JP2004181830A

JP2004181830A - インクジェット印刷装置

Info

Publication number: JP2004181830A
Application number: JP2002352860A
Authority: JP
Inventors: Kazunaga Takahashi; 司長高橋; Masayuki Satomi; 真幸里美
Original assignee: Toshiba TEC Corp
Current assignee: Toshiba TEC Corp
Priority date: 2002-12-04
Filing date: 2002-12-04
Publication date: 2004-07-02

Abstract

【課題】インクジェットヘッドが画像信号に合わせて連続的にインク吐出を行うときに、インクジェットヘッド内の圧力室内で気泡が発生すると、その圧力室に接続するノズルからインクを吐出できなくなる。
【解決手段】画像信号に応じて圧力室の容積変化を起こしインクを吐出させるインクジェットヘッドを用いて記録媒体に画像を印刷する印刷装置であって、そのインクジェットヘッドにインクを供給するインク供給手段が、インクジェットヘッド内の圧力室でインク吐出時に発生する負圧より絶対値で大きい負圧をインクに印加させることができる負圧発生部を有している。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットヘッドへインクを供給するインク供給手段内であらかじめインクから気泡を除去し、その気泡除去されたインクを供給することによってインクの吐出安定性を向上させたインクジェットヘッドを搭載したインクジェット印刷装置の構成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェット印刷装置のインクジェットヘッドは、インク供給口、共通インク室、共通インク室に接続し複数並設された圧力室、圧力室の容積を変化させインクを吐出させる圧力発生体、各圧力室に対応して設けたノズルによって構成されている。このようなインクジェットヘッドにおいて、ノズルからインクを吐出するために圧力室の圧力を高める方法として、圧力室の少なくとも一部に圧電部材による変位可能部分を設け、その圧電部材に電圧を印加することによって圧力室内の容積を変化させてインクに圧力を与えている。
【０００３】
図５は、その方式によるインクジェットヘッド１のインク室断面を示している。図６は図５のＡＡ断面、図７は図５のＢＢ断面を表している。このインクジェットヘッドでは、インクはインク供給源からインク供給口１７、共通インク室１６、隔壁１２によって互いに分離された複数の圧力室１１、ノズル板１４に形成されたノズル１３を通して記録媒体としての印刷用紙に向けて吐出する。ヘッド端部１８は、インク供給口１７を内部に形成し、インク供給口１７を共通インク室１６へ接続している。圧力室１１と共通インク室１６は、インジェットヘッドベース１０上に形成され、カバー１９は圧電部材２０および温度センサ２１を保護するために設けている。インクを吐出させる圧力は、駆動信号発生回路２からの駆動電圧パルスを各圧力室１１に対応して設けた圧電部材２０に選択的に印加することによって発生する。
【０００４】
インクを吐出させる圧力は、圧電部材２０に積層した振動板１５が弾性変形することで発生している。圧電部材２０は振動板１５側の面とその反対面に電極が形成され振動板１５に接合し、駆動信号発生回路２からの印加電圧によって電極面に垂直方向に伸びた時に電極面長手方向に縮み、垂直方向に縮んだときに長手方向に伸びるように変形する。圧電部材２０の電極面方向への伸縮により振動板１５が弾性変形し、各圧力室１１の容積を拡張してインク供給口１７からインクをインクジェットヘッド１に吸引し、次に圧力室１１の容積を縮小させて圧力室１１内のインクをノズル１３から吐出させている。
【０００５】
インクジェットヘッド内のインク中に気泡３１が発生すると、その気泡によってインクを吐出させる圧力が減少し、インクがノズルから吐出できなくなることがある。そこで、予めインク中の気泡を除去することが知られている。例えば特許文献１には、インクに超音波振動子による高周波振動を与えてキャビテーションを生じさせ溶存空気を遊離させて真空ポンプで溶存空気を除去する脱気装置が、開示されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−４８４９２号公報（第２頁、第３図）
【特許文献２】
特開２０００−３０１７３３号公報（第２頁、第１図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
インクジェットヘッドにおいて、圧力室１１内のインクをノズル１３から吐出させるために圧力室１１の容積を縮小させてインクを押圧する場合、インク内圧力は正圧力であり、この圧力を正圧と呼ぶことにする。また、インク供給口１７からインクを共通インク室１６および圧力室１１に吸引するために圧力室１１の容積を拡張させる場合、このインク内圧力を負圧と呼ぶことにする。
【０００８】
この圧電部材２０に印加される電圧の極性と維持時間は、駆動電圧パルスとしてインクジェットヘッドが最適動作をするよう設計されている。印刷速度を速めるためには、インク吐出（正圧印加）および圧力室へのインク供給（負圧印加）の繰り返しを速くする必要があり、その駆動電圧パルスの極性反転または電圧帰零は一般的に急速であり、それに追随する振動板１５の変位もまた急速である。
【０００９】
