JP2019010789A - 液体吐出装置および液体吐出装置の制御方法 - Google Patents

液体吐出装置および液体吐出装置の制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】液体容器の液体を圧送して液体吐出ヘッドに供給する液体吐出装置で、弁装置の故障などによって液体吐出ヘッド内に過剰な圧力がかかってしまう場合に、振動板におけるクラックの発生を抑制することができる液体吐出装置を提供する。【解決手段】駆動素子により振動板を振動させ、液体が充填される内部空間の圧力を変動させることで液体を吐出する液体吐出ヘッド26と、液体吐出ヘッド内に液体を圧送する加圧供給部30と、液体吐出ヘッド内の圧力状態に応じて、駆動素子の駆動を規制する制御部50と、を備える。【選択図】図2

Description

本発明は、インク等の液体を吐出する技術に関する。
液体吐出装置では、インクなどの液体が液体容器から液体吐出ヘッドに圧送される。例えば特許文献1の液体吐出ヘッドでは、圧送された液体が流路を通って圧力室に供給される。この圧力室の壁面の一部となる振動板を駆動素子によって振動させて、圧力室の圧力を変動させることで、圧力室の液体をノズルから吐出する。
特開2013−184336号公報
しかしながら、特許文献1のように液体容器の液体を圧送して液体吐出ヘッドに供給する液体吐出装置では、弁装置の故障などによって液体吐出ヘッド内に過剰な圧力がかかってしまう場合がある。例えば液体吐出ヘッドに液体を供給する流路に設けられる弁装置(例えば自己封止弁)では、液体に含まれる成分が弁体や弁座に付着して堆積物が成長することで閉塞不良による液体のリークが発生する虞がある。弁装置で液体のリークが発生すると、圧送される液体の圧力が液体吐出ヘッド内まで伝わってしまい、液体吐出ヘッド内の圧力室などに過剰な圧力がかかってしまう。このように液体吐出ヘッド内に過剰な圧力がかかった状態で、駆動素子を駆動させて振動板を振動させると、振動板にクラックが発生して損傷する虞がある。以上の事情を考慮して、本発明は、振動板におけるクラックの発生を抑制することを目的とする。
[態様1]
以上の課題を解決するために、本発明の好適な態様(態様1)に係る液体吐出装置は、駆動素子により振動板を振動させ、液体が充填される内部空間の圧力を変動させることで液体を吐出する液体吐出ヘッドと、液体吐出ヘッド内に液体を圧送する加圧供給部と、液体吐出ヘッド内の圧力状態に応じて、駆動素子の駆動を規制する制御部と、を備える。以上の態様によれば、液体吐出ヘッド内の圧力状態に応じて、駆動素子の駆動を規制するから、例えば弁装置の閉塞不良による液体のリークなどが発生して液体吐出ヘッド内に過剰な圧力がかかっているような異常な圧力状態では、駆動素子の駆動を規制することが可能となる。したがって、液体吐出ヘッド内に過剰な圧力がかかっている状態での振動板の振動を抑制できるので、振動板におけるクラックの発生を抑制できる。
[態様2]
以上の課題を解決するために、本発明の好適な態様(態様2)に係る液体吐出装置は、駆動素子により振動板を振動させ、液体が充填される内部空間の圧力を変動させることで液体を吐出する液体吐出ヘッドと、液体吐出ヘッド内に液体を圧送する加圧供給部と、液体吐出ヘッド内の圧力状態に応じて、液体の圧力を低減する制御を行う制御部と、を備える。以上の態様によれば、液体吐出ヘッド内の圧力状態に応じて、液体の圧力を低減するから、例えば弁装置の閉塞不良による液体のリークなどが発生して液体吐出ヘッド内に過剰な圧力がかかっているような異常な圧力状態では、その圧力を低減することができる。したがって、液体吐出ヘッド内に過剰な圧力がかかっている状態での振動板の振動を抑制できるので、振動板におけるクラックの発生を抑制できる。
[態様3]
以上の課題を解決するために、本発明の好適な態様(態様3)に係る液体吐出装置は、駆動素子により振動板を振動させ、液体が充填される内部空間の圧力を変動させることで液体を吐出する液体吐出ヘッドと、液体吐出ヘッド内に液体を圧送する加圧供給部と、印刷データを受信する受信部と、印刷データの受信により、液体の圧力を低減する制御を行う制御部と、を備える。以上の態様によれば、印刷データの受信により、液体の圧力を低減するから、印刷データによって駆動素子を駆動する前に、液体吐出ヘッド内の圧力を低減できる。このように、事前に液体吐出ヘッド内の圧力を低減できるので、弁装置の閉塞不良などによる液体のリークが発生していても、振動板を振動させる際には液体吐出ヘッド内の過剰な圧力を低減できるため、振動板におけるクラックの発生を抑制できる。
[態様4]
以上の課題を解決するために、本発明の好適な態様(態様4)に係る液体吐出装置は、駆動素子により振動板を振動させ、液体が充填される内部空間の圧力を変動させることで液体を吐出する液体吐出ヘッドと、液体吐出ヘッド内に液体を圧送する加圧供給部と、印刷データを受信する受信部と、受信した印刷データの内容に応じて、液体の供給圧力を制御する制御部と、を備える。以上の態様によれば、受信した印刷データの内容に応じて、液体の供給圧力を制御するから、弁装置の閉塞不良などによるインクのリークが発生していても、振動板のクラックを抑制しながら、圧電素子を駆動することができる。
[態様5]
態様1または態様2の好適例(態様5)において、液体吐出ヘッド内の圧力状態は、駆動素子の駆動による残留振動から検出される。以上の態様によれば、駆動素子の駆動による残留振動から、液体吐出ヘッド内の圧力状態を検出するから、圧力センサーなどを別途設けなくても済む。
[態様6]
態様1または態様2の好適例(態様6)において、液体吐出ヘッド内の圧力状態は、液体の流路における壁面の一部を構成する可撓膜の変位から検出される。以上の態様によれば、液体の流路における壁面の一部を構成する可撓膜の変位から、液体吐出ヘッド内の圧力状態を検出するから、圧力センサーなどを別途設けなくても済む。
[態様7]
態様6の好適例(態様7)において、可撓膜は、液体の流路の圧力変化を緩和するための膜である。以上の構成によれば、可撓膜は、液体の流路の圧力変化を緩和するための膜であるから、例えば駆動素子を高周波で駆動する際に発生する流路内の圧力変化を緩和できるので、駆動素子を高速で駆動でき、安定した高速印刷を行うことができる。
[態様8]
態様6の好適例(態様8)において、可撓膜は、液体の流路内の圧力変化を発生するための膜である。以上の構成によれば、可撓膜は、液体の流路内の圧力変化を発生するための膜であるから、例えば流路内の圧力変化を発生させることによってノズルから液体を染み出させながら、ノズルが形成される吐出面のクリーニングを行うこともできる。
[態様9]
態様1から態様8の何れかの好適例(態様9)において、液体の流路の途中に、流路を開閉する弁装置を備え、弁装置は、加圧供給部に連通する第1流路と液体吐出ヘッドに連通する第2流路とを開閉する弁体と、弁体を可動する可撓膜を有する。以上の態様によれば、液体の流路の途中に、弁体を可動する可撓膜を有する弁装置を備えるから、例えば液体吐出ヘッドによる液体の消費に伴い、可撓膜がその両側の差圧で変位し、弁体を可動するようにすれば、液体吐出ヘッド内の圧力を調整することができる。
[態様10]
態様9の好適例(態様10)において、液体吐出ヘッド内の圧力状態は、弁装置の可撓膜の変位から検出される。以上の態様によれば、弁装置の可撓膜の変位から液体吐出ヘッド内の圧力状態が検出される。例えば弁装置の弁体に付着物などが付着してリークが発生している場合には、リークが発生していない場合とは可撓膜の変位が異なるので、その可撓膜の変位を検出することで、液体吐出ヘッド内の圧力状態を検出できる。
[態様11]
態様1から態様10の何れかの好適例(態様11)において、液体吐出ヘッド内の圧力に応じて開閉する制御弁を備え、制御弁が開くと、液体吐出ヘッド内の圧力が低減する。以上の態様によれば、制御弁が開くと、液体吐出ヘッド内の圧力が低減するから、例えば弁装置の故障などによって液体吐出ヘッド内に過剰な圧力がかかっているような異常な圧力状態でも、その圧力を制御弁で逃がすことで過剰な圧力を低減できる。
[態様12]
態様3または態様4の好適例(態様12)において、制御部は、液体吐出ヘッド内の圧力状態に応じて、駆動素子の駆動の規制または液体の圧力を低減する制御を行う。以上の態様によれば、印刷データの受信や印刷データの内容だけでなく、液体吐出ヘッド内の圧力状態にも応じて、駆動素子の駆動を規制したり、液体の圧力を低減したりできる。したがって、液体吐出ヘッド内に過剰な圧力がかかっている圧力状態での振動板の振動を抑制したり、振動板を振動させる際に液体吐出ヘッド内の過剰な圧力を低減したりできるから、振動板におけるクラックの発生を抑制することができる。
[態様13]
