JP6107572B2 - 液体吐出装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体を吐出する吐出面が形成された液体吐出ヘッドを有する液体吐出装置に関する。

特許文献１のプリンタは、装置を搬送するに当たってポンプがタンク内からインクを排出するように構成されている。装置の搬送時にヘッドからインクが漏れ出すのを防ぐためである。

特開平１１−９１１２４号公報

タンク内の液体を排出する際、ヘッド内に液体を残留させることが必要となる場合がある。例えば、メニスカスが破壊されたり、ヘッド内に空気が流入したりするのを避けるためである。一方、ヘッドから液体が漏れない状態にすることを考慮すると、液体をあまり多く残留させるのも好ましくない。したがって、液体の残量にはある程度の精度が要求される。ところが、ポンプを使って液体を排出すると、液体の残量に要求される精度を大きく逸脱するおそれがある。

本発明の目的は、タンク内から液体を排出する際に液体の残量に要求される精度を満たしやすい液体吐出装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の観点によると、液体吐出装置は、液体を吐出する吐出口と、前記吐出口に液体を供給する供給流路と、前記供給流路内の液体に吐出エネルギーを印加して前記吐出口から液体を吐出させるアクチュエータとを有する液体吐出ヘッドと、１回の駆動ごとに所定の単位量の液体を前記吐出口から吐出させるように前記アクチュエータを駆動する駆動手段と、前記液体吐出ヘッドと接続され、前記アクチュエータが前記吐出口から液体を吐出させるのに応じて、吐出量に対応する量の液体を前記供給流路に供給するタンクと、前記タンク内の液体を前記供給流路内に流入させるポンプと、前記駆動手段のみ、あるいは、前記ポンプ及び前記駆動手段を制御することにより、前記タンク内のすべての液体を前記供給流路に向けて流出させる流出制御を実行する流出制御手段とを備えており、前記流出制御における前記駆動手段による前記アクチュエータの駆動回数が、前記流出制御後の前記供給流路内に所定の範囲内の残量で液体が残留するように調整されている。

本発明の液体吐出装置によると、タンクからの液体の排出に駆動手段が使用されており、駆動手段によるアクチュエータの駆動回数が、供給流路内の液体の残量が所定の範囲内となるように調整されている。アクチュエータは、供給流路内の液体に直接吐出エネルギーを印加する。このため、外部からヘッドへと液体を流入させるポンプと比べて精度よく所定の単位量の液体を吐出口から吐出させることができる。したがって、アクチュエータの駆動回数を調整することにより、供給流路内の液体の残量を精度よく調整することができる。

また、本発明においては、前記タンクから前記ポンプを介して前記供給流路に達する第１の液体流路と、前記タンクから前記ポンプを介さずに前記供給流路に達する第２の液体流路とをさらに備えており、前記第１の液体流路と前記タンクとの第１の連通部が、前記第２の液体流路と前記タンクとの第２の連通部より下方の前記タンクの底部付近に配置されており、前記流出制御が、前記タンク内の液面が前記第２の連通部に達した後、前記第１の連通部に達するまでの期間に、前記ポンプを駆動する制御であることが好ましい。これによると、第２の連通部が第１の連通部より上方にあるため、第２の連通部に液面が達してからは、第１の連通部から第１の液体流路を介して液体を排出しなければならない。したがって、流出制御では、液面が第２の連通部に達した後、第１の連通部に達するまでの間、ポンプを駆動して液体を排出する。

また、本発明においては、前記流出制御が、前記タンク内の液面が前記第１の連通部に達した後から制御終了までの期間に前記駆動手段を駆動する制御であることが好ましい。これによると、液面が第１の連通部に達するとタンク内の液体がすべて流出したことになるため、後は、駆動手段を駆動して精度よく吐出口から液体を吐出させる。

また、本発明においては、前記流出制御が、制御開始から前記タンク内の液面が前記第２の連通部に達するまでの期間に前記駆動手段を駆動する制御であることが好ましい。これによると、液面が第２の連通部に達するまでは、駆動手段を駆動して精度よく吐出口から液体を吐出させることができる。

また、本発明においては、前記タンクと接続された、液体を貯留する別のタンクと、前記タンク内の液体の量が所定の範囲内に維持されるように前記別のタンクから前記タンクへと液体を流入させる液体量維持手段とをさらに備えており、前記流出制御が、前記液体量維持手段によって前記タンク内の液体の量が維持された状態から開始する制御であり、前記流出制御が実行される期間に、前記液体量維持手段が前記タンク内の液体の量の維持を停止していることが好ましい。これによると、タンク内の液体量が維持された状態から流出制御を開始するので、供給流路内の液体の残量が所定の範囲内になるまでに排出しなければならない液体の目標排出量を設定しやすい。

