WO2021140646A1 - インクジェット記録装置及びその製造方法 - Google Patents

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裕介 倉持
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    • B41J2002/14338Multiple pressure elements per ink chamber

Definitions

  • the present invention relates to an inkjet recording device and a method for manufacturing the same.
  • an inkjet device that circulates ink through an inkjet head and ejects ink from a nozzle of the inkjet head.
  • Patent Document 1 in order to always maintain the ink pressure in the vicinity of the nozzle opening at an appropriate pressure, the flow path resistance on the upstream side and the downstream side from the branch point to the nozzle in the ink flow path Using the ratio, the relationship between the upstream pressure source (P1), the downstream pressure source (P2), and the proper pressure (Pn) of the ink in the vicinity of the nozzle opening is maintained according to the proposed relational expression.
  • the appropriate pressure (Pn) is set to atmospheric pressure or less.
  • the present invention has been made in view of the above problems in the prior art, and an object of the present invention is to easily maintain an appropriate ink pressure in the vicinity of a nozzle opening in an inkjet recording apparatus regardless of the flow path structure.
  • the invention according to claim 1 for solving the above problems includes at least one inkjet head which has a pressure chamber communicating with a nozzle and ejects ink communicating with the pressure chamber from the nozzle.
  • a first pressure source that adjusts the energy per unit volume of ink so that "energy per unit volume” P1 [Pa] is generated by the ink, based on the static ink at atmospheric pressure at the opening height position of the nozzle.
  • a second pressure source that adjusts the energy per unit volume of the ink so that "energy per unit volume” P2 [Pa] is generated by the ink, based on the static ink at atmospheric pressure at the opening height position of the nozzle.
  • the invention according to claim 2 has an arbitrary limit value of P1 in which ink overflows from the nozzle during non-circulation when the differential pressure (P1-P2) is 0 [Pa], and the differential pressure (P1-P2) is not 0.
  • the inkjet recording apparatus according to claim 1, which has a relationship of ⁇ Pa
  • the invention according to claim 4 sets the limit value of P1 when air bubbles are entrained from the nozzle during non-ejection during circulation to P13, and the limit value of P1 when air bubbles are entrained from the nozzle during ejection during circulation.
  • Is P14, the inkjet recording apparatus according to claim 3, which has a relationship of ⁇ Pb
  • the invention according to claim 5 has at least one inkjet head that has a pressure chamber communicating with a nozzle and ejects ink communicating with the pressure chamber from the nozzle.
  • a first pressure source that adjusts the energy per unit volume of ink so that "energy per unit volume” P1 [Pa] is generated by the ink, based on the static ink at atmospheric pressure at the opening height position of the nozzle.
  • a second pressure source that adjusts the energy per unit volume of the ink so that "energy per unit volume” P2 [Pa] is generated by the ink, based on the static ink at atmospheric pressure at the opening height position of the nozzle.
  • the first pressure source, the pressure chamber, and the second pressure source are used to manufacture an inkjet recording device in which the first pressure source, the pressure chamber, and the second pressure source are sequentially connected by a flow path.
  • the pressure loss generated from the first pressure source to the nozzle due to the circulating flow rate is defined as ⁇ Pa, and the proportionality constant a between the differential pressure (P1-P2) and ⁇ Pa is obtained.
  • the invention according to claim 6 has an arbitrary limit value of P1 in which ink overflows from the nozzle during non-circulation when the differential pressure (P1-P2) is 0 [Pa], and the differential pressure (P1-P2) is not 0.
  • the limit value of P1 when ink overflows from the nozzle during circulation which is a value, is set to P12.
  • P11 and P12 are obtained by holding the differential pressure (P1-P2) at an arbitrary value and changing the values of P1 and P2.
  • the method for manufacturing an inkjet recording apparatus according to claim 5, wherein ⁇ Pa is calculated based on the relationship of ⁇ Pa
  • the pressure loss generated when ink is ejected from the nozzle is ⁇ Pb
  • the diameter of the nozzle is d
  • the surface tension of the ink is ⁇
  • Pn is less than 0 [Pa] and-(.
  • the invention according to claim 8 sets the limit value of P1 when air bubbles are entrained from the nozzle during non-ejection during circulation to P13, and the limit value of P1 when air bubbles are entrained from the nozzle during ejection during circulation.
  • P14 P13 and P14 are obtained by holding the differential pressure (P1-P2) at an arbitrary value other than 0 and changing the values of P1 and P2.
  • the ink pressure in the vicinity of the nozzle opening can be easily maintained appropriately regardless of the flow path structure.
