JP5223277B2 - 流体噴射装置のフラッシング方法 - Google Patents

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Description

この発明は、流体噴射装置のメンテナンス方法に関する。
インクジェットプリンタは、ノズルから紙面に向かってインク滴を吐出(噴射)することによって印刷を行う。こうしたインクジェットプリンタでは、自然蒸発によるノズル開口部におけるインクの増粘固着や、インクが充填されるインク室内への気泡の混入によりインク室内の圧力変化が気泡に吸収されることなどによって、インク滴の吐出不良が発生する場合がある。
これまで、インク滴の吐出を良好に継続して行うために、種々のメンテナンス処理に関する技術が提案されてきた(特許文献1等)。例えば、特許文献1では、ノズルをキャップで一時的に封止してポンプによって負圧を発生させるとともに、インク室内に圧力発生素子によって圧力を付与してインク滴の空吐出を行い、増粘インクや気泡の除去を実行する。
特開2007−136989号公報 特開昭59−131464号公報
しかし、上記メンテナンス処理を実行した場合であっても、微小径の気泡(例えば直径数十μmの気泡)に対しては圧力等の気泡の排出のために働く力を十分に付与することが出来ないため、気泡を完全に除去することは困難である。こうした問題は、インクジェットプリンタに限らず、インク以外の他の流体(液体や、機能材料の粒子が分散されている液状体を含む)を噴射する流体噴射装置において発生し得る問題である。これまで、こうした問題に対して十分な工夫がなされてこなかったのが実情であった。
本発明は、液体を噴射する流体噴射装置において、ノズルの噴射不良の原因となる気泡を除去する技術を提供することを目的とする。
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
本発明の第1の形態は、流体が充填される圧力室と、前記圧力室の壁面に設けられ、前記壁面を変形させることによって前記圧力室内の圧力を変化させる圧力発生素子と、前記圧力室と連通する、前記流体を噴射するためのノズルと、を備える、流体噴射装置において実行される、前記ノズルからの前記流体の空吐出を行うフラッシング方法であって、
(a−1)前記圧力発生素子を駆動させることによって、前記圧力室を膨張させて、膨張状態へと遷移させることによって、前記圧力室に負圧を3発生させる工程と、
(a−2)前記膨張状態を保持させる工程と、
(a−3)前記膨張状態から前記圧力室を収縮させることによって、前記流体を前記ノズルから吐出させる工程と、
を備える第1のフラッシングを第1の周波数で繰り返し実行した後に、さらに、
前記工程(a−1)と、前記工程(a−2)と、前記工程(a−3)と、を備える第2のフラッシングを第2の周波数で繰り返し実行し、
前記第2のフラッシングにおける前記工程(a−1)が実行される期間と前記工程(a−3)が実行される期間とは、前記第1のフラッシングと同じであり、
前記第2の周波数は、前記工程(a−2)の期間が前記第1のフラッシングと異なることによって前記第1の周波数とは異なる、フラッシング方法である。
[適用例1]流体が充填される圧力室と、前記圧力室の壁面に設けられ、前記壁面を変形させることによって前記圧力室内の圧力を変化させる圧力発生素子と、前記圧力室と連通する、前記流体を噴射するためのノズルとを備える、流体噴射装置において実行される、前記ノズルからの前記流体の空吐出を行うフラッシング方法であって、
(a−1)前記圧力発生素子を駆動させることによって、前記圧力室を膨張させて、膨張状態へと遷移させることによって、前記圧力室に負圧を発生させる工程と、
(a−2)前記膨張状態を保持させる工程と、
(a−3)前記膨張状態から前記圧力室を収縮させることによって、前記流体を前記ノズルから吐出させる工程と、
を備える第1のフラッシングを第1の周期で繰り返し実行し、さらに、
(b−1)前記圧力発生素子を駆動させることによって、前記圧力室を膨張させて、膨張状態へと遷移させることによって、前記圧力室に負圧を発生させる工程と、
(b−2)前記膨張状態を保持させる工程と、
(b−3)前記膨張状態から前記圧力室を収縮させることによって、前記流体を前記第1のフラッシングの場合よりも多く前記ノズルから吐出させる工程と、
を備える第2のフラッシングを第2の周期で繰り返し実行する、フラッシング方法。
このフラッシング方法によれば、第1のフラッシングによって圧力室内に混入した気泡の除去を、少ない流体の吐出量で有効に行える。また、気泡を除去した上で、流体の吐出量の多い第2のフラッシングによって、ノズル付近において増粘した流体やノズルに混入した異種の流体を吐出してしまうことが可能である。従って、効率よくノズルの性能回復をすることが出来る。
[適用例2]適用例1記載のフラッシング方法であって、前記流体を収容するカートリッジが前記流体噴射装置に装填されたのちに、前記ノズルに負圧をかけて前記流体を吸引し、その後に前記ノズル周辺をワイピングし、その後に前記第1のフラッシングと前記第2のフラッシングを行うフラッシング方法。
このフラッシング方法によれば、カートリッジが装填されたときに、圧力室に流体を充填させるとともに、圧力室内に混入する気泡を確実に除去することが可能である。
[適用例3]適用例1又は適用例2記載のフラッシング方法であって、前記第1の周期は、前記第2の周期よりも短いフラッシング方法。
このフラッシング方法によれば、第1のフラッシングにおいてより少ない流体の吐出量で気泡を除去できるとともに、第2のフラッシングにおいて吐出される流体の量を増大させることができる。従って、より効率よくノズルの性能回復をすることが出来る。
[適用例4]適用例1ないし適用例3のいずれかに記載のフラッシング方法であって、前記(a−1)工程の実行に要する時間は、前記圧力室に充填された前記流体のヘルムホルツ共振周期の1/3未満に設定されているフラッシング方法。
このフラッシング方法によれば、ヘルムホルツ共振を利用して、より確実に気泡の除去を実行することが可能である。