以上の課題を解決するために、本発明の好適な態様(態様13)に係る方法は、液体吐出装置の制御方法であって、液体吐出装置は、駆動素子により振動板を振動させ、液体が充填される内部空間の圧力を変動させることで液体を吐出する液体吐出ヘッドと、液体吐出ヘッド内に液体を圧送する加圧供給部と、を備え、液体吐出ヘッド内の圧力状態の変化に応じて、駆動素子の駆動を制御する。以上の態様によれば、液体吐出ヘッド内の圧力状態に応じて、駆動素子の駆動を規制するから、例えば弁装置の閉塞不良による液体のリークなどが発生して液体吐出ヘッド内に過剰な圧力がかかっているような異常な圧力状態では、駆動素子の駆動を規制することが可能となる。したがって、液体吐出ヘッド内に過剰な圧力がかかっている状態での振動板の振動を抑制できるので、振動板におけるクラックの発生を抑制できる。
[態様14]
以上の課題を解決するために、本発明の好適な態様(態様14)に係る方法は、液体吐出装置の制御方法であって、液体吐出装置は、駆動素子により振動板を振動させ、液体が充填される内部空間の圧力を変動させることで液体を吐出する液体吐出ヘッドと、液体吐出ヘッド内に液体を圧送する加圧供給部と、を備え、液体吐出ヘッド内の圧力状態に応じて、液体の圧力を低減する制御を行う。以上の態様によれば、液体吐出ヘッド内の圧力状態に応じて、液体の圧力を低減するから、例えば弁装置の閉塞不良による液体のリークなどが発生して液体吐出ヘッド内に過剰な圧力がかかっているような異常な圧力状態では、その圧力を低減することが可能となる。したがって、液体吐出ヘッド内に過剰な圧力がかかっている状態での振動板の振動を抑制できるので、振動板におけるクラックの発生を抑制できる。
[態様15]
以上の課題を解決するために、本発明の好適な態様(態様15)に係る方法は、液体吐出装置の制御方法であって、液体吐出装置は、駆動素子により振動板を振動させ、液体が充填される内部空間の圧力を変動させることで液体を吐出する液体吐出ヘッドと、液体吐出ヘッド内に液体を圧送する加圧供給部と、印刷データを受信する受信部と、を備え、印刷データの受信により、液体の圧力を低減する制御を行う。以上の態様によれば、印刷データの受信により、液体の圧力を低減するから、印刷データによって駆動素子を駆動する前に、液体吐出ヘッド内の圧力を低減できる。このように、事前に液体吐出ヘッド内の圧力を低減できるので、弁装置の閉塞不良などによる液体のリークが発生していても、振動板を振動させる際には液体吐出ヘッド内の過剰な圧力を低減できるため、振動板におけるクラックの発生を抑制できる。
[態様16]
以上の課題を解決するために、本発明の好適な態様(態様16)に係る方法は、液体吐出装置の制御方法であって、液体吐出装置は、駆動素子により振動板を振動させ、液体が充填される内部空間の圧力を変動させることで液体を吐出する液体吐出ヘッドと、液体吐出ヘッド内に液体を圧送する加圧供給部と、印刷データを受信する受信部と、を備え、受信した印刷データの内容に応じて、液体の供給圧力を制御する。以上の態様によれば、受信した印刷データの内容に応じて、液体の供給圧力を制御するから、吐出量の大きな印刷に備えて液体の供給圧力を大きくしておかなくても済むので、液体吐出ヘッド内の圧力を低減できる。したがって、振動板を振動させる際に液体吐出ヘッド内の過剰な圧力を低減できるため、振動板におけるクラックの発生を抑制できる。
第1実施形態に係る液体吐出装置の構成図である。 液体吐出装置の機能的な構成図である。 駆動波形の具体例を示す図である。 液体吐出部の断面図である。 弁装置の構成を示す断面図である。 液体吐出装置の印刷時の制御を示すフローチャートである。 第2実施形態の加圧供給部の流路構成を示す図である。 第2実施形態の液体吐出ヘッドの流路構成を示す図である。 第2実施形態の液体吐出装置の印刷時の制御を示すフローチャートである。 加圧供給部の第1変形例を示す図である。 加圧供給部の第2変形例を示す図である。 第3実施形態の液体吐出装置の印刷時の制御を示すフローチャートである。 第4実施形態の液体吐出装置の印刷時の制御を示すフローチャートである。
<第1実施形態>
図1は、本発明の第1実施形態に係る液体吐出装置10の部分的な構成図である。本実施形態の液体吐出装置10は、液体の例示であるインクを印刷用紙等の媒体12に吐出するインクジェット方式の印刷装置である。図1に示す液体吐出装置10は、制御ユニット20と搬送機構22とキャリッジ24と液体吐出ヘッド26とを具備する。図1では、1個の液体吐出ヘッド26をキャリッジ24に搭載した場合を例示しているが、これに限られず、複数個の液体吐出ヘッド26をキャリッジ24に搭載してもよい。液体吐出装置10にはインクを貯留する液体容器(カートリッジ)14が装着される。
液体容器14は、液体吐出装置10の本体に着脱可能な箱状の容器からなるインクタンクタイプである。なお、液体容器14は、箱状の容器に限られず、袋状の容器からなるインクパックタイプであってもよい。液体容器14には、インクが貯留される。インクは、黒色インクであってもよく、カラーインクであってもよい。液体容器14は、加圧供給部30に設けられる。加圧供給部30は、液体容器14のインクを加圧して液体吐出ヘッド26に供給(圧送)する。
制御ユニット20は、例えばCPU(Central Processing Unit)またはFPGA(Field Programmable Gate Array)等の制御装置202と半導体メモリー等の記憶装置203とを含んで構成され、記憶装置203に記憶された制御プログラムを制御装置202が実行することで液体吐出装置10の各要素を統括的に制御する。図1に示すように、媒体12に形成すべき画像を表す印刷データGがホストコンピューター等の外部装置(図示略)から制御ユニット20に供給される。制御ユニット20は、印刷データGで指定された画像が媒体12に形成されるように液体吐出装置10の各要素を制御する。
搬送機構22は、制御ユニット20による制御のもとで媒体12をY方向に搬送する。液体吐出ヘッド26は、略箱状のキャリッジ24に搭載され、液体容器14から供給されるインクを制御ユニット20による制御のもとで媒体12に吐出する。制御ユニット20は、Y方向に交差するX方向に沿ってキャリッジ24を往復させる。搬送機構22による媒体12の搬送とキャリッジ24の反復的な往復とに並行して液体吐出ヘッド26が媒体12にインクを吐出することで媒体12の表面に所望の画像が形成される。なお、液体容器14を液体吐出ヘッド26とともにキャリッジ24に搭載することも可能である。
液体吐出ヘッド26の吐出面(媒体12との対向面)260には、ノズル列が配置される。ノズル列は、Y方向に沿って直線状に配列された複数のノズルNの集合である。ノズルNからは、液体容器14から供給されるインクが吐出される。なお、ノズル列の数や配置は、例示したものに限られず、液体吐出ヘッド26の吐出面260に、2つ以上のノズル列を配置してもよく、複数のノズル列を例えば千鳥配列またはスタガ配列とすることも可能である。X−Y平面(媒体12の表面に平行な平面)に垂直な方向をZ方向と表記する。
液体吐出ヘッド26に連通する流路には、弁装置40が設けられている。本実施形態の弁装置40は、液体容器14と液体吐出ヘッド26とを連通する流路の途中に配置される。なお、本実施形態の弁装置40は、液体吐出ヘッド26とは別の構成要素として構成する場合を例示したが、これに限られず、液体吐出ヘッド26の構成要素として、液体吐出ヘッド26と共にキャリッジ24に搭載されていてもよい。弁装置40は、液体容器14から供給されるインクを液体吐出ヘッド26に供給する流路が内部に形成された構造体である。本実施形態の弁装置40は、後述する弁体(切替部材)82によって流路を開閉(開放/閉塞)することでインクの圧力を調整する自己封止弁として機能する。
図2は、液体吐出装置10の機能的な構成図である。図2では、搬送機構22やキャリッジ24等の図示を便宜的に省略している。制御装置202が制御プログラムを実行することで、制御装置202が制御部50と駆動信号生成部51と判定部52と受信部53として機能する。なお、制御部50と駆動信号生成部51と判定部52と受信部53とは電子回路で構成してもよい。制御部50は、プロセッサーであってもよい。受信部53は、印刷データGを受信する。制御部50は、駆動信号生成部51を制御する。記憶装置203には、データテーブルCが記憶されている。データテーブルCは、記憶装置203が備えるメモリーに記憶されていてもよい。駆動信号生成部51は、駆動信号COMを生成する。駆動信号COMは、例えば図3に示すような駆動波形W、すなわち基準電位VMに対して電位差を有する複数の電位(最大電位VH、最小電位VLなど)を含む電圧信号の波形である。
駆動波形Wは、周期Tの間に、基準電位VMから電位VLまで遷移して、電位VLが一定時間保持された後、電位の最小値である電位VLから電位の最大値である電位VHまで遷移して、電位VHが一定時間保持される。その後、電位VHから基準電位VMに遷移する。このような駆動波形Wによれば、基準電位VMから電位VLまで遷移することで、ノズルN内のメニスカスが圧力室SC側にいったん引き込まれる。その後に、電位VLから電位VHまで遷移することで、ノズルN内のメニスカスがノズルNの開口部(インクが吐出されるノズルNの開口部)側に一気に動いて、ノズルNの開口部からインクが押し出される。そして、電位VHから基準電位VMに遷移することで、ノズルN内のメニスカスが圧力室SC側に引き込まれて、ノズルNの開口部から押し出されたインクを引きちぎることができ、インクの液滴がノズルNの開口部から吐出される。
