JP6938995B2 - 液体循環装置、液体を吐出する装置 - Google Patents

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排出流路とを有し、供給流路に通じる液体の供給口と、排出流路に通じる液体の排出口を備えるフロースルー型ヘッド（循環型ヘッド）がある。

そして、従来、供給側タンクと排出側タンク（回収側タンク）を使用して、ヘッドの供給口から液体を加圧したり、あるいは、ヘッドの回収口から液体を加圧したりして、ノズルから気泡を排出することが知られている（特許文献１）。

特開２０１５−０５８５８１号公報

循環型ヘッドにおいて、一般的には、供給側に正圧を与え、排出側に負圧を与えることでヘッド内流路含む循環経路を介して液体を循環させる。

しかしながら、循環経路に初めて液体を充填する初期充填において、液体を循環させるときの差圧を発生させると、排出側の経路部分は液体で満たされていないため、排出側の負圧がヘッド内の排出側共通液室に液体が到達する前に排出側の圧力が減衰し、ノズルのメニスカス圧が高くなって液垂れを生じるという課題がある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、初期充填における液垂れを防止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、
液体吐出ヘッドを介して液体が循環する循環経路を有し、
前記循環経路には、
前記液体吐出ヘッドの供給口に通じる供給側タンクと、
前記液体吐出ヘッドの排出口に通じる排出側タンクと、を含み、
前記供給側タンクの圧力を前記排出側タンクの圧力よりも高くして前記液体の循環を行わせ、
前記循環経路に前記液体を充填する初期充填を行うときには、前記液体の循環を行うときと比べて、前記供給側タンクの圧力と前記排出側タンクの圧力との和を小さくし、
前記液体吐出ヘッドの液体を吐出するノズルが連通する個別液室に液体を供給する供給側共通液室内の液体にかかる圧力を供給側圧力Ｖｉｎとし、
前記液体吐出ヘッドの前記個別液室に通じる排出側個別流路に通じる排出側共通液室内の液体にかかる圧力を排出側圧力Ｖｏｕｔとするとき、
前記初期充填を行うときには、前記供給側圧力Ｖｉｎと前記排出側圧力Ｖｏｕｔとの和が、−２．７〜−１０．７［ｋＰａ］になるようにする
構成とした。

本発明によれば、初期充填における液垂れを防止することができる。

本発明の第１実施形態に係る液体循環装置の説明図である。 同液体循環装置における作用効果の説明に供する説明図である。 同じく作用効果の説明に供する説明図である。 同じく作用効果の説明に供する説明図である。 同じく作用効果の説明に供する説明図である。 同じく作用効果の説明に供する説明図である。 同じく作用効果の説明に供する説明図である。 同じく作用効果の説明に供する説明図である。 同じく作用効果の説明に供する説明図である。 同じく作用効果の説明に供する説明図である。 同じく作用効果の説明に供する説明図である。 同じく作用効果の説明に供する説明図である。 同じく作用効果の説明に供する説明図である。 同じく作用効果の説明に供する説明図である。 同じく作用効果の説明に供する説明図である。 個別液室循環型ヘッドの一例の外観斜視説明図である。 同じくノズル配列方向と直交する方向に沿う断面説明図である。 本発明の第２実施形態に係る液体循環装置の説明図である。 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平面説明図である。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。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液体吐出ヘッドを含む液体循環装置の説明図である。

ヘッド１００は、液体を吐出するノズル１０４と、ノズル１０４に連通する個別液室１０６と、各個別液室１０６に液体を供給する供給側共通液室１２０と、個別液室１０６に通じる排出側個別流路１５６と、各排出側個別流路１５６に通じる排出側共通液室１５０を有する。

供給側共通液室１２０には供給口１４１を介して液体が供給され、排出側共通液室１５０から排出口１４２を介して液体が排出される。

このヘッド１００においては、個別液室１０６内の液体を加圧することでノズル１０４から液体が吐出され、吐出されなかった液体は排出側個別流路５６から排出側共通液室１５０に排出され、ヘッド外の循環経路を経て供給側共通液室１２０に再度供給される。

また、液体の吐出を行っていないときにも供給側共通液室１２０から個別液室１０６、排出側個別流路１５６を経て排出側共通液室１５０に液体が流れ、ヘッド外の循環経路を経て供給側共通液室１２０に再度供給される。

このヘッド１００に対する液体の循環を行う液体循環装置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、供給側タンク２１０と、排出側タンク（回収側タンク）２２０と、第１送液ポンプ２０２と、第２送液ポンプ２０３とを備えている。

供給側タンク２１０は液体経路２８１を介して排出側タンク２２０と通じ、液体経路２８２を介してヘッド１００の供給口１４１と通じている。排出側タンク２２０は液体経路２８３を介してヘッド１００の排出口１４２と通じ、液体経路２８４を介してメインタンク２０１と通じている。

すなわち、供給側タンク２１０、は液体経路２８１を介して排出側タンク２２０と通じることで、液体経路２８２、ヘッド１００の内部流路、液体経路２８３、排出側タンク２２０、液体経路２８１によって液体が循環する循環経路２９０が構成される。

そして、排出側タンク２２０から液体経路２８１を介して供給側タンク２１０に第１送液ポンプ２０２で液体を送液する。また、排出側タンク２２０に対してはメインタンク２０１から液体経路２８４を介して第２送液ポンプ２０３で液体を送液する。

供給側タンク２１０には、圧縮手段であるコンプレッサ２１１がレギュレータ２１２を介して接続されている。コンプレッサ２１１は、装置稼働中は常時駆動されてレギュレータ２１２によって供給側タンク２１０の圧力制御を行う。

