JP4841463B2 - 液体吐出装置および記録装置 - Google Patents

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Description

本発明は液体吐出装置および記録装置に係り、特に液体リフィル量や圧力調整の応答性の維持を図りつつ、ポンプの脈流による圧力変動を抑制することができる液体吐出装置に関する。
従来より液体吐出装置では、不吐出時にノズルから液体が漏出することを防止するために、ノズル内部の液体に負圧を与えている。負圧を与えるにあたっては、ノズルと連通するインクカートリッジやインクタンク、サブタンクにおいて、ポンプにより空気の供給排出による圧力調整を行い負圧を発生させる負圧発生室が設けられている。しかしながら、ポンプには一般的に脈動が存在し、圧力調整においてこの脈動の影響により圧力変動が生じるおそれがある。
そこで、ポンプの脈動による圧力変動の回避案として、特許文献1が開示されている。特許文献1では、図19、図20に示すように、インク供給装置202と記録ヘッド203との間に、多孔質体のフィルター205を備える圧力変動抑制器204を配置している。そして、インク供給時の振動を抑制してインク供給装置202で発生する圧力変動を記録ヘッド203に伝達させないようにしている。
特開2004−106310号公報
まず、ポンプの脈動発生の原理についてロータリーポンプを用いて説明する。図21に示すように、ロータリーポンプは回転体211が回転しながらガイド213に保持される弾性チューブ212を圧縮し、弾性チューブ212内の空気を移動させて空気を出し入れする。
図22は、図21に示すガイド213および弾性チューブ212の展開図である。図22に示すように、図21に対応するA→B→C→Dのように回転体211が動くとき、回転体211に対してその動作方向に位置する弾性チューブ212内の領域αにおいて、A→B→C→Dと進むに連れて容積が減少して圧力が増加する。そして、回転体211が図22(d)に示すようにDを通過し、その後A’に達すると図22(a)に示すように回転体211がAに位置する状態に戻る。この時、弾性チューブ212内の圧力がA’以降の加圧された圧力に影響を及ぼし、A’以降の圧力が減少することになる。
そこで、回転体211の位置(位相)とロータリーポンプによる空気の供給先の圧力の値との関係を示すと、図23のように表される。図23に示すように、回転体211の位置(位相)がA→B→C→Dと進むに連れて供給先の圧力の値が一定の割合で増加していくが、回転体211の位置(位相)がDを通過して再びAに戻ると、一旦供給先の圧力の値が減少する。このように一旦供給先の圧力の値が減少する時の減少幅が、ロータリーポンプによる空気の供給動作における脈動となって表れる。
ここで、弾性チューブ212のA→B→C→D→A’間における容積をv、A’以降における容積をVとすると、脈動の幅は、N×v/{V×(V+v)}で表され、およそvに比例し、およそVに反比例する。なお、Nは繰り返し回数である。そして、特に装置小型化のためには供給先の容量であるVを小容量にする必要があり、また大量供給に適応するためにはポンプチューブ容量vを大容量にする必要があるため、脈動が大きくなり圧力調整において圧力変動が大きくなってしまう。そのため、圧力を安定にした供給を図ることは難しい。なお、このようなことはロータリーポンプに限らず、ピストン形ポンプにおいても生じうる。
特許文献1の発明においては、前記のように多孔質体のフィルターにより、ポンプの脈動による圧力変動を抑制しており、流路抵抗が高く圧力調整に対する応答性が悪く記録ヘッドへの液体供給不足を招くという問題が発生する。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、液体収容器内の圧力調整の応答性の維持を図りつつ、ポンプの脈動による液体収容器内の圧力変動を抑制することができる液体吐出装置および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に係る発明は、液体吐出装置において、吐出用液体を吐出する記録ヘッドと、前記吐出用液体および空気収容され、前記吐出用液体と前記空気とを区画する可撓性膜を有し、内部が密閉された構造を有する液体収容器と、前記液体収容器から記録ヘッドへ連通する記録ヘッド連通流路と、前記液体収容器に収容される前記吐出用液体の圧力を検出する圧力検出手段と、前記液体収容器の空気が収容される区画と連通し、回転体を駆動させて前記液体収容器内に空気を出し入れし、前記圧力検出手段の検出結果に基づいて前記回転体の回転速度が設定され、前記設定された回転速度により前記回転体を回転させて前記液体収容器内の空気の圧力を一定にする第1の圧送手段と、前記回転体の位相を検出する位相検出手段と、前記液体収容器と前記記録ヘッド連通流路に連通する脈動抑制流路に配置され、前記液体収容内の前記吐出用液体を出し入れする第2の圧送手段と、前記位相検出手段により検出された前記回転体の位相に応じて、前記第2の圧送手段の回転速度を制御することにより前記第1の圧送手段により発生する圧力変動を打ち消す制御手段と、を有すること、を特徴とする。
本発明によれば、検出される第1の圧送手段の回転体の位相に応じて第2の圧送手段の回転速度を制御することにより第1の圧送手段による圧力変動を打ち消すので、記録ヘッドへのリフィル量の維持や液体収容器内の圧力調整の応答性の維持を図りつつ、ポンプの脈動による液体収容器内の圧力変動を抑制することができる。
なお、回転体としては、例えばロータリーポンプのローターに限られず、ピストン形ポンプのプランジャーなども含む。
前記目的を達成するために請求項2に係る発明は、請求項1に記載の液体吐出装置において、前記液体収容器の液量を検出する液量検出器を有し、前記制御手段は、前記液量検出器により検出した液量に応じて前記液体収容内の前記吐出用液体を出し入れする量を変えて前記第1の圧送手段により発生する圧力変動を打ち消すこと、を特徴とする。
