JP2012006308A - 液体吐出装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コンティニュアス方式による液体吐出装置において、ポンプでインクを加圧し吐出を開始する際、インクの圧力が低い状態でインクを吐出させると安定な液柱や液滴が形成されず、大きな液滴や飛翔方向が安定しない液滴が形成されてしまう問題を解決する。
【解決手段】ノズルに連通する液室内のインクの圧力を液滴化条件圧力まで高めるために、液滴が飛翔する空間を密閉し、液体の圧力を高めるのに合わせて、密閉空間の気体の圧力を高めノズルからの吐出を抑える。インクの圧力が液滴化条件圧力に高まった後に密閉空間を大気開放して一気にインクを吐出する。
【選択図】図６

Description

本発明は、液体吐出装置および方法に関し、特にコンティニュアス方式による液体吐出装置および方法に関するものである。

コンティニュアス型の液体吐出方式として、ポンプで液体を常に加圧してノズルから押し出し、さらに加振手段により加振することで、ノズルから液体が規則正しく液滴として吐出される状態を作るものがある。この方式では、液滴がノズルから連続して吐出され続けるので、インクジェット記録装置に適用する場合、記録すべきデータに合わせて、記録（ドット形成）に使用する液滴と使用しない液滴を選別する必要がある。その選別を行うために、荷電偏向方式と呼ばれる方式では、液滴を選択的に帯電させ、電場によって偏向させ、帯電液滴が非帯電液滴とは異なる軌道を飛翔するようにしている。さらにその中でもバイナリー荷電偏向式と呼ばれる方式では、ノズルから液滴飛翔軌道に沿って、帯電電極、偏向電極およびガターが設けられ、非帯電液滴を記録に使用する一方、帯電液滴をガターによって捕獲および回収するようにしている。

近年では記録速度の一層の向上が望まれており、このために液滴の生成速度の向上並びに液滴が記録媒体に着弾した後の乾燥速度の向上が求められている。そのためには、液滴を高速に吐出および飛翔させることおよび高粘度の液体（インク）を用いることが有効であり、これに伴って、押し出されるインクにかける圧力を大きくすることが求められる。高粘度のインクを用いる場合は、その高粘度のインクとノズル内壁との摩擦が大きくなるので、次のような問題が生じるからである。すなわち、インクに作用させる圧力が低いと瞬時に液柱を形成できず、ノズル出口近傍にインクの一部が溜まり、それが成長して大きなインク溜まりとなることがある。そして、これが成長すると、下向きにインクの吐出を行う構成の場合にはノズルに留まりきれずに落下することになる。すると、これが記録媒体に付着してこれを汚損したり、ノズル出口の周囲ないしは液滴の飛翔経路を画成する部材の壁面に付着することで液柱の先端からの液滴に作用して飛翔方向に影響を与え記録品位を損ねたりする恐れがある。

従って、コンティニュアス型の液体吐出方式では、液柱を形成するに際して液体であるインクを勢いよく、瞬時にノズルから噴射させる圧力を作用させることが望ましく、液体が高粘度であるほどその要望が強いものとなる。インクに作用させる圧力が、所望の噴射速度が得られるまで緩やかに変化する場合、初期の段階で噴射が不安定になり、上記のような問題が生じるからである。

この初期の不安定状態を起さないようにすることに関して、特許文献１に以下のように提案されている。すなわち、ノズルの内部空間とインク液室との間に弁を設け、弁を閉じ、インク噴射開始前にはノズルの内部空間のインクを空にし、インク液室のインク圧力を弁が開きインクがノズル出口に到達する際噴射速度となるように高めておく。そして、この状態で弁を開きインク噴射を行うのである。

しかし特許文献１の方式では、インクがノズルから噴出する手前でインクがノズルの内壁と接するので、速度の低下が発生してしまう。この速度低下の問題は、特に２０ｃＰ以上の高粘度のインクを用いる際に甚だしいものとなる。高粘度でないインクでは速度低下分を見込んで圧力を補正して対処できるが、高粘度のインクではノズル内壁の製造ばらつき等による影響が大きくなり、噴射状態が不安定となる恐れが高まる。

