KR20220024358A - 잉크젯 인쇄장치 및 제어방법 - Google Patents

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Abstract

토출 불량 및 쓸데없는 잉크의 소비를 억제할 수 있는 잉크젯 인쇄장치 및 그 제어방법을 제공한다. 그 때문에, 순환 경로 내의 잉크 안료 농도 Nx를 산출하고, 그 안료 농도 Nx에 의거하여 순환 경로 내의 잉크를 배출한다.

Description

잉크젯 인쇄장치 및 제어방법{INKJET PRINTING APPARATUS AND CONTROL METHOD}
본 발명은, 토출구로부터 잉크를 토출하여 인쇄를 행하는 잉크젯 인쇄장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
잉크젯 인쇄장치에 있어서, 장시간 잉크를 토출하지 않는 상태가 계속되면, 인쇄 헤드가 구비한 토출구로부터 잉크 내의 수분이 증발해서 잉크 농도가 높아진다. 잉크의 농도가 높아지면, 잉크의 점도도 증가하여, 토출 시에 토출 불량이 발생하기 쉬워진다. 이러한 토출 불량, 또는 토출구로부터의 수분 증발에 의한 잉크의 농도 상승을 억제하기 위해, 예비 토출이 행해지고 있다.
일본국 특개 2000-233518호 공보에서는, 캡핑 방치 시간(capping left time)이나 총 인쇄 시간 간의 관계에 의거해, 캡핑 방치 시간 혹은 총 인쇄 시간이 짧은 동안에는 예비 토출 동작이 실행되고, 캡핑 방치 시간 혹은 인쇄 시간이 길어지면 크리닝 동작을 실행하는 것이 개시되어 있다.
또한, 복수의 인쇄 소자 기판을 규칙적으로 배치한 가로로 긴 라인형 인쇄 헤드가 알려져 있고, 잉크의 증점의 억제나, 증점한 잉크나 잉크 중의 이물질을 배출할 목적으로, 인쇄 헤드 내의 잉크 유로를 따라 잉크를 순환시키는 구성이 알려져 있다.
잉크를 순환시키는 구성에서는, 토출구에 플레쉬한(fresh) 잉크가 끊임없이 공급되기 때문에, 순환 중에는 토출구로부터 수분이 계속해서 증발한다. 토출구에서 수분이 증발하여, 증점한 잉크가 순환 경로 내로 되돌아오므로, 순환 경로 내에서의 잉크의 증점이 서서히 진행한다. 그 때문에, 캡핑 방치 시간 혹은 인쇄 시간이 같은 조건에 있는 경우라도, 순환 경로 내의 증점 정도가 진행되고 있는 경우에는, 예비 토출 동작 만으로는 토출 상태의 회복이 불완전해서 토출 불량이 발생한다.
또한, 일률적으로 크리닝 동작을 실시하면, 순환 경로 내의 증점 정도가 진행하지 않고 있을 경우에는, 쓸데없는 잉크가 소비되게 된다.
따라서, 본 발명은, 토출 불량 및 쓸데없는 잉크의 소비를 억제할 수 있는 잉크젯 인쇄장치 및 그 제어방법을 제공한다.
그 때문에, 본 발명의 잉크젯 인쇄장치는, 토출구로부터 잉크를 토출해서 화상을 인쇄하도록 구성된 인쇄 헤드와, 상기 토출구에 대응하는 잉크를 토출하는데 사용되는 열 에너지를 생성하는 인쇄 소자와, 상기 인쇄 소자와 대향하는 에어리어인 압력실과, 상기 인쇄 헤드에 공급되는 잉크를 수용하도록 구성된 탱크와, 상기 인쇄 헤드의 상기 압력실과 상기 탱크를 포함하는 순환 경로 내부에서 상기 잉크를 순환시키기 위한 순환 동작을 행하도록 구성된 순환 유닛과, 상기 순환 경로 내의 상기 잉크를 배출하는 배출 동작을 행하도록 구성된 배출 유닛과, 상기 순환 유닛이 순환 동작을 행하는 상태에서 상기 잉크의 제1 증발량에 의거하여, 상기 순환 경로 내의 잉크 농도에 관한 값을 취득하도록 구성된 취득 유닛, 및 상기 취득 유닛에 의해 취득된 상기 순환 경로 내의 잉크 농도에 관한 값에 의거하여 상기 배출 유닛에게 상기 배출 동작을 행하게 하도록 구성된 제어 유닛을 구비한다.
본 발명에 따르면, 토출 불량 및 쓸데없는 잉크의 소비를 억제할 수 있는 잉크젯 인쇄장치 및 그 제어방법을 실현할 수 있다.
본 발명의 추가 특징들은 첨부도면을 참조하여 이하의 예시적인 실시예로부터 분명해질 것이다.
도 1은, 잉크젯 인쇄장치의 개략 구성을 나타낸 도면이다.
도 2은, 제어 구성을 나타낸 블록도다.
도 3은, 인쇄장치에 적용되는 순환 경로의 순환 형태를 나타낸 모식도다.
도 4은, 인쇄 헤드에의 잉크 유입량을 나타낸 개략도다.
도 5a는, 인쇄 헤드를 나타낸 사시도다.
도 5b은, 인쇄 헤드를 나타낸 사시도다.
도 6은, 인쇄 헤드를 구성하는 각 부품 또는 유닛을 나타낸 분해 사시도다.
도 7은, 제1 내지 제3 유로 부재의 각 유로 부재의 표면과 이면을 나타낸 도면이다.
도 8은, 도 7의 부분 (a)의 VIII부를 나타낸 도면이다.
도 9은, 도 8의 IX-IX에 있어서의 단면을 나타낸 도면이다.
도 10a는, 1개의 토출 모듈을 나타낸 도면이다.
도 10b은, 1개의 토출 모듈을 나타낸 도면이다.
도 11a는, 인쇄 소자 기판을 나타낸 도면이다.
도 11b은, 인쇄 소자 기판을 나타낸 도면이다.
도 11c은, 인쇄 소자 기판을 나타낸 도면이다.
도 12은, 인쇄 소자 기판 및 커버 플레이트의 단면을 나타낸 사시도다.
도 13은, 인쇄 소자 기판의 인접부를 부분적으로 확대해서 나타낸 평면도다.
도 14a는, 인쇄 소자 기판을 나타낸 도면이다.
도 14b은, 인쇄 소자 기판을 나타낸 도면이다.
도 14c은, 인쇄 소자 기판을 나타낸 도면이다.
도 15a는, 토출의 발수와 속도의 그래프를 나타낸 도면이다.
도 15b은, 압력실에서의 잉크 농축 정도를 나타낸 도면이다.
도 15c은, 압력실에서의 잉크 농축 정도를 나타낸 도면이다.
도 16은, 토출구의 구경과 토출구로부터의 평균 증발 속도와의 관계를 나타낸 그래프다.
도 17은, 수분 증발시의 잉크 점도를 나타낸 그래프다.
도 18은, 인쇄 명령 수신시의 도트 카운트(dot-count) 산출 처리를 나타낸 흐름도다.
도 19은, 증발량 산출 처리를 나타낸 흐름도다.
도 20은, 비인쇄 동작중의 증발량 산출 처리를 나타낸 흐름도다.
도 21은, 소비 잉크량 산출 처리의 흐름도다.
도 22은, 안료 농도 정보 갱신 처리를 나타낸 흐름도다.
도 23은, 농도 판정 처리를 나타낸 흐름도다.
도 24은, 안료 농도 정보 갱신 처리를 나타낸 흐름도다.
도 25은, 순환 경로를 나타낸 모식도다.
도 26은, 순환 경로를 나타낸 모식도다.
도 27은, 안료 농도 산출 처리를 나타낸 흐름도다.
도 28은, 안료 농도 산출 처리를 나타낸 흐름도다.
이하, 도면을 참조해서 본 발명의 제1 실시 예에 대해 설명한다.
(제1 실시 예)
(잉크젯 인쇄장치의 설명)
도 1은, 본 발명의 액체를 토출하는 액체 토출 장치, 특히 잉크를 토출해서 인쇄를 행하는 잉크젯 인쇄장치(이하, 인쇄장치라고도 칭한다)(1000)의 개략 구성을 나타낸 도면이다. 인쇄장치(1000)는, 인쇄 매체(2)를 반송하는 반송부(1)와, 인쇄 매체(2)의 반송 방향과 대략 직교해서 배치되는 라인 형의 인쇄 헤드(액체 토출 헤드)(3)를 구비하고, 복수의 인쇄 매체(2)를 연속 혹은 간헐적으로 반송하면서 1패스(pass)로 연속 인쇄를 행하는 라인형 인쇄장치다. 인쇄 헤드(3)는 경로 내의 압력(부압)을 제어하는 부압(negative pressure) 제어 유닛(230)과, 부압 제어 유닛(230)과 유체 연통한 액체 공급 유닛(220)과, 액체 공급 유닛(220)에/으로부터의 잉크의 공급 및 배출구가 되는 액체 접속부(111)와, 하우징(80)을 구비하고 있다. 인쇄 매체(2)는, 커트지(cut sheet)에 한정되지 않고, 연속된 롤 매체(roll medium)이어도 된다.
인쇄 헤드(3)는, 시안 C, 마젠타 M, 옐로 Y, 블랙 K의 잉크에 의한 풀 컬러 인쇄가 가능하고, 액체를 인쇄 헤드(3)에 공급하는 공급로인 액체 공급 수단, 메인 탱크(후술하는 도 3 참조)가 유체적으로 접속된다. 또한, 인쇄 헤드(3)에는, 인쇄 헤드(3)에 전력 및 토출 제어신호를 전송하는 전기 제어부가 전기적으로 접속된다. 인쇄 헤드(3) 내부에 있어서의 액체 경로 및 전기신호 경로에 대해서는 후술한다.
인쇄장치(1000)는, 잉크 등의 액체를 후술하는 탱크와 인쇄 헤드(3) 사이(장치 내)에서 순환시키는 형태의 잉크젯 인쇄장치다. 그 순환의 형태는, 인쇄 헤드(3)의 하류측에서 순환 펌프를 가동함으로써 순환시키는 순환 형태다. 이하, 이 순환 형태에 대해 설명한다.
도 2는, 인쇄장치(1)에 있어서의 제어 구성을 나타낸 블록도다. 제어 구성은, 주로 인쇄부를 총괄해서 제어하는 프린트 엔진 유닛(417)과, 스캐너부를 총괄해서 제어하는 스캐너 엔진 유닛(411)과, 인쇄장치(1000)의 전체를 총괄해서 제어하는 콘트롤러 유닛(410)으로 구성되어 있다. 프린트 콘트롤러(419)는, 콘트롤러 유닛(410)의 메인 콘트롤러(401)의 지시에 따라 프린트 엔진 유닛(417)의 각종 기구를 제어한다. 스캐너 엔진 유닛(411)의 각종 기구는, 콘트롤러 유닛(410)의 메인 콘트롤러(401)에 의해 제어된다. 이하에서 제어 구성의 상세에 대해 설명한다.
콘트롤러 유닛(410)에 있어서, CPU에 의해 구성되는 메인 콘트롤러(401)는, ROM(407)에 기억되어 있는 프로그램 및 각종 파라미터에 따라, RAM(406)을 워크 에어리어(work area)로서 사용하여 인쇄장치(1000)의 전체를 제어한다. 예를 들면, 호스트 I/F(402) 또는 와이어리스 I/F(403)을 통해서 호스트 장치(400)로부터 인쇄 잡이 입력되면, 메인 콘트롤러(401)의 지시에 따라, 화상 처리부(408)가 수신한 화상 데이터에 대하여 소정의 화상처리를 실행한다. 그리고, 메인 콘트롤러(401)는 프린트 엔진 I/F(405)을 통해서, 화상처리를 실행한 화상 데이터를 프린트 엔진 유닛(417)에 송신한다.