供給側タンク２１０には、液体残量を液面高さとして検知する液体残量検知手段としての供給側フロートセンサ２１５と、供給側タンク２１０内の圧力を検知する手段である供給側圧力センサ２１６を備えている。

排出側タンク２２０には、減圧手段である真空ポンプ２２１がレギュレータ２２２を介して接続されている。真空ポンプ２２１は、装置稼働中は常時駆動されてレギュレータ２２２によって排出側タンク２２０の圧力制御を行う。

排出側タンク２２０には、液体残量を液面高さとして検知する液体残量検知手段としての排出側フロートセンサ２２５と、排出側タンク２２０内の圧力を検知する手段である排出側圧力センサ２２６を備えている。

循環制御部２５０は、供給側フロートセンサ２１５の検知信号を入力し、第１送液ポンプ２０２を駆動して排出側タンク２２０から供給側タンク２１０に液体３００を供給する制御をする。循環制御部２５０は、排出側フロートセンサ２２５の検知信号を入力し、第２送液ポンプ２０３を駆動してメインタンク２０１から排出側タンク２２０への液体３００を補充供給する制御をする。

循環制御部２５０は、供給側圧力センサ２１６の検知信号を入力し、レギュレータ２１２を開閉制御して、供給側タンク２１０の圧力を制御する。循環制御部２５０は、排出側圧力センサ２２６の検知信号を入力し、レギュレータ２２２を開閉制御して、排出側タンク２２０の圧力を制御する。

循環制御部２５０は、排出側の液体経路２８３に設けた流量センサ２３０の検知信号を入力する。

このように構成した液体循環装置２００は、供給側タンク２１０の圧力と排出側タンク２２０の圧力とに差圧を生じさせることによって、供給側タンク２１０からヘッド１００の供給口（供給ポート）１４１に液体３００が供給され、ヘッド１００の排出口（排出ポート）１４２から排出側タンク２２０に液体３００が排出される（回収される）。

ヘッド１００の供給口１４１に供給された液体３００は、供給側共通液室１２０を経由して、複数の個別液室１０６にそれぞれ供給され、画像データに応じてノズル１０４から液体３００の滴が吐出される。ノズル１０４から吐出されなかった液体３００は、排出側個別流路１５６を通じて排出側共通液室１５０に排出され、排出口１４２から排出側タンク２２０に排出される。

具体的には、循環制御部２５０は、排出側タンク２２０内の液面が所定の高さより低いことを排出側フロートセンサ２２５で検知した場合、液面が所定の高さになったことを排出側フロートセンサ２２５が検知するまで、第２送液ポンプ２０３を駆動して、メインタンク２０１から排出側タンク２２０に液体３００を補充供給する。

また、供給側タンク２１０内の液面が所定の高さより低いことを供給側フロートセンサ２１５で検知した場合、液面が所定の高さになったことを供給側フロートセンサ２１５が検知するまで、第１送液ポンプ２０２を駆動させることによって、排出側タンク２２０から供給側タンク２１０に液体３００を供給する。

装置の電源が入っている間は、コンプレッサ２１１、真空ポンプ２２１を常に駆動させる。そして、供給側圧力センサ２１６で検出する供給側タンク２１０内の圧力が所定圧力になるように供給側レギュレータ２１２を開閉する。また、排出側圧力センサ２２６で検出する排出側タンク２２０内の圧力が所定圧力になるように排出側レギュレータ２２２を開閉する。

これにより、供給側タンク２１０と排出側タンク２２０との間に差圧が生じて、供給側タンク２１０から排出側タンク２２０に液体３００が循環し、排出側タンク２２０から供給側タンク２１０の液体３００が供給される。

次に、供給側タンクの圧力及び排出側タンクの圧力の設定（調整）について説明する。

ヘッド１００の供給側共通液室１２０内の液体にかかる圧力（供給側圧力）をＶｉｎ[ｋＰａ]、
ヘッド１００の排出側共通液室１５０内の液体にかかる圧力（排出側圧力）をＶｏｕｔ[ｋＰａ]、とする。

供給側タンク２１０の供給側圧力センサ２１６で検知する供給側タンク２１０の圧力（供給側タンク圧力）をＶｔｉｎ［ｋＰａ］、
排出側タンク２２０の排出側圧力センサ２２６で検知する排出側タンク２２０の圧力（排出側タンク圧力）をＶｔｏｕｔ［ｋＰａ］、とする。

供給側タンク２１０内の液面とヘッド１００のノズル面の差をＨｔｉｎ[ｍ]、
排出側タンク２２０内の液面とヘッド１００のノズル面の差をＨｔｏｕｔ[ｍ]、とし、
タンク内の液面がノズル面より高い場合を「＋」、タンク内の液面がノズル面より低い場合を「−」とする。

ヘッド１００の供給側共通液室１２０と個別液室１０６の間の流体抵抗（供給側流体抵抗）をＲｉｎ［Ｐａ・ｓ／ｍ^３]、
ヘッド１００の排出側共通液室１５０と個別液室１０６の間の流体抵抗（排出側流体抵抗）をＲｏｕｔ［Ｐａ・ｓ／ｍ^３］、とする。

ヘッド１００の供給側共通液室１２０と供給側タンク２１０の間の流体抵抗をＲｔｉｎ［Ｐａ・ｓ／ｍ^３]、
ヘッド１００の排出側共通液室１５０と排出側タンク２２０の間の流体抵抗をＲｔｏｕｔ［Ｐａ・ｓ／ｍ^３］、とする。

