JP2010228129A - 印刷装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吐出口に対する印刷媒体上のインクの着弾位置等の変動を抑制する。
【解決手段】印刷装置は、ヘッド３２に接続される第１インクタンク３４およびインクを貯溜する第２インクタンクを備える。第２インクタンク内のインクはポンプにより第１インクタンク３４に断続的に供給され、第２インクタンク内を減圧することにより、第１インクタンク３４からヘッド３２を経由して第２インクタンクへとインクが連続的に戻される。第１インクタンク３４内のインクの液面上の空間は密閉状態とされ、当該空間に連続するとともに容積が可変とされる容積可変部６が設けられる。インクの循環動作中には、第１インクタンク３４内のインク量の変化に合わせて容積可変部６の容積を変更することにより、第１インクタンク３４内の圧力が一定に保たれる。これにより、ヘッド３２内のインクの圧力変動が抑制され、吐出口に対する基材上のインクの着弾位置等の変動が抑制される。
【選択図】図４

Description

本発明は、インクジェット方式の印刷装置に関する。

従来より、インクの微小な液滴を吐出する複数の吐出口が配列されたヘッドを印刷媒体に沿って走査することにより、印刷媒体に印刷を行うインクジェット方式の印刷装置が用いられている。また、インクを貯溜するインクタンクとヘッドとの間にてインクを循環させつつ印刷を行う印刷装置も知られており、例えば、特許文献１の装置では、プリントヘッドの下方に位置するとともに大気に開放される下方容器から、プリントヘッドの上方に位置するとともに大気に開放される上方容器にポンプにてインクを供給し、上方容器からプリントヘッドを介して下方容器へとインクを戻すことによりインクの循環が行われる。

インクの循環が行われる印刷装置では、仮にヘッド内にてインク中に気泡が発生した場合でも（例えば、ピエゾ駆動方式のヘッドでは、ピエゾの高速駆動による振動によりインク中に気泡が発生する場合がある。）、気泡をインクと共にインクタンクへと戻すことが可能となり、気泡がヘッドの吐出口まで移動して吐出口からインクが一時的に吐出されない状態が生じる（いわゆる、ノズル欠けが生じる）ことが抑制される。また、白色のインクを用いる場合によく見られる顔料の沈降等もインクの循環により改善することが可能となる。

なお、特許文献２には、インクジェット記録装置に用いられるインク容器において、インク収納部内のインクの減少に伴ってインク収納部の容積を調整する付勢部材を設けることにより、インク収納部の内部の負圧を一定にする手法が開示されている。

特表２００２−５３３２４７号公報 特開２００６−１１０９５９号公報

ところで、インクへの不要物の混入等を防止するために、インクタンクにおいてインクの液面上の空間を密閉状態とすることが考えられるが、このようなインクタンクでは、インク量の変化により内部の空気が圧縮または膨張を繰り返して圧力が変化し（例えば、インクタンク内の圧力の経時変化を示す線がのこぎり歯状となる。）、当該インクタンクに接続されるヘッド内のインクの圧力が変動してしまう。その結果、吐出口に対する印刷媒体上のインクの着弾位置（すなわち、インクの微小液滴の吐出時の吐出口の位置に対する印刷媒体上の微小液滴の相対的な着弾位置）等が変動してしまう。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、インクの液面上の空間が密閉状態とされるインクタンクを有する印刷装置において、吐出口に対する印刷媒体上のインクの着弾位置等の変動を抑制することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、インクジェット方式の印刷装置であって、所定の配列方向に配列された複数の吐出口から、前記配列方向に交差する方向に前記複数の吐出口に対して相対的に移動する印刷媒体に向けてインクの微小液滴を吐出するヘッドと、前記ヘッドの上流側または下流側に接続されてインクを貯溜するとともに前記インクの液面上の空間が密閉状態とされるインクタンクと、前記ヘッドの前記上流側に接続された前記インクタンクにインクを断続的に供給する、または、前記ヘッドの前記下流側に接続された前記インクタンクからインクを断続的に排出するポンプと、前記インクタンク内の前記液面上の前記空間に連続するとともに、容積が可変とされる容積可変部と、前記インクタンク内のインク量の変化に合わせて、前記容積可変部の前記容積を変更することにより、前記インクタンク内の圧力を一定に保つ制御部とを備える。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の印刷装置であって、前記インクタンクが前記ヘッドの上流側の近傍に接続され、前記ヘッドの下流側に他のインクタンクがさらに接続され、前記ポンプが、前記他のインクタンクから前記インクタンクへとインクを送る。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の印刷装置であって、前記他のインクタンク内を減圧する減圧機構をさらに備え、前記減圧機構が前記他のインクタンク内を減圧することにより、前記インクタンクから前記ヘッドを経由して前記他のインクタンクに至る回収流路をインクにて満たした状態で前記回収流路を介して前記インクタンクから前記他のインクタンクへとインクが連続的に流れる。

請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載の印刷装置であって、前記容積可変部の前記容積の変更により、前記複数の吐出口内にインクのメニスカスが形成される状態が保たれる。

請求項５に記載の発明は、請求項２ないし４のいずれかに記載の印刷装置であって、前記インクタンク内のインクの液面の位置を検出するインクレベルセンサをさらに備え、前記制御部が、前記インクレベルセンサの出力に基づいて、前記容積可変部の前記容積を変更する。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の印刷装置であって、前記インクタンクが、タンク本体と、鉛直方向に対して垂直な断面積が前記タンク本体よりも十分に小さい補助タンクと、前記補助タンクと前記タンク本体との間に設けられ、前記補助タンク内に流入するインクを、前記補助タンクへの流入流量よりも小さい流量にて前記タンク本体へと流出させる流量制限部とを備え、前記タンク本体内のインクの液面上の空間と、前記補助タンク内のインクの液面上の空間とが連続しており、前記インクレベルセンサが、前記タンク本体および前記補助タンク内のインクの液面の位置をそれぞれ検出する２つのインクレベルセンサである。