特開平０８−２５８２８７号公報

よって本発明は、インク粘度の高低などの条件によらず、初期の段階から安定した噴射ないしは液柱の形成状態を得ることができるようにすることを目的とする。

そのために、本発明は、ノズルに連通する液室に貯留された液体を前記ノズルから吐出させ、液滴として飛翔させる液体吐出ヘッドと、
前記ノズルを含む空間を密閉するための密閉部材と、
前記空間内を加圧するための第１加圧手段と、
前記液室内を加圧するための第２加圧手段と、
前記空間内を大気と連通するための弁と、
前記密閉部材と前記第１加圧手段と前記第２加圧手段と前記弁とを制御するための制御手段と、
を具え、
前記制御手段は、前記密閉部材が前記空間を密閉し前記弁が閉じた状態で、前記空間内の気体の圧力を前記液室内の液体の圧力以上としたまま、前記第１加圧手段によって前記空間内の気体の圧力を高めるとともに前記第２加圧手段によって前記液室内の液体の圧力を高めた後、前記弁を開くことで前記空間内の気体の圧力を大気圧に戻し、前記ノズルからの液体の吐出を開始するように制御することを特徴とする。

また、本発明は、ノズルに連通する液室に貯留された液体を前記ノズルから吐出させ、液滴として飛翔させる液体吐出ヘッドと、前記ノズルを含む空間を密閉するための密閉部材と、を有する液体吐出方法であって、
前記密閉部材が前記空間を密閉した状態で、前記空間内の気体の圧力を前記液室内の液体の圧力以上としたまま、前記空間内の気体の圧力を高めるとともに前記液室内の液体の圧力を高める工程と、
前記空間内の気体の圧力を大気圧に戻し、前記ノズルからの液体の吐出を開始する工程と、
を具えたことを特徴とする。

本発明によれば、適切な圧力をインクに作用させた状態で瞬時にインクを噴出することができる。このため、インク粘度、ノズルの形状・寸法および環境などの条件によらず、ノズルの出口近傍にインクの一部が滞留したり、さらにそれが大きなインク溜まりにまで成長したりするような状態を経ることなく、好ましい液柱を直ちに形成することができる。また、このことにより、記録動作に先立つ初期動作に要する時間の短縮化も図ることができる。なお、これらの効果は、ノズル数が多い記録ヘッドが用いられる場合でも実現できるものである。すなわち、各ノズルに連通する共通液室を設け、これに連通するよう各ノズルを配置する一方、各ノズルに連続する各液滴飛翔空間のすべてに共通に連通するように密閉空間を形成するキャップを設ければ足りるからである。

本発明の第１の実施形態に係るインクジェット記録装置に適用されるインクジェット記録ヘッドを示す模式的斜視図である。 図１のインクジェット記録ヘッドの、その長手方向に沿ったノズル周辺の模式的断面図である。 第１の実施形態に係る記録装置のインク系および制御系の構成を説明するためのブロック図である。 図１のインクジェット記録ヘッドを下方（図１のＺ方向）から見た平面図である。 図１のインクジェット記録ヘッドの、記録動作時におけるノズル周辺の模式的断面図である。 第１の実施形態において、記録動作に先立って行われるインクジェット記録装置の初期制御手順の一例を示すフローチャートである。 図６の処理の過程で行われる圧力制御手順の詳細を示すフローチャートである。 図６の処理を実行する際の、共通液室内のインク圧力および液滴飛翔空間内の気体圧力の時間変化を示すグラフである。 本発明の第２の実施形態の主要部を説明するための、記録ヘッドの長手方向に沿ったノズル周辺の構成を示す模式的断面図である。 第２の実施形態に係る記録装置のインク系および制御系の構成を説明するためのブロック図である。 第２の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの、記録動作時におけるノズル周辺の模式的断面図である。 第２の実施形態において、記録動作に先立って行われるインクジェット記録装置の初期制御手順の一例を示すフローチャートである。 図１２の処理の過程で行われる圧力制御手順の詳細を示すフローチャートである。 図６の処理を実行する際、液体圧力が気体圧力より先に液滴化条件圧力に到達する場合の各部の圧力の遷移を示すグラフである。 図６の処理を実行する際、気体圧力が液体圧力より先に液滴化条件圧力に平衡する圧力に到達する場合の各部の圧力の遷移を示すグラフである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。以下では、色材成分を有するインクを吐出することで記録媒体に記録を行うインクジェット記録装置に本発明を適用した場合について説明する。しかし本発明は、コンティニュアス型の液体吐出装置に広く適用できるものである。

なお、本発明の「液体」とは、記録媒体上に付与されることによって、画像、模様、パターン等の形成または記録媒体の加工、あるいはインクの処理（例えば記録媒体に付与されるインク中の色剤の凝固または不溶化）に供され得る液体を表すものとする。また、その液体の「付与」とは、文字，図形等有意の情報を形成することを目的とする場合のみを含むものではない。すなわち、有意無意を問わず、また人間が視覚で知覚し得るように顕在化したものであるか否かを問わず、広く媒体上に画像、模様、パターン等を形成する、または媒体の加工を行う場合も表すものとする。さらにその付与の対象となる「媒体」とは、一般的な記録装置で用いられる紙のみならず、広く、布，プラスチック・フィルム，金属板，ガラス，セラミックス，木材，皮革等、液体を受容可能なものも表すものとする。

