液体循环装置、液体喷吐装置以及液体喷吐方法与流程

本发明的实施方式涉及液体循环装置、液体喷吐装置以及液体喷吐方法。

背景技术：

已知一种液体喷吐装置，其具备喷吐液体的液体喷吐头和使液体在包含液体喷吐头的循环路径中循环的液体循环装置。这样的液体喷吐装置通过泵来调节设于循环路径的多个箱内的压力，从而调节液体喷吐头的喷嘴的液体压力。但是，在泵的能力随时间变化的情况下，液体压力的调节变得困难。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，提供一种能够适应性地保持喷嘴的液体压力的液体循环装置、液体喷吐装置以及液体喷吐方法。

实施方式涉及的液体循环装置具备调节箱、第一泵、第二泵以及压力调节单元。调节箱配置于通过喷吐液体的液体喷吐头的循环路径中，储存供给至所述液体喷吐头的液体。第一泵在所述循环路径中设于所述液体喷吐头的一次侧与所述调节箱之间，向所述液体喷吐头输送液体。第二泵在所述循环路径中设于所述液体喷吐头的二次侧与所述调节箱之间，向所述调节箱输送液体。压力调节单元基于所述循环路径中的所述液体喷吐头的一次侧和二次侧的压力，调节所述第一泵和所述第二泵的送液能力。

实施方式涉及的液体喷吐装置具备：上述的液体循环装置；喷吐液体的所述液体喷吐头；上游箱，在所述循环路径中配置于所述第一泵与所述液体喷吐头之间，用于储存液体；下游箱，在所述循环路径中配置于所述第二泵与所述液体喷吐头之间，用于储存液体；第一压力检测部，检测所述上游箱内的压力；以及第二压力检测部，检测所述下游箱内的压力，所述调节箱在所述循环路径中配置于所述下游箱与所述上游箱之间，所述压力调节单元基于所述上游箱内的压力和所述下游箱内的压力，控制所述第一泵和所述第二泵的送液能力。

实施方式涉及的液体喷吐方法，包括：在通过喷吐液体的液体喷吐头和储存供给至所述液体喷吐头的液体的调节箱的循环路径中分别检测所述液体喷吐头的一次侧和二次侧的压力；以及基于所述一次侧和所述二次侧的压力值，对设于所述循环路径中的所述液体喷吐头的一次侧的第一泵和设于所述循环路径中的所述液体喷吐头的二次侧的第二泵的送液能力进行调节。

附图说明

图1是表示一实施方式所涉及的喷墨记录装置的构成的侧视图。

图2是表示该实施方式所涉及的液体喷吐装置的构成的说明图。

图3是表示该液体喷吐装置的液体喷吐头的构成的说明图。

图4是表示该液体喷吐装置的压电泵的构成的说明图。

图5是表示该液体喷吐装置的控制部的构成的框图。

图6是表示该液体喷吐装置的控制方法的流程图。

图7是表示其它实施方式所涉及的液体喷吐装置的构成的说明图。

附图标记说明

1…喷墨记录装置，10…液体喷吐装置，10a…液体喷吐装置，11…头支承机构11a…滑架，12…介质支承机构，13…主控制装置，20…液体喷吐头，21…喷嘴板，21a…喷嘴孔，22…基板，23…歧管，24…执行机构，25…墨压力室，28…流路，30…循环装置，31…循环路径，31a…第一流路，31b…第二流路，31c…第三流路，31d…第四流路，32…中间箱(调节箱)，33…第一循环泵(第一泵)，34…上游箱(第一箱)，35…下游箱(第二箱)，36…第二循环泵(第二泵)，37a、37b…开闭阀，38…模块控制部，39a、39b…压力传感器，51…盒，52…供给路，53…补给泵，54…液位传感器，60…压电泵，70…控制基板，71…cpu，72…存储部，73…通信接口。

