JP3794165B2 - インクジェットプリンタ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多数のノズルを配列して、それぞれのノズルからインク滴を吐出させて記録媒体に対する印刷を行うインクジェットプリンタの技術分野に属するものである。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェットプリンタにおいては、インクジェットヘッドのノズルの目詰まりや吐出不良が信頼性上の大きな課題となっている。ノズルやインクタンクから圧力室内に気泡が混入することにより、インクを適切に加圧できず吐出が不安定になったり、インクの乾燥等により生じた固形物により、インクの流れが妨げられたりするなど種々の弊害が生じて、インクジェットプリンタの性能の劣化を引き起こすことになる。よって、インクジェットヘッド内部への気泡や固形物の混入に対する何らかの対策を施す必要がある。
【０００３】
このような問題に対し、いわゆるパージ動作を行って対策する方法が知られている。すなわち、インクタンクからインクを供給して、インク流路とノズルにインクを循環させ、混入した気泡や固形物を強制的にノズル外部に排出するものである。これにより、ノズルの目詰まりや吐出不良が防止され、インク滴の吐出を安定に行うことが可能となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前述のパージ動作を行う場合、ノズル外部に排出させるために、大量のインクを使用する必要があり、いったん排出されたインクは再利用できず無駄になってしまうため、経済性の面では問題がある。また、排出されたインクが記録用紙やその周辺部を汚してしまうことも懸念される。従って、できるだけ無駄なく最小限のインク量で、パージ動作を行うことが望ましい。
【０００５】
しかし、最近のインクジェットプリンタは、ノズル数が増加する傾向にあるので、それら全てのノズルに対するパージ動作を行う場合には、インクを一層多く供給しなければならないと共に、インクを循環させる流路は長く複雑なものとなる。しかも、流路抵抗の影響で、パージ動作時のノズルにかかる圧力が一定にならず、各ノズルからのインク排出量に差が生じてしまう。これにより、インクタンク近くにあるノズルからは必要以上にインクが排出される一方、インクタンクの遠方にあるノズルからは十分に気泡や固形物が排出されないことになる。
【０００６】
このように、従来のインクジェットプリンタでは、多数のノズルに対してパージ動作を行わせようとするとき、全てのノズルに対して最適に動作させることが困難であるという問題点があった。
【０００７】
そこで、本発明はこのような問題に鑑みなされたものであり、多数のノズルに対してパージ動作を行う場合であっても、インクを無駄に消費することなく、しかもインクジェットヘッドの吐出性能を適切に回復させることができるインクジェットプリンタを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１にインクジェットプリンタは、インク供給口とインク排出口に連通する共通のマニホールドから複数のノズルにそれぞれ圧力室を介してインクを分配供給するヘッドユニットを複数個備えるインクジェットプリンタであって、前記各ヘッドユニットに供給するインクを蓄えるインクタンクと、前記インクタンクに連結され、前記各ヘッドユニットに供給されるインクが循環する流路となる循環往路と、前記各ヘッドユニットから排出されるインクが循環する流路となる循環復路と、前記循環往路と前記各ヘッドユニットのインク供給口の間を連通する複数の供給路と、前記各ヘッドユニットのインク排出口と前記循環復路の間を連通する複数の排出路と、前記インクタンクに蓄えられたインクを前記循環往路に給送すると共に、前記各ヘッドユニットを経由して前記循環復路から前記インクタンクにインクを回収して、インクを循環させるインク循環機構とを備え、前記供給路の前記循環往路側の連結点から前記排出路の前記循環復路側の連結点に至る流路におけるインクに対する流路抵抗を、前記ヘッドユニットが前記インクタンクと近接して配置される場合は大きくし、遠方に配置される場合は小さくすることを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、パージ動作を行う場合に、インクタンクに蓄えられたインクは、インク循環機構により循環往路に給送され、複数の供給路を通って各ヘッドユニットに到達する。そして、それぞれのヘッドユニットの共通のマニホールドから圧力室を介して複数のノズルにインクが分配供給され、気泡や固形物をインクと共に外部に排出する。その後、残りのインクは複数の排出路を通って循環復路に流れ込み、最終的にはインク循環機構によりインクタンクに回収される。
【００１０】
従って、前述のようにインクが循環することにより、それぞれのヘッドユニットにインクを供給する際に、流路抵抗の違いの影響を受けにくく、均一なインク量でパージが行われることになる。特に、各ヘッドユニットには並列にインクが流れ込むため、流路抵抗が大きいマニホールド等を何回も通りパージの際のインク圧力を低下させる事態を避けられる。これにより、インクを無駄に消費することなく、多数のノズルに対する適切なパージ動作が実行される。
【００１１】
また、パージ動作を行う場合に、インクタンクから給送されたインクが循環往路からインクタンクに近接配置されたヘッドユニットに流れ込むときは、大きな流路抵抗で循環復路側に到達し、インクタンクの遠方に配置されたヘッドユニットに流れ込むときは、小さな流路抵抗で循環復路側に到達する。
【００１２】
従って、パージ動作に伴うインクの循環において、各ヘッドユニットの配置と構造で定まる流路抵抗のばらつきを、減少させるようにインク流路の流路抵抗を調整するので、各ヘッドユニットで用いるインク量が均一化され、パージ時のインクの無駄な消費を避けることができる。
【００１３】
【００１４】
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【００１８】
【００１９】
【００２０】
【００２１】
【００２２】
【００２３】
【００２４】
【００２５】
【００２６】
請求項２に記載のインクジェットプリンタは、請求項１に記載のインクジェットプリンタにおいて、前記複数のヘッドユニットは何れも同一構造であって、前記供給路の前記流路抵抗と前記排出路の前記流路抵抗の和を、前記ヘッドユニットが前記インクタンクと近接して配置される場合は大きくし、遠方に配置される場合は小さくすることを特徴とする。
【００２７】
この発明によれば、同一構造のヘッドユニットに対するパージ動作を行う場合に、インクタンクに近接配置されたヘッドユニットに流れ込むときは、流路抵抗の大きい供給路及び排出路を通過し、インクタンクの遠方に配置されたヘッドユニットに流れ込むときは、流路抵抗の小さい供給路及び排出路を通過しで循環復路側に到達する。
【００２８】
従って、パージ動作に伴うインクの循環において、各ヘッドユニットの配置で定まる流路抵抗のばらつきを、減少させるように供給路と排出路の流路抵抗を調整するので、各ヘッドユニットで用いるインク量が均一化され、パージ時のインクの無駄な消費を避けることができる。
【００２９】
請求項３に記載のインクジェットプリンタは、請求項２に記載のインクジェットプリンタにおいて、前記インクタンクに最も近接して配置される第１のヘッドユニットから順次遠方に離れて配置される第２乃至第ｎのヘッドユニットのｎ個のヘッドユニットを備え、隣接するヘッドユニット間で、前記供給路の前記循環往路側の連結点の間の前記流路抵抗をａ、前記排出路の前記循環復路側の連結点の間の前記流路抵抗をｂとして一致させ、各ヘッドユニットを配置すると共に、第１乃至第ｎのヘッドユニットに対する前記供給路の前記流路抵抗と前記排出路の前記流路抵抗の和をそれぞれＲ1乃至Ｒnとするとき、Ｒ1乃至Ｒn-1の中の任意の流路抵抗Ｒiが、
Ｒi ＝ （ｎ−ｉ）（ａ＋ｂ） ＋ Ｒi+1
の関係を満足することを特徴とする。
【００３０】