[適用例5]適用例1ないし適用例4のいずれかに記載のフラッシング方法であって、前記流体噴射装置は、さらに、前記ノズルからの前記流体の吐出を検出する流体吐出検出部を備え、前記流体吐出検出部が検出した前記流体の吐出量が所定の値より小さいか又は、前記流体吐出検出部において前記流体の吐出が検出されないときに、前記第1のフラッシングを実行する、フラッシング方法。
このフラッシング方法によれば、流体吐出検出部によって流体の吐出量が減少していることを検出したときに、第1のフラッシングを実行することが出来る。従って、必要に応じて適宜メンテナンス処理を実行できるため、効率よくノズルの性能回復をすることが可能である。
[適用例6]適用例1ないし適用例5のいずれかに記載のフラッシング方法であって、
所定の時間ごとに、及び/又は、ユーザの指示に応じて、前記第1のフラッシングを実行する、フラッシング方法。
このフラッシング方法によれば、定期的に、及び/又は、ユーザの指示によって任意のタイミングで、第1のフラッシングが実行されるため、気泡の混入によるノズルの吐出不良の発生の可能性を低減できる。
[適用例7]適用例1ないし適用例6のいずれかに記載のフラッシング方法であって、
前記流体噴射装置は、インクジェットプリンタを含み、前記インクジェットプリンタの印刷処理が開始されるときに、前記第1のフラッシングが実行されるとともに、前記印刷処理の途中に新規の印刷用紙へと切り替わる際に、前記第1のフラッシングが実行される、フラッシング方法。
このフラッシング方法によれば、インクジェットプリンタの各ページの印刷処理の前に、常に第1のフラッシングが実行されるため、インクノズルの吐出不良の発生を抑制するとともに、インクジェットプリンタの印刷品質の低下を抑制することができる。
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、流体噴射装置のフラッシング方法およびその方法を実行する流体噴射装置、流体噴射装置の制御方法および流体噴射装置の制御装置、それらの方法または流体噴射装置の機能を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体、そのコンピュータプログラムを含み搬送波内に具現化されたデータ信号、等の形態で実現することができる。
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
A.第1実施例:
B.第2実施例:
C.第3実施例:
D.第4実施例:
E.第5実施例:
F.第6実施例:
G.変形例:
A.第1実施例:
図1は本発明の一実施例としてのインクジェットプリンタの構成を示す概略図である。このインクジェットプリンタ100は、外部から送信された印刷データに応じて、紙面に複数の色ごとのインク滴を吐出して画像を形成するインクジェット方式の印刷装置である。このインクジェットプリンタ100は、印刷ヘッド部10と、ヘッド駆動部20と、用紙搬送部30と、キャップ部40と、制御部50とを備えている。
印刷ヘッド部10は、シアン、イエロー、マゼンダ、ブラックからなる4色のインクカートリッジ11C,11M,11Y,11Kが着脱可能に装着されている。印刷ヘッド部10は、インクジェットプリンタ100の印刷実行時に、印刷用紙200の搬送方向PDに対して垂直な方向(図中の矢印X方向)に沿って往復移動を繰り返しつつ、各色のインク滴を紙面に向かって吐出する。なお、印刷ヘッド部10に装着されるインクカートリッジの色数は、4色に限られず、1色や6色など任意の数とすることが可能である。
ヘッド駆動部20は、第1と第2のプーリー21,22と、ヘッド駆動ベルト23とを備えている。2つのプーリー21,22はそれぞれ、用紙搬送部30を挟んで対向する位置に設けられており、ヘッド駆動ベルト23は、2つのプーリー21,22の間に張り渡されている。第1のプーリー21は、制御部50によって制御されるモータ(図示せず)によって回転駆動し、第2のプーリー22は、ヘッド駆動ベルト23を介して第1のプーリーに追従して回転する。ヘッド駆動ベルト23には、印刷ヘッド部10が固定されており、これによって印刷ヘッド部10は、第1のプーリー21の回転駆動に従って、印刷用紙200の印刷面上を往復移動する。
用紙搬送部30は、第1と第2の用紙搬送ローラ31,32と、2つの用紙搬送ローラ31,32に張り渡された用紙搬送ベルト33とを備える。第1の用紙搬送ローラ31は、制御部50によって制御されるモータ(図示せず)によって回転駆動し、第2の用紙搬送ローラ32は、用紙搬送ベルト33を介して第1の用紙搬送ローラ31に追従して回転する。これによって、印刷用紙200は印刷時に、用紙搬送ベルト33の上を搬送方向PDへと搬送される。
キャップ部40は、印刷ヘッド部10の移動可能領域内に、用紙搬送部30と並列に配置されている。印刷ヘッド部10は、後述するメンテナンス処理を実行する際に、印刷ヘッド部10の底面(用紙200と相対する面)に設けられたノズル15がキャップ部40によって密封され得るようにキャップ部40の配置領域まで移動する。このときの印刷ヘッド部10の位置を「メンテナンスポジションMP」と呼ぶ。なお、キャップ部40についての詳細は後述する。
制御部50は、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成されており、中央処理装置(図示せず)や記憶装置(図示せず)などを備える。制御部50は、上述した印刷ヘッド部10等と信号線を介して接続されており、インクジェットプリンタ100の動作を制御する。
図2(A)は、印刷ヘッド部10のインク滴の吐出機構の内部構造を示す概略断面図である。図2(A)は、図1に示す矢印Yの方向に沿って見たときの印刷ヘッド部10の任意のノズル15の近傍を図示している。印刷ヘッド部10は、各インク色ごとに、インクが充填される内部空間である共通インク室12及び圧力室13を有している。
共通インク室12の上部には、インクカートリッジ11C,11M,11Y,11Kのいずれかが装着されて当該インクカートリッジからインクが流入する。共通インク室12は、インク流路14によって圧力室13と連通している。共通インク室12に充填されたインクはインク流路14を介して圧力室13に入出する。即ち、共通インク室12は、圧力室13に対してインクのバッファ領域として機能する。
