JP5024413B2 - 液体吐出装置、液体粘度の制御装置および制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ノズルから吐出される液体の粘度を制御する、液体吐出装置、液体粘度の制御装置および制御方法に関する。

ノズルから液体を吐出する液体吐出装置としては、たとえばインクジェットプリンタが周知である。一般的なインクジェットプリンタは、インクを収容するインクタンクと、インクを吐出するノズルを有する吐出ヘッドと、インクタンク内のインクを吐出ヘッドに与えるインクチューブとを備えている。吐出ヘッドは、ノズルと当該ノズルに連通する圧力室とを有する流路ユニットと、圧力室内のインクに吐出圧を付与する駆動部を有する駆動ユニットとを備えており、駆動部に付与される駆動電圧に基づいてノズルからインクが吐出される。

このようなインクジェットプリンタでは、用紙上に所望の画像を形成するために、「インクの種類」や「印字デューティー」等に応じて定まる好適なインクの流量（すなわち理想流量）が存在するが、動作環境下においてインクの温度が変動すると、インクの粘度も変動するため、理想流量を安定的に得ることは容易ではなかった。たとえば、紫外線硬化型インク等の高粘度インクを用いた場合には、画質を安定させるためにインクを加熱することによってインクの粘度を低下させる必要があるが、この場合に「印字デューティー」が高くなると、吐出ヘッドの冷却が促進されてインクの温度が低下するため、インクの粘度が上昇し、インクの流量が不所望に減少するという問題があった。

この問題を解決する手段として、特許文献１には、吐出ヘッド内のインクの温度を設定範囲内に制御することによって、インクの流量をほぼ一定に制御するようにしたインクジェットプリンタが開示されている。このインクジェットプリンタは、吐出ヘッド内のインクの温度と吐出ヘッドに供給されるインクの温度との温度差に関する「温度差情報」と、画像データから算出された記録に必要なインク量に関する「インク量情報」とに基づいて、「記録ヘッドがどの程度に冷却または加熱されるか」といった「加熱温度に関する情報」を取得し、当該「加熱温度に関する情報」に基づいてヒータに供給する電力を制御することによってインクの温度を設定範囲内に制御するようにしたものである（引用文献１の段落［００２２］参照）。

特開２００６−３３４９６７号公報

特許文献１に記載された従来技術では、インクの温度を制御することでインクの粘度を一定範囲内に制御することができるものの、インクの温度制御を「加熱温度に関する情報」に基づいて行っていたので、インクの粘度制御に実際のインクの流量を反映させることができず、実際のインクの流量を理想流量に近づけることは、依然として困難であった。また、「温度差情報」を得るために少なくとも２つのヒータを用いる必要があったので、装置全体が大型化するとともに、装置の製造コストが高くなるという問題もあった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、簡単な構成により実際の液体の流量を理想流量に近づけることができるとともに、装置の小型化および低コスト化を図ることができる、液体吐出装置、液体粘度の制御装置および制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る液体粘度の制御装置は、ノズルから吐出される液体の粘度を制御する液体粘度の制御装置であって、前記ノズルに液体を導く流路と、前記流路を流れる液体を所定の加熱点において加熱するヒータと、前記加熱点よりも前記流路の下流に位置する温度検出点に設けられ、前記ヒータで加熱された液体が前記温度検出点に到達したときに当該液体の温度を検出する温度センサと、前記温度センサの出力を用いて前記流路を流れる液体の流量を測定する流量測定装置と、前記流量測定装置で測定された測定流量が前記ノズルから液体を吐出するための理想流量に近づくように前記ヒータの出力を制御するヒータ制御装置とを備える。

この構成において、液体粘度の制御動作が開始されると、流路を流れる液体が加熱点においてヒータによって加熱され、加熱された液体が加熱点よりも下流に位置する温度検出点に到達したときに、当該液体の温度が温度センサによって検出される。そして、温度センサの出力が流量測定装置に与えられ、液体の流量が流量測定装置によって測定される。液体の流量は、たとえば「液体の流速」と「流路の断面積」とを積算することによって求めることが可能であり、温度センサの出力は、たとえば「液体の流速」を算出するのに必要な「時間情報」を取得するために用いられる。そして、測定された液体の流量がヒータ制御装置にフィードバックされ、当該測定流量が理想流量に近づくようにヒータの出力がヒータ制御装置によって制御される。つまり、測定流量が理想流量に近づくようにヒータによって液体が加熱され、これにより液体の粘度が適正に制御される。なお、理想流量とは、上述のように、「液体の種類」や「印字デューティー」等に応じて定まる好適な流量である。

上記課題を解決するために、本発明に係る液体吐出装置は、液体を吐出する複数のノズルと、前記複数のノズルのそれぞれに個別に連通された複数の圧力室と、前記複数の圧力室のそれぞれに共通に連通されたマニホールドとを有する流路ユニットと、前記複数の圧力室内の液体に吐出圧を個別に付与する複数の駆動部を有する駆動ユニットと、前記流路ユニットに供給される液体を収容するインクタンクと、前記インクタンクと前記マニホールドとを連通するインクチューブと、上述の液体粘度の制御装置とを備え、少なくとも前記インクチューブと前記マニホールドと前記複数の圧力室とによって前記ノズルに液体を導く流路が構成されており、前記マニホールドでは、前記流路の断面積が下流側に向けて拡大されており、前記加熱点および前記温度検出点は前記マニホールドより上流側に配置されている。

