JP7214500B2 - 圧電ポンプ、及び、液体吐出装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、圧電ポンプ、及び、液体吐出装置に関する。

例えば、インクジェットヘッドを用いたインク循環式の記録装置等に用いられる液体吐出装置に、圧電ポンプを用いる技術が知られている。圧電ポンプは、ダイアフラムを屈曲変位させることで、圧力室の容積を変化させ、流入口から液体を吸い込み、そして、排出口から液体を吐出する。

液体に気泡が含まれると、気泡が圧力室に溜まる虞がある。そこで、圧力室の気泡を好適に排出できる圧電ポンプが求められている。

特許第５００３１５４号公報

本発明が解決しようとする課題は、圧力室の気泡を好適に排出できる圧電ポンプ、及び、液体吐出装置を提供することにある。

実施形態の圧電ポンプは、ダイアフラムと、ポンプ本体と、第１逆止弁と、第２逆止弁と、を備える。ポンプ本体は、前記ダイアフラムとともに圧力室を構成する壁部及び底部を有する凹部、前記凹部の前記ダイアフラムと対向する底部に設けられた流入口、前記底部に設けられ、前記流入口と離間して設けられた排出口、並びに、前記凹部の前記底部に設けられ、前記流入口及び前記排出口を接続する溝を有する。第１逆止弁は、前記ポンプ本体の前記流入口に設けられ、前記流入口の一次側から前記圧力室へ液体を流す。第２逆止弁は、前記ポンプ本体の前記排出口に設けられ、前記圧力室から前記排出口の二次側へ前記液体を流す。前記流入口及び前記排出口は、前記溝に配置される。前記溝は前記底部の前記壁部に隣接する外周縁側に形成される第１溝及び前記底部の中央側に形成される第２溝を含む。前記第１溝及び前記第２溝は、前記流入口及び前記排出口に連続する。

一実施形態に係る圧電ポンプの構成を示す断面図。 同圧電ポンプに用いられるポンプ本体の構成を示す平面図。 同圧電ポンプに用いられるダイアフラム及び圧電素子の屈曲変位の例を示す断面図。 同ダイアフラム及び圧電素子の屈曲変位の例を示す断面図。 同圧電ポンプの圧力室内における液体の流れの一例を示す説明図。 一実施形態に係る記録装置の構成を示す側面図。 同記録装置に用いられる液体吐出装置の構成を示す説明図。 同記録装置に用いられるモジュール制御部の構成を示す説明図。 他の実施形態に係る圧電ポンプのポンプ本体の構成を示す平面図。

以下、一実施形態に係る圧電ポンプ１００及び圧電ポンプ１００を用いた記録装置１について、図１乃至図８を用いて説明する。図１は、一実施形態に係る圧電ポンプ１００の構成を示す断面図であり、図２は、圧電ポンプ１００に用いられるポンプ本体１０１の構成を示す平面図である。図３及び図４は、圧電ポンプ１００の構成であって、ダイアフラム１０２及び圧電素子１０３の屈曲の例をそれぞれ示す断面図である。図５は、圧電ポンプ１００の圧力室１１４内における液体の流れの一例を示す説明図である。図６は、記録装置１の構成を示す側面図であり、図７は、記録装置１に用いられる液体吐出装置１０の構成を示す説明図である。図８は、記録装置１に用いられるモジュール制御部３８の構成を示す説明図である。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。また、図５は、説明の便宜上、ダイアフラム１０２、圧電素子１０３及び第１逆止弁１０４を省略して示す。

（圧電ポンプ１００）
先ず、一実施形態に係る圧電ポンプ１００について、図１乃至図５を用いて説明する。
圧電ポンプ１００は、所謂ダイアフラムポンプである。圧電ポンプ１００は、インク、医薬品、分析用試薬等の各種の液体を搬送する。本実施形態おいては、圧電ポンプ１００は、液体としてインクを搬送する構成を説明する。また、圧電ポンプ１００は、記録装置１として、液体吐出装置１０を複数有する記録装置１に搭載される例を説明する。

図１に示すように、圧電ポンプ１００は、ポンプ本体１０１と、ダイアフラム１０２と、圧電素子１０３と、第１逆止弁１０４と、第２逆止弁１０５と、を備える。圧電ポンプ１００は、第１ポート１１１、第１バッファ室１１２、流入口１１３、圧力室１１４、排出口１１５、第２バッファ室１１６及び第２ポート１１７を含む。

第１ポート１１１は、圧電ポンプ１００の一次側の液体を供給する配管等に接続される。第１ポート１１１は、第１バッファ室１１２に接続される。例えば、第１ポート１１１は、ポンプ本体１０１の一部により形成される。例えば、第１ポート１１１は、配管と接続可能な筒状に形成される。

第１バッファ室１１２は、第１ポート１１１の二次側であって、且つ、圧力室１１４の一次側に設けられる。第１バッファ室１１２は、所定の容積の空間を形成する。第１バッファ室１１２は、例えば、ポンプ本体１０１内の一部が中空となることで形成される。

流入口１１３は、第１バッファ室１１２及び圧力室１１４を連続する。流入口１１３は、ポンプ本体１０１の第１バッファ室１１２及び圧力室１１４を連続する孔である。例えば、流入口１１３は、複数の第１孔１２４により構成される。流入口１１３の圧力室１１４側には、第１逆止弁１０４が設けられる。