圧力室13の底面には、インクを吐出するための複数のノズル15が、用紙の搬送方向(矢印Y方向)に沿って並列に設けられている。以後、印刷ヘッド部10の底面を「ノズル面15p」と呼ぶ。各ノズル15は、圧力室13からノズル面15pに向かって次第に径が小さくなるテーパ形状を有する微小な貫通孔として設けられている。
圧力室13には、各ノズル15に対向して振動板16及び圧電素子17が設けられている。振動板16は、圧電素子17が当接する厚肉部と、その外周に弾性を有する薄肉部とを備えた板状部材であり、厚肉部が圧電素子17の伸縮に応じて振動する。なお、図では、振動板16の厚肉部及び薄肉部の区分けは省略されている。
圧電素子17は、圧電体と内部電極とを交互に積層して構成された積層型の圧電振動子であって、印可される電圧に応じて積層方向に直交する縦方向(矢印で図示)に伸縮可能な縦振動モードの圧電振動子である。圧電素子17は、固定基材18に固定されている。固定基材18は、圧電素子17の振動を効率よく振動板16に伝えるのに十分な剛性を有する部材によって構成されている。このような構成により、圧電素子17は、振動板16を介して圧力室13に充填されたインクに圧力を付与してインクをノズル15から吐出させる。
ところで、インクカートリッジからのインクの初期充填時や、印刷処理の継続時に、圧力室13のインク内に気泡が混入する場合がある。また、この気泡が、圧電素子17によって付与された圧力室13内の圧力変化を吸収してしまうために、一部ノズルからインク滴の吐出が適当になされない、いわゆるドット抜けが発生する場合がある。また、インクが自然蒸発によって増粘・固着してノズル15が詰まってしまうノズル詰まりが発生する場合がある。そこで、インクジェットプリンタ100では、印刷処理の実行時以外に、ノズルからのインク滴の吐出が適切に実行されるようにするための各種のメンテナンス処理が実行される。
メンテナンス処理としては、例えば、ノズル15からのインクの空吐出を実行して、インク滴とともに気泡や増粘インクをノズル15から噴射する、いわゆるフラッシングと呼ばれるものがある。ここで、「空吐出」とは、インク滴の本来の用途(すなわち印刷)以外の目的のために行われる吐出を意味する。
図2(B)は、メンテナンス処理のために、印刷ヘッド部10がメンテナンスポジションMP(図1)に移動したときのインクジェットプリンタ100を、図1の矢印Yの方向に沿って見たときの図である。なお、 図2(B)には、印刷ヘッド部10とキャップ部40以外のインクジェットプリンタ100の構成要素の図示は便宜上図示が省略されている。
キャップ部40は、蓋体41と、インク排出配管42と、ポンプ43と、駆動機構45とを備えている。蓋体41は、ノズル面15pを被覆するように配置された受け皿状の部材である。蓋体41は、フラッシングの際にノズル15から吐出された排インクを受けることが可能である。
蓋体41の底面中央部には貫通孔41hが設けられており、インク排出配管42は、貫通孔41hに接続している。インク排出配管42にはポンプ43が設けられており、蓋体41に溜まった排インクを吸引することが可能である。排インクは、インク排出配管42を介して排インクを処理するための排インク処理部(図示せず)へと誘導される。駆動機構45は、ポンプ43を用いたインク吸引時に蓋体41を上昇させてノズル面15pに密着させるためのものである。なお、フラッシング時には蓋体41は、ノズル面15pから離れた状態に維持される。
図3は、本発明の一実施例としての気泡除去フラッシングの工程を示すフローチャートである。ここで、「気泡除去フラッシング」とは、フラッシングのうちでも特に気泡を除去することを目的としたフラッシングを意味する。
ステップS10では、制御部50は、各ノズル15に対して、連続して3000回のインク滴の空吐出を実行させる。以後、この連続したインク滴の空吐出工程を「連続フラッシングセット」と呼ぶ。ステップS20では、制御部50は、所定のインターバル(例えば1秒程度)だけ待機し、続くステップS30において再び連続フラッシングセットを実行する。ここで、ステップS20においてインターバルをおくのは、前工程の連続フラッシングセットによるインク及び圧力室13の振動を収束させるためである。これによって、続く連続フラッシングセットを効果的に実行することが可能となる。以下、気泡除去フラッシングでは、連続フラッシングセットとインターバルとからなる一連の工程を任意の所定回数繰り返す。
図4は、気泡除去フラッシングの連続フラッシングセットにおいて、制御部50が、1回のインク滴の吐出のために各ノズル15の圧電素子17へと送信する駆動パルス300を示すグラフである。このグラフは、縦軸が電圧を示し、横軸が時間を示している。
駆動パルス300は、略台形形状のパルス信号であり、第1のパルス部分Pwcと、第2のパルス部分Pwhと、第3のパルス部分Pwdとを有している。第1のパルス部分Pwcでは、時刻t0から時刻t1の間に、圧電素子17の電圧値が基底状態(電圧値0)からVhまで一定比率で増加する。第2のパルス部分Pwhでは、時刻t1から時刻t2の間、圧電素子17の電圧値はVhのまま一定に保持される。第3のパルス部分Pwdでは、時刻t2から時刻t3の間に、圧電素子17の電圧値は、一定比率でVhから基底状態へとへと戻る。
なお、連続フラッシングセットにおける駆動パルス300の周波数(図4;時刻t0から時刻t4の周期に相当する周波数)は、1KHz〜5KHzであることが好ましい。
図5(A)〜(C)は、駆動パルス300による印刷ヘッド部10の動作を模式的に示す模式図である。図5(A)〜(C)は、図2(A)に示す印刷ヘッド部10のうち、圧力室13を拡大して示しており、圧電素子17及び共通インク室12の図示は省略されている。
図5(A)は、駆動パルス300を受信する前(時刻t0以前)の圧力室13の状態を示している。圧力室13には、インク400が充填されており、インク400には気泡500が混入している。なお、気泡500は、圧力室13の重力方向上側であって、インク流路14と対向する領域に滞留する傾向にある。