請求項７に記載の発明は、請求項１に記載の印刷装置であって、前記インクタンクが前記ヘッドの下流側に接続され、前記ヘッドの上流側の近傍に他のインクタンクがさらに接続され、前記ポンプが、前記インクタンクから前記他のインクタンクへとインクを送る。

請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の印刷装置であって、前記インクタンク内を減圧する減圧機構をさらに備え、前記減圧機構が前記インクタンク内を減圧することにより、前記他のインクタンクから前記ヘッドを経由して前記インクタンクに至る回収流路をインクにて満たした状態で前記回収流路を介して前記他のインクタンクから前記インクタンクへとインクが連続的に流れる。

請求項９に記載の発明は、請求項１ないし８のいずれかに記載の印刷装置であって、前記ヘッドと同様のもう１つのヘッドをさらに備え、前記ヘッドおよび前記もう１つのヘッドが並列して前記インクタンクに接続される。

本発明によれば、ヘッドの吐出口におけるインクの圧力変動を抑制して、吐出口に対する印刷媒体上のインクの着弾位置等の変動を抑制することができる。

請求項３および８の発明では、インクタンク内の負圧を利用して、当該インクタンク内のインクを脱気しつつインクを循環させることができ、請求項４の発明では、吐出口からのインクの漏れを防止することができる。

請求項５の発明では、インクタンク内の圧力を精度よく一定に保つことができ、請求項６の発明では、断面積が大きいタンク本体内にて液面の位置を精度よく検出することにより、インクタンク内のインク量の変化を精度よく検出することができる。

印刷装置の外観を示す斜視図である。 吐出部の底面図である。 ヘッドユニットおよびインク循環機構の構成を示す図である。 第１インクタンクの近傍の構成を示す図である。 容積可変部の断面図である。 インクの循環に係る動作の流れを示す図である。 第１インクタンクの断面図である。 印刷装置の他の例における第２インクタンクの近傍を示す図である。 印刷装置のさらに他の例を示す図である。 印刷装置のさらに他の例を示す図である。

図１は本発明の一の実施の形態に係る印刷装置１の外観を示す斜視図である。印刷装置１は、例えばフィルム等の撥液性を有するシート状の基材９上にインクジェット方式にてカラー印刷を行うものである。

図１の印刷装置１は本体１１および制御部４を備え、本体１１はシート状の基材９を図１中のＹ方向（以下、「走査方向」ともいう。）に移動する搬送部２７、および、搬送部２７による移動途上の基材９に向けてインクの微小液滴を吐出する吐出部３を備える。搬送部２７では、それぞれが図１中のＸ方向に長い複数のローラ２７１が、Ｘ方向に垂直なＹ方向に配列されており、複数のローラ２７１の（＋Ｙ）側にはロール状の基材９（供給ロール）を保持する供給部２７２が設けられ、複数のローラ２７１の（−Ｙ）側にはロール状の基材９（巻取ロール）を保持する巻取部２７３が設けられる。以下の説明では、単に基材９という場合は搬送途上の部位（すなわち、複数のローラ２７１上の基材９の部位）を指すものとする。

搬送部２７の１つのローラ２７１ａには基材９の走査方向の移動速度を検出するエンコーダ２９が設けられ、制御部４がエンコーダ２９の出力に基づいて巻取部２７３のモータの回転を制御することにより、基材９が（−Ｙ）方向に一定速度にて移動する。実際には、供給部２７２が有するモータにて基材９に対して移動方向とは逆向き（すなわち、（＋Ｙ）方向）の負荷（テンション）を付与することにより、複数のローラ２７１上の基材９が波打つことなく滑らかに移動する。

複数のローラ２７１の上方（図１中の（＋Ｚ）側）には吐出部３が配置され、吐出部３は複数のローラ２７１を跨ぐようにして基台２０に設けられるフレーム２５に固定される。フレーム２５上には紫外線を出射する光源３９が設けられ、複数の光ファイバ（実際には、複数の光ファイバは束状となっており、図１では符号３９１を付して１本の太線にて示している。）を介して光源３９からの光が吐出部３の内部へと導入される。

図２は吐出部３の底面図である。図２に示すように、吐出部３はそれぞれが互いに異なる色のインクを吐出する複数の（図２では、４個の）ヘッドユニット３３を備え、複数のヘッドユニット３３はＹ方向に配列されて吐出部３の本体３０に固定される。図２中の最も（＋Ｙ）側のヘッドユニット３３はＫ（ブラック）の色のインクを吐出し、Ｋのヘッドユニット３３の（−Ｙ）側のヘッドユニット３３はＣ（シアン）の色のインクを吐出し、Ｃのヘッドユニット３３の（−Ｙ）側のヘッドユニット３３はＭ（マゼンタ）の色のインクを吐出し、最も（−Ｙ）側のヘッドユニット３３はＹ（イエロー）の色のインクを吐出する。各色のインクは紫外線硬化剤を含んでおり、紫外線硬化性を有している。なお、吐出部３に、ライトシアン、ライトマゼンタ、ホワイト等の他の色用のヘッドユニットがさらに設けられてもよい。

各ヘッドユニット３３では、例えばピエゾ駆動方式の複数のヘッド３２が図２中のＸ方向（Ｙ方向およびＺ方向に垂直な方向であり、以下、「幅方向」という。）に千鳥状に配列されており、各ヘッド３２の下面（（−Ｚ）側の面）には複数の吐出口（一部のヘッド３２においてのみ符号３２１を付す点にて示す。）が幅方向に配列形成される。これにより、ヘッドユニット３３の全体では、配列方向である幅方向に多数の吐出口３２１が一定のピッチにて配列され、基材９上において走査方向の各位置にて、幅方向に一列に並ぶ複数のドットの形成が可能とされる。実際には、各ヘッドユニット３３の複数の吐出口３２１は幅方向に関して基材９上の印刷領域の全体に亘って（ここでは、基材９の幅方向の幅のほぼ全体に亘って）設けられており、基材９が吐出部３の下方を一回通過するのみで基材９への画像の印刷が完了する（いわゆる、ワンパス印刷）。

