JP7166968B2 - 液体供給装置及び液体吐出装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、液体供給装置及び液体吐出装置に関する。

液体を吐出する液体吐出ヘッドを通る循環路において液体を循環させる液体循環装置を備える液体吐出装置が知られている。液体は温度が低いと粘度が大きくなる特性がある。液体の粘度が大きくなると、液体吐出ヘッドから液体が吐出されない、あるいは液滴の量が不安定になる、など、吐出性能に影響することがある。

このような液体吐出装置において、液体を加熱し、液体の粘度をヘッドでの吐出が適正になる範囲に調整する為に、液体吐出ヘッドの一次側の循環路にヒータを設ける場合がある。

特開２００９－２６９３６０号公報

本発明が解決しようとする課題は、安定した液体吐出性能が得られる液体供給装置及び液体吐出装置を提供することである。

実施形態に係る液体供給装置は、第１流路と、第２流路と、加熱部と、フィルタと、バイパス流路と、を備える。第１流路は、液体を吐出する液体吐出ヘッドの一次側に接続される。第２流路は、前記液体吐出ヘッドの二次側に接続される。加熱部は、前記第１流路に設けられ、前記第１流路の流体を加熱する。フィルタは前記第１流路の前記加熱部と前記液体吐出ヘッドの間に配される。バイパス流路は、前記フィルタの一次側と前記液体吐出ヘッドの二次側の流路と接続する。バイパス流路の径は、前記第１流路及び前記第２流路の径よりも小径に構成される。

第１実施形態にかかるインクジェット記録装置の構成を示す側面図。 同実施形態にかかる液体吐出ヘッドの構成を示す説明図。 同実施形態にかかる液体吐出装置の構成を示す説明図。 同液体吐出装置の一部の構成を示す説明図。 他の実施形態にかかる液体吐出装置の一部の構成を示す説明図。 他の実施形態にかかる液体吐出装置の一部の構成を示す説明図。

以下、第１実施形態にかかる液体吐出装置１０及び液体吐出装置１０を備えるインクジェット記録装置１について、図１乃至図４を参照して説明する。インクジェット記録装置１の構成を示す側面図であり、図２は液体吐出ヘッド２０の構成を示す説明図である。図３は液体吐出装置１０の構成を示す説明図であり、図４はその一部の構成を示す説明図である。なお、各図において説明のため、適宜構成を拡大、縮小または省略して示している。

図１に示すインクジェット記録装置１（インクジェット装置）は、複数の液体吐出装置１０と、液体吐出装置１０を移動可能に支持するヘッド支持機構１１と、記録媒体Ｓを移動可能に支持する媒体支持機構１２と、制御部１３と、を備える。

複数の液体吐出装置１０は、所定の方向に並列して配置され、ヘッド支持機構１１に支持される。液体吐出装置１０は、液体吐出ヘッド２０と、液体供給装置としての循環装置３０と、を一体に備える。液体吐出装置１０は、液体として例えばインクＩを液体吐出ヘッド２０から吐出することで、対向して配される記録媒体Ｓに所望の画像を形成する。

複数の液体吐出装置１０は、複数の色、例えばシアンインク、マゼンタインク、イエロインク、ブラックインク、ホワイトインクを、それぞれ吐出するが、使用するインクＩの色あるいは特性は限定されない。たとえばホワイトインクに換えて、透明光沢インク、赤外線または紫外線を照射したときに発色する特殊インク等を吐出可能である。複数の液体吐出装置１０は、それぞれ使用するインクが異なるものの同じ構成である。

図２に示される液体吐出ヘッド２０は、インクジェットヘッドであり、複数のノズル孔２１ａを有するノズルプレート２１と、基板２２と、基板２２に接合されたマニフォルド２３と、を備える。基板２２は、ノズルプレート２１に対向して接合され、ノズルプレート２１との間に複数のインク圧力室２５を含む所定の流路２８を形成する所定形状に構成されている。基板２２の、各インク圧力室２５に面する部位には、アクチュエータ２４が設けられている。基板２２は、同じ列の複数のインク圧力室２５の間に配される隔壁を備える。アクチュエータ２４は、ノズル孔２１ａに対向配置されており、アクチュエータ２４とノズル孔２１ａとの間にインク圧力室２５が形成される。

液体吐出ヘッド２０は、ノズルプレート２１と、基板２２と、マニフォルド２３とによって、内部にインク圧力室２５を有する所定の流路２８を構成する。液体吐出ヘッド２０は流路２８の一次側の端部である供給口２０ａと流路２８の二次側の端部である回収口２０ｂとを有している。供給口２０ａは循環装置３０の第１流路３１ａに接続され、回収口２０ｂは第２流路３１ｂに接続されている。基板２２の各インク圧力室２５に面する部位には、電極２４ａ、２４ｂを備えるアクチュエータ２４が設けられている。アクチュエータ２４は駆動回路に接続される。液体吐出ヘッド２０は、制御部１３の制御によりアクチュエータ２４が電圧に応じて変形することで、対向配置されたノズル孔２１ａからインクを吐出させる。

