JP4962354B2 - 記録装置 - Google Patents

Description

本発明は、液滴を吐出して記録媒体に画像を記録する記録装置に関する。

インクジェットプリンタのインクジェットヘッドは、供給口から供給されたインクを、インク供給流路及び共通インク室を介して、圧力室からノズルに至る複数の個別インク流路に分配し、各圧力室内のインクにパルス状の圧力を付与することにより、各圧力室に連通するノズルからインク滴を吐出する。このインクジェットヘッド内に形成された流路内に空気が混入すると、圧力室においてインクに付与された圧力波が流路内を正常に伝播しなくなり、ノズルからのインクの吐出特性が低下することがある。そこで、インク供給流路から分岐して排出口に至る排出流路をさらに形成し、供給口から供給したインクを、排出流路を介して排出口から強制的に排出することによって、流路内に混入した空気をインクと共に外部に排出する技術が知られている（特許文献１参照）。

特開２００５−１６９８３９号公報（図１０）

上述した技術においては、インクの消費量を低減するため、インクの排出回数を少なくしたりインクの排出時間を短くしたりすることが望まれる。このためには、供給口から供給されるインクの圧力を高くして、単位時間当たりのインクの排出量を大きくすることによって、空気の排出効率を高くすればよい。しかしながら、供給口から供給されるインクの圧力を高くすると、個別インク流路内のインクの圧力が高くなり、ノズルに形成されたメニスカスが破壊されて、当該ノズルからインクが漏れ出すことがある。これにより、装置内部をインクで汚してしまう。

そこで、本発明は、流路内の空気を効率よく排出しつつ液体の消費量を低減することができる記録装置を提供することを目的とする。

本発明の記録装置は、共通液体流路と前記共通液体流路の出口から圧力室を介してノズルに至る複数の個別液体流路とが形成された流路ユニットに加えて、外部から液体が供給される供給口と、外部に液体が排出される排出口と、前記供給口から供給された液体を貯溜するリザーバを介して前記流路ユニットの前記共通液体流路に連通する供給流路と、前記供給流路から分岐し且つ前記排出口を介して外部と連通する排出流路とが形成されているとともに、前記流路ユニットに固定されたリザーバユニット、及び、駆動信号に基づいて前記圧力室の容積を変化させることで前記圧力室内の液体に圧力を付与する複数のアク チュエータとを有する記録ヘッドと、前記排出口を開閉する排出弁と、液体が外部から前記供給口に供給されつつ前記排出口から外部へと排出されるように、液体を流通させるポンプと、前記複数のアクチュエータの駆動を制御する制御手段とを備えている。前記制御手段が、前記排出弁によって前記排出口が開かれ、且つ前記ポンプによって前記供給口から供給された液体が、前記供給流路及び前記排出流路を通過して前記排出口から排出されるとき、全ての前記ノズルに形成されたメニスカスが液滴を吐出することなく振動するように、インク滴が吐出されない電圧又はインク滴が吐出されないパルス幅を有する不吐出駆動信号に基づいて前記アクチュエータを駆動させるメニスカス振動手段を有している。本発明においては、前記メニスカス振動手段が、前記排出弁によって前記排出口が開かれるのに先立って、前記全てのノズルに形成されたメニスカスが液滴を吐出することなく振動するように、前記アクチュエータを駆動してもよい。また、本発明においては、前記メニスカス振動手段が、前記排出弁が閉じられた後に、前記全てのノズルに形成されたメニスカスが液滴を吐出することなく振動することを停止するように、前記アクチュエータを駆動してもよい。さらに、本発明においては、前記メニスカス振動手段が、前記全てのノズルに係わる複数のアクチュエータに対して、前記ノズルから液滴を吐出させる吐出駆動信号と同じ電圧を有していると共に、前記吐出駆動信号に比べてパルス幅の狭いパルス波形を有する不吐出駆動信号を与えることによって、前記ノズルに形成されたメニスカスが液滴を吐出することなく振動するように、前記アクチュエータを駆動してもよい。

発明者は、ノズルに形成されたメニスカスを振動させることによって当該メニスカスの耐圧が高くなることを知見した。本発明によると、供給口から供給された液体を排出口から排出するとき、ノズルに形成されたメニスカスを振動させることによって、メニスカスの耐圧が高くなる。このため、単位時間当たりの液体の排出量を大きくして空気の排出効率を高くすることができる。これにより、液体の排出回数を少なくしたり排出時間を短くしたりすることができるため、流路内の空気を効率よく排出しつつ液体の消費量を少なくすることができる。

本発明においては、前記ポンプが、前記排出弁によって前記排出口が開かれているときに、前記供給口から液体を強制的に供給することによって、液体を前記排出口から排出してもよい。または、前記ポンプが、前記排出弁によって前記排出口が開かれているときに、前記排出口から液体を強制的に吸引することによって、液体を前記排出口から排出してもよい。これらによると、簡単な構成で液体を排出することができる。

また、本発明においては、前記記録ヘッド内の液体の温度を検出する温度検出手段をさらに備えており、前記制御手段は、前記温度検出手段が検出する温度が高くなるに伴って、前記排出口から外部に排出される液体の単位時間当たりの流量が減少するように前記ポンプを制御してもよい。これによると、メニスカスが破壊されるのを抑制しつつ、液体を効率良く排出することができるため、液体の消費量をさらに少なくすることができる。

このとき、前記供給口に液体を供給する液体供給源と、前記液体供給源と前記供給口とを連通する連通流路と、前記連通流路内及び前記供給流路内の少なくとも一方の液体の圧力を計測する圧力センサとをさらに備えており、前記制御手段は、前記圧力センサによって計測される液体の圧力が、前記温度検出手段が検出した液体の温度に基づいて求められた圧力であって、前記メニスカス振動手段が前記アクチュエータを駆動させていない状態で前記メニスカスが破壊に至る圧力より小さい圧力となるように前記ポンプを制御することが好ましい。これによると、メニスカスが破壊されるのを確実に防止しつつ、液体を効率よく排出することができる。

