JP7110750B2 - 液体循環装置、液体を吐出する装置 - Google Patents

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Description

本発明は液体循環装置、液体を吐出する装置に関する。
液体吐出ヘッド(以下、単に「ヘッド」ともいう。)として、ノズルに連通する個別液室への供給流路と個別液室に通じる回収流路とを有し、供給流路に通じる液体の供給口と、回収流路に通じる液体の回収口を備えるフロースルー型液体吐出ヘッド(循環型液体吐出ヘッド)がある。
従来、供給共通流路、回収共通流路に対して複数のヘッドを並列に接続し、それぞれの共通流路の圧力を検出して調整する液体供給装置が知られている(特許文献1)。
特許第5832324号公報
ところで、例えば2つのヘッド、あるいは、2列のヘッド列(ヘッド列)を高さの異なる位置に配置し、ノズルのメニスカス圧力を水頭差によって発生させると、各ヘッド毎、あるいは、各ヘッド列毎にメニスカス圧力がばらつきという課題がある。
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で、ヘッド列間でのメニスカス圧力のばらつきを低減することを目的とする。
上記の課題を解決するため、本発明に係る液体循環装置は、
同じ高さの複数の液体吐出ヘッドに通じる第1加圧マニホールドと、
前記第1加圧マニホールドが通じる前記液体吐出ヘッドとは高さが異なる位置に配置された、同じ高さの複数の液体吐出ヘッドに通じるに第2加圧マニホールドと、
前記第1加圧マニホールドが通じる前記複数の液体吐出ヘッドに通じる第1減圧マニホールドと、
前記第2加圧マニホールドが通じる前記複数の液体吐出ヘッドに通じる第2減圧マニホールドと、
加圧サブタンクと前記第1加圧マニホールドとを通じる第1供給経路と、
前記加圧サブタンクと前記第2加圧マニホールドとを通じる第2供給経路と、
減圧サブタンクと前記第1減圧マニホールドとを通じる第1回収経路と、
前記減圧サブタンクと前記第2減圧マニホールドとを通じる第2回収経路と、を備え、
前記第1供給経路及び前記第2供給経路の少なくとも一方には、一方の流体抵抗を他方の流体抵抗よりも高くする供給側流体抵抗手段が設けられ、
前記第1回収経路及び前記第2回収経路の少なくとも一方には、一方の流体抵抗を他方の流体抵抗より高くする回収側流体抵抗手段が設けられている
構成とした。
本発明によれば、簡単な構成で、ヘッド列間でのメニスカス圧力のばらつきを低減することができる。
本発明に係る液体を吐出する装置の一例の概略説明図である。 同装置のヘッドユニットの一例の平面説明図である。 搬送ドラム周りに配置された1つの吐出ユニットの側面説明図である。 循環型液体吐出ヘッドの一例の外観斜視説明図である。 同ヘッドのノズル配列方向と直交する方向(液室長手方向)の断面説明図である。 本発明の第1実施形態に係る液体循環装置(液体供給装置)のブロック説明図である。 同じく要部模式的説明図である。 比較例1に係る液体循環装置の要部模式的説明図である。 比較例2に係る液体循環装置の要部模式的説明図である。 本発明の第2実施形態に係る液体循環装置のブロック説明図である。 本発明の第3実施形態に係る液体循環装置のブロック説明図である。 可変型流体抵抗手段の第1例の説明に供する断面説明図である。 可変型流体抵抗手段の第2例の説明に供する模式的説明図である。 可変型流体抵抗手段の第3例の説明に供する模式的説明図である。
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。まず、本発明の第1実施形態について図1を参照して説明する。図1は同実施形態に係る印刷装置の概略説明図である。
印刷装置1は、搬入部10と、印刷部20と、乾燥部30と、搬出部40とを備えている。印刷装置1は、搬入部10から搬入されるシート状部材であるシート材Pに対し、印刷部20で液体を付与して所要の印刷を行い、乾燥部30でシート材Pに付着した液体を乾燥させた後、シート材Pを搬出部40に回収する。
搬入部10は、複数のシート材Pが積載される搬入トレイ11と、搬入トレイ11からシート材Pを1枚ずつ分離して送り出す給送装置12と、シート材Pを印刷部20へ送り込むレジストローラ対13とを備えている。
給送装置12には、ローラやコロを用いた装置や、エアー吸引を利用した装置など、あらゆる給送装置を用いることが可能である。給送装置12により搬入トレイ11から送り出されたシート材Pは、その先端がレジストローラ対13に到達した後、レジストローラ対13が所定のタイミングで駆動することにより、印刷部20へ送り出される。
印刷部20は、シート材Pを外周面に担持して搬送する回転部材(第1回転部材)である搬送ドラム21と、搬送ドラム21に担持されたシート材Pに向けて液体を吐出する液体吐出部22とを備えている。
また、印刷部20は、送り込まれたシート材Pを受け取って搬送ドラム21との間でシート材Pを渡す回転部材(第2回転部材)である渡し胴24と、搬送ドラム21によって搬送されたシート材Pを乾燥部30へ受け渡す受け渡し胴25を備えている。
搬入部10から印刷部20へ搬送されてきたシート材Pは、渡し胴24に設けられた後述する第2把持手段(シートグリッパ)52によって先端が把持され、渡し胴24の回転に伴って搬送される。渡し胴24により搬送されたシート材Pは、搬送ドラム21との対向位置で搬送ドラム21へ受け渡される。
搬送ドラム21の表面にも第1把持手段(シートグリッパ)51が設けられており、シート材Pの先端が第1把持手段(シートグリッパ)51によって把持される。搬送ドラム21の表面には、複数の吸引孔が分散して形成されている。吸引段である吸引装置26によって搬送ドラム21の吸引口から内側へ向かう吸い込み気流を発生させる。