  • FIG. 5 is a graph showing a proportional relationship between a differential pressure between a first pressure source and a second pressure source and a pressure loss generated from a first pressure source to a nozzle due to a circulating flow rate according to an embodiment of the present invention. It is a pressure chart which concerns on one Embodiment of this invention. It is a schematic diagram which shows the flow path structure of the inkjet of a conventional example. It is a schematic diagram which shows the flow path structure of the inkjet of another conventional example.
  • the inkjet recording device 1 of the present embodiment includes an inkjet head 10, an ink supply unit 20, a control unit 30, and a transfer drive unit 40.
  • the inkjet head 10 has a nozzle N and a pressure chamber 11 communicating with the nozzle N, and ink communicating with the pressure chamber 11 is ejected from the nozzle N by the action of a driving element such as a piezoelectric element to discharge a recording medium. Performs a recording operation or the like for recording an image or the like.
  • At least one inkjet head 10 is provided, but a plurality of inkjet heads 10 may be provided. Let Pn be the pressure generated in the vicinity of the opening of the nozzle N.
  • the transport drive unit 40 moves the recording medium on which the image is recorded by the inkjet head 10 relative to the nozzle N of the inkjet head 10.
  • the ink supply unit 20 has a first pressure source 21 and a second pressure source 22.
  • the first pressure source 21 communicates with the first flow path 12, and the ink generates "energy per unit volume" P1 [Pa] based on the static ink at atmospheric pressure at the opening height position of the nozzle N. This is the part that adjusts the energy per unit volume of ink.
  • the second pressure source 22 communicates with the second flow path 13 so that the ink generates “energy per unit volume” P2 [Pa] based on the atmospheric static ink at the opening height position of the nozzle N. This is the part that adjusts the energy per unit volume of ink.
  • the specific configuration of the first pressure source 21 and the second pressure source 22 corresponds to an ink chamber placed at a predetermined height based on the opening height position of the nozzle N, and the inflow of ink into the ink chamber or the inflow of ink into the ink chamber.
  • Examples thereof include a configuration including an ink tank, a pump, a control valve, a sensor, and the like for controlling the outflow and controlling the pressure applied to the liquid level in the ink chamber.
  • the control unit 30 includes a CPU 31 (Central Processing Unit) and a storage unit 32, and controls various operations of the inkjet recording device 1 in an integrated manner.
  • the operation of the inkjet recording device 1 to be controlled includes ink supply and circulation, image recording operation, maintenance operation of the inkjet head 10, and the like.
  • the CPU 31 performs various operations and executes control processing.
  • the storage unit 32 includes, for example, a RAM (Random Access Memory) and a non-volatile memory.
  • the RAM provides the CPU 31 with a working memory space and stores temporary data.
  • the non-volatile memory stores and holds various control programs and setting data.
  • the non-volatile memory is, for example, a flash memory and may include an HDD (Hard Disk Drive) or the like.
  • the flow path structure shown in FIG. 1 is an example, but is configured as follows.
  • the first pressure source 21 is connected to the pressure chamber 11 via the first flow path 12 and the fourth flow path 15.
  • the pressure chamber 11 is connected to the second pressure source 22 via the fifth flow path 16 and the second flow path 13.
  • the connection point between the first flow path 12 and the fourth flow path 15 and the connection point between the second flow path 13 and the fifth flow path 16 are connected by the third flow path 14 without passing through the pressure chamber 11. ing.
  • the flow rate of the third flow path 14 is Q1 and the flow rate of the fourth flow path 15 and the fifth flow path 16 is Q2
  • the flow rate of the first flow path 12 and the flow rate of the second flow path 13 are (Q1 + Q2).
  • the flow path resistances R1 to R5 of the first flow path to the fifth flow path are shown in the figure.
  • the first flow path 12 and the second flow path 13 also include an outer flow path connecting the head 10 and the pressure source (same in FIGS. 4 and 5).
  • these flow path resistors R1 to R5 are not used in order to keep Pn at an appropriate pressure, and the flow path structure described above is not limited to this, for example, the flow shown in FIG. In addition to road structures, it can be applied to various flow path structures.
  • the control unit 30 has a difference between the values of P1 and P2 in which Pn is in the appropriate range and satisfies the relationship of the equation (3) and the values of P1 and P2 having a large differential pressure (P1-P2) and therefore a large flow velocity.
  • the pressure (P1-P2) is small, and therefore the flow velocity is variably controlled between the values of P1 and P2.
  • ⁇ Pa has the following relationship. That is, the limit value of P1 in which ink overflows from the nozzle N during non-circulation when the differential pressure (P1-P2) is 0 [Pa] is P11, and the nozzle during circulation where the differential pressure (P1-P2) is an arbitrary value other than 0.
  • the limit value of P1 when ink overflows from N is P12
  • ⁇ Pa
  • the proportionality constant a between the differential pressure (P1-P2) and ⁇ Pa is obtained by trial such as an experiment.