ヘッド１００のノズル１０４に形成されたメニスカスの圧力（メニスカス圧力）をＶｍとし、メニスカス圧力Ｖｍは、次の（１）〜（３）式で算出できる。

また、供給側圧力Ｖｉｎは、次の（４）式によって算出できる。

また、排出側圧力Ｖｏｕｔは、次の（５）式によって算出できる。

そして、画像データに応じてノズル１０４から液体を吐出するときを含めて液体を循環させているときには、ノズルメニスカス圧力Ｖｍが０〜−２［ｋＰａ］となるように、供給側タンク２１０の圧力Ｖｔｉｎ及び排出側タンク２２０の圧力Ｖｔｏｕｔを調整する。

また、ヘッド１００に初めて液体を充填する初期充填を行うときには、供給側タンク２１０内の液体をヘッド１００に送り始めてから、少なくとも、ヘッド１００を含めて循環経路２９０の内部が液体で満たされるまでは、ノズルメニスカス圧力Ｖｍが−２〜−６［ｋＰａ］の範囲内となるように、供給側タンク２１０の圧力Ｖｔｉｎ及び排出側タンク２２０の圧力Ｖｔｏｕｔを調整する。

ここでは、初期充填を行うときには、液体の循環を行うときに比べて、供給側タンク２１０の圧力Ｖｔｉｎと排出側タンク２２０の圧力Ｖｔｏｕｔの和（Ｖｔｉｎ＋Ｖｔｏｕｔ）が小さくなるようにしている。これにより、メニスカス圧力Ｖｍは、初期充填を行うときには液体の循環を行うときに比べて小さくなる。

このように、初期充填を行うときのメニスカス圧力Ｖｍを液体の循環を行うときに比べて小さくする。これにより、初期充填を行うときに、循環経路２９０が液体で満たされていないために排出側タンク２２０で発生させた負圧がヘッド１００の排出側共通液室１５０に伝わるまえに減衰しても、メニスカス圧力Ｖｍが高くなりすぎて液垂れを生じることを防止できる。

ここで、循環経路２９０に液体を充填する初期充填を行うときに、液体の循環を行うときと比べて、供給側タンク２１０の圧力Ｖｔｉｎと排出側タンク２２０の圧力Ｖｔｏｕｔとの和を小さくするには、例えば、次のいずれかの方法で行うことができる。

（１）初期充填を行うときには、液体の循環を行うときと比べて、供給側タンク２１０の圧力Ｖｔｉｎを小さくする。これにより、液体の循環を行うときと比べて、液体流量が減少するので、第１送液ポンプの送液能力を増加する必要がない。

（２）初期充填を行うときには、液体の循環を行うときと比べて、排出側タンク２２０の圧力Ｖｔｏｕｔを小さくする（負圧を大きくする）。これにより、供給側タンク２１０の圧力Ｖｔｉｎと排出側タンク２２０の圧力Ｖｔｏｕｔとの差が大きくなって液量が増加し、充填時間を短縮できる。

（３）初期充填を行うときには、液体の循環を行うときと比べて、供給側タンク２１０の圧力Ｖｔｉｎ及び排出側タンク２２０の圧力ｖｔｏｕｔをいずれも小さくする。これにより、第１ポンプの送液能力と充填流量の調和を図ることができる。

この点について、具体的に説明する。なお、ここでの説明では、液体をインクと表記し、個別液室を加圧するアクチュエータとして圧電アクチュエータを使用している例で説明する。

まず、供給側圧力Ｖｉｎと排出側圧力Ｖｏｕｔの和を変化させ、画像データに応じてノズル１０４からインクを吐出したときの吐出量、及び、インクが入っていないヘッド１００に液体を充填（初期充填）したときのノズル１０４からのインク溢れ（液垂れ）と気泡吸い込みの発生状況を調査した。調査結果を図２に示している。

図２において、供給側圧力Ｖｉｎと排出側圧力Ｖｏｕｔの和が−２．７〜１．４ｋＰａのとき、吐出量の目標値を満たしている。また、供給側圧力Ｖｉｎと排出側圧力Ｖｏｕｔの和が−２．７〜−１０．７ｋＰａのとき、液体が入っていないヘッド１００にインクを充填しても、ノズル１０４からインクが溢れず（液垂れがなく）、かつノズル１０４からの気泡の吸い込みもなかった。

この評価において、ノズル１０４のメニスカスにかかる圧力を計算した。結果を図３に示している。なお、メニスカス圧力Ｖｍは、前述した（２）式によって計算した。

この結果から、画像データに応じてインクを吐出しているとき（インクを循環しているとき）は、メニスカス圧力Ｖｍを０〜−２ｋＰａにし、初期充填をするときは、メニスカス圧力Ｖｍを−２〜−６ｋＰａにすれば、ノズルからインクが溢れず、かつノズルから気泡を吸い込まずに、インクを充填することができ、かつインク充填後の印刷品質が良好になることがわかる。

