JP2020152012A - 液体吐出装置、制御方法、及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】複数ヘッドで液滴吐出量の違いが生じた場合であっても液滴吐出量の減少を抑制できるようにすること。【解決手段】液体に圧力を付与して液体を吐出する複数の液体吐出ヘッドと、前記複数の液体吐出ヘッドに液体を供給するポンプと、前記ポンプの圧力を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記複数の液体吐出ヘッドの中から最も吐出量が多い液体吐出ヘッドの吐出量を特定し、該吐出量に基づいて、前記ポンプの圧力を制御する。【選択図】図６

Description

本発明は、液体吐出装置、制御方法、及びプログラムに関する。

従来、インクジェットプリンタを一例として、液体吐出ヘッド又は液体吐出ユニットを備え、液体吐出ヘッドを駆動させて液体を吐出させる液体吐出装置が知られている。液体吐出装置には、液体が付着可能なものに対して液体を吐出することが可能な装置だけでなく、液体を気中や液中に向けて吐出する装置も含まれる。

インクジェットプリンタ等のインク循環型プリントヘッドにおいて、液滴吐出量はインク循環流量と、供給流路側からの供給量と、循環流路側からの供給量とにより決定される。循環流路側からの供給量がインク循環流量を定常的に超えたとき、逆流と呼ばれる現象が発生し、液滴吐出量が狙いよりも少なくなる不都合がある。

その解決のため、単ヘッドの液滴吐出量に応じてインクの循環量を制御するインクジェットヘッドの構成が知られている（例えば、特許文献１等を参照）。これにより、インク循環型プリントヘッドの液滴吐出において、単ヘッドの液滴吐出量に応じてインクの循環量を制御し、再生又は破棄させる循環インク量を減少させることができる。

しかしながら、従来の単ヘッドに対して流量を抑制する制御では、２ヘッド以上の場合に機能追加のためにコストが大幅にかかってしまい、機能を実現する部分を設置するスペースも必要となる。そこで、コストも抑えつつ、省スペースで２ヘッド以上を制御するシステムを考慮すると、一つの制御システムで２ヘッド以上を制御しなければならない。

その場合、吐出量の多いヘッドと少ないヘッドとが混在するような状態がある場合、吐出量の多いヘッドでは循環流路側からの供給量がインク循環量を上回って逆流が生じ、吐出量が少なくなってしまう。また、逆流を防止するために循環量をあらかじめ多く設定しておくと、ヘッドの構成部材の接着剤による接合部分への加圧効果が高まり、ヘッドの寿命が縮む可能性がある。このように、２ヘッド以上の場合、流量を適切に設定し、逆流による吐出量の減少を抑制することができないという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複数ヘッドで液滴吐出量の違いが生じた場合であっても液滴吐出量の減少を抑制できるようにすることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、液体に圧力を付与して液体を吐出する複数の液体吐出ヘッドと、前記複数の液体吐出ヘッドに液体を供給するポンプと、前記ポンプの圧力を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記複数の液体吐出ヘッドの中から最も吐出量が多い液体吐出ヘッドの吐出量を特定し、該吐出量に基づいて、前記ポンプの圧力を制御することを特徴とする。

本発明によれば、複数ヘッドで液滴吐出量の違いが生じた場合であっても液滴吐出量の減少を抑制することができるという効果を奏する。

図１は、一実施形態にかかる液体吐出装置の構成例を示すブロック図である。 図２は、インクの供給系の構成例を示す図（１）である。 図３は、インクの供給系の構成例を示す図（２）である。 図４は、ヘッドの構成例を示す断面図である。 図５Ａは、インクの流れの状態の例を示す図（１）である。 図５Ｂは、インクの流れの状態の例を示す図（２）である。 図５Ｃは、インクの流れの状態の例を示す図（３）である。 図５Ｄは、インクの流れの状態の例を示す図（４）である。 図６は、インクの循環量の制御のための制御部の構成例を示す図である。 図７は、制御部の処理例を示すフローチャートである。

以下に添付図面を参照して、液体吐出装置、制御方法、及びプログラムの実施の形態を詳細に説明する。

図１は、一実施形態にかかる液体吐出装置１の構成例を示すブロック図である。図１において、液体吐出装置１は制御部５００を備えている。

制御部５００は、装置全体の制御を司るＣＰＵ（Central Processing Unit）５０１と、ＣＰＵ５０１が実行するプログラムを含む各種プログラムなどの固定データを格納するＲＯＭ（Read Only Memory）５０２と、画像データ等を一時格納するＲＡＭ（Random Access Memory）５０３とで構成される主制御部５００Ａを備えている。また、制御部５００は、装置の電源が遮断されている間もデータを保持するための書き換え可能な不揮発性メモリ５０４（ＮＶＲＡＭ）を備えている。

