００１の重量が増加すると、キャリッジ３００１は作動し難くなるという課題があった。
【０１１５】
本実施形態に係る循環式インク供給システム２をシリアル印刷装置３００に搭載する場合、上流側インクタン８０１だけがキャリッジ３００１上に搭載されていれば良い。これは以下の理由による。下流側流路８０３を流れるインク流量は、常に定量ポンプ９０２の設定流量で定まる一定値であって、吐出インク流量に左右されない。すなわち、下流側は、定流量流路（定電流回路のようなもの）を構成していて、圧力源インピーダンスが非常に高く設定されている。そのため、下流側流路の流路抵抗に変動があったとしても、ノズル圧力には影響しない。この点で、本実施形態に係る循環式インク供給システム２は、シリアル印刷装置３００に最も適したインク供給システムと言える。
【０１１６】
本実施形態では、上流側インクタンク８０１内のインク５４の液面はノズル５１の開口の位置よりも下に設定されている。インクジェットヘッド５０１ａが下向きに印刷する場合、通常、インクジェットヘッド５０１ａの下には印刷媒体である用紙が位置する。そのため、ノズル５１の開口よりも下側に上流側インクタンク８０１の液面を位置させることが困難な場合がある。
【０１１７】
このような場合、上流側インクタンク８０１内のインク５４の液面をノズル５１の面よりも少し上に設定する応用も可能である。このような場合、インク５４の循環中は本実施形態よりも循環流量を上げてノズル圧力を負圧側へシフトさせれば良い。循環停止時は、ノズル圧力が正圧になってしまうが、1〜2kPa以下の正圧であれば、ノズル５１表面を綺麗にメンテナンスしておくことでインク５４が垂れることを防ぐことができる。
【０１１８】
上流側インクタンク８０１内のインク５４の液面がノズル５１の開口の位置よりも少し上に設定された場合、別の構成部材である負圧空気タンクを設けてエアバルブ８０６の大気開放部を大気開放せずに負圧空気タンクに接続すればより望ましい。負圧空気タンクを設ければ、循環停止中も負圧を維持できるからである。
【０１１９】
次に、図１０を用いて、循環式インク供給システム２におけるインク５４の循環停止工程について説明する。
【０１２０】
はじめに、ユーザがインクジェット印刷装置１に設けられた循環停止スイッチ３０３を押下すると、制御部２００は定量ポンプ９０２を停止させる。すると、下流側インクタンク８０４は、徐々に増圧し、流量は減少する。その間、上流側インクタンク８０１の液面が所定値となるように供給ポンプ９０７が制御されているので、供給ポンプ９０７は、停止の頻度が高くなる。次に、制御部２００は、２方コック８１０を閉状態とする。２方コック８１０が閉状態となると、インク５４の循環は停止する。したがって、上流側インクタンク８０１内のインク５４の量は減らなくなる。結果として、供給ポンプ９０７は作動しなくなる。その後、供給ポンプ９０７の作動、停止制御を止めても良い。
【０１２１】
循環停止状態及び印刷停止状態では、上流側インクタンク８０１内のインク５４の単位体積当たりのエネルギーは、ポテンシャルヘッドから上流側インクタンク８０１のインク５４の液面の位置までの水頭差によるポテンシャル圧力によって決まる。本実施形態では、上流側インクタンク８０１内のインク５４の単位体積当たりのエネルギーは−１０３Ｐａである。ノズル圧力は、循環停止後も−１０３Ｐａの弱負圧で維持される。したがって、ノズル５１の周囲がインク５４で濡れたりインク５４がノズル５１から滴下したりする心配は無い。
【０１２２】
ここで、循環停止時に２方コック８１０が閉状態としたのは、上流側インクタンク８０１が下流側インクタンク８０４、メインタンク８０と連通し、サイフォン効果で上流側インクタンク８０１内のインク５４の液面位置が変化することを防ぐ為である。
【０１２３】
２方コック８１０の挿入場所は、定量ポンプ９０２と直列にしても良い。以下の何れか又は複数が実施される場合、２方コック８１０の設置は省略できる(常時開状態)場合がある。