この発明によれば、１からｎの順でインクタンクから徐々に離れて配置されるｎ個の同一構造のヘッドユニットに対するパージ動作を行う場合に、ｉ番目のヘッドユニットにインクが流れ込むとき、その供給路と排出路の流路抵抗の和が上式の関係を満たすように設計されている。
【００３１】
従って、どのヘッドユニットにインクを供給する場合であっても、インクの循環に伴うトータルの流路抵抗は一定値に保たれるので、流路抵抗が異なることによる圧力の変動に起因して、供給されるインク量の不均一が生じることのないパージ動作が行われ、インクの無駄を最小限に抑えることができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明では、それぞれ複数のノズルを有するヘッドユニットを４つ設けて構成されたインクジェットプリンタに対して、本発明を適用した場合の実施の形態について説明する。
【００３３】
図１は、本発明の実施形態に係るインクジェットプリンタの全体構成を示す図である。図１に示すインクジェットプリンタは、４つのヘッドユニット１１、１２、１３、１４と、各ヘッドユニット１１乃至１４にそれぞれ対応する４つの供給路２１、２２、２３、２４と、４つの排出路３１、３２、３３、３４と、循環往路４と、循環復路５と、インクタンク６と、サブタンク７と、空気ポンプ８と、第１バルブ４１と、第２バルブ４２とを備えている。
【００３４】
図１の構成において、各ヘッドユニット１１乃至１４は、それぞれ共通のマニホールドと複数の圧力室及び複数のノズルを備えている。このように４つのヘッドユニット１１乃至１４を設けることは、１つのヘッドユニットに多数のノズルや圧力室を設けるよりも、製造上の歩留まりが向上する点で有利な構成である。なお、本実施形態においては、ヘッドユニット１１乃至１４が何れも同一構造である場合について説明を行う。
【００３５】
ここで、図２及び図３により、ヘッドユニット１１の構造について、より詳しく説明する。なお、ヘッドユニット１２乃至１４の場合もヘッドユニット１１と同様であるため、代表してヘッドユニット１１について説明する。
【００３６】
図２は、ヘッドユニット１１の分解斜視図である。図２に示すように、ヘッドユニット１１は、キャビティプレート１０１と、ノズルプレート１０２と、圧電素子１０３と、ダイヤフラム１０４を接着して一体化したものである。
【００３７】
キャビティプレート１０１には、側壁で仕切られた複数の圧力室１０５が形成され、それぞれ共通のマニホールド１０９に連通しインクが流れ込むようになっている。そして、それぞれの圧力室１０５は、ノズルプレート１０２に形成された複数のノズル１０６に連通し、各圧力室１０５にて加圧されたインクは、各ノズル１０６から吐出されるようになっている。
【００３８】
また、キャビティプレート１０１上部の開口側の全体を覆って、ダイヤフラム１０４が接合され、更にその上部には圧電素子１０３が接合されている。圧電素子１０３とダイヤフラム１０４には、マニホールド１０９上部において、供給口１０７と排出口１０８が形成されている。そして、供給口１０７が前述の供給路２１に、排出口１０８が前述の排出路３１にそれぞれ連通され、マニホールド１０９がインクの循環路の一部となるよう構成されている。
【００３９】
なお、図２では、簡単のため、ヘッドユニット１１に圧力室１０５とノズル１０６がそれぞれ１２個づつ設けられているが、実際には、より多数の圧力室１０５とノズル１０６を設けてヘッドユニット１１を構成することが可能である。
【００４０】
図３（ａ）は、ヘッドユニット１１のＸ−Ｘ断面図である。下部のキャビティプレート１０１の上面側に、圧電素子１０３が桁部をキャビティプレート１０１の各側壁に重なるよう配置され、間にダイヤフラム１０４が挟まる構造となっている。また各圧力室１０５の上部には、圧電素子１０３の内部電極１１０を埋め込んだ桁部が重なる配置となっている。なお、圧電素子１０３の少なくとも桁部はそれぞれ分極が施されており、本実施形態では各桁部が図３（ａ）の図面下向きの方向に分極がなされている。
【００４１】
そして、図示しない駆動回路により、前記桁部にその分極方向と同方向の電界がかかるように、内部電極１１０に駆動電圧を印加すると、図３（ｂ）に示すように、ダイヤフラム１０４の各圧力室１０５の上部を下に凸状に変形させる。これにより、各圧力室１０５の容積を減少させ、インクの圧力を上昇させることができ、その結果、各ノズル１０６からインクを吐出させることができる。
【００４２】
なお、パージ動作時には、圧電素子１０５の駆動は行われずに、供給口３１を介して強制的に供給される大量のインクの一部が、各圧力室１０５を経由して各ノズル１０６から気泡や固形物と共に排出される。このとき、各ノズル１０６の外部に、メインテナンスペーパー等を設置して、排出されたインクを拭き取るようにしてもよい。
【００４３】
さて、図１において、インクタンク６は各ヘッドユニット１１乃至１４による印字やパージ動作の際に使用するインクを蓄える容器である。インクタンク６は、連結される循環往路４にインクを供給すると共に、第１バルブ４１を介してサブタンク７に連通され、循環したインクをここから回収する。
【００４４】
空気ポンプ８は、インクタンク６に接続され、インクタンク６の上部の空気層を加圧する加圧手段である。空気ポンプ８による加圧を行うと、インクタンク６内のインクの圧力が高まり、循環往路４にインクが圧送されてインクの循環が行われる。
【００４５】
循環往路４は、インクタンク６から圧送されるインクが循環する流路であり、各ヘッドユニット１１乃至１４にインクを供給するため、各供給路２１乃至２４にそれぞれ連通されている。循環往路４から各供給路２１乃至２４が連通される連結点までは、供給路２１、２２、２３、２４の順でインクタンク６から遠ざかっていくような配置となっている。
【００４６】
循環復路５は、各ヘッドユニット１１乃至１４から排出されたインクを再び循環させる流路であり、各排出路３１乃至３４にそれぞれ連通されている。循環復路５から各排出路３１乃至３４が連通される連結点までは、循環往路４の場合と同様、排出路３１、３２、３３、３４の順でインクタンク６から遠ざかっていく配置となっている。また、循環復路５は、第２バルブ４２を介してサブタンク７に連通されている。
【００４７】
サブタンク７は、各ヘッドユニット１１乃至１４を経由して循環されたインクをいったん蓄えておく容器である。そして、適宜のタイミングにて第１バルブを介して、サブタンク７に蓄えられたインクがインクタンク６に戻され、再度の循環に供される。
【００４８】
前述したように、第１バルブ４１はインクタンク６とサブタンク７の間に、第２バルブ４２は循環復路５とサブタンク７の間にそれぞれ挿入され、インクを通過あるいは遮断することができ、図示しない制御手段により開閉が制御される。
【００４９】
このように構成されたインクジェットプリンタにおいて、パージ動作を実行する場合の手順を説明する。
【００５０】
まず、前記制御手段により、第１バルブ４１を閉じ、第２バルブ４２を開いた状態とする。これにより、インクタンク６から循環復路５側へのインクの逆流を防いで、インクを循環させる方向が定まる。
【００５１】
そして、この状態で空気ポンプ８を作動させて、インクタンク６内のインクを加圧し、インクを循環往路４に圧送する。その後、インクは各供給路２１乃至２４を経て、各ヘッドユニット１１乃至１４に到達し、前述のようにノズル１０６から一部のインクが排出される。残りのインクは、各排出路３１乃至３４を経て、循環復路５を通過し、第２バルブ４２を介してサブタンク７に回収される。このようにして、インクタンク６からサブタンク７に至るインクの循環が行われる。
【００５２】
その後、適当なタイミングで、前記制御手段により第１バルブ４１を開き、第２バルブ４２を閉じた状態として、開閉の状態が切り換えられる。すると、前述のようなインクの循環は停止して、サブタンク７に回収されたインクが、第１バルブ４１を介してインクタンク６に流れ込む。そのため、消費したインクを再度使用することが可能となる。
【００５３】