図5(B)は、図4の時刻t0〜時刻t2における圧力室13の状態を示している。圧電素子17は、時刻t0〜時刻t1の間の第1のパルス部分Pwcを受信すると、印加電圧の増加に伴って収縮する。すると、図5(B)に示すように、振動板16が圧力室13の外側(矢印方向)に向かって湾曲し、圧力室13内のインク400には負圧が生じる。なお、このときノズル15に生じるメニスカス401は、振動板16と同様の方向に湾曲の度合いを増大する。そして時刻t1から時刻t2までの間、振動板16の湾曲は保持される。この時刻t0〜時刻t2の間に、圧力室13内の圧力低下に伴って、気泡500の径が増大する。
図5(C)は、時刻t2〜時刻t3における圧力室13の状態を示している。駆動パルス300の第3のパルス部分Pwdによって、圧電素子17の印加電圧値は基底値へと戻り(図4)、圧電素子17も伸張して基底状態へと戻る。即ち、振動板16は湾曲した状態から平坦な状態へと戻る。これによって、圧力室13内のインク400は、振動板16から圧力を付与されてノズル15から吐出される。この際、気泡500もインクの吐出に伴ってノズル15に次第に近付いてゆき、最終的にはノズル15から外部に排出される。図5(C)には、多数の駆動パルス300の発生に応じて気泡500がノズル15へと移動してゆく軌跡が図示されている。
ここで、図5(B)で説明したように、この駆動パルス300によれば、時刻t0〜時刻t1の間に気泡500の径を増大させることが可能であり、径の増大に伴って、気泡500に対して振動板16から、より大きな力を付与することが可能となる。従って、この駆動パルス300によれば、例え微小径の気泡であっても容易に吐出させることが出来る。
ところで、ここまでの説明からも理解できるように、圧力室13の圧力を低下させて気泡500の径を出来る限り増大させることによって、気泡500をより確実に吐出させて除去することが可能となる。そのため、駆動パルス300の第1のパルス部分Pwc(図4)のパルス幅は、圧力室13内のインク400のヘルムホルツ共振周期Tcの1/2以下とすることが好ましい。ここで、「ヘルムホルツ共振周期Tc」とは、圧力室13の容積の増減によって発生する振動波が圧力室13内のインク400を伝播するときの固有振動周期であり、圧力室13や、インク流路14及びノズル15の形状によって決まる値である。
図6(A)は、ヘルムホルツ共振周期Tcに従うインク振動の様子を示すグラフである。理論的には、時刻t0からヘルムホルツ共振周期Tcの約1/2の期間にわたって圧力室13の圧力を低下させると、インクの振動が最大となることが理解できる。そこで、第1のパルス部分Pwcのパルス幅をヘルムホルツ共振周期Tcの1/2以下とすることにより、圧力室13により大きな負圧を発生させることができるとともに、気泡500の径を増大させることが可能である。
図6(B)は、ヘルムホルツ共振周期Tc=6μsの印刷ヘッド部において、第1のパルス部分Pwcのパルス幅を変えて気泡除去フラッシングを実行した場合の吐出状態を調べた実験の結果を示す表である。なお、表中の「◎」は、気泡除去フラッシングの後にほぼ全てのノズルで気泡が除去されて、ドット抜けが検出されなかったことを示す。表中の「○」は、気泡除去フラッシングの後に、3割以下の確率で少なくとも1つのノズルに気泡が残留してドット抜けが発生したことを示す。また、「△」は5割以下の確率でドット抜けが発生し、「×」は、5割より大きい確率でドット抜けが発生したことを示している。
この表に示されるように、第1のパルス部分Pwcのパルス幅は、ヘルムホルツ共振周期Tcの0.4倍以下であることが好ましく、特に、ヘルムホルツ共振周期Tcの1/3未満、又は0.3倍以下であることが好ましい。図6(A)では、ヘルムホルツ共振周期Tcの1/2以下とする説明をしたが、この誤差は、気泡が有する固有振動数(後述)のために、気泡の径が圧電素子17に共振して変動するタイミングが遅延するためであると考えられる。なお、第1のパルス部分Pwcのパルス幅は短いほど好ましいが、実際には、圧電素子17の駆動パルスに対する追従性能等を考慮して1.5μs程度に設定することが特に好ましい。
図7は、気泡の直径と気泡の有する固有振動数との関係を示すグラフである。このグラフに示すように、気泡の直径に対して、その固有振動数は反比例的に低下する。即ち、気泡の径を最も増大させるために最適な圧電素子17の収縮周期(第1と第2のパルス部分Pwc,Pwhのパルス幅)は、気泡の直径によって異なってくる。
上述したように、第1のパルス部分Pwcのパルス幅をヘルムホルツ共振周期Tcに応じた値としているため、圧電素子17の収縮周期は、第2のパルス部分Pwhのパルス幅を調整することによって気泡の固有振動数に応じた値とすることが好ましい。これによって、続く第3のパルス部分Pwdにおいて、気泡の径がより大きく増大したタイミングでインク滴を吐出することが可能となる。なお、第2のパルス部分Pwhのパルス幅は、気泡の共振が開始されるまでの待ち時間であると解釈することが出来る。
ところで、本実施例では、連続フラッシングセット(図3のステップS10,S30等)ごとに、第2のパルス部分Pwhのパルス幅を異なる値とする。より具体的には、ステップS0において発生させる駆動パルス300の第2のパルス部分Pwhのパルス幅を、ステップS0において発生させるそれより短くし、それ以降も、連続フラッシングセットごとに短くしていく。即ち、これは、連続フラッシングセットが繰り返されるごとに、除去対象となる気泡の径を小さくすることを意味する。これによって、気泡除去フラッシングは、気泡の除去をより確実に実行することが可能となる。
さらに、駆動パルス300(図4)の第3のパルス部分Pwdのパルス幅は、圧電素子17の固有振動数Taとほぼ等く設定することが好ましい。この理由は、第3のパルス部分Pwdのパルス幅をこのような値とすることによって、駆動パルス300を受けた後の圧電素子17が過度に振動を継続してしまうことを抑制することができるためである。圧電素子17が必要以上に振動を継続すると、その振動によってインクの微小滴がノズル15から吐出されてしまう可能性があるため、好ましくない。
このように駆動パルス300を用いた気泡除去フラッシングを実行するインクジェットプリンタ100では、圧力室13に存在する微小な気泡も、その径を増大させてノズル15から吐出させることが出来る。また、異なる径の気泡に対応する駆動パルス300を順次生成するため、より効果的に気泡の除去を実行することが可能となる。
