JP6407336B2 - インクジェットヘッドユニット、液体吐出装置、及び液体吐出方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、液体循環装置、液体吐出装置、および液体吐出方法に関する。

液体タンクからノズルを有する液体吐出ヘッドに液体を供給し、ノズルから液体を吐出する液体吐出装置が提供されている。この液体吐出装置において、液体タンクと液体吐出ヘッドとの間で液体を循環させ、循環型の液体吐出装置がある。この種の液体吐出装置では、液体吐出ヘッドのノズル内に生じる気泡や、当該ノズルに混入した異物を当該ノズル近傍から除去することで吐出性能を得る。例えばヘッドノズルの圧力低下を検知した場合に、液体吐出性能の低下を防止するために、液体を供給して圧力を上昇させ、圧力を調整する。

特開２０１１−１８９７０１号公報

実施形態が解決しようとする課題は、液体吐出部の液体が溢れることを防止できる液体循環装置、液体吐出装置、および液体吐出方法を提供することである。

実施形態にかかるインクジェットヘッドユニットは、液体を吐出する液体吐出部に供給される液体を保有し、前記液体吐出部と接続された液室を構成するケーシングと、前記ケーシングに液体を供給する液体供給部と、前記ケーシングの気体を加圧または減圧することにより前記液体吐出部の圧力を調整する圧力調整部と、前記圧力の変動速度に基づき、検出された前記圧力が所定圧力値以下で、前記圧力の変動速度が所定速度よりも速い場合、前記液体供給部により液体を補充し、検出された前記圧力が前記所定圧力値以下で、かつ前記所定速度よりも遅い場合、前記圧力調整部により、気体を補充し、前記液体吐出部の圧力を調整する制御部と、備える。

一実施形態に係るインクジェット記録装置の側面図。 同インクジェット記録装置の平面図。 同実施形態に係るインクジェットヘッドユニットの外観を示す斜視図。 同インクジェットヘッドユニットの外観を示す斜視図。 同インクジェット記録装置の液体の流れを示す説明図。 同インクジェットヘッドの内部構造を示す断面図。 同インクジェットヘッドのノズルにインクが留まる状態を示す説明図。 同実施形態のインクジェットヘッドのノズルからインク滴が吐出する状態を示す説明図。 同インクジェットヘッドの圧力調整機構の構成及び動作を示す説明図。 実施形態のインクジェット記録装置の制御系を示すブロック図。 同インクジェット記録装置の圧力調整処理を示すフローチャート。 同インクジェット記録装置の圧力調整における圧力値のグラフ。 他の実施形態に係るインクジェット記録装置の圧力調整処理を示すフローチャート。

以下、一実施形態にかかるインクジェット記録装置１について図１乃至図１０を参照して説明する。各図において説明のため、適宜構成を拡大、縮小または省略して示している。
図１はインクジェット記録装置１の側面図であり、図２はインクジェット記録装置１の平面図である。図３はインクジェットヘッドユニットの説明図であり、図４，５はインクジェットヘッドユニットの外観を示す斜視図である。図６は、インクジェットヘッドの内部構造を示す断面図である。図７及び図８は、インクジェットヘッドのノズルの部分の動作を示す説明図である。図９は圧力調整部３６の構成及び動作を示す説明図である。図１０は、インクジェット記録装置の制御系を示すブロック図である。
図１および図２に示すように、液体吐出装置であるインクジェット記録装置１は、液体吐出部である複数のインクジェットヘッド２及びインク循環装置３を一体に備えるインクジェットヘッドユニット４と、インクジェットヘッドユニットに供給されるインクを保有するインクカートリッジ５と、インクジェットヘッドユニットを移動可能に支持するヘッド支持部６と、記録媒体を移動可能に支持する搬送部としての記録媒体移動部７と、メンテナンスユニット８と、を備える。

図３乃至図５に示すインクジェットヘッドユニット４は、インクジェットヘッド２と、インクジェットヘッド２の上部に一体に設けられた液体循環装置としてのインク循環装置３と、を備えている。複数のインクジェットヘッドユニット４は、例えばシアンインク、マゼンダインク、イエロインク、ブラックインク、ホワイトインクが、液体として循環され、それぞれ媒体に吐出されて、所望の画像を形成する。なお、各インクジェットヘッドユニット４に使用するインクの色あるいは特性は限定されない。たとえばホワイトインクに換えて、透明光沢インク、赤外線または紫外線を照射したときに発色する特殊インク等を吐出可能である。複数のインクジェットヘッド２は、それぞれ使用するインクが異なるものの同じ構成である。したがってインクジェットヘッド２は共通の符号を用いて説明する。
図６に示すように、インクジェットヘッド２は、複数のノズルを有するノズルプレート２１と、ノズルプレート２１に対向配置されるとともにアクチュエータ２４を備える基板２２と、基板２２に接合されたマニフォルド２３と、を備える。
ノズルプレート２１は、例えばそれぞれ３００個のノズルを有する第１のノズル列及び第２のノズル列を備える。ノズルプレート２１と、基板２２と、マニフォルド２３とによって、インクジェットヘッドの内部に所定のインク流路２８を構成する。
基板２２は、ノズルプレート２１に対向して接合され、ノズルプレート２１との間に複数のインク圧力室２５を含む所定のインク流路２８を形成する所定形状に構成されている。基板２２は、各インク圧力室２５に面する部位に、アクチュエータ２４を備えている。基板２２は、同じ列の複数のインク圧力室２５の間に配される隔壁２９を備える。アクチュエータ２４は、ノズル孔２１ａに対向配置されており、アクチュエータ２４とノズル孔２１ａとの間にインク圧力室２５が形成される。

マニフォルド２３は、基板２２の上部に接合されている。マニフォルド２３は、インク循環装置３に連通する供給口２６ａ及びインク排出口２７ａを有するとともに、基板２２及びノズルプレート２１に組み付けた状態で所定のインク流路２８を形成する所定形状に構成されている。
インク流路２８は、マニフォルド２３に形成された供給口２６ａから共通流路を通ってノズル孔２１ａに連通する複数のインク圧力室２５に至るとともに、各インク圧力室２５から共通流路を通ってインク排出口２７ａに至る。

