JP2010017926A - 記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】記録ヘッドの小型化を図りつつノズルのメニスカスが破壊されるのを防止する。
【解決手段】インクジェットヘッド１に、マニホールド流路の出口からノズルに至る複数の個別インク流路が形成されている。超過状態検知部が、ノズルに形成されたメニスカスにおけるインク側と大気側との圧力差を算出し、算出した圧力差が閾値を超える超過状態になることを検知する。圧力制御部は、圧力差が超過状態となるときから所定の駆動時間の間、圧力差が閾値未満となるように、ポンプ１８を駆動してインクタンク１７内に正圧を印加する。
【選択図】図６

Description

本発明は、液滴を吐出して記録媒体に画像を記録する記録装置に関する。

記録用紙等の記録媒体にインク滴を吐出して画像を記録するインクジェットプリンタとして、インクタンクからのインクが供給される共通インク流路及び共通インク流路の出口から記録媒体にインク滴を吐出するノズルに至る複数の個別インク流路を有するインクジェットヘッドを備えるものがある（特許文献１参照）。

特開２００７−３０１８４４号公報（図４）

上述したインクジェットヘッドにおいては、多数のノズルから同時にインク滴を吐出したときに、個別インク流路へのインクの供給が不足することによって、共通インク流路内のインクが負圧となり、特に、インク滴を吐出していないノズルに形成されたメニスカスが壊れることがある。メニスカスが壊れると、当該ノズルからインク滴が正常に吐出されなくなる。そこで、流路断面積を大きくして共通インク室の流路抵抗を下げることによって、個別インク流路へのインクの供給不足を解消することが考えられる。しかしながら、共通インク流路の流路断面積を大きくすると、インクジェットヘッドが大型化してしまう。

そこで、本発明は、記録ヘッドの小型化を図りつつノズルのメニスカスが破壊されるのを防止することができる記録装置を提供することを目的とする。

本発明の記録装置は、液体を収容する液体タンクと、前記液体タンクからの液体が供給口を介して供給される共通液体流路、前記共通液体流路の出口から圧力室を介してノズルに至る複数の個別液体流路、及び、前記圧力室内の液体に前記ノズルから吐出する圧力を付与する複数のアクチュエータを有する記録ヘッドとを備えている。さらに、前記液体タンク内の圧力を変化させる圧力可変機構と、いずれかの前記ノズルから液滴が吐出されることで液滴が吐出されない他の前記ノズルに形成されたメニスカスに対する液体側の圧力と気体側の圧力との間の圧力差が閾値を超える超過状態になることを検知する超過状態検知手段と、前記圧力差が前記超過状態になることを前記超過状態検知手段が検知した場合、前記超過状態となる時点から所定時間が経過するまでの間、前記圧力可変機構を制御して前記圧力差が前記閾値未満となるようにする圧力制御手段とを備えている。

本発明によると、ノズルから多量の液体が吐出されることによって共通インク流路内に所定以上の負圧が発生しようとするときに、共通インク流路内に所定以上の負圧が発生しないように、液体タンク内の圧力を制御することによって共通インク流路へのインクの供給力を調整するため、記録ヘッドの小型化を図りつつメニスカスが破壊されるのを防止することができる。

本発明においては、前記超過状態検知手段は、液滴を吐出する全ての前記ノズルから吐出される液滴の総量の単位時間当たりの変化量に基づいて、前記圧力差を算出することが好ましい。これによると、圧力差をソフトウェア処理だけで容易に予測することができる。

または、本発明においては、複数の前記ノズルを含むノズル群が複数形成されており、前記超過状態検知手段は、前記ノズル群毎に、液滴を吐出する全ての前記ノズルから吐出される液滴の総量の単位時間当たりの変化量及び前記供給口から前記共通液体流路までの流路抵抗に基づいて前記圧力差を算出し、算出された複数の前記圧力差の少なくともいずれか１つが前記閾値を超えたときに、前記超過状態になることを検知することが好ましい。これによると、長尺の記録ヘッドのように、供給口からノズルまでの流路抵抗がノズルによってばらつきがある場合であっても、正確な圧力差を算出することができる。

さらに、本発明においては、前記記録ヘッド内の液体の温度を検出する温度検出手段をさらに備えており、前記超過状態検出手段は、前記温度検出手段が検出する温度に基づいて、前記圧力差を算出することがより好ましい。これによると、温度によって液体の粘度が変化した場合においても正確な圧力差を予測することができる。

加えて、本発明においては、各ノズルから吐出される液滴のサイズを示す駆動データを記憶する記憶手段をさらに有しており、前記超過状態検知手段は、前記駆動データから前記液滴の総量を決定することがより一層好ましい。これによると、駆動データを用いることによって、圧力差をさらに容易に予測することができる。

また、本発明においては、前記液体タンクと前記共通液体流路とを連通させる供給流路と、前記供給流路内の液体の圧力を計測する圧力センサとをさらに備えており、前記超過状態検知手段は、前記圧力センサによって計測される前記供給流路内の液体の圧力に基づいて、前記超過状態になることを検知することが好ましい。これによると、超過状態になっていることを確実に検知することができる。

このとき、前記閾値は、全ての前記ノズルから最大サイズの液滴が吐出されている場合に、全ての前記ノズルから流出する液体の量と前記共通液体流路に供給される液体の量とに釣り合いが生じているときに、前記圧力センサによって計測される圧力に対応した前記圧力差以上であり、且つ、前記メニスカスが破壊に至る前記圧力差未満であることが好ましい。これによると、超過状態になっていることをさらに確実に検知することができる。

また、本発明においては、前記圧力制御手段は、前記圧力差が大きくなるに伴って、前記所定時間を長くすることが好ましい。これによると、超過状態になろうとする時間に応じて、圧力可変機構を駆動させる時間を調整することができるため、省電力化を図ることができる。

さらに、本発明においては、前記圧力制御手段は、前記所定時間において前記液体タンク内に正圧が印加されるように前記圧力可変機構を駆動することが好ましい。これによると、圧力差を小さくするための制御が容易になる。