そして、渡し胴24から搬送ドラム21へ受け渡されたシート材Pは、第1把持手段51によって先端が把持されるとともに、吸引装置26による吸い込み気流によって搬送ドラム21上に吸着され、搬送ドラム21の回転に伴って搬送される。
液体吐出部22は、液体吐出手段である吐出ユニット23(23A~23F)を備えている。例えば、吐出ユニット23Aはシアン(C)の液体を、吐出ユニット23Bはマゼンタ(M)の液体を、吐出ユニット23Cはイエロー(Y)の液体を、吐出ユニット23Dはブラック(K)の液体を、それぞれ吐出する。また、吐出ユニット23F,23Fは、YMCKのいずれか、或いは、白色、金色(銀色)などの特殊な液体の吐出に使用する。さらに、表面コート液などの処理液を吐出する吐出ユニットを設けることもできる。
液体吐出部22の各吐出ユニット23は、印刷情報に応じた駆動信号によりそれぞれ吐出動作が制御される。搬送ドラムに担持されたシート材Pが液体吐出部22との対向領域を通過するときに、吐出ユニット23から各色の液体が吐出され、当該印刷情報に応じた画像が印刷される。
乾燥部30は、印刷部20でシート材P上に付着した液体を乾燥させるための乾燥機構部31と、印刷部20から搬送されてくるシート材Pを吸引した状態で搬送する(吸引搬送する)吸引搬送機構部32とを備えている。
印刷部20から搬送されてきたシート材Pは、吸引搬送機構部32に受け取られた後、乾燥機構部31を通過するように搬送され、搬出部40へ受け渡される。
乾燥機構部31を通過するとき、シート材P上の液体には乾燥処理が施される。これにより液体中の水分等の液分が蒸発し、シート材P上に液体中に含まれる着色剤が定着し、また、シート材Pのカールが抑制される。
搬出部40は、複数のシート材Pが積載される搬出トレイ41を備えている。乾燥部30から搬送されてくるシート材Pは、搬出トレイ41上に順次積み重ねられて保持される。
なお、印刷装置1には、例えば、シート材Pに対して前処理を行う前処理部を印刷部20の上流側に配置したり、液体が付着したシート材Pに対して後処理を行う後処理部を乾燥部30と搬出部40との間に配置したりすることもできる。
前処理部としては、例えば、液体と反応して滲みを抑制するための処理液をシート材Pに塗布する先塗り処理を行うものが挙げられる。また、後処理部としては、例えば、印刷部20で印刷されたシートを反転させて再び印刷部20へ送ってシート材Pの両面に印刷するためのシート反転搬送処理や、複数枚のシートを綴じる処理などを行うものが挙げられる。
次に、同印刷装置の吐出ユニットの一例について図2及び図3を参照して説明する。図2は同吐出ユニットの平面説明図、図3は搬送ドラム周りに配置された1つの吐出ユニットの側面説明図である。
吐出ユニット23は、複数のノズル104を配列した1又は複数のノズル列を有する循環型の複数の液体吐出ヘッド(以下、単に「ヘッド」という。)100をベース部材52に千鳥状に配置したフルライン型ヘッドである。
吐出ユニット23の各ヘッド100には供給する液体を貯留する供給側ヘッドタンク53及び回収側ヘッドタンク54が備えられている。ヘッドタンク53、54はそれぞれ経路55、56を介してヘッド100に接続されている。
ここで、ノズル配列方向(長手方向)における一方のヘッド100の配列をヘッド列100Aとし、他方のヘッド100の配列をヘッド列100Bとする。
この吐出ユニット23を搬送ドラム21の周りに配置すると、吐出ユニット23はノズル面101aが傾いた状態で配置されることになる。
そのため、例えば、図3にも示すように、ヘッド列100Bの各ヘッド100は、ヘッド列100Aの各ヘッド100よりも高い位置に配置されることになる。つまり、ヘッド列100Bの各ヘッド100とヘッド列100Aの各ヘッド100とは、ノズル面101aの高さが異なる位置に配置される2つの液体吐出ヘッドの関係となる。
次に、循環型液体吐出ヘッドの一例について図4及び図5を参照して説明する。図4は同液体吐出ヘッドの外観斜視説明図、図5は同ヘッドのノズル配列方向と直交する方向(液室長手方向)の断面説明図である。
この液体吐出ヘッド100は、フロースルー型ヘッドであり、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とを積層接合している。そして、振動板部材103の振動領域(振動板)130を変位させる圧電アクチュエータ111と、ヘッドのフレーム部材を兼ねている共通流路部材120と、カバー129を備えている。なお、流路板102と振動板部材103で構成される部分を流路部材140という。
ノズル板101は、液体を吐出する複数のノズル104を有している。
流路板102は、ノズル104にノズル連通路105を介して通じる圧力室(個別液室)106、圧力室106に通じる供給側流体抵抗部107、供給側流体抵抗部107に通じる供給側導入部108を形成している。ノズル連通路105は、ノズル104と圧力室106にそれぞれ連なって通じる流路である。供給側導入部108は、振動板部材103に設けた供給側開口部109を介して供給側共通流路110に通じている。
振動板部材103は、流路板102の圧力室106の壁面を形成する変形可能な振動領域130を有する。ここでは、振動板部材103は2層構造(限定されない)とし、流路板102側から薄肉部を形成する第1層と、厚肉部を形成する第2層で形成され、第1層で圧力室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。
