JP2014184576A - 液体噴射装置およびノズルのクリーニング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ノズルから噴射される液体が硬化性の場合に、ノズルのクリーニング中に硬化作用によるムラが増大すること。
【解決手段】液体噴射装置は、噴射部とクリーニング部と搬送部とを備える。噴射部は、ノズルから硬化性の液体を噴射し、液体を媒体に着弾させる。クリーニング部は、液体が着弾していない媒体の部位である空白に対して硬化作用が及んでいる時に、ノズルをクリーニングする。搬送部は、クリーニングの前後において同じ向きに媒体を搬送する。
【選択図】図４

Description

本発明は、ノズルのクリーニングに関する。

液体噴射装置の一種として、ノズルからインクを噴射するタイプのプリンター（インクジェットプリンター）が知られている。ノズルは、インクの噴射を繰り返すうちに、印刷中に噴射ができなくなることがある。この状態を解消するために、印刷を中断してノズルをクリーニングする手法が知られている（例えば特許文献１）。

特許第２９６２８３９号公報

上記先行技術が有する課題は、噴射する液体が硬化性の場合に、硬化作用によるムラがクリーニング中に増大することである。この課題を、インクジェットプリンターの場合を例にとって説明する。インクジェットプリンターは、通常、インクを噴射するノズルを収容したヘッドと、液体が着弾する印刷媒体とを相対移動させながらインクを噴射する。インクが熱硬化性の場合、プリンターは、インクが着弾した印刷媒体の部位を加熱することによって、インクを印刷媒体に定着させる。プリンターは、インクが着弾した印刷媒体の部位を加熱するために、ヒーターと印刷媒体とを相対移動させる。

プリンターは、ノズルのクリーニング中、印刷媒体に向けてインクを噴射できないので、ヘッドの相対移動を停止させ、これに伴ってヒーターの相対移動も停止させる。ヒーターの相対移動が停止すると、加熱が同じ部位に長時間、及ぶことになる。長時間、加熱された部位に着弾したインクは、乾燥が進むことによって変色することがある。この変色は、ムラとして視認される場合がある。

この変色を回避するために、クリーニング中は、ヘッドが通過した部位に加熱が及ばないような手段を講じることが考えられる。例えば、クリーニング中はヘッドが通過していない印刷媒体の部位が加熱されるように、クリーニング前にヒーターを相対移動させることが考えられる。しかし、この相対移動のためにヒーターを移動させる場合は、複雑な構造が必要となってしまう。一方で印刷媒体を移動させる場合は、印刷を再開するまでの時間が延びてしまう。

この課題は、プリンターだけではなく、他の液体噴射装置にも共通である。さらに、この課題は、熱硬化性だけではなく、光硬化性など他の硬化性の液体においても共通である。硬化作用のムラとは、乾燥に伴う外観の変化だけではなく、液体の硬化度のムラなどが含まれる。この他、装置の小型化や、低コスト化、省資源化、製造の容易化、使い勝手の向上等が望まれていた。

本発明は、上記課題の少なくとも一部解決するためのものであり、以下の形態として実現できる。

（１）本発明の一形態によれば、液体噴射装置が提供される。この液体噴射装置は、ノズルから硬化性の液体を噴射し、前記液体を媒体に着弾させる噴射部と；前記液体が着弾していない前記媒体の部位である空白に対して硬化作用が及んでいる時に、前記ノズルをクリーニングするクリーニング部と；前記クリーニングの前後において同じ向きに前記媒体を搬送する搬送部とを備える。この形態によれば、クリーニング中における硬化作用のムラを抑制できる。クリーニングの中に硬化作用が同じ部位に長時間、及んでも、この形態の場合はその部位が空白なので、その影響は小さなものに留まる。しかも、クリーニングの前後において同じ向きに媒体を搬送するので、クリーニングのために媒体を逆向きに搬送することが回避される。

（２）上記形態の液体噴射装置において、前記空白は、前記搬送部による搬送方向と直交する方向について、前記媒体の端から端まで連続している。この形態によれば、硬化作用が媒体の端から端まで同時に及ぶ場合でも、硬化作用のムラを抑制できる。

