JP4806617B2

JP4806617B2 - インクジェット記録装置

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Publication number: JP4806617B2
Application number: JP2006269593A
Authority: JP
Inventors: 完司永島
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2006-09-29
Publication date: 2011-11-02
Anticipated expiration: 2026-09-29
Also published as: US20080079759A1; JP2008087288A; US7770990B2

Description

本発明は、インクジェット記録装置に係り、特に、インクを吐出していない圧力室近傍の流路内の気泡を共振させ印刷中にインクの循環流に乗せて排出するインクジェット記録装置に関する。

従来より、多数のノズルを配列させたインクジェット記録ヘッド（インク吐出ヘッド）を有し、このインクジェット記録ヘッドと記録媒体を相対的に移動させながら、インクジェット記録ヘッドのノズルから記録媒体に向けインクを液滴として吐出することにより、記録媒体上に画像を形成するインクジェット記録装置（インクジェットプリンタ）が知られている。

インクジェット記録装置におけるインク吐出方法として、従来から様々な方法が知られている。例えば、圧電素子（ピエゾアクチュエータ）の変形によって圧力室（インク室）の一部を構成する振動板を変形させて、圧力室の容積を変化させ、圧力室の容積増大時にインク供給路から圧力室内にインクを導入し、圧力室の容積減少時に圧力室内のインクをノズルから液滴として吐出する圧電方式が知られている。

このようなインクジェット記録ヘッドを有するインクジェット記録装置においては、インクを貯蔵するインクタンクからインク供給路（インク経路）を介してインクジェット記録ヘッドにインクを供給し、様々な吐出方法でインクを吐出しているが、印字の指示があった場合には直ちに印字が実行されるようにインクジェット記録ヘッドのノズルには常にインクが満たされている。

しかし、ヘッド内のインクが、気泡を含んでいると、圧力室内で発生した圧力が気泡によって吸収されたりして正しくインクに伝わらず吐出不良を起こしたり、インク流路が気泡やゴミ等で塞がれて甚だしい場合には不吐出となることもある。従来このような場合には、圧電素子等を駆動して強制的にインクを吐出（パージ）したり、記録ヘッドをキャップで密閉して、気泡やゴミ等を含んだインクをポンプで吸引したりしているが、その間、画像記録を中断しなければならない。

そこで、ヘッド内のインク中の気泡をなるべく排除する必要がある。そのため従来より、インク中の気泡を排除するための様々な方法が提案されている。

例えば、インクジェット記録装置の非記録時に、記録装置の記録ヘッドのノズルを含むインク流路内のインクに振動を与えて、インク流路内の気泡や異物等を除去するインクジェット記録装置において、上記振動のエネルギーを徐々に低減させるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１等参照）。また、特許文献１には、特に励振用信号は記録ヘッドを構成する基板の共振周波数などを用いるのがよく、例えば６ＫＨｚないし１３ＫＨｚがよい。また一定の周波数幅で繰返しスイープさせるとよい、と記載されている。

また、例えば、インクジェット記録装置において、インク供給口に振動体を設け、インクタンクに加えられる圧力により流れを生じたインクに振動体により振動を与えて、外室の内壁に付着している気泡をこの振動により浮かして気泡排出口から排出、除去するようにしたものが知られている（例えば、特許文献２等参照）。

また、例えば、ヘッドにキャップを行い、ヘッドの液路内のインクをポンプで吸引すると同時に、ヘッドドライバに信号を印加してヘッドを駆動することでインクを振動させ、液路の内壁に付着した気泡を取り易くする際、液路内の気泡の大きさにより気泡の共振周波数が異なるため、ヘッドを駆動する周波数を変化（スイープ）させるようにしたインクジェット記録装置の回復方法が知られている（例えば、特許文献３等参照）。

また、例えば、ヘッドのノズル部をキャップで覆い、ポンプでインクを吸引しながら、ヘッドの圧電素子をまず高周波域で駆動させて噴射チャンネル系統の壁面に付着している気泡を浮遊させ、駆動周波数を次第に低く（スイープ）して、低周波域、すなわちインク中に浮遊した気泡が噴射チャンネル系統の壁面に衝突して付着しない程度でかつキャビティーションが発生しない程度の周波数帯域に落とすようにしたインクジェットプリンタ用ヘッド保護装置が知られている（例えば、特許文献４等参照）。
特開昭６１−２２７０６１号公報特開昭５５−７１５６７号公報特開昭６３−２９５２６７号公報特開昭６３−９４８４８号公報

しかしながら、従来は、例えば上述した特許文献に記載されたもののように、ノズルをキャップして、インクに振動を与えて気泡を流路壁面から遊離させながら、ポンプで吸引することによって気泡を排除するようにした構成がほとんどであり、このような構成では印刷実行中に気泡除去機能を使用することができず、気泡を除去する場合には印刷を中断しなければならなかった。

このため、ページ幅のフルラインヘッドを用いたシングルパス印刷用のプリンタで連続印刷を行う場合に、上のような従来技術を用いたのでは、気泡を除去する際にはノズルをキャップしてポンプで吸引するような印刷を中断する動作を伴うため、著しく生産性を低下させるという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、印刷実行中にも気泡除去動作を行うことができ、生産性を低下させることのないインクジェット記録装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、インクを吐出するノズルにノズル流路を介して連通する圧力室と、前記圧力室にインクを供給するインク供給口と、前記ノズル流路に連通し、圧力室からのインクを還流させるための還流路と、前記圧力室にインクを吐出するための圧力を発生させるためのアクチュエータと、前記ノズルよりインクを吐出し記録中においても、前記インク供給口側から前記還流路側に流れるようなインクの循環流を発生させる循環流発生手段と、前記記録中に、インクを吐出する前記圧力室のアクチュエータに対しインク吐出用の信号を与えるとともに、インクを吐出しない前記圧力室のアクチュエータに対しては、インクが吐出しない程度に前記ノズル内のインク液面を揺らす、メニスカス揺らし信号を与える制御装置と、を備え、前記制御装置は、１単位周期内に方形波を含む前記メニスカス揺らし信号の、前記方形波の幅を順次異ならせて、インクを吐出しない前記圧力室のアクチュエータに対して与えることを特徴とするインクジェット記録装置を提供する。

これにより、圧力室内のインクの揺らし周波数をより大きな範囲で変化させ、また大きな振幅を得ることができ、気泡排除性を高めることができる。

また、請求項２に示すように、前記メニスカス揺らし信号の制御によって発生するインクの振動が前記圧力室の共振周波数に近い条件の場合には、前記メニスカス揺らし信号の振幅を他の周波数における振幅よりも小さくすることを特徴とする。

これにより、メニスカス揺らし信号による誤吐出を防ぐことができ、共振周波数以外では、より大きな振動を与えられ、気泡の排除性を向上させることができる。

また、請求項３に示すように、前記メニスカス揺らし信号の制御は、前記圧力室に入り得る気泡のサイズの範囲に対して共振が起きる周波数範囲の振動を励起するようなメニスカス信号を印加し、前記気泡のサイズは、前記インク供給口側に設けられたフィルタのメッシュの大きさを最大とし、インク吐出に影響する最小の気泡のサイズを最小とすることを特徴とする。

これにより、定めた周波数範囲で集中的にインクを振動させることで、より短時間に気泡を排除することができる。

また、同様に前記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、インクを吐出するノズルにノズル流路を介して連通する圧力室と、前記圧力室にインクを供給するインク供給口と、前記ノズル流路に連通し、圧力室からのインクを還流させるための還流路と、前記圧力室にインクを吐出するための圧力を発生させるためのアクチュエータと、前記ノズルよりインクを吐出し記録中においても、前記インク供給口側から前記還流路側に流れるようなインクの循環流を発生させる循環流発生手段と、前記記録中に、インクを吐出する前記圧力室のアクチュエータに対しインク吐出用の信号を与えるとともに、インクを吐出しない前記圧力室のアクチュエータに対しては、インクが吐出しない程度に前記ノズル内のインク液面を揺らす、メニスカス揺らし信号を与える制御装置と、を備え、（インク供給口側の抵抗／還流路側の抵抗）＞（インク供給口のイナータンス／還流路のイナータンス）とし、前記メニスカス揺らし信号は、前記圧力室を加圧する際の信号の単位時間当たりの平均変化量の絶対値よりも圧力室を減圧する際の信号の単位時間当たりの平均変化量の絶対値を大きくすることを特徴とするインクジェット記録装置を提供する。