そして、この振動板部材103の圧力室106とは反対側に、振動板部材103の振動領域130を変形させる駆動手段(アクチュエータ手段、圧力発生手段)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を配置している。
この圧電アクチュエータ111は、ベース部材113上に接合した圧電部材をハーフカットダイシングによって溝加工して所要数の柱状の圧電素子112を所定の間隔で櫛歯状に形成している。
そして、圧電素子112を振動板部材103の振動領域130に形成した島状の厚肉部である凸部130aに接合している。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。
共通流路部材120は、供給側共通流路110と回収側共通流路150を形成する。供給側共通流路110は供給ポート171に通じ、回収側共通流路150は回収ポート172に通じている。
なお、ここでは、共通流路部材120は、第1共通流路部材121及び第2共通流路部材122によって構成され、第1共通流路部材121を流路部材140の振動板部材103側に接合し、第1共通流路部材121に第2共通流路部材122を積層して接合している。
第1共通流路部材121は、供給側導入部108に通じる供給側共通流路110の一部である下流側共通流路110Aと、回収側個別流路156に通じる回収側共通流路150とを形成している。また、第2共通流路部材122は、供給側共通流路110の残部である上流側共通流路110Bを形成している。
また、流路板102は、各個別液室6にノズル連通路105を介して連通する回収側流体抵抗部157と、回収側個別流路156と、回収側導出部158を形成している。
回収側導出部158は振動板部材103に設けた回収側開口部159を介して回収側共通流路150に通じている。
なお、本実施形態では、供給側共通流路110、供給側開口部109、供給側導入部108及び供給側流体抵抗部107で供給流路を構成し、回収側流体抵抗部157、回収側個別流路156、回収側導出部158及び回収側開口部159で回収流路を構成している。
この液体吐出ヘッドにおいては、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が引かれて圧力室106の容積が膨張することで、圧力室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圧力室106の容積を収縮させることにより、圧力室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を通過して回収側流体抵抗部157、回収側個別流路156、回収側導出部158、回収側開口部159から回収側共通流路150に回収され、回収側共通流路150から外部の循環経路を通じて供給側共通流路110に再度供給される。
また、ノズル104から液体を吐出する液体吐出動作を行っていないときにも、供給側共通流路110から供給側開口部109、供給側導入部108、供給側流体抵抗部107、圧力室106、回収側流体抵抗部157、回収側個別流路156、回収側導出部158、回収側開口部159を経て回収側共通流路150に回収され、回収側共通流路150から外部の循環経路を通じて供給側共通流路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、本発明の第1実施形態について図6及び図7を参照して説明する。図6は同実施形態に係る液体循環装置(液体供給装置)のブロック説明図、図7は同じく要部模式的説明図である。
液体循環装置200は、ヘッド100から吐出する液体300を貯留する液体貯留手段であるメインタンク201と、加圧サブタンク220と、減圧サブタンク210と、中間サブタンク290と、第1送液ポンプ202と、第2送液ポンプ203と、第3送液ポンプ209を備えている。
第1送液ポンプ202は、加圧サブタンク220の圧力を調整する第1圧力調整手段となり、第2送液ポンプ203は、減圧サブタンク210の圧力を調整する第2圧力調整手段となる。
また、ヘッド列100Aの複数のヘッド100に通じる第1加圧マニホールド230Aと、ヘッド列100Bの複数のヘッド100に通じる第2加圧マニホールド230Bとを備えている。また、ヘッド列100Aの複数のヘッド100に通じる第1減圧マニホールド240Aと、ヘッド列100Bの複数のヘッド100に通じる第2減圧マニホールド240Bとを備えている。
ここで、加圧サブタンク220と減圧サブタンク210との間に中間サブタンク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によって中間サブタンク290に送液(供給)する。
中間サブタンク290には、液面検知手段291と、内部を大気開放する大気開放機構を構成する電磁弁292を備えている。
中間サブタンク290と減圧サブタンク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を設けている。
減圧サブタンク210は、気体室210aを有し、液体と気体が共存する構成である。減圧サブタンク210には、液面を検知する液面検知手段211と、内部を大気開放する大気開放機構となる電磁弁212が設けられている。
中間サブタンク290と加圧サブタンク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を設けている。液体経路284には脱気装置260とフィルタ261が配置されている。
加圧サブタンク220は、気体室220aを有し、液体と気体が共存する構成である。加圧サブタンク220には、液面を検知する液面検知手段221と、内部を大気開放する大気開放機構となる電磁弁222が設けられている。
