JP4556888B2 - 液体噴射装置及び液体終了判定方法 - Google Patents

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Description

本発明は,液体噴射装置及びその液体容器内の液体終了判定方法に関し,特に,液体終了判定の基準となる液体残量の閾値を温度に応じて変更する液体噴射装置及び液体終了判定方法に関する。
液体を被噴射物に噴射する液体噴射装置は,種々の液体を対象としたものが知られている。その一例として,記録紙などの媒体にノズル開口からインク滴を吐出するインクジェットヘッドと,インクジェットヘッドへインクを供給するインクカートリッジとを備えたインクジェット式印刷装置が特許文献1に記載されている。
かかるインクジェット式印刷装置では,インクカートリッジからインクジェットヘッドへインクが安定的に供給される必要がある。すなわち,インクジェットヘッドが断続的にインクを吐出するタイミングに合わせて,1回の吐出で消費された量のインクが,次の吐出までの間にインクカートリッジからインクジェットヘッドへ供給されることが必要とされる。
インクカートリッジからインクジェットヘッドへのインクの供給は,インクジェットヘッド内部とインクカートリッジ内部の圧力差を利用して行われる。まず,インクカートリッジ内部には,インクジェットヘッドへ連通する流路からインクを押し出そうとするインクの水頭圧が作用しており,この水頭圧はインクジェットヘッドへインクが過剰に供給されない範囲に保たれている。一方,インクジェットヘッド内部の圧力はインク吐出に伴い減圧され,インクカートリッジ内部に保たれた圧力を下回ったときに,インクカートリッジからインクジェットヘッドへインクが流れ込む。
ここで,インクカートリッジからインクジェットヘッドへインクを押し出そうとする水頭圧はインクの消費が進みインクカートリッジ内のインクの残量が減少するに従い低下する。その結果,インクジェットヘッド内部が減圧されてもインクカートリッジ内部の圧力をある程度下回らなくなると,インクが供給されなくなる。
そこで,従来のインクジェット式印刷装置では,インクの供給が行われなくなるようなインクの残量に閾値を設け,インク残量がその閾値を下回るとインク終了と判定し,まだインクが残っていてもユーザにカートリッジ交換を促すなどして,インクの供給不良を未然に防止している。
特開平11−78065号公報
しかしながら,印刷に用いられるインクは一般に,温度が上昇すると粘度が減少し,温度が下降すると粘度が増加する。インクの粘度が増加すると流路抵抗が大きくなるので,粘度が増加したインクは流路を流れ難くなる。よって,インクカートリッジ内の圧力がある程度ないと,粘度が増加したインクをインクジェットヘッドの吐出に間に合うように供給することはできなくなる。反対に,インクカートリッジ内の圧力がある程度低下したとしても,粘度が減少したインクであれば吐出に間に合うように供給することができる。
上述した従来の技術ではインク残量が所定の閾値を下回ったら一律にインク終了と判定しているが,終了と判定されるようなインク残量であっても,インクの粘度が低ければ供給は未だ可能である。よって,従来は,温度上昇に伴い粘度が減少し供給可能なインク残量であるにもかかわらずインク終了を判定し,使用可能なインクを無駄にしていた。反対に,温度低下に伴い粘度が増加し供給不能なインク残量であるにもかかわらず,インク終了が判定されない場合もあった。
そこで,上記に鑑み,本発明の目的は,インク(液体)を無駄にすることなく最適な終了タイミングを検出する液体噴射装置及びその液体残量の終了判定方法を提供することにある。
上記の目的を達成するために,本発明の第1の側面による液体噴射装置は,被噴射物に液体を噴射する液体噴射部と,前記液体を収容し,前記液体噴射部に着脱可能に取り付けられ,前記液体の残量に応じた圧力に基づいて所定量の前記液体が前記液体噴射部に供給される液体容器と,前記液体の残量が所定の閾値を下回ったときに前記液体の終了を判定する液体終了判定部とを有し,前記閾値は温度に応じて変更されることを特徴とする。
上記側面による液体噴射装置は,温度に応じて液体の終了を判定する液体残量の閾値を変更するので,最大限に液体を使用することができ,無駄をなくすことができる。
