JP6964994B2

JP6964994B2 - 液体吐出装置

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Description

本発明は、液体吐出装置に関する。

液体吐出ヘッドに設けられた吐出口から記録媒体に液体を吐出して記録を行う液体吐出装置の代表的なものとしてインクジェット記録装置があり、カラー画像を記録するために、複数の記録色に対応した液体吐出ヘッドを備えているものが広く普及している。より高精細な記録を高速度で行えるように、記録色ごとに複数の液体吐出ヘッドを備えた装置も知られている。

液体吐出装置には、ユーザーが吐出用の液体（例えば記録液）を供給するためのメインタンクとは別に、メインタンクから供給された液体を貯留して液体吐出ヘッドに供給するためのサブタンクを有するものがある。サブタンク内の液体に加わる圧力やサブタンクから液体吐出ヘッドに至る流路内での液体の流動状態は、液体吐出ヘッド内の液体に大きく影響するため、サブタンクは液体吐出ヘッドの近くに配置されるのが望ましい。また、液体吐出ヘッドの吐出口から誤って液体が漏出することを防止するため、吐出口での圧力は負圧になるように制御されている。従来の液体吐出装置では、液体吐出ヘッドよりも重力方向で低い位置にサブタンクを配置し、サブタンク内の液体と吐出口との間の水頭差により吐出口での圧力が負圧に保たれるようにしたものが広く用いられている。しかしながら液体吐出装置では、一般に、液体吐出ヘッドの下方に記録媒体とその搬送装置とが配置されるので、サブタンクと液体吐出ヘッドとの距離が大きくなりがちであって、装置が大型化してしまうとともに配管が複雑になる。さらに、長い配管のために流路抵抗が大きくなり、高速での記録に適さなくなるという問題も生ずる。この問題は、搭載する液体吐出ヘッドの数が多い液体吐出装置ほど深刻である。

吐出用の液体を液体吐出ヘッドに供給する供給部と、液体吐出ヘッドにおいて記録に利用されなかった液体を回収する回収部とを有し、液体吐出ヘッド内で液体を供給部側から回収部側へと流動させて循環させる技術が知られている。液体を循環させることにより、液体吐出ヘッド内の気泡やゴミなどを除去することができる。また、吐出用の液体として顔料インクを用いる場合には、顔料の沈降を防止することもできる。このような技術が導入された液体吐出装置では、供給部側に加えて回収部側の配管も必要になるため、上記の問題はさらに深刻になる。

特許文献１には、液体吐出ヘッドの上方にサブタンクであるリザーバが配置され、リザーバに付属した圧力調整手段によってリザーバ内の圧力を減圧し、吐出口の圧力を負圧に制御する液体吐出装置が開示されている。また、特許文献２には、液体吐出ヘッドの上方に配置されたサブタンク内に吐出用液体の供給部と回収部とを設け、液体吐出ヘッド内で液体を循環させる技術が開示されている。特許文献２では、サブタンク内に仕切りを設けることにより、供給部および回収部を区画している。特許文献２においても、圧力調整手段によりサブランク内の圧力が減圧され、吐出口の圧力は負圧に制御されている。

特許第５０４００３９号公報特開２０１１−２０１１７６号公報

特許文献１や特許文献２に記載された液体吐出装置では、ポンプなどによって構成された圧力調整手段によりサブタンク内が負圧に制御されている。しかし、液体吐出装置の稼働中に停電などにより突然電力の供給が遮断されると圧力調整手段の動作が停止し、その結果、圧力調整手段や配管の継ぎ目などから少しずつ流入する空気により、サブタンク内の圧力は徐々に上昇して大気圧に近づく。液体吐出ヘッドよりも重力方向で上方にあるサブタンク内の圧力が上昇すると、サブタンク内の液体が液体吐出ヘッドに向かって流れて吐出口から漏出し、液体吐出装置や記録媒体を汚してしまうおそれがある。

本発明の目的は、液体吐出ヘッドの重力方向上方にサブタンクを配置しながら、稼働中に突然の電力の供給が遮断された場合などであっても、サブタンク内の液体が液体吐出ヘッドの吐出口から漏れ出すことのない液体吐出装置を提供することにある。

本発明の液体吐出装置は、液体を吐出する吐出口を有する液体吐出ヘッドと、液体吐出ヘッドに液体を供給する液体供給手段と、を有し、液体供給手段は、液体吐出ヘッドにおいて吐出口が形成されている吐出口面よりも重力方向上方に配置されて液体吐出ヘッドに供給する液体を貯留する第１のサブタンクと、第１のサブタンクと液体吐出ヘッドとを接続する供給流路と、吐出口面よりも重力方向上方に配置されて液体吐出ヘッドから回収された液体を貯留する第２のサブタンクと、第２のサブタンクと液体吐出ヘッドとを接続する回収流路と、吐出口における液体の圧力を調整し、かつ、第１のサブタンクから供給流路、液体吐出ヘッドおよび回収流路を経て第２のサブタンクに液体が流動して循環するように圧力差を形成する圧力調整手段と、第１のサブタンクの底面に接続され、第１のサブタンクの内部の液体を排出可能な、供給流路とは異なる第１の排出流路と、第２のサブタンクの底面に接続され、第２のサブタンクの内部の液体を排出可能な、供給流路とは異なる第２の排出流路と、第１の排出流路および第２の排出流路の少なくとも一方から排出された液体を収容する液体収容部と、液体収容部の内部の液体をサブタンクに供給する送液手段と、を有し、液体吐出装置の稼働中には開いて液体吐出装置を停止する際に閉じられる第１の自己保持弁が第２の排出流路に設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、液体吐出ヘッドの重力方向上方にサブタンクを配置する液体吐出装置において、稼働中に突然の電力の供給が遮断された場合などであっても、サブタンク内の液体が液体吐出ヘッドの吐出口から漏れ出すことを防止することができる。

