JP2020124879A - 圧力制御ユニット、及び圧力制御ユニットを有する液体吐出装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、液体を吐出して記録を行う液体吐出装置2000を示した図である。液体吐出装置2000は、シアンC、マゼンタM、イエローY、ブラックKのインク(液体)ごとに対応した単色用の液体吐出ヘッド2003を4つ並列配置させることで、記録媒体へフルカラー記録を行う。各液体吐出ヘッド2003に対して、液体吐出装置2000の供給系、バッファタンク1003(図2、図3参照)およびメインタンク1006(図2、図3参照)が流体的に接続されている。また、それぞれの液体吐出ヘッド2003には、液体吐出ヘッド2003へ電力および吐出制御信号を伝送する電気制御部が電気的に接続されている。
図2は、液体吐出装置1000(図1の液体吐出装置2000)に適用される循環経路の第1循環形態を示す模式図である。液体吐出ヘッド3は、第1循環ポンプ(高圧側)1001、第1循環ポンプ(低圧側)1002およびバッファタンク1003等に流体接続されている。なお図2では、説明を簡略化するため、シアンC、マゼンタM、イエローY、ブラックKのインクの内の1色のインクが流動する経路のみを示しているが、実際には4色分の循環経路が、液体吐出ヘッド3および記録装置本体に設けられる。
図3は、記録装置に適用される循環形態のうち、上述した第1循環形態とは異なる循環形態である第2循環形態を示す模式図である。前述の第1循環形態との主な相違点は、圧力制御ユニット230を構成する2つの圧力調整機構が共に、圧力制御ユニット230よりも上流側の圧力を、所望の設定圧を中心として一定範囲内の変動で制御する点である。また、第1循環形態との相違点として、第2循環ポンプ1004が圧力制御ユニット230の下流側を減圧する負圧源として作用する点がある。さらに、第1循環ポンプ(高圧側)1001および第1循環ポンプ(低圧側)1002が液体吐出ヘッド3の上流側に配置され、圧力制御ユニット230が液体吐出ヘッド3の下流側に配置されている点も相違する点である。
図5(a)および(b)は、液体吐出ヘッド2003を示した斜視図である。ここで、液体吐出ヘッド2003の構造について説明する。液体吐出ヘッド2003は、液体吐出ヘッド2003の長手方向に直線状に配列される16個の記録素子基板2010を備え、1色の液体で記録が可能なインクジェット式のライン型記録ヘッドである。液体吐出ヘッド2003は、液体接続部111、信号入力端子91および電力供給端子92を備える。信号入力端子91および電力供給端子92は、液体吐出ヘッド2003の両側に配置されている。これは記録素子基板2010に設けられる配線部で生じる電圧低下や信号伝送遅れを低減するためである。
図10(a)は、1つの吐出モジュール2200を示した斜視図であり、図10(b)は、その分解図である。記録素子基板2010の複数の吐出口列方向に沿った両辺部(記録素子基板2010の各長辺部)に複数の端子16がそれぞれ配置されている。これに伴い記録素子基板2010と電気接続されるフレキシブル配線基板40も、1つの記録素子基板2010に対して2枚配置されている。これは記録素子基板2010に設けられる吐出口列数が20列あり、端子16から記録素子までの最大距離を短くして記録素子基板2010内の配線部で生じる電圧低下や信号遅れを低減するためである。また支持部材2030の液体連通口31は、記録素子基板2010に設けられ全吐出口列を跨るように開口している。
図11(a)は、記録素子基板2010の吐出口13が配される面の模式図であり、図11(c)は、図11(a)の面の裏面を示す模式図である。記録素子基板2010の吐出口13の下方にはエネルギー発生素子が設けられており、エネルギー発生素子によってインク(液体)にエネルギーが与えられて、インクが吐出され、記録が行われる。図11(b)は、図11(c)において、記録素子基板2010の裏面側に設けられているカバープレート2020を除去した場合の記録素子基板2010の面を示す模式図である。図11(b)に示すように、記録素子基板2010の裏面には、吐出口列方向に沿って、液体供給路18と液体回収路19が交互に設けられている。端子16は、記録素子基板の吐出口列方向に沿った両辺部に配置されている。吐出口列毎に一組の液体供給路18と液体回収路19が設けられており、カバープレート2020に、支持部材2030の液体連通口31と連通する開口21が設けられている。
本発明の圧力制御ユニットについて説明する。まず、圧力制御ユニットを配置する循環形態として、図12に示す循環形態について説明する。図12に示す循環形態は、上述の第2循環形態をベースに圧力制御ユニットの配置等を若干変更したものであるが、基本的には第2循環形態で説明したものと同様の循環形態である。液体吐出ヘッド2003は、液体吐出ヘッド2003の両端部のそれぞれに、高圧側(H)と低圧側(L)の圧力制御ユニット2230を設置している。液体は、共通回収流路2211又は共通供給流路2212を通過し、圧力制御ユニット2230に流入し、液体接続部111を介して第2循環ポンプ1004へと導かれる。
(F1+P1S1)L1=(F2−(P2−P1)S2)L2 ・・・式1
(P1−P2)=RQ・・・式2
