CN109551897A - 液体循环装置、液体喷出装置 - Google Patents

Abstract

一种液体循环装置、液体喷出装置，能够简化装置结构。根据一实施方式的液体循环装置，具备：第一罐，存积被供给至喷出液体的液体喷出头的液体；循环路径，通过所述液体喷出头和所述第一罐；旁通流路，以不通过所述液体喷出头的方式将所述循环路径中所述液体喷出头的一次侧和所述液体喷出头的二次侧连接；以及压力检测部，检测所述旁通流路的压力。

Description

液体循环装置、液体喷出装置

技术领域

本发明的实施方式涉及液体循环装置、液体喷出装置。

背景技术

已知有如下液体喷出装置，具备喷出液体的液体喷出头以及使液体在具备液体喷出头的循环路径中循环的液体循环装置。这种液体喷出装置在循环路径的液体喷出头的上游和下游分别具备压力传感器。在这种液体喷出装置中，根据多个压力传感器的检测值计算喷嘴的压力。

发明内容

发明所要解决的技术问题

本发明所要解决的技术问题在于，提供能够简化装置结构的液体循环装置以及液体喷出装置。

用于解决技术问题的手段

根据一实施方式的液体循环装置，具备：第一罐，存积被供给至喷出液体的液体喷出头的液体；循环路径，通过所述液体喷出头和所述第一罐；旁通流路，以不通过所述液体喷出头的方式将所述循环路径中所述液体喷出头的流入侧和所述液体喷出头的流出侧连接；以及压力检测部，检测所述旁通流路的压力。

根据一实施方式的液体喷出装置，具备：上述实施方式中的液体循环装置；以及液体喷出头，喷出液体。

附图说明

图1是示出第一实施方式的喷墨记录装置的结构的侧视图。

图2是示出该实施方式的液体喷出装置的结构的说明图。

图3是示出该液体喷出装置的一部分的结构的立体图。

图4是示出该液体喷出装置的一部分的结构的主视图。

图5是示出该液体喷出装置的液体喷出头的结构的说明图。

图6是示出该液体喷出装置的压电泵的结构的说明图。

图7是示出该液体喷出装置的控制部的结构的框图。

图8是示出该液体喷出装置的控制方法的流程图。

图9是示出其他实施方式的液体喷出装置的结构的说明图。

附图标记说明：

1...喷墨记录装置；10...液体喷出装置；10A...液体喷出装置；11...头部支承机构；11a...滑架；12...介质支承机构；13...主机控制装置(主计算机)；20...液体喷出头；20a...供给口；20b...回收口；21...喷嘴板；21a...喷嘴；22...基板；23...歧管；24...致动器；24a...电极；24b...电极；25...墨水压力室；28...墨水流路；30...循环装置；31...循环路径；31a...第一流路；31b...第二流路；31c...第三流路；32...上游罐(第一罐)；33...循环泵(第一泵)；34...旁通流路；34a...第一旁通流路；34b...第二旁通流路；35...旁通罐；35a...收容室；35e...连接管；36...下游罐(第二罐)；37...开闭阀；38...模块控制部；39...压力传感器；40...压力调节机构；51...墨盒；52...供给路径；53...补给泵(第二泵)；54、55...液位传感器；56...循环泵(第三泵)；58...泵室；59...压电致动器；60...压电泵；61...止回阀；62...止回阀；71...CPU；72...存储部；73...通信接口；75a～75e...驱动电路。

具体实施方式

[第一实施方式]

以下，参照图1至图7，对第一实施方式的液体喷出装置10及液体喷出装置10的喷墨记录装置1进行说明。在各图中，为了进行说明，将结构适当地放大、缩小或省略而示出。图1是示出喷墨记录装置1的结构的侧视图。图2是示出液体喷出装置10的结构的说明图。图3、图4是示出液体喷出装置10的一部分的结构的立体图及主视图。图5是示出液体喷出头20的结构的说明图。图6是示出循环泵33及补给泵53的结构的说明图。图7是液体喷出装置10的框图。

图1所示的喷墨记录装置1具备多个液体喷出装置10、将液体喷出装置10支承为能够移动的头部支承机构11、将记录介质S支承为能够移动的介质支承机构12以及主机控制装置13。