図６乃至図８に示されるアクチュエータ２４は、例えば圧電素子２４ａと振動板２４ｂを積層したユニモルフ式の圧電振動板で構成される。圧電素子は例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等の圧電セラミック材料等で構成される。振動板は例えばＳｉＮ（窒化ケイ素）等で形成される。図７に示すように、圧電素子２４ａは上下に電極２４ｃ，２４ｄを備える。

電極２４ｃ，２４ｄに電圧がかからない場合は、圧電素子５５が変形しないことから、アクチュエータ２４は変形しない。アクチュエータ２４が変形しない場合、インクの表面張力によって、ノズル孔２１ａ内にはインクＩと空気の界面であるメニスカスＭｅが形成される。メニスカスＭｅによりインク圧力室２５内のインクＩは、ノズル孔２１ａ内に留まる。

図８に示すように、電極２４ｃ，２４ｄに電圧（Ｖ）がかかると、圧電素子２４ａが変形して、アクチュエータ２４は変形する。アクチュエータ２４の変形により、メニスカスＭｅにかかる圧力が空気圧より高くなり（陽圧）、インクＩはインク滴ＩＤとなりノズル孔２１ａから吐出する。なお、大気圧をゼロとし、負圧は大気圧よりも低い圧力、陽圧は大気圧以上の圧力である。
インクジェットヘッド２は、ノズル２１ａのメニスカスＭｅにかかる圧力が大気圧以上の（陽圧）場合に、ノズル２１ａからインクＩが漏れ出る。メニスカスＭｅにかかる圧力が大気圧より低ければ（負圧）場合に、インクＩはメニスカスＭｅを維持しノズル２１ａ内に留まる。

例えばインクＩが重力方向（下向き）に吐出するようにノズル２１ａが配置されていると、インク圧力室２５内の圧力が大気圧以上の（陽圧側）場合に、インクＩはノズル２１ａから漏れ出る。また、インク圧力室２５内の圧力が−４．０ｋＰａ以下の場合には、ノズル２１ａから気泡を吸引する場合がある。この気泡の混入はインクの吐出不良を生じる原因となり得る。

インク循環装置３は、インクジェットヘッド２の供給口２６ａに連通する供給室３１と、インク排出口２７ａに連通する回収室３２と、を内部に備えるインクケーシング３３と、供給ポンプ３４と、循環ポンプ３５と、圧力調整部３６と、を備える。

インクケーシング３３は、インクＩを保有可能であり、インクジェットヘッド２にインクＩを供給する液室としての供給室３１と、インクＩを保有可能であり、インクジェットヘッド２からのインクＩを回収する液室としての回収室３２と、回収室３２と供給室３１との間に介在する共通壁３７と、を備える。インクケーシング３３は、外気に対して密閉される。

供給室３１はインク供給管２６を介してインクジェットヘッド２の供給口２６ａに連通する。供給室３１には、循環路４１に連通するインクの通路である流入孔３１ｂが形成される。また供給室３１には、第１の圧力調整機構４７の連通管路１０７に連通する連通孔３１ｃが形成されている。

回収室３２は、インク戻し管２７を介してインクジェットヘッド２のインク排出口２７ａに連通する。回収室３２に送液孔３２ｃが形成されている。回収室３２は、圧力調整部３６の第１の圧力調整部４７に連通する第１の連通孔３２ｄを備える。回収室３２はチューブを介してインクカートリッジ５１に接続されている。また回収室３２には、第２の圧力調整機構４８の連通経路１０９に連通する連通孔３２ｄが形成されている。

供給ポンプ３４は、インクカートリッジ内に保有されたインクを回収室３２に供給する。
また、供給ポンプ３４は供給室３１にインクを供給してもよい。
供給ポンプ３４は、例えば圧電ポンプである。供給ポンプ３４は、圧電素子と金属板を貼り合わせた圧電振動板がたわむことでポンプ内の容積（ポンプ室の容積）を周期的に変化させる。供給ポンプ３４は、ポンプ室の容積の変化によりインクカートリッジ５１からポンプ室にインクを搬送する。なお、供給ポンプ３４は、インクの搬送方向をインクカートリッジ５１から回収室３２への一方向のみに規制する逆止弁を備える。供給ポンプ３４は、ポンプ室の拡張と収縮を繰り返してインクカートリッジ５１から回収室３２にインクを送液する。

インク循環装置３は循環部４０を備える。循環部４０は、図５に示すように回収室３２の送液孔３２ｃから供給室３１の流入孔３１ｂに達する循環路４１と、循環路４１上に配置された循環ポンプ３５と、フィルタ４３と、を備える。循環路４１は、回収室３２の送液孔３２ｃから供給室３１の流入孔３１ｂに達する。

循環ポンプ３５は、隣接する回収室３２と供給室３１に跨って設けられる。循環ポンプ３５は、インクＩを回収室３２から供給室３１及びインクジェットヘッド２を経て回収室３２に循環する。循環ポンプ３５として、例えばチューブポンプ、ダイヤフラムポンプ、或いはピストンポンプ等を利用する。循環ポンプ３５は、送液孔３２ｃからインクを吸引し、流入孔３１ｂを通して供給室３１へインクＩを送液する。

フィルタ４３は、例えば循環路４１の循環ポンプ３５よりも循環方向の下流にあり、インクＩに混入した異物を除去する。フィルタ４３として、例えばポリプロピレン、ナイロン、ポリフェニレンサルファルド、或いはステンレス等のメッシュフィルタを利用する。

循環部４０により回収室３２から供給室３１にインクを循環する間にインクＩ中の気泡は浮力によって重力方向と逆向き（上方向）に上昇する。浮力により上昇した気泡は回収室３２の液面あるいは供給室３１の液面より上方の空気室に移動してインクから除去される。