この評価では、流体抵抗Ｒｉｎと流体抵抗Ｒｏｕｔの比（Ｒｏｕｔ／Ｒｉｎ）＝０．９であったが、流体抵抗Ｒｉｎと流体抵抗Ｒｏｕｔの比（Ｒｏｕｔ／Ｒｉｎ）＝０．７、あるいは、０．８のとき、吐出量の目標値を満たす供給側圧力Ｖｉｎと排出側圧力Ｖｏｕｔの和の設定範囲、及び、ノズルからインクが溢れず、かつノズルから気泡を吸い込まない供給側圧力Ｖｉｎと排出側圧力Ｖｏｕｔの和の設定範囲は、流体抵抗Ｒｉｎと流体抵抗Ｒｏｕｔの比（Ｒｏｕｔ／Ｒｉｎ）＝０．９と異なるが、設定範囲におけるノズルのメニスカスにかかる圧力Ｖｍは、流体抵抗Ｒｉｎと流体抵抗Ｒｏｕｔの比（Ｒｏｕｔ／Ｒｉｎ）＝０．９と同じであった。

次いで、流体抵抗Ｒｉｎと流体抵抗Ｒｏｕｔの比（Ｒｏｕｔ／Ｒｉｎ）＝０．９において、充填時間（インクが入っていないヘッドに、インクを送り始めてから、全ノズルが吐出できる状態になるまでの時間）を調査したところ、供給側圧力Ｖｉｎ：＋１３ｋＰａで一定のときの充填時間は１〜５分、排出側圧力Ｖｏｕｔ：−１３ｋＰａで一定のときの充填時間は、６〜１０分であった。このときの流量を測定した結果を図４に示している。

充填時において、供給側圧力Ｖｉｎ：＋１３ｋＰａで一定のときの流量は、排出側圧力Ｖｏｕｔ：−１３ｋＰａで一定のときに比べて大きくなる。充填時間は、流量が大きいほど短くなると考えられるので、供給側圧力Ｖｉｎ：＋１３ｋＰａで一定のときの充填時間が、排出側圧力Ｖｏｕｔ：−１３ｋＰａで一定のときの充填時間に比べて短くなる。

また、供給側圧力Ｖｉｎ：＋１３ｋＰａで一定のとき、充填時の設定範囲における流量は、吐出時の設定範囲に比べて大きく、排出側圧力Ｖｏｕｔ：−１３ｋＰａで一定のとき、充填時の設定範囲における流量は、吐出時の設定範囲に比べて小さい。

このことから、供給側圧力Ｖｉｎが一定のとき、充填時間を短くすることができるが、充填時の流量は、吐出時に比べて大きいので、第１送液ポンプ２０２は、充填時の流量に対応できるように送流能力が大きいものにしておく必要がある。

次に、図５に供給側圧力Ｖｉｎと排出側圧力Ｖｏｕｔの和と、供給側圧力Ｖｉｎと排出側圧力Ｖｏｕｔの差の関係を示している。また、図６に供給側圧力Ｖｉｎと排出側圧力Ｖｏｕｔの差と流量との関係を示している。

図６から供給側圧力Ｖｉｎと排出側圧力Ｖｏｕｔの差と流量の関係は、供給側圧力Ｖｉｎ一定と排出側圧力Ｖｏｕｔ一定で同じであり、図５から供給側圧力Ｖｉｎと排出側圧力Ｖｏｕｔの差は、供給側圧力Ｖｉｎ一定のときの方が、排出側圧力Ｖｏｕｔ一定のときに比べて大きいので、流量は、供給側圧力Ｖｉｎ一定の方が、排出側圧力Ｖｏｕｔ一定のときに比べて大きくなることが分かる。

また、供給側圧力Ｖｉｎと排出側圧力Ｖｏｕｔの比（Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎ）を変化させ、画像データに応じてノズルからインクを吐出したときの吐出量、及び初期充填したときのノズルからのインク溢れと気泡吸い込みの発生状況を調査した。この結果を図７及び図８に示している。

図７において、供給側圧力Ｖｉｎと排出側圧力Ｖｏｕｔの比（Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎ）が−０．９〜−１．２ｋＰａのとき吐出量の目標値を満たした。また、供給側圧力Ｖｉｎと排出側圧力Ｖｏｕｔの比（Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎ）が−１．２〜−１．８ｋＰａのとき、初期充填をしてもノズル１０４からインクが溢れず、かつノズル１０４から気泡を吸い込まなかった。

図８において、供給側圧力Ｖｉｎと排出側圧力Ｖｏｕｔの比（Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎ）が−０．９〜−１．３ｋＰａの時、吐出量の目標値を満たした。また、供給側圧力Ｖｉｎと排出側圧力Ｖｏｕｔの比（Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎ）が−１．３〜−７．２ｋＰａのとき、初期充填をしてもノズル１０４からインクが溢れず、かつノズル１０４から気泡を吸い込まなかった。

この評価において、（２）式を使用してメニスカス圧力Ｖｍを計算した結果を図９及び図１０に示している。

この結果から、画像データに応じてノズル１０４から液体を吐出するとき（インクを循環させているとき）は、ノズル１０４のメニスカス圧力Ｖｍを０〜−２ｋＰａにし、初期充填を行うときには、メニスカス圧力Ｖｍを−２〜−６ｋＰａにすることで、ノズルからインクが溢れず、かつノズルから気泡を吸い込まずに、インクを充填することができ、かつインク充填後の印刷品質が良好になることがわかる。

この評価では、流体抵抗Ｒｉｎと流体抵抗Ｒｏｕｔの比（Ｒｏｕｔ／Ｒｉｎ）＝０．９であったが、流体抵抗Ｒｉｎと流体抵抗Ｒｏｕｔの比（Ｒｏｕｔ／Ｒｉｎ）＝０．７、あるいは、０．８のとき、吐出量の目標値を満たす供給側圧力Ｖｉｎと排出側圧力Ｖｏｕｔの比（Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎ）の設定範囲、及び、ノズルからインクが溢れず、かつノズルから気泡を吸い込まないＶｏｕｔ／Ｖｉｎの設定範囲は、流体抵抗Ｒｉｎと流体抵抗Ｒｏｕｔの比（Ｒｏｕｔ／Ｒｉｎ）＝０．９と異なるが、設定範囲におけるノズルのメニスカスにかかる圧力は、供給側圧力Ｖｉｎと排出側圧力Ｖｏｕｔの比（Ｒｏｕｔ／Ｒｉｎ）＝０．９と同じであった。

