(57)【要約】【課題】ノズルの液体圧力の変動を軽減することが可能な液体循環装置及び液体吐出装置を提供する。【解決手段】実施形態に係る液体循環装置は、第１のタンクと、循環路と、バイパス流路と、バッファ装置と、を備える。第１のタンクは、液体を吐出する液体吐出ヘッドに供給される液体を貯留する。循環路は前記液体吐出ヘッド及び前記第１のタンクを通る。バイパス流路は、前記循環路における前記液体吐出ヘッドの一次側と前記液体吐出ヘッドの二次側とを前記液体吐出ヘッドを通らずに接続する。バッファ装置は、前記バイパス流路に設けられる。【選択図】図２
2019059047.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出する液体吐出ヘッドに供給される液体を貯留する第１のタンクと、
前記液体吐出ヘッド及び前記第１のタンクを通る循環路と、
前記循環路における前記液体吐出ヘッドの一次側と前記液体吐出ヘッドの二次側とを前記液体吐出ヘッドを通らずに接続するバイパス流路と、
前記バイパス流路に設けられるバッファ装置と、
を備える、液体循環装置。
【請求項２】
前記バッファ装置は、前記バイパス流路の流路断面積を拡大するバッファタンクを備える、請求項１記載の液体循環装置。
【請求項３】
前記バッファ装置は、空気室を有する、請求項１または２に記載の液体循環装置。
【請求項４】
前記バッファタンクは、少なくとも一部に弾性変形可能な壁を有する収容室を備え、容積が可変に構成される、請求項２に記載の液体循環装置。
【請求項５】
前記循環路において、前記液体吐出ヘッドの一次側と前記第１のタンクとの間に設けられ、液体を前記液体吐出ヘッドに向けて送る第１ポンプと、
前記循環路において、前記液体吐出ヘッドの二次側と前記第１のタンクとの間に設けられ、液体を前記第１のタンクに向けて送る第２ポンプと、
前記循環路または前記バイパス流路の圧力を検出する圧力検出器と、
前記循環路または前記バイパス流路の圧力に基づき、前記第１ポンプ及び前記第２ポンプの送液能力を調整する圧力調整手段と、を備える請求項１乃至４のいずれか１項に記載の液体循環装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の液体循環装置と、
液体を吐出する液体吐出ヘッドと、を備える、液体吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、液体循環装置、及び液体吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体を吐出する液体吐出ヘッドと、液体吐出ヘッドを含む循環路において液体を循環させる液体循環装置と、を備える液体吐出装置が知られている。このような液体吐出装置は、循環路の液体吐出ヘッドの上流に空気層を有するタンクを設け、液体吐出ヘッドに流入する液体圧力の変動を軽減し、ノズルの液体圧力の変動を軽減している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−２２１８１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、ノズルの液体圧力の変動を軽減することが可能な液体循環装置及び液体吐出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態に係る液体循環装置は、第１のタンクと、循環路と、バイパス流路と、バッファ装置と、を備える。第１のタンクは、液体を吐出する液体吐出ヘッドに供給される液体を貯留する。循環路は前記液体吐出ヘッド及び前記第１のタンクを通る。バイパス流路は、前記循環路における前記液体吐出ヘッドの一次側と前記液体吐出ヘッドの二次側とを前記液体吐出ヘッドを通らずに接続する。バッファ装置は、前記バイパス流路に設けられる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１実施形態にかかるインクジェット記録装置の構成を示す側面図。
【図２】同実施形態にかかる液体吐出装置の構成を示す説明図。
【図３】同液体吐出装置の一部の構成を示す斜視図。
【図４】同液体吐出装置の一部の構成を示す側面図。
【図５】同液体吐出装置の液体吐出ヘッドの構成を示す説明図。
【図６】同液体吐出装置の圧電ポンプの構成を示す説明図。
【図７】同液体吐出装置の制御部の構成を示すブロック図。
【図８】同液体吐出装置の制御方法を示すフローチャート。
【図９】他の実施形態にかかる液体吐出装置の構成を示す説明図。
【図１０】他の実施形態にかかる液体吐出装置のバッファ装置の構成を示す説明図。
【図１１】他の実施形態にかかる液体吐出装置のバッファ装置の構成を示す説明図。
【図１２】他の実施形態にかかる液体吐出装置のバッファ装置の構成を示す説明図。
【図１３】他の実施形態にかかる液体吐出装置のバッファ装置の構成を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
［第１実施形態］
