JP2017001374A - 液滴吐出装置、および液体循環装置 - Google Patents

Abstract

【課題】気泡の発生を防止でき液滴を安定して吐出させることができる液体吐出装置、および液体循環装置を提供することを課題とする。【解決手段】実施形態にかかる液滴吐出装置は、液体を収容してノズルに供給する液室と、ノズルの液滴吐出端に形成したメニスカスから液滴を分離して吐出させる駆動部と、液室の圧力を調整してメニスカスの圧力を調整する圧力調整部と、駆動部に対して液滴吐出指令を出すとともに、この液滴吐出指令をトリガーとして、液室の圧力を所定圧力まで上昇させるように圧力調整部を制御する制御部と、を有する。【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、ノズルの液滴吐出端にメニスカスを形成してメニスカスから液滴を分離して吐出させる液滴吐出装置、およびこの液滴吐出装置内で液体を循環させる液体循環装置に関する。

従来、タンクから吐出ヘッドに液体を供給して、吐出ヘッドのノズルを介して液滴を吐出させる液滴吐出装置が知られている。この種の液滴吐出装置では、ノズルの液滴吐出端にメニスカスを形成し、メニスカスから液滴を分離して吐出させる。液滴の吐出を安定させるためには、各液滴の吐出後にメニスカス形状を瞬時に復元することが望ましい。

このため、例えば、メニスカスの圧力を監視して、液滴吐出後にこの圧力が予め設定したしきい値を下回った場合に、メニスカスの圧力がしきい値まで回復するように液体を補充する方法が提案されている。

特開２０１１−１８９７０１号公報

しかし、上述した従来の方法によると、メニスカスの圧力がしきい値を下回った時点で、ノズルの液滴吐出端から外気が流入し、ノズル内で気泡が発生する虞がある。この場合、メニスカス形状が復元されても、メニスカスの圧力が不安定になり、液滴を安定して吐出させることができなくなる。

よって、気泡の発生を防止でき液滴を安定して吐出させることができる液滴吐出装置、および液体循環装置の開発が望まれている。

実施形態にかかる液滴吐出装置は、液体を収容してノズルに供給する液室と、ノズルの液滴吐出端に形成したメニスカスから液滴を分離して吐出させる駆動部と、液室の圧力を調整してメニスカスの圧力を調整する圧力調整部と、駆動部に対して液滴吐出指令を出すとともに、この液滴吐出指令をトリガーとして、液室の圧力を所定圧力まで上昇させるように圧力調整部を制御する制御部と、を有する。

図１は、実施形態に係るインクジェット記録装置の側面図である。 図２は、図１のインクジェット記録装置の平面図である。 図３は、図１のインクジェット記録装置に組み込まれたインクジェットヘッドユニットの外観を示す斜視図である。 図４は、図３のインクジェットヘッドユニットの外観を示す斜視図である。 図５は、図３のインクジェットヘッドユニットの機能を説明するためのブロック図である。 図６は、図３のインクジェットヘッドユニットのインクジェットヘッドの内部構造を示す断面図である。 図７は、図６のインクジェットヘッドのノズルにインクが留まる状態を示す説明図である。 図８は、図７のインクジェットヘッドのノズルからインク滴が吐出する状態を示す説明図である。 図９は、図３のインクジェットヘッドユニットに組み込まれた圧力調整機構の構成及び動作を説明するための説明図である。 図１０は、図１のインクジェット記録装置の制御系を示すブロック図である。 図１１は、実施形態の制御動作を説明するためのフローチャートである。 図１２は、図１１のフローチャートとともに制御動作を説明するためのタイミングチャートである。 図１３は、本実施形態の圧力上昇制御を省略した従来のインク滴吐出後のインクメニスカスの圧力変化を示すグラフである。 図１４は、本実施形態の圧力上昇制御を実施した場合におけるインク滴吐出後のインクメニスカスの圧力変化を示すグラフである。

以下、実施形態にかかるインクジェット記録装置１について図１乃至図１０を参照して説明する。各図において説明のため、適宜構成を拡大、縮小または省略して示している。

図１は、インクジェット記録装置１の側面図であり、図２は、インクジェット記録装置１の平面図である。図３、４は、インクジェットヘッドユニット４の斜視図であり、図５は、インクジェットヘッドユニット４の機能を説明するためのブロック図である。図６は、インクジェットヘッド２の内部構造を示す断面図である。図７及び図８は、インクジェットヘッド２のインク吐出動作を説明するための動作説明図である。図９は、圧力調整部３６の構成及び動作を説明するための説明図である。図１０は、インクジェット記録装置１の制御系を示すブロック図である。

図１および図２に示すように、インクジェット記録装置１は、液滴吐出装置の一実施形態である複数のインクジェットヘッドユニット４と、各インクジェットヘッドユニット４に供給されるインクを保有する複数のインクカートリッジ５１と、インクジェットヘッドユニット４を移動可能に支持するヘッド支持部６と、記録媒体を移動可能に支持する記録媒体移動部７と、メンテナンスユニット８と、を備える。

