JP2008142910A - 液滴吐出機構および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】無駄なインクの循環量を抑制しつつ、循環するインクの増粘を防止する。
【解決手段】液滴吐出機構にて、第１タンクと第２タンクの最短接続ユニットが共通しており、第１、２タンクの圧力をＰ_ｉ、Ｐ_ｏ、不吐出時の第１タンクから第２タンクへの循環量をＵ_０、吐出時の供給路と循環路からの供給量の比をα_ｉ：α_ｏ、総吐出量をＱ、第１、２共通流路の流路抵抗をＲ_ｉ、Ｒ_ｏ１とするときに、{Ｐ_ｉ−Ｒ_ｉ×（α_ｉ×Ｑ＋Ｕ_０）}≧{Ｐ_ｏ−Ｒ_ｏ１×（α_ｏ×Ｑ−Ｕ_０）}の条件を満たし、かつ、ユニット間の第１、２共通流路内の流路抵抗をＲ_１、Ｒ_２、ユニットの総数をＺとするときに、〔Ｐ_ｉ−Ｒ_ｉ×（α_ｉ×Ｑ＋Ｕ_０）−Ｒ_１×（Ｚ−１）×{（α_ｉ×Ｑ）／２＋Ｕ_０／２}〕≧〔Ｐ_ｏ−Ｒ_ｏ１×（α_ｏ×Ｑ−Ｕ_０）−Ｒ_２×（Ｚ−１）×{（α_ｏ×Ｑ）／２−Ｕ_０／２}〕の条件を満たす。
【選択図】図４

Description

本発明は液滴吐出機構および画像形成装置に係り、特に、無駄なインクの循環量を抑制しつつ循環するインクの増粘を防止することができる液滴吐出機構および画像形成装置に関する。

特許文献１には、ヘッドのクリーニング（異物除去）のため、インク吐出中にノズル部分のインク循環を行う装置が開示されている。図１７は、特許文献１に開示されているプリントヘッド２０１の断面図を示す。第１インクタンク（不図示）から流出したインクは通路２１０から開口部２１１を経てチャンバの第１列（２１２）と第２列（２１３）に流入する。次に、インクは開口部２１４、２１６を経て流出し、第１インク出口通路２１７と第２インク出口通路２１８に沿ってインク流に合流し、第２インクタンク（不図示）に回収される。そして、第２インクタンクから第１インクタンクにインクを戻して、再びインクを通路２１０に供給してインクを循環させる。

このように、インクを循環させることによりチャンバを効果的にきれいするとともに、インクジェットヘッドにおけるノズル部分のインク滞留を防止してインク増粘を防ぐものとしている。
特表２００２−５３３２４７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の発明では、一度プリントヘッド２０１の外に出たインクを再び第２インクタンク、第１インクタンクに戻すことになる。ここで、一度インクジェットヘッド内の圧力室からノズルを通って外へ出たインクは、ノズルの部分で溶媒が蒸発をするため増粘してしまう。そのため、インクを循環するうちにインク粘度は上昇し、最終的にノズルからの吐出不良を起こしてしまうおそれがある。

これに対して、一度ヘッドの外に出たインクを再び第１インクタンクに戻さずに廃棄することも考えることができるが、インクの循環量が膨大なため廃棄量も膨大になってしまい、非効率である。

また、第１インクタンクにインクを戻す前に、溶媒を追加して粘度を元に戻してもよいが溶媒を追加するための機構が必要になり、インクジェット記録装置の大型化となるおそれがある。また、追加する溶媒量は気温や湿度により変化するので、元のインク粘度に戻すことは容易ではない。

そこで、本発明では、無駄なインクの循環量を抑制しつつ、循環するインクの増粘を防止する液滴吐出機構および画像形成装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために請求項１に係る発明は、インクを貯留する第１インクタンクおよび第２インクタンクと、インクを吐出することができるインク室ユニットと、前記第１インクタンクと複数の前記インク室ユニットを接続する第１共通流路と、前記第２インクタンクと複数の前記インク室ユニットを接続する第２共通流路とを有し、前記インク室ユニットは、ノズルからインクを吐出することができる圧力室と、前記第１共通流路と前記圧力室とを連通させるインク供給路と、前記第２共通流路と前記圧力室とを連通させるインク循環路とを備えるものとする液滴吐出機構において、インクの循環は、前記第１インクタンクから供給されるインクが前記第１共通流路とインクを吐出していない前記インク室ユニットと前記第２共通流路の流路間を経由して前記第２インクタンクに回収されることにより行われるものであり、前記第１インクタンクに、複数の前記インク室ユニットの中で最短距離で接続する最短接続ユニットが前記第２インクタンクにも複数の前記インク室ユニットの中で最短距離で接続されており、前記第１インクタンク内の圧力をＰ_ｉ、前記第２インクタンク内の圧力をＰ_ｏ、前記インク室ユニットからインクを吐出していない時に前記第１インクタンクから前記第２インクタンクへの単位時間あたりのインク循環量をＵ_０、少なくともいずれか１つの前記インク室ユニットからインクを吐出している時に前記インク供給路から供給される単位時間あたりのインク量と前記インク循環路から供給される単位時間あたりのインク量の比をα_ｉ：α_ｏ、インクを吐出している全ての前記インク室ユニットにおける単位時間あたりのインクの総吐出量をＱ、前記第１共通流路における前記第１インクタンクとの接続部分から前記最短接続ユニットとの接続部分までの流路抵抗をＲ_ｉ、前記第２共通流路における前記第２インクタンクとの接続部分から前記最短接続ユニットの接続部分までの流路抵抗をＲ_ｏ１とするときに、{Ｐ_ｉ−Ｒ_ｉ×（α_ｉ×Ｑ＋Ｕ_０）}≧{Ｐ_ｏ−Ｒ_ｏ１×（α_ｏ×Ｑ−Ｕ_０）}の条件を満たし、かつ、隣り合う前記インク室ユニット間の前記第１共通流路内の流路抵抗をＲ_１、隣り合う前記インク室ユニット間の前記第２共通流路内の流路抵抗をＲ_２、前記インク室ユニットの総数をＺとするときに、〔Ｐ_ｉ−Ｒ_ｉ×（α_ｉ×Ｑ＋Ｕ_０）−Ｒ_１×（Ｚ−１）×{（α_ｉ×Ｑ）／２＋Ｕ_０／２}〕≧〔Ｐ_ｏ−Ｒ_ｏ１×（α_ｏ×Ｑ−Ｕ_０）−Ｒ_２×（Ｚ−１）×{（α_ｏ×Ｑ）／２−Ｕ_０／２}〕の条件を満たすこと、を特徴とする。

本発明によれば、インクの循環がインクタンクとインク室ユニットの流路内で行われ、インクが液滴吐出機構の外部を循環することはないので、インクの循環によるインクの増粘を抑制してノズルからの吐出状態を良好に維持することができる。

また、最短距離で接続するインク室ユニットが共通するように第１インクタンクと第２インクタンクを配置する場合に、最短距離で接続するインク室ユニットについて、第１共通流路との接続部分の圧力が第２共通流路との接続部分の圧力よりも高くなる。さらに、最長距離で接続するインク室ユニットについても、第１共通流路との接続部分の圧力が第２共通流路との接続部分の圧力よりも高くなる。

そのため、ノズルからインクが吐出していないインク室ユニットの全てについて、第１共通流路における当該インク室ユニットの接続する部分の圧力が第２共通流路における当該インク室ユニットの接続する部分の圧力よりも高くなる。したがって、ノズルからインクが吐出していない全てのインク室ユニット内の圧力室（非吐出圧力室）においてインクが逆流して当該圧力室内をインクが行ったり来たりすることはなく、より確実にインクの増粘を抑制してノズルからの吐出状態を良好に維持することができる。

このように、ノズルからインクが吐出していない圧力室（非吐出圧力室）においては、第１共通流路を経由して第１インクタンクから供給されるインクがインク供給路から流れ込んでインク循環路に流れ出し、その後第２共通流路を介して第２インクタンクに回収されている。

一方、ノズルからインクが吐出している圧力室（吐出圧力室）においては、第１共通流路を介して第１インクタンクから供給されるインクがインク供給路から流れ込み、かつ、第２共通流路を介して第２インクタンクから供給されるインクがインク循環路を逆流して流れ込む。そして、このときのインク供給路から供給される単位時間あたりのインク量とインク循環路から供給される単位時間当たりのインク量の比をα_ｉ：α_ｏとする。

「第１インクタンク（第２インクタンク）に最短（最長）距離で接続する圧力室」とは、ヘッド内に複数備える圧力室のうち、第１インクタンク（第２インクタンク）まで接続される流路の長さが最も短い（長い）圧力室である。