上記第1の側面の好ましい実施例によれば,前記液体は第1の温度で第1の粘度,第1の温度より高い第2の温度で第1の粘度より低い第2の粘度を有し,前記液体終了判定部は,第1の温度のときは第1の閾値を用いて判定し,第2の温度のときは前記第1の閾値より小さい第2の閾値を用いて判定することを特徴とする。
よって,温度低下に伴い粘度が増加し,逆に温度上昇に伴い粘度が減少する印刷用インクなどの液体の終了判定については,粘度が減少する高温時には,粘度が増加する低温時より小さい閾値を用いて判定を行う。よって,温度に応じて最大限のインクを使用することができ,無駄をなくすことができる。
以下,図面にしたがって本発明の実施の形態について説明する。但し,本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず,特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。
図1は,本実施の形態における液体噴射装置の一例であるインクジェット式印刷装置の構成図である。このインクジェット式印刷装置は,制御部10,受信バッファ20,インクジェットヘッドドライバ30,インターフェース40,モータドライバ50a,50b,表示部60を備えた制御系と,印刷部200とを有している。
印刷部200は更に,インクジェットヘッド70,インクカートリッジ80,キャリッジ85,インクカートリッジ検知部92,温度検知部100,キャリッジモータ120,駆動ベルト122,プラテン130,紙送りモータ140,及び摺動軸150を有している。
各部の構成と動作について説明する。まず,制御部10は,CPU12,ROM14,RAM16,EPROM18を有し,他の各部の制御動作を行う。CPU12はROM14に格納された制御プログラムに従い,RAM16を作業領域として他の各部を制御する。EPROM18には,温度検知部100が検知した環境温度の履歴,インク終了判定の閾値,インクカートリッジ80のインク残量などが格納される。
制御部10には受信バッファ20が接続されており,パーソナルコンピュータ等のホスト側から送信される印刷データが受信バッファ20に供給される。制御部10は,受信バッファ20に供給された印刷データに基づき,次の一連の制御動作を行う。
まず,制御部10は,モータドライバ50bを介して紙送りモータ140を駆動する。これにより,紙送りモータ140に連動してプラテン130が駆動され,記録紙160の搬送動作が実行される。
また,制御部10は,モータドライバ50aを介してキャリッジモータ120を駆動する。これにより駆動ベルト122を駆動して,インクカートリッジ70とインクジェットヘッド80を搭載したキャリッジ85を摺動軸150上で往復動作させる。この結果,キャリッジ85は,記録紙160が搬送される方向に対し直角方向に往復動作する。
更に,制御部10は,印刷画像を形成するドットに対応した所定のタイミングで,インクジェットヘッドドライバ30を介してインクジェットヘッド70に駆動信号を送り,インクジェットヘッド70に備えられたノズル開口からインク滴の吐出動作を実行させる。これにより,搬送される記録紙160上に印刷データに対応した画像等が印刷される。
その際,インクジェットヘッドドライバ30では,インクジェットヘッド70に送る駆動信号をカウントして,インクカートリッジ80に設けられた記憶素子であるドット数メモリ90に印刷に使用されたインク滴に対応するドット数を書込む。
また,制御部10にはインターフェース40を介してインクカートリッジ検知部92,及び温度検知部100が接続されている。
インクカートリッジ検知部92は,インクカートリッジ80がインクジェットヘッド70に装着されていることを電気的な接続の有無により検知する。よって,インクカートリッジ80の交換に伴う着脱を検知して,装着の有無を制御部10に送る。
温度検知部100は,サーミスタなどで構成され,インクジェット式印刷装置が使用される環境の気温である環境温度を検知し,検知した環境温度をインターフェース40を介して制御部10へ送る。この温度検知部100は環境温度を測定可能な箇所に設けられるが,検知された環境温度はインクの温度に代わるパラメータとして用いられることから,インクの温度をより直接的に検知できるように,インクカートリッジ80周辺の温度やインクカートリッジ80内のインクの温度を検知するように構成してもよい。