  • FIG. 2 shows a graph showing the proportional relationship between the differential pressure (P1-P2) and the pressure drop ⁇ Pa.
  • P11 and P12 are obtained by holding the differential pressure (P1-P2) at an arbitrary value and changing the values of P1 and P2.
  • the differential pressure (P1-P2) is held at 0 and P1 is increased (when P2 is also increased by the same value), the limit of ink overflowing from the nozzle N is reached, so the value of P1 at that time is set. Let it be P11.
  • the differential pressure (P1-P2) is held at a plurality of arbitrary non-zero values to increase P1, the limit of ink overflowing from the nozzle N is reached, so the value of P1 at that time is set to P12.
  • the ⁇ Pa corresponding to the plurality of differential pressures (P1-P2) is calculated by the equation (4), and the proportionality constant a is obtained from the correlation between the plurality of sets of differential pressures (P1-P2) and ⁇ Pa.
  • ink is ejected from the nozzle N during circulation when the differential pressure (P1-P2) is an arbitrary value other than 0.
  • P1-P2 differential pressure
  • the appropriate pressure Pn is less than 0 [Pa] and-(4 ⁇ / d ⁇ ).
  • a (P1-P2) - ⁇ Pb) ... A value larger than (5).
  • the limit at which air bubbles are entrained from the nozzle N is reached.
  • the value of P1 at that time is P13.
  • the differential pressure (P1-P2) is held at an arbitrary value other than 0 and the values of P1 and P2 are changed, so that there is a reaction of the discharge operation and the nozzle N is discharged.
  • the value of P1 at that time is P14.
  • ⁇ Pb is obtained by the formula (6). Since ⁇ Pb has been obtained, the value of the equation (5) is specified, and the range of the appropriate pressure Pn is specified.
  • the control unit 30 controls the pressure according to the range of the appropriate pressure Pn specified as described above and the equation (3). As a result, the meniscus formed in the opening of the nozzle N is well held.
  • the vertical axis shown in FIG. 3 indicates the size of P1.
  • P1 is the ink supply side.
  • the vertical band B1 to the right of the vertical band B1 indicates the pressure range of each state and its boundary (limit value) when the differential pressure (P1-P2) is 0 [kPa].
  • the rightmost vertical band B2 indicates the pressure range of each state and its boundary (limit value) when the differential pressure (P1-P2) is ⁇ Pd [kPa].
  • the ink overflows from the nozzle N in the range above the pressure value P11.
  • the ink overflows from the nozzle N in the range above the pressure value P12.
  • the head from P12 to P11 corresponds to the pressure loss ⁇ Pa generated from the first pressure source 21 to the nozzle N due to the circulating flow rate.
  • the differential pressure (P1-P2) is 0 [kPa]
  • the differential pressure (P1-P2) is ⁇ Pd [kPa]
  • the ink flows, so that there is a pressure loss ⁇ Pa from P1 to Pn.
  • the pressure loss ⁇ Pa can be obtained from the difference between the pressures P11 and P12 at the time of the same phenomenon that the ink from the nozzle N overflows in the band B1 and the band B2.
  • the pressure value P13 corresponds to a limit value (static meniscus break pressure) at which bubble entrainment occurs when the pressure value P13 falls below this value even if there is no ink ejection.
  • the pressure value P14 is lower than this value in the band B2, it corresponds to a limit value (dynamic meniscus break pressure) in which air bubbles are entrained at the time of ink ejection. Therefore, the difference between P14 and P13 corresponds to the pressure loss ⁇ Pb generated when the ink is ejected from the nozzle N.
  • the appropriate pressure Pn is a value less than 0 [Pa] and larger than the value of the equation (5).
  • the equation (3) is applied and the design is made so that the relationship of the equation (3) is established.
  • the proportionality constant a does not depend on the physical characteristics of the ink as long as the flow path structure is the same. Therefore, the proportionality constant a may be checked at least once for the same type of inkjet head having the same flow path structure. Since the pressure chart shown in FIG. 3 differs depending on the setting of the differential pressure (P1-P2) during the image recording operation and the physical characteristics of the ink, the appropriate pressure Pn is obtained for each.
  • An inkjet recording apparatus having a control unit having a control function for variably controlling P1, P2, and Pn while maintaining the relationship of the formula (3) may be manufactured, or the relation of the formula (3) is established during operation.
  • An inkjet recording apparatus having an ink supply unit that operates in this manner may be manufactured.
  • the ink pressure in the vicinity of the nozzle opening can be easily maintained appropriately in the inkjet recording apparatus regardless of the flow path structure.
  • the present invention can be used for an inkjet recording device.