本発明の第１の実施形態の液体吐出装置の概略構成を示す図である。第１の実施形態における液体吐出ヘッドの構成を示す概略断面図である。第１の実施形態における液体供給手段を説明する図である。第１の実施形態の装置における通常終了時の動作を説明する図である。第２の実施形態における液体供給手段を説明する図である。第３の実施形態における液体供給手段を説明する図である。第４の実施形態の液体吐出装置の概略構成を示す図である。第４の実施形態における液体吐出ヘッドの構成を示す概略断面図である。第４の実施形態における液体供給手段を説明する図である。

（第１の実施形態）
次に、本発明を実施するための形態について説明する。図１は第１の実施形態での液体吐出装置１の概略構成を示している。本実施形態では、記録媒体４０として記録紙が用いられるものとするが、記録媒体４０が記録紙以外のものであってもよいことは明らかである。記録媒体４０はロール紙として液体吐出装置１に供給されており、紙送りローラー４２により矢印の方向へ送られ、プラテン４１の上面を通過して、図示左端から排出される。プラテン４１が設けられている位置は、記録媒体４０に対して吐出用の液体である記録液による記録を行うべき位置である。プラテン４１および紙送りローラー４２などによって、記録媒体４０に対する搬送手段４が構成されている。プラテン４１の上面に対向して、４組の液体吐出ヘッド２が、記録媒体４０の搬送方向に沿って設けられている。４組の液体吐出ヘッド２は、その吐出口から重力方向下方に向けてそれぞれ、シアン、マゼンダ、イエロー、ブラックの各色の液体を吐出し、それによりプラテン４１上に位置する記録媒体４０に対する記録を行うものである。これらの液体吐出ヘッド２は、それぞれ、対応する色の液体を貯留する供給側のサブタンク５０に対し、供給流路５１を介して接続されている。供給側のサブタンク５０を第１のサブタンクとも呼ぶ。サブタンク５０と供給流路５１は、液体吐出ヘッド２に対して液体を供給する液体供給手段の一部をなすものである。液体供給手段の詳細については後述する。各液体吐出ヘッド２は、後述する記録素子を電気的に駆動するための駆動信号を発生して液体吐出ヘッド２を駆動する駆動回路３１が接続している。各液体吐出ヘッド２に接続された駆動回路３１は、制御部３０から送られる画像信号などに基づいて駆動信号を発生する。液体吐出ヘッド２ごとの駆動回路３１と、各駆動回路３１に共通に設けられる制御部３０とによって、液体吐出ヘッド２を駆動する駆動手段が構成される。なお、添付の図面において、右上から左下に向かう線によるハッチングは、吐出用の液体が存在すること、あるいは、吐出用の液体の存在位置を概念的に示している。

図２は、本実施形態における液体吐出ヘッド２の構成を示している。液体吐出ヘッド２には、供給側のサブタンク５０から供給された液体を貯留する共通液室２０が設けられており、共通液室２０の液体は、液体吐出ヘッド２に複数設けられた圧力室２１へと供給される。液体を吐出するための吐出口２５が吐出口形成部材２４に形成されており、各圧力室２１は、吐出口形成部材２４に形成された吐出口２５と連通している。圧力室２１において、吐出口形成部材２４とは向かい合うことになる面は振動板２３により形成されている。振動板２３では、圧力室２１の側とは反対となる側に、液体を吐出するためのエネルギーを発生する記録素子として、圧電素子２２が形成されている。駆動回路３１が発生する駆動信号により圧電素子２２を駆動し、振動板２３を変形させることで、圧力室２１内の液体を吐出口２５から外部に吐出させることができる。なお、液体吐出ヘッド２の外面であって、吐出口２５が形成されている面を吐出口面２６と呼ぶ。

ここでは記録素子として圧電素子を用いるいわゆるピエゾ型の液体吐出ヘッドを一例として示したが、本発明において使用される液体吐出ヘッドはピエゾ型のものに限定されるものではなく、本発明は、液体吐出ヘッドの種類に依存するものではない。例えば、液体の熱による発泡の圧力によって液体を吐出するサーマル型の液体吐出ヘッドや、極板間の静電力により極板を変形させることで吐出圧力を発生させる静電型の液体吐出ヘッドにも本発明は適用可能である。液体吐出ヘッドと、液体吐出ヘッドと対向する対向電極との電位差により液体に静電力を作用させて液体を吐出する、静電誘引型の液体吐出装置にも本発明は適用可能である。