供給側圧力Ｖｉｎと排出側圧力Ｖｏｕｔの比（Ｒｏｕｔ／Ｒｉｎ）＝０．９において、充填時間を調査したところ、供給側圧力Ｖｉｎ：＋１３ｋＰａで一定のときの充填時間は１〜５分、排出側圧力Ｖｏｕｔ：−１３ｋＰａで一定のときの充填時間は、６〜１０分であった。

このときの流量を測定した結果を図１１及び図１２に示している。充填時において、供給側圧力Ｖｉｎ：＋１３ｋＰａで一定のときの流量は、排出側圧力Ｖｏｕｔ：−１３ｋＰａで一定のときに比べて大きい。充填時間は、流量が大きいほど短くなると考えられるので、供給側圧力Ｖｉｎ：＋１３ｋＰａで一定の時の充填時間が、排出側圧力Ｖｏｕｔ：−１３ｋＰａ一定のときに比べて短い理由は、流量が大きかったからである。

また、供給側圧力Ｖｉｎ：＋１３ｋＰａで一定のとき、充填時の設定範囲における流量は、吐出時の設定範囲に比べて大きく、排出側圧力Ｖｏｕｔ：−１３ｋＰａで一定のとき、充填時の設定範囲における流量は、吐出時の設定範囲に比べて小さい。

これらから、供給側圧力Ｖｉｎ一定のとき、充填時間を短くすることができるが、充填時の流量は、吐出時に比べて大きいので、第１送液ポンプ２０２は、充填時の流量に対応できるように、送流能力が大きいものにしておく必要がある。

次に、図１３に供給側圧力Ｖｉｎ：＋１３ｋＰａで一定としたときの供給側圧力Ｖｉｎと排出側圧力Ｖｏｕｔの比（Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎ）と、供給側圧力Ｖｉｎと排出側圧力Ｖｏｕｔの差の関係を示している。また、図１４に排出側圧力Ｖｏｕｔ：−１３ｋＰａで一定としたときの供給側圧力Ｖｉｎと排出側圧力Ｖｏｕｔの比（Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎ）と流量（測定結果）との関係を示している。また、図１５に供給側圧力Ｖｉｎと排出側圧力Ｖｏｕｔの差と流量との関係を示している。

図１５から、供給側圧力Ｖｉｎと排出側圧力Ｖｏｕｔの差と流量の関係は、供給側圧力Ｖｉｎ一定と排出側圧力Ｖｏｕｔ一定で同じであり、図１４から、供給側圧力Ｖｉｎと排出側圧力Ｖｏｕｔの差は、供給側圧力Ｖｉｎ一定のときの方が、排出側圧力Ｖｏｕｔ一定のときに比べて大きいので、流量は、供給側圧力Ｖｉｎ一定の方が、排出側圧力Ｖｏｕｔ一定のときに比べて大きくなることがわかる。

次に、本発明の第２実施形態について図１６を参照して説明する。図１６は同実施形態に係る液体吐出ヘッドを含む液体循環装置の説明図である。

本実施形態は、前記第１実施形態の構成において、供給側タンク２１からヘッド１００への供給側の液体経路２８１に、ヘッド１００に供給される液体の圧力を検知する供給側ヘッド圧力センサ231を配置している。また、ヘッド１００から排出側タンク２２０への排出側の液体経路２８２に、ヘッド１００から排出される液体の圧力を検知する排出側ヘッド圧力センサ232を配置している。

ここで、
供給側ヘッド圧力センサ231が検出する圧力（供給側ヘッド圧力）をＶｐｉｎ[ｋＰａ]、
排出側ヘッド圧力センサ232が検出する圧力（排出側ヘッド圧力）をＶｐｏｕｔ[ｋＰａ]、
とする。

供給側ヘッドセンサ231の圧力検出位置とヘッド１００のノズル面の高さの差をＨｐｉｎ［ｍ］、
排出側ヘッドセンサ232の圧力検出位置とヘッド１００のノズル面の高さの差をＨｐｏｕｔ［ｍ］、とし、
圧力検出位置がノズル面より高いときを「＋」、圧力検出位置がノズル面より低いときを「−」とする。

ヘッド１００の供給側共通液室１２０と供給側ヘッド圧力センサ231の間の流体抵抗をＲｐｉｎ［Ｐａ・ｓ／ｍ^３］、
排出側共通液室１５０と排出側ヘッド圧力センサ232の間の流体抵抗をＲｐｏｕｔ［Ｐａ・ｓ／ｍ^３］とする。

なお、その他のパラメータは、前記第１実施形態と同じである。

ここで、メニスカス圧力Ｖｍは、前述した（２）式で計算する。

供給側圧力Ｖｉｎは、次の（６）式によって計算する。

排出側圧力Ｖｏｕｔは、次の（７）式によって計算する。

そして、画像データに応じてノズル１０４から液体を吐出するときを含めて液体を循環させているときには、ノズルメニスカス圧力Ｖｍが０〜−２［ｋＰａ］となるように、供給側ヘッド圧力Ｖｐｉｎ及び排出側ヘッド圧力Ｖｐｏｕｔを調整する。

