JP6948005B2 - 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。

従来、ノズルに連通する複数の個別液室に通じる共通液室を有し、当該共通液室に供給口と排出口を備える共通液室循環型のヘッドを介して液体が循環する循環経路を有し、循環経路には、複数のヘッド部分の各共通液室の供給口にそれぞれ通じる供給側マニホールドと、各共通液室の排出口にそれぞれ通じる回収側マニホールドと、供給側マニホールドに液体を供給する供給タンクと、排出側マニホールドから液体が排出される回収タンクとを含むものが知られている（特許文献１）。

特許第５２５３２５８号公報

ところで、フロースルー型ヘッドにおいては、共通液室循環型ヘッドと異なり、供給流路、個別液室、ノズル、排出流路というフローで液体を循環させるために、例えば、ノズルより上流側の供給流路に常に正圧をかけ、ノズルよりも下流側の排出流路にはノズルメニスカスを保持するための負圧よりも高い負圧をかけた状態となる。そのため、ノズルからの液垂れや気泡巻き込みなどが生じやすいという課題がある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、フロースルー型ヘッドを使用するときのノズルからの液垂れや気泡巻き込みのおそれを低減することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明の請求項１に係る液体循環装置は、
ノズルに連通する個別液室への供給流路と前記個別液室に通じる排出流路とを有し、前記供給流路に通じる供給口と前記排出流路に通じる排出口を備える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、
複数の前記液体吐出ヘッドの供給口にそれぞれ通じる第１マニホールドと、
前記第１マニホールドに通じ、内部が加圧される加圧サブタンクと、
複数の前記液体吐出ヘッドの排出口にそれぞれ通じる第２マニホールドと、を含み、
前記加圧サブタンクは、前記液体吐出ヘッドの供給口が配置される位置よりも高い位置に配置し、
前記第１マニホールドは前記液体吐出ヘッドよりも高い位置に配置し、前記第２マニホールドは前記液体吐出ヘッドよりも低い位置に配置する
構成とした。

本発明によれば、循環型ヘッドを使用するときのノズルからの液垂れや気泡巻き込みのおそれを低減することができる。

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一例の平面説明図である。 液体吐出ヘッドの一例の外観斜視説明図である。 同ヘッドのノズル配列方向と直交する方向（液室長手方向）の断面説明図である。 本発明の第１実施形態に係る液体循環装置のブロック説明図である。 同第１実施形態を等価回路としてモデル化した場合の模式図である。 マニホールドの位置関係、ヘッド前後の圧力とマニホールドの圧力の関係の要部模式的説明図である。 本発明の第２実施形態に係る液体循環装置のブロック説明図である。 本発明の第３実施形態における液体循環装置の要部模式的説明図である。 本発明の第４実施形態における液体循環装置の要部模式的説明図である。 本発明の第５実施形態における液体循環装置のブロック説明図である。 本発明の第６実施形態における液体循環装置のブロック説明図である。 本発明の第７実施形態における液体循環装置のブロック説明図である。 本発明の第８実施形態における液体循環装置のブロック説明図である。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。まず、本発明に係る液体を吐出する装置の一例について図１及び図２を参照して説明する。図１は同装置の概略説明図、図２は同装置のヘッドユニットの一例の平面説明図である。

この液体を吐出する装置である印刷装置１０００は、媒体である連帳紙などの連続体１０を搬入する搬入手段１と、搬入手段１から搬入された連続体１０を印刷手段５に案内搬送する案内搬送手段３と、連続体１０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５と、連続体１０を乾燥する乾燥手段７と、連続体１０を排出する排出手段９などを備えている。

連続体１０は搬入手段１の元巻きローラ１１から送り出され、搬入手段１、案内搬送手段３、乾燥手段７、排出手段９の各ローラによって案内、搬送されて、排出手段９の巻取りローラ９１にて巻き取られる。

この連続体１０は、印刷手段５において、搬送ガイド部材５９上をヘッドユニット５０及びヘッドユニット５５に対向して搬送され、ヘッドユニット５０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５０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５１Ｋ、５１Ｃ、５１Ｍ、５１Ｙ（以下、色の区別しないときは「ヘッドアレイ５１」という。）が配置されている。

各ヘッドアレイ５１は、液体吐出手段であり、それぞれ、搬送される連続体１０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５１は、例えば、図２に示すように、液体吐出ヘッド（これを、単に「ヘッド」ともいう。）１００をベース部材５２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、液体吐出ヘッドの一例について図３及び図４を参照して説明する。図３は同液体吐出ヘッドの外観斜視説明図、図４は同ヘッドのノズル配列方向と直交する方向（液室長手方向）の断面説明図である。

この液体吐出ヘッドは、フロースルー型ヘッドであり、ノズル板１０１と、流路板１０２と、壁面部材としての振動板部材１０３とを積層接合している。そして、振動板部材１０３の振動領域（振動板）１３０を変位させる圧電アクチュエータ１１１と、ヘッドのフレーム部材を兼ねている共通液室部材１２０と、カバー１２９を備えている。なお、流路板１０２と振動板部材１０３で構成される部分を流路部材１４０という。