なお、駆動波形Wの形状は図3に示すものに限られない。駆動波形Wの形状(VH、VL、振幅、傾きなど)を変えることでノズルNから吐出されるインクの吐出重量を変えることができる。また、駆動信号COMの1周期Tに含まれる駆動波形Wは1つに限られず、複数の駆動波形Wを含んでもよい。さらに、駆動信号COMは1種類に限られず、駆動波形Wが相違する複数の駆動信号COMであってもよい。駆動信号COMを生成するためのデータ(例えば電位データ)は、データテーブルCに記憶されている。制御部50は、各駆動信号COMを生成する場合には、駆動信号COMの駆動波形Wに対応するデータをデータテーブルCから読み出して、駆動信号生成部51によって駆動信号COMを生成する。
図2に示すように、液体吐出ヘッド26は、駆動部262と液体吐出部264を具備する。駆動部262は、制御ユニット20による制御のもとで液体吐出部264を駆動する。液体吐出部264は、液体容器14から供給されるインクを複数のノズルNから媒体12に吐出する。液体吐出部264は、複数のノズルNに対応する複数の吐出部266を包含する。各吐出部266は、駆動部262から供給される駆動信号Vに応じてインクを吐出する。
駆動信号生成部51が生成した駆動信号COMと印刷データGに応じてインクの吐出の有無をノズルNごとに指定する印刷信号SIとが制御ユニット20から駆動部262に供給される。駆動部262は、駆動信号COMと印刷信号SIとに応じた駆動信号Vを吐出部266ごとに生成して複数の吐出部266に並列に出力する。具体的には、駆動部262は、複数の吐出部266のうち印刷信号SIがインクの吐出を指示する吐出部266には駆動信号COMを駆動信号Vとして供給し、印刷信号SIがインクの非吐出を指示する吐出部266には基準電位VMを駆動信号Vとして供給する。
図4は、任意の1個の吐出部266に着目した液体吐出部264の断面図である。図4に示す液体吐出部264は、流路基板71の一方側(Z方向の負側)に圧力室基板72と振動板73と圧電素子74と支持体75とが配置されるとともに、他方側(Z方向の正側)にノズル板76とコンプライアンス部77とが配置された構造体である。流路基板71と圧力室基板72とノズル板76とは例えばシリコンの平板材で形成され、支持体75は例えば樹脂材料の射出成形で形成される。複数のノズルNはノズル板76に形成される。図4の構成では、ノズル板76のうち媒体12に対向する面が、液体吐出ヘッドの吐出面260を構成する。
流路基板71には、開口部712と分岐流路714と連通流路716とが形成される。分岐流路714および連通流路716はノズルNごとに形成された貫通孔であり、開口部712は複数のノズルNにわたり連続する開口である。支持体75に形成された収容部(凹部)752と流路基板71の開口部712とを相互に連通させた空間は、支持体75の導入流路754を介して液体容器14から供給されるインクを貯留する共通液室(リザーバー)SRとして機能する。
図4のコンプライアンス部77は、液体貯留室SR内のインクの圧力変化(圧力変動)を抑制するための要素であり、可撓膜(弾性膜)772と支持板774とを具備する。可撓膜772は、フィルム状に形成された可撓性の部材であり、液体貯留室SRの壁面(具体的には底面)の一部を構成する。支持板774は、ステンレス鋼(SUS)等の高剛性の材料で形成された平板であり、流路基板71の開口部712が可撓膜772で閉塞されるように可撓膜772を流路基板71の表面に支持する。支持板774のうち可撓膜772を挟んで液体貯留室SRに重なる領域には開口部776が形成される。支持板774の開口部776の内側の空間は大気と連通しており、液体貯留室SR内の圧力変化(圧力変動)が吸収されるように可撓膜772を変形させるためのダンパー室SGとして機能する。
コンプライアンス部77は、固定板78に固定される。固定板78は、例えばステンレス鋼等の高剛性の材料で所定の形状に成形される。固定板78には、複数の吐出部266のそれぞれに対応する複数の開口部782が形成されている。開口部782からノズル板76が露出しするように、コンプライアンス部77の支持板774が固定板78に固定される。なお、開口部782の内側の空間(具体的には開口部782の内周面とノズル板76の外周面との隙間)には、例えば樹脂材料で形成された充填材が充填される。開口部776のZ方向の正側は固定板78(または支持板774)によって閉じられ、開口部776の内側で可撓膜772と固定板78との間に挟まれた空間が、上述したダンパー室SGとなる。加圧供給部30から加圧されたインクが液体貯留室SR内に導入される際に、液体貯留室SR内に圧力変化が生じても、可撓膜772が変形することで、その圧力変化を吸収できる。
圧力室基板72には開口部722がノズルNごとに形成される。振動板73は、圧力室基板72のうち流路基板71とは反対側の表面に設置された弾性変形可能な平板材である。圧力室基板72の各開口部722の内側で振動板73と流路基板71とに挟まれた空間は、液体貯留室SRから分岐流路714を介して供給されるインクが充填される圧力室(キャビティ)SCとして機能する。各圧力室SCは、流路基板71の連通流路716を介してノズルNに連通する。圧力室SCと液体貯留室SRと、これらを連通する分岐流路714と、連通流路716と、ノズルNとで構成される空間が、液体吐出ヘッド26の内部空間SDを構成する。
振動板73のうち圧力室基板72とは反対側の表面にはノズルNごとに圧電素子74が形成される。各圧電素子74は、第1電極742と第2電極746との間に圧電体744を介在させた駆動素子である。第1電極742および第2電極746の一方に駆動信号Vが供給され、所定の基準電位VMが他方に供給される。駆動信号Vの供給により圧電素子74が変形することで振動板73が振動すると、圧力室SC内の圧力が変動して圧力室SC内のインクがノズルNから吐出される。具体的には、駆動信号Vの振幅に応じた吐出量のインクがノズルNから吐出される。図4に例示した1個の吐出部266は、圧電素子74と振動板73と圧力室SCとノズルNとを包含する部分である。
なお、第1電極742および第2電極746のうち基準電位VMが供給される電極を、複数の圧電素子74にわたる共通電極とすることも可能である。このように、図4の構成では、駆動信号Vの供給により圧電素子74が変形して圧力室SCの圧力を変動させることで、液体吐出ヘッド26の内部空間SDの圧力が変動し、ノズルNからインクを吐出させることができる。
図5は、弁装置40の構成を示す断面図である。弁装置40は、弁体47と弁座48とバネS1とバネS2とを備える。概略的には弁座48に対して弁体47がW方向の正側および負側に移動して接離動作することで、第1流路R1が開閉する。具体的には、弁体47がW方向の正側に移動して弁座48に接触することで、第1流路R1と第2流路R2とが遮断されて、第1流路R1が閉状態となる。これに対して、弁体47がW方向の負側に移動して弁座48から離間することで、第1流路R1と第2流路R2とが連通されて、第1流路R1が開状態となる。
弁座48は、支持体42のうち第1流路R1と第2流路R2との間に位置する部分(凹部422または凹部424の底部)であり、第2流路R2を封止する可撓膜46の可動部462に間隔をあけて対向する。弁座48の略中央には支持体42を貫通する貫通孔Kが形成される。この貫通孔Kは、内周面がW方向に平行な正円孔である。弁座48の上流側に位置する第1流路R1と弁座48の下流側に位置する第2流路R2とは弁座48の貫通孔Kを介して相互に連通する。
弁体47は第1流路R1内に設置される。この弁体47は、基部472と封止部474と弁軸476とからなる。基部472は、貫通孔Kの内径を上回る外径の円形状に成形された平板状の部分である。基部472の表面から弁軸476が同軸で垂直に突起し、平面視で弁軸476を囲む円環状の封止部474が基部472の表面に設置される。軸線OをW方向に向けた弁軸476が弁座48の貫通孔Kに挿入された状態で基部472と封止部474とが第1流路R1内に位置するように弁体47は設置される。弁座48の貫通孔Kの内周面と弁軸476の外周面との間には隙間が形成される。バネS1は、封止体44と弁体47の基部472との間に設置されて弁体47を弁座48側に付勢する。他方、バネS2は弁座48と受圧板49(可動部462)との間に設置される。
弁体47の封止部474は、基部472と弁座48との間に位置し、弁座48に接触することで貫通孔Kを閉塞するシールとして機能する。具体的には、封止部474は、弁座48のうち第1流路R1側の表面(以下「封止面」という)Sに接触する。