液体吐出ヘッド２０の流路２８の一次側の端部である供給口２０ａには、流路内のインクＩの温度を検出するインク温度センサ２６ａが設けられている。液体吐出ヘッド２０の流路２８の二次側の端部である回収口２０ｂには、流路内のインクＩの温度を検出するインク温度センサ２６ｂが設けられている。インク温度センサ２６ａ、２６ｂは、例えば、温度変化に対して電気抵抗の変化の大きい抵抗体であるＮＴＣサーミスタを利用して温度を電気信号に変換する。

循環装置３０は、金属製の連結部品により液体吐出ヘッド２０の上部に一体に連結されている。循環装置３０は、液体吐出ヘッド２０を通りインクが循環可能に構成された所定の循環路３１と、この循環路３１に設けられたタンク３２と、第１循環ポンプ３３と、加熱部であるヒータ３４と、フィルタ部３５と、第２循環ポンプ３６と、バイパス流路３７と、を備える。

循環路３１は、金属または樹脂材料で構成されるパイプと、パイプの外面を覆うチューブ、例えばＰＴＦＥチューブと、を備える。循環路３１は、タンク３２と液体吐出ヘッド２０の供給口２０ａとを接続する第１流路３１ａと、液体吐出ヘッド２０の回収口２０ｂとタンク３２とを接続する第２流路３１ｂと、を備える。循環路３１は、タンク３２から第１流路３１ａを通って液体吐出ヘッド２０の供給口２０ａに至り、液体吐出ヘッド２０の回収口２０ｂから、第２流路３１ｂを通ってタンク３２に戻る流路である。

第１流路３１ａには、第１ポンプである第１循環ポンプ３３と、ヒータ３４と、フィルタ部３５とが順に設けられている。また、第１流路３１ａには、第１流路３１ａ内の液体圧力を検出する第１の圧力検出器である第１圧力センサ３９ａが設けられている。

第２流路３１ｂには、第２ポンプである第２循環ポンプ３６が設けられている。第２流路３１ｂには、第２流路３１ｂ内の液体圧力を検出する第２の圧力検出器である第２圧力センサ３９ｂが設けられている。

第２流路３１ｂには、流路内のインクＩの温度を検出するインク温度センサ２６ｃが設けられている。インク温度センサ２６ｃは、例えば、温度変化に対して電気抵抗の変化の大きい抵抗体であるＮＴＣサーミスタを利用して温度を電気信号に変換する。

タンク３２は、循環路３１によって液体吐出ヘッド２０に接続され、インクを貯留可能に構成されている。タンク３２には、第１流路３１ａの一次側及び第２流路３１ｂの二次側が接続されている。タンク３２にはタンク３２内の空気室を大気開放可能に構成された開閉バルブ３２ａが設けられている。

開閉バルブ３２ａは、例えば電源が入った時に開き、電源が切れたら閉じる、ノーマルクローズのソレノイド開閉バルブである。開閉バルブ３２ａは制御部１３の制御により開閉されることで、タンク３２の空気室を大気に対して開閉可能に構成される。

第１循環ポンプ３３は、循環路３１の第１流路３１ａにおいて、液体吐出ヘッド２０とタンク３２との間に設けられる。第１循環ポンプ３３は例えば圧電ポンプで構成され、配線により制御部１３の駆動回路に接続されている。第１循環ポンプ３３は、制御部１３の制御によって制御可能に構成され、制御に応じた送液能力で、二次側に配される液体吐出ヘッド２０に向けてインクを送る。

ヒータ３４は、循環路３１の第１流路３１ａの第１循環ポンプ３３の二次側であって、フィルタ部３５の一次側に設けられている。ヒータ３４は、例えばステンレス箔やニクロム線等で形成された抵抗体である熱源３４ａを備える。熱源３４ａは、例えば電気抵抗の値が数Ω（オーム）～数千Ωの抵抗を有する。ヒータ３４の熱源３４ａは、ヒータ３４内を流れる第１流路３１ａの管路の外面に接して配置されている。制御部１３の制御により、ヒータ３４の熱源３４ａに電流が流れると、ジュール熱が発生し、熱源３４ａが加熱される。熱源３４ａが加熱されるとヒータ３４を流れる第１流路３１ａのインクの温度が上昇する。なお、ヒータ３４内を流れる流路３１ａのインクの温度を均一にする為に、ヒータ３４内の流路３１ａはアルミ等の金属で覆って熱容量を大きくしても良い。ヒータ３４には、ヒータ３４の温度を検出する温度センサ３８が設けられている。

温度センサ３８は、例えば、温度変化に対して電気抵抗の変化の大きい抵抗体であるＮＴＣサーミスタを利用して温度を電気信号に変換する。

フィルタ部３５は、第１流路３１ａに設けられたフィルタケース３５ａと、フィルタケース３５ａ内に収容されたフィルタ３５ｂと、を備える。

フィルタケース３５ａは、例えばＰＰＳ材から、筺状に構成される。フィルタケース３５ａは、第１流路３１ａ中に設けられている。フィルタケース３５ａは、上面に開口するとともに一次側であるタンク３２側の第１流路３１ａに連通する流入口３５ｃと、下面に開口するとともに二次側である液体吐出ヘッド２０側の第１流路３１ａに連通する流出口３５ｄと、上面に開口するとともにバイパス流路３７に連通するバイパス口３５ｅと、を有する。