インク循環装置３は、図５に示すように、回収室３２のインク量を計測する第１のインク量センサ（液面センサ）４４ａと、供給室３１のインク量を計測する第２のインク量センサ（液面センサ）４４ｂを備える。第１のインク量センサ（液面センサ）４４ａおよび第２のインク量センサ（液面センサ）４４ｂは、例えば圧電振動板を交流電圧で振動させて、回収室３２や供給室３１を伝わるインクの振動をそれぞれ検出して、インク量を計測する。インク量センサの構造は限定されず、第１の液面α１や第２の液面α２の高さを計測する構造であっても良い。

インク循環装置３は、圧力検出部として、回収室３２内の圧力を検出する圧力検知部としての第１の圧力センサ４５ａと供給室３１の圧力を検出する圧力検知部としての第２の圧力センサ４５ｂと、を備える。圧力センサ４５ａ、４５ｂは、例えば半導体ピエゾ抵抗圧力センサを利用して圧力を電気信号として出力する。半導体ピエゾ抵抗圧力センサは、外部からの圧力を受けるダイヤフラムと、このダイヤフラムの表面に形成された半導体歪ゲージとを備え、外部からの圧力によるダイヤフラムの変形に伴い歪ゲージに生じるピエゾ抵抗効果による電気抵抗の変化を電気信号に変換して圧力を検出する。

図９に示すように、圧力調整部３６は、気体補充部である第１の圧力調整機構４７と、
気体補充部である第２の圧力調整機構４８と、を備える。

第１の圧力調整部４７は、供給室３１に連通可能に接続される第１気体室であるシリンダ１０１と、シリンダ１０１内で往復動作するピストン１０３と、ピストン１０３を上下（Ｈ方向）に往復移動させシリンダ１０１の容積を変化させる第１容積可変部としてのパルスモータ１０５と、を備えている。
シリンダ１０１は供給室３１と連通する連通管路１０７を有している。連通管路１０７の内部には、連通管路１０７を開閉する第１開閉部１０８が設けられている。第１開閉部１０８は開閉弁１０８ａと、開閉弁１０８ａを付勢するばね１０８ｂと、を備える。
開閉弁１０８ａは、ばね１０８ｂの付勢によりシリンダ１０１と供給室３１を連通させる連通管路１０７を閉じ、ピストン１０３の圧力によって連通管路１０７を開放可能に構成されている。
第１の圧力調整部４７のピストン１０３は、ホーム位置を基準として、上方向にシリンダ１０１の天井１１３に到達しない（Ｉ）上限位置が設定されている。また、ホーム位置を基準として下方向には第１開閉部１０８を開け供給室３１と連通する（II）連通位置が設定される。マイコン５１０が所定のパルス数とパルスモータの回転方向を指示することでピストン１０３が（Ｉ）、（II）の位置に移動できる。
第２の圧力調整部４８は、回収室３２と連通可能な第２気体室を構成するシリンダ１０２と、シリンダ１０２内に配されたピストン１０４と、ピストン１０４を上下（Ｈ方向）に移動させシリンダ１０２の容積を変化させる第２容積可変部としてのパルスモータ１０６と、を備えている。シリンダ１０２は、回収室３２と連通する連通経路１０９と、シリンダ１０２内を大気に連通させる連通管路１１０を有している。連通管路１１０の内部には、回収室３２とシリンダ１０２内の連通状態を切り替える第２開閉部１１１が設けられている。第２開閉部１１１は、開閉弁１１１ａと、開閉弁１１１ａを付勢するばね１１１ｂとを備える。開閉弁１１１ａは、ばね１１１ｂの付勢により大気との連通孔を閉じ、ピストン１０４の圧力によって大気との連通孔を開放可能に構成されている。また、第２の圧力調整部４８は、ピストン１０４がシリンダ１０２の下限にある場合、回収室３２とシリンダ１０２の連通経路１０９の上端をピストン１０４が塞ぐことが可能に構成されている。
さらに、第１の圧力調整部４７のシリンダ１０１と第２の圧力調整部４８のシリンダ１０２の間にはシリンダ１０１及びシリンダ１０２を常時連通させる連通経路１１２が設けられている。

第２の圧力調整部４８のピストン１０４は、ホーム位置を基準として、上方にシリンダ１０２の天井１１４に到達しない（III）上限位置が設定され、下方に第２開閉部１１１を開ける（IV）大気開放位置と、回収室３２との連通孔を閉じる（V）下限位置とが、設定されている。マイコン５１０が所定のパルス数とパルスモータの回転方向を指示することでピストン１０４が（III）、（IV）、（V）の位置に移動できる。
圧力調整部３６は、第１の圧力調整部４７のシリンダ１０１内のピストン１０３と、第２の圧力調整部４８のシリンダ１０２内のピストン１０４をそれぞれＨ方向に往復移動させる。このピストン１０３，１０４の移動により、シリンダ１０１、１０２の空気の容積を変化させることと、大気との連通流路や両シリンダ１０１，１０２の連通流路の開閉を制御することが可能である。圧力調整部３６は、この空気の容積変化と流路の開閉により、回収室３２の気体を加圧または減圧させることで、インクジェットヘッド２を加圧または減圧可能に構成されている。
ここで、圧力調整部３６におけるピストンの移動範囲と位置について説明する。まず、ホーム位置を設定する初期動作について説明する。電源が投入されると、両方のピストン１０３、１０４が上方に向かって所定時間移動する。電源投入前にピストン１０３、１０４がシリンダ１０１、１０３内のどのような位置で終了したかによって、電源が投入された時点でのピストン１０３、１０４の位置は変化する。そのため、電源投入時にシリンダ１０１、１０２内でのピストン１０３，１０４の位置は不定である。ピストン１０３、１０４位置が不定なので、一旦ピストン１０３、１０４をシリンダ１０１、１０２の最上部１１３、１１４（天井）に移動させる。ピストンを移動させる時間は、ピストン１０３、１０４がシリンダ１０１、１０２内の最も下方の位置から、天井１１３、１１４に衝突するまでに要する時間（初期移動時間）とする。なお、ピストン１０３、１０４が上方に移動している初期移動時間中に天井１１３、１１４に衝突した場合には、パルスモータ１０５、１０６が脱調して停止するように構成されている。