上述したような構成において,制御部10はインターフェース40を介してドット数メモリ90から印刷ジョブで使用されたドットカウントを受け取り,インク滴の単位量を乗算することによりそのジョブで使用したインクの量を算出する。そして算出した結果をEPROM18に格納された印刷ジョブ前のインクカートリッジ80のインク残量から減算することにより,印刷ジョブ後のインク残量を算出することができる。
なお,上記以外にも,光学式センサや重量センサなどを設けることにより,インクカートリッジ80内のインク残量の変化を直接的に検知してもよい。
制御部10は,上記のようにして検知されるインク残量がEPROM18に格納された閾値を下回ったときにはインク終了を判定し,表示部60にインクカートリッジ80の交換を促すメッセージを表示させる。ここで,EPROM18には,環境温度により変化するインクの粘度に応じて異なる閾値が格納されており,インク終了の判定には環境温度に応じた閾値が用いられる。
なお,環境温度が不安定な場合には,制御部10は温度検知部100が検知した環境温度を定期的にEPROM18に履歴として格納しておき,その代表となる環境温度を用いてインク終了の判定を行ってもよい。
本実施の形態におけるインクジェット式印刷装置は,上述のような構成により,環境温度に応じた閾値を用いて,インク終了を判定することを特徴とする。よって,環境温度に応じてインクの粘度が変化してもインクカートリッジ内のインクを最大限使用することが可能となり,カートリッジ交換などによりインクを無駄に廃棄することを無くすことができる。
次に,インクの残量とインク終了判定の基準となる閾値との関係について説明する。
図2は,インクカートリッジからインクジェットヘッドへのインクの供給方法について説明する図である。まず,図2(A)は,インクジェットヘッド70にインクカートリッジ80が装着され,流路72を通じてインクが供給される状態を模式的に示している。
まず,インクカートリッジ80内には残量hのインクik1が収容されており,インクik1には残量hに応じた水頭圧が作用している。この水頭圧は,インクik1を流路72を通じてインクジェットヘッド70内へ押し出そうとする方向へ作用する。また,この水頭圧は,インクik1がインクジェットヘッド70へ過剰に供給されてインク漏れなどが生じないように,一定の範囲に抑制されている。例えば,不図示のフォームなどの吸収体やインクパックの復元力などを利用して一定の負の圧力(負圧)を生じさせ,インクをインクカートリッジ内へ引き戻している。
一方,インクジェットヘッド70では内部に貯留されたインクik2が不図示の圧電素子や発熱素子により加圧され,ノズル開口NZからインク滴として吐出される。すると,インクik2の吐出に伴い,インクジェットヘッド70内の圧力は減圧されるので,インクカートリッジ80内に保たれた圧力との差が生じる。この圧力差に応じて,インクカートリッジ80内のインクik1がインクジェットヘッド70へ流路72を通じて流れ込むことにより,インクが供給される。
図2(B)は,図2(A)に示したインクジェットヘッド70とインクカートリッジ80の内部の圧力の関係を模式的に示す図である。図2(B)のグラフでは,横軸がインクカートリッジ80内のインク残量hを表しており,縦軸がインクジェットヘッド70及びインクカートリッジ80内の圧力を示している。
まず,インクカートリッジ80内の圧力を表す曲線L80は,インク残量hが少なくなるにつれて水頭圧が減少し,負圧の作用もあってインクジェットヘッド70へインクik1が流れ込もうとする圧力P3が減少することを示している。また,インクジェットヘッド70内の圧力は,インクが充填された時の圧力をP1,インクが吐出されて減圧された時の圧力をP2とすると,インク滴の吐出によりΔP減圧されることが示されている。
すると,インクカートリッジ80内の圧力P3がインクジェットヘッド70内の圧力P1からP2の間にある場合(残量x)においては,インクカートリッジ80内の圧力P3とインクジェットヘッド70が減圧されたときの圧力P2との圧力差ΔPxに応じてインクik1がインクジェットヘッド70に供給される。更に,インクik1がインクカートリッジ80からインクジェットヘッド70のインク吐出に間に合うように供給されるためには,この圧力差ΔPxが一定以上であることが必要となる。
