JP2007090639A - インクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】適切なインクの排出量を得られるインクジェット記録装置を得る。
【解決手段】ポンプ１２を駆動したときのインクにかかる圧力を検出する圧力センサ１６を備え、圧力センサ１６により検出されるインクにかかる圧力に応じてポンプ１２の駆動量を制御して、目標量のインクを排出するパージ制御処理（Ｓ１００）を実行する。パージ制御処理（Ｓ１００）では、ポンプ１２を駆動して（Ｓ１３０）、圧力センサ１２により検出されるインクにかかる圧力の変化量に応じて、ポンプ１２を予め設定された駆動量に基づいて制御する（Ｓ１６０〜Ｓ２００）。
【選択図】 図６

Description

本発明は、記録媒体にインク滴を吐出して記録を行うインクジェット記録装置に関する。

従来より、インクジェット記録装置のインクは、染料等を水や溶剤等に溶解して形成されており、インクはノズルにおいて直接空気と接触し、蒸発によりインクの粘度が上昇する。インクの粘度上昇は、吐出不良等を招くため、ノズルから所定量のインクを吐出するパージ処理を実行するようにしている。

また、蒸発によるインク粘度の上昇は、温度や湿度の影響を大きく受けることから、特許文献１にあるように、温度センサや湿度センサにより検出されたインクジェット記録装置近傍の温度及び湿度に基づいて、雰囲気温度及び雰囲気湿度に対するパージ処理の実行間隔のテーブルから、パージ処理実行間隔を読み出して、読み出した実行間隔に基づいてパージ処理を記録中に実行するようにしたものが知られている。
特開平７−２５６８９０号公報

しかしながら、こうした従来のものでは、温度や湿度に応じてパージ処理の実行間隔を変えているが、温度や湿度に応じてインク粘度が異なる。そのため、パージ処理の際に、ポンプを一定の駆動条件で駆動すると、インク粘度が異なるために、１回当たりのインクの排出量がばらついてしまい、正確なインクの排出量が得られないという問題があった。

例えば、ポンプを一定時間、一定回転数で駆動すると、インクの粘度が低いときには、インクの排出量は多くなり、インクの粘度が高いときには、インクの排出量は少なくなる。インクの排出量が多いと、インクの無駄になり、インクの排出量が少ないと吐出不良を招いてしまう。吐出不良を招かないように、インクの排出量が十分確保できるようにすると、インクの無駄な排出量が多くなってしまうという問題があった。

また、インクカートリッジからノズルまでの流路抵抗には、インクジェット記録装置の機器毎にばらつきがあり、機器に関わりなくポンプを一定の駆動条件で駆動する際、インクの排出量不足とならないようにするために、必要な排出量よりも多めに排出するようにしているので、インクを無駄に排出してしまうという問題があった。

本発明の課題は、適切なインクの排出量を得られるインクジェット記録装置を提供することにある。

かかる課題を達成すべく、本発明は課題を解決するため次の手段を取った。即ち、インクをノズルから吐出して記録を行なう記録ヘッドと、前記記録ヘッドを通して前記インクを排出させるポンプと、を備えたインクジェット記録装置において、前記ポンプを駆動したときの前記インクにかかる圧力を検出する圧力センサと、前記圧力センサにより検出される前記インクにかかる圧力に応じて前記ポンプの駆動量を制御して、目標量の前記インクを排出するパージ制御手段とを備えたことを特徴とするインクジェット記録装置がそれである。

前記ポンプは前記ノズルを覆うキャップを介して前記ノズルからインクを吸引し、また、前記圧力センサは前記キャップと前記ポンプとの間の前記インクにかかる圧力を検出する構成でもよい。あるいは、前記ポンプは前記インクを加圧して前記記録ヘッドを通して前記インクを排出し、また、前記圧力センサは前記ノズルと前記ポンプとの間の前記インクにかかる圧力を検出する構成でもよい。前記ポンプはチューブポンプ、あるいは、ピストンポンプであってもよい。

