JP5569222B2 - 液体吐出装置 - Google Patents

Description

本発明は、吐出口から液体を吐出する液体吐出装置に関する。

複数の吐出口からインク滴を吐出させるインクジェットヘッドにおいて、インクタンクとインクジェットヘッド内のインク流路との間でインクを循環させる循環経路を形成しつつ、ポンプを用いてインクタンクのインクを一定の圧力でインク流路に送出し、循環経路内でインクを循環させることで、インク流路に滞留する気泡及び異物を除去する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−２９１１１号公報

上述した技術では、インクを一定の圧力でインク流路に送出するため、インク流路の形状や配置によっては、インク流路内に滞留する気泡及び異物をインク流れに乗せて流路の下流側に押し流すことができないことがある。また、循環中にインクの流れの形態がほとんど変わらないため、インク流路内に形成されるインク流れの死水領域に気泡及び異物が停滞することがある。この場合、停滞した気泡及び異物を押し流すことが難しい。

本発明の目的は、液体吐出ヘッドの内部流路から気泡及び異物を効率よく除去することができる液体吐出装置を提供することにある。

本発明の液体吐出装置は、液体が流入する流入口と、液体が流出する流出口と、前記流入口と前記流出口とを連通する内部流路と、液体を吐出するための複数の吐出口と、前記内部流路から分岐して前記複数の吐出口に至る複数の個別液体流路とを有する液体吐出ヘッドと、前記液体吐出ヘッドに供給される液体を内部に貯溜するタンクと、前記タンクの内部と前記流入口とを連通する供給流路と、前記タンクの内部と前記流出口とを連通する帰還流路と、前記タンクに貯留された液体を、前記供給流路を介して前記内部流路に強制的に供給する供給手段と、前記供給手段を制御する制御手段とを備えている。前記制御手段は、前記供給手段を駆動させることにより、前記タンクの液体を前記供給流路、前記内部流路及び前記帰還流路の順に移送させるように循環させるとともに、前記循環中において、前記循環が開始されたタイミングから所定時間が経過するまでの第１期間における前記内部流路に供給される液体の単位時間当りの供給量を、前記第１期間より後の第２期間における前記供給量よりも少なくさせるように、前記供給手段を制御する。

本発明によると、循環開始からの第１期間において、供給量を比較的小さくしておき、内部流路の隅々に点在する気泡や異物を内部流路における循環の流れの中心に集め、この後に、第２期間において、供給量を多くすることにより、流れの中心に集まった気泡や異物を加速された流れに乗せて外部に排出させることができる。これにより、内部流路の構成や配置が複雑になっていたとしても、内部流路に滞留した気泡や異物を効率よく除去することができる。
加えて、本発明においては、前記帰還流路における流路抵抗値を所定の最小値と所定の最大値の間で調整可能な調整手段をさらに備えており、前記制御手段は、前記調整手段の調整により前記流路抵抗値を前記所定の最大値より小さくさせつつ、前記供給手段を駆動させることにより前記循環を行わせるとともに、前記第２期間中に、前記調整手段を調整して、前記流路抵抗値を増加させることにより、前記複数の吐出口から液体を排出させ、その後、前記排出中に、前記調整手段を調整して、前記流路抵抗値を減少させることにより、前記複数の吐出口からの液体の排出を停止させる。これによると、循環により内部流路の気泡を除去した後に、調整手段の調整により流路抵抗値を大きくすることによって、瞬時に内部流路の圧力が高くなり、内部流路の液体が個別液体流路に流れ込んで吐出口から液体が排出される。このとき、排出開始時から全ての吐出口に高い圧力が付与されて液体が排出される。つまり、気泡が十分除去されない状態で吐出口からの液体の排出を行うと、内部流路に残留した気泡がダンパーとなって圧力を吸収してしまうため、液体を排出する効率が下がることになるが、循環により気泡を除去した後に吐出口から液体を排出させるため、排出開始時から全ての吐出口に高い圧力を付与することができる。これにより、吐出口内の増粘した液体、気泡及び異物を効率よく排出することができると共に、液体が無駄に排出されるのを抑制することができる。
このとき、前記第２期間は、前記複数の吐出口から液体を排出させるために前記流路抵抗値が増加し始める時までの期間であり、前記制御手段は、前記第２期間において、前記供給量が一定になるように、前記供給手段を制御することがより好ましい。これによると、内部流路内の圧力が安定した後に、吐出口からの液体の排出が開始されるため、吐出口から液体を安定して排出することができる。

本発明においては、前記制御手段が、前記循環における前記供給量を、前記第１期間の後から段階的に増加させるように、前記供給手段を制御することが好ましい。これによると、供給量が段階的に変化することによって、インク流れが複数回加速されることになり、内部流路に滞留している気泡や異物をより効率よく移動させることができる。

このとき、前記制御手段は、前記段階的に増加させる量が一定になるように、前記供給手段を制御することがより好ましい。これによると、内部流路における供給量が均等に増加するため、内部流路における様々な形状を有する細部に停滞している気泡や異物を効率よく移動させることができる。

または、前記制御手段は、前記段階的に増加させる量が後の時間になる程大きくなるように、前記供給手段を制御することがより好ましい。これによると、内部流路において、小さな気泡が集まって合体することによって流れに乗りにくい巨大化した気泡が形成されたとしても、循環の後の時間になるに連れて流れの加速度を大きくすることで、このような気泡を移動させることができる。

本発明においては、前記制御手段が、前記循環における前記供給量を前記第１期間の終わりからの経過時間に比例して増加させる期間が設けられるように、前記供給手段を制御することが好ましい。これによると、内部流路における供給量が増加し続けるため、内部流路に滞留している気泡や異物を加速された流れに乗せて効率よく移動させることができる。