ノズル板１０１は、液体を吐出する複数のノズル１０４を有している。

流路板１０２は、ノズル１０４にノズル連通路１０５を介して通じる個別液室１０６、個別液室１０６に通じる供給側流体抵抗部１０７、供給側流体抵抗部１０７に通じる供給側導入部１０８を形成している。ノズル連通路１０５は、ノズル１０４と個別液室１０６にそれぞれ連なって通じる流路である。供給側導入部１０８は、振動板部材１０３に設けた供給側開口部１０９を介して供給側共通液室１１０に通じている。

振動板部材１０３は、流路板１０２の個別液室１０６の壁面を形成する変形可能な振動領域１３０を有する。ここでは、振動板部材１０３は２層構造（限定されない）とし、流路板１０２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１０６に対応する部分に変形可能な振動領域１３０を形成している。

そして、この振動板部材１０３の個別液室１０６とは反対側に、振動板部材１０３の振動領域１３０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１１１を配置している。

この圧電アクチュエータ１１１は、ベース部材１１３上に接合した圧電部材をハーフカットダイシングによって溝加工して所要数の柱状の圧電素子１１２を所定の間隔で櫛歯状に形成している。

そして、圧電素子１１２を振動板部材１０３の振動領域１３０に形成した島状の厚肉部である凸部１３０ａに接合している。また、圧電素子１１２にはフレキシブル配線部材１１５が接続されている。

共通液室部材１２０は、供給側共通液室１１０と排出側共通液室１５０を形成する。供給側共通液室１１０は供給ポート１７１に通じ、排出側共通液室１５０は排出ポート１７２に通じている。

なお、ここでは、共通液室部材１２０は、第１共通液室部材１２１及び第２共通液室部材１２２によって構成され、第１共通液室部材１２１を流路部材１４０の振動板部材１０３側に接合し、第１共通液室部材１２１に第２共通液室部材１２２を積層して接合している。

第１共通液室部材１２１は、供給側導入部１０８に通じる供給側共通液室１１０の一部である下流側共通液室１１０Ａと、排出側個別流路１５６に通じる排出側共通液室１５０とを形成している。また、第２共通液室部材１２２は、供給側共通液室１１０の残部である上流側共通液室１１０Ｂを形成している。

また、流路板１０２は、各個別液室６にノズル連通路１０５を介して連通する排出側流体抵抗部１５７と、排出側個別流路１５６と、排出側導出部１５８を形成している。

排出側導出部１５８は振動板部材１０３に設けた排出側開口部１５９を介して排出側共通液室１５０に通じている。

なお、本実施形態では、供給側共通液室１１０、供給側開口部１０９、供給側導入部１０８及び供給側流体抵抗部１０７で供給流路を構成し、排出側流体抵抗部１５７、排出側個別流路１５６、排出側導出部１５８及び排出側開口部１５９で排出流路を構成している。

この液体吐出ヘッドにおいては、例えば圧電素子１１２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１１２が収縮し、振動板部材１０３の振動領域１３０が引かれて個別液室１０６の容積が膨張することで、個別液室１０６内に液体が流入する。

その後、圧電素子１１２に印加する電圧を上げて圧電素子１１２を積層方向に伸長させ、振動板部材１０３の振動領域１３０をノズル１０４に向かう方向に変形させて個別液室１０６の容積を収縮させることにより、個別液室１０６内の液体が加圧され、ノズル１０４から液体が吐出される。

また、ノズル１０４から吐出されない液体はノズル１０４を通過して排出側流体抵抗部１５７、排出側個別流路１５６、排出側導出部１５８、排出側開口部１５９から排出側共通液室１５０に排出され、排出側共通液室１５０から外部の循環経路を通じて供給側共通液室１１０に再度供給される。

また、ノズル１０４から液体を吐出する液体吐出動作を行っていないときにも、供給側共通液室１１０から供給側開口部１０９、供給側導入部１０８、供給側流体抵抗部１０７、個別液室１０６、排出側流体抵抗部１５７、排出側個別流路１５６、排出側導出部１５８、排出側開口部１５９を経て排出側共通液室１５０に排出され、排出側共通液室１５０から外部の循環経路を通じて供給側共通液室１１０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、本発明の第１実施形態について図５を参照して説明する。図５は同実施形態に係る液体循環装置（液体供給装置）のブロック説明図である。

液体供給装置でもある液体循環装置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、加圧サブタンク２２０と、減圧サブタンク２１０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。

また、複数のヘッド１００が通じる第１マニホールド２３０及び第２マニホールド２４０と、ヘッド１００毎のヘッドタンク２５１及びヘッドタンク２５２と、液体中の溶存気体を除去する脱気手段である脱気装置２６０を備えている。

ここでは、減圧サブタンク２１０からフィルタ２６１、脱気装置２６０を含む液体経路２８４を介して加圧サブタンク２２０に第１送液ポンプ２０２で液体を送液する。液体経路２８４に脱気装置２６０とフィルタ２６１が配置されている。また、減圧サブタンク２１０に対してはメインタンク２０１からフィルタ２０５を含む液体経路２８９を介して第２送液ポンプ２０３で液体を送液する。