（第１の実施形態）
図１は本発明の一実施形態に係るインクジェット記録装置（以下、単に記録装置とも言う）に適用されるインクジェット記録ヘッド（以下、単にヘッドとも言う）の形態の液体吐出ヘッドを示す模式的斜視図である。また、図２はその長手方向に沿ったノズル周辺の模式的断面図である。本実施形態のヘッドは、記録対象となる記録媒体の幅方向に沿って、その全幅に対応した範囲にわたりノズル１−３およびこれに対応した液滴出口４−３を複数配列してなる所謂ラインヘッド形態のものである。そして、このヘッドはノズルを下に向けた状態で記録装置に装着され、液滴出口の配列範囲の下方を通過する記録媒体に対し液体（以下、インクともいう）を滴（液滴）として付与することで記録を行うものである。

ヘッドは、上部ユニット１Ａと、帯電部２、偏向部３および回収部４を積層した状態で構成される下部ユニット１Ｂとを具える。上部ユニット１Ａには、インク供給源から共通液室６内にインクを流入させるための流入路を形成する流入部１−２と、共通液室６内からインクを流出させて例えばインク供給源に戻すための流出路を形成する流出部１−１とが接続されている。下部ユニット１Ｂの帯電部２、偏向部３および回収部４には、図２に示すように、ノズル１−３から不図示の記録媒体に対向する液滴出口４−３まで向う経路に沿って延在する円筒形の空間を画成する通路が形成されている。そして、この空間内にノズル１−３から液柱が突出し、さらにその液柱から分離したインク滴が飛翔する。また、帯電部２の帯電電極２−１，２−２、偏向部３の偏向電極３−１，３−２および回収部４の回収口４−１はこの円筒形の空間に臨んで配置されている。ヘッドに対しては、液滴出口が配列される範囲の周囲に密着することで、密閉空間を画成することが可能な密閉部材としてのキャップ１８Ａが接合可能となっている。このキャップ１８Ａは、当該接合状態（以下、キャップ状態という）を取る位置と、これから離隔して記録動作に干渉しない待機位置との間で移動可能である。

図３は、本実施形態に係る記録装置のインク系および制御系の構成を説明するためのブロック図である。ここで、太い実線で示す矢印はインク等の流体の流れを示し、細い実線で示す矢印は制御信号の流れを示している。

５は制御部であり、後述する処理手順等に従って装置全体を制御するＣＰＵ、その処理手順に対応したプログラムを格納したＲＯＭおよび作業用のＲＡＭ等を有する。上部ユニット１Ａは、共通液室６と、液体加振部７と、圧力センサ８と、弁９とを有する。共通液室６には、インク供給源であるインク供給装置１０から液体加圧手段（第２加圧手段）である加圧ポンプ１１によりインクが供給され、貯留される。共通液室６の底面をなすオリフィスプレート１−５には、後述のようにノズルが配置されている。液体加振部７は共通液室６内のインクを振動させ液滴化を実現するものであり、制御部５からの指示により加振動作を行う。圧力センサ８は、共通液室内のインクの圧力を測定し、これを制御部５に通知する。弁９は制御部５からの指示に応じ、共通液室６へのインク供給開始時に流出部１−１を開いて共通液室６を大気と連通させる一方、インク供給終了時にはこれを閉じるべく作動する。

図４は、ノズル１−３が形成されたオリフィスプレート１−５を下方（図１のＺ方向）から見た平面図である。各ノズルの開口は直径が１０μｍ程度の微細孔である。本例においては、ノズル１−３は隣接ノズルが角度θの斜め方向に位置するように複数配置されて１つのノズル列１−４をなし、さらにこのノズル列１−４がＸ方向に複数配置されている。また、Ｘ方向に隣接するノズル間ないしはノズル列間の距離（Ｍ）は、記録装置の出力解像度に対応した距離となるように設定されている。

再び図３を参照するに、帯電部２は、液柱から液滴が生成される領域で働き、液滴に対して選択的に電荷を与える。すなわち帯電部２は、記録媒体に記録すべきデータにあわせ、記録に使用する液滴（以下、記録液滴とも言う）には電荷を与え、記録に用いない液滴（以下、非記録液滴とも言う）には電荷を与えないように働く。偏向部３は、電場によって非記録液滴を偏向する働きがある。そして、記録液滴は直線的に飛翔し、記録媒体へと向う一方、偏向した非記録液滴は回収部４の回収口４−１に受容される。回収口４−１は、例えば直径が１０μｍ程度の微細孔が複数個まとめて配置されることにより構成されている。図３から明らかなとおり、回収口４−１は複数のノズル１−３のそれぞれに対応して複数設けられている。そして本例の回収部４では、複数の回収口４−１からの流路を合流させて１つの回収流路を形成し、その回収流路に接続された１つの回収用減圧ポンプ１６を作動させることで、すべての回収口４−１に受容されたインクを一括吸引および回収する構成としている。

