JP2011110850A - 液体循環システム - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで適切にインクを循環させて、液体内の微粒子の沈殿防止や液体流路内の気泡除去などを行う。
【解決手段】共通インク流路１６が形成されたインクジェットヘッド２と、インクカートリッジ３と、インクカートリッジ３から共通インク流路１６のインレット１６ａにインクを供給する供給流路４と、共通インク流路１６のアウトレット１６ｂからインクカートリッジ３にインクを還元する還元流路５と、供給流路４内のインクを強制的に送り出すチューブポンプ６と、供給流路４を流れるインクを加圧する加圧用ベローズユニット８と、共通インク流路１６のインレット１６ａを指定水頭値の中心値に保持する加圧レギュレータ１０と、還元流路５を開閉する電磁弁１１と、を備える。そして、印刷を行わない待機時は、電磁弁１１を駆動して還元流路５を開き、インク流路においてインクを循環させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、液滴吐出装置に搭載される液体循環システムに関する。

一般に、大型のインクジェットプリンタでは、脱着可能に装着されるインクカートリッジからインクジェットヘッドにインクを供給しており、このインクには、メタリックインク、パールインク、白インクなど、液体成分と比重の異なる微粒子（顔料など）が含まれたものもある。このようなインクに含まれる微粒子は、液体成分と比べて比重が大きく、例えば、金属や鉱石などにより構成されている。

このようなインクは流れが静止した環境に長時間放置されると比重の大きい微粒子が液体の下方に沈殿し、配管の目詰まりや吐出不良の原因になることがあった。

また、配管の取り回しやインクジェットプリンタの機能面から、継手やサブタンクの設置により、配管の断面積や体積が変わるが、このような箇所では、インクの使用量が少ないとインクの滞留が起こり、微粒子の沈殿箇所となって、プリンタの機能障害から印字物が所望の結果とならず、問題となっていた。

また、インクジェットプリンタはインク導入時などに配管途中やヘッドの共通インク流路に滞留した気泡がインクと共にノズルに運ばれ、吐出不良の原因となることがあった。

これらの問題を解決する手段として、インクを循環させる方法が用いられることがある。沈殿に対しては、インクを循環させることにより常にインクを動かし、流れによる攪拌作用により沈殿を防ぐことができる。また、気泡に対しては、滞留していた気泡を流して所定の気泡トラップやインク貯留タンクに運び、除去することができる。

このような利点のある循環ではあるが、注意すべき点として圧力制御がある。これは、インクジェットヘッドにおけるノズル部分の圧力が吐出に大きな影響を与えるため、ノズル部分のインク圧力を一定の負圧に制御することにより、ノズルに所定形状のメニスカスを形成させるものである。

このため、従来は、各ノズルに形成されたメニスカスに影響を与えないように圧力を調整しながら、インクを循環させている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−０８８５６４号公報

背景技術で述べたように、インクジェットプリンタにおいては、インクジェットヘッドの各ノズルから吐出されるインク液滴の形状や飛行軌跡の最適化を図るために、インクジェットヘッドにおけるインクの水頭値（圧力）を調整するなどして各ノズルに供給されたインクを所定形状のメニスカスに形成している。

しかしながら、インクを循環させると、インクジェットヘッドの共通インク流路の圧力損失によって共通インク流路内に圧力分布が発生し、また、ポンプの脈動などの圧力変動が発生する。更に、スキャン時には加速度とインク慣性力による圧力変動も発生する。メニスカスの破壊を防ぐためには、これらの圧力変動要素を含めてノズルにかかる圧力をインクジェットヘッドの指定する水頭範囲に収める必要があるため、インクを循環させる場合は、より精密な圧力制御が要求される。一方で、インク圧の制御のために圧力センサや複雑な圧力調整装置などを多用すると、高価になるという問題もある。

そこで、低コストで適切に液体を循環させ、液体内の微粒子の沈殿防止や液体流路内の気泡除去などを行うことができる液体循環システムを検討するにあたり、インク内粒子の沈降速度に注目した。

本発明は、主に、数時間以上放置しなければ沈降の問題が生じにくいインクを対象に、印字中は循環せず、それ以外の時間に循環を行うことにより、常時循環より低コストの液体循環システムを提供することを目的とする。

本発明に係る液体循環システムは、液滴吐出装置に搭載される液体循環システムであって、液滴が吐出される複数のノズルに連通される共通流路が形成された液滴吐出ヘッドと、液滴吐出ヘッドに供給する液体が充填された液体充填容器と、液体充填容器から共通流路の一方端部に液体を供給する第１の流路と、共通流路の他方端部から液体充填容器に液体を還元する第２の流路と、液体充填容器に充填された液体を共通流路の一方端部に向けて圧送する液体圧送手段と、液体圧送手段により圧送された液体を所定の第１の圧力に保持して共通流路の一方端部に供給する加圧レギュレータと、第２の流路を開閉する開閉手段と、を有することを特徴とする。

本発明に係る液体循環システムによれば、液体充填容器に充填された液体が液体圧送手段により共通流路の一方端部に向けて圧送されると、この液体は、加圧レギュレータにより第１の圧力に保持されて共通流路の一方端部に供給される。このため、液体圧送手段により発生される圧力が変動したとしても、共通流路に供給される液体の圧力を所定の第１の圧力に保持することができ、液滴吐出ヘッドの各ノズルに供給された液体を所望のメニスカス形状に保持することができる。そして、開閉手段により第２の流路を開くと、共通流路に供給された液体が第２の流路を通って液体充填容器に還元されるため、液体充填容器、第１の流路、共通流路及び第２の流路を通る液体の流路内で液体を循環させることができる。このため、印刷時は、開閉手段により第２の流路を閉じることで、共通流路に供給される液体の圧力が所定の第１の圧力に保持されるため、各ノズルに供給された液体が所望のメニスカス形状に保持することができ、各ノズルから吐出される液滴の形状や飛行軌跡の最適化を図ることができる。一方、印刷を行わない待機時は、開閉手段により第２の流路を開くことで、液体の流路内で液体が強制循環されるため、液体に含まれる微粒子などの組成物を攪拌して沈降や沈殿するのを抑制することや気泡を排出することができる。このように、加圧レギュレータ及び開閉手段という簡易な構成で、共通流路に供給される液体の圧力を所定の第１の圧力に保持し、且つ、液体を循環させることができるため、液体循環システムの低コスト化を図ることができる。

この場合、加圧レギュレータは、共通流路における一方端部の液体圧が第１の圧力よりも高くなると液体の供給を停止し、共通流路における一方端部の液体圧が第１の圧力よりも低くなると液体の供給を行うことが好ましい。このように、加圧レギュレータにより、共通流路における一方端部の液体圧が第１の圧力よりも高くなると液体の供給を停止し、共通流路における一方端部の液体圧が第１の圧力よりも低くなると液体の供給を行うことで、共通流路における一方端部の液体圧が第１の圧力よりも低くなるのを防止して、共通流路における一方端部の液体圧を第１の圧力に保持することができる。