本発明においては、前記供給流路は、液体に含まれる異物を捉えるフィルタと、前記フィルタによって前記供給口側に位置する上流側液室と前記共通液体流路側に位置する下流側液室とに分割されるフィルタ室とを有しており、前記排出流路が、前記上流側液室に連通していてもよい。これによると、フィルタ室に残留しやすい空気を効率よく排出することができる。

このとき、前記フィルタ室は、前記リザーバユニットの延在方向に沿って延在しており、前記上流側液室が、前記延在方向に関する一方端部において前記供給口と連通していると共に、前記延在方向に関する他方端部において前記排出流路と連通していることが好ましい。これによると、フィルタの上流側液室側の面に残留した空気を液体の流れに沿って効率よく排出することができる。

本発明によると、供給口から供給された液体を排出口から排出するとき、ノズルに形成されたメニスカスを振動させることによって、メニスカスの耐圧が高くなる。このため、単位時間当たりの液体の排出量を大きくして空気の排出効率を高くすることができる。これにより、液体の排出回数を少なくしたり排出時間を短くしたりすることができるため、液体の消費量を少なくすることができる。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明に係る一実施形態のインクジェットプリンタの全体的な構成を示す概略側面図である。図１に示すように、インクジェットプリンタ１００は、４つのインクジェットヘッド１を有するカラーインクジェットプリンタである。このインクジェットプリンタ１００には、図中左方に給紙部５６が、図中右方に排紙部５７がそれぞれ構成されている。

インクジェットプリンタ１００の内部には、給紙部５６から排紙部５７に向かって用紙Ｐが搬送される用紙搬送経路が形成されている。給紙部５６のすぐ下流側には、用紙を狭持搬送する一対の送りローラ５２ａ、５２ｂが配置されている。一対の送りローラ５２ａ、５２ｂは、用紙Ｐを給紙部５６から図中右方に送り出すためのものである。用紙搬送経路の中間部には、搬送機構５８が設けられている。この搬送機構５８は、２つのベルトローラ５３、５４と、両ローラ５３、５４の間に架け渡されるように巻回されたエンドレスの搬送ベルト５５と、搬送ベルト５５によって囲まれた領域内に配置されたプラテン６０とを含む。プラテン６０は、インクジェットヘッド１と対向する位置において搬送ベルト５５が下方に撓まないように搬送ベルト５５を支持するものである。ベルトローラ５４と対向する位置には、ニップローラ５１が配置されている。ニップローラ５１は、給紙部５６から送りローラ５２ａ、５２ｂによって送り出された用紙Ｐを搬送ベルト５５の外周面５５ａに押さえ付けるものである。

搬送モータ１９（図９参照）がベルトローラ５３を回転させることによって、搬送ベルト５５が走行される。これにより、搬送ベルト５５が、ニップローラ５１によって外周面５５ａに押さえ付けられた用紙Ｐを粘着保持しつつ排紙部５７に向けて搬送する。なお、搬送ベルト５５の表面には、弱粘着性のシリコン樹脂層が形成されている。

搬送ベルト５５のすぐ下流側には、剥離プレート５９が設けられている。剥離プレート５９は、搬送ベルト５５の外周面５５ａに粘着されている用紙Ｐを外周面５５ａから剥離して、図中右方の排紙部５７に向けて導くように構成されている。

４つのインクジェットヘッド１は、４色（マゼンタ、イエロー、シアン、ブラック）のインクに対応して、用紙搬送方向に沿って並べて固定されている。つまり、このインクジェットプリンタ１００は、ライン式プリンタである。インクジェットヘッド１は、その下端にヘッド本体２をそれぞれ有している。また、ヘッド本体２の底面が外周面５５ａに対向するインク吐出面２ａとなっている。搬送ベルト５５によって搬送される用紙Ｐが４つのヘッド本体２のすぐ下方側を順に通過する際に、この用紙Ｐの上面すなわち印刷面に向けてインク吐出面２ａから各色のインクが吐出されることで、用紙Ｐの印刷面に所望のカラー画像を形成できるようになっている。

図２〜図４を参照しつつインクジェットヘッド１について詳細に説明する。図２は、インクジェットヘッドの外観斜視図である。図３は、図２のインクジェットヘッド１の長手方向に関する断面図である。図４は、図２に示すリザーバユニット３の分解平面図である。なお、図３では説明の都合上、鉛直方向の縮尺を拡大し、且つ、同一線に沿った断面では通常描かれないリザーバユニット３内のインク流路をも適宜に示している。また、図４（ｂ）、（ｃ）はリザーバユニット３の一部を構成するプレート１２であって、図４（ｂ）は上方から見た図であり、図４（ｃ）は下方から見た図である。

図２に示すように、インクジェットヘッド１は、主走査方向に長尺な形状であって、下から順に、ヘッド本体２及びインクを一時的に貯溜するリザーバユニット３を有している。ヘッド本体２の上面には、給電部材であるＦＰＣ６が４つ貼り付けられており、ヘッド本体２とリザーバユニット３との間からリザーバユニット３の側面に形成された貫通溝１５０を通過して上方に引き出されている。ＦＰＣ６は、一端において後述するアクチュエータユニット２１と接続され、他端において図示しない制御基板と接続されている。また、ＦＰＣ６には、アクチュエータユニット２１から制御基板に至る途中でドライバＩＣ７が実装されている。つまり、ＦＰＣ６は、制御基板とドライバＩＣ７と電気的に接続されており、制御基板から出力された信号をドライバＩＣ７に伝達し、ドライバＩＣ７から出力された駆動信号をアクチュエータユニット２１に供給する。

リザーバユニット３は、インクを一時的に貯溜し且つヘッド本体２に含まれる流路ユニット９にインクを供給するものである。リザーバユニット３は、図３、図４（ａ）〜（ｆ）に示すように、主走査方向に長尺な平面視で略矩形の５枚のプレート１１〜１５が積層された積層構造を有している。これら５枚のプレート１１〜１５は、ステンレス鋼等の金属材料からなる板部材である。

