JP2020082703A - 液体吐出装置及び液体吐出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液体の循環経路における急激な圧力変動を抑制する。【解決手段】液体吐出装置は、液体が循環する循環経路と、前記循環経路に設けられた液体吐出ヘッドと、前記循環経路に設けられ、前記液体を貯蓄し、正圧状態の第１のタンクと、前記循環経路に設けられ、前記液体を貯蓄し、負圧状態の第２のタンクと、前記液体吐出ヘッドと前記第２のタンクとの間に設けられた流量制御バルブと、前記液体吐出ヘッドの吐出状態に基づいて、前記液体吐出ヘッドと前記第２のタンクとの間の流量を制御しながら前記流量制御バルブを制御する制御手段とを有する。【選択図】図５

Description

本発明は、液体吐出装置及び液体吐出方法に関する。

液体吐出ヘッドを有する液体吐出装置では、液体吐出ヘッドから液体を吐出させるために、供給経路の圧力を所定の範囲に制御しながら液体を循環経路内で循環させる。

特許文献１には、インクジェット記録装置において、ノズルに対してインクを循環させるに際し、供給側バルブと回収側バルブを閉止した状態で供給側圧力と回収側圧力との差圧を循環時差圧より小さくし、次いで供給側バルブと回収側バルブを開放し、次いで差圧を循環時差圧へと徐々に変化させるようにすることが記載されている。これにより、特許文献１によれば、インク循環時に供給側バルブと回収側バルブを開放してもインクがヘッドモジュールに流出入しないため、ノズルからのインク漏れやノズルからの気泡侵入が抑制されるとされている。

しかしながら、特許文献１には、徐々に圧力を制御する技術が記載されているに過ぎない。特許文献１に記載の技術では、高周波駆動での液体噴射を継続する動作（高密度印刷）、又は、高周波駆動での液体吐出を短いインターバルで繰り返す動作のように、液体の循環経路における急激な圧力変動を伴い得る動作に対応することが困難である。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、液体の循環経路における急激な圧力変動を抑制することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の１つの側面に係る液体吐出装置は、液体が循環する循環経路と、前記循環経路に設けられた液体吐出ヘッドと、前記循環経路に設けられ、前記液体を貯蓄し、正圧状態の第１のタンクと、前記循環経路に設けられ、前記液体を貯蓄し、負圧状態の第２のタンクと、前記液体吐出ヘッドと前記第２のタンクとの間に設けられた流量制御バルブと、前記液体吐出ヘッドの吐出状態に基づいて、前記液体吐出ヘッドと前記第２のタンクとの間の流量を制御しながら前記流量制御バルブを制御する制御手段とを有する。

本発明によれば、液体の循環経路における急激な圧力変動を抑制できるという効果を奏する。

図１は、実施形態にかかる液体吐出装置の外観構成を示す側面図である。 図２は、実施形態におけるヘッドユニットの構成を示す平面図である。 図３は、実施形態における液体吐出ヘッドの構成を示す斜視図である。 図４は、実施形態における液体吐出ヘッドの構成を示す断面図である。 図５は、実施形態における循環経路の構成を示す配管図である。 図６は、実施形態における液体吐出装置のハードウェア構成を示すブロック図である。 図７は、実施形態におけるコントローラの機能構成を示すブロック図である。 図８は、実施形態の変形例にかかる液体吐出装置の構成を示す配管図である。 図９は、実施形態の他の変形例にかかる液体吐出装置の構成を示す配管図である。 図１０は、液体の循環経路における圧力の時間的な変化を示す図である。

以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる液体吐出装置を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。

（実施形態）
実施形態にかかる液体吐出装置は、液体を吐出する装置である。液体吐出装置は、液体を記録媒体に吐出して記録媒体上に画素を形成する画像形成装置に適用できる。例えば、液体吐出装置はインクジェット記録装置であり、液体はインクであり、記録媒体は紙である。液体吐出装置（インクジェット記録装置）は、供給される記録媒体（記録用紙）の表面に液体吐出ヘッド（インクジェットヘッド）における複数のノズルから液滴（インク液滴）を吐出させて複数の画素を形成する。この種の装置では、画像データによっては吐出頻度が少ないノズルが存在するが、それらのノズルでは、増粘化した液体が滞留することがある。

例えば、ノズルも含めインクヘッド内のインクを循環させて、局所的な増粘および乾燥を抑制する技術としてフロースルー制御がある。フロースルー制御により、液体の局所的な増粘および乾燥を抑制でき、ノズル詰まりを抑制できる。

また、インクジェット方式の液体吐出装置において、特に多数の液体噴射ヘッドへの液体供給システムでは、液体噴射ヘッドから液体を吐出させるために、液体の循環経路をある一定範囲の圧力に制御し、液体を安定して供給し循環する技術や、また印刷データに基づいて液体の循環経路の流量を調整する技術がある。

しかし、液体吐出装置では、高周波駆動での液体噴射を継続する場合（高密度印刷）や、高周波駆動での液体噴射を短いインターバルで繰り返すような場合に、図１０に示すように、液体の噴射開始から液体の循環経路の液量が急激に減り圧力が低下し圧力波形がアンダーシュートし得る。図１０は、液体の循環経路における圧力の時間的な変化を示す図である。さらに負圧で制御した液体の循環経路では、液体の逆流現象が発生することがあり、狙いのタイミング、時間、量で液を吐出できない可能性がある。さらにまた、液体の噴射が終了してから目標圧力に戻る際に、図１０に示すように、圧力波形がオーバーシュートする可能性がある。

そこで、本実施形態では、液体吐出装置において、液体の循環経路における液体吐出ヘッドと負圧状態のタンクとの間に流量制御バルブを設け、液体吐出ヘッドの吐出状態に基づいて流量制御バルブを制御することで、循環経路における急激な圧力変動の抑制を図る。

