JP6289011B2 - 液体供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体タンク内に収容された液体を撹拌することができる液体供給装置に関する。

近年、液体吐出装置の１つであるインクジェット記録装置において、耐候性に優れた顔料インクの使用が主に使われている。しかし、顔料インクはインクタンクに放置されていると、顔料がインクタンクの底部に沈降し、顔料インクの濃度および粘度がインクタンク内の位置によって変化し不均一となる。この状態の顔料インクをインクジェット記録ヘッドに供給して記録を行うと、記録の度にインクの噴射特性がばらつく。また、高濃度および高粘度のインクがインクジェット記録ヘッド内の狭いインク流路部、フィルタ部、ノズル等に詰まり、最悪の場合、不吐出を引き起こす。また、インクの濃度の不均一性により記録品質が不均一になるという問題もある。従って、インクタンクにおいてインクの濃度および粘度を均一にすることが必要不可欠であり、使用前にインク濃度を均一化するため、タンクを振る、またはタンク内のインクを撹拌するなどの対策が必要である。また、顔料インクは色種ごとに、濃度および粘度が変化し不均一となるまでの経過期間が異なるため、インクを撹拌することは重要である。

そこで特許文献１では、インクを収容するインクタンクからのインクを一時的に収容し記録ヘッドへ送るサブタンクから、インクをインクタンクに逆流させることで、インクタンク内のインクを撹拌させている。具体的には、サブタンクに連通するベローズを設け、インクタンクとサブタンクとをつなぐ流路に弁を設けている。そして、弁を閉じた状態においてベローズでサブタンクを加圧し、その後弁を開放すると、圧力差によりサブタンク内のインクがインクタンクに逆流し、インクタンク内のインクが撹拌される。

また、特許文献２では、インクタンクとサブタンクとをつなぐ２つの流路を設け、この２つの流路でインクを循環させることで、インクタンク内のインクを撹拌している。

特開２０１０−１４３０５０号公報 特開２０１０−２１４７２１号公報

しかしながら、特許文献１の方法の場合、ベローズの変形した容積分のインクのみがインクタンクに逆流するため、インクタンクへ流入するインクが少ない。そのため、繰り返しサブタンクからインクタンクへインクを逆流させないとインクタンクに流入するインクの量を増やすことができず、インクの撹拌動作に要する時間が長くなる。また、ベローズを大きくして対処するためには、インクタンクに準ずる容積がベローズに必要となり装置が大型化する。

また、特許文献２の場合、サブタンク内から勢いよくインクタンク内に液体を流入させることができず、インクの撹拌に時間がかかる。

そこで本発明の目的は、液体タンク内に収容された液体を効率よく撹拌することができる、液体供給装置を提供することにある。

本発明の第１の液体供給装置は、液体が収容された第１の容器と、該第１の容器から供給された液体を収容する第２の容器と、該第２の容器から供給された液体を吐出する液体吐出ヘッドと、前記第１の容器を大気と連通する状態と連通しない状態とに切り替える大気弁と、前記第１の容器と前記第２の容器を連通する第１の流路と、該第１の流路に配されたポンプと、前記第１の流路に設けられ該第１の流路を開放または閉鎖する第１の制御弁と、を備える液体供給装置において、前記大気弁を閉じて前記第１の制御弁を開いた状態で前記ポンプを駆動した後に前記第１の制御弁を閉じて前記ポンプを停止することにより前記第１の容器から前記第２の容器へ液体を供給するとともに前記第１の容器内を減圧状態とし、その後前記第１の制御弁を開くことにより前記第１の容器と前記第２の容器の圧力差により前記第２の容器から前記第１の容器へ液体を移動させることを特徴とする。
本発明の第２の液体供給装置は、液体が収容された第１の容器と、該第１の容器から供給された液体を収容する第２の容器と、該第２の容器から供給された液体を吐出する液体吐出ヘッドと、前記第１の容器と前記第２の容器を連通する第１の流路と、該第１の流路に配されたポンプと、前記第１の流路に設けられ該第１の流路を開放または閉鎖する第１の制御弁と、前記第１の容器と前記第２の容器を連通する第２の流路と、該第２の流路に設けられ該第２の流路を開放または閉鎖する第２の制御弁を備え、前記第１の容器は前記第２の流路及び前記第２の容器を介して大気と連通する液体供給装置において、前記第２の制御弁を閉じて前記第１の制御弁を開いた状態で前記ポンプを駆動した後に前記第１の制御弁を閉じて前記ポンプを停止することにより前記第１の容器から前記第２の容器へ液体を供給するとともに前記第１の容器内を減圧状態とし、その後前記第１の制御弁または前記第２の制御弁を開くことにより前記第１の容器と前記第２の容器の圧力差により前記第２の容器から前記第１の容器へ液体を移動させることを特徴とする。