前記目的を達成するために請求項２に係る発明は、インクを貯留する第１インクタンクおよび第２インクタンクと、インクを吐出することができるインク室ユニットと、前記第１インクタンクと複数の前記インク室ユニットを接続する第１共通流路と、前記第２インクタンクと複数の前記インク室ユニットを接続する第２共通流路とを有し、前記インク室ユニットは、ノズルからインクが吐出することができる圧力室と、前記第１共通流路と前記圧力室とを連通させるインク供給路と、前記第２共通流路と前記圧力室とを連通させるインク循環路とを備えるものとする液滴吐出機構において、インクの循環は、前記第１インクタンクから供給されるインクが前記第１共通流路とインクを吐出していない前記インク室ユニットと前記第２共通流路の流路間を経由して前記第２インクタンクに回収されることにより行われるものであり、前記第１インクタンクに、複数の前記インク室ユニットの中で最長距離で接続する最長接続ユニットが前記第２インクタンクには複数の前記インク室ユニットの中で最短距離で接続し、前記第１インクタンクに、複数の前記インク室ユニットの中で最短距離で接続する最短接続ユニットが前記第２インクタンクには複数の前記インク室ユニットの中で最長距離で接続されており、前記第１インクタンク内の圧力をＰ_ｉ、前記第２インクタンク内の圧力をＰ_ｏ、前記インク室ユニットからインクを吐出していない時に前記第１インクタンクから前記第２インクタンクへの単位時間あたりのインク循環量をＵ_０、少なくともいずれか１つの前記インク室ユニットからインクを吐出している時に前記インク供給路から供給される単位時間あたりのインク量と前記インク循環路から供給される単位時間あたりのインク量の比をα_ｉ：α_ｏ、インクを吐出している全ての前記インク室ユニットにおける単位時間あたりのインクの総吐出量をＱ、前記第１共通流路における前記第１インクタンクとの接続部分から前記最短接続ユニットとの接続部分までの流路抵抗をＲ_ｉ、前記インク室ユニットの総数をＺ、隣り合う前記インク室ユニット間の前記第１共通流路内の流路抵抗をＲ_１、前記第２共通流路における前記第２インクタンクとの接続部分から前記最長接続ユニットの接続部分までの流路抵抗をＲ_ｏｚ、とするときに、〔Ｐ_ｉ−Ｒ_ｉ×（α_ｉ×Ｑ＋Ｕ_０）−Ｒ_１×（Ｚ−１）×{（α_ｉ×Ｑ）／２＋Ｕ_０／２}〕≧｛Ｐ_ｏ−Ｒ_ｏｚ×（α_ｏ×Ｑ−Ｕ_０）｝の条件を満たすこと、を特徴とする。

本発明によれば、インクの循環がインクタンクとインク室ユニットの流路内で行われ、インクが液滴吐出機構の外部を循環することはないので、インクの循環によるインクの増粘を抑制してノズルからの吐出状態を良好に維持することができる。

また、第１インクタンクに最長距離で接続するインク室ユニットである最長接続ユニットに最短距離で接続するように第２インクタンクを配置し、かつ、第１インクタンクに最短距離で接続するインク室ユニットである最短接続ユニットに最長距離で接続するように第２インクタンクを配置する場合に、最長接続ユニットについて第１共通流路における接続部分の圧力が第２共通流路における接続部分の圧力よりも高い。そして、最長接続ユニットから最短接続ユニットに向かうに従い、各インク室ユニットについて第１共通流路における接続部分の圧力が第２共通流路における接続部分の圧力よりも高くなる度合いが増す。そのため、インクが吐出していないインク室ユニットの全てについて、第１共通流路における接続部分の圧力が第２共通流路における接続部分の圧力よりも高くなる。したがって、ノズルからインクが吐出していない全てのインク室ユニット内の圧力室（非吐出圧力室）においてインクが逆流して当該圧力室内をインクが行ったり来たりすることはなく、より確実にインクの増粘を抑制してノズルからの吐出状態を良好に維持することができる。

前記目的を達成するために請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の液滴吐出機構において、前記第２インクタンクから供給される単位時間あたりのインク量と、前記第１インクタンクから前記第２インクタンクへ循環する単位時間あたりのインク量が等しくなるように、前記第１インクタンクと前記第２インクタンクのうち少なくとも一方の圧力を制御すること、を特徴とする。

本発明によれば、第２インクタンクからインクを吐出していないインク室ユニットへ供給されるインク量と、第１インクタンクから供給して循環したのち第２インクタンクに回収されるインク量が等しくなるので、第２インクタンクのインク量が増減しない。そのため、増粘対策として行っている第１インクタンクから第２インクタンクへ循環するインクは、ノズルから吐出させて印刷媒体に印刷するために使用することにより有効利用を図るので、インクを無駄に消費することがない効果が得られる。

また、第１インクタンク内や第２インクタンク内の圧力制御により行うので、より確実に、第２インクタンクから圧力室へ供給されるインク量と、第１インクタンクから循環して第２インクタンクに回収されるインク量が等しくでき、第２インクタンクのインク量が増減せず、増粘対策として行っている第１インクタンクから第２インクタンクへ循環するインクを無駄にしない効果が得られる。

前記目的を達成するために請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれか１つに記載の液滴吐出機構において、前記第２インクタンク内の圧力は水頭圧により制御すること、を特徴とする。

本発明によれば、自動的に第２インクタンクの液面の位置が一定に維持され、増粘対策として行っている第１インクタンクから第２インクタンクへ循環するインクは、ノズルから吐出させて印刷媒体に印刷するために使用することにより有効利用を図るので、インクを無駄に消費することがない効果が得られる。

前記目的を達成するために請求項５に係る発明は、請求項４に記載の液滴吐出機構において、前記第１インクタンク内の圧力は水頭圧により制御するものであって、前記第２インクタンクの断面積をＳ_２とし、前記第１インクタンクの断面積をＳ_１としたときに、Ｓ_２＜Ｓ_１の条件を満たすこと、を特徴とする。

本発明によれば、第１インクタンクの断面積よりも第２インクタンクの断面積を小さくするので、第２インクタンクの液面の位置は第１インクタンクの液面の位置に比べて、インクタンクからの単位時間当たりの供給量の変化に敏感に反応することになる。そのため、吐出量の増減に対し循環量が自動的に増減し、確実に第２インクタンクの液面の位置を一定に維持するように制御することができる。

前記目的を達成するために請求項６に係る発明は、請求項４に記載の液滴吐出機構において、前記第１インクタンク内の圧力を一定に維持するように制御すること、を特徴とする。

本発明によれば、第２インクタンクの液面の面積に関わらず自動的に第２インクタンクの液面の位置が一定に維持される。

前記目的を達成するために請求項７に係る発明は、請求項４に記載の液滴吐出機構において、インクを貯留する第３インクタンクと、前記第２インクタンクの液面高さを測定する測定手段と、前記測定手段により前記第２インクタンクの液面高さが閾値を越えたことを測定した時には、前記第２インクタンクのインクを前記第３インクタンクに移動させる移動手段を有すること、を特徴とする。

本発明によれば、基準の液面位置を超えた場合には第２インクタンクから第３インクタンクへインクを移動させるので、第２インクタンクの液面の位置が一定に維持される。

前記目的を達成するために請求項８に係る発明は、画像形成装置において、請求項１乃至７のいずれか１つに記載の液体吐出機構を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、無駄なインクの循環量を抑制しつつ、循環するインクの増粘を防止することができる。

以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について詳説する。

〔液滴吐出機構の概要〕
図１は、本発明の液滴吐出機構の概要図である。図１に示すように本発明の液滴吐出機構は主に、インクジェットヘッド（以下、ヘッドという）１１、第１インクタンク１２、第２インクタンク１３、廃棄用インクタンク１４などから構成される。ヘッド１１と第１インクタンク１２、ヘッド１１と第２インクタンク１３はそれぞれ第１共通流路２１、第２共通流路２２で繋がっている。第１インクタンク１２は、大気開放弁３１、加圧ポンプ３２などが接続されている。第２インクタンク１３は、大気開放弁３３、圧力調整手段３４などが接続されている。ヘッド１１と第２インクタンク１３との間の流路には、循環流路弁３６が設けられている。廃棄用インクタンク１４は、吸引キャップ部材３７とキャップ弁３８を介して接続されており、ヘッド１１のノズル面の下に設けられたワイピング部材３９とともにワイピング機構を構成している。なお、ヘッド１１と第１インクタンク１２との間の流路には、フィルタ４１を設けている。

このような構成の液滴吐出機構において、本発明は、第１インクタンク１２と第２インクタンク１３と接続されたヘッド１１の流路構造に特徴を有している。

〔流路構造の説明〕
図２は、本発明の液滴吐出機構のヘッド１１、第１インクタンク１２、第２インクタンク１３の流路構造について、その構成を模式的に表した図である。図２に示すように、ヘッド１１の内部は第１共通流路２１、第２共通流路２２、および各インク室ユニット２９ごとにインク供給路２３、ピエゾ（ＰＺＴ）２６、圧力室２７、インク循環路２４、ノズル２８などにより構成されている。説明の便宜上、図２では任意の各インク室ユニット２９について抽出して示しており、各インク室ユニット２９に通し番号（例えば、圧力室２７−１、・・・、２７−ｍ、・・・、２７−ｎ、・・・）を付しておく。そして、ヘッド１１は、第１共通流路２１とインク供給路２３を介して第１インクタンク１２と接続され、第２共通流路２２とインク循環路２４を介して第２インクタンク１３と接続されている。

図２は、全ての圧力室（２７−１、・・・、ｍ、・・・、ｎ、・・・）についてノズル２８からインクが吐出していない場合を示しており、第１インクタンク１２から第１共通流路２１、各インク供給路（２３−１、・・・、ｍ、・・・、ｎ、・・・）、各圧力室（２７−１、・・・、ｍ、・・・、ｎ、・・・）、各インク循環路（２４−１、・・・、ｍ、・・・、ｎ、・・・）、第２共通流路２２を介して第２インクタンク１３へとインクが正常に流れて循環している。図２に示すように、本発明の液滴吐出機構ではノズル２８からヘッド１１の外へ吐出されたインクについては再び循環させることはなく、第１インクタンク１２、第１共通流路２１、インク供給路２３、圧力室２７、インク循環路２４、第２共通流路２２、第２インクタンク内でインクを循環させている。