加えて、本発明においては、前記圧力変化機構が、前記液体タンク内に強制的に空気を供給するポンプを含んでいることが好ましい。これによると、圧力変化機構を容易に実現することができる。

または、本発明においては、前記圧力変化機構が、前記液体タンクの壁面の一部を変位させることによって前記液体タンク内の容積を変化させる容積変化機構を含んでいてもよい。これによると、圧力変化機構の小型化を図ることができる。

さらに、本発明においては、前記記録ヘッド内の液体の温度を検出する温度検出手段をさらに備えており、前記圧力制御手段は、前記温度検出手段が所定温度以下の温度を検出したときにのみ、前記液体タンク内の圧力を制御することが好ましい。これによると、液体タンク内の圧力を制御するための処理が簡略化される。

本発明によると、ノズルから多量の液体が吐出されることによって共通インク流路内に所定以上の負圧が発生しようとするときに、共通インク流路内に所定以上の負圧が発生しないように、液体タンク内の圧力を制御することによって共通インク流路へのインクの供給力を調整するため、記録ヘッドの小型化を図りつつメニスカスが破壊されるのを防止することができる。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明に係る第１実施形態のインクジェットプリンタの全体的な構成を示す概略側面図である。図１に示すように、インクジェットプリンタ１０１は、４つのインクジェットヘッド１を有するカラーインクジェットプリンタである。また、インクジェットプリンタ１０１は、インクジェットプリンタ１０１を制御する制御装置１６を有している。このインクジェットプリンタ１０１には、図中左方に給紙部１１が、図中右方に排紙部１２がそれぞれ構成されている。

インクジェットプリンタ１０１の内部には、給紙部１１から排紙部１２に向かって用紙Ｐが搬送される用紙搬送経路が形成されている。給紙部１１のすぐ下流側には、用紙を狭持搬送する一対の送りローラ５ａ、５ｂが配置されている。一対の送りローラ５ａ、５ｂは、用紙Ｐを給紙部１１から図中右方に送り出すためのものである。用紙搬送経路の中間部には、搬送機構１３が設けられている。この搬送機構１３は、２つのベルトローラ６、７と、両ローラ６、７の間に架け渡されるように巻回されたエンドレスの搬送ベルト８と、搬送ベルト８によって囲まれた領域内に配置されたプラテン１５とを含む。プラテン１５は、インクジェットヘッド１と対向する位置において搬送ベルト８が下方に撓まないように搬送ベルト８を支持するものである。ベルトローラ７と対向する位置には、ニップローラ４が配置されている。ニップローラ４は、給紙部１１から送りローラ５ａ、５ｂによって送り出された用紙Ｐを搬送ベルト８の外周面８ａに押さえ付けるものである。

図示しない搬送モータがベルトローラ６を回転させることによって、搬送ベルト８が走行される。これにより、搬送ベルト８が、ニップローラ４によって外周面８ａに押さえ付けられた用紙Ｐを粘着保持しつつ排紙部１２に向けて搬送する。なお、搬送ベルト８の表面には、弱粘着性のシリコン樹脂層が形成されている。

搬送ベルト８のすぐ下流側には、剥離プレート１４が設けられている。剥離プレート１４は、搬送ベルト８の外周面８ａに粘着されている用紙Ｐを外周面８ａから剥離して、図中右方の排紙部１２に向けて導くように構成されている。

４つのインクジェットヘッド１は、４色（マゼンタ、イエロー、シアン、ブラック）のインクに対応して、搬送方向に沿って並べて固定されている。つまり、このインクジェットプリンタ１０１は、ライン式プリンタである。インクジェットヘッド１は、その下端にヘッド本体２をそれぞれ有している。ヘッド本体２は、搬送方向に直交した方向に長尺な細長い直方体形状となっている。また、ヘッド本体２の底面が搬送ベルト８の外周面８ａに対向するインク吐出面２ａとなっている。搬送ベルト８によって搬送される用紙Ｐが４つのヘッド本体２のすぐ下方側を順に通過する際に、この用紙Ｐの上面すなわち印刷面に向けてインク吐出面２ａから各色のインクが吐出されることで、用紙Ｐの印刷面に所望のカラー画像を形成できるようになっている。

次に、図２〜図５を参照しつつ、ヘッド本体２について説明する。図２は、ヘッド本体２の平面図である。図３は、図２の一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。なお、図３では説明の都合上、アクチュエータユニット２１の下方にあって破線で描くべき圧力室１１０、アパーチャ１１２及びノズル１０８を実線で描いている。図４は、図３に示すIV−IV線に沿った部分断面図である。図５は、アクチュエータユニット２１の部分断面図である。

ヘッド本体２は、インクタンク１７（図６参照）からのインクを貯溜しつつ流路ユニット９に供給するリザーバユニット（不図示）やアクチュエータユニット２１を駆動させる駆動信号を生成するドライバＩＣ５１（図７参照）が組み付けられることによって、インクジェットヘッド１を構成するものである。

図２に示すように、ヘッド本体２は、４つのアクチュエータユニット２１が、流路ユニット９の上面９ａに固定されている。図３に示すように、流路ユニット９は、圧力室１１０等を含むインク流路が内部に形成されている。アクチュエータユニット２１は、各圧力室１１０に対応した複数のアクチュエータを含んでおり、ドライバＩＣ５１に駆動されることによって、圧力室１１０内のインクに選択的に吐出エネルギーを付与する機能を有する。

図２に示すように、流路ユニット９は、直方体形状となっている。流路ユニット９の上面９ａには、リザーバユニットのインク流出流路（不図示）に対応して、計１０個のインク供給口１０５ｂが開口している。流路ユニット９の内部には、図２及び図３に示すように、それぞれが、流路ユニット９の短手方向（副走査方向）に関する端部近傍において流路ユニット９の長手方向（主走査方向）に配列された５個のインク供給口１０５ｂに連通する２つのマニホールド流路１０５が形成されている。これら２つのマニホールド流路１０５は、流路ユニット９において互いに独立しているとともにリザーバユニットにおいて互いに連通している。また、各マニホールド流路１０５は、互いに平行に且つ主走査方向に延在するように分岐している複数の副マニホールド流路１０５ａを有している。流路ユニット９の下面には、多数のノズル１０８がマトリクス状に配置されたインク吐出面２ａが形成されている。圧力室１１０も流路ユニット９におけるアクチュエータユニット２１の固定面においてノズル１０８と同様マトリクス状に多数配列されている。

