JP7242810B2 - 液体循環装置、及び液体吐出装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、液体循環装置、及び液体吐出装置に関する。

液体（インク）を吐出する液体吐出ヘッド（インクジェットヘッド）と、液体吐出ヘッドを含む循環路において液体を循環させる液体循環装置と、を備える液体吐出装置が知られている。液体循環装置は、インク補給タンクから液体吐出ヘッドにインクを補給し、液体吐出ヘッドからインクを回収し、インク補給タンクに戻す。液体循環装置は、印加された電圧によって変形するアクチュエータを利用したポンプを有する。液体循環装置は、昇圧回路の出力電圧を調整することにより、ポンプを構成するアクチュエータに印加する駆動電圧を調整する。これにより、液体循環装置は、ポンプの送液能力を調整する。

液体循環装置では、インク補給タンクのインク残量を検知していない場合、液体吐出ヘッドに十分なインクを供給することができない場合がある。この結果、液体吐出ヘッドにおいて、吐出不良及び温度上昇などが生じる可能性があるという課題がある。

特開２００７－３１３８８４号公報

本発明は、液体不足を検出可能な液体循環装置、及び液体吐出装置を提供することを目的とする。

実施形態に係る液体循環装置は、循環路と、第１のポンプと、第２のポンプと、バッファタンクと、圧力センサと、プロセッサとを具備する。循環路は、液体補給タンクと液体吐出ヘッドを接続する。第１のポンプは、前記液体補給タンクから液体を吸い上げ、前記液体吐出ヘッドに供給する。第２のポンプは、前記液体吐出ヘッドから液体を回収し、前記液体補給タンクに供給する。バッファタンクは、前記循環路における前記液体吐出ヘッドの一次側と前記液体吐出ヘッドの二次側とを前記液体吐出ヘッドを通さずに接続し、液体が流入する。圧力センサは、前記バッファタンク内の圧力を検出する。プロセッサは、前記圧力センサが検出した圧力データに基づいて、前記第１のポンプ及び前記第２のポンプの駆動電圧を制御し、前記圧力データ、前記第１のポンプの駆動電圧、及び前記第２のポンプの駆動電圧に基づいて、液体不足か否かを判断する。

図１は、一実施形態に係るインクジェット記録装置の構成例についての説明図である。 図２は、一実施形態に係る液体吐出装置の構成例についての説明図である。 図３は、一実施形態に係る液体吐出ヘッドの構成例についての説明図である。 図４は、一実施形態に係る圧電ポンプの構成例についての説明図である。 図５は、一実施形態に係るモジュール制御部の構成例についての説明図である。 図６は、一実施形態に係るモジュール制御部によるノズル面圧の制御についての説明図である。 図７は、一実施形態に係るインク不足判定処理についての説明図である。

以下、一実施形態に係る液体循環装置、及び液体吐出装置について図面を参照して説明する。
以下、一実施形態に係る液体吐出装置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７を参照して説明する。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。図１はインクジェット記録装置１の構成を示す側面図である。図２は液体吐出装置１０の構成を示す説明図である。図３は液体吐出ヘッド２０の構成を示す説明図である。図４は第１循環ポンプ３３及び第２循環ポンプ３６の構成を示す説明図である。

図１に示すインクジェット記録装置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１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、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。

まず液体吐出ヘッド２０について説明する。
図３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、インクが流入する供給口２０ａ、インクが流出する回収口２０ｂ、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を含む所定のインク流路２８を形成する所定形状に構成されている。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。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、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。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、モジュール制御部３８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から液体を吐出させる。

次に循環装置３０について説明する。
図２に示すように、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、バッファ装置１００としてのバッファタンク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、インクを保有可能に構成され、内部の空気室は大気開放されている。

まず循環路３１について説明する。
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、インク補給タンクであるカートリッジ５１と第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と液体吐出ヘッド２０の供給口２０ａとを接続する。第３流路３１ｃは、液体吐出ヘッド２０の回収口２０ｂと第２循環ポンプ３６とを接続する。第４流路３１ｄは、第２循環ポンプ３６とカートリッジ５１とを接続する。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。

