JP5707957B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、吐出液をノズルから吐出する駆動素子を有する複数の吐出ユニットに吐出液を供給する循環型の流路ユニット、および、吐出ユニットと流路ユニットとを備える画像形成装置に関する。

従来、吐出液の循環型の流路を備えた画像形成装置が知られている。例えば特許文献１には、流路内にインクを循環させるためのポンプを所定時間おきに作動させることが記載されている。

特開２００５−１０３８４１号公報

循環流路は様々な形状の複数の管で構成されることが考えられる。所定時間おきにポンプを作動させても、動作時のポンプの流量が同じであれば、管によっては沈降を十分に解消できない場合が考えられる。特に、主流路から下流側に分岐し吐出ユニットと接続している分岐流路の形状は複雑となりやすく、流速の低下により沈降が生じやすい。
本発明は、主流路から下流側に分岐し吐出ユニットと接続している分岐流路における沈降を解消することを目的とする。

前記課題を解決するために本発明の循環型の流路ユニットは、吐出液を貯留するタンクと、タンクから吐出ユニットに吐出液を移送する上流側流路であって、主流路と前記主流路から下流側に分岐し吐出ユニットと接続している分岐流路とを有する上流側流路を構成する上流側管と、ノズルから吐出されなかった吐出液を吐出ユニットからタンクに回収する下流側流路を構成する下流側管と、タンクと上流側管と吐出ユニットと下流側管とで構成される循環流路に吐出液を循環させるポンプと、分岐流路における吐出液の流速が所定値以上となるようにポンプの出力を制御する制御部と、を備える。

上流側流路のうちの分岐流路は、主流路から下流側に複数分岐し複数の吐出ユニットと接続している流路であり、分岐流路をはじめ上流側流路において沈降が生じると、濃度が一定でない吐出液が吐出ユニットから吐出されたり、あるいは沈降物が滞留して固形化することによって流路に詰まりが生じたりして、印刷品質が低下する。本発明のように分岐流路の流速に着目し、当該流速が所定値以上となるようにポンプの出力を制御することによって分岐流路内での沈降を解消することができる。したがって所定値は、分岐流路内での沈降を解消できる程度の流速に設計される。流路の断面積（吐出液の移送方向に直交する断面の面積）や吐出液の種類等に応じて所定値の値は異なってもよい。

さらに本発明において、制御部は、非印刷実行時において流速が所定値以上となるように印刷実行時よりポンプの出力を増加させてもよい。
本発明の流路ユニットは、ポンプによるポンプ機能と駆動素子によるポンプ機能（吐出液がノズルから吐出されると流路内を吐出液が移動する）の２種類のポンプ機能を備えている。非印刷実行時、すなわち吐出液がノズルから吐出されていない状態においては駆動素子によるポンプ機能が作動しない。そのため、ポンプの出力を印刷実行時より増加させることにより、非印刷実行時に分岐流路における流速が所定値以上となるように制御することができる。

さらに本発明において、前記所定値は、ポンプを停止させた状態で、所定印刷速度および所定記録密度でドットを印刷媒体に記録する場合の、分岐流路における流速であってもよい。
印刷速度とは、単位時間あたりに印刷する領域の面積を意味する。所定印刷速度は、画像形成装置が実現しうる最高速度であってもよいし平均速度などであってもよい。記録密度は、インク滴の大きさや単位面積あたりのドット数によって規定することができる。所定記録密度は、画像形成装置が実現しうる最高密度であってもよいし平均密度などであってもよい。

さらに本発明において、分岐流路は主流路より断面積が小さくてもよい。
断面積が主流路より小さいと主流路と比較して分岐流路は詰まりを生じやすいが、本発明では分岐流路の流速が所定値以上となるように制御されるため、分岐流路において詰まりが発生することを防止することができる。