B.第2実施例:
図8は、本発明の第2実施例としてのインクジェットプリンタ100Aの構成を示す概略図である。図8は、用紙搬送部30とキャップ部40の間にワイパ部60が設けられている点以外は図1とほぼ同じである。
図9は、メンテナンス処理のために、印刷ヘッド部10がメンテナンスポジションMPに移動したときのインクジェットプリンタ100を、図8の矢印Yの方向に沿って見たときの概略図である。図9は、ワイパ部60が追加されている点以外は、図2とほぼ同じである。
ワイパ部60は、ゴム又は軟質樹脂によって構成されたワイパブレード61を備えている。ワイパブレード61は、駆動機構65によって上下方向に移動可能である。
図10は、キャップ部40の蓋体41の端面41eが、印刷ヘッド部10のノズル面15pと接触することによって、キャップ部40がノズル15を密封している状態を示している。キャップ部40は、この状態でポンプ43を稼働させて、蓋体41によって覆われた空間内を負圧とすることによって、ノズル15からインクを吸引する(インク吸引処理)。なお、以後この蓋体41によって閉塞された空間を「キャップ閉塞空間CS」と呼ぶ。
図11(A)〜(B)は、ワイパ部60によるノズル面15pの拭き取り処理(ワイピング処理)を説明するための模式図である。ノズル面15pは、増粘したインクがノズル開口部に付着して汚れる場合がある。また、上記インク吸引処理の際に、蓋体41の端面41eと接触することによって、ノズル面15pにインク汚れが付着する場合などがある。ノズル面15pの汚れが蓄積すると、印刷ヘッド部10の性能が劣化する。そこで、ワイパ部60のワイピング処理によって、ノズル面15pのクリーニングを行う。
図11(A)は、ワイパブレード61の先端部61eがノズル面15pと同程度の高さにまで上方向(矢印で図示)に移動した状態を示している。なお、このとき、キャップ部40の蓋体41は、ノズル面15pとは接触していない。図11(B)は、ワイパブレード61がノズル面15pと接触した状態で、印刷ヘッド部10が矢印X方向に移動している状態を示している。このように、ワイパブレード61の先端部61eをノズル面15p上に走査させることによって、ノズル面15pの汚れを拭き取ることができる。
図12は、初期充填処理の処理工程を示すフローチャートである。ここで、「初期充填処理」とは、印刷ヘッド部10に装填されたインクカートリッジ11C,11M,11Y,11Kの少なくともいずれか1つの交換が行われたときに、当該インクカートリッジが接続する共通インク室12及び圧力室13へインクを充填する処理を言う。なお、インクカートリッジの交換及び初期充填処理は、印刷ヘッド部10をメンテナンスポジションMPに移動させた状態で行う。
ステップS110〜ステップS120では、図10で説明したインク吸引処理を実行する。この工程で圧力室13は、インクが充填された状態となる。このとき、キャップ部40にはノズル15から吸引されたインクが付着した状態である。
その後、キャップ閉塞空間CS(図10)の負圧状態を解消させるとともに、ステップS130で、キャップ部40を初期の位置へと移動させてノズル15が開放された状態とする。ステップS140において、ワイパ部60によってノズル面のワイピング処理を実行し、ステップS150において、ポンプ43を稼働してキャップ部40に付着する排インクをインク排出配管42を介して排出する。以後、ステップS110〜ステップS150の一連の工程によって実行される処理を「第1の充填処理」と呼ぶ。
ステップS160〜ステップS200では、第1の充填処理と同様の処理を繰り返す(第2の充填処理)。さらに、続くステップS210〜ステップS240でも、第1と第2の充填処理と同様の処理を実行するが、この時のポンプ43による吸引量は、前工程における吸引量に比較して微量で良い。このステップS210〜ステップS240の充填処理を特に「微量充填処理」と呼ぶ。
図13は、この初期充填処理におけるキャップ閉塞空間CS(図10)の圧力の時間変化を示すグラフである。このようにインク吸引処理を複数回実行するのは、共通インク室12から圧力室13までのインク充填領域に混入する気泡を減少させてインクの充填をより確実に実行するためである。しかし、それでも圧力室13には、気泡が混入してしまう場合がある。
そこで、ステップS250(図12)では、第1実施例で説明した駆動パルス300(図4)を用いた気泡除去フラッシング(図3)を実行する。これによって圧力室13内の気泡をより確実に除去し、ノズル15のドット抜けの発生を抑制する。
ステップS260では、さらに、ステップS250の気泡除去フラッシングとは異なる混色防止フラッシングを実行する。ここで、「混色防止フラッシング」について説明する。上述したインク吸引処理の際に、キャップ閉塞空間CSでは、負圧状態から大気圧付近まで圧力が上昇する時間帯Cft(図13)がある。このとき、キャップ閉塞空間CS(図10)において、ミスト状になっているインクがノズル面15p方向へと逆戻りしてしまう場合があり、これによって、吐出されるインクとは異なる色のインクがノズル15へと混入してしまう場合がある。また、ワイピング処理において、ノズル面15pがワイパブレード61によって拭き取られた際に、ノズル15に異なる色のインクが混入してしまう場合がある。混色防止フラッシングは、このようにノズル15に混入した異なる色のインクを吐出してしまうことを目的として行われるフラッシング動作である。
図14は、混色防止フラッシングの際に制御部50が圧電素子17に対して発生させる駆動パルスを示している。この駆動パルス310は、気泡除去フラッシングにおける駆動パルス300(図4)と異なり、一度のインク吐出で大量のインクを吐出することを目的とする。
駆動パルス310は、基底電圧から略一定比率で電圧を上昇させる第1のパルス部分(時刻t20〜時刻t21)と、所定の時間一定電圧を保持する第2のパルス部分(時刻t21〜時刻t22)とを有している。また、駆動パルス310は、さらに、略一定比率で負電圧まで電圧を低下させる第3のパルス部分(時刻t22〜時刻t23)と、所定の時間一定負電圧を保持する第4のパルス部分(時刻t23〜時刻t24)と、基底電圧まで略一定比率で電圧を増加させる第5のパルス部分(時刻t24〜時刻t25)とを有している。即ち、この駆動パルス310は、正電圧を発生する第1の略台形パルス311と、負電圧を発生する第2の略台形パルス312とを有している。