前記パージ制御手段は、前記ポンプを駆動して、前記圧力センサにより検出される前記インクにかかる圧力の変化量に応じて、前記ポンプを予め設定された駆動量に基づいて制御する構成でもよい。その際、前記パージ制御手段は、前記インクにかかる圧力の変化量と前記ポンプの駆動量との関係をテーブルとして記憶した構成としてもよい。あるいは、前記パージ制御手段は、前記インクにかかる圧力の変化量と前記ポンプの駆動量との関係を算出式として記憶した構成としてもよい。

本発明のインクジェット記録装置は、圧力センサにより検出されるインクにかかる圧力に応じて、ポンプの駆動量を制御して、インク粘度や流路抵抗の違いに関わらず、目標量のインクを排出するので、正確なインクの排出量を得られるという効果を奏する。

また、ポンプがキャップを介してノズルからインクを吸引するものでは、圧力センサがキャップとポンプとの間のインクにかかる圧力を検出することにより、インク粘度や流路抵抗の違いに応じた正確な圧力を検出できる。更に、ポンプがインクを加圧して記録ヘッドを通してインクを排出するものでは、圧力センサがノズルとポンプとの間のインクにかかる圧力を検出することにより、インク粘度や流路抵抗の違いに応じた正確な圧力を検出できる。

ポンプを駆動して、圧力センサにより検出されるインクにかかる圧力の変化量に応じて、ポンプを予め設定された駆動量に基づいて制御することにより、正確なインクの排出量を得られる。

以下本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態としてのインクジェット記録装置の主要部を示す概略構成図である。図２は本実施形態のインクジェット記録装置の主要部のブロック図である。

図１に示すように、記録ヘッド１には、ノズル２が形成されており、本実施形態の記録ヘッド１は圧電素子３を駆動して、インク滴をノズル２から吐出するものである。記録ヘッド１を往復移動させることにより、図示しない記録媒体に記録を行うことができる。尚、記録ヘッド１は、圧電素子３を用いたものに限らず、電気熱変換素子等を用いてインク滴をノズル２から吐出するものでもよい。

記録ヘッド１には、供給流路４を介してインクカートリッジ６が接続されており、インクカートリッジ６からインクが記録ヘッド１のバッファタンク５に供給される。バッファタンク５とマニホールド７とがフィルタ９を介して接続されており、バッファタンク５内のインクがフィルタ９を通ってマニホールド７に供給され、マニホールド７を介してノズル２からインク滴が吐出される。

記録ヘッド１がホームポジションに移動された際に、記録ヘッド１と対向するキャップ８が設けられており、キャップ８はホームポジションに移動された記録ヘッド１のノズル２を覆うように配置されている。

キャップ８には、排出流路１０の一端が接続されており、排出流路１０の他端は、ポンプ１２の吸入側に接続されている。本実施形態では、ポンプ１２にはチューブポンプを用いているが、これに限らず、ピストンポンプであってもよい。

ポンプ１２はモータ１４により駆動されるように接続されており、ポンプ１２はキャップ８及び排出流路１０を介して吸入したインク等を図示しない排出部に排出する。排出流路１０には、排出流路１０内のインクにかかる圧力を検出する圧力センサ１６が接続されている。

また、図２に示すように、モータ１４にはモータ制御器１８が接続されており、モータ１４はモータ制御器１８からの駆動信号に応じて駆動が制御される。モータ制御器１８には演算器２０が接続されており、演算器２０には更に駆動量記憶器２２及びデータ蓄積器２４が接続されている。

本実施形態では、モータ１４にステップモータを用いており、モータ制御器１８から出力されるパルス信号に応じて、モータ１４の回転速度や回転量を制御できる構成である。モータ１４に直流モータ等を用いた場合には、モータ１４の回転角度を検出する回転角度センサを設けて、モータ１４の回転速度や回転角度を制御できるように構成すればよい。

