JP6421072B2 - 液体循環装置、及び液体吐出装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、液体循環装置、液体吐出装置、及び液体吐出装置の制御方法に関するものである。

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において、液体吐出性能の低下を防止するために、液体吐出信号を検知して、液体吐出が行われた際に、液体を供給して圧力を上昇させ、圧力を調整することが行われる。

特開２０１１−１８９７０１号公報

実施形態が解決しようとする課題は、高い液体吐出性能を確保できる液体循環装置、液体吐出装置、及び液体吐出装置の制御方法を提供することである。

実施形態に係る液体循環装置は、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補充部と、前記液室を加圧または減圧可能に構成された気体制御部と、前記液体吐出部の圧力が、所定の基準範囲内であって、所定の閾値よりも低い場合、前記液体補充部により液体を補充し、前記圧力が、前記基準範囲より低い場合、前記気体制御部により前記液室を加圧することで前記液体吐出部を加圧し、前記圧力が前記基準範囲より高い場合、前記気体制御部により前記液室を減圧することにより、前記液体吐出部を減圧する、制御部と、前記液室の圧力を検出する圧力検出部と、を備え、前記制御部は、前記検出された前記液室の圧力に基づいて前記液体吐出部の圧力を検出し、前記閾値は、印字停止状態における過去の複数の圧力データの最小値である。

第１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。 同実施形態の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。 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。 同実施形態に係る循環ポンプの構造を示す断面図。 同実施形態に係る循環ポンプの構造を示す断面図。 同実施形態に係る圧力調整部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。 同実施形態に係るインクジェットヘッドユニットの圧力調整処理を示すフローチャート。 同実施形態に係るインクジェット記録装置の動作と圧力値の変動を示すタイムチャート。 同インクジェット記録装置の圧力制御における圧力値の変動を示すグラフ。 一定基準値に基づいた圧力制御における圧力値の変動を示すグラフ。 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説明図。

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１１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、図４はインクジェットヘッドユニット４の外観を示す斜視図である。図５は、インクジェットヘッドユニット４の内部構造を示す説明図である。図６は、インクジェットヘッド２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２のノズルの部分の動作を示す説明図である。図９、１０は、インクジェットヘッドユニット４に係る循環ポンプ３５の構造を示す断面図である。図１１は、気体制御部としての圧力調整部３６の構成及び動作を示す説明図である。図１２は、インクジェット記録装置１の制御系を示すブロック図である。
図１及び図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と、インク循環装置３と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、ホワイトインクをそれぞれ媒体に吐出して、所望の画像を形成するが、それぞれ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。したがって共通の符号を用いて説明する。

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、それぞれ１インチ当たり３００個のノズルを有する第１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。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。

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の、各インク圧力室２５に面する部位には、アクチュエータ２４が設けられている。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に連通する供給口及び排出口を有するとともに、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。

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。インクジェットヘッド２は、ノズル孔２１ａのメニスカスＭｅにかかる圧力が大気圧より高ければ（陽圧）、ノズル孔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）、インクＩはメニスカスＭｅを維持しノズル孔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−０．５ｋＰａより大きい（陽圧側）場合に、わずかな振動等でインク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より小さい（負圧側）場合に、ノズル２１ａから気泡を吸引して、インクの吐出不良を生じる。インクジェットヘッド２は、例えば１ノズルあたりのインク液滴量が６０〜１８０ｐｌ程度であり、いわゆる大液滴のヘッドである。

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はメニスカスＭｅを破ってインク滴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、陽圧は大気圧よりも高い圧力である
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、循環部である循環ポンプ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。

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の圧力調整機構４７に連通する第１の連通孔３２ｄを備える。また回収室３２にはインクの温度を調整するためのヒータ９０が設けられている。

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。供給室３１には、供給されるインクの通路である液孔３１ｂが形成される。

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供給室３１に供給する。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から供給室３１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から供給室３１にインクを送液する。