さらに本発明において、吐出ユニットには、ノズルの開口が形成されたノズル面と密着してノズル面を押圧するキャップが備えられてもよい。その場合に制御部は、キャップによるノズル面の押圧時においては非押圧時よりポンプの出力を増加させるようにしてもよい。
キャップによるノズル面の押圧時には、メニスカス限界を超えるような圧力が生じる流速にしても吐出液がノズルから漏れ出ることがないため、非押圧時よりもポンプの出力を増加させて分岐流路での流速を速めることができる。なお前述した内容は、押圧時・非押圧時ともに所定値以上であってさらに押圧時は非押圧時よりも分岐流路の流速を速めることを意味する。

なお、本発明は、前記の吐出ユニットと流路ユニットとを備える画像形成装置の発明としても成立する。
前記した吐出ユニットと流路ユニットとを備えることにより、流路内に沈降を解消し沈降物が滞留しにくい画像形成装置を提供することができる。

また、前記の画像形成装置においては、タンクと吐出ユニットと上流側管と下流側管とポンプとは吐出液の種類毎に設けられており、使用頻度が第一の頻度である吐出液に対応するポンプの出力は、使用頻度が第一の頻度より高い第二の頻度である吐出液に対応するポンプの出力より大きくしてもよい。
吐出液の種類によって、使用頻度は異なりうる。使用頻度が低い吐出液ほど、当該吐出液の流路内での移動が少なく吐出液に含まれる比重が液体よりも大きい固体成分が沈降しやすい。したがって使用頻度が低い（第一の頻度）吐出液のポンプの出力を使用頻度が高い（第二の頻度）吐出液のポンプの出力より大きくすることで、沈降をより確実に解消することができる。なお前述した内容は、第一の頻度のインクおよび第二の頻度のインクともに、分岐流路の流速は所定値以上であることを満たした上で、使用頻度に応じてさらに流速を変えることを意味する。

また、前記の画像形成装置において、使用頻度が第一の頻度である吐出液に対応する分岐流路の断面積は、使用頻度が第二の頻度である吐出液に対応する分岐流路の断面積より小さくてもよい。
流量（体積／時間）が同じであれば流路の断面積に応じて流速が異なる。流路の断面積が小さいほど流速は速くなる。したがって使用頻度が低い（第一の頻度）吐出液の分岐流路の断面積を使用頻度が高い（第二の頻度）吐出液の分岐流路の断面積より小さくすることで、使用頻度が低い吐出液の分岐流路での流速を速めることができ、沈降をより確実に解消することができる。

第一実施形態にかかる画像形成装置を示すブロック図。 （２Ａ）および（２Ｂ）は第一実施形態にかかる吐出ユニットを示す模式図。 第一実施形態にかかる流速を説明するためのグラフ。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら説明する。尚、各図において対応する構成要素には同一の符号が付され、重複する説明は省略される。

１．第一実施形態
図１は、本発明の第一実施形態にかかる画像形成装置としてのインクジェットプリンター１の主要な構成要素を示す模式図である。インクジェットプリンター１は、制御部１０と、インクタンク２１と、吐出ユニット２２と、上流側管２３と、下流側管２４と、ポンプ２５とを備えている。インクタンク２１と吐出ユニット２２と上流側管２３と下流側管２４ポンプ２５とは、インク（吐出液）の種類分備えられており、一つのインクに対応するそれらを総称して以降では流路セット２０と呼ぶ。吐出ユニット２２は、一つの流路セット２０に複数備えられている。制御部１０は、図示しないＣＰＵとＲＡＭとＲＯＭとを備え、ＲＯＭに格納されている制御プログラムをＣＰＵが実行することにより、後述するピエゾ素子（駆動素子）やポンプやキャップの制御を行う。

前述したように流路セット２０は、インクタンク２１と複数の吐出ユニット２２と上流側管２３と下流側管２４とポンプ２５とを備えている。上流側管２３は上流側流路を構成しており、上流側流路は上流側主流路２３ａと上流側分岐流路２３ｂとを有する。上流側主流路２３ａは、インクタンク２１と接続している。上流側分岐流路２３ｂは、上流側主流路２３ａから下流側に分岐した流路であり複数の吐出ユニット２２と接続している。上流側分岐流路２３ｂの断面積（インクの移送方向と直交する断面の面積）は上流側主流路２３ａの断面積よりも小さい。

