WO2011065510A1 - 液体循環システム - Google Patents

Abstract

　低コストで適切に液体を循環させて、液体内の微粒子の沈殿防止や液体流路内の気泡除去などを行う。　共通インク流路１６が形成されたインクジェットヘッド２と、インクカートリッジ３と、インクカートリッジ３から共通インク流路１６のインレット１６ａにインクを供給する供給流路４と、共通インク流路１６のアウトレット１６ｂからインクカートリッジ３にインクを還元する還元流路５と、供給流路４内のインクを送り出すチューブポンプ６と、還元流路５内のインクを送り出すチューブポンプ７と、供給流路４のインクを加圧する加圧用ベローズユニット８と、還元流路５のインクを減圧する減圧用ベローズユニット９と、インレット１６ａを指定水頭値の中心値＋αに保持する加圧レギュレータ１０と、アウトレット１６ｂを指定水頭値の中心値－αに保持する減圧レギュレータ１１と、を備える。

Description

液体循環システム

　本発明は、液滴吐出装置に搭載される液体循環システムに関する。

　一般に、大型のインクジェットプリンタでは、脱着可能に装着されるインクカートリッジからインクジェットヘッドにインクを供給しており、このインクには、メタリックインク、パールインク、白インクなど、液体成分と比重の異なる微粒子（顔料など）が含まれたものもある。このようなインクに含まれる微粒子は、液体成分と比べて比重が大きく、例えば、金属や鉱石などにより構成されている。

　このようなインクは流れが静止した環境に長時間放置されると比重の大きい微粒子が液体の下方に沈殿し、配管の目詰まりや吐出不良の原因になることがあった。

　また、配管の取り回しやインクジェットプリンタの機能面から、継手やサブタンクの設置により、配管の断面積や体積が変わるが、このような箇所では、インクの使用量が少ないとインクの滞留が起こり、微粒子の沈殿箇所となって、プリンタの機能障害から印字物が所望の結果とならず、問題となっていた。

　また、インクジェットプリンタはインク導入時などに配管途中やヘッドの共通インク流路に滞留した気泡がインクと共にノズルに運ばれ、吐出不良の原因となることがあった。

　これらの問題を解決する手段として、インクを循環させる方法が用いられることがある。沈殿に対しては、インクを循環させることにより常にインクを動かし、流れによる攪拌作用により沈殿を防ぐことができる。また、気泡に対しては、滞留していた気泡を流して所定の気泡トラップやインク貯留タンクに運び、除去することができる。

　このような利点のある循環ではあるが、注意すべき点として圧力制御がある。これは、インクジェットヘッドにおけるノズル部分の圧力が吐出に大きな影響を与えるため、ノズル部分のインク圧力を一定の負圧に制御することにより、ノズルに所定形状のメニスカスを形成させるものである。

　このため、従来は、各ノズルに形成されたメニスカスに影響を与えないように圧力を調整しながら、インクを循環させている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６－０８８５６４号公報

　背景技術で述べたように、インクジェットプリンタにおいては、インクジェットヘッドの各ノズルから吐出されるインク液滴の形状や飛行軌跡の最適化を図るために、インクジェットヘッドにおけるインクの水頭値（圧力）を調整するなどして各ノズルに供給されたインクを所定形状のメニスカスに形成している。

　しかしながら、従来の液体循環システムでは、インク流路の圧力を測定する圧力センサや複雑な圧力調整装置が多用されているため、高価になるという問題があった。

　そこで、本発明は、高価な圧力センサを使用することなく、少ない部品点数により、低コストで適切に液体を循環させて、液体内の微粒子の沈殿防止や液体流路内の気泡除去などを行うことができる液体循環システムを提供することを目的とする。

　本発明に係る液体循環システムは、液滴が吐出される液滴吐出装置に搭載される液体循環システムであって、液滴が吐出される複数のノズルに連通される共通流路が形成された液滴吐出ヘッドと、液滴吐出ヘッドに供給する液体が充填された液体充填容器と、液体充填容器から共通流路の一方端部に液体を供給する第１の流路と、共通流路の他方端部から液体充填容器に液体を還元する第２の流路と、共通流路における一方端部側の液体を加圧するとともに、共通流路における他方端部側の液体を減圧する差圧発生手段と、差圧発生手段と共通流路の一方端部との間に配置されて、共通流路における一方端部の液体を第１の圧力に保持する加圧レギュレータと、を有することを特徴とする。

　本発明に係る液体循環システムによれば、第１の流路により液体充填容器から液滴吐出ヘッドの共通流路の一方端部に液体が供給され、第２の流路によりこの共通流路の他方端部から液体充填容器に液体が還元されるため、液体充填容器に充填された液体は、液体充填容器、第１の流路、共通流路及び第２の流路を通る液体の流路内を循環することができる。そして、差圧発生部により、共通流路における一方端部側の液体を加圧するとともに、共通流路における他方端部側の液体を減圧することで、共通流路の両端部に差圧を発生させることができる。これにより、液体充填容器、第１の流路、共通流路及び第２の流路を通る液体の流路内に液体を循環させることができるため、液体に含まれた微粒子などの組成物を攪拌することができるとともに、この微粒子などの組成物の沈降や沈殿を抑制することや気泡を排出することができる。そして、差圧発生手段と共通流路の一方端部との間に加圧レギュレータを設けることで、差圧発生手段により発生される圧力が変動したとしても、共通流路における一方端部の液体を所定の第１の圧力に保持することができる。

　この場合、加圧レギュレータは、共通流路における一方端部の液体圧が第１の圧力よりも高くなると液体の流れを遮断し、共通流路における一方端部の液体が第１の圧力よりも低くなると液体を流すことが好ましい。このようにすることで、共通流路における一方端部の液体が第１の圧力よりも低くなるのを防止して、共通流路における一方端部の液体を第１の圧力に保持することができる。

　そして、差圧発生手段と共通流路の他方端部との間に配置されて、共通流路における他方端部の液体を第１の圧力よりも低い第２の圧力に保持する減圧レギュレータ、を更に有することが好ましい。このように、差圧発生手段と共通流路の他方端部との間に減圧レギュレータを設けることで、差圧発生手段により減圧される共通流路における他方端部側の液体の圧力が変動したとしても、共通流路における他方端部の液体を所定の第２の圧力に保持することができる。

　この場合、減圧レギュレータは、共通流路における他方端部の液体圧が第２の圧力よりも低くなると液体の流れを遮断し、共通流路における他方端部の液体が第２の圧力よりも高くなると液体を流すことが好ましい。このようにすることで、共通流路における他方端部の液体が第２の圧力よりも高くなるのを防止して、共通流路における他方端部の液体を第２の圧力に保持することができる。そして、加圧レギュレータや減圧レギュレータを用いることにより、高精度に圧力調整ができない差圧発生手段を採用しても、共通流路の両端部にかかる圧力の変動を抑制することができるため、ノズルのメニスカスを適正に保ったまま、液体を循環させることができる。しかも、差圧発生手段は、圧力センサなどの高価な部材や複雑な制御を用いる必要がなく、また、加圧レギュレータや減圧レギュレータは簡便な構造を用いることができるので、液体循環システムの低コスト化を図ることができる。

　上記の場合、加圧レギュレータは、液体充填容器から差圧発生部の加圧側を経由して液体が流入される第一圧力室と、第一圧力室と連通される連通孔が形成されて、共通流路の一方端部に液体が送り出される第二圧力室と、第二圧力室と周囲の大気とを隔てるダイアフラムと、ダイアフラムに接続されて連通孔を開閉する弁体と、連通孔を閉じる方向に弁体を付勢する調圧スプリングと、を備えることが好ましい。このように構成することで、通常は、共通流路の一方端部に連通する第二圧力室の圧力は負圧であるため、ダイアフラムには、大気圧である外部より第二圧力室側に引き寄せられて、弁体を開く方向の力が発生する。このとき、弁体を開く方向に押す第二圧力室の液体圧がダイアフラムに及ぼす力が、弁体を閉じる方向に押す調圧スプリングの力がよりも小さくなると、弁体が連通孔を閉ざして液体の供給が停止される。そして、弁体を開く方向に押す第二圧力室の液体圧がダイアフラムに及ぼす力が、弁体を閉じる方向に押す調圧スプリングの力よりも大きくなると、弁体が連通孔を開いて液体の供給が再開される。このように、複雑な制御を行うことなく、機械的に液体の通過及び停止を行うことができるため、共通流路における一方端部の液体圧を設定圧力に保持することができる。

　そして、加圧レギュレータは、所定圧力に調整された空気が導入されるとともに、当該空気の圧力と共通流路の一方端部に排出される液体の圧力との比較に基づき、液体の流路を開閉することとしてもよい。このように、共通流路の一方端部に排出される液体と所定の設定圧力の気体との圧力差に基づいて、液体の供給と停止とを切り替えるため、気体の設定圧力を変えることで、共通流路における一方端部の液体圧を容易に変えることができ、設定圧力の自由度が格段に向上するとともに、加圧レギュレータを複数用いたとしても、一度に設定圧力を変えることができる。

　この場合、加圧レギュレータは、液体充填容器から液体が流入される第一圧力室と、第一圧力室と連通される連通孔が形成されて共通流路の一方端部に液体が排出される第二圧力室と、所定圧力の空気が流入される第三圧力室と、第二圧力室と第三圧力室とを隔てるダイアフラムと、ダイアフラムに接続されて連通孔を開閉する弁体と、を備えることが好ましい。このように構成することで、第二圧力室から排出される液体圧が第三圧力室に流入される空気の圧力よりも高くなると、弁体が連通孔を閉ざして液体の供給が停止され、第二圧力室から排出される液体圧が第三圧力室に流入される空気の圧力よりも低くなると、弁体が連通孔を開いて液体の供給が再開される。このため、第三圧力室に流入させる空気の圧力を設定するだけで、複雑な制御を行うことなく、機械的に、液体の通過及び停止を行うことができるため、より確実に共通流路における一方端部の液体圧を設定圧力に保持することができる。

　また、上記の場合、減圧レギュレータは、共通流路の他方端部から還元される液体が流入する第一圧力室と、第一圧力室と連通される連通孔が形成されて、差圧発生部の負圧側に連通される流路に液体が排出される第二圧力室と、第一圧力室と周囲の大気とを隔てるダイアフラムと、ダイアフラムに接続されて連通孔を開閉する弁体と、連通孔を開く方向に弁体を付勢する調圧スプリングと、を備えることが好ましい。このように構成することで、通常は、共通流路の他方端部に連通する第一圧力室の圧力は負圧であるため、ダイアフラムには、大気圧である外部より第一圧力室側に引き寄せられて、弁体を閉じる方向の力が発生する。このとき、弁体を開く方向に押す調圧スプリングの力が、弁体を閉じる方向に押す第一圧力室の液体圧がダイアフラムに及ぼす力よりも小さくなると、弁体が連通孔を閉ざして液体の供給が停止される。そして、弁体を開く方向に押す調圧スプリングの力が、弁体を閉じる方向に押す第一圧力室の液体圧がダイアフラムに及ぼす力よりも大きくなると、弁体が連通孔を開いて液体の供給が再開される。このように、複雑な制御を行うことなく、機械的に液体の通過及び停止を行うことができるため、共通流路における他方端部の液体圧を設定圧力に保持することができる。

　そして、減圧レギュレータは、所定圧力に調整された空気が導入されるとともに、当該空気の圧力と共通流路の他方端部から流入される液体の圧力との比較に基づき、液体の流路を開閉することとしてもよい。このように、共通流路の他方端部から流入される液体と所定の設定圧力の気体との圧力差に基づいて、液体の供給と停止とを切り替えるため、気体の設定圧力を変えることで、共通流路における他方端部の液体圧を容易に変えることができ、設定圧力の自由度が格段に向上するとともに、減圧レギュレータを複数用いたとしても、一度に設定圧力を変えることができる。