次に第１循環ポンプ３３及び第２循環ポンプ３６について説明する。
第１循環ポンプ３３は、液体を送り出すポンプである。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、アクチュエータの動作によりインク補給タンクであるカートリッジ５１からインクを吸い上げ、液体吐出ヘッド２０に供給する加圧ポンプである。

第２循環ポンプ３６は、液体を送り出すポンプである。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、アクチュエータの動作により液体吐出ヘッド２０からインクを回収し、カートリッジ５１に補給する減圧ポンプである。

第１循環ポンプ３３及び第２循環ポンプ３６は、例えば図４に示されるように圧電ポンプ６０として構成されている。圧電ポンプ６０は、ポンプ室５８と、ポンプ室５８に設けられ電圧により振動する圧電アクチュエータ５９と、ポンプ室５８の入口及び出口に配された逆止弁６１，６２と、を備える。圧電アクチュエータ５９は、例えば約５０Ｈｚから２００Ｈｚの周波数で振動可能に構成される。第１循環ポンプ３３及び第２循環ポンプ３６は、配線により駆動回路に接続されモジュール制御部３８の制御によって制御可能に構成されている。

例えば、圧電アクチュエータ５９に印加される電圧が変化することにより、図４の上下で示されるように、ポンプ室５８を収縮させる方向、またはポンプ室５８を拡張させる方向に圧電アクチュエータ５９が変形する。これにより、ポンプ室５８の容積が変化する。例えば、圧電アクチュエータ５９がポンプ室５８を拡張させる方向に変形した場合、ポンプ室５８の入口の逆止弁６１が開き、ポンプ室５８にインクが引き入れられる。また例えば、圧電アクチュエータ５９がポンプ室５８を収縮させる方向に変形した場合、ポンプ室５８の出口の逆止弁６２が開き、ポンプ室５８のインクが他方に送り出される。この動作の繰り返しにより、第１循環ポンプ３３及び第２循環ポンプ３６は、それぞれ一方からインクを引き入れ、他方からインクが送り出す。

なお、圧電アクチュエータ５９の最大変化量は、圧電アクチュエータ５９に印加される電圧に応じている。圧電アクチュエータ５９に印加される電圧が大きくなると、圧電アクチュエータ５９の最大変化量が大きくなる。また、圧電アクチュエータ５９に印加される電圧が小さくなると、圧電アクチュエータ５９の最大変化量が小さくなる。また、圧電ポンプ６０の送液能力は、圧電アクチュエータ５９の最大変化量に応じている。即ち、モジュール制御部３８は、圧電アクチュエータ５９に印加する電圧を制御することにより、圧電ポンプ６０の送液能力を制御する。

次にバイパス流路３４及びバッファタンク３５について説明する。
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、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なるように設けられている。

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し、液体を貯留可能に構成されている。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。

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。

次に、モジュール制御部３８について説明する。
図５は、モジュール制御部３８の構成例について説明する為の説明図である。
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、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）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。

ＣＰＵ７１は、演算処理を実行する演算素子（たとえば、プロセッサ）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を備える。

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６０の圧電アクチュエータ５９に駆動電圧を印加し、圧電ポンプ６０を駆動する。これにより、循環ポンプ駆動回路７４は、循環路３１にインクを循環させる。循環ポンプ駆動回路７４は、循環ポンプ毎に設けられている。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の圧電アクチュエータ５９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の圧電アクチュエータ５９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２４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２１ａからインクを吐出させる。

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経由でインクジェット記録装置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２１ａ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を開閉させる。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２１ａ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２４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２４を駆動した場合、アクチュエータ２４が変形し、アクチュエータ２４と対向する位置のノズル孔２１ａ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２１ａにインクによって形成されたメニスカスＭｅに対してインク圧力室２５のインクが与える圧力である。ノズル面圧がノズル孔２１ａの形状及びインク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２１ａからインクが吐出される。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。

また、ＣＰＵ７１は、圧力センサ３９の検知結果に基づき、インク補給タンクであるカートリッジ５１内のインクが不足している可能性があるか否かを判定するインク不足判定処理を実行する。