また、本発明においては、前記供給手段が、前記供給流路に設置された電動ポンプであり、前記制御手段は、前記供給手段に供給される電力を変化させることによって、前記供給量を制御することが好ましい。これによると、供給量を容易に制御することができる。

さらに、本発明においては、前記制御手段が、前記第１期間における前記供給量を、前記吐出口から液体が漏れ出さない範囲における最大の量の半分以下にさせるように、前記供給手段を制御することが好ましい。これによると、第１期間において、吐出口から液体が漏れ出るのを確実に抑制することができる。

本発明によると、循環開始からの第１期間において、供給量を比較的小さくしておき、内部流路の隅々に点在する気泡や異物を内部流路における循環の流れの中心に集め、この後に、第２期間において、供給量を多くすることにより、流れの中心に集まった気泡や異物を加速された流れに乗せて外部に排出させることができる。これにより、内部流路の構成や配置が複雑になっていたとしても、内部流路に滞留した気泡や異物を効率よく除去することができる。

本発明の一実施形態に係るインクジェットプリンタの概略平面図である。 図１に示すインクジェットヘッド及びインク供給ユニットの断面図である。 図２に示すヘッド本体の平面図である。 図３に示す一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。 図４に示すインクジェットヘッドの部分断面図である。 図２に示すパージポンプの動作特性を示すグラフである。 図１に示す制御装置の機能ブロック図である。 図７に示すヘッド制御部が生成する吐出駆動信号の波形図である。 図７に示す循環・パージ制御部がインク循環を行ったときのインクの流れを示す図である。 図１に示すインクジェットプリンタの動作シーケンスを示す図である。 図１０に示すパージ期間におけるインク流量の変化示すグラフである。 気泡の表面積と、当該気泡を移動させることができる流路における圧力との関係を示すグラフである。 本実施形態に係る変形例を説明するための図である。 本実施形態に係るさらなる変形例を説明するための図である。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

インクジェットプリンタ１０１は、図１に示すように、図１上方から下方に向かって用紙Ｐを搬送する搬送ユニット２０と、搬送ユニット２０によって搬送された用紙Ｐに、ブラック、マゼンタ、シアン、イエローのインク滴をそれぞれ吐出する４つのインクジェットヘッド１と、インクジェットヘッド１にインクを供給する４つのインク供給ユニット１０と、インクジェットヘッド１のメンテナンスを行うメンテナンスユニット３１と、インクジェットプリンタ１０１全体を制御する制御装置１６とを有している。なお、本実施形態において、副走査方向とは搬送ユニット２０で用紙Ｐを搬送するときの搬送方向と平行な方向であり、主走査方向とは副走査方向に直交する方向であって水平面に沿った方向である。

搬送ユニット２０は、２つのベルトローラ６、７と、両ローラ６、７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８とを有している。ベルトローラ７は、駆動ローラであって、図示しない搬送モータから駆動力が与えられることで回転する。ベルトローラ６は、従動ローラであって、ベルトローラ７の回転により搬送ベルト８が走行するのに伴って回転する。搬送ベルト８の外周面に載置された用紙Ｐは、図１下方へと搬送される。

４つのインクジェットヘッド１は、それぞれ主走査方向に沿って延在し、副走査方向には互いに平行に配置されている。すなわち、インクジェットプリンタ１０１は、主走査方向にインク滴が吐出される複数の吐出口１０８が配列されたライン式のカラーインクジェットプリンタである。各インクジェットヘッド１の下面は、複数の吐出口１０８が配列された吐出面２ａとなっている（図２〜図４参照）。

搬送ベルト８の上側ループの外周面と吐出面２ａとが対向しつつ平行となっている。搬送ベルト８によって搬送されてきた用紙Ｐが４つのインクジェットヘッド１の下方を通過する際に、各インクジェットヘッド１から用紙Ｐの上面に向けて各色のインク滴が順に吐出され、用紙Ｐ上に所望のカラー画像が形成される。

インク供給ユニット１０は、インクジェットヘッド１の下面の図１左方端部近傍に接続されており、接続されたインクジェットヘッド１にインクを供給する。

メンテナンスユニット３１は、４つのワイパ部材３２を有している。４つのワイパ部材３２は、後述のメンテナンス動作に係るワイプ動作において、インクジェットヘッド１の吐出面２ａをワイプする弾性部材であり、図示しないアクチュエータによって、主走査方向に沿って往復移動可能となっている（図１矢印参照）。

次に、図２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に示すように、インクジェットヘッド１は、リザーバユニット７１と、ヘッド本体２とを有している。

リザーバユニット７１は、ヘッド本体２の上面に固定されており、ヘッド本体２にインクを供給する流路形成部材である。また、リザーバユニット７１は、その内部に、インク流入流路７２、１０個のインク流出流路７５及び排気流路７３が形成されている。なお、図２においては、１つのインク流出流路７５のみが表れている。

インク流入流路７２は、リザーバユニット７１の下面に開口する流入口７２ａを介して、インク供給ユニット１０からのインクが流入する流路である。インク流入流路７２は、流入したインクを一時的に貯溜するインクリザーバとしての機能を有する。インク流入流路７２の内壁面にはリザーバユニット７１の外壁面まで貫通する穴７２ｂが形成されている。可撓性を有する樹脂フィルム７６により、リザーバユニット７１の外壁面側から封止されている。つまり、樹脂フィルム７６が、インク流入流路７２の内壁面の一部となっている。樹脂フィルム７６は、インク流入流路７２におけるインク圧の変動に伴って変位するため、インク圧の変動を抑制するダンパーとして機能する。樹脂フィルム７６を用いることによって、ダンパーを安価な構成で実現することができる。なお、通常印刷時においては、樹脂フィルム７６はインク流入流路７２内に向かって僅かに凸となった状態となっている。リザーバユニット７１の外壁面には、穴７２ｂを覆うように板形状の規制部材７７が固定されており、樹脂フィルム７６がリザーバユニット７１の外側に向かって凸となるのを規制している。これにより、インク流入流路７２のインク圧が異常に高くなったとき、樹脂フィルム７６が過剰に変位して破損するのが防止される。規制部材７７には、大気連通孔７７ａが形成されており、規制部材７７と樹脂フィルム７６との間が常に大気圧となっている。これにより、樹脂フィルム７６が変位し易くなっている。