〔インクが逆流しないための条件〕
そこで、図３に示すように、圧力室２７−ｍのノズル２８−ｍからインクが吐出する場合を考える。すると、流路の設計次第では、インクが吐出する圧力室２７−ｍに対して第２インクタンク１３から供給されるインクの影響により、インクが吐出していない圧力室（以下、非吐出圧力室という）（２７−１、２、ｎ）内でインクが逆流するおそれがある。

一方、図４は非吐出圧力室（２７−１、２、ｎ）内でインクが逆流しない場合を示す図である。そこで、図４に示すような非吐出圧力室（２７−１、２、ｎ）内でインクが逆流しない流路設計の条件を検討する。

インクを吐出している全てのインク室ユニット（２９−ｍ等）における単位時間あたりのインクの総吐出量をＱ、インク吐出後にインク供給路２３から供給される単位時間あたりのインク量とインク吐出後にインク循環路２４から供給される単位時間あたりのインク量との比（リフィル比）を、α_ｉ：α_ｏとする。なお、α_ｉ＋α_ｏ＝１である。また、リフィル比は後述の図５に示すｒ_１、ｒ_２などのパラメータによって決まる。

次に、図４のＡ点、Ｂ点における圧力Ｐ_Ａ、Ｐ_Ｂを考える。図４に示すように、第１インクタンク１２に最も近いインク室ユニット２９−１と第２インクタンク１３に最も近いインク室ユニット２９−１が共通している。そして、図４のＡ点は、図示より明らかなように、第１共通流路２１においてインク室ユニット２９−１との接続位置である。同様に、図４のＢ点は、図示より明らかなように、第２共通流路２２においてインク室ユニット２９−１との接続位置である。

そこで、第１インクタンク１２の圧力をＰ_ｉ、第２インクタンク１３の圧力をＰ_ｏ、インク室ユニット２９からインクを吐出していない時に第１インクタンク１２から第２インクタンク１３への単位時間あたりのインク循環量をＵ_０、第１共通流路２１における第１インクタンク１２との接続部分からインク室ユニット２９−１との接続部分までの流路抵抗をＲ_ｉ、第２共通流路２２における第２インクタンク１３との接続部分からインク室ユニット２９−１との接続部分までの流路抵抗をＲ_ｏ１とすると、圧力Ｐ_Ａ、Ｐ_Ｂは以下の式で表すことができる。

ここで、圧力Ｐ_Ａ≧Ｐ_Ｂであれば、インクがＢ点からＡ点に向かって逆流することはない。そのため、非吐出圧力室２７−１を逆流しない条件は、以下の式で表すことができる。

次に、第１共通流路２１内、第２共通流路２２内での圧力損失ΔＰ_１、ΔＰ_２を考える。第１共通流路２１の隣り合うインク室ユニット２９間（例：２９−１と２９−２の間）の流路抵抗をＲ_１、第２共通流路２２の隣り合うインク室ユニット２９間（例：２９−１と２９−２の間）の流路抵抗をＲ_２とする。そして、インク吐出後にインク供給路２３から供給される単位時間当たりのインク量とインク吐出後にインク循環路２４から供給される単位時間当たりのインク量との比（リフィル比）は、α_ｉ：α_ｏなので、図２について、インクタンクから最も離れた圧力室２７−ｚ（不図示）までの第１共通流路２１、第２共通流路２２内でのそれぞれの圧力損失ΔＰ_１、ΔＰ_２は以下の式で表すことができる。なお、図５に本発明の液滴吐出機構における流路構造の音響回路図を示す。

なお、数４、数５において、２分の１を掛けているのは、圧力損失はすべてのインクが端の圧力室に流れる場合の半分で済むと考えるからである。また、流路抵抗がＲ_１×ＺではなくＲ_１×（Ｚ−１）となっているのは、Ｚ個の圧力室があるとき圧力室同士の間の数がＺ−１個あるためである。

ここで、増粘インクが非吐出圧力室２７−ｎを逆流しない条件は、圧力損失（Ｐ_ｉ−ΔＰ_１）≦（Ｐ_ｏ−ΔＰ_２）となり、以下の式で表すことができる。

そこで、具体的な数値を用いて説明する。ヘッド１１のノズル２８の総数を４００個のとき、平均吐出率を１０％として、４０個（平均吐出ノズル数ｎｚｌ）のノズル２８からインクが吐出しているとする。すると、１秒あたりのインクの総吐出量Ｑは、平均吐出ノズル数ｎｚｌ＝４０、吐出周波数ｆ＝２０ｋＨｚ、吐出量ｑ＝２ｐｌとして、Ｑ＝ｎｚｌ×ｆ×ｑ＝１．６×１０^−９ｍ^３／ｓ、となる。ここでは、リフィル比α_ｉ：α_ｏをα_ｉ＝０．７、α_ｏ＝０．３とする。

そして、第１共通流路２１における第１インクタンク１２との接続部分からインク室ユニット２９−１との接続部分までの流路抵抗Ｒ_ｉ＝１×１０^１０Ｎｓ／ｍ^５、第２共通流路２２における第２インクタンク１３との接続部分からインク室ユニット２９−１との接続部分までの流路抵抗Ｒ_ｏ１＝２×１０^１０Ｎｓ／ｍ^５、第１インクタンク１２の圧力Ｐ_ｉ＝−５００Ｐａ、第２インクタンク１３の圧力Ｐ_ｏ＝−７００Ｐａとする。

第１共通流路２１の隣り合うインク室ユニット２９間の流路抵抗Ｒ_１＝５×１０^８Ｎｓ／ｍ^５、第２共通流路２２の隣り合うインク室ユニット２９間の流路抵抗Ｒ_２＝１．６×１０^９Ｎｓ／ｍ^５とする。

次に、以上の条件下で全ての圧力室２７が非吐出圧力室である場合において、圧力室２７（ノズル２８）１つあたりのインクの循環量を検討する。インク供給路２３の流路抵抗ｒ_１＝４．５×１０^１３Ｎｓ／ｍ^５、インク循環路２４の流路抵抗ｒ_２＝１．２×１０^１４Ｎｓ／ｍ^５、とすると、ｒ_１＋ｒ_２＝１．７×１０^１４Ｎｓ／ｍ^５となる。そして、圧力室２７（ノズル２８）が４００個並列に並ぶ（図５参照）。ヘッド１１内の合成流路抵抗ｒを計算すると、（ｒ_１＋ｒ_２）＞＞Ｒ_１、Ｒ_２のときｒ＝｛（Ｒ_１＋Ｒ_２）×（ｒ_１＋ｒ_２）｝^１／２＝６．０×１０^１１Ｎｓ／ｍ^５となる。

そのため、機構全体の流路抵抗Ｒ_ａｌｌ＝ｒ＋Ｒ_ｉ＋Ｒ_ｏ１＝６．３×１０^１１Ｎｓ／ｍ^５となる。そして、第１インクタンク１２の圧力Ｐ_ｉ＝−５００Ｐａ、第２インクタンク１３の圧力Ｐ_ｏ＝−７００Ｐａであり、圧力差は２００Ｐａである。そこで、インクの循環量Ｕ_０は全体で、Ｕ_０＝２００Ｐａ／（６．３×１０^１１Ｎｓ／ｍ^５）＝３．２×１０^−１０ｍ^３／ｓとなり、圧力室２７（ノズル２８）１つあたりのインクの循環量は、（３．２×１０^−１０ｍ^３／ｓ）／４００個＝７．９×１０^−１２ｍ^３／ｓ＝７９０ｐｌ／ｓとなる。このインクの循環量は、ノズル２８部分のメニスカスの増粘を防止するのには十分な量である。ここで求めたＵ_０を使い、数３、数６が満たされるか調べる。

ここで、数３の左辺について代入して計算するとＰ_ｉ−Ｒ_ｉ×（α_ｉ×Ｑ＋Ｕ_０）＝−５１４Ｐａ、数３の右辺について代入して計算するとＰ_ｏ−Ｒ_ｏ１×（α_ｏ×Ｑ−Ｕ_０）＝−７０３Ｐａとなる。よって、左辺＞右辺が成立するので、以上の条件下で数３の式が成立する。

また、数６の左辺について代入して計算するとＰ_ｉ−Ｒ_ｉ×（α_ｉ×Ｑ＋Ｕ_０）−Ｒ_１×（Ｚ−１）×{（α_ｉ×Ｑ）／２＋Ｕ_０／２}＝−６６６Ｐａ、数６の右辺について代入して計算するとＰ_ｏ−Ｒ_ｏ１×（α_ｏ×Ｑ−Ｕ_０）−Ｒ_２×（Ｚ−１）×{（α_ｏ×Ｑ）／２−Ｕ_０／２}＝−７５４Ｐａとなる。よって、左辺≧右辺が成立するので、以上の条件下で数６の式が成立する。

