JP2015080910A - インクジェットプリンタ - Google Patents

Abstract

【課題】インクの吐出前と吐出後のノズル負圧の変動を抑え、インク循環を良好に行えると共に印字品質の良好なインクジェットプリンタを提供する。
【解決手段】本実施形態のインクジェットプリンタは、ノズルからインクを吐出するインクジェットヘッドと、このインクジェットヘッドを介して上流側容器から下流側容器に通じ、この下流側容器から前記上流側容器に通じるインク循環路と、このインク循環路の前記ノズルと前記下流側容器の間に接続され、上記インク循環路へのインクの移送およびインク循環路からのインクの移送が可能なインクタンクと、インク吐出前後の上記ノズルの負圧の差に基づいて上記インク循環路および上記インクタンク間のインクの移送を制御し、上記ノズルの負圧の差を小さくする補正を行う制御部を備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本実施形態は、インクジェットプリンタ、特にインク循環機構を備えたインクジェットプリンタに関する。

従来、インク循環機構を有するプリンタでは、インクジェットヘッドの駆動の有無に関わりなく常にインクがインクジェットヘッド内を循環するため以下のような特徴を持つ。

・不吐出の抑制…気泡が原因で起こる不吐出ノズルの回復
・不安定吐出の抑制…駆動前のヘッドの加熱及び駆動時のヘッドから発生する熱の放熱
・インクの固化・色材の結晶化抑制…循環によるインクの拡散

近年、セラミックインクを用いたインクジェットヘッドのタイル印刷市場は成長の一途を辿っており、今後も順調に成長し続けていく予定である。タイル印刷の大きな特徴として、通常の印刷に比べて１ノズルあたり大液滴の液滴を吐出することが挙げられる。これは、タイルの模様を形成する他、タイル正面のコーティングも担っているからである。

タイル印刷で用いるセラミックインクは、インクに含まれる粒子が大きいため放置しておくとすぐに沈殿して分離してしまう。インク循環型のインクジェットヘッドは、駆動の有無に関係なくインクを常に循環させるため、このような粒子の沈殿、分離を防止することができる。

このように、インク循環型のインクジェットヘッドは、セラミックインクを用いるタイル印刷市場においてスタンダードになると期待される。

特開２００８−２３８０６号公報（特許請求の範囲）

通常、上記したようなプリンタでは、インクジェットヘッドのノズルからインクを吐出していないとき、ノズルからのインク漏れ等を防ぐため、ノズルにおける圧力を僅かに負圧側に制御している。ノズルにおける圧力（以下、「ノズル負圧」とも言う。）は、上記したようなタイル印刷など大液滴を吐出する場合、インク吐出前後で大きく変動する。ノズル負圧が大きく変動すると、印字品質の低下やノズルから気泡を吸い込み循環部の中に気泡が混入し循環が上手くいかなくなるといった現象を引き起こしてしまう。

このような現象を防止する方法として、インクジェットヘッドに接続されているチューブ（上流・下流側）のインクが流れる場合の流路抵抗を小さくすることが考えられる。具体的にはチューブの内径を大きくしたり、チューブの長さを大きくしたり、またはインクの循環流量を大きくすると言った方法である。
しかしながら、このような方法では、装置の都合上、チューブの太さや長さに制限が設けられた場合に上記した現象を回避することが難しい。

本発明の目的は、インク吐出の前後のノズル負圧の変動を抑え、インク循環を良好に行えると共に印字品質の良好なインクジェットプリンタを提供する。

本実施形態に係るインクジェットプリンタは、ノズルからインクを吐出するインクジェットヘッドと、このインクジェットヘッドを介して上流側容器から下流側容器に通じ、この下流側容器から上記上流側容器に通じるインク循環路と、このインク循環路の上記ノズルと上記下流側容器の間に接続され、上記インク循環路へのインクの移送およびインク循環路からのインクの移送が可能なインクタンクと、インク吐出前後の上記ノズルの負圧の差に基づいて上記インク循環路および上記インクタンク間のインクの移送を制御し、上記ノズルの負圧の差を小さくする補正を行う制御部を備えることを特徴としている。