이때, 인쇄장치(1000)는 무선통신이나 유선통신을 통해서 호스트 장치(400)로부터 화상 데이터를 취득해도 되고, 인쇄장치(1000)에 접속된 외부 기억장치(USB 메모리 등)로부터 화상 데이터를 취득해도 된다. 무선통신이나 유선통신에 이용되는 통신방식은 한정되지 않는다. 예를 들면, 무선통신에 이용되는 통신방식으로서, Wi-Fi(Wireless Fidelity)(등록상표)나 Bluetooth(등록상표)이 적용 가능하다. 또한, 유선통신에 이용되는 통신방식으로서는, USB(Universal Serial Bus) 등이 적용가능하다. 또한, 예를 들면, 호스트 장치(400)로부터 판독 코맨드가 입력되면, 메인 콘트롤러(401)는, 스캐너 엔진 I/F(409)을 통해서 이 코맨드를 스캐너부에 송신한다.
조작패널(404)은, 유저가 인쇄장치(1000)에 대하여 입출력을 행하기 위한 기구다. 유저는, 조작패널(404)을 통해서 카피나 스캔 등의 동작을 지시하거나, 인쇄 모드를 설정하거나, 인쇄장치(1)의 정보를 인식할 수 있다.
프린트 엔진 유닛(417)에 있어서, CPU에 의해 구성되는 프린트 콘트롤러(419)는, ROM(420)에 기억되어 있는 프로그램 및 각종 파라미터에 따라, RAM(421)을 워크 에어리어로서 사용하여 인쇄부가 구비하는 각종 기구를 제어한다. 콘트롤러 I/F(418)을 통해서 각종 코맨드 및 화상 데이터가 수신되면, 프린트 콘트롤러(419)는, 이것을 일단 RAM(421)에 보존한다. 인쇄 헤드(3)가 인쇄 동작에 이용할 수 있도록, 프린트 콘트롤러(419)는 화상처리 콘트롤러(422)에게, 보존한 화상 데이터를 인쇄 데이터로 변환하게 한다. 인쇄 데이터가 생성되면, 프린트 콘트롤러(419)는, 헤드 I/F(427)을 통해서 인쇄 헤드(3)에 인쇄 데이터에 근거한 인쇄 동작을 실행시킨다. 이때, 프린트 콘트롤러(419)는, 반송 제어부(426)를 통해서 반송부(1)를 구동하여, 인쇄 매체(2)를 반송한다. 프린트 콘트롤러(419)의 지시에 따라, 인쇄 매체(2)의 반송 동작에 연동해서 인쇄 헤드(3)에 의한 인쇄 동작이 실행되어, 인쇄 처리가 행해진다.
헤드 캐리지 제어부(425)는, 인쇄장치(1000)의 메인티넌스(maintenace) 상태나 인쇄 상태 등의 동작 상태에 따라 인쇄 헤드(3)의 방향이나 위치를 변경한다. 잉크 공급 제어부(424)는, 인쇄 헤드(3)에 공급되는 잉크의 압력이 적절한 범위에 들어가도록, 액체 공급 유닛(220)을 제어한다. 메인티넌스 제어부(418)는, 인쇄 헤드(3)에 대해 메인티넌스 동작을 행할 때에, 메인티넌스 유닛에 있어서의 캡(cap) 유닛이나 와이핑(wiping) 유닛의 동작을 제어한다.
스캐너 엔진 유닛(411)에 있어서는, 메인 콘트롤러(401)가, ROM(407)에 기억되어 있는 프로그램 및 각종 파라미터에 따라, RAM(406)을 워크 에어리어로서 사용하면서, 스캐너 콘트롤러(415)의 하드웨어 리소스(resource)를 제어한다. 이에 따라, 스캐너부가 구비한 각종 기구가 제어된다. 예를 들면, 콘트롤러 I/F(414)을 통해서 메인 콘트롤러(401)가 스캐너 콘트롤러(415) 내의 하드웨어 리소스를 제어함으로써, 유저에 의해 ADF에 탑재된 원고를, 반송 제어부(413)를 통해서 반송하여, 센서(416)에 의해 판독한다. 그리고, 스캐너 콘트롤러(415)는 판독된 화상 데이터를 RAM(412)에 보존한다. 이때, 프린트 콘트롤러(419)는, 전술한 바와 같이 취득된 화상 데이터를 인쇄 데이터로 변환함으로써, 인쇄 헤드(3)에게, 스캐너 콘트롤러(415)에 의해 판독된 화상 데이터에 근거한 인쇄 동작을 실행하게 하는 것이 가능하다.
(순환 형태의 설명)
도 3은, 본 실시 예의 인쇄장치(1000)에 적용되는 순환 경로의 순환 형태를 나타낸 모식도다. 인쇄 헤드(3)는, 제1 순환 펌프(1002) 및 메인 탱크(1003) 등에 유체적으로 접속되어 있다. 이때, 도 3에서는, 설명을 간략화하기 위해서, 시안 C, 마젠타 M, 옐로 Y, 블랙 K의 잉크 중 1색의 잉크가 유동하는 경로만을 나타내고 있지만, 실제로는 4색분의 순환 경로가, 인쇄 헤드(3) 및 인쇄장치 본체에 설치된다.
메인 탱크(1003) 내부의 잉크는, 제2 순환 펌프(1004)에 의해 액체 접속부(111)를 통해서 인쇄 헤드(3)의 액체 공급 유닛(220)에 공급된다. 그 후, 액체 공급 유닛(220)에 접속된 부압 제어 유닛(230)에서 서로 다른 2개의 부압(고압, 저압)으로 조정된 잉크는, 고압측과 저압측의 2개의 유로로 나뉘어 순환한다. 인쇄 헤드(3) 내부의 잉크는, 인쇄 헤드(3)의 하류에 있는 제1 순환 펌프(1002)의 작용으로 인쇄 헤드 내부를 순환하고, 액체 접속부(111)를 통해서 인쇄 헤드(3)로부터 배출되어 메인 탱크(1003)로 되돌아간다.
제1 순환 펌프(1002)는, 인쇄 헤드(3)의 액체 접속부(111)로부터 액체를 인출해서 메인 탱크(1003)로 흘린다. 제1 순환 펌프로서는, 정량적인 송액(liquid feeding) 능력을 갖는 용적형 펌프가 바람직하다. 구체적으로는, 튜브 펌프, 기어 펌프, 다이어그램 펌프, 실린지(syringe) 펌프 등을 들 수 있지만, 예를 들면, 일반적인 정류량 밸브나 릴리프(relief) 밸브를 펌프 출구에 배치해서 일정 유량을 확보하는 형태여도 된다. 인쇄 헤드(3)의 구동시에는, 제1 순환 펌프(1002)를 가동함으로써, 각각 공통 공급 유로(211) 및 공통 회수 유로(212)를 통해서 소정 유량의 잉크가 흐른다. 이렇게 잉크를 흘려보냄으로써, 인쇄시의 인쇄 헤드(3)의 온도를 최적의 온도로 유지하고 있다.
인쇄 헤드(3) 구동시의 소정 유량은, 인쇄 헤드(3) 내부의 각 인쇄 소자 기판(10) 사이의 온도 차가 인쇄 화질에 영향을 미치지 않는 정도로 유지 가능한 유량 이상으로 설정하는 것이 바람직하다. 그렇지만, 너무 큰 유량으로 설정하면, 액체 토출 유닛(300) 내의 유로의 압력 손실의 영향에 의해, 각 인쇄 소자 기판(10) 사이에서 부압 차가 커져 화상의 농도 불균일이 생겨 버린다. 그 때문에, 각 인쇄 소자 기판(10) 사이의 온도 차와 부압 차를 고려하면서 유량을 설정하는 것이 바람직하다.
부압 제어 유닛(230)은, 제2 순환 펌프(1004)와 액체 토출 유닛(300) 사이의 경로에 설치되어 있다. 이 부압 제어 유닛(230)은, 단위 면적당의 토출량의 차이 등에 의해 순환계에 있어서의 잉크의 유량이 변동한 경우에도, 부압 제어 유닛(230)보다도 하류측(즉 액체 토출 유닛(300)측)의 압력을 미리 설정한 일정 압력으로 유지하도록 동작한다. 부압 제어 유닛(230)을 구성하는 2개의 부압 제어기구로서는, 부압 제어 유닛(230)보다도 하류의 압력을, 원하는 설정 압력을 중심으로 해서 일정한 범위 이하의 변동으로 제어할 수 있는 것이면, 어떤 기구를 사용해도 된다.
일례로서는, 소위 "감압 레귤레이터(Regulator)"와 같은 기구를 채용할 수 있다. 본 실시 예에 있어서의 순환 유로에서는, 제2 순환 펌프(1004)에 의해, 액체 공급 유닛(220)을 통해서 부압 제어 유닛(230)의 상류측을 가압하고 있다. 이렇게 하면, 메인 탱크(1003)의 인쇄 헤드(3)에 대한 수두압(water head pressure)의 영향을 억제할 수 있으므로, 인쇄장치(1000)에 있어서의 메인 탱크(1003)의 배치의 자유도를 넓힐 수 있다.
제2 순환 펌프(1004)로서는, 인쇄 헤드(3)의 구동시에 사용하는 잉크 순환 유량의 범위에 있어서, 일정 압력 이상의 헤드 압력을 갖는 것이면 되고, 터보형 펌프나 용적형 펌프 등을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 다이어그램 펌프 등이 적용 가능하다. 또한, 제2 순환 펌프(1004) 대신에, 예를 들면, 부압 제어 유닛(230)에 대해 어떤 일정한 수두차(water head difference)를 갖고 배치된 수두 탱크라도 적용 가능하다. 도 3에 나타낸 것과 같이, 부압 제어 유닛(230)은, 각각이 서로 다른 제어 압력이 설정된 2개의 부압 조정 기구를 구비하고 있다. 2개의 부압 조정 기구 중, 상대적으로 고압 설정측(도 3에서 H로 기재)과, 상대적으로 저압 설정측(도 3에서 L로 기재)은, 각각, 액체 공급 유닛(220) 내부를 경유하여, 액체 토출 유닛(300) 내부의 공통 공급 유로(211) 및 공통 회수 유로(212)에 접속되어 있다.
액체 토출 유닛(300)에서는, 공통 공급 유로(211), 공통 회수 유로(212), 및 각 인쇄 소자 기판과 연통하는 개별 유로(215)(개별 공급 유로(213) 및 개별 회수 유로(214))이 설치되어 있다. 공통 공급 유로(211)에는, 부압 제어기구 H가 접속되어 있고, 공통 회수 유로(212)에는 부압 제어기구 L이 접속되어 있어, 2개의 공통 유로 사이에 차압(differential pressure)이 생기고 있다. 그리고, 개별 유로(215)는, 공통 공급 유로(211) 및 공통 회수 유로(212)와 연통하고 있으므로, 액체의 일부가, 공통 공급 유로(211)로부터 인쇄 소자 기판(10)의 내부 유로를 통과해서 공통 회수 유로(212)로 흐르는 흐름(도 3의 화살표)이 발생한다.