また、図２の吐出部３には、光源３９に接続される光照射部３８が複数のヘッドユニット３３の（−Ｙ）側に設けられる。光照射部３８では、複数の光ファイバがＸ方向に沿って配列されており、基材９上においてＸ方向に伸びる線状の領域に光照射部３８により紫外線が照射される。

印刷装置１では、各ヘッドユニット３３がインク循環機構５（後述の図３参照）に接続されており、インク循環機構５によりインクがヘッドユニット３３に供給されるとともに、ヘッドユニット３３からインクが回収される。以下の説明では、複数の色のうちの一の色のヘッドユニット３３およびインク循環機構５に着目するが、他の色のものも同様の構成となっている。

図３はヘッドユニット３３およびインク循環機構５の構成を示す図である。なお、図３では３個のヘッド３２を図示しているが、実際のヘッドユニット３３には図２のように多数のヘッド３２が設けられる。

図３に示すように、ヘッドユニット３３は、複数のヘッド３２の上方近傍にてインクを貯溜する第１インクタンク３４、第１インクタンク３４から複数のヘッド３２へとインクをそれぞれ導入する複数のインク導入管３５１、複数のヘッド３２の上方にて第１インクタンク３４と２段構造にて設けられ、複数のヘッド３２からのインクが流入する内部空間を有するマニホールド本体３６、並びに、複数のヘッド３２とマニホールド本体３６とをそれぞれ接続するとともに複数のヘッド３２内のインクをマニホールド本体３６へと導く複数のインク導出管３５２を備える。後述するように、第１インクタンク３４はタンク本体３４１および脱泡機３４２（図４参照）を有しているが、図３ではタンク本体３４１のみを第１インクタンク３４として図示している。

インク循環機構５は、インクを貯溜する第２インクタンク５１を備え、第２インクタンク５１は供給ライン５２を介してヘッドユニット３３の第１インクタンク３４に接続されるとともに、回収ライン５３、並びに、ヘッドユニット３３のマニホールド本体３６および複数のインク導出管３５２を介して複数のヘッド３２に接続される。供給ライン５２にはポンプ５４およびフィルタ５２１が設けられ、フィルタ５２１にてインク内の不要物を除去しつつポンプ５４により第２インクタンク５１内のインクが第１インクタンク３４に供給され、第１インクタンク３４にてインクが貯溜される。実際には、第２インクタンク５１から第１インクタンク３４へのインクの供給は断続的に（間欠的に）行われる。第２インクタンク５１の内部空間の水平な面における断面積は鉛直方向にほぼ一定となっており（第１インクタンク３４において同様）、当該断面積は第１インクタンク３４よりも大きくされる。

また、第２インクタンク５１内のインクの液面上の空間は密閉状態（すなわち、外気と連続していない状態）とされており、当該空間には減圧機構である圧力調整機構５５が接続される。第２インクタンク５１では、圧力調整機構５５により内部（の気体）が大気圧より数百ミリバール（ｍｂａｒ）（例えば、３００〜５００ｍｂａｒ（すなわち、３×１０^４〜５×１０^４パスカル（Ｐａ）））だけ低い圧力（以下、目標とされる第２インクタンク５１内の圧力を「設定循環圧力」という。）とされることにより、第１インクタンク３４から複数のインク導入管３５１、複数のヘッド３２、複数のインク導出管３５２、マニホールド本体３６および回収ライン５３を経由して第２インクタンク５１に至る流路（以下、「回収流路」という。）をインクにて満たした状態で、回収流路を介して第１インクタンク３４から第２インクタンク５１へとインクが連続的に流れる（戻される）。第２インクタンク５１には、バルブ５６２を有する補充ライン５６１を介してメインインクタンク５６がさらに接続される。

回収ライン５３には、インクの流量を測定するインク流量測定部５３２、および、インクの流量を調整する流量調整バルブ５３１が設けられており、流量調整バルブ５３１の内部の流路である開口（以下、「流路開口」という。）の面積に応じて、第１インクタンク３４から第２インクタンク５１へのインクの流量が制限される。本実施の形態では、流量調整バルブ５３１内の流路開口の面積は変更されないため、第１インクタンク３４から第２インクタンク５１へのインクの流量は第２インクタンク５１内の圧力（正確には、第１インクタンク３４と第２インクタンク５１との圧力差）に主に依存することになる。インク循環機構５では、圧力調整機構５５により第２インクタンク５１内の圧力がほぼ一定に制御されるため、ヘッド３２におけるインクの流量が時間的にほぼ一定となる。

ヘッド３２の上流側（すなわち、ヘッド３２近傍のインクの流路における上流側）に接続された第１インクタンク３４（のタンク本体３４１）、および、ヘッド３２の下流側（すなわち、ヘッド３２近傍のインクの流路における下流側であり、ヘッド３２からインクが流出する方向）に接続された第２インクタンク５１には、インクの液面の位置（すなわち、インクレベル）を検出するインクレベルセンサ３４５，５１１がそれぞれ設けられる。第１インクタンク３４および第２インクタンク５１のそれぞれでは、所定の設定液面レベル（図３中にて符号Ｌ１，Ｌ２を付す破線にて示す。）を中央として上限である補充停止レベル、および、下限である補充開始レベルが設定されている。第１インクタンク３４では、インクの液面の位置が補充開始レベル以下となると、ポンプ５４により第２インクタンク５１からインクが補充（供給）され、第２インクタンク５１では、インクの液面の位置が補充開始レベル以下となると、メインインクタンク５６からインクが補充される。