回収部４は、回収流路１２と、その入口側（上流側）に配置された流路切り換え用の弁１３と、出口側（下流側）に配置された流路開閉用の弁１４とを含んでいる。記録動作前の準備段階において、回収流路１２にはインクが満たされる。これは、弁１３を切り換えて回収流路１２を加圧ポンプ１５に接続し、加圧ポンプ１５を駆動してインク供給装置１０から回収流路１２へとインクを導入することで行われる。また、インクの回収時には、弁１３を切り換えて回収流路１２を回収口４−１側に接続するとともに弁１４を開放し、減圧ポンプ１６を駆動して回収流路１２からインク回収装置１７にインクを移送する動作が行われる。インク回収装置１７に回収されたインクは、例えば、塵埃の除去や粘度調整を行った後にインク供給装置１０に移送することで、再利用することが可能である。

１８は、上述したキャップ１８Ａと、その駆動部１９と、圧力センサ２０と、弁２１とを含むキャップ装置である。キャップ駆動部１９は、キャップ位置と待機位置との間でキャップ１８Ａを移動させるべく駆動可能である。圧力センサ２０は、キャップ１８Ａの接合によって形成される密閉空間内の圧力を検出するために用いられ、その検出値は制御部５に送られる。弁２１は、キャップ１８Ａの接合によって形成される空間を第１加圧手段である加圧ポンプ２２側と大気側とに切り換えるべく作動する。すなわち、キャップ１８Ａのキャップ状態において弁２１を加圧ポンプ２２側に切り換え、これを駆動して空気を送出することで、密閉空間の圧力を高めることができる一方、弁２１を大気側に切り替えることで密閉状態を解消することができる。すなわち、本実施形態においては、これら加圧ポンプ２２および弁２１が気体圧力調整手段として機能する。

図５は、記録動作時におけるノズル周辺の模式的断面図である。加圧ポンプ１１により共通液室６内のインクに例えば１ＭＰａ程度（ゲージ圧）の圧力を与えることにより、各吐出ノズル１−３から連続的にインクが噴射され、液柱Ｐが形成される。さらに、液体加振部７の加振動作により共通液室６内のインク全体に振動が与えられることにより、液柱Ｐの先端部からは微小な液滴Ｑが連続的に分離され、液滴が一定速度かつ一定間隔で連続して飛翔してゆく。なお、液柱Ｐの先端は、帯電部２の帯電電極２−１および２−２が作動することで影響を受ける位置に形成されている。

画像形成のための記録データに基づき、帯電電極２−１および２−２への電圧印加が制御される。すなわち、記録液滴（Ｑ−１，Ｑ−３）を液柱Ｐから分離させる際には帯電電極に電圧を印加せず、従って記録液滴は帯電していないものとなる。一方、比記録液滴を液柱Ｐから分離させる際には帯電電極２−１，２−２には正の電圧を印加する。すると、液柱Ｐを形成しているインク自体に電流が流れるので、液柱Ｐ表面は帯電電極とは反対の極性（負）の電荷を帯び、この状態で液滴が液柱Ｐから分離される。この分離液滴は負に帯電した非記録液滴（Ｑ−２，Ｑ−４）として飛翔することになる。

偏向部３では、偏向電極３−１が０Ｖの電位とされる一方で、偏向電極３−には負の電圧が印加される。従って、吐出液滴の飛翔方向は、偏向電極による電界の影響を受けるか否かによって定まる。例えば、記録液滴Ｑ−１が偏向電極対の間を通過する際、記録液滴Ｑ−１は電荷を持たないために電界の影響を受けず、従って飛翔方向は偏向されずに直進し、記録媒体Ｒに向かって飛翔する。一方、負の電荷を帯びた非記録液滴Ｑ−２は電界の影響を受け、回収口４−１に向かう方向に偏向され、回収口４−１を介し回収流路１２に回収される。

図６は、本実施形態において、記録動作に先立って行われるインクジェット記録装置の初期制御手順の一例を示す。なお、本手順は制御部５の指示に従って行われる。具体的には、制御部５に設けられるＣＰＵが、ＲＯＭに格納されたプログラムに従って各部を制御することで行われるものである。