フィルタケース３５ａ内にはフィルタ３５ｂが配され、流入口３５ｃから入る流体は流出口３５ｄから排出される前にフィルタ３５ｂを通る。すなわち、フィルタケース３５ａの内部はフィルタ３５ｂによって上下に仕切られ、フィルタ３５ｂ上方側の一次室と、フィルタ３５ｂの下方側の二次室とが形成される。

流入口３５ｃは第１流路３１ａを介してタンク３２に接続され、流出口３５ｄは第１流路３１ａを介して液体吐出ヘッド２０に接続される。バイパス口３５ｅはバイパス流路３７を介して第２流路３１ｂに接続される。

フィルタ３５ｂは、例えば、直径１０μｍの孔部であるフィルタ孔が多数設けられた薄膜状の金属フィルタである。フィルタ３５ｂは、例えば上下方向に直交する第１の面方向に沿って配置され、その外周縁がフィルタケース３５ａの内壁に接して配され、フィルタケース３５ａの内部を上下２つに仕切る。なお、フィルタ３５ｂは金属メッシュ、樹脂製のメンブレンフィルタであっても良い。

フィルタ３５ｂは、フィルタ３５ｂの一次側の圧力Ｐ１とフィルタ３５ｂの二次側の圧力Ｐ２の差がフィルタ孔でのインクの表面張力ｈにより決まるバブルポイント圧力Ｐｂよりも小さくなるように構成されている。

すなわち、気泡がフィルタ孔を通過するためには、フィルタ３５ｂの一次側の圧力Ｐ１とフィルタ二次側の圧力Ｐ２の差が、フィルタ孔でのインクの表面張力ｈにより決まるバブルポイント圧力Ｐｂを上回る必要がある。つまり、フィルタ３５ｂの一次側の圧力Ｐ１とフィルタ３５ｂの二次側の圧力Ｐ２の差がフィルタ孔でのインクの表面張力ｈにより決まるバブルポイント圧力Ｐｂよりも小さくなる条件に設定すれば、気泡を確実に捕捉でき、気泡が二次側に流れることを防止することができる。

本実施形態のフィルタ３５ｂにおいて、通常、フィルタ３５ｂの一次側の圧力Ｐ１とフィルタ二次側の圧力Ｐ２の差はおよそ１ｋＰａ以下である。一方、フィルタ孔における一般的なインク（たとえば油性インク、ＵＶインク、ソルベントインク）の表面張力ｈにより決まるバブルポイント圧力Ｐｂはおよそ１０ｋＰａであることが実験および理論計算から求められる。

例えば、バブルポイント圧力をＰｂ、フィルタ孔の孔径をｄ、インクの表面張力をｈとした場合、Ｐｂとｄ、ｈの間には、
Ｐｂ＝ｋ４ｈｃｏｓθ／ｄ （ｋは補正係数、θはインクとフィルタとの接触角）
の関係が成り立つ。

したがって、設計時に設定したとおりのフィルタの圧力損失が発生している限り、フィルタ３５ｂは気泡を完全に捕捉できる。なお、フィルタ３５ｂは、気泡のみでなくインク中のゴミ等の異物も捕捉する。

第２循環ポンプ３６は、循環路３１の第２流路３１ｂにおいて、液体吐出ヘッド２０の二次側とタンク３２との間に配される。第２循環ポンプ３６は例えば圧電ポンプで構成されている。第２循環ポンプ３６は、制御部１３の制御に接続され、制御部１３の制御に応じた送液能力で、二次側に配されるタンク３２に向けてインクを送る。

バイパス流路３７は、金属または樹脂材料で構成されるパイプと、パイプの外面を覆うチューブ、例えばＰＴＦＥチューブと、を備える。

バイパス流路３７は、フィルタケース３５ａの一次室と、第２流路３１ｂの第２循環ポンプ３６よりも一次側であってかつ第２圧力センサ３９ｂの二次側の流路とを、液体吐出ヘッド２０を通らずに短絡的に接続する流路である。

本実施形態において、バイパス流路３７や循環路３１は、例えばバイパス流路３７側の流路抵抗が、液体吐出ヘッド２０側の流路抵抗よりも大きくなるように構成されている。一例として、例えばバイパス流路３７側の流路抵抗が、液体吐出ヘッド２０側の流路抵抗の２～５倍と条件を満たすように構成されている。具体的には、バイパス流路３７は、循環路３１の第１流路３１ａ及び第２流路３１ｂの径よりも小径に構成されている。循環路３１の内径がバイパス流路３７の内径の２倍～６倍程度に設定され、バイパス流路３７の流路径φ１は０．７ｍｍ以下であり、循環路３１の流路径φ２は４．０ｍｍ程度である。また、バイパス流路３７は長さＬ１が２０ｍｍ程度に構成されている。なお、管路の長さ及び管径の他、管路を曲げる、あるいは流路中に抵抗となる構造を設ける等により、流路抵抗を設定してもよい。

第１圧力センサ３９ａ及び第２圧力センサ３９ｂは、例えば半導体ピエゾ抵抗圧力センサを利用して圧力を電気信号として出力する。半導体ピエゾ抵抗圧力センサは、外部からの圧力を受けるダイヤフラムと、このダイヤフラムの表面に形成された半導体歪ゲージとを備える。半導体ピエゾ抵抗圧力センサは、外部からの圧力によるダイヤフラムの変形に伴い歪ゲージに生じるピエゾ抵抗効果による電気抵抗の変化を電気信号に変換して圧力を検出する。