次に、モジュール制御部３８のＣＰＵ７１によるノズル面圧の制御について説明する。
ＣＰＵ７１は、印刷を行わない場合に、液体吐出ヘッド２０のノズル孔２１ａからインク滴が垂れるのを防ぐ為に、液体吐出ヘッド２０のノズル孔２１ａのノズル面圧が負圧となるように維持する。また、ＣＰＵ７１は、印刷中に、液体吐出ヘッド２０のノズル孔２１ａからインク滴を吐出させるのに十分なノズル面圧（メニスカスＭｅを維持するのに適した圧力）を維持する。ＣＰＵ７１は、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により、液体吐出ヘッド２０のノズル孔２１ａのノズル面圧を制御する。

ノズル面圧は、第１循環ポンプ３３の送液能力と、第２循環ポンプ３６の送液能力との相対によって加圧または減圧される。具体的には、第１循環ポンプ３３の送液能力が第２循環ポンプ３６の送液能力よりも強い場合、ノズル面圧は、加圧される。また、第１循環ポンプ３３の送液能力が第２循環ポンプ３６の送液能力よりも弱い場合、ノズル面圧は、減圧される。

図６は、モジュール制御部３８のＣＰＵ７１によるノズル面圧の制御について説明する為の説明図である。

ＣＰＵ７１は、Ａｃｔ１において、循環開始の指示を待機する。例えばホスト制御装置１３からの指令により循環開始の指示を検知すると（Ａｃｔ１、ＹＥＳ）、Ａｃｔ２の処理に進む。なお、印字動作として、ホスト制御装置１３は、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、ＣＰＵ７１は、ヘッド支持機構１１に設けられたキャリッジ１１ａ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、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に供給することにより、画像信号に応じた液体吐出ヘッド２０のアクチュエータ２４を駆動させ、ノズル孔２１ａから記録媒体Ｓにインク滴を吐出させる。

ＣＰＵ７１は、Ａｃｔ２において、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。循環路３１を循環するインクは、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。

Ａｃｔ３において、ＣＰＵ７１は、圧力センサ３９から送信されるバッファタンク３５の圧力データを検出する。

Ａｃｔ４において、ＣＰＵ７１は、圧力データからノズルのインク圧力を検出する。具体的には、圧力センサ３９から送信されるバッファタンク３５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。

まず、インクの密度をρ、重力加速度をｇ、バッファタンク３５におけるインクの液面とノズル面の高さ方向の距離をｈとした場合、バッファタンク３５におけるインクの液面とノズル面の高さの水頭差によって発生する圧力はρｇｈとなる。例えば、ＣＰＵ７１は、圧力センサ３９から送信されるバッファタンク３５の圧力データに、圧力ρｇｈを足すことで、ノズルのインク圧力（ノズル面圧）Ｐｎを算出する。

ＣＰＵ７１は、算出したノズル面圧Ｐｎに基づいて、種々の比較を行うことにより、第１循環ポンプ３３の圧電アクチュエータ５９に印加する駆動電圧、及び第２循環ポンプ３６の圧電アクチュエータ５９に印加する駆動電圧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、ノズル面圧Ｐｎが適切な値になるように制御する。

ＣＰＵ７１は、ＲＯＭ７２ａからノズル面圧Ｐｎの目標圧力範囲を取得する。目標圧力範囲は、１つの値であってもよいし、上限値と下限値とを有する構成であってもよい。また、ＣＰＵ７１は、通信インターフェース７３を介してホスト端末１３から逐次目標圧力範囲を取得する構成であってもよい。本例では、目標圧力範囲は、１つの値（目標圧力）であると仮定して説明する。

まず、ＣＰＵ７１は、ＡＣＴ５において、ノズル面圧Ｐｎが目標圧力より小さいか否か判断する。

ＣＰＵ７１は、ノズル面圧Ｐｎが目標圧力より小さいと判断した場合（ＡＣＴ５、ＹＥＳ）、ＡＣＴ６において、加圧ポンプが調整最大値であるか否か判断する。即ち、ＣＰＵ７１は、加圧ポンプである第１循環ポンプ３３を構成する圧電アクチュエータ５９に印加される駆動電圧が、圧電アクチュエータ５９が動作可能な駆動電圧の最大値（調整最大値）であるか否か判断する。