減圧サブタンク２１０は、気体室２１０ａを有し、液体と気体が共存する構成である。減圧サブタンク２１０には、液面を検知する液面検知手段２１１と、内部を大気開放する大気開放機構となる電磁弁２１２が設けられている。

減圧サブタンク２１０には、減圧サブタンク２１０内の圧力を調整する（ここでは減圧する）圧力調整手段としての第２調整装置２０７が接続されている。第２調整装置２０７は、圧力調整機構（レギュレータ）２１３、減圧バッファタンク２１４、気体ポンプである真空ポンプ２１５を有している。また、レギュレータ２１３と減圧バッファタンク２１４との間には電磁弁２１６が設けられている。減圧バッファタンク２１４には電磁弁２１７が設けられている。

加圧サブタンク２２０は、気体室２２０ａを有し、液体と気体が共存する構成である。加圧サブタンク２２０には、液面を検知する液面検知手段２２１と、内部を大気開放する大気開放機構となる電磁弁２２２が設けられている。

加圧サブタンク２２０には、加圧サブタンク２２０内の圧力を調整する（ここでは加圧する）圧力調整手段としての第１調整装置２０６が接続されている。第１調整装置２０６は、圧力調整機構（レギュレータ）２２３、加圧バッファタンク２２４、コンプレッサ２２５を有している。また、レギュレータ２２３と加圧バッファタンク２２４との間には電磁弁２２６が設けられている。加圧バッファタンク２２４には電磁弁２２７が設けられている。

加圧サブタンク２２０は、液体経路２８１を通じて第１マニホールド２３０に接続されている。

第１マニホールド２３０は、ヘッド１００の供給ポート１７１（供給口）側に供給経路２３１を介して通じている。供給経路２３１は、ヘッドタンク２５１を介してヘッド１００の供給ポート１７１に接続されている。供給経路２３１にはヘッドタンク２５１より上流側に経路を開閉する電磁弁２３２が設けられている。また、第１マニホールド２３０には圧力センサ２３３が設けられている。

減圧サブタンク２１０は、液体経路２８２を介して第２マニホールド２４０に接続されている。

第２マニホールド２４０は、ヘッド１００の排出ポート１７２（排出口）に排出経路２４１介して通じている。排出経路２４１は、ヘッドタンク２５２を介してヘッド１００の排出ポート１７２に接続されている。排出経路２４１にはヘッドタンク２５２より下流側に経路を開閉する電磁弁２４２が設けられている。また、第２マニホールド２４０には圧力センサ２４３が設けられている。

ここで、減圧サブタンク２１０、液体経路２８４、脱気装置２６０、加圧サブタンク２２０、液体経路２８１、第１マニホールド２３０、ヘッド１００、第２マニホールド２４０、減圧サブタンク２１０を経て加圧サブタンク２２０に戻る経路で循環経路３０１が構成される。循環液量が所定量より減少すると、メインタンク２０１から減圧サブタンク２１０に液体が補充される。

また、加圧サブタンク２２０と減圧サブタンク２１０、第１送液ポンプ２０２によって循環経路３０１を液体３００が循環する圧力を生じさせる手段を構成している。

そして、本実施形態において、第１マニホールド２３０は、第２マニホールド２４０よりも高い位置に配置している。

また、加圧サブタンク２２０は、ヘッド１００の供給口である供給ポート１７１が配置される位置よりも高い位置に配置している。具体的には、加圧サブタンク２２０の内底面がヘッド１００の供給ポート１７１よりも高い位置になるように配置している。

一方、減圧サブタンク２１０は、ヘッド１００の排出口である排出ポート１７２が配置される位置よりも低い位置に配置している。具体的には、減圧サブタンク２１０に収容される液体の液面がヘッド１００の排出ポート１７２よりも低い位置になるように配置している。

次に、この第１実施形態の液体循環装置２００における液体循環方法について説明する。

（１）メインタンク２０１−減圧サブタンク２１０への液体フロー
液面検知手段２１１で減圧サブタンク２１０の液体不足を検知すると、第２送液ポンプ２０３を駆動して、メインタンク２０１から液体経路２８９を介して、液面検知手段２１１の検知結果で液面が満タンとなるまで減圧サブタンク２１０に液体供給を行う。

（２）減圧サブタンク２１０−加圧サブタンク２２０への液体フロー
第１送液ポンプ２０２を駆動して、減圧サブタンク２１０から液体経路２８４を介して加圧サブタンク２２０に液体を送液することができる。

（３）加圧サブタンク２２０-循環可能なヘッド１００-減圧サブタンク２１０の液体フロー
第１調整装置２０６によって加圧サブタンク２２０を目標圧力（例えば、加圧となる圧力）とする。一方、第２調整装置２０７によって減圧サブタンク２１０を目標圧力（例えば負圧となる圧力)とする。

これにより、加圧サブタンク２２０と減圧サブタンク２１０との間に差圧が発生する。この差圧に応じて、加圧サブタンク２２０から、液体経路２８１を介して、第１マニホールド２３０、複数の供給経路２３１、複数のヘッドタンク２５１、複数のヘッド１００、複数のヘッドタンク２５２、複数の排出経路２４１、第２マニホールド２４０、液体経路２８２を介して、減圧サブタンク２１０まで液体が循環可能となる。