制御部１３は、プロセッサ１３ａと、各要素を駆動する駆動回路と、各種データを記憶する記憶部１３ｂと、外部通信用の通信インターフェース１３ｃと、を備える。プロセッサ１３ａ、記憶部１３ｂ、及び通信インターフェース１３ｃは、循環装置３０に一体に搭載された制御基板１３ｄ上に搭載されている。

プロセッサ１３ａは、制御部１３の中枢部分に相当する。プロセッサ１３ａは、オペレーティングシステムやアプリケーションプログラムに従って、液体吐出装置１０の各種の機能を実現するべく、各部を制御する。

プロセッサ１３ａには、循環装置３０の各種ポンプ３３、３６、ヒータ３４及び開閉バルブ３２ａの駆動回路や各種センサ２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、３８、３９ａ、３９ｂ、液体吐出ヘッド２０の駆動回路が接続されている。

例えばプロセッサ１３ａは、循環ポンプ３３、３６の動作を制御することで、インクを循環させる循環手段としての機能を有する。

また、プロセッサ１３ａは、第１圧力センサ３９ａ、第２圧力センサ３９ｂにて検知した情報に基づき、第１循環ポンプ３３及び第２循環ポンプ３６の送液能力を制御することで、ノズル孔２１ａのインク圧力を調整する圧力調整手段としての機能を有する。

また、プロセッサ１３ａは、インク温度センサ２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、及び温度センサ３８にて検知した情報に基づき、ヒータ３４の駆動回路を制御することで、ヒータの温度を調整する温度調整手段としての機能を有する。なお、複数の温度センサ２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、３８のうち一部のみを用いてもよいし、全ての温度センサ２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、３８を用いてもよい。

また、プロセッサ１３ａは、開閉バルブ３２ａの開閉を制御することで、タンク３２の空気室を大気に対して開閉可する機能を有する。

記憶部１３ｂは、例えばプログラムメモリやＲＡＭを備える。記憶部１３ｂには、アプリケーションプログラムや各種の設定値が記憶されている。記憶部１３ｂには、例えば圧力制御に用いられる制御データとして、ノズル孔２１ａのインク圧力を算出する算出式や、目標圧力範囲、各ポンプの調整最大値などの各種設定値が記憶されている。

通信インターフェース１３ｃは、例えばユーザの入力操作や外部からの指示を、制御部１３に送信する。

以下本実施形態にかかる液体吐出装置１０は、例えば外部からの入力指示や指令により印刷開始の指示を検知すると、印字動作として、記録媒体Ｓの搬送方向に対して直交する方向に液体吐出装置１０を往復移動させながら、インク吐出動作を行うことにより記録媒体Ｓに画像を形成する。

具体的には、プロセッサ１３ａは、ヘッド支持機構１１に設けられたキャリッジ１１ａ（図１）を記録媒体Ｓの方向に搬送し、矢印Ａ方向に往復移動する。また、プロセッサ１３ａは、画像データに応じた画像信号を液体吐出ヘッド２０の駆動回路に送り、液体吐出ヘッド２０のアクチュエータ２４を選択的に駆動して、ノズル孔２１ａから記録媒体Ｓにインク滴を吐出する。

印字動作として、プロセッサ１３ａは、第１循環ポンプ３３及び第２循環ポンプ３６を駆動し、インク循環動作を開始する。ここで、第１流路３１ａのインクＩは、フィルタ３５ｂおよび液体吐出ヘッド２０を流れる流路抵抗と、バイパス流路３７の流路抵抗に応じた配分で、フィルタ３５ｂおよび液体吐出ヘッド２０に流れるインクと、バイパス流路３７に流れるインクとに、分配される。

インクＩの一部は、タンク３２から、第１流路３１ａ、フィルタ３５ｂを通って液体吐出ヘッド２０に至り、第２流路３１ｂを通って再びタンク３２に流入するように循環する。

この循環動作によりインクＩに含まれる不純物は循環路３１に設けられたフィルタ３５ｂによって除去され液体吐出ヘッド２０に至ることはない。

また、インクＩの残りの一部は、第１流路３１ａからバイパス流路３７を通って、液体吐出ヘッド２０を通らずに、第２流路３１ｂに送られ、タンク３２に流入する。

循環路３１におけるインクの圧力は、フィルタ３５ｂと液体吐出ヘッド２０の流路抵抗による圧力損失および、バイパス流路３７の流路抵抗による圧力損失により、バイパス流路３７の一次側すなわち流入側が、バイパス流路３７の二次側すなわち流出側よりも、高い圧力になっている。したがって、液体吐出ヘッド２０を通る循環路３１及びバイパス流路３７において、インクは、圧力の高い一次側から圧力の低い二次側へ向かって流れることになる。

プロセッサ１３ａは、所定のタイミングで、タンク３２の開閉バルブ３２ａを開け、大気開放する。タンク３２は大気開放され、常に一定圧力となるため、液体吐出ヘッド２０のインク消費による循環路３１内の圧力低下が防止される。ここで、開閉バルブ３２ａを長時間開くことで開閉バルブ３２ａの温度上昇が懸念される場合は、定期的に短時間開閉バルブ３２ａを開くのみでも良い。