加圧サブタンク220は、供給経路を構成する共通液体経路281及び個別液体経路である第1供給経路281Aを通じて第1加圧マニホールド230Aに接続され、共通液体経路281及び個別液体経路である第2供給経路281Bを通じて第2加圧マニホールド230Bに接続されている。
第1加圧マニホールド230Aは、同じ高さの複数の液体吐出ヘッドであるヘッド列100Aのヘッド100の供給ポート171側に供給経路231Aを介して通じている。供給経路231Aは、ヘッドタンク53を介してヘッド100の供給ポート171に接続されている。供給経路231Aにはヘッドタンク53より上流側に経路を開閉する電磁弁232Aが設けられている。
第2加圧マニホールド230Bは、同じ高さの複数の液体吐出ヘッドであるヘッド列100Bのヘッド100の供給ポート171側に供給経路231Bを介して通じている。供給経路231Bは、ヘッドタンク53を介してヘッド100の供給ポート171に接続されている。供給経路231Bにはヘッドタンク53より上流側に経路を開閉する電磁弁232Bが設けられている。
したがって、本実施形態では、加圧サブタンク220は、ヘッド列100Aの各ヘッド100とヘッド列100Bの各ヘッド100の内、低い位置に配置されるヘッド列100Aの各ヘッド100に第1供給経路281Aを介して接続され、高い位置に配置されるヘッド列100Bの各ヘッド100に第2供給経路281Bを介して接続される。
減圧サブタンク210は、回収経路を構成する共通液体経路282及び個別回収経路である第1回収経路282Aを通じて第1減圧マニホールド240Aに接続され、共通液体経路282及び個別回収経路である第2回収経路282Bを通じて第2減圧マニホールド240Bに接続されている。
第1減圧マニホールド240Aは、ヘッド列100Aのヘッド100の回収ポート172側に回収経路241A介して通じている。回収経路241Aは、ヘッドタンク54を介してヘッド100の回収ポート172に接続されている。回収経路241Aにはヘッドタンク54より下流側に経路を開閉する電磁弁242Aが設けられている。
第2減圧マニホールド240Bは、ヘッド列100Bのヘッド100の回収ポート172側に回収経路241B介して通じている。回収経路241Bは、ヘッドタンク54を介してヘッド100の回収ポート172に接続されている。回収経路241Bにはヘッドタンク54より下流側に経路を開閉する電磁弁242Bが設けられている。
したがって、本実施形態では、減圧サブタンク210は、ヘッド列100Aの各ヘッド100とヘッド列100Bの各ヘッド100の内、低い位置に配置されるヘッド列100Aの各ヘッド100に第1回収経路282Aを介して接続され、高い位置に配置されるヘッド列100Bの各ヘッド100に第2回収経路282Bを介して接続される。
第1供給経路281Aには第圧力検知手段である圧力センサ233Aが、第2供給経路281Bには第圧力検知手段である圧力センサ233Bが設けられている。第1回収経路282Aには第1圧力検知手段である圧力センサ243Aが、第2回収経路282Bには第2圧力検知手段である圧力センサ243Bが設けられている。
第1供給経路281Aには、圧力センサ233Aの上流側であって共通液体経路281の下流側に、一方の第1供給経路281Aの流体抵抗を他方の第2供給経路281Bの流体抵抗よりも高くする供給側流体抵抗手段235が設けられている。
第2回収経路282Bには、圧力センサ243Bの下流側であって共通液体経路282の上流側に、一方の第2回収経路282Bの流体抵抗を他方の第1回収経路282Aの流体抵抗よりも高くする回収側流体抵抗手段245が設けられている。
なお、共通液体経路281を有しない場合には、圧力センサ233Aの上流側と加圧サブタンク220との間に供給側流体抵抗手段235を配置する。同様に、共通液体経路282を有しない場合には、圧力センサ243Bの下流側と減圧サブタンク210との間に回収側流体抵抗手段245を配置する。
また、供給側流体抵抗手段235及び回収側流体抵抗手段245は、流体抵抗値が固定のものであっても、流体抵抗値を調整可能なものであってもよい。
また、本実施形態では、他方の第2供給経路281Bには流体抵抗手段を設けていないが、供給側流体抵抗手段235で一方の流体抵抗を相対的に高くすればよいので、第2供給経路281Bに流体抵抗手段を設けることもできる。同様に、他方の第1回収経路282Bには流体抵抗手段を設けていないが、回収側流体抵抗手段245で一方の流体抵抗を相対的に高くすればよいので、第1回収経路282Aに流体抵抗手段を設けることもできる。この点については後述する実施形態で説明する。
ここで、中間サブタンク290から、液体経路284、加圧サブタンク220、共通液体経路281、第1供給経路281A及び第2供給経路281B、第1加圧マニホールド230A及び第2加圧マニホールド230B、ヘッド100、第1減圧マニホールド240A及び第2減圧マニホールド240B、減圧サブタンク210を経て中間サブタンク290に戻る経路で循環経路301が構成される。
また、加圧サブタンク220と減圧サブタンク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301を液体が循環する圧力を生じさせる手段を構成している。
次に、この第1実施形態の液体循環装置200における液体循環方法について説明する。なお、ここでは、全体の流れを説明するため、ヘッド100が同じ高さにある場合を想定して説明する。
(1)メインタンク201-中間サブタンク290への液体フロー
液面検知手段291で中間サブタンク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、液面検知手段291の検知結果で液面が満タンとなるまで中間サブタンク290に液体供給を行う。