図９及び図１０に示すように、インク循環ポンプ３５は、圧電ポンプであり、下部筐体３５１と、上部筐体３５２と、圧電アクチュエータ３５３とを備える。インク循環ポンプ３５には、流入口３５ａから、吸引室３５ｂ、ポンプ室３５ｃ、送液室３５ｄを経て送液口３５ｅに至る流路が形成されている。流入口３５ａと吸引室３５ｂとの間にはインクの流れ方向を規制する第１逆止弁３５４が設けられる。送液室３５ｄと送液口３５ｅの間にはインクの流れ方向を規制する第２逆止弁３５５が設けられる。圧電アクチュエータ３５３は、金属板３５３ａと、金属板３５３ａの上に固定された圧電セラミック３５３ｂと、銀ペースト等で構成される電極３５３ｃとを有する。圧電セラミック３５３ｂ上の電極３５３ｃと金属板３５３ａは、配線を通して駆動回路５４０に接続されている。

インク循環ポンプ３５は、駆動回路５４０によって、交流電圧で圧電アクチュエータ３５３が動作させられると、圧電アクチュエータ３５３が、ポンプ室３５ｃを拡張または収縮させる。インク循環ポンプ３５は、このポンプ室３５ｃの拡張及び収縮により、流入口３５ａから吸引室３５ｂ、ポンプ室３５ｃ、送液室３５ｄ、送液口３５ｅの順にインクＩを搬送する。

インク循環装置３は、図５に示すように、回収室３２の液孔３２ｃから供給室３１の液孔３１ｂに達する循環路４１ａを有する循環部４１を備える。循環部４１は、循環路４１ａ上に循環ポンプ３５及びフィルタ４３を備える。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からインク供給室３１、インクジェットヘッド２を経て再び回収室３２に至る流路で循環させる。

循環部４１は、回収室３２の液孔３２ｃからインクを吸引し、供給室３１の液孔３１ｂへインクＩを送液する。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しても良い。

フィルタ４３は、例えば循環路４１ａの循環ポンプ３５よりも循環方向の下流に在り、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４１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。また、フィルタ４３は、供給室３１内のインク供給管２６への入口付近にあっても良い。

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及び第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。また、インク循環装置３は、インクの温度を検出する温度センサ９１を備える。

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第１の圧力センサ４５ａと供給室３１の圧力を検出する第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１１に示す圧力調整部３６は、第１の圧力調整機構４７と第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ステッピングモータ１０５と、を備えている。

シリンダ１０１は連通管路１０７を介して供給室３１と連通している。

連通管路１０７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を閉塞可能であるとともに、ピストン１０３の圧力によって移動することで連通管路１０７を開放可能に構成されている。

また、シリンダ１０１内は連通管路１１０を介して大気に連通されている。

連通管路１１０には、シリンダ１０２内を大気に対して開閉可能な第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の付勢により連通管路１１０を閉じ、ピストン１０３の圧力によって大気との連通管路１１０を開放可能に構成されている。また、連通管路１１０の大気側にはフィルタ１１１ｃが設けられている。

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とは連通経路１１２を介して接続され、常時連通されている。

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ステッピングモータ１０６と、を備えている。

シリンダ１０２は、連通管路１１３を介して回収室３２と連通している。

連通管路１１３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３開閉部１１４が設けられている。第３開閉部１１４は、開閉弁１１４ａと、開閉弁１１４ａを付勢するばね１１４ｂとを備える。開閉弁１１４ａは、ばね１１４ｂの付勢により回収室３２との連通管路１１３を閉じ、ピストン１０４の圧力によって連通管路１１４を開放可能に構成されている。

圧力調整部３６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、開閉弁１０８ａ，１１１ａ，１１４ａをそれぞれ押圧あるいは押圧解除することで、第１開閉部１０８、第２開閉部１１１、及び第３開閉部１１４の開閉動作を切替えることが可能に構成されている。また、圧力調整部３６は、ピストン１０３，１０４の動作によって、シリンダ１０１，１０２内の気体室の容積を増減可能に構成されている。