制御部５００は、画像データに対する各種信号処理、並び替え等を行う画像処理やその他の制御を行うための入出力信号を処理するＡＳＩＣ５０５を備えるとともに、ホストＩ／Ｆ（Interface）５０６を介してプリンタドライバ５９０との間でデータの送受信を行う。

制御部５００は、ヘッドユニット５０の各ヘッドを駆動制御するためのデータ転送手段、駆動信号発生手段、バイアス電圧出力手段を含む印刷制御部５０８と、ヘッドユニット５０を駆動するためのヘッドドライバ（駆動ＩＣ）５０９とを備えている。

制御部５００は、電磁弁群５５０を駆動制御する電磁弁制御部５１０を備えている。制御部５００は、送液ポンプ２０２を駆動制御する供給系制御部５１１を備えている。制御部５００は、コンプレッサ２２５、真空ポンプ２１５、レギュレータ２１３を駆動制御する圧力系制御部５１２を備えている。

制御部５００は、Ｉ／Ｏ（Input/Output）部５１３を有している。Ｉ／Ｏ部５１３は、様々のセンサ情報を処理することができ、圧力センサ２３３の検知結果、各種のセンサ群５１５からの情報を取得する。そして、装置の制御に必要な情報を抽出し、印刷制御部５０８や電磁弁制御部５１０、供給系制御部５１１、圧力系制御部５１２による制御などに使用する。また、制御部５００には、この装置に必要な情報の入力及び表示を行うための操作パネル５１４が接続されている。

図２は、インクの供給系の構成例を示す図である。図２において、インクの供給系は、メインタンク３１０と、中間タンク３１２と、メインタンク３１０から中間タンク３１２にインクを供給する加圧ダイアフラムポンプ３１１とを備えている。また、インクの供給系は、ヘッド３１７〜３１９と接続された加圧マニホールド３１５と、ヘッド３１７〜３１９と接続された減圧マニホールド３１６とを備えている。ヘッド３１７〜３１９は、前述のヘッド１００に対応している。

また、インクの供給系は、中間タンク３１２から加圧マニホールド３１５へインクを供給するための加圧ダイアフラムポンプ３１３と、減圧マニホールド３１６から中間タンク３１２にインクを供給するための減圧ダイアフラムポンプ３１４とを備えている。加圧マニホールド３１５からヘッド３１７〜３１９へインクを供給し、減圧マニホールド３１６で減圧することでインクを循環させることができる。

図３は、インクの供給系の他の構成例を示す図であり、加圧ダイアフラムポンプに代えてチュービングポンプを用いたものである。チュービングポンプを用いることで、使用によりチューブが磨耗するが、磨耗箇所をずらして使用することで、ダイアフラムポンプに比べ高寿命化させて使用することができる。

図３において、インクの供給系は、メインタンク３２０と、中間タンク３２２と、メインタンク３２０から中間タンク３２２にインクを供給するチュービングポンプ３２１とを備えている。また、インクの供給系は、ヘッド３２７〜３２９と接続された加圧マニホールド３２５と、ヘッド３２７〜３２９と接続された減圧マニホールド３２６とを備えている。ヘッド３２７〜３２９は、前述のヘッド１００に対応している。

また、インクの供給系は、中間タンク３２２から加圧マニホールド３２５へインクを供給するためのチュービングポンプ３２３と、減圧マニホールド３２６から中間タンク３２２にインクを供給するためのチュービングポンプ３２４とを備えている。加圧マニホールド３２５からヘッド３２７〜３２９へインクを供給し、減圧マニホールド３２６で減圧することでインクを循環させることができる。

図４は、ヘッド１００の構成例を示す断面図である。図４において、ヘッド１００は、流路板１０２、１０３、１０４、１０５が積層された流路板１０１と、流路板１０５の上面に配置された振動板１０８と、この振動板１０８を駆動する圧電素子１０９と、ハウジング１１０とを備えている。流路板１０２の下面にはノズル板１０６が配置され、このノズル板１０６にはノズル１０７が設けられている。

