(57)【要約】【課題】エアポンプにより上流タンクおよび下流タンクに圧力を付与してインクを循環させつつインクジェットヘッドのノズルに負圧を付与するインクジェット印刷装置において、装置の大型化を抑制する。【解決手段】インクジェット印刷装置１の制御部５は、インク循環時において、上流タンク１１内の空気層２７を含む上流側密閉空間の体積と下流タンク１３内の空気層３０を含む下流側密閉空間の体積とが等しい状態を維持するようインクポンプ１５およびインク補給部４を制御しつつ、エアポンプ１６により下流側密閉空間から上流側密閉空間へ空気を送るよう制御する。インクジェット印刷装置１は、上流側流路２８における圧力損失が下流側流路３１における圧力損失より大きくなるように構成されている。【選択図】図１
2016049700.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを吐出するノズルを有するインクジェットヘッドと、
前記インクジェットヘッドに供給するインクを貯留する上流タンクと、
前記インクジェットヘッドで消費されなかったインクを受け取る下流タンクと、
前記上流タンクと前記インクジェットヘッドとを接続する第１経路、および前記インクジェットヘッドと前記下流タンクとを接続する第２経路を有する循環経路と、
前記上流タンク内のインク上の第１空気層を含む第１密閉空間の体積、および前記下流タンク内のインク上の第２空気層を含む第２密閉空間の体積を調整する調整部と、
前記第２密閉空間から前記第１密閉空間に空気を送るエアポンプと、
前記循環経路を介したインク循環時において、前記第１密閉空間の体積と前記第２密閉空間の体積とが等しい状態を維持するよう前記調整部を制御しつつ、前記エアポンプにより前記第２密閉空間から前記第１密閉空間に空気を送るよう制御する制御部とを備え、
前記インクジェットヘッドの前記ノズルと前記上流タンクとの間のインクの流路である第１流路における圧力損失が、前記インクジェットヘッドの前記ノズルと前記下流タンクとの間のインクの流路である第２流路における圧力損失より大きいことを特徴とするインクジェット印刷装置。
【請求項２】
前記第１経路が前記第２経路よりも長いことにより、前記第１流路における圧力損失が前記第２流路における圧力損失より大きくなっていることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット印刷装置。
【請求項３】
前記第１経路および前記第２経路は円形管からなり、
前記第１経路の内径が前記第２経路の内径よりも小さいことにより、前記第１流路における圧力損失が前記第２流路における圧力損失より大きくなっていることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット印刷装置。
【請求項４】
前記上流タンクおよび前記下流タンクは、内部のインクの液面が前記インクジェットヘッドのノズル面よりも低い位置になるように配置され、
前記第１空気層の体積は前記第１流路の容積より大きく、前記第２空気層の体積は前記第２流路の容積より大きいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のインクジェット印刷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インク循環式のインクジェット印刷装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクを循環させつつインクジェットヘッドからインクを吐出して印刷するインク循環式のインクジェット印刷装置が知られている。
【０００３】
特許文献１には、エアポンプにより下流タンクから上流タンクに空気を送ることで、インクを循環させるための圧力を生成するインクジェット印刷装置が開示されている。
【０００４】
このインクジェット印刷装置では、上流タンクの空気層の体積が下流タンクの空気層の体積より大きい状態を維持して、エアポンプにより下流タンクから上流タンクに空気を送る。これにより、上流タンク内の正圧より下流タンク内の負圧の方が絶対値が大きい状態として、インクジェットヘッドのノズルに、インクの吐出に適正な負圧を付与している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１５３００４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の技術では、上流タンクの空気層の体積が下流タンクの空気層の体積より大きくなるようにする必要がある。このため、上流タンクの大型化が必要になることで、インクジェット印刷装置が大型化するおそれがあった。
【０００７】