そして、加圧レギュレータは、液体充填容器から差圧発生部の加圧側を経由して液体が流入される第一圧力室と、第一圧力室と連通される連通孔が形成されて、共通流路の一方端部に液体が送り出される第二圧力室と、第二圧力室と周囲の大気とを隔てるダイアフラムと、ダイアフラムに接続されて連通孔を開閉する弁体と、連通孔を閉じる方向に弁体を付勢する調圧スプリングと、を備えることが好ましい。このように構成することで、通常は、共通流路の一方端部に連通する第二圧力室の圧力は負圧であるため、ダイアフラムには、大気圧である外部より第二圧力室側に引き寄せられて、弁体を開く方向の力が発生する。このとき、第二圧力室の液体圧がダイアフラムに及ぼす弁体を開く方向に押す力が、弁体を閉じる方向に押す調圧スプリングの力がよりも小さくなると、弁体が連通孔を閉ざして液体の供給が停止される。そして、第二圧力室の液体圧がダイアフラムに及ぼす弁体を開く方向に押す力が、弁体を閉じる方向に押す調圧スプリングの力よりも大きくなると、弁体が連通孔を開いて液体の供給が再開される。このように、複雑な制御を行うことなく、機械的に液体の通過及び停止を行うことができるため、共通流路における一方端部の液体圧を第１の圧力に保持することができる。

そして、加圧レギュレータは、所定圧力に調整された空気が導入されるとともに、当該空気の圧力と共通流路の一方端部に排出される液体の圧力との比較に基づき、液体の流路を開閉することとしてもよい。このように、共通流路の一方端部に排出される液体と所定の設定圧力の気体との圧力差に基づいて、液体の供給と停止とを切り替えるため、気体の設定圧力を変えることで、共通流路における一方端部の液体圧を容易に変えることができ、第１の圧力の自由度が格段に向上するとともに、加圧レギュレータを複数用いたとしても、一度に第１の圧力を変えることができる。

この場合、加圧レギュレータは、液体充填容器から液体が流入される第一圧力室と、第一圧力室と連通される連通孔が形成されて共通流路の一方端部に液体が排出される第二圧力室と、所定圧力の空気が流入される第三圧力室と、第二圧力室と第三圧力室とを隔てるダイアフラムと、ダイアフラムに接続されて連通孔を開閉する弁体と、を備えることが好ましい。第二圧力室から排出される液体圧が第三圧力室に流入される空気の圧力よりも高くなると、弁体が連通孔を閉ざして液体の供給が停止され、第二圧力室から排出される液体圧が第三圧力室に流入される空気の圧力よりも低くなると、弁体が連通孔を開いて液体の供給が再開される。このため、第三圧力室に流入させる空気の圧力を設定するだけで、複雑な制御を行うことなく、機械的に、液体の通過及び停止を行うことができるため、より確実に共通流路における一方端部の液体圧を第１の圧力に保持することができる。

そして、第１の圧力は、液滴吐出ヘッドの指定水頭値の中心値であることが好ましい。このように、加圧レギュレータから共通流路の一方端部に供給する液体の圧力を指定水頭値の中心値に保持することで、各ノズルに供給された液体を最適なメニスカス形状に形成することができる。

また、液体圧送手段は、第１の流路内の液体を共通流路の一方端部側に送り出す第１のチューブポンプと、第１のチューブポンプにより送り出された液体を加圧する加圧用ベローズと、を備えることが好ましい。このように、第１のチューブポンプ及び加圧用ベローズという簡易な装置を用いることで、低コストで、第１の流路内の液体を共通流路の一方端部側に圧送することができる。

また、液滴吐出ヘッドの水頭値が指定水頭値の中心値よりも低くなるように、液滴吐出ヘッドと液体充填容器とに高低差を設けてなることが好ましい。このように、液滴吐出ヘッドと液体充填容器とに高低差を設け、液滴吐出ヘッドの水頭値を指定水頭値の中心値よりも低くすることで、開閉手段により第２の流路を開いた際に、共通流路の他方端部の液体圧が一方端部の液体圧よりも低くなるため、一方端部から共通流路に供給された液体を他方端部から液体充填容器に還元させることができる。このように、液滴吐出ヘッドと液体充填容器とに高低差を設けるだけで液体を循環させることができるため、液体循環システムの低コスト化を図ることができる。

また、第２の流路内の液体を液体充填容器側に向けて送り出す第２のチューブポンプを更に備えることとしてもよい。このように、第２のチューブポンプにより第２の流路内の液体を液体充填容器側に向けて送り出すことで、共通流路の他方端部から第２の流路に液体が強制的に吸い出されるため、液体充填容器と液滴吐出ヘッドの配置に関わらず液体の流路内で液体を循環させることができる。これにより、液体充填容器と液体ジェットの配置の自由度が向上する。

本発明によれば、低コストで適切に液体を循環させて、液体内の微粒子の沈殿防止や液体流路内の気泡除去などを行うことができる。

第１の実施形態に係るインク循環システムの概略構成図である。 インクジェットヘッドの概略断面図である。 加圧レギュレータのモデルであり、（ａ）は、弁が閉じた状態を示しており、（ｂ）は、弁が開いた状態を示している。 第２の実施形態に係るインク循環システムの概略構成図である。 第３の実施形態に係るインク循環システムの概略構成図である。 パイロットエア式加圧レギュレータのモデルであり、（ａ）は、弁が閉じた状態を示しており、（ｂ）は、弁が開いた状態を示している。

以下、図面を参照して、本発明に係る液体循環システムの好適な実施形態について詳細に説明する。本実施形態は、本発明に係る液体循環システムを、液滴吐出装置であるインクジェットプリンタに搭載されるインク循環システムに適用したものである。本実施形態に係るインク循環システムは、インクジェットプリンタのインク流路においてインクを循環させるものである。そして、このインク循環システムで循環されるインクは、メタリックインク、パールインク、白インクなど、液体成分に、顔料などの液体成分と比重の異なる微粒子が含まれたものが用いられる。なお、同一又は相当部分には同一符号を付すこととする。

［第１実施形態］
図１は、第１の実施形態に係るインク循環システムの概略構成図であり、図２は、インクジェットヘッドの概略断面図である。図１に示すように、第１の実施形態に係るインク循環システム１は、インクジェットヘッド２と、インクカートリッジ３と、供給流路４と、還元流路５と、チューブポンプ６と、加圧用ベローズユニット８と、加圧レギュレータ１０と、電磁弁１１と、高速循環用流路１２と、を備えている。

インクジェットヘッド２は、インク液滴を吐出するものである。このため、図２に示すように、インクジェットヘッド２には、多数のノズル１５と、全てのノズル１５に連通される共通インク流路１６と、が形成されている。

共通インク流路１６は、インクカートリッジ３からインクジェットヘッド２に供給されたインクが流れる流路である。共通インク流路１６は、インクジェットヘッド２に形成された全てのノズル１５に連通されており、インクカートリッジ３からインクジェットヘッド２に供給されたインクを各ノズル１５に分配供給するものである。この共通インク流路１６の一端には、供給流路４から供給されたインクを共通インク流路１６に導入するインレット１６ａが形成されており、共通インク流路１６の他端には、共通インク流路１６に供給されたインクを還元流路５に排出するアウトレット１６ｂが形成されている。このインレット１６ａ及びアウトレット１６ｂは、共通インク流路１６の両端に形成されている。このため、インレット１６ａから導入されたインクは、共通インク流路１６の一端から他端まで流れて、アウトレット１６ｂから排出される。

各ノズル１５は、共通インク流路１６から供給されたインクを、所定量のインク液滴として吐出するものである。各ノズル１５は、微小な管状に形成されている。各ノズル１５には、部分的に径が大きくなって膨らんだチャンバ１５ａが形成されている。このチャンバ１５ａには、チャンバ１５ａ内を加圧する図示しない圧電素子が取り付けられている。そして、この圧電素子を駆動してチャンバ１５ａ内を加圧すると、チャンバ１５ａから所定量のインクが押し出されて、各ノズル１５の先端から所定の大きさのインク液滴が吐出される。そして、各ノズル１５からインクが漏れ出さないように、インクの水頭値などを調整して、各ノズル１５に供給されたインクを負圧状態に保持している。また、各ノズル１５から吐出されるインク液滴の形状や飛行軌跡の最適化を図るために、インクの水頭値などを調整して、各ノズル１５に供給されたインクを所定形状のメニスカスに形成している。