　この場合、減圧レギュレータは、共通流路の他方端部から液体が流入される第一圧力室と、第一圧力室と連通される連通孔が形成されて液体充填容器に液体が排出される第二圧力室と、所定圧力の空気が流入される第三圧力室と、第二圧力室と第三圧力室とを隔てるダイアフラムと、ダイアフラムに接続されて連通孔を開閉する弁体と、を備えることが好ましい。このように構成することで、第一圧力室に流入される液体圧が第三圧力室に流入される空気の圧力よりも低くなると、弁体が連通孔を閉ざして液体の供給が停止され、第一圧力室に流入される液体圧が第三圧力室に流入される空気の圧力よりも高くなると、弁体が連通孔を開いて液体の供給が再開される。このため、第三圧力室に流入させる空気の圧力を設定するだけで、複雑な制御を行うことなく、機械的に、液体の通過及び停止を行うことができるため、より確実に共通流路における他方端部の液体圧を設定圧力に保持することができる。

　そして、第１の圧力及び第２の圧力は、液滴吐出ヘッドの指定水頭範囲内にあり、第１の圧力は、液滴吐出ヘッドの指定水頭値の中心値よりも所定圧力だけ高い圧力であり、第２の圧力は、指定水頭値の中心値よりも所定圧力だけ低い圧力であることが好ましい。このように、加圧レギュレータにより共通流路の一方端部に発生させる圧力と、減圧レギュレータにより共通流路の他方端部に発生させる圧力とを、指定水頭値の中心値を挟んだ値とすることで、共通流路の圧力平均を指定水頭値の中心値に近づけることができるため、液滴吐出ヘッドの各ノズルに形成された液体のメニスカスが壊れるのを防止することができる。

　また、差圧発生手段は、液体を加圧する加圧用ベローズと、液体を液滴吐出ヘッド側に送り出す第１のチューブポンプとにより、共通流路における一方端部側の液体を加圧し、液体を減圧する減圧用ベローズと、液体を液体充填容器側に送り出す第２のチューブポンプとにより、共通流路における他方端部側の液体を減圧してもよい。このように、ベローズ及びチューブポンプという簡易な構成で共通流路の両端部に所定の差圧を発生させることで、更に低コスト化を図ることができる。

　また、差圧発生手段は、第１の流路又は第２の流路に設けられて差圧を発生する差圧発生ポンプ、を備えることとしてもよい。このように、第１の流路又は第２の流路に差圧発生ポンプを設けることでも、共通流路の両端部に所定の差圧を発生させることができる。

　また、差圧発生手段は、液体を加圧する加圧用ベローズと、液体を液滴吐出ヘッド側に送り出す第１のチューブポンプとにより、共通流路における一方端部側の液体を加圧し、共通流路における他方端部の液体の圧力が共通流路における一方端部の液体の圧力よりも低くなるように、液滴吐出ヘッドと液体充填容器とに高低差を設けてなることとしてもよい。このように、第１の流路に加圧用ベローズ、第１のチューブポンプ及び加圧レギュレータを設けるとともに、液滴吐出ヘッドと液体充填容器とに高低差を設けることでも、共通流路の両端部に差圧を発生させることができる。

　本発明によれば、高価な圧力センサを使用することなく、少ない部品点数により、低コストで適切に液体を循環させて、液体内の微粒子の沈殿防止や液体流路内の気泡除去などを行うことができる。

第１の実施形態に係るインク循環システムの概略構成図である。 インクジェットヘッドの概略断面図である。 図３Ａ及び図３Ｂは、加圧レギュレータのモデルであり、図３Ａは、弁が閉じた状態を示しており、図３Ｂは、弁が開いた状態を示している。 図４Ａ及び図４Ｂは、減圧レギュレータのモデルであり、図４Ａは、弁が閉じた状態を示しており、図４Ｂは、弁が開いた状態を示している。 第２の実施形態に係るインク循環システムの概略構成図である。 第３の実施形態に係るインク循環システムの概略構成図である。 第４の実施形態に係るインク循環システムの概略構成図である。 第５の実施形態に係るインク循環システムの概略構成図である。 図９Ａ及び図９Ｂは、パイロットエア式加圧レギュレータのモデルであり、図９Ａは、弁が閉じた状態を示しており、図９Ｂは、弁が開いた状態を示している。 図１０Ａ及び図１０Ｂは、パイロットエア式減圧レギュレータのモデルであり、図１０Ａは、弁が閉じた状態を示しており、図１０Ｂは、弁が開いた状態を示している。

　以下、図面を参照して、本発明に係る液体循環システムの好適な実施形態について詳細に説明する。本実施形態は、本発明に係る液体循環システムを、液滴吐出装置であるインクジェットプリンタに搭載されるインク循環システムに適用したものである。本実施形態に係るインク循環システムは、インクジェットプリンタのインク流路においてインクを循環させるものである。そして、このインク循環システムで循環されるインクは、メタリックインク、パールインク、白インクなど、液体成分に、顔料などの液体成分と比重の異なる微粒子が含まれたものが用いられる。なお、同一又は相当部分には同一符号を付すこととする。

　［第１実施形態］
　図１は、第１の実施形態に係るインク循環システムの概略構成図であり、図２は、インクジェットヘッドの概略断面図である。図１に示すように、第１の実施形態に係るインク循環システム１は、インクジェットヘッド２と、インクカートリッジ３と、供給流路４と、還元流路５と、チューブポンプ６と、チューブポンプ７と、加圧用ベローズユニット８と、減圧用ベローズユニット９と、加圧レギュレータ１０と、減圧レギュレータ１１と、高速循環用流路１２と、を備えている。

　インクジェットヘッド２は、インク液滴を吐出するものである。このため、図２に示すように、インクジェットヘッド２には、多数のノズル１５と、全てのノズル１５に連通される共通インク流路１６と、が形成されている。

　共通インク流路１６は、インクカートリッジ３からインクジェットヘッド２に供給されたインクが流れる流路である。共通インク流路１６は、インクジェットヘッド２に形成された全てのノズル１５に連通されており、インクカートリッジ３からインクジェットヘッド２に供給されたインクを各ノズル１５に分配供給するものである。この共通インク流路１６の一端には、供給流路４から供給されたインクを共通インク流路１６に導入するインレット１６ａが形成されており、共通インク流路１６の他端には、共通インク流路１６に供給されたインクを還元流路５に排出するアウトレット１６ｂが形成されている。このインレット１６ａ及びアウトレット１６ｂは、共通インク流路１６の両端に形成されている。このため、インレット１６ａから導入されたインクは、共通インク流路１６の一端から他端まで流れて、アウトレット１６ｂから排出される。

　各ノズル１５は、共通インク流路１６から供給されたインクを、所定量のインク液滴として吐出するものである。各ノズル１５は、微小な管状に形成されている。各ノズル１５には、部分的に径が大きくなって膨らんだチャンバ１５ａが形成されている。このチャンバ１５ａには、チャンバ１５ａ内を加圧する図示しない圧電素子が取り付けられている。そして、この圧電素子を駆動してチャンバ１５ａ内を加圧すると、チャンバ１５ａから所定量のインクが押し出されて、各ノズル１５の先端から所定の大きさのインク液滴が吐出される。そして、各ノズル１５からインクが漏れ出さないように、インクの水頭値などを調整して、各ノズル１５に供給されたインクを負圧状態に保持している。また、各ノズル１５から吐出されるインク液滴の形状や飛行軌跡の最適化を図るために、インクの水頭値などを調整して、各ノズル１５に供給されたインクを所定形状のメニスカスに形成している。

　このように構成されるインクジェットヘッド２は、走査方向に移動可能に取り付けられた図示しないキャリッジに搭載されている。そして、インクジェットヘッド２は、キャリッジの走査方向への移動時にインク液滴を吐出することで、図示しないプラテンに設置された記録用メディアに画像等を印刷する。

　インクカートリッジ３は、インクジェットヘッド２に供給するインクが充填されたインク容器である。なお、インクカートリッジ３は、指定水頭値に関係なく任意の高さに配置される。

　供給流路４は、細長い管状部材（チューブ）で構成されており、インクカートリッジ３とインクジェットヘッド２とを連通して、インクカートリッジ３に充填されたインクをインクジェットヘッド２に供給するための流路である。この供給流路４には、インクカートリッジ３とインクジェットヘッド２との間に、チューブポンプ６、加圧用ベローズユニット８及び加圧レギュレータ１０が取り付けられている。このため、供給流路４は、インクカートリッジ３とチューブポンプ６とを連通するものと、チューブポンプ６と加圧用ベローズユニット８とを連通するものと、加圧用ベローズユニット８と加圧レギュレータ１０とを連通するものと、加圧レギュレータ１０とインクジェットヘッド２とを連通するものとで構成される。

　還元流路５は、細長い管状部材（チューブ）で構成されており、インクジェットヘッド２とインクカートリッジ３とを連通して、インクジェットヘッド２に充填されたインクをインクカートリッジ３に還元するための流路である。この還元流路５には、インクジェットヘッド２とインクカートリッジ３との間に、減圧レギュレータ１１、減圧用ベローズユニット９及びチューブポンプ７が取り付けられている。このため、還元流路５は、インクジェットヘッド２と減圧レギュレータ１１とを連通するものと、減圧レギュレータ１１と減圧用ベローズユニット９とを連通するものと、減圧用ベローズユニット９とチューブポンプ７とを連通するものと、チューブポンプ７とインクカートリッジ３とを連通するものとで構成される。

　チューブポンプ６は、供給流路４内のインクをインクジェットヘッド２側に向けて送り出す送液装置である。チューブポンプ６は、図示しない内臓チューブと、このチューブを押し潰しながら回転する内蔵ローラとにより構成されており、この内蔵チューブの両端に、供給流路４が連結されている。このため、チューブポンプ６の内蔵チューブを押し潰しながら内蔵ローラを回転させることで、インクカートリッジ３から供給流路４に供給されたインクを強制的にインクジェットヘッド２側に送り出すことができる。そして、チューブポンプ６は、内蔵ローラの回転数を調整することで、供給流路４内を流れるインクの流量を調整することができる。

　チューブポンプ７は、還元流路５内のインクをインクカートリッジ３側に向けて送り出す送液装置である。チューブポンプ７は、図示しない内臓チューブと、このチューブを押し潰しながら回転する内蔵ローラとにより構成されており、この内蔵チューブの両端に、還元流路５が連結されている。このため、チューブポンプ７の内蔵チューブを押し潰しながら内蔵ローラを回転させることで、共通インク流路１６から還元流路５に排出されたインクを強制的にインクカートリッジ３側に送り出すことができる。そして、チューブポンプ７は、内蔵ローラの回転数を調整することで、還元流路５内を流れるインクの流量を調整することができる。

　加圧用ベローズユニット８は、蛇腹状の伸縮管で構成される金属ベローズ８ａと、金属ベローズ８ａの上部に設けられて金属ベローズ８ａの伸縮によりＯＮ／ＯＦＦが切り替えられるマイクロスイッチ８ｂとで構成され、チューブポンプ６と加圧レギュレータ１０との間に配置されている。マイクロスイッチ８ｂは、チューブポンプと連動し、金属ベローズ８ａが伸びるとＯＦＦ位置となり、金属ベローズ８ａが縮むとＯＮ位置となる。なお、金属ベローズ８ａは、例えばステンレスなどで構成される。