具体实施方式

以下，参照图1至图6，说明一实施方式涉及的液体喷吐装置10以及具备液体喷吐装置10的喷墨记录装置1。在各图中，为了方便说明，适当地放大、缩小或者省略了构成加以示出。图1是表示喷墨记录装置1的构成的侧视图。图2是表示液体喷吐装置10的构成的说明图。图3是表示液体喷吐头20的构成的说明图。图4是表示第一循环泵33、第二循环泵36以及补给泵53的构成的说明图。图5是表示液体喷吐装置10的模块控制部38的框图。图6是表示液体喷吐装置10的控制方法的流程图。

图1所示的喷墨记录装置1具备多个液体喷吐装置10、将液体喷吐装置10支承为能够移动的头支承机构11、将记录介质s支承为能够移动的介质支承机构12、以及主控制装置13。

如图1所示，多个液体喷吐装置10沿规定的方向并列配置，并支承于头支承机构11。液体喷吐装置10一体地具备液体喷吐头20以及循环装置30。液体喷吐装置10从液体喷吐头20喷吐作为液体的例如墨i，由此在相对配置的记录介质s上形成希望的图像。

多个液体喷吐装置10分别喷吐多色、例如青色墨、品红色墨、黄色墨、黑色墨、白色墨，使用的墨i的颜色或特性不被限定。例如能够替换白色墨而喷吐透明光泽墨、照射红外线或紫外线时显色的特殊墨等。多个液体喷吐装置10虽然各自使用的墨不同，但却为相同的构成。

图3所示的液体喷吐头20是喷墨头，具备有着多个喷嘴孔21a的喷嘴板21、基板22以及接合于基板22的歧管23。基板22与喷嘴板21相对地接合，并与喷嘴板21之间构成为形成包括多个墨压力室25的规定的墨流路28的规定形状。在基板22的面向各墨压力室25的部位设有执行机构(actuator)24。基板22具备配置于相同列的多个墨压力室25之间的分隔壁。执行机构24与喷嘴孔21a相对地配置，在执行机构24与喷嘴孔21a之间形成墨压力室25。

液体喷吐头20通过喷嘴板21、基板22以及歧管23而在内部构成具有墨压力室25的规定的流路28。在基板22的面向各墨压力室25的部位设有具备电极24a、24b的执行机构24。执行机构24连接于驱动电路。液体喷吐头20在模块控制部38的控制下使执行机构24对应于电压而变形，从而从相对配置的喷嘴孔21a喷吐液体。

如图2所示，循环装置30借助金属制的连结部件一体地连结于液体喷吐头20的上部。循环装置30具备：规定的循环路径31，通过液体喷吐头20，并构成为能够供液体循环；依次设于该循环路径31的、作为调节箱的中间箱32、第一循环泵33、作为第一箱的上游箱34、作为第二箱的下游箱35和第二循环泵36；多个开闭阀37a、37b；以及模块控制部38，对液体喷吐动作进行控制。

另外，循环装置30具备设于循环路径31外部的作为补给箱的盒51、供给路52以及补给泵53。盒51构成为能够保有向中间箱32供给的墨，内部的空气室向大气开放。供给路52是将中间箱32与盒51连接的流路。补给泵53设于供给路52，向中间箱32输送盒51内的墨。

构成循环路径31的第一流路31a～第四流路31d和供给路52具备由金属或者树脂材料构成的管道、以及覆盖管道的外表面的管、例如ptfe管。循环路径31包括将中间箱32与上游箱34连接的第一流路31a、将上游箱34与液体喷吐头20的供给口20a连接的第二流路31b、将液体喷吐头20的回收口20b与下游箱35连接的第三流路31c、以及将下游箱35与中间箱32连接的第四流路31d。

循环路径31从中间箱32通过第一流路31a、第二流路31b而到达液体喷吐头20的供给口20a，并从液体喷吐头20的回收口20b通过第三流路31c以及第四流路31d而到达中间箱32。

中间箱32通过循环路径31而连接于液体喷吐头20，并构成为能够储存液体。为了防止气泡的混入，在中间箱32内的液面形成有例如由聚酰亚胺或者ptfe构成的隔膜32a。在中间箱32设有开闭阀37a，该开闭阀37a构成为能够将中间箱32内的空气室向大气开放。此外，在中间箱32的液面设有液位传感器54。