이렇게 하여, 액체 토출 유닛(300)에서는, 공통 공급 유로(211) 및 공통 회수 유로(212) 내부를 각각 통과하도록 액체를 흘려보내면서, 일부의 액체가 각 인쇄 소자 기판(10) 내부를 통과하도록 하는 흐름이 발생한다. 이 때문에, 각 인쇄 소자 기판(10)에서 발생하는 열을, 공통 공급 유로(211) 및 공통 회수 유로(212)를 통해서 흐르는 잉크에 의해 인쇄 소자 기판(10)의 외부로 배출할 수 있다. 또한, 이러한 구성에 의해, 인쇄 헤드(3)에 의한 인쇄를 행하고 있을 때에, 토출을 행하지 않고 토출구나 압력실에 있어서도 잉크의 흐름을 생기게 할 수 있다. 이것에 의해, 토출구 내에서 증점한(thickened) 잉크의 점도를 저하시킴으로써, 잉크의 증점을 억제할 수 있다. 또한, 증점한 잉크나 잉크 중의 이물질을 공통 회수 유로(212)로 배출할 수 있다. 이 때문에, 본 실시 예의 인쇄 헤드(3)는, 고속으로 고화질의 인쇄이 가능해진다.
인쇄 대기시(비인쇄시)에 잉크를 순환하고 있는 경우의, 공통 공급 유로(211) 및 공통 회수 유로(212) 내부의 유량의 합계를 유량 A로 한다. 유량 A의 값은, 인쇄 대기중에 인쇄 헤드(3)의 온도 조정에 있어서, 액체 토출 유닛(300) 내부의 온도차를 원하는 범위 내로 하기 위해 필요한 최소한의 유량으로서 정의된다. 또한, 액체 토출 유닛(300)의 모든 토출구로부터 잉크를 토출하는 경우(전체 토출시)의 토출 유량을 유량 F(1토출구당의 토출량×단위시간당의 토출 주파수×토출구 수)로 정의한다.
도 4는, 본 실시 예의 순환 형태에 있어서의, 인쇄 헤드(3)에의 잉크의 유입량을 나타낸 개략도다. 부분(a)은, 순환 형태에 있어서의 대기시를 나타내고 있고, 부분(b)는, 순환 형태에 있어서의 전체 토출시를 나타내고 있고, 부분(a) 및 부분(b)는 각각 대기시와 전체 토출시의 유량을 나타내고 있다.
정량적인 송액 능력을 갖는 제1 순환 펌프(1002)가 인쇄 헤드(3)의 하류측에 배치되어 있는 순환 형태의 경우(부분(a), 부분(b)), 제1 순환 펌프(1002)의 설정 유량은 유량 A가 된다. 이 유량 A에 의해, 대기시의 액체 토출 유닛(300) 내부의 온도 관리가 가능해진다. 그리고, 인쇄 헤드(3)에 의해 전체 토출이 행해지는 경우, 제1 순환 펌프(1002)의 설정 유량은 여전히 유량 A이다. 그러나, 인쇄 헤드(3)에 공급되는 최대 유량에 관해서는, 인쇄 헤드(3)에서 토출에 의해 생기는 부압이 작용하여, 총 설정 유량의 유량 A에 전체 토출에 의한 소비분의 유량 F가 가산된다. 따라서, 인쇄 헤드(3)에의 공급량의 최대값은, 유량 F가 유량 A에 가산되기 때문에, 유량 A + 유량 F가 된다(부분 (b)).
(인쇄 헤드 구성의 설명)
제1 실시 예에 따른 인쇄 헤드(3)의 구성에 대해 설명한다. 도 5a 및 도 5b은, 본 실시 예에 따른 인쇄 헤드(3)를 나타낸 사시도다. 인쇄 헤드(3)는, 1개의 인쇄 소자 기판(10)에서 시안 C/마젠타 M/옐로 Y/블랙 K의 4색의 잉크를 토출 가능한 인쇄 소자 기판(10)을 직선 위에 15개 배열(인라인으로 배치)되는 라인형의 인쇄 헤드다. 도 5a에 나타낸 것과 같이, 인쇄 헤드(3)는, 각 인쇄 소자 기판(10)과, 플렉시블 배선 기판(40) 및 전기 배선 기판(90)을 통해서 전기적으로 접속된 신호 입력 단자(91)와 전력 공급 단자(92)를 구비한다. 신호 입력 단자(91) 및 전력 공급 단자(92)는, 인쇄장치(1000)의 제어부와 전기적으로 접속되어, 각각 토출 구동신호 및 토출에 필요한 전력을 인쇄 소자 기판(10)에 공급한다. 전기 배선 기판(90) 내의 전기회로에 의해 배선을 집약함으로써, 신호 입력 단자(91) 및 전력 공급 단자(92)의 수를 인쇄 소자 기판(10)의 수보다 적게 할 수 있다. 이에 따라, 인쇄장치(1000)에 대하여 인쇄 헤드(3)를 어셈블리할 때 또는 인쇄 헤드의 교환시에 분리가 필요한 전기 접속부의 수가 적어도 된다. 도 5b에 나타나 있는 바와 같이, 인쇄 헤드(3)의 양 단부에 설치된 액체 접속부(111)는, 인쇄장치(1000)의 액체 공급계와 접속된다. 이에 따라, 시안 C/마젠타 M/옐로 Y/블랙 K의 4색의 잉크가 인쇄장치(1000)의 공급계로부터 인쇄 헤드(3)에 공급되고, 또한 인쇄 헤드(3) 내부를 통과한 잉크가 인쇄장치(1000)의 공급계에 회수되도록 되어 있다. 이렇게, 각 색의 잉크는, 인쇄장치(1000)의 경로와 인쇄 헤드(3)의 경로를 통해서 순환 가능하다.
도 6은, 인쇄 헤드(3)를 구성하는 각 부품 또는 유닛을 나타낸 분해 사시도다. 액체 토출 유닛(300), 액체 공급 유닛(220) 및 전기배선 기판(90)이 하우징(80)에 부착되어 있다. 액체 공급 유닛(220)에는 액체 접속부(111)(도 3 참조)가 설치되는 동시에, 액체 공급 유닛(220)의 내부에는, 공급되는 잉크중의 이물질을 제거하기 위해, 액체 접속부(111)의 각 개구와 연통하는 각 색별의 필터(221)(도 3 참조)가 설치되어 있다. 2개의 액체 공급 유닛(220)에서는, 각각 2색분씩의 필터(221)가 설치되어 있다. 필터(221)를 통과한 액체는, 각 색에 대응해서 액체 공급 유닛(220) 위에 배치된 부압 제어 유닛(230)에 공급된다. 부압 제어 유닛(230)은, 각 색별의 부압 제어 밸브로 이루어지는 유닛이며, 각각의 내부에 설치되는 밸브나 스프링 부재 등의 동작으로 액체의 유량의 변동에 따라 생기는 인쇄장치(1000)의 공급계 내(인쇄 헤드(3)의 상류측의 공급계)의 압력 손실 변화를 대폭적으로 감쇠시킨다. 이것에 의해, 부압 제어 유닛(230)은, 부압 제어 유닛보다도 하류측(액체 토출 유닛(300)측)의 부압 변화를 어떤 일정 범위 내에서 안정화시키는 것이 가능하다. 각 색의 부압 제어 유닛(230) 내부에는, 도 3에서 기술한 것 같이 각 색의 2개의 부압 제어 밸브가 내장되어 있다. 2개의 부압 제어 밸브는, 각각 서로 다른 제어 압력으로 설정되고, 고압측이 액체 토출 유닛(300) 내부의 공통 공급 유로(211)(도 3 참조)와 연통하고, 저압측이 공통 회수 유로(212)(도 3 참조)와 액체 공급 유닛(220)을 통해서 연통하고 있다.
하우징(80)은, 액체 토출 유닛 지지부(81) 및 전기 배선 기판 지지부(82)로 구성되고, 액체 토출 유닛(300) 및 전기 배선 기판(90)을 지지하는 동시에, 인쇄 헤드(3)의 강성을 확보하고 있다. 전기 배선 기판 지지부(82)는, 전기 배선 기판(90)을 지지하기 위한 것이고, 액체 토출 유닛 지지부(81)에 나사 결합에 의해 고정되어 있다. 액체 토출 유닛 지지부(81)는, 액체 토출 유닛(300)의 뒤틀림이나 변형을 교정하고, 복수의 인쇄 소자 기판(10)의 상대 위치 정밀도를 확보하는 역할을 갖고, 그것에 의해 인쇄물에 있어서의 줄무늬나 불균일을 억제한다. 그 때문에, 액체 토출 유닛 지지부(81)는, 충분한 강성을 갖는 것이 바람직하고, 재질로서는 SUS나 알루미늄 등의 금속재료, 혹은 알루미나 등의 세라믹이 적합하다. 액체 토출 유닛 지지부(81)에는, 조인트 고무(joint rubber)(100)가 삽입되는 개구(83, 84)가 설치되어 있다. 액체 공급 유닛(220)으로부터 공급되는 액체는, 조인트 고무를 통해서 액체 토출 유닛(300)을 구성하는 제3 유로 부재(70)로 이끌어진다.
액체 토출 유닛(300)은, 복수의 토출 모듈(200), 유로 부재(210)로 이루어지고, 액체 토출 유닛(300)의 인쇄 매체측의 면에는 커버 부재(130)가 부착된다. 여기에서, 커버 부재(130)는, 도 6에 나타낸 것과 같이 가로로 긴 개구(131)가 설치된 액자형의 표면을 갖는 부재이며, 개구(131)로부터는 토출 모듈(200)에 포함되는 인쇄 소자 기판(10) 및 봉지 부재(110)(후술하는 도 10a 참조)가 노출되어 있다. 개구(131)의 주위의 프레임부는, 인쇄 대기시(비인쇄시)에 인쇄 헤드(3)를 캡(cap)하는 캡 부재의 접촉면으로서의 기능을 갖는다. 이 때문에, 개구(131)의 주위를 따라 접착제, 밀봉재, 충전재 등을 도포하여, 액체 토출 유닛(300)의 토출구면 위의 요철이나 틈을 메움으로써, 캡시에 폐공간이 형성되도록 하는 것이 바람직하다.
다음에, 액체 토출 유닛(300)에 포함되는 유로 부재(210)의 구성에 대해 설명한다. 도 6에 나타낸 것과 같이, 유로 부재(210)는, 제1 유로부재(50), 제2 유로부재(60) 및 제3 유로부재(70)를 적층한 것이며, 액체 공급 유닛(220)으로부터 공급된 액체를 각 토출 모듈(200)에 분배한다. 또한, 유로 부재(210)는, 토출 모듈(200)로부터 환류하는 액체를 액체 공급 유닛(220)으로 되돌리기 위한 유로 부재다. 유로 부재(210)는, 액체 토출 유닛 지지부(81)에 나사 결합으로 고정되어 있고, 그것에 의해 유로 부재(210)의 뒤틀림이나 변형이 억제되고 있다.
도 7은, 제1 내지 제3 유로 부재의 각 유로 부재의 표면과 이면을 나타낸 도면이다. 부분 (a)은, 제1 유로 부재(50)의, 토출 모듈(200)이 탑재되는 측의 면을 나타내고, 부분 (f)은, 제3 유로 부재(70)의, 액체 토출 유닛 지지부(81)와 접촉하는 측의 면을 나타낸다. 제1 유로 부재(50)와 제2 유로 부재(60)는, 각각의 유로 부재의 접촉면인 부분 (b)과 부분 (c)가 대향하도록 접합하고, 제2 유로 부재와 제3 유로 부재는, 각각의 유로 부재의 접촉면인 부분 (d)과 부분 (e)가 대향하도록 접합한다. 제2 유로 부재(60)와 제3 유로 부재(70)를 접합함으로써, 각 유로 부재에 형성되는 공통 유로 홈 62, 71로, 유로 부재의 길이 방향으로 연장되는 8개의 공통 유로 211a, 21lb, 211c, 211d, 212a, 212b, 212c, 212d이 형성된다.