　この加圧用ベローズユニット８は、チューブポンプ６からインクが強制的に送り込まれることで金属ベローズ８ａが引き伸ばされる。そして、金属ベローズ８ａが所定長まで引き伸ばされると、マイクロスイッチ８ｂがＯＦＦとなり、チューブポンプ６の駆動が停止する。すると、引き伸ばされた金属ベローズ８ａが復元力により縮まるため、供給流路４を流れるインクが加圧される。そして、金属ベローズ８ａが所定長まで縮まると、マイクロスイッチ８ｂがＯＮとなり、チューブポンプ６の駆動が再開する。このように、金属ベローズ８ａの伸縮により、供給流路４を流れるインクが加圧される。このため、加圧用ベローズユニット８は、金属ベローズ８ａのバネ定数を調整することで、供給流路４を流れるインクを加圧する圧力値を調整することができる。なお、加圧用ベローズユニット８は、金属ベローズ８ａのバネ定数の設定により、例えば、供給流路４を流れるインクを５０００～２００００Ｐａ（≒５００～２０００ｍｍＨ_２Ｏ）に加圧する。

　減圧用ベローズユニット９は、蛇腹状の伸縮管で構成される金属ベローズ９ａと、金属ベローズ９ａの上部に設けられて金属ベローズ９ａの伸縮によりＯＮ／ＯＦＦが切り替えられるマイクロスイッチ９ｂとで構成され、減圧レギュレータ１１とチューブポンプ７との間に配置されている。マイクロスイッチ９ｂは、チューブポンプと連動し、金属ベローズ９ａが伸びるとＯＮ位置となり、金属ベローズ９ａが縮むとＯＦＦ位置となる。なお、金属ベローズ９ａは、例えばステンレスなどで構成される。

　この減圧用ベローズユニット９は、チューブポンプ７からインクが強制的に吸引されることで金属ベローズ９ａが縮められる。そして、金属ベローズ９ａが所定長まで縮められると、マイクロスイッチ９ｂがＯＦＦとなり、チューブポンプ７の駆動が停止する。すると、縮められた金属ベローズ８ａが復元力により伸びるため、還元流路５を流れるインクが減圧される。そして、金属ベローズ８ａが所定長まで伸びると、マイクロスイッチ９ｂがＯＮとなり、チューブポンプ７の駆動が再開する。このように、金属ベローズ９ａの伸縮により、還元流路５を流れるインクが減圧される。このため、減圧用ベローズユニット９は、金属ベローズ９ａのバネ定数を調整することで、還元流路５を流れるインクを減圧する圧力値を調整することができる。なお、減圧用ベローズユニット９は、金属ベローズ９ａのバネ定数の設定により、例えば、還元流路５を流れるインクを－５０００～－２００００Ｐａに減圧する。

　加圧レギュレータ１０は、加圧用ベローズユニット８とインクジェットヘッド２との間に配置されて、共通インク流路１６のインレット１６ａを所定の設定圧力以上に保持するレギュレータである。なお、加圧レギュレータ１０は、加圧ダンパとも称される。

　図３Ａ及び図３Ｂは、加圧レギュレータのモデルであり、図３Ａは、弁が閉じた状態を示しており、図３Ｂは、弁が開いた状態を示している。図３Ａ及び図３Ｂに示すように、加圧レギュレータ１０は、インクカートリッジ３から供給されるインクが流入する第一圧力室１０ａと、ダイアフラム１０ｃに覆われて共通インク流路１６のインレット１６ａにインクが流出する第二圧力室１０ｂとが形成されている。なお、第二圧力室１０ｂを覆うダイアフラム１０ｃの外側は、大気圧に晒されている。また、加圧レギュレータ１０には、第一圧力室１０ａと第二圧力室１０ｂとを連通して第一圧力室１０ａから第二圧力室１０ｂにインクが流れる貫通孔１０ｄが形成されており、この貫通孔１０ｄには、貫通孔１０ｄを開閉する弁体１０ｅが挿通されている。弁体１０ｅは、一端がダイアフラム１０ｃに接続されて移動可能に保持されており、他端が第一圧力室１０ａ側から貫通孔１０ｄを閉じる弁１０ｆが形成されている。なお、第一圧力室１０ａには、弁１０ｆに対応する位置にシール用のＯリング１０ｈが取り付けられている。そして、この弁体１０ｅは、調圧スプリング１０ｇにより、弁１０ｆが貫通孔１０ｄを閉じる方向に付勢されている。なお、調圧スプリング１０ｇは、図示しない調節ネジにより伸縮可能となっている。

　ここで、第一圧力室１０ａに流入するインクの圧力をＰ１ｉｎ、第二圧力室１０ｂから流出するインクの圧力をＰ１ｏｕｔ、ダイアフラム１０ｃの面積をＡ１、調圧スプリング１０ｇの付勢力をＦ１とする。なお、第二圧力室１０ｂから流出するインクの圧力Ｐ１ｏｕｔは、各ノズルに供給されたインクの形状を所定のメニスカス形状とするために、負圧となっている。

　通常、圧力Ｐ１ｏｕｔは負圧であるため、Ｐ１ｏｕｔに面積Ａ１を乗じた力は、弁体１０ｅを開く方向（図３Ａ及び図３Ｂにおいて右方向）の力となる。また、調圧スプリング１０ｇの付勢力Ｆ１は、弁体１０ｅを閉じる方向（図３Ａ及び図３Ｂにおいて左方向）の力となる。

　このため、図３Ａに示すように、弁体１０ｅを開こうとするＰ１ｏｕｔに面積Ａ１を乗じた力が、弁体１０ｅを閉じようとする付勢力Ｆ１以下になると（｜Ｆ１｜≧｜Ｐ１ｏｕｔ×Ａ１｜）、調圧スプリング１０ｇの付勢力Ｆ１により弁体１０ｅが図３Ａ及び図３Ｂにおいて左側に付勢されて貫通孔１０ｄが弁１０ｆによって閉ざされる。これにより、第一圧力室１０ａから第二圧力室１０ｂへのインクの流れが遮断され、インクがインレット１６ａに対するインクの供給が停止する。なお、｜｜は絶対値を示す記号である。

　一方、図３Ｂに示すように、弁体１０ｅを開こうとするＰ１ｏｕｔに面積Ａ１を乗じた力が、弁体１０ｅを閉じようとする付勢力Ｆ１よりも大きくなると（｜Ｆ１｜＜｜Ｐ１ｏｕｔ×Ａ１｜）、調圧スプリング１０ｇの付勢力Ｆ１に抗してダイアフラム１０ｃが図３Ａ及び図３Ｂにおいて右側に変形して貫通孔１０ｄが開かれる。これにより、第一圧力室１０ａから第二圧力室１０ｂにインクが流れ込み、インレット１６ａに対するインクの供給が再開する。

　この場合、弁１０ｆの開閉により圧力Ｐ１ｉｎを一定圧に制御するには、圧力Ｐ１ｉｎを圧力Ｐ１ｏｕｔ以上にする必要があり、圧力Ｐ１ｉｎが圧力Ｐ１ｏｕｔよりも十分に高い値とすることが好ましい。

　なお、厳密に考えると、加圧レギュレータ１０には、圧力Ｐ１ｉｎが弁１０ｆに作用する圧力に弁１０ｆの面積を乗じた力も発生するが、通常、弁１０ｆの面積が小さいことから、この力を無視して考えることができる。

　このように、圧力Ｐ１ｉｎが圧力Ｐ１ｏｕｔ以上の状態で、弁１０ｆの開閉が繰り返されることで、多少の変動はあるものの圧力Ｐ１ｏｕｔが略一定に保持される。そして、加圧レギュレータ１０により保持される圧力Ｐ１ｏｕｔが、加圧レギュレータ１０の設定圧力となる。なお、加圧レギュレータ１０の設定圧力は、調圧スプリング１０ｇの付勢力Ｆ１及びダイアフラム１０ｃの面積Ａ１に基づき定められるため、調圧スプリング１０ｇの強さを調整することで、加圧レギュレータ１０の設定圧力を調整することができる。

　そして、調圧スプリング１０ｇの強さを調整することにより、加圧レギュレータ１０の設定圧力を指定水頭値の中心値＋α（第１の圧力）に設定する。すると、弁１０ｆの開閉により、第二圧力室１０ｂから出力されるインクの圧力Ｐ１ｏｕｔが指定水頭値の中心値＋αに保持されるため、第二圧力室１０ｂに連通されるインレット１６ａのインク圧も指定水頭値の中心値＋αに保持される。

　減圧レギュレータ１１は、減圧用ベローズユニット９とインクジェットヘッド２との間に配置されて、共通インク流路１６のアウトレット１６ｂを所定の設定圧力以下に保持するレギュレータである。なお、減圧レギュレータ１１は、減圧ダンパとも称される。

　図４Ａ及び図４Ｂは、減圧レギュレータのモデルであり、図４Ａは、弁が閉じた状態を示しており、図４Ｂは、弁が開いた状態を示している。図４Ａ及び図４Ｂに示すように、減圧レギュレータ１１は、ダイアフラム１１ｃに覆われてインクジェットヘッド２のアウトレット１６ｂから還元されるインクが流入する第一圧力室１１ａと、インクカートリッジ３にインクが流出する第二圧力室１１ｂとが形成されている。なお、第一圧力室１１ａを覆うダイアフラム１１ｃの外側は、大気圧に晒されている。また、減圧レギュレータ１１には、第一圧力室１１ａと第二圧力室１１ｂとを連通して第一圧力室１１ａから第二圧力室１１ｂにインクが流れる貫通孔１１ｄが形成されており、この貫通孔１１ｄを開閉する弁体１１ｅが設けられている。弁体１１ｅは、一端がダイアフラム１１ｃに接続されて移動可能に保持されており、他端が第一圧力室１１ａ側から貫通孔１１ｄを閉じる弁１１ｆが形成されている。なお、第一圧力室１１ａには、弁１１ｆに対応する位置にシール用のＯリング１１ｈが取り付けられている。そして、この弁体１１ｅは、調圧スプリング１１ｇにより、弁１１ｆが貫通孔１１ｄを開く方向に付勢されている。なお、調圧スプリング１１ｇは、図示しない調節ネジにより伸縮可能となっている。

　ここで、第一圧力室１１ａに流入するインクの圧力をＰ２ｉｎ、第二圧力室１１ｂから流出するインクの圧力をＰ２ｏｕｔ、ダイアフラム１１ｃの面積をＡ２、調圧スプリング１１ｇの付勢力をＦ２とする。なお、第一圧力室１１ａに流入するインクの圧力Ｐ２ｉｎは、各ノズルに供給されたインクの形状を所定のメニスカス形状とするために、負圧となっている。

　通常、圧力Ｐ２ｉｎは負圧であるため、Ｐ２ｉｎに面積Ａ２を乗じた力は、弁体１１ｅを閉じる方向（図４Ａ及び図４Ｂにおいて右方向）の力となる。また、調圧スプリング１１ｇの付勢力Ｆ２は、弁体１１ｅを開く方向（図４Ａ及び図４Ｂにおいて左方向）の力となる。

　このため、図４Ａに示すように、弁体１１ｅを閉じようとするＰ２ｉｎに面積Ａ２を乗じた力が、弁体１１ｅを開こうとする付勢力Ｆ２以上になると（｜Ｆ２｜≦｜Ｐ２ｉｎ×Ａ２｜）、調圧スプリング１１ｇの付勢力Ｆ２に抗して弁体１１ｅが図３Ａ及び図３Ｂにおいて右側に移動して、貫通孔１１ｄが弁１１ｆによって閉ざされる。これにより、第一圧力室１１ａから第二圧力室１１ｂへのインクの流れが遮断され、アウトレット１６ｂからのインクの排出が停止する。