如图1所示，多个液体喷出装置10沿预定方向并列配置并被头部支承机构11支承。液体喷出装置10整体具备液体喷出头20及循环装置30。液体喷出装置10通过从液体喷出头20喷出例如墨水I作为液体，从而在对置配置的记录介质S上形成期望的图像。

多个液体喷出装置10分别喷出多种颜色的墨水，例如青色墨水、品红色墨水、黄色墨水、黑色墨水、白色墨水，但所使用的墨水I的颜色或特性并不受限制。例如，可以代替白色墨水，而喷出透明光泽墨水、照射红外线或紫外线时显色的特殊墨水等。多个液体喷出装置10虽各自使用的墨水不同，但结构相同。

图3至图5所示的液体喷出头20是喷墨头，具备具有多个喷嘴21a的喷嘴板21、基板22以及与基板22接合的歧管23。基板22与喷嘴板21对置地接合，构成为在与喷嘴板21之间形成包含多个墨水压力室25的预定的墨水流路28的预定形状。在基板22面向各墨水压力室25的部位设有致动器24。基板22具备配置在同一列的多个墨水压力室25之间的隔壁。致动器24与喷嘴21a对置配置，在致动器24与喷嘴21a之间形成有墨水压力室25。

液体喷出头20通过喷嘴板21、基板22和歧管23构成在内部具有墨水压力室25的预定的墨水流路28。在基板22面向各墨水压力室25的部位，设有具备电极24a、24b的致动器24。致动器24与驱动电路连接。液体喷出头20通过模块控制部38(图2)的控制，使致动器24根据电压而变形，从而使液体从对置配置的喷嘴21a喷出。

如图2至图4所示，循环装置30通过金属制连结部件整体地连结到液体喷出头20的上部。循环装置30具备通过液体喷出头20并构成为能够使液体循环的预定的循环路径31、在该循环路径31中依次设置的作为第一罐的上游罐32、作为第一泵的循环泵33、旁通流路34、旁通罐35、开闭阀37以及用于控制液体喷出工作的模块控制部38。

另外，循环装置30具备设置于循环路径31外部的作为补给罐的墨盒51、供给路径52以及作为第二泵的补给泵53。墨盒51构成为能够保持供给至上游罐32的液体，并且内部的空气室向大气开放。供给路径52是连接上游罐32与墨盒51的流路。补给泵53设置于供给路径52并向上游罐32输送墨盒51内的墨水。

循环路径31具备从上游罐32到液体喷出头20的供给口20a的第一流路31a、从液体喷出头20的回收口20b到下游罐36的第二流路31b以及从下游罐36到上游罐的第三流路31c。

上游罐32通过循环路径31与液体喷出头20的一次侧连接，并构成为能够存积液体。在上游罐32中，设有检测上游罐32内的液面位置的液位传感器54。

下游罐36通过循环路径31与液体喷出头20的二次侧连接，并构成为能够存积液体。在下游罐36中，设有检测下游罐36内的液面位置的液位传感器55。

上游罐32及下游罐36与压力调节机构40连接。

压力调节机构40具备将上游罐32及下游罐36内的空气室相对于大气打开或关闭的开闭机构、进行上游罐32及下游罐36的加压和减压的调节机构。压力调节机构40在CPU7(图7)的控制下，进行上游罐32及下游罐36的大气开放、下游罐36的加压和减压，从而调节循环路径31的压力，调节喷嘴21a的喷嘴压力。

在第三流路31c设有循环泵33，该循环泵33将液体输送到作为下游罐36的下游侧的上游罐32。

旁通流路34是连接第一流路31a与第二流路31b的流路。旁通流路34以不通过液体喷出头20而短路的方式将循环路径31中的液体喷出头20的一次侧与液体喷出头20的二次侧连接。旁通罐35连接于旁通流路34。即，旁通流路34包括连接旁通罐35与第一流路31a的第一旁通流路34a，以及连接旁通罐35与第二流路31b的第二旁通流路34b。

在旁通罐35中，设有作为检测旁通罐35内的空气室(气室)的压力的压力检测部(压力检测器)的压力传感器39。

旁通流路34的第一旁通流路34a和第二旁通流路34b的长度相同。在本实施方式中，在旁通流路34的中间位置处设有旁通罐35，第一旁通流路34a和第二旁通流路34b的管长和管径相同。