本発明によれば、任意の量の液体を大きな流速で第１の容器内に流入させることができ、そのため、短時間で第１の容器内の液体を撹拌させることができる。

本発明によれば、第１の容器内に収容された液体を簡便に効率よく撹拌させることができる。

液体供給装置の第１の実施形態の概略構成図であり、撹拌用の液体を流出させる前の初期状態を示す図である。 液体タンクから液体を流出させる状態を示す概略図である。 ポンプを停止させた状態を示す概略図である。 サブタンクから液体タンクに液体を逆流させる状態を示す概略図である。 液体タンク内の液体の撹拌原理を説明する概略図である。 他の例を説明するための概略図であり、撹拌用の液体を流出させる前の初期状態を示している。 液体タンクから液体を流出させる状態を示す概略図である。 ポンプを停止させた状態を示す概略図である。 サブタンクから液体タンクに液体を逆流させる状態を示す概略図である。 液体供給装置の第２の実施形態の概略構成図であり、撹拌用の液体を流出させる前の初期状態を示す図である。 液体タンクから液体を流出させる状態を示す概略図である。 ポンプを停止させた状態を示す概略図である。 サブタンクから供給流路を介して液体タンクに液体を逆流させる状態を示す概略図である。 サブタンクから供給復路を介して液体タンクに液体を逆流させる状態を示す概略図である。

以下に、添付の図面に基づき、本発明の実施の形態の詳細について説明する。なお、同一の機能を有する構成には添付図面中、同一の番号を付与し、その説明を省略することがある。

［第１の実施形態］
本発明の液体供給装置の第１の実施形態を、図１〜図９を用いて説明する。図１は、液体供給装置の第１の実施形態の概略構成図であり、撹拌用の液体を流出させる前の初期状態を示す。本発明の液体供給装置２１は液体を吐出して記録を行う記録装置などに用いられる。以下では、液体供給装置２１が、液体吐出ヘッド１から液体を吐出する記録装置に用いられた場合について説明する。

液体、例えば顔料を含むインクを収容する交換式の液体タンク（第１の容器）２と、液体タンク２に収容された液体を一時的に収容するサブタンク（第２の容器）９とが設けられている。

液体タンク２からサブタンク９へ液体を供給する際に液体タンク２の内部を大気圧にするため、液体タンク２の底面には大気と連通する大気連通通路７がつながっている。また、大気連通通路７には、開閉することで大気連通通路７を開放または閉鎖することができる大気弁８が設けられている。

サブタンク９は、紙などの記録媒体に液体を吐出して文字や画像等を記録する液体吐出ヘッド１につながっており、サブタンク９から液体吐出ヘッド１に液体が供給される。また、サブタンク９から液体吐出ヘッド１へ液体を供給する際にサブタンク２の内部を大気圧にするため、サブタンク９は大気連通している。サブタンク９には、液体吐出ヘッド１の液体吐出特性を安定させる液体水位にするため、液体水頭差を最適に維持する規定容量があり、通常時、液体の液面の高さは一点鎖線で示す最適水位１０に保たれる。

液体タンク２の底面とサブタンク９の底面とは供給流路（第１の流路）４によってつながっており、液体タンク４とサブタンク９との間で液体が流れることができる。供給流路４の両端が液体タンク２の底面およびサブタンク９の底面に繋がっているのは、液体が流れる際に気泡が混入しないようにするためである。