本発明は上記に鑑みてなされたもので、エアポンプにより上流タンクおよび下流タンクに圧力を付与してインクを循環させつつインクジェットヘッドのノズルに負圧を付与するインクジェット印刷装置において、装置の大型化を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明に係るインクジェット印刷装置の第１の特徴は、インクを吐出するノズルを有するインクジェットヘッドと、前記インクジェットヘッドに供給するインクを貯留する上流タンクと、前記インクジェットヘッドで消費されなかったインクを受け取る下流タンクと、前記上流タンクと前記インクジェットヘッドとを接続する第１経路、および前記インクジェットヘッドと前記下流タンクとを接続する第２経路を有する循環経路と、前記上流タンク内のインク上の第１空気層を含む第１密閉空間の体積、および前記下流タンク内のインク上の第２空気層を含む第２密閉空間の体積を調整する調整部と、前記第２密閉空間から前記第１密閉空間に空気を送るエアポンプと、前記循環経路を介したインク循環時において、前記第１密閉空間の体積と前記第２密閉空間の体積とが等しい状態を維持するよう前記調整部を制御しつつ、前記エアポンプにより前記第２密閉空間から前記第１密閉空間に空気を送るよう制御する制御部とを備え、前記インクジェットヘッドの前記ノズルと前記上流タンクとの間のインクの流路である第１流路における圧力損失が、前記インクジェットヘッドの前記ノズルと前記下流タンクとの間のインクの流路である第２流路における圧力損失より大きいことにある。
【０００９】
本発明に係るインクジェット印刷装置の第２の特徴は、前記第１経路が前記第２経路よりも長いことにより、前記第１流路における圧力損失が前記第２流路における圧力損失より大きくなっていることにある。
【００１０】
本発明に係るインクジェット印刷装置の第３の特徴は、前記第１経路および前記第２経路は円形管からなり、前記第１経路の内径が前記第２経路の内径よりも小さいことにより、前記第１流路における圧力損失が前記第２流路における圧力損失より大きくなっていることにある。
【００１１】
本発明に係るインクジェット印刷装置の第４の特徴は、前記上流タンクおよび前記下流タンクは、内部のインクの液面が前記インクジェットヘッドのノズル面よりも低い位置になるように配置され、前記第１空気層の体積は前記第１流路の容積より大きく、前記第２空気層の体積は前記第２流路の容積より大きいことにある。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係るインクジェット印刷装置の第１の特徴によれば、第１流路における圧力損失を第２流路における圧力損失より大きくしたことで、インク吐出に適した負圧をノズルに付与できる。これにより、流路設計によってノズルに負圧を付与するようにできるので、装置の大型化を抑制できる。
【００１３】
本発明に係るインクジェット印刷装置の第２の特徴によれば、第１経路が第２経路よりも長いことにより、第１流路における圧力損失が第２流路における圧力損失より大きくなっている。このため、第１流路における圧力損失を第２流路における圧力損失より大きくするための流路設計を容易にできる。
【００１４】
本発明に係るインクジェット印刷装置の第３の特徴によれば、第１経路の内径が第２経路の内径よりも小さいことにより、第１流路における圧力損失が第２流路における圧力損失より大きくなっている。このため、第１流路における圧力損失を第２流路における圧力損失より大きくするための流路設計を容易にできる。
【００１５】
本発明に係るインクジェット印刷装置の第４の特徴によれば、第１空気層の体積は第１流路の容積より大きく、第２空気層の体積は第２流路の容積より大きい。このため、衝撃により第１流路、第２流路の内部のインクがそれぞれ上流タンク、下流タンクに流れ落ちても、上流タンク、下流タンクのオーバーフローを回避できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施の形態に係るインクジェット印刷装置の概略構成図である。
【図２】図１に示すインクジェット印刷装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】液面維持制御の説明図である。
【図４】具体例における各種の設計パラメータを示す図である。
【図５】具体例における各種の設定値を示す図である。
【図６】具体例における各種の計算値を示す図である。
【図７】図１に示すインクジェット印刷装置を電気回路に置き換えた模式図である。
【図８】変形例１での具体例における各種の設計パラメータを示す図である。
【図９】変形例１での具体例における各種の設定値を示す図である。
【図１０】変形例１での具体例における各種の計算値を示す図である。
【図１１】変形例２での具体例における各種の設計パラメータを示す図である。
【図１２】変形例２での具体例における各種の設定値を示す図である。
【図１３】変形例２での具体例における各種の計算値を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。各図面を通じて同一もしくは同等の部位や構成要素には、同一もしくは同等の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、現実のものとは異なることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
【００１８】
また、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置等を例示するものであって、この発明の技術的思想は、各構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００１９】