なお上流側主流路２３ａは水平方向に配置される複数の吐出ユニット２２にインクを供給するために、水平方向にインクを移送する区間を有する流路である。上流側分岐流路２３ｂは上流側主流路２３ａから鉛直方向下向きに分岐しており、上流側分岐流路２３ｂにも吐出ユニット２２に接続するまでの間において水平方向にインクを移送する区間が存在する。

下流側管２４は下流側流路を構成しており、下流側流路は下流側主流路２４ａと下流側分岐流路２４ｂとを有する。複数の吐出ユニット２２はそれぞれ下流側分岐流路２４ｂに接続している。各下流側分岐流路２４ｂは下流側主流路２４ａに合流し、下流側主流路２４ａはインクタンク２１と接続している。下流側分岐流路２４ｂの断面積は下流側主流路２４ａの断面積よりも小さい。吐出ユニット２２から吐出されなかったインクは下流側流路を経て再びインクタンク２１に回収される。すなわち本実施形態においては、インクに含まれる個体成分であって、比重がインクを構成する液体成分よりも大きい固体成分が流路内において沈降することを防止するために、インクが循環するように循環流路が構成されている。ポンプ２５は、インクタンク２１からインクを吸引し、上流側主流路２３ａにインクを移送し流路内のインクを循環させることができる。ポンプ２５は、制御部１０の制御に応じて出力すなわち流量を可変にすることができる。
制御部１０とインクタンク２１と上流側管２３と下流側管２４とポンプ２５とが、流路ユニットに相当する。

なお、本実施形態においては、上流側主流路２３ａの断面積はインクの種類（流路セット２０）によらず同一であるように成型されている。同様に、上流側分岐流路２３ｂもインクの種類によらず同一である。下流側主流路２４ａの断面積も全インクに関して同一であり、下流側分岐流路２４ｂの断面積も全インクに関して同一である。

図２Ａおよび図２Ｂは、吐出ユニット２２の模式図である。吐出ユニット２２には共通インク室２２５が形成されており、共通インク室２２５は上流側分岐流路２３ｂと下流側分岐流路２４ｂとに接続している。また、吐出ユニット２２には複数のノズル２２１が形成されており、各ノズル２２１はノズル面２２０に開口を形成している。ピエゾ素子２２２とインク室２２３とは、ノズル２２１ごとに設けられている。各インク室２２３は共通インク室２２５に接続している。上流側流路と共通インク室２２５とインク室２２４と下流側流路とはインクタンクから供給されたインクで満たされている。ピエゾ素子２２２に駆動電圧パルスが印加されるとピエゾ素子２２２が機械的に変形し、インク室２２３に満たされたインクが加減圧されノズル２２１からインク滴が吐出される。

吐出ユニット２２がインク滴を吐出することによりインクタンク２１からインクが吸引されるとともに、ポンプ２５によってもインクタンク２１からインクが吸引され、上流側主流路にインクが移送される。また吐出ユニット２２にはキャップ２２６が備えられている。キャップ２２６は、インクジェットプリンター１の非印刷実行時（例えばイニシャライズ動作時やメンテナンス動作時）にノズル面２２０に密着しノズル面２２０を押圧する（図２Ｂ参照）。各流路セット２０には、ノズル面２２０をキャップ２２６で押圧し、また、キャップ２２６をノズル面２２０から離間させ待避位置に戻すための図示しない機構が備えられている。制御部１０からの制御信号に従ってキャップ機構は前述の動作を実施することができる。