次に、天井１１３、１１４に衝突した位置から、所定の位置までピストン１０３、１０４を下方に移動させ、その位置をホーム位置として記憶する。そして、ピストン１０３，１０４が移動した場合には、移動したパルス数をカウントして上下方向の位置を認識する。

図９の＜状態１＞のピストン１０３，１０４の位置における圧力調整部３６の機能について説明する。状態１において、第２の圧力調整部４８のピストン１０４が（IV）大気開放位置で、第１の圧力調整部４７のピストン１０３は（ＩＩ）連通位置である。この状態では、図中の破線矢印の経路で連通しているので、供給室３１、回収室３２の両方が大気開放状態で、内部の圧力は大気圧となる。例えばインクジェット装置の使用開始時に空のインクケーシング３３にインクカートリッジ５１からインクを初期充填する場合には＜状態１＞に設定する。
図９の＜状態２＞のピストン１０３，１０４の位置における圧力調整部３６の機能について説明する。状態２では、第２の圧力調整部４８のピストン１０４を大気と連通しない位置、例えばホーム位置とし、ピストン１０３は、第１開閉部１０８を開け供給室３１と連通する（ＩＩ）連通位置とする。この状態２では、回収室３２と第１の圧力調整部４７が図中の破線矢印の経路で連通し、かつ、密閉した状態となる。状態２において、第１の圧力調整部４７のピストン１０３を矢印Ｈ方向上下することで、回収室３２内部の圧力を調整する。すなわち、ピストン１０３を上方に（Ｉ）の上限位置までの範囲で移動させるとシリンダ１０１の空気の容積が増加して回収室３２内の圧力は減少する。逆に、第１の圧力調整部４７のピストン１０３を下方に（ＩＩ）の連通位置まで到達しない範囲で移動させるとシリンダ１０１の容積が減少して回収室３２の圧力は増加する。
図９の＜状態３＞のピストン１０３，１０４の位置における圧力調整部３６の機能について説明する。状態３では、第２の圧力調整部４８のピストン１０４が（V）下限位置で、ピストン１０３は、第１開閉部１０８を開け供給室３１と連通する（ＩＩ）連通位置とする。回収室３２の圧力を一定に維持するために第１の圧力調整部４７のピストン１０３を上下方向に移動させる場合に、上向き方向ではピストン１０３がシリンダ１０１の天井部に衝突する位置、下向き方向では第１開閉部１０８に接触する位置が圧力調整のための移動可能範囲となる。

圧力調整を開始する前のピストン１０３の位置によっては圧力を調整する方向に移動すると、移動可能範囲を超えてしまう場合が発生する。この場合には、第２の圧力調整部４８のピストン１０４を（V）下限位置に移動させ、回収室３２は密閉で、第１の圧力調整部４７は大気開放になった状態にし、第１の圧力調整部４７のピストン１０３を調整するための方向とは逆の移動可能範囲の限界位置に移動させる。第２の圧力調整部４８は図中破線矢印の経路で大気と連通し、供給室３１、回収室３２の両方とも密閉状態なので、ピストン１０３の動きは両インク室の圧力に影響しない。

次に、第２の圧力調整部４８のピストン１０４をホーム位置に移動させ、図９＜状態２＞に示すように、回収室３２を密閉状態にし、第１の圧力調整部４７のピストン１０３を調整する方向に移動させて所定の圧力を得る。
以上に示すように、第１の圧力調整部４７及び第２の圧力調整部４８は、シリンダ１０１，１０２内におけるピストン１０３，１０４の動作によって、回収室３２内の圧力を増減し、循環流路内の圧力を加圧または減圧調整することが可能である。
インク循環装置３は、循環部４０においてインクを循環してインクジェットヘッド２に供給し、インクＩに含まれる気泡を吸収し、あるいは異物を除去する。また、インク循環装置３は、圧力調整部３６においてインク圧力室２５の圧力を調整して、ノズル孔２１ａのメニスカスＭｅの圧力を調整する。例えば、インクジェット記録装置１では、空気制御及びインク補充制御による圧力調整により、メニスカスＭｅの圧力を−４．０ｋＰａ〜大気圧の範囲に維持して、不要なインク漏れあるいは気泡の吸引を防止する。
図２に示すインクカートリッジ５１は、チューブ５２を介してインクジェットヘッドユニット４のインク循環装置３に連通する。インクカートリッジ５１は、重力方向においてインク循環装置３より相対的に下方に配置されている。本実施形態では、インクカートリッジ５１を、重力方向においてインク循環装置３より相対的に下方に配置することで、インクカートリッジ５１内のインクの水頭圧が、回収室３２の設定圧力より低く保たれる。インクカートリッジ５１を、インク循環装置３より下方に配置することにより、供給ポンプ３４が駆動している時だけインクカートリッジ５１から回収室３２へ新たなインクを供給する。
図１に示すように、ヘッド支持部６は、インクジェットヘッドユニット４を支持するキャリッジ６１、キャリッジ６１を矢印Ａ方向に往復移動させる搬送ベルト６２、及び搬送ベルト６２を駆動するキャリッジモータ６３を備える。
記録媒体移動部７は、記録媒体Ｓを吸着固定するテーブル７１を備える。テーブル７１は、スライドレール装置７２上に取り付けられて矢印Ｂ方向に往復移動する。
メンテナンスユニット８は、インクジェットヘッドユニット４の矢印Ａ方向の走査範囲であって、テーブル７１の移動範囲より外側の位置に配置される。メンテナンスユニット８は上方が開放したケースであって、上下（図１矢印Ｃ、Ｄ方向）に移動可能に設けられる。

メンテナンスユニット８は、ゴム製のブレード８１及び廃インク受け部８２を備える。ゴム製のブレード８１は、インクジェットヘッド２のノズルプレート２１に付着したインク、ほこり、紙粉などを除去する。廃インク受け部８２は、メンテナンス動作を行う間に発生する廃インク、ほこり、紙粉などを受ける。メンテナンスユニット８は、ブレード８１を矢印Ｂ方向へ移動させる機構を備え、ブレード８１でノズルプレート２１表面を払拭する。