上記課題を解決するために、本発明に係る液体粘度の制御方法は、流路の端部に設けられたノズルから吐出される液体の粘度を制御する、液体粘度の制御方法であって、（ａ）前記流路を流れる液体を所定の加熱点においてヒータによって加熱する工程と、（ｂ）前記加熱点において加熱した液体が前記加熱点よりも前記流路の下流に位置する温度検出点に到達したことを温度センサによって検出する工程と、（ｃ）前記温度センサの出力を用いて前記流路を流れる液体の流量を測定する工程と、（ｄ）測定した流量が前記ノズルから液体を吐出するための理想流量に近づくように前記ヒータによる液体の加熱の程度を調整する工程とを備える。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、流量測定装置で測定された測定流量が理想流量に近づくようにヒータの出力を制御して液体の粘度を制御するようにしているので、理想流量を得るための粘度制御を実際の流量に基づいて直接的に行うことができ、粘度制御の応答性を高めることができる。また、「流量を測定するために液体を加熱するヒータ」と「粘度を制御するために液体を加熱するヒータ」とを共通化しているので、制御装置の構成を簡素化することができるとともに、制御装置の製造コストを低減することができる。さらに、ノズルに液体を導く流路において液体の流量を測定するようにしているので、液体を吐出する動作の最中に液体の粘度をリアルタイムで適正に制御することができる。

実施形態に係る液体吐出装置（インクジェットプリンタ）の全体構成を示す平面図である。 実施形態に係る液体吐出装置（インクジェットプリンタ）の電気的構成を示すブロック図である。 吐出ヘッドの構成を示す断面図である。 実施形態に係る液体粘度の制御装置の構成を模式的に示すブロック図である。 実施形態に係る液体粘度の制御方法（第１制御態様）の工程を示すフロー図である。 粘度制御工程における第２制御態様の工程を示すフロー図である。 粘度制御工程における第３制御態様の工程を示すフロー図である。 粘度制御工程における第４制御態様の工程を示すフロー図である。

以下に、本発明の好ましい実施形態に係る「液体吐出装置」、「液体粘度の制御装置」および「液体粘度の制御方法」について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態では、本発明を「アクチュエータ」を用いてインクを吐出させる方式の「インクジェットプリンタ」に適用しているが、本発明は、「発熱体」で加熱したときの圧力を用いてインクを吐出させる方式の「インクジェットプリンタ」や、着色液を吐出させる「着色液吐出装置」や、導電液を吐出させる「導電液吐出装置」等のような他の「液体吐出装置」にも適用可能である。本発明を「着色液吐出装置」または「導電液吐出装置」等に適用した場合には、以下の説明で用いる「インク」を「着色液」または「導電液」等に読み替えるとともに、「インクの色」を「液の種類」に読み替えるものとする。また、以下の説明で用いる「下」とは、インクを吐出する方向を意味し、「上」とは、その反対の方向を意味するものとする。

［インクジェットプリンタの全体構成］
図１は、「液体吐出装置」としてのインクジェットプリンタ１０の全体構成を示す平面図であり、図２は、インクジェットプリンタ１０の電気的構成を示すブロック図である。

インクジェットプリンタ１０は、図１に示すように、用紙１２に対して「液体」としてのインクを吐出することによって、用紙１２の表面に画像を形成するものであり、インクを吐出する吐出ヘッド１４と、吐出ヘッド１４にインクを供給するインク供給部１６と、吐出ヘッド１４を往復走査させる走査部１８と、吐出ヘッド１４の走査領域Ａへ用紙１２を搬送する搬送装置２０と、画像形成のための各種の制御を実行する制御装置２２と、インクの粘度を制御する「液体粘度の制御装置」としてのインク粘度制御装置２４（図４）と、用紙１２が搬送される搬送領域Ｂの左側に配置されるフラッシングフォーム３９と、を備えている。

＜インク供給部＞
インク供給部１６は、図１に示すように、ブラック（ＢＫ）、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）およびマゼンダ（Ｍ）の４色のインクを収容する４つのインクタンク２６ａ〜２６ｄと、吐出ヘッド１４に供給されるインクの圧力変動を緩和するダンパ装置２８と、インクタンク２６ａ〜２６ｄのそれぞれのインクをダンパ装置２８へ供給する４つのインクチューブ３０ａ〜３０ｄとを有しており、ダンパ装置２８が吐出ヘッド１４の上方に配置されており、インクタンク２６ａ〜２６ｄのそれぞれが吐出ヘッド１４よりも下方の所定位置に配置されている。そして、吐出ヘッド１４へインクを供給する際には、インクタンク２６ａ〜２６ｄ内のインクが、インクチューブ３０ａ〜３０ｄを介してダンパ装置２８に与えられ、ダンパ装置２８の内部に色ごとに設けられたダンパ室２８ａ〜２８ｄ（図４）においてインクの圧力変動が緩和された後、吐出ヘッド１４の対応するインク流路Ｎ１〜Ｎ４（図４）へ供給される。