循環路３１が過度に圧力低下しなければ、開閉バルブ３２ａを閉じていてもノズル孔２１ａのインク圧力を一定に保つことが可能である。なお、ソレノイド式の開閉バルブ３２ａはノーマルクローズである。このため、開閉バルブ３２ａは、停電などにより急に装置への給電が停止しても、瞬時に閉じることでタンク３２を大気圧から遮断し、循環路３１を密閉することができる。したがって、液体吐出ヘッド２０のノズル孔２１ａからインクＩが垂れることを抑制できる。

印字動作においてプロセッサ１３ａは、温度調整を行う。具体的には、温度センサ３８、及びインク温度センサ２６ａ、２６ｂ、２６ｃから送信されるデータに基づいて、ヒータ３４及びインクＩの温度を検出し、温度センサ３８、及びインク温度センサ２６ａ、２６ｂ、２６ｃの検知結果に基づき、ヒータ３４の駆動回路を駆動することで、ヒータ３４を加熱し、ヒータ３４の温度を適正範囲に調整する。なお、温度調整は、複数の温度センサ２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、３８の全てを用いてもよいし、一部のセンサのみを用いてもよい。

制御部１３は、例えばヒータ３４の温度が予め決められたヒータ目標温度より低い時はヒータ３４の駆動回路をオンにする。ヒータ３４の加熱によりヒータ３４の温度がヒータ目標温度よりも高くなったらヒータ３４の駆動回路をオフにする。

制御部１３は、例えば、液体吐出ヘッド２０の流路２８の一次側の端部である供給口２０ａ、液体吐出ヘッド２０の流路２８の二次側の端部である回収口２０ｂ、第２流路３１ｂの位置で検出されるインク温度に基づいて、インクＩがヒータ３４通過したときには脱気に適した脱気目標温度となり、かつ、ヒータ３４の通過後にインクＩが自然放熱により冷却され、ノズル孔２１ａの近傍を通過するときには印字に適した印字目標温度となるように、ヒータ３４の熱源３４ａの温度を制御する。また、熱源３４ａの温度は、インクを劣化させない条件を満たす温度（例えば１１０℃）を上限として設定される。なお、例えば脱気目標温度は、印字目標温度よりも高く、上限温度よりも低い値である。

一例として、制御部１３は、インクＩが冷えている時、すなわち液体吐出ヘッド２０の流路２８の一次側の端部である供給口２０ａ、液体吐出ヘッド２０の流路２８の二次側の端部である回収口２０ｂ、第２流路３１ｂで検出されるインク温度が、印字目標温度（例えば４０℃）よりも低い所定の基準温度（例えば３５℃）以下である場合には、熱源３４ａの温度を熱源設定温度の上限に近い温度となるように制御し、インクＩを急速に加熱する。

また、制御部１３は、液体吐出ヘッド２０の流路２８の一次側の端部である供給口２０ａ、液体吐出ヘッド２０の流路２８の二次側の端部である回収口２０ｂ、第２流路３１ｂで検出されるインク温度が、印字目標温度（例えば４０℃）よりも低い所定の基準温度（例えば３５℃）以上である場合は、徐々に熱源３４ａの熱源設定温度を変更し、液体吐出ヘッド２０の流路２８の一次側の端部である供給口２０ａ、液体吐出ヘッド２０の流路２８の二次側の端部である回収口２０ｂ、第２流路３１ｂで検出されるインク温度が印字目標温度（例えば４０℃）に安定するように制御する。なお、このとき、３つのインク温度センサ２６ａ、２６ｂ、２６ｃを全て用いてもよく、一部のセンサのみを用いてもよい。

結果として、ヒータ３４を通過する際にインクＩの温度は脱気目標温度となる程度の熱源設定温度、例えば印字目標温度より所定値（１０℃から２０℃）高い温度で安定する。

このような温度制御により、ヒータ３４通過直後のインクＩが脱気目標温度に近い温度に加熱されることで脱気を促進でき、かつ、加熱しすぎないことにより、自然冷却によってノズル孔２１ａ通過時には印字に適した印字目標温度に近い温度にすることができる。すなわち、インクＩの温度に基づいて熱源３４ａの温度を調整することで、インクＩの温度を安定させることができるとともに、インクＩがノズル孔２１ａ近傍を通過する際には最適な温度となる温度制御が実現可能となる。また熱源３４ａの温度の上限を設定したことにより、インクＩの劣化を防止できる。

ヒータ３４の通過直後の位置で印字目標温度より高い脱気目標温度だったインクＩは、液体吐出ヘッド２０に至るまでに、自然冷却されることで印字目標温度に近いところまで冷却される。第１流路３１ａはそのような自然放熱条件を満たすような流路に設計されている。具体的には、例えば、流路の長さ、流路の内径、流路を構成する材料（金属または樹脂材料で構成されるパイプと、パイプの外面を覆うチューブ、例えばＰＴＦＥチューブ）が、ヒータ３４の通過直後の位置で脱気目標温度のインクＩが、液体吐出ヘッド２０に至るまでに、印字目標温度に近いところまで自然冷却される条件に、最適化されている。