図１０に示すブロック図を参照して、インクジェット記録装置１の動作を制御する制御系について説明する。制御基板５００は、制御部でありインクジェット記録装置１全体を制御するマイクロコンピュータ（マイコン）５１０と、インク循環装置３を駆動する循環装置駆動回路５４０と、増幅回路５４１と、記録媒体移動部７を駆動する移動部駆動回路５４２と、インクジェットヘッド２を駆動するヘッド駆動回路５４３、を備える。インクジェットヘッドユニット４はインク循環装置３とインクジェットヘッド２から成る。マイコン５１０は、プログラムあるいは各種データ等を格納するメモリ５２０と、インクジェットヘッドユニット４インク循環装置からの出力電圧を取り込むＡＤ変換部５３０を備える。
マイコン５１０は、第１の圧力センサ４５ａ、第２の圧力センサ４５ｂにて検知した圧力値をＡＤ変換部５３０にて変換する機能を有する。また、マイコン５１０は、設定された任意のサンプリング時間Δｔ間にて変動した圧力変動値ΔＰより圧力変動速度Ｖ（ΔＰ÷Δｔ）を算出可能に構成される。

制御基板５００は、電源５５０、インクジェット記録装置１の状況を表示する表示装置５６０、入力装置であるキーボード５７０に接続される。制御基板５００は、インクジェットヘッドユニット４の各種ポンプの駆動部や各種センサに接続される。制御基板５００は、記録媒体移動部７のテーブル７１、スライドレール装置７２、メンテナンスユニット８の駆動部、および搬送ベルト６２のキャリッジモータ６３、に接続される。

以下、インクジェット記録装置１の液体吐出方法について説明する。インクジェット記録装置１を最初に印刷動作させる場合に、インクカートリッジ５１からインクジェットヘッドユニット４にインクＩを充填する。
インクＩを充填するためにマイコン５１０は、インクジェットヘッドユニット４を待機位置に戻し、メンテナンスユニット８を矢印Ｄ方向に上昇してノズルプレート２１を覆う。マイコン５１０は、供給ポンプ３４を駆動し、インクカートリッジ５１から回収室３２にインクを送液する。回収室３２でインクＩが送液孔３２ｃに達すると、マイコン５１０は、圧力調整部３６でインクケーシング３３の供給室３１及び回収室３２の圧力を調整し、循環ポンプ３５を駆動する。
インクジェット記録装置１は、複数のインクカートリッジ５１のシアンインク、マゼンダインク、イエロインク、ブラックインク、ホワイトインクを複数のインクジェットヘッドユニット４にそれぞれ初期充填する。
回収室３２の送液孔３２ｃと供給室３１の流入孔３１ｂにインクＩが到達するとマイコン５１０はインクＩの初期充填を完了する。

インクＩの初期充填を完了した場合に、インクケーシング３３内の圧力は、インクジェットヘッド２のノズル孔２１ａからインクＩが漏れず、且つノズル孔２１ａから気泡を吸引しない程度の、負圧を維持する。インクケーシング３３の負圧により、ノズル孔２１ａは負圧形状のメニスカスＭｅを維持する。インクＩの初期充填を完了した状態でインクジェット記録装置１の電源５５０を切った場合もインクケーシング３３は密閉状態であり、ノズル孔２１ａ内のメニスカスＭｅは負圧形状に維持され、インクの漏れを防止する。

インク吐出の指示を検出すると、マイコン５１０は、記録媒体移動部７を制御して、記録媒体Ｓをテーブル７１に吸着固定して、テーブル７１を矢印Ｂ方向に往復移動する。マイコン５１０は、メンテナンスユニット８を矢印Ｃ方向に移動する。またマイコン５１０は、キャリッジモータ６３を制御してキャリッジ６１を記録媒体Ｓの方向に搬送し、矢印Ａ方向に往復移動する。

インクジェットヘッドユニット４が搬送ベルト６２に沿って矢印Ａ方向に往復移動する間、インクジェットヘッド２のノズルプレート２１と記録媒体Ｓとの距離ｈは一定に維持される。

記録媒体Ｓの搬送方向に対して直交する方向にインクジェットヘッド２を往復移動させながら、記録媒体Ｓに画像を形成する。インクジェットヘッド２は、画像形成信号に合わせてノズルプレート２１に設けたノズル孔２１ａからインクＩを吐出して、記録媒体Ｓに画像を形成する。

マイコン５１０は、例えばメモリ５２０が記憶する画像データに応じた画像信号により、インクジェットヘッド２のアクチュエータ２４を選択的に駆動して、ノズル孔２１ａから記録媒体Ｓにインク滴ＩＤを吐出する。マイコン５１０は、循環ポンプ３５を駆動する。インクジェットヘッド２から還流されたインクＩは、回収室３２、フィルタ４３、供給室３１を経て循環し、インクジェットヘッド２に供給される。
インクジェット記録装置１は、インクＩを循環することにより、インクＩに混入した気泡や異物を除去して、インク吐出性能を良好に保持する。したがって、インクジェットヘッドユニット４によるプリント画質が向上する。

ノズル孔２１ａからのインク滴ＩＤの吐出、あるいは循環ポンプ３５の駆動等によりインクケーシング３３の圧力は変動する。インクケーシング３３の圧力を、ノズル孔２１ａからのインク漏れあるいはノズル孔２１ａから気泡を吸引しない安定域に維持するために、マイコン５１０は、圧力調整部３６のピストン１０３，１０４や供給ポンプ３４の駆動を切り替えて、インクケーシング３３の圧力を調整する。

例えばプリント時にノズル孔２１ａからインク滴ＩＤを吐出すると、インクケーシング３３のインク量が瞬間的に減少し、回収室３２の圧力が低下する。第１の圧力センサ４５ａが回収室３２の圧力の低下を検知すると、マイコン５１０は、第１の圧力センサ４５ａ、第２の圧力センサ４５ｂ、第１のインク量センサ（液面センサ）４４ａおよび第２のインク量センサ（液面センサ）４４ｂの検知結果から、圧力調整部３６や供給ポンプ３４を駆動する。