なお、液面検知手段２１１、２２１には、フロート式による液体の検知、少なくとも２本以上の電極ピンを用いて検出した電圧の出力に応じて液体の有無を検知する方式、その他レーザーによる液面検知方式などを使用することができる。

また、電磁弁２２２、２１２を駆動することで加圧サブタンク２２０、減圧サブタンク２１０の内部を大気と連通させることもできる。

次に、ノズルメニスカスの負圧形成（加圧サブタンク２２０と減圧サブタンク２１０の圧力設定）について説明する。

一般的に、ヘッドから吐出を行う場合、ノズルメニスカスにかかる圧力は負圧に制御する。これは、ノズルから液体が溢れることを防止するためである。また、高速で吐出を行う場合に、吐出開始と終了時には、流体の慣性が作用し、ノズルメニスカスに圧力の脈動が発生する場合がある。このとき、正圧側の圧力が一時的に発生するので、このような場合でも、ノズルから液体が溢れることを防止するためである。

フロースルー型ヘッドを使用する場合には、ヘッド１００の供給側に正圧を、ヘッド１００の排出側に負圧を与えるように、加圧サブタンク２２０内に正圧を設定し、減圧サブタンク２１０内に負圧を設定する方法が一般的である。

サブタンクに設定する圧力は、加圧サブタンク２２０からヘッド１００、ヘッド１００から減圧サブタンク２１０までの循環経路３０１の流体抵抗値の圧力損失に依存する。ヘッド１００の安定吐出の観点では、ヘッド１００直前の供給側、ヘッド１００直後の排出側の圧力を安定的に保持することが重要となる。

ヘッド１００直前からヘッド１００のノズル１０４までの流体抵抗Ｒｉｎと、ノズル１０４からヘッド１００直後までの流体抵抗Ｒｏｕｔを、計算か測定により求めておき、それに応じて、ヘッド１００直前の圧力をＰｉｎ、ヘッド１００直後の圧力をＰｏｕｔとしたとき、直列抵抗の分圧と同様に、流体抵抗ＲｉｎとＲｏｕｔの比と、圧力ＰｉｎとＰｏｕｔの値に応じて、ノズルメニスカスに目標とする圧力Ｐｍを発生させることができる。

つまり、循環する流量をＩとすると、
Ｐｉｎ-Ｐｍ＝Ｉ×Ｒｉｎ
Ｐｍ−Ｐｏｕｔ＝Ｉ×Ｒｏｕｔ
ここで、両辺からＩを削除して、変形させると、（１）式が得られる。

この（１）式において、仮に、Ｒｉｎ＝Ｒｏｕｔの場合は、Ｐｍ＝（Ｐｏｕｔ＋Ｐｉｎ）／２となる。

したがって、設定する圧力と流体抵抗比に応じて、メニスカスの圧力が決まることが分かる。これより、加圧サブタンク２２０、減圧サブタンク２１０に設定すべき圧力は、加圧サブタンク２２０からノズル１０４、ノズル１０４から減圧サブタンク２１０までのそれぞれの流体抵抗値に応じて上述した計算式に従って設定する。

ここで、等価回路としてモデル化した場合の模式図を図６に示している。

この模式図は、ラインヘッドを想定しており、モジュールＡがヘッド１００とその供給経路２３１と循環経路（排出経路）２４１が連通した状態を意味している。これが並列に所要数（Ｂの枠内）並ぶ構成である。

また、加圧サブタンク２２０、減圧サブタンク２１０、ノズルメニスカスは電圧が溜まるコンデンサ成分としてモデル化できる。液体の経路は電圧降下を生じる抵抗成分としてモデル化できる。

したがって、液体経路２８１（Ｒ１)、第１マニホールド２３０の一部（Ｒ３）、供給経路２３１（Ｒ４）、ヘッド１００の供給口（供給ポート１７１）からノズル１０４まで（Ｒ５）によって、Ｒｉｎを表すことができる。

一方、ヘッド１００のノズル１０４から排出口（排出ポート１７２）まで（Ｒ６）、排出経路２４１（Ｒ７）、第２マニホールド２４０の一部（Ｒ８）、液体経路２８２（Ｒ２）によって、Ｒｏｕｔを表すことができる。

また、加圧サブタンク２２０に図示しない電圧源（手段としてエアポンプなど）や電流源（手段として液体ポンプなど）を用いて発生させる電圧をＰｉｎと表すことができる。

一方、減圧サブタンク２１０に図示しない電圧源（手段としてエアポンプなど）や電流源（手段として液体ポンプなど）を用いて発生させる電圧をＰｏｕｔと表すことができる。

また、通常、第１マニホールド２３０の一部（Ｒ３・・・Ｒ３＋６ｎ）や第２マニホールド２４０の一部（Ｒ８・・・Ｒ８＋６ｎ）の抵抗成分は、各ヘッド１００のノズルメニスカスの圧力を計算するために、取り付けられた位置応じて適宜考慮しないといけない。ただ、他の経路に比べて、抵抗の値が十分小さいために、計算上、無視して考えることもできる。