  • Inkjet recording device 10 Inkjet head 20 Inkjet head 20 Ink supply unit 21 First pressure source 22 Second pressure source 30 Control unit 40 Conveyance drive unit N Nozzle

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Abstract

インクジェット記録装置1は、ノズルNに連通する圧力室11を有し、この圧力室に連通するインクを、ノズルから吐出する少なくとも1つのインクジェットヘッド10と、第1圧力源21と、第2圧力源22と、制御部30と、を備え、第1圧力源、圧力室、および第2圧力源は、流路によって順次接続されている。循環流量により第1圧力源からノズルまでに生じる圧損をΔPa、差圧(P1-P2)とΔPaとの比例定数をa、ノズル開口近傍に生じる適正圧力をPnとするとき、制御部は、P2={Pn-(1―a)P1 }/aの関係が成立するよう圧力を制御する。

Description

インクジェット記録装置及びその製造方法
 本発明は、インクジェット記録装置及びその製造方法に関する。
 従来、インクジェットヘッドを通してインクを循環させ、そのインクジェットヘッドのノズルからインクを吐出するインクジェット装置が知られている。
 特許文献1に記載の発明にあっては、ノズルの開口近傍におけるインクの圧力を常に適正圧力に維持するために、インク流路におけるノズルへの分岐点から上流側と下流側の流路抵抗の比を用いて、上流側の圧力源(P1)と、下流側の圧力源(P2)と、ノズルの開口近傍におけるインクの適正圧力(Pn)との関係を、提案の関係式に従って保持し、適正圧力(Pn)を大気圧以下とする。
特許第5728148号公報
 しかし、特許文献1に記載のP1,P2,Pnの関係式は、上流側の圧力源(P1)から下流側の圧力源(P2)までのインク流路が分岐していない図4に示すような流路構造に限られる。
 例えば、図5に示すように、ノズルNを通る流路(流路抵抗R4,R5)と、ノズルNを通らない流路(流路抵抗R3)とに分岐するインク流路により、上流側の圧力源(P1)と下流側の圧力源(P2)とが繋がれている流路構造では、特許文献1に記載のP1,P2,Pnの関係式は成立しない。
 特許文献1に記載の手法によると、以上のように流路構造が異なったインクジェットヘッドごとに、P1,P2,Pnの関係式を求める必要が生じる。
 本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、インクジェット記録装置において、流路構造に依らず、容易にノズル開口近傍のインク圧力を適正に維持することを課題とする。
 以上の課題を解決するための請求項1記載の発明は、ノズルに連通する圧力室を有し、この圧力室に連通するインクを、ノズルから吐出する少なくとも1つのインクジェットヘッドと、
前記インクによって前記ノズルの開口高さ位置の大気圧の静止インクを基準とする、「単位体積当たりのエネルギー」P1〔Pa〕が生じるようにインクの単位体積当たりのエネルギーを調整する第1圧力源と、
前記インクによって前記ノズルの開口高さ位置の大気圧の静止インクを基準とする、「単位体積当たりのエネルギー」P2〔Pa〕 が生じるようにインクの単位体積当たりのエネルギーを調整する第2圧力源と、
制御部と、を備え、
前記第1圧力源、前記圧力室、および前記第2圧力源は、流路によって順次接続され、
循環流量により前記第1圧力源から前記ノズルまでに生じる圧損をΔPa、差圧(P1-P2)とΔPaとの比例定数をa、ノズル開口近傍に生じる適正圧力をPnとするとき、前記制御部は、P2={Pn-(1―a)P1 }/aの関係が成立するよう圧力を制御するインクジェット記録装置である。
 請求項2記載の発明は、差圧(P1-P2)が0〔Pa〕である非循環時に前記ノズルからインクが溢れるP1の限界値をP11、差圧(P1-P2)が0でない任意の値である循環時に前記ノズルからインクが溢れる時のP1の限界値をP12とするとき、ΔPa=|P12-P11|の関係を有する請求項1に記載のインクジェット記録装置である。
 請求項3記載の発明は、前記ノズルからインクを吐出したときに生じる圧損をΔPb、前記ノズルの径をd、インクの表面張力をσとするとき、Pnは、0〔Pa〕未満、かつ、-(4σ/d-a(P1-P2)-ΔPb)より大きい値である請求項1又は請求項2に記載のインクジェット記録装置である。