プレート１１には、図３及び図４（ａ）に示すように、リザーバユニット３の長手方向の両端部付近の上面に、それぞれ貫通孔３３、３４が形成されている。貫通孔３３には、ジョイント部材３１が接合され、貫通孔３４には、ジョイント部材３２が接合されている。なお、貫通孔３３の上端開口が、インクが供給される供給口となっており、貫通孔３４の上端開口が、後述のパージ動作においてインクが排出される排出口となっている。ジョイント部材３２には、ジョイント部材３２を開閉する電磁バルブ２０（図３には不図示）が設けられており、後述するように、制御装置１６の排出ポンプ制御部６５に制御される（図９参照）。また、プレート１１には、短手方向の両端部に、長手方向に沿って２つずつ配列された合計４つの切り欠き１５０ａが形成されている。

プレート１２は、図３及び図４（ｂ）に示すように、その厚み方向に関する略上半分に、貫通孔３３に対向する部分から延びたインク流入流路４３と、貫通孔３４と対向する部分に延びたインク排出流路４４とが開口している。インク流入流路４３は、インク排出流路４４と長手方向略中央部で接続されている。このように、インク流入流路４３が、リザーバユニット３の長手方向に関する一方端部において貫通孔３３の供給口と連通していると共に、インク排出流路４４が、長手方向略中央部から分岐し、他方端部において貫通孔３４の排出口と連通している。インク流入流路４３とインク排出流路４４とはプレート１２の中央に関してほぼ対称の外形形状を有している。例えば、インク流入流路４３は、貫通孔３３に対向する部分から幅の狭い流路が中央部に向かって延び、中央部に至る途中部から短手方向に拡幅し、中央部に至って再び幅が狭くなりインク排出流路４４の端部に接続されている。なお、プレート１２の上面はプレート１１が積層されて、各流路４３、４４の開口が封止されている。

プレート１２の厚み方向に関する略下半分には、図３、図４（ｃ）に示すように、下部流路４５が形成されている、下部流路４５は、インク流入流路４３の拡幅部に対応して配置され、プレート１２の厚さ方向にインク流入流路４３と連通している。インク流入流路４３と下部流路４５との間には、フィルタ４６が配置されているとともにリザーバユニット３の長手方向に延在するフィルタ室が形成されている。インク流入流路４３のインクは、フィルタ４６を通過し下部流路４５に流れ込む。このように、外部からインクが供給される供給流路が、長手方向に細長形状のフィルタ７６と、フィルタ７６によって２つに分割されたフィルタ室とを含んでいる。この場合、フィルタ室は、フィルタ７６を挟んで上流側に位置するインク流入流路（上流側液室）４３と下流側に位置する下部流路（下流側液室）４５とから構成される。

また、プレート１２には、切り欠き１５０ｂが、短手方向の両端部に２つずつ形成されている。切り欠き１５０ｂは、プレート１１の切り欠き１５０ａとそれぞれ重なっている。

上から３番目のプレート１３には、図３及び図４（ｄ）に示すように、略中央部分に貫通孔７３が形成されている。貫通孔７３は、プレート１２の下部流路４５の右端部付近と連通している。また、プレート１３には、切り欠き１５０ｃが、短手方向の両端部に２つずつ形成されている。切り欠き１５０ｃは、プレート１２の切り欠き１５０ｂとそれぞれ重なっている。

上から４番目のプレート５９には、図３及び図４（ｅ）に示すように、貫通孔８１が形成されている。貫通孔８１は、主流路８２及び主流路８２に連通する６個の支流路８３を含むリザーバ流路８５を形成している。リザーバ流路８５の平面形状は、プレート５９の中央に関して点対称となっている。主流路８２は、プレート５９の長手方向両側に延在しており、その中央部においてプレート１３の貫通孔７３に連通している。支流路８３は、主流路８２よりも流路幅が狭くなっている。また、プレート５９には、切り欠き１５０ｄが短手方向の両端部に２つずつ形成されている。切り欠き１５０ｄは、プレート１３の切り欠き１５０ｃとそれぞれ重なっている。

上から５番目のプレート１５には、図３及び図４（ｆ）に示すように、各支流路８３の先端部付近と対向する位置に平面形状が略楕円状のインク供給孔８８が形成されている。プレート１５の下面においては、インク供給孔８８の周縁部分（図中点線で囲んだ部分）が下方に突出するように形成されている。この突出部８９ａ、８９ｂ、８９ｃ、８９ｄのみが、６個のフィルタプレート９５ａ、９５ｂ（図５参照）を挟んで流路ユニット９（後述）の上面に固定されている。一方、突出部８９ａ、８９ｂ、８９ｃ、８９ｄ以外の部分は流路ユニット９から離隔している。そして、この離隔されることで形成された空間には、流路ユニット９上面のアクチュエータユニット２１（後述）が配置されている。さらに、図１に示すように、アクチュエータユニット２１に接続されたＦＰＣ６が、この空間から引き出されている。なお、プレート１５には、切り欠き１５０ｅが短手方向の両端部に２つずつ形成されている。切り欠き１５０ｅは、プレート５９の切り欠き１５０ｄとそれぞれ重なっている。

これら５枚のプレート１１〜１５は、互いに位置合わせされ、互いに接着剤で固定されることによってリザーバユニット３が構成される。このとき、切り欠き１５０ａ〜１５０ｄが互いに重なることにより、リザーバユニット３の下端から上端まで貫通した貫通溝１５０が形成される。

図３に示すように、図示しないインクタンクとジョイント部材３１とがインク供給チューブ３１ａを介して接続されている。また、インク供給チューブ３１ａには、排出ポンプ１７と圧力センサ１８とが設けられている。排出ポンプ１７は、後述するように、制御装置１６の排出ポンプ制御部６５（図９参照）に制御されることによって、パージ動作において、インクタンク内のインクを強制的にリザーバユニット３に供給するものである。圧力センサ１８は、ジョイント部材３１近傍において、インク供給チューブ３１ａ内のインクの圧力を検出するものである。