具体的には、液体吐出装置において、液体の循環経路における負圧経路に流量制御バルブとして制御流量の異なる３種類の開閉弁（小流量用の電磁弁、中流量用の電磁弁、大流量用の電磁弁）を設ける。液体吐出装置は、液体吐出ヘッドから液体を安定して吐出している際は、流量の制御範囲における５０％の流量で流すように制御する。液体吐出装置は、（例えば、印刷データに基づき）液体吐出ヘッドから大量吐出（但し、数秒レベルの短時間、またはインターバルが長い間欠吐出）を行う際は、流量の制御範囲における１００％の流量で流すように制御する。これにより、液体の循環経路における供給経路の液不足を解消できる。また、液体吐出装置は、印刷データに基づき、流量制御バルブにおける３種類の開閉弁を選択し、ある一定時間閉じる。例えば、液体吐出装置は、印刷データに基づき、液体吐出ヘッドの吐出状態を通常吐出→大量吐出→通常吐出に順次に制御する。これに応じて、液体吐出装置は、通常吐出時、通常吐出から大量吐出にする際、大量吐出時のそれぞれに、小流量用の電磁弁を選択的に開状態にし、大量吐出から通常吐出に戻る際に、小流量用の電磁弁及び中流量用の電磁弁を選択的に開状態にし、通常吐出に戻った後に、小流量用の電磁弁を選択的に開状態にする。これにより、大量吐出から通常吐出に戻る際に発生し得る圧力波形のオーバーシュートを抑制できる。すなわち、液体の循環経路における負圧経路の逆流を解消できるとともに急激な圧力上昇を防止できる。この結果、高周波駆動での液体噴射を継続する場合（高密度印刷）や、高周波駆動での液体噴射を短いインターバルで繰り返すような場合においても、液体の循環経路における急激な圧力変動を抑制でき、かつ液体噴射ヘッドおよび液体の循環経路に安定して液体を供給できる。

より具体的には、液体吐出装置１０００は、図１に示すように構成され得る。図１は、実施形態にかかる液体吐出装置１０００の構成を示す側面図である。

液体吐出装置１０００は、搬入部１００１、案内搬送部１００３、液体吐出部１００５、乾燥部１００７、及び排出部１００９を有する。搬入部１００１は、記録媒体１０を搬入する。案内搬送部１００３は、搬入部１００１から搬入された記録媒体１０を印刷部１００５に案内搬送する。液体吐出部１００５は、記録媒体１０に対して液体を吐出して画像を形成する。乾燥部１００７は、記録媒体１０を乾燥する。排出部１００９は、記録媒体１０を排出する。

記録媒体１０は、搬入部１００１の元巻きローラ１０１１から送り出され、搬入部１００１、案内搬送部１００３、乾燥部１００７、排出部１００９の各ローラによって案内、搬送されて、排出部１００９の巻取りローラ１０９１にて巻き取られる。

この記録媒体１０は、印刷部１００５において、搬送ガイド部材１０５９上をヘッドユニット１０５０及びヘッドユニット１０５５に対向して搬送され、ヘッドユニット１０５０から吐出される液体によって画像が形成され、ヘッドユニット１０５５から吐出される処理液で後処理が行われる。

ヘッドユニット１０５０には、例えば図２に示すように、媒体搬送方向上流側から、４色分のフルライン型ヘッドアレイ１０５１Ｋ、１０５１Ｃ、１０５１Ｍ、１０５１Ｙ（以下、色の区別しないときは「ヘッドアレイ１０５１」という。）が配置されている。図２は、ヘッドユニット１０５０の構成を示す平面図である。

各ヘッドアレイ１０５１は、液体吐出部であり、それぞれ、搬送される記録媒体１０に対してブラックＫ，シアンＣ、マゼンタＭ、イエローＹの液体を吐出する。なお、色の種類及び数はこれに限るものではない。

ヘッドアレイ１０５１は、例えば、液体吐出ヘッド（これを、単に「ヘッド」ともいう。）１００をベース部材１０５２上に千鳥状に並べて配置したものであるが、これに限らない。

各液体吐出ヘッド１００は、図３及び図４に示すように、ノズル板１０１、流路板１０２、振動板部材１０３、圧電アクチュエータ１１１、共通液室部材１２０、及びカバー１２９を有している。図３は、液体吐出ヘッド１００の構成を示す斜視図である。図４は、液体吐出ヘッド１００の構成を示す断面図である。

液体吐出ヘッド１００において、ノズル板１０１と流路板１０２と壁面部材としての振動板部材１０３とは、積層され接合されている。圧電アクチュエータ１１１は、振動板部材１０３の振動領域（振動板）１３０を変位させる。共通液室部材１２０は、ヘッドのフレーム部材を兼ねている。なお、流路板１０２と振動板部材１０３とで構成される部分を流路部材１４０という。

ノズル板１０１は、複数のノズル１０４を有している。複数のノズル１０４は、それぞれ、液体を吐出する。

流路板１０２は、個別液室１０６、供給側流体抵抗部１０７、液導入部１０８となる貫通穴や溝部を形成している。個別液室１０６は、ノズル１０４にノズル連通路１０５を介して通じる。供給側流体抵抗部１０７は、個別液室１０６に通じる。液導入部１０８は、供給側流体抵抗部１０７に通じる。ノズル連通路１０５は、ノズル１０４と個別液室１０６とにそれぞれ連なって通じる流路である。また、液導入部１０８は、振動板部材１０３の開口１０９を介して供給側共通液室１１０に通じている。

振動板部材１０３は、変形可能な振動領域１３０を有する。振動領域１３０は、流路板１０２の個別液室１０６の壁面を形成する。ここでは、振動板部材１０３は、薄肉部を形成する第１層と厚肉部を形成する第２層との２層構造（限定されない）とする。振動板部材１０３は、流路板１０２側から第１層と第２層とで形成され、第１層で個別液室１０６に対応する部分に変形可能な振動領域１３０を形成している。

圧電アクチュエータ１１１は、この振動板部材１０３の個別液室１０６とは反対側に配置され、振動板部材１０３の振動領域１３０を変形させる駆動部（アクチュエータ部、圧力発生部）としての電気機械変換素子を含む。

圧電アクチュエータ１１１では、ベース部材１１３上に接合した圧電部材がハーフカットダイシングによって溝加工されて所要数の柱状の圧電素子１１２が所定の間隔で櫛歯状に形成されている。