＜走査部＞
走査部１８は、図１に示すように、吐出ヘッド１４およびダンパ装置２８を保持するキャリッジ３２と、キャリッジ３２を案内する２つの長尺板状のガイドレール３４ａ，３４ｂと、２つのプーリ３６ａ，３６ｂ間に掛け渡された無端ベルト３８と、一方のプーリ３６ａに回転力を付与する走査モータ４０とを有しており、無端ベルト３８に対してキャリッジ３２が固定されている。したがって、走査モータ４０によってプーリ３６ａを回転させると、無端ベルト３８が回転され、無端ベルト３８に固定されたキャリッジ３２がガイドレール３４ａ，３４ｂに沿って直線状に往復走査される。なお、以下の説明においては、キャリッジ３２が走査される方向を「主走査方向Ｘ」といい、「主走査方向Ｘ」に対して直交する方向を「副走査方向Ｙ」という。

＜搬送装置＞
搬送装置２０は、用紙１２を副走査方向Ｙへ搬送する用紙搬送路Ｂと、用紙搬送路Ｂにおける走査領域Ａよりも上流側に配置された上流側搬送ローラ４２ａと、用紙搬送路Ｂにおける走査領域Ａよりも下流側に配置された下流側搬送ローラ４２ｂと、搬送ローラ４２ａ，４２ｂを所定のタイミングで回転させる搬送モータ４４とを有しており、搬送モータ４４で搬送ローラ４２ａ，４２ｂが回転されることによって、用紙１２が走査領域Ａへ搬送される。

＜フラッシングフォーム＞
フラッシングフォーム３９は、図１に示すように、用紙１２が搬送される搬送領域Ｂの左側に配置されており、キャリッジ３２により吐出ヘッド１４が搬送領域Ｂの左側に位置付けられたときには、フラッシングフォーム３９と吐出ヘッド１４とが対向する。フラッシングフォーム３９は、印刷前に吐出ヘッド１４のノズル６８からインクを排出してノズル６８を回復させるフラッシング動作時に、ノズル６８から排出されたインクを受容するためのものである。このフラッシングフォーム３９は、多孔質の吸収体を備えており、この吸収体がノズル６９から吐出されたインクを保持する。

＜制御装置＞
制御装置２２は、インクジェットプリンタ１０の動作を総合的に制御するものであり、図２に示すように、各種の演算処理を実行するＣＰＵ(Central Processing Unit)５０と、各種のプログラムや理想流量に関する情報を記憶するＲＯＭ(Read Only Memory)５２と、各種の情報を一時的に記憶するＲＡＭ(Random Access Memory)５４と、吐出ヘッド１４を制御する制御回路５６と、走査モータ４０を駆動する走査モータ駆動回路４０ａと、搬送モータ４４を駆動する搬送モータ駆動回路４４ａと、後述する複数のヒータ５８を駆動する複数のヒータ駆動回路５８ａと、後述する複数の補助ヒータ６０を駆動する複数の補助ヒータ駆動回路６０ａとを有している。そして、制御装置２２に対して、吐出ヘッド１４、走査モータ４０、搬送モータ４４、複数のヒータ５８および複数の補助ヒータ６０が接続されるとともに、後述する複数の温度センサ６２、各種の指令を入力する操作パネル６４および画像情報を記憶するイメージメモリ６６が接続されている。なお、制御装置２２の制御動作については後述する。また、上述のフラッシング動作を行うように吐出ヘッド１４を制御する制御回路５６は、本発明の「回復装置」の一例である。

＜吐出ヘッド＞
図３は、インクジェットプリンタ１０に用いられる吐出ヘッド１４の構成を示す断面図である。吐出ヘッド１４は、図１および図３に示すように、インクタンク２６ａ〜２６ｄから供給されたブラック（ＢＫ）、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）およびマゼンダ（Ｍ）の４色のインクを、制御装置２２から与えられた各種の制御信号に基づいて複数のノズル６８から用紙１２に向けて選択的に吐出するものであり、流路ユニット７０と、アクチュエータユニット７２と、フレキシブル配線基板７４とを有している。

流路ユニット７０は、図３に示すように、５枚のプレート７６ａ〜７６ｅを積層することによって構成されており、これらのプレート７６ａ〜７６ｅに形成された「凹部」または「貫通孔」が互いに連通されることによって、インクを溜めるマニホールド８０と、マニホールド８０にインクを供給するインク供給口（図示省略）と、マニホールド８０内のインクを外部に吐出する複数のノズル６８と、マニホールド８０と複数のノズル６８とを連通する複数の個別流路８２とがインクの色ごとに構成されている。また、複数の個別流路８２のそれぞれには、ノズル６８に対して個別に連通する圧力室８４が構成されている。

アクチュエータユニット７２は、図３に示すように、流路ユニット７０における圧力室８４の上面８４ａを構成するとともに、複数の圧力室８４のそれぞれの内部に存在するインクに吐出圧を選択的に付与するものであり、振動板８６と、圧電層８８と、複数の個別電極９０とを有している。振動板８６は、導電性材料によって形成されており、複数の圧力室８４を覆うようにして流路ユニット７０の上面に接合されている。圧電層８８は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を主成分とする圧電材料によって形成されており、その厚み方向に分極されている。複数の個別電極９０のそれぞれは、導電性材料によって形成されており、アクチュエータユニット７２の表面における圧力室８４と対向する位置に配設されている。したがって、アクチュエータユニット７２においては、圧電層８８における振動板８６と個別電極９０とによって挟まれた部分が、駆動電圧によって駆動される駆動部９２となっている。