このような構成の弁装置40によれば、第2流路R2内の圧力が所定の範囲内に維持された状態では、弁体47をバネS1が付勢することで封止部474の周縁部が弁座48の封止面Sに接触するから、図5の一点鎖線で示すように弁座48の貫通孔Kを弁体47が閉塞する状態(以下「閉状態」という)に維持される。すなわち、第1流路R1と第2流路R2とは遮断される。これに対して、例えばインクの吐出や外部からの吸引に起因して第2流路R2内の圧力が低下すると、図5の実線で示すように、可撓膜46の可動部462が弁座48側に変位し、可動部462に設置された受圧板49がバネS2による付勢に対抗して弁体47の弁軸476を押圧する。すなわち、可撓膜46の可動部462は、その両側の差圧(可動部462の上側と下側の差圧)に応じて変位する。第2流路R2内の圧力が更に低下すると、弁軸476が可動部462(受圧板49)により押圧され、弁体47がバネS1の付勢に対抗してW方向の負側(封止体44側)に移動することで、図5の実線で示すように、封止部474が弁座48から離間した状態(以下「開状態」という)に遷移する。開状態では弁座48の貫通孔Kが開放され、第1流路R1と第2流路R2とが貫通孔Kを介して相互に連通する。
このような弁装置40によれば、非印刷状態、すなわちインクを消費しない状態においては、弁装置40よりも上流側にある液体容器14側の流路からインクが圧送されても、弁装置40が閉状態となる。これにより、液体容器14側の流路からのインクは弁装置40よりも下流側にある液体吐出ヘッド26には供給されない。
これに対して、印刷状態のときにノズルNからインクが吐出され、インクが消費されると、第2流路R2のインクの減少に伴って圧力が減少して第2流路R2が負圧になる。これにより可動部462が弁体47を押し下げるW方向の負側に変位するので弁体47が開状態となり、第1流路R1から第2流路R2へインクが供給される。こうして液体容器14側の流路からのインクが液体吐出ヘッド26に供給される。そして、弁装置40の第2流路R2内へのインクの流入により第2流路R2の負圧は解消されると、図5の一点鎖線で示すように可動部462がW方向の正側に変位し、弁体47が元に戻って弁体47は再び閉状態となり、液体吐出ヘッド26へのインクの供給が停止される。
ところで、このような構成の弁装置40では、弁座48に対して弁体47が繰り返し接触することにより、弁体47と弁座48とが当接した際に形成される微少空間に、インクに含まれる成分が溜まり、圧縮脱水されることにより凝集する。凝集したインクは、弁体47や弁座48に付着して堆積することで堆積物が発生するという問題がある。さらにインク成分からなる堆積物のSP値(相溶性パラメーター)が弁座構成材料のSP値に近い値であって、弁座構成材料との相溶性が高い場合、堆積物は弁座48から剥がれ難いため、弁座48上にそのまま固着して成長過程に入る。堆積物が成長して堆積量が多くなると、弁体47と弁座48との接触面に隙間が生じ、弁体47の閉塞不良が発生する虞がある。特に液体吐出装置10において弁体47の閉塞不良が発生すると、弁体47からインクのリークが発生する。もし液体吐出ヘッド26に加圧供給部30からインクが加圧して供給される際に弁装置40でインクのリークが発生すると、その圧力が液体吐出ヘッド26内の流路まで伝わって、液体吐出ヘッド26内(圧力室SCや液体貯留室SRなど)に過剰な圧力がかかってしまう。
このように液体吐出ヘッド26内に過剰な圧力がかかった状態で、圧電素子74を駆動させて振動板73を振動させると、振動板73にクラックが発生して損傷する虞がある。加圧供給部30からインクが加圧して供給される際に弁装置40でインクのリークが発生すると、そのインクの圧力が図4に示す圧力室SCまで伝わってしまい、圧力室SCの一部を構成する振動板73が圧力室SCとは反対の面(圧電素子74側)に向かって膨らむような力が振動板73に加わることになる。このような状態で、圧電素子74を駆動させて圧力室SCの振動板73を撓ませようとすると、振動板73は圧力室SCから過剰な加圧の圧力がかかった状態から強制変位をさせられることになる。このため、振動板73には余計な力学的負荷がかかるので、応力集中が発生し易い振動板73を固定する部分の近傍などにクラックが発生して損傷してしまう虞がある。
ところが、上述した従来の構成では、弁装置40でインクがリークしていて圧力室SC内のインクに過剰な圧力がかかっているかどうかを、具体的に知ることができない。例えば圧力室SCに過剰な圧力がかかっていて、ノズルNからの液垂れが発生していると、ドット抜けなどの印刷不良が発生する。このため、使用者が印刷不良を解消しようとして、クリーニングを実行し、クリーニング効果を確認するためのチェックパターンを印刷すれば、圧力室SCに過剰な圧力がかかっている状態で圧電素子74が駆動されてしまう。これでは、弁装置40の交換で済むところを、振動板73の損傷など液体吐出ヘッド26の故障まで引き起こしてしまうため、液体吐出ヘッド26の交換まで必要となってしまう虞がある。
そこで、本実施形態では、液体吐出ヘッド26内の圧力状態を検出し、その圧力状態に応じて、圧電素子74の駆動を規制する。したがって、弁装置40の閉塞不良などによって液体吐出ヘッド26内に過剰な圧力がかかっているような異常な圧力状態では、圧電素子74の駆動を規制することが可能となる。したがって、過剰な圧力がかかっている状態での振動板73の振動を抑制できるので、振動板73におけるクラックの発生を抑制できる。これにより、弁装置40でインクのリークが発生した場合でも、振動板73が損傷しないため、液体吐出ヘッド26の故障まで引き起こさないようにすることができる。
図2の検出部28は、液体吐出ヘッド26内の圧力状態を検出し、状態信号VSを判定部52に出力する。例えば印刷待機時において、液体吐出ヘッド26内(圧力室SCや液体貯留室SR)に過剰な圧力がかかっている異常な圧力状態の場合には、図4の点線のようにコンプライアンス部77の可撓膜772がダンパー室SG側に変位する。したがって、このような可撓膜772の変位によって、液体吐出ヘッド26内の圧力状態を検出できる。そこで、第1実施形態の検出部28は、コンプライアンス部77の可撓膜772の変位から液体吐出ヘッド26内の圧力状態を検出する。
具体的には図4に示すように、第1実施形態の検出部28は、コンプライアンス部77の可撓膜772の変位を検出する変位センサーで構成される。図4の検出部28は、可撓膜772が接続される端子aと、固定板78が接続される端子bと、電圧Vを検出する端子cと、端子aを端子bと端子cとの接続を切り替えるスイッチdを備える。固定板78と端子bは、接地されている。端子aと端子cをスイッチdで接続している際には、可撓膜772の変位に応じて、可撓膜772と固定板78との間の静電容量が変化するので、端子cの電圧も変化する。
このような可撓膜772の変位による静電容量の変化を利用することで、可撓膜772の変位を間接的に検出できる。具体的には可撓膜772と固定板78とは、これらを電極とする平行平板のコンデンサーと等価できるので、その静電容量をC、電荷をQとすると、端子cの電圧(可撓膜772と固定板78との間の電圧)Vは、V=Q/Cと表すことができる。これによれば、可撓膜772がダンパー室SG側へ大きく変位するほど、可撓膜772と固定板78との間の間隔が狭くなるから、静電容量Cが大きくなるので、端子cの電圧Vは小さくなる。このため、液体吐出ヘッド26内に過剰な圧力がかかっている状態では、過剰な圧力がかかっていない状態よりも、可撓膜772と固定板78との間の間隔が狭くなるから、端子cの電圧Vも小さくなる。したがって、端子cの電圧Vを状態信号VSとすることで、可撓膜772の変位から、液体吐出ヘッド26内の圧力状態を判定できる。なお、静電容量の検出は、例えば抵抗と測定容量による充放電を利用したRC発振方式や、交流ブリッジの一辺に測定容量を挿入する方式など公知の方法が利用でき、これらの方法を利用することによって、静電容量の検出を高精度に行うことができる。
上述したように、液体吐出ヘッド26内に過剰な圧力がかかっている状態では、液体吐出ヘッド26内に過剰な圧力がかかっていない状態よりも、状態信号VS(端子cの電圧V)が小さくなる。そこで、図2の判定部52は、状態信号VSが閾値を超える場合は、液体吐出ヘッド26内に過剰な圧力がかかっていない状態であると判定し、状態信号VSが閾値を超える場合は、過剰な圧力がかかっている状態であると判定する。
制御部50は、判定部52が液体吐出ヘッド26内に過剰な圧力がかかっている状態でないと判定した場合は、圧電素子74を駆動し、判定部52が液体吐出ヘッド26内に過剰な圧力がかかっている状態であると判定した場合は、圧電素子74の駆動を規制する。
このように、本実施形態のコンプライアンス部77の可撓膜772は、液体貯留室SRや流路の圧力変化を抑制する膜としての役割だけでなく、液体吐出ヘッド26内の圧力状態を検出する膜としての役割も兼ねる。また、コンプライアンス部77の可撓膜772の変位から、液体吐出ヘッド26内の圧力状態を検出するから、圧力センサーなどを別途設けなくても済む。なお、検出部28のスイッチdによって端子aと端子bとを接続することで、可撓膜772を接地電位(グランド電位)にすることができるので、可撓膜772に溜まった余計な電荷を逃がすこともできる。これにより、可撓膜772の変位を精度良く検出でき、また可撓膜772に溜まった余計な電荷による静電力で固定板78に貼り付いてしまうことも抑制できる。