このように構成されるインクジェットヘッド２は、走査方向に移動可能に取り付けられた図示しないキャリッジに搭載されている。そして、インクジェットヘッド２は、キャリッジの走査方向への移動時にインク液滴を吐出することで、図示しないプラテンに設置された記録用メディアに画像等を印刷する。

また、インクジェットヘッド２には、各ノズル１５を塞ぐキャップ２ａが設けられている。このキャップ２ａは、上下動可能に保持されており、上昇することで各ノズル１５を閉塞し、下降することで各ノズル１５を開放する。なお、キャップ２ａは、各ノズル１５との密着性を向上させるため、ゴムなどの弾性部材で構成されている。

インクカートリッジ３は、インクジェットヘッド２に供給するインクが充填されたインク容器である。インクカートリッジ３は、インクジェットヘッド２の水頭値が指定水頭値の中心値よりも低くなる高さに配置されている。この指定水頭値は、インクジェットヘッド２の各ノズルに供給されたインクが負圧状態に保持されるとともに所定形状のメニスカスを形成することができる水頭値である。

供給流路４は、細長い管状部材（チューブ）で構成されており、インクカートリッジ３とインクジェットヘッド２とを連通して、インクカートリッジ３に充填されたインクをインクジェットヘッド２に供給するための流路である。この供給流路４には、チューブポンプ６、加圧用ベローズユニット８及び加圧レギュレータ１０が取り付けられている。このため、供給流路４は、インクカートリッジ３とチューブポンプ６とを連通するものと、チューブポンプ６と加圧用ベローズユニット８とを連通するものと、加圧用ベローズユニット８と加圧レギュレータ１０とを連通するものと、加圧レギュレータ１０とインクジェットヘッド２とを連通するものとで構成される。

還元流路５は、細長い管状部材（チューブ）で構成されており、インクジェットヘッド２とインクカートリッジ３とを連通して、インクジェットヘッド２に供給されたインクをインクカートリッジ３に還元するための流路である。この還元流路５には、電磁弁１１が取り付けられている。このため、還元流路５は、インクジェットヘッド２と電磁弁１１とを連通するものと、電磁弁１１とインクカートリッジ３とを連通するものとで構成される。

チューブポンプ６は、供給流路４内のインクをインクジェットヘッド２側に向けて送り出す送液装置である。チューブポンプ６は、図示しない内臓チューブと、このチューブを押し潰しながら回転する内蔵ローラとにより構成されており、この内蔵チューブの両端に、供給流路４が連結されている。このため、チューブポンプ６の内蔵チューブを押し潰しながら内蔵ローラを回転させることで、インクカートリッジ３から供給流路４に供給されたインクを強制的にインクジェットヘッド２側に送り出すことができる。そして、チューブポンプ６は、内蔵ローラの回転数を調整することで、供給流路４内を流れるインクの流量を調整することができる。

加圧用ベローズユニット８は、蛇腹状の伸縮管で構成される金属ベローズ８ａと、金属ベローズ８ａの上部に設けられて金属ベローズ８ａの伸縮によりＯＮ／ＯＦＦが切り替えられるマイクロスイッチ８ｂとで構成され、チューブポンプ６と加圧レギュレータ１０との間に配置されている。マイクロスイッチ８ｂは、チューブポンプと連動し、金属ベローズ８ａが伸びるとＯＦＦ位置となり、金属ベローズ８ａが縮むとＯＮ位置となる。なお、金属ベローズ８ａは、例えばステンレスなどで構成される。

この加圧用ベローズユニット８は、チューブポンプ６からインクが強制的に送り込まれることで金属ベローズ８ａが引き伸ばされる。そして、金属ベローズ８ａが所定長まで引き伸ばされると、マイクロスイッチ８ｂがＯＦＦとなり、チューブポンプ６の駆動が停止する。すると、引き伸ばされた金属ベローズ８ａが復元力により縮まるため、供給流路４を流れるインクが加圧される。そして、金属ベローズ８ａが所定長まで縮まると、マイクロスイッチ８ｂがＯＮとなり、チューブポンプ６の駆動が再開する。このように、金属ベローズ８ａの伸縮により、供給流路４を流れるインクが加圧される。このため、加圧用ベローズユニット８は、金属ベローズ８ａのバネ定数を調整することで、供給流路４を流れるインクを加圧する圧力値を調整することができる。なお、加圧用ベローズユニット８は、金属ベローズ８ａのバネ定数の設定により、例えば、供給流路４を流れるインクを５０００〜２００００Ｐａ（≒５００〜２０００ｍｍＨ_２Ｏ）に加圧する。

加圧レギュレータ１０は、加圧用ベローズユニット８とインクジェットヘッド２との間に配置されて、共通インク流路１６のインレット１６ａを所定の設定圧力以上に保持するレギュレータである。なお、加圧レギュレータ１０は、加圧ダンパとも称される。

図３は、加圧レギュレータのモデルであり、図３（ａ）は、弁が閉じた状態を示しており、図３（ｂ）は、弁が開いた状態を示している。図３に示すように、加圧レギュレータ１０には、インクカートリッジ３から供給されるインクが流入する第一圧力室１０ａと、ダイアフラム１０ｃに覆われて共通インク流路１６のインレット１６ａにインクが流出する第二圧力室１０ｂとが形成されている。なお、第二圧力室１０ｂを覆うダイアフラム１０ｃの外側は、大気圧に晒されている。また、加圧レギュレータ１０には、第一圧力室１０ａと第二圧力室１０ｂとを連通して第一圧力室１０ａから第二圧力室１０ｂにインクが流れる貫通孔１０ｄが形成されており、この貫通孔１０ｄには、貫通孔１０ｄを開閉する弁体１０ｅが挿通されている。弁体１０ｅは、一端がダイアフラム１０ｃに接続されて移動可能に保持されており、他端が第一圧力室１０ａ側から貫通孔１０ｄを閉じる弁１０ｆが形成されている。なお、第一圧力室１０ａには、弁１０ｆに対応する位置にシール用のＯリング１０ｈが取り付けられている。そして、この弁体１０ｅは、調圧スプリング１０ｇにより、弁１０ｆが貫通孔１０ｄを閉じる方向に付勢されている。なお、調圧スプリング１０ｇは、図示しない調節ネジにより伸縮可能となっている。

ここで、第一圧力室１０ａに流入するインクの圧力をＰｉｎ、第二圧力室１０ｂから流出するインクの圧力をＰｏｕｔ、ダイアフラム１０ｃの面積をＡ１、調圧スプリング１０ｇの付勢力をＦ１とする。なお、第二圧力室１０ｂから流出するインクの圧力Ｐｏｕｔは、各ノズルに供給されたインクの形状を所定のメニスカス形状とするために、負圧となっている。

通常、圧力Ｐｏｕｔは負圧であるため、Ｐｏｕｔに面積Ａ１を乗じた力は、弁体１０ｅを開く方向（図３において右方向）の力となる。また、調圧スプリング１０ｇの付勢力Ｆ１は、弁体１０ｅを閉じる方向（図３において左方向）の力となる。