図１は、本発明の実施の形態に係るインクジェット印刷装置の概略構成図である。なお、以下の説明における上下方向は鉛直方向であり、図１における紙面の上下を上下方向とする。
【００２０】
図１に示すように、本実施の形態に係るインクジェット印刷装置１は、インクジェットヘッド２と、インク循環部３と、インク補給部４と、制御部５とを備える。
【００２１】
インクジェットヘッド２は、インク循環部３により供給されるインクを吐出する。インクジェットヘッド２は、複数のノズル（図示せず）を有し、ノズルからインクを吐出する。インクジェットヘッド２は、後述の上流インク導管１７と接続するための入力ポート（図示せず）と、後述の下流インク導管１８と接続するための出力ポート（図示せず）とを有する。
【００２２】
インク循環部３は、インクを循環させつつインクジェットヘッド２にインクを供給する。インク循環部３は、上流タンク１１と、上流タンク大気開放弁１２と、下流タンク１３と、下流タンク大気開放弁１４と、インクポンプ１５と、エアポンプ１６と、上流インク導管１７と、下流インク導管１８と、中間インク導管１９と、空気導管２０〜２２とを備える。
【００２３】
上流タンク１１は、インクジェットヘッド２に供給するインクを貯留する。上流タンク１１のインクは、上流インク導管１７を介してインクジェットヘッド２に供給される。
【００２４】
上流タンク１１には、上流タンク液面センサ２６が設けられている。上流タンク液面センサ２６は、上流タンク１１内のインクの液面が基準高さに達しているか否かを検出するためのものである。上流タンク液面センサ２６は、上流タンク１１内のインクの液面高さが基準高さ以上である場合に「オン」を示す信号を出力し、基準高さ未満である場合に「オフ」を示す信号を出力する。
【００２５】
上流タンク１１における液面の基準高さは、上流タンク１１の上端より下方にある。すなわち、上流タンク１１内には、インクの液面上に空気層（請求項の第１空気層に相当）２７が形成されている。
【００２６】
上流タンク１１は、内部のインクの液面がインクジェットヘッド２のノズル面（下面）より低い位置（下方）になるように配置されている。すなわち、上流タンク１１における液面の基準高さの位置が、インクジェットヘッド２のノズル面より下方にある。
【００２７】
上流タンク１１は、空気層２７の体積が、上流タンク１１とインクジェットヘッド２のノズルとの間のインクの流路である上流側流路（請求項の第１流路に相当）２８の容積より大きくなるように形成されている。
【００２８】
上流側流路２８は、上流インク導管１７の上流タンク１１の液面より上に露出した部分と、インクジェットヘッド２の入力ポートとノズルとの間の流路とからなる。
【００２９】
上流タンク大気開放弁１２は、上流タンク１１を密閉状態（大気から遮断した状態）と大気開放状態（大気に通じた状態）との間で切り替えるために、空気導管２０内の空気の流路を開閉する。上流タンク大気開放弁１２は、空気導管２０の途中に設けられている。
【００３０】
下流タンク１３は、インクジェットヘッド２で消費されなかったインクを受け取って貯留する。また、下流タンク１３は、後述するインク補給部４のインクカートリッジ３６から供給されるインクを貯留する。
【００３１】
下流タンク１３には、下流タンク液面センサ２９が設けられている。下流タンク液面センサ２９は、下流タンク１３内のインクの液面が基準高さに達しているか否かを検出するためのものである。下流タンク液面センサ２９は、下流タンク１３内のインクの液面高さが基準高さ以上である場合に「オン」を示す信号を出力し、基準高さ未満である場合に「オフ」を示す信号を出力する。
【００３２】
下流タンク１３における液面の基準高さは、下流タンク１３の上端より下方にある。すなわち、下流タンク１３内には、インクの液面上に空気層（請求項の第２空気層に相当）３０が形成されている。
【００３３】
下流タンク１３は、内部の液面の基準高さの位置が、上流タンク１１の液面の基準高さの位置と同じになるように配置されている。
【００３４】
下流タンク１３は、空気層３０の体積が、インクジェットヘッド２のノズルと下流タンク１３との間のインクの流路である下流側流路（請求項の第２流路に相当）３１の容積より大きくなるように形成されている。
【００３５】
下流側流路３１は、インクジェットヘッド２のノズルと出力ポートとの間の流路と、下流インク導管１８の下流タンク１３の液面より上に露出した部分とからなる。
【００３６】
下流タンク大気開放弁１４は、下流タンク１３を密閉状態と大気開放状態との間で切り替えるために、空気導管２１内の空気の流路を開閉する。下流タンク大気開放弁１４は、空気導管２１の途中に設けられている。
【００３７】
インクポンプ１５は、下流タンク１３から上流タンク１１へインクを送る。インクポンプ１５は、中間インク導管１９の途中に設けられている。
【００３８】
インクポンプ１５により下流タンク１３から上流タンク１１へインクが送られると、上流タンク１１および下流タンク１３の液面が変動する。これにより、上流タンク１１内の空気層２７および下流タンク１３内の空気層３０の体積が変動する。このため、上流タンク１１および下流タンク１３の密閉状態において、空気層２７を含む上流側密閉空間（請求項の第１密閉空間に相当）、および、空気層３０を含む下流側密閉空間（請求項の第２密閉空間に相当）の体積が変動する。これにより、インクポンプ１５は、上流側密閉空間および下流側密閉空間の体積を調整する機能を有する。インクポンプ１５は、請求項の調整部の一部に相当する。