本実施形態では、等間隔に流路ユニット９の長手方向に並ぶ圧力室１１０の列が、短手方向に互いに平行に１６列配列されている。各圧力室列に含まれる圧力室１１０の数は、後述のアクチュエータユニット２１の外形形状（台形形状）に対応して、その長辺側から短辺側に向かって次第に少なくなるように配置されている。ノズル１０８も、これと同様の配置がされている。

図４に示すように、流路ユニット９は、ステンレス鋼など金属材料からなる９枚のプレート１２２〜１３０から構成されている。これらプレート１２２〜１３０は、主走査方向に長尺な矩形状の平面を有する。

これらプレート１２２〜１３０を互いに位置合わせしつつ積層することによって、プレート１２２〜１３０に形成された貫通孔が連結され、流路ユニット９内に、２つのマニホールド流路１０５、そして各マニホールド流路１０５に係る副マニホールド流路１０５ａの出口から圧力室１１０を経てノズル１０８に至る多数の個別インク流路１３２が形成される。

次に、流路ユニット９におけるインクの流れについて説明する。リザーバユニットからインク供給口１０５ｂを介して流路ユニット９内に供給されたインクは、各マニホールド流路１０５において副マニホールド流路１０５ａに分岐される。副マニホールド流路１０５ａ内のインクは、各個別インク流路１３２に流れ込み、絞りとして機能するアパーチャ１１２及び圧力室１１０を介してノズル１０８に至る。

アクチュエータユニット２１について説明する。図２に示すように、アクチュエータユニット２１は、それぞれ台形の平面形状を有している。また、アクチュエータユニット２１は、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミックス材料から形成され、図５に示すように、３枚の圧電シート（圧電層）１４１〜１４３から構成されている。圧電シート１４１上の圧力室１１０に対向する位置には、個別電極１３５が形成されている。個別電極１３５は、圧力室１１０に対向して配置された電極部と、圧力室１１０に対向する領域の外にまで引き出された延出部とを有し、この延出部上にランド１３６が形成されている。最上層の圧電シート１４１とその下側の圧電シート１４２との間にはシート全面に形成された共通電極１３４が介在している。

共通電極１３４は、すべての圧力室１１０に対応する領域において等しくグランド電位が付与されている。一方、個別電極１３５は、ドライバＩＣ５１とランド１３６を介して電気的に接続されており、このドライバＩＣ５１からの駆動信号が選択的に入力されるようになっている。つまり、アクチュエータユニット２１において、個別電極１３５と圧力室１１０とで挟まれた部分を個別のアクチュエータとして、圧力室１１０の数に対応した複数のアクチュエータが作り込まれている。

ここで、アクチュエータユニット２１の駆動方法について述べる。圧電シート１４１はその厚み方向に分極されており、個別電極１３５（電極部）に対応した部分が、圧電効果によって撓む活性部として働く。そして、個別電極１３５を共通電極１３４と異なる電位にすると、この活性部には分極方向に電界が印加される。活性部は、電界と分極の方向が同じとき、厚み方向に伸張し面方向に収縮する。なお、このときの変位量は、厚み方向より面方向の方が大きい。このように、アクチュエータユニット２１は、圧力室１１０から最も離れた上側１枚の圧電シート１４１を、活性部を含む活性層とし、且つ、圧力室１１０に近い下側２枚の圧電シート１４２、１４３を非活性層とした、いわゆるユニモルフタイプのアクチュエータである。圧電シート１４１〜１４３は圧力室１１０を区画するキャビティプレート１２２の上面に固定されている。ここで、圧電シート１４１における電界印加部分とその下方の圧電シート１４２、１４３との間で平面方向への歪みに差が生じると、圧電シート１４１〜１４３全体が圧力室１１０の内側へ凸になるように変形（ユニモルフ変形）する。これにより、圧力室１１０内のインクに圧力（吐出エネルギー）が付与され、圧力室１１０内に圧力波が発生する。そして、発生した圧力波が圧力室１１０からノズル１０８まで伝播することによってノズル１０８からインク滴が吐出される。

なお、本実施形態においては、予め個別電極１３５に所定の電位を付与しておき、吐出要求があるごとに一旦個別電極１３５にグランド電位を付与し、その後所定のタイミングにて再び所定の電位を個別電極１３５に付与するような駆動信号をドライバＩＣ５１から出力させる。この場合、個別電極１３５がグランド電位になるタイミングで、圧力室１１０内のインクの圧力が降下して副マニホールド流路１０５ａから個別インク流路１３２へとインクが吸い込まれる。その後、再び個別電極１３５を所定の電位にしたタイミングで、圧力室１１０内のインクの圧力が上昇し、ノズル１０８からインク滴が吐出される。

次に、インクジェットヘッド１にインクを供給するインク供給システムについて図６を参照しつつ説明する。図６は、インク供給システムの概略構成図である。なお、図６には１つのインクジェットヘッド１にインクを供給するインク供給システムのみが描かれているが、他のインクジェットヘッド１に関しても同様である。図６に示すように、インクジェットヘッド１には、インク供給管１７ａを介してインクタンク１７が接続されている。インクタンク１７は、接続されたインクジェットヘッド１に対応するインクを収容するものである。インクタンク１７に収容されているインクは、インク供給管１７ａを介してインク供給口１ａからインクジェットヘッド１に供給される。そして、インクジェットヘッド１のインク吐出面２ａが、インクタンク１７に貯溜されたインクの液面より高い位置に配置されている。このため、ノズル１０８の開口に形成されたメニスカスとインクタンク１７に貯溜されたインクの液面との間の水頭差により、ノズル１０８内が負圧になっている（図８参照）。