この駆動パルス310は、第2の略台形パルス312を有することにより、ノズル15のインク面に振動が過度に生じることを抑制し、短時間で連続してインク吐出を実行することを可能としている。例えば、この混色防止フラッシングでは、制御部50は、約50Khz程度の周波数(時刻t20〜時刻t26の周期に相当する周波数)で、この駆動パルス310を複数回連続して発生させることが可能である。
このように、この初期充填処理では、混色防止フラッシング(図12のステップS260)の前に気泡除去フラッシング(ステップS250)を実行している。混色防止フラッシングは、全てのノズル15からインク滴が吐出されて実行されることが好ましいため、前工程の気泡除去フラッシングによってドット抜けの発生を抑制することによって、混色防止フラッシングを効果的に実行することが可能となる。
C.第3実施例:
図15は、本発明の第2実施例としてのインクジェットプリンタ100Bの一部の構成を示す概略断面図である。図15は、ノズル15からのインクの吐出を検出するためのインク吐出検出部70が設けられている点以外は図8とほぼ同じである。インク吐出検出部70は、キャップ部40に設けられたセンサから出力信号を受信し、制御部50に検出結果を送信する。
インク吐出検出部70は、例えば、インクの吐出を電気的に検出するものとしても良い。具体的には、印刷ヘッド部10がメンテナンスポジションMPにある時に、ノズル面15pとキャップ部40の蓋体41との間に電荷を帯電させた状態でインクの吐出を実行し、センサによって電荷量の変化を検出する。吐出されたインク量が少ないと、電荷量の変化が所定の値より少なくなるため、この場合には、ドット抜けが発生していると判断することができる。なお、インク吐出検出部70は、光学的センサによって吐出されたインク滴を検出するものとしても良く、他の方法で検出しても良い。
図16は、印刷実行時における制御部50の処理手順を示すフローチャートである。制御部50は、ステップS300で印刷実行命令とともに印刷データを外部コンピュータ等から受け取ると、ステップS310において印刷データに応じて印刷ヘッド部10及びヘッド駆動部20,用紙搬送部30を駆動して印刷処理を実行する。
制御部50は、印刷を開始してから所定の時間経過後に、印刷処理を一時中断して、印刷ヘッド部10をメンテナンスポジションMPへと移動させ、全ノズル15からのインク滴の吐出を実行してノズルの検査を行う(ステップS320)。このとき、全てのノズルからの正常なインク滴の吐出を検出できた場合、即ち、ドット抜けが検出されなかった場合には(ステップS330)、制御部50は、引き続き印刷処理(ステップS310)を実行する。
一方、ステップS330において、インク吐出検出部70が、ドット抜けを検出した場合には(ステップS330)、制御部50は、気泡除去フラッシングを実行する(ステップS340)。なお、気泡除去フラッシングは、第1実施例で説明した処理と同様に行われる(図3,図4)。
気泡除去フラッシングの実行後、制御部50は、再び、ノズルの検査処理(ステップS320)を実行し、インクジェットプリンタ100Bの性能回復を検証する。制御部50は、ドット抜けが解消されるまで、気泡除去フラッシング(ステップS340)を繰り返し実行する。
このインクジェットプリンタ100Bによれば、印刷実行時にドット抜けを検出した場合に、ドット抜け解消のための気泡除去フラッシングが実行されるため、印刷品質を向上させることが可能である。
D.第4実施例:
図17は、本発明の一実施例として、インクジェットプリンタにおいて実行されるメンテナンス処理のうち、タイマクリーニング処理の手順を示すフローチャートである。「タイマクリーニング処理」とは、インクジェットプリンタの非印刷処理実行時に制御部が定期的に実行するノズルの性能回復のためのノズルのクリーニング処理である。なお、この第4実施例のインクジェットプリンタの構成は、第3実施例のインクジェットプリンタ100B(図15)と同様である。
図17のステップS410〜ステップS450の各工程は、図12で説明した第1の充填処理(ステップS110〜ステップS150)と同様に実行される。また、続くステップS460〜ステップS490の各工程は、図12の微量充填処理(ステップS210〜ステップS240)と同様に実行される。ただし、図12の初期充填処理とは、ポンプ43による吸引時間及び吸引量は異なる。
図18は、このタイマクリーニング処理におけるキャップ閉塞空間CS内の圧力の時間変化を示すグラフである。図18は、ポンプ43の吸引動作によって負圧を示す部分が1つ少ない点以外は、図13とほぼ同じである。
なお、このタイマクリーニング処理でも、第2実施例の初期充填処理と同様に、混色防止フラッシング(ステップS560)の前に、気泡除去フラッシング(ステップS550)が実行される。従って、第2実施例と同様に、混色防止フラッシングを効果的に実行することが可能である。
このように、第4実施例のタイマクリーニング処理を実行することによって、効果的にノズル15のドット抜け及びインク詰まりを抑制することができ、インクジェットプリンタの印刷品質を向上させることができる。
E.第5実施例:
図19は、本実施例の第5実施例としてのインクジェットプリンタ100Cの構成を示す概略図である。図19は、ユーザ操作部80を備えている点以外は、図15とほぼ同じである。
ユーザ操作部80は、例えば、タッチパネルや操作ボタンとしてインクジェットプリンタ100Cの本体に設けられている。ユーザは、このユーザ操作部80を介してインクジェットプリンタ100Cの制御部50に処理の実行命令を出すことができる。
図20は、インクジェットプリンタ100Cにおいて実行されるメンテナンス処理のうち、マニュアルクリーニング処理の手順を示すフローチャートである。「マニュアルクリーニング処理」とは、インクジェットプリンタ100Cの非印刷処理実行時に、ユーザ操作部80を介したユーザの指示によって、制御部50が実行するノズルの性能回復のためのクリーニング処理である。