まずステップＳ１では、キャップ駆動部１９を作動させ、キャップ１８Ａをキャップ位置へ移動させることで、液滴出口４−３が配列されている範囲の周辺に、キャップ１８Ａを接合させる。これにより、ノズル１−３から液滴出口４−３まで延在する空間（液滴飛翔空間）も密閉空間とされる。ステップＳ２では、弁１３および１４を開放した状態として加圧ポンプ１５を作動させることで、インク供給装置１０からインクを回収流路１２に導入する。次に、ステップＳ３にて弁１３および１４を閉鎖することにより、回収流路１２内のインクが流動できない状態（回収部の動作が停止した状態）となる。

ステップＳ４では、加圧ポンプ１１を作動させ、インク供給装置１０から共通液室６にインクを充填する。このとき、加圧ポンプ１１によって発生する圧力は、密閉状態となっている液滴飛翔空間に接しているノズルからインクが出て行かないような値に制限される。なお、弁９は、インクの充填開始時に開放され、充填終了時に閉鎖されるよう制御される。

次に、ステップＳ５では、加圧ポンプ１１を作動させ、図５について後述するような圧力制御により液柱形成が行える圧力まで共通液室６内のインクの圧力を増大させる一方、加圧ポンプ２２を作動させて密閉状態となっている液滴飛翔空間内の気体圧力を高める。ステップＳ６では、弁２１を大気側に切り換える。これにより、液滴飛翔空間内が大気圧となる一方、共通液室６のインクは大気圧より高い圧力状態となるので、十分な速度を持ってインクがノズル１−３から噴出され、直ちに液柱が形成される。ステップＳ７では、弁１４を開放して回収流路１２と減圧ポンプ１６とを接続し、その作動によって回収部４が働くようになる。

ステップＳ８では、液体加振部７が動作を開始する。これによりインクが加振され、液柱から液滴が生成されるようになる。ステップＳ９では偏向部３が動作を開始し、ステップＳ１０では帯電部２が動作を開始する。すると、生成された液滴が全て帯電するため、全ての液滴は偏向部３で回収部４の方へと偏向され、回収口４−１に受容されることになる。この状態で、ステップＳ１１においてキャップ駆動部１９を作動させることで、キャップ１８Ａを記録時の待機位置へと移動させることができる。以上で、記録に先立って行われる初期動作が終了する。

図７を参照し、ステップＳ５で行われる圧力制御の詳細について説明する。ステップＳ２１では、インク粘度、ノズルの形状・寸法および環境などの条件に基づいて、液滴を生成するための共通液室６内のインクの圧力条件を設定する一方、この圧力条件に実質的に平衡する液滴飛翔空間内の気体の圧力条件を設定する。ステップＳ２２では、その設定圧力に到達するまでの時間が設定される。ステップＳ２３では、それぞれの圧力の上昇レートから、両者の圧力上昇の時間差によってノズルのメニスカスが保たれる圧力差より大きな差が生じないようにするために、圧力測定を実施するタイミングの間隔が決められる。ステップＳ２４では、その間隔中で加圧ポンプ２２および１１を作動させ、液滴飛翔空間内の気体圧力および共通液室６内のインク圧力をそれぞれ増大させる。ステップＳ２３で規定された圧力測定実施タイミングに至ると、ステップＳ２５において、圧力センサ２０による液滴飛翔空間内の気体圧力の測定値と圧力センサ８による共通液室６内のインク圧力の測定値とが制御部５に送られる。ステップＳ２６では、両者の圧力が比較され、その差が一定値以下であるか否かが判定される。ここで否定判定された場合にはステップＳ２５に復帰する一方、肯定判定された場合にはステップＳ２７に進む。ステップＳ２７では、液体圧力が、インク粘度、ノズルの形状・寸法、および環境などの諸条件に基づいて定めた適切な圧力（液滴化条件圧力）に達したか否かが判定される。ここで否定判定された場合にはステップＳ２４に復帰し、以降の動作を繰り返す一方、肯定判定された場合にはステップＳ２８に進み、そのときのインク圧力が維持されるようポンプ１１を制御する。さらにステップＳ２９でも、気体圧力が維持されるように加圧ポンプ２２が制御される。これらのように、気体およびインクともに所定の圧力を保った状態にして、図６のステップＳ５に対応した本手順を終了する。

図８は、ステップＳ５以降の共通液室６内のインク圧力（実線）および液滴飛翔空間内の気体圧力（破線）の時間変化を示すグラフである。ステップＳ５（図７）の実行によって、インク圧力および気体圧力はともに増加して行く。そしてその終了時には、共通液室６内が液滴を生成することのできる条件のインク圧力条件（液滴化条件圧力）に維持される一方で、液滴飛翔空間内は液滴化条件圧力にほぼ平衡する圧力に維持される。すなわちこの状態では、ノズル１−３からインクが噴出する（液柱が形成される）ことはない。

