JP2017080892A - 液体吐出装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】液体吐出ヘッド210と、第1の流路209,215を介して液体吐出ヘッド201に接続された供給タンク203と、第2の流路217を介して液体吐出ヘッド201に接続された回収タンク205と、第3の流路216,210に設けられた循環ポンプ214と、回収タンク205と液体吐出ヘッド201とを接続する第4の流路214,211,215に設けられた加圧ポンプ214と、第1から第3の流路209,215,217,216,210に沿って液体を循環させながら液体吐出ヘッド201から液体を吐出する液体吐出動作と、加圧ポンプ214により加圧された液体を第4の流路216,211,215を通じて液体吐出ヘッド201に供給する加圧回復動作とを切り替える制御部220と、を有している。
【選択図】図5
Description
液体吐出ヘッドにおいては、圧力室内に気泡が存在することで液滴の吐出性能が著しく低下することが知られている。気泡は、吐出時の圧力変化で起こるキャビテーションにより発生したり、液体の供給流路からもたらされたりするなど、さまざまな要因により圧力室内に存在する。このような気泡を圧力室から除去する方法として、従来からいくつかの方法が提案されている。
また、特許文献1に記載の液体吐出装置では、上側タンクの大気開放弁を閉鎖し、液体吐出ヘッドと下側タンクとの間の流路を遮断した状態で循環ポンプを駆動することで、加圧した液体を液体吐出ヘッドに供給し、吐出口を通じて排出することができる。このような加圧回復動作により、高速記録のためにより多くの吐出口を備えた液体吐出ヘッドにおいても液滴の吐出性能を良好に維持することができる。
そこで、本発明の目的は、無駄な液体の消費量を低減しながら、液滴の吐出性能を良好に維持することができる液体吐出装置を提供することである。
このような液体吐出装置では、加圧ポンプによる液体吐出ヘッドへの加圧液体の供給が、空気を含むタンクなどを介さずに、第4の流路のみを介して行われる。そのため、加圧回復動作後の大気圧への復帰に伴う不必要な液体の消費を最小限に抑えることができる。
まず、図1から図4を参照して、本発明の第1の実施形態に係る液体吐出ヘッドの構成について説明する。
液体吐出部100は、液体を吐出するための複数の吐出口101と、それぞれ吐出口101に連通し、液体を貯留する複数の圧力室102とを有している。各圧力室102には、圧力室102に液体を供給する供給路103および供給口104と、圧力室102から液体を回収する回収路105および回収口106とがそれぞれ連通している。したがって、液体吐出部100には、液体が供給口104から供給路103を通って圧力室102に流入し、圧力室102から回収路105を通って回収口106から流出するための流路が形成されている。
吐出口101は、吐出口形成部材107に形成されている。吐出口形成部材107の圧力室102と反対側の面、すなわち液体が吐出される側の面には、撥水性加工が施されている。また、圧力室102、供給路103、および回収路105は、圧力室形成部材108に形成されている。
個別電極112は、圧電素子111ごとに設けられ、引き出し配線114およびバンプパッド115を介して、バンプ116に電気的に接続され、共通電極110も、別のバンプ(図示せず)に電気的に接続されている。バンプ116は、例えばAuなどから形成され、配線基板120上の電気配線117を介して、液体吐出ヘッドの外部に設けられた制御回路(図示せず)に電気的に接続されている。バンプ116を用いることにより、電気配線117と圧電素子111との電気接続を容易に行うことができる。配線基板120には、電気配線117を絶縁保護するための保護膜118が形成されている。
制御回路から圧電素子111に電気信号が印加されると、圧電素子111は振動板109を変形させ、それにより、圧力室102が収縮および膨張して圧力室102内の液体に圧力を印加することで、吐出口101から液体を吐出することができる。なお、液体の供給路103および回収路105は、圧力室102で発生した圧力が吐出口101へ向かうように、吐出口101よりも大きな慣性を有している。