 請求項4記載の発明は、循環時で非吐出時に前記ノズルから気泡巻き込みが発生する時のP1の限界値をP13、循環時で吐出時に前記ノズルから気泡巻き込みが発生する時のP1の限界値をP14とするとき、ΔPb=|P14-P13|の関係を有する請求項3に記載のインクジェット記録装置である。
 請求項5記載の発明は、ノズルに連通する圧力室を有し、この圧力室に連通するインクを、ノズルから吐出する少なくとも1つのインクジェットヘッドと、
前記インクによって前記ノズルの開口高さ位置の大気圧の静止インクを基準とする、「単位体積当たりのエネルギー」P1〔Pa〕が生じるようにインクの単位体積当たりのエネルギーを調整する第1圧力源と、
前記インクによって前記ノズルの開口高さ位置の大気圧の静止インクを基準とする、「単位体積当たりのエネルギー」P2〔Pa〕 が生じるようにインクの単位体積当たりのエネルギーを調整する第2圧力源と、
前記第1圧力源、前記圧力室、および前記第2圧力源は、流路によって順次接続されたインクジェット記録装置を製造するにあたり、
循環流量により前記第1圧力源から前記ノズルまでに生じる圧損をΔPaとして、差圧(P1-P2)とΔPaとの比例定数aを求め、
ノズル開口近傍に生じる適正圧力をPnとして、P2={Pn-(1―a)P1 }/aの関係が成立するように設計するインクジェット記録装置の製造方法である。
 請求項6記載の発明は、差圧(P1-P2)が0〔Pa〕である非循環時に前記ノズルからインクが溢れるP1の限界値をP11、差圧(P1-P2)が0でない任意の値である循環時に前記ノズルからインクが溢れる時のP1の限界値をP12として、
差圧(P1-P2)を任意の値に保持してP1とP2の値を変化させることによりP11及びP12を求め、
ΔPa=|P12-P11|の関係によりΔPaを算出し、さらに差圧(P1-P2)とΔPaとの相関からaを求める請求項5に記載のインクジェット記録装置の製造方法である。
 請求項7記載の発明は、前記ノズルからインクを吐出したときに生じる圧損をΔPb、前記ノズルの径をd、インクの表面張力をσとして、Pnは、0〔Pa〕未満、かつ、-(4σ/d-a(P1-P2)-ΔPb)より大きい値とする請求項5又は請求項6に記載のインクジェット記録装置の製造方法である。
 請求項8記載の発明は、循環時で非吐出時に前記ノズルから気泡巻き込みが発生する時のP1の限界値をP13、循環時で吐出時に前記ノズルから気泡巻き込みが発生する時のP1の限界値をP14として、
差圧(P1-P2)を0でない任意の値に保持してP1とP2の値を変化させることによりP13及びP14を求め、
ΔPb=|P14-P13|の関係により、ΔPbを求める請求項7に記載のインクジェット記録装置の製造方法である。
 本発明によれば、インクジェット記録装置において、流路構造に依らず、容易にノズル開口近傍のインク圧力を適正に維持することができる。
本発明の一実施形態に係るインクジェット記録装置の主要構成を示した模式図である。 本発明の一実施形態に係り、第1圧力源と第2圧力源との差圧と、循環流量により第1圧力源からノズルまでに生じる圧損との比例関係を示したグラフである。 本発明の一実施形態に係る圧力チャートである。 従来の一例のインクジェットの流路構造を示す模式図である。 従来の他の一例のインクジェットの流路構造を示す模式図である。
 以下に本発明の一実施形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。
 図1に示すように本実施形態のインクジェット記録装置1は、インクジェットヘッド10と、インク供給部20と、制御部30と、搬送駆動部40とを備える。
 インクジェットヘッド10は、ノズルNと、ノズルNに連通する圧力室11とを有し、この圧力室11に連通するインクを、圧電素子等の駆動素子の作用によりノズルNから吐出して、記録媒体に対して画像などを記録する記録動作等を行う。インクジェットヘッド10は、少なくとも1つ備えられるが、複数備えてもいてもよい。ノズルNの開口近傍に生じる圧力をPnとする。
 搬送駆動部40は、インクジェットヘッド10によって画像が記録される対象の記録媒体を当該インクジェットヘッド10のノズルNに対して相対移動させる。
 インク供給部20は、第1圧力源21と、第2圧力源22とを有する。
 第1圧力源21は、第1流路12に連通し、インクによってノズルNの開口高さ位置の大気圧の静止インクを基準とする、「単位体積当たりのエネルギー」P1〔Pa〕が生じるようにインクの単位体積当たりのエネルギーを調整する部分である。
 第2圧力源22は、第2流路13に連通し、インクによってノズルNの開口高さ位置の大気圧の静止インクを基準とする、「単位体積当たりのエネルギー」P2〔Pa〕 が生じるようにインクの単位体積当たりのエネルギーを調整する部分である。