さらにインクタンク１７には、インクタンク１７内に強制的に空気を供給するポンプ１８が接続されている。ポンプ１８からインクタンク１７内に強制的に空気が供給されることによって、インクタンク１７内の圧力が高くなる（正圧方向に変化する）。制御装置１６の圧力制御部６６（後述：図７参照）は、ポンプ１８の駆動を制御することによって、インクタンク１７内の圧力を制御することができる。

次に、制御装置１６について図７を参照しつつ詳細に説明する。図７は、制御装置１６の機能ブロック図である。なお、図７においては、４つのインクジェットヘッド１のうち１つのみを模式的に示している。図７に示すように、制御装置１６は、印刷データ記憶部６３と、ヘッド制御部６４と、超過状態検知部６５と、圧力制御部６６とを有している。

印刷データ記憶部６３は、図示しないホストコンピュータから転送された印刷データを記憶するものである。印刷データには、用紙Ｐに形成すべき画像に関する画像データが含まれる。画像データは、ヘッド制御部６４がアクチュエータユニット２１を駆動するための駆動データであり、画像の各ドットに対応するノズル１０８から吐出される液滴のサイズ（大滴、中滴、小滴）を示すドットデータの集合体である。

ヘッド制御部６４は、ドライバＩＣ５１に制御信号を出力することによってアクチュエータユニット２１を制御するものであり、搬送機構１３によって搬送された用紙Ｐに、印刷データ記憶部６３に記憶された印刷データに基づく画像が形成されるように、ノズル１０８からインク滴を吐出させる。ここで、インク滴の吐出周期は、用紙Ｐの搬送速度及び用紙Ｐの搬送方向に関する解像度によって決定される。本実施形態においては、インク滴の吐出周期が５０μｓｅｃとなっている。

超過状態検知部６５について図８及び図９をさらに参照しつつ説明する。図８は、ノズル１０８に形成されたメニスカスの状態を示すノズルプレート１３０の断面図である。上述したように、ノズル１０８の開口に形成されたメニスカスとインクタンク１７に貯溜されたインクの液面との間の水頭差により（図６参照）、ノズル１０８内が負圧になっている。これにより、アクチュエータユニット２１が非駆動状態や停止状態にあるとき、メニスカスにおいて、気体側の圧力Ｐｏよりインク側の圧力Ｐｉの方が若干小さくなっている。このため、メニスカスはインク側からの負圧（水頭圧に相当）を常に受けており、ノズル１０８の内側に凸となるように形成されている。

図９は、ノズル１０８から各吐出周期（単位時間）で吐出されるインク滴の総量が大きくなるように変化したときの、副マニホールド流路１０５ａや個別インク流路１３２内のインクにおける圧力の変化を示すグラフである。アクチュエータの駆動によってインク滴が吐出されるとき、インクの補給が間に合わなければ（リフィル不足）、インク側の圧力Ｐｉはより負圧側に大きくなる。これにより、メニスカスはノズル１０８の内側により凸となるように変化する。

特に、図９は、印刷開始直後から高い印刷デューティーで印刷を続けたときの圧力変化を示している。印刷開始直後では、インク滴の吐出総量に対してインクタンク１７側からのインクの供給が間に合わず、インク側と気体（大気）側との圧力差が大きく負圧に変化する。しばらくすると、上流側から供給されたインクがノズル１０８に到達することによって、この負圧が緩和されていく。その後、ノズル１０８からのインク滴の排出と上流側からのインクの供給とが釣り合うようになる。このように、インク消費開始に遅れてインクが供給されるのは、インクタンク１７からインクジェットヘッド１（ノズル１０８）までに流路抵抗があるためで、インクにその流動を妨げる一種の慣性力を生じさせる。

ここで、ノズル１０８の中にインク滴の吐出を行わないノズル１０８があったとき、このノズル１０８に形成されたメニスカスには、印刷開始直後に生じる大きな負圧が及ぶことになる。この負圧が、メニスカスを破壊する圧力以上でなければ、ノズル１０８内に気泡が侵入するような不具合は生じない。逆に、この負圧がメニスカスを破壊する圧力以上であれば、ノズル１０８内に気泡が侵入して吐出不能状態に陥ることがある。なお、インク滴の吐出を行っているノズル１０８に関しては、この間、アクチュエータによってメニスカスに対して正負の交番圧力（本実施形態では、周波数２０ｋＨｚの圧力変化）が印加される。そのため、駆動中のノズル１０８では、当該ノズル１０８のメニスカスが破壊に至ることはない。

図８及び図９に示すように、超過状態検知部６５は、いずれかのノズル１０８からインク滴が吐出されることで、他のインク滴の吐出を行っていないノズル１０８に形成されたメニスカスにおけるインク側の圧力Ｐｉと気体側の圧力Ｐｏとの間の圧力差Ｐｄ（Ｐｄ＝Ｐｉ−Ｐｏ）が閾値ｋを超える超過状態になることを予測（検知）するものである。

なお、超過状態とは、圧力差Ｐｄが、メニスカス耐圧Ｐ未満であってメニスカス耐圧Ｐに近い値に決定された閾値ｋ（本実施形態においては−２．０ｋＰａ）を超える状態である。このように、閾値ｋは、メニスカスの破壊を防ぐ目的の閾値であるから、メニスカス耐圧Ｐ未満に設定される。上述したように、ノズル１０８からのインクの消費と副マニホールド流路１０５ａや個別インク流路１３２へのインクの供給との間に釣り合いが生じると、これに対応したインク流路での圧力損失（負圧）が発生する。この圧力損失は、インク滴の吐出が停止するまでメニスカスに加わることになる。このときの圧力損失が、メニスカスを破壊する程のものでなければ、閾値ｋをこのような釣り合い状態における圧力差Ｐｄ以上の値とすればよい。なお、閾値ｋは、全てのノズル１０８から最大サイズのインク滴が吐出されている場合に、全てのノズル１０８から吐出されるインクの量とインクタンク１７から供給されるインクの量とに釣り合いが生じているときの圧力差Ｐｄ以上の値とするのが好適である。