また、ヘッド１００に初めて液体を充填する初期充填を行うときには、供給側タンク２１０内の液体をヘッド１００に送り始めてから、少なくとも、ヘッド１００を含めて循環経路２９０の内部が液体で満たされるまでは、ノズルメニスカス圧力Ｖｍが−２〜−６［ｋＰａ］の範囲内となるように、供給側ヘッド圧力Ｖｐｉｎ及び排出側ヘッド圧力Ｖｐｏｕｔを調整する。

つまり、前記第１実施形態においては、環境温度の変化や液体の特性の経時変化によって、液体の粘度が変化した場合、ヘッド１００の供給側共通液室１２０、排出側共通液室１５０内の液体にかかる圧力が変化する。

その結果、ノズル１０４に形成されたメニスカス圧力Ｖｍが変化し、ノズル１０４から吐出する吐出量が変化したり、ノズル１０４から液体が溢れたり、ノズル１０４から液体を吐出できなくなることが生じる。

そこで、本実施形態のように、画像データに応じてノズル１０４から液体を吐出させるときは、メニスカス圧力Ｖｍが０〜−２[ｋＰａ]となるように、供給側ヘッド圧力Ｖｐｉｎ及び排出側ヘッド圧力Ｖｐｏｕｔを調整する。

このようにヘッド１００の供給側共通液室１２０、排出側共通液室１５０に近い個所でヘッド１００に供給する液体の圧力、ヘッド１００から排出される液体の圧力を検知するので、圧力検知位置と１００の供給側共通液室１２０、排出側共通液室１５０との間の流体抵抗変化が小さくなる。

これにより、環境温度の変化や液体の特性の経時変化によって液体粘度が変化した場合でも、ヘッド１００の供給側共通液室１２０、排出側共通液室１５０の液体にかかる圧力変化が小さくなるので、ノズル１０４に形成されたメニスカスの圧力が安定する。

また、初期充填するとき、供給側タンク２１０とヘッド１００と排出側タンク２２０の液体経路は液体が満たされていないので、供給側ヘッド圧力Ｖｐｉｎ及び排出側ヘッド圧力Ｖｐｏｕｔは、液体経路２８２，２８３に液体にかかる圧力を反映しない。

そのため、供給側ヘッド圧力Ｖｐｉｎ及び排出側ヘッド圧力Ｖｐｏｕｔを調整しても、ヘッド１００内の液体に適正な圧力を与えることができない。その結果、ノズル１０４のメニスカスの圧力が高くなり過ぎたり、低くなり過ぎたりし、ノズル１０４から液体が溢れたり、ノズル１０４から気泡を吸い込んで、液体を供給側タンク２１０〜ヘッド１００〜排出側タンク２２０の液体経路に満たすことができない。

ここで、初期充填でヘッド１００に対して供給側タンク２１０内の液体を送り始めてから、少なくとも、ヘッド１００との間の液体経路２８２、２８３が液体で満たされるまでの間は、メニスカス圧力Ｖｍが、−２〜−６［ｋＰａ］となるように、供給側タンク圧力Ｖｔｉｎ、排出側タンク圧力Ｖｔｏｕｔを調整する。

これによって、供給側タンク２１０〜ヘッド１００〜排出側タンク２２０の液体経路が液体で満たされていない場合であっても、ヘッド１００内の液体に適正な圧力を印加することができるようになる。したがって、ノズル１０４から液体が溢れず、かつ供給側タンク２１０〜ヘッド１００〜排出側タンク２２０の液体経路を液体で満たすことができる。

次に、循環型ヘッドの一例について図１７及び図１８を参照して説明する。図１７は同ヘッドの外観斜視説明図、図１８は同ヘッドのノズル配列方向と直交する方向に沿う断面説明図である。

このヘッドは、ノズル板１と、流路板２と、壁面部材としての振動板部材３とを積層接合している。そして、振動板部材３の振動領域（振動板）３０を変位させる圧電アクチュエータ１１と、ヘッドのフレーム部材を兼ねている共通液室部材２０と、カバー２９を備えている。

ノズル板１は、液体を吐出する複数のノズル４を有している。

流路板２は、ノズル４にノズル連通路５を介して通じる個別液室６、個別液室６に連通する供給側流体抵抗部７、各供給側流体抵抗部７に通じる供給側導入部８を形成している。ここでは、流路板２は、板状部材２Ａ〜２Ｆを積層して構成している。供給側流体抵抗部７及び供給側導入部８で供給流路を構成している。

振動板部材３は、流路板２の個別液室６の壁面を形成する変形可能な振動領域３０を有する。ここでは、振動板部材３は２層構造（限定されない）とし、流路板２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層で個別液室６に対応する部分に変形可能な振動領域３０を形成している。

そして、振動板部材３の個別液室６とは反対側に、振動板部材３の振動領域３０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１１を配置している。

この圧電アクチュエータ１１は、例えば、ベース部材１３に接合した圧電部材に対してハーフカットダイシングによって溝加工して形成した所要数の柱状の圧電素子１２を所定の間隔で有している。圧電素子１２は振動板部材３の振動領域（振動板）３０に接合している。また、圧電素子１２にはフレキシブル配線部材１５が接続されている。

共通液室部材２０は、供給側共通液室１０と排出側共通液室５０を形成する。供給側共通液室１０は、外部から液体を供給する供給口である供給ポート４１に通じ、排出側共通液室５０は、外部に液体を排出する排出口である排出ポート４２に通じている。