이에 따라, 색마다 공통 공급 유로(211)와 공통 회수 유로(212)의 세트가 유로 부재(210) 내부에 형성된다. 공통 공급 유로(211)로부터 인쇄 헤드(3)로 잉크가 공급되고, 인쇄 헤드(3)에 공급된 잉크는 공통 회수 유로(212)에 의해 회수된다. 제3 유로 부재(70)의 연통구(72)(도 7의 부분 (f) 참조)는, 조인트 고무(100)의 각 구멍과 연통하고 있고, 액체 공급 유닛(220)(도 6 참조)과 유체적으로 연통하고 있다. 제2 유로 부재(60)의 공통 유로 홈(62)의 저면에는, 연통구(61)(공통 공급 유로(211)와 연통하는 연통구(61-1), 공통 회수 유로(212)와 연통하는 연통구(61-2))이 복수 형성되어 있고, 제1 유로 부재(50)의 개별 유로 홈(52)의 일단부와 연통하고 있다. 문맥에 따른 명확함을 위해 제1 유로 부재(50)의 개별 유로 홈(52)의 타단부에는 연통구(51)가 형성되어 있고, 복수의 토출 모듈(200)은 연통구(51)를 통해서 서로 유체적으로 연통하고 있다. 이 개별 유로 홈(52)에 의해, 유로 부재의 중앙측에 유로를 집약하는 것이 가능해진다.
제1 내지 제3 유로 부재는, 액체에 대하여 내부식성(corrosion resistance)을 갖는 동시에, 선팽창률(linear expansion rate)이 낮은 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 재질로서는, 예를 들면, 알루미나(alumina)나, LCP(액정 폴리머), PPS(poly phenyl sulfide)나 PSF(poly sulfone)을 모재(base material)로서 사용하고 실리카(silica) 미립자나 파이버(fibers) 등의 무기 필러(inorganic filler)를 첨가한 복합 재료(수지 재료)를 바람직하게 사용할 수 있다. 유로 부재(210)의 형성 방법으로서는, 3개의 유로 부재를 적층시켜서 서로 접착해도 되고, 재질로서 수지 복합 수지재료를 선택한 경우에는, 용착에 의한 접합 방법을 사용해도 된다.
도 8은, 도 7의 부분(a)의 VIII부를 나타내고 있고, 제1 내지 제3 유로 부재를 접합해서 형성되는 유로 부재(210) 내부의 제1 유로 부재(50)의 일부를, 토출 모듈(200)이 탑재되는 면측에서 확대해서 나타낸 투시도다. 공통 공급 유로(211)와 공통 회수 유로(212)에 관해서는, 양단부의 유로로부터 각각 교대로 공통 공급 유로(211)와 공통 회수 유로(212)가 배치되어 있다. 여기에서, 유로 부재(210) 내부의 각 유로의 접속 관계에 대해 설명한다.
유로부재(210)에는, 색마다 인쇄 헤드(3)의 길이 방향으로 연장되는 공통 공급 유로(211)(211a, 21lb, 211c, 211d) 및 공통 회수 유로(212)(212a, 212b, 212c, 212d)이 설치되어 있다. 각 색의 공통 공급 유로(211)에는, 개별 유로 홈(52)에 의해 형성되는 복수의 개별 공급 유로(213)(213a, 213b, 213c, 213d)가 연통구(61)를 통해서 접속되어 있다. 또한, 각 색의 공통 회수 유로(212)에는, 개별 유로 홈(52)에 의해 형성되는 복수의 개별 회수 유로(214)(214a, 214b, 214c, 214d)가 연통구(61)를 통해서 접속되어 있다. 이러한 유로 구성에 의해, 각 공통 공급 유로(211)로부터 개별 공급 유로(213)를 통해서, 유로 부재의 중앙부에 위치하는 인쇄 소자 기판(10)에 잉크를 집약할 수 있다. 또한, 인쇄 소자 기판(10)으로부터 개별 회수 유로(214)을 통해서, 각 공통 회수 유로(212)에 잉크를 회수할 수 있다.
도 9는, 도 8의 IX-IX에 있어서의 단면을 나타낸 도면이다. 각각의 개별 회수 유로 214a 및 214c은 연통구(51)를 통해서, 토출 모듈(200)과 연통하고 있다. 도 9에서는, 개별 회수 유로 214a 및 214c만 도시하고 있지만, 다른 단면에 있어서는, 도 8에 나타낸 것과 같이 개별 공급 유로(213)와 토출 모듈(200)이 연통하고 있다. 각 토출 모듈(200)에 포함되는 지지부재(30) 및 인쇄 소자 기판(10)에는, 제1 유로 부재(50)로부터의 잉크를, 인쇄 소자 기판(10)에 설치되는 인쇄 소자(15)에 공급하기 위한 유로가 형성되어 있다. 또한, 지지부재(30) 및 인쇄 소자 기판(10)에는, 인쇄 소자(15)에 공급한 액체의 일부 또는 전부를 제1 유로 부재(50)에 회수(환류)하기 위한 유로가 형성되어 있다.
여기에서, 각 색의 공통 공급 유로(211)는, 대응하는 색의 부압 제어 유닛(230)(고압측)과 액체 공급 유닛(220)을 통해서 접속되어 있고, 또한, 공통 회수 유로(212)는 부압 제어 유닛(230)(저압측)과 액체 공급 유닛(220)을 통해서 접속되어 있다. 이 부압 제어 유닛(230)에 의해, 공통 공급 유로(211)와 공통 회수 유로(212) 사이에 차압(압력차)이 생기게 된다. 이 때문에, 도 8 및 도 9에 나타낸 것과 같이, 각 유로를 접속한 본 실시 예의 인쇄 헤드 내부에서는, 각 색에서 공통 공급 유로(211) - 개별 공급 유로(213) - 인쇄 소자 기판(10) - 개별 회수 유로(214) - 공통 회수 유로(212)의 순으로 흐르는 흐름이 발생한다.
(토출 모듈의 설명)
도 10a는, 1개의 토출 모듈(200)을 나타낸 사시도이며, 도 10b은, 그것의 분해도다. 토출 모듈(200)의 제조 방법으로서는, 우선, 인쇄 소자 기판(10) 및 플렉시블 배선 기판(40)을, 미리 액체 연통구(31)가 설치된 지지부재(30) 위에 접착한다. 그 후에, 인쇄 소자 기판(10) 위의 단자 16과, 플렉시블 배선 기판(40) 위의 단자 41을 와이어 본딩에 의해 전기적으로 접속하고, 그 후에, 와이어 본딩부(전기적으로 접속부)를 봉지 부재(110)로 덮어서 봉지한다. 플렉시블 배선 기판(40)의 인쇄 소자 기판(10)과 반대측의 단자 42는, 전기 배선 기판(90)의 접속 단자 93(도 6 참조)와 전기적으로 접속된다. 지지부재(30)는, 인쇄 소자 기판(10)을 지지하는 지지체인 동시에, 인쇄 소자 기판(10)과 유로 부재(210)를 유체적으로 연통시키는 유로 부재이기 때문에, 평면도가 높고, 또한 충분히 높은 신뢰성을 갖고 인쇄 소자 기판과 접합할 수 있는 것이 바람직하다. 재질로서는, 예를 들면, 알루미나나 수지재료가 바람직하다.
(인쇄 소자 기판의 구조의 설명)
도 11a는 인쇄 소자 기판(10)의 토출구(13)가 형성되는 측의 면의 평면도를 나타내고, 도 11b는, 도 11a의 XIB로 나타낸 부분의 확대도를 나타내고, 도 11c는, 도 11a의 이면의 평면도를 나타낸다. 여기에서, 본 실시 예에 있어서의 인쇄 소자 기판(10)의 구성에 대해 설명한다. 도 11a에 나타낸 것과 같이, 인쇄 소자 기판(10)의 토출구 형성 부재(12)에, 각 잉크 색에 대응하는 4열의 토출구열이 형성되어 있다. 이때, 이후, 복수의 토출구(13)가 배열되는 토출구열이 연장되는 방향을 "토출구열 방향"이라고 부른다. 도 11b에 나타낸 것과 같이, 각 토출구(13)에 대응한 위치에는, 액체를 열에너지로 발포시키기 위한 발열 소자인 인쇄 소자(15)가 배치되어 있다. 격벽(bulkhead)(22)에 의해, 인쇄 소자(15)를 내부에 구비한 압력실(23)이 구획되어 있다.
인쇄 소자(15)는, 인쇄 소자 기판(10)에 설치되는 전기배선(미도시)에 의해, 단자 16과 전기적으로 접속되어 있다. 그리고, 인쇄 소자(15)는, 인쇄장치(1000)의 제어회로로부터, 전기배선 기판(90)(도 6 참조) 및 플렉시블 배선 기판(40)(도 10b 참조)을 통해서 입력되는 펄스 신호에 근거하여 발열해서 액체를 비등시킨다. 이 비등에 의한 발포의 힘으로, 액체를 토출구(13)로부터 토출한다. 도 11b에 나타낸 것과 같이, 각 토출구열을 따라, 한쪽의 측에는 액체 공급로(18)가, 다른쪽의 측에는 액체 회수로(19)가 연장되어 있다. 액체 공급로(18) 및 액체 회수로(19)는 인쇄 소자 기판(10)에 설치된 토출구열 방향으로 연장되는 유로이며, 각각 공급구(17a), 회수구(17b)를 통해서 토출구(13)와 연통하고 있다.
도 11c에 나타낸 것과 같이, 인쇄 소자 기판(10)의, 토출구(13)가 형성되는 면의 이면에는 시트형의 커버 플레이트(20)가 적층되어 있고, 커버 플레이트(20)에는, 액체 공급로(18) 및 액체 회수로(19)와 연통하는 개구(21)가 복수 설치되어 있다. 본 실시 예에 있어서는, 액체 공급로(18)의 1개에 대하여 3개의 개구(21)가 설치되고, 액체 회수로(19)의 1개에 대하여 2개의 개구(21)가 커버 플레이트(20)에 설치되어 있다. 도 11b에 나타낸 것과 같이, 커버 플레이트(20)의 각각의 개구(21)는, 도 7의 부분 (a)에 나타낸 복수의 연통구(51)와 연통하고 있다. 커버 플레이트(20)는, 액체에 대하여 충분한 내부식성(corrosion resistance)을 갖고 있는 것이 바람직하고, 또한, 혼색 방지의 관점에서, 개구(21)의 개구 형상 및 개구 위치에는 높은 정밀도가 요구된다. 이 때문에, 커버 플레이트(20)의 재질로서, 감광성 수지재료나 실리콘 판을 사용하고, 포토리소그래피 프로세스에 의해 개구(21)를 설치하는 것이 바람직하다. 이렇게, 커버 플레이트(20)는, 개구(21)에 의해 유로의 피치를 변환하는 것이며, 압력 손실을 고려하면, 두께는 얇은 것이 바람직하고, 필름형의 부재로 구성되는 것이 바람직하다.