圧力室１１４は、ポンプ本体１０１、ダイアフラム１０２及び圧電素子１０３によって構成される。圧力室１１４は、所定の容積に形成される。また、圧力室１１４は、ダイアフラム１０２に設けられた圧電素子１０３が屈曲し、ダイアフラム１０２が変形することで容積が可変する。

具体例として、圧力室１１４は、ポンプ本体１０１に形成された有底円筒状の凹部１２１と、凹部１２１の開口端側に設けられたダイアフラム１０２と、ダイアフラム１０２の外面に設けられた圧電素子１０３と、により構成される。圧力室１１４は、ポンプ本体１０１の凹部１２１のダイアフラム１０２と対向する底部１２１ｂに流入口１１３及び排出口１１５が設けられる。圧力室１１４は、流入口１１３及び排出口１１５に設けられる第１逆止弁１０４及び第２逆止弁１０５によって、液体の流れ方向が規制される。具体例として、圧力室１１４は、流入口１１３から液体が流入し、そして、排出口１１５から液体が排出する。

また、圧力室１１４は、凹部１２１のダイアフラム１０２と対向する底部１２１ｂの外周縁及び中央側に溝１２１ｃを有するとともに、この溝１２１ｃに流入口１１３、排出口１１５及び第１逆止弁１０４が設けられる。圧力室１１４は、図１に示すように、圧電素子１０３に電圧が供給されていない初期位置におけるダイアフラム１０２から底部１２１ｂのダイアフラム１０２側の端面までの距離Ｈ１が、溝１２１ｃの深さＨ２よりも小さく設定される。

排出口１１５は、圧力室１１４及び第２バッファ室１１６を連続する。排出口１１５は、ポンプ本体１０１の圧力室１１４及び第２バッファ室１１６を連続する孔である。例えば、排出口１１５は、複数の第２孔１２５により構成される。排出口１１５の第２バッファ室１１６側には、第２逆止弁１０５が設けられる。

第２バッファ室１１６は、圧力室１１４の二次側であって、且つ、第２ポート１１７の一次側に設けられる。第２バッファ室１１６は、所定の容積の空間を形成する。第２バッファ室１１６は、例えば、ポンプ本体１０１内の一部が中空となることで形成される。

第２ポート１１７は、圧電ポンプ１００の二次側の配管等に接続される。第２ポート１１７は、第２バッファ室１１６に接続される。例えば、第２ポート１１７は、ポンプ本体１０１の一部により形成される。例えば、第２ポート１１７は、配管と接続可能な筒状に形成される。

ポンプ本体１０１は、第１ポート１１１、第１バッファ室１１２、流入口１１３、圧力室１１４の一部、排出口１１５、第２バッファ室１１６及び第２ポート１１７を構成する。

図１及び図２に示すように、ポンプ本体１０１は、例えば、円筒状に構成される。ポンプ本体１０１は、例えば、複数の部材が一体に組み合わされることで形成される。

ポンプ本体１０１は、例えば、軸方向で一方の端部に、有底円筒状に形成された凹部１２１が形成される。ポンプ本体１０１は、例えば、軸方向で他方の端部側の外周面に、２つの円筒状の第１ポート１１１及び第２ポート１１７を有する。ポンプ本体１０１は、例えば、第１ポート１１１と流体的に連続する第１中空部１２２及び第２ポート１１７と流体的に連続する第２中空部１２３を内部に有する。また、ポンプ本体１０１は、例えば、凹部１２１及び第１中空部１２２を連続する複数の第１孔１２４と、凹部１２１及び第２中空部１２３を連続する複数の第２孔１２５と、を有する。第１中空部１２２は、第１バッファ室１１２を形成する。第２中空部１２３は、第２バッファ室１１６を構成する。

凹部１２１は、円筒状の壁部１２１ａと、壁部１２１ａと連続する底部１２１ｂと、を含む。底部１２１ｂには、複数の第１孔１２４及び複数の第２孔１２５が配置される。壁部１２１ａには、ダイアフラム１０２が設けられる。底部１２１ｂは、例えば、溝１２１ｃを含む。

溝１２１ｃは、底部１２１ｂのダイアフラム１０２と対向する端面からポンプ本体１０１の軸心方向に窪む。溝１２１ｃは、例えば、底部１２１ｂの複数の第１孔１２４及び複数の第２孔１２５が配置される領域に設けられる。換言すると、複数の第１孔１２４及び複数の第２孔１２５は、底部１２１ｂに設けられた溝１２１ｃの底面に配置される。

溝１２１ｃは、例えば、底部１２１ｂの外周縁側に設けられる第１溝１２１ｃ１と、底部１２１ｂの中央側に設けられる第２溝１２１ｃ２と、を含む。

例えば、第１溝１２１ｃ１は、底部１２１ｂの壁部１２１ａに隣接する外周縁に形成される。第１溝１２１ｃ１は、複数の第１孔１２４及び複数の第２孔１２５に連続する。

例えば、第２溝１２１ｃ２は、底部１２１ｂの中央側において複数の第１孔１２４及び複数の第２孔１２５を連続する。例えば、第２溝１２１ｃ２は、凹部１２１の軸方向に対して直交する方向において、複数の第１孔１２４及び複数の第２孔１２５の間を避けて設けられる。