ＣＰＵ７１は、加圧ポンプである第１循環ポンプ３３が調整最大値であると判断した場合（ＡＣＴ６、ＹＥＳ）、ＡＣＴ７において、減圧ポンプである第２循環ポンプ３６の駆動電圧を下げる。即ち、ＣＰＵ７１は、第２循環ポンプ３６の送液能力を低下させる。この結果、ノズル面圧Ｐｎが加圧される。

ＣＰＵ７１は、ポンプである第１循環ポンプ３３が調整最大値ではないと判断した場合（ＡＣＴ６、ＮＯ）、ＡＣＴ８において、第１循環ポンプ３３の駆動電圧を上げる。即ち、ＣＰＵ７１は、第１循環ポンプ３３の送液能力を増加させる。この結果、ノズル面圧Ｐｎが加圧される。

また、ＣＰＵ７１は、ノズル面圧Ｐｎが目標圧力以上であると判断した場合（ＡＣＴ５、ＮＯ）、ＡＣＴ９において、ノズル面圧Ｐｎが目標圧力より大きいか否か判断する。

ＣＰＵ７１は、ノズル面圧Ｐｎが目標圧力より大きいと判断した場合（ＡＣＴ９、ＹＥＳ）、ＡＣＴ１０において、減圧ポンプが調整最大値であるか否か判断する。即ち、ＣＰＵ７１は、減圧ポンプである第２循環ポンプ３６を構成する圧電アクチュエータ５９に印加される駆動電圧が、圧電アクチュエータ５９が動作可能な最大値であるか否か判断する。

ＣＰＵ７１は、減圧ポンプが調整最大値であると判断した場合（ＡＣＴ１０、ＹＥＳ）、ＡＣＴ１１において、第１循環ポンプ３３の駆動電圧を下げる。即ち、ＣＰＵ７１は、第１循環ポンプ３３の送液能力を低下させる。この結果、ノズル面圧Ｐｎが減圧される。

ＣＰＵ７１は、減圧ポンプが調整最大値ではないと判断した場合（ＡＣＴ１０、ＮＯ）、ＡＣＴ１２において、第２循環ポンプ３６の駆動電圧を上げる。即ち、ＣＰＵ７１は、第２循環ポンプ３６の送液能力を増加させる。この結果、ノズル面圧Ｐｎが減圧される。

ＣＰＵ７１は、ＡＣＴ７において第２循環ポンプ３６の駆動電圧を下げた場合、ＡＣＴ８において、第１循環ポンプ３３の駆動電圧を上げた場合、ＡＣＴ１１において、第１循環ポンプ３３の駆動電圧を下げた場合、ＡＣＴ１２において、第２循環ポンプ３６の駆動電圧を上げた場合、ＡＣＴ１３において、インク不足判定処理を行う。また、ＣＰＵ７１は、ノズル面圧Ｐｎが目標圧力より大きくないと判断した場合（ＡＣＴ９、ＮＯ）、ＡＣＴ１４の処理に移行する。なお、ＣＰＵ７１は、ノズル面圧Ｐｎが目標圧力より大きくないと判断した場合（ＡＣＴ９、ＮＯ）、ＡＣＴ１３の処理に移行する構成であってもよい。

ＣＰＵ７１は、インク不足判定処理を行うと、ＡＣＴ１４において、ホスト端末１３から循環終了指令を受け取ったか否か判断する。

ＣＰＵ７１は、ホスト端末１３から循環終了指令を受け取っていない場合（ＡＣＴ１４、ＮＯ）、ＡＣＴ３の処理に移行する。即ち、ＣＰＵ７１は、循環終了指令を受け取るまでの間、ＡＣＴ３乃至ＡＣＴ１３の処理を繰り返し実行する。これにより、ＣＰＵ７１は、ノズル面圧Ｐｎが目標圧力になるように逐次制御する。