インク流出流路７５は、フィルタ７５ａを介してインク流入流路７２と連通していると共に、ヘッド本体２の流路ユニット９の上面に形成されたインク供給口１０５ｂに連通している（図３参照）。フィルタ７５ａは、インク流入流路７２におけるインクの流れる方向（図２左右方向）に沿って延在している。通常印刷時においては、インク供給ユニット１０からのインクは、インク流入流路７２に流入し、インク流出流路７５を通過して、インク供給口１０５ｂから流路ユニット９に供給される。

排気流路７３は、インク流入流路７２におけるフィルタ７５ａの上流側においてインク流入流路７２と連通していると共に、リザーバユニット７１の下面に形成された流出口７３ａを介してインク供給ユニット１０に接続されている。

排気流路７３の下方側内壁面にはリザーバユニット７１の外壁面まで貫通する穴７３ｂが形成されている。また、可撓性を有する樹脂フィルム７８により、リザーバユニット７１の下方の外壁面側から封止されている。つまり、樹脂フィルム７８が、排気流路７３の内壁面の一部となっている。樹脂フィルム７８は、排気流路７３のインク圧の変動に伴って変位するため、インク圧の変動を抑制するダンパーとして機能する。樹脂フィルム７８を用いることによって、ダンパーを安価な構成で実現することができる。なお、通常印刷時においては、樹脂フィルム７８は排気流路７３内に向かって僅かに凸となった状態となっている。リザーバユニット７１の下方の外壁面には、穴７３ｂを覆うように板形状の規制部材７９が固定されており、樹脂フィルム７８がリザーバユニット７１の外側に向かって凸となるのを規制している。これにより、排気流路７３のインク圧が異常に高くなったとき、樹脂フィルム７８が過剰に変位して破損するのが防止される。規制部材７９には、大気連通孔７９ａが形成されており、規制部材７９と樹脂フィルム７８との間が常に大気圧となっている。これにより、樹脂フィルム７８が変位し易くなっている。後述のインク循環時においては、インク供給ユニット１０からのインクが、流入口７２ａを介してインク流入流路７２に流入し、インク流入流路７２から排気流路７３を通過して、流出口７３ａを介してインク供給ユニット１０に還流する（図９参照）。

さらに、図３〜図５を参照しつつ、ヘッド本体２について説明する。なお、図４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及び吐出口１０８を実線で描いている。

ヘッド本体２は、図３〜図５に示すように、流路ユニット９と、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とを有している。流路ユニット９は、圧力室１１０等を含むインク流路が内部に形成されている。アクチュエータユニット２１は、各圧力室１１０に対応した複数のユニモルフ型のアクチュエータを含んでおり、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、ステンレス鋼からなる複数の金属製のプレートを互いに位置合わせした積層体である。流路ユニット９の上面には、リザーバユニット７１のインク流出流路７５（図２参照）に連通する計１０個のインク供給口１０５ｂが開口している。流路ユニット９の内部には、図３に示すように、インク供給口１０５ｂに連通するマニホールド流路１０５、及び、マニホールド流路１０５に含まれる複数の副マニホールド流路１０５ａが形成されている。さらに、流路ユニット９の内部には、各副マニホールド流路１０５ａから分岐しつつ、圧力室１１０を介して吐出面２ａに開口する吐出口１０８に至る複数の個別インク流路１３２が形成されている。吐出面２ａには複数の吐出口１０８がマトリクス状に配置されている。

流路ユニット９におけるインクの流れについて説明する。図３〜図５に示すように、通常印刷時においては、リザーバユニット７１のインク流出流路７５からインク供給口１０５ｂに供給されたインクは、マニホールド流路１０５の副マニホールド流路１０５ａに分配される。副マニホールド流路１０５ａ内のインクは、アパーチャ１１２及び圧力室１１０を経由して各個別インク流路１３２に流れ込み、圧力室１１０を介して吐出口１０８に至る。

インク供給ユニット１０について詳細に説明する。図２に示すように、インク供給ユニット１０は、サブタンク８０と、サブタンク８０に接続されたインク補給管８１と、インク補給管８１設けられた補給ポンプ９１及び補給バルブ９２と、インク供給管８２及びインク帰還管８３と、インク供給管８２に設けられたパージポンプ８６と、インク帰還管８３に設けられた循環バルブ８７と、サブタンク８０に接続された大気連通バルブ８８とを有している。

サブタンク８０は、インクジェットヘッド１に供給されるインクを貯溜するものであり、サブタンク８０のインク量が少なくなった時、補給バルブ９２が開弁され且つ補給ポンプ９１が駆動されることで、インクタンク９０に貯溜されたインクがインク補給管８１を介して補給される。大気連通バルブ８８は、サブタンク８０内と大気とを連通（以下、開と称する）又は遮断（以下、閉と称する）する。通常印刷時においては、大気連通バルブ８８が開となっており、サブタンク８０内と大気とを連通している。これにより、サブタンク８０内の気圧が、貯溜しているインクの量にかかわらず常に大気圧となり、安定したインク供給が可能となっている。