　一方、図４Ｂに示すように、弁体１１ｅを閉じようとするＰ２ｉｎに面積Ａ２を乗じた力が、弁体１１ｅを開こうとする付勢力Ｆ２よりも低くなると（｜Ｆ２｜＞｜Ｐ２ｉｎ×Ａ２｜）、調圧スプリング１１ｇの付勢力Ｆ２により弁体１１ｅが図４Ａ及び図４Ｂにおいて左側に移動して、貫通孔１１ｄが開かれる。これにより、第一圧力室１１ａから第二圧力室１１ｂにインクが流れ込み、アウトレット１６ｂからのインクの排出が再開する。

　この場合、弁１１ｆの開閉により圧力Ｐ２ｉｎを一定圧に制御するには、圧力Ｐ２ｏｕｔを圧力Ｐ２ｉｎ以下にする必要があり、圧力Ｐ２ｏｕｔが圧力Ｐ１ｉｎよりも十分に低い値とすることが好ましい。

　なお、厳密に考えると、減圧レギュレータ１１には、圧力Ｐ２ｏｕｔが弁１１ｆに作用する圧力に弁１１ｆの面積を乗じた力も発生するが、通常、弁１１ｆの面積が小さいことから、この力を無視して考えることができる。

　このように、圧力Ｐ２ｏｕｔが圧力Ｐ２ｉｎ以下の状態で、弁１１ｆの開閉が繰り返されることで、多少の変動はあるものの圧力Ｐ２ｉｎが略一定に保持される。そして、減圧レギュレータ１１により保持される圧力Ｐ２ｉｎが、減圧レギュレータ１１の設定圧力となる。なお、減圧レギュレータ１１の設定圧力は、調圧スプリング１１ｇの付勢力Ｆ２及びダイアフラム１１ｃの面積Ａ２に基づき定められるため、調圧スプリング１１ｇの強さを調整することで、減圧レギュレータ１１の設定圧力を調整することができる。

　そして、調圧スプリング１１ｇの強さを調整することにより、減圧レギュレータ１１の設定圧力を指定水頭値の中心値－α（第２の圧力）に設定する。すると、弁１１ｆの開閉により、第一圧力室１１ａに入力されるインクの圧力Ｐ２ｉｎが指定水頭値の中心値－αに保持されるため、第一圧力室１１ａに連通されるアウトレット１６ｂのインク圧も指定水頭値の中心値－αに保持される。

　このように、加圧レギュレータ１０の設定圧力を指定水頭値の中心値＋αとし、減圧レギュレータ１１の設定圧力を指定水頭値の中心値－αとすることで、インクジェットヘッド２の共通インク流路１６の両端部に２αの差圧が発生する。

　このとき、加圧レギュレータ１０と減圧レギュレータ１１とにより発生させる差圧２αは、インクの液体成分に含まれる微粒子が攪拌される程度にインクが循環する値とすることが好ましく、また、各ノズル１５に形成されているインクのメニスカス形状が壊れないメニスカスの形状維持耐力の範囲内の値とするのが好ましい。

　そこで、加圧レギュレータ１０と減圧レギュレータ１１とにより共通インク流路１６の両端部に発生させる差圧２αを、例えば、１００Ｐａとする。この場合、加圧レギュレータ１０の設定圧力は、指定水頭値の中心値＋５０Ｐａとなり、減圧レギュレータ１１の設定圧力は、指定水頭値の中心値－５０Ｐａとなる。

　更に、加圧レギュレータ１０は、第一圧力室１０ａに流入するインクの圧力Ｐ１ｉｎを第二圧力室１０ｂから出力するインクの圧力Ｐ１ｏｕｔ以上としておく必要があるため、加圧用ベローズユニット８により発生する圧力を、例えば、５０００～２００００Ｐａとする。これにより、第一圧力室１０ａに流入するインクの圧力Ｐ１ｉｎが５０００～２００００Ｐａとなる。一方、減圧レギュレータ１１は、第二圧力室１１ｂから出力するインクの圧力Ｐ２ｏｕｔを第一圧力室１１ａに流入するインクの圧力Ｐ２ｉｎ以下としておく必要があるため、減圧用ベローズユニット９により発生する圧力を、例えば、－５０００～－２００００Ｐａとする。これにより、第二圧力室１１ｂから流出するインクの圧力Ｐ２ｏｕｔが－５０００～－２００００Ｐａとなる。

　なお、加圧用ベローズユニット８は、上述したように、マイクロスイッチ８ｂのＯＮ／ＯＦＦ切り替えのヒステリシスにより、インクに加える圧力が変動する。しかしながら、加圧レギュレータ１０は、第一圧力室１０ａに流入するインクの圧力Ｐ１ｉｎが第二圧力室１０ｂから出力するインクの圧力Ｐ１ｏｕｔ以上である限りは、第二圧力室１０ｂから出力するインクの圧力Ｐ１ｏｕｔを指定水頭値の中心値＋αに保持するため、加圧用ベローズユニット８による圧力変動が生じても、インレット１６ａの圧力を指定水頭値の中心値＋αに保持することができる。

　また、減圧用ベローズユニット９は、上述したように、マイクロスイッチ９ｂのＯＮ／ＯＦＦ切り替えのヒステリシスにより、インクに加える圧力が変動する。しかしながら、減圧レギュレータ１１は、第二圧力室１１ｂから出力するインクの圧力Ｐ２ｏｕｔが第一圧力室１１ａに流入するインクの圧力Ｐ２ｉｎ以下である限りは、第一圧力室１１ａに流入するインクの圧力Ｐ２ｉｎを指定水頭値の中心値－αに保持するため、減圧用ベローズユニット９による圧力変動が生じても、アウトレット１６ｂの圧力を指定水頭値の中心値－αに保持することができる。

　高速循環用流路１２は、細長い管状部材（チューブ）で構成されており、インクジェットヘッド２、加圧レギュレータ１０及び減圧レギュレータ１１をバイパスして、インクカートリッジ３、チューブポンプ６、チューブポンプ７、加圧用ベローズユニット８及び減圧用ベローズユニット９を通るインク流路においてインクを高速に強制循環させるための流路である。高速循環用流路１２は、高速循環用流路１２は、供給流路４及び還元流路５と同様に細長い管状部材（チューブ）で構成されている。高速循環用流路１２の一端は、供給流路４における加圧用ベローズユニット８と加圧レギュレータ１０との間に接続されており、高速循環用流路１２の他端は、還元流路５における減圧用ベローズユニット９と減圧レギュレータ１１との間に接続されている。

　この高速循環用流路１２は、図示しない電磁弁により開閉させることが可能となっている。そして、高速循環用流路１２を開通させると、インクは、インクジェットヘッド２、加圧レギュレータ１０及び減圧レギュレータをバイパスして、インクカートリッジ３、チューブポンプ６、チューブポンプ７、加圧用ベローズユニット８及び減圧用ベローズユニット９を通るインク流路内を循環することが可能となる。

　次に、インク循環システム１の動作について説明する。なお、インク循環システム１の動作は、通常時に行う通常循環動作と、高速循環動作とがあるため、以下に順次説明する。

　始めに、通常時に行う通常循環動作について説明する。通常循環動作は、図示しない制御部により、チューブポンプ６、チューブポンプ７、加圧用ベローズユニット８のマイクロスイッチ８ｂ、減圧用ベローズユニット９のマイクロスイッチ９ｂを駆動させことにより行う。なお、通常循環動作では、高速循環用流路１２を閉鎖しておく。

　すると、チューブポンプ６により、供給流路４内のインクがインクジェットヘッド２側に向けて送り出される。また、このチューブポンプ６により送り出されたインクが、加圧用ベローズユニット８により、例えば５０００～２００００Ｐａに加圧される。これにより、インクカートリッジ３に充填されたインクがインレット１６ａに向けて圧送され、供給流路４におけるインクジェットヘッド２のインレット１６ａ側のインクが、例えば５０００～２００００Ｐａに加圧される。

　このとき、加圧レギュレータ１０では、チューブポンプ６及び加圧用ベローズユニット８により圧送されたインクが第一圧力室１０ａに流入する。そして、第二圧力室１０ｂからインレット１６ａに流出するインクの圧力Ｐ１ｏｕｔが指定水頭値の中心値＋α以下になると、弁１０ｆが貫通孔１０ｄを開く。これにより、第一圧力室１０ａに流入したインクが第二圧力室１０ｂから流出して、インレット１６ａに対するインクの供給が行われる。一方、第二圧力室１０ｂからインレット１６ａに流出するインクの圧力Ｐ１ｏｕｔが指定水頭値の中心値＋αよりも高くなると、弁１０ｆが貫通孔１０ｄを閉じる。これにより、第一圧力室１０ａから第二圧力室１０ｂへのインクの流れが遮断されて、インレット１６ａに対するインクの供給が停止する。このように、第二圧力室１０ｂからインレット１６ａに流出するインクの圧力Ｐ１ｏｕｔと指定水頭値の中心値との関係に基づく弁１０ｆの開閉により、インレット１６ａに供給されるインクが設定圧力である指定水頭値の中心値＋αに保持される。

　一方、チューブポンプ７により、還元流路５内のインクがインクカートリッジ３側に向けて送り出されるとともに、減圧用ベローズユニット９により、還元流路５におけるインクジェットヘッド２のアウトレット１６ｂ側の圧力が例えば－５０００～－２００００Ｐａに減圧される。

　このとき、減圧レギュレータ１１では、チューブポンプ７及び減圧用ベローズユニット９によりインクが送り出されることにより、第二圧力室１１ｂの圧力が低下する。そして、アウトレット１６ｂから第一圧力室１１ａに流入するインクの圧力Ｐ２ｉｎが指定水頭値の中心値－α以上になると、弁１１ｆが貫通孔１１ｄを開く。これにより、アウトレット１６ｂから排出されたインクが、第一圧力室１１ａから第二圧力室１１ｂに流れ込み、チューブポンプ７及び減圧用ベローズユニット９により送り出される。一方、アウトレット１６ｂから第一圧力室１１ａに流入するインクの圧力Ｐ２ｉｎが指定水頭値の中心値－αより低くなると、弁１１ｆが貫通孔１１ｄを閉じる。これにより、第一圧力室１１ａから第二圧力室１１ｂへのインクの流れが遮断されて、アウトレット１６ｂからインクの排出が停止する。このように、アウトレット１６ｂから第一圧力室１１ａに流出するインクの圧力Ｐ２ｉｎと指定水頭値の中心値との関係に基づく弁１１ｆの開閉により、アウトレット１６ｂから還元されるインクが設定圧力である指定水頭値の中心値－αに保持される。

　そして、インレット１６ａとアウトレット１６ｂとの間に発生する２αの差圧により、共通インク流路１６内を、インレット１６ａからアウトレット１６ｂに向けてインクが流れる。これにより、インクカートリッジ３に貯留されたインクは、供給流路４、チューブポンプ６、供給流路４、加圧用ベローズユニット８、供給流路４、加圧レギュレータ１０、供給流路４、インクジェットヘッド２の共通インク流路１６、還元流路５、減圧レギュレータ１１、還元流路５、減圧用ベローズユニット９、還元流路５、チューブポンプ７、還元流路５及びインクカートリッジ３を循環する。

　次に、高速循環動作について説明する。高速循環動作は、インク流路にインクを充填し、また、インクに含まれた微粒子などの組成物を確実に攪拌するものであり、インクジェットプリンタの立上げ時やメンテナンス時など、定期的又は随時行われる。高速循環動作では、まず、高速循環用流路１２を開閉する電磁弁を駆動制御して、高速循環用流路１２を開通させる。これにより、高速循環用流路１２にインクが流れるため、インクは、インクジェットヘッド２、加圧レギュレータ１０及び減圧レギュレータをバイパスして、インクカートリッジ３、チューブポンプ６、チューブポンプ７、加圧用ベローズユニット８及び減圧用ベローズユニット９を通るインク流路内でインクが循環することが可能となる。