上游箱34配置于液体喷吐头20的上游侧，并构成为能够储存液体。为了防止气泡的混入，在上游箱34内的液体的表面形成有例如由聚酰亚胺或者ptfe构成的隔膜34a。在上游箱34设有作为第一压力检测部的第一压力传感器39a。

下游箱35配置于液体喷吐头20的下游侧，并构成为能够储存液体。为了防止气泡的混入，在下游箱35内的液体的表面形成有例如由聚酰亚胺或者ptfe构成的隔膜35a。在下游箱35设有作为第二压力检测部的第二压力传感器39b。

第一压力传感器39a检测上游箱34内的空气室的压力，并将检测数据送向模块控制部38。

第二压力传感器39b检测下游箱35内的空气室的压力，并将检测数据送向模块控制部38。

第一压力传感器39a以及第二压力传感器39b例如采用半导体压电电阻压力传感器，将压力作为电信号输出。半导体压电电阻压力传感器具备承受来自外部的压力的隔膜、以及形成于该隔膜的表面的半导体应变仪。半导体压电电阻压力传感器将伴随着来自外部的压力所导致的隔膜的变形而产生于应变仪的压阻效应下的电阻的变化转换为电信号来检测压力。

液位传感器54具备浮于液面并上下移动的浮子55、以及设于上下两处规定位置的霍尔ic56a、56b而构成。液位传感器54利用霍尔ic56a、56b检测浮子55到达上限位置以及下限位置，从而检测中间箱32内的墨量，并将检测出的数据送向模块控制部38。

开闭阀37a、37b分别设于中间箱32以及下游箱35。开闭阀37a、37b例如是在电源接通时打开、在电源切断时关闭的常闭的螺线管开闭阀。开闭阀37a、37b构成为通过模块控制部38的控制而开闭，从而能够使中间箱32以及下游箱35的空气室分别相对于大气开闭。

第一循环泵33设于循环路径31的第一流路31a。第一循环泵33配置于液体喷吐头20的一次侧与中间箱32之间、并且配置于上游箱34的上游侧，向配置于下游的液体喷吐头20输送液体。

第二循环泵36设于循环路径31的第四流路31d。第二循环泵36配置于液体喷吐头20的二次侧与中间箱32之间、并且配置于下游箱35的下游侧，向配置于下游的中间箱32输送液体。

补给泵53设于供给路52。补给泵53将盒51内保有的墨i送向中间箱32。

第一循环泵33、第二循环泵36以及补给泵53例如如图4所示那样由压电泵60构成。压电泵60具备泵室58、设于泵室58并通过电压振动的压电执行机构(actuator)59、以及配置于泵室58的入口及出口的止回阀61、62。压电执行机构59构成为例如能够以约50hz～200hz的频率振动。第一循环泵33、第二循环泵36以及补给泵53通过布线连接于驱动电路，并构成为在模块控制部38的控制下能够对其进行控制。在压电泵60中，当被施加了交流电压，压电执行机构59进行动作时，泵室58的容积发生变化。对于压电泵60来说，若施加的电压变化，则压电执行机构59的最大变化量发生变化，泵室58的容积变化量进行变化。于是，当泵室58的容积向变大的方向变形时，泵室58的入口的止回阀61打开，墨流入泵室58。另一方面，当泵室58的容积向变小的方向变化时，泵室58的出口的止回阀62打开，墨从泵室58流出。压电泵60重复进行泵室58的扩张与收缩而将墨i输送到下游。因此，若施加于压电执行机构59的电压大，则送液能力强，若电压小则送液能力弱。例如在本实施方式中，使施加于压电执行机构59的电压在50v～150v之间变化。

如图5所示，模块控制部38在一体地搭载于循环装置30的控制基板70上具备cpu71、驱动各构成部分的驱动电路、对各种数据进行存储的存储部72、以及与设于外部的主控制装置13进行通信用的通信接口73。存储部72例如具备程序存储器以及ram而构成。