なお、図１に示す構成では、空気ポンプ８を用いてインクタンク６内の空気を加圧することによりインクを循環させるが、加圧を行わず、例えば歯車ポンプやチューブポンプ等でインクを強制的に循環させてインク循環機構を構成してもよい。
【００５４】
次に、本実施形態に係るインクジェットプリンタにおいて、インクを循環させる際の、インクに対する流路抵抗について説明する。前述のパージ動作を最適に行うためには、各ヘッドユニット１１乃至１４に供給されるインク量をほぼ等しくする必要がある。以下では、各ヘッドユニット１１乃至１４の間で、流れるインク量を等しくするための流路抵抗の設計条件について説明する。
【００５５】
ここで、流路の流路抵抗をＲ（kgf・s/cm5）、単位時間あたりの流量をＱ（cc/s）、圧力損失をΔＰ（kgf/cm2）としたとき、これらの間には、
【数２】
ΔＰ＝ＱＲ
の関係が成り立つ。また、流路抵抗Ｒは、流路長に比例する。このように、流路抵抗は、これらの点で電気抵抗と同様の性質がある。
【００５６】
図４は、本実施形態に係るインクジェットプリンタのインク流路を等価な電気回路に置き換えて示す図である。図４では、圧力を電圧に、インク流を電流に、流路抵抗を電気抵抗に、それぞれ置き換えている。
【００５７】
図４において、空気ポンプ８により、インクに圧力Ｖが加えられたとき、各ヘッドユニット１１乃至１４を流れるインク流が、何れも等しくｉとなる条件を求める。このとき、インクタンク６から供給されるトータルのインク流は４ｉとなる。また、ヘッドユニット１１乃至１４は同一構造であるため、供給路２１乃至２４から排出路３１乃至３４までの流路抵抗を、何れもｃとおく。
【００５８】
そして、循環往路４では、供給路２１への連結部分から供給路２２への連結部分までの流路抵抗をａとし、同様に、供給路２２への連結部分と供給路２３への連結部分との間の流路抵抗、供給路２３への連結部分と供給路２４への連結部分との間の流路抵抗は、何れもａに一致させるようにする。また、循環復路５では、排出路３１との連結部分から排出路３２への連結部分までの流路抵抗をｂとし、同様に、排出路３２への連結部分と排出路３３への連結部分との間の流路抵抗、排出路３３への連結部分と排出路３４への連結部分との間の流路抵抗は、何れもｂに一致させるようにする。
【００５９】
更に、ヘッドユニット１１に対して、供給路２１の流路抵抗と排出路３１の流路抵抗の和をＲ１と表す。同様に、ヘッドユニット１２に対して、供給路２２の流路抵抗と排出路３２の流路抵抗の和をＲ２と表し、ヘッドユニット１３に対して、供給路２３の流路抵抗と排出路３３の流路抵抗の和をＲ３と表し、ヘッドユニット１４に対して、供給路２４の流路抵抗と排出路３４の流路抵抗の和をＲ４と表す。
【００６０】
以上の各値を用いて、図４の回路方程式を立てると、次のようになる。
【００６１】
【数３】
（Ｒ１＋ｃ）ｉ ＝ ３ａｉ＋（Ｒ２＋ｃ）ｉ＋３ｂｉ
（Ｒ２＋ｃ）ｉ ＝ ２ａｉ＋（Ｒ３＋ｃ）ｉ＋２ｂｉ
（Ｒ３＋ｃ）ｉ ＝ ａｉ＋（Ｒ４＋ｃ）ｉ＋ｂｉ
数３の方程式から、更に次の式が導かれる。
【００６２】
【数４】
Ｒ１ ＝ ３（ａ＋ｂ）＋Ｒ２
Ｒ２ ＝ ２（ａ＋ｂ）＋Ｒ３
Ｒ３ ＝ （ａ＋ｂ）＋Ｒ４
【００６３】
従って、前記流路抵抗Ｒ１乃至Ｒ４を数４の関係を満たすように設計することにより、各ヘッドユニット１１乃至１４に流れるインク流ｉを等しくすることができる。
【００６４】
なお、本実施形態では、ヘッドユニットを４つ設ける構成としたので、数４の３式を満足させればよいが、より一般的に、ｎ個のヘッドユニットを設ける構成とした場合を考える。このとき、前述したように、供給路への接続部分の流路抵抗が隣合うものどうし全てａ、排出路への接続部分の流路抵抗が隣合うものどうし全てｂとなることを前提として、１からＮ−１までの範囲の任意のｉに対し、次の式が導かれる。
【００６５】
【数５】
Ｒi ＝ （ｎ−ｉ）（ａ＋ｂ） ＋ Ｒi+1
【００６６】
ただし、数５において、Ｒiはｉ番目のヘッドユニットについての供給路と排出路の流路抵抗の和である。数５を満足させて複数のヘッドユニットを並べれば、何個ヘッドユニットがある場合であっても、全てのヘッドユニットに、均一なインク流ｉを流し込むことができる。
【００６７】
なお、本実施形態に係るインクジェットヘッドにおいて、より簡易に本発明の効果を達成するためには、数４に代えて、Ｒ１乃至Ｒ４をそれぞれ次に示す関係を満足させるように設計してもよい。
【００６８】
【数６】
Ｒ１＞Ｒ２＞Ｒ３＞Ｒ４
【００６９】
すなわち、各ヘッドユニット１１乃至１４を、インクタンク６に近接して配置されるものほど、供給路と排出路の流路抵抗の和が大きくなるようにするものである。この場合には、各ヘッドユニットに流れ込むインク流ｉは必ずしも一致せず、数４を満足させる場合と同等の効果は得られないが、例えばＲ１乃至Ｒ３を同一に設計する場合に比べれば、よりインク流ｉの差が減少する方向になるため、より良好なパージ動作を行うことができる。
【００７０】
なお、ｎ個のヘッドユニットを設ける構成の場合であっても、基本的に数６の関係は変わらず、単に番号の小さいヘッドユニットほど、すなわちインクタンク６に近接配置されたヘッドユニットほど、供給路と排出路の流路抵抗の和が大きくなるように設計すればよい。
【００７１】
以上のように、数５又は数６を満足させてインク流路を設計し、インクジェットプリンタを構成することにより、パージ動作時に各ヘッドユニットに供給されるインク量を均一あるいはほぼ均一にすることができるので、各ノズル１０６から外部に排出するインク圧を一定にでき、概ね同量のインクを用いてパージ動作が行われる。また、ヘッドユニットの数をより増加してインクジェットプリンタを構成した場合には、それぞれのインク量を均一にする必要性は一層高まるので、本発明を適用することにより更に顕著な効果が得られる。
【００７２】
なお、それぞれ同一の構造ではない複数のヘッドユニットを用いる場合には、流路抵抗Ｒ１乃至Ｒ４に、それぞれのヘッドユニット自体の流路抵抗を加えて、数５又は数６を満足させることにより、前述同様の効果が得られる。
【００７３】
更に、数５又は数６に関係を満足しない場合であっても、図１のようなインク流路を用いてインクジェットプリンタを構成すれば、各ヘッドユニット１１乃至１４のインク流を、ある程度均一にすることが可能である。すなわち、図１の構成においては、循環往路４から、並列に供給路２１乃至２４を介して、各ヘッドユニット１１乃至１４を経由し、更に排出路３１乃至３４を介して、循環復路５に達するので、複数のヘッドユニットを直列に通過してインクが循環することはない。インクタンク６から各供給路２１乃至２４に至るまでに通過する循環往路４の長さは各ヘッドユニット１１乃至１４毎に異なるが、この循環往路４の流路抵抗が、各ヘッドユニット１１乃至１４のマニホールド１０９などと比べ、はるかに小さくなるよう設計するのは可能である。よって、インク循環の際のトータルの流路抵抗に与える影響は小さく、各ヘッドユニット１１乃至１４をそれぞれ経由する場合のトータルの流路抵抗の違いはそれほど大きくならない。そのため、図１に示す構成を採用したインクジェットプリンタにおいては、各ヘッドユニット１１乃至１４のインク量をある程度均一にする効果が得られる。
【００７４】
次に、本発明の実施形態に対する種々の変形例について説明する。
【００７５】
（第１の変形例）
図５に示す第１の変形例は、前記実施形態に係るインクジェットプリンタにおける循環往路４から循環復路５に直接インクを流せるようにし、その間に第３バルブ４３を設ける構成としたものである。
【００７６】
図５の全体構成において、各ヘッドユニット１１乃至１４、各供給路２１乃至２４、各排出路３１乃至３４、インクタンク６、サブタンク７、空気ポンプ８、第１バルブ４１、第２バルブ４２については、図１の実施形態の場合と同様であるので説明を省略する。
【００７７】
図５に示す構成では、循環往路４と循環復路５が、図１に示す全体構成とは異なり、ヘッドユニット１１乃至１４を経由せずにインクを通過させるための流路が設けられ、その間に第３バルブ４３が接続される構成になっている。そして、第３バルブ４３も、第１バルブ４１、第２バルブ４２と同様、図示しない制御手段により開閉が制御される。第３バルブ４３を開いた状態にすることにより、各ヘッドユニット１１乃至１４を経由しない場合であっても、インクを循環させることが可能となる。