図３乃至図５に示すように、各インクジェットヘッドユニット４は、インクジェットヘッド２（吐出ヘッド）と、インクジェットヘッド２の上部に一体に設けられたインク循環装置３と、を備えている。各インクジェットヘッドユニット４のインク循環装置３は、インクジェットヘッド２にインクを循環させる液体循環装置の一実施形態である。

複数のインクジェットヘッドユニット４には、例えば、シアンインク、マゼンダインク、イエロインク、ブラックインク、ホワイトインクが、液体として循環され、それぞれ媒体に吐出されて、所望の画像を形成する。なお、各インクジェットヘッドユニット４に使用するインクの色あるいは特性は種々変更可能である。例えば、ホワイトインクに換えて、透明光沢インク、赤外線または紫外線を照射したときに発色する特殊インク等を使用することもできる。

複数のインクジェットヘッドユニット４は、それぞれ使用するインクが異なるものの同じ構成である。したがって、以下の説明では、１つのインクジェットヘッドユニット４について代表して説明し、色ごとのインクジェットヘッドユニット４の説明は省略する。

図６に示すように、インクジェットヘッドユニット４のインクジェットヘッド２は、複数のノズル孔２１ａを有するノズルプレート２１と、ノズルプレート２１に対向配置されるとともにアクチュエータ２４を備える基板２２と、基板２２に接合されたマニフォルド２３と、を備える。

ノズルプレート２１は、例えばそれぞれ３００個のノズル孔２１ａを有する第１のノズル列及び第２のノズル列を備える。ノズルプレート２１と、基板２２と、マニフォルド２３とによって、インクジェットヘッドの内部に所定のインク流路２８を構成する。

基板２２は、ノズルプレート２１に対向して接合され、ノズルプレート２１との間に複数のインク圧力室２５を形成する。基板２２は、各インク圧力室２５に面する部位に、アクチュエータ２４を備えている。基板２２は、同じ列の複数のインク圧力室２５の間に配される隔壁２９を備える。アクチュエータ２４は、ノズル孔２１ａに対向配置されており、アクチュエータ２４とノズル孔２１ａとの間にインク圧力室２５が設けられている。

マニフォルド２３は、基板２２の図示上部に接合されている。マニフォルド２３は、インク循環装置３に連通する供給口２６ａ及びインク排出口２７ａを有する。マニフォルド２３は、基板２２及びノズルプレート２１に組み付けた状態で所定のインク流路２８を形成する。

インク流路２８は、マニフォルド２３に形成された供給口２６ａから共通流路を通ってノズル孔２１ａに連通する複数のインク圧力室２５につながるとともに、各インク圧力室２５から共通流路を通ってインク排出口２７ａにつながる。

図６乃至図８に示されるアクチュエータ２４は、例えば圧電素子２４ａと振動板２４ｂを積層したユニモルフ式の圧電振動板で構成される。圧電素子２４ａは、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等の圧電セラミック材料等で構成される。振動板２４ｂは、例えば、ＳｉＮ（窒化ケイ素）等で形成される。図７、８に示すように、圧電素子２４ａは、図示上下に電極２４ｃ，２４ｄを備える。

電極２４ｃ，２４ｄに電圧がかからない場合は、圧電素子５５が変形しないことから、アクチュエータ２４は変形しない。アクチュエータ２４が変形しない場合、インクの表面張力によって、ノズル孔２１ａの液滴吐出端にインクＩと空気の界面であるインクメニスカスＭｅが形成される。インクメニスカスＭｅによりインク圧力室２５内のインクＩは、ノズル孔２１ａ内に留まる。

図８に示すように、電極２４ｃ，２４ｄに電圧（Ｖ）がかかると、圧電素子２４ａが変形して、アクチュエータ２４が変形する。アクチュエータ２４の変形により、インクメニスカスＭｅにかかる圧力が空気圧より高くなり（陽圧）、インクＩはインク滴ＩＤとなりインクメニスカスＭｅから分離して吐出する。なお、負圧は大気圧よりも低い圧力、陽圧は大気圧以上の圧力である。

上記構造のインクジェットヘッド２によると、ノズル孔２１ａのインクメニスカスＭｅにかかる圧力が大気圧以上の（陽圧）場合に、ノズル孔２１ａからインクＩが漏れ出る。一方、インクメニスカスＭｅにかかる圧力が大気圧より低い（負圧）場合に、インクＩはインクメニスカスＭｅを維持しノズル孔２１ａ内に留まる。