도 12는, 도 11a의 XII-XII에 있어서의 인쇄 소자 기판(10) 및 커버 플레이트(20)의 단면을 나타낸 사시도다. 여기에서, 인쇄 소자 기판(10) 내부에서의 액체의 흐름에 대해 설명한다. 커버 플레이트(20)는, 인쇄 소자 기판(10)의 기판(11)에 형성되는 액체 공급로(18) 및 액체 회수로(19)의 벽의 일부를 형성하는 덮개로서의 기능을 갖는다. 인쇄 소자 기판(10)에서는, Si에 의해 형성되는 기판(11)과 감광성의 수지로 형성되는 토출구 형성 부재(12)가 적층되어 있고, 기판(11)의 이면에는 커버 플레이트(20)가 접합되어 있다. 기판(11)의 한쪽의 면측에는, 인쇄 소자(15)가 형성되어 있고(도 11b 참조), 그것의 이면측에는, 토출구열을 따라 연장되는 액체 공급로(19) 및 액체 회수로(18)을 구성하는 홈이 형성되어 있다.
기판(11)과 커버 플레이트(20)에 의해 형성되는 액체 공급로(18) 및 액체 회수로(19)는, 각각 유로부재(210) 내부의 공통 공급 유로(211)와 공통 회수 유로(212)와 접속되어 있고, 액체 공급로(18)와 액체 회수로(19) 사이에는 차압이 생기고 있다. 토출구(13)로부터 액체를 토출해서 인쇄를 행하고 있을 때에, 토출을 행하지 않고 있는 토출구에서는, 이 차압에 의해 기판(11) 내에 설치된 액체 공급로(18) 내부의 액체가, 공급구(17a), 압력실(23), 및 회수구(17b)를 경유해서 액체 회수로(19)로 흐른다 (도 12의 화살표 C). 이 흐름에 의해, 인쇄를 휴지하고 있는 토출구(13)나 압력실(23)에 있어서, 토출구(13)로부터의 증발에 의해 생기는 증점 잉크, 거품, 이물질 등을 액체 회수로(19)에 회수할 수 있다. 또한, 토출구(13)와 압력실(23)의 잉크가 증점하는 것을 억제할 수 있다.
액체 회수로(19)에 회수된 액체는, 커버 플레이트(20)의 개구(21) 및 지지부재(30)의 액체 연통구(31)(도 10b 참조)를 통해서, 유로 부재(210) 내부의 연통구(51)(도 9 참조), 개별 회수 유로(214), 공통 회수 유로(212)(도 9 참조)의 순으로 흐른다. 액체 회수로(19)에 회수된 액체는, 이렇게 흐름으로써, 인쇄장치(1000)의 회수 경로로 회수된다. 즉, 인쇄장치 본체로부터 인쇄 헤드(3)에 공급되는 액체는, 하기의 순서로 유동하여, 액체의 공급 및 회수가 행해진다.
액체는, 우선 액체 공급 유닛(220)의 액체 접속부(111)로부터 인쇄 헤드(3)의 내부에 유입한다. 그리고, 액체는, 조인트 고무(100), 제3 유로 부재에 설치된 연통구(72) 및 공통 유로 홈(71), 제2 유로 부재에 설치된 공통 유로 홈(62) 및 연통구(61), 제1 유로 부재에 설치된 개별 유로 홈(52) 및 연통구(51)의 순서로 공급된다. 그 후에, 지지부재(30)에 설치된 액체 연통구(31), 커버 플레이트(20)에 설치된 개구(21), 기판(11)에 설치된 액체 공급로(18) 및 공급구(17a)를 통해서 이 순서대로 압력실(23)에 공급된다.
압력실(23)에 공급된 액체 중, 토출구(13)로부터 토출되지 않은 액체는, 기판(11)에 설치된 회수구(17b) 및 액체 회수로(19), 커버 플레이트(20)에 설치된 개구(21), 및 지지부재(30)에 설치된 액체 연통구(31)의 순으로 흐른다. 그 후에, 액체는, 제1 유로 부재에 설치된 연통구(51) 및 개별 유로 홈(52), 제2 유로 부재에 설치된 연통구(61) 및 공통 유로 홈(62), 제3 유로 부재(70)에 설치된 공통 유로 홈(71) 및 연통구(72), 조인트 고무(100)의 순으로 흐른다. 그리고, 액체는, 액체 공급 유닛(220)에 설치된 액체 접속부(111)로부터 인쇄 헤드(3)의 외부로 유동한다.
도 3에 나타낸 순환 형태에 있어서는, 액체 접속부(111)로부터 유입한 액체는, 부압 제어 유닛(230)을 경유한 후에 조인트 고무(100)에 공급된다. 또한, 액체 토출 유닛(300)의 공통 공급 유로(211)의 일단으로부터 유입한 모든 액체가, 개별 공급 유로 213a를 경유해서 압력실(23)에 공급되는 것은 아니다. 즉, 공통 공급 유로(211)의 일단으로부터 유입한 액체의 일부는, 개별 공급 유로 213a에 유입하지 않고, 공통 공급 유로(211)의 타단으로부터 액체 공급 유닛(220)로 유동한다.
이렇게, 인쇄 소자 기판(10)을 경유하지 않고 유동하는 경로를 구비함으로써, 본 실시 예와 같은 미세하고 흐름 저항이 큰 유로를 구비한 인쇄 소자 기판(10)을 구비한 경우에도, 액체의 순환류의 역류를 억제할 수 있다. 이렇게, 본 실시 예의 인쇄 헤드(3)는, 압력실(23) 및 토출구 근방부의 액체의 증점을 억제할 수 있으므로, 고르지 않은 토출이나 불토출을 억제할 수 있어, 결과적으로 고화질의 인쇄를 행할 수 있다.
(인쇄 소자 기판 사이의 위치 관계의 설명)
도 13은, 인접하는 2개의 토출 모듈에 있어서의, 인쇄 소자 기판의 인접부를 부분적으로 확대해서 나타낸 평면도다. 본 실시 예에서는, 대략 평행사변형의 인쇄 소자 기판을 사용하고 있다. 각 인쇄 소자 기판(10)에 있어서의 토출구(13)가 배열되는 각 토출구열(14a 내지 14d)은, 인쇄 헤드(3)의 길이 방향에 대하여 일정 각도 경사지도록 배치되어 있다. 그리고, 인쇄 소자 기판(10)의 인접부에 있어서의 토출구열은, 적어도 1개의 토출구가 인쇄 매체의 반송 방향으로 오버랩하게 구성되어 있다. 도 13에서는, 선 D 위의 2개의 토출구가 서로 오버랩하는 관계에 있다.
이러한 배치에 의해, 가령 인쇄 소자 기판(10)의 위치가 소정 위치로부터 다소 어긋난 경우에도, 오버랩하는 토출구의 구동 제어에 의해, 인쇄 화상의 흑색 라인이나 보이드(voids)가 눈에 띄지 않게 할 수 있다. 복수의 인쇄 소자 기판(10)을 엇갈림식 배치(staggered arrangement)가 아니고, 직선 상(인라인)에 배치한 경우에도, 도 13과 같은 구성에 의해 인쇄 헤드(10)의 인쇄 매체의 반송 방향의 길이의 증대를 억제하면서 인쇄 소자 기판(10) 사이의 이음부에 있어서의 흑색 라인이나 보이드에 대한 대책을 행할 수 있다. 이때, 본 실시 예에서는, 인쇄 소자 기판의 주평면은 평행사변형이지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 직사각형, 사다리꼴, 기타 형상의 인쇄 소자 기판을 사용한 경우에도, 본 발명의 구성을 바람직하게 적용할 수 있다.
(인쇄 소자 기판 내의 순환의 설명)
도 14a는, 인쇄 헤드(3)의 인쇄 소자 기판(10)을 나타낸 사시도이고, 도 14b는, 인쇄 소자 기판의 내부의 액체 유로를 나타낸 평면도이고, 도 14c는 도 14b의 XIVC-XIVC선을 따른 단면도다. 인쇄 소자 기판(10)은, 기판(11)과, 기판(11)과 대향하고 기판(11)에 접합된 토출구 형성부재(12)를 갖고 있다. 기판(11)에는, 잉크를 토출하기 위한 인쇄 소자(15)가 설치되어 있다. 토출구 형성 부재(12)에는, 인쇄 매체와 대향하는 측의 개구로서 토출구(13)가 설치되어 있고, 이 토출구로부터 인쇄 매체(2)에 대하여 잉크가 토출된다. 이때, 토출구 형성 부재(12)의 토출구(13)가 개구한 면(인쇄 매체와 대향하는 면)을 토출구 형성면(토출구면)(12a)이라고 부르는 경우가 있다.
토출구(13)는 복수개 형성되고, 복수의 토출구(13)는 직선형으로 배열되어서 토출구열을 형성하고 있다. 기판(11)과 토출구 형성 부재(12) 사이에, 인쇄 소자(15) 및 토출구(13)와 면하는 액체 유로(24)가 획정되어 있다. 액체 유로(24) 중, 인쇄 소자(15)와 토출구(13)가 설치되는 공간이 압력실(23)로 되어 있다. 인접하는 액체 유로(24)는 벽(26)으로 구획되어 있다.
액체 유로(24)의 높이 H는, 25㎛ 이하인 것이 바람직하다. 여기에서, 액체 유로(24)의 높이 H는, 기판(11)의 인쇄 소자(15)가 설치된 면과 수직한 방향으로 측정한 기판(11)과 토출구 형성 부재(12) 사이의 간격에 의해 정해진다. 예를 들면, 600dpi 상당 이상의 고밀도의 인쇄 헤드(3)의 경우, 액체 유로(24)의 높이 H는 3㎛ 이상이 바람직하다. 이것은, 유로폭이 제한되기 때문에, 리필 특성과 순환 특성을 고려하여, 일정한 높이를 확보하기 위해서이다.
액체 공급로(18)와 액체 회수로(19)가, 기판(11)의 정면에서 이면까지를 관통하여 설치되어 있다. 액체 공급로(18)는, 액체 유로(24)의 입구 단부(24a)에 접속되어, 잉크를 액체 유로(24)에 공급한다. 액체 회수로(19)는 액체 유로(24)의 출구 단부 24b에 접속되어, 토출구(13)로부터 토출되지 않은 잉크를 액체 유로(24)로부터 회수한다. 액체 유로(24)의 도중, 바람직하게는 액체 유로(24)의 입구 단부(24a)와 출구 단부(24b)로부터 등거리의 위치에 인쇄 소자(15)와 토출구(13)가 형성되어 있다. 액체 공급로(18)의 입구 압력(Pin)과 액체 회수로(19)의 출구 압력(Pout)과의 사이에 압력차 ΔP가 설치되어 있다. 이 압력차 ΔP는, 입구 압력(Pin)이 출구 압력(Pout)보다 커지도록 설정되어 있다. 그 결과, 액체 공급로(18)로부터 액체 유로(24)까지 잉크가 다니고, 인쇄 소자(15) 위로 잉크가 흐르며, 또 액체 유로(24)를 통해서 액체 회수로(19)로 잉크가 다니는 순환류 F가 발생한다.
본 실시 예에서는, 입구 압력(Pin)과 출구 압력(Pout)은, 입구 압력(Pin)이 출구 압력(Pout)보다 큰 한, 정압 및 부압 중의 어느 하나일 수 있다.
(순환 유속에 관한 과제)
도 15a는, 순환류 F의 순환 유속이 1mm/s와 3mm/s인 경우에 있어서의, 토출 발수와 토출 속도와의 관계를 나타낸 그래프다. 도 15b는, 순환 유속 3mm/s의 경우의 압력실(23) 내부에 있어서의 잉크의 농축 정도를 나타낸 도면이고, 도 15c는, 순환 유속 1mm/s의 경우의 압력실(23) 내부에 있어서의 잉크의 농축 정도를 나타낸 도면이다. 압력실(23) 내부에 있어서의 잉크의 농축 정도를 확인하기 위해서, 인쇄 헤드(3)로부터 인쇄 헤드 온도 40℃로 액적(droplets)을 토출시켜, 1초간 중지한 후, 다시 액적을 20발 연속해서 토출시킨다. 도 15b 및 도 15c는, 색이 짙을수록 잉크가 농축되어 점도가 높아지고 있는 것을 나타낸다.