圧力調整部３６は、例えば図１１に示す、基本状態、下流大気開放状態、上下大気開放状態、上流大気開放状態の４つの状態に切替えることが可能である。

基本状態では第１開閉部１０８、及び第２開閉部１１１を閉じ、第３開閉部１１４が開いた状態であり、供給室３１は密閉されている。圧力調整部３６は、この基本状態で、ピストン１０３を昇降することで、回収室３２に連通するシリンダ１０４内の気体室の容積を増減し、回収室３２を加圧または減圧することで、インクジェットヘッド２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、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、圧力調整部３６による空気制御及び供給ポンプ３４によるインク補充制御による圧力調整により、メニスカスＭｅの圧力を例えば−２．０ｋＰａ〜−０．８ｋＰａ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１及び図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、供給室３１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、インクカートリッジ５１は、供給ポンプ３４が駆動している時だけ供給室３１へ新たなインクを供給する。

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、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１２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コン（マイクロコンピュータ）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、液面センサ４４ａ，４４ｂ、温度センサ９１にて検知した情報をＡＤ変換部５３０にて取り込む機能を有する。

マイコン５１０は、インク循環ポンプ３５の動作を制御することで、インクを循環させる機能を有する。また、マイコン５１０は圧力センサ４５ａ，４５ｂからの圧力に基づき、圧力調整部３６や供給ポンプ３４の動作を制御し、圧力調整を行う機能を有する。

また、マイコン５１０は、インクＩの温度が吐出適正温度の範囲よりも低い場合には、インク温度が一定の範囲に収まるようにヒータ９０の通電を制御する機能を有する。

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、及び搬送ベルト６２のキャリッジモータ６３、に接続する。

以下、インクジェット記録装置１の動作について説明する。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から供給室３１にインクを送液する。供給室３１でインクＩが液孔３１ｃ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の液孔３２ｃと供給室３１の液孔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は負圧に維持し、インクの漏れを防止する。

プリントを開始すると、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、循環ポンプ３５、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、インクケーシング３３の圧力を調整する。

マイコン５１０は、圧力調整部３６の第１の圧力調整機構４７及び第２の圧力調整機構４８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。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及び第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及びインクジェット記録装置１の制御方法について図１３及び図１４を参照して説明する。図１３は圧力調整手順を示すフローチャートであり、図１４は圧力調整を示すタイミングチャートと、圧力調整を行う場合の圧力値の一例を示すグラフである。

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。Ｐｔ１、Ｐｔ２は、ノズル孔２１ａ内のメニスカスＭｅを適正に維持するための、供給室３１及び回収室３２の圧力の適正範囲に基づいて、設定される。

図１３に示すように、例えば電源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Ｐ１及び、第２の圧力センサ４５ｂで検出した供給室３１の圧力値Ｐ２に基づいて、ノズル孔２１ａの圧力値Ｐを算出する（Ａｃｔ１）。
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（Ａｃｔ２）。

圧力値ＰがＰｔ１≦Ｐ≦Ｐｔ２を満たさない場合（Ａｃｔ２のＮｏ）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（Ａｃｔ３）。なお、適正範囲の基準値となるＰｔ１とＰｔ２は、例えばＰｔ１＝−１．１ｋPa、Ｐｔ２＝−０．９ｋPaに設定される。

Ｐｔ１≦Ｐ≦Ｐｔ２を満たさず（Ａｃｔ２のＮｏ）かつＰ＞Ｐｔ２を満たす（Ａｃｔ３のＹｅｓ）場合、すなわち圧力値Ｐが上限値Ｐｔ２より高い場合には、マイコン５１０は、圧力調整部３６を駆動し、空気制御により減圧することで、インクケーシング３３内及び循環流路を減圧する減圧調整をする（Ａｃｔ４）。減圧調整を行った後、ＳＴ１に戻る。

Ｐｔ１≦Ｐ≦Ｐｔ２を満たさず（Ａｃｔ２のＮｏ）かつＰ＞Ｐｔ２を満たさない（Ａｃｔ３のＮｏ）場合、すなわち圧力値Ｐが下限値Ｐｔ１より低い場合（つまり、Ｐ＜Ｐｔ１の時）には、マイコン５１０は、圧力調整部３６を駆動し、空気制御により加圧することで、インクケーシング３３内及び循環流路を加圧する加圧調整をする（Ａｃｔ５）。このとき液体補給は行わない。加圧調整を行った後、ＳＴ１に戻る。