演算器２０は、後述する予め設定された手順に応じて、データ蓄積器２４に蓄積されたデータに基づいて、駆動量記憶器２２に記憶された駆動量を演算し、演算した駆動量に応じた制御信号をモータ制御器１８に出力する。

データ蓄積器２４には、圧力センサ１６がアナログ／デジタル変換器２６（以下、Ａ／Ｄ変換器２６という）を介して接続されており、圧力センサ１６により検出された圧力信号がＡ／Ｄ変換器２６によりアナログ信号からデジタル信号に変換されてデータ蓄積器２４に送信されて、データ蓄積器２４に蓄積される。

駆動量記憶器２２には、圧力センサ１６により検出されるインクにかかる圧力に応じた圧力変化量と、これに対応する駆動量とが記憶されている。圧力変化量は、圧力センサ１６により検出される圧力の単位時間当たりの圧力変化量である。駆動量はポンプ１２の回転量であり、本実施形態では、ポンプ１２を何回転させるかを示す値である。モータ１４にステップモータを用いた場合には、ポンプ１２の駆動量はモータ制御器１８からモータ１４に出力するパルス数に比例する。

図３は本実施形態のインクジェット記録装置における、横軸に時間を縦軸に圧力センサ１６により検出される圧力を示す圧力特性のグラフである。縦軸のインクにかかる圧力は、負圧が大きくなるほど縦軸の上側となるように示している。尚、そのときの周囲温度は３５℃である。図３に示すように、ポンプ１２を駆動すると、圧力センサ１６により検出されるインク圧力は０から徐々に負圧が大きくなり、ある時間が経過するとほぼ一定の負圧で定常状態になる。

図４は、図３と同様、本実施形態のインクジェット記録装置における、横軸に時間を縦軸に圧力センサ１６により検出される圧力を示し、周囲温度の違いをパラメータとして、ポンプ１２を駆動した初期の圧力変化を示すグラフである。周囲温度が３５℃のときの圧力変化を実線で示し、周囲温度が１０℃のときの圧力変化を破線で示している。

図４に示すように、周囲温度が３５℃のときの圧力変化を実線で示す直線により近似すると、周囲温度が３５℃のときの圧力変化量（直線の傾き）は単位時間（秒）当たり１５７．２であった。周囲温度が１０℃のときの圧力変化を破線で示す直線により近似すると、周囲温度が１０℃のときの圧力変化量（直線の傾き）は単位時間（秒）当たり１８６．７７であった。この周囲温度の違いによる圧力変化量（直線の傾き）の違いは、インクの粘度の違いに基づくものであり、周囲温度が高いほど、圧力変化量も小さくなり、周囲温度と圧力変化量とは比例する。

図５は、流路抵抗が異なるインクジェット記録装置Ａ，Ｂについて、他の条件を同じにしてそれぞれ測定した、横軸に時間を縦軸に圧力センサ１６により検出される圧力を示す圧力特性のグラフである。一方のインクジェット記録装置Ａの圧力変化を実線で示し、他方のインクジェット記録装置Ｂの圧力変化を破線で示す。

一方のインクジェット記録装置Ａの圧力変化を実線で示す直線により近似すると、インクジェット記録装置Ａの圧力変化量（直線の傾き）は単位時間（秒）当たり１３８．７８であった。他方のインクジェット記録装置Ｂの圧力変化を破線で示す直線により近似すると、インクジェット記録装置Ｂの圧力変化量（直線の傾き）は単位時間（秒）当たり１５７．２であった。これは、両インクジェット記録装置Ａ，Ｂの流路抵抗の違いによるものであり、流路抵抗と圧力変化量とは比例する。

そこで、本実施形態では、ある１台のインクジェット記録装置について、実験により、モータ１４を一定速度で駆動して、周囲温度や湿度が異なるときの単位時間当たりの圧力変化量と、そのときのポンプ１２の１回転当たりのインクの吐出量を単位パージ量として測定した。この測定結果に基づいて、圧力変化量と単位パージ量との関係を、表１に示すように、本実施形態では、負圧のインク圧力の圧力変化量を１００ｋｐａから２０ｋｐａ毎に、７段階の単位パージ量に区分した。