供給側共通液室１０は、フィルタ部材９を介して供給側導入部８に通じている。フィルタ部材９は、振動板部材３の第１層にて形成している。

また、流路板２は、各個別液室６にノズル連通路５を介して連通する排出側流体抵抗部５７と、排出側個別流路５６と、排出側導出部５８を形成している。

排出側導出部５８はフィルタ部材５９を介して排出側共通液室５０に通じている。フィルタ部材５９は、振動板部材３の第１層にて形成している。

このように構成したヘッドにおいては、例えば圧電素子１２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１２が収縮し、振動板部材３の振動領域３０が引かれて個別液室６の容積が膨張することで、個別液室６内に液体が流入する。

その後、圧電素子１２に印加する電圧を上げて圧電素子１２を積層方向に伸長させ、振動板部材３の振動領域３０をノズル４に向かう方向に変形させて個別液室６の容積を収縮させることにより、個別液室６内の液体が加圧され、ノズル４から液体が吐出される。

また、ノズル４から吐出されない液体はノズル４を通過して排出側流体抵抗部５７、排出側個別流路５６、排出側導出部５８及びフィルタ部材５９を経て排出側共通液室５０に排出される。そして、排出側共通液室５０から外部の循環経路を通じて供給側共通液室１０に再度供給される。また、液体吐出を行っていないときも、供給側共通液室１０から排出側共通液室５０に流れ、更に外部の循環経路を通じて供給側共通液室１０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、本発明に係る液体を吐出する装置の一例について図１９及び図２０を参照して説明する。図１９は同装置の概略説明図、図２０は同装置のヘッドユニットの平面説明図である。

この装置は、連続媒体５１０を搬入する搬入手段５０１と、搬入手段５０１から搬入された連続媒体５１０を印刷手段５０５に案内搬送する案内搬送手段５０３と、連続媒体５１０に対して液体を吐出して画像を形成する印刷を行う印刷手段５０５と、連続媒体５１０を乾燥する乾燥手段５０７と、連続媒体５１０を排出する排出手段５０９などを備えている。

連続媒体５１０は搬入手段５０１の元巻きローラ５１１から送り出され、搬入手段５０１、案内搬送手段５０３、乾燥手段５０７、排出手段５０９の各ローラによって案内、搬送されて、排出手段５０９の巻取りローラ５９１にて巻き取られる。

この連続媒体５１０は、印刷手段５０５において、搬送ガイド部材５５９上をヘッドユニット５５０及びヘッドユニット５５５に対向して搬送され、ヘッドユニット５５０から吐出される液体によって画像が形成され、ヘッドユニット５５から吐出される処理液で後処理が行われる。

ここで、ヘッドユニット５５０には、例えば、媒体搬送方向上流側から、４色分のフルライン型ヘッドアレイ５５１Ｋ、５５１Ｃ、５５１Ｍ、５５１Ｙ（以下、色の区別しないときは「ヘッドアレイ５５１」という。）が配置されている。

各ヘッドアレイ５５１は、液体吐出手段であり、それぞれ、搬送される連続媒体５１０に対してブラックＫ，シアンＣ、マゼンタＭ、イエローＹの液体を吐出する。なお、色の種類及び数はこれに限るものではない。

ヘッドアレイ５５１は、複数の循環型ヘッド１０００をベース部材５５２上に千鳥状に並べて配置したものであるが、これに限らない。

次に、この装置に液体循環装置を適用する場合、各ヘッドアレイ５５１の複数のヘッド１０００の供給側と供給側タンク２１０との間に第１マニホールドを配置して、第１マニホールドから各ヘッド１０００に液体を供給する。また、ヘッド１０００の排出側と排出側タンク２２０との間に第２マニホールドを配置して、各ヘッド１０００から第２マニホールドに液体を排出する。

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。

「液体吐出ユニット」は、液体吐出ヘッドに機能部品、機構が一体化したものであり、液体の吐出に関連する部品の集合体が含まれる。例えば、「液体吐出ユニット」は、ヘッドタンク、キャリッジ、供給機構、維持回復機構、主走査移動機構の構成の少なくとも一つを液体吐出ヘッドと組み合わせたものなどが含まれる。

ここで、一体化とは、例えば、液体吐出ヘッドと機能部品、機構が、締結、接着、係合などで互いに固定されているもの、一方が他方に対して移動可能に保持されているものを含む。また、液体吐出ヘッドと、機能部品、機構が互いに着脱可能に構成されていても良い。

例えば、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドとヘッドタンクが一体化されているものがある。また、チューブなどで互いに接続されて、液体吐出ヘッドとヘッドタンクが一体化されているものがある。ここで、これらの液体吐出ユニットのヘッドタンクと液体吐出ヘッドとの間にフィルタを含むユニットを追加することもできる。

また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドとキャリッジが一体化されているものがある。

また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドを走査移動機構の一部を構成するガイド部材に移動可能に保持させて、液体吐出ヘッドと走査移動機構が一体化されているものがある。また、液体吐出ヘッドとキャリッジと主走査移動機構が一体化されているものがある。

また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドが取り付けられたキャリッジに、維持回復機構の一部であるキャップ部材を固定させて、液体吐出ヘッドとキャリッジと維持回復機構が一体化されているものがある。

また、液体吐出ユニットとして、ヘッドタンク若しくは流路部品が取付けられた液体吐出ヘッドにチューブが接続されて、液体吐出ヘッドと供給機構が一体化されているものがある。このチューブを介して、液体貯留源の液体が液体吐出ヘッドに供給される。