模块控制部38在借助通信接口73而与主控制装置13连接的状态下，与主控制装置13进行通信，从而接收动作条件等各种信息。

用户的输入操作、来自喷墨记录装置1的主控制装置13的指示通过通信接口73发送到模块控制部38的cpu71。另外，模块控制部38所取得的各种信息经由通信接口73发送到pc应用程序或者喷墨记录装置1的主控制装置13。

cpu71相当于模块控制部38的中枢部分。cpu71按照操作系统、应用程序控制各部，以实现液体喷吐装置的各种功能。

在cpu71上连接有循环装置30的各种泵33、36、53的驱动电路75a、75b、75c、各种传感器39a、39b、54。

例如cpu71具有作为通过控制循环泵33、36的动作而使墨循环的循环单元的功能。

另外，cpu71具有作为基于通过液位传感器54、压力传感器39a、39b检测出的信息控制补给泵53的动作而从盒51向循环路径31补给墨的补给单元的功能。

进而，cpu71具有作为基于通过第一压力传感器39a、第二压力传感器39b以及液位传感器54检测出的信息控制第一循环泵33和第二循环泵36的送液能力而调节喷嘴孔21a的墨压力的压力调节单元的功能。

存储部72例如具备程序存储器、ram。在存储部72中存储有应用程序、各种设定值。在存储部72中例如存储有计算喷嘴孔21a的墨压力的计算式、目标压力范围、各泵的调节最大值等各种设定值作为压力控制用的控制数据。

以下，参照图6的流程图，对本实施方式所涉及的液体喷吐装置10中的液体喷吐方法以及液体喷吐装置10的控制方法进行说明。

cpu在act1中等待循环开始的指示。例如当根据来自主控制装置13的指令检测出循环开始的指示时，进入act2的处理。需要说明的是，作为印字动作，主控制装置13边使液体喷吐装置10在与记录介质s的输送方向正交的方向上往复移动，边进行墨喷吐动作，从而在记录介质s上形成图像。具体而言，cpu71向记录介质s的方向输送设于头支承机构11的滑架11a，并沿箭头a方向往复移动。另外，cpu71将与图像数据相应的图像信号送至液体喷吐头20的驱动电路75e，并选择性地驱动液体喷吐头20的执行机构24，从喷嘴孔21a向记录介质s喷吐墨滴。

在act2中，cpu71对第一循环泵33以及第二循环泵36进行驱动，开始墨循环动作。墨i以从中间箱32到达上游箱34、液体喷吐头20，并经由下游箱35再次流入中间箱32的方式循环。通过该循环动作，墨i中包含的杂质被设于循环路径31的过滤器去除。

在act3中，cpu71打开中间箱32的开闭阀37a，向大气开放。中间箱32由于向大气开放，始终为一定压力，因此防止液体喷吐头20的墨消耗所导致的循环路径内的压力降低。这里，在因长时间打开开闭阀37a而担心开闭阀37a温度上升的情况下，也可以只是定期地短时间打开开闭阀37a。如果循环路径没有过度地压力降低，则即使关闭开闭阀37a也能够将喷嘴的墨压力保持为一定。需要注意的是，螺线管式的开闭阀37a为常闭(normalclose)。为此，即使因停电等而忽然停止向装置的供电时，开闭阀37a也能瞬间关闭而对中间箱32屏蔽大气压，密闭循环路径31。因此，能够抑制墨i从液体喷吐头20的喷嘴孔21a滴落。

在act4中，cpu71检测从第一压力传感器39a以及第二压力传感器39b发送的上游侧及下游侧的压力数据。并且，cpu71基于从液位传感器54发送的数据，检测中间箱32的液位。