そして、下記式が成立するように、ポンプ１２の駆動量を制御すれば、目標量のインクをポンプ１２を介して排出させることができる。
目標量＝単位パージ量×ポンプ１２の駆動量
表１では、全ての段階で、目標量を１００ｍｌとなるように、ポンプ１２の駆動量を決定している。駆動量記憶器２２には、単位パージ量を記憶させる必要はなく、本実施形態では、単位時間当たりの圧力変化量と駆動量とを７段階に区分したテーブルとして記憶している。尚、テーブルとして記憶する場合に限らず、算出式として、例えば、圧力変化量に応じて、単位パージ量と目標量とから駆動量を算出する算出式として記憶してもよい。また、目標量は全ての段階で一定量とする必要はなく、圧力変化量に応じて変えるようにしてもよい。

圧力変化量と単位パージ量との関係は、予め実験により決定され、インクジェット記録装置の機種等が異なる場合には、それぞれについて周囲温度や湿度を変えて予め実験により設定する。例えば、供給流路４の長さが異なる場合や、記録ヘッド１の構造や大きさが異なる場合には、流路抵抗が異なるので、それぞれについて周囲温度や湿度を変えて圧力変化量と駆動量との関係を示すテーブルが駆動量記憶器２２に記憶される。

本実施形態では、ポンプ１２を駆動して、キャップ８から排出流路１０を介してインクを吸入すると、排出流路１０内の圧力は負圧になる。圧力センサ１６はこの負圧を検出するが、検出されるインクにかかる圧力は供給流路４や記録ヘッド１の流路抵抗及びインクの粘度等によって変化する。流路抵抗は供給流路４の長さや流路断面積、及び記録ヘッド１の構造や大きさ等によって変わり、インクの粘度は周囲の温度や湿度によって変わる。前述した表１の圧力変化量と駆動量との関係には、流路抵抗の違いと周囲温度や湿度の違いも加味されている。

次に、前述した本実施形態のインクジェット記録装置の演算器２０において行われるパージ制御手段としてのパージ制御処理について説明する。図６は、演算器２０において行われるパージ制御処理の一例を示すフローチャートである。

パージ処理を実行する際には、記録ヘッド１は、図１に示すように、ホームポジションに移動されて、キャップ８により記録ヘッド１のノズル２が覆われる。そして、図６に示すように、本パージ制御処理（ステップ１００、以下Ｓ１００という。以下同様。）が実行されて、まず、モータ１４の駆動量パルスカウンターをリセットする（Ｓ１１０）。

次に、データ蓄積器２４に記憶されている圧力センサ１６の旧検出値をリセットしてから（Ｓ１２０）、ポンプ１２を駆動するモータ１４の駆動を開始する（Ｓ１３０）。本実施形態では、モータ１４にステップモータを用いており、モータ制御器１８からモータ１４に一定周波数の駆動パルスが出力されて、モータ１４が一定速度で回転される。

続いて、モータ１４の駆動開始からの駆動パルス数のカウントを駆動パルスカウンターにより開始する（Ｓ１４０）。一定周波数の駆動パルスが出力されるので、そのカウント値は時間に比例する。そして、モータ１４の駆動開始からの圧力センサ１６によるインクにかかる圧力の検出を開始する（Ｓ１５０）。本実施形態では、圧力センサ１６による圧力の検出は、モータ１４に出力される駆動パルスと同期させている。

次に、圧力変化量の演算処理を実行する（Ｓ１６０）。圧力変化量は、モータ１４によりポンプ１２の駆動を開始した初期の期間での圧力センサ１６により検出される圧力に応じて算出される。本実施形態では、駆動パルスカウンターによりカウントされるパルス数が時間に比例するので、このパルス数のカウント値が所定値になったときの圧力センサ１６により検出される圧力の差により、単位時間当たりの圧力変化量を演算している。例えば、駆動開始初期のあるパルス数のときの圧力と、そのときからカウントして所定値となったパルス数のときの圧力とから単位時間当たりの圧力変化量を演算する。