圧電部材２０に印加される駆動電圧パルスの繰り返し速度が高速になるにしたがって、圧電部材２０が誘電率の大きいコンデンサー素子として働くようになる。そのため、罫線画像を形成するような連続的にインクを吐出させる印字を行う場合には、圧電部材が発熱し圧力室の温度上昇を招く。
【００１０】
また、振動板１５が圧力室１１内に正圧を発生させるインク押圧状態から、圧電部材に駆動電圧を印加してない元の状態に急速に復帰すると、圧力室１１内のインクは急膨張して圧力室１１のインク内に負圧が発生する。この時の負圧は、圧電方式インクジェットヘッドの連続インク吐出時の圧力室内流体シミュレーションによって、絶対負圧となることが知られている。絶対負圧とは、大気圧以下・真空（ゼロ気圧）以上の範囲の圧力（大気圧相対負圧）ではなく、真空（ゼロ気圧）を超えてマイナス値の圧力のことである。この絶対負圧の発生は瞬間的ではあるが、連続的にインクを吐出する状態では、この負圧は圧力室１１内のインクに高速で繰り返し発生する。
【００１１】
このような圧力室１１内の温度上昇、または絶対負圧の繰り返しによって、インク室内に微細な気泡３１が発生することがある。インクジェットヘッドにおいて、圧力室１１に何らかの原因で一旦気泡３１が発生すると、圧電部材２０へ駆動電圧パルスを印加し続けても、気泡３１発生以降その圧力室１１からはインクが吐出しない不具合が起こる。これを不吐出と呼んでいる。すなわち、気泡３１が発生すると、その気泡３１は（気泡内圧力）×（気泡体積）＝（一定）の法則に従って、インク吐出のための正圧の増加分を気泡体積の収縮によって吸収するので、圧力室内にインク吐出に必要な正圧が発生しないためにインク吐出不良が起こる。
【００１２】
所定の領域を塗りつぶすような画像は、複数の並設した圧力室を連続的に駆動しその圧力室に対応するノズルからインクを吐出させながら、印刷用紙との相対移動によって形成される。この複数の圧力室の１つに気泡が発生した場合、その圧力室は不吐出となり、塗りつぶし画像に用紙の地色の線が白スジとなって発生してしまう。本発明は、このような圧力室１１内での気泡３１の発生に起因する不吐出の発生確率を減少することを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、インク供給口から供給されるインクに圧力を印加してノズルからインクを吐出させるインクジェットヘッドと、そのインク供給口にインクを供給するインク供給手段とを有し、ノズルからインクを吐出させて記録媒体に印刷を行うインクジェット印刷装置において、そのインク供給手段は、インクに負圧を印加させる負圧発生部を有し、負圧発生部はインクジェットヘッド内で発生する負圧と絶対値でそれ以上の負圧をインク供給手段内のインクに印加させるように制御したインクジェット印刷装置を特徴としている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明を実施するために用いるインクジェットヘッドは、上述した図５、図６、図７で示した構成である。なお、このインクジェットヘッドは、共通液室に隣接してインクの温度を検出する温度センサ２１を有し、検出した温度に合せて駆動信号発生回路２によって圧電部材を制御してインクを吐出させている。
【００１５】
圧力室１１内での気泡３１の発生原因に関して、以下でパーティクルと総称するインク内物質とインク内の溶存空気との関連性が重要である。インク内のパーティクルとは、顔料インクの場合、インク顔料の凝集物または他のインク成分の凝集物、不純物、ゴミなどを指すことにする。よって、ここでいうパーティクルとはインク製造において本来意図しない種々の物質、状態および量も含んでいるものとする。しかし、インクは着色されているので、インク内のパーティクルの直接観察が難しく、また、一般的にその量は少ないと推定されるのでパーティクル物質を同定することは困難である。
【００１６】
一方、大気中に放置されたインクなどの液体中には微量の空気（主に窒素、酸素）が気体（気泡）としてではなく、溶けて存在（溶存）することが知られている。その溶存量には、気体元素の種類、気体の分圧、温度などによって決まる溶存限界上限値（飽和溶存量）がある。ここでは、空気での溶存限界上限値を飽和溶存空気量と呼ぶことにする。水およびインクジェットヘッド用インクの場合、一般的に温度が高いほど飽和溶存空気量は減少する。よって、ある温度での飽和溶存空気量を含む一定体積のインクの温度を徐々に上げて行くと、インク内で飽和溶存可能な空気量の減少により過剰な溶存空気が、気体空気すなわち気泡として析出することになる。インクジェットヘッドの圧力室１１のような微小体積内では、温度上昇によるインク内の過剰溶存空気は微細な気泡として析出される。
【００１７】
パーティクル等を含まない清浄な液体の場合には、溶存空気がその温度での飽和溶存空気量であっても、空気を溶存したまま比較的高い温度まで気泡として析出しない過飽和状態となりうることが知られている。しかし、インクのようなパーティクル等を含む清浄でない液体の場合は、温度上昇によってパーティクルを核としてその近傍または内部から溶存空気が容易に析出される。よって、圧力室１１内での気泡３１発生の原因として、インク内溶存空気の存在が考えられる。
【００１８】
インクジェットヘッド１内外でインクに温度差がある場合、例えば、連続吐出により圧電部材が発熱し室温よりも高温に維持された圧力室１１へ室温のインクが流入する場合、室温で飽和溶存空気量を含んだインクが高温の圧力室１１内では過飽和の状態になり、インク内の溶存空気が析出して気泡化することが考えられる。また、インクジェットヘッドへのインク供給はチューブ等によって行われている。チューブ内の室温のインクが、インクジェットヘッドの共通インク室１６を通り圧力室１１内で加圧されノズル１３を通して吐出される間に、発熱した圧電部材で加熱される比較的短時間の温度上昇であっても、室温と温度が高い圧力室内での温度差分に相当する過剰な溶存空気を短時間で析出し気泡となる可能性がある。