そして、圧電素子１１２は、振動板部材１０３の振動領域１３０に形成された島状の厚肉部である凸部１３０ａに接合されている。また、圧電素子１１２にはフレキシブル配線部材１１５が接続されている。

共通液室部材１２０は、供給側共通液室１１０と排出側共通液室１５０を形成する。供給側共通液室１１０は供給ポート１７１に通じ、排出側共通液室１５０は排出側ポート１８１に通じている。

なお、ここでは、共通液室部材１２０は、第１共通液室部材１２１及び第２共通液室部材１２２によって構成され、第１共通液室部材１２１を流路部材１４０の振動板部材１０３側に接合し、第１共通液室部材１２１に第２共通液室部材１２２を積層して接合している。

第１共通液室部材１２１は、下流側共通液室１１０Ａと排出側共通液室１５０とを形成している。下流側共通液室１１０Ａは、液導入部１０８に通じる供給側共通液室１１０の一部である。排出側共通液室１５０は、排出流路１５１に通じる。また、第２共通液室部材１２２は、上流側共通液室１１０Ｂを形成している。上流側共通液室１１０Ｂは、供給側共通液室１１０の残部である。

また、流路板１０２には、排出流路１５１が形成されている。排出流路１５１は、各個別液室１０６にノズル連通路１０５を介して通じる流路板１０２の面方向に沿う。排出流路１５１は、排出側共通液室１５０に通じている。

液体吐出ヘッド１００においては、例えば圧電素子１１２に与える電圧を基準電位（中間電位）から下げることによって圧電素子１１２が収縮し、振動板部材１０３の振動領域１３０が引かれて個別液室１０６の容積が膨張することで、個別液室１０６内に液体が流入する。

その後、圧電素子１１２に印加する電圧を上げて圧電素子１１２を積層方向に伸長させ、振動板部材１０３の振動領域１３０をノズル１０４に向かう方向に変形させて個別液室１０６の容積を収縮させることにより、個別液室１０６内の液体が加圧され、ノズル１０４から液体が吐出される。

また、ノズル１０４から吐出されない液体はノズル１０４を通過して排出流路１５１から排出側共通液室１５０に排出され、排出側共通液室１５０から外部の循環経路を通じて供給側共通液室１１０に再度供給される。

なお、ヘッドの駆動方法については上記の例（引き−押し打ち）に限るものではなく、駆動波形の与えた方によって引き打ちや押し打ちなどを行なうこともできる。

次に、本発明の実施形態における液体供給循環に係る部分について図５を参照して説明する。図５は、循環経路の構成を示す配管図である。

液体吐出装置１０００は、メインタンク２０１、第１サブタンク２２０、第２サブタンク２１０、第３サブタンク２９０、第１送液ポンプ２０２、第２送液ポンプ２０３、第３送液ポンプ２０９、第１マニホールド２３０、第２マニホールド２４０、及び脱気装置２６０を有する。

メインタンク２０１は、ヘッド１００から吐出する液体３００を貯留する液体貯留部である。第１マニホールド２３０は、加圧側のマニホールドであり、液体経路２８１を複数の経路に分岐させて複数のヘッド１００へ連通させる。第２マニホールド２４０は、減圧側のマニホールドであり、複数のヘッド１００から複数の経路を集約させて液体経路２８２へ連通させる。脱気装置２６０は、液体中の溶存気体を除去する脱気部である。

ここで、第１サブタンク２２０と第２サブタンク２１０との間に第３サブタンク２９０が配置され、メインタンク２０１から液体経路２８９を介して第３送液ポンプ２０９によって第３サブタンク２９０に送液（供給）する。

メインタンク２０１と第３サブタンク２９０とは液体流路２８９を通じて接続し、液体流路２８９には第３送液ポンプ２０９、電磁弁３２１が設けられている。

第３サブタンク２９０には、液面検知部２９１と電磁弁２９２とが設けられている。液面検知部２９１は、第３サブタンク２９０の液面を検知する。電磁弁２９２は、内部を大気開放する大気開放機構を構成する。

第３サブタンク２９０と第２サブタンク２１０とは液体経路２８３を通じて接続し、液体経路２８３には第２送液ポンプ２０３、圧力センサ３１０，３１１、電磁弁３２６が設けられている。

第２サブタンク２１０は、気体室２１０ａを有し、液体と気体が共存する構成である。第２サブタンク２１０には、液面検知部２１１、電磁弁２１２が設けられている。液面検知部２１１は、第２サブタンク２１０の液面を検知する。電磁弁２１２は、内部を大気開放する大気開放機構となる。

第３サブタンク２９０と第１サブタンク２２０とは液体経路２８４を通じて接続し、液体経路２８４には第１送液ポンプ２０２が設けられている。

第１サブタンク２２０は、気体室２２０ａを有し、液体と気体が共存する構成である。第１サブタンク２２０には、液面検知部２２１、電磁弁２２２が設けられている。液面検知部２２１は、第１サブタンク２２０の液面を検知する。電磁弁２２２は、内部を大気開放する大気開放機構となる。

第１サブタンク２２０は、液体経路２８１を通じて第１マニホールド２３０に接続されている。液体経路２８１には、脱気装置２６０、フィルタ２６１、圧力センサ３０２，３０３、電磁弁３２２が設けられている。

第１マニホールド２３０は、ヘッド１００の供給ポート１７１（供給口）側に供給経路２３１を介して通じている。すなわち、第１マニホールド２３０は、液体経路２８１を複数の供給経路２３１に分岐させ、複数の供給経路２３１を介して複数のヘッド１００の供給ポート１７１に連通されている。各供給経路２３１は、ヘッド１００の供給ポート１７１に接続されている。供給経路２３１には圧力センサ３０４が設けられている。また、第１マニホールド２３０には圧力センサ２３３が設けられている。

第２サブタンク２１０は、液体経路２８２を介して第２マニホールド２４０に接続されている。液体経路２８２には、電磁弁３２３，３２４，３２５、圧力センサ３０８，３０９が設けられている。電磁弁３２３，３２４，３２５は、開状態で流通可能な液体の流量が互いに異なる。例えば、（電磁弁３２３が開状態で流通可能な液体の流量）＜（電磁弁３２４が開状態で流通可能な液体の流量）＜（電磁弁３２５が開状態で流通可能な液体の流量）である。電磁弁３２３，３２４，３２５を含む構成は、液体経路２８２の流量を制御するための流量制御バルブＦＣＶ１を構成する。