次に、インクが供給されたときにおけるリザーバユニット３内でのインクの流れについて説明する。

通常、流路は全域にわたってインクが充填されている。アクチュエータユニット２１が駆動されると、用紙Ｐに対してインク滴が吐出される。このとき消費されるインクは、インクタンクからインク供給チューブ３１ａを介してジョイント部材３１に供給される。ジョイント部材３１から供給口に流入したインクは、プレート１１の貫通孔３３を通過してプレート１２のインク流入流路４３に流れ込む。流れ込んだインクは、インク流入流路４３と下部流路４５を隔てるフィルタ４６で濾過されたあと、下部流路４５から貫通孔７３を介してプレート５９のリザーバ流路８５に流れ込む。リザーバ流路８５（主流路８２）では、インクが長手方向両端に向かう流れを形成する。さらに、インクは、主流路８２の両端部から各支流路８３に分岐して流れ、プレート１５のインク供給孔８８にそれぞれ至る。インク供給孔８８には、後述の流路ユニット９に形成されたインク供給口１０１が連通しており、インクが流路ユニット９内に供給されることになる。

また、インクの初期導入時及びインク流路中にある気泡や異物を排出する排出動作時には、後述するように、電磁バルブ２０（図９参照）によってジョイント部材３２が開放される。そして、排出ポンプ１７によって、インクが強制的にジョイント部材３１に供給される。これにより、ジョイント部材３１から供給口に供給されたインクが、インク流入流路４３を介してインク排出流路４４に流れ込み、さらに排出口を介してジョイント部材３２から排出される。このとき、流路中にある気泡や異物などが、インクとともに流路外に排出されることになる。この後、ジョイント部材３２が閉鎖されて、流路は全域にわたって新鮮なインクで満たされる。

このように、リザーバユニット３内には、インク流入流路４３、インク排出流路４４、下部流路４５、リザーバ流路８５というような一連のインク流路が形成されており、このインク流路がインクを一時的に貯留するインクリザーバとなる。

次に、図５〜図８を参照しつつ、ヘッド本体２について説明する。図５は、ヘッド本体２の平面図である。図６は、図５の一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。なお、図６では説明の都合上、アクチュエータユニット２１の下方にあって破線で描くべき圧力室１１０、アパーチャ１１２及びノズル１０８を実線で描いている。図７は、図６のVII−VII線断面図である。図８（ａ）はアクチュエータユニット２１の拡大面図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）においてアクチュエータユニット２１の表面に配置された個別電極を示す平面図である。

ヘッド本体２は、図５に示すように、流路ユニット９、及び、流路ユニット９の上面に固定された４つのアクチュエータユニット２１を含む。アクチュエータユニット２１は、流路ユニット９に形成された圧力室１１０内のインクに選択的に吐出エネルギーを付与する機能を有する。

流路ユニット９は、リザーバユニット３と略同じ幅で、主走査方向に関する長さがリザーバユニット３とほぼ同じ、略直方体状の外形を有する。流路ユニット９の下面には、図６及び図７に示すように多数のノズル１０８がマトリクス状に配置されたインク吐出面２ａが形成されている。圧力室１１０も流路ユニット９とアクチュエータユニット２１との固定面においてノズル１０８と同様マトリクス状に多数配列されている。

本実施の形態では、図６に示すように、等間隔に流路ユニット９の長手方向に並ぶ圧力室１１０の列が、短手方向に互いに平行に１６列配列されている。各圧力室列に含まれる圧力室１１０の数は、後述のアクチュエータユニット２１の外形形状（台形形状）に対応して、その長辺側から短辺側に向かって次第に少なくなるように配置されている。ノズル１０８もこれと同様の配置がされている。

流路ユニット９は、図７に示すように、上から順に、キャビティプレート１２２、ベースプレート１２３、アパーチャプレート１２４、サプライプレート１２５、マニホールドプレート１２６、１２７、１２８、カバープレート１２９、及び、ノズルプレート１３０、という９枚の金属プレートから構成されている。これらプレート１２２〜１３０は、主走査方向（図２参照）に長尺な矩形状の平面を有する。

キャビティプレート１２２には、インク供給口１０１（図５参照）に対応する貫通孔、及び、圧力室１１０に対応する略菱形の貫通孔が多数形成されている。ベースプレート１２３には、各圧力室１１０について圧力室１１０とアパーチャ１１２との連絡孔及び圧力室１１０とノズル１０８との連絡孔が形成されているとともに、インク供給口１０１とマニホールド流路１０５との連絡孔が形成されている。アパーチャプレート１２４には、各圧力室１１０についてアパーチャ１１２となる貫通孔及び圧力室１１０とノズル１０８との連絡孔が形成されているとともに、インク供給口１０１とマニホールド流路１０５との連絡孔が形成されている。サプライプレート１２５には、各圧力室１１０についてアパーチャ１１２と副マニホールド流路１０５ａとの連絡孔及び圧力室１１０とノズル１０８との連絡孔が形成されているとともに、インク供給口１０１とマニホールド流路１０５との連絡孔が形成されている。マニホールドプレート１２６、１２７、１２８には、各圧力室１１０について圧力室１１０とノズル１０８との連絡孔、及び、積層時に互いに連結してマニホールド流路１０５及び副マニホールド流路１０５ａとなる貫通孔が形成されている。カバープレート１２９には、各圧力室１１０について圧力室１１０とノズル１０８との連絡孔が形成されている。ノズルプレート１３０には、各圧力室１１０についてノズル１０８に対応する孔が形成されている。

これら９枚のプレート１２２〜１３０は、図７に示すような副マニホールド流路１０５ａの出口から圧力室１１０を介してノズル１０８に至る個別インク流路１３２が流路ユニット９内に形成されるように位置合わせしつつ積層され且つ互いに固定されている。

図５に示すように、流路ユニット９の上面には、インク供給口１０１を覆う複数のフィルタプレート９５ａ、９５ｂが配置されている。フィルタプレート９５ａ、９５ｂは合計６つ設けられている。これらフィルタプレート９５ａ、９５ｂは、リザーバユニット３のプレート１５に形成された突出部８９ａ〜８９ｄのそれぞれと対向する領域内に配置されている。上述のリザーバユニット３は、これらフィルタプレート９５ａ、９５ｂを挟んで流路ユニット９に接合されている。ここでは、リザーバユニット３のプレート１５に形成された突出部８９ａ〜８９ｄ、フィルタプレート９５ａ、９５ｂ及びインク供給口１０１近傍部が接着剤によって接着されている。これによって突出部８９ａ〜８９ｄのインク供給孔８８が、対応するインク供給口１０１のそれぞれに連通されている。