図３は、上流側分岐流路２３ｂにおけるインクの流速と、当該流速に寄与するポンプ２５またはピエゾ素子２２２の関係を示すグラフである。上述したように、上流側分岐流路２３ｂには水平方向にインクを移送する区間が存在する。流速によってはインクの成分が流路内で沈降し、詰まりを生じる可能性がある。上流側分岐流路２３ｂは上流側主流路２３ａよりも細く、湾曲する箇所があるなどして上流側主流路２３ａよりも形状が複雑であるため、上流側主流路２３ａよりも詰まりが生じやすい。上流側流路において詰まりが生じると吐出ユニット２２にインクが供給できないため印刷品質が低下する。そのため上流側流路（特に断面積が上流側主流路２３ａよりも小さく形状が複雑になりがちであるため詰まりを生じやすい上流側分岐流路２３ｂ）において流路が詰まらないようにすることは重要である（下流側流路が仮に詰まってしまったとしてもインクを吐出することはできる）。

そこで本実施形態では、上流側分岐流路２３ｂにおける流速に注目し、制御部１０は非印刷実行時における上流側分岐流路２３ｂの流速が所定値以上となるようにポンプ２５の出力を制御する。具体的には、図３に示す各流速とするためにポンプ２５に与える情報と各場面との対応関係を規定したデータが予めＲＯＭ等に記憶されており、制御部１０はそのデータを用いて各場面においてポンプ２５の出力を制御する。ポンプ２５に与える情報としては例えば、電圧値や、ポンプが備える回転体の回転数等である。本実施形態において所定値とは、基準印刷時における上流側分岐流路２３ｂの流速を指す（図３参照）。基準印刷とは、ポンプ２５の出力を停止させた状態で所定印刷速度および所定記録密度でドットを印刷媒体に記録することを指す。ポンプ２５のポンプ機能が停止していても、ピエゾ素子２２２からインク滴が吐出されることで、インクタンク２１から上流側流路にインクが吸引される。

印刷速度とは、例えばインクジェットプリンター１がラインプリンターであれば、印刷媒体の搬送方向に所定の長さの領域に対して所定記録密度で一つのインクタンク２１から供給されるインクによってドットを形成する場合の時間で前述の所定の長さを除した値として規定される。記録密度は、ノズル２２１から吐出されるインク滴の大きさ（吐出量）やｄｐｉによって規定される。所定印刷速度は、インクジェットプリンター１が性能上実現しうる最高速度であってもよいし、例えば平均速度などであってもよい。また、所定記録密度についても、インクジェットプリンター１が実現しうる最高密度であってもよいし、平均密度などであってもよい。

本実施形態において、基準印刷とは、インクジェットプリンター１が実現しうる最速の印刷速度および最高密度で印刷し、任意の広さの領域を一つのインク色で塗りつぶすように印刷することを指す。そしてその基準印刷時の上流側分岐流路２３ｂでの流速を所定値Ｖｂとする。なお、上流側分岐流路２３ｂにおける流速は、例えば管を貫通するようなマイクロ波を上流側分岐流路２３ｂの管に放射してインク液中の粒子の移動速度を測定することで取得することができる。あるいは流量センサーを用いて単位時間あたりの流量を取得し、当該流量と上流側分岐流路２３ｂの断面積とから流速を取得することもできる。

基準印刷時に対して通常印刷時は、例えば図３に示すようにピエゾ素子２２２のポンプ機能と補助的にポンプ２５のポンプ機能とによって流路中をインクが移動する。通常印刷時は印刷画像データによって吐出される量が一定ではないので、ピエゾ素子によるポンプ機能だけでは上流側分岐流路２３ｂの流速も変動しうる。そこで制御部１０は、ピエゾ素子の吐出動作に起因する一定でない流速を、ポンプ２５のポンプ機能で可変に補うことによって、上流側分岐流路２３ｂの平均的な流速が所定値Ｖｂとなるようにポンプ２５を制御する。その結果、通常印刷時においても上流側分岐流路２３ｂの平均的な流速を所定値Ｖｂにすることができる。