フレキシブル配線基板７４は、可撓性の合成樹脂材料からなる絶縁シート部９４（図３）と、絶縁シート部９４の表面に個別電極９０と対向して配設された複数の接続端子９６（図３）と、絶縁シート部９４の表面に搭載されたドライバＩＣ９８（図２）と、絶縁シート部９４の表面に形成され、複数の接続端子９６とドライバＩＣ９８とを電気的に接続する出力配線１００（図２）と、出力配線１００を被覆する被覆層１０２（図３）とを有している。被覆層１０２における複数の接続端子９６のそれぞれに対応する部分には、接続端子９６を露出させるための開口が形成されており、接続端子９６の表面には、当該開口から突出するように導電性のバンプ１０４が形成されている。そして、図３に示すように、複数の接続端子９６とこれらに対応する個別電極９０とが、接続端子９６の表面に形成されたバンプ１０４を介して電気的に接続されている。図２に示したドライバＩＣ９８は、制御装置２２の制御回路５６から出力された制御信号に基づいてアクチュエータユニット７２を駆動するための駆動電圧を生成するものであり、ドライバＩＣ９８から出力配線１００に出力された駆動電圧は、図３に示すように、接続端子９６、バンプ１０４および個別電極９０を通して駆動部９２（図３）に印加される。したがって、駆動電圧を生成する際には、ドライバＩＣにジュール熱が発生し、当該熱が出力配線１００、接続端子９６、バンプ１０４および個別電極を伝わって、アクチュエータユニット７２を加熱することになる。

＜インク粘度制御装置＞
図４は、インク粘度制御装置２４の構成を模式的に示すブロック図である。インク粘度制御装置２４は、複数のノズル６８から吐出されるインクの粘度をインクの色ごとに制御するものであり、制御装置２２を除いて、インクの色ごとに構成されている。そこで、以下には、ブラックインク（ＢＫ）の粘度を制御するための構成に着目してインク粘度制御装置２４の構成を説明し、他色のインク（Ｙ，Ｃ，Ｍ）に対応する構成については、参照番号を同じにすることによって重複する説明を省略する。なお、図４では、インクの色ごとに１つのノズル６８と１つの個別電極９０とを示しているが、本実施形態では、上述したように、インクの色ごとに複数のノズル６８と複数の個別電極９０とが存在する。

インク粘度制御装置２４は、図４に示すように、複数のノズル６８にインクを導く流路１１０と、流路１１０を流れるインクを所定の加熱点Ｐにおいて加熱するヒータ５８と、加熱点Ｐよりも流路１１０の下流に位置する温度検出点Ｑにおいてインクの温度を検出する温度センサ６２と、吐出ヘッド１４において複数のノズル６８から吐出されるインクを加熱する補助ヒータ６０と、ヒータ５８の出力を制御する「ヒータ制御装置」としての制御装置２２と、流路１１０を流れるインクの流量を測定する「流量測定装置」としての制御装置２２と、補助ヒータ６０の出力を制御する「補助ヒータ制御装置」としての制御装置２２と、アクチュエータユニット７２における複数の駆動部９２の動作を制御する「吐出制御装置」としての制御装置２２とを備えている。なお、「ヒータ制御装置」、「流量測定装置」、「補助ヒータ制御装置」および「吐出制御装置」のそれぞれは、互いに独立した複数の制御装置（図示省略）で実現されてもよい。

流路１１０は、図４に示すように、インクタンク２６ａと、インクチューブ３０ａと、ダンパ装置２８の内部に設けられたダンパ室２８ａと、吐出ヘッド１４の内部に設けられたマニホールド８０と、マニホールド８０と複数のノズル６８とを連通する複数の個別流路８２（圧力室８４を含む。）とによって構成されている。流路１１０をマニホールド８０の上流側から見たときには、その流路断面積がマニホールド８０において下流側に向けて拡大されている。したがって、後述するヒータ５８で加熱された加熱インクは、マニホールド８０において撹拌され、加熱インクの温度分布および粘度が均一化される。このような流路１１０においては、インクタンク２６ａの出口からマニホールド８０の入口までの間を流れるインクの流量に、ブラックインク（ＢＫ）を吐出する複数のノズル６８（図３）の総吐出量が反映されるため、本実施形態では、この間の領域（以下、「流量測定領域」という。）Ｅにおいて流路１１０を流れるインクの流量（すなわち、単位時間当たりに流れる体積）が測定される。

ヒータ５８は、流量測定領域Ｅ内に位置する所定の加熱点Ｐに設けられ、流路１１０を流れるインクを加熱点Ｐで加熱するものであり、具体的には、電熱線、ハロゲンランプまたは赤外線等がヒータ５８として用いられる。ヒータ５８は、「ヒータ制御装置」としての制御装置２２で制御されることによって、少なくともインクを間欠的に加熱する機能（間欠加熱機能）と、インクを加熱する熱量を調整する機能（出力調整機能）とを発揮するように構成されており、これらの機能を発揮することによって、「インクの流量を測定するためのインクの加熱」、或いは、「インクの粘度を制御するためのインクの加熱」が行われる。つまり、１つのヒータ５８を用いて「流量測定用の加熱」と「粘度制御用の加熱」とが行われる。