その後、ステップＳ６の処理により弁２１を大気側に切り換えることにより、液滴飛翔空間内は急激に減圧され、大気圧と等しくなる。すると、共通液室６のインクは、大気圧より高い液滴化条件圧力となっているので、ステップＳ７の実行時には十分な速度を持ってインクがノズル１−３から噴出され、直ちに液柱が形成される。これ以降、液体加振部７が動作を開始することでインクが加振され、液柱から液滴が生成されるようになる。

本実施形態によれば、インク粘度、ノズルの形状・寸法および環境などの条件に基づいて定めた適切な圧力をインクに作用させた状態で瞬時にインクを噴出することができる。このため、例えばインク粘度の高低によらず、ノズルの出口近傍にインクの一部が滞留したり、さらにそれが大きなインク溜まりにまで成長したりするような状態を経ることなく、好ましい液柱を直ちに形成することができる。また、このことにより、初期から液滴が安定して形成されて飛翔するようになり、その液滴はキャップ１８Ａを待機位置に移動させる間はすべて安定して回収されることになるとともに、記録動作に先立つ初期動作に要する時間の短縮化も図ることができる。

さらに本実施形態においては、ノズル数が多くてもこれらの効果を達成できる。すなわち、各ノズルに連通する共通液室を設け、ここに圧力に各ノズルを配置すれば各ノズルのインクに対して均一な液滴化条件圧力を作用させることができる。一方、キャップ１８Ａの接合によって形成される密閉空間は、各ノズルに連続する各液滴飛翔空間のすべてに共通に連通しているため、すべての液滴飛翔空間に均等な圧力を作用させることができる。そして、上記制御を行うことで、各ノズルのインクに対して適正な圧力が作用した状態で瞬時かつ一斉に各ノズルからインクを噴出させることができる。従って、いずれのノズルにおいても、出口近傍にインクの一部が滞留したり、さらにそれが大きなインク溜まりにまで成長したりするような状態を経ることなく、好ましい液柱を直ちに形成することができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、以下の説明にあたって参照される図面において、上記第１の実施形態と同様に構成される各部については、対応箇所に同一符号を付してある。そして、本実施形態においても、基本的には図１に示したヘッドを採用している。

図９は、そのヘッドを用いる本実施形態の主要部を示す模式的断面図である。本実施形態が第１実施形態と異なるのは、インク供給源から共通液室６内にインクを流入させるための流入路を形成する流入部１−２に対し、加圧ポンプ１１と共通液室６との間に、第２液室であるポンプ側液室１０６と開閉弁形態の弁１０２とを介挿した点にある。

図１０は、本実施形態に係る記録装置のインク系および制御系の構成を説明するためのブロック図である。図２と同様、太い実線で示す矢印はインク等の流体の流れを示し、細い実線で示す矢印は制御信号の流れを示している。回収部４およびキャップ装置１８に関連した構成は図２と同様である。しかし本実施形態においては、上部ユニット１Ａに関連した構成において、インク供給装置１０からインクが加圧ポンプ１１により供給されるインクを貯蔵するためのポンプ側液室１０６が設けられている。そして本実施形態に係る上部ユニット１Ａには、共通液室６、液体加振部７および弁９を有するほか、共通液室６へのインク流入路開閉用の弁１０２と、ポンプ側液室１０６内のインクの圧力を測定する圧力センサ１０８とが設けられている。そして、圧力センサ１０８が測定するポンプ側液室１０６内のインクの圧力に関する測定結果は制御部５に送られる一方、弁１０２は制御部５からの指示に応じて開閉動作を行う。すなわち、弁１０２を閉鎖することによりポンプ側液室１０６内のインクを共通液室６とは独立して加圧可能であるとともに、弁１０２を開放することによりポンプ側液室１０６と共通液室６とを連通させ、圧力を等しくすることが可能となっている。

図１１は、記録動作時におけるノズル周辺の模式的断面図である。記録動作にあたり、本実施形態では、加圧ポンプ１１によりポンプ側液室１０６内と共通液室６内のインクに１ＭＰａ程度（ゲージ圧）の圧力を与えることにより、各吐出ノズル１−３から連続的にインクが噴出され、液柱Ｐが形成される。その後の、液体加振部７による共通液室６内のインク全体の加振動作にこれに伴う液滴Ｑの分離、記録データに基づく帯電部２および偏向部３の駆動態様、記録液滴の記録媒体Ｒへの飛翔、および回収部４による非記録液滴の回収動作等は上例と同様である。