例えば、インクＩが重力方向（図示下向き）に吐出するようにノズル孔２１ａが配置されていると、インク圧力室２５内の圧力が大気圧以上の（陽圧側）場合に、インクＩはノズル孔２１ａから漏れ出る。また、本実施形態では、インク圧力室２５内の圧力が−４．０ｋＰａ以下の場合には、ノズル孔２１ａから気泡を吸引する場合がある。この気泡の混入はインクの吐出不良を生じる原因となり得る。

図５に示すように、インク循環装置３は、インクジェットヘッド２の供給口２６ａに連通する供給室３１と、インク排出口２７ａに連通する回収室３２と、を内部に備えるインクケーシング３３を有する。また、インク循環装置３は、インク供給ポンプ３４と、循環ポンプ３５と、圧力調整部３６と、を備える。圧力調整部３６は、第１の圧力調整部４７および第２の圧力調整部４８を含む。

インクケーシング３３は、インクＩを保有可能であり、インクジェットヘッド２にインクＩを供給する液室としての供給室３１と、インクＩを保有可能であり、インクジェットヘッド２からのインクＩを回収する液室としての回収室３２と、回収室３２と供給室３１との間に介在する共通壁３７と、を備える。インクケーシング３３は、外気に対して密閉される。

供給室３１は、インク供給管２６を介してインクジェットヘッド２の供給口２６ａに連通する。供給室３１には、循環路４１ａに連通する流入孔３１ｂが設けられている。また供給室３１には、第１の圧力調整部４７の連通流路１０７（図９参照）に連通する連通孔３１ｃが設けられている。

回収室３２は、インク戻し管２７を介してインクジェットヘッド２のインク排出口２７ａに連通する。回収室３２には、循環路４１ａを介して供給室３１の流入孔３１ｂに連通する送液孔３２ｃが設けられている。回収室３２は、圧力調整部３６の第２の圧力調整部４８に連通する連通孔３２ｄを備える。回収室３２は、チューブ５２を介してインクカートリッジ５１に接続されている。なお、回収室３２の連通孔３２ｄは、第２の圧力調整部４８の連通経路１０９（図９参照）に接続する。

インク供給ポンプ３４は、インクカートリッジ５１内に保有されたインクを回収室３２に供給する。或いは、インク供給ポンプ３４は、供給室３１にインクを供給してもよい。インク供給ポンプ３４は、例えば、圧電ポンプである。本実施形態のインク供給ポンプ３４は、圧電素子と金属板を貼り合わせた圧電振動板を備え、この圧電振動板を撓ませることでポンプ室の容積を周期的に変化させる。インク供給ポンプ３４は、ポンプ室の容積変化により、インクカートリッジ５１から回収室３２へインクＩを供給する。

また、インク循環装置３は、循環部４０を備える。循環部４０は、図５に示すように回収室３２の送液孔３２ｃから供給室３１の流入孔３１ｂに達する循環路４１ａと、循環路４１ａ上に配置された循環ポンプ３５と、フィルタ４３と、を備える。

循環ポンプ３５は、例えば、上述したインク供給ポンプ３４と同じ構造を有する。循環ポンプ３５は、インクＩを回収室３２から供給室３１へ供給するとともに、供給室３１のインクＩをインクジェットヘッド２を経て回収室３２に循環する。循環ポンプ３５として、例えばチューブポンプ、ダイヤフラムポンプ、或いはピストンポンプ等を利用することもできる。

フィルタ４３は、例えば循環路４１ａの循環ポンプ３５よりも循環方向の下流にあり、インクＩに混入した異物を除去する。フィルタ４３として、例えばポリプロピレン、ナイロン、ポリフェニレンサルファルド、或いはステンレス等のメッシュフィルタを利用することができる。

循環部４０により回収室３２から供給室３１にインクを循環する間にインクＩ中の気泡は浮力によって上昇する。浮力により上昇した気泡は回収室３２の液面あるいは供給室３１の液面より上方の空気室に移動してインクから除去される。

インク循環装置３は、図５に示すように、回収室３２のインク量を計測する第１のインク量センサ４４ａと、供給室３１のインク量を計測する第２のインク量センサ４４ｂを備える。第１のインク量センサ４４ａおよび第２のインク量センサ４４ｂは、例えば圧電振動板を交流電圧で振動させて、回収室３２や供給室３１を伝わるインクの振動をそれぞれ検出して、インク量を計測する。インク量センサはこれに限定されず、回収室３２の液面α１や供給室３１の液面α２の高さを計測するもの、例えば、回収室３２や供給室３１それぞれに磁石入りのフロートが設置されており、フロートの高さによって液面の高さを計測するものや、液面の高さを光の反射で計測するものがあげられる。