（３）上記形態の液体噴射装置において、前記クリーニング部は、前記ノズルの中で前記液体の噴射を正常に実行できないノズルである異常ノズルが検出された場合にクリーニングする。この形態によれば、適切なタイミングでクリーニングできる。

（４）上記形態の液体噴射装置において、前記異常ノズルの検出を、前記ヘッド内部に設けられた振動板の振動に基づき実行する異常検出部を備える。この形態によれば、簡易な手法で異常ノズルを検出できる。

本発明は、上記以外の種々の形態でも実現できる。例えば、ノズルのクリーニング方法、その方法を実現するためのプログラム、そのプログラムを記憶した一時的でない記憶媒体、液体噴射装置としてのプリンター等の形態で実現できる。

プリンターの内部構成を示すブロック図。 ヘッドの断面図。 異常ノズルを検出するための構成のブロック図。 クリーニング処理を示すフローチャート。 空白におけるクリーニングを説明する図。

図１は、プリンター１００の内部構成を示すブロック図である。プリンター１００は、異常検出部１１０と、クリーニング部１２４と、ヘッドドライバー１３３と、ヘッドユニット１３５と、キャリッジモーター１４１と、キャリッジモータードライバー１４３と、給紙モーター１５１と、給紙モータードライバー１５３と、制御部１６０と、ヒーター１７０と、インターフェイス１９０とを備える。

制御部１６０は、ＣＰＵ１６１と、ＥＥＰＲＯＭ１６２と、ＲＡＭ１６３と、ＰＲＯＭ１６４とを備える。ＣＰＵ１６１は、後述するクリーニング処理などの各種処理を実行する。ＥＥＰＲＯＭ１６２は、不揮発性メモリーであり、ホストコンピューター８０からインターフェイス１９０を介して入力される印刷データを格納する。印刷データは、ホストコンピューター８０によって、ハーフトーン処理等を経て作成される。ＲＡＭ１６３は、後述する処理を実行する際に各種データを一時的に格納したり、アプリケーションプログラムを一時的に展開したりする。ＰＲＯＭ１６４は、不揮発性メモリーであり、各部を制御するための制御プログラム等を格納する。

ヘッドドライバー１３３は、制御部１６０からの制御信号に基づき、ヘッドユニット１３５によるインク噴射を制御する。ヘッドユニット１３５は、シリアルタイプのプリントヘッドであり、主走査方向（印刷媒体の搬送方向と直交する方向）に往復移動しながら、インクを噴射する。

ヘッドユニット１３５は、インクを噴射するための機構を備える。この機構の詳細は、図２と共に後述する。本実施形態で噴射されるインクは、レジン系であると共に、熱硬化性である。

異常検出部１１０は、異常ノズルを検出するための回路である。異常ノズルとは、正常にインクを噴射できないノズル２４８のことであり、例えばインクが固着して詰まったノズル２４８である。この回路の詳細は、図３と共に後述する。

クリーニング部１２４は、例えば、各ノズル２４８を吸引した後、各ノズル２４８からインクを噴射させることによってクリーニングする。このクリーニングは、異常ノズルを正常な状態に回復させるために実行される。

キャリッジモーター１４１は、ヘッドユニット１３５を主走査方向に往復移動させるために回転する。キャリッジモータードライバー１４３は、制御部１６０からの制御信号に基づき、キャリッジモーター１４１を制御する。

給紙モーター１５１は、印刷媒体を副走査方向に搬送するために回転する。給紙モータードライバー１５３は、制御部１６０からの制御信号に基づき、給紙モーター１５１を制御する。ヒーター１７０は、印刷媒体の一部を加熱する。この加熱は、印刷媒体に着弾したインクを硬化させるために実行される。

図２は、ヘッド２８０の断面図である。ヘッドユニット１３５は、多数のヘッド２８０を備える。ヘッド２８０は、導入路２４０と、リザーバー２４２と、供給口２４４と、キャビティー２４６と、ノズル２４８と、駆動素子２６６と、振動板２６７とを備える。ノズル２４８は、ヘッド２８０に多数、設けられる。図２は、ノズル２４８が１つだけ示される断面を示す。