図３は、本実施形態の液体吐出装置１における液体供給手段５を示している。供給側のサブタンク５０は、気密性の筺体６８の内部に設けられるものである。図では筺体６８の内部にサブタンク５０が設けられているように示されているが、筺体６８自体をサブタンク５０とする構成も可能であり、その方が構成を単純化でき、また、部材コストを低減することができる。サブタンク５０に貯留されている液体は、サブタンク５０の底部に接続された供給流路５１を介して液体吐出ヘッド２に供給される。ここでサブタンク５０は、液体吐出ヘッド２に対して重力方向で上方に位置する。さらにサブタンク５０には、供給流路５１とは異なる排出流路５３が設けられている。排出流路５３は、サブタンク５０の底部に接続しており、液体収容部５５と連通し、液体収容部５５側の排出流路５３の端部は、液体収容部５５での液面位置よりも重力方向下方に位置している。排出流路５３には、流路に挿入される形態で自己保持弁５４が設けられている。自己保持弁は電磁弁の一種であるが、電源が遮断されたときに、その弁の最終的な開閉状態を維持するタイプの弁である。本実施形態において自己保持弁５４は、電力が供給され、かつ液体吐出装置１が稼動しているときには開弁した状態となるように構成されている。これにより、液体吐出装置１の動作中は、サブタンク５０内の液体は、自己保持弁５４を介して液体収容部５５へと絶えず流れている。

液体供給手段５には、サブタンク５０とは別に、ユーザーが吐出用の液体を供給しあるいは補充するメインタンク６０が設けられている。液体収容部５５には、サブタンク５０からの液体に加え、メインタンク６０内の液体がポンプ６１により供給される。液面センサ（ＬＳ）６２が液体収容部５５内の液体の液面高さを監視しており、液体収容部５５内の液面高さが所定の範囲に収まるようにポンプ６１による送液量が制御される。これにより、液体収容部５５の内部には常に略一定量の液体が貯留される。本実施形態では、メインタンク６０とは別個に液体収容部５５を設け、液体収容部５５に略一定量の液体が貯留されるようにしている。そのため、メインタンク６０をディスポーザブル形態のタンクとすれば、液体吐出装置１の稼働中にメインタンク６０自体を交換して液体を補充することもできる。また、液体収容部５５がメインタンク６０を兼ねる構成とすることにより、部材点数を減らし、液体吐出装置１を簡略化し、コストを低減することができる。

液体収容部５５に貯留している液体をサブタンク５０に供給するための流路５６が設けれており、流路５６には、ポンプ５７とフィルタ５９が設けられている。流路５６およびポンプ５７は、液体収容部５５の内部の液体をサブタンク５０に供給する送液手段を構成する。液体収容部５５内の液体は、ポンプ５７により、その液体中のゴミや気泡を取り除くためのフィルタ５９を経て、供給側のサブタンク５０へと供給される。ポンプ５７を制御するために液面センサ５８が設けられており、液面センサ５８は、サブタンク５０内の液体の液面高さを監視する。ポンプ５７による送液量は、サブタンク５０内の液面高さが所定の範囲に収まるように制御される。その結果、液体吐出ヘッド２の吐出口２５が形成された吐出口面２６とサブタンク５０内での液面高さとの間の水頭差ｈ１が略一定に保たれる。

サブタンク５０が収容された筺体６８には、筺体６８の内部の気体の圧力を減圧するための空気ポンプ（Ａ）８１が接続している。空気ポンプ８１は、液体吐出装置１の稼働中は絶えず筺体６８内の空気を排出するように作動する。筺体６８内を所定の圧力に制御するため、空気ポンプ８１と並列にレギュレータ（Ｒ）８０が設けられている。レギュレータ８０は、筺体６８側の圧力が所定の値よりも低くなると開弁し、外気を流入させることで筺体６８内の圧力を一定に保つように動作する。空気ポンプ８１およびレギュレータ８０は、筺体６８内の気体の圧力を調整する圧力調整機構を構成する。レギュレータ８０と外気との間には、外気とともにゴミなどが入り込むのを防止するため、フィルタ８２が設けられている。本実施形態の液体吐出装置１では、サブタンク５０が液体吐出ヘッド２よりも重力方向で上方にあるため、筺体６８内を減圧しない場合には、水頭差により吐出口２５から液体吐出ヘッド２内およびサブタンク５０内の液体が漏れ出してしまう。そこでこの液体吐出装置１においては、空気ポンプ８１およびレギュレータ８０により筺体６８内を減圧し、吐出口２５における液体の圧力が負圧になるように制御している。本実施形態では、水頭差ｈ１と空気ポンプ８１およびレギュレータ８０とによる圧力制御により、吐出口２５における液体の圧力を安定した負圧に保っている。さらにこの圧力制御は、サブタンク５０以外の圧力変動が吐出口２５における液体の圧力、すなわち吐出性能に影響することを抑制している。ここで用いる空気ポンプ８１としては、電力供給の停止時に閉弁するノーマリークローズ型の空気ポンプを用いることが望ましい。上述したように、液面センサ５８の検出値により液面高さを一定に維持する制御を行うことによって水頭差ｈ１が一定に保たれ、筺体６８内の気体の圧力は圧力調整機構により一定に保たれる。したがって、本実施形態では、液面センサ５８と圧力調整機構（空気ポンプ８１およびレギュレータ８０）により、吐出口２５における液体の圧力を調整する圧力調整手段が構成されることになる。