以下、第１実施形態にかかる液体吐出装置１０及び液体吐出装置１０を備えるインクジェット記録装置１について、図１乃至図７を参照して説明する。各図において説明のため、適宜構成を拡大、縮小または省略して示している。図１はインクジェット記録装置１の構成を示す側面図である。図２は液体吐出装置１０の構成を示す説明図である。図３、図４は液体吐出装置１０の一部の構成を示す斜視図及び正面図である。図５は液体吐出ヘッド２０の構成を示す説明図である。図６は第１循環ポンプ３３，第２循環ポンプ３６及び補給ポンプ５３の構成を示す説明図である。図７は液体吐出装置１０のブロック図である。
【０００８】
図１に示すインクジェット記録装置１は、複数の液体吐出装置１０と、液体吐出装置１０を移動可能に支持するヘッド支持機構１１と、記録媒体Ｓを移動可能に支持する媒体支持機構１２と、ホスト制御装置１３と、を備える。
【０００９】
図１に示すように、複数の液体吐出装置１０が、所定の方向に並列して配置されヘッド支持機構１１に支持される。液体吐出装置１０は、液体吐出ヘッド２０及び循環装置３０を一体に備える。液体吐出装置１０は、液体として例えばインクＩを液体吐出ヘッド２０から吐出することで、対向して配される記録媒体Ｓに所望の画像を形成する。
【００１０】
複数の液体吐出装置１０は、複数の色、例えばシアンインク、マゼンタインク、イエロインク、ブラックインク、ホワイトインクを、それぞれ吐出するが、使用するインクＩの色あるいは特性は限定されない。たとえばホワイトインクに換えて、透明光沢インク、赤外線または紫外線を照射したときに発色する特殊インク等を吐出可能である。複数の液体吐出装置１０は、それぞれ使用するインクが異なるものの同じ構成である。
【００１１】
図３乃至図５に示される液体吐出ヘッド２０は、インクジェットヘッドであり、複数のノズル２１ａを有するノズルプレート２１と、基板２２と、基板２２に接合されたマニフォルド２３と、を備える。基板２２は、ノズルプレート２１に対向して接合され、ノズルプレート２１との間に複数のインク圧力室２５を含む所定の流路２８を形成する所定形状に構成されている。基板２２の、各インク圧力室２５に面する部位には、アクチュエータ２４が設けられている。基板２２は、同じ列の複数のインク圧力室２５の間に配される隔壁を備える。アクチュエータ２４は、ノズル２１ａに対向配置されており、アクチュエータ２４とノズル２１ａとの間にインク圧力室２５が形成される。
【００１２】
液体吐出ヘッド２０は、ノズルプレート２１と、基板２２と、マニフォルド２３とによって、内部にインク圧力室２５を有する所定の流路２８を構成する。基板２２の各インク圧力室２５に面する部位には、電極２４ａ，２４ｂを備えるアクチュエータ２４が設けられている。アクチュエータ２４は駆動回路に接続される。液体吐出ヘッド２０は、モジュール制御部３８（図２）の制御によりアクチュエータ２４が電圧に応じて変形することで、対向配置されたノズル２１ａから液体を吐出させる。
【００１３】
図２乃至図４に示すように、循環装置３０は、金属製の連結部品により液体吐出ヘッド２０の上部に一体に連結されている。循環装置３０は、液体吐出ヘッド２０を通り液体が循環可能に構成された所定の循環路３１と、この循環路３１に順に設けられた第１のタンクである中間タンク３２と、第１循環ポンプ３３と、バイパス流路３４と、バッファ装置１００としてのバッファタンク３５と、第２循環ポンプ３６と、複数の開閉バルブ３７ａ，３７ｂと、液体吐出動作を制御するモジュール制御部３８と、を備える。
【００１４】
また、循環装置３０は、循環路３１の外部に設けられる補給タンクとしてのカートリッジ５１と、供給路５２と、補給ポンプ５３と、を備える。カートリッジ５１は、中間タンク３２に供給される液体を保有可能に構成され、内部の空気室は大気開放されている。供給路５２は中間タンク３２とカートリッジ５１とを接続する流路である。補給ポンプ５３は、供給路５２に設けられ、カートリッジ５１内の液体を中間タンク３２へ送液する。
【００１５】
循環路３１は、中間タンク３２と液体吐出ヘッド２０の供給口２０ａとを接続する第１流路３１ａと、液体吐出ヘッド２０の回収口２０ｂと中間タンク３２とを接続する第２流路３１ｂと、を備える。循環路３１は、中間タンク３２から第１流路３１ａを通って液体吐出ヘッド２０の供給口２０ａに至り、液体吐出ヘッド２０の回収口２０ｂから、第２流路３１ｂを通って中間タンク３２に至る。第１流路３１ａには、第１ポンプである第１循環ポンプ３３が設けられている。第２流路３１ｂには、第２ポンプである第２循環ポンプ３６が設けられている。また、第１流路３１ａには第１流路３１ａ内の液体圧力を検出する第１の圧力検出器である第１圧力センサ３９ａが設けられている。第２流路３１ｂには、第２流路３１ｂ内の液体圧力を検出する第２の圧力検出器である第２圧力センサ３９ｂが設けられている。
【００１６】
中間タンク３２は、循環路３１によって液体吐出ヘッド２０に接続され、液体を貯留可能に構成されている。中間タンク３２には中間タンク３２内の空気室を大気開放可能に構成された開閉バルブ３７ａが設けられている。また中間タンク３２の液面には、液位センサ５４が設けられている。
【００１７】