印刷実行時に対して非印刷実行時（例えば通常印刷が始まる前のイニシャライズ動作時や、メンテナンス動作時等であって、ノズル２２１からインク滴が吐出されない状態の場合）には、ノズル２２１からインク滴を吐出することなく流路内にインクを循環させるために制御部１０はポンプ２５を動作させる。また、非印刷実行時には、キャップ２２６でノズル面２２０を覆い押圧する場合と、押圧しない場合とに分けられる。非押圧時・押圧時ともに、制御部１０は上流側分岐流路２３ｂでの流速が所定値Ｖｂ以上となるようにポンプ２５の出力を制御する。非押圧時には、所定値Ｖｂ以上でかつノズル２２１のメニスカス限界を超えない範囲の流速となるように制御部１０はポンプ２５の出力を制御する。押圧時には、キャップ２２６によってノズル面２２０が押圧されるため制御部１０は非押圧時よりもさらにポンプ出力を増加させ上流側分岐流路２３ｂの流速を速めることができる。すなわち、押圧時にはメニスカス限界を超える圧力となるような流速にすることができる。このように非印刷実行時には印刷実行時よりも上流側分岐流路２３ｂの流速を速めて所定値Ｖｂ以上とすることで、インクに含まれる成分の沈降を解消し沈降物の滞留を防止できる。また、押圧時は非押圧時よりも流速を大きくすることができるので、非押圧時よりさらに沈降を解消しやすい。

また、インクの種類に応じてインクの使用頻度が異なる。本実施形態では制御部１０は、使用頻度が第一の頻度であるインクに対応するポンプ２５の出力は、使用頻度が第一の頻度より高い第二の頻度であるインクに対応するポンプ２５の出力より大きくなるように制御している。例えば、ブラックインクとイエローインクとではブラックインクの方が高頻度で使用されるとする。制御部１０は非印刷実行時のキャップ押圧時において、イエローインクの上流側分岐流路２３ｂの流速が、ブラックインクの上流側分岐流路２３ｂの流速よりも速くなるようにイエローインクのポンプ２５の出力をブラックインクのポンプ２５の出力より大きくなるように制御する。なおその場合も、ブラック、イエロー両方のインクの上流側分岐流路２３ｂの流速は所定値Ｖｂ以上となるように両方のポンプ２５は制御される。このように使用頻度に応じてポンプ２５の出力を可変にすることにより、より効率的に流路内の沈降を解消し沈降物の滞留を防止することができる。

２．他の実施形態
尚、本発明の技術的範囲は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、前記実施形態では、上流側分岐流路２４ｂの断面積がどのインクについても同一である構成を説明したが、使用頻度が第一の頻度であるインクに対応する上流側分岐流路２３ｂの断面積は、使用頻度が第一の頻度より高い第二の頻度であるインクに対応する上流側分岐流路２３ｂの断面積より小さくてもよい（分岐流路の本数は各インクで同じであるとする）。流量が同じであれば断面積が小さいほど流速が速くなる。したがって例えばブラックインクよりイエローインクの方が低頻度で使用されることが予め把握できている場合、イエローインクの上流側分岐流路２３ｂの断面積がブラックインクの上流側分岐流路２３ｂの断面積より小さくなるように各インクの管を成型する（ただし、管の内径がインクに含有される最大粒子の直径の数倍以上等のように、管の内径や断面積の下限値も考慮する必要がある）。その結果、ポンプ２５の出力が同じであってもイエローインクの上流側分岐流路２３ｂの流速をよりブラックインクより速くすることができる。むろんこの場合もポンプ２５の出力を可変にしてもよい。

また、前記実施形態では、インクの使用頻度によって各インクのポンプ２５の出力を変える構成を説明したが、放置時間に応じてポンプ２５の出力を変えるようにしてもよい。すなわち、インクが流路内を循環しない状態で放置された時間が長いインクほど、ポンプ２５の出力を増加させるように制御部１０はしてもよい。例えば最後にインク滴を吐出あるいはポンプ２５を動作させた日時（時刻）からの経過時間をカウントする機能を備えることにより、各インクの放置時間を制御部１０は取得することができる。
なお、インクの種類（溶媒や色材の種類）に応じて、沈降しやすさや固形化しやすさ等が異なるので、沈降しやすいあるいは固形化しやすいという特徴を有するインクについてはよりポンプ２５の出力を増加させ流速を速めるようにしてもよい。