【００３９】
上流側密閉空間は、上流タンク１１の密閉状態において、空気層２７とそれに連通する空間とからなる空間である。具体的には、上流側密閉空間は、上流タンク１１内の空気層２７と、上流タンク１１と上流タンク大気開放弁１２との間の空気導管２０内の空間と、上流タンク１１とエアポンプ１６との間の空気導管２２内の空間とからなる。
【００４０】
下流側密閉空間は、下流タンク１３の密閉状態において、空気層３０とそれに連通する空間とからなる空間である。具体的には、下流側密閉空間は、下流タンク１３内の空気層３０と、下流タンク１３と下流タンク大気開放弁１４との間の空気導管２１内の空間と、下流タンク１３とエアポンプ１６との間の空気導管２２内の空間とからなる。下流タンク１３の液面が基準高さにあるときの下流側密閉空間の体積は、上流タンク１１の液面が基準高さにあるときの上流側密閉空間の体積と等しい。
【００４１】
エアポンプ１６は、下流タンク１３の空気層３０から上流タンク１１の空気層２７へ空気を送る。換言すれば、エアポンプ１６は、下流側密閉空間から上流側密閉空間へ空気を送る。
【００４２】
上流インク導管１７は、上流タンク１１とインクジェットヘッド２とを接続する。上流インク導管１７の一端は、上流タンク１１内の液面の基準高さより低い位置にある。上流インク導管１７の他端は、インクジェットヘッド２の入力ポートに接続されている。上流インク導管１７には、上流タンク１１からインクジェットヘッド２に向かってインクが流れる。上流インク導管１７は、請求項の第１経路に相当する。
【００４３】
下流インク導管１８は、インクジェットヘッド２と下流タンク１３とを接続する。下流インク導管１８の一端は、インクジェットヘッド２の出力ポートに接続されている。下流インク導管１８の他端は、下流タンク１３内の液面の基準高さより低い位置にある。下流インク導管１８には、インクジェットヘッド２から下流タンク１３に向かってインクが流れる。下流インク導管１８は、請求項の第２経路に相当する。
【００４４】
中間インク導管１９は、上流タンク１１と下流タンク１３とを接続する。中間インク導管１９には、下流タンク１３から上流タンク１１に向かってインクが流れる。
【００４５】
上流インク導管１７、下流インク導管１８、および中間インク導管１９により、上流タンク１１とインクジェットヘッド２と下流タンク１３との間でインクを循環させる循環経路が構成される。
【００４６】
空気導管２０は、上流タンク１１を大気開放するための空気の流路を形成する。空気導管２０は、一端が上流タンク１１の空気層２７に接続され、他端が大気に通じている。
【００４７】
空気導管２１は、下流タンク１３を大気開放するための空気の流路を形成する。空気導管２１は、一端が下流タンク１３の空気層３０に接続され、他端が大気に通じている。
【００４８】
空気導管２２は、エアポンプ１６により下流タンク１３から上流タンク１１へ送られる空気の流路を形成する。空気導管２２は、一端が上流タンク１１の空気層２７に接続され、他端が下流タンク１３の空気層３０に接続されている。
【００４９】
インク循環部３は、上流側流路２８における圧力損失が、下流側流路３１における圧力損失より大きくなるように構成されている。具体的には、上流インク導管１７が下流インク導管１８よりも長いことにより、上流側流路２８における圧力損失が下流側流路３１における圧力損失より大きくなっている。
【００５０】
流路における圧力損失は、流路抵抗と流量の積である。インクジェット印刷装置１では、上流側流路２８と下流側流路３１とで流量は等しい。したがって、上流側流路２８の流路抵抗が下流側流路３１の流路抵抗より大きければ、上流側流路２８における圧力損失が下流側流路３１における圧力損失より大きくなる。
【００５１】
流路抵抗Ｒは、レイノルズ数が小さいとき、以下の式（１）で表される。なお、本実施の形態では、レイノルズ数は十分に小さい。
【００５２】
Ｒ＝２×ｋ×（Ｓ２／Ａ３）×Ｌ×μ  …（１）
ここで、ｋは管摩擦係数比である。管摩擦係数比ｋは管路の断面形状等で決まる。Ｓは管路の周長である。Ａは管路の断面積である。Ｌは管路長である。μはインクの粘度である。
【００５３】
式（１）からわかるように、管路の断面形状、管摩擦係数比ｋ、およびインクの粘度μが同じであれば、管路長Ｌが大きいほど、流路抵抗Ｒが大きくなる。
【００５４】
そこで、インクジェット印刷装置１では、上流インク導管１７と下流インク導管１８の管路の断面形状および管摩擦係数比ｋは同じとし、上流インク導管１７を下流インク導管１８よりも長くすることで、上流側流路２８が下流側流路３１よりも流路抵抗が大きくなるようにしている。これにより、上流側流路２８における圧力損失が下流側流路３１における圧力損失より大きくなる。上流インク導管１７および下流インク導管１８の長さは、インク循環時において、インクジェットヘッド２のノズル圧が適正範囲内の負圧になるように設定される。
【００５５】