第２マニホールド２４０は、ヘッド１００の排出ポート１８１（排出口）側に排出経路２４１を介して通じている。すなわち、第２マニホールド２４０は、複数の排出経路２４１を介して複数のヘッド１００の排出ポート１８１に連通されており、複数の排出経路２４１を液体経路２８２に集約させる。排出経路２４１は、ヘッド１００の排出ポート１８１に接続されている。排出経路２４１には圧力センサ３０７が設けられている。また、第２マニホールド２４０には圧力センサ２４３が設けられている。

ここで、第３サブタンク２９０から、液体経路２８４、第１サブタンク２２０、液体経路２８１、脱気装置２６０、第１マニホールド２３０、ヘッド１００、第２マニホールド２４０、第２サブタンク２１０を経て第３サブタンク２９０に戻る経路で循環経路が構成される。

また、第１サブタンク２２０と第２サブタンク２１０、第１送液ポンプ２０２、第２送液ポンプ２０３によって、循環経路を液体が循環する圧力を生じさせる構成となっている。

ここで、第１サブタンク２２０の気体室２２０ａと第２サブタンク２１０の気体室２１０ａとの役割について説明する。

第１サブタンク２２０と第３サブタンク２９０、第２サブタンク２１０と第３サブタンク２９０に連通している第１送液ポンプ２０２、第２送液ポンプ２０３を駆動したときには、圧力変化（脈動）が発生する。この圧力変化は液体経路を伝達し、ノズルメニスカスに伝わると、液体の溢れや気泡の巻き込みにつながる。

そこで、これを抑制するためのコンプライアンス（弾性成分）が必要である。一般に、空気は圧縮性の性質を有しているのでコンプライアンス成分となる。気体室２２０ａ、２１０ａを有することで、圧力変化（脈動）を抑制することができるようになる。

次に、実施形態の循環装置における液体循環方法について説明する。

（１）メインタンク２０１−第３サブタンク２９０への液体フロー
液面検知部２９１で第３サブタンク２９０の液体不足を検知すると、第３送液ポンプ２０９を駆動して、メインタンク２０１から液体経路２８９を介して、液面検知部２９１の検知結果で液面が満タンとなるまで第３サブタンク２９０に液体供給を行う。

（２）第３サブタンク２９０−第１サブタンク２２０への液体フロー
第１送液ポンプ２０２を駆動して、第３サブタンク２９０から液体経路２８４を介して第１サブタンク２２０に液体を送液することができる。

（３）第２サブタンク２１０−第３サブタンク２９０への液体フロー
第２送液ポンプ２０３を駆動して、第２サブタンク２１０から液体経路２８３を介して第３サブタンク２９０に液体を送液することができる。

（４）第１サブタンク２２０−循環可能なヘッド１００−第２サブタンク２１０の液体フロー
圧力センサ２３３による検知圧力が目標圧力（例えば、加圧となる圧力）となるまで第１送液ポンプ２０２を駆動して第１サブタンク２２０に液体を供給する。また、圧力センサ２４３の検知圧力が目標圧力（例えば負圧となる圧力）となるまで第２送液ポンプ２０３を駆動して第３サブタンク２９０に液体を送液する。

これにより、第１サブタンク２２０と第２サブタンク２１０との間に差圧が発生する。この差圧に応じて、第１サブタンク２２０から、液体経路２８１を介し、フィルタ２６１、脱気装置２６０、第１マニホールド２３０、複数の供給経路２３１、複数のヘッド１００、複数の排出経路２４１、第２マニホールド２４０、液体経路２８２を介して、第２サブタンク２１０まで液体が循環可能となる。

なお、液面検知部２１１，２２１，２９１には、フロート式による液体の検知、少なくとも２本以上の電極ピンを用いて検出した電圧の出力に応じて液体の有無を検知する方式、その他レーザーによる液面検知方式などを使用することができる。

また、電磁弁２２２，２１２，２９２を駆動することで第１サブタンク２２０、第２サブタンク２１０、第３サブタンク２９０の内部を大気と連通させることもできる。

次に、ノズルメニスカスの負圧形成について説明する。

ヘッドから吐出を行う場合、ノズルメニスカスにかかる圧力は負圧に制御する。これは、ノズルから液体が溢れることを防止するためである。また、高速で吐出を行う場合に、吐出開始と終了時には、流体の慣性が作用し、ノズルメニスカスに圧力の脈動が発生する場合がある。このとき、正圧側の圧力が一時的に発生するので、このような場合でも、ノズルから液体が溢れることを防止するためである。

循環型液体吐出ヘッドを使用する場合には、第１サブタンク２２０内に正圧を設定し、第２サブタンク２１０内に負圧を設定する方法がある。

より詳細には、予め、第１サブタンク２２０からヘッド１００のノズル１０４（図４参照）までの流体抵抗Ｒｉｎと、ノズル１０４から第２サブタンク２１０までの流体抵抗Ｒｏｕｔを、計算か測定により求めておく。そして、これらの流体抵抗Ｒｉｎ、Ｒｏｕｔに応じて、第１サブタンク２２０の圧力Ｐｉｎ、第２サブタンク２１０の圧力Ｐｏｕｔを設定することで、直列抵抗の分圧と同様に、ＲｉｎとＲｏｕｔの比と、ＰｉｎとＰｏｕｔの値に応じて、メニスカスに目標とする圧力Ｐｎを発生させることができる。

つまり、循環する流量をＩとすると、
Ｐｎ−Ｐｉｎ＝Ｉ×Ｒｉｎ・・・数式１
Ｐｏｕｔ−Ｐｎ＝Ｉ×Ｒｏｕｔ・・・数式２

数式１を用いて数式２の両辺からＩが消えるように変形させると、次の数式３が得られる。
Ｐｎ＝（Ｐｏｕｔ＋Ｒｏｕｔ／Ｒｉｎ×Ｐｉｎ）／（１＋Ｒｏｕｔ／Ｒｉｎ）・・・数式３