供給口104および回収口106は、配線基板120、保護膜118、感光性樹脂119、保護膜113、および振動板109を貫通し、圧力室形成部材108の供給路103および回収路105にそれぞれ連通するように形成されている。なお、圧力室形成部材108には、供給路103および回収路105の断面積を小さくして流路を絞るための構造体121が配置されている。構造体121は、振動板109に接するように設けられ、感光性樹脂119の接液膨潤により振動板109が変形して供給路103の断面積が変化したり、振動板109が破損したりするのを抑制する機能も有している。
液体吐出ヘッド201のマニホールド部150は、ポート層158と、移送流路層157と、共通流路層156とから構成されている。ポート層158には、供給ポート154および回収ポート155が形成され、移送流路層157には、供給移送流路152および回収移送流路153が形成され、共通流路層156には、共通供給流路122および共通回収流路123が形成されている。
供給ポート154は、液体吐出ヘッド201の外部に設けられた後述する液体供給流路(図示せず)と供給移送流路152とに連通し、供給移送流路152は、共通供給流路122に連通し、共通供給流路122は、複数の供給口104に連通している。また、回収ポート155は、液体吐出ヘッド201の外部に設けられた後述する液体回収流路(図示せず)と回収移送流路153とに連通し、回収移送流路153は、共通回収流路123に連通し、共通回収流路123は、複数の回収口106に連通している。
各吐出口列において隣接する吐出口101同士の横方向の間隔は、例えば1200dpi(21.17μm)である。これにより、液体吐出ヘッドが記録媒体に対して相対的に図の上下方向に移動するのと同時に吐出を行うことで、1200dpiの画像を形成することができる。
横方向に隣接する圧力室102は、供給口104同士または回収口106同士が隣接するように構成され、それに応じて、2つの供給口列ごとに1つの共通供給流路122が形成され、2つの回収口列ごとに1つの共通回収流路123が形成されている。これにより、液体吐出ヘッドの面積効率を上げることができる。
液体吐出装置200は、液体吐出ヘッド201と、メインタンク202と、供給タンク203と、回収タンク205と、キャップ218と、制御部220とを有している。
液体回収流路217は、一端が液体吐出ヘッド201の回収ポート155に接続され、他端が回収タンク205に接続されている。回収タンク205には、循環流路216の一端が接続され、循環流路216の他端は、循環切替弁213に接続されている。循環切替弁213には、帰還流路210の一端が接続され、帰還流路210の他端は、供給タンク203に接続されている。循環切替弁213には、加圧流路211の一端も接続され、加圧流路211の他端は、供給切替弁212に接続されている。循環流路216には、循環ポンプ214が設けられている。回収タンク205には、回収タンク205の液面を検出する液面センサ206が取り付けられている。
制御部220は、液面センサ204,206の出力信号に基づいて、補充ポンプ207および循環ポンプ214の駆動を制御する。また、制御部220は、供給切替弁212、循環切替弁213、キャップ218、およびキャップ封止弁219を制御して、液体吐出ヘッド201の動作の切り替えを行う。制御部220による具体的な制御動作については後述する。
液体吐出動作では、制御部220は、図6に示すように、供給切替弁212を制御して、供給接続流路209と液体供給流路215とを接続し、循環切替弁213を制御して、循環流路216と帰還流路210とを接続する。これにより、供給接続流路209および液体供給流路215が、供給タンク203と液体吐出ヘッド201とを接続する第1の流路として機能し、液体回収流路217が、液体吐出ヘッド201と回収タンク205とを接続する第2の流路として機能する。また、循環流路216および帰還流路210が、回収タンク205と供給タンク203とを接続する第3の流路として機能する。したがって、液体吐出動作では、供給タンク203と、第1の流路209,215と、液体吐出ヘッド201と、第2の流路217と、回収タンク205と、第3の流路216,210とを含む循環経路が形成される。