また、実際の配管の仕方や液体吐出ヘッド内の構造によっては、上記の式とまったく同じにはならないが、基本的には、上記の考えで対応することができる。

なお、上記の説明では、加圧サブタンク２２０を正圧にする例で説明しているが、加圧サブタンク２２０を負圧としつつ、減圧サブタンク２１０は加圧サブタンク２２０よりも負圧が大きくするように制御することで、差圧を発生させて液体を循環させる構成とすることもできる。

この構成の有利な点は、加圧サブタンク２２０も負圧であるので、前述した構成に比べて、液体が垂れるおそれを低減したまま、液体循環させることができる点である。ただし、ヘッド内の流体抵抗が大きい場合は、ノズルメニスカスの初期負圧が負圧側に大きくなるので、吐出可能な圧力変動幅が狭くなる。

ここで、（１）式において、流体抵抗Ｒｏｕｔと流体抵抗Ｒｉｎの比Ｒｏｕｔ／ＲｉｎをＲｒ（Ｒｒ＝Ｒｏｕｔ／Ｒｉｎ）とし、変形すると、次の（２）式が得られる。

ノズルメニスカス圧力Ｐｍを一定の値とすれば、Ｐｏｕｔは、（１＋Ｒｒ）×Ｐｎを切片として、−Ｒｒが傾きとなる、Ｐｉｎの１次関数で表すことができる。

この関係を満たすように、ＰｉｎとＰｏｕｔを設定すれば、ノズルメニスカスの圧力を一定のまま、液体を循環させる圧力である差圧（Ｐｉｎ―Ｐｏｕｔ）を大きくすることもできるし、小さくすることもできる。

一方、この関係式（（２）式）を外れて、正の方向に大きくなると、ノズルから液体が溢れやすくなる。逆に、負の方向に大きくすると、ノズルから気泡を巻き込んでノズルダウンしやすくなる。

したがって、目標とするノズルメニスカス圧力を保ったまま、差圧を変更することが重要である。

次に、ヘッドと第１マニホールドと第２マニホールドの高さ関係について図７も参照して説明する。図７は同説明に供するマニホールドの位置関係、ヘッド前後の圧力とマニホールドの圧力の関係の要部模式的説明図である。

ヘッド１００の上方（高い位置）に第１マニホールド２３０と第２マニホールド２４０を配置し、第１マニホールド２３０は第２マニホールド２４０よりも高い位置に配置している。第１マニホールド２３０と第２マニホールド２４０をヘッド１００の上方に配置することで、ヘッド１００から下方に向けて液体を吐出できる。したがって、ヘッド１００の下方を搬送される媒体に液体を吐出する配置とすることができる。

ノズルメニスカス圧力を適切に設定するために、ヘッド１００の前後に印加する圧力Ｐｉｎ、Ｐｏｕｔに対し、第１マニホールド２３０、第２マニホールド２４０がヘッド１００の上方に配置されることで、第１マニホールド２３０、第２マニホールド２４０に印加すべき圧力は、それぞれ、次のようになる。

第１マニホールド２３０：Ｐｉｎ−Ｈｉｎ×α
第２マニホールド２４０：Ｐｏｕｔ−Ｈｏｕｔ×α

ここで、Ｈｉｎ、Ｈｏｕｔは、図７に示すように、それぞれヘッド１００から第１マニホールド２３０、第２マニホールド２４０までの高さ、αは液体の比重、高さや圧力の単位によって決まる係数である。

例えば、圧力の単位がＰａ，高さの単位がｍｍ、比重が１の場合、高さが１００ｍｍ変われば圧力値としては１００ｍｍＡｑの差となる。１００ｍｍＡｑは約９８０Ｐａであり、係数αは約９．８となる。

仮に、Ｐｉｎ＝５０００Ｐａ、Ｐｏｕｔ＝−５０００Ｐａとしたとき、Ｈｉｎ＝２０４ｍｍ、Ｈｏｕｔ＝１０２ｍｍ、比重１の液体とすると、第１マニホールド２３０に印加すべき圧力は約３０００Ｐａ、第２マニホールド２４０に印加すべき圧力は約−６０００Ｐａとなる。

第１マニホールド２３０はヘッド１００よりも高ければ高いほど印加すべき圧力が下がる。一方、第２マニホールド２４０は高くするほど印加すべき負圧が大きくなってしまうが、なるべくヘッド１００に近くすることで、その負圧の上がりを小さくできる。

したがって、第１マニホールド２３０を第２マニホールド２４０よりも高い位置に配置することで、例えば、Ｈｉｎ＞Ｈｏｕｔとすることで、第１マニホールド２３０にかかる正圧を低くしてノズルから液体が漏れるおそれを低減しつつ、第２マニホールド２４０にかかる負圧を低くしてノズルから気泡を巻き込むおそれを低減することができる。

さらに、本実施形態では、加圧サブタンク２２０を第１マニホールド２３０よりも高い位置に配置している。これにより、加圧サブタンク２２０とヘッド１００との水頭差分だけ第１マニホールド２３０に印加すべき圧力を下げることができる。