【０１２４】
１つ目は、制御部２００が供給ポンプ９０７を止めずに常時上流側インクタンク８０１の液面が一定となるような制御をさせておくことである。２つ目は、定量ポンプ９０２にチューブポンプ等の阻止機能を有するものを使うことである。３つ目は、メインタンク８０内のインク５４の液面を下流側インクタンク８０４内インク５４の液面よりも高く設定しておき、定量ポンプ９０２と直列にメインタンク８０から下流側インクタンク８０４へ向う方向の流れを止める逆止弁を設けることである。
【０１２５】
２方コック８１０が閉状態である間、２方コック８１０を含む下流側インク流路８０３の気密性が心配である場合には、上流側インクタンク８０１内の液面を所定液面に維持するために、循環停止後も供給ポンプ９０７のは作動、停止制御を続けておけば良い。
【０１２６】
本実施形態により、循環式インク供給システム２のメンテナンスは、頻繁にする必要はない。ノズル圧力が適正負圧に保たれているので、ノズル５１からインク５４が漏れることはなく、逆にノズル５１から空気が流入することもない。したがって、インクジェット印刷装置１は、循環式インク供給システム２の起動、循環式インク供給システム２でインク５４を循環、循環式インク供給システム２で印刷の順で使用できる。基本的には、循環式インク供給システム２のパージ、メンテナンスは不要である。実験では、循環式インク供給システム２でインク５４の循環を８日間停止した状態で循環式インク供給システム２を起動させても問題がないことが実証されている。
【０１２７】
本発明の実施形態は。以下の構成で実現できる。
【０１２８】
（１）実施形態に係る循環式インク供給システムは、上流側インクタンクと、一端側が前記上流側インクタンクに接続された上流側インク流路と、前記上流側インク流路の他端側に接続され、インクを吐出するノズルに連通するノズル分岐部と、一端側が前記ノズル分岐部に接続された下流側インク流路と、前記下流側インク流路の他端側に接続され、前記上流側インク流路、前記ノズル分岐部、前記下流側インク流路を介して前記上流側インクタンクから流出した前記インクを蓄える下流側インクタンクと、前記下流側インクタンクの前記インクを前記上流側インクタンクに戻す帰還流路と、前記上流側インクタンクに蓄えられている前記インクを、前記上流側インク流路、前記ノズル分岐部、前記下流側インク流路、前記下流側インクタンク、前記帰還流路の経路で前記上流側インクタンクに循環させる循環機構と、前記ノズル分岐部で分岐した前記インクをノズル部から吐出させて印刷する印刷機構と、を有し、前記ノズルの高さ位置の大気圧のインクを基準とした場合、前記インクの循環停止時における前記上流側インクタンク内の前記インクの静圧とポテンシャルエネルギーの合計値で決まる単位体積当たりのエネルギーは、前記基準としたインクの単位体積当たりのエネルギー以下である。
【０１２９】
（２）上記（１）に記載の循環式インク供給システムであって、前記上流側インクタンクの液面高さ位置は、前記ノズル高さ位置以下である。
【０１３０】
（３）上記（１）に記載の循環式インク供給システムであって、前記インクの循環時における前記ノズル部にある前記インクにかかる圧力は、前記インクの循環停止時における前記ノズル部にある前記インクにかかる圧力よりも低い。
【０１３１】
（４）上記（１）に記載の循環式インク供給システムであって、前記インクの循環時における前記ノズル部にある前記インクにかかる圧力および前記インクの循環停止時における前記ノズル部にある前記インクの圧力は、０Pa(前記大気圧) =<前記インクの循環停止時における前記ノズル部にある前記インクにかかる圧力=<前記インクの循環時における前記ノズル部にある前記インクにかかる圧力=< -3000Paの関係を満たす。
【０１３２】