次に、通常時（すなわち停電ではないとき）に本実施形態の液体吐出装置１による記録動作を終了させる通常終了時の動作について、図４を用いて説明する。図４は、図３に示したものと同じ液体供給手段５を示すものであるが、説明を簡単にするため、メインタンク６０やそれに関連するものは描かれていない。記録動作を終了させるときは、まず、ポンプ５７を停止させて、液体収容部５５からサブタンク５０への液体の供給を停止させる。次に、自己保持弁５４を閉弁してから、自己保持弁５４の動作を停止する。次いで、空気ポンプ８１を停止し、空気ポンプ８１に設けられた弁を閉弁する。上述したようなノーマリークローズ型の空気ポンプを用いている場合には、空気ポンプ８１を停止することにより自動的に閉弁となる。空気ポンプ８１を停止して閉弁とすることによって、筺体６８内が外気から遮断される。その後、液体吐出ヘッド２を重力方向上方に移動させて記録媒体４０との間隔を広げた上で、液体吐出ヘッド２の吐出口面２６にキャッピング部材６３を装着する。キャッピング部材６３により、液体からの溶媒成分の蒸発による吐出口２５での乾燥が防止されるとともに、液体が漏れ出すことによって記録媒体４０や搬送手段４が汚されることを防止することができる。さらに、自己保持弁５４を閉弁したことで、液体吐出装置１の停止時もサブタンク５０内に液体が保持されるので、サブタンク５０側から液体吐出ヘッド２に気泡が混入するのを防止することができ、次回の稼動時に速やかに記録を開始することができる。

次に、稼働中に停電などにより液体吐出装置１への電力供給が突然遮断された時の動作について説明する。液体吐出装置１への電力供給が遮断されると、ポンプ５７およびポンプ６１の動作が停止するとともに、空気ポンプ８１が停止し、空気ポンプ８１に設けられた弁が閉弁し、筺体６８内が外気から遮断される。このとき、自己保持弁５４は開弁状態のままになるため、サブタンク５０内の液体は、排出流路５３を介して、液体収容部５５へと排出される。サブタンク５０内には液体がほとんど残っていない状態になり、供給サブタンク５０内の液体が液体吐出ヘッド２の吐出口２５から漏れ出す事態が回避される。サブタンク５０内が空になった状態になるので、停電が復旧したのちの次の稼働開始時には、液体吐出ヘッド２内から気泡を除去する回復動作を実施することが望ましい。また、サブタンク５０は気密性の筺体６８に格納されて外気から遮断されているので、液体収容部５５への液体の排出を確実にするために、液体収容部５５内での液面高さを液体吐出ヘッド２の吐出口面２６よりも重力方向で下方にすることが好ましい。

本実施形態では、自己保持弁５４を設けずに、サブタンク５０から液体収容部５５に向けて排出流路５３を介して常に液体が流れるような構成とすることも可能である。その場合、ポンプ５７を停止させる液体吐出装置１の通常終了時においても、サブタンク５０内の液体のほとんどが液体収容部５５に排出されることになる。したがって、液体吐出装置１の稼動を再開するときに、毎回、液体吐出ヘッド２から気泡を除去する回復動作を実施することが望ましい。本実施形態によれば、液体吐出ヘッド２の重力方向上方に供給側のサブタンク５０を有する液体吐出装置１において、停電などにより突然電力の供給が遮断された場合にも、サブタンク５０内の液体が吐出口から漏れ出すことを防止することができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態の液体吐出装置について説明する。第２の実施形態の液体吐出装置は、液体供給手段５の構成を除いては第１の実施形態の液体吐出装置と同様のものである。以下では、第１の実施形態の液体吐出装置と共通する事項については説明を省略し、第２の実施形態の液体吐出装置における液体供給手段５の構成について、図５を用いて説明する。

第２の実施形態における液体供給手段５では、サブタンク５０での液面高さを監視してポンプ５７を制御するための液面センサは設けられていない。その代わりに筺体６８内に、サブタンク５０での液面高さを規定するための仕切り部材６４が設けられ、サブタンク５０の側壁の一部が仕切り部材６４により形成されている。仕切り部材６４の下端と筺体６８の底面との間には隙間があって排出口６５が形成され、この排出口６５は排出流路５３の一部を形成している。ここでポンプ５７により十分な量の液体を液体収容部５５からサブタンク５０に供給すると、サブタンク５０から液体吐出ヘッド２へと供給された分以外の液体は、排出口６５あるいは仕切り部材６４の上側を通り、液体収容部５５へと常に流れることになる。その結果、仕切り部材６４の上端により、サブタンク５０内の液体の液面高さが略一定に保たれ、液体吐出ヘッド２の吐出口面２６とサブタンク５０内の液体の間の水頭差ｈ２が略一定に保たれる。本実施形態によれば、液体吐出ヘッド２の重力方向上方に供給用のサブタンク５０を有する液体吐出装置１において、簡単な構成で、吐出口２５における液体の圧力を安定した負圧に保つことができる。また、停電などにより突然電力の供給が遮断された場合にも、第１の実施形態と同様に、サブタンク５０内の液体が吐出口２５から漏れ出すことを防止することができる。本実施形態においても筺体６８自体をサブタンク５０としてもよい。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態の液体吐出装置について説明する。第３の実施形態の液体吐出装置は、液体供給手段５の構成を除いては第１の実施形態の液体吐出装置と同様のものである。以下では、第１の実施形態の液体吐出装置と共通する事項については説明を省略し、第３の実施形態の液体吐出装置における液体供給手段５の構成について、図６を用いて説明する。