ノズル孔２１ａにかかる圧力を調整する圧力調整方法について図１１及び図１２を参照して説明する。図１１は圧力調整方法を示すフローチャートであり、図１２は圧力調整を示すタイミングチャートと、空気制御及びインク補充制御による圧力調整を行う場合の圧力値のグラフである。
インクジェットヘッドユニット４にて、ノズル孔２１ａからのインク漏れあるいはノズル孔２１ａから気泡を吸引しない、ノズル孔２１ａの圧力値Ｐの安定域の下限値を例えばＰｔ１とし、上限値を例えばＰｔ２とする。

図１１および図１２に示すように、時間ｔ１で電源５５０を投入後、第１の圧力センサ４５ａで検出した回収室３２の圧力値及び、第２の圧力センサ４５ｂで検出した供給室３１の圧力値に基づいて、ノズル孔２１ａの圧力値Ｐを算出する（Ａｃｔ１）。
次にマイコン５１０にて設定された任意のサンプリング時間Δｔ間にて変動した圧力変動値ΔＰを演算し、さらにΔＰとΔｔの商を演算し、圧力変動速度Ｖを算出する。（Ａｃｔ２）。
そして、圧力値Ｐが安定域であるか否か、すなわちＰｔ１≦Ｐ≦Ｐｔ２を満たすかどうかを判定する（Ａｃｔ３）。圧力値ＰがＰｔ１≦Ｐ≦Ｐｔ２を満たさない場合には、圧力値Ｐが安定域の上限値を超えるか否か、すなわちＰ＞Ｐｔ２を満たすかどうかを判定する（Ａｃｔ４）。Ｐｔ１≦Ｐ≦Ｐｔ２を満たさず（Ａｃｔ３のＮｏ）かつＰ＞Ｐｔ２を満たさない（Ａｃｔ４のＮｏ）場合、すなわち圧力値Ｐが下限値Ｐｔ１より低い場合には、マイコン５１０は、Ａｃｔ２にて算出した圧力変動速度Ｖと任意に設定した圧力変動速度閾値Ｖｔが、Ｖ≧Ｖｔを満たすか否かを判定する。（Ａｃｔ６）。たとえば、Ｐｔ１は０．８ｋＰａ、Ｐｔ２は１．２ｋＰａに設定される。
Ｖｔは液体を吐出した時の圧力変動値Ｐ１と温度が変動した時の圧力変動値Ｐ２によって決定される。たとえば、液体を吐出した時の圧力変動値Ｐ１について、インクケーシング３３の大きさを１００ｍｌとし、液体が５０ｍｌ入っていたとする。その時のインクケーシング内の圧力値は−１．０ｋＰａとする。１秒間に１ｍｌの液体が吐出されるとすると、ボイルの法則 ｐ１Ｖ１＝ｐ２Ｖ２（ｐ１：吐出前の圧力値、Ｖ１：吐出前の空気量、ｐ２：吐出後の圧力値、Ｖ２：吐出後の空気量）よりＰ１＝−１．０２ｋＰａとなる。
一方、温度が変動した時の圧力変動値Ｐ２については、たとえば、液体の比熱を水と同等の４．２１７Ｊ／Ｋとし、１分間に５０ｍｌの液体を１℃上昇させる熱量２１０．８５Ｊ／Ｋを与えたとする。その時の圧力変動値Ｐ２をボイル・シャルルの法則 ｐＶ＝ｎＲＴ（ｐ：圧力値、Ｖ：空気量、Ｔ：温度、ｎ：物質量、Ｒ：気体定数）より、導くと、Ｐ２＝０．０００６７ｋＰａとなる。よって、上記条件において、１秒間の圧力変動値が、Ｐ１＞Ｐ２を成立させるＶｔであればよい。たとえば、Ｖｔ＝０．０１ｋＰａである。
Ｖ＞Ｖｔを満たさない場合、すなわち圧力変動速度Ｖが任意に設定した圧力変動速度閾値Ｖｔより小さい場合には、（Ａｃｔ６のＮｏ）マイコン５１０は、圧力調整部３６を駆動し、加圧調整する（Ａｃｔ８）。
一方、Ｖ＞Ｖｔを満たす場合、すなわち圧力変動速度Ｖが任意に設定した圧力変動速度閾値Ｖｔより大きい場合には、（Ａｃｔ６のＹｅｓ）マイコン５１０は供給ポンプ３４を駆動し、インクケーシング３３に新しいインクを補充する液体補充動作を行うことでインクケーシング３３を加圧調整する（Ａｃｔ７）。
すなわちインクジェットヘッドユニット４の圧力調整手段は、第１の圧力調整部４７及び第２の圧力調整部４８と供給ポンプ３４による手段とを、圧力変動速度Ｖと圧力変動速度閾値Ｖｔの関係より切り替える。ここで、インクジェットヘッドの圧力変動の原因として、インク吐出による圧力変動の他、温度変化等、種々の原因がある。このため、本実施形態においては圧力変動速度を考慮して液体の補充と気体の補充を切り替える。このため、特にインク吐出による圧力低下の場合に液体を補充することができ、インク吐出を伴わない温度変化等に起因する圧力低下の場合には液体を補充しないように制御することで、液体が容器外へ漏れることを回避する。
例えば図１２の時間ｔ２のように、ノズル孔２１ａの圧力値Ｐが下限値Ｐｔ１から上限値Ｐｔ２の範囲であり、Ｐｔ１≦Ｐ≦Ｐｔ２を満たすと（Ａｃ３のＹｅｓ）、マイコン５１０は、減圧調整を停止する。