【００１９】
インク内にパーティクルが存在する場合、インクを高温側での飽和溶存空気量よりも十分低い溶存空気量にまで予め脱気したインクを使用すると、上記した理由によりインク室１１内での気泡発生の防止に効果的である。インクの脱気には、例えば亜硫酸塩系の酸素吸収剤を用いてインク内の酸素濃度を低下させる化学的脱気法、インクを予め煮沸することによって溶存空気を析出させる煮沸脱気法、インクを予め真空容器内で減圧することによって溶存空気を析出させる方法、あるいは、空気透過性のある中空糸の外側を真空に保持し、中空糸内部にインクを流すことによってインク内の溶存空気を中空糸外部の真空側に透過移動させる方法などの真空脱気法がある。
【００２０】
真空脱気法は、インク内の溶存空気を除去するために負圧を利用するものであるが、大気相対負圧を利用するものであり絶対負圧に至ることはない。真空脱気法によらない上記した煮沸脱気法や化学的脱気法などでも、脱気中にインクが絶対負圧に至ることはない。しかし、これらの脱気インクの使用は、インクとインクジェットヘッド間の使用温度差に起因する過飽和溶存空気の析出防止としては有効である。
【００２１】
インクを連続的に吐出させたときに圧電部材の発熱による圧力室１１内の温度における飽和溶存空気量よりも十分低い溶存空気量にまで真空脱気したインクを用いた場合であっても、インクジェットヘッド１から連続的にインクを吐出させ画像を形成した時に、気泡発生に起因する連続的不吐出が発生することがあった。
【００２２】
気泡発生の他の原因として、圧力室１１内のインク圧力が絶対負圧のピーク時に、インク内のパーティクル等が核となってパーティクル内部またはその近傍からインク内の溶存空気が析出することが考えられる。この場合、インク室内温度での溶存空気が飽和空気量以下であっても、溶存空気が存在しさえすれば、連続的にインクを吐出するような絶対負圧の高速繰り返しによって初期気泡の発生およびその気泡の成長、さらに気泡が安定して存在することが起こりうる。すなわち、一度発生した気泡はインクへ再溶解して消滅することなくインク中に存在することがおこる。
【００２３】
脱気したインクを用いてインクジェットヘッドから連続的にインクを吐出させ不吐出発生の様子を観察すると、一旦ノズルからのインク不吐出が発生すると繰り返し駆動電圧印加を続ける限り不吐出状態が継続し、その駆動を停止すると約１秒の停止時間後の駆動再開時にはそのノズルからのインク吐出は回復していた。また、脱気してないインクで同様の観察を行った時には、一旦ノズルからのインク不吐出が発生すると駆動再開時にそのノズルからインク吐出が回復するまでに約１分以上の放置時間が必要であった。
【００２４】
この観察から、脱気したインクでも不吐出の発生を防止することができないことがわかった。このインク不吐出は、絶対負圧を含むインク内正負圧力の高速繰り返しによって、絶対負圧ピーク時に気泡が発生し、その気泡がインク内で以下に述べる整流拡散によって再び溶存することなく存在し続けるために起こると考えられる。また、整流拡散によって発生する気泡は、正負圧力の高速繰り返し駆動を続ける限り発生し続けるために、駆動を一旦停止しなければインク不吐出は回復しないと考えられる。
【００２５】
詳述すると、絶対負圧を含む正負圧力の高速繰り返しによって絶対負圧ピーク時にインク内で発生した気泡は、次の正圧ピークで消失することなく気泡体積（気泡直径）の増減を繰り返しながらある直径に成長し、それ以降は正負圧力の高速繰り返しに同期して直径を増減しながらも安定して存在し続けることが知られている。これを整流拡散と呼んでいる。また、駆動すなわちインク内正負圧力の高速繰り返しを停止した時点で、整流拡散も停止する。
【００２６】
このとき脱気したインクを使用した場合には、脱気していないインクよりも急速に発生気泡をインク中へ溶解し消滅させることがわかった。脱気したインクと脱気してないインクでは、前述したようにインク不吐出が発生した後の駆動再開時にそのノズルから正常にインク吐出するまでに要する時間が異なっていたのは、発生した気泡がインク中へ溶解して消滅するために要する時間が異なるためと思われる。ごくわずかな溶存空気でも含んでいる場合には、整流拡散は脱気インク中においても継続的に発生する。よって、従来の真空脱気法だけでは不完全である。
【００２７】
本発明は、脱気インクの使用によっても解決されない気泡起因の不吐出の防止に関するものであり、インクジェットヘッドの圧力室内に生じる絶対負圧またはそれ以上の（絶対値の）負圧発生要素をその圧力室の上流側に設けることによって、該インクジェットヘッドの圧力室内での気泡発生を予防しようとするものである。
【００２８】
インク顔料の凝集物がその内部に空気を内蔵していた場合、またはインク成分の凝集物が空気を溶存しているパーティクルを含んだインクを用いた場合、従来の相対負圧による真空脱気法では気泡析出を起こさず、絶対負圧の印加によってはじめて析出されることが考えられる。この場合、ある所定の絶対負圧の印加によって空気を析出したパーティクルは、それ以降にその大きさ以下の絶対負圧を印加させても再び空気を析出することはない。このことを利用することによってインク内に発生した絶対負圧によって起こる気泡の発生を防止することができる。
【００２９】
【実施例１】