続いて、演算した圧力変化量からモータ１４の駆動量を判定する（Ｓ１７０）。モータ１４の駆動量は、前述した表１のテーブルが駆動量記憶器２２に記憶されており、演算器２０がＳ１５０の処理により演算した圧力変化量に対応するポンプ１２の駆動量を駆動量記憶器２２から読み出す。例えば、演算した圧力変化量が１４８であるときには、ポンプ１２の駆動量は２５．１と決定される。

そして、このポンプ１２の駆動量から、モータ１４に出力される駆動パルス数を算出する（Ｓ１８０）。算出するパルス数は、このポンプ１２の駆動量を得るために、この駆動量に相当したモータ１４の総回転角度を得るために、モータ１４を駆動するための駆動パルス数である。

次に、駆動パルスカウンターの値が、この算出した駆動パルス数となったか否かを判断し（Ｓ１９０）、駆動パルス数となっていないときには（Ｓ１９０：ＮＯ）、Ｓ１９０の処理を繰り返し、駆動パルスカウンターの値が、この算出した駆動パルス数となったときには（Ｓ１９０：ＹＥＳ）、モータ１４の駆動を停止して（Ｓ２００）、本パージ制御処理を終了する。

よって、ポンプ１２が圧力変化量に応じた駆動量で駆動されて、ノズル２から目標量（＝単位パージ量×ポンプ１２の駆動量）のインクがキャップ８に吐出され、排出流路１０、ポンプ１２を介して排出される。

このように、モータ１４の駆動初期に圧力センサ１６が排出流路１０のインクにかかる圧力を検出し、所定時間間隔で検出した圧力に応じて圧力変化量を算出する。そして、この圧力変化量に基づいて、ポンプ１２の駆動量を求め、この駆動量でポンプ１２を駆動する。ポンプ１２の駆動量は、用いられるインクジェット記録装置による実験により周囲温度や湿度の違いに応じて予め求められているので、周囲温度や湿度の違いに関わらず、目標量のインクを排出できる。

しかも、個々のインクジェット記録装置毎に、あるいは供給流路４や記録ヘッド１の構造が異なるインクジェット記録装置の機種毎に、圧力変化量と駆動量との関係のテーブルを駆動量記憶器２２に記憶することにより、個々の、あるいは機種が異なるインクジェット記録装置の供給流路４や記録ヘッド１の流路抵抗の違いによる排出量のばらつきを防止でき、より一層、正確に目標量のインクを排出できる。

また、圧力センサ１６がキャップ８とポンプ１２との間の排出流路１０のインクにかかる圧力を検出することにより、インク粘度や流路抵抗の違いに応じた正確なインクにかかる圧力を検出できる。更に、ポンプ１２を駆動して、圧力センサ１６により検出されるインクにかかる圧力の圧力変化量に応じて、ポンプ１２を予め設定された駆動量に基づいて制御することにより、正確な目標量のインクを排出できる。

次に、前述した実施形態と異なる第２実施形態のインクジェット記録装置について説明する。図７は第２実施形態のインクジェット記録装置の主要部を示す概略構成図である。尚、前述した実施形態と同じ部材については、同一番号を付して詳細な説明を省略する。

本第２実施形態では、供給流路４に記録ヘッド１側へのインクの流れを許容するチェック弁２０が介装されており、このチェック弁２０の上流側の供給流路４に吸入側が接続され、チェック弁２０の下流側の供給流路４に吐出側が接続されたポンプ１２が設けられている。ポンプ１２は前述した実施形態と同様にモータ１４により駆動されるように接続されている。そして、圧力センサ１６が記録ヘッド１とポンプ１２との間のインクにかかる圧力を検出するように接続されている。