例えば任意に設定されたΔｔのサンプリング時間で変動した圧力値ΔＰより圧力変動速度Ｖ（ΔＰ／Δｔ）を算出する（Ａｃｔ２）。図１２の時間ｔ３のように、吐出開始信号がマイコン５１０からヘッド駆動回路５４３に入力されノズル孔２１ａからインク吐出される等、圧力値Ｐが急激に変化する。したがって、時間ｔ４・ｔ５間のように圧力変動速度Ｖが任意に決められた圧力変動速度閾値Ｖｔより大きい場合（Ａｃｔ６のＹｅｓ）、時間ｔ５のように、マイコン５１０は、供給ポンプ３４を駆動し、インクケーシング３３に新しいインクを補充することでインクケーシング３３を加圧調整する。（Ａｃｔ７）。
時間ｔ６のように、ノズル孔２１ａの圧力値Ｐが下限値Ｐｔ１から上限値Ｐｔ２の範囲に達すると（Ａｃｔ３のＹｅｓ）、マイコン５１０は、加圧調整を停止する。

例えば、時間ｔ７のように、雰囲気温度が低下すると、空気が縮小することにより、圧力値Ｐが滑らかに変化する。したがって、時間ｔ７・ｔ８間のように圧力変動速度Ｖ（ΔＰ／Δｔが任意に決められた圧力変動速度閾値Ｖｔより小さい場合（Ａｃｔ６のＮｏ）、時間ｔ８のようにマイコン５１０は、圧力調整部３６によりインクケーシング３３内を加圧することで、ノズル孔２１ａを加圧調整する（Ａｃｔ８）。
例えば電源オフなどにより終了するまで（Ａｃｔ９のＹｅｓ）、以上の動作（Ａｃｔ１〜Ａｃｔ８）を繰り返す。

実施形態によれば、圧力変動速度Ｖが圧力変動速度閾値Ｖｔより大きい場合、マイコン５１０は、供給ポンプ３４を駆動し、インクケーシング３３に新しいインクを補充することでインクケーシング３３を加圧調整する。圧力変動速度閾値Ｖｔをノズル孔２１ａから任意のインク量が吐出された時の圧力変動速度値にすることにより、ある一定以上のインクが吐出された場合のみ、インクを補充する。すなわち、負圧変動速度が任意の閾値以上の場合は液体が吐出されたと判断し、液体を供給することにより、圧力を上昇させる。負圧変動速度が任意の閾値以下の場合は、雰囲気温度等、液体吐出以外が起因していると判断し、空気を供給することにより加圧調整を行う。すなわち、液体吐出の有無により液体供給と空気供給を切り替えることにより、雰囲気温度の変化等、インク吐出以外のことで、圧力が低下した場合にインクを補充する確率が低くなる。したがって、インク吐出以外の原因で圧力が低下した場合の圧力調整において、インクジェットヘッド２中の液体が溢れかえることを防止できる。

また、インクジェットヘッドユニット４は、インク循環装置３によりインクＩを循環して、インクＩに含まれる気泡或いは異物等を除去することで、インクジェットヘッド２のインク吐出性能を良好に保持して、インクジェットヘッドユニット４のプリント画質を向上できる。

また、インクジェットヘッドユニット４は、プリント動作中の圧力調整中であってもインクケーシング３３内にインクカートリッジ５１から新しいインクＩを補充できる。したがって、インクジェットヘッドユニット４は、プリント動作を停止することなく、ノズル孔２１ａの圧力Ｐを調整する間にインクケーシング３３内にインクＩを補充出来、インクジェット記録装置１のプリント生産効率が低下するのを防止できる。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば図１１では、圧力変動速度Ｖと圧力変動速度閾値Ｖｔの関係により、インク吐出の有無を判断し、圧力調整部３６と供給ポンプ３４による手段を切り替えていたがこれに限られない。例えば、他の実施形態にかかるインクジェット記録装置１は、図１３に示すように、マイコン５１０はインクジェット記録装置１における液体吐出信号を検知する。本実施形態にかかるインクジェット記録装置１では、図１３に示すＡｃｔ１０のように、マイコン５１０が出力するインク吐出信号により、インク吐出の有無を判断し、圧力調整部３６と、供給ポンプ３４を切り替える。この場合、インクジェット記録装置に設けられたマイコン５１０が、吐出信号検知部として機能する。
以上説明した実施形態の液体循環装置の構成は限定されない。例えば液室に液体を補充しつつ液体を循環出来れば液室と液体吐出部とは一体に形成されていなくても良い。また液体循環装置は、インク以外の液体を吐出することもできる。インク以外を吐出する液体吐出装置としては、例えばプリント配線基板の配線パターンを形成するための導電性粒子を含む液体を吐出する装置等であっても良い。

インクジェットヘッドは、インク圧力室２５内のインクに圧力変動を生じるものであるが、構造は限定されない。インクジェットヘッドは、例えば静電気で振動板を変形してインク滴を吐出する構造、あるいはヒータ等の熱エネルギーを利用してノズルからインク滴を吐出する構造等でもよい。またインクは温度により粘性が変わり、ノズルからの吐出特性が変わることから、インク吐出を良好に制御するために、インクジェットヘッドに温度センサを備えても良い。
なお、回収室３２および供給室３１の構造は限定されない。例えばインクの温度を所定範囲に保持するように、インクを加熱するヒータを備えても良い。
インクカートリッジ５１の配置や位置は限定されない。例えばインクカートリッジ５１をインク循環装置３より高い位置に配置した場合は、インクカートリッジ５１内のインクの水頭圧が、回収室３２の設定圧力より高くなる。インクカートリッジ５１を、インク循環装置３より高い位置に配置した場合は、水頭差を利用して電磁弁を開閉することにより、インクカートリッジ５１から供給室３１にインクを供給可能である。
なお、圧力調整部の構造は、上述したピストン機構に限られず、他に例えばチューブポンプあるいは蛇腹ポンプ等を利用できる。この場合圧力調整部は液室となる供給室や回収室に気体を供給し、あるいは供給室または回収室から気体を放出させることにより、圧力を増減する圧力調整を行う。