主走査移動機構は、ガイド部材単体も含むものとする。また、供給機構は、チューブ単体、装填部単体も含むものする。

「液体を吐出する装置」には、液体吐出ヘッド又は液体吐出ユニットを備え、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 ノズル板
２ 流路板
３ 振動板
４ ノズル
５ ノズル連通路
６ 個別液室
７ 供給側流体抵抗部
８ 供給側導入部
１０ 供給側共通液室
１１ 圧電アクチュエータ
２０ 共通液室部材（フレーム部材）
５０ 排出側共通液室
５６ 排出側個別流路
５７ 排出側流体抵抗部
５８ 排出側導出部
１００ 液体吐出ヘッド
１０４ ノズル
１０６ 個別液室
１２０ 供給側共通液室
１５０ 排出側共通液室
１５６ 排出側個別流路
２００ 液体循環装置
２０１ メインタンク
２０２ 第１送液ポンプ
２０３ 第２送液ポンプ
２１０ 供給側タンク
２２０ 排出側タンク
２５０ 循環制御部
４０３ キャリッジ
４０４ 液体吐出ヘッド
４４０ 液体吐出ユニット
６３０ 液体循環システム
１０００ 液体吐出ヘッド

Claims (15)

1. 液体吐出ヘッドを介して液体が循環する循環経路を有し、
   前記循環経路には、
   前記液体吐出ヘッドの供給口に通じる供給側タンクと、
   前記液体吐出ヘッドの排出口に通じる排出側タンクと、を含み、
   前記供給側タンクの圧力を前記排出側タンクの圧力よりも高くして前記液体の循環を行わせ、
   前記循環経路に前記液体を充填する初期充填を行うときには、前記液体の循環を行うときと比べて、前記供給側タンクの圧力と前記排出側タンクの圧力との和を小さくし、
   前記液体吐出ヘッドの液体を吐出するノズルが連通する個別液室に液体を供給する供給側共通液室内の液体にかかる圧力を供給側圧力Ｖｉｎとし、
   前記液体吐出ヘッドの前記個別液室に通じる排出側個別流路に通じる排出側共通液室内の液体にかかる圧力を排出側圧力Ｖｏｕｔとするとき、
   前記初期充填を行うときには、前記供給側圧力Ｖｉｎと前記排出側圧力Ｖｏｕｔとの和が、−２．７〜−１０．７［ｋＰａ］になるようにする
   ことを特徴とする液体循環装置。
2. 前記液体の循環を行うときには、前記供給側タンクの圧力を正圧にし、前記排出側タンクの圧力を負圧にする
   いることを特徴とする請求項１に記載の液体循環装置。
3. 前記供給側タンクの圧力を検知する手段と、
   前記排出側タンクの圧力を検知る手段と、
   前記各検知する手段の検知に応じて前記初期充填の動作を制御する手段と、を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体循環装置。
4. 前記初期充填を行うときには、前記液体の循環を行うときと比べて、前記供給側タンクの圧力を小さくする
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の液体循環装置。
5. 前記初期充填を行うときには、前記液体の循環を行うときと比べて、前記排出側タンクの圧力を小さくする
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の液体循環装置。
6. 前記初期充填を行うときには、前記液体の循環を行うときと比べて、前記供給側タンクの圧力及び前記排出側タンクの圧力を小さくする
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の液体循環装置。
7. 前記供給側タンクにはタンク内の空気を加圧する圧縮手段が接続され、
   前記初期充填を行うときに前記圧縮手段による加圧を前記液体の循環を行うときに比べて小さくする
   ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の液体循環装置。
8. 前記排出側タンクにはタンク内を減圧する減圧手段が接続され、
   前記初期充填を行うときに前記減圧手段による減圧を前記液体の循環を行うときと比べて小さくする
   ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の液体循環装置。
9. 前記液体の循環を行うとき、前記供給側圧力Ｖｉｎと前記排出側圧力Ｖｏｕｔとの和が−２．７〜１．４ｋＰａになるようにする
   ことを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の液体循環装置。
10. 前記初期充填を行うとき、前記供給側圧力Ｖｉｎと前記排出側圧力Ｖｏｕｔの比（Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎ）が−１．８〜−１．２になるようにする
    ことを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の液体循環装置。
11. 前記液体の循環を行うとき、前記供給側圧力Ｖｉｎと前記排出側圧力Ｖｏｕｔの比（Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎ）が−１．２〜−０．９になるようにする
    ことを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の液体循環装置。
12. 液体を吐出する液体吐出ヘッドと、
    請求項１ないし１１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。
13. 前記液体吐出ヘッドは、
    液体を吐出するノズルが連通する個別液室に液体を供給する供給側共通液室と、
    前記個別液室に通じる排出側個別流路に通じる排出側共通液室と、を有し、
    前記液体の循環を行っているときには、前記供給側共通液室の圧力及び排出側共通液室の圧力を一定に制御し、
    前記初期充填を行っているときには、前記供給側タンク及び前記排出側タンクの圧力を一定に制御する
    ことを特徴とする請求項１２に記載の液体を吐出する装置。
14. 前記液体の循環を行っているときの前記液体吐出ヘッドのノズルメニスカス圧力は０〜−２［ｋＰａ］の範囲内であり、
    前記初期充填を行っているときの前記ノズルメニスカス圧力は−２［ｋＰａ］より低い
    ことを特徴とする請求項１２又は１３に記載の液体を吐出する装置。
15. 前記初期充填を行っているときの前記ノズルメニスカス圧力は−２〜−６［ｋＰａ］の範囲内である
    ことを特徴とする請求項１４に記載の液体を吐出する装置。

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