JP2007144837A - 液体吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】無用な液体の消費を伴うことなく好適な条件で回復動作を行うことができる液体吐出装置を提供すること。
【解決手段】プリンタは、温度履歴パラメータ：ＴＰからフィルタ室４４内の気泡量を推量して、回復動作の実行に係る条件判断を行う。温度履歴パラメータ：ＴＰとは、直近に係る回復動作の終了時を起算時とする、環境温度に係る履歴情報であり、所定時間周期（６時間）毎に環境温度を検出し、その検出値に対応した加算値：Δ（Ｔ）を逐次加算してこれを算出するようになっている。
【選択図】図２

Description

本発明は、インクジェット式記録装置、ディスプレー製造装置、電極形成装置、あるいは、バイオチップ製造装置など、液体を吐出して描画等を行う液体吐出装置に関する。

従来、液体吐出装置として、紙への印刷に適したインクジェットプリンタ等があり、一般的には、印刷用紙に対して往復動するキャリッジに、液体（インク）を微小なノズルから吐出する液体吐出ヘッドを搭載した構成のものが知られている。このような液体吐出装置における課題の一つはインクの供給流路内の気泡の問題である。

気泡は、インクを濾過するためのフィルタ部材が配設された領域（フィルタ室）において特に滞留しやすくなっている。フィルタ部材の目において作用する毛管力や表面張力が、気泡通過の障壁となるからである。気泡は、供給流路の外殻を介したガスの透過などで経時的に成長しながら一定量まではフィルタ室でトラップされるが、ある臨界量を超えると容易にフィルタ部材を通過し、いわゆるドット抜けと呼ばれる吐出不良を引き起こすことがある。

そこで、液体吐出装置の多くは、印刷動作中における吐出不良の発生を未然に防ぐため、フィルタ室内の気泡をインクと共に強制的に排出する（回復動作）ことができるようになっている。この回復動作は、フィルタ室における気泡量の増加（成長）に合わせて適切な条件で行われることが望ましい。回復動作はインクの消費を伴うものなので、条件が適正化されていないとインクが無用に消費されて不経済だからである。

回復動作の条件の適正化を図った液体吐出装置として、例えば特許文献１に掲げるものがある。この文献に係る液体吐出装置は、供給流路内の気泡量を推量して必要な回復動作を実行可能となっており、より具体的には、供給流路内の気泡が放置時間の経過と共に成長するという点に鑑みて、直近の回復動作からの経過時間に基づいて気泡量の推量を行うようになっている。また、気泡の成長が周囲の環境によって異なるという点に鑑みて、環境温度による上記経過時間の重み付け補正を行うようになっている。

特開平１０−６５３１号公報

しかしながら、上記液体吐出装置では、経過時間の重み付け補正を印刷命令（記録命令）の受信に係るタイミングで行うようになっており、気泡の成長過程における環境温度の影響を的確に反映しているとは言い難い。例えば、印刷命令が受信されないまま装置が長期間の放置にさらされたような場合には、その放置期間内の環境温度がなんら考慮されないことになるからである。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、無用な液体の消費を伴うことなく好適な条件で回復動作を行うことができる液体吐出装置を提供することを目的としている。

本発明は、液体を吐出するためのノズルから前記液体を強制排出することによる回復動作を行う液体吐出装置であって、環境温度の検出を行う温度検出手段と、所定の時間周期で検出された前記環境温度に係る履歴情報を記憶する履歴記憶手段と、前記履歴情報に基づいて前記回復動作の実行に係る条件判断を行う条件判断手段と、を備えることを特徴とする。

この発明の液体吐出装置によれば、環境温度を所定の時間周期で検出し、その履歴情報に基づいて回復動作の実行に係る条件判断を行うので、放置期間内における環境温度変化の履歴を好適に反映した回復動作を実行することができる。

また好ましくは、前記液体吐出装置において、前記温度検出手段および前記履歴記憶手段を動作させるための内部電源を備えることを特徴とする。
この発明の液体吐出装置によれば、装置外部からの電力供給が絶たれた状態であっても、環境温度の検出および履歴情報の記憶を連続的に行うことができる。

また好ましくは、前記液体吐出装置において、前記条件判断手段は、前記条件判断に臨んで検出された前記環境温度を加味して、当該条件判断を行うことを特徴とする。
この発明の液体吐出装置によれば、条件判断の際に、そのときの環境温度を加味するようになっているので、気泡体積の温度膨張／収縮の影響を考慮した好適な条件判断を行うことができる。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。