インク供給管８２の一端はサブタンク８０に接続されており、他端はジョイント８２ａを介してリザーバユニット７１の流入口７２ａに接続されている。これにより、サブタンク８０のインクがインク供給管８２を介してリザーバユニット７１のインク流入流路７２に供給される。パージポンプ８６は、駆動することによって、サブタンク８０のインクを、インク供給管８２を介してインク流入流路７２に強制的に供給する供給手段として機能する。また、パージポンプ８６は、インク供給管８２においてジョイント８２ａからサブタンク８０に向かってインクが流れるのを防止する逆止弁として機能する。なお、パージポンプ８６が停止している場合であっても、サブタンク８０のインクは、インク供給管８２を流れてリザーバユニット７１に供給可能となっている。

パージポンプ８６は、容積型ポンプである電動の三相ダイヤフラムポンプであり、図６に示すように、３つのダイヤフラムが互いに異なる位相で駆動し、インクを排出することによって、インク送出時の圧力変動を抑制する構成となっている。また、パージポンプ８６に供給される電力を変化させることによって、パージポンプ８６によってインク流入流路７２への単位時間当たりのインク供給量（以下、インク供給量と称す）を制御することが可能となっている。

図２に示すように、インク帰還管８３の一端はサブタンク８０に接続されており、他端はジョイント８３ａを介してリザーバユニット７１の流出口７３ａに接続されている。循環バルブ８７は、インク帰還管８３における流路抵抗値を所定の最小値（以下、開と称する）と所定の最大値（以下、閉と称する）との間で調整可能な調整手段である。なお、本実施形態においては、循環バルブ８７は、完全解放である開と、完全遮断（インクの通過が禁止される）である閉との切り替えを行う開閉弁であるが、流路抵抗値を任意の値で調整可能な流路制御弁であってもよい。

次に、図７を参照しつつ、制御装置１６について説明する。制御装置１６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＣＰＵが実行するプログラム及びこれらプログラムに使用されるデータを書き替え可能に記憶するＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory）と、プログラム実行時にデータを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）とを含んでいる。制御装置１６を構成する各機能部は、これらハードウェアとＥＥＰＲＯＭ内のソフトウェアとが協働して構築されている。制御装置１６は、インクジェットプリンタ１０１全体を制御するものであり、搬送制御部４１と、画像データ記憶部４２と、ヘッド制御部４３と、不吐出時間検出部４６と、循環・パージ制御部４４と、メンテナンス制御部４５とを有している。

搬送制御部４１は、用紙Ｐが搬送方向に沿って所定の速度で搬送されるように搬送ユニット２０の搬送モータを制御する。画像データ記憶部４２は、用紙Ｐに印刷すべき画像に関する画像データを記憶する。

ヘッド制御部４３は、通常印刷時において、画像データに基づいて、生成した吐出駆動信号をアクチュエータユニット２１に供給する。図８に示すように、吐出駆動信号は、１印刷周期において電位Ｖ１から所定時間グランド電位Ｖ０となるパルスを含む信号である。このパルス幅ｔは、圧力波が副マニホールド流路１０５ａの出口から吐出口１０８に至る距離ＡＬ（Acoustic Length）長を伝播する時間と等しい。なお、図８の波形は、小滴のインク滴を吐出するときの波形であり、１つのパルスを有している。中滴のインク滴を吐出するときの波形は、２つのパルスを連続して並べて構成し、、大滴のインク滴を吐出するときの波形は、３つのパルスを連続して並べて構成する。

不吐出時間検出部４６は、過去の吐出履歴から各インクジェットヘッド１について、最後に吐出口１０８からインク滴が吐出されてから現在に至るまでの経過時間を検出する。具体的には、ヘッド制御部４３から出力される吐出駆動信号あるいは画像データ記憶部４２のデータに基づいて経過時間を検出する。

循環・パージ制御部４４は、後述のメンテナンス動作において、各インク供給ユニット１０のパージポンプ８６、循環バルブ８７及び大気連通バルブ８８の動作を制御するものである。なお、循環・パージ制御部４４は、パージポンプ８６に供給される電力を変化させることによって、パージポンプ８６に係るインク供給量を制御する。具体的な動作内容については後述する。なお、循環・パージ制御部４４は、インク補給のために補給ポンプ９１と補給バルブ９２も制御しているが、図７では省略している。

メンテナンス制御部４５は、後述のメンテナンス動作において、メンテナンスユニット３１の動作を制御するものである。

図９〜図１２を参照しつつ、メンテナンス動作について説明する。メンテナンス動作は、インクジェットヘッド１のメンテナンスを行う動作であり、インクジェットプリンタ１０１が起動されたとき、印刷を行わない待機時間が一定時間を超えたとき、及び、ユーザから指示があったときなどに開始される。待機時及び通常印刷時には、パージポンプ８６が停止しており（インク供給量＝０：Ｖ０）、循環バルブ８７が閉になっており、大気連通バルブ８８が開となっており、また、補給ポンプ９１は停止しており、補給バルブ９２が閉となっている（図２参照）。

図９及び図１０に示すように、メンテナンス動作が開始されると、循環・パージ制御部４４は、循環バルブ８７を開にした後に、大気連通バルブ８８を閉にすると同時にパージポンプ８６の駆動を開始する。なお、メンテナンス動作中、補給ポンプ９１は停止しており、補給バルブ９２が閉となっている。