この数式３において、仮に、Ｒｉｎ＝Ｒｏｕｔの場合は、次の数式４が成り立つ。
Ｐｎ＝（Ｐｏｕｔ＋Ｐｉｎ）／２・・・数式４

したがって、設定する圧力と流体抵抗比に応じて、メニスカスの圧力が決まることが分かる。

次に、実施形態における液体吐出動作（例えば、印刷動作）について説明する。

液体吐出（例えば、印刷）前は、第３サブタンク２９０から、液体経路２８４、第１サブタンク２２０、液体経路２８１、脱気装置２６０、第１マニホールド２３０、ヘッド１００、第２マニホールド２４０、電磁弁３２３（小流量用）、第２サブタンク２１０を経て第３サブタンク２９０に戻る経路で５０％の液体流量で循環が行われている。

次に、液体吐出装置１０００の制御部に大量吐出となる印刷データの入力があると（但し、数秒レベルの短時間吐出、またはインターバルが長い間欠吐出の場合）、液体流量の制御目標が５０％から１００％に変更され、第３サブタンク２９０から、液体経路２８４、第１サブタンク２２０、液体経路２８１、脱気装置２６０、第１マニホールド２３０、ヘッド１００、第２マニホールド２４０、電磁弁３２３（小流量用）、第２サブタンク２１０を経て第３サブタンク２９０に戻る経路で１００％の液体流量で循環が行われる。そして、循環経路に設けた各圧力センサが所定の圧力になると、ヘッド１００から液体吐出を開始する。

その後、ヘッド１００からの液体吐出を終了の信号を液体吐出装置１０００の制御部で受けると、電磁弁３２４（中流量用）も開き、つまりは、第３サブタンク２９０から、液体経路２８４、第１サブタンク２２０、液体経路２８１、脱気装置２６０、第１マニホールド２３０、ヘッド１００、第２マニホールド２４０、電磁弁３２３（小流量用）、電磁弁３２４（中流量用）、第２サブタンク２１０を経て第３サブタンク２９０に戻る経路で１００％の液体流量で循環が行われる。

そして、循環経路に設けた各圧力センサが所定の圧力になると、５０％の液体流量で循環が行われ、電磁弁３２４（中流量用）は閉じ、つまりは第３サブタンク２９０から、液体経路２８４、第１サブタンク２２０、液体経路２８１、脱気装置２６０、第１マニホールド２３０、ヘッド１００、第２マニホールド２４０、電磁弁３２３（小流量用）、第２サブタンク２１０を経て第３サブタンク２９０に戻る経路での循環となる。

次に、液体吐出装置１０００のハードウェア構成について図６を用いて説明する。図６は、液体吐出装置１０００のハードウェア構成を示す図である。

液体吐出装置１０００は、コントローラ３と、ヘッド１００と、（加圧側）第１送液ポンプ２０２と、（減圧側）第２送液ポンプ２０３と、（供給側）第３送液ポンプ２０９と、（供給側）電磁弁３２１と、（加圧側）電磁弁３２２と、（減圧側）電磁弁３２６，ＦＣＶ１（３２３，３２４，３２５）と、（加圧側）圧力センサ３０２，３０３と、（減圧側）圧力センサ３０８，３０９，３１０，３１１と、温湿度センサ２４５とを有する。

コントローラ３は、液体吐出装置１０００の各ユニットの動作を制御する装置である。コントローラ３は、図６に示すように、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）３１と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）３２と、メモリ３３と、Ｉ／Ｆ（ＩｎｔｅｒＦａｃｅ）３４と、ヘッド制御回路３５と、ポンプ制御回路３６と、弁制御回路３７と、を有する。

ＣＰＵ３１は、メモリ３３をワークエリア（作業領域）としてＲＯＭ３２に格納されたプログラムを実行することにより、液体吐出装置１０００全体の動作を制御する。具体的には、ＣＰＵ３１は、ヘッド制御回路３５、ポンプ制御回路３６および弁制御回路３７それぞれを介して、ヘッド１００、加圧送液ポンプ２０２、減圧送液ポンプ２０３、供給送液ポンプ２０９、加圧側電磁弁３２２および減圧側電磁弁３２６等を制御する。

メモリ３３は、例えば、ＣＰＵ３１のワークエリア（作業領域）として機能する記憶装置である。また、メモリ３３は、各種のデータを記憶する不揮発性の記憶装置を含むものとしてもよい。

Ｉ／Ｆ３４は、液体吐出装置１０００が外部のＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）２とデータ通信を行うために接続するためのインターフェースである。なお、図６では、液体吐出装置１０００のＩ／Ｆ３４がＰＣ２に直接接続されているが、これに限定されるものではなく、例えば、ネットワークを介してＰＣ２に接続されてもよく、あるいは、無線通信によりＰＣ２とデータ通信を行うものとしてもよい。

ＰＣ２は、液体吐出装置１０００に対して印刷データ等を送信する情報処理装置である。また、ＰＣ２は、後述するようにインク流量に対するゲイン情報を送信する。

ヘッド制御回路３５は、ＣＰＵ３１からの指令に従って、ヘッド１００の吐出動作を制御する回路である。ポンプ制御回路３６は、ＣＰＵ３１からの指令に従って、（加圧側）第１送液ポンプ２０２、（減圧側）第２送液ポンプ２０３および（供給側）第３送液ポンプ２０９の送液動作を制御する回路である。弁制御回路３７は、ＣＰＵ３１からの指令に従って、加圧側電磁弁３２２および減圧側電磁弁３２６の開閉動作を制御する回路である。

ヘッド１００は、ピエゾ素子（圧電素子）を備えており、ヘッド制御回路３５からピエゾ素子に駆動振動が印加されることにより、収縮運動を起こし、当該収縮運動による圧力変化によってインク（以下、単に液体と称する場合がある）を印刷媒体等に吐出する。

第１送液ポンプ２０２は、第１サブタンク２２０に対して液体を送液する加圧側の送液ポンプである。第２送液ポンプ２０３は、第２サブタンク２１０から液体を回収する方向に液体を送液する減圧側のポンプである。第３送液ポンプ２０９は、メインタンク２０１から第３サブタンク２９０へ送液する供給側のポンプである。