導入路２４０及びリザーバー２４２は、インクの色毎に設けられる。インクカートリッジ２２０からヘッドユニット１３５に供給されたインクは、導入路２４０を通じてリザーバー２４２に貯留される。

供給口２４４、キャビティー２４６、駆動素子２６６及び振動板２６７は、ノズル２４８毎に設けられる。供給口２４４及びキャビティー２４６は、リザーバー２４２からノズル２４８へとインクが流れるための流路を形成する。インクは、リザーバー２４２から供給口２４４を経てキャビティー２４６に供給される。キャビティー２４６は、ノズル２４８につながる流路であると共に、供給されたインクを貯留する。

振動板２６７は、キャビティー２４６における壁面の一部を形成する。駆動素子２６６は、振動板２６７上に設けられる。駆動素子２６６は、ユニモルフ型ピエゾ素子であり、二つの電極６６２，６６６の間に圧電体６６４が積層された構成を有する。駆動素子２６６は、電圧の印加によって変形する。この変形によって、振動板２６７が変形する。振動板２６７が変形すると、キャビティー２４６の容積が拡張したり収縮したりする。ヘッド２８０は、この容積の変動を利用して、ノズル２４８からインクを噴射する。

駆動素子２６６及び振動板２６７は、残留振動の測定にも利用される。残留振動とは、駆動素子２６６に対する印加電圧が一定の時に発生する振動板２６７の振動のことである。残留振動は、駆動素子２６６に電圧を発生させる。この電圧を測定することによって、残留振動が測定される。残留振動の測定は、異常ノズルの検出のために実行される。この検出は、残留振動がノズル２４８の状態を反映することを利用している。

図３は、異常ノズルを検出するための構成をブロック図で示す。図３に示すように、異常検出部１１０は、残留振動取得部１１６と、計測部１１７と、判定部１２０とを備える。残留振動取得部１１６は、バッファー１１１と、波形整形回路１１５とを備える。ヘッドドライバー１３３は、切替部１３７と駆動回路１３９とを備える。

制御部１６０は、インクを噴射させるタイミングのノズル２４８（噴射ノズル）にインクを噴射させるために、駆動回路１３９に制御信号を入力し、噴射用の駆動波形を有する電圧（噴射用電圧）を発生させる。制御部１６０は、切替部１３７に制御信号を入力し、駆動回路１３９からの噴射用電圧をヘッドユニット１３５に入力させる。噴射用電圧は、各噴射ノズルに対応する駆動素子２６６に対して印加される。この電圧印加の結果、インクが噴射ノズルから噴射される。

一方、制御部１６０は、特定のノズル２４８を対象に、異常ノズルの検出をする。この特定のノズル２４８（以下、「検出ノズル」という）は、噴射ノズル以外のノズル２４８（休止ノズル）の全部または一部であり、本実施形態では休止ノズル全てである。この検出のために、制御部１６０は、駆動回路１３９に制御信号を入力し、検出用電圧を発生させる。検出用電圧は、残留振動を発生させるための駆動波形を有する電圧であり、インクが噴射されない程度の電圧である。制御部１６０は、切替部１３７に制御信号を入力し、駆動回路１３９からの検出用電圧をヘッドユニット１３５に入力させる。検出用電圧は、検出ノズルに対応する駆動素子２６６に印加される。

検出用電圧の入力後、制御部１６０は、切替部１３７に制御信号を入力する。切替部１３７は、この入力を受けると、駆動回路１３９とヘッドユニット１３５との電気接続を切り離すと共に、ヘッドユニット１３５とバッファー１１１とを電気接続する。この切り替えによって、残留振動によって生じた電圧が、バッファー１１１を経て波形整形回路１１５に入力される。

バッファー１１１及び波形整形回路１１５は、この電圧の波形を整形し、振動波形として計測部１１７に入力する。計測部１１７は、この振動波形に基づき残留振動のパラメーター（周期、振幅など）を計測する。判定部１２０は、計測された残留振動のパラメーターに基づき異常ノズルの有無を判定し、判定結果を制御部１６０に入力する。

制御部１６０は、判定部１２０による判定結果を、ＥＥＰＲＯＭ１６２に格納する。制御部１６０は、異常ノズル有りという判定結果を保存した場合、クリーニング部１２４を用いてノズル２４８をクリーニングする。このクリーニングは、次で述べるクリーニング処理の実行によって実現される。