 第1圧力源21及び第2圧力源22の具体的構成としては、ノズルNの開口高さ位置を基準に所定の高さに置かれたインク室に相当し、該インク室に対するインクの流入又は流出の制御、インク室内の液面に負荷される気圧の制御とを行うためのインクタンク、ポンプ、制御弁、センサー等を有した構成を挙げることができる。
 制御部30は、CPU31(Central Processing Unit)と、記憶部32とを備え、インクジェット記録装置1の各種動作を統括制御する。制御対象のインクジェット記録装置1の動作には、インクの供給及び循環、画像記録動作及びインクジェットヘッド10のメンテナンス動作などが含まれる。CPU31は、各種演算を行って制御処理を実行する。記憶部32は、例えば、RAM(Random Access Memory)と不揮発性メモリーを含む。RAMは、CPU31に作業用のメモリー空間を提供し、一時データを記憶する。不揮発性メモリーは、各種制御プログラム及び設定データを記憶、保持する。不揮発性メモリーは、例えば、フラッシュメモリーであり、HDD(Hard Disk Drive)などが含まれてもよい。
 図1に示す流路構造は一例であるが以下の通りに構成されている。
 第1圧力源21は、第1流路12、第4流路15を介して圧力室11に接続されている。圧力室11は、第5流路16、第2流路13を介して第2圧力源22に接続されている。第1流路12と第4流路15との接続点と、第2流路13と第5流路16との接続点とが、第3流路14により圧力室11を通らずに接続されている。
 第3流路14の流量をQ1、第4流路15及び第5流路16の流量をQ2とすると、第1流路12の流量及び第2流路13の流量は(Q1+Q2)となる。第1流路~第5流路の流路抵抗R1~R5を図示する。なお、第1流路12及び第2流路13には、ヘッド10と圧力源とを繋ぐヘッド外流路も含まれる(図4,5において同じ)。
 しかしながら、本発明ではPnを適正圧力に保つために、これらの流路抵抗R1~R5を用いないし、以上説明した流路構造もこれに限定されるものではなく、例えば、図4に示した流路構造のほか、様々な流路構造に対して適用することができる。
 制御部30は、Pnを適正圧力に保つために圧力P1,P2を次のように制御する。
 すなわち、循環流量により第1圧力源21からノズルNまでに生じる圧損をΔPa、差圧(P1-P2)とΔPaとの比例定数をa、ノズルNの開口近傍に生じる適正圧力をPnとするとき、制御部30は、P2={Pn-(1―a)P1 }/a ・・・(3)の関係が成立するよう圧力を制御する。制御部30は、P1,P2の値を異なる値に可変制御する場合、式(3)を適用して制御する。制御部30は、Pnが適正範囲にあり、式(3)の関係を満たすP1,P2の値のうち、差圧(P1-P2)が大きく、従って流速が大きいP1,P2の値と、差圧(P1-P2)が小さく、従って流速が小さいP1,P2の値との間で可変制御する。
 Pnは、P1からの圧損ΔPaがあるため、式(1)が成り立つ。
 Pn=P1-ΔPa ・・・(1)
 差圧(P1-P2)とΔPaとの比例定数をaとするとの定義を式で表すと式(2)となる。
 ΔPa=a(P1-P2) ・・・(2)
 式(1)へ式(2)を代入して、
 Pn=P1-a(P1-P2)=(1-a)P1+aP2
 さらに変形して、P2={Pn-(1―a)P1 }/a ・・・(3)
 ΔPaは、以下の関係を有する。
 すなわち、差圧(P1-P2)が0〔Pa〕である非循環時にノズルNからインクが溢れるP1の限界値をP11、差圧(P1-P2)が0でない任意の値である循環時にノズルNからインクが溢れる時のP1の限界値をP12とするとき、
 ΔPa=|P12-P11| ・・・(4)の関係を有する。
 この関係を利用して、差圧(P1-P2)とΔPaとの比例定数aを、実験等による試行により求める。図2に、差圧(P1-P2)と圧損ΔPaとの比例関係を示したグラフを示す。
 差圧(P1-P2)を任意の値に保持してP1とP2の値を変化させることによりP11及びP12を求める。
 差圧(P1-P2)を0に保持してP1を高めていったとき(P2も同じ値で高めてったとき)、ノズルNからインクが溢れる限界を向かえるから、その時のP1の値をP11とする。
 差圧(P1-P2)を0でない複数の任意の値に保持してP1を高めていったとき、ノズルNからインクが溢れる限界を向かえるから、その時のP1の値をP12とする。
 式(4)により、複数の差圧(P1-P2)に対応したΔPaをそれぞれ算出し、これら複数組の差圧(P1-P2)とΔPaとの相関から比例定数aを求める。
 記録動作においては、差圧(P1-P2)が0でない任意の値である循環時に、ノズルNからのインクの吐出が行われる。