ここで、メニスカス耐圧Ｐは、
Ｐ＝４σ・ｃｏｓθ／ｄ
σ：インクの表面張力
θ：ノズル１０８におけるインクの接触角
ｄ：ノズル１０８の開口の直径
で表される。インクの表面張力σは、インク温度Ｔが高くなるに伴って低下する。したがって、メニスカス耐圧Ｐはインク温度Ｔが高くなるに伴って低くなる。このため、超過状態検知部６５は、インク温度Ｔが高くなるにしたがって、閾値ｋを大きくする（閾値ｋを正圧側に変更する）。

そして、インク側の圧力Ｐｉは、
Ｐｉ＝Ｐ０＋ΔＰ
Ｐ０：水頭圧
ΔＰ：圧力損失
で表される。水頭圧Ｐ０は、鉛直方向に関するノズル１０８の開口位置とインクタンク内のインクの液面位置との差によって発生する圧力である。また、圧力損失ΔＰは、
ΔＰ＝Ｑ・Ｒ
Ｑ：ノズル１０８から吐出されるインク量
Ｒ：インクタンクからノズル１０８に至るまでのインク流路における流路抵抗
で表される。さらに、流路抵抗Ｒは、インク流路の流路断面形状とインク粘度μとによって決定される。また、インク粘度μはインク温度Ｔによって変化する。したがって、圧力差Ｐｄは、ノズル１０８から吐出されるインク量Ｑとインク温度Ｔとによって変化する。

図９に示すように、例えば、全てのノズル１０８からインク滴が吐出されていない状態（〜ｔ０）から、大部分のノズル１０８から多量のインク滴が吐出されると（ｔ０〜ｔ３）、インクの流れが安定するｔ０〜ｔ２までの間は、副マニホールド流路１０５ａや個別インク流路１３２へのインクの供給が追いつかず、インク流路内が大きく負圧となる。図９の場合、圧力差Ｐｄが最大で−３．０ｋＰａとなる。インク滴を吐出していないノズル１０８においては、メニスカス耐圧Ｐが−３．０ｋＰａの場合、圧力差Ｐｄが−３．０ｋＰａとなると、メニスカスが破壊される可能性がある。

超過状態検知部６５は、ドライバＩＣ５１が有する温度センサ５１ａの検出結果に基づいて流路ユニット９内のインク温度Ｔを算出するとともに、印刷データ記憶部６３に記憶された印刷データに基づいて、各吐出周期（単位時間）におけるインク滴を吐出する全てのノズル１０８から吐出されるインク滴の総量の変化量Ｖ（上述のインク滴の吐出を停止状態からインク滴の吐出を開始したときのインク量Ｑに相当）、及び、当該変化量Ｖが持続する時間である持続時間Ｓを算出する。変化量Ｖが表れたときから圧力差Ｐｄが変化して安定するまで、すなわち、圧力差Ｐｄが、当該変化量Ｖに相当するインク量Ｑに対応する値になるまでに約１００ｍｓｅｃかかる。したがって、持続時間Ｓが１００ｍｓｅｃに達するまでは、持続時間Ｓの経過に伴って圧力差Ｐｄが徐々に大きくなるように変化する。

なお、ドライバＩＣ５１は、アクチュエータユニット２１に接続されたフレキシブルケーブル上に実装されている。さらに、ドライバＩＣ５１は、フレキシブルケーブルの引き回しによって、リザーバユニットに熱的に結合するように配置されている。実際には、熱伝導性シートを介してリザーバユニットに固定されている。そのため、ドライバＩＣ５１内蔵の温度センサ５１ａは、リザーバユニット内のインクタンク１７からのインク温度を検出できるようになっている。

また、上述したように、メニスカス耐圧Ｐはインク温度Ｔが高くなるに伴って低くなるため、超過状態検知部６５は、インク温度Ｔが高くなるに伴って、閾値ｋを正圧側にシフトさせて大きくする。本実施形態においては、インク温度Ｔが１０℃を超える常温時においては、閾値ｋを−２ＫＰａに、インク温度Ｔが１０℃以下の低温時においては、閾値ｋを−２．２ＫＰａに切り換える構成となっている（表１参照）。なお、閾値ｋはインク温度Ｔの変化に伴って３段階以上で変化する構成であってもよい。そして、超過状態検知部６５は、インク温度Ｔ、変化量Ｖ及び継続時間Ｓに基づいて圧力差Ｐｄを決定し、決定した圧力差Ｐｄが閾値ｋを超える超過状態になることを検知する。具体的には、超過状態検知部６５は、圧力差Ｐｄを決定するとき、次に示すような、インク温度Ｔ（常温時２５℃及び低温時１０℃）毎に準備された、変化量Ｖ及び継続時間Ｓと圧力差Ｐｄとの関係を示したテーブルを参照して、圧力差Ｐｄを決定する。これにより、圧力差Ｐｄの決定に関する高速処理が可能となる。

圧力制御部６６は、超過状態検知部６５が超過状態になることを検知した場合、超過状態となる時点から駆動時間（ｔ１〜ｔ２）が経過するまでの間、圧力差Ｐｄが閾値ｋ未満となるように、ポンプ１８を駆動してインクタンク１７内に正圧を印加する。これにより、この正圧がメニスカスに伝わって、当該メニスカスが破壊されることがない。具体的には、圧力制御部６６は、次に示すような圧力差Ｐｄとポンプ１８を駆動する圧力（圧力制御ポンプ圧）との関係によって、圧力制御ポンプ圧を決定し、決定された当該圧力制御ポンプ圧にしたがって、ポンプ１８を駆動する。
圧力制御ポンプ圧＝−Ｐｄ＋ｋ
なお、この関係において、圧力制御ポンプ圧が負の値になるときは、メニスカスが破壊されることがないため、ポンプ１８を駆動しない（圧力制御ポンプ圧＝０）。なお、この圧力差Ｐｄと圧力制御ポンプ圧との関係を上述した表１に記載のテーブルに組み込んだ、次に示すようなテーブルに基づいて、圧力制御ポンプ圧を直接決定してもよい。