第１図に本発明の実施例１の概略図を示す。インクジェットヘッド１において、インクはインク供給口１７、共通インク室１６、隔壁１２によって互いに分離された複数の圧力室１１（第１圧力室）、ノズル板１４に形成されたノズル１３を通して印刷用紙に向けて吐出する。共通インク室１６は、インジェットヘッドベース１０上に形成され、温度センサ２１（第２温度検出手段）は共通インク室１６の壁を構成する壁面上にインク温度を検出するために付設されている。インクを吐出させる圧力は、インク吐出用駆動信号発生回路２によって発生する駆動電圧パルスを各圧力室１１に対応して設けた圧電部材２０（第１圧電体）に選択的に印加することによって発生する。
【００３０】
インク供給手段１Ａは、インクジェットヘッド１と同じ原理に基づくインク圧出要素である。インクジェットヘッド１のインク供給口１７とインク受け４２間には、その接続部にあたる連通管４７を設け、インク受け４２に貯蔵されたインクがインクジェットヘッド１に供給される。インク受け４２内に貯蔵されるインク量は、インク面検出センサ４６によって所定量に保っている。インク受け４２上部の空隙部４８は、空気管４５を通じて負圧にたもたれ、インクジェットヘッド１が休止中もノズル１３からインクが漏れでないように制御している。インク供給手段１Ａから圧出されるインク滴４１Ａは、後述するインクタンクから供給されたインクがインク導入口１７Ａ、共通インク室１６Ａ、隔壁１２Ａによって区画された圧力室１１Ａ（第２圧力室）、ノズル１３Ａ（インク圧出口）を通して圧出されインク受け４２に貯蔵される。このとき、各圧力室１１Ａは圧電部材２０Ａ（第２圧電体）の動作により拡張収縮を繰り返し（負圧発生部）、圧力室１１Ａ内のインクに負圧が加えられ、溶存気体は気泡となる。
【００３１】
インク供給手段１Ａのインク滴４１Ａをインク受け４２へ圧出させる構成は、図１の紙面に対して垂直方向に複数の圧力室１１Ａを並設した構造である。ここでは、インク供給手段１Ａからインク滴４１Ａをインク受け４２に向けて飛翔させることを、インクの圧出と呼び、インクジェットヘッド１からインク滴を記録紙上に向けて飛翔させることをインクの吐出と呼ぶ。
【００３２】
第２図に本発明のインクジェット印刷装置概略図を示す。このインクジェット印刷装置は、印刷用紙１０４の用紙幅に対応するように千鳥状に複数配置したインクジェットヘッド１を有した構成になっている。この印刷装置は、用紙の搬送速度に合せた所定のタイミングで、印刷用紙１０４上に外部から受け取った画像データに従ってインクジェットヘッド１からインクを吐出しながら印刷する。連続印刷用紙１０４は、用紙搬送ローラ１０３と図示しないモータによって所定の搬送速度で給紙されている。各インクジェットヘッド１に供給するインクは、インク供給源（インクタンク１０１）からインク供給用ポンプ１０６によって、インクチューブを通してインク導入口１７Ａからインク供給手段１Ａに供給される。空気管４５には負圧調整装置１０２が接続され、インクジェットヘッド１からインクが漏洩しない程度の負圧をインク４３の液面、蓋４４とノズル板１４Ａによって囲まれた空隙部４８に加えている。
【００３３】
制御回路１００は、インクジェット印刷装置全体を制御する回路であり、インク圧出用駆動信号発生回路２Ａ、画像データに従ってインク吐出を制御するインク吐出用駆動信号発生回路２、インク面検出回路４、温度比較回路６を含み、温度比較回路６の比較結果に基づいてインク供給手段１Ａ内のインクを加熱する温度制御を行い、また印刷用紙１０４を所定速度で搬送させ、必要な印刷タイミングでインク吐出用駆動信号発生回路２を制御するようになっている。
【００３４】
インク供給手段１Ａへのインク導入は、インク供給源１０１からインク導入口１７Ａを通して行っている。導入されたインクは、共通インク室１６Ａ、圧力室１１Ａ、インク圧出口であるノズル１３Ａを通してインク滴４１Ａとして圧出され、インク受け４２内に貯蔵される。インク圧出口であるノズル１３Ａの大きさは、インク受け４２に供給する必要なインク量を送り出す大きさであれば、インクジェットヘッド１のノズル１３と異なる大きさにすることができる。例えば、インク供給手段１Ａのノズル１３Ａの径を大きくすれば、インク供給手段１Ａの圧力室１１Ａの数はインクジェットヘッド１の圧力室１１の数より少なくすることができる。
【００３５】
隔壁１２Ａによって隣接する圧力室と分離された各圧力室１１Ａの容積を拡張・収縮させインク滴４１Ａとして圧出させるために、圧力室１１Ａの一つの壁面は、振動板に圧電部材２０Ａを積層したアクチュエータによって構成され、圧電部材２０Ａに駆動信号発生回路２Ａからの電圧パルスを印加して変位するようになっている。
【００３６】
インク導入口１７Ａ、圧力室１１Ａ、インク圧出口１３Ａは重力方向で上から順に配置し、圧力室１１Ａ内で発生する気泡が浮力によって上方向へ押し上げられる。圧力室１１Ａ内で発生した気泡３１Ａが、圧力室の拡張収縮が停止したときに、浮力で矢印３２Ａ方向に上昇しインク供給手段上部から除去できるように、インク導入口１７Ａはインク圧出口１３Ａより上部に設けている。
【００３７】
この実施例ではインク供給手段１Ａはインクジェットヘッド１と同じ原理のインク圧出要素を使用したが、他の方式に基づくインク圧出要素であってももちろんよい。また、インク供給手段１Ａはインクジェットヘッド１と全く同じものを用いてもよい。
【００３８】
インク供給手段１Ａは、次の２点を満たす必要がある。（１）圧力室１１Ａ内でインクに発生する絶対負圧が、インクジェットヘッド１の圧力室１１内で発生する絶対負圧より、絶対値で大きいかもしくは等しい絶対負圧がインクに発生しインク圧出口１３Ａからインク滴４１Ａとして圧出できること。（２）インクジェットヘッド１が画像を形成するために消費するインク量に対して不足することなくインクを供給して印字を継続できること。