電磁弁３２１は、液体経路２８９を開閉する供給側の電磁弁である。電磁弁３２２は、液体経路２８１を開閉する加圧側の電磁弁である。電磁弁３２６は、液体経路２８３を開閉する減圧側の電磁弁である。電磁弁３２３，３２４，３２５は、液体経路２８２に設けられた流量制御バルブＦＣＶ１を構成する電磁弁である。

圧力センサ３０２，３０３は、第１マニホールド２３０の加圧側の液体の圧力を検知する圧力センサである。圧力センサ３０８，３０９，３１０，３１１は、第２マニホールド２４０の減圧側の液体の圧力を検知する圧力センサである。温湿度センサ２４５は、循環経路近傍の温湿度（温度および湿度）を検知するセンサである。

なお、コントローラ３において、ＲＯＭ３２に上記の流量制御を含むプログラム３２ａが格納されていてもよい。この場合、ＣＰＵ３１は、プログラム３２ａをＲＯＭ３２から読み出して、図７に示すような機能構成をコンパイル時に一括して又は処理の進行に応じて順次にメモリ３３上に展開してもよい。すなわち、コントローラ３は、機能的に、図７に示すように構成され得る。図７は、コントローラ３の機能構成を示す図である。

コントローラ３は、液体吐出制御部３ａ、吐出状態取得部３ｂ、流量制御部３ｃ、及びバルブ制御部３ｄを有する。

液体吐出制御部３ａは、印刷データを受け、印刷データに基づき、液体吐出ヘッド１００の吐出状態を制御する。例えば、大量吐出を含む印刷データを受けた場合、液体吐出制御部３ａは、液体吐出ヘッド１００の吐出状態を通常吐出→大量吐出→通常吐出とすることを含む制御データを生成して循環経路における各部へ供給する。

吐出状態取得部３ｂは、制御データを液体吐出制御部３ａから取得し、液体吐出ヘッド１００の吐出状態を示す吐出状態情報を制御データから抽出する。例えば、上記の場合、吐出状態取得部３ｂは、液体吐出ヘッド１００の吐出状態を通常吐出→大量吐出→通常吐出とすることを示す吐出状態情報を抽出する。吐出状態取得部３ｂは、吐出状態情報を流量制御部３ｃ及びバルブ制御部３ｄへそれぞれ供給する。

流量制御部３ｃは、吐出状態情報を受け、液体吐出ヘッド１００と第２サブタンク２１０との間の液体の流量を制御する。例えば、上記の場合、流量制御部３ｃは、液体の流量を流量制御範囲の５０％→１００％→５０％とする制御を行う。

バルブ制御部３ｄは、吐出状態情報を受け、液体吐出ヘッドの吐出状態が通常吐出→大量吐出→通常吐出となることを把握する。これに応じて、バルブ制御部３ｄは、通常吐出時、通常吐出から大量吐出にする際、大量吐出時のそれぞれに、小流量用の電磁弁３２３を選択的に開状態にし、大量吐出から通常吐出に戻る際に、小流量用の電磁弁３２３及び中流量用の電磁弁３２４を選択的に開状態にし、通常吐出に戻った後に、小流量用の電磁弁３２３を選択的に開状態にする。これにより、大量吐出から通常吐出に戻る際に発生し得る圧力波形のオーバーシュートを抑制できる。

以上のように、実施形態では、液体吐出装置において、液体の循環経路における液体吐出ヘッドと負圧状態のタンクとの間に流量制御バルブを設け、液体吐出ヘッドの吐出状態に基づいて流量制御バルブを制御する。これにより、高周波駆動での液体噴射を継続する場合（高密度印刷）や、高周波駆動での液体噴射を短いインターバルで繰り返すような場合においても、液体の循環経路における急激な圧力変動を抑制でき、液体吐出ヘッドおよび液体の循環経路に安定して液体を供給することができる。

なお、図８に示すように、図５に示す配管構成において、加圧側の第１マニホールド２３０に液体を供給するためのサブタンク４０１ｉをさらに追加し、第１マニホールド２３０及びサブタンク４０１ｉを接続する液体経路２８５ｉに電磁弁（開閉弁）３２７ｉ及び第４送液ポンプ４０２ｉを設けてもよい。液体吐出装置１０００ｉは、印刷データに基づき、大量の液体吐出の際には（但し、高周波駆動で長い時間、あるいは高周波駆動で短いインターバルで繰り返し吐出する場合）、吐出直前に、新たに追加したサブタンク４０１ｉから液を加圧側の第１マニホールド２３０に追加供給してもよい。図８は、実施形態の変形例における循環経路の構成を示す配管図である。

例えば、液体吐出（例えば、印刷）前は、第３サブタンク２９０から、液体経路２８４、第１サブタンク２２０、液体経路２８１、脱気装置２６０、第１マニホールド２３０、ヘッド１００、第２マニホールド２４０、電磁弁３２３（小流量用）、第２サブタンク２１０を経て第３サブタンク２９０に戻る経路で循環が行われている。

次に、液体吐出装置１０００ｉの制御部に大量吐出となる印刷データの入力があると（但し、高周波駆動で長い時間、あるいは高周波駆動で短いインターバルで繰り返し吐出の場合）、電磁弁３２７ｉを開けポンプ４０２ｉを駆動してサブタンク４０１ｉから第１マニホールド２３０へ液体を追加供給し、さらに電磁弁３２４（中流量用）、３２５（大流量用）を開け、循環が行われる。そして、循環経路に設けた各圧力センサが所定の圧力になると、ヘッド１００から液体吐出を開始し、電磁弁３２３（小流量用）は閉じる。

その後、ヘッド１００からの液体吐出を終了の信号を液体吐出装置１０００の制御部で受けると、電磁弁３２７、３２４（中流量用）、３２５（大流量用）を閉じ、３２３（小流量用）は開け循環が行われる。