インク補給部４は、インク循環部３の下流タンク１３にインクを補給する。インク補給部４は、インクカートリッジ３６と、インク補給弁３７と、インク補給管３８とを備える。
【００５６】
インクカートリッジ３６は、インクジェットヘッド２による印刷に用いるインクを収容している。インクカートリッジ３６内のインクは、インク補給管３８を介して下流タンク１３に供給される。
【００５７】
インク補給弁３７は、インク補給管３８内のインクの流路を開閉する。下流タンク１３へインクを補給する際、インク補給弁３７が開かれる。
【００５８】
インク補給管３８は、インクカートリッジ３６と下流タンク１３とを接続する。インク補給管３８には、インクカートリッジ３６から下流タンク１３に向かってインクが流れる。
【００５９】
インク補給部４により下流タンク１３へインクが補給されると、下流タンク１３の液面が変動する。このため、空気層３０を含む下流側密閉空間の体積が変動する。これにより、インク補給部４は、下流側密閉空間の体積を調整する機能を有する。インク補給部４は、請求項の調整部の一部に相当する。
【００６０】
制御部５は、インクジェット印刷装置１の各部の動作を制御する。制御部５は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスク等を備えて構成される。
【００６１】
制御部５は、インク循環時において、上流側密閉空間の体積と下流側密閉空間の体積とが等しい状態を維持するようインクポンプ１５およびインク補給部４を制御しつつ、エアポンプ１６により下流側密閉空間から上流側密閉空間へ空気を送るよう制御する。制御部５は、インク循環を行いつつ、インクジェットヘッド２を制御して用紙に画像を印刷させる。
【００６２】
次に、インクジェット印刷装置１の動作について説明する。
【００６３】
図２は、インクジェット印刷装置１の動作を説明するためのフローチャートである。図２のフローチャートの処理は、インクジェット印刷装置１に印刷ジョブが入力されることにより開始となる。
【００６４】
図２のステップＳ１において、制御部５は、液面維持制御を開始する。液面維持制御は、上流タンク１１および下流タンク１３の液面を基準高さ付近に維持するための、上流タンク１１および下流タンク１３の液面高さに応じたインクポンプ１５およびインク補給弁３７の制御である。換言すれば、液面維持制御は、上流側密閉空間の体積と下流側密閉空間の体積とが等しい状態を維持するための制御である。
【００６５】
具体的には、図３に示すように、上流タンク液面センサ２６および下流タンク液面センサ２９がともにオンの状態では、制御部５は、インクポンプ１５をオフ、インク補給弁３７を閉とする。上流タンク液面センサ２６がオンで下流タンク液面センサ２９がオフの状態でも同様に、制御部５は、インクポンプ１５をオフ、インク補給弁３７を閉とする。
【００６６】
上流タンク液面センサ２６がオフで下流タンク液面センサ２９がオンの状態では、制御部５は、インクポンプ１５をオン、インク補給弁３７を閉とする。
【００６７】
上流タンク液面センサ２６および下流タンク液面センサ２９がともにオフの状態では、制御部５は、インクポンプ１５をオフ、インク補給弁３７を開とする。
【００６８】
図２に戻り、ステップＳ１に続いて、ステップＳ２において、制御部５は、上流タンク大気開放弁１２および下流タンク大気開放弁１４を閉じる。これにより、上流タンク１１および下流タンク１３が密閉状態となる。なお、インクジェット印刷装置１の待機状態では、上流タンク大気開放弁１２および下流タンク大気開放弁１４は開かれている。
【００６９】
次いで、ステップＳ３において、制御部５は、エアポンプ１６の駆動を開始させる。制御部５は、上流タンク１１および下流タンク１３の圧力がそれぞれの規定値Ｐｋｕ，Ｐｋｄになるように設定された回転速度でエアポンプ１６を駆動させる。これにより、上流タンク１１に規定値Ｐｋｕの正圧が付与され、下流タンク１３に規定値Ｐｋｄの負圧が付与される。この圧力により、上流タンク１１から下流タンク１３へインクが流れ、インク循環が行われる。
【００７０】
上流タンク１１および下流タンク１３の圧力の規定値Ｐｋｕ，Ｐｋｄは、必要な循環流量を確保しつつ、インクジェットヘッド２のノズル圧が適正範囲内の負圧になるような値として設定されるものである。
【００７１】
ここで、上述の液面維持制御により、上流タンク１１および下流タンク１３の液面は基準高さ付近に維持される。そして、前述のように、上流タンク１１の液面が基準高さにあるときの上流側密閉空間の体積と、下流タンク１３の液面が基準高さにあるときの下流側密閉空間の体積とは等しい。このため、エアポンプ１６により下流タンク１３から上流タンク１１へ空気が送られることで上流タンク１１に付与される正圧と、下流タンク１３に付与される負圧とは、絶対値が等しくなる。したがって、上流タンク１１の正圧の規定値Ｐｋｕと、下流タンク１３の負圧の規定値Ｐｋｄとは、絶対値が等しい。
【００７２】
上流タンク１１の正圧と下流タンク１３の負圧とが、絶対値が等しい場合において、上流側流路２８における圧力損失と下流側流路３１における圧力損失とが等しい場合、インクジェットヘッド２のノズル圧が大気圧（０Ｐａ）となる。すなわち、ノズル圧がインク吐出に適した負圧にならない。なお、圧力はゲージ圧表記とする。