このため、図３（ａ）に示すように、弁体１０ｅを開こうとするＰｏｕｔに面積Ａ１を乗じた力が、弁体１０ｅを閉じようとする付勢力Ｆ１以下になると（｜Ｆ１｜≧｜Ｐｏｕｔ×Ａ１｜）、調圧スプリング１０ｇの付勢力Ｆ１により弁体１０ｅが図３において左側に付勢されて貫通孔１０ｄが弁１０ｆによって閉ざされる。これにより、第一圧力室１０ａから第二圧力室１０ｂへのインクの流れが遮断され、インクがインレット１６ａに対するインクの供給が停止する。なお、｜｜は絶対値を示す記号である。

一方、図３（ｂ）に示すように、弁体１０ｅを開こうとするＰｏｕｔに面積Ａ１を乗じた力が、弁体１０ｅを閉じようとする付勢力Ｆ１よりも大きくなると（｜Ｆ１｜＜｜Ｐｏｕｔ×Ａ１｜）、調圧スプリング１０ｇの付勢力Ｆ１に抗してダイアフラム１０ｃが図３において右側に変形して貫通孔１０ｄが開かれる。これにより、第一圧力室１０ａから第二圧力室１０ｂにインクが流れ込み、インレット１６ａに対するインクの供給が再開する。

この場合、弁１０ｆの開閉により圧力Ｐｉｎを一定圧に制御するには、圧力Ｐｉｎを圧力Ｐｏｕｔ以上にする必要があり、圧力Ｐｉｎが圧力Ｐｏｕｔよりも十分に高い値とすることが好ましい。

なお、厳密に考えると、加圧レギュレータ１０には、圧力Ｐｉｎが弁１０ｆに作用する力に弁１０ｆの面積を乗じた圧力も発生するが、通常、弁１０ｆの面積が小さいことから、この力を無視して考えることができる。

このように、圧力Ｐｉｎが圧力Ｐｏｕｔ以上の状態で、弁１０ｆの開閉が繰り返されることで、多少の変動はあるものの圧力Ｐｏｕｔが略一定に保持される。そして、加圧レギュレータ１０により保持される圧力Ｐｏｕｔが、加圧レギュレータ１０の設定圧力となる。なお、加圧レギュレータ１０の設定圧力は、調圧スプリング１０ｇの付勢力Ｆ１及びダイアフラム１０ｃの面積Ａ１に基づき定められるため、調圧スプリング１０ｇの強さを調整することで、加圧レギュレータ１０の設定圧力を調整することができる。

そして、調圧スプリング１０ｇの強さを調整することにより、加圧レギュレータ１０の設定圧力を指定水頭値の中心値（第１の圧力）に設定する。すると、弁１０ｆの開閉により、第二圧力室１０ｂから出力されるインクの圧力Ｐｏｕｔが指定水頭値の中心値に保持されるため、第二圧力室１０ｂに連通されるインレット１６ａのインク圧も指定水頭値の中心値に保持される。

更に、加圧レギュレータ１０は、第一圧力室１０ａに流入するインクの圧力Ｐｉｎを第二圧力室１０ｂから出力するインクの圧力Ｐｏｕｔ以上としておく必要があるため、加圧用ベローズユニット８により発生する圧力を、例えば、５０００〜２００００Ｐａとする。これにより、第一圧力室１０ａに流入するインクの圧力Ｐｉｎが５０００〜２００００Ｐａとなる。

なお、加圧用ベローズユニット８は、上述したように、マイクロスイッチ８ｂのＯＮ／ＯＦＦ切り替えのヒステリシスにより、インクに加える圧力が変動する。しかしながら、加圧レギュレータ１０は、第一圧力室１０ａに流入するインクの圧力Ｐｉｎが第二圧力室１０ｂから出力するインクの圧力Ｐｏｕｔ以上である限りは、第二圧力室１０ｂから出力するインクの圧力Ｐｏｕｔを指定水頭値の中心値に保持するため、加圧用ベローズユニット８による圧力変動が生じても、インレット１６ａの圧力を指定水頭値の中心値に保持することができる。

電磁弁１１は、還元流路５を開閉して還元流路５におけるインクの流れを制御する開閉機構である。電磁弁１１は、還元流路５におけるインクジェットヘッド２に近接した位置に配置されている。この電磁弁１１は、例えば、還元流路５を開閉する弁と、この弁を開閉させる電磁石とにより構成されており、電磁石に流す電流をＯＮ／ＯＦＦすることで、弁により還元流路５が開閉される。そして、電磁弁１１により還元流路５が開かれると、アウトレット１６ｂとインクカートリッジ３とが連通され、電磁弁１１により還元流路５が閉じられると、アウトレット１６ｂからインクカートリッジ３に通ずる流路が遮断される。

高速循環用流路１２は、細長い管状部材（チューブ）で構成されており、インクジェットヘッド２、加圧レギュレータ１０及び電磁弁１１をバイパスして、インクカートリッジ３、チューブポンプ６及び加圧用ベローズユニット８を通るインク流路においてインクを高速に強制循環させるための流路である。高速循環用流路１２の一端は、供給流路４における加圧用ベローズユニット８と加圧レギュレータ１０との間に接続されており、高速循環用流路１２の他端は、還元流路５における電磁弁１１とインクカートリッジ３との間に接続されている。

この高速循環用流路１２は、図示しない電磁弁により開閉させることが可能となっている。そして、高速循環用流路１２を開通させると、インクは、インクジェットヘッド２、加圧レギュレータ１０及び電磁弁１１をバイパスして、インクカートリッジ３、チューブポンプ６及び加圧用ベローズユニット８を通るインク流路内を循環することが可能となる。

次に、インク循環システム１の動作について説明する。なお、インク循環システム１の動作、印刷時に行うインク供給動作と、印刷を行わない待機時に行う通常循環動作と、高速循環動作とがあるため、以下に順次説明する。

始めに、印刷時に行うインク供給動作について説明する。インク供給動作は、図示しない制御部により、チューブポンプ６、加圧用ベローズユニット８のマイクロスイッチ８ｂを駆動させることにより行う。なお、インク供給動作では、キャップ２ａを下降させてインクジェットヘッド２の各ノズル１５を開放させておく。また、インク供給動作では、高速循環用流路１２を閉鎖しておく。

すると、チューブポンプ６により、供給流路４内のインクがインクジェットヘッド２側に向けて送り出される。また、このチューブポンプ６により送り出されたインクが、加圧用ベローズユニット８により、例えば５０００〜２００００Ｐａに加圧される。これにより、インクカートリッジ３に充填されたインクが、インレット１６ａに向けて圧送される。

このとき、加圧レギュレータ１０では、チューブポンプ６及び加圧用ベローズユニット８により圧送されたインクが第一圧力室１０ａに流入する。そして、第二圧力室１０ｂからインレット１６ａに流出するインクの圧力Ｐｏｕｔが指定水頭値の中心値以下になると、弁１０ｆが貫通孔１０ｄを開く。これにより、第一圧力室１０ａに流入したインクが第二圧力室１０ｂから流出して、インレット１６ａに対するインクの供給が行われる。一方、第二圧力室１０ｂからインレット１６ａに流出するインクの圧力Ｐｏｕｔが指定水頭値の中心値よりも高くなると、弁１０ｆが貫通孔１０ｄを閉じる。これにより、第一圧力室１０ａから第二圧力室１０ｂへのインクの流れが遮断されて、インレット１６ａに対するインクの供給が停止する。このように、第二圧力室１０ｂからインレット１６ａに流出するインクの圧力Ｐｏｕｔと指定水頭値の中心値との関係に基づく弁１０ｆの開閉により、チューブポンプ６及び加圧用ベローズユニット８により圧送されたインクが、設定圧力である指定水頭値の中心値に保持されて、インレット１６ａに供給される。