　そして、通常循環動作と同様に、チューブポンプ６、チューブポンプ７、加圧用ベローズユニット８のマイクロスイッチ８ｂ、減圧用ベローズユニット９のマイクロスイッチ９ｂを駆動制御する。このとき、チューブポンプ６及びチューブポンプ７を通常循環動作時よりも高速回転させる。すると、インクは、インクカートリッジ３、チューブポンプ６、チューブポンプ７、加圧用ベローズユニット８及び減圧用ベローズユニット９を通るインク流路内でインクが高速で循環する。

　これにより、インクカートリッジ３、チューブポンプ６、チューブポンプ７、加圧用ベローズユニット８及び減圧用ベローズユニット９を通るインク流路内で、インクに含まれた微粒子などの組成物を十分に攪拌でき、沈降や沈殿するのを抑制することができる。

　なお、高速循環用流路１２の圧力損失を高く設定すると、高速循環用流路１２の両端の差圧が大きくなり、加圧レギュレータ１０及び減圧レギュレータ１１に通常時と同様な差圧を供給することもできる。この場合、高速循環用流路１２を常時開くことにより、バイパスした循環路は常時強い攪拌ができ、かつ、高速循環用流路１２よりインクジェットヘッド２側は通常時の差圧となるので、より沈殿しやすいインクの場合などに好適である。

　以上説明したように、第１の実施形態に係るインク循環システム１によれば、供給流路４によりインクカートリッジ３から共通インク流路１６のインレット１６ａにインクが供給され、還元流路５によりこの共通インク流路１６のアウトレット１６ｂからインクカートリッジ３にインクが還元されるため、インクカートリッジ３に貯留されたインクは、インクカートリッジ３、供給流路４、共通インク流路１６及び還元流路５を通るインク流路内を循環することができる。そして、チューブポンプ６及び加圧用ベローズユニット８により、供給流路４におけるインクジェットヘッド２側のインクを加圧するとともに、チューブポンプ７及び減圧用ベローズユニット９により還元流路５におけるインクカートリッジ３側のインクを減圧することで、共通インク流路１６の両端部に差圧を発生させることができる。これにより、インクカートリッジ３、供給流路４、共通インク流路１６及び還元流路５を通るインク流路内にインクを循環させることができるため、インクに含まれた微粒子などの組成物を攪拌することができるとともに、この微粒子などの組成物の沈降や沈殿を抑制することができる。また、配管内に滞留した気泡を流し、適切に除去することができる。

　このとき、加圧用ベローズユニット８と共通インク流路１６のインレット１６ａとの間に加圧レギュレータ１０を設けることで、チューブポンプ６及び加圧用ベローズユニット８により発生される圧力が変動したとしても、共通インク流路１６におけるインレット１６ａのインクを指定水頭値の中心値＋αの圧力に保持することができる。また、減圧用ベローズユニット９と共通インク流路１６のアウトレット１６ｂとの間に減圧レギュレータ１１を設けることで、チューブポンプ７及び減圧用ベローズユニット９により発生される圧力が変動しても、共通インク流路１６におけるアウトレット１６ｂのインクを指定水頭値の中心値－αの圧力に保持することができる。

　そして、この加圧レギュレータ１０は、通常、インレット１６ａに連通する第二圧力室１０ｂの圧力は負圧であるため、ダイアフラム１０ｃには、大気圧である外部より第二圧力室１０ｂ側に引き寄せられて、弁体１０ｅを開く方向の力が発生する。このとき、弁体１０ｅを開く方向に押す第二圧力室１０ｂのインク圧がダイアフラム１０ｃに及ぼす力が、弁体１０ｅを閉じる方向に押す調圧スプリング１０ｇの力よりも小さくなると、弁体１０ｅが貫通孔１０ｄを閉ざしてインクの供給が停止される。そして、弁体１０ｅを開く方向に押す第二圧力室１０ｂのインク圧がダイアフラム１０ｃに及ぼす力が、弁体１０ｅを閉じる方向に押す調圧スプリング１０ｇの力よりも大きくなると、弁体１０ｅが貫通孔１０ｄを開いてインクの供給が再開される。このように、複雑な制御を行うことなく、機械的にインクの通過及び停止を行うことができるため、インレット１６ａのインク圧を設定圧力に保持することができる。

　また、この減圧レギュレータ１１は、通常、アウトレット１６ｂに連通する第一圧力室１１ａの圧力は負圧であるため、ダイアフラム１１ｃには、大気圧である外部より第一圧力室１１ａ側に引き寄せられて、弁体１１ｅを閉じる方向の力が発生する。このとき、弁体１１ｅを閉じる方向に押す第一圧力室１１ａのインク圧がダイアフラム１１ｃに及ぼす力が、弁体１１ｅを開く方向に押す調圧スプリング１１ｇの力よりも大きくなると、弁体１１ｅが貫通孔１１ｄを閉ざしてインクの供給が停止される。そして、弁体１１ｅを閉じる方向に押す第一圧力室１１ａのインク圧がダイアフラム１１ｃに及ぼす力が、弁体１１ｅを開く方向に押す調圧スプリング１１ｇの力よりも小さくなると、弁体１１ｅが貫通孔１１ｄを開いてインクの供給が再開される。このように、複雑な制御を行うことなく、機械的に液体の通過及び停止を行うことができるため、アウトレット１６ｂのインク圧を設定圧力に保持することができる。

　そして、加圧レギュレータ１０の設定圧力を指定水頭値の中心値＋αとし、減圧レギュレータ１１の設定圧力を指定水頭値の中心値－αとすることで、共通インク流路１６の圧力平均を指定水頭値の中心値に近づけることができるため、各ノズル１５に形成されたインクのメニスカスが壊れるのを防止することができる。

　また、供給流路４にチューブポンプ６及び加圧用ベローズユニット８を設けることで、共通インク流路１６におけるインレット１６ａ側のインクを加圧することができ、還元流路５にチューブポンプ７及び減圧用ベローズユニット９を設けることで、共通インク流路１６におけるアウトレット１６ｂ側のインクを減圧することができる。このため、ベローズユニットやチューブポンプなどの簡易な構成で、共通インク流路１６の両端部に所定の差圧を発生させてインクを循環させることができる。

　そして、加圧用ベローズユニット８及び減圧用ベローズユニット９で発生する圧力を調整することで、インクカートリッジ３の高さ位置に制約を受けることなく、インクジェットヘッド２に指定水頭値の中心値の圧力を加えることができる。このため、加圧用ベローズユニット８及び減圧用ベローズユニット９を用いることで、インクカートリッジ３を任意の高さ位置に配置することができる。

　また、インクカートリッジ３に貯留されているインクが無くなると、加圧用ベローズユニット８にインクが供給されなくなり、マイクロスイッチ８ｂが切り替わらないため、マイクロスイッチ８ｂの切り替えを監視することで、インクカートリッジ３にインクが無くなったことを検出することができる。

　［第２実施形態］
　次に、図５を参照して、第２の実施形態に係るインク循環システムについて説明する。図５は、第２の実施形態に係るインク循環システムの概略構成図である。図５に示すように、第２の実施形態に係るインク循環システム２１は、インクジェットヘッド２と、インクカートリッジ３と、供給流路４と、還元流路５と、加圧レギュレータ１０と、減圧レギュレータ１１と、高速循環用流路１２と、差圧発生ポンプ２２と、を備えている。

　差圧発生ポンプ２２は、所謂渦巻きポンプで構成されており、入力ポートから出力ポートにインクを強制的に送り出して、入力ポートと出力ポートとの間に差圧を発生させるものである。この差圧発生ポンプ２２は、インクが入力される入力ポートがインクカートリッジ３側に接続されており、インクが出力される出力ポートが加圧レギュレータ１０側に接続されている。

　この差圧発生ポンプ２２は、加圧レギュレータ１０に向けてインクを強制的に送り出すことで、加圧レギュレータ１０側の供給流路４を加圧し、インクカートリッジ３からインクを吸引することで、還元流路５を減圧する。これにより、共通インク流路１６のインレット１６ａとアウトレット１６ｂとの間に差圧を発生させることができる。そして、差圧発生ポンプ２２の駆動力を調整することで、加圧レギュレータ１０の第一圧力室１０ａに圧送されるインクの圧力Ｐ１ｉｎを、例えば５０００～２００００Ｐａとし、減圧レギュレータ１１の第二圧力室１１ｂから吸引されるインクの圧力Ｐ２ｏｕｔを、例えば－５０００～－２００００Ｐａとする。

　次に、インク循環システム２１の動作について説明する。なお、高速循環動作は、基本的に第１の実施形態と同様であるため、ここでは通常循環動作についてのみ説明する。

　通常循環動作では、図示しない制御部により、差圧発生ポンプ２２を駆動させる。

　すると、差圧発生ポンプ２２により、インクカートリッジ３からインクが吸引されるとともに、この吸引されたインクが加圧レギュレータ１０に向けて強制的に送り出される。
これにより、供給流路４におけるインクジェットヘッド２のインレット１６ａ側のインクが例えば５０００～２００００Ｐａに加圧されるとともに、還元流路５におけるインクジェットヘッド２のアウトレット１６ｂ側の圧力が例えば－５０００～－２００００Ｐａに減圧される。

　そして、加圧レギュレータ１０により、インレット１６ａのインクが指定水頭値の中心値＋αの圧力に保持され、減圧レギュレータ１１により、アウトレット１６ｂのインクが指定水頭値の中心値－αの圧力に保持される。

　すると、インレット１６ａとアウトレット１６ｂとの間に２αの差圧が発生するため、共通インク流路１６内を、インレット１６ａからアウトレット１６ｂに向けてインクが流れる。これにより、インクカートリッジ３に貯留されたインクは、供給流路４、差圧発生ポンプ２２、供給流路４、加圧レギュレータ１０、供給流路４、インクジェットヘッド２の共通インク流路１６、還元流路５及びインクカートリッジ３を循環する。

　以上説明したように、第２の実施形態に係るインク循環システム２１によれば、上述したインク循環システムの作用効果に加え、以下の作用効果が得られる。すなわち、第２の実施形態に係るインク循環システム２１によれば、差圧発生ポンプ２２を設けることでも、共通インク流路１６の両端部に差圧を発生させることができる。これにより、インク流路内でインクを循環させることができるため、インクに含まれた微粒子などの組成物を攪拌することができるとともに、この微粒子などの組成物の沈降や沈殿を抑制することができる。また、配管内に滞留した気泡を流し、適切に除去することができる。

　しかも、差圧発生ポンプ２２によりインク流路に圧力をかけることができるため、差圧発生ポンプ２２で発生する圧力を調整することで、インクカートリッジ３の高さ位置に制約を受けることなく、インクジェットヘッド２に指定水頭値の中心値の圧力を加えることができる。このように、差圧発生ポンプ２２を用いることで、インクカートリッジ３を任意の高さ位置に配置することができる。

　［第３実施形態］
　次に、図６を参照して、第３の実施形態に係るインク循環システムについて説明する。
図６は、第３の実施形態に係るインク循環システムの概略構成図である。図６に示すように、第３の実施形態に係るインク循環システム３１は、インクジェットヘッド２と、インクカートリッジ３と、供給流路４と、還元流路５と、チューブポンプ６と、加圧用ベローズユニット８と、加圧レギュレータ１０と、高速循環用流路１２と、受動レギュレータ３２と、を備えている。