図20のステップS610〜ステップS650では、図12の第1の充填処理(ステップS110〜ステップS150)の各工程と同様な処理を実行する。続くステップS660〜ステップS700では、ステップS610〜ステップS650と同様な処理を繰り返して実行する。ステップS710〜ステップS740では、ステップS610〜ステップS640と同様な処理を実行する。即ち、このマニュアルクリーニング処理では、3度のインク吸引処理を連続して実行する。ただし、このマニュアルクリーニング処理では、インク吸引処理ごとにインクの吸引量は徐々に減少させて行う。
図21は、マニュアルクリーニング処理におけるノズル15近傍の圧力の時間変化を示すグラフである。図21は、インク吸引処理ごとに負圧のレベルが異なる点以外は、図13とほぼ同じである。このように、インク吸引量を減少させつつ複数回のインク吸引処理を実行することによって、クリーニング処理において使用されるインク量を抑制しつつ、効果的にノズルのクリーニング処理を実行することができる。
3度のインク吸引処理を実行した後、制御部50は、第2実施例の初期充填処理(図12)と同様に、混色防止フラッシングの前に気泡除去フラッシングを実行する(ステップS720〜ステップS730)。即ち、このマニュアルクリーニング処理においても、気泡除去フラッシングによってドット抜けの発生を抑制するとともに、混色防止フラッシングを効果的に実行することが可能である。
このインクジェットプリンタ100Cによれば、ユーザの任意の要求に応じてノズルのクリーニング処理を実行することによって、その印刷品質を向上させることができる。
F.第6実施例:
図22は、本発明の一実施例として、インクジェットプリンタの印刷実行時における制御部の処理の手順を示すフローチャートである。図22は、ステップS305及びステップS313〜ステップS315が追加されている点以外は、第3実施例で説明した印刷実行時における制御部50の処理手順(図16)と同様である。なお、この第6実施例のインクジェットプリンタの構成は、第3実施例にインクジェットプリンタ100B(図15)と同じである。
制御部50は、ステップS300で印刷実行命令とともに印刷データを外部コンピュータ等から受け取ると、印刷処理を開始する前に、印刷ヘッド部10をメンテナンスポジションMPに移動させて、気泡除去フラッシングを実行する(ステップS305)。また、印刷処理の実行中に、新しい用紙に引き続き印刷を実行する改ページが行われる場合には(ステップS313)、再び、印刷ヘッド部10をメンテナンスポジションMPへと移動して、気泡除去フラッシングを実行する(ステップS315)。さらに、第3実施例と同様に、インク吐出検出部70がドット抜けを検出した場合に、気泡除去フラッシングを実行する(ステップS320〜ステップS340)。
この印刷実行時の処理手順によれば、所定のタイミングで必ず気泡除去フラッシングが実行されるため、ドット抜けが発生する可能性を低減することができ、さらに、印刷品質を向上させることができる。
G.変形例:
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
G1.変形例1:
上記実施例では、インクジェットプリンタについて説明したが、本発明は、他の流体(液体)を吐出する流体噴射装置にも適用可能である。
G2.変形例2:
上記実施例において、駆動パルス300(図4)の第2のパルス部分Pwhのパルス幅を気泡の固有周期に応じて設定していたが、任意のパルス幅を設定するのとしても良い。また、気泡除去フラッシングの実行時に外気温を検出して、検出された外気温に応じて第2のパルス部分Pwhのパルス幅を設定するものとしても良い。
G3.変形例3:
上記実施例において、連続フラッシングセットとしてインク滴の空吐出を3000回実行していたが(図3)、インク滴の空吐出は、任意の回数を実行するものとしても良い。また、各連続フラッシングセットでは、駆動パルス300を同一周期で連続して発生させていたが、周期を変えて発生させるものとしても良い。
G4.変形例4:
上記実施例において、連続フラッシングセットごとに駆動パルス300(図4)の第2のパルス部分Pwhのパルス幅を変更していたが、同一のパルス幅で連続フラッシングセットが繰り返されるものとしても良い。
G5.変形例5:
上記実施例において、各連続フラッシングセットは、同一の波形を有する複数の駆動パルス300によって構成されていたが、少なくとも一部の波形が互いに異なる駆動パルスを含むものとしても良い。例えば、各連続フラッシングセットは、駆動パルス300とともに、第2のパルス部分Pwhのパルス幅が異なる駆動パルス300や、電圧値Vhの異なる駆動パルス300等が含まれていても良い。
G6.変形例6:
上記第3実施例において、インク吐出検出部70がドット抜けを検出した場合に、気泡除去フラッシングが実行されていたが(図16;ステップS330〜ステップS340)、気泡除去フラッシングとともに他のメンテナンス処理が実行されるものとしても良い。例えば、混色防止フラッシングが続いて実行されてるものとしても良い。
G7.変形例7:
上記第5実施例において、ユーザ操作部80は、インクジェットプリンタ100Cの本体に設けられていたが、インクジェットプリンタ100Cに接続する外部コンピュータ上で実行されるプログラムによって実現されるものとしても良い。
第1実施例のインクジェットプリンタの構成を示す概略図。 第1実施例の印刷ヘッド部とキャップ部の構成を示す概略断面図。 気泡除去フラッシングの処理手順を示すフローチャート。 気泡除去フラッシングにおいて制御部が発生させる駆動パルスを示すグラフ。 気泡除去フラッシングにおける気泡除去のメカニズムを説明するための模式図。 第1のパルス部分の好適なパルス幅を説明するためのグラフ及び実験結果を示す表。 気泡の直径と気泡の固有振動数との関係を示すグラフ。 第2実施例のインクジェットプリンタの構成を示す概略図。 第2実施例の印刷ヘッド部とキャップ部とワイパ部の構成を示す概略断面図。 キャップ部によるインクの吸引動作を説明するための模式図。 ワイパ部によるノズル面のクリーニング処理を説明するための模式図。 第2実施例の初期充填処理の処理手順を示すフローチャート。 初期充填処理実行中におけるキャップ閉塞空間内の気圧変化を示すグラフ。 混色防止フラッシングの際に制御部が発生させる駆動パルスを示すグラフ。 第3実施例のインクジェットプリンタの構成を示す概略図。 第3実施例のインクジェットプリンタにおける印刷実行時の処理手順を示すフローチャート。 第4実施例のタイマクリーニング処理の処理手順を示すフローチャート。 タイマクリーニング処理実行中におけるキャップ閉塞空間内の気圧変化を示すグラフ。 第5実施例のインクジェットプリンタの構成を示す概略図。 マニュアルクリーニング処理の処理手順を示すフローチャート。 マニュアルクリーニング処理実行中におけるキャップ閉塞空間内の気圧変化を示すグラフ。 第6実施例のインクジェットプリンタにおける印刷実行時の処理手順を示すフローチャート。