第３の実施形態での液体供給手段５では、供給側のサブタンク５０を収納する気密性の筺体６８は設けられておらず、サブタンク５０は大気に連通あるいは開放された形態となっている。したがって、筺体６８の内部を一定圧に保つための空気ポンプおよびレギュレータも設けられていない。その代わり、サブタンク５０から液体吐出ヘッド２に液体を供給する供給流路５１にバルブ６６が設けられ、さらに、バルブ６６の下流の位置（液体吐出ヘッド２の側）での供給流路５１の圧力を測定する圧力センサ（ＰＳ）６７が設けられている。バルブ６６および圧力センサ６７により、吐出口２５における液体の圧力を調整する圧力調整手段が構成されている。バルブ６６としては、電力供給の停止時に閉弁するノーマリークローズ型のバルブが用いられる。バルブ６６は、通常閉弁しているが、液体吐出ヘッド２内の液体が吐出されることにより圧力センサ６７の測定値が所定の値より下回った場合に開弁するように構成されており、開弁したときに液体吐出ヘッド２に液体が供給される。このような構成により、液体吐出ヘッド２の吐出口２５における液体の圧力が所定の範囲内に保たれる。

本実施形態の液体吐出装置１においては、ノーマリークローズ型のバルブ６６を用いるので、停電などにより突然電力の供給が遮断された場合にもこのバルブ６６は閉じ、液体吐出ヘッド２への液体の供給が遮断される。しかしながら閉弁状態においても流体の流れを完全に遮断するのは困難であると考えられ、電力の供給が遮断された状態が続くと、サブタンク５０内の液体が少しずつ液体吐出ヘッド２側へと流れ、吐出口２５から漏れ出すことが起こり得る。本実施形態では、第１の実施形態の場合と同様に排出流路５３を介してサブタンク５０内の液体が液体収容部５５へと排出され、サブタンク５０内には液体がほとんど残っていない状態になる。したがってサブタンク５０内の液体が液体吐出２の吐出口２５から漏れ出す事態が回避される。なお、サブタンク５０が大気に連通または開放し、停電時にはバルブ６６が閉じるので、本実施形態では、液体収容部５５への液体の排出のために液体収容部５５内での液面高さを吐出口面２６よりも必ずしも重力方向下方としなくてもよい。

（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態の液体吐出装置について説明する。第４の実施形態の液体吐出装置は、液体吐出ヘッド２として、特許文献２に記載されるような液体吐出ヘッド内で液体を供給部側から回収部側へと循環させるようにしたものを用いている。図７は、本実施形態での液体吐出装置１の構成を示している。記録媒体４０および搬送手段４の構成は第１の実施形態と同様であり、プラテン４１の上面に対向して、４組の液体吐出ヘッド２が、記録媒体４０の搬送方向に沿って設けられている。各液体吐出ヘッド２を駆動するための駆動手段の構成も第１の実施形態と同様である。

本実施形態の液体吐出装置１では、液体吐出ヘッド２ごとに、液体吐出ヘッド２の重力方向上方に、供給用のサブタンク５０（第１のサブタンク）に加えて回収用のサブタンク７０が設けられている。回収用のサブタンク７０は、第２のサブタンクとも呼ばれるものであって、液体吐出ヘッド２で使用されなかった液体を回収するためのものである。液体吐出ヘッド２と回収用のサブタンク５０とは、回収流路７１により接続されている。詳細については後述するが、このような構成にすることにより、サブタンク５０側から回収サブタンク７０側へと液体吐出ヘッド２内で液体を流動させることができる。

図８は、本実施形態で用いる液体吐出ヘッド２の構成を示している。図２に示した液体吐出ヘッドと同様に、複数の圧力室２１が設けられ、各圧力室２１は、吐出口形成部材２４に形成された吐出口２５と連通している。圧力室２１において吐出口２５と対面する側には振動板２３が形成され、振動板２３には記録素子である圧電素子２２が形成されている。さらにこの液体吐出ヘッド２では、サブタンク５０から供給流路５１を介して供給された液体を貯留する供給側の共通液室２７が設けられており、この共通液室２７内の液体は、各圧力室２１へと供給される。吐出などにより液体吐出ヘッド２で使用された分以外の液体は、圧力室２１から回収側の共通液室２８側へと送られ、回収流路７１を通ってサブタンク７０へと回収される。言い換えれば、図示矢印で示されるように、共通液室２７から圧力室２１に供給され、圧力室２１内で吐出口２５の近傍を通過して共通液室２８に向かう液体の流れが形成されるようになっている。このように液体吐出ヘッド２内で液体を流し、液体吐出ヘッド２を介して液体が循環するように構成することにより、液体吐出ヘッド２内の液体中のゴミや気泡を除去することができる。また吐出口２５からの溶媒成分の蒸発により吐出口２５近傍の液体の粘度が上昇し、吐出に深刻なダメージを与える現象が知られているが、吐出口２５近傍に新鮮な吐出用の液体を常時に供給することによりこの現象を防止することができる。さらに、吐出口２５の近傍に絶えず液体が流れることにより、圧電素子２２で代表される記録素子を冷却する効果も得られる。