【００３９】
インクジェットヘッド１は、圧電部材２０にインクを所望な量吐出させることができる正負極性駆動電圧パルスを印加して、圧力室を拡張・収縮させインクを吐出する。その正負極性駆動電圧パルスの電圧振幅値には、駆動電圧によって発生する正圧が低くてインク吐出が不可能になる下限電圧と駆動電圧が高すぎてインク吐出が不安定になる上限電圧とがある。インクジェットヘッド１の駆動電圧は、製造品質（ばらつき）や印字品質等、他の性能も勘案して、通常この上下限電圧範囲内に設定される。本実施例では正負極性電圧パルスを用いているが、両極性電圧パルスに限定されないことはもちろんである。
【００４０】
インクジェットヘッド１と同じ構造のインク供給手段１Ａを用いた本実施例では、圧電部材２０Ａにインクジェットヘッド１の使用電圧よりも大きくかつ上限電圧以下の電圧振幅のパルスを印加することによって、インク供給手段１Ａはインク圧出口１３Ａを通してインク滴４１Ａとしてインク受け４２にインクを圧出する。この圧電部材２０Ａの駆動条件では、インク供給手段１Ａの圧力室１１Ａ内に発生する絶対負圧はインクジェットヘッド１の圧力室１１内に発生する絶対負圧よりも絶対値が大きな値となる。
【００４１】
インクジェットヘッド１と同一なインクジェットヘッドをインク供給手段１Ａとして使用する場合、インク供給手段１Ａのインク供給量はインクジェットヘッド１が画像を形成するために吐出したインク量と等しいか若しくはそれより多くする必要がある。そして、インクジェットヘッド１が画像を形成している途中でインク供給不足にならない程度に、インク供給手段１Ａはインクジェットヘッド１にインクを供給する必要がある。
【００４２】
インク供給手段１Ａから圧出されインク受け４２に蓄えられたインク４３は、連通管４７を通してインクジェットヘッド１に供給される。インク供給手段１Ａの複数並設されている圧力室１１Ａ内で発生させた絶対負圧によって溶存気体が気泡とならなかったインク４３は、それよりも低い絶対負圧のインクジェットヘッド１において再び溶存気体が気泡となることはない。よって、インクジェットヘッド１は絶対負圧の繰り返しによる気泡を発生せず、インク不吐出を発生することなく連続印字が可能になる。
【００４３】
以下、インク供給手段１Ａ内での気泡発生について詳述する。インク供給手段１Ａを連続駆動するとき、圧力室１１Ａ内の絶対負圧により、前記した理由によって圧力室１１Ａ内に気泡３１Ａが確率的に発生する。気泡３１Ａが発生した圧力室１１Ａは、駆動を続けてもインク滴４１Ａの圧出ができなくなるのでインク受け４２へのインク供給はできなくなる。このとき、圧力室１１Ａに対応して設けた圧電部材２０Ａの駆動を休止すると、気泡３１Ａは、インク導入口１７Ａがインク圧出口１３Ａより重力方向で上部にあるので、矢線３２Ａの方向に浮力によって上昇する。気泡３１Ａが圧力室１１Ａを上昇して共通インク室１６Ａに達した以降に、圧電部材２０Ａの駆動を再開すると、圧力室１１Ａからのインク圧出は再開される。すなわち、圧力室１１Ａ内に気泡３１Ａが浮遊している間はインク圧出ができず、気泡３１Ａが共通インク室１６Ａに達したときに、インク圧出が可能となる。
【００４４】
実施例の諸元の場合、再開ができるまでの時間は約１分であった。圧電部材２０Ａの駆動を再開した場合でも、共通インク室１６Ａ内に入った気泡３１Ａは浮力によって上昇を続けるので、再び圧力室１１Ａに戻ることはない。圧電部材２０Ａの再駆動によるインク滴４１Ａの圧出によって、共通インク室１６Ａ内のインクは下方に向けてインク流を生じるが、実施例の諸元では、気泡が再び圧力室１１Ａに戻ることはなかった。
【００４５】
インク供給手段１Ａにインクを導入する前に予め脱気したインクを用いた場合は、気泡３１Ａが発生した圧力室１１Ａに設けた圧電部材２０Ａの駆動を停止後、気泡３１Ａが共通インク室１６Ａに到達しなくても、短時間の休止で駆動を再開することができる。脱気したインク中で発生した気泡は、短時間でインクに溶解・消滅するので、脱気していないインクに比べ短時間でインク供給手段１Ａの駆動を再開することが可能である。実施例の諸元の場合、真空脱気したインク使用時のこの時間は約１秒以下であった。
【００４６】
インク供給手段１Ａの駆動休止時刻および駆動休止時間の設定は、予めインクジェットヘッド１でのインク消費量を考慮してインク供給不足を起こさない程度に所定の頻度と所定の気泡排出時間とする。予め設定した駆動休止時刻および駆動休止時間にしたがって、駆動信号発生回路２Ａは、インク供給手段１Ａが所定量のインクをインクジェットヘッド１に供給するように圧力室１１Ａでの圧力発生を間欠的に制御している。インク供給とインク供給の休止を間欠的に動作させることにより、簡単な制御で気泡を除去したインクを供給することができる。たとえば、複数の圧力室を有するインク供給手段１Ａ中の半数の圧力室１１Ａと残りの圧力室１１Ａを分けて動作させ、それぞれのインク供給とインク供給の休止期間が、タイミングをずらして駆動することにより、インクジェットヘッド１へ気泡のないインクを連続的に供給することが可能である。
【００４７】
圧力室１１Ａの個数は、インク供給手段１Ａがインクジェットヘッド１と同一である本実施例は圧力室１１の個数と同一であるが、インク供給手段１Ａの圧出できない確率が低い場合には、その確率に合せて圧力室１１Ａの個数を減らすことが可能である。なぜなら、インク供給手段１Ａの圧力室１１Ａは全てのインク圧出口１３Ａからインクを圧出させ続けることができるが、インクジェットヘッド１は画像データに従ってインクを吐出し、全てのノズル１３から連続吐出するような画像データは比較的少ないからである。