インク循環装置３は、回収室３２内の圧力を検出する第１の圧力センサ４５ａと供給室３１の圧力を検出する第２の圧力センサ４５ｂと、を備える。第１および第２の圧力センサ４５ａ、４５ｂは、例えば半導体ピエゾ抵抗圧力センサを利用して圧力を電気信号として出力する。半導体ピエゾ抵抗圧力センサは、外部からの圧力を受けるダイヤフラムと、このダイヤフラムの表面に形成された半導体歪ゲージとを備え、外部からの圧力によるダイヤフラムの変形に伴い歪ゲージに生じるピエゾ抵抗効果による電気抵抗の変化を電気信号に変換して圧力を検出する。

図９に示すように、圧力調整部３６の第１の圧力調整部４７は、供給室３１に連通可能に接続されたシリンダ１０１と、シリンダ１０１内で往復動作するピストン１０３と、ピストン１０３を図示上下方向（矢印Ｈ方向）に往復移動させシリンダ１０１の容積を変化させるパルスモータ１０５と、を備えている。

シリンダ１０１は、供給室３１と連通する連通流路１０７を有している。連通流路１０７の内部には、連通流路１０７を開閉する第１開閉部１０８が設けられている。第１開閉部１０８は、開閉弁１０８ａと、開閉弁１０８ａを付勢するばね１０８ｂと、を備える。開閉弁１０８ａは、ばね１０８ｂの付勢により連通流路１０７を閉じ、ピストン１０３の圧力によって連通流路１０７を開放する。

第２の圧力調整部４８は、回収室３２に連通可能なシリンダ１０２と、シリンダ１０２内に配されたピストン１０４と、ピストン１０４を図示上下方向（矢印Ｈ方向）に移動させシリンダ１０２の容積を変化させるパルスモータ１０６と、を備えている。

シリンダ１０２は、回収室３２と連通する連通経路１０９と、シリンダ１０２内を大気に連通させる連通管路１１０と、を有している。連通管路１１０の内部には、回収室３２とシリンダ１０２内の連通状態を切り替える第２開閉部１１１が設けられている。第２開閉部１１１は、第２開閉弁１１１ａと、第２開閉弁１１１ａを付勢するばね１１１ｂと、を備える。第２開閉弁１１１ａは、ばね１１１ｂの付勢により大気との連通管路１１０を閉じ、ピストン１０４の圧力によって連通管路１１０を開放する。

また、第２の圧力調整部４８は、ピストン１０４がシリンダ１０２の下限にある場合、回収室３２とシリンダ１０２をつなぐ連通経路１０９の図示上端をピストン１０４が塞ぐようになっている。

さらに、第１の圧力調整部４７のシリンダ１０１と第２の圧力調整部４８のシリンダ１０２の間にはシリンダ１０１及びシリンダ１０２を常時連通させる連通経路１１２が設けられている。

圧力調整部３６は、第１の圧力調整部４７のシリンダ１０１内のピストン１０３と、第２の圧力調整部４８のシリンダ１０２内のピストン１０４をそれぞれＨ方向に往復移動させる。このピストン１０３，１０４の移動により、シリンダ１０１、１０２の空気の容積を変化させることと、大気との連通管路１１０や連通流路１０７の開閉を制御することができる。圧力調整部３６は、この空気の容積変化と流路の開閉により、回収室３２の気体を加圧または減圧させることで、インクジェットヘッド２のインク圧力室２５を加圧または減圧する。

ここで、圧力調整部３６の機能について図９を参照して説明する。
図９の上部に示した＜状態１＞において、第２の圧力調整部４８のピストン１０４が大気解放位置に配置され、第１の圧力調整部４７のピストン１０３が連通位置に配置されている。この状態で、図中の破線矢印の経路が連通しており、供給室３１、回収室３２の両方が大気解放状態（大気圧）になっている。

例えば、インクジェット装置の使用開始時に空のインクケーシング３３にインクカートリッジ５１からインクを初期充填する場合、第１および第２の圧力調整部４７、４８のピストン１０３、１０４の位置を＜状態１＞に設定する。

図９の中央に示した＜状態２＞では、第２の圧力調整部４８のピストン１０４が大気と連通しないホーム位置に配置され、第１の圧力調整部４７のピストン１０３が第１開閉部１０８を開けず、供給室３１と連通しない位置に配置されている。この状態で、回収室３２と第１の圧力調整部４７が図中の破線矢印の経路で連通し、かつ、この経路が密閉した状態となる。

そして、この状態で、第１の圧力調整部４７のピストン１０３を矢印Ｈ方向上下すると、回収室３２内部の圧力が増減する。すなわち、ピストン１０３を図示上方に移動させるとシリンダ１０１の容積が増加して回収室３２内の圧力が減少する。逆に、第１の圧力調整部４７のピストン１０３を図示下方に移動させるとシリンダ１０１の容積が減少して回収室３２の圧力が増加する。