（液体吐出装置の機械的構成）
まずは、図１、図２を参照して、本発明に係る液体吐出装置の機械的構成について説明する。
図１は、液体吐出装置を示す概略斜視図である。図２は、液体吐出ヘッドおよびその周辺の概略構造を示す一部破断の側面図である。尚、図２における供給流路内には実際にはインクが充填されているが、一部のインクについては便宜上図示を省略している。

図１において、液体吐出装置としてのプリンタ１は、吐出対象物としての用紙２に対して液体としてのインクを吐出して画像等の描画を行う装置である。プリンタ１は、インクの吐出を行う吐出ヘッド３と、吐出ヘッド３を搭載するキャリッジ４と、キャリッジ４を往復動（主走査）させる主走査機構５と、用紙２を移送するためのプラテンローラ６と、用紙２を支持するためのプラテン部１７と、吐出ヘッド３のノズルメンテナンスを行うためのメンテナンスユニット１２と、を備えている。

主走査機構５は、キャリッジ４と結合されるタイミングベルト８と、タイミングベルト８を駆動するモータ９と、キャリッジ４のガイド軸をなすガイドロッド１０と、を備えている。キャリッジ４はタイミングベルト８を介してモータ９によって駆動され、ガイドロッド１０に沿って往復動（主走査）する。

プラテン部１７上に支持された用紙２は、モータ１１により駆動されるプラテンローラ６の回転によって主走査方向と直交する向きに移送（副走査）される。また、プラテン部１７における用紙２の支持領域の脇には、予備吐出を行うための予備吐出領域１８が設けられている。ここで予備吐出とは、ノズルメンテナンス等を目的として、用紙２外に対して行われる吐出のことである。予備吐出されたインクはプラテン部１７に設けられた吸液材１９内に収容されるようになっている。

本実施形態で使用されるインクは、ブラック、マゼンタ、シアン、イエローの４色のものであり、キャリッジ４上に搭載されたインクカートリッジ７ａ〜７ｄ内に収容されている。このインクカートリッジ７ａ〜７ｄの底部には、インクを導出する導出部１３ａ〜１３ｄ（図２参照）が設けられており、吐出ヘッド３に設けられた中空針状の針部材３１ａ〜３１ｄ（図２参照）と結合して、吐出ヘッド３にインクを供給するようになっている。

図２において、針部材３１ａ〜３１ｄは、尖端部に導入孔を有する中空針状の部材であり、連通路３２が形成されたケース部材３０にそれぞれ溶着されて、インクをノズル３４に供給するための供給流路を形成している。この供給流路における針部材３１ａ〜３１ｄの基部付近は、フィルタ部材４３が配設されたフィルタ室４４となっている。

フィルタ部材４３は、インク中に含まれる異物等をトラップするために設けられており、例えば、金属線を細かく編みこむなどして形成されている。フィルタ部材４３を通過するインクには大きな損失水頭（フィルタ損失）が作用することになるため、フィルタ部材４３の有効径を大きくしてこのフィルタ損失の低下を図るべく、フィルタ室４４は拡幅された構造となっている。

フィルタ室４４内においては、フィルタ部材４３によりトラップされた気泡が時間の経過と共に成長を続ける。この成長の速度は環境温度の影響を強く受けるものであり、環境温度が高くなるほど速く気泡が成長することが知られている。

連通路３２に供給されたインクは、図示しない液溜め室（リザーバ）に一旦収容され、さらにリザーバと連通する圧力室（キャビティ）３３、およびノズル３４に供給される。そして、圧力室３３に配設された圧力発生手段３７（図３参照）の駆動によりインクを加圧して、ノズル３４の開口からインク滴を吐出するようになっている。

かくして、主走査および副走査と同期させてノズル３４毎に圧力発生手段の駆動制御を行うことにより、用紙２の任意の位置にインク滴を着弾させ（印刷動作）、所望の画像を得ることができる。

再び図１に戻って、メンテナンスユニット１２は、吐出ヘッド３の吐出面３ａの一定領域を囲んで封止可能なキャップ部材１５を備えている。キャップ部材１５は、ノズル３４（図２参照）を粉塵や乾燥などから保護する役割を果たすほか、後述する吸引動作（回復動作）にも用いられる。

メンテナンスユニット１２はまた、ゴム等で形成された板状部材であるワイパブレード１４を有している。ワイパブレード１４は、後述する回復動作において、吐出面３ａに付着したインク等を払拭して除去するのに用いられる。

図２において、キャップ部材１５は、吐出ヘッド３の吐出面３ａと対向する側に開口を有する箱型の弾性部材であり、開口面側の縁を吐出ヘッド３の吐出面３ａに密着させることで、ノズル３４を対応するインク種毎に封止（キャッピング）することができるようになっている。