供給流路４の途中にはポンプ３が設けられており、ポンプ３によって、液体タンク２からサブタンク９へ矢印５ａに示す方向に液体を流すための圧力を生じさせることができる。また、供給流路４には第１制御弁６が設けられ、第１制御弁６を開閉することで、供給流路４を開放または閉鎖することができる。つまり、第１制御弁６は液体を通過または遮断させることができる。

第１制御弁６、大気弁８、ポンプ３の動作は制御手段２５によって制御される。なお、本発明の液体供給装置２１を例えば記録装置に適用する場合、制御手段２５で吐出ヘッド１からの液体の吐出動作を制御することも可能である。

サブタンク９には液体の水位を検出する検出手段としての容量センサ１１が設けられている。容量センサ１１は、その検出結果を制御手段２５に出力するため電気的に接続されている。

液体吐出ヘッド１にて液体が消費されると、サブタンク９内部の液体の水位が下降する。容量センサ１１で水位低下を検出すると制御手段２５は、第１制御弁６を開き、ポンプ３を動作させて液体タンク２より液体を供給して、サブタンク９内の液体の水位を規定容量である最適水位１０に維持する。

なお、一点鎖線で示された液体タンク２の第１の水位１２は、初期状態における液体の水位である。また、液体タンク２内の液体の量は、液体タンク２内に設けられた不図示の残量検知センサ、もしくは、液体吐出ヘッド１にて消費した液体の量より検出可能である。

図２は、液体タンク２から液体を流出させる状態を示す概略図である。まず、大気連通路７上の大気弁８を閉じ、液体タンク２へ大気の流入が無いように遮断する。そして供給流路４上の第１制御弁６を開け、ポンプ３を作動させて液体タンク２からサブタンク９へ液体を流入させる。このとき、液体の流出に伴い、液体タンク２内の液体の水位は、第１の水位１２から矢印１３ａの方向に下降していく。一方、サブタンク９内には規定容量を示す最適水位１０を超えて液体が流入する。

図３は、ポンプ３を停止させた状態を示す概略図である。サブタンク９には規定容量を示す最適水位１０を超えて液体が流入し、予め定められた超過分の液体容量に相当する水位に達したことを容量センサ１１により検出すると、ポンプ３を停止して液体の供給を止めるのと同時に第１制御弁６を閉じる。このとき、液体タンク２内部は大気圧に比べ減圧された状態に維持されている。一方、サブタンク９内の液体は規定容量（最適水位１０）以上の水位を維持しており、また、サブタンク９は大気連通されているので大気圧と同気圧となっている。なお、液体タンク２からサブタンク９へ流入させる液体の量は適宜設定可能であり、予め設定した量の液体がサブタンク９に流入すると容量センサ１１で感知するようにすればよい。

図４は、サブタンクから液体タンクに液体を逆流させる状態を示す概略図である。第１制御弁６を瞬時に開けると液体タンク２の内部は、大気圧に比べ減圧されている状態から大気圧と同気圧になるまで戻ろうとする。そのため、サブタンク９から液体が供給流路４を矢印５ｂの方向へ流れる。すなわち、液体が逆流する。このとき、液体タンク２には逆流する逆流液体１４が生じ、液体タンク２内部の液体を撹拌するとともに、液体の水位が矢印１３ｂの方向に初期状態の第１の水位１２まで戻る。なお、図面では液体タンク２内の液体と逆流インク１４とを異なる模様で図示しているが、液体タンク２に逆流する様子をわかりやすく示しただけであり、同様の液体である。逆流液体１４は、液体タンク２の内部の大気圧との圧力差を戻すために大きな流速で大量に逆流する。一方、サブタンク９では規定容量を示す最適水位１０を超えていた容量分の液体が流出して、サブタンク９内の液体の水位は初期状態の最適水位１０に戻る。なお、容量センサ１１により、サブタンク９内の液体が最適水位１０に戻ったことを改めて確認することも可能である。