図９の下部に示した＜状態３＞では、第２の圧力調整部４８のピストン１０４が大気解放位置に配置され、第１の圧力調整部４７のピストン１０３が第１開閉部１０８を開けて供給室３１と連通する連通位置に配置されている。回収室３２の圧力を一定に維持するために第１の圧力調整部４７のピストン１０３を上下方向に移動させる場合、上向き方向ではピストン１０３がシリンダ１０１の天井部に衝突する位置、下向き方向では第１開閉部１０８に接触する位置が圧力調整のための移動可能範囲となる。

圧力調整を開始する前のピストン１０３の位置によっては圧力を調整する方向に移動すると移動可能範囲を超えてしまう場合が発生する。この場合には、第２の圧力調整部４８のピストン１０４を下限位置に移動させ、回収室３２は密閉で、第１の圧力調整部４７は大気解放になった状態にし、第１の圧力調整部４７のピストン１０３を調整するための方向とは逆の移動可能範囲の限界位置に移動させる。第２の圧力調整部４８は図中破線矢印の経路で大気と連通して、供給室３１、回収室３２の両方とも密閉状態なので、ピストン１０３の動きは両インク室の圧力に影響しない。

次に、第２の圧力調整部４８のピストン１０４をホーム位置に移動させ、図９＜状態２＞に示すように、回収室３２を密閉状態にし、第１の圧力調整部４７のピストン１０３を調整する方向に移動させて所定の圧力を得る。

以上に示すように、第１の圧力調整部４７及び第２の圧力調整部４８は、シリンダ１０１，１０２内におけるピストン１０３，１０４の動作によって、回収室３２内の圧力を増減し、循環流路内の圧力を加圧または減圧調整することが可能である。言い換えると、圧力調整部３６は、供給室３１や回収室３２へ空気（気体）を供給する気体供給部として機能し、供給室３１や回収室３２の圧力を調整してインク圧力室２５の圧力を調整し、インクメニスカスＭｅの圧力を調整する。

或いは、インク循環装置３は、インク供給ポンプ３４を制御してインクを補充することによってインク圧力室２５の圧力を調整し、インクメニスカスＭｅの圧力を調整することもできる。この場合、インク供給ポンプ３４は、液体供給部として機能する。いずれにしても、インク循環装置３は、インクメニスカスＭｅの圧力を−４．０ｋＰａ〜大気圧の範囲に維持して、不要なインク漏れあるいは気泡の吸引を防止する。

図２に示すように、各色のインクカートリッジ５１は、それぞれチューブ５２を介して各色のインクジェットヘッドユニット４のインク循環装置３に連通する。インクカートリッジ５１は、重力方向においてインク循環装置３より相対的に下方に配置されている。これにより、インクカートリッジ５１内のインクの水頭圧が、回収室３２の設定圧力より低く保たれる。また、これにより、インク供給ポンプ３４が駆動している時だけインクカートリッジ５１から回収室３２へ新たなインクを供給することができる。

図１に示すように、ヘッド支持部６は、複数のインクジェットヘッドユニット４を支持するキャリッジ６１、キャリッジ６１を矢印Ａ方向に往復移動させる搬送ベルト６２、及び搬送ベルト６２を駆動するキャリッジモータ６３を備える。

記録媒体移動部７は、記録媒体Ｓを吸着固定するテーブル７１を備える。テーブル７１は、スライドレール装置７２上に取り付けられて矢印Ｂ方向（図２参照）に往復移動する。

メンテナンスユニット８は、インクジェットヘッドユニット４の矢印Ａ方向の走査範囲内であって、テーブル７１の移動範囲より外側の位置に配置される。メンテナンスユニット８は上方が開放したケースであって、上下（図１矢印Ｃ、Ｄ方向）に移動可能に設けられる。

メンテナンスユニット８は、ゴム製のブレード８１及び廃インク受け部８２を備える。ゴム製のブレード８１は、インクジェットヘッド２のノズルプレート２１に付着したインク、ほこり、紙粉などを除去する。廃インク受け部８２は、ブレード８１によって除去された廃インク、ほこり、紙粉などを受ける。メンテナンスユニット８は、ブレード８１を矢印Ｂ方向へ移動させることで、ブレード８１によってノズルプレート２１表面を払拭する。

以下、図１０に示すブロック図を参照して、インクジェット記録装置１の動作を制御する制御系について説明する。
制御基板５００は、インクジェット記録装置１全体を制御するマイクロコンピュータ（マイコン）５１０と、インク循環装置３を駆動する駆動回路５４０と、増幅回路５４１と、記録媒体移動部７を駆動する移動部駆動回路５４２と、インクジェットヘッド２を駆動するヘッド駆動回路５４３（駆動部）、を備える。マイコン５１０は、制御部として機能する。

インクジェットヘッドユニット４は、インク循環装置３とインクジェットヘッド２から成る。マイコン５１０は、プログラムあるいは各種データ等を格納するメモリ５２０と、インクジェットヘッドユニット４のインク循環装置３からの出力電圧を取り込むＡＤ変換部５３０を備える。