具体例として、図２に示すように、溝１２１ｃは、壁部１２１ａの内周面に沿って所定の曲率半径の円弧状に湾曲する一対の第１溝１２１ｃ１と、第１溝１２１ｃ１よりも小さい曲率半径の円弧状に湾曲する一対の第２溝１２１ｃ２と、を含む。換言すると、凹部１２１の底部１２１ｂは、溝１２１ｃを形成するように、第１溝１２１ｃ１及び第２溝１２１ｃ２の間に配置される円弧状の一対の第１台部１２１ｄ１と、一対の第２溝１２１ｃ２、複数の第１孔１２４及び複数の第２孔１２５の間に設けられ、外周面が湾曲する第２台部１２１ｄ２と、含む。このように、溝１２１ｃは、底部１２１ｂの全領域に渡って流入口１１３及び排出口１１５を接続する複数の流路を構成する。

このような凹部１２１は、初期位置におけるダイアフラム１０２の底部１２１ｂと対向する面から底部１２１ｂのダイアフラム１０２と対向する面までの距離Ｈ１が、底部１２１ｂのダイアフラム１０２の対向する面から溝１２１ｃのダイアフラム１０２と対向する面までの距離Ｈ２よりも小さく設定される。ここで、底部１２１ｂのダイアフラム１０２と対向する面から溝１２１ｃのダイアフラム１０２と対向する面までの距離とは、溝１２１ｃの深さである。

例えば、ダイアフラム１０２の底部１２１ｂと対向する面から底部１２１ｂのダイアフラム１０２と対向する面までの距離Ｈ１は、１００μｍに設定される。また、例えば、底部１２１ｂのダイアフラム１０２の対向する面から溝１２１ｃのダイアフラム１０２の対向する面までの距離Ｈ２は、４００μｍに設定される。また、例えば、溝１２１ｃの凹部１２１の軸心方向に直交する方向であって、且つ、延び方向に直交する方向の幅は、例えば、ダイアフラム１０２の底部１２１ｂと対向する面から底部１２１ｂのダイアフラム１０２と対向する面までの距離よりも大きく設定される。

複数の第１孔１２４は、流入口１１３を構成する。複数の第２孔１２５は、排出口１１５を構成する。例えば、複数の第１孔１２４及び複数の第２孔１２５は、底部１２１ｂの対称位置に設けられる。

ダイアフラム１０２は、例えば、円板状の金属板である。例えば、ダイアフラム１０２は、ステンレス材料で形成される。ダイアフラム１０２は、例えば、液体と直接接触することを防止するために、圧力室１１４側の面に樹脂材料の塗膜層を有する。ダイアフラム１０２は、例えば、配線１０６を介して交流電圧を供給する装置、例えば、記録装置１の後述するモジュール制御部３８の循環ポンプ駆動回路７４に接続される。なお、ダイアフラム１０２を形成する材料は、ステンレス材料に限定されず、例えば、ニッケル、真鍮、金、銀、銅等の材料を用いる構成であってもよい。

圧電素子１０３は、圧電セラミックである。圧電素子１０３は、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）で形成される。圧電素子１０３は、例えば、ダイアフラム１０２の外径及び凹部１２１の壁部１２１ａの内径よりも外径が小さく形成された円板である。圧電素子１０３は、例えば、配線１０６を介して例えばモジュール制御部３８の循環ポンプ駆動回路７４に接続される。

圧電素子１０３は、ダイアフラム１０２の外面、即ち、圧力室１１４側の面と相対する面に接着剤等により固定される。圧電素子１０３は、厚さ方向で分極されており、厚さ方向に電界を印加すると面方向に伸縮する。

圧電素子１０３は、ダイアフラム１０２とともに、アクチュエータを構成する。圧電素子１０３は、厚さ方向に交流電圧が印加されることで面方向に伸縮し、圧電素子１０３の変形によってダイアフラム１０２を変形させて、圧力室１１４の容積を増減させる。なお、圧電素子１０３を形成する材料は、ＰＺＴに限定されず、他の材料を用いる構成であってもよい。

第１逆止弁１０４は、凹部１２１の溝１２１ｃに設けられ、流入口１１３を覆う。第１逆止弁１０４は、圧力室１１４から第１バッファ室１１２へ液体が逆流することを防止する。第１逆止弁１０４は、液体に耐性のある材料に構成される。本実施形態においては、第１逆止弁１０４は、例えば、ポリイミド材料により形成される。

これは、ポリイミド材料が、記録装置１で吐出させる液体である、水性インク、油性インク、揮発性溶剤のインク、またはＵＶインクなど各種インク材料に耐性があるためである。なお、第１逆止弁１０４は、ポリイミドに変えて、耐インク性の強い樹脂や金属、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、超高分子量ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＥＴＦＥ（テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、アルミニウム、ステンレス、ニッケル等の各種材料を用いることも可能である。なお、第１逆止弁１０４は、液体に耐性がある材料であれば、適宜設定可能である。

第２逆止弁１０５は、第２バッファ室１１６内に設けられ、排出口１１５を覆う。第２逆止弁１０５は、第２バッファ室１１６から圧力室１１４へ液体が逆流することを防止する。第２逆止弁１０５は、第１逆止弁１０４と同じ材料により形成される。