また、第２インクタンク５１にはヒータ５１２および温度センサ（図示省略）が設けられ、インクを常温よりも高い所定の設定温度（例えば４５℃）に加熱してインクの粘度が常温時の粘度よりも低くされる。実際には、ヘッド３２にはドライバ回路が設けられており、温度が調整されたインクがヘッド３２を通過することにより、ドライバ回路の冷却も行われる。これにより、印刷装置１では、別途冷却機構を設ける場合に比べて、印刷装置の製造コストが削減される。

印刷装置１では、第１インクタンク３４内のインクの液面上の空間も密閉状態とされており、当該空間には、ポンプ、圧力調整バルブ、圧力センサ等を有するとともに、第１インクタンク３４内（の気体）の圧力が調整可能な補助圧力調整機構３７がエアフィルタ３７１を介して接続される。第１インクタンク３４では、補助圧力調整機構３７により内部が大気圧より数ｍｂａｒだけ低い圧力（設定循環圧力よりも高い圧力であり、以下、目標とされる第１インクタンク３４内の圧力を「設定補助圧力」という。）とされる。例えば、ヘッド３２の各吐出口におけるインクの圧力を大気圧よりもαｍｂａｒだけ低くして、吐出口内にインクのメニスカスを形成する場合に、第１インクタンク３４におけるインクの設定液面レベルＬ１と吐出口との鉛直方向の高さの差（図１中にて符号Ｈ１を付す矢印にて示す。）がβセンチメートル（ｃｍ）であるときには、印刷装置１にて用いられるインクの比重がほぼ１であるため、第１インクタンク３４内の圧力が大気圧より（β＋α）ｍｂａｒだけ低く（すなわち、負圧に）なるように、第１インクタンク３４内が補助圧力調整機構３７により減圧される。

印刷装置１では、このように第１インクタンク３４内が減圧された状態において、各ヘッド３２の複数の吐出口におけるインクの圧力が負圧になり、吐出口内にインクのメニスカスが形成されて吐出口からのインクの漏れが防止される。なお、吐出口内にインクのメニスカスが形成される際の吐出口におけるインクの圧力はメニスカス圧とも呼ばれ、補助圧力調整機構３７はメニスカスコントローラとも呼ばれる。

以上のように、図３のインク循環機構５では、複数のヘッド３２が第１および第２インクタンク３４，５１のそれぞれに並列して接続され、ポンプ５４を駆動することにより第２インクタンク５１内のインクが供給ライン５２を介して第１インクタンク３４に供給され、第２インクタンク５１内を負圧にすることにより各ヘッド３２および回収ライン５３を介して第１インクタンク３４から第２インクタンク５１へとインクが戻される。これにより、第２インクタンク５１から供給ライン５２、第１インクタンク３４、ヘッド３２および回収ライン５３を経由して第２インクタンク５１へと戻る循環経路にてインクの循環を行いつつ、第２インクタンク５１内の負圧を利用して、第２インクタンク５１内にてインクが効率よく脱気され、ヘッド３２内のインクに気泡が存在する場合に発生する吐出不良等、インクの吐出に不具合が生じることが防止される。

図４は第１インクタンク３４の近傍の構成を示す図である。図４に示すように、第１インクタンク３４は、下部に複数のヘッド３２が接続されるとともに上部に後述の容積可変部６が接続されるタンク本体３４１、および、供給ライン５２が接続される脱泡機３４２を備える。脱泡機３４２は、鉛直方向に対して垂直な断面積がタンク本体３４１の断面積（例えば、それぞれ５０４ｃｍ^２および７３６６ｃｍ^２とされる。）よりも小さいタンクとなっており、内部には薄板状のメッシュ部材３４４が直立した状態で設けられ、内部空間が２つに仕切られる（ただし、内部空間の上部を除く。）。鉛直方向に関して、タンク本体３４１および脱泡機３４２の内部の底面はおよそ同じ高さに配置されており、タンク本体３４１と脱泡機３４２とは底面近傍にて連結管３４３により接続される。また、既述の補助圧力調整機構３７は圧力調整管３７２の一端に接続され、圧力調整管３７２の他端は２つの分岐路に分かれてタンク本体３４１および脱泡機３４２の上部に接続される。

供給ライン５２から脱泡機３４２内に流入するインクは、メッシュ部材３４４を通過する際に流量（単位時間当たりの流量）が制限されつつ気泡が除去され、その後、連結管３４３を介してタンク本体３４１へと流出する。したがって、脱泡機３４２内においてメッシュ部材３４４から供給ライン５２側（すなわち、連結管３４３とは反対側）の空間を形成する部材を補助タンクとすると、補助タンクとタンク本体３４１との間に設けられる部材、すなわち、メッシュ部材３４４、脱泡機３４２内においてメッシュ部材３４４から連結管３４３側の空間を形成する部材、および、連結管３４３は、補助タンク内に流入するインクを補助タンクへの流入流量よりも小さい流量にてタンク本体３４１へと流出させる流量制限部となる。実際には、補助タンクの鉛直方向に対して垂直な断面積は、タンク本体３４１よりも十分に小さく（好ましくは、１／５以下（１／５０以上））なっている。また、タンク本体３４１内のインクの液面上の空間と、補助タンク内のインクの液面上の空間とは圧力調整管３７２により連続しており、タンク本体３４１および補助タンク内の圧力は等しくなる。