マイコン５１０は、第１の圧力センサ４５ａおよび第２の圧力センサ４５ｂにて検知した圧力値をＡＤ変換部５３０にて変換する機能を有する。また、マイコン５１０は、設定された任意のサンプリング時間Δｔ間にて変動した圧力変動値ΔＰより圧力変動速度Ｖ（ΔＰ÷Δｔ）を算出可能に構成される。

制御基板５００は、電源５５０、インクジェット記録装置１の状況を表示する表示装置５６０、入力装置であるキーボード５７０に接続される。制御基板５００は、インクジェットヘッドユニット４の各種ポンプの駆動部や各種センサに接続される。制御基板５００は、記録媒体移動部７のテーブル７１、スライドレール装置７２、メンテナンスユニット８の駆動部、および搬送ベルト６２のキャリッジモータ６３、に接続される。

以下、インクジェット記録装置１による液体吐出方法について説明する。
インクジェット記録装置１を最初に印刷動作させる場合に、各色のインクカートリッジ５１から対応するインクジェットヘッドユニット４それぞれに対応する色のインクＩを充填する。

インクＩを充填するため、マイコン５１０は、インクジェットヘッドユニット４を待機位置に戻し、メンテナンスユニット８を矢印Ｄ方向（図１）に上昇してノズルプレート２１を覆う。この後、マイコン５１０は、インク供給ポンプ３４を駆動し、インクカートリッジ５１から回収室３２にインクを送液する。回収室３２でインクＩが送液孔３２ｃに達すると、マイコン５１０は、圧力調整部３６でインクケーシング３３の供給室３１及び回収室３２の圧力を調整し、循環ポンプ３５を駆動する。

上記のように、マイコン５１０は、複数のインクカートリッジ５１のシアンインク、マゼンダインク、イエロインク、ブラックインク、ホワイトインクを複数のインクジェットヘッドユニット４にそれぞれ初期充填する。そして、回収室３２の送液孔３２ｃと供給室３１の流入孔３１ｂにインクＩが到達すると、マイコン５１０は、インクＩの初期充填を完了する。

インクＩの初期充填を完了した場合に、インクケーシング３３内の圧力は、インクジェットヘッド２のノズル孔２１ａからインクＩが漏れず、且つノズル孔２１ａから気泡を吸引しない程度の負圧を維持するように調整される。インクケーシング３３の負圧により、ノズル孔２１ａはその液滴吐出端にインク圧力室２５側に凹んだ形状のインクメニスカスＭｅを維持する。なお、インクＩの初期充填を完了した状態でインクジェット記録装置１の電源５５０を切った場合も、インクケーシング３３は密閉状態であり、ノズル孔２１ａ内のインクメニスカスＭｅは負圧形状に維持され、インクの漏れを防止する。

インクＩの初期充填を完了した後、例えば、キーボード５７０を介してインク吐出の指示入力がなされたことを検出すると、マイコン５１０は、記録媒体移動部７を制御して、記録媒体Ｓをテーブル７１に吸着固定して、テーブル７１を矢印Ｂ方向に往復移動する。また、マイコン５１０は、このとき、メンテナンスユニット８を矢印Ｃ方向に移動する。さらに、マイコン５１０は、キャリッジモータ６３を制御して、キャリッジ６１を記録媒体Ｓの方向に搬送し、複数のインクジェットヘッドユニット４を矢印Ａ方向に往復移動する。

インクジェットヘッドユニット４が搬送ベルト６２に沿って矢印Ａ方向に往復移動する間、インクジェットヘッド２のノズルプレート２１と記録媒体Ｓとの距離ｈは一定に維持される。

そして、記録媒体Ｓの搬送方向に対して直交する方向にインクジェットヘッド２を往復移動させながら、記録媒体Ｓに画像を形成する。インクジェットヘッド２は、画像形成信号に合わせてノズルプレート２１に設けたノズル孔２１ａからインク滴ＩＤを吐出して、記録媒体Ｓに画像を形成する。

このとき、マイコン５１０は、例えばメモリ５２０が記憶する画像データに応じた画像信号により、インクジェットヘッド２のアクチュエータ２４を選択的に駆動して、ノズル孔２１ａから記録媒体Ｓにインク滴ＩＤを吐出する。また、このとき、マイコン５１０は、循環ポンプ３５を駆動する。インクジェットヘッド２から還流されたインクＩは、回収室３２、フィルタ４３、供給室３１を経て循環し、インクジェットヘッド２に供給される。

インクジェット記録装置１は、インクＩを循環することにより、インクＩに混入した気泡や異物を除去して、インク吐出性能を良好に保持する。したがって、インクジェットヘッドユニット４によるプリント画質が向上する。