次に、このように構成された圧電ポンプ１００の動作の一例について、図３乃至図５を用いて説明する。

先ず、ダイアフラム１０２及び圧電素子１０３に接続された配線１０６に、所定の波形の交流電圧が印加されると、圧電素子１０３は、図３に示すように、凹部１２１の底部１２１ｂから離間するように屈曲する。圧電素子１０３が屈曲することで、ダイアフラム１０２も凹部１２１の底部１２１ｂから離間するように屈曲し、圧力室１１４の容積が増加する。圧力室１１４の容積の増加に伴い、圧力室１１４内が減圧されるため、第１バッファ室１１２内の圧力が圧力室１１４内の圧力よりも高くなり、第１逆止弁１０４が開く。よって、図３に矢印で示すように、第１バッファ室１１２内の液体が、流入口１１３を通って圧力室１１４内に移動する。

次に、図３に示す状態において印加される電圧とは逆の電圧が圧電素子１０３に印加されると、圧電素子１０３は、図４に示すように、凹部１２１の底部１２１ｂに近接するように屈曲する。圧電素子１０３が屈曲することで、ダイアフラム１０２も凹部１２１の底部１２１ｂに近接するように屈曲し、圧力室１１４の容積が減少する。圧力室１１４の容積の減少に伴い、圧力室１１４が加圧されるため、圧力室１１４内の圧力が第２バッファ室１１６内の圧力よりも高くなり、第２逆止弁１０５が開く。また、このとき、圧力室１１４内の圧力が第１バッファ室１１２内の圧力よりも高くなることから、第１逆止弁１０４が閉じる。よって、図４に矢印で示すように、圧力室１１４内の液体が、排出口１１５を通って第２バッファ室１１６内に移動する。

そして、交流電圧が継続的に圧電素子１０３に印加されると、圧電素子１０３が、図３に示す底部１２１ｂから離間する屈曲変位、及び、図４に示す底部１２１ｂに近接する屈曲変位が繰り返される。よって、第１ポート１１１から第１バッファ室１１２、流入口１１３、圧力室１１４、排出口１１５及び第２バッファ室１１６を通って、第２ポート１１７へ流れ、圧電ポンプ１００の二次側へ液体が供給される。なお、圧電素子１０３に印加される交流電圧は、例えば、１００Ｖで１００Ｈｚの短形波の交流電圧である。

また、圧力室１１４内において、流入口１１３から圧力室１１４内に移動した液体は、図５に矢印で示すように、液体の一部は一対の第１溝１２１ｃ１及び一対の第２溝１２１ｃ２に沿って流れ、液体の他は、圧力室１１４の底部１２１ｂ及びダイアフラム１０２の間を通って排出口１１５へ流れる。

このとき、ダイアフラム１０２の底部１２１ｂと対向する面から底部１２１ｂのダイアフラム１０２と対向する面までの距離は、底部１２１ｂのダイアフラム１０２の対向する面から溝１２１ｃのダイアフラム１０２の対向する面までの距離よりも小さく設定される。よって、溝１２１ｃの流路抵抗が、圧力室１１４内の他の流路抵抗に比較して小さくなることから、流入口１１３から圧力室１１４内に移動した液体は、溝１２１ｃを通って排出口１１５へ移動する。このため、液体に含まれる気泡１９０は、図５に示すように、溝１２１ｃを通って排出口１１５から排出されるため、圧力室１１４内に気泡１９０が留まることを抑制できる。

このように構成された圧電ポンプ１００は、圧力室１１４内の底部１２１ｂに溝１２１ｃを有する。溝１２１ｃの深さは、ダイアフラム１０２及び底部１２１ｂの間の距離よりも大きく設定される。よって、圧力室１１４内の流入口１１３から排出口１１５への流路抵抗は、溝１２１ｃにおける流路抵抗が、ダイアフラム１０２及び底部１２１ｂの間の流路抵抗よりも小さくなる。

これにより、流入口１１３から移動してきた液体及び液体に含まれる気泡１９０は、圧力室１１４内で溝１２１ｃ内を移動して、排出口１１５から二次側へ移動する。換言すると、流入口１１３から圧力室１１４内を通過して排出口１１５へ移動する液体の流量のうち、圧力室１１４内において溝１２１ｃを通る流量の割合が大きくなる。このため、液体に含まれる気泡１９０は、溝１２１ｃを通って、排出口１１５から排出される。これにより、圧力室１１４内に気泡が留まることを抑制できる。また、圧力室１１４内に予め存する気泡も、溝１２１ｃを通って排出口１１５から排出される。

より具体的に説明すると、溝１２１ｃは、圧力室１１４の壁部１２１ａの内周面に沿った一対の第１溝１２１ｃ１と、圧力室１１４の底部１２１ｂの中心側に設けられた一対の第２溝１２１ｃ２を含む。また、溝１２１ｃの深さは、ダイアフラム１０２と底部１２１ｂの端面との幅よりも大きく設定される。これにより、凹部１２１の底部１２１ｂの全領域に渡って溝１２１ｃが配置されるとともに、溝１２１ｃの流路断面積を確保できる。よって、ダイアフラム１０２と底部１２１ｂの端面との間の液体を、溝１２１ｃを介して排出口１１５へ移動することを促すことが可能となるとともに、溝１２１ｃを流れる流量を好適な流量とすることができる。