ここで、図５を用いて、再度液体の撹拌原理を説明する。大気連通路７上の大気弁８を閉じ、液体タンク２へ大気の流入が無いように遮断しておく。第１制御弁６を開いてからポンプ３を作動させて液体タンク２から液体を流出させ、液体タンク２の内部を大気圧に比べ減圧状態にする。その後、第１制御弁６を閉じた状態から、瞬時に開けることで、液体タンク２の内部は、大気圧に比べ減圧されている状態から大気圧と同気圧になるまで戻ろうとする。そのため、液体タンクから流出した液体が供給流路４を矢印５ｂの方向に流れる。このとき、第１の水位１２まで矢印１３ｂの方向に液体タンク２には液体が逆流入する。液体タンク２内部は大気圧に戻ろうとするため、逆流インク１４が大きな流速で液体タンク２内に流入し、液体タンク２内の液体を撹拌して、液体は第１の水位１２に戻る。このように、液体タンク２内部の液体の撹拌が可能である。

本実施形態の液体供給装置２１では、任意の量の液体を液体タンク２へ逆流させることができ、また、大きな流速で液体タンク２内に液体を流入させることができるので、短時間で効率よく液体タンク２内の液体を撹拌することができる。

次に、液体タンク２の液体の残量が上述した例（図１〜図４参照）と異なる場合を、図６〜図９にて説明する。具体的には、液体タンク２内の液体が減少し、液体の水位が第１の水位１２から第２の水位１５になった場合を説明する。

図６は、撹拌用の液体を流出させる前の初期状態を示している。本例では、液体タンク２内に収容されている液体が第１の水位１２よりも低い第２の水位に達している。

図７は、液体タンク２から液体を流出させる状態を示す概略図である。大気連通通路７上の大気弁８を閉じ、液体タンク２へ大気の流入が無いように遮断する。供給流路４上の第１制御弁６を開け、ポンプ３を作動させて液体タンク２から矢印５ａの方向にサブタンク９へ液体を流入させる。このとき、液体タンク２の液体の水位は、第２の水位１５から矢印１３ａの方向に下降する。一方、サブタンク９には規定容量を示す最適水位１０を超えて液体が流入する。

図８は、ポンプ３を停止させた状態を示す概略図である。サブタンク９には規定容量を示す最適水位１０を超えて液体が流入し、予め定められた超過分の液体容量に相当する水位に達したことを、容量センサ１１により検出すると、ポンプ３を停止して液体の供給を止めるのと同時に第１制御弁６を閉じる。このとき、液体タンク２内部は大気圧に比べ減圧状態に維持されている。一方、サブタンク９内の液体は規定容量（最適水位１０）以上の水位を維持しており、サブタンク９は大気連通されているので大気圧と同気圧となっている。

図９は、サブタンクから液体タンクに液体を逆流させる状態を示す概略図である。次に、第１制御弁６を瞬時に開けると液体タンク２内部は、大気圧に比べ減圧されている状態から大気圧と同気圧になるまで戻ろうとする。そのため、サブタンク９から液体が供給流路４を矢印５ｂの方向へ流れる。このとき、液体タンク２には逆流する逆流液体１４が生じ、液体タンク２内部の液体を撹拌するとともに、液体の水位が矢印１３ｂの方向に初期状態の第２の水位１５まで戻る。一方、サブタンク９では規定容量を示す最適水位１０を超えていた容量分の液体が流出して、サブタンク９内の液体の水位は初期状態の最適水位１０に戻る。なお、容量センサ１１により、サブタンク９内の液体の水位が図６で示した初期状態の最適水位１０に戻ったことを改めて確認することも可能である。

上述したように、本発明の液体供給装置２１では液体タンク２内の液体の量に関わらず液体タンク２内の液体を撹拌することができる。例えば、記録装置の１つであるインクジェット記録装置においては、多色記録用の数種色のインク種ごとに、インクタンク（液体タンク２）が必須であり、各色のインクの消費量も異なる。しかしながら、複数のインクタンク内のインク残量が各々異なる場合、例えば図１のような液体タンク２内の液体残量が多い場合でも、図６のような液体タンク２内の液体残量が少ない場合でも、インクタンク内のインクを撹拌することができる。

また、液体供給装置に時間計測手段を設け、液体タンク２内部の液体が減少しない（つまり変化しない）状態での経過時間を計測し、一定時間経過後、撹拌動作を行うようにしてもよい。また、液体の種類ごとに撹拌動作を行うタイミングを変化させてもよい。