温度センサ６２は、流量測定領域Ｅ内における加熱点Ｐよりも流路１１０の下流に位置する温度検出点Ｑに設けられ、ヒータ５８によって加熱されたインク（以下、「加熱インク」という。）が温度検出点Ｑに到達したときに当該加熱インクの温度に応じた検出信号を出力するものであり、具体的には、サーミスタ、白金測温抵抗体または熱電対等が温度センサ６２として用いられる。温度センサ６２の出力は、「流量測定装置」としての制御装置２２に与えられ、後述するように、インクの流速を算出するために用いられる。つまり、「流量測定装置」としての制御装置２２では、加熱点Ｐから温度検出点Ｑまでの距離Ｄと加熱インクが距離Ｄを移動する時間Ｔとに基づいて、「Ｖ＝Ｄ／Ｔ」の式でインクの流速Ｖが求められるが、温度センサ６２の出力は、時間Ｔを算出するための時間情報を取得するために用いられる。たとえば、ヒータ５８によってインクが瞬間的に加熱されると、加熱インクの温度分布にピークが発生し、当該ピークが加熱インクであることの目印となる。したがって、温度センサ６２の出力に当該ピークが含まれていれば、加熱インクが距離Ｄを移動して温度検出点Ｑに到達したことを意味し、ヒータ５８がインクを加熱した時点ｔ１と温度センサ６２がピークを検出した時点ｔ２とに基づいて時間Ｔ（Ｔ＝ｔ２−ｔ１）を求めることができる。

ここで、加熱インクが距離Ｄを移動する間に冷却されてしまったのでは、温度センサ６２の出力から温度分布のピークを抽出することができず、時間Ｔを算出するための時間情報を取得することができなくなる。また、加熱点Ｐを通過するインクの流速が遅い場合には、加熱インクにおける温度分布のピークがぼけるため、温度センサ６２で検出される温度分布のピークが曖昧になり、時間Ｔの算出精度が低下する。そこで、本実施形態では、距離Ｄが長くなり過ぎないように加熱点Ｐおよび温度検出点Ｑの位置を設計し、温度分布のピークを確実に抽出できるようにしている。また、少なくとも加熱点Ｐから温度検出点Ｑまでの部分を他の部分よりも細く形成し（図示省略）、当該部分（以下、「細径部」という。）１１０ａで加熱点Ｐを通過するインクの流速を高めることによって、温度センサ６２で検出される温度分布のピークが鋭敏になるようにしている。

なお、本実施形態では、温度センサ６２を１つだけ用いているが、たとえば、ヒータ５８の下流に２つの温度センサ６２を互いに距離Ｄ２を隔てて配設してもよい。この場合には、温度分布のピークを２つの温度センサ６２でそれぞれ検出することができるので、当該ピークを検出した２つの時点の時間差Ｔ２に基づいて、「Ｓ２＝Ｄ２／Ｔ２」の式でインクの流速Ｖ２を求めることができる。

補助ヒータ６０は、アクチュエータユニット７２の上面、アクチュエータユニット７２を構成する圧電層８８および振動板８６等のうちのいずれか１つ以上に設けられ、複数のノズル６８から吐出されるインクをインクの色ごとに均等に加熱するものであり、具体的には、圧電層に対して電極を形成するときに同時にパターンを形成し、電熱線、ハロゲンランプまたは赤外線と接続させることで補助ヒータ６０として用いられる。補助ヒータ６０は、「補助ヒータ制御装置」としての制御装置２２で制御されることによって、インクを補助的に加熱する機能（補助加熱機能）を発揮するように構成されており、当該機能を発揮することによって、インクの粘度（すなわちインクの流量）がより迅速に制御される。

駆動部９２の動作を制御する「吐出制御装置」、ヒータ５８の出力を制御する「ヒータ制御装置」、流路１１０を流れるインクの流量を測定する「流量測定装置」および補助ヒータ６０の出力を制御する「補助ヒータ制御装置」は、具体的には、制御装置２２（図２）であり、物理的構成上の特徴を有していない。そこで、以下の［インクジェットプリンタの動作］および［インク粘度の制御方法］において、これらの機能を詳細に説明する。

［インクジェットプリンタの動作］
インクジェットプリンタ１０の動作が開始されると、図１および図２に示すように、制御装置２２によって搬送モータ４４が駆動され、用紙１２が用紙トレイ（図示省略）から取り出されて吐出ヘッド１４の走査領域Ａへ所定のタイミングで搬送される。また、「吐出制御装置」としての制御装置２２から吐出ヘッド１４のドライバＩＣ９８に対して、イメージメモリ６６に記憶された画像情報に応じた制御信号が与えられる。すると、ドライバＩＣ９８では、アクチュエータユニット７２の駆動部９２（図３、図４）を駆動する駆動電圧が生成され、ドライバＩＣ９８から出力配線１００に出力された駆動電圧が、図３に示すように、接続端子９６、バンプ１０４および個別電極９０を通して駆動部９２に印加される。駆動電圧が印加された駆動部９２は、厚さ方向（すなわち分極方向）に対して直交する方向に収縮され、これにより振動板８６が下側へ凸となるように変形される。このとき、振動板８６の下面は圧力室８４の上面８４ａを構成しているので、当該下面は圧力室８４の内側へ出っ張るように変形され、圧力室８４の容積が縮小される。したがって、圧力室８４の内部に存在するインクには、駆動電圧の印加タイミングに応じて吐出圧が付与され、加圧されたインクがノズル６８から用紙１２の表面に吐出されて印刷が行われる。