これにより、サブタンク８０のインクが、インク供給管８２を介してインク流入流路７２に強制的に供給される。このとき、循環バルブ８７が開になっているため、インク流入流路７２から排気流路７３及びインク帰還管８３を通過してサブタンク８０に至る経路における流路抵抗が、インク流入流路７２からインク流出流路７５及びマニホールド流路１０５を経由して各吐出口１０８に至る経路の流路抵抗より小さくなる。このため、インク流入流路７２に供給されたインクが、インク流出流路７５に流れ込むことなく、排気流路７３及びインク帰還管８３を順に通過してサブタンク８０に帰還するインク循環が行われる。インク循環が行われることによって、循環経路のうちパージポンプ８６からサブタンク８０に至るまでの流路内のインクの圧力が高くなり、インク循環によるインク流れにより、インク流入流路７２内に滞留している気泡及び異物、特にフィルタ７５ａ上に滞留している気泡及び異物が、インクと共に排気流路７３及びインク帰還管８３を順に通過してサブタンク８０にトラップされる。

このインク循環が行われる循環期間において、循環・パージ制御部４４は、パージポンプ８６の駆動開始直後から一定の所定時間が経過する毎に、インク供給量が一定量ずつ増加するように、パージポンプ８６を制御する。具体的には、循環・パージ制御部４４は、駆動開始から所定時間が経過するまでの期間Ｔ１（第１期間）においては、インク供給量が一定量のＶ１になるように、期間Ｔ１の終了から所定時間が経過するまでの期間Ｔ２においては、インク供給量がＶ１より一定量多いＶ２になるように、期間Ｔ２の終了から所定時間が経過するまでの期間Ｔ３においては、インク供給量がＶ２より一定量多いＶ３になるように、期間Ｔ３の終了から所定時間が経過するまでの期間Ｔ４においては、インク供給量がＶ３より一定量多いＶ４になるように、パージポンプ８６の駆動を制御する（期間Ｔ１〜Ｔ４はすべて同じ長さ）。これにより、期間Ｔ１において流路内の圧力がＰ０からＰ１に上昇し、期間Ｔ２において流路内の圧力がＰ１からＰ２に上昇し、期間Ｔ３においては流路内の圧力がＰ２からＰ３に上昇し、期間Ｔ４においては流路内の圧力がＰ３からＰ４に上昇する。なお、期間Ｔ１〜Ｔ４が、循環期間を構成している。

インク循環において、流路内の気泡及び異物を効率よくサブタンク８０まで移動させるには、インク供給量を、吐出口１０８に形成されたインクのメニスカスが壊れて（メニスカスブレーク）吐出口１０８からインクが漏れ出る流量（メニスカスブレーク流量）以下の範囲で高くすることが好ましい（図１１参照）。なお、メニスカスブレーク流量は、インクジェットヘッド１に係る流路構造、インクジェットプリンタ１０１内におけるインクジェットヘッド１とサブタンク８０との高さ関係、インクの粘度などから算出した値、又は、実測により得られた値であり、予め記憶されている。別の観点から、循環バルブ８７を閉じた状態で、パージポンプ８６の駆動をインク流量が回復可能流量となるように開始した場合に、個別インク流路内に滞留している気泡や異物がインクと共に全ての吐出口１０８から排出可能な流量を回復可能流量ということもできる。つまり、回復可能流量未満でパージポンプ８６を駆動した場合は、気泡や増粘したインクが少ない個別インク流路１３２に係る吐出口１０８のみからインクが排出され続け、排出期間を長くしても、全ての吐出口１０８から気泡や異物と共にインクが排出されない可能性がある。

なお、インク供給量Ｖ１は、メニスカスブレーク流量の半分以下となっている。また、インク供給量Ｖ４は、メニスカスブレーク流量未満、且つ、後のパージ動作において吐出口１０８からインクが排出されるときに、流路内に滞留している気泡や異物がインクと共に吐出口１０８から排出可能な流量（回復可能流量）以上となっている。回復可能流量は、実測により得られた値である。

ここで、流路内において滞留している気泡が大きくなると、気泡の浮力が大きくなるため、気泡を下方に向かって移動させるときの抵抗力が大きくなる。したがって、図１２に示すように、気泡の表面積が大きくなるに連れて、当該気泡を一定速度以上で移動させることができる圧力、すなわち、インク供給量が指数関数状に大きくなる。また、インク供給量を変化させると、インクの流れが脈動して圧力が変化するため、気泡を効率よく移動させることができる。一方、インク供給量が一定以上大きくなると、流路内で流れの剥離現象が発生し、流路の細部に形成された微細な角部などにインクの流れが行き渡らなくなるため、流路の細部に気泡が停滞し、当該気泡を移動させることが難しくなる。このような流路の細部においては、インク供給量を小さくした方が、インクの流れを行き渡らせ、停滞している気泡を移動させることができる場合もある。

本実施形態においては、図１０に示すように、インク供給量をＶ１〜Ｖ４に段階的に増加させる。パージポンプ８６が最も小さいインク供給量Ｖ１で駆動されることによって、流路内の細部に停滞している気泡を、流路内におけるインクの流れの中心に移動させることができる。その後、パージポンプ８６がインク供給量Ｖ２〜Ｖ４で駆動されることによって、流路内の圧力を高くし、流路内におけるインクの流れの中心で大きくなった気泡を、インクの流れに乗せて移動させることができる。さらに、インク供給量がＶ１からＶ２に、Ｖ２からＶ３に、Ｖ３からＶ４に変化する毎に、インクの流れが脈動し、流路内の圧力が変化するため、気泡を効率よく移動させることができる。なお、流れの中心とは、流路内に形成される複数の流れのうち、流速が最も高くなる部分に沿った流れである。

なお、図９に示すように、インク循環を行っているときは、通常印刷時と比較してインク流入流路７２及び排気流路７３内のインク圧が高くなるため、インク流入流路７２の樹脂フィルム７６が規制部材７７に密着し、排気流路７３の樹脂フィルム７８が規制部材７９に密着する。