순환류 F의 유속이 느린 (도 15c 참조) 경우, 토출구(13)로부터의 증발 속도의 영향이 크기 때문에, 증발에 의해 농축된 잉크의 토출구(13) 부근에의 체류가, 순환류 F에 의해 방지되기 어려워지고 있다. 그 결과, 토출의 중지 후에, 증점한 잉크가 토출구(13)의 근방에 체류하기 쉬워져, 첫 번째 발(first hit)의 잉크의 토출 속도가 저하하고 있다(도 15a 참조).
한편, 순환류 F의 유속이 빠른 (도 15b 참조) 경우, 토출구(13)로부터의 증발 속도의 영향이 상대적으로 약화시킬 수 있어, 토출의 중지 후에, 증점한 잉크가 토출구(13)의 근방에 체류하기 어려워질 수 있다. 그 결과, 첫 번째 발의 잉크의 토출 속도의 저하가 제압된다(도 15a 참조). 따라서, 순환류 F의 유속은 토출구(13)로부터의 증발 속도보다 충분히 큰 것이 바람직하다.
도 16은, 다양한 헤드 온도에 있어서의 토출구(13)의 구경과 토출구(13)로부터의 평균 증발 속도 간의 관계를 나타낸 그래프다. 증발 속도는, 토출구(23)로부터 증발하는 잉크의 속도이며, 단위시간당 증발하는 잉크층의 두께로서 정의된다. 더 상세하게는, 증발 속도는 토출구 형성 부재(12)를 관통하는 액적 토출 구멍(25)의 내부에 있는 액체의, 단위시간당의 증발 분의 두께와 같다. 또한, 인쇄 헤드가 고온인 경우, 토출구(13)에 있어서의 증발 속도가 매우 커진다.
도 16으로부터 토출구(13)의 구경이 16㎛, 인쇄 헤드 온도가 40℃인 경우, 증발 속도는 약 150㎛/s인 것을 안다. 따라서, 액체 유로(24)에 있어서의 액체의 유속(순환류 F의 유속)을 3mm/s 이상, 또는 토출구(13)에 있어서의 증발 속도의 20배 이상으로 설정함으로써, 토출구(13)로부터의 증발에 의해 증점한 잉크의 토출구(13)의 근방에의 체류를 억제할 수 있다.
(인쇄 소자 기판 내의 순환에 있어서의 과제)
이렇게, 순환류 F의 유속을 빨리함으로써, 증점한 잉크가 토출구(13)의 근방에 체류하기 어려워진다. 한편, 증발해서 증점한 잉크가 순환류 F의 흐름에 따라, 액체 유로(24)로부터 출구 단부(24b)로 되돌아오고, 액체 회수로(19)를 지나 공통 회수 유로(212)에 흘러들어 오고, 최종적으로는 메인 탱크(1003)에 회수된다. 항상 토출을 하는 경우에는, 증발해서 증점한 잉크는 토출되기 때문에, 액체 회수로(19)로 되돌아올 일은 없다. 한편, 인쇄하는 화상의 듀티(Duty)가 낮을 경우에는, 증발한 잉크는 거의 모두 액체 회수로(19)로 되돌아오게 된다. 즉, 듀티가 낮은 화상을 계속해서 인쇄한 경우, 잉크는 증점을 계속하게 된다.
도 17은, 환경온도 25℃에 있어서의 수분 증발시의 잉크 점도를 나타낸 그래프다. 잉크 중의 수분 증발률이 높아지게 되면, 잉크 점도가 상승하고 있는 것을 안다. 한편, 인쇄 헤드로부터 안정적으로 토출을 행할 수 있는 점도에도 상한이 있다. 가령, 안정 토출 가능한 점도의 상한이 8cp이면, 8cp을 초과해서 계속해서 증발하면, 토출이 불안정해지거나, 불토출 상태에 빠지게 된다. 그 때문에, 순환 경로 내의 잉크의 증발량을 추정하고, 안정하게 토출 가능한 점도의 상한을 넘지 않도록, 예비 토출이나 회복 처리를 행할 필요가 있다. 이하에, 잉크로부터의 수분 증발량의 추정 방법을 설명한다.
(인쇄 동작 중에 있어서의 증발량의 산출)
이하, 본 발명의 특징적인 구성에 대해 설명한다.
도 18은, 인쇄 명령 수신시의 도트 카운트(dot-count) 산출 처리를 나타낸 흐름도다. 인쇄 동작 중에 있어서의 잉크로부터의 수분의 증발을 산출하기 위해서, 우선, 인쇄하는 화상의 듀티를 산출한다. 이하, 도 18의 흐름도를 사용해서 도트 카운트 산출 처리를 설명한다. 인쇄 명령을 수신하면, 스텝 S1에서, 페이지 내에 있어서의 색마다의 토출 발수의 카운트(도트 카운트)를 행한다. 여기에서는, 인쇄 헤드(3)에 있어서의 길이 방향으로, 직선 위에 배열되는 15개의 인쇄 소자판(10)에 대하여, 일괄로 도트 카운트를 행하고 있지만, 각 인쇄 소자판마다 도트 카운트를 행해도 된다. 그 후에, 스텝 S2에서, 각 색의 비토출 비율 Hx를 산출해서 처리를 종료한다. 여기에서, 비토출 비율 Hx는, 각 색이 전체 토출을 행한 경우를 1로 해서 전체 토출했을 때의 도트 카운트로부터 실제의 도트 카운트 분을 감산하고, 전체 토출한 경우의 도트 카운트에서 제산해서 얻은 값이다.

증발 레이트[㎍/sec]		 온도 조절 온도[℃]
25미만 40미만 40이상
Zx 40 150 420
도 19는, 증발량 산출 처리를 나타낸 흐름도다. 페이지 내에 있어서의 증발량 Vx를 산출함에 있어서, 미리 순환 동작 실행시의 토출구(13)로부터의 증발 레이트를 측정해 두고, 1초당의 증발 레이트 Zx를 메모리에 기억해 둔다. 이하, 도 19의 흐름도를 사용해서 증발량 산출 처리를 설명한다. 인쇄 동작 중의 증발량 산출 시퀸스가 개시되면, 스텝 S11에서, 인쇄 동작 중의 온도 조절 온도 정보를 참조하고, 55℃, 40℃, 25℃의 인쇄 헤드 온도 조절 온도에서의 증발 레이트 Zx를 참조한다. 그 후에, 스텝 S12에서, 인쇄 시간 Tx를 산출한다. 1페이지를 인쇄하는데 필요한 인쇄 시간 Tx는, 페이지 길이로부터 반송 속도를 제산해서 산출한다. 그리고, 스텝 S13에서, 증발량 Vx를 산출한다. 증발량 Vx에 관해서는, 증발 레이트 Zx와 인쇄 시간 Tx와 비토출 비율 Hx를 승산함으로써, 1페이지에 있어서의 증발량 Vx를 산출하고, 처리를 종료한다.
증발량 Vx = 증발 레이트 Zx × 인쇄 시간 Tx × 비토출 비율 Hx
상기 흐름도를 각 페이지에 대하여 반복해서 실행함으로써, 인쇄 동작 중에 있어서의 인쇄 헤드로부터의 증발량 Vx를 산출할 수 있다.

증발 레이트[㎍/min]		 환경 온도[℃]
15미만 25미만 25이상
Zy 1 2 5
(비인쇄 동작 중에 있어서의 증발량의 산출)
비인쇄 동작중에는, 인쇄 헤드(3)의 토출구(13)는 캡 부재에 의해 덮여져 있다. 따라서, 비인쇄 동작중에는, 인쇄 동작 중에 있어서의 토출구(13)와 비교하면, 같은 경과 시간당의 증발 레이트는 작다. 그러나, 비인쇄 동작중에 있어서의 인쇄 헤드(3)나 순환 경로 내에서도 잉크 중의 수분이 증발하기 때문에, 더 정확하게 증발량을 산출하기 위해서, 비인쇄 동작 중의 증발량도 산출한다. 그 때문에, 표 2와 같이, 미리 비인쇄 동작 중에 있어서의 증발 레이트를 측정해 두고, 1분당의 증발 레이트 Zy를 메모리에 기억해 둔다.
표 2에 있어서, 비인쇄 동작 중에 있어서의 증발 레이트는 인쇄 동작 중에 있어서의 증발 레이트보다도 작은 값을 갖는다. 이하, 도 20의 흐름도를 사용하여, 증발량 산출 처리를 설명한다. 비인쇄 동작중의 증발량 산출 시퀸스가 개시되면, 스텝 S21에서, 비인쇄 동작 중의 온도 정보를 참조하고, 증발 레이트 Zy를 참조한다. 그 후에, 스텝 S22에서, 비인쇄 동작 상태에서의 경과 시간 Ty를 산출한다. 그리고, 스텝 S23에서, 증발량 Vy를 산출한다. 증발량 Vy는, 증발 레이트 Zy와 인쇄 시간 Ty를 승산해서 산출하고, 처리를 종료한다.
(토털 증발량의 합산)
인쇄 동작 중의 증발량 Vx, 및 비인쇄 동작 중의 증발량 Vy를 산출하여, 토털 증발량 V에 가산함으로써, 그것까지의 증발량의 이력을 산출한다.
(소비 잉크량 산출)
도 21은, 소비 잉크량 산출 처리의 흐름도다. 순환 경로 내의 잉크가 어느 정도 농축하고 있는지를 산출하기 위해서, 순환 경로 내의 총 잉크량을 파악할 필요가 있고, 그 때문에, 소비 잉크량을 산출한다. 이하, 도 21의 흐름도를 사용해서 소비 잉크량 산출 처리를 설명한다.
소비 잉크량 산출 처리가 개시되면, 스텝 S31에서, 인쇄 명령이 있을지를 판단하고, 인쇄 명령이 없을 경우에는, 후술하는 스텝 S34로 이행한다. 인쇄 명령이 있을 경우에는, 스텝 S32로 이행하고, 도트 카운트로부터 취득한 인쇄 사용량을 참조하고, 인쇄 중의 소비 잉크량을 산출한다. 산출 후에, 스텝 S33에서, 소비 잉크량 In에 가산한다.
계속해서, 스텝 S34에서, 회복 명령이 있을지를 판단하고, 회복 명령이 없을 경우에는, 처리를 종료한다. 회복 명령이 있을 경우, 스텝 S35로 이행하고, 미리 메모리에 기억되어 있는 회복 사용량을 참조하고, 스텝 S36에서 소비 잉크량 In에 가산한다.
이렇게, 인쇄 명령이나 회복 명령이 있을 때마다 잉크량 In을 가산함으로써, 순환 경로 내의 잉크량을 관리할 수 있다.
(안료 농도 산출)
증발량 V를 산출하고, 순환 경로 내의 잉크량 In을 관리함으로써 순환 경로 내의 잉크의 고형분 농도를 산출할 수 있다. 여기에서 잉크의 고형분은, 잉크 중에 포함되는 안료나 수지 등을 나타내고, 그 후에 그들의 농도를 안료 농도로서 설명한다.
도 22는, 순환 경로 내의 잉크 안료 농도 산출 처리의 흐름도다. 이하, 도 22의 흐름도를 사용해서 안료 농도 산출 처리를 설명한다. 안료 농도 산출 처리가 개시되면, 스텝 S41에서, 인쇄 명령이 있을지를 판단한다. 인쇄 명령이 없으면, 처리를 종료한다. 인쇄 명령이 있을 경우에는, 스텝 S42로 이행하고, 안료 농도 Nx를 판독한다.