在act5中，cpu71开始液面调节。具体而言，cpu71基于液位传感器54的检测结果驱动补给泵53，从而从盒51进行墨补给，将液面位置调节到适当范围。例如在打印时从喷嘴孔21a喷吐墨滴id，当中间箱32的墨量瞬间减少，液面下降时，进行墨补给。当墨量重新增加，液位传感器54的输出反转时，cpu71停止补给泵53。

在act6中，cpu71根据压力数据检测喷嘴的墨压力。具体而言，基于从压力传感器发送的上游侧及下游侧的压力数据，使用规定的运算式，算出喷嘴孔21a的墨压力。

例如，通过将上游箱34的空气室的压力值ph与下游箱35的空气室的压力值pl的平均值和因上游箱34及下游箱35内的液面高度与喷嘴面高度的水头差所产生的压力ρgh相加，能够得到喷嘴的墨压力pn。这里，设为ρ：墨的密度，g：重力加速度，h：上游箱34及下游箱35内的液面与喷嘴面在高度方向上的距离。上游箱34及下游箱35内的液面高度与隔膜34a及隔膜35a一致，隔膜34a与隔膜35a被设定为相同的高度。

另外，作为压力调节处理，cpu71基于根据压力数据算出的喷嘴的墨压力pn，计算驱动电压。然后，cpu71以使喷嘴的墨压力pn为适当值的方式驱动第一循环泵33及第二循环泵36，从而维持不会从液体喷吐头20的喷嘴孔21a泄漏墨i、且不会从喷嘴孔吸引气泡的程度的负压，维持弯月面me。这里，作为一个例子，将目标值的上限设为p1h，将下限设为p1l。

在act7中，cpu71判断喷嘴的墨压力pn是否为适当范围内、即是否为p1l≤pn≤p1h。在适当范围外的情况下(act7的否)，作为act8，cpu71判断喷嘴的墨压力pn是否超过目标值上限p1h。

需要说明的是，液体喷吐头20的喷嘴的墨压力在第一循环泵33的驱动相对较强的情况下被加压，在第二循环泵36的驱动相对较强的情况下被减压。

cpu71进一步判断驱动电压是否在各泵33、36的调节范围内(act9、act12)，在驱动电压超过泵33、36的调节最大值vmax的情况下，使用其它泵36、33进行加压及减压。

具体而言，在喷嘴的墨压力pn为适当范围外(act7的否)、且喷嘴的墨压力pn未超过目标值上限p1h的情况下(act8的否)、即喷嘴的墨压力pn低于目标下限p1l的情况下，作为act9，cpu71判断加压侧的第一循环泵33的驱动电压v+是否为调节最大值vmax以上、即是否超过第一循环泵33的可调节范围。在加压侧的第一循环泵33的驱动电压v+为调节最大值vmax以上的情况下(act9的是)，作为act10，cpu71降低第二循环泵的电压而进行加压。另一方面，如果加压侧的第一循环泵的驱动电压v+小于调节最大值vmax，在可调节范围内(act9的否)，则作为act11，cpu71提高第一循环泵33的驱动电压而进行加压。

在act8中，喷嘴的墨压力pn超过目标值上限p1h的情况下(act8的是)，作为act12，cpu71判断减压侧的第二循环泵36的驱动电压v－是否为调节最大值vmax以上、即是否超过第二循环泵36的调节范围。在减压侧的第二循环泵36的驱动电压v－为调节最大值vmax以上的情况下(act12的是)，作为act13，cpu71降低第一循环泵33的电压而进行减压。另一方面，如果减压侧的第二循环泵36的驱动电压v－小于调节最大值vmax，处于可调节范围内(act12的否)，则作为act14，cpu71提高第二循环泵36的驱动电压而进行减压。

之后，cpu71进行act4～act14的反馈控制，直至在act15中检测出循环结束指令为止。于是，cpu71在根据例如来自主控制装置13的指令检测出循环结束的指示时(act15的是)，关闭中间箱32的开闭阀37a，将中间箱32密闭(act16)。进而，cpu71使第一循环泵33以及第二循环泵36停止，结束循环处理(act17)。