図９は、本実施形態の液体吐出装置１における液体供給手段５を示している。本実施形態では、気密性の筺体６８内に、液面高さを規定するための第１の仕切り部材７２および第２の仕切り部材７５を配置することにより、筺体６８内に供給側のサブタンク５０と回収側のサブタンク７０とを区画し形成している。サブタンク５０とサブタンク７０とは、第１の仕切り部材７２によって区画されている。サブタンク７０の側壁の一部は、第２の仕切り部材７５によって形成されている。供給流路５１はサブタンク５０の底部に接続し、回収流路７１はサブタンク７０の底部に接続する。この構成では、１つの筺体６８内に２つのサブタンク５０，７０を形成し、第１の仕切り部材７２によってこれらを区画するコンパクトかつ単純な構造としたため、サブタンクのコストを削減することができる。加えて、供給側のサブタンク５０および回収側のサブタンク７０の両方を液体吐出ヘッド２よりも重力方向上方に配置することとも相俟って、配置の自由度も非常に高いものとなる。第１の仕切り部材７２の下端と筺体６８の底面との間には隙間があって第１の排出口７３が形成されている。第１の排出口７３は、供給側のサブタンク５０内の液体を排出可能な、供給流路５１とは異なる第１の排出流路に該当するものである。第２の仕切り部材７５の下端と筺体６８の底面との間には隙間があって第２の排出口７６が形成されている。筺体６８には、供給流路５１とは異なる流路であって液体収容部５５に連通する第２の排出流路７７が設けられるが、第２の排出口７６は、この第２の排出流路７７の一部を形成している。第２の排出流路７７には、第１の実施形態で用いたものと同じ自己保持弁５４が設けられている。

第１の実施形態と同様に、液体収容部５５に貯留している液体を供給側のサブタンク５０に供給するための流路５６が設けられ、流路５６にはポンプ５７とフィルタ５９が設けられているが、ポンプ５７を制御するための液面センサは設けられていない。ポンプ５７により十分な量の液体が液体収容部５５から供給側のサブタンク５０に供給されるものとする。サブタンク５０から液体吐出ヘッド２へ供給流路５１を介して供給される分以外の液体は、第１の排出口７３あるいは第１の仕切り部材７２の上側を通り、サブタンク７０へと常に流れることになる。第１の仕切り部材７２の上端により、サブタンク５０内のインクの液面高さが略一定に保たれる。

回収側のサブタンク７０には、液体吐出ヘッド２から回収流路７１を介し液体が流入し、またサブタンク５０から第１の仕切り部材７２の上側あるいは第１の排出口７３を経て流入する。これによりサブタンク７０には十分な量の液体が供給される。このようにサブタンク７０に回収された液体は、第２の排出口７６あるいは第２の仕切り部材７５の上側を通り、第２の排出流路７７を経て、液体収容部５５へと常に流れる。第２の仕切り部材７５の上端により、回収側のサブタンク７０内の液体の液面高さが略一定に保たれる。

本実施形態では、第２の仕切り部材７５の上端は第１の仕切り部材７２の上端よりも低くなっている。それにより、供給側のサブタンク５０と回収側のサブタンク７０との間には、第１の仕切り部材７２の上端と第２の仕切り部材７５の上端との高さの差に相当する水頭差ｈ３が生じることになる。さらに筺体６８には、第１の実施形態と同様に、空気ポンプ８１とレギュレータ８０とが接続し、レギュレータ８０と外気との間にはフィルタ８２が設けられている。空気ポンプ８１とレギュレータ８０による圧力調整機構により、吐出口２５における液体の圧力が負圧になるように制御されている。サブタンク５０と吐出口面２６の間の水頭差とこの圧力調整機構による圧力制御により、吐出口２５における液体の圧力を安定した負圧に保つとともに、サブタンク５０，７０以外の圧力変動の吐出口２５における液体の圧力への影響を低減している。供給側のサブタンク５０と回収側のサブタンク７０との間の水頭差ｈ３により、サブタンク５０から液体吐出ヘッド２に液体が供給され、液体吐出ヘッド２で使用されなかった液体がサブタンク７０へと排出される。このようにして本実施形態では、液体吐出ヘッド２内で、供給側のサブタンク５０から回収側のサブタンク７０へと液体を流動させ循環させることができる。ここでは、サブタンク５０から供給流路５１、液体吐出ヘッド２および回収流路７１を経てサブタンク７０に液体を流動させるための圧力差として水頭差ｈ３を用いているが、圧力差の生成手法はこれに限られない。例えば、サブタンク５０，７０ごとに独立した圧力調整機構を設けて圧力差を生じさせてもよい。