液体は、この循環経路内の全体にわたって充填されており、供給タンク203と回収タンク205との水頭差により、図中の矢印の方向に供給タンク203から回収タンク205まで流れることができる。そして、回収タンク205の液面205aが所定のレベルを超えたことを液面センサ206が検知すると、制御部220は、循環ポンプ214を駆動し、回収タンク205内の液体を供給タンク203へ戻す。これにより、回収タンク205の液面を所定のレベル以下に制御する。こうして、液体吐出動作では、上述の循環経路に沿って液体を循環させながら、液体吐出ヘッド201から液体を吐出することができる。
一方、液体が循環していることで、液体吐出ヘッド201の圧力室内では、吐出口近傍において液体が供給口から回収口に向かって流れている。これにより、液体吐出時の圧力変動により生じた気泡を、吐出口付近に滞留させることなく回収口へと排出することが可能になり、さらには、吐出口内の液体の増粘も抑制することができる。
加圧回復動作では、制御部220は、図7に示すように、供給切替弁212を制御して、加圧流路211と液体供給流路215とを接続し、循環切替弁213を制御して、循環流路216と加圧流路211とを接続する。これにより、循環流路216、加圧流路211、および液体供給流路215が、回収タンク205と液体吐出ヘッド201とを接続する第4の流路として機能する。したがって、加圧回復動作では、回収タンク205と、第4の流路216,211,215と、液体吐出ヘッド201と、第2の流路217とを含む循環経路、すなわち、供給タンク203を含まない循環経路が形成される。
この状態で、制御部220は、まず循環ポンプ214を駆動し、図中の矢印で示す強制循環を実行する。したがって、循環ポンプ214は、回収タンク205内の液体を加圧して第4の流路216,211,215を通じて液体吐出ヘッド201に供給する加圧ポンプとして機能する。これにより、液体吐出ヘッド201には加圧液体が供給され、その結果、各流路や圧力室内に溜まった気泡を回収タンク205へと排出することができる。このとき、回収タンク205内では、液体回収流路217の開口(出口)が、循環流路216の開口(入口)よりも重力方向上方に位置しており、液体吐出ヘッド201から排出された気泡が循環流路216を通じて再び循環することが抑制されている。また、本実施形態では、循環ポンプ(加圧ポンプ)214による液体の加圧が空気を介さずに行われるため、効率の良い加圧を行なうことができる。
そこで、次に、制御部220は、キャップ218を液体吐出ヘッド201の吐出口面201aに当接させ、キャップ封止弁219を制御して、キャップ218と吐出口面201aとで形成される空間を密閉する。これにより、大きな圧力差で液体が流れる場合でも、キャップ218内の圧力が液体吐出ヘッド201の圧力室内の圧力と均衡することで、液体は吐出口から噴射されるのではなく回収口に向かって流れることになる。その結果、回収路に溜まった気泡を確実に除去することができ、液体の消費量も低減することができる。
なお、循環ポンプ(加圧ポンプ)214による液体の加圧供給と、キャップ218による密閉空間の形成とは、その両方を実行することで、実行順にかかわらず、ほぼ同様の回復効果を得ることができる。したがって、上述したのとは逆に、キャップ218による密閉空間の形成後に循環ポンプ214による液体の加圧供給を行ってもよく、あるいはこれらを同時に行ってもよい。液体の加圧供給を先に行う場合には、吐出口内の増粘した液体や空気を排出するとともに、密閉空間の形成によって吐出口内に押し込まれる余計な空気の混入を防止することができる。また、密閉空間の形成を先に行う場合には、吐出口からの噴射による液体の消費量をさらに低減することができる。