本発明によれば、液量検出器により検出した液量に応じて液体収容内の吐出用液体を出し入れする量を変えて第1の圧送手段により発生する圧力変動を打ち消すので、液体収容器内の液量の変化により空気層の圧力の脈動に変化が生じた場合であっても、記録ヘッドへのリフィル量の維持や液体収容器内の圧力調整の応答性の維持を図りつつ、ポンプの脈動による液体収容器内の圧力変動を抑制することができる。
前記目的を達成するために請求項3に係る発明は、請求項1または2に記載の液体吐出装置において、非記録時に前記第2の圧送手段を駆動し、前記吐出用液体を前記液体収容器、前記記録ヘッド連通流路、前記脈動抑制流路の間で循環させること、を特徴とする。
本発明によれば、非記録時においても吐出用液体を前記液体収容器、記録ヘッド連通流路、脈動抑制流路の間で循環させるので、吐出用液体の長時間滞留を防止することができる。
前記目的を達成するために請求項4に係る発明は、記録装置において、請求項1乃至3のいずれか1つに記載の液体吐出装置を有すること、を特徴とする。
本発明によれば、記録ヘッドへのリフィル量の維持や液体収容器内の圧力調整の応答性の維持を図りつつ、ポンプの脈動による液体収容器内の圧力変動を抑制することができる。
以下添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について詳説する。まず、第1実施形態について説明する。
<第1実施形態>
〔液体吐出装置の構成〕
図1は、本発明の液体吐出装置の概要図である。図1に示すように本発明の液体吐出装置11は、おおよそインクを貯留するメインタンク21、メインタンク21から供給されるインクを一旦貯留するサブタンク22、サブタンク22から供給されるインクを吐出する記録ヘッド23などにより構成される。そして、サブタンク22内は可撓膜33によりインク層34と空気層36により分離され、空気層36に繋がる圧力調整流路38には空気層36の圧力を調整するための圧力調整ポンプ24が設けられ、また、サブタンク22と記録ヘッド23の間の記録ヘッド流路37には、圧力計26が設けられている。圧力調整ポンプ24と圧力計26の間には圧力調整ポンプ制御装置25が設けられている。
記録ヘッド流路37からは脈動抑制流路39が分岐しており、サブタンク22のインク層34から記録ヘッド連通流路37に供給されるインクの一部が脈動抑制流路39を通って、再びサブタンク22のインク層34に戻されて循環するように、脈動抑制流路39が設けられている。そして、この脈動抑制流路39に脈動抑制ポンプ27が配置されている。
圧力調整ポンプ24と脈動抑制ポンプ27との間には位相検出器28、脈動抑制ポンプ制御装置29が設けられている。脈動抑制ポンプ27は、ロータリーポンプを用い、回転体の駆動源にパルスモータを用いる。そして、パルスモータのパルス周波数を変更することで、回転体の駆動を制御して記録ヘッド23への供給流量を制御する。ロータリーポンプはシリンジ型ポンプと比較し、逆流させることが容易である特徴があり、パルスモータは他のモータと比較し速度制御が容易で応答性が良い特徴がある。また、圧力調整ポンプ24においても同様の理由により、パルスモータを用いたロータリーポンプが望ましい。
パルスモータには原点検出器(不図示)、例えば、スリットを光学センサで検出する検出器が備えられており、原点からのパルス数とモータのステップ角の積算により位相を算出する。
〔液体吐出装置の作用〕
以上のような構成を有する本発明の液体吐出装置について作用を説明する。まず、本発明の液体吐出装置の作用について概要を説明する。インク吐出時において、液体吐出装置11のサブタンク22のインク層34内の圧力と、圧力調整ポンプ24の圧力の様子は、縦軸を圧力、横軸を時間として図2のようになる。図2(A)に示すように、記録ヘッド23からインクの吐出を行うとサブタンク22内の空気層36の圧力は徐々に低下する。そこで、図2(B)に示すように時間の経過とともに供給圧力が上昇して変化する圧力調整ポンプ24により、サブタンク22内の空気層36の圧力を調整する。
すると、図2(C)に示すようにサブタンク22内の空気層36の圧力が一定の範囲内に収まる。しかし、前記のように圧力調整ポンプ24の脈動によりサブタンク22内の空気層36において圧力変動が生じ、当該圧力変動の幅は記録ヘッド23から正常に吐出ができる範囲から外れる現象が生じてしまう。
そこで、本発明では、位相検出器28により圧力調整ポンプ24の位相と回転方向を検出し、脈動抑制ポンプ制御装置29により脈動抑制ポンプ27を制御することにより、圧力調整ポンプ24の脈動を打ち消すこととしている。このとき、サブタンク22と圧力調整ポンプ24と脈動抑制ポンプ27の圧力変化の様子は、縦軸を圧力、横軸を時間として図3のようになる。
図3(A)に示すように、記録ヘッド23からインクの吐出を行うとサブタンク22内の空気層36の圧力は徐々に低下する。そこで、図3(B)に示すように時間の経過とともに供給圧力が上昇して変化する圧力調整ポンプ24により、サブタンク22内の空気層36の圧力を調整する。ここまでは、前記の図2と同様に作用する。
しかし、図3では以下の内容が図2の場合と異なる。図3(C)に示すように、脈動抑制ポンプ27によりサブタンク22内のインク層34に供給する圧力の値の時間軸波形の振幅δおよび周期が、圧力調整ポンプ24がサブタンク22内の空気層36に供給する際の圧力の値の時間軸波形の振幅δ(脈動幅)および周期と等しくなるように脈動抑制ポンプ27を制御する。つまり、圧力調整ポンプ24がサブタンク22内の空気層36に空気を供給する際の圧力の値の時間軸波形と脈動抑制ポンプ27がサブタンク22内のインク層34にインクを供給する際の圧力の値の時間軸波形を重ね合わせた時に互いに打ち消しあうように、脈動抑制ポンプ27を制御する。
そして、このように脈動抑制ポンプ27により、サブタンク22内の空気層36の圧力の調整を行うと、図3(D)に示すように、サブタンク22内の空気層36の圧力変化は、記録ヘッド23から正常にインクを吐出できる範囲内に収めることができる。これにより、記録ヘッド23へのリフィル量の維持やサブタンク22内の圧力調整の応答性の維持を図りつつ、圧力調整ポンプ24の脈動によるサブタンク22内の圧力変動を抑制することができる。