(2)中間サブタンク290-加圧サブタンク220への液体フロー
第1送液ポンプ202を駆動して、中間サブタンク290から液体経路284を介して加圧サブタンク220に液体を送液することができる。
(3)減圧サブタンク210-中間サブタンク290への液体フロー
第2送液ポンプ203を駆動して、減圧サブタンク210から液体経路283を介して中間サブタンク290にエネルギー液体を送液することができる。
(4)加圧サブタンク220-循環可能なヘッド100-減圧サブタンク210の液体フロー
圧力センサ233(233A,233B)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を駆動して加圧サブタンク220に液体を供給する。また、圧力センサ243(243A,243B)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を駆動して中間サブタンク290に液体を送液する。
これにより、加圧サブタンク220と減圧サブタンク210との間に差圧が発生する。この差圧に応じて、加圧サブタンク220から、共通液体経路281を介し、第1供給経路281A及び第2供給経路281B、第1加圧マニホールド230A及び第2加圧マニホールド230B、複数の供給経路231、複数のヘッドタンク53、複数のヘッド100、複数の回収経路241、複数のヘッドタンク54、第1減圧マニホールド240A及び第2減圧マニホールド240B、第1回収経路282A及び第2回収経路282B、共通液体経路282を介して、減圧サブタンク210まで液体が循環可能となる。
なお、液面検知手段211、221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を駆動することで加圧サブタンク220、減圧サブタンク210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(加圧サブタンク220と減圧サブタンク210の圧力設定)について説明する。
一般的に、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。
フロースルー型ヘッドを使用する場合には、ヘッド100の供給側に正圧を、ヘッド100の回収側に負圧を与えるように、加圧サブタンク220内に正圧を設定し、減圧サブタンク210内に負圧を設定する方法が一般的である。
サブタンクに設定する圧力は、加圧サブタンク220からヘッド100、ヘッド100から減圧サブタンク210までの循環経路301の流体抵抗値の圧力損失に依存する。ヘッド100の安定吐出の観点では、ヘッド100直前の供給側、ヘッド100直後の回収側の圧力を安定的に保持することが重要となる。
ヘッド100直前からヘッド100のノズル104までの流体抵抗Rinと、ノズル104からヘッド100直後までの流体抵抗Routを、計算か測定により求めておき、それに応じて、ヘッド100直前の圧力をPin、ヘッド100直後の圧力をPoutとしたとき、直列抵抗の分圧と同様に、流体抵抗RinとRoutの比と、圧力PinとPoutの値に応じて、ノズルメニスカスに目標とする圧力Pm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、
Pin-Pm=I×Rin
Pm-Pout=I×Rout
ここで、両辺からIを削除して、変形させると、(1)式が得られる。
Figure 0007110750000001
この(1)式において、仮に、Rin=Routの場合は、Pm=(Pout+Pin)/2となる。
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。これより、加圧サブタンク220、減圧サブタンク210に設定すべき圧力は、加圧サブタンク220からノズル104、ノズル104から減圧サブタンク210までのそれぞれの流体抵抗値に応じて上述した計算式に従って設定する。
ここで、比較例1の液体循環装置について図8を参照して説明する。図8は同比較例1の液体循環装置の模式的説明図である。
比較例1では、ヘッド列100Aのヘッド100及びヘッド列100Bのヘッド100に共通の加圧マニホールド230と減圧マニホールド240を備えている。
搬送ドラム21の周囲に吐出ユニット23を傾斜して配置しているため、ヘッド列100Aのヘッド100のノズル104とヘッド列100Bのヘッド100のノズル104とに間には水頭差が生じる。
そのため、加圧マニホールド230と減圧マニホールド240で同じ圧力で制御しても、ヘッド100の直前での圧力は水頭差分の差が生じることになり、メニスカス圧力がヘッド列100Aとヘッド列100Bで異なることになる。
次に、比較例2の液体循環装置について図9を参照して説明する。図9は同比較例2の液体循環装置の模式的説明図である。
比較例2では、ヘッド列100A、100B毎に、固有の第1加圧マニホールド230A、第2加圧マニホールド230Bと第1減圧マニホールド240A、第2減圧マニホールド240Bとを備えている。
そして、第1加圧マニホールド230Aに通じる第1加圧サブタンク220Aと第1送液ポンプ202A、第2加圧マニホールド230Bに通じる第2加圧サブタンク220Bと第1送液ポンプ202Bとを備えている。さらに、第1減圧マニホールド240Aに通じる第2減圧サブタンク210Aと第2送液ポンプ203A、第2減圧マニホールド240Bに通じる第2減圧サブタンク210Bと第2送液ポンプ203Bとを備えている。
この比較例2の構成では、各ヘッド列100A、100B毎の圧力制御を行って水頭差分の差をキャンセルできるが、各ヘッド列毎に圧力制御システムが必要になり構成が複雑になる。