そして、インレット１６ａから共通インク流路１６内にインクが供給されるとともに、このインクが各ノズル１５に分配供給される。このとき、加圧レギュレータ１０によりインレット１６ａのインク圧が指定水頭値の中心値に保持されているため、各ノズル１５に供給されたインクは、負圧状態に保持されて、所定形状のメニスカスを形成する。そして、共通インク流路１６のインク圧が指定水頭値の中心値に保持されことで、各ノズル１５からインク液滴が吐出された量だけ、インクカートリッジ３から共通インク流路１６にインクが供給される。

次に、印刷を行わない待機時に行う通常循環動作について説明する。

通常循環動作では、まず、キャップ２ａを上昇させて各ノズル１５をキャップ２ａで閉塞する。

次に、電磁弁１１を駆動制御して、還元流路５を開通させる。これにより、還元流路５にインクが流れるため、共通インク流路１６に供給されたインクが還元流路５を通ってインクカートリッジ３に還元されることが可能となる。

このとき、インクカートリッジ３がインクジェットヘッド２の水頭値が指定水頭値の中心値よりも低くなる高さに配置されているため、共通インク流路１６のインクがインクカートリッジ３側に引っ張られて、アウトレット１６ｂのインク圧が指定水頭値の中心値よりも低くなる。これにより、アウトレット１６ｂのインク圧がインレット１６ａのインク圧よりも低くなり、インレット１６ａから共通インク流路１６に供給されたインクが、アウトレット１６ｂから還元流路５に排出されて、インクカートリッジ３に還元される。

このようにしてアウトレット１６ｂからインクカートリッジ３にインクが還元されることで、チューブポンプ６、加圧用ベローズユニット８、加圧レギュレータ１０、共通インク流路１６、電磁弁１１、インクカートリッジ３を通るインク流路内でインクが循環する。

なお、通常循環動作では、アウトレット１６ｂのインク圧が低下することにより、各ノズル１５でも指定水頭値の中心値以上の吸引力（負圧）が働くが、各ノズル１５をキャップ２ａで閉塞することで、各ノズル１５から気泡などが入ってくるのを防止することができる。

次に、高速循環動作について説明する。高速循環動作は、インク流路にインクを充填し、また、インクに含まれた微粒子などの組成物を確実に攪拌するものであり、インクジェットプリンタの立上げ時やメンテナンス時など、定期的又は随時行われる。高速循環動作では、まず、高速循環用流路１２を開閉する電磁弁を駆動制御して、高速循環用流路１２を開通させる。これにより、高速循環用流路１２にインクが流れるため、インクジェットヘッド２、加圧レギュレータ１０及び電磁弁１１をバイパスして、インクカートリッジ３、チューブポンプ６及び加圧用ベローズユニット８を通るインク流路内でインクが循環することが可能となる。

そして、インク供給動作と同様に、チューブポンプ６、加圧用ベローズユニット８のマイクロスイッチ８ｂを駆動制御する。このとき、チューブポンプ６をインク供給動作時よりも高速回転させる。すると、インクカートリッジ３、チューブポンプ６及び加圧用ベローズユニット８を通るインク流路内でインクが高速で循環する。

これにより、インクカートリッジ３、チューブポンプ６及び加圧用ベローズユニット８を通るインク流路内で、インクに含まれた微粒子などの組成物を十分に攪拌して、沈降や沈殿するのを抑制することができる。

以上説明したように、第１の実施形態に係るインク循環システム１によれば、インクカートリッジ３に充填されたインクがチューブポンプ６及び加圧用ベローズユニット８によりインレット１６ａに向けて圧送されると、このインクは、加圧レギュレータ１０により指定水頭値の中心値に保持されてインレット１６ａに供給される。このため、チューブポンプ６及び加圧用ベローズユニット８により発生される圧力が変動したとしても、共通インク流路１６に供給されるインクの圧力を指定水頭値の中心値に保持することができ、各ノズル１５に供給されたインクを所望のメニスカス形状に保持することができる。そして、電磁弁１１により還元流路５を開くと、共通インク流路１６に供給されたインクが還元流路５を通ってインクカートリッジ３に還元されるため、インクカートリッジ３、供給流路４、共通インク流路１６及び還元流路５を通るインク流路内でインクを循環させることができる。

このため、印刷時は、電磁弁１１により還元流路５を閉じることで、共通インク流路１６に供給されるインクの圧力が指定水頭値の中心値に保持されるため、各ノズル１５に供給されたインクが所望のメニスカス形状に保持することができ、各ノズル１５から吐出されるインク液滴の形状や飛行軌跡の最適化を図ることができる。一方、印刷を行わない待機時は、電磁弁１１により還元流路５を開くことで、チューブポンプ６、加圧用ベローズユニット８、加圧レギュレータ１０、共通インク流路１６、電磁弁１１、インクカートリッジ３を通るインク流路内でインクが強制循環されるため、インクに含まれる微粒子などの組成物を攪拌して沈降や沈殿するのを抑制することができる。また、配管内に滞留した気泡を流し、適切に除去することができる。このように、加圧レギュレータ１０及び電磁弁１１という簡易な構成で、共通インク流路１６に供給されるインクの圧力を指定水頭値の中心値に保持し、且つ、インクを循環させることができるため、インク循環システム１の低コスト化を図ることができる。

このとき、加圧レギュレータ１０により、インレット１６ａのインク圧が指定水頭値の中心値よりも高くなるとインクの供給を停止し、インレット１６ａのインク圧が指定水頭値の中心値以下になるとインクの供給を行うことで、インレット１６ａのインク圧が指定水頭値の中心値よりも低くなるのを防止して、インレット１６ａのインク圧を指定水頭値の中心値に保持することができる。

そして、この加圧レギュレータ１０は、通常、インレット１６ａに連通する第二圧力室１０ｂの圧力は負圧であるため、ダイアフラム１０ｃには、大気圧である外部より第二圧力室１０ｂ側に引き寄せられて、弁体１０ｅを開く方向の力が発生する。このとき、第二圧力室１０ｂのインク圧がダイアフラム１０ｃに及ぼす弁体１０ｅを開く方向に押す力が、弁体１０ｅを閉じる方向に押す調圧スプリング１０ｇの力よりも小さくなると、弁体１０ｅが貫通孔１０ｄを閉ざしてインクの供給が停止される。そして、第二圧力室１０ｂのインク圧がダイアフラム１０ｃに及ぼす弁体１０ｅを開く方向に押す力が、弁体１０ｅを閉じる方向に押す調圧スプリング１０ｇの力よりも大きくなると、弁体１０ｅが貫通孔１０ｄを開いてインクの供給が再開される。このように、複雑な制御を行うことなく、機械的にインクの通過及び停止を行うことができるため、インレット１６ａのインク圧を設定圧力に保持することができる。

更に、加圧レギュレータ１０からインレット１６ａに供給するインクの圧力を指定水頭値の中心値に保持することで、各ノズル１５に供給されたインクを最適なメニスカス形状に形成することができる。

また、チューブポンプ６及び加圧用ベローズユニット８という簡易な装置を用いることで、低コストで、供給流路４内のインクをインレット１６ａ側に圧送することができる。

また、インクジェットヘッド２とインクカートリッジ３とに高低差を設け、インクジェットヘッド２の水頭値を指定水頭値の中心値よりも低くすることで、電磁弁１１により還元流路５を開いた際に、アウトレット１６ｂのインク圧がインレット１６ａのインク圧よりも低くなるため、インレット１６ａから共通インク流路１６に供給されたインクをアウトレット１６ｂからインクカートリッジ３に還元させることができる。このように、インクジェットヘッド２とインクカートリッジ３とに高低差を設けるだけでインクを循環させることができるため、インク循環システム１の低コスト化を図ることができる。