次に、図4のフローチャートおよび図5の記録ヘッド流路37すなわち圧力計26の圧力変化の様子を示す図を使って、本発明の液体吐出装置の作用についてより具体的に説明する。図4に示すように、吐出開始(ステップS2)後、圧力調整を行わないサンプリング時間を設ける(ステップS4)。すると、図5に示すように、サンプリング時間中はサブタンク22内のインク層34のインクが記録ヘッド23に供給され、サブタンク22内のインク層34の圧力が徐々に減少していく。なお、サンプリング時間は圧力調整ポンプ24が供給する圧力の脈動の周期より十分に短い時間とする。例えば、圧力調整ポンプ24が供給する圧力の脈動の周期が1secの場合にはサンプリング時間を20msecとする。
そして、このままの状態で吐出を続けると、図5の破線(A)に示すように、サブタンク22内のインク層34の圧力が徐々に減少していく。そこで、サンプリング時間の経過後に、圧力計26によりサブタンク22内のインク層34の圧力を測定する(ステップS6)。そして、測定した圧力の値に応じて圧力を初期値Pに戻すように圧力調整ポンプ24の回転速度を設定し(ステップS8)、この設定した回転速度で圧力調整ポンプ24を駆動する(ステップS10)。その時の圧力調整ポンプ24によって発生する圧力変化量は、図5の破線(B)で示すようになる。
ここで、設定する回転速度の求め方について説明する。
サンプリング時間Tsに圧力がPからPに変化した場合、Pのときの空気層36の容積をVとし、ポンプが1回転したときの流量をSとすると、設定する回転速度として圧力調整ポンプ24の回転数nについて、n=(1−P/P)×(V/S)×(1/Ts)、にて求める。
再び図4に示すフローに戻り、次に、位相検出器28により圧力調整ポンプ24の回転体の位相と回転方向を検出する(ステップS12)。そして、圧力調整ポンプ24の位相及び回転方向と脈動抑制ポンプ27の回転速度及び回転方向との相関テーブル(後述する図6)を参照し、脈動抑制ポンプ27の回転速度及び回転方向を設定して(ステップS14)、脈動抑制ポンプ27を設定された回転速度及び回転方向で駆動する(ステップS16)。その時の脈動抑制ポンプ27によって発生する圧力変化量は、図5の破線(c)で示すようになる。
これにより、インクの吐出によるサブタンク22内のインク層34の圧力の減少(図5の破線(A))と、圧力調整ポンプ24による加圧(図5の破線(B))と、脈動抑制ポンプ27による圧力調整ポンプ24の脈動補正(図5の破線(C))が重ね合わされ、図5の実線(D)に示されるように、圧力計26より測定される圧力は任意の一定値に維持されることになる。
ここで、ステップS14にて使用される相関テーブルについて説明する。
ステップS14で使用する相関テーブルは、図6に示すように、圧力調整ポンプ24の位相ごとに、かつ、2つ(加圧時と減圧時)の回転方向ごとに、脈動抑制ポンプ27の回転速度及び回転方向を用意する。この相関テーブルの作成にあたってはまず、メインタンク21からのインクの供給を停止し、記録ヘッド23からのインクの吐出を停止した状態で、かつ脈動抑制ポンプ27を停止した状態にする。この状態で、圧力調整ポンプ24を一定の回転速度で回転させ、各位相毎(図7ではA、B、C、D)に圧力計26により圧力値を実測する。この実測した圧力値を図7の実線で示す。一方、圧力調整ポンプ24の各位相毎について計算により平均化された圧力値を図7の破線で示す。
そして、実測による圧力値と計算による圧力値との差分値を、圧力調整ポンプ24の脈動による圧力変動幅として算出すると、図8に示すように表すことができる。さらに、実測による圧力値と計算により平均化された圧力値との差分値に対して要求される脈動抑制ポンプ27の回転速度へ換算することにより、図6に示す圧力調整ポンプ24の位相と脈動抑制ポンプ27の回転速度との相関テーブルが作成される。
また、ステップS16にて脈動抑制ポンプ27を設定された回転速度及び回転方向で駆動する際における脈動抑制ポンプ制御装置29による脈動抑制ポンプ27の制御方法について説明する。
図9に示すように、例として、圧力調整ポンプ24(不図示)が稼動している状態でのサブタンク22のインクの圧力をPとし、Pが正常吐出可能な圧力範囲より高い場合を考える。なお、説明の便宜上、図9においては圧力計26を省略して示している。
図9において、サブタンク22からのインクの流量をQ、脈動抑制ポンプ27におけるインクの流量をQ、記録ヘッド23へのインクの流量をQとすると、Q=Q+Qの関係が成り立つ。サブタンク22から記録ヘッド23へ繋がる流路内の流路抵抗が一定の場合、流路の分岐点における圧力をP、サブタンク22から分岐点までの流路の長さをL、記録ヘッド23の圧力をP、分岐点から記録ヘッド23までの流路の長さをLとすると、P=P−k×L×Q、P=P−k×L×Qの関係が成立する。なお、kは係数である。
以上の式より、P=P−k×L×Q−k×(L+L)×Qの式が求まる。同様に、Pが正常吐出可能な圧力範囲より低い場合を考えると、脈動抑制ポンプ27を逆回転し、P=P+k×L×Q−k×(L+L)×Qの式が求まる。そのため、kの値を予め取得しておけば、脈動抑制ポンプ制御装置29により脈動抑制ポンプ27の回転速度及び回転方向を制御し流量Qを制御することで、記録ヘッド23の圧力Pは、任意の一定値に維持される。したがって、記録ヘッド23の圧力Pを任意の一定値に維持することができる。
なお、記録ヘッド23からインクを吐出していない時(非記録時)において、脈動抑制ポンプ27を駆動して連通する流路内のインクをサブタンク22内のインクと循環してもよい。これにより、インクの長時間滞留を防止することができる。