ＣＰＵ７１は、ホスト端末１３から循環終了指令を受け取った場合（ＡＣＴ１４、ＹＥＳ）、ＡＣＴ１５において、インクの循環を終了させる。即ち、ＣＰＵ７１は、循環ポンプ駆動回路７４の動作を停止させることにより、第１循環ポンプ３３及び第２循環ポンプ３６の動作を停止させる。この結果、カートリッジ５１と循環路３１との間におけるインクの循環が終了する。

次に、図６のＡＣＴ１３におけるインク不足判定処理について説明する。
カートリッジ５１においてインクが減少した場合、第１流路３１ａに気泡が入り込む可能性がある。これは、カートリッジ５１のインクの液面が降下することにより、第１流路３１ａを構成するチューブが大気に露出する為である。このように、循環路３１に気泡が入り込んだ場合、液体吐出ヘッド２０において、ノズル面圧Ｐｎが増加する。そこで、ＣＰＵ７１は、ノズル面圧Ｐｎの変化に基づいて、インク不足か否かを判定する。

図６の処理によると、ノズル面圧Ｐｎが増加し、目標圧力より大きくなった場合、ＣＰＵ７１は、まず第２循環ポンプ３６の駆動電圧を上げることにより、ノズル面圧Ｐｎが減圧するように制御する。次に、ＣＰＵ７１は、第２循環ポンプ３６の駆動電圧が調整最大値になった場合、第１循環ポンプ３３の駆動電圧を下げることにより、ノズル面圧Ｐｎが減圧するように制御する。第１循環ポンプ３３の駆動電圧を下げてもノズル面圧Ｐｎが目標圧力より大きいままである場合、ＣＰＵ７１は、第１循環ポンプ３３の駆動電圧を、圧電アクチュエータ５９が動作可能な駆動電圧の最小値（調整最小値）まで低下させる。例えば、ＣＰＵ７１は、第１循環ポンプ３３の駆動電圧を調整最小値まで低下させてもノズル面圧Ｐｎが目標圧力より大きいままである場合、循環路３１に気泡が入り込んだ可能性があると推測する。即ち、ＣＰＵ７１は、インク不足か否かを判定する。

ＣＰＵ７１は、図７に示されるインク不足判定処理を実行することにより、インク不足か否かの判定を確定させる。

図７に示されるインク不足判定処理の例について説明するための説明図である。
まず、ＣＰＵ７１は、ＡＣＴ２１において、加圧ポンプである第１循環ポンプ３３の駆動電圧が調整最小値であるか否か判断する。

ＣＰＵ７１は、第１循環ポンプ３３の駆動電圧が調整最小値であると判断した場合（ＡＣＴ２１、ＹＥＳ）、ＡＣＴ２２においてカウンタをインクリメントする。即ち、ＣＰＵ７１は、第１循環ポンプ３３の駆動電圧が調整最小値になった回数をカウントする。例えば、ＣＰＵ７１は、ＲＡＭ７２ｂ上の所定の領域をカウンタとして使用する。即ち、ＣＰＵ７１は、第１循環ポンプ３３の駆動電圧が調整最小値であると判断した場合、ＲＡＭ７２ｂ上の所定の領域の値を＋１する。

ＣＰＵ７１は、ＡＣＴ２３においてカウンタの値が予め設定された第１閾値以上であるか否か判断する。第１閾値は、ホスト端末１３から送信されてＲＡＭ７２ｂに格納されたものであってもよいし、ＲＯＭ７２ａに記憶されたものであってもよい。

ＣＰＵ７１は、カウンタの値が予め設定された第１閾値未満であると判断した場合（ＡＣＴ２３、ＮＯ）、または、第１循環ポンプ３３の駆動電圧が調整最小値ではないと判断した場合（ＡＣＴ２１、ＮＯ）、ＡＣＴ２５の処理に移行する。

ＣＰＵ７１は、カウンタの値が予め設定された第１閾値以上であると判断した場合（ＡＣＴ２３、ＹＥＳ）、ＡＣＴ２４においてインク不足であると判定し、ＡＣＴ２５の処理に移行する。さらに、ＣＰＵ７１は、インク不足であることを、通信インターフェース７３を介してホスト端末１３に送信してもよい。また、インクジェット記録装置１がスピーカを備える場合、ＣＰＵ７１は、インク不足であることをスピーカから音声出力する構成であってもよい。また、インクジェット記録装置１がディスプレイを備える場合、ＣＰＵ７１は、インク不足であることをディスプレイに表示させる構成であってもよい。また、ＣＰＵ７１は、液体吐出ヘッド駆動回路７７の動作を停止させることにより、印字を停止させる構成であってもよい。