ここで、各パラメータが示す値は以下のとおりである。
P1:第一液体収納室401内圧力(ゲージ圧)
P2:第二液体収納室403内圧力(ゲージ圧)
F1:負圧バネ力
F2:バルブバネ力
S1:押圧板404受圧面積
S2:バルブ部407受圧面積
L1:レバーの腕長さ1(軸408〜押圧板接触部409)
L2:レバーの腕長さ2(軸408〜バルブ部407)
R:バルブ部407と流出口410間ギャップ413の流抵抗
Q:液体流量
ここでは、簡略化のためバルブ室402の圧力は第一液体収納室401内圧力と等しいものとする。バルブ部407と流出口410間ギャップ413の流抵抗Rは、ギャップ413量によって変化する。上記式1、式2が同時に成立するようにギャップ413量が決定されることでP1が導出される。例えば、圧力制御ユニットへ流入する液体流量Qが増加した場合は次の通りである。即ち、圧力制御ユニットの下流側に配置された第2循環ポンプ1004の流量に応じた圧力特性及び第二液体収納室403から第2循環ポンプ1004に至るまでの経路の流抵抗の増加によってP2は増加する(正圧に近づく)。P2が増加すると、式1の通りにP1が瞬時的に低下する。一方で、式2からQ、P2が増加しP1が低下するので、Rが低下することになる。このため、バルブ部407と流出口410間ギャップ413が増加する方向にバルブ406が回動するように移動(回動変位)する。この変位に伴って、バルブ側バネは、バネ長さが縮小する方向に変位するので、F2が増加する。また、反対に、押圧板404側バネは、バネ長さが増加する方向に変位するので、F1は減少する。この際、押圧板404は第一液体収納室401内の容積を増大する方向に変位する。この結果、式1から瞬時的にP1増加する。P1が増加すると、上述とは逆の作用によりP2が瞬時的に減少する。この現象が短い期間に間欠して繰り返されることにより、流量Qに応じてRが変化しつつ式1、式2を両立する結果、P1がある一定内の圧力に制御される。
403 第二液体収納室
404 押圧板
405 可撓性フィルム
406 バルブ
410 流出口
411 負圧バネ(付勢部材)
414 流入口
Claims (11)
- 液体を収納する液体収納室と、前記液体収納室に液体を流入させるための流入口と、前記液体収納室から液体を流出させるための流出口と、を有し、前記液体の圧力を制御するための圧力制御ユニットであって、
前記液体収納室は、外壁の少なくとも一部が可撓性フィルムで形成されており、
前記液体収納室を拡張させる方向に前記可撓性フィルムを押圧する押圧板と、
前記押圧板が前記可撓性フィルムを押圧する方向に前記押圧板に付勢する付勢部材と、
前記流出口を開閉するバルブと、を有し、
前記押圧板が前記可撓性フィルムを押圧して前記液体収納室を拡張させる方向に動くことによって、前記押圧板と接触した前記バルブが動いて前記流出口のバルブ開度が高くなり、
前記バルブの、前記流出口のバルブ開度を高くする際の動きの範囲は、前記押圧板以外の部材によって制限されていることを特徴とする圧力制御ユニット。 - 前記バルブの、前記流出口のバルブ開度を高くする際の動きは回動である請求項1に記載の圧力制御ユニット。
- 前記押圧板が前記可撓性フィルムを押圧して前記液体収納室を拡張させる方向に動く際の動きは直線的であり、前記バルブの、前記流出口のバルブ開度を高くする際の動きは回動である請求項1または2に記載の圧力制御ユニット。
- 前記流入口は、前記液体収納室よりも、鉛直方向下方に形成されている請求項1乃至3のいずれか1項に記載の圧力制御ユニット。
- 前記流出口は、前記液体収納室よりも、鉛直方向上方に形成されている請求項1乃至4のいずれか1項に記載の圧力制御ユニット。
- 前記流出口は、前記液体収納室の外壁が可撓性フィルムで形成された部分よりも、鉛直方向上方に形成されている請求項1乃至5のいずれか1項に記載の圧力制御ユニット。
- 前記バルブの、前記押圧板と接触する押圧板接触部の形状は、球体形状の少なくとも一部である請求項1乃至6のいずれか1項に記載の圧力制御ユニット。
- 前記バルブの、前記押圧板と接触する押圧板接触部の形状は、半球形状である請求項7に記載の圧力制御ユニット。
- 前記液体収納室を第一液体収納室としたとき、前記第一液体収納室と異なる第二液体収納室を有し、前記第一液体収納室と前記第二液体収納室との間に、前記流出口が形成されている請求項1乃至8のいずれか1項に記載の圧力制御ユニット。
- 請求項1乃至9のいずれか1項に記載の圧力制御ユニットと、複数の吐出口を有し前記吐出口から液体を吐出する液体吐出ヘッドとを有することを特徴とする液体吐出装置。
- 前記液体吐出ヘッドは、少なくとも一対の共通流路と、前記一対の共通流路のうち一方の共通流路と他方の共通流路とを接続し、前記複数の吐出口と各々連通する複数の個別流路とを有し、
前記圧力制御ユニットは、前記液体収納室を第一液体収納室としたとき、前記第一液体収納室と異なる第二液体収納室を有し、前記第一液体収納室と前記第二液体収納室との間に、前記流出口が形成されており、前記第二液体収納室は、前記第一液体収納室よりも前記液体の流れの下流側に設けられている請求項10に記載の液体吐出装置。
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