再び図4に示すフローに戻り、その後、吐出を終了するか否かを選択し(ステップS18)、吐出を終了しない場合には再びサンプリング時間を設ける(ステップS20)。サンプリング時間(ステップS20)の経過前はステップS12に戻り、位相検出器28により圧力調整ポンプ24の回転体の位相と回転方向を検出し(ステップS12)、圧力調整ポンプ24の位相及び回転方向と脈動抑制ポンプ27の回転速度及び回転方向との相関テーブルを参照し、脈動抑制ポンプ27の回転速度及び回転方向を設定して(ステップS14)、脈動抑制ポンプ27を設定された回転速度及び回転方向で駆動する(ステップS16)フローを繰り返す。そして、サンプリング時間(ステップS20)の経過後は、ステップS6に戻り前記のフロー(ステップS6〜ステップS18)を繰り返す。
一方、吐出を終了する場合には圧力調整ポンプと脈動抑制ポンプの両ポンプを停止して(ステップS22)、吐出を終了する(ステップS24)。
<第2実施形態>
次に、第2実施形態について説明する。
〔液体吐出装置の構成〕
図10は、本発明の第2実施形態の液体吐出装置12の概要図である。図10に示すように第2実施形態の液体吐出装置12は、液量検出器31と補正テーブル記憶装置32を有する点で第1実施形態の液体吐出装置11と異なる。液量検出器31は、サブタンク22内のインク量を検出する検出器であり、レーザ変位計や濃度検出器などを用いる。
また、補正テーブル記憶装置32は、脈動抑制ポンプ27による供給圧力の出力波形の振幅を変更する補正テーブルを記憶しており、サブタンク22のインク量に応じて脈動抑制ポンプ27の駆動を制御する装置である。予め、液量検出器31の値とサブタンク22のインク量(あるいはサブタンク22の空気容量)との関係のデータを採取し補正テーブルとして記憶装置(不図示)に記憶しておく。
サブタンク22内のインク量が減少し、空気層36の容積が増加すると、圧力調整ポンプ24による脈動の影響(振幅)が小さくなる。一方、サブタンク22内のインク量が増加し、空気層36の容積が減少すると、圧力調整ポンプ24による脈動の影響(振幅)が大きくなる。このように、圧力調整ポンプ24による脈動の影響(振幅)は、サブタンク22内のインク量34(空気層36)により変動する。そこで、液量検出器31を用いてサブタンク22内のインク量を検出し、検出したインク量に応じて補正テーブル記憶装置32に記憶された補正テーブルにより脈動抑制ポンプ27を制御する。
〔液体吐出装置の作用〕
第2実施形態の液体吐出装置12のフローを図11に示す。図11に示すように、第2実施形態の液体吐出装置12は、図4のフローに対して、ステップS13にて、サブタンク22内のインク量を検出して空気量を算出することが追加される。
ここで、圧力調整ポンプ24の脈動Δpとサブタンク22の空気層36の容量Vaは、圧力一定のとき、図12に示すように、Δp×Va=mの関係が成立する。なお、mは定数である。そこで、mの値を予め記憶しておき、液量検出器31を用いてサブタンク22内のインク量を検出してサブタンク22の空気層36の容量Vaを求め、図6のテーブルに(m/Va)を乗算することで補正する。
以上のように、サブタンク22内の液量に応じて脈動抑制ポンプ27を制御することで、より的確な脈動の補正が可能となる。
なお、脈動抑制ポンプ制御装置29による脈動抑制ポンプ27の制御方法については、第1実施形態と共通である。
<第1実施形態、第2実施形態共通>
〔インクジェット記録装置の構成〕
次に、上述した液体吐出装置の具体的な適用例としてのインクジェット記録装置について説明する。
図13は、本発明に係る画像記録装置の一実施形態を示すインクジェット記録装置の全体構成図である。同図に示すように、このインクジェット記録装置110は、黒(K),シアン(C),マゼンタ(M),イエロー(Y)の各インクに対応して設けられた複数のインクジェット記録ヘッド23K,23C,23M,23Yと、各記録ヘッド23K,23C,23M,23Yに供給するインクを一旦貯蔵するサブタンク22K,22C,22M,22Yと、各記録ヘッドサブタンク22K,22C,22M,22Yに供給するインクを貯蔵しておくメインタンク21と、被記録媒体たる記録紙116を供給する給紙部118と、記録紙116のカールを除去するデカール処理部120と、各記録ヘッド23K,23C,23M,23Yのノズル面(インク吐出面)に対向して配置され、記録紙116の平面性を保持しながら記録紙116を搬送するベルト搬送部122と、印字結果を読み取る印字検出部124と、記録済みの記録紙(プリント物)を外部に排紙する排紙部126とを備えている。
メインタンク21は、各サブタンク22K,22C,22M,22Yに対応する色のインクを貯蔵するインクタンクを有し、各タンクは各サブタンク22K,22C,22M,22Yを介して各記録ヘッド23K,23C,23M,23Yと連通されている。また、メインタンク21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)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。
図13では、給紙部118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。
複数種類の被記録媒体(メディア)を利用可能な構成にした場合、メディアの種類情報を記録したバーコード或いは無線タグなど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、使用される被記録媒体の種類(メディア種)を自動的に判別し、メディア種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118から送り出される記録紙116はマガジンに装填されていたことによる巻きクセが残り、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120においてマガジンの巻きクセ方向と逆方向に加熱ドラム130で記録紙116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。
ロール紙を使用する装置構成の場合、図13ように、裁断用のカッター(第1のカッター)128が設けられており、該カッター128によってロール紙は所望のサイズにカットされる。なお、カット紙を使用する場合には、カッター128は不要である。