本発明の一実施形態に係るインクジェットヘッドが適用されるインクジェットプリンタの内部構造を示す概略側面図である。 キャップ部及びキャップ移動機構の構成を示す概略正面図である。 インク供給機構及びヘッドの構成を示す概念図である。 サブタンクの縦断面及びその内部構成図並びに周辺構成図である。 ヘッド本体の平面図である。 （ａ）図５の一点鎖線に囲まれた領域の拡大図である。（ｂ）図５（ａ）のＶｂ−Ｖｂ線断面図である。（ｃ）図６（ｂ）の一点鎖線に囲まれた領域の拡大図である。 コントローラとその制御対象の構成を示す機能ブロック図である。 サブタンク及びヘッドからインクを抜き取る抜き取り処理のフロー図である。

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。

先ず、図１を参照し、本発明に係る液体吐出装置の一実施形態としてのインクジェットプリンタ１０１の全体構成について説明する。

プリンタ１０１は、直方体形状の筐体１０１ａを有する。筐体１０１ａの天板上部には、排紙部３１が設けられている。筐体１０１ａの内部空間は、上から順に空間Ａ，Ｂ，Ｃに区分できる。空間Ａ，Ｂには、給紙部１ｃから排紙部３１に向かう用紙搬送経路が形成されており、図１に示す黒太矢印に沿って用紙Ｐが搬送される。空間Ａでは、用紙Ｐへの画像形成と、用紙Ｐの排紙部３１への搬送が行われる。空間Ｂでは、用紙Ｐの搬送経路への給紙が行われる。空間Ｃからは、空間Ａのヘッド１に対してインクが供給される。

空間Ａには、ブラックインクを吐出するヘッド１、ヘッド１の下面１ａを覆うキャップ部７、搬送機構８、用紙センサ３２、及び、コントローラ２００等が配置されている。コントローラ２００は、プリンタ各部の動作を制御して、プリンタ１０１全体の動作を司る。

搬送機構８は、用紙Ｐをガイドする２つのガイド部９ａ，９ｂと、プラテン５とを含んでいる。２つのガイド部９ａ，９ｂは、プラテン５を挟んで配置されている。搬送方向上流側のガイド部９ａは、３つのガイド１８ａと３つの送りローラ対２２〜２４とを有し、給紙部１ｃとプラテン５とを繋ぐ。ガイド部９ａは、画像形成用の用紙Ｐをプラテン５に向けて搬送する。搬送方向下流側のガイド部９ｂは、３つのガイド１８ｂと４つの送りローラ対２５〜２８とを有し、プラテン５と排紙部３１とを繋ぐ。ガイド部９ｂは、画像形成後の用紙Ｐを、排紙部３１に向けて搬送する。

ヘッド１は、インクを吐出する複数の吐出口１０８（図４参照）を有している。吐出口１０８は、下面１ａ（以下、吐出面１ａとする）に開口している。ヘッド１は、ヘッドホルダ１３を介して筐体１０１ａに支持されている。

ヘッド１の側面には、図２に示すようにキャップ部７が設けられている。キャップ部７は、平面視で吐出面１ａの外周を取り囲む環状の弾性部材である。キャップ部７の下端は下方に向かって先細りに突出している。キャップ部７は、キャップ移動機構１６１により上下に昇降可能である。キャップ移動機構１６１は、複数のギアと、これらのギアを駆動する駆動モータとを有している。キャップ部７は、ギアによって駆動されることで鉛直方向に昇降する。この昇降によって、キャップ部７は、下端が吐出面２ａよりも上方に位置した上昇位置（破線の位置）と、下端が吐出面２ａよりも下方に位置した下降位置（実線の位置）とを取り得る。下降位置においては、図２に示すように、下端がプラテン５の上面と当接する。これによって、吐出口１０８の下方の空間が、吐出面１ａ自身、プラテン５及びキャップ部７によって取り囲まれる。したがって、この空間内の空気と外気との流通が抑制され、吐出口１０８近傍におけるインクの乾燥が抑制される。コントローラ２００は、画像記録の際にはキャップ部７が上昇位置に配置され、プリンタ１０１の電源がオフにされた際などには下降位置に配置されるようにキャップ移動機構１６１を制御する。

用紙センサ３２は、送りローラ対２４の上流側に配置され、搬送される用紙Ｐの先端を検知する。このとき出力された検知信号は、用紙Ｐへの画像形成の際に、ヘッド１の駆動と搬送機構８の駆動の同期に用いられる。これにより、所望の解像度と速度で画像が形成されることになる。

空間Ｂには、給紙部１ｃが配置されている。給紙部１ｃは、給紙トレイ２０及び給紙ローラ２１を有する。このうち、給紙トレイ２０が、筐体１０１ａに対して着脱可能である。給紙トレイ２０には、複数の用紙Ｐが収納可能である。給紙ローラ２１は、給紙トレイ２０内で最も上方の用紙Ｐを送り出す。

ここで、副走査方向とは、用紙Ｐが送りローラ対２３〜２５によって搬送される搬送方向Ｄ（図１中矢印Ｄ方向）と平行な方向であり、主走査方向とは、水平面に平行且つ副走査方向に直交する方向である。