안료 농도의 초기값 Nref는 하기의 표 3과 같이 설정되어 있다.
Figure pat00001
그 후에, 스텝 S43에서, 인쇄 동작이 종료했는지를 판단하고, 인쇄 동작이 종료하지 않았으면, 되돌아와서 종료할 때까지, 종료했는지의 판단을 반복한다. 인쇄 동작이 종료했으면, 스텝 S44로 이행하고, 증발량 V, 인쇄 종료 후의 소비 잉크량 In, 및 하기의 표 4에 나타나 있는 바와 같은 순환 경로 내의 잉크량 Jn을 참조한다.
Figure pat00002
그리고, 스텝 S45에서, 참조한 증발량 Vx, 소비 잉크량 In, 및 순환 경로 내의 잉크량에 근거해, 안료 농도 Nx+1을 산출한다.
안료 농도 Nx+1 = (안료 농도 Nx × (경로 내의 잉크량 Jn - 소비 잉크량 In)）/ (경로 내의 잉크량 Jn - 소비 잉크량 In - 증발량 V)
그 후에, 스텝 S46에서, 현재의 안료 농도 Nx를 갱신해서 처리를 종료한다.
이렇게 안료 농도 Nx를 갱신함으로써, 순환 경로 내의 잉크 안료 농도를 관리할 수 있다.
(농축 판정 및 회복 제어)
순환 경로 내의 안료 농도 Nx를 관리함으로써, 순환 경로 내의 잉크 안료 농도가 계속해서 상승한 경우에, 안정적으로 토출 가능한 상한값을 초과한 경우에는, 예비 토출이나 흡인 등의 회복 처리를 실행할 수 있다. 이하, 이 회복 처리의 제어에 대해 설명한다.
Figure pat00003
도 23은, 순환 경로 내의 농축 판정 처리를 나타낸 흐름도다. 이하, 도 23의 흐름도를 사용해서 농축 판정 처리를 설명한다. 농축 판정 처리가 개시되면, 스텝 S51에서, 안료 농도 Nx가 소정의 상한값 Px(소정농도)을 초과했는지 아닌지를 판단한다. 소정의 상한값 Px는, 표 5와 같이 각 색에 대하여 미리 기억해 둔다. 안료 농도 Nx가 소정의 상한값 Px를 초과했을 경우에는, 스텝 S52에서, 회복 제어를 실행해서 농축 잉크를 배출한다.
여기에서 말하는 회복 제어는, 예비 토출에 의한 배출이거나, 가압이나 흡인 등의 잉크 배출 동작이어도 된다. 그때, 현재의 안료 농도 Nx가 높을수록, 회복 제어로 잉크 배출량을 늘려도 된다. 그 유닛은 예비 토출에 의한 배출량을 늘려도 되고, 예비 토출이나 가압이나 흡인 등의 동작 자체를 바꿔도 된다. 그 후에, 스텝 S53에서, 배출량을 소비 잉크량 In에 가산한다.
(메인 탱크 교환시의 안료 농도 산출)
사용의 경과에 따라, 도 2 중의 메인 탱크 내의 잉크의 잔량이 소정량보다 적어지면, 메인 탱크가 신품의 메인 탱크로 교환된다. 신품의 메인 탱크에 포함되는 잉크의 안료 농도는 초기값 Nref과 동등하다. 도 24는, 메인 탱크 교환시의 안료 농도 산출 처리의 흐름도다. 이하, 도 24의 흐름도를 사용해서 안료 농도 산출 처리를 설명한다. 메인 탱크 교환 후에, 스텝 S61에서, 표 6의 헤드 내에 수용된 잉크량 Jhead와 메인 탱크 내에 수용된 잉크량 Jtank에 근거해, 안료 농도 Nx+1을 산출한다.
안료 농도 Nx+1 = (안료 농도 Nx × 헤드 내 잉크량 Jhead + 안료 농도 Nref × 메인 탱크 내 잉크량 Jtank）/ 경로 내 잉크량 Jn
Figure pat00004
메인 탱크에 포함되는 안료 농도 초기값 Nref의 잉크가 순환 경로 내에 혼합되는 것에 의해, 안료 농도 초기값 Nref으로 돌아가는 작용이 작용하고, 순환 경로 내의 잉크의 증점이 완화된다.
그 후에는, 전술한 바와 같이, 증발량 Vx 및 소비 잉크량 In을 산출하면서, 안료 농도 Nx를 갱신하고, 소정의 임계값을 넘으면, 회복 제어를 행한다.
이렇게, 순환 경로 내의 잉크의 안료 농도 Nx를 산출하고, 그 안료 농도 Nx에 근거하여 회복 제어를 행함으로써, 토출 불량 및 쓸데없는 잉크의 소비를 억제 할 수 있는 잉크젯 인쇄장치 및 그 제어방법을 실현할 수 있다.
(제2 실시 예)
이하, 도면을 참조해서 본 발명의 제2 실시 예를 설명한다. 또한, 본 실시 예의 기본적인 구성은 제1 실시 예와 같기 때문에, 이하에서는 특징적인 구성에 대해서만 설명한다.
도 25는, 본 실시 예의 인쇄장치(1000)에 적용되는 순환 경로를 나타낸 모식도다. 본 실시 예의 순환 경로에서는, 제1 실시 예에서 메인 탱크로서 사용된 탱크를 버퍼 탱크(1003)로 변경하고, 메인 탱크(1006)로부터 밸브 1005를 통해서 버퍼 탱크(1003)로 공급로가 설치되어 있다. 밸브 1011, 1012를 함께 폐쇄한 상태에서, 밸브 1010을 오픈한 후에, 버퍼 탱크에 접속된 펌프(1001)가 버퍼 탱크 내의 압력을 줄여서 밸브 1005를 개방 상태로 함으로써, 버퍼 탱크 내에 발생한 부압에 의해 메인 탱크로부터 버퍼 탱크에 잉크가 공급된다. 한편, 도 26과 같이, 잉크 공급시 이외에서는, 밸브 1005, 1010은 폐쇄 상태가 되고, 인쇄중의 순환 동작 시에는, 밸브 1011, 1012를 개방 상태로 해서 순환을 행한다. 또한, 도 25에서는, 설명을 간략화하기 위해서 CMYK 잉크 내의 1색의 잉크가 유동하는 경로만을 나타내고 있지만, 실제로는, 4색분의 순환 경로가, 인쇄 헤드(3) 및 인쇄장치 본체에 설치된다.
메인 탱크(1006)로부터 버퍼 탱크(1003)로 잉크를 공급하는 잉크 공급 동작은, 버퍼 탱크(1003) 내의 잉크량이 소정량보다 적어졌을 때에 실행된다. 버퍼 탱크에의 잉크 공급시와 인쇄 중의 순환 동작시와의 사이에서 밸브의 상태가 다르기 때문에, 인쇄중에 잉크 공급 동작을 행할 수 없다. 그 때문에, 잉크 공급 동작은, 인쇄 명령을 수신하지 않았을 때(비인쇄시)의 임의의 타이밍에서 실행된다.
(증발량의 산출)
제1 실시 예에서 설명한 처리와 마찬가지로, 인쇄 동작 중의 증발량 Vx 및 비인쇄 동작 중의 증발량 Vy를 산출하고, 토털 증발량 V에 가산함으로써, 그것까지의 증발량의 이력을 산출한다.
(소비 잉크량의 산출)
제1 실시 예에서 설명한 처리와 마찬가지로, 인쇄중의 소비 잉크량 및 회복 중의 소비 잉크량을 산출하고, 토털 소비 잉크량 In에 가산함으로써 그것까지의 소비 잉크량의 이력을 산출한다.
(안료 농도 산출, 농축 판정, 및 회복 제어)
도 27은, 본 실시 예에 있어서의 안료 농도 산출 처리를 나타낸 흐름도다. 본 실시 예에서는, 안료 농도의 산출을, 메인 탱크로부터 버퍼 탱크에 잉크를 공급하는 타이밍에서 행한다. 이하, 도 27의 흐름도를 사용해서 잉크량 산출 처리를 설명한다.
스텝 S71에서, 그것까지의 증발량 V와 소비 잉크량 In을 판독한다. 스텝 S72에서, 참조한 증발량 V, 소비 잉크량 In, 및 순환 경로 내의 잉크량 Jn에 근거해서, 안료 농도 Nx+1을 산출한다.
안료 농도 Nx+1 = (안료 농도 Nx × (순환 경로 내의 잉크량 Jn - 소비 잉크량 In))/（경로 내의 잉크량 Jn - 소비 잉크량 In - 증발량 V)
계속해서, 스텝 S73에서, 안료 농도 Nx를 갱신한다. 스텝 S74에서는, 안료 농도 Nx가 소정의 상한값 Px(소정 농도)를 초과했는지를 판단한다. 소정의 상한값 Px는, 제1 실시 예와 마찬가지로 각 색에 대하여 미리 기억해 둔다. 안료 농도 Nx가 소정의 상한값 Px를 초과했을 경우에는, 스텝 S75에서, 회복 제어를 행해서, 농축 잉크를 배출하고, 스텝 S76에서 배출 잉크량을 소비 잉크량 In에 가산한다. 그 후에, 스텝 S77에서는, 메인 탱크로부터 버퍼 탱크에의 잉크 공급 동작을 행하고, 스텝 S78에서, 잉크 공급 후의 안료 농도 정보를 갱신한다. 여기에서, 메인 탱크로부터 공급되는 잉크의 안료 농도 Ntank은 표 3에 기재한 초기값 Nref과 동일하다.
안료 농도 Nx+1 = (안료 농도 Nx ×(순환 경로 내의 잉크량 Jn - 소비 잉크량 In - 증발량 V) + 메인 탱크의 안료 농도 Ntank × (소비 잉크량 In + 증발량 V))/경로 내의 잉크량 Jn
그 후에, 스텝 S79에서 안료 농도 Nx를 갱신한다.
이렇게, 그것까지의 동작에 수반된 증발량, 소비 잉크량을 관리하고, 또한, 메인 탱크로부터 공급되는 초기 농도의 잉크량에 근거해서 안료 농도 Nx를 갱신함으로써, 순환 경로 내의 잉크 안료 농도를 관리하고, 안료 농도 Nx에 근거하여 회복 제어를 행한다. 이것에 의해, 토출 불량 및 쓸데없는 잉크의 소비를 억제할 수 있다. 잉크젯 인쇄장치 및 그 제어방법을 실현할 수 있다.
(제3 실시 예)
이하, 도면을 참조해서 본 발명의 제3 실시 예를 설명한다. 또한, 본 실시 예의 기본적인 구성은 제2 실시 예와 같기 때문에, 이하에서는 특징적인 구성에 대해서만 설명한다.
제3 실시 예에서는, 메인 탱크로부터의 증발도 고려하는 점이 다르다. 순환 경로 내의 증발량 및 소비 잉크량과는 관계없이, 메인 탱크로부터의 증발량 Vtank을 산출한다.