ＣＰＵ７１は、ＡＣＴ２５においてタイマーをインクリメントする。例えば、ＣＰＵ７１は、ＲＡＭ７２ｂ上の所定の領域をタイマーとして使用する。例えば、ＣＰＵ７１は、ＲＡＭ７２ｂ上の所定の領域の値を＋１する。

ＣＰＵ７１は、ＡＣＴ２６においてタイマーの値が予め設定された第２閾値以上であるか否か判断する。第２閾値は、ホスト端末１３から送信されてＲＡＭ７２ｂに格納されたものであってもよいし、ＲＯＭ７２ａに記憶されたものであってもよい。

ＣＰＵ７１は、タイマーの値が予め設定された第２閾値未満であると判断した場合（ＡＣＴ２６、ＮＯ）、インク不足判定処理を終了する。なお、この場合、タイマーの値及びカウンタの値は維持される。

ＣＰＵ７１は、タイマーの値が予め設定された第２閾値以上であると判断した場合（ＡＣＴ２６、ＹＥＳ）、ＡＣＴ２７においてタイマーとカウンタとをリセットし、インク不足判定処理を終了する。即ち、ＣＰＵ７１は、ＲＡＭ７２ｂ上のカウンタに対応した領域、及びタイマーに対応した領域の値を０にする。

図６で示したように、ＣＰＵ７１は、循環終了指令を受け取るまでの間、インク不足判定処理を繰り返し実行する。ＣＰＵ７１は、第２閾値により定まるある時間間隔内において、第１循環ポンプ３３の駆動電圧が調整最小値になった回数が第１閾値以上になった場合、インク補給タンクであるカートリッジ５１のインクが不足していると判断する。具体的には、第１の閾値は、５回として設定され、第２閾値は、１００ｍｓとして設定され。この場合、ＣＰＵ７１は、１００ｍｓの間に、第１循環ポンプ３３の駆動電圧が調整最小値になった回数が５回以上である場合に、カートリッジ５１のインクが不足していると判断する。

なお、ＣＰＵ７１は、通信インターフェース７３を介して目標圧力が変更された場合、圧力が「目標圧力±０．０１ｋＰａ」に到達するか、目標圧力が変更されてから所定時間（例えば１０秒）が経過するまでの間、ＡＣＴ１３のインク不足判定処理を行わない構成であってもよい。

上記のように構成された循環装置３０は、インク補給タンクであるカートリッジ５１からインクを吸い上げ、液体吐出ヘッド２０に供給する第１循環ポンプ３３と、液体吐出ヘッド２０からインクを回収し、カートリッジ５１に供給する第２循環ポンプ３６と、液体吐出ヘッド２０と第１循環ポンプ３３との間と、液体吐出ヘッド２０と第２循環ポンプ３６との間に接続され、インクが流入するバッファタンク３４と、バッファタンク３４内の圧力を検出する圧力センサ３９と、ＣＰＵ７１とを備える。ＣＰＵ７１は、圧力センサ３９が検出した圧力データに基づいて算出された液体吐出ヘッド２０のノズル面圧に基づいて、第１循環ポンプ３３及び第２循環ポンプ３６の駆動電圧を制御する。また、ＣＰＵ７１は、ノズル面圧、第１循環ポンプ３３の駆動電圧、及び第２循環ポンプ３６の駆動電圧に基づいて、インク不足か否かを判断する。

即ち、ＣＰＵ７１は、ノズル面圧、第１循環ポンプ３３の駆動電圧、及び第２循環ポンプ３６の駆動電圧に基づいて、第１循環ポンプ３３及び第２循環ポンプ３６によりインクが循環する循環路３１に気泡が入り込んだか否か判定し、インク不足か否か判断する。このように、循環装置３０は、外部のカートリッジ５１におけるインク不足を検出する構成を追加することなく、外部のカートリッジ５１におけるインク不足を検出することができる。