したがって、第１マニホールド２３０にかかる正圧を低くしてノズルから液体が漏れるおそれをより低減しつつ、第２マニホールド２４０にかかる負圧を低くしてノズルから気泡を巻き込むおそれを低減することができる。

また、減圧サブタンク２１０を第２マニホールド２４０よりも低い位置に配置している。これにより、減圧サブタンク２１０とヘッド１００との水頭差分だけ第２マニホールド２４０に印加すべき負圧の上がりを小さくすることができる。

したがって、第１マニホールド２３０にかかる正圧を低くしてノズルから液体が漏れるおそれを低減しつつ、第２マニホールド２４０にかかる負圧を低くしてノズルから気泡を巻き込むおそれをより低減することができる。

次に、本発明の第２実施形態について図８を参照して説明する。図８は同実施形態に係る液体循環装置のブロック説明図である。

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、加圧サブタンク２２０と、減圧サブタンク２１０と、中間サブタンク２９０と、第１送液ポンプ２０２と、第２送液ポンプ２０３と、第３送液ポンプ２０９を備えている。

また、複数のヘッド１００が通じる第１マニホールド２３０及び第２マニホールド２４０と、各ヘッド１００毎のヘッドタンク２５１及びヘッドタンク２５２と、液体中の溶存気体を除去する脱気手段である脱気装置２６０を備えている。

ここで、加圧サブタンク２２０と減圧サブタンク２１０との間に中間サブタンク２９０が配置され、メインタンク２０１からフィルタ２０５を含む液体経路２８９を介して第３送液ポンプ２０９によって中間サブタンク２９０に送液（供給）する。

中間サブタンク２９０には、液面検知手段２９１と、内部を大気開放する大気開放機構を構成する電磁弁２９２を備えている。

中間サブタンク２９０と減圧サブタンク２１０とは液体経路２８３を通じて接続し、液体経路２８３には第２送液ポンプ２０３を設けている。

減圧サブタンク２１０は、気体室２１０ａを有し、液体と気体が共存する構成である。減圧サブタンク２１０には、液面を検知する液面検知手段２１１と、内部を大気開放する大気開放機構となる電磁弁２１２が設けられている。

中間サブタンク２９０と加圧サブタンク２２０とは液体経路２８４を通じて接続し、液体経路２８４には第１送液ポンプ２０２を設けている。液体経路２８４には脱気装置２６０とフィルタ２６１が配置されている。

加圧サブタンク２２０は、気体室２２０ａを有し、液体と気体が共存する構成である。加圧サブタンク２２０には、液面を検知する液面検知手段２２１と、内部を大気開放する大気開放機構となる電磁弁２２２が設けられている。

加圧サブタンク２２０は、液体経路２８１を通じて第１マニホールド２３０に接続されている。

第１マニホールド２３０は、ヘッド１００の供給ポート１７１（供給口）側に供給経路２３１を介して通じている。供給経路２３１は、ヘッドタンク２５１を介してヘッド１００の供給ポート１７１に接続されている。供給経路２３１にはヘッドタンク２５１より上流側に経路を開閉する電磁弁２３２が設けられている。また、第１マニホールド２３０には圧力センサ２３３が設けられている。

減圧サブタンク２１０は、液体経路２８２を介して第２マニホールド２４０に接続されている。

第２マニホールド２４０は、ヘッド１００の排出ポート１７２（排出口）側に排出経路２４１介して通じている。排出経路２４１は、ヘッドタンク２５２を介してヘッド１００の排出ポート１７２に接続されている。排出経路２４１にはヘッドタンク２５２より下流側に経路を開閉する電磁弁２４２が設けられている。また、第２マニホールド２４０には圧力センサ２４３が設けられている。

ここで、中間サブタンク２９０から、液体経路２８４、加圧サブタンク２２０、液体経路２８１、脱気装置２６０、第１マニホールド２３０、ヘッド１００、第２マニホールド２４０、減圧サブタンク２１０を経て中間サブタンク２９０に戻る経路で循環経路３０１が構成される。

また、加圧サブタンク２２０と減圧サブタンク２１０、第１送液ポンプ２０２、第２送液ポンプ２０３によって、循環経路を液体が循環する圧力を生じさせる手段を構成している。

次に、この第２実施形態の液体循環装置２００における液体循環方法について説明する。

（１）メインタンク２０１−中間サブタンク２９０への液体フロー
液面検知手段２９１で中間サブタンク２９０の液体不足を検知すると、第３送液ポンプ２０９を駆動して、メインタンク２０１から液体経路２８９を介して、液面検知手段２９１の検知結果で液面が満タンとなるまで中間サブタンク２９０に液体供給を行う。

（２）中間サブタンク２９０−加圧サブタンク２２０への液体フロー
第１送液ポンプ２０２を駆動して、中間サブタンク２９０から液体経路２８４を介して加圧サブタンク２２０に液体を送液することができる。

（３）減圧サブタンク２１０−中間サブタンク２９０への液体フロー
第２送液ポンプ２０３を駆動して、減圧サブタンク２１０から液体経路２８３を介して中間サブタンク２９０にエネルギー液体を送液することができる。