 ノズルNからインクを吐出したときに生じる圧損をΔPb、ノズルNの径をd、インクの表面張力をσとするとき、適正圧力Pnは、0〔Pa〕未満、かつ、-(4σ/d-a(P1-P2)-ΔPb)・・・(5)より大きい値である。
 また、循環時で非吐出時にノズルNから気泡巻き込みが発生する時のP1の限界値をP13、循環時で吐出時にノズルNから気泡巻き込みが発生する時のP1の限界値をP14とするとき、ΔPb=|P14-P13| ・・・(6)の関係を有する。
 この関係を利用して、ΔPbを、実験等による試行により求める。
 差圧(P1-P2)を0でない任意の値に保持してP1とP2の値を変化させることによりP13及びP14を求める。
 まず、ノズルNからの吐出を行わない時において、差圧(P1-P2)を0でない任意の値に保持してP1とP2の値を変化させることにより、ノズルNから外気を引き込む程度が高まっていくとき、ノズルNから気泡巻き込みが発生する限界を向かえる。その時のP1の値をP13とする。
 また、ノズルNからの吐出を行う時において、差圧(P1-P2)を0でない任意の値に保持してP1とP2の値を変化させることにより、吐出動作の反動もあってノズルNから外気を引き込む程度が高まっていくとき、ノズルNから気泡巻き込みが発生する限界を向かえる。その時のP1の値をP14とする。
 式(6)により、ΔPbを求める。
 ΔPbが求まったので、式(5)の値が特定され、適正圧力Pnの範囲が特定される。
 制御部30は、以上のように特定された適正圧力Pnの範囲と、式(3)に従って圧力を制御する。これにより、ノズルNの開口に形成されるメニスカスが良好に保持される。
 改めて図3の圧力チャートを参照して説明する。
 図3に示す縦軸は、P1の大きさを示す。P1をインク供給側とする。その右隣の縦の帯B1は、差圧(P1-P2)が0〔kPa〕の時の、各状態の圧力範囲と、その境界(限界値)を示す。最も右側の縦の帯B2は、差圧(P1-P2)がΔPd〔kPa〕の時の、各状態の圧力範囲と、その境界(限界値)を示す。但し、ΔPd≠0
 帯B1において圧力値P11より上の範囲においてはノズルNからインクが溢れる。帯B2において圧力値P12より上の範囲においてはノズルNからインクが溢れる。P12からP11の落差が、循環流量により第1圧力源21からノズルNまでに生じる圧損ΔPaに相当する。
 差圧(P1-P2)が0〔kPa〕である帯B1においては、P1=P2=Pn=0〔kPa〕、すなわち、ノズルNの開口高さ位置の大気圧でノズルNからのインク溢れが生じる。
 差圧(P1-P2)がΔPd〔kPa〕である帯B2においては、インクが流動するため、P1からPnまでに圧損ΔPaがある。
 帯B1と帯B2とにおいて、ノズルNからのインクが溢れるという同じ現象の時の圧力P11,P12の差から圧損ΔPaを求めることができる。
 帯B2において圧力値P13は、インク吐出が無くとも、この値を下回ると気泡巻き込みが発生する限界値(静的メニスカスブレイク圧)に相当する。
 帯B2において圧力値P14は、この値を下回ると、インク吐出の時には気泡巻き込みが発生する限界値(動的メニスカスブレイク圧)に相当する。
 したがって、P14とP13の差が、ノズルNからインクを吐出したときに生じる圧損ΔPbに相当する。
 画像記録動作時に、ノズルNからインクを溢れさせず、インクを吐出しても、気泡巻き込みが発生しないためには、P12からP14の間の範囲にする必要がある。この範囲では、圧損ΔPa及び圧損ΔPbがあっても、ノズルNの開口に形成されるメニスカスは、表面張力による圧力4σ/dにより保持される。
 しがって、適正圧力Pnは、0〔Pa〕未満、かつ、式(5)の値より大きい値である。
 インクジェット記録装置を製造するにあたり、以上のようにして比例定数a及び適正圧力Pnを求めた上で、式(3)を適用し、式(3)の関係が成立するように設計する。比例定数aについては、流路構造が同じであればインクの物性に依存しない。したがって、流路構造が同じである同種のインクジェットヘッドにつき、比例定数aを少なくとも一回調べればよい。
 図3に示した圧力チャートは、画像記録動作時の差圧(P1-P2)の設定、インクの物性により異なるから、それぞれつき適正圧力Pnを求めておく。
 P1,P2,Pnを、式(3)の関係を保ちつつ可変制御する制御機能を有した制御部を備えたインクジェット記録装置を製造してもよいし、稼働時に式(3)関係が成立するように動作するインク供給部を有したインクジェット記録装置を製造してもよい。
 以上説明したように本実施形態によれば、インクジェット記録装置において流路構造に依らず容易にノズル開口近傍のインク圧力を適正に維持することができる。
 本発明は、インクジェット記録装置に利用することができる。
1     インクジェット記録装置