【００７３】
これに対し、インクジェット印刷装置１では、前述のように、上流インク導管１７を下流インク導管１８よりも長くすることで、上流側流路２８における圧力損失が下流側流路３１における圧力損失より大きくなるように構成されている。これにより、インクジェットヘッド２のノズル圧が負圧になる。そして、前述のように、上流インク導管１７および下流インク導管１８の長さが、ノズル圧が適正範囲内になるように設定されているため、インク循環時において、ノズルに適正範囲内の負圧が付与された状態となる。
【００７４】
ステップＳ３に続いて、ステップＳ４において、制御部５は、印刷ジョブの実行を開始する。具体的には、制御部５は、印刷ジョブに基づき、インクジェットヘッド２からインクを吐出させて画像を印刷させる。
【００７５】
印刷ジョブの実行中は、上流タンク１１からインクジェットヘッド２へインクが供給され、インクジェットヘッド２で消費されなかったインクが下流タンク１３に回収される。液面維持制御により、上流タンク液面センサ２６がオフで下流タンク液面センサ２９がオンの状態になると、インクポンプ１５が下流タンク１３から上流タンク１１へインクを送る。また、上流タンク液面センサ２６および下流タンク液面センサ２９がともにオフの状態になると、インク補給部４が下流タンク１３にインクを補給する。このようにして、上流タンク１１および下流タンク１３の液面高さが維持されるとともに、インクが循環されつつ、印刷が行われる。
【００７６】
ステップＳ４に続いて、ステップＳ５において、制御部５は、印刷ジョブが終了したか否かを判断する。印刷ジョブが終了していないと判断した場合（ステップＳ５：ＮＯ）、制御部５は、ステップＳ５を繰り返す。
【００７７】
印刷ジョブが終了したと判断した場合（ステップＳ５：ＹＥＳ）、ステップＳ６において、制御部５は、エアポンプ１６を停止させる。
【００７８】
次いで、ステップＳ７において、制御部５は、上流タンク大気開放弁１２および下流タンク大気開放弁１４を開く。これにより、上流タンク１１および下流タンク１３が大気開放状態となる。
【００７９】
次いで、ステップＳ８において、制御部５は、液面維持制御を終了する。これにより一連の動作が終了し、インクジェット印刷装置１が待機状態となる。
【００８０】
次に、上流側流路２８および下流側流路３１における圧力損失について、具体的な数値例を挙げて説明する。
【００８１】
図４は、この具体例における各種の設計パラメータを示す図である。図５は、この具体例における各種の設定値を示す図である。図６は、この具体例における各種の計算値を示す図である。図７は、インクジェット印刷装置１を電気回路に置き換えた模式図である。
【００８２】
この具体例では、上流インク導管１７および下流インク導管１８は、継手等の部材や曲げ加工等のない１本の円形管からなるものとする。このような円形管では、管摩擦係数比ｋは１である。このため、図４に示すように、上流インク導管１７および下流インク導管１８の管摩擦係数比ｋは１である。
【００８３】
また、上流インク導管１７と下流インク導管１８とは、内径ｄが等しい。このため、上流インク導管１７と下流インク導管１８とは、管路の周長Ｓおよび断面積Ａも等しい。一方、管路長Ｌは、下流インク導管１８より上流インク導管１７のほうが長い。上流インク導管１７、下流インク導管１８の管路長Ｌは、上流インク導管１７、下流インク導管１８の、それぞれ上流タンク１１、下流タンク１３の液面より上に露出した部分の長さである。なお、上流インク導管１７および下流インク導管１８におけるインクの液面より下の部分の長さは互いに等しい。
【００８４】
図４に示す粘度あたり流路抵抗Ｒ／μは、流路形状によって決まる値である。上流インク導管１７および下流インク導管１８においては、粘度あたり流路抵抗Ｒ／μは、前述の式（１）を変形した下記の式（２）により算出される。
【００８５】
Ｒ／μ＝２×ｋ×（Ｓ２／Ａ３）×Ｌ  …（２）
インクジェットヘッド２における粘度あたり流路抵抗Ｒ／μは、インクジェットヘッド２の流路形状に基づき算出されたものである。なお、インクジェットヘッド２は、入力ポートとノズルとの間の流路と、ノズルと出力ポートとの間の流路とが、同じ流路形状を有するものであるとする。
【００８６】
図５に示す印加圧力Ｐは、目標流量に基づき設定される。上流タンク１１の圧力（正圧）の規定値Ｐｋｕ、および下流タンク１３の圧力（負圧）の規定値Ｐｋｄは、絶対値がイン加圧力Ｐの半分の値となる。図５に示すインク粘度μは、インクジェット印刷装置１で使用するインクの常温における粘度である。
【００８７】
図６、図７に示す上流インク導管１７の流路抵抗Ｒｐｕ、下流インク導管１８の流路抵抗Ｒｐｄ、およびインクジェットヘッド２の流路抵抗Ｒｈは、図４に示すそれぞれの粘度あたり流路抵抗Ｒ／μと、図５に示すインク粘度μとの積である。
【００８８】
図６、図７に示す流量Ｑは、上流側流路２８および下流側流路３１におけるインクの流量であり、下記の式（３）により算出される。
【００８９】
Ｑ＝Ｐ／（Ｒｐｕ＋Ｒｐｄ＋Ｒｈ）  …（３）