本実施形態においても、稼働中には自己保持弁５４は開弁状態となっている。そして稼動中に停電などにより突然電力の供給が遮断された場合には、サブタンク５０，７０内の液体は、第１の排出流路である第１の排出口７３および第２の排出流路７７を介して、液体収容部５５へと排出される。よって、サブタンク５０，７０内には液体がほとんど残っていない状態になり、サブタンク５０，７０内の液体が液体吐出ヘッド２の吐出口２５から漏れ出す事態が回避される。本実施形態によれば、液体吐出ヘッド２の重力方向上方に供給側のサブタンク５０および回収側のサブタンク７０を有する液体吐出装置１において、簡単な構成で、吐出口２５における液体の圧力を安定した負圧に保つことができる。加えて、そのような構成の液体吐出装置１において、液体吐出ヘッド２内で、供給側のサブタンク５０から回収側のサブタンク７０へと液体を流動させこれらの間で循環させる技術を導入することができる。さらに、停電などにより突然電力の供給が遮断された場合にも、供給側のサブタンク５０および回収側のサブタンク７０内の液体が吐出口２５から漏れ出すことを防止することができる。

上述の説明では、供給側のサブタンク５０と回収側のサブタンク７０とを１つの筺体６８内に形成したが、これらのサブタンク５０，７０を別々に形成しても構わない。その場合には、第１の排出流路および第２の排出流路７７がそれぞれ液体収容部５５と接続するように構成してもよいし、上述と同様に、第１の排出流路が回収側のサブタンク７０に接続するように構成してよい。液体収容部５５は、第１の排出流路および第２の排出流路７７の少なくとも一方から排出された液体を収容できればよい。第１の排出流路および第２の排出流路７７がそれぞれ液体収容部５５と接続するように構成する場合には、各々の排出流路に自己保持弁を設けてもよい。また、供給側のサブタンク５０および回収側のサブタンク７０のそれぞれにおいて、液面高さの調整に液面センサを用いた制御を導入することもできる。例えば、液体収容部５５から供給側のサブタンク５０への液体の供給量を、サブタンク５０の液面高さを監視して制御することができる。同様に、回収側のサブタンク７０から液体収容部５５への液体の排出量を、サブタンク７０の液面高さを監視して制御することができる。