タンク本体３４１および脱泡機３４２（の補助タンクの部位）には、静電容量式のインクレベルセンサ３４５，３４６がそれぞれ設けられる。板状のインクレベルセンサ３４５は鉛直方向に関して比較的狭い範囲にてタンク本体３４１内のインクの液面の位置（図４中にて細い破線にて示す。脱泡機３４２において同様。）が連続的に検出可能とされ、棒状のインクレベルセンサ３４６は、鉛直方向に関してインクレベルセンサ３４５よりも広範囲にて脱泡機３４２におけるインクの液面の位置が連続的に検出可能とされる。インクレベルセンサ３４５，３４６の測定値は制御部４に出力される。

ポンプ５４の断続的な駆動により脱泡機３４２内にインクが流入する際には、脱泡機３４２内の補助タンクの部位におけるインクの液面の位置が急激に上昇する。このとき、補助タンクの断面積が小さくされることにより、液面が大きく波打つことが防止され、インクレベルセンサ３４６により液面の位置がある程度の精度にて検出される。また、補助タンクからタンク本体３４１へと流入するインクの流量は既述の流量制限部（主としてメッシュ部材３４４）により制限されることにより、断面積が大きいタンク本体３４１内にてインクの液面が波打つことが抑制される。これにより、インクレベルセンサ３４５にて液面の位置が精度よく検出され、第１インクタンク３４全体におけるインク量の変化が精度よく検出される。

図５は容積可変部６の断面図であり、容積可変部６の中心軸Ｊ１を含む断面を示している。容積可変部６は、支持板６１１上に設けられるモータ（例えば、サーボモータ）６２、モータ６２のシャフトに取り付けられる送りねじ機構６３、送りねじ機構６３の移動体が固定される円板部６４、および、円板部６４の周囲を囲む有底の円筒部６５を備え、円筒部６５は固定部６１２により支持板６１１に対して固定される。円板部６４は、円筒部６５の内周面に当接するリング状のシール部材６４１を有し、円筒部６５の開口が円板部６４により密閉される。円筒部６５の底部には連結管６６が設けられ、円板部６４および円筒部６５により囲まれる容積可変部６の内部空間とタンク本体３４１の内部空間とが連結管６６を介して連続する（図４参照）。容積可変部６では、モータ６２が駆動して円板部６４が円筒部６５の中心軸Ｊ１に沿って移動することにより、内部空間の体積（すなわち、容積）が変更可能とされる。実際には、モータ６２の回転方向および回転角に基づいて、制御部４では、中心軸Ｊ１方向の円板部６４の位置が特定可能とされる。

次に、印刷装置１におけるインクの循環に係る動作について図６を参照して説明する。図３の印刷装置１では、回収ライン５３に設けられる図示省略のメインバルブ（流量調整バルブ５３１であってもよい。）を閉じた状態にて、圧力調整機構５５により第２インクタンク５１内が設定循環圧力に減圧されるとともに、補助圧力調整機構３７により第１インクタンク３４（すなわち、タンク本体３４１および脱泡機３４２）内が設定補助圧力に減圧され、その後、メインバルブを開放することにより、循環経路におけるインクの循環が開始される（ステップＳ１１）。

ここで、インクの循環動作中は、第１インクタンク３４から第２インクタンク５１へとインクが連続的に流れており、第１インクタンク３４（のタンク本体３４１）内にてインクの液面の位置が補充開始レベル以下となると、供給ライン５２のポンプ５４を駆動して第２インクタンク５１から第１インクタンク３４へのインクの補充が開始され、インクの液面の位置が補充停止レベルに到達すると、インクの補充が終了する。また、制御部４では、インクの循環動作に並行して、第１インクタンク３４内のインク量の変化に合わせて、容積可変部６の容積を変更することにより、第１インクタンク３４内の圧力を一定に保つ動作（すなわち、第１インクタンク３４の圧力調整動作）が行われる（ステップＳ１２）。

図７は、図４中の矢印Ａ−Ａの位置における第１インクタンク３４の断面図であり、図７では、鉛直方向に垂直な第１インクタンク３４の断面を示している。

ここで、図７に示す第１インクタンク３４の断面において、メッシュ部材３４４から左側（タンク本体３４１とは反対側）の脱泡機３４２内の領域（すなわち、補助タンクに対応する領域であり、図７中にて符号Ｋ１を付す領域）の面積をＲ_ａ、メッシュ部材３４４からタンク本体３４１側の脱泡機３４２内の領域（すなわち、図７中にて符号Ｋ２を付す領域）の面積をＲ_ｂ、タンク本体３４１内の面積をＲ_ｃとし、容積可変部６の円筒部６５の鉛直方向に対して垂直な断面積をＲ_ｄとする。

また、インクの循環動作を開始する直前において、メインバルブを閉じた状態にて補助圧力調整機構３７により第１インクタンク３４内が設定補助圧力とされた際の脱泡機３４２内の領域Ｋ１におけるインクの液面の鉛直方向の位置をＡ_０とし、タンク本体３４１内におけるインクの液面の鉛直方向の位置をＢ_０とし、円筒部６５内における円板部６４の中心軸Ｊ１方向の位置をＣ_０とする。ただし、脱泡機３４２内の領域Ｋ１およびタンク本体３４１内では上方向を正としており、円筒部６５内では連結管６６から離れる方向を正としている。既述のように、インクの液面の位置Ａ_０，Ｂ_０は図４のインクレベルセンサ３４６，３４５によりそれぞれ検出可能であり、円板部６４の位置Ｃ_０もモータ６２の直前の回転方向および回転角に基づいて特定可能である。なお、脱泡機３４２内の領域Ｋ２およびタンク本体３４１内におけるインクの液面の鉛直方向の位置は等しい。

制御部４では、インクの循環動作に並行して、インクレベルセンサ３４６により脱泡機３４２内の領域Ｋ１におけるインクの液面の位置がＡとして検出され、インクレベルセンサ３４５によりタンク本体３４１内のインクの液面の位置がＢとして検出される際に、円板部６４の目標とされる位置（以下、「目標位置」という。）Ｃが数１により求められ、モータ６２により円板部６４を中心軸Ｊ１方向の目標位置Ｃへと移動する制御（インクレベルセンサ３４５，３４６の出力に基づくフィードバック制御）が行われる。なお、インクの循環中においても、脱泡機３４２内の領域Ｋ２およびタンク本体３４１内におけるインクの液面の鉛直方向の位置はほぼ等しくなる。