デカール処理後、カットされた記録紙116は、ベルト搬送部122へと送られる。ベルト搬送部122は、ローラ131、132間に無端状のベルト133が巻き掛けられた構造を有し、少なくとも各記録ヘッド23K,23C,23M,23Yのノズル面及び印字検出部124のセンサ面に対向する部分が水平面(フラット面)をなすように構成されている。
ベルト133は、記録紙116の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穴(不図示)が形成されている。図14に示したとおり、ローラ131、132間に掛け渡されたベルト133の内側において各記録ヘッド23K,23C,23M,23Yのノズル面及び印字検出部124のセンサ面に対向する位置には吸着チャンバ134が設けられており、この吸着チャンバ134をファン135で吸引して負圧にすることによって記録紙116がベルト133上に吸着保持される。なお、吸引吸着方式に代えて、静電吸着方式を採用してもよい。
ベルト133が巻かれているローラ131、132の少なくとも一方にモータの動力が伝達されることにより、ベルト133は図13上の時計回り方向に駆動され、ベルト133上に保持された記録紙116は図14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133上にもインクが付着するので、ベルト133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136が設けられている。ベルト清掃部136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、或いはこれらの組合せなどがある。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線速度を変えると清掃効果が大きい。
なお、ベルト搬送部122に代えて、ローラ・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・ニップ搬送すると、印字直後に用紙の印字面をローラ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を接触させない吸着ベルト搬送が好ましい。
ベルト搬送部122により形成される用紙搬送路上において記録ヘッド23K,23C,23M,23Yの上流側には、加熱ファン140が設けられている。加熱ファン140は、印字前の記録紙116に加熱空気を吹き付け、記録紙116を加熱する。印字直前に記録紙116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。
各記録ヘッド23K,23C,23M,23Yは、当該インクジェット記録装置110が対象とする記録紙116の最大紙幅に対応する長さを有し、そのノズル面には最大サイズの被記録媒体の少なくとも一辺を超える長さ(描画可能範囲の全幅)にわたりインク吐出用のノズルが複数配列されたフルライン型の記録ヘッドとなっている(図14参照)。
各記録ヘッド23K,23C,23M,23Yは、記録紙116の送り方向に沿って上流側から黒(K)、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)の色順に配置され、それぞれの記録ヘッド23K,23C,23M,23Yが記録紙116の搬送方向と略直交する方向に沿って延在するように固定設置される。
ベルト搬送部122により記録紙116を搬送しつつ各記録ヘッド23K,23C,23M,23Yからそれぞれ異色のインクを吐出することにより記録紙116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ノズル列を有するフルライン型の記録ヘッド23K,23C,23M,23Yを色別に設ける構成によれば、紙送り方向(副走査方向)について記録紙116と各記録ヘッド23K,23C,23M,23Yを相対的に移動させる動作を1回行うだけで(すなわち1回の副走査で)、記録紙116の全面に画像を記録することができる。これにより、記録ヘッドが紙搬送方向と直交する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。
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合せについては本実施形態に限定されず、必要に応じて淡インク、濃インク、特別色インクを追加してもよい。例えば、ライトシアン、ライトマゼンタなどのライト系インクを吐出するインクジェットヘッドを追加する構成も可能である。また、各色ヘッドの配置順序も特に限定はない。
図13に示した印字検出部124は、各記録ヘッド23K,23C,23M,23Yの打滴結果を撮像するためのイメージセンサ(ラインセンサ又はエリアセンサ)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や着弾位置誤差などの吐出特性をチェックする手段として機能する。
本例の印字検出部124には、受光面に複数の受光素子(光電変換素子)が2次元配列されてなるCCDエリアセンサを好適に用いることができる。エリアセンサは、少なくとも各記録ヘッド23K,23C,23M,23Yによるインク吐出幅(画像記録幅)の全域を撮像できる撮像範囲を有しているものとする。1つのエリアセンサで所要の撮像範囲を実現してもよいし、複数のエリアセンサを組み合わせて(繋ぎ合わせて)所要の撮像範囲を確保してもよい。或いはまた、エリアセンサを移動機構(不図示)によって支持し、エリアセンサを移動(走査)させることによって所要の撮像範囲を撮像する構成も可能である。
また、エリアセンサに代えてラインセンサを用いることも可能である。この場合、ラインセンサは、少なくとも各記録ヘッド23K,23C,23M,23Y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(光電変換素子列)を有する構成が好ましい。各色の記録ヘッド23K,23C,23M,23Yにより印字されたテストパターン又は実技画像が印字検出部124により読み取られ、各記録ヘッドの吐出判定が行われる。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などで構成される。