（５）上記（１）に記載の循環式インク供給システムであって、ph(Pa)を、前記ノズル高さ位置の大気圧のインクにおける前記単位体積当たりのエネルギーを基準とした場合の前記上流側インクタンク内のインクの単位体積当たりのエネルギー、R(Pa・s/m3)を前記上流側インク流路の流路抵抗、Q(m3/s)を前記上流側インク流路に流れる前記インクの流量、Pn(Pa)を前記インクの吐出に適した前記ノズル位置の前記インクにかかる圧力としたとき、ph-QR=Pnを満たす。
【０１３３】
（６）上記（５）に記載の循環式インク供給システムであって、前記Pnは、500Pa =< -Pn =< 3000Paの関係を満たす。
【０１３４】
（７）実施形態に係る上記（１）に記載の循環式インク供給システムは、上流側インクタンクと、一端側が前記上流側インクタンクに接続された上流側インク流路と、前記上流側インク流路の他端側に接続され、インクを吐出するノズルに連通するノズル分岐部と、一端側が前記ノズル分岐部に接続された下流側インク流路と、前記下流側インク流路の他端側に接続され、前記上流側インク流路、前記ノズル分岐部、前記下流側インク流路を介して前記上流側インクタンクから流出した前記インクを蓄える下流側インクタンクと、前記下流側インクタンクの前記インクを前記上流側インクタンクに戻す帰還流路と、前記上流側インクタンクに蓄えられている前記インクを、前記上流側インク流路、前記ノズル分岐部、前記下流側インク流路、前記下流側インクタンク、前記帰還流路の経路で前記上流側インクタンクに循環させる循環機構と、前記ノズル分岐部で分岐した前記インクを前記ノズルから吐出させて印刷する印刷機構と、を有し、前記上流側インク流路の流路抵抗は、前記下流側インク流路の流路抵抗よりも小さい。
【０１３５】
（８）上記（７）に記載の循環式インク供給システムであって、少なくとも前記上流側インクタンクと、前記上流側インク流路と、前記印刷機構はキャリッジ上に搭載されており、少なくとも前記下流側インクタンクは前記キャリッジとは別の場所に設置されている。
【０１３６】
（９）上記（７）に記載の循環式インク供給システムであって、前記上流側インク流路の経路長は、前記下流側インク流路の経路長よりも短い。
【０１３７】
（１０）上記（７）に記載の循環式インク供給システムであって、前記ノズル分岐部の位置から前記上流インクタンクの位置までの距離は、前記ノズル分岐部の位置から前記下流側インクタンクの位置までの距離よりも短い。
【０１３８】
（１１）上記（７）に記載の循環式インク供給システムであって、前記帰還流路は、前記インクを蓄えるメインタンクと、前記下流側インクタンクから前記インクを吸引して前記メインタンクに送る定量ポンプと、前記メインタンクの前記インクを吸引して前記上流側インクタンクに戻す供給ポンプとを有する。
【０１３９】
（１２）上記（７）に記載の循環式インク供給システムであって、前記帰還流路は、前記インクを濾過するフィルタを有する。
【０１４０】
（１３）上記（１１）に記載の循環式インク供給システムであって、前記メインタンクには、前記定量ポンプによって前記インクを流入させる流入口と前記供給ポンプによって前記インクを排出する排出口が設けられ、前記流入口と前記排出口の間に遮蔽板が設けられている。
【０１４１】
（１４）上記（７）に記載の循環式インク供給システムであって、前記下流側インク流路には、インクの流れを止めるコックが設けられている。
【０１４２】
（１５）上記（１１）に記載の循環式インク供給システムであって、前記上流側インクタンクの液面の高さを検出する液面センサと、前記液面センサの検出結果に応じて前記供給ポンプを制御して前記上流側インクタンクの液面の位置を前記上流側インクタンクの前記所定位置となるように維持する制御機構と、を有する。
【０１４３】
（１６）上記（１５）に記載の循環式インク供給システムであって、前記定量ポンプは、前記下流側インクタンクの液面が所定位置より低い間、前記下流側インクタンクの所定位置に設けられた排出口を介して前記下流側インクタンク内の気体を吸引し、前記下流側インクタンクの前記液面が前記下流側インクタンクの前記所定位置以上の間は前記インクを吸引する。