ここで、数１における円板部６４の目標位置Ｃは、脱泡機３４２内の気体の体積、タンク本体３４１内の気体の体積、および、容積可変部６の容積の和が一定となる値として求められることにより、第１インクタンク３４内の圧力はほとんど変化しない。印刷装置１では、インクの循環動作中、インクレベルセンサ３４５，３４６によるインクの液面の位置の検出、および、数１にて求められる目標位置Ｃへの円板部６４の移動が繰り返され、第１インクタンク３４内が設定補助圧力にて一定に保たれる。なお、補助圧力調整機構３７は第１インクタンク３４内の圧力変化に対する応答が遅いため、インクの循環動作中は実質的にＯＦＦ状態と捉えられ、第１インクタンク３４にてリーク等が生じて、容積可変部６による上記動作を行う場合でも緩やかな圧力変化が生じるときには、当該圧力変化が補助圧力調整機構３７により抑制される。

実際には、印刷装置１では、インクの循環動作に並行して、図１に示す基材９を走査方向に移動するとともに吐出部３から基材９へのインクの吐出を制御することにより印刷が行われる。そして、印刷対象の全ての画像の印刷が完了した後、印刷装置１の全体の駆動を停止する際には、メインバルブが閉じられるとともに圧力調整機構５５およびポンプ５４が停止されて循環経路におけるインクの循環が停止される（ステップＳ１３）。

ところで、容積可変部６が省略された比較例の印刷装置を想定した場合に、補助圧力調整機構３７において、仮に大きなエアバッファを設けるとともに、補助圧力調整機構３７と第１インクタンク３４との間の圧力調整管３７２の直径や、エアフィルタ３７１のサイズを比較的大きくする（または、エアフィルタ３７１のメッシュを粗くする）場合には、第１インクタンク３４内への断続的なインクの流入、および、第１インクタンク３４からの連続的なインクの流出による第１インクタンク３４内の圧力変動がある程度抑制され、ヘッド３２の吐出口におけるインクの圧力がほぼ一定とされる。

しかしながら、実際の吐出部２には複数の色のインクをそれぞれ貯溜する複数の第１インクタンク３４が設けられるため、吐出部２の小型化を図る際には、各第１インクタンク３４に対して大きなエアバッファを設けることは困難である。また、小型の吐出部２では、圧力調整管３７２の直径やエアフィルタ３７１のサイズ、第１インクタンク３４内の空気容積を小さくする必要があり、このような比較例の印刷装置では、第１インクタンク３４内の圧力を一定に保つことができない。その結果、吐出口におけるインクのメニスカスの状態が変動して、吐出口に対する基材９上のインクの着弾位置等の飛翔特性が変動してしまう。

これに対し、図３の印刷装置１では、第１インクタンク３４内のインクの液面上の空間に連続するとともに、容積が可変とされる容積可変部６が設けられ、第１インクタンク３４内のインク量の変化に合わせて、容積可変部６の容積を変更することにより、第１インクタンク３４内の圧力が一定に保たれる。これにより、小型の吐出部２を有する印刷装置１において、ヘッド３２の吐出口におけるインクの圧力変動を抑制して、吐出口に対する基材９上のインクの着弾位置等の変動を抑制することが可能となり、高精度な印刷（すなわち、高品質な印刷物の作成）を安定して行うことが実現される。

また、印刷装置１では、容積可変部６の容積の変更により、ヘッド３２の複数の吐出口内にインクのメニスカスが形成される状態が保たれる。これにより、吐出口からのインクの漏れを防止することができる。さらに、第１インクタンク３４に設けられるインクレベルセンサ３４５，３４６の出力に基づいて容積可変部６の容積が変更されることにより、第１インクタンク３４内の圧力を精度よく一定に保つことができる。

図８は、印刷装置の他の例における第２インクタンク５１の近傍を示す図である。図８の印刷装置では、容積可変部６が第２インクタンク５１に設けられる。他の構成は、図３と同様であり、同符号を付している。

図８の印刷装置におけるインクの循環動作においても、図３の印刷装置１と同様に、ヘッド３２の下流側に接続された第２インクタンク５１内が圧力調整機構５５により減圧されることにより、ヘッド３２の上流側の近傍に接続された第１インクタンク３４からヘッド３２を経由して第２インクタンク５１に至る回収流路をインクにて満たした状態で、回収流路を介して第１インクタンク３４から第２インクタンク５１へとインクが連続的に流れる。また、第２インクタンク５１から、第１インクタンク３４へとポンプ５４によりインクが断続的に送られる。

印刷装置では、ポンプ５４の駆動時における第２インクタンク５１から第１インクタンク３４へのインクの流量が、想定流出流量として実験により予め求められており、制御部４では、ポンプ５４の駆動時の第２インクタンク５１からのインクの流出流量を想定流出流量とし、ポンプ５４の停止時のインクの流出流量を０として、インクの循環動作中の各時刻におけるインクの流出流量、および、インク流量測定部５３２にて取得される実際のインク流量（すなわち、第２インクタンク５１へのインクの流入流量）に基づいて当該時刻における第２インクタンク５１内のインク量（または、その変化量）が演算により求められる。そして、第２インクタンク５１内のインク量の変化に合わせて、容積可変部６の容積が変更されることにより、第２インクタンク５１内の圧力が一定に保たれる。