次いで、制御部220は、循環ポンプ214を停止し、液体供給流路215および液体吐出ヘッド201内の液体を減圧させ、キャップ218を液体吐出ヘッド201の吐出口面201aから離間させる。そして、吐出口面201aと対向する位置にワイピング部材(図示せず)を移動させ、吐出口面201aに残存する液体をワイピングして除去する。その後、制御部220は、供給切替弁212を制御して、供給接続流路209と液体供給流路215とを接続し、上述した水頭差による液体の循環を再開させた後、循環切替弁213を制御して、循環流路216と帰還流路210とを接続する。最終的に、制御部220は、回収タンク205の液面センサ206による循環ポンプ214の駆動制御と、供給タンク203の液面センサ204による補充ポンプ207の駆動制御とを再開し、図6に示す液体吐出時の液体循環を再開する。
なお、図示した実施形態では、キャップ218は、吐出口から離間した状態で密閉空間を形成するようになっているが、吐出口面201aを傷つけない部材を使用すれば、吐出口に密接して封止する部材と液体受けとから構成されていてもよい。
電源オフ動作では、制御部220は、供給切替弁212を制御して、加圧流路211と液体供給流路215とを接続し、循環切替弁213を制御して、循環流路216と帰還流路210とを接続する。これにより、図8に示すように、液体の循環経路は形成されないため、液体が流れ続けることがなくなり、液体吐出ヘッド201内に液体が存在しない状態が発生することを抑制することができる。また、回収タンク205の側では、液体吐出ヘッド201の吐出口面201aとの水頭差により負圧が保たれるため、吐出口に適正なメニスカスが形成された状態を保持することができる。
図9は、本発明の第2の実施形態に係る液体吐出装置の流路構成を示す概略図である。
本実施形態は、加圧回復動作のために液体を加圧して液体吐出ヘッド201に供給する加圧ポンプ301が循環ポンプ214とは別個に設けられている点で、第1の実施形態と異なっている。すなわち、本実施形態では、第1の実施形態の供給切替弁212の代わりに、供給接続流路209と液体供給流路215とを接続する液体供給弁302が設けられている。そして、加圧流路211が、液体供給弁302をバイパスするように供給接続流路209と液体供給流路215とに接続され、このような加圧流路211に加圧ポンプ301が設けられている。したがって、本実施形態では、加圧流路211が、供給タンク203と液体吐出ヘッド201とを接続して、加圧ポンプ301により加圧された液体を液体吐出ヘッド201に供給する第4の流路として機能する。また、循環流路216の他端が供給タンク203に接続されており、すなわち、本実施形態では、循環流路216が回収タンク205と供給タンク203とを接続する第3の流路として機能する。したがって、第1の実施形態の循環切替弁213および帰還流路210は設けられていない。
なお、加圧流路211の下流側を液体供給流路215に接続する代わりに、液体吐出ヘッド201に2つの供給ポートを設け、一方の供給ポートに液体供給流路215が接続され、もう一方の供給ポートに加圧流路211が接続されていてもよい。また、加圧流路211の上流側は、供給タンク203に直接接続されていてもよい。
図10は、本発明の第3の実施形態に係る液体吐出装置の流路構成を示す概略図である。
液体吐出ヘッド201に対する加圧回復動作は、供給側の流路から行っても、回収側の流路から行っても、同等の効果が期待される。そこで、本実施形態では、第1の実施形態と異なり、加圧回復動作時に、回収側の流路から液体吐出ヘッド201に加圧液体を供給するようになっている。すなわち、第1の実施形態の供給切替弁212の代わりに、供給接続流路209と液体供給流路215とを接続する液体供給弁401が設けられ、加圧流路211が、液体吐出ヘッド201の回収ポートに直接接続されている。これに伴い、本実施形態では、液体回収流路217が、液体回収弁402を介して加圧流路211に接続されている。