另外，在循环路径31中，从第一流路31a的与旁通流路34分支的分支点34c到液体喷出头20的供给口20a的距离、与从液体喷出头20的回收口20b到第二流路31b的与第二旁通流路34b的合流点34d的距离相等。

在本实施方式中，以旁通流路34侧的流路阻力为液体喷出头20侧的流路阻力的2～5倍的方式，将旁通流路34设为相比于循环路径31小的直径。例如，旁通流路34的第一旁通流路34a及第二旁通流路34b具有相同的长度及相同的直径，并且均构成为比循环路径31的直径小的直径。例如，在本实施方式中，循环路径31的直径被设定为旁通流路34的第一旁通流路34a及第二旁通流路34b的直径的2倍～5倍左右。作为一例，旁通流路34的流路直径为0.7mm以下，循环路径31的流路直径为2.0mm左右。另外，旁通流路34的第一旁通流路34a及第二旁通流路34b分别构成为具有2mm左右的长度。

关于循环路径31中的压力，由于液体喷出头20的阻力引起的压力损失，液体喷出头20的一次侧即流入侧的压力比液体喷出头20的二次侧即流出侧的压力高。因此，在通过液体喷出头20的循环路径31以及旁通流路34中，液体如图2中箭头所示那样从压力高的一次侧向压力低的二次侧流动。

旁通罐35具有比旁通流路34的流路截面积大的流路截面积，并且构成为能够存积液体。旁通罐35例如具有上壁、下壁、后壁、前壁及左右一对的侧壁，并且构成为形成在内部存积液体的收容室的矩形箱状。旁通罐35的一对侧壁分别与旁通流路34连接。在本实施方式中，例如流入侧的第一旁通流路34a与旁通罐35的连接位置和流出侧的第二旁通流路34b与旁通罐35的连接位置被设定为相同的高度。

旁通罐35具有的流路截面积是旁通流路34的流路截面积的200倍～300倍。旁通罐35例如构成为，与旁通流路34正交的两个方向即高度方向和进深方向的尺寸分别为10mm左右，与旁通流路34平行的宽度方向的尺寸为20mm左右。

在旁通罐35内的收容室35a的下部区域被分配在旁通流路34中流动的墨水，并且在收容室35a的上部区域形成有空气室。通过旁通罐35，旁通流路34的流路截面积被扩大，能够存积预定量的液体及空气。

旁通罐35的空气室与构成为能够向大气开放的开闭阀37连接。即，在旁通罐35的上壁设有向上方延伸的连接管35e，在该连接管35e的另一端部设有将连接管35e内的流路打开或关闭的开闭阀37。

循环路径31、旁通流路34及供给路径52具备由金属或树脂材料构成的管道和覆盖管道的外表面的管、例如PTFE管。

压力传感器39例如利用半导体压电阻式压力传感器将压力作为电信号进行输出。半导体压电阻式压力传感器具备接受来自外部的压力的隔膜以及形成于该隔膜表面的半导体应变计。半导体压电阻式压力传感器将伴随来自外部的压力引起的隔膜变形在应变计中产生的基于压电电阻效应的电阻变化转换为电信号来检测压力。

液位传感器54、55包括漂浮在液面上且上下运动的浮子和设置于上下两处预定位置的孔IC。液位传感器54、55通过利用孔IC检测浮子到达上限位置及下限位置，从而检测上游罐32内的墨水量，并将检测到的数据发送给模块控制部38。