この発明の実施形態を説明したが、実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことが出来る。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
（１）
液体を吐出する液体吐出部に接続され、前記液体を保有可能に構成された液室と、
前記液室と前記液体吐出部とを含む流路で前記液体を循環させる循環部と、
前記液室に液体を供給する液体供給部と、
前記液室の気体を加圧または減圧することにより前記液体吐出部の圧力を調整する圧力調整部と、
前記圧力の変動速度に基づき、検出された前記圧力が所定圧力値以下あるいは前記所定圧力値より低く、前記圧力の変動速度が所定速度以上あるいは前記所定速度よりも速い場合、前記液体供給部により液体を補充し、検出された前記圧力が前記所定圧力値以下あるいは前記所定圧力値より低く、かつ圧力変動速度が前記所定速度よりも遅いあるいは前記所定速度以下である場合、前記圧力調整部により、前記液体吐出部の圧力を調整する制御部と、備える液体循環装置。
（２）
液体を吐出する液体吐出部に接続され、前記液体を保有可能に構成された液室と、
前記液室と前記液体吐出部とを含む流路で前記液体を循環させる循環部と、
前記液室に液体を補充する液体供給部と、
前記液室の気体を加圧または減圧することにより前液体吐出部の圧力を調整する圧力調整部と、
前記液体吐出部における液体吐出信号を検出する吐出信号検出部と、
液体吐出信号に基づき、検出された前記圧力が所定圧力値以下あるいは前記所定圧力値より低く、液体吐出信号を検出した場合には、前記液体供給部により液体を補充し、検出された前記圧力が所定圧力値以下あるいは前記所定圧力値より低く、かつ液体吐出信号を検出しなかった場合には、前記圧力調整部により、前記液体吐出部の圧力を調整する、制御部と、を備える液体循環装置。
（３）
前記液室は、前記液体吐出部に供給される液体を保有する供給室と、前記液体吐出部から回収される液体を保有する回収室と、を備え、
前記圧力調整部は前記回収室または前記供給室に連通する気体室の容積を増減させることにより、前記回収室または前記供給室を加圧または減圧することを特徴とする（１）または（２）記載の液体循環装置。
（４）
（１）乃至（３）のいずれかに記載の液体循環装置と、
液体を吐出するノズルを備える液体吐出部と、
前記ノズルから前記液体が吐出される位置に記録媒体を搬送する搬送部と、を備えることを特徴とする液体吐出装置。
（５）
前記液体循環装置は、前記液体吐出部の上に一体に設けられる、（４）記載の液体吐出装置。
（６）
液体を吐出する液体吐出部と、前記液体吐出部に接続され前記液体を保有可能に構成された液室と、を含む流路で前記液体を循環させ、
前記液室の圧力が所定圧力値以下あるいは前記所定圧力値より低い場合に、前記圧力の変動速度または液体吐出信号に基づき、前記液体供給部により前記液室に液体を供給する液体供給動作と、前記液室内の気体を加圧または減圧させることにより前記液体吐出部の圧力を調整する圧力調整動作と、のいずれかの動作を選択的に行うことを特徴とする液体吐出方法。

１…インクジェット記録装置、２…インクジェットヘッド、３…インク循環装置（循環部）、４…インクジェットヘッドユニット、６…ヘッド支持部、７…記録媒体移動部、２１…ノズルプレート、２１ａ…ノズル孔、３１…供給室、３２…回収室、３３…インクケーシング、３４…供給ポンプ（液体補充部）、３５…循環ポンプ、３６…圧力調整部、５１…インクカートリッジ、４５ａ…圧力センサ（圧力検知部）、４５ｂ…圧力センサ（圧力検知部）、４７…圧力調整機構、４８…圧力調整機構、２５…圧力室、２８…インク流路、５００…制御基板、５１０…マイコン（制御部）。

Claims (5)

1. 液体を吐出する液体吐出部に供給される液体を保有し、前記液体吐出部と接続された液室を構成するケーシングと、
   前記ケーシングに液体を供給する液体供給部と、
   前記ケーシングの気体を加圧または減圧することにより前記液体吐出部の圧力を調整する圧力調整部と、
   前記圧力の変動速度に基づき、検出された前記圧力が所定圧力値以下で、前記圧力の変動速度が所定速度よりも速い場合、前記液体供給部により液体を補充し、検出された前記圧力が前記所定圧力値以下で、かつ前記所定速度よりも遅い場合、前記圧力調整部により、気体を補充し、前記液体吐出部の圧力を調整する制御部と、備えるインクジェットヘッドユニット。
2. 液体を吐出する液体吐出部に供給される液体を保有し、前記液体吐出部と接続された液室を構成するケーシングと、
   前記ケーシングに液体を補充する液体供給部と、
   前記ケーシングの気体を加圧または減圧することにより前液体吐出部の圧力を調整する圧力調整部と、
   前記液体吐出部における液体吐出信号を検出する吐出信号検出部と、
   液体吐出信号に基づき、検出された前記圧力が所定圧力値以下で、液体吐出信号を検出した場合には、前記液体供給部により液体を補充し、検出された前記圧力が所定圧力値以下で、かつ液体吐出信号を検出しなかった場合には、前記圧力調整部により、気体を補充し、前記液体吐出部の圧力を調整する、制御部と、を備えるインクジェットヘッドユニット。
3. 前記ケーシングは、前記液体吐出部に供給される液体を保有する供給室と、前記液体吐出部から回収される液体を保有する回収室と、を備え、
   前記圧力調整部は前記回収室または前記供給室に連通する気体室の容積を増減させることにより、前記回収室または前記供給室を加圧または減圧することを特徴とする請求項１または２記載のインクジェットヘッドユニット。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載のインクジェットヘッドユニットと、
   液体を吐出するノズルを備える液体吐出部と、
   前記ノズルから前記液体が吐出される位置に記録媒体を搬送する搬送部と、を備えることを特徴とする液体吐出装置。
5. 液体を吐出する液体吐出部と、前記液体吐出部に接続され前記液体を保有可能に構成された液室と、を備え、
   検出された前記液室の圧力が所定圧力値以下で、前記圧力の変動速度が所定速度よりも速い場合、液体供給部により前記液室を構成するケーシングに液体を補充し、検出された前記圧力が前記所定圧力値以下で、かつ前記圧力の変動速度が前記所定速度よりも遅い場合、圧力調整部により、前記ケーシングに気体を補充し、前記液体吐出部の圧力を調整することを特徴とする液体吐出方法。