このように、以上の条件下であれば、数３と数６の両方の数式を満足し、非吐出圧力室（２７−１、２、ｎ）からのインクの逆流を防ぐことができる。

なお、図６に示すように第１インクタンク１２と第２インクタンク１３を配置した場合においても、第１インクタンク１２と第２インクタンク１３に最も近い圧力室２７−ｍが共通しているので、非吐出圧力室（２７−１、ｚ）をインクが逆流しない条件は、数３と数６に示す式で表すことができる。

次に、図７において、非吐出圧力室（２７−１、２、ｚ）内でインクが逆流しない流路設計の条件を検討する。まず、図７において、最もインクが逆流する危険性があるのは、第１インクタンクから最も遠く、第２インクタンクから最も近い圧力室２７−ｚである。なぜならば、第１共通流路２１内で圧力が最も低くなりやすいためである。そこで、第１インクタンク１２から最も遠い圧力室２７−ｚにおいてインクが逆流しない場合には他の非吐出圧力室（２７−１、・・・）においてもインクが逆流しないといえるので、第１インクタンク１２から最も遠い圧力室２７−ｚにおいてインクが逆流しない条件を検討する。

図７のＣ点、Ｄ点における圧力Ｐ_Ｃ、Ｐ_Ｄを考える。図７のＣ点は、図示より明らかなように、第１共通流路２１において第１インクタンク１２に最も遠いインク室ユニット２９−ｚとの接続位置である。同様に、図７のＤ点は、図示より明らかなように、第２共通流路２２において第２インクタンク１３に最も近いインク室ユニット２９−ｚとの接続位置である。

そこで、まず、第１共通流路２１のＡ点における圧力をＰ_Ａ、インク吐出後にインク供給路２３から供給される単位時間当たりのインク量とインク吐出後にインク循環路２４から供給される単位時間当たりのインク量との比（リフィル比）をα_ｉ：α_ｏ、Ａ点からＣ点までの間に存在するインク室ユニット２９−ｚの数をＺ、第１共通流路２１の隣り合うインク室ユニット２９間の流路抵抗をＲ_１、Ａ点からＣ点までの圧力損失をΔＰ_ＡＣとすると、ΔＰ_ＡＣは以下のように表すことができる。

なお、数７において２分の１を掛けているのは、圧力損失はすべてのインクがＣ点に流れる場合の半分で済むと考えるからである。

次に、第１インクタンク１２の圧力をＰ_ｉ、第２インクタンク１３の圧力をＰ_ｏ、インク室ユニット２９からインクを吐出していない時に第１インクタンク１２から第２インクタンク１３への単位時間あたりのインク循環量をＵ_０、第１共通流路２１における第１インクタンク１２との接続部分からインク室ユニット２９−１との接続部分までの流路抵抗をＲ_ｉ、第２共通流路２２における第２インクタンク１３との接続部分からインク室ユニット２９−ｚとの接続部分までの流路抵抗をＲ_ｏｚ、第１共通流路２１のＡ点における圧力をＰ_Ａとすると、Ｃ点における圧力Ｐ_Ｃは以下の式で表すことができる。

第１共通流路２１のＡ点における圧力をＰ_Ａについては数１の式をそのまま使うことができるので、数１と数７の式を代入することにより、Ｃ点における圧力Ｐ_Ｃは以下の式で表すことができる。

また、Ｄ点における圧力Ｐ_Ｄは、数２と同様に考えることができるので、以下の式で表すことができる。

ここで、Ｐ_Ｃ≧Ｐ_Ｄの場合には、非吐出圧力室２７−ｚにおいてインクが逆流しない。そして、非吐出圧力室２７−ｚにおいてインクが逆流しない場合には、すべての非吐出圧力室２７−１、・・・）においてインクが逆流しないと考えることができる。

そこで、非吐出圧力室（２７−１、２、ｚ）を逆流しない条件は、数９と数１０の式より以下の式で表すことができる。

そこで、具体的な数値を用いて説明する。前記の数３、数６の検討に際して使用した数値の条件下と変わらないと仮定する。厳密には、ヘッドの合成抵抗ｒは変化するが、わずかに増えるだけなので無視する。数１１の左辺について代入して計算するとＰ_ｉ−Ｒ_ｉ×（α_ｉ×Ｑ＋Ｕ_０）−Ｒ_１×（Ｚ−１）×{（α_ｉ×Ｑ）／２＋Ｕ_０／２}＝−６６６Ｐａ、数１１の右辺について代入して計算するとＰ_ｏ−Ｒ_ｏｚ×（α_ｏ×Ｑ−Ｕ_０）＝−７０３Ｐａとなり、以上の条件下であれば数１１の式が成立する。

〔無駄なインクの消費量を無くすための手法〕
次に、前記のようなインクが逆流しないための条件のもと、ノズル２８からの安定した吐出状態を実現しつつ無駄なインクの消費量を無くすために、第２インクタンク１３内のインク量を印刷中に一定を保つための制御手法について説明する。

ここでまず、圧力室２７に直結するノズル２８からのインクの吐出により、第２インクタンク１３内のインク量がどのように変化するかを考える。そこで、ノズル２８からインクを吐出させるために第２インクタンク１３から圧力室２７へインクを供給するにあたり、第２インクタンク１３から圧力室２７への単位時間当たりのインクの供給量と第２インクタンク１３内に回収される単位時間当たりのインクの循環量との関係について考える。

まず、第２インクタンク１３から圧力室２７への単位時間当たりのインクの供給量が、第２インクタンク１３内に回収される単位時間当たりのインクの循環量を上回っている場合、第２インクタンク１３内のインク量は徐々に減少する。そのため、長時間連続して印刷を行い第２インクタンクが空になった場合には、第２インクタンクから圧力室２７にインクが供給されずノズル２８からのインクの吐出量に影響を与え、ノズル２８からの安定した吐出状況を実現できないおそれがある。したがって、長時間連続して印刷を行いたい場合には、インクジェット記録装置の動作を止めて第２インクタンク１３にインクを供給する必要がある。

一方、第２インクタンク１３から圧力室２７への単位時間当たりのインクの供給量が、第２インクタンク１３内に回収される単位時間当たりのインクの循環量を下回っている場合、第２インクタンク１３内のインク量は徐々に増加する。そのため、印刷に使用されないインクが第２インクタンク内に徐々に溜まっていくことになる。したがって、インクの循環量としては過剰な状態であり、無駄にインクを消費していることになる。

以上より、ノズル２８からの安定した吐出状況を実現しつつ無駄なインクの消費量を無くすためには、第２インクタンク１３から圧力室２７への単位時間当たりのインクの供給量と第２インクタンク１３内に回収される単位時間当たりのインクの循環量とが等しいことが必要である。

そこで、第２インクタンク１３の圧力Ｐ_ｏを変化させて第２インクタンク１３から供給されるインクの供給量と、第２インクタンク１３へ回収されるインクの循環量を等しくする。具体的には、第２インクタンク１３の圧力Ｐ_ｏを変化させて第１インクタンク１２と第２インクタンク１３の圧力差を調整して第２インクタンク１３からのインクの供給量を調整することにより、第２インクタンク１３からのインクの供給量と第２インクタンク１３へ回収されるインクの循環量を等しくする。

具体例として、数値を用いて以下に説明する。インクが吐出する圧力室（ノズル）の数を総圧力室（ノズル）数で割った値である吐出率を１０％とし、吐出周波数を２０ｋＨｚとし、１回あたりの吐出量を２ｐｌとする。このとき、１圧力室における１秒あたりの平均吐出量は、０．１×２×１０^４×２＝４０００ｐｌ／ｓとなる。

次に、インク供給路２３から供給される単位時間あたりのインク量とインク循環路２４から供給される単位時間あたりのインク量の比（リフィル比）をα_ｉ：α_ｏ＝０．７：０．３とする（α_ｉ＋α_ｏ＝１）。すると、第２インクタンク１３から供給される１秒あたりのインクの供給量は、４０００×０．３＝１２００ｐｌ／ｓとなる。ここで、インクが吐出していない時に、第２インクタンク１３に回収される単位時間あたりのインクの循環量は数３、数６の数式で求めた７９０ｐｌ／ｓとすると、第２インクタンク１３のインクは１秒あたり４１０ｐｌ／ｓのペースで減少することになる。

この時、第１インクタンク１２の圧力Ｐ_ｉ＝−５００Ｐａ、第２インクタンク１３の圧力Ｐ_ｏ＝−７００Ｐａとするとき、第１インクタンク１２と第２インクタンク１３の圧力差Ｐ＝Ｐ_ｉ−Ｐ_ｏ＝（−５００）−（−７００）＝２００Ｐａとなっている。

そして、前記のインクの供給量に対するインクの循環量の割合は、１２００／７９０＝１．５２となる。インクの循環量は第１インクタンク１２と第２インクタンク１３の圧力差に比例するため、第１インクタンク１２と第２インクタンク１３の圧力差Ｐを１．５２倍にすればよい。そのため、第２インクタンク１３の新たな圧力の値として、Ｐ_ｏ′＝Ｐ_ｉ−（Ｐ_ｉ−Ｐ_ｏ）×１．５２＝（−５００）−２００×１．５２＝−８０４Ｐａとすれば、インクの循環量をインクの供給量に等しくすることができる。

なお、インク供給路２３から供給される単位時間あたりのインク量とインク循環路２４から供給される単位時間あたりのインク量の比（リフィル比）のα_ｉ：α_ｏは、ノズル２８からのインクの吐出量に応じて変化しうるが、本実施形態では、ノズル２８からのインクの吐出量が十分に小さい場合について考えている。