また、圧力制御部６６は、駆動時間を、ポンプ１８を駆動していない場合に圧力差Ｐｄが閾値ｋを超えた後に再び閾値ｋ未満に戻るために十分な時間に決定する。したがって、圧力制御部６６は、予測した圧力差Ｐｄが大きくなるに伴って、ポンプ１８の駆動時間を長くする。

以上、説明した本実施形態によると、超過状態検知部６５が、ノズル１０８に形成されたメニスカスにおけるインク側の圧力Ｐｉと気体側の圧力Ｐｏとの間の圧力差Ｐｄを算出し、算出した圧力差Ｐｄが閾値ｋを超える超過状態になることを検知する。そして、圧力制御部６６が、超過状態検知部６５が超過状態になることを検知した場合、超過状態となる時点から駆動時間が経過するまでの間、圧力差Ｐｄが閾値ｋ未満となるように、ポンプ１８を駆動させる。これにより、ノズル１０８のメニスカスが破壊されるのを防止することができる。また、インクジェットヘッド１のインク流路の断面積を大きくしたり、内部にダンパー機能を設けたりする必要がないため、インクジェットヘッド１の小型化を図ることができる。

超過状態検知部６５が、インク温度Ｔに基づいて圧力差Ｐｄを算出するため、インク温度Ｔによってインク粘度μが変化した場合においても正確な圧力差Ｐｄを算出することができる。

また、超過状態検知部６５が、変化量Ｖ及び持続時間Ｓに基づいて、圧力差Ｐｄを算出するため、圧力差Ｐｄを正確に予測することができる。

さらに、超過状態検知部６５が、印刷データ記憶部６３に記憶された印刷データに基づいて、変化量Ｖを算出するため、圧力差Ｐｄを容易に予測することができる。

また、圧力制御部６６が、圧力差Ｐｄが大きくなるに伴って、駆動時間を長くするため、ポンプ１８を効率よく駆動して省電力化を図ることができる。

＜第２実施形態＞
本発明に係る第２実施形態について図１０及び図１１を参照しつつ説明する。図１０は、第２実施形態に係るインクジェットプリンタのインク供給システムの概略構成図である。図１１は、制御装置１１６の機能ブロック図である。なお、本実施形態は、制御装置１１６の超過状態検知部１６５及び圧力センサ１９を除く他の部材及び機能部が第１実施形態と実質的に同じであるため、これらについては、第１実施形態と同一の符号を付して説明を省略する。

図１０及び図１１に示すように、圧力センサ１９は、インクタンク１７とインクジェットヘッド１とを接続するインク供給管１７ａに配置されており、インク供給管１７ａ内の圧力を検知する。超過状態検知部１６５は、圧力センサ１９が検知したインク供給管１７ａ内の圧力に基づいて、圧力差Ｐｄを算出し、算出した圧力差Ｐｄが閾値ｋを超える超過状態になることを検知する。ここで、閾値ｋは、全てのノズル１０８から大滴のインク滴が吐出されている場合に、全てのノズル１０８から流出するインクの量とマニホールド流路１０５に供給されるインクの量とに釣り合いが生じているときに、圧力センサ１９によって計測される圧力に対応した値以上であり、且つ、メニスカス耐圧Ｐ未満である。

なお、副マニホールド流路１０５ａや個別インク流路１３２内のインクの圧力をより的確に計測するという観点から、圧力センサ１９は、インク供給口１７ａや、リザーバユニット内のインク流路中に配置するとよい。これにより、メニスカスにかかるインク側の圧力の変化を時間的に遅れることなく検知できるようになる。

そして、圧力制御部６６は、超過状態検知部１６５が超過状態になることを検知したとき、超過状態となる時点から駆動時間が経過するまでの間、圧力差Ｐｄが閾値ｋ未満となるように、ポンプ１８を駆動する。

以上、説明した本実施形態によると、インクジェットヘッド１の小型化を図りつつノズル１０８のメニスカスが破壊されるのを防止することができる。

また、超過状態検知部１６５が、圧力センサ１９が検知したインク供給管１７ａ内の圧力に基づいて、圧力差Ｐｄを算出しているため、超過状態になっていることを正確に検知することができる。

＜第３実施形態＞
本発明に係る第３実施形態について図１２を参照しつつ説明する。図１２は、第３実施形態に係るインクジェットプリンタのインク供給システムの概略構成図である。なお、本実施形態は、インクタンク２１７及びダイヤフラム駆動部２１８を除く他の部材及び機能部が第１実施形態と実質的に同じであるため、これらについては、第１実施形態と同一の符号を付して説明を省略する。

インクタンク２１７はダイヤフラム２１７ｂを有している。ダイヤフラム２１７ｂは、インクタンク２１７の内壁の一部である天井壁を構成している。ダイヤフラム２１７ｂが駆動されるとダイヤフラム２１７ｂの厚みが変化する。これにより、インクタンク２１７内の天井壁が変位して、インクタンク２１７の容積が変化する。つまり、ダイヤフラム２１７ｂが容積変化機構となっている。ダイヤフラム駆動部２１８は、制御装置１６の圧力制御部６６からの指令に基づいてダイヤフラム２１７ｂを駆動するものである。

そして、圧力制御部６６は、超過状態検知部６５が超過状態になることを検知したとき、超過状態となる時点から駆動時間が経過するまでの間、圧力差Ｐｄが閾値ｋ未満となるように、ダイヤフラム駆動部２１８を介してダイヤフラム２１７ｂを駆動する。

以上、説明した本実施形態によると、インクジェットヘッド１の小型化を図りつつノズル１０８のメニスカスが破壊されるのを防止することができる。また、インクタンク２１７内ダイヤフラム２１７ｂが組み込まれているため、インクジェットプリンタの小型化を図ることができる。