また、プロセッサ１３ａは、圧力調整処理として、第１圧力センサ３９ａ、第２圧力センサ３９ｂから送信される圧力データを検出し、圧力センサ３９ａ、３９ｂから送信される一次側及び二次側の圧力データに基づいて、所定の演算式を用いて、ノズル孔２１ａのインク圧力を算出する。そして、算出されるノズル孔２１ａのインク圧力Ｐｎに基づき、駆動電圧を算出し、ノズル孔２１ａのインク圧力Ｐｎを適正値になるように、第１循環ポンプ３３及び第２循環ポンプ３６を駆動することで、液体吐出ヘッド２０のノズル孔２１ａからインクＩが漏れず、且つノズル孔２１ａから気泡を吸引しない程度の負圧を維持し、メニスカスＭｅを維持する。

以降、プロセッサ１３ａは、循環終了指令を検出するまで、圧力のフィードバック制御を行う。そして、プロセッサ１３ａは循環終了の指示を検出すると、タンク３２の開閉バルブ３２ａを閉じ、タンク３２を密閉するとともに、第１循環ポンプ３３及び第２循環ポンプ３６を停止し、循環処理を終了する。

本実施形態にかかるインクジェット装置、液体吐出装置によれば、液体吐出ヘッド２０の一次側において、ヒータ３４が設けられるとともに、ヒータ３４の二次側にフィルタ３５ｂが設けられているため、ヒータ３４で発生した気泡をフィルタ３５ｂにて捕捉することで、フィルタ３５ｂの二次側に配される液体吐出ヘッド２０に気泡が流れることを抑制できる。

ここで、循環路３１における気泡発生と、その気泡を除去する方法、および、インクが脱気される原理について説明する。ヒータ３４内を流れるインクＩは、ヒータ３４により加熱され温度が上昇する。インクＩの温度が上昇すると、気体の溶解度が小さくなる。そして、インクＩに溶解できなくなった気体（主に酸素、窒素、二酸化炭素）が気泡として現れ、インクＩと共に流れる。

例えば、フィルタ３５ｂの一次側と液体吐出ヘッド２０の二次側の流路とを接続するバイパス流路３７がない場合、フィルタ３５ｂが捕捉した気泡は、フィルタ３５ｂの一次側に気体のかたまりとして溜まり続ける。フィルタ３５ｂの一次側に気体が溜まると、インクとフィルタ３５ｂの接触面積が小さくなり、フィルタ３５ｂを通過する単位面積当たりのインク流量が増大しフィルタ３５ｂの圧力損失が大きくなることから、インクの総流量が低下し、安定吐出に必要な量のインクが液体吐出ヘッド２０に供給されず吐出が不安定になる。さらには、フィルタ３５ｂの一次側に溜まる気体の量が多くなり、フィルタ３５ｂの圧力損失が増大し続けると、フィルタ３５ｂの一次側の圧力Ｐ１とフィルタ３５ｂの二次側の圧力Ｐ２の差が、フィルタ孔でのインクの表面張力ｈにより決まるバブルポイント圧力Ｐｂを超えてしまい、フィルタ３５ｂの一次側の気体がフィルタ孔を通過してしまう。フィルタ孔を通過した気体は気泡としてインクと一緒に流れ続け、液体吐出ヘッド２０のノズル孔２１ａ近傍を通過するときインクの吐出が不安定になる原因となりうる。

これに対して、本実施形態にかかる液体吐出装置１０は、第１流路３１ａのヒータ３４よりも二次側で、且つ、フィルタ３５ｂよりも一次側の空間と、第２流路３１ｂの第２循環ポンプ３６よりも一次側とを、液体吐出ヘッド２０を通らずに短絡的にバイパス流路３７で接続することで、液体吐出ヘッド２０の吐出性能を安定させることが可能である。つまり、ヒータ３４で発生した気泡は、フィルタ３５ｂで捕捉された後、液体吐出ヘッド２０を通らずに速やかに、液体とともにバイパス流路３７を通って第２流路３１ｂに送られ、タンク３２に流入する。つまり、フィルタ３５ｂの一次側に気体が溜まることがないことから、インクとフィルタ３５ｂの接触面積が確保され、フィルタ３５ｂの圧力損失が大きくなることが抑制できる。よって、フィルタ３５ｂを通過できるインクの総流量を確保でき、安定した量のインクを供給できる。さらに、フィルタ３５ｂ一次側の気体がフィルタ孔を通過することも防止できるため、気泡が液体吐出ヘッド２０に流入することがなく、インクの吐出を安定させられる。

さらに、上記実施形態にかかる液体吐出装置１０において、タンク３２に到達した気泡は浮力により上昇し、タンク３２の空気層と混ざり消滅する。よって、ヒータ３４で気泡となったインク中に溶解していた気体（主に酸素、窒素、二酸化炭素）が再びインク中に溶解することが抑制できるため、液体吐出装置１０を流れるインクは、徐々に気体溶解量が小さくなり、脱気される。

インクが脱気されると、吐出時に液体吐出ヘッド２０のアクチュエータ２４の動きによるキャビテーションが発生しにくくなり、液体吐出性能を安定させられる。すなわち、液体吐出装置１０によれば、ヒータ３４で発生した気泡を除去すると同時に、脱気装置として作用し、液体吐出ヘッド２０のノズル孔２１ａにおけるキャビテーションの発生を防止する効果もある。