【００４８】
インク供給手段１Ａの絶対負圧値は、圧力室１１Ａを駆動する圧電体２０Ａの駆動電圧、パルス幅（立ち上り部、立下り部）などで設定可能であり、さらにインクジェットヘッド１の不吐出発生の確率を考慮して設定することができる。実施例におけるインクジェットヘッド１の不吐出発生の確率は約１時間に圧力室１個以下であり、インク供給手段１Ａにおける絶対負圧による気泡発生確率はそれよりも少し高い程度である。このように設定することによって、インク供給手段１Ａ内で絶対負圧による気泡を発生させ、それを除去したインクを、インクジェットヘッド１Ａに供給することが可能である。
【００４９】
実施例のインクジェット印刷装置において、インクはその運転の最初期にインク供給源１０１からインク供給手段１Ａのノズル１３Ａまでの間、インク加圧ポンプ１０６で充填される。このとき、ノズル１３Ａからインク受け４２にインクが供給される。これをノズル１３Ａからのインク流出と呼ぶことにする。インク流出量は最小限にとどめ、インク供給源１０１からインク供給手段１Ａのノズル１３Ａまでインクが充填した後、インク受け４２へのインク供給はインク供給手段１Ａの駆動条件でのインク圧出によって行う。このとき、インクジェットヘッド１内のノズル１３からインクが漏れ出ないようにノズル１３をキャップ（図示せず）で塞ぎ、インク圧出によってインク受け４２内にインクが所定量溜まった後、全ノズル１３を外部から吸引して全圧力室１１内にインクを充填する。
【００５０】
その後、インクジェットヘッド１は連続的にインク吐出を行い、その間にインク供給手段１Ａは、所定時間インク圧出を行い所定時間インク圧出を休止するという動作を繰り返す。例えばインク供給手段１Ａは、１０分間インク供給した後２分間休止し、この時間間隔を交互に繰り返す。インク供給手段１Ａにおいて、気泡が発生しなかった時の休止時間は無駄な休止時間であるが、気泡が発生した駆動時間後の休止時間では気泡が共通インク室１６Ａまで上昇するために十分な時間であった。予め脱気したインクを使う場合には、前述したようにもっと短い休止時間でよい。
【００５１】
言いかえれば、インク圧出できないノズル１３Ａを回復させるためにインク供給手段１Ａからのインク圧出を停止している間も、インクジェットヘッド１は印字信号に従って連続的に印刷することができる。印字信号は、罫線印字のように１つのノズルだけが連続的にインクを吐出する場合も、写真印字のように複数のノズルからインクを吐出する場合も含んでいる。しかし、これらの場合であっても、全ノズルから連続してインクを吐出させることは少ないので、インク供給手段１Ａが停止している時間が短ければ、インクジェットヘッド１でのインク供給不足が発生することなく、連続的に印刷することが可能である。
【００５２】
本実施例ではさらに、インク受け４２内に圧出されたインクを所定量に維持するように制御している。インクジェットヘッド１への初期のインク供給量、および連続駆動中のインクジェットヘッド１へのインク供給量監視のためのインク面検出センサ４６とインク面検出回路４によってインク受け４２内に溜まるインク量を検出し、所定量になるように駆動信号発生回路２Ａがインク圧出量を制御している。
【００５３】
インク溜まり量を検出するために、インク面検出センサ４６は２位置を検出できる方式を用いている。検出下限面はインクジェットヘッド１への初期充填した位置であり、検出上限面はインク供給手段１Ａのノズル１３Ａとインク受け４２に溜まるインク液面との最適距離となる位置である。インク面検出センサ４６は、２つの電極間でのインクの有無による容量変化を検出するもの、インク受け４２のインク面検出部が透明なものであればＣＣＤを用いた光学的に検出するものなどがある。
【００５４】
インク受け４２のインク４３の液面がノズル１３Ａにあまり接近すると、インク滴４１Ａがインク受け４２のインク４３の表面に衝突した時に、インク滴の跳ね返りが起こりノズル板１４Ａ面が濡れてしまう。ノズル板１４Ａ表面には撥インク膜が形成されているが、跳ね返りインクがたくさん溜まったときには、撥インク面としての機能が発揮できなくなる。そこで、インク受け４２内のインク量が検出上限面よりも上になった場合は、絶対負圧起因の気泡を逃がすための休止に優先して、圧力室１１Ａの駆動が停止するようになっている。
【００５５】
インク面検出センサ４６によって検出されたインク４３の液面、インク受け４２、空気管４５、蓋４４とノズル板１４Ａで囲まれる領域に、空隙部４８ができる。インク供給手段から圧出されたインク滴４１Ａは、この空隙部４８を通ってインク受け４２に溜まり、インク供給口１７を介してインクジェットヘッド１へ供給される。空隙部４８を設けているのは、インク４３がノズル１３Ａに接触して圧力室１１Ａとインク受け４２間がインクで連通してしまうと、気泡のない正常な圧力室１１Ａを駆動しても圧力室１１Ａからインクが圧出（移動）し難くなるからである。また、後述するように空気管４５を介して空隙部４８に所定の負圧を発生させ、インクジェットヘッド１内のインクがノズル１３から流出しないようにしている。
【００５６】