４つのアクチュエータユニット２１は、図５に示すように、それぞれ台形の平面形状を有しており、流路ユニット９の上面に開口したインク供給口１０１及びフィルタプレート９５ａ、９５ｂを避けるよう千鳥状に配置されている。上述したインク吐出面２ａは、アクチュエータユニット２１の接着領域に対応する流路ユニット９の下面側に位置する。つまり、本実施の形態では、インク吐出面２ａと圧力室１１０が配列する面とが、流路ユニット９の対向する一対の面を構成しており、この一対の面に挟まれるようにして複数の個別インク流路１３２が内部に形成されている。さらに、各アクチュエータユニット２１の平行対向辺は流路ユニット９の長手方向に沿っており、隣接するアクチュエータユニット２１の斜辺同士は流路ユニット９の幅方向（副走査方向）に関して互いにオーバーラップしている。

上述したように、リザーバユニット３は突出部８９ａ〜８９ｄによって流路ユニット９に固定されており、突出部８９ａ〜８９ｄの突出高さだけリザーバユニット３と流路ユニット９との間には隙間が生じている。アクチュエータユニット２１は、この隙間内にリザーバユニット３と流路ユニット９とに挟まれて配置されている。さらに、アクチュエータユニット２１上にはＦＰＣ６が固定されているが、このＦＰＣ６はリザーバユニット３の下面には接触していない。

アクチュエータユニット２１は、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミックス材料からなる厚み略１５μｍの３枚の圧電層１４１、１４２、１４３から構成されている（図８（ａ）参照）。圧電層１４１〜１４３は、１つのインク吐出面２ａに対応して形成された多数の圧力室１１０に跨って配置されている。

最上層の圧電層１４１上における圧力室１１０に対向する位置には、個別電極１３５が形成されている。最上層の圧電層１４１とその下側の圧電層１４２との間には圧電層１４１、１４２の全面にわたって形成された略２μｍの厚みの共通電極１３４が介在している。個別電極１３５及び共通電極１３４は共に例えばＡｇ−Ｐｄ系等の金属材料からなる。圧電層１４２、１４３の間には電極が配置されていない。

個別電極１３５は略１μｍの厚みを有し、図８（ｂ）に示すように圧力室１１０と相似な略菱形の平面形状を有する。略菱形の個別電極１３５における鋭角部の一方は延出され、その先端には個別電極１３５と電気的に接続された略１６０μｍの径を有する円形のランド１３６が設けられている。

共通電極１３４は図示しない領域において接地されている。これにより、共通電極１３４は全ての圧力室１１０に対応する領域において等しくグランド電位に保たれている。一方、個別電極１３５は、図示しない制御基板によりＦＰＣ６を介して、選択的にその電位が制御される。

ここで、アクチュエータユニット２１の駆動方法について述べる。本実施の形態のアクチュエータユニット２１は、いわゆるユニモルフタイプの圧電アクチュエータである。圧電層１４１はその厚み方向に分極されており、個別電極１３５を共通電極１３４と異なる電位にして圧電層１４１に対してその分極方向に電界を印加すると、圧電層１４１における電界印加部分が圧電効果により歪む活性部として働く。即ち、圧電層１４１はその厚み方向に伸長又は収縮し、圧電横効果により平面方向に収縮又は伸長しようとする。一方、残り２枚の圧電層１４２、１４３は、個別電極１３５と共通電極１３４とに挟まれた領域をもたない非活性層であって、自発的に変形することができない。

例えば、圧電層１４１に、その分極方向と同じ方向に電界が印加されると、平面方向に関して、圧電層１４１は縮み、下方の圧電層１４２、１４３との間で歪みに差が生じる。この歪みの差によって、圧電層１４１〜１４３全体が圧力室１１０側へ凸になるように変形（ユニモルフ変形）する。これにより圧力室１１０の容積が低下するので、ノズル１０８からインクが吐出される。その後、個別電極１３５を共通電極１３４と同じ電位に戻すと、圧電層１４１〜１４３の変形が元に戻り、マニホールド流路１０５から圧力室１１０へとインクが導入され、再び圧力室１１０内にインクが補給される。

次に、制御装置１６について図９を参照しつつ詳細に説明する。図９は、制御装置１６の機能ブロック図である。なお、図９においては、４つのインクジェットヘッド１のうち１つのみを模式的に示している。図９に示すように、制御装置１６は、印刷データ記憶部６３と、ヘッド制御部６４と、搬送モータ制御部６７と、排出ポンプ制御部６５と、メニスカス振動部６６とを有している。

印刷データ記憶部６３は、図示しないホストコンピュータから転送された印刷データを記憶するものである。印刷データには、用紙Ｐに形成すべき画像に関する画像データが含まれる。画像データは、ヘッド制御部６４がアクチュエータユニット２１を駆動するための駆動データであり、画像の各ドットに対応するノズル１０８から吐出される液滴のサイズ（大滴、中滴、小滴）を示すドットデータの集合体である。

ヘッド制御部６４は、ドライバＩＣ７に制御信号を出力することによってアクチュエータユニット２１を駆動するものであり、搬送機構５８によって搬送された用紙Ｐに、印刷データ記憶部６３に記憶された印刷データに基づく画像が形成されるように、ノズル１０８からインク滴を吐出させる。

搬送モータ制御部６７は、所定の速度パターン（加速パターン、定速パターン及び減速パターンを含む）で搬送ベルト５５が駆動されるように搬送モータ１９の駆動速度を制御するものである。