１液体吐出装置
２液体吐出ヘッド
５液体供給手段
２５吐出口
５０サブタンク
５１供給流路
５３排出流路
５５液体収容部
５７ポンプ

Claims

液体吐出装置であって、
液体を吐出する吐出口を有する液体吐出ヘッドと、
前記液体吐出ヘッドに前記液体を供給する液体供給手段と、
を有し、
前記液体供給手段は、
前記液体吐出ヘッドにおいて前記吐出口が形成されている吐出口面よりも重力方向上方に配置されて前記液体吐出ヘッドに供給する液体を貯留する第１のサブタンクと、
前記第１のサブタンクと前記液体吐出ヘッドとを接続する供給流路と、
前記吐出口面よりも重力方向上方に配置されて前記液体吐出ヘッドから回収された液体を貯留する第２のサブタンクと、
前記第２のサブタンクと前記液体吐出ヘッドとを接続する回収流路と、
前記吐出口における液体の圧力を調整し、かつ、前記第１のサブタンクから前記供給流路、前記液体吐出ヘッドおよび前記回収流路を経て前記第２のサブタンクに液体が流動して循環するように圧力差を形成する圧力調整手段と、
前記第１のサブタンクの底面に接続され、前記第１のサブタンクの内部の液体を排出可能な、前記供給流路とは異なる第１の排出流路と、
前記第２のサブタンクの底面に接続され、前記第２のサブタンクの内部の液体を排出可能な、前記供給流路とは異なる第２の排出流路と、
前記第１の排出流路および前記第２の排出流路の少なくとも一方から排出された液体を収容する液体収容部と、
前記液体収容部の内部の液体を前記サブタンクに供給する送液手段と、
を有し、
前記液体吐出装置の稼働中には開いて前記液体吐出装置を停止する際に閉じられる第１の自己保持弁が前記第２の排出流路に設けられていることを特徴とする液体吐出装置。
前記第１のサブタンクおよび第２のサブタンクが筺体の中に収容され、前記圧力調整手段が、前記筺体の内部の気体の圧力を調整する圧力調整機構を有する請求項１に記載の液体吐出装置。
前記第１のサブタンクの液面高さと前記第２のサブタンクの液面高さとの水頭差により前記圧力差が形成される、請求項２に記載の液体吐出装置。
前記圧力調整手段が、前記第１のサブタンクの液面高さを規定する第１の仕切り部材と、前記第２のサブタンクの液面高さを前記第１のサブタンクの液面高さよりも低く規定する第２の仕切り部材と、を有する、請求項３に記載の液体吐出装置。
前記第１の仕切り部材が前記第１のサブタンクと前記第２のサブタンクとを区画する、請求項４に記載の液体吐出装置。
前記第１の仕切り部材の下端と前記筺体の底面との間に形成された第１の排出口と、前記第２の仕切り部材の下端と前記筺体の底面との間に形成された第２の排出口とを有し、前記第１のサブタンクと前記第２のサブタンクとが前記第１の排出口を介して連通する、請求項５に記載の液体吐出装置。
前記圧力調整手段は、前記第１のサブタンクの液面高さを測定する第１の液面センサと前記第２のサブタンクの液面高さを測定する第２の液面センサとをさらに備え、前記第１のサブタンクの液面高さを一定に維持し、前記第２のサブタンクの液面高さを一定に維持する制御を行う、請求項３に記載の液体吐出装置。
前記液体吐出装置の稼働中には開いて前記液体吐出装置を停止する際に閉じられる第２の自己保持弁が前記第１の排出流路に設けられている、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
液体を吐出する吐出口を有する液体吐出ヘッドと、
前記液体吐出ヘッドに前記液体を供給する液体供給手段と、
を有し、
前記液体供給手段は、
前記液体吐出ヘッドにおいて前記吐出口が形成されている吐出口面よりも重力方向上方に配置されて前記液体吐出ヘッドに供給する液体を貯留する第１のサブタンクと、
前記第１のサブタンクと前記液体吐出ヘッドとを接続する供給流路と、
前記吐出口面よりも重力方向上方に配置されて前記液体吐出ヘッドから回収された液体を貯留する第２のサブタンクと、
前記第２のサブタンクと前記液体吐出ヘッドとを接続する回収流路と、
前記吐出口における液体の圧力を調整し、かつ、前記第１のサブタンクから前記供給流路、前記液体吐出ヘッドおよび前記回収流路を経て前記第２のサブタンクに液体が流動して循環するように圧力差を形成する圧力調整手段と、
前記第１のサブタンクの底面に接続され、前記第１のサブタンクの内部の液体を排出可能な、前記供給流路とは異なる第１の排出流路と、
前記第２のサブタンクの底面に接続され、前記第２のサブタンクの内部の液体を排出可能な、前記供給流路とは異なる第２の排出流路と、
前記第１の排出流路および前記第２の排出流路の少なくとも一方から排出された液体を収容する液体収容部と、
前記液体収容部の内部の液体を前記サブタンクに供給する送液手段と、
を有し、
前記第１のサブタンクおよび第２のサブタンクが筺体の中に収容され、
前記第１のサブタンクの液面高さと前記第２のサブタンクの液面高さとの水頭差により前記圧力差が形成され、
前記圧力調整手段が、前記筺体の内部の気体の圧力を調整する圧力調整機構と、前記第１のサブタンクの液面高さを規定する第１の仕切り部材と、前記第２のサブタンクの液面高さを前記第１のサブタンクの液面高さよりも低く規定する第２の仕切り部材と、を有することを特徴とする液体吐出装置。
前記第１の仕切り部材が前記第１のサブタンクと前記第２のサブタンクとを区画する、請求項９に記載の液体吐出装置。
前記第１の仕切り部材の下端と前記筺体の底面との間に形成された第１の排出口と、前記第２の仕切り部材の下端と前記筺体の底面との間に形成された第２の排出口とを有し、前記第１のサブタンクと前記第２のサブタンクとが前記第１の排出口を介して連通する、請求項１０に記載の液体吐出装置。
液体を吐出する吐出口を有する液体吐出ヘッドと、
前記液体吐出ヘッドに前記液体を供給する液体供給手段と、
を有し、
前記液体供給手段は、
前記液体吐出ヘッドにおいて前記吐出口が形成されている吐出口面よりも重力方向上方に配置されて前記液体吐出ヘッドに供給する液体を貯留する第１のサブタンクと、
前記第１のサブタンクと前記液体吐出ヘッドとを接続する供給流路と、
前記吐出口面よりも重力方向上方に配置されて前記液体吐出ヘッドから回収された液体を貯留する第２のサブタンクと、
前記第２のサブタンクと前記液体吐出ヘッドとを接続する回収流路と、
前記吐出口における液体の圧力を調整し、かつ、前記第１のサブタンクから前記供給流路、前記液体吐出ヘッドおよび前記回収流路を経て前記第２のサブタンクに液体が流動して循環するように圧力差を形成する圧力調整手段と、
前記第１のサブタンクの底面に接続され、前記第１のサブタンクの内部の液体を排出可能な、前記供給流路とは異なる第１の排出流路と、
前記第２のサブタンクの底面に接続され、前記第２のサブタンクの内部の液体を排出可能な、前記供給流路とは異なる第２の排出流路と、
前記第１の排出流路および前記第２の排出流路の少なくとも一方から排出された液体を収容する液体収容部と、
前記液体収容部の内部の液体を前記サブタンクに供給する送液手段と、
を有し、
前記第１のサブタンクおよび第２のサブタンクが筺体の中に収容され、
前記第１のサブタンクの液面高さと前記第２のサブタンクの液面高さとの水頭差により前記圧力差が形成され、
前記圧力調整手段が、前記筺体の内部の気体の圧力を調整する圧力調整機構と、前記第１のサブタンクの液面高さを測定する第１の液面センサと、前記第２のサブタンクの液面高さを測定する第２の液面センサと、を備え、前記第１のサブタンクの液面高さを一定に維持し、前記第２のサブタンクの液面高さを一定に維持する制御を行うことを特徴とする、液体吐出装置。
前記液体収容部に液体を供給するメインタンクをさらに備える、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の液体吐出装置。