これにより、インク循環を促進する流れを形成することができるとともに、この流れによって気泡排除性が高まり、より短時間で気泡を排除することができる。

また、請求項５に示すように、前記メニスカス揺らし信号に対して、前記気泡が高次モードで振動する高周波信号を同時に印加することを特徴とする。

これにより、気泡剥離と気泡の溶解を同時に促進させることが可能となる。

以上説明したように、本発明によれば、圧力室内のインクの揺らし周波数を変化させることができ、気泡排除性を高め、印刷実行中にも気泡除去動作を行うことができ、生産性を低下させることのないインクジェット記録装置を得ることができる。

以下、添付図面を参照して、本発明に係るインクジェット記録装置について詳細に説明する。

図１は、本発明に係るインクジェット記録装置の第１実施形態の概略を示す全体構成図である。

図１に示すように、このインクジェット記録装置１０は、インクの色毎に設けられた複数の印字ヘッド（液体吐出ヘッド）１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙを有する印字部１２と、各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙに供給するインクを貯蔵しておくインク貯蔵／装填部１４と、記録紙１６を供給する給紙部１８と、記録紙１６のカールを除去するデカール処理部２０と、前記印字部１２のノズル面（インク吐出面）に対向して配置され、記録紙１６の平面性を保持しながら記録紙１６を搬送する吸着ベルト搬送部２２と、印字部１２による印字結果を読み取る印字検出部２４と、印画済みの記録紙（プリント物）を外部に排紙する排紙部２６とを備えている。

図１では、給紙部１８の一例としてロール紙（連続用紙）のマガジンが示されているが、紙幅や紙質等が異なる複数のマガジンを併設してもよい。また、ロール紙のマガジンに代えて、又はこれと併用して、カット紙が積層装填されたカセットによって用紙を供給してもよい。

ロール紙を使用する装置構成の場合、図１のように、裁断用のカッター２８が設けられており、該カッター２８によってロール紙は所望のサイズにカットされる。カッター２８は、記録紙１６の搬送路幅以上の長さを有する固定刃２８Ａと、該固定刃２８Ａに沿って移動する丸刃２８Ｂとから構成されており、印字裏面側に固定刃２８Ａが設けられ、搬送路を挟んで印字面側に丸刃２８Ｂが配置されている。なお、カット紙を使用する場合には、カッター２８は不要である。

複数種類の記録紙を利用可能な構成にした場合、紙の種類情報を記録したバーコードあるいは無線タグ等の情報記録体をマガジンに取り付け、その情報記録体の情報を所定の読取装置によって読み取ることで、使用される用紙の種類を自動的に判別し、用紙の種類に応じて適切なインク吐出を実現するようにインク吐出制御を行うことが好ましい。

給紙部１８から送り出される記録紙１６はマガジンに装填されていたことによる巻き癖が残り、カールする。このカールを除去するために、デカール処理部２０においてマガジンの巻き癖方向と逆方向に加熱ドラム３０で記録紙１６に熱を与える。このとき、多少印字面が外側に弱いカールとなるように加熱温度を制御するとより好ましい。

デカール処理後、カットされた記録紙１６は、吸着ベルト搬送部２２へと送られる。吸着ベルト搬送部２２は、ローラー３１、３２間に無端状のベルト３３が巻き掛けられた構造を有し、少なくとも印字部１２のノズル面及び印字検出部２４のセンサ面に対向する部分が平面（フラット面）をなすように構成されている。

ベルト３３は、記録紙１６幅よりも広い幅寸法を有しており、ベルト面には多数の吸引孔（図示省略）が形成されている。図１に示したとおり、ローラー３１、３２間に掛け渡されたベルト３３の内側において印字部１２のノズル面及び印字検出部２４のセンサ面に対向する位置には吸着チャンバー３４が設けられており、この吸着チャンバー３４をファン３５で吸引して負圧にすることによってベルト３３上の記録紙１６が吸着保持される。

ベルト３３が巻かれているローラー３１、３２の少なくとも一方にモータ（図示省略）の動力が伝達されることにより、ベルト３３は図１において、時計回り方向に駆動され、ベルト３３上に保持された記録紙１６は、図１の左から右へと搬送される。

縁無しプリント等を印字するとベルト３３上にもインクが付着するので、ベルト３３の外側の所定位置（印字領域以外の適当な位置）にベルト清掃部３６が設けられている。ベルト清掃部３６の構成について詳細は図示しないが、例えば、ブラシ・ロール、吸水ロール等をニップする方式、清浄エアーを吹き掛けるエアーブロー方式、あるいはこれらの組み合わせなどがある。清掃用ロールをニップする方式の場合、ベルト線速度とローラー線速度を変えると清掃効果が大きい。

なお、吸着ベルト搬送部２２に代えて、ローラー・ニップ搬送機構を用いる態様も考えられるが、印字領域をローラー・ニップ搬送すると、印字直後に用紙の印字面にローラーが接触するので、画像が滲み易いという問題がある。したがって、本例のように、印字領域では画像面と接触させない吸着ベルト搬送が好ましい。

吸着ベルト搬送部２２により形成される用紙搬送路上において印字部１２の上流側には、加熱ファン４０が設けられている。加熱ファン４０は、印字前の記録紙１６に加熱空気を吹きつけ、記録紙１６を加熱する。印字直前に記録紙１６を加熱しておくことにより、インクが着弾後乾き易くなる。

印字部１２は、最大紙幅に対応する長さを有するライン型ヘッドを紙搬送方向（副走査方向）と直交する方向（主走査方向）に配置した、いわゆるフルライン型のヘッドとなっている（図２参照）。

図２に示すように、各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙは、本インクジェット記録装置１０が対象とする最大サイズの記録紙１６の少なくとも一辺を超える長さにわたってインク吐出口（ノズル）が複数配列されたライン型ヘッドで構成されている。

記録紙１６の搬送方向（紙搬送方向）に沿って上流側（図１の左側）から黒（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の順に各色インクに対応した印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙが配置されている。記録紙１６を搬送しつつ各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙからそれぞれ色インクを吐出することにより記録紙１６上にカラー画像を形成し得る。

このように、紙幅の全域をカバーするフルラインヘッドがインク色毎に設けられてなる印字部１２によれば、紙搬送方向（副走査方向）について記録紙１６と印字部１２を相対的に移動させる動作を一回行うだけで（すなわち、一回の副走査で）記録紙１６の全面に画像を記録することができる。これにより、印字ヘッドが紙搬送方向と直交する方向（主走査方向）に往復動作するシャトル型ヘッドに比べて高速印字が可能であり、生産性を向上させることができる。

なお、ここで主走査方向及び副走査方向とは、次に言うような意味で用いている。すなわち、記録紙の全幅に対応したノズル列を有するフルラインヘッドで、ノズルを駆動する時、（１）全ノズルを同時に駆動するか、（２）ノズルを片方から他方に向かって順次駆動するか、（３）ノズルをブロックに分割して、ブロックごとに片方から他方に向かって順次駆動するか、等のいずれかのノズルの駆動が行われ、用紙の幅方向（記録紙の搬送方向と直交する方向）に１ライン（１列のドットによるライン又は複数列のドットから成るライン）の印字をするようなノズルの駆動を主走査と定義する。そして、この主走査によって記録される１ライン（帯状領域の長手方向）の示す方向を主走査方向という。

一方、上述したフルラインヘッドと記録紙とを相対移動することによって、上述した主走査で形成された１ライン（１列のドットによるライン又は複数列のドットから成るライン）の印字を繰り返し行うことを副走査と定義する。そして、副走査を行う方向を副走査方向という。結局、記録紙の搬送方向が副走査方向であり、それに直交する方向が主走査方向ということになる。

また本例では、ＫＣＭＹの標準色（４色）の構成を例示したが、インク色や色数の組み合わせについては本実施形態には限定されず、必要に応じて淡インク、濃インクを追加してもよい。例えば、ライトシアン、ライトマゼンタ等のライト系インクを吐出する印字ヘッドを追加する構成も可能である。