図６、図７に示す上流インク導管１７における圧力損失ΔＰｐｕは、上流インク導管１７の流路抵抗Ｒｐｕと流量Ｑとの積である。同様に、下流インク導管１８における圧力損失ΔＰｐｄは、下流インク導管１８の流路抵抗Ｒｐｄと流量Ｑとの積である。インクジェットヘッド２における圧力損失ΔＰｈは、インクジェットヘッド２の流路抵抗Ｒｈと流量Ｑとの積である。
【００９０】
前述のように、インクジェットヘッド２の入力ポートとノズルとの間の流路と、ノズルと出力ポートとの間の流路とが、同じ流路形状を有する。このため、インクジェットヘッド２の入力ポートとノズルとの間の流路における圧力損失と、ノズルと出力ポートとの間の流路における圧力損失とが等しく、それぞれΔＰｈ／２となる。
【００９１】
このため、図６、図７に示す上流側流路２８における圧力損失ΔＰｕ、および下流側流路３１における圧力損失ΔＰｄは、それぞれ下記の式（４）、式（５）により算出される。
【００９２】
ΔＰｕ＝ΔＰｐｕ＋ΔＰｈ／２  …（４）
ΔＰｄ＝ΔＰｐｄ＋ΔＰｈ／２  …（５）
図６に示すように、上流側流路２８における圧力損失ΔＰｕが、下流側流路３１における圧力損失ΔＰｄより大きくなっている。
【００９３】
図６、図７に示すノズル圧Ｐｎは、下記の式（６）または式（７）により算出される。両式によるノズル圧Ｐｎの算出結果は一致する。
【００９４】
Ｐｎ＝Ｐｋｕ−ΔＰｕ  …（６）
Ｐｎ＝Ｐｋｄ＋ΔＰｄ  …（７）
図６に示すように、ノズル圧Ｐｎは−１３６６．３Ｐａであり、インクの吐出に適した負圧になっている。
【００９５】
このように、上流インク導管１７を下流インク導管１８より長くすることによって、上流側流路２８における圧力損失を下流側流路３１における圧力損失より大きくすることができる。そして、インクジェットヘッド２のノズルに負圧を付与できる。
【００９６】
以上説明したように、インクジェット印刷装置１では、制御部５は、インク循環時において、上流側密閉空間の体積と下流側密閉空間の体積とが等しい状態を維持するようインクポンプ１５およびインク補給部４を制御しつつ、エアポンプ１６により下流側密閉空間から上流側密閉空間へ空気を送るよう制御する。これにより、上流タンク１１、下流タンク１３に、絶対値が互いに等しい正圧、負圧がそれぞれ付与される。
【００９７】
そして、インクジェット印刷装置１では、上流側流路２８における圧力損失が下流側流路３１における圧力損失より大きくなっている。このため、上述のような、上流タンク１１の正圧と下流タンク１３の負圧とが、絶対値が同じになるような制御でも、インク吐出に適した負圧をノズルに付与できる。
【００９８】
ここで、本実施の形態とは異なり、上流側流路２８における圧力損失が下流側流路３１における圧力損失とが等しい構成において、上流側密閉空間の体積が下流側密閉空間の体積より大きい状態を維持しつつ、エアポンプ１６により下流側密閉空間から上流側密閉空間へ空気を送るよう制御することで、ノズルに負圧を付与することができる。
【００９９】
この場合、上流側密閉空間の体積が下流側密閉空間の体積より大きい状態を実現するために、上流タンク１１の空気層２７の体積が下流タンク１３の空気層の体積３０より大きい状態を維持できるようにする。この場合、上流タンク１１の大型化が必要になることで、装置が大型化する場合がある。
【０１００】
これに対し、本実施の形態のインクジェット印刷装置１では、流路設計によってノズルに負圧を付与するようにできるので、装置の大型化を抑制できる。
【０１０１】
インクジェット印刷装置１では、上流インク導管１７が下流インク導管１８よりも長いことにより、上流側流路２８における圧力損失が下流側流路３１における圧力損失より大きくなるようにしている。このため、上流側流路２８における圧力損失が下流側流路３１における圧力損失より大きくなるようにするための流路設計を容易にできる。
【０１０２】
また、インクジェット印刷装置１では、上流タンク１１の空気層２７の体積が上流側流路２８の容積より大きく、下流タンク１３の空気層３０の体積が下流側流路３１の容積より大きい。このため、衝撃によりインクジェットヘッド２のノズルのメニスカスが破壊され、上流側流路２８、下流側流路３１の内部のインクがそれぞれ上流タンク１１、下流タンク１３に流れ落ちても、上流タンク１１、下流タンク１３のオーバーフローを回避できる。
【０１０３】
（変形例１）
上述した実施の形態では、上流インク導管１７を下流インク導管１８よりも長くしているが、上流側流路２８における圧力損失が下流側流路３１における圧力損失より大きくなるようにする構成はこれに限らない。
【０１０４】
前述の式（１）からわかるように、断面積Ａが小さいほど、流路抵抗Ｒが大きくなる。そこで、変形例１では、上流インク導管１７の内径を下流インク導管１８の内径よりも小さくすることで、上流側流路２８における圧力損失が下流側流路３１における圧力損失より大きくなるようにする。変形例１では、上流インク導管１７および下流インク導管１８は円形管からなる。上流インク導管１７および下流インク導管１８の内径は、インク循環時において、インクジェットヘッド２のノズル圧が適正範囲内の負圧になるように設定される。
【０１０５】
次に、変形例１の上流側流路２８および下流側流路３１における圧力損失について、具体的な数値例を挙げて説明する。
【０１０６】
図８は、この具体例における各種の設計パラメータを示す図である。図９は、この具体例における各種の設定値を示す図である。図１０は、この具体例における各種の計算値を示す図である。