以上の比較例1、比較例2の構成に対して、第1実施形態では、第1加圧マニホールド230Aに第1供給経路281Aを介して、第2加圧マニホールド230Bに第2供給経路281Bを介してそれぞれ通じる加圧サブタンク220を備えている。同様に、第1減圧マニホールド240Aに第1回収経路282Aを介して、第2減圧マニホールド240Bに第2回収経路282Bを介してそれぞれ通じる減圧サブタンク210を備えている。
そして、第1供給経路281Aに供給側流体抵抗手段235を、第2回収経路282Bに回収側流体抵抗手段245をそれぞれ設けている。
つまり、2つのヘッド列100A、100Bのうち、高さが低い側に配置されるヘッド100列Aに通じる第1加圧マニホールド230Aに通じる第1供給経路281Aの流体抵抗値を供給側流体抵抗手段235の流体抵抗を調整することで変化できるようにしている。
同様に、2つのヘッド列100A、100Bのうち、高さが高い側に配置されるヘッド列100Bに通じる第2減圧マニホールド240Bに通じる第2回収経路282Bの流体抵抗値を回収側流体抵抗手段245の流体抵抗を調整することで変化できるようにしている。
これにより、ヘッド100から液体を吐出しないで液体を循環させているときには、流体抵抗をヘッド列100A、100B間の水頭差による圧力差をキャンセルするように、供給側流体抵抗手段235及び回収側流体抵抗手段245の各流体抵抗値を調整することができる。
また、ヘッド100から液体を吐出しているときには、吐出による流量増加による圧力損失の増加を、流体抵抗を小さくすることで緩和することができる。
具体的に説明すると、まず、加圧側については、圧力センサ233Bによって第2加圧マニホールド230Bの圧力を検知し、ヘッド列100Bのヘッド100を基準として目標圧力となるように加圧サブタンク220について第1送液ポンプ202で圧力制御する。
この場合、供給側流体抵抗手段235がないと、ヘッド列100Bのヘッド100を基準にしているため、ヘッド列100Aのヘッド100には目標圧力より大きな正圧を印加してしまうことになり、ヘッド列100Aのヘッド100のメニスカス圧力は正圧側にシフトし、ノズル104から液垂れが生じるおそれがある。
そこで、ヘッド列100Aのヘッド100とヘッド列100Bのヘッド100の水頭差に相当する圧力分を降下させる流体抵抗を有する供給側流体抵抗手段235を配置している。
同様に、減圧側についても、圧力センサ243Aによって第1減圧マニホールド240Aの圧力を検知し、ヘッド列100Aのヘッド100を基準として目標圧力となるように減圧サブタンク210について第2送液ポンプ203で圧力制御する。
この場合、回収側流体抵抗手段245がないと、ヘッド列100Aのヘッド100を基準にしているため、ヘッド列100Bのヘッド100に、目標圧力より大きな負圧を印加してしまうことになり、ヘッド列100Bのヘッド100のメニスカス圧力は負圧側にシフトし、ノズル104から気泡を巻き込むおそれがある。
そこで、ヘッド列100Aのヘッド100とヘッド列100Bのヘッド100の水頭差に相当する圧力分を降下させる流体抵抗を有する回収側流体抵抗手段245を配置している。
これにより、高さの異なるヘッド列100A、100Bであっても、1セットの加圧サブタンク220、減圧サブタンク210を圧力制御することで、どちらのヘッド列100A、100Bもノズル104から液体が溢れず、また、気泡を巻き込まないメニスカス圧力の範囲を維持できる。
次に、本発明の第2実施形態について図10を参照して説明する。図10は同実施形態に係る液体循環装置のブロック説明図である。
本実施形態では、供給側流体抵抗手段235、回収側流体抵抗手段245として、流体抵抗を調整可能な流体抵抗手段(可変型流体抵抗手段)を使用している。
つまり、第1実施形態で説明したように、水頭差に相当する流体抵抗を有する流体抵抗手段235、245を配置した場合、水頭差が小さい場合には、問題ないが水頭差が大きくなった場合、それに対応して流体抵抗も大きくする必要がある。
そうすると、ヘッド100から液体を吐出していない非吐出状態で液体の循環を行っているときには問題はないが、液体の吐出動作を行っているときにはリフィルの影響によってヘッド100の上流と下流の流体抵抗のバランスによって、メニスカス圧力がヘッド列100A、100B毎に異なってしまい、吐出滴量がばらつき、例えば画像品質の低下を招くおそれがある。
そこで、本実施形態では、流体抵抗手段235、245として、流体抵抗を調整可能な流体抵抗手段(可変型流体抵抗手段)を使用することで、第2供給経路281Bの圧力、第1回収経路282Aの圧力に応じて流体抵抗手段235、245の流体抵抗値を調整する。
例えば、加圧側は、圧力センサ233Bで圧力を検知し、目標圧力となるように第1送液ポンプ202によって加圧サブタンク220に液体を送液する。そして、圧力センサ233Aで圧力を検知し、目標圧力となるように供給側流体抵抗手段235の流体抵抗を変化させる。
減圧側は、圧力センサ243Aで圧力を検知し、目標圧力となるように第2送液ポンプ203によって減圧サブタンク210から中間サブタンク290に液体を送液する。そして、圧力センサ243Bで圧力を検知し、回収側流体抵抗手段245の流体抵抗を変化させる。
これにより、吐出時のリフィルの影響によって圧力が低下した場合でも、流体抵抗を小さくすることで、流量を補い、メニスカス圧力を適正範囲に保つことができる。
つまり、圧力調整手段の出力値及び流体抵抗手段の抵抗値の決定は、例えば、次の(1)、(2)のようにして行うことができる。