図１に示したように、インク貯蔵／装填部１４は、各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙに対応する色のインクを貯蔵するタンクを有し、各タンクは図示を省略した管路を介して各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙと連通されている。また、インク貯蔵／装填部１４は、インク残量が少なくなるとその旨を報知する報知手段（表示手段、警告音発生手段等）を備えるとともに、色間の誤装填を防止するための機構を有している。

印字検出部２４は、印字部１２の打滴結果を撮像するためのイメージセンサ（ラインセンサ等）を含み、該イメージセンサによって読み取った打滴画像からノズルの目詰まりその他の吐出不良をチェックする手段として機能する。

本例の印字検出部２４は、少なくとも各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙによるインク吐出幅（画像記録幅）よりも幅の広い受光素子列を有するラインセンサで構成される。このラインセンサは、赤（Ｒ）の色フィルタが設けられた光電変換素子（画素）がライン状に配列されたＲセンサ列と、緑（Ｇ）の色フィルタが設けられたＧセンサ列と、青（Ｂ）の色フィルタが設けられたＢセンサ列とからなる色分解ラインＣＣＤセンサで構成されている。なお、ラインセンサに代えて、受光素子が二次元配列されて成るエリアセンサを用いることも可能である。

印字検出部２４は、各色の印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙにより印字されたテストパターンを読み取り、各ヘッドの吐出検出を行う。吐出判定は、吐出の有無、ドットサイズの測定、ドット着弾位置の測定等で構成される。

印字検出部２４の後段には、後乾燥部４２が設けられている。後乾燥部４２は、印字された画像面を乾燥させる手段であり、例えば、加熱ファンが用いられる。印字後のインクが乾燥するまでは印字面と接触することは避けたほうが好ましいので、熱風を吹きつける方式が好ましい。

多孔質のペーパに染料系インクで印字した場合などでは、加圧によりペーパの孔を塞ぐことでオゾンなど、染料分子を壊す原因となるものと接触することを防ぐことで画像の耐候性がアップする効果がある。

後乾燥部４２の後段には、加熱・加圧部４４が設けられている。加熱・加圧部４４は、画像表面の光沢度を制御するための手段であり、画像面を加熱しながら所定の表面凹凸形状を有する加圧ローラー４５で加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。

このようにして生成されたプリント物は、排紙部２６から排出される。本来プリントすべき本画像（目的の画像を印刷したもの）とテスト印字とは分けて排出することが好ましい。このインクジェット記録装置１０では、本画像のプリント物と、テスト印字のプリント物とを選別してそれぞれの排出部２６Ａ、２６Ｂへと送るために排紙経路を切り換える選別手段（図示省略）が設けられている。なお、大きめの用紙に本画像とテスト印字とを同時に並列に形成する場合は、カッター（第２のカッター）４８によってテスト印字の部分を切り離す。カッター４８は、排紙部２６の直前に設けられており、画像余白部にテスト印字を行った場合に、本画像とテスト印字部を切断するためのものである。カッター４８の構造は前述した第１のカッター２８と同様であり、固定刃４８Ａと丸刃４８Ｂとから構成されている。

また、図示を省略したが、本画像の排出部２６Ａには、オーダー別に画像を集積するソーターが設けられている。

次に、印字ヘッド（液体吐出ヘッド）のノズル（液体吐出口）の配置について説明する。インク色毎に設けられている各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙの構造は共通しているので、以下、これらを代表して符号５０によって印字ヘッドを表すものとし、図３に印字ヘッド５０の平面透視図を示す。

図３に示すように、本実施形態の印字ヘッド５０は、インクを液滴として吐出するノズル５１、インクを吐出する際インクに圧力を付与する圧力室５２、図３では図示を省略した共通流路から圧力室５２にインクを供給するインク供給口５３を含んで構成される圧力室ユニット５４が千鳥状の２次元マトリクス状に配列され、ノズル５１の高密度化が図られている。

このような印字ヘッド５０上のノズル配置のサイズは特に限定されるものではないが、一例として、ノズル５１を横４８行（２１ｍｍ）、縦６００列（３０５ｍｍ）に配列することにより２４００ｎｐｉを達成する。

図３に示す例においては、各圧力室５２を上方から見た場合に、その平面形状は略正方形状をしているが、圧力室５２の平面形状はこのような正方形に限定されるものではない。圧力室５２には、図３に示すように、その対角線の一方の端にノズル５１が形成され、他方の端にインク供給口５３が設けられている。

図４は、図３中の４−４線に沿った圧力室ユニット５４の断面図である。

図４に示すように、圧力室５２の天面を構成している振動板５６の上には圧電素子（ＰＺＴ、ピエゾ）５８が形成されている。圧電素子５８の上面には個別電極５７が形成され、また振動板５６が共通電極を兼ね、共通電極（振動板５６）と個別電極５７に駆動電圧を印加することによって圧電素子５８が駆動される。これにより、振動板５６が変形し、圧力室５２の容積が減少し、圧力室５２内のインクに圧力が加わり、インクがノズル５１から吐出される。

また、圧電素子５８の上側には圧電素子５８の自由な駆動を確保し保護するためのピエゾカバー５９が設けられており、ピエゾカバー５９の上側にはインクを各圧力室５２に供給する共通流路５５が形成されている。圧力室５２は、インク供給口５３を通じて共通流路５５と連通しており、インクが吐出された後、圧電素子５８への電圧印加が解除されると圧力室５２の容積は元にもどり、共通流路５５からインク供給口５３を介して新しいインクが圧力室５２に供給されるようになっている。

また、圧力室５２とノズル５１を結ぶノズル流路５１ａには、共通循環路６０とノズル流路５１ａとを連通する還流路６２が形成されている。なお、インク供給口５３を第１の絞り、還流路６２を第２の絞りと言うこともある。また、図４に示すように、共通循環路６０から矢印で示すようにヘッドの印字範囲外で、記録媒体に接触しないように、管が延び、溶媒濃度検出器等を経てインクが循環するようになっている。この共通循環路６０や還流路６２等を含むインク循環系については後述する。

図５は、印字ヘッド５０とインク供給／インク循環系の部分を示す概略構成図である。

図５に示すように、印字ヘッド５０にインクを供給するためにインクタンク６４、サブタンク６６及びポンプＰ０、Ｐ１、Ｐ２が設けられている。

インクタンク６４は印字ヘッド５０にインクを供給するための基タンクであり、図１で説明したインク貯蔵／装填部１４に設置される。インクタンク６４の形態には、インク残量が少なくなった場合に、補充口（図示省略）からインクを補充する方式と、タンクごと交換するカートリッジ方式とがある。使用用途に応じてインク種類を替える場合には、カートリッジ方式が適している。この場合、インクの種類情報をバーコード等で識別して、インク種類に応じて吐出制御を行うことが好ましい。なお、図５のインクタンク６４は、先に記載した図１のインク貯蔵／装填部１４と等価のものである。

また、サブタンク６６は、インクタンク６４と印字ヘッド５０を繋ぐ管路中に設けられている。サブタンク６６は、インク温度調整用加熱冷却器６８を内蔵し、高粘度インクをヘッド内温度センサ（図示省略）で５５℃になるように温調することでインク粘度を下げている。また、サブタンク６６は、ヘッドの内圧変動を防止するダンパー効果及びリフィルを改善する機能をも有している。

インクタンク６４とサブタンク６６の間には、ポンプＰ０が設けられ、ポンプＰ０を駆動することによりインクタンク６４からサブタンク６６にインクが供給される。ポンプＰ０は、サブタンク６６のインク量を一定にするように制御される。

サブタンク６６から印字ヘッド５０内の共通流路５５へは、ポンプＰ１によりフィルタ７０を介してインクが供給される。フィルタ７０は、フィルタ・メッシュサイズをノズル５１の直径よりも１０％程度小さく設定することで、異物や気泡を除去しノズル詰まりを防止している。

また、印字ヘッド５０とサブタンク６６の間にもう一つのポンプＰ２が設けられ、ポンプＰ２により共通流路５５のインクを回収し、サブタンク６６に戻すようになっている。なお、ポンプＰ２と印字ヘッド５０の間に真空脱気装置を設けるようにしてもよい。