バイパス流路３４は、第１流路３１ａの第１循環ポンプ３３よりも下流側と、第２流路の第２循環ポンプ３６よりも上流側とを接続する流路である。バイパス流路３４は循環路３１における液体吐出ヘッド２０の一次側と液体吐出ヘッドの二次側とを、液体吐出ヘッド２０を通らずに短絡的に接続する。バイパス流路３４にはバッファタンク３５が接続されている。すなわち、バイパス流路３４は、バッファタンク３５と第１流路３１ａとを接続する第１バイパス流路３４ａと、バッファタンク３５と第２流路３１ｂとを接続する第２バイパス流路３４ｂとを備える。
【００１８】
例えば、バイパス流路３４の第１バイパス流路３４ａ及び第２バイパス流路３４ｂは、同じ長さ及び同じ径を有し、いずれも循環路３１よりも小径に構成されている。例えば、本実施形態において、循環路３１の径がバイパス流路３４の第１バイパス流路３４ａ及び第２バイパス流路３４ｂの直径の２倍〜５倍程度に設定される。一例として、バイパス流路３４の流路径φ１は０．７ｍｍ以下であり、循環路３１の流路径φ２は２．０ｍｍ程度としている。また、バイパス流路３４の第１バイパス流路３４ａ及び第２バイパス流路３４ｂはそれぞれ長さＬ１が２ｍｍ程度に構成されている。
【００１９】
本実施形態において、バイパス流路３４の中間地点にバッファタンク３５が設けられている。また、循環路３１において、第１流路３１ａのバイパス流路３４が分岐する分岐点から液体吐出ヘッド２０の供給口２０ａまでの距離は、液体吐出ヘッド２０の回収口２０ｂから第２流路３１ｂの第２バイパス流路３４ｂとの合流点までの距離と同じである。
【００２０】
バッファタンク３５はバイパス流路３４の流路断面積よりも大きい流路断面積を有し、液体を貯留可能に構成されている。バッファタンク３５は例えば上壁、下壁、後壁、前壁、及び左右一対の側壁を有し、内部に液体を貯留する収容室３５ａを形成する矩形の箱状に構成されている。バッファタンク３５の一対の側壁の下部の所定箇所に、それぞれバイパス流路３４が接続されている。本実施形態において、例えば流入側の第１バイパス流路３４ａのバッファタンク３５への接続位置と流出側の第２バイパス流路３４ｂのバッファタンク３５への接続位置は、同じ高さに設定される。
【００２１】
バッファタンク３５は、バイパス流路３４の流路断面積の２００倍〜３００倍の流路断面積を有している。例えばバイパス流路３４と直交する２方向である高さ方向と奥行き方向の寸法がそれぞれ１０ｍｍ、バイパス流路３４と並行な幅方向の寸法が２０ｍｍ程度に構成されている。
【００２２】
バッファタンク３５内の収容室３５ａの下部領域にはバイパス流路３４を流れるインクが配され、収容室３５ａの上部領域には空気室が形成される。すなわちバッファタンク３５は、所定量の液体及び空気が貯留可能である。このバッファタンク３５によりバイパス流路３４から流れる液体の流路断面積が拡大されることにより、収容室３５ａがばねとして作用し、循環路３１内の圧力の変動が吸収される。
【００２３】
また、バッファタンク３５は、収容室３５ａの容積が可変に構成されている。具体的には、バッファタンク３５の収容室３５ａ（図４）を形成する壁の一部が、弾性変形可能な材料で構成されている。ここでは、バッファタンク３５の収容室３５ａを形成する前壁が例えばポリイミドまたはＰＴＦＥからなる変形膜３５ｃで構成されている。
【００２４】
バッファタンク３５の空気室には大気開放可能に構成された開閉バルブ３７ｂが接続されている。すなわち、バッファタンク３５の上壁に、上方に延出する接続管３５ｄが設けられ、この接続管３５ｄの他端部に接続管３５ｄ内の流路を開閉する開閉バルブ３７ｂが設けられている。
【００２５】
循環路３１、バイパス流路３４、及び、供給路５２は、金属または樹脂材料で構成されるパイプと、パイプの外面を覆うチューブ、例えばＰＴＦＥチューブと、を備える。
【００２６】
第１圧力センサ３９ａ、第２圧力センサ３９ｂは、例えば半導体ピエゾ抵抗圧力センサを利用して圧力を電気信号として出力する。半導体ピエゾ抵抗圧力センサは、外部からの圧力を受けるダイヤフラムと、このダイヤフラムの表面に形成された半導体歪ゲージとを備える。半導体ピエゾ抵抗圧力センサは、外部からの圧力によるダイヤフラムの変形に伴い歪ゲージに生じるピエゾ抵抗効果による電気抵抗の変化を電気信号に変換して圧力を検出する。
【００２７】
液位センサ５４は、液面に浮かび上下動するフロート５５と、上下２カ所の所定位置に設けられたホールＩＣ５６ａ、５６ｂと、を備えて構成されている。液位センサ５４は、ホールＩＣ５６ａ，５６ｂによって、フロート５５が上限位置及び下限位置に至ることを検出することで、中間タンク３２内のインク量を検出し、検出したデータをモジュール制御部３８へ送る。
【００２８】
開閉バルブ３７ａ、３７ｂは、中間タンク３２、及びバッファタンク３５に設けられている。開閉バルブ３７ａ、３７ｂは例えば電源が入った時に開き、電源が切れたら閉じる、ノーマルクローズのソレノイド開閉バルブである。開閉バルブ３７ａ、３７ｂはモジュール制御部３８の制御により開閉されることで、中間タンク３２、及びバッファタンク３５の空気室を大気に対して開閉可能に構成される。
【００２９】