【００７８】
図５に示す構成を備えるインクジェットプリンタでは、循環往路４に存在する気泡や固形物を、第３バルブを開いて、直接循環復路５に通過させ、サブタンク７の側にインクと共に流し込むことができる。すなわち、各ヘッドユニット１１乃至１４には、これらの気泡や固形物が流れ込みにくくなるため、より良好な状態のインクを用いてパージ動作を行うことが可能となる。
【００７９】
（第２の変形例）
図６に示す第２の変形例は、図５の第１の変形例によるインクジェットプリンタに対し、各ヘッドユニット１１乃至１４の供給路の途中に、フィルタ５１乃至５４を設ける構成としたものである。なお、それ以外の構成については、図５に示す構成と同様である。
【００８０】
図６に示す構成では、循環往路４から各ヘッドユニット１１乃至１４にインクが循環するに先立って、フィルタ５１乃至５４を通り、インクのみが通過するが、気泡や固形物などの不要物は除去される。これにより、不要物の少ない状態の良好なインクを、各ヘッドユニット１１乃至１４に供給することができるため、各ノズル１０６の目詰まりや吐出不良を、起こりにくくすることができる。
【００８１】
次に、図５又は図６に示す全体構成によるインクジェットプリンタにおいて、パージ動作を実行する場合の手順を説明する。
【００８２】
まず、図示しない制御手段により、第１バルブ４１を閉じ、第２バルブ４２と第３バルブ４３を開いた状態とする。この状態で空気ポンプ８を作動させ、インクタンク６内のインクを加圧し、循環往路４にインクを圧送する。これにより、インクは、各ヘッドユニット１１乃至１４を経由する流路と、循環往路４から直接循環復路５に流れる流路の何れかでサブタンク７に至る。このとき、循環往路４から直接循環復路５に流れる場合は、流路が太く流れやすいため、循環往路４に存在する気泡や固形物があると、インクと共にその大部分が直接循環復路５に抜けて、サブタンク７に流れ込む。
【００８３】
次いで、前記制御手段により、第１バルブ４１と第２バルブ４２は状態を維持し、第３バルブ４３を閉じた状態に切り換える。すると、循環するインクは、各ヘッドユニット１１乃至１４の何れかを経由して流れ、前述のように複数のノズル１０６から、一部のインクを排出して、残りのインクが循環復路５を通ってサブタンク７に回収される。
【００８４】
次いで、前記制御手段により、第１バルブ４１と第２バルブ４２は状態を維持し、第３バルブ４３を再び開いた状態に切り換える。これにより、パージ動作により循環復路５に排出されたインクを、残存する気泡や固形物と共に、より大きな流量でサブタンク７に流し込むことができる。
【００８５】
最後に、適当なタイミングで、前記制御手段により第１バルブ４１を開き、第２バルブ４２を閉じた状態に切り換える。すると、前述のようなインクの循環は停止して、サブタンク７に回収されたインクが第１バルブ４１を介してインクタンク６に流れ込む。そのため、消費したインクを再度使用することが可能となる。
【００８６】
以上のような手順でパージ動作を適宜行わせることにより、各ヘッドユニット１１乃至１４のそれぞれのノズル１０６からの吐出状態を維持、回復させることができる。この際、各ヘッドユニット１１乃至１４の間では、使用されるインク量を均一にできるので、無駄なくインクが使用されると共に、全てのノズル１０６に十分にインクを供給して最適なパージ動作が行われる。
【００８７】
なお、以上述べた手順に限らず、第３バルブ４３を開いて行うパージ動作と、第３バルブ４３を閉じて行うパージ動作を適宜組み合わせることで、循環往路４、循環復路５、各マニホールド１０９内の気泡や固形物を排除できる手順であれば、よい。
【００８８】
以上説明した実施形態では、各ヘッドユニット１１乃至１４が物理的に別れている場合について説明したが、一体化されたヘッドユニットにおいて、マニホールド等のインク流路を分割して形成し、それぞれのインク流路から複数の圧力室、ノズルにインクを分配供給するように構成されたインクジェットプリンタに対しても、本発明を適用することが可能である。
【００８９】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、各ヘッドユニットに並列にインクが流れ込むので、流路抵抗の違いに影響されにくく、各ノズルでは、均一なインク量を用いてパージが行われる。よって、インクを無駄に消費せず、全てのノズルに対する適切なパージ動作が実行でき、吐出不良が少なく経済的なインクジェットプリンタを提供できる。
【００９０】
また、請求項１に記載の発明によれば、パージ動作に伴い、各ヘッドユニットの配置と構造で定まる流路抵抗のばらつきを減少させるよう、流路抵抗を調整するので、インクを無駄に消費することなく適切なパージ動作が実行でき、高性能かつ経済的なインクジェットプリンタを提供できる。
【００９１】
【００９２】
【００９３】
【００９４】
【００９５】
請求項２に記載の発明によれば、同一構造のヘッドユニットに対し、各ヘッドユニットの配置で定まる流路抵抗のばらつきを減少させるよう、流路抵抗を調整するので、インクを無駄に消費することなく適切なパージ動作が実行でき、高性能かつ経済的で、構成のシンプルなインクジェットプリンタを提供できる。
【００９６】
請求項３に記載の発明によれば、全てのヘッドユニットにインクを供給する際に、インクに対するトータルの流路抵抗を一定値に保つよう流路抵抗を調整するので、各ヘッドユニットに対し正確に均等なパージ動作を、インクの無駄を最小限に抑えつつ行い、一層高性能で経済的なインクジェットプリンタを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態に係るインクジェットプリンタの全体構成図である。
【図２】 本発明の実施形態に係るヘッドユニットの分解斜視図である
【図３】 本発明の実施形態に係るヘッドユニットの図２のＸ−Ｘ断面図であり、（ａ）が圧電素子に駆動電圧を印加しない場合、（ｂ）が圧電素子に駆動電圧を印加した場合の図である。
【図４】 本発明の実施形態に係るインクジェットプリンタのインク流路を等価な電気回路で置き換えて示す図である。
【図５】 本発明の実施形態に係るインクジェットプリンタの第１の変形例を示す全体構成図である。
【図６】 本発明の実施形態に係るインクジェットプリンタの第２の変形例を示す全体構成図である。
【符号の説明】
４…循環往路
５…循環復路
６…インクタンク
７…サブタンク
８…空気ポンプ
１１、１２、１３、１４…ヘッドユニット
２１、２２、２３、２４…供給路
３１、３２、３３、３４…排出路
４１…第１バルブ
４２…第２バルブ
４３…第３バルブ
５１、５２、５３、５４…フィルタ
１０１…キャビティプレート
１０２…ノズルプレート
１０３…圧電素子
１０４…ダイヤフラム
１０５…圧力室
１０６…ノズル
１０７…供給口
１０８…排出口
１０９…マニホールド
１１０…内部電極
【発明の属する技術分野】
本発明は、多数のノズルを配列して、それぞれのノズルからインク滴を吐出させて記録媒体に対する印刷を行うインクジェットプリンタの技術分野に属するものである。
【０００２】
【従来の技術】
インクジェットプリンタにおいては、インクジェットヘッドのノズルの目詰まりや吐出不良が信頼性上の大きな課題となっている。ノズルやインクタンクから圧力室内に気泡が混入することにより、インクを適切に加圧できず吐出が不安定になったり、インクの乾燥等により生じた固形物により、インクの流れが妨げられたりするなど種々の弊害が生じて、インクジェットプリンタの性能の劣化を引き起こすことになる。よって、インクジェットヘッド内部への気泡や固形物の混入に対する何らかの対策を施す必要がある。
【０００３】