＜第１変形例＞
第１実施形態においては、超過状態検知部６５が、インクジェットヘッド１単位で、圧力差Ｐｄを算出して超過状態を検知する構成となっているが、複数のノズルを含むノズル群を複数画定し、ノズル群単位で、圧力差Ｐｄを算出して超過状態を検知する構成であってもよい。具体的には、図１３に示すように、インクジェットヘッド３０１が、インクジェットヘッド３０１の長手方向に関する中央に形成されたインク供給口３０１ａと連通するリザーバ流路３０４と、リザーバ流路３０４の長手方向に関する互いに異なる位置に接続された５つの共通インク流路３０５と、各共通インク流路３０５の出口からノズル３０８に至る複数の個別インク流路３０６とを含んでいる。そして、各共通インク流路３０５に連通する複数のノズル３０８がそれぞれノズル群ｕ１〜ｕ５を構成している。インクジェットヘッド３０１においては、インク供給口３０１ａから各ノズル群ｕ１〜ｕ５までの流路抵抗が、インク供給口３０１ａから離隔するに伴って大きくなっている（ノズル群ｕ１→ノズル群ｕ２→ノズル群ｕ３→ノズル群ｕ４→ノズル群ｕ５）。

このとき、超過状態検知部が、各ノズル群ｕ１〜ｕ５単位で、各吐出周期におけるインク滴を吐出する全てのノズル３０８から吐出されるインク滴の総量の変化量Ｖを算出し、変化量Ｖ及びインク供給口３０１ａから共通インク流路３０５まで（ノズル群ｕ１〜ｕ５に係る各ノズル３０８までと実質的に同じである。）の流路抵抗に基づいて、圧力差Ｐｄを算出する。そして、超過状態検知部は、算出したノズル群ｕ１〜ｕ５に係る５つの圧力差Ｐｄの少なくともいずれか１つが閾値ｋを超えたときに、超過状態になることを検知する。

これによると、長尺のインクジェットヘッド３０１のように、インク供給口３０１ａからノズル３０８までの流路抵抗がノズル３０８によってばらつきがある場合であっても、正確な圧力差Ｐｄを算出することができる。また、用紙Ｐの特定の印刷領域が、他の印刷領域に比べて高い印刷デューティーで画像の形成が行われる場合にも、印刷時の領域毎の圧力差Ｐｄに対応することができる。これにより、ポンプ１８やダイヤフラム２１７ｂを効率よく駆動することができるため、省電力化を図ることができる。なお、圧力差Ｐｄを小さくするという観点からは、ノズル群ｕ１〜ｕ５に関する流路抵抗が小さいことが好ましい。したがって、図１４に示すように、長手方向に関する中央にインク供給口４０１ａが形成されていることがより好ましい。これによると、インクジェットヘッド４０１における、インク供給口４０１ａから最も遠いノズル群ｕ１、ｕ５に関する流路抵抗が、インクジェットヘッド３０１における、インク供給口３０１ａから最も遠いノズル群ｕ５に関する流路抵抗よりも小さくなる。このため、インクジェットヘッド３０１と比較して、インクジェットヘッド４０１のノズル群ｕ１、ｕ５に関する圧力差Ｐｄが小さくなり、圧力差Ｐｄが閾値ｋを超える頻度が低下する。これにより、ポンプ１８やダイヤフラム２１７ｂを駆動させる頻度が低下し、省電力化を図ることができる。

なお、本変形例においては、同一の共通インク流路３０５に連通する複数のノズル３０８がノズル群ｕ１〜ｕ５を形成する構成となっているが、ノズル群は、流路抵抗が近似している複数のノズルによって形成されていればよく、異なる共通インク流路に連通するノズルが同一のノズル群を形成していてもよい。

＜第２変形例＞
第１実施形態においては、超過状態検知部６５が、インク温度Ｔ及び変化量Ｖに基づいて決定した圧力差Ｐｄが閾値ｋを超える超過状態になることを検知したとき、圧力制御部６６が、ポンプ１８を駆動する構成となっているが、流路抵抗Ｒに対するインク温度Ｔの影響が小さい場合には、超過状態検知部が、変化量Ｖのみに基づいて圧力差Ｐｄを決定してもよい。このとき、超過状態検知部が、決定した圧力差Ｐｄが閾値ｋを超える超過状態になることを検知し、圧力制御部が、インク温度Ｔが所定温度以下（例えば、１５℃）の場合にのみ、ポンプ１８を駆動することが好ましい。これによると、計算が簡略化されるため、制御が容易になる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能なものである。例えば、上述の第１実施形態においては、圧力制御部６６が、圧力差Ｐｄが大きくなるに伴って、駆動時間を長くする構成であるが、駆動時間を固定にする構成であってもよい。このとき、駆動時間は、全てのノズル１０８から最大サイズのインク滴が吐出され続けているときにおいて、圧力差Ｐｄが閾値を超えた後に再びこの閾値に回復するまでの時間以上の時間とすればよい。

また、上述の第１実施形態においては、駆動時間を、圧力差Ｐｄが閾値ｋを超えた後に再び閾値ｋ未満に戻るために十分な時間に決定する構成であるが、駆動時間を、超過状態となる時点から全てのノズル１０８からのインク滴の吐出が完了するまでの間、又は、インク滴を吐出する全てのノズル１０８から吐出されるインク滴の総量の変化量Ｖが所定値以下になるまでの間として決定する構成であってもよい。

また、上述の第１実施形態においては、超過状態検知部６５が、インク温度Ｔが高くなるに伴って、閾値ｋを大きくする構成であるが、閾値ｋを固定にする構成であってもよい。

さらに、上述の第１実施形態においては、超過状態検知部６５が、算出したインク温度Ｔ及び変化量Ｖに基づいて圧力差Ｐｄを算出する構成であるが、変化量Ｖのみに基づいて圧力差Ｐｄを算出する構成であってもよい。

また、第２実施形態において、駆動時間を、圧力センサ１９によってインクの圧力が閾値ｋを超えた時点から、再び閾値ｋ未満に戻るまでの時間としてもよい。これにより、ポンプ１８の駆動を、必要なときに必要な時間だけ行うことができるため、省電力化を図ることができる。