ノズル孔２１ａからのインク滴ＩＤの吐出、あるいは循環ポンプ３５の駆動等によりインクケーシング３３の圧力は変動する。インクケーシング３３の圧力を、ノズル孔２１ａからのインク漏れあるいはノズル孔２１ａから気泡を吸引しない安定域に維持するために、マイコン５１０は、圧力調整部３６のピストン１０３，１０４やインク供給ポンプ３４の駆動を切り替えて、インクケーシング３３内の圧力を調整する。

次に、図１１に示すフローチャート、および図１２に示すタイミングチャートを参照して、各ノズル孔２１ａにおいてインクメニスカスＭｅの形状を安定させるための制御動作について説明する。なお、ここでは、各色のインクジェットヘッドユニット４において、ノズル孔２１ａから気泡を吸引することのない圧力値Ｐの下限値をＰｔ１とし、ノズル孔２１ａからインクが漏れることのない圧力値Ｐの上限値をＰｔ２とする。

例えば、キーボード５７０を介してオペレーターによる印刷命令が入力されると、マイコン５１０は、図１１に示すように、液滴吐出指令としての“印字許可信号”を出力する（Ａｃｔ１）。図１２のタイミングチャートでは、“印字許可信号”の出力タイミングをｔ１として示した。

“印字許可信号”が出力されると、マイコン５１０は、この信号をトリガーとして、印字画像の展開を開始する等、印字の準備を開始すると同時に、圧力上昇制御を開始する（Ａｃｔ２）。図１２では、圧力上昇制御が開始された後、実際にインク圧力室２５が昇圧されるタイミングをｔ２として示した。

この圧力上昇制御では、マイコン５１０は、インク圧力室２５の圧力を、少なくともノズル孔２１ａからインクが漏れることのない圧力（上限値Ｐｔ２以下）まで上昇させる。また、この圧力上昇制御において、マイコン５１０は、駆動回路５４０を介して、第１の圧力調整部４７および第２の圧力調整部４８を駆動制御して、インク圧力室２５の圧力を上昇させる。或いは、マイコン５１０は、駆動回路５４０を介して、インク供給ポンプ３４を駆動制御して、インク圧力室２５の圧力を上昇させる。

圧力上昇制御が開始されると、“印字許可信号”に基づいて、マイコン５１０は、インク滴の吐出動作を開始し、印字が開始される（ＡＣＴ３）。図１２では、インク圧力室２５が昇圧されるタイミングと同じタイミングｔ２でインク滴の吐出動作が開始されている。しかし、インク圧力室２５の昇圧のタイミングは、“印字許可信号”が出力されて（ｔ１）からインク滴の吐出動作が開始されるまで（ｔ２）の間（Δｔ）であれば良い。

つまり、“印字許可信号”が出力されてから時間Δｔ後にインク滴を吐出する時点では、インク圧力室２５は所定圧力に昇圧されており、インク滴の吐出によってノズル孔２１ａのインクメニスカスＭｅの形状が変化することが抑制される。

図１３にはＡｃｔ２の圧力上昇制御を省略した場合の従来のインク滴吐出時におけるインクメニスカスＭｅの圧力変化を示し、図１４にはＡｃｔ２の圧力上昇制御を実施した場合の本実施形態のインク滴吐出時におけるインクメニスカスＭｅの圧力変化を示す。これによると、インク滴の吐出動作を開始する前にインク圧力室２５を所定圧力まで昇圧させることで、インク滴吐出時におけるインクメニスカスＭｅの圧力変化を抑制できることがわかる。逆に、圧力上昇制御を省略した場合（図１３）には、インク滴吐出直後に−４ｋＰａ程度までインク圧力室２５が減圧され、インクメニスカスＭｅに気泡が発生する虞がある。

Ａｃｔ３でインク滴の吐出動作を開始した後、マイコン５１０は、第１の圧力センサ４５ａで検出した回収室３２の圧力値及び、第２の圧力センサ４５ｂで検出した供給室３１の圧力値に基づいて、ノズル孔２１ａの圧力値Ｐを算出する（Ａｃｔ４）。

そして、この圧力値Ｐが安定域であるか否か、すなわちＰｔ１≦Ｐ≦Ｐｔ２を満たすかどうかを判定する（Ａｃｔ５）。圧力値ＰがＰｔ１≦Ｐ≦Ｐｔ２を満たさない場合には、圧力値Ｐが安定域の上限値を超えるか否か、すなわちＰ＞Ｐｔ２を満たすかどうかを判定する（Ａｃｔ６）。Ｐｔ１≦Ｐ≦Ｐｔ２を満たさず（Ａｃｔ５のＮｏ）かつＰ＞Ｐｔ２を満たさない（Ａｃｔ６のＮｏ）場合、すなわち圧力値Ｐが下限値Ｐｔ１より低い場合には、マイコン５１０は、圧力調整部３６を駆動し、加圧調整する（Ａｃｔ８）。