开闭阀37构成为能够将旁通罐35的空气室相对于大气打开或关闭。开闭阀37在对连接到旁通罐35的压力传感器39进行校准时打开。

循环泵33设置于循环路径31的第三流路31c。循环泵33配置于下游罐36与上游罐32之间，并从下游罐36朝向上游罐32输送液体。

补给泵53设置于供给路径52。补给泵53朝向上游罐32输送保持在墨盒51内的墨水I。

例如如图6所示，循环泵33及补给泵53由压电泵60构成。压电泵60具备泵室58、设置于泵室58并通过电压振动的压电致动器59以及配置于泵室58的入口及出口的止回阀61、62。压电致动器59例如构成为能够以约50Hz至200Hz的频率振动。循环泵33及补给泵53通过布线连接到驱动电路并构成为能够通过模块控制部38的控制来进行控制。在压电泵60中，当施加交流电压使压电致动器59工作时，泵室58的容积改变。在压电泵60中，当施加的电压改变时，压电致动器59的最大变化量改变，并且泵室58的容积变化量改变。并且，当向泵室58的容积变大的方向变形时，泵室58的入口的止回阀61打开，墨水流入泵室58。另一方面，当向泵室58的容积变小的方向变化时，泵室58的出口的止回阀62打开，墨水从泵室58流出。压电泵60反复进行泵室58的扩张和收缩，将墨水I向下游输送。因此，当对压电致动器59施加的电压较大时，液体输送能力变强，当电压较小时，液体输送能力变弱。例如，在本实施方式中，使对压电致动器59施加的电压在50V至150V之间变化。

如图7所示，模块控制部38在整体地搭载于循环装置30的控制基板上，具备CPU71、驱动各元件的驱动电路、存储各种数据的存储部72、以及用于与设置于外部的主机控制装置(主计算机)13进行通信的通信接口73。存储部72例如具备程序存储器以及RAM。

模块控制部38在通过通信接口73与主机控制装置13连接的状态下，与主机控制装置13进行通信，从而接收工作条件等各种信息。

用户的输入操作、来自喷墨记录装置1的主机控制装置13的指示通过通信接口73发送至模块控制部38的CPU71。另外，模块控制部38获取的各种信息经由通信接口73发送给PC应用或喷墨记录装置1的主机控制装置13。

CPU71相当于模块控制部38的中枢部分。CPU71按照操作系统、应用程序对各部分进行控制，以实现液体喷出装置10的各种功能。

CPU71与循环装置30的循环泵33、补给泵53、压力调节机构40、以及开闭阀37的驱动电路75a、75b、75c、75d、液位传感器54、55、压力传感器39、液体喷出头20的驱动电路75e。

例如，CPU71具有作为循环单元的功能，即通过控制循环泵33的操作来使墨水循环。

另外，CPU71具有作为补给单元的功能，即基于由液位传感器54、55检测到的信息，对补给泵53的工作进行控制，从而从墨盒51向循环路径31补给墨水。

进一步地，CPU71具有作为压力调节单元的功能，即基于由压力传感器39检测到的信息，对压力调节机构40进行控制，从而调节喷嘴21a的墨水压力。作为压力调节处理，CPU71例如通过对下游罐36的气体压力进行加压或减压，从而调节喷嘴21a的墨水压力。

存储部72例如具备程序存储器、RAM。在存储部72中存储有应用程序、各种设定值。例如，作为压力控制中使用的控制数据，在存储部72中存储有计算喷嘴21a的墨水压力的计算公式、目标压力范围、各泵的调节最大值等各种设定值。

以下，参照图8的流程图，对本实施方式的液体喷出装置10的控制方法进行说明。

在Act1中，CPU71等待循环开始的指示。例如，当根据来自主机控制装置13的指令检测到循环开始的指示时(Act1中的是)，前进到Act2的处理。需要说明的是，作为打印操作，主机控制装置13边使液体喷出装置10沿与记录介质S的输送方向正交的方向往复移动，边进行墨水的喷出工作，从而在记录介质S上形成图像。具体而言，CPU71将设置于头部支承机构11的滑架11a向记录介质S的方向输送，并使其沿箭头A方向往复移动。另外，CPU71将与图像数据对应的图像信号发送至液体喷出头20的驱动电路75e，选择性地驱动液体喷出头20的致动器24，从而从喷嘴21a向记录介质S喷出墨滴。

在Act2中，CPU71驱动循环泵33，开始墨水循环工作。这里，第一流路31a的墨水I按照与旁通流路34和旁通罐35的管路阻力对应的分配而被分配为在液体喷出头20中流动的液体和通过旁通流路34而流动至旁通罐35的液体。即，墨水I的一部分以从上游罐32通过第一流路31a到达液体喷出头20、通过第二流路31b到达下游罐36、再次流入上游罐32的方式循环。另外，墨水I的剩余部分从第一流路31a以通过旁通流路34及旁通罐35内而不通过液体喷出头20的方式输送到第二流路31b，并通过下游罐36而再次流入上游罐32。通过该循环操作，墨水I所含的杂质被设置于循环路径31的过滤器去除。