　受動レギュレータ３２は、共通インク流路１６におけるアウトレット１６ｂの圧力変動を緩和するものである。

　ところで、第３の実施形態では、供給流路４のインクジェットヘッド２とインクカートリッジ３との間に、チューブポンプ６、加圧用ベローズユニット８及び加圧レギュレータ１０の圧力調整手段が設けられているため、共通インク流路１６のインレット１６ａを指定水頭値の中心値＋αに保持することができる。しかしながら、還元流路５のインクジェットヘッド２とインクカートリッジ３との間には、受動レギュレータ３２しか設けられておらず、チューブポンプ、減圧用ベローズユニット及び減圧レギュレータなどの圧力調整手段が設けられていない。そこで、インク循環システム３１では、インクジェットヘッド２の水頭値が指定水頭値の中心値－αとなるように、インクジェットヘッド２に対してインクカートリッジの相対高さを設定する。これにより、共通インク流路１６のアウトレット１６ｂが指定水頭値の中心値－αに保持される。

　次に、インク循環システム３１の動作について説明する。なお、高速循環動作は、基本的に第１の実施形態と同様であるため、ここでは通常循環動作についてのみ説明する。

　通常循環動作では、図示しない制御部により、チューブポンプ６、加圧用ベローズユニット８のマイクロスイッチ８ｂを駆動させる。なお、通常循環動作では、高速循環用流路１２を閉鎖しておく。

　すると、チューブポンプ６により、供給流路４内のインクがインクジェットヘッド２側に向けて送り出されるととともに、加圧用ベローズユニット８により、供給流路４におけるインクジェットヘッド２のインレット１６ａ側のインクが例えば５０００～２００００Ｐａに加圧される。そして、加圧レギュレータ１０により、インレット１６ａのインクが指定水頭値の中心値＋αの圧力に保持される。

　一方、インクジェットヘッド２とインクカートリッジ３との高低差が指定水頭値の中心値－αとなるように配置されているため、アウトレット１６ｂのインクが指定水頭値の中心値－αの圧力に保持される。

　すると、インレット１６ａとアウトレット１６ｂとの間に２αの差圧が発生するため、共通インク流路１６内を、インレット１６ａからアウトレット１６ｂに向けてインクが流れる。これにより、インクカートリッジ３に貯留されたインクは、供給流路４、チューブポンプ６、供給流路４、加圧用ベローズユニット８、供給流路４、加圧レギュレータ１０、供給流路４、インクジェットヘッド２の共通インク流路１６、還元流路５、受動レギュレータ３２、還元流路５及びインクカートリッジ３を循環する。

　以上説明したように、第３の実施形態に係るインク循環システム３１によれば、上述した各インク循環システムの作用効果に加え、以下の作用効果が得られる。すなわち、第３の実施形態に係るインク循環システム３１によれば、インクジェットヘッド２に対してインクカートリッジ３を低く配置することでも、還元流路５におけるアウトレット１６ｂ側のインクを減圧することができるため、共通インク流路１６の両端部に差圧を発生させることができる。これにより、インク流路内でインクを循環させることができる。

　しかも、還元流路５におけるインクジェットヘッド２側のインクの圧力が指定水頭値の中心値－α以下となるようにインクカートリッジ３を配置することで、減圧レギュレータ１１によりアウトレット１６ｂにおけるインクの圧力を指定水頭値の中心値－αに保持することができる。これにより、共通インク流路１６の圧力平均を指定水頭値の中心値に近づけることができるため、インクジェットヘッド２の各ノズル１５に形成されたインクのメニスカスが壊れるのを防止することができる。

　［第４実施形態］
　次に、図７を参照して、第４の実施形態に係るインク循環システムについて説明する。図７は、第４の実施形態に係るインク循環システムの概略構成図である。図７に示すように、第４の実施形態に係るインク循環システム４１は、インクジェットヘッド２と、インクカートリッジ３と、供給流路４と、還元流路５と、チューブポンプ６と、チューブポンプ７と、加圧用ベローズユニット８と、加圧レギュレータ１０と、高速循環用流路１２と、受動レギュレータ３２と、を備えている。

　すなわち、インク循環システム４１は、第１の実施形態に係るインク循環システム１の減圧用ベローズユニット９が省かれるとともに、減圧レギュレータ１１の代わりに受動レギュレータ３２が設けられている。

　次に、インク循環システム４１の動作について説明する。なお、高速循環動作は、基本的に第１の実施形態と同様であるため、ここでは通常循環動作についてのみ説明する。

　通常循環動作では、図示しない制御部により、チューブポンプ６、チューブポンプ７、加圧用ベローズユニット８のマイクロスイッチ８ｂを駆動させる。なお、通常循環動作では、高速循環用流路１２を閉鎖しておく。

　すると、チューブポンプ６により、供給流路４内のインクがインクジェットヘッド２側に向けて送り出されるととともに、加圧用ベローズユニット８により、供給流路４におけるインクジェットヘッド２のインレット１６ａ側のインクが例えば５０００～２００００Ｐａに加圧される。そして、加圧レギュレータ１０により、インレット１６ａのインクが指定水頭値の中心値＋αの圧力に保持される。

　一方、チューブポンプ７により、還元流路５内のインクがインクカートリッジ３側に向けて送り出される。このとき、共通インク流路１６では共通インク流路１６内を流れるインクに圧力損失が発生するため、この圧力損失としての差圧が発生する。そこで、チューブポンプ７の駆動力を調整して、アウトレット１６ｂに指定水頭値の中心値－αの圧力が発生させる。なお、アウトレット１６ｂの圧力を指定水頭値の中心値－αに保持するため、チューブポンプ７によるインクの流量を一定に保持する。

　このように、インレット１６ａとアウトレット１６ｂとの間に２αの差圧が発生した状態で、共通インク流路１６内をインレット１６ａからアウトレット１６ｂに向けてインクが流れる。これにより、インクカートリッジ３に貯留されたインクは、供給流路４、チューブポンプ６、供給流路４、加圧用ベローズユニット８、供給流路４、加圧レギュレータ１０、供給流路４、インクジェットヘッド２の共通インク流路１６、還元流路５、受動レギュレータ３２、還元流路５、チューブポンプ７、還元流路５及びインクカートリッジ３を循環する。

　以上説明したように、第４の実施形態に係るインク循環システム４１によれば、上述した各インク循環システムの作用効果に加え、以下の作用効果が得られる。すなわち、第４の実施形態に係るインク循環システム４１によれば、チューブポンプ７の駆動に伴うインクの圧力損失により、アウトレット１６ｂに指定水頭値の中心値－αの圧力を発生させるため、インクを適切に循環させながら、低コスト化を図ることができる。

　［第５実施形態］
　次に、図８を参照して、第５の実施形態に係るインク循環システムについて説明する。図８は、第５の実施形態に係るインク循環システムの概略構成図である。図８に示すように、第５の実施形態に係るインク循環システム５１は、インクジェットヘッド２と、インクカートリッジ３と、供給流路４と、還元流路５と、チューブポンプ６と、チューブポンプ７と、加圧用ベローズユニット８と、減圧用ベローズユニット９と、パイロットエア式加圧レギュレータ５２と、パイロットエア式減圧レギュレータ５３と、高速循環用流路１２と、を備えている。

　すなわち、インク循環システム５１は、第１の実施形態に係るインク循環システム１の加圧レギュレータ１０をパイロットエア式加圧レギュレータ５２に置き換え、減圧レギュレータ１１をパイロットエア式減圧レギュレータ５３に置き換えたものである。

　パイロットエア式加圧レギュレータ５２は、加圧用ベローズユニット８とインクジェットヘッド２との間に配置されて、共通インク流路１６のインレット１６ａを所定の圧力以上に保持するレギュレータである。

　図９Ａ及び図９Ｂは、パイロットエア式加圧レギュレータのモデルであり、図９Ａは、弁が閉じた状態を示しており、図９Ｂは、弁が開いた状態を示している。図９Ａ及び図９Ｂに示すように、パイロットエア式加圧レギュレータ５２には、インクカートリッジ３から供給されるインクが流入する第一圧力室５２ａと、共通インク流路１６のインレット１６ａにインクが流出する第二圧力室５２ｂと、設定空圧のパイロットエアが流入する第三圧力室５２ｃとが形成されている。そして、第二圧力室５２ｂと第三圧力室５２ｃとの間は、ダイアフラム５２ｄで区切られており、第一圧力室５２ａと第二圧力室５２ｂとの間には、第一圧力室５２ａと第二圧力室５２ｂとを連通して第一圧力室５２ａから第二圧力室５２ｂにインクが流れる貫通孔５２ｅが形成されている。この貫通孔５２ｅには、貫通孔５２ｅを開閉する弁体５２ｆが挿通されている。弁体５２ｆは、一端がダイアフラム５２ｄに接続されて移動可能に保持されており、他端が第一圧力室５２ａ側から貫通孔５２ｅを閉じる弁５２ｇが形成されている。そして、弁体５２ｆは、第一圧力室５２ａと第二圧力室５２ｂとに圧力差が無いときに、弁５２ｇが貫通孔５２ｅを閉じる長さに形成されている。なお、第一圧力室５２ａには、弁５２ｇに対応する位置にシール用のＯリング５２ｈが取り付けられている。そして、第三圧力室５２ｃに流入されるパイロットエアの設定空圧は、図示しないポンプ（圧力源）により調整可能となっている。

　ここで、第一圧力室５２ａに流入するインクの圧力をＰ１ｉｎＡ、第二圧力室５２ｂから出力するインクの圧力をＰ１ｏｕｔ、第三圧力室５２ｃに流入するパイロットエアの設定空圧をＰ１ｉｎＢとする。

　このように構成されるパイロットエア式加圧レギュレータ５２は、圧力Ｐ１ｏｕｔよりも圧力Ｐ１ｉｎＢの方が低いと、ダイアフラム５２ｄは弁体５２ｆを閉める方向（図９Ａ及び図９Ｂにおいて左方向）に変形する。また、圧力Ｐ１ｏｕｔよりも圧力Ｐ１ｉｎＢの方が高いと、ダイアフラム５２ｄは弁体５２ｆを開く方向（図９Ａ及び図９Ｂにおいて右方向）に変形する。

　このため、図９Ａに示すように、圧力Ｐ１ｏｕｔがパイロットエアの設定空圧Ｐ１ｉｎＢ以上になると（Ｐ１ｏｕｔ≧Ｐ１ｉｎＢ）、ダイアフラム５２ｄの変形による弁体５２ｆの移動により、貫通孔５２ｅが弁５２ｇで閉ざされる。これにより、第一圧力室５２ａから第二圧力室５２ｂへのインクの流れが遮断され、インレット１６ａに対するインクの供給が停止する。

　一方、図９Ｂに示すように、圧力Ｐ１ｏｕｔがパイロットエアの設定空圧Ｐ１ｉｎＢより低くなると（Ｐ１ｏｕｔ＜Ｐ１ｉｎＢ）、ダイアフラム５２ｄの変形による弁体５２ｆの移動により、貫通孔５２ｅが開かれる。これにより、第一圧力室５２ａから第二圧力室５２ｂにインクが流れ込み、インレット１６ａに対するインクの供給が再開する。

　この場合、弁５２ｇの開閉により圧力Ｐ１ｏｕｔを一定圧に制御するには、圧力Ｐ１ｉｎＡを圧力Ｐ１ｏｕｔ以上にする必要があり、圧力Ｐ１ｉｎＡが圧力Ｐ１ｏｕｔよりも十分に高い値とすることが好ましい。