【０１０７】
この具体例においても、上述した実施の形態で説明した具体例と同様に、上流インク導管１７および下流インク導管１８は、継手等の部材や曲げ加工等のない１本の円形管からなるものとする。したがって、上流インク導管１７および下流インク導管１８の管摩擦係数比ｋは１である。
【０１０８】
図８に示すように、上流インク導管１７と下流インク導管１８とは、管路長Ｌが等しい。一方、内径ｄは、下流インク導管１８より上流インク導管１７のほうが小さい。このため、周長Ｓおよび断面積Ａも、下流インク導管１８より上流インク導管１７のほうが小さい。
【０１０９】
印加圧力Ｐ等の設定値は、図９に示したとおりである。図１０に示す各種の計算値の算出方法は、上述した実施の形態で説明したのと同様である。
【０１１０】
図１０に示すように、上流側流路２８における圧力損失ΔＰｕが、下流側流路３１における圧力損失ΔＰｄより大きくなっている。そして、ノズル圧Ｐｎは−１４２８．５Ｐａであり、インクの吐出に適した負圧になっている。
【０１１１】
このように、上流インク導管１７の内径を下流インク導管１８の内径よりも小さくすることによって、上流側流路２８における圧力損失を下流側流路３１における圧力損失より大きくすることができる。そして、インクジェットヘッド２のノズルに負圧を付与できる。
【０１１２】
このような変形例１によっても、上流側流路２８における圧力損失が下流側流路３１における圧力損失より大きくなるようにするための流路設計を容易にできる。
【０１１３】
（変形例２）
変形例２では、曲げ加工が施された上流インク導管１７を用いる。
【０１１４】
配管に対するＬ字曲げ、Ｕ字曲げ等の曲げ加工により、管摩擦係数比ｋが大きくなる。管摩擦係数比ｋが大きくなると、流路抵抗Ｒが大きくなり、圧力損失が大きくなる。そこで、変形例２では、上流インク導管１７に曲げ加工を施すことで、上流側流路２８の圧力損失を大きくする。上流インク導管１７は、曲げ加工が施され、下流インク導管１８より流路抵抗が大きいものであればよい。
【０１１５】
次に、変形例２の上流側流路２８および下流側流路３１における圧力損失について、具体的な数値例を挙げて説明する。
【０１１６】
図１１は、この具体例における各種の設計パラメータを示す図である。図１２は、この具体例における各種の設定値を示す図である。図１３は、この具体例における各種の計算値を示す図である。
【０１１７】
この具体例では、上流インク導管１７は、曲げ加工が施された円形管からなり、図１１に示すように、その管摩擦係数比ｋは１．１５であるとする。下流インク導管１８は、継手等の部材や曲げ加工等のない１本の円形管からなるものとする。したがって、下流インク導管１８の管摩擦係数比ｋは１である。
【０１１８】
他の設計パラメータの値は、図１１に示したとおりである。ここで、この具体例の上流インク導管１７および下流インク導管１８において、上述した実施の形態で図４〜図６により説明した具体例における上流インク導管１７および下流インク導管１８と異なる点は、上流インク導管１７の管摩擦係数比ｋおよび管路長Ｌである。
【０１１９】
印加圧力Ｐ等の設定値は、図１２に示したとおりである。図１３に示す各種の計算値の算出方法は、上述した実施の形態で説明したのと同様である。
【０１２０】
図１３に示すように、上流側流路２８における圧力損失ΔＰｕが、下流側流路３１における圧力損失ΔＰｄより大きくなっている。そして、ノズル圧Ｐｎは−１４６３．４Ｐａであり、インクの吐出に適した負圧になっている。
【０１２１】
この変形例２の具体例では、上述した実施の形態で図４〜図６により説明した具体例に対して、管摩擦係数比ｋを大きくすることで、上流インク導管１７の管路長Ｌを短縮できている。
【０１２２】
このように、変形例２によれば、上流インク導管１７に曲げ加工を加えることで、上流インク導管１７を短くすることができる。これにより、インク導管の配線配置が容易になる。
【０１２３】
本発明は上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。
【符号の説明】
【０１２４】
１  インクジェット印刷装置
２  インクジェットヘッド
３  インク循環部
４  インク補給部
５  制御部
１１  上流タンク
１２  上流タンク大気開放弁
１３  下流タンク
１４  下流タンク大気開放弁
１５  インクポンプ
１６  エアポンプ
１７  上流インク導管
１８  下流インク導管
１９  中間インク導管
２０〜２２  空気導管
２７，３０空気層
２８  上流側流路
３１  下流側流路
３６  インクカートリッジ
３７  インク補給弁
３８  インク補給管
【図１】
2016049700.tif 000003
【図２】
2016049700.tif 000004
【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】
2016049700.tif 000009
【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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