また、インク循環中の大気連通バルブ８８が閉になっている期間においては、サブタンク８０内が負圧になる。サブタンク８０内が負圧になることによって、インク流入流路７２のインクが排気流路７３を介してサブタンク８０内に吸引され、大気連通バルブ８８が開になっている場合と比較して、インク流出流路７５にインクが流れ込み難くなる。これにより、インク流入流路７２内の圧力が低下し、メニスカスブレークが起こり難くなる。そのため、大気連通バルブ８８が開になっている場合よりも、インク流入流路７２内の圧力が、メニスカスブレークが起こる圧力（メニスカスブレーク圧力）に近接するように、インク供給量を多くすることができる。つまり、循環中のインク流入流路７２の流路内圧力が同じとすると、大気連通バルブ８８が閉になっている場合は、大気連通バルブ８８が開になっている場合よりもインク流量が多くなり、大気連通バルブ８８が閉になっている場合は、パージ期間におけるインク流入流路７２の流路内圧力を大気連通バルブ８８が開になっている場合よりも大きくすることができるので、個別インク流路内に滞留している気泡や異物をインクと共に吐出口１０８から効率よく排出することができる。本実施形態においては、期間Ｔ４におけるインク供給量Ｖ４が、インク循環中において、大気連通バルブ８８が開になっているときに吐出口１０８からインクが漏れ出さない最大の量を超え、且つ、大気連通バルブ８８が閉になっているときに吐出口１０８からインクが漏れ出さない最大の量以下である。なお、図１０において、インク流入流路７２に係る流路内圧力変化を示す実線波形は、インク循環において大気連通バルブ８８を閉として、上述のようにインク供給量を高くした場合（本実施形態）の流路内圧力変化を示しており、破線波形は、インク循環において大気連通バルブ８８が開になっている場合（インク供給量は高くされていない）の流路内圧力変化を示している。

循環期間に係る期間Ｔ４においてパージポンプ８６に係るインク供給量がＶ４で安定すると、パージ動作が開始される。パージ動作が開始されると、循環・パージ制御部４４は、図１０及び図１１に示すように、循環バルブ８７を閉にすると同時に大気連通バルブ８８を開にする。これにより、インク流入流路７２に供給されたインクが、排気流路７３に流れ込むことなく、インク流出流路７５に流れ込み、マニホールド流路１０５及び各個別インク流路を順に通過し、吐出口１０８から排出される。排出されたインクは、図示しない廃液トレイに受け止められる。

このように、インク供給量Ｖ４が回復可能流量以上で安定している状態で、パージ動作が開始されるため、パージ開始直後から、インク流入流路７２におけるインク圧が高い状態となり、吐出口１０８内の増粘したインク、滞留している気泡及び異物を、吐出口１０８から効率よく排出することができる（インパクトパージ）。この点、このようなインパクトパージを行わない場合、つまり、インク循環をさせることなく、循環バルブ８７を閉じた状態でパージポンプ８６の駆動を開始し、吐出口１０８からインクを排出させる従来例（インパクトパージ無）の場合には、インク供給量が回復可能流量に達するまでは、吐出口１０８からインクが無駄に排出される。また、循環バルブ８７を閉にすると同時に大気連通バルブ８８が開にされるため、サブタンク８０内が強制的に大気圧となり、インクが排出されるに伴ってサブタンク８０内の圧力が低下するのを抑制することができる。

循環・パージ制御部４４は、所定のパージ量のインクが吐出口１０８から排出されると、再び、循環バルブ８７を開にすると同時に大気連通バルブ８８を閉にすることによってパージ動作を停止させる。なお、所定のパージ量は、パージポンプ８６における単位時間当りのインク流量及びパージ期間の長さによって決定される。定のパージ量を排出するための単位時間当りのインク流量及びパージ期間の長さについては実験的に求められ、予め記憶されている。循環・パージ制御部４４は、温度センサ３５によって検出された温度が高くなるに伴って、又は、不吐出時間検出部４６によって検出された経過時間が長くなるに伴って、循環期間を長くすると共にパージ量を大きくする。

その後、循環・パージ制御部４４は、パージポンプ８６を停止すると同時に大気連通バルブ８８を開にする。これと同時に、ヘッド制御部４３が、メニスカス振動信号をアクチュエータユニット２１に供給するのを停止する。その後、循環バルブ８７を閉にする。

上述したように、インク循環、及び、パージ動作を順に実行することによって、インク流入流路７２に滞留している気泡及び異物を、下流側の流路（マニホールド流路１０５、及び、個別インク流路１３２など）に流し込むことなくインクジェットヘッド１外に排出することができる。

次に、ワイプ動作が開始されると、メンテナンス制御部４５が、図示しない移動機構によって４つのインクジェットヘッド１を上方に移動させた後、４つのワイパ部材３２の先端を対向する吐出面２ａに接触させつつ、各ワイパ部材３２を吐出面２ａに沿って主走査方向に移動させる。これにより、パージ動作によって吐出面２ａに付着した余分なインクが除去されると共に、吐出口１０８に形成されるメニスカスが整えられる。各吐出面２ａがワイプされた後、メンテナンス制御部４５は、４つのワイパ部材３２及び各インクジェットヘッド１を通常の位置に戻し、循環・パージ制御部４４が循環バルブ８７を開く。以上で、ワイプ動作が完了する。