空間Ｃには、ブラックインクを貯留するカートリッジ４が、筐体１０１ａに対して着脱可能に配置されている。カートリッジ４は、図３に示すように、インク供給機構６を介してヘッド１と接続されている。インク供給機構６は、カートリッジ４からのインクを一時的に貯留するサブタンク４０と、インクチューブ等からなるインク流路６１〜６３と、ポンプ５１及び５２とを有している。ポンプ５１及び５２は、コントローラ２００による制御に従い、ポンプ駆動回路１５２によって駆動される（図７参照）。

サブタンク４０は、図４に示すように、インクを貯留するインク室４０ａを内部に有している。サブタンク４０の外壁には孔４２〜４４が形成されており、これらの孔を介してインク室４０ａと外部とが連通している。孔４２は、インク室４０ａの底面に形成されており、ポンプ５１を介してインク流路６１（第１の液体流路）と連通している。孔４２は、本発明の第１の連通部に対応する。孔４３はインク流路６２（第２の液体流路）と連通している。孔４３は、本発明の第２の連通部に対応する。孔４３は、インク室４０ａの底面より上方に配置されている。孔４４は、切り替え弁５４を介して大気とインク室４０ａとを連通させる。切り替え弁５４は、コントローラ２００によって制御され、孔４４を介してインク室４０ａが大気連通した状態とこの連通が遮断された状態とを切り替える。

インク室４０ａ内には、フロート４５が設けられている。フロート４５は、単位体積当たりの質量がインクより小さくなるように構成されており、インク室４０ａ内のインクの液面Ｓｉ付近に浮遊する。フロート４５は回転軸４５ａを有している。回転軸４５ａは、フロート４５が図４の矢印Ｒ方向に回転可能にサブタンク４０の筐体に支持されている。これにより、フロート４５は、インク室４０ａ内のインクの量に応じて液面Ｓｉが上下すると、これに連動してＲ方向に回転移動する。サブタンク４０には、フロート４５の位置を検出することにより液面Ｓｉの位置を検出可能な液面センサ４６が設けられている。

カートリッジ４は、図３に示すように、インク流路６３を介してサブタンク４０と接続されている。ポンプ５２は、インク流路６３内に圧力を印加して、カートリッジ４からサブタンク４０へとインクを流入させる。

サブタンク４０とヘッド１とは、インク流路６１及び６２を介して互いに接続されている。インク流路６１及び６２は、インクチューブや、内部に流路が形成された樹脂製の流路部材などから構成される。インクチューブ内の流路と流路部材の流路とが互いに連結されることにより、インク流路６１やインク流路６２が構築されている。

インク流路６１は、図３及び図４に示すように、サブタンク４０から、ポンプ５１を介してヘッド１へと向かい、ヘッド１側の連通口７１ａに接続されている。ポンプ５１は、インク流路６１内に圧力を印加して、サブタンク４０からヘッド１へとインクを流入させる。また、ポンプ５１は、インク流路６１内をインクが流通しないように遮断する遮断状態と、インク流路６１内をインクが流通可能な流通状態とを切り替えることができる。

一方、インク流路６２はポンプを介さずにヘッド１へと向かっている。インク流路６２は、途中で流路を複数本に分岐させ、ヘッド１側の連通口７１ｂと接続されている。インク流路６２は、ポンプ５１がインク流路６１を遮断状態にしたときであって、切り替え弁５４が孔４４を介してインク室４０ａを大気連通させた場合に、ヘッド１内のインクが消費されるのに応じてインク室４０ａ内のインクを自然にヘッド１へと流入させる。

次に、図３、図５及び図６に基づいて、ヘッド１の構成についてより詳細に説明する。ヘッド１は、図３に示すように、インク流路７１が内部に形成されたリザーバユニット２と、インク流路７２（供給流路）が内部に形成されたヘッド本体３とを有している。なお、インク流路７１及び７２によって構成されるヘッド１内の流路全体は、本発明における供給流路に対応する。リザーバユニット２は、複数枚の金属プレートが積層された積層体から構成されている。これらの金属プレートにはインク流路７１の一部を構成する各貫通孔が形成されており、貫通孔同士が積層体内において連通してインク流路７１を構成している。

インク流路７１は、リザーバユニット２の上面の開口である連通口７１ａを介してインク流路６１と連通しており、同様に、連通口７１ｂを介してインク流路６２と連通している。また、インク流路７１は、リザーバユニット２の下面の開口である連通口７１ｃを介してヘッド本体３側のインク流路７２と連通している。

ヘッド本体３は、内部にインク流路７２が形成された流路ユニット１１と、インク流路７２内のインクに圧力を印加するアクチュエータユニット１９とを有している。流路ユニット１１は、略同一サイズの矩形状の９枚の金属プレート１２２，１２３，１２４，１２５，１２６，１２７，１２８，１２９，１３０（図６（ｂ）参照）を互いに積層し接着した流路部材である。図３及び図５に示すように、流路ユニット１１の上面には、開口１０５ｂが形成されている。開口１０５ｂは、フィルタ７３を介して、リザーバユニット２側のインク流路７１の連通口７１ｃと連通している。フィルタ７３は、インク流路７１のインクが連通口７１ｃから開口１０５ｂを介してインク流路７２へと流れ込む際に、インク中の異物等をろ過する。