図５Ａ〜図５Ｄは、インクの流れの状態の例を示す図である。図５Ａは、ノズル１０７からインクの吐出のない、循環のみのインクの流れを示しており、ｆ１→ｆ２→ｆ３→ｆ４の流れとなっている。この循環によるインクの流量をＱ_FTとする。

図５Ｂは、ノズル１０７からインクが吐出される場合におけるヘッド１００内でのインクの流れを示しており、ｆ１→ｆ２→ｆ３の流れと、ｆ４の流れとによりノズル１０７からインクが吐出される。供給流路側からの供給量（ｆ１→ｆ２→ｆ３の流れ）をＱ_{jet_in}、循環流路側からの供給量（ｆ４の流れ）をＱ_{jet_out}とする。吐出される流量はＱ_totalである。

図５Ｃは、Ｑ_FT ＞ Ｑ_{jet_out}の状態を示しており、逆流が生じていない状態である。この状態が定常的に続いている場合には、循環流路側のインクが充分に保持され、液滴吐出量が少なくなってしまうことはない。

図５Ｄは、Ｑ_FT ＜Ｑ_{jet_out}の状態を示しており、このとき循環側で逆流が発生する。この逆流が定常的に生じたとき、循環流路側のインクが枯渇し、液滴吐出量が少なくなってしまう。

図６は、インクの循環量の制御のための制御部６００の構成例を示す図である。図６において、制御部６００は、画像読み込み部６０１と、吐出量計算部６０２と、循環量決定部６０３と、インク循環量制御部６０４とを備えている。

画像読み込み部６０１は、プリンタドライバ５９０から送られた画像情報をもとに画像のデータを読み込み、画像のデータの終わりを判断する機能を有している。吐出量計算部６０２は、読み込んだ画像のデータから各ヘッドの１秒あたりの吐出量を計算する機能を有している。循環量決定部６０３は、吐出量計算部６０２で求められた２つ以上のヘッドの１秒当たりの最大吐出量を比較し、その中で１秒当たり最大となる吐出量に応じ、インクの循環量を決定する機能を有している。インク循環量制御部６０４は、循環量決定部６０３で決定された循環量を受け、かつメニスカス圧が一定となるように、供給系制御部５１１によりインク循環量を制御する機能を有している。

供給系制御部５１１は、インク循環量制御部６０４からの信号を受けて供給系のポンプの圧力を制御する。制御の対象となる主要なポンプは、図２においては、中間タンク３１２と加圧マニホールド３１５との間にある加圧ダイアフラムポンプ３１３と、中間タンク３１２と減圧マニホールド３１６との間にある減圧ダイアフラムポンプ３１４とである。図３においては、中間タンク３２２と加圧マニホールド３２５との間にあるチュービングポンプ３２３と、中間タンク３２２と減圧マニホールド３２６との間にあるチュービングポンプ３２４とである。

図７は、制御部６００の処理例を示すフローチャートである。図７において、画像読み込み部６０１は、プリンタドライバ５９０から送られた画像情報をもとに画像のデータを読み込み、画像のデータの終わりを判断する（ステップＳ１）。

次いで、吐出量計算部６０２は、読み込んだ画像のデータから各ヘッドの１秒あたりの吐出量を計算する（ステップＳ２）。

次いで、循環量決定部６０３は、吐出量計算部６０２で求められた２つ以上のヘッドの１秒当たりの最大吐出量を比較し、その中で１秒当たり最大となる吐出量に応じ、循環量を決定する（ステップＳ３）。

次いで、インク循環量制御部６０４は、循環量決定部６０３で決定された循環量を受け、かつメニスカス圧が一定となるように、供給系制御部５１１によりインク循環量の制御を開始する（ステップＳ４）。供給系制御部５１１は、インク循環量制御部６０４からの信号を受けて供給系のポンプの圧力を制御する。

インク循環量制御部６０４又は供給系制御部５１１は、記憶部（メモリ）に記憶された以下のようなテーブルに従い、供給系のポンプの圧力を制御する。すなわち、一定のメニスカス圧に対する、最大吐出量、循環量、正圧（加圧）、負圧（負圧）の関係に従い制御を行う。

次いで、制御部６００は、次の画像データがあるか否か判断し（ステップＳ５）、ある場合（ステップＳ５のＹｅｓ）には吐出量の計算（ステップＳ２）から処理を繰り返し、ない場合（ステップＳ５のＮｏ）には処理を終了する。