なお、本実施形態の検出部28は、コンプライアンス部77の可撓膜772の変位を検出する変位センサーで構成した場合を例示したが、これに限られず、可撓膜772に光を照射して、その反射光を受光する光センサーで検出部28を構成してもよい。この構成によれば、可撓膜772の変位により反射光の受光量が変化するので、受光量によって変化する電圧信号を状態信号VSにすることで、判定部52において液体吐出ヘッド26の圧力状態を判定できる。
次に、第1実施形態の液体吐出装置10の制御方法について図面を参照しながら説明する。図6は、液体吐出装置10の印刷時の制御を示すフローチャートである。図6に示すように、ステップS11にて受信部53が印刷データGを受信すると、ステップS12にて制御部50は、検出部28によって液体吐出ヘッド26内の圧力状態の検出を行い、状態信号VSを判定部52に出力する。印刷データGを受信すると、例えば振動板73を振動させる駆動波形Wが圧電素子74に供給される前に、検出部28はスイッチdを切り替えて、端子aと端子cを接続させて、状態信号VSを判定部52に供給する。そして、ステップS13にて判定部52は、検出部28からの状態信号VSに基づいて、液体吐出ヘッド26内に過剰な圧力がかかっている状態か否かを判定する。
ステップS13にて液体吐出ヘッド26内に過剰な圧力がかかっている状態でないと判定部52が判定した場合は、ステップS14にて制御部50は、圧電素子74を駆動して印刷データGの印刷を行う。そして、ステップS16にて制御部50は、印刷が終了したか否かを判断し、印刷が終了したと判断していないと場合には、ステップS11にて次の印刷データGを受信する。ステップS16にて制御部50は、印刷が終了したと判断した場合には、印刷処理を終了する。
他方、ステップS13にて液体吐出ヘッド26内に過剰な圧力がかかっている状態であると判定部52が判定した場合は、ステップS15にて制御部50は、圧電素子74の駆動を規制する。このとき、制御部50は、振動板73を駆動する駆動波形Wの圧電素子74への入力を規制して、圧電素子74の駆動をしないようにする。なお、吐出量を少なくして圧電素子74の駆動するようにしてもよい。圧電素子74の駆動をしない場合には、部品を交換が必要な旨を使用者に知らせるようにしてもよい。また、印刷できないようにするため、液体容器14を取り外すことを使用者に促すようにしてもよい。
具体的には図2に示すように、液体吐出装置10はタッチパネルで構成され、表示部62を有する操作パネル60を備え、この表示部62に、部品の交換を促す旨を表示することができる。これにより、液体吐出ヘッド26内に過剰な圧力がかかっている状態では、圧電素子74が駆動されないので、振動板73のクラックの発生を抑制できる。
操作パネル60は、使用者によって各種の操作が可能な操作パネルであり、複数のボタン(図示略)や動作モードの選択ボタンが表示される。使用者は、表示部62に表示されているボタンをタッチすることで動作を選択できる。制御部50は、使用者に選択されたボタンに関連づけられた動作を実行する。これを利用して、部品の交換ではなく、吐出量を少なくできる動作モードへの変更を促す旨の表示を行うようにしてもよい。この動作モードでは、例えば駆動波形Wを変えたり、ドットサイズを変えたりすることによって、媒体12の単位面積に対する単位時間当たりのインクの吐出量(印刷デューティー)を変えることで、インクの吐出量を少なくして印刷する。これにより、液体吐出ヘッド26内に過剰な圧力がかかっている状態でも、圧電素子74の駆動による振動板73の振動を低減できるので、振動板73のクラックの発生を抑制できる。
さらに、部品の交換と動作モードの変更を使用者に選択させることもできる。具体的には制御部50は、表示部62に部品の交換または動作モードの変更を選択するためのボタンを表示する。使用者が部品の交換を選択した場合は、制御部50は印刷データGの印刷を行わずに印刷を終了する。また、使用者が動作モードの変更を選択した場合は、インクの吐出量を少なくして圧電素子74を駆動する動作モードに移行して、印刷データGの印刷を行う。ステップS16にて制御部50は、印刷が終了したか否かを判断し、印刷が終了したと判断していない場合には、ステップS11にて次の印刷データGを受信する。印刷が終了したと判断した場合には、印刷処理を終了する。なお、使用者が部品交換を選択した場合は、印刷データGの印刷を行うことなく、ステップS16にて印刷終了と判断し、印刷処理を終了する。
このような本実施形態によれば、弁装置40の閉塞不良などによって液体吐出ヘッド26内に過剰な圧力がかかっているような異常な圧力状態では、圧電素子74の駆動を規制できる。したがって、液体吐出ヘッド26内(圧力室SCなど)に過剰な圧力がかかっている状態での振動板73の振動を抑制できるので、振動板73におけるクラックの発生を抑制できる。
なお、本実施形態では、コンプライアンス部77の可撓膜772の変位から液体吐出ヘッド26内の圧力状態を検出する場合を例示したが、これに限られない。例えば図5の弁装置40に弁体47の閉塞不良が発生している場合には、閉塞不良が発生していない場合に比較して、可撓膜46の変位量も異なるので、弁装置40の可撓膜46の変位から液体吐出ヘッド26内の圧力状態を検出することもできる。
また、図2の検出部28は、位置センサーや光センサーなどで構成することなく、圧電素子74を駆動したときの残留振動を検出するように構成してもよい。圧力室SCに過剰な圧力がかかっているような異常な圧力状態では、過剰な圧力がかかっていない正常な圧力状態よりも、振動板73が圧力室SC側に撓み難くなる。このため、圧力室SCに過剰な圧力がかかっている場合は、過剰な圧力がかかっていない場合に比較して、圧電素子74を駆動したときの残留振動の発生が抑えられた波形になる。したがって、液体吐出ヘッド26内に過剰な圧力がかかっている状態と、過剰な圧力かかっていない状態とでは、残留振動の周期、振幅、位相などの信号が異なる。このため、これらの信号を状態信号VSとすることで、液体吐出ヘッド26の圧力状態を判定できる。このように、圧電素子74の駆動による残留振動から、液体吐出ヘッド26内の圧力状態を検出部28で検出するから、圧力センサーなどを別途設けなくても済む。さらに、可撓膜772などの変位を検出するための位置センサーや光センサーの構成も不要となり、部品点数を削減できる。
<第2実施形態>
本発明の第2実施形態について説明する。以下に例示する各形態において作用や機能が第1実施形態と同様である要素については、第1実施形態の説明で使用した符号を流用して各々の詳細な説明を適宜に省略する。第1実施形態では、液体吐出ヘッド26内の圧力状態に応じて、圧電素子74の駆動を規制する場合を例示したが、第2実施形態では、液体吐出ヘッド26内の圧力状態に応じて、その圧力を低減する場合を例示する。
図7は、第2実施形態の加圧供給部30の流路構成を示す図であり、図8は、第2実施形態の液体吐出ヘッド26の流路構成を示す図である。図7の加圧供給部30は、加圧機構32と加圧低減機構35と逆止弁33、34とを備える。加圧機構32と加圧低減機構35と逆止弁33、34とは、液体容器14と弁装置40とを連通する流路31に設けられる。加圧機構32は、液体容器14からのインクを加圧し、加圧低減機構35はそのインクの加圧を低減する。本実施形態では、流路31の上流側に加圧機構32を配置し、加圧機構32の下流側に加圧低減機構35を配置した場合を例示する。逆止弁33は、加圧機構32の上流側、すなわち液体容器14と加圧機構32との間に介在する。逆止弁34は、加圧機構32の下流側、すなわち加圧機構32と弁装置40との間に配置される。
加圧機構32は、バッファー室321とポンプP1を備える。バッファー室321は、可撓膜323によって液体室Saと気体室Sbに分けられる。液体室Saには、インクの流入口324と流出口325が連通している。気体室Sbには、気体流路326を介してポンプP1が接続されている。ポンプP1は、気体室Sb内を減圧するポンプであり、典型的には空圧ポンプで構成される。ポンプP1は、制御部50により駆動される。気体流路326の途中には、気体室Sbを大気に連通するための大気開放弁322が接続されている。気体室Sbには、インクを加圧する方向(図5の下方)に可撓膜323を付勢するバネ327が設けられている。バネ327を設けることで、ポンプP1の減圧を弱めると、バネ327による加圧力でインクが加圧でき、ポンプP1の減圧を強めると、バネ327による加圧力を弱めることができる。なお、バネ327は必ずしも設けられていなくてもよい。
このような構成の加圧機構32によれば、大気開放弁322を閉じた状態でポンプP1により気体室Sb内を減圧することで、可撓膜323を図7の上方に変位させて液体室Saに液体容器14からのインクを引き込み、ポンプP1による減圧を停止して大気開放弁322を開くことで、可撓膜323を図7の下方に変位させてインクを加圧する。これにより、液体容器14からのインクは、流入口324から流入し、バッファー室321内にて加圧されて流出口325から流出して弁装置40側に供給される。そして、ポンプP1の圧力と大気開放弁322を開くタイミングを調整することで、インクを押し出す力を弱めることができるので、液体吐出ヘッド26内に供給されるインクの加圧を低減できる。したがって、弁装置40の閉塞不良などによって液体吐出ヘッド26内に過剰な圧力がかかっている場合でも、加圧機構32によって液体吐出ヘッド26に供給されるインクの過剰な圧力を逃がすことで、液体吐出ヘッド26内に伝わる圧力を低減できる。このように、大気開放弁322は、液体吐出ヘッド26内の圧力を低減する制御弁として機能させることができる。