インク流路７２は、図５及び図６（ａ）〜図６（ｃ）に示すように、開口１０５ｂを一端に有するマニホールド流路１０５、マニホールド流路１０５から分岐した副マニホールド流路１０５ａ、及び、副マニホールド流路１０５ａの出口から圧力室１１０を介して吐出口１０８に至る個別インク流路１３２を含んでいる。なお、図６（ａ）では、アクチュエータユニット１９の下側にあって点線で示すべき圧力室１１０及びアパーチャ１１２を実線で示している。

アクチュエータユニット１９は、図５に示すように、それぞれ台形の平面形状を有し、流路ユニット１１の上面において２列の千鳥状に配置されている。また、図６（ａ）に示すように、流路ユニット１１の上面には、圧力室１１０が略菱形形状に多数開口している。当該開口は、流路ユニット１１の各アクチュエータユニット１９が対向する台形領域内に形成されている。流路ユニット１１の下面（吐出面１ａ）には、圧力室１１０と同数の吐出口１０８が開口している。

アクチュエータユニット１９は、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系セラミックスであり、図６（ｃ）に示すように、３枚の圧電層１４１〜１４３から構成されている。最上層の圧電層１４１は、上面に複数の個別電極１３５が形成され、厚み方向に分極されている。個別電極１３５の先端部には、個別ランド１３６が形成されている。圧電層１４２の上面には、共通電極１３４が全体的に形成されている。共通電極１３４は、常にグランド電位にある。個別ランド１３６を通じて個別電極１３５に電圧信号が供給され、共通電極１３４と個別電極１３５間に分極方向の電界が生じると、両電極間の圧電層１４１（駆動活性部）が面方向に縮む。圧電層１４２、１４３は、自発的に変形しないので、圧電層１４１との間に歪み差が生じる。これにより、個別電極１３５と圧力室１１０とに挟まれた部分が、圧力室１１０に向かって突出（ユニモルフ変形）する。

ヘッド１は、さらに、アクチュエータユニット１９を駆動するヘッド駆動回路１５１（駆動手段）等の電子部品を有している。ヘッド駆動回路１５１は、コントローラ２００からの制御信号に基づき、アクチュエータユニット１９を駆動する駆動信号を生成する。駆動信号は、個別ランド１３６を通じて個別電極１３５に選択的に供給される。個別電極１３５に駆動信号が供給されると、共通電極１３４と個別電極１３５の間に電位差が生じる。これによってその個別電極１３５に対応する部分がユニモルフ変形し、その個別電極１３５に対応する圧力室１１０内のインクに圧力が印加される。

本実施形態では、インクの吐出に際して、引き打ち法が採用されている。引き打ち法による駆動信号は、１つ又は複数個の電圧パルスを含んでいる。この駆動信号が個別電極１３５に供給されると、インクを吐出しないときには個別電極１３５がプラスの所定電位に維持される。インクを吐出するときには、電圧パルスによって個別電極１３５が一旦グランド電位になり、その後所定のタイミングにて再び所定電位に戻る。この際、個別電極１３５がグランド電位になるタイミングで圧力室１１０内のインクに負圧が印加されると共に、個別電極１３５が所定電位に戻るタイミングで圧力室１１０内のインクに正圧が印加される。そして、電圧パルスは、最初の負圧の印加によって圧力室１１０内のインクに生じた振動が正圧のピークを迎えるタイミングで、個別電極１３５が所定電位に戻るように調整されている。したがって、最初の負圧の印加に起因した正圧のピークに重畳して、次の正圧が印加されるため、圧力室１１０内のインクに効率よく圧力が印加される。これにより、吐出口１０８から効率よくインク滴が吐出される。

このように、アクチュエータユニット１９には、圧力室１１０ごとにアクチュエータが作り込まれている。各アクチュエータは、独立してインクに吐出エネルギーを付与できる。したがって、駆動信号に含まれる電圧パルス１個当たりに吐出されるインクの単位量は、電圧パルスの形状が同じである限り、高い精度で均一になる。一実施例によれば、インクの吐出量の誤差は、±２％以内である。以下、１個の電圧パルスが個別電極１３５に供給されることによってアクチュエータユニット１９が１回駆動されるものとする。また、この１回の駆動によってインクが１回吐出されるものとする。なお、１印字周期当たりの駆動をアクチュエータユニット１９の１回の駆動としてもよい。このときの印字周期とは、印刷解像度に応じた所定の単位距離だけ搬送機構８が用紙Ｐを搬送するのに要する時間である。