第１循環ポンプ３３は、循環路３１の第１流路３１ａに設けられている。第１循環ポンプ３３は、液体吐出ヘッド２０の一次側と中間タンク３２との間に配され、下流に配される液体吐出ヘッド２０に向けて液体を送る。第１流路３１ａの液体は、液体吐出ヘッド２０を流れる流路とバイパス流路３４を流れる流路の管路抵抗に応じた配分で、液体吐出ヘッド２０に流れる液体と、バイパス流路３４を通じてバッファタンク３５流れる液体とに、分配される。なお、本実施形態においてはバイパス流路３４側の流路抵抗が、液体吐出ヘッド２０側の流路抵抗の２〜５倍となるように、バイパス流路３４を循環路３１に比べて小径とした。
【００３０】
循環路３１における圧力は、液体吐出ヘッド２０の抵抗による圧力損失により、液体吐出ヘッド２０の一次側すなわち流入側が、液体吐出ヘッド２０の二次側すなわち流出側よりも、高い圧力になっている。したがって、液体吐出ヘッド２０を通る循環路３１及びバイパス流路３４において、液体は、図２中矢印で示すように、圧力の高い一次側から圧力の低い二次側へ向かって流れることになる。
【００３１】
第２循環ポンプ３６は、循環路３１の第２流路３１ｂに設けられている。第２循環ポンプ３６は、液体吐出ヘッド２０の二次側と中間タンク３２との間に配され、下流に配される中間タンク３２に向けて液体を送る。
【００３２】
補給ポンプ５３は、供給路５２に設けられている。補給ポンプ５３は、カートリッジ５１内に保有されたインクＩを、中間タンク３２に向けて送る。
【００３３】
第１循環ポンプ３３、第２循環ポンプ３６、及び補給ポンプ５３は、例えば図６に示されるように圧電ポンプ６０で構成されている。圧電ポンプ６０は、ポンプ室５８と、ポンプ室５８に設けられ電圧により振動する圧電アクチュエータ５９と、ポンプ室５８の入口及び出口に配された逆止弁６１，６２と、を備える。圧電アクチュエータ５９は、例えば約５０Ｈｚから２００Ｈｚの周波数で振動可能に構成される。第１循環ポンプ３３、第２循環ポンプ３６、及び補給ポンプ５３は、配線により駆動回路に接続されモジュール制御部３８の制御によって制御可能に構成されている。圧電ポンプ６０は、交流電圧が印加され、圧電アクチュエータ５９が動作させられると、ポンプ室５８の容積が変化する。圧電ポンプ６０は、印加する電圧が変化すると圧電アクチュエータ５９の最大変化量が変化し、ポンプ室５８の容積変化量が変化する。そして、ポンプ室５８の容積が大きくなる方向へ変形すると、ポンプ室５８の入口の逆止弁６１が開き、インクがポンプ室５８に流入する。一方、ポンプ室５８の容積が小さくなる方向へ変化すると、ポンプ室５８の出口の逆止弁６２が開きインクがポンプ室５８から流出する。圧電ポンプ６０は、ポンプ室５８の拡張と収縮を繰り返してインクＩを下流に送液する。したがって、圧電アクチュエータ５９に印加する電圧が大きいと送液能力が強く、電圧が小さいと送液能力が弱くなる。例えば本実施形態においては圧電アクチュエータ５９に印加する電圧を５０Ｖから１５０Ｖの間で変化させている。
【００３４】
図７に示すように、モジュール制御部３８は、循環装置３０に一体に搭載された制御基板上に、ＣＰＵ７１と、各要素を駆動する駆動回路７５ａ〜７５ｅと各種データを記憶する記憶部７２と、外部に設けられるホスト制御装置（ホストコンピュータ）１３との通信用の通信インターフェース７３と、を備える。
【００３５】
モジュール制御部３８は、通信インターフェース７３によってホスト制御装置１３と接続された状態で、ホスト制御装置１３と通信することにより、動作条件等の各種情報を受信する。
【００３６】
ユーザの入力操作やインクジェット記録装置１のホスト制御装置１３からの指示は、通信インターフェース７３によって、モジュール制御部３８のＣＰＵ７１に送信される。また、モジュール制御部３８が取得する各種情報は、通信インターフェース７３経由でインクジェット記録装置１のホスト制御装置１３に送られる。
【００３７】
ＣＰＵ７１は、モジュール制御部３８の中枢部分に相当する。ＣＰＵ７１は、オペレーティングシステムやアプリケーションプログラムに従って、液体吐出装置１０の各種の機能を実現するべく、各部を制御する。
【００３８】
ＣＰＵ７１には、循環装置３０の各種ポンプ３３，３６，５３及び開閉バルブ３７ａ，３７ｂの駆動回路７５ａ，７５ｂ，７５ｃ，７５ｄや各種センサ３９ａ，３９ｂ，５４、液体吐出ヘッド２０の駆動回路７５ｅが接続されている。
【００３９】
例えばＣＰＵ７１は、循環ポンプ３３，３６の動作を制御することで、液体を循環させる循環手段としての機能を有する。
【００４０】
また、ＣＰＵ７１は、液位センサ５４や圧力センサ３９ａ，３９ｂによって検知した情報に基づき、補給ポンプ５３の動作を制御することで、カートリッジ５１から液体を循環路３１に補給する補給手段としての機能を有する。
【００４１】
さらにＣＰＵ７１は、第１圧力センサ３９ａ、第２圧力センサ３９ｂ、及び液位センサ５４にて検知した情報に基づき、第１循環ポンプ３３及び第２循環ポンプ３６の送液能力を制御することで、ノズル２１ａのインク圧力を調整する圧力調整手段としての機能を有する。
【００４２】
また、ＣＰＵ７１は、開閉バルブ３７ａ，３７ｂの開閉を制御することで、中間タンク３２及び、バッファタンク３５の液位を調整する液位調整手段としての機能を有する。
【００４３】
記憶部７２は、例えばプログラムメモリやＲＡＭを備える。記憶部７２には、アプリケーションプログラムや各種の設定値が記憶されている。記憶部７２には、例えば圧力制御に用いられる制御データとして、ノズル２１ａのインク圧力を算出する算出式や、目標圧力範囲、各ポンプの調整最大値などの各種設定値が記憶されている。