図４は、クリーニング処理を示すフローチャートである。クリーニング処理は、先述したクリーニングの実行タイミングを決定するための処理であり、ＣＰＵ１６１によって実行される。制御部１６０は、印刷のための処理を開始すると、クリーニング処理を開始する。

クリーニング処理を開始すると、異常ノズルの検出を行う（ステップＳ２１０）。異常ノズルが検出された場合（ステップＳ２２０、ＹＥＳ）、印刷モードを判定する（ステップＳ２３０）。印刷モードが「きれいモード」である場合（ステップＳ２３０、きれいモード）、所定距離内に空白（図５と共に詳述）があるかを判定する（ステップＳ２４０）。所定距離内に空白がある場合（ステップＳ２４０、ＹＥＳ）、その空白においてクリーニングを実行する（ステップＳ２５０）。

図５は、上記の空白におけるクリーニングを説明するための図である。ヒーター１７０は、図５に示されるようにヘッド２８０の下流に配置され、印刷媒体を裏面から加熱する。下流とは、副走査方向についての向きを示し、図５の下向きに相当する。

印刷媒体は、印刷のために、複数の部位に仮想的に区分される。区分されてできる部位（以下、この部位を「仮想区分」という）それぞれは、副走査方向については長さＬであり、主走査方向については印刷媒体の端から端までの領域である。各仮想区分に対する印刷は、ヘッドユニット１３５の往復の間に実行されるインク噴射の後、ヒーター１７０による加熱を受けることで実現される。

空白とは、インクが噴射されない仮想区分を意味する。上記「所定距離内に空白がある」とは、本実施形態の場合、図５に示された仮想区分ａ〜仮想区分ｅの少なくとも何れか１つが空白であることを意味する。仮想区分ａは、異常ノズルが検出された時点において、ヒーター１７０が加熱する仮想区分である。仮想区分ｂは、仮想区分ａに上流側で隣接する部位である。仮想区分ｃ〜仮想区分ｅも同様に、アルファベット順に隣接する。本実施形態の場合、ヘッド２８０がインクを噴射する仮想区分と、ヒーター１７０が加熱する仮想区分とが隣接しているので、ヘッド２８０は、異常ノズルが検出された時点において仮想区分ｂに対してインクを噴射する。

本実施形態の場合、クリーニング部１２４によるノズル２４８のクリーニングは、図５に示されるように、ヘッドユニット１３５がホームポジション（ＨＰ）に位置する時に実行される。例えば仮想区分ａが空白の場合は、仮想区分ａがヒーター１７０の真上に位置している時に、クリーニングが実行される。これを実現するために、ヘッドユニット１３５が仮想区分ｂに対するインク噴射を終えた後にホームポジションに移動し、印刷媒体を搬送する前に、クリーニングが実行される。

仮想区分ｄが空白の場合は、仮想区分ｄがヒーター１７０の真上に位置するまで印刷媒体を搬送した後、ヘッド２８０が仮想区分ｅに対するインク噴射をする前に、クリーニングが実行される。この搬送は、仮想区分ｃと仮想区分ｄとに対するインク噴射を実行した後に実行される。よって、仮想区分ｃと仮想区分ｄとに対するインク噴射は、異常ノズルが存在する状態で実行される。空白が複数ある場合は、異常ノズルが存在する状態で実行されるインク噴射をできるだけ回避するために、より下流に位置する空白においてクリーニングを実行する。

クリーニングに利用する仮想区分を仮想区分ｅまでに制限しているのは、クリーニングの効果を確保するためである。異常ノズルが検出されてからクリーニングするまでの時間が長すぎると、クリーニングを実行しても、異常ノズルが正常なノズルに戻らない場合がある。この事態を防ぐために、上記制限が設けられている。

各仮想区分が空白か否かは、印刷データを生成するためのレンダリングを実行する際に判明し、クリーニング処理においてはＦＦコマンドを参照することによって判定される。

一方、所定距離内に空白が無い場合（ステップＳ２４０、ＮＯ）、印刷媒体を搬送せずにクリーニングを実行する（ステップＳ２６０）。つまり、仮想区分ａがヒーター１７０の真上に位置している時にクリーニングを実行する。このようにクリーニングを実行するのは、早めに異常ノズルを正常に戻すことで、画質の劣化を抑制するためである。