このような問題に対し、いわゆるパージ動作を行って対策する方法が知られている。すなわち、インクタンクからインクを供給して、インク流路とノズルにインクを循環させ、混入した気泡や固形物を強制的にノズル外部に排出するものである。これにより、ノズルの目詰まりや吐出不良が防止され、インク滴の吐出を安定に行うことが可能となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前述のパージ動作を行う場合、ノズル外部に排出させるために、大量のインクを使用する必要があり、いったん排出されたインクは再利用できず無駄になってしまうため、経済性の面では問題がある。また、排出されたインクが記録用紙やその周辺部を汚してしまうことも懸念される。従って、できるだけ無駄なく最小限のインク量で、パージ動作を行うことが望ましい。
【０００５】
しかし、最近のインクジェットプリンタは、ノズル数が増加する傾向にあるので、それら全てのノズルに対するパージ動作を行う場合には、インクを一層多く供給しなければならないと共に、インクを循環させる流路は長く複雑なものとなる。しかも、流路抵抗の影響で、パージ動作時のノズルにかかる圧力が一定にならず、各ノズルからのインク排出量に差が生じてしまう。これにより、インクタンク近くにあるノズルからは必要以上にインクが排出される一方、インクタンクの遠方にあるノズルからは十分に気泡や固形物が排出されないことになる。
【０００６】
このように、従来のインクジェットプリンタでは、多数のノズルに対してパージ動作を行わせようとするとき、全てのノズルに対して最適に動作させることが困難であるという問題点があった。
【０００７】
そこで、本発明はこのような問題に鑑みなされたものであり、多数のノズルに対してパージ動作を行う場合であっても、インクを無駄に消費することなく、しかもインクジェットヘッドの吐出性能を適切に回復させることができるインクジェットプリンタを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１にインクジェットプリンタは、インク供給口とインク排出口に連通する共通のマニホールドから複数のノズルにそれぞれ圧力室を介してインクを分配供給するヘッドユニットを複数個備えるインクジェットプリンタであって、前記各ヘッドユニットに供給するインクを蓄えるインクタンクと、前記インクタンクに連結され、前記各ヘッドユニットに供給されるインクが循環する流路となる循環往路と、前記各ヘッドユニットから排出されるインクが循環する流路となる循環復路と、前記循環往路と前記各ヘッドユニットのインク供給口の間を連通する複数の供給路と、前記各ヘッドユニットのインク排出口と前記循環復路の間を連通する複数の排出路と、前記インクタンクに蓄えられたインクを前記循環往路に給送すると共に、前記各ヘッドユニットを経由して前記循環復路から前記インクタンクにインクを回収して、インクを循環させるインク循環機構とを備え、前記供給路の前記循環往路側の連結点から前記排出路の前記循環復路側の連結点に至る流路におけるインクに対する流路抵抗を、前記ヘッドユニットが前記インクタンクと近接して配置される場合は大きくし、遠方に配置される場合は小さくすることを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、パージ動作を行う場合に、インクタンクに蓄えられたインクは、インク循環機構により循環往路に給送され、複数の供給路を通って各ヘッドユニットに到達する。そして、それぞれのヘッドユニットの共通のマニホールドから圧力室を介して複数のノズルにインクが分配供給され、気泡や固形物をインクと共に外部に排出する。その後、残りのインクは複数の排出路を通って循環復路に流れ込み、最終的にはインク循環機構によりインクタンクに回収される。
【００１０】
従って、前述のようにインクが循環することにより、それぞれのヘッドユニットにインクを供給する際に、流路抵抗の違いの影響を受けにくく、均一なインク量でパージが行われることになる。特に、各ヘッドユニットには並列にインクが流れ込むため、流路抵抗が大きいマニホールド等を何回も通りパージの際のインク圧力を低下させる事態を避けられる。これにより、インクを無駄に消費することなく、多数のノズルに対する適切なパージ動作が実行される。
【００１１】
また、パージ動作を行う場合に、インクタンクから給送されたインクが循環往路からインクタンクに近接配置されたヘッドユニットに流れ込むときは、大きな流路抵抗で循環復路側に到達し、インクタンクの遠方に配置されたヘッドユニットに流れ込むときは、小さな流路抵抗で循環復路側に到達する。
【００１２】
従って、パージ動作に伴うインクの循環において、各ヘッドユニットの配置と構造で定まる流路抵抗のばらつきを、減少させるようにインク流路の流路抵抗を調整するので、各ヘッドユニットで用いるインク量が均一化され、パージ時のインクの無駄な消費を避けることができる。
【００１３】
【００１４】
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【００１８】
【００１９】
【００２０】
【００２１】
【００２２】
【００２３】
【００２４】
【００２５】
【００２６】
請求項２に記載のインクジェットプリンタは、請求項１に記載のインクジェットプリンタにおいて、前記複数のヘッドユニットは何れも同一構造であって、前記供給路の前記流路抵抗と前記排出路の前記流路抵抗の和を、前記ヘッドユニットが前記インクタンクと近接して配置される場合は大きくし、遠方に配置される場合は小さくすることを特徴とする。
【００２７】
この発明によれば、同一構造のヘッドユニットに対するパージ動作を行う場合に、インクタンクに近接配置されたヘッドユニットに流れ込むときは、流路抵抗の大きい供給路及び排出路を通過し、インクタンクの遠方に配置されたヘッドユニットに流れ込むときは、流路抵抗の小さい供給路及び排出路を通過しで循環復路側に到達する。
【００２８】
従って、パージ動作に伴うインクの循環において、各ヘッドユニットの配置で定まる流路抵抗のばらつきを、減少させるように供給路と排出路の流路抵抗を調整するので、各ヘッドユニットで用いるインク量が均一化され、パージ時のインクの無駄な消費を避けることができる。
【００２９】
請求項３に記載のインクジェットプリンタは、請求項２に記載のインクジェットプリンタにおいて、前記インクタンクに最も近接して配置される第１のヘッドユニットから順次遠方に離れて配置される第２乃至第ｎのヘッドユニットのｎ個のヘッドユニットを備え、隣接するヘッドユニット間で、前記供給路の前記循環往路側の連結点の間の前記流路抵抗をａ、前記排出路の前記循環復路側の連結点の間の前記流路抵抗をｂとして一致させ、各ヘッドユニットを配置すると共に、第１乃至第ｎのヘッドユニットに対する前記供給路の前記流路抵抗と前記排出路の前記流路抵抗の和をそれぞれＲ1乃至Ｒnとするとき、Ｒ1乃至Ｒn-1の中の任意の流路抵抗Ｒiが、
Ｒi ＝ （ｎ−ｉ）（ａ＋ｂ） ＋ Ｒi+1
の関係を満足することを特徴とする。
【００３０】
この発明によれば、１からｎの順でインクタンクから徐々に離れて配置されるｎ個の同一構造のヘッドユニットに対するパージ動作を行う場合に、ｉ番目のヘッドユニットにインクが流れ込むとき、その供給路と排出路の流路抵抗の和が上式の関係を満たすように設計されている。
【００３１】
従って、どのヘッドユニットにインクを供給する場合であっても、インクの循環に伴うトータルの流路抵抗は一定値に保たれるので、流路抵抗が異なることによる圧力の変動に起因して、供給されるインク量の不均一が生じることのないパージ動作が行われ、インクの無駄を最小限に抑えることができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明では、それぞれ複数のノズルを有するヘッドユニットを４つ設けて構成されたインクジェットプリンタに対して、本発明を適用した場合の実施の形態について説明する。
【００３３】
図１は、本発明の実施形態に係るインクジェットプリンタの全体構成を示す図である。図１に示すインクジェットプリンタは、４つのヘッドユニット１１、１２、１３、１４と、各ヘッドユニット１１乃至１４にそれぞれ対応する４つの供給路２１、２２、２３、２４と、４つの排出路３１、３２、３３、３４と、循環往路４と、循環復路５と、インクタンク６と、サブタンク７と、空気ポンプ８と、第１バルブ４１と、第２バルブ４２とを備えている。