また、ＣＰＵ７１は、ノズル面圧が予め設定された目標圧力より大きく、第２循環ポンプ３６の駆動電圧が最大値であり、第１循環ポンプ３３の駆動電圧が最小値である回数が、予め設定された時間間隔内に予め設定された回数以上である場合、インク不足であると判断する。これにより、ＣＰＵ７１は、ノズル面圧が安定しない状態、即ちノイズが多い状態であっても、循環路３１に気泡が入り込んだか否かを適切に判断することができる。

なお、上記の実施形態では、ＣＰＵ７１は、ノズル面圧が予め設定された目標圧力より大きく、第２循環ポンプ３６の駆動電圧が最大値であり、第１循環ポンプ３３の駆動電圧が最小値である回数が、予め設定された時間間隔内に予め設定された回数以上である場合、インク不足であると判断すると説明したが、この構成に限定されない。ＣＰＵ７１は、単に、ノズル面圧が予め設定された目標圧力より大きく、第２循環ポンプ３６の駆動電圧が最大値であり、第１循環ポンプ３３の駆動電圧が最小値である場合にインク不足であると判断する構成であってもよい。

また、ＣＰＵ７１は、第２循環ポンプ３６の駆動電圧及び第１循環ポンプ３３の駆動電圧を変更していない状態で、ノズル面圧が増加した場合、インク不足であると判断する構成であってもよい。即ち、ＣＰＵ７１は、循環ポンプの送液能力を変えていないのにノズル面圧が増加する場合、インク不足であると判断する構成であってもよい。

また、ＣＰＵ７１は、第２閾値により定まる時間間隔内に、第１循環ポンプ３３の駆動電圧が最小値である回数が第１閾値以上である場合にインク不足であると判断する構成として説明したが、この構成に限定されない。ＣＰＵ７１は、過去の所定時間内の第１循環ポンプ３３の駆動電圧が最小値である回数が第１閾値以上である場合にインク不足であると判断する構成であってもよい。この場合、ＣＰＵ７１は、ノズル面圧が予め設定された目標圧力より大きく、第２循環ポンプ３６の駆動電圧が最大値であり、第１循環ポンプ３３の駆動電圧が最小値であると判断した際に、タイムスタンプをＲＡＭ７２ｂに記憶する。ＣＰＵ７１は、過去の所定時間内におけるタイムスタンプの数が第１閾値以上である場合に、インク不足であると判断する構成であってもよい。

なお、上記の実施形態では、圧力センサ３９は、バッファタンク３４の空気室の圧力を検出する構成であると説明したが、この構成に限定されない。圧力センサ３９は、第２流路３１ｂの圧力と、第３流路３１ｃの圧力とをそれぞれ検出し、平均値をモジュール制御部３８に供給する構成であってもよい。

また、吐出する液体は印字用の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を吐出する装置等であっても良い。