次に、コントローラ２００による各部の制御について、図７及び図８を参照しつつより詳細に説明する。コントローラ２００は、図７に示すように、外部装置（プリンタ１０１と接続されたＰＣ等）から供給された記録指令（画像データなど）に基づいて画像記録動作を制御する印刷制御部２０１と、画像記録動作以外のタイミングでヘッド１からインクを流出させる流出制御部２０２と、カートリッジ４からサブタンク４０へのインクの供給を制御する供給制御部２０３とを有している。

印刷制御部２０１は、記録指令を受けると、給紙部１ｃ、及び、搬送機構８（送りローラ対２２〜２８）を駆動する。図１の太い矢印に沿って給紙トレイ２０から送り出された用紙Ｐは、上流側ガイド部９ａによりガイドされプラテン５上に送られる。用紙Ｐがヘッド１の真下を副走査方向（図１の用紙搬送方向Ｄ）に通過する際に、印刷制御部２０１は、ヘッド駆動回路１５１を制御して、記録指令に応じた画像が用紙Ｐ上に形成されるように、ヘッド１を駆動させる。この制御により、ヘッド１の吐出口１０８からインクが吐出され、用紙Ｐ上に、所望の画像が形成される。このとき、インクの吐出タイミングは、用紙センサ３２からの検知信号に基づいて制御される。画像が形成された用紙Ｐは、下流側ガイド部９ｂによりガイドされつつ図１の太い矢印に沿って搬送され、筐体１０１ａの上部から排紙部３１に排出される。

供給制御部２０３は、液面センサ４６によるサブタンク４０内の液面Ｓｉの検出結果に基づき、ポンプ駆動回路１５２を制御して、ポンプ５２にカートリッジ４からサブタンク４０へとインクを供給させる。供給制御部２０３は、サブタンク４０内の液面Ｓｉの位置が所定の範囲（図４のＨ１で示す位置付近）に維持されるようにポンプ駆動回路１５２を制御する。これにより、画像記録動作等によってサブタンク４０内のインクが消費されても、消費量に応じた量のインクがカートリッジ４からサブタンク４０へと供給される。したがって、サブタンク４０内のインクの量がほぼ一定に維持される。なお、液面センサ４６の検出結果に基づき供給制御部２０３がポンプ５２を制御してサブタンク４０内のインクの量を維持する機能が、本発明における液体量維持手段の機能に対応する。

流出制御部２０２は、ヘッド１からインクを流出させる３種類の処理を実行する。第１の処理はフラッシング処理である。フラッシング処理は、画像記録とは関係なく、ヘッド駆動回路１５１を制御することで、吐出口１０８からインクを吐出させる処理である。これにより、乾燥して粘度が上昇したインクがヘッド１から排出され、吐出口１０８の吐出性能が改善する。フラッシング処理によってサブタンク４０内のインクが消費されても、供給制御部２０３の制御により、消費量に応じた量のインクがカートリッジ４から供給される。

第２の処理はパージ処理である。パージ処理は、ポンプ駆動回路１５２を制御することで、サブタンク４０からのインクを、インク流路６１を介してヘッド１へと流入させる。これにより、ヘッド１内のインクが吐出口１０８から排出される。パージ処理は、フラッシング処理と同様、乾燥して粘度が上昇したインクを排出し、吐出口１０８の吐出性能を改善させるために実行される。パージ処理によってサブタンク４０内のインクが消費されても、供給制御部２０３の制御により、消費量に応じた量のインクがカートリッジ４から供給される。

第３の処理は、サブタンク４０とヘッド１からインクを抜き取る抜き取り処理（本発明の流出制御に対応する処理）である。この処理は、プリンタ１０１を輸送したり、プリンタ１０１を使用しない状態で長期間保管したりするために実行される。輸送や保管は、キャップ部７が下降位置にあるとき（図２の実線のとき）に行われることになる。したがって、ヘッド１に多少、インクが残っていて、輸送等の際に吐出口１０８からインクが漏れたとしても、吐出面１ａ、キャップ部７及びプラテン５によって取り囲まれた空間内に漏れたインクが保持される。しかし、ヘッド１に多量にインクが残っている場合には、漏れたインクをキャップ部７が保持しきれなくなり、キャップ部７とプラテン５の間からインクが漏れ出すおそれがある。漏れ出したインクは、装置内の各部を汚染するおそれがある。

このため、抜き取り処理では、供給制御部２０３による液面Ｓｉの維持制御が停止されると共に、ヘッド１に供給するためのインクを多量に貯留したサブタンク４０からすべてのインクが排出される。一方、ヘッド１からは、ある程度インクが残留するようにインクが抜き取られる。ヘッド１内にインクを残留させるのは、ヘッド１からインクをすべて抜き取ってしまうと、吐出口１０８においてメニスカスが破壊されたり、ヘッド１内に空気が流入したりするおそれがある。この場合、プリンタ１０１を再使用する際に、吐出口１０８の吐出性能が低下するためである。