(1)第2圧力検出手段(圧力センサ243B)の検出結果から第2圧力調整手段(第2送液ポンプ203)の圧力の出力値を決定し、第1圧力検出手段(圧力センサ243A)の検出結果から回収側流体抵抗手段245の抵抗値を決定し、第3圧力検出手段(圧力センサ233A)の検出結果から第1圧力調整手段(第1送液ポンプ202)の圧力の出力値を決定し、第4圧力検出手段(圧力センサ233B)の検出結果から供給側流体抵抗手段235の抵抗値を決定する。
これにより、吐出時の流量不足を補い、画像品質を保つことができる。
(2)第2圧力検出手段(圧力センサ243B)の検出結果から第2圧力調整手段(第2送液ポンプ203)の圧力の出力値を決定した後、第1圧力検出手段(圧力センサ243A)の検出結果から回収側流体抵抗手段245の抵抗値を決定し、第3圧力検出手段(圧力センサ233A)の検出結果から第1圧力調整手段(第1送液ポンプ202)の圧力の出力値を決定した後、第4圧力検出手段(圧力センサ233B)の検出結果から供給側流体抵抗手段235の抵抗値を決定する。
このように、先に元となる圧力源を制御することで、効率良く、目標の圧力値に近づけることができる。
次に、本発明の第3実施形態について図11を参照して説明する。図11は同実施形態に係る液体循環装置のブロック説明図である。
本実施形態では、第1供給経路281Aに第1供給側流体抵抗手段235Aを、第2供給経路281Bに第2供給側流体抵抗手段235Bを配置している。第1供給側流体抵抗手段235A及び第2供給側流体抵抗手段235Bは、前記第1実施形態又は第2実施形態で説明したように水頭差をキャンセルし、吐出時に第2供給経路281Bの流体抵抗よりも第1供給経路281Aの流体抵抗を小さくする制御をする。
また、第1回収経路282Aに第1回収側流体抵抗手段245Aを、第2回収経路282Bに第2回収側流体抵抗手段245Bを配置している。第1回収側流体抵抗手段245A及び第2回収側流体抵抗手段245Bは、前記第1実施形態又は第2実施形態で説明したように水頭差をキャンセルし、あるいは、吐出時に第1回収経路282Aの流体抵抗よりも第2回収経路282Bの流体抵抗を小さくする制御をする。
次に、可変型流体抵抗手段の第1例について図12を参照して説明する。図12は同可変型流体抵抗手段の第1例の説明に供する断面説明図である。
可変型流体抵抗手段400は、経路401を形成する経路形成部材402に断面積調整部材403を経路401に対して進退可能に設けている。断面積調整部材403は断面積調整部403aを有している。
これにより、断面積調整部材403の断面積調整部403aの経路401に対する進入量を調整することで、経路401の液体が流れることができる経路断面積(開口断面積)が変化して、経路401の流体抵抗を調整(可変)することができる。図12(a)の状態は、図12(b)の状態よりも相対的に開口断面積が大きくなって流体抵抗値が小さくなる。
次に、可変型流体抵抗手段の第2例について図13を参照して説明する。図13は同可変型流体抵抗手段の説明に供する模式的説明図である。
可変型流体抵抗手段400は、経路401の途中に複数本(ここでは3本)の並列に配置された分流経路411a~411cを有し、各分流経路411a~411cを開閉する電磁弁などの弁手段412a~412cを備えている。
これにより、弁手段412a~412cを開閉制御することで、液体が流れる分流経路411a~411cの数(経路本数)が変化するので、経路401の流体抵抗を調整(可変)することができる。
次に、可変型流体抵抗手段の第3例について図14を参照して説明する。図14は同可変型流体抵抗手段の説明に供する模式的説明図である。
可変型流体抵抗手段400は、経路401の途中に複数本(ここでは3本)の並列に配置された分流経路411a~411cを有し、各分流経路411a~411cを開閉する電磁弁などの弁手段412a~412cを備えている。そして、各分流経路411a~411cには、異なる流体抵抗値の流体抵抗部413a~413cを配置している。
これにより、弁手段412a~412cを開閉制御することで、液体が流れる分流経路411a~411cの数(経路本数)及び流体抵抗値が変化するので、経路401の流体抵抗を調整(可変)することができる。
本願において、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。
「液体吐出ヘッド」には、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。
「液体を吐出する装置」には、液体吐出ヘッドを駆動させて液体を吐出させる装置が含まれる。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「液体を吐出する装置」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、「液体を吐出する装置」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、「液体を吐出する装置」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、「液体を吐出する装置」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、「液体を吐出する装置」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。
なお、本願の用語における、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。
1 印刷装置
10 搬入部
20 印刷部
21 搬送ドラム(回転部材)
22 液体吐出部
23 吐出ユニット