印刷モードが高速モードの場合（ステップＳ２３０、高速モード）、所定距離、印刷媒体を搬送してクリーニングを実行する（ステップＳ２７０）。本実施形態の場合、仮想区分ｅがヒーター１７０の真上に位置している時にクリーニングを実行する。このようにクリーニングを実行するのは、クリーニングの間隔を長くして、クリーニングの回数を減らすためである。クリーニングの回数が減れば、印刷時間が長くなることを防止できると共に、クリーニング部１２４の寿命が延びる。

ステップＳ２５０、Ｓ２６０若しくはＳ２７０の後、又は異常ノズル無しと判定した後（ステップＳ２２０、ＮＯ）、印刷を終了したかを判定する（ステップＳ２８０）。印刷を継続している場合（ステップＳ２８０、ＮＯ）、ステップＳ２１０に戻る。印刷を終了した場合（ステップＳ２８０、ＹＥＳ）、クリーニング処理を終了する。

本実施形態によれば、印刷途中におけるクリーニングを実現しつつ、印刷画質の劣化を抑制できる。先述したように空白がヒーター１７０の真上に位置して加熱されている時にクリーニングを実行する場合、印刷媒体に着弾したインクがクリーニング中に加熱されることがない。よって、画質の劣化は、ほとんど生じない。特に本実施形態のようにヒーターを用いる場合、ヒーターへの通電を停止しても加熱は直ちには停止できないので、上記効果は顕著なものである。

しかも本実施形態は、この効果を得るために、クリーニングの際にヒーター１７０を上流に移動させるための特殊な構成や、クリーニングのために印刷媒体を搬送する等の特別な手順を必要としない。この手順とは、例えば、印刷媒体を一旦、上流から下流に搬送してクリーニングを実行し、クリーニング後に逆向きに搬送して印刷を再開するといったものである。このような手順を要しないので、クリーニング後、印刷を再開するまでの時間が短くなる。

空白においてクリーニングを実行しない場合においては、印刷モードに適した位置においてクリーニングを実行できる。異常ノズルが検出されてからクリーニングを実行するので、クリーニングが不要なタイミングで実行されることを防止できる。

本発明は、実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現できる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことができる。その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することできる。例えば、次のものが挙げられる。

クリーニングに利用される空白は、１つの仮想区分全体をカバーするものでなくてもよい。例えば１つの仮想区分と同じ形状の空白が、仮想区分ｃと仮想区分ｄとに跨って存在する場合（図５参照）、以下の手順によって、この空白を利用したクリーニングを実行してもよい。仮想区分ｄまでのインク噴射を終えた後、クリーニングを開始しつつ、上記のヒーター１７０によって加熱される領域が上記の空白に収まるように、印刷媒体を搬送する。この搬送量をｍ（＜Ｌ）とする。クリーニング後、印刷媒体をＬ−ｍ、搬送した後、印刷を再開する。この手法によれば、空白を利用したクリーニングが実行しやすくなる。しかも、印刷媒体を逆向きに搬送することは避けることができる。

空白を利用したクリーニング（ステップＳ２５０）を実行するか否かは、印刷モードだけでなく、印刷媒体の種類を加味して決定してもよい。例えば、印刷媒体が普通紙の場合は、印刷モードに関わらず、所定距離、印刷媒体を搬送してクリーニング（ステップＳ２７０）を実行してもよい。印刷媒体がポリ塩化ビニルの場合は、印刷モードに関わらず、空白を利用したクリーニング（ステップＳ２５０）を実行してもよい。写真用紙（ＰＧＰＰ）とターポリンとの場合は、上記の実施形態どおり、印刷モードに応じて切り替えるようにしてもよい。