ポンプＰ１とポンプＰ２の圧力差と共通流路５５の抵抗によって、共通流路５５を流れるインクの単位時間当たりの流量が決定される。このインク流量は、印字ヘッド５０の発熱による温度変化を制御できる量で、共通流路５５に気泡が入った場合に、気泡を流すことができる流量に設定される。このどちらの条件も、流量を多くすれば条件を満たすことができる。ただ、このとき共通流路５５内が乱流にならない範囲にする必要があるが、一般的なインクジェットヘッドの発熱量と寸法において、上記条件を満たすように設定することは可能である。

例えば、ヘッド全吐出状態（描画用に最大周波数、最大吐出体積で吐出を続けた場合の吐出）での単位時間当たりのインク消費量の１０〜２０倍程度が現実的な流速である。２ｐｌを４０ＫＨｚで吐出するヘッドが１２００ｎｐｉのノズル密度を持ち、１ユニット当たり２インチの長さであるとするとき、２×２×１２００×４００００（ｐｌ／ｓｅｃ）＝０．１９２ｍｌ／ｓｅｃがインク消費量なので、共通流路５５を流れるインク量は２〜４ｍｌ／ｓｅｃ程度とする。ヘッドが２４００ｄｐｉのノズル密度であれば、この２倍のインク量となる。また、ポンプＰ１とＰ２の圧力は、印字ヘッド５０の各ノズル５１のメニスカスをわずかに引き込むように弱い負圧になっており、大気圧に対して、−２０〜−６０ｍｍＨ_２Ｏとなっている。

圧力室５２には、共通流路５５からインクを取り込む第１の絞り（インク供給口５３）と、圧力室５２とノズル５１を繋ぐノズル流路５１ａが繋がっている。また、前述したように、圧力室５２の天井部には薄い振動板５６と、振動板５６を変形させるピエゾアクチュエータ（圧電素子５８）及びその電極等の配線が一体になって取り付けられている。

さらに、ノズル流路５１ａには、インクを循環させるため還流路６２が繋がっており、還流路６２は共通循環路６０と連通している。印字ヘッド５０には、図３にも示したように、このような圧力室５２が列状に分かれて多数並んで印字ヘッド５０を構成し、全体で１２００ｎｐｉのノズル密度を形成している。

また、図５に示すように、印字ヘッド５０からサブタンク６６にインクを循環させるインク循環系として、リザーバ７２、溶媒濃度検出器７４、溶媒タンク７６及び脱気装置７８が設けられている。

各圧力室５２毎のノズル流路５１ａに繋がった還流路６２は共通循環路６０に繋がり、１列分の圧力室５２からの循環インクは同じ共通循環路６０を流れ、ヘッド１ユニット中の複数の共通循環路６０は、一つにまとまってポンプＰ３に繋がり、さらにポンプＰ３はリザーバ７２に繋がっている。

ポンプＰ３（循環流発生手段）は、前述したポンプＰ１及びＰ２よりも負圧に設定し、ポンプＰ１、Ｐ２とポンプＰ３の差圧で第１の絞り（インク供給口５３）からインクを圧力室５２側に吸い込み、圧力室５２、ノズル流路５１ａ、還流路６２及び共通循環路６０を通してインクを流している。これにより循環するインクの流れが形成される。または、ポンプではなく、サブタンク６６の液面高さを制御することによって循環流を作りだすようにしてもよい。

この循環するインク流量は、例えば、吐出しているノズル５１では共通循環路６０から還流路６２を通り、ノズル流路５１ａにインクが逆流し、吐出されるインクの一部となるように上記圧力、流量が設定され、制御される。

また、共通循環路６０に入ったインク（循環インク）は、ノズル近傍を通った際に、ノズル５１からのインク溶媒の揮発の影響で溶媒濃度が低下している。この溶媒濃度が低下したインクはリザーバ７２に貯えられ、以降の処理がポンプＰ３の圧力に影響を与えないようにしている。

リザーバ７２には溶媒濃度検出器７４が接続され、リザーバ７２に入ったインクは、次に溶媒濃度検出器７４に入り、インクの密度、粘度、流速変化、電気伝導度等を検出することで溶媒濃度を検出し、蒸発量（不足量）を求め、インクへの溶媒添加量を決定する。溶媒濃度検出器７４の先のインク管路には弁８０を介して溶媒タンク７６が繋がっている。溶媒タンク７６から、いま決定した溶媒添加量だけ溶媒をインクに添加することでインク粘度を回復する。

溶媒濃度検出器７４には脱気装置７８が繋がっており、溶媒濃度検出器７４から脱気装置７８に入ったインクは、真空ポンプＰｖに繋がった脱気装置７８によりインク中の溶存空気量が減らされる。なお、前述したようにポンプＰ２の前に真空脱気装置を設けた場合には、この脱気装置７８は省略してもよい。

このようにして再生された循環インクは、ポンプＰ４によりフィルタ８２を介してサブタンク６６に戻される。

なお、一般にヘッド部分ではアクチュエータの動作により発熱しているので、循環インクをこの発熱を冷やすのに用いるのが好ましい。従って、循環後のインクは、再生時または、再供給時に温度調整をする必要がある。

上に述べた例では、圧力室５２を通って還流路６２及び共通循環路６０で回収された循環インクは、揮発した溶媒を補うように溶媒を追加して濃度を調整したり、ノズル部で空気からインクに溶け込んだ空気を脱気したり、異物をフィルタ８２を通して取り除いたりして再生して再利用している。しかし、循環するインクの量が少ない場合やインクの特性によっては、再利用せずにそのまま廃棄するようにしてもよい。

以下、第１実施形態について詳しく説明する。

図６に、図５の印字ヘッド５０付近を拡大して示す。図６に示すように、本実施形態の印字ヘッド５０は、サブタンク６６（インクタンク６４）から供給されたインクを貯留する共通流路５５からインク供給口（第１の絞り）５３を通じて各圧力室５２にインクを供給し、さらに、各圧力室５２から還流路（第２の絞り）６２を通じて共通循環路６０にインクを流すように構成されている。

このとき、インク供給側に対して、インク循環側（共通循環路６０）を負圧に設定して、循環するインクの流れを生じさせるようにする。そして、図６中に矢印で示すようにインクが循環する。

すなわち、サブタンク６６からポンプＰ１よりフィルタ７０を介して共通流路５５に供給されたインクは、各インク供給口（第１の絞り）５３から圧力室５２へ供給される。このときインク中の気泡Ｂｕはこのインクの流れに沿って、共通流路５５から圧力室５２に流れ、さらにノズル流路５１ａから還流路（第２の絞り）６２を通って共通循環路６０内に流入し、貯留される。

なお、図６に示すインク循環させて気泡を排除する基本構成において、サブタンク６６の代わりにメインのインクタンク６４として、直接印字ヘッドとインクタンク６４との間でインクを循環させるようにしてもよい。またこのとき、共通流路５５からインクタンク６４側にインクを戻すためのポンプＰ２は省略した構成としてもよい。

第１実施形態は、インクが吐出しない周波数（または周期）、振幅でインクを揺らすように各圧力室５２の圧電素子５８（アクチュエータ）に印加するメニスカス揺らし信号を所定の変動周期でＯＮ／ＯＦＦさせ、すなわち、メニスカス揺らし信号を所定の条件で間引いて気泡を揺らす周期を所定の周波数範囲で変化させて、圧力室５２近傍の気泡を振動させることで圧力室５２やその近傍の流路壁面から剥離し、インクの循環流れに乗せて排出するようにするものである。

まず、図８を用いて、メニスカス揺らし信号について説明する。

図８（ａ）に示すのは、吐出波形である。図８（ａ）に示す大きい山一つと小さい山一つを合わせたものが１回の吐出に対応する。従って、図８（ａ）に示す波形は、２回分の吐出を表す波形である。

図８（ｂ）に示すのは、メニスカス揺らし波形である。メニスカス揺らし波形は、上の吐出波形とは、振幅及び周期が異なっており、このような波形でメニスカスを揺らしても吐出しないような波形である。図８（ｂ）では、このような揺らしても吐出しないような波形を２周期分与えている。