［インク粘度の制御方法］
図４に示すように、インク流路Ｎ１のノズル６８からインクが吐出されると、インク流路Ｎ１の個別流路８２にマニホールド８０内のインクが引き込まれるため、マニホールド８０には、複数のノズル６８から吐出されたインクの総吐出量と同量のインクが流路１１０の流量測定領域Ｅから引き込まれ、これにより流量測定領域Ｅにインクの流れが発生する。本実施形態のインク粘度の制御方法は、流量測定領域Ｅにおけるインクの流れからインクの流量を測定し、測定された流量（以下、「測定流量」という。）が理想流量に近づくようにインクの粘度を制御するものであり、上述のインク粘度制御装置２４を用いて実行される。以下には、本実施形態に係るインク粘度の制御方法について「流量測定工程」と「粘度制御工程」とに分けて説明する。

なお、インクの種類には、「高温になるほど粘度が低くなる種類」と「高温になるほど粘度が高くなる種類」とが存在し、いずれの種類を用いるかによって「粘度制御工程」におけるヒータ５８の制御動作が異なるが、以下の説明では、「高温になるほど粘度が低くなる種類」のインクを用いた場合について説明する。

＜流量測定工程＞
インク粘度制御装置２４による制御動作を開始すると、図５に示すように、まず、ステップＳ１において、「ヒータ制御装置」としての制御装置２２によってヒータ５８が駆動される。つまり、制御装置２２のヒータ駆動回路５８ａからヒータ５８に対して一定時間間隔でパルス電圧が印加され、流路１１０を流れるインクが間欠的に加熱される。したがって、ヒータ５８によって加熱された加熱インクにおいては、鋭敏なピークを有する温度分布パターンが一定時間間隔で間欠的に表れることになり、当該温度分布パターンのピークが加熱インクであることの目印となる。

続くステップＳ３では、加熱点Ｐよりも下流に位置する温度検出点Ｑにおいて、加熱インクの温度が温度センサ６２によって検出され、温度センサ６２の出力が「流量測定装置」としての制御装置２２に与えられる。「流量測定装置」としての制御装置２２では、加熱インクの温度分布パターンからピークが抽出され、インクを加熱した時点ｔ１と当該ピークを検出した時点ｔ２とに基づいて、加熱インクが加熱点Ｐから温度検出点Ｑまでの距離Ｄを移動した時間Ｔ（Ｔ＝ｔ２−ｔ１）が算出される。また、時間Ｔと距離Ｄとに基づいて、加熱インクの流速Ｖ（Ｖ＝Ｄ／Ｔ）が算出される。さらに、加熱インクの流速Ｖと流路１１０（本実施形態では細径部１１０ａ）の断面積Ｓとに基づいて、インクの流量Ｒ（Ｒ＝Ｖ×Ｓ）が求められる。

本実施形態では、温度センサ６２の出力から加熱インクにおける温度分布のピークが間欠的に抽出されるため、各ピークごとに流速Ｖを算出することが可能であり、複数のピークに対応する複数の流速Ｖの平均値を算出することによって、流速Ｖを正確に算出することができ、測定流量Ｒを高い精度で算出することができる。また、実際に使用するインクの流速Ｖを流路１１０において継続的に算出することができるので、インクジェットプリンタ１０の動作中のあらゆる時点においてインクの流量をリアルタイムで算出することができる。

このような流量測定工程では、ヒータ５８によってインクが加熱され、インクに混入している気泡が膨張するため、当該気泡がダンパ装置２８のダンパ室２８ａにおいて、或いは、インク流路Ｎ１の入口等に設けられたフィルタ（図示省略）において捕捉され易くなる。したがって、インクにおける飽和酸素溶存量を減らすことができ、ノズル６８からインクを気泡に邪魔されることなく安定的に吐出させることができる。

＜粘度制御工程＞
粘度制御工程では、以下の４つの制御態様のいずれか１つが単独で実行され、或いは、これらの制御態様が任意に組み合わせて実行される。なお、「１つの制御態様」または「複数の制御態様の組み合わせ」の選択は、本実施形態では、ＲＯＭ５２に記憶されたプログラムによって行われるが、当該選択は、操作パネル６４から入力された指令信号に基づいて行われてもよい。

（第１制御態様）
第１制御態様は、粘度制御工程における基本となる制御態様である。上述の流量測定工程（ステップＳ１，Ｓ３）によって測定流量Ｒが求まると、ステップＳ５において、測定流量ＲがＲＯＭ５２に記憶された理想流量よりも大きいか否かが判断される。そして、「ＹＥＳ（大きい）」と判断されると、ステップＳ７においてヒータ５８の出力が減少され、「ＮＯ（大きくない）」と判断されると、ステップＳ９においてヒータ５８の出力が増大される。

ここで、ヒータ５８の出力とは、「単位時間当たりにインクを加熱する熱量」を意味し、ヒータ５８の出力を増減させるとは、「単位時間当たりに出力する回数を一定にして、１回の加熱動作で出力する熱量を増減させること」と「１回の加熱動作で出力する熱量を一定にして、単位時間当たりに出力する回数を増減させること」の両方を意味するものとする。ステップＳ７およびステップＳ９では、これらのいずれか一方の制御動作が選択的に実行されてもよいし、両方の制御動作が同時に実行されてもよいが、如何なる制御動作を実行するかは、ＲＯＭ５２に記憶されたプログラム、或いは、操作パネル６４から入力された指令信号に基づいて決定される。

ステップＳ７においてヒータ５８の出力が減少されると、インクの温度が低下するため、インクの粘度が上昇し、インクが流れ難くなってインクの流量が減少し、測定流量Ｒが理想流量に近づくようになる。一方、ステップＳ９においてヒータ５８の出力が増大されると、インクの温度が上昇するため、インクの粘度が低下し、インクが流れ易くなってインクの流量が増大し、測定流量Ｒが理想流量に近づくようになる。なお、「高温になるほど粘度が高くなる種類」のインクを用いた場合には、ステップＳ７およびステップＳ９の制御動作が逆になるが、この場合についての説明は省略する。