【００３４】
図１の構成において、各ヘッドユニット１１乃至１４は、それぞれ共通のマニホールドと複数の圧力室及び複数のノズルを備えている。このように４つのヘッドユニット１１乃至１４を設けることは、１つのヘッドユニットに多数のノズルや圧力室を設けるよりも、製造上の歩留まりが向上する点で有利な構成である。なお、本実施形態においては、ヘッドユニット１１乃至１４が何れも同一構造である場合について説明を行う。
【００３５】
ここで、図２及び図３により、ヘッドユニット１１の構造について、より詳しく説明する。なお、ヘッドユニット１２乃至１４の場合もヘッドユニット１１と同様であるため、代表してヘッドユニット１１について説明する。
【００３６】
図２は、ヘッドユニット１１の分解斜視図である。図２に示すように、ヘッドユニット１１は、キャビティプレート１０１と、ノズルプレート１０２と、圧電素子１０３と、ダイヤフラム１０４を接着して一体化したものである。
【００３７】
キャビティプレート１０１には、側壁で仕切られた複数の圧力室１０５が形成され、それぞれ共通のマニホールド１０９に連通しインクが流れ込むようになっている。そして、それぞれの圧力室１０５は、ノズルプレート１０２に形成された複数のノズル１０６に連通し、各圧力室１０５にて加圧されたインクは、各ノズル１０６から吐出されるようになっている。
【００３８】
また、キャビティプレート１０１上部の開口側の全体を覆って、ダイヤフラム１０４が接合され、更にその上部には圧電素子１０３が接合されている。圧電素子１０３とダイヤフラム１０４には、マニホールド１０９上部において、供給口１０７と排出口１０８が形成されている。そして、供給口１０７が前述の供給路２１に、排出口１０８が前述の排出路３１にそれぞれ連通され、マニホールド１０９がインクの循環路の一部となるよう構成されている。
【００３９】
なお、図２では、簡単のため、ヘッドユニット１１に圧力室１０５とノズル１０６がそれぞれ１２個づつ設けられているが、実際には、より多数の圧力室１０５とノズル１０６を設けてヘッドユニット１１を構成することが可能である。
【００４０】
図３（ａ）は、ヘッドユニット１１のＸ−Ｘ断面図である。下部のキャビティプレート１０１の上面側に、圧電素子１０３が桁部をキャビティプレート１０１の各側壁に重なるよう配置され、間にダイヤフラム１０４が挟まる構造となっている。また各圧力室１０５の上部には、圧電素子１０３の内部電極１１０を埋め込んだ桁部が重なる配置となっている。なお、圧電素子１０３の少なくとも桁部はそれぞれ分極が施されており、本実施形態では各桁部が図３（ａ）の図面下向きの方向に分極がなされている。
【００４１】
そして、図示しない駆動回路により、前記桁部にその分極方向と同方向の電界がかかるように、内部電極１１０に駆動電圧を印加すると、図３（ｂ）に示すように、ダイヤフラム１０４の各圧力室１０５の上部を下に凸状に変形させる。これにより、各圧力室１０５の容積を減少させ、インクの圧力を上昇させることができ、その結果、各ノズル１０６からインクを吐出させることができる。
【００４２】
なお、パージ動作時には、圧電素子１０５の駆動は行われずに、供給口３１を介して強制的に供給される大量のインクの一部が、各圧力室１０５を経由して各ノズル１０６から気泡や固形物と共に排出される。このとき、各ノズル１０６の外部に、メインテナンスペーパー等を設置して、排出されたインクを拭き取るようにしてもよい。
【００４３】
さて、図１において、インクタンク６は各ヘッドユニット１１乃至１４による印字やパージ動作の際に使用するインクを蓄える容器である。インクタンク６は、連結される循環往路４にインクを供給すると共に、第１バルブ４１を介してサブタンク７に連通され、循環したインクをここから回収する。
【００４４】
空気ポンプ８は、インクタンク６に接続され、インクタンク６の上部の空気層を加圧する加圧手段である。空気ポンプ８による加圧を行うと、インクタンク６内のインクの圧力が高まり、循環往路４にインクが圧送されてインクの循環が行われる。
【００４５】
循環往路４は、インクタンク６から圧送されるインクが循環する流路であり、各ヘッドユニット１１乃至１４にインクを供給するため、各供給路２１乃至２４にそれぞれ連通されている。循環往路４から各供給路２１乃至２４が連通される連結点までは、供給路２１、２２、２３、２４の順でインクタンク６から遠ざかっていくような配置となっている。
【００４６】
循環復路５は、各ヘッドユニット１１乃至１４から排出されたインクを再び循環させる流路であり、各排出路３１乃至３４にそれぞれ連通されている。循環復路５から各排出路３１乃至３４が連通される連結点までは、循環往路４の場合と同様、排出路３１、３２、３３、３４の順でインクタンク６から遠ざかっていく配置となっている。また、循環復路５は、第２バルブ４２を介してサブタンク７に連通されている。
【００４７】
サブタンク７は、各ヘッドユニット１１乃至１４を経由して循環されたインクをいったん蓄えておく容器である。そして、適宜のタイミングにて第１バルブを介して、サブタンク７に蓄えられたインクがインクタンク６に戻され、再度の循環に供される。
【００４８】
前述したように、第１バルブ４１はインクタンク６とサブタンク７の間に、第２バルブ４２は循環復路５とサブタンク７の間にそれぞれ挿入され、インクを通過あるいは遮断することができ、図示しない制御手段により開閉が制御される。
【００４９】
このように構成されたインクジェットプリンタにおいて、パージ動作を実行する場合の手順を説明する。
【００５０】
まず、前記制御手段により、第１バルブ４１を閉じ、第２バルブ４２を開いた状態とする。これにより、インクタンク６から循環復路５側へのインクの逆流を防いで、インクを循環させる方向が定まる。
【００５１】
そして、この状態で空気ポンプ８を作動させて、インクタンク６内のインクを加圧し、インクを循環往路４に圧送する。その後、インクは各供給路２１乃至２４を経て、各ヘッドユニット１１乃至１４に到達し、前述のようにノズル１０６から一部のインクが排出される。残りのインクは、各排出路３１乃至３４を経て、循環復路５を通過し、第２バルブ４２を介してサブタンク７に回収される。このようにして、インクタンク６からサブタンク７に至るインクの循環が行われる。
【００５２】
その後、適当なタイミングで、前記制御手段により第１バルブ４１を開き、第２バルブ４２を閉じた状態として、開閉の状態が切り換えられる。すると、前述のようなインクの循環は停止して、サブタンク７に回収されたインクが、第１バルブ４１を介してインクタンク６に流れ込む。そのため、消費したインクを再度使用することが可能となる。
【００５３】
なお、図１に示す構成では、空気ポンプ８を用いてインクタンク６内の空気を加圧することによりインクを循環させるが、加圧を行わず、例えば歯車ポンプやチューブポンプ等でインクを強制的に循環させてインク循環機構を構成してもよい。
【００５４】
次に、本実施形態に係るインクジェットプリンタにおいて、インクを循環させる際の、インクに対する流路抵抗について説明する。前述のパージ動作を最適に行うためには、各ヘッドユニット１１乃至１４に供給されるインク量をほぼ等しくする必要がある。以下では、各ヘッドユニット１１乃至１４の間で、流れるインク量を等しくするための流路抵抗の設計条件について説明する。
【００５５】
ここで、流路の流路抵抗をＲ（kgf・s/cm5）、単位時間あたりの流量をＱ（cc/s）、圧力損失をΔＰ（kgf/cm2）としたとき、これらの間には、
【数２】
ΔＰ＝ＱＲ
の関係が成り立つ。また、流路抵抗Ｒは、流路長に比例する。このように、流路抵抗は、これらの点で電気抵抗と同様の性質がある。
【００５６】
図４は、本実施形態に係るインクジェットプリンタのインク流路を等価な電気回路に置き換えて示す図である。図４では、圧力を電圧に、インク流を電流に、流路抵抗を電気抵抗に、それぞれ置き換えている。
【００５７】