また、１圧力室における１秒あたりの平均吐出量は、印刷物のデータから算出することができる。そして、この平均吐出量に応じて第１インクタンク１２と第２インクタンク１３の圧力差を制御してインクの循環量を調整すればよい。

例えば、平均吐出率が２０％のとき第２インクタンク１３から供給される１秒あたりのインクの供給量は、平均吐出率が１０％のときの２倍のため、２３２０ｐｌ／ｓとなる。そこで、第２インクタンク１３に回収される１秒あたりのインクの循環量を２３２０ｐｌ／ｓとするには、第１インクタンク１２と第２インクタンク１３の圧力差Ｐ＝（２３２０／１１００）×２００＝４２２Ｐａとすればよい。そのため、Ｐ_ｉ＝−５００Ｐａに対してＰ_ｏ＝−９２２となるように、第２インクタンク内の圧力を制御すればよい。

なお、第２インクタンク内の圧力を制御する例を示したが、第１インクタンク内の圧力を制御するようにしてもよい。

次に、第２インクタンク１３への圧力のかけ方について説明する。第２インクタンク１３の圧力は第１インクタンク１２との水頭差により圧力をかけることが望ましい。以下、その理由について場合を分けて説明する。

まず、ノズル２８からのインクの吐出量が増え、第２インクタンク１３からの供給量が増えて第２インクタンク１３のインクの液面が下がった場合を考える。第２インクタンク１３のインク量が減り液面が下がった結果、第２インクタンク１３の圧力Ｐ_ｏが減少する。そして、第２インクタンク１３の圧力Ｐ_ｏが減少すると、インクの循環量は第１インクタンク１２と第２インクタンク１３の圧力差に比例するため、インクの循環量を増加させることになる。そして、インクの循環量が増加すれば、第２インクタンク１３のインクが増える傾向になる。

一方、ノズル２８からのインクの吐出量が減り、第２インクタンク１３からの供給量が減ってインクの液面が上がった場合を考える。この場合、第２インクタンク１３に第１インクタンク１２との水頭差により圧をかけると、第２インクタンク１３からの供給量が減り、第２インクタンク１３のインク量が増え液面が上がる。その結果、第２インクタンク１３の圧力Ｐ_ｏが増加する。そして、第２インクタンク１３の圧力Ｐ_ｏが増加すると、インクの循環量は第１インクタンク１２と第２インクタンク１３の圧力差に比例するため、インクの循環量を減少させることになる。そして、インクの循環量が減少すれば、第２インクタンク１３のインクが減る傾向になる。

以上より上記の両場合とも、第２インクタンク１３のインク量を一定に保つ傾向に働くことがわかる。これにより、第２インクタンク１３のインク量を一定に保たれ、インク循環による無駄なインク消費が無くなるという効果を得ることができる。

ここで第１インクタンク１２の圧力も水頭差で制御している場合、吐出量が増えたときに、第１インクタンク１２の液面も下がる可能性がある。なぜなら、第１インクタンク１２の液面が第２インクタンク１３の液面よりも低下してしまうと、第１インクタンク１２の圧力Ｐ_ｉの方が第２インクタンクＰ_ｏよりも減少するため、両タンク間の圧力差（Ｐ_ｉ−Ｐ_ｏ）が減少するからである。そして、この結果インクの循環量は減り、第２インクタンク１３のインク量はさらに減少してしまう。

そこで、第１インクタンク１２の断面積Ｓ_１を、第２インクタンク１３の断面積Ｓ_２よりも大きくすればよい（Ｓ_１＞Ｓ_２）。これにより、第２インクタンク１３の液面は第１インクタンク１２の液面に比べて、吐出量の変化に対し敏感に反応することになる。そのため、前述したように、第２インクタンク１３の液面を一定に保つように制御できる。

また、第１インクタンク１２の液面変化を、第２インクタンク１３の液面変化よりも小さくするために、別の解決策として、第１インクタンク１２の圧力を一定に保つように制御してもいい。具体例としては、図８に示すように、第１インクタンク１２の液面が一定になるようにメインインクタンク１６からインクを供給し続けることが考えられる。また、第１インクタンク１２自体を上下させて水頭圧を一定に保つことが考えられる。また、薄膜を使って制御することも考えることができる。

しかし、第２インクタンク１３の液面が一定に保たれるように水頭差で制御しても、液滴吐出ヘッド１１から吐出させない状態が数時間続くと、第２インクタンク１３の液面が増加してしまう。たとえば、電源ＯＮの場合に、常にインクを循環しておくシステムを取り入れた場合に起こりうる。

第２インクタンク１３内のインク量が増加すると、第２インクタンクからインクがあふれるおそれがある。そこで以下、第２インクタンク１３の圧力を水頭差で制御する場合に第２インクタンク１３からインクが溢れない仕組みについて説明する。

第２インクタンク１３からインクが溢れてしまう高さにおける圧力Ｐｏ＿ｍａｘ が、第１インクタンク１２がとりうる圧力の最大値Ｐｉ＿ｍａｘよりも大きければ、第２インクタンク１３からインクが溢れる前に、インク循環が自動的に停止する。（Ｐｏ＿ｍａｘ ＞ Ｐｉ＿ｍａｘ）これにより、第２インクタンク１３からインクが漏れる恐れを無くすことができる。

そこで、一例を図９にて説明する。第１インクタンク１２の水頭差が変化しない制御をしたとして例えばＰ_ｉ＝−５００Ｐａの一定値とする。また、第２インクタンク１３のインクがあふれる限界の圧力を、例えばＰｏ＿ｍａｘ＝− ３００ Ｐａとなるようにする。そしてこのように、Ｐ_ｉ＞Ｐｏ＿ｍａｘの関係になるように、第１インクタンク１２と第２インクタンク１３の大きさや形状を規定する。これにより、第２インクタンク１３の液面が上っても、第１インクタンク１２の液面と同じ高さになったところで自動的にインク循環が止まるので、第２インクタンク１３からインクが漏れる恐れを無くすことができる。

また、別の例を図１０にて説明する。図１０に示すように、第２インクタンク１３には液面制御センサ１７が設けられており、さらに、第２インクタンク１３とポンプ１９を介して流路が接続されている第３インクタンク１８が配置されている。この例では、インク液面がある位置を越えたときに第３インクタンク１８にインクを移す方法を採用している。第２インクタンク１３から第３インクタンク１８にインクを移動させる基準液面は、第１インクタンク１２と液面が等しくなる高さとしてよい。そして、第２インクタンク１３の液面が上昇し液面制御センサ１７が検知した場合には、液面制御センサ１７からの信号によりポンプ１９を駆動させ、第３インクタンク１８にインクを移動させる。

第３インクタンク１８に溜まったインクは、ヘッド１１からの吐出量が多く第２インクタンク１３の液面が減少した場合には、ポンプ１９の駆動により第２インクタンク１３に移動されて、ヘッド１１から印刷媒体に吐出されることになる。これにより、第２インクタンク１３からインクが漏れる恐れを無くすことができる。

以上の方法を使えば、インク循環で回収したインクを効率的にすべて印刷媒体上に排出でき、無駄なインク量は無くなる。

以上の例では、Ｐ_ｉとＰ_ｏがともに大気圧よりも低い圧力で考えていたが、とくに制限になるわけではない。Ｐ_ｉ＞Ｐ_ｏの条件を満たす限りＰ_ｉ、Ｐ_ｏが大気圧より高いか低いかは関係ない。

〔インクジェット記録装置の構成〕
次に、上述したヘッド流路構造からなる液滴吐出機構を備えた画像記録装置の具体的な適用例としてのインクジェット記録装置について説明する。

図１１は、インクジェット記録装置の全体構成図である。同図に示すように、このインクジェット記録装置１１０は、黒（Ｋ），シアン（Ｃ），マゼンタ（Ｍ），イエロー（Ｙ）の各インクに対応して設けられた複数のインクジェット記録ヘッド（以下、ヘッドという。）１１Ｋ，１１Ｃ，１１Ｍ，１１Ｙを有する印字部１１２と、各ヘッド１１Ｋ，１１Ｃ，１１Ｍ，１１Ｙに供給するインクを貯蔵しておくインク貯蔵／装填部１１４（本発明の液滴吐出機構）と、被記録媒体たる記録紙１１６を供給する給紙部１１８と、記録紙１１６のカールを除去するデカール処理部１２０と、前記印字部１１２のノズル面（インク吐出面）に対向して配置され、記録紙１１６の平面性を保持しながら記録紙１１６を搬送するベルト搬送部１２２と、印字部１１２による印字結果を読み取る印字検出部１２４と、記録済みの記録紙（プリント物）を外部に排紙する排紙部１２６を備えている。

インク貯蔵／装填部１１４は、本発明の液滴吐出機構に関する部位であり、図１１には示されていないが図２などに示すように、各ヘッド１１Ｋ，１１Ｃ，１１Ｍ，１１Ｙに対応する色のインクを貯蔵する第１インクタンク１２、第２インクタンク１３を有し、各タンクは第１共通流路２１、インク供給路２３、第２共通流路２２、インク循環路２４の所要の管路を介してヘッド１１Ｋ，１１Ｃ，１１Ｍ，１１Ｙと連通されている。詳細は前記したため、ここでは詳細な説明は省略する。