印字検出部124の後段には後乾燥部142が設けられている。後乾燥部142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、熱風を吹き付ける方式が好ましい。
多孔質のペーパーに染料系インクで印字した場合などでは、加圧によりペーパー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142の後段には、加熱・加圧部144が設けられている。加熱・加圧部144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145で加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。
こうして生成されたプリント物は排紙部126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110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126A、126Bへと送るために排紙経路を切り換える不図示の選別手段が設けられている。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)148によってテスト印字の部分を切り離す。また、図13には示さないが、本画像の排出部126Aには、オーダー別に画像を集積するソーターが設けられる。
〔記録ヘッドの構造〕
次に、記録ヘッド23の構造について説明する。
図15(a) は記録ヘッド23の構造例を示す平面透視図であり、図15(b) はその一部の拡大図である。また、図15(c) は記録ヘッド23の他の構造例を示す平面透視図、図16は1つの液滴吐出素子(1つのノズル151に対応したインク室ユニット)の立体的構成を示す断面図(図15(a) 中の16−16線に沿う断面図)である。
記録紙116上に印字されるドットピッチを高密度化するためには、記録ヘッド23におけるノズルピッチを高密度化する必要がある。本例の記録ヘッド23は、図15(a),(b) に示したように、インク吐出口であるノズル151と、各ノズル151に対応する圧力室152等からなる複数のインク室ユニット(液滴吐出素子)153を千鳥でマトリクス状に(2次元的に)配置させた構造を有し、これにより、記録ヘッド長手方向(紙送り方向と直交する方向)に沿って並ぶように投影される実質的なノズル間隔(投影ノズルピッチ)の高密度化を達成している。
記録紙116の送り方向と略直交する方向に記録紙116の全幅に対応する長さにわたり1列以上のノズル列を構成する形態は本例に限定されない。例えば、図15(a) の構成に代えて、図15(c) に示すように、複数のノズル151が2次元に配列された短尺の記録ヘッドモジュール23’を千鳥状に配列して繋ぎ合わせることで記録紙116の全幅に対応する長さのノズル列を有するラインヘッドを構成してもよい。
各ノズル151に対応して設けられている圧力室152は、その平面形状が概略正方形となっており(図15(a),(b) 参照)、対角線上の両隅部の一方にノズル151への流出口が設けられ、他方に供給インクの流入口(供給口)154が設けられている。なお、圧力室152の形状は、本例に限定されず、平面形状が四角形(菱形、長方形など)、五角形、六角形その他の多角形、円形、楕円形など、多様な形態があり得る。
図16に示したように、各圧力室152は供給口154を介して共通流路155と連通されている。共通流路155はインク供給源たるインクタンク(不図示)と連通しており、インクタンクから供給されるインクは共通流路155を介して各圧力室152に分配供給される。
圧力室152の一部の面(図16において天面)を構成している加圧板(共通電極と兼用される振動板)156には個別電極157を備えたアクチュエータ158が接合されている。個別電極157と共通電極間に駆動電圧を印加することによってアクチュエータ158が変形して圧力室152の容積が変化し、これに伴う圧力変化によりノズル151からインクが吐出される。なお、アクチュエータ158には、チタン酸ジルコン酸鉛やチタン酸バリウムなどの圧電体を用いた圧電素子が好適に用いられる。インク吐出後、アクチュエータ158の変位が元に戻る際に、共通流路155から供給口154を通って新しいインクが圧力室152に再充填される。
上述した構造を有するインク室ユニット153を図17に示す如く主走査方向に沿う行方向及び主走査方向に対して直交しない一定の角度θを有する斜めの列方向とに沿って一定の配列パターンで格子状に多数配列させることにより、本例の高密度ノズルヘッドが実現されている。
すなわち、主走査方向に対してある角度θの方向に沿ってインク室ユニット153を一定のピッチdで複数配列する構造により、主走査方向に並ぶように投影されたノズルのピッチPはd× cosθとなり、主走査方向については、各ノズル151が一定のピッチPで直線状に配列されたものと等価的に取り扱うことができる。このような構成により、主走査方向に並ぶように投影されるノズル列が1インチ当たり2400個(2400ノズル/インチ)におよぶ高密度のノズル構成を実現することが可能になる。
なお、印字可能幅の全幅に対応した長さの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には、(1)全ノズルを同時に駆動する、(2)ノズルを片方から他方に向かって順次駆動する、(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等が行われ、用紙の幅方向(用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)を印字するようなノズルの駆動を主走査と定義する。