このため、例えば、一対の第１溝１２１ｃ１により、圧力室１１４の径方向で外方側に存する気泡１９０を排出口１１５に案内可能となる。また、一対の第２溝１２１ｃ２により、圧力室１１４の中心側に存する気泡１９０を排出口１１５に案内可能となる。よって、圧力室１１４内に、気泡１９０が溜まることを抑制できる。

このように、圧電ポンプ１００は、ダイアフラム１０２が屈曲したときの、気泡１９０により圧力室１１４内の加圧及び減圧が妨げられることを防止できる。このため、圧電ポンプ１００は、吐出する液体の流量が低下することを抑制し、所望の量の液体を吐出することが可能となる。

上述したように本実施形態に係る圧電ポンプ１００によれば、圧力室１１４内の気泡を好適に排出できる。

（記録装置１）
次に、圧電ポンプ１００を備える記録装置１について、図６乃至図８を用いて説明する。

図６乃至図８に示すように、記録装置１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、ホスト制御装置１３と、を備える。

図６に示すように、複数の液体吐出装置１０が、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及び循環装置３０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、同じ構成であるが、例えば、それぞれ使用するインクIが異なる。

液体吐出ヘッド２０は、例えば、インクジェットヘッドである。液体吐出ヘッド２０は、インクが流入する供給口２０ａ、及び、インクＩが流出する回収口２０ｂを含む。液体吐出ヘッド２０は、例えば、複数のノズル孔を有するノズルプレートと、ノズルプレートとの間に複数のインク圧力室を含む所定のインク流路を形成する基板と、基板に接合されたマニフォルドと、を備える。

次に循環装置３０について説明する。循環装置３０は、例えば、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。図７に示すように、循環装置３０は、液体吐出ヘッド２０を通り液体が循環可能に構成された所定の循環路３１、第１循環ポンプ３３、バイパス流路３４、バッファタンク３５、第２循環ポンプ３６、開閉バルブ３７、及び液体吐出動作を制御するモジュール制御部３８を備える。

また、循環装置３０は、循環路３１の外部に設けられるインク補給タンク（液体補給タンク）としてのカートリッジ５１を備える。

カートリッジ５１は、インクIを保有可能に構成され、内部空間が大気開放されている。

循環路３１は、第１流路３１ａ、第２流路３１ｂ、第３流路３１ｃ及び第４流路３１ｄを備える。第１流路３１ａは、カートリッジ５１及び第１循環ポンプ３３を接続する。第２流路３１ｂは、第１循環ポンプ３３及び液体吐出ヘッド２０の供給口２０ａを接続する。第３流路３１ｃは、液体吐出ヘッド２０の回収口２０ｂ及び第２循環ポンプ３６を接続する。第４流路３１ｄは、第２循環ポンプ３６及びカートリッジ５１を接続する。第１流路３１ａ及び第４流路３１ｄ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とを備える。第１流路３１ａ及び第４流路３１ｄのパイプの外面を覆うチューブは、例えばＰＴＦＥチューブである。

循環路３１を循環するインクIは、カートリッジ５１から第１流路３１ａ、第１循環ポンプ３３、第２流路３１ｂ、及び液体吐出ヘッド２０の供給口２０ａを通って液体吐出ヘッド２０内に至る。また、循環路３１を循環するインクIは、液体吐出ヘッド２０から液体吐出ヘッド２０の回収口２０ｂ、第３流路３１ｃ、第２循環ポンプ３６、及び第４流路３１ｄを通ってカートリッジ５１に至る。

第１循環ポンプ３３は、圧電ポンプ１００である。第１循環ポンプ３３は、第１ポート１１１が第１流路３１ａに接続され、第２ポート１１７が第２流路３１ｂに接続される。第１循環ポンプ３３は、第１流路３１ａから第２流路３１ｂに向けて液体を送り出す。即ち、第１循環ポンプ３３は、圧電素子１０３の動作により、圧力室１１４内の加圧及び減圧を繰り返し、カートリッジ５１からインクIを吸い上げ、液体吐出ヘッド２０にインクIを供給する。

バイパス流路３４は、第２流路３１ｂと、第３流路３１ｃとを接続する流路である。バイパス流路３４は、循環路３１における液体吐出ヘッド２０の一次側である供給口２０ａと、液体吐出ヘッド２０の二次側である回収口２０ｂとを、液体吐出ヘッド２０を通らずに短絡的に接続する。

バイパス流路３４にはバッファタンク３５が接続されている。具体的には、バイパス流路３４は、バッファタンク３５の一対の側壁の下部の所定箇所と第２流路３１ｂとを接続する第１バイパス流路３４ａと、バッファタンク３５の一対の側壁の下部の所定箇所と第３流路３１ｃとを接続する第２バイパス流路３４ｂとを備える。