【００４４】
以下本実施形態にかかる液体吐出装置１０の制御方法について、図８のフローチャートを参照して説明する。
【００４５】
ＣＰＵは、Ａｃｔ１において、循環開始の指示を待機する。例えばホスト制御装置１３からの指令により循環開始の指示を検知すると（Ａｃｔ１のＹｅｓ）、Ａｃｔ２の処理に進む。なお、印字動作として、ホスト制御装置１３は、記録媒体Ｓの搬送方向に対して直交する方向に液体吐出装置１０を往復移動させながら、インク吐出動作を行うことにより記録媒体Ｓに画像を形成する。具体的には、ＣＰＵ７１は、ヘッド支持機構１１に設けられたキャリッジ１１ａ（図１）を記録媒体Ｓの方向に搬送し、矢印Ａ方向に往復移動する。また、ＣＰＵ７１は、画像データに応じた画像信号を液体吐出ヘッド２０の駆動回路７５ｅに送り、液体吐出ヘッド２０のアクチュエータ２４を選択的に駆動して、ノズル２１ａから記録媒体Ｓにインク滴を吐出する。
【００４６】
Ａｃｔ２において、ＣＰＵ７１は、第１循環ポンプ３３及び第２循環ポンプ３６を駆動し、インク循環動作を開始する。ここで、第１流路３１ａのインクＩは、液体吐出ヘッド２０を流れる流路とバイパス流路３４を流れる流路の管路抵抗に応じた配分で、液体吐出ヘッド２０に流れる液体と、バイパス流路３４を通じてバッファタンク３５流れる液体とに、分配される。すなわち、インクＩの一部は、中間タンク３２から、第１流路３１ａを通って液体吐出ヘッド２０に至り、第２流路３１ｂを通って再び中間タンク３２に流入するように循環する。またインクＩの残りの一部は、第１流路３１ａからバイパス流路３４及びバッファタンク３５内を通って、液体吐出ヘッド２０を通らずに、第２流路３１ｂに送られ、再び中間タンク３２に流入する。この循環動作によりインクＩに含まれる不純物は循環路３１に設けられたフィルタによって除去される。
【００４７】
Ａｃｔ３において、ＣＰＵ７１は、中間タンク３２の開閉バルブ３７ａを開け、大気開放する。中間タンク３２は大気開放され、常に一定圧力となるため、液体吐出ヘッド２０のインク消費による循環経路内の圧力低下が防止される。ここで、開閉バルブ３７ａを長時間開くことで開閉バルブ３７ａの温度上昇が懸念される場合は、定期的に短時間開閉バルブ３７ａを開くのみでも良い。循環経路が過度に圧力低下しなければ、開閉バルブ３７ａを閉じていてもノズルのインク圧力を一定に保つことが可能である。なお、ソレノイド式の開閉バルブ３７ａはノーマルクローズである。このため、開閉バルブ３７ａは、停電などにより急に装置への給電が停止しても、瞬時に閉じることで中間タンク３２を大気圧から遮断し、循環路３１を密閉することができる。したがって、液体吐出ヘッド２０のノズル２１ａからインクＩが垂れることを抑制できる。
【００４８】
ＣＰＵ７１は、ホスト制御装置１３が指示するタイミングで、バッファタンク３５の開閉バルブ３７ｂを開け、大気開放する。バッファタンク３５は大気開放され、大気圧となるため、バッファタンク３５の液位が下がる。
【００４９】
なお、このインク循環動作において、液体の吐出動作などに伴う圧力変動は、バッファタンク３５の容積変化や収容室３５ａの空気のばね作用によって吸収され、圧力変動が軽減される。
【００５０】
Ａｃｔ４において、ＣＰＵ７１は、第１圧力センサ３９ａから送信される圧力データを検出する。また、ＣＰＵ７１は、液位センサ５４から送信されるデータに基づいて、中間タンク３２の液位を検出する。
【００５１】
Ａｃｔ５において、ＣＰＵ７１は、液面調整を開始する。具体的には、ＣＰＵ７１は、液位センサ５４の検知結果に基づき、補給ポンプ５３を駆動することで、カートリッジ５１からのインク補給を行い、液面位置を適正範囲に調整する。例えばプリント時にノズル２１ａからインクＩを吐出し、中間タンク３２のインク量が瞬間的に減少し、液面が下がると、インク補給を行う。再びインク量が増加し、液位センサ５４の出力が反転したら、ＣＰＵ７１は補給ポンプ５３を停止する。
【００５２】
Ａｃｔ６において、ＣＰＵ７１は、圧力データからノズルのインク圧力を検出する。具体的には、圧力センサ３９ａ，３９ｂから送信される上流側及び下流側の圧力データに基づいて、所定の演算式を用いて、ノズル２１ａのインク圧力を算出する。
【００５３】
例えば、第１流路３１ａのインクの圧力値Ｐｈと第２流路３１ｂのインクの圧力値Ｐｌの平均値に、圧力測定ポイントの高さとノズル面高さの水頭差によって発生する圧力ρｇｈを足すことでノズルのインク圧力Ｐｎを得ることができる。ここで、ρ：インクの密度、ｇ：重力加速度、ｈ：圧力測定ポイントとノズル面の高さ方向の距離、とする。
【００５４】
また、ＣＰＵ７１は、圧力調整処理として、圧力データから算出されるノズルのインク圧力Ｐｎに基づき、駆動電圧を算出する。そして、ＣＰＵ７１はノズルのインク圧力Ｐｎを適正値になるように、第１循環ポンプ３３及び第２循環ポンプ３６を駆動することで、液体吐出ヘッド２０のノズル２１ａからインクＩが漏れず、且つノズル２１ａから気泡を吸引しない程度の負圧を維持し、メニスカスＭｅ（図５）を維持する。ここでは一例として目標値の上限をＰ１Ｈ、下限をＰ１Ｌとする。