クリーニングに利用する空白の仮想区分の制限は、印刷媒体の搬送速度や、インクの種類に応じて変更してもよい。
異常ノズルの検出は、例えば、噴射ノズルからインクが噴射されているかを赤外線等によって観察することで実行してもよい。
クリーニングは定期的に実行してもよい。例えば、前回のクリーニングから所定時間内において、空白がヒーターの真上に位置する時にクリーニングしてもよい。定期的なクリーニングの場合、異常ノズルの検出を実行しなくてもよい。
ヒーターの加熱は、一度に印刷媒体の端から端まで及ばなくてもよい。この場合、ヘッドユニットの搬送に合わせてヒーターを搬送してもよいし、空白の定義を、ヒーターが一度に加熱する領域に合わせて変更してもよい。
インクは、光硬化性など他の硬化性でもよい。光硬化性の場合、光の照射時間が長くなると、光沢にムラが生じる場合がある。
駆動素子としてのピエゾは、積層型でもよい。
ピエゾに換えて、静電アクチュエーターを用いてもよい。

プリンター以外の装置、例えば以下の装置に本発明を適用してもよい。（１）ファクシミリ装置等の画像記録装置、（２）液晶ディスプレイ等の画像表示装置用のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射装置、（３）有機ＥＬディスプレイや面発光ディスプレイ(Field Emission Display;ＦＥＤ)等の電極形成に用いられる電極材噴射装置、（４）バイオチップ製造に用いられる生体有機物を含む液体を噴射する液体噴射装置、（５）精密ピペットとしての試料噴射装置、（６）潤滑油の噴射装置、（７）樹脂液の噴射装置、（８）時計やカメラ等の精密機械にピンポイントで潤滑油を噴射する液体噴射装置、（９）光通信素子等に用いられる微小半球レンズ（光学レンズ）などを形成するために紫外線硬化樹脂液等の透明樹脂液を基板上に噴射する液体噴射装置、（１０）基板などをエッチングするために酸性又はアルカリ性のエッチング液を噴射する液体噴射装置、（１１）他の任意の微小量の液滴を噴射する液体噴射ヘッドを備える液体噴射装置。

８０…ホストコンピューター
１００…プリンター
１１０…異常検出部
１１１…バッファー
１１５…波形整形回路
１１６…残留振動取得部
１１７…計測部
１２０…判定部
１２４…クリーニング部
１３３…ヘッドドライバー
１３５…ヘッドユニット
１３７…切替部
１３９…駆動回路
１４１…キャリッジモーター
１４３…キャリッジモータードライバー
１５１…給紙モーター
１５３…給紙モータードライバー
１６０…制御部
１６１…ＣＰＵ
１６２…ＥＥＰＲＯＭ
１６３…ＲＡＭ
１６４…ＰＲＯＭ
１７０…ヒーター
１９０…インターフェイス
２２０…インクカートリッジ
２４０…導入路
２４２…リザーバー
２４４…供給口
２４６…キャビティー
２４８…ノズル
２６６…駆動素子
２６７…振動板
２８０…ヘッド
６６２…電極
６６４…圧電体
６６６…電極

Claims (5)

1. ノズルから硬化性の液体を噴射し、前記液体を媒体に着弾させる噴射部と、
   前記液体が着弾していない前記媒体の部位である空白に対して硬化作用が及んでいる時に、前記ノズルをクリーニングするクリーニング部と、
   前記クリーニングの前後において同じ向きに前記媒体を搬送する搬送部と
   を備える液体噴射装置。
2. 請求項１に記載の液体噴射装置であって、
   前記空白は、前記搬送部による搬送方向と直交する方向について、前記媒体の端から端まで連続している
   液体噴射装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の液体噴射装置であって、
   前記クリーニング部は、前記ノズルの中で前記液体の噴射を正常に実行できないノズルである異常ノズルが検出された場合にクリーニングする
   液体噴射装置。
4. 請求項３に記載の液体噴射装置であって、
   前記異常ノズルの検出を、前記ヘッド内部に設けられた振動板の振動に基づき実行する異常検出部
   を備える液体噴射装置。
5. 硬化性の液体を媒体に向けて噴射するノズルを、前記液体が着弾していない前記媒体の部位である空白に対して硬化作用が及んでいる時にクリーニングし、
   前記クリーニングの前後において同じ向きに前記媒体を搬送する
   ノズルのクリーニング方法。

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