本発明の記録装置は、インクジェットヘッド１のアクチュエータユニット２１が複数の圧力室に跨る連続平板状の圧電シートの積層体であったが、圧力室毎に個別に分離された複数のアクチュエータから構成されていてもよい。この場合、複数のアクチュエータは、非活性層も含めて個別に分離されていてもよいし、活性層のみが分離された形態であってもよい。

また、本発明の記録装置は、アクチュエータユニット２１が圧電式のアクチュエータであったが、他の方式のアクチュエータであってもよく、例えば、バブル方式のアクチュエータや静電方式のアクチュエータであっても同様の効果が得られる。

本発明の第１実施形態に係るインクジェットプリンタの外観側面図である。 図２に示すヘッド本体の平面図である。 図２に示す一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。 図３に示すIV−IV線断面図である。 図２に示すアクチュエータユニットの断面図である。 図１に示すインクジェットヘッドに関するインク供給システムの概略構成図である。 図１に示す制御装置の機能ブロック図である。 図４に示すノズルに形成されたメニスカスの状態を示すノズルプレートの断面図である。 図４に示すノズルから吐出されるインク滴の総量が大きくなるように変化したときの、個別インク流路内のインクにおける圧力の変化を示すグラフである。 第２実施形態に係るインク供給システムの概略構成図である。 第２実施形態に係る制御装置の機能ブロック図である。 第３実施形態に係るインク供給システムの概略構成図である。 第１変形例を説明するための図である。 第１変形例を説明するための図である。

符号の説明

１、３０１、４０１ インクジェットヘッド
１ａ、３０１ａ、４０１ａ インク供給口
１６、１１６ 制御装置
１７、２１７ インクタンク
１７ａ インク供給管
１８ ポンプ
１９ 圧力センサ
５１ａ 温度センサ
６３ 印刷データ記憶部
６４ ヘッド制御部
６５、１６５ 超過状態検知部
６６ 圧力制御部
１０１ インクジェットプリンタ
１０５ マニホールド流路
１０５ａ 副マニホールド流路
１０８、３０８ ノズル
１３２ 個別インク流路
２１７ｂ ダイヤフラム
２１８ ダイヤフラム駆動部
３０４ リザーバ流路
３０５ 共通インク流路
３０６ 個別インク流路
ｕ１〜ｕ５ ノズル群

Claims (12)

1. 液体を収容する液体タンクと、
   前記液体タンクからの液体が供給口を介して供給される共通液体流路、及び、前記共通液体流路の出口から圧力室を介してノズルに至る複数の個別液体流路、前記圧力室内の液体に前記ノズルから吐出する圧力を付与する複数のアクチュエータを有する記録ヘッドと、
   前記液体タンク内の圧力を変化させる圧力可変機構と、
   いずれかの前記ノズルから液滴が吐出されることで液滴が吐出されない他の前記ノズルに形成されたメニスカスに対する液体側の圧力と気体側の圧力との間の圧力差が閾値を超える超過状態になることを検知する超過状態検知手段と、
   前記圧力差が前記超過状態になることを前記超過状態検知手段が検知した場合、前記超過状態となる時点から所定時間が経過するまでの間、前記圧力可変機構を制御して前記圧力差が前記閾値未満となるようにする圧力制御手段とを備えていることを特徴とする記録装置。
2. 前記超過状態検知手段は、液滴を吐出する全ての前記ノズルから吐出される液滴の総量の単位時間当たりの変化量に基づいて、前記圧力差を算出することを特徴とする請求項１に記載の記録装置。
3. 複数の前記ノズルを含むノズル群が複数形成されており、
   前記超過状態検知手段は、前記ノズル群毎に、液滴を吐出する全ての前記ノズルから吐出される液滴の総量の単位時間当たりの変化量及び前記供給口から前記共通液体流路までの流路抵抗に基づいて前記圧力差を算出し、算出された複数の前記圧力差の少なくともいずれか１つが前記閾値を超えたときに、前記超過状態になることを検知することを特徴とする請求項１に記載の記録装置。
4. 前記記録ヘッド内の液体の温度を検出する温度検出手段をさらに備えており、
   前記超過状態検出手段は、前記温度検出手段が検出する温度に基づいて、前記圧力差を算出することを特徴とする請求項２又は３に記載の記録装置。
5. 各ノズルから吐出される液滴のサイズを示す駆動データを記憶する記憶手段をさらに有しており、
   前記超過状態検知手段は、前記駆動データから前記液滴の総量を決定することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の記録装置。
6. 前記液体タンクと前記共通液体流路とを連通させる供給流路と、
   前記供給流路内の液体の圧力を計測する圧力センサとをさらに備えており、
   前記超過状態検知手段は、前記圧力センサによって計測される前記供給流路内の液体の圧力に基づいて、前記超過状態になることを検知することを特徴とする請求項１に記載の記録装置。
7. 前記閾値は、全ての前記ノズルから最大サイズの液滴が吐出されている場合に、全ての前記ノズルから流出する液体の量と前記共通液体流路に供給される液体の量とに釣り合いが生じているときに、前記圧力センサによって計測される圧力に対応した前記圧力差以上であり、且つ、前記メニスカスが破壊に至る前記圧力差未満であることを特徴とする請求項６に記載の記録装置。
8. 前記圧力制御手段は、前記圧力差が大きくなるに伴って、前記所定時間を長くすることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の記録装置。
9. 前記圧力制御手段は、前記所定時間において前記液体タンク内に正圧が印加されるように前記圧力可変機構を駆動することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の記録装置。
10. 前記圧力変化機構が、前記液体タンク内に強制的に空気を供給するポンプを含んでいることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の記録装置。
11. 前記圧力変化機構が、前記液体タンクの壁面の一部を変位させることによって前記液体タンク内の容積を変化させる容積変化機構を含んでいることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の記録装置。
12. 前記記録ヘッド内の液体の温度を検出する温度検出手段をさらに備えており、
    前記圧力制御手段は、前記温度検出手段が所定温度以下の温度を検出したときにのみ、前記液体タンク内の圧力を制御することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の記録装置。

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