なお、一般的に、フィルタで捕捉した気泡を処理する方法として、例えば、フィルタに溜まった気泡がフィルタを通過できる程度に、インク流量・フィルタ圧損を増大させ、フィルタ下流に流れた気泡を液体吐出ヘッドのノズル孔から排出するパージ処理があるが、パージ処理は印刷を中断して液体吐出ヘッドをメンテナンスポジションに移動する必要があるため、連続印刷が困難となる。また、パージ処理は大量のインクを捨てることになるため、経済的及び環境的に好ましくない。さらに、パージ処理の後にノズル面を綺麗にするために、ワイプまたはサクションをする必要があるため、処理効率の低下やコストアップの原因となる。本実施形態にかかる液体吐出装置１０は、フィルタ部３５で捕捉した気泡を液体吐出ヘッド２０に流さずにタンク３２に送り、タンク３２から排出することとしたため、例えばパージ処理によってノズル孔から排出する方法と比較して、処理効率の向上及びコストの低減が可能であり、インクの有効利用が可能である。

また、液体吐出装置１０は、バイパス流路３７の流路抵抗を適切に設定することで、液体吐出ヘッド２０を通るインクとバイパス流路３７を流れるインクの流量を適切に保つことが可能となる。

上述した実施形態によれば、安定した液体吐出性能が得られる。

なお、本発明は上記実施形態の構成に限定されるものではない。

例えば上記実施形態に係る液体吐出装置１０は、フィルタケース３５ａに繋がるバイパス流路３７の流路方向が上方を向き、バイパス口３５ｅがフィルタケース３５ａの上面に開口し、バイパス流路３７が上方に向けて延びる構成を例示したが、これに限られるものではない。例えば他の実施形態として図５に示すフィルタ部１３５のようにフィルタ部１３５の気泡排出側のバイパス口１３５ｅからの流路方向とフィルタ１３５ｂの面方向との傾斜角度が９０度未満に構成されていてもよい。

図５に示すフィルタ部１３５は、第１流路３１ａに設けられたフィルタケース１３５ａと、フィルタケース１３５ａ内に収容されたフィルタ１３５ｂと、を備える。フィルタケース１３５ａは、上面に開口するとともに一次側であるタンク３２側の第１流路３１ａに連通する流入口１３５ｃと、下面に開口するとともに二次側である液体吐出ヘッド２０側の第１流路３１ａに連通する流出口１３５ｄと、フィルタケース１３５ａの側壁部に開口するとともにバイパス流路３７に連通するバイパス口１３５ｅと、を有する。フィルタ部１３５は、流路方向が側方、すなわちフィルタ１３５ｂの面方向に沿っている。すなわち、フィルタ部１３５は、バイパス口１３５ｅがフィルタケース１３５ａの側壁部であってフィルタ１３５ｂに近い位置に設けられており、バイパス流路３７がフィルタ１３５ｂと平行に延出する。この場合、フィルタ１３５ｂの表面を流れた気泡がそのままバイパス流路３７に流れ込みやすく、気泡を流出側に案内しやすいため、気泡の排出を促すことが可能となる。

また、例えば上記実施形態に係る液体吐出装置１０において、フィルタ部３５の一次側の第１流路３１ａからフィルタケース３５ａ内に下方に向けて流体が流れ込む構成を例示したがこれに限られるものではない。例えば他の実施形態として図６に示すフィルタ部２３５のように、フィルタ部２３５の流入口２３５ｃに向かう第１流路３１ａの流路方向とフィルタ２３５ｂの面方向との傾斜角度が９０度未満に構成されていてもよい。

図６に示すフィルタ部２３５は、第１流路３１ａに設けられたフィルタケース２３５ａと、フィルタケース２３５ａ内に収容されたフィルタ２３５ｂと、を備える。フィルタケース２３５ａは、フィルタ２３５ｂ近傍の側壁に開口するとともに一次側であるタンク３２側の第１流路３１ａに連通する流入口２３５ｃと、下面に開口するとともに二次側である液体吐出ヘッド２０側の第１流路３１ａに連通する流出口２３５ｄと、フィルタケース２３５ａの側壁部に開口するとともにバイパス流路３７に連通するバイパス口２３５ｅと、を有する。フィルタ部２３５において、流入口２３５ｃがフィルタケース２３５ａのフィルタ２３５ｂ近傍の側壁に配され、第１流路３１ａは横方向に延びている。このような構成によって、フィルタケース２３５ａ内において、一方の側方から他方の側方に向けてフィルタ２３５ｂの面方向に沿う流体の流れができ、フィルタ２３５ｂの面上に捕捉された気泡がバイパス流路３７側に案内されやすく、気泡の排出を促すことが可能となる。

また、フィルタ３５ｂで捕捉した気泡がタンク３２の空気層と混ざり消滅する前に、気泡がインクに再溶解するのを防止する為に、例えば第２流路３１ｂにおけるバイパス流路３７との合流点とタンク３２との間などの所定箇所に、ヒータを追加して設けても良い。

また、上記実施形態においては、バイパス流路３７の流路径が本流となる循環路３１の流路径よりも小さく、バイパス流路３７側の流路抵抗が高くなる構成を例示したがこれに限られるものではない。例えば流量を確保できる場合には、バイパス流路３７の径を循環路３１の径よりも大きくしてバイパス流路３７側の流路抵抗を減らすことも可能である。バイパス流路３７側の流路抵抗を減らすことで、バイパス流路３７のインク流量が大きくなり、気泡の排出を促すことが可能となる。