なお、インク貯蔵／装填部１１４は、インク残量が少なくなるとその旨を報知する報知手段（表示手段、警告音発生手段）を備えるとともに、色間の誤装填を防止するための機構を有している。

図１１では、給紙部１１８の一例としてロール紙（連続用紙）のマガジンが示されているが、紙幅や紙質等が異なる複数のマガジンを併設してもよい。また、ロール紙のマガジンに代えて、又はこれと併用して、カット紙が積層装填されたカセットによって用紙を供給してもよい。

給紙部１１８から送り出される記録紙１１６はマガジンに装填されていたことによる巻きクセが残り、カールする。このカールを除去するために、デカール処理部１２０においてマガジンの巻きクセ方向と逆方向に加熱ドラム１３０で記録紙１１６に熱を与える。

ロール紙を使用する装置構成の場合、図１１のように、裁断用のカッター（第１のカッター）１２８が設けられており、該カッター１２８によってロール紙は所望のサイズにカットされる。

デカール処理後、カットされた記録紙１１６は、ベルト搬送部１２２へと送られる。ベルト搬送部１２２は、ローラ１３１、１３２間に無端状のベルト１３３が巻き掛けられた構造を有し、少なくとも印字部１１２のノズル面及び印字検出部１２４のセンサ面に対向する部分が水平面（フラット面）をなすように構成されている。

ベルト１３３は、記録紙１１６の幅よりも広い幅寸法を有しており、ベルト面には多数の吸引穴（不図示）が形成されている。図１１に示したとおり、ローラ１３１、１３２間に掛け渡されたベルト１３３の内側において印字部１１２のノズル面及び印字検出部１２４のセンサ面に対向する位置には吸着チャンバ１３４が設けられており、この吸着チャンバ１３４をファン１３５で吸引して負圧にすることによって記録紙１１６がベルト１３３上に吸着保持される。

ベルト１３３が巻かれているローラ１３１、１３２の少なくとも一方にモータの動力が伝達されることにより、ベルト１３３は図１１上の時計回り方向に駆動され、ベルト１３３上に保持された記録紙１１６は図１１の左から右へと搬送される。

縁無しプリント等を印字するとベルト１３３上にもインクが付着するので、ベルト１３３の外側の所定位置（印字領域以外の適当な位置）にベルト清掃部１３６が設けられている。

ベルト搬送部１２２により形成される用紙搬送路上において印字部１１２の上流側には、加熱ファン１４０が設けられている。加熱ファン１４０は、印字前の記録紙１１６に加熱空気を吹き付け、記録紙１１６を加熱する。印字直前に記録紙１１６を加熱しておくことにより、インクが着弾後乾き易くなる。

印字部１１２の各ヘッド１１Ｋ，１１Ｃ，１１Ｍ，１１Ｙは、当該インクジェット記録装置１１０が対象とする記録紙１１６の最大紙幅に対応する長さを有し、そのノズル面には最大サイズの被記録媒体の少なくとも一辺を超える長さ（描画可能範囲の全幅）にわたりインク吐出用のノズルが複数配列されたフルライン型のヘッドとなっている（図１２参照）。

ヘッド１１Ｋ，１１Ｃ，１１Ｍ，１１Ｙは、記録紙１１６の送り方向に沿って上流側から黒（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の色順に配置され、それぞれのヘッド１１Ｋ，１１Ｃ，１１Ｍ，１１Ｙが記録紙１１６の搬送方向と略直交する方向に沿って延在するように固定設置される。

ベルト搬送部１２２により記録紙１１６を搬送しつつ各ヘッド１１Ｋ，１１Ｃ，１１Ｍ，１１Ｙからそれぞれ異色のインクを吐出することにより記録紙１１６上にカラー画像を形成し得る。

このように、紙幅の全域をカバーするノズル列を有するフルライン型のヘッド１１Ｋ，１１Ｃ，１１Ｍ，１１Ｙを色別に設ける構成によれば、紙送り方向（副走査方向）について記録紙１１６と印字部１１２を相対的に移動させる動作を１回行うだけで（すなわち１回の副走査で）、記録紙１１６の全面に画像を記録することができる。

本例では、ＫＣＭＹの標準色（４色）の構成を例示したが、インク色や色数の組合せについては本実施形態に限定されない。

図１１に示した印字検出部１２４は、印字部１１２の打滴結果を撮像するためのイメージセンサ（ラインセンサ又はエリアセンサ）を含み、該イメージセンサによって読み取った打滴画像からノズルの目詰まりや着弾位置誤差などの吐出特性をチェックする手段として機能する。

本例の印字検出部１２４には、受光面に複数の受光素子（光電変換素子）が２次元配列されてなるＣＣＤエリアセンサを好適に用いることができる。エリアセンサは、少なくとも各ヘッド１１Ｋ，１１Ｃ，１１Ｍ，１１Ｙによるインク吐出幅（画像記録幅）の全域を撮像できる撮像範囲を有しているものとする。

また、エリアセンサに代えてラインセンサを用いることも可能である。この場合、ラインセンサは、少なくとも各ヘッド１１Ｋ，１１Ｃ，１１Ｍ，１１Ｙによるインク吐出幅（画像記録幅）よりも幅の広い受光素子列（光電変換素子列）を有する構成が好ましい。各色のヘッド１１Ｋ，１１Ｃ，１１Ｍ，１１Ｙにより印字されたテストパターン又は実技画像が印字検出部１２４により読み取られ、各ヘッドの吐出判定が行われる。

印字検出部１２４の後段には後乾燥部１４２が設けられている。後乾燥部１４２は、印字された画像面を乾燥させる手段であり、例えば、加熱ファンが用いられる。

後乾燥部１４２の後段には、加熱・加圧部１４４が設けられている。加熱・加圧部１４４は、画像表面の光沢度を制御するための手段であり、画像面を加熱しながら所定の表面凹凸形状を有する加圧ローラ１４５で加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。

こうして生成されたプリント物は排紙部１２６から排出される。本来プリントすべき本画像（目的の画像を印刷したもの）とテスト印字とは分けて排出することが好ましい。このインクジェット記録装置１１０では、本画像のプリント物と、テスト印字のプリント物とを選別してそれぞれの排出部１２６Ａ、１２６Ｂへと送るために排紙経路を切り換える不図示の選別手段が設けられている。なお、大きめの用紙に本画像とテスト印字とを同時に並列に形成する場合は、カッター（第２のカッター）１４８によってテスト印字の部分を切り離す。

〔ヘッドの構造〕
次に、ヘッド１１の構造について説明する。なお、色別の各ヘッド１１Ｋ，１１Ｃ，１１Ｍ，１１Ｙの構造は共通している。

図１３（ａ) はヘッド１１の構造例を示す平面透視図であり、図１３（ｂ） はその一部の拡大図である。また、図１３（ｃ） はヘッド１１の他の構造例を示す平面透視図、図１４は１つの液滴吐出素子（１つのノズル２８に対応したインク室ユニット）の立体的構成を示す断面図（図１３(a) 中の１４−１４線に沿う断面図）である。

記録紙１１６上に印字されるドットピッチを高密度化するためには、ヘッド１１におけるノズルピッチを高密度化する必要がある。本例のヘッド１１は、図１３（ａ），（ｂ） に示したように、インク吐出口であるノズル２８と、各ノズル２８に対応する圧力室２７等からなる複数のインク室ユニット（液滴吐出素子）２９を千鳥でマトリクス状に（２次元的に）配置させた構造を有し、これにより、ヘッド長手方向（紙送り方向と直交する方向）に沿って並ぶように投影される実質的なノズル間隔（投影ノズルピッチ）の高密度化を達成している。

記録紙１１６の送り方向と略直交する方向に記録紙１１６の全幅に対応する長さにわたり１列以上のノズル列を構成する形態は本例に限定されない。例えば、図１３（ａ） の構成に代えて、図１３（ｃ）に示すように、複数のノズル２８が２次元に配列された短尺のヘッドモジュール１１’を千鳥状に配列して繋ぎ合わせることで記録紙１１６の全幅に対応する長さのノズル列を有するラインヘッドを構成してもよい。

各ノズル２８に対応して設けられている圧力室２７は、その平面形状が概略正方形となっており（図１３（ａ），（ｂ） 参照）、対角線上の両隅部の一方にノズル２８への流出口が設けられ、他方に供給インクの流入口（供給口）であるインク供給路２３が設けられている。なお、圧力室２７の形状は、本例に限定されず、平面形状が四角形（菱形、長方形など）、五角形、六角形その他の多角形、円形、楕円形など、多様な形態があり得る。

図１４に示したように、各圧力室２７はインク供給路２３を介して第１共通流路２１と連通されている。第１共通流路２１はインク供給源たる第１インクタンク１２（図４参照）と連通しており、第１インクタンク１２から供給される第１共通流路２１を介して各圧力室２７に分配供給される。

また、図１４と同様な構造により、各圧力室２７はインク循環路２４を介して第２共通流路２２とも連通されている。そして、インクがノズルから吐出していない圧力室２７においては、インクは第１インクタンクから第１共通流路２１、インク供給路２３、圧力室２７、インク循環路２４、第２共通流路２２を介して第２インクタンク１３へと循環する。また、第２インクタンク１３はインク供給源としても機能し、第２共通流路２２と連通しており、第２インクタンク１３から供給される第２共通流路２２を介して各圧力室２７に分配供給される。