例えば、第１バイパス流路３４ａ及び第２バイパス流路３４ｂは、同じ長さ及び同じ径を有し、いずれも循環路３１よりも小径に構成されている。例えば、循環路３１の直径は、第１バイパス流路３４ａ及び第２バイパス流路３４ｂの直径の２倍～５倍程度に設定される。第１バイパス流路３４ａ及び第２バイパス流路３４ｂは、例えば、第２流路３１ｂと第１バイパス流路３４ａとの接続位置と液体吐出ヘッド２０の供給口２０ａとの距離と、第３流路３１ｃと第２バイパス流路３４ｂとの接続位置と液体吐出ヘッド２０の回収口２０ｂとの距離とが等しく設定される。

バッファタンク３５は、バイパス流路３４の流路断面積よりも大きい流路断面積を有する。バッファタンク３５は、液体を貯留可能に形成される。バッファタンク３５は、例えば上壁、下壁、後壁、前壁、及び左右一対の側壁を有し、内部に液体を貯留する収容室３５ａを形成する矩形の箱状に構成されている。

第１バイパス流路３４ａとバッファタンク３５との接続位置と、第２バイパス流路３４ｂとバッファタンク３５との接続位置とは、同じ高さに設定される。バッファタンク３５内の収容室３５ａの下部領域には、バイパス流路３４を流れるインクIが配され、収容室３５ａの上部領域には空気室が形成される。すなわちバッファタンク３５は、所定量の液体及び空気が貯留可能である。また、バッファタンク３５には、バッファタンク３５内の空気室を大気開放可能に構成された開閉バルブ３７、及び圧力センサ３９が設けられている。

第２循環ポンプ３６は、圧電ポンプ１００である。第２循環ポンプ３６は、第１ポート１１１が第３流路３１ｃに接続され、第２ポート１１７が第４流路３１ｄに接続される。第２循環ポンプ３６は、第３流路３１ｃから第４流路３１ｄに向けて液体を送り出す。即ち、第２循環ポンプ３６は、液体吐出ヘッド２０からインクＩを回収し、回収したインクＩをカートリッジ５１に補給する減圧ポンプである。

開閉バルブ３７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３７は、モジュール制御部３８の制御により開閉されることで、バッファタンク３５の空気室を大気に対して開閉可能に構成される。

圧力センサ３９は、バッファタンク３５内の空気室の圧力を検出し、圧力の値を示す圧力データをモジュール制御部３８へ送る。開閉バルブ３７が開いており、バッファタンク３５の空気室が大気に対して開放されている場合、圧力センサ３９が検出する圧力データは、大気圧と等しい値になる。圧力センサ３９は、開閉バルブ３７が閉じており、バッファタンク３５の空気室が大気に対して開放されていない場合のバッファタンク３５の空気室の圧力を検出する。

圧力センサ３９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アフラムと、このダイア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ア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。

図８に示すように、モジュール制御部３８は、液体吐出ヘッド２０、第１循環ポンプ３３、第２循環ポンプ３６、及び開閉バルブ３７の動作を制御する。モジュール制御部３８は、プロセッサ７１、メモリ７２、通信インターフェース７３、循環ポンプ駆動回路７４、バルブ駆動回路７６、及び液体吐出ヘッド駆動回路７７を備える。

プロセッサ７１は、演算処理を実行する演算素子、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）７１である。ＣＰＵ７１は、メモリ７２に記憶されているプログラムなどのデータに基づいて種々の処理を行う。ＣＰＵ７１は、メモリ７２に格納されているプログラムを実行することにより、種々の制御を実行可能な制御回路として機能する。

メモリ７２は、種々の情報を記憶する記憶装置である。メモリ７２は、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）７２ａ及びＲＡＭ（Random Access Memory）７２ｂを含む。

ＲＯＭ７２ａは、読み出し専用の不揮発性メモリである。ＲＯＭ７２ａは、プログラム及びプログラムで用いられるデータなどを記憶する。例えば、ＲＯＭ７２ａは、圧力制御に用いられる制御データとして、ノズル孔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を記憶する。

ＲＡＭ７２ｂは、ワーキングメモリとして機能する揮発性のメモリである。ＲＡＭ７２ｂは、ＣＰＵ７１の処理中のデータなどを一時的に格納する。また、ＲＡＭ７２ｂは、ＣＰＵ７１が実行するプログラムを一時的に格納する。

通信インターフェース７３は、他の機器と通信するインターフェースである。通信インターフェース７３は、例えば、液体吐出装置１０に印刷データを送信するホスト制御装置１３との通信を中継する。

循環ポンプ駆動回路７４は、ＣＰＵ７１の制御に基づき、圧電ポンプ１００の圧電素子１０３に交流電圧を印加し、圧電ポンプ１００を駆動し、循環路３１内においてインクＩを循環させる。循環ポンプ駆動回路７４は、第１循環ポンプ３３及び第２循環ポンプ３６と同数設けられ、第１循環ポンプ３３及び第２循環ポンプ３６にそれぞれ接続される。第１循環ポンプ３３に接続された循環ポンプ駆動回路７４は、第１循環ポンプ３３の圧電素子１０３に駆動電圧を印加する。第２循環ポンプ３６に接続された循環ポンプ駆動回路７４は、第２循環ポンプ３６の圧電素子１０３に駆動電圧を印加する。

バルブ駆動回路７６は、ＣＰＵ７１の制御に基づき、開閉バルブ３７を駆動させ、バッファタンク３５の空気室を大気開放させる。

液体吐出ヘッド駆動回路７７は、ＣＰＵ７１の制御に基づき、液体吐出ヘッド２０のアクチュエータに電圧を印加して液体吐出ヘッド２０を駆動させ、液体吐出ヘッド２０のノズル孔からインクＩを吐出させる。