10   インクジェットヘッド
20   インク供給部
21   第1圧力源
22   第2圧力源
30   制御部
40   搬送駆動部
N     ノズル

Claims (8)

  1. ノズルに連通する圧力室を有し、この圧力室に連通するインクを、ノズルから吐出する少なくとも1つのインクジェットヘッドと、
    前記インクによって前記ノズルの開口高さ位置の大気圧の静止インクを基準とする、「単位体積当たりのエネルギー」P1〔Pa〕が生じるようにインクの単位体積当たりのエネルギーを調整する第1圧力源と、
    前記インクによって前記ノズルの開口高さ位置の大気圧の静止インクを基準とする、「単位体積当たりのエネルギー」P2〔Pa〕 が生じるようにインクの単位体積当たりのエネルギーを調整する第2圧力源と、
    制御部と、を備え、
    前記第1圧力源、前記圧力室、および前記第2圧力源は、流路によって順次接続され、
    循環流量により前記第1圧力源から前記ノズルまでに生じる圧損をΔPa、差圧(P1-P2)とΔPaとの比例定数をa、ノズル開口近傍に生じる適正圧力をPnとするとき、前記制御部は、P2={Pn-(1―a)P1 }/aの関係が成立するよう圧力を制御するインクジェット記録装置。
  2. 差圧(P1-P2)が0〔Pa〕である非循環時に前記ノズルからインクが溢れるP1の限界値をP11、差圧(P1-P2)が0でない任意の値である循環時に前記ノズルからインクが溢れる時のP1の限界値をP12とするとき、ΔPa=|P12-P11|の関係を有する請求項1に記載のインクジェット記録装置。
  3. 前記ノズルからインクを吐出したときに生じる圧損をΔPb、前記ノズルの径をd、インクの表面張力をσとするとき、Pnは、0〔Pa〕未満、かつ、-(4σ/d-a(P1-P2)-ΔPb)より大きい値である請求項1又は請求項2に記載のインクジェット記録装置。
  4. 循環時で非吐出時に前記ノズルから気泡巻き込みが発生する時のP1の限界値をP13、循環時で吐出時に前記ノズルから気泡巻き込みが発生する時のP1の限界値をP14とするとき、ΔPb=|P14-P13|の関係を有する請求項3に記載のインクジェット記録装置。
  5. ノズルに連通する圧力室を有し、この圧力室に連通するインクを、ノズルから吐出する少なくとも1つのインクジェットヘッドと、
    前記インクによって前記ノズルの開口高さ位置の大気圧の静止インクを基準とする、「単位体積当たりのエネルギー」P1〔Pa〕が生じるようにインクの単位体積当たりのエネルギーを調整する第1圧力源と、
    前記インクによって前記ノズルの開口高さ位置の大気圧の静止インクを基準とする、「単位体積当たりのエネルギー」P2〔Pa〕 が生じるようにインクの単位体積当たりのエネルギーを調整する第2圧力源と、
    前記第1圧力源、前記圧力室、および前記第2圧力源は、流路によって順次接続されたインクジェット記録装置を製造するにあたり、
    循環流量により前記第1圧力源から前記ノズルまでに生じる圧損をΔPaとして、差圧(P1-P2)とΔPaとの比例定数aを求め、
    ノズル開口近傍に生じる適正圧力をPnとして、P2={Pn-(1―a)P1 }/aの関係が成立するように設計するインクジェット記録装置の製造方法。
  6. 差圧(P1-P2)が0〔Pa〕である非循環時に前記ノズルからインクが溢れるP1の限界値をP11、差圧(P1-P2)が0でない任意の値である循環時に前記ノズルからインクが溢れる時のP1の限界値をP12として、
    差圧(P1-P2)を任意の値に保持してP1とP2の値を変化させることによりP11及びP12を求め、
    ΔPa=|P12-P11|の関係によりΔPaを算出し、さらに差圧(P1-P2)とΔPaとの相関からaを求める請求項5に記載のインクジェット記録装置の製造方法。
  7. 前記ノズルからインクを吐出したときに生じる圧損をΔPb、前記ノズルの径をd、インクの表面張力をσとして、Pnは、0〔Pa〕未満、かつ、-(4σ/d-a(P1-P2)-ΔPb)より大きい値とする請求項5又は請求項6に記載のインクジェット記録装置の製造方法。
  8. 循環時で非吐出時に前記ノズルから気泡巻き込みが発生する時のP1の限界値をP13、循環時で吐出時に前記ノズルから気泡巻き込みが発生する時のP1の限界値をP14として、
    差圧(P1-P2)を0でない任意の値に保持してP1とP2の値を変化させることによりP13及びP14を求め、
    ΔPb=|P14-P13|の関係により、ΔPbを求める請求項7に記載のインクジェット記録装置の製造方法。
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