液体吐出ヘッドは、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、液体吐出ヘッドは、インクジェット記録装置等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を付記する。
［Ｃ１］
液体補給タンクから液体を吸い上げ、液体吐出ヘッドに供給する加圧ポンプと、
前記液体吐出ヘッドから液体を回収し、前記液体補給タンクに供給する減圧ポンプと、 前記液体吐出ヘッドと前記加圧ポンプとの間と、前記液体吐出ヘッドと前記減圧ポンプとの間に接続され、液体が流入するバッファタンクと、
前記バッファタンク内の圧力を検出する圧力センサと、
前記圧力センサが検出した圧力データに基づいて算出された前記液体吐出ヘッドのノズル面圧に基づいて、前記加圧ポンプ及び前記減圧ポンプの駆動電圧を制御し、前記ノズル面圧、前記加圧ポンプの駆動電圧、及び前記減圧ポンプの駆動電圧に基づいて、液体不足か否かを判断するプロセッサと、
を具備する液体循環装置。
［Ｃ２］
前記プロセッサは、前記ノズル面圧が予め設定された目標圧力より大きく、前記減圧ポンプの駆動電圧が最大値であり、前記加圧ポンプの駆動電圧が最小値である場合、液体不足であると判断するＣ１に記載の液体循環装置。
［Ｃ３］
前記プロセッサは、前記ノズル面圧が予め設定された目標圧力より大きく、前記減圧ポンプの駆動電圧が最大値であり、前記加圧ポンプの駆動電圧が最小値である回数が、予め設定された時間間隔内に予め設定された回数以上である場合、液体不足であると判断するＣ１に記載の液体循環装置。
［Ｃ４］
前記プロセッサは、前記減圧ポンプの駆動電圧及び前記加圧ポンプの駆動電圧を変更していない状態で、前記ノズル面圧が増加した場合、液体不足であると判断するＣ１に記載の液体循環装置。
［Ｃ５］
液体を吐出する液体吐出ヘッドと、
液体補給タンクから液体を吸い上げ、前記液体吐出ヘッドに供給する加圧ポンプと、 前記液体吐出ヘッドから液体を回収し、前記液体補給タンクに供給する減圧ポンプと、 前記液体吐出ヘッドと前記加圧ポンプとの間と、前記液体吐出ヘッドと前記減圧ポンプとの間に接続され、液体が流入するバッファタンクと、
前記バッファタンク内の圧力を検出する圧力センサと、
前記圧力センサが検出した圧力データに基づいて算出された前記液体吐出ヘッドのノズル面圧に基づいて、前記加圧ポンプ及び前記減圧ポンプの駆動電圧を制御し、前記ノズル面圧、前記加圧ポンプの駆動電圧、及び前記減圧ポンプの駆動電圧に基づいて、液体不足か否かを判断するプロセッサと、
を具備する液体吐出装置。

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…ホスト制御装置、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…インク流路、３０…循環装置、３１…循環路、３３…第１循環ポンプ、３４…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、５８…ポンプ室、５９…圧電アクチュエータ、６０…圧電ポンプ、６１…逆止弁、６２…逆止弁、７１…ＣＰＵ、７２…メモリ、７２ａ…ＲＯＭ、７２ｂ…ＲＡＭ、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…バッファ装置。

Claims (5)

1. 液体補給タンクと液体吐出ヘッドを接続する循環路と、
   前記液体補給タンクから液体を吸い上げ、前記液体吐出ヘッドに供給する第１のポンプと、
   前記液体吐出ヘッドから液体を回収し、前記液体補給タンクに供給する第２のポンプと、
   前記循環路における前記液体吐出ヘッドの一次側と前記液体吐出ヘッドの二次側とを前記液体吐出ヘッドを通さずに接続し、液体が流入するバッファタンクと、
   前記バッファタンク内の圧力を検出する圧力センサと、
   前記圧力センサが検出した圧力データに基づいて、前記第１のポンプ及び前記第２のポンプの駆動電圧を制御し、前記圧力データ、前記第１のポンプの駆動電圧、及び前記第２のポンプの駆動電圧に基づいて、液体不足か否かを判断するプロセッサと、
   を具備する液体循環装置。
2. 前記プロセッサは、前記圧力データに基づいて算出されたノズル面圧が予め設定された目標圧力より大きく、前記第２のポンプの駆動電圧が最大値であり、前記第１のポンプの駆動電圧が最小値である場合、液体不足であると判断する請求項１に記載の液体循環装置。
3. 前記プロセッサは、前記圧力データに基づいて算出されたノズル面圧が予め設定された目標圧力より大きく、前記第２のポンプの駆動電圧が最大値であり、前記第１のポンプの駆動電圧が最小値である回数が、予め設定された時間間隔内に予め設定された回数以上である場合、液体不足であると判断する請求項１に記載の液体循環装置。
4. 前記プロセッサは、前記第２のポンプの駆動電圧及び前記第１のポンプの駆動電圧を変更していない状態で、前記圧力データに基づいて算出されたノズル面圧が増加した場合、液体不足であると判断する請求項１に記載の液体循環装置。
5. 液体を吐出する液体吐出ヘッドと、
   請求項１乃至４の何れか１項に記載の液体循環装置と、
   を具備する液体吐出装置。

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