図８（ｃ）に示すのは、吐出するのか吐出はせずに揺らすだけなのかを選択する波形である。図８（ｃ）の上の波形は、吐出を選択する波形であり、下の波形は、メニスカス揺らしを選択する波形である。それぞれその波形がＬ（ｌｏｗ）になったときがその波形をＯＮにするという意味である。従って、図８（ｃ）に示す例では、上の波形が最初にＬとなっているので、ＯＮとなり図８（ａ）の最初の吐出波形が選択される。また、図８（ｃ）の下の波形が次にＬとなっており、図８（ｂ）のメニスカス揺らし信号の２つめの山が選択される。このように、図８は、吐出した後にメニスカス揺らしを行うことを表している。

また、このように吐出波形とメニスカス揺らし波形を選択するために、図６に示すように、制御装置９０及び信号発生器９２が設けられている。

信号発生器９２は、制御装置９０によって制御され、吐出波形またはメニスカス揺らし波形を発生し、共通電極を兼ねる振動板５６及び個別電極５７に印加することにより、圧電素子５８を駆動して、吐出またはメニスカス揺らしを行うものである。

図１６は、インクジェット記録装置１０のシステム構成を示す要部ブロック図である。インクジェット記録装置１０は、通信インターフェース１００、システムコントローラ１０２、画像メモリ１０４、モータドライバ１０６、ヒータドライバ１０８、プリント制御部１１０、画像バッファメモリ１１２、ヘッドドライバ１１４等を備えている。

通信インターフェース１００は、ホストコンピュータ１１６から送られてくる画像データを受信するインターフェース部である。通信インターフェース１００にはＵＳＢ（Universal Serial Bus)、ＩＥＥＥ１３９４、イーサネット（登録商標）、無線ネットワークなどのシリアルインターフェースやセントロニクスなどのパラレルインターフェースを適用することができる。この部分には、通信を高速化するためのバッファメモリ（不図示）を搭載してもよい。ホストコンピュータ１１６から送出された画像データは、通信インターフェース１００を介してインクジェット記録装置１０に取り込まれ、一旦画像メモリ１０４に記憶される。画像メモリ１０４は、通信インターフェース１００を介して入力された画像を一旦格納する記憶手段であり、システムコントローラ１０２を通じてデータの読み書きが行われる。画像メモリ１０４は、半導体素子からなるメモリに限らず、ハードディスクなど磁気媒体を用いてもよい。

システムコントローラ１０２は、通信インターフェース１００、画像メモリ１０４、モータドライバ１０６、ヒータドライバ１０８等の各部を制御する制御部である。システムコントローラ１０２は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）及びその周辺回路等から構成され、ホストコンピュータ１１６との間の通信制御、画像メモリ１０４の読み書き制御等を行うとともに、搬送系のモータ１１８やヒータ１２０を制御する制御信号を生成する。

モータドライバ１０６は、システムコントローラ１０２からの指示にしたがってモータ１１８を駆動するドライバ（駆動回路）である。ヒータドライバ１０８は、システムコントローラ１０２からの指示にしたがって後乾燥部４２（図１参照）等のヒータ１２０を駆動するドライバである。

プリント制御部１１０は、システムコントローラ１０２の制御に従い、画像メモリ１０４内の画像データから印字制御用の信号を生成するための各種加工、補正などの処理を行う信号処理機能を有し、生成した印字制御信号をヘッドドライバ１１４に供給する制御部である。プリント制御部１１０ににおいて所要の信号処理が施され、前記画像データに基づいてヘッドドライバ１１４を介して印字部１２（印字ヘッド５０）のインク液滴の吐出量や吐出タイミングの制御（打滴制御）が行われる。これにより、所望のドットサイズやドット配置が実現される。なお、図６に示す制御装置９０は、このプリント制御部１１０に含まれ、プリント制御部１１０の機能の一部を構成する。

プリント制御部１１０には画像バッファメモリ１１２が備えられており、プリント制御部１１０における画像データ処理じに画像データやパラメータなどのデータが画像バッファメモリ１１２に一時的に格納される。なお、図１６において、画像バッファメモリ１１２はプリント制御部１１０に付随する態様で示されているが、画像メモリ１０４と兼用することも可能である。また、プリント制御部１１０とシステムコントローラ１０２とを統合して１つのプロセッサで構成する態様も可能である。

ヘッドドライバ１１４は、プリント制御部１１０から与えられる印字データに基づいて各色のヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙの圧電素子５８を駆動する。ヘッドドライバ１１４には各ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙの駆動条件を一定に保つためのフィードバック制御系を含んでいてもよい。なお、図６の信号発生器９２は、このヘッドドライバ１１４に含まれ、ヘッドドライバ１１４の機能の一部を構成する。

印字検出部２４は、図１で説明したように、ラインセンサを含むブロックであり、記録紙１６に印字された画像を読み取り、所要の信号処理などを行って印字状況（吐出の有無、打滴のばらつきなど）を検出し、その検出結果をプリント制御部１１０に提供する。プリント制御部１１０は、必要に応じて印字検出部２４から得られる情報に基づいて印字ヘッド５０に対する各種補正を行う。

なお、システムコントローラ１０２及びプリント制御部１１０は、１つのプロセッサから構成されていてもよいし、システムコントローラ１０２とモータドライバ１０６及びヒータドライバ１０８とを一体に構成したデバイスや、プリント制御部１１０とヘッドドライバ１１４とを一体に構成したデバイスを用いてもよい。

本実施形態は、吐出波形またはメニスカス揺らし波形を示す信号の選択のしかたを変えてメニスカス揺らしのしかたを工夫することにより、流路壁面に付着した気泡を剥離し易くしたものである。

図９に、本実施形態におけるメニスカス揺らし信号の選択のしかたを示す。図９の一番上の波形は、メニスカス揺らし波形を供給する波形（メニスカス揺らし波形供給波形）であり、一定の周期で同じ幅の波形がでているものである。図９の真ん中の波形は、選択波形であり、これがＬのところが信号がＯＮで、これがＬとなっている区間のメニスカス揺らし波形供給波形が選択される。図９に示す例では、まず、メニスカス揺らし波形の最初の２つの山が選択され、次に一つ置いてメニスカス揺らし波形の最初から４番目の山が一つ選択されている。

このように、図９の一番上に示したような一定の周期の波形のうち、間を間引くような感じで揺らす波形が選択される。図９の一番下に示す波形が、このようにしてできた、実際に圧電素子５８に印加される、気泡を除去する揺らし波形である。この波形においては、図９の一番下の波形に示すように、揺らす間隔ａ１、ａ２は長くなったり短くなったり変化する。このように、細かく揺らしたり、ゆっくり揺らしたり、またこれを周期的に変えた波形を印加して、圧力室に対して振動を加え、気泡を揺らす周期を変化させ、気泡を剥離・除去し易くする。

また、本実施形態のような構成においては、気泡を剥離するために、従来のメニスカス揺らしよりも大きな振幅でインクを揺らす状態にする場合がある。また、揺らしの直後のインク吐出時に揺らしの振動が残ってしまう可能性もある。

そこで、メニスカス揺らしの信号付与（気泡剥離兼用）のタイミングは、揺らし直後のインク吐出に対して、この吐出周期１周期分は揺らし信号を与えないようにする。例えば図９に符号Ａで示すタイミングでインクを吐出するとした場合には、揺らし信号Ｗ１は与えないようにする。

または、揺らし信号から吐出信号に変わる際には、揺らし信号の最後にメニスカスを静定させる静定信号を付与するようにする。実際には、その時点での揺れに対し、逆位相で同じ振幅となる振動を与える信号を付与する。

従来技術においては、印刷中の気泡剥離は考慮されていなかったが、本発明においては、印刷中にも気泡剥離信号を与え続けるため、このような駆動波形の工夫でより安定な吐出実現するようにしている。

なお、印刷を実行しながら気泡排除を行うと、図６に示すように、共通循環路６０に入った気泡Ｂｕが、他の圧力室５２や自身の圧力室５２の吐出動作によって還流路６２から圧力室５２内に逆流する可能性がある。そこで、共通循環路６０は、還流路６２よりも上の方に流路空間を持ち、気泡Ｂｕが浮力によって浮かび上がり、還流路６２に吸い込まれることを防止する。さらに、図７に示すように、還流路６２そのものも共通循環路６０が上になるように傾斜を付けることが好ましい。