本実施形態に係るインクジェットプリンタのインク循環部を表す構成図である。 本実施形態に係るインクジェットプリンタのインク循環部を電気回路図に模擬して表す回路図である。 従来のインク循環部を電気回路図に模擬して表す回路図である。 図３においてインクを吐出した場合の回路図である。 本実施形態に係るプリンタのノズル近傍の圧力と時間変化の関係を表すグラフである。 従来のインク循環部を表す構成図である。 従来のプリンタのノズル近傍の圧力と時間変化の関係を表すグラフである。 本実施形態に係るプリンタのノズル負圧の補正動作を表すフロー図である。

以下、本実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本実施形態に係るインクジェットヘッド１を備えたプリンタのインク循環部を示す概略構成図である。インクジェットヘッド１については、詳細な構成の図示は省略したが、特開２０１２−６１７６８号公報で説明されているような所謂、シェアード・ウォール型であり、インクを循環させる複数の流路を有し、これら各流路の内面に薄膜状の駆動電極がそれぞれ設けられ、且つこれら流路に対応してインクを吐出するノズルが設けられている。そして、この駆動電極に電界をかけることによりノズルからインク滴（液滴）を吐出させるものである。シェアード・ウォール型のインクジェットヘッドは、他のインクジェットヘッドに比べて吐出パワーが大きく、タイル印刷に適している。

インクジェットヘッド１に対しては、上流側容器（上流ビン）１１と下流側容器（下流ビン）１２とが管路部材１３，１４を介して連結されている。下流ビン１２は、管路部材１５を介して送液ポンプ１６の吸い込み側に連結し、この送液ポンプ１６の吐出側は管路部材１７を介して上流ビン１１と連結している。管路部材１３，１４は、インクジェットヘッド１の流路と連通しており、インクの循環路Ａを構成する。即ち、インクジェットヘッド１は、流路の内面に設けられた薄膜状の駆動電極を動作させることにより、流路毎に対応して設けられたノズルから循環路を流れるインクを吐出させる。

インクの循環路Ａにおいてインクジェットヘッドから下流ビン１２の間を構成する管路部材１４には、送液ポンプ１８を有する管路部材１９が連結され、インクタンク２０に通じている。この送液ポンプ１８は、正回転によりインクタンク２０内のインクをインク循環路Ａへ供給し（正方向）、負回転（逆回転）によりインク循環路からインクをインクタンク２０へ戻し（負方向）、インク循環路Ａの負圧値を高める。管路部材１９は、インクジェットヘッド１の近傍に接続されていることが好ましい。

また、上流ビン１１及び下流ビン１２の圧力は、制御部２１にある圧力センサー等の圧力検知手段により検知され、制御部２１は、これら圧力に基づいて送液ポンプ１８を制御し上流ビン１１及び下流ビン１２の圧力を調整する（矢印Ｓ）。上流ビン１１の圧力は、送液ポンプ１６からインクジェットヘッド１のノズルまでの上流側の圧力に対応し、また、下流ビン１２の圧力は、インクジェットヘッド１のノズルから送液ポンプ１６までの下流側の圧力に対応する。

循環路Ａにおいて、送液ポンプ１６からインクジェットヘッド１のノズルへ至る上流側圧力をＰ_up、インクジェットヘッド１のノズルから送液ポンプ１６へ至る下流側圧力をＰ_down、上流側における流路抵抗をＲ_up、下流側における流路抵抗をＲ_downとした場合、これらは、図２に示すように、電気回路図を用いて模擬的に表すことができる。なお、図２において、圧力差ΔＰ［Ｐａ］、流量Ｑ［ｍ^３／ｓ］、および流路抵抗Ｒ［Ｐａ・ｓ／ｍ^３］は、それぞれ電気回路における電位差Ｖ［Ｖ］、電流Ｉ［Ａ］および抵抗Ｒ［Ｖ／Ｉ］にそれぞれ対応している。そして、インクジェットヘッドのノズル負圧は、点Ｐｎにおける電位（圧力）に対応している。