메인 탱크 내의 잉크량 Jtank은 메인 탱크로부터 버퍼 탱크에의 공급 타이밍 마다, 소비 잉크량 In과 증발량 V에 의거한 감산에 의해 갱신된다. 한편, 메인 탱크로부터의 증발량 Vtank도, 잉크 공급 동작을 행하는 타이밍마다 갱신된다. 도 28의 흐름도를 사용하여, 메인 탱크로부터의 증발량 산출 처리를 설명한다. 표 7과 같이, 미리 비인쇄 동작 중에 있어서의 증발 레이트를 측정해 두고, 1분당의 증발 레이트 Zz를 메모리에 기억해 둔다. 메인 탱크로부터 버퍼 탱크에의 잉크 공급 시퀀스가 개시되면, 스텝 S81에서, 기기 내의 온도 정보를 참조하고, 증발 레이트 Zz를 참조한다. 그 후에, 스텝 S82에서, 전회 공급 동작 시간으로부터의 경과 시간 Tz를 산출한다. 그리고, 스텝 S83에서, 증발량 Vtank을 산출한다. 증발량 Vtank은, 증발 레이트 Zz와 인쇄 시간 Tz를 승산해서 산출된다.

증발 레이트[㎍/min]		 환경 온도[℃]
15미만 25미만 25이상
Zz 2 8 20
계속해서, 스텝 S84에서, 메인 탱크의 안료 농도 Ntank을 산출한다.
안료 농도 Ntank+1 = (안료 농도 Ntank × 메인 탱크 내의 잉크량 Jtank)/(메인 탱크 내의 잉크량 Jtank - 증발량 Vtank)
최후에, 스텝 85에서, 메인 탱크의 안료 농도 Ntank을 갱신해서 완료한다.
산출한 메인 탱크의 안료 농도 Ntank을, 안료 농도 Nx+1 = (안료 농도 Nx × (순환 경로 내의 잉크량 Jn - 소비 잉크량 In - 증발량 V) + 메인 탱크의 안료 농도 Ntank ×(소비 잉크량 In + 증발량 V)) / 경로 내의 잉크량 Jn 중의 잉크 공급 후의 안료 농도 갱신의 식에 대입한다. 그 후의 처리는 제2 실시 예와 같다.
상술한 바와 같이, 그것까지의 동작에 수반된 순환 경로 내의 증발량 및 소비 잉크량뿐만 아니라, 메인 탱크 내의 증발량도 관리하고, 메인 탱크로부터 공급되는 잉크량에 의거해 안료 농도 Nx를 갱신함으로써, 순환 경로 내의 잉크 안료 농도를 관리하고, 안료 농도 Nx에 근거하여 회복 제어를 행한다. 이것에 의해, 토출 불량 및 쓸데없는 잉크의 소비를 억제할 수 있는 잉크젯 인쇄장치 및 그 제어방법을 실현할 수 있다.
(제4 실시 예)
이하, 본 발명의 제4 실시 예를 설명한다. 또한, 본 실시 예의 기본적인 구성은 상기 실시 예와 같기 때문에, 이하에서는 그 특징적인 구성에 대해서만 설명한다.
도 21의 소비 잉크량 산출 처리에서는, 도트 카운트로부터 취득한 인쇄 사용량에 의거해, 인쇄 중의 소비 잉크량을 산출하고 있다. 여기에서, 순환 경로 내의 잉크 안료 농도 Nx에 의해, 1회의 토출당의 토출량이 다르다. 구체적으로는, 안료 농도 Nx가 높을수록, 수분 증발에 의해 잉크 점도가 상승하기 때문에, 토출량은 작아진다. 그 때문에, 제4 실시 예에서는, 소비 잉크량 산출 시, 표 8 및 표 9에 나타낸 것과 같이, 그 시점에서의 안료 농도 Nx에 따라 1회의 토출당의 토출량을 변경해서 산출한다. 이것에 의해, 소비 잉크량 산출을 더 정확하게 행할 수 있다.
Nx Bk의 토출량[ng]
0.08이상 0.083미만 5.7
0.083이상 0.086미만 5.5
0.086이상 0.089미만 5.3
0.089이상 5.1
Nx Cy, Ma, 및 Ye의 토출량[ng]
0.06이상 0.0623미만 5.7
0.0623이상 0.0646미만 5.5
0.0646이상 0.0669미만 5.3
0.0669이상 5.1
(제5 실시 예)
이하, 본 발명의 제5실시 예를 설명한다. 또한, 본 실시 예의 기본적인 구성은 상기 실시 예와 같기 때문에, 이하에서는 그 특징적인 구성에 대해서만 설명한다.
도 19의 증발량 산출 처리에서는, 표 1에서 정한 증발 레이트 Zx에 의거해, 인쇄 동작 중의 증발량을 산출하고 있다. 여기에서, 순환 경로 내의 잉크 안료 농도 Nx에 의해, 1회의 토출당의 증발 레이트가 다르다. 구체적으로는, 안료 농도 Nx가 높을수록, 수분 증발에 의해 수분 농도가 내려가기 때문에, 증발 레이트는 작아진다. 그 때문에, 제1 내지 제3 실시 예에 있어서, 증발량 산출 시, 표 10 및 표 11에 나타낸 것과 같이, 그 시점에서의 안료 농도 Nx 에 따라 1회의 토출당의 증발 레이트를 변경해서 산출한다. 이것에 의해, 증발량 산출을 더 정확하게 행할 수 있다.
Figure pat00005
Figure pat00006
(헤드 교환시, 본체 수송시의 잉크 배출)
인쇄 헤드(3)에는 수명이 설정되어 있고, 소정매수 인쇄 후나 소정시간 경과 후 등, 미리 정해진 타이밍에서 교환되는 경우가 있다. 또한, 인쇄장치(1)의 사용 시작 후에, 유저가 인쇄장치(1)를 수송하는 경우가 있다(2차 수송). 이러한 경우, 통상은 인쇄장치(1) 내에 있어서 잉크가 채워진 상태에서, 헤드 교환 또는 수송 처리가 이루어지게 된다. 한편, 순환 경로 내의 잉크 안료 농도 Nx가 높은 경우에, 새로운 헤드로 교환 후, 또는 수송지에서 사용을 재개했을 때에, 순환 경로 내의 잉크 안료 농도 Nx가 높은 상태 그대로 장치가 사용되게 된다. 그 때문에, 표 12 및 표 13에 있어서, 순환 경로 내의 잉크 안료 농도 Nx에 따라, 순환 경로 내의 잉크를 그대로 인쇄장치(1) 내에서 유지할지, 또는, 순환 경로 내의 잉크를 배출 처리할지를 바꾼다. 이에 따라, 헤드 교환시나 수송 처리시에, 잉크 배출의 유무를 판단하고, 그 후의 순환 경로 내의 잉크 안료 농도를 초기값으로 리셋할지, 그대로 사용을 계속할지를 바꿀 수 있다.
Nx(Bk) 0.089 미만 0.089 이상
처리 내용 인쇄장치 내에 잉크 보존 인쇄장치 내의 잉크를 배출
Nx(Col) 0.0669 미만 0.0669 이상
처리 내용 인쇄장치 내에 잉크 보존 인쇄장치 내의 잉크를 배출
본 발명은 예시적인 실시 예를 참조하면서 설명되었지만, 본 발명은 이 개시된 예시적인 실시 예에 한정되는 것이 아니라는 것이 이해될 것이다. 이하의 특허청구범위의 범주는 모든 변형 및 균등구조 및 기능을 포함하도록 가장 넓게 해석되어야 할 것이다.

Claims (9)

  1. 토출구로부터 잉크를 토출해서 화상을 인쇄하도록 구성된 인쇄 헤드와,
    상기 토출구에 대응하는 잉크를 토출하는데 사용되는 열 에너지를 생성하는 인쇄 소자와,
    상기 인쇄 소자와 대향하는 에어리어인 압력실과,
    상기 인쇄 헤드에 공급되는 잉크를 수용하도록 구성된 탱크와,
    상기 인쇄 헤드의 상기 압력실과 상기 탱크를 포함하는 순환 경로 내부에서 상기 잉크를 순환시키기 위한 순환 동작을 행하도록 구성된 순환 유닛과,
    상기 순환 경로 내의 상기 잉크를 배출하는 배출 동작을 행하도록 구성된 배출 유닛과,
    상기 순환 유닛이 순환 동작을 행하는 상태에서 상기 잉크의 제1 증발량에 의거하여, 상기 순환 경로 내의 잉크 농도에 관한 값을 취득하도록 구성된 취득 유닛, 및
    상기 취득 유닛에 의해 취득된 상기 순환 경로 내의 잉크 농도에 관한 값에 의거하여 상기 배출 유닛에게 상기 배출 동작을 행하게 하도록 구성된 제어 유닛을 구비하는, 잉크젯 인쇄장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 유닛은, 상기 잉크 농도에 관한 값이 미리 정한 값보다 높은 경우에, 상기 배출 유닛에게 상기 배출 동작을 행하게 하는, 잉크젯 인쇄장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 탱크에 공급되는 잉크를 수용하도록 구성된 잉크 탱크를 더 구비하고,
    상기 제어 유닛은, 상기 탱크 내의 잉크량이 미리 정한 양보다 적어졌을 때에, 상기 잉크 탱크로부터 상기 탱크에 상기 잉크를 공급하는, 잉크젯 인쇄장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 취득 유닛은, 상기 순환 경로 내의 상기 잉크의 제1 증발량과 비인쇄 동작시 상기 순환 경로 내의 상기 잉크의 제2 증발량에 의거하여, 상기 순환 경로 내의 잉크 농도에 관한 값을 취득하는, 잉크젯 인쇄장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    소비 잉크량을 산출하는 소비 잉크량 산출 유닛을 더 구비하는, 잉크젯 인쇄장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 취득 유닛은 상기 탱크에 공급되는 잉크를 수용하도록 구성된 잉크 탱크 내의 상기 잉크의 증발량에 의거하여 상기 순환 경로 내의 잉크 농도에 관한 값을 취득하는, 잉크젯 인쇄장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 인쇄 소자는 신호에 의거하여 발열해서 상기 잉크를 비등시키고,
    상기 인쇄 소자에 의해 상기 잉크를 비등시킴으로써 상기 토출구로부터 상기 잉크를 토출하는, 잉크젯 인쇄장치.
  8. 토출구로부터 잉크를 토출해서 화상을 인쇄하도록 구성된 인쇄 헤드와, 상기 토출구에 대응하는 잉크를 토출하는데 사용되는 열 에너지를 생성하는 인쇄 소자와, 상기 인쇄 소자와 대향하는 에어리어인 압력실과, 상기 인쇄 헤드에 공급되는 잉크를 수용하도록 구성된 탱크와, 상기 인쇄 헤드의 상기 압력실과 상기 탱크를 포함하는 순환 경로 내부에서 상기 잉크를 순환시키기 위한 순환 동작을 행하도록 구성된 순환 유닛, 및 상기 순환 경로 내의 상기 잉크를 배출하는 배출 동작을 행하도록 구성된 배출 유닛을 구비하는 잉크젯 인쇄장치의 제어방법으로서,
    취득 유닛을 사용하여, 상기 순환 유닛이 순환 동작을 행하는 상태에서의 상기 잉크의 제1 증발량에 의거하여, 상기 순환 경로 내의 잉크 농도에 관한 값을 취득하는 취득 단계와,
    제어 유닛을 사용하여, 상기 취득 단계에서 취득된 상기 순환 경로 내의 잉크 농도에 관한 값에 의거하여 상기 배출 유닛에게 상기 배출 동작을 행하게 하는 제어 단계를 포함하는, 잉크젯 인쇄장치의 제어방법.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 탱크에 공급되는 잉크를 수용하도록 구성된 메인 탱크를 더 포함하고,
    상기 취득 유닛은 상기 메인 탱크 내의 상기 잉크의 제3 증발량에 의거하여 상기 순환 경로 내의 잉크 농도에 관한 값을 취득하는, 잉크젯 인쇄장치.
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