また、前記実施形態では、非印刷実行時の例として、通常印刷前のイニシャライズ動作時や、メンテナンス動作時を挙げたが、それらに限らない。複数のインクのうち、例えば、プリンター全体としては印刷動作時であっても、使用していないインク（インク滴を吐出していないインク）がある場合、その使用していないインクに関しては非印刷実行状態であるとして制御部１０はポンプ２５の出力を増加させるようにしてもよい。

また、前記実施形態では非印刷実行時をキャップ２２６による押圧時と非押圧時とに分けてポンプ２５の出力を制御することを説明したが、非印刷実行時には常にキャップ２２６がノズル面２２０を押圧する構成であれば、非印刷実行時のポンプ２５の出力をキャップ２２６の有無によって可変にしなくてもよい。

また、前記実施形態では通常印刷時においてはポンプ２５のポンプ機能とピエゾ素子２２２のポンプ機能との両方が作用する構成を説明したが、通常印刷時はポンプ２５のポンプ機能は停止させていてもよい。
なお、駆動素子はノズルからインク的を吐出することができればよく、ピエゾ素子に限定されない。

１：インクジェットプリンター（画像形成装置）、１０：制御部、２０：流路セット、２１：インクタンク（タンク）、２２：吐出ユニット、２３：上流側管、２３ａ：上流側主流路、２３ｂ：上流側分岐流路、２４：下流側管、２４ａ：下流側主流路、２４ｂ：下流側分岐流路、２５：ポンプ、２２０：ノズル面、２２１：ノズル、２２２：ピエゾ素子、２２３：インク室、２２５：共通インク室、２２６：キャップ

Claims (6)

1. 吐出液をノズルから吐出する駆動素子を有する複数の吐出ユニットに供給する吐出液の循環型の流路ユニットと、前記吐出ユニットと、を備える画像形成装置であって、
   前記吐出ユニットは、
   前記吐出液を貯留するタンクと、
   前記タンクから前記吐出ユニットに前記吐出液を移送する上流側流路であって、主流路と前記主流路から下流側に分岐し前記吐出ユニットと接続している分岐流路とを有する上流側流路を構成する上流側管と、
   前記ノズルから吐出されなかった前記吐出液を前記吐出ユニットから前記タンクに回収する下流側流路を構成する下流側管と、
   前記タンクと前記上流側管と前記吐出ユニットと前記下流側管とで構成される循環流路に前記吐出液を循環させるポンプと、
   前記分岐流路における前記吐出液の流速が所定値以上となるように前記ポンプの出力を制御する制御部と、を備え、
   前記タンクと前記吐出ユニットと前記上流側管と前記下流側管と前記ポンプとは前記吐出液の種類毎に設けられており、
   使用頻度が第一の頻度である前記吐出液に対応する前記ポンプの出力は、前記使用頻度が前記第一の頻度より高い第二の頻度である前記吐出液に対応する前記ポンプの出力より大きい、
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記制御部は、非印刷実行時において前記流速が前記所定値以上となるように前記ポンプの出力を印刷実行時より増加させる、
   請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記所定値は、前記ポンプを停止させた状態で、所定印刷速度および所定記録密度でドットを印刷媒体に記録する場合の、前記分岐流路における流速である、
   請求項１または請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記分岐流路は前記主流路より断面積が小さい、
   請求項１〜請求項３のいずれかに記載の画像形成装置。
5. 前記吐出ユニットには、前記ノズルの開口が形成されたノズル面と密着して前記ノズル面を押圧するキャップが備えられ、
   前記制御部は、前記キャップによる前記ノズル面の押圧時においては非押圧時より前記ポンプの出力を増加させる、
   請求項１〜請求項４のいずれかに記載の画像形成装置。
6. 前記使用頻度が前記第一の頻度である前記吐出液に対応する前記分岐流路の断面積は、前記使用頻度が前記第二の頻度である前記吐出液に対応する前記分岐流路の断面積より小さい、
   請求項５に記載の画像形成装置。

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