［第２実施形態］
次に、図４を参照して、第２の実施形態に係るインク循環システムについて説明する。図４は、第２の実施形態に係るインク循環システムの概略構成図である。図４に示すように、第２の実施形態に係るインク循環システム２１は、インクジェットヘッド２と、インクカートリッジ３と、供給流路４と、還元流路５と、チューブポンプ６と、加圧用ベローズユニット８と、加圧レギュレータ１０と、電磁弁１１と、高速循環用流路１２と、チューブポンプ２２と、を備えている。

すなわち、インク循環システム２１は、第１の実施形態に係るインク循環システム１に、チューブポンプ２２を加えたものである。

チューブポンプ２２は、還元流路５内のインクをインクカートリッジ３側に向けて送り出す送液装置である。チューブポンプ２２は、図示しない内臓チューブと、このチューブを押し潰しながら回転する内蔵ローラとにより構成されており、この内蔵チューブの両端に、還元流路５が連結されている。このため、チューブポンプ２２の内蔵チューブを押し潰しながら内蔵ローラを回転させることで、共通インク流路１６から還元流路５に排出されたインクを強制的にインクカートリッジ３側に送り出すことができる。そして、チューブポンプ２２は、内蔵ローラの回転数を調整することで、還元流路５内を流れるインクの流量を調整することができる。

なお、還元流路５にチューブポンプ２２を設けることで、共通インク流路１６からインクカートリッジ３に強制的にインクを還元させることができるため、インクカートリッジ３は、インクジェットヘッド２の水頭値が指定水頭値の中心値よりも低くなる高さに配置する必要が無く、インクジェットヘッド２に対して任意の高さに配置される。

次に、インク循環システム２１の動作について説明する。なお、印刷時に行うインク供給動作と、高速循環動作とは、基本的に第１の実施形態と同様であるため、ここでは、印刷を行わない待機時に行う通常循環動作についてのみ説明する。

通常循環動作では、まず、キャップ２ａを上昇させて各ノズル１５をキャップ２ａで閉塞する。

次に電磁弁１１を駆動制御して、還元流路５を開通させる。これにより、還元流路５にインクが流れるため、共通インク流路１６に供給されたインクが還元流路５を通ってインクカートリッジ３に還元されることが可能となる。

次に、チューブポンプ２２を駆動制御して還元流路５内のインクをインクカートリッジ３側に送り出す。すると、共通インク流路１６に指定水頭値の中心値よりも低い負圧が発生して、加圧レギュレータ１０の第二圧力室１０ｂからインレット１６ａに供給するインクの圧力Ｐｏｕｔが設定圧力よりも低くなるため、加圧レギュレータ１０のダイアフラム１０ｃが図３において右側に引っ張られて貫通孔１０ｄが開かれる。これにより、チューブポンプ６、加圧用ベローズユニット８、加圧レギュレータ１０、共通インク流路１６、電磁弁１１、チューブポンプ２２及びインクカートリッジ３を通るインク流路が連通される。そして、チューブポンプ２２により共通インク流路１６内のインクを吸引することで、連通されたインク流路内でインクが循環する。

なお、このとき、チューブポンプ６及び加圧用ベローズユニット８のマイクロスイッチ８ｂを駆動制御して供給流路４のインクを圧送することで、インクの循環をより円滑且つ確実に行わせることができる。

以上説明したように、第２の実施形態に係るインク循環システム２１によれば、上述した各インク循環システムの作用効果に加え、以下の作用効果が得られる。すなわち、第２の実施形態に係るインク循環システム２１によれば、チューブポンプ２２により還元流路５内のインクをインクカートリッジ３側に向けて送り出すことで、アウトレット１６ｂから還元流路５にインクが強制的に吸い出されるため、インクカートリッジ３とインクジェットヘッド２の配置に関わらずインク流路内でインクを循環させることができる。これにより、インクカートリッジ３とインクジェットヘッド２の配置の自由度が向上する。

［第３実施形態］
次に、図５を参照して、第３の実施形態に係るインク循環システムについて説明する。図５は、第３の実施形態に係るインク循環システムの概略構成図である。図５に示すように、第３の実施形態に係るインク循環システム３１は、インクジェットヘッド２と、インクカートリッジ３と、供給流路４と、還元流路５と、チューブポンプ６と、加圧用ベローズユニット８と、パイロットエア式加圧レギュレータ３２と、電磁弁１１と、高速循環用流路１２と、を備えている。

すなわち、インク循環システム３１は、第１の実施形態に係るインク循環システム１の加圧レギュレータ１０をパイロットエア式加圧レギュレータ３２に置き換えたものである。

パイロットエア式加圧レギュレータ３２は、加圧用ベローズユニット８とインクジェットヘッド２との間に配置されて、共通インク流路１６のインレット１６ａを所定の圧力以上に保持するレギュレータである。

図６は、パイロットエア式加圧レギュレータのモデルであり、（ａ）は、弁が閉じた状態を示しており、（ｂ）は、弁が開いた状態を示している。図６に示すように、パイロットエア式加圧レギュレータ３２には、インクカートリッジ３から供給されるインクが流入する第一圧力室３２ａと、共通インク流路１６のインレット１６ａにインクが流出する第二圧力室３２ｂと、設定空圧のパイロットエアが流入する第三圧力室３２ｃとが形成されている。そして、第二圧力室３２ｂと第三圧力室３２ｃとの間は、ダイアフラム３２ｄで区切られており、第一圧力室３２ａと第二圧力室３２ｂとの間には、第一圧力室３２ａと第二圧力室３２ｂとを連通して第一圧力室３２ａから第二圧力室３２ｂにインクが流れる貫通孔３２ｅが形成されている。この貫通孔３２ｅには、貫通孔３２ｅを開閉する弁体３２ｆが挿通されている。弁体３２ｆは、一端がダイアフラム３２ｄに接続されて移動可能に保持されており、他端が第一圧力室３２ａ側から貫通孔３２ｅを閉じる弁３２ｇが形成されている。そして、弁体３２ｆは、第一圧力室３２ａと第二圧力室３２ｂとに圧力差が無いときに、弁３２ｇが貫通孔３２ｅを閉じる長さに形成されている。なお、第一圧力室３２ａには、弁３２ｇに対応する位置にシール用のＯリング３２ｈが取り付けられている。そして、第三圧力室３２ｃに流入されるパイロットエアの設定空圧は、図示しないポンプ（圧力源）により調整可能となっている。

ここで、第一圧力室３２ａに流入するインクの圧力をＰｉｎＡ、第二圧力室３２ｂから出力するインクの圧力をＰｏｕｔ、第三圧力室３２ｃに流入するパイロットエアの設定空圧をＰｉｎＢとする。

このように構成されるパイロットエア式加圧レギュレータ３２は、圧力Ｐｏｕｔよりも圧力ＰｉｎＢの方が高いと、ダイアフラム３２ｄは弁体３２ｆを開く方向（図６において右方向）に変形する。また、圧力Ｐｏｕｔよりも圧力ＰｉｎＢの方が低いと、ダイアフラム３２ｄは弁体３２ｆを閉める方向（図６において左方向）に変形する。