図１２は、本実施形態において、記録動作に先立って行われるインクジェット記録装置の初期制御手順の一例を示す。ここで、ステップＳ４１、Ｓ４２およびＳ４３の処理は、それぞれ、図６におけるステップＳ１、Ｓ２およびＳ３の処理と同様である。

ステップＳ４４では、回収流路１２内のインクが流動できない状態（回収部の動作が停止した状態）において、弁１０２を開放する。このことにより、ポンプ側液室１０６と共通液室６とが連通する。ステップＳ４５では、加圧ポンプ１１を作動させ、インク供給装置１０からポンプ側液室１０６と共通液室６とにインクを充填する。このとき、加圧ポンプ１１によって発生する圧力は、密閉状態となっている液滴飛翔空間に接しているノズルからインクが出て行かないような値に制限される。なお、弁９は、インクの充填開始時に開放され、充填終了時に閉鎖されるよう制御される。ステップＳ４６では弁１０２を閉鎖する。ステップＳ４７では、加圧ポンプ１１を作動させ、後述するような圧力制御により液柱形成が行える圧力までポンプ側液室１０６のインクの圧力を増大させる一方、加圧ポンプ２２を作動させて密閉状態となっている液滴飛翔空間内の気体圧力を高める。ステップＳ４８では弁１０２を開放する。これにより、ポンプからノズルまでのインクが全て高圧となった状態となる。

以降、ステップＳ４９〜Ｓ５４の処理を行うが、これらはそれぞれ、図６におけるステップＳ６〜Ｓ１１の処理と同様である。そして、記録に先立って行われる初期動作が終了する。

図１３を参照し、ステップＳ４７で行われる圧力制御の詳細について説明する。まず、ステップＳ６１では、図７におけるステップＳ２１と同様にして、液滴化条件圧力および液滴飛翔空間内の気体の圧力条件を設定する。ステップＳ６２では、ポンプ側液室１０６を加圧するために加圧ポンプ１１の作動を開始する。ステップＳ６３では、密閉空間を加圧するために加圧ポンプ２２の作動を開始する。ステップＳ６４では、液体用圧力センサ１０８の測定値が制御部５に送られる。ステップＳ６５では、液体圧力が液滴化条件圧力に達したか否かが判定される。ここで否定判定された場合にはステップＳ６６に進む一方、肯定判定された場合にはステップＳ７２に進む。

ステップＳ６６では、圧力センサ２０による液滴飛翔空間内の気体圧力の測定値が制御部５に送付される。次にステップＳ６７では、気体圧力が液滴化条件圧力に平衡する圧力以上となったか否かが判定される。ここで否定判定された場合にはステップＳ６４に復帰する一方、肯定判定された場合にはステップＳ６８に進み、そのときの気体圧力が維持されるように加圧ポンプ２２が制御される。次に、ステップＳ６４では、液体用圧力センサ１０８の測定値が制御部５に送付され、ステップＳ６５にて、液体圧力が液滴化条件圧力に達したか否かが判定される。ここで否定判定された場合にはステップＳ６９に復帰する一方、肯定判定された場合にはステップＳ７１に進み、そのときのインク圧力が維持されるようポンプ１１を制御し、本手順を終了する。以上は、気体圧力が液体圧力より先に液滴化条件圧力に平衡する圧力に到達する場合に対応したものであるが、本手順終了時にはの気体およびインクともに所定の圧力を保った状態となっている。

以上に対し、ステップＳ６５で液体圧力が液滴化条件圧力に達したと判定された場合にはステップＳ７２に進み、そのときのインク圧力が維持されるようポンプ１１を制御する。次にステップＳ７３では、圧力センサ２０による液滴飛翔空間内の気体圧力の測定値が制御部５に送られる。そして、ステップＳ７４にて、気体圧力が液滴化条件圧力に平衡する圧力以上となったか否かが判定される。ここで否定判定された場合にはステップＳ７３に復帰する一方、肯定判定された場合にはステップＳ７５に進み、そのときの気体圧力が維持されるように加圧ポンプ２２が制御されて、本手順を終了する。以上は、液体圧力が気体圧力より先に液滴化条件圧力に到達する場合に対応したものであるが、本手順終了時には気体およびインクともに所定の圧力を保った状態となっている。

図１４は、液体圧力が気体圧力より先に液滴化条件圧力に到達する場合のステップ４７以降の各部の圧力の遷移を示すグラフである。また図１５は、気体圧力が液体圧力より先に液滴化条件圧力に平衡する圧力に到達する場合のステップ４７以降の各部の圧力の遷移を示すグラフである。これらの図に示すように、ステップＳ４７（図１３）の実行によって、インク圧力および気体圧力はともに増加して行くが、所定圧力に到達する時間差が生じている。しかしいずれの場合でも、共通液室６内が液滴化条件圧力に維持される一方で、液滴飛翔空間内は液滴化条件圧力にほぼ平衡する圧力に維持される。すなわちこの状態では、ノズル１−３からインクが噴出する（液柱が形成される）ことはない。従って、ステップＳ４８以降の処理を実施することで、第１の実施形態と同様の効果が得られることになる。