モータ１４によりポンプ１２を駆動すると、インクカートリッジ６内のインクがポンプ１２により吸入され、ポンプ１２から加圧されたインクが供給流路４に吐出される。吐出されたインクは、バッファタンク５、フィルタ９、マニホールド７を介して、ノズル２からキャップ８に排出される。尚、ポンプ１２によりインクを加圧して吐出する際には、キャップ８を設けなくてもよい。

この第２実施形態のインクジェット記録装置においても、前述したパージ制御処理（Ｓ１００）を実行することにより、インク粘度や流路抵抗の違いに関わらず、目標量のインクを正確に吐出できる。その際、駆動量記憶器２２に記憶する圧力変化量と駆動量との関係のテーブルは、第２実施形態のインクジェット記録装置を用いて実験により求めればよい。

本発明の一実施形態としてのインクジェット記録装置の主要部を示す概略構成図である。 本実施形態のインクジェット記録装置の主要部のブロック図である。 本実施形態のインクジェット記録装置における、横軸に時間を縦軸に圧力センサにより検出される圧力を示す圧力特性のグラフである。 本実施形態のインクジェット記録装置における、横軸に時間を縦軸に圧力センサにより検出される圧力を示し、周囲温度の違いをパラメータとして、ポンプを駆動した初期の圧力変化を示すグラフである。 流路抵抗が異なるインクジェット記録装置について、他の条件を同じにしてそれぞれ測定した、横軸に時間を縦軸に圧力センサにより検出される圧力を示す圧力特性のグラフである。 本実施形態のインクジェット記録装置の演算器において行われるパージ制御処理の一例を示すフローチャートである。 第２実施形態のインクジェット記録装置の主要部を示す概略構成図である。

符号の説明

１…記録ヘッド ２…ノズル
３…圧電素子 ４…供給流路
５…バッファタンク ６…インクカートリッジ
７…マニホールド ８…キャップ
９…フィルタ １０…排出流路
１２…ポンプ １４…モータ
１６…圧力センサ １８…モータ制御器
２０…演算器 ２２…駆動量記憶器
２４…データ蓄積器 ２６…アナログ／デジタル変換器
３０…チェック弁

Claims (8)

1. インクをノズルから吐出して記録を行なう記録ヘッドと、
   前記記録ヘッドを通して前記インクを排出させるポンプと、
   を備えたインクジェット記録装置において、
   前記ポンプを駆動したときの前記インクにかかる圧力を検出する圧力センサと、
   前記圧力センサにより検出される前記インクにかかる圧力に応じて前記ポンプの駆動量を制御して、目標量の前記インクを排出するパージ制御手段とを備えたことを特徴とするインクジェット記録装置。
2. 前記ポンプは前記ノズルを覆うキャップを介して前記ノズルからインクを吸引し、また、前記圧力センサは前記キャップと前記ポンプとの間の前記インクにかかる圧力を検出することを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録装置。
3. 前記ポンプは前記インクを加圧して前記記録ヘッドを通して前記インクを排出し、また、前記圧力センサは前記ノズルと前記ポンプとの間の前記インクにかかる圧力を検出することを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録装置。
4. 前記ポンプはチューブポンプであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
5. 前記ポンプはピストンポンプであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
6. 前記パージ制御手段は、前記ポンプを駆動して、前記圧力センサにより検出される前記インクにかかる圧力の変化量に応じて、前記ポンプを予め設定された駆動量に基づいて制御することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のインクジェット記録装置。
7. 前記パージ制御手段は、前記インクにかかる圧力の変化量と前記ポンプの駆動量との関係をテーブルとして記憶したことを特徴とする請求項６に記載のインクジェット記録装置。
8. 前記パージ制御手段は、前記インクにかかる圧力の変化量と前記ポンプの駆動量との関係を算出式として記憶したことを特徴とする請求項６に記載のインクジェット記録装置。

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