図４において、空気ポンプ８により、インクに圧力Ｖが加えられたとき、各ヘッドユニット１１乃至１４を流れるインク流が、何れも等しくｉとなる条件を求める。このとき、インクタンク６から供給されるトータルのインク流は４ｉとなる。また、ヘッドユニット１１乃至１４は同一構造であるため、供給路２１乃至２４から排出路３１乃至３４までの流路抵抗を、何れもｃとおく。
【００５８】
そして、循環往路４では、供給路２１への連結部分から供給路２２への連結部分までの流路抵抗をａとし、同様に、供給路２２への連結部分と供給路２３への連結部分との間の流路抵抗、供給路２３への連結部分と供給路２４への連結部分との間の流路抵抗は、何れもａに一致させるようにする。また、循環復路５では、排出路３１との連結部分から排出路３２への連結部分までの流路抵抗をｂとし、同様に、排出路３２への連結部分と排出路３３への連結部分との間の流路抵抗、排出路３３への連結部分と排出路３４への連結部分との間の流路抵抗は、何れもｂに一致させるようにする。
【００５９】
更に、ヘッドユニット１１に対して、供給路２１の流路抵抗と排出路３１の流路抵抗の和をＲ１と表す。同様に、ヘッドユニット１２に対して、供給路２２の流路抵抗と排出路３２の流路抵抗の和をＲ２と表し、ヘッドユニット１３に対して、供給路２３の流路抵抗と排出路３３の流路抵抗の和をＲ３と表し、ヘッドユニット１４に対して、供給路２４の流路抵抗と排出路３４の流路抵抗の和をＲ４と表す。
【００６０】
以上の各値を用いて、図４の回路方程式を立てると、次のようになる。
【００６１】
【数３】
（Ｒ１＋ｃ）ｉ ＝ ３ａｉ＋（Ｒ２＋ｃ）ｉ＋３ｂｉ
（Ｒ２＋ｃ）ｉ ＝ ２ａｉ＋（Ｒ３＋ｃ）ｉ＋２ｂｉ
（Ｒ３＋ｃ）ｉ ＝ ａｉ＋（Ｒ４＋ｃ）ｉ＋ｂｉ
数３の方程式から、更に次の式が導かれる。
【００６２】
【数４】
Ｒ１ ＝ ３（ａ＋ｂ）＋Ｒ２
Ｒ２ ＝ ２（ａ＋ｂ）＋Ｒ３
Ｒ３ ＝ （ａ＋ｂ）＋Ｒ４
【００６３】
従って、前記流路抵抗Ｒ１乃至Ｒ４を数４の関係を満たすように設計することにより、各ヘッドユニット１１乃至１４に流れるインク流ｉを等しくすることができる。
【００６４】
なお、本実施形態では、ヘッドユニットを４つ設ける構成としたので、数４の３式を満足させればよいが、より一般的に、ｎ個のヘッドユニットを設ける構成とした場合を考える。このとき、前述したように、供給路への接続部分の流路抵抗が隣合うものどうし全てａ、排出路への接続部分の流路抵抗が隣合うものどうし全てｂとなることを前提として、１からＮ−１までの範囲の任意のｉに対し、次の式が導かれる。
【００６５】
【数５】
Ｒi ＝ （ｎ−ｉ）（ａ＋ｂ） ＋ Ｒi+1
【００６６】
ただし、数５において、Ｒiはｉ番目のヘッドユニットについての供給路と排出路の流路抵抗の和である。数５を満足させて複数のヘッドユニットを並べれば、何個ヘッドユニットがある場合であっても、全てのヘッドユニットに、均一なインク流ｉを流し込むことができる。
【００６７】
なお、本実施形態に係るインクジェットヘッドにおいて、より簡易に本発明の効果を達成するためには、数４に代えて、Ｒ１乃至Ｒ４をそれぞれ次に示す関係を満足させるように設計してもよい。
【００６８】
【数６】
Ｒ１＞Ｒ２＞Ｒ３＞Ｒ４
【００６９】
すなわち、各ヘッドユニット１１乃至１４を、インクタンク６に近接して配置されるものほど、供給路と排出路の流路抵抗の和が大きくなるようにするものである。この場合には、各ヘッドユニットに流れ込むインク流ｉは必ずしも一致せず、数４を満足させる場合と同等の効果は得られないが、例えばＲ１乃至Ｒ３を同一に設計する場合に比べれば、よりインク流ｉの差が減少する方向になるため、より良好なパージ動作を行うことができる。
【００７０】
なお、ｎ個のヘッドユニットを設ける構成の場合であっても、基本的に数６の関係は変わらず、単に番号の小さいヘッドユニットほど、すなわちインクタンク６に近接配置されたヘッドユニットほど、供給路と排出路の流路抵抗の和が大きくなるように設計すればよい。
【００７１】
以上のように、数５又は数６を満足させてインク流路を設計し、インクジェットプリンタを構成することにより、パージ動作時に各ヘッドユニットに供給されるインク量を均一あるいはほぼ均一にすることができるので、各ノズル１０６から外部に排出するインク圧を一定にでき、概ね同量のインクを用いてパージ動作が行われる。また、ヘッドユニットの数をより増加してインクジェットプリンタを構成した場合には、それぞれのインク量を均一にする必要性は一層高まるので、本発明を適用することにより更に顕著な効果が得られる。
【００７２】
なお、それぞれ同一の構造ではない複数のヘッドユニットを用いる場合には、流路抵抗Ｒ１乃至Ｒ４に、それぞれのヘッドユニット自体の流路抵抗を加えて、数５又は数６を満足させることにより、前述同様の効果が得られる。
【００７３】
更に、数５又は数６に関係を満足しない場合であっても、図１のようなインク流路を用いてインクジェットプリンタを構成すれば、各ヘッドユニット１１乃至１４のインク流を、ある程度均一にすることが可能である。すなわち、図１の構成においては、循環往路４から、並列に供給路２１乃至２４を介して、各ヘッドユニット１１乃至１４を経由し、更に排出路３１乃至３４を介して、循環復路５に達するので、複数のヘッドユニットを直列に通過してインクが循環することはない。インクタンク６から各供給路２１乃至２４に至るまでに通過する循環往路４の長さは各ヘッドユニット１１乃至１４毎に異なるが、この循環往路４の流路抵抗が、各ヘッドユニット１１乃至１４のマニホールド１０９などと比べ、はるかに小さくなるよう設計するのは可能である。よって、インク循環の際のトータルの流路抵抗に与える影響は小さく、各ヘッドユニット１１乃至１４をそれぞれ経由する場合のトータルの流路抵抗の違いはそれほど大きくならない。そのため、図１に示す構成を採用したインクジェットプリンタにおいては、各ヘッドユニット１１乃至１４のインク量をある程度均一にする効果が得られる。
【００７４】
次に、本発明の実施形態に対する種々の変形例について説明する。
【００７５】
（第１の変形例）
図５に示す第１の変形例は、前記実施形態に係るインクジェットプリンタにおける循環往路４から循環復路５に直接インクを流せるようにし、その間に第３バルブ４３を設ける構成としたものである。
【００７６】
図５の全体構成において、各ヘッドユニット１１乃至１４、各供給路２１乃至２４、各排出路３１乃至３４、インクタンク６、サブタンク７、空気ポンプ８、第１バルブ４１、第２バルブ４２については、図１の実施形態の場合と同様であるので説明を省略する。
【００７７】
図５に示す構成では、循環往路４と循環復路５が、図１に示す全体構成とは異なり、ヘッドユニット１１乃至１４を経由せずにインクを通過させるための流路が設けられ、その間に第３バルブ４３が接続される構成になっている。そして、第３バルブ４３も、第１バルブ４１、第２バルブ４２と同様、図示しない制御手段により開閉が制御される。第３バルブ４３を開いた状態にすることにより、各ヘッドユニット１１乃至１４を経由しない場合であっても、インクを循環させることが可能となる。
【００７８】
図５に示す構成を備えるインクジェットプリンタでは、循環往路４に存在する気泡や固形物を、第３バルブを開いて、直接循環復路５に通過させ、サブタンク７の側にインクと共に流し込むことができる。すなわち、各ヘッドユニット１１乃至１４には、これらの気泡や固形物が流れ込みにくくなるため、より良好な状態のインクを用いてパージ動作を行うことが可能となる。
【００７９】
（第２の変形例）
図６に示す第２の変形例は、図５の第１の変形例によるインクジェットプリンタに対し、各ヘッドユニット１１乃至１４の供給路の途中に、フィルタ５１乃至５４を設ける構成としたものである。なお、それ以外の構成については、図５に示す構成と同様である。
【００８０】
図６に示す構成では、循環往路４から各ヘッドユニット１１乃至１４にインクが循環するに先立って、フィルタ５１乃至５４を通り、インクのみが通過するが、気泡や固形物などの不要物は除去される。これにより、不要物の少ない状態の良好なインクを、各ヘッドユニット１１乃至１４に供給することができるため、各ノズル１０６の目詰まりや吐出不良を、起こりにくくすることができる。