一方、Ｐ＞Ｐｔ２を満たす場合（Ａｃｔ６のＹｅｓ）、マイコン５１０は、第１の圧力調整部４７および第２の圧力調整部４８を駆動し、インクケーシング３３内の圧力を減圧させてインク圧力室を減圧する（Ａｃｔ７）。

以上のように、本実施形態によると、第１の圧力調整ポンプ５１ａ、第２の圧力調整ポンプ５２ａ、およびインク供給ポンプ３４を制御して、インク滴の吐出動作が開始される前に、インク圧力室２５の圧力を上昇させることにより、インク滴を吐出した時、瞬間的に圧力が低下し過ぎる不具合を防止することができる。これにより、インク滴吐出後にインクメニスカスＭｅがインク圧力室２５に向けて大きく凹む不具合を防止でき、インクメニスカスＭｅ内に気泡が発生する不具合を防止でき、インク滴の安定した吐出が可能となる。

この発明の実施形態を説明したが、実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことが出来る。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

例えば、上述した実施形態では、インクを循環させて吐出させる装置について説明したが、これに限らず、インク以外の液体を吐出する装置に本発明を適用することもできる。インク以外の液体を吐出する液滴吐出装置としては、例えば、プリント配線基板の配線パターンを形成するための導電性粒子を含む液体を吐出する装置等がある。

また、上述した実施形態では、インク圧力室２５内のインクＩに圧力変化を生じさせてインク滴ＩＤを吐出させたが、これに限らず、例えば、静電気で振動板を変形してインク滴を吐出する構造、あるいはヒータ等の熱エネルギーを利用してノズルからインク滴を吐出する構造等を採用してもよい。

また、インクカートリッジ５１の取り付け位置は任意に設定可能である。例えば、インクカートリッジ５１をインク循環装置３より高い位置に配置した場合は、インクカートリッジ５１内のインクの水頭圧が、回収室３２の設定圧力より高くなる。インクカートリッジ５１を、インク循環装置３より高い位置に配置した場合は、水頭差を利用して電磁弁を開閉することにより、インクカートリッジ５１から供給室３１にインクを供給可能である。

さらに、圧力調整部３６の構造は、上述したピストン機構に限らず、例えば、チューブポンプあるいは蛇腹ポンプ等を利用できる。この場合、圧力調整部３６は、液室となる供給室３１や回収室３２に気体を供給し、あるいは供給室３１または回収室３２から気体を放出させることにより、圧力を増減する圧力調整を行う。

１…インクジェット記録装置、２…インクジェットヘッド、３…インク循環装置、４…インクジェットヘッドユニット、６…ヘッド支持部、７…記録媒体移動部、２１…ノズルプレート、２１ａ…ノズル孔、３１…供給室、３２…回収室、３３…インクケーシング、３４…供給ポンプ、３５…循環ポンプ、３６…圧力調整部、５１…インクカートリッジ、４７…第１の圧力調整部、４８…第２の圧力調整部、２５…圧力室、２８…インク流路、５００…制御基板、５１０…マイコン、Ｍｅ…インクメニスカス。

Claims (5)

1. 液体を収容してノズルに供給する液室と、
   上記ノズルの液滴吐出端に形成したメニスカスから液滴を分離して吐出させる駆動部と、
   上記液室の圧力を調整して上記メニスカスの圧力を調整する圧力調整部と、
   上記駆動部に対して液滴吐出指令を出すとともに、この液滴吐出指令をトリガーとして、上記液室の圧力を所定圧力まで上昇させるように上記圧力調整部を制御する制御部と、
   を有する液滴吐出装置。
2. 上記圧力調整部は、上記液室に液体を供給する液体供給部を有し、
   上記制御部は、上記液体供給部を制御して上記液室に所定量の液体を供給することで、上記液室の圧力を上記所定圧力まで上昇させる、
   請求項１の液滴吐出装置。
3. 上記圧力調整部は、上記液室に気体を供給する気体供給部を有し、
   上記制御部は、上記気体供給部を制御して上記液室に所定量の気体を供給することで、上記液室の圧力を上記所定圧力まで上昇させる、
   請求項１の液滴吐出装置。
4. 上記所定圧力は、上記ノズルの上記液滴吐出端に形成したメニスカスから液滴が分離して吐出しない圧力である、
   請求項１の液滴吐出装置。
5. ノズルの液滴吐出端にメニスカスを形成してこのメニスカスから液滴を分離して吐出させる吐出ヘッドへ液体を循環させる液体循環装置であって、
   液体を収容して上記ノズルに供給する液室と、
   この液室の圧力を調整して上記メニスカスの圧力を調整する圧力調整部と、
   上記メニスカスから液滴を分離して吐出させる液滴吐出指令を出すとともに、この液滴吐出指令をトリガーとして、上記液室の圧力を所定圧力まで上昇させるように上記圧力調整部を制御する制御部と、
   を有する液体循環装置。