このように、液体吐出装置１０００ｉは、大量吐出の際は（但し、高周波駆動で長い時間、あるいは高周波駆動で短いインターバルで繰り返し吐出）、印刷データに基づき、吐出直前に、新たに追加したサブタンクから液を加圧マニホールドに追加供給する。これにより、循環経路における供給経路の液不足を解消できる。また、液体吐出装置１０００ｉは、印刷データに基づき、負圧経路に新たに追加したそれぞれ流量制御の異なる電磁弁３２３，３２４，３２５を選択し、ある一定時間閉じる。これにより、循環経路における負圧経路の逆流を解消できるとともに急激な圧力上昇を防止できる。この結果、高周波駆動での液体噴射を継続する場合（高密度印刷）や、高周波駆動での液体噴射を短いインターバルで繰り返すような場合においても、液体の循環経路が急激な圧力変動を抑制でき、液体噴射ヘッドおよび液体の循環経路に安定して液体を供給することができる。

あるいは、図９に示すように、図８に示す配管構成において、制御流量の異なる３種類の電磁弁３２３〜３２５が開度の連続的に調整可能（開度０〜１００％任意に調整可能）な調整弁３２８ｊで置き換えられてもよい。調整弁３２８ｊは、液体吐出ヘッド１００と負圧状態の第２サブタンク２１０との間に配される流量制御バルブＦＣＶ２を構成する（図６参照）。また、液体吐出装置１０００ｊは、印刷データに基づき、大量の液体吐出の際には（但し、高周波駆動で長い時間、あるいは高周波駆動で短いインターバルで繰り返し吐出する場合）、吐出直前に、新たに追加したサブタンクから液を加圧マニホールドに追加供給してもよい。

例えば、液体吐出（例えば、印刷）前は、第３サブタンク２９０から、液体経路２８４、第１サブタンク２２０、液体経路２８１、脱気装置２６０、第１マニホールド２３０、ヘッド１００、第２マニホールド２４０、調整弁３２８ｊ（開度小）、第２サブタンク２１０を経て第３サブタンク２９０に戻る経路で循環が行われている。

次に、液体吐出装置１０００の制御部に大量吐出となる印刷データの入力があると（但し、高周波駆動で長い時間、あるいは高周波駆動で短いインターバルで繰り返し吐出の場合）、電磁弁３２７ｉを開けサブタンク４０１ｉから液体を追加供給し、さらに調整弁３２８ｊの開度を（例えば、開度小→開度大に）増加させ、循環が行われる。そして、循環経路に設けた各圧力センサが所定の圧力になると、ヘッド１００から液体吐出を開始し、電磁弁３２８ｊの開度を（例えば、開度大→開度中に）絞る。

その後、ヘッド１００からの液体吐出を終了の信号を液体吐出装置１０００ｊの制御部で受けると、電磁弁３２７ｉを閉じ、電磁弁３２８ｊの開度をさらに（例えば、開度中→開度小に）絞り、循環が行われる。

このように、液体吐出装置１０００ｊは、液体吐出ヘッド１００の吐出状態に基づき、負圧経路に新たに追加した開度の連続的に調整可能（開度０〜１００％任意に調整可能）な調整弁３２８ｊの開度を調整する。これにより、循環経路における負圧経路の逆流を解消でき急激な圧力上昇を防止できる。また、部品数（例えば、流量制御バルブを構成する弁の数）を減少でき、流路の配管構成を簡略化できる。

なお、「液体吐出ヘッド」とは、ノズルから液体を吐出・噴射する機能部品であれば、インクジェット記録装置用の記録ヘッド以外のヘッドであってもよい。吐出される液体は、ヘッドから吐出可能な粘度や表面張力を有するものであればよく、特に限定されないが、常温、常圧下において、または加熱、冷却により粘度が３０ｍＰａ・ｓ以下となるものであることが好ましい。より具体的には、水や有機溶媒等の溶媒、染料や顔料等の着色剤、重合性化合物、樹脂、界面活性剤等の機能性付与材料、ＤＮＡ、アミノ酸やたんぱく質、カルシウム等の生体適合材料、天然色素等の可食材料、などを含む溶液、懸濁液、エマルジョンなどであり、これらは例えば、インクジェット用インク、表面処理液、電子素子や発光素子の構成要素や電子回路レジストパターンの形成用液、３次元造形用材料液等の用途で用いることができる。液体を吐出するエネルギー発生源として、圧電アクチュエータ（積層型圧電素子及び薄膜型圧電素子）、発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いるサーマルアクチュエータ、振動板と対向電極からなる静電アクチュエータなどを使用するものが含まれる。

また、本明細書における、画像形成、記録、印字、印写、印刷、造形等はいずれも同義語とする。

また、「液体吐出ユニット」とは、液体吐出ヘッドに他の機能部品、機構が一体化したものであり、液体を吐出する機能に関連する部品の集合体である。例えば、「液体吐出ユニット」は、ヘッドタンク、キャリッジ、供給機構、維持回復機構、主走査移動機構の構成の少なくとも一つを液体吐出ヘッドと組み合わせたものなどが含まれる。

ここで、一体化とは、例えば、液体吐出ヘッドと機能部品、機構が、締結、接着、係合などで互いに固定されているもの、一方が他方に対して移動可能に保持されているものを含む。また、液体吐出ヘッドと、機能部品、機構が互いに着脱可能に構成されていても良い。

例えば、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドとヘッドタンクが一体化されているものがある。また、チューブなどで互いに接続されて、液体吐出ヘッドとヘッドタンクが一体化されているものがある。ここで、これらの液体吐出ユニットのヘッドタンクと液体吐出ヘッドとの間にフィルタを含むユニットを追加することもできる。

また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドとキャリッジが一体化されているものがある。

また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドを走査移動機構の一部を構成するガイド部材に移動可能に保持させて、液体吐出ヘッドと走査移動機構が一体化されているものがある。また、液体吐出ヘッドとキャリッジと主走査移動機構が一体化されているものがある。

また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドが取り付けられたキャリッジに、維持回復機構の一部であるキャップ部材を固定させて、液体吐出ヘッドとキャリッジと維持回復機構が一体化されているものがある。