しかし,インク残量がTv1となるとインクカートリッジ80内の圧力P3とインクヘッド70内の圧力P2との圧力差ΔP1が,インクジェットヘッド70の吐出に間に合うようにインクik1を供給するのに必要な圧力を下回る。すると,インクの安定的な供給が行われなくなるので,残量Tv1がインク終了を判定する閾値となる。
上述のようにして,インクカートリッジ80内のインク終了判定のためのインク残量の閾値が定められる。ただし,インクik1の粘度に応じて最適なインク残量の閾値は異なってくる。そこで,温度に応じて変化するインクの粘度を考慮し,インク終了判定のためのインク残量の閾値が温度に応じて異なることについて説明する。
図3は,温度変化とインクの粘度の変化を模式的に説明する図である。グラフの横軸はインクの温度を,縦軸はインクの粘度を示している。図示するように,温度上昇に伴いインクの粘度は減少するので,例えば10℃のときのインクの粘度V1と,30℃のときのインクの粘度V2とではΔVの粘度の相違が生じる。すると,10℃のインクは,30℃のインクより流路を流れ難くなるので,インクジェットヘッドへ供給されるためにより大きな圧力を必要とする。
ここで,上記の関係を図2(B)において示す。インクik1が10℃のときにインクジェットヘッド70の吐出に間に合うように供給されるためには,粘度V1に応じて圧力P3と圧力P2の圧力差が一定以上必要になる。そのような圧力差を圧力差ΔP2とすると,圧力差ΔP2を得るのに必要なインク残量Tv2が定まる。よって,インク残量Tv2が,インクik1が10℃のときのインク終了を判定する閾値となる。
一方,インクik1が30℃のときに,粘度V1より低い粘度V2に応じて必要とされる圧力差は,10℃のときに必要な圧力差ΔP2より小さくなる。そのような圧力差を圧力差ΔP3とすると,圧力差ΔP3を得るのに必要なインク残量は,残量Tv2より少ない残量Tv3に定まり,これが,インクik1が30℃のときのインク終了を判定する閾値となる。
このように,温度に応じて変化するインク粘度ごとに,インク終了を判定するための最適なインク残量の閾値は異なる。そこで,本実施の形態では,インク終了判定のためのインク残量の閾値をインクの温度に対応づけて複数設け,インクの温度に応じた最適の残量でインク終了判定をする。その結果,温度が高い場合に使用可能なインクを無駄に廃棄することが防止され,温度が低い場合にインク供給不能になる前にインク終了判定できるようになる。
なお,インクの温度は,使用環境の外気温つまり環境温度に従って変化するので,本実施の形態では,インクの温度に代替するパラメータとして環境温度を用いてインク残量の閾値を求めている。
図4は,環境温度とインク終了を判定するインク残量の閾値との対応関係を説明する図である。図4(A)は,環境温度とインク終了を判定するインク残量の閾値とを対応づけたテーブルを示している。上述したとおり,環境温度が上昇してインクの温度も上昇するに伴い,インクの粘度は低下して流れやすくなる。すると,インクカートリッジ内のインク残量が少なくても,インクジェットヘッドへインクが供給されるのに必要な圧力が得られる。したがって,インク終了を判定するインク残量の閾値は,環境温度の上昇に伴い小さくなる。
本実施の形態におけるインクジェット式印刷装置は,図4(A)に示すようなテーブルをEPROM18に格納しておき,制御部10はこれを参照して温度検知部100が検知した環境温度に応じた閾値を用いてインク終了判定を行うことができる。
なお,環境温度からインク終了判定のためのインク残量の閾値を求める方法は図のようなテーブル形式に限らず,所定の演算を実行することにより求めてもよい。また,上述したように温度検知部100がインクカートリッジ80内のインクの温度を直接的に検知するような構成であれば,インクの温度をパラメータとしてインク残量の閾値を求めることもできる。