第2実施形態の加圧低減機構35は、流路31のうち逆止弁34よりも下流側に設けられる。加圧低減機構35は、流路31から分岐して排液タンク37に連通する流路312を開閉する排液弁36によって構成される。排液弁36で流路312を開くことで、流路31を通るインクが排液タンク37に流れるので、弁装置40へ流れるインクの加圧を低減でき、排液弁36で流路312を閉じることで、弁装置40へ流れるインクの加圧を元に戻すことができる。このような構成によれば、排液弁36を開くことで、液体吐出ヘッド26に供給されるインクの加圧を低減できる。したがって、弁装置40の閉塞不良などによって液体吐出ヘッド26内に過剰な圧力がかかっている場合でも、加圧低減機構35によって液体吐出ヘッド26に供給されるインクの過剰な圧力を逃がすことで、液体吐出ヘッド26内に伝わる圧力を低減できる。このように、排液弁36は、液体吐出ヘッド26内の圧力を低減する制御弁として機能させることができる。
図8に示すように、第2実施形態の液体吐出ヘッド26は、可撓膜273を変位させることで、液体吐出ヘッド26内の負圧を解除してインクを加圧できる負圧解除機構27を備える。負圧解除機構27は、弁装置40と液体貯留室SRとを連通する流路261に設けられる。負圧解除機構27は、液体吐出ヘッド26内の負圧を解除して加圧できる。例えばクリーニング時に負圧解除機構27で液体吐出ヘッド26内を加圧することで、ノズルNからインクを染み出させながら、吐出面260をワイピングできる。これにより、ノズルNの近傍に付着した粘度の高いインクや紙粉などの付着物を、ノズルN内に巻き込むことなく除去できる。
負圧解除機構27は、チョーク弁270とバッファー室271とポンプP2を備える。チョーク弁270は流路261の上流側に設けられ、バッファー室271は流路261の下流側に設けられている。チョーク弁270は、流路261を開閉する制御弁として機能する。バッファー室271は、可撓膜273によって液体室Saと気体室Sbに分けられる。液体室Saには、インクの流入口274と流出口275が連通している。気体室Sbには、気体流路276を介してポンプP2が接続されている。ポンプP2は、気体室Sb内を加圧するポンプである、典型的には空圧ポンプで構成される。ポンプP2は、制御部50により駆動される。気体流路326の途中には、気体室Sbを大気に連通するための大気開放弁272が接続されている。
このような負圧解除機構27によれば、印刷時には、チョーク弁270と負圧解除機構27は大気に連通していて加圧されていない状態である。クリーニング時には、チョーク弁270を閉じて、負圧解除機構27のポンプP2で加圧することで、インクを加圧することができる。これにより、ノズルNからインクを染み出させることができるので、吐出面260のクリーニング効果を高めることができる。
また、例えば印刷待機時において、液体吐出ヘッド26内(圧力室SCや液体貯留室SR)に過剰な圧力がかかっている異常な圧力状態では、図8に示す点線のように負圧解除機構27の可撓膜273が、正常な圧力状態(図8の実線)よりも空気室Sb側に変位する。したがって、負圧解除機構27の可撓膜273の変位によって、液体吐出ヘッド26内の圧力状態を検出できる。そこで、第2実施形態の検出部28は、負圧解除機構27の可撓膜273の変位から、液体吐出ヘッド26内の圧力状態を検出する。検出部28は、第1実施形態と同様に、位置センサーや光センサーで構成することができる。このように、第2実施形態の負圧解除機構27の可撓膜273は、インクを加圧するなど流路261内の圧力変化を発生させるための膜としての役割だけでなく、液体吐出ヘッド26内の圧力状態を検出する膜としての役割も兼ねる。
次に、第2実施形態の液体吐出装置10の制御方法について図面を参照しながら説明する。図9は、液体吐出装置10の印刷時の制御を示すフローチャートである。図9に示すステップS21乃至S23の処理は図6のステップS11乃至S13の処理と同様であり、ステップS26の処理は図6のステップS16の処理と同様であるため、これらの詳細な説明を省略する。図9のフローチャートでは、ステップS23にて液体吐出ヘッド26内に過剰な圧力がかかっている状態でないと判定部52が判定した場合は、ステップS24にて制御部50は、加圧供給部30によるインクの圧力を低減しないで印刷する。すなわち、排液弁36で流路312を閉じたまま、加圧供給部30によるインクの圧力を低減しないで、圧電素子74を駆動して印刷データGの印刷を行う。
ステップS23にて液体吐出ヘッド26内に過剰な圧力がかかっている状態であると判定部52が判定した場合は、ステップS25にて制御部50は、加圧供給部30によるインクの圧力を低減して印刷を行う。具体的には、排液弁36で流路312を開いて、流路31を通るインクを排液タンク37に流すことによって、弁装置40へ流れるインクの加圧を低減する。インクの圧力が所定の圧力まで低減されると、排液弁36で流路312を閉じる。これにより、液体吐出ヘッド26内の圧力を低減できる。なお、排液弁36で流路312を閉じたまま、加圧機構32のポンプP1と大気開放弁322によっても、弁装置40へ流れるインクの圧力を低減することで、液体吐出ヘッド26内の圧力を低減できる。
このように、第2実施形態では、液体吐出ヘッド26内の圧力状態に応じて、その圧力を低減することができる。したがって、例えば弁装置40の閉塞不良などにより液体吐出ヘッド26内に過剰な圧力がかかっているような異常な圧力状態では、その圧力を低減して印刷できる。したがって、液体吐出ヘッド26内に過剰な圧力がかかっている状態での振動板73の振動を抑制できるので、振動板73におけるクラックの発生を抑制できる。
なお、第2実施形態では、排液弁36で構成される加圧低減機構35は、加圧供給部30の構成要素とされ、弁装置40よりも上流側に設けられる。このため、弁装置40よりも上流側の圧力を排液弁36で制御し易く、排液弁36を配置し易いので配置の自由度が高く、さらに弁装置40よりも下流側からのインクの逆流を抑制できる。なお、この構成に限られず、加圧低減機構35を加圧供給部30の構成要素とせずに、弁装置40よりも下流側に設けるようにしてもよい。加圧低減機構35を弁装置40よりも下流側に設ける場合には、弁装置40よりも上流側に設ける場合よりも、液体吐出ヘッド26の圧力を低減する際のレスポンスが良好である。その反面、弁装置40よりも上流側の圧力を低減することはできないので、また液体吐出ヘッド26内に加圧低減機構35を設ける場合は、流路が複雑化し、排液タンク37の位置や大きさも制限される虞がある。したがって、弁装置40よりも下流側よりも上流側に加圧低減機構35を設けることが好ましい。
もし加圧低減機構35を弁装置40よりも下流側に設ける場合には、図8の負圧解除機構27の上流側(負圧解除機構27とチョーク弁270との間)または下流側(負圧解除機構27と液体貯留室SRとの間)に設けるようにしてもよい。図8の負圧解除機構27の上流側に加圧低減機構35を設ける場合には、弁装置40の下流側の流路抵抗が小さいため、弁装置40を作動させ易いので、弁体47のレスポンスが速く、排液流量を大きくできるので、排液弁36などに異物が発生しても液体吐出ヘッド26のフィルターで除去できるという効果がある。
他方、図8の負圧解除機構27の下流側に加圧低減機構35を設ける場合には、液体貯留室SRでインクを循環させる場合には、排液弁36の流路も循環経路と兼用できる。その反面、弁装置40の下流側の流路抵抗が負圧解除機構27の分だけ増えるため、弁装置40を開くときのレスポンスが低下し、排液流量が小さくなる。したがって、加圧低減機構35を弁装置40よりも下流側に設ける場合には、図8の負圧解除機構27の下流側よりも上流側に加圧低減機構35を設けることが好ましい。
以上のとおり、第2実施形態では、加圧低減機構35を排液弁36で構成した場合を例示したが、これに限られず、図10に示す加圧供給部30の第1変形例のように、インクに負圧を発生させる負圧発生部によって、加圧低減機構35を構成してもよい。加圧機構32の下流側に、負圧発生部で構成される加圧低減機構35を設けることで、加圧機構32で加圧されたインクを、負圧発生部で所定の圧力以下に低減して、弁装置40側に圧送できる。