このため、図６（ａ）に示すように、圧力Ｐｏｕｔがパイロットエアの設定空圧ＰｉｎＢ以上になると（Ｐｏｕｔ≧ＰｉｎＢ）、ダイアフラム３２ｄの変形による弁体３２ｆの移動により、貫通孔３２ｅが弁３２ｇで閉ざされる。これにより、第一圧力室３２ａから第二圧力室３２ｂへのインクの流れが遮断され、インレット１６ａに対するインクの供給が停止する。

一方、図６（ｂ）に示すように、圧力Ｐｏｕｔがパイロットエアの設定空圧ＰｉｎＢより低くなると（Ｐｏｕｔ＜ＰｉｎＢ）、ダイアフラム３２ｄの変形による弁体３２ｆの移動により、貫通孔３２ｅが開かれる。これにより、第一圧力室３２ａから第二圧力室３２ｂにインクが流れ込み、インレット１６ａに対するインクの供給が再開する。

この場合、弁３２ｇの開閉により圧力Ｐｏｕｔを一定圧に制御するには、圧力ＰｉｎＡを圧力Ｐｏｕｔ以上にする必要があり、圧力ＰｉｎＡが圧力Ｐｏｕｔよりも十分に高い値とすることが好ましい。

なお、厳密に考えると、パイロットエア式加圧レギュレータ３２には、圧力ＰｉｎＡが弁３２ｇに作用する圧力に弁３２ｇの面積を乗じた力も発生するが、通常、弁３２ｇの面積が小さいことから、この力を無視して考えることができる。

このように、圧力Ｐｏｕｔが圧力ＰｉｎＡ以下の状態で、弁３２ｇの開閉が繰り返されることで、多少の変動はあるものの圧力Ｐｏｕｔがパイロットエアの設定空圧ＰｉｎＢに保持される。

そして、このように構成されるパイロットエア式加圧レギュレータ３２において、パイロットエアの設定空圧を指定水頭値の中心値（第１の圧力）に設定する。すると、弁３２ｇの開閉により、第二圧力室３２ｂから出力されるインクの圧力Ｐｏｕｔが指定水頭値の中心値に保持されるため、第二圧力室３２ｂに連通されるインレット１６ａのインク圧も指定水頭値の中心値に保持される。

更に、パイロットエア式加圧レギュレータ３２は、第一圧力室３２ａに流入するインクの圧力ＰｉｎＡを第二圧力室３２ｂから出力するインクの圧力Ｐｏｕｔ以上としておく必要があるため、加圧用ベローズユニット８により発生する圧力を、例えば、５０００〜２００００Ｐａとする。これにより、第一圧力室３２ａに流入するインクの圧力ＰｉｎＡが５０００〜２００００Ｐａとなる。

なお、加圧用ベローズユニット８は、上述したように、マイクロスイッチ８ｂのＯＮ／ＯＦＦ切り替えのヒステリシスにより、インクに加える圧力が変動する。しかしながら、パイロットエア式加圧レギュレータ３２は、第一圧力室３２ａに流入するインクの圧力ＰｉｎＡが第二圧力室３２ｂから出力するインクの圧力Ｐｏｕｔ以上である限りは、第二圧力室３２ｂから出力するインクの圧力Ｐｏｕｔを指定水頭値の中心値に保持するため、加圧用ベローズユニット８による圧力変動が生じても、インレット１６ａの圧力を指定水頭値の中心値に保持することができる。

次に、インク循環システム３１の動作について説明する。なお、高速循環動作は、基本的に第１の実施形態と同様であるため、ここでは、印刷時に行うインク供給動作と、印刷を行わない待機時に行う通常循環動作とについてのみ説明する。

始めに、印刷時に行うインク供給動作について説明する。インク供給動作は、図示しない制御部により、チューブポンプ６、加圧用ベローズユニット８のマイクロスイッチ８ｂを駆動させるとともに、設定空圧が指定水頭値の中心値に調整されたパイロットエアをパイロットエア式加圧レギュレータ３２に送り込むことにより行う。なお、インク供給動作では、キャップ２ａを下降させてインクジェットヘッド２の各ノズル１５を開放させておく。また、インク供給動作では、高速循環用流路１２を閉鎖しておく。

すると、チューブポンプ６により、供給流路４内のインクがインクジェットヘッド２側に向けて送り出される。また、このチューブポンプ６により送り出されたインクが、加圧用ベローズユニット８により、例えば５０００〜２００００Ｐａに加圧される。これにより、インクカートリッジ３に充填されたインクが、インレット１６ａに向けて圧送される。

このとき、パイロットエア式加圧レギュレータ３２では、指定水頭値の中心値の設定圧力に調整されたパイロットエアが第三圧力室３２ｃに流入され、チューブポンプ６及び加圧用ベローズユニット８により圧送されたインクが第一圧力室３２ａに流入する。そして、第二圧力室３２ｂからインレット１６ａに流出するインクの圧力Ｐｏｕｔがパイロットエアの設定空圧ＰｉｎＢ以下になると、弁３２ｇが貫通孔３２ｅを開く。これにより、第一圧力室３２ａに流入したインクが第二圧力室３２ｂから流出して、インレット１６ａに対するインクの供給が行われる。一方、第二圧力室３２ｂからインレット１６ａに流出するインクの圧力Ｐｏｕｔがパイロットエアの設定空圧ＰｉｎＢよりも高くなると、弁３２ｇが貫通孔３２ｅを閉じる。これにより、第一圧力室３２ａから第二圧力室３２ｂへのインクの流れが遮断されて、インレット１６ａに対するインクの供給が停止する。このように、第二圧力室３２ｂからインレット１６ａに流出するインクの圧力Ｐｏｕｔとパイロットエアの設定空圧ＰｉｎＢとの関係に基づく弁３２ｇの開閉により、チューブポンプ６及び加圧用ベローズユニット８により圧送されたインクが、パイロットエア式加圧レギュレータ３２の設定空圧である指定水頭値の中心値に保持されて、インレット１６ａに供給される。

そして、インレット１６ａから共通インク流路１６内にインクが供給されるとともに、このインクが各ノズル１５に分配供給される。このとき、パイロットエア式加圧レギュレータ３２によりインレット１６ａのインク圧が指定水頭値の中心値に保持されているため、各ノズル１５に供給されたインクは、負圧状態に保持されて、所定形状のメニスカスを形成する。そして、共通インク流路１６のインク圧が指定水頭値の中心値に保持されことで、各ノズル１５からインク液滴が吐出された量だけ、インクカートリッジ３から共通インク流路１６にインクが供給される。

次に、印刷を行わない待機時に行う通常循環動作について説明する。

通常循環動作では、まず、キャップ２ａを上昇させて各ノズル１５をキャップ２ａで閉塞する。

次に、電磁弁１１を駆動制御して、還元流路５を開通させる。これにより、還元流路５にインクが流れるため、共通インク流路１６に供給されたインクが還元流路５を通ってインクカートリッジ３に還元されることが可能となる。

次に、パイロットエア式加圧レギュレータ３２に流入させるパイロットエアの設定空圧を高くする。すると、インクカートリッジ３からパイロットエア式加圧レギュレータ３２の第一圧力室３２ａに供給されたインクは、圧力が高められたパイロットエアの設定圧力に保持されて第二圧力室３２ｂから排出されるため、共通インク流路１６のインクは、アウトレット１６ｂから還元流路５に押し出されて、インクカートリッジ３に還元される。

このように、パイロットエア式加圧レギュレータ３２の設定空圧を高くして、共通インク流路１６内のインクを押し出すことで、チューブポンプ６、加圧用ベローズユニット８、パイロットエア式加圧レギュレータ３２、共通インク流路１６、電磁弁１１、インクカートリッジ３を通るインク流路内でインクが循環する。