また,環境温度に応じたインク残量の閾値を求めるに際しては,図4(B)に示すように環境温度の履歴を記録しておき,その履歴から代表となる環境温度を用いて閾値を求めることもできる。例えば,図4(B)は経過時間t1,t2,…において検知した環境温度を記録した履歴を示しているが,時間t5からt6において環境温度が急上昇している。このような場合に,インクの温度も環境温度に追随して急上昇することは通常生じ難いので,時間t6におけるインク残量の閾値は「28℃」に対応する閾値ではなく,例えば時間t1からt6までに検知された環境温度の中央値である「21℃」に対応する閾値を抽出する。
このように,環境温度が不安定に変化するような場合に,インクの温度が環境温度と同程度に急激に変化するとは限らない。よって,逐一変化する環境温度に従ってインク残量の閾値を求め,インク終了判定を行っても,実際のインクの温度に応じた粘度に最適な判定結果とはなり難い。よって,一定時間にわたって測定した環境温度の平均値,中央値等を代表環境温度として用いることで,インクの実際の温度に応じた粘度により適したインク残量の閾値を求めることができる。
図5は,本実施の形態におけるインクジェット式印刷装置の動作手順を説明するフローチャート図である。まず,制御部10は,受信バッファ20を介して印刷ジョブを受信したら(S10のYES),インクカートリッジの交換がされたかを検知して,インクカートリッジ交換を促すエラーが解除されていることを判断する(S12)。エラーが解除されている場合には(S12のYES),制御部10は温度検知部100が検知した環境温度を取得し(S20),環境温度に応じたインク残量の閾値をEPROM18に格納された図4(A)のテーブルから抽出する(S30)。
次に,制御部10は印刷部200を動作させて印刷処理を実行し(S40),印刷に使用したインク量を算出する(S50)。そして,EPROM18に格納されたインク残量から使用したインク量を減算することによりインクカートリッジ80内のインク残量を算出する(S60)。
インク残量を算出したら,制御部10は抽出した閾値と比較してインク終了判定を行う(S70)。インク残量が閾値を下回っていればインク終了と判定し(S70のYES),表示部60にインクカートリッジ交換を促すエラー表示をさせる(S80)。そして,ユーザがカートリッジを交換したことを検知したら(S90のYES),エラー表示を解除して(S100),印刷ジョブを終了する。
ここで,制御部10が一旦インク終了の判定をした場合には,その後に温度が変化してもインクカートリッジが交換されるまではその判定を保持する手順とすることができる。例えば,インク残量が2.20gで,環境温度が20℃である場合に,環境温度20℃に対応するインク残量の閾値2.50g(図4(A))を残量が下回っているのでインク終了と判定したとする。そして,その判定の後に環境温度が25℃まで上昇し,25℃に対応するインク残量の閾値2.00g(図4(A))をインク残量2.20gが上回ることになったとしても,当初のインク終了判定をそのまま維持する。そうすることで,判定を頻繁に変更しユーザを混乱させることを防ぐことができる。
ただし,環境温度が変化した後一定時間以上安定している場合には,判定を頻繁に変更する可能性は低いので,変化後の環境温度に対応する閾値に基づいて再度判定を行う手順としてもよい。そうすることで,インクの無駄をなくすことができる。
以上におけるインクジェット式印刷装置についての説明は,液体をノズル開口から被噴射物に噴射する液体噴射部と,この液体噴射部へ液体を供給する供給手段とを備えた種々の液体噴射装置に適用できる。例えば,液晶ディスプレイのカラーフィルタに付着させる着色材の噴射や,プリント基板などをエッチングするための溶剤の噴射に用いられる液体噴射装置に適用できる。
よって,これらの液体噴射装置においても,温度に応じて液体終了判定のための液体残量の閾値を変更し,最適なタイミングで液体の終了判定を行うことにより,液体を最大限使用でき,無駄をなくすことができる。なお,仮に温度上昇に応じて粘度が増加するような性質の液体を用いる場合には,温度上昇に応じて液体残量の閾値が大きくなるようにしてもよい。
また,湿度,気圧,その他の状況に応じて液体の終了判定の基準となる閾値を変更することも可能である。そうすることによって,状況に応じて最大限の液体を使用でき,無駄をなくすことができる。更に,ユーザによってインク終了判定の閾値を選択可能にしてもよい。その場合は,例えばプリンタドライバの設定モード画面で,環境温度設定が可能にされ,その設定に応じて閾値が可変設定される。