一方、圧力値がＰｔ１≦Ｐ≦Ｐｔ２を満たす場合（Ａｃｔ３のＹｅｓ）には、マイコン５１０は、圧力値Ｐが所定の閾値Ｐ３を下回るか否か、すなわちＰ＜Ｐｔ３を満たすか否かを判定する。（Ａｃｔ６）。Ｐｔ３は、電源投入時やインク充填直後の最初の負圧制御時など以外の負圧制御が安定動作に入っている際に検出し、記録した、複数のデータに基づき設定される。例えば、印字中ではない状態における、検出前の過去の１００個または１０個のデータ（例えば、１データは２ｍｓ以下の時間で検出）のうちの最低圧力値として、設定される。Ｐｔ３は例えばＰｔ１〜Ｐｔ２の内で規定される。
Ｐ＜Ｐｔ３を満たす場合、すなわち圧力値Ｐが任意に設定した圧力閾値Ｐｔ３より小さい場合には、（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）。このとき圧力調整部３６による加圧調整は行わない。液体補充動作による加圧調整を行った後、Ａｃｔ１に戻る。

加圧調整及び減圧調整の後、Ａｃｔ１で検出した圧力値Ｐが下限値Ｐｔ１〜上限値Ｐｔ２の範囲に達し、Ｐｔ１≦Ｐ≦Ｐｔ２を満たすと（Ａｃｔ２のｙｅｓ）、マイコン５１０は、加圧調整及び減圧調整を停止する。

Ｐ＜Ｐｔ３を満たさない場合、すなわち圧力Ｐが任意に設定した圧力閾値Ｐｔ３以上である場合には、（Ａｃｔ６のＮｏ）、Ａｃｔ８に進む。

すなわちインクジェットヘッドユニット４においてマイコン５１０は、圧力と圧力閾値Ｐｔ３の関係により、圧力調整部３６による圧力調整と、供給ポンプ３４による液体補充とのいずれかを選択的に行う。

そして、例えば電源オフなどにより終了するまで（Ａｃｔ８）、以上の動作（Ａｃｔ１〜Ａｃｔ７）を繰り返す。

図１４に示す例では、ｔ１〜ｔ２においてマイコン５１０は圧力調整部３６を駆動し空気により加圧する。また、ｔ３〜ｔ４においてマイコン５１０は圧力調整部３６を駆動し空気により減圧する。さらに、ｔ５〜ｔ６においてマイコン５１０は供給ポンプ３４を駆動し液体補充をする。

本実施形態によれば、循環流路における供給室及び回収室の圧力の情報に基づき、印字状態を検出することが可能であり、ノズル孔２１ａのメニスカスＭｅを適正に維持することができる。したがって、例えばインクジェット記録装置側の印字信号を用いる必要がないため、いわゆるスタンドアロンの構成とすることができる。

また、上記実施形態では、過去のデータに基づき、液体補給の基準となる閾値を設定することにより、圧力制御の状態に適した閾値を設定できるため、印字動作の検出を速くすることができる。すなわち、例えば比較例として図１６に示すように、一定の基準値に基づいて液体補給を制御する場合、適正範囲の中での圧力の推移の高低に応じて基準値に至るまでの時間が変動する。すなわち適正範囲の中で、上限付近で圧力推移をしている場合と、下限付近で圧力推移をしている場合とでは、閾値に至るまでの時間が異なり、場合によっては液体吐出を伴う印字動作を検出するのが遅くなる。この場合、印字が開始されてからインクジェットヘッドのオリフィス面の圧力が過負圧になってしまい、特に大液滴の場合には印字不良を招くことになる。これに対して本実施形態では、過去の圧力値に応じて閾値が設定されるため、図１５に示すように、圧力が上下しても、直前の複数のデータの最小値を下回る時点で、圧力の低下を即座に検知することが可能である。したがって、印字開始による圧力低下を迅速に検出することができ、印字開始によるインクジェットヘッドのオリフィス面の過負圧を防止し、高い液体吐出性能を確保できる。