排出ポンプ制御部６５について図１０をさらに参照しつつ説明する。図１０は、ノズル１０８に形成されたメニスカスの状態を示すノズルプレート１３０の断面図である。排出ポンプ制御部６５は、ユーザから指示があったとき、又は、インクジェットプリンタ１００において所定の条件が満たされたときに（例えば、電源投入時、電源投入後所定時間が経過した時、初期導入時等）、流路ユニット９内のインクを外部に強制排出するパージ動作（排出動作を含む）を行うものであり、圧力センサ１８の検出結果及びドライバＩＣ７が有する温度センサ７ａの検出結果に基づいて、排出ポンプ１７の駆動及びジョイント部材３２の開閉を制御する。

排出ポンプ制御部６５は、排出動作が開始されると、電磁バルブ２０を制御してジョイント部材３２を開放し、その後、排出ポンプ１７を駆動して、インクタンク内のインクをジョイント部材３１からリザーバユニット３に強制的に供給する。これにより、ジョイント部材３１に供給されたインクが、インク流入流路（フィルタ室の上流側液室）４３を介してインク排出流路４４に流れ込み、さらにジョイント部材３２から外部に排出される。これにより、インク流入流路４３からインク排出流路４４に至る流路中にある気泡や異物などが、インクとともに外部に排出される。このとき、排出ポンプ制御部６５は、リザーバユニット３に供給するインクの圧力が、ノズル１０８に形成されたメニスカスが破壊される圧力であるメニスカス耐圧Ｐより小さい圧力となるように、排出ポンプ１７を駆動する。そして、排出ポンプ制御部６５は、所定量のインクがジョイント部材３２から外部に排出された後に、電磁バルブ２０によってジョイント部材３２を閉鎖する。以上で、排出動作を終了する。なお、インクの排出量は、排出ポンプの駆動時間から算出する。

ここで、図１０に示すように、メニスカス耐圧Ｐは、
Ｐ＝４σ・ｃｏｓθ／ｄ
σ：インクの表面張力
θ：ノズル１０８におけるインクの接触角
ｄ：ノズル１０８の開口の直径
で表される。インクの表面張力σは、インクの粘度が高くなるに伴って大きくなる。インクの粘度はインクの温度が高くなるに伴って低下する。したがって、メニスカス耐圧Ｐはインクの温度が高くなるに伴って低くなる。排出ポンプ制御部６５は、ドライバＩＣ７が有する温度センサ７ａの検出結果に基づいて流路ユニット９内のインクの温度を算出し、さらに、インクの温度に基づいてメニスカス耐圧Ｐを算出する。そして、排出ポンプ制御部６５は、圧力センサ１８が検出した圧力（リザーバユニット３に供給するインクの圧力）が、メニスカス耐圧Ｐより小さい所定の圧力となるように、排出ポンプ１７の駆動を制御する。このように、排出ポンプ制御部６５は、インクの温度が高くなるに伴って、外部に排出されるインクの単位時間当たりの流量が減少するように排出ポンプ１７を駆動する。これにより、メニスカスが破壊されない範囲で、排出されるインクの単位時間当たりの流量を最大限に高くすることができるため、インクを効率良く排出することができる。

図１１をさらに参照しつつメニスカス振動部６６について説明する。図１１は、メニスカス振動部６６の機能を説明するための駆動波形図である。メニスカス振動部６６は、排出ポンプ制御部６５が排出動作を行っているときに、全てのノズル１０８に形成されたメニスカスがインク滴を吐出することなく振動するように、ヘッド制御部６４を介してアクチュエータユニット２１を駆動するものである。

具体的には、図１１に示すように、ノズルからインク滴を吐出するときには、ヘッド制御部６４が、インク滴が吐出される電位Ｖ１のパルスを有する吐出駆動信号を個別電極１３５に付与する。一方、メニスカス振動部６６は、排出ポンプ制御部６５が排出動作を開始するときに、電磁バルブ２０によってジョイント部材３２が開放されるに先だって、全ての個別電極１３５に、インク滴が吐出されない電位Ｖ２のパルスを有していると共に、吐出駆動信号と同じ波形を有する不吐出駆動信号を付与する。これにより、ノズル１０８に形成されたメニスカスが振動する。なお、本実施形態においては、吐出駆動信号と不吐出駆動信号とが同じ波形を有する構成であるが、不吐出駆動信号の波形は、所定の周期でメニスカスが振動するような任意の波形を有するものであってもよい。例えば、不吐出駆動信号が、インク吐出周期とは無関係にパルスが連続する波形を有していてもよい。あるいは、不吐出駆動信号が、吐出駆動信号と同じ電圧を有していると共にインク滴が吐出されない程度にパルス幅が狭く調整されたパルスからなる波形であってもよい。

そして、メニスカス振動部６６は、排出ポンプ制御部６５が排出動作を終了するとき、電磁バルブ２０によってジョイント部材３２が閉塞された後に、個別電極１３５に対する不吐出駆動信号の付与を停止する。これにより、インクを排出している間は、メニスカスが破壊されるのを確実に防止することができる。なお、ジョイント部材３２が閉塞された後に、インク流路内に圧力変動が残る場合には、メニスカス振動部６６が、ジョイント部材３２が閉塞された後に、所定時間が経過するまでメニスカスを振動させてもよい。

発明者の知見によると、ノズル１０８に形成されたメニスカスを振動させることによって、メニスカスの振動がない場合よりも当該メニスカスのメニスカス耐圧Ｐが高くなる。このため、メニスカスが振動している間は、リザーバユニット３に供給するインクの圧力がメニスカスを振動させないときのメニスカス耐圧Ｐを超えたとしても、当該メニスカスが破壊されることがない。

つまり、排出動作中のメニスカス振動は、メニスカス耐圧Ｐを高くする。これによって、排出ポンプ１７によるインクの排出動作中は、メニスカスが破壊されることが無くなる。さらに、メニスカス耐圧Ｐの向上に対応して、排出ポンプ制御部６５は、メニスカスの振動がない場合と比べ、より高い所定の圧力にて排出ポンプ１７を駆動することもできる。このとき、排出ポンプ１７の駆動圧力は、メニスカスが振動している場合のメニスカス耐圧Ｐより小さい所定の圧力に設定される。この所定の圧力は、メニスカスの振動がない場合の駆動圧力に比べて高い圧力である。これにより、排出されるインクの単位時間当たりの流量をより高くできるので、インクや流路中に存在する気泡をより効率よく排出することができる。なお、インクの温度が高くなれば、排出ポンプ制御部６５は、インクの単位時間当たりの流量が減少するように排出ポンプ１７を駆動する。