以上のように、本実施形態のインクジェットプリンタ１０１によると、インク循環が開始される期間Ｔ１において、インク供給量Ｖ１を比較的低くしておき、流路の隅々に点在する気泡や異物を流路における流れの中心に集め、この後に、期間Ｔ２〜Ｔ４において、インク供給量をＶ１よりも高いＶ２〜Ｖ４にして、インクの流れを加速することにより、流れの中心に集まった気泡や異物を加速された流れに乗せて移動させると共に、吐出口１０８から外部に排出させることができる。これにより、流路の構成や配置が複雑になっていたとしても、流路に滞留した気泡や異物を効率よく除去することができる。

また、循環期間において、インク供給量Ｖ１〜Ｖ４が段階的に増加するため、インク供給量Ｖ１〜Ｖ４が変化する毎に、インクの流れが加速する（計３回）。これにより、流路に滞留した気泡や異物をより効率よく移動させることができる。

このとき、インク供給量Ｖ１〜Ｖ４が、一定量で段階的に増加するため、流路における様々な形状を有する細部に滞留している気泡や異物を安定して移動させることができる。

さらに、パージポンプ８６に供給される電力を変化させることによって、パージポンプ８６によってインク供給量を制御することが可能となっているため、インク供給量を容易に制御することができる。

また、期間Ｔ１に係るインク供給量Ｖ１が、メニスカスブレーク流量の半分以下となっているため、期間Ｔ１において、吐出口１０８からインクが漏れ出るのを確実に抑制することができる。

加えて、インク循環を行うことによって、循環経路のうちパージポンプ８６からサブタンク８０に至るまでの流路内の気泡や異物を除去しつつ当該流路の圧力を高くし、この状態で、循環バルブ８７を閉にしてパージ動作を開始するため、パージ動作開始時から、瞬時に流路内の圧力を高くしつつ吐出口１０８からインクを排出することができる。つまり、流路内に気泡が残留している状態でパージ動作を行うと、流路内に残留した気泡がダンパーとなって圧力を吸収してしまうため、インクを排出する効率が下がることになるが、インク循環において流路内の気泡を除去した後にパージ動作を開始することで、パージ動作開始時から全ての吐出口に高い圧力を付与することができ、吐出口１０８内の増粘したインク、気泡及び異物を効率よく排出することができると共に、インクが無駄に排出されるのを抑制することができる。

さらに、パージポンプ８６に係るインク供給量がＶ４で安定した状態で、パージ動作が開始されるため、吐出口１０８から安定してインクを排出することができる。

＜変形例＞
本実施形態に係る変形例について説明する。上述した実施形態においては、循環・パージ制御部４４が、循環期間において、インク供給量Ｖ０〜Ｖ４が均等に増加するように、パージポンプ８６を制御する構成であるが、図１３に示すように、循環・パージ制御部は、インク供給量Ｖ０、Ｖ１’、Ｖ２’、Ｖ３’、Ｖ４の順に段階的に増加する量が、後の時間になる程大きくなるように、パージポンプ８６を制御してもよい。これによると、流路内において、小さな気泡が集まって合体することによって流れに乗りにくい巨大化した気泡が形成されたとしても、循環期間の後の時間になるに連れてインクの流れの加速度を指数関数状に大きくすることで、このような気泡を排出することができる。

または、図１４に示すように、循環・パージ制御部は、インク供給量が、期間Ｔ１の後から経過時間に比例して増加するように、パージポンプ８６を制御してもよい。これによると、期間Ｔ１以降、インク供給量が連続して増加し続けるため、流路に滞留している気泡や異物を加速された流れに乗せて効率よく外部に排出することができる。このとき、インク供給量が経過時間に比例して増加する期間は、期間Ｔ１の後からパージ期間の始まりまでの期間内であれば、任意の期間に設けられてもよい。例えば、期間Ｔ１の後からパージ期間の始まりの所定時間前まで、インク供給量が経過時間に比例してＶ１からＶ４まで増加し、インク供給量がＶ４まで増加した時からパージ期間の始まりまで、インク供給量がＶ４で一定となってもよい。

以上、本発明の好適な実施形態及び変形例について説明したが、本発明は上述の実施形態及び変形例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。上述の実施形態では、メンテナンス動作において、インク循環に続いてパージ動作を行う構成であるが、インク循環のみを行い、パージ動作を行わない構成であってもよい。この場合、インク供給ユニットは、循環バルブ８７を備えていなくてもよい。

また、上述の実施形態においては、期間Ｔ１を第１期間としたとき、第１期間のインク供給量が、循環期間における第１期間より後の第２期間のインク供給量よりも少なくなっている。このとき、第２期間は、期間Ｔ２〜Ｔ４の少なくともいずれかである。第２期間は、第１期間及びパージ期間の少なくともいずれかと連続していなくてもよい。

加えて、上述の実施形態においては、循環期間におけるインク供給量が、期間Ｔ１の終わりから段階的又は連続的に増加する構成であるが、期間Ｔ１の後の期間の一部において減少してもよい。

さらに、上述の実施形態においては、期間Ｔ１に係るインク供給量Ｖ１が、メニスカスブレーク流量の半分以下となっている構成であるが、期間Ｔ１に係るインク供給量Ｖ１は、メニスカスブレーク流量の半分を超えてもよい。このとき、インク循環時に吐出口１０８から漏れ出るインク量がわずかであれば、当該インク流量がメニスカスブレーク流量以上となっていてもよい。例えば、少数の吐出口からしか液体が漏れていない場合は、メニスカスブレークはしていることになるが、漏れがわずかであるので、全体としてみると液体が無駄に消費されるのを抑制する効果は得られる。