【００８１】
次に、図５又は図６に示す全体構成によるインクジェットプリンタにおいて、パージ動作を実行する場合の手順を説明する。
【００８２】
まず、図示しない制御手段により、第１バルブ４１を閉じ、第２バルブ４２と第３バルブ４３を開いた状態とする。この状態で空気ポンプ８を作動させ、インクタンク６内のインクを加圧し、循環往路４にインクを圧送する。これにより、インクは、各ヘッドユニット１１乃至１４を経由する流路と、循環往路４から直接循環復路５に流れる流路の何れかでサブタンク７に至る。このとき、循環往路４から直接循環復路５に流れる場合は、流路が太く流れやすいため、循環往路４に存在する気泡や固形物があると、インクと共にその大部分が直接循環復路５に抜けて、サブタンク７に流れ込む。
【００８３】
次いで、前記制御手段により、第１バルブ４１と第２バルブ４２は状態を維持し、第３バルブ４３を閉じた状態に切り換える。すると、循環するインクは、各ヘッドユニット１１乃至１４の何れかを経由して流れ、前述のように複数のノズル１０６から、一部のインクを排出して、残りのインクが循環復路５を通ってサブタンク７に回収される。
【００８４】
次いで、前記制御手段により、第１バルブ４１と第２バルブ４２は状態を維持し、第３バルブ４３を再び開いた状態に切り換える。これにより、パージ動作により循環復路５に排出されたインクを、残存する気泡や固形物と共に、より大きな流量でサブタンク７に流し込むことができる。
【００８５】
最後に、適当なタイミングで、前記制御手段により第１バルブ４１を開き、第２バルブ４２を閉じた状態に切り換える。すると、前述のようなインクの循環は停止して、サブタンク７に回収されたインクが第１バルブ４１を介してインクタンク６に流れ込む。そのため、消費したインクを再度使用することが可能となる。
【００８６】
以上のような手順でパージ動作を適宜行わせることにより、各ヘッドユニット１１乃至１４のそれぞれのノズル１０６からの吐出状態を維持、回復させることができる。この際、各ヘッドユニット１１乃至１４の間では、使用されるインク量を均一にできるので、無駄なくインクが使用されると共に、全てのノズル１０６に十分にインクを供給して最適なパージ動作が行われる。
【００８７】
なお、以上述べた手順に限らず、第３バルブ４３を開いて行うパージ動作と、第３バルブ４３を閉じて行うパージ動作を適宜組み合わせることで、循環往路４、循環復路５、各マニホールド１０９内の気泡や固形物を排除できる手順であれば、よい。
【００８８】
以上説明した実施形態では、各ヘッドユニット１１乃至１４が物理的に別れている場合について説明したが、一体化されたヘッドユニットにおいて、マニホールド等のインク流路を分割して形成し、それぞれのインク流路から複数の圧力室、ノズルにインクを分配供給するように構成されたインクジェットプリンタに対しても、本発明を適用することが可能である。
【００８９】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、各ヘッドユニットに並列にインクが流れ込むので、流路抵抗の違いに影響されにくく、各ノズルでは、均一なインク量を用いてパージが行われる。よって、インクを無駄に消費せず、全てのノズルに対する適切なパージ動作が実行でき、吐出不良が少なく経済的なインクジェットプリンタを提供できる。
【００９０】
また、請求項１に記載の発明によれば、パージ動作に伴い、各ヘッドユニットの配置と構造で定まる流路抵抗のばらつきを減少させるよう、流路抵抗を調整するので、インクを無駄に消費することなく適切なパージ動作が実行でき、高性能かつ経済的なインクジェットプリンタを提供できる。
【００９１】
【００９２】
【００９３】
【００９４】
【００９５】
請求項２に記載の発明によれば、同一構造のヘッドユニットに対し、各ヘッドユニットの配置で定まる流路抵抗のばらつきを減少させるよう、流路抵抗を調整するので、インクを無駄に消費することなく適切なパージ動作が実行でき、高性能かつ経済的で、構成のシンプルなインクジェットプリンタを提供できる。
【００９６】
請求項３に記載の発明によれば、全てのヘッドユニットにインクを供給する際に、インクに対するトータルの流路抵抗を一定値に保つよう流路抵抗を調整するので、各ヘッドユニットに対し正確に均等なパージ動作を、インクの無駄を最小限に抑えつつ行い、一層高性能で経済的なインクジェットプリンタを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態に係るインクジェットプリンタの全体構成図である。
【図２】 本発明の実施形態に係るヘッドユニットの分解斜視図である
【図３】 本発明の実施形態に係るヘッドユニットの図２のＸ−Ｘ断面図であり、（ａ）が圧電素子に駆動電圧を印加しない場合、（ｂ）が圧電素子に駆動電圧を印加した場合の図である。
【図４】 本発明の実施形態に係るインクジェットプリンタのインク流路を等価な電気回路で置き換えて示す図である。
【図５】 本発明の実施形態に係るインクジェットプリンタの第１の変形例を示す全体構成図である。
【図６】 本発明の実施形態に係るインクジェットプリンタの第２の変形例を示す全体構成図である。
【符号の説明】
４…循環往路
５…循環復路
６…インクタンク
７…サブタンク
８…空気ポンプ
１１、１２、１３、１４…ヘッドユニット
２１、２２、２３、２４…供給路
３１、３２、３３、３４…排出路
４１…第１バルブ
４２…第２バルブ
４３…第３バルブ
５１、５２、５３、５４…フィルタ
１０１…キャビティプレート
１０２…ノズルプレート
１０３…圧電素子
１０４…ダイヤフラム
１０５…圧力室
１０６…ノズル
１０７…供給口
１０８…排出口
１０９…マニホールド
１１０…内部電極
Claims (3)
- インク供給口とインク排出口に連通する共通のマニホールドから複数のノズルにそれぞれ圧力室を介してインクを分配供給するヘッドユニットを複数個備えるインクジェットプリンタであって、
前記各ヘッドユニットに供給するインクを蓄えるインクタンクと、
前記インクタンクに連結され、前記各ヘッドユニットに供給されるインクが循環する流路となる循環往路と、
前記各ヘッドユニットから排出されるインクが循環する流路となる循環復路と、
前記循環往路と前記各ヘッドユニットのインク供給口の間を連通する複数の供給路と、
前記各ヘッドユニットのインク排出口と前記循環復路の間を連通する複数の排出路と、
前記インクタンクに蓄えられたインクを前記循環往路に給送すると共に、前記各ヘッドユニットを経由して前記循環復路から前記インクタンクにインクを回収して、インクを循環させるインク循環機構とを備え、
前記供給路の前記循環往路側の連結点から前記排出路の前記循環復路側の連結点に至る流路におけるインクに対する流路抵抗を、前記ヘッドユニットが前記インクタンクと近接して配置される場合は大きくし、遠方に配置される場合は小さくすることを特徴とするインクジェットプリンタ。 - 前記複数のヘッドユニットは何れも同一構造であって、前記供給路の前記流路抵抗と前記排出路の前記流路抵抗の和を、前記ヘッドユニットが前記インクタンクと近接して配置される場合は大きくし、遠方に配置される場合は小さく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。
- 前記インクタンクに最も近接して配置される第１のヘッドユニットから順次遠方に離れて配置される第２乃至第ｎのヘッドユニットのｎ個のヘッドユニットを備え、隣接するヘッドユニット間で、前記供給路の前記循環往路側の連結点の間の前記流路抵抗をａ、前記排出路の前記循環復路側の連結点の間の前記流路抵抗をｂとして一致させ、各ヘッドユニットを配置すると共に、第１乃至第ｎのヘッドユニットに対する前記供給路の前記流路抵抗と前記排出路の前記流路抵抗の和をそれぞれＲ1乃至Ｒnとするとき、Ｒ1乃至Ｒn-1の中の任意の流路抵抗Ｒiが、
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