キャップ部材１５内には、スポンジや不職布などで形成された吸液材１６が設けられている。吸液材１６は、キャッピングの状態において封止された空間１５ａを保湿する役割を果たしており、これにより、ノズル３４内方のインクの乾燥を抑えることができる。

キャップ部材１５には、連通路部１５ｂを介して連通チューブ２１が接続されている。連通チューブ２１は、キャップ部材１５がスライダー機構などによって移動可能に構成されることに鑑みて、適度な可撓性を有していることが好ましい。また、空間１５ａと連通される空間を形成することに鑑みて、壁面からのインクの蒸発の起こりにくいガス遮断性に優れた材質であることが好ましい。

連通チューブ２１の他端側は、吸引ポンプ２２と接続されている。吸引ポンプ２２は、連通された空間１５ａを減圧することができる。

かくして、キャッピングされた状態で吸引ポンプ２２を駆動すると、空間１５ａが減圧されてノズル３４からインクが吸引される（吸引動作）。

吸引動作によりノズル３４から排出されたインクは、キャップ部材１５、連通チューブ２１、吸引ポンプ２２を通って、廃液タンク２３内に収容される。廃液タンク２３内には、不織布や吸液性ポリマーなどで形成された吸液材２４が配設されており、収容したインクが好適に保持されるようになっている。

吸引動作は、供給流路内における異物や気泡、乾燥により溶媒成分が失われて（半）固形化したインクなどを、ノズル３４から強制的に排出して吐出性能の回復を図る目的で実行され、このような吐出性能の回復目的で行う吸引動作のことを回復動作と呼んでいる。この回復動作は、ユーザの操作によって適宜実行されるほか、印刷動作（描画動作）に先立って自動的に行われるケース（自動回復動作）がある。

（液体吐出装置の電気的構成）
次に、図３を参照して、本発明に係る液体吐出装置の電気的構成について説明する。
図３は、液体吐出装置の電気的構成を示す図である。

図３において、プリンタ１は、印刷動作（描画動作）や回復動作などについての統括制御を行うためのコントローラ５０と、コントローラ５０を動作させるための内部電源３９を備えている。コントローラ５０は、ＣＰＵ５１、ＲＡＭ５２、ＲＯＭ５３、駆動信号生成回路５４、クロック発信器５５などで構成されている。内部電源３９は、蓄電池を備えており、外部からの電力供給が絶たれた場合においても、温度センサ３８やコントローラ５０の一部の機能が働くようになっている。

コントローラ５０は、モータ９、モータ１１、吸引ポンプ２２、圧力発生手段３７と電気的に接続されており、これらの動作制御を行うことができる。また、履歴記憶手段および条件判断手段としてのコントローラ５０は、吐出ヘッド３に設けられた温度検出手段としての温度センサ３８と接続されており、その検出結果を反映して自動回復動作に係る条件判断処理を行うことができる。

（自動回復動作）
次に、図２、図３、図４、図５を参照して、自動回復動作について説明する。
図４は、自動回復動作に係る処理フローを示すフローチャートである。図５は、時間経過に伴う気泡成長パラメータの変化の一例を示す図である。

自動回復動作には、通常モードと強力モードの二つの動作モードが用意されている。ここで、通常モードは比較的少量のインクを排出させる動作モードであり、強力モードは比較的多量のインクを排出させる動作モードである。フィルタ室４４内の気泡を排出する際には、少なくともフィルタ室４４の下流側のインクを全て排出させる必要があるため、強力モードが採用される。

回復動作の実行の判断は、ノズル３４内方における乾燥の進行度とフィルタ室４４内の気泡量を考慮して、コントローラ５０により行われるようになっている。すなわち、コントローラ５０は、直近に係る印刷動作の終了時からの経過時間をタイマ値：ｔｉｍとして取得することでノズル３４内方における乾燥の進行度を推量し、また、温度履歴パラメータからフィルタ室４４内の気泡量を推量して、回復動作の実行に係る条件判断を行う。具体的な処理フローについては、以下で説明する。

印刷動作命令を受けたコントローラ５０はまず、その時点における温度履歴パラメータ：ＴＰを取得する（ステップＳ１）。ここで、温度履歴パラメータ：ＴＰとは、直近に係る回復動作（強力モードに限る）の終了時を起算時とする、温度センサ３８の検出値（環境温度）に係る履歴情報である。