以上の排出動作が終了した後には、ヘッド制御部６４の制御の下、印刷データに基づく用紙Ｐに対する画像の印刷を再開することができる。

一方、流路ユニット９内の増粘したインクの排出や、吐出不良に陥ったノズル１０８の回復が必要であれば、上述の排出動作に続いてパージ動作を行えばよい。パージ動作中は、電磁バルブ２０が閉鎖されている。また、アクチュエータユニット２１の駆動も停止されている。排出ポンプ制御部６５は、ノズル１０８から所定量のインクが排出されるように、全てのノズル１０８に対して強制的にインクを供給する。この間、流路ユニット９内の増粘インクや異物が排出される。排出されたインクは、廃液トレイ（不図示）で受け取り、廃液タンクに一時的に貯溜される。インクの強制排出後には、インク吐出面２ａにインク滴が残留しているので、ワイパー等で払拭してインク吐出面２ａを清浄にする。これにより、ノズル１０８に形成されたメニスカスが整えられ、ノズル１０８の吐出特性も回復することになる。以上で、パージ動作は完了する。なお、排出動作とパージ動作とにおいて、排出ポンプ制御部６５は、排出ポンプ１７を連続的に駆動するように制御してもよい。このとき、排出動作時とパージ動作時とで、排出ポンプ制御部６５は、単位時間当たりのインクの供給量を同じにしてもよいし、実情に合わせて変更してもよい。

続けて印刷処理が必要であれば、ヘッド制御部６４の制御の下、画像の印刷が再開されることになる。あるいは、印刷処理が不要であれば、キャップ（不図示）によってインク吐出面２ａを覆い、装置の終了動作に移ればよい。

以上に説明した一実施形態によると、排出ポンプ制御部６５が排出動作を行うことによって、ジョイント部材３１から供給されたインクがジョイント部材３２から外部に排出されるとき、メニスカス振動部６６が、ノズル１０８のメニスカスを振動させてメニスカス耐圧Ｐを高くするため、排出ポンプ制御部６５が、単位時間当たりのインクの排出量を大きくしてインク流路中にある気泡や異物の排出効率を高くすることができる。これにより、インクの排出回数を少なくしたり排出時間を短くしたりすることによって、消費されるインクの量を少なくすることができる。

また、ジョイント部材３２によって貫通孔３４の排出口が開かれているときに、排出ポンプ１７がジョイント部材３１と対向する貫通孔３３の供給口からインクを強制的に供給することによって、インクを排出口から排出するため、簡単な構成で排出動作を行うことができる。

加えて、排出ポンプ制御部６５は、排出動作において、圧力センサ１８が検出した圧力がメニスカス耐圧Ｐより小さい圧力となるように、排出ポンプ１７の駆動を制御するため、メニスカスが破壊されるのを確実に防止しつつ、効率よくインクを排出することができる。

さらに、排出ポンプ制御部６５が、インクの温度が高くなるに伴って、外部に排出されるインクの単位時間当たりの流量が減少するように排出ポンプ１７の駆動を制御するため、メニスカスが破壊されるのをより確実に防止しつつ、インクを効率良く排出することができる。

また、外部からインクが供給される供給流路が、フィルタ７６によってインク流入流路４３と下部流路４５とに分割されており、インク排出流路４４がインク流入流路４３に接続されているため、フィルタ室に残留した気泡を効率よく排出することができる。

このとき、インク流入流路４３が、リザーバユニット３の長手方向に関する一方端部において貫通孔３３の供給口と連通していると共に、他方端部においてインク排出流路４４と連通しているため、フィルタ７６上に残留した気泡を効率よく排出することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能なものである。例えば、上述の実施形態においては、ジョイント部材３２によって貫通孔３４の排出口が開かれているときに、排出ポンプ１７がジョイント部材３１と対向する貫通孔３３の供給口からインクを強制的に供給することによって、排出口からインクを排出する構成であるが、ジョイント部材３２によって貫通孔３４の排出口が開かれているときに、排出ポンプが貫通孔３４の排出口からインクを強制的に吸引することによって、排出口からインクを排出する構成であってもよい。

この形態においても、少なくとも排出ポンプ１７の駆動中は、アクチュエータユニット２１がメニスカス振動部６６によって駆動されることによって、メニスカス振動が生じている。このとき、メニスカス振動部６６は、排出ポンプ１７が駆動される前にメニスカス振動を開始してもよい。さらに、メニスカス振動部６６は、排出ポンプ１７の駆動が終わってもメニスカス振動を継続してもよい。

また、上述の実施形態においては、排出ポンプ制御部６５が、インクの温度が高くなるに伴って、外部に排出されるインクの単位時間当たりの流量が減少するように排出ポンプ１７の駆動を制御する構成であるが、排出ポンプ制御部６５が、インクの温度によって、外部に排出されるインクの単位時間当たりの流量を変化させない構成であってもよい。

さらに、上述した実施形態においては、排出ポンプ制御部６５が、排出動作において、圧力センサ１８が検出した圧力がメニスカス耐圧Ｐより小さい圧力となるように、排出ポンプ１７の駆動を制御する構成であるが、圧力センサ１８を用いることなく、メニスカス耐圧Ｐより小さい所定の圧力で排出ポンプ１７の駆動を制御する構成であってもよい。

この所定の圧力は、メニスカス振動が生じている状態で、排出ポンプ１７を駆動し、メニスカスが破壊に至る圧力を予め求めておき、この破壊に至る圧力以下に設定される。排出ポンプ１７は、インク内の圧力がこの所定の圧力となるような量のインクを単位時間当たりに供給するように駆動される。このとき、排出ポンプ１７は、投入電力（電流）、ポンプ軸の回転数、流量計等に基づいて駆動される。さらに、温度による補正をこれら駆動条件に加えてもよい。