なお、図７の処理は、例えば、液体吐出装置１の制御部６００において実行されるプログラムによって実現される。そのプログラムは、例えば、ＲＯＭ等に予め組み込まれて提供される。また、そのプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して提供するように構成してもよい。さらに、そのプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成してもよい。また、そのプログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成してもよい。そのプログラムは、上述した制御部６００又はその構成要素（画像読み込み部６０１、吐出量計算部６０２、循環量決定部６０３、インク循環量制御部６０４等）を含むモジュール構成となっており、実際のハードウェアとしてはＣＰＵ（プロセッサ）が上記ＲＯＭからプログラムを読み出して実行することにより上記の各部が主記憶装置上にロードされ、制御部６００、画像読み込み部６０１、吐出量計算部６０２、循環量決定部６０３、インク循環量制御部６０４等が主記憶装置上に生成されるようになっている。

このように、複数の液体吐出ヘッドの中から最も吐出量が多い液体吐出ヘッドの吐出量を特定し、その吐出量に基づいて、供給系の機構のポンプの圧力を制御するようにしたので、複数ヘッドで液滴吐出量の違いが生じた場合であっても液滴吐出量の減少を抑制することができる。

以上、液体吐出装置として主としてインクジェットプリンタを例として説明したが、これに限られるものではない。

この液体吐出装置は、液体が付着可能なものの給送、搬送、排紙に係わる手段、その他、前処理装置、後処理装置なども含むことができる。

液体吐出装置として、例えば、インクを吐出させて用紙に画像を形成する装置である画像形成装置、立体造形物（三次元造形物）を造形するために、粉体を層状に形成した粉体層に造形液を吐出させる立体造形装置（三次元造形装置）がある。

また、液体吐出装置は、吐出された液体によって文字、図形等の有意な画像が可視化されるものに限定されるものではない。例えば、それ自体意味を持たないパターン等を形成するもの、三次元像を造形するものも含まれる。

上記「液体が付着可能なもの」とは、液体が少なくとも一時的に付着可能なものであって、付着して固着するもの、付着して浸透するものなどを意味する。具体例としては、用紙、記録紙、記録用紙、フィルム、布などの被記録媒体、電子基板、圧電素子などの電子部品、粉体層（粉末層）、臓器モデル、検査用セルなどの媒体であり、特に限定しない限り、液体が付着するすべてのものが含まれる。

上記「液体が付着可能なもの」の材質は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックスなど液体が一時的でも付着可能であればよい。

また、「液体」は、ヘッドから吐出可能な粘度や表面張力を有するものであればよく、特に限定されないが、常温、常圧下において、または加熱、冷却により粘度が３０ｍＰａ・ｓ以下となるものであることが好ましい。より具体的には、水や有機溶媒等の溶媒、染料や顔料等の着色剤、重合性化合物、樹脂、界面活性剤等の機能性付与材料、ＤＮＡ、アミノ酸やたんぱく質、カルシウム等の生体適合材料、天然色素等の可食材料、などを含む溶液、懸濁液、エマルジョンなどであり、これらは例えば、インクジェット用インク、表面処理液、電子素子や発光素子の構成要素や電子回路レジストパターンの形成用液、３次元造形用材料液等の用途で用いることができる。

液体を吐出するエネルギー発生源として、圧電アクチュエータ（積層型圧電素子及び薄膜型圧電素子）、発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いるサーマルアクチュエータ、振動板と対向電極からなる静電アクチュエータなどを使用するものが含まれる。

また、液体吐出装置は、液体吐出ヘッドと液体が付着可能なものとが相対的に移動する装置があるが、これに限定するものではない。具体例としては、液体吐出ヘッドを移動させるシリアル型装置、液体吐出ヘッドを移動させないライン型装置などが含まれる。

また、液体吐出装置としては他にも、用紙の表面を改質するなどの目的で用紙の表面に処理液を塗布するために処理液を用紙に吐出する処理液塗布装置、原材料を溶液中に分散した組成液をノズルを介して噴射させて原材料の微粒子を造粒する噴射造粒装置などがある。