図10の加圧低減機構35は、バッファー室351とポンプP3を備える。バッファー室351は、可撓膜353によって液体室Saと気体室Sbに分けられる。液体室Saには、インクの流入口354と流出口355が連通している。気体室Sbには、気体流路356を介してポンプP3が接続されている。ポンプP3は、気体室Sb内を減圧するポンプであり、典型的には空圧ポンプで構成される。ポンプP3は、制御部50により駆動される。気体流路356の途中には、気体室Sbを大気に連通するための大気開放弁352が接続されている。気体室Sbには、インクを加圧する方向(図10の下方)に可撓膜353を付勢するバネ357が設けられている。バネ357を設けることで、大気開放弁352を開いてポンプP3の減圧を弱めると、バネ357による加圧力でインクが加圧でき、大気開放弁352を閉じてポンプP3の減圧を強めると、バネ357による加圧力を弱めることができる。なお、バネ357は必ずしも設けられていなくてもよい。
図10の加圧供給部30によれば、加圧機構32によって大気開放弁322を閉じた状態でポンプP1により気体室Sb内を減圧することで、液体容器14内のインクを加圧機構32の液体室Saに移動させた後にポンプP1の動作を停止し大気開放弁322を開くことで加圧低減機構35の液体室Saのインクを加圧すると共に、加圧低減機構35によって所定の圧力まで低減させることができる。具体的には、加圧低減機構35の大気開放弁352を閉じたまま、ポンプP3による減圧を維持することで、バネ357による加圧力が低減されるので、インクの圧力を所定の圧力まで低減させることができる。したがって、液体吐出ヘッド26内の圧力を低減できる。このように、大気開放弁352は、液体吐出ヘッド26内の圧力を低減する制御弁として機能させることができる。
なお、液体容器14をインクパックで構成する場合には、インクパックにかける圧力を調整することで、インクの加圧を低減するようにしてもよい。具体的には図11に示す加圧供給部30の第2変形例のように、インクパックで構成される液体容器14を装着するカートリッジ142でインクにかける圧力を調整する。カートリッジ142には、気体流路143を介してポンプP4が接続されている。ポンプP4は、典型的には空圧ポンプで構成され、制御部50により駆動される。気体流路143の途中には、カートリッジ142内を大気に連通するための大気開放弁144が接続されている。図11の加圧供給部30によれば、ポンプP4で液体容器14内の圧力を調整することで、インクの圧力を低減できる。また、大気開放弁144を開くことによっても、インクの圧力を低減できる。この他、図示はしないが、加圧供給部30として、液体容器14を重力方向で液体吐出ヘッド26の位置よりも高い位置に配置することで、水頭圧によってインクを加圧供給する場合は、液体容器14を上下させる機構によって液体吐出ヘッド26内のインク圧力を低減する方法も適用可能である。
<第3実施形態>
本発明の第3実施形態について説明する。第1実施形態および第2実施形態では、液体吐出ヘッド26内の圧力状態に応じて、圧電素子74の駆動を規制したり、液体吐出ヘッド26内の圧力を低減したりする場合を例示したが、第3実施形態では、印刷データGの受信によって、液体吐出ヘッド26内の圧力を低減する場合を例示する。
図12は、第3実施形態の液体吐出装置10の印刷時の制御を示すフローチャートである。図12に示すように、ステップS31にて受信部53が印刷データGを受信すると、ステップS32にて制御部50は、液体吐出ヘッド26の圧力を低減した後に、印刷を行う。第2実施形態の場合と同様に、例えば図7の加圧機構32や加圧低減機構35、図8の負圧解除機構27、図10の加圧低減機構35などによって液体吐出ヘッド26の圧力の低減した後に、圧電素子74を駆動する。そして、ステップS33にて制御部50は、印刷が終了したか否かを判断し、印刷が終了したと判断していないと場合には、ステップS31にて次の印刷データGを受信する。ステップS33にて制御部50は、印刷が終了したと判断した場合には、印刷処理を終了する。
このように、第3実施形態によれば、印刷データGを受信によって、液体吐出ヘッド26内の圧力を低減するから、印刷データGによる圧電素子74の駆動前に、液体吐出ヘッド26内の圧力を低減できる。このように、事前に液体吐出ヘッド26内の圧力を低減できるので、弁装置40の閉塞不良などによるインクのリークが発生していても、振動板73を振動させる際には液体吐出ヘッド26内の過剰な圧力を低減できるため、振動板73におけるクラックの発生を抑制できる。なお、第3実施形態において、印刷データGの受信によって、液体吐出ヘッド26内の圧力を低減しつつ、第2実施形態のように液体吐出ヘッド26内の圧力状態に応じて、圧電素子74の駆動を規制したり、液体吐出ヘッド26内の圧力を低減したりしてもよい。
<第4実施形態>
本発明の第4実施形態について説明する。第3実施形態では、印刷データGの受信によって、液体吐出ヘッド26内の圧力を低減する場合を例示したが、印刷データGの内容に応じてインクの供給圧力を制御する。液体吐出ヘッド26内の圧力を低減するために、インクの供給圧力を低減し過ぎてしまうと、インクの吐出量が多い印刷ができなくなる虞がある。
印刷時における液体吐出ヘッド26内の圧力が、ノズルN内のメニスカスの負側の耐圧(例えば大気圧に対して−4Pa)よりも小さくなる(負側に大きくなる)と、ノズル内のメニスカスが圧力室SC側に引き込まれてしまって印刷できなくなる。このため、加圧供給部30でのインクの圧力(インクの供給圧力)は、印刷時における液体吐出ヘッド26内の圧力がノズルN内のメニスカスの負側の耐圧よりも下がらないように大きく設定しておく必要がある。弁装置40でインクのリークが発生している場合には、印刷待機時における液体吐出ヘッド26内の圧力は、加圧供給部30でのインクの圧力とほぼ等しくなり、印刷時における液体吐出ヘッド26内の圧力は、加圧供給部30でのインクの圧力から流路全体の圧力損失分を引き算した圧力となる。流路全体の圧力損失分は、インクの吐出量が少ないほど低くなり、インクの吐出量が多いほど高くなる。したがって、この場合、弁装置40でインクのリークが発生している場合には、印刷データGにおいてインクの吐出量が少ないほど、加圧供給部30でのインクの圧力の低減率を大きくしても印刷することができ、印刷データGにおいてインクの吐出量が多いほど、加圧供給部30でのインクの圧力の低減率を小さくしなければ印刷できなくなる。
そこで、第4実施形態では、印刷データGによるインクの吐出量(消費量)が多いほど、加圧供給部30によるインクの供給圧力を高くし、印刷データGによるインクの吐出量が少ないほど、加圧供給部30によるインクの供給圧力を低くする。印刷データGのインクの吐出量は、媒体12の単位面積に対する単位時間当たりのインクの吐出量(印刷デューティー)である。なお、印刷データGのインクの吐出量としては、これに限られず、単位時間当たりの平均吐出量であってもよく、単位時間当たりの吐出量の中央値であってもよい。印刷データGによるインクの吐出量は、各吐出部266ごとに判別してもよい。
第4実施形態において図2の制御部50は、受信部53から受信した印刷データGによるインクの吐出量を判別し、インクの吐出量に応じて加圧供給部30によるインクの圧力を制御する。加圧供給部30によるインクの供給圧力は、例えば図7の加圧機構32や加圧低減機構35、図8の負圧解除機構27、図10の加圧低減機構35などによって制御することができる。
図13は、第4実施形態の液体吐出装置10の印刷時の制御を示すフローチャートである。図13に示すように、ステップS41にて受信部53が印刷データGを受信すると、ステップS42にて制御部50は、印刷データGの内容に応じて加圧供給部30によるインクの供給圧力を制御して印刷を行う。具体的には、制御部50は、印刷データGからインクの吐出量を判別し、そのインクの吐出量に応じて、例えば図7の加圧機構32によって、加圧供給部30によるインクの供給圧力を制御して、圧電素子74を駆動する。そして、ステップS43にて制御部50は、印刷が終了したか否かを判断し、印刷が終了したと判断していないと場合には、ステップS41にて次の印刷データGを受信する。ステップS43にて制御部50は、印刷が終了したと判断した場合には、印刷処理を終了する。
このように、第4実施形態によれば、印刷データGの内容に応じて加圧供給部30によるインクの供給圧力を制御することで、弁装置40の閉塞不良などによるインクのリークが発生していても、振動板73のクラックを抑制しながら、圧電素子74を駆動することができる。また、液体吐出ヘッド26内の圧力を低減するために、加圧供給部30によるインクの供給圧力を低減し過ぎてしまって印刷できなくなることを抑制できる。したがって、振動板73におけるクラックの発生を抑制しつつ、印刷可能な印刷データGの範囲を広げることができる。
なお、印刷待機時(印刷データGの受信前)には、加圧供給部30によってインクを加圧しなかったり、印刷時よりも加圧を緩めたりしておき、印刷前に加圧するようにしてもよい。また、印刷データGがない場合には、加圧供給部30によるインクの供給圧力をゼロとしてもよい。このようにすることで、弁装置40でインクのリークを抑制するための予防策にもなる。また、第4実施形態において、印刷データGの内容によって、加圧供給部30によるインクの供給圧力を制御しつつ、第2実施形態のように液体吐出ヘッド26内の圧力状態に応じて、圧電素子74の駆動を規制したり、液体吐出ヘッド26内の圧力を低減したりしてもよい。すなわち、弁装置40でインクのリークが発生したとき、液体吐出ヘッド26内のインクの圧力がノズルN内のメニスカスの正側の耐圧(例えば大気圧に対して1KPa)を超えないように、印刷待機時においてのみインクの供給圧力を十分に低減させておく。こうすることで、ノズルNからのインクの染み出しやボタ落ちを防ぐとともに、印刷データGを受信したとき(または印刷要求を受けたとき)は、必要最低限のインクの供給圧力を確保して印刷動作を行えるため、使用者が急な印刷動作の中断を強いられることなく印刷作業を完了することができる。