続くステップＳ１１では、インク粘度の制御を終了するか否かが判断され、「ＹＥＳ（終了する）」と判断されると、インク粘度の制御を終了し、「ＮＯ（終了しない）」と判断されると、ステップＳ１に戻る。ステップＳ１１において「ＹＥＳ（終了する）」と判断されるまでは、測定流量Ｒが継続的に算出されるため、インクジェットプリンタ１０の動作中のあらゆる時点において、インクの流量をリアルタイムで適正に制御することができる。また、実際に測定した測定流量Ｒをフィードバックさせて制御しているので、インクの流量制御において高い応答性を得ることができる。

（第２制御態様）
第２制御態様では、ステップＳ１（図５）において、ヒータ５８と共に補助ヒータ６０が駆動され、補助ヒータ６０でアクチュエータユニット７２が加熱される。また、図６に示すように、ステップＳ７に続いてステップＳ１３が実行され、或いは、ステップＳ９に続いてステップＳ１５が実行され、ステップＳ５における判断に基づいて補助ヒータ６０の出力が制御される。

つまり、ステップＳ１３では、「補助ヒータ制御装置」としての制御装置２２で補助ヒータ６０の出力が減少されることによって、アクチュエータユニット７２の温度が低下され、流路ユニット７０の内部に存在するインクの温度が低下される。これにより、流路ユニット７０の内部に存在するインクの粘度が上昇され、インクの流量が減少される。一方、ステップＳ１５では、「補助ヒータ制御装置」としての制御装置２２で補助ヒータ６０の出力が増大されることによって、アクチュエータユニット７２の温度が上昇され、流路ユニット７０の内部に存在するインクの温度が上昇される。これにより、流路ユニット７０の内部に存在するインクの粘度が低下され、インクの流量が増大される。

これらの動作は、ステップＳ７またはステップＳ９におけるヒータ５８の機能を補助するものであるが、流路ユニット７０の内部におけるインクの流量変化は、流量測定領域Ｅを流れるインクの流量に直ちに反映されるため、その後の「流量測定工程（ステップＳ１，Ｓ３）」では、補助ヒータ６０による制御結果をも踏まえてインクの流量が測定されることになる。したがって、第１制御態様の場合よりも、インクの流量をより迅速に理想流量に近づけることが可能であり、制御の応答性をより高めることができる。

（第３制御態様）
第３制御態様では、図７に示すように、ステップＳ７に続いてステップＳ１７が実行され、或いは、ステップＳ９に続いてステップＳ１９が実行され、ステップＳ５における判断に基づいて駆動部９２の動作回数が制御される。つまり、ステップＳ１７では、「吐出制御装置」としての制御装置２２によってアクチュエータユニット７２における駆動部９２の動作回数が減少され、ノズル６８から吐出されるインクの単位時間当たりの吐出量が減少される。一方、ステップＳ１７では、「吐出制御装置」としての制御装置２２によって駆動部９２の動作回数が増大され、ノズル６８から吐出されるインクの単位時間当たりの吐出量が増大される。ここで、駆動部９２の動作回数は、ドライバＩＣ９８において生成される駆動電圧の波形によって定まるものであり、本実施形態では、駆動電圧の波形を変更することによって駆動部９２の動作回数が増減される。

これらの動作は、ステップＳ７またはステップＳ９におけるヒータ５８の機能を補助するものであるが、ノズル６８から吐出される吐出量の変化は、流量測定領域Ｅを流れるインクの流量に直ちに反映されるため、その後の「流量測定工程（ステップＳ１，Ｓ３）」では、ステップＳ１７またはステップＳ１９における制御結果をも踏まえてインクの流量が測定されることになり、制御の応答性をより高めることができる。

（第４制御態様）
第４制御態様では、図８に示すように、ステップＳ９に続いてステップＳ２１が実行され、ステップＳ５における判断に基づいて駆動部９２が「空駆動」される。ここで、「空駆動」とは、ドライバＩＣ９８にジュール熱を発生させるための動作を意味し、本実施形態では、ノズル６８からインクを吐出させない程度の低い駆動電圧を駆動部９２に繰り返し印加することによって「空駆動」が行われる。ドライバＩＣ９８で発生した熱は、出力配線１００を伝わってアクチュエータユニット７２を加熱するため、「第２制御態様」で用いた補助ヒータ６０と同様に、流路ユニット７０の内部に存在するインクの温度を上昇させることが可能であり、インクの粘度を低下させて、インクの流量を増大させることができる。

（第５制御態様）
第５制御態様では、上述の流量測定工程（ステップＳ１，Ｓ３）は、吐出ヘッド１４が上述のフラッシング動作を行っている際に行われる。これによれば、印刷前のフラッシング動作の際に流量測定工程が行われる為、印刷前にインクの粘度を算出することができる。この流量測定工程と同時に、粘度制御工程を行ってもよい。印刷前にインクの粘度を調整することができる為、印刷時にインクの増粘による不吐出が起こりにくくなる。また、印刷前のフラッシング動作と同時に、流量測定工程と粘度制御工程とを行う場合に限らず、印刷中のフラッシング動作中等に流量測定工程と粘度制御工程とを行ってもよい。