（４）加圧サブタンク２２０-循環可能なヘッド１００-減圧サブタンク２１０の液体フロー
圧力センサ２３３による検知圧力が目標圧力（例えば、加圧となる圧力）となるまで第１送液ポンプ２０２を駆動して加圧サブタンク２２０に液体を供給する。また、圧力センサ２４３の検知圧力が目標圧力（例えば負圧となる圧力)となるまで第２送液ポンプ２０３を駆動して中間サブタンク２９０に液体を送液する。

これにより、加圧サブタンク２２０と減圧サブタンク２１０との間に差圧が発生する。この差圧に応じて、加圧サブタンク２２０から、液体経路２８１を介し、フィルタ２６１、脱気装置２６０、第１マニホールド２３０、複数の供給経路２３１、複数のヘッドタンク２５１、複数のヘッド１００、複数の排出経路２４１、複数のヘッドタンク２５２、第２マニホールド２４０、液体経路２８２を介して、減圧サブタンク２１０まで液体が循環可能となる。

本実施形態においても、第１マニホールド２３０を第２マニホールド２４０よりも高い位置に配置することで、第１マニホールド２３０にかかる正圧を低くして液体が漏れるおそれを低減しつつ、第２マニホールド２４０にかかる負圧を低くして泡を巻き込むおそれを低減することができる。

また、加圧サブタンク２２０を第１マニホールド２３０よりも高い位置に配置している。これにより、加圧サブタンク２２０とヘッド１００との水頭差分だけ第１マニホールド２３０に印加すべき圧力を下げることができる。

したがって、第１マニホールド２３０にかかる正圧を低くしてノズルから液体が漏れるおそれをより低減しつつ、第２マニホールド２４０にかかる負圧を低くしてノズルから気泡を巻き込むおそれを低減することができる。

さらに、減圧サブタンク２１０を第２マニホールド２４０よりも低い位置に配置している。これにより、減圧サブタンク２１０とヘッド１００との水頭差分だけ第２マニホールド２４０に印加すべき負圧の上がりを小さくすることができる。

したがって、第１マニホールド２３０にかかる正圧を低くしてノズルから液体が漏れるおそれを低減しつつ、第２マニホールド２４０にかかる負圧を低くしてノズルから気泡を巻き込むおそれをより低減することができる。

次に、本発明の第３実施形態について図９を参照して説明する。図９は同実施形態における液体循環装置の要部模式的説明図である。

本実施形態では、ヘッド１００は、斜め下方に向けて液体を吐出し、媒体は斜め方向に搬送される。

そして、第１マニホールド２３０はヘッド１００より高い位置に配置し、第２マニホールド２４０はヘッド１００よりも低い位置に配置している。これにより、第１マニホールド２３０の正圧をヘッド１００の手前の圧力Ｐｉｎよりも低く、第２マニホールド２４０の負圧をヘッド１００の直後の負圧Ｐｏｕｔよりも小さくすることができ、ノズルからの液体漏れや気泡巻き込みのおそれを低減することができる。

なお、本実施形態では斜めに配置した例で示しているが、水平方向に液体を吐出するようにヘッドを配置する構成でも、第１マニホールド２３０、第２マニホールド２４０につて同様の配置を行うことができる。

次に、本発明の第４実施形態について図１０を参照して説明する。図１０は同実施形態における液体循環装置の要部模式的説明図である。

本実施形態では、前記第３実施形態において、前記第１実施形態と同様に、加圧サブタンク２２０は第１マニホールド２３０よりも上方（高い位置）に配置し、減圧サブタンク２１０は第２マニホールド２４０よりも下方（低い位置）に配置している。

このように構成することで、加圧サブタンク２２０の正圧はより低く、減圧サブタンク２１０の負圧はより小さくできるため、ノズルからの液体漏れや気泡巻き込みのおそれをより低減することができる。

次に、本発明の第５実施形態について図１１を参照して説明する。図１１は同実施形態における液体循環装置のブロック説明図である。

本実施形態では、前記第１実施形態において、加圧サブタンク２２０を第１マニホールド２３０よりも高い位置に配置したまま、減圧サブタンク２１０を第２マニホールド２４０よりも高い位置に配置している。ここでは、減圧サブタンク２１０を加圧サブタンク２２０と同じ高さに配置しているが、これに限るものではない。

このように構成した場合、減圧サブタンク２１０を第２マニホールド２４０よりも低い位置に配置することによる効果は得られないが、加圧サブタンク２２０を第１マニホールド２３０よりも高い位置に配置することによる効果は得ることができる。

次に、本発明の第６実施形態について図１２を参照して説明する。図１２は同実施形態における液体循環装置のブロック説明図である。

本実施形態では、前記第２実施形態において、加圧サブタンク２２０を第１マニホールド２３０よりも高い位置に配置したまま、減圧サブタンク２１０を第２マニホールド２４０よりも高い位置に配置している。ここでは、減圧サブタンク２１０を加圧サブタンク２２０と同じ高さに配置しているが、これに限るものではない。