ヘッド１内のインクの残量は、再使用時の吐出特性を考慮すると、流路ユニット１１内にインクが充満していることが好ましい。より詳しくは、リザーバユニット２と流路ユニット１１との境界に配置されたフィルタ７３から吐出口１０８までを繋ぐインク流路７２内の全域にインクが充満している程度が好ましい。つまり、図３の二点鎖線の範囲内に充満する程度にインクを残留させる程度である。ただし、流路ユニット１１内にちょうど充満するようにインクの残量を厳密に調整するのは通常、困難である。このため、ヘッド１内のインクの残量は、上記の最適な条件より多少前後せざるを得ない。リザーバユニット２側のインク流路７１にインクがある程度残留する場合もあるし、流路ユニット１１内にインクが充満した状態にならない場合もある。しかしながら、上記の通り、あまり多くのインクを残留させると上記の通り吐出口１０８からのインクの漏れ出しが問題になるし、インクの残量が少ないと再使用時の吐出特性が問題になる。したがって、ヘッド１内のインクの残量には、上限と下限が要求される。一実施例によれば、上限は８ｍｌ、下限は１ｍｌとなる。

ところで、従来の方法に従えば、抜き取り処理では、上記のパージ処理と同様に、ポンプ５１の駆動によってサブタンク４０とヘッド１からインクを排出させることになる。しかしながら、この場合、外部からヘッド１へとインクを流入させることで吐出口１０８からインクを排出させるため、インクの排出量を精度よく調整することが難しい。一実施例によれば、ポンプ５１の駆動によるインクの排出量には±１０％程度の誤差が生じる。抜き取り処理においてはサブタンク４０からすべてのインクを排出させるので、インクの排出量には、少なくともサブタンク４０の容量の±１０％程度の誤差が生じることになる。これに対し、ヘッド１のインク残量には、上記の通り、下限及び上限が要求される。ポンプ５１の駆動のみによってヘッド１からインクを排出した場合、上記の例によれば、±１０％程度の排出量の誤差により、インクの残量が許容範囲１〜８ｍｌを逸脱するおそれがある。

そこで、流出制御部２０２（流出制御手段）は、フラッシング処理と同様に、ヘッド駆動回路１５１にアクチュエータユニット１９を駆動させることによって、ヘッド１からインクを排出させる。このように吐出口１０８からインクを吐出させる場合、インクの吐出量の誤差は、上記の例によれば±２％以内である。したがって、ポンプ５１の駆動によってインクを排出させる場合よりも排出量を精度よく調整できる。このため、インクの残量が許容範囲内に納まりやすい。

さらに、本実施形態の流出制御部２０２は、アクチュエータユニット１９の駆動とポンプ５１の駆動とを併用して抜き取り処理を実行する。これは、図４に示すように、インク流路６２とインク室４０ａとの連通部である孔４３がサブタンク４０の底面より上方に配置されているためである。アクチュエータユニット１９の駆動の際は、上述の通りインク流路６２を介して、サブタンク４０からインクが流出する。したがって、アクチュエータユニット１９の駆動のみによってインクを排出しようとしても、サブタンク４０内では、孔４３の位置までしかインクが排出されないためである。

以上に基づき、本実施形態の流出制御部２０２は、ヘッド駆動回路１５１とポンプ駆動回路１５２を以下のように制御することで、抜き取り処理を実行する。抜き取り処理の流れを図８に従って説明する。まず、流出制御部２０２は、サブタンク４０内の液面Ｓｉが図４のＨ１付近に位置している状態から処理を開始する。液面ＳｉがＨ１付近にあるのは、上記の通り、供給制御部２０３の制御によって液面の位置が維持されているためである。次に、流出制御部２０２は、液面Ｓｉが孔４３の位置であるＨ２に至るまで、ヘッド駆動回路１５１を制御することでヘッド１からインクを排出させる（Ｓ１）。

このときのインクの目標排出量（以下、「Ｓ１の目標排出量」とする）は、サブタンク４０内の液面ＳｉがＨ１からＨ２まで下降するのに応じた一定量である。したがって、流出制御部２０２は、この一定量に応じた所定の回数だけ吐出口１０８からインクを吐出させるようにあらかじめ設定されている。このように、インクの吐出回数（つまり、アクチュエータユニット１９の駆動回数）をあらかじめ設定できるのは、供給制御部２０３によって液面ＳｉがＨ１に維持された状態から抜き取り処理が開始されるためである。なお、実際のインク排出量には、上記の例によれば、±２％の誤差に応じたずれ（以下、「Ｓ１のずれ」とする）が発生し得る。

次に、流出制御部２０２は、液面Ｓｉが図４のＨ３の高さ、つまり、インク室４０ａの底面に達してサブタンク４０内のインクが空になるまで、ポンプ駆動回路１５２を制御してヘッド１からインクを排出させる（Ｓ２）。このときのインクの目標排出量（以下、「Ｓ２の目標排出量」とする）は、液面ＳｉがＨ２からＨ３まで下降するのに応じた一定量である。したがって、ポンプ５１は、この一定量に応じた駆動量だけ駆動される。なお、実際のインク排出量には、上記の例によれば、±１０％の誤差に応じたずれ（以下、「Ｓ２のずれ」とする）が発生し得る。