<変形例>
以上に例示した態様および実施形態は多様に変形され得る。具体的な変形の態様を以下に例示する。以下の例示や上述の態様から任意に選択された2以上の態様は、相互に矛盾しない範囲で適宜に併合され得る。
(1)上述した実施形態では、液体吐出ヘッド26を搭載したキャリッジ24をX方向に沿って反復的に往復させるシリアルヘッドを例示したが、液体吐出ヘッド26を媒体12の全幅にわたり配列したラインヘッドにも本発明を適用可能である。
(2)上述した実施形態では、圧力室に機械的な振動を付与する圧電素子を利用した圧電方式の液体吐出ヘッド26を例示したが、加熱により圧力室の内部に気泡を発生させる発熱素子を利用した熱方式の液体吐出ヘッドを採用することも可能である。
(3)上述した実施形態で例示した液体吐出装置10は、印刷に専用される機器のほか、ファクシミリ装置やコピー機等の各種の機器に採用され得る。もっとも、本発明の液体吐出装置10の用途は印刷に限定されない。例えば、色材の溶液を吐出する液体吐出装置は、液晶表示装置のカラーフィルターや有機EL(Electro Luminescence)ディスプレイ、FED(面発光ディスプレイ)等を形成する製造装置として利用される。また、導電材料の溶液を吐出する液体吐出装置は、配線基板の配線や電極を形成する製造装置として利用される。また、液体の一種として生体有機物の溶液を吐出するチップ製造装置としても利用される。
10…液体吐出装置、12…媒体、14…液体容器、142…カートリッジ、143…気体流路、144…大気開放弁、20…制御ユニット、202…制御装置、203…記憶装置、22…搬送機構、24…キャリッジ、26…液体吐出ヘッド、260…吐出面、261…流路、262…駆動部、264…液体吐出部、266…吐出部、27…負圧解除機構、270…チョーク弁、271…バッファー室、272…大気開放弁、273…可撓膜、274…流入口、275…流出口、276…気体流路、28…検出部、30…加圧供給部、31…流路、312…流路、32…加圧機構、321…バッファー室、322…大気開放弁、323…可撓膜、324…流入口、325…流出口、326…気体流路、327…バネ、33、34…逆止弁、35…加圧低減機構、351…バッファー室、352…大気開放弁、353…可撓膜、354…流入口、355…流出口、356…気体流路、357…バネ、36…排液弁、37…排液タンク、40…弁装置、42…支持体、422…凹部、424…凹部、44…可撓膜、46…可撓膜、462…可動部、47…弁体、472…基部、474…封止部、476…弁軸、48…弁座、49…受圧板、50…制御部、51…駆動信号生成部、52…判定部、53…受信部、60…操作パネル、62…表示部、71…流路基板、712…開口部、714…分岐流路、716…連通流路、72…圧力室基板、722…開口部、73…振動板、74…圧電素子、742…第1電極、744…圧電体、746…第2電極、75…支持体、754…導入流路、76…ノズル板、77…コンプライアンス部、772…可撓膜、774…支持板、776…開口部、78…固定板、782…開口部、a、b、c…端子、d…スイッチ、C…データテーブル、C…静電容量、COM…駆動信号、G…印刷データ、O…軸線、K…貫通孔、N…ノズル、P1、P2、P3、P4…ポンプ、R1…第1流路、R2…第2流路、S…封止面、Sa…液体室、Sb…空気室、S1…バネ、S2…バネ、SC…圧力室、SG…ダンパー室、SD…内部空間、SI…印刷信号、T…周期、V…駆動信号、V…電圧、VH…最大電位、VL…最小電位、VM…基準電位、VS…状態信号、W…駆動波形。

Claims (16)

  1. 駆動素子により振動板を振動させ、液体が充填される内部空間の圧力を変動させることで前記液体を吐出する液体吐出ヘッドと、
    前記液体吐出ヘッド内に前記液体を圧送する加圧供給部と、
    前記液体吐出ヘッド内の圧力状態に応じて、前記駆動素子の駆動を規制する制御部と、を備える
    液体吐出装置。
  2. 駆動素子により振動板を振動させ、液体が充填される内部空間の圧力を変動させることで前記液体を吐出する液体吐出ヘッドと、
    前記液体吐出ヘッド内に前記液体を圧送する加圧供給部と、
    前記液体吐出ヘッド内の圧力状態に応じて、前記液体の圧力を低減する制御を行う制御部と、を備える
    液体吐出装置。
  3. 駆動素子により振動板を振動させ、液体が充填される内部空間の圧力を変動させることで前記液体を吐出する液体吐出ヘッドと、
    前記液体吐出ヘッド内に前記液体を圧送する加圧供給部と、
    印刷データを受信する受信部と、
    前記印刷データの受信により、前記液体の圧力を低減する制御を行う制御部と、を備える
    液体吐出装置。
  4. 駆動素子により振動板を振動させ、液体が充填される内部空間の圧力を変動させることで前記液体を吐出する液体吐出ヘッドと、
    前記液体吐出ヘッド内に前記液体を圧送する加圧供給部と、
    印刷データを受信する受信部と、
    受信した前記印刷データの内容に応じて、前記液体の供給圧力を制御する制御部と、を備える
    液体吐出装置。
  5. 前記液体吐出ヘッド内の圧力状態は、前記駆動素子の駆動による残留振動から検出される
    請求項1または請求項2に記載の液体吐出装置。
  6. 前記液体吐出ヘッド内の圧力状態は、前記液体の流路における壁面の一部を構成する可撓膜の変位から検出される
    請求項1または請求項2に記載の液体吐出装置。
  7. 前記可撓膜は、前記液体の流路の圧力変化を緩和するための膜である
    請求項6に記載の液体吐出装置。
  8. 前記可撓膜は、前記液体の流路内の圧力変化を発生するための膜である
    請求項6に記載の液体吐出装置。
  9. 前記液体の流路の途中に、前記流路を開閉する弁装置を備え、
    前記弁装置は、前記加圧供給部に連通する第1流路と前記液体吐出ヘッドに連通する第2流路とを開閉する弁体と、前記弁体を可動する可撓膜を有する
    請求項1から請求項8の何れかに記載の液体吐出装置。
  10. 前記液体吐出ヘッド内の圧力状態は、前記弁装置の可撓膜の変位から検出される
    請求項9に記載の液体吐出装置。
  11. 前記液体吐出ヘッド内の圧力に応じて開閉する制御弁を備え、
    前記制御弁が開くと、前記液体吐出ヘッド内の圧力が低減する
    請求項1から請求項10の何れかに記載の液体吐出装置。
  12. 前記制御部は、前記液体吐出ヘッド内の圧力状態に応じて、前記駆動素子の駆動の規制または前記液体の圧力を低減する制御を行う
    請求項3または請求項4に記載の液体吐出装置。
  13. 液体吐出装置の制御方法であって、
    前記液体吐出装置は、
    駆動素子により振動板を振動させ、液体が充填される内部空間の圧力を変動させることで前記液体を吐出する液体吐出ヘッドと、
    前記液体吐出ヘッド内に前記液体を圧送する加圧供給部と、を備え、
    前記液体吐出ヘッド内の圧力状態の変化に応じて、前記駆動素子の駆動を制御する
    液体吐出装置の制御方法。
  14. 液体吐出装置の制御方法であって、
    前記液体吐出装置は、
    駆動素子により振動板を振動させ、液体が充填される内部空間の圧力を変動させることで前記液体を吐出する液体吐出ヘッドと、
    前記液体吐出ヘッド内に前記液体を圧送する加圧供給部と、を備え、
    前記液体吐出ヘッド内の圧力状態に応じて、前記液体の圧力を低減する制御を行う
    液体吐出装置の制御方法。
  15. 液体吐出装置の制御方法であって、
    前記液体吐出装置は、
    駆動素子により振動板を振動させ、液体が充填される内部空間の圧力を変動させることで前記液体を吐出する液体吐出ヘッドと、
    前記液体吐出ヘッド内に前記液体を圧送する加圧供給部と、
    印刷データを受信する受信部と、を備え、
    前記印刷データの受信により、前記液体の圧力を低減する制御を行う
    液体吐出装置の制御方法。
  16. 液体吐出装置の制御方法であって、
    前記液体吐出装置は、
    駆動素子により振動板を振動させ、液体が充填される内部空間の圧力を変動させることで前記液体を吐出する液体吐出ヘッドと、
    前記液体吐出ヘッド内に前記液体を圧送する加圧供給部と、
    印刷データを受信する受信部と、を備え、
    受信した前記印刷データの内容に応じて、前記液体の供給圧力を制御する
    液体吐出装置の制御方法。
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