以上那样构成的液体喷吐装置10在液体喷吐头20的上游侧与下游侧这两方检测压力，利用加压的第一循环泵33与第二循环泵36对压力进行反馈控制，从而能够适应性地维持喷嘴的墨压力。为此，例如即使在泵性能随时间变化的情况下，也能够实现适应性的压力控制。

另外，由于在液体喷吐装置10中使用压电泵60作为循环泵33、36，因此构成简单，并且材料选定较为容易。即，压电泵60不需要电机、螺线管等大的驱动源，能够比一般的隔膜泵、活塞泵、管泵更加小型。另外，例如使用管泵的话会有管与墨接触的可能性，因此需要进行避免产生管或墨的劣化那样的材料选定。另一方面，通过使之为压电泵60，使得材料选定较容易。例如，在本实施方式中，能够由耐药品性优异的sus316l、pps、ppa、聚酰亚胺来构成压电泵60的接液(浸液)部件。

另外，在上述实施方式中，通过使用若提高电压则能够加压、若降低电压则能够减压的上游侧的第一循环泵33，以及若提高电压则能够减压、若降低电压则能够加压的下游侧的第二循环泵36，从而能够在驱动电压超过可调节范围的情况下使用其它泵，因此能够实现高精度的控制。另外，能够在循环装置30中集成有第一循环泵33、第二循环泵36、补给泵53、压力传感器39a、39b、液位传感器54、控制基板70、其它墨供给、循环、压力调节的控制所需的功能。为此，与大型的固定型的循环装置相比，能够简化喷墨记录装置1的主体与滑架11a之间的流路的连接、电连接。其结果，能够实现喷墨记录装置1的小型化、轻量化以及低成本化。

另外，在液体喷吐装置10中，由于在控制基板70上一体地搭载有反馈控制所需的部件，从而只有不太要求高速响应的动作指示、状态联络等信息数据流经通信接口73，因此也能获得可降低通信接口73的数据传输速度的要求的效果。

[第二实施方式]

以下，参照图7对本发明的第二实施方式所涉及的液体喷吐装置10a进行说明。图7是表示液体喷吐装置10a的构成的说明图。需要注意的是，第二实施方式所涉及的液体喷吐装置10a除了使用盒51作为中间箱32之外，均与上述第一实施方式所涉及的液体喷吐装置10相同，因此省略共同的说明。

如图7所示，在第二实施方式所涉及的液体喷吐装置10a中，作为中间箱32，在上游箱34与下游箱35之间的循环路径31上配置有能够向大气开放的中间箱32。即，将液体喷吐装置10中的盒51作为中间箱32使用。此外，中间箱32也可以平时向大气开放。在本实施方式中，也可获得与上述第一实施方式相同的效果。另外，通过将盒51用作中间箱32，能够省略结构。

需要注意的是，以上说明的实施方式的液体循环装置的构成不被限定。例如液体喷吐装置10、10a也能够喷吐墨以外的液体。作为喷吐墨以外的液体的液体喷吐装置，例如也可以是喷吐用于形成印刷布线基板的布线图案的、包含导电性粒子的液体的装置等。

液体喷吐头20除了上述之外，也可以是例如通过静电使振动板变形而喷吐墨滴的结构、或者利用加热器等的热能而从喷嘴喷吐墨滴的结构等。

另外，在上述实施方式中示出了液体喷吐装置被用于喷墨记录装置1的例子，但并不限定于此，例如也能够应用于3d打印机、工业用的制造机械、医疗用途，并且能够实现小型轻量化以及低成本化。

此外，作为第一循环泵33、第二循环泵36以及补给泵53，也可以取代压电泵60而利用例如管泵、隔膜泵、或活塞泵等。

虽然说明了几个实施方式，但这些实施方式只是作为示例而提出的，并非旨在限定发明的范围。这些实施方式能够以其它各种方式进行实施，能够在不脱离发明的宗旨的范围内进行各种省略、替换、变更。这些实施方式及其变形被包括在发明的范围和宗旨中，同样地被包括在权利要求书所记载的发明及其均等的范围内。