【００５５】
ＣＰＵ７１はＡｃｔ７において、ノズル２１ａのインク圧力Ｐｎが適正範囲内であるか、すなわちＰ１Ｌ≦Ｐｎ≦Ｐ１Ｈであるか、を判定する。適正範囲外である場合に（Ａｃｔ７のＮｏ）、ＣＰＵ７１はＡｃｔ８として、ノズル２１ａのインク圧力Ｐｎが目標値上限Ｐ１Ｈを上回るか否かを判定する。
【００５６】
なお、液体吐出ヘッド２０のノズル２１ａのインク圧力は、第１循環ポンプ３３の駆動が相対的に強い場合には加圧され、第２循環ポンプ３６の駆動が相対的に強い場合に減圧される。
【００５７】
ＣＰＵ７１は、さらに、駆動電圧が第１循環ポンプ３３及び第２循環ポンプ３６の調整範囲内であるか否かについて判定し（Ａｃｔ９，Ａｃｔ１２）、駆動電圧がポンプ３３，３６の調整最大値Ｖｍａｘを超える場合には第１循環ポンプ３３及び第２循環ポンプ３６を用いて加圧または減圧する。
【００５８】
具体的には、ノズル２１ａのインク圧力Ｐｎが適正範囲外であり（Ａｃｔ７のＮｏ）、かつノズル２１ａのインク圧力Ｐｎが目標値上限Ｐ１Ｈを上回らない場合（Ａｃｔ８のＮｏ）、すなわちノズルのインク圧力Ｐｎが目標下限Ｐ１Ｌを下回る場合には、ＣＰＵ７１は、Ａｃｔ９として加圧側の第１循環ポンプ３３の駆動電圧Ｖ＋が調整最大値Ｖｍａｘ以上であるか、すなわち第１循環ポンプ３３の調整可能範囲を超えるか否か、判断する。ＣＰＵ７１は、加圧側の第１循環ポンプ３３の駆動電圧Ｖ＋が調整最大値Ｖｍａｘ以上である場合（Ａｃｔ９のＹｅｓ）、Ａｃｔ１０として、第２循環ポンプ３６の電圧を下げることで、加圧する。一方ＣＰＵ７１は、加圧側の第１循環ポンプの駆動電圧Ｖ＋が調整最大値Ｖｍａｘ未満であり、調整可能範囲内であれば（Ａｃｔ９のＮｏ）、Ａｃｔ１１として、第１循環ポンプ３３の駆動電圧を上げることで、加圧する。
【００５９】
Ａｃｔ８において、ノズルのインク圧力Ｐｎが目標値上限Ｐ１Ｈを上回る場合（Ａｃｔ８のＹｅｓ）には、ＣＰＵ７１は、Ａｃｔ１２として減圧側の第２循環ポンプ３６の駆動電圧Ｖ−が調整最大値Ｖｍａｘ以上であるか、すなわち第２循環ポンプ３６の調整範囲を超えるか否かを判断する。ＣＰＵ７１は、減圧側の第２循環ポンプ３６の駆動電圧Ｖ−が調整最大値Ｖｍａｘ以上である場合（Ａｃｔ１２のＹｅｓ）、Ａｃｔ１３として、第１循環ポンプ３３の電圧を下げることで、減圧する。一方ＣＰＵ７１は、減圧側の第２循環ポンプ３６の駆動電圧Ｖ−が調整最大値Ｖｍａｘ未満であり、調整可能範囲内にあれば（Ａｃｔ１２のＮｏ）、Ａｃｔ１４として、第２循環ポンプ３６の駆動電圧を上げることで、減圧する。すなわち、ＣＰＵ７１は、Ａｃｔ７〜Ａｃｔ１４において、圧力調整を行う。
【００６０】
ノズル２１のインク圧力のＰｎが適正範囲内であれば（Ａｃｔ７のＹｅｓ）、ＣＰＵ７１はＡｃｔ１５に進む。ＣＰＵ７１は、Ａｃｔ１５において循環終了指令を検出するまで、Ａｃｔ４〜Ａｃｔ１４のフィードバック制御を行う。そして、ＣＰＵ７１は、例えばホスト制御装置１３からの指令により循環終了の指示を検出すると、（Ａｃｔ１５のＹｅｓ）、中間タンク３２の開閉バルブ３７ａを閉じ、中間タンク３２を密閉する（Ａｃｔ１６）。さらにＣＰＵ７１は、第１循環ポンプ３３及び第２循環ポンプ３６を停止し、循環処理を終了する（Ａｃｔ１７）。
【００６１】
以上の様に構成された液体吐出装置１０は、液体吐出ヘッド２０の上流側と下流側の流路をバイパス流路３４で接続し、バッファタンク３５を備えることで、液体吐出ヘッド２０の吐出性能を安定させることが可能である。すなわち、液体吐出ヘッド２０の上流側と下流側の流路をバイパス流路３４で接続し、バッファタンク３５と液体吐出ヘッド２０を並列に配置することで、バイパス流路３４とバッファタンク３５との流路断面積の変化とバッファタンク３５内の空気層の空気ばねとしての作用で、バイパス流路３４における圧力変動を吸収し、脈動を吸収することにより、吐出性能を安定させる。
【００６２】
例えば大量のインク吐出により循環路３１が負圧になった場合にはバッファタンク３５の容積は縮小し、そして、バッファタンク３５の液面が下がることにより、循環路３１側の圧力変動を吸収することができる。
【００６３】
また、バイパス流路３４は液体吐出ヘッド２０を介さずに液体を流す構成である。したがって、たとえバイパス流路３４が大幅に圧力減少してバッファタンク３５内の液面が下がり、気泡が混入しても、バッファタンク３５の気泡は液体吐出ヘッド２０を介さずに下流側の第２バイパス流路３４ｂを通って中間タンク３２に送られるため、気泡を除去でき、吐出性能には影響しない。
【００６４】
また、液体吐出装置１０はバッファタンク３５が大気開放可能に構成されていることにより、バッファタンク３５の液位を常時安定させることが可能となる。さらに、液体吐出装置１０はバッファタンク３５の一部が弾性変形可能な材料で構成され、容積可変であることにより、圧力変動の吸収量を確保できる。
【００６５】
また、液体吐出装置１０は、バイパス流路３４の管路抵抗を適切に設定することで、液体吐出ヘッド２０を通るインクとバイパス流路３４を流れるインクの流量を適切に保つことが可能となる。
【００６６】