［第２の実施形態］
本発明の液体供給装置の第２の実施形態を、図１０〜図１４を基に説明する。なお、第１の実施形態と同一の構成については説明を省略する。図１０に、液体供給装置２２の第２の実施形態の概略構成図であり、撹拌用の液体を流出させる前の初期状態を示す。なお、図１１、１２においてサブタンク２内の液体は、最適水位１０を超えている部分と超えていない部分とで異なるハッチングが施してある。

本実施形態では、サブタンク９に液体を過供給した際に、規定容量を超える液体を液体タンク２へ戻す供給復路（第２の流路）１６がサブタンク９と液体タンク２とをつないでいる。供給復路１６の一端は、サブタンク９の、液体の液面の高さである最適水位１０と同じ位置の側面につながっている。そして、供給復路１６のもう一端は、液体タンク２の底面につながっている。つまり、本実施形態では、第１の実施形態のような液体タンク２に直接大気連通している大気連通通路７は設けられておらず、液体タンク２は、供給復路１６とサブタンク９とを介して大気連通している。また、最適水位１０の高さよりも液体の水位が高くなる、つまり過供給の液体はサブタンク９より溢れる様に、供給復路１６を液体タンク２に向かって矢印５ｃの方向に流れて、液体タンク２に戻り再収容される。以上のことから、液体タンク２とサブタンク９との間で液体が循環する、循環方式の液体供給装置２２が構成される。供給復路１６には開閉することで、供給復路１６を開放または閉鎖する第２制御弁１７が設けられている。

本実施形態においては、第１制御弁６、第２制御弁１７、ポンプ３の動作は制御手段２５によって制御される。

初期状態において、液体の水位はサブタンク９では最適水位１０で、液体タンク２では第１の水位１２である。

図１１は、液体タンク２から液体を流出させる状態を示す概略図である。まず、供給復路１６上の第２制御弁１７を閉じ、液体タンク２へ大気および液体の流入が無いように遮断する。供給流路４上の第１制御弁６を開け、ポンプ３を作動させて液体タンク２からサブタンク９へ液体を流入させる。このとき、液体タンク２内の液体の水位は第１の水位１２から矢印１３の方向に下降していく。一方、サブタンク９では液体タンク２から過供給された液体が供給復路１６へ排出されず、規定容量を示す最適水位１０を超えて液体が流入していく。

図１２は、ポンプ３を停止させた状態を示す概略図である。サブタンク９には規定容量を示す最適水位１０を超えて液体が流入し、液体が予め定められた超過分の液体容量に相当する水位に達したことを容量センサ１１により検出すると、ポンプ３を停止して液体の供給を止めるのと同時に第１制御弁６を閉じる。このとき、液体タンク２内部は大気圧に比べ減圧された状態に維持されている。一方、液体は規定容量（最適水位１０）以上の水位を維持しており、サブタンク９は大気連通されているので大気圧と同気圧となっている。

図１３は、サブタンクから供給流路４を介して液体タンクに液体を逆流させる状態を示す概略図である。次に、第１制御弁６を瞬時に開けると、液体タンク２内部は、大気圧に比べ減圧されている状態から大気圧と同気圧になるまで戻ろうとする。そのため、サブタンク９から液体が供給流路４を矢印５ｂの方向へ流れる。このとき、液体タンク２内の液体が第１の水位１２に達するまで逆流液体１４が流入する。そして、そのとき、逆流液体１４によって液体タンク２内の液体が撹拌される。一方、サブタンク９は規定容量を示す最適水位１０を超えていた分の液体が流出して、液体の水位が初期状態の最適水位１０に戻る。なお、容量センサ１１により、サブタンク９内の液体の水位が図１０で示した初期状態の最適水位１０に戻ったことを改めて確認することも可能である。