Ｅ… 流量測定領域
Ｎ１〜Ｎ４… インク流路
Ｐ… 加熱点
Ｑ… 温度検出点
Ｄ… 距離
Ｖ… 流速
Ｔ… 時間
Ｒ… 流量
Ｓ… 流路の断面積
１０… インクジェットプリンタ（液体吐出装置）
１４… 吐出ヘッド
２２… 制御装置（流量測定装置、ヒータ制御装置、吐出制御装置、補助ヒータ制御装置）
２４… インク粘度制御装置
２６ａ〜２６ｄ… インクタンク
５８… ヒータ
６０… 補助ヒータ
６２… 温度センサ
６４… 操作パネル
６８… ノズル
７０… 流路ユニット
７２… アクチュエータユニット
８０… マニホールド
８４… 圧力室
９２… 駆動部
１００… 出力配線
１１０… 流路
１１０ａ… 細径部

Claims (10)

1. ノズルから吐出される液体の粘度を制御する液体粘度の制御装置であって、
   前記ノズルに液体を導く流路と、
   前記流路を流れる液体を所定の加熱点において加熱するヒータと、
   前記加熱点よりも前記流路の下流に位置する温度検出点に設けられ、前記ヒータで加熱された液体が前記温度検出点に到達したときに当該液体の温度を検出する温度センサと、
   前記温度センサの出力を用いて前記流路を流れる液体の流量を測定する流量測定装置と、
   前記流量測定装置で測定された測定流量が前記ノズルから液体を吐出するための理想流量に近づくように前記ヒータの出力を制御するヒータ制御装置とを備える、液体粘度の制御装置。
2. 前記流路における少なくとも前記加熱点から前記温度検出点までの部分は、他の部分よりも細く形成されている、請求項１に記載の液体粘度の制御装置。
3. 前記ノズルから吐出される液体を加熱する補助ヒータと、
   前記流量測定装置で測定された測定流量に基づいて前記補助ヒータの出力を制御する補助ヒータ制御装置とをさらに備える、請求項１または２に記載の液体粘度の制御装置。
4. 前記ヒータ制御装置は、前記流路内に液体が流れている間、間欠的に前記液体を加熱するように前記ヒータの出力を制御する、請求項１〜３のいずれかに記載の液体粘度の制御装置。
5. 液体を吐出する複数のノズルと、前記複数のノズルのそれぞれに個別に連通された複数の圧力室と、前記複数の圧力室のそれぞれに共通に連通されたマニホールドとを有する流路ユニットと、
   前記複数の圧力室内の液体に吐出圧を個別に付与する複数の駆動部を有する駆動ユニットと、
   前記流路ユニットに供給される液体を収容するインクタンクと、
   前記インクタンクと前記マニホールドとを連通するインクチューブと、
   請求項１ないし４のいずれかに記載した液体粘度の制御装置とを備え、
   少なくとも前記インクチューブと前記マニホールドと前記複数の圧力室とによって前記ノズルに液体を導く流路が構成されており、
   前記マニホールドでは、前記流路の断面積が下流側に向けて拡大されており、
   前記液体粘度の制御装置の前記加熱点および前記温度検出点は前記マニホールドより上流側に配置されている、液体吐出装置。
6. 前記ノズルから液体を排出して前記ノズルを回復させる回復動作を行う回復装置をさらに備え、
   前記液体粘度の制御装置は、前記回復装置が前記回復動作を行っているときに、前記流量測定装置が前記液体の流量を測定し、前記ヒータ制御装置により前記ヒータの出力を制御する、請求項５に記載の液体吐出装置。
7. 流路の端部に設けられたノズルから吐出される液体の粘度を制御する、液体粘度の制御方法であって、
   （ａ）前記流路を流れる液体を所定の加熱点においてヒータによって加熱する工程と、（ｂ）前記加熱点において加熱した液体が前記加熱点よりも前記流路の下流に位置する温度検出点に到達したことを温度センサによって検出する工程と、
   （ｃ）前記温度センサの出力を用いて前記流路を流れる液体の流量を測定する工程と、
   （ｄ）測定した流量が前記ノズルから液体を吐出するための理想流量に近づくように前記ヒータによる液体の加熱の程度を調整する工程とを備える、液体粘度の制御方法。
8. 前記（ａ）工程では、前記流路を流れる液体を間欠的に加熱し、
   前記（ｃ）工程では、前記センサの出力から時間情報を取得して液体の流速を測定するとともに、当該流速と前記流路の断面積とに基づいて液体の流量を測定する、請求項７に記載の液体粘度の制御方法。
9. 前記ノズルと前記ノズルから液体を吐出させる駆動部とが吐出ヘッドに一体的に組み込まれており、 前記（ｄ）工程では、前記（ｃ）工程で測定した測定流量が理想流量よりも小さいときに前記駆動部の動作回数を増大させる、請求項７または８に記載の液体粘度の制御方法。
10. 前記ノズルと前記ノズルから液体を吐出させる駆動部とが吐出ヘッドに一体的に組み込まれており、前記駆動部には、駆動電圧を生成するドライバＩＣが電気的に接続されており、
    前記（ｄ）工程では、前記（ｃ）工程で測定した測定流量が理想流量よりも小さいときに前記駆動部を空駆動させることによって、前記ドライバＩＣに液体を加熱するための熱を発生させる、請求項７ないし９のいずれかに記載の液体粘度の制御方法。

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