　なお、厳密に考えると、パイロットエア式加圧レギュレータ５２には、圧力Ｐ１ｉｎＡが弁５２ｇに作用する圧力に弁５２ｇの面積を乗じた力も発生するが、通常、弁５２ｇの面積が小さいことから、この力を無視して考えることができる。

　このように、圧力Ｐ１ｏｕｔが圧力Ｐ１ｉｎＡ以下の状態で、弁５２ｇの開閉が繰り返されることで、多少の変動はあるものの圧力Ｐ１ｏｕｔがパイロットエアの設定空圧Ｐ１ｉｎＢに保持される。

　そして、このように構成されるパイロットエア式加圧レギュレータ５２において、パイロットエアの設定空圧を指定水頭値の中心値＋αに設定する。すると、弁５２ｇの開閉により、第二圧力室５２ｂから出力されるインクの圧力Ｐ１ｏｕｔが指定水頭値の中心値＋αに保持されるため、第二圧力室５２ｂに連通されるインレット１６ａのインク圧も指定水頭値の中心値＋αに保持される。

　更に、パイロットエア式加圧レギュレータ５２は、第一圧力室５２ａに流入するインクの圧力Ｐ１ｉｎＡを第二圧力室５２ｂから出力するインクの圧力Ｐ１ｏｕｔ以上としておく必要があるため、加圧用ベローズユニット８により発生する圧力を、例えば、５０００～２００００Ｐａとする。これにより、第一圧力室５２ａに流入するインクの圧力Ｐ１ｉｎＡが５０００～２００００Ｐａとなる。

　なお、加圧用ベローズユニット８は、上述したように、マイクロスイッチ８ｂのＯＮ／ＯＦＦ切り替えのヒステリシスにより、インクに加える圧力が変動する。しかしながら、パイロットエア式加圧レギュレータ５２は、第一圧力室５２ａに流入するインクの圧力Ｐ１ｉｎＡが第二圧力室５２ｂから出力するインクの圧力Ｐ１ｏｕｔ以上である限りは、第二圧力室５２ｂから出力するインクの圧力Ｐ１ｏｕｔを指定水頭値の中心値＋αに保持するため、加圧用ベローズユニット８による圧力変動が生じても、インレット１６ａの圧力を指定水頭値の中心値＋αに保持することができる。

　パイロットエア式減圧レギュレータ５３は、インクジェットヘッド２と減圧用ベローズユニット９との間に配置されて、共通インク流路１６のアウトレット１６ｂを所定の圧力以下に保持するレギュレータである。

　図１０Ａ及び図１０Ｂは、パイロットエア式減圧レギュレータのモデルであり、図１０Ａは、弁が閉じた状態を示しており、図１０Ｂは、弁が開いた状態を示している。図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、パイロットエア式減圧レギュレータ５３には、共通インク流路１６のアウトレット１６ｂからインクが流入する第一圧力室５３ａと、インクカートリッジ３にインクが流出する第二圧力室５３ｂと、設定空圧のパイロットエアが流入する第三圧力室５３ｃとが形成されており、第一圧力室５３ａと第三圧力室５３ｃとの間は、ダイアフラム５３ｄで仕切られている。また、パイロットエア式減圧レギュレータ５３は、第一圧力室５３ａと第二圧力室５３ｂとを連通して第一圧力室５３ａから第二圧力室５３ｂにインクが流れる貫通孔５３ｅが形成されており、この貫通孔５３ｅを開閉する弁体５３ｆが設けられている。弁体５３ｆは、一端がダイアフラム５３ｄに接続されて移動可能に保持されており、他端が第一圧力室５３ａ側から貫通孔５３ｅを閉じる弁５３ｇが形成されている。そして、弁体５３ｆは、第一圧力室５３ａと第三圧力室５３ｃとに圧力差が無いときに、弁５３ｇが貫通孔５３ｅを閉じる長さに形成されている。なお、第一圧力室５３ａには、弁５３ｇに対応する位置にシール用のＯリング５３ｈが取り付けられている。そして、第三圧力室５３ｃに流入されるパイロットエアの設定空圧は、図示しないポンプ（圧力源）により調整可能となっている。

　ここで、第一圧力室５３ａに流入するインクの圧力をＰ２ｉｎＡ、第二圧力室５３ｂから出力するインクの圧力をＰ２ｏｕｔ、第三圧力室５３ｃに流入するパイロットエアの設定空圧をＰ２ｉｎＢとする。

　このように構成されるパイロットエア式減圧レギュレータ５５は、圧力Ｐ２ｉｎＡよりも圧力Ｐ２ｉｎＢの方が高いと、ダイアフラム５３ｄは弁体５３ｆを閉める方向（図１０Ａ及び図１０Ｂにおいて右方向）に変形する。また、圧力Ｐ２ｉｎＡよりも圧力Ｐ２ｉｎＢの方が低いと、ダイアフラム５３ｄは弁体５３ｆを開く方向（図１０Ａ及び図１０Ｂにおいて左方向）に変形する。

　このため、図１０Ａに示すように、圧力Ｐ２ｉｎＡがパイロットエアの設定空圧Ｐ２ｉｎＢ以下になると（Ｐ２ｉｎＡ≦Ｐ２ｉｎＢ）、ダイアフラム５３ｄの変形による弁体５３ｆの移動により、貫通孔５３ｅが弁５３ｇで閉ざされる。これにより、第一圧力室５３ａから第二圧力室５３ｂへのインクの流れが遮断され、アウトレット１６ｂからのインクの排出が停止する。

　一方、図１０Ｂに示すように、圧力Ｐ２ｉｎＡがパイロットエアの設定空圧Ｐ２ｉｎＢより高くなると（Ｐ２ｉｎＡ＞Ｐ２ｉｎＢ）、ダイアフラム５３ｄの変形による弁体５３ｆの移動により、貫通孔５３ｅが開かれる。これにより、第一圧力室５３ａから第二圧力室５３ｂにインクが流れ込み、アウトレット１６ｂからのインクの排出が再開する。

　この場合、弁５３ｇの開閉により圧力Ｐ２ｉｎＡを一定圧に制御するには、圧力Ｐ２ｏｕｔを圧力Ｐ２ｉｎＡ以下にする必要があり、圧力Ｐ２ｏｕｔが圧力Ｐ２ｉｎＡよりも十分に低い値とすることが好ましい。

　なお、厳密に考えると、パイロットエア式減圧レギュレータ５３には、圧力Ｐ２ｏｕｔが弁５３ｇに作用する圧力に弁５３ｇの面積を乗じた力も発生するが、通常、弁５３ｇの面積が小さいことから、この力を無視して考えることができる。

　このように、圧力Ｐ２ｏｕｔが圧力Ｐ２ｉｎＡ以下の状態で、弁５３ｇの開閉が繰り返されることで、多少の変動はあるものの圧力Ｐ２ｉｎＡがパイロットエアの設定空圧Ｐ２ｉｎＢに保持される。

　そして、このように構成されるパイロットエア式減圧レギュレータ５３において、パイロットエアの設定空圧を指定水頭値の中心値－αに設定する。すると、弁５３ｇの開閉により、第一圧力室５３ａに流入されるインクの圧力Ｐ２ｉｎＡが指定水頭値の中心値－αに保持されるため、第一圧力室５３ａに連通されるアウトレット１６ｂのインク圧も指定水頭値の中心値－αに保持される。

　更に、パイロットエア式減圧レギュレータ５３は、第二圧力室５３ｂから流出するインクの圧力Ｐ２ｏｕｔを第一圧力室５３ａに流入するインクの圧力Ｐ２ｉｎＡ以下としておく必要があるため、減圧用ベローズユニット９により発生する圧力を、例えば、－５０００～－２００００Ｐａとする。これにより、第二圧力室５３ｂから流出するインクの圧力Ｐ２ｏｕｔが－５０００～－２００００Ｐａとなる。

　なお、減圧用ベローズユニット９は、上述したように、マイクロスイッチ９ｂのＯＮ／ＯＦＦ切り替えのヒステリシスにより、インクに加える圧力が変動する。しかしながら、パイロットエア式減圧レギュレータ５３は、第二圧力室５３ｂから流出するインクの圧力Ｐ２ｏｕｔが第一圧力室５３ａに流入するインクの圧力Ｐ２ｉｎＡ以下である限りは、第一圧力室５３ａに流入するインクの圧力Ｐ２ｉｎＡを指定水頭値の中心値－αに保持するため、減圧用ベローズユニット９による圧力変動が生じても、アウトレット１６ｂの圧力を指定水頭値の中心値－αに保持することができる。

　次に、インク循環システム５１の動作について説明する。なお、高速循環動作は、基本的に第１の実施形態と同様であるため、ここでは通常循環動作についてのみ説明する。

　通常循環動作では、図示しない制御部により、チューブポンプ６、チューブポンプ７、加圧用ベローズユニット８のマイクロスイッチ８ｂ、減圧用ベローズユニット９のマイクロスイッチ９ｂを駆動させることにより行う。なお、通常循環動作では、高速循環用流路１２を閉鎖しておく。

　すると、チューブポンプ６により、供給流路４内のインクがインクジェットヘッド２側に向けて送り出される。また、このチューブポンプ６により送り出されたインクが、加圧用ベローズユニット８により、例えば５０００～２００００Ｐａに加圧される。これにより、インクカートリッジ３に充填されたインクがインレット１６ａに向けて圧送され、供給流路４におけるインクジェットヘッド２のインレット１６ａ側のインクが、例えば５０００～２００００Ｐａに加圧される。

　このとき、パイロットエア式加圧レギュレータ５２では、指定水頭値の中心値＋αの設定圧力に調整されたパイロットエアが第三圧力室５２ｃに流入され、チューブポンプ６及び加圧用ベローズユニット８により圧送されたインクが第一圧力室５２ａに流入する。そして、第二圧力室５２ｂからインレット１６ａに流出するインクの圧力Ｐ１ｏｕｔがパイロットエアの設定空圧Ｐ１ｉｎＢ以下になると、弁５２ｇが貫通孔５２ｅを開く。これにより、第一圧力室５２ａに流入したインクが第二圧力室５２ｂから流出して、インレット１６ａに対するインクの供給が行われる。一方、第二圧力室５２ｂからインレット１６ａに流出するインクの圧力Ｐ１ｏｕｔがパイロットエアの設定空圧Ｐ１ｉｎＢよりも高くなると、弁５２ｇが貫通孔５２ｅを閉じる。これにより、第一圧力室５２ａから第二圧力室５２ｂへのインクの流れが遮断されて、インレット１６ａに対するインクの供給が停止する。このように、第二圧力室５２ｂからインレット１６ａに流出するインクの圧力Ｐ１ｏｕｔとパイロットエアの設定空圧Ｐ１ｉｎＢとの関係に基づく弁５２ｇの開閉により、チューブポンプ６及び加圧用ベローズユニット８により圧送されたインクが、パイロットエア式加圧レギュレータ５２の設定空圧である指定水頭値の中心値＋αに保持されて、インレット１６ａに供給される。

　一方、チューブポンプ７により、還元流路５内のインクがインクカートリッジ３側に向けて送り出されるとともに、減圧用ベローズユニット９により、還元流路５におけるインクジェットヘッド２のアウトレット１６ｂ側の圧力が例えば－５０００～－２００００Ｐａに減圧される。