また、液体吐出ユニットとして、ヘッドタンク若しくは流路部品が取付けられた液体吐出ヘッドにチューブが接続されて、液体吐出ヘッドと供給機構が一体化されているものがある。このチューブを介して、液体貯留源の液体が液体吐出ヘッドに供給される。

主走査移動機構は、ガイド部材単体も含むものとする。また、供給機構は、チューブ単体、装填部単体も含むものする。

「液体吐出装置」は、液体吐出ヘッド又は液体吐出ユニットを備え、液体吐出ヘッドを駆動させて液体を吐出させる装置である。液体を吐出する装置には、液体が付着可能なものに対して液体を吐出することが可能な装置だけでなく、液体を気中や液中に向けて吐出する装置も含まれる。

この「液体吐出装置」は、液体が付着可能なものの給送、搬送、排紙に係わる手段、その他、前処理装置、後処理装置なども含むことができる。

例えば、「液体吐出装置」として、インクを吐出させて用紙に画像を形成する装置である画像形成装置、立体造形物（三次元造形物）を造形するために、粉体を層状に形成した粉体層に造形液を吐出させる立体造形装置（三次元造形装置）がある。

また、「液体吐出装置」は、吐出された液体によって文字、図形等の有意な画像が可視化されるものに限定されるものではない。例えば、それ自体意味を持たないパターン等を形成するもの、三次元像を造形するものも含まれる。

上記「液体が付着可能なもの」とは、液体が少なくとも一時的に付着可能なものであって、付着して固着するもの、付着して浸透するものなどを意味する。具体例としては、用紙、記録紙、記録用紙、フィルム、布などの被記録媒体、電子基板、圧電素子などの電子部品、粉体層（粉末層）、臓器モデル、検査用セルなどの媒体であり、特に限定しない限り、液体が付着するすべてのものが含まれる。

上記「液体が付着可能なもの」の材質は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックスなど液体が一時的でも付着可能であればよい。

また、「液体」は、ヘッドから吐出可能な粘度や表面張力を有するものであればよく、特に限定されないが、常温、常圧下において、または加熱、冷却により粘度が３０ｍＰａ・ｓ以下となるものであることが好ましい。より具体的には、水や有機溶媒等の溶媒、染料や顔料等の着色剤、重合性化合物、樹脂、界面活性剤等の機能性付与材料、ＤＮＡ、アミノ酸やたんぱく質、カルシウム等の生体適合材料、天然色素等の可食材料、などを含む溶液、懸濁液、エマルジョンなどであり、これらは例えば、インクジェット用インク、表面処理液、電子素子や発光素子の構成要素や電子回路レジストパターンの形成用液、３次元造形用材料液等の用途で用いることができる。

また、「液体吐出装置」は、液体吐出ヘッドと液体が付着可能なものとが相対的に移動する装置があるが、これに限定するものではない。具体例としては、液体吐出ヘッドを移動させるシリアル型装置、液体吐出ヘッドを移動させないライン型装置などが含まれる。

また、「液体吐出装置」としては他にも、用紙の表面を改質するなどの目的で用紙の表面に処理液を塗布するために処理液を用紙に吐出する処理液塗布装置、原材料を溶液中に分散した組成液をノズルを介して噴射させて原材料の微粒子を造粒する噴射造粒装置などがある。

３ コントローラ
３ａ 流量制御部
３ｂ バルブ制御部
１００ 液体吐出ヘッド
２１０ 第２サブタンク
２２０ 第１サブタンク
１０００，１０００ｉ，１０００ｊ 液体吐出装置

特許第５２１５３７６号公報

Claims (6)

1. 液体が循環する循環経路と、
   前記循環経路に設けられた液体吐出ヘッドと、
   前記循環経路に設けられ、前記液体を貯蓄し、正圧状態の第１のタンクと、
   前記循環経路に設けられ、前記液体を貯蓄し、負圧状態の第２のタンクと、
   前記液体吐出ヘッドと前記第２のタンクとの間に設けられた流量制御バルブと、
   前記液体吐出ヘッドの吐出状態に基づいて、前記液体吐出ヘッドと前記第２のタンクとの間の流量を制御しながら前記流量制御バルブを制御する制御手段と、
   を備えた液体吐出装置。
2. 前記制御手段は、前記液体吐出ヘッドが第１の吐出状態である場合に前記液体吐出ヘッドと前記第２のタンクとの間の流量を第１の流量に制御し、前記液体吐出ヘッドが前記第１の吐出状態より多くの吐出量で液体を吐出させる第２の吐出状態である場合に前記液体吐出ヘッドと前記第２のタンクとの間の流量を前記第１の流量より多い第２の流量に制御する
   請求項１に記載の液体吐出装置。
3. 前記液体吐出ヘッドの上流に設けられた第１のマニホールドと、
   前記液体吐出ヘッドの下流に設けられた第２のマニホールドと、
   をさらに備え、
   前記流量制御バルブは、前記第２のマニホールドと前記第２のタンクとの間に配されている
   請求項１又は２に記載の液体吐出装置。
4. 前記第１のマニホールドの上流に設けられ、前記液体を貯蓄し、正圧状態の第３のタンクと、
   前記第１のマニホールドと前記第３のタンクとの間に設けられた開閉弁と、
   をさらに備えた
   請求項３に記載の液体吐出装置。
5. 前記制御手段は、前記液体吐出ヘッドが液体を吐出する直前に前記開閉弁を開き、前記液体吐出ヘッドが液体の吐出を終了する直前に前記開閉弁を閉じる
   請求項４に記載の液体吐出装置。
6. 液体が循環する循環経路と、前記循環経路に設けられた液体吐出ヘッドと、前記循環経路に設けられ、前記液体を貯蓄し、正圧状態の第１のタンクと、前記循環経路に設けられ、前記液体を貯蓄し、負圧状態の第２のタンクと、前記液体吐出ヘッドと前記第２のタンクとの間に設けられた流量制御バルブとを有する液体吐出装置における前記液体吐出ヘッドの吐出状態を取得する取得ステップと、
   前記液体吐出ヘッドの吐出状態に基づいて、前記液体吐出ヘッドと前記第２のタンクとの間の流量を制御しながら前記流量制御バルブを制御する制御ステップ
   を備えた液体吐出方法。

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