圧力室２７の一部の面（図１４において天面）を構成している加圧板（共通電極と兼用される振動板）１５６には個別電極１５７を備えたアクチュエータ１５８が接合されている。なお、前記において、個別電極１５７を備えたアクチュエータ１５８をピエゾ２６として説明した。個別電極１５７と共通電極間に駆動電圧を印加することによってアクチュエータ１５８が変形して圧力室２７の容積が変化し、これに伴う圧力変化によりノズル２８からインクが吐出される。インク吐出後、アクチュエータ１５８の変位が元に戻る際に、第１共通流路２１からインク供給路２３を通って新しいインクが圧力室２７に再充填される。

上述した構造を有するインク室ユニット２９を図１５に示す如く主走査方向に沿う行方向及び主走査方向に対して直交しない一定の角度θを有する斜めの列方向とに沿って一定の配列パターンで格子状に多数配列させることにより、本例の高密度ノズルヘッドが実現されている。

すなわち、主走査方向に対してある角度θの方向に沿ってインク室ユニット２９を一定のピッチｄで複数配列する構造により、主走査方向に並ぶように投影されたノズルのピッチＰはｄ× cosθとなり、主走査方向については、各ノズル２８が一定のピッチＰで直線状に配列されたものと等価的に取り扱うことができる。このような構成により、主走査方向に並ぶように投影されるノズル列が１インチ当たり２４００個（２４００ノズル／インチ）におよぶ高密度のノズル構成を実現することが可能になる。

なお、印字可能幅の全幅に対応した長さのノズル列を有するフルラインヘッドで、ノズルを駆動する時には、（１）全ノズルを同時に駆動する、（２）ノズルを片方から他方に向かって順次駆動する、（３）ノズルをブロックに分割して、ブロックごとに片方から他方に向かって順次駆動する等が行われ、用紙の幅方向（用紙の搬送方向と直交する方向）に１ライン（１列のドットによるライン又は複数列のドットから成るライン）を印字するようなノズルの駆動を主走査と定義する。

特に、図１５に示すようなマトリクス状に配置されたノズル２８を駆動する場合は、上記（３）のような主走査が好ましい。すなわち、ノズル２８-11 、２８-12 、２８-13 、２８-14 、２８-15 、２８-16 を１つのブロックとし（他にはノズル２８-21 、…、２８-26 を１つのブロック、ノズル２８-31 、…、２８-36 を１つのブロック、…として）、記録紙１１６の搬送速度に応じてノズル２８-11 、２８-12 、…、２８-16 を順次駆動することで記録紙１１６の幅方向に１ラインを印字する。

一方、上述したフルラインヘッドと用紙とを相対移動することによって、上述した主走査で形成された１ライン（１列のドットによるライン又は複数列のドットから成るライン）の印字を繰り返し行うことを副走査と定義する。

そして、上述の主走査によって記録される１ライン（或いは帯状領域の長手方向）の示す方向を主走査方向といい、上述の副走査を行う方向を副走査方向という。すなわち、本実施形態では、記録紙１１６の搬送方向が副走査方向であり、それに直交する方向が主走査方向ということになる。

本発明の実施に際してノズルの配置構造は図示の例に限定されない。また、本実施形態では、ピエゾ素子（圧電素子）に代表されるアクチュエータ１５８の変形によってインク滴を飛ばす方式が採用されているが、本発明の実施に際して、インクを吐出させる方式は特に限定されず、ピエゾジェット方式に代えて、ヒータなどの発熱体によってインクを加熱して気泡を発生させ、その圧力でインク滴を飛ばすサーマルジェット方式など、各種方式を適用できる。

〔制御系の説明〕
図１６は、インクジェット記録装置１１０のシステム構成を示すブロック図である。同図に示したように、インクジェット記録装置１１０は、通信インターフェース１７０、システムコントローラ１７２、画像メモリ１７４、ＲＯＭ１７５、モータドライバ１７６、ヒータドライバ１７８、プリント制御部１８０、画像バッファメモリ１８２、ヘッドドライバ１８４、ポンプドライバ１９０等を備えている。

通信インターフェース１７０は、ホストコンピュータ１８６から送られてくる画像データを受信する画像入力手段として機能するインターフェース部（画像入力部）である。通信インターフェース１７０にはＵＳＢ（Universal Serial Bus）、ＩＥＥＥ１３９４、イーサネット（登録商標）、無線ネットワークなどのシリアルインターフェースやセントロニクスなどのパラレルインターフェースを適用することができる。

ホストコンピュータ１８６から送出された画像データは通信インターフェース１７０を介してインクジェット記録装置１１０に取り込まれ、一旦画像メモリ１７４に記憶される。画像メモリ１７４は、通信インターフェース１７０を介して入力された画像を格納する記憶手段であり、システムコントローラ１７２を通じてデータの読み書きが行われる。

システムコントローラ１７２は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）及びその周辺回路等から構成され、所定のプログラムに従ってインクジェット記録装置１１０の全体を制御する制御装置として機能するとともに、各種演算を行う演算装置として機能する。すなわち、システムコントローラ１７２は、通信インターフェース１７０、画像メモリ１７４、モータドライバ１７６、ヒータドライバ１７８、ポンプドライバ１９０等の各部を制御し、ホストコンピュータ１８６との間の通信制御、画像メモリ１７４及びＲＯＭ１７５の読み書き制御等を行うとともに、搬送系のモータ１８８やヒータ１８９やポンプ（１９、３２）を制御する制御信号を生成する。

ＲＯＭ１７５には、システムコントローラ１７２のＣＰＵが実行するプログラム及び制御に必要な各種データ（着弾位置誤差等の測定用テストパターンのデータを含む）などが格納されている。

画像メモリ１７４は、画像データの一時記憶領域として利用されるとともに、プログラムの展開領域及びＣＰＵの演算作業領域としても利用される。

モータドライバ１７６は、システムコントローラ１７２からの指示に従って搬送系のモータ１８８を駆動するドライバ（駆動回路）である。ヒータドライバ１７８は、システムコントローラ１７２からの指示に従って後乾燥部１４２等のヒータ１８９を駆動するドライバである。ポンプドライバ１９０は、システムコントローラ１７２からの指示に従ってポンプ（１９、３２）を駆動するドライバである。

プリント制御部１８０は、システムコントローラ１７２の制御に従い、画像メモリ１７４内の画像データ（多値の入力画像のデータ） から打滴制御用の信号を生成するための各種加工、補正などの処理を行う信号処理手段として機能するとともに、生成したインク吐出データをヘッドドライバ１８４に供給してヘッド１１の吐出駆動を制御する駆動制御手段として機能する。

プリント制御部１８０には画像バッファメモリ１８２が備えられており、プリント制御部１８０における画像データ処理時に画像データやパラメータなどのデータが画像バッファメモリ１８２に一時的に格納される。なお、図１６において画像バッファメモリ１８２はプリント制御部１８０に付随する態様で示されているが、画像メモリ１７４と兼用することも可能である。また、プリント制御部１８０とシステムコントローラ１７２とを統合して１つのプロセッサで構成する態様も可能である。

画像入力から印字出力までの処理の流れを概説すると、印刷すべき画像のデータは、通信インターフェース１７０を介して外部から入力され、画像メモリ１７４に蓄えられる。この段階では、例えば、ＲＧＢの多値の画像データが画像メモリ１７４に記憶される。

すなわち、プリント制御部１８０は、入力されたＲＧＢ画像データをＫ，Ｃ，Ｍ，Ｙの４色のドットデータに変換する処理を行う。こうして、プリント制御部１８０で生成されたドットデータは、画像バッファメモリ１８２に蓄えられる。この色別ドットデータは、ヘッド１１のノズルからインクを吐出するためのＣＭＹＫ打滴データに変換され、印字されるインク吐出データが確定する。

ヘッドドライバ１８４は、プリント制御部１８０から与えられるインク吐出データ及び駆動波形の信号に基づき、印字内容に応じてヘッド１１の各ノズル２８に対応するアクチュエータ１５８を駆動するための駆動信号を出力する。ヘッドドライバ１８４にはヘッドの駆動条件を一定に保つためのフィードバック制御系を含んでいてもよい。

こうして、ヘッドドライバ１８４から出力された駆動信号がヘッド１１に加えられることによって、該当するノズル２８からインクが吐出される。記録紙１１６の搬送速度に同期してヘッド１１からのインク吐出を制御することにより、記録紙１１６上に画像が形成される。

上記のように、プリント制御部１８０における所要の信号処理を経て生成されたインク吐出データ及び駆動信号波形に基づき、ヘッドドライバ１８４を介して各ノズルからのインク液滴の吐出量や吐出タイミングの制御が行われる。これにより、所望のドットサイズやドット配置が実現される。

印字検出部１２４は、図１６で説明したように、イメージセンサを含むブロックであり、記録紙１１６に印字された画像を読み取り、所要の信号処理などを行って印字状況（吐出の有無、打滴のばらつき、光学濃度など）を検出し、その検出結果をプリント制御部１８０及びシステムコントローラ１７２に提供する。

以上、本発明の液滴吐出機構および画像形成装置について詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。