24 渡し胴(回転部材)
25 受け渡し胴(回転部材)
26 吸着装置
100 液体吐出ヘッド(ヘッド)
200 液体供給装置
201 メインタンク(液体貯留手段)
202 第1送液ポンプ
203 第2送液ポンプ
209 第3送液ポンプ
210 減圧サブタンク
220 加圧サブタンク
230A 第1加圧マニホールド
230B 第2加圧マニホールド
235 供給側流体抵抗手段
240A 第1減圧マニホールド
240B 第1減圧マニホールド
245 回収側流体抵抗手段
260 脱気装置
281A 第1供給経路
281B 第2供給経路
282A 第1回収経路
282B 第2回収経路
290 中間サブタンク

Claims (10)

  1. 同じ高さの複数の液体吐出ヘッドに通じる第1加圧マニホールドと、
    前記第1加圧マニホールドが通じる前記液体吐出ヘッドとは高さが異なる位置に配置された、同じ高さの複数の液体吐出ヘッドに通じるに第2加圧マニホールドと、
    前記第1加圧マニホールドが通じる前記複数の液体吐出ヘッドに通じる第1減圧マニホールドと、
    前記第2加圧マニホールドが通じる前記複数の液体吐出ヘッドに通じる第2減圧マニホールドと、
    加圧サブタンクと前記第1加圧マニホールドとを通じる第1供給経路と、
    前記加圧サブタンクと前記第2加圧マニホールドとを通じる第2供給経路と、
    減圧サブタンクと前記第1減圧マニホールドとを通じる第1回収経路と、
    前記減圧サブタンクと前記第2減圧マニホールドとを通じる第2回収経路と、を備え、
    前記第1供給経路及び前記第2供給経路の少なくとも一方には、一方の流体抵抗を他方の流体抵抗よりも高くする供給側流体抵抗手段が設けられ、
    前記第1回収経路及び前記第2回収経路の少なくとも一方には、一方の流体抵抗を他方の流体抵抗より高くする回収側流体抵抗手段が設けられている
    ことを特徴する液体循環装置。
  2. 前記第1加圧マニホールドが通じる前記液体吐出ヘッドと前記第2加圧マニホールドが通じる前記液体吐出ヘッドとは、液体を吐出するノズルが設けられたノズル面の高さが異なる
    ことを特徴とする請求項1に記載の液体循環装置。
  3. 前記第1加圧マニホールドが通じる前記液体吐出ヘッドは、前記第2加圧マニホールドが通じる前記液体吐出ヘッドよりも低い位置に配置され、
    前記供給側流体抵抗手段は、前記加圧サブタンクと前記第1加圧マニホールドとを通じる前記第1供給経路に設けられている
    ことを特徴とする請求項2に記載の液体循環装置。
  4. 前記第2減圧マニホールドが通じる前記液体吐出ヘッドは、前記第1減圧マニホールドが通じる前記液体吐出ヘッドよりも高い位置に配置され、
    前記回収側流体抵抗手段は、前記減圧サブタンクと前記第2減圧マニホールドとを通じる前記第2回収経路に設けられている
    ことを特徴とする請求項2に記載の液体循環装置。
  5. 前記加圧サブタンクの圧力を調整する第1圧力調整手段と、
    前記減圧サブタンクの圧力を調整する第2圧力調整手段と、
    前記第1回収経路の圧力を検出する第1圧力検出手段と、
    前記第2回収経路の圧力を検出する第2圧力検出手段と、
    前記第1供給経路の圧力を検出する第3圧力検出手段と、
    前記第2供給経路の圧力を検出する第4圧力検出手段と、を備え、
    前記第2圧力検出手段の検出結果から前記第2圧力調整手段の圧力の出力値を決定し、
    前記第1圧力検出手段の検出結果から前記回収側流体抵抗手段の抵抗値を決定し、
    前記第圧力検出手段の検出結果から前記第1圧力調整手段の圧力の出力値を決定し、
    前記第圧力検出手段の検出結果から前記供給側流体抵抗手段の抵抗値を決定する
    ことを特徴とする請求項に記載の液体循環装置。
  6. 前記加圧サブタンクの圧力を調整する第1圧力調整手段と、
    前記減圧サブタンクの圧力を調整する第2圧力調整手段と、
    前記第1回収経路の圧力を検出する第1圧力検出手段と、
    前記第2回収経路の圧力を検出する第2圧力検出手段と、
    前記第1供給経路の圧力を検出する第3圧力検出手段と、
    前記第2供給経路の圧力を検出する第4圧力検出手段と、を備え、
    前記第2圧力検出手段の検出結果から前記第2圧力調整手段の圧力の出力値を決定した後、前記第1圧力検出手段の検出結果から前記回収側流体抵抗手段の抵抗値を決定し、
    前記第圧力検出手段の検出結果から前記第1圧力調整手段の圧力の出力値を決定した後、前記第圧力検出手段の検出結果から前記供給側流体抵抗手段の抵抗値を決定する
    ことを特徴とする請求項に記載の液体循環装置。
  7. 前記供給側流体抵抗手段及び前記回収側流体抵抗手段の少なくともいずれかは、流体抵抗を調整可能である
    ことを特徴とする請求項1ないしのいずれかに記載の液体循環装置。
  8. 前記供給側流体抵抗手段及び前記回収側流体抵抗手段の少なくともいずれかは、経路断面積を変化させて流体抵抗を調整可能である
    ことを特徴とする請求項に記載の液体循環装置。
  9. 前記供給側流体抵抗手段及び前記回収側流体抵抗手段の少なくともいずれかは、並列に配置された流体抵抗が同じ又は異なる複数の経路の内、液体を通過させる経路本数を変化させて流体抵抗を調整可能である
    ことを特徴とする請求項に記載の液体循環装置。
  10. 複数の液体吐出ヘッドと、
    請求項1ないしのいずれかに記載の液体循環装置と、を備えている
    ことを特徴とする液体を吐出する装置。
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