図１４は、サブタンクから供給復路１６を介して液体タンクに液体を逆流させる状態を示す概略図である。本実施形態では、供給流路４ではなく、供給復路１６を介して液体タンクに液体を逆流させることができる。具体的には、上述と同様にして、液体タンク２からサブタンク９に液体を流入させた後、ポンプ３と停止して第１制御弁６を閉じる。次に、第２制御弁１７を瞬時に開けると、液体タンク２内部は、大気圧に比べ減圧されている状態から大気圧と同気圧になるまで戻ろうとする。そのため、液体がサブタンク９から供給復路１６を矢印５ｃの方向に液体タンク２に向かって流れる。このとき、液体タンク２内の液体が第１の水位１２に達するまで逆流液体１４が流入する。そして、そのとき、逆流液体１４によって液体タンク２内の液体が撹拌される。一方、サブタンク９は規定容量を示す最適水位１０を超えていた分の液体が流出して、液体の水位が初期状態の最適水位１０に戻る。なお、サブタンク９の最適水位１０を超えた量の液体のみサブタンク９から液体タンク２へ流れるので液体タンク２内に気泡が混入することはない。

本実施形態の液体供給装置２２でも第１の実施形態と同様に、任意の量の液体を液体タンク２へ逆流させることができ、また、大きな流速で液体タンク２内に液体を流入させることができるので、短時間で効率よく液体タンク２内の液体を撹拌することができる。また、液体タンク２内の液体の量に関わらず液体タンク２内の液体を撹拌することができる。

なお、本実施形態の液体供給装置２２では、液体タンク２内の液体の撹拌のための液体の流入を、供給流路４より行うか、供給復路１６より行うかを、選択的にすることで、底辺が広い液体タンク２などで撹拌の偏りを解消することができる。

２ 液体タンク（第１の容器）
３ ポンプ
４ 供給流路（第１の流路）
６ 第１制御弁
７ 大気連通通路
８ 弁
９ サブタンク（第２の容器）
１１ 容量センサ
１６ 供給復路（第２の流路）
１７ 第２制御弁
２１、２２ 液体供給装置
２５ 制御手段

Claims (5)

1. 液体が収容された第１の容器と、該第１の容器から供給された液体を収容する第２の容器と、該第２の容器から供給された液体を吐出する液体吐出ヘッドと、前記第１の容器を大気と連通する状態と連通しない状態とに切り替える大気弁と、前記第１の容器と前記第２の容器を連通する第１の流路と、該第１の流路に配されたポンプと、前記第１の流路に設けられ該第１の流路を開放または閉鎖する第１の制御弁と、を備える液体供給装置において、
   前記大気弁を閉じて前記第１の制御弁を開いた状態で前記ポンプを駆動した後に前記第１の制御弁を閉じて前記ポンプを停止することにより前記第１の容器から前記第２の容器へ液体を供給するとともに前記第１の容器内を減圧状態とし、その後前記第１の制御弁を開くことにより前記第１の容器と前記第２の容器の圧力差により前記第２の容器から前記第１の容器へ液体を移動させることを特徴とする液体供給装置。
2. 前記第２の容器は大気と連通していることを特徴とする請求項１に記載の液体供給装置。
3. 液体が収容された第１の容器と、該第１の容器から供給された液体を収容する第２の容器と、該第２の容器から供給された液体を吐出する液体吐出ヘッドと、前記第１の容器と前記第２の容器を連通する第１の流路と、該第１の流路に配されたポンプと、前記第１の流路に設けられ該第１の流路を開放または閉鎖する第１の制御弁と、前記第１の容器と前記第２の容器を連通する第２の流路と、該第２の流路に設けられ該第２の流路を開放または閉鎖する第２の制御弁を備え、前記第１の容器は前記第２の流路及び前記第２の容器を介して大気と連通する液体供給装置において、
   前記第２の制御弁を閉じて前記第１の制御弁を開いた状態で前記ポンプを駆動した後に前記第１の制御弁を閉じて前記ポンプを停止することにより前記第１の容器から前記第２の容器へ液体を供給するとともに前記第１の容器内を減圧状態とし、その後前記第１の制御弁または前記第２の制御弁を開くことにより前記第１の容器と前記第２の容器の圧力差により前記第２の容器から前記第１の容器へ液体を移動させることを特徴とする液体供給装置。
4. 前記第１の流路は、前記第１の容器の底面と前記第２の容器の底面を連通することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の液体供給装置。
5. 前記第２の容器内の液体の水位を検出する検出手段を備えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の液体供給装置。

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