通常のインクジェットヘッドのインク循環部では、図３に示すように、点Ｐｎにおける電位（圧力）は、以下の式（１）によって表される。

特に、上流側流路抵抗であるＲ_upと下流側流路抵抗であるＲ_downが等しい場合には、以下の式（２）が成り立つ。

そして、ノズルからインクの吐出が行われると、図３に示した電気回路は、図４に示す電気回路図に変更される。

この時、点Ｐｎにおける電位（圧力）は、以下の式（３）に変化する。

即ち、以下の式（４）は印刷の有無によってノズル負圧を変化させる項である。

図３および図４に示した電気回路図の比較から分かるように、インク吐出時には電流（流量Ｑ）が上流側に比べて下流側で少なくなる。このため抵抗が等しくとも点Ｐｎ前後での電位差（圧力差）が生じる。この時、電位差（圧力差）があまり大きくなければ吐出前後のノズル負圧の変化が小さいため、問題はおこらない。

しかしながら、大液滴を吐出させる場合は、図４に示した電気回路図において抵抗Ｒ’に流れる電流（流量）が大きいことを意味している。従って、印刷の有無におけるノズル負圧の変化は大きくなり、印刷時のノズル負圧を適切に保つことができない現象が発生する。これら電気回路図のみからの改善策としては抵抗Ｒ_up、Ｒ_downを小さくしたり、印加電圧（圧力差）を大きくして流れる電流（流量Ｑ）を大きくしたりする方法が考えられる。

本実施形態では、図２に示すように、新たに電源（ポンプ）を設けて、それをノズルの下流側に接続することによって抵抗Ｒ_downに流れる電流（流量Ｑ）を増加させ、抵抗Ｒ_downの電圧（圧力）降下を大きくし上流側と下流側での印刷の有無における電位差の変化量を小さくできる。
これにより、ノズル負圧を瞬時に所望の圧力にコントロールすることが可能となる。

このように、本実施形態に係るプリンタのインク循環部では、図２に示した電気回路図に対応した構成、即ち、図１に示したようなインクジェットヘッド１の近傍にインクを供給できる構成とすることで、ノズル負圧の変化を小さくすることを可能としている。

図５は、本実施形態に係るプリンタの動作時におけるノズル近傍の圧力の時間変化を示す概略図である。なお、図５において、縦軸はノズル近傍の圧力であり、横軸は動作時間を示す。図５に示すように、ノズルからインクが吐出されると、ノズル近傍の圧力は一旦低下するものの（図中ΔＰ）、インクジェットヘッド１の近傍にインクを供給できるため、ノズル近傍の圧力をインクの吐出前の圧力に短時間で戻すことが可能である。本実施形態では、インクジェットヘッド１の近傍にインクを供給できる構成としているが、ノズルに近いほどノズル近傍の圧力の回復は早くなるため、インクジェットヘッド１内の流路にインクを供給できる構成とすることがより好ましい。

一方、従来のインク循環部では、例えば図６に示すように、インクジェットヘッド１から離れた送液ポンプ１６の近傍といった下流の所定箇所の圧力を制御（インクを補給）することによって調整している。この場合、図７に示すように、インクを吐出した後ノズル近傍の圧力を吐出前の圧力に戻すのに時間がかかってしまう。

本実施形態に係るプリンタは、以下の動作によってノズルの負圧補正を行う。
図８は、上流側と下流側の圧力を確認してからポンプを回転するかどうかの制御のためのフロー図である。

ノズル負圧の測定が開始されると、先ず、圧力検知手段により点Ｐｎに対して上流側の圧力と、下流側の圧力の測定が行われる（Ａ１、Ａ２）。そして、上流側の圧力と下流側の圧力の圧力平均値Ｐを算出、確認が行われる（Ａ３）。得られた圧力平均値Ｐと予め設定した圧力値（設定圧力値）の比較が行われる（Ａ４）。ここで、設定圧力値は印刷をしていない場合における上流側の圧力と下流側の圧力の平均値である。なお、インクの循環を行っている場合には通常、上流側の圧力は正圧を下流側の圧力は負圧を示し、更に上流側と下流側の流路抵抗が等しければ圧力平均値Ｐはその時のノズル負圧を示している。