空気管４５は、所定の動作を終了した後は、空隙部４８に負圧を加えるように、負圧調整装置１０２に接続されている。負圧調整装置１０２は、制御回路１００によって、必要な圧力に調整可能な真空ポンプである。この負圧の大きさは、インクジェットヘッド１のインクを吐出していないノズル１３からインクが漏れでない程度の大きさで、かつインク供給手段１Ａが圧電部材２０Ａを駆動していないときにノズル１３Ａからインクが漏れでない程度の大きさに調整している。いいかえれば、インクジェットヘッド１が待機状態のときに、空隙部４８が大気圧になった場合インクジェットヘッド１中のインクが重力によってノズル１３から流れ出てしまうので、所定の負圧を加えてインクがインクジェットヘッド１内に保持されるようにしている。また、インクジェットヘッド１外部の気圧変動が発生しても、空隙部４８を介して負圧調整しているので、インクジェットヘッド１からインクが流出するのを防止することができる。
【００５７】
本実施例では、インクとインクジェットヘッド間の温度差による溶存空気の析出を防止するために、インク供給手段１Ａ内のインク温度が、インクジェットヘッド１内のインク温度に比較して、高くなるように設定している。インクジェットヘッド１内の温度センサ２１（第２温度検出手段）とインク供給手段１Ａ内の温度センサ２１Ａ（第１温度検出手段）の温度を温度比較回路６によって比較し、制御回路１００がインク供給手段に設けたインク加熱ヒータ２２Ａで所定の温度差を発生するように制御している。前述したように、気泡発生はインク温度に依存して、温度が高い方が発生する可能性が高い、インク供給手段１Ａ内のインク温度をインクジェットヘッド１内のインク温度より高い温度に設定することによって、インク供給手段１Ａで気泡が発生し、インクジェットヘッド１内では気泡がより発生し難くすることができる。
【００５８】
【実施例２】
図３は実施例２の概略図を示している。絶対負圧を原因とする気泡発生によるインク滴の圧出ができなくなったノズル１３Ａを検出するために、インク受け４２は、インク滴４１Ａを光学的に検出する装置（光センサ）を備えている。この光学的検出装置は、光源５１と光検出器５３とを対向して配置した構成であり、ノズル１３Ａから圧出されたインク滴４１Ａが光源５１と光検出器５３との対向した空間を飛翔し、光源５１からの光を遮断したかどうかを検出するものである。光源５１から射出される平行光線５２は、インク圧出が正常な場合、駆動信号発生回路２Ａの駆動電圧パルスに同期した圧出周波数毎にインク滴４１によって遮断され、光検出器５３には断続的に到達する。一方、インクが圧出できなくなると、平行光線５２は連続的に光検出器５３に到達し続ける。よって、この差異をインク滴検出手段５により判別することによって、圧出できなかったノズル１３Ａを検出する。
【００５９】
複数の光センサを複数の圧力室１１Ａに対応して設けると、インク圧出できなくなった圧力室１１Ａを特定できるので、その圧力室１１Ａのみの駆動を休止することができる。インク圧出できない圧力室１１Ａのみを休止することにより、他の圧力室１１Ａからは連続してインクを圧出でき、インクジェットヘッド１へのインク供給がより安定して行える。また、複数の圧力室１１Ａに対して一つの光センサを設けた場合でも、インク供給手段１Ａの各圧力室１１Ａから順次インク滴４１Ａを圧出させ、そのインク滴４１Ａが光遮断したかを各圧力室１１Ａに対応して検出することにより、インク圧出できなくなった圧力室１１Ａを検出することが可能である。検出されたインク圧出ができなくなった圧力室１１Ａは、気泡が除去される時間だけ休止すればよい。これにより、複数の検出器を用いず一つの検出器でインク圧出ができなくなったことを検出できる。
【００６０】
この場合、インク面検出センサ４６と併用することによりインクジェットヘッド１へのインク供給不足を発生することなく、インク圧出できなくなったノズルが発生したときのみインク供給手段１Ａを休止するので、インク供給手段１Ａを最大限効率よく利用することができる。もちろん、インク供給手段１Ａを短時間休止していても、インクジェットヘッド１はインク受け４２に溜まったインクにより連続的に印字を続けることができる。
【００６１】
【実施例３】
図４は実施例３の概略図を示している。インク供給手段１Ｂは、インク供給手段１Ａと同じものであり、両者を併置した構成である。インク導入口１７Ａおよびインク導入口１７Ｂは、共通インク導入口６１に接続し、インク供給手段１Ａとインク供給手段１Ｂに同時にインク導入できるようになっている。１３Ｂは１３Ａに対応するインク圧出口、２０Ｂは２０Ａに対応する圧電部材、２１Ｂは２１Ａに対応する温度センサ、２Ｂは２Ａに対応する駆動信号発生回路である。この二つのインク供給手段を併置することによって、例えばインク供給手段１Ａ、１Ｂの圧力室がそれぞれ１つもしくは数個である小型のインク供給手段を実現できる。２つのインク供給手段１Ａ，１Ｂを１つのインクジェットヘッド１に繋ぎ、それぞれ独立にインク圧出することによって、一方のインク供給手段が気泡発生によって圧出できなくなった場合でも両方同時にインク圧出できなくなる可能性は低いので、他方が連続的にインク圧出しインクジェットヘッド１へインクを供給することができる。
【００６２】
駆動信号発生回路２Ａ、２Ｂを１つの駆動信号発生回路手段として、インク供給手段１Ａ、１Ｂに共通に用いて、信号のみ分岐して使うこともできる。これにより、インクジェットヘッド１と同じ大きさのインク供給手段１Ａを用いるより、インク供給手段の小型化が図れ製造価格の低減になるとともに、４色のシアン、マゼンタ、イエロー、ブラックインクを用いるカラーインクジェット印刷装置を構成しても、装置全体の小型化を図ることができる。
【００６３】