ところで、容積可変部６が省略された比較例の印刷装置を想定した場合に、第２インクタンク５１内のインク量の変化により第２インクタンク５１内の圧力が変化すると、第１インクタンク３４からヘッド３２を経由して第２インクタンク５１に至る回収流路におけるインクの流量も変化し、これにより、第１インクタンク３４からヘッド３２までの圧力損失（例えば、数ｍｂａｒ）が変化して、吐出口におけるインクの圧力が変動する。その結果、吐出口におけるインクのメニスカスの状態が変動して、吐出口に対する基材９上のインクの着弾位置等が変動してしまう。また、印刷装置の小型化に伴って第２インクタンク５１を小さくする場合、第２インクタンク５１内の空気容積が減少するため、第２インクタンク５１およびヘッド３２における圧力変動の幅（極大値と極小値との差）が増大してしまう。

これに対し、図８の印刷装置では、第２インクタンク５１内のインクの液面上の空間に連続するとともに、容積が可変とされる容積可変部６が設けられ、第２インクタンク５１内のインク量の変化に合わせて、容積可変部６の容積を変更することにより、第２インクタンク５１内の圧力が一定に保たれる。これにより、ヘッド３２の吐出口におけるインクの圧力変動を抑制して、吐出口に対する基材９上のインクの着弾位置等の変動を抑制することが可能となる。

以上のように、図３の印刷装置１では、ヘッド３２の上流側に接続されるとともに、ポンプ５４によりインクが断続的に供給される第１インクタンク３４に容積可変部６が設けられ（図４参照）、図８の印刷装置では、ヘッド３２の下流側に接続されるとともに、ポンプ５４によりインクが断続的に排出される第２インクタンク５１に容積可変部６が設けられ、断続的に作動するポンプ５４により生じるインクタンク内の急激な圧力変動が、容積可変部６の容積を変更することにより低減される。その結果、吐出口に対する基材９上のインクの着弾位置等の変動を抑制して、高精度な印刷を安定して行うことが実現される。もちろん、第１インクタンク３４および第２インクタンク５１の双方に容積可変部６が設けられてもよい。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。

図３の印刷装置１において、図８の印刷装置と同様に、インクの循環動作中の各時刻における第１インクタンク３４内のインク量が演算により求められ、第１インクタンク３４内のインク量の変化に合わせて、容積可変部６の容積が変更されてもよい。また、図８の印刷装置において、インクレベルセンサ５１１の出力に基づいて、容積可変部６の容積が変更されてもよい。

容積可変部６の構成は、図５に示すもの以外であってもよく、例えば、底部に連結管６６が接続されるとともに、側部が中心軸に沿って伸縮可能な蛇腹状とされる有蓋かつ有底の略円筒部材が設けられ、当該部材の蓋部の位置を中心軸に沿って移動することにより、容積が可変とされる容積可変部が用いられてもよい。

図３の第１インクタンク３４では、補助圧力調整機構３７により第１インクタンク３４内の圧力が大気圧よりも低くされ、ヘッド３２の吐出口内にインクのメニスカスが形成されるが、第１インクタンク３４とヘッド３２との間のインク導入管３５１の形状や長さ、あるいは、ヘッド３２の構造によっては、第１インクタンク３４とヘッド３２の吐出口との間の圧力損失が比較的大きくなることがあり、この場合に、第１インクタンク３４内が大気圧よりも高い設定補助圧力とされることにより、ヘッド３２の吐出口内にインクのメニスカスが形成されてもよい。

また、図３の印刷装置では、１つのヘッドユニット３３がインク循環機構５に接続されるが、同様の構造の複数のヘッドユニット３３がインク循環機構５に接続されてもよい。この場合、好ましくは供給ライン５２の第２インクタンク５１とは反対側が複数の分岐供給ラインに分岐して複数のヘッドユニット３３の第１インクタンク３４にそれぞれ接続され、回収ライン５３の第２インクタンク５１とは反対側が複数の分岐回収ラインに分岐して複数のヘッドユニット３３のマニホールド本体３６にそれぞれ接続され、１つの補助圧力調整機構３７からの圧力調整管が分岐して複数のヘッドユニット３３の第１インクタンク３４に接続される。この場合、複数のヘッドユニット３３を走査方向に並べることにより、幅方向の記録解像度を増大することが可能となり、幅方向に並べることにより、幅の大きな基材９上の広範囲に画像を印刷することが可能となる。

このように、複数のヘッドユニット３３の多数のヘッド３２が第２インクタンク５１に接続される場合、第２インクタンク５１内へのインクの流入流量、および、第２インクタンク５１からのインクの流出流量も多くなるが、図８の例と同様にして、第２インクタンク５１に設けられる容積可変部６を制御することにより、第２インクタンク５１内の圧力変動を低減することができ、第２インクタンク５１内の圧力変動に起因するヘッド３２の吐出口におけるインクの圧力変動を抑制して、印刷の際に、吐出口に対する基材９上のインクの着弾位置等の変動が生じることを抑制することができる。

また、図９に示すように、ヘッド３２から第２インクタンク５１へとインクを戻さない（すなわち、インクを循環させない）印刷装置にて、容積可変部６を用いる上記手法が採用されてもよい。例えば、図９の印刷装置において、ヘッド３２におけるインクの消費、および、外部（例えば、第２インクタンク５１）からの断続的なインクの供給による、第１インクタンク３４内のインク量の変化に合わせて、容積可変部６の容積を変更することにより、第１インクタンク３４内の圧力が一定に保たれ、ヘッド３２の吐出口におけるインクの圧力変動（メニスカス圧の変動）が抑制される。