また、液体吐出装置１０は、液体吐出ヘッド２０の上流側と下流側の双方にて圧力を検出し、加圧する第１循環ポンプ３３と第２循環ポンプ３６により圧力をフィードバック制御することにより、ノズルのインク圧力を適正に維持することが可能となる。このため、例えば経時的にポンプ性能が変化した場合であっても適正な圧力制御を実現することができる。
【００６７】
また、液体吐出装置１０において、循環ポンプ３３，３６として圧電ポンプ６０を用いるため、構成が単純であるとともに、材料選定が容易である。すなわち、圧電ポンプ６０はモータやソレノイド等の大きな駆動源が不要であり、一般的なダイヤフラムポンプ、ピストンポンプ、チューブポンプよりも小型にすることができる。また、例えば、チューブポンプを用いればチューブとインクが接触する可能性が有るため、チューブまたはインクの劣化が生じないような材料選定をする必要がある。一方、圧電ポンプ６０としたことで、材料選定が容易である。例えば本実施形態においては圧電ポンプ６０の接液部品を耐薬品性に優れるＳＵＳ３１６Ｌ、ＰＰＳ，ＰＰＡ、ポリイミドで構成することが可能である。
【００６８】
また、上記実施形態においては、電圧を上げると加圧でき、電圧を下げると減圧ができる上流側の第１循環ポンプ３３と、電圧を上げることで減圧でき、電圧を下げることで加圧できる下流側の第２循環ポンプ３６を用いたことで、駆動電圧が調整可能範囲を超える場合に、他のポンプを用いることができるため、高精度の制御が実現できる。また、循環装置３０に、第１循環ポンプ３３、第２循環ポンプ３６、補給ポンプ５３、圧力センサ３９ａ，３９ｂ、液位センサ５４、制御基板７０、その他のインク供給、循環、圧力調整の制御に必要な機能が集約している。このため、大型の据え置き型の循環装置に比べ、インクジェット記録装置１の本体とキャリッジ１１ａとの間の流路の接続や電気的接続が簡略化できる。この結果、インクジェット記録装置１の小型化、軽量化及び低コスト化が可能である。
【００６９】
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態にかかる液体吐出装置１０Ａについて、図９を参照して説明する。図９は液体吐出装置１０Ａの構成を示す説明図である。なお、第２実施形態に係る液体吐出装置１０Ａは、中間タンク３２としてカートリッジ５１を用いたことを除いては、上記第１実施形態にかかる液体吐出装置１０と同様であるため共通する説明を省略する。
【００７０】
図９に示すように、第２実施形態にかかる液体吐出装置１０Ａでは、中間タンク３２として、第１流路３１ａと第２流路３１ｂとの間の循環路３１に大気開放可能な中間タンク３２を配した。すなわち液体吐出装置１０におけるカートリッジ５１を中間タンク３２として用いる。なお、中間タンク３２は開閉バルブ３７ａにより大気開放を開閉制御してもよいし、常時大気開放してもよい。本実施形態においても上記第１実施形態と同様の効果が得られる。また、カートリッジ５１を中間タンク３２として用いることで、構成を省略することができる。このように構成された液体循環装置及び液体吐出装置においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００７１】
なお、以上説明した実施形態の液体吐出装置の構成は限定されない。
【００７２】
例えばバッファタンク３５への接続位置は、同じ高さに設定する例を示したがこれに限られるものではない。例えば、バッファタンク３５の流出口を流入口よりも上に配置してもよい。この場合、気泡を流出側に案内しやすく、気泡の排出を促すことが可能となる。
【００７３】
また、バッファ装置の構造は上記実施形態に限られるものではない。例えば上記実施形態においてはバッファ装置として、直方体の箱状に構成されたバッファタンク３５を例示したが、他の実施形態として図１０に示すバッファ装置１０１は、流路径が次第に拡大、縮小し、内壁が曲面状に構成されたバッファタンク１３５を備える。この場合にあっても流路断面積の変化と収容室１３５ａの空気層の空気ばねとしての作用で、バイパス流路３４における圧力変動を吸収し、脈動を吸収することにより、吐出性能を安定させるという効果が得られる。
【００７４】
また、他の実施形態として図１１に示すバッファ装置１０２は、バイパス流路３４に、流路断面積が拡大したバッファタンク２３５を複数備える。複数のバッファタンク２３５はバイパス流路３４において直列的に配置されている。すなわちバイパス流路３４は流路断面積の拡大と縮小を複数回くり返すように断面積が変化する。この場合にあっても、流路断面積の変化と収容室２３５ａの空気層の空気ばねとしての作用で、バイパス流路３４における圧力変動を吸収し、脈動を吸収することにより、吐出性能を安定させるという効果が得られる。
【００７５】
また、他の実施形態として図１２に示すバッファ装置１０３は、バッファタンク３５に変え、バッファ装置として、バイパス流路３４の管壁を薄肉ポリイミド、薄肉ＰＴＦＥなどの弾性変形可能な材料で構成するとともに、バイパス流路３４の外周に、空気室３３５ａを構成するチャンバ３３５を備える。すなわち、バッファ装置１０３は、変形可能なバイパス流路３４を空気室３３５ａで囲む構成である。この場合にあってもバイパス流路３４の管壁を弾性変形可能な材料で構成することにより、流路断面積の変化と空気室３３５ａの空気層の空気ばねとしての作用で、バイパス流路３４における圧力変動を吸収し、脈動を吸収することにより、吐出性能を安定させるという効果が得られる。