また、吐出する液体はインクに限られるものではなく、例えばプリント配線基板の配線パターンを形成するための導電性粒子を含む液体等、各種の液体を適用することが可能である。

液体吐出ヘッド２０は、上記の他、例えば静電気で振動板を変形してインク滴を吐出する構造、あるいはヒータ等の熱エネルギーを利用してノズル孔からインク滴を吐出する構造等でもよい。

また、上記実施形態においては液体吐出装置１０はインクジェット記録装置１に用いられる例を示したが、これに限られるものではなく、例えば３Ｄプリンタ、産業用の製造機械、医療用途にも用いることが可能であり、小型軽量化及び低コスト化が可能である。

また、上記実施形態にかかる液体吐出装置１０は液体吐出ヘッド２０の一次側と二次側にそれぞれ循環ポンプ３３、３６を設ける構成を例示したが、これに限られるものではなく、循環ポンプを１つとしてもよい。この場合にあっても、流体を押し引きすることで循環路の正負の圧力状態を調整することにより、上記実施形態と同様の機能を果たすことが可能である。

以上述べた少なくとも一つの実施形態によれば、安定した液体吐出性能が得られる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
以下に、本願の出願当初の特許請求の範囲に記載された発明と同等の記載を付記する。
［１］
液体を吐出する液体吐出ヘッドの一次側に接続される第１流路と、
前記液体吐出ヘッドの二次側に接続される第２流路と、
前記第１流路に設けられ、前記第１流路の流体を加熱する加熱部と、
前記第１流路の前記加熱部と前記液体吐出ヘッドの間に配されるフィルタと、
前記フィルタの一次側と前記液体吐出ヘッドの二次側の流路とを接続するバイパス流路と、
を備える、液体供給装置。
［２］
前記第１流路の一次側及び前記第２流路の二次側に接続され、液体を貯留するとともに大気開放可能に構成されたタンクを備える、［１］に記載の液体供給装置。
［３］
流入口と流出口とバイパス口とを有し、前記フィルタを収容するフィルタケースを備え、
前記フィルタは、前記フィルタケースの前記流入口と前記流出口との間に配され、
前記バイパス口は、前記フィルタケースにおける前記フィルタの一次側に設けられる、［１］または［２］に記載の液体供給装置。
［４］
前記フィルタの前記バイパス口側の流路抵抗は前記流出口側の流路抵抗よりも大きい、［３］に記載の液体供給装置。
［５］
［１］乃至［４］のいずれかに記載の液体供給装置と、
液体を吐出する液体吐出ヘッドと、を備える、液体吐出装置。

１…インクジェット記録装置、１０…液体吐出装置、１１…ヘッド支持機構、１１ａ…キャリッジ、１２…媒体支持機構、１３…制御部、１３ａ…プロセッサ、１３ｂ…記憶部、１３ｃ…通信インターフェース、１３ｄ…制御基板、２０…液体吐出ヘッド、２０ａ…供給口、２０ｂ…回収口、２１…ノズルプレート、２１ａ…ノズル孔、２２…基板、２３…マニフォルド、２４…アクチュエータ、２４ａ…電極、２４ｂ…電極、２５…インク圧力室、２８…流路、３０…循環装置（液体供給装置）、３１…循環路、３１ａ…第１流路、３１ｂ…第２流路、３２…タンク、３２ａ…開閉バルブ、３３…第１循環ポンプ、３４…ヒータ（加熱部）、３４ａ…熱源、３５、１３５、２３５…フィルタ部、３５ａ、１３５ａ、２３５ａ…フィルタケース、３５ｂ、１３５ｂ、２３５ｂ…フィルタ、３５ｃ、１３５ｃ、２３５ｃ…流入口、３５ｄ、１３５ｄ、２３５ｄ…流出口、３５ｅ、１３５ｅ、２３５ｅ…バイパス口、３６…第２循環ポンプ、３７…バイパス流路、３８…温度センサ、３９ａ…第１圧力センサ、３９ｂ…第２圧力センサ。

Claims (5)

1. 液体を吐出する液体吐出ヘッドの一次側に接続される第１流路と、
   前記液体吐出ヘッドの二次側に接続される第２流路と、
   前記第１流路に設けられ、前記第１流路の流体を加熱する加熱部と、
   前記第１流路の前記加熱部と前記液体吐出ヘッドの間に配されるフィルタと、
   前記フィルタの一次側と前記液体吐出ヘッドの二次側の流路とを接続するバイパス流路と、
   を備え、
   前記バイパス流路の径は、前記第１流路及び前記第２流路の径よりも小径に構成される、液体供給装置。
2. 前記第１流路の一次側及び前記第２流路の二次側に接続され、液体を貯留するとともに大気開放可能に構成されたタンクを備える、請求項１に記載の液体供給装置。
3. 流入口と流出口とバイパス口とを有し、前記フィルタを収容するフィルタケースを備え、
   前記フィルタは、前記フィルタケースの前記流入口と前記流出口との間に配され、
   前記バイパス口は、前記フィルタケースにおける前記フィルタの一次側に設けられる、請求項１または請求項２に記載の液体供給装置。
4. 前記フィルタの前記バイパス口側の流路抵抗は前記流出口側の流路抵抗よりも大きい、請求項３に記載の液体供給装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の液体供給装置と、
   液体を吐出する液体吐出ヘッドと、を備える、液体吐出装置。

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