また、本願において、画像形成、記録、印字、印写、印刷、造形等はいずれも同義語とする。

１ 液体吐出装置
５０ ヘッドユニット
１００ ヘッド
３１０、３２０ メインタンク
３１１、３１３ 加圧ダイアフラムポンプ
３１２、３２２ 中間タンク
３１４ 減圧ダイアフラムポンプ
３１５、３２５ 加圧マニホールド
３１６、３２６ 減圧マニホールド
３１７〜３１９ ヘッド
３２１、３２３、３２４ チュービングポンプ
５００ 制御部
５１１ 供給系制御部
６００ 制御部
６０１ 画像読み込み部
６０２ 吐出量計算部
６０３ 循環量決定部
６０４ インク循環量制御部

特開２００８−２５４１９６号公報

Claims (6)

1. 液体に圧力を付与して液体を吐出する複数の液体吐出ヘッドと、
   前記複数の液体吐出ヘッドに液体を供給するポンプと、
   前記ポンプの圧力を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記複数の液体吐出ヘッドの中から最も吐出量が多い液体吐出ヘッドの吐出量を特定し、該吐出量に基づいて、前記ポンプの圧力を制御する、
   液体吐出装置。
2. 前記制御部は、
   画像読み込み部と、
   前記複数の液体吐出ヘッドの各チャンネルの１秒あたりの吐出量を計算する計算部と、
   循環量を決定する決定部と、
   を備える、請求項１に記載の液体吐出装置。
3. メインタンクと、
   中間タンクと、
   前記メインタンクから前記中間タンクに液体を供給する加圧ダイアフラムポンプと、
   前記液体吐出ヘッドと接続された加圧マニホールドと、
   前記中間タンクから前記加圧マニホールドへ液体を供給するための加圧ダイアフラムポンプと、
   前記液体吐出ヘッドと接続された減圧マニホールドと、
   前記減圧マニホールドから前記中間タンクに液体を供給するための減圧ダイアフラムポンプと
   を備え、
   前記制御部は、前記画像読み込み部が読み込んだ画像から各チャンネルの１秒あたりの吐出量及び循環量を計算し、複数の前記液体吐出ヘッドの中から最も吐出量が多い液体吐出ヘッドの吐出量に基づいて、前記中間タンクと前記加圧マニホールドとの間にある前記加圧ダイアフラムポンプと、前記中間タンクと前記減圧マニホールドとの間にある前記減圧ダイアフラムポンプとの圧力を制御する、
   請求項２に記載の液体吐出装置。
4. メインタンクと、
   中間タンクと、
   前記メインタンクから前記中間タンクに液体を供給する加圧チュービングポンプと、
   前記液体吐出ヘッドと接続された加圧マニホールドと、
   前記中間タンクから前記加圧マニホールドへ液体を供給するための加圧チュービングポンプと、
   前記液体吐出ヘッドと接続された減圧マニホールドと、
   前記減圧マニホールドから前記中間タンクに液体を供給するための減圧チュービングポンプと
   を備え、
   前記制御部は、前記画像読み込み部が読み込んだ画像から各チャンネルの１秒あたりの吐出量及び循環量を計算し、複数の前記液体吐出ヘッドの中から最も吐出量が多い液体吐出ヘッドの吐出量に基づいて、前記中間タンクと前記加圧マニホールドとの間にある前記加圧チュービングポンプと、前記中間タンクと前記減圧マニホールドとの間にある前記減圧チュービングポンプとの圧力を制御する、
   請求項２に記載の液体吐出装置。
5. 液体に圧力を付与して液体を吐出する複数の液体吐出ヘッドと、前記複数の液体吐出ヘッドに液体を供給するポンプと、前記ポンプの圧力を制御する制御部と、を備えた液体吐出装置で実行される制御方法であって、
   前記制御部が、前記複数の液体吐出ヘッドの中から最も吐出量が多い液体吐出ヘッドの吐出量を特定する工程と、
   前記制御部が、前記吐出量に基づいて、前記ポンプの圧力を制御する工程と、
   を含む、制御方法。
6. 液体に圧力を付与して液体を吐出する複数の液体吐出ヘッドと、前記複数の液体吐出ヘッドに液体を供給するポンプと、前記ポンプの圧力を制御する制御部と、を備えた液体吐出装置で実行されるプログラムであって、
   前記制御部が、前記複数の液体吐出ヘッドの中から最も吐出量が多い液体吐出ヘッドの吐出量を特定する機能と、
   前記制御部が、前記吐出量に基づいて、前記ポンプの圧力を制御する機能と、
   をコンピュータに実現させるためのプログラム。

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