【００７６】
この他、バッファタンク３５内に、整流板や羽根車などの別の構成を追加することも可能である。例えば、他の実施形態として図１３に示すバッファ装置１０４は、流路断面積が拡大するバッファタンク３５の内部に整流板が設けられている。この場合にあっても、バイパス流路３４の流路断面積の変化と収容室３５ａの空気層の空気ばねとしての作用で、バイパス流路３４における圧力変動を吸収し、脈動を吸収することにより、吐出性能を安定させるという効果が得られる。
【００７７】
また、バイパス流路３４の流路径が本流となる循環路３１の流路径よりも小さく、バイパス流路３４側の流路抵抗が高くなる構成を例示したがこれに限られるものではない。例えば流量を確保できる場合には、バイパス流路３４の径を循環路３１の径よりも大きくしてバイパス流路３４側の流路抵抗を減らすことも可能である。
【００７８】
ここで、原理について説明する。図２において、第１バイパス流路３４ａと液体吐出ヘッド２０の供給口２０ａの圧力は同じである。第２バイパス流路３４ｂと液体吐出ヘッド２０の回収口２０ｂの圧力は同じである。バイパス流路３４の径を循環路３１の径よりも大きくすると、バイパス流路３４およびバッファタンク３５に流れる液体の量が、液体吐出ヘッド２０に流れる液体の量に比べ多くなる。すると、流れる液体の量が多いバイパス流路３４の圧力が、液体吐出ヘッド２０の供給口２０ａおよび液体吐出ヘッド２０の回収口２０ｂの圧力を、より支配的に、決めることになる。よって、液体吐出ヘッド２０の圧力はバイパス流路３４の圧力に、より大きく、影響されることになる。バイパス流路３４とバッファタンク３５との流路断面積の変化とバッファタンク３５内の空気層の空気ばねとしての作用で、圧力変動を吸収され、脈動を吸収されたバイパス流路３４の圧力に、より大きく、影響されることで、液体吐出ヘッド２０の脈動を低減させることができ、吐出性能が安定する。
【００７９】
液体吐出装置１０，１０Ａは、インク以外の液体を吐出することもできる。インク以外を吐出する液体吐出装置としては、例えばプリント配線基板の配線パターンを形成するための導電性粒子を含む液体を吐出する装置等であっても良い。
【００８０】
液体吐出ヘッド２０は、上記の他、例えば静電気で振動板を変形してインク滴を吐出する構造、あるいはヒータ等の熱エネルギーを利用してノズルからインク滴を吐出する構造等でもよい。
【００８１】
また、上記実施形態においては液体吐出装置はインクジェット記録装置１に用いられる例を示したが、これに限られるものではなく、例えば３Ｄプリンタ、産業用の製造機械、医療用途にも用いることが可能であり、小型軽量化及び低コスト化が可能である。
【００８２】
なお、第１循環ポンプ３３、第２循環ポンプ３６、及び補給ポンプ５３として、圧電ポンプ６０に代えて例えばチューブポンプ、ダイヤフラムポンプ、或いはピストンポンプ等を利用しても良い。
【００８３】
また、上記実施形態において、上流側と下流側にそれぞれ循環ポンプ３３，３６設ける構成を例示したが、これに限られるものではなく、循環ポンプを１つとしてもよい。この場合にあっても、流体を押し引きすることで循環路の正負の圧力状態を調整することにより、上記実施形態と同様の機能を果たすことが可能である。
【００８４】
また、上記実施形態において、第１流路３１ａには第１流路３１ａ内の液体圧力を検出する第１の圧力検出器である第１圧力センサ３９ａを設け、第２流路３１ｂには、第２流路３１ｂ内の液体圧力を検出する第２の圧力検出器である第２圧力センサ３９ｂを設ける構成を例示したが、これに限られるものではなく、圧力センサを１つとしてもよい。
【００８５】
この発明の実施形態を説明したが、実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことが出来る。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８６】
１…インクジェット記録装置、１０…液体吐出装置、１０Ａ…液体吐出装置、１１…ヘッド支持機構、１１ａ…キャリッジ、１２…媒体支持機構、１３…ホスト制御装置、２０…液体吐出ヘッド、２１…ノズルプレート、２１ａ…ノズル、２２…基板、２３…マニフォルド、２４…アクチュエータ、２５…インク圧力室、２８…流路、３０…循環装置、３１…循環路、３１ａ…第１流路、３１ｂ…第２流路、３２…中間タンク（第１のタンク）、３３…第１循環ポンプ（第１ポンプ）、３４…バイパス流路、３５…バッファタンク、３５ａ…収容室、３５ｃ…変形膜、３５ｄ…接続管、３６…第２循環ポンプ（第２ポンプ）、３７ａ，３７ｂ，…開閉バルブ、３８…モジュール制御部、３９ａ，３９ｂ…圧力センサ、５１…カートリッジ、５２…供給路、５３…補給ポンプ、５４…液位センサ、６０…圧電ポンプ、７０…制御基板、７１…ＣＰＵ、７２…記憶部、７３…通信インターフェース。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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