また、上記実施形態では、負圧側の減圧を即座に抑えることにより、大液滴の吐出動作によるインク循環装置３の供給室３１及び回収室３２内部のインクＩの減少を抑えることができる。

なお、他の実施形態として例えば図１７に示すように、供給ポンプ３４の駆動出力を段階的に変化させることも可能である。本実施形態では、例えば、液体補充を行う場合に、マイコン５１０は、供給ポンプ３４のデューティー比を調整し、単位時間当たりのポンプ動作回数を段階に上げるように動作制御し、補充する液体の流量または流速を調整する。なお、例えば、供給ポンプ３４にダイヤフラム式の圧電ポンプを使用する場合、通常はＯＮ動作中にポンプの駆動周波数（例えば、３０Ｈｚ〜２００Ｈｚの周波数）ピッチでＯＮ−ＯＦＦを繰り返すような動作となる。この場合には、その動作初期出力を段階的に変化させる。

この実施形態によれば、インクジェットヘッド２の吐出動作によって引き起こされる最初の急激な圧力変動を抑制できるという効果が得られる。
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２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。

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。また、インク供給室３１ではなくインク回収室３２にインクカートリッジ５１を接続することも可能である。その場合には、インクカートリッジ５１から回収室３２、循環ポンプ３５，供給室３１，インクジェットヘッド２、回収室３２、の順に液体が循環する。

なお、圧力調整機構４７，４８の構造は、上述したピストン式の機構に限られず、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、例えば液室内の気体を増減することで、液室を加圧または減圧する構成としてもよい。

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、
前記液室に液体を補充する液体補充部と、
前記液室を加圧または減圧可能に構成された気体制御部と、
前記液体吐出部の圧力が、所定の基準範囲内であって、所定の閾値よりも低い場合、前記液体補充部により液体を補充し、
前記圧力が、前記基準範囲より低い場合、前記気体制御部により前記液室を加圧することで前記液体吐出部を加圧し、前記圧力が前記基準範囲より高い場合、前記気体制御部により前記液室を減圧することにより、前記液体吐出部を減圧する、制御部と、を備える液体循環装置。
（２）
前記液室の圧力を検出する圧力検出部を備え、
前記制御部は、前記検出された前記液室の圧力に基づいて前記液体吐出部の圧力を検出し、
前記閾値は、印字停止状態における過去の複数の圧力データの最小値である（１）記載の液体循環装置。
（３）
前記液体を補充する際に、補充速度または補充量を段階的に増加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）
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、
前記液体吐出部の圧力が、所定の基準範囲内であって、所定の閾値よりも低い場合、液体補充部により液体を補充し、
前記圧力が、前記基準範囲より低い場合、前記気体制御部により前記液室を加圧することで前記液体吐出部を加圧し、
前記圧力が前記基準範囲より高い場合、気体制御部により前記液室を減圧することにより、前記液体吐出部を減圧する液体吐出装置の制御方法。

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、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（圧力検出部）、４５ｂ…圧力センサ（圧力検出部）、４７…圧力調整部（気体制御部）、４８…圧力調整部（気体制御部）、２５…圧力室、２８…インク流路、５００…制御基板、５１０…マイコン（制御部）。

Claims (3)

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、
   前記液室に液体を補充する液体補充部と、
   前記液室を加圧または減圧可能に構成された気体制御部と、
   前記液体吐出部の圧力が、所定の基準範囲内であって、所定の閾値よりも低い場合、前記液体補充部により液体を補充し、前記圧力が、前記基準範囲より低い場合、前記気体制御部により前記液室を加圧することで前記液体吐出部を加圧し、前記圧力が前記基準範囲より高い場合、前記気体制御部により前記液室を減圧することにより、前記液体吐出部を減圧する、制御部と、
   前記液室の圧力を検出する圧力検出部と、を備え、
   前記制御部は、前記検出された前記液室の圧力に基づいて前記液体吐出部の圧力を検出し、
   前記閾値は、印字停止状態における過去の複数の圧力データの最小値である液体循環装置。
2. 前記液体を補充する際に、補充速度または補充量を段階的に増加することを特徴とする請求項１記載の液体循環装置。
3. 請求項１または２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。