なお、液体回収流路217の上流側を加圧流路211に接続する代わりに、液体吐出ヘッド201に2つの回収ポートを設け、一方の回収ポートに加圧流路211が接続され、もう一方の回収ポートに液体回収流路217が接続されていてもよい。
201 液体吐出ヘッド
203 供給タンク
205 回収タンク
215 循環ポンプ(加圧ポンプ)
220 制御部
301 加圧ポンプ
Claims (13)
- 液体を吐出するための吐出口に連通する圧力室に液体を供給する供給ポートと、前記圧力室に供給された液体を回収する回収ポートとを備えた液体吐出ヘッドと、
前記液体吐出ヘッドの前記供給ポートに接続された第1の流路と、
前記第1の流路を介して前記液体吐出ヘッドの前記供給ポートに接続され、前記液体吐出ヘッドに供給される液体を貯留する供給タンクと、
前記液体吐出ヘッドの前記回収ポートに接続された第2の流路と、
前記第2の流路を介して前記液体吐出ヘッドの前記回収ポートに接続され、前記液体吐出ヘッドから回収された液体を貯留する回収タンクであって、該回収タンクの液面が、前記液体吐出ヘッドの前記吐出口が開口する吐出口面の重力方向下方であって前記供給タンクの液面の重力方向下方に位置する、回収タンクと、
前記供給タンクと前記回収タンクとを接続する第3の流路と、
前記第3の流路に設けられ、前記回収タンク内の液体を前記供給タンクへと戻す循環ポンプと、
前記供給タンクおよび前記回収タンクの一方のタンクと前記液体吐出ヘッドとを接続する第4の流路と、
前記第4の流路に設けられ、前記一方のタンク内の液体を加圧して前記液体吐出ヘッドに供給する加圧ポンプと、
前記第1から第3の流路に沿って液体を循環させながら前記液体吐出ヘッドから液体を吐出する液体吐出動作と、前記加圧ポンプにより加圧された液体を前記第4の流路を通じて前記液体吐出ヘッドに供給する加圧回復動作とを切り替える制御部と、
を有する液体吐出装置。 - 前記第1の流路が、一端が前記液体吐出ヘッドの前記供給ポートに接続され、他端が供給切替弁に接続された液体供給流路と、一端が前記供給切替弁に接続され、他端が前記供給タンクに接続された供給接続流路とを含み、
前記第2の流路が、前記液体吐出ヘッドの前記回収ポートと前記回収タンクとを接続する液体回収流路を含み、
前記第3の流路が、一端が前記回収タンクに接続され、他端が循環切替弁に接続され、前記循環ポンプが設けられた循環流路と、一端が前記循環切替弁に接続され、他端が前記供給タンクに接続された帰還流路とを含み、
前記第4の流路が、前記循環流路と、前記液体供給流路と、一端が前記循環切替弁に接続され、他端が前記供給切替弁に接続された加圧流路とを含み、
前記循環ポンプが、前記加圧ポンプを兼ねており、
前記制御部が、前記供給切替弁および前記循環切替弁を制御して、前記液体吐出動作と前記加圧回復動作とを切り替える、請求項1に記載の液体吐出装置。 - 前記制御部が、前記液体吐出動作では、前記供給切替弁を制御して、前記液体供給流路と前記供給接続流路とを接続し、前記循環切替弁を制御して、前記循環流路と前記帰還流路とを接続し、前記加圧回復動作では、前記供給切替弁を制御して、前記液体供給流路と前記加圧流路とを接続し、前記循環切替弁を制御して、前記循環流路と前記加圧流路とを接続する、請求項2に記載の液体吐出装置。
- 前記制御部が、電源オフ動作では、前記供給切替弁を制御して、前記液体供給流路と前記加圧流路とを接続し、前記循環切替弁を制御して、前記循環流路と前記帰還流路とを接続する、請求項2または3に記載の液体吐出装置。
- 前記第1の流路が、一端が前記液体吐出ヘッドの前記供給ポートに接続され、他端が液体供給弁に接続された液体供給流路と、一端が前記液体供給弁に接続され、他端が前記供給タンクに接続された供給接続流路とを含み、
前記第2の流路が、前記液体吐出ヘッドの前記回収ポートと前記回収タンクとを接続する液体回収流路を含み、
前記第3の流路が、一端が前記回収タンクに接続され、他端が前記供給タンクに接続され、前記循環ポンプが設けられた循環流路を含み、