上記の構成において、ＣＰＵ７１は、通信インターフェース７３によってホスト制御装置１３と通信することにより、動作条件等の各種情報を受信する。また、ＣＰＵ７１が取得する各種情報は、通信インターフェース７３経由で記録装置１のホスト制御装置１３に送られる。

また、ＣＰＵ７１は、圧力センサ３９から検知結果を取得し、取得した検知結果に基づいて、循環ポンプ駆動回路７４、及びバルブ駆動回路７６の動作を制御する。例えば、ＣＰＵ７１は、圧力センサ３９の検知結果に基づき、循環ポンプ駆動回路７４を制御することにより、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。これにより、ＣＰＵ７１は、ノズル孔のインク圧力を調整する。

また、ＣＰＵ７１は、バルブ駆動回路７６を制御することにより、開閉バルブ３７を開閉する。これにより、ＣＰＵ７１は、バッファタンク３５の液位を調整する。

また、ＣＰＵ７１は、圧力センサ３９から検知結果を取得し、取得した検知結果に基づいて、液体吐出ヘッド駆動回路７７を制御することにより、液体吐出ヘッド２０のノズル孔から記録媒体にインク滴を吐出させる。具体的には、ＣＰＵ７１は、画像データに応じた画像信号を液体吐出ヘッド駆動回路７７に入力する。液体吐出ヘッド駆動回路７７は、画像信号に応じた液体吐出ヘッド２０のアクチュエータを駆動させる。液体吐出ヘッド駆動回路７７が液体吐出ヘッド２０のアクチュエータを駆動した場合、アクチュエータが変形し、アクチュエータと対向する位置のノズル孔のインク圧力（ノズル面圧）が変化する。ノズル面圧は、ノズル孔にインクＩによって形成されたメニスカスに対して圧力室１１４のインクＩが与える圧力である。ノズル面圧がノズル孔の形状及びインクＩの特性などによって定まる所定の値を超えた場合、ノズル孔からインクＩが吐出される。これにより、ＣＰＵ７１は、画像データに応じた画像を記録媒体に形成させる。

このように構成された記録装置１によれば、液体吐出装置１０の循環装置３０に用いる第１循環ポンプ３３及び第２循環ポンプ３６に、圧電ポンプ１００を用いる構成とした。この構成により、カートリッジ５１が大気開放に設定され、循環路３１内を循環するインクＩに気泡１９０が含まれる場合であっても、気泡１９０が第１循環ポンプ３３及び第２循環ポンプ３６から排出されることから、第１循環ポンプ３３及び第２循環ポンプ３６で二次側に供給するインクＩの流量が低下することを抑制できる。よって、記録装置１は、液体吐出ヘッド２０へ所定の流量のインクＩを供給することが可能となり、インク圧力の制御が安定して行える。

上述したように記録装置１は、第１循環ポンプ３３及び第２循環ポンプ３６に圧電ポンプ１００を用いることで、圧力室１１４内の気泡を好適に排出できる。よって、記録装置１は、液体吐出ヘッド２０のインク圧力の制御が安定して行える。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要
旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。

例えば、上述した例では、ポンプ本体１０１の圧力室１１４内に設けられる底部１２１ｂの溝１２１ｃは、所定の曲率半径で湾曲する円弧状の一対の第２溝１２１ｃ２を有する構成を説明したがこれに限定されない。例えば、図９に示す他の実施形態に係る圧電ポンプ１００のポンプ本体１０１のように、溝１２１ｃは、圧力室１１４の底部１２１ｂの中心から第１溝１２１ｃ１へ向かって放射状に延びる複数の第２溝１２１ｃ２により構成されていてもよい。このような溝１２１ｃとすることで、溝１２１ｃを除く底部１２１ｂは、平面視で扇状の複数の第３台部１２１ｄ３により構成される。

また、上述した例では、インクＩを吐出する記録装置１に圧電ポンプ１００を用いる例を説明したがこれに限定されない。例えば圧電ポンプ１００は、インクＩ以外を吐出する液体吐出装置に用いる構成であってもよい。具体例を挙げると、圧電ポンプ１００は、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を吐出する装置等に用いることができる。また、圧電ポンプ１００は、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る。

また、上述した例では、記録装置１は、循環装置３０として、バイパス流路３４に収容室３５ａを有するバッファタンク３５を設け、バッファタンク３５の液位を調整するために、開閉バルブ３７を開閉する構成を説明したがこれに限定されない。例えば、記録装置１は、バッファタンク３５や開閉バルブ３７を有さない構成であってもよい。また、記録装置１は、例えば、循環装置３０の第１循環ポンプ３３の二次側に、気泡１９０を収集するフィルタやトラップを有する構成としてもよい。