コントローラ５０内のメモリ領域に記憶されている温度履歴パラメータ：ＴＰは、時間の経過と共に図５に示すような変化を示す。すなわち、初期値をＴＰ₀として、所定の時間周期（本実施形態では６時間）毎に環境温度：Ｔの検出が行われ、その検出値の関数として与えられる加算値：Δ（Ｔ）が、温度履歴パラメータ：ＴＰに逐次加算される。加算値：Δ（Ｔ）は、環境温度：Ｔに依存した気泡の成長速度に対応する値であり、環境温度が高いほど大きな値となっている。例えば、２５℃における加算値と４０℃における加算値とでは、後者の方が約４倍の値となっている。

かくして、温度履歴パラメータ：ＴＰは、フィルタ室４４内の気泡量を反映した値としての性格を有することになる。直近に係る回復動作（強力モード）の終了時を起算時としたのは、強力モードの回復動作を実行するとフィルタ室４４内の気泡が排出され、それまでの履歴が意味をなさなくなるためである。また、初期値：ＴＰ₀を設けたのは、回復動作によって気泡の全てが排出されるわけではなく、その一部が排出しきれずにフィルタ室４４内に残留するためである。すなわち、温度履歴パラメータの初期値：ＴＰ₀は、この残留する気泡の量に相当した値となっている。

上述した環境温度の検出および温度履歴パラメータの演算は、所定の周期時間毎に行われるため、ステップＳ１において取得された温度履歴パラメータ：ＴＰは、フィルタ室４４内の気泡量を好適に反映した値となっている。また、本実施形態では、環境温度の検出および温度履歴パラメータの演算（記憶）が内部電源３９からの電力供給によって行われるようになっているため、非使用時において外部電源の供給が絶たれた状態であっても、連続して斯かる処理を行うことができる。

ステップＳ１に続くステップＳ２では、温度センサ３８による環境温度：Ｔの検出が行われる。このタイミングにおいて検出される環境温度：Ｔの検出値は、上述した温度履歴パラメータ：ＴＰに反映されることはなく、次のステップＳ３の処理に供される。

ステップＳ２に続くステップＳ３では、ステップＳ１で取得された温度履歴パラメータ：ＴＰと、ステップＳ２で取得された環境温度：Ｔの関数である参照値：ＴＰ_c（Ｔ）との比較が行われる。ステップＳ３において、ＴＰがＴＰ_c（Ｔ）よりも小さければ、ステップＳ４の処理に移る。また、ステップＳ３において、ＴＰがＴＰ_c（Ｔ）以上ならば、強力モードの回復動作（ステップＳ８）、およびＴＰのリセット（ステップＳ９）が実行され、次のステップＳ１０の処理に移る。

ステップＳ４では、タイマ値：ｔｉｍが取得され、続くステップＳ５において所定の規定値ｔ₁との比較が行われる。ステップＳ５においてｔｉｍがｔ₁よりも小さければステップＳ１０の処理に移る。またステップＳ５においてｔｉｍがｔ₁以上ならば、所定の規定値ｔ₂との比較を行う（ステップＳ６）。

ステップＳ６において、ｔｉｍがｔ₂より小さければ、通常モードの回復動作が実行され（ステップＳ７）、次のステップＳ１０の処理に移る。またステップＳ６において、ｔｉｍがｔ₂以上ならば、強力モードの回復動作（ステップＳ８）、およびＴＰのリセット（ステップＳ９）が実行され、次のステップＳ１０の処理に移る。

ステップＳ１０では、印刷動作が実行される。そして、印刷動作が終了すると、ステップＳ１１においてタイマ値：ｔｉｍがリセットされ、次の印刷動作命令がコントローラ５０に受信されるまで、タイマ値：ｔｉｍのカウントが行われる。

ステップＳ３では、フィルタ室４４内の気泡を排出するための回復動作が必要か否かの判断を行っている。すなわち、温度履歴パラメータ：ＴＰが既に参照値：ＴＰ_c（Ｔ）に達していて、フィルタ室４４内の気泡が十分大きいと判断される場合には、吐出動作において吐出不良を発生する危険性が高いとして、回復動作（ステップＳ８）を行う。また、温度履歴パラメータ：ＴＰが参照値：ＴＰ_c（Ｔ）に達しておらず、フィルタ室４４内の気泡がそれほど大きくないと判断される場合には、回復動作を行っても無用のインクの消費をもたらすだけであるとして、回復動作（ステップＳ８）を行わない。

かくして、印刷動作に先立って、フィルタ室４４内の気泡量に合わせた適切なタイミングで回復動作（強力モード）が実行されるので、無用なインクの消費を伴うことなく、吐出動作時の吐出不良の発生を未然に防ぐことができる。しかも、このような回復動作に係る判断は、周期時間毎に検出された環境温度に係る履歴情報（温度履歴パラメータ）に基づいて行われるため、非常に高い精度となっている。