なお、図１（または図４）において、インク供給手段１Ａ（またはインク供給手段１Ａ、１Ｂ）の圧力室１１Ａ（または圧力室１１Ａ、１１Ｂ）内に発生した気泡を浮力によって上昇させるためには、インク供給手段１Ａ（またはインク供給手段１Ａ、１Ｂ）の圧力室長手軸方向を重力方向において垂直に固定する必要がある。これらの実施例では、インクジェットヘッド１が、インク吐出方向も重力方向になるように配置されている。しかし、連通管４７を例えば可撓性チューブ等にすることによって、インクジェットヘッド１のインク吐出方向は重力方向に制限されずに自由設計でき、水平方向にもあるいは傾斜した方向にインク吐出させることができる。
【００６４】
なお、図５に例示したインクジェットヘッド方式は、本発明を説明するために例示したものであり、他の方式のインクジェットヘッドに対しても本発明が有効であることはいうまでもない。
【００６５】
【発明の効果】
本発明によれば、インクジェットヘッドへのインク供給手段の圧力室内において予め積極的に気泡を発生させて、溶存空気の少ないインクをインクジェットヘッドに供給することによって、気泡起因によるインクジェットヘッドの連続的不吐出の発生確率を減少することができる。また、インクの状態に係わらず気泡起因による連続的不吐出の発生確率を減少することができるので、インク製造時の溶存気体の除去工程を簡易にさせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の動作原理を説明する断面概略図
【図２】本発明のインクジェット印刷装置概要図
【図３】本発明の実施例２の構成を説明する断面概略図
【図４】本発明の実施例３の構成を説明する断面概略図
【図５】インクジェットヘッドの従来例の構成を説明する断面概略図
【図６】インクジェットヘッドの従来例の構成を説明する断面概略図
【図７】インクジェットヘッドの従来例の構成を説明する断面概略図
【符号の説明】
１インクジェットヘッド
１Ａインク供給手段
１１圧力室（第１圧力室）
１１Ａ圧力室（第２圧力室）
１３ノズル
１７インク供給口
１７Ａインク導入口
２０圧電部材（第１圧電体）
２０Ａ圧電部材（第２圧電体）
２１温度センサ（第２温度検出手段）
２１Ａ温度センサ（第１温度検出手段）
２２Ａ加熱手段
４２インク受け（インク受け部）
４７接続部
４８空隙部
１０２負圧調整装置

Claims

インク供給口から供給されるインクに圧力を印加してノズルから前記インクを吐出させるインクジェットヘッドと、前記インク供給口に前記インクを供給するインク供給手段とを有し、前記ノズルから前記インクを吐出させて記録媒体に印刷を行うインクジェット印刷装置において、
前記インク供給手段は、前記インクに負圧を印加させる負圧発生部を有し、前記負圧発生部は前記インクジェットヘッド内で発生する負圧と絶対値でそれ以上の負圧を前記インク供給手段内の前記インクに印加させるように制御したことを特徴とするインクジェット印刷装置。
前記インク供給手段によるインク供給を前記インクジェットヘッドの前記インク供給口に対し空隙部を介して行うことを特徴とする請求項１記載のインクジェット印刷装置。
前記インク供給手段を間欠的に駆動制御する制御手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のインクジェット印刷装置。
前記インク供給手段内のインク温度を検出する第１温度検出手段と、前記インクジェットヘッド内のインク温度を検出する第２温度検出手段と、前記インク供給手段内のインクを加熱する加熱手段とを設け、前記第１温度検出手段と前記第２温度検出手段との検出結果に基づいて、前記インク供給手段内のインク温度を前記インクジェットヘッド内のインク温度より高くするように前記加熱手段を制御することを特徴とする請求項１記載のインクジェット印刷装置。
前記インク供給手段を複数個備え、それぞれのインク供給手段が独立して駆動可能としたことを特徴とする請求項１記載のインクジェット印刷装置。
インク供給口と、複数の第１圧力室と、前記複数の第１圧力室に対応して設けられた複数のノズルと、前記複数の第１圧力室に対応して設けられ前記第１圧力室のインクに圧力を印加することで前記ノズルから前記インクを吐出させるための複数の第１圧電体とからなるインクジェットヘッドと、前記インクジェットヘッドの前記インク供給口から前記インクを供給するインク供給手段とを有し、前記複数のノズルから前記インクを吐出させて記録媒体に印刷を行うインクジェット印刷装置において、
前記インク供給手段は、インク導入口と、少なくとも一つの第２圧力室と、前記第２圧力室に対応して設けられた少なくとも一つのインク圧出口と、前記第２圧力室に対応して設けられ前記第２圧力室の前記インクに圧力を印加することで前記インク圧出口から前記インクを圧出させるための少なくとも一つの第２圧電体とからなり、前記第２圧力室の前記インクに印加する負圧の絶対値は、前記第１圧力室で前記インクに印加する負圧の絶対値以上であることを特徴とするインクジェット印刷装置。
前記インクジェットヘッドと前記インク供給手段との間に、前記インク圧出口から空隙部を通って圧出された前記インクを貯留するインク受け部と、前記インク受け部から前記インク供給口へ前記インクを供給する接続部とを有し、前記空隙部は前記インクジェットヘッドが待機状態のときに、前記インクジェットヘッド内に前記インクを保持する負圧を発生させる負圧調整装置に接続していることを特徴とする請求項６記載のインクジェット印刷装置。
前記インク導入口は重力方向で前記インク圧出口より上部に設けたことを特徴とする請求項６または７記載のインクジェット印刷装置。
前記インク供給手段からのインク供給を停止しているときも、インクジェットヘッドの少なくとも１つのノズルから前記インクを吐出することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項記載のインクジェット印刷装置。