符号の説明
10…印刷ヘッド部
11C,11M,11Y,11K…インクカートリッジ
12…共通インク室
13…圧力室
14…インク流路
15…ノズル
15p…ノズル面
16…振動板
17…圧電素子
18…固定基材
20…ヘッド駆動部
21…第1のプーリー
22…第2のプーリー
23…ヘッド駆動ベルト
30…用紙搬送部
31,32…用紙搬送ローラ
33…用紙搬送ベルト
40…キャップ部
41…蓋体
41e…端面
41h…貫通孔
42…インク排出配管
43…ポンプ
45…駆動機構
50…制御部
61…ワイパブレード
61e…先端部
65…駆動機構
70…インク吐出検出部
80…ユーザ操作部
100,100A,100B,100C…インクジェットプリンタ
200…印刷用紙
300…気泡除去フラッシングの駆動パルス
310…混色防止フラッシング駆動パルス
311…第1の略台形パルス
312…第2の略台形パルス
400…インク
401…メニスカス
500…気泡
CS…キャップ閉塞空間
Cft…インクの逆戻りが発生する時間帯
MP…メンテナンスポジション
PD…搬送方向
Pwc…第1のパルス部分
Pwh…第2のパルス部分
Pwd…第3のパルス部分
Ta…固有振動数
Tc…ヘルムホルツ共振周期

Claims (8)

  1. 流体が充填される圧力室と、
    前記圧力室の壁面に設けられ、前記壁面を変形させることによって前記圧力室内の圧力を変化させる圧力発生素子と、
    前記圧力室と連通する、前記流体を噴射するためのノズルと、
    を備える、流体噴射装置において実行される、前記ノズルからの前記流体の空吐出を行うフラッシング方法であって、
    (a−1)前記圧力発生素子を駆動させることによって、前記圧力室を膨張させて、膨張状態へと遷移させることによって、前記圧力室に負圧を発生させる工程と、
    (a−2)前記膨張状態を保持させる工程と、
    (a−3)前記膨張状態から前記圧力室を収縮させることによって、前記流体を前記ノズルから吐出させる工程と、
    を備える第1のフラッシングを第1の周波数で繰り返し実行し、さらに、
    前記工程(a−1)と、前記工程(a−2)と、前記工程(a−3)と、を備える第2のフラッシングを第2の周波数で繰り返し実行し、
    前記第2のフラッシングにおける前記工程(a−1)が実行される期間と前記工程(a−3)が実行される期間とは、前記第1のフラッシングと同じであり、
    前記第2の周波数は、前記工程(a−2)の期間が前記第1のフラッシングと異なることによって前記第1の周波数とは異なる、フラッシング方法。
  2. 請求項1記載のフラッシング方法であって、
    前記第1と第2のフラッシングを実行した後に、さらに、
    −1)前記圧力発生素子を駆動させることによって、前記圧力室を膨張させて、膨張状態へと遷移させることによって、前記圧力室に負圧を発生させる工程と、
    −2)前記膨張状態を保持させる工程と、
    −3)前記膨張状態から前記圧力室を収縮させることによって、前記流体を前記第1と第2のフラッシングの場合よりも多く前記ノズルから吐出させる工程と、
    を備える第3のフラッシングを第3の周波数で繰り返し実行する、フラッシング方法。
  3. 請求項2記載のフラッシング方法であって、
    前記流体を収容するカートリッジが前記流体噴射装置に装填されたのちに、
    前記ノズルに負圧をかけて前記流体を吸引し、その後に前記ノズル周辺をワイピングし、その後に前記第1と第2のフラッシングをそれぞれ前記第1と第2の周波数で繰り返し、さらに、前記第3のフラッシングを前記第3の周波数で繰り返し実行する、フラッシング方法。
  4. 請求項2または請求項3記載のフラッシング方法であって、
    前記第1の周波数は、前記第3の周波数よりも低い、フラッシング方法。
  5. 請求項1ないし請求項4のいずれかに記載のフラッシング方法であって、
    前記(a−1)工程の実行に要する時間は、前記圧力室に充填された前記流体のヘルムホルツ共振周期の1/3未満に設定されている、フラッシング方法。
  6. 請求項1ないし請求項5のいずれかに記載のフラッシング方法であって、
    前記流体噴射装置は、さらに、前記ノズルからの前記流体の吐出を検出する流体吐出検出部を備え、
    前記流体吐出検出部が検出した前記流体の吐出量が所定の値より小さいか、又は、前記流体検出部において前記流体の吐出が検出されないときに、前記第1と第2のフラッシングをそれぞれ前記第1と第2の周波数で繰り返し実行する、フラッシング方法。
  7. 請求項1ないし請求項6のいずれかに記載のフラッシング方法であって、
    所定の時間ごとに、及び/又は、ユーザの指示に応じて、前記第1と第2のフラッシングをそれぞれ前記第1と第2の周波数で繰り返し実行する、フラッシング方法。
  8. 請求項1ないし請求項7のいずれかに記載のフラッシング方法であって、
    前記流体噴射装置は、インクジェットプリンタを含み、
    前記インクジェットプリンタの印刷処理が開始されるときに、前記第1のフラッシングが実行されるとともに、前記印刷処理の途中に新規の印刷用紙へと切り替わる際に、前記第1と第2のフラッシングがそれぞれ前記第1と第2の周波数で繰り返し実行される、フラッシング方法。
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