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、本願出願の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］ ダイアフラムと、
前記ダイアフラムとともに圧力室を構成する凹部、前記凹部の前記ダイアフラムと対向する底部に設けられた流入口、前記底部に設けられ、前記流入口と離間して設けられた排出口、並びに、前記凹部の前記底部に設けられ、前記流入口及び前記排出口を接続する溝を有するポンプ本体と、
前記ポンプ本体の前記流入口に設けられ、前記流入口の一次側から前記圧力室へ液体を流す第１逆止弁と、
前記ポンプ本体の前記排出口に設けられ、前記圧力室から前記排出口の二次側へ前記液体を流す第２逆止弁と、
を備える圧電ポンプ。
［２］ 前記流入口及び前記排出口は、前記溝に配置され、
前記溝は前記底部の外周縁側及び中央側に設けられる、［１］に記載の圧電ポンプ。
［３］ 前記溝の深さは、前記ダイアフラム及び前記底部の前記ダイアフラム側の端面の間の距離よりも大きく形成される、［１］又は［２］に記載の圧電ポンプ。
［４］ 前記ポンプ本体は、前記流入口の一次側に設けられた第１バッファ室、及び、前記排出口の二次側に設けられた第２バッファ室を有する、［１］に記載の圧電ポンプ。
［５］ 液体タンクと、
一次側及び二次側が前記液体タンクに接続された液体吐出ヘッドと、
ダイアフラムと、前記ダイアフラムとともに圧力室を構成する凹部、前記凹部の前記ダイアフラムと対向する底部に設けられた流入口、前記底部に設けられ、前記流入口と離間して設けられた排出口、並びに、前記凹部に設けられ、前記流入口及び前記排出口を接続する溝を有するポンプ本体と、前記ポンプ本体の前記流入口に設けられ、前記流入口の一次側から前記圧力室へ液体を流す第１逆止弁と、前記ポンプ本体の前記排出口に設けられ、前記圧力室から前記排出口の二次側へ前記液体を流す第２逆止弁と、を有し、前記液体吐出ヘッドの一次側及び二次側の少なくとも一方に設けられた圧電ポンプと、
前記液体タンク、前記液体吐出ヘッド及び前記圧電ポンプを接続する循環路と、
を備える液体吐出装置。

１…記録装置、１０…液体吐出装置、１１…ヘッド支持機構、１２…媒体支持機構、１３…ホスト制御装置、２０…液体吐出ヘッド、２０ａ…供給口、２０ｂ…回収口、３０…循環装置、３１…循環路、３１ａ…第１流路、３１ｂ…第２流路、３１ｃ…第３流路、３１ｄ…第４流路、３３…第１循環ポンプ、３４…バイパス流路、３４ａ…第１バイパス流路、３４ｂ…第２バイパス流路、３５…バッファタンク、３５ａ…収容室、３６…第２循環ポンプ、３７…開閉バルブ、３８…モジュール制御部、３９…圧力センサ、５１…カートリッジ、７１…プロセッサ、７２…メモリ、７３…通信インターフェース、７４…循環ポンプ駆動回路、７６…バルブ駆動回路、７７…液体吐出ヘッド駆動回路、１００…圧電ポンプ、１０１…ポンプ本体、１０２…ダイアフラム、１０３…圧電素子、１０４…第１逆止弁、１０５…第２逆止弁、１０６…配線、１１１…第１ポート、１１２…第１バッファ室、１１３…流入口、１１４…圧力室、１１５…排出口、１１６…第２バッファ室、１１７…第２ポート、１２１…凹部、１２１ａ…壁部、１２１ｂ…底部、１２１ｃ…溝、１２１ｃ１…第１溝、１２１ｃ２…第２溝、１２１ｄ１…第１台部、１２１ｄ２…第２台部、１２２…第１中空部、１２３…第２中空部、１２４…第１孔、１２５…第２孔、１９０…気泡、Ｉ…インク、Ｓ…記録媒体。

Claims (4)

1. ダイアフラムと、
   前記ダイアフラムとともに圧力室を構成する壁部及び底部を有する凹部、前記凹部の前記ダイアフラムと対向する前記底部に設けられた流入口、前記底部に設けられ、前記流入口と離間して設けられた排出口、並びに、前記凹部の前記底部に設けられ、前記流入口及び前記排出口を接続する溝を有するポンプ本体と、
   前記ポンプ本体の前記流入口に設けられ、前記流入口の一次側から前記圧力室へ液体を流す第１逆止弁と、
   前記ポンプ本体の前記排出口に設けられ、前記圧力室から前記排出口の二次側へ前記液体を流す第２逆止弁と、
   を備え、
   前記流入口及び前記排出口は、前記溝に配置され、
   前記溝は前記底部の前記壁部に隣接する外周縁側に形成される第１溝及び前記底部の中央側に形成される第２溝を含み、
   前記第１溝及び前記第２溝は、前記流入口及び前記排出口に連続する圧電ポンプ。
2. 前記溝の深さは、前記ダイアフラム及び前記底部の前記ダイアフラム側の端面の間の距離よりも大きく形成される、請求項１に記載の圧電ポンプ。
3. 前記ポンプ本体は、前記流入口の一次側に設けられた第１バッファ室、及び、前記排出口の二次側に設けられた第２バッファ室を有する、請求項１に記載の圧電ポンプ。
4. 液体タンクと、
   一次側及び二次側が前記液体タンクに接続された液体吐出ヘッドと、
   請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の圧電ポンプと、
   前記液体タンク、前記液体吐出ヘッド及び前記圧電ポンプを接続する循環路と、
   を備える液体吐出装置。

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