また、上述の実施形態では、循環バルブ８７が、インク帰還管８３に設けられる構成であるが、循環バルブが、流出口７３ａから所定の範囲内にある排気流路７３に設けられ、排気流路７３における流路抵抗値を調整してもよい。これによると、循環バルブの位置が、吐出口１０８に近くなるため、パージ動作において吐出口１０８からのインクの排出を素早く開始することができる。なお、流出口７３ａから所定の範囲内とは、流出口７３ａから排気流路７３に係るインク流入流路７２からの分岐位置までの範囲である。

さらに、上述の実施形態においては、循環バルブ８７が開及び閉のいずれかに選択的に切り替えられる構成であるが、循環バルブ８７が、流路抵抗値を任意の値で調整可能な流路制御弁であれば、流路抵抗値が段階的に又は連続的に変化するように、流路抵抗値を調整してもよい。また、循環バルブ８７が完全にインク流路を閉め切れなくてもよい。また、循環バルブによりインク帰還管８３のインク流路断面積を減少させることで、インク帰還管８３内の流路抵抗値を調整するのではなく、インク帰還管８３の外周を挟み、インク帰還管８３を変形させてインク帰還管８３内のインク流路断面積を減少させることで、インク帰還管８３内の流路抵抗値を調整してもよい。

加えて、上述の実施形態においては、パージポンプ８６が、容積型ポンプである三相ダイヤフラムポンプとなっているが、チューブポンプのような他の容積型ポンプであってもよいし、インペラ型ポンプなど容積型以外のポンプであってもよい。また、パージポンプ８６は電動ポンプでなくてもよい。

また、上述の実施形態では、循環期間及びパージ期間において、吐出口１０８のメニスカスを振動させる構成であるが、少なくとも一部の期間において、吐出口１０８のメニスカスを振動させない構成であってもよい。このとき、メニスカスブレーク流量が低下するため、パージポンプ８６の単位時間当りのインク流量を、低下したメニスカスブレーク流量未満とすることが好ましい。

また、上述の実施形態においては、アクチュエータユニット２１がユニモフル型の圧電アクチュエータとなっているが、アクチュエータユニットは、バイモルフ型の圧電アクチュエータであってもよいし、発熱素子を備えたサーマル方式の液体吐出装置などであってもよい。

本発明は、インク以外の液体を吐出する記録装置にも適用可能である。さらに、プリンタに限定されず、ファクシミリやコピー機などにも適用可能である。

１ インクジェットヘッド
１６ 制御装置
４４ 循環・パージ制御部
７２ インク流入流路
７２ａ 流入口
７３ 排気流路
７３ａ 流出口
７５ インク流出流路
８０ サブタンク
８１ インク補給管
８２ インク供給管
８３ インク帰還管
８６ パージポンプ
８７ 循環バルブ
８８ 大気連通バルブ
９０ インクタンク
１０１ インクジェットプリンタ
１０８ 吐出口

Claims (8)

1. 液体が流入する流入口と、液体が流出する流出口と、前記流入口と前記流出口とを連通する内部流路と、液体を吐出するための複数の吐出口と、前記内部流路から分岐して前記複数の吐出口に至る複数の個別液体流路とを有する液体吐出ヘッドと、
   前記液体吐出ヘッドに供給される液体を内部に貯溜するタンクと、
   前記タンクの内部と前記流入口とを連通する供給流路と、
   前記タンクの内部と前記流出口とを連通する帰還流路と、
   前記タンクに貯留された液体を、前記供給流路を介して前記内部流路に強制的に供給する供給手段と、
   前記帰還流路における流路抵抗値を所定の最小値と所定の最大値の間で調整可能な調整手段と、
   前記供給手段を制御する制御手段とを備えており、
   前記制御手段は、前記供給手段を駆動させることにより、前記タンクの液体を前記供給流路、前記内部流路及び前記帰還流路の順に移送させるように循環させるとともに、前記循環中において、前記循環が開始されたタイミングから所定時間が経過するまでの第１期間における前記内部流路に供給される液体の単位時間当りの供給量を、前記第１期間より後の第２期間における前記供給量よりも少なくさせるように、前記供給手段を制御し、且つ、
   前記制御手段は、前記調整手段の調整により前記流路抵抗値を前記所定の最大値より小さくさせつつ、前記供給手段を駆動させることにより前記循環を行わせるとともに、前記第２期間中に、前記調整手段を調整して、前記流路抵抗値を増加させることにより、前記複数の吐出口から液体を排出させ、その後、前記排出中に、前記調整手段を調整して、前記流路抵抗値を減少させることにより、前記複数の吐出口からの液体の排出を停止させることを特徴とする液体吐出装置。
2. 前記第２期間は、前記複数の吐出口から液体を排出させるために前記流路抵抗値が増加し始める時までの期間であり、
   前記制御手段は、前記第２期間において、前記供給量が一定になるように、前記供給手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
3. 前記制御手段は、前記循環における前記供給量を、前記第１期間の後から段階的に増加させるように、前記供給手段を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の液体吐出装置。
4. 前記制御手段は、前記段階的に増加させる量が一定になるように、前記供給手段を制御することを特徴とする請求項３に記載の液体吐出装置。
5. 前記制御手段は、前記段階的に増加させる量が後の時間になる程大きくなるように、前記供給手段を制御することを特徴とする請求項３に記載の液体吐出装置。
6. 前記制御手段は、前記循環における前記供給量を前記第１期間の終わりからの経過時間に比例して増加させる期間が設けられるように、前記供給手段を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の液体吐出装置。
7. 前記供給手段は、前記供給流路に設置された電動ポンプであり、
   前記制御手段は、前記供給手段に供給される電力を変化させることによって、前記供給量を制御することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
8. 前記制御手段は、前記第１期間における前記供給量を、前記吐出口から液体が漏れ出さない範囲における最大の量の半分以下にさせるように、前記供給手段を制御することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の液体吐出装置。

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