または、気泡Ｂｕが逆流しにくいように、共通循環路６０に速いインクの流れを作り、共通循環路６０に集まった気泡Ｂｕを迅速に流すようにしてもよい。このときの流速は、例えば、共通流路５５の流速と同等とする。具体的には、全ノズルの最大吐出時のインク流量と同等程度乃至その１０倍程度の範囲であることが好ましい。

また、印字ヘッド５０内の流路、圧力室５２の壁面は、インクとの接触角が９０°以下、望ましくは、３０°以下になるような表面処理を行う。これにより、気泡と壁面の接触面積が少なくなり、振動を加えた際に、気泡が剥離し易くなる。

このように、本実施形態においては、印刷動作時に、非吐出ノズルに対してメニスカス揺らし信号を間引いて与えるようにしたため、圧力室内のインクの揺らし周波数を変化させることができ、気泡排除性を高めることが可能となる。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。

本第２実施形態のヘッド構成は、前述した第１実施形態と同等であり、本実施形態は、気泡を剥離させるためのメニスカス揺らし信号の波形を異ならせたものである。

図１０に、本実施形態における信号波形を示す。

図１０にその波形を示すように、本実施形態は、基本の波形が１つの揺らし波形を少なくとも２つのピークのあるパルス状の波形としたもので、この基本波形の２つのピークのパルス波形の間隔を変えることによって揺らす周波数を変えるようにしたものである。

図１０の一番上の波形は、基本となるメニスカス揺らし信号であり、１単位周期内に複数のピークを持ち、複数のピークの間隔ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４をそれぞれ互いに異ならせたものである。図１０の真ん中の波形は、選択信号であり、これがＬのときＯＮとなり、ＯＮとなった区間の基本波形の部分が取り出されて、圧電素子５８に印加されることとなる。また、図１０の一番下の波形は、このようにして基本波形から取り出された実際の揺らし波形である。

本実施形態では、このようにパルス間隔が広いものと狭いものが圧電素子５８に印加されて、メニスカスの揺れが変化していく。

このように、気泡を揺らす周期を所定の範囲で変化させているため、本実施形態の駆動波形では、前述した第１実施形態よりも広い周波数範囲でメニスカス揺らし振動を与えることができる。

また、本実施形態においても、メニスカス揺ら信号を印加した直後の吐出信号との間では、第１実施形態と同様に、揺らし信号を与えなかったり、静定信号を与えるなどの工夫が必要である。特に、本実施形態では、複数パルスを用いているため、第１実施形態よりも、より次の吐出駆動に近い位置でメニスカス揺らしを行うこととなってしまうので、このような工夫をすることが重要である。

具体的には、メニスカス揺らしの信号付与（気泡剥離兼用）のタイミングは、揺らし直後のインク吐出に対して、この吐出周期１周期分は揺らし信号を与えないようにする。例えば、図１０に符号Ｂで示すタイミングでインクを吐出するとした場合には、揺らし信号Ｗ２は与えないようにする。

なお、第１実施形態と同様に、図７に示したような気泡逆流防止のための共通循環路６０の工夫をすることが好ましい。

このように、本実施形態によれば、印刷動作時に、非吐出ノズルに対してメニスカス揺らし、間隔の異なる複数パルスを与えるようにしたため、圧力室内のインクの揺らし周波数をより大きな範囲で変化させることができ、気泡排除性を高めることが可能となる。

次に、本発明の第３実施形態について説明する。

本実施形態も、ヘッド構成は第１実施形態と同様であり、気泡を剥離させる揺らし信号波形を第１実施形態と異ならせたものである。

図１１に、本実施形態の波形を示す。図１１の一番上の波形が基本波形である。図１１に示すように、本実施形態においては、前述した第２実施形態のような複数のパルスの間隔（ｂ１、ｂ２、ｂ３、ｂ４）ではなくて、１つの台形状（方形状）の波形のパルス幅（ｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４）を変えるようにしている。すなわち、ｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４は互いに異なる。

本実施形態では、台形波形（方形信号）が一定周期で出てくるが、この一つ一つの台形波形の幅（ｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４）を変えることで、揺らし方を変えるようにしている。すなわち、第２実施形態では、押して引いてすぐもどるという駆動を２回行っている（２つのピークを持つパルス波）のに対して、本実施形態においては、１回押して、すこししてからもどすようにしている（１つの台形波形）。

このように、本実施形態では、波形を台形波形（方形信号）とし、その幅（一つ一つのパルス幅（ｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４））を変えるようにしたため、第１実施形態に比べて広い周波数範囲でメニスカス揺らし振動を与えることができる。また、台形波形としたため、第２実施形態に比べて、ずっとインクを加圧もしくは減圧している時間を維持することができるため、大きな振動を与え易くなっている。

また、メニスカス揺らし後の吐出信号との間では、第１実施形態と同様に、揺らし信号を与えないようにしたり、静定信号を与えるなどの工夫は本実施形態においても必要である。特に、本実施形態では、パルス幅を変化させるため第１実施形態よりも、より次の吐出駆動に近い位置でメニスカス揺らし駆動を行う事となるため、上記工夫は重要である。

具体的には、メニスカス揺らしの信号付与（気泡剥離兼用）のタイミングは、揺らし直後のインク吐出に対して、この吐出周期１周期分は揺らし信号を与えないようにする。例えば図１１に符号Ｃで示すタイミングでインクを吐出するとした場合には、揺らし信号Ｗ３は与えないようにする。

さらに、本実施形態においても、図７のような気泡逆流防止のための共通循環路６０の工夫をすることが好ましい。

このように、本実施形態によれば、印刷動作時に、非吐出ノズルに対しメニスカス揺らし、幅の異なるパルスを与えるようにしてるため、圧力室内のインクの揺らし周波数をより大きな範囲で変化させ、また大きな振幅を得ることができ、気泡排除性を高めることが可能となる。

次に、本発明の第４実施形態について説明する。

第４実施形態は、前述した第２実施形態及び第３実施形態において、気泡を揺らす周期を所定の周波数範囲で変化させる際に、圧力室本来の共振周波数に近い振動条件となる駆動信号は、他の周波数時よりも振幅を小さくし、振幅を小さくしていない前後の周波数の振幅に対し、概ね１／３から１／２の振幅にするようにしたものである。

これにより、インクの揺れる量を小さくして、メニスカス揺らし信号による誤吐出を防ぎつつ、より大きな振動を与えて、気泡の剥離性を向上させることができる。

図１２に、本実施形態のイメージを示す。連続的なイメージとして、図１２に示すように、低い周波数から高い周波数に変化して行き、圧力室の本来の共振周波数付近においては、急激に振幅を小さくして行く。これは、圧力室５２に気泡が入った場合には、圧力室の共振周波数は、本来のものよりずれるが、気泡のコンプライアンスため吐出しにくくなっており、大きな振動を与えても問題ないが、本来の共振周波数のところで共振周波数がずれているので、振幅を小さくしても気泡の排出には影響がなく、むしろ誤吐出の防止という効果の方が大きいと考えられるからである。

本実施形態における実際の印加波形を図１３に示す。図１３（ａ）は、第２実施形態に対応するものであり、図１３（ｂ）は、第３実施形態に対応するものである。

図１３（ａ）に示すように、第２実施形態の場合、例えば、図に矢印Ａ１で示す部分の信号を約１／２に小さくしているが、括弧Ａ２で括った２つのパルス波を共に小さくするようにしてもよい。

また、図１３（ｂ）に示すように、第３実施形態の場合、図に矢印Ａ３で示す台形波形の出力を約１／２に小さくしている。このように、出力を小さくする代わりに台形波形の立ち上がりや立ち下がりを緩やかにするようにしてもよい。