（その他）
なお、以上の実施形態においては、記録対象となる記録媒体の幅方向に沿って、その全幅に対応した範囲にわたりノズルおよびこれに対応した液滴出口を配列してなる所謂ラインヘッド形態のインクジェット記録ヘッドを用いる場合について説明した。しかし記録ヘッドものである。この場合において、上記範囲の長さを満たすためには、単一のヘッドを用いる構成であってもよいし、複数本のヘッドの配列を用いる構成であってもよい。後者の場合において、ポンプ類およびその駆動源や、センサ類を共通化すれば、装置構成の小型化および制御系の簡略化を図ることができる。また本発明は、それらのようなラインヘッド形態のヘッドを用いる記録装置に限られず、記録ヘッドの移動と記録媒体の搬送とを交互に繰り返すことにより画像の記録を行う所謂シリアルプリンタ形態の記録装置に適用することも可能である。

さらに以上では、ポンプで液体を常に加圧してノズルから押し出し、さらに加振手段により加振することで、ノズルから液体が規則正しく液滴として吐出される状態を作るコンティニュアス型の記録装置に本発明を適用した実施形態について説明した。しかし本発明は、ポンプで液体を常に加圧してノズルから押し出し、さらにノズル近傍で液体にパルス状に熱を加えることで液柱から液滴形成への要因を与え、結果的に熱パルスに呼応した液滴を形成する形態の記録装置にも適用可能である。

１Ａ ヘッド上部ユニット
１Ｂ ヘッド下部ユニット
１−３ ノズル
４−３ 液滴出口
６ 共通液室
７ 液体加振部
８、２０、１０８ 圧力センサ
９、２１、１０２ 弁
１１、２２ 加圧ポンプ
１８ キャップ装置
１８Ａ キャップ
Ｑ 液滴
Ｐ 液柱

Claims (4)

1. ノズルに連通する液室に貯留された液体を前記ノズルから吐出させ、液滴として飛翔させる液体吐出ヘッドと、
   前記ノズルを含む空間を密閉するための密閉部材と、
   前記空間内を加圧するための第１加圧手段と、
   前記液室内を加圧するための第２加圧手段と、
   前記空間内を大気と連通するための弁と、
   前記密閉部材と前記第１加圧手段と前記第２加圧手段と前記弁とを制御するための制御手段と、
   を具え、
   前記制御手段は、前記密閉部材が前記空間を密閉し前記弁が閉じた状態で、前記空間内の気体の圧力を前記液室内の液体の圧力以上としたまま、前記第１加圧手段によって前記空間内の気体の圧力を高めるとともに前記第２加圧手段によって前記液室内の液体の圧力を高めた後、前記弁を開くことで前記空間内の気体の圧力を大気圧に戻し、前記ノズルからの液体の吐出を開始するように制御することを特徴とする液体吐出装置。
2. 前記飛翔する液滴を、媒体に付与する液滴と付与しない液滴とに分けるべく偏向させることが可能な偏向手段と、前記媒体に付与しない液滴を回収する回収手段とをさらに具え、前記制御手段は、前記密閉部材が前記空間の密閉を解消して前記媒体に対し液滴を付与する動作を開始するまでは、前記液滴がすべて回収手段に回収されるよう、前記偏向手段を駆動することを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
3. 前記第２加圧手段と前記液室との間にあって前記液体を貯留するための第２液室と、該第２液室と前記液室との間の流路に介挿された開閉弁とをさらに具え、該開閉弁を閉鎖することにより前記第２液室に貯留された液体を前記液室とは独立して加圧可能とするとともに、前記開閉弁を開放することにより前記第２液室と前記液室との連通を可能とした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。
4. ノズルに連通する液室に貯留された液体を前記ノズルから吐出させ、液滴として飛翔させる液体吐出ヘッドと、前記ノズルを含む空間を密閉するための密閉部材と、を有する液体吐出方法であって、
   前記密閉部材が前記空間を密閉した状態で、前記空間内の気体の圧力を前記液室内の液体の圧力以上としたまま、前記空間内の気体の圧力を高めるとともに前記液室内の液体の圧力を高める工程と、
   前記空間内の気体の圧力を大気圧に戻し、前記ノズルからの液体の吐出を開始する工程と、
   を具えたことを特徴とする液体吐出方法。

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