このように構成した場合、減圧サブタンク２１０を第２マニホールド２４０よりも低い位置に配置することによる効果は得られないが、加圧サブタンク２２０を第１マニホールド２３０よりも高い位置に配置することによる効果は得ることができる。

次に、本発明の第７実施形態について図１３を参照して説明する。図１３は同実施形態における液体循環装置のブロック説明図である。

本実施形態では、前記第１実施形態において、減圧サブタンク２１０を第２マニホールド２４０よりも低い位置に配置したまま、加圧サブタンク２２０を第１マニホールド２３０よりも低い位置に配置している。ここでは、加圧サブタンク２２０を減圧サブタンク２１０と同じ高さに配置しているが、これに限るものではない。

このように構成した場合、加圧サブタンク２２０を第１マニホールド２３０よりも高い位置に配置することによる効果は得られないが、減圧サブタンク２１０を第２マニホールド２４０よりも低い位置に配置することによる効果は得ることができる。

次に、本発明の第８実施形態について図１４を参照して説明する。図１４は同実施形態における液体循環装置のブロック説明図である。

本実施形態では、前記第２実施形態において、減圧サブタンク２１０を第２マニホールド２４０よりも低い位置に配置したまま、加圧サブタンク２２０を第１マニホールド２３０よりも低い位置に配置している。ここでは、加圧サブタンク２２０を減圧サブタンク２１０と同じ高さに配置しているが、これに限るものではない。

このように構成した場合、加圧サブタンク２２０を第１マニホールド２３０よりも高い位置に配置することによる効果は得られないが、減圧サブタンク２１０を第２マニホールド２４０よりも低い位置に配置することによる効果は得ることができる。

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。

「液体吐出ヘッド」には、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。

「液体を吐出する装置」には、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。

５ 印刷手段
１０ 連続体
５０ ヘッドユニット
１００ 液体吐出ヘッド（ヘッド）
２００ 液体供給装置
２０１ メインタンク（液体貯留手段）
２０２ 第１送液ポンプ
２０３ 第２送液ポンプ
２０９ 第３送液ポンプ
２１０ 減圧サブタンク
２２０ 加圧サブタンク
２３０ 第１マニホールド
２４０ 第２マニホールド
２６０ 脱気装置
２９０ 中間サブタンク
１０００ 印刷装置（液体を吐出する装置）

Claims (8)

1. ノズルに連通する個別液室への供給流路と前記個別液室に通じる排出流路とを有し、前記供給流路に通じる供給口と前記排出流路に通じる排出口を備える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、
   複数の前記液体吐出ヘッドの供給口にそれぞれ通じる第１マニホールドと、
   前記第１マニホールドに通じ、内部が加圧される加圧サブタンクと、
   複数の前記液体吐出ヘッドの排出口にそれぞれ通じる第２マニホールドと、を含み、
   前記加圧サブタンクは、前記液体吐出ヘッドの供給口が配置される位置よりも高い位置に配置し、
   前記第１マニホールドは前記液体吐出ヘッドよりも高い位置に配置し、前記第２マニホールドは前記液体吐出ヘッドよりも低い位置に配置する
   ことを特徴とする液体循環装置。
2. 前記液体吐出ヘッドの供給口よりも前記加圧サブタンクの内底面が高い位置になるように前記加圧サブタンクを配置する
   ことを特徴とする請求項１に記載の液体循環装置。
3. 前記第２マニホールドに通じ、内部が減圧される減圧サブタンクを含み、
   前記減圧サブタンクは、前記液体吐出ヘッドの排出口が配置される位置よりも低い位置に配置する
   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. 前記液体吐出ヘッドの排出口よりも前記減圧サブタンクに収容される前記液体の液面が低い位置になるように前記減圧サブタンクを配置する
   ことを特徴とする請求項３に記載の液体循環装置。
5. ノズルに連通する個別液室への供給流路と前記個別液室に通じる排出流路とを有し、前記供給流路に通じる供給口と前記排出流路に通じる排出口を備える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、
   複数の前記液体吐出ヘッドの供給口にそれぞれ通じる第１マニホールドと、
   複数の前記液体吐出ヘッドの排出口にそれぞれ通じる第２マニホールドと、
   前記第２マニホールドに通じ、内部が減圧される減圧サブタンクと、を含み、
   前記減圧サブタンクは、前記液体吐出ヘッドの排出口が配置される位置よりも低い位置に配置し、
   前記第１マニホールドは前記液体吐出ヘッドよりも高い位置に配置し、前記第２マニホールドは前記液体吐出ヘッドよりも低い位置に配置する
   ことを特徴とする液体循環装置。
6. 前記液体吐出ヘッドの排出口よりも前記減圧サブタンクに収容される前記液体の液面が低い位置になるように前記減圧サブタンクを配置する
   ことを特徴とする請求項５に記載の液体循環装置。
7. 前記加圧サブタンク内を加圧する圧力調整手段と、
   前記減圧サブタンク内を減圧する圧力調整手段と、を備えている
   ことを特徴とする請求項３又は４に記載の液体循環装置。
8. 複数の液体吐出ヘッドと、
   請求項１ないし７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。

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