次に、流出制御部２０２は、ヘッド１内のインクの残量が所定の範囲内になるまで、ヘッド駆動回路１５１を制御することでヘッド１からインクを排出させる（Ｓ３）。Ｓ２の直後の状態ではインク流路６１及び６２内にインクが残っているため、これらの流路からすべてのインクが排出されると共に、ヘッド１内に残留させるインク以外のインクが排出される。このときのインクの目標排出量（以下、「Ｓ３の目標排出量」とする）は、インク流路６１及び６２内の全容量と、ヘッド１内の全容量からインク残量を除いた量との合計である。したがって、流出制御部２０２は、この合計の量に対応する回数だけ吐出口１０８からインクを吐出させるようにあらかじめ設定されている。吐出回数は、以下の数式で表される。なお、実際のインク排出量には、上記の例によれば、±２％の誤差に応じたずれ（以下、「Ｓ１のずれ」とする）が発生し得る。
（Ｓ３の目標排出量）＝（インク流路６１の全容量）＋（インク流路６２の全容量）＋（ヘッド１内の全容量）−（目標残量）
（吐出回数）＝（Ｓ３の目標排出量）／（１回当たりのインク吐出量）

一方で、インクの実際の排出量には上記Ｓ１〜Ｓ３のずれが生じ得ることから、インク残量の目標値は、なるべく残量が許容範囲内に納まりやすくなることを考慮し、許容範囲の中間値に設定されることが好ましい。また、吐出回数は、想定上の最大のずれが生じた場合でも、インクの残量が許容範囲を逸脱しないように設定されることが好ましい。上記の例によれば、残量の目標値は、１ｍｌ〜８ｍｌの中間値である４．５ｍｌに設定される。そして、Ｓ１〜Ｓ３において想定上の最大のずれが、目標値である４．５ｍｌと上限値又は下限値との幅である３．５ｍｌを超えなければよい。Ｓ１〜Ｓ３において最大でどの程度のずれが生じると想定するかは、測定値等に基づいて適宜、設定されればよい。例えば、Ｓ１及びＳ３においては２％のずれを最大と想定し、Ｓ２においては１０％のずれを最大と想定すると、これらのずれによって残量が許容範囲を逸脱しないためには、以下の関係が成り立てばよい。
（Ｓ１の目標排出量＋Ｓ３の目標排出量）＊０．０２＋（Ｓ２の目標排出量）＊０．１＜３．５ｍｌ

上記の関係を満たす一実施例としては、以下の構成が考えられる。例えば、Ｓ１〜Ｓ３の目標排出量の合計が４０ｍｌであるとする。このとき、仮に、この合計の目標排出量をすべてポンプ５１の駆動により賄うとすると、インクの排出量には、最大で４０ｍｌ＊０．１＝４ｍｌ（＞３．５ｍｌ）のずれが想定される。したがってこの場合、許容範囲を超えてしまう。そこで、例えば、目標排出量が、Ｓ１において２０ｍｌであり、Ｓ２において５ｍｌであり、Ｓ３において１５ｍｌであったとする。このとき、インクの排出量には、最大で（２０ｍｌ＋１５ｍｌ）＊０．０２＋５ｍｌ＊０．１＝１．２ｍｌ（＜３．５ｍｌ）のずれが想定される。したがってこの場合、インクの残量のずれが許容範囲内になる。インクの吐出回数は、Ｓ１においては２０ｍｌ／（１回当たりの吐出量）と設定され、Ｓ３においては１５ｍｌ／（１回当たりの吐出量）と設定される。

なお、最大のずれとして、Ｓ１又はＳ３においては２％を超えるずれが、Ｓ２においては１０％を超えるずれが想定されてもよい。例えば、排出量の誤差が正規分布に従うと仮定し、±２％や±１０％が１σの信頼区間に対応する場合に、２σや３σが最大のずれとして想定されてもよい。

以上説明した本実施形態によると、インクの抜き取り処理において、ヘッド駆動回路１５１の制御により、アクチュエータユニット１９を駆動することでヘッド１からインクを排出する。したがって、ポンプ５１の駆動のみによってインクを排出する場合と比べ、抜き取り処理後のヘッド１内のインク残量を精度よく調整できる。

また、本実施形態では、インクの抜き取り処理が、供給制御部２０３の制御により、サブタンク４０内のインクの液面Ｓｉが図４のＨ１の位置付近に維持された状態から開始する。したがって、上記のＳ１〜Ｓ３の合計の目標排出量を設定しやすい。