図１の印刷装置１（いわゆる、ロールｔｏロール方式の印刷装置）では、基材９を走査方向に移動する搬送部２７により、複数の吐出口の配列方向に交差する走査方向に基材９が吐出部３に対して一定速度にて移動するが、印刷装置１における印刷動作によっては、吐出部３を走査方向に移動する機構が設けられてもよい。また、図１０に示す印刷装置１ａ（枚葉式の印刷装置）のように、矩形の基材９を保持するステージ２１、および、ステージ２１を走査方向（図１０中のＹ方向）に移動するステージ移動機構２２が設けられてもよい。このように、基材９を吐出部３に対して相対的に走査方向に移動する走査機構は様々な構成にて実現可能である。なお、図１０の印刷装置１ａでは、基台２０上に設けられる位置検出モジュール２３により、基台２０に対するステージ２１の位置が検出可能となっている。

基材９が吐出部３の下方を一回通過するのみで基材９への画像の印刷が完了するワンパス方式の印刷装置１，１ａでは、多数のヘッド３２がインクタンクに接続されるため、インクタンク内のインク量の変化が大きくなる。したがって、インクタンク内のインク量の変化に合わせて容積可変部６の容積を変更することにより、インクタンク内の圧力を一定に保つ上記手法は、ワンパス方式の印刷装置に特に適しているといえる。もちろん、走査方向に垂直な幅方向に関してヘッド３２が配列される幅が基材９の幅よりも小さくされ、吐出部３の基材９に対する走査方向への移動、および、幅方向への間欠移動を複数回繰り返すことにより、基材９の全体への印刷を行う印刷装置にて上記手法が用いられてもよい。

印刷装置１，１ａにおける印刷媒体は、シート状の基材９以外に、プラスチックにて形成される板状の部材や印刷用紙等であってもよい。

１，１ａ 印刷装置
４ 制御部
６ 容積可変部
９ 基材
３２ ヘッド
３４ 第１インクタンク
５１ 第２インクタンク
５３ 回収ライン
５４ ポンプ
５５ 圧力調整機構
３２１ 吐出口
３４１ タンク本体
３４２ 脱泡機
３４３ 連結管
３４４ メッシュ部材
３４５，３４６，５１１ インクレベルセンサ

Claims (9)

1. インクジェット方式の印刷装置であって、
   所定の配列方向に配列された複数の吐出口から、前記配列方向に交差する方向に前記複数の吐出口に対して相対的に移動する印刷媒体に向けてインクの微小液滴を吐出するヘッドと、
   前記ヘッドの上流側または下流側に接続されてインクを貯溜するとともに前記インクの液面上の空間が密閉状態とされるインクタンクと、
   前記ヘッドの前記上流側に接続された前記インクタンクにインクを断続的に供給する、または、前記ヘッドの前記下流側に接続された前記インクタンクからインクを断続的に排出するポンプと、
   前記インクタンク内の前記液面上の前記空間に連続するとともに、容積が可変とされる容積可変部と、
   前記インクタンク内のインク量の変化に合わせて、前記容積可変部の前記容積を変更することにより、前記インクタンク内の圧力を一定に保つ制御部と、
   を備えることを特徴とする印刷装置。
2. 請求項１に記載の印刷装置であって、
   前記インクタンクが前記ヘッドの上流側の近傍に接続され、
   前記ヘッドの下流側に他のインクタンクがさらに接続され、
   前記ポンプが、前記他のインクタンクから前記インクタンクへとインクを送ることを特徴とする印刷装置。
3. 請求項２に記載の印刷装置であって、
   前記他のインクタンク内を減圧する減圧機構をさらに備え、
   前記減圧機構が前記他のインクタンク内を減圧することにより、前記インクタンクから前記ヘッドを経由して前記他のインクタンクに至る回収流路をインクにて満たした状態で前記回収流路を介して前記インクタンクから前記他のインクタンクへとインクが連続的に流れることを特徴とする印刷装置。
4. 請求項２または３に記載の印刷装置であって、
   前記容積可変部の前記容積の変更により、前記複数の吐出口内にインクのメニスカスが形成される状態が保たれることを特徴とする印刷装置。
5. 請求項２ないし４のいずれかに記載の印刷装置であって、
   前記インクタンク内のインクの液面の位置を検出するインクレベルセンサをさらに備え、
   前記制御部が、前記インクレベルセンサの出力に基づいて、前記容積可変部の前記容積を変更することを特徴とする印刷装置。
6. 請求項５に記載の印刷装置であって、
   前記インクタンクが、
   タンク本体と、
   鉛直方向に対して垂直な断面積が前記タンク本体よりも十分に小さい補助タンクと、
   前記補助タンクと前記タンク本体との間に設けられ、前記補助タンク内に流入するインクを、前記補助タンクへの流入流量よりも小さい流量にて前記タンク本体へと流出させる流量制限部と、
   を備え、
   前記タンク本体内のインクの液面上の空間と、前記補助タンク内のインクの液面上の空間とが連続しており、
   前記インクレベルセンサが、前記タンク本体および前記補助タンク内のインクの液面の位置をそれぞれ検出する２つのインクレベルセンサであることを特徴とする印刷装置。
7. 請求項１に記載の印刷装置であって、
   前記インクタンクが前記ヘッドの下流側に接続され、
   前記ヘッドの上流側の近傍に他のインクタンクがさらに接続され、
   前記ポンプが、前記インクタンクから前記他のインクタンクへとインクを送ることを特徴とする印刷装置。
8. 請求項７に記載の印刷装置であって、
   前記インクタンク内を減圧する減圧機構をさらに備え、
   前記減圧機構が前記インクタンク内を減圧することにより、前記他のインクタンクから前記ヘッドを経由して前記インクタンクに至る回収流路をインクにて満たした状態で前記回収流路を介して前記他のインクタンクから前記インクタンクへとインクが連続的に流れることを特徴とする印刷装置。
9. 請求項１ないし８のいずれかに記載の印刷装置であって、
   前記ヘッドと同様のもう１つのヘッドをさらに備え、
   前記ヘッドおよび前記もう１つのヘッドが並列して前記インクタンクに接続されることを特徴とする印刷装置。

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