【０１４４】
（１７）上記（１６）に記載の循環式インク供給システムであって、前記下流側インクタンクは、密閉されたダンパー瓶である。
【０１４５】
（１８）本実施形態に係る循環式インク供給システムは、上流側インクタンクと、一端側が前記上流側インクタンクに接続された上流側インク流路と、前記上流側インク流路の他端側に接続され、インクを吐出するノズルに連通するノズル分岐部と、一端側が前記ノズル分岐部に接続された下流側インク流路と、前記下流側インク流路の他端側に接続され、前記上流側インク流路、前記ノズル分岐部、前記下流側インク流路を介して前記上流側インクタンクから流出した前記インクを蓄える下流側インクタンクと、前記下流側インクタンクの前記インクを前記上流側インクタンクに戻す帰還流路と、前記上流側インクタンクに蓄えられている前記インクを、前記上流側インク流路、前記ノズル分岐部、前記下流側インク流路、前記下流側インクタンクと、前記帰還流路の経路で前記上流側インクタンクに循環させる循環機構と、前記ノズル分岐部で分岐した前記インクを前記ノズルから吐出させて印刷する印刷機構と、を有し、前記下流側インク流路は定流量流路となるように制御されている。
【０１４６】
（１９）上記（１８）に記載の循環式インク供給システムであって、少なくとも前記上流側インクタンクと、前記上流側インク流路と、前記印刷機構は前記キャリッジ上に搭載されており、少なくとも前記下流側インクタンクは前記キャリッジとは別の場所に設置されている。
【０１４７】
（２０）実施形態に係る送液機構は、供給口から液体が流入し、所定位置に設けられた排出口から前記液体または気体を排出する密閉したバッファタンクと、前記排出口と接続された前記液体及び前記気体のいずれも送ることができるポンプと、を有し、前記ポンプは、前記バッファタンク内の前記液体の液面位置が前記所定位置まで満たない間、前記バッファタンクに設けられた前記排出口から前記気体を排出するとともに前記供給口から前記液体を流入させて前記バッファタンク内の前記所定位置まで前記液体を充填し、前記バッファタンク内の液体の液面位置が前記所定位置以上に達している間、前記バッファタンクに設けられた前記排出口から前記液体を排出するとともに前記供給口から前記液体を流入させる。
【符号の説明】
【０１４８】
２…循環式インク供給システム、５１…ノズル、５２…オリフィスプレート、５３…ノズル分岐部、５４…インク、８０…メインタンク、８０a…遮蔽板、９０…帰還流路、５０１a…インクジェットヘッド、８０１…上流側インクタンク、８０１a…減速機構、８０２…上流側インク流路、８０３…下流側インク流路、８０４…下流側インクタンク、８０５…フロート液面センサ、８１０…２方コック、８１１…圧力センサ、９０１…第１の流路、９０２…定量ポンプ、９０３…第２の流路、９０５…、９０６…第３の流路、９０７…供給ポンプ、９０９…第４の流路。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１４９】
【特許文献１】特開２００７−３１３８８４号公報
【図１】
2010064477.tif 000003
【図２】
2010064477.tif 000004
【図３】
2010064477.tif 000005
【図４】
2010064477.tif 000006
【図５】
2010064477.tif 000007
【図６】
2010064477.tif 000008
【図７】
2010064477.tif 000009
【図８】
2010064477.tif 000010
【図９】
2010064477.tif 000011
【図１０】
2010064477.tif 000012
【図１１】
2010064477.tif 000013
【図１２】
2010064477.tif 000014
【図１３】
2010064477.tif 000015
【図１４】
2010064477.tif 000016