ステップＳ３において、参照値：ＴＰ_c（Ｔ）を環境温度：Ｔの関数としているのは、フィルタ室４４内の気泡が、その時点（ステップＳ２）における環境温度：Ｔによって膨張／収縮する影響を考慮したものである。すなわち、それまでの温度履歴が同じであったとしても、低い環境温度の下では気泡の体積は小さくなり、吐出動作によって気泡がフィルタ部材４３を通過する危険性は低くなる。そこで、このような事情を考慮して、ステップＳ３での判断に臨んで検出された環境温度：Ｔを加味して、当該判断を行うこととしたものである。

ステップＳ５では、ステップＳ３において気泡排出の必要がないと判断された吐出ヘッド３について、圧力発生手段３７の駆動によりインクの吐出が可能であるか否かの判断を行っている。すなわち、ｔｉｍがｔ₁よりも小さければ、ノズル３４内方のインクの乾燥はそれほど進行しておらず、回復動作を行わなくても吐出は可能であると判断している（ステップＳ１０へ）。また、ｔｉｍがｔ₁以上であれば、ノズル３４内方のインクの乾燥が進行していて、回復動作を行わなければ吐出は不可能であると判断している（ステップＳ６へ）。

ステップＳ６では、ステップＳ５において吐出が不可能であると判断された吐出ヘッド３について、吐出性能の回復のためにどの動作モードの回復動作が必要かという判断を行っている。すなわち、ｔｉｍがｔ₂よりも小さければ、ノズル３４内方のインクの乾燥具合は軽度であり、通常モードで回復可能であると判断している（ステップＳ７へ）。また、ｔｉｍがｔ₂以上であれば、ノズル３４内方のインクの乾燥具合は重度であり、強力モードでなければ回復は不可能であると判断している（ステップＳ８へ）。

尚、本実施形態では、ステップＳ３において気泡排出の必要性があると判断された場合には、必然的に強力モードの回復動作（ステップＳ８）が実行されるので、インクの乾燥に係る条件判断（ステップＳ５およびステップＳ６）は行われないようになっている。

本発明は上述の実施形態に限定されない。
例えば、本発明に係る液体吐出装置の別の例として、キャリッジ外のインクカートリッジから吐出ヘッドにインクの供給を行ういわゆるオフキャリッジタイプの構成（例えば、特開２００３−２１１６８８号公報参照）のものを挙げることができる。
また、各実施形態の各構成はこれらを適宜組み合わせたり、省略したり、図示しない他の構成と組み合わせたりすることができる。

液体吐出装置を示す概略斜視図。 液体吐出ヘッドおよびその周辺の概略構造を示す一部破断の側面図。 液体吐出装置の電気的構成を示す図。 自動回復動作に係る処理フローを示すフローチャート。 時間経過に伴う気泡成長パラメータの変化の一例を示す図。

符号の説明

１…液体吐出装置としてのプリンタ、２…吐出対象物としての用紙、３…吐出ヘッド、３ａ…吐出面、７ａ〜７ｄ…インクカートリッジ、１２…メンテナンスユニット、１５…キャップ部材、１５ａ…空間、１５ｂ…連通路部、１６…吸液材、１７…プラテン部、２１…連通チューブ、２２…吸引ポンプ、２３…廃液タンク、３０…ケース部材、３１ａ〜３１ｄ…針部材、３２…連通路、３３…圧力室、３４…ノズル、３７…圧力発生手段、３８…温度検出手段としての温度センサ、３９…内部電源、４３…フィルタ部材、４４…フィルタ室、５０…履歴記憶手段および条件判断手段としてのコントローラ、５１…ＣＰＵ、５２…ＲＡＭ、５３…ＲＯＭ、５４…駆動信号生成回路、５５…クロック発信器。

Claims (3)

1. 液体を吐出するためのノズルから前記液体を強制排出することによる回復動作を行う液体吐出装置であって、
   環境温度の検出を行う温度検出手段と、
   所定の時間周期で検出された前記環境温度に係る履歴情報を記憶する履歴記憶手段と、
   前記履歴情報に基づいて前記回復動作の実行に係る条件判断を行う条件判断手段と、を備えることを特徴とする液体吐出装置。
2. 前記温度検出手段および前記履歴記憶手段を動作させるための内部電源を備えることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
3. 前記条件判断手段は、前記条件判断に臨んで検出された前記環境温度を加味して、当該条件判断を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出装置。
   

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