以上のとおり,本実施の形態における液体噴射装置によれば,温度により液体の終了を判定する液体残量の閾値を変更するので,最適なタイミングで液体終了を判定できる。よって,最大限に液体を使用することができ,無駄を無くすことができる。
本実施の形態における液体噴射装置の一例であるインクジェット式印刷装置の構成図である。 インクカートリッジからインクジェットヘッドへのインクの供給方法について説明する図である。 温度変化とインクの粘度の変化を模式的に説明する図である。 環境温度とインク終了を判定するインク残量の閾値との対応関係を説明する図である。 本実施の形態におけるインクジェット式印刷装置の制御動作の手順を説明するフローチャート図である。
符号の説明
10: 制御部 200:印刷部
70: インクジェットヘッド 80: インクカートリッジ

Claims (5)

  1. 被噴射物に液体を噴射する液体噴射部と,
    前記液体を収容し,前記液体噴射部に着脱可能に取り付けられ,前記液体の残量に応じた圧力に基づいて所定量の前記液体が前記液体噴射部に供給される液体容器と,
    前記液体の残量が所定の閾値を下回ったときに前記液体の終了を判定する液体終了判定部とを有し,
    前記液体終了判定部は,前記閾値を使用環境における環境温度に応じて変更し,液体終了を判定した後に前記環境温度が変化した場合であっても当該液体終了判定を維持し,前記変化した環境温度が所定時間安定している場合には,当該変化した環境温度に応じた前記閾値に基づき前記液体の終了を判定することを特徴とする液体噴射装置。
  2. 請求項1において,
    前記液体は第1の環境温度で第1の粘度,前記第1の環境温度より高い第2の環境温度で前記第1の粘度より低い第2の粘度を有し,
    前記液体終了判定部は,前記第1の環境温度のときは第1の閾値を用いて前記液体の終了を判定し,前記第2の環境温度のときは前記第1の閾値より小さい第2の閾値を用いて前記液体の終了を判定することを特徴とする液体噴射装置。
  3. 請求項1または2において,
    前記液体終了判定部は,前記環境温度の履歴を記録し,前記履歴から得られる代表環境温度に基づいて前記液体の終了を判定することを特徴とする液体噴射装置。
  4. 被噴射物に液体を噴射する液体噴射部と,
    前記液体を収容し,前記液体の残量に応じた圧力に基づいて所定量の前記液体が前記液体噴射部に供給されるように備えられた液体容器と,
    前記液体の残量が所定の閾値を下回ったときに,前記液体の終了を判定する液体終了判定部とを有し,
    前記液体終了判定部は,使用環境における環境温度が第1の環境温度のときは第1の閾値を用いて判定し,前記環境温度が前記第1の環境温度より高い第2の環境温度のときは前記第1の閾値より小さい第2の閾値を用いて前記液体の終了を判定し,前記液体終了を判定した後に前記環境温度が前記第1,第2の環境温度のいずれから他方変化した場合であっても当該液体終了判定を維持し,化した後の前記第1または第2の環境温度が所定時間安定している場合には,当該変化した後の前記第1または第2の環境温度に応じた前記第1または第2の閾値に基づき前記液体の終了を判定することを特徴とする液体噴射装置。
  5. 被噴射物に液体を噴射する液体噴射部と,前記液体を収容し,前記液体噴射部に着脱可能に取り付けられ,前記液体の残量に応じた圧力に基づいて所定量の前記液体が前記液体噴射部に供給される液体容器とを有する液体噴射装置前記液体容器内の液体終了を判定する液体終了判定方法であって,
    前記液体の残量が所定の閾値を下回ったときに前記液体の終了を判定する判定工程を有し,
    前記判定工程で,前記閾値は前記液体噴射装置の使用環境における環境温度に応じて変更され,
    液体終了を判定した後前記環境温度が変化した場合であっても当該液体終了判定を維持し,前記変化した環境温度が所定時間安定している場合には,当該変化した環境温度に応じた前記閾値に基づき前記判定工程が実行されることを特徴とする液体終了判定方法。
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