在Act3中，CPU71基于从液位传感器54、55发送的数据，检测上游罐32及下游罐36中的液位。

在Act4中，CPU71检测从压力传感器39发送的压力数据。

在Act5中，CPU71开始液面调节。具体而言，CPU71基于液位传感器54、55的检测结果，驱动补给泵53，从而进行来自墨盒51的墨水补给，将液面位置调节到适当范围。例如，在打印时从喷嘴21a喷出墨水I，上游罐32、下游罐36的墨水量瞬间减少且液面下降，此时进行墨水补给。当墨水量再次增加，液位传感器54的输出反转后，CPU71使补给泵53停止工作。

在Act6中，CPU71根据压力数据检测喷嘴的墨水压力。具体而言，基于从压力传感器39发送的旁通罐35的压力数据，使用预定的运算公式计算喷嘴21a的墨水压力。

例如，在旁通罐35处检测到的压力是第一流路31a的墨水的压力值Ph和第二流路31b的墨水的压力值P1的平均值，因此通过将旁通罐35的压力值与由压力测量点的高度和喷嘴面高度的水位差产生的压力ρgh相加，能够获得喷嘴21a的墨水压力Pn。这里，ρ：墨水的密度、g：重力加速度、h：压力测量点与喷嘴面在高度方向上的距离。

另外，作为压力调节处理，CPU71根据压力数据计算喷嘴21a的墨水压力Pn。然后，CPU71以使喷嘴的墨水压力Pn成为适当值的方式驱动压力调节机构40，从而维持墨水I不从液体喷出头20的喷嘴21a泄漏且不从喷嘴21a吸入气泡的程度的负压，并且维持弯月面Me(图5)。这里，作为一个例子，将目标值的上限设为P1H并将下限设为P1L。

在Act7中，CPU71判定喷嘴的墨水压力Pn是否在适当范围内，即是否为P1L≤Pn≤P1H。当处于适当范围外时(Act7中的否)，作为Act8，CPU71判定喷嘴的墨水压力Pn是否超过目标值上限P1H。

具体而言，当喷嘴的墨水压力Pn处于适当范围外(Act7中的否)、且喷嘴的墨水压力Pn未超过目标值上限P1H时(Act8中的否)，作为Act9，CPU71驱动压力调节机构40，对上游罐32和下游罐36进行加压，从而增加喷嘴21a的墨水的压力(Act9)。

当在Act8中，喷嘴的墨水压力Pn超过目标值上限P1H(Act8中的是)时，CPU71驱动压力调节机构40，对上游罐32和下游罐36进行减压，从而减少喷嘴21a的墨水的压力(Act10)。

之后，CPU71进行Act4～Act10的反馈控制，直到在Act11中检测到循环结束指令。并且，CPU71例如在通过来自主机控制装置13的指令检测到循环结束的指示时(Act11中的是)，使循环泵33停止工作并结束循环处理(Act12)。

在如上所述那样构成的液体喷出装置10中，由旁通流路34连接液体喷出头20的上游侧和下游侧的流路，并在设置于旁通流路34的中间位置的旁通罐35中设置压力传感器39，从而能够计算液体喷出头20的压力。因此，在液体喷出装置10中，能够将压力传感器39设置于喷头附近的流路，并能够省略循环装置30侧的压力传感器39。另外，通过用一个压力传感器39计算液体喷出头20的上游侧和下游侧的平均值，能够减少压力传感器39的必要数量并简化装置结构。

液体喷出装置10利用旁通流路34连接液体喷出头20的上游侧和下游侧的流路，并且液体喷出装置10通过适当地设定旁通流路34的管路阻力，能够适当地保持通过液体喷出头20的墨水和在旁通流路34中流动的墨水的流量。

另外，液体喷出装置10利用旁通流路34连接液体喷出头20的上游侧和下游侧的流路，并具备旁通罐35，从而能够使液体喷出头20的喷出性能稳定。即，利用旁通流路34连接液体喷出头20的上游侧和下游侧的流路，并将旁通罐35与液体喷出头20并列配置，从而通过旁通流路34和旁通罐35的流路截面积的变化和旁通罐35内的空气层的作为空气弹簧的作用，吸收旁通流路34中的压力波动并吸收脉动，从而使喷出性能稳定。