また、本実施形態では、抜き取り処理において、アクチュエータユニット１９の駆動だけでなく、ポンプ５１の駆動も併用される。しかし、ポンプ５１の駆動は、サブタンク４０内のインクの液面ＳｉがＨ２からＨ３に至るまでの間に使用されるのみである。つまり、ポンプ５１の駆動は、アクチュエータユニット１９の駆動によってはサブタンク４０内からインクを排出できない期間に限られる。したがって、排出量に誤差の多いポンプ５１の駆動が最小限になるため、抜き取り処理後のヘッド１内のインク残量を精度よく調整できる。

以上、本発明の好適な実施の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設計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、インクの抜き取り処理において、アクチュエータユニット１９の駆動とポンプ５１の駆動とを併用してサブタンク４０及びヘッド１からインクを抜き取っている。これは、上記の通り、インク流路６１及び６２の位置関係に応じ、サブタンク４０内からインクをすべて排出させるためである。しかし、サブタンク４０からインクをすべて排出させることができるのであれば、アクチュエータユニット１９の駆動のみで抜き取り処理を実行してもよい。例えば、アクチュエータユニット１９の駆動によりヘッド１からインクを排出させた際に、サブタンク４０内のインクがインク流路６１を介してヘッド１へと流入するようになっていればよい。

また、上述の実施形態では、サブタンク４０内の液面Ｓｉの位置がＨ２〜Ｈ３の範囲内にある期間に限ってポンプ５１を駆動させている。しかし、誤差が生じてもヘッド１内のインク残量が許容範囲内に納まる限度で、ポンプ５１を駆動する期間を伸ばしてもよい。

本発明に係る液体吐出装置は、プリンタに限定されず、ファクシミリやコピー機等に適用可能である。また、液体吐出装置に適用されるヘッドの数は１に限定されず、２以上であってもよい。ヘッドは、ライン式に限定されず、シリアル式でもよい。さらに、本発明に係る液体吐出装置は、インク以外の液体を吐出してもよい。

１ ヘッド
２ リザーバユニット
６ インク供給機構
１９ アクチュエータユニット
４０ サブタンク
４０ａ インク室
４２ 連通孔
４３ 連通孔
４６ 液面センサ
５１，５２ ポンプ
６１〜６３ インク流路
７１，７２ インク流路
１０１ プリンタ
１０８ 吐出口
１５１ ヘッド駆動回路
１５２ ポンプ駆動回路
２００ コントローラ
２０１ 印刷制御部
２０２ 流出制御部
２０３ 供給制御部
Ｓｉ 液面

Claims (5)

1. 液体を吐出する吐出口と、前記吐出口に液体を供給する供給流路と、前記供給流路内の液体に吐出エネルギーを印加して前記吐出口から液体を吐出させるアクチュエータとを有する液体吐出ヘッドと、
   １回の駆動ごとに所定の単位量の液体を前記吐出口から吐出させるように前記アクチュエータを駆動する駆動手段と、
   前記液体吐出ヘッドと接続され、前記アクチュエータが前記吐出口から液体を吐出させるのに応じて、吐出量に対応する量の液体を前記供給流路に供給するタンクと、
   前記タンク内の液体を前記供給流路内に流入させるポンプと、
   前記駆動手段のみ、あるいは、前記ポンプ及び前記駆動手段を制御することにより、前記タンク内のすべての液体を前記供給流路に向けて流出させる流出制御を実行する流出制御手段とを備えており、
   前記流出制御における前記駆動手段による前記アクチュエータの駆動回数が、前記流出制御後の前記供給流路内に所定の範囲内の残量で液体が残留するように調整されていることを特徴とする液体吐出装置。
2. 前記タンクから前記ポンプを介して前記供給流路に達する第１の液体流路と、
   前記タンクから前記ポンプを介さずに前記供給流路に達する第２の液体流路とをさらに備えており、
   前記第１の液体流路と前記タンクとの第１の連通部が、前記第２の液体流路と前記タンクとの第２の連通部より下方の前記タンクの底部付近に配置されており、
   前記流出制御が、前記タンク内の液面が前記第２の連通部に達した後、前記第１の連通部に達するまでの期間に、前記ポンプを駆動する制御であることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
3. 前記流出制御が、前記タンク内の液面が前記第１の連通部に達した後から制御終了までの期間に前記駆動手段を駆動する制御であることを特徴とする請求項２に記載の液体吐出装置。
4. 前記流出制御が、制御開始から前記タンク内の液面が前記第２の連通部に達するまでの期間に前記駆動手段を駆動する制御であることを特徴とする請求項２又は３に記載の液体吐出装置。
5. 前記タンクと接続された、液体を貯留する別のタンクと、
   前記タンク内の液体の量が所定の範囲内に維持されるように前記別のタンクから前記タンクへと液体を流入させる液体量維持手段とをさらに備えており、
   前記流出制御が、前記液体量維持手段によって前記タンク内の液体の量が維持された状態から開始する制御であり、
   前記流出制御が実行される期間に、前記液体量維持手段が前記タンク内の液体の量の維持を停止していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の液体吐出装置。

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