特に、図17に示すようなマトリクス状に配置されたノズル151を駆動する場合は、上記(3)のような主走査が好ましい。すなわち、ノズル151-11 、151-12 、151-13 、151-14 、151-15 、151-16 を1つのブロックとし(他にはノズル151-21 、…、151-26 を1つのブロック、ノズル151-31 、…、151-36 を1つのブロック、…として)、記録紙116の搬送速度に応じてノズル151-11 、151-12 、…、151-16 を順次駆動することで記録紙116の幅方向に1ラインを印字する。
一方、上述したフルラインヘッドと用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、上述の主走査によって記録される1ライン(或いは帯状領域の長手方向)の示す方向を主走査方向といい、上述の副走査を行う方向を副走査方向という。すなわち、本実施形態では、記録紙116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。
本発明の実施に際してノズルの配置構造は図示の例に限定されない。また、本実施形態では、ピエゾ素子(圧電素子)に代表されるアクチュエータ158の変形によってインク滴を飛ばす方式が採用されているが、本発明の実施に際して、インクを吐出させる方式は特に限定されず、ピエゾジェット方式に代えて、ヒータなどの発熱体によってインクを加熱して気泡を発生させ、その圧力でインク滴を飛ばすサーマルジェット方式など、各種方式を適用できる。
〔制御系の説明〕
図18は、インクジェット記録装置110のシステム構成を示すブロック図である。同図に示したように、インクジェット記録装置110は、通信インターフェース70、システムコントローラ72、画像メモリ74、モータドライバ76、ヒータドライバ78、プリント制御部80、画像バッファメモリ82、ヘッドドライバ84、ポンプドライバ90等を備えている。
通信インターフェース70は、ホストコンピュータ86から送られてくる画像データを受信する画像入力手段として機能するインターフェース部(画像入力部)である。通信インターフェース70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86から送出された画像データは通信インターフェース70を介してインクジェット記録装置110に取り込まれ、一旦画像メモリ74に記憶される。画像メモリ74は、通信インターフェース70を介して入力された画像を格納する記憶手段であり、システムコントローラ72を通じてデータの読み書きが行われる。画像メモリ74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72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、所定のプログラムに従ってインクジェット記録装置110の全体を制御する制御装置として機能するとともに、各種演算を行う演算装置として機能する。すなわち、システムコントローラ172は、通信インターフェース70、画像メモリ74、モータドライバ76、ヒータドライバ78、ポンプドライバ90等の各部を制御し、ホストコンピュータ86との間の通信制御、画像メモリ74の読み書き制御等を行うとともに、搬送系のモータ88やヒータ89、圧力調整ポンプ24、脈動抑制ポンプ27を制御する制御信号を生成する。
画像メモリ74は、画像データの一時記憶領域として利用されるとともに、プログラムの展開領域及びCPUの演算作業領域としても利用される。
モータドライバ76は、システムコントローラ72からの指示に従って搬送系のモータ88を駆動するドライバ(駆動回路)である。ヒータドライバ78は、システムコントローラ72からの指示に従って後乾燥部142等のヒータ89を駆動するドライバである。ポンプドライバ90は、システムコントローラ72からの指示に従って圧力調整ポンプ24、脈動抑制ポンプ27を駆動するドライバである。
プリント制御部80は、システムコントローラ72の制御に従い、画像メモリ74内の画像データ(多値の入力画像のデータ) から打滴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手段として機能するとともに、生成したインク吐出データをヘッドドライバ84に供給してヘッド23の吐出駆動を制御する駆動制御手段として機能する。
プリント制御部80には画像バッファメモリ82が備えられており、プリント制御部80における画像データ処理時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82に一時的に格納される。なお、図18において画像バッファメモリ82はプリント制御部80に付随する態様で示されているが、画像メモリ74と兼用することも可能である。また、プリント制御部80とシステムコントローラ72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。
画像入力から印字出力までの処理の流れを概説すると、印刷すべき画像のデータは、通信インターフェース70を介して外部から入力され、画像メモリ74に蓄えられる。この段階では、例えば、RGBの多値の画像データが画像メモリ74に記憶される。
プリント制御部80は、入力されたRGB画像データをK,C,M,Yの4色のドットデータに変換する処理を行う。こうして、プリント制御部80で生成されたドットデータは、画像バッファメモリ82に蓄えられる。この色別ドットデータは、記録ヘッド23のノズルからインクを吐出するためのCMYK打滴データに変換され、印字されるインク吐出データが確定する。
ヘッドドライバ84は、プリント制御部80から与えられるインク吐出データ及び駆動波形の信号に基づき、印字内容に応じて記録ヘッド23の各ノズル151に対応するアクチュエータ158を駆動するための駆動信号を出力する。ヘッドドライバ84には記録ヘッド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。