加えて、上述した実施形態においては、インク供給チューブ３１ａに圧力センサ１８が設けられているが、リザーバユニット３内に圧力センサが設けられていてもよい。この場合、当該圧力センサが、インク流入流路４３内のインクの圧力を直接検出することができるように構成することが好ましい。

本発明における一実施形態に係るインクジェットプリンタの外観側面である。 図１に示すインクジェットヘッドの外観斜視図である。 図２に示すリザーバユニットの長手方向に関する断面図である。 図３に示すリザーバユニットを構成するプレートの平面図である。 図２に示すヘッド本体の平面図である。 図５に示す部分拡大図である。 図６に示すVII−VII線断面図である。 図７に示す圧電アクチュエータ周辺の拡大図である。 図１に示す制御装置の機能ブロック図である。 図７に示すノズルに形成されたメニスカスの状態を示すノズルプレートの断面図である。 図９に示すメニスカス振動部の機能を説明するための駆動波形図である。

符号の説明

１ インクジェットヘッド
３ リザーバユニット
７ ドライバＩＣ
７ａ 温度センサ
９ 流路ユニット
１６ 制御装置
１７ 排出ポンプ
１８ 圧力センサ
２１ アクチュエータユニット
３１、３２ ジョイント部材
３１ａ インク供給チューブ
３３、３４ 貫通孔
４３ インク流入流路
４４ インク排出流路
４５ 下部流路
６４ ヘッド制御部
６５ 排出ポンプ制御部
６６ メニスカス振動部
６７ 搬送モータ制御部
１００ インクジェットプリンタ
１０８ ノズル
１１０ 圧力室
１３２ 個別インク流路

Claims (10)

1. 共通液体流路と前記共通液体流路の出口から圧力室を介してノズルに至る複数の個別液体流路とが形成された流路ユニットに加えて、外部から液体が供給される供給口と、外部に液体が排出される排出口と、前記供給口から供給された液体を貯溜するリザーバを介して前記流路ユニットの前記共通液体流路に連通する供給流路と、前記供給流路から分岐し且つ前記排出口を介して外部と連通する排出流路とが形成されているとともに、前記流路ユニットに固定されたリザーバユニット、及び、駆動信号に基づいて前記圧力室の容積を変化させることで前記圧力室内の液体に圧力を付与する複数のアクチュエータとを有する記録ヘッドと、
   前記排出口を開閉する排出弁と、
   液体が外部から前記供給口に供給されつつ前記排出口から外部へと排出されるように、液体を流通させるポンプと、
   前記複数のアクチュエータの駆動を制御する制御手段とを備えており、
   前記制御手段が、
   前記排出弁によって前記排出口が開かれ、且つ前記ポンプによって前記供給口から供給された液体が、前記供給流路及び前記排出流路を通過して前記排出口から排出されるとき、全ての前記ノズルに形成されたメニスカスが液滴を吐出することなく振動するように、インク滴が吐出されない電圧又はインク滴が吐出されないパルス幅を有する不吐出駆動信号に基づいて前記アクチュエータを駆動させるメニスカス振動手段を有していることを特徴とする記録装置。
2. 前記メニスカス振動手段は、前記排出弁によって前記排出口が開かれるのに先立って、前記全てのノズルに形成されたメニスカスが液滴を吐出することなく振動するように、前記アクチュエータを駆動することを特徴とする請求項１に記載の記録装置。
3. 前記メニスカス振動手段は、前記排出弁が閉じられた後に、前記全てのノズルに形成されたメニスカスが液滴を吐出することなく振動することを停止するように、前記アクチュエータを駆動することを特徴とする請求項１又は２に記載の記録装置。
4. 前記メニスカス振動手段は、前記全てのノズルに係わる複数のアクチュエータに対して、前記ノズルから液滴を吐出させる吐出駆動信号と同じ電圧を有していると共に、前記吐出駆動信号に比べてパルス幅の狭いパルス波形を有する不吐出駆動信号を与えることによって、前記ノズルに形成されたメニスカスが液滴を吐出することなく振動するように、前記アクチュエータを駆動することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の記録装置。
5. 前記ポンプは、前記排出弁によって前記排出口が開かれているときに、前記供給口から液体を強制的に供給することによって、液体を前記排出口から排出することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の記録装置。
6. 前記ポンプは、前記排出弁によって前記排出口が開かれているときに、前記排出口から液体を強制的に吸引することによって、液体を前記排出口から排出することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の記録装置。
7. 前記記録ヘッド内の液体の温度を検出する温度検出手段をさらに備えており、
   前記制御手段は、前記温度検出手段が検出する温度が高くなるに伴って、前記排出口から外部に排出される液体の単位時間当たりの流量が減少するように前記ポンプを制御することを特徴する請求項５又は６に記載の記録装置。
8. 前記供給口に液体を供給する液体供給源と、
   前記液体供給源と前記供給口とを連通する連通流路と、
   前記連通流路内及び前記供給流路内の少なくとも一方の液体の圧力を計測する圧力センサとをさらに備えており、
   前記制御手段は、前記圧力センサによって計測される液体の圧力が、前記温度検出手段が検出した液体の温度に基づいて求められた圧力であって、前記メニスカス振動手段が前記アクチュエータを駆動させていない状態で前記メニスカスが破壊に至る圧力より小さい圧力となるように前記ポンプを制御することを特徴とする請求項７に記載の記録装置。
9. 前記供給流路は、液体に含まれる異物を捉えるフィルタと、前記フィルタによって前記供給口側に位置する上流側液室と前記共通液体流路側に位置する下流側液室とに分割されるフィルタ室とを有しており、
   前記排出流路は、前記上流側液室に連通していることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の記録装置。
10. 前記フィルタ室は、前記リザーバユニットの延在方向に沿って延在しており、
    前記上流側液室が、前記延在方向に関する一方端部において前記供給口と連通していると共に、前記延在方向に関する他方端部において前記排出流路と連通していることを特徴とする請求項９に記載の記録装置。
    

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