得られた平均圧力値Ｐと設定圧力値の比較結果に基づいて、送液ポンプ１８（図１参照、以下同じ。）によるインクの移送方向が決定される。即ち、平均圧力値Ｐが設定圧力値より小さい場合、送液ポンプ１８を正回転（正方向：インクタンク２０からインク循環路Ａの方向）させる準備に入る（Ａ５）。一方、圧力平均値Ｐが設定値より大きい場合、ポンプを負回転（負方向：インク循環路Ａからインクタンク２０の方向）させる準備に入る（Ａ６）。これらの処理は、移送方向決定手段により行われる。送液ポンプ１８の移送方向決定後、平均圧力値Ｐと設定圧力値との圧力差ΔＰを確認する（Ａ７）。得られた圧力差ΔＰを確認後、予め設定した圧力差（設定圧力差）との比較が行われる（Ａ８）。

得られた圧力差ΔＰと設定圧力差との比較結果に基づいて、送液ポンプ１８を始動するか否かが決定される。即ち、圧力差ΔＰが設定圧力差より小さい場合、ポンプは始動せず測定は終了し（Ａ９）、次の測定に入る。一方、圧力差ΔＰが設定圧力差より大きい場合、ポンプを始動させる（Ａ１０）。ここで、設定圧力差は、送液ポンプ１８を始動させる基準となるものであり適宜設定される。これらの処理は、移送開始手段により行われる。

上記測定開始の間隔は、例えば１秒毎とし、設定圧力値を−１ｋＰａ、設定圧力差を０．１ｋＰａとすれば、例えばＰ＝−１．０５ｋＰａでは、正回転に向いた送液ポンプ１８は始動せずその時の測定は終了し、次の１秒後の測定を開始する。また、例えばＰ＝−１．２ｋＰａでは送液ポンプ１８は正回転を向き圧力が上昇するように送液を開始する。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。本実施形態およびその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…インクジェットヘッド、１１…上流側容器（上流ビン）、１２…下流側容器（下流ビン）、１３，１４，１５，１７，１９…管路部材、１６，１８…送液ポンプ、２０…インクタンク、２１…制御部

Claims (5)

1. ノズルからインクを吐出するインクジェットヘッドと、
   このインクジェットヘッドを介して上流側容器から下流側容器に通じ、この下流側容器から前記上流側容器に通じるインク循環路と、
   このインク循環路の前記ノズルと前記下流側容器の間に接続され、前記インク循環路へのインクの移送およびインク循環路からのインクの移送が可能なインクタンクと、
   前記インク循環路および前記インクタンク間のインクの移送を制御し、インク吐出前後のノズルの負圧の差を小さくする補正を行う制御部と、
   を備えることを特徴とするインクジェットプリンタ。
2. 前記制御部は、インク吐出前後の前記ノズルの負圧の差に基づいて前記インクの移送を制御することを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリンタ。
3. 前記制御部は、前記ノズルからのインク吐出量に基づいて前記インクの移送を制御することを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリンタ。
4. 前記制御部は、
   前記インク循環路の前記ノズルに対して上流側および下流側の圧力値を検知する圧力検知手段と、
   前記上流側の圧力値と前記下流側の圧力値から算出される圧力平均値と予め設定した設定圧力値との比較結果に基づいて前記インク循環路および前記インクタンク間のインクの移送方向を決定する移送方向決定手段と、
   前記圧力平均値と前記設定圧力値との圧力差と予め設定した設定圧力差との比較結果に基づいて前記インク循環路および前記インクタンク間のインクの移送を開始する移送開始手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリンタ。
5. 前記インクタンクは、前記インクジェットヘッド内の流路、または前記インクジェットヘッドの近傍に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットプリンタ。

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