次に、本発明の第５実施形態について説明する。

本実施形態は、以下のように周期の変化範囲を定め、この周波数範囲の信号を前述した第１〜第４実施形態において印加するようにしたものである。

（周期の変化範囲）
（１）圧力室に入る泡はインク供給側のフィルタのメッシュの大きさが略最大径である。
（２）最小径は、吐出に影響する最小の泡径である（インク粘度や、圧力室の本来の共振周波数によるがおおむね５〜１０μｍ）。
（３）泡がインク供給口（第１の絞り）付近、還流路（第２の絞り）付近、圧力室内、ノズル付近にそれぞれ有る場合について、上記（１）、（２）の気泡サイズの範囲で、圧力室とインク、気泡を含んだ共振周波数を集中定数法により求める。

ここで、上記条件（３）は、実験的に求めてもよい。例えば、上記（１）、（２）の大きさの泡を実際に圧力室に注入して、循環流だけでは泡が剥がれない循環速度の条件で圧電素子（アクチュエータ）の駆動信号周波数を与え、信号の周波数を変化させ、泡が剥離する条件を求める。

このようにして、定めた周波数範囲で、集中的にインクを振動させることでより短い時間で気泡を剥離させることができる。

この周波数は、ヘッドの各部の寸法やインクの特性により大きく変わるが、概ね数ｋＨｚ〜数ＭＨｚの範囲であり、大変広く、上記のようにして、振動させる周波数範囲を絞る事が望ましい。

次に、本発明の第６実施形態について説明する。

本実施形態は、上記実施形態においてメニスカス揺らし信号は加圧時は信号変化を緩やかにし、減圧時は信号変化を急激にすることにより、気泡膨張が急激になるので気泡引き剥がし力が効果的に働きことを用いて気泡を剥離し易くしたものである。

また、本実施形態では、さらに、インク供給口（第１の絞り）と還流路（第２の絞り）との関係が、（第１の絞りの抵抗／第２の絞りの抵抗）＞（第１の絞りのイナータンス／第２の絞りのイナータンス）となるようにする。

この結果、加圧時と減圧時における各絞りの流量が、（加圧時の第１の絞りの流量／加圧時の第２の絞りの流量）＜（減圧時の第１の絞りの流量／減圧時の第２の絞りの流量）・・・（１）式、となる。

また、この状態では、吐出しない条件で押したり引いたりしているので、（加圧時の第１の絞りの流量）＋（加圧時の第２の絞りの流量）＝（減圧時の第１の絞りの流量）＋（減圧時の第２の絞りの流量）・・・（２）式、となる。

よって、（減圧時の第１の絞りの流量）−（加圧時の第１の絞りの流量）＞０・・・（３）式、これは第１の絞りからは、吸い込みが多いことを示している。

また、（減圧時の第２の絞りの流量）−（加圧時の第２の絞りの流量）＜０・・・（４式、これは第２の絞りからは、排出が多いことを示している。

これは次のようにして証明することができる。

上記（３）式及び（４）式となることの証明は、以下の通りである。

まず、式を見易くするために、加圧時の第１の絞りの流量をａ、加圧時の第２の絞りの流量をｂ、減圧時の第１の絞りの流量をｃ、減圧時の第２の絞りの流量をｄと表記する。ここで、ａ、ｂ、ｃ、ｄはいずれも正である。

これを用いて（１）式、（２）式を表すと、次のようになる。

ａ／ｂ＜ｃ／ｄ・・・（１）式
ａ＋ｂ＝ｃ＋ｄ・・・（２）式
ここで、（２）式から、ｃ−ａ＝−（ｄ−ｂ）となる。

よって、ｃ−ａとｄ−ｂは正負が逆であるか、０である。

まず、ｃ−ａ＝０、ｄ−ｂ＝０と仮定すると、ｃ＝ａ、ｄ＝ｂとなり、（１）式から、ａ／ｂ＜ａ／ｂとなり、矛盾する。よって、ｃ−ａとｄ−ｂは０ではない。

次に、ｃ−ａ＜０、ｄ−ｂ＞０と仮定する。また、ここで、ａ＝ｃ＋α（α＞０）、及び、ｄ＝ｂ＋β（β＞０）とすると、（１）式から、次が成り立つ。

（ｃ＋α）／ｂ＜ｃ／（ｂ＋β）
よって、（ｃ＋α）・（ｂ＋β）＜ｂｃとなり、ここでα＞０、β＞０、さらにｂ＞０、ｃ＞０なので、この仮定も矛盾する。

最後に、（３）式、（４）式を仮定する。つまり、次が成り立つと仮定する。

ｃ−ａ＞０・・・（３）式
ｄ−ｂ＜０・・・（４）式
ここで、ｃ＝ａ＋γ（γ＞０）、ｂ＝ｄ＋δ（δ＞０）とすると、（１）式から、次の式が成り立つ。

ａ／（ｄ＋δ）＜（ａ＋γ）／ｄ
よって、ａ・ｄ＜（ａ＋γ）・（ｄ＋δ）となる。ここで、γ＞０、δ＞０、ａ＞０、ｄ＞０であるから、この仮定は矛盾しない。ｃ−ａとｄ−ｂの関係は以上で全てであるので、先に示した通り、（３）式、（４）式が成立する。

結局、このような結果となり、押し引きで各絞り部での流れ量が変わり、結果として一方向の流れを作る。従って、循環流を促進する効果も得られる。

図１４に、本実施形態における信号制御の一例を示す。

図１４（ａ）は、前述した第３実施形態の波形である。これに対して、本実施形態では、図１４（ｂ）に示すように、この台形波形の立ち上がりＤ１は緩やかに、立ち下がりＤ２は急激に変化するようにしている。これにより、気泡剥離効果が向上する。

さらに、立ち上がりＤ１から立ち下がりＤ２までの時間Ａを、立ち下がりＤ２から（次の）立ち上がりＤ１までの時間Ｂより長くすることで、インクの慣性力のためにより多くのインクが加圧時に第２の絞りから流れ出るようになり、上記の循環流をより促進する。

このように、本実施形態によれば、圧力室のインク供給絞り、循環路の絞りの各抵抗、各イナータンスを所定の関係にし、さらに、揺らし信号の立ち上げと立ち下げの変化率を異ならせるようにしたため、気泡排除性が高まり、インク循環を促進する流れとなる。

次に、本発明の第７実施形態について説明する。

本実施形態は、メニスカス揺らしの基本信号に、気泡が高次モードで振動する高周波信号を同時に印加し、気泡の表面積を大きくさせて気泡がインクに溶解するのを促進しつつ、気泡を剥離させるようにしたものである。すなわち、本実施形態においては、気泡の剥離とインクへの溶解を同時に促進するという効果がある。

なお、気泡のサイズは小さくなるので気泡の共振周波数は高くなるから、メニスカス揺らしの基本信号も、これに合わせて低い周波数から高い周波数に変化させる。

図１５に、本実施形態における気泡の剥離及び溶解の様子を示す。

図１５（ａ）は、通常のメニスカス揺らし信号の押し引きの信号を印加した場合の、流路壁面に付着した気泡Ｂｕの様子を示す。通常の押し引きの信号の場合には、図１５（ａ）に示すように、気泡Ｂｕの表面は球面のままで相似形に変形する。

これに対して、もっと高い周波数の信号を与えると、図１５（ｂ）に示す高次モード１、あるいは図１５（ｃ）に示す高次モード２のように、気泡Ｂｕが高次で振動し、図に破線で示すように変形し気泡Ｂｕの剥離力が増加する。また、同時に気泡Ｂｕの表面積が増加するので、このとき気泡Ｂｕの周辺のインクが脱気されていると気泡Ｂｕのインクへの溶解が期待できる。

このように、本実施形態によれば、高次モードで振動させると、気泡を剥離させつつ同時に気泡を溶解させる効果を有する。

以下、本実施形態の具体的な例を説明する。小振幅の圧力振動を加えられた際に微小気泡表面に生じる振動は、加える振動によって異なる次数の振動となるが、それは下記式（１）で求められる。

なお、式（１）中の記号の意味は次の通りである。

λ：微小気泡表面に生じる振動波長（ｍ）
σ：表面張力（例えば、３０ｍＮ／ｍ）
ρ：密度（例えば、１０００ｋｇ／ｍ^３）
ｆ_ｋ：微泡表面に生じる振動の周波数（Ｈｚ）
ｆ_ｅ：加える振動の周波数（Ｈｚ）
ここで、図１５（ｂ）に示した高次モード１の波長は、気泡の円周長の概略１／４である。また、図１５（ｃ）に示した高次モード２の波長は、気泡の円周長の概略１／６である。