本発明の液滴吐出機構の概要図である。 本発明の液滴吐出機構における流路構造の模式図である。 本発明の液滴吐出機構における流路構造の模式図において、ある流路設計の条件のもと非吐出圧力室内でインクが逆流する場合を示す図である。 本発明の液滴吐出機構における流路構造の模式図において、ある流路設計の条件のもと非吐出圧力室内でインクが逆流しない場合を示す図である。 本発明の液滴吐出機構における流路構造の音響回路図である。 本発明の液滴吐出機構におけるその他の流路構造の模式図である。 本発明の液滴吐出機構におけるその他の流路構造の模式図である。 インクタンク内の圧力を水頭圧にて制御する例を示す図である。 第２インクタンク内の圧力を水頭差で制御する場合に第２インクタンクからインクが溢れない仕組みについての説明図である。 第２インクタンク内の圧力を水頭差で制御する場合に第２インクタンクからインクが溢れないその他の仕組みについての説明図である。 本発明に係る液滴吐出機構を備えたインクジェット記録装置の全体構成図である。 図１１に示したインクジェット記録装置の印字部周辺の要部平面図である。 記録ヘッドの構造例を示す平面透視図である。 図１３(ａ)の一部の拡大図である。 記録ヘッドの他の構造例を示す平面透視図である。 １つの液滴吐出素子の立体的構成を示す断面図（図１３(a) 中の１４−１４線に沿う断面図）である。 図１３(a) に示した記録ヘッドのノズル配列を示す拡大図である。 インクジェット記録装置のシステム構成のブロック図である。 特許文献１に開示されているプリントヘッドの断面図である。

符号の説明

１１…ヘッド、１２…第１インクタンク、１３…第２インクタンク、２１…第１共通流路、２２…第２共通流路、２３…インク供給路、２４…インク循環路、２６…ピエゾ、２７…圧力室、２８…ノズル、２９…インク室ユニット、１１０…インクジェット記録装置、Ｐ_ｉ…第１インクタンク内の圧力、Ｐ_ｏ…第２インクタンク内の圧力、Ｒ_１…隣り合うインク室ユニット間の第１共通流路における流路抵抗、Ｒ_２…隣り合うインク室ユニット間の第２共通流路における流路抵抗、Ｑ…インクを吐出している全てのインク室ユニットにおける単位時間あたりのインクの総吐出量、Ｒ_ｉ…第１共通流路における第１インクタンクとの接続部分から最短距離のインク室ユニットとの接続部分までの流路抵抗

Claims (8)

1. インクを貯留する第１インクタンクおよび第２インクタンクと、インクを吐出することができるインク室ユニットと、前記第１インクタンクと複数の前記インク室ユニットを接続する第１共通流路と、前記第２インクタンクと複数の前記インク室ユニットを接続する第２共通流路とを有し、
   前記インク室ユニットは、ノズルからインクを吐出することができる圧力室と、前記第１共通流路と前記圧力室とを連通させるインク供給路と、前記第２共通流路と前記圧力室とを連通させるインク循環路とを備えるものとする液滴吐出機構において、
   インクの循環は、前記第１インクタンクから供給されるインクが前記第１共通流路とインクを吐出していない前記インク室ユニットと前記第２共通流路の流路間を経由して前記第２インクタンクに回収されることにより行われるものであり、
   前記第１インクタンクに、複数の前記インク室ユニットの中で最短距離で接続する最短接続ユニットが前記第２インクタンクにも複数の前記インク室ユニットの中で最短距離で接続されており、
   前記第１インクタンク内の圧力をＰ_ｉ、前記第２インクタンク内の圧力をＰ_ｏ、前記インク室ユニットからインクを吐出していない時に前記第１インクタンクから前記第２インクタンクへの単位時間あたりのインク循環量をＵ_０、少なくともいずれか１つの前記インク室ユニットからインクを吐出している時に前記インク供給路から供給される単位時間あたりのインク量と前記インク循環路から供給される単位時間あたりのインク量の比をα_ｉ：α_ｏ、インクを吐出している全ての前記インク室ユニットにおける単位時間あたりのインクの総吐出量をＱ、前記第１共通流路における前記第１インクタンクとの接続部分から前記最短接続ユニットとの接続部分までの流路抵抗をＲ_ｉ、前記第２共通流路における前記第２インクタンクとの接続部分から前記最短接続ユニットの接続部分までの流路抵抗をＲ_ｏ１とするときに、
   {Ｐ_ｉ−Ｒ_ｉ×（α_ｉ×Ｑ＋Ｕ_０）}≧{Ｐ_ｏ−Ｒ_ｏ１×（α_ｏ×Ｑ−Ｕ_０）}の条件を満たし、
   かつ、隣り合う前記インク室ユニット間の前記第１共通流路内の流路抵抗をＲ_１、隣り合う前記インク室ユニット間の前記第２共通流路内の流路抵抗をＲ_２、前記インク室ユニットの総数をＺとするときに、
   〔Ｐ_ｉ−Ｒ_ｉ×（α_ｉ×Ｑ＋Ｕ_０）−Ｒ_１×（Ｚ−１）×{（α_ｉ×Ｑ）／２＋Ｕ_０／２}〕≧〔Ｐ_ｏ−Ｒ_ｏ１×（α_ｏ×Ｑ−Ｕ_０）−Ｒ_２×（Ｚ−１）×{（α_ｏ×Ｑ）／２−Ｕ_０／２}〕の条件を満たすこと、
   を特徴とする液滴吐出機構。
2. インクを貯留する第１インクタンクおよび第２インクタンクと、インクを吐出することができるインク室ユニットと、前記第１インクタンクと複数の前記インク室ユニットを接続する第１共通流路と、前記第２インクタンクと複数の前記インク室ユニットを接続する第２共通流路とを有し、
   前記インク室ユニットは、ノズルからインクが吐出することができる圧力室と、前記第１共通流路と前記圧力室とを連通させるインク供給路と、前記第２共通流路と前記圧力室とを連通させるインク循環路とを備えるものとする液滴吐出機構において、
   インクの循環は、前記第１インクタンクから供給されるインクが前記第１共通流路とインクを吐出していない前記インク室ユニットと前記第２共通流路の流路間を経由して前記第２インクタンクに回収されることにより行われるものであり、
   前記第１インクタンクに、複数の前記インク室ユニットの中で最長距離で接続する最長接続ユニットが前記第２インクタンクには複数の前記インク室ユニットの中で最短距離で接続し、前記第１インクタンクに、複数の前記インク室ユニットの中で最短距離で接続する最短接続ユニットが前記第２インクタンクには複数の前記インク室ユニットの中で最長距離で接続されており、
   前記第１インクタンク内の圧力をＰ_ｉ、前記第２インクタンク内の圧力をＰ_ｏ、前記インク室ユニットからインクを吐出していない時に前記第１インクタンクから前記第２インクタンクへの単位時間あたりのインク循環量をＵ_０、少なくともいずれか１つの前記インク室ユニットからインクを吐出している時に前記インク供給路から供給される単位時間あたりのインク量と前記インク循環路から供給される単位時間あたりのインク量の比をα_ｉ：α_ｏ、インクを吐出している全ての前記インク室ユニットにおける単位時間あたりのインクの総吐出量をＱ、前記第１共通流路における前記第１インクタンクとの接続部分から前記最短接続ユニットとの接続部分までの流路抵抗をＲ_ｉ、前記インク室ユニットの総数をＺ、隣り合う前記インク室ユニット間の前記第１共通流路内の流路抵抗をＲ_１、前記第２共通流路における前記第２インクタンクとの接続部分から前記最長接続ユニットの接続部分までの流路抵抗をＲ_ｏｚ、とするときに、
   〔Ｐ_ｉ−Ｒ_ｉ×（α_ｉ×Ｑ＋Ｕ_０）−Ｒ_１×（Ｚ−１）×{（α_ｉ×Ｑ）／２＋Ｕ_０／２}〕≧｛Ｐ_ｏ−Ｒ_ｏｚ×（α_ｏ×Ｑ−Ｕ_０）｝の条件を満たすこと、
   を特徴とする液滴吐出機構。
3. 請求項１または２に記載の液滴吐出機構において、
   インクを吐出している時に前記第２インクタンクから供給されるインク量と、インクを吐出していない時に前記第１インクタンクから前記第２インクタンクへ循環するインク量が等しくなるように、前記第１インクタンクと前記第２インクタンクのうち少なくとも一方の圧力を制御すること、
   を特徴とする液滴吐出機構。
4. 請求項１乃至３のいずれか１つに記載の液滴吐出機構において、
   前記第２インクタンク内の圧力は水頭圧により制御すること、
   を特徴とする液滴吐出機構。
5. 請求項４に記載の液滴吐出機構において、
   前記第１インクタンク内の圧力は水頭圧により制御するものであって、
   前記第２インクタンクの断面積をＳ_２とし、前記第１インクタンクの断面積をＳ_１としたときに、Ｓ_２＜Ｓ_１の条件を満たすこと、
   を特徴とする液滴吐出機構。
6. 請求項４に記載の液滴吐出機構において、
   前記第１インクタンク内の圧力を一定に維持するように制御すること、
   を特徴とする液滴吐出機構。
7. 請求項４に記載の液滴吐出機構において、
   インクを貯留する第３インクタンクと、前記第２インクタンクの液面高さを測定する測定手段と、
   前記測定手段により前記第２インクタンクの液面高さが閾値を越えたことを測定した時には、前記第２インクタンクのインクを前記第３インクタンクに移動させる移動手段を有すること、
   を特徴とする液滴吐出機構。
8. 請求項１乃至７のいずれか１つに記載の液体吐出機構を備えたことを特徴とする画像形成装置。

Images