前記第4の流路が、一端が前記液体吐出ヘッドの前記供給ポートに接続され、他端が前記供給タンクに接続され、前記加圧ポンプが設けられた加圧流路を含み、
前記制御部が、前記液体供給弁および前記加圧ポンプを制御して、前記液体吐出動作と前記加圧回復動作とを切り替える、請求項1に記載の液体吐出装置。 - 前記制御部が、前記液体吐出動作では、前記液体供給弁を開放して、前記液体供給流路と前記供給接続流路とを接続するとともに、前記加圧ポンプを停止し、前記加圧回復動作では、前記液体供給弁を閉鎖して、前記液体供給流路と前記供給接続流路との接続を遮断するとともに、前記加圧ポンプを駆動する、請求項5に記載の液体吐出装置。
- 前記制御部が、電源オフ動作では、前記液体供給弁を閉鎖して、前記液体供給流路と前記供給接続流路との接続を遮断するとともに、前記加圧ポンプを停止する、請求項5または6に記載の液体吐出装置。
- 前記第1の流路が、一端が前記液体吐出ヘッドの前記供給ポートに接続され、他端が液体供給弁に接続された液体供給流路と、一端が前記液体供給弁を介して前記液体供給流路に接続され、他端が前記供給タンクに接続された供給接続流路とを含み、
前記第2の流路が、一端が液体回収弁を介して前記液体吐出ヘッドの前記回収ポートに接続され、他端が前記回収タンクに接続された液体回収流路を含み、
前記第3の流路が、一端が前記回収タンクに接続され、他端が循環切替弁に接続され、前記循環ポンプが設けられた循環流路と、一端が前記循環切替弁に接続され、他端が前記供給タンクに接続された帰還流路とを含み、
前記第4の流路が、前記循環流路と、一端が前記循環切替弁に接続され、他端が前記液体吐出ヘッドの前記回収ポートに接続された加圧流路とを含み、
前記循環ポンプが、前記加圧ポンプを兼ねており、
前記制御部が、前記液体供給弁、前記循環切替弁、および前記液体回収弁を制御して、前記液体吐出動作と前記加圧回復動作とを切り替える、請求項1に記載の液体吐出装置。 - 前記制御部が、前記液体吐出動作では、前記液体供給弁を開放して、前記液体供給流路と前記供給接続流路とを接続し、前記循環切替弁を制御して、前記循環流路と前記帰還流路とを接続し、前記液体回収弁を開放して、前記液体吐出ヘッドの前記回収ポートと前記液体回収流路とを接続し、前記加圧回復動作では、前記液体供給弁を閉鎖して、前記液体供給流路と前記供給接続流路との接続を遮断し、前記循環切替弁を制御して、前記循環流路と前記加圧流路とを接続し、前記液体回収弁を閉鎖して、前記液体吐出ヘッドの前記回収ポートと前記液体回収流路との接続を遮断する、請求項8に記載の液体吐出装置。
- 前記制御部が、電源オフ動作では、前記液体供給弁を閉鎖して、前記液体供給流路と前記供給接続流路との接続を遮断し、前記循環切替弁を制御して、前記循環流路と前記帰還流路とを接続する、請求項8または9に記載の液体吐出装置。
- 前記液体吐出ヘッドの前記吐出口面に当接する位置と前記吐出口面から離間する位置との間で移動可能に構成されたキャップと、前記キャップに取り付けられ、前記液体吐出ヘッドの前記吐出口面との間に形成される空間を開閉するキャップ封止弁とをさらに有し、
前記制御部が、前記加圧回復動作では、前記キャップおよび前記キャップ封止弁を制御して、前記液体吐出ヘッドの前記吐出口面と前記キャップとの間の前記空間を密閉する、請求項1から10のいずれか1項に記載の液体吐出装置。 - 前記制御部が、前記回収タンクの液面を検出する液面センサの出力信号に基づいて、前記回収タンクの液面が所定のレベル以下になるように前記循環ポンプを駆動する、請求項1から11のいずれか1項に記載の液体吐出装置。
- 補充流路を介して前記供給タンクに接続されたメインタンクと、前記補充流路に設けられ、前記メインタンク内の液体を前記供給タンクに補充する補充ポンプとをさらに有し、
前記制御部が、前記供給タンクの液面を検出する液面センサの出力信号に基づいて、前記供給タンクの液面が所定のレベル以上になるように前記補充ポンプを駆動する、請求項1から12のいずれか1項に記載の液体吐出装置。
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