なお、通常循環動作では、パイロットエア式加圧レギュレータ３２から指定水頭値の中心値よりも高圧のインクが排出されるため、各ノズルでは、圧力が指定水頭値の中心値よりも上昇するが、各ノズル１５をキャップ２ａで閉塞することで、各ノズル１５からインクが漏れ落ちるのを防止することができる。

以上説明したように、第３の実施形態に係るインク循環システム３１によれば、上述した各インク循環システムの作用効果に加え、以下の作用効果が得られる。すなわち、第３の実施形態に係るインク循環システム３１によれば、パイロットエア式加圧レギュレータ３２において、第二圧力室３２ｂからインレット１６ａに流出するインク圧と第三圧力室３２ｃに流入するパイロットエアの空圧との圧力差に基づいて、インクの供給と停止とを切り替えるため、パイロットエアの設定空圧を変えることで、インレット１６ａのインク圧を容易に変えることができ、設定圧力の自由度が格段に向上するとともに、加圧レギュレータを複数用いたとしても、一度に設定圧力を変えることができる。

そして、このパイロットエア式加圧レギュレータ３２は、第二圧力室３２ｂから排出されるインク圧が第三圧力室３２ｃに流入されるパイロットエアの圧力よりも高くなると、弁体３２ｆが貫通孔３２ｅを閉ざしてインクの供給が停止され、第二圧力室３２ｂから排出されるインク圧が第三圧力室３２ｃに流入されるパイロットエアの圧力よりも低くなると、弁体３２ｆが貫通孔３２ｅを開いてインクの供給が再開される。このため、第三圧力室３２ｃに流入させるパイロットエアの圧力を設定するだけで、複雑な制御を行うことなく、機械的に、インクの通過及び停止を行うことができるため、より確実に共通インク流路１６におけるインレット１６ａのインク圧を設定圧力に保持することができる。

しかも、電磁弁１１を開いてパイロットエアの設定空圧を高くするだけで、インク流路内でインクを循環させることができるため、簡易な構成で、インク供給動作と通常循環動作との切り替えを容易に行うことができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、インクを加圧してインクカートリッジ３からインクジェットヘッド２に供給する手段として、（１）チューブポンプ６及び加圧用ベローズユニット８を採用し、インレット１６ａへの供給圧力設定手段として、（１）加圧レギュレータ１０、（２）パイロットエア式加圧レギュレータ３２を採用し、電磁弁１１が開かれた際のアウトレット１６ｂからの戻り圧力設定手段及びインクを減圧してインクジェットヘッド２からインクカートリッジ３に還元する手段として、（１）インクジェットヘッド２とインクカートリッジ３との配置、（２）チューブポンプ２２を採用したが、これらの各手段の組合せは適宜変更することができ、また、別の構成により各手段を構成することもできる。

そして、上記実施形態では、本発明の一例としてインクジェットプリンタに搭載されるインク循環システムについて説明したが、本発明を、食用オイルや接着剤などの高粘度液体を液滴として吐出する工業用液滴吐出装置などに搭載される液体循環システムに適用してもよい。

１…インク循環システム、２…インクジェットヘッド、２ａ…キャップ、３…インクカートリッジ、４…供給流路（第１の流路）、５…還元流路（第２の流路）、６…チューブポンプ（第１のチューブポンプ）、８…加圧用ベローズユニット、８ａ…金属ベローズ、８ｂ…マイクロスイッチ、１０…加圧レギュレータ、１０ａ…第一圧力室、１０ｂ…第二圧力室、１０ｃ…ダイアフラム、１０ｄ…貫通孔（連通孔）、１０ｅ…弁体、１０ｆ…弁、１０ｇ…調圧スプリング、１０ｈ…Ｏリング、１１…電磁弁、１２…高速循環用流路、１５…ノズル、１５ａ…チャンバ、１６…共通インク流路、１６ａ…インレット（一方端部）、１６ｂ…アウトレット（他方端部）、２１…インク循環システム、２２…チューブポンプ（第２のチューブポンプ）、３１…インク循環システム、３２…パイロットエア式加圧レギュレータ、３２ａ…第一圧力室、３２ｂ…第二圧力室、３２ｃ…第三圧力室、３２ｄ…ダイアフラム、３２ｅ…貫通孔（連通孔）、３２ｆ…弁体、３２ｇ…弁、３２ｈ…Ｏリング。

Claims (9)

1. 液滴吐出装置に搭載される液体循環システムであって、
   液滴が吐出される複数のノズルに連通される共通流路が形成された液滴吐出ヘッドと、
   前記液滴吐出ヘッドに供給する液体が充填された液体充填容器と、
   前記液体充填容器から前記共通流路の一方端部に液体を供給する第１の流路と、
   前記共通流路の他方端部から前記液体充填容器に液体を還元する第２の流路と、
   前記液体充填容器に充填された液体を前記共通流路の一方端部に向けて圧送する液体圧送手段と、
   前記液体圧送手段により圧送された液体を所定の第１の圧力に保持して前記共通流路の一方端部に供給する加圧レギュレータと、
   前記第２の流路を開閉する開閉手段と、
   を有することを特徴とする液体循環システム。
2. 前記加圧レギュレータは、前記共通流路における一方端部の液体圧が前記第１の圧力よりも高くなると液体の供給を停止し、前記共通流路における一方端部の液体圧が前記第１の圧力よりも低くなると液体の供給を行うことを特徴とする請求項１に記載の液体循環システム。
3. 前記加圧レギュレータは、
   前記液体充填容器から差圧発生部の加圧側を経由して液体が流入される第一圧力室と、
   前記第一圧力室と連通される連通孔が形成されて、前記共通流路の一方端部に液体が送り出される第二圧力室と、
   前記第二圧力室と周囲の大気とを隔てるダイアフラムと、
   前記ダイアフラムに接続されて前記連通孔を開閉する弁体と、
   前記連通孔を閉じる方向に前記弁体を付勢する調圧スプリングと、
   を備えることを特徴とする請求項２に記載の液体循環システム。
4. 前記加圧レギュレータは、
   所定圧力に調整された空気が導入されるとともに、当該空気の圧力と前記共通流路の一方端部に排出される液体の圧力との比較に基づき、液体の流路を開閉することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の液体循環システム。
5. 前記加圧レギュレータは、
   前記液体充填容器から液体が流入される第一圧力室と、
   前記第一圧力室と連通される連通孔が形成されて前記共通流路の一方端部に液体が排出される第二圧力室と、
   所定圧力の空気が流入される第三圧力室と、
   前記第二圧力室と前記第三圧力室とを隔てるダイアフラムと、
   前記ダイアフラムに接続されて前記連通孔を開閉する弁体と、
   を備えることを特徴とする請求項４に記載の液体循環システム。
6. 前記第１の圧力は、前記液滴吐出ヘッドの指定水頭値の中心値であることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の液体循環システム。
7. 前記液体圧送手段は、
   前記第１の流路内の液体を前記共通流路の一方端部側に送り出す第１のチューブポンプと、
   前記第１のチューブポンプにより送り出された液体を加圧する加圧用ベローズと、
   を備えることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の液体循環システム。
8. 前記液滴吐出ヘッドの水頭値が前記指定水頭値の中心値よりも低くなるように、前記液滴吐出ヘッドと前記液体充填容器とに高低差を設けてなることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の液体循環システム。
9. 前記第２の流路内の液体を前記液体充填容器側に向けて送り出す第２のチューブポンプを更に備えることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の液体循環システム。
   

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