こうして、ヘッドドライバ84から出力された駆動信号が記録ヘッド23に加えられることによって、該当するノズル151からインクが吐出される。記録紙116の搬送速度に同期して記録ヘッド23からのインク吐出を制御することにより、記録紙116上に画像が形成される。
上記のように、プリント制御部80における所要の信号処理を経て生成されたインク吐出データ及び駆動信号波形に基づき、ヘッドドライバ84を介して各ノズルからのインク液滴の吐出量や吐出タイミングの制御が行われる。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。
印字検出部124は、図13で説明したように、イメージセンサを含むブロックであり、記録紙116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、光学濃度など)を検出し、その検出結果をプリント制御部80及びシステムコントローラ72に提供する。
プリント制御部80内には圧力調整ポンプ制御装置25が設けられ、圧力計26で検出したインクの圧力値をもとに圧力調整ポンプ24を駆動する制御信号を生成し、システムコントローラ72に提供する。
プリント制御部80内には脈動抑制ポンプ制御装置29が設けられ、位相検出器28で検出した位相値をもとに脈動抑制ポンプ27を駆動する制御信号を生成し、システムコントローラ72に提供する。
なお、前記の第2実施形態で示したように、プリント制御部80内に補正テーブル記憶装置32を設け、液量検出器31で検出した液量値をもとに脈動抑制ポンプ27を駆動する制御信号の補正値を生成し、脈動抑制ポンプ制御装置29に提供してもよい。
なお、本発明はラインヘッド方式のプリンタに限定されず、シャトルスキャン方式のプリンタにおいても適用できる。
以上、本発明の液体吐出装置および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よいのはもちろんである。
本発明の液体吐出装置の概要図である。 サブタンクと圧力調整ポンプの圧力変化の様子を示す図である。 サブタンクと圧力調整ポンプと脈動抑制ポンプの圧力変化の様子を示す図である。 第1実施形態の圧力調整ポンプの脈動を制御するフローを示す図である。 サブタンク内のインク層の圧力変化の様子を示す図である。 圧力調整ポンプの位相と脈動抑制ポンプの回転速度との相関テーブルを示す図である。 採取した圧力値と計算により平均化された圧力値との様子を示す図である。 採取した圧力値と計算により平均化された圧力値との差分値を示す図である。 脈動抑制ポンプの制御方法を示す図である。 本発明の液体吐出装置の第2実施形態の概要図である。 第2実施形態の圧力調整ポンプの脈動を制御するフローを示す図である。 圧力調整ポンプの脈動とサブタンクの空気層の容量の関係を示す図である。 本発明の液体吐出装置を有するインクジェット記録装置の全体構成図である。 図13に示したインクジェット記録装置の記録ヘッド周辺の要部平面図である。 記録ヘッドの構造例を示す平面透視図である。 図15(a) の要部拡大図である。 フルライン型ヘッドの他の構造例を示す平面透視図である。 図15(a) 中の16−16線に沿う断面図である。 図15(a) に示した記録ヘッドのノズル配列を示す拡大図である。 本実施形態に係る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。 特許文献1に開示された記録装置の構成ブロック図である。 特許文献1に開示された記録装置に備わる圧力変動抑制器の断面図である。 ロータリーポンプの概要図である。 図21に示すガイドおよび弾性チューブの展開図である。 脈動についての説明図である。
符号の説明
11…液体吐出装置、21…メインタンク、22…サブタンク、23…記録ヘッド、24…圧力調整ポンプ、26…圧力計、27…脈動抑制ポンプ、28…位相検出器、29…脈動抑制ポンプ制御装置

Claims (4)

  1. 吐出用液体を吐出する記録ヘッドと、
    前記吐出用液体および空気収容され、前記吐出用液体と前記空気とを区画する可撓性膜を有し、内部が密閉された構造を有する液体収容器と、
    前記液体収容器から記録ヘッドへ連通する記録ヘッド連通流路と、
    前記液体収容器に収容される前記吐出用液体の圧力を検出する圧力検出手段と、
    前記液体収容器の空気が収容される区画と連通し、回転体を駆動させて前記液体収容器内に空気を出し入れし、前記圧力検出手段の検出結果に基づいて前記回転体の回転速度が設定され、前記設定された回転速度により前記回転体を回転させて前記液体収容器内の空気の圧力を一定にする第1の圧送手段と、
    前記回転体の位相を検出する位相検出手段と、
    前記液体収容器と前記記録ヘッド連通流路に連通する脈動抑制流路に配置され、前記液体収容内の前記吐出用液体を出し入れする第2の圧送手段と、
    前記位相検出手段により検出された前記回転体の位相に応じて、前記第2の圧送手段の回転速度を制御することにより前記第1の圧送手段により発生する圧力変動を打ち消す制御手段と、を有すること、
    を特徴とする液体吐出装置。
  2. 請求項1に記載の液体吐出装置において、
    前記液体収容器の液量を検出する液量検出器を有し、
    前記制御手段は、前記液量検出器により検出した液量に応じて前記液体収容内の前記吐出用液体を出し入れする量を変えて前記第1の圧送手段により発生する圧力変動を打ち消すこと、
    を特徴とする液体吐出装置。
  3. 請求項1または2に記載の液体吐出装置において、
    非記録時に前記第2の圧送手段を駆動し、前記吐出用液体を前記液体収容器、前記記録ヘッド連通流路、前記脈動抑制流路の間で循環させること、
    を特徴とする液体吐出装置。
  4. 請求項1乃至3のいずれか1つに記載の液体吐出装置を有すること、を特徴とする記録装置。
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