例如，当由于大量的墨水喷出而使循环路径31成为负压时，旁通罐35的容积缩小，并且，旁通罐35的液面下降，由此能够吸收循环路径31侧的压力波动。

另外，液体喷出装置10检测液体喷出头20的旁通流路34的压力并对压力进行反馈控制，由此能够适当地维持喷嘴的墨水压力。因此，例如即使在泵性能随着时间的推移而变化的情况下，也能够实现适当的压力控制。

以上说明的实施方式的液体循环装置及液体喷出装置的结构并不受限制。例如，作为上述第一实施方式，虽例示了在第一流路31a及第二流路31b上具备上游罐32及下游罐36的结构，但并不限定于此。例如，也可以如图9所示的液体喷出装置10A那样，构成为省略在第一实施方式中说明的液体喷出装置10的下游罐36，将液体喷出头20的流出侧与上游罐32连接。液体喷出装置10A在回收侧的第二流路31b上具备循环泵33，并且在供给侧的第一流路31a上具备作为第三泵的循环泵56。例如循环泵56与循环泵33为相同的结构。各循环泵33、56分别为减压泵和加压泵，作为压力调节机构发挥功能。在液体喷出装置10A中，也能够获得与上述第一实施方式的液体喷出装置10相同的效果。

例如，液体喷出装置10也能够喷出墨水以外的液体。作为喷出墨水以外液体的液体喷出装置，例如也可以是喷出包含用于形成打印布线基板的布线图案的导电性粒子的液体的装置等。

除了上述以外，液体喷出头20例如也可以是利用静电使振动板变形而喷出墨滴的结构、或者是利用加热器等的热能从喷嘴喷出墨滴的结构等。

另外，虽在上述实施方式中示出了液体喷出装置用于喷墨记录装置1的示例，但并不限定于此，例如也可以用于3D打印机、产业用的制造机械、医疗用途，并且能够实现小型轻量化及低成本化。

另外，作为循环泵33和补给泵53，例如也可以利用管泵、隔膜泵或活塞泵等来代替压电泵60。

虽说明了本发明的实施方式，但实施方式只是作为示例而提出，并非旨在限定发明的范围。该新实施方式能够以其他各种方式实施，能够在不脱离发明的宗旨的范围内进行各种省略、替换、变更。该实施方式及其变形包含在发明的范围和宗旨中，并且包含在权利要求书所记载的发明及其等同的范围内。

Claims (10)

1.一种液体循环装置，具备：

第一罐，存积被供给至喷出液体的液体喷出头的液体；

循环路径，通过所述液体喷出头和所述第一罐；

旁通流路，以不通过所述液体喷出头的方式将所述循环路径中所述液体喷出头的流入侧与所述液体喷出头的流出侧连接；以及

压力检测部，检测所述旁通流路的压力。

2.根据权利要求1所述的液体循环装置，其中，

所述液体循环装置还具备能够存积液体的旁通罐，所述旁通罐设置于所述旁通流路的中间位置，

所述压力检测部设置于所述旁通罐。

3.根据权利要求1或2所述的液体循环装置，其中，

所述液体循环装置还具备控制部，所述控制部基于所述旁通流路的压力对所述循环路径的压力进行调节。

4.根据权利要求2所述的液体循环装置，其中，

所述液体循环装置还具备开闭阀，所述开闭阀打开或关闭形成于所述旁通罐内的气室，

所述压力检测部检测所述旁通罐内的气室的压力。

5.根据权利要求1或2所述的液体循环装置，其中，

所述循环路径的流路直径是所述旁通流路的流路直径的2倍～5倍。

6.根据权利要求5所述的液体循环装置，其中，

所述循环路径的流路直径为2.0mm，所述旁通流路的流路直径为0.7mm以下。

7.根据权利要求2所述的液体循环装置，其中，

所述旁通罐的流路截面积是所述旁通流路的流路截面积的200倍～300倍。

8.一种液体喷出装置，具备：

权利要求1至7中任一项所述的液体循环装置；以及

液体喷出头，喷出液体。

9.根据权利要求8所述的液体喷出装置，其中，

所述液体喷出头具备振动板，通过所述振动板的变形来喷出液体。

10.根据权利要求8所述的液体喷出装置，其中，

所述液体喷出头具备加热器，通过所述加热器的热能来喷出液体。