　このとき、パイロットエア式減圧レギュレータ５３では、指定水頭値の中心値－αの設定圧力に調整されたパイロットエアが第三圧力室５３ｃに流入され、チューブポンプ７及び減圧用ベローズユニット９により第二圧力室５３ｂからインクが吸引される。そして、アウトレット１６ｂから第一圧力室５３ａに流出するインクの圧力Ｐ２ｉｎＡがパイロットエアの設定空圧Ｐ２ｉｎＢより高くなると、弁５３ｇが貫通孔５３ｅを開く。これにより、アウトレット１６ｂから排出されたインクが、第二圧力室５３ｂから第一圧力室５３ａに流れ込み、チューブポンプ７及び減圧用ベローズユニット９により送り出される。一方、アウトレット１６ｂから第一圧力室５３ａに流入するインクの圧力Ｐ２ｉｎＡが指定水頭値の中心値－αより低くなると、弁５３ｇが貫通孔５３ｅを閉じる。これにより、第一圧力室５３ａから第二圧力室５３ｂへのインクの流れが遮断されて、アウトレット１６ｂからインクの排出が停止する。このように、アウトレット１６ｂから第一圧力室５３ａに流出するインクの圧力Ｐ２ｉｎＡとパイロットエアの設定空圧Ｐ２ｉｎＢとの関係に基づく弁５３ｇの開閉により、アウトレット１６ｂから還元されるインクが設定圧力である指定水頭値の中心値－αに保持される。

　そして、インレット１６ａとアウトレット１６ｂとの間に発生する２αの差圧により、共通インク流路１６内を、インレット１６ａからアウトレット１６ｂに向けてインクが流れる。これにより、インクカートリッジ３に貯留されたインクは、供給流路４、チューブポンプ６、供給流路４、加圧用ベローズユニット８、供給流路４、パイロットエア式加圧レギュレータ５２、供給流路４、インクジェットヘッド２の共通インク流路１６、還元流路５、パイロットエア式減圧レギュレータ５３、還元流路５、減圧用ベローズユニット９、還元流路５、チューブポンプ７、還元流路５及びインクカートリッジ３を循環する。

　以上説明したように、第５の実施形態に係るインク循環システム５１によれば、上述した各インク循環システムの作用効果に加え、以下の作用効果が得られる。すなわち、第５の実施形態に係るインク循環システム５１によれば、パイロットエア式加圧レギュレータ５２において、第二圧力室５２ｂからインレット１６ａに流出するインク圧と第三圧力室５２ｃに流入するパイロットエアの空圧との圧力差に基づいて、インクの供給と停止とを切り替えるため、パイロットエアの設定空圧を変えることで、インレット１６ａのインク圧を容易に変えることができ、設定圧力の自由度が格段に向上するとともに、加圧レギュレータを複数用いたとしても、一度に設定圧力を変えることができる。

　そして、このパイロットエア式加圧レギュレータ５２は、第二圧力室５２ｂから排出されるインク圧が第三圧力室５２ｃに流入されるパイロットエアの圧力よりも高くなると、弁体５２ｆが貫通孔５２ｅを閉ざしてインクの供給が停止され、第二圧力室５２ｂから排出されるインク圧が第三圧力室５２ｃに流入されるパイロットエアの圧力よりも低くなると、弁体５２ｆが貫通孔５２ｅを開いてインクの供給が再開される。このため、第三圧力室５２ｃに流入させるパイロットエアの圧力を設定するだけで、複雑な制御を行うことなく、機械的に、インクの通過及び停止を行うことができるため、より確実に共通インク流路１６におけるインレット１６ａのインク圧を設定圧力に保持することができる。

　また、パイロットエア式減圧レギュレータ５３において、アウトレット１６ｂから第一圧力室５３ａに流入するインク圧と第三圧力室５３ｃに流入するパイロットエアの空圧との圧力差に基づいて、インクの供給と停止とを切り替えるため、パイロットエアの設定空圧を変えることで、アウトレット１６ｂのインク圧を容易に変えることができ、設定圧力の自由度が格段に向上するとともに、減圧レギュレータを複数用いたとしても、一度に設定圧力を変えることができる。

　そして、このパイロットエア式減圧レギュレータ５３は、第一圧力室５３ａに流入されるインク圧が第三圧力室５３ｃに流入されるパイロットエアの圧力よりも低くなると、弁体５３ｆが貫通孔５３ｅを閉ざしてインクの供給が停止され、第一圧力室５３ａに流入されるインク圧が第三圧力室５３ｃに流入されるパイロットエアの圧力よりも高くなると、弁体５３ｆが貫通孔５３ｅを開いてインクの供給が再開される。このため、第三圧力室５３ｃに流入させるパイロットエアの圧力を設定するだけで、複雑な制御を行うことなく、機械的に、インクの通過及び停止を行うことができるため、より確実に共通インク流路１６におけるアウトレット１６ｂのインク圧を設定圧力に保持することができる。

　以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、インクを加圧してインクカートリッジ３からインクジェットヘッド２に供給する手段として、（１）チューブポンプ６及び加圧用ベローズユニット８、（２）差圧発生ポンプ２２、を採用し、インレット１６ａへの供給圧力設定手段として、（１）加圧レギュレータ１０、（２）パイロットエア式加圧レギュレータ５２、を採用し、アウトレット１６ｂからの戻り圧力設定手段として、（１）減圧レギュレータ１１、（２）インクジェットヘッド２とインクカートリッジ３との配置、（３）チューブポンプ７による圧力損失制御、（４）パイロットエア式減圧レギュレータ５３、を採用し、インクを減圧してインクジェットヘッド２からインクカートリッジ３に還元する手段として、（１）チューブポンプ７及び減圧用ベローズユニット９、（２）差圧発生ポンプ２２、（３）インクジェットヘッド２とインクカートリッジ３との配置、（４）チューブポンプ７による圧力損失制御、を採用したが、これらの各手段の組合せは適宜変更することができ、また、別の構成により各手段を構成することもできる。

　そして、上記実施形態では、本発明の一例としてインクジェットプリンタに搭載されるインク循環システムについて説明したが、本発明を、食用オイルや接着剤などの高粘度液体を液滴として吐出する工業用液滴吐出装置などに搭載される液体循環システムに適用してもよい。

 

Claims (14)

1. 　液滴が吐出される液滴吐出装置に搭載される液体循環システムであって、
   　液滴が吐出される複数のノズルに連通される共通流路が形成された液滴吐出ヘッドと、
   　前記液滴吐出ヘッドに供給する液体が充填された液体充填容器と、
   　前記液体充填容器から前記共通流路の一方端部に液体を供給する第１の流路と、
   　前記共通流路の他方端部から前記液体充填容器に液体を還元する第２の流路と、
   　前記共通流路における一方端部側の液体を加圧するとともに、前記共通流路における他方端部側の液体を減圧する差圧発生手段と、
   　前記差圧発生手段と前記共通流路の一方端部との間に配置されて、前記共通流路における一方端部の液体を第１の圧力に保持する加圧レギュレータと、
   を有することを特徴とする液体循環システム。
2. 　前記加圧レギュレータは、前記共通流路における一方端部の液体の圧力が前記第１の圧力よりも高くなると液体の流れを遮断し、前記共通流路における一方端部の液体が前記第１の圧力よりも低くなると液体を流すことを特徴とする請求項１に記載の液体循環システム。
3. 　前記差圧発生手段と前記共通流路の他方端部との間に配置されて、前記共通流路における他方端部の液体を前記第１の圧力よりも低い第２の圧力に保持する減圧レギュレータ、
   を更に有することを特徴とする請求項１に記載の液体循環システム。
4. 　前記減圧レギュレータは、前記共通流路における他方端部の液体が前記第２の圧力よりも低くなると液体の流れを遮断し、前記共通流路における他方端部の液体が前記第２の圧力よりも高くなると液体を流すことを特徴とする請求項４に記載の液体循環システム。
5. 　前記加圧レギュレータは、
   　前記液体充填容器から差圧発生部の加圧側を経由して液体が流入される第一圧力室と、
   　前記第一圧力室と連通される連通孔が形成されて、前記共通流路の一方端部に液体が送り出される第二圧力室と、
   　前記第二圧力室と周囲の大気とを隔てるダイアフラムと、
   　前記ダイアフラムに接続されて前記連通孔を開閉する弁体と、
   　前記連通孔を閉じる方向に前記弁体を付勢する調圧スプリングと、
   を備えることを特徴とする請求項２に記載の液体循環システム。
6. 　前記加圧レギュレータは、
   　所定圧力に調整された空気が導入されるとともに、当該空気の圧力と前記共通流路の一方端部に排出される液体の圧力との比較に基づき、液体の流路を開閉することを特徴とする請求項２に記載の液体循環システム。
7. 　前記加圧レギュレータは、
   　前記液体充填容器から液体が流入される第一圧力室と、
   　前記第一圧力室と連通される連通孔が形成されて前記共通流路の一方端部に液体が排出される第二圧力室と、
   　所定圧力の空気が流入される第三圧力室と、
   　前記第二圧力室と前記第三圧力室とを隔てるダイアフラムと、
   　前記ダイアフラムに接続されて前記連通孔を開閉する弁体と、
   を備えることを特徴とする請求項６に記載の液体循環システム。
8. 　前記減圧レギュレータは、
   　前記共通流路の他方端部から還元される液体が流入する第一圧力室と、
   　前記第一圧力室と連通される連通孔が形成されて、前記差圧発生部の負圧側に連通される流路に液体が排出される第二圧力室と、
   　前記第一圧力室と周囲の大気とを隔てるダイアフラムと、
   　前記ダイアフラムに接続されて前記連通孔を開閉する弁体と、
   　前記連通孔を開く方向に前記弁体を付勢する調圧スプリングと、
   を備えることを特徴とする請求項４に記載の液体循環システム。
9. 　前記減圧レギュレータは、
   　所定圧力に調整された空気が導入されるとともに、当該空気の圧力と前記共通流路の他方端部から流入される液体の圧力との比較に基づき、液体の流路を開閉することを特徴とする請求項４に記載の液体循環システム。
10. 　前記減圧レギュレータは、
    　前記共通流路の他方端部から液体が流入される第一圧力室と、
    　前記第一圧力室と連通される連通孔が形成されて前記液体充填容器に液体が排出される第二圧力室と、
    　所定圧力の空気が流入される第三圧力室と、
    　前記第二圧力室と前記第三圧力室とを隔てるダイアフラムと、
    　前記ダイアフラムに接続されて前記連通孔を開閉する弁体と、
    を備えることを特徴とする請求項９に記載の液体循環システム。
11. 　前記第１の圧力及び前記第２の圧力は、前記液滴吐出ヘッドの指定水頭範囲内にあり、
    　前記第１の圧力は、前記液滴吐出ヘッドの指定水頭値の中心値よりも所定圧力だけ高い圧力であり、
    　前記第２の圧力は、前記指定水頭値の中心値よりも前記所定圧力だけ低い圧力であることを特徴とする請求項３又は４に記載の液体循環システム。
12. 　前記差圧発生手段は、
    　液体を加圧する加圧用ベローズと、液体を前記液滴吐出ヘッド側に送り出す第１のチューブポンプとにより、前記共通流路における一方端部側の液体を加圧し、
    　液体を減圧する減圧用ベローズと、液体を前記液体充填容器側に送り出す第２のチューブポンプとにより、前記共通流路における他方端部側の液体を減圧することを特徴とする請求項１に記載の液体循環システム。
13. 　前記差圧発生手段は、前記第１の流路又は前記第２の流路に設けられて差圧を発生する差圧発生ポンプ、を備えることを特徴とする請求項１に記載の液体循環システム。
14. 　前記差圧発生手段は、
    　液体を加圧する加圧用ベローズと、液体を前記液滴吐出ヘッド側に送り出す第１のチューブポンプとにより、前記共通流路における一方端部側の液体を加圧し、
    　前記共通流路における他方端部の液体の圧力が前記共通流路における一方端部の液体の圧力よりも低くなるように、前記液滴吐出ヘッドと前記液体充填容器とに高低差を設けてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体循環システム。
    
     

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