一方、気泡の大きさは第５実施形態で示した、以下の大きさが考えられる。
（１）圧力室に入る泡はインク供給側のフィルタのメッシュの大きさが略最大径である。
（２）最小径は、吐出に影響する最小の泡径である（インク粘度や、圧力室の本来の共振周波数によるがおおむね５〜１０μｍ）。

この（１）のフィルタのメッシュの大きさは、異物によるノズル詰まりを防ぐために、通常、ノズルの大きさ以下にするので、ここでは２５μｍとする。つまり、小さい気泡は５μｍ、大きい気泡は２５μｍとなる。

この条件で、上記高次モード１と高次モード２の波長と、加える振動の周波数の関係を求めると以下のようになる。

まず、５μｍの気泡の場合、気泡の円周長の１／４の波長の場合には、波長λは、次の式（２）のようになる。

また、上記式（１）の後の等号を用いて変形すると、次の式（３）が得られる。

これより、ｆ_ｅは次の式（４）のようになる。

また、気泡の円周長の１／６の波長の場合には、波長λは、次の式（５）のようになる。

また、これについても上と同様にして、ｆ_ｅは次の式（６）のように得られる。

また、次に２５μｍの気泡の場合、気泡の円周長の１／４の波長の場合には、波長λは、次の式（７）のようになり、ｆ_ｅは次の式（８）のようになる。

また、このとき気泡の円周長の１／６の波長の場合には、波長λは、次の式（９）のようになり、ｆ_ｅは次の式（１０）のようになる。

以上の結果から、最も低い周波数ｆ_ｅと高い周波数ｆ_ｋは、それぞれ次の式（１１）、式（１２）のようになる。

この周波数は、気泡の大きさに対し、微小気泡表面に生じる振動波長を概略で定めたもので、実際の高次モード１や高次モード２の波長は多少ずれている事が予想される。

また、気泡の体積が同等でも、気泡が圧力室等の壁に対し接しているかどうか、また、接している場合でも、接触面積によって、これらの振動の状態は変わるので、上記周波数範囲よりも多少広い周波数範囲で振動を加えることが望ましい。

ただ、上記で計算した周波数からもわかるとおり、加える振動の周波数を倍程度高くすると、次のモードの高次振動になるので、上記範囲に対して、低い方の周波数は１／２より低い周波数にする必要はない。

さらに、５μｍ未満の気泡は、吐出に影響しないので、同様に、高い方の周波数をあまり上げる必要はない。

よって、上記の周波数範囲は、余裕を取る場合、低い方の周波数で１／２にし、高い方の周波数では、１、２割り高くすれば充分である。

つまり、周波数の範囲は０．１５〜７ＭＨｚとなる。

以上、本発明のインクジェット記録装置について詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。

本発明に係るインクジェット記録装置の第１実施形態の概略を示す全体構成図である。図１に示したインクジェット記録装置の印字部周辺の要部平面図である。印字ヘッドの構造例を示す平面透視図である。図３中の４−４に沿った断面図である。印字ヘッドとインク供給／インク循環系の部分を示す概略構成図である。図５の印字ヘッド付近を拡大して示す拡大図である。図６中の還流路と共通循環路の関係を示す拡大図である。メニスカス揺らし信号の与え方を示す線図であり、（ａ）は吐出波形、（ｂ）はメニスカス揺らし信号、（ｃ）は選択波形である。第１実施形態におけるメニスカス揺らし信号を示す線図である。第２実施形態におけるメニスカス揺らし信号を示す線図である。第３実施形態におけるメニスカス揺らし信号を示す線図である。第４実施形態の波形のイメージを示す線図である。第４実施形態の実際の印加波形を示す説明図であり、（ａ）は第２実施形態に対応し、（ｂ）は第３実施形態に対応する。（ａ）、（ｂ）は第６実施形態の印加波形を示す線図である。第７実施形態を示す説明図であり、（ａ）は通常のメニスカス揺らしにおける気泡の変形の様子を示し、（ｂ）及び（ｃ）は高次モードで揺らした場合を示す。インクジェット記録装置のシステム構成を示す要部ブロック図である。

符号の説明

１０…インクジェット記録装置、１２…印字部、１４…インク貯蔵／装填部、１６…記録紙、１８…給紙部、２０…デカール処理部、２２…吸着ベルト搬送部、２４…印字検出部、２６…排紙部、２８…カッター、３０…加熱ドラム、３１、３２…ローラー、３３…ベルト、３４…吸着チャンバー、３５…ファン、３６…ベルト清掃部、４０…加熱ファン、４２…後乾燥部、４４…加熱・加圧部、４５…加圧ローラー、４８…カッター、５０…印字ヘッド、５１…ノズル、５１ａ…ノズル流路、５２…圧力室、５３…インク供給口、５４…圧力室ユニット、５５…共通液室、５６…振動板（共通電極）、５７…個別電極、５８…圧電素子、５９…ピエゾカバー、６０…共通循環路、６２…還流路、６４…インクタンク、６６…サブタンク、６８…インク温度調整用加熱冷却器、７０…フィルタ、７２…リザーバ、７４…溶媒濃度検出器、７６…溶媒タンク、７８…脱気装置、８０、８２…フィルタ、９０…制御装置、９２…信号発生器

Claims

インクを吐出するノズルにノズル流路を介して連通する圧力室と、
前記圧力室にインクを供給するインク供給口と、
前記ノズル流路に連通し、圧力室からのインクを還流させるための還流路と、
前記圧力室にインクを吐出するための圧力を発生させるためのアクチュエータと、
前記ノズルよりインクを吐出し記録中においても、前記インク供給口側から前記還流路側に流れるようなインクの循環流を発生させる循環流発生手段と、
前記記録中に、インクを吐出する前記圧力室のアクチュエータに対しインク吐出用の信号を与えるとともに、インクを吐出しない前記圧力室のアクチュエータに対しては、インクが吐出しない程度に前記ノズル内のインク液面を揺らす、メニスカス揺らし信号を与える制御装置と、
を備え、前記制御装置は、１単位周期内に方形波を含む前記メニスカス揺らし信号の、前記方形波の幅を順次異ならせて、インクを吐出しない前記圧力室のアクチュエータに対して与えることを特徴とするインクジェット記録装置。
前記メニスカス揺らし信号の制御によって発生するインクの振動が前記圧力室の共振周波数に近い条件の場合には、前記メニスカス揺らし信号の振幅を他の周波数における振幅よりも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記録装置。
前記メニスカス揺らし信号の制御は、前記圧力室に入り得る気泡のサイズの範囲に対して共振が起きる周波数範囲の振動を励起するようなメニスカス信号を印加し、
前記気泡のサイズは、前記インク供給口側に設けられたフィルタのメッシュの大きさを最大とし、インク吐出に影響する最小の気泡のサイズを最小とすることを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェット記録装置。
インクを吐出するノズルにノズル流路を介して連通する圧力室と、
前記圧力室にインクを供給するインク供給口と、
前記ノズル流路に連通し、圧力室からのインクを還流させるための還流路と、
前記圧力室にインクを吐出するための圧力を発生させるためのアクチュエータと、
前記ノズルよりインクを吐出し記録中においても、前記インク供給口側から前記還流路側に流れるようなインクの循環流を発生させる循環流発生手段と、
前記記録中に、インクを吐出する前記圧力室のアクチュエータに対しインク吐出用の信号を与えるとともに、インクを吐出しない前記圧力室のアクチュエータに対しては、インクが吐出しない程度に前記ノズル内のインク液面を揺らす、メニスカス揺らし信号を与える制御装置と、
を備え、（インク供給口側の抵抗／還流路側の抵抗）＞（インク供給口のイナータンス／還流路のイナータンス）とし、前記メニスカス揺らし信号は、前記圧力室を加圧する際の信号の単位時間当たりの平均変化量の絶対値よりも圧力室を減圧する際の信号の単位時間当たりの平均変化量の絶対値を大きくすることを特徴とするインクジェット記録装置。
前記メニスカス揺らし信号